JP2007184859A - 気密封止構造および圧電デバイスとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パッケージとリッドとを環境汚染のおそれなく封止し、しかも周波数を精密に調整できて、ＣＩ値の上昇を防止できるようにした気密封止構造と、圧電デバイスならびにその製造方法を提供すること。
【解決手段】電子部品を一体に形成もしくは接合するための収容体の一部となるベース基体３１と、該ベース基体に対して、気密に接合される蓋体であるリッド３３との気密封止構造であって、前記リッドが光を透過する材料で形成されており、該リッドの少なくとも封止部の金属層２５として、メッキを行うためのメッキ可能層２２と、該メッキ可能層よりも表面側に形成した金による接合層２４とが形成されており、前記ベース基体３１に対して、Ａｕ−Ｇｅ合金のハンダ４９により接合される構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品を気密に収容する気密封止構造と、圧電デバイスおよびその製造方法の改良に関する。

ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
圧電デバイスは、パッケージ内に電子部品である圧電振動片を収容し、蓋体であるリッドをパッケージに気密に接合する構造である。
圧電デバイスにおいては、リッドの接合により圧電振動片の周囲の環境が変化するので、封止後に圧電振動片の周波数を正確に合わせる必要性は高い。
しかし、リッドは、通常金属であるため、パッケージを封止した後においては、内部の圧電振動片に加工を施して、その周波数の調整を行うことができない。

そこで、図１０に示すような圧電デバイスも提案されている（特許文献１、図２参照）。
図１０において、圧電デバイス１は、パッケージ２の内部に電子部品である圧電振動片６を収容している。
パッケージ２の内部には、電極部３が形成されており、該電極部３はパッケージ外部の実装端子５，５とパッケージ内で導通されている。電極部３の上には、導電性接着剤４が塗布され、その上に圧電振動片６の基部が載置固定された状態で、リッド７が気密に封止されている。
リッド７には開口が設けられ、ガラスが装着されて窓８とされている。
かくして、リッド７の封止後においても、外部から窓８を通してレーザ光ＬＢ１を圧電振動片６の電極の一部などに照射することにより、質量削減方式による周波数調整をすることができる。

特開２００５−１３００９３

ところが、図１０のような圧電デバイス１においては、リッド７の一部に開口を形成して、該開口にガラスを装着して窓８を形成する工程を要するため、複雑な工程が必要で製造コストが上昇してしまう。特に、製品が小型化されるとこのような工程は実行が困難である。
また、リッド自体をガラスとする方法もある。
この場合、リッドを構成するガラス材料の板体を、セラミック製のパッケージのようなものに接合する上では、接合材料として、３２０度（「摂氏」、なお以下で用いる温度表示は全て摂氏）の融点を持つ低融点ガラスが使用される。
ところが、この種の低融点ガラスには、鉛が含有されており、鉛入りの封止材を使用することは環境汚染につながり好ましくない。
そこで、鉛を含有しない低融点ガラスを用いることになるが、そのようなものの融点は、４００度以上となり、比較的高い温度となって、圧電振動片自体の特性を悪化させるおそれがある。また、比較的低い融点の鉛フリー低融点ガラスも研究されているが、高価格である。

したがって、ガラス製のリッドに金属膜を形成し、金属材料の封止材（ロウ材）を使用することになる。金属製のロウ材としては、ハンダがある。特に鉛を含有しない鉛フリーハンダは、錫、銀、銅などの合金であり、２００度ないし２２０度程度と低く、圧電デバイスを実装する際のリフロー工程に耐えないおそれがあり、さらに、封止後にガスを生成し、ガス成分が圧電振動片に付着すると、ＣＩ値が上昇してしまう。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、パッケージとリッドとを環境汚染のおそれなく封止し、しかも周波数を精密に調整できて、ＣＩ値の上昇を防止できるようにした気密封止構造と、圧電デバイスならびにその製造方法を提供することを目的とする。

上述の目的は、第１の発明にあっては、電子部品を一体に形成もしくは接合するための収容体の一部となるベース基体と、該ベース基体に対して、気密に接合される蓋体であるリッドとの気密封止構造であって、前記リッドが光を透過する材料で形成されており、該リッドの少なくとも封止部の金属層として、メッキを行うためのメッキ可能層と、メッキ可能層よりも表面側に形成した金による接合層とが形成されており、前記リッドが、前記ベース基体に対して、Ａｕ−Ｇｅ合金によるハンダにより接合される構成とした気密封止構造により、達成される。

第１の発明の構成によれば、前記リッドを光を透過する材料、すなわち金属以外のガラスなどで形成することで、リッド封止後に外部からレーザ光を照射して内部の加工が可能である。
前記リッドの少なくとも封止部には、金属層が形成されており、Ａｕ−Ｇｅ合金のハンダを用いてパッケージに対して接合できるようにしている。
具体的には、金属層は、メッキ可能層を有しているから、それよりも表面側には、メッキにより金属膜を成膜することができる。そして、金による接合層を形成することにより、Ａｕ−Ｇｅ合金によるハンダを用いて気密封止できる。

すなわち、ハンダとして、金とゲルマニウムの合金は、融点が３６０度程度であるから、４００度以上の高い融点を持つ鉛フリーの低融点ガラスよりは低い融点となり、接合時の高温による圧電振動片への悪影響は避けられる。
他方、Ａｕ−Ｇｅ合金のハンダは、その融点が、２００度ないし２２０度程度と低い鉛フリーハンダと比べると、かなり融点が高く、圧電デバイスを実装する際のリフロー工程で、接合が取れるおそれがなく、また、鉛フリーハンダのように、封止後にガスを生成することがないから、ガス成分が圧電振動片に付着して、ＣＩ値が上昇するという欠点もない。

また、上述の目的は、第２の発明にあっては、ベース基体と、該ベース基体に積層固定される枠付き振動片と、該枠付き振動片に積層固定されるリッドとを含む圧電デバイスであって、前記リッドが光を透過する材料で形成されており、該リッドの少なくとも封止部の金属層として、メッキを行うためのメッキ可能層と、該メッキ可能層よりも表面側に形成した金による接合層とが形成されており、前記リッドが前記ベース基体に対して、Ａｕ−Ｇｅ合金によるハンダにより接合される構成とした圧電デバイスにより、達成される。

第２の発明の構成によれば、前記リッドを光を透過する材料、すなわち金属以外のガラスなどで形成することで、リッド封止後に外部からレーザ光を照射して内部の加工が可能である。前記リッドの少なくとも封止部には、金属層が形成されており、Ａｕ−Ｇｅ合金によるハンダを用いて接合できるようにしている。具体的には、金属層は、メッキ可能層を有しているから、それよりも表面側には、メッキにより金属膜を成膜することができる。そして、金による接合層を形成することにより、上述した利点を有するＡｕ−Ｇｅ合金によるハンダを用いて気密封止でき、さらに、鉛フリー化を実現できる。
かくして、製品が小型化されても精度良く容易に製造することができ、製造コストを低く抑えることができ、鉛を用いないことで環境への悪影響を防止できるようにした圧電デバイスを提供することができる。

第３の発明は、第２の発明の構成において、前記リッド表面に予め下地層を形成し、前記メッキ可能層の上部には、ハンダ喰われを防止するバリア層を有することを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、光を透過する材料、例えばガラスに金属層を形成して、ハンダを用いて接合する場合には、その前提として、ガラスなどの表面に金属層を適切に形成する必要がある。この場合、多くは、クロムやチタン等を含む下地層を形成した上に接合用の金属層が形成される。これは、リッドとなるガラス材に接合用の金属層を形成する場合、前記ガラスとの密着性のよい金属膜を介する必要があるためである。

第４の発明は、第２または３のいずれかの発明の構成において、前記メッキ可能層が、無電解メッキ用として、ＡｌＣｕ、ＡｌＴｉ、ＡｌＳｉＣｕ、ＮｉＣｒから選ばれるひとつの金属層、または電解メッキ用としてＡｕによる金属層であることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、金属層をメッキで形成する上では、無電解メッキを可能にしようとする場合にはアルミニウムが適している。しかしながら、アルミニウム単体では耐水性などの点で信頼性に劣るので、ＡｌＣｕ、ＡｌＴｉ、ＡｌＳｉＣｕ、ＮｉＣｒから選択される金属層をメッキ可能層として使用する。この場合、Ａｌ合金の各添加元素であるＣｕ、Ｔｉ、ＳｉＣｕは母材のＡｌに対して１パーセント以下であることが望ましい。また、Ａｌ合金以外として、ＮｉＣｒも使用することができる。
電解メッキを可能にするためには、Ｎｉ電解メッキを析出させるためにＡｕが使用される。
なお、メッキ可能層として、ＡｌＣｕ、ＡｌＴｉ、ＡｌＳｉＣｕ、ＮｉＣｒを用いる場合には、前記下地層は不要である。

第５の発明は、第２ないし４のいずれかの発明の構成において、前記ベース基体と、前記枠付き振動片と、前記リッドが全て水晶であることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、前記リッドが水晶であると、水晶は光を透過させるので、周波数調整を封止後に外部からレーザなどを照射して行うために適しており、水晶は圧電材料であるから、枠付き振動片を形成するのに適しており、水晶は絶縁材料であるから、ベース基体として適しており、これらが互いにハンダで接合される上では、同じ材料で形成される線膨張係数が一致するので、温度環境変化により損傷が生じないので好ましい。

第６の発明は、第２ないし４のいずれかの発明の構成において、前記ベース基体と、前記リッドがガラスであり、前記枠付き振動片が水晶であることを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、枠付き振動片だけは圧電材料である必要性から水晶が選択される。リッドは透明である必要性からガラスとし、ベース基体も絶縁性を備えているので、同じガラスが適しており、これらのガラスについて水晶と線膨張係数が近似したものを選択すれば、温度環境の変化においても損傷しにくい製品となる。

第７の発明は、第２ないし６のいずれかの発明の構成において、前記枠付き振動片の封止部と、前記ベース基体の封止部にも前記金属層と同じ金属層が形成されていることを特徴とする。
第７の発明の構成によれば、Ａｕ−Ｇｅで互いに接合する上では、前記金属層と同じ金属層を接合される部材表面にそれぞれ設けると好ましい。

また、上記目的は、第８の発明にあっては、各層ともそれぞれ同じ個数の複数個の製品に相当する大きさとされている、ベース基体を構成するベース基体層と、枠付きの圧電振動片を構成する素子層と、リッドを構成するリッド層とを形成し、これらベース基体層と、素子層と、リッド層の各封止部の金属層として、メッキを行うためのメッキ可能層と、該メッキ可能層より表面側に形成した金喰われ防止のためのバリア層と、該バリア層よりも表面側に形成した金による接合層とを形成し、前記ベース基体層と前記素子層と前記リッド層とを積層して、これらをＡｕ−Ｇｅによるハンダで固定し、前記積層固定後に、前記各製品の大きさに切断する上記各工程を含む圧電デバイスの製造方法により、達成される。
第８の発明の構成によれば、第２の発明と同じ原理により、鉛を用いないことで環境への悪影響を防止できるだけでなく、多数の製品を一度に製造できるので、大幅に生産性の向上を図ることができる。

また、上述の目的は、第９の発明にあっては、ベース基体と、前記ベース基体に固定された圧電振動片と、前記ベース基体もしくはベース基体を含むパッケージに気密に接合されるガラス製の蓋体であるリッドとを備える圧電デバイスであって、前記ベース基体またはベース基体を含むパッケージには、前記リッドとの接合箇所に金を含む金属膜が形成されており、前記リッドの接合面には、接合後に前記圧電振動片に設けた周波数調整用の金属膜に対応する位置を除くようにして、接合用の蓋側金属膜が形成されていて、前記ベース基体またはベース基体を含むパッケージの前記金属膜と、前記リッドの前記蓋側金属膜と、をＡｕ−Ｇｅ合金によるハンダを溶融させて接合封止されており、さらに、前記ベース基体またはパッケージは、封止用の貫通孔を備えており、該封止用の貫通孔は充填材により孔封止されている圧電デバイスにより、達成される。

第９の発明の構成によれば、リッドがガラス製で、しかも接合後に前記圧電振動片に設けた周波数調整用の金属膜に対応する位置を除くようにして、接合用の蓋側金属膜が形成されているので、リッドによる封止後に、外部からレーザ光を照射して、パッケージ内の圧電振動片の電極などの金属膜の一部を蒸散させることにより、質量削減方式による周波数調整をすることができる。
また、ガラス製のリッドの接合には、Ａｕ−Ｇｅ合金を用いているので、圧電デバイスの実装時のリフロー時の熱にも耐え、しかも、リッドの封止時に圧電振動片に悪影響を与えることも同時に防止される。
さらに、パッケージに封止用の貫通孔を備えていることから、リッドの封止時に該貫通孔から、パッケージ内のガスを排出して、その後孔封止することができる。
かくして、パッケージとリッドとを環境汚染のおそれなく封止し、しかも周波数を精密に調整できて、ＣＩ値の上昇を防止できる構造の圧電デバイスを提供することができる。

第１０の発明は、第９の発明の構成において、前記ハンダが前記リッドの接合面にプリコートされていることを特徴とする。
第１０の発明の構成によれば、ハンダがリッド側にあらかじめプリコートされているので、封止時に例えば、リング状のハンダをパッケージとリッドとの間で位置合わせするといった面倒な作業を回避できる。

第１１の発明は、第９または１０のいずれかの発明の構成において、前記ハンダもしくは前記蓋側金属膜および前記ハンダが、前記リッドの前記ベース基体またはパッケージの接合面に限定された領域に設けられていることを特徴とする。
第１１の発明の構成によれば、蓋側金属膜やハンダの使用を最低限の量とすることができ、接合されない金属の無用な流れ出しや、金を含む高価な材料の無駄を防止することができる。

第１２の発明は、第９ないし１１の発明の構成において、前記ベース基体またはパッケージは、封止用の貫通孔を備えており、該封止用の貫通孔は金属材料を充填して孔封止されていることを特徴とする。
第１２の発明の構成によれば、リッドの接合時に、前記貫通孔を用いて、パッケージ内のガス出しをしてから、孔封止することができ、ガスによる悪影響を排除できる。

図１および図２は、本発明の圧電デバイスの第１の実施形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ概略断面図である。
これらの図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、パッケージ３７内に圧電振動片を収容している。
具体的には、圧電デバイス３０は、ベース基体であるベース基体３１と、このベース基体３１の上に積層固定された枠付き振動片３２と、この枠付き振動片３２の上に積層固定されたリッド３３とを有している。

上記パッケージ３７は、この圧電デバイス３０では、圧電振動片を気密に収容するもので、ベース基体３１と、枠付き振動片３２の枠部分と、リッド３３を含んで構成されている。これらベース基体３１と、枠付き振動片３２の枠部分と、リッド３３の外形は一致している。
ベース基体３１は、絶縁基体であり、後述する絶縁材料で形成されている。このベース基体３１は、パッケージ３７の底部を形成するものである。

枠付き振動片３２は、圧電材料で形成されている。この枠付き振動片３２を形成するもので、圧電材料として、本実施形態では、水晶が使用されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。この実施形態では特に、水晶Ｚ板でなるウエハが使用されている。
図１および図２を参照して理解されるように、振動片本体３９と、この振動片本体の周囲を矩形の枠状に包囲する、振動片本体３９と一体の枠部３６とを有している。
振動片本体３９は、図１および図２を参照して理解されるように、枠部３６と一体とされた基部３８から、図において右方に平行に延びる一対の振動腕３４，３５を備えている。図１に示すように、各振動腕３４，３５の表裏面には、各振動の長さ方向に延びる長溝が形成されている。

各振動腕３４，３５の長溝内には、励振電極１４，１３が形成されている。励振電極１４と励振電極１３は対をなし、互いに異極として機能する電極で、振動片本体３９の内部に効率よく電解を形成するものである。このため、図１に示すように、各振動腕３４，３５においては、上述した長溝内に一方の電極が、各振動腕３４，３５の側面部には、他方の電極が配置されている。各励振電極１３，１４はそれぞれ表裏面の基部３８に引き回され、引き出し電極１３ａ，１４ａが形成されている。

図２に示すように、ベース基体３１の裏面（底面）には、その長さ方向の端部に実装端子４７，４８が形成されている。これに関連して、振動片本体３９の基部に形成された各引き出し電極１３ａ，１４ａはベース基体３１に設けた図示しない導電パターンおよび導電スルーホールを介して、各実装端子４７，４８と電気的に接続されている。

リッド３３は、枠付き振動片３２の上に後述するように固定され、振動片本体３９を収容した空間を気密に封止するものである。
特に本実施形態では、リッド３３は、周波数調整用の光（たとえばレーザ光）が透過される材料が選択されており、透明材料が適している。リッド３３は、後述するように形成され、たとえば水晶Ｚ板で形成されると、接合対象としての枠付き振動片３２と同じ材料とすることができ、線膨張係数が同じになることから、好ましい。

ここで、ベース基体３１と、枠付き振動片３２、そして、この枠付き振動片３２とリッド３３とは、それぞれハンダ４９，４９により接合されている。
この場合、ハンダ４９，４９は、十分な厚みを確保することで、スペーサとして機能し、図２に示すように、パッケージ３７の内部空間Ｓにおいて、振動片本体３９の上下に、所定のギャップＧ１，Ｇ２を形成することができる。これにより、振動片本体３９は、リッド３３やベース基体３１の内面と当接しないで、必要な振動を支障無く行うことができる。

次に、パッケージ３７の封止構造について説明する。
図２に拡大して示すように、リッド３３の封止面の全面もしくはその一部領域、あるいは少なくとも封止部（ハンダ４９と接合される領域）には、金属層２５もしくはメタライズ部が形成されている。
図２に示すように、この金属層２５は、枠付き振動片３２の封止部にも同じものが形成されており、具体的には該枠付き振動片３２の裏面の封止部およびベース基体３１の表面の封止部にも同じ金属層を形成することにより、これらの間にハンダ４９を介在させてハンダ接合できるようになっている。

金属層２５は、どの部材に形成されている構造も同じであるから、リッド３３の金属層２５についてだけ代表させて説明する。
上記金属層２５は、図２に拡大して示されているように、ハンダ４９から遠い方から、下地層２１と、その表面側に形成されたメッキ可能層２２と、その表面側に形成されたバリア層２３と、その表面側に形成された接合層２４とを含んでいる。
下地層２１は、Ａｕなどの金属のガラスや水晶などへの付着性が弱いことを補うためにもうけられ、省略される場合もある。
この下地層２１としては、スパッタリングなどにより例えばＣｒ（クロム）が成膜されており、その膜厚は、ほぼ１００ないし５００オングストローム程度が好ましい。膜厚が１００オングストロームより薄いと下地としての機能が不十分となる場合がある。５００オングストロームを超えると、成膜による膜応力が強く作用して、メッキ後に界面剥離を生じるおそれがある。下地層２１としては、ガラスなどへの付着性が高いため、Ｔｉ（チタン）を使用することもできる。

下地層２１の上のメッキ可能層２２は、後の工程でメッキを行うことを可能にするための金属層である。すなわち、後段で、その表面側の金属膜が電解メッキにより形成される場合には金（Ａｕ）が成膜される。
また、無電解メッキが利用される場合には、アルミニウムが成膜されるが、アルミニウム単体では耐水性に劣ることから、好ましくは、ＡｌＣｕ、ＡｌＴｉ、ＡｌＳｉＣｕから選択されるいずれかの金属膜をメッキ可能層として使用する。メッキ可能層２２のうち、これらアルミニウムを含む金属層を形成する場合は、下地層２１は不要であり、リッド表面にスパッタリング等により形成することができる。

メッキ可能層２２の表面側にはメッキによりバリア層２３が形成されている。該バリア層２３は、下地層２１のクロムにより接合層２４の金が喰われ、もしくは侵食されることを防止するための金属膜である。バリア層２３としては、例えばニッケル（Ｎｉ）膜が形成されている。
接合層２４としては、Ａｕ−Ｇｅのハンダ４９と接合させるため、金（Ａｕ）が選択される。
このような金属層２５，２５の間にＡｕ−Ｇｅでなるリング状のハンダ合金をはさんでハンダ付けすることにより、パッケージ３７は気密に接合封止されている。

本実施形態の圧電デバイス３０は以上のように構成されており、実装端子４７，４８を所定の実装基板（図示せず）等に対して、ハンダなどにより接合することにより、実装基板側から、供給された駆動電圧が振動片本体３９の励振電極１３，１４に印加されて、各振動腕３４，３５が、互いの先端部を接近・離間するように所定の周波数で屈曲振動することができる。

そして、リッド３３を光を透過する材料、すなわち金属以外のガラスなどで形成することで、図２に示すように、リッド封止後に外部からレーザ光Ｂを照射して内部の加工が可能である。
また、リッド３３の少なくとも封止部には、金属層２５が形成されており、Ａｕ−Ｇｅ４９を用いて接合できるようにしている。
具体的には、金属層２５は、メッキ可能層２２を有しているから、それよりも表面側には、メッキにより金属膜を成膜することができる。そして、金による接合層２４を形成することにより、ハンダを用いて気密封止できるので、材料の選択により、鉛フリー化を実現できる。
したがって、製品が小型化されても精度良く容易に製造することができ、製造コストを低く抑えることができ、鉛を用いないことで環境への悪影響を防止できるようにした圧電デバイス３０を提供することができる。

（圧電デバイスの製造方法）
次に、圧電デバイス３０の製造方法の実施形態を説明する。
図３は圧電デバイス３０の製造方法の一例を示すフローチャートであり、この実施形態では、圧電デバイス３０の製造工程は図３の鎖線Ｋを境界にして示す前工程と、後工程を有している。
（前工程）
圧電デバイス３０の製造方法における前工程は、ベース基体層の形成工程（図３左図）と、枠付き振動片を形成するための素子層の形成工程（図３中央図）と、リッド層の形成工程（図３右図）とを有している。これらのベース基体層の形成工程と、素子層の形成工程と、リッド層の形成工程は、それぞれ別々に行われる工程である。すなわち、前工程は組み立ての準備工程であり、複数の工程が並列的に行われる。ただし、これらは、ほぼ同様な手法を用いて行われるので、図４および図５を参照しながら、まとめて説明する。

図４（ａ）の左図はリッド層３３−１およびこれと同形のベース基体層３１−１を示している。これらは、図２で説明したリッド３３と、ベース基体３１とをそれぞれ複数枚一度に形成できる大きさのウエハである。この実施形態のように多くの数を同時に形成すれば、生産効率は向上する。
リッド層３３−１として使用可能なウエハは、後述する周波数調整において、外部から照射されるレーザ光を透過できる透明な材料であることが必要で、水晶やガラスが使用できる。水晶である場合には、素子層３２−１と同じ水晶Ｚ板が使用される。ガラスである場合には、水晶Ｚ板の熱膨張係数である１３．８ｐｐｍ／一度（摂氏）とほぼ一致した透明な材料を選択する。このような材料としては、例えば、通常のソーダガラスや、特に線膨張係数を小さくした硼珪酸ガラス、すなわちパイレックス（登録商標）ガラス等を用いることができる。
次いで、図４（ａ）の左図に示すように、リッド層３３−１に関して、後述する切断線の交叉箇所となる製品の四隅に対応する位置にキャスタレーション１６−１をそれぞれ穿設する（ＳＴ１−２）。

図４（ｂ）ないし図５（ｄ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ切断端面図（左図）、およびＣ−Ｃ切断端面図（右図）を示している。
左図を順次参照する。
純水で洗浄し（ＳＴ２）、図４（ｂ）に示すように、下地層２１として、クロムをスパッタリングにより成膜する（ＳＴ３）。下地層２１を設ける理由および膜厚などは既に説明したとおりである。
続いて、図４（ｂ）に示すように、メッキ可能層２２を成膜する。

メッキ可能層２２は、後の工程で、電解メッキが行われる場合には金（Ａｕ）が例えば、スパッタリングにより、成膜される。膜厚はほぼ２０００オングストローム以下が好ましい。
また、後の工程で、無電解メッキが利用される場合には、アルミニウムがスパッタリングなどにより成膜されるが、アルミニウム単体では耐水性に劣ることから、好ましくは、ＡｌＣｕ、ＡｌＴｉ、ＡｌＳｉＣｕから選択されるいずれかの金属膜をメッキ可能層として使用する。その場合の膜厚は、ほぼ５０００オングストロームないし８０００オングストローム程度が好ましい。比較的膜厚を厚くするのは、その後の無電解メッキの際のジンケート処理で、３０００オングストローム程度エッチングされるためである。メッキ可能層２２は、下地層２１が形成されていない場合には、リッド表面にスパッタリングにより形成されてもよい。

次に、メッキ前の洗浄を行う（ＳＴ４）。
メッキ可能層２２として、金を成膜した場合には、塩酸により洗浄して、スパッタリングした面の酸化膜を除去し、かつ有機汚染を除去する。次いで、純水により塩酸の残りを洗浄して、続くメッキ工程におけるメッキ液の汚染を防止する。
アルミニウム合金（ＡｌＣｕ、ＡｌＴｉ、ＡｌＳｉＣｕ等）がメッキ可能層２２として形成された場合には、フッ酸／界面活性剤により、洗浄しスパッタリングした面の酸化膜を除去し、かつ有機汚染を除去する。次いで、純水によりフッ酸の残りを洗浄して、続くメッキ工程におけるメッキ液の汚染を防止する。

続いて、図４（ｃ）に示すように、バリア層２３を形成する（ＳＴ５）。
バリア層２３は、既に説明したように、下地層２１のクロムにより接合層２４の金が喰われ、もしくはクロムが接合層２４に拡散して、ハンダの濡れを阻害することを防止するために形成される。バリア層２３としてはニッケル（Ｎｉ）膜が形成されている。
具体的には、メッキ可能層２２として、金を成膜した場合には、スルファミン酸ニッケルにより電解メッキすることができる。
あるいは、メッキ可能層２２として、アルミニウム合金（ＡｌＣｕ、ＡｌＴｉ、ＡｌＳｉＣｕ等）が成膜されている場合には、無電解メッキに必要とされるアルミニウム面の亜鉛置換処理のために、ジンケート処理（ＺｎＯ）がされて、水洗浄され、硫酸ニッケルと無機リン酸化合物による無電解メッキがされる。
なお、いずれの場合にも、ニッケル膜厚は、１ないし３μ（ミクロン）ｍ程度が適当である。

次に、図５（ｄ）に示すように、接合層２４を金メッキにより形成する（ＳＴ６）。
すなわち、接合層２４としては、Ａｕ−Ｇｅ合金のハンダ４９と接合させるため、金（Ａｕ）が選択される。その膜厚は、好ましくは１μｍないし３μｍ程度である。金は高価であるため、できるだけ薄く成膜するのが好ましい。

次いで、純水により３分程度洗浄し（ＳＴ７）、熱風に９０度（摂氏）で３分程度さらして表面を乾燥させ（ＳＴ８）、固相拡散を目的として２００度（摂氏）で３０分程度加熱（アニール）する（ＳＴ９）。このとき、アニールが必要以上長時間となると、メッキ面が結晶化してしまいハンダ濡れ性が悪化する。

以上の工程は、図３に示すように、ベース基体層３１−１についても全く同様に行われる。すなわち、ベース基体層３１−１は、上述したリッド層３３−１と同じ材質で形成することができ、このため、全く同一の工程を経て金属層を形成することができる。
また、枠付き振動片を形成するための素子層も、既に説明したように、水晶ウエハを用いて、フッ酸溶液によるエッチングにより、図１で示すような外形を形成した後は、図４および図５（ｄ）の右図に示すように、上述と同様の工程を経て金属層を形成することができる。
ここで、素子層３２−１が、リッド層３３−１と相違するのは、図２で説明したように、該素子層３２−１は、これから形成される枠付き振動片３２が、ベース基体３１とリッド３３の間に挟まれて接合されるため、素子層３２−１の表裏両面に金属層が形成される必要があるという点だけであるから、素子層３２−１の詳しい形成工程の説明は省略する。

（後工程）
続いて、図５（ｅ）に示すように、リング状としたハンダ材料であるＡｕ−Ｇｅを間にして、下にはベ−ス基体層３１−１、上にはリッド層３３−１が配置され、ハンダ４９の溶融温度まで加熱されることにより、各金属層２５の表面にハンダ４９が溶融して濡れ拡がることにより、ハンダ溶着される（ＳＴ１０）。
さらに、図５（ｆ）に示すように、キャスタレーション１６を交叉位置とする縦横の切断線Ｃ１とＣ２に沿って切断する（ＳＴ１１）。
さらに、図２に示すように、外部からレーザ光Ｂを内部の振動片本体の３９の先端付近の励振電極に照射し、質量削減方式による周波数調整を行う（ＳＴ１２）。次いで、個々の製品に関して、必要な検査を行い、圧電デバイス３０が完成する。

図６および図７は、本発明の圧電デバイスの第２の実施形態を示しており、図６はその概略平面図、図７は図６のＤ−Ｄ線概略切断端面図であり、図８はリッドを除いた状態の概略平面図である。
これらの図において、圧電デバイス１３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス１３０は、パッケージ１４０内に圧電振動片１３２を収容し、リッド（蓋体）１４８により気密に封止した構造である。
具体的には、圧電デバイス１３０のパッケージ１４０は、圧電振動片を気密に収容するもので、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。すなわち、パッケージ１４０は、ベース基体１３１となる第１の基板１４１およびこの第１の基板１４１の上に積層された第２の基板１４２と、第２の基板１４２の上にさらに積層された第３の基板１４７とを有している。

上記パッケージ１４０の第１の基板１４１は、パッケージ底面を構成するもので、その上に積層される第２の基板１４２の端部、例えば、図６および図７における左端付近には、幅方向の各端部に電極部１３３，１３３が形成されている。この電極部１３３，１３３上に導電性接着剤１３４，１３４を介して圧電振動片１３２の基部の引出し電極の箇所がマウントされ、接合されている。なお、電極部１３３，１３３は図示しない導電スルーホールなどを利用して、パッケージ１４０の図示しない外部電極である実装端子と接続されている。
図７において、第２の基板１４２の圧電振動片１３２の先端部の下方は、凹状に材料が除かれることで、凹部１４２ａが形成されており、外部からの振動により、圧電振動片１３２の先端が上下方向に振れても、その先端部がパッケージ１４０の内側底部に衝突して、破損することを防止している。

第１の基板１４１と第２の基板１４２は、これらのほぼ中央付近に貫通孔１４３が形成されている。この実施形態では、貫通孔は第１の基板１４１に形成された第１の孔１４４と、第２の基板１４２に形成され第１の孔１４４よりも小径の第２の孔１４５とを有しており、第１の孔１４４と第２の孔１４５とは連通されている。そして、貫通孔１４３は図示するような段付き孔とされて、段部に導電パターン（金属被覆部）（図示せず）が形成されており、金属充填材１４６を充填することにより孔封止されている。

図８に示す圧電振動片１３２は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。この圧電振動片１３２は、図６に示すように、パッケージ１４０側と固定される基部１３５と、この基部１３５を基端として、図において右に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕１３６，１３７を備える、所謂音叉型振動片である。圧電振動片は、これに限らず、水晶ウエハを矩形にカットしたＡＴカット振動片などでもよい。

圧電振動片１３２の基部１３５には引出し電極が形成されて、パッケージ１４０側電極部１３３，１３３と電気的に接続され、各振動腕１３６，１３７には、好ましくは、腕の伸びる方向に沿った長溝を表裏に同じ形態で形成して、駆動用の電極である励振電極を形成し、上記引出し電極と接続することができる。
さらに、圧電振動片１３２の各振動腕１３６，１３７の例えば先端付近には、周波数調整用の金属被覆部１３６ａ，１３７ａが形成されている。この周波数調整用の金属被覆部１３６ａ，１３７ａは、圧電振動片１３２に形成する駆動用電極である励振電極（図示せず）と同じ金属で、同時の工程にて形成することができる。あるいは、周波数調整用の金属被覆部１３６ａ，１３７ａは、圧電振動片１３２の励振電極の一部を利用してもよい。

リッド（蓋体）１４８は、ガラス製であり、例えば、硼珪酸ガラスなどでなる板状の材料から切り出して使用することができる。リッド（蓋体）１４８には、その接合面に蓋側金属膜と、Ａｕ−Ｇｅ合金でなるハンダを設けている。
ここで、図６に示すように、リッド（蓋体）１４８の光通過部１４９を除く領域に、ハンダを形成する。リッド（蓋体）１４８の光通過部１４９とは、パッケージ１４０にリッド（蓋体）１４８を接合後において、図６に示されているように、圧電振動片１３２に設けた周波数調整用の金属被覆部１３６ａ，１３７ａに対応する位置で、外部からレーザ光を透過させる領域のことである。ここで、蓋側金属膜は、材質によっては、光通過部１４９を避けて形成しなくてもよい場合があるが、周波数調整用のレーザ光の光量を著しく減少させたり、多くの光量を反射することで、周波数調整に必要な光量が確保できない場合は、蓋側金属膜もハンダと同様に光通過部１４９を避けた領域に形成される。

次に、この蓋側金属膜とハンダを説明する。
図９は、パッケージ１４０とリッド（蓋体）１４８の接合箇所を拡大して示す部分断面図である。
図において、パッケージ１４０の上端である接合面１４０ａには、金属膜１５４が形成されている。この金属膜１５４は、例えば、セラミックスに対する下地であるタングステン（Ｗ）層１５１の上に、ニッケル（Ｎｉ）層１５２を被覆し、その上に金（Ａｕ）層１５３を被覆したものである。尚、図示の金属各層は理解の便宜のため実際よりも厚く示している。

これに対して、リッド（蓋体）１４８の一面である接合面１４８ａには、蓋側金属膜１６５が形成されている。蓋側金属膜１６５は、例えば、ガラス表面にクロム（Ｃｒ）層１６１を形成し、好ましくは、その表面にニッケル（Ｎｉ）層１６２を形成し、さらにその表面に金（Ａｕ）層１６３を形成したものである。ニッケル層１６２は、クロム層１６１から金層１６３へ、クロムが拡散することを阻止するために設けられる。

リッド（蓋体）１４８に対する蓋側金属膜１６５を構成する各層は、ガラス板に、各層に対応した金属を、蒸着またはスパッタリングすることで形成できる。また、好ましくは、蓋側金属膜１６５の表面側にはハンダ（封止用金属）１６４がプリコートされている。ハンダ（封止用金属）１６４は、Ａｕ−Ｇｅ合金で形成されている。ここで、ハンダ（封止用金属）１６４、すなわち、封止材、もしくはハンダを構成するＡｕ−Ｇｅ合金は、たとえば、蓋側金属膜１６５の表面側に、該Ａｕ−Ｇｅ合金を、薄く圧延し、抜き型で希望形状に形成したものを溶着させてプリコートすることができる。

本実施形態は、以上のように構成されており、その製造の工程を簡単に説明すると、先ず、前工程として、パッケージ１４０とリッド（蓋体）１４８を別々に形成する。
パッケージ１４０は、貫通孔１４３を塞がない状態で、圧電振動片１３２の接合工程を行う。
すなわち、パッケージ１４０の内面に露出した電極部１３３，１３３上に導電性接着剤１３４，１３４を塗布し、その上に圧電振動片１３２をマウントして、乾燥・硬化させることにより、圧電振動片１３２をパッケージ１４０内に固定する。
次いで、例えば、真空チャンバー内にパッケージ１４０を入れて、封止工程を実行する。この場合、パッケージ１４０に図９で説明した金属膜１５４が形成されており、リッド（蓋体）１４８には、蓋側金属膜１６５が形成され、さらに、ハンダ（封止用金属）１６４がプリコートされているので、パッケージ１４０上にリッド（蓋体）１４８を載せて、所定の加熱を行うだけで、リッド（蓋体）１４８をパッケージ１４０に対して接合封止することができる。

この場合、ハンダ（封止用金属）１６４は、Ａｕ−Ｇｅ合金であるから、３６０度程度で溶融させることができ、圧電振動片１３２に悪影響を与える程高い温度ではなく、また、圧電デバイス１３０を実装する際のリフロー工程で流れ出すような高い温度を用いなくても封止することができる。
この加熱時には、圧電振動片１３２を接合した導電性接着剤やパッケージ１４０内部の水分などがガスとして生成されるが、その生成ガスは貫通孔１４３から外部に放出される（脱ガス）。その後、貫通孔１４３の内側段部に例えば球形のＡｕ−Ｇｅ合金を配置し、レーザ光などにより溶融させて、充填金属（金属充填材）１４６とし、貫通孔１４３を孔封止することができる。

最後に、図７に示すように、外部からレーザ光ＬＢを照射すると、ガラス製のリッド（蓋体）１４８を透過してレーザ光ＬＢは圧電振動片１３２の周波数調整用金属被覆部１３６ａ，１３７ａ（図８）に当たりその一部を蒸散させることで、質量削減方式による周波数調整がされる。
以上により、圧電デバイス１３０が完成する。

このように、本実施形態にあっては、リッド（蓋体）１４８がガラス製で、パッケージ１４０と接合後に圧電振動片１３２に設けた周波数調整用の金属被覆部１３６ａ，１３７ａに対応する位置を除くようにして、蓋側金属膜１６５が形成されているので、リッド（蓋体）１４８による封止後に、外部からレーザ光ＬＢを照射して、パッケージ１４０内の圧電振動片１３２の金属被覆部１３６ａ，１３７ａを蒸散させることにより、質量削減方式による周波数調整をすることができる。

また、ガラス製のリッド（蓋体）１４８の接合には、Ａｕ−Ｇｅ合金であるハンダ（封止用金属）１６４を用いているので、圧電デバイス１３０の実装時のリフロー時の熱にも耐え、しかも、リッド（蓋体）１４８の封止時に圧電振動片１３２に悪影響を与えることも同時に防止される。
さらに、パッケージ１４０に封止用の貫通孔１４３を備えていることから、リッド（蓋体）１４８の封止時に該貫通孔１４３から、パッケージ１４０内のガスを排出して、その後孔封止することができる。このため、圧電振動片１３２にガス成分が付着してＣＩ値が上昇することがない。
かくして、パッケージとリッドとを環境汚染のおそれなく封止し、しかも周波数を精密に調整できて、ＣＩ値の上昇を防止できる構造の圧電デバイスを提供することができる。

なお、蓋側金属膜１６５を構成する金属層のうち、クロム層１６１は、光通過部１４９を避けて形成しなくてもレーザ光ＬＢを透過することができる。
また、ハンダ（封止用金属）１６４は、パッケージ１４０側の金属膜１５４の表面にプリコートしてもよい。
さらに、ハンダ（封止用金属）１６４は、図９の接合面１４０ａに対応した領域にだけ、リッド（蓋体）１４８側もしくはパッケージ１４０側に形成することができる。

本発明は上述の実施形態に限定されない。実施形態の各構成はこれらを適宜省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージに被われるようにして、内部に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。

本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略平面図。 図１のＡ−Ａ線概略断面図。 図１の圧電デバイスの製造方法の実施形態を示すフローチャート。 図１の圧電デバイスの製造工程の一例を順次示す工程図。 図１の圧電デバイスの製造工程の一例を順次示す工程図。 本発明の圧電デバイスの第２の実施形態を示す概略平面図。 図６のＤ−Ｄ線概略切断端面図。 図６の圧電デバイスのリッドを除いた概略平面図。 図６の圧電デバイスのリッドとパッケージとの接合部分の拡大断面図。 従来の圧電デバイスの一例を示す概略断面図。

符号の説明

３０・・・圧電デバイス、３１・・・ベース基体、３２・・・枠付き振動片、３３・・・リッド、３４，３５・・・振動腕、３６・・・枠部、３７・・・パッケージ、３９・・・振動片本体、３１−１・・・ベース基体層、３２−１・・・素子層、３３−１・・・リッド層、４９・・・ハンダ、１３０・・・圧電デバイス、１３１・・・ベース基体、１３２・・・圧電振動片、１３３・・・電極部、１３６，１３７・・・振動腕、１４０・・・パッケージ、１４３・・・貫通孔、１４８・・・リッド（蓋体）、１５４・・・金属膜、１６４・・・ハンダ（封止用金属）、１６５・・・蓋側金属膜

Claims (12)

1. 電子部品を一体に形成もしくは接合するための収容体の一部となるベース基体と、該ベース基体に対して、気密に接合される蓋体であるリッドとの気密封止構造であって、
   前記リッドが光を透過する材料で形成されており、該リッドの少なくとも封止部の金属層として、
   メッキを行うためのメッキ可能層と、
   該メッキ可能層よりも表面側に形成した金による接合層と
   が形成されており、
   前記リッドが、前記ベース基体に対して、Ａｕ−Ｇｅ合金によるハンダにより接合される構成とした
   ことを特徴とする気密封止構造。
2. ベース基体と、該ベース基体に積層固定される枠付き振動片と、該枠付き振動片に積層固定されるリッドとを含む圧電デバイスであって、
   前記リッドが光を透過する材料で形成されており、該リッドの少なくとも封止部の金属層として、
   メッキを行うためのメッキ可能層と、
   該メッキ可能層よりも表面側に形成した金による接合層と
   が形成されており、
   前記リッドが前記ベース基体に対して、Ａｕ−Ｇｅ合金によるハンダにより接合される構成とした
   ことを特徴とする圧電デバイス。
3. 前記リッド表面に予め下地層を形成し、前記メッキ可能層の上部には、ハンダ喰われを防止するバリア層を有することを特徴とする請求項２に記載の圧電デバイス。
4. 前記メッキ可能層が、無電解メッキ用として、ＡｌＣｕ、ＡｌＴｉ、ＡｌＳｉＣｕ、ＮｉＣｒから選ばれるひとつの金属層、または電解メッキ用としてＡｕによる金属層であることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の圧電デバイス。
5. 前記ベース基体と、前記枠付き振動片と、前記リッドが全て水晶であることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の圧電デバイス。
6. 前記ベース基体と、前記リッドがガラスであり、前記枠付き振動片が水晶であることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の圧電デバイス。
7. 前記枠付き振動片の封止部と、前記ベース基体の封止部にも前記金属層と同じ金属層が形成されていることを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに記載の圧電デバイス。
8. 各層ともそれぞれ同じ個数の複数個の製品に相当する大きさとされている、ベース基体を構成するベース基体層と、枠付きの圧電振動片を構成する素子層と、リッドを構成するリッド層とを形成し、
   これらベース基体層と、素子層と、リッド層の各封止部の金属層として、メッキを行うためのメッキ可能層と、該メッキ可能層より表面側に形成した金喰われ防止のためのバリア層と、該バリア層よりも表面側に形成した金による接合層とを形成し、
   前記ベース基体層と前記素子層と前記リッド層とを積層して、これらをＡｕ−Ｇｅによるハンダで固定し、
   前記積層固定後に、前記各製品の大きさに切断する
   上記各工程を含む
   ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
9. ベース基体と、前記ベース基体に固定された圧電振動片と、前記ベース基体もしくはベース基体を含むパッケージに気密に接合されるガラス製の蓋体であるリッドとを備える圧電デバイスであって、
   前記ベース基体またはベース基体を含むパッケージには、前記リッドとの接合箇所に金を含む金属膜が形成されており、
   前記リッドの接合面には、接合後に前記圧電振動片に設けた周波数調整用の金属膜に対応する位置を除くようにして、接合用の蓋側金属膜が形成されていて、
   前記ベース基体またはベース基体を含むパッケージの前記金属膜と、前記リッドの前記蓋側金属膜とをＡｕ−Ｇｅ合金によるハンダを溶融させて接合封止されており、
   さらに、前記ベース基体またはパッケージは、封止用の貫通孔を備えており、該封止用の貫通孔は充填材により孔封止されている
   ことを特徴とする圧電デバイス。
10. 前記ハンダが前記リッドの接合面にプリコートされていることを特徴とする請求項９に記載の圧電デバイス。
11. 前記ハンダもしくは前記蓋側金属膜および前記ハンダが、前記リッドの前記ベース基体またはパッケージの接合面に限定された領域に設けられていることを特徴とする請求項９または１０のいずれかに記載の圧電デバイス。
12. 前記ベース基体またはパッケージは、封止用の貫通孔を備えており、該封止用の貫通孔は金属材料を充填して孔封止されていることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載の圧電デバイス。

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