JP2004297344A

JP2004297344A - Piezoelectric device

Info

Publication number: JP2004297344A
Application number: JP2003085542A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Unno; 幸浩海野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP3982441B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric device which becomes thinner and eliminates frequency fluctuation occurred during vacuum sealing. <P>SOLUTION: A piezoelectric vibrator 50 comprises a piezoelectric oscillating piece 52 accommodated within a package 60. A base 62 constituting the package 60 comprises its bottom composed of a single base sheet 66, and is formed in a box shape by laminating the base sheet 66 and a frame member 68. A sealing hole 74 for vacuum sealing is provided at the bottom of the base 62. The sealing hole 74 is formed at a position associated with an internal periphery section of the frame member 68, and a part of its opening is closed by the frame member 68. A part of the frame member 68 closing the opening of the sealing hole 74 serves as a receptacle for a metal ball 82 for sealing. The part prevents the metal ball 82 disposed in the sealing hole 74 from dropping into a cavity 70. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に使用される圧電デバイスに係り、特に圧電振動片を収容したパッケージの底部に気密封止用の封止孔を有する圧電デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電振動子などの圧電デバイスは、電子機器の小型化および薄型化に伴い、小型、薄型化が要求されている。このため、近年は、表面実装型の圧電デバイスが開発されている。また、圧電デバイスは、圧電振動片の空気による振動の影響を避けるため、圧電振動片を収納したパッケージの内部を真空にして封止したものがある。従来、パッケージを真空封止する場合、パッケージの底部中央部に封止孔を設け、この封止孔に配置した金属ボールを溶融して封止するようにしている（例えば、特許文献１）。図５は、パッケージが真空封止される従来の圧電デバイスの一例である圧電振動子を示したものである。
【０００３】
この圧電振動子１０は、図５（１）に示したように、圧電振動片１２と、この圧電振動片１２を収容したパッケージ１４とから構成してある。圧電振動片１２は、水晶などの圧電材料によって平板状に形成してある。そして、圧電振動片１２は、上下面の中央部に、例えば金（Ａｕ）とクロム（Ｃｒ）との金属薄膜からなる励振電極１２ａ、１２ｂを有している。一方、パッケージ１４は、ベース部１６とリッド１８とを有している。ベース部１６は、絶縁材であるセラミックシートからなる第１ベースシート２０と第２ベースシート２２およびフレーム材２４を、この順に積層して箱状に形成してある。そして、圧電振動片１２は、ベース部１６の形成するキャビティ（収容空間）２６内に収容してある。
【０００４】
すなわち、第２ベースシート２２の上面には、マウント電極２８が設けてあって、このマウント電極２８に圧電振動片１２が導電性接着剤３０により片持ち梁状に固着される。そして、ベース部１６の上端面には、リッド１８が低融点ガラスなどの封止材３２により気密に接合してある。リッド１８は、ガラスやセラミックまたは金属板などから形成してある。
【０００５】
第１ベースシート２０と第２ベースシート２２とには、封止孔３４、３６が同心に形成してある。これらの封止孔３４、３６は、同図（２）に示したように、ベース部１６の底部、すなわち第１ベースシート２０と第２ベースシート２２との中央部に形成してある。また、第２ベースシート２２に設けた封止孔３６は、第１ベースシート２０に設けた封止孔３４より小径に形成してある。これは、小径の封止孔３６が大径の封止孔３４の内部に配置された封止用金属ボール（図示せず）の受部の役割をなし、金属ボールがパッケージ１４の内部へ落下するのを防止するためである。そして、封止孔３４内に配置された金属ボールは、レーザによって溶融され、図５（１）に示したように、封止孔３４、３６を気密に封止する封止材３８となる。なお、第１ベースシート２０には、外面である下面の四隅のそれぞれに外部電極４０が設けてある。これらの外部電極４０は、圧電振動子１０を図示しない基板に実装するためのものである。
【０００６】
このようになっている圧電振動子１０は、パッケージ１４の内部を次のようにして真空封止する。まず、ベース部１６に設けたマウント電極２８に、圧電振動片１２を片持ち梁状に導電性接着剤３０によって固着する。その後、圧電振動片１２の周波数の微調整を行なったのち、ベース部１６の上端に封止材３２によりリッド１８を気密に接合する。次に、圧電振動片１２を収容したパッケージ１４を、第１ベースシート２０が上となるように真空チャンバ内に配置し、封止孔３４内に配置した金属ボール（封止材３８）を溶融し、封止材３８を封止孔３４、３６の壁面に溶着させて封止孔３４、３６を気密に封止する。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−７６８１５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の真空封止する圧電振動子１０は、封止孔３４がパッケージ１４の底部中央部に設けられ、封止孔３４に配置した金属ボール（封止材３８）を溶融してパッケージ１４を封止するようにしている。このため、封止孔３４に配置した封止用金属ボールがパッケージ１４のキャビティ２６内に落下するのを防止する必要がある。そして、従来のパッケージ１４は、底部を第１ベースシート２０と第２ベースシート２２とによって構成するとともに、第２ベースシート２２に第１ベースシート２０の封止孔３４より小径の封止孔３６を設け、この小径の封止孔３６を金属ボールの受部としている。したがって、従来のパッケージ１４は、底部を２枚のベースシート２０、２２によって構成する必要があり、パッケージ１４、すなわち圧電振動子１０の薄型化を困難にしている。
【０００９】
また、従来の圧電振動子１０は、封止孔３４、３６がパッケージ１４の底部中央に設けてある。したがって、封止孔３６は、圧電振動片１２の励振電極１２ｂの中央部に対面して形成されることになる。このため、封止孔３４、３６を封止する際に、封止用金属ボールを溶融したときに発生したガスなどのスプラッシュが、封止孔３６を介してパッケージ１４内に侵入し、励振電極１２ｂに付着する。この結果、圧電振動子１０は、周波数調整した圧電振動片１２の発振周波数が変化し、発振周波数のばらつきの原因となり、高性能な圧電振動子とすることが困難となる。
【００１０】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、圧電デバイスの薄型化を図ることを目的としている。
また、本発明は、真空封止の際の生ずる周波数変動をなくすことを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る圧電デバイスは、圧電振動片を収容したパッケージの底部に設けられた封止孔を、金属ボールを溶融して封止した圧電デバイスであって、前記パッケージは、ベース部が底部を形成する平板状のベースシートと、前記ベースシートに積層されて前記圧電振動片の収容空間を形成するフレーム材とからなり、前記封止孔は、前記フレーム材の内縁部と対応した位置において前記ベースシートを貫通して形成され、開口部の一部が前記フレーム材によって塞がれている、ことを特徴としている。
【００１２】
このようになっている本発明は、フレーム材がベースシートに貫通して形成した封止孔の開口部の一部を塞いでいるため、この部分を封止用金属ボールの受部として使用することができる。したがって、本発明においては、パッケージの底部に大径の封止孔と、金属ボールを受けるための小径の封止孔との２つの封止孔を形成する必要がない。このため、パッケージの底部を１枚のベースシートによって構成することができ、パッケージの薄型化、すなわち圧電デバイスの薄型化を図ることができる。また、本発明の圧電デバイスは、封止孔が枠部の内縁部と対応した位置に形成される。すなわち、封止孔は、圧電振動片の励振電極から離れた位置に形成されるため、金属ボールを溶融した際に生ずるスプラッシュの影響を大幅に低減することができる。したがって、本発明は、圧電振動片の振動特性に影響を与えることを避けることができ、周波数調整した発振周波数の変化を防ぐことができ、高性能な圧電デバイスが得られる。
【００１３】
ベースシートは、圧電振動片を固着するマウント部が一側に形成され、封止孔が他側に形成するとよい。これにより、マウント部の形成に支障がなく、また封止孔を封止した封止材とマウント部とがショートするおそれがない。封止孔は、フレーム材の隅部と対応した位置に形成することができる。このように、封止孔をフレーム材の隅部に形成すると、励振電極と封止孔との距離を一層大きくすることができ、スプラッシュの影響をより低減することができる。また、封止孔は、ベースシートの外面に形成されたグランド用の外部電極と対応した位置に形成することができる。これにより、圧電デバイスを基板に実装したときに、位置ずれが生じたとしても基板に設けた回路と封止孔内に存在する金属封止材との間でショートするのを避けることができる。
【００１４】
また、前記ベースシートは、外面の四隅部のそれぞれに基板実装用の外部電極が設けられ、前記圧電振動片は、隣接する一対の前記外部電極に電気的に接続され、前記封止孔は、他の一対の前記外部電極側に設けることができる。これにより、グランド用の外部電極またはダミー電極となる側に封止孔が形成されるため、基板に設けた回路と金属封止材との間のショートを防止することができる。しかも、圧電振動片を電気的に接続した一対の外部電極が隣接しているため、これらの外部電極を基板に設けた発振回路用ＩＣの近くに配置でき、基板に形成する配線パターンの引き回しを避けることができて実質的な実装面積を小さくすることができる。
【００１５】
フレーム材の封止孔の一部を塞いでいる部分と封止孔の壁面とには、金属膜を設けることが望ましい。これにより、封止孔に配置した封止用金属ボール（封止材）を溶融したときに、封止材を封止孔の壁面やフレーム材の封止孔を塞いでいる部分に良好に溶着させることができ、また溶融された封止材がパッケージ内に垂れ込むのを防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧電デバイスの好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電デバイスである圧電振動子の説明図であって、（１）はリッドを除いた平面図、（２）は（１）のＡ−Ａ線に沿った断面図、（３）は底面図である
【００１７】
第１実施形態に係る圧電振動子５０は、図１（２）に示したように、圧電振動片５２と、この圧電振動片５２を収容したパッケージ６０とから構成してある。圧電振動片５２は、水晶などの圧電材料から形成してあり、実施形態の場合、ＡＴカット水晶板からなっている。そして、圧電振動片５２は、上下面の中央部に励振電極５４（５４ａ、５４ｂ）が形成してある。また、圧電振動片５２は、水晶のＸ軸方向となる長手方向の一側に接続電極５６（５６ａ、５６ｂ）が形成してある。接続電極５６ａ、５６ｂは、それぞれが圧電振動片５２の上下面に連続するように形成してある。さらに、接続電極５６は、対応する励振電極５４と一体に形成してある。これらの電極は、例えばＡｕとＣｒとの２層の金属薄膜によって形成してある。
【００１８】
パッケージ６０は、ベース部６２とリッド６４とを主な構成要素としている。ベース部６２は、パッケージ６０の底部を形成する一枚の平板状のベースシート６６と、圧電振動片５２を収容するキャビティ（収容空間）７０を形成するフレーム材６８とからなっている。このベース部６２は、絶縁材料であるセラミックシートからなるベースシート６６とフレーム材６８とを積層したのち、焼結することにより箱状に形成してある。そして、ベースシート６６は、長手方向一側の上面に、圧電振動片５２を固着するためのマウント部である一対のマウント電極７２（７２ａ、７２ｂ）が設けてあり、他側に封止孔７４が形成してある。マウント電極７２には、導電性接着剤７６により圧電振動片５２が固着され、圧電振動片５２の接続電極５６が電気的に接続される。
【００１９】
封止孔７４は、フレーム材６８の内縁部と対応した位置においてベースシート６６を貫通して形成してあって、開口部の一部がフレーム材６８によって塞がれている（図１（２）参照）。また、封止孔７４は、この実施形態の場合、パッケージ６０の短辺の中央部に形成してある。このため、封止孔７４は、図１（３）に示したように、ベースシート６６の下面（外面）の四隅に設けられた外部電極８０（８０ａ〜８０ｄ）の、一対の外部電極８０ｃ、８０ｄの中間に位置している。
【００２０】
フレーム材６８の封止孔７４の開口部を塞いでいる部分は、封止孔７４内に配置した封止用金属ボール８２の受部となっていて、金属ボール８２がキャビティ７０内に落下するのを防止する。そして、封止孔７４は、実施形態の場合、開口の約半分がフレーム材６８によって塞がれる位置に形成してあり、金属ボール８２がフレーム材６８によって確実に止められるようにしてある。そして、封止孔７４の壁面と、フレーム材６８の封止孔７４に露出した部分（開口部を塞いでいる部分）とには、金属ボール８２の溶着を容易、確実に行なえるように金属膜８４（８４ａ、８４ｂ）が設けてある。この金属膜８４は、実施形態の場合、タングステン（Ｗ）上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）がメッキしてある。また、金属ボール８２は、例えばＡｕ−ＳｎまたはＡｕ−Ｇｅなどの合金から形成してある。
【００２１】
また、封止孔７４の壁面に設けた金属膜８４ａは、図２のようにして形成することできる。まず、図２（１）に示したように、封止孔７４を形成したベースシート６６に、封止孔７４を覆ってペースト状のタングステン８６をスクリーン印刷する。次に、同図（２）の矢印８７に示したように、タングステン８６を設けた側と反対側（図２の下側）から封止孔７４を吸引する。これにより、タングステン８６の膜は、封止孔７４を覆っていた部分が破れて封止孔７４の壁面に密着する。その後、タングステン８６を焼成し、さらにＮｉとＡｕとをタングステン８６の上に順次メッキする。
【００２２】
一方、リッド６４は、平板状のガラスやセラミック、金属などから形成してある。このリッド６４は、圧電振動片５２をパッケージ６０のキャビティ７０内のマウント電極７２に固着したのち、低融点ガラスなどの封止材８９によって、ベース部６２の上端面に気密に接合される。
【００２３】
なお、圧電振動片５２は、図１（３）に示したように、一対の励振電極５４が接続電極５６、マウント電極７２を介して、ベースシート６６の対角位置にある外部電極８０ａ、８０ｃに電気的に接続される。また、リッド６４が金属によって形成されている場合、外部電極８０ｂ、８０ｄのいずれか一方または両方が基板のグランド電位に接続されるとともに、リッド６４がグランド電位に接続される外部電極に電気的に接続される。これにより、リッド６４が電磁シールドの役割をなし、外部からのノイズによる周波数変動を避けることができる。なお、図１（２）においては、外部電極８０が省略してある。
【００２４】
このようになっている圧電振動子５０は、封止孔７４の開口部の一部を塞いでいるフレーム材６８が金属ボール８２の受部の役割をするため、従来のように２枚のベースシートのよってパッケージ６０の底部を形成する必要がない。すなわち、圧電振動子５０は、パッケージ６０の底部が１枚のベースシート６６によって形成されているため、薄型化を図ることができる。また、圧電振動子５０は、封止孔７４が励振電極５４ｂから遠い位置に設けられているため、パッケージ６０を真空封止するために、金属ボール８２を溶融した際に発生するガスなどのスプラッシュの影響を小さくすることができる。このため、圧電振動子５０は、周波数調整された圧電振動片５２の発振周波数が、真空封止によってほとんど変化することがない。したがって、発振周波数のばらつきを小さくすることができ、高性能な圧電振動子とすることができる。さらに、圧電振動子５０は、封止孔７４がマウント電極７２を設けた側と反対側に形成してあるため、マウント電極７２の形成に影響を与えることがなく、またマウント電極７２と封止孔７４内の存在する金属封止材とがショートするおそれがない。
【００２５】
図３は、第２実施形態の説明図であって、（１）はベース部の平面図、（２）はベース部の底面図である。この実施形態に係るベース部６２ａは、ベースシート６６とフレーム材６８とを積層して形成してある。そして、ベースシート６６には、封止孔９０が設けてある。この封止孔９０は、図３（１）に示したように、フレーム材６８の隅部と対応した位置に形成してあって、開口部の一部がフレーム材６８によって塞がれている。また、封止孔９０は、ベースシート６６の長手方向において、マウント電極７２を設けた側と反対側に形成してあり、同図（２）に示したように、グランド用の外部電極８０ｄと対応した位置に形成してある。そして、封止孔９０の壁面と、フレーム材６８の封止孔９０の開口部を塞いでいる部分とには、本図に図示しない金属膜が設けてある。
【００２６】
このようになっているベース部６２ａにおいても、前記第１実施形態と同様に、フレーム材６８の封止孔９０の開口部を塞いでいる部分が封止用金属ボールの受部の役割をする。このため、底部を１枚のベースシート６６によって構成することができ、パッケージの薄型化が図れ、圧電振動子を薄型化することができる。また、封止孔９０をグランド用の外部電極８０ｄと対応した位置に設けたことにより、封止孔９０の壁面に設ける金属膜を外部電極８０と同時に形成することができる。さらに、封止孔９０をグランド用の外部電極８０ｄと対応した位置に設けたことにより、基板に実装したときに、圧電振動子を駆動する基板の電源回路などと封止孔９０内の封止材とがショートするおそれがない。
【００２７】
すなわち、圧電振動子を実装する基板（図示せず）には、図３（２）に２点鎖線で示したように、外部電極８０に対応した電極パターン９２（９２ａ〜９２ｄ）が形成される。これらの電極パターン９２は、実装時における圧電振動子の位置ずれに対応できるように、外部電極８０より大きく形成してある。このため、第１実施形態の圧電振動子５０においては、封止孔７４が外部電極８０ｃ、８０ｄの中間に形成してあるため、実装時に位置ずれが生ずると、封止孔７４が圧電振動片５２の電極を電気的に接続する電極パターン９２ｃと接触してショートするおそれがある。したがって、第１実施形態の圧電振動子５０は、基板への実装の際に、高精度の位置決めが要求され、実装上の制約を受けることになる。これに対して第２実施形態に係るベース部６２ａを用いた圧電振動子は、封止材が電極パターン９２ｃとショートするおそれがない。
【００２８】
図４は、第３実施形態の説明図であって、圧電振動子の底面図である。この実施形態の圧電振動子１００は、パッケージのベース部６２が前記と同様にベースシート６６とフレーム材６８との積層体として形成してある。また、ベースシート６６は、下面の四隅のそれぞれに外部電極８０が設けてある。そして、パッケージに収容した圧電振動片５２は、ベースシート６６の長手方向一側に設けられている一対の外部電極８０ａ、８０ｂに電気的に接続してある。一方、封止穴７４は、他方側の一対の外部電極８０ｃ、８０ｄの中間に形成してある。このようになっている第３実施形態の圧電振動子１００は、封止孔７４を形成した側の外部端子８０ｃ、８０ｄがグランド用、またはダミー電極となるため、封止孔７４内の封止材が電源回路などとショートするおそれがない。
【００２９】
なお、封止孔７４は、外部端子８０ｃまたは外部端子８０ｄと対応した位置に形成してもよい。また、封止孔７４は、図４の２点鎖線で示したように、フレーム材６８の長辺側の内縁部と対応した位置に形成してもよい。また、前記実施形態においては、圧電振動片５２がＡＴカット圧電振動片である場合について説明したが、圧電振動片は音叉型圧電振動片などであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る圧電デバイスの説明図である。
【図２】封止孔の壁面に金属膜を形成する方法の説明図である。
【図３】第２実施形態に係るベース部の説明図である。
【図４】第３実施形態に係る圧電デバイスの底面図である。
【図５】従来の圧電デバイスの説明図である。
【符号の説明】
５０、１００………圧電デバイス（圧電振動子）、５２………圧電振動片、５４ａ、５４ｂ………励振電極、５６ａ、５６ｂ………接続電極、６０………パッケージ、６２………ベース部、６４………リッド、６６………ベースシート、６８………フレーム材、７０………収容空間（キャビティ）、７２ａ、７２ｂ………マウント部（マウント電極）、７４、９０………封止孔、８０ａ〜８０ｄ………外部電極、８４ａ、８４ｂ………金属膜。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric device used for an electronic device, and more particularly to a piezoelectric device having a sealing hole for hermetically sealing the bottom of a package containing a piezoelectric vibrating piece.
[0002]
[Prior art]
Piezoelectric devices such as piezoelectric vibrators are required to be smaller and thinner as electronic devices become smaller and thinner. Therefore, in recent years, surface mount type piezoelectric devices have been developed. In addition, there is a piezoelectric device in which the inside of a package accommodating the piezoelectric vibrating reed is vacuum-sealed to avoid the influence of vibration of the piezoelectric vibrating reed by air. Conventionally, when a package is vacuum-sealed, a sealing hole is provided at the center of the bottom of the package, and a metal ball disposed in the sealing hole is melted and sealed (for example, Patent Document 1). FIG. 5 shows a piezoelectric vibrator which is an example of a conventional piezoelectric device in which a package is vacuum-sealed.
[0003]
As shown in FIG. 5A, the piezoelectric vibrator 10 includes a piezoelectric vibrating reed 12 and a package 14 accommodating the piezoelectric vibrating reed 12. The piezoelectric vibrating reed 12 is formed in a flat plate shape from a piezoelectric material such as quartz. The piezoelectric vibrating reed 12 has excitation electrodes 12a and 12b formed of a metal thin film of, for example, gold (Au) and chromium (Cr) in the center of the upper and lower surfaces. On the other hand, the package 14 has a base 16 and a lid 18. The base portion 16 is formed in a box shape by laminating a first base sheet 20, a second base sheet 22, and a frame member 24 made of a ceramic sheet as an insulating material in this order. The piezoelectric vibrating reed 12 is housed in a cavity (housing space) 26 formed by the base 16.
[0004]
That is, the mount electrode 28 is provided on the upper surface of the second base sheet 22, and the piezoelectric vibrating reed 12 is fixed to the mount electrode 28 in a cantilever manner by the conductive adhesive 30. The lid 18 is hermetically bonded to the upper end surface of the base portion 16 with a sealing material 32 such as low-melting glass. The lid 18 is formed from glass, ceramic, a metal plate, or the like.
[0005]
Sealing holes 34 and 36 are formed concentrically in the first base sheet 20 and the second base sheet 22. These sealing holes 34 and 36 are formed at the bottom of the base 16, that is, at the center of the first base sheet 20 and the second base sheet 22, as shown in FIG. Further, the diameter of the sealing hole 36 provided in the second base sheet 22 is smaller than that of the sealing hole 34 provided in the first base sheet 20. This is because the small-diameter sealing hole 36 serves as a receiving portion for a sealing metal ball (not shown) disposed inside the large-diameter sealing hole 34, and the metal ball falls into the package 14. This is to prevent the user from doing so. Then, the metal ball arranged in the sealing hole 34 is melted by the laser, and becomes a sealing material 38 for hermetically sealing the sealing holes 34 and 36 as shown in FIG. The first base sheet 20 is provided with external electrodes 40 at each of the four corners of the lower surface, which is the outer surface. These external electrodes 40 are for mounting the piezoelectric vibrator 10 on a substrate (not shown).
[0006]
In the piezoelectric vibrator 10 thus configured, the inside of the package 14 is vacuum-sealed as follows. First, the piezoelectric vibrating reed 12 is fixed to the mount electrode 28 provided on the base portion 16 in a cantilever manner with a conductive adhesive 30. Then, after finely adjusting the frequency of the piezoelectric vibrating reed 12, the lid 18 is hermetically bonded to the upper end of the base portion 16 with the sealing material 32. Next, the package 14 accommodating the piezoelectric vibrating reed 12 is arranged in a vacuum chamber such that the first base sheet 20 is on the top, and the metal ball (sealing material 38) arranged in the sealing hole 34 is melted. Then, the sealing material 38 is welded to the wall surfaces of the sealing holes 34 and 36 to hermetically seal the sealing holes 34 and 36.
[0007]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-76815
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional piezoelectric vibrator 10 to be vacuum-sealed, the sealing hole 34 is provided at the center of the bottom of the package 14, and the metal ball (sealing material 38) disposed in the sealing hole 34 is melted. The package 14 is sealed. For this reason, it is necessary to prevent the metal ball for sealing arranged in the sealing hole 34 from falling into the cavity 26 of the package 14. The conventional package 14 has a bottom portion formed by the first base sheet 20 and the second base sheet 22, and the second base sheet 22 has a sealing hole 36 having a smaller diameter than the sealing hole 34 of the first base sheet 20. And the small-diameter sealing hole 36 is used as a receiving portion for the metal ball. Therefore, the conventional package 14 needs to have the bottom part formed by the two base sheets 20 and 22, which makes it difficult to reduce the thickness of the package 14, that is, the piezoelectric vibrator 10.
[0009]
In the conventional piezoelectric vibrator 10, the sealing holes 34 and 36 are provided at the center of the bottom of the package 14. Therefore, the sealing hole 36 is formed facing the center of the excitation electrode 12b of the piezoelectric vibrating reed 12. Therefore, when the sealing holes 34 and 36 are sealed, splash such as gas generated when the sealing metal ball is melted penetrates into the package 14 through the sealing hole 36 and the excitation electrode 12b. As a result, in the piezoelectric vibrator 10, the oscillation frequency of the piezoelectric vibrating reed 12 whose frequency has been adjusted changes, causing a variation in the oscillation frequency, and it is difficult to obtain a high-performance piezoelectric vibrator.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks of the related art, and has as its object to reduce the thickness of a piezoelectric device.
Another object of the present invention is to eliminate frequency fluctuations that occur during vacuum sealing.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a piezoelectric device according to the present invention is a piezoelectric device in which a sealing hole provided in a bottom portion of a package containing a piezoelectric vibrating reed is sealed by melting a metal ball, The package includes a flat base sheet having a base portion forming a bottom portion, and a frame material laminated on the base sheet to form a space for accommodating the piezoelectric vibrating reed. At a position corresponding to the inner edge of the base sheet, and a part of the opening is closed by the frame material.
[0012]
In the present invention thus configured, since the frame material partially closes the opening of the sealing hole formed through the base sheet, this portion is used as a receiving portion for the metal ball for sealing. be able to. Therefore, in the present invention, it is not necessary to form two sealing holes at the bottom of the package, a large-diameter sealing hole and a small-diameter sealing hole for receiving a metal ball. For this reason, the bottom of the package can be constituted by one base sheet, and the package can be made thinner, that is, the piezoelectric device can be made thinner. In the piezoelectric device of the present invention, the sealing hole is formed at a position corresponding to the inner edge of the frame. That is, since the sealing hole is formed at a position away from the excitation electrode of the piezoelectric vibrating reed, the effect of the splash generated when the metal ball is melted can be greatly reduced. Therefore, according to the present invention, it is possible to avoid affecting the vibration characteristics of the piezoelectric vibrating reed, prevent a change in the oscillation frequency whose frequency has been adjusted, and obtain a high-performance piezoelectric device.
[0013]
In the base sheet, a mount portion for fixing the piezoelectric vibrating reed may be formed on one side, and a sealing hole may be formed on the other side. Accordingly, there is no problem in forming the mount portion, and there is no possibility that the sealing material sealing the sealing hole and the mount portion are short-circuited. The sealing hole can be formed at a position corresponding to a corner of the frame material. When the sealing holes are formed at the corners of the frame material in this manner, the distance between the excitation electrode and the sealing holes can be further increased, and the effect of splash can be further reduced. In addition, the sealing hole can be formed at a position corresponding to the external electrode for ground formed on the outer surface of the base sheet. Thus, when the piezoelectric device is mounted on the substrate, a short circuit between the circuit provided on the substrate and the metal sealing material present in the sealing hole can be avoided even if the displacement occurs.
[0014]
Further, the base sheet is provided with external electrodes for mounting the substrate at each of the four corners of the outer surface, the piezoelectric vibrating reed is electrically connected to a pair of adjacent external electrodes, and the sealing hole is It can be provided on another pair of the external electrodes. Accordingly, since the sealing hole is formed on the side that becomes the external electrode or the dummy electrode for ground, a short circuit between the circuit provided on the substrate and the metal sealing material can be prevented. In addition, since a pair of external electrodes electrically connected to the piezoelectric vibrating reed are adjacent to each other, these external electrodes can be arranged near the oscillation circuit IC provided on the substrate, and the wiring pattern formed on the substrate can be routed. It can be avoided and the actual mounting area can be reduced.
[0015]
It is desirable to provide a metal film on a portion of the frame material that partially closes the sealing hole and on the wall surface of the sealing hole. Thereby, when the sealing metal ball (sealing material) arranged in the sealing hole is melted, the sealing material is well welded to the wall surface of the sealing hole or a portion closing the sealing hole of the frame material. And the molten sealing material can be prevented from dripping into the package.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Preferred embodiments of a piezoelectric device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an explanatory view of a piezoelectric vibrator as a piezoelectric device according to a first embodiment of the present invention, wherein (1) is a plan view excluding a lid, and (2) is an AA line of (1). FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line (3) of FIG.
As shown in FIG. 1B, the piezoelectric vibrator 50 according to the first embodiment includes a piezoelectric vibrating piece 52 and a package 60 that accommodates the piezoelectric vibrating piece 52. The piezoelectric vibrating reed 52 is made of a piezoelectric material such as quartz, and in the case of the embodiment, is made of an AT-cut quartz plate. The excitation electrode 54 (54a, 54b) is formed at the center of the upper and lower surfaces of the piezoelectric vibrating reed 52. In the piezoelectric vibrating reed 52, connection electrodes 56 (56a, 56b) are formed on one side in the longitudinal direction which is the X-axis direction of the crystal. The connection electrodes 56 a and 56 b are formed so as to be continuous with the upper and lower surfaces of the piezoelectric vibrating reed 52. Further, the connection electrodes 56 are formed integrally with the corresponding excitation electrodes 54. These electrodes are formed, for example, of a two-layer metal thin film of Au and Cr.
[0018]
The package 60 has a base portion 62 and a lid 64 as main components. The base portion 62 includes one flat base sheet 66 forming the bottom of the package 60 and a frame member 68 forming a cavity (housing space) 70 for housing the piezoelectric vibrating reed 52. The base portion 62 is formed in a box shape by laminating a base sheet 66 made of a ceramic sheet, which is an insulating material, and a frame material 68, and then sintering. The base sheet 66 is provided with a pair of mount electrodes 72 (72a, 72b), which are mount portions for fixing the piezoelectric vibrating reed 52, on the upper surface on one side in the longitudinal direction, and a sealing hole 74 on the other side. Is formed. The piezoelectric vibrating reed 52 is fixed to the mount electrode 72 by a conductive adhesive 76, and the connection electrode 56 of the piezoelectric vibrating reed 52 is electrically connected.
[0019]
The sealing hole 74 is formed through the base sheet 66 at a position corresponding to the inner edge of the frame member 68, and a part of the opening is closed by the frame member 68 (FIG. 1 (2) )reference). In this embodiment, the sealing hole 74 is formed at the center of the short side of the package 60. For this reason, as shown in FIG. 1 (3), the sealing hole 74 is provided with a pair of external electrodes 80c of the external electrodes 80 (80a to 80d) provided at the four corners of the lower surface (outer surface) of the base sheet 66. It is located in the middle of 80d.
[0020]
The portion of the frame material 68 closing the opening of the sealing hole 74 is a receiving portion for the sealing metal ball 82 disposed in the sealing hole 74, and the metal ball 82 falls into the cavity 70. To prevent In the case of the embodiment, the sealing hole 74 is formed at a position where about half of the opening is closed by the frame member 68, so that the metal ball 82 is securely stopped by the frame member 68. The metal wall 82 is welded to the wall surface of the sealing hole 74 and the portion of the frame material 68 exposed to the sealing hole 74 (the portion closing the opening) so that the metal ball 82 can be easily and reliably welded. A film 84 (84a, 84b) is provided. In the embodiment, the metal film 84 is formed by plating nickel (Ni) and gold (Au) on tungsten (W). The metal ball 82 is formed from an alloy such as Au-Sn or Au-Ge.
[0021]
The metal film 84a provided on the wall surface of the sealing hole 74 can be formed as shown in FIG. First, as shown in FIG. 2A, paste-like tungsten 86 is screen-printed on the base sheet 66 having the sealing holes 74 formed thereon so as to cover the sealing holes 74. Next, as shown by an arrow 87 in FIG. 2B, the sealing hole 74 is sucked from the side opposite to the side where the tungsten 86 is provided (the lower side in FIG. 2). As a result, the portion of the tungsten 86 film that covers the sealing hole 74 is broken and adheres to the wall surface of the sealing hole 74. Thereafter, the tungsten 86 is baked, and Ni and Au are sequentially plated on the tungsten 86.
[0022]
On the other hand, the lid 64 is formed of flat glass, ceramic, metal, or the like. After fixing the piezoelectric vibrating reed 52 to the mount electrode 72 in the cavity 70 of the package 60, the lid 64 is airtightly joined to the upper end surface of the base 62 by a sealing material 89 such as low melting point glass.
[0023]
As shown in FIG. 1C, the piezoelectric vibrating reed 52 includes external electrodes 80 a and 80 c at a diagonal position of the base sheet 66 via the connection electrode 56 and the mount electrode 72. Is electrically connected to the When the lid 64 is made of metal, one or both of the external electrodes 80b and 80d are connected to the ground potential of the substrate, and the lid 64 is electrically connected to the external electrode connected to the ground potential. Connected. As a result, the lid 64 serves as an electromagnetic shield, and frequency fluctuations due to external noise can be avoided. In FIG. 1B, the external electrodes 80 are omitted.
[0024]
In the piezoelectric vibrator 50 having such a configuration, the frame member 68 that covers a part of the opening of the sealing hole 74 serves as a receiving portion for the metal ball 82, so that two bases are used as in the related art. The sheet does not require the bottom of package 60 to be formed. That is, since the bottom of the package 60 is formed by one base sheet 66, the piezoelectric vibrator 50 can be made thinner. In addition, since the sealing hole 74 is provided at a position far from the excitation electrode 54 b, the piezoelectric vibrator 50 splashes gas or the like generated when the metal ball 82 is melted in order to vacuum seal the package 60. Can be reduced. Therefore, in the piezoelectric vibrator 50, the oscillation frequency of the frequency-adjusted piezoelectric vibrating piece 52 hardly changes due to the vacuum sealing. Therefore, variation in the oscillation frequency can be reduced, and a high-performance piezoelectric vibrator can be obtained. Further, in the piezoelectric vibrator 50, the sealing hole 74 is formed on the side opposite to the side on which the mount electrode 72 is provided, so that the formation of the mount electrode 72 is not affected, and There is no risk of short-circuit with the metal sealing material present in the hole 74.
[0025]
FIG. 3 is an explanatory view of the second embodiment, in which (1) is a plan view of a base portion, and (2) is a bottom view of the base portion. The base portion 62a according to this embodiment is formed by laminating a base sheet 66 and a frame member 68. The base sheet 66 is provided with a sealing hole 90. As shown in FIG. 3A, the sealing hole 90 is formed at a position corresponding to a corner of the frame member 68, and a part of the opening is closed by the frame member 68. . Further, the sealing hole 90 is formed on the side opposite to the side where the mount electrode 72 is provided in the longitudinal direction of the base sheet 66, and as shown in FIG. It is formed at the corresponding position. A metal film (not shown) is provided on the wall surface of the sealing hole 90 and on the portion of the frame member 68 that closes the opening of the sealing hole 90.
[0026]
In the base portion 62a thus configured, similarly to the first embodiment, the portion closing the opening of the sealing hole 90 of the frame member 68 serves as a receiving portion for the sealing metal ball. . For this reason, the bottom can be constituted by one base sheet 66, and the package can be reduced in thickness, and the piezoelectric vibrator can be reduced in thickness. Further, by providing the sealing hole 90 at a position corresponding to the external electrode 80 d for ground, a metal film provided on the wall surface of the sealing hole 90 can be formed simultaneously with the external electrode 80. Further, since the sealing hole 90 is provided at a position corresponding to the external electrode 80d for grounding, the power supply circuit for driving the piezoelectric vibrator and the sealing inside the sealing hole 90 when mounted on the substrate. There is no risk of short-circuit with the material.
[0027]
That is, the electrode pattern 92 (92a to 92d) corresponding to the external electrode 80 is formed on the substrate (not shown) on which the piezoelectric vibrator is mounted, as shown by the two-dot chain line in FIG. . These electrode patterns 92 are formed larger than the external electrodes 80 so as to cope with the displacement of the piezoelectric vibrator during mounting. For this reason, in the piezoelectric vibrator 50 of the first embodiment, the sealing hole 74 is formed in the middle of the external electrodes 80c and 80d. There is a risk of short-circuit due to contact with the electrode pattern 92c that electrically connects the 52 electrodes. Accordingly, the piezoelectric vibrator 50 of the first embodiment requires high-precision positioning when mounted on a board, and is subject to mounting restrictions. On the other hand, in the piezoelectric vibrator using the base portion 62a according to the second embodiment, there is no possibility that the sealing material is short-circuited with the electrode pattern 92c.
[0028]
FIG. 4 is an explanatory diagram of the third embodiment, and is a bottom view of the piezoelectric vibrator. In the piezoelectric vibrator 100 of this embodiment, the base 62 of the package is formed as a laminate of the base sheet 66 and the frame member 68 in the same manner as described above. Further, the base sheet 66 is provided with external electrodes 80 at each of the four corners on the lower surface. The piezoelectric vibrating reed 52 housed in the package is electrically connected to a pair of external electrodes 80a and 80b provided on one longitudinal side of the base sheet 66. On the other hand, the sealing hole 74 is formed in the middle between the pair of external electrodes 80c and 80d on the other side. In the piezoelectric vibrator 100 according to the third embodiment, the external terminals 80c and 80d on the side where the sealing hole 74 is formed serve as grounds or dummy electrodes. There is no risk that the material will short-circuit with the power supply circuit.
[0029]
Note that the sealing hole 74 may be formed at a position corresponding to the external terminal 80c or the external terminal 80d. Further, the sealing hole 74 may be formed at a position corresponding to the inner edge of the long side of the frame member 68 as shown by the two-dot chain line in FIG. In the above-described embodiment, the case where the piezoelectric vibrating piece 52 is an AT-cut piezoelectric vibrating piece has been described. However, the piezoelectric vibrating piece may be a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a piezoelectric device according to a first embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a method of forming a metal film on a wall surface of a sealing hole.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a base unit according to a second embodiment.
FIG. 4 is a bottom view of a piezoelectric device according to a third embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a conventional piezoelectric device.
[Explanation of symbols]
50, 100 Piezoelectric device (piezoelectric vibrator), 52 Piezoelectric vibrating piece, 54a, 54b Excitation electrode, 56a, 56b Connection electrode, 60 Package, 62 Base part, 64 Lid, 66 Base sheet, 68 Frame material, 70 Housing space (cavity), 72a, 72b Mount part (mount electrode), 74, 90 ... sealing holes, 80a to 80d ... external electrodes, 84a and 84b ... metal films.

Claims

A piezoelectric device in which a sealing hole provided at a bottom portion of a package containing a piezoelectric vibrating reed is sealed by melting a metal ball,
The package includes a flat base sheet having a base portion forming a bottom portion, and a frame material laminated on the base sheet to form a housing space for the piezoelectric vibrating reed,
The sealing hole is formed through the base sheet at a position corresponding to the inner edge of the frame material, and a part of the opening is closed by the frame material.
A piezoelectric device, characterized in that:

The piezoelectric device according to claim 1,
The piezoelectric device according to claim 1, wherein the base sheet has a mount portion for fixing the piezoelectric vibrating piece formed on one side and the sealing hole formed on the other side.

The piezoelectric device according to claim 1 or 2,
The said sealing hole is formed in the position corresponding to the corner part of the said frame material, The piezoelectric device characterized by the above-mentioned.

The piezoelectric device according to claim 3,
The piezoelectric device according to claim 1, wherein the sealing hole is formed at a position corresponding to an external ground electrode formed on an outer surface of the base sheet.

The piezoelectric device according to any one of claims 1 to 4,
The base sheet is provided with an external electrode for mounting the substrate at each of the four corners of the outer surface,
The piezoelectric vibrating reed is electrically connected to a pair of adjacent external electrodes,
The sealing hole is provided on the other pair of the external electrodes,
A piezoelectric device, characterized in that:

The piezoelectric device according to any one of claims 1 to 5,
A piezoelectric device, wherein a metal film is provided on a portion of the frame material that partially covers the sealing hole and on a wall surface of the sealing hole.