JP2008072618A - 圧電デバイスおよび圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型のパッケージを用いても、気密性を損なわないように蓋体を接合することができ、高精度に周波数を合わせることができる圧電デバイスとその製造方法を提供すること。
【解決手段】パッケージ５７内に圧電振動片３２を収容して、蓋体４０により気密に封止する構成の圧電デバイスであって、前記パッケージには、金属を充填して封止される孔封止用の貫通孔２７を備えているとともに、前記パッケージに対して、金属製の前記蓋体が４０、シーム溶接により接合されており、かつ、前記圧電振動片３２には、周波数調整用の金属膜２１が形成され、さらに、前記蓋体には、光を透過することが可能な窓部４５を設けた。
【選択図】図８

Description

本発明は、パッケージに圧電振動片を収容した圧電デバイスならびに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やジャイロセンサなどの計測機器において、パッケージなどの内部に圧電振動片を収容した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。

すなわち、パッケージ内に圧電振動片を収容し、ガラス板などでなる蓋体で封止する圧電デバイスは知られている。
図１０は、このような圧電デバイス１を示している（特許文献１、図１参照）。
図において、圧電デバイス１は、セラミック製のパッケージ（ベース）２を有しており、該パッケージ２内に、圧電振動片３が、該圧電振動片３の基部４の部分を、導電性接着剤５を用いてパッケージ内の電極部に接合された状態で収容されている。

パッケージ２の上端である接合面と、ガラス製の蓋体６との間には、低融点ガラス７が配置され、この低融点ガラスでなるロウ材を加熱溶融して、蓋体６をパッケージ２に対して気密に接合するようにされている。
特開２００６−１９６９３２

ところで、図１０の構造では、蓋体６の接合に低融点ガラスを用いているが、低融点ガラスは、パッケージ２と蓋体６との接合面、すなわち、接合代（しろ）の面積を比較的大きく必要とする。
しかしながら、現在、パッケージ２を小型化する上で、上記接合代を広くとれなくなってきており、接合代の幅が０．４ｍｍ以下、例えば、０．２ｍｍ程度になっている。このため、ロウ材が低融点ガラスであると、接合強度が不足し、パッケージの気密性が十分保持できないおそれがある。
さらに、蓋体をガラス以外の材料で形成した場合においても、蓋封止後にパッケージ内に収容された圧電振動片３の周波数を調整することができれば、小型で周波数精度の高い圧電デバイスを得ることができて好ましい。

この発明は、小型のパッケージを用いても、気密性を損なわないように蓋体を接合することができ、高精度に周波数を合わせることができる圧電デバイスとその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的は、第１の発明にあっては、パッケージ内に圧電振動片を収容して、蓋体により気密に封止する構成の圧電デバイスであって、前記パッケージに対して、金属製の前記蓋体が、シーム溶接により接合されており、かつ、前記圧電振動片には、周波数調整用の金属膜が形成され、さらに、前記蓋体には、光を透過することが可能な窓部を設けた圧電デバイスにより、達成される。

第１の発明の構成によれば、パッケージを小型に形成した場合に、蓋体との接合面積が小さくなったとしても、その限られた面積の接合面を用いて、金属ロウ材を利用したシーム溶接によって、蓋体が接合されているので、十分な接合強度を得ることができ、パッケージに関して、好適に気密性が保持される。
また、パッケージを封止する蓋体には、透明な窓部を備えているので、該窓部を透過させて内部にレーザー光などの加熱用ビームを導けば、圧電振動片に形成した周波数調整用の金属膜を部分的に蒸散させることができるので、質量削減方式による周波数調整をすることができる。
かくして、本発明によれば、小型のパッケージを用いても、気密性を損なわないように蓋体を接合することができ、高精度に周波数を合わせることができる圧電デバイスを提供することができる。

第２の発明は、第１の発明の構成において、前記蓋体が一方向に長い板体であり、その長さ方向の一方の端部寄りに、前記窓部を設けて、窓部となる貫通孔にガラスを接合したことを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、前記一方の端部からシーム溶接を開始することによって、溶接中に、蓋体を構成する金属からガラス部分が剥離もしくは分離することがなく、透明な窓部を備える金属蓋体をパッケージに適切にシーム溶接することを実現できる。

第３の発明は、第２の発明の構成において、前記蓋体がコバールにより形成され、前記窓部にはコバールガラスが固定されていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、コバールガラスは、コバール製の金属蓋と相性がよく、蓋体に形成した貫通孔に好適に接合させることができる。

第４の発明は、第１ないし３のいずれかの発明の構成において、前記パッケージは、封止孔としての貫通孔を有し、該封止孔は金−ゲルマニウム合金からなる金属充填剤が充填されることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、孔封止用の貫通孔を備えているから、蓋封止後に該貫通孔からガス出しをすることによって、パッケージ内の真空度を向上させることができる。しかも、孔封止において前記貫通孔に充填される金属が金−ゲルマニウム合金であると、比較的低い融点であるために孔封止作業で扱いやすい上に、圧電デバイスのリフロー工程では、通常のリフロー温度で、金−ゲルマニウム合金は溶融しないことから、該リフロー工程で気密性が損なわれるおそれがない。

第５の発明は、第１ないし第４のいずれかの発明の構成において、前記パッケージが矩形の箱状パッケージであり、該パッケージの内側底部の幅方向端部の両側縁に沿って、前記圧電振動片の接合用の電極部がそれぞれ形成されており、かつ前記圧電振動片が、圧電材料により形成された基部と、前記基部の一端側から延びる複数の振動腕と、前記基部に対して連結部を介して一体に接合されており、前記基部の前記一端側より所定距離だけ離れた他端側において幅方向に延長され、かつ前記振動腕の両外側において、該振動腕と同じ方向に延びる一対の支持用アームとを有しており、各支持用アームが、前記接合用の各電極部に対して、それぞれ接合されていることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、パッケージ内に収容される圧電振動片は、その振動腕の外側、すなわち幅方向に離れた両外側で、該振動腕と同じ方法に延びる一対の支持用アームを有しており、該支持用アームにて、パッケージに対して支持するために、接合固定できるようにされている。
このため、圧電振動片の屈曲振動に関与する各振動腕は、通常の音叉型圧電振動片と比べて、パッケージと蓋体との接合部（パッケージの外周に沿った領域）よりも距離が離れる。このことによって、パッケージの接合面と蓋体とをシーム溶接する際に、溶融した金属の飛沫が、前記屈曲振動に関与する振動腕に付着して、振動性能に悪影響を与えることを有効に防止することができる。

上記目的は、第６の発明にあっては、パッケージ内に圧電振動片を接合して、金属製の蓋体により封止するようにした圧電デバイスの製造方法であって、前記パッケージ、前記圧電振動片、前記蓋体を個々に形成する工程と、前記パッケージ内部に前記圧電振動片を接合するマウント工程と、前記パッケージを前記蓋体で気密に封止する蓋封止工程と、前記蓋体に設けたガラス製の窓部を介して、外部からレーザー光を照射し、前記圧電振動片に形成した周波数調整用金属膜の一部を蒸散させる周波数調整工程とを含んでおり、前記蓋封止工程においては、前記パッケージの接合面に形成した金属部と、前記蓋体との間に金属ロウ材を配置して、前記蓋体側から電流を印加してシーム溶接により該金属ロウ材を溶融することにより接合する圧電デバイスの製造方法により、達成される。

第６の発明の構成によれば、パッケージを小型に形成しても、前記蓋封止工程では、シーム溶接により蓋体をパッケージに対して接合するようにしているので、十分な接合強度を得ることができ、気密性が良好な圧電デバイスを得ることができる。しかも、このパッケージ内部は、前記孔封止工程において脱ガスされることで高い真空度を得ることができる。また、蓋体を封止後において、パッケージ外側から窓部を介して、レーザー光を照射し、圧電振動片の周波数調整をすることができる。
かくして、第６の発明によれば、小型のパッケージを用いても、気密性を損なわないように蓋体を接合することができ、高精度に周波数を合わせることができる圧電デバイスの製造方法を提供することができる。

第７の発明は、第６の発明の構成において、前記蓋体による封止後に、前記パッケージの底部に設けた封止孔である貫通孔を利用して、加熱下で該封止孔から脱ガスし、かつ該封止孔に金属材料を溶融充填する孔封止工程を有することを特徴とする。
第７の発明の構成によれば、蓋封止後に該貫通孔からガス出しをすることによって、パッケージ内の真空度を向上させることができる。

第８の発明は、第７の発明の構成において、前記蓋封止工程においては、シーム溶接用の電極である金属ローラを、前記蓋体の前記窓部に近接した蓋体端部に当接させて転動を開始することにより溶接を始め、前記窓部に接近し、さらに、該窓部から次第に離間するように溶接を進めることを特徴とする。
第８の発明の構成によれば、蓋体の窓部を構成するガラス材料が、シーム溶接による熱にさらされても、当該溶接工程において、前記蓋体の前記窓部に近接した蓋体端部に先ず溶接用の電極である金属ローラを当接させて転動を開始することにより溶接を始め、前記窓部に接近し、さらに、該窓部から次第に離間するように溶接を進めるようにすれば、ガラス材料とその周囲の金属材料が必要以上に加熱されることがないため、蓋体を構成する金属からガラス部分が剥離もしくは分離することがなく、透明な窓部を備える金属蓋体をパッケージに適切にシーム溶接することを実現できる。

図１及び図２は、本発明の圧電デバイスの実施の形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線切断端面図、図３はパッケージの概略平面図、図４はパッケージの概略底面図である。
図において、圧電デバイス３０は、水晶振動子を構成した例を示しており、この圧電デバイス３０は、収容容器としてのパッケージ５７内に圧電振動片３２を収容している。パッケージ５７は、例えば、図１ないし図４を参照して理解されるように、一方向にやや長い矩形の箱状のものである。
パッケージ５７は、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５４，５５，５６を順次積層した後、焼結して形成されている。第３の基板５６は、その内側の材料を除去して所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間Ｓを形成するようにされている。この内部空間Ｓが圧電振動片３２を収容するための収容空間である。
また、第２の基板５５については、後述する圧電振動片３２の振動腕の先端部の下方に相当する領域について、該基板の材料を除去することで、矩形の凹部２３を形成している。このため、外部からの衝撃などにより、該振動腕の先端が、図２の矢印に示すように、下方に振れた際に、パッケージ５７の内側底面に衝突して損傷することを防止するようにしている。

このパッケージ５７の内部には、圧電振動片３２をマウントし、蓋体４０で気密に封止するようにされている。ここで、蓋体４０は、導電性を有する金属により形成されており、パッケージ５７との熱膨張率が近似したものが適していて、好ましくは、鉄とコバルトの合金であるコバールの板体である。
図２に示すように、この蓋体４０には、透明な窓部４５が形成されている。
すなわち、好ましくは、一方向に長い蓋体４０の一方の端部に寄った箇所（図２では右寄りの箇所）に、貫通孔４６を設けて該貫通孔４６内に透明材料４７を充填することで、透明な窓部４５とし、光を透過する領域を形成して、外部からレーザー光ＬＢ１をパッケージ内に照射できるようにされている。この場合、該レーザー光ＬＢ１で、後述する圧電振動片３２の振動腕に形成した周波数調整用の金属膜（錘用金属膜）２１の一部を蒸散させると、質量削減方式による周波数調整が可能となる。なお、ガラス材料４７は、後述するようにコバールガラス（ホウ珪酸ガラス）を選択することが好ましい。

パッケージ５７の底部には孔封止用の貫通孔２７が設けられている。
貫通孔２７は、図４に示されているように、例えばパッケージ５７の中央部付近であって、所定の強度を持たせるためには凹部２３から離れた箇所に設けることが好ましい。
この貫通孔２７は、図２に示されているように、外部とパッケージ５７の内部とを連通する孔であって、第１の孔２５と、これより縮径された第２の孔２６を重ねて設けることで、外向きの段部２９を備えている。孔封止用の貫通孔は必ずしもこのような２重孔の構造を備える必要はなく、例えば外に向かって徐々に拡径するテーパ状の貫通孔でもよい。しかしながら、この実施形態のように、段部２９を有する孔とすることで、後述するような利点がある。
そして、封止孔である貫通孔２７には、例えば、Ａｕ−Ｇｅ等の金属封止材２８を充填して、気密に封止されている。

図３に示すように、パッケージ５７の内面の底部には、図２の内部空間Ｓに露出するようにして、２つの電極部３１，３１が形成されている。
この電極部３１，３１は、パッケージの幅方向の両端部において、それぞれ長さ方法に沿って長く延びている。この電極部３１，３１は、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成することができ、それぞれパッケージの外部に引き出されるか、図示しない導電スルーホールを設けることで、パッケージ５７の底面に形成した実装端子４１，４１とそれぞれ接続されている。

このように、電極部３１，３１は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものであり、各電極部３１，３１の上に、図１および図２に示すように、例えば、導電性接着剤４３，４３が塗布され、この導電性接着剤４３，４３の上に、後述する圧電振動片の支持用アームが載置され、該導電性接着剤が硬化されることで、接合されるようになっている。
なお、導電性接着剤４３，４３としては、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に、銀製の細粒等の導電性の粒子を含有させたものが使用でき、シリコーン系、エポキシ系またはポリイミド系導電性接着剤等を利用することができる。
あるいは、導電性接着剤を使用しない場合には、金バンプなどの金属バンプを利用して接合するようにしてもよい。

図３に示すように、本実施形態のパッケージ５７は小型であり、例えば縦寸法（Ｄ１）が２．０ｍｍ、横寸法（Ｌ１）が１．２ｍｍ程度である。そして、パッケージ５７の蓋体に対する接合代Ｌ２が ０．２ｍｍ程度である。
また、パッケージ５７の接合面には、例えば、金属ロウ材としてのシームリング５８がプリフォームされている。このシームリング５８の幅は、０．２ｍｍ〜０．１５ｍｍ程度である。なお、シームリング５８は蓋体４０側にプリフォームされていてもよい。

圧電振動片３２は、本実施形態では、小型にして必要な性能を得るために図１に示すような形態とされている。
すなわち、圧電振動片３２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３２は、図１に示すように、基部５１と、この基部５１の一端（図において右端）から、右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３５，３６を備えている。
各振動腕３５，３６の主面の表裏には、好ましくは、それぞれ長さ方向に延びる長溝３３，３４をそれぞれ形成し、この長溝内に駆動用の電極である励振電極３７，３８が設けられている。
尚、この実施形態では、各振動腕３５，３６の先端部は、ややテーパ状に次第に拡幅されることにより、重量増加され、錘の役割を果たすようにされている。これにより、振動腕の屈曲振動がされやすくなっている。

また、圧電振動片３２は、その基部５１の振動腕を形成した一端より、図１において、所定距離ＢＬ（基部長さ＋切り込み部長さ）を隔てた他端（図において左端）において、基部５１の幅方向に延長され、かつ振動腕３５，３６の両外側の位置で、各振動腕３５，３６の延びる方向（図１において右方向）に、これら振動腕３５，３６と平行に延びている支持用アーム６１，６２を備えている。
このような圧電振動片３２の音叉状の外形と、各振動腕に設ける長溝は、後述するように、それぞれ例えば水晶ウエハなどの材料をフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に形成することができる。

励振電極３７，３８は、長溝３３，３４内と、各振動腕の側面とに形成され、各振動腕について長溝内の電極と、側面に設けた電極が対となるようにされている。そして、各励振電極３７，３８は、それぞれ引出し電極３７ａ，３８ａとして、支持用アーム６１，６２に引き回されている。これにより、圧電デバイス３０を実装基板などに実装した場合に、外部からの駆動電圧が、実装端子４１，４１から、電極部３１，３１を介して圧電振動片３２の各支持用アーム６１，６２の引出し電極３７ａ，３８ａに伝えられ、各励振電極３７，３８に伝えられるようになっている。
そして、長溝３３，３４内の励振電極に駆動電圧が印加されることによって、駆動時に、各振動腕の長溝が形成された領域の内部の電界効率を高めることができるようになっている。

ここで、励振電極３７，３８は下地金属層の上に導通性に優れた金属で電極層を形成することで作られる。
この実施形態では、下地金属層として、クロム（Ｃｒ）層を成膜し、電極層として金（Ａｕ）層を成膜して、後述する製造工程において、フォトリソグラフィなどの手法により図１に示すような形状の電極に形成されている。
この場合、下地層と電極層（図示せず）の各成膜は、スパッタリングや蒸着により行われるが、水晶ウエハなどから多数の圧電振動片を形成するためのバッジ工程では、蒸着により成膜するのが好ましい。

また、図１に示すように、好ましくは、基部５１には、基部５１の振動腕側の端部から十分離れた位置において、両側縁に、基部５１の幅方向の寸法を部分的に縮幅して形成した凹部もしくは切り込み部７１，７２を設けている。
これにより、振動腕３５，３６が屈曲振動する際に振動漏れが基部５１側に漏れ、支持用アーム６１，６２に伝搬することを抑制し、ＣＩ値を低く抑えることができる。
なお、強度が許す場合には、基部５１の例えば中心付近に図示しない貫通孔を形成し、該貫通孔周縁近傍に応力を集中させるようにすることで、振動漏れが、支持用アーム６１，６２に伝搬することを抑制し、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を低く抑えることができる。

図１において、支持用アーム６１，６２とパッケージ５７との接合箇所は、例えば、一方の支持用アーム６１に関して、圧電振動片３２の長さ寸法の重心位置Ｇに相当する箇所とすることで、ひとつだけ選択することもできる。しかし、図１で示すように、上記重心Ｇ位置を挟んで該重心位置から等距離離れた２点を選んで接合すると、より接合構造が強化され、安定するので好ましい。
ひとつの支持用アームについて、１点で接合する場合は、接着剤塗布領域の長さが、圧電振動片３２の全長ａの２５％以上を確保することが十分な接合強度を得る上で好ましい。
この実施形態のように、２点の接合箇所（両方の支持用アームを合わせると４箇所）を設ける場合には、接合箇所どうしの間隔を圧電振動片３２の全長の２５％以上とすることが十分な接合強度を得る上で好ましい。

（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６は、本実施形態の圧電デバイス３０の製造方法の実施形態を説明するための簡単なフローチャートである。
（前工程）
圧電デバイス３０の圧電振動片３２と、パッケージ５７と、蓋体４０は、前工程としてそれぞれ別々に製造される。
蓋体４０は、既に説明したように、導通性の金属により形成される。本実施形態では、例えば、コバールの板体を所定の大きさに加工し、ニッケルメッキすることにより得られる。

具体的には、蓋体４０は図５に示すように、一方向に長い矩形の薄い板体である。蓋体４０はその下面周縁部の厚みを薄くすることにより、該周縁部に沿って、横向きの段部４８が形成されている。
図２に示すように、蓋体４０とパッケージ５７の接合に際して、該段部４８がパッケージ５７の上端の内周面に当接されることにより、容易に位置決めされるようになっている。
蓋体４０の長さ方向（図５では左右の方向）に関して、一端寄りの位置、すなわち、図５では右よりの位置に貫通孔４６を形成し、該貫通孔４６に透明材料４７を接合することで、窓部４５を形成する。
好ましくは窓部４５は長さ方向の中央部を完全に外れた位置に設ける。窓部４５を形成する位置は、図２に示すように、パッケージ５７を蓋体４０で封止した状態において、圧電振動片３２の振動腕先端の周波数調整用金属膜２１の直上の位置とすることが好ましい。
ここで、本実施形態では、蓋体４０は、その大きさが、例えば、長さＬ２が１．９ｍｍ、幅Ｄ２が１．０５ｍｍとなっている。この蓋体４０の外形（外寸）は、パッケージ５７の外形（外寸）より小さい。また、例えば、窓部４５の直径φは０．５ｍｍ、蓋体４０の長辺外縁から窓部４５外周までの距離Ｄ３が０．２７５ｍｍ、蓋体４０の短辺外縁から窓部４５外周までの距離Ｌ３がは０．２８ｍｍとされている。
貫通孔４６に接合する透明材料４７はガラスが好ましく、特に、蓋体４０が鉄とコバルトの合金であるコバールもしくは鉄とコバルトおよび他の金属の３元合金であるコバール系合金である場合には、該透明材料４７はホウ珪酸ガラスであるコバールガラスとすることが特に好ましい。

すなわち、蓋体４０もしくは蓋体４０を複数もしくは多数切り出せる大きさのコバール板に対して、貫通孔４６を所定数形成し、各貫通孔４６にバルク状のガラス材料でなる透明材料４７を配置し、加熱溶融することにより、透明材料４７と蓋体４０とを適切に接合することができる。
なお、貫通孔４６は蓋体４０の厚み方向に沿って、下方へ徐々に縮径するテーパ状の孔としてもよい。これにより、該貫通孔４６の内径に沿ったバルク状の透明材料を配置することにより、形成が一層容易となる。

パッケージ５７は、上述したように、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。成形の際には、複数の各基板は、その内側に所定の孔をプレスなどによって形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間Ｓや貫通孔２７を形成することができる。
また、例えば、上記焼結前に導電ペーストにより、図３で説明した電極部３１，３１や図４の貫通孔２７の段部２９，あるいは実装端子４１，４１の領域に、銀ペーストなどの導電ペーストを適用し、焼結後、メッキによりこれら電極部等の金属膜を形成することができる。

圧電振動片３２は、水晶ウエハなどを用いて、音叉型の圧電振動片３２を形成する場合には、図１に示すＸ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸及びＺ軸が光軸となるように、例えば水晶の単結晶から該水晶ウエハが切り出されることになる。
また、水晶の単結晶から切り出す際、上述のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる直交座標系において、Ｚ軸を中心に時計回りに数度の範囲で回転して切り出した水晶Ｚ板を所定の厚みに切断研磨して得られる。
そして、この水晶ウエハに必要な耐蝕膜（図示せず）を設けて、マスクとし、フッ酸溶液等を用いて、振動腕の長溝３３，３４の部分をハーフエッチングで形成する。
次に、駆動電極としての励振電極を形成する。
すなわち、水晶ウエハの表裏両面に電極となる金属膜を成膜する。この金属膜は、例えば、クロムを下地として金を蒸着またはスパッタリング等の手法により形成する。
その後フォトリソグラフィの手法により、図１で説明したような各電極を形成する。

次に、各振動腕および基部を含む外形に適合するように図示しないマスクパターンを、例えば耐蝕膜により形成し、フッ酸溶液等を用いたウエットエッチングにより、支持用アームを有する圧電振動片３２の外形を形成する（図１参照）。続いて、圧電振動片３２の振動腕３５，３６の各側面に、フォトリソグラフィの手法により、励振電極を形成することにより、圧電振動片３２が完成する。
なお、好ましくは、圧電振動片３２の各振動腕３５，３６の先端部には、周波数調整用の錘としての（周波数調整用）金属膜２１，２１を上記励振電極の形成時に、該励振電極と同じ構造で形成することができる。

（マウント工程）
以上の前工程を実行した後で、完成した圧電振動片３２の接合を行う（ＳＴ１）。
具体的には、図３の各電極部３１，３１上に導電性接着剤４３，４３，４３，４３を塗布する。これらの上に図１に示すように、対応する支持用アーム６１，６２を載置し、かるく荷重をかける。
この状態で、ベルト炉などで加熱して導電性接着剤を硬化することにより（ＳＴ２）、圧電振動片３２が接合される。

なお、導電性接着剤ではなく、金属バンプなどにより圧電振動片３２の接合を行ってもよく、その場合には硬化工程は不要である。
続いて、純水により洗浄し（ＳＴ３）、その後、加熱炉などを通して全体を加熱することにより、水分を蒸発させ、導電性接着剤から溶剤を十分に揮発させる（ＳＴ４）。
さらに、蓋体４０が接合されない状態において、図２に示すように、上方からレーザー光を照射し圧電振動片３２の各振動腕３５，３６の周波数調整用金属膜２１，２１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（粗調）を行う（ＳＴ５）。

（蓋封止工程）
次にパッケージ５７に蓋体４０を接合する（ＳＴ６）。
図７および図８は、蓋封止工程を説明する図であり、パッケージ５７内の圧電振動片の図示は省略されている。図７は図１のＡ−Ａ線に沿った断面で封止工程を示し、図８は図１のＢ−Ｂ線に沿った断面で封止工程を示すものである。
これらの図に示すように、パッケージ５７の上に蓋体４０が載置される。この時、蓋体４０の段部４８がパッケージ５７の上端の内周面に当接されることにより、容易に位置決めされる。
パッケージ５７と蓋体４０の間には、金属ロウ材であるシームリング５８が介在されている。

この状態で、図７に示すように、蓋体４０の一端部の両側には溶接電極となる金属ローラ２２，２２を蓋体４０の上辺稜線に当てて、溶接電流を流す。そして、金属ローラ２２，２２を矢印方向に回転させながら、蓋体４０の他端部まで転動させていくと、矢印方向（およびこれと逆方向）に溶接電流が印加され、その時の電気抵抗によるジュール熱により、シームリング５８が溶融される。
これにより、蓋体４０とパッケージ５７の境界はむらなく溶接されるので、極めて高い気密シール性を得ることができる。

ただし、溶接の熱が蓋体４０の内側に伝搬し、透明材料４７を過度に過熱すると、上記した蓋体のコバールとガラスの界面で、コバールが膨張し、溶接終了後にコバールが急速に収縮すると、該界面が剥離するおそれがある。
そこで、図８に示すように、金属ローラ２２を、蓋体４０の窓部４５に近接した蓋体端部に当接させて、該金属ローラ２２の転動を開始することにより溶接を始め、窓部４５に接近させ、さらに、該窓部４５から次第に離間するように矢印方向に沿って、溶接を進める。
これにより、透明材料４７であるガラス材料の周辺でこれを包囲するコバールが必要以上に加熱されることがなく、膨張後、急速な収縮によりガラスとの界面が剥離するといった不都合が有効に防止される。
図９は、実施形態の蓋封止工程におけるシミュレーションの結果である。
金属ローラ２２に挟まれた蓋体４０の中央部の位置の温度を縦軸とし、時間を横軸としている。
なお、溶接条件としては、例えば、メインヒートコントロールが１２０Ａ、電源周波数は１ｋＨｚ、金属ローラ２２がパッケージ５７の短手方向を挟んで、長手方向に沿って速度３ｍｍ／ｓｅｃで進行させた。
また、この場合、パッケージ５７のサイズは、長手方向が２．０ｍｍ、短手方向が１．２ｍｍのパッケージとした。
すなわち、本発明者等の実験によれば、例えば、金属ローラ２２を上記と逆の他端部にはじめに当接させ、溶接を開始すると、窓部４５の周辺の温度は、摂氏１６０度程度まで上昇してしまうが、上記方法によれば、溶接の際の窓部４５の周辺の温度上昇は、摂氏９０度程度に抑制することができることがわかる。

また、パッケージ５７と蓋体４０とを接合する上記シーム溶接にあっては、シームリング５８である金属ロウ材が溶融した金属の飛沫が、パッケージ５７内に侵入する場合がある。このような飛沫が、圧電振動片３２の振動腕３５，３６に付着すると、その重量が重くなって、周波数が変化してしまう。
しかしながら、パッケージ５７内に収容される本実施形態の圧電振動片３２は、図１で説明したように。振動腕３５，３６の両外側、すなわち幅方向に離れた両外側で、該振動腕と同じ方法に延びる一対の支持用アーム６１，６２を有しており、該支持用アーム６１，６２によって、パッケージ５７と接合させている。
このため、圧電振動片３２の各振動腕３５，３６は、通常の音叉型圧電振動片と比べて、パッケージ５７と蓋体４０との接合部（パッケージの外周に沿った領域であり、図３のシームリング５８の部分）よりも距離が離れている。このことによって、シーム溶接の際に、溶融した金属の飛沫が、圧電振動片３２の振動腕３５，３６に付着して、振動性能に悪影響を与えるおそれがないものである。

（孔封止工程）
続いて、孔封止工程（ＳＴ７）に移る。
孔封止に先行して、好ましくは、加熱工程を設ける。
すなわち、パッケージ５７を真空・加熱チャンバーなどに収容し、所定の温度プロファイルで加熱する。
これにより、パッケージ５７内面の水分や、導電性接着剤４３の溶剤成分などが十分に気化する。この過程により生成したガスは、貫通孔２７を介して外部に排出されることで、十分なガス出し、ないしは脱ガスがされ、パッケージ５７内は１×１０−２Ｐａ程度の高い真空度とされる。

続いて、例えば、図７や図８のパッケージ５７の上下を逆にして、貫通孔２７内の段部２９上に充填金属用の金属球２８ａを配置する。金属球２８ａは球形であるから、ころがして孔に入れやすく作業が容易になる。
金属球２８ａとしては、例えば、金−ゲルマニウム（Ａｕ−Ｇｅ）、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）などが優れている。すなわち、鉛を含まない合金であるから、廃棄しても有害な鉛が生成されないし、通常のリフロー工程でも溶融することがない。
特に、金−ゲルマニウム（Ａｕ−Ｇｅ）系合金を用いると、比較的低い融点であるために孔封止作業で扱いやすい上に、圧電デバイスのリフロー工程では、通常のリフロー温度で、金−ゲルマニウム合金は溶融しないことから、該リフロー工程で気密性が損なわれるおそれがない。
この状態で、図７、図８で示すように、金属球２８ａに対して、孔封止用のレーザー光ＬＢ２を照射する。これにより、金属球２８ａは瞬時に溶融して貫通孔２７に充填され、該貫通孔２７を気密に封止する。

次に、図２で説明したように、パッケージ５７の外部から窓部４５を介して、レーザー光ＬＢ１をパッケージ内に照射する。これにより、圧電振動片３２の振動腕に形成した周波数調整用の金属膜（錘用金属膜）２１の一部を蒸散させ、質量削減方式による周波数調整を行うことで、周波数を高精度に合わせこむことが可能となる（ＳＴ８）。
続いて、必要な検査を行い、圧電デバイス３０が完成する（ＳＴ９）。

このように、本実施形態によれば、孔封止用の貫通孔２７を備えているから、蓋封止後に該貫通孔２７からガス出しをすることによって、パッケージ５７内の真空度を向上させることができる。しかも、該パッケージ５７を小型に形成した場合に、蓋体４０との接合面積が小さくなったとしても、その限られた面積の接合面を用いて、シームリング５８を利用したシーム溶接によって、蓋体４０が接合されているので、十分な接合強度を得ることができ、パッケージに関して、好適に気密性が保持される。
さらに、また、パッケージを蓋体４０により封止した後において、窓部４５を利用して高精度に周波数を合わせることができるものである。

本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、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、パッケージ内に圧電振動片を収容するものであれば、水晶振動子、水晶発振器、水晶フィルタ、ＳＡＷデバイス、ジャイロ、角速度センサ等の名称にかかわらず、全ての圧電振動片とこれを利用した圧電デバイスに適用することができる。

本発明の実施形態に係る圧電デバイスの概略平面図。 図１の圧電デバイスのＡ−Ａ線における概略切断端面図。 図１の圧電デバイスに使用されるパッケージの概略平面図。 図１の圧電デバイスに使用されるパッケージの概略底面図。 図１の圧電デバイスに使用される蓋体の形成を説明する説明図。 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６の製造方法における蓋封止を示す説明図。 図６の製造方法における蓋封止を示す説明図。 図６の蓋封止に関するシミュレーション結果を示す図。 従来の圧電デバイスの概略断面図。

符号の説明

２７・・・貫通孔（封止孔）、３０・・・圧電デバイス、３２・・・圧電振動片、３５，３６・・・振動腕、４０・・・蓋体、４５・・・窓部、４６・・・貫通孔、４７・・・透明材料、５１・・・基部、５７・・・パッケージ、５８・・・シームリング（封止材）、６１，６２・・・支持用アーム

Claims (8)

1. パッケージ内に圧電振動片を収容して、蓋体により気密に封止する構成の圧電デバイスであって、
   前記パッケージに対して、金属製の前記蓋体が、シーム溶接により接合されており、
   かつ、
   前記圧電振動片には、周波数調整用の金属膜が形成され、さらに、前記蓋体には、光を透過することが可能な窓部を設けた
   ことを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記蓋体が一方向に長い板体であり、その長さ方向の一方の端部寄りに、前記窓部を設けて、窓部となる貫通孔にガラスを接合したことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記蓋体がコバールにより形成され、前記窓部にはコバールガラスが固定されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電デバイス。
4. 前記パッケージは、封止孔としての貫通孔を有し、該封止孔は金−ゲルマニウム合金からなる金属充填材が充填されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電デバイス。
5. 前記パッケージが矩形の箱状パッケージであり、該パッケージの内側底部の幅方向端部の両側縁に沿って、前記圧電振動片の接合用の電極部がそれぞれ形成されており、
   かつ前記圧電振動片が、
   圧電材料により形成された基部と、
   前記基部の一端側から延びる複数の振動腕と、
   前記基部に対して連結部を介して一体に接合されており、前記基部の前記一端側より所定距離だけ離れた他端側において幅方向に延長され、かつ前記振動腕の両外側において、該振動腕と同じ方向に延びる一対の支持用アームと
   を有しており、
   各支持用アームが、前記接合用の各電極部に対して、それぞれ接合されている
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電デバイス。
6. パッケージ内に圧電振動片を接合して、金属製の蓋体により封止するようにした圧電デバイスの製造方法であって、
   前記パッケージ、前記圧電振動片、前記蓋体を個々に形成する工程と、
   前記パッケージ内部に前記圧電振動片を接合するマウント工程と、
   前記パッケージを前記蓋体で気密に封止する蓋封止工程と、
   前記蓋体に設けたガラス製の窓部を介して、外部からレーザー光を照射し、前記圧電振動片に形成した周波数調整用金属膜の一部を蒸散させる周波数調整工程と
   を含んでおり、
   前記蓋封止工程においては、前記パッケージの接合面に形成した金属部と、前記蓋体との間に金属ロウ材を配置して、前記蓋体側から電流を印加してシーム溶接により該金属ロウ材を溶融することにより接合する
   ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
7. 前記蓋体による封止後に、前記パッケージの底部に設けた封止孔である貫通孔を利用して、加熱下で該封止孔から脱ガスし、かつ該封止孔に金属材料を溶融充填する孔封止工程を有することを特徴とする請求項６に記載の圧電デバイスの製造方法。
8. 前記蓋封止工程においては、シーム溶接用の電極である金属ローラを、前記蓋体の前記窓部に近接した蓋体端部に当接させて転動を開始することにより溶接を始め、前記窓部に接近し、さらに、該窓部から次第に離間するように溶接を進めることを特徴とする請求項７または８に記載の圧電デバイスの製造方法。

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