JP2002009577A

JP2002009577A - 圧電デバイス

Info

Publication number: JP2002009577A
Application number: JP2000191257A
Authority: JP
Inventors: Takashi Mikoshiba; 尚御子柴; Osamu Kawauchi; 修川内
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2000-06-26
Publication date: 2002-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】気密性の高い圧電振動子を作業性良く製造す
るための圧電振動子の製造方法を提供すること。【解決手段】圧電振動片を搭載したベース１と、この
圧電振動片３を内部に収容するようにして、前記ベース
に固定される蓋体とでパッケージを形成するようにした
圧電デバイス１１あって、前記パッケージの一部に所定
の内径を備えパッケージ内に開口した第１の穴２１と、
これより大きな内径を備え外部に開口した第２の穴２２
を備えた段付きの開口部を有し、前記第２の穴の底部で
ある段部と、この第２の穴の内周面には、それぞれ金属
被覆部２４ａ，２４ｂが設けられており、かつ前記開口
部８内に封止材９が適用されて封止されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電振動片をパッ
ケージに内蔵した圧電振動子等の圧電デバイスとその製
造方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドラ
イブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等
の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、あるいは
ページングシステム等の移動体通信機器において装置の
小型薄型化がめざましく、それらに用いられる圧電振動
子等の圧電デバイスも小型薄型化が要求されている。

【０００３】また、それとともに、装置の回路基板に両
面実装が可能な表面実装タイプの圧電デバイスが求めら
れている。

【０００４】そこで、従来の圧電デバイスの一例として
の圧電振動子を、圧電振動片に音叉型の水晶振動片１０
１を用いた図７（ａ）、（ｂ）の構造図で示される低中
周波水晶振動子を用いて説明する。

【０００５】ここで、低中周波水晶振動子とは、時計用
の代表的な３２．７６８ＫＨｚ及びＩＣカードやページ
ャ等に用いられる数ＫＨｚ〜数百ＫＨｚの周波数を有す
る水晶振動子である。

【０００６】図７（ａ）、（ｂ）の従来の水晶振動子１
００は、圧電振動片として、水晶基板から音叉型に形成
され、その表面に駆動用の金属電極を形成された水晶振
動片１０１が、セラミックの積層基板で形成されたベー
ス１０２の台座部に導電性の接着剤１０４等でマウント
接合され、透明なガラス材またはセラミック材で形成さ
れた蓋体としてのリッド１０３により真空雰囲気中で封
止されたパッケージ１０５により構成されている。

【０００７】この場合、上記封止工程は以下のようにな
される。

【０００８】すなわち、図７（ｂ）に示されているよう
に、ベース１０２には、図において下面から上面に貫通
する貫通穴１０６が予め形成されている。そして、上述
のようにベース１０２上に水晶振動片１０１をマウント
接合し、蓋体１０３を被せて第１の封止を行う。

【０００９】次いで真空中にて、ベース１０２の貫通穴
１０６に金属製の封止材１０９を適用し、この封止材１
０９に対して、加熱ピン１０７を当接させ、加熱手段１
０８により加熱する。これにより、封止材１０９を溶融
して、封止するようにしている。

【００１０】ところが、上述のような封止工程において
は、加熱ピン１０７を封止材１０９に当接させているた
め、作業精度が必要とされる。

【００１１】すなわち、上述のように圧電振動子１００
を搭載する機器が小型化していることにともない、圧電
振動子１００も小さく形成する必要がある。しかしなが
ら、ベース１０２は、セラミックス製であり、焼き物で
あることから、貫通穴１０６を形成する箇所がある程度
ばらつき、０．２ｍｍ程度の位置ずれが生じてしまうこ
とがある。このような位置ずれは、加熱ピン１０７の当
接位置との位置ずれを生じてしまい、作業の自動化が困
難であった。

【００１２】また、加熱ピン１０７の加熱温度にバラツ
キが生じてしまい、封止材１０９の溶融状態にムラが発
生することがある。このため僅かな隙間が生じてリーク
が発生し、製品の性能に影響する場合がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このような問題を解決
するために、上述のような加熱ピン１０７を使用ぜず
に、例えば、貫通穴１０６に金属製の封止材を適用し、
この封止材にレーザ等の封止用ビームを照射して、溶融
させることで、貫通穴１０６を封止する方法も提案され
ている。

【００１４】例えば、本出願人の提案による特開平１１
−３１２９４８号にでは、このような貫通穴の所定の箇
所に金属被覆部を形成して、球形の封止材を適用し、封
止用ビームにより封止材を溶融させるようにしている。

【００１５】また、特願平１１−１１７９５９号によれ
ば、このような穴構造に加えて、適用する封止材の形状
を偏平な円柱状のものとする等の点が開示されている。

【００１６】図８及び図９は、このような技術を採用し
た場合に、さらに発生する問題を説明するために、上記
貫通穴１０６の部分を拡大して示した説明図であり、理
解の便宜のため、図７の状態とは上下を逆に示してい
る。

【００１７】図８では、貫通穴１０６が、大径の穴１１
６とこれより小径の穴１１７を連通させて構成されてお
り、その境界の段部に金属被覆部１２１を形成して、封
止材１３１を適用した状態を示している。

【００１８】この場合、貫通穴１０６内に金属被覆部１
２１を形成した分だけ、溶融された封止材１３１と好適
に密着して固化されると考えられる。

【００１９】しかしながら、実際には、封止材１３１
は、金属被覆部１２１がある段部とは密着するが、大径
の穴１１６の穴内周との密着性が不足して、中央部が盛
り上がり、このため、大径の穴１１６の穴内周近傍に空
間Ｓ１を生じてしまう。このため、大径の穴１１６の穴
内周との接合面積が不足し、このような箇所でリークを
生じやすいという問題がある。

【００２０】また、図９では、上記段部の金属被覆部１
２１に加えて、小径の穴１１７の内周にも金属被覆部１
２３を形成した場合を示している。

【００２１】図９では、溶融された封止材１３１は、段
部の金属被覆部１２１に密着するだけでなく、小径の穴
１１７の内周の金属被覆部１２３の方向へ流れて密着す
る。しかしながら、この場合、溶融された封止材１３１
の流れがよいと、封止材１３１はパッケージ内に符号１
３１ａに示すようにはみ出してしまい。場合によって
は、パッケージ内部の圧電振動片１０１（図７参照）に
接触して、振動性能を損なう場合があるという欠点があ
った。

【００２２】本発明の目的は、上述の問題を解決するた
めになされたものであり、パッケージに形成した、大径
の穴と小径の穴とからなる段付き貫通穴に封止材を適用
して封止する構造でなる圧電デバイスにおいて、大径の
穴内に密着して、十分な接合面積を得ることで気密性に
すぐれ、かつ小径の穴からパッケージ内部に封止材が入
り込んで、振動性能を損なうことがない圧電デバイスと
その製造方法を提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上述の目的は、請求項１
の発明によれば、圧電振動片を搭載したベースと、この
圧電振動片を内部に収容するようにして、前記ベースに
固定される蓋体とでパッケージを形成するようにした圧
電デバイスあって、前記パッケージの一部に所定の内径
を備えパッケージ内に開口した第１の穴と、これより大
きな内径を備え外部に開口した第２の穴を備えた段付き
の開口部を有し、前記第２の穴の底部である段部と、こ
の第２の穴の内周面には、それぞれ金属被覆部が設けら
れており、かつ前記開口部内に封止材が適用されて封止
されている、圧電デバイスにより、達成される。

【００２４】請求項１の構成によれば、前記開口部内に
外部から金属製の封止材が適用されて、加熱溶融される
と、この開口部の第２の穴の底部と、穴内周面には金属
被覆部が存在することから、溶融金属は第２の穴の内部
に濡れ広がる。一方、第１の穴は、第２の穴より小径で
あり、金属被覆部も存在しないことから、溶融金属は第
１の穴内には容易に侵入しない。このため、溶融金属が
冷えると、封止材は第２の穴の内周面と段部とに好適に
接合し、十分な接合面積でこの第２の穴を塞ぐので、パ
ッケージと外部とは完全にシールされる。また、第１の
穴には、溶融金属が殆ど侵入しないから、パッケージ内
まで溶融金属が達することがなく、金属がパッケージ内
部の圧電振動片に付着するおそれは完全に回避される。

【００２５】請求項２の発明は、請求項１の構成におい
て、少なくとも、前記第２の穴は、外に向かって開く傾
斜面を備えることを特徴とする。

【００２６】請求項２の構成によれば、例えば外部から
球形の封止材を適用する際に、その位置決めが容易とな
る。

【００２７】請求項３の発明は、請求項１の構成におい
て、前記第１の穴の穴径が０．３ｍｍ以下であることを
特徴とする。

【００２８】請求項３の構成によれば、第１の穴の内径
が０．３ｍｍ以下である場合に、上述した封止材が溶融
した溶融金属が入り込むことを確実に防止されることが
確認されている。また、第１の穴の穴径の下限値は、封
止前にパッケージ内と外部との通気が行えるのに十分な
大きさである。

【００２９】請求項４の発明は、請求項１ないし３のい
ずれかの構成において、前記ベースが２枚以上のセラミ
ック製の板体で形成され、前記蓋体が内部に前記圧電振
動片を収容する空間を備える金属製の蓋体であることを
特徴とする。

【００３０】請求項４の構成によれば、前記開口部は、
封止前においては、外部から電子ビームやレーザビーム
等を内部に導いて、圧電振動片を周波数調整するための
穴と、封止穴とを兼用することができる。

【００３１】請求項５の発明は、請求項１ないし３のい
ずれかの構成において、前記ベースが上部が開口した箱
状であり、前記蓋体が前記ベースに載置されるガラス板
またはセラミック板でなることを特徴とする。

【００３２】請求項６の発明は、請求項１ないし５のい
ずれかの構成において、前記金属製封止材が金（Ａｕ）
と錫（Ｓｎ）による合金であり、前記金属被覆部がニッ
ケルメッキによる下地層の上に金メッキを被覆して形成
されていることを特徴とする。

【００３３】請求項６の構成によれば、金属被覆部と封
止材との両方に金成分が共通して含まれているので、封
止材の溶融金属と金属被覆部との濡れが良好となる。

【００３４】また、上述の目的は、請求項７の発明によ
れば、圧電振動片をベースにマウントする工程と、前記
ベースと蓋体とを位置決めし封止する工程と、前記ベー
ス又は蓋に設けられた開口部を用いて、前記圧電振動片
の一部をレーザー光又は電子ビームにより周波数調整す
る工程と、前記ベースの一部に形成され、所定の内径を
備えパッケージ内に開口した第１の穴と、これより大き
な内径を備え外部に開口した第２の穴とを備えた段付き
の開口部であって、この第２の穴の底部である段部と、
この第２の穴の内周面に予め金属被覆部が設けられた箇
所に金属製の封止材を配置し、外部からレーザー光又は
電子ビームによる封止用ビームによりこの封止材を加熱
することにより真空雰囲気中で真空封止する工程とを有
する、圧電デバイスの製造方法により、達成される。

【００３５】請求項７の構成によれば、周波数調整に利
用するレーザー光又は電子ビームと同じ設備を利用し
て、封止工程を行うことができる。しかも、封止材に対
しては、封止用ビームを照射して加熱溶融したので、短
時間での瞬間的な昇温を実現でき、確実な加熱温度を実
現できるので、封止性能も向上する。

【００３６】さらに、この封止工程では、前記開口部内
に外部から金属製の封止材が適用されて、レーザー光又
は電子ビームにより加熱溶融されると、この開口部の第
２の穴の底部と、穴内周面には金属被覆部が存在するこ
とから、溶融金属は第２の穴の内部に濡れ広がる。一
方、第１の穴は、第２の穴より小径であり、金属被覆部
も存在しないことから、溶融金属は第１の穴内には容易
に侵入しない。このため、溶融金属が冷えると、封止材
は第２の穴の内周面と段部とに好適に接合し、十分な接
合面積でこの第２の穴を塞ぐので、パッケージと外部と
は完全にシールされる。また、第１の穴には、溶融金属
が殆ど侵入しないから、パッケージ内まで溶融金属が達
することがなく、金属がパッケージ内部の圧電振動片に
付着するおそれは完全に回避される。

【００３７】

【発明の実施の形態】本発明の圧電デバイスの一例とし
ての圧電振動子の好ましい実施の形態を、圧電振動片に
音叉型の水晶振動片を用いた、時計用の３２．７６８Ｋ
Ｈｚ水晶振動子を例として、図面を参照して説明する。

【００３８】図１（ａ）は、本実施形態にかかる圧電振
動子１１の平面図、図１（ｂ）は圧電振動子１１の正面
図である。

【００３９】これらの図に示すように、２層のセラミッ
ク基板１ａ，１ｂが積層されたベース１の表面に金属が
被覆され、その表面にＮｉ及びＡｕメッキが施された電
極部２ａ、２ｂが間隔ｄを有して形成されている。

【００４０】セラミック基板１ａ，１ｂとしては、例え
ば、セラミックグリーンシートを成形して焼結した酸化
アルミニウム質焼結体が使用される。

【００４１】このベース１の電極部２ａ、２ｂ上に、表
面に駆動用の金属電極が形成された圧電振動片としての
例えば音叉型の水晶振動片３の電極部４ａ、４ｂを、ア
ライメントしてマウントし、導電性の接着剤５で電気的
に接続固定している。

【００４２】その後、金属製の蓋体としてのリッド
（蓋）６をベース１にアライメントして封止材７を用い
て、加熱手段としてのビームの照射手段，例えばレーザ
ー装置あるいは電子ビーム装置等により、あるいは加熱
炉等により、封止材７を溶かして第一の封止加工をす
る。これにより、水晶振動片３をベース１と蓋体６でな
るパッケージ１５に封入している。

【００４３】このベース１の底面には、図１（ｂ）に示
されているように、後述するパッケージの内部と、外部
を連通する開口部８が形成されている。この場合、開口
部８は、ベース１側に設けられており、例えばベース１
の上面から下面に貫通するように設けられている。

【００４４】次いで、図２では、ベース１の裏面を上に
向けて、次の加工を行う工程が示されている。

【００４５】ここで水晶振動片３は、フォトリソ加工に
より、ひとつの水晶基板から、同一の外形を備えるよう
に、各水晶振動素片が多数配列された状態で形成され
て、さらに、各水晶振動素片の表面に、Ｃｒ＋Ａｕ等
（例えば、Ｃｒ膜の上にＡｕ膜をスパッタ加工する）の
金属膜を電極として形成している。この金属膜の一部に
ＡｕあるいはＡｇ等の金属膜をさらに形成し、重み効果
により、水晶振動片の振動周波数を所望の振動周波数よ
りもある一定の量で低くしてある。

【００４６】その後、水晶振動片３は水晶基板から折り
取られ、図１に示すベース１にマウントされ、蓋体６を
用いて封止される。このようにマウント、封止という加
工プロセスによる熱履歴や、それによる応力の発生、あ
るいは封止剤からでるアウトガス等の影響で、水晶振動
片３の共振周波数が変化してしまう。そのため封止後の
周波数調整が必要であり、その周波数調整は精度良く行
わなければならない。

【００４７】そこで、図２に示すように、開口部８を介
して、周波数調整手段としての高温の光ビーム等を集束
させる手段，例えばレーザービーム発生装置あるいは電
子ビーム発生装置１３により、音叉型の水晶振動片３の
一部の金属電極部分を蒸散させ、水晶振動片３全体の重
さを減じて、周波数調整を行う。

【００４８】そして最後に、真空雰囲気中で、開口部８
に図１（ｂ）に示すような封止用の金属製等でなる封止
材としての小片９を搭載し、例えば第一の封止と同様に
レーザービーム発生装置あるいは電子ビーム発生装置等
により、封止材９を溶かして、真空雰囲気中で第二の封
止加工を行う。

【００４９】以上により、小型薄型の表面実装パッケー
ジの水晶振動子１１が完成する。

【００５０】このように、音叉型の水晶振動片３を内蔵
する真空領域Ｓは、ベース１の単一層部１２（上側の基
板１ｂ）と金属製の絞り加工された蓋体６に囲まれてお
り、その気密性は非常に高いものとなる。つまり、真空
領域Ｓは、ベース１の単一層部１２と金属製の絞り加工
された蓋体６とだけから仕切られているので、この真空
領域Ｓ内に例えばベースを構成する複数のセラミック基
板の継ぎ目等がなく、その分気密性を保持しやすい。

【００５１】ここで、上述の第２の封止工程におけるベ
ース１に形成する開口部８について、図３（ａ）を参照
しながら詳細に説明する。

【００５２】図３（ａ）は、図１のベース１を上下逆に
して、その開口部８付近を拡大して示した断面図であ
る。図示されているように、ベース１には、例えば内径
がＬ１である第１の穴２１と、内径が第１の穴２１より
も大きいＬ２である第２の穴２２が段差部２３を介して
連続して、貫通穴２５を形成している。

【００５３】つまり、ベース１を構成する第２の基板１
ｂには第１の穴である貫通穴２１が形成され、第１の基
板１ａには、この貫通穴２１より大きい第２の穴である
別の貫通穴２２が形成されていて、両貫通穴２１と２２
の境界には、段差部２３が形成されている。

【００５４】さらに、この第２の穴２２の内周には、金
属被覆部２４ａが、第２の穴２２の底部である上記段差
部２３には、金属被覆部２４ｂが設けられている。

【００５５】これに対して、第１の穴２１の内周には、
このような金属被覆部を設けないで、セラミック材料が
露出した状態とされている。

【００５６】ここで、上記金属被覆部２４ａ，２４ｂ
は、例えば、メタライズパターンの上にさらに金属材料
をメッキして形成される。そして、この金属被覆部２４
ａ，２４ｂは、封止材９の材料を含んだ金属材料を用い
るが、封止材９との濡れ性を良好とすることができるの
で好ましい。

【００５７】本実施形態では、封止材９として、例え
ば、図示されているような球形の封止材を用いて、金
（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）による合金を使用している。ま
た、金属被覆部２４ａ，２４ｂはタングステンメタライ
ズによる下地層の上に金メッキを被覆して形成されてい
る。封止材９の材料としては、この他に、Ｓｎ系金属、
Ｐｂ−Ｓｎ系、Ａｇ系、Ｐｄ系、Ａｌ系、ＡｌＭｇ系等
の金属材料を用いることができる。

【００５８】このような封止材９を図３（ａ）の矢印に
示すように開口部８に入れて、後述するように封止用の
ビームを照射して、封止材９を溶融する。

【００５９】すると、開口部８の第２の穴２２の底部２
３と、穴２２内周面には金属被覆部２４ａ，２４ｂが存
在することから、溶融金属は第２の穴２２の内部に濡れ
広がる。この時、上述したように、第１の穴２１は、第
２の穴２２より小径であり、金属被覆部も存在しないこ
とから、溶融金属は第１の穴２１内には容易に侵入しな
い。

【００６０】そして、溶融金属が冷えると、図４に示す
ように、硬化した封止材９ａは第２の穴２２の内周面と
段部２３とに好適に接合し、十分な接合面積でこの第２
の穴２２を塞ぐので、パッケージと外部とは完全にシー
ルされる。また、第１の穴２１には、溶融金属が殆ど侵
入しないから、封止の際に溶融金属が貫通穴２５内で必
要以上に濡れ広がり、図４のＢの面を越えてパッケージ
内まで溶融金属が垂れてしまうことがなく、溶融金属が
パッケージ内部の圧電振動片に付着するおそれは完全に
回避される。

【００６１】特に、図３の封止材９の体積は、好ましく
は、第２の穴２２の容積と一致させるようにする。これ
により、封止後、硬化した封止材９ａが図４のＡの面を
越えて固まることがない。すなわち、このＡの面を越え
ると、図１の圧電振動子１１を表面実装する場合に実装
がしにくい場合がある。封止材９の体積を第２の穴２２
の容積と一致させておけば、溶融金属が硬化したとき
に、封止材９ａが第２の穴２２内に十分濡れ広がった状
態で硬化し、かつＡの面を越えて固まることが防止され
る。

【００６２】したがって、このような条件を満たせば、
封止作業に無理がない限りにおいて、封止材９は、図３
の球形に限らず、円板状や偏平な円柱状，もしくは角柱
状等種々の形態を採用することができる。

【００６３】図３（ｂ）は、第２の穴２２の異なる形態
を示している。

【００６４】図示するように、少なくとも第２の穴２２
の内周面をＡ面側へ向かって広がるような傾斜面として
もよい。これにより、球形の封止材９の位置決めがしや
すいので、封止作業におけるセット性が向上する。

【００６５】さらに、以上の構成において、好ましく
は、第１の穴２１の内径Ｌ１を０．３ｍｍ以下とする
と、以下の利点がある。

【００６６】すなわち、第１の穴２１の内径Ｌ１が０．
３ｍｍ以下という十分小さな穴径であっても、パッケー
ジ内の空気を抜いて、内部の真空封止を行う工程におい
て、空気抜きの穴として確実に作用することができる。

【００６７】そして、上述の封止の工程においては、封
止材９がその表面張力により、極めて小さな穴である第
１の穴２１を通過することができず、図４のＢ面側に垂
れてしまうことが確実に防止できる。したがって、第１
の穴２１の内径は、０．３ｍｍ以下であることが好まし
く、上記真空引きが可能であれば、小さい程よい。

【００６８】また、このように第１の穴２１を小さくす
ることにより、ベース１を構成する第２の基板１ｂの剛
性が、このような穴を形成することで極端に低下するこ
とがないので、この基板１ｂの厚みを薄くすることが可
能となる。

【００６９】このため、本実施形態では、本発明に含ま
れない図８及び図９で説明した他の形態と比べると以下
のように異なっている。すなわち、図８及び図９では、
第１の穴１１７の穴径Ｌ１が０．３ｍｍよりも大きく０
・３５ｍｍであり、第２の穴１１６の穴径Ｌ２を０・６
５ｍｍとした場合、パッケージ強度を考えると、第１の
基板の厚みｔ１も第２の基板の厚みｔ２もともに０．２
５ｍｍ程度必要であった。

【００７０】これと同じ材質の本実施形態では、図３に
おいて、第１の穴２１の穴径Ｌ１が０．３ｍｍよりも小
さく０・１５ｍｍであり、第２の穴２２の穴径Ｌ２を０
・４ｍｍとした場合、パッケージ強度を図８，図９と同
程度するためには、第１の基板１ｂの厚みｔ１は、０．
１ｍｍでよく、第２の基板の厚みｔ２もともに０．１５
ｍｍ程度ですむ。

【００７１】したがって、図８及び図９の形態と比べる
と、本実施形態は、基板１の厚みが半分程度ですむこと
になり、その分圧電振動子１１総厚の薄型化をはかるこ
とができる。次に、開口部８に封止材としての封止材９
を搭載し、真空封止を行う上述の第２の封止加工のプロ
セスについて詳細に説明する。図５に示されているよう
に、この真空封止手段４０は、真空チャンバー３１と、
第１の加熱手段３３を備え、さらに、パッケージ１５の
例えば蓋体６に接触するように配置された第２の加熱手
段４２を備えている。

【００７２】加熱制御手段３７は、第１の加熱手段３３
と第２の加熱手段４２を制御する。真空チャンバー３１
内にはパッケージ１５が収容されている。この状態で真
空チャンバー３１内は高真空にされている。尚、真空チ
ャンバー３１内は、水晶振動片が音叉型の場合には真空
雰囲気とすることが好ましく、また矩形状ＡＴ振動片の
場合には、真空雰囲気か不活性ガスが充填されているこ
とが好ましい。

【００７３】この真空チャンバー３１の図５に示す一部
の隔壁またはカバー３２は、透明になっている。そし
て、このカバー３２側に、パッケージ１５の開口部８が
対向するように配置収容されている。

【００７４】これに対して、真空チャンバー３１の外部
には、第１の加熱手段３３が配置されている。加熱手段
３３は、例えば、水平なＸＹ方向と上下のＺ方向に３軸
ロボット等の駆動手段により駆動されるようになってい
る。この加熱手段３３は、例えば、駆動手段３４とこの
駆動手段３４に接続されたビームの照射手段３５を備え
ている。そして、真空チャンバー３１の外部には、第１
の加熱手段３３が配置される側に、例えばＣＣＤ（電荷
結合素子）等を利用した撮像手段３６と、この撮像手段
３６による撮像結果が入力され画像処理を行う制御手段
３７とが設けられている。これにより、図示するように
真空チャンバー３１の外部から、開口部８の位置及び封
止部材９の状態を撮像し、この撮像結果に基づいて制御
手段３７は、駆動手段３４を介して、ビーム照射手段３
５を適切な位置に移動させるようになっている。

【００７５】また、上述した第２の加熱手段４２は加熱
制御手段４１に接続されている。

【００７６】この第２の加熱手段４２は、例えばそれ自
体熱源としてカーボンヒータ等のヒータブロックで構成
されていてもよい。

【００７７】このような真空封止手段４０を用いると、
パッケージ１５を封止材９の融点以下，例えば、摂氏１
００度乃至２７０度に加熱した状態にて、第二の真空封
止を行うことができる。

【００７８】先ず、加熱制御手段４１は、第２の加熱手
段４２に通電して、パッケージ１５を加熱する。この熱
はパッケージ１５に接触している封止材９に伝えられ、
この封止材９が、例えば摂氏２００度程度になるまで昇
温させる。この場合、封止材９の温度を、例えば赤外線
温度計等を用いて非接触で計測して、加熱制御手段４１
に与えるようにしてもよいし、加熱制御手段４１は、予
め実験したデータを保持していて、加熱時間と昇温スピ
ードから封止材９の温度を知るようにしてもよい。

【００７９】そして、例えば、上記パッケージ１５の加
熱時間は、封止材９の加熱溶融に先立って、５分ないし
１０分程度が好ましい。この時間設定によれば、蓋体６
の封止剤７や接着剤５から発生する有害なアウトガスを
予め真空引きしてしまうことができる。

【００８０】ビームの照射手段３５は、例えば電子ビー
ムやレーザービームを照射するようになっており、この
実施形態の場合には、例えば大容量レーザのレーザビー
ムを真空チャンバー３１のカバー３２に対して照射する
ようになっている。

【００８１】これにより、加熱手段３３を上述のように
して上記ＸＹＺの適宜の方向に移動させて、図５に示す
ように、撮像手段３６による撮像結果に基づいて、真空
チャンバー３１に対して位置合わせし、駆動手段３４を
駆動して、ビームの照射手段３５から例えばレーザ光ビ
ームを照射する。この光ビームは、透明なカバー３２を
透過して、封止材９に照射され、これを加熱溶融させ
る。このようにして、封止材９は、加熱溶融され、溶融
金属が開口部８の貫通穴２５を塞ぐことにより、真空雰
囲気中で、第２の封止加工が行われる。

【００８２】したがって、このような真空封止手段４０
は、以下の作用を発揮する。

【００８３】この実施形態では、第２の封止工程をレー
ザビーム等のビーム加熱により行うようにしたから、極
めて小型に形成される圧電振動子１１のパッケージ１５
に形成される小さな開口部８に対して、ビームの照射手
段３５を適切に位置合わせして、レーザービームを照射
して加熱することができる。したがって、封止作業の自
動化が容易で、正確な封止作業を行うことができる。

【００８４】また、封止部材９を溶融するための加熱
は、レーザービームの照射により行われるから、照射手
段３５はパッケージ１５に対して接触することなく、こ
のためパッケージ１５を汚すことがない。さらに、必要
な加熱パワーの調整は、レーザ出力の変更により容易且
つ短時間に行うことができ、しかも、作業状態を画像処
理して観察しながら行うことができる。

【００８５】また、レーザビームによる加熱を行うの
で、熱伝導を必要とする加熱ピン等の当接によらないか
ら、加熱温度のばらつきが無く、封止材９の溶融ムラや
リークの発生がない。しかも、加熱温度は、加熱ピンの
場合などに比べると瞬時に立ち上げることでき、迅速で
正確な封止作業が可能となる。

【００８６】また、ビームの照射手段３５は、例えば、
十分なパワーを有するひとつのビーム発生源から、図示
しないビームスプリッタ等を介在させることによって、
複数の分割光ビームに分けることができ、各分割光ビー
ムをファイバー等によって照射する複数の照射手段を設
けることができる。これにより、第２の封止工程を並列
的に処理して極めて効率のよい製造ラインを形成するこ
とができる。

【００８７】また、封止材９は、上述のように構成する
ことにより、作業中に転がりにくく、取扱いが容易で、
その分第２の封止工程における作業の確実性が向上す
る。

【００８８】さらに、封止作業中において、有害なアウ
トガスの発生をより有効に防止できるとともに、封止材
９の溶融状態をより良好とすることができる。

【００８９】尚、上述の真空封止手段４０は、これを簡
略してもよく、例えば、第２の加熱手段４２を省略した
簡便な方法を採用してもよい。あるいは、これとは全く
異なる装置により、封止ビームあるいは加熱ピンの接触
等により、封止材９を溶融して封止するようにしてもよ
い。図６は、圧電振動子の別の構成例を示しており、図
６の圧電振動子５１において、図１の圧電振動子１１と
同一の符号を付した箇所は共通の構成であるから、重複
する説明は省略して、相違点のみ説明する。

【００９０】図において、圧電振動子５１では、図１の
場合と異なり、蓋体をガラスリッド５６によって構成し
ている。この場合、ベース１は、３層構造とされ、２層
のセラミック基板１ａ，１ｂの上にさらに、３層目のセ
ラミック基板１ｃを重ねて形成している。この場合、３
層目のセラミック基板１ｃは、２層のセラミック基板１
ａ，１ｂの周囲の部分だけを囲んで、内部に空間Ｓを形
成している。そして、３層目のセラミック基板１ｃの上
端に封止材７を介して、ガラスリッド５６を載置し、封
止固定するようにしている。

【００９１】このように構成することによって、圧電振
動子５１では、その内部の圧電振動片３を開口部８から
ではなく、ガラスリッドで形成した蓋体５６を介して、
図６（ｂ）の上側から、レーザービーム等により、周波
数調整することができるという利点がある。本発明は上
述の実施形態に限定されず、その構成要素を任意に省略
したり、あるいは、記載のない異なる構成を付加するこ
とができる。更に、上述の封止剤７については、その成
分はＡｕ−Ｓｎ系、Ｓｎ系、Ｐｂ−Ｓｎ系、Ａｇロウ系
等の金属材料や、有機系の低融点ガラス、有機系の接着
剤等でよい。又、封止剤７の形態は、クラッドされたも
のやプリフォームされたものでもよい。以上のような構
成によれば、第一の封止工程と周波数調整工程及び第二
の封止工程は、レーザー装置等での共通加工することも
可能であり、同一装置による一貫加工が行える。また、
加工するセラミックのベース１や蓋体６，５６の形態は
単品、あるいは複数個が並んだプレート形態のどちらで
もよい。また、パッケージに発振回路等を有するＩＣチ
ップと水晶振動子を内蔵した水晶発振器や、リアルタイ
ムクロックオシレータ等、本発明は、パッケージ内に圧
電振動片を収容して封止するあらゆる圧電デバイスに、
適用することができる。

【００９２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、パ
ッケージに形成した、大径の穴と小径の穴とからなる段
付き貫通穴に封止材を適用して封止する構造でなる圧電
デバイスにおいて、大径の穴内に密着して、十分な接合
面積を得ることで気密性にすぐれ、かつ小径の穴からパ
ッケージ内部に封止材が入り込んで、振動性能を損なう
ことがない圧電デバイスとその製造方法を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の圧電振動子の構造を示す図
であり、（ａ）は圧電振動子の概略平面図、（ｂ）は圧
電振動子の概略側断面図。

【図２】図１の圧電振動子の周波数調整工程を示す概略
図。

【図３】図１の圧電振動子の開口部周辺の拡大断面図。

【図４】図１の圧電振動子の開口部を溶融金属による封
止した状態を示す拡大断面図。

【図５】図１の圧電振動子の第二の封止工程の真空封止
手段を示す概略構成図。

【図６】本発明の実施形態の圧電振動子の別の構成例を
示す図であり、（ａ）は圧電振動子の概略平面図、
（ｂ）は圧電振動子の概略側断面図。

【図７】従来の圧電振動子の構造図であり、（ａ）はそ
の平面図、（ｂ）はその概略側断面図。

【図８】図７に示す従来の技術とは異なる他の従来技術
により、圧電振動子の開口部を溶融金属による封止した
状態を示す拡大断面図。

【図９】図７に示す従来の技術とは異なる他の従来技術
により、圧電振動子の開口部を溶融金属による封止した
状態を示す拡大断面図。

【符号の説明】

１ベース２ａ，２ｂ電極部３水晶振動片５導電性接着剤６，５６蓋体７封止剤８開口部１１，５１圧電振動子９，１０９封止材２１第１の穴２２第２の穴２３段差部２４金属被覆部２５貫通穴３１真空チャンバー３３加熱手段４０真空封止手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０３Ｈ 9/02 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電振動片を搭載したベースと、この圧
電振動片を内部に収容するようにして、前記ベースに固
定される蓋体とでパッケージを形成するようにした圧電
デバイスであって、前記パッケージの一部に所定の内径を備えパッケージ内
に開口した第１の穴と、これより大きな内径を備え外部
に開口した第２の穴を備えた段付きの開口部を有し、前記第２の穴の底部である段部と、この第２の穴の内周
面には、それぞれ金属被覆部が設けられており、かつ前記開口部内に封止材が適用されて封止されている
ことを特徴とする、圧電デバイス。
【請求項２】少なくとも、前記第２の穴は、外に向か
って開く傾斜面を備えることを特徴とする、請求項１に
記載の圧電デバイス。
【請求項３】前記第１の穴の穴径が０．３ｍｍ以下で
あることを特徴とする、請求項１に記載の圧電デバイ
ス。
【請求項４】前記ベースが２枚以上のセラミック製の
板体で形成され、前記蓋体が内部に前記圧電振動片を収
容する空間を備える金属製の蓋体であることを特徴とす
る、請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電デバイ
ス。
【請求項５】前記ベースが上部が開口した箱状であ
り、前記蓋体が前記ベースに載置されるガラス板または
セラミック板でなることを特徴とする、請求項１ないし
３のいずれかに記載の圧電デバイス。
【請求項６】前記金属製封止材が金（Ａｕ）と錫（Ｓ
ｎ）による合金であり、前記金属被覆部がニッケルメッ
キによる下地層の上に金メッキを被覆して形成されてい
ることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記
載の圧電デバイス。
【請求項７】圧電振動片をベースにマウントする工程
と、前記ベースと蓋体とを位置決めし封止する工程と、前記ベース又は蓋に設けられた開口部を用いて、前記圧
電振動片の一部をレーザー光又は電子ビームにより周波
数調整する工程と、前記ベースの一部に形成され、所定の内径を備えパッケ
ージ内に開口した第１の穴と、これより大きな内径を備
え外部に開口した第２の穴とを備えた段付きの開口部で
あって、この第２の穴の底部である段部と、この第２の
穴の内周面に予め金属被覆部が設けられた箇所に金属製
の封止材を配置し、外部からレーザー光又は電子ビームによる封止用ビーム
によりこの封止材を加熱することにより真空雰囲気中で
真空封止する工程とを有することを特徴とする圧電デバ
イスの製造方法。