JP2007300406A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、封止材を溶融させる際に、錫（Ｓｎ）が析出することを防止して、安定した発振周波数を出力する圧電デバイスを提供すること。
【解決手段】
本発明の圧電デバイスは、容器体と当該容器体の開口部主面に形成された封止用導体パターンと、前記封止用導体パターンに対応した封止材が形成された蓋体とからなり、前記封止用導体パターンと封止材を熱溶融によって気密接合される圧電デバイスであって、前記蓋体の表面には封止材である金錫メッキ層が形成され、前記金錫メッキ層が金メッキ層ならびに錫メッキ層が交互に積層されることにより構成され、錫メッキ層の厚みをａとし、最外周の金メッキ層の厚みをｂとする場合に、ｂ＞ａの関係式が満たされることを特徴として課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は圧電振動素子を内部に搭載してなる圧電デバイスに関する。

従来から、圧電振動素子の励振電極を外気から保護するため、圧電振動素子は気密封止されている。かかる従来の圧電デバイスとしては、蓋体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、蓋体の下面には封止材が形成されている。また、圧電振動素子は導電性接着剤を用いて容器体の凹部に実装・固定した後、上述の蓋体を容器体開口部主面に接合することによって容器体が組み立てられる。

上記以外の容器体と蓋体との接合方法としては、多種多様の接合方法が用いられ、例えばシーム溶接、半田接合、低融点ガラス接合、電子ビーム溶接、熱溶融接合等各種の接合方法がある。

特開２００３−７８０５４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は、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）の封止材を溶融させて接合する構造であるが、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）の封止材を溶融させる際に錫（Ｓｎ）が金表面に析出し溶融させて接合する際に、先述の錫（Ｓｎ）が圧電デバイスの内部で飛散して、飛沫が前記圧電振動素子に付着することによって発振周波数が変動し、安定した発振周波数を出力することが出来なくなるおそれがあるといった欠点があった。

本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、従ってその目的は、封止材を溶融させる際に錫（Ｓｎ）が析出するのを防止し、安定した発振周波数を出力する圧電デバイスを提供することである。

本発明の圧電デバイスは、容器体と当該容器体の開口部主面に形成された封止用導体パターンと、前記封止用導体パターンに対応した封止材が形成された蓋体とからなり、前記封止用導体パターンと封止材を熱溶融によって気密接合された圧電デバイスであって、前記蓋体の表面には、封止材である金錫メッキ層が形成され、前記金錫メッキ層が金メッキ層ならびに錫メッキ層を交互に積層することにより構成されており、錫メッキ層の厚みをａとし、最外周の金メッキ層の厚みをｂとする場合に、ｂ＞ａの関係式が満たされることを特徴とする。

また、本発明の圧電デバイスは、前記最外周の金メッキ層の厚みをｂとし、前記金錫メッキ層の厚みをｃとした場合に、０．５ｃ≦ｂ≦０．６５ｃの関係式が満たされることを特徴とする。

更に、本発明の圧電デバイスは、前記金錫メッキ層の厚みが、５μｍ以上、かつ１０μｍ以下であることを特徴とする。

本発明の圧電デバイスによれば、前記蓋体の表面には、封止材である金錫メッキ層が形成され、前記金錫メッキ層が金メッキ層ならびに錫メッキ層が交互に積層され構成されており、錫メッキ層の厚みをａとし、最外周の金メッキ層の厚みをｂとする場合に図４の表に示されるように、ｂ＞ａの関係式が満たされることによって安定して封止材が溶融され封止できるので、圧電振動素子が収納される圧電デバイスの気密封止性を高め、圧電デバイスの信頼性を向上させ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、前記最外周の金メッキ層の厚みをｂとし、前記金錫メッキ層の厚みをｃとする場合に、０．５ｃ≦ｂ≦０．６５ｃの関係式が満たされるとき、溶融した前記金錫メッキ層が溶融しても錫が金の表面に析出することが無いので、溶融の際に錫が圧電デバイス内部で飛散して、錫の飛沫が前記圧電振動素子に被着することが無く、その結果、安定した発振周波数を出力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、前記金錫メッキ層の厚みを５μｍ以上、かつ１０μｍ以下とされるとき、先述の前記容器体に前記蓋体を接合した際に、溶融した前記金錫メッキ層が容器体内に飛散し、飛沫が前記水晶振動素子に被着して発振周波数が変動することを防止すると共に、前記金錫メッキ層が前記蓋体に這い上がることが無く安定して気密封止することが可能となる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る水晶振動子を斜めうえからみた概略の分解斜視図であり、また図２は図１の水晶振動子の側面方向からみた概略の断面図であり、これらの図に示される水晶振動子は、内部に水晶振動素子５が収容された矩形状の容器体１を、蓋体２によって気密封止される構造である。

前記容器体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容器体１と、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成る蓋体２とから成り、前記容器体の開口面にタングステン（Ｗ）または、モリブデン（Ｍｏ）等から成るメタライズ層を形成し、前記メタライズ層の上面には、ニッケル（Ｎｉ）層を形成し、前記ニッケル（Ｎｉ）層の上面には、金（Ａｕ）層が形成されている。その上面に蓋体２を載置・固定させることによって容器体１が構成され、容器体１の内側に水晶振動素子５が実装される。

前記容器体１は、その内部に、具体的には基板の上面と側壁の内面と蓋体２の下面とで囲まれる空間内に水晶振動素子５を収容して気密封止するものであり、前記容器体１の上面には水晶振動素子５の励振電極に接続される一対の搭載パッド等が、また、容器体１の下面には入力端子及び出力端子、グランド端子等の外部端子７が形成されている。これらの端子等は基板表面の配線導体や基板内部に埋設されているビアホール導体等を介して対応する端子といったもの同士、交互に電気的に接続されている。

なお、前記容器体１は、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る場合、例えば、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配線導体となる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって塗布するとともに、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。

前記容器体１の開口面には、タングステン（Ｗ）または、モリブデン（Ｍｏ）等から成るメタライズ層を形成し、その厚みは、１０μｍ〜２０μｍであり、前記メタライズ層の上面にニッケル（Ｎｉ）層を形成し、その厚みは、８μｍ〜２０μｍである。また、前記ニッケル（Ｎｉ）層の上面には、金（Ａｕ）層が形成されており、その厚みは０．３μｍ〜１．０μｍ程度が最も用いられ、その理由は０．２μｍ以下では薄く金（Ａｕ）層が脆弱となり、また１．０μｍよりも厚ければ、結果的に製品の低背化を妨げることに成る為であった。

また蓋体２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、前記蓋体２の上面には、金（Ａｕ）層が形成され、更にニッケル（Ａｕ）層の上面に、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）メッキ層４が形成される。前記金錫（Ａｕ−Ｓｎ）メッキ層４は、図３に示されるように、金（Ａｕ）メッキ層、及び錫（Ｓｎ）メッキ層を複数層形成して構成され、錫（Ｓｎ）メッキ層の厚みをａとし、最外周の金（Ａｕ）メッキ層の厚みをｂとする場合に、図４に示されるように、前記のメッキ層の厚みの関係がｂ＞ａの場合、組み立てられた圧電デバイスの発振周波数の不良率が最も低い。前記のメッキ層の厚みの関係がｂ＞ａの場合、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）メッキ層４が溶融する際、錫（Ｓｎ）メッキ層から錫（Ｓｎ）が最外周の金（Ａｕ）メッキ層に析出することが無く、その結果、溶解時に最外周の金（Ａｕ）メッキ層から析出した錫（Ｓｎ）の容器体内への飛散、及びその飛沫が前記水晶振動素子５に錫（Ｓｎ）が被着することが無く安定した発振周波数を出力することが可能となり、圧電デバイスの発振周波数の不良率が最も低くなる。なお、図４の不良率を測定する際の固体数をＮとした場合、Ｎ＝１００であった。ここで、水晶振動素子５の表面に異物が付着した場合、水晶振動素子５の振動が抑制され、安定した発振周波数が出力されないおそれがあることは言うまでも無い。

また、前記最外周の金（Ａｕ）メッキ層の厚みをｂとし、前記金錫（Ａｕ−Ｓｎ）メッキ層４の厚みをｃとする場合に図５に示されるように、前記メッキ層の厚みの関係が０．５ｃ≦ｂ≦０．６５ｃの場合、組み立てた圧電デバイスの発振周波数の不良率が最も低い。前記メッキ層の厚みの関係が、０．５ｃ≦ｂ≦０．６５ｃの場合、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）メッキ４が溶融する際、錫（Ｓｎ）メッキ層から錫（Ｓｎ）が最外周の金（Ａｕ）メッキ層に析出することが無く、その結果、溶解時に最外周の金（Ａｕ）メッキ層から析出した錫（Ｓｎ）の容器体内への飛散、及びその飛沫が前記水晶振動素子５に錫（Ｓｎ）が被着することが無く安定した発振周波数を出力することが可能となり、圧電デバイスの発振周波数の不良率が最も低くなる。なお、図５の不良率を測定する際の固体数をＮとした場合、Ｎ＝１００であった。

また、前記金錫（Ａｕ−Ｓｎ）メッキ層４の厚みが５μｍ以上、かつ１０μｍ以下とされることにより、前記容器体に前記蓋体に接合した際に、溶融した前記金錫メッキ層が容器体内に飛散し、その飛沫が前記水晶振動素子に被着して発振周波数が変動することが防止され、かつ前記金錫メッキ層が前記蓋体に這い上がることがない為、安定して気密封止することが可能となる。

水晶振動素子５を、導電性接着剤６を用いて容器体１の内部に実装・固定した後、上述の蓋体２を従来周知の熱圧着法によって第２の金属層の上面に接合することによって容器体１が組み立てられる。このように、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）メッキ層は、メタライズ層の凹凸を緩和し、気密性の低下を防ぐことができると共に気密性の精度を向上させることが可能となる。

一方、前記容器体１の内部に収容される水晶振動素子５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。前記水晶振動素子５は、先述の一対の励振電極を導電性接着剤６を介し、基板上面の対応する搭載パッドに電気的に接続されることによって基板の上面に搭載され、これによって水晶振動素子５と容器体１との電気的接続、及び機械的接続が同時になされる。

ここで容器体１の蓋体２を、容器体１の配線導体を介して容器体下面に配されるグランド端子用の外部端子７に接続させておけば、その使用時、蓋体２がアースされることによりシールド機能が付与され、水晶振動素子５を外部からの不要な電気的作用より良好に保護することができる。従って、容器体１の蓋体２は容器体１の配線導体を介してグランド端子用の外部端子７に接続させておくことが好ましい。

また、上記容器体内に集積回路素子を搭載することによって発振器とすることができる。前記集積回路素子としては、例えば、容器体の電極パッドと１対１に対応する複数個の接続パッドを有した矩形状のフリップチップ型ＩＣ等が用いられ、その集積回路素子内では、水晶振動素子５に基き、発振出力を生成する発振回路等が設けられ、この発振回路で生成された発振出力は、外部に出力された後、例えば、クロック信号等の基準信号として利用されることとなる。

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。例えば、上述した実施形態においては、個片の容器体を使用していたが、多数個取り基板を使用しても全く構わず、さらに生産性を向上出来る利点がある。例えば、上述の実施形態においては圧電振動素子として水晶振動素子を用いるが、これに代えて、圧電振動素子としてＳＡＷフィルタ等の他の圧電振動素子を用いる場合であっても本発明は適用が可能である。

本発明の一実施形態に係る水晶振動子を斜め上方からみた概略の分解斜視図である。 図１の水晶振動子を側面方向からみた概略の断面図である。 図２の水晶振動子で用いている蓋体の側面方向からみた概略の断面図の拡大図である。 錫（Ｓｎ）メッキ層の厚みをａとし、最外周の金（Ａｕ）メッキ層の厚みをｂとした場合、、bそれぞれのメッキ層の厚みの組み合わせと、組み立てた圧電デバイスの発振周波数の不良率を示す表である。 最外周の金（Ａｕ）メッキ層の厚みをｂとし、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）メッキ層４の厚みをｃとする場合、メッキ層の厚みの関係ｂ／ｃ値と、組み立てた圧電デバイスの発振周波数の不良率の相関を示す表とその図である。

符号の説明

１・・・容器体
２・・・蓋体
３・・・金（Ａｕ）メッキ層
４・・・金錫（Ａｕ―Ｓｎ）メッキ層
５・・・水晶振動素子
６・・・導電性接着剤
７・・・外部端子

Claims (3)

1. 容器体と該容器体の開口部主面に形成された封止用導体パターンと、前記封止用導体パターンに対応した封止材が形成された蓋体とからなり、前記封止用導体パターンと前記封止材が熱溶融によって気密接合される圧電デバイスであって、
   前記蓋体の表面には、封止材である金錫メッキ層が形成され、前記金錫メッキ層が金メッキ層ならびに錫メッキ層が交互に積層されて構成されており、錫メッキ層の厚みをとし、最外周の金メッキ層の厚みをｂとする場合に、ｂ＞ａの関係式が満たされることを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記最外周の金メッキ層の厚みをｂとし、前記金錫メッキ層の厚みをｃとした場合に、０．５ｃ≦ｂ≦０．６５ｃの関係式が満たされることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
3. 前記金錫メッキ層の厚みが、５μｍ以上、かつ１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の圧電デバイス。
   
   

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