JP2014171116A - Piezoelectric device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Masatsumi Kubota
正積 窪田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric device in which splash caused by seam-welding does not influence the inside of a cavity, and the method of manufacturing the same.SOLUTION: The piezoelectric device (100) includes: a package (120) which has a cavity (121) surrounded by a bottom surface (121a) and a lateral wall (121b) and has a long side and a short side; a piezoelectric vibration piece (110) carried by the cavity; a metallization film (150) which is disposed on a top face of the lateral wall and extends up to an outside lateral face (128b) of the lateral wall on the whole outer periphery of the top face; and a metal lid (130) which seals the cavity with its whole circumference welded to the metallization film.

Description

本発明は、金属リッドがパッケージに形成されるメタライズ膜にシーム溶接される圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to a piezoelectric device in which a metal lid is seam welded to a metallized film formed on a package, and a method for manufacturing the piezoelectric device.

底面及び側壁により囲まれるキャビティが形成されるパッケージに圧電振動片が載置され、金属リッドが側壁の上面に形成されるメタライズ膜にシーム溶接されることによりキャビティが密封される圧電デバイスが知られている。特許文献1では、メタライズ膜と金属リッドとの溶接にメタライズ膜に直接金属リッドをシーム溶接するダイレクトシーム法を用いる旨の説明がされている。ダイレクトシーム法では、シールリングを用いない分パッケージ全体を低背化でき、また、パッケージのコストを下げることが可能である。   A piezoelectric device is known in which a piezoelectric vibrating piece is placed on a package in which a cavity surrounded by a bottom surface and a side wall is formed, and the cavity is sealed by seam welding a metal lid to a metallized film formed on the top surface of the side wall. ing. Patent Document 1 describes that a direct seam method in which a metal lid is seam welded directly to a metallized film is used for welding the metallized film and the metal lid. In the direct seam method, the entire package can be reduced in height by not using a seal ring, and the cost of the package can be reduced.

特開2006−114710号公報JP 2006-114710 A

しかし、圧電デバイスの小型化によりパッケージの大きさも小さくなっており、メタライズ膜が形成されるキャビティの側壁の上面の幅も狭くなってきている。そのため特許文献1に示されるようなダイレクトシーム法では、メタライズ膜と金属リッドとをシーム溶接する最中にスプラッシュ(金属が溶けたもの)がキャビティ内に飛び、異物付着等の問題が発生して圧電デバイスの不良の原因となることがあった。   However, the size of the package has been reduced due to the miniaturization of the piezoelectric device, and the width of the upper surface of the side wall of the cavity in which the metallized film is formed has also been reduced. Therefore, in the direct seam method as shown in Patent Document 1, splash (metal melted) jumps into the cavity during seam welding of the metallized film and the metal lid, and problems such as adhesion of foreign matter occur. This could cause a failure of the piezoelectric device.

そこで本発明は、シーム溶接によるスプラッシュの影響がキャビティ内に及ばない圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法を提供する。   Therefore, the present invention provides a piezoelectric device in which the influence of splash by seam welding does not reach the inside of the cavity and a method for manufacturing the piezoelectric device.

第1観点の圧電デバイスは、底面及び側壁により囲まれるキャビティを有し、長辺及び短辺を有するパッケージと、キャビティに載置される圧電振動片と、側壁の上面に配置され、上面の全外周で側壁の外側側面まで延出したメタライズ膜と、メタライズ膜に全周が溶接されてキャビティを密封する金属リッドと、を含む。   A piezoelectric device according to a first aspect includes a cavity surrounded by a bottom surface and a side wall, a package having a long side and a short side, a piezoelectric vibrating piece placed in the cavity, and an upper surface of the side wall. A metallized film that extends to the outer side surface of the side wall at the outer periphery, and a metal lid that is welded to the metallized film to seal the cavity.

第2観点の圧電デバイスは、第1観点において、メタライズ膜が、タングステン膜と、タングステン膜の表面に形成されるニッケル膜と、ニッケル膜の表面に形成される金膜と、を有する。   In the piezoelectric device according to the second aspect, in the first aspect, the metallized film includes a tungsten film, a nickel film formed on the surface of the tungsten film, and a gold film formed on the surface of the nickel film.

第3観点の圧電デバイスは、第1観点及び第2観点において、圧電振動片を発振させる集積回路を有する。   A piezoelectric device according to a third aspect includes an integrated circuit that oscillates a piezoelectric vibrating piece in the first aspect and the second aspect.

第4観点の圧電デバイスの製造方法は、長辺及び短辺を有し、底面及び側壁により囲まれるキャビティが形成されるパッケージを用意する工程と、側壁の上面に、上面の全外周で側壁の外側側面まで延出したメタライズ膜を形成するメタライズ膜形成工程と、キャビティに圧電振動片を載置する圧電振動片載置工程と、メタライズ膜に、金属リッドの全周を溶接してキャビティを密封する工程と、を有する。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a piezoelectric device, comprising: preparing a package having a long side and a short side, and forming a cavity surrounded by a bottom surface and a side wall; A metallized film forming process for forming a metallized film extending to the outer side surface, a piezoelectric vibrating piece mounting process for mounting a piezoelectric vibrating piece in the cavity, and a metal lid are welded to the metallized film to seal the cavity. And a step of performing.

第5観点の圧電デバイスの製造方法は、第4観点において、メタライズ膜形成工程では、メタライズ膜が側壁の外側側面にも形成される。   In the fourth aspect of the method for manufacturing a piezoelectric device according to the fifth aspect, the metallized film is also formed on the outer side surface of the side wall in the metallized film forming step.

第6観点の圧電デバイスの製造方法は、第4観点及び第5観点において、メタライズ膜形成工程が、側壁の上面にタングステン膜をスクリーン印刷により形成する工程と、タングステン膜の表面にニッケルメッキを施す工程と、ニッケルメッキの膜の表面に金メッキにより金を形成する工程と、を含む。   According to a sixth aspect of the piezoelectric device manufacturing method, in the fourth and fifth aspects, the metallized film forming step includes a step of forming a tungsten film on the upper surface of the sidewall by screen printing, and a nickel plating is applied to the surface of the tungsten film. And a step of forming gold on the surface of the nickel plating film by gold plating.

本発明によれば、シーム溶接によるスプラッシュの影響がキャビティ内に及ばない圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of a piezoelectric device and a piezoelectric device which the influence of the splash by seam welding does not reach in a cavity can be provided.

圧電デバイス100の分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a piezoelectric device 100. FIG. 図1のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 圧電デバイス100の製造方法を示したフローチャートである。3 is a flowchart showing a method for manufacturing the piezoelectric device 100. メタライズ膜形成工程のフローチャートである。It is a flowchart of a metallized film formation process. 接合面122にタングステン膜151が形成されたパッケージ120の上面図である。2 is a top view of a package 120 in which a tungsten film 151 is formed on a bonding surface 122. FIG. シーム溶接されている圧電デバイス100の概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a piezoelectric device 100 that is seam welded. FIG. (a)は、図6のC−C断面図である。 (b)は、図7(a)の点線162の拡大図である。(A) is CC sectional drawing of FIG. FIG. 7B is an enlarged view of a dotted line 162 in FIG. 圧電デバイス200の分解斜視図である。2 is an exploded perspective view of a piezoelectric device 200. FIG. 図8のD−D断面図である。It is DD sectional drawing of FIG.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the scope of the present invention is not limited to these forms unless otherwise specified in the following description.

(第1実施形態)
<圧電デバイス100の構成>
図1は、圧電デバイス100の分解斜視図である。圧電デバイス100は主に、圧電振動片110と、パッケージ120と、金属リッド130と、により形成されている。圧電振動片110には、例えば、ATカットの水晶振動片を用いることができる。ATカットの水晶振動片は、主面(YZ面)が結晶軸(XYZ)のY軸に対して、X軸を中心としてZ軸からY軸方向に35度15分傾斜されている。以下の説明では、ATカットの水晶振動片の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をY’軸及びZ’軸として用いる。すなわち、圧電デバイスは、長辺が伸びる方向をX軸方向、短辺が伸びる方向をZ’軸方向、高さ方向をY’軸方向として説明される。このときX軸方向、Y’軸方向、及びZ’軸方向は、互いに垂直になっている。
(First embodiment)
<Configuration of Piezoelectric Device 100>
FIG. 1 is an exploded perspective view of the piezoelectric device 100. The piezoelectric device 100 is mainly formed by a piezoelectric vibrating piece 110, a package 120, and a metal lid 130. As the piezoelectric vibrating piece 110, for example, an AT-cut crystal vibrating piece can be used. The AT-cut quartz crystal resonator element has a principal surface (YZ plane) inclined with respect to the Y axis of the crystal axis (XYZ) by 35 degrees 15 minutes from the Z axis in the Y axis direction around the X axis. In the following description, the new axes tilted with respect to the axial direction of the AT-cut quartz crystal vibrating piece are used as the Y ′ axis and the Z ′ axis. That is, the piezoelectric device is described with the direction in which the long side extends as the X-axis direction, the direction in which the short side extends as the Z′-axis direction, and the height direction as the Y′-axis direction. At this time, the X-axis direction, the Y′-axis direction, and the Z′-axis direction are perpendicular to each other.

圧電振動片110は、矩形形状に形成されている。圧電振動片110の+Y’軸側の面及び−Y’軸側の面にはそれぞれ励振電極111が形成され、各励振電極111からは−X軸側の辺の+Z’軸側及び−Z’軸側の角にそれぞれ引出電極112が引き出されている。   The piezoelectric vibrating piece 110 is formed in a rectangular shape. Excitation electrodes 111 are respectively formed on the surface on the + Y′-axis side and the surface on the −Y′-axis side of the piezoelectric vibrating piece 110. From each excitation electrode 111, the + Z′-axis side and the −Z′-side of the −X-axis side are formed. An extraction electrode 112 is extracted at each corner on the shaft side.

パッケージ120は、X軸方向に伸びる長辺、及びZ’軸方向に伸びる短辺を有している。また、−Y’軸側の面の+X軸側及び−X軸側にはそれぞれ外部電極125が形成されている。+Y’軸側の面には、底面121a及び側壁121bにより囲まれ、圧電振動片110が配置されるキャビティ121が形成されている。また、キャビティ121の−X軸側の+Z’軸側及び−Z’軸側にはそれぞれ載置部123が形成されており、載置部123の+Y’軸側の面である上面には接続電極124が形成されている。圧電振動片110はこの載置部123上に載置される。   The package 120 has a long side extending in the X-axis direction and a short side extending in the Z′-axis direction. Further, external electrodes 125 are formed on the + X axis side and the −X axis side of the surface on the −Y ′ axis side, respectively. On the surface at the + Y′-axis side, a cavity 121 is formed that is surrounded by the bottom surface 121a and the side wall 121b and in which the piezoelectric vibrating piece 110 is disposed. In addition, a placement portion 123 is formed on each of the + Z′-axis side and the −Z′-axis side of the cavity 121 on the −X-axis side. An electrode 124 is formed. The piezoelectric vibrating piece 110 is placed on the placement portion 123.

パッケージ120は、例えばセラミックを基材としたセラミックパッケージであり、第1層120a、第2層120b、及び第3層120cの3つの層が重ね合わされることにより形成されている。第1層120aはパッケージ120の−Y’軸側の面及びキャビティ121の底面121aを形成する。第2層120bは第1層120aの+Y’軸側の面に配置され、キャビティ121内に載置部123を形成すると共にキャビティ121の側壁121bの一部を形成する。第3層120cは第2層120bの+Y’軸側の面に配置され、+Y’軸側の面に接合面122を形成すると共にキャビティ121の側壁121bの一部を形成する。接合面122にはメタライズ膜150が形成される。   The package 120 is a ceramic package based on, for example, a ceramic, and is formed by superimposing three layers, a first layer 120a, a second layer 120b, and a third layer 120c. The first layer 120 a forms a surface at the −Y′-axis side of the package 120 and a bottom surface 121 a of the cavity 121. The second layer 120 b is disposed on the surface at the + Y′-axis side of the first layer 120 a, and forms the mounting portion 123 in the cavity 121 and forms part of the side wall 121 b of the cavity 121. The third layer 120 c is disposed on the surface at the + Y′-axis side of the second layer 120 b, forms the bonding surface 122 on the surface at the + Y′-axis side, and forms part of the side wall 121 b of the cavity 121. A metallized film 150 is formed on the bonding surface 122.

金属リッド130は、平面形状に形成されており、パッケージ120の接合面122に形成されるメタライズ膜150にシーム溶接される。これにより、金属リッド130はキャビティ121を密封する。金属リッド130は、例えばコバール等の金属が基材とされ、その表面にニッケルメッキが施されてニッケル膜(不図示)が形成されている。   The metal lid 130 is formed in a planar shape, and is seam welded to the metallized film 150 formed on the bonding surface 122 of the package 120. As a result, the metal lid 130 seals the cavity 121. The metal lid 130 is made of a metal such as Kovar, for example, and the surface thereof is plated with nickel to form a nickel film (not shown).

図2は、図1のA−A断面図である。パッケージ120は、第1層120aによりキャビティ121の底面121aが形成され、第2層120b及び第3層120cによりキャビティ121の側壁121bが形成されている。側壁121bは、キャビティ121側に面する内側側面128a及びキャビティ121とは反対側の外側側面128bを有している。また、側壁121bの+Y’軸側の面である上面は接合面122であり、接合面122にはメタライズ膜150が形成されている。メタライズ膜150は側壁121bの外側側面128bまで延出した延出部150aを有しており、このメタライズ膜150に金属リッド130が溶接されている。圧電デバイス100のキャビティ121内の載置部123には、引出電極112が導電性接着剤140を介して接続電極124に接合されることにより圧電振動片110が載置される。接続電極124は、パッケージ120を貫通する貫通電極127を介して外部電極125に電気的に接続されている。これにより、圧電振動片110の励振電極111は外部電極125に電気的に接続される。   FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. In the package 120, the bottom surface 121a of the cavity 121 is formed by the first layer 120a, and the side wall 121b of the cavity 121 is formed by the second layer 120b and the third layer 120c. The side wall 121 b has an inner side surface 128 a facing the cavity 121 and an outer side surface 128 b opposite to the cavity 121. Further, the upper surface of the side wall 121 b on the + Y′-axis side is a bonding surface 122, and a metallized film 150 is formed on the bonding surface 122. The metallized film 150 has an extended portion 150a extending to the outer side surface 128b of the side wall 121b, and a metal lid 130 is welded to the metallized film 150. The piezoelectric vibrating piece 110 is placed on the placement portion 123 in the cavity 121 of the piezoelectric device 100 by joining the extraction electrode 112 to the connection electrode 124 via the conductive adhesive 140. The connection electrode 124 is electrically connected to the external electrode 125 via a through electrode 127 that penetrates the package 120. Thereby, the excitation electrode 111 of the piezoelectric vibrating piece 110 is electrically connected to the external electrode 125.

<圧電デバイス100の製造方法>
図3は、圧電デバイス100の製造方法を示したフローチャートである。以下、このフローチャートを用いて圧電デバイス100の製造方法について説明する。
<Method for Manufacturing Piezoelectric Device 100>
FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing the piezoelectric device 100. Hereinafter, the manufacturing method of the piezoelectric device 100 will be described using this flowchart.

図3のステップS101では、パッケージ120が用意される。ステップS101は、パッケージを用意する工程である。ステップS101で用意されるパッケージ120は、第1層120a、第2層120b、及び第3層120cが重ね合され、接続電極124、貫通電極127、及び外部電極125等が形成されている。ステップS101では、メタライズ膜150はまだ形成されていない。   In step S101 of FIG. 3, a package 120 is prepared. Step S101 is a process of preparing a package. In the package 120 prepared in step S101, the first layer 120a, the second layer 120b, and the third layer 120c are overlapped to form the connection electrode 124, the through electrode 127, the external electrode 125, and the like. In step S101, the metallized film 150 has not yet been formed.

ステップS102では、接合面122にメタライズ膜150が形成される。ステップS102は、メタライズ膜形成工程である。メタライズ膜150は、例えば、タングステン膜151、ニッケル膜152、及び金膜153により構成される。以下、図4及び図5を参照してメタライズ膜150の形成方法について説明する。   In step S <b> 102, the metallized film 150 is formed on the bonding surface 122. Step S102 is a metallized film forming step. The metallized film 150 is composed of, for example, a tungsten film 151, a nickel film 152, and a gold film 153. Hereinafter, a method for forming the metallized film 150 will be described with reference to FIGS.

図4は、メタライズ膜形成工程のフローチャートである。また、図4では、フローチャートの右隣りにフローチャートの各ステップを説明するための接合面122を含んだ部分断面図が示されている。この部分断面図は、後述する図5のB−B断面を含んだ図である。   FIG. 4 is a flowchart of the metallized film forming process. In FIG. 4, a partial cross-sectional view including a joint surface 122 for explaining each step of the flowchart is shown on the right side of the flowchart. This partial cross-sectional view includes a BB cross section of FIG. 5 described later.

図4のステップS201では、接合面122にタングステン膜151がスクリーン印刷により形成される。ステップS201は、タングステン膜をスクリーン印刷により形成する工程である。図4(a)は、接合面122にタングステン膜151が形成された状態の接合面122を含んだ部分断面図である。図4(a)では、側壁121bの+Y’軸側の一部が示されており、側壁121bの+X軸側にキャビティ121が形成されている。そのため図4(a)では、側壁121bの+X軸側の面が内側側面128a、側壁121bの−X軸側の面が外側側面128bとなっている。側壁121bの+Y’軸側の面である接合面122にはタングステン膜151がスクリーン印刷により形成されている。また、タングステン膜151は接合面122から外側側面128b側にはみ出して印刷される。そのため、タングステン膜151がスクリーン印刷された直後では、タングステン膜151は、接合面122から外側側面128b側にはみ出したはみ出し部151aが形成される。その後、はみ出し部151aは自重により−Y’軸方向に垂れ下がり、外側側面128bに貼り付いてタングステン膜151の延出部151bとなる。   In step S201 in FIG. 4, a tungsten film 151 is formed on the bonding surface 122 by screen printing. Step S201 is a step of forming a tungsten film by screen printing. FIG. 4A is a partial cross-sectional view including the bonding surface 122 in a state where the tungsten film 151 is formed on the bonding surface 122. FIG. 4A shows a part of the side wall 121b on the + Y′-axis side, and a cavity 121 is formed on the side of the side wall 121b on the + X-axis side. Therefore, in FIG. 4A, the + X-axis side surface of the side wall 121b is the inner side surface 128a, and the −X-axis side surface of the side wall 121b is the outer side surface 128b. A tungsten film 151 is formed on the bonding surface 122 which is the surface on the + Y′-axis side of the side wall 121b by screen printing. Further, the tungsten film 151 is printed by protruding from the bonding surface 122 to the outer side surface 128b side. Therefore, immediately after the tungsten film 151 is screen-printed, the tungsten film 151 is formed with a protruding portion 151 a that protrudes from the bonding surface 122 to the outer side surface 128 b side. Thereafter, the protruding portion 151a hangs down in the −Y′-axis direction due to its own weight, and sticks to the outer side surface 128b to become the extended portion 151b of the tungsten film 151.

図5は、接合面122にタングステン膜151が形成されたパッケージ120の上面図である。パッケージ120の+Z’軸側の接続電極124は、底面121a及び貫通電極127を介して+X軸側に形成される外部電極125に電気的に接続されている。また、図5では、スクリーン印刷によりパッケージ120の接合面122に形成されるタングステン膜151が点線で示されている。タングステン膜151は接合面122の全周に渡って形成されている。また、タングステン膜151は接合面122の外側側面128b側の全外周で外側側面128b側に延出して形成されている。そのため、タングステン膜151の延出部151bは、接合面122を取り囲むように形成される。タングステン膜151の内周側の端151cは、図5に示されるように、接合面122上の内側側面128aから僅かに外側側面128b側に寄るように形成されている。タングステン膜151の内周側の端151cは、図5において内側側面128aと重なるように形成されていても良い。   FIG. 5 is a top view of the package 120 in which the tungsten film 151 is formed on the bonding surface 122. The connection electrode 124 on the + Z′-axis side of the package 120 is electrically connected to the external electrode 125 formed on the + X-axis side through the bottom surface 121 a and the through electrode 127. In FIG. 5, the tungsten film 151 formed on the bonding surface 122 of the package 120 by screen printing is indicated by a dotted line. The tungsten film 151 is formed over the entire circumference of the bonding surface 122. Further, the tungsten film 151 is formed so as to extend toward the outer side surface 128b on the entire outer periphery of the bonding surface 122 on the outer side surface 128b side. Therefore, the extending portion 151 b of the tungsten film 151 is formed so as to surround the bonding surface 122. As shown in FIG. 5, the end 151c on the inner peripheral side of the tungsten film 151 is formed so as to be slightly closer to the outer side surface 128b side from the inner side surface 128a on the bonding surface 122. An end 151c on the inner peripheral side of the tungsten film 151 may be formed so as to overlap the inner side surface 128a in FIG.

パッケージ120のキャビティ121のX軸方向の長さを長さL1、Z’軸方向の長さを長さS1、パッケージ120の全体のX軸方向の長さを長さL2、Z’軸方向の長さを長さS2とする。このとき、タングステン膜151の外周のX軸方向の長さを長さL4としZ’軸方向の長さを長さS4とすると、タングステン膜151は接合面122の外側側面128b側の全外周で外側側面128b側に延出して形成されているため、長さL4は長さL2よりも長く、長さS4は長さS2よりも長い。また、タングステン膜151の内周のX軸方向の長さを長さL3とし、内周のZ’軸方向の長さを長さS3とすると、タングステン膜151は接合面122上に形成されていることから、長さL3は長さL1以上に長くて長さL2よりも短く、長さS4は長さS1以上に長くて長さS2よりも短い。   The length of the cavity 121 of the package 120 in the X-axis direction is the length L1, the length in the Z′-axis direction is the length S1, the entire length of the package 120 in the X-axis direction is the length L2, and the length in the Z′-axis direction. The length is defined as length S2. At this time, if the length of the outer periphery of the tungsten film 151 in the X-axis direction is the length L4 and the length in the Z′-axis direction is the length S4, the tungsten film 151 is formed on the entire outer periphery of the bonding surface 122 on the outer side surface 128b side. Since the outer side surface 128b is extended and formed, the length L4 is longer than the length L2, and the length S4 is longer than the length S2. When the length of the inner circumference of the tungsten film 151 in the X-axis direction is a length L3 and the length of the inner circumference in the Z′-axis direction is a length S3, the tungsten film 151 is formed on the bonding surface 122. Therefore, the length L3 is longer than the length L1 and shorter than the length L2, and the length S4 is longer than the length S1 and shorter than the length S2.

図4のフローチャートに戻って、ステップS202では、タングステン膜151の表面にニッケル膜152がニッケルメッキにより形成される。ステップS202は、ニッケルメッキを施す工程である。図4(b)は、タングステン膜151の表面にニッケル膜152が形成された接合面122を含む部分断面図である。ニッケル膜152は、タングステン膜151の表面にニッケルメッキを施すことにより形成される。そのため、ニッケル膜152はタングステン膜151の表面を覆うように形成される。   Returning to the flowchart of FIG. 4, in step S202, a nickel film 152 is formed on the surface of the tungsten film 151 by nickel plating. Step S202 is a process of applying nickel plating. FIG. 4B is a partial cross-sectional view including the bonding surface 122 in which the nickel film 152 is formed on the surface of the tungsten film 151. The nickel film 152 is formed by performing nickel plating on the surface of the tungsten film 151. Therefore, the nickel film 152 is formed so as to cover the surface of the tungsten film 151.

ステップS203では、ニッケル膜152の表面に金膜153が形成される。ステップS203は、金メッキにより金を形成する工程である。図5(c)は、ニッケル膜152の表面に金膜153が形成された接合面122を含む部分断面図である。ニッケル膜152の表面に金膜153が金メッキにより形成されることにより、ニッケル膜152の表面を覆うように金膜153が形成される。これにより、接合面122にメタライズ膜150が形成される。   In step S <b> 203, a gold film 153 is formed on the surface of the nickel film 152. Step S203 is a step of forming gold by gold plating. FIG. 5C is a partial cross-sectional view including the bonding surface 122 in which the gold film 153 is formed on the surface of the nickel film 152. By forming the gold film 153 on the surface of the nickel film 152 by gold plating, the gold film 153 is formed so as to cover the surface of the nickel film 152. Thereby, the metallized film 150 is formed on the bonding surface 122.

図3に戻って、ステップS103では、パッケージ120に圧電振動片110が載置される。ステップS103は圧電振動片載置工程である。図2に示されるように、圧電振動片110は、引出電極112が導電性接着剤140を介して接続電極124に接合されることによりパッケージ121内に載置され、同時に引出電極112と接続電極124とが電気的に接続される。   Returning to FIG. 3, in step S <b> 103, the piezoelectric vibrating piece 110 is placed on the package 120. Step S103 is a piezoelectric vibrating piece placing step. As shown in FIG. 2, the piezoelectric vibrating piece 110 is placed in the package 121 by bonding the extraction electrode 112 to the connection electrode 124 via the conductive adhesive 140, and at the same time, the extraction electrode 112 and the connection electrode 124 is electrically connected.

ステップS104では、金属リッド130によりキャビティ121が密封される。ステップS104は、キャビティを密封する工程である。キャビティ121の封止は、接合面122に形成されるメタライズ膜150の上面に金属リッド130を載置し、金属リッド130とメタライズ膜150とを溶接させることにより行う。金属リッド130のX軸方向の長さは長さL2であり、Z’軸方向の長さは長さS2であることができる。また、金属リッド130は、金属リッド130の外周と接合面122の外周とがY’軸方向に重なるように載置される。金属リッド130とメタライズ膜150との溶接は、金属リッド130とメタライズ膜150とを直接シーム溶接するダイレクトシーム法により行われる。   In step S <b> 104, the cavity 121 is sealed with the metal lid 130. Step S104 is a process of sealing the cavity. The cavity 121 is sealed by placing the metal lid 130 on the upper surface of the metallized film 150 formed on the bonding surface 122 and welding the metal lid 130 and the metallized film 150. The length of the metal lid 130 in the X-axis direction may be a length L2, and the length in the Z′-axis direction may be a length S2. The metal lid 130 is placed such that the outer periphery of the metal lid 130 and the outer periphery of the bonding surface 122 overlap in the Y′-axis direction. The metal lid 130 and the metallized film 150 are welded by a direct seam method in which the metal lid 130 and the metallized film 150 are directly seam welded.

図6は、シーム溶接されている圧電デバイス100の概略斜視図である。シーム溶接は、一対の電極ローラ160で金属リッド130を押さえ込み、電極ローラ160を回転させながら金属リッド130の辺上を移動させることにより連続的に抵抗溶接を行う溶接である。電極ローラ160が金属リッド130の辺上を移動している最中は、一対の電極ローラ160間に電流を流してジュール熱を発生させている。このジュール熱により金属リッド130とメタライズ膜150とが溶接される。また、電極ローラ160が金属リッド130上を移動している最中は、電極ローラ160によって常に金属リッド130に圧力が加えられながら行われている。電極ローラ160は、例えば金属リッド130の±X軸側の辺を移動して±X軸側の溶接を行い、その後±Z’軸側の辺を移動して±Z’軸側の溶接を行うことにより、金属リッド130の全ての辺が溶接される。   FIG. 6 is a schematic perspective view of the piezoelectric device 100 being seam welded. Seam welding is welding in which resistance welding is continuously performed by pressing the metal lid 130 with a pair of electrode rollers 160 and moving the electrode roller 160 on the sides of the metal lid 130 while rotating. While the electrode roller 160 is moving on the side of the metal lid 130, current is passed between the pair of electrode rollers 160 to generate Joule heat. The metal lid 130 and the metallized film 150 are welded by the Joule heat. Further, while the electrode roller 160 is moving on the metal lid 130, the pressure is always applied to the metal lid 130 by the electrode roller 160. For example, the electrode roller 160 moves the ± X-axis side of the metal lid 130 to perform welding on the ± X-axis side, and then moves the ± Z′-axis side to perform welding on the ± Z′-axis side. As a result, all the sides of the metal lid 130 are welded.

図7(a)は、図6のC−C断面図である。図7(a)には、点線で一対の電極ローラ160が示されている。図7(a)では、一対の電極ローラ160が、金属リッド130の+Z’軸側及び−Z’軸側の辺に互いに向かい合うように配置されている状態が示されている。各電極ローラ160はそれぞれ金属リッド130の角部131に接しながら移動することにより金属リッド130とメタライズ膜150との溶接を行っている。   Fig.7 (a) is CC sectional drawing of FIG. FIG. 7A shows a pair of electrode rollers 160 with dotted lines. FIG. 7A shows a state in which the pair of electrode rollers 160 are disposed to face the + Z′-axis side and the −Z′-axis side of the metal lid 130. Each electrode roller 160 is welded to the metal lid 130 and the metallized film 150 by moving while contacting the corner 131 of the metal lid 130.

図7(b)は、図7(a)の点線162の拡大図である。圧電デバイス100のシーム溶接ではメタライズ膜150に接する金属リッド130の全ての領域が溶接されるわけではなく、主に電極ローラ160とメタライズ膜150とが近接する領域163の範囲内のメタライズ膜150と金属リッド130とが溶接される。シーム溶接では、メタライズ膜150のニッケル膜152が融けて金属リッド130の側面に盛り上がる盛り上がり部154を形成する。このメタライズ膜150と金属リッド130とが互いに溶接される領域163とメタライズ膜150のキャビティ121側の端150cとの間の長さを長さLSとすると、圧電デバイス100では、メタライズ膜150が外側側面128bまで延出されていることにより長さLSの長さを大きく取ることができる。シーム溶接では溶接の最中にスプラッシュ(金属が溶けたもの)が発生することがあるが、圧電デバイス100では長さLSの長さを大きく取ることができるためスプラッシュがキャビティ121内に届くことが防がれ、これにより圧電デバイス100にショート等の不良が発生することが防がれている。   FIG. 7B is an enlarged view of a dotted line 162 in FIG. In the seam welding of the piezoelectric device 100, not all the region of the metal lid 130 in contact with the metallized film 150 is welded, and the metallized film 150 in the region 163 where the electrode roller 160 and the metallized film 150 are close to each other mainly. The metal lid 130 is welded. In the seam welding, the nickel film 152 of the metallized film 150 melts to form a raised portion 154 that rises on the side surface of the metal lid 130. When the length between the region 163 where the metallized film 150 and the metal lid 130 are welded to each other and the end 150c on the cavity 121 side of the metallized film 150 is a length LS, in the piezoelectric device 100, the metallized film 150 is outside. By extending to the side surface 128b, the length LS can be increased. In seam welding, splash (melted metal) may occur during welding. However, since the piezoelectric device 100 can take a large length LS, the splash may reach the cavity 121. As a result, the occurrence of defects such as a short circuit in the piezoelectric device 100 is prevented.

従来はメタライズ膜の印刷ずれを考慮して金属リッドを小さく設計する必要があったが、圧電デバイス100ではメタライズ膜150が接合面122の外側側面128bに延出して形成されることにより、メタライズ膜150の印刷ずれを考慮せず最大の寸法で金属リッド130を設計でき、シーム溶接する領域である封止位置も最大限外側にすることができる。また、以上に説明したように、圧電デバイス100では、メタライズ膜150が接合面122の外側側面128bに延出して形成されることにより、シーム溶接する領域をキャビティ121から離れた場所に形成することができる。キャビティ121から離れた場所でシーム溶接が行われるため、シーム溶接時に発生するスプラッシュ等の火花がキャビティ121内に飛び散ることが防がれる。   Conventionally, it has been necessary to design a metal lid small in consideration of printing misalignment of the metallized film. However, in the piezoelectric device 100, the metallized film 150 is formed to extend to the outer side surface 128 b of the bonding surface 122. The metal lid 130 can be designed with the maximum dimensions without considering the printing misalignment of 150, and the sealing position, which is an area to be seam welded, can be maximized outside. Further, as described above, in the piezoelectric device 100, the metallized film 150 is formed to extend to the outer side surface 128b of the bonding surface 122, thereby forming a region to be seam welded at a location away from the cavity 121. Can do. Since seam welding is performed at a location away from the cavity 121, sparks such as splash generated during seam welding are prevented from scattering into the cavity 121.

上記の実施形態では、金属リッド130の辺と外側側面128bとが必ずしもY’軸方向に一致せず、金属リッド130の辺が外側側面128bよりもキャビティ121側に形成されていても良い。また、メタライズ膜150のキャビティ121側の端150cと内側側面128aとが必ずしもY’軸方向に一致していなくても良く、メタライズ膜150のキャビティ121側の端150cが内側側面128aよりも外側側面128b側に寄った位置に形成されていても良い。但し、溶接される領域163とキャビティ121との間の距離が十分に取られることが望ましい。   In the above embodiment, the side of the metal lid 130 and the outer side surface 128b do not necessarily coincide with the Y′-axis direction, and the side of the metal lid 130 may be formed closer to the cavity 121 than the outer side surface 128b. Further, the end 150c on the cavity 121 side of the metallized film 150 and the inner side surface 128a do not necessarily coincide with the Y′-axis direction, and the end 150c on the cavity 121 side of the metallized film 150 is on the outer side surface than the inner side surface 128a. It may be formed at a position close to the 128b side. However, it is desirable that a sufficient distance is provided between the region 163 to be welded and the cavity 121.

(第2実施形態)
圧電デバイスは圧電振動片を発振させる集積回路を含んで圧電発振器として形成されても良い。以下に集積回路を有する圧電デバイス200について説明する。また、以下の説明においては、第1実施形態と同じ部分については第1実施形態と同じ番号を付してその説明を省略する。
(Second Embodiment)
The piezoelectric device may be formed as a piezoelectric oscillator including an integrated circuit that oscillates a piezoelectric vibrating piece. Hereinafter, the piezoelectric device 200 having an integrated circuit will be described. Moreover, in the following description, the same part as 1st Embodiment is attached | subjected with the same number as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.

図8は、圧電デバイス200の分解斜視図である。圧電デバイス200は、表面実装型の圧電デバイスであり、プリント基板等に実装されて使用される。図8に示される圧電デバイス200は主に、圧電振動片110と、集積回路270と、パッケージ220と、金属リッド130と、により形成されている。   FIG. 8 is an exploded perspective view of the piezoelectric device 200. The piezoelectric device 200 is a surface-mount type piezoelectric device, and is used by being mounted on a printed circuit board or the like. The piezoelectric device 200 shown in FIG. 8 is mainly formed by a piezoelectric vibrating piece 110, an integrated circuit 270, a package 220, and a metal lid 130.

パッケージ220は、X軸方向に伸びる長辺、及びZ’軸方向に伸びる短辺を有している。また、パッケージ220は、−Y’軸側に配置される第1層220a、第1層220aの+Y’軸側に配置される第2層220b、及び第2層220bの+Y’軸側に配置される第3層220cから成る。パッケージ220の−Y’軸側の面の四隅にはそれぞれ外部電極225が形成されており、+Y’軸側の面には底面221a及び側壁221bにより囲まれ圧電振動片110及び集積回路270が配置されるキャビティ221が形成されている。キャビティ221の−X軸側の+Z’軸側及び−Z’軸側にはそれぞれ載置部223が形成されている。載置部223の上面には接続電極224が形成され、さらにその上面には導電性接着剤140を介して圧電振動片110の引出電極112が接合される。また、底面221aには集積回路270が載置される。キャビティ221の+X軸側には、圧電振動片110の傾きを抑え、たわみに起因する衝撃を緩和する枕部229が形成されている。パッケージ220の+Y’軸側の面のキャビティ221の周りには接合面222が形成されており、接合面222にはメタライズ膜250が形成されている。   The package 220 has a long side extending in the X-axis direction and a short side extending in the Z′-axis direction. The package 220 is disposed on the −Y ′ axis side of the first layer 220a, the second layer 220b disposed on the + Y ′ axis side of the first layer 220a, and the + Y ′ axis side of the second layer 220b. The third layer 220c is formed. External electrodes 225 are respectively formed at the four corners of the surface on the −Y′-axis side of the package 220, and the piezoelectric vibrating piece 110 and the integrated circuit 270 are disposed on the surface on the + Y′-axis side surrounded by the bottom surface 221 a and the side wall 221 b. A cavity 221 to be formed is formed. Placed portions 223 are formed on the + Z′-axis side and the −Z′-axis side of the cavity 221 on the −X-axis side, respectively. A connection electrode 224 is formed on the upper surface of the mounting portion 223, and the extraction electrode 112 of the piezoelectric vibrating piece 110 is bonded to the upper surface via a conductive adhesive 140. The integrated circuit 270 is placed on the bottom surface 221a. On the + X-axis side of the cavity 221, a pillow portion 229 is formed that suppresses the tilt of the piezoelectric vibrating piece 110 and reduces the impact caused by the deflection. A bonding surface 222 is formed around the cavity 221 on the surface on the + Y′-axis side of the package 220, and a metallized film 250 is formed on the bonding surface 222.

集積回路270は、圧電振動片110と電気的に接続されて発振回路が形成される。集積回路270は−Y’軸側の面に複数の端子が形成されており、これらの端子が圧電振動片110の引出電極112又はパッケージ220に形成される外部電極225に電気的に接続される。   The integrated circuit 270 is electrically connected to the piezoelectric vibrating piece 110 to form an oscillation circuit. The integrated circuit 270 has a plurality of terminals formed on the surface at the −Y ′ axis side, and these terminals are electrically connected to the extraction electrode 112 of the piezoelectric vibrating piece 110 or the external electrode 225 formed on the package 220. .

図9は、図8のD−D断面図である。圧電デバイス200は、金属リッド130が接合面222に形成されるメタライズ膜250に第1実施形態と同様のシーム溶接がされることによりキャビティ221が密封されている。パッケージ220の底面221aには、接続電極224に電気的に接続される圧電電極242、及び外部電極225に電気的に接続される回路電極243が形成されている。圧電電極242及び回路電極243は集積回路270に形成される圧電端子271及び回路端子272に金属バンプ141を介して接合される。また、パッケージ220の側壁221bがキャビティ221側に形成される内側側面228aと、キャビティ221の反対側に形成される外側側面228bと、を有しており、圧電デバイス200においても圧電デバイス100と同様に、メタライズ膜250が接合面222の全外周において外側側面228bまで延出されて延出部250aが形成される。また、メタライズ膜250は図7(b)に示されるメタライズ膜150と同様に、タングステン膜、ニッケル膜、及び金膜により形成される。   9 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. In the piezoelectric device 200, the cavity 221 is sealed by performing seam welding similar to that of the first embodiment on the metallized film 250 on which the metal lid 130 is formed on the bonding surface 222. A piezoelectric electrode 242 electrically connected to the connection electrode 224 and a circuit electrode 243 electrically connected to the external electrode 225 are formed on the bottom surface 221 a of the package 220. The piezoelectric electrode 242 and the circuit electrode 243 are joined to the piezoelectric terminal 271 and the circuit terminal 272 formed in the integrated circuit 270 through the metal bump 141. Further, the side wall 221b of the package 220 has an inner side surface 228a formed on the cavity 221 side and an outer side surface 228b formed on the opposite side of the cavity 221, and the piezoelectric device 200 is the same as the piezoelectric device 100. In addition, the metallized film 250 is extended to the outer side surface 228b on the entire outer periphery of the bonding surface 222 to form an extended portion 250a. Further, the metallized film 250 is formed of a tungsten film, a nickel film, and a gold film, similarly to the metallized film 150 shown in FIG.

上記の圧電デバイス200に示されるように、集積回路270を有する圧電デバイスにおいてもメタライズ膜が接合面の全外周において側壁の外側側面に延出して形成されることにより、シーム溶接する領域をキャビティ221から離れた場所に形成することができる。これにより、シーム溶接時に発生するスプラッシュ等の火花がキャビティ221内に飛び散ることが防がれ、圧電デバイス200にショート等の不良が発生することが防がれている。   As shown in the piezoelectric device 200 described above, even in the piezoelectric device having the integrated circuit 270, the metallized film is formed so as to extend to the outer side surface of the side wall on the entire outer periphery of the bonding surface. Can be formed away from Thereby, sparks such as splash generated during seam welding are prevented from scattering into the cavity 221, and defects such as a short circuit are prevented from occurring in the piezoelectric device 200.

以上、本発明の最適な実施形態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実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。   As described above, the optimal embodiment of the present invention has been described in detail. However, as will be apparent to those skilled in the art, the present invention can be implemented with various modifications and variations within the technical scope thereof.

例えば、上記の実施形態では圧電振動片にATカットの水晶振動片である場合を示したが、同じように厚みすべりモードで振動するBTカットの水晶振動片などであっても同様に適用できる。さらに圧電振動片は水晶材のみならず、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムあるいは圧電セラミックを含む接合材に基本的に適用できる。   For example, in the above-described embodiment, the case where the piezoelectric vibrating piece is an AT-cut crystal vibrating piece has been described. However, the present invention can be similarly applied to a BT-cut quartz vibrating piece that vibrates in the thickness-slip mode. Furthermore, the piezoelectric vibrating piece can be basically applied not only to a quartz material but also to a bonding material including lithium tantalate, lithium niobate, or piezoelectric ceramic.

100、200 … 圧電デバイス
110 … 圧電振動片
111 … 励振電極
112 … 引出電極
120、220 … パッケージ
120a … 第1層
120b … 第2層
120c … 第3層
121、221 … キャビティ
121a、221a … 底面
121b、221b … 側壁
122 … 接合面
123、223 … 載置部
124、224 … 接続電極
125、225 … 外部電極
127 … 貫通電極
128a、228a … 内側側面
128b、228b … 外側側面
130 … 金属リッド
131 … 角部
140 … 導電性接着剤
141 … 金属バンプ
150、250 … メタライズ膜
150a、250a … 延出部
150c … メタライズ膜の内周側の端
151 … タングステン膜
151a … はみ出し部
151b … タングステン膜の延出部
151c … タングステン膜の内周側の端
152 … ニッケル膜
153 … 金膜
154 … 盛り上がり部
160 … 電極ローラ
163 … 溶接される領域
229 … 枕部
242 … 圧電電極
243 … 回路電極
270 … 集積回路
271 … 圧電端子
272 … 回路端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100, 200 ... Piezoelectric device 110 ... Piezoelectric vibrating piece 111 ... Excitation electrode 112 ... Extraction electrode 120, 220 ... Package 120a ... First layer 120b ... Second layer 120c ... Third layer 121, 221 ... Cavity 121a, 221a ... Bottom 121b 221b ... side wall 122 ... bonding surface 123, 223 ... mounting part 124, 224 ... connection electrode 125, 225 ... external electrode 127 ... through electrode 128a, 228a ... inner side surface 128b, 228b ... outer side surface 130 ... metal lid 131 ... corner Part 140 ... Conductive adhesive 141 ... Metal bump 150, 250 ... Metallized film 150a, 250a ... Extension part 150c ... End on the inner peripheral side of the metallized film 151 ... Tungsten film 151a ... Protruding part 151b ... Extension of the tungsten film 151c ... End of inner side of tungsten film 152 ... Nickel film 153 ... Gold film 154 ... Swelling part 160 ... Electrode roller 163 ... Area to be welded 229 ... Pillow part 242 ... Piezoelectric electrode 243 ... Circuit electrode 270 ... Integrated circuit 271 ... Piezoelectric terminal 272 ... Circuit terminal

Claims (6)

底面及び側壁により囲まれるキャビティを有し、長辺及び短辺を有するパッケージと、
前記キャビティに載置される圧電振動片と、
前記側壁の上面に配置され、前記上面の全外周で前記側壁の外側側面まで延出したメタライズ膜と、
前記メタライズ膜に全周が溶接されて前記キャビティを密封する金属リッドと、
を含む圧電デバイス。
A package having a cavity surrounded by a bottom surface and side walls, having a long side and a short side;
A piezoelectric vibrating piece placed in the cavity;
A metallized film disposed on the upper surface of the side wall and extending to the outer side surface of the side wall on the entire outer periphery of the upper surface;
A metal lid that is welded around the metallized film to seal the cavity;
Piezoelectric device including:
前記メタライズ膜は、タングステン膜と、前記タングステン膜の表面に形成されるニッケル膜と、前記ニッケル膜の表面に形成される金膜と、を有する請求項1に記載の圧電デバイス。   The piezoelectric device according to claim 1, wherein the metallized film includes a tungsten film, a nickel film formed on a surface of the tungsten film, and a gold film formed on the surface of the nickel film. 前記圧電振動片を発振させる集積回路を有する請求項1又は請求項2に記載の圧電デバイス。   The piezoelectric device according to claim 1, further comprising an integrated circuit that oscillates the piezoelectric vibrating piece. 長辺及び短辺を有し、底面及び側壁により囲まれるキャビティが形成されるパッケージを用意する工程と、
前記側壁の上面に、前記上面の全外周で前記側壁の外側側面まで延出したメタライズ膜を形成するメタライズ膜形成工程と、
前記キャビティに圧電振動片を載置する圧電振動片載置工程と、
前記メタライズ膜に、金属リッドの全周を溶接して前記キャビティを密封する工程と、
を有する圧電デバイスの製造方法。
Preparing a package having a long side and a short side and forming a cavity surrounded by a bottom surface and a side wall;
Forming a metallized film on the upper surface of the side wall, extending to the outer side surface of the side wall on the entire outer periphery of the upper surface; and
A piezoelectric vibrating piece placing step of placing the piezoelectric vibrating piece in the cavity;
Sealing the cavity by welding the entire circumference of the metal lid to the metallized film;
A method of manufacturing a piezoelectric device having
前記メタライズ膜形成工程では、前記メタライズ膜が前記側壁の外側側面にも形成される請求項4に記載の圧電デバイスの製造方法。   The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 4, wherein in the metallized film forming step, the metallized film is also formed on an outer side surface of the side wall. 前記メタライズ膜形成工程は、
前記側壁の上面にタングステン膜をスクリーン印刷により形成する工程と、
前記タングステン膜の表面にニッケルメッキを施す工程と、
前記ニッケルメッキの膜の表面に金メッキにより金を形成する工程と、
を含む請求項4又は請求項5に記載の圧電デバイスの製造方法。

The metallized film forming step includes
Forming a tungsten film on the upper surface of the sidewall by screen printing;
Applying nickel plating to the surface of the tungsten film;
Forming gold by gold plating on the surface of the nickel plating film;
The manufacturing method of the piezoelectric device of Claim 4 or Claim 5 containing these.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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