JP2009239414A - 圧電デバイスのパッケージの製造方法、および圧電デバイスのパッケージ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】積層構造とした場合であっても、支持面の面積が極端に狭くなることの無い枕を有するパッケージ構造を提供する。
【解決手段】パッケージ１２を構成するパッケージベース１６に圧電振動片３０を実装するための内部実装電極２２と圧電振動片３０の自由端を支持するための枕２４とを有する圧電デバイス１０のパッケージ構造であって、枕２４は上面の面積が大きな下層構成部材２４ａの上に上面の面積が小さな上層構成部材２４ｂ
，２４ｃを配置する構成を採り、内部実装電極２２と対向する側面に、階段状の段差部を持たせたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電デバイスのパッケージの製造方法、および圧電デバイスのパッケージ構造に係り、特に圧電振動片として、コンベックス型やメサ型等、肉厚部を有する素板のものを採用する場合に好適な圧電デバイスのパッケージの製造方法、およびパッケージ構造に関する。

近年、１種類のパッケージで、サイズや形状の異なる複数種類の圧電振動片を搭載可能とすることにより、在庫管理の簡素化や、製造コストの低減を図る事が試みられている。こうした試みを実現させるための具体的な手段として、例えば特許文献１に開示されている圧電デバイスのパッケージ構造を挙げることができる。

特許文献１に開示されているパッケージの構造は、パッケージベースの底板に、圧電振動片を搭載するための内部実装電極と、圧電振動片の自由端を支持するための複数の枕を備えている。実装電極と枕とは、それぞれパッケージベースの底板よりも高い位置に実装面、支持面を有する構造とされている。また、複数の枕は、圧電振動片を搭載した際の長手方向に沿うようにそれぞれ配置されており、内部実装電極から遠い枕ほど支持面が高い位置となるような構造とされている。
特開平８−３１６７６９号公報

上記のようなパッケージ構造であれば、確かに複数のサイズ、形状の圧電振動片を安定して実装することが可能となると考えられる。ところで、上記のような構造の枕は、金属ペーストやセラミック基板を積層して構成される。ここで、金属ペーストやセラミック基板の積層は、機械的な精度誤差により、ズレが生じる場合がある。このため、所望する高さが高くなり、積層数が増加した場合には、枕における支持面の面積が狭くなったり、所望する高さが得られなくなったりといった事態が生じ得る。また、特許文献１に開示されているパッケージ構造では、高い枕と低い枕との高低差に基準を定めているが、対象とする圧電振動片がベベル型やコンベックス型、メサ型等、長手方向の断面に凸状の肉厚部を有するような形態であった場合には、肉厚である腹部、特に励振電極形成部を枕に擦ってしまう虞が生ずる。さらに、高さの異なる複数の枕の間にそれぞれ間隔を設けることで、パッケージの小型化、すなわち圧電デバイスとしての小型化に不利になるという問題もあった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］構成部材を積層させることにより所望する高さを得る構造の枕を持つ圧電デバイスのパッケージの製造方法であって、上面の面積の大きな下層構成部材の上に、前記下層構成部材よりも上面の面積が小さな上層構成部材を配置する際に、予め定めた基準点に基づいて位置合わせを行って積層工程を実施し、圧電振動片を実装するためにパッケージ内部に配設される内部実装電極と対向する側面に段部を持った前記枕を形成したことを特徴とする圧電デバイスのパッケージの製造方法。

このようにして枕を形成することによれば、積層段階で多少の誤差があった場合であっても、上層構成部材には十分な支持面の面積を確保することができる。

［適用例２］適用例１に記載の圧電デバイスのパッケージの製造方法であって、前記枕を形成する際、前記下層構成部材と前記上層構成部材とを異なる材料としたことを特徴とする圧電デバイスのパッケージの製造方法。

このようにして枕を形成することによれば、段部毎に色彩を異ならせることができるため、画像処理を行う際に、段部の有無を容易に把握することができるようになる。

［適用例３］パッケージを構成するパッケージベースに圧電振動片を実装するための内部実装電極と前記圧電振動片の自由端の揺動を抑制するための枕とを有する圧電デバイスのパッケージ構造であって、前記枕は上面の面積が大きな下層構成部材の上に上面の面積が小さな上層構成部材を配置する構成を採り、前記内部実装電極と対向する側面に、階段状の段差部を持たせたことを特徴とする圧電デバイスのパッケージ構造。

このような構造を有するパッケージであれば、枕を形成する際に下層構成部材に対する上層構成部材の配置に多少の誤差が生じた場合であっても、上層構成部材の上面の面積を十分に確保することができる。また、枕を階段状の一体物としたことにより、パッケージサイズの小型化を図ることが可能となる。

［適用例４］適用例３に記載の圧電デバイスのパッケージ構造であって、前記下層積層部材と前記上層積層部材との構成材料を異ならせたことを特徴とする圧電デバイスのパッケージ構造。

このような構成とすることで、下層構成部材と上層構成部材との色彩を異ならせることが可能となる。色彩を異ならせた場合には、パッケージベースを平面視した場合に、枕の段差の有無を容易に知ることができるようになる。

［適用例５］適用例３または適用例４に記載の圧電デバイスのパッケージ構造であって、前記段差部における平面距離を少なくとも、実装対象とする圧電振動片における自由端端部から励振電極までの距離よりも短くしたことを特徴とする圧電デバイスのパッケージ構造。

このような構成とすることにより、圧電振動片の励振電極が、下層構成部材の角部に接触するといった事態を避けることが可能となる。

［適用例６］適用例３乃至適用例５のいずれかに記載の圧電デバイスのパッケージ構造であって、前記内部実装電極における前記枕と対向する側面に段差部を設け、各段差部の厚みは、前記枕を構成する前記下層構成部材、前記上層構成部材に合わせたことを特徴とする圧電デバイスのパッケージ構造。

このような構成とすることにより、コンベックス型やベベル型、メサ型等の素板を用いた圧電振動片であっても、肉厚部を擦ること無く水平に実装することが可能となる。

以下、本発明の圧電デバイスのパッケージの製造方法、および圧電デバイスのパッケージ構造に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、図１を参照して本発明の圧電デバイスのパッケージ構造に係る第１の実施形態について説明する。本実施形態に係る圧電デバイス１０のパッケージ１２は、パッケージベ
ース１６とリッド１４とから成る。前記パッケージベース１６は、アルミナ等のセラミックスを焼成した底板２０と、当該底板２０に対して枠状に配置されたシームリング１８とを有する、いわゆるリングキャビティ型のものである。ここで、シームリング１８とは、パッケージに対して詳細を後述するリッドを溶接するための部材であるが、本実施形態では当該リングがキャビティを構成する役割も担う。また、このような役割を担うシームリング１８の構成材料としては、鉄に対してニッケル、コバルトを配合した合金であるコバールなどを用いると良い。コバールは、熱膨張率が低く、底板２０を構成するセラミックスと熱膨張率が近似し、パッケージベース１６の反りやクラックを防ぐことができるからである。

底板２０には少なくとも、キャビティを構成する側の面（以下、一方の面と称す）に内部実装電極２２と枕２４が設けられ、パッケージ１２の底面を構成する側の面（以下、他方の面と称す）には外部実装電極２６が設けられている。内部実装電極２２は、圧電振動片３０（３０ａ〜３０ｃ）を実装するための電極であり、本実施形態の場合、実装面が底板２０に対して僅かに段差を持って配置されるように設けられている。具体的には、アルミナやタングステン等を底板２０に配置して段差の形状形成を行い、この表面に内部実装電極２２を構成する導電性のメッキが施される。このような構成とすることで、実装した圧電振動片３０と底板２０との間に所定の隙間を確実に設けることが可能となるからである。

枕２４は、内部実装電極２２に実装された圧電振動片３０の自由端が揺動した際に、当該揺動が大きくなり、パッケージ１２の底板２０等に接触しないように、振れが小さいうちに接触支持を図り、揺動を抑制する。このことで、圧電振動片３０の破損等を効果的に抑制することが可能となるからである。本実施形態に係る枕２４は、主面（上面）の面積が異なる複数の構成部材（例えば、下層構成部材２４ａ，中層構成部材２４ｂ，上層構成部材２４ｃ）を積層させることで構成されている。各構成部材は、実施形態の場合、矩形で幅方向（図１中紙面奥行き方向）の長さを同じとし、長手方向の長さを異ならせることで、主面の面積に違いを出すようにしている。構成部材２４ａ〜２４ｃは、下層構成部材２４ａから上層構成部材２４ｃにかけて、面積が小さくなるように配置される。そして、構成部材２４ａ〜２４ｃは、予め定めた任意の点を基準として位置合わせが成される。具体的な例を挙げる場合、例えば内部実装電極２２から遠い側の端部（第1の端部）２５を
基準として位置合わせを行うようにすれば良い。このようにして位置合わせを行って積層構造を形成することで、内部実装電極２２に近い側の端部（第２の端部）２７には、段差部が形成されることとなる。

このように、下層に配置される構成部材（下層構成部材２４ａ）を、上層に配置される構成部材（本実施形態の場合、中層構成部材２４ｂ，上層構成部材２４ｃ）よりも大きくし、第１の端部２５を基準として配置することによれば、製造誤差があった場合であっても、誤差と比較して構成部材の上面（主面）の面積が大きなものとなるため、各層を構成する構成部材２４ａ〜２４ｃには、支持面として十分な面積が確保されることとなる。また、枕２４に階段状の段差部を持たせてこれをそれぞれ揺動抑制面としたことで、各構成部材２４ａ〜２４ｃの上面がそれぞれ、高さの異なる枕を構成することとなる。このような構成の枕２４における枕としての作用は、高さの異なる枕を複数、それぞれに所定の間隔を空けて配置する場合と同様であるが、複数の枕を配置する場合に比べ、枕の配置方向に倣ったパッケージサイズを小さくすることが可能となるといった新たな効果をもたらすこととなる。

また、前記リッド１４は、上述したシームリング１８と、熱膨張率が近似するものであると良く、望ましくは同一部材により構成すると良い。熱膨張率の違いにより、熱処理時に反りが生じたり、反りの発生によるクラックの発生等を防止するためである。

上記のような構成のパッケージ１２は、まず、アルミナ等の底板２０に、外部実装電極２６や一方の主面に配する電極パターンを形成するための金属パターン（例えばタングステン）をプリントする。この際、内部実装端子２２の土台と、枕２４の下層構成部材２４ａをプリントする。次に、枕２４の中層構成部材２４ｂ、上層構成部材２４ａと順次構成部材２４ａ〜２４ｃを積層させて行く。

金属パターンによる構成部材２４ａ〜２４ｃの積層が終了した後、焼成し、導電性を必要とする金属パターン形成部に、金メッキを施す。
その後、底板２０に対してシームリング１８を溶接し、内部には、規格に合わせた発振特性を有する圧電振動片３０を実装し、リッド１４とシームリング１８を溶接する。

このような構成のパッケージ１２には、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、種々のサイズの圧電振動片３０を実装することができる。つまり、本実施形態に係るパッケージ１２は、種々のサイズの圧電振動片３０を実装するパッケージとして共用することができる。なお枕２４は、圧電振動片３０のサイズ毎に定められた揺動抑制面の下層に位置する構成部材の角部が、圧電振動片３０の励振電極（不図示）に掛からないようにすると良い。すなわち、少なくとも揺動抑制面の長手方向における距離が、圧電振動片３０における自由端から励振電極までの距離よりも長くなるようにするのである。さらに具体的には、下層構成部材２４ａにおける第２の端部２７と、中層構成部材２４ｂにおける第２の端部２７との距離を、中層構成部材２４ｂの揺動抑制面により接触することとなる圧電振動片３０ｂの励振電極（不図示）が下層構成部材２４ａにおける第２の端部２７と重ならないようにすれば良い。

ここで、枕２４の構成材料としては、上述したように導電性を有する金属や、パッケージ部材と同様なアルミナ、すなわちセラミックスのような絶縁性材料等、種々のものを挙げることができる。また、各層を構成する構成部材２４ａ〜２４ｃは上述したように、それぞれ同一の材料により構成することもできるが、各層毎に材料を異ならせても良い。例えば図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、下層構成部材２４ａをアルミナ、下層構成部材２４ａの上層に位置する中層構成部材２４ｂをタングステン、および中層構成部材２４ｂの上層に位置する上層構成部材２４ｃをアルミナとすると、部材毎の色彩の違いから、画像認識により、段差部の有無を把握する際、その明確化を図ることができる。具体的には図２（Ｂ）に示すように、パッケージベース１６を平面視した場合、枕２４の色彩の違い毎に段差部があるということを容易に知ることが可能となるのである。

次に、本発明の圧電デバイスのパッケージ構造に係る第２の実施形態について、図３を参照して説明する。本実施形態に係るパッケージ構造は、その殆どの形態を上述した第１の実施形態に係るパッケージ構造と同様とする。よって、その機能を同一とする箇所には、図面に１００を足した符号を付して、その詳細な説明を省略することとする。

本実施形態に係るパッケージ構造の特徴的な構成は、枕１２４に加え、内部実装電極１２２にも階段状の段差部を持たせた点にある。このような構成とすることにより、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、素板中心部分の肉厚を厚くしたコンベックス型の圧電振動片１３０ａ，１３０ｂであっても、その腹が底板や下層構成部材１２４ａの角部に接触するといった事態が生ずることが無い。また、サイズの異なる圧電振動片であっても、水平に配置することが可能となる。

このような構成の内部実装電極１２２も、その形成方法については、上述した第１の実施形態に係るパッケージ構造の内部実装電極２２とほとんど同じである。異なる点としては、枕１２４と同様に複数の構成部材１２２ａ〜１２２ｃを積層し、枕１２４と対向する
側の側面に階段状の段差部を形成した点にある。なお、構成材料としてはアルミナシートであると良く、表面に、タングステン、金等で、実装電極のパターンを形成するようにすれば良い。また、各段差部の厚みは、枕１２４における各構成部材の厚みに合わせるようにすれば良い。

このような構造のパッケージ１１２であれば、図４に示すようなベベル形の圧電振動片１３０ｃや、図５に示すようなメサ型の圧電振動片１３０ｄにも対応し、それぞれを水平に配置しつつ、サイズの異なる圧電振動片にも対応することができる。また、図示はしないが当然に、対象をプラノメサ型、プラノコンベックス型等とした場合であっても、同様である。

また、上記実施形態では図面に、いわゆるリングキャビティ型のパッケージを示しているが、アルミナシート等を積層、焼成して構成した升型のパッケージベースを有するものであっても良い。さらに、図６に示すように、段付のパッケージの段部に内部実装電極と枕を配置したものであっても良い。

第１の実施形態に係るパッケージ構造を示す図である。 枕の構成部材の材料を各層毎に変えた場合の例を示す図である。 第２の実施形態に係るパッケージ構造を示す図である。 第２の実施形態に係るパッケージにベベル型の圧電振動片を実装した例を示す図である。 第２の実施形態に係るパッケージにメサ型の圧電振動片を実装した例を示す図である。 段付パッケージに、発明に係る枕と内部実装電極を設けた例を示す図である。

符号の説明

１０………圧電デバイス、１２………パッケージ、１４………リッド、１６………パッケージベース、１８………シームリング、２０………底板、２２………内部実装電極、２４………枕、２４ａ………下層構成部材（構成部材）、２４ｂ………中層構成部材（構成部材）、２４ｃ………上層構成部材（構成部材）、２５………第１の端部、２６………外部実装電極、２７………第２の端部、３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）………圧電振動片。

Claims (6)

1. 構成部材を積層させることにより所望する高さを得る構造の枕を持つ圧電デバイスのパッケージの製造方法であって、
   上面の面積の大きな下層構成部材の上に、前記下層構成部材よりも上面の面積が小さな上層構成部材を配置する際に、
   予め定めた基準点に基づいて位置合わせを行って積層工程を実施し、
   圧電振動片を実装するためにパッケージ内部に配設される内部実装電極と対向する側面に段部を持った前記枕を形成したことを特徴とする圧電デバイスのパッケージの製造方法。
2. 請求項１に記載の圧電デバイスのパッケージの製造方法であって、
   前記枕を形成する際、前記下層構成部材と前記上層構成部材とを異なる材料としたことを特徴とする圧電デバイスのパッケージの製造方法。
3. パッケージを構成するパッケージベースに圧電振動片を実装するための内部実装電極と前記圧電振動片の自由端の揺動を抑制するための枕とを有する圧電デバイスのパッケージ構造であって、
   前記枕は上面の面積が大きな下層構成部材の上に上面の面積が小さな上層構成部材を配置する構成を採り、
   前記内部実装電極と対向する側面に、階段状の段差部を持たせたことを特徴とする圧電デバイスのパッケージ構造。
4. 請求項３に記載の圧電デバイスのパッケージ構造であって、
   前記下層積層部材と前記上層積層部材との構成材料を異ならせたことを特徴とする圧電デバイスのパッケージ構造。
5. 請求項３または請求項４に記載の圧電デバイスのパッケージ構造であって、
   前記段差部における平面距離を少なくとも、実装対象とする圧電振動片における自由端端部から励振電極までの距離よりも短くしたことを特徴とする圧電デバイスのパッケージ構造。
6. 請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の圧電デバイスのパッケージ構造であって、
   前記内部実装電極における前記枕と対向する側面に段差部を設け、各段差部の厚みは、前記枕を構成する前記下層構成部材、前記上層構成部材に合わせたことを特徴とする圧電デバイスのパッケージ構造。

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