JP2019062111A

JP2019062111A - パッケージ封止構造及びデバイス用パッケージ

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Publication number: JP2019062111A
Application number: JP2017186534A
Authority: JP
Inventors: 恭弘千田; Yasuhiro Chida
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2019-04-18
Also published as: EP3462480A1; US20190098786A1

Abstract

【課題】加速度センサなどのデバイスのパッケージにおいて、組立工数を削減することができ、かつ位置が制限されず、容易に構成することができるようにしたパッケージ封止構造を提供する。【解決手段】パッケージ封止構造として、パッケージ部材２２（カバー）の外面側が溶融した溶融物２２ｄにより、パッケージ部材に形成された貫通孔３１の、溶融により拡大した開口より狭い部分３１ｃが塞がれている構造とする。狭い部分の径寸法はパッケージ部材の厚み寸法よりも小さいものとされる。【選択図】図２

Description

この発明は加速度センサなどのデバイスのパッケージに関し、特にパッケージを気密封止する封止構造に関する。

例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて作製される加速度センサなどのデバイスにおいては、性能維持やパッケージ内部品の劣化防止のために、パッケージ内を真空にしたり、あるいは真空引きした後、パッケージ内に不活性ガスを充填して密閉するといったことが行われており、このためパッケージには気密封止するための封止構造が設けられている。

図１３及び１４はこのようなパッケージ封止構造を有するデバイスの一例として、特許文献１に記載されている圧電デバイスの構成を示したものであり、この圧電デバイスは圧電振動片１１のマウント空間１２を構成するパッケージ枠体１３の角部と、その角部により一部を塞がれるパッケージベース１４に予め開けられた貫通孔１５とによって封止孔１６を構成し、貫通孔１５の内壁にレーザ光１７を照射してパッケージ材溶融物１８により封止孔１６を塞ぐことで、圧電振動片１１のマウント空間１２を密閉封止する構造となっている。

貫通孔１５は図１４に示したように貫通孔１５の中心がパッケージ枠体１３の１箇所のコーナに一致するように設けられて封止孔１６の開口面積が貫通孔１５の断面積の１／４となるようにされ、これによりパッケージベース１４に形成する貫通孔１５の断面積より小さい開口面積をもつ封止孔１６がパッケージベース１４とパッケージ枠体１３との積層で形成されるものとなっている。

図１３中、１９はパッケージベース１４とパッケージ枠体１３とよりなるパッケージ１０の上部開口を蓋するリッドを示す。なお、特許文献１には貫通孔をパッケージベース１４ではなく、リッドに形成し、その一部をパッケージ枠体１３の角部で塞いで封止孔を形成する構成も記載されている。

特許第４２７７２５９号公報

上述した圧電デバイスのパッケージ封止構造によれば、パッケージ部材そのものを溶融させて封止孔を塞ぐものとなっている。よって、別部材としての例えば金属ボールを用意し、その金属ボールをパッケージの孔の開口部分に置き、レーザ光で溶融させて孔封止を行う方法に比べ、部品コストや作業性の点で有利となっているものの、パッケージ枠体の角部を使って貫通孔の一部を塞いで封止孔を形成する構成となっているため、貫通孔が形成されたパッケージベースやリッドとパッケージ枠体との位置合わせが必要であり、その分、組立てが面倒で工数がかかるものとなっていた。

また、パッケージ枠体の角部を使って貫通孔の一部を塞いで封止孔を形成するため、封止孔の形成において位置が制限されるものとなっていた。

この発明の目的はこの問題に鑑み、従来の封止構造に比べ、組立工数を削減することができ、かつ位置が制限されず、容易に構成することができるようにしたパッケージ封止構造を提供することにあり、さらにそのパッケージ封止構造を具備するデバイス用パッケージを提供することにある。

請求項１の発明によるパッケージ封止構造によれば、パッケージ部材の外面側が溶融した溶融物により、パッケージ部材に形成された貫通孔の、前記溶融により拡大した開口より狭い部分が塞がれているものとされる。

請求項２の発明では請求項１の発明において、前記狭い部分の径寸法はパッケージ部材の厚み寸法よりも小さいものとされる。

請求項３の発明では請求項１又は２の発明において、パッケージ部材は金属製とされる。

請求項４の発明によれば、デバイス用パッケージは請求項１から３のいずれかに記載のパッケージ封止構造を有するものとされる。

この発明によれば、従来の封止構造のような封止孔を形成するための組立てにおけるパッケージ部材同士の位置合わせは不要であり、よって従来の封止構造に比べ、組立工数を削減することができ、また封止構造を設ける位置も何ら制限されず、これにより容易にパッケージ封止構造を構成することができる。

また、この発明によるデバイス用パッケージによれば、パッケージ封止を簡便に行うことができる。

この発明によるデバイス用パッケージの一実施例の構成概要を説明するための図。Ａはこの発明によるパッケージ封止構造においてパッケージ部材に形成する貫通孔の第１の形状例を示す断面図、ＢはＡに示した貫通孔の封止後の状態を示す断面図。Ａはこの発明によるパッケージ封止構造においてパッケージ部材に形成する貫通孔の第２の形状例を示す断面図、ＢはＡに示した貫通孔の封止後の状態を示す断面図。パッケージ部材に形成する貫通孔の第３の形状例を示す断面図。パッケージ部材に形成する貫通孔の第４の形状例を示す断面図。パッケージ部材に形成する貫通孔の第５の形状例を示す断面図。パッケージ部材に形成する貫通孔の第６の形状例を示す断面図。パッケージ部材に形成する貫通孔の第７の形状例を示す断面図。パッケージ部材に形成する貫通孔の第８の形状例を示す断面図。パッケージ部材に形成する貫通孔の第９の形状例を示す断面図。パッケージ部材に形成する貫通孔の第１０の形状例を示す断面図。パッケージ部材に形成する貫通孔の第１１の形状例を示す断面図。パッケージ封止構造の従来例を示す断面図。図１３に示したパッケージ封止構造の要部拡大平面図。

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。

図１はこの発明によるデバイス用パッケージの一実施例として、加速度センサのパッケージの構成概要を示したものであり、パッケージ内に収納される部品の図示は省略している。

パッケージ２０はこの例では一端面が開放された円筒状のハウジング２１と、ハウジング２１の開放面を蓋するカバー２２とよりなる。ハウジング２１及びカバー２２はこの例では共に金属製とされ、具体的に言えばステンレス材によって構成されている。ハウジング２１とカバー２２はレーザ溶接によって互いに接合、固定される。

カバー２２の中央にはパッケージ２０内を気密封止するために用いる貫通孔３１が形成されている。図１では貫通孔３１は気密封止する前の塞がれていない状態として示している。

図２Ａはこの貫通孔３１の詳細を示したものであり、貫通孔３１はこの例ではカバー２２の両面、即ち外面２２ａと内面２２ｂに対し、ウェットエッチングを同時に行うことによって形成されている。ウェットエッチングする位置は図２Ａに示したように外面２２ａと内面２２ｂでわずかにずらされており、外面２２ａ及び内面２２ｂのウェットエッチングによりそれぞれ形成される凹部３１ａ及び３１ｂが互いに連通したところでエッチングを止め、これにより図２Ａに示したように、カバー２２の厚さ方向内部に狭い部分３１ｃを有する貫通孔３１が形成されている。

この貫通孔３１はレーザ光の照射によって塞がれる。図２Ａ中の矢印ａはレーザ光の照射方向を示したものであり、カバー２２の外面２２ａ側の貫通孔３１の周辺をレーザ光の照射により加熱して溶融させることにより貫通孔３１を塞ぐ。

図２Ｂは貫通孔３１が塞がれた状態を示したものであり、図２Ｂ中、破線で示した領域２２ｃが溶融された溶融物が貫通孔３１の狭い部分３１ｃへ移動し、この移動した溶融物２２ｄによって狭い部分３１ｃが溶接されて塞がれる。

このようにこの例では貫通孔３１は均一な孔径を有するものではなく、狭い部分３１ｃを有するものとなっており、貫通孔３１の周辺を溶融させ、その溶融物の移動によって貫通孔３１の狭い部分３１ｃを塞ぐものとなっている。

図２Ａに示した形状における具体的寸法の一例を示せば下記となる。

・カバー２２の厚みＴ：０．３５ｍｍ
・凹部３１ａ，３１ｂの開口径φ_１，φ_２：０．４ｍｍ
・狭い部分３１ｃの開口径：φ０．１ｍｍ
狭い部分３１ｃの径寸法はカバー２２の厚み寸法よりも小さくなっている。

気密封止する際の気体の出入りにはφ０．１ｍｍ程度の孔があれば十分であり、この例ではそのような小さな孔をなす狭い部分３１ｃを上述したようなウェットエッチングによって容易に形成することができる。また、封止すべき封止孔の径がこのように小さいため、レーザ光の照射、加熱による溶融物によって容易に封止孔を塞ぐことができる。

なお、カバー２２の外面２２ａ側の貫通孔３１の周辺を溶融させるため、図２Ｂにおいて塞がれた貫通孔３１’の、カバー２２の外面２２ａ側の開口径φ_３は元の開口径φ_１から拡大し、この例ではこの拡大した開口より狭い部分が溶接によって塞がれていることになる。

図３Ａはパッケージ２０を気密封止するためにカバー２２に形成する貫通孔の他の形状例を示したものであり、この例では貫通孔３２はカバー２２の内面２２ｂ側からレーザ光を照射してレーザ加工によって形成されている。

貫通孔３２はテーパ形状をなし、カバー２２の内面２２ｂ側の開口径φ_４に対し、外面２２ａ側の開口径φ_５は小さくなっている。このような形状の貫通孔３２はドリル加工によっても形成することができる。開口径φ_４及びφ_５は例えば下記寸法とされる。

φ_４＝０．３ｍｍ φ_５＝０．１５ｍｍ
貫通孔３２は前述した貫通孔３１と同様、矢印ａ方向からレーザ光を照射し、カバー２２の外面２２ａ側の貫通孔３２の周辺を加熱して溶融させることにより図３Ｂに示したように塞がれる。破線で示した領域２２ｃが溶融した溶融物は貫通孔３２内に移動し、この移動した溶融物２２ｄによって貫通孔３２は図３Ｂに示したように塞がれる。

塞がれた貫通孔３２’は図３Ｂに示したようにカバー２２の外面２２ａ側の開口径φ_６が元の開口径φ_５から拡大し、この拡大した開口より狭い部分が溶接によって塞がれた構造となる。

以上、パッケージ２０のカバー２２を例に、カバー２２に設ける封止構造について説明したが、この発明はパッケージ部材の外面側を溶融させ、その溶融物により、パッケージ部材に形成した貫通孔を塞ぐものであり、貫通孔の、溶融により拡大した開口より狭い部分が溶融物によって塞がれていることを特徴とする。このような封止構造を実現する上で貫通孔は均一な孔径を有するものでなく、一部が狭くなった貫通孔とするのが好ましく、貫通孔の形状は図２Ａや図３Ａに示した貫通孔３１，３２の形状以外の形状としてもよい。

図４〜１２は貫通孔の各種形状例を示したものであり、以下、図４〜１２に示した貫通孔３３〜４１の形状を形成方法と共に順に説明する。なお、貫通孔３３〜４１はいずれも貫通孔３１，３２と同様、カバー２２に形成された状態として示している。

・貫通孔３３（図４）…外面２２ａと内面２２ｂを同時にウェットエッチングして形成。ウェットエッチングする位置は図２Ａのようにずらされておらず、外面２２ａと内面２２ｂで同じ位置。ウェットエッチングにより形成される凹部３３ａ，３３ｂが互いに連通したところでエッチングを止める。貫通孔３３は内部に狭い部分３３ｃを有する。

・貫通孔３４（図５）…外面２２ａ及び内面２２ｂをそれぞれレーザ加工（もしくはドリル加工）して形成。テ―パ形状をなす凹部３４ａと３４ｂを連通させる。貫通孔３４は内部に狭い部分３４ｃを有する。

・貫通孔３５（図６）…内面２２ｂからドリル加工して形成。ドリル先端が外面２２ａから突出したところで止める。貫通孔３５の開口径は内面２２ｂで広く、外面２２ａでは図６に示したように狭くなる。

・貫通孔３６（図７）…内面２２ｂをウェットエッチングして凹部３６ａを形成した後、外面２２ａをレーザ加工（もしくはドリル加工）し、レーザ加工（もしくはドリル加工）による凹部３６ｂを凹部３６ａと連通させる。貫通孔３６は内部に狭い部分３６ｃを有する。

・貫通孔３７（図８）…内面２２ｂをウェットエッチングして深い凹部３７ａを形成した後、ドリル加工によって貫通孔３７を貫通させる。ドリル孔３７ｂは例えばφ０．１ｍｍ程度とする。

・貫通孔３８（図９）…外面２２ａと内面２２ｂを同時にウェットエッチングして凹部３８ａ，３８ｂを形成した後、ドリル加工して凹部３８ａと３８ｂを連通させる。ドリル孔３８ｃは例えばφ０．１ｍｍ程度とする。

・貫通孔３９（図１０）…外面２２ａ及び内面２２ｂに対し、先端平ドリルでドリル加工をそれぞれ施す。ドリル加工する位置は図１０に示したように、外面２２ａと内面２２ｂでわずかにずらす。ドリル加工による凹部３９ａと３９ｂを図１０に示したように連通させる。貫通孔３９は内部に狭い部分３９ｃを有する。

・貫通孔４０（図１１）…内面２２ｂを先端平ドリルでドリル加工して凹部４０ａを形成した後、外面２２ａをウェットエッチングし、ウェットエッチングによる凹部４０ｂが凹部４０ａと連通したところでエッチングを止める。貫通孔４０は内部に狭い部分４０ｃを有する。

・貫通孔４１（図１２）…内面２２ｂを先端平ドリルでドリル加工して凹部４１ａを形成した後、先細の細いドリルによるドリル加工によって貫通孔４１を貫通させる。ドリル孔４１ｂは例えばφ０．１ｍｍ程度とする。

以上、一部が狭くなった貫通孔の各種形状例について説明したが、このように狭い部分を有する貫通孔とすることで、パッケージ部材の外面側の溶融物による封止を簡便かつ良好に行うことができる。なお、貫通孔は必ずしも狭い部分を有するものとしなくてもよい。

また、上述した例ではパッケージ２０のカバー２２に封止構造を設ける場合について説明したが、位置の制限はなく、必要に応じてパッケージ部材の任意の位置に封止構造を設けることができる。パッケージ部材は金属製に限らず、例えばセラミック製であってもよく、またパッケージ部材の加熱、溶融にはレーザ光に限らず、電子ビーム等を用いることができる。

１０パッケージ１１圧電振動片
１２マウント空間１３パッケージ枠体
１４パッケージベース１５貫通孔
１６封止孔１７レーザ光
１８パッケージ材溶融物１９リッド
２０パッケージ２１ハウジング
２２カバー２２ａ外面
２２ｂ内面２２ｃ領域
２２ｄ溶融物３１〜４１貫通孔
３１’，３２’ 塞がれた貫通孔
３１ａ，３１ｂ，３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ凹部
３７ａ，３８ａ，３８ｂ，３９ａ，３９ｂ，４０ａ，４０ｂ，４１ａ凹部
３１ｃ，３３ｃ，３４ｃ，３６ｃ，３９ｃ，４０ｃ狭い部分
３７ｂ，３８ｃ，４１ｂドリル孔

Claims

パッケージ部材の外面側が溶融した溶融物により、前記パッケージ部材に形成された貫通孔の、前記溶融により拡大した開口より狭い部分が塞がれていることを特徴とするパッケージ封止構造。
請求項１に記載のパッケージ封止構造において、
前記狭い部分の径寸法は、前記パッケージ部材の厚み寸法よりも小さいことを特徴とするパッケージ封止構造。
請求項１又は２に記載のパッケージ封止構造において、
前記パッケージ部材は金属製であることを特徴とするパッケージ封止構造。
請求項１から３のいずれかに記載のパッケージ封止構造を有するデバイス用パッケージ。