JP2007234834A

JP2007234834A - 圧電デバイス

Info

Publication number: JP2007234834A
Application number: JP2006054112A
Authority: JP
Inventors: Toshio Nakazawa; 利夫中澤; Hiroyuki Miura; 浩之三浦
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】蓋体とシート基板の各基板領域に設けられた封止用導体パターンが安定して接合すると共に、切断しても気密封止性を維持し、生産性を向上させることができる圧電デバイスを提供する。
【解決手段】凹部構造を有する容器体１と、前記容器体１の内部に収容される圧電振動素子２と前記容器体の凹部を被覆する蓋体３とによって構成される圧電デバイスであって、前記容器体１の開口部主面に形成されている封止用導体パターン４幅が封止部材８幅より狭く配置形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に用いられる水晶振動子等の圧電デバイスに関するものである。

従来より、携帯用通信機器等の電子機器の基準信号を発生させるのに圧電デバイスが用いられている。かかる従来の圧電デバイスとしては、セラミック材料等から成る基体上にシールリングを取着させるとともに、該シールリングの内側に位置する基体の上面に、圧電振動素子としての水晶振動素子を、その一端側でのみ保持する形で搭載し、更に前記シールリング上に金属製の蓋体を載置・固定することにより水晶振動素子を気密封止した構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、複数個の基板領域を隣接させてなるシート基板に水晶振動素子を搭載し、蓋体を前記シート基板に載置・固定する。その後、前記シート基板の各基板領域に沿って切断することによって、複数個の圧電デバイスを得る工法が検討されている。
特開２００２―１１１４３５号公報（第５−６頁、図２）特開２０００−２２０１３号公報（第７頁、３図）特開平９−２４６４１４号公報

なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかしながら、上述した従来の圧電デバイスにおいては、シート基板を用いて、該シート基板の各基板領域を切断することにより、分割しているが、封止用導体パターンを切断する際に生じる熱によって、封止部分が溶融し、気密封止がとれないという欠点があった。また、封止用導体パターンを切断する際に、基板領域に応力によるクラックが発生し、気密封止がとれないという欠点があった。

本発明は上述の欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、蓋体とシート基板の各基板領域に設けられた封止用導体パターンが安定して接合すると共に、切断しても気密封止性を維持し、生産性を向上させることができる圧電デバイスを提供することにある。

本発明の圧電デバイスは、凹部構造を有する容器体と、前記容器体の内部に収容される圧電振動素子と前記容器体の凹部を被覆する蓋体とによって構成される圧電デバイスであって、
前記容器体の開口部主面に形成されている封止用導体パターン幅が封止部材幅より狭く配置形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電デバイスは、前記封止用導体パターンと封止部材を接合する際に生じるフィレットが、前記容器体の開口部主面の蓋体と接する内周側及び外周側に向かって形成されていることを特徴とするものである。

更に、本発明の圧電デバイスは、前記封止用導体パターン幅が封止部材幅に対して、５０〜８０％の幅で配置形成されていることを特徴とする。

また、本発明の圧電デバイスは、前記封止部材の厚みが１０μｍ〜４０μｍであることを特徴とするものである。

本発明の圧電デバイスによれば、容器体の開口部主面に形成されている封止用導体パターンが封止部材の内側すなわち、封止部材の幅に対して封止用導体パターン幅が狭く、小さく配置形成されていることによって、前記封止用導体パターンを切断する必要がなく、封止部材に影響を及ぼさないので、気密封止性を維持することが可能となる。
また、外周側の封止用導体パターンに対して、封止部材のフィレットが形成されないので、切断時にブレードが、封止部材に接触することがないので、気密封止を維持した状態で生産することが可能となる。

また、本発明の圧電デバイスによれば、前記封止用導体パターンと封止部材を接合する際に生じるフィレットが、前記容器体の開口部主面の蓋体と接する内周側及び外周側に向かって形成されていることによって、蓋体側にフィレットが形成されているので、接続強度を維持しながら、切断時にブレードが、封止部材に接触することがないので、気密封止を維持した状態で生産することが可能となる。

更に、本発明の圧電デバイスによれば、前記封止用導体パターン幅が封止部材幅に対して５０〜８０％の幅で配置形成されていることによって、封止用導体パターン幅が封止部材幅に対して、５０％以上にすることで封止用導体パターン側から剥がれを防止することが可能となる。
また、封止用導体パターン幅が封止部材幅に対して、８０％以下にすることで、封止部材が、前記封止用導体パターンを切断する必要がなく、封止部材に影響を及ぼさないので、気密封止性を維持することが可能となる。
また、封止部材が容器体内の圧電振動素子に被着することによって生じる発振周波数の変動を防止することが可能となる。

また本発明の圧電デバイスによれば、前記封止部材の厚みが１０μｍ〜４０μｍであることによって、封止材は、導体層の凹凸を緩和し、気密性の低下を防ぐことが可能となる。また、封止材が薄すぎると当該機能を充分に発揮しない。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の水晶振動子の断面図であり、同図に示す水晶振動子は、大略的に、容器体１と、圧電振動素子としての水晶振動素子２と、蓋体３とで構成されている。

容器体１は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成る絶縁層を積層して形成されており、その上面には一対の搭載パッド６と水晶振動素子２の搭載領域を囲繞する封止用導体パターン４とが設けられ、また下面には入力端子、出力端子、グランド端子等の外部端子５が設けられている。

かかる容器体１に設けられている一対の搭載パッド６は、その上面側で水晶振動素子２の励振電極に導電性接着剤９を介して電気的に接続され、下面側で容器体１上の導体パターンや容器体内部のビア導体等を介して容器体下面の入出力端子（入力端子、出力端子）に電気的に接続される。

また、前記容器体上面の封止用導体パターン４は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等から成る基層の表面にニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層を順次被着させることによって１０μｍ〜２５μｍの厚みに形成されており、容器体１の開口部主面にそれぞれ延在されている。

前記封止用導体パターン４は、後述する蓋体３を封止部材８を介して容器体１の上面に接合させるためのものであり、かかる封止用導体パターン４を、上述したように、ＷもしくはＭｏから成る基層の表面にＮｉ層及びＡｕ層を順次被着させた構成となしておくことにより、封止用導体パターン４に対する封止部材８の濡れ性を良好となし、圧電デバイスの信頼性及び生産性を向上させることができる。
なお、上述した外部端子５は、水晶振動子をマザーボード等の外部電気回路に搭載する際、外部電気回路の回路配線と半田等の導電性接着材を介して電気的に接続されることとなる。

また、上述した容器体１の上面に搭載される水晶振動素子２は、所定の結晶軸でカットした、厚み３０μｍ〜１６０μｍの水晶片の両主面に一対の励振電極（図示せず）を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっている。
このような水晶振動素子２は、その両主面に被着されている励振電極と容器体上面の対応する搭載パッド６とを導電性接着剤９を介して電気的・機械的に接続することによって容器体上面の所定位置に搭載される。

前記蓋体３は、従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に成形することによって製作される。前記蓋体３の上面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にニッケル（Ｎｉ）層の上面に、封止部材８であるクラッド化された金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層が形成される。クラッド化された金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層の厚みは、１０μｍ〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が８０％、錫が２０％のものが使用されている。

前記容器体１の開口部主面に形成されている封止用導体パターン４が封止部材８の内側、換言すれば封止部材８幅よりも封止用導体パターン４幅が狭く配置形成されていることによって、前記封止用導体パターン４を切断する必要がなく、封止部材８に影響を及ぼさないので、気密封止性を維持することが可能となる。
また、外周側の封止用導体パターンに対して、封止部材８のフィレットが形成されないので、切断時にブレードが、封止部材８に接触することがないので、気密封止を維持した状態で生産することが可能となる。

前記封止用導体パターン４と封止部材８を接合する際に生じるフィレットが、前記容器体１の開口部主面の蓋体と接する内周側及び外周側に向かって形成されていることによって、蓋体側にフィレットが形成されているので、接続強度を維持しながら、切断時にブレードが、封止部材８に接触することがないので、気密封止を維持した状態で生産することが可能となる

前記封止用導体パターン４幅が封止部材８幅に対して５０〜８０％の幅で配置形成されていることによって、封止用導体パターン４幅が封止部材８幅に対して、５０％以上にすることで封止用導体パターン側から剥がれを防止することが可能となる。また、封止用導体パターン４幅が封止部材８幅に対して、８０％以下にすることで、封止部材８が、前記封止用導体パターン４を切断する必要がなく、封止部材８に影響を及ぼさないので、気密封止性を維持することが可能となる。
また、封止部材８が容器体１内の水晶振動素子２に被着することによって生じる発振周波数の変動を防止することが可能となる。

次に上述した圧電デバイスの製造方法について図２を用いて説明する。
ここで、図２（ａ）〜（ｄ）は本発明の製造方法を説明するための斜視図である。
（工程Ａ）
前記シート基板１０は、図２（ａ）に示すように、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料からなる矩形状の平板状基板が２層積層され、さらにセラミック材料からなるマトリクス状、即ち、縦ｍ列×横ｎ行の行列状に配置された多数の矩形状の孔を有する基板を積層して形成されており、マトリクス状に配置された前記孔を中心に有する個々の基板領域には、上面側に凹部底面の一対の搭載パッド６と開口周縁を囲む封止用導体パターン４が被着・形成され、下面側には入出力端子やグランド端子等の外部端子５が被着・形成されている。また、マトリクス状に配された基板領域の間に所定の捨代領域が設けられている。

このようなシート基板１０は、例えば、アルミナセラミックス等から成るセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に搭載パッド６や外部端子５、封止用導体パターン４等となる導体ペーストを所定パターンに印刷・塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。
前記封止用導体パターン４は、各基板領域の最外周より間隔を設けた位置に設けられており、そのことにより分割時に前記封止用導体パターン４を切断する必要がなく、封止部材８に影響を及ぼさないので、気密封止性を維持することが可能となる。

（工程Ｂ）
前記シート基板１０は、矩形状の基板領域を相互に隣接させて複数個ずつ配置させてなり、その一主面側には、水晶振動素子２を搭載する。
水晶振動素子２は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の励振電極を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こす。
また、シート基板１０の各基板領域の凹部底面には水晶振動素子２が1個ずつ搭載され、水晶振動素子２の励振電極とシート基板上面の搭載パッド６とが導電性接着剤９を介して電気的・機械的に接続される。

次に水晶振動素子２が搭載されているシート基板１０の基板領域の上面に形成された封止用導体パターン４に対応して、蓋体３を、水晶振動素子２が封止されるようにして、載置・接合する。
なお、蓋体３は、従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に成形することによって製作される。前記蓋体３の上面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にニッケル（Ｎｉ）層の上面に、封止部材８であるクラッド化された金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層が形成される。クラッド化された金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層の厚みは、１０μｍ〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が８０％、錫が２０％のものが使用されている。

この時、前記シート基板１０の各基板領域の開口部主面に形成されている封止用導体パターン４が封止部材８の内側位置するように蓋体を配置することによって、前記封止用導体パターン４を切断する必要がなく、封止部材８に影響を及ぼさないので、気密封止性を維持することが可能となる。
また、前記シート基板１０の各基板領域の外周側に封止部材８のフィレットが形成されないので、切断時にブレードが、封止部材に接触することがないので、気密封止を維持した状態で生産することが可能となる。

（工程Ｃ）
次に、図２（ｃ）に示すように、シート基板１０に載置した蓋体３を封止装置を用いて接合する。
封止装置は、シート基板を載置・固定する為の台座部、キセノンランプ及びハロゲンランプ等の光ビームを照射する為の照射部によって構成されている。
前記光ビームを前記蓋体３に照射し、前記封止部材８を溶融させることによって、前記蓋体３を前記シート基板１０の基板領域に封止を行う。このとき、複数個同時に封止をすることできる。

キセノンランプは、陰極と陽極とを内部に配置したバルブであり、発光部の最高輝度の位置を集光ミラーの焦点位置に集光し、この焦点位置に光ファイバの射出端から射出するものである。
また、同様にハロゲンランプは、バルブ内にタングステンフィラメントを備え、ハロゲンガスを封入したものである。このタングステンフィラメントが通電加熱されると、ハロゲンガスと反応し、タングステン−ハロゲン化合物が生成される。タングステン−ハロゲン化合物は、バルブ内の対流により、タングステン−ハロゲン化合物がフィラメント付近に運ばれ、高温によりタングステンとハロゲンガスに分解されて、タングステンは、フィラメントに沈殿するというハロゲンサイクルを繰り返し、光ビームを発生するものである。

（工程Ｄ）
そして最後に、図２（ｄ）に示す如く、前記シート基板１０の各基板領域並びに前記基板領域の外周に沿って切断することにより分割する。
前記シート基板１０の切断はダイサーを用いたダイシング等によって行なわれ、かかる切断工程を経てシート基板１０が個々の基板領域毎に分割することにより、各圧電デバイスを得ることができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
上述した実施形態においては、圧電振動素子として水晶振動素子２を用いることにより水晶振動子を構成するようにしたが、それ以外の電子装置、例えば、電子部品素子として発振用集積回路素子や他の圧電素子を用いるようにした電子装置においても本発明は適用可能である。

また上述した実施形態においては、図３に示すように、前記シート基板１０の各基板領域間に捨代領域を設けるとともに、該捨代領域に溝１１が形成されていることによって、切断時に応力を緩和することが可能となる。また、捨代領域に形成されている溝部１１によって、封止部材１０の広がりを防止することが可能となる。

更に上述した実施形態においては、図４に示すように、前記シート基板１０の各基板領域に設けられている封止用導体パターン４が、外周だけでなく内側からも距離を設けることによって、封止部材８の蓋体３への這い上がりを防止し、封止部材８が凹部７に飛散すること防止することができるので、安定した発振周波数を出力することが可能となる。

なお図５は、本発明の請求項２の状態を示す水晶振動子（圧電デバイス）の断面図で、封止用導体パターン４と封止部材８を接合する際に生じるフィレットが、容器体１の開口部主面の蓋体３と接する内周側及び外周側に向かって形成されていることを描画するもので、蓋体３側にフィレットが形成されているので接続強度を維持することができる。更に、図５に示すように、封止用導体パターン４に向かって封止部材８のフィレットが形成されることから切断時にブレードが、封止部材８に接触することがないので、気密封止を維持した状態で生産することが可能となる

本発明である水晶振動子（圧電デバイス）の断面図である。（ａ）乃至（ｃ）は本発明の一実施形態にかかる製造方法を説明するための外観斜視図である。本発明の他の実施形態にかかる製造方法を説明するための分解斜視図である。本発明の他の実施形態にかかる製造方法を説明するための上面からみた平面図である。本発明の水晶振動子（圧電デバイス）の断面図でフィレットの形成状態を説明した図である。

符号の説明

１・・・容器体
２・・・水晶振動素子（圧電振動素子）
３・・・蓋体
４・・・封止用導体パターン
５・・・外部端子
６・・・搭載パッド
７・・・凹部
８・・・封止部材
９・・・導電性接着剤
１０・・・シート基板
１１・・・溝

Claims

凹部構造を有する容器体と、前記容器体の内部に収容される圧電振動素子と前記容器体の凹部を被覆する蓋体とによって構成される圧電デバイスであって、
前記容器体の開口部主面に形成されている封止用導体パターン幅が封止部材幅より狭く配置形成されていることを特徴とする圧電デバイス。
前記封止用導体パターンと封止部材を接合する際に生じるフィレットが、前記容器体の開口部主面の蓋体と接する内周側及び外周側に向かって形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
前記封止用導体パターン幅が封止部材幅に対して、５０〜８０％の幅で配置形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
前記封止部材の厚みが１０μｍ〜４０μｍであることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。