JP2007059736A - 圧電振動子パッケージ及びその製造方法ならびに物理量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】圧電振動子パッケージの駆動特性と起動特性のバランスが良好な圧電振動子パッケージ及びその製造方法を提供する。また、圧電振動子からの検出信号が安定するまでの起動時間を短縮できる高精度の物理量センサを提供する。
【解決手段】開口を有し内部の収容部に圧電振動子が収納される容器と、開口の周縁に接合して開口を覆う蓋体とを有し、容器と蓋体とが対向する接合部で封止材により接合される圧電振動子用パッケージの製造方法において、封止材を加熱溶融し、所定の幅に設定した未溶接部を残して溶接する一次溶接工程と、前記未溶接部を溶接するとともに、一次溶接工程で溶接された溶接部を再度溶接する二次溶接工程とを有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、セラミックス等の基板からなる容器内に水晶振動子、圧電振動子等の電子部品を収納した後、容器を蓋体で気密封止して構成される圧電振動子パッケージ及びその製造方法ならびに物理量センサに関するものである。

圧電振動子デバイス等の電子部品は、例えば、セラミックス等の基板からなる容器と、この容器の開口部を封止する金属製蓋体とから構成されたパッケージの内部に、振動子素子が気密封止状態で収納され、圧電振動子デバイスが構成される。これら圧電振動子デバイスは、電子機器製品の小型化および薄型化に伴い、小型、薄型化、及びコストダウンの要求が益々強くなっている。

このため、近年は表面実装型（ＳＭＤ）のものが多数開発されて、圧電振動子デバイスの特性を向上させるために真空度を高めて気密封止することが求められている。また、車両の位置検出や姿勢制御システム、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ（携帯電話機用も含む）の手ぶれ防止用等の様々な分野で、圧電振動子デバイスを用いた圧電振動ジャイロの開発が行われ、実用化されている。

圧電振動子デバイス用パッケージの一般的な気密封止方法としては、従来、電気炉溶接、シーム溶接、電子ビーム加工等が行われている。真空中で容器を加熱して封止材を溶融する電気炉溶接法は、コストおよび生産性が優れている一方、封止材の外周部全周にわたって一度に溶接するため、溶接時に封止材から生じるアウトガスがパッケージ内部に閉じ込められ、真空度が悪化する問題があった。

また、一対のローラ電極を押し付けて電流を流し、その接触部を抵抗発熱させて封止材を溶融するシーム溶接法は、封止歩留まりが優れている一方、封止材として高価なシールリングが必要となり、リング分の厚みのために小型化にも限度があり、高速に溶接作業ができなかった。このことから、小型化および低背化の市場要求により、電子ビーム加工による封止方法が注目されている。

以下に図８、９を用いて従来技術の振動子デバイスの製造方法を説明する（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、容器１０２と蓋体１０６で構成された圧電振動子デバイス用パッケージ１００に蓋体１０６を溶接するときに、高真空の状況において電子ビーム１０８を利用して溶接封止を２回に分けて行うことが開示されている。

図８は、１回目の照射で未溶接部１０７を残して第１溶接を実施した状態を示す。Ｐ１は、第１溶接の始点であり、Ｑ１は第１溶接の終点である。図９は、２回目の照射で第２溶接を実施し、未溶接部１０７を溶接した状態を示す。Ｑ２は第２溶接の始点であり、Ｐ２は第２溶接の終点である。

パッケージ１００内の真空度が低下すると、水晶振動子の等価直列抵抗（以下ＣＩ値と略称する）が大きくなり、その結果、周波数特性が悪くなり安定した発振ができなくなってしまうという問題があるため、第１溶接と第２溶接は、真空度の高い状態で溶接する必要がある。

また、第２溶接するための溶接幅は短ければ短いほど封止材１０５からのガス発生を抑えることができる。すなわちそこで、パッケージ１００内の真空度を高くするために、第
１溶接時に封止材１０５から発生したガスを未溶接部１０７より排出し、その状態で第２溶接を行っている。

このようにして、パッケージ１００内の残留ガスを少なくし、真空度を高めるようにしている。また、特許文献２にも特許文献１と同様に２回の溶接封止により、真空度の高い状態でパッケージを封止する技術が開示されている。

特開２００１−２５７２７９号公報（第３頁、図２、図３） 特開２０００−２２３６０４号公報（第３〜４頁、図１）

特許文献１、２に開示されている振動子デバイスの製造方法では、高真空状態で水晶振動子を気密封止してパッケージを封止しているため、水晶振動子のＣＩ値を小さくすることができるので、周波数特性が良くなり安定した発振を行うことができる。

しかしながら、従来の振動子デバイスの製造方法で製造された振動子デバイスでは、ＣＩ値が小さくなることで安定した発振を行える反面、Ｑ値（共振曲線の鋭さを表す量で、この量が大きい程共振曲線は鋭くなる）が高くなり、水晶振動子が安定して駆動するまでの時間が長くなるという問題がある。

また、従来の振動子デバイスの製造方法で製造された振動子デバイスを振動型ジャイロセンサや振動型加速度センサ等の物理量センサに利用する場合、ＣＩ値が小さくなることで安定した発振が行える反面、Ｑ値が高くなり、水晶振動子が安定して駆動するまでの時間が長くなってしまう。その結果、水晶振動子から検出される検出波形が安定するまでの時間（起動時間）を短縮できないという問題がある。

更にまた、第２溶接において、第１溶接で形成した未溶接部１０７の幅が長ければ長いほど蓋体と容器とが密着不良を起こし、未溶接部１０７での溶接不良が発生するという問題がある。

本発明は、上記の従来技術における問題点を解決するためになされたものであり、第１の目的は、蓋体と容器との溶接不良がなく、圧電振動子パッケージ内を所定圧力にして気密封止し、圧電振動子の起動時間が短い圧電振動子パッケージ及びその製造方法を提供すること、第２の目的は、蓋体と容器との溶接不良がなく、圧電振動子パッケージ内を所定圧力にして気密封止し、圧電振動子から検出される検出信号が安定するまでの起動時間を短縮した高精度の物理量センサを提供することにある。

上述した目的を達成するために、本発明の圧電振動子パッケージの製造方法は、開口を有し内部の収容部に圧電振動子が収納される容器と、前記開口の周縁に接合して前記開口を覆う蓋体とを有し、前記容器と前記蓋体とが対向する接合部で封止材により接合される圧電振動子パッケージの製造方法において、前記封止材を加熱溶融し、所定の幅に設定した未溶接部を残して前記蓋体と前記容器とを溶接する一次溶接工程と、前記未溶接部を溶接するとともに、前記一次溶接工程で前記蓋体と前記容器とが溶接された溶接部を再度溶接する二次溶接工程と、を有することを特徴とする。

係る構成によれば、一次溶接工程において、未溶接部を所定の幅に設定することで、二
次溶接工程における未溶接部の封止材が溶融して発生するガス量を所定量に調整できる。一度溶融した封止材からのガスの発生は極めて微量であることから、二次溶接工程において未溶接部から発生するガス量に対応した圧力で圧電振動子パッケージ内部の圧力調整が可能となる。

すなわち、未溶接部を所定の幅に設定することにより圧電振動子パッケージ内部の圧力調整が可能となり、圧電振動子のＣＩ値を所定の範囲で制御することが可能となる。その結果、圧電振動子の駆動特性と起動特性の良好な圧電振動子パッケージを製造することができる。

更に、二次溶接工程において一次溶接工程で蓋体と容器とが溶接された溶接部の封止材を再度加熱溶融させ溶接を行うため、蓋体に取り付けられた封止材が全域にわたって再溶融する。よって、蓋体と容器との密着性が良好な状態となり、未溶接部の幅を長くしても、蓋体と容器との密着不良を要因とする封止材の溶接不良が全く無くなる。

また、前記二次溶接工程において、前記未溶接部を溶接する際のビーム走査に連続して前記溶接部を再度溶接したことを特徴とする。

係る構成によれば、前記未溶接部の溶接と前記溶接部の再溶接が連続して行えるので、作業性すなわち生産性に優れる。さらに、ビーム走査させて溶接を行うので局所加熱が可能となり、前記溶接部を再度溶接しても発生するガス量は微量のためその影響が少ない。

また、前記溶接部及び前記未溶接部は、電子ビームあるいはレーザビームを照射することで溶接されることを特徴とする。

係る構成によれば、照射位置精度が良好な溶接ができるので、作業性すなわち生産性に優れる。さらに、局所加熱が可能となり、前記溶接部を再度溶接しても発生するガス量は微量のためその影響が少ない。

また、前記一次溶接工程において、所定の幅に設定した未溶接部分を二箇所以上残して溶接することを特徴とする。

係る構成によれば、圧電振動子パッケージが超小型化になった場合において、充分な幅の未溶接部が容易に確保できるので、二次溶接工程において、未溶接部の封止材が溶融し発生するガス量の調整が可能となる。すなわち、圧電振動子パッケージ内部の圧力調整が可能となり、圧電振動子のＣＩ値を所定の範囲で制御することが可能となる。その結果、圧電振動子の駆動特性と起動特性の良好な圧電振動子パッケージを製造することができる。

また、前記一次溶接工程の前あるいは後に、前記容器と前記蓋体とを真空中で加熱するアニール処理工程を有すること特徴とする。

係る構成によれば、完全封止を行う二次溶接工程前に真空中でアニール処理することで、容器及び蓋体に吸着した揮発成分と、接着剤に含まれる熱分解成分と、大気中の成分と、を二次溶接工程前に除去することが可能となる。その結果、制御する適正ＣＩ値のバラツキ低減と圧電振動子パッケージの耐熱特性を格段に向上させることができる。

また、前記圧電振動子は、水晶振動子であることを特徴とする。係る構成によれば、圧電材料の膜付け作業が不要となり、更に、経時安定性や温度特性が良好なため製品性能に優れる。

また、上述した目的を達成するために、本発明の物理量センサは、圧電振動子パッケージを用いて外部から印加された物理量を検出することを特徴とする。係る構成によれば、ＣＩ値を所定の範囲に制御することが可能となり、検出特性と起動特性のバランスを良好にできる。その結果、起動時間を短縮した高精度の物理量センサを提供することができる。

また、前記物理量センサが、振動型ジャイロセンサであることを特徴とする。係る構成によれば、ＣＩ値を所定の範囲に制御することが可能となり、検出特性と起動特性のバランスを良好にできる。その結果、起動時間を短縮した高精度の振動型ジャイロセンサを提供することができる。

本発明によれば、蓋体と容器との溶接不良がなく、圧電振動子パッケージ内を所定圧力にして気密封止し、圧電振動子の駆動特性と起動特性が良好な圧電振動子パッケージ及びその製造方法を提供することができる。また、蓋体と容器との溶接不良がなく、圧電振動子パッケージ内を所定圧力にし気密封止し、圧電振動子からの検出信号が安定するまでの起動時間を短縮した高精度の物理量センサを提供することができる。

（第１の実施の形態）
以下に図１〜４に基づいて、この発明に係る圧電振動子パッケージの製造方法及びこの製造方法により製造された圧電振動子パッケージの好適な第１の実施の形態を詳細に説明する。ここでは、圧電振動子パッケージとして、容器内に水晶振動子が収納されて気密封止された水晶振動子パッケージについて例示し、特に、水晶振動子が表面実装されたものについて説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る水晶振動子パッケージの製造方法における各工程を示すフローチャートである。また、図２は、図１の製造方法により製造された水晶振動子パッケージの模式的な断面図である。

また、図３〜図４は、図１の製造方法における各工程を説明するための模式的な平面図である。具体的には、図３〜図４は、一次溶接工程及び二次溶接工程におけるビームの照射方法を示している。ビームとしては電子ビーム，イオンビーム，レーザ（固体レーザ、気体レーザ、半導体レーザ），マイクロ波等が使用できるが、特に電子ビームが超高速走査での溶接ができるので、作業性すなわち生産性に優れ使い易い。

さらに、局所加熱が可能となるので、溶接部を再度溶接しても発生するガス量は微量のためその影響が小さい。この実施形態では電子ビームを使用した場合について説明する。

図２に示す水晶振動子パッケージの構成について説明する。水晶振動子パッケージ１０は、開口を備えた箱形形状の収容部に水晶振動子１１を収容した容器１２と、容器１２の開口を封止材１５を介して封止するための蓋体１６とで構成されている。容器１２は、底壁と、底壁の外周に沿って配置された側壁とから構成され、上部が開口した箱形形状であり、その上面中央部に水晶振動子１１を収容する収容部としてのキャビティ１３を有している。

容器１２の構成材料としては、セラミックス、樹脂等が挙げられるが、ここでは、容器１２が例えば酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから構成されている。容器１２の底面には水晶振動子１１を搭載するための支持台１４が形
成されており、接着剤１７を介して、支持台１４に、水晶振動子１１を容器１２の底面と平行に搭載されている。それにより、容器１２内に水晶振動子１１が収納された構成が実現される。

上記のようにして容器１２内に水晶振動子１１を配置して収納した後、容器１２の開口を封止するように、蓋体１６を、封止材１５を介して容器１２の側壁上面１２ａに配置する。封止材１５を均一に加熱溶融させるために、容器１２と蓋体１６とを位置決めし、密着させることが必要になる（加工治具は図示せず）。

なお、蓋体１６の上側から蓋体１６の二つの短辺中央部に抵抗溶接機のローラ電極を押圧し、それにより、短辺中央部二箇所において、蓋体１６を容器１２に抵抗溶接して仮付け（仮溶接）してもよい。

図２に示すように、蓋体１６は、平面視において外周が容器１２の外周とほぼ一致する形状（若干容器１２と比較する小さい寸法）を有する。蓋体１６は金属から構成され、ここでは、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等が用いられている。

容器１２と蓋体１６との間に介在する封止材１５には、共晶組成のろう材料や半田材料、あるいは低融点ガラス等が用いられる。ここでは、融点によってろう材料と半田材料とを区別しており、ろう材料は４５０℃以上で溶融する材料であり、半田材料は４５０℃未満で溶融する材料である。

ろう材料としては、例えばＡｇ−Ｃｕ合金で構成される銀ろう、Ａｌ−Ｓｉ合金で構成されるアルミニウムろう、Ｎｉ−Ｃｒ合金で構成されるニッケルろう、Ａｕ−Ｃｕ合金やＡｕ−Ｎｉ合金で構成される金ろう、Ｐｄ−Ａｇ合金やＰｄ−Ｎｉ合金で構成されるパラジウムろう等の金属ろうが用いられる。

また、半田材料としては、例えば、Ｓｎ−Ｐｂ合金で構成される錫−鉛半田、Ａｌ−Ｓｉ合金で構成されるアルミニウム半田、Ａｕ−Ｓｉ合金やＡｕ−Ｓｎ合金で構成される金半田、Ｃｄ−Ｚｎ合金で構成されるカドミウム半田等の金属半田が用いられる。

また、低融点ガラスは、具体的には３００〜７００℃で溶融・軟化するガラスであって、例えば、ＰｂＯとＢ_２Ｏ_３とを主成分として含む無機低融点ガラスや、無機物と有機物とを含むハイブリッド低融点ガラス等が用いられる。ここでは、図２の水晶振動子パッケージ１０では、Ａｎ−Ｓｎ合金で構成された金半田封止材が用いられており、封止材１５は、予め蓋体１６の周縁部に配設されている。

また、容器１２の側壁上面１２ａには、タングステンからなるメタライズ層が設けられており、そのメタライズ層上（その露出する表面）には、ニッケルメッキと金メッキを施して層状に形成している。

蓋体１６と容器１２とを位置決めし密着させた状態で、電子ビーム加工装置内の封止加工室チャンバー（図示せず）内において、図３に示す通り、蓋体１６の上側から蓋体１６の周縁に沿って所定方向に電子ビーム１９を高速走査させ、所定の幅に設定した未溶接部１８を残して電子ビーム照射を行い、照射された溶接部２０の封止材１５を加熱溶融して溶接を行う（一次溶接工程）。

そして、その後真空中で加熱処理（アニール処理）した後図４に示すように、蓋体１６の上側から蓋体１６の周縁に沿って、前記一次溶接工程で電子ビーム１９を照射した溶接部２０に略重なるようにして、蓋体１６の周縁全周に再度電子ビーム１９を高速走査させ
ビーム照射を行い、封止材１５全体を加熱溶融して完全に水晶振動子パッケージ１０を封止する（二次溶接工程）。

図１に示す通り、水晶振動子パッケージ１０の封止工程は、所定領域には電子ビーム１９を照射せず所定の幅に設定した未溶接部１８として残し、それ以外の溶接部２０を封止する一次溶接工程（ステップＳ１０１）と、一次溶接工程のビーム照射した溶接部２０に略重なるようにして、蓋体１６の周縁部全周にわたって再度電子ビーム１９を照射して完全に水晶振動子パッケージ１０を封止する二次溶接工程（ステップＳ１０５）とを含む。本実施の形態における電子ビーム１９の照射は、通常の電子ビーム加工装置を用いて行う。

次に、図１を用いて水晶振動子パッケージ１０の製造方法について詳細に説明する。まず、容器１２内に水晶振動子１１を収納し（ステップＳ１０１）、その後、容器１２の開口を封止するように蓋体１６を容器１２の側壁上面１２ａに位置決めしながら配置する（ステップＳ１０２）。

［一次溶接工程：ステップＳ１０３］
水晶振動子パッケージ１０の封止時には、まず、図３に示すように、未溶接部１８を形成するための一次溶接工程（ステップＳ１０３）が行われる。封止材１５が溶融する際に発生するガス量を利用して水晶振動子パッケージ１０内部の圧力調整を行うため、調整したい圧力値に対応した所定の幅の未溶接部１８を形成する。未溶接部１８の幅としては、点Ａと点Ｂとの領域が１．０ｍｍ以上になるように設定する。

具体的には図３に示す通り、まず、電子ビーム１９が、未溶接部１８の一端である点Ａを始点として蓋体１６の上側から水晶振動子パッケージ１０に照射され、蓋体１６の周縁に沿って点Ｂまで時計順方向に順次高速走査される。このとき、一次溶接工程において封止加工室チャンバー内圧力は高真空の状態となっている。

［アニール処理工程：ステップＳ１０４］
次いで、アニール処理工程ステップＳ１０４について説明する。一次溶接工程で未溶接部１８を形成した水晶振動子パッケージ１０は、高真空状態の封止加工室チャンバー内で加熱処理することで、水晶振動子パッケージ１０内部に存在する揮発成分を、未溶接部１８から効率良く排気を行うことが可能となる。

加熱手段としては様々な方法があるが、水晶振動子パッケージ１０を冷却させる効率を考慮し、蓋体１６に電子ビーム１９を照射して水晶振動子パッケージ１０を個々に加熱処理を行う。

具体的には、蓋体１６側に電子ビーム１９の出力値を下げた状態で、複数回間欠的に電子ビーム１９を照射するか、または位置の異なる複数の領域の各々に、一回または複数回間欠的に電子ビーム１９を照射してもよい。電子ビーム１９の出力値を下げることにより、未溶接部１８の封止材１５は全く溶融しない。この未溶接部１８を介して、電子ビーム１９の照射処理により除去された揮発成分由来のガスを水晶振動子パッケージ１０の外部に排気することが可能となる。

電子ビーム１９を用いたアニール処理では、電子ビーム１９の照射部分およびその近傍領域の温度が局所的に急激に上昇し、その後、電子ビーム１９の照射を停止すると、これらの部分の温度が急激に下がる。すなわち、効率良く冷却することができるので冷却工程を別途設ける必要がない。

［二次溶接工程：ステップＳ１０５］
次いで、二次溶接工程（ステップＳ１０５）について説明する。図４に示す通り、電子ビーム１９が、溶接部２０上にある点Ｃを始点として蓋体１６の上側から照射され、一次溶接工程で電子ビーム１９を照射した溶接部２０に略重なるようにして、蓋体１６の周縁全周にわたって点Ｃまで時計順方向に順次高速走査される。

その結果、未溶接部１８を溶接するとともに、溶接部２０を再度溶接することになり、封止材１５全体を加熱溶融し、水晶振動子パッケージ１０を完全に気密封止できる。

このとき、一次溶接工程同様に封止加工室チャンバー内圧力は高真空の状態になっている。また、点Ｃの位置は限定されるものではなく、未溶接部１８上に設定してもよい。さらにまた、電子ビーム１９の終点は、点Ｃを越えた位置に設定してもよい。

ここで、この二次溶接工程では、一次溶接工程で未溶接部１８が所定の幅で形成されていることから、封止材１５を加熱溶融する際に、未溶接部１８の量に対応したガスが発生する（すなわち水晶振動子パッケージ１０内部に封入されるガス量）。

一次溶接工程で電子ビーム１９を照射した溶接部２０に略重なるようにして蓋体１６の周縁部全周にわたって、再度電子ビーム１９を照射するが、高速走査させて溶接を行うので局所加熱が可能となり、一次溶接工程で一度溶融した封止材１５からの再溶融した際のガス発生は極めて微量であるため影響は少ない。

よって、水晶パッケージ１０は、未溶接部１８を所定に幅に調整することにより、所定の圧力範囲で気密封止することができる。その結果、水晶振動子１１の適正ＣＩ値の調整が可能となり、水晶振動子１１の駆動特性と起動特性のバランスが良好にできる。

以上のように、本実施の形態の水晶振動子パッケージの製造方法によれば、ＣＩ値を所定の範囲で制御可能なため、水晶振動子１１の駆動特性と起動特性のバランスの良好な水晶振動子パッケージを製造することができる。

（第２の実施の形態）
図５を用いて、この発明に係る圧電振動子パッケージの製造方法及びこの製造方法により製造された圧電振動子パッケージの第２の実施の形態を詳細に説明する。圧電振動子パッケージとして、第１の実施の形態と同様に容器内に水晶振動子が収納されて気密封止された水晶振動子パッケージについて説明する。

本実施の形態に係る水晶振動子パッケージ１０の製造方法は、第１の実施の形態の場合と同様、図１のフローチャートで示す各処理工程ステップＳ１０１〜Ｓ１０５を含み、図２の水晶振動子パッケージ１０を製造するものであるが、第１の実施の形態と比較すると、以下の点において一次溶接工程ステップＳ１０３のみ内容が異なっている。その他ステップについては第１の実施の形態と同様であることから説明を省略する。

［一次溶接工程：ステップＳ１０３］
水晶振動子パッケージの封止時には、まず、図５に示すように、未溶接部２２及び２３を形成するための一次溶接工程（ステップＳ１０３）が行われる。具体的には図５に示す通り、まず、電子ビーム２１が、未溶接部２２の一端である点Ｄを始点として蓋体１６の上側から照射され、蓋体１６の周縁に沿って点Ｅまで時計順方向に順次高速走査される。

さらに連続して電子ビーム２１が、未溶接部２３の一端である点Ｆを始点として蓋体１６の上側から照射され、蓋体１６の周縁に沿って点Ｇまで時計順方向に順次高速走査され
る。

以上のように、本実施の形態の水晶振動子パッケージの製造方法によれば、未溶接部を２箇所以上設けることで、充分な幅の未溶接部を確保ができる。よって、水晶振動子パッケージが小型化された場合にも、未溶接部の封止材が溶融する際に発生するガス量の調整範囲が広がり、水晶振動子パッケージ１０は、所定の圧力範囲で気密封止することができる。その結果、水晶振動子１１の適正ＣＩ値の調整が可能となり、水晶振動子１１の駆動特性と起動特性のバランスが良好にできる。

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態として、第１及び第２の実施の形態の水晶振動子パッケージを物理量センサに用いる場合を説明する。この水晶振動子パッケージを物理量センサに用いた場合、水晶振動子のＣＩ値を所定の範囲に制御することができるので、Ｑ値を良好な所定範囲に設定できる。

また、Ｑ値を所定範囲に設定できるので起動時間を短縮できる。その結果、外部から印加された物理量を検出するときの検出特性と起動特性のバランスの良好な物理量センサを提供できる。なお、本実施の形態の物理量センサは、具体的には、振動型ジャイロセンサや振動型加速度センサに適している。その適用例の一つとして三脚音叉型水晶ジャイロセンサについて説明する。図６に本発明による三脚音叉型水晶振動子パッケージの概略分解図を示した。

三脚音叉型水晶振動子２５が容器２６内に収納され、蓋体２７が気密封止される。図７に三脚音叉型水晶ジャイロセンサの制御回路のブロック図を示した。三脚音叉型水晶振動子２５の駆動脚に電気的に接続された、水晶振動子を発振させるための駆動回路からなる駆動ブロック２８と、三脚音叉型水晶振動子２５の検出脚に電気的に接続された、コリオリ力発生時の角速度検出回路からなる検出ブロック２９と、から構成されており、角速度電圧信号が出力される。

上記の第１及び第２の実施の形態は、本発明に係る圧電振動子パッケージの製造方法の例示であり、本発明は、第１及び第２の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記の第１及び第２の実施の形態においては、図１に示すように、一次溶接工程（ステップＳ１０３）を行った後にアニール処理工程（ステップＳ１０４）を行っているが、アニール処理工程（ステップＳ１０４）を、一次溶接工程（ステップＳ１０３）の前に行ってもよい。

また、上記の第１及び第２の実施の形態において、図１に示す一次溶接工程（ステップＳ１０３）及び二次溶接工程（ステップＳ１０５）では、まず低出力の電子ビームを前述の軌跡を描くように一回または複数回照射して蓋体１６と容器１２と封止材１５とを所定温度まで加熱し封止材１５を溶融変形させ、その後、高出力の電子ビームを照射して封止材１５を加熱溶融させ、蓋体１６と容器１２との溶接を行ってもよい。さらにまた、電子ビーム１９、２１の走査方向は限定されるものではなく、上記の第１及び第２の実施の形態においては、時計順方向に順次高速走査しているが、時計逆方向でもよい。

上記の第１及び第２の実施の形態においては、本発明に係る圧電振動子パッケージが、容器１２内に音叉型の水晶振動子１１を収納する場合について説明したが、音叉型以外の水晶振動子が収納されてもよい。

さらに、水晶振動子１１に限らず、その他の圧電振動子を収納する構成の圧電振動子パッ
ケージについても、本発明は適用可能である。例えば、セラミック素子、ＬＮ（ニオブ酸リチウム）クリスタル素子を容器内に収納する圧電振動子パッケージに本発明を適用してもよい。

実施例においては、上記の第１の実施の形態に示す製造方法により図２の水晶振動子パッケージ１０を製造した。実施例１では、一次溶接工程において、未溶接部１８の幅を２．０ｍｍとし、実施例２では未溶接部１８の幅を５．０ｍｍとし、水晶振動子パッケージ１０を製造した。実施の形態においては未溶接部の幅を１．０ｍｍ以上に設定した。

また、比較例１では、未溶接部１８の幅を０．６ｍｍとし、さらに二次溶接工程で未溶接部の領域のみビームを照射して溶接を行った。比較例２では、一次溶接工程を行わず二次溶接工程のみで水晶振動子パッケージを製造した。

そして、実施例１及び２、比較例１及び２の水晶振動子パッケージについて、制御回路を組み合わせて振動ジャイロセンサを完成させて、検出感度特性（主にＳ／Ｎ特性）と起動特性（水晶振動子の発振振幅が一定になるまでに要する時間）について試験した。以下、詳細に説明する。

（実施例１及び２）
実施例においては、第１の実施の形態で前述した方法に従い、図１に示す一次溶接工程（ステップＳ１０３）、アニール処理工程（ステップＳ１０４）、さらに二次溶接工程（ステップＳ１０５）を行って水晶振動子パッケージを製造した。実施例１では、一次溶接工程において、未溶接部１８の幅を２．０ｍｍとし、実施例２では未溶接部１８の幅を５．０ｍｍとして水晶振動子パッケージを製造した。

（比較例１）
比較例１においては、第１の実施の形態で前述した方法に従い、図１に示す一次溶接工程（ステップＳ１０３）において、未溶接部１８の幅を０．６ｍｍ（１．０ｍｍ未満）とし、さらに二次溶接工程（ステップＳ１０５）では未溶接部１８の領域のみにビームを照射して水晶振動子パッケージを製造した。

（比較例２）
比較例２においては、第１の実施の形態で前述した方法に従い、図１に示す一次溶接工程（ステップＳ１０３）は省略し、アニール処理工程（ステップＳ１０４）、さらに二次溶接工程（ステップＳ１０５）を行って水晶振動子パッケージを製造した。

上記のようにして製造した各水晶振動子パッケージを制御回路と組み合わせて、振動ジャイロセンサとしての特性試験を行った（試験数は各々５０個ずつ）。実施例１の方法により製造した水晶振動子パッケージは、水晶振動子パッケージの内部圧力値が４０〜５３Ｐａ位の範囲に制御されていることから、特性試験した結果、全数が検出感度良好であり起動時間は８割程度が１秒未満で合格した。

また、実施例２の方法により製造した水晶振動子パッケージは、水晶振動子パッケージの内部圧力値が５３〜６７Ｐａ位の範囲に制御されていることから（水晶振動子の駆動側ＣＩ値が適正範囲である）、特性試験した結果、全数が検出感度良好で、起動時間も１秒未満で全数が合格した。

一方、比較例１の方法により製造した水晶振動子パッケージは、水晶振動子パッケージの内部圧力値が１３Ｐａ以下であり（水晶振動子の駆動側ＣＩ値が小さすぎる）、全数が
検出感度良好であったが、起動安定するまでに１秒以上の時間がかかり起動特性は全数が不合格であった。また、比較例２の方法により製造した水晶振動子パッケージは、水晶振動子パッケージの内部圧力値が２６６Ｐａを越えているので（水晶振動子の駆動側ＣＩ値が大きすぎる）、約半数以上が検出感度不良であった。

以上のように、本発明に係る圧電振動子パッケージの製造方法及びこの製造方法により製造された圧電振動子パッケージは、パッケージ内の圧力調整が容易に行え、かつ生産性が高い。特に、収納された圧電振動子の真空特性が内部圧力に大きく影響する振動型ジャイロセンサや振動型加速度センサの製造に適している。

本発明の第１及び第２の実施の形態に係る圧電振動子パッケージの製造方法の各工程を示すフローチャートである。 図１の製造方法により製造された圧電振動子パッケージの模式的な断面図である。 図１の製造方法の、第１の実施の形態において、一次溶接工程におけるビームの照射方法を説明する模式的な平面図である。 図１の製造方法の二次溶接工程におけるビームの照射方法を説明する模式的な平面図である。 図１の製造方法の、第２の実施の形態において、一次溶接工程におけるビームの照射方法を説明する模式的な平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る三脚音叉型水晶ジャイロセンサの水晶振動子パッケージの分解図である。 本発明の第３の実施の形態に係る三脚音叉型水晶ジャイロセンサの制御回路のブロック図である。 従来のパッケージの製造法の一次溶接工程におけるビームの照射方法を示す説明図である。 従来のパッケージの製造法の二次溶接工程におけるビームの照射方法を示す説明図である。

符号の説明

１０：水晶振動子パッケージ
１１：水晶振動子
１２、２６：容器
１２ａ：側壁上面
１３：キャビティ
１４：支持台
１５：封止材
１６、２７：蓋体
１７：接着剤
１８、２２、２３：未溶接部
１９、２１：電子ビーム
２０：溶接部
２５：三脚音叉型水晶振動子
２８：駆動ブロック
２９：検出ブロック

Claims (9)

1. 開口を有し内部の収容部に圧電振動子が収納される容器と、前記開口の周縁に接合して前記開口を覆う蓋体とを有し、前記容器と前記蓋体とが対向する接合部で封止材により接合される圧電振動子パッケージの製造方法において、
   前記封止材を加熱溶融し、所定の幅に設定した未溶接部を残して前記蓋体と前記容器とを溶接する一次溶接工程と、
   前記未溶接部を溶接するとともに、前記一次溶接工程で前記蓋体と前記容器とが溶接された溶接部を再度溶接する二次溶接工程と、を有することを特徴とする圧電振動子パッケージの製造方法。
2. 前記二次溶接工程において、前記未溶接部を溶接する際のビーム走査に連続して前記溶接部を再度溶接したことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子パッケージの製造方法。
3. 前記溶接部及び前記未溶接部は、電子ビームあるいはレーザビームを照射することで溶接されることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電振動子パッケージの製造方法。
4. 前記一次溶接工程において、所定の幅に設定した前記未溶接部を二箇所以上残して溶接することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧電振動子パッケージの製造方法。
5. 前記一次溶接工程の前あるいは後に、前記容器と前記蓋体とを真空中で加熱するアニール処理工程を有すること特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の圧電振動子パッケージの製造方法。
6. 前記圧電振動子は、水晶振動子であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の圧電振動子パッケージの製造方法。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧電振動子パッケージの製造方法を用いて製造したことを特徴とする圧電振動子パッケージ。
8. 請求項７に記載の圧電振動子パッケージを用いて外部から印加された物理量を検出することを特徴とする物理量センサ。
9. 前記物理量センサは、振動型ジャイロセンサであることを特徴とする請求項８に記載の物理量センサ。

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