JP2021129253A - 圧電デバイス及びリッド並びにリッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロー材を用いて封止される圧電デバイスの封止の信頼性をさらに向上できる新規な構造を提供する。【解決手段】圧電デバイス１０は、圧電片１１を実装する凹部１３ａ及び側壁１３ｂを有したパッケージ１３と、側壁１３ｂの天面１３ｂａに設けたメタライズ膜１５と、圧電片１１と、表面に第１メッキ層１７ｂ及び第２メッキ層１７ｃをこの順に有したリッド１７と、メタライズ膜１５及びリッド１７を接合しているロー材１９と、を具える。そして、リッド１７の側面と表裏の主面との境界である表面側境界エッジ及び裏面側境界エッジ各々に沿って、当該エッジを含む部分に、第２メッキ層１７ｃを除去して形成したロー材１９の流れ防止部２１ａ、２１ｂを、具える。【選択図】図１

Description

本発明は、圧電デバイス及びその製造に用いて好適なリッド並びにリッドの製造方法に関する。

各種電子機器では、周波数の選択や制御等のために、水晶振動子や水晶発振器等の圧電デバイスが多用されている。

水晶振動子の一種として、セラミック製パッケージと金属製リッドとを、金錫やハンダ等のロー材によって接合した密閉構造を有する水晶振動子がある。その一例が、例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示された水晶振動子は、水晶振動片を収容する凹部を有したセラミック製パッケージと、このセラミック製パッケージの凹部周囲の側壁の天面に設けたメタライズ膜と、凹部内に実装された水晶振動片と、前記凹部を密閉する金属製リッドと、金属製リッド及び前記メタライズ膜を接合しているロー材と、を具えている。

特許文献１に開示された金属製リッド１００は、図４に示したように、母体である金属板１０１と、その全周の表面に順に設けたニッケル層１０３及び金メッキ層１０５の積層膜と、を具えている。そして、金属製リッドのセラミック製パッケージに接合される面の、ロー材による本来の封止領域１０７より内側の平面視で枠状の領域１０９は、ロー材に対する濡れ性を低下させるため、改質処理又は金メッキ層をレーザ等で除去した領域となっている。

特許文献１に開示された水晶振動子では、金属製リッドの一部に上記のようにロー材に対する濡れ性を低下させた領域１０９を設けてあるため、ロー材は、封止の際に金属製リッドの中央側に流れることなく本来の領域１０７に留まるため、信頼性の高い封止を行える。

特開２０１８−６９５３号公報

しかしながら、ロー材を用いた封止構造を採用している圧電デバイスの場合、ロー材が、金属製リッドの側面及び表面すなわちリッドの外側表面の金メッキ層を伝って、リッド側面や外側表面に及んでしまう場合があり、その場合は本来の封止領域に留まるべきロー材の量を低下させて、封止の信頼性を損ねてしまうという問題がある。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従って、この出願の目的は、ロー材を用いて封止される圧電デバイスの封止の信頼性をさらに向上できる新規な構造を有した圧電デバイス及びその製造に用いて好適なリッド並びにリッドの製造方法を提供することにある。

この目的の達成を図るため、この出願の圧電デバイスの発明によれば、圧電片を実装する凹部及び前記凹部を囲う側壁を有したパッケージと、前記側壁の天面に設けたメタライズ膜と、前記凹部内に実装された当該圧電片と、前記凹部を封止するためのリッドであって表面に第１メッキ層及び第２メッキ層をこの順に有したリッドと、前記メタライズ膜及びリッドを接合しているロー材と、を具えた圧電デバイスにおいて、
前記リッドの側面と表裏の主面との境界である表面側境界エッジ及び裏面側境界エッジの双方又は一方に沿って、当該エッジを含む部分に、前記第２メッキ層を除去して前記第１メッキ層を露出して又は前記第２メッキ層の厚みを減じて形成したロー材の流れ防止部を、具えたこと具えたことを特徴とする。

また、この出願のリッドの発明によれば、圧電片を実装する凹部、前記凹部を囲う側壁及び前記側壁の天面に設けたメタライズパタンを有したパッケージにロー材を介して接合されるリッドであって、表面に第１メッキ層及び第２メッキ層をこの順に有したリッドにおいて、
前記リッドの側面と表裏の主面との境界である表面側境界エッジ及び裏面側境界エッジの双方又は一方に沿って、当該エッジを含む部分に、前記第２メッキ層を除去して第１メッキ層を露出させ又は第２メッキ層の厚みを減じて形成したロー材の流れ防止部を、具えたことを特徴とする。

なお、上記の圧電デバイス及びリッドの発明を実施するに当たり、前記ロー材の流れ防止部（以下、流れ防止部と略称する場合美ある）は、表面側境界エッジ及び裏面側境界エッジ各々に沿って、当該エッジを含む部分に、各々設けることが好ましい。表面側及び裏面側の双方の境界エッジに流れ防止部を設けると、リッドの封止面側のロー材が、リッド側面に流れることを防止できると主に、リッドの側面にロー材が万一流れた場合でも、リッドの表面に流れることを防止できる。

上記の圧電デバイス及びリッドの発明を実施するに当たり、前記流れ防止部は、前期裏面側境界エッジのみに沿って、当該エッジを含む部分に、設けることが好ましい。裏面側境界エッジのみに沿って流れ防止を設けると、リッドの封止面側のロー材がリッドの側面に流れることを防止できると共に、表面側境界エッジ部は本来のリッドのままと出来るので好ましい。

上記の圧電デバイス及びリッドの発明を実施するに当たり、前記流れ防止部は、前期表面側境界エッジのみに沿って、当該エッジを含む部分に、設けることが好ましい。表面側境界エッジのみに沿って流れ防止部を設けると、リッドの封止面側のロー材が、リッドの外側表面に流れることを防止できるが、側面に流れることはできる。そのため、リッドの側面とメタライズ膜との間にロー材のフィレットを形成させて、封止構造の信頼性向上を図る場合に好適である。

なお、上記の圧電デバイス及びリッドの発明を実施するに当たり、リッドの封止面側であって、前記メタライズパタンと対向する領域より内側に、ロー材がリッドの内側に流れないようにする流れ防止部を設けても勿論良い。すなわち、特許文献１の技術思想を、本願において併用しても良い。

また、この出願のリッドの製造方法によれば、
金属板と前記金属板表面に第１メッキ層及び第２メッキ層とを有したリッドを用意する工程と、
前記用意したリッドを、研磨材を入れたバレル研磨機に投入する工程と、
前記バレル研磨機を動作させて前記リッドの表裏の主面と側面との境界エッジ各々に沿って、前記第２メッキ層を除去して前記第１メッキ層を露出させるか又は前記第２メッキ層の厚みを減じて、前記ロー材の流れ防止部を形成する工程と
を含むことを特徴とする。

なお、上記の圧電デバイスの発明、リッドの発明及びリッドの製造方法の発明各々において、第１メッキ層は第２メッキ層に比べて、ロー材に対する濡れ性が低いメッキ層である。第１メッキ層として、例えばニッケルメッキ層、第２メッキ層として、例えば、金メッキ層を用いることが好ましい。
また、上記の各発明において、第２メッキ層の厚みを減じてとは、第２メッキ層のロー材の流れ性を低下させることができる程度に第２メッキ層を薄くすることであり、具体的には、第２メッキ層が不連続な状態、いわゆる島状構造になる等の状態や、第２メッキ層を例えば金メッキ層で構成する場合は金メッキ層を１０ｎｍ以下の厚みにする等である。
また、第１メッキ層を露出させるとは、第１メッキ層の表面を正に露出する場合でも良いし、第１メッキ層の表面を一部けずって第１メッキ層を露出する場合でも良い。ただし、リッドの耐腐食性を確保するため、第１メッキ層の厚さを必要以上に減じたり、リッドの母材を露出することは、本願の各発明の範囲外である。

この出願の圧電デバイス及びリッドの各発明によれば、リッドの表裏のエッジ部の双方又は一方にロー材の流れ防止部を具えるので、ロー材がリッドの本来の封止領域からリッドの側面や表側表面に流れることを防止でき、従ってロー材は本来の封止領域に留まり易くなるから、信頼性の良い封止構造を持つ圧電デバイス及びその製造に用いて好適なリッドを提供できる。
また、この出願のリッドの製造方法によれば、バレル研磨を用いるため、リッドの主面と側面との境界エッジに沿って研磨材による研磨が行われるので、当該エッジ部に沿って当該エッジを含む近傍部分に、ロー材の流れ防止部を容易に形成できる。すなわち、レーザ等の加工法ではリッドのエッジ部にロー材の流れ防止部を形成することは困難であるのに対し、本発明はリッドのエッジ部にロー材の流れ防止部を容易に形成できる。従って、本願の圧電デバイスの製造に用いて好適なリッドであって、リッドの表裏のエッジにロー材の流れ防止部を有するリッドを容易に提供できる。

（Ａ）〜（Ｄ）は第１の実施形態の圧電デバイス１０の説明図であり、（Ａ）図は平面図、（Ｂ）図は右側面図、（Ｃ）図は下側面図、（Ｄ）図は（Ｃ）図中のＭ部分（リッドの端部）を拡大して示した図である。 第２の実施形態の圧電デバイス５０の要部の説明図であり、図１（Ｄ）と同様な部分の拡大図である。 第３の実施形態の圧電デバイス７０の要部の説明図であり、図１（Ｄ）と同様な部分の拡大図である。 従来技術の説明図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。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、以下の実施形態中で述べる形状、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、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。

１． 第１の実施形態
以下、図１（Ａ）〜（Ｄ）を参照して第１の実施形態の圧電デバイス１０について、説明する。なお、図１では圧電デバイス１０の内部の主な構成成分、例えば水晶片等について、破線で示してある。
第１の実施形態の圧電デバイス１０は、圧電片１１を実装する凹部１３ａ及び凹部１３ａを囲う側壁１３ｂを有したパッケージ１３と、側壁１３ｂの天面１３ｂａに設けたメタライズ膜１５と、凹部１３ａ内に実装された当該圧電片１１と、凹部１３ａを封止するためのリッド１７とを具えている。
さらに、圧電デバイス１０のリッド１７は、全表面に第１メッキ層１７ａ及び第２メッキ層１７ｂをこの順に有している。さらに、圧電デバイス１０は、メタライズ膜１５及びリッド１７を接合しているロー材１９を具えている。
そして、圧電デバイス１０は、リッド１７の側面と表裏の主面との双方の境界エッジ、すなわち表面側境界エッジ及び裏面側境界エッジ各々に沿って、当該エッジを含む近傍部分に、第２メッキ層１７ｃを除去して第１メッキ層１７ｂを露出させて形成したロー材の流れ防止部２１（２１ａ、２１ｂ）を、具えたことを特徴とするものである。以下、各構成成分の具体的な構造例について説明する。

圧電片１１は、例えば、ＡＴカット水晶振動片、ＳＣカット水晶振動片である。圧電片１１は平面形状が長方形状になっている。なお、圧電片１１は、音叉型の水晶振動片等の他の振動モードのものであっても良く、圧電デバイスがＳＡＷデバイスの場合であればＳＡＷチップである。
パッケージ１３は、例えばセラミック製パッケージで構成できる。このパッケージ１３は、圧電片１１の平面形状より広い開口を持つ凹部１３ａ、この凹部１３ａを囲う側壁１３ｂ、圧電片を接続する接続パッド１３ｃ及び実装端子１３ｄを具えている。
メタライズ膜１５は、例えば、高融金属層、ニッケルメッキ層、金メッキ層をこの順に有した積層膜で構成してある。

リッド１７は、パッケージ１３と同様な平面形状及び大きさを有したもので、所定厚みの金属板１７ａ例えばコバール板と、この上に順に積層した第１メッキ層１７ｂ及び第２メッキ層１７ｃとで構成してある。なお、第１メッキ層１７ｂは第２メッキ層１７ｃに比べてロー材１９に対する濡れ性が悪い材料で構成してある。この実施形態では、第１メッキ層１７ｂをニッケルメッキ層で構成し、第２メッキ層１７ｂを金メッキ層で構成してある。

ロー材１９は、任意好適なもので良く、例えば金錫、ハンダ等で構成できる。
ローザイの流れ防止部２１は、表面側境界エッジに沿って形成したローザイの流れ防止部２１ａと、裏面側境界エッジに沿って形成したローザイの流れ防止部２１ｂとで構成してある。これら流れ防止部２１ａ、２１ｂは、リッド１７のエッジに沿ってエッジの全周にわたって、エッジを含むその近傍に所定幅Ｗ（図１（Ｄ））をもって、形成してある。所定幅Ｗは、ロー材の流れ防止が図れる幅である。これに限られないが、所定幅Ｗは、例えば、５０〜数１００μｍから選ばれた幅である。所定幅Ｗは、リッド全周で一様でなくても良い。

このようなロー材の流れ防止部２１ａ、２１ｂを有したリッド１７は、例えば、次の方法によって製造できる。
先ず、金属板とこの金属板表面に第１メッキ層及び第２メッキ層をこの順に有したリッドを多数用意する。次に、これらリッドを、研磨材を入れたバレル研磨機に投入する。そして、バレル研磨機を動作させる。バレル研磨機内ではリッドが研磨剤とともに回転・落下の繰り返し移動をするので、リッドのエッジが研磨材によって徐々に削られる。この際、第２メッキ層が除去され、又、厚みが減じられる。第２メッキ層を除去する程度は、用いる研磨材の種類、バレル作業の時間、バレル回転数等々を変更することによって、制御できる。この製造方法では、バレル研磨を用いることから、リッドのエッジにロー材の流れ防止部を容易に形成できる。なお、バレル研磨を終えたリッドは、任意好適な方法で洗浄した後、圧電デバイスの製造に使用する。

この圧電デバイス１０の場合、図１（Ｄ）に示したように、圧電デバイスの封止工程において、溶融したロー材１９は、リッド１７の裏面側境界エッジ近傍に在るロー材流れ防止部２１ａによって、リッド側面に流れることが防止される。そのため、ロー材１９は本来の封止領域に留まるため、封止を良好に行える。また、ロー材が万一リッド側面に流れても、表面側境界エッジ近傍に在るロー材流れ防止部２１ｂによって、ロー材がリッドの外側の表面に流れることが防止される。

２． 第２の実施形態
次に、図２を参照して第２の実施形態の圧電デバイス５０について説明する。第１の実施形態では、リッドの表裏のエッジ各々に沿って当該エッジを含む部分に、ロー材の流れ防止部２１ａ、２１ｂを、設けていたが、第２の実施形態の圧電デバイス５０の場合は、リッド１７の封止面側のエッジ（裏面側境界エッジ）のみに沿って、当該エッジを含む部分に、ロー材の流れ防止部２１ａを設けてある。従って、リッドの外側表面のエッジにはロー材の流れ防止部は無く、本来のリッドのままの状態になっている。
この第２の実施形態の場合でも、ロー材がリッドの側面に流れることを防止できる。

３． 第３の実施形態
次に、図３を参照して第３の実施形態の圧電デバイス７０について説明する。第１の実施形態では、リッドの表裏のエッジ各々に沿って当該エッジを含む部分に、ロー材の流れ防止部２１ａ、２１ｂを、設けていたが、第３の実施形態の圧電デバイス７０の場合は、リッド１７の外側面側のエッジ（表面側境界エッジ）のみに沿って、当該エッジを含む部分に、ロー材の流れ防止部２１ｂを設けてある。従って、リッドの封止面のエッジにはロー材の流れ防止部は無く、本来のリッドのままの状態になっている。
この第３の実施形態の場合でも、ロー材がリッド１７の外側表面に流れることを防止できる。また、この第３の実施形態の場合、リッド１７の側面とメタライズ膜１５とにわたってロー材１９によるフィレット１９ａを形成したい場合にそれを可能に出来る。

４． 他の実施形態
上述の各実施形態では、ロー材の流れ防止部は、第２メッキ層である金メッキ層を除去して第１メッキ層であるニッケルメッキ層を露出させた構造によって構成したが、第２メッキ層である金メッキ層の厚みを、ロー材が流れ難くできる程度に減じることで構成しても良い。金メッキ層の厚さを例えば１０ｎｍ以下にすること等によって構成しても良い。
また、圧電デバイスとして水晶振動子の例を挙げて説明したが、本願の各発明は、水晶発振器、サーミスタ付き水晶振動子、ＳＡＷデバイス、水晶以外の圧電材料を用いた各種圧電デバイスに広く適用できる。

１０：第１の実施形態の圧電デバイス、 １１:圧電片、
１３：パッケージ、 １３ａ：凹部、
１３ｂ：側壁、 １３ｂａ：側壁の天面、
１５:メタライズ膜、 １７：リッド、
１７ａ：リッドの母材、 １７ｂ：第１メッキ層、
１７ｂ：第２メッキ層、 １９：ロー材、
２１，２１ａ、２１ｂ：ロー材の流れ防止部
５０：第２の実施形態の圧電デバイス、 ７０：第２の実施形態の圧電デバイス

Claims (15)

1. 圧電片を実装する凹部及び前記凹部を囲う側壁を有したパッケージと、前記側壁の天面に設けたメタライズ膜と、前記凹部内に実装された当該圧電片と、表面に第１メッキ層及び第２メッキ層をこの順に有したリッドと、前記メタライズ膜及びリッドを接合しているロー材と、を具えた圧電デバイスにおいて、
   前記リッドの側面と表裏の主面との境界である表面側境界エッジ及び裏面側境界エッジの双方又は一方に沿って、当該エッジを含む部分に、前記第２メッキ層を除去して前記第１メッキ層を露出して又は前記第２メッキ層の厚みを減じて形成したロー材の流れ防止部を、具えたことを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記ロー材流れ防止部は、前記表面側境界エッジ及び前記裏面側境界エッジ各々に沿って、当該エッジを含む部分に、各々設けてあることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記ロー材流れ防止部は、前記表面側境界エッジのみに沿って、当該エッジを含む部分に、設けてあることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
4. 前記ロー材流れ防止部は、前記裏面側境界エッジのみに沿って、当該エッジを含む部分に、設けてあることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
5. 前記第１メッキ層は前記第２メッキ層に比べロー材の濡れ性が悪い材料で構成してあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
6. 前記第１メッキ層はニッケルメッキ層であり、前記第２メッキ層は金メッキ層であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
7. 圧電片を実装する凹部、前記凹部を囲う側壁及び前記側壁の天面に設けたメタライズパタンを有したパッケージにロー材を介して接合されるリッドであって、表面に第１メッキ層及び第２メッキ層をこの順に有したリッドにおいて、
   前記リッドの側面と表裏の主面との境界である表面側境界エッジ及び裏面側境界エッジの双方又は一方に沿って、当該エッジを含む部分に、前記第２メッキ層を除去して第１メッキ層を露出して又は第２メッキ層の厚みを減じて形成したロー材の流れ防止部を、具えたことを特徴とするリッド。
8. 前記ロー材流れ防止部は、前記表面側境界エッジ及び前記裏面側境界エッジ各々に沿って、当該エッジを含む部分に、各々設けてあることを特徴とする請求項７に記載のリッド。
9. 前記ロー材流れ防止部は、前記表面側境界エッジのみに沿って、当該エッジを含む部分に、設けてあることを特徴とする請求項７に記載のリッド。
10. 前記ロー材流れ防止部は、前記裏面側境界エッジのみに沿って、当該エッジを含む部分に、設けてあることを特徴とする請求項７に記載のリッド。
11. 前記第１メッキ層は前記第２メッキ層に比べロー材の濡れ性が悪い材料で構成してあることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載のリッド。
12. 前記第１メッキ層はニッケルメッキ層であり、前記第２メッキ層は金メッキ層であることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載のリッド。
13. リッドを製造する方法であって、
    表面に第１メッキ層及び第２メッキ層をこの順に有したリッドを用意する工程と、
    前記用意したリッドを、研磨材を入れたバレル研磨機に投入する工程と、
    前記バレル研磨機を動作させて前記リッドの表裏の主面と側面との境界エッジ各々に沿って、前記第２メッキ層を除去して前記第１メッキ層を露出させるか又は前記第２メッキ層の厚みを減じて、前記ロー材の流れ防止部を形成する工程と
    を含むことを特徴とするリッドの製造方法。
14. 前記第１メッキ層は前記第２メッキ層に比べロー材の濡れ性が悪い材料で構成してあることを特徴とする請求項１３に記載のリッドの製造方法。
15. 前記第１メッキ層はニッケルメッキ層であり、前記第２メッキ層は金メッキ層であることを特徴とする請求１３又は１４に記載のリッドの製造方法。

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