JP2003197797A - 圧電素子の気密封止方法 - Google Patents
圧電素子の気密封止方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】薄型化が図れ、歩留まりが良好で、制作時間を
短縮化でき、圧電素子のクリスタルインピーダンスを低
い値で維持することのできる表面実装型圧電素子を得る
こと。 【解決手段】表面実装型圧電素子において、パッケージ
部材１のシール面５と金属蓋８との接合部に金属膜６を
形成し、真空又は窒素雰囲気中で、前記接合部を電極２
２で加圧しながら面方向に電流を流し、電極２２の両極
間で生じる抵抗発熱を利用して接合部の界面にある金属
膜１２を溶融させ、金属蓋８をパッケージ部材１に気密
に封止すること。
短縮化でき、圧電素子のクリスタルインピーダンスを低
い値で維持することのできる表面実装型圧電素子を得る
こと。 【解決手段】表面実装型圧電素子において、パッケージ
部材１のシール面５と金属蓋８との接合部に金属膜６を
形成し、真空又は窒素雰囲気中で、前記接合部を電極２
２で加圧しながら面方向に電流を流し、電極２２の両極
間で生じる抵抗発熱を利用して接合部の界面にある金属
膜１２を溶融させ、金属蓋８をパッケージ部材１に気密
に封止すること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面実装型圧電素
子において、圧電素子を組み込んだパッケージ部材を蓋
体により封止するに際し、圧電素子に影響を与ええるこ
となく気密に行なうことのできる圧電素子の気密封止方
法に関する。
子において、圧電素子を組み込んだパッケージ部材を蓋
体により封止するに際し、圧電素子に影響を与ええるこ
となく気密に行なうことのできる圧電素子の気密封止方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から用いられている圧電素子の気密
封止方法としては、パラレルシーム溶接法、ろう接材溶
接法、ダイレクトシーム溶接法等が挙げられる。このう
ち、パラレルシーム溶接法を、図４により説明する。凹
状に成形されたパッケージ部材１内には電極パッド２が
配設され、この電極パッド２上に、水晶片からなる圧電
素子３の一端が導電性接着材４により支持固定されてい
る。パッケージ部材１のシール面５には、タングステン
あるいはモリブデンを焼成してなる金属層６が形成さ
れ、この金属層６上にコバール合金からなるシームリン
グ７が銀ロー付けされている。このシームリング７に
は、ニッケルメッキとその上に金メッキが施されてい
る。そして、表面にニッケルメッキの施されたコバール
合金からなる金属蓋８をシール面５上に被せ、窒素雰囲
気中で、パラレルシーム溶接機の溶接電極９により金属
蓋８の気密封止を行なっている。
封止方法としては、パラレルシーム溶接法、ろう接材溶
接法、ダイレクトシーム溶接法等が挙げられる。このう
ち、パラレルシーム溶接法を、図４により説明する。凹
状に成形されたパッケージ部材１内には電極パッド２が
配設され、この電極パッド２上に、水晶片からなる圧電
素子３の一端が導電性接着材４により支持固定されてい
る。パッケージ部材１のシール面５には、タングステン
あるいはモリブデンを焼成してなる金属層６が形成さ
れ、この金属層６上にコバール合金からなるシームリン
グ７が銀ロー付けされている。このシームリング７に
は、ニッケルメッキとその上に金メッキが施されてい
る。そして、表面にニッケルメッキの施されたコバール
合金からなる金属蓋８をシール面５上に被せ、窒素雰囲
気中で、パラレルシーム溶接機の溶接電極９により金属
蓋８の気密封止を行なっている。
【０００３】また、ろう材溶接法は、図５に示すよう
に、シール面５上に形成された金属層６にニッケルメッ
キとその上に金メッキを施したうえで、この金属層６上
に、金−錫合金からなるロー接材１０を置き、その上に
金属蓋８を載せて、窒素雰囲気あるいは真空雰囲気中の
低温度条件下で、金属蓋８に所定の加圧力を掛けつつロ
ー接材１０を溶融させることで、金属蓋８の気密封止を
行なっている。
に、シール面５上に形成された金属層６にニッケルメッ
キとその上に金メッキを施したうえで、この金属層６上
に、金−錫合金からなるロー接材１０を置き、その上に
金属蓋８を載せて、窒素雰囲気あるいは真空雰囲気中の
低温度条件下で、金属蓋８に所定の加圧力を掛けつつロ
ー接材１０を溶融させることで、金属蓋８の気密封止を
行なっている。
【０００４】さらに、ダイレクトシーム溶接法は、図６
に示すように、上記パラレルシーム溶接法によるシーム
リング７を用いず、表面にニッケルメッキとその上に金
メッキの施された金属層６上に直接金属蓋８を被せ、窒
素雰囲気中で、パラレルシーム溶接機の溶接電極９によ
り金属蓋８の気密封止を行なっている。
に示すように、上記パラレルシーム溶接法によるシーム
リング７を用いず、表面にニッケルメッキとその上に金
メッキの施された金属層６上に直接金属蓋８を被せ、窒
素雰囲気中で、パラレルシーム溶接機の溶接電極９によ
り金属蓋８の気密封止を行なっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な各気密封止方法には、下記のような問題点が生じてい
る。先ず、パラレルシーム溶接法によると、シームリン
グ７を介在させたうえで金属蓋８の気密封止を行なうた
めに、このシームリング７の高さ分が製品の薄型化を阻
害することになる。また、気密封止は、大気圧条件下で
の窒素雰囲気中で行なわれるために、圧電素子３のクリ
スタルインピーダンスは高めの値を示す傾向にある。さ
らに、封止にあたり、溶接電極９をＸ軸方向とＹ軸方向
の２方向に移動させて対向する２辺の溶接を別々に行な
う必要があるため、その移動時間分の溶接時間を費やす
ことになる。
な各気密封止方法には、下記のような問題点が生じてい
る。先ず、パラレルシーム溶接法によると、シームリン
グ７を介在させたうえで金属蓋８の気密封止を行なうた
めに、このシームリング７の高さ分が製品の薄型化を阻
害することになる。また、気密封止は、大気圧条件下で
の窒素雰囲気中で行なわれるために、圧電素子３のクリ
スタルインピーダンスは高めの値を示す傾向にある。さ
らに、封止にあたり、溶接電極９をＸ軸方向とＹ軸方向
の２方向に移動させて対向する２辺の溶接を別々に行な
う必要があるため、その移動時間分の溶接時間を費やす
ことになる。
【０００６】また、ろう接材溶接法によるときは、ろう
接材１０をシール面５に載せる際、あるいは載せた後、
外部からの振動あるいは衝撃等によりろう接材１０がシ
ール面５からずれ、これが金属蓋８のろう接の際、パッ
ケージ部材１の内外にはみ出してしまって、均等な封止
が得られにくく、製品の歩留まりを低下させている。
接材１０をシール面５に載せる際、あるいは載せた後、
外部からの振動あるいは衝撃等によりろう接材１０がシ
ール面５からずれ、これが金属蓋８のろう接の際、パッ
ケージ部材１の内外にはみ出してしまって、均等な封止
が得られにくく、製品の歩留まりを低下させている。
【０００７】さらに、ダイレクトシーム溶接法によると
きは、シームリング７を用いない分製品の薄型化は可能
であるが、溶接時の熱応力によりパッケージ部材１に歪
みが生じ、この歪みが、後にパッケージ割れを起こした
り、気密不良の原因となって、製品の歩留まりを低下さ
せている。また、この歪のみ発生を抑制するために、溶
接条件を厳しくする必要がある。さらに、クリスタルイ
ンピーダンスや溶接時間の点においても、パラレルシー
ム溶接法と同様の問題点が生じている。
きは、シームリング７を用いない分製品の薄型化は可能
であるが、溶接時の熱応力によりパッケージ部材１に歪
みが生じ、この歪みが、後にパッケージ割れを起こした
り、気密不良の原因となって、製品の歩留まりを低下さ
せている。また、この歪のみ発生を抑制するために、溶
接条件を厳しくする必要がある。さらに、クリスタルイ
ンピーダンスや溶接時間の点においても、パラレルシー
ム溶接法と同様の問題点が生じている。
【０００８】本発明は、上記各溶接方法の課題を解決す
るもので、小型かつ薄型で、製品の歩留まりも良く、溶
接も短時間ででき、圧電素子のクリスタルインピーダン
スを低い値で実現することのできる圧電素子の気密封止
方法を提供するものである。
るもので、小型かつ薄型で、製品の歩留まりも良く、溶
接も短時間ででき、圧電素子のクリスタルインピーダン
スを低い値で実現することのできる圧電素子の気密封止
方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本第
１の発明は、パッケージ部材の凹部に圧電素子を組み込
み、パッケージ部材のシール面に金属蓋を被着してなる
表面実装型圧電素子において、シール面と金属蓋との接
合部に金属膜を形成し、真空又は窒素雰囲気中で、前記
接合部を電極で加圧しながら面方向に電流を流し、前記
電極の両極間で生じる抵抗発熱を利用して前記接合部の
界面にある金属膜を溶融し、金属蓋をパッケージ部材に
気密に封止することを特徴とする。
１の発明は、パッケージ部材の凹部に圧電素子を組み込
み、パッケージ部材のシール面に金属蓋を被着してなる
表面実装型圧電素子において、シール面と金属蓋との接
合部に金属膜を形成し、真空又は窒素雰囲気中で、前記
接合部を電極で加圧しながら面方向に電流を流し、前記
電極の両極間で生じる抵抗発熱を利用して前記接合部の
界面にある金属膜を溶融し、金属蓋をパッケージ部材に
気密に封止することを特徴とする。
【００１０】また、本第２の発明は、パッケージ部材の
凹部に圧電素子を組み込み、パッケージ部材のシール面
に蓋を被着し、パッケージ部材の底部に穿設したガス抜
き孔を金属底蓋により封止してなる表面実装型圧電素子
において、ガス抜き孔回りと金属底蓋との接合部に金属
膜を形成し、真空又は窒素雰囲気中で、前記接合部を電
極で加圧しながら面方向に電流を流し、前記電極の両極
間で生じる抵抗発熱を利用して前記接合部の界面にある
金属膜を溶融し、金属底蓋をガス抜き孔に気密に封止す
ることを特徴とする。
凹部に圧電素子を組み込み、パッケージ部材のシール面
に蓋を被着し、パッケージ部材の底部に穿設したガス抜
き孔を金属底蓋により封止してなる表面実装型圧電素子
において、ガス抜き孔回りと金属底蓋との接合部に金属
膜を形成し、真空又は窒素雰囲気中で、前記接合部を電
極で加圧しながら面方向に電流を流し、前記電極の両極
間で生じる抵抗発熱を利用して前記接合部の界面にある
金属膜を溶融し、金属底蓋をガス抜き孔に気密に封止す
ることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】パッケージ部材１の素材は、セラ
ミックス、ガラスセラミックスあるいはガラスより選ば
れ、このパッケージ部材１に被着される金属蓋８（請求
項１）あるいはガス抜き孔１３を塞ぐ金属底蓋１４（請
求項２）の素材としては、コバール合金又は鉄−ニッケ
ル合金が用いられる。
ミックス、ガラスセラミックスあるいはガラスより選ば
れ、このパッケージ部材１に被着される金属蓋８（請求
項１）あるいはガス抜き孔１３を塞ぐ金属底蓋１４（請
求項２）の素材としては、コバール合金又は鉄−ニッケ
ル合金が用いられる。
【００１２】金属蓋８（金属底蓋１４）の素材表面に
は、金属膜１２としてニッケルメッキが施されるが、銅
メッキ又は銀メッキを選択することも可能である。他
方、パッケージ部材１側のシール面５（ガス抜き孔１３
回り）には、金属膜１２として、焼成したタングステン
の上に、ニッケルメッキと金メッキを施したもの、ある
いは、コバール合金上に銀又は銅のクラッド材を施した
ものが用いられる。
は、金属膜１２としてニッケルメッキが施されるが、銅
メッキ又は銀メッキを選択することも可能である。他
方、パッケージ部材１側のシール面５（ガス抜き孔１３
回り）には、金属膜１２として、焼成したタングステン
の上に、ニッケルメッキと金メッキを施したもの、ある
いは、コバール合金上に銀又は銅のクラッド材を施した
ものが用いられる。
【００１３】本発明方法の実施にあたっては、図１ない
し図３に示す抵抗溶接装置２０が用いられる。この抵抗
溶接装置２０は、中央部が絶縁材２１で仕切られ、この
絶縁材２１の外側を＋極、内側を−極とした接合用電極
２２を備えている。そして、この接合用電極２２を被接
合材料の接合部に加圧しながら電流を流すと、電流は矢
印方向に流れ、この流れが両極間で抵抗発熱を発生させ
て、接合部の界面にある金属膜１２を溶融させ、被接合
部材同士が溶接される。
し図３に示す抵抗溶接装置２０が用いられる。この抵抗
溶接装置２０は、中央部が絶縁材２１で仕切られ、この
絶縁材２１の外側を＋極、内側を−極とした接合用電極
２２を備えている。そして、この接合用電極２２を被接
合材料の接合部に加圧しながら電流を流すと、電流は矢
印方向に流れ、この流れが両極間で抵抗発熱を発生させ
て、接合部の界面にある金属膜１２を溶融させ、被接合
部材同士が溶接される。
【００１４】上記の本発明方法は、真空又は窒素雰囲気
中で実施される。特に、真空雰囲気中での実施の場合
は、圧電素子３のクリスタルインピーダンスを低い値で
維持することが可能となる。
中で実施される。特に、真空雰囲気中での実施の場合
は、圧電素子３のクリスタルインピーダンスを低い値で
維持することが可能となる。
【００１５】
【実施例】以下に、本発明方法による実施例を図１ない
し図３に基き説明するが、本発明はこれによって限定さ
れるものではない。 「実施例１」パッケージ部材１のシール面５には、金属
膜１２として、タングステンを膜厚２０μで焼成形成
し、その上にニッケルメッキと金メッキを施した。一
方、金属蓋８としてコバール合金を選択し、この金属蓋
８の表面にニッケルメッキを施した。そして、製造装置
内を真空雰囲気にして、専用冶工具により金属蓋８をパ
ッケージ部材１のシール面５に載せた状態で、抵抗溶接
装置２０の接合用電極２２の先端部を両者の接合部に当
て、加圧しながら５Ａの電流を０．５秒間流した。これ
により、パッケージ部材１と金属蓋８の接合部は抵抗発
熱の作用により界面にある金属膜１２が溶融し、金属蓋
８がパッケージ部材１に気密に封止された。得られた製
品は、リーク試験においてもリーク漏れは発見されず歩
留まりも良好であり、圧電素子８のクリスタルインピー
ダンスも低い値を維持していた。
し図３に基き説明するが、本発明はこれによって限定さ
れるものではない。 「実施例１」パッケージ部材１のシール面５には、金属
膜１２として、タングステンを膜厚２０μで焼成形成
し、その上にニッケルメッキと金メッキを施した。一
方、金属蓋８としてコバール合金を選択し、この金属蓋
８の表面にニッケルメッキを施した。そして、製造装置
内を真空雰囲気にして、専用冶工具により金属蓋８をパ
ッケージ部材１のシール面５に載せた状態で、抵抗溶接
装置２０の接合用電極２２の先端部を両者の接合部に当
て、加圧しながら５Ａの電流を０．５秒間流した。これ
により、パッケージ部材１と金属蓋８の接合部は抵抗発
熱の作用により界面にある金属膜１２が溶融し、金属蓋
８がパッケージ部材１に気密に封止された。得られた製
品は、リーク試験においてもリーク漏れは発見されず歩
留まりも良好であり、圧電素子８のクリスタルインピー
ダンスも低い値を維持していた。
【００１６】「実施例２」圧電素子３の組み込まれたパ
ッケージ部材１の凹部を塞ぐ蓋体として、ガラス蓋１５
を用いた。このガラス蓋１５を、窒素雰囲気中の所定温
度（３００〜３５０℃）下で、低融点ガラス１６により
シール面５に気密封止した。低融点ガラス１６は、溶融
時にガスを発生するため、このガス抜きの必要から、パ
ッケージ部材１の底部にはガス抜き孔１３が穿設されて
いる。パッケージ部材１内部に溜まったガスをこのガス
抜き孔１３から大気に放出させた後、パッケージ部材１
の底面側のガス抜き孔１３回りに、金属膜１２として、
タングステンを膜厚２０μで焼成形成し、その上にニッ
ケルメッキと金メッキを施した。一方、金属底蓋１４と
してコバール合金を選択し、この金属底蓋１４の表面に
ニッケルメッキを施した。そして、パッケージ部材１を
裏返し、製造装置内を真空雰囲気にして、専用冶工具に
より金属底蓋１４をガス抜き孔１３回りに被せた状態
で、抵抗溶接装置２０の接合用電極２２の先端部を両者
の接合部に当て、加圧しながら５Ａの電流を０．５秒間
流した。これにより、パッケージ部材１のガス抜き孔１
３回りと金属底蓋１４との接合部は抵抗発熱の作用によ
り界面にある金属膜１２を溶融し、金属底蓋１４がガス
抜き孔１３に気密に封止された。得られた製品は、リー
ク試験においてもリーク漏れは発見されず歩留まりも良
好であった。また、圧電素子８のクリスタルインピーダ
ンスも低い値を維持していた。
ッケージ部材１の凹部を塞ぐ蓋体として、ガラス蓋１５
を用いた。このガラス蓋１５を、窒素雰囲気中の所定温
度（３００〜３５０℃）下で、低融点ガラス１６により
シール面５に気密封止した。低融点ガラス１６は、溶融
時にガスを発生するため、このガス抜きの必要から、パ
ッケージ部材１の底部にはガス抜き孔１３が穿設されて
いる。パッケージ部材１内部に溜まったガスをこのガス
抜き孔１３から大気に放出させた後、パッケージ部材１
の底面側のガス抜き孔１３回りに、金属膜１２として、
タングステンを膜厚２０μで焼成形成し、その上にニッ
ケルメッキと金メッキを施した。一方、金属底蓋１４と
してコバール合金を選択し、この金属底蓋１４の表面に
ニッケルメッキを施した。そして、パッケージ部材１を
裏返し、製造装置内を真空雰囲気にして、専用冶工具に
より金属底蓋１４をガス抜き孔１３回りに被せた状態
で、抵抗溶接装置２０の接合用電極２２の先端部を両者
の接合部に当て、加圧しながら５Ａの電流を０．５秒間
流した。これにより、パッケージ部材１のガス抜き孔１
３回りと金属底蓋１４との接合部は抵抗発熱の作用によ
り界面にある金属膜１２を溶融し、金属底蓋１４がガス
抜き孔１３に気密に封止された。得られた製品は、リー
ク試験においてもリーク漏れは発見されず歩留まりも良
好であった。また、圧電素子８のクリスタルインピーダ
ンスも低い値を維持していた。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明方法によれ
ば、歩留まりが良好で気密封止性に優れ、従来製品より
薄型化が図れ、制作時間も短縮化でき、クリスタルイン
ピーダンスを低い値に維持することもできる。
ば、歩留まりが良好で気密封止性に優れ、従来製品より
薄型化が図れ、制作時間も短縮化でき、クリスタルイン
ピーダンスを低い値に維持することもできる。
【図１】本発明方法における第１の発明を示す断面図で
ある。
ある。
【図２】図１の発明における要部拡大断面図である。
【図３】本発明方法における第２の発明を示す断面図で
ある。
ある。
【図４】従来の発明方法の一例としてのパラレルシーム
溶接法を示す断面図である。
溶接法を示す断面図である。
【図５】同方法の一例としてのろう接材溶接法を示す断
面図である。
面図である。
【図６】同方法の一例としてのダイレクトシーム溶接法
を示す断面図である。
を示す断面図である。
１ パッケージ部材
３ 圧電素子
５ シール面
８ 金属蓋
１２ 金属膜
１３ ガス抜き孔
１４ 金属底蓋
１５ ガラス蓋
１６ 低融点ガラス
２０ 抵抗溶接装置
２１ 絶縁材
２２ 接合用電極
Claims (2)
- 【請求項１】パッケージ部材の凹部に圧電素子を組み込
み、パッケージ部材のシール面に金属蓋を被着してなる
表面実装型圧電素子において、シール面と金属蓋との接
合部に金属膜を形成し、真空又は窒素雰囲気中で、前記
接合部を電極で加圧しながら面方向に電流を流し、前記
電極の両極間で生じる抵抗発熱を利用して前記接合部の
界面にある金属膜を溶融し、金属蓋をパッケージ部材に
気密に封止することを特徴とする圧電素子の気密封止方
法。 - 【請求項２】パッケージ部材の凹部に圧電素子を組み込
み、パッケージ部材のシール面に蓋を被着し、パッケー
ジ部材の底部に穿設したガス抜き孔を金属底蓋により封
止してなる表面実装型圧電素子において、ガス抜き孔回
りと金属底蓋との接合部に金属膜を形成し、真空又は窒
素雰囲気中で、前記接合部を電極で加圧しながら面方向
に電流を流し、前記電極の両極間で生じる抵抗発熱を利
用して前記接合部の界面にある金属膜を溶融し、金属底
蓋をガス抜き孔に気密に封止することを特徴とする圧電
素子の気密封止方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001403022A JP2003197797A (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | 圧電素子の気密封止方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001403022A JP2003197797A (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | 圧電素子の気密封止方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003197797A true JP2003197797A (ja) | 2003-07-11 |
Family
ID=27605815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001403022A Pending JP2003197797A (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | 圧電素子の気密封止方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003197797A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013235000A (ja) * | 2012-05-09 | 2013-11-21 | Boeing Co:The | 耐久性を高めたフォトニック結晶センサパッケージング |
-
2001
- 2001-12-25 JP JP2001403022A patent/JP2003197797A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013235000A (ja) * | 2012-05-09 | 2013-11-21 | Boeing Co:The | 耐久性を高めたフォトニック結晶センサパッケージング |
| US10061093B2 (en) | 2012-05-09 | 2018-08-28 | The Boeing Company | Ruggedized photonic crystal sensor packaging |
| US10338328B2 (en) | 2012-05-09 | 2019-07-02 | The Boeing Company | Ruggedized photonic crystal sensor packaging |
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