(57)【要約】【課題】金属蓋体とセラミック基材との間をロウ材を用いてレーザー光等を照射して溶接する際に、冷却時における両部材間の温度低下割合差に起因してセラミック部分にクラックが発生したり、メタライズ層が剥離することが防止される。【解決手段】セラミック基板１０と、セラミック基板の一面上に接合された電子部品２０と、セラミック基板上に周縁を接合されることにより電子部品を封止する金属蓋体１９と、セラミック基板の一面上、又は金属蓋体周縁に固定されたメタライズ層１３と、を備え、メタライズ層を間に挟んでセラミック基板と金属蓋体周縁とをロウ材層１９Ｂを用いて接合した電子デバイスであって、メタライズ層は、ヤング率が２００ＧＰａ以下である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に配線が備えられているセラミック基板と、
前記配線に接合されている電子部品と、
ヤング率が２００ＧＰａ以下であるメタライズ層を介して、前記セラミック基板と周縁部において接合されて、平面視で前記電子部品を覆っている金属蓋体と、
を備えていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
前記金属蓋体は、メタライズ層と供にロウ材を介して、前記セラミック基板と前記周縁部において接合されていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記メタライズ層は、銅から構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記メタライズ層の厚みは、１５〜２５μｍであることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の電子デバイス。
【請求項５】
電子部品を接合するための配線と、
金属蓋体の周縁部と接合するための、ヤング率が２００ＧＰａ以下であるメタライズ層と、
を表面に備えていることを特徴とするセラミック基板。
【請求項６】
前記メタライズ層は、銅から構成されて、且つ厚みが１５〜２５μｍであることを特徴とする請求項５に記載のセラミック基板。
【請求項７】
請求項２乃至４の何れか一項に記載の電子デバイスの製造方法であって、
前記電子部品、前記セラミック基板、及び前記金属蓋体を夫々準備する工程と、
前記配線上に前記電子部品を接合する工程と、
前記セラミック基板に前記金属蓋体を接合して前記電子部品を収容する内部空間を形成する工程と、
を備え、
前記内部空間を形成する工程では、前記メタライズ層上に、前記金属蓋体を配置してから、レーザー光、又は電子ビームを前記金属蓋体側から照射して前記ロウ材を溶融させることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の電子デバイスは圧電振動子であり、
半導体素子を備えていることを特徴とする圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品が接合されたセラミック基板上に金属蓋体をレーザー光等を用いて局部加熱することにより接合して電子部品を封止した電子デバイス、セラミック基板、電子デバイスの製造方法、及び圧電発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、セラミック基板に接合した電子部品を金属蓋体により封止した表面実装用の電子デバイスが広く用いられている。例えば、情報通信機器やコンピューターなどのＯＡ機器、民生機器などの様々な電子機器の電子回路のクロック源として、電子部品としての圧電振動片をセラミック基板に接合し、その圧電振動片を覆うようにセラミック基板上に凹状の金属蓋体を接合することにより、セラミック基板と金属蓋体とにより形成される空間内に圧電振動片を気密封止した電子装置としての圧電デバイスが広く使用されている。
【０００３】
一般に金属蓋体とセラミック（アルミナ）基板とをレーザー光、或いは電子ビームの照射により接合する場合には、セラミック基板側に予め形成したメタライズ層上にロウ材を介して金属蓋体の周縁部を重ねた状態で、金属蓋体周縁部上からレーザー光等を照射し、ロウ材を溶融、固化させることによって溶接している。この際の金属蓋体、及びロウ材の温℃は、例えば８００〜１０００℃程度となる。レーザー光による溶接は局所的な溶接であるため、レーザー光を照射された蓋体部位に相当するセラミックの部位は局所的に温度が瞬間的に１００〜２００℃程度までは上昇するが、金属蓋体のように８００〜１０００℃までは上昇しない。このように溶接中には、金属蓋体とセラミックとの間に７００〜９００℃程度の温度差が生じることになる。このため、溶接部位が冷却する際に部材間に収縮による歪み応力が発生し、金属よりも圧倒的に脆い材料であるセラミック基板側には収縮時の歪み応力によってクラックが発生したり、セラミック基板上の配線が剥離し易くなる。
なお、溶接時の温度差を無くするために、レーザー光照射時にセラミック基板を金属蓋体の温度に近づくように加熱するとすれば、セラミック基板の配線及びロウ材が酸化によって劣化する虞がある。
【０００４】
特許文献１に記載の電子装置は、銀ロウを電子ビーム照射により加熱溶融させて接合する電子部品の気密封止において、急激な温度勾配による局所における熱収縮が原因でパッケージ（セラミック）にクラックが形成され気密性が失われるという問題を、接合部に配設されているメタライズ金属膜の厚みを２５μｍ以上と厚くすることにより解決している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１２６８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、縦・横・高さ寸法が夫々数ｍｍ程度の超小型の圧電デバイス等において、メタライズ金属膜の厚みを２５μｍ以上と過大に厚くすると、電子部品の低背化の妨げとなる。また、メタライズ材料の使用量が増えるのでコスト増を招くことが明かである。
或いは、セラミック基板上のメタライズ層と金属蓋体との間にコバール等の厚い金属膜を配置することによりこれを応力緩和層として利用し、溶接時のクラック発生を防止することも行われているが、部材数の増大による工数増大とコストアップを招くばかりでなく、低背化に反する結果ともなるため、改善が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］本適用例にかかる電子デバイスは、表面に配線が備えられているセラミック基板と、前記配線に接合されている電子部品と、ヤング率が２００ＧＰａ以下であるメタライズ層を介して、前記セラミック基板と周縁部において接合されて、平面視で前記電子部品を覆っている金属蓋体と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
本適用例の圧電デバイスによれば、ヤング率が２００ＧＰａ以下であるメタライズ層をセラミック基材と金属蓋体との間に介在させることにより、両部材の温度低下割合の差をメタライズ層によって緩和し、セラミック基材にクラックが形成されたり、配線材料が剥離することを効果的に防止できる。
【００１０】
［適用例２］前記金属蓋体は、メタライズ層と供にロウ材を介して、前記セラミック基板と前記周縁部において接合されていることを特徴とする。適用例１の効果を更に高めることができる。
【００１１】
［適用例３］前記メタライズ層は、銅から構成されていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、ヤング率が２００ＧＰａ以下であるメタライズ層の材料として銅を選定することにより、優れた緩衝作用を発揮し、セラミック基材にクラックが形成されたり、配線材料が剥離することを効果的に防止できる。
【００１３】
［適用例４］前記メタライズ層の厚みは、１５〜２５μｍであることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、メタライズ層の厚みが１５μｍ以上であることによって溶接後の冷却時の収縮に対する緩衝効果が低下してセラミック基板にクラックが発生したり配線材料が剥離することを効果的に防止できる。また、膜厚が２５μｍを越えないため、溶接の際の温度上昇に要する時間を短縮して、コストダウン、生産性向上を図ることができる。
【００１５】
［適用例５］セラミック基板は、電子部品を接合するための配線と、金属蓋体の周縁部と接合するための、ヤング率が２００ＧＰａ以下であるメタライズ層とを表面に備えていることを特徴とする前記ロウ材は、銀ロウから構成されていることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、上記の如き電子デバイスを実現することができる。
【００１７】
［適用例６］本適用例にかかるセラミック基板では、前記メタライズ層は、銅から構成されて、且つ厚みが１５〜２５μｍであることを特徴とする。
【００１８】
［適用例７］本電子デバイスの製造方法は、適用例２乃至４の何れか一項に記載の電子デバイスの製造方法であって、前記電子部品、前記セラミック基板、及び前記金属蓋体を夫々準備する工程と、前記配線上に前記電子部品を接合する工程と、前記セラミック基板に前記金属蓋体を接合して前記電子部品を収容する内部空間を形成する工程と、を備え、前記内部空間を形成する工程では、前記メタライズ層上に、前記金属蓋体を配置してから、レーザー光、又は電子ビームを前記金属蓋体側から照射して前記ロウ材を溶融させることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、緩衝層として機能するヤング率が２００ＧＰａ以下であるメタライズ層をセラミック基材と金属蓋体との間に介在させることにより、セラミック基材と金属蓋体との温度低下割合の差をメタライズ層によって緩和することができる。このため、セラミック基材にクラックが形成されたり、配線材料が剥離することを効果的に防止できる。
【００２０】
［適用例８］本適用例にかかる圧電発振器は、適用例１乃至４の何れか一項に記載の電子デバイスは圧電振動子であり、半導体素子を備えていることを特徴とする。
【００２１】
これによれば、緩衝層として機能するヤング率が２００ＧＰａ以下であるメタライズ層をセラミック基材と金属蓋体との間に介在させることにより、セラミック基材と金属蓋体との温度低下割合の差をメタライズ層によって緩和することができる。このため、セラミック基材にクラックが形成されたり、配線材料が剥離することを効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の電子デバイスの一例としての圧電デバイスの一実施形態の平面図である。
【図２】（ａ）は圧電デバイスを上側からみた一部断面平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った縦断面図である。
【図３】図２（ｂ）の一部（接合部）を拡大して詳しく説明する部分断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る電子デバイスの一例としての圧電デバイスの縦断面図、及び要部拡大図である。
【図５】本発明に係る圧電デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】グリーンシートによりセラミック基板を製造する過程を示す平面図である。
【図７】本発明の電子デバイスの他の構成例としての圧電発振器を示す断面図である。
【図８】本発明に係る電子機器の構成を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の電子デバイスの一例としての圧電デバイスの一実施形態の平面図であり、図２（ａ）は圧電デバイスを上側からみた一部断面平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った縦断面図である。なお、図２（ａ）では、圧電デバイスの内部の構造を説明する便宜上、圧電デバイスの上方に設けられる金属蓋体（１９）の一部を切り欠いて図示している。また、図３は図２（ｂ）の一部（接合部）を拡大して詳しく説明する部分断面図である。
【００２４】
図１、図２において、圧電デバイス１は、基板としてのセラミック基板１０と、セラミック基板１０の一方の主面上（上面）に接合された電子部品としての圧電振動片２０と、圧電振動片２０を覆うようにセラミック基板１０上に接合された凹状の金属蓋体１９と、を有し、セラミック基板１０と金属蓋体１９とにより形成されるキャビティーＴ内に圧電振動片２０が気密封止されている。
セラミック基板１０と金属蓋体１９は、パッケージを構成している。
セラミック基板１０は、平板状のセラミック基材（アルミナ）１１の一方の主面（上面）に圧電振動片２０が接合される振動片接合端子１８を有し、他方の主面（下面）に複数の外部実装端子１６を有している。振動片接合端子１８、および、図示しないその他の端子は、セラミック基材１１に設けた貫通孔（ビアホール）に高融点金属を含む導体ペーストを埋設することにより形成された層内配線（ビア）１７により対応する外部実装端子１６に接続されている。セラミック基板は、電子部品を接合するための配線と、金属蓋体の周縁部と接合するための、ヤング率が２００ＧＰａ以下であるメタライズ層（後述）とを表面に備えていることを特徴とする。
【００２５】
外部実装端子１６が設けられたセラミック基板１０の一方の主面は圧電デバイス１の外底面となり、その外底面に設けられた外部実装端子１６によって、圧電デバイス１を電子機器などの外部実装基板に実装することができる。本実施形態のセラミック基板１０を構成するセラミック基材１１はグリーンシートを成形・加工してから焼成することにより形成されている。
圧電振動片２０は、例えば、水晶などの圧電体材料により形成された平板状の圧電基板の両主面に、対向電極としての励振電極２５を設けた構成を有している。また、圧電振動片２０の各主面の一端部側には外部接続電極２６が設けられ、各々が対応する励振電極２５から引き出された電極間配線により電気的に接続されている。なお、圧電振動片２０の材質として、水晶以外の圧電体材料では、例えばタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどが挙げられ、また、圧電体材料以外では、シリコンなどを挙げることができる。セラミック基板１０上（他方の主面側）において、圧電振動片２０は、その一端側に設けられた外部接続電極２６をセラミック基板１０の対応する振動片接合端子１８と位置合わせした状態で、例えば銀ペーストなどの接合部材３０により電気的な接続をはかりながら接合され、他端部側を自由端として片持ち支持されている。
【００２６】
金属蓋体１９は、その凹部とセラミック基板１０の圧電振動片２０接合面とで囲まれたキャビティーＴ内に圧電振動片２０を収容させることによって圧電振動片２０の搭載領域を気密封止するためのものである。金属蓋体は、メタライズ層と共にロウ材を介して、セラミック基板と周縁部において接合されている。
凹状の金属蓋体１９は、例えばコバール、４２アロイ、あるいはリン青銅などの金属からなる板材を従来周知の板金加工により成形してなり、中央部下面に凹部が形成され、外周部には鍔状の当接脚部１９ｃが環状に形成されている。
すなわち、金属蓋体１９は、中央部に水平部１９ａを有し、その水平部１９ａの外周側から下方へ延びる側壁部１９ｂが形成され、さらに側壁部１９ｂの下縁部を外周側に曲げることにより、金属蓋体１９の外周部に水平部１９ａと略平行な環状の当接脚部１９ｃが形成されている。なお、側壁部１９ｂは図示のように外側へ向かって斜めに傾斜していてもよいし、垂直壁であってもよい。
【００２７】
図３に示すように当接脚部１９ｃの下面が接合されるセラミック基板１０の外周上面１２には、振動片接合端子１８と同一材料から成るメタライズ層１３が環状に形成されている。
金属蓋体１９は、水平部１９ａと側壁部１９ｂとにより形成される凹部の開口部側をセラミック基板１０側に向けた状態で、当接脚部１９ｃをセラミック基板１０のメタライズ層１３に対向させて接合されている。
本実施形態では、図３に示すように、セラミック基板１０の外周上面の環状のメタライズ層１３と、金属蓋体１９の環状の当接脚部１９ｃの下面とが、例えば、比較的低融点の合金からなる接合部材としてのロウ材層１９Ｂを介して接合されている。
【００２８】
また、金属蓋体１９は、メタライズ層１３を介してセラミック基板１０の図示しないグランド端子に電気的に接続されることが好ましい。このようにすれば、圧電デバイス１の使用時に、金属からなる金属蓋体１９がグランド電位に保持されることにより、圧電振動片２０を金属蓋体１９のシールド効果によって外部からの不要な電気的作用、例えばノイズなどから保護することができる。
かくして上述した圧電デバイス１は、セラミック基板１０の底面に設けられた外部実装端子１６を介して圧電振動片２０の両主面に設けられた励振電極２５間に外部からの変動電圧を印加し、圧電振動片２０の特性に応じた所定の周波数で振動を起こさせることによって圧電デバイス１として機能し、かかる圧電デバイス１の共振周波数に基づいて外部の発振回路で所定周波数の基準信号を発振・出力することができる。そして、このような基準信号は、例えば携帯用通信機器などの電子機器におけるクロック信号として利用することができる。
【００２９】
本発明の圧電デバイス１の特徴的な構成は、表面に配線が備えられているセラミック基板１０と、配線に接合されている電子部品２０と、ヤング率が２００ＧＰａ以下であるメタライズ層１３を介して、セラミック基板と周縁部において接合されて、平面視で電子部品を覆っている金属蓋体１９と、を備えている点にある。
これを換言すれば、一面上に接合用のメタライズ層１３を有したセラミック基板１０と、セラミック基板の一面上に接合された電子部品（圧電振動片２０）と、メタライズ層上に銀ロウ等のロウ材層１９Ｂを用いて周縁を接合されることにより電子部品を封止する金属蓋体１９とを備えた電子デバイスにおいて、メタライズ層として、ヤング率が２００ＧＰａ以下の金属を選定した点にある。
【００３０】
メタライズ層１３は、セラミック基板を構成するセラミック材料上に振動片接合端子１８を形成する際に同時に形成されるため、振動片接合端子１８と同一材料から成る。本発明では、メタライズ層１３を構成するヤング率が２００ＧＰａ以下の金属の一例として銅を選定する。銅のヤング率は、１１０〜１３０ＧＰａである。なお、ヤング率が２００ＧＰａ以下の金属であれば、銅以外のものであってもよい。
メタライズ層１３と振動片接合端子１８の構成材料が同一となる理由は、セラミック基板の製造工程にある。即ち、配線パターンを有したセラミック基材１１は、焼成前のグリーンシート上に配線材料（導体ペースト）を印刷したものを焼成することによって形成されており、グリーンシートの同一面上に形成される振動片接合端子１８とメタライズ層１３は、前記配線材料の印刷工程において同時に塗布され、焼成されることによりセラミック基材１１と一体化する。
【００３１】
しかし、このようにグリーンシートに配線材料を印刷、焼成して高温加熱して密着させる必要があるため、タングステンのように高温に耐える金属材料が使用されており、銅のように高温加熱によって表面が酸化して導通が低下する材料は使用することができなかった。
従来、セラミック基材１１（＝アルミナ、ヤング率：３１０ＧＰａ）の一面に形成される配線パターンを構成する配線材料は、ヤング率が極めて高いタングステン（ヤング率：４００−４１０ＧＰａ）が主であった。このため、タングステン製のメタライズ層上に金属蓋体を接合した場合には、溶接時におけるセラミック基板（セラミック基材）のクラック発生を防ぐことができなかった。
本発明においては、ヤング率が２００ＧＰａ以下の柔軟性を有した金属として例えば銅を使用するため、銅による緩衝効果によって溶接時におけるセラミック基板のクラック発生、配線材料の剥離を防ぐことができる。
しかし、上述のようにグリーンシートを高温により焼成することによりセラミック基材１１面に配線材料を一体化する製造方法では、銅を配線材料として使用することが難しかった。
【００３２】
ところで、近年セラミック基板面に、高温加熱を伴わないセミアディティブ法を用いて銅配線を形成する方法が開発されている。この方法は、グリーンシートに配線材料のペーストを印刷してから焼成するのではなく、焼成済みのグリーンシートにフォトリソグラフィ技術を用いてメッキ、スパッタ、エッチングを順次行うことにより、任意の銅配線を酸化させずに形成するものである。
本発明では、このセミアディティブ法を用いることによって、焼成済みのグリーンシートに対して後から、メタライズ層１３と振動片接合端子１８を含む銅配線を形成するため、銅配線を酸化させずに形成することができる。
【００３３】
次に、図３に基づいてメタライズ層１３と金属蓋体１９との接合部の構造について詳細に説明する。
レーザー光によりメタライズ層と金属蓋体の当接脚部１９ｃを溶接する場合のレーザー光の照射位置は、図３に示すようにレーザー光のスポット径の中心部Ｃが当接脚部１９ｃの幅寸法Ｗ１の中心部と合致するように設定する。
レーザー光を照射することによって局部的な溶接を行う際に、セラミック基板にクラックが発生するのは、セラミック基材１１の温度低下割合と、金属蓋体１９の温度低下割合との違いに起因している。即ち、レーザー光を当接脚部１９ｃに照射すると、当接脚部、及び銀ロウの温度は、局所的に急激に８００〜１０００℃程度に上昇する。一方、当接脚部と接するセラミックの部位の温度は瞬間的に１００〜２００℃程度までは上昇するが、金属蓋体のように８００〜１０００℃までは上昇しない。このため、溶接部位が冷却する際に部材間に収縮による歪み応力が発生し、金属よりも圧倒的に脆い材料であるセラミック側には収縮時の歪み応力によってクラックが発生したり、セラミック基材上の配線が剥離し易くなる。
【００３４】
本発明では、緩衝層として機能するヤング率が２００ＧＰａ以下であるメタライズ層１３をセラミック基材と金属蓋体との間に介在させることにより、上記温度低下割合の差をメタライズ層１３によって緩和するものである。
ヤング率が２００ＧＰａ以下の金属としての銅（線膨張係数：１６．８ｐｐｍ／℃）から成るメタライズ層１３の表面上には、極めて薄いニッケル薄膜１４と、酸化防止用の金薄膜１５とが順次メッキにより積層されている。
【００３５】
一方、金属蓋体１９は、セラミック基板の線膨張係数（７ｐｐｍ／℃）に近い線膨張係数を有した金属材料であるコバール（線膨張係数：５．５ｐｐｍ／℃）から成る基材１９Ａと、当接脚部１９ｃを含む基材の下面にクラッド法により積層されたロウ材としての銀ロウ１９Ｂと、基材１９Ａの上面にクラッド法により積層された酸化防止膜としてのニッケル膜１９Ｃと、から構成されている。
なお、基材１９Ａの材料としては、コバール以外では、４２ニッケル、ＳＵＳを使用することができる。
銀ロウは、周知のように銀と銅とから成り、融点が７００〜８００℃程度であるため、溶接による溶融時に、金属蓋体とセラミック基材との間の温度差と同様に、銀ロウとセラミック基材との間にも大きな温度差が発生する。このため、銀ロウを用いた溶接において、メタライズ層１３による緩衝効果が発揮される。
なお、ロウ材としては、銀ロウ以外にも金−すずのロウ材を用いることができる。
本例では、金属蓋体の基材１９Ａの厚さを４０μｍ、銀ロウ１９Ｂの厚さを１０〜１５μｍ、ニッケル膜１９Ｃの厚さを５μｍとした。金属蓋体の当接脚部１９ｃの横幅Ｗ１は４０μｍとした。
【００３６】
また、本例に係る絶縁性基材１１の厚さは２００μｍである。
メタライズ層１３の幅Ｗ２は１２０μｍであり、メタライズ層１３の銅部分の厚さはｔ１５μｍ〜２５μｍである。メタライズ層１３の銅部分の厚さが１５μｍ未満である場合には、溶接後の冷却時の収縮に対する緩衝効果が低下してセラミック基板にクラックが発生したり配線材料が剥離する。また、メタライズ層の膜厚は大きい方が絶縁性基材と蓋体との間の距離を離間させることができるので応力緩和効果がより大きくなるが、メタライズ層の膜厚が２５μｍを越える場合には溶接時にメタライズ層の温度を上昇させるのに要するエネルギーが増大し、上昇に要する時間が長くなるため、コストアップ、生産性低下という問題を惹起する。
【００３７】
なお、上記実施形態では、セラミック基材側にメタライズ層１３を形成した例を示したが、金属蓋体の当接脚部１９ｃの下面に予め銅などからなるメタライズ層１３を一体化しておいてもよい。メタライズ層１３を当接脚部側に形成する場合には銅の環状体を当接脚部下面にクラッド法によって一体化することとなる。クラッド法は周知のように金属箔を積層して圧着する方法である。
本実施形態の圧電デバイス１においては、金属蓋体１９とセラミック基材１１との接合面にメタライズ層１３と銀ロウ１９Ｂを介在させたため、図３のようにレーザー光を照射して溶接する際に、昇温時におけるセラミックと金属蓋体との間の温度差、及び冷却時における両部材間の温度低下割合差に起因してセラミック部分にクラックが発生したり、メタライズ層１３が剥離することが防止される。
【００３８】
次に、図４（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る電子デバイスの一例としての圧電デバイスの縦断面図、及び要部拡大図である。
この圧電デバイス４０が前記実施形態に係る圧電デバイスと異なる点は、セラミック基板１０が平板状ではなく、上面中央部に凹陥部４１を有し、凹陥部４１を包囲するように環状外枠４２が形成されている構成にある。なお、図１の圧電デバイスと同一部材には同一符号を付して説明する。
セラミック基板１０は、セラミック基材１１の下面に複数の外部実装端子１６を有し、他方の主面に設けた凹陥部４１の内底面に圧電振動片２０が接合される振動片接合端子１８を有している。振動片接合端子１８、および、図示しないその他の端子は、層内配線（ビア）１７により対応する外部実装端子１６に接続されている。
圧電振動片２０は、その一端側に設けられた外部接続電極を対応する振動片接合端子１８と位置合わせした状態で、例えば銀ペーストなどの接合部材３０により電気的な接続をはかりながら接合され、他端部側を自由端として片持ち支持されている。
【００３９】
平板状の金属蓋体１９は、例えばコバール、４２アロイ、あるいはリン青銅などの金属から構成する。
金属蓋体１９は、セラミック基板の線膨張係数（７ｐｐｍ／℃）に近い線膨張係数を有した金属材料であるコバール（線膨張係数：５．５ｐｐｍ／℃）から成る基材１９Ａと、基材の下面にクラッド法により積層されたロウ材としての銀ロウ１９Ｂと、基材１９Ａの上面にクラッド法により積層された酸化防止膜としてのニッケル膜１９Ｃと、から構成されている。なお、基材１９Ａの材料としては、コバール以外では、４２ニッケル、ＳＵＳを使用することができる。
セラミック基板の環状外枠４２の上面には、メタライズ層１３が形成されている。メタライズ層１３としては、ヤング率が２００ＧＰ以下の金属、例えば銅が用いられる。なお、ヤング率が２００ＧＰａ以下の金属であれば、銅以外のものであってもよい。
【００４０】
本発明では、緩衝層として機能するヤング率が２００ＧＰａ以下であるメタライズ層１３をセラミック基材１１と金属蓋体との間に介在させることにより、セラミック基材１１と金属蓋体１９との温度低下割合の差をメタライズ層１３によって緩和することができる。
金属蓋体１９は、外周下面をメタライズ層１３と当接させた状態で、レーザー光、或いは電子ビームを図４（ｂ）に示したように照射して銀ロウ１９Ｂを溶融、固化させることによって、環状外枠４２の上面に接合一体化される。なお、溶接方法としてはシーム溶接を使用することもできる。
【００４１】
本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、セラミック基板１０の環状外枠４２上面全体に形成されたメタライズ層１３と、金属蓋体１９の下面とが、例えば、比較的低融点の合金からなる接合部材としての銀ロウ１９Ｂを介して接合されている。
なお、メタライズ層１３は、セラミック基材１１側ではなく、金属蓋体１９の外周下面に形成しておいてもよい。メタライズ層１３を金属蓋体側に形成する場合には銅の環状体を金属蓋体下面にクラッド法によって一体化することとなる。
本実施形態の圧電デバイス４０においても、金属蓋体とセラミック基材との接合面にメタライズ層１３と銀ロウ１９Ｂを介在させたため、図４（ｂ）のようにレーザー光を照射して溶接する際に、昇温時におけるセラミックと金属蓋体との間の温度差、及び冷却時における両部材間の温度低下割合差に起因してセラミック部分にクラックが発生したり、メタライズ層１３が剥離することが防止される。
【００４２】
次に、図５は本発明に係る圧電デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。また、図６はグリーンシートによりセラミック基板を製造する過程を示す平面図である。
なお、本例では図１、図２に示した電子デバイスの製造方法を説明するが、図４に係る電子デバイスについても同等の手順による製造が可能である。
本発明の製造方法は、電子部品２０、セラミック基板１０、及び金属蓋体を夫々準備する工程と、配線上に電子部品を接合する工程と、セラミック基板に金属蓋体１９を接合して電子部品を収容する内部空間を形成する工程と、を備え、内部空間を形成する工程では、メタライズ層上に、金属蓋体を配置してから、レーザー光、又は電子ビームを金属蓋体側から照射してロウ材を溶融させることを特徴とする。
圧電デバイス１の製造工程は、圧電振動片２０、セラミック基板１０、および金属蓋体１９をそれぞれ準備する前工程と、セラミック基板１０上に圧電振動片２０を接合してから金属蓋体１９を接合して圧電振動片２０を気密封止する後工程（組立工程）とに大別することができる。まず、前工程のうち、圧電振動片２０、および金属蓋体１９の準備について概略を説明する。
【００４３】
ステップＳ１−１に示す圧電振動片２０準備では、圧電振動片２０を製造して圧電デバイス１組立ができる形態にする。圧電振動片２０は、例えば水晶などの圧電体材料を所定のサイズに切り出して研磨した大判のウェハーに複数並べて一括形成することができる。概要を説明すると、まず、結晶軸に対して所定のカット角で切り出してから所望の厚さおよび表面状態となるように研磨加工した大判の水晶基板（水晶ウェハー）を準備する。そして、フォトリソグラフィを用いたウェットエッチングにより、水晶基板に複数の圧電振動片２０の外形を形成する。なお、圧電振動片２０の外形は、水晶基板から完全に切り離されないようにミシン目状の折り取り部などにより水晶ウェハーにつなげたまま、以降の工程を水晶基板（ウェハー）状態にて効率的に流動することが好ましい。そして、スパッタリングや蒸着などによって、励振電極２５や外部接続電極２６などの電極形成を行うことにより、水晶ウェハーに複数の圧電振動片２０がマトリクス状に形成される。
ステップＳ１−３に示す金属蓋体１９準備では、金属蓋体１９を製造して圧電デバイス１組立ができる形態にする。金属蓋体１９は、例えば、４２アロイやコバール、あるいはリン青銅などの金属からなる板状の基材１９Ａの表面にニッケル膜１９Ｃを、裏面に銀ロウ１９Ｂを夫々クラッド法により積層一体化した構成を有し、従来周知の板金加工により成形することによって、中央部に凹部が形成され、外周部に当接脚部１９ｃが環状に設けられた金属蓋体１９を形成する。
【００４４】
次に、セラミック基板１０の製造から圧電デバイス１組立までの製造工程を続けて説明する。
本実施形態では、セラミック基板１０の基材としてセラミックのグリーンシート５１が用いられており、セラミック基板１０の製造では、ステップＳ１−２において準備したグリーンシートをステップＳ２において焼成する。次いで、ステップＳ３において焼成済みのグリーンシートに対してセミアディティブ法を用いてメタライズ層１３、振動片接合端子１８、外部実装端子１９を夫々銅を用いて形成する。なお、メタライズ層１３を構成する銅の表面には酸化防止のためにニッケル薄膜１４、金薄膜１５を順次積層形成する。
以上、ステップ００００Ｓ１−２のグリーンシート５１準備からステップＳ２、Ｓ３までのステップにより、セラミック基板１０がマトリクス状に複数形成されたグリーンシートが完成する（図６を参照）。
なお、この段階で、グリーンシート５１から個片のセラミック基板１０に分割することもできる。例えば、複数の圧電デバイス形成領域１Ａがマトリクス状に形成されたグリーンシート５１を、圧電デバイス形成領域１Ａ間に形成される縦横のダイシングラインに沿ってダイシングすることなどにより、個片のセラミック基板１０を得ることができる。
【００４５】
本実施形態では、複数のセラミック基板１０が形成されたグリーンシート５１の状態のままで、圧電デバイス１の組立を効率的に行う方法について、以下、説明する。
圧電デバイス組立工程では、まず、ステップＳ４の示すように、グリーンシート５１の各圧電デバイス形成領域１Ａに、上記ステップＳ１−１で準備した圧電振動片２０を接合する。具体的には、まず、各圧電デバイス形成領域１Ａの振動片接合端子１８上に、ディスペンサーやスクリーン印刷などにより銀ペーストなどの接合部材３９を塗布してから、圧電振動片２０の一端側に設けられた外部接続電極２６を、対応する振動片接合端子１８に位置合わせして仮止めする。そして、接合部材３９の硬化方法に応じた処理、例えば、熱硬化型の接合部材３９であれば所定の温度で加熱し、また、紫外線硬化型の接合部材であれば紫外線を照射することにより接合部材３９を固化させて、圧電振動片２０を片持ち支持された態様に接合する。
【００４６】
次に、ステップＳ５において、圧電振動片２０が接合されたグリーンシート５１の各圧電デバイス形成領域１Ａに金属蓋体１９を配置する。金属蓋体１９の当接脚部１９ｃの下面の銀ロウ１９Ｂは、セラミック基板上のメタライズ層１３と互いに整合する位置関係で位置決めされている。
次に、ステップＳ６の金属蓋体接合工程においては、図３に示したように当接脚部１９ｃの上面に向けて所要スポット径を有したレーザー光を照射して銀ロウ１９Ｂを加熱溶融させることにより、金属蓋体１９による圧電振動片２０の気密封止をより強固で確実なものとすることができる。
なお、上述した一連のセラミック基板１０への金属蓋体接合ステップ（ステップＳ５の金属蓋体配置、および、ステップＳ６の金属蓋体接合）は、例えば、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気、あるいは減圧空間内で行うことが好ましい。これによって、圧電振動片２０が収納されるセラミック基板１０と金属蓋体１９とにより形成されるキャビティーＴの内部に不活性ガスが充満され、あるいは減圧空間に密閉・封止されるので、圧電振動片２０が酸素や大気中の水分などによって腐食・劣化するのを有効に防止することができる。
以上、説明した一連のステップを経て、グリーンシート５１に、複数の圧電デバイス１がマトリクス状に形成される。
【００４７】
次に、ステップＳ７の分割工程において、上述したステップＳ６までのステップを経たグリーンシート５１を分割して複数の個片の圧電デバイス１を同時に得る。
分割ステップにより得られた圧電デバイス１は、ステップＳ８において、電気的特性や外観品質の検査を行なうことにより完成され、一連の圧電デバイス１の製造工程を終了する。
上記実施形態の圧電デバイスの製造方法によれば、セラミック基板１０上に形成したヤング率が２００ＧＰａ以下であるメタライズ層１３上に金属蓋体の当接脚部１９ｃを載置した状態でレーザー光によって当接脚部１９ｃを加熱するようにしたので、当接脚部下面に予め配置された銀ロウ１９Ｂによってメタライズ層と当接脚部との接合が行われる。
緩衝層として機能するヤング率が２００ＧＰａ以下であるメタライズ層１３をセラミック基材１１と金属蓋体との間に介在させることにより、セラミック基材１１と金属蓋体１９との温度低下割合の差をメタライズ層１３によって緩和することができる。このため、セラミック基材１１にクラックが形成されたり、配線材料が剥離することを効果的に防止できる。
【００４８】
上記実施形態および変形例で説明した特定の形態、例えば、セラミック基板１０、あるいは電子部品としての圧電振動片２０などの形状は限定されるものではない。
同様に、各電極、配線、端子などの位置や形状についても上記実施形態およびに限定されない。
また、上記実施形態および変形例では、電子デバイスの一例として、電子部品としての圧電振動片２０を搭載した圧電デバイス１、４０について説明した。しかし、これに限らず、上記実施形態および変形例に示す構成は、電子部品として半導体回路素子など種々の電子部品を基板に接合し、その電子部品を金属蓋体により気密封止する構造の様々な電子デバイスのパッケージ構造に適用することができる。
具体的には例えば、水晶振動子等の圧電振動子のパッケージのキャビティーＴ内部、或いはパッケージ外部に発振回路を構成する半導体回路素子を組み込んだ圧電発振器のパッケージ構造に対しても本発明を適用することができる。
【００４９】
即ち、図７は本発明の電子デバイスの他の構成例としての圧電発振器を示す断面図である。なお、図１、図２と同一部分には同一符号を付して説明する。
図７に示すように、水晶振動子等の圧電振動子のパッケージのキャビティーＴ内部、或いはパッケージ外部に発振回路を構成する半導体回路素子６１を組み込んだ圧電発振器６０のパッケージ構造に対しても本発明を適用することができる。
この圧電発振器においても、緩衝層として機能するヤング率が２００ＧＰａ以下であるメタライズ層１３をセラミック基材１１と金属蓋体１９との間に介在させることにより、セラミック基材と金属蓋体との温度低下割合の差をメタライズ層によって緩和することができる。このため、セラミック基材にクラックが形成されたり、配線材料が剥離することを効果的に防止できる。
【００５０】
次に、図８は本発明に係る電子機器の構成を示す概略構成図である。電子機器７０は上記の圧電デバイス１、４０を備えている。圧電デバイス１、４０を用いた電子機器７０としては、伝送機器等を挙げることができる。これらの電子機器７０において圧電デバイスは、基準信号源、或いは電圧可変型圧電発振器（ＶＣＸＯ）等として用いられ、小型で、良好な電子機器を提供できる。
【符号の説明】
【００５１】
１…圧電デバイス、１０…セラミック基板、１１…セラミック基材、１２…外周上面、１３…メタライズ層、１４…ニッケル薄膜、１５…金薄膜、１６…外部実装端子、１８…振動片接合端子、１９…金属蓋体、１９Ａ…基材、１９Ｂ…ロウ材（銀ロウ）、１９Ｃ…ニッケル膜、１９ａ…水平部、１９ｂ…側壁部、１９ｃ…当接脚部、２０…圧電振動片、２５…励振電極、２６…外部接続電極、３０…接合部材、４０…圧電デバイス、４１…凹陥部、４２…環状外枠、５１…グリーンシート、６０…圧電発振器、６１…半導体回路素子、７０…電子機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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