JP2010087930A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】特性が良く信頼性の高い圧電デバイスを提供することを目的とする。
【解決手段】貫通孔１３を有するベース１２とリッド１４よりなるパッケージの内部に圧電振動片１１を収容し、貫通孔１３に封止材１６を配設し該封止材１６を溶融することで前記パッケージを封止した圧電デバイス１０であって、前記貫通孔１３は圧電振動片１１が収容されるパッケージ内部に開口する第１の孔１３ｂと、前記パッケージの外部に開口し前記第１の孔より開口径の大きな第２の孔１３ａとが連結することで構成され、前記貫通孔の前記第１の孔１３ｂと前記第２の孔１３ａはそれぞれの中心軸、および前記第１の孔１３ｂに前記封止材１６を配設した際に前記第２の孔１３ａと前記封止材２６の中心は互いに一致しない圧電デバイス１０とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電デバイスに関するものである。

近年、ＰＤＡ、携帯電話、デジタルカメラ等の小型情報機器や移動体通信機器の薄肉化、軽量化、小型化と自動実装化を背景に、これらに使われる電子部品も小型化、表面実装化が急速に進展している。このような背景の中、圧電デバイスもセラミックパッケージに金属等のリッド（蓋）を被せ封止されたＳＭＤ型のものが増えている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

図３は従来の圧電デバイスを示す図で（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図である。圧電振動片２１は、３層構造の積層体セラミックよりなるベース２２上に形成された電極部２４ａ、２４ｂにアライメントしマウントされ導電性接着剤等により電気的に接続固定される。

次いで、ガラス製又は金属製のリッド２３をベース２２にアライメントし、ロウ材又は低融点ガラス等の封止材２５を用いて加熱手段の電気炉、加熱炉等により封止される（第１封止工程）。

前記第１封止工程の封止材２５を加熱溶融する際に、封止材２５および導電性接着剤に吸蔵されたガスや封止材２５表面に吸着したガスが放出され、このガスが圧電振動子用容器２７内部に残留し、圧電振動子の特性を悪化させることがある。このガスによる特性の悪化を防ぐためにベース２２の底板には、ガス排出用の段付き孔２２ａが設けてある。

その後、真空雰囲気中で、ベース２２の底板に設けられたガス排出用の段付き孔２２ａに金属製ボール等でなる封止材２６を搭載し、先の第１封止工程と同様にレーザー装置、電子ビーム装置等により封止材２６を溶融して気密封止が行われる（第２封止工程）。図４に示す封止材２６は、溶融後の状態を示している。

ここで、ガス排出用の段付き孔２２ａはガス排出のためのみであれば段付き形状である必要はないが、第２封止工程の封止後、金属製ボール等の封止材２６がベース２２の底板より脱落させないため段付き形状とされている。

また、上述のガス排出用の段付き孔を有する圧電デバイスの別の従来例としては、圧電デバイスの低背化をはかるため、ベースの底板に形成した貫通孔を、ベース底板上に積層され圧電振動片を囲うよう形成されたフレーム材にて、その一部塞ぐ構成とした圧電デバイスも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。この場合、貫通孔を一部塞いだフレーム材が封止材の脱落を防止する機能を果たす。

特開２０００−１０６５１５号公報 特開２００２−９５７７号公報 特開２００５−２２９３４０号公報

上述の圧電デバイスの段付き孔２２ａは、ベースの外側に開口する外側貫通孔と、この外側貫通孔より開口径の小さくベースの内側に開口する内側貫通孔とにより構成されており、前記内側貫通孔と外側貫通孔の連結部に段差を設けた構成となっている。また、外側貫通孔と内側貫通孔のそれぞれの中心軸は一致しており、ベース底面を外側から観たとき外側貫通孔と内側貫通孔は同心円として観察される。このような段付き孔の構成において、例えば外側貫通孔より小さく内側貫通孔より径の大きな金属ボールを封止材として段付き孔内に配置した場合、内側貫通孔に前記封止材が嵌まり内側貫通孔が塞がれた状態となりガス排出用の孔として機能しないことがあり、そのため圧電振動子の特性を悪化するという課題を有している。

またこの課題を回避した構造として、前述の特許文献３に記載されるような、ベースの底板に形成した貫通孔を、ベース底板上に積層され圧電振動片を囲うよう形成されたフレーム材にて一部塞ぐ構成が考えられる。ここで圧電振動子容器を構成するセラミックの積層体は、その製造過程におけるシート状のセラミック材同士の張り合わせ工程での積層ズレが大きく、ベースの底板に形成した貫通孔の位置精度を要求することには限界がある。このような構成の圧電振動子容器においてベース底板に形成した貫通孔とフレーム材の位置が相対的にずれ貫通孔をフレーム材にて所定の範囲以上塞ぐことができないと、フレーム材は封止材の脱落防止の機能を果たすことができず貫通孔の封止が行えないという課題が発生する。

本発明は、前記問題点に鑑み、特性が良く信頼性の高い圧電デバイスを提供することを目的とする。

貫通孔を有するベースとリッドよりなるパッケージの内部に圧電振動片を収容し、前記貫通孔に封止材を配設し該封止材を溶融することで前記パッケージを封止した圧電デバイスであって、前記貫通孔は圧電振動片が収容されるパッケージ内部に開口する第１の孔と、前記パッケージの外部に開口し前記第１の孔より開口径の大きな第２の孔とが連結することで構成され、前記貫通孔の前記第１の孔と前記第２の孔はそれぞれの中心軸、および前記第２の孔に前記封止材を配設した際に前記第１の孔と前記封止材の中心が互いに一致しない圧電デバイスとする。

さらに、前記封止材は前記第１の孔の開口径より大きく、前記第２の孔の開口径より小さな金属ボールである圧電デバイスとする。

本発明によれば、パッケージ内部のガス抜きを良好に行うことができ、特性が良く信頼性の高い圧電デバイスを提供することが可能となる。

以下、本発明の圧電デバイスを図面を参照して説明する。

まずはじめに、本発明に係わる圧電デバイスの構造について説明する。図１は本実施例に係わる圧電振圧電デバイスの構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。

圧電デバイス１０は、パッケージを構成するベース１２とリッド１４、およびパッケージ内に収容される音叉型圧電振動片１１から構成されている。音叉型圧電振動片１１は、その表面に励振電極を施されており、本図においては、音叉腕部の一部を省略して図示している。ベース１２は、４層構造の積層セラミックよりなり、第１のセラミック層１２ａおよび第２のセラミック層１２ｂでパッケージ底板を形成し、第３のセラミック層１２ｃおよび第４のセラミック層１２ｄによりパッケージ側壁を形成したキャビティ構造となっている。

パッケージ底板を形成する第１のセラミック層１２ａ、１２ｂには貫通孔１３が形成されており、第１のセラミック層１２ａには貫通孔１３ａが、第２のセラミック層１２ｂには貫通孔１３ａより開口径の小さな貫通孔１３ｂが形成され、この貫通孔１３ａと貫通孔１３ｂとは連結することで貫通孔１３を構成しており、その連結部において段差部１３ｃを形成している。段差部１３ｃは、貫通孔１３を封止するための封止材１６をその溶融前に貫通孔１３ａに配設した際に、封止材１６がパッケージ内部へと脱落する脱落防止手段として機能する。この貫通孔１３の貫通孔１３ａの内壁、および段差部１３ｃには金属のメタライズ層とその表面に形成されたＮｉメッキとＡｕメッキ層が形成されている。ここで、貫通孔１３ａと貫通孔１３ｂそれぞれの中心軸は互いに一致しないよう構成されている。また、貫通孔１３ｂは貫通孔１３ａよりその開口径が小さく設定されているので、第１のセラミック層１２ａと第２のセラミック層１２ｂが多少ずれて積層されたとしても段差部１３ｃを確実に構成することができる。

１４はベース１２上に被せられるリッドであり、ろう材１５によりベース１２と接合されている。ベース１２に収納された音叉型圧電振動片１１は、前記リッド１４及び封止材１６によって気密に封止された構造である。

続いて、本発明の圧電デバイスの製造方法について順を追って説明する。
まず、音叉型圧電振動片１１は、ベース１２にアライメントしてマウントされ、導電性接着剤１７で電気的に接続固定される。

その後、所望の発振周波数になるよう音叉型圧電振動片１１の発振周波数を調整する。発振周波数の調整は、音叉型圧電振動子片１１上に金属電極部を設け、レーザービーム等により金属電極部を蒸散することにより音叉型圧電振動片の重量を減じる等の方法で行われる。

次いで、金属やセラミック、あるいはガラスよりなるリッド１４をベース１２上部にアライメントして、ろう材１５をレーザー装置や電子ビーム装置、あるいは加熱炉等により溶融して封止する。ここで、前記封止工程と発振周波数の調整工程は、リッド１４の材質がガラスのような場合等の様に、封止工程後に実施可能であるならば工程が前後してもかまわない。

また、前記封止工程の際には、ろう材１５の表面に吸着したガスや、ろう材１５に吸蔵されたガスがパッケージ内に残留する。このガスは圧電振動子の特性を悪化させる要因である。このガスを取り除くため、圧電デバイス１０を真空雰囲気中で高温に加熱し、貫通孔１３から外部へ放出する。

次いで、貫通孔１３を封止する工程に移行する。図２は、本実施例における貫通孔に封止材を配設した状態を示す一部拡大図である。貫通孔１３の封止工程は、図２に示すように、まず球形の金属ボールからなる封止材１６を貫通孔１３内に配設する。封止材は貫通孔１３ａの開口径より小さく貫通孔１３ｂの開口径より大きくなるよう構成されている。封止材１６は貫通孔１３ｂの開口径より大きく構成されているので、封止材１６がパッケージ内に脱落することはない。また、貫通孔１３ａと貫通孔１３ｂはそれぞれの中心軸が互いに一致しないように構成され、さらに封止材１６を貫通孔１３ａ内に配設したときに貫通孔１３ｂは封止材１６の中心とも一致しないよう封止材１６と貫通孔１３は設定されている。このような構成にすることにより、封止材１６が貫通孔１３ｂに嵌まり込むことを防止でき、封止材１６がパッケージ内部のガス抜きを阻害することがない。次に、前記工程により貫通孔１３ａ内に配設した封止材１６を加熱溶融し、圧電デバイス１０を気密に封止する。加熱溶融手段は、レーザー装置、電子ビーム装置等により行うのは従来技術と同様である。この工程を経て圧電デバイス１０が完成する。

本実施例に係わる圧電振圧電デバイスの構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図。 本実施例における貫通孔に封止材を配設した状態を示す一部拡大図。 従来の圧電デバイスを示す図で（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図。

符号の説明

１０ 圧電デバイス
１１ 音叉型圧電振動片
１２ ベース
１２ａ 第１のセラミック層
１２ｂ 第２のセラミック層
１２ｃ 第３のセラミック層
１２ｄ 第４のセラミック層
１３ 貫通孔
１３ａ 貫通孔
１３ｂ 貫通孔
１３ｃ 段差部
１４ リッド
１５ ろう材
１６ 封止材
２１ 音叉型圧電振動片
２２ ベース
２２ａ 段付き孔
２３ リッド
２４ａ 電極
２４ｂ 電極
２５ 封止材
２６ 封止材
２７ 圧電振動子容器

Claims (2)

1. 貫通孔を有するベースとリッドよりなるパッケージの内部に圧電振動片を収容し、前記貫通孔に封止材を配設し該封止材を溶融することで前記パッケージを封止した圧電デバイスであって、
   前記貫通孔は圧電振動片が収容されるパッケージ内部に開口する第１の孔と、前記パッケージの外部に開口し前記第１の孔より開口径の大きな第２の孔とが連結することで構成され、
   前記貫通孔の前記第１の孔と前記第２の孔はそれぞれの中心軸、および前記第２の孔に前記封止材を配設した際に前記第１の孔と前記封止材の中心が互いに一致しないことを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記封止材は前記第１の孔の開口径より大きく、前記第２の孔の開口径より小さな金属ボールであることを特徴とする請求項２に記載の圧電デバイス。

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