JP2012074937A - 圧電デバイス、及び圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】格納空間への封止材の流入を防止しながら、接合強度または機密性を安定的に確保した封止構造を備えた圧電デバイスを提供する。
【解決手段】圧電振動片５がベース４の主面にマウント接続され、蓋３はフランジと凹形状の内表面とを有し、圧電振動片５を収納するようにフランジとベースとが封止され、蓋３がフランジから前記内表面へと連続する連続曲面を有することを特徴とする圧電デバイス１、及びその製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電デバイス、及び圧電デバイスの製造方法に関する。

図６は、従来の圧電デバイスの蓋２３とベース２４との封止材２２周辺の断面図である。ベース２４と蓋２３とを封止材２２で封止した格納空間に、圧電振動片等を格納した圧電デバイスの封止材２２およびその周辺を示している。
蓋２３は凹形状の内表面３１とフランジ３０とから形成されている。封止材２２がベース２４とフランジ３０との間の挟持領域に充填され、この挟持領域の面積が大きいほうが封止材２２による接合強度や密閉性の確保が安定する。

この封止方法では、圧電振動片等を格納した格納空間の中央へ向かって、封止材２２の流入が発生しやすい。特許文献１では、この封止材２２が格納空間へ流入することを防止することを課題として、フランジ３０と内表面３１との間の屈曲面２７の位置付近に、凸形状の突出物を設けることを提案している。この突出物によって、封止材２２の流入が格納空間へ流入することが防止できるとしている。

特許文献２では、接合強度の確保を課題として、封止材２２を格納空間に積極的に流入させて、インナーメニスカスを形成させることが提案されている。

特開２００４−６４０１３号公報 特開２００７−２７４３０７号公報

上述の圧電デバイスにおいて、市場からの要求によって、一層の小型化が計られている。それに伴い、封止材２２が形成される領域、即ち面積を今までよりも狭くすることも検討されている。しかし、フランジ３０とベース２４とが挟持する領域の面積を狭くすることは、接合強度あるいはそれに伴う格納空間の気密性の確保を困難とする。

さらに、小型化のためには挟持する領域と圧電振動片とをますます互いに近い位置に配置させた設計にせざるを得ない。しかし、この設計を適用する場合、封止材２２を格納空間に向かって内側に流入させるインナーメニスカスを発生させることは、圧電振動片等と封止材２２とが接触しやすくなり、圧電振動片等を汚染するなどの問題を起こしやすい。

逆に、格納空間への封止材２２の流入を防止するためにフランジ３０と内表面３１との間に、突出物等を設けることは、小型化を阻害する一因となりうる。また、図６に示すように、フランジ３０と内表面３１の間に屈曲面２７があると、この屈曲面２７によって封止材２２が格納空間へ強く押し出される。

本発明は、小型化しても、格納空間への封止材２２の流入を防止しながら、接合強度または機密性を安定的に確保できる封止構造を備えた圧電デバイスおよびその製造方法を提供することを課題とする。

本発明は、上記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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例における圧電デバイスは、ベースと蓋と圧電振動片とを備えた圧電デバイスであって、前記圧電振動片は前記ベースの主面にマウント接続され、前記蓋はフランジと凹形状の内表面とを有し、前記圧電振動片を格納するように前記フランジと前記ベースとが封止材で封止され、前記蓋が前記フランジから前記内表面へと連続する連続曲面を有することを特徴とする。

この構成の本適用例では、蓋がフランジと凹形状の内表面とを有し、フランジから内表面へと連続する連続曲面を有するので、格納空間の中央に向かうに従い、ベースと連続曲面の間の空間が拡がる。この空間の拡がりにより、封止材が格納空間の中央に向かって流入することを低減することができ、封止材による圧電振動片等の汚染を防止できる。

［適用例２］上記適用例にかかる圧電デバイスにおいて、前記封止材が前記フランジと前記ベースとが挟持する空間に充填され、且つ前記フランジの端部の少なくとも一部に接することを特徴とする。

この構成の本適用例では、封止材がフランジとベースとが挟持する空間に充填されるばかりでなく、フランジの端部の少なくとも一部にも接し、フランジの端部の一部も接合に寄与できるので、圧電デバイスを小型化しても接合強度と気密性を安定して確保できる封止領域の面積を大きく得ることができる。

［適用例３］上記適用例にかかる圧電デバイスにおいて、前記ベースの端部が前記フランジの端部よりも外側へ向かって突出し、この突出した部分に前記封止材が盛られることを特徴とする。

この構成の本適用例では、ベースの端部がフランジの端部よりも外側へ向かって突出し、この突出した部分に封止材が盛られるので、封止材をフランジの端部に確実且つ簡便に接触させることができる。

［適用例４］本適用例における圧電デバイスの製造方法は、ベースと蓋と圧電振動片とを備えた圧電デバイスの製造方法であって、前記ベース表面に封止材を塗布する、封止材塗布工程と、前記封止材を塗布したベースに圧電振動片をマウントする、マウント工程と、前記ベースと前記蓋とを互いに合わせこみする合わせこみ工程と、前記ベースと前記蓋とを互いに押し当てながら前記封止材を硬化する、封止材硬化工程と、を備え、前記封止材塗布工程において、前記封止材を塗布する塗布領域が前記ベースの端部に沿った帯状とし、且つ前記塗布領域を前記蓋の端部よりも内側に配置することを特徴とする。

この構成の本適用例では、封止材塗布工程において、封止材を塗布する塗布領域が前記ベースの端部に沿った帯状とし、且つ塗布領域を蓋の端部よりも内側に配置するので、ベースに蓋を押し当てた時に、全周に亘って蓋のフランジの端部に封止材が接触することができる。これにより、全周に亘って、接合強度と気密性を安定して確保できる封止構造を形成できる。

［適用例５］上記適用例にかかる圧電デバイスの製造方法では、前記封止材硬化工程において、前記封止材は低融点ガラスであり、３２０℃以上、３８０℃以下の雰囲気中でおこなうことを特徴とする。

この構成の本適用例では、封止材硬化工程において、封止材は低融点ガラスであり、３２０℃以上、３８０℃以下の雰囲気中でおこなうので、封止材とフランジの端面とを接触させながら、封止材を格納空間へ流入することを低減させることを確実におこなうことができる。

本実施形態の圧電デバイスを説明した断面図。 本実施形態の封止材周辺を説明した断面図。 本発明の実施形態を説明するための工程フロー図。 本発明の実施形態のそれぞれの工程における断面図。 本発明の実施形態における封止材塗布工程における平面視図。 従来技術の封止材周辺を説明した断面図。

［圧電デバイスの構成］
図１は、本発明の実施形態における圧電デバイスを説明した断面図である。
図１に示される通り、圧電デバイス１は、ベース４の主面に圧電振動片５をマウント部６でマウント（マウント接続）し、圧電振動片５を囲むように蓋３とベース４とを封止材２で封止して、格納空間を形成する。なお、ベース４は平板形状で例示したが、ベース４の底部に電子部品またはこれらを格納する格納空間を形成してもよい。また、圧電振動片５を例示したが、これ以外の電子部品を同じ格納空間に格納してもよい。蓋３はフランジと凹形状の内表面とを備えている。

ベース４には例えば、セラミック、ガラス等を用いればよく、蓋３には金属、例えば、コバール、インバーなどが好ましく用いられる。蓋３の金属表面にニッケルを含む薄膜を形成してもよい。また、封止材２としては、低融点ガラスを用いてもよい。

図２は、本発明の実施形態における封止材周辺を説明した断面図である。
図２に示す通り、蓋３はフランジ１０と内表面１１の間に連続曲面７を有する。この連続曲面７を有することにより、格納空間に向かうに従い、封止材２を挟持する空間がゆるやかに拡がるので、封止材２が格納空間の中央へ向かって流入することを低減できる。

封止材２はフランジ１０とベース４の間に挟持されるとともに、蓋３（フランジ１０）の端部８の一部に接して形成される。図２では封止材２の上層は端部８の上端よりも低い位置に例示されているが、端部８の上端よりも高い位置まで形成されていてもよい。すなわち、封止材２がフランジ１０の底面と蓋３の端部８に接して形成されていればよく、この構造によって、フランジ１０を小さく設計しても、封止材２が封止する封止領域を大きく確保することができる。

ベース４の端部９の位置は、蓋３の端部８の位置よりも外側に向かって突出している。これにより、封止材２を蓋３の端部８の近傍で十分な量を伴って盛り上げることができ、確実に封止材２は蓋３の端部８に接して形成することができる。

［圧電デバイスの製造方法］
図３は、本発明の実施形態における、圧電デバイスの製造方法を説明するための工程フロー図である。図４は、本発明の実施形態のそれぞれの工程における断面図であり、図５は、本発明の実施形態における封止材塗布工程における平面視図である。次に各工程について、図を参照し詳しく説明する。

［封止材塗布工程］
まず、図３の封止材塗布工程において、図４（Ａ）に示すように、ベース４の主面の一部に封止材２を形成する。
図５に示すように、Ｌ１とＬ２はベース４の外形１４の縦横の寸法を示し、Ｍ１とＭ２は帯状の封止材塗布領域である帯１２の、内周の縦横の寸法を示す。また、Ｎ１とＮ２は蓋３の外周１３（フランジ１０）の寸法を示す。

これらの寸法の一例を以下に示す。
Ｌ１＝２．６ｍｍ、Ｌ２＝３．２ｍｍ
Ｍ１＝１．８ｍｍ、Ｍ２＝２．４ｍｍ
Ｎ１＝２．４ｍｍ、Ｎ２＝３．１ｍｍ
封止材塗布領域の帯１２の幅は０．１ｍｍ

これらの寸法を用いて封止した圧電デバイス１では、蓋３の端部８に封止材２を接触させて封止することができる。なお、ベース４と蓋３と封止塗布領域の帯１２が矩形とした例を示したが、円でも楕円でもかまわない。
また、封止材２の塗布は、スクリーン印刷、インクジェット印刷等を用いることができる。

［マウント工程］
次に、図３のマウント工程において、図４の（Ｂ）に示すように、ベース４の主面（封止材が形成される側）にマウント部６を介して、圧電振動片５をマウントする。
なお、この例示とは逆に、マウント工程を実施した後、封止材塗布工程を実施する順番でもよい。

［合わせこみ工程］
次に、図３の合わせこみ工程において、図４の（Ｃ）に示すように、ベース４の上面側に、ベース４との位置を合わせて、蓋３を設置する。なお、ベース４の中心と蓋３の中心が平面視的に一致するほうが、封止材塗布領域の帯１２と蓋３（フランジ１０）の端部８とのずれを周回上等しくすることができ、安定した機密性を得ることができる。この位置あわせは専用のトレー等を用いることで実施できる。

［封止材硬化工程］
次に、図３の封止材硬化工程において、合わせこみをしたベース４と蓋３とを、図示しない電気炉等の雰囲気中で加温する。封止材２が軟化する温度の雰囲気中で、蓋３の自重または重り等による押し圧でフランジ１０の一部を封止材２へめり込ませる。
封止材２が低融点ガラスの場合、この雰囲気温度としては３２０℃以上、３８０℃以下が好ましい。この雰囲気温度が３２０℃以下の場合は、低融点ガラスの変形が起きにくいので、フランジ１０の端部８に低融点ガラス（封止材）が接するように形成できない。また、この雰囲気温度が３８０℃以上の場合は低融点ガラスの流動性が大きくなり、格納空間へ流入し、圧電振動片５と接触しやすくなる。

上記の実施形態では、すでに個片化した蓋３とベース４とを封止する圧電デバイス１とその製造方法を示したが、少なくともどちらか一方に、個片化する前のマザー基板を用いて、本発明の封止を実施した後、個片化して圧電デバイスとしてもよい。

以上の構成の実施形態では次の作用効果を奏することができる。
（１）フランジ１０から内表面１１へと連続する連続曲面７により、封止材２が格納空間の中央に向かって流入することを低減することができ、封止材２による圧電振動片５等の汚染を防止できる。

（２）封止材２がフランジ１０の端部８の少なくとも一部に接することで、ベース４と対向するフランジ１０の面ばかりでなく、端部８の一部も接合に寄与できるので、接合強度と気密性を安定して確保できる。

（３）ベース４の端部９がフランジ１０の端部８よりも外側へ向かって突出し部分に封止材２が盛られ、封止材２をフランジ１０の端部８に安定して接触させることができる。

（４）封止材２を塗布する帯状の塗布領域である帯１２を蓋３の端部８の位置よりも内側に配置するので、全周に亘って蓋３の端部８に封止材２が接触することができる。これにより、全周に亘って、接合強度と気密性を安定して確保できる封止構造を形成できる。

（５）封止材２は低融点ガラスであり、３２０℃以上、３８０℃以下の雰囲気中でおこなうので、封止材２と、フランジ１０の端部８の面とを接触させながら、封止材２を格納空間へ流入することを防止することを確実におこなうことができる。

本発明は、圧電デバイス、その他のデバイスに利用できる。

１…圧電デバイス、２，２２…封止材、３，２３…蓋、４，２４…ベース、５…圧電振動片、６…マウント部、７…連続曲面、８，２８…端部、９，２９…ベースの端部、１０，３０…フランジ、１１，３１…蓋の内表面、１２…帯（封止材塗布領域）、２７…屈曲面。

Claims (5)

1. ベースと蓋と圧電振動片とを備えた圧電デバイスであって、
   前記圧電振動片は前記ベースの主面にマウント接続され、
   前記蓋はフランジと凹形状の内表面とを有し、
   前記圧電振動片を格納するように前記フランジと前記ベースとが封止材で封止され、
   前記蓋が前記フランジから前記内表面へと連続する連続曲面を有することを特徴とする圧電デバイス。
2. 請求項１に記載の圧電デバイスであって、
   前記封止材が前記フランジと前記ベースとが挟持する空間に充填され、且つ前記フランジの端部の少なくとも一部に接することを特徴とする圧電デバイス。
3. 請求項１または請求項２に記載の圧電デバイスであって、
   前記ベースの端部が前記フランジの端部よりも外側へ向かって突出し、この突出した部分に前記封止材が盛られることを特徴とする圧電デバイス。
4. ベースと蓋と圧電振動片とを備えた圧電デバイスの製造方法であって、
   前記ベース表面に封止材を塗布する、封止材塗布工程と、
   前記封止材を塗布したベースに圧電振動片をマウントする、マウント工程と、
   前記ベースと前記蓋とを互いに合わせこみする、合わせこみ工程と、
   前記ベースと前記蓋とを互いに押し当てながら前記封止材を硬化する、封止材硬化工程と、
   を備え、
   前記封止材塗布工程において、前記封止材を塗布する塗布領域が前記ベースの端部に沿った帯状とし、且つ前記塗布領域を前記蓋の端部よりも内側に配置することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
5. 請求項４に記載の圧電デバイスの製造方法であって、
   前記封止材硬化工程において、前記封止材は低融点ガラスであり、３２０℃以上、３８０℃以下の雰囲気中でおこなうことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。

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