(57)【要約】【課題】圧電振動子パッケージの気密封止の製造歩留まりを向上させ、さらに小型化および薄型化が可能で、低コストの圧電振動子パッケージを提供すること。【解決手段】開口した収容部に圧電振動子を収納する容器と、開口部を覆う蓋体からなり、蓋体と容器の開口の周縁を封止材により接合する圧電振動子用パッケージの製造方法として、パッケージの長辺方向および短辺方向の接合を、シーム溶接ヘッドのローラ電極に通電して往復回転移動させることにより、一次溶接工程Ｓ１０５と二次溶接工程Ｓ１０７の２段階で行う。【選択図】    図１
2009232327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有し内部の収容部に圧電振動子が収納される容器と、前記開口の周縁に接合して前記開口を覆う金属製の蓋体とを有し、前記容器の開口の周縁部のメタライズ層の表面に金属めっき層を形成し、前記容器と前記金属製の蓋体との間にある封止材を介して接合される圧電振動子パッケージの製造方法において、
シーム溶接ヘッドの一対のローラ電極を、前記金属製の蓋体の平行な二つの長辺の縁部に一定の加圧条件下で接触させて、通電を行い往復回転移動させることにより、前記封止材を溶融させて長辺方向の接合を行う工程と、
前記シーム溶接ヘッドの一対のローラ電極を、前記金属製の蓋体の平行な二つの短辺の縁部に一定の加圧条件下で接触させて、通電を行い往復回転移動させることにより、前記封止材を溶融させて短辺方向の接合を行う工程を、
所定の順序で一次溶接工程および二次溶接工程として有することを特徴とする圧電振動子パッケージの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動子パッケージの製造方法において、
一次溶接工程は長辺方向の接合であり、二次溶接工程は短辺方向の接合であることを特徴とする圧電振動子パッケージの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の圧電振動子パッケージの製造方法において、
前記一次溶接工程及び二次溶接工程において、ローラ電極間に通電する溶接電流値を、往路の回転移動の時よりも復路の回転移動の時の方に大きくすることを特徴とする圧電振動子パッケージの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の圧電振動子パッケージの製造方法において、
前記一次溶接工程及び二次溶接工程において、往路の回転移動の時は、前記容器と前記金属製の蓋体との間に介在する封止材が溶融しないことを特徴とする圧電振動子パッケージの製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の圧電振動子パッケージの製造方法において、
前記容器と前記金属製の蓋体との間に介在する封止材の膜厚が、３５μｍ〜６０μｍの範囲であることを特徴とする圧電振動子パッケージの製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の圧電振動子パッケージの製造方法において、
前記二次溶接工程に先立って、シーム溶接加工室内のガス圧力を所定圧に制御する内圧制御工程を有すること特徴とする圧電振動子パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、セラミックス等の基板からなる容器内に水晶振動子、圧電振動子等の電子部品を収納した後、容器を金属製の蓋体で気密封止して構成される圧電振動子パッケージの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子デバイス等の電子部品パッケージは、例えば、セラミックス等の基板からなる容器と、この容器の開口部を封止する金属製の蓋体とからなるパッケージの内部に、振動子素子を気密封止状態で収納して構成される。携帯電話に代表される小型情報端末機器やデジタル家電製品等の高機能化と小型及び軽量化が進められる中で、これら圧電振動子デバイスについても小型及び薄型化、コストダウンの市場要求が益々強くなっている。
【０００３】
このため、近年は表面実装型（ＳＭＤ）のものが多数開発されて、圧電振動子デバイスの特性を向上させるために真空度を高めて気密封止することが求められている。また、車両の位置検出や姿勢制御システム、デジタルカメラやデジタルビデオカメラの手ぶれ防止用等の様々な分野で、圧電振動子デバイスを用いた圧電振動ジャイロの開発が行われ、実用化されている。
【０００４】
圧電振動子デバイス用パッケージの一般的な気密封止方法として、従来は、シーム溶接法、電気炉溶接法、電子ビーム照射法等が行われている。シーム溶接法について、図７及び図８を用いてパッケージ１００の製造方法を説明するが、一対のローラ電極１０４を金属製の蓋体１０３に接触させて通電し、接触部に発生するジュール熱を利用して容器１０１に金属製の蓋体１０３を接合する方法であり、容器１０１の構成としては、周縁部にメタライズ層が形成され、メタライズ層上にシームフレーム１０２としてシールリングをろう付けし、取り付けられている（例えば、特許文献１と２参照）。シーム溶接法は気密封止歩留まりが優れている一方、シールリングは高価であり、取り付けるにも工数がかかるので、コストアップになるという問題があった。さらに、シールリング分の厚みのため小型、薄型化にも限度があるという問題があった。
【０００５】
また、電気炉溶接法は、真空中でセラミックス製の容器と金属製の蓋体とを加熱して封止材を溶融させて接合する方法であり、コストおよび生産性に優れる一方、接合する際に封止材が外周部全周にわたって一度に溶融するため、封止材から生じるアウトガスがパッケージ内部に閉じ込められ、真空度が悪化するという問題があった。
【０００６】
さらにまた、電子ビーム照射法は、高速走査でビーム照射し封止材を溶融させて接合する方法であり、タクトタイムに優れる一方、局所的な熱応力発生のため、セラミックス製の容器にクラックが入る危険性があり、気密封止歩留まりが安定しないという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特公昭５６−２４１６号公報（第３欄、第１図）
【特許文献２】特公平１−３８３７３号公報（第２欄、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１と２に開示されている従来のパッケージの製造方法では、容器の周縁部にシールリングを取り付ける構成が提案されているが、高価なシールリングを
取り付けるためにコストが嵩むといった問題があった。さらに、シールリングの厚み分、容器の小型及び薄型化を困難にしていた。また、従来の圧電振動子パッケージの製造方法では、パッケージ内部の真空度が悪化するといった問題、気密封止歩留まりが安定しないといった問題もあった。
【０００９】
上記の従来技術における問題点を解決するため、本発明の目的は、セラミックス製の容器と金属製の蓋体とをシーム溶接法で接合する方法において、シールリングを必要としない、小型化および薄型化が可能となる安価な圧電振動子パッケージの製造方法を提供することにある。また、容器と蓋体との接合工程において、気密封止不良がなく、製造歩留まりを向上させる圧電振動子パッケージの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するために、本発明の圧電振動子パッケージの製造方法は、開口を有し内部の収容部に圧電振動子を収納する容器と、前記開口の周縁に接合して前記開口を覆う金属製の蓋体とを有し、前記容器の開口の周縁部のメタライズ層の表面に金属めっき層を形成し、前記容器と前記金属製の蓋体との間にある封止材を介して接合される圧電振動子パッケージの製造方法において、シーム溶接ヘッドの一対のローラ電極を、前記金属製の蓋体の平行な二つの長辺側の縁部に一定の加圧条件下で接触させて、通電を行い往復回転移動させることにより、前記封止材を溶融させて、長辺方向の接合を行う溶接工程と、前記シーム溶接ヘッドの一対のローラ電極を、前記金属製の蓋体の平行な二つの短辺の縁部に一定の加圧条件下で接触させて、通電を行い往復回転移動させることにより、前記封止材を溶融させて、短辺方向の接合を行う溶接工程とを、所定の順序で一次溶接工程および二次溶接工程として有することを特徴とする。
【００１１】
かかる構成によれば、一次溶接及び二次溶接工程において、蓋体上にシーム溶接ヘッドのローラ電極を接触させて往復回転移動させる際、往路の移動と復路の移動とでローラ電極間に通電する電流値を別々に設定できるので、最適な二段階の加熱プロセスで封止材を溶融させて、容器と蓋体とを接合することができる。ローラ電極の往路の回転移動をさせる際、封止材が溶融しない範囲の溶接通電値を設定し、ローラ電極の復路の回転移動をさせる際、封止材が溶融する範囲の溶接通電値に設定を上げて、容器と蓋体とを接合する。
【００１２】
その結果、容器と蓋体との接合箇所を接合直前に短時間で予熱ができるので、本加熱を行い容器と蓋体とを接合する際、容器に対する局所的な熱応力歪みが大きく緩和され、封止材の溶融状態も安定化する。すなわち、容器に対する熱応力緩和の役目をしていたシールリングを取り付ける必要が無くなり、気密封止歩留まりも格段に安定し向上する。
【００１３】
また、封止材の膜厚が３５μｍ〜６０μｍの範囲であることを特徴とする。かかる構成によれば、容器に対する熱応力歪みが更に緩和され、封止材の溶融状態も適切に調整できる。その結果、さらに気密封止歩留まりが安定し向上する。
【００１４】
さらに、上述した目的を達成するために、本発明の圧電振動子パッケージの製造方法は、二次溶接工程に先立って、シーム溶接加工室内の圧力を所定圧に制御する内圧制御工程を有すること特徴とする。
【００１５】
かかる構成によれば、短辺方向の接合を二次溶接工程とする場合、アウトガスの発生が少ないことから、圧電振動子パッケージの内部圧力がシーム加工室内圧力とほぼ一致するので、シーム溶接加工室内の圧力を所定圧に制御し、圧電振動子のＣＩ値（クリスタルインピーダンス値）を所望の範囲に定めることができる。その結果、最適な振動子素子の振動特性が得ることができるので、駆動特性及び起動特性のバランスが良好な圧電振動子パッケージを製造することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による圧電振動子パッケージの製造方法により製造された圧電振動子パッケージは、従来容器に取り付けていたシールリングが不要となり、直接容器に金属製の蓋体をシーム溶接することが可能となり、コストダウンと小型及び薄型化ができる。さらに、気密封止歩留まりも向上しかつ安定する。また、圧電振動子パッケージ内の圧力調整が可能となり、圧電振動子のＣＩ値を所定の範囲に制御できるので、検出特性と起動特性のバランスを良好に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１の実施の形態）
以下に図１〜図５に基づいて、この発明に係る圧電振動子パッケージの製造方法及びこれにより製造された圧電振動子パッケージの好適な第１の実施の形態を詳細に説明する。ここでは、圧電振動子パッケージとして、容器内に水晶振動子が収納されて気密封止された水晶振動子パッケージについて例示し、特に、水晶振動子が表面実装されたものについて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る水晶振動子パッケージの製造方法における各工程を示すフローチャートであり、各工程ステップＳ１０１〜Ｓ１０８を含む。また、図２は、図１の製造方法により製造された水晶振動子パッケージの模式的な断面図である。さらに、図３〜図５は、図１の製造方法における各工程を説明するための模式的な正面図及び平面図である。
【００１９】
図２に示す水晶振動子パッケージ１０の構成について説明する。水晶振動子パッケージ１０は、開口した箱状の収容部に水晶振動子１１を収容した容器１２と、容器１２に封止材１４で接合されて開口部を覆う蓋体１７とで構成されている。容器１２は、底部と、底部の外周に沿って配置された側壁とから構成され、上部が開口した箱形であり、その上面中央部に水晶振動子１１の収容部であるキャビティ１８を設けてある。容器１２の側壁上面１２ａには、タングステンからなるメタライズ層１３が設けられており、その厚みは１０μｍ〜２０μｍであり、そのメタライズ層１３の表面には、ニッケルめっきと金めっきを層状に形成している（図示せず）。ニッケルめっきの厚みは、８μｍ〜２０μｍであり、金めっきの厚みは、０．３μｍ〜１．０μｍである。容器１２の底面に形成された支持台１５上に接着剤１６を介して水晶振動子１１を接着固定する。
【００２０】
容器１２の構成材料としては、セラミックス、樹脂等が挙げられるが、ここでは、容器１２が例えば酸化アルミニウム質焼結体や、窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから構成されている。
【００２１】
蓋体１７は、平面視において外周が容器１２の外周とほぼ一致する形状（容器１２より若干小さい寸法）を有する。蓋体１７は金属で作られ、ここでは、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等が用いられる。
【００２２】
容器１２と蓋体１７との間に介在する封止材１４には、共晶組成のろう材料や半田材料、あるいは低融点ガラス等が用いられる。ここでは、融点によってろう材料と半田材料とを区別しており、ろう材料は４５０℃以上で溶融する材料であり、半田材料は４５０℃未満で溶融する材料である。
【００２３】
ろう材料としては、例えば、Ａｇ−Ｃｕ合金で構成される銀ろう、Ａｌ−Ｓｉ合金で構成されるアルミニウムろう、Ｎｉ−Ｃｒ合金で構成されるニッケルろう、Ａｕ−Ｃｕ合金やＡｕ−Ｎｉ合金で構成される金ろう、Ｐｄ−Ａｇ合金やＰｄ−Ｎｉ合金で構成されるパ
ラジウムろう等の金属ろうが用いられる。
【００２４】
また、半田材料としては、例えば、Ｓｎ−Ｐｂ合金で構成される錫−鉛半田、Ａｌ−Ｓｉ合金で構成されるアルミニウム半田、Ａｕ−Ｓｉ合金やＡｕ−Ｓｎ合金で構成される金半田、Ｃｄ−Ｚｎ合金で構成されるカドミウム半田等の金属半田が用いられる。
【００２５】
さらに、低融点ガラスは、具体的には３００〜７００℃で溶融・軟化するガラスであって、例えば、ＰｂＯとＢ２Ｏ３とを主成分として含む無機低融点ガラスや、無機物と有機物とを含むハイブリッド低融点ガラス等が用いられる。ここでは、図２の水晶振動子パッケージ１０では、Ａｕ−Ｓｎ合金で構成された金半田封止材が用いられており、封止材１４は、予め蓋体１７の周縁部に配設されている。
【００２６】
封止材１４の膜厚は３５μｍ〜６０μｍが適当である。この寸法であれば容器に対する熱応力歪みが更に緩和され、封止材の溶融状態も適切に調整できる。封止材の膜厚が３５μｍ未満であると、熱応力緩和の効果が薄れ、容器にクラックが入りやすくなる。また、封止材の膜厚が６０μｍを超えると、封止材が溶融しにくくなり、気密性を低下させる。
【００２７】
図１の、水晶振動子パッケージ１０の製造方法の各工程を示すフローチャートについて説明する。最初に、水晶振動子１１を、容器１２の底面に形成された支持台１５上に、容器１２の底面と平行になるように接着剤１６を介して接着固定する。接着剤１６は加熱硬化炉で硬化させる。接着剤としては、耐熱特性に優れアウトガスの発生が少ない、熱硬化型のシリコーン系樹脂またはエポキシ系樹脂等が用いられる（ステップＳ１０１）。
【００２８】
次いで、真空アニール炉内に載置し、真空排気した雰囲気内で２６０℃以上に保持した状態で４時間程度加熱処理を行う。セラミックス製の容器１２のメタライズ層１３及びめっき層や接着剤１６内部に含まれるアウトガス成分、例えば、水分、炭酸ガス、窒素ガス等を除去することができる（ステップＳ１０２）。
【００２９】
次いで、容器１２の開口を封止するように、蓋体１７を容器１２の側壁上面１２ａに封止材１４を介して載置する。蓋体１７を容器１２に載置した後、蓋体１７の上側から蓋体１７の両短辺の中央部に抵抗溶接機のローラ電極を押し付け通電することにより、短辺中央部二箇所において、蓋体１７を容器１２に仮付けする（ステップＳ１０３）。
【００３０】
次いで、蓋体１７が仮付けされた容器１２をシーム加工室内に載置し、シーム加工室内に不活性ガスである窒素ガスを露点温度を監視して導入し、充填させる。不活性ガスとしては、他の不活性ガスまたは希ガスを用いても良いが、窒素ガスが低コストで使用できる（ステップＳ１０４）。
【００３１】
次いで、図３を用いて、シーム溶接方法について説明する。シーム溶接方法は、一対のローラ電極１９を金属製の蓋体１７の外周の縁部に押し付けて、回転移動させながらローラ電極１９間に通電を行い、この時接触部に発生するジュール熱を利用して封止材１４を溶融させ、容器１２と金属製の蓋体１７とを接合する方法である。
容器１２と金属製の蓋体１７とを接合する方法である。
【００３２】
図４に示す通り、蓋体１７の平行な二つの長辺側の縁部２０に一対のローラ電極１９を１００ｇ荷重の状態で接触させて、加圧通電しながら往復回転移動させる。すなわち一次溶接工程であって、ローラ電極１９間に通電する溶接電流値は、矢印２０ａの方向の往路を回転移動させる際には、封止材１４が溶融しない範囲の出力値に設定し、矢印２０ｂの方向の復路を回転移動させる際には、封止材１４が充分に溶融する範囲の出力値に設定する。往路で予備加熱を行い、復路で封止材１４を本加熱し溶融させて二つの長辺の接合を
行う（ステップＳ１０５）。溶接速度は１０〜２０ｍｍ／秒とした。
【００３３】
次いで、シーム加工室内部の窒素ガスを排気し、高真空用ポンプを使用して、０．００１Ｐａ以下程度の高真空状態に排気する。容器１２と蓋体１７との二つの短辺側の隙間を通して、内部の残留ガス成分を排気することができる（ステップＳ１０６）。
【００３４】
次いで、このように真空排気した雰囲気内で、図５に示すように、蓋体１７の平行な二つの短辺側の縁部２１に一対のローラ電極１９を１００ｇ荷重の状態で接触させて、加圧通電しながら往復回転移動させる。すなわち二次溶接工程であって、ローラ電極１９間に通電する溶接電流値は、矢印２１ａの方向の往路を回転移動させる際には、封止材１４が溶融しない範囲の出力値に設定し、矢印２１ｂの方向の復路を回転移動させる際には、封止材１４が充分に溶融する範囲の出力値に設定する。往路で予備加熱を行い、復路で封止材１４を本加熱し溶融させて二つの短辺の接合を行う。接合距離は長辺方向と比較すると短距離、短時間で接合が完了できるので、アウトガスの影響が非常に少ない（ステップＳ１０７）。溶接速度は１０〜２０ｍｍ／秒とした。
【００３５】
容器１２と蓋体１７との気密封止工程が終了した水晶振動子パッケージ１０をシーム加工室から取り出す（ステップＳ１０８）。
【００３６】
以上のように、本実施の形態の水晶振動子パッケージの製造方法によれば、シールリングが不要となり、コストダウンと小型及び薄型化ができた。さらに、気密封止歩留まりも格段に向上しかつ安定させることができた。なお、一次溶接工程と二次溶接工程として、長辺の接合と短辺の接合のどちらを選ぶかは任意であるが、本実施の形態のように短辺の接合を二次溶接工程とするのが、上述のように、二次溶接工程時間を短くでき、アウトガスの発生を少なくできて好ましい。
【００３７】
（第２の実施の形態）
次に、圧電振動子パッケージの製造方法の第２の実施の形態を説明する。圧電振動子パッケージとして、第１の実施の形態と同様に、容器内に水晶振動子が収納されて気密封止された水晶振動子パッケージについて説明する。
【００３８】
本実施の形態に係る水晶振動子パッケージ１０の製造方法は、第１の実施の形態の場合と同様、図１のフローチャートで示す各工程ステップＳ１０１〜Ｓ１０８を含み、図２の水晶振動子パッケージ１０を製造するものであるが、第１の実施の形態と比較すると、図１に示す製造工程のうち、ステップＳ１０６のみ以下の点において内容が異なっている。その他のステップについては第１の実施の形態と同様であり、説明を省略する。
【００３９】
本実施の形態では、図１の製造工程のステップＳ１０６を、図６に示すステップＳ２０６で置き換える。これはシーム加工室内に不活性ガスである窒素ガスを流量調整しながら導入し、充填させることにより、シーム加工室内を所定の圧力に調整するものである。窒素ガスとは別の不活性ガスまたは希ガスを用いても良い。短辺方向の接合を二次溶接工程にすれば、アウトガス発生が少ないことから、水晶振動子パッケージ１０の内部圧力が、シーム加工室内圧力とほぼ一致する。
【００４０】
以上のように、本実施の形態の水晶振動子パッケージの製造方法によれば、水晶振動子パッケージ１０は、所定の圧力範囲で気密封止することができた。水晶振動子１１の適正ＣＩ値の調整が可能となり、水晶振動子１１の駆動特性と起動特性のバランスが良好にできた。
【００４１】
上記の第１及び第２の実施の形態は、本発明に係る圧電振動子パッケージの製造方法の
例示であり、本発明は、第１及び第２の実施の形態に限定されるものではない。
【００４２】
例えば、上記の第１及び第２の実施の形態においては、図１に示すように、蓋体の仮付け工程（ステップＳ１０３）を行う前にアニール処理工程（ステップＳ１０２）を行っているが、アニール処理工程（ステップＳ１０２）を、蓋体の仮付け工程（ステップＳ１０３）の後に行ってもよい。
【００４３】
上記の第１及び第２の実施の形態においては、本発明に係る圧電振動子パッケージが、容器１２内に音叉型の水晶振動子１１を収納する場合について説明したが、音叉型以外の水晶振動子を収納するものであってもよい。
【００４４】
さらに、水晶振動子１１に限らず、その他の圧電振動子を収納する構成の圧電振動子パッケージについても、本発明は適用可能である。例えば、セラミックス素子、ＬＮ（ニオブ酸リチウム）クリスタル素子、ＭＥＭＳ素子を容器内に収納する圧電振動子パッケージに本発明を適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明に係る圧電振動子パッケージの製造方法及びこの製造方法により製造された圧電振動子パッケージは、シールリングを使用しなくても、金属製の蓋体を容器にシーム溶接することが可能となり、コストダウンと小型化および薄型化ができる。さらに、気密封止歩留まりも向上しかつ安定するので、音叉型振動子、ＡＴ振動子、ＳＡＷ共振子、水晶発振器、ＴＣＸＯ等の製造に適している。
【００４６】
また、圧電振動子パッケージ内の圧力調整が可能となり、圧電振動子の真空特性が内部圧力に大きく依存する振動型ジャイロセンサや振動型加速度センサの製造に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１及び第２の実施の形態に係る圧電振動子パッケージの製造方法の各工程を示すフローチャートである。
【図２】図１の製造方法により製造された圧電振動子パッケージの模式的な断面図である。
【図３】図１の製造方法の、圧電振動子パッケージの溶接方法を説明する模式的な正面図である。
【図４】図１の製造方法の、一次溶接工程におけるシーム溶接方法を説明する模式的な平面図である。
【図５】図１の製造方法の、二次溶接工程におけるシーム溶接方法を説明する模式的な平面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る圧電振動子パッケージの製造方法の内圧制御工程を示す説明図である。
【図７】従来のパッケージの製造法のシーム溶接方法を示す説明図である。
【図８】従来のパッケージの製造法のシーム溶接方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０：水晶振動子パッケージ
１１：水晶振動子
１２：容器
１２ａ：側壁上面
１３：メタライズ層
１４：封止材
１５：支持台
１６：接着剤
１７：蓋体
１８：キャビティ
１９：ローラ電極
２０：蓋体の長辺方向の縁部
２１：蓋体の短辺方向の縁部
【図１】
2009232327.tif 000003
【図２】
2009232327.tif 000004
【図３】
2009232327.tif 000005
【図４】
2009232327.tif 000006
【図５】
2009232327.tif 000007
【図６】
2009232327.tif 000008
【図７】
2009232327.tif 000009
【図８】
2009232327.tif 000010