JP2002359535A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】精密な周波数調整が可能で、小型に形成しても
優れた耐衝撃性能を備えた圧電デバイスを提供するこ
と。 【解決手段】複数のセラミック基板を積層して、内部空
間Ｓを形成するようにしたパッケージ３６と、このパッ
ケージ内に収容された圧電振動片３２と、前記パッケー
ジの上端に低融点ガラスを介して固定させることにより
パッケージを封止するためのガラス製の蓋体３９とを備
えており、少なくとも一部の前記積層基板どうしの間
か、もしくは前記パッケージ上端と前記低融点ガラスと
の間に補強材４５ａ，４５ｂを配置した圧電デバイス。

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や圧電発振器等の圧電デバ
イスに係り、特に、丈夫な封止構造を備える圧電デバイ
スの構造に関する。

【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】

【発明が解決しようとする課題】このような表面実装タ
イプの圧電デバイスで、特に、その周波数性能を正確に
合わせ込むことができる構造としては、例えば、図１４
に示すような構造のものが考えられる。

【０００５】図１４において、圧電デバイスとしての例
えば圧電振動子１は、パッケージ６の内部に、例えば水
晶基板から音叉型に形成され、その表面に駆動用の金属
電極を形成された圧電振動片２を収容している。

【０００６】パッケージ６は、セラミック製の基板３，
４，５を積層して形成されている。各基板３，４，５
は、その内側に所定の孔を形成することで、積層した時
に内側に所定の内部空間Ｓを形成するようにされてお
り、基板４に形成した電極４ａ上に導電性の接着剤７等
を介して、上述した圧電振動片２の基端部２ａが接合固
定されており、圧電振動片２の先端部２ｂは自由端とさ
れている。

【０００７】パッケージ６に接合される蓋体９は、例え
ば、ガラスにより形成されている。また、パッケージ６
はその内側において、圧電振動片２の先端部２ｂの下側
に位置する箇所に凹部１２が形成されている。この場
合、凹部１２は、積層基板４の一部に凹部１２と対応す
る孔を形成することにより設けられている。

【０００８】このような圧電振動子１は、例えば、外部
から衝撃等が加えられると、図１４の鎖線で示すよう
に、圧電振動片２の先端部２ｂが、圧電振動片２の厚み
方向に振れる。しかしながら、圧電振動子１は、パッケ
ージ６の底部の内面に形成した凹部１２を有することに
より、凹部１２が逃げ領域となって、圧電振動片２の先
端部２ｂは、パッケージ６の底部内面と当接することな
く、したがって、この部分が損傷するおそれがないとい
う利点を有している。

【０００９】また、圧電振動子１の製造工程において、
圧電振動片２をパッケージ６内にマウント後において、
この圧電振動片２の電極を構成する金属の一部を、レー
ザ光等により蒸発させて、質量削減方式により振動周波
数を高くするように粗調整される（第１の周波数調
整）。次に、低融点ガラス等のロウ材８を用いて、ガラ
ス製の蓋体９を接合して、パッケージ６を封止する。そ
の後、圧電振動子１の外部から、ガラス製の蓋体９を透
過するようにレーザ光をパッケージ６内に入射させ、こ
のレーザ光を圧電振動片２の先端付近の金属被覆部に照
射し、金属の一部を、レーザ光により蒸発させて、質量
削減方式により振動周波数をさらに高くするように微調
整する（第２の周波数調整）ようにして製造されてい
る。このように、圧電振動子１では、蓋体９を接合した
後で、さらに周波数調整を行っていることから、蓋体９
による封止前に周波数調整する場合と比較して、周波数
調整後に圧電振動片２が真空に晒されて周囲の条件が変
化することがないために、より正確に周波数の合わせ込
みがなされる利点がある。

【００１０】この第２の周波数調整は、上述したよう
に、レーザ光を蓋体９を透過させることにより行う必要
から、蓋体９は光透過性の材料，例えばガラスで形成さ
れている。そして、ガラス製の蓋体９を固定するため
に、ロウ材として低融点ガラスが用いられている。

【００１１】しかしながら、このような構造において
は、圧電振動子１の側面からの力に対して比較的弱く、
低融点ガラス８にひびがはいってリークする場合がある
ことから、十分な強度を得るために、例えば図１４にお
ける封止幅Ｗ１を比較的大きくしなければならず、この
封止幅Ｗ１は、約４００μｍ程度必要であった。

【００１２】このため、封止幅Ｗ１を小さくできないこ
とから、圧電振動子１の小型化に制約を生じることにな
る。

【００１３】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、精密な周波数調整が可能で、
小型に形成しても優れた耐衝撃性能を備えた圧電デバイ
スを提供することを目的とする。

【００１４】

【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、複数のセラミック基板を積層して、内
部空間を形成するようにしたパッケージと、このパッケ
ージ内に収容された圧電振動片と、前記パッケージの上
端に低融点ガラスを介して固定させることによりパッケ
ージを封止するためのガラス製の蓋体とを備えており、
少なくとも一部の前記積層基板どうしの間か、もしくは
前記パッケージ上端と前記低融点ガラスとの間に補強材
を配置した圧電デバイスにより、達成される。

【００１５】請求項１の構成によれば、封止後に、レー
ザ光を蓋体を透過させることで、精密な周波数調整を行
う構成としている。このため、ガラス製の蓋体を低融点
ガラスをロウ材としてパッケージに固定する構成として
いる。この場合、外部からの力，特に側面からの力に耐
えるように、パッケージの剛性を向上させなければなら
ない。このパッケージ剛性を向上させるため、複数のセ
ラミック基板を積層して層構造のパッケージとして剛性
を向上させるとともに、積層されたセラミック基板の間
に補強材を配置している。あるいは、セラミック基板の
間に補強材をいれなくても、パッケージの上端と蓋体と
の間に補強材を配置することで、蓋体の固定構造を強化
して、丈夫な構造としている。

【００１６】請求項２の発明は、請求項１の構成におい
て、前記補強材は前記セラミック基板よりも大きなヤン
グ率を備える金属材料でなることを特徴とする。

【００１７】請求項２の構成によれば、前記補強材とし
て、パッケージの材料であるセラミック基板よりも大き
なヤング率をもつ材料を選定することにより、パッケー
ジの剛性を向上させることができる。

【００１８】請求項３の発明は、請求項２の構成におい
て、前記補強材がタングステンであることを特徴とす
る。

【００１９】請求項３の構成によれば、前記補強材とし
て、タングステンを選定することにより、タングステン
のヤング率がセラミックのヤング率より大きいことから
パッケージの剛性を向上させることができる。

【００２０】また、上述の目的は、請求項４の発明によ
れば、所定の内部空間を有するセラミック製のパッケー
ジと、このパッケージ内に収容された圧電振動片と、前
記パッケージの上端に低融点ガラスを介して固定させる
ことによりパッケージを封止するためのガラス製の蓋体
とを備えており、前記低融点ガラスと前記パッケージ上
端との間に補強材と緩衝材とを設けた、圧電デバイスに
より、達成される。

【００２１】請求項４の構成では、請求項１とは別の構
造により、パッケージの強度を向上させている。つま
り、請求項４では、パッケージ上端と蓋体との間に、ロ
ウ材としての低融点ガラス以外に、パッケージ剛性を向
上させる補強材と、この補強材が加わったことで低融点
ガラスにクラックが入ることを防止するために、緩衝材
を配置したものである。これにより、パッケージと蓋体
との封止構造において、剛性が向上した分、外から加わ
る力に対向できる強度が向上されるとともに、加えられ
た力を緩衝する働きを得ることができる。

【００２２】請求項５の発明は、請求項４の構成におい
て、前記補強材は前記セラミック基板よりも大きなヤン
グ率を備える金属材料でなることを特徴とする。

【００２３】請求項５の構成によれば、前記補強材とし
て、パッケージの材料であるセラミック基板よりも大き
なヤング率をもつ材料を選定することにより、パッケー
ジの剛性を向上させることができる。

【００２４】請求項６の発明は、請求項５の構成におい
て、前記補強材がタングステンであることを特徴とす
る。

【００２５】請求項６の構成によれば、前記補強材とし
て、タングステンを選定することにより、タングステン
のヤング率がセラミックのヤング率より大きいことから
パッケージの剛性を向上させることができる。

【００２６】請求項７の発明は、請求項４ないし６の構
成において、前記緩衝材が前記セラミック基板より小さ
なヤング率を備える金属材料でなることを特徴とする。

【００２７】請求項７の構成によれば、緩衝材として、
前記セラミック基板より小さなヤング率を備える金属材
料を選定することで、スパッタリング等の手法により容
易に緩衝材を形成することができる。また、セラミック
基板より小さなヤング率を備える金属材料を使用するこ
とで、確実に緩衝作用を発揮することができる。

【００２８】請求項８の発明は、請求項７の構成におい
て、前記緩衝材が銀（Ａｇ）ロウでなることを特徴とす
る。

【００２９】請求項９の発明は、請求項１ないし８の構
成において、前記蓋体が光透過性の材料で形成されてお
り、かつ前記パッケージの底部であって、前記圧電振動
片の自由端側に対応する箇所に凹部が形成されていると
ともに、前記パッケージの底面に封止材を充填するため
の貫通孔が形成されていることを特徴とする。

【００３０】圧電デバイスは、請求項９の構成によれ
ば、例えばパッケージ内に圧電振動片を導電性接着剤で
載置固定した後、ロウ材を用いて蓋体をパッケージと接
合して製造する。そうすると、このロウ材を溶融する際
の熱が導電性接着剤等にも加わって、導電性接着剤等か
らガスが発生し、このガスの成分が圧電振動片に付着し
て振動周波数に悪影響を及ぼすおそれがある。しかし、
パッケージの底面に貫通孔を設けておくことで、このガ
スを貫通孔から取り除くことができる。また、蓋体を接
合した後に、熱処理をして導電性接着剤等からガスを発
生させて、このガスを貫通孔から取り除き、再度ガスが
発生しないようにすることもできる。そうすると、圧電
振動片にガスの成分が付着して振動周波数に悪影響を及
ぼすことを防止することができる。そして、蓋体は光透
過性の材料で形成されているため、上述の貫通孔に封止
材を充填してパッケージを封止した後であっても、レー
ザ光をこの光透過性の蓋体を透過させて、パッケージ内
の圧電振動片の金属被覆部に照射させ、金属の一部をレ
ーザ光により蒸発させて質量削減方式により振動周波数
を調整することができる。なお、圧電振動片の自由端側
に対応する箇所に凹部を形成することで、圧電振動片の
先端部が振れた場合に、この先端部がパッケージの内側
底面と当接されることを有効に防止している。

【００３１】請求項１０の発明は、請求項１ないし９の
いずれかの構成において、前記圧電振動片の前記パッケ
ージ側に固定するための固定領域を有する基端部から平
行に延びる複数の振動腕に、長手方向に沿って延びる長
溝を備えることを特徴とする。

【００３２】請求項１０の構成によれば、振動腕には長
溝が形成されているため、振動腕内で電界が効率よく発
生して、圧電振動片の電界効率を高めることができる。
そして、圧電振動片の電界効率が高まると、ＣＩ値（ク
リスタルインピーダンス値）を低く抑えることができ
る。また、振動腕に長溝を設けたことで、圧電振動片の
質量も低減され、ＣＩ値はさらに低く抑えられる。

【００３３】そのため、圧電振動片のＣＩ値を従来と同
様のＣＩ値にした場合には、振動腕の長さを従来よりも
短くすることができるため、圧電振動片を小型化するこ
とができる。そして、このように小型化された圧電振動
片は、従来よりも小型のパッケージに収容することがで
きる。そこで、この小型化されたパッケージの壁の厚み
を、従来のパッケージの壁の厚みと同様としたならば、
小型化されたパッケージの強度は増すこととなる。これ
により、請求項１ないし９と同様の作用を発揮し、さら
にパッケージの剛性を向上する。

【００３４】請求項１１の発明は、請求項１ないし１０
のいずれかの構成において、前記基端部は、前記固定領
域と前記振動腕との間に、切り欠き部を有することを特
徴とする。

【００３５】請求項１１の構成によれば、固定領域と振
動腕との間に切り欠き部が有るために、振動腕の振動が
この固定領域に伝達し難くなり、ＣＩ値（クリスタルイ
ンピーダンス値）を低く抑えることができる。また、基
端部を切り欠くことで圧電振動片３２の質量も低減さ
れ、ＣＩ値はさらに低く抑えられる。そのため、圧電振
動片のＣＩ値を従来と同様のＣＩ値にした場合には、振
動腕の長さを従来よりも短くすることができるため、圧
電振動片を小型化することができる。そして、このよう
に小型化された圧電振動片は、従来よりも小型のパッケ
ージに収容することができる。そこで、この小型化され
たパッケージの壁の厚みを、従来のパッケージの壁の厚
みと同様としたならば、小型化されたパッケージの強度
は増すこととなる。これにより、請求項１ないし１０と
同様の作用を発揮し、さらにパッケージの剛性を向上す
る。

【００３６】

【発明の実施の形態】図１及び図２は、本発明の圧電デ
バイスの第１の実施の形態を示しており、図１はその蓋
体を外した状態の概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概
略断面図である。

【００３７】これらの図において、圧電デバイス３０は
圧電振動子であり、パッケージ３６内に圧電振動片３２
を収容して構成されている。パッケージ３６は、複数の
セラミック基板を積層して形成されており、剛性の高い
丈夫なパッケージ３６を構成している。本実施形態で
は、パッケージ３６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等を
利用した基板３３，３４，３５，４３を積層して形成さ
れている。各基板３３，３４，３５，４３は、その内側
に所定の孔を形成することで、積層した時に内側に所定
の内部空間Ｓを形成するようにされている。

【００３８】パッケージ３６の内部空間Ｓ内の図におい
て左端部付近において、内部空間Ｓに露出して底部を構
成するベースとなる積層基板３４の上面には、Ａｕ及び
Ｎｉメッキが施された電極部３１，３１が図１に示すよ
うに所定の間隔を隔てて形成されている。電極部３１，
３１は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するもので
ある。この各電極部３１，３１の上に導電性接着剤４
１，４１が塗布されており、この導電性接着剤４１，４
１の上に圧電振動片３２の基端部３２ａが載置されて、
導電性接着剤４１，４１が硬化されることにより接合さ
れており、先端部３２ｂは自由端とされている。圧電振
動片３２の基端部３２ａの導電性接着剤４１，４１と触
れる部分には、駆動電圧を伝えるための引出電極（図示
せず）が形成されており、これにより、パッケージ３６
側の電極部３１，３１と導電性接着剤４１，４１を介し
て、電気的に接続されている。

【００３９】圧電振動片３２は、例えば水晶で形成され
ており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リ
チウム等の圧電材料を利用することができる。本実施形
態の場合、圧電振動片３２は、基端部３２ａから図にお
いて左方に向けて、二股にわかれて平行に延びる一対の
振動腕が形成された、所謂、音叉型圧電振動片が利用さ
れている。この圧電振動片３２は、音叉型に限らず、水
晶を矩形に切り出したＡＴカット振動片等を用いてもよ
い。この圧電振動片３２の表面には、駆動電圧を伝える
励振電極（図示せず）が形成されている。

【００４０】パッケージ３６の開放された上端には、低
融点ガラス等のロウ材４４を介して、蓋体３９が接合さ
れることにより、封止されている。この低融点ガラスに
よるロウ材４４は、パッケージ３６の上端面の全周にわ
たって隙間を形成しないように適用され、図１及び図２
の封止幅Ｗ２の領域に適用されている。

【００４１】蓋体３９は、好ましくは、後述する周波数
調整を行うために、光透過性の材料，例えば、ガラスで
形成されている。

【００４２】本実施形態では、このガラスの蓋体３９と
パッケージ３６の上端面には、低融点ガラス４４と同様
に全周にわたって補強材４５ａが適用されている。この
補強材４５ａは、例えばパッケージ３６の上端面に、低
融点ガラス４４が適用される幅Ｗ２よりも狭い幅で適用
されている。この補強材４５ａとしては、パッケージ３
６を形成するセラミック材料よりも大きなヤング率を備
えた金属材料が選ばれており、例えば図３の表中にタン
グステンが選択される。これにより、タングステンのヤ
ング率がセラミックのヤング率より大きいことからパッ
ケージ３６の剛性を向上させることができる。また、タ
ングステン等の金属材料を補強材４５ａとして利用する
ためには、パッケージ３６の上端にタングステン等の金
属材料を含むペーストをスクリーン印刷等により塗布
し、セラミックと同時に焼成することで、比較的簡単に
形成することができる。

【００４３】さらに、本実施形態では、積層基板３５と
４３の間，すなわち、積層基板３５の上端面にも、補強
材４５ｂを適用している。この補強材４５ｂは、補強材
４５ａと同様の幅で設けられており、これにより、パッ
ケージ３６の強度がより向上するようにされている。

【００４４】また、パッケージ３６の底面のほぼ中央付
近には、積層基板３３及びその上の積層基板３４に連続
する貫通孔３７ａ，３７ｂを形成することにより、開口
３７が設けられている。この開口３７は、圧電デバイス
３０の製造工程において、後述するようにパッケージ３
６内に発生した不要なガスを取り除くための孔とするこ
とができる。

【００４５】この開口３７を形成する貫通孔のうち、パ
ッケージ内部に開口する第１の孔３７ｂに対して、第２
の孔である外側の貫通孔３７ａは、より大きな内径を備
えるようにされている。これにより、開口３７は段つき
開口とされており、好ましくは、第２の孔である貫通孔
３７ａの段部と、貫通孔３７ａの孔内周面には金属が被
覆されている。ここで、金属製封止材３８としては、例
えば、金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）による合金が用いられ、
第２の孔３７ａの段部と孔内周面の金属被覆部には、ニ
ッケルメッキによる下地層の上に金メッキを被覆した構
成が適している。

【００４６】さらに、この実施形態では、パッケージ３
６を構成する積層基板３４の図において右端部付近に孔
を形成することにより、この積層基板３４の厚みに対応
した凹部４２が形成されている。この凹部４２は、圧電
振動片３２の先端部３２ｂの下方に位置しており、圧電
振動片３２の先端部３２ｂが矢印方向に振れた場合に、
パッケージ３６の内側底面と当接されることを有効に防
止している。

【００４７】本実施形態は以上のように構成されてお
り、パッケージ３６を複数のセラミック基板による積層
基板とすることで、パッケージ３６の剛性が向上する。
しかも、先ず、パッケージ３６の上端と蓋体３９との間
に補強材４５ａを配置することで、蓋体３９の固定構造
を強化して、特に、側面からの衝撃により蓋体３９とロ
ウ材４４との間にクラック等が生じて、リークが発生す
ることを有効に防止することができる。また、このよう
な封止構造としたことで、図１及び図２に示す封止用の
スペースである封止しろＷ２は、比較的小さな面積で
も、十分な接合強度を持つことができるから、図９の封
止しろＷ１と比べて、３００μｍ程度と小さくすること
ができ、その分、圧電デバイス３０全体を小型化するこ
とができる。

【００４８】また、このように丈夫な封止構造を採用し
てガラス製の蓋体３９を封止できることから、このガラ
ス製の蓋体３９を利用して、後述するように、封止後に
周波数調整できることにより、周波数を精密に合わせ込
むことができ、製品の性能を向上させることができる。
これに加えて、本実施形態では、積層基板３５と４３と
の間にも補強材４５ｂを配置したことから、パッケージ
３６の強度を、さらに向上させることができる。

【００４９】図４は、本発明の第２の実施形態にかかる
圧電デバイス５０の概略断面図である。図において、第
１の実施形態をあらわす図１及び図２の符号と共通の符
号を付した個所は同一の構成であるから重複する説明は
省略し、以下、相違点を中心に説明する。

【００５０】図４の圧電デバイス５０は、パッケージ５
６が積層基板３３，３４，３５の三枚のセラミック基板
により形成されている点が第１の実施形態と異なってい
る。そして、蓋体３９の封止構造が以下のように異なっ
ている。

【００５１】この場合、パッケージ５６の上端には、先
ず補強材５５として、タングステンによる金属被覆部５
５が設けられており、その上に緩衝材５７が設けられ、
その上に低融点ガラスによるロウ材４４を配置して、蓋
体３９を固定するようにされている。

【００５２】ここで緩衝材５７は、補強材５５を設け
て、パッケージ５６の剛性を向上させているが、外部か
らの力は０にはならないので、例えば、側面からの衝撃
により、低融点ガラス４４にクラックを生じたりしない
ように、その力を吸収する機能を発揮するものである。
そのために、緩衝材５７としては、セラミック基板より
小さなヤング率を備える金属材料であることが好まし
い。金属材料であると、パッケージ５６の上端の補強材
５５の上に重ねてロウ付け等により比較的簡単に緩衝材
５７を設けることができるからである。

【００５３】このような点より、図３を参照すると、緩
衝材５７としては、例えば、銀（Ａｇ）ロウが優れてい
ることがわかる。

【００５４】本実施形態は、以上のように構成されてお
り、補強材５５を備えることから、蓋体３９の固定構造
を強化して、特に、側面からの衝撃により蓋体３９とロ
ウ材４４との間にクラック等が生じて、リークが発生す
ることを有効に防止すること等、第１の実施の実施形態
と共通する作用効果を発揮できるだけでなく、その衝撃
を緩衝材５７にて吸収して、低融点ガラス自体にクラッ
クを生じるといった事態も防止することができる。これ
により、第１の実施形態よりも一層強靱な蓋固定構造を
持つことができる。

【００５５】ここで、パッケージの製造方法の一例とし
て、第２の実施形態の圧電デバイス５０のパッケージ５
６を製造する工程を簡単に説明する。このような圧電振
動子１のパッケージ６は、例えば図５及び図６の概略工
程図に示すように製造される。

【００５６】例えば、図５（ａ）に示すようにセラミッ
ク材料のグリーンシートＧを一方向に長いテープ状に成
形する。次に、図５（ｂ）に示すように、シート状の材
料を所定の長さにカットしてテープカット材料Ｇ１と
し、これをパッケージを形成するための積層基板の一枚
の単位として使用する。すなわち、図５（ｃ）に示すよ
うに、テープカット材料Ｇ１には、必要とされるスルー
ホールを形成し、図５（ｄ）に示すように、スルーホー
ル内に導体金属を充填して、スルーホールの長さ方向に
導電機能をもったＶＩＡホールとする。これにより、複
数枚のテープカット材料Ｇ１を重ねた時に、積層方向に
導電機能を付与することができる。

【００５７】次いで、図５（ｅ）に示すように、３枚の
テープカット材料Ｇ１について、それぞれ異なる加工を
行い、パッケージ６を形成するための積層基板３３，３
４，３５に対応した機能を付与する。すなわち、テープ
カット材料３Ｇには、積層基板３３とするために開口３
７に対応した穴３７ａを形成する。テープカット材料４
Ｇには、積層基板３４とするために開口３７に対応した
穴３７ｂを形成するとともに、圧電振動片３２をマウン
トするための電極等を導電パターンにより形成する。テ
ープカット材料５Ｇには、積層基板３５とするために内
部空間Ｓと対応した穴を形成し、補強材５５としてのタ
ングステンに対応する金属材料を含むペーストをスクリ
ーン印刷を用いて塗布する。

【００５８】次に、図６（ａ）に示すように、テープカ
ット材料３Ｇ，テープカット材料４Ｇ，テープカット材
料５Ｇを積層基板３３，３４，３５の積層状態と一致す
るように積層する。そして、図６（ｂ）に示すように、
積層したテープカット材料３Ｇ，４Ｇ，５Ｇをさらに所
定の大きさにカットするとともに、個別のパッケージの
形状にそって、材料に縦横のハーフカットＣをいれてお
く。次いで、図６（ｂ）にてカットしたテープカット材
料３Ｇ，４Ｇ，５Ｇを、図６（ｃ）にて焼成する。次い
で、図４で説明したように、パッケージ５６の上端に所
定のマスキング等を施して、金属被覆を設ける。すなわ
ち、補強材の上に被覆できるような形に加工された緩衝
材としての銀ロウのシートをのせ、銀ロウの融点以上に
加熱することにより、被覆し、最後に低融点ガラス４４
を配置する。最後に図６（ｄ）に示すように、焼成後の
テープカット材料３Ｇ，４Ｇ，５Ｇに予め形成されたハ
ーフカット線の縦横Ｃ１，Ｃ２にそって切断する。これ
により、図６（ｅ）に示すように、パッケージ５６が得
られる。

【００５９】図７は、図４の圧電デバイス５０の製造方
法の一例を説明するためのフローチャートである。

【００６０】図７において、先ず、パッケージ５６を形
成するためのセラミックベースと、圧電振動片３２を形
成するための水晶振動片と、蓋体３９とを別々に形成す
るようにされている。

【００６１】ここで、パッケージ５６は、上述したよう
に、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等を利用した基板３３，３４，３
５を積層して形成されている。すなわち、基板３３は、
貫通孔３７ａに対応した孔を形成するように成形され、
その上に重ねる基板３４は、貫通孔３７ｂと凹部４２に
対応した各孔を形成するように成形され、その上に重ね
られる基板３５は、内部空間Ｓに対応した孔を形成する
ように成形され、次いで、必要な電極パターンに対応し
た金属被膜が設けられた後で焼成される。次に、パッケ
ージ５６の積層基板３４に露出されている電極上に導電
性接着剤４１が塗布される（ＳＴ１１）。

【００６２】これとは別工程で、水晶片に所定の金属被
膜により駆動用の電極を設けて圧電振動片３２を形成
し、錘をさらに付加したりあるいは除去してほぼ所望と
する周波数まで粗調整する（ＳＴ１２）。そして、パッ
ケージ５６の導電性接着剤４１の上に、圧電振動片３２
の基端部３２ａを載置して、導電性接着剤４１を硬化さ
せることにより、圧電振動片３２をマウントする（ＳＴ
１３）。

【００６３】次いで、低融点ガラスのロウ材４４を用い
て、ガラス製の蓋体３９を接合する（ＳＴ１４）。この
場合、パッケージ５６の上端には、補強材５５として、
タングステンによる金属被覆部５５が設けられており、
その上に緩衝材５７が設けられ、その上に低融点ガラス
によるロウ材４４を配置して、蓋体３９を固定する。し
たがって、補強材５５を設けた分だけ、パッケージ５６
の剛性が向上するとともに、緩衝材５７が外部からの
力，例えば、側面からの衝撃により、低融点ガラス４４
にクラックを生じたりしないように、その力を吸収する
機能を発揮する封止構造とすることができる。

【００６４】ここで、ロウ材４４を用いてガラス製の蓋
体３９を接合する際の熱が、パッケージ５６内の導電性
接着剤４１等にも加わり、導電性接着剤４１等からガス
が発生し、このガスの成分が圧電振動片に付着して振動
周波数に悪影響を及ぼすおそれがある。しかし、パッケ
ージ５６の底面に貫通孔３７ａ，３７ｂをもって開口３
７が形成されているので、このガスを開口３７から取り
除くことができる。あるいは、蓋体３９を接合した後
に、熱処理をして導電性接着剤４１等からガスを発生さ
せて、このガスを開口３７から取り除き、再度ガスが発
生しないようにすることもできる。これにより、圧電振
動片３２にガスの成分が付着して振動周波数に悪影響を
及ぼすことを防止することができる。

【００６５】続いて、例えば、真空環境下で、開口３７
に、封止材である金属を充填する（ＳＴ１５）。具体的
には、例えば、図４のパッケージ５６を、図４の上下の
方向を逆にして、すなわち、逆さの状態として、この開
口３７に外部から金属製の封止材３８を載置する。そし
て、この封止材３８に対して、例えばレーザ光を照射し
たり、加熱手段と接続されたピン等を接触させたりし
て、封止材３８を加熱溶融すると、この開口３７の第２
の孔３７ａの段部と孔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の孔３７ａの内部に濡れ広が
る。これに対して、第１の孔３７ｂは、第２の孔３７ａ
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の孔３７ｂ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３８は第２の孔３７
ａ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の孔３７ａ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の孔３７ｂには、溶融
金属が殆ど侵入しないから、パッケージ５６内まで溶融
金属が達することがなく、溶融金属がパッケージ５６内
部の圧電振動片３２に付着するおそれがない。ここで用
いる封止材３８としては、例えば、金（Ａｕ）と錫（Ｓ
ｎ）による合金が用いられ、形状はペレット状のもの
や、球体，偏平な円盤状の形態のもの等が使用される。

【００６６】特に、第２の孔３７ａの内側側面が、奥行
き方向に徐々に縮径するような傾斜面で形成されている
場合には、球体にした封止材を載置しやすい。

【００６７】さらに、封止後において、圧電デバイス５
０の外部から、ガラス製の蓋体３９を透過するようにレ
ーザ光をパッケージ５６内に入射させ、このレーザ光を
圧電振動片３２の先端付近の電極の一部もしくは金属被
覆部に照射し、金属の一部を、レーザ光により蒸発させ
て、質量削減方式により振動周波数をさらに高くするよ
うに微調整する（ＳＴ１６）。最後にこの周波数調整後
に圧電デバイス５０を検査工程に送る（ＳＴ１７）。

【００６８】このようにして、製造される圧電デバイス
５０は、蓋体３９を接合して、開口３７に封止用金属３
８を充填して封止した後で、さらにＳＴ１６の第２の周
波数調整を行っていることから、封止前に周波数調整す
る場合と比較して、周波数調整後に圧電振動片３２が真
空に晒されて周囲の条件が変化することがないために、
より正確に周波数の合わせ込みがなされる。

【００６９】また、この実施形態においても、第１の実
施形態と同様にパッケージ５６を構成する積層基板３４
の図４において右端部付近に孔を形成することにより、
この積層基板３４の厚みに対応した凹部４２が形成され
ている。この凹部４２は、圧電振動片３２の先端部３２
ｂの下方に位置しており、圧電振動片３２の先端部３２
ｂが矢印方向に振れた場合に、パッケージ５６の内側底
面と当接されることを有効に防止している。

【００７０】ここで、特に音叉型の圧電振動片３２の場
合においては、このような当接により損傷する部位が、
圧電振動片３２の先端にいくほど極端に周波数性能に影
響する。したがって、外部からの衝撃により、このよう
な周波数性能に影響する損傷を未然に防ぐためには、圧
電振動片３２の先端部３２ｂの端部だけでなく、これに
近いより基端側の部位が凹部４２の上端周縁に当接する
ことをあわせて防止する必要がある。このためには凹部
４２をできるだけ大きく形成すると有効であるが、凹部
４２を単純に大きくすることは以下の理由で難しい。

【００７１】すなわち、圧電デバイス５０（第１の実施
形態の圧電デバイス３０でも同様）においては、周波数
性能における高性能化だけでなく、小型化が強く要請さ
れている。例えば、図１４において、圧電振動子１の高
さＨは、従来、２．５ｍｍ程度であったものが、本発明
の圧電デバイスを組み込む機器の小型化にともない、実
装スペースの制限から、圧電デバイス５０（第１の実施
形態の圧電デバイス３０でも同様）の場合、高さＨを例
えば０．８ｍｍ程度まで小さくしなければならない。こ
のことは、パッケージ５６を構成する各積層基板３３，
３４，３５，４３の薄型化を必要とする。

【００７２】しかしながら、薄く形成した積層基板３
３，３４に開口３７を設けた上で、さらに凹部４２を大
きく形成することは、パッケージ３６の強度を保持する
上ではきわめて困難である。

【００７３】この点においても、圧電デバイス３０や圧
電デバイス５０に補強材や緩衝材を配置して、パッケー
ジの剛性を向上させることは、上述したように、開口３
７を設けた上で小型化することで一層強度が不足する可
能性があるパッケージの強度を向上させる上で極めて大
きな効果がある。

【００７４】図８は、本発明の第３の実施形態にかかる
圧電デバイス６０の概略断面図である。図において、第
１の実施形態を表す図１及び図２の符号または第２の実
施形態に係る図４の符号と共通の符号を付した個所は同
一の構成であるから重複する説明は省略し、以下、相違
点を中心に説明する。

【００７５】図８の圧電デバイス６０は、蓋体３９の封
止構造が以下のように異なっている。この実施形態で
は、図４の構造と比べて、補強材としてのタングステン
層５５と緩衝材としての銀ロウ層５７の間に、下から順
次ニッケル（Ｎｉ）層６１、金（Ａｕ）層６２を設けて
いる。具体的には、パッケージ５６の上端にタングステ
ン層５５、その上にニッケル層６１、その上に金層６
２、その上に銀ロウ層５７、その上に低融点ガラス４４
によるロウ材を配置して、蓋体３９を封止している。

【００７６】このような構成によれば、補強材と緩衝材
を備えることから、第２の実施形態と同様の作用効果を
発揮するだけでなく、さらに多数の接合に関与する層構
造を形成しているので、より応力が分散されて、強靱な
封止構造とすることができる。

【００７７】図９は、本発明の第４の実施形態にかかる
圧電デバイス７０の概略平面図であり、図１０は、図９
のＢ−Ｂ線概略断面図である。また、図１１は、長溝９
０の形状を説明するための図であり、図９のＣ−Ｃ線切
断端面図である。これらの図において、図１及び図２の
圧電デバイス３０と同一の構成には、共通する符号を付
して重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。

【００７８】この圧電デバイス７０において、他の実施
形態と異なるのは、圧電振動片３２の基端部３２ａから
平行に延びる複数の振動腕３２ｄ，３２ｄに長溝９０，
９０を設けた点である。基端部３２ａは、圧電振動片３
２を導電性接着剤４１，４１によってパッケージ６６側
と固定した固定領域３２ｆ，３２ｆを有する。

【００７９】長溝９０，９０は、圧電振動片３２の電界
効率を高めるための溝である。具体的には、長溝９０，
９０は、各振動腕３２ｄ，３２ｄの長手方向に延びるよ
うに設けられている。また、長溝９０，９０は、振動腕
３２ｄ，３２ｄの上面および下面に設けられており、図
１１に示すように、長溝９０，９０を設けた振動腕３２
ｄ，３２ｄの断面形状が略Ｈ型としている。

【００８０】このような長溝９０，９０を設けること
で、振動腕３２ｄ，３２ｄに厚みが薄い箇所が形成さ
れ、振動腕３２ｄ内の電界が、例えば図１１において左
右の両端側に形成された縦方向に延びる各壁部の厚み方
向Ｅに沿って、効率よく発生することとなり、圧電振動
片３２の電界効率を高めることができる。したがって、
長溝９０を設けることで、圧電振動片３２のＣＩ値（ク
リスタルインピーダンス値）を他の実施形態のＣＩ値と
比べて低く抑えることができる。また、振動腕３２ｄ，
３２ｄに長溝９０，９０を設けたことで、圧電振動片３
２の質量も低減され、ＣＩ値はさらに低く抑えられる。
なお、図１１においては、外部からの駆動電圧を電極３
１及び導電性接着剤４１を介して振動腕３２ｄに伝える
ための図示しない励振電極と接続された電極４８を、長
溝９０の内壁面４６ｂと振動腕３２ｄの左右の側壁面４
６ａに配置し、さらに振動腕３２ｄ内の電界を効率よく
発生させて、より圧電振動片３２のＣＩ値を低く抑えて
いる。

【００８１】そして、このような圧電振動片３２のＣＩ
値を、他の実施形態と同様のＣＩ値となるように形成し
た場合には、振動腕３２ｄ，３２ｄの長さを、他の実施
形態と比べて短くすることができるため、圧電振動片３
２を小型化することができる。そして、このように小型
化された圧電振動片３２は、従来よりも小型のパッケー
ジ６６に収容することができる。そこで、この小型化さ
れたパッケージ６６の壁の厚みＷ５，Ｗ６，Ｗ７，Ｗ８
を、従来のパッケージの壁の厚みと同様としたならば、
小型化されたパッケージ６６の強度は増すこととなる。
これにより、第４の実施形態においては、他の実施形態
の作用効果を発揮し、さらにパッケージ６６の剛性を向
上させることができる。

【００８２】なお、長溝９０については、溝ではなく貫
通孔としたり、或いは振動腕３２ｄ内の断面形状をＶ字
状等になるように形成してもよい。

【００８３】図１２は、本発明の第５の実施形態にかか
る圧電デバイス８０の概略平面図であり、図１３は、図
１２のＦ−Ｆ線概略断面図である。これらの図におい
て、図９及び図１０の圧電デバイス７０と同一の構成に
は、共通する符号を付して重複する説明は省略し、相違
点を中心に説明する。

【００８４】この圧電デバイス８０において、第４の実
施形態と異なるのは、圧電振動片３２の基端部３２ａに
切り欠き部若しくはくびれ部３２ｅ，３２ｅを設けてい
る点である。基端部３２ａは、圧電振動片３２のうち一
対の振動腕３２ｄ，３２ｄを除いた部分であり、導電性
接着剤４３，４３と固定した固定領域３２ｆ，３２ｆを
有する。

【００８５】そして、この基端部３２ａの固定領域３２
ｆ，３２ｆと振動腕３２ｄ，３２ｄとの間において、両
端部（図１２における上下部）の２箇所に切り欠き部若
しくはくびれ部３２ｅ，３２ｅを設けている。例えば、
図１２においては、圧電振動片３２の基端部３２ａの左
端部に導電性接着剤４１，４１と固定した固定領域３２
ｆ，３２ｆがあり、この固定領域３２ｆ，３２ｆよりも
振動腕３２ｄ側の基端部３２ａには、基端部３２ａの幅
が縮幅されて形成された切り欠き部３２ｅ，３２ｅが設
けられ、この切り欠き部３２ｅ，３２ｅに隣接して、拡
径部３２ｇ，３２ｇが一体に形成されており、この拡径
部３２ｇ，３２ｇから、図において右方に向かって振動
腕３２ｄ，３２ｄが平行に延びている。

【００８６】第５の実施形態は以上のように構成されて
おり、このため、第５の実施形態の圧電デバイス８０に
おいては、振動腕３２ｄ，３２ｄからの振動が、導電接
着剤４１で固定された固定領域３２ｆに伝わり難くなる
ため、振動腕３２ｄのＣＩ値を、他の実施形態よりも、
さらに低くすることができる。また、基端部３２ａを切
り欠くことで圧電振動片３２の質量も低減され、ＣＩ値
はさらに低く抑えられる。

【００８７】そして、このような圧電振動片３２のＣＩ
値を他の実施形態と同様のＣＩ値となるように形成した
場合には、振動腕３２ｄの長さは他の実施形態と比べて
短くすることができるため、圧電振動片３２を小型化す
ることができる。そして、このように小型化された圧電
振動片３２は、従来よりも小型のパッケージ７６に収容
することができる。そこで、この小型化されたパッケー
ジ７６の壁の厚みＷ９，Ｗ１０，Ｗ１１，Ｗ１２を、従
来のパッケージの壁の厚みと同様としたならば、小型化
されたパッケージ７６の強度は増すこととなる。これに
より、第５の実施形態においては、他の実施形態の作用
効果を発揮し、さらにパッケージ７６の剛性を向上させ
ることができる。

【００８８】本発明は上述の実施形態に限定されない。
例えば、蓋体を封止するための接合層としては、蓋体と
パッケージの間に、補強材及び／または緩衝材を設ける
他、いかなる層と組み合わせてもよい。

【００８９】さらに、上述の実施形態では、圧電デバイ
スとして圧電振動子の構成を説明したが、パッケージ内
に集積回路を備えた圧電発振器に本発明を適用すること
ができることは明らかである。

【００９０】また、各実施形態の各構成はこれらを適宜
組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合
わせることができる。

【００９１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、精
密な周波数調整が可能で、小型に形成しても優れた耐衝
撃性能を備えた圧電デバイスを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の圧電デバイスの第１の実施形態の蓋
体を除いた概略平面図。

【図２】 図１のＡ−Ａ線概略断面図。

【図３】 所定の材料とヤング率との関係を示す表。

【図４】 本発明の圧電デバイスの第２の実施形態の概
略断面図。

【図５】 図４の圧電デバイスのパッケージの製造工程
を示す概略図。

【図６】 図４の圧電デバイスのパッケージの製造工程
を示す概略図。

【図７】 図４の圧電デバイスの製造方法を説明するた
めのフローチャート。

【図８】 本発明の圧電デバイスの第３の実施形態の概
略断面図。

【図９】 本発明の圧電デバイスの第４の実施形態を示
す概略平面図。

【図１０】 図９のＢ−Ｂ線概略断面図。

【図１１】 長溝の形状を説明するための図であり、図
９のＣ−Ｃ線端面図。

【図１２】 本発明の圧電デバイスの第５の実施形態を
示す概略平面図。

【図１３】 図１２のＦ−Ｆ線概略断面図。

【図１４】 圧電デバイスの構成例を示す概略断面図。

【符号の説明】

３０，５０，６０，７０，８０・・・ 圧電デバイス、
３１・・・電極部、３２・・・圧電振動片、３２ａ・・
・基端部、３２ｄ・・・振動腕、３２ｅ・・・切り欠き
部、３３・・・積層基板、３４・・・積層基板、３５・
・・積層基板、３６，５６，６６，７６・・・パッケー
ジ、３７・・・開口、３８・・・封止材、３９・・・蓋
体、４１・・・導電性接着剤、４２・・・凹部、４４・
・・低融点ガラス、４５ａ，４５ｂ，５５・・・補強
材、５７・・・緩衝材

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のセラミック基板を積層して、内部
   空間を形成するようにしたパッケージと、 このパッケージ内に収容された圧電振動片と、 前記パッケージの上端に低融点ガラスを介して固定させ
   ることによりパッケージを封止するためのガラス製の蓋
   体と を備えており、 少なくとも一部の前記積層基板どうしの間か、もしくは
   前記パッケージ上端と前記低融点ガラスとの間に補強材
   を配置したことを特徴とする、圧電デバイス。
2. 【請求項２】 前記補強材は前記セラミック基板よりも
   大きなヤング率を備える金属材料でなることを特徴とす
   る、請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 【請求項３】 前記補強材がタングステンであることを
   特徴とする、請求項２に記載の圧電デバイス。
4. 【請求項４】 所定の内部空間を有するセラミック製の
   パッケージと、 このパッケージ内に収容された圧電振動片と、 前記パッケージの上端に低融点ガラスを介して固定させ
   ることによりパッケージを封止するためのガラス製の蓋
   体とを備えており、 前記低融点ガラスと前記パッケージ上端との間に補強材
   と緩衝材とを設けたことを特徴とする、圧電デバイス。
5. 【請求項５】 前記補強材は前記セラミック基板よりも
   大きなヤング率を備える金属材料でなることを特徴とす
   る、請求項４に記載の圧電デバイス。
6. 【請求項６】 前記補強材がタングステンであることを
   特徴とする、請求項５に記載の圧電デバイス。
7. 【請求項７】 前記緩衝材が前記セラミック基板より小
   さなヤング率を備える金属材料でなることを特徴とす
   る、請求項４ないし６のいずれかに記載の圧電デバイ
   ス。
8. 【請求項８】 前記緩衝材が銀（Ａｇ）ロウでなること
   を特徴とする、請求項７に記載の圧電デバイス。
9. 【請求項９】 前記蓋体が光透過性の材料で形成されて
   おり、かつ前記パッケージの底部であって、前記圧電振
   動片の自由端側に対応する箇所に凹部が形成されている
   とともに、前記パッケージの底面に封止材を充填するた
   めの貫通孔が形成されていることを特徴とする、請求項
   １ないし８のいずれかに記載の圧電デバイス。
10. 【請求項１０】 前記圧電振動片の前記パッケージ側に
    固定するための固定領域を有する基端部から平行に延び
    る複数の振動腕に、長手方向に沿って延びる長溝を備え
    ることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記
    載の圧電振動子。
11. 【請求項１１】 前記基端部は、前記固定領域と前記振
    動腕との間に、切り欠き部を有することを特徴とする、
    請求項１ないし１０のいずれかに記載の圧電振動子。