JP2001196485A - 電子部品用パッケージおよび圧電振動デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パッケージを小型化しても、気密封止の信頼
性を実用的なレベルに維持でき、電気的性能の向上をは
かることのできる電子部品用パッケージおよび圧電振動
デバイスを提供する。 【解決手段】 断面でみて凹形のセラミックパッケージ
１は、セラミック基体１０と、凹形周囲の堤部１０ａ上
に形成される周状の金属層とからなる。気密封止する金
属フタ２はコバール等の金属母材２０の下面に前記周状
の第１の金属膜層１２に対応した周状の第２の金属膜層
２１を形成している。この第２の金属膜層２１は例えば
銀ろうからなり、その厚さは約２０μｍである。当該銀
ろう層の形成は、溶射法により形成される。金属フタ２
と前記セラミックパッケージ１の各金属膜層の接合は、
シーム溶接と同じ手法を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子部品用パッケー
ジに関するものであり、特に気密封止を必要とする電子
部品用パッケージに適用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】気密封止を必要とする電子部品の例とし
て、水晶振動子、水晶フィルタ、水晶発振器等の水晶応
用製品があげられる。これら各製品はいずれも水晶振動
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】シーム溶接に必要な構成を図６、図７とと
もに説明する。図６はシールリングを用いた従来の電子
部品用パッケージの内部断面図、図７は図６の一部拡大
断面図である。セラミックパッケージ７０の堤部７１上
面にはメタライズ層７２が形成され、その上面にニッケ
ル等の金属メッキ層（図示せず）が形成されている。こ
の金属メッキ層の上面にコバール等からなるシールリン
グ７３がろう材７４により接合されている。そしてニッ
ケルメッキ７６の形成されたコバール等からなる金属フ
タ７５が前記シールリング上に搭載されて、一対の通電
ローラー７７（他方は図示していない）により金属フタ
７５の外周の稜をトレースしながら通電し、金属フタと
シールリングを接合していた。金属フタの外周はシール
リングの外周より若干小さく形成され、段差部ｂが形成
されており、両者の接合を確実にしている。

【０００５】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、
図７から明らかなとおり、シーム溶接を行う場合堤部上
面には、ろう材のメニスカス（meniscus）部分ａが必要
となり、また上述した段差部ｂが必要となる。従って、
金属フタとシールリングの実質的な接合部分は接合領域
ｃとなってしまう。例えば縦６mm、横３mmのパッケージ
の場合、メニスカス部分の幅ａ１が０．２mm、段差部の
幅ｂ１が０．１mm、接合領域の幅ｃ１が０．２mm程度と
なる。この接合領域０．２mmは気密信頼性の面から実質
的に最小寸法となっている。すなわちシーム溶接におい
ては接合領域ｃを得るためにメニスカス部分ａおよび段
差部ｂの形成も必要となり、電子部品の超小型化には適
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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年においてはより微
小な電子部品が要求されており、従来小型化が困難とさ
れていた圧電振動子の分野においても、例えば外形サイ
ズが縦３mm、横２mm、高さ０．８mm程度の表面実装型の
水晶振動子が考案されている。このような水晶振動子
は、水晶振動板の超小型化への対応が必要となるととも
に、これを収納するパッケージにも工夫が必要となり、
従来用いられていた技術では対応できなくなっていた。

【０００７】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、パッケージを超小型化しても、気密封止の
信頼性を実用的なレベルに維持でき、電子部品としての
電気的性能の向上をはかることのできる電子部品用パッ
ケージおよび圧電振動デバイスを提供すること目的とす
るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】シーム溶接を用いた電子
部品用パッケージにおいて、シールリングは焼成による
メタライズ層の凹凸を吸収するとともに、当該メタライ
ズ層に対してシーム溶接時の熱の影響を緩和するために
用いている。ところが上述の説明で明らかなとおり、小
型化を阻害している要因は、シールリング（金属枠体）
を用いていることにある。本発明は当該シールリングを
採用せず、気密封止の信頼性を確保する構成を検討した
ものであり、次の構成によって解決するものである。

【０００９】請求項１による電子部品用パッケージは、
セラミック基体と、当該セラミック基体の主面周囲に周
状に形成されたメタライズ層と、当該メタライズ層の上
面に形成された第１の金属膜層と、前記第１の金属膜層
の少なくとも一部に対応して形成された第２の金属膜層
が形成された金属フタとからなり、前記第２の金属膜層
は溶射法により形成されるとともに、少なくとも当該第
２の金属膜層を電気抵抗熱により溶融させ、気密接合を
行ったことを特徴とする。

【００１０】上記構成のより具体的な構成としては、請
求項２に示すように、電子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、前記凹部を気密
的に封止する金属フタとを具備した電子部品用パッケー
ジであって、前記セラミック基体の堤部上面には、ほぼ
前面にメタライズ層を形成するとともに、当該メタライ
ズ層の上面に第１の金属膜層を形成し、また前記金属フ
タには前記第１の金属膜層に少なくとも対応する第２の
金属膜層が溶射法により形成されるとともに、少なくと
も当該第２の金属膜層を電気抵抗熱により溶融させ、気
密接合を行った構成をあげることができる。なお、第２
の金属膜層は、前記金属フタの第１の金属膜層に対応す
る面に全面に形成してもよい。

【００１１】上記構成によれば、セラミック基体に形成
されたメタライズ層並びに第１の金属膜層全体を用いて
金属フタの第２の金属膜層と接合することができる。従
って、従来のシールリングを用いたシーム溶接のよう
に、メニスカス部分を必要としないので実質的な接合領
域を確保するために例えば請求項２に示す堤部の幅を大
きく取る必要がない。従って、パッケージの外形サイズ
に対する電子部品を収納する部分の容積比率を大きくす
ることができる。また電気抵抗熱を用いた局所加熱によ
り信頼性の高い気密封止を小面積で行うことができる。

【００１２】請求項３に示すように金属膜層に溶射法に
よる金属ろう材を用いるとより好適である。すなわち金
属ろう材は一般的に比較的軟質であるため、セラミック
基体と金属フタを接合するとともに、シーム溶接等の電
気抵抗溶接時に両者間に作用する機械的、熱的歪みを吸
収、緩和する。

【００１３】なお、金属ろう材の具体例として請求項４
に示すように、銀ろう、または金ろう、またはニッケル
ろう、または半田ろう、または金錫ろうをあげることが
できるが、他の公知の金属ろう材を用いてもよい。

【００１４】さらに、上記金属ろう層の厚さが１０〜５
０μｍの範囲にある構成としてもよい。金属ろう層例え
ば銀ろう層は、電気抵抗溶接時にセラミック基体と金属
フタ間に作用する機械的熱的歪みを吸収するとともに、
メタライズ層の凹凸を緩和し気密性の低下を防ぐ機能を
有している。従って、検証実験によると銀ろう層１０μ
ｍ以下と薄くなりすぎると当該機能を充分に発揮しな
い。逆に銀ろう層が厚くなりすぎると溶接電流値が高く
なる。この場合ジュール熱による熱応力が大きくなりセ
ラミック基体の破損につながることがあった。またシー
ム溶接時に金属フタの位置固定のために、スポット溶接
により仮溶接を行うことがあるが、銀ろう層が厚くなり
すぎた場合（特に５０μｍ以上）、本溶接となるシーム
溶接時に、前記仮溶接部分の近傍だけが溶接されない現
象が発生し、気密性を低下させてしまう問題があった。
このような傾向は、金属ろう層の下部に形成した金属材
料に関わりなく見られるものであった。

【００１５】以上の各構成において、請求項６に示すよ
うにパッケージ内部に収納する電子素子の例として、圧
電振動素子または圧電振動素子と必要な回路素子を収納
した圧電振動デバイスをあげている。圧電振動素子は気
密性並びに超小型化が要求される電子素子であるので、
本発明の電子部品用パッケージは最適である。また本発
明は、前述のようにパッケージの外形サイズに対する電
子素子を収納する凹部の容積比率を大きくすることがで
きるので、収納される圧電振動板の外形サイズを大きく
することができ電気的特性の向上、並びに設計上の余裕
度（設計マージン）を十分に取ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の第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、図２とともに説明
する。図１は本実施の形態を示す分解斜視図、図２は気
密封止時の内部断面図である。表面実装型水晶振動子
は、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。

【００１７】断面でみて凹形のセラミックパッケージ１
は、セラミック基体１０と、凹形周囲の堤部１０ａ上に
形成される周状の金属層とからなる。金属層は、タング
ステンあるいはモリブデン等からなるメタライズ層１１
と、当該メタライズ層１１の上部に形成される第１の金
属膜層１２とからなる。金属膜層１２はメタライズ層１
１に接してニッケルメッキ層１２ａと、当該ニッケルメ
ッキ層１２ａの上部に形成される極薄の金メッキ層１２
ｂ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、この
実施例では、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。

【００１８】また、セラミックパッケージ１の内部底面
には電極パッド１３、１４が形成されており、これら電
極パッドは連結電極１５，１６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。前記電極パッド１３，１４間には電子素子で
ある矩形の水晶振動板３が搭載されている。水晶振動板
３の表裏面には一対の励振電極３１（裏面については図
示していない。また図２以降については励振電極の表示
を省略している。）が形成され、各励振電極は各々電極
パッド１３，１４に引き出されており、導電性接合材Ｓ
１，Ｓ２により導電接合されている。

【００１９】気密封止する金属フタ２はコバール等の金
属母材２０の下面に前記周状の第１の金属膜層１２に対
応した周状の第２の金属膜層２１を形成している。この
第２の金属膜層２１は例えば銀ろうからなり、その厚さ
は約２０μｍである。当該銀ろう層の形成は、溶射法に
より形成される。溶射法は溶射材料の銀ろう粉末あるい
は線条体などの個体に熱を加えて溶融し、微細な液状粒
子を素材であるコバール表面に高速度で衝突させ、扁平
微粒子の積層により被膜を形成させる膜形成方法であ
る。ところで溶射法の中でもプラズマ溶射法が近年の主
流であり、本実施の形態においても当該プラズマ溶射法
により金属膜形成を行っている。これは、電極間にアル
ゴン等の作動ガスを流し、電圧をかけるとプラズマアー
クが発生し、高温に加熱されたガスがイオン化する。当
該イオンがガスに戻る際に高温エネルギーを放出し、プ
ラズマジェットとしてノズルから噴出させる。溶射材料
をノズル出口付近に噴出させ、当該プラズマジェットに
よって加熱、加速して基材表面に吹き付け皮膜を形成す
る手法である。

【００２０】溶射により銀ろう層を形成することによ
り、当該層の溶融時においてガスの放出が少なく、ガス
によるパッケージ内部への悪影響を回避することができ
るという利点を有している。具体的な外形寸法例を示す
とセラミックパッケージの外形寸法が縦３．２mm、横
２．５mm、高さ０．７mm、フタの外形寸法が縦３．１m
m、横２．４mm、高さ（厚さ）０．１mmであり、各金属
膜層の幅は約０．４mmとなっている。なお、量産性を考
慮すると、図３に示すように大きな金属板に金属を溶射
し、その後所定サイズに切断すればよいが、この場合は
金属フタの一方面全面に金属膜層が形成される。金属膜
層を所定形状に形成する場合は、マスキング手段を併用
するとよい。

【００２１】金属フタ２と前記セラミックパッケージ１
の各金属膜層の接合は、シーム溶接と同じ手法を用い
る。すなわち両金属膜層１２，２１を重ね合わせ位置決
めした状態で、パラレルシーム溶接機の通電ローラーＲ
を金属フタの稜部分を押圧しながら走行させる。これに
より主に金属フタの銀ろうが溶融し、気密接合が行われ
る。なお、本溶接となるシーム溶接の前にセラミックパ
ッケージと金属フタとをスポット溶接により仮溶接を行
い、位置決めを確実にしてもよい。

【００２２】ところで、溶接時の電流は、ろう材の融
点、適用するパッケージのサイズ（特に溶融金属の体
積）等によって決定されるが、本発明に主に適用される
ようなきわめて小型のパッケージの場合、従来のシール
リングを用いたパッケージに比べて小さな値に設定する
必要があり、通電時間とともに最適値を調整する必要が
ある。

【００２３】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４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２とからなる。

【００２４】本実施の形態においては、水晶振動板３は
片持ち支持された構成であり、明示していないが、矩形
水晶振動板の短辺部分の両端近傍を２端子にて支持して
いる。また、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。

【００２５】またこの実施の形態においては、この堤部
１０ａ上に形成された第１の金属膜層１２の構成をニッ
ケルメッキ層１２ａ、極薄の金メッキ層１２ｂの順に形
成しており、金属フタ側の第２の金属膜層２１には、溶
射法によりフタの下面全面に金錫ろうが形成されてい
る。シーム溶接により金錫ろうが溶融し、気密接合が行
える。

【００２６】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５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。この例ではセ
ラミックパッケージ４が平板状で、金属フタが低背の凸
形状を有している。セラミック基体４０の主面の周囲に
は周状のメタライズ層４１が形成され、当該メタライズ
層４１の上部にはニッケルメッキ層と極薄の金メッキ層
からなる第１の金属層４２が形成されている。前記メタ
ライズ層４１は連結電極４６を介して、パッケージ外部
の底面にアース電極４８として電気的に引き出されてお
り、搭載される配線基板にアース接続される。

【００２７】セラミック基体４０の前記メタライズ層形
成領域の内側には、近接して一対の電極パッド４３（他
方については図示せず）が形成されており、これら電極
パッドは連結電極４５を介して、パッケージ外部の底面
に引出電極４７として電気的に引き出されている。前記
電極パッド間には電子素子である矩形の水晶振動板３が
片持ち搭載されている。水晶振動板３の表裏面には一対
の励振電極（図示せず）が形成され、各励振電極は各々
電極パッド４３に引き出されており、導電性接合材Ｓ３
により導電接合されている。

【００２８】金属フタ５は全体として低背の凸形状で、
外周部分には周状のフランジ部５ａが形成されている。
当該フランジ部５ａのパッケージ接触側には、溶射法に
より金−銀−錫合金層（金属ろう層）５１が形成されて
いる。そしてシーム溶接により、当該金属ろう層が溶融
し、ろう接による気密封止を行う。なお、金属フタは連
結電極４６を介して引出電極４８に電気的に接続されて
いる。

【００２９】なお、第１の金属膜層、第２の金属膜層は
上記各実施の形態に例示した材料に限定されるものでは
なく、例えば半田ろう、ニッケルろう等のろう材あるい
はそれ以外の金属材料であってもよい。

【００３０】また電子部品の例として、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等の他
の圧電振動デバイスにも適用できるし、他の気密性を有
する電子部品に適用できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、セラミック基体に形成
されたメタライズ層並びに第１の金属膜層全体を用いて
金属フタの第２の金属膜層とろう接による接合をするこ
とができる。よって、従来のシールリングを用いたシー
ム溶接のように、メニスカス部分を必要とせず、実質的
な接合領域を確保するために、例えば請求項２に示す堤
部の幅を大きく取る必要がない。従って、パッケージの
外形サイズに対する電子部品を収納する部分の容積比率
を大きくすることができる。また電気抵抗熱を用いた局
所加熱により信頼性の高い気密封止を小面積で行うこと
ができる。これにより、パッケージを超小型化しても、
気密封止の信頼性を実用的なレベルに維持でき、電子部
品としての電気的性能の向上をはかることができる電子
部品用パッケージおよび圧電振動デバイスを得ることが
できる。

【００３２】また請求項３によれば、溶射法による金属
ろう材は比較的軟質であるため、セラミック基体と金属
フタを接合するとともに、シーム溶接等の電気抵抗溶接
時に両者間に作用する機械的、熱的歪みを吸収、緩和す
る。

【００３３】さらに、上記金属ろう層の厚さが１０〜５
０μｍの範囲を選ぶことにより、気密封止の低下を防ぐ
ことができる。

【００３４】また請求項６によれば、収納される圧電振
動板を大きくすることができ電気的特性の向上、設計上
の余裕度（設計マージン）を十分に取ることができると
ともに、気密性並びに超小型化された圧電振動デバイス
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態による分解斜視図。

【図２】第１の実施の形態による内部断面図。

【図３】金属フタの形成を示す斜視図。

【図４】第２の実施の形態による内部断面図。

【図５】第３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】図６の部分拡大図。

【符号の説明】

１、４、７０ セラミックパッケージ １０、４０ セラミック基体 １１、４１ メタライズ層 １２、４２ 第１の金属膜層 ２、５ 金属フタ ２１、５１ 第２の金属膜層 ３ 水晶振動板（電子素子）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック基体と、当該セラミック基体
   の主面周囲に周状に形成されたメタライズ層と、当該メ
   タライズ層の上面に形成された第１の金属膜層と、前記
   第１の金属膜層の少なくとも一部に対応して形成された
   第２の金属膜層が形成された金属フタとからなり、 前記第２の金属膜層は溶射法により形成されるととも
   に、少なくとも当該第２の金属膜層を電気抵抗熱により
   溶融させ、気密接合を行ったことを特徴とする電子部品
   用パッケージ。
2. 【請求項２】 電子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、前記凹部を気密的に封
   止する金属フタとを具備した電子部品用パッケージであ
   って、 前記セラミック基体の堤部上面には、ほぼ前面にメタラ
   イズ層を形成するとともに、当該メタライズ層の上面に
   第１の金属膜層を形成し、 また前記金属フタには前記第１の金属膜層に少なくとも
   対応する第２の金属膜層が溶射法により形成されるとと
   もに、少なくとも当該第２の金属膜層を電気抵抗熱によ
   り溶融させ、気密接合を行ったことを特徴とする電子部
   品用パッケージ。
3. 【請求項３】 第１の金属膜層と第２の金属膜層のいず
   れか一方あるいは両方が、溶射法により形成された金属
   ろう層であることを特徴とする請求項１または請求項２
   記載の電子部品用パッケージ。
4. 【請求項４】 金属ろう層が銀ろうまたは金ろうまたは
   ニッケルろうまたは半田ろうまたは金錫ろうであること
   を特徴とする請求項３記載の電子部品用パッケージ。
5. 【請求項５】 金属ろう層の厚さが１０〜５０μｍであ
   ることを特徴とする請求項２または請求項４記載の電子
   部品用パッケージ。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載
   の電子部品用パッケージ内部に、圧電振動素子または圧
   電振動素子と必要な回路素子を収納した圧電振動デバイ
   ス。