JP2009182806A

JP2009182806A - 圧電デバイス及びその製造方法

Info

Publication number: JP2009182806A
Application number: JP2008020970A
Authority: JP
Inventors: Manabu Matsumoto; 学松本
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-08-13

Abstract

【課題】露出している封止用導体パターンや蓋体の露出している表面への錆の発生を防止し、気密封止性を維持することができる圧電デバイスとその圧電デバイスを得るための製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】基板部と枠部によって凹部空間が形成されている容器体と、凹部空間内に搭載されてなる圧電振動素子と、枠部の開口側に設けられている封止用導体パターンと、封止用導体パターンと接合することで、凹部空間を気密封止する蓋体とを備える圧電デバイスであって、露出している封止用導体パターンと蓋体の露出している表面とに金属層が設けられていることを特徴とするものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器等に用いられる圧電デバイス及びその製造方法に関する。

図４は、従来の圧電デバイスを示す断面図である。
図４に示すように、従来の圧電デバイスの一例としては、圧電材して水晶を使用した水晶振動子２００を示す。水晶振動子２００は、凹部空間２０２を有する容器体２０１と水晶振動素子２０５と蓋体２０６とから主に構成されている。
容器体２０１は、基板部と枠部によって構成されている。前記容器体２０１に形成された凹部空間２０２内の基板部には、一対の水晶振動素子搭載用パッド２０３が設けられている。
この水晶振動素子搭載パッド２０３上には、導電性接着剤２０４を介して電気的に接続される一対の励振用電極を表裏主面に有した水晶振動素子２０５が搭載されており、この水晶振動素子２０５を囲繞する容器体２０１の側壁頂面に設けられた封止用導体パターン２０７に金属製の蓋体２０６を被せ、前記封止用導体パターン２０７と接合することにより気密封止した水晶振動子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図５（ａ）は、従来の圧電デバイスの製造方法の圧電振動素子搭載工程を示す断面図であり、図５（ｂ）は、従来の圧電デバイスの製造方法の圧電振動素子固着工程を示す断面図であり、図５（ｃ）は、従来の圧電デバイスの製造方法の蓋体接合工程を示す断面図である。
図５に示すように、従来の圧電デバイスの製造方法は、前記容器体２０１の凹部空間２０２内底面に設けられた水晶振動素子搭載パッド２０３上に導電性接着剤２０４を塗布し、前記導電性接着剤２０４上に水晶振動素子２０５を搭載する工程と、前記導電性接着剤２０４を加熱硬化させ、前記水晶振動素子搭載パッド２０３と水晶振動素子２０５とを導通固着する工程と、蓋体２０６と前記容器体２０１とを接合するための工程とを含む製造方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

また、このように、容器体２０１の側壁頂面に設けられた封止用導体パターン２０７と蓋体２０６を接合した圧電デバイスで、露出している封止用導体パターン２０７が絶縁性の表面保護膜により被覆されている構造が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００４−７０９２号公報特開２００７−２３５３４０号公報特開２００７−１８０９１９号公報

しかしながら、圧電デバイスは、過度な高温高湿試験のような信頼性を要求されることがあり、高温度、高湿度の環境下では、蓋体の接合箇所及び容器体の露出している封止用導体パターンが酸化して錆が発生し、錆が発生した箇所が脆くなることで、凹部空間内の気密封止性を維持することができないといった課題があった。
また、露出している封止用導体パターン２０７が絶縁性の表面保護膜により被覆されている場合でも、絶縁性の表面保護膜が吸湿してしまうことにより、表面保護膜で被覆されている内部で錆が発生するという課題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、露出している封止用導体パターンや蓋体の露出している表面への錆の発生を防止し、気密封止性を維持することができる圧電デバイスとその圧電デバイスを得るための製造方法を提供することを課題とする。

本発明の圧電デバイスは、基板部と枠部によって凹部空間が形成されている容器体と、凹部空間内に搭載されてなる圧電振動素子と、枠部の開口側に設けられている封止用導体パターンと、封止用導体パターンと接合することで、凹部空間を気密封止する蓋体とを備える圧電デバイスであって、露出している封止用導体パターンと蓋体の露出している表面とに金属層が設けられていることを特徴とするものである。

本発明の圧電デバイスの製造方法は、凹部空間を有し、その凹部空間内に圧電振動素子搭載パッドが設けられた容器体に、圧電振動素子を搭載して、蓋体で凹部空間内を気密封止した圧電デバイスの製造方法であって、圧電振動素子を搭載した容器体の封止用導体パターンに蓋体を接合する蓋体接合工程と、露出している封止用導体パターン及び蓋体の露出している表面に金属層を形成する金属層形成工程とを含むことを特徴とするものである。

本発明の圧電デバイスによれば、蓋体の接合箇所、封止用導体パターンの露出している箇所に酸化防止のための金属層を設けることにより、蓋体の接合箇所、封止用導体パターンの露出している箇所への酸化による錆の発生を防止し、圧電デバイスの凹部空間内の気密封止性を維持することができる。

また、本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、蓋体の接合箇所または、封止用導体パターンのような露出している箇所に酸化防止のための金属層を設ける金属層形成工程を設けることにより、錆の発生を防止し、圧電デバイスの凹部空間内の気密封止性を維持することができる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、圧電振動素子に水晶を用いた場合について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを示す外観斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。以下、圧電デバイスの一例である水晶振動子について説明する。

図１及び図２に示す水晶振動子１００は、容器体１０と水晶振動素子２０と蓋体３０とで主に構成されている。この水晶振動子１００は、概略的には、前記容器体１０の一方の主面に形成されている凹部空間１１内に、水晶振動素子２０が搭載され、前記容器体１０に設けられた封止用導体パターン１２と蓋体３０が接合されている構造となっている。

水晶振動素子２０は、図２に示すように、水晶素板２１に励振用電極２２を被着形成したものであり、外部からの交番電圧が励振用電極２２を介して水晶素板２１に印加されると、所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。
水晶素板２１は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し外形加工を施された概略平板状で平面形状が例えば四角形となっている。
励振用電極２２は、前記水晶素板２１の表裏両主面に被着・形成したものである。このような水晶振動素子２０は、その両主面に被着されている励振用電極２２と凹部空間１１内底面に形成されている圧電振動素子搭載パッド１３とを、導電性接着剤４０を介して電気的且つ機械的に接続することによって凹部空間１１に搭載される。

容器体１０は、基板部１０ａと前記基板部１０ａの一方の主面に設けられた枠部１０ｂによって構成されている。
例えば、容器体１０は、アルミナセラミックス、ガラス−セラミック等のセラミック材料を複数積層することよって形成されている。
図２に示すように、基板部１０ａの一方の主面と枠部１０ｂによって凹部空間１１が形成されている。
この容器体１０の凹部空間１１を囲繞する枠部１０ｂの開口側頂面の全周には、環状の封止用導体パターン１２が形成されている。凹部空間１１内の基板部１０ａには、圧電振動素子搭載パッド１３が設けられている。
容器体１０を構成する基板部１０ａの他方の主面の４隅には、外部接続用電極端子１４が設けられている。
圧電振動素子搭載パッド１３と外部接続用電極端子１４は、容器体１０の凹部空間１１内に基板部１０ａに形成された配線パターン（図示せず）と、基板部１０ａの内部に形成されたビア導体（図示せず）とにより電気的に接続されている。

尚、封止用導体パターン１２は、凹部空間１１を形成する枠部１０ｂの内側の側面及び外側の側面にかかるように、枠部１０ｂの頂面側の端部で止められて設けられていても良い。
この封止用導体パターン１２は、後述する蓋体３０を、容器体１０に接合する際に用いられ、蓋体３０に形成された封止部材３１の濡れ性を良好にして接合しやすくしている。このように構成することにより、凹部空間１１の気密信頼性及び生産性を向上させることができる。

励振用電極２１と接続される圧電振動素子搭載パッド１３は、前記容器体１０の凹部空間１１内に露出した基板部１０ａの表面に設けられた配線パターン（図示せず）と、前記容器体１０の内部の配線導体（図示せず）やビアホール導体（図示せず）等を介して、外部接続用電極端子１４に電気的に接続される。

前記導電性接着剤４０は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂の中に導電性フィラーが含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、のうちのいずれかまたはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。

蓋体３０は、容器体１０の枠部１０ｂの開口部側頂面に設けられている封止用導体パターン１２に接合される。この蓋体３０には、前記封止用導体パターン１２に相対する箇所に封止部材３１が設けられている。
また、このような封止部材３１は、前記封止用導体パターン１２表面の凹凸を緩和し、気密性の低下を防ぐことが可能となる。

蓋体３０は、従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に整形することによって製作される。蓋体３０の表面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にニッケル（Ｎｉ）層の表面に少なくとも封止用導体パターン１２に相対する箇所に封止部材３１である銀ロウ材（Ａｇ−Ｃｕ）層が形成される。銀ロウ材（Ａｇ−Ｃｕ）層の厚みは、例えば、１５μｍ〜２０μｍである。
例えば、また、銀ロウ材（Ａｇ−Ｃｕ）層の成分比率が、銀が７６％、銅が２４％のものが使用されている。
この蓋体３０を封止用導体パターン１２と接合した後の露出している封止用導体１２パターンの表面と、蓋体３０の露出している表面には、金属層５０が設けられている。

金属層５０は、蓋体３０の露出している表面と露出している封止用導体パターン１２にわたって設けられている。
つまり、蓋体３０の露出している表面とは、蓋体３０の側面と蓋体３０の接合面と反対側の面のことである。また、露出している封止用導体パターン１２とは、蓋体３０により覆われない封止用導体パターン１２のことである。
また、封止用導体パターン１２と蓋体３０との接合箇所の側面にも金属層５０は設けられている。
この金属層５０は、酸化を防止させるためのものであり、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等により形成されている。

このように本発明の実施形態に係る圧電デバイス１００を構成したことにより、蓋体３０と容器体１０の封止用導体パターン１２の接合箇所、封止用導体パターン１２の露出している箇所に酸化防止のための金属層５０を設けることにより、蓋体３０の接合箇所、封止用導体パターン１２の露出している箇所への酸化による錆の発生を防止し、圧電デバイス１００の凹部空間１１内の気密封止性を維持することができる。

尚、前記容器体１０は、アルミナセラミックスから成る場合、所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面に、封止用導体パターン１２、圧電振動素子搭載パッド１３、外部接続用電極端子１４等となる導体ペーストを、また、セラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内にビア導体となる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷によって塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することにより製作される。

また、前記封止用導体パターン１２は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、等から成る基層の表面にニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層を順次、凹部空間１１を環状に囲繞する形態で被着させることによって、１０μｍ〜２５μｍの厚みに形成されている。また、露出している封止用導体パターン１２には、金属層５０が設けられている。

次に本発明の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法について図３を用いて説明する。
ここで、図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法の蓋体接合工程を示す断面図であり、図３（ｂ）は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法の金属層形成工程を示す断面図である。

容器体１０の凹部空間１１内の基板部１０ａには一対の圧電振動素子搭載パッド１３が設けられており、前記圧電振動素子搭載パッド１３に導電性接着剤４０を塗布する。
圧電振動素子２０の両主面に被着されている励振用電極２２と凹部空間１１内底面に形成されている圧電振動素子搭載パッド１３とを、導電性接着剤４０を介して電気的且つ機械的に接続することによって凹部空間１１に搭載される。

（蓋体接合工程）
図３（ａ）に示すように、蓋体３０を容器体１０の凹部空間１１の開口部を覆うように封止用導体パターン１２上に載置し、蓋体３０の封止部材３１を溶融することで、蓋体３０を容器体１０の封止用導体パターン１２に接合する。
例えば、加熱手段としては、シーム溶接機の溶接電極（ローラー）を蓋体に押しあてながら、容器体１０の封止用導体パターン１２と蓋体３０に設けられている封止部材３１で所定電流を流して、封止部材３１を溶融することで、蓋体３０を容器体１０内に接合する。

（金属層形成工程）
図３（ｂ）に示すように、外部に露出している封止用導体パターン１２と蓋体３０の外部に露出している表面に金属層５０を形成する。
金属層５０として、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）を形成する場合は、部分メッキ法が取られ、窒化チタン（ＴｉＮ）を形成する場合は、イオンプレーティング法が取られる。
また、金属層５０を形成する手段として、例えば、部分メッキ法やイオンプレーティング法がある。
部分メッキ法は、メッキ金属を含む部材を直接、蓋体３０の表主面や露出した前記封止用導体パターン１２に当て通電し、メッキ金属を析出させることによって、金属層５０を形成するものである。
イオンプレーティング法は、高真空下でイオンを蓋体３０の表主面や露出している前記封止用導体パターン１２にぶつけることによって、金属層５０を形成するものである。

また、蓋体３０の表主面に製品コードや周波数等を刻印するマーキングが設けられた箇所に、金属層５０を形成することによって、前記蓋体３０のマーキングが設けられた箇所の酸化による錆の発生を防止し、圧電デバイス１００の凹部空間１１内の気密封止性を維持することができる。
また、容器体１０の封止用導体パターン１２の露出している箇所にも、金属層５０を形成することによって、露出している封止用導体パターン１２の酸化による錆の発生を防止し、圧電デバイス１００の凹部空間１１内の気密封止性を維持することができる。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
また、上述した実施形態においては、圧電デバイスの１つである水晶振動子を例に説明したが、これに代えて、容器体１０の凹部空間１１内に、圧電振動素子２０と、この圧電振動素子２０と電気的に接続した発振回路を内蔵した集積回路素子とを一緒に、又は、容器体１０に別個の凹部空間１１を形成し、その凹部空間１１内に圧電振動素子２０と集積回路素子を別個搭載した形態の圧電発振器や、内部に搭載する圧電振動素子２０をフィルタとして機能させた圧電フィルタ等の、他の圧電デバイスにおいても本発明は適用可能である。

更に、上述した実施形態においては、個別に構成された容器体１０を用いて説明したが、容器体１０を複数個隣接集合させてなる容器体のシート状集合基板を使用する形態を用いた場合でも、本発明の技術的範囲に含まれる。

蓋体接合工程における加熱手段としては、キセノンランプやハロゲンランプ等の熱源から熱光線を、蓋体３０が配置された容器体１０に照射することによって、蓋体３０の封止部材３１を溶融し、容器体１０の封止用導体パターン１２に接合する手段を用いても構わない。

本発明の実施形態に係る圧電デバイスを示す外観斜視図である。図１のＡ−Ａ断面図である。（ａ）は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法の蓋体接合工程を示す断面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法の金属層形成工程を示す断面図である。従来の圧電デバイスを示す断面図である。（ａ）は、従来の圧電デバイスの製造方法の圧電振動素子搭載工程を示す断面図であり、（ｂ）は、従来の圧電デバイスの製造方法の圧電振動素子固着工程を示す断面図であり、（ｃ）は、従来の圧電デバイスの製造方法の蓋体接合工程を示す断面図である。

符号の説明

１０・・・容器体
１０ａ・・・基板部
１０ｂ・・・枠部
１１・・・凹部空間
１２・・・封止用導体パターン
１３・・・圧電振動素子搭載パッド
１４・・・外部接続用電極端子
２０・・・圧電振動素子（水晶振動素子）
２１・・・水晶素板
２２・・・励振用電極
３０・・・蓋体
３１・・・封止部材
４０・・・導電性接着剤
５０・・・金属層

Claims

基板部と枠部によって凹部空間が形成されている容器体と、
前記凹部空間内に搭載されてなる圧電振動素子と、
前記枠部の開口側に設けられている封止用導体パターンと、
前記封止用導体パターンと接合することで、前記凹部空間を気密封止する蓋体とを備える圧電デバイスであって、
露出している封止用導体パターンと蓋体の露出している表面とに金属層が設けられていることを特徴とする圧電デバイス。
凹部空間を有し、その凹部空間内に圧電振動素子搭載パッドが設けられた容器体に、圧電振動素子を搭載して、蓋体で前記凹部空間内を気密封止した圧電デバイスの製造方法であって、
圧電振動素子を搭載した容器体の封止用導体パターンに前記蓋体を接合する蓋体接合工程と、
露出している封止用導体パターン及び蓋体の露出している表面に金属層を形成する金属層形成工程とを含むことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。