JP2001094380A - 圧電振動デバイス用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コスト安でまたＥＭＩ対策がとれるととも
に、パッケージと金属フタの接合の信頼性を向上させた
圧電振動デバイス用パッケージを提供する。 【解決手段】 表面実装型水晶振動子は、全体として直
方体形状で、上部が開口した凹部を有するセラミックパ
ッケージ１と、当該パッケージの中に収納される圧電振
動素子である矩形水晶振動板３と、パッケージの開口部
に接合される逆凹形状の金属フタ２とからなる。パッケ
ージの金属層１１上に前記金属フタの開口端部２１を搭
載し、この状態で樹脂接着剤Ｓ２により気密封止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電振動デバイス用
パッケージに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】気密封止を必要とする圧電振動デバイス
の例として、水晶振動子、水晶フィルタ、水晶発振器あ
るいはＳＡＷフィルタ等があげられる。これらはいずれ
も水晶振動板（圧電振動板）の表面に金属薄膜電極を形
成し、この金属薄膜電極を外気から保護するため、気密
封止されている。

【０００３】これら水晶応用製品は部品の表面実装化の
要求から、セラミックパッケージに気密的に収納する構
成が増加している。このようなセラミックパッケージを
用いる場合、パッケージ本体とフタとの接合は多種多様
の接合方法が検討されている。例えばはんだ接合、低融
点ガラス接合、抵抗溶接、電子ビーム溶接等各種の接合
方法であるが、よく用いられている接合方法としてシー
ム溶接による気密封止があり、例えば特開平７−３２６
６８７号の従来例に示されている。これは、セラミック
パッケージの開口部分に形成されたシールリング（金属
枠体）と金属製の蓋体とを、抵抗溶接の１種であるシー
ム溶接により気密封止したもので、表面実装化に対応し
た接合方法である。

【０００４】シーム溶接は電流の流れる領域のみが加熱
され、局所加熱方法としては好適な方法であり、その気
密封止の信頼性も高く評価されている。しかしながら、
シーム溶接を行う場合、パッケージの開口部分にシール
リングを予めろう接する必要から、このろう材のメニス
カス（meniscus）部分が必要となる。すなわちシーム溶
接においては接合領域を得るためのメニスカス部分等が
必要となり、圧電振動デバイスの超小型化には適してい
ない。また十分な電子素子収納領域が確保できなくな
る。例えば水晶振動子においては、水晶振動板が小さす
ぎると所望の電気的特性が得にくくなったり、設計の余
裕度が小さくなる。また水晶振動板のパッケージへの搭
載も困難になる。

【０００５】また、図６に示すように、パッケージとフ
タとを低融点ガラスまたは樹脂接着剤を用いる方法もあ
る。図６はセラミックパッケージ８とセラミックパッケ
ージの開口部分の金属層８１と接合される金属フタ９と
からなり、両者を樹脂接着剤Ｓにて接合した圧電振動デ
バイス用パッケージを示している。

【０００６】ガラスまたは樹脂接着剤により接合する場
合、シーム溶接のための構成（例えばシームリング等）
を必要とせず、また接合の際、多数個の接合を一括して
行えるバッチ処理が可能となるため、製造コストを低下
させる利点を有している。

【０００７】しかしながらガラス、絶縁性の樹脂接着剤
でセラミックパッケージの開口部分に金属フタを面接合
する場合、両者間に樹脂接着剤が介在してしまい、前記
メタライズ層と金属フタとの導通がとれないことがあっ
た。このような場合、圧電振動デバイス駆動時に発生す
る高周波ノイズが金属フタを介して外部に放射され、外
部機器に悪影響を与えることがあり、いわゆるＥＭＩ対
策がとれていない構成となることがあった。

【０００８】また、図７に示すように金属フタ９がセラ
ミックパッケージ８に対してずれて接合され、接合面積
が小さくなった場合、例えば接合領域Ａで示す領域は接
合力が弱くなり、気密性が低下することがあった。また
パッケージ外形より突出した金属フタ部分が、後工程、
例えば圧電振動デバイスをプリント配線基板へ搭載する
工程等において、悪影響を与えることがあった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
解決するためになされたもので、コスト安でまたＥＭＩ
対策がとれるとともに、パッケージと金属フタの接合の
信頼性を向上させた圧電振動デバイス用パッケージを提
供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は請求項１に示すように、圧電振動素子を搭
載するセラミック基体と、搭載した圧電振動素子を気密
封止し、断面が逆凹形に開口した金属フタとからなる圧
電振動デバイス用パッケージであって、前記セラミック
基体の圧電振動素子搭載面の外周近傍に周状の金属層が
形成されるとともに、当該金属層は圧電振動デバイス用
パッケージの外面に導出されたアース端子に電気的に接
続されており、また前記金属フタの開口端部が前記金属
層に当接した状態で低融点ガラスまたは樹脂接着剤また
は半田により接合されていることを特徴としている。

【００１１】また請求項２に示すように、圧電振動素子
を収納する凹部を有し、外周に堤部を有するセラミック
基体と、当該凹部に対応した開口部を有する逆凹部を有
する金属フタとを気密的に接合してなる圧電振動デバイ
ス用パッケージであって、前記セラミック基体の堤部上
面には、ほぼ全面にメタライズ層が形成されるととも
に、当該メタライズ層は前記圧電振動デバイス用パッケ
ージの外面に導出されたアース端子に電気的接続されて
おり、また前記金属フタの開口端部が前記メタライズ層
に当接した状態で低融点ガラスまたは樹脂接着剤または
半田により接合されていることを特徴とする構成であっ
てもよい。

【００１２】上記構成によれば、金属フタの開口端部と
セラミック基体の金属層が垂直または垂直に近い状態で
当接する。これにより接合材によるメニスカスが良好な
状態で形成され、また開口端部が金属層に対し鋭利な状
態で当接することにより、両者間に樹脂接着剤やガラス
が介在しにくくなり、両者の導通が確保できる。また多
数個の圧電振動デバイスに対し一括加熱処理により、気
密封止を行うことができるので生産性を向上させること
ができる。なお、金属層の材料を比較的軟質な金属を用
いることにより、開口端部の金属層へのアンカー効果を
得やすくなる。

【００１３】また、セラミック基体が平板形状である場
合、複雑な積層技術を用いる必要がないので、パッケー
ジのコスト安に寄与できる。

【００１４】さらに請求項３に示すように、請求項１ま
たは請求項２記載の圧電振動デバイス用パッケージにお
いて、開口端部の肉厚が漸次薄くなる構成としてもよ
い。

【００１５】金属フタの開口部分を端部に向かうにつれ
漸次薄くすることにより、先端部分がより鋭利な状態に
なり、金属層に対するアンカー効果が強化される。

【００１６】さらに請求項４に示すように、請求項１ま
たは請求項２記載の圧電振動デバイス用パッケージにお
いて、金属フタの開口端面が、複数の凹凸を有する構成
であるか、または粗面加工されている構成としてもよ
い。

【００１７】開口端面に形成された凸部や粗面加工され
た微細凸部が鋭利な状態になり、金属層に対するアンカ
ー効果が強化される。

【００１８】また、請求項５に示すように、請求項１乃
至請求項４のいずれかに記載の圧電振動デバイス用パッ
ケージにおいて、前記金属フタの開口端部の厚さに対す
る前記金属層の幅が、３〜５倍の範囲にある構成として
もよい。

【００１９】開口端部の厚さに対して金属層の幅が充分
でないと、金属層の開口端部が当接する部分以外の領域
が狭くなり、当該領域にある低融点ガラスや樹脂接着剤
等の量が少量になってしまう。この場合、十分なメニス
カスが形成されず接合強度の低下につながってしまう。
また開口端部の厚さに対して金属層の幅が大きすぎる
と、金属層の開口端部が当接する部分以外の領域が広く
なりすぎ、一定量の樹脂接着剤等ではメニスカスの高さ
低くなってしまう。この場合も十分なメニスカスが形成
されず接合強度の低下につながってしまう。また十分な
メニスカスを得ようとする場合、樹脂接着剤の量が多く
なりすぎてしまう。本発明者は低融点ガラス、樹脂接着
剤、半田いずれの場合においても、前記金属フタの開口
端部の厚さに対する前記金属層の幅を、３〜５倍にする
ことにより、効率的に良好な強度のメニスカスが形成さ
れることを確認した。当該範囲外では上述の不具合の生
じる可能性が高くなる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明による第１の実施の形態を
表面実装型の水晶振動子を例にとり図１とともに説明す
る。図１は本実施の形態を示す内部断面図である。表面
実装型水晶振動子は、全体として直方体形状で、上部が
開口した凹部を有するセラミックパッケージ１と、当該
パッケージの中に収納される圧電振動素子である矩形水
晶振動板３と、パッケージの開口部に接合される金属フ
タ２とからなる。

【００２１】断面でみてセラミックパッケージ１は、凹
形のセラミック基体１０と、凹形周囲の堤部１０ａに形
成される周状の金属層１１とからなる。金属層１１は、
タングステン等からなるメタライズ層１１ａと、メタラ
イズ層上に形成される上部金属膜層１１ｂとからなる。
金属膜層１１ｂはメタライズ層に接してニッケルメッキ
層と、当該ニッケルメッキ層の上部に形成される極薄の
金メッキ層とからなる。なお、前記金メッキ層１２ｂは
形成しなくても接合性にさほど影響しない。各層の厚さ
は、例えば、メタライズ層１１が約２５〜３０μｍ、ニ
ッケルメッキ層１２ａが約４〜８μｍ、金メッキ層１２
ｂが約０．５〜１．０μｍである。

【００２２】また、セラミックパッケージ１の内部底面
には、短辺方向に並んで電極パッド１３、１４（１４は
図示せず）が形成されており、これら電極パッドは連結
電極１５，１６（１６は図示せず）を介して、パッケー
ジ外部の底面に引出電極１７，１８として電気的に引き
出されている。また図示していないが、パッケージ外部
の底面には、前記メタライズ層１１と電気的に接続され
たアース電極が形成されている。前記電極パッド１３，
１４には圧電振動素子である矩形の水晶振動板３が搭載
され、長辺方向の一端を片持ち支持する構成となってい
る。水晶振動板３の表裏面には図示していないが一対の
励振電極が形成され、各々電極パッド１３，１４部分に
引き出されており、導電性接合材Ｓ１により導電接合さ
れている。

【００２３】金属フタ２はコバールを母材とし、その表
面にニッケルメッキが施されており、また断面でみて逆
凹形状を有している。この加工は金属平板を絞り加工に
より塑性変形させることで容易に行うことができる。こ
れにより開口部の周囲に周状の開口端部２１を有する構
成となっており、当該開口端部２１は前記セラミックパ
ッケージに形成された周状の金属層１１の幅方向中心部
分にちょうど対応して位置するような形状、サイズとな
っている。

【００２４】前記金属層１１上に前記金属フタの開口端
部２１を搭載し、この状態で樹脂接着剤Ｓ２により気密
封止する。より具体的には金属層上に予め樹脂接着剤を
塗布しておくか、あるいは開口端部に予め樹脂接着剤を
浸漬等の手段により塗布しておき、そして金属層上に開
口端部を搭載する。これによりセラミックパッケージの
凹部と金属フタの逆凹部を合致させた状態となり、この
状態で加熱硬化炉に所定時間投入し、接着剤を硬化させ
る。樹脂接着剤は加熱時にその表面張力によりメニスカ
スが形成され、セラミックパッケージと金属フタの接合
を強固にする。本実施例において、前記金属フタの開口
端部の厚さは０．０８mm、前記金属層の幅は０．３mmで
あり、約３．８倍程度の寸法比となっており、前記メニ
スカスが良好な状態で形成され、接合強度を向上させて
いる。

【００２５】なお、金属フタとセラミックパッケージの
金属層の電気的接続を確実にするため、両者間に加圧を
行ってもよい。この加圧は１g/mm２〜５g/mm２程度あれ
ばよい。また量産性を考慮した場合、このようなパッケ
ージと金属フタのペアを多数個用意し、これらを加熱硬
化炉に所定時間投入し接着剤を硬化させるとよい。

【００２６】本発明による第２の実施の形態を表面実装
型の水晶発振器を例にとり図２とともに説明する。第１
の実施の形態と同じ構造部分については同番号を用いて
説明するとともに、一部説明を割愛する。この例におい
ても、基本構成は上述の実施の形態で示した構成に類似
したものであり、上部が開口した凹部を有するセラミッ
クパッケージ１と、当該パッケージの中に収納される電
子素子である水晶振動板３並びに回路素子３１と、パッ
ケージの開口部に接合される金属フタ２２とからなる。
本実施の形態においては、金属フタ２２の開口部分が断
面でみて漸次広がっており、開口端部２３のエッジ部分
が金属層１１に鋭利な状態で当接した構成となってい
る。また、この実施の形態においては、金属膜層を構成
するニッケルメッキ層の厚さが１０〜１２μｍと厚肉化
されている。ニッケルメッキは比較的延性に富んでお
り、金属フタの開口端部との導通をより確実にすること
ができる。なお、水晶振動板３とともに水晶発振回路を
構成するＩＣ等の回路素子３１も同一空間に気密収納さ
れている。

【００２７】本発明による第３の実施の形態を表面実装
型の水晶振動子を例にとり図３、図４とともに説明す
る。この例ではセラミック基体１０が平板形状であり、
金属フタ６側の逆凹部分により、圧電振動素子の収納領
域を形成している。セラミック基体５は平板形状で圧電
振動素子搭載面の外周近傍には金属層５１が周状に形成
されている。当該金属層５１は、タングステン等からな
るメタライズ層と、メタライズ層上に形成される金属膜
層とからなる。金属膜層はメタライズ層に接してニッケ
ルメッキ層と、当該ニッケルメッキ層の上部に形成され
る極薄の金メッキ層とからなる。

【００２８】また、セラミックパッケージ５の内部底面
には、短辺方向に並んで電極パッド５３、５４（５４は
図示せず）が形成されており、これら電極パッドは連結
電極５５，５６（５６は図示せず）を介して、パッケー
ジ外部の底面に引出電極５７５８（５８は図示せず）と
して電気的に引き出されている。またパッケージ外部の
底面には、前記金属層５１と連結電極５２を介して電気
的に接続されたアース電極５９が形成されている。前記
電極パッド５３，５４には圧電振動素子である矩形の水
晶振動板３が搭載され、長辺方向の一端を片持ち支持す
る構成となっている。水晶振動板３の表裏面には図示し
ていないが一対の励振電極が形成され、各々電極パッド
５３，５４部分に引き出されており、導電性接合材Ｓ１
により導電接合されている。

【００２９】金属フタ２は４２アロイ（Ｎｉ−Ｆｅ合
金）、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼からなり、断面で
見て逆凹形状を有している。この加工は金属平板を絞り
加工により塑性変形させることで容易に行うことがで
き、また凹形状の深さも絞り加工量で調整できる。図４
に示すように金属フタ６の開口端部６１の端面６１ａに
は複数の鋭利な凹凸が形成されている。

【００３０】前記金属層５１上に前記金属フタの開口端
部６１を搭載し、この状態で低融点ガラスあるいは樹脂
接着剤により気密封止する。端面６１ａの凹凸の凸部が
金属層に食い込み両者の導通が強化される。なお、樹脂
接着剤において導電フィラーを混合した導電性を有する
ものを用いた場合、前記金属フタ６と前記金属層５１の
導通を補助する効果がある。また低融点ガラスや樹脂接
着剤に代えて半田を用いてもよい。但し、半田溶融時に
発生するガスが圧電振動素子並びに励振電極に悪影響を
与える可能性があるので、適用する圧電振動デバイスが
限定される。

【００３１】なお、前記端面６１ａの凹凸加工に代え
て、粗面加工されている構成としてもよい。粗面加工さ
れた微細凸部が鋭利な状態になり、金属層に対するアン
カー効果が強化される。

【００３２】本発明による第４の実施の形態を表面実装
型の水晶振動子を例にとり図５とともに説明する。この
例は上記第３の実施の形態と主要構成部分は同じである
が、金属フタの構成が異なっている。金属フタの開口部
分の肉厚が、端部６２に向かうにつれ漸次薄くなる構成
としている。このように開口端部を漸次薄くすることに
より、先端部分がより鋭利な状態になり、金属層５１に
対するアンカー効果が強化される。

【００３３】また圧電振動デバイスの例として、水晶振
動子、水晶発振器の例を示したが、もちろん水晶フィル
タ、ＳＡＷフィルタ等の他の圧電振動デバイスにも適用
できる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、金属フタの開口端部が
鋭利な状態でセラミック基体のメタライズ層に当接する
ので、両者間に樹脂接着剤やガラスが介在しにくくな
り、両者の導通が確保できる。また多数個の圧電振動デ
バイスに対し一括加熱処理により、気密封止を行うこと
ができるので生産性を向上させることができる。従っ
て。材料コスト並びに製造コストを安くし、またＥＭＩ
対策のとれた圧電振動デバイス用パッケージを得ること
ができる。また、パッケージと金属フタが多少ずれて接
合されたとしても、接合強度が低下することが無く、接
合の信頼性を向上させることができる。

【００３５】また、セラミック基体が平板形状である場
合、複雑な積層技術を用いる必要がないので、パッケー
ジのコスト安に寄与できる。

【００３６】さらに請求項３に示す構成によれば、開口
端部を漸次薄くすることにより、先端部分がより鋭利な
状態になり、金属層に対するアンカー効果が強化され、
電気的機械的接合の強度を向上させることができる。

【００３７】さらに請求項４に示す構成によれば、開口
端面に形成された凸部や粗面加工された微細凸部が鋭利
な状態になり、金属層に対するアンカー効果が強化され
る。従って、電気的機械的接合の強度を向上させること
ができる。

【００３８】また、請求項５に示す構成によれば、前記
金属フタの開口端部の厚さに対する前記金属層の幅を、
３〜５倍にすることにより、低融点ガラス、樹脂接着剤
等を用いた場合、効率的に良好な強度のメニスカスが形
成され、金属フタとセラミック基体との接合が強化され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態による内部断面図。

【図２】第２の実施の形態による内部断面図。

【図３】第３の実施の形態による内部断面図。

【図４】図３の部分拡大図。

【図５】第４の実施の形態による内部断面図。

【図６】従来例を示す図。

【図７】従来例を示す図。

【符号の説明】

１ セラミックパッケージ １０、５ セラミック基体 １１、５１、８１ 金属層 ２、６，９ 金属フタ ３ 水晶振動板（圧電振動素子）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動素子を搭載するセラミック基体
   と、搭載した圧電振動素子を気密封止し、断面が逆凹形
   に開口した金属フタとからなる圧電振動デバイス用パッ
   ケージであって、 前記セラミック基体の圧電振動素子搭載面の外周近傍に
   周状の金属層が形成されるとともに、当該金属層は圧電
   振動デバイス用パッケージの外面に導出されたアース端
   子に電気的に接続されており、 また前記金属フタの開口端部が前記金属層に当接した状
   態で低融点ガラスまたは樹脂接着剤または半田により接
   合されていることを特徴とする圧電振動デバイス用パッ
   ケージ。
2. 【請求項２】 圧電振動素子を収納する凹部を有し、外
   周に堤部を有するセラミック基体と、当該凹部に対応し
   た開口部を有する逆凹部を有する金属フタとを気密的に
   接合してなる圧電振動デバイス用パッケージであって、 前記セラミック基体の堤部上面には、ほぼ全面にメタラ
   イズ層が形成されるとともに、当該メタライズ層は前記
   圧電振動デバイス用パッケージの外面に導出されたアー
   ス端子に電気的接続されており、 また前記金属フタの開口端部が前記メタライズ層に当接
   した状態で低融点ガラスまたは樹脂接着剤または半田に
   より接合されていることを特徴とする圧電振動デバイス
   用パッケージ。
3. 【請求項３】 金属フタの開口部分の肉厚が端部に向か
   うにつれ漸次薄くなる構成であることを特徴とする請求
   項１または請求項２記載の圧電振動デバイス用パッケー
   ジ。
4. 【請求項４】 金属フタの開口端面が、複数の凹凸を有
   する構成であるか、または粗面加工されていることを特
   徴とする請求項１または請求項２記載の圧電振動デバイ
   ス用パッケージ。
5. 【請求項５】 前記金属フタの開口端部の厚さに対する
   前記金属層の幅が、３〜５倍の範囲にあることを特徴と
   する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧電振動
   デバイス用パッケージ。