JP2016001819A - 圧電振動子およびベース - Google Patents

Abstract

【課題】リングキャビティ型のセラミックベース用いた水晶振動子５０での、リングロー付け用メタライズ層２７のニジミ部２７ａの影響を軽減する。【解決手段】 圧電振動子５０は、セラミック板６１と、セラミック板６１にメタライズ層２７を介して接合される金属製枠体２３と、セラミック板および枠体で構成される凹部６０ａ内に収納される圧電片３０と、金属性枠体２３に接合される蓋体４０とを具える。さらに、セラミック板６１上の凹部６０ａ内に当たる領域に、メタライズ層のニジミ部２７ａを覆う被覆層（セラミック層）６３を具える。【選択図】図１

Description

本発明は、リングキャビティ型と称されるセラミック製ベースを用いた圧電振動子とその製造に用いて好適なベースに関する。

例えば携帯電話やウエアラブル端末等の電子機器に対する小型化および低背化の要求が、増々高まっている。そのため、これら電子機器で必須とされる水晶振動子に対しても、小型かつ低背の要求が増々高まっている。低背型や小型化に有利な水晶振動子の一種として、リングキャビティ型と称されるセラミック製ベースを用いた水晶振動子がある。

図３は、例えば特許文献１に記載されているリングキャビティ型のセラミック製ベースを利用した、水晶振動子１０の説明図である。特に（Ａ）図はその斜視図、（Ｂ）図はその断面図、（Ｃ）図はその上面図である。なお、（Ｂ）図は（Ａ）図中のＰ−Ｐ線に沿って水晶振動子１０を切った断面図、（Ｃ）図は（Ａ）図のものから蓋４０を外して内部を見た上面図に相当する。

この水晶振動子１０は、リングキャビティ型のセラミック製ベース２０と、ベース２０の凹部２０ａ内に収納された水晶片３０（図３（Ｂ），（Ｃ）参照）と、ベース２０に接合された蓋体４０とを具える。

ベース２０は、図３（Ｂ）に示したように、セラミック製の板２１と、その外周部に設けられた金属製枠体２３とを具える。金属性枠体２３の平面形状が四角のリング状であり、かつ、この枠自体により水晶片３０を内包する凹部（キャビティ）２０ａが構成されていることから、この種のベースはリングキャビティ型と称される。

セラミック製の板２１は、この場合、第１セラミック層２１ａと第２セラミック層２１ｂの積層体で構成されている。また、金属性枠体２３は、第２セラミック層２１ｂに、メタライズ層２７を介し、ロー付けにより接合されている。第１セラミック層２１ａの第２層セラミック層２１ｂとは反対面に、外部接続端子２５が設けられており、第２セラミック層２１ｂの第１セラミック層２１ａとは反対面に、水晶片搭載用電極２９ａが設けられている。外部接続端子２５と水晶片搭載用電極２９ａとは、第１、第２セラミック層２１ａ，２１ｂに設けた内部配線２９ｂにより接続されている。

水晶片３０は、その表裏各々の中央部を含む所定領域に、励振電極３０ａ（図３（Ｃ）参照）を具えている。水晶片３０は、その縁部にて水晶片搭載用電極２９ａに、導電性部材３１により電気的、機械的に接続されている。蓋体４０は従来公知のシーム封止法等の溶接法により金属製枠体２３に接合されている。

特開２００５−２２９０２７号公報

リングキャビティ型のセラミックパッケージを用いた水晶振動子では、金属製枠体２３自体が水晶片３０を収納する凹部２０ａの壁の役割を果たすので、水晶振動子の低背化に有利であった。さらに、水晶片３０を収納する凹部２３ａの輪郭が金属性枠体２３の内側の輪郭のみで決められるので、凹部２０ａの壁をセラミック層と金属性枠体の積層体で構成した場合に起きるセラミック層と金属製枠体の積層ズレによる凹部２０ａの開口面積の悪化が無いから、水晶片の実装余裕の点でも有利であった。

しかしながら、従来のリングキャビティ型の水晶振動子の場合、図３（Ｃ）に示したように、金属性枠体２３を第２セラミック層２１ｂに接続するためのメタライズ層２７が、金属性枠体２３の内側輪郭よりもベース２０の内部側に張り出してしまうことが多い。メタライズ層２７を製造する際の精度等に起因するためである。以下、この部分をニジミ部２７ａという。従来においては、このようなニジミ部２７ａが生じる可能性がある分、水晶片搭載用電極２９ａと金属製枠体２３とのクリアランスに余裕を持たせる必要があるため、ベース設計の自由度、水晶片設計の自由度、水晶振動子製造時の水晶片搭載精度の余裕度を低下させる等の問題点があった。

この出願の各発明の目的は、上述した問題点を解決することにある。

この目的の達成を図るため、この出願の第１発明の圧電振動子によれば、セラミック板と、このセラミック板にメタライズ層を介して接合される金属製枠体と、前述のセラミック板および枠体で構成される凹部内に収納される圧電片と、前述の金属枠体の前述のセラミック板とは反対面で該枠体に接合される蓋体とを具える圧電振動子において、セラミック板上の前述の凹部内に当たる領域に、メタライズ層のニジミ部を覆う被覆層を具える。

ここで、メタライズ層とは、セラミック板と金属性枠体とを結合する種々の層であって、ニジミ部が生じるおそれのある層の事であり、例えば、セラミック板と金属製枠体との界面に形成されるタングステン等の高融点金属を含む層や、その層にメッキされるニッケルメッキや金メッキ等の各種の金属層のことである。

また、ニジミ部を覆う被覆層は、セラミック板の前記凹部に当たる領域全面に設けるのが良い。この被覆層は、金属製枠体の縁に密着するように設けられる方が好ましいが、必ずしも密着する必要はなく、水晶片搭載電極へのニジミ部の影響を防止又は軽減できるなら金属製枠体の縁との間に微小な隙間が生じる場合があってもよい。この被覆層は、絶縁性材料で構成する。具体的にはセラミック、ガラス等で構成するのが良い。また、この被覆層に従来同様に内部配線や圧電片搭載用電極を設けるのが良い。ただし、設計次第では、この被覆層は、内部配線や圧電片搭載用電極と独立したものでも良い。

この第１発明の実施に当たり、被覆層は前述のセラミック板に積層したセラミック層とするのが良い。既存の積層構造のセラミックベースの製造法、または、これに準じた製造法によりベースを作ることができるからである。また、熱膨張係数の整合性等からも有利だからである。また、被覆層（セラミック層）の厚みは、必要最低限の範囲で薄い方が良い。金属製枠体で構成される凹部中に圧電片を収納するから、この被覆層の厚みが厚い程、この枠体の圧電片を収納できる空間の高さ方向寸法が小さくなり、圧電片の収納が難しくなるからである。従って、被覆層はセラミック板より薄くする。具体的には、セラミック板の厚みは、当該ベースに要求される強度を確保できる厚さとし、被覆層の厚みは、ニジミ部を被覆できかつ圧電片を枠体内に収納できる厚みにするのが良い。この層の厚みが薄い方が、製造精度等が得られ易い点からも、必要最小限の厚みが良い。

この出願の第２発明によれば、セラミック板と、このセラミック板にメタライズ層を介して接合される金属製枠体とを具え、前述のセラミック板および枠体で構成される凹部内に圧電片が収納されるベースにおいて、セラミック板上の前述の凹部内に当たる領域に、前述のメタライズ層のニジミ部を覆う被覆層、好ましくはセラミック層から成る被覆層を具える。

またこの出願の各発明でいう圧電片は、水晶片が良いが、セラミック圧電体等の他の圧電材料から成る圧電片でも良い。

この出願の第１発明によれば、金属製枠体をセラミック板に接合するためのメタライズ層にニジミ部が生じていた場合でもニジミ部は被覆層により被覆されるので、ベース内に圧電素子片を搭載する際に用いる導電性接着剤がニジミ部に接触することを防止できる。このため、ベースや水晶片の設計自由度、水晶振動子製造時の水晶片搭載精度の余裕度を従来に比べ大きくできる。

また、この出願の第２発明のベースによれば、第１の発明の圧電振動子の製造を容易に実現することができる。

（Ａ）は実施例の圧電振動子５０の斜視図、（Ｂ）は圧電振動子５０の断面図、（Ｃ）は圧電振動子５０を蓋体４０を外して見た上面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は実施例のベース６０の製造方法例を示す要部工程図である。 （Ａ）は従来の圧電振動子１０の斜視図、（Ｂ）は圧電振動子１０の断面図、（Ｃ）は圧電振動子１０を蓋体４０を外して見た上面図である。

以下、図面を参照してこの出願の第１および第２発明の実施例について説明する。なお、説明に用いる各図はこれら発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施例中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明が以下の実施例のみに限定されるものではない。

図１（Ａ）〜（Ｃ）は実施例の圧電振動子５０を説明する図である。特に（Ａ）図はその斜視図、（Ｂ）図はその断面図、（Ｃ）図はその上面図である。なお、（Ｂ）図は（Ａ）図中のＰ−Ｐ線に沿って水晶振動子５０を切った断面図、（Ｃ）図は（Ａ）図のものから蓋４０を外して内部を見た上面図に相当する。

実施例の圧電振動子５０は、第２発明に係るベース６０と、これに内包される圧電片としての水晶片３０(図１（Ｂ）、（Ｃ）参照)と、蓋体４０とを具える。また、このベース６０は、セラミック板６１と、セラミック板６１にメタライズ層２７(図１（Ｂ）、（Ｃ）参照)を介して接合される金属製枠体２３と、セラミック板６１および枠体２３で構成される凹部６０ａ（図１（Ｂ）参照）内に設けられた被覆層６３とを具える。この被覆層６３は、メタライズ層２７のニジミ部２７ａを覆うために設けてある。さらにこのベース６０は、従来同様に、外部接続端子２５、水晶片搭載用電極２９ａおよび内部配線２９ｂを具える。

被覆層６３を、例えばセラミック板６１と同様の材料からなるセラミック層で構成する。また、被覆層６３の厚みは、金属製枠体２３内に圧電片３０を収納する際の高さ方向の寸法に影響しないようにするため、ニジミ部２７ａを覆うことができる範囲でなるべく薄くする。従って、セラミック基板６１の厚みは、ベース６０に要求される機械強度を維持するために所定厚みにするので、被覆層層６３の厚みは、上記目的の範囲で薄くしても問題はなく、たとえば、セラミック板６１の厚みに対し例えば８０％〜２０％の範囲、より好ましくは５０％〜２０％の範囲の中の任意の厚みとする。また、金属製枠体２３の厚みを、被覆層６３の厚み分だけ厚くしても良い。例えば、金属製枠体２３の従来の厚みがＴであった場合で、被覆層６３の厚みをｔとする場合、金属性枠体２３の厚みをＴ＋ｔとしても良い。

また、圧電片３０は、従来同様に、表裏各々の中央部を含む所定領域に、励振電極３０ａ（図１（Ｃ）参照）を具えている。圧電片３０は、その縁部にてベース６０の水晶片搭載用電極２９ａに、導電性部材３１により電気的、機械的に接続してある。また、蓋体４０は従来公知のシーム封止法等の溶接法で金属製枠体２３に接合してある。蓋体４０で封止する際の凹部６０ａ内の雰囲気は、圧電振動子の設計に応じた雰囲気、例えば窒素雰囲気とか減圧雰囲気とする。

この実施例の圧電振動子６０によれば、メタライズ層２７のニジミ部２７ａを被覆層６３より覆っているので、導電性部材３１のメタライズ層２７と接触する危険性を低減できる。

次に、この発明の理解を深めるために、ベース６０の製法例の一例を説明する。図２（Ａ）〜（Ｄ）はその説明図であり、主要工程をベース６０の断面図により示した工程図である。ただし、ベース６０は一般にシート状態で形成され後に個片化されるので、図２はその中途工程、すなわちシート状態で処理されている工程を示している。

先ず、図２（Ａ）に示すように、セラミック板形成用のグリ−ンシート６１ａであって、外部配線２５、内部配線２９ｂの一部の形成が済んだグリーンシート６１ａを用意する。

次に、図２（Ｂ）に示すように、グリーンシート６１ａの金属製枠体形成予定領域上にメタライズ層２７を形成する。このメタライズ層２７は上面から見れば、金属製枠体２３と同様な枠状のものに形状なる。メタライズ層２７は、例えばスクリーン印刷法により形成できる。

次に、図２（Ｃ）に示すように、シート６１ａのメタライズ層２７を形成した内側領域に被覆層６３を形成する。これは、例えばスクリーン印刷法で形成できる。さらに、水晶片搭載用電極２９ａと、内部配線２９ｂの残りの部分を形成する。このように形成した積層体を焼結炉等で熱処理することにより、セラミック板６１、セラミック層６３、外部接続端子２５、メタライズ層２７、水晶片搭載用電極２９ａ、内部配線２９ｂは所望の状態になる。

次に、図２（Ｄ）に示すように、金属製枠体２３をメタライズ層２７にロー付け法により接合する。なお、詳細は省略するが、メタライズ層２７に対して、所定の金属メッキ等がされた後にロー付けを行う。上記の手順によりこの発明に用いて好適なベース６０を得ることができる。

１０，５０：圧電振動子
２０，６０：ベース
２０ａ，６０ａ：凹部
２１，６１：セラミック板
２３：金属製枠体
２５：外部接続端子
２７：メタライズ層
２７ａ：ニジミ部
２９ａ：圧電片（水晶片）搭載用電極
２９ｂ：内部配線
３０：圧電片（水晶片）
３０ａ：励振電極
３１：導電性部材
４０：蓋体
６１ａ：セラミック板形成用のグリーンシート
６３：被覆層（セラミック層）

Claims (6)

1. セラミック板と、該セラミック板にメタライズ層を介して接合される金属製枠体と、前記セラミック板および枠体で構成される凹部内に収納される圧電片と、前記金属枠体の前記セラミック板とは反対面で該枠体に接合される蓋体とを具える圧電振動子において、
   セラミック板上の前記凹部内に当たる領域に、前記メタライズ層のニジミ部を覆う被覆層を具えたことを特徴とする圧電振動子。
2. 請求項１に記載の圧電振動子において、
   前記被覆層は前記セラミック板に積層されたセラミック層であることを特徴とする圧電振動子。
3. 請求項１又は２に記載の圧電振動子において、
   前記被覆層の厚みは、前記セラミック板より薄いことを特徴とする圧電振動子。
4. セラミック板と、該セラミック板にメタライズ層を介して接合される金属製枠体とを具え、前記セラミック板および枠体で構成される凹部内に圧電片が収納されるベースにおいて、
   セラミック板上の前記凹部内に当たる領域に、前記メタライズ層のニジミ部を覆う被覆層を具えたことを特徴とするベース。
5. 請求項４に記載のベースにおいて、
   前記被覆層は前記セラミック板に積層された第２層セラミック層であることを特徴とするベース。
6. 請求項４又は５に記載のベースにおいて、
   前記被覆層の厚みは、前記セラミック板より薄いことを特徴とするベース。