JP2004248113A - Package structure of piezoelectric device and method for manufacturing piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子機器に使用される圧電振動子、圧電発振器等のような表面実装型の圧電デバイスに関し、特に内部に圧電振動片を気密封止して搭載するためのパッケージ構造、及びそのような圧電デバイスを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より様々な電子機器に、例えば電子回路のクロック源として広く使用されている圧電振動子、圧電発振器やリアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイスは、電子機器の小型化、薄型化に伴い、より一層の小型化・薄型化が要求されると共に、回路基板等への実装に適した表面実装型のものが多用されている。一般に表面実装型の圧電デバイスは、本外出願人による下記特許文献1及び2等に記載されているように、絶縁材料のシート材を積層した構造の箱型ベースに圧電振動片を実装し、これに蓋を接合して気密に封止するパッケージを備える。
【0003】
図7は、パッケージ1の内部にATカット水晶振動片2を封止した従来の表面実装型圧電振動子の典型例を示している。パッケージ1は、セラミック材料からなる矩形平板状のシート材3aと矩形枠状のシート材3bとを積層した2層構造の箱型ベース3と、その上端に例えばシーム溶接によりシールリング4を介して接合された金属製の蓋5とから構成される。水晶振動片2は、矩形水晶薄板の両面にそれぞれ励振電極6が形成され、その基端部において各励振電極6からの引出電極をそれぞれベース3表面に設けた接続電極7に整合させて、導電性接着剤8で片持ち式に実装される。接続電極7は、セラミックシート3a表面に配線されたリード9を介して、ベース3裏面に形成した外部電極10と電気的に接続されている。
【0004】
また、表面実装型の圧電デバイスとして、下記特許文献3及び4に記載されるように、金属板のような導電材料で形成されたパッケージに圧電振動片を搭載して気密に封止した構造が知られている。特許文献3記載の表面実装型の圧電振動子は、金属板を皿状に成形したベースの底面に透孔を設け、これに中空絶縁材を嵌着して導電材を充填し、そのベース内部の露出端に圧電片を導電性接着剤で固着保持すると共に、該ベースの外側板面に電極を導出させ、ベース開口を金属蓋体で気密に封止した構造を有する。更に同文献には、ベースの外面及び内側の所定位置に絶縁膜を塗着し、その所定位置に導電膜を形成して、内外側の導電膜を電気的に導通させる構成が記載されている。また、特許文献4には、特許文献3と同様に、導電材料で形成したベースと蓋体とにより水晶振動片を気密に封止した水晶振動子が記載されており、該ベースには、挿通孔を設けかつ該挿通孔に絶縁部でベースと電気的に絶縁して端子を挿通し、該端子に水晶振動片を接続して片持ちに支持している。
【0005】
【特許文献1】特開2002−9576号公報
【特許文献2】特開2002−135074号公報
【特許文献3】特開平3−113907号公報
【特許文献4】特開2002−280868号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
図7に関連して上述した従来の圧電デバイスのパッケージにおいて、ベースを構成する各セラミックシート材は、通常グリーンシートを焼成して形成する。ところが、グリーンシートは焼成時に縦横方向に収縮する性質があり、しかもその収縮率が必ずしも一定しないので、最終的にシート材を積層したベースは寸法精度が低下する虞がある。更に、圧電デバイスが小型化・薄型化すればするほど、ベース即ちパッケージの寸法精度の確保及びより一層の向上を図ることは困難である。
【0007】
また、特許文献3及び4に記載される従来の金属製パッケージは、ベースに設けた孔と該孔に通した端子との間をガラス等の絶縁部材で電気的に絶縁しかつ気密に封止する。このため、ベースと絶縁部材間又は絶縁部材と端子間の気密性が、特に長期使用によって損なわれ、圧電デバイスの信頼性・寿命を低下させ、その性能を劣化させたり完全に損なう虞がある。また、圧電デバイスが小型化・薄型化すればするほど、その製造時にベースと絶縁部材間及び絶縁部材と端子間の気密性を十分に確保することは困難になる。
【0008】
そこで、本発明の目的は、圧電振動片をパッケージ内に搭載する表面実装型の圧電デバイスにおいて、小型化・薄型化への要求に対応しつつ、寸法精度のより一層の向上を図ることができかつより高い寸法精度を確保・維持することができるパッケージ構造を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、このように小型化・薄型化を図りつつ、高い寸法精度及び信頼性を確保し得るパッケージ構造を備えた圧電デバイスの製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記目的を達成するために、圧電振動片を実装するためのベースと、該ベースの上部に接合されて圧電振動片を内部に気密に封止する蓋とを備え、ベースが金属材料で形成され、かつその表面を絶縁処理した絶縁層を有し、ベースの圧電振動片実装面には、その絶縁層上に圧電振動片を接続するための接続電極が、その裏面にはその絶縁層上に外部電極がそれぞれ形成され、接続電極とそれに対応する外部電極とが、ベースに形成したバイアホールを介して電気的に接続され、かつ、該バイアホールが充填材料で気密に閉塞されている圧電デバイスのパッケージ構造が提供される。
【0010】
このように金属材料からなるベースは、小型化・薄型化されても、高い寸法精度で所望の外形に加工できるので、パッケージの寸法精度を高めることができる。しかも、表面の絶縁処理により形成される絶縁層は、ベースの母材と一体化しているので剥がれ難く、好都合である。また、バイアホールは、ベース表面のあらゆる適当な位置に配設できるので、接続電極、外部電極及びそれらに接続される配線パターンの設計自由度が向上する。更にバイアホールは、蓋の接合後にパッケージの内部を封止するために使用できるので、厚みすべりモードの圧電振動片及び音叉型振動片のいずれにも適用することができる。
【0011】
前記ベースを形成する金属材料としては、その加工性、価格等の点からアルミニウムが好ましく、その場合に前記絶縁層は、例えば陽極酸化処理により形成されるアルマイト皮膜が、その耐蝕性及び表面硬さ、母材との密着性等の点から好ましい。更に前記金属材料がアルミニウムの場合に、前記絶縁層は、そのアルマイト化後にテフロン(登録商標)を含浸させるタフラム(登録商標)処理により形成されるタフラム皮膜が、アルマイトよりも更に耐蝕性が増すので好ましい。また、前記絶縁層は、少なくとも約5μmの厚さを有すると、十分な絶縁性を確保することができる。
【0012】
或る実施例では、前記ベースが平板からなりかつ前記蓋が箱型形状に構成され、これらを接合することによって、その内部に圧電振動片を搭載するための空間が画定される。平板状のベースは、より簡単に製造することができる。
【0013】
別の実施例では、前記ベースが箱型形状でありかつ前記蓋が平板で構成され、該ベースの内部に圧電振動片を搭載するための空間が画定される。平板状のベースは、箱型の蓋に比して製造が簡単で、コストを低減できると共に、ベースに接合するための溶接しろを小さくできるので、パッケージがより小型化される。前記ベースの箱型形状は、図7に関連して上述した従来のセラミック材料からなるベースと同様に、複数の金属板を積層した構造から構成することができる。また、前記ベースの箱型形状は、金属板の加工性が良いことから、その一方の面に凹みを加工した一体構造のものを用いることができる。
【0014】
また、本発明によれば、金属板を圧電デバイスのベースの外形に加工し、該金属板に2個の貫通孔を形成し、これら貫通孔を含む金属板の表面を絶縁処理し、貫通孔の内面に導電材料を成膜してバイアホールを形成し、金属板の圧電振動片実装面に圧電振動片を接続するための接続電極を、金属板の裏面に外部電極をそれぞれ所定のパターンに、かつ対応する接続電極と外部電極とがバイアホールを介して電気的に接続されるように形成することにより、ベースを形成する過程と、圧電振動片をベースに実装し、かつこれに蓋を接合して気密に封止する過程と、バイアホールを気密に閉塞する過程とを含む製造方法が提供される。
【0015】
この金属板の加工は、例えばエッチングや機械加工により行うことができ、ベースは高い寸法精度が得られるので、小型化・薄型化の要求に対応しつつ、高い寸法精度でかつ低コストで圧電デバイスを製造することができる。また、バイアホールの配置が比較的自由で、これに対応して接続電極、外部電極及び配線パターンをより自由に設計・形成することができる。更に、ベースに蓋を接合した後にバイアホールを閉塞するので、パッケージ内部を適当なガス又は真空雰囲気で気密に封止することができ、圧電デバイスには、厚みすべりモードの圧電振動片又は音叉型振動片のいずれも搭載することができる。
【0016】
或る実施例では、前記金属板がアルミニウムからなり、これをアルマイト化処理することによって容易に絶縁処理することができ、耐蝕性及び表面硬さ、母材との密着性等に優れたベースを形成することができる。また、別の実施例では、同様に前記金属板がアルミニウムからなり、これをアルマイト化処理後にテフロンを含浸させるタフラム処理によって容易に絶縁処理することができ、より耐蝕性の高いベースを形成することができる。
【0017】
本発明の製造方法において、圧電デバイスのパッケージは、ベースを平板状にかつ蓋を箱型に、又はベースを箱型にかつ蓋を平板状に構成することができる。ベースを箱型にする場合、或る実施例では、前記金属板の圧電振動片実装面に枠形状の金属板を積層することにより、前記箱型を形成することができる。別の実施例では、前記箱型を形成するために、接続電極を形成しようとする側の前記金属板の面に凹みを形成し、その後に前記金属板を絶縁処理する。
【0018】
また、或る実施例では、前記金属板に同時に複数のベースを形成することができ、それにより、高い寸法精度を確保しつつ小型化・薄型化が可能で、高品質の圧電デバイスを安定して大量に生産することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1(A)(B)は、本発明を適用した水晶振動子の好適な実施例を概略的に示しており、パッケージ11内にATカット水晶振動片12が気密に封止されている。パッケージ11は、アルミニウムで形成された概ね矩形平板のベース13と、その上面に接合された蓋14とから構成される。蓋14は、例えばアルミニウムを絞り加工することにより、内部に水晶振動片12を収容する空所を画定した箱型に形成されている。
【0020】
ベース13は、その一方の長手方向端部付近には、内面に導電膜を形成した2個のバイアホール15a、15bが設けられている。ベース13の表面は、前記バイアホールの部分を含めて事前に絶縁処理がされている。本実施例では、陽極酸化処理によりアルマイト化した後にテフロン(登録商標)を含浸させるタフラム(登録商標)処理が行われ、それによりタフラム被膜からなる絶縁層16が所定の厚さに形成されている。この厚さは、少なくとも約5μm、好ましくは約15μmにすることによって、所望の電気的絶縁効果が得られる。また、ベース13は、アルマイト化のみによっても所望の絶縁処理が可能である。
【0021】
ベース13の水晶振動片実装面には、前記一方の長手方向端部側に1対の接続電極17a、17bが、それぞれ対応する前記バイアホールと電気的に接続されるパターンに形成されている。ベース13の裏面には、図2(A)に示すように、その長手方向両端部付近に1対の外部電極18a、18bが形成され、それぞれ対応する前記バイアホールとリード19a、19bにより電気的に接続されている。これにより、対応する接続電極17a、17bと外部電極18a、18bとが互いに電気的に接続される。これらの電極及びリードは、一般にW、Mo等の金属配線材料をベース13表面にスクリーン印刷でパターン形成し、かつその上にNi、Auをめっきすることにより形成される。
【0022】
図2(B)は図2(A)と異なる外部電極18a、18bのパターンを示しており、両外部電極がバイアホール15a、15bに近い側のベース13の長手方向端部付近に延長させて設けられている。このように外部電極18a、18bは、要求に応じてベース13裏面に様々なパターンに設計しかつ配線することができる。また、バイアホール15a、15bも、外部電極18a、18bや配線のパターンに対応して上記実施例と異なる位置に配置することができ、それに対応して前記水晶振動片実装面では、対応する接続電極17a、17bと接続されるように配線することができる。
【0023】
図2(C)は図2(A)の変形例を示しており、外部電極18a、18bが配置された長手方向端部付近を除くベース13裏面の略全体が適当な絶縁材料で、例えばフッ素樹脂をスプレーコーティングすることにより、絶縁膜20で被覆されている。これにより、バイアホール15a、15b及びリード19a、19bの大部分が絶縁されるので、電流の漏れやショートを防止し、より安定した水晶振動子の動作を確保することができる。
【0024】
水晶振動片12は、長方形の水晶薄板からなり、その両面にそれぞれ励振電極21が形成され、かつ一方の端部即ち基端部には、左右に各励振電極からの引出電極22、22が形成されている。水晶振動片12は、その基端部において各引出電極22をベース13の対応する接続電極17a、17bと整合させて、導電性接着剤23で片持ち式に固定しかつ電気的に接続する。
【0025】
このようにベース13に実装された水晶振動片12は、周波数調整を行った後に、窒素又は真空雰囲気内で蓋14をベース13に接合して封止する。次に、各バイアホール15a、15bを適当な充填材24で気密に閉塞する。これにより、パッケージ11内部が窒素又は真空雰囲気で気密に封止される。充填材24としては、例えばAu・Sn又はAu・Geのような低融点金属が適しており、このような金属のボールをパッケージの外側からバイアホール15a、15bの開口に配置し、これをレーザビーム等で溶融させてバイアホール15a、15bに充填することができる。
【0026】
アルミニウムで形成された蓋14は、例えば電子ビームを用いた溶接によりベース13に接合することができる。このように蓋14をベース13と同じ金属で形成すると、熱膨張率が同じになるので、それらを溶接する際に有利である。また、蓋14は、はんだ等の金属ろう材や低融点ガラスを用いた別の公知手段で接合することもできる。更に、蓋14の表面が、ベース13と同様に絶縁処理されていると、パッケージ11の小型化に伴って増大する電気的ショートの可能性を抑制することができる。
【0027】
図3(A)〜(C)は、前記バイアホール及びこれに接続する電極又は配線の変形例を示している。図3(A)のバイアホール15a(15b)は、ベース13の前記水晶振動片実装面側及び裏面側の開口部分25がそれぞれ面取り加工されている。バイアホール15a(15b)の導電膜26は、通常ベース13に形成した貫通孔の内面に導電材料をめっきすることにより形成するが、その開口部分を面取り加工で大きくすることにより、より良好に成膜することができ、該開口付近において接続電極17a(17b)及びリード19a(19b)と良好かつ確実に接続することができる。更に、充填材24をより簡単にかつより確実に気密に充填することができる。
【0028】
図3(B)では、導電膜26が導電材料のスパッタリングにより形成されている。接続電極17a(17b)及びリード19a(19b)は、バイアホール15a(15b)の開口付近に成膜された導電膜26の部分に重ねて、上述した方法で形成する。このように前記各電極及び配線パターンをバイアホールの導電膜26と異なる方法で別個に形成することによって、そのパターン及び設計の自由度が向上する。
【0029】
また、図3(C)の実施例では、バイアホール15a(15b)の導電膜26及びこれに接続される接続電極17a(17b)及びリード19a(19b)が、導電材料のスパッタリングにより下地層27aを形成しかつその上にめっき層27bを積層することにより形成されている。このように前記各電極、リード及び導電膜の膜厚を増すことによって導通性が向上し、水晶振動子のより確実な動作を確保することができる。
【0030】
本発明によれば、図1の水晶振動子は、次のような工程に従って同時に多数個を製造することができる。先ず、図4に示すように、所定寸法のアルミニウム板28にベース13の基材となる多数のアルミニウム小板片29を、それぞれ長手方向の両側辺中央で連結部分28aによりアルミニウム板28の枠部分28bに結合した状態でベース13の外形に加工し、かつそれぞれに前記バイアホールの形成するための貫通孔30を穿設する。ベース13の外形及び貫通孔30の加工は、アルミニウム板28をウエットエッチング又は機械加工することにより可能である。このようにアルミニウム板は加工が容易でしかも安価であり、図7に関連して上述した従来のセラミック材料からなるパッケージに比して高い寸法精度のベース13が得られ、パッケージの小型化・薄型化にも対応できると共に、製造コストの低減を図ることができる。
【0031】
次に、貫通孔30の内面を含めて各小板片29の表面は、タフラム処理により絶縁層16を形成する。更に、貫通孔30内面に導電膜を成膜して前記バイアホールを形成し、かつ小板片29両面にそれぞれ前記接続電極、外部電極及びリードをパターン形成した後、連結部分28aを切断することにより、図1のベース13が得られる。各ベース13にそれぞれ水晶振動片12を実装し、周波数調整を行った後、蓋14を上述した方法で接合してパッケージ11内部に封止する。最後に、窒素雰囲気内でバイアホール15a、15bを、上述した低融点金属等の充填材で気密に閉塞することにより、図1の水晶振動子が完成する。
【0032】
本実施例では、両貫通孔30を同じ寸法に形成したが、別の実施例では、一方の貫通孔30だけを小さい直径にすることができる。この場合、小さい方の貫通孔は、前記接続電極又は外部電極を形成する際に導電材料を充填して気密に閉塞する。他方の通常寸法の貫通孔は、上述したように、ベースに蓋を接合した後に充填材で閉塞してパッケージ内部を気密に封止するために使用する。
【0033】
図5(A)(B)は、本発明による水晶振動子の別の実施例を示している。この実施例において、パッケージ31は、アルミニウム板を積層した概ね矩形箱型のベース32と、その上端に接合された金属製の蓋33とから構成される。ベース32は、図1のベース13と同様に構成されたアルミニウム薄板からなる底板32aの上に、同じくアルミニウムで形成された矩形枠状のフレーム板32bを積層することによって、内部に水晶振動片12を収容するための空所を画定した箱型構造に形成されている。この積層構造は、アルミニウム板を例えば電子ビームで溶接することにより、簡単に製造することができる。フレーム板32bの表面も同様に絶縁処理されていると、より好都合である。
【0034】
蓋33は、例えば電子ビームを用いた溶接によりベース32に接合されるが、図1の実施例と同様にアルミニウムで形成すると、ベース32と熱膨張率が同じになるので溶接時に有利である。また、蓋33は、はんだ等の金属ろう材や低融点ガラスを用いた別の公知手段で接合することができ、更に、その表面が底板32aと同様に絶縁処理されていると、電気的ショートの可能性を抑制できるので、好都合である。
【0035】
本実施例では、平板の蓋33を箱型のベース32を接合することによって、そのために必要な溶接しろを図1の実施例の場合よりも小さくできるので、パッケージ31の寸法をより小さくできる。また、図1の実施例において蓋14を箱型に成形するための絞り加工を必要としないので、それだけ製造コストを低減させることができる。
【0036】
図6は、図5の水晶振動子の変形例を示している。この変形例では、パッケージ31のベース34が、アルミニウム板の成形加工により、内部に水晶振動片12を収容するための空所を画定した箱型構造に形成されている点において、図5の実施例と異なる。このような空所は、前記アルミニウム板の接続電極を形成しようとする側の面を、例えばウエットエッチング又はドライエッチングで所定の深さまでハーフエッチングしたり、機械加工することによって形成される。特にウエットエッチングの場合には、前記アルミニウム板にベースの外形をウエットエッチングで加工する際に、その工程の流れに沿って加工できるので、有利である。箱型に成形された前記アルミニウム板は、その表面を図1の実施例と同様に絶縁処理して絶縁層16を形成する。尚、バイアホール15a、15bを形成するための貫通孔は、前記アルミニウム板を箱型に成形する前又はその後のいずれに形成しても良い。
【0037】
以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、本発明は水晶以外のタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの様々な圧電材料からなる振動片や、音叉型振動片を有する圧電デバイスについても同様に適用することができる。また、パッケージのベースは、アルミニウム以外にマグネシウム等の適当な金属材料で形成することができる。
【0038】
上記説明から明らかなように、本発明の圧電デバイスのパッケージ構造によれば、ベースを高い寸法精度で所望の外形に加工できるので、パッケージの寸法精度をその小型化・薄型化に拘わらず高めることができ、かつ製造コストを大幅に低減できると共に、バイアホールを用いた配線構造により、電極及び配線パターンの設計自由度が向上し、しかも気密に封止できるので、厚みすべりモードの圧電振動片や音叉型振動片のいずれも搭載可能で、高い信頼性及び安定性を発揮し得る低価格の圧電デバイスが得られる。
また、本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、金属板の加工によりベースを高い寸法精度でかつ安価に形成することができ、小型化・薄型化の要求に対応しつつ、高い寸法精度でかつ低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)図は本発明による水晶振動子の好適な実施例を、パッケージの蓋を省略して示す平面図、(B)図はそのI−I線における断面図。
【図2】(A)、(B)、(C)図はそれぞれ外部電極の異なる実施例を示す底面図。
【図3】(A)、(B)、(C)図はそれぞれバイアホール及びこれに接続する電極又は配線の異なる実施例を示す部分拡大断面図。
【図4】ベースの外形及び貫通孔を形成したアルミニウム板の一部を示す平面図。
【図5】(A)図は本発明による水晶振動子の別の実施例を、パッケージの蓋を省略して示す平面図、(B)図はそのIV−IV線における断面図。
【図6】本発明による水晶振動子の変形例を示す図5(B)と同様の断面図。
【図7】従来の水晶振動子の実施例を示す断面図。
【符号の説明】
1、11、31 パッケージ;2、12 水晶振動片;3、13、32、34 ベース;5、14、33 蓋;7、17a、17b 接続電極;8、23 導電性接着剤;9、19a、19b リード;10、18a、18b 外部電極;15a、15b バイアホール;16 絶縁層;24 充填材;32a 底板;32b フレーム板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface mount type piezoelectric device such as a piezoelectric vibrator or a piezoelectric oscillator used for various electronic devices, and in particular, a package structure for hermetically sealing and mounting a piezoelectric vibrating piece therein, and a package structure thereof. And a method for manufacturing such a piezoelectric device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, piezoelectric devices such as a piezoelectric vibrator, a piezoelectric oscillator, and a real-time clock module, which are widely used as a clock source of an electronic circuit in various electronic devices, are becoming more and more compact as electronic devices become smaller and thinner. In addition to demands for miniaturization and thinning, surface mount types suitable for mounting on circuit boards and the like are often used. In general, a surface mount type piezoelectric device has a piezoelectric vibrating reed mounted on a box-shaped base having a structure in which a sheet material of an insulating material is laminated, as described in
[0003]
FIG. 7 shows a typical example of a conventional surface mount type piezoelectric vibrator in which an AT-cut
[0004]
Further, as described in
[0005]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-9576 [Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-135074 [Patent Document 3] Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-113907 [Patent Document 4] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-280868 [0006] ]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional piezoelectric device package described above with reference to FIG. 7, each ceramic sheet material forming the base is usually formed by firing a green sheet. However, the green sheet has the property of shrinking in the vertical and horizontal directions during firing, and the shrinkage rate is not always constant, so that the dimensional accuracy of the base on which the sheet material is finally laminated may be reduced. Furthermore, as the piezoelectric device becomes smaller and thinner, it is more difficult to secure the dimensional accuracy of the base, that is, the package, and to further improve the size.
[0007]
Further, in the conventional metal package described in
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide a surface mount type piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating reed is mounted in a package, and to further improve the dimensional accuracy while meeting the demand for miniaturization and thinning. Another object of the present invention is to provide a package structure capable of securing and maintaining higher dimensional accuracy.
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a piezoelectric device having a package structure capable of ensuring high dimensional accuracy and reliability while reducing the size and thickness as described above.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, in order to achieve the above object, a base for mounting a piezoelectric vibrating reed, and a lid joined to an upper portion of the base to hermetically seal the piezoelectric vibrating reed therein, Is formed of a metal material and has an insulating layer whose surface is insulated.On the mounting surface of the piezoelectric vibrating reed, a connection electrode for connecting the piezoelectric vibrating reed on the insulating layer is provided on the back surface. External electrodes are respectively formed on the insulating layer, the connection electrodes and the corresponding external electrodes are electrically connected through via holes formed in the base, and the via holes are hermetically sealed with a filling material. A package structure for a closed piezoelectric device is provided.
[0010]
Thus, even if the base made of a metal material is reduced in size and thickness, it can be processed into a desired outer shape with high dimensional accuracy, so that the dimensional accuracy of the package can be improved. In addition, since the insulating layer formed by the surface insulating treatment is integrated with the base material of the base, it is difficult to peel off, which is convenient. In addition, since the via holes can be arranged at any appropriate positions on the base surface, the degree of freedom in designing the connection electrodes, the external electrodes, and the wiring patterns connected to them is improved. Further, since the via hole can be used to seal the inside of the package after the lid is joined, the via hole can be applied to any of the piezoelectric vibrating reed and the tuning fork vibrating reed in the thickness-shear mode.
[0011]
As the metal material forming the base, aluminum is preferable in view of its workability, price, and the like. In this case, the insulating layer is formed of, for example, an alumite film formed by an anodizing treatment, and its corrosion resistance and surface hardness. It is preferable from the viewpoint of adhesion to the base material and the like. Furthermore, in the case where the metal material is aluminum, the insulating layer has a corrosion resistance that is further increased than that of alumite because the tuffram film formed by the tuffram (registered trademark) treatment of impregnating with Teflon (registered trademark) after the alumite conversion is performed. preferable. When the insulating layer has a thickness of at least about 5 μm, sufficient insulating properties can be ensured.
[0012]
In one embodiment, the base is formed of a flat plate and the lid is formed in a box shape, and a space for mounting the piezoelectric vibrating reed therein is defined by joining them. A flat base can be more easily manufactured.
[0013]
In another embodiment, the base is box-shaped and the lid is formed of a flat plate, and a space for mounting the piezoelectric vibrating reed is defined inside the base. The flat base is easier to manufacture than the box-shaped lid, can reduce the cost, and can reduce the welding margin for joining to the base, so that the package can be further downsized. The box-like shape of the base can be formed of a structure in which a plurality of metal plates are stacked, similarly to the base made of the conventional ceramic material described above with reference to FIG. Further, since the base has a box-like shape, the workability of the metal plate is good, so that an integrated structure having a recess formed on one surface thereof can be used.
[0014]
Further, according to the present invention, a metal plate is processed into an outer shape of a base of a piezoelectric device, two through holes are formed in the metal plate, and a surface of the metal plate including these through holes is insulated to form a through hole. A conductive material is formed on the inner surface of the metal plate to form a via hole.Connecting electrodes for connecting the piezoelectric vibrating reed to the piezoelectric vibrating reed mounting surface of the metal plate, and external electrodes on the back surface of the metal plate are formed in a predetermined pattern. And, by forming the corresponding connection electrode and the external electrode so as to be electrically connected via the via hole, the process of forming the base, mounting the piezoelectric vibrating reed on the base, and closing the lid There is provided a manufacturing method including a step of joining and hermetically sealing, and a step of hermetically closing a via hole.
[0015]
The processing of this metal plate can be performed by, for example, etching or machining, and the base has high dimensional accuracy. Therefore, the piezoelectric device has high dimensional accuracy and low cost while responding to the demand for miniaturization and thinning. Can be manufactured. In addition, the arrangement of via holes is relatively free, and accordingly, connection electrodes, external electrodes, and wiring patterns can be designed and formed more freely. Furthermore, since the via hole is closed after the lid is joined to the base, the inside of the package can be hermetically sealed with an appropriate gas or vacuum atmosphere, and the piezoelectric device has a thickness-shear mode piezoelectric vibrating piece or tuning fork type. Any of the resonator elements can be mounted.
[0016]
In one embodiment, the metal plate is made of aluminum, which can be easily insulated by alumite treatment, and has a base excellent in corrosion resistance and surface hardness, adhesion to a base material, and the like. Can be formed. Further, in another embodiment, similarly, the metal plate is made of aluminum, which can be easily insulated by a tuffram treatment of impregnating with Teflon after the alumite treatment to form a base having higher corrosion resistance. Can be.
[0017]
In the manufacturing method of the present invention, the package of the piezoelectric device may have a base in a flat plate shape and a lid in a box shape, or a base in a box shape and a lid in a flat plate shape. In the case where the base is formed in a box shape, in one embodiment, the box shape can be formed by laminating a frame-shaped metal plate on the piezoelectric vibrating piece mounting surface of the metal plate. In another embodiment, in order to form the box shape, a recess is formed in the surface of the metal plate on which the connection electrode is to be formed, and then the metal plate is insulated.
[0018]
Further, in one embodiment, a plurality of bases can be formed on the metal plate at the same time, thereby enabling miniaturization and thinning while ensuring high dimensional accuracy, and stabilizing a high quality piezoelectric device. And can be mass-produced.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1A and 1B schematically show a preferred embodiment of a crystal resonator to which the present invention is applied. An AT-cut
[0020]
The
[0021]
A pair of
[0022]
FIG. 2B shows a pattern of
[0023]
FIG. 2 (C) shows a modification of FIG. 2 (A), and substantially the entire back surface of the
[0024]
The quartz-
[0025]
After adjusting the frequency of the
[0026]
The
[0027]
3A to 3C show modified examples of the via hole and an electrode or a wiring connected to the via hole. In the via
[0028]
In FIG. 3B, the
[0029]
In the embodiment of FIG. 3C, the
[0030]
According to the present invention, a large number of the crystal units shown in FIG. 1 can be manufactured simultaneously according to the following steps. First, as shown in FIG. 4, a large number of small
[0031]
Next, the insulating
[0032]
In this embodiment, both through-
[0033]
FIGS. 5A and 5B show another embodiment of the crystal resonator according to the present invention. In this embodiment, the
[0034]
The
[0035]
In the present embodiment, by joining the
[0036]
FIG. 6 shows a modification of the crystal unit shown in FIG. In this modification, the
[0037]
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations may be made to the above embodiments within the technical scope thereof. can do. For example, the present invention can be similarly applied to a vibrating piece made of various piezoelectric materials other than quartz, such as lithium tantalate and lithium niobate, and a piezoelectric device having a tuning fork-type vibrating piece. Further, the base of the package can be formed of an appropriate metal material such as magnesium in addition to aluminum.
[0038]
As is clear from the above description, according to the package structure of the piezoelectric device of the present invention, the base can be processed into a desired outer shape with high dimensional accuracy, so that the dimensional accuracy of the package can be increased regardless of its size and thickness. In addition to significantly reducing manufacturing costs, the wiring structure using via holes improves the degree of freedom in designing electrodes and wiring patterns, and can be hermetically sealed. A low-cost piezoelectric device that can be mounted with any of the tuning-fork-type vibrating pieces and that can exhibit high reliability and stability can be obtained.
Further, according to the method for manufacturing a piezoelectric device of the present invention, a base can be formed with high dimensional accuracy and low cost by processing a metal plate, and with high dimensional accuracy while responding to the demand for miniaturization and thinning. And it can be manufactured at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view showing a preferred embodiment of a crystal resonator according to the present invention without a package cover, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line II.
FIGS. 2A, 2B, and 2C are bottom views showing different embodiments of external electrodes. FIG.
FIGS. 3A, 3B, and 3C are partially enlarged sectional views showing different embodiments of via holes and electrodes or wirings connected to the via holes, respectively.
FIG. 4 is a plan view showing an outer shape of a base and a part of an aluminum plate in which a through hole is formed.
FIG. 5A is a plan view showing another embodiment of the crystal unit according to the present invention with a package lid omitted, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line IV-IV.
FIG. 6 is a sectional view similar to FIG. 5B showing a modification of the crystal unit according to the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an embodiment of a conventional crystal unit.
[Explanation of symbols]
1, 11, 31 Package; 2, 12 Quartz vibrating reed; 3, 13, 32, 34 Base; 5, 14, 33 Lid; 7, 17a, 17b Connection electrode; 8, 23 Conductive adhesive; 9, 19a, 19b lead; 10, 18a, 18b external electrode; 15a, 15b via hole; 16 insulating layer; 24 filler; 32a bottom plate;
Claims (14)
前記ベースが金属材料で形成され、かつその表面を絶縁処理した絶縁層を有し、
前記ベースの圧電振動片実装面には、その前記絶縁層上に前記圧電振動片を接続するための接続電極が、その裏面にはその前記絶縁層上に外部電極がそれぞれ形成され、
前記接続電極とそれに対応する前記外部電極とが、前記ベースに形成したバイアホールを介して電気的に接続され、かつ、
前記バイアホールが充填材料で気密に閉塞されていることを特徴とする圧電デバイスのパッケージ構造。A base for mounting the piezoelectric vibrating reed, and a lid joined to an upper portion of the base and hermetically sealing the piezoelectric vibrating reed therein,
The base is formed of a metal material, and has an insulating layer whose surface is insulated,
On the piezoelectric vibrating reed mounting surface of the base, connection electrodes for connecting the piezoelectric vibrating reed on the insulating layer are formed, and on the back surface, external electrodes are formed on the insulating layer, respectively.
The connection electrode and the corresponding external electrode are electrically connected via a via hole formed in the base, and
A package structure for a piezoelectric device, wherein the via hole is hermetically closed with a filling material.
圧電振動片を前記ベースに実装し、かつこれに蓋を接合して気密に封止する過程と、
前記バイアホールを気密に閉塞する過程と
を含むことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。A metal plate is processed into an outer shape of a base of a piezoelectric device, two through holes are formed in the metal plate, a surface of the metal plate including the through holes is insulated, and a conductive material is applied to an inner surface of the through hole. A via hole is formed by forming a film, a connection electrode for connecting the piezoelectric vibrating reed to the piezoelectric vibrating reed mounting surface of the metal plate, and an external electrode on the back surface of the metal plate are respectively in a predetermined pattern, and correspond. Forming the base by forming the connection electrode and the external electrode so as to be electrically connected via the via hole;
A process in which a piezoelectric vibrating piece is mounted on the base, and a lid is joined thereto and hermetically sealed,
And c. Sealing the via hole in an airtight manner.
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