JP3018977B2 - セラミックパッケージ、及び、表面実装型圧電振動子、並びに、セラミックパッケージの電極形成方法 - Google Patents

セラミックパッケージ、及び、表面実装型圧電振動子、並びに、セラミックパッケージの電極形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は通信機器の基準発振
源、あるいはマイクロコンピュータのクロック源として
用いられる水晶振動子や圧電単結晶振動子、圧電セラミ
ック振動子等に関し、特にプリント配線基板への実装を
考慮した表面実装型圧電振動子等のセラミックパッケー
ジの電極形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の技術について水晶振動子を例にし
て説明する。セラミックパッケージを用いた表面実装型
水晶振動子は、セラミック基板の上面に接続電極が設け
られており、これら接続電極は、例えばタングステンを
メタライズし、この上面にニッケルメッキ並びに金メッ
キを行った構成である。そして、この接続電極の上に、
レーザー溶接、あるいはスポット溶接等の手法により、
金属製のサポートが搭載され、さらに、この上に矩形状
のATカット水晶板が搭載されて導電性接合材により電
気的機械的に接合する。そして、キャップをかぶせて気
密封止していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記セ
ラミック基板の接続電極上にレーザー溶接、又はスポッ
ト溶接等によりサポートを搭載する場合、接続電極の強
度、接続電極の厚みばらつきが原因で以下のような問題
点があった。すなわち、セラミック基板上の接続電極の
厚みが薄いために(例えば、10μm以下。これはスク
リーン印刷により接続電極のメタライズを1度だけ塗布
して金属メッキしたときの接続電極の厚みが約10μm
ぐらいである。)、接合物であるサポートの接合強度が
弱くなったり、あるいは被接合物であるセラミック基板
の損傷、破壊を生じる事があった。
【0004】また、反対にセラミック基板上の接続電極
の厚みを増やすことにより(例えば、20μm以上。こ
れは前記スクリーン印刷を2回以上施した。)、上記問
題点は解決するものの、接続電極上面であるサポート溶
接面の平面度が悪化して凹凸部が形成され(特に中央部
分が周部分に対して低くなり、その高低差は約10μ
m)、このサポート溶接面の凹凸が、接合物であるサポ
ートと被接合物であるセラミック基板の接続電極との間
にギャップを生じさせることになり、溶接時にスプラッ
シュ現象が発生する等の理由でサポートの接合強度ばら
つきを招いていた。
【0005】これは、焼成前のグリーンシート上にメタ
ライズ電極を形成する際、グリーンシート上のメタライ
ズ電極は周辺部から中心部へと、徐々に焼成が進む事が
要因と考えられ、従来では解決できないものとされてい
た。
【0006】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、サポート等の金属部材の接合強度を落とす
ことなく、かつ、その接合強度ばらつきを生じさせない
より信頼性の高いセラミックパッケージ、及び、表面実
装型圧電振動子、並びに、セラミックパッケージの電極
形成方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明によるセラミックパッケージ、及び、表面
実装型圧電振動子は、接続電極がメタライズにより形成
され、中央部分に対して周部分に高低差があるメタライ
ズ電極を平滑化し、かつ、当該メタライズ電極の下面全
部と側面の一部をセラミックパッケージに埋め込まれた
状態で形成されていることを特徴とする。そして、本発
明は、前記メタライズ電極の厚みが、少なくとも20μ
m以上で形成されたメタライズ電極に適用することが好
ましい。また、接続電極のメタライズを平滑化し、その
下面全部と側面の一部を埋め込む方法としてプレスによ
り行うことを特徴としている。
【0008】上記構成のように、メタライズ電極の下面
全部と側面の一部をセラミックパッケージに埋め込んだ
ことにより、セラミックパッケージとメタライズ電極と
の接合面を増加させ、セラミックパッケージとメタライ
ズ電極(接続電極)の接合強度が向上して被接合物であ
る金属部材(サポート)の接合強度も安定する。
【0009】また、メタライズ電極の厚みを20μm以
上としたことにより、接合物である金属部材(サポー
ト)の溶接強度を向上させることができるため、金属部
材(サポート)の接合強度も向上させ、かつ、被接合物
であるセラミックパッケージの損傷、破壊を生じる事が
ない。
【0010】さらに、プレスを行うことにより、セラミ
ックパッケージとメタライズとの界面の密着性を高めら
れるとともにセラミックパッケージの上面の接続電極が
平滑化され、その後の金属部材(サポート)を接合する
際に、溶接強度ばらつきが抑えられる。
【0011】以上の理由により、セラミックパッケージ
としての耐衝撃性の向上が行える。また、圧電振動子と
しての電気的特性の安定化、表面実装型圧電振動子とし
ての耐衝撃性能の向上が行える。
【0012】
【実施例】次に、本発明の実施例についてセラミックパ
ッケージを用いた表面実装型水晶振動子を例にとり、図
面を参照して説明する。図1は本発明の実施例を示す分
解斜視図であり、図2は本発明の製造工程の一部を示す
図である。
【0013】図1に示すように、セラミックパッケージ
としてのセラミック基板1は長方形状のアルミナからな
り、薄板状に加工され、かつその側面に切り欠きが設け
られている。このセラミック基板1の外周近傍には、例
えば、周状で厚さ約30μmのアルミナコート2が設け
られている。
【0014】このアルミナコートの内方においては、接
続電極3,4が設けられている。この接続電極3,4に
は、この電極をセラミック基板1の裏面へ導くビア3
1,41(貫通孔を設けこれに金属の電極材料を充填し
たもの)が設けられている。このビア31,41により
表面の接続電極3,4は裏面電極(図示せず)と導通し
ている。これら接続電極、裏面電極は例えばタングステ
ンをメタライズし、この上面にニッケルメッキ並びに金
メッキを行った構成であり、例えば、電極の膜厚は約3
0μmと接続電極の厚みを前記アルミナコートの膜厚と
等しくしている。
【0015】そして、サポート5,6はCu−Ni−Z
n系合金、洋白、SUS等の金属板からなり、基板結合
部51,61と素子搭載部52,62と連結部53,6
3とを有する構造となっている。このサポートの5,6
の基板結合部51,61を、例えばレーザー溶接、スポ
ット溶接により接続電極3,4に電気的機械的な接合を
施す。このようにしてサポート5,6はセラミック基板
1上に対向して設けられる。
【0016】そして、励振電極71(表面のみ図示)が
形成された矩形状のATカット水晶板7をサポート5,
6の素子搭載部52,62に搭載し、導電性接合材(図
示せず)により電気的機械的な接続が施される。
【0017】キャップ8はセラミック基板と同じアルミ
ナ製で、逆凹型でその外周寸法は前記アルミナコートの
寸法と等しく設計されており、封止ガラス(図示せず)
にて、このアルミナコートとキャップを接合することに
より気密封止される。
【0018】次に、上記のような表面実装型水晶振動子
のセラミックパッケージの製造方法について説明する。
(図2参照) (a)セラミック原料であるセラミック粉体とバインダ
ーを混練し、シート状に成形することにより、グリーン
シート(セラミック基板)を作製する。そして、貫通孔
を設けこれに金属の電極材料(例えばタングステン)を
充填してビアを形成する。 (b)その後、このグリーンシート面のビア近傍に、接
続電極及び裏面電極の一部であるメタライズを形成す
る。このメタライズは金属微粉末(例えばタングステ
ン)を有機バインダに混合し、ペースト状にしたものを
スクリーン印刷等により塗布することにより形成され
る。 (c)その後、これらのメタライズのうち特に接続電極
部分の平面度を補正するためにプレス(特に平滑プレス
が好ましい)する。これは、メタライズが形成されたグ
リーンシートを少なくとも上方向から加圧して平滑化さ
せる。このように接続電極部分のメタライズ電極を平滑
プレスすることにより、従来では、メタライズ電極の厚
みをある程度増やすと、必ず、平面度(特に中央部分が
周部分に対して低くなる)が悪化していたものが改善さ
れて平面度が極めて良好になるとともに、グリーンシー
ト(焼成後のセラミック基板)に対してメタライズの一
部が埋め込まれた状態で形成される。 (d)そして、メタライズ電極が形成されたグリーンシ
ートを所望の寸法に切断して、例えば加湿水素または加
湿フォーミングガス中において焼成する(テレフンケン
法)ことによりセラミック基板とメタライズ電極の機械
的接合が行える。 (e)そして、前記メタライズ電極のうち少なくとも接
続電極部分にはニッケルメッキ並びに金メッキを施す。
【0019】尚、メタライズ電極としては、タングステ
ンに限らずモリブデン、Mo−Mn、Mo−MnにT
i,Zr,FeあるいはSiO2、CaO等を添加した
構成であってもよい。また、金属メッキは、ニッケルの
代わりにニッケルコバールを用いたもの、金の代わりに
銀、銅、銀パラジュウムを用いたものであってもよい。
また、接続電極の一部を埋め込む方法として平滑プレス
に限らず他のプレス形態でもよく、予めセラミック基板
の接続電極の領域に凹部を形成し、その凹部にメタライ
ズを充填して構成であってもよい。
【0020】尚、本発明の実施例では表面実装型水晶振
動子についてのみ例にしたが、同様のパッケージを用い
ることにより、圧電単結晶振動子、圧電セラミック振動
子についても同様に実施することができる。また、表面
実装型水晶フィルタに転用する事や水晶発振器等に応用
する事も可能である。すなわち、接続電極上にサポート
等の金属部材を溶接し、その金属部材に素子を搭載する
構成のあらゆる電子部品に実施することが可能である。
また、本発明の実施例では、ガラス封止のセラミックパ
ッケージについて説明したが、シーム封止のパッケージ
にも適用できる事は言うまでもない。
【0021】
【発明の効果】本発明により、接続電極とセラミックパ
ッケージの接合強度を向上した信頼性の高いセラミック
パッケージを提供するとともに、圧電振動子としての電
気的特性の安定化、表面実装型圧電振動子としての耐衝
撃性能の向上が行える信頼性の高い表面実装型圧電振動
子、並びに圧電振動子用セラミックパッケージの電極形
成方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す分解斜視図である。
【図2】本発明の製造工程の一部を示す図である。
【符号の説明】
1 セラミック基板 2 アルミナコート 3,4 接続電極 5,6 サポート 7 水晶板 8 キャップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/12 H03H 9/02 H03H 9/19

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属部材が溶接される接続電極と当該接
    続電極をセラミックパッケージの裏面に導くビアとを具
    備してなり、前記接続電極はメタライズにより形成され
    たメタライズ電極を含み、当該メタライズ電極は中央部
    分に対して周部分に高低差があるセラミックパッケージ
    において、 前記メタライズ電極上面が平滑化され、かつ、当該メ
    タライズ電極の下面全部と側面の一部がセラミックパッ
    ケージに埋め込まれた状態で形成されていることを特徴
    とするセラミックパッケージ。
  2. 【請求項2】 金属部材が溶接される接続電極と当該接
    続電極をセラミックパッケージの裏面に導くビアとを具
    備してなり、前記接続電極はメタライズにより形成され
    たメタライズ電極を含み、当該メタライズ電極の厚み
    が、少なくとも20μm以上で形成され、当該メタライ
    ズ電極は中央部分に対して周部分に高低差があるセラミ
    ックパッケージにおいて、 前記メタライズ電極は上面が平滑化され、かつ、当該メ
    タライズ電極の下面全部と側面の一部がセラミックパッ
    ケージに埋め込まれた状態で形成されている ことを特徴
    とするセラミックパッケージ。
  3. 【請求項3】 接続電極と当該接続電極をセラミックパ
    ッケージの裏面に導くビアとを有するセラミックパッケ
    ージと、前記セラミックパッケージの接続電極と溶接接
    合される支持具と、前記支持具に搭載される圧電振動板
    と、これらセラミックパッケージを封止する蓋体とから
    なり、前記接続電極メタライズにより形成されたメタ
    ライズ電極を含み、当該メタライズ電極は中央部分に対
    して周部分に高低差がある表面実装型圧電振動子におい
    前記 メタライズ電極上面が平滑化され、かつ、当該メ
    タライズ電極の下面全部と側面の一部がセラミックパッ
    ケージに埋め込まれた状態で形成されるとともに、前記
    接続電極は前記メタライズ電極の上面に金属メッキが施
    されてなることを特徴とする表面実装型圧電振動子。
  4. 【請求項4】 接続電極と当該接続電極をセラミックパ
    ッケージの裏面に導くビアとを有するセラミックパッケ
    ージと、前記セラミックパッケージの接続電極と溶接接
    合される支持具と、前記支持具に搭載される圧電振動板
    と、これらセラミックパッケージを封止する蓋体とから
    なり、前記接続電極はメタライズにより形成されたメタ
    ライズ電極を含み、当該メタライズ電極の厚みが、少な
    くとも20μm以上で形成され、当該メタライズ電極は
    中央部分に対して周部分に高低差がある表面実装型圧電
    振動子において、 前記メタライズ電極は上面が平滑化され、かつ、当該メ
    タライズ電極の下面全部と側面の一部がセラミックパッ
    ケージに埋め込まれた状態で形成されるとともに、前記
    接続電極は前記メタライズ電極の上面に金属メッキが施
    されてなる ことを特徴とする表面実装型圧電振動子。
  5. 【請求項5】 接続電極に金属部材を溶接してなるセラ
    ミックパッケージの電極形成方法であって、 セラミック原料とバインダーをシート状に成形すること
    により、グリーンシートを作製する工程と、 このグリーンシート面に、接続電極及び引き出し電極の
    一部であるメタライズを形成する工程と、 前記メタライズは中央部分に対して周部分に高低差があ
    り、当該メタライズを上部からプレスして、平面度を補
    正するとともに、メタライズの下面全部と側面の一部を
    前記グリーンシートに埋め込む工程と、 前記メタライズが形成されたグリーンシートを所望の寸
    法に切断して、焼成する工程と、 前記メタライズに金属メッキを形成する工程とからなる
    セラミックパッケージの電極形成方法。
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