JP3145388B2 - 圧電振動子収納用パッケージの製造方法 - Google Patents

圧電振動子収納用パッケージの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案は水晶や圧電セラミックス等から成る圧電振動
子を収容するための圧電振動子収納用パッケージの製造
方法に関するものである。
(従来技術) 従来、圧電振動子を収容するための圧電振動子収納用
パッケージは第2図に示すように、アルミナセラミック
ス等の電気絶縁材料から成り、その上面から底面にかけ
て導出されたメタライズ金属層12を有する絶縁基体11
と、前記メタライズ金属層12に導電性接着材13を介し接
着された圧電振動子15を保持するための一対の金属製保
持部材14と、椀状の蓋体16とから構成されており、一対
の金属製保持部材14に圧電振動子15の両端を導電性接着
材により接着し、圧電振動子15を金属製保持部材14に保
持させた後、窒素雰囲気中もしくは乾燥空気中において
蓋体16の下面を絶縁基体11に低融点ガラスから成る封止
材17を介して接合させ、圧電振動子15を絶縁基体11と蓋
体16とから成る容器内部に気密に封入することによって
最終製品としての圧電振動素子となる。
尚、前記圧電振動子収納用パッケージは通常、金属製
保持部材14を接着させた絶縁基体11が以下の方法によっ
て製作される。
(i)まず上面から底面にかけてメタライズ金属層層12
を有する絶縁基体11と金属製保持部材14を準備する。
(ii)次に前記絶縁基体11のメタライズ金属層12上に金
属製保持部材14の一端をその間にポリイミド系導電性樹
脂から成る接着材13を挟んで載置させ、 (iii)最後に前記接着材13に300℃の熱を30分乃至1時
間印加し接着材13を熱硬化させることによって金属製保
持部材14をメタライズ金属層12に電気的導通をもって接
着させ、これによって圧電振動子収納用パッケージに使
用される上面に金属製保持部材14を接着させた絶縁基体
11となる。
(発明が解決しようとする課題) しかし乍ら、この従来の圧電振動子収納用パッケージ
によれば、圧電振動子を保持する金属製保持部材が絶縁
基体に被着させたメタライズ金属層上にポリイミド系導
電性樹脂から成る接着材を介して接着されており、該ポ
リイミド系導電性樹脂は耐熱性に劣る。そのため絶縁基
体に蓋体を低融点ガラスから成る封止材を加熱溶融させ
て接合させ、圧電振動子を絶縁基体と蓋体とから成る容
器内部に気密に封止する場合、封止材を加熱溶融させる
熱(約420℃)が金属製保持部材を絶縁基体のメタライ
ズ金属層に接着させている接着材に印加されると該接着
材の一部が熱分解してしまい、その結果、金属製保持部
材の接着強度が低下し、圧電振動素子に落下等による衝
撃力が印加されると金属製保持部材がメタライズ金属層
より外れ、圧電振動素子としての機能が喪失してしまう
という欠点を有していた。
また絶縁基体のメタライズ金属層に金属製保持部材を
接着する接着材はその熱硬化に300℃の熱を30分乃至1
時間印加しなければならず金属製保持部材の接着に長時
間を必要とすることとなって金属製保持部材の接着の作
業性、量産性が極めて悪いものとなり、その結果、最終
製品としての圧電振動素子を高価なものとする欠点も有
していた。
(発明の目的) 本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的
は金属製保持部材をメタライズ金属層に短時間で、且つ
強固に接着させることを可能とし、安価で高信頼性の圧
電振動素子を得ることができる圧電振動子収納用パッケ
ージの製造方法を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明は上面にメタライズ金属層を有する絶縁基体と
圧電振動子を保持するための金属製保持部材とを準備
し、前記絶縁基体のメタライズ金属層上に金属製保持部
材を載置させるとともに該金属製保持部材上から振動数
30乃至50kHz、振幅10乃至30μmの超音波の振動エネル
ギーを0.01乃至0.2秒間印加し、メタライズ金属層と金
属製保持部材の間に相互拡散による固相接合を起こさせ
ることによって金属製保持部材をメタライズ金属層に接
着させることを特徴とするものである。
(実施例) 次に本発明を添付図面に示す実施例に基づき詳細に説
明する。
第1図は本発明の製造方法によって製作された圧電振
動子収納用パッケージの一実施例を示し、1はアルミナ
セラミックス等の電気絶縁材料より成る絶縁基体、2は
同じく電気絶縁材料より成る椀状の蓋体である。この絶
縁基体1と蓋体2とで圧電振動子4を収容するための容
器3が構成される。
前記絶縁基体1は酸化アルミニウム質焼結体、酸化ジ
ルコニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニ
ウム質焼結体等のセラミックスから成り、その上面から
底面にかけてタングステン、モリブデン、銀、銀−パラ
ジウム、銅、ニッケル等の金属粉末から成るメタライズ
金属層5が被着形成されている。
前記絶縁基体1に被着されたメタライズ配線層5は内
部に収容する圧電振動子4の電極を外部電気回路基板に
電気的に接続する作用を為し、メタライズ金属層5の絶
縁基体1上面部には圧電振動子4の電極が後述する金属
製保持部材6を介して電気的に接続され、また絶縁基体
1の底面部には外部電気回路基板の配線導体が半田等の
ロウ材を介し接合される。
また前記メタライズ金属層5上には圧電振動子4を保
持するための金属製保持部材6の一端が接着されてお
り、該金属製保持部材6は圧電振動子4を保持するとと
もに圧電振動子4の電極をメタライズ金属層5に接続す
る作用を為す。
前記金属製保持部材6のメタライズ金属層5への接着
はメタライズ金属層5上に金属製保持部材6を載置さ
せ、該載置部において両者の相互拡散による固相接合を
起こさせることによって行われており、その接着強度は
200gf/mm2以上と強く、金属製保持部材6上に衝撃力が
印加されても該金属製保持部材6はメタライズ金属層5
より外れることはない。
かくしてこの圧電振動子収納用パッケージによれば、
絶縁基体1のメタライズ金属層5に接着させた一対の金
属製保持部材6に圧電振動子4の両端をポリイミド系導
電性樹脂から成る接着材で接着固定するとともに圧電振
動子4の電極を金属製保持部材6に電気的に接続し、し
かる後、窒素雰囲気中あるいは乾燥空気中において絶縁
基体1の上面に椀状蓋体2の下面を低融点ガラスから成
る封止材を介して接合させ、絶縁基体1と蓋体2とから
成る容器3内部に圧電振動子4を気密に封入することに
よって最終製品としての圧電振動素子となる。
次に本発明の圧電振動子収納用パッケージの絶縁基体
の製造方法について説明する。
まず第1図に示す上面から底面にかけてメタライズ金
属層5を有する絶縁基体1と金属製保持部材6を準備す
る。
前記絶縁基体1は酸化アルミニウム質焼結体や酸化ジ
ルコニウム質焼結体等のセラミックスから成り、例えば
酸化アルミニウム質焼結体から成る場合は、アルミナ、
マグネシア、カルシア、シリカ等の原料粉末に適当な有
機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれ
をドクターブレード法を採用することによってセラミッ
クグリーンシート(セラミック生シート)を形成し、し
かる後、前記セラミックグリーンシートを適当な形状に
打抜き加工を施すとともに高温(約1600℃)で焼成する
ことによって製作される。
また前記絶縁基体1の上面から底面にかけて導出され
ているメタライズ金属層5はタングステン、モリブデン
等の高融点金属粉末や銀、銀−パラジウム、銅、ニッケ
ル等の金属粉末により形成される。
尚、前記メタライズ金属層5はタングステンやモリブ
デン等の高融点金属粉末から成る場合、該高融点金属粉
末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペー
ストを絶縁基体1となるセラミックグリーンシートの上
面から底面にかけて印刷塗布し、しかる後、これを高温
(約1600℃)で焼成し、セラミックグリーンシートと金
属ペーストとを焼結一体化させることによって絶縁基体
1に被着され、その露出する外表面にはメタライズ金属
層5の酸化腐食を有効に防止するとともに後述する金属
製保持部材を強固に接合させるためにニッケル、金等の
金属がメッキにより1.0乃至20.0μmの厚さに被着され
ている。
更に前記メタライズ金属層5が銀、銀−パラジウム、
銅、ニッケル等の金属粉末からなる場合には、銀等の金
属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属
ペーストを絶縁基体1の上面から底面にかけて印刷塗布
し、しかる後、これを高温で焼成し、焼き付けることに
よって形成される。
また前記金属製保持部材6は洋白(Cu−Zn−Ni合
金)、コバール(Fe−Ni−Co合金)、42Alloy(Fe−Ni
合金)、SUS(Fe−Cr−Ni合金)、銀ロウ(Ag−Cu合
金)等の弾性を持つ金属から成り、例えばコバールから
成る場合には、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト
(Co)を所定値に秤量し、これを加熱溶融し合金化させ
てコバールのインゴットを作るとともに該インゴットを
圧延加工法により薄板状と成し、最後に前記コバールの
薄板を従来周知の打抜き加工法により所定形状に打ち抜
くことによって形成される。
次に前記金属製保持部材6は第1図に示す如く、絶縁
基体1のメタライズ金属層5上に接着され、これによっ
て圧電振動子収納用パッケージに使用される上面に金属
製保持部材6を接着させた絶縁基体1となる。
前記金属製保持部材6のメタライズ金属層5への接着
はメタライズ金属層5上に金属製保持部材6を載置させ
るとともに該金属製保持部材上から超音波の振動エネル
ギーを印加し、メタライズ金属層5と金属製保持部材6
との間に相互拡散による固相接合を起こさせることによ
って行われ、具体的にはメタライズ金属層5上に金属製
保持部材6を載置するとともに金属層保持部材6の上面
より超音波発振ホーンを1.5乃至6.5Kgf/mm2の圧力で押
圧しながら振動数30乃至50KHz、振幅10乃至30μmの超
音波振動を0.01乃至0.2秒間印加し、メタライズ金属層
5と金属製保持部材6との間に相互拡散による固相接合
を起こさせることによって行われる。
前記メタライズ金属層5への金属製保持部材6の接着
はメタライズ金属層5と金属製保持部材6の相互拡散に
よる固相接合であり、金属製保持部材6とメタライズ金
属層5の接着界面は両者の一体化物となっているためそ
の接着強度は200gf/mm2以上と強く、金属製保持部材6
に衝撃力が印加されたとしても該衝撃力によって金属製
保持部材6がメタライズ金属層5より外れることは皆無
となる。
また前記メタライズ金属層5への金属製保持部材6の
接着は0.01乃至0.2秒という極めて短時間であるため、
金属製保持部材6の接着の作業性及び量産性が極めて良
く、これによって最終製品としての圧電振動素子を極め
て安価なものとなすこともできる。
尚、前記超音波発振ホーンを用いて金属製保持部材6
をメタライズ金属層5に接着させる場合、金属製保持部
材6に超音波発振ホーンを3乃至4Kgf/mm2の圧力で押圧
しながら振動数35乃至40KHz、振幅15乃至20μmの超音
波振動を印加すると金属製保持部材6をメタライズ金属
層5に0.01乃至0.1秒という短時間で、且つ強固に接着
することができる。従って、金属製保持部材6をメタラ
イズ金属層5に短時間で、且つ強固に接着するにはメタ
ライズ金属層5上に金属製保持部材6を載置させ、該載
置部に振動数35乃至40KHz、振幅15乃至20μmの超音波
の振動エネルギーを照射することが好ましい。
また前記金属製保持部材6を超音波の振動エネルギー
を用いてメタライズ金属層5に接着する際、金属製保持
部材6の表面に超音波発振ホーンの押圧による圧接傷が
形成され、該圧接傷より酸化腐食を生じることがある。
そのため金属製保持部材6の外表面にはニッケル、金等
の耐蝕性に優れた金属をメッキにより1.0乃至20.0μm
の厚みに被着させておくと前記酸化腐食が有効に防止さ
れるため金属製保持部材6の外表面にはニッケル、金等
の金属を1.0乃至20.0μmの厚みに被着させておくこと
が好ましい。
(実験例) 次に本発明の作用効果を実験例に基づき説明する。
まず酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体の表
面に幅2mm、長さ2mm、厚さ約15μmのタングステンから
成るメタライズ金属層を各々20個被着させ、次に前記各
メタライズ金属層上に幅1mm、長さ5mm、厚さ0.08mmのコ
バールから成る金属片の一端を載置させるとともに該載
置部に超音波発振ホーンを約4Kgf/mm2の力で押圧しなが
ら振動数38KHz、振幅16μmの超音波振動を約0.1秒印加
させて金属片をメタライズ金属層に幅1mm、長さ0.6mm、
接着面積0.6mm2で接着し、次に前記金属片を接着した絶
縁基体を約420℃の温度で熱処理し、しかる後、前記各
金属片の接着部と反対の端を接着面に対し90゜の角度で
引っ張り、金属片がメタライズ金属層より剥がれた際の
引っ張り強度を測定するとともにその平均値を求め、こ
れを金属片の接着強度として評価した。
また比較試料として上記絶縁基体に被着させたメタラ
イズ金属層に上記コバールから成る金属片をポリイミド
系導電性樹脂から成る接着材で同一面積に接着し、これ
に約420℃の熱処理を加えた後、上記と同様の方法によ
って金属片の接着強度を求めた。
上記の結果を第1表に示す。
上記実験結果からも判るようにメタライズ金属層に金
属片をポリイミド系導電性樹脂から成る接着材で接着し
たもの(従来品)は金属片の接着強度が平均90gf/mm2
弱いものであるのに対し、メタライズ金属層に金属片を
超音波の振動エネルギーを用いて接着したもの(本発明
品)はその接着強度が平均800gf/mm2と従来品の約9倍
の強さで接着していることが判る。
(発明の効果) かくして本発明の製造方法によれば絶縁基体のメタラ
イズ金属層上に金属製保持部材を載置させるとともに該
載置部に超音波の振動エネルギーを印加し、メタライズ
金属層と金属製保持部材の間に相互拡散による固相接合
を起こさせることによって金属製保持部材をメタライズ
金属層に接着させたことから両者の接着強度を極めて強
いものとして金属製保持部材に衝撃力が印加されたとし
ても該衝撃力によって金属製保持部材がメタライズ金属
層より外れることを皆無となすことが可能となる。
また金属製保持部材のメタライズ金属層への接着を極
めて短時間で行うことができ、金属製保持部材の接着の
作業性及び量産性を良好として最終製品としての圧電振
動素子を安価なものとなすこともできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法によって製作された圧電振動子収
納用パッケージの一実施例を示す断面図、第2図は従来
の圧電振動子収納用パッケージの断面図である。 1……絶縁基体、2……蓋体 4……圧電振動子、5……メタライズ配線層 6……金属製保持部材
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−134350(JP,A) 特開 昭60−260221(JP,A) 実開 平2−57622(JP,U) 実開 昭62−105624(JP,U) 実開 昭59−69528(JP,U) 特公 昭50−25428(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 3/00 - 3/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上面にメタライズ金属層を有する絶縁基体
    と圧電振動子を保持するための金属製保持部材とを準備
    し、 前記絶縁基体のメタライズ金属層上に金属製保持部材を
    載置させるとともに該金属製保持部材上から振動数30乃
    至50kHz、振幅10乃至30μmの超音波の振動エネルギー
    を0.01乃至0.2秒間印加し、メタライズ金属層と金属製
    保持部材の間に相互拡散による固相接合を起こさせるこ
    とによって金属製保持部材をメタライズ金属層に接着さ
    せることを特徴とする圧電振動子収納用パッケージの製
    造方法。
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