(57)【要約】【課題】セラミックを主材料とする底板部２１及び側壁部２３と、これら底板部及び側壁部で囲われる凹部２３ａ内に収納された圧電振動片３１と、側壁部の天面側に溶接された蓋部４１と、を具える圧電振動子１０において、溶接時の熱応力による歪を生じ難くできる構造を提供する。  【解決手段】底板部２１を下側層２１ａ、中間層２１ｂ、上側層２１ｃの３層構造とする。しかも、この中間層２１ｃは、前記溶接に起因して前記底板部２１に生じる反りを矯正する反り矯正層とする。具体的には、タングステン層又はモリブデン層からなり、平面形状が十字状の層とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックを主材料とする底板部及び側壁部と、これら底板部及び側壁部で囲われる凹部内に収納された圧電振動片と、前記側壁部の天面側に溶接された蓋部と、を具える圧電振動子において、
前記底板部を、複数層で構成してあり、かつ、該複数層の一部に前記溶接に起因して前記底板部に生じる反りを矯正する反り矯正層を具えること
を特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動子において、
前記反り矯正層は、前記複数層の内部に設けてあることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の圧電振動子において、
前記反り矯正層は平面形状が十字状であることを特徴とする圧電振動子。
【請求項４】
請求項３に記載の圧電振動子において、
前記底板部は平面形状が矩形であり、
前記十字状の反り矯正層は、前記十字の第１の線分が前記矩形状の底板部の第１の辺に平行となり、前記十字の前記第１の線分と直交する第２の線分が前記矩形状の底板部の前記第１の辺と直交する第２の辺に平行となるよう、前記底板部に設けてあること
を特徴とする圧電振動子。
【請求項５】
セラミックを主材料とする底板部及び側壁部を具え、前記側壁部の天面側に蓋部が溶接されて使用されるパッケージにおいて、
前記底板部を複数層で構成してあり、かつ、該複数層の一部に前記溶接に起因して前記底板部に生じる反りを矯正する反り矯正層を具えること
を特徴とするパッケージ。
【請求項６】
請求項５に記載のパッケージにおいて、
前記反り矯正層は、前記複数層の内部に設けてあることを特徴とするパッケージ。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のパッケージにおいて、
前記反り矯正層は平面形状が十字状であることを特徴とするパッケージ。
【請求項８】
請求項７に記載の圧電デバイスにおいて、
前記底板部は平面形状が矩形であり、
前記十字状の反り矯正層は、前記十字の第１の線分が前記矩形状の底板部の第１の辺に平行となり、前記十字の前記第１の線分と直交する第２の線分が前記矩形状の底板部の前記第１の辺と直交する第２の辺に平行となるよう、前記底板部に設けてあること
を特徴とするパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子及びその製造に用いて好適なパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子の一種である水晶振動子では、セラミック製のパッケージが多用される。このセラミックパッケージは、アルミナ等のセラミックを主材料とする底板部及び側壁部を具える。そして、これら底板部及び側壁部で囲われる凹部に水晶片が収納された後、側壁部の天面側に蓋部が溶接されて凹部が蓋部で封止され、水晶振動子が完成する。
【０００３】
溶接法としては、主に、（１）側壁部の天面にシールリングを有したパッケージを用い、このシールリングに蓋部を溶接する方法、（２）側壁部の天面にメタライズ部を有したパッケージを用い、このメタライズ部に、ロー材が形成された蓋部を溶接する方法（いわゆるダイレクトシーム法）、又は、（３）側壁部の天面にメタライズ部を有したパッケージを用い、このメタライズ部に、ロー材が形成された蓋部を、電子ビーム等のエネルギー線で溶接する方法が用いられる。
このような溶接法を用いる場合、溶接時の高温及び又は溶接後の冷却等に起因する熱応力のために、パッケージ、特に底板部に反りが生じて、パッケージが応力歪を有した状態になる。その結果、パッケージに何等かの外力が加わると、この外力によりパッケージ、特に底板部にクラックが生じ易い。水晶振動子の薄型化が進む中、このクラックの問題は益々懸念される。
そこで、例えば特許文献１には、上記の溶接時の応力を軽減するため、蓋部の中央部を蓋部の縁部に比べて薄くし、この厚みが薄い部分を応力緩和部とすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−６７８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、中央部の厚さが縁部に比べて薄い蓋部を形成することは困難が伴う。この手段以外の手段で上記の応力を緩和できることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的の達成を図るため、この出願の圧電振動子の発明によれば、セラミックを主材料とする底板部及び側壁部と、これら底板部及び側壁部で囲われる凹部内に収納された圧電振動片と、前述の側壁部の天面側に溶接される蓋部と、を具える圧電振動子において、前述の底板部を複数層で構成し、かつ、この複数層の一部に前述の溶接に起因して前述の底板部に生じる反りを矯正する反り矯正層を具えることを特徴とする。
【０００７】
この圧電振動子の発明を実施するに当たり、前述の底板部は２以上の層、好ましくは３層以上の層である。そして、前述の反り矯正層は、前述の複数層の最上層や最下層とすることもできる。しかし、好ましくは、内部の層、すなわち中間層として設けるのが好適である。こうする方が、反りの矯正効果が高まるからである。より好ましくは、底板部を下側層と、上側層と、これら層の間に設けた反り矯正層との３層とするのが良い。
また、この反り矯正層の平面形状は、反りの矯正が行い易い任意好適な形状とすることができる。好ましい例としては、反り矯正層を、平面形状が十字状のものとするのが良い。また、平面形状が十字状の反り矯正部の設け方の好ましい例としては、例えば以下を挙げることができる。すなわち、前述の底板部を平面形状が矩形状のものとし、そして、平面形状が十字状の反り矯正部は、十字の第１の線分が前述の矩形状の底板部の第１の辺に平行となり、十字の第１の線分と直交する第２の線分が前述の矩形状の底板部の前述の第１の辺と直交する第２の辺に平行となるよう、前述の底板部に設けるのが良い。こうすると、十字状形状の反り矯正部により、底板部の第１及び第２の辺それぞれに沿う方向で反りを矯正し易くなるからである。
【０００８】
また、この出願のパッケージの発明によれば、セラミックを主材料とする底板部及び側壁部を具え、前述の側壁部の天面側に蓋部が溶接されて使用されるパッケージにおいて、前述の底板部を複数層で構成してあり、かつ、この複数層の一部に、前述の溶接に起因して前記底板部に生じる反りを矯正する反り矯正層を具えることを特徴とする。
このパッケージの発明を実施する場合も、上記の圧電振動子の発明の好適例で述べた各種の形態（底板部の層構成や底板部における反り矯正層の位置や反り矯正層の平面形状が十字状とする等の形態）を展開するのが良い。
【０００９】
また、これら圧電振動子及びパッケージの発明を実施するに当たり、反り矯正層を構成する材料、その厚さ、配置等は下記のようにするのが好適である。反り矯正層の材料としては、タングステン又はモリブデン等の高融点金属が好ましい。タングステン又はモリブデンで反り矯正層を構成した場合、セラミックパッケージを製造し終えた際に底板部が反るが、この反りの方向は蓋部をパッケージに溶接する際に起こる反りの方向と逆方向なため、溶接後は互いの反りが相殺され、セラミックパッケージの反り自体が軽減できるからである(詳細は、後述の図３、図４を用いた説明参照)。
【００１０】
また、反り矯正層の厚さであるが、これが薄すぎては反り矯正層の効果が得られず、厚すぎては、パッケージの薄型化に支障をきたしたり、圧電振動片の搭載に悪影響する凹凸を生じる等の副作用が生じるので、例えば、５〜１５μｍの範囲の設計に応じた値、より好ましくは５〜１０μｍの範囲の設計に応じた値とするのが良い。
【００１１】
また、反り矯正層は、なるべく、パッケージの底板部の外側面（パッケージの裏面）に設けられる実装端子（例えば後述の図１中の実装端子２９）と重ならないような形状及び又は配置とするのが良い。このことは、反り矯正層を上記のようにタングステンやモリブデン等の導電性材料で構成した場合は特に留意するのが良い。このような留意をしないと、浮遊容量が増加してしまい、水晶振動子の安定性等を損ねる場合があるからである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の圧電振動子によれば、セラミックパッケージの底板部に反り矯正層を設けることにより、圧電振動子のパッケージでの応力歪を軽減できる。蓋部に応力緩和部を設けなくとも、応力の緩和が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（Ａ）は、実施形態の圧電振動子の平面図、（Ｂ）は実施形態の圧電振動子の断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、反り矯正層の好ましい例の説明図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は、実施形態の圧電振動子の作用効果を説明する図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｅ）は、比較例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照してこの発明の圧電振動子及びパッケージの実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこれらの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施形態中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明が以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００１５】
１．実施形態の圧電振動子およびパッケージの構造の説明
図１は、実施形態の圧電振動子１０及びパッケージ２０を併せて説明する図である。特に、図１（Ａ）は、圧電振動子１０を蓋部４１（図１（Ｂ）参照）側から見た平面図、図１（Ｂ）は、圧電振動子１０の図１（Ａ）中のＰ−Ｐ線に沿う断面図である。
【００１６】
実施形態の圧電振動子１０は、セラミックを主材料とする底板部２１及び側壁部２３を有するパッケージ２０と、底板部２１及び側壁部２３で囲われる凹部２３ａ内に収納された圧電振動片３１と、側壁部２５の天面側に溶接された蓋部４１と、を具える。さらに、圧電振動子１０は平面形状が矩形のものとしてある。従って、底板部２１や凹部２３ａ各々の平面形状も矩形となっている。なお、主材料であるセラミックは、アルミナとしてある。
【００１７】
また、この例の場合のパッケージ２０は、側壁部２３の天面にシームリング２５を有し、底板部２１の凹部２３ａ側に接着パッド２７を有し、底板部２１の裏面側に実装端子２９を有している。シームリング２５は、側壁部２３の天面に設けたメタライズやロー材（図示せず）により、側壁部２３に接続固定してある。また、接着パッド２７と実装端子２９とは、図示しない内部配線により接続してある。また、圧電振動片３１は、励振用極及び引出電極（図示せず）を有したＡＴカット水晶片、又は音叉型水晶片等の各種水晶振動片である。この圧電振動片３１は、引出電極（図示せず）の部分で導電性接着剤３３により接着パッド２７に接続固定してある。  
【００１８】
また、この実施形態のパッケージ２０では、底板部２１を、下側層２１ａと、上側層２１ｂと、これらの層２１ａ、２１ｂ間に設けた反り矯正層２１ｃとの３層構造としてある。下側層２１ａ及び上側層２１ｂ各々は、例えば厚さ７０〜１２０μｍの範囲から設計に応じて選ばれた厚さのアルミナセラミックの層で構成してある。また、反り矯正層２１ｃは、厚さ５〜１５μｍの範囲から設計に応じて選ばれたタングステン層又はモリブデン層で構成してある。実際には、アルミナのグリーンシートとタングステン等のペーストとをスクリーン印刷により所定形状に積層印刷し、又、接着パッドや内部配線等のパタン等のためのメタライズペーストを印刷して得た積層体を、所定の高温雰囲気で焼結することで、このパッケージ２０を製造できる。
【００１９】
また、反り矯正層２１ｃの平面形状は、反り矯正に好ましい任意の形状とできるが、この実施の形態では、図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すような平面形状が十字形状の層としてある。しかも、この反り矯正部２１ｃは、十字の第１の線分２１ｃａが矩形状の底板部の第１の辺２１ａａに平行となり、十字の第１の線分と直交する第２の線分２１ｃｂが矩形状の底板部の第１の辺２１ａａと直交する第２の辺２１ａｂに平行となるよう、下側層２１ａと上側層２１ｂとの間に設けてある。
【００２０】
なお、十字の大きさは設計に応じ変更できるが、図２（Ｂ）の例は十字の反り矯正部２１ｃを下側層２１ａより小さくした例であり、図２（Ｃ）の例は、十字の反り矯正部２１ｃの、第１の線分２１ｃａ、第２の線分２１ｃｂ各々に沿う末端が、下側層２１ａの端部とほぼ同一の位置まで伸びている例である。ただし、浮遊容量の発生を低減するために、反り矯正層２１ｃは、実装端子２９と重ならない大きさ及び配置としてある。
【００２１】
２．作用効果の説明
次に、この発明に係る反り矯正層２１ｃの作用、効果について、図３、図４を参照して説明する。ここで、図３はこの発明の作用、効果の説明図であり、図４は反り矯正層が無い場合（比較例）の説明図である。
この発明の場合では、蓋部による封止を行う前のパッケージ(図３（Ａ）)は、反り矯正部２１ｃの作用のため、図３（Ｂ）に示したように、底板部の上側層２１ｂ側に凸となるように反っている。このような状態のパッケージであっても圧電振動片３１の搭載は行えるので、当該搭載処理を済ます（図３（Ｃ））。
【００２２】
次に、この試料を図３（Ｄ）に示したように、シーム封止装置（図示せず）にセットし、さらに蓋部４１をシームリング２５の天面にセットした後、封止機内を所定の雰囲気にした状態で、抵抗溶接の原理で、封止用電極５１により蓋部４１をシームリング２５に溶接する。この溶接時及び溶接後の熱応力等により、圧電振動子１０は、パッケージ製造後に生じていた反り（図３（Ｂ）参照）とは逆の方向に反る（図示せず）。従って、圧電振動子１０では、溶接前の反りと溶接後の反りとが、相殺されるため、反りの無い又は従来より反りが軽減された状態、すなわち、応力歪が無い、又は従来より応力歪が軽減された状態になる（図３（Ｅ）参照）。
【００２３】
これに対し、反り矯正部が無い構造（比較例）の場合、図４に示したように、蓋部による封止を行う前のパッケージは反りの無い、又は反りが少ない状態にある(図４（Ａ）)。このようなパッケージに、図４（Ｂ）に示したように、圧電振動片３１を搭載し、シーム封止装置（図示せず）にセットし、さらに蓋部４１をシームリング２５の天面にセットした後、封止機内を所定の雰囲気にした状態で、抵抗溶接の原理で、封止用電極５１により蓋部４１をシームリング２５に溶接する。この溶接時及び溶接後の熱応力等により、比較例の圧電振動子６０は、底板部の上側層２１ｂ側に凸となるように反った状態になる（図４（Ｃ）参照）。しかし、溶接が終了して試料が室温に戻ると、比較例の圧電振動子６０は、その底面側に凸となるように反った状態になる（図４（Ｅ）参照）。従って、反り矯正層が無い場合（比較例に場合）は反りが生じたままの圧電振動子となってしまい、何らかの外力が加わるとクラックが生じ易いものとなる。
【００２４】
上述においては、この発明の圧電振動子及びパッケージの実施形態について説明したが、この発明は上述の例に限られない。例えば、上述の実施形態ではシームリング付のパッケージに本発明を適用する例を示したが、背景技術の項にて説明したダイレクトシーム法やエネルギービームによる溶接を用いる圧電振動子にも本発明は適用できる。また、上記の実施形態では底板部を３層とした例を示したが、２層又は４層以上の場合でも本発明は適用できる。また、圧電振動子として水晶振動子の例を示したが、水晶以外の圧電振動子にも本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００２５】
１０:実施形態の圧電振動子
２０：パッケージ
２１：底板部
２１ａ：下側層
２１ａａ：第１の辺
２１ａｂ：第２の辺
２１ｂ：上側層
２１ｃ：反り矯正層
２１ｃａ：第１の線分
２１ｃｂ：第２の線分
２３：側壁部
２５：シールリング
２７：接着パッド
２９：実装端子
３１：圧電振動片（水晶振動片）
４１：蓋部
５１：封止用電極
６０：比較例の圧電振動子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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