JP2005079558A

JP2005079558A - 圧電デバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2005079558A
Application number: JP2003312047A
Authority: JP
Inventors: Mitsumasa Sakurai; 光正桜井
Original assignee: Miyota KK
Current assignee: Miyota KK
Priority date: 2003-09-04
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】パッケージの気密封止が不完全な不良の発生を防止し、製造歩留を向上させ、安価で気密面での信頼性の高い圧電デバイスを提供する。
【解決手段】圧電素子を収納するセラミックベースに、金属製の蓋を被せ、前記セラミックベースの上面に形成されたメタライズ層と前記金属蓋との間に設けたロウ材を金属蓋の封着部に電子ビームを偏向して照射することにより加熱溶融封着する圧電デバイスの製造方法において、前記電子ビームの照射を前記金属蓋の封着部に対し複数回行う圧電デバイスの製造方法とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶振動子、弾性表面波素子等の圧電素子を気密容器に収納して成る、圧電デバイスの製造方法に関するものである。

昨今、圧電デバイスも表面実装化の波により、セラミックパッケージに金属蓋を被せ封止されたタイプのものが増えている。また、気密封止の方法には、低融点ガラス封止、シーム溶接封止、電子ビーム封止等があるが、特に生産性が高く、局部的な加熱が可能なためにパッケージ内部へのガス発生による特性劣化の少なく、かつビームの偏向と走査のスピードが早くできるために製造コストが安価にできる電子ビームによる封止が増えている。

電子ビーム封止に関しては、多くの出願をみるところであり、電子ビーム封止の特徴に合わせて各社で加工方法や構成等が工夫されている。（例えば、特許文献１、２参照。）

図４は、電子ビームによって気密封止を行う圧電デバイスの断面図である。図２は、従来の電子ビーム封止のビーム走査を示す図である。圧電素子５はセラミックベース４に接着剤６等により固定される。セラミックベース４の上面にはタングステン等によるメタライズ層３が形成され、メタライズ層３の表面にはメッキ（図示せず）が施されている。内部を気密にする金属製の蓋１とセラミックベース４上面のメタライズ層３の間に、ロウ材２が配置され、真空中で金属製の蓋１の上面に電子ビーム７を照射し前記ロウ材２を溶融することで気密封止が行われる。また、電子ビーム７の照射は、図２に示すように蓋の外周部全周の封着部を一度でビーム走査して封着を行っていた。

特開平６―１５２２９６号公報特開平１１−１１１８７６号公報

図３は、一般的に推奨されるロウ材の溶融温度プロファイルと従来方法による温度プロファイルを示す図である。しかしながら、図３のＢに示すように従来方法の電子ビームによる封止では封着の為の加熱が短時間でかつ、局所的なものである為、図３のＡに示すような予熱をかけた後に最終加熱を行うといった、一般的に推奨されるロウ材の溶融温度プロファイルとまったくかけ離れた温度プロファイルとなる。この状態では、金属蓋やロウ材の厚みばらつき等によりロウ材の溶融が不安定となり、パッケージの気密封止が不完全な不良が発生し、製造歩留及び気密面での長期信頼性を悪化させていた。

本発明は、前記問題点を解決するためになされたもので、製品の製造歩留を向上させ、安価で気密面での信頼性の高い圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

圧電素子を収納するセラミックベースに、金属製の蓋を被せ、前記セラミックベースの上面に形成されたメタライズ層と前記金属蓋との間に設けたロウ材を金属蓋の封着部に電子ビームを偏向して照射することにより加熱溶融封着する圧電デバイスの製造方法において、前記電子ビームの照射を前記金属蓋の封着部に対し複数回行う圧電デバイスの製造方法とする。

本発明による製造方法は、電子ビームの照射を封着部に対し複数回、少なくとも２回以上行うものである。たとえば、１回目のビーム照射で予熱を行い、２回目のビーム照射で本封止を行う。

このように、電子ビーム照射を行うことにより、ロウ材の溶融温度プロファイルを一般的な溶融プロファイルに近づけ、パッケージの気密封止が安定して行えるようになる。

本発明によれば、前記のような形態で実施され、以下の効果が得られる。

本発明の電子ビーム照射方法により、予熱後に本封止を行うロウ材の一般的な温度プロファイルでの封止がなされ、パッケージ気密封止の製造歩留が向上し市場に安価で気密面での信頼性を充分確保した圧電デバイスを供給することができる。

圧電素子を収納するセラミックベースに、金属製の蓋を被せ、前記セラミックベースの上面に形成されたメタライズ層と前記金属蓋との間に設けたロウ材を金属蓋の封着部に電子ビームを偏向して照射することにより加熱溶融封着する圧電デバイスの製造方法において、前記電子ビームの照射を前記金属蓋の封着部に対し複数回行う。

本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。電子ビーム封止によって気密封止する圧電デバイスの基本的な構成は、図４に示す構成である。すなわち、圧電素子５はセラミックベース４に接着剤６等により固定される。接着剤６はシリコン系、エポキシ系等で封止時の加熱によるガス発生の少ない物が用いられる。また、セラミックベース４はアルミナやガラスセラミック等が用いられる。セラミックベース４の上面にはタングステン等によるメタライズ層３が形成され、メタライズ層３の表面にはニッケルと金メッキ（図示せず）が施されている。内部を気密にする金属製（Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金等）の蓋１とセラミックベース４上面のメタライズ層３の間に、Ａｕ−Ｓｎ合金や銀ろうなどのロウ材２が配置され、１０Ｐａ以下の真空中で金属製の蓋１の上面の封着部に電子ビーム７を照射加熱し前記ロウ材２を溶融することで気密封止が行われる。

金属製の蓋１の封着部へ電子ビームを偏向照射する際は、ビームパワーと走査スピードにより、加熱温度を調節するが、本発明は、蓋１の外周部全周封着部へのビーム走査をビームパワーと走査スピードを適宜調節し、ロウ材が溶けない温度で走査を複数回行い、最後にロウ材の溶ける温度となる様調節したビームパワーと走査スピードでビームを偏向照射し封止を行う。これにより、封着部には複数回のビーム照射がなされる。ビーム照射には例えば三菱電機株式会社製電子ビーム加工機（ＥＢＭ０．３ＨＢ１ＶＤＣ１３１６）を用いる。また、蓋１の材質がＣＯ−Ｎｉ−Ｆｅ合金で厚さが０．１ｍｍ、ロウ材２の材質がＡｕ−Ｓｎ合金（融点：摂氏約２８０度）で厚さが０．０２５ｍｍの時、ロウ材２が溶けない走査条件のビームパワー０．９ｍＡ、走査スピード１４ｍ／分でビーム走査を２回行った後、最後にロウ材の溶ける走査条件のビームパワー１．８ｍＡ、走査スピード１２ｍ／分でビームを偏向照射し封止を行う。

図１は、本発明による電子ビーム照射方法の他の実施例を示した図である。まず、第一の電子ビームを蓋１の上面外周部に沿って、電子ビーム走査８の矢印方向にビーム照射し、第一の電子ビームがその照射開始位置から、ある一定の距離ａ離れた時、瞬間的なビームの偏向を行って、第二の電子ビームを第一の電子ビームの開始位置へ照射し、続いて再度瞬間的なビームの偏向を行い、第一の電子ビームを電子ビーム走査８矢印方向に走査を進めて照射し、続いてまた瞬間的なビームの偏向により、第二の電子ビームをある一定の距離ａ離れた第一の電子ビーム照射が行われた部分に照射するというように、第一の電子ビームと第二の電子ビームをビームの偏向により交互に照射することを繰り返すことにより、図１に示す様に、あたかも第一の電子ビームをある一定の距離ａ離れた第二の電子ビームが追いかける様に蓋１の外周部全周をビーム走査し加工を行う。これにより、封着部には２回のビーム照射がなされる。尚、本説明は２回の照射で説明したが、少なくとも２回の照射が必要となるものであり、３回、４回といった複数回行っても良い。また、この際に前記で説明した様に最後の照射でロウ材２の溶ける温度となる様調節したビームパワーと走査スピードでビームを偏向照射し封止を行う。ビーム照射には、実施例１同様例えば三菱電機株式会社製電子ビーム加工機（ＥＢＭ０．３ＨＢ１ＶＤＣ１３１６）を用いる。また、蓋１の材質がＣＯ−Ｎｉ−Ｆｅ合金で厚さが０．１ｍｍ、ロウ材２の材質がＡｕ−Ｓｎ合金（融点：摂氏約２８０度）で厚さが０．０２５ｍｍの時、第一の電子ビーム照射をビームパワー１．０ｍＡ、走査スピード１４ｍ／分でビーム走査を行い、距離０．５ｍｍをおいた第二の電子ビーム照射をビームパワー１．６ｍＡ、走査スピード１４ｍ／分でビームを偏向照射し封止を行う。

図５は、本発明によるロウ材の溶融温度プロファイルを示す図である。図６は、本発明と従来方法による封止の製造歩留比較を示す図である。前記した封止方法を行うことにより、図５に示す様に、実施例１の場合はＣの温度プロファイル、実施例２の場合はＤの温度プロファイルのようになる。いずれも予熱時間に差はあるものの予熱後に本封止を行うというロウ材の一般的に推奨される温度プロファイルに近づけることが可能となった。また、前記最後の照射電子ビームパワーは予熱の効果により、従来の一度だけのビーム照射による封止に比べ低く抑えることができた。例えば、実施例２の場合で、蓋１の材質がＣＯ−Ｎｉ−Ｆｅ合金で厚さが０．１ｍｍ、ロウ材２の材質がＡｕ−Ｓｎ合金（融点：摂氏約２８０度）で厚さが０．０２５ｍｍの時、走査スピード１４ｍ／分で、従来の一度だけのビーム照射による封止の時はビームパワーが２．３ｍＡ必要であったのが、本発明の最後の照射電子ビームパワーは１．６ｍＡで充分であり、電子ビームを発生させる電子銃の長寿命化が図れた。また、これにより、金属製の蓋１やロウ材２の厚みばらつき等によりロウ材２の溶融が不安定となっていたのが、これらのばらつきの影響を受けにくくなり、図６に示すように封止の歩留が向上しかつ安定化した。

本発明による電子ビームの照射方法を示した図。従来の電子ビーム封止のビーム走査を示す図。一般的に推奨されるロウ材の溶融温度プロファイルと従来方法による温度プロファイルを示す図。電子ビームによって気密封止を行う圧電デバイスの断面図。本発明によるロウ材の溶融温度プロファイルを示す図。本発明と従来方法による封止の製造歩留比較を示す図。

符号の説明

１蓋
２ロウ材
３メタライズ層
４セラミックベース
５圧電素子
６接着剤
７電子ビーム
８電子ビーム走査
９第一の電子ビーム照射
１０第二の電子ビーム照射

Claims

圧電素子を収納するセラミックベースに、金属製の蓋を被せ、前記セラミックベースの上面に形成されたメタライズ層と前記金属蓋との間に設けたロウ材を金属蓋の封着部に電子ビームを偏向して照射することにより加熱溶融封着する圧電デバイスの製造方法において、前記電子ビームの照射を前記金属蓋の封着部に対し複数回行うことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。