JP2008271491A - Quartz crystal device and method for sealing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To hermetically seal a package of a piezoelectric device with sufficient bonding strength. <P>SOLUTION: A metal paste sealing material contains a metallic particle made of Au and having an average particle size from 0.1 to 1.0 μm, an organic solvent, and a resin material in proportions of from 88 to 93 wt.%, from 5 to 15 wt.%, and from 0.01 to 4.0 wt.%, respectively, to hermetically seal the crystal resonator element in the package. The metal paste sealing material is applied to conductive metallic thin films 9, 10 formed on upper and lower surfaces of an outer frame 6 of an intermediate crystal plate 2 with which a crystal vibrating chip 5 is formed integrally, and heated at a relatively low temperature and primary sintering treatment is performed, thereby forming a primary sintered body 24 having a porous structure with a Young's modulus of 9 to 16 GPa and a density of 10 to 17 g/cm<SP>3</SP>. Upper and lower substrates 3, 4 are then placed above and under the intermediate crystal plate, metallic thin films 14, 15, 17 of these substrates are brought into contact with the primary sintered bodies on the upper and lower surfaces of the outer frames, heated and pressed, and secondary sintering treatment is performed, thereby densely recrystallizing metallic particles of the primary sintered bodies to form bonding films 25-27, such that the package is hermetically bonded and sealed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、振動子、共振子、発振器、フィルタ、センサ等の水晶デバイスにおいて、例えば音叉型又は厚みすべり振動モードの水晶振動片をパッケージに気密に封止するための金属ペースト封止材、及び該金属ペースト封止材を用いて封止した水晶デバイス並びにその封止方法に関する。   The present invention provides a metal paste sealing material for hermetically sealing, for example, a tuning-fork type or thickness-shear vibration mode crystal vibrating piece in a crystal device such as a vibrator, a resonator, an oscillator, a filter, and a sensor, and The present invention relates to a quartz crystal device sealed with the metal paste sealing material and a sealing method thereof.

従来、圧電デバイスは、より一層の小型化・薄型化が要求されると共に、回路基板等への実装に適した表面実装型が多く使用されている。一般に表面実装型の圧電デバイスは、セラミック等の絶縁材料からなるパッケージ内に圧電振動片を封止する構造が採用されている。この従来構造のパッケージは、セラミック材料の薄板を積層した箱型ベースのキャビティ内に圧電振動片を実装し、該ベースにリッドを気密に接合して封止する。   Conventionally, piezoelectric devices are required to be further reduced in size and thickness, and many surface mount types suitable for mounting on circuit boards and the like are used. Generally, a surface mount type piezoelectric device employs a structure in which a piezoelectric vibrating piece is sealed in a package made of an insulating material such as ceramic. In this conventional package, a piezoelectric vibrating piece is mounted in a cavity of a box-type base in which thin plates of ceramic material are stacked, and a lid is hermetically bonded to the base and sealed.

ベースとリッドとの接合は、リッドが金属製の場合、ベースの上端面に金属シールリングを配置してシーム溶接する方法(例えば、特許文献1)や、金属膜を被覆したベースの上端面に金属ろう材を配置して加熱溶融させる方法(例えば、特許文献2を参照)が知られている。リッドがセラミック又はガラス材料の場合には、ベースとリッド間に配置した低融点ガラス又は樹脂を加熱溶融させる方法(例えば、特許文献3を参照)や、リッドの下面にメタライズ層を形成しかつ共晶はんだを溶融させてセラミックケースに接合する方法(例えば、特許文献4を参照)、リッドの接合部に形成した共晶用金属膜層を加熱溶融させる方法(例えば、特許文献5を参照)が知られている。   When the lid is made of metal, the base and the lid can be joined by a method in which a metal seal ring is placed on the upper end surface of the base and seam welded (for example, Patent Document 1), or on the upper end surface of the base coated with the metal film. A method (for example, see Patent Document 2) in which a metal brazing material is arranged and heated and melted is known. When the lid is a ceramic or glass material, a low melting point glass or resin disposed between the base and the lid is heated and melted (for example, see Patent Document 3), or a metallized layer is formed on the lower surface of the lid. A method in which a crystal solder is melted and bonded to a ceramic case (for example, see Patent Document 4), and a method in which a eutectic metal film layer formed on a joint portion of a lid is heated and melted (for example, see Patent Document 5). Are known.

ところが、低融点ガラスから発生するガスやシーム溶接の高熱は、水晶振動片の周波数特性を低下させたり劣化させる虞がある。また、低融点ガラスは鉛を含む場合が多く、環境に影響を及ぼす虞がある点において好ましくない場合がある。そこで、水晶振動片と外枠とを一体化した水晶板を形成し、その上下にそれぞれベース及び蓋として基板を接合することにより小型化及び薄型化した構造の水晶振動子が提案されている。   However, the gas generated from the low melting point glass or the high heat of seam welding may reduce or deteriorate the frequency characteristics of the quartz crystal resonator element. In addition, the low melting point glass often contains lead, which may not be preferable in that it may affect the environment. In view of this, there has been proposed a quartz resonator having a structure that is reduced in size and thickness by forming a quartz plate in which a quartz vibrating piece and an outer frame are integrated, and bonding a substrate as a base and a lid on the top and bottom of the quartz plate.

かかる構造を気密封止するために、例えば水晶振動子と一体をなす外枠の上下面に設けた金属層とガラスからなる蓋及びケースとを陽極接合した方法が知られている(例えば、特許文献6を参照)。また、圧電板及び基板の鏡面研磨した相互接合面を紫外線照射又は酸素プラズマにより清浄化し、水分の吸着による−OH基の水素結合で接合する方法が知られている(例えば、特許文献7を参照)。また、圧電基板のAu膜を形成した接合表面と保護基板のAg膜を形成した接合表面とを、プラズマ処理後に重ね合わせかつ加圧加熱して拡散接合する方法が知られている(例えば、特許文献8を参照)。   In order to hermetically seal such a structure, for example, a method is known in which a metal layer provided on the upper and lower surfaces of an outer frame that is integrated with a crystal unit, and a lid and case made of glass are anodically bonded (for example, a patent Reference 6). Further, a method is known in which the mirror-polished mutual bonding surfaces of the piezoelectric plate and the substrate are cleaned by ultraviolet irradiation or oxygen plasma and bonded by hydrogen bonding of —OH groups by moisture adsorption (see, for example, Patent Document 7). ). Further, a method is known in which a bonding surface formed with an Au film on a piezoelectric substrate and a bonding surface formed with an Ag film on a protective substrate are overlapped and heated under pressure after plasma treatment to perform diffusion bonding (for example, patents). Reference 8).

更に、IDTを形成した圧電基板の主面に形成した金属膜とベース基板の主面に形成した金属膜とを、イオンビームやプラズマ照射による表面活性化後に加圧して直接接合する弾性表面波デバイスが知られている(例えば、特許文献9を参照)。   Further, a surface acoustic wave device that directly bonds a metal film formed on the main surface of the piezoelectric substrate on which IDT is formed and a metal film formed on the main surface of the base substrate by pressing after surface activation by ion beam or plasma irradiation. Is known (see, for example, Patent Document 9).

最近は、圧電振動子等の電子部品を収容する容器において、平均粒径1〜100nmの金属微粒子とアミン等の分散材とからなるペースト状の封止部材を、セラミック材料で形成された箱型の容器部と金属製のフタとの接合部に用いて気密封止する方法が提案されている(例えば、特許文献10,11を参照)。特許文献10記載の方法は、封止部材をスクリーン印刷又はインクジェット法により容器部又はフタに塗布し、両者を合わせて250℃以下の雰囲気で加熱することにより接合する。特許文献11記載の方法は、ペースト状の封止部材をシート状にし、これをフタとして容器部に接合することにより気密に封止する。   Recently, in a container containing electronic parts such as piezoelectric vibrators, a box-shaped sealing member made of a ceramic material is formed of a paste-like sealing member made of metal fine particles having an average particle diameter of 1 to 100 nm and a dispersing material such as amine. There has been proposed a method of hermetically sealing using a joint portion between a container portion and a metal lid (see, for example, Patent Documents 10 and 11). In the method described in Patent Document 10, a sealing member is applied to a container portion or a lid by screen printing or an inkjet method, and both are joined together and heated in an atmosphere of 250 ° C. or less. In the method described in Patent Document 11, a paste-like sealing member is formed into a sheet shape, and this is sealed as a lid by joining it to a container portion.

また、水晶振動板と上板及び下板とを、表面に有機系被膜を被覆した平均粒径1〜100nmの金属微粒子を有機溶媒中に分散させた金属微粒子ペースト接合材により接合した水晶振動子等の圧電デバイスが知られている(例えば、特許文献12を参照)。ペースト接合材は、約200℃での加熱により有機系被膜を溶融させて金属微粒子同士を相互融着即ち焼結させる、金属微粒子間及び金属膜間での金属間結合により、圧電デバイスを気密に封止する。   In addition, a quartz resonator unit in which a quartz crystal plate, an upper plate, and a lower plate are joined by a metal fine particle paste bonding material in which metal fine particles having an average particle diameter of 1 to 100 nm coated with an organic coating are dispersed in an organic solvent. Such a piezoelectric device is known (see, for example, Patent Document 12). The paste bonding material melts the organic coating film by heating at about 200 ° C. to mutually fuse or sinter the metal fine particles. The metal bonding between the metal fine particles and between the metal films makes the piezoelectric device airtight. Seal.

特開2000−223606号公報JP 2000-223606 A 特開平11−307661号公報JP-A-11-307661 特開2001−244772号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-244772 特開平9−36690号公報JP-A-9-36690 特開昭54−78694号公報JP-A-54-78694 特開2000−68780号公報JP 2000-68780 A 特開平7−154177号公報JP 7-154177 A 国際公開番号WO00/76066号パンフレットInternational Publication Number WO00 / 76066 Pamphlet 特開昭54−78694号公報JP-A-54-78694 特開2005−317793号公報JP 2005-317793 A 特開2005−317794号公報JP 2005-317794 A 特開2006−186748号公報JP 2006-186748 A

しかしながら、上述した金属微粒子からなるペースト状の封止部材又は接合材は、金属微粒子に平均粒径100nm以下のナノ粒子を用いているので、それらの凝集を防止するために、比較的多量の有機溶剤が分散剤として必要である。そのため、封止時に有機溶剤からガスが発生してパッケージ内部に残留したり、封止後に接合部に残留した有機溶剤から経時的にガスが発生して、圧電振動片の品質や周波数特性を劣化させる虞が生じる。また、一般に有機溶剤は取り扱いが困難であり、有機溶剤を多量に含む封止部材は大量生産に適しておらず、また保管、運搬上の取り扱いにも注意を要するという問題がある。   However, since the paste-like sealing member or bonding material made of the metal fine particles described above uses nanoparticles having an average particle size of 100 nm or less as the metal fine particles, a relatively large amount of organic particles is used to prevent their aggregation. A solvent is required as a dispersant. Therefore, gas is generated from the organic solvent during sealing and remains inside the package, or gas is generated over time from the organic solvent remaining in the joint after sealing, which degrades the quality and frequency characteristics of the piezoelectric vibrating piece. There is a risk that Further, organic solvents are generally difficult to handle, and sealing members containing a large amount of organic solvents are not suitable for mass production, and there is a problem that care must be taken in handling during storage and transportation.

そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、接合時及び封止後に有機溶剤からガスが発生して圧電振動片に悪影響を与える虞が無く、かつ十分な接合強度及び高い信頼性をもってパッケージを気密に封止できる圧電デバイスの封止方法を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and the purpose thereof is that there is no possibility that gas is generated from an organic solvent at the time of bonding and after sealing, and the piezoelectric vibrating piece is not adversely affected, and An object of the present invention is to provide a method for sealing a piezoelectric device capable of hermetically sealing a package with sufficient bonding strength and high reliability.

更に本発明の目的は、かかる圧電デバイスの封止方法に使用され、かつ取り扱いが比較的容易で大量生産に適した金属ペースト封止材を提供することにある。   A further object of the present invention is to provide a metal paste sealing material that is used in such a method for sealing a piezoelectric device and that is relatively easy to handle and suitable for mass production.

本発明によれば、上記目的を達成するために、水晶振動片と、複数の構成部品からなるパッケージとを備え、例えばAu、Ag、Pt、又はPdの1種又は2種以上からなる平均粒径0.1〜1.0μmの金属粒子と有機溶剤と樹脂材料とを88〜93重量%、5〜15重量%、0.01〜4.0重量%の割合で配合した金属ペースト封止材を用いて前記構成部品を接合し、パッケージ内に水晶振動片を気密に封止した水晶デバイスが提供される。   According to the present invention, in order to achieve the above object, a quartz crystal resonator element and a package made of a plurality of components are provided, and for example, an average grain made of one or more of Au, Ag, Pt, or Pd Metal paste sealing material in which metal particles having a diameter of 0.1 to 1.0 μm, an organic solvent, and a resin material are blended in proportions of 88 to 93 wt%, 5 to 15 wt%, and 0.01 to 4.0 wt%. A crystal device is provided in which the component parts are bonded together and a quartz crystal resonator element is hermetically sealed in a package.

本発明の水晶デバイスに使用する金属ペースト封止材は、従来技術のナノミクロン粒子を用いた金属ペーストよりも、金属粒子の粒径が大きくかつ有機溶剤の割合が大幅に少ないので、例えば約200〜300℃の比較的低温で焼結しても、金属粒子を緻密化したポーラス構造の焼結体を形成し、かつ有機溶剤及び樹脂材料を焼結体に実質的に残存しないように十分に蒸発させることが容易にできる。このポーラス構造の焼結体は、特にヤング率が9〜16GPaかつ密度が10〜17g/cmの場合に、比較的低い圧力で加圧しても、金属粒子をより緻密に再結晶化することができる。この再結晶化によって、水晶デバイスのパッケージは高い気密性を確保できる。 The metal paste sealing material used in the quartz crystal device of the present invention has a larger particle size of metal particles and a significantly smaller proportion of organic solvent than a metal paste using nano-micron particles of the prior art. Even when sintered at a relatively low temperature of ˜300 ° C., a porous structure sintered body in which metal particles are densified is formed, and an organic solvent and a resin material are not substantially left in the sintered body. It can be easily evaporated. This sintered sintered body can recrystallize metal particles more precisely even when pressed at a relatively low pressure, particularly when the Young's modulus is 9 to 16 GPa and the density is 10 to 17 g / cm 3. Can do. By this recrystallization, the package of the crystal device can secure high hermeticity.

更に、微量の樹脂材料を含むことにより適度な粘性を発揮し、スクリーン印刷やディスペンサ、インクジェット等の公知技術を用いて微細なパターンに塗布でき、かつ塗布後も流れ出すことなくそのパターンを維持することができる。この形状性の良さは、低温での焼結後も同様に発揮され、塗布したままのパターンが焼結体を加圧して再結晶化したときもに維持される。従って、水晶デバイスは、パッケージを封止する際にその封止幅をより狭く設定できるから、それだけパッケージ寸法を小さくしてデバイス全体を小型化し、又は外形寸法を維持しつつパッケージの内部容量を大きくすることができる。   In addition, by including a small amount of resin material, it exhibits an appropriate viscosity, can be applied to a fine pattern using known techniques such as screen printing, dispenser, inkjet, etc., and maintains that pattern without flowing out after application. Can do. This good shape is also exhibited after sintering at a low temperature, and is maintained even when the applied pattern is recrystallized by pressing the sintered body. Therefore, since the sealing width of the crystal device can be set narrower when sealing the package, the package size can be reduced accordingly, the entire device can be reduced in size, or the internal capacity of the package can be increased while maintaining the outer dimensions. can do.

或る実施例では、前記複数の構成部品が、水晶振動片と外枠とを一体に結合した中間水晶板と、金属ペースト封止材により中間水晶板の上下各面にそれぞれ接合された上側基板及び下側基板とからなるパッケージ構造の水晶デバイスにおいて、上側基板が水晶振動片を駆動するための集積回路を形成したシリコン材料からなりかつその下面に集積回路に接続された端子を有し、中間水晶板がその外枠上面に上側基板の端子に対応する位置に設けた端子を有し、上側基板の端子と中間水晶板の端子とを導電接続材料により直接接続することにより、より小型化かつ低背化した水晶発振器が実現される。   In one embodiment, the plurality of components are an intermediate crystal plate in which a crystal vibrating piece and an outer frame are integrally coupled, and an upper substrate bonded to each of upper and lower surfaces of the intermediate crystal plate by a metal paste sealing material. In the crystal device of the package structure consisting of the lower substrate and the lower substrate, the upper substrate is made of a silicon material forming an integrated circuit for driving the crystal resonator element, and has a terminal connected to the integrated circuit on its lower surface, The quartz plate has a terminal provided at a position corresponding to the terminal of the upper substrate on the upper surface of the outer frame, and the terminal of the upper substrate and the terminal of the intermediate quartz plate are directly connected by a conductive connecting material, thereby further reducing the size and A low-profile crystal oscillator is realized.

別の実施例では、前記複数の構成部品が、上部を開放した箱形をなしかつその内部に水晶振動片を実装したベースと、金属ペースト封止材によりベース上端面に気密に接合されたリッドとからなるパッケージ構造の水晶デバイスにおいて、リッドが水晶振動片を駆動するための集積回路を形成したシリコン材料からなりかつその下面に集積回路に接続された端子を有し、ベースがその上端面にリッドの端子に対応する位置に設けた端子を有し、リッドの端子とベースの端子とを導電接続材料により直接接続することにより、同様に、より小型化かつ低背化した水晶発振器が実現される。   In another embodiment, the plurality of components include a base having a box shape with an open top and a crystal resonator element mounted therein, and a lid airtightly joined to the upper end surface of the base by a metal paste sealing material In a crystal device having a package structure comprising: a lid made of a silicon material forming an integrated circuit for driving a crystal resonator element, and having a terminal connected to the integrated circuit on its lower surface, and a base on its upper end surface Similarly, a more compact and low-profile crystal oscillator is realized by having a terminal provided at a position corresponding to the terminal of the lid and directly connecting the terminal of the lid and the terminal of the base with a conductive connecting material. The

従って、本発明の金属ペースト封止材を利用して、様々なパッケージ構造を有する水晶等の圧電デバイスを気密に封止する方法が提供される。   Accordingly, there is provided a method for hermetically sealing piezoelectric devices such as quartz having various package structures using the metal paste sealing material of the present invention.

本発明のある側面によれば、水晶振動片と外枠とを一体に結合した中間水晶板の上下各面に上側基板及び下側基板をそれぞれ接合し、それらの間に画定されるキャビティ内に水晶振動片を気密に封止するために、中間水晶板が外枠の上面及び下面に金属薄膜を有し、かつ上側基板及び前記下側基板がそれぞれ前記外枠との接合面に金属薄膜を有し、
外枠上面の金属薄膜又は上側基板の金属薄膜の少なくとも一方に、上述した本発明の金属ペースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率9〜16GPa及び密度10〜17g/cmのポーラス構造を有する1次焼結体を形成する第1の1次焼結処理工程と、
外枠下面の金属薄膜又は下側基板の金属薄膜の少なくとも一方に、同様に上述した本発明の金属ペースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率9〜16GPa及び密度10〜17g/cmのポーラス構造を有する1次焼結体を形成する第2の1次焼結処理工程と、
前記中間水晶板と前記上側基板とを、それらの前記1次焼結体を形成した一方の前記金属薄膜と他方の前記金属薄膜とを接触させて重ね合わせ、前記1次焼結体を加圧してその金属粒子を緻密に再結晶化させることにより、前記外枠において気密に接合する第1の2次焼結処理工程と、
中間水晶板と下側基板とを、それらの1次焼結体を形成した一方の金属薄膜と他方の金属薄膜とを接触させて重ね合わせ、該1次焼結体を加圧してその金属粒子を緻密に再結晶化させることにより、外枠において気密に接合する第2の2次焼結処理工程とを含む水晶デバイスの封止方法が提供される。
According to an aspect of the present invention, an upper substrate and a lower substrate are respectively bonded to upper and lower surfaces of an intermediate crystal plate in which a crystal vibrating piece and an outer frame are integrally coupled, and the cavity is defined between the upper substrate and the lower substrate. In order to hermetically seal the crystal vibrating piece, the intermediate crystal plate has a metal thin film on the upper surface and the lower surface of the outer frame, and the upper substrate and the lower substrate each have a metal thin film on the joint surface with the outer frame. Have
By applying the metal paste sealing material of the present invention described above to at least one of the metal thin film on the upper surface of the outer frame or the metal thin film on the upper substrate and heating, the Young's modulus is 9 to 16 GPa and the density is 10 to 17 g / cm 3 . A first primary sintering treatment step for forming a primary sintered body having a porous structure;
By applying the above-described metal paste sealing material of the present invention to at least one of the metal thin film on the lower surface of the outer frame or the metal thin film on the lower substrate and heating the same, a Young's modulus of 9-16 GPa and a density of 10-17 g / a second primary sintering treatment step for forming a primary sintered body having a porous structure of cm 3 ;
The intermediate crystal plate and the upper substrate are overlapped by bringing one of the metal thin films forming the primary sintered body into contact with the other metal thin film, and pressurizing the primary sintered body. A first secondary sintering treatment step in which the metal particles are densely recrystallized to be airtightly bonded in the outer frame;
The intermediate crystal plate and the lower substrate are overlapped by bringing one metal thin film on which the primary sintered body is formed into contact with the other metal thin film, and pressurizing the primary sintered body to obtain the metal particles. A crystal device sealing method including a second secondary sintering treatment step of airtightly bonding the outer frame by recrystallizing the substrate in a dense manner is provided.

上述したように、本発明の金属ペースト封止材は、塗布時だけでなく、1次及び2次焼結処理後も十分かつ良好な形状性を維持し、かつ2次焼結処理後の再結晶化により高い気密性を発揮するので、中間水晶板の外枠における封止幅を従来よりも大幅に狭くすることが可能になる。そのため、中間水晶板の外枠寸法を小さくして水晶デバイス全体を小型化し、又は外枠の外郭寸法を維持しつつその内形寸法を大きくし、その分だけ実装可能な水晶振動片の外形寸法を大きくして、水晶デバイスの特性向上を図ることができる。   As described above, the metal paste encapsulant of the present invention maintains sufficient and good shape properties not only at the time of application but also after the primary and secondary sintering treatments, and after the secondary sintering treatment. Since high hermeticity is exhibited by crystallization, the sealing width in the outer frame of the intermediate crystal plate can be made much narrower than before. Therefore, the outer crystal dimensions of the crystal resonator element that can be mounted by reducing the outer frame size of the intermediate crystal plate to reduce the size of the entire crystal device, or increasing the inner shape size while maintaining the outer size of the outer frame. Can be increased to improve the characteristics of the crystal device.

上述したヤング率及び密度の1次焼結体は、元のペースト状態でなく、かつ或る程度の軟らかさを有するので、2次焼結処理で中間水晶板と上側及び下側基板とを重ね合わせて加圧する際に、その材料が飛散して水晶振動片に付着したり、デバイス内部に残存する虞がない。そのため、水晶デバイスの振動特性が劣化することなく、維持される。   The primary sintered body having the Young's modulus and density described above is not in the original paste state and has a certain degree of softness, so that the intermediate crystal plate and the upper and lower substrates are overlapped by the secondary sintering process. When pressurizing together, there is no possibility that the material will scatter and adhere to the quartz crystal vibrating piece or remain inside the device. Therefore, the vibration characteristics of the quartz device are maintained without deterioration.

また、1次焼結体の前記ポーラス構造は、1次焼結処理を比較的低温で行うことにより形成することができる。そのため、中間水晶板に金属ペースト封止材を塗布して1次焼結処理する場合にも、水晶振動片に及ぼす熱ストレスを抑制することができる。   The porous structure of the primary sintered body can be formed by performing the primary sintering process at a relatively low temperature. Therefore, even when the metal paste sealing material is applied to the intermediate crystal plate and subjected to the primary sintering process, the thermal stress exerted on the crystal vibrating piece can be suppressed.

更に、1次焼結体には、金属ペースト封止材の有機溶剤及び樹脂材料が実質的に残存していないから、2次焼結処理において1次焼結体から有機溶剤又は樹脂からのアウタガスが発生したり、それが圧電デバイスの内部に残留することはない。更に、接合後も経時的に有機溶剤又は樹脂のアウタガスが発生する虞がないから、水晶デバイスの品質及び周波数特性を長期間に亘って良好に維持することができる。   Further, since the organic solvent and the resin material of the metal paste sealing material are not substantially left in the primary sintered body, the outer gas from the organic solvent or the resin from the primary sintered body in the secondary sintering process. Does not occur and does not remain inside the piezoelectric device. Furthermore, since there is no possibility that an outer gas of an organic solvent or a resin is generated over time after bonding, the quality and frequency characteristics of the quartz crystal device can be maintained well over a long period of time.

このパッケージ構造の水晶デバイスにおいて、或る実施例では、上側基板及び下側基板が、中間水晶板と同じ水晶で形成されることにより、パッケージ全体が同じ熱膨張率になるので、環境温度の変化等による歪みが抑制され、信頼性が向上する。   In a crystal device having this package structure, in one embodiment, the upper substrate and the lower substrate are formed of the same crystal as the intermediate crystal plate, so that the entire package has the same coefficient of thermal expansion. The distortion due to the above is suppressed and the reliability is improved.

別の実施例では、上側基板がシリコン材料からなりかつ水晶振動片を駆動するための集積回路と該集積回路に接続された端子とを備え、中間水晶板がその外枠上面に上側基板の端子に接続される端子を有し、第1の2次焼結処理工程において中間水晶板と上側基板とを重ね合わせる際に、上側基板の端子と中間水晶板の端子とを導電接続材料により直接接続することにより、発振器として機能する水晶デバイスを比較的少ない工数で製造することができる。   In another embodiment, the upper substrate is made of a silicon material and includes an integrated circuit for driving the crystal resonator element and a terminal connected to the integrated circuit, and the intermediate crystal plate has a terminal on the upper substrate on the upper surface of the outer frame. When the intermediate crystal plate and the upper substrate are overlapped in the first secondary sintering process, the upper substrate terminal and the intermediate crystal plate terminal are directly connected by the conductive connecting material. By doing so, a quartz crystal device that functions as an oscillator can be manufactured with a relatively small number of steps.

本発明の別の側面によれば、上部を開放した箱形をなしかつその内部に水晶振動片を実装したベースの上端面にリッドを接合して気密に封止するために、ベースがその上端面に金属面を有し、かつリッドがベース上端面との接合面に金属面を有し、
ベース上端面の金属面又はリッドの金属面の少なくとも一方に、同様に本発明の金属ペースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率9〜16GPa及び密度10〜17g/cmのポーラス構造を有する1次焼結体を形成する1次焼結処理工程と、
ベースの上にリッドを、それらの1次焼結体を形成した一方の金属面と他方の金属面とを接触させて重ね合わせ、該1次焼結体を加圧してその金属粒子を緻密に再結晶化させることにより、気密に接合する2次焼結処理工程とを含む水晶デバイスの封止方法が提供される。
According to another aspect of the present invention, in order to form a box shape with an open top and a crystal vibrating piece is mounted in the inside of the base, the lid is joined and hermetically sealed. The end surface has a metal surface, and the lid has a metal surface at the joint surface with the base upper end surface,
A porous material having a Young's modulus of 9 to 16 GPa and a density of 10 to 17 g / cm 3 is similarly applied to at least one of the metal surface of the upper end surface of the base and the metal surface of the lid and heated. A primary sintering process for forming a primary sintered body having a structure;
The lid is placed on the base so that one metal surface on which the primary sintered body is formed and the other metal surface are brought into contact with each other, and the primary sintered body is pressed to make the metal particles dense. By recrystallizing, a sealing method for a quartz crystal device including a secondary sintering treatment step for airtight bonding is provided.

かかるパッケージ構造の水晶デバイスにおいても、同様に上述した本発明による封止方法の優れた作用効果が得られる。特に、従来のろう材やシーム溶接でベースとリッドとを接合する方法と異なり、ベースに実装した圧電振動片に与える熱ストレスの影響を抑制できる。また、従来のシーム溶接のように封止材が飛散して水晶振動片に付着する虞がないから、水晶デバイスの振動特性を劣化させることなく、維持することができる。更に、2次焼結処理により前記金属粒子を再結晶化させた接合部は、従来のろう材による接合のように高温環境下で再溶融する虞がないから、経時的に高い気密性が確保される。従って、水晶デバイスを回路基板等に実装した後に、不良部品のリペアプロセスで加熱されても、気密性を損なう虞がなく、高い信頼性を維持することができる。   Also in the crystal device having such a package structure, the excellent operational effect of the sealing method according to the present invention described above can be obtained. In particular, unlike the conventional method of joining the base and the lid by brazing or seam welding, it is possible to suppress the influence of thermal stress on the piezoelectric vibrating piece mounted on the base. Further, unlike the conventional seam welding, there is no possibility that the sealing material scatters and adheres to the crystal vibrating piece, so that the vibration characteristics of the crystal device can be maintained without deteriorating. In addition, the joint where the metal particles are recrystallized by secondary sintering treatment has no risk of remelting in a high-temperature environment unlike conventional solder joints, ensuring high airtightness over time. Is done. Therefore, even if the quartz device is mounted on a circuit board or the like and then heated by a repair process for a defective part, there is no risk of impairing the airtightness, and high reliability can be maintained.

また、このパッケージ構造を有する水晶等の圧電デバイスにおいて、或る実施例では、前記リッドがガラス板からなり、かつその一方の面に金属膜を形成することにより、ベース上端面の1次焼結体と接合し又は金属ペースト封止材を塗布するための金属面を設けることができる。この場合、リッド下面の一部の領域に金属膜を形成しないことにより、封止後に外側からリッドを透過して照射されるレーザ光で水晶振動片の周波数を調整することができる。   Further, in a piezoelectric device such as quartz crystal having this package structure, in one embodiment, the lid is made of a glass plate, and a metal film is formed on one surface thereof, whereby primary sintering of the upper end surface of the base is performed. A metal surface can be provided for bonding to the body or for applying a metal paste sealant. In this case, by not forming a metal film in a partial region of the lower surface of the lid, the frequency of the quartz crystal vibrating piece can be adjusted with laser light that is transmitted through the lid from the outside after sealing.

別の実施例では、前記リッドが金属板からなり、かつその一方の面をそのまま、ベース上端面の1次焼結体と接合し又は金属ペースト封止材を塗布するための金属面として利用することができ、金属膜を形成する必要がないので、有利である。   In another embodiment, the lid is made of a metal plate, and one surface thereof is used as it is as a metal surface for joining the primary sintered body on the upper end surface of the base or for applying a metal paste sealing material. This is advantageous because it is not necessary to form a metal film.

更に、別の実施例では、リッドがシリコン材料からなりかつ水晶振動片を駆動するための集積回路と該集積回路に接続された端子とを備え、ベースがその上端面にリッドの端子に接続される端子を有し、2次焼結処理工程においてベースの上にリッドを重ね合わせる際に、リッドの端子とベースの端子とを導電接続材料により直接接続することにより、発振器として機能する水晶デバイスを比較的少ない工数で製造することができる。   Furthermore, in another embodiment, the lid is made of a silicon material and includes an integrated circuit for driving the crystal resonator element and a terminal connected to the integrated circuit, and the base is connected to the terminal of the lid on the upper end surface. A crystal device that functions as an oscillator by directly connecting the lid terminal and the base terminal with a conductive connecting material when the lid is superimposed on the base in the secondary sintering process. It can be manufactured with relatively few man-hours.

また、或る実施例では、2次焼結処理工程において加圧すると同時に加熱することにより、1次焼結体の金属粒子をより良好にかつ効果的に再結晶化させて接合することができる。   Moreover, in a certain embodiment, the metal particles of the primary sintered body can be recrystallized better and effectively and bonded by applying pressure and heating in the secondary sintering treatment step. .

更に本発明の別の側面によれば、第1構成部品と第2構成部品とからなるパッケージを有する電子部品において、第1構成部品と第2構成部品とを接合してそれらの間に画定されるキャビティ内に電子素子等を気密に封止するために、第1構成部品及び第2構成部品が相互の接合面にそれぞれ金属面を有し、
第1構成部品の金属面又は第2構成部品の金属面の少なくとも一方に、本発明の金属ペースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率9〜16GPa及び密度10〜17g/cmのポーラス構造を有する1次焼結体を形成する1次焼結処理工程と、
第1構成部品と第2構成部品とを、それらの1次焼結体を形成した一方の金属面と他方の金属面とを接触させて重ね合わせ、該1次焼結体を加圧してその金属粒子を緻密に再結晶化させることにより、気密に接合する2次焼結処理工程とを含む電子部品の封止方法が提供される。
According to still another aspect of the present invention, in an electronic component having a package including a first component and a second component, the first component and the second component are joined and defined between them. In order to hermetically seal the electronic element or the like in the cavity, the first component and the second component each have a metal surface at the joint surface,
By applying the metal paste sealing material of the present invention to at least one of the metal surface of the first component or the metal surface of the second component and heating, the Young's modulus is 9 to 16 GPa and the density is 10 to 17 g / cm 3. A primary sintering treatment step of forming a primary sintered body having a porous structure of
The first component and the second component are overlapped by bringing one metal surface on which the primary sintered body is formed into contact with the other metal surface, and pressurizing the primary sintered body to An electronic component sealing method including a secondary sintering treatment step for airtight bonding by recrystallizing metal particles densely is provided.

これにより、本発明の金属ペースト封止材を用いて、圧電デバイス以外の様々な電子部品をパッケージ内に気密に封止することができ、同様に本発明による水晶デバイスの封止方法について上述した優れた作用効果が得られる。この場合にも、2次焼結処理工程において加圧すると同時に加熱することにより、1次焼結体の金属粒子をより良好にかつ効果的に再結晶化させて接合することができる。   As a result, various electronic components other than the piezoelectric device can be hermetically sealed in the package using the metal paste sealing material of the present invention. Similarly, the quartz device sealing method according to the present invention has been described above. Excellent effects can be obtained. Also in this case, the metal particles of the primary sintered body can be recrystallized better and effectively and bonded by applying pressure and heating in the secondary sintering treatment step.

以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
先ず、本発明による金属ペースト封止材は、金属粒子と有機溶剤と樹脂材料とから構成される。前記金属粒子は、例えばAu、Ag、Pt、Pdの1種又は2種以上からなる平均粒径0.1〜1.0μmのサブミクロン粒子である。前記有機溶剤は、約200℃の比較的低温で蒸発し得るエステルアルコール等を使用する。前記樹脂材料は、前記金属ペースト封止材に或る程度の粘度を与えるために添加され、例えばセルロース系樹脂材料を使用する。前記金属ペースト封止材の配合は、金属粉末88〜93重量%、有機溶剤5〜15重量%、樹脂材料0.01〜4.0重量%の割合で設定する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
First, the metal paste sealing material by this invention is comprised from a metal particle, an organic solvent, and a resin material. The metal particles are, for example, submicron particles having an average particle diameter of 0.1 to 1.0 μm made of one or more of Au, Ag, Pt, and Pd. As the organic solvent, ester alcohol which can be evaporated at a relatively low temperature of about 200 ° C. is used. The resin material is added to give a certain viscosity to the metal paste sealing material, and for example, a cellulose resin material is used. The composition of the metal paste sealing material is set at a ratio of 88 to 93% by weight of metal powder, 5 to 15% by weight of organic solvent, and 0.01 to 4.0% by weight of resin material.

本発明の金属ペースト封止材は、従来技術のナノミクロン粒子を用いた金属ペーストよりも、金属粒子の粒径が大きくかつ有機溶剤の割合が大幅に少ないので、例えば約200〜300℃の比較的低温で焼結することにより、後述するように金属粒子を融着させて緻密化したポーラス構造の焼結体を容易に形成することができる。しかも、低温での焼結処理によっても、金属ペースト封止材中の有機溶剤及び樹脂材料を、焼結体に実質的に残存しないように十分に蒸発させることができる。また、このポーラス構造の焼結体は、比較的低い圧力で加圧しても、前記金属粒子をより緻密化して再結晶化することが容易である。この再結晶化によって高い気密性を確保できるので、特に圧電デバイスや電子部品のパッケージを真空封止するのに適している。   The metal paste sealing material of the present invention has a larger particle size and a significantly smaller proportion of organic solvent than the metal paste using nano-micron particles of the prior art. By sintering at a low temperature, it is possible to easily form a sintered body having a porous structure in which metal particles are fused and densified as described later. In addition, the organic solvent and the resin material in the metal paste sealing material can be sufficiently evaporated so as not to substantially remain in the sintered body even by a sintering process at a low temperature. In addition, even when the porous sintered body is pressed at a relatively low pressure, the metal particles can be easily densified and recrystallized. Since this recrystallization can ensure high airtightness, it is particularly suitable for vacuum-sealing packages of piezoelectric devices and electronic components.

更に、本発明の金属ペースト封止材は、微量の樹脂材料を含むことにより、スクリーン印刷やディスペンサ、インクジェット等の公知技術を用いて容易に所望の微細なパターンに塗布でき、かつ塗布後も流れ出すことなくそのパターンを維持し得る適度な粘性を有する。この形状性の良さは、低温での焼結後も同じであり、塗布したときのパターンが焼結体を加圧して再結晶化したときもそのまま維持される。従って、圧電デバイス等のパッケージを封止する際に、その封止幅をより狭く設定することができる。   Furthermore, since the metal paste sealing material of the present invention contains a small amount of a resin material, it can be easily applied to a desired fine pattern using a known technique such as screen printing, dispenser, or ink jet, and flows out even after application. It has a moderate viscosity that can maintain its pattern without any problems. The good shape is the same after sintering at low temperature, and the pattern when applied is maintained as it is when the sintered body is pressed and recrystallized. Therefore, when sealing a package such as a piezoelectric device, the sealing width can be set narrower.

図1(A)、(B)は、本発明の方法により第1実施例の水晶振動子を封止する工程を説明している。本実施例の水晶振動子1は、水晶振動片を有する中間水晶板2、パッケージの蓋となる上側基板3、及びベースとなる下側基板4を有する。中間水晶板2はATカットの水晶板で形成され、その上下に上側及び下側基板3,4を積層して一体に接合される。上側及び下側基板3,4は、同様に水晶薄板で形成するのが好ましく、またはガラス材料やシリコンで形成することもできる。   1A and 1B illustrate a process of sealing the crystal resonator of the first embodiment by the method of the present invention. The crystal resonator 1 according to this embodiment includes an intermediate crystal plate 2 having a crystal resonator element, an upper substrate 3 serving as a package lid, and a lower substrate 4 serving as a base. The intermediate crystal plate 2 is formed of an AT-cut crystal plate, and upper and lower substrates 3 and 4 are stacked on top and bottom of the intermediate crystal plate 2 and bonded together. Similarly, the upper and lower substrates 3 and 4 are preferably formed of a quartz thin plate, or can be formed of a glass material or silicon.

中間水晶板2は、図2(A)〜(C)に示すように、全体として一様な厚さの水晶薄板からなり、厚みすべりモードの水晶振動片5と、その基端部5aで一体に結合された外枠6とを有する。水晶振動片5の上下各面には励振電極7,8が形成され、それぞれ基端部5aから配線膜7a,8aにより引き出されて、外枠6の上面及び下面の全周に亘って形成された導電金属薄膜9,10と電気的に接続されている。外枠6の水晶振動片5を結合した側の長手方向端部にはスルーホール11が設けられ、該長手方向端部の下面には、水晶素面の領域12で導電金属薄膜10から分離された導電金属薄膜13が形成され、スルーホール11内部の導電膜を介して上面の導電金属薄膜9と電気的に接続されている。   As shown in FIGS. 2A to 2C, the intermediate crystal plate 2 is composed of a crystal thin plate having a uniform thickness as a whole, and is integrated with a thickness-shear mode crystal vibrating piece 5 and its base end portion 5a. And an outer frame 6 coupled to the. Excitation electrodes 7 and 8 are formed on the upper and lower surfaces of the crystal vibrating piece 5, respectively, and are formed over the entire circumference of the upper and lower surfaces of the outer frame 6 by being drawn out from the base end portion 5 a by the wiring films 7 a and 8 a. The conductive metal thin films 9 and 10 are electrically connected. A through-hole 11 is provided at the longitudinal end of the outer frame 6 on the side where the crystal vibrating piece 5 is coupled, and the lower surface of the longitudinal end is separated from the conductive metal thin film 10 by the region 12 of the crystal face. A conductive metal thin film 13 is formed, and is electrically connected to the conductive metal thin film 9 on the upper surface through a conductive film inside the through hole 11.

上側基板3は、図3(A)、(B)に示すように、中間水晶板2との対向面即ち下面に凹部3aが形成されている。上側基板3下面の凹部3aを囲繞する周辺部が、中間水晶板2との接合面を構成し、前記外枠の導電金属薄膜9に対応する金属薄膜14で被覆されている。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the upper substrate 3 has a recess 3 a formed on the surface facing the intermediate crystal plate 2, that is, the lower surface. A peripheral portion surrounding the concave portion 3a on the lower surface of the upper substrate 3 constitutes a joint surface with the intermediate crystal plate 2 and is covered with a metal thin film 14 corresponding to the conductive metal thin film 9 of the outer frame.

下側基板4は、図4(A)、(B)に示すように、同様に中間水晶板2との対向面即ち上面に凹部4aが形成されている。下側基板4上面の凹部4aを囲繞する周辺部が、中間水晶板2との接合面を構成し、前記外枠の導電金属薄膜10に対応する金属薄膜15と、該金属薄膜から水晶素面の領域16で分離して、前記外枠の導電金属薄膜13に対応する金属薄膜17とが形成されている。また、下側基板4の下面には、外部への引出電極(図示せず)が形成されている。   As shown in FIGS. 4A and 4B, the lower substrate 4 similarly has a recess 4a formed on the surface facing the intermediate crystal plate 2, that is, the upper surface. A peripheral portion surrounding the recess 4a on the upper surface of the lower substrate 4 constitutes a bonding surface with the intermediate crystal plate 2, a metal thin film 15 corresponding to the conductive metal thin film 10 of the outer frame, A metal thin film 17 corresponding to the conductive metal thin film 13 of the outer frame is formed separated in the region 16. Further, an extraction electrode (not shown) to the outside is formed on the lower surface of the lower substrate 4.

前記中間水晶板の各導電金属薄膜9,10,13及び前記上側、下側基板の金属薄膜14,15,17は、例えばCr膜、Ni膜、Ni/Cr膜、Ti膜又はNi−Cr膜を下地膜として、その上にAu膜を積層して形成するのが好ましい。別の実施例では、これらの金属薄膜をAl、Ag、Cu、Pd、Pt、Sn、Ti、Al/Si、又はNi/Crで形成することができる。これら金属薄膜は、スパッタリング、蒸着、めっき、ダイレクトめっきなどの公知方法を用いて又はそれらを組み合せて容易に成膜される。   The conductive metal thin films 9, 10, 13 of the intermediate crystal plate and the metal thin films 14, 15, 17 of the upper and lower substrates are, for example, a Cr film, a Ni film, a Ni / Cr film, a Ti film, or a Ni—Cr film. Is preferably formed by laminating an Au film thereon. In another example, these metal thin films can be formed of Al, Ag, Cu, Pd, Pt, Sn, Ti, Al / Si, or Ni / Cr. These metal thin films are easily formed using a known method such as sputtering, vapor deposition, plating, direct plating, or a combination thereof.

本発明の方法によれば、図1(A)に示すように、中間水晶板2の外枠6上下面の各導電金属薄膜9,10,13上に上述した本発明の金属ペースト封止材18,19,20を塗布する。前記金属ペースト封止材の塗布は、例えばスクリーン印刷、ディスペンサ、又はインクジェット等の公知方法により行う。図5(A)は、導電金属薄膜9上に塗布した金属ペースト封止材18の状態を例示している。同図に示すように、金属ペースト封止材18は、金属粒子21が有機溶剤22中に略一様に分散している。更に、有機溶剤22中には樹脂23が一様に分散し、前記金属ペースト封止材に或る程度の粘性を与えている。この粘性によって、本発明の金属ペースト封止材は十分な形状性を発揮するので、高精度なパターンに塗布しかつそれを維持することができる。例えば、前記金属粒子がAuの場合、金属ペースト封止材はスクリーン印刷によって、最小パターン幅0.05mm、最小厚み10μm程度まで微細に形成できる。   According to the method of the present invention, as shown in FIG. 1A, the metal paste sealing material of the present invention described above is formed on each of the conductive metal thin films 9, 10, 13 on the upper and lower surfaces of the outer frame 6 of the intermediate crystal plate 2. Apply 18, 19, and 20. The metal paste sealing material is applied by a known method such as screen printing, dispenser, or inkjet. FIG. 5A illustrates the state of the metal paste sealing material 18 applied on the conductive metal thin film 9. As shown in the figure, the metal paste sealing material 18 has metal particles 21 dispersed substantially uniformly in an organic solvent 22. Further, the resin 23 is uniformly dispersed in the organic solvent 22, and gives a certain degree of viscosity to the metal paste sealing material. Due to this viscosity, the metal paste sealing material of the present invention exhibits a sufficient shape, so that it can be applied to and maintained in a highly accurate pattern. For example, when the metal particles are Au, the metal paste sealing material can be finely formed by screen printing to a minimum pattern width of 0.05 mm and a minimum thickness of about 10 μm.

次に、中間水晶板2を例えばホットプレート、クリーンオーブン、ベルト炉等の公知手段を用いて約200〜300℃の比較的低温で短時間、例えば約10〜30分加熱することにより、1次焼結処理を行う。この1次焼結処理によって、前記金属ペースト封止材の金属粒子を焼結させ、1次焼結体を形成する。図5(B)に例示するように、1次焼結体24は、前記金属ペースト封止材から有機溶剤22及び樹脂23が蒸発して、隣接する金属粒子21同士がその間に僅かな隙間を残しつつ融着して緻密に接するポーラス構造を構成する。更に前記1次焼結体は、下側の前記各金属薄膜との界面においても金属粒子21が緻密化し、該金属薄膜と結合する。樹脂23は、1次焼結処理によって完全に蒸発せずに、その一部が残存することがある。その場合でも、残存した樹脂は、金属粒子21の隙間に入り込むので、上述したポーラス構造を構成するのに何ら影響しない。   Next, the intermediate crystal plate 2 is heated by using a known means such as a hot plate, a clean oven, a belt furnace or the like at a relatively low temperature of about 200 to 300 ° C. for a short time, for example, about 10 to 30 minutes. Sintering is performed. By this primary sintering treatment, the metal particles of the metal paste sealing material are sintered to form a primary sintered body. As illustrated in FIG. 5B, in the primary sintered body 24, the organic solvent 22 and the resin 23 are evaporated from the metal paste sealing material, and the adjacent metal particles 21 have a slight gap therebetween. A porous structure is formed that is fused and closely contacted while remaining. Further, in the primary sintered body, the metal particles 21 become dense at the interface with the lower metal thin films, and are bonded to the metal thin films. A portion of the resin 23 may remain without being completely evaporated by the primary sintering process. Even in that case, the remaining resin enters the gaps between the metal particles 21, and thus has no influence on the above-described porous structure.

本発明によれば、前記ポーラス構造は、1次焼結体24のヤング率が9〜16GPa、密度が10〜17g/cmであると、最も好都合である。金属粒子21は、1次焼結処理の温度が低いと元の球形を比較的維持するが、高温になるほど、原形を留めない位に表面の焼結が進行して互いに融着することが確認された。また、1次焼結体24のヤング率及び密度は、1次焼結処理の温度が低いほど低く、高温になるほど高くなる。また、1次焼結処理の加熱は比較的低温であるので、それが中間水晶板2の水晶振動片5に及ぼす熱ストレスを抑制することができる。 According to the present invention, the porous structure is most convenient when the Young's modulus of the primary sintered body 24 is 9 to 16 GPa and the density is 10 to 17 g / cm 3 . The metal particles 21 maintain the original spherical shape relatively when the temperature of the primary sintering process is low, but it is confirmed that the higher the temperature, the more the surface sintering progresses to the extent that the original shape is not retained, and the metal particles 21 are fused together. It was done. The Young's modulus and density of the primary sintered body 24 are lower as the temperature of the primary sintering process is lower and higher as the temperature is higher. Further, since the heating in the primary sintering process is relatively low temperature, it is possible to suppress thermal stress exerted on the crystal vibrating piece 5 of the intermediate crystal plate 2.

次に、中間水晶板2の上面及び下面に上側及び下側基板3、4をそれぞれ互いに位置合わせして重ね合わせ、前記1次焼結体と金属薄膜14,15,17とを接触させて一様に加圧することにより、2次焼結処理を行う。上述したヤング率及び密度を有する1次焼結体24は、元のペースト状態ではなく、しかも適当な軟らかさを有するので、加圧によってその材料が飛散して水晶振動片5に付着したり、キャビティ28内部に残存する虞がない。そのため、封止後の水晶振動片1の振動特性が劣化することなく、維持される。   Next, the upper and lower substrates 3 and 4 are aligned and superposed on the upper and lower surfaces of the intermediate crystal plate 2, respectively, and the primary sintered body and the metal thin films 14, 15, and 17 are brought into contact with each other. The secondary sintering process is performed by pressurizing in this manner. The primary sintered body 24 having the above-mentioned Young's modulus and density is not in the original paste state and has an appropriate softness, so that the material is scattered by pressure and adheres to the crystal vibrating piece 5, There is no possibility of remaining inside the cavity 28. Therefore, the vibration characteristics of the quartz crystal vibrating piece 1 after sealing are maintained without deterioration.

2次焼結処理の加圧条件は、中間水晶板や基板の寸法、接合面の大きさ、使用する前記金属ペースト封止材の量や厚さによって異なるが、本実施例では、例えば約39〜176N/mmの圧力を約10分間印加する。更に、例えば約200〜350℃の温度で加熱しながら加圧することによって、前記2次焼結処理をより良好に行うことができる。この加熱も比較的低温であるので、中間水晶板2の水晶振動片5に及ぼす熱ストレスは抑制される。 The pressurizing condition for the secondary sintering treatment varies depending on the dimensions of the intermediate crystal plate and the substrate, the size of the bonding surface, and the amount and thickness of the metal paste sealing material to be used. A pressure of ˜176 N / mm 2 is applied for about 10 minutes. Furthermore, the secondary sintering treatment can be performed more favorably by applying pressure while heating at a temperature of about 200 to 350 ° C., for example. Since this heating is also relatively low, thermal stress exerted on the quartz crystal vibrating piece 5 of the intermediate quartz plate 2 is suppressed.

この2次焼結処理によって、前記1次焼結体は、前記金属粒子がより緻密に融着して、図5(B)に示すポーラス構造の前記隙間を完全に圧潰し、図5(C)に例示するように再結晶化した接合膜25を形成する。接合膜25〜27は、前記上側及び下側基板の各金属薄膜14,15,17との界面においても、これら金属薄膜と前記金属粒子が緊密に結合して一体化する。これにより、中間水晶板2と上側及び下側基板3、4とがそれぞれ高い気密性をもって接合され、それらの間に画定されるキャビティ28内に、水晶振動片5が基端部5aで片持ちに浮いた状態で封止される。   By this secondary sintering treatment, the primary sintered body is more densely fused with the metal particles, completely crushing the gap of the porous structure shown in FIG. The recrystallized bonding film 25 is formed as illustrated in FIG. The bonding films 25 to 27 are integrated by tightly bonding the metal thin films and the metal particles at the interfaces with the metal thin films 14, 15, and 17 of the upper and lower substrates. Accordingly, the intermediate crystal plate 2 and the upper and lower substrates 3 and 4 are bonded with high airtightness, and the crystal vibrating piece 5 is cantilevered at the base end portion 5a in the cavity 28 defined between them. Sealed in a floating state.

前記2次焼結処理を真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気内で行うと、水晶振動片5を真空封止又はガス封止することができる。接合される中間水晶板2の前記1次焼結体と上側及び下側基板3,4の前記金属薄膜とを、2次焼結処理前に公知のプラズマ処理やイオンビーム処理などで表面活性化、清浄化しておくと、より良好にかつ安定して接合でき、接合信頼性が向上する。   When the secondary sintering process is performed in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere, the crystal vibrating piece 5 can be vacuum-sealed or gas-sealed. Surface activation of the primary sintered body of the intermediate crystal plate 2 to be joined and the metal thin films of the upper and lower substrates 3 and 4 by a known plasma treatment or ion beam treatment before the secondary sintering treatment. If cleaned, the bonding can be performed better and stably, and the bonding reliability is improved.

上述したように、本発明の金属ペースト封止材は、塗布時だけでなく、1次及び2次焼結処理後も十分かつ良好な形状性を維持し、かつ2次焼結処理後に金属粒子の再結晶化により高い気密性を発揮するので、外枠6における封止幅を従来よりも大幅に狭くすることが可能になる。その結果、中間水晶板2の外形寸法を小さくして水晶振動子1全体を小型化することができる。また、外枠6の外郭寸法を維持しつつキャビティ28の寸法を大きくし、その分だけ実装可能な水晶振動片5の外形寸法を大きくして、水晶振動子の特性を向上させることができる。   As described above, the metal paste sealing material of the present invention maintains sufficient and good shape properties not only at the time of application but also after the primary and secondary sintering treatments, and the metal particles after the secondary sintering treatment. Since high airtightness is exhibited by recrystallization, the sealing width in the outer frame 6 can be made significantly narrower than before. As a result, it is possible to reduce the overall dimensions of the quartz crystal resonator 1 by reducing the external dimensions of the intermediate crystal plate 2. In addition, it is possible to improve the characteristics of the crystal resonator by increasing the size of the cavity 28 while maintaining the outline size of the outer frame 6 and increasing the external size of the crystal resonator element 5 that can be mounted.

また、本発明によれば、前記1次焼結処理で前記金属ペースト封止材の有機溶剤及び樹脂が十分に蒸発しているので、2次焼結処理において1次焼結体から前記有機溶剤又は樹脂のアウタガスが発生したり、水晶振動子1のキャビティ28内に残留することはない。また、接合後に接合膜25〜27から経時的に前記有機溶剤又は樹脂のアウタガスが発生する虞もない。従って、水晶振動子1の品質及び周波数特性を長期間に亘って良好に維持することができる。   According to the present invention, since the organic solvent and the resin of the metal paste sealing material are sufficiently evaporated in the primary sintering process, the organic solvent is removed from the primary sintered body in the secondary sintering process. Alternatively, resin outer gas is not generated and does not remain in the cavity 28 of the crystal unit 1. Further, there is no possibility that the organic solvent or the resin outer gas is generated from the bonding films 25 to 27 with time after the bonding. Therefore, the quality and frequency characteristics of the crystal unit 1 can be maintained well over a long period of time.

別の実施例では、前記上側及び下側基板の金属薄膜14,15,17にも、前記金属ペースト封止材を塗布することができる。これら金属薄膜上の前記金属ペースト封止材は、中間水晶板2の場合と同様に加熱することにより1次焼結処理を行い、前記ポーラス構造の1次焼結体を形成する。次に、上側及び下側基板3、4と中間水晶板2とをそれぞれ位置合わせして重ね合わせ、それらの1次焼結体同士を接触させて、上記実施例と同様に加圧することにより、2次焼結処理を行う。1次焼結体同士の界面では、金属粒子が緊密に融着して再結晶化し、実質的に1つの接合膜を形成する。従って、中間水晶板2と上側及び下側基板3、4とをより強固に接合することができる。   In another embodiment, the metal paste sealing material can be applied to the metal thin films 14, 15, 17 on the upper and lower substrates. The metal paste sealing material on these metal thin films is subjected to a primary sintering process by heating in the same manner as in the case of the intermediate crystal plate 2 to form a primary sintered body having the porous structure. Next, the upper and lower substrates 3 and 4 and the intermediate crystal plate 2 are aligned and overlapped, and the primary sintered bodies are brought into contact with each other and pressed in the same manner as in the above embodiment. A secondary sintering process is performed. At the interface between the primary sintered bodies, the metal particles are closely fused and recrystallized to substantially form one bonding film. Therefore, the intermediate crystal plate 2 and the upper and lower substrates 3 and 4 can be bonded more firmly.

また、別の実施例では、前記金属ペースト封止材を前記中間水晶板ではなく、前記上側及び下側基板の金属薄膜14,15,17にのみ塗布することもできる。前記1次焼結処理は前記上側及び下側基板についてのみ行うので、その加熱温度が中間水晶板2の水晶振動片に影響を与える虞はない。   In another embodiment, the metal paste sealing material can be applied only to the metal thin films 14, 15, and 17 of the upper and lower substrates, not the intermediate crystal plate. Since the primary sintering process is performed only on the upper and lower substrates, there is no possibility that the heating temperature will affect the crystal vibrating piece of the intermediate crystal plate 2.

更に別の実施例では、中間水晶板2と上側基板3又は下側基板4の一方を先に接合し、その後に他方を接合することができる。この後の接合工程では、2次焼結処理を真空又は所定のガス雰囲気内で行うことにより、水晶振動片5を真空封止又はガス封止することができる。更にこの2次焼結処理を行う際に、水晶ウエハを適当な温度で加熱しながら加圧することもできる。   In still another embodiment, one of the intermediate crystal plate 2 and the upper substrate 3 or the lower substrate 4 can be bonded first, and then the other can be bonded. In the subsequent bonding step, the quartz crystal vibrating piece 5 can be vacuum-sealed or gas-sealed by performing the secondary sintering process in a vacuum or in a predetermined gas atmosphere. Furthermore, when performing the secondary sintering process, the quartz wafer can be pressurized while being heated at an appropriate temperature.

次に、本発明の方法を適用して、多数の水晶振動子1を一括して製造する工程を説明する。先ず、図6(A)に示すように、複数の中間水晶板2を縦及び横方向に連続して配置した大型の中間水晶ウエハ30を準備する。各中間水晶板2の水晶振動片5及び外枠6の形状は、水晶ウエハを例えばフォトエッチングすることにより形成する。中間水晶ウエハ30上下両面の水晶振動片5及び外枠6に対応する領域には、導電材料を蒸着、スパッタリングなどで成膜しかつパターニングすることにより、前記励振電極、配線膜及び導電金属薄膜が形成される。   Next, a process of manufacturing a large number of crystal resonators 1 by applying the method of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 6A, a large intermediate crystal wafer 30 in which a plurality of intermediate crystal plates 2 are continuously arranged in the vertical and horizontal directions is prepared. The shapes of the crystal vibrating piece 5 and the outer frame 6 of each intermediate crystal plate 2 are formed by, for example, photoetching the crystal wafer. In the regions corresponding to the crystal vibrating pieces 5 and the outer frame 6 on the upper and lower surfaces of the intermediate crystal wafer 30, the excitation electrode, the wiring film, and the conductive metal thin film are formed by depositing and patterning a conductive material by vapor deposition, sputtering, or the like. It is formed.

これと並行して、複数の上側基板3及び下側基板4をそれぞれ縦及び横方向に連続して配置した大型の上側水晶ウエハ31及び下側水晶ウエハ32を準備する。両水晶ウエハ31,32には、それぞれ中間水晶ウエハ30との対向面に複数の凹部3a、4aが、例えばエッチングまたはサンドブラスト加工などにより形成される。更に両水晶ウエハ31,32には、上側基板3下面の金属薄膜14及び下側基板4上面の金属薄膜15、17にそれぞれ対応する金属薄膜(図示せず)が、中間水晶ウエハ30との対向面に蒸着、スパッタリングなどにより形成される。下側水晶ウエハ32には、縦及び横方向に直交する下側基板4の外郭線の交点にそれぞれ円形貫通孔33が形成される。下側水晶ウエハ32の下面には、各下側基板4下面の外部への引出電極が形成される。   In parallel with this, a large upper crystal wafer 31 and a lower crystal wafer 32 are prepared in which a plurality of upper substrates 3 and lower substrates 4 are continuously arranged in the vertical and horizontal directions, respectively. In both the quartz wafers 31 and 32, a plurality of recesses 3a and 4a are formed on the surface facing the intermediate quartz wafer 30 by, for example, etching or sandblasting. Further, on both crystal wafers 31 and 32, metal thin films (not shown) respectively corresponding to the metal thin film 14 on the lower surface of the upper substrate 3 and the metal thin films 15 and 17 on the upper surface of the lower substrate 4 are opposed to the intermediate crystal wafer 30. It is formed on the surface by vapor deposition, sputtering or the like. In the lower crystal wafer 32, circular through holes 33 are formed at the intersections of the outlines of the lower substrate 4 perpendicular to the vertical and horizontal directions, respectively. On the lower surface of the lower crystal wafer 32, an extraction electrode to the outside of the lower surface of each lower substrate 4 is formed.

次に、図6(B)に示すように、本発明の金属ペースト封止材34、35を、中間水晶ウエハ30上下両面の外枠6に対応する領域の前記導電金属薄膜上に塗布する。金属ペースト封止材34、35は、上述した配合により適度な粘性を有するので、スクリーン印刷によって所望の微細なパターンに容易に塗布しかつ該パターンを維持することができる。別の実施例では、図6(B)に想像線で示すようにディスペンサ36を用いて連続的に、又はインクジェット法により連続するドット状に塗布することができる。本発明の金属ペースト封止材は、上述した配合によって、直径0.1mm、厚さ15μmのドット状に塗布することが可能である。   Next, as shown in FIG. 6B, the metal paste sealing materials 34 and 35 of the present invention are applied on the conductive metal thin film in the region corresponding to the outer frame 6 on the upper and lower surfaces of the intermediate crystal wafer 30. Since the metal paste sealing materials 34 and 35 have an appropriate viscosity according to the above-described composition, they can be easily applied to a desired fine pattern by screen printing and can be maintained. In another embodiment, as shown by an imaginary line in FIG. 6B, it can be applied continuously using a dispenser 36 or in a continuous dot shape by an ink jet method. The metal paste sealing material of the present invention can be applied in the form of dots having a diameter of 0.1 mm and a thickness of 15 μm by the above-described formulation.

更に別の実施例では、前記金属ペースト封止材を塗布すべき領域を画定するようにレジストフレームを形成し、その内側に前記金属ペースト封止材を充填して塗布することができる。このレジストフレームは、フォトリソグラフィ技術を利用してフォトレジストをパターニングすることにより高精度に形成でき、前記金属ペースト封止材の塗布後に又は1次焼成処理後に容易に除去することができる。   In still another embodiment, a resist frame may be formed so as to define a region where the metal paste sealing material is to be applied, and the metal paste sealing material may be filled and applied inside the resist frame. The resist frame can be formed with high accuracy by patterning a photoresist using a photolithography technique, and can be easily removed after application of the metal paste sealing material or after a primary baking process.

次に、中間水晶ウエハ30を、図1(A)の場合と同様にホットプレート等により約200〜300℃の温度で所定の時間加熱して、1次焼結処理を行う。これにより、金属ペースト封止材34、35を焼結して、前記ポーラス構造の1次焼結体を形成する。この中間水晶ウエハ30の上下各面に、図7(A)に示すように上側及び下側水晶ウエハ31,32をそれぞれ位置合わせして重ね合わせ、図1(B)の場合と同様に加圧して、2次焼結処理を行う。   Next, the intermediate crystal wafer 30 is heated by a hot plate or the like at a temperature of about 200 to 300 ° C. for a predetermined time similarly to the case of FIG. Thereby, the metal paste sealing materials 34 and 35 are sintered to form a primary sintered body having the porous structure. As shown in FIG. 7A, the upper and lower crystal wafers 31 and 32 are aligned and superposed on the upper and lower surfaces of the intermediate crystal wafer 30 and pressed in the same manner as in FIG. 1B. Then, a secondary sintering process is performed.

前記2次焼結処理は、前記水晶ウエハを例えば約200〜350℃の温度で加熱しながら行うことができる。また、前記2次焼結処理は、真空又は所定のガス雰囲気内で行うことにより、同様に各水晶振動片5を真空封止又はガス封止することができる。更に、前記中間水晶ウエハの上下両面の1次焼結体と前記上側及び下側水晶ウエハの各金属薄膜を、適当な反応ガスでプラズマ処理し又はイオンビームを照射して一様に表面活性化することによって、より良好かつ安定した接合及び接合信頼性の向上を図ることができる。   The secondary sintering process can be performed while heating the quartz wafer at a temperature of about 200 to 350 ° C., for example. Further, the secondary sintering process can be performed in a vacuum or in a predetermined gas atmosphere, whereby each crystal vibrating piece 5 can be similarly vacuum-sealed or gas-sealed. Furthermore, the primary sintered bodies on both the upper and lower surfaces of the intermediate crystal wafer and the respective metal thin films on the upper and lower crystal wafers are subjected to plasma treatment with an appropriate reaction gas or uniformly activated by irradiation with an ion beam. By doing so, it is possible to achieve better and more stable bonding and improvement in bonding reliability.

このようにして、中間水晶ウエハ30と上側及び下側水晶ウエハ31,32とを気密に接合した図7(B)の水晶ウエハ積層体37が得られる。同図に示すように、水晶ウエハ積層体37を縦横に直交する水晶振動子の外郭線38に沿って、ダイシングなどにより切断分割して個片化することにより、図1に示す水晶振動子1が完成する。各下側基板4底面の前記引出電極は、ダイシング前の水晶ウエハ積層体37の状態でスパッタなどにより形成することもできる。   In this way, the crystal wafer laminate 37 of FIG. 7B is obtained in which the intermediate crystal wafer 30 and the upper and lower crystal wafers 31 and 32 are hermetically bonded. As shown in FIG. 1, the crystal wafer laminate 37 is cut and divided by dicing or the like along the outline 38 of the crystal vibrator perpendicular to the length and breadth, and separated into individual pieces. Is completed. The extraction electrode on the bottom surface of each lower substrate 4 can also be formed by sputtering or the like in the state of the crystal wafer laminate 37 before dicing.

図8に示すように、本発明の金属ペースト封止材を図6(A)の中間水晶ウエハ30にスクリーン印刷で塗布した。金属ペースト封止材39は、ダイシングのために外郭線38の両側に一定幅の領域30aを残すように、各外枠6に矩形枠状の微細なパターンに形成した。金属ペースト封止材39の組成及び物性を次のように設定した。
組成: 金属(Au)粒子含有量: 88wt%、平均粒子径0.3μm
有機溶剤含有量: 10.4wt%
樹脂含有量: 1.6wt%
物性: 粘度: 190Pa・s
チクソ比: 4.9
この結果金属ペースト封止材39は、外寸2.95mm(L1)×1.25mm(W1)、内寸2.85mm(L2)×1.15mm(W2)、線幅0.05mmの矩形枠状に微細パターンを形成することができた。
As shown in FIG. 8, the metal paste sealing material of the present invention was applied to the intermediate crystal wafer 30 of FIG. 6 (A) by screen printing. The metal paste sealing material 39 was formed in a fine pattern of a rectangular frame shape on each outer frame 6 so as to leave a region 30a having a constant width on both sides of the outline 38 for dicing. The composition and physical properties of the metal paste sealing material 39 were set as follows.
Composition: Metal (Au) particle content: 88 wt%, average particle size 0.3 μm
Organic solvent content: 10.4 wt%
Resin content: 1.6wt%
Physical properties: Viscosity: 190 Pa · s
Thixo ratio: 4.9
As a result, the metal paste sealing material 39 is a rectangular frame having an outer dimension of 2.95 mm (L1) × 1.25 mm (W1), an inner dimension of 2.85 mm (L2) × 1.15 mm (W2), and a line width of 0.05 mm. A fine pattern could be formed.

別の実施例では、中間水晶ウエハ30と上側水晶ウエハ31又は下側水晶ウエハ32の一方を先に接合し、その後に他方を接合することができる。この場合、3枚目の前記水晶ウエハを接合する後の工程で、2次焼結処理を真空又は所定のガス雰囲気内で行うことにより、各水晶振動片5を真空封止又はガス封止することができる。   In another embodiment, one of the intermediate crystal wafer 30 and the upper crystal wafer 31 or the lower crystal wafer 32 can be bonded first, followed by the other. In this case, in the step after the third crystal wafer is bonded, the secondary sintering process is performed in a vacuum or in a predetermined gas atmosphere, whereby each crystal vibrating piece 5 is vacuum sealed or gas sealed. be able to.

また、先に2枚の前記水晶ウエハを接合した状態で、水晶振動片5毎に特性試験及び周波数の測定を行うことができる。更に、例えばレーザ光の照射等により各水晶振動子5の励振電極を部分的に削除して、その周波数を個別に調整することができる。   In addition, it is possible to perform a characteristic test and a frequency measurement for each crystal vibrating piece 5 in a state where the two crystal wafers are bonded together. Further, for example, the excitation electrode of each crystal resonator 5 can be partially deleted by laser light irradiation or the like, and the frequency thereof can be adjusted individually.

この場合、中間水晶ウエハ30は、予め各外枠6の上下各面に前記導電金属薄膜を、水晶振動子の外郭線38に沿ってダイシングする線幅分だけ除いてパターニングする。同様に上側及び下側水晶ウエハ31,32は、予めそれぞれ前記上側及び下側基板の各金属薄膜14,15,17に対応する前記金属薄膜を、水晶振動子の外郭線38に沿うダイシングの線幅だけ除いてパターニングする。金属ペースト封止材34、35は、上述したように形状性が良くかつ前記導電金属薄膜上にのみ塗布される。従って、中間水晶ウエハ30の各水晶振動片5は、1次及び2次焼結処理の前後においても、ウエハの状態で隣接する他の水晶振動片から電気的に分離独立している。   In this case, the intermediate crystal wafer 30 is patterned on the upper and lower surfaces of each outer frame 6 in advance by removing the conductive metal thin film by the line width that is diced along the outline 38 of the crystal resonator. Similarly, the upper and lower crystal wafers 31 and 32 are formed by dicing the metal thin films corresponding to the metal thin films 14, 15 and 17 of the upper and lower substrates in advance along the outline 38 of the crystal resonator. Patterning is performed except for the width. As described above, the metal paste sealing materials 34 and 35 have good shape and are applied only on the conductive metal thin film. Therefore, each crystal vibrating piece 5 of the intermediate crystal wafer 30 is electrically separated and independent from other adjacent crystal vibrating pieces in the wafer state even before and after the primary and secondary sintering processes.

本発明は、上記第1実施例と異なる様々なパッケージ構造の圧電デバイスについても、同様に適用することができる。図9(A)、(B)は、本発明の方法により第2実施例の水晶振動子を封止する工程を説明している。本実施例の水晶振動子41は、絶縁材料からなる矩形箱状のベース42と平板状のリッド43とからなるパッケージ構成を有する。ベース42は、図9(A)及び図10に示すように、複数のセラミック材料薄板42a〜42cを積層して、上部を開放した箱型に形成する。ベース42内部に画定されるキャビティ44には、水晶振動片45が実装されている。   The present invention can be similarly applied to piezoelectric devices having various package structures different from those of the first embodiment. 9A and 9B illustrate a process of sealing the crystal resonator of the second embodiment by the method of the present invention. The crystal unit 41 of the present embodiment has a package configuration including a rectangular box-shaped base 42 made of an insulating material and a flat lid 43. As shown in FIGS. 9A and 10, the base 42 is formed in a box shape in which a plurality of ceramic material thin plates 42 a to 42 c are stacked and the upper part is opened. A quartz crystal vibrating piece 45 is mounted in the cavity 44 defined inside the base 42.

本実施例の水晶振動片45は、例えばATカット水晶板からなる厚みすべりモードの振動片であり、その上下各面には励振電極46,46が形成され、かつ一方の端部即ち基端部45aには、左右に前記各励振電極からの引出電極47,47が形成されている。ベース42のキャビティ44底面には、長手方向の一方の端部付近に1対の電極パッド48,48が形成されている。水晶振動片45は、基端部45aにおいて各引出電極47,47を対応する電極パッド48,48に導電性接着剤49で固定することにより、電気的に接続されかつ片持ちで概ね水平に支持されている。   The quartz crystal vibrating piece 45 of this embodiment is a thickness-slip mode vibrating piece made of, for example, an AT-cut quartz plate. Exciting electrodes 46 and 46 are formed on the upper and lower surfaces, and one end portion, that is, the base end portion. 45a is formed with extraction electrodes 47, 47 from the respective excitation electrodes on the left and right. On the bottom surface of the cavity 44 of the base 42, a pair of electrode pads 48, 48 are formed near one end in the longitudinal direction. The quartz crystal vibrating piece 45 is electrically connected and cantilevered substantially horizontally by fixing each extraction electrode 47, 47 to the corresponding electrode pad 48, 48 at the base end portion 45a with a conductive adhesive 49. Has been.

本実施例のリッド43は、図11に示すように、ガラス材料からなる平坦な矩形の薄板50で形成される。リッド43の下面には、金属薄膜51が全面に被覆されている。金属薄膜51は、図11に想像線で示すように、リッド43下面の周辺部に沿って、ベース42上端面と接合される領域43aにのみ形成しても良い。別の実施例では、リッド43を水晶やセラミック等の絶縁材料やコバール、SUS等の金属材料の薄板で形成することができる。リッド43が金属材料からなる場合、その材質に応じて金属薄膜51を省略し、その金属面をそのまま接合面として使用することもできる。   As shown in FIG. 11, the lid 43 of this embodiment is formed of a flat rectangular thin plate 50 made of a glass material. A metal thin film 51 is entirely covered on the lower surface of the lid 43. The metal thin film 51 may be formed only in the region 43a joined to the upper end surface of the base 42 along the peripheral portion of the lower surface of the lid 43, as indicated by an imaginary line in FIG. In another embodiment, the lid 43 can be formed of a thin plate of an insulating material such as quartz or ceramic, or a metal material such as Kovar or SUS. When the lid 43 is made of a metal material, the metal thin film 51 can be omitted depending on the material, and the metal surface can be used as it is as a bonding surface.

ベース42の上端面には、金属薄膜52が被着されている。リッド43及びベース42の各金属薄膜51,52は、第1実施例の上側及び下側基板3,4と同様に、スパッタリング、蒸着又はめっき等の方法で、例えばCr膜、Ni膜、Ni/Cr膜、Ti膜又はNi−Cr膜からなる下地膜の上にAu膜を積層して形成するのが好ましく、またはAl、Ag、Cu、Pd、Pt、Sn、Ti、Al/Si、又はNi/Crで形成することもできる。   A metal thin film 52 is attached to the upper end surface of the base 42. Similarly to the upper and lower substrates 3 and 4 of the first embodiment, the metal thin films 51 and 52 of the lid 43 and the base 42 are formed by a method such as sputtering, vapor deposition or plating, for example, Cr film, Ni film, Ni / Preferably, an Au film is laminated on a base film made of a Cr film, a Ti film, or a Ni—Cr film, or Al, Ag, Cu, Pd, Pt, Sn, Ti, Al / Si, or Ni It can also be formed of / Cr.

本発明の方法によれば、図9(A)に示すように、ベース42上端面の金属薄膜52上に上述した本発明の金属ペースト封止材53を塗布する。前記金属ペースト封止材の塗布は、同様にスクリーン印刷、ディスペンサ、又はインクジェット等の方法により行う。次に、第1実施例の場合と同様に、ベース42を約200〜300℃の比較的低温で加熱することにより、1次焼結処理を行う。これによって、金属ペースト封止材53は、その金属粒子が焼結して、前記ポーラス構造を有する1次焼結体を形成する。1次焼結処理の加熱は比較的低温であるので、それがベース42内の水晶振動片45に及ぼす熱ストレスは抑制される。   According to the method of the present invention, as shown in FIG. 9A, the above-described metal paste sealing material 53 of the present invention is applied onto the metal thin film 52 on the upper end surface of the base 42. The metal paste sealing material is similarly applied by a method such as screen printing, dispenser, or ink jet. Next, as in the case of the first embodiment, the base 42 is heated at a relatively low temperature of about 200 to 300 ° C. to perform the primary sintering process. Thereby, the metal paste sealing material 53 sinters the metal particles to form a primary sintered body having the porous structure. Since the heating in the primary sintering process is at a relatively low temperature, the thermal stress exerted on the crystal vibrating piece 45 in the base 42 is suppressed.

この状態で、水晶振動片45の特性試験及び周波数の測定を行い、更にレーザ光の照射等により励振電極46を部分的に削除して周波数を調整することができる。金属ペースト封止材53の塗布及び1次焼結処理は、水晶振動片45をベース42に実装する前又は後のいずれに行っても良い。   In this state, the characteristic test and frequency measurement of the crystal vibrating piece 45 can be performed, and the frequency can be adjusted by partially removing the excitation electrode 46 by laser light irradiation or the like. The application of the metal paste sealing material 53 and the primary sintering process may be performed either before or after the crystal vibrating piece 45 is mounted on the base 42.

次に、ベース42の上端面にリッド43を位置合わせして配置し、第1実施例の場合と同様の条件で加圧することにより、2次焼結処理を行う。前記1次焼結体は、上述したように適当な軟らかさを有するので、加圧によってその材料が飛散して水晶振動片45に付着したり、キャビティ44内部に残存する虞がない。そのため、封止後の水晶振動片41の振動特性が劣化することなく、維持される。   Next, the lid 43 is positioned and arranged on the upper end surface of the base 42, and a secondary sintering process is performed by applying pressure under the same conditions as in the first embodiment. Since the primary sintered body has an appropriate softness as described above, there is no possibility that the material is scattered by the pressurization and adheres to the crystal vibrating piece 45 or remains in the cavity 44. Therefore, the vibration characteristics of the quartz crystal vibrating piece 41 after sealing are maintained without deterioration.

図9(B)に示すように、2次焼結処理によって、前記1次焼結体は、前記金属粒子がより緻密に融着して再結晶化した接合膜54を形成する。接合膜54は、前記リッドの金属薄膜51との界面においても、該金属薄膜と前記金属粒子が緊密に結合して一体化し、ベース42とリッド43とを高い気密性をもって接合する。前記金属粒子が再結晶化した接合膜54は、従来のろう材による接合部のように高温環境下で再溶融する虞がないから、経時的に高い気密性が確保される。従って、水晶振動子41を回路基板等に実装した後に不良部品のリペアプロセスで加熱されても、気密性を損なう虞がなく、高い信頼性を維持することができる。   As shown in FIG. 9B, by the secondary sintering process, the primary sintered body forms a bonding film 54 in which the metal particles are fused more closely and recrystallized. The bonding film 54 also bonds and integrates the metal thin film and the metal particles closely at the interface between the lid and the metal thin film 51, and bonds the base 42 and the lid 43 with high airtightness. Since the bonding film 54 in which the metal particles are recrystallized does not have a possibility of being remelted in a high temperature environment unlike a bonding portion using a conventional brazing material, high airtightness is secured over time. Therefore, even if the crystal unit 41 is mounted on a circuit board or the like and heated by a repair process for defective parts, the airtightness is not impaired, and high reliability can be maintained.

更に、前記2次焼結処理は、例えば約200〜350℃の温度で加熱しながら加圧すると、より良好に行うことができる。この加熱も比較的低温であるので、水晶振動片45に及ぼす熱ストレスは抑制される。前記2次焼結処理は、真空又は所望のガス雰囲気内で行い、水晶振動片45を真空封止又はガス封止することができる。   Furthermore, the secondary sintering treatment can be performed more favorably by applying pressure while heating at a temperature of about 200 to 350 ° C., for example. Since this heating is also at a relatively low temperature, thermal stress on the quartz crystal vibrating piece 45 is suppressed. The secondary sintering process can be performed in a vacuum or in a desired gas atmosphere, and the crystal vibrating piece 45 can be vacuum sealed or gas sealed.

本実施例においても、本発明の金属ペースト封止材が、塗布時だけでなく1次及び2次焼結処理後も発揮する良好な形状性と、2次焼結処理後の金属粒子の再結晶化による高い気密性とによって、ベース42上端面における封止幅を従来よりも大幅に狭くすることが可能になる。その結果、ベ−ス42の外形寸法を小さくして水晶振動子41全体を小型化することができる。また、ベ−ス42の外郭寸法を維持しつつキャビティ44の寸法を大きくし、その分だけ実装可能な水晶振動片45の外形寸法を大きくして、水晶振動子の特性を向上させることができる。   Also in this example, the metal paste sealing material of the present invention exhibits a good shape that is exhibited not only at the time of application but also after the primary and secondary sintering treatments, and the re-treatment of the metal particles after the secondary sintering treatment. Due to the high airtightness due to crystallization, the sealing width at the upper end surface of the base 42 can be made much narrower than before. As a result, the overall dimensions of the crystal unit 41 can be reduced by reducing the outer dimensions of the base 42. In addition, the size of the cavity 44 can be increased while maintaining the outer dimensions of the base 42, and the external dimensions of the crystal resonator element 45 that can be mounted can be increased accordingly, thereby improving the characteristics of the crystal resonator. .

同様に、本発明の金属ペースト封止材をベース42上端面だけでなく、リッド43の金属薄膜51にも塗布し、1次焼結処理により前記ポーラス構造の1次焼結体を形成し、これをベース43上端面の前記1次焼結体と接触させて2次焼結処理を行うことができる。また、本発明の金属ペースト封止材をリッド43の金属薄膜51にのみ塗布し、1次焼結処理により前記ポーラス構造の1次焼結体を形成し、これをベース42上端面の金属薄膜52と直接接触させて2次焼結処理を行うことができる。この場合、前記1次焼結処理はリッド43についてのみ行うので、その加熱温度がベース42に実装した水晶振動片45に影響を与える虞はない。   Similarly, the metal paste sealing material of the present invention is applied not only to the upper end surface of the base 42 but also to the metal thin film 51 of the lid 43, and a primary sintered body having the porous structure is formed by a primary sintering process. A secondary sintering process can be performed by bringing this into contact with the primary sintered body on the upper end surface of the base 43. Further, the metal paste sealing material of the present invention is applied only to the metal thin film 51 of the lid 43 to form a primary sintered body of the porous structure by primary sintering treatment, and this is formed into a metal thin film on the upper end surface of the base 42. The secondary sintering process can be performed in direct contact with 52. In this case, since the primary sintering process is performed only on the lid 43, there is no possibility that the heating temperature affects the crystal vibrating piece 45 mounted on the base 42.

本発明は、上記第1及び第2実施例と異なるパッケージ構造の圧電デバイスについても同様に適用することができる。図12は、第2実施例に類似したパッケージ構造の水晶発振器61を示している。水晶発振器61は、第2実施例のベース42と同様に、複数のセラミック材料薄板を積層しかつ上部を開放した箱型に形成され、その内部に画定されるキャビティ64内に水晶振動片65が実装されている。   The present invention can be similarly applied to a piezoelectric device having a package structure different from those of the first and second embodiments. FIG. 12 shows a crystal oscillator 61 having a package structure similar to that of the second embodiment. Similarly to the base 42 of the second embodiment, the crystal oscillator 61 is formed in a box shape in which a plurality of thin ceramic material plates are stacked and the upper part is opened, and a crystal vibrating piece 65 is placed in a cavity 64 defined therein. Has been implemented.

水晶振動片65は、ATカット水晶板からなる厚みすべりモードの振動片であり、その上下各面に励振電極66,66が形成され、かつ一方の端部即ち基端部65aに前記各励振電極からの引出電極67,67が形成されている。ベース62のキャビティ64底面には、その長手方向の一方の端部付近に1対の電極パッド68,68が形成されている。水晶振動片65は、基端部65aにおいて前記各引出電極を対応する電極パッド68,68に導電性接着剤69で固定することにより、電気的に接続されかつ片持ちで概ね水平に支持されている。   The quartz crystal vibrating piece 65 is a thickness-slip mode vibrating piece made of an AT-cut quartz plate. Exciting electrodes 66 and 66 are formed on the upper and lower surfaces thereof, and each of the exciting electrodes is provided at one end, that is, the base end 65a. Lead-out electrodes 67 and 67 are formed. On the bottom surface of the cavity 64 of the base 62, a pair of electrode pads 68, 68 are formed near one end in the longitudinal direction. The crystal vibrating piece 65 is electrically connected and cantilevered substantially horizontally by fixing each extraction electrode to the corresponding electrode pad 68, 68 at the base end portion 65a with a conductive adhesive 69. Yes.

図13に示すように、ベース62の上端面には、その外周に沿って所定幅の金属薄膜70が被着されている。更に、ベース62の長手方向両端部の上端面には、金属薄膜70の内側にかつ該金属薄膜から離隔して、それぞれボンディングパッド71,72が形成されている。前記各ボンディングパッドは、図示しない配線により水晶振動片65の前記励振電極又は外部の電源、回路等に接続される端子として使用される。   As shown in FIG. 13, a metal thin film 70 having a predetermined width is deposited on the upper end surface of the base 62 along the outer periphery thereof. Furthermore, bonding pads 71 and 72 are formed on the upper end surfaces of both ends in the longitudinal direction of the base 62 inside the metal thin film 70 and apart from the metal thin film. Each of the bonding pads is used as a terminal connected to the excitation electrode of the crystal vibrating piece 65 or an external power source, circuit, or the like by a wiring (not shown).

本実施例のリッド63は、シリコン材料の平坦な矩形薄板で形成される。図14に示すように、リッド63の下面には、その外周に沿ってベース62上端面と接合される部分に所定幅の金属被膜73が被着されている。金属被膜73の内側には、リッド63の長手方向両端部にボンディングパッド74,75が、それぞれベース62上端面のボンディングパッド71,72に直接接続する端子として、それらに対応する位置に設けられている。更に、リッド63の金属被膜73の内側領域には、水晶振動片65の駆動を制御するための集積回路及びそれとボンディングパッド74,75とを接続する配線が形成されている(図示せず)。   The lid 63 of this embodiment is formed of a flat rectangular thin plate made of silicon material. As shown in FIG. 14, a metal coating 73 having a predetermined width is attached to the lower surface of the lid 63 at a portion joined to the upper end surface of the base 62 along the outer periphery thereof. Inside the metal coating 73, bonding pads 74 and 75 are provided at both ends in the longitudinal direction of the lid 63 as terminals directly connected to the bonding pads 71 and 72 on the upper end surface of the base 62, respectively. Yes. Further, an integrated circuit for controlling the driving of the crystal vibrating piece 65 and a wiring connecting the bonding pad 74 and 75 are formed in an inner region of the metal film 73 of the lid 63 (not shown).

ベース62とリッド63とは、本発明の方法を利用して、図15(A)(B)に示すように接合される。第2実施例の場合と同様に、ベース62上端面の金属薄膜70上に本発明の金属ペースト封止材76を、上述したスクリーン印刷等の方法で塗布する。ベース62を約200〜300℃の比較的低温で加熱して1次焼結処理を行い、金属ペースト封止材76をポーラス構造の1次焼結体にする。他方、ベース62の前記各ボンディングパッド上には、図15(A)に示すように、例えばAuボール78を溶着させてバンプを形成する。前記バンプには、Au以外にはんだ等の様々な公知の導電材料を用いることができる。また前記バンプは、ベース62のボンディングパッドではなく、リッド63の各ボンディングパッド上に形成しても良い。   The base 62 and the lid 63 are joined as shown in FIGS. 15A and 15B using the method of the present invention. As in the case of the second embodiment, the metal paste sealing material 76 of the present invention is applied on the metal thin film 70 on the upper end surface of the base 62 by the above-described method such as screen printing. The base 62 is heated at a relatively low temperature of about 200 to 300 ° C. to perform a primary sintering process, and the metal paste sealing material 76 is made a primary sintered body having a porous structure. On the other hand, on each bonding pad of the base 62, as shown in FIG. 15A, for example, Au balls 78 are welded to form bumps. In addition to Au, various known conductive materials such as solder can be used for the bumps. The bumps may be formed on the bonding pads of the lid 63 instead of the bonding pads of the base 62.

次に、図15(B)に示すように、ベース62の上端面にリッド63を位置合わせして配置し、上記各実施例と同様に加熱しつつ加圧して2次焼結処理を行う。これにより、金属ペースト封止材76の前記1次焼結体は、それに含まれる金属粒子が緻密に融着して再結晶化し、ベース62の金属薄膜70及びリッド63の金属被膜73と一体化して接合膜77を形成する。これと同時に、2次焼結処理の加熱加圧作用によって、各バンプ79がリッド63の前記各ボンディングパッドに溶着する。これにより、ベース62の各ボンディングパッド71,72とリッド63の対応するボンディングパッド74,75とを電気的に接続される。   Next, as shown in FIG. 15B, a lid 63 is positioned and arranged on the upper end surface of the base 62, and a secondary sintering process is performed by applying pressure while heating in the same manner as in the above embodiments. As a result, the primary sintered body of the metal paste sealing material 76 is recrystallized because the metal particles contained therein are densely fused, and integrated with the metal thin film 70 of the base 62 and the metal coating 73 of the lid 63. Thus, the bonding film 77 is formed. At the same time, the bumps 79 are welded to the bonding pads of the lid 63 by the heating and pressing action of the secondary sintering process. Thereby, the bonding pads 71 and 72 of the base 62 and the corresponding bonding pads 74 and 75 of the lid 63 are electrically connected.

ベース62の前記ボンディングパッドとリッド63の前記ボンディングパッドとは、Au等の金属バンプ以外に、公知の様々な導電接続材料により電気的に接続することができる。例えば、導電性接着剤や導電ペースト、金属ペースト等を用いることができる。   The bonding pad of the base 62 and the bonding pad of the lid 63 can be electrically connected by various known conductive connection materials other than metal bumps such as Au. For example, a conductive adhesive, a conductive paste, a metal paste, or the like can be used.

接合膜77によって、ベース62とリッド63とは高い気密性をもって接合され、水晶振動片65をパッケージ内部に真空封止又はガス封止する。更に本実施例によれば、水晶振動片65を実装したベース62に該水晶振動片の駆動用ICチップとして機能するリッド63を気密に接合することによって、より小型化かつ低背化した表面実装型の水晶発振器を実現することができる。   The base film 62 and the lid 63 are bonded with high airtightness by the bonding film 77, and the crystal vibrating piece 65 is vacuum sealed or gas sealed inside the package. Further, according to the present embodiment, the surface mounting is further reduced in size and height by airtightly bonding the lid 63 functioning as a driving IC chip for the crystal vibrating piece to the base 62 on which the crystal vibrating piece 65 is mounted. Type crystal oscillator can be realized.

このように水晶振動片を駆動するICチップを一体化した水晶発振器は、第1実施例のパッケージ構造についても適用することができる。図16は、そのような第1実施例に類似するパッケージ構造の水晶発振器81を示している。水晶発振器81は、第1実施例の水晶振動子1と同様に、水晶振動片を有する中間水晶板82の上下に、パッケージの蓋となる上側基板83及びベースとなる下側基板84を積層して一体に接合される。本実施例は、中間水晶板82が一様な厚さのATカット水晶板で形成され、下側基板84が水晶薄板やガラス材料又はシリコン等で形成されるのに対し、上側基板83はシリコン材料で形成される。   Thus, the crystal oscillator in which the IC chip for driving the crystal resonator element is integrated can be applied to the package structure of the first embodiment. FIG. 16 shows a crystal oscillator 81 having a package structure similar to that of the first embodiment. Similar to the crystal resonator 1 of the first embodiment, the crystal oscillator 81 is formed by laminating an upper substrate 83 serving as a lid of a package and a lower substrate 84 serving as a base above and below an intermediate crystal plate 82 having a crystal resonator element. Are joined together. In this embodiment, the intermediate crystal plate 82 is formed of an AT-cut crystal plate having a uniform thickness, and the lower substrate 84 is formed of a crystal thin plate, a glass material, silicon, or the like, whereas the upper substrate 83 is formed of silicon. Formed of material.

中間水晶板82は、図17に示すように、厚みすべりモードの水晶振動片85と、その基端部85aで一体に結合された外枠86とを有する。水晶振動片85の上下各面には励振電極87,87が形成され、それぞれ基端部85aからそれを結合した側の外枠86の長手方向端部に配線膜87aが引き出される。外枠86上面には、その外周に沿って所定幅の導電金属薄膜88が形成されている。図示するように、本実施例では、導電金属薄膜88と配線膜87aとを分離させたが、電気的に接続させても良い。   As shown in FIG. 17, the intermediate crystal plate 82 includes a thickness-shear mode crystal vibrating piece 85 and an outer frame 86 that is integrally coupled at the base end portion 85 a. Excitation electrodes 87 and 87 are formed on the upper and lower surfaces of the crystal vibrating piece 85, and the wiring film 87a is drawn from the base end portion 85a to the end portion in the longitudinal direction of the outer frame 86 on the side where it is coupled. A conductive metal thin film 88 having a predetermined width is formed on the upper surface of the outer frame 86 along the outer periphery thereof. As shown in the figure, the conductive metal thin film 88 and the wiring film 87a are separated in this embodiment, but they may be electrically connected.

中間水晶板82の下面は、図2の中間水晶板2と同様に形成される。外枠86の下面には全周に亘って導電金属薄膜が形成され、水晶振動片85下面の励振電極から引き出された前記配線膜と電気的に接続されている。外枠86下面の水晶振動片85を結合した側の長手方向端部には、前記配線膜から分離した導電金属薄膜が形成され、スルーホール89を介して外枠86上面の配線膜87aと電気的に接続されている。更に外枠86の長手方向両端部の上面には、導電金属薄膜88の内側にかつ該金属薄膜から離隔して、それぞれボンディングパッド90,91が形成されている。ボンディングパッド90,91は、図示しない配線により水晶振動片85の前記励振電極又は外部の電源、回路等に接続される端子として使用される。   The lower surface of the intermediate crystal plate 82 is formed in the same manner as the intermediate crystal plate 2 of FIG. A conductive metal thin film is formed on the entire lower surface of the outer frame 86 and is electrically connected to the wiring film drawn from the excitation electrode on the lower surface of the crystal vibrating piece 85. A conductive metal thin film separated from the wiring film is formed at the longitudinal end of the lower surface of the outer frame 86 on the side where the crystal vibrating piece 85 is coupled. Connected. Further, bonding pads 90 and 91 are formed on the upper surface of both ends in the longitudinal direction of the outer frame 86 inside the conductive metal thin film 88 and apart from the metal thin film. The bonding pads 90 and 91 are used as terminals connected to the excitation electrode of the crystal vibrating piece 85 or an external power source, circuit, etc. by wiring not shown.

上側基板83は、図18に示すように、中間水晶板82との対向面即ち下面に凹部83aが形成されている。上側基板83下面の凹部83aを囲繞する周辺部が、中間水晶板82との接合面を構成し、前記外枠の導電金属薄膜88に対応する金属薄膜92で被覆されている。金属被膜92の内側には、上側基板83の長手方向両端部にボンディングパッド93,94が、それぞれ中間水晶板82の外枠86上面のボンディングパッド90,91に直接接続する端子として、それらに対応する位置に設けられている。更に上側基板83の金属被膜92の内側領域には、水晶振動片85の駆動を制御するための集積回路及びそれとボンディングパッド93,94とを接続する配線が形成されている(図示せず)。   As shown in FIG. 18, the upper substrate 83 has a recess 83 a formed on the surface facing the intermediate crystal plate 82, that is, the lower surface. A peripheral portion surrounding the concave portion 83a on the lower surface of the upper substrate 83 forms a joint surface with the intermediate crystal plate 82, and is covered with a metal thin film 92 corresponding to the conductive metal thin film 88 of the outer frame. Inside the metal film 92, bonding pads 93 and 94 are provided at both ends in the longitudinal direction of the upper substrate 83 as terminals directly connected to the bonding pads 90 and 91 on the upper surface of the outer frame 86 of the intermediate crystal plate 82, respectively. It is provided in the position to do. Further, an integrated circuit for controlling the driving of the crystal vibrating piece 85 and wirings connecting the bonding pads 93 and 94 to the inner region of the metal film 92 of the upper substrate 83 are formed (not shown).

中間水晶板82と上側及び下側基板83,84とは、本発明の方法を利用して接合される。第1実施例の場合と同様に、中間水晶板82の外枠86上下面の前記導電金属薄膜に本発明の金属ペースト封止材を塗布する。この中間水晶板82を約200〜300℃の比較的低温で加熱して1次焼結処理を行い、前記金属ペースト封止材をポーラス構造の1次焼結体にする。中間水晶板82の外枠86上面の前記各ボンディングパッド上には、図15(A)と同様に、Auボール等の様々な公知の導電材料からなるバンプを形成する。前記バンプは、中間水晶板82ではなく、上側基板83の前記各ボンディングパッド上に形成しても良い。   The intermediate crystal plate 82 and the upper and lower substrates 83 and 84 are bonded using the method of the present invention. As in the case of the first embodiment, the metal paste sealing material of the present invention is applied to the conductive metal thin films on the upper and lower surfaces of the outer frame 86 of the intermediate crystal plate 82. The intermediate crystal plate 82 is heated at a relatively low temperature of about 200 to 300 ° C. to perform a primary sintering process, and the metal paste sealing material is made a porous sintered body. On each of the bonding pads on the upper surface of the outer frame 86 of the intermediate crystal plate 82, bumps made of various known conductive materials such as Au balls are formed as in FIG. The bumps may be formed not on the intermediate crystal plate 82 but on the bonding pads of the upper substrate 83.

次に、中間水晶板82の上面及び下面に上側及び下側基板83、84をそれぞれ位置合わせして重ね合わせ、第1実施例と同様に加熱しつつ加圧して2次焼結処理を行う。これにより、中間水晶板82の上下面と上側及び下側基板83、84との間で、前記金属ペースト封止材の1次焼結体は、それに含まれる金属粒子が緻密に融着して再結晶化し、接合膜95,96を形成する。これと同時に、2次焼結処理の加熱加圧作用によって、バンプ97、98が溶着することにより、中間水晶板82の各ボンディングパッド90,91と上側基板83の対応するボンディングパッド93,94とを電気的に接続される。   Next, the upper and lower substrates 83 and 84 are aligned and superposed on the upper and lower surfaces of the intermediate crystal plate 82, respectively, and subjected to a secondary sintering process by applying pressure while heating as in the first embodiment. As a result, between the upper and lower surfaces of the intermediate crystal plate 82 and the upper and lower substrates 83 and 84, the primary sintered body of the metal paste sealing material has the metal particles contained therein densely fused. Recrystallization is performed to form bonding films 95 and 96. At the same time, the bumps 97 and 98 are welded by the heating and pressurizing action of the secondary sintering process, so that the bonding pads 90 and 91 of the intermediate crystal plate 82 and the corresponding bonding pads 93 and 94 of the upper substrate 83 Are electrically connected.

更に本発明は、音叉型水晶振動片を有する水晶振動子や水晶発振器等の水晶デバイスについても適用することができる。図19は、図1の第1実施例のパッケージ構造を有する音叉型水晶振動子101を示している。水晶振動子101は、第1実施例の水晶振動子1と同様に、水晶振動片を有する平板状の中間水晶板102の上下に、パッケージの蓋となる上側基板103及びベースとなる下側基板104を積層して一体に接合される。中間水晶板102は一様な厚さのATカット水晶板で形成され、上側及び下側基板103、104は好ましくは水晶薄板で、又はガラス材料やシリコン等で形成される。   Furthermore, the present invention can also be applied to crystal devices such as crystal resonators and crystal oscillators having a tuning fork type crystal resonator element. FIG. 19 shows a tuning fork type crystal resonator 101 having the package structure of the first embodiment of FIG. Similar to the crystal unit 1 of the first embodiment, the crystal unit 101 has an upper substrate 103 that serves as a lid of a package and a lower substrate that serves as a base above and below a flat intermediate crystal plate 102 having a crystal resonator element. 104 are laminated and joined together. The intermediate crystal plate 102 is formed of an AT-cut crystal plate having a uniform thickness, and the upper and lower substrates 103 and 104 are preferably formed of a crystal thin plate, glass material, silicon, or the like.

中間水晶板102は、図20(A)、(B)に示すように、1対の振動腕を有する音叉型水晶振動片105と、その基端部105aで一体に結合された外枠106とを有する。前記振動腕の表面に形成した一方の励振電極107は、基端部105aから引き出されて外枠106上面の導電金属薄膜108と電気的に接続されている。前記振動腕表面の他方の励振電極109は、同様に前記基端部から引き出されて外枠106下面の導電金属薄膜110と電気的に接続されている。外枠106の水晶振動片105を結合した側の長手方向端部は、スルーホール111内部の導電膜を介して、外枠106下面に導電金属薄膜110から分離した導電金属薄膜112が、外枠106上面の導電金属薄膜108と電気的に接続されている。   As shown in FIGS. 20A and 20B, the intermediate crystal plate 102 includes a tuning fork type crystal vibrating piece 105 having a pair of vibrating arms, and an outer frame 106 integrally coupled at a base end portion 105a thereof. Have One excitation electrode 107 formed on the surface of the vibrating arm is pulled out from the base end portion 105 a and is electrically connected to the conductive metal thin film 108 on the upper surface of the outer frame 106. Similarly, the other excitation electrode 109 on the surface of the vibrating arm is pulled out from the base end portion and electrically connected to the conductive metal thin film 110 on the lower surface of the outer frame 106. A conductive metal thin film 112 separated from the conductive metal thin film 110 on the lower surface of the outer frame 106 is disposed at the end in the longitudinal direction of the outer frame 106 on the side where the crystal vibrating piece 105 is coupled via the conductive film inside the through hole 111. The conductive metal thin film 108 on the upper surface 106 is electrically connected.

上側基板103は、図21に示すように、中間水晶板102との対向面に凹部103aが形成され、該凹部を取り囲む周辺部分即ち中間水晶板102との接合面に金属薄膜113が形成されている。下側基板104は、図22に示すように、中間水晶板102との対向面に凹部104aが形成され、該凹部を取り囲む周辺部分即ち中間水晶板102との接合面に、該中間水晶板下面の導電金属薄膜110,112に対応する金属薄膜114,115が形成されている。それら凹部により画定されるキャビティ内に、水晶振動片105はその基端部105aで片持ちに保持収容される。更に下側基板104には、その略中央に封止孔116が貫設されている。   As shown in FIG. 21, the upper substrate 103 has a concave portion 103a formed on the surface facing the intermediate crystal plate 102, and a metal thin film 113 formed on a peripheral portion surrounding the concave portion, that is, a bonding surface with the intermediate crystal plate 102. Yes. As shown in FIG. 22, the lower substrate 104 has a recess 104 a formed on the surface facing the intermediate crystal plate 102, and a peripheral portion surrounding the recess, that is, a joint surface with the intermediate crystal plate 102, Metal thin films 114 and 115 corresponding to the conductive metal thin films 110 and 112 are formed. The quartz crystal vibrating piece 105 is held and cantilevered at the base end portion 105a in the cavity defined by the concave portions. Further, the lower substrate 104 has a sealing hole 116 formed substantially at the center thereof.

中間水晶板102と上側及び下側基板103,104とは、本発明の方法を利用して接合される。第1実施例の場合と同様に、中間水晶板102の外枠106上下面の導電金属薄膜108,110,112に本発明の金属ペースト封止材を塗布する。この中間水晶板102を約200〜300℃の比較的低温で加熱して1次焼結処理を行い、前記金属ペースト封止材をポーラス構造の1次焼結体にする。次に、中間水晶板102の上面及び下面に上側及び下側基板103、104をそれぞれ位置合わせして重ね合わせ、加圧して2次焼結処理を行う。これにより、前記金属ペースト封止材の1次焼結体は、それに含まれる金属粒子が緻密に融着して再結晶化し、中間水晶板102の上下面と上側及び下側基板103、104との間に接合膜117〜119が形成され、水晶振動片105がパッケージ内に封止される。   The intermediate crystal plate 102 and the upper and lower substrates 103 and 104 are bonded using the method of the present invention. As in the case of the first embodiment, the metal paste sealing material of the present invention is applied to the conductive metal thin films 108, 110, and 112 on the upper and lower surfaces of the outer frame 106 of the intermediate crystal plate 102. The intermediate crystal plate 102 is heated at a relatively low temperature of about 200 to 300 ° C. to perform a primary sintering process, and the metal paste sealing material is made a porous sintered body. Next, the upper and lower substrates 103 and 104 are aligned and superposed on the upper and lower surfaces of the intermediate crystal plate 102, respectively, and pressed to perform secondary sintering. As a result, the primary sintered body of the metal paste sealing material is recrystallized by densely bonding the metal particles contained therein, and the upper and lower surfaces, the upper and lower substrates 103 and 104 of the intermediate crystal plate 102, In the meantime, the bonding films 117 to 119 are formed, and the crystal vibrating piece 105 is sealed in the package.

次に、このパッケージを真空雰囲気に配置し、封止孔116をシール材120で気密に閉塞する。シール材120には、例えばAu−Sn等の低融点金属材料を用いることができ、該金属材料を封止孔内に配置しかつ外部からレーザ光等を照射して溶着させる。前記封止孔は、その内面を予め金属膜で被覆しておくと、金属材料をより良好に溶着できるので好ましい。本実施例では、このように前記封止孔を用いることにより、パッケージの気密封止時に前記金属ペースト封止材から発生する虞がある不要なガスをパッケージ内部から排除でき、水晶振動子101をより高い真空度で封止することができる。   Next, the package is placed in a vacuum atmosphere, and the sealing hole 116 is hermetically closed with the sealing material 120. For the sealing material 120, a low-melting-point metal material such as Au—Sn can be used, for example, and the metal material is disposed in the sealing hole and welded by irradiating a laser beam or the like from the outside. The inner surface of the sealing hole is preferably coated with a metal film in advance because the metal material can be welded better. In this embodiment, by using the sealing hole in this way, unnecessary gas that may be generated from the metal paste sealing material at the time of hermetic sealing of the package can be eliminated from the inside of the package. It can be sealed with a higher degree of vacuum.

以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、前記中間水晶板は、水晶以外に、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの他の様々な公知の圧電材料で形成することができる。また本発明は、振動子又は発振器以外に、共振子、フィルタ、センサ等の圧電デバイスについても適用できる。第2実施例と同様の構造では、パッケージ内にIC素子等を搭載することができる。また、水晶振動片の代わりに圧電振動ジャイロ素子を搭載して圧電ジャイロセンサを構成することができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, as will be apparent to those skilled in the art, the present invention can be carried out with various modifications and changes made to the above embodiments within the technical scope thereof. . For example, the intermediate quartz plate can be formed of various other known piezoelectric materials such as lithium tantalate and lithium niobate in addition to quartz. The present invention can also be applied to piezoelectric devices such as a resonator, a filter, and a sensor in addition to a vibrator or an oscillator. In the same structure as the second embodiment, an IC element or the like can be mounted in the package. Also, a piezoelectric gyro sensor can be configured by mounting a piezoelectric vibration gyro element instead of the quartz crystal vibrating piece.

更に、本発明は、圧電デバイス以外の様々な電子部品をパッケージ内に気密に封止するために適用することができる。この場合、パッケージを構成する各部品は相互の接合面にそれぞれ金属面を有し、その少なくとも一方の金属面に本発明の金属ペースト封止材を塗布し、上記各実施例と同様に加熱することにより、1次焼結処理を行う。これにより前記ポーラス構造を有する1次焼結体を形成した後、両構成部品を、それらの1次焼結体を形成した一方の金属面と他方の金属面とを接触させて重ね合わせ、任意により加熱しつつ、1次焼結体を加圧してその金属粒子を緻密に再結晶化させることにより、2次焼結処理を行う。これにより、パッケージを気密に接合してその内部に電子部品を気密に封止することができる。   Furthermore, the present invention can be applied to hermetically seal various electronic components other than piezoelectric devices in a package. In this case, each component constituting the package has a metal surface at the joint surface thereof, and the metal paste sealing material of the present invention is applied to at least one of the metal surfaces and heated in the same manner as in the above embodiments. Thus, a primary sintering process is performed. Thus, after forming the primary sintered body having the porous structure, both component parts are overlapped by bringing one metal surface on which the primary sintered body is formed into contact with the other metal surface. A secondary sintering process is performed by pressurizing the primary sintered body and recrystallizing the metal particles densely while heating by heating. As a result, the package can be hermetically joined and the electronic component can be hermetically sealed therein.

(A)図及び(B)図は、本発明の方法に従って第1実施例の水晶振動子を封止する工程を示す断面図。FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views showing a process of sealing the crystal resonator of the first embodiment according to the method of the present invention. (A)図は第1実施例の水晶振動子を構成する中間水晶板の上面図、(B)図はその下面図、(C)図はその断面図。(A) is a top view of an intermediate crystal plate constituting the crystal resonator of the first embodiment, (B) is a bottom view thereof, and (C) is a sectional view thereof. (A)図は第1実施例の水晶振動子を構成する上側基板の下面図、(B)図はその断面図。(A) is a bottom view of the upper substrate constituting the crystal resonator of the first embodiment, and (B) is a sectional view thereof. (A)図は第1実施例の水晶振動子を構成する下側基板の上面図、(B)図はその断面図。(A) is a top view of a lower substrate constituting the crystal resonator of the first embodiment, and (B) is a sectional view thereof. (A)図〜(C)図は、図1の封止工程において金属ペースト封止材がペースト状態から再結晶化する過程を模式的に示す部分拡大断面図。(A) The figure-(C) figure are the fragmentary expanded sectional views which show typically the process in which the metal paste sealing material recrystallizes from a paste state in the sealing process of FIG. (A)図は本発明の方法を適用した水晶振動子の製造工程において、一体に貼り合わせる3枚の水晶ウエハを示す概略斜視図、(B)図は金属ペースト封止材を塗布した中間水晶ウエハを示す部分拡大断面図。(A) is a schematic perspective view showing three crystal wafers bonded together in a manufacturing process of a crystal resonator to which the method of the present invention is applied, and (B) is an intermediate crystal coated with a metal paste sealing material. The partial expanded sectional view which shows a wafer. (A)図は3枚の水晶ウエハを接合する要領を示す説明図、(B)図は3枚の水晶ウエハの接合体を示す概略斜視図。(A) The figure is explanatory drawing which shows the point which joins the three quartz wafers, (B) The figure is a schematic perspective view which shows the joined body of the three quartz wafers. 金属ペースト材を塗布した図6の中間水晶ウエハを示す部分拡大平面図。The partial enlarged plan view which shows the intermediate | middle crystal wafer of FIG. 6 which apply | coated the metal paste material. (A)図は本発明の方法により第2実施例の水晶振動子を封止する工程を示す断面図、(B)図は封止した第2実施例の水晶振動子を示す断面図。FIG. 5A is a cross-sectional view showing a process of sealing a crystal resonator of a second embodiment by the method of the present invention, and FIG. 5B is a cross-sectional view showing a crystal resonator of the second embodiment sealed. 第2実施例の水晶振動子のベースの平面図。The top view of the base of the crystal oscillator of the 2nd example. 第2実施例の水晶振動子のリッドの下面図。The bottom view of the lid of the crystal oscillator of the 2nd example. 本発明を適用した水晶発振器の断面図。Sectional drawing of the crystal oscillator to which this invention is applied. 図12の水晶発振器のベースの平面図。The top view of the base of the crystal oscillator of FIG. 図12の水晶発振器のリッドの下面図。The bottom view of the lid of the crystal oscillator of FIG. (A)、(B)図は図12の水晶発振器の封止工程を示す部分拡大断面図。(A), (B) figure is a partial expanded sectional view which shows the sealing process of the crystal oscillator of FIG. 本発明を適用した別の水晶発振器の断面図。Sectional drawing of another crystal oscillator to which this invention is applied. 図16の水晶発振器の中間水晶板の上面図。FIG. 17 is a top view of an intermediate crystal plate of the crystal oscillator of FIG. 16. 図16の水晶発振器の上側基板の下面図。FIG. 17 is a bottom view of the upper substrate of the crystal oscillator of FIG. 16. 本発明を適用した音叉型水晶振動子の断面図。1 is a cross-sectional view of a tuning fork type crystal resonator to which the present invention is applied. (A)図は図19の水晶振動子の中間水晶板の上面図、(B)図はその下面図。(A) is a top view of an intermediate crystal plate of the crystal resonator of FIG. 19, and (B) is a bottom view thereof. 図19の水晶振動子の上側基板の下面図。FIG. 20 is a bottom view of the upper substrate of the crystal unit of FIG. 19. 図19の水晶振動子の下側基板の上面図。FIG. 20 is a top view of the lower substrate of the crystal unit of FIG. 19.

符号の説明Explanation of symbols

1,41,61,81,101…水晶振動子、2,82,102…中間水晶板、3,83,103…上側基板、3a,4a,83a,103a,104a…凹部、4,83,104…下側基板、5,45,65,85,105…水晶振動片、5a,45a,65a,85a,105a…基端部、6,86,106…外枠、7,8,46,66,87,107,109…励振電極、7a,8a,87a…配線膜、9,10,13,88,108,110,112…導電金属薄膜、11,89,111…スルーホール、12,16,30a…領域、14,15,17,51,52,70,73,92,113〜115…金属薄膜、18〜20,34,35,39,53,76…金属ペースト封止材、21…金属粒子、22…欠け、23…樹脂、24…1次焼結体、25〜27,54,77,95,96,117〜119…接合膜、28,44…キャビティ、30…中間水晶ウエハ、31…上側水晶ウエハ、32…下側水晶ウエハ、33…貫通孔、36…ディスペンサ、37…ウエハ積層体、38…外郭線、42,62…ベース、42a〜42c…セラミック材料薄板、43,63…リッド、47,67…引出電極、48,68…電極パッド、49,69…導電性接着剤、50…薄板、71,72,74,75,90,91,93,94…ボンディングパッド、78…Auボール、79,97,98…バンプ、116…封止孔、120…シール材。 1, 41, 61, 81, 101 ... crystal resonator, 2, 82, 102 ... intermediate crystal plate, 3, 83, 103 ... upper substrate, 3a, 4a, 83a, 103a, 104a ... recess, 4, 83, 104 ... Lower substrate, 5, 45, 65, 85, 105 ... Quartz vibrating piece, 5a, 45a, 65a, 85a, 105a ... Base end, 6, 86, 106 ... Outer frame, 7, 8, 46, 66, 87,107,109 ... excitation electrode, 7a, 8a, 87a ... wiring film, 9,10,13,88,108,110,112 ... conductive metal thin film, 11,89,111 ... through hole, 12, 16, 30a ... region 14, 15, 17, 51, 52, 70, 73, 92, 113 to 115 ... metal thin film, 18 to 20, 34, 35, 39, 53, 76 ... metal paste sealing material, 21 ... metal particles 22 ... chipping, 23 ... resin, 2 ... primary sintered body, 25 to 27, 54, 77, 95, 96, 117 to 119 ... bonding film, 28, 44 ... cavity, 30 ... intermediate crystal wafer, 31 ... upper crystal wafer, 32 ... lower crystal wafer , 33 through-holes, 36 dispensers, 37 wafer stacks, 38 outer lines, 42, 62 bases, 42a to 42c, ceramic material thin plates, 43, 63 lids, 47, 67 lead electrodes, 48,. 68 ... Electrode pad, 49, 69 ... Conductive adhesive, 50 ... Thin plate, 71, 72, 74, 75, 90, 91, 93, 94 ... Bonding pad, 78 ... Au ball, 79, 97, 98 ... Bump, 116: Sealing hole, 120: Sealing material.

Claims (12)

水晶振動片と、複数の構成部品からなるパッケージとを備え、平均粒径0.1〜1.0μmの金属粒子と有機溶剤と樹脂材料とを88〜93重量%、5〜15重量%、0.01〜4.0重量%の割合で配合した金属ペースト封止材を用いて前記構成部品を接合し、前記パッケージ内に前記水晶振動片を気密に封止したことを特徴とする水晶デバイス。   A crystal resonator element and a package made of a plurality of components are provided, and metal particles having an average particle diameter of 0.1 to 1.0 μm, an organic solvent, and a resin material are 88 to 93 wt%, 5 to 15 wt%, 0 A quartz crystal device, wherein the component parts are joined using a metal paste sealing material blended at a ratio of 0.01 to 4.0% by weight, and the quartz crystal resonator element is hermetically sealed in the package. 前記金属ペースト封止剤の前記金属粒子がAu、Ag、Pt、又はPdの1種又は2種以上からなることを特徴とする請求項1に記載の水晶デバイス。   The crystal device according to claim 1, wherein the metal particles of the metal paste sealant are made of one or more of Au, Ag, Pt, or Pd. 前記複数の構成部品が、前記水晶振動片と外枠とを一体に結合した中間水晶板と、前記金属ペースト封止材により前記中間水晶板の上下各面にそれぞれ接合された上側基板及び下側基板とからなり、前記上側基板が前記水晶振動片を駆動するための集積回路を形成したシリコン材料からなりかつその下面に前記集積回路に接続された端子を有し、前記中間水晶板が前記外枠上面に前記上側基板の前記端子に対応する位置に設けた端子を有し、前記上側基板の前記端子と前記中間水晶板の前記端子とが導電接続材料により直接接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の水晶デバイス。   The plurality of components are an intermediate crystal plate in which the crystal vibrating piece and an outer frame are integrally coupled, and an upper substrate and a lower side bonded to the upper and lower surfaces of the intermediate crystal plate by the metal paste sealing material, respectively. A substrate, the upper substrate is made of a silicon material forming an integrated circuit for driving the crystal resonator element, and has a terminal connected to the integrated circuit on its lower surface, and the intermediate crystal plate is the outer crystal plate It has a terminal provided at a position corresponding to the terminal of the upper substrate on the upper surface of the frame, and the terminal of the upper substrate and the terminal of the intermediate crystal plate are directly connected by a conductive connecting material, The crystal device according to claim 1 or 2. 前記複数の構成部品が、上部を開放した箱形をなしかつその内部に前記水晶振動片を実装したベースと、前記金属ペースト封止材により前記ベースの上端面に気密に接合されたリッドとからなり、前記リッドが前記水晶振動片を駆動するための集積回路を形成したシリコン材料からなりかつその下面に前記集積回路に接続された端子を有し、前記ベースがその前記上端面に前記リッドの前記端子に対応する位置に設けた端子を有し、前記リッドの前記端子と前記ベースの前記端子とが導電接続材料により直接接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の水晶デバイス。   The plurality of component parts are formed in a box shape having an open top and the quartz crystal resonator element is mounted therein, and a lid airtightly joined to the upper end surface of the base by the metal paste sealing material. The lid is made of a silicon material forming an integrated circuit for driving the quartz crystal resonator element and has a terminal connected to the integrated circuit on its lower surface, and the base is on the upper end surface of the lid. 3. The crystal according to claim 1, further comprising: a terminal provided at a position corresponding to the terminal, wherein the terminal of the lid and the terminal of the base are directly connected by a conductive connection material. device. 水晶振動片と外枠とを一体に結合した中間水晶板の上下各面に上側基板及び下側基板をそれぞれ接合し、それらの間に画定されるキャビティ内に前記水晶振動片を気密に封止するために、
前記中間水晶板が前記外枠の上面及び下面に金属薄膜を有し、かつ前記上側基板及び前記下側基板がそれぞれ前記外枠との接合面に金属薄膜を有し、
前記外枠上面の前記金属薄膜又は前記上側基板の前記金属薄膜の少なくとも一方に請求項1又は2に記載の金属ペースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率9〜16GPa及び密度10〜17g/cmのポーラス構造を有する1次焼結体を形成する第1の1次焼結処理工程と、
前記外枠下面の前記金属薄膜又は前記下側基板の前記金属薄膜の少なくとも一方に前記金属ペースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率9〜16GPa及び密度10〜17g/cmのポーラス構造を有する1次焼結体を形成する第2の1次焼結処理工程と、
前記中間水晶板と前記上側基板とを、それらの前記1次焼結体を形成した一方の前記金属薄膜と他方の前記金属薄膜とを接触させて重ね合わせ、前記1次焼結体を加圧してその金属粒子を緻密に再結晶化させることにより、前記外枠において気密に接合する第1の2次焼結処理工程と、
前記中間水晶板と前記下側基板とを、それらの前記1次焼結体を形成した一方の前記金属薄膜と他方の前記金属薄膜とを接触させて重ね合わせ、前記1次焼結体を加圧してその金属粒子を緻密に再結晶化させることにより、前記外枠において気密に接合する第2の2次焼結処理工程とを含むことを特徴とする水晶デバイスの封止方法。
An upper substrate and a lower substrate are bonded to the upper and lower surfaces of an intermediate crystal plate in which the crystal vibrating piece and the outer frame are integrally bonded, and the crystal vibrating piece is hermetically sealed in a cavity defined between them. To do
The intermediate crystal plate has a metal thin film on the upper surface and the lower surface of the outer frame, and the upper substrate and the lower substrate each have a metal thin film on a joint surface with the outer frame,
The metal paste sealing material according to claim 1 or 2 is applied to at least one of the metal thin film on the upper surface of the outer frame or the metal thin film on the upper substrate, and heated to thereby have a Young's modulus of 9 to 16 GPa and a density of 10 A first primary sintering treatment step of forming a primary sintered body having a porous structure of ˜17 g / cm 3 ;
By applying the metal paste sealing material to at least one of the metal thin film on the lower surface of the outer frame or the metal thin film on the lower substrate and heating, the Young's modulus is 9 to 16 GPa and the density is 10 to 17 g / cm 3 . A second primary sintering process for forming a primary sintered body having a porous structure;
The intermediate crystal plate and the upper substrate are overlapped by bringing one of the metal thin films forming the primary sintered body into contact with the other metal thin film, and pressurizing the primary sintered body. A first secondary sintering treatment step in which the metal particles are densely recrystallized to be airtightly bonded in the outer frame;
The intermediate crystal plate and the lower substrate are overlapped by bringing one of the metal thin films forming the primary sintered body and the other metal thin film into contact with each other, and adding the primary sintered body. And a second secondary sintering treatment step in which the metal particles are tightly recrystallized by pressurization to tightly recrystallize the metal particles.
上部を開放した箱形をなしかつその内部に水晶振動片を実装したベースの上端面にリッドを接合して気密に封止するために、
前記ベースがその前記上端面に金属面を有し、かつ前記リッドが前記上端面との接合面に金属面を有し、
前記ベース上端面の前記金属面又は前記リッドの前記金属面の少なくとも一方に請求項1又は2に記載の金属ペースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率9〜16GPa及び密度10〜17g/cmのポーラス構造を有する1次焼結体を形成する1次焼結処理工程と、
前記ベースの上に前記リッドを、それらの前記1次焼結体を形成した一方の前記金属面と他方の前記金属面とを接触させて重ね合わせ、前記1次焼結体を加圧してその金属粒子を緻密に再結晶化させることにより、気密に接合する2次焼結処理工程とを含むことを特徴とする水晶デバイスの封止方法。
To form a box shape with the top open and to bond the lid to the upper end surface of the base on which the crystal vibrating piece is mounted, and hermetically seal it,
The base has a metal surface at the upper end surface, and the lid has a metal surface at a joint surface with the upper end surface;
By applying the metal paste sealing material according to claim 1 or 2 to at least one of the metal surface of the upper end surface of the base or the metal surface of the lid, and heating, the Young's modulus is 9 to 16 GPa and the density is 10 to 10. A primary sintering treatment step of forming a primary sintered body having a porous structure of 17 g / cm 3 ;
The lid is placed on the base so that one of the metal surfaces on which the primary sintered body is formed and the other metal surface are brought into contact with each other, and the primary sintered body is pressed to form the lid. A method for sealing a quartz device, comprising: a secondary sintering treatment step in which metal particles are densely recrystallized to be airtightly bonded.
前記上側基板及び前記下側基板が水晶からなることを特徴とする請求項5に記載の水晶デバイスの封止方法。   6. The method for sealing a crystal device according to claim 5, wherein the upper substrate and the lower substrate are made of quartz. 前記上側基板がシリコン材料からなりかつ前記水晶振動片を駆動するための集積回路と前記集積回路に接続された端子とを備え、前記中間水晶板が前記外枠上面に前記上側基板の前記端子に接続される端子を有し、前記第1の2次焼結処理工程において前記中間水晶板と前記上側基板とを重ね合わせる際に、前記上側基板の前記端子と前記中間水晶板の前記端子とを導電接続材料により直接接続することを特徴とする請求項5に記載の水晶デバイスの封止方法。   The upper substrate is made of a silicon material and includes an integrated circuit for driving the crystal resonator element and a terminal connected to the integrated circuit, and the intermediate crystal plate is provided on the upper surface of the outer frame and on the terminal of the upper substrate. A terminal to be connected, and when the intermediate crystal plate and the upper substrate are overlapped in the first secondary sintering process, the terminal of the upper substrate and the terminal of the intermediate crystal plate are 6. The crystal device sealing method according to claim 5, wherein direct connection is made by a conductive connection material. 前記リッドがガラス板からなり、かつその一方の面に金属膜を形成することにより前記金属面を設けたことを特徴とする請求項6に記載の水晶デバイスの封止方法。   7. The method for sealing a crystal device according to claim 6, wherein the lid is made of a glass plate, and the metal surface is provided by forming a metal film on one surface thereof. 前記リッドが金属板からなり、かつその一方の面に前記金属面を有することを特徴とする請求項6に記載の水晶デバイスの封止方法。   The method for sealing a quartz crystal device according to claim 6, wherein the lid is made of a metal plate and has the metal surface on one surface thereof. 前記リッドがシリコン材料からなりかつ前記水晶振動片を駆動するための集積回路と前記集積回路に接続された端子とを備え、前記ベースがその前記上端面に前記リッドの前記端子に接続される端子を有し、前記2次焼結処理工程において前記ベースの上に前記リッドを重ね合わせる際に、前記リッドの前記端子と前記ベースの前記端子とを導電接続材料により直接接続することを特徴とする請求項6に記載の水晶デバイスの封止方法。   The lid is made of a silicon material and includes an integrated circuit for driving the quartz crystal resonator element and a terminal connected to the integrated circuit, and the base is connected to the terminal of the lid on the upper end surface thereof. When the lid is superimposed on the base in the secondary sintering treatment step, the terminal of the lid and the terminal of the base are directly connected by a conductive connecting material. The method for sealing a quartz crystal device according to claim 6. 前記2次焼結処理工程において加圧すると同時に加熱することを特徴とする請求項5乃至11のいずれかに記載の水晶デバイスの封止方法。   The method for sealing a crystal device according to any one of claims 5 to 11, wherein heating is performed simultaneously with pressurization in the secondary sintering treatment step.
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