JP3413657B2 - 表面実装型圧電振動子用パッケージの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子機器等に用いら
れる表面実装型圧電振動子に関するものであり、特に小
型化に対応した表面実装型圧電振動子のパッケージ構成
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】気密封止を必要とする表面実装型圧電振
動子の例として、ＡＴカット水晶振動子、音叉型水晶振
動子等の水晶応用製品があげられる。これら各製品はい
ずれも水晶振動板の表面に金属薄膜電極を形成し、この
金属薄膜電極を外気から保護するため、気密封止されて
いる。

【０００３】これら水晶応用製品は部品の表面実装化の
要求から、セラミックパッケージに気密的に収納する構
成が増加している。このようなセラミックパッケージを
用いる場合、パッケージ本体とフタとの接合は多種多様
の接合方法が検討されており、例えばはんだ接合、低融
点ガラス接合、抵抗溶接、電子ビーム溶接等各種の接合
方法をあげることができるが、いずれの封止方法におい
ても圧電振動デバイスの小型化により、その封止領域は
狭くなる傾向にある。また特に通信機器等に用いられる
圧電振動デバイスは、ＥＭＩ対策として金属フタにより
気密封止し、これをアース端子に接続することによりシ
ールド構成が多くなっている。金属フタをアース端子に
接続する方法としてはキャスタレーションを用いる方法
とビアホールを用いる方法がある。

【０００４】キャスタレーションを用いる場合の例を図
５、図６、図７とともに説明する。キャスタレーション
はセラミックパッケージの側面に設けられた溝状の切り
欠きであり、セラミックパッケージ製造時に必要となっ
ている。図５に示すように、セラミックパッケージはセ
ラミック基体８ａとその上部に形成される第１のセラミ
ック枠体８ｂと、当該第１のセラミック枠体８ｂ上に形
成される第２のセラミック枠体８ｃとを積層した構成で
ある。セラミックパッケージ８の外周の４角にはキャス
タレーションＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が設けられてお
り、パッケージの開口部周囲の堤部８１の上面すなわち
第２のセラミック枠体８ｃの上面には金属層８２が形成
されている。図５においてキャスタレーションＣ２，Ｃ
４の下方に形成された導体８４ａ，８６ａ（８６ａは図
示せず）は圧電振動デバイスの入出力端子すなわちデバ
イス端子であり、上記金属層８２とは接続されない構成
であるが、キャスタレーションＣ１，Ｃ３にはセラミッ
ク枠体上面の金属層８２をアース端子に導く導体８３，
８５が上下全体に形成されている。なお、従来において
は図６に示すように、圧電振動子Ｑの入出力端子である
デバイス端子はパッケージの対角に形成されていた。

【０００５】ところでキャスタレーションＣ２，Ｃ４の
上方に形成された導体８４ｂ、８６ｂ（８６ｂは図示せ
ず）は本来必要ではないが、上述のとおり圧電振動子Ｑ
のデバイス端子の導出位置並びにセラミックパッケージ
の製法上、やむを得ず形成されてしまうものである。す
なわち、図７に示すように、基体用セラミックグリーン
シートＧ１の上に第１の枠体用セラミックグリーンシー
トＧ２を重ね、その上に第２の枠体用セラミックグリー
ンシートＧ３を重ねて積層化するが、第２の枠体用セラ
ミックグリーンシートＧ３の各キャスタレーションＣに
設ける導体Ｆはキャスタレーション全体に形成せざるを
得ず、このため図５で示す前述の導体８４ｂ、８６ｂが
形成されてしまう。一方低背化の要求により、第１のセ
ラミック枠体８ｂを厚くすることができず、結果として
キャスタレーションＣ２，Ｃ４においてデバイス端子と
アース端子が近接する。このような場合、当該パッケー
ジを用いた圧電振動子が基板上に実装され、導電接合材
で電気的機械的接続された際、導電接合材により両者が
短絡してしまうことがあった。

【０００６】またビアホールを用いる方法にも問題があ
った。すなわち図８の平面図に示すようにビアホールＢ
は通常コーナー部分に設けられ、上下に貫通して導通を
得る構成が一般的であるが、セラミックパッケージ９の
小型化に伴い金属層９２において気密封止に必要な幅
（面積）を確保しにくくなっていた。なお、ビアホール
を用いる場合でも製造面からの要求によりキャスタレー
ションＣが必要となっていた。

【０００７】以上のように従来の表面実装型圧電振動子
用のセラミックパッケージの端子配置構成並びに製造方
法に基づく表面実装型圧電振動子では、小型化した場合
短絡が生じたり、充分な気密性を得られなくなることが
あった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
解決するためになされたもので、金属フタをアース接続
することによりシールド効果を高めた表面実装型圧電振
動子において、圧電振動板の収納スペースを確保しつ
つ、より小型化を可能にするとともに、気密封止の信頼
性を向上させることのできる表面実装型圧電振動子を提
供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来のセラミ
ックパッケージの端子導出構成、並びにセラミックパッ
ケージの製法を再検討することにより、新規なパッケー
ジ構成を提案したものであり次の各構成、製法によって
実現できる。

【００１０】すなわち、本発明の基本構成となる圧電デ
バイス用パッケージは、矩形状のセラミック基体と、当
該セラミック基体の外形とほぼ同サイズで、上面に金属
層を形成したセラミック枠体とを積層し、前記金属層と
金属フタとを導電接合してなり、セラミック基体とセラ
ミック枠体それぞれの外周角部にはキャスタレーション
が形成されており、セラミック基体の各キャスタレーシ
ョンには上下に導通する導体が形成されるとともに、セ
ラミック基体には圧電振動板を搭載する一対の電極パッ
ドが形成され、これら電極パッドは前記導体のうち隣接
する２つに各々導電接続されることにより一対のデバイ
ス端子として外部に導出され、またセラミック枠体のキ
ャスタレーションのうち、前記デバイス端子に対応しな
いキャスタレーションに上下に導通する導体が形成さ
れ、前記金属フタとセラミック基体に形成されたデバイ
ス端子に接続されない導体とを導電接続することによ
り、アース端子として外部に導出されている構成であ
る。

【００１１】このような構成により、デバイス端子がパ
ッケージの対角の位置ではなく隣接して形成された構成
であるので、それぞれのキャスタレーションをデバイス
端子用とアース端子用にまとめることができる。そして
デバイス端子用のキャスタレーションにおいてはセラミ
ック基体部分にのみ導体を形成する構成であるので、従
来発生していたデバイス端子とアース端子の短絡が生じ
ない。という利点を有している。

【００１２】このような圧電振動デバイス用パッケージ
を製造するには、請求項１に示すように、複数の矩形セ
ラミック基体のもとになる基体用セラミックグリーンシ
ートを用意し、当該基体用セラミックグリーンシートに
対し、前記セラミック基体の角部に対応する位置にマト
リクス状にキャスタレーションを穿設するとともに、当
該キャスタレーションに上下に導通する導体を形成し、
さらに各セラミック基体部分の所定の位置には一対の電
極パッドが形成され、これら電極パッドは矩形セラミッ
ク基体の長辺方向の一端に引き出され、前記導体のうち
隣接する２つに各々導電接続されるよう配線する工程
と、複数の前記セラミック基体に対応するセラミック枠
体のもとになる枠体用セラミックグリーンシートを用意
し、当該枠体用セラミックグリーンシートに対し、前記
セラミック基体の角部に対応する位置にマトリクス状に
キャスタレーションを穿設するとともに、当該マトリク
ス状に形成されたキャスタレーションのうち、前記電極
パッドから遠い位置であって、１行おきに並ぶキャスタ
レーションに対し、上下に導通する導体を形成する工程
と、前記枠体用セラミックグリーンシートの上面にメタ
ライズ層を形成する工程と、上記各セラミックグリーン
シートを位置決めして積層した後、一体的に焼成成形し
てなる工程と、焼成成形されたセラミックグリーンシー
トを前記キャスタレーションに従って小割りする工程
と、を具備してなる表面実装型圧電振動子用パッケージ
の製造方法を用いればよい。

【００１３】上記製造方法によれば、基体用セラミック
グリーンシートには各セラミック基体部分の所定の位置
に一対の電極パッドが形成され、これら電極パッドは前
記導体のうち隣接する２つに各々導電接続されるよう配
線しており、枠体用セラミックグリーンシートに穿設し
たマトリクス状に形成されたキャスタレーションのう
ち、１行おきに並ぶキャスタレーションに対し、上下に
導通する導体を形成することになる。これによりデバイ
ス端子用のキャスタレーションにはデバイス端子用の導
体しか形成されなくなる。

【００１４】また請求項２に示すように、請求項１記載
の圧電振動デバイス用パッケージの製造方法において、
前記セラミック枠体用グリーンシートが２層構成であ
り、セラミック基体用グリーンシート上に配置される第
１のセラミック枠体用グリーンシートと、当該第１のセ
ラミック枠体用グリーンシート上に配置され、上面に金
属層が形成された第２のセラミック枠体用グリーンシー
トとからなってもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明による第１の実施の形態を
表面実装型の水晶振動子を例にとり図１乃至図４ととも
に説明する。図１は本実施の形態を示す分解斜視図、図
２は図１を組み立てた場合の内部断面図を模式的に示す
図、図３は図１の裏面図で水晶振動板３の接続を模式的
に示した図、図４はセラミックパッケージでの製造方法
を示す図である。表面実装型水晶振動子は、上部が開口
した凹部を有するセラミックパッケージ１と、当該パッ
ケージの中に収納される圧電振動板である水晶振動板３
と、パッケージの開口部に接合される金属フタ２とから
なる。

【００１６】断面でみて凹形のセラミックパッケージ１
には、凹形周囲の堤部１０ａ上に周状の金属層１１が形
成されている。金属層１１は、例えばタングステンある
いはモリブデン等からなるメタライズ層と、当該メタラ
イズ層の上部に形成されるニッケル等からなるメッキ層
とからなる。セラミックパッケージ外周の４角には上下
にキャスタレーションＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が形成さ
れている。このうちキャスタレーションＣ１，Ｃ２の下
方には金属導体１４，１５が形成され、当該金属導体１
４，１５は後述の電極パッドと電気的につながってい
る。またキャスタレーションＣ３，Ｃ４には上端から下
端にわたり金属導体１６，１７が形成されており、前記
金属層１１とセラミックパッケージ底面に形成されたア
ース端子Ｅ３，Ｅ４と電気的につながっている。

【００１７】図２に示すように、本セラミックパッケー
ジ１は矩形平板形状のセラミック基体１ａと、中央部分
が大きく穿設され、外形サイズが前記セラミック基体と
ほぼ等しい第１のセラミック枠体１ｂと、当該第１のセ
ラミック枠体１ｂとほぼ同形状の第２のセラミック枠体
１ｃとからなり、これら各層が積層されて一体的に焼成
されている。なお、第２のセラミック枠体１ｃの上面に
は前述の金属層１１が形成されている。

【００１８】また、セラミックパッケージ１の内部底面
には電極パッド１２、１３が形成されており、これら電
極パッドは連結電極１２ａ，１３ａ（１３ａは図示せ
ず）を介して、パッケージ外部の底面にデバイス端子Ｅ
１，Ｅ２として電気的に引き出されている。前記電極パ
ッド１２，１３間には圧電振動板である矩形の水晶振動
板３が搭載されている。水晶振動板３の表裏面には一対
の励振電極３１，３２（３２は図示せず）が形成され、
各励振電極は各々電極パッド１２，１３に引き出されて
おり、導電性接合材（図示せず）により導電接合されて
いる。図３は本発明による表面実装型水晶振動子の底面
図並びに水晶振動板３の接続構成を模式的に示した図で
あるが、上記接続構成により水晶振動子の入出力端子用
の引出電極、すなわちデバイス端子Ｅ１，Ｅ２は水晶振
動子の長辺方向の一端に導出された構成となっている。
なお、当該デバイス端子Ｅ１，Ｅ２は水晶振動子の短辺
方向の一端に導出する構成としてもよく、両端子が隣接
する構成であればよい。

【００１９】次にセラミックパッケージを製造する方法
について、図４とともに説明する。図４において（ａ）
は複数のセラミック基体のもとになる基体用セラミック
グリーンシートＧ１の平面図であり、（ｂ）は複数の第
１のセラミック枠体のもとになる第１の枠体用セラミッ
クグリーンシートＧ２の平面図であり、（ｃ）は複数の
第２のセラミック枠体のもとになる第２の枠体用セラミ
ックグリーンシートＧ３の平面図である。

【００２０】基体用セラミックグリーンシートＧ１につ
いては、前記各セラミック基体の角部に対応する位置に
マトリクス状にキャスタレーションＣを穿設するととも
に、当該キャスタレーションＣに上下に導通する導体Ｆ
を形成する。また基体用セラミックグリーンシートＧ１
の裏面には各セラミック基体に対応して、図３に示すよ
うな膜状電極からなるデバイス端子およびアース端子が
形成されている。さらに各セラミック基体の所定の位置
には電極パッドＰがメタライズ技術を用いて形成されて
おり、電極パッドはビアホール（上下に貫通した導体）
により裏面に導出され、前記デバイス端子と導通してい
る。

【００２１】また第１の枠体用セラミックグリーンシー
トＧ２については、前記セラミック基体の角部に対応す
る位置にマトリクス状にキャスタレーションＣを穿設す
るとともに、当該マトリクス状に形成されたキャスタレ
ーションＣのうち、１行おきに並ぶキャスタレーション
に対し、上下に導通する導体Ｆを形成する。さらに第２
の枠体用セラミックグリーンシートＧ３についてはも、
前記セラミック基体の角部に対応する位置にマトリクス
状にキャスタレーションＣを穿設するとともに、当該マ
トリクス状に形成されたキャスタレーションＣのうち、
１行おきに並ぶキャスタレーションに対し、上下に導通
する導体Ｆを形成する。また前記第２の枠体用セラミッ
クグリーンシートＧ３の上面にメタライズ層Ｍを形成す
る。

【００２２】以上の各セラミックグリーンシートを位置
決めし、各キャスタレーションを重畳させた状態で積層
した後、一体的にセラミック焼成成形し、焼成成形され
たセラミックグリーンシートを前記キャスタレーション
に従って小割りすることにより、個々のセラミックパッ
ケージを得ることができる。

【００２３】なお、上記製造方法例において、第１と第
２の枠体用セラミックグリーンシートを用いたが、中間
の第１の枠体用セラミックグリーンシートを割愛し、上
面に金属層の形成された第２の枠体用セラミックグリー
ンシートのみを用いる構成であってもよい。

【００２４】セラミックパッケージを気密封止する金属
フタ２はコバール等の金属母材２０にニッケルメッキを
施した構成である。当該金属フタの下面すなわち前記セ
ラミックパッケージ側には銀ろう層２１が形成されてい
る。当該銀ろう層２１の形成は、例えば圧延の手法を用
いて形成されて、クラッド化した銀ろう層を形成してい
る。クラッド化することにより溶融時のガスの放出が少
なく、ガスによるパッケージ内部への悪影響を回避する
ことができるという利点を有している。

【００２５】金属フタ２と前記セラミックパッケージ１
の金属層の接合は、例えばシーム溶接と同じ手法を用い
る。すなわち金属層１１と金属フタの銀ろう層２１を重
ね合わせ位置決めした状態で、図示していないが、パラ
レルシーム溶接機の通電ローラーを金属フタの稜部分を
押圧しながら走行させる。これにより主に金属フタの銀
ろうが溶融し、気密接合が行われる。なお、本溶接とな
るシーム溶接の前にセラミックパッケージと金属フタと
をスポット溶接により仮溶接を行い、位置決めを確実に
してもよい。また気密封止をレーザービーム溶接等の手
法により行ってもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、基体用セラミックグリ
ーンシートには各セラミック基体部分の所定の位置に一
対の電極パッドが形成され、これら電極パッドは前記導
体のうち隣接する２つに各々導電接続されるよう配線し
ており、また枠体用セラミックグリーンシート穿設した
マトリクス状に形成されたキャスタレーションのうち、
１行おきに並ぶキャスタレーションに対し、上下に導通
する導体を形成することになる。これによりデバイス端
子用のキャスタレーションには前記電極パッドに接続さ
れたデバイス端子用の導体しか形成されなくなる。従っ
てデバイス端子がパッケージの対角の位置ではなく隣接
して形成された構成であるので、それぞれのキャスタレ
ーションをデバイス端子用とアース端子用にまとめるこ
とができる。よって、圧電振動板の収納スペースを確保
しつつ、より小型化を可能にするとともに、気密封止並
びに電気的特性の信頼性を向上させることのできる表面
実装型圧電振動子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態による分解斜視図。

【図２】図１の内部断面図。

【図３】図１の裏面図。

【図４】製造方法を示す図。

【図５】従来例を示す図。

【図６】従来例を示す図。

【図７】従来例を示す図。

【図８】従来例を示す図。

【符号の説明】

１、８、９ セラミックパッケージ １１、８２ 金属層 ２ 金属フタ ２１ 銀ろう層 ３、Ｑ 水晶振動板（圧電振動板）

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−265957（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−214944（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−209795（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−308642（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−85121（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03H 3/00 - 3/04 H03H 9/00 - 9/13

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の矩形セラミック基体のもとになる
   基体用セラミックグリーンシートを用意し、当該基体用
   セラミックグリーンシートに対し、前記セラミック基体
   の角部に対応する位置にマトリクス状にキャスタレーシ
   ョンを穿設するとともに、当該キャスタレーションに上
   下に導通する導体を形成し、さらに各セラミック基体部
   分の所定の位置には一対の電極パッドが形成され、これ
   ら電極パッドは矩形セラミック基体の長辺方向の一端に
   引き出され、前記導体のうち隣接する２つに各々導電接
   続されるよう配線する工程と、 複数の前記セラミック基体に対応するセラミック枠体の
   もとになる枠体用セラミックグリーンシートを用意し、
   当該枠体用セラミックグリーンシートに対し、前記セラ
   ミック基体の角部に対応する位置にマトリクス状にキャ
   スタレーションを穿設するとともに、当該マトリクス状
   に形成されたキャスタレーションのうち、前記電極パッ
   ドから遠い位置であって、１行おきに並ぶキャスタレー
   ションに対し、上下に導通する導体を形成する工程と、 前記枠体用セラミックグリーンシートの上面にメタライ
   ズ層を形成する工程と、 上記各セラミックグリーンシートを位置決めして積層し
   た後、一体的に焼成成形してなる工程と、 焼成成形されたセラミックグリーンシートを前記キャス
   タレーションに従って小割りする工程と、を具備してな
   る表面実装型圧電振動子用パッケージの製造方法。
2. 【請求項２】 前記セラミック枠体用グリーンシートが
   ２層構成であり、セラミック基体用グリーンシート上に
   配置される第１のセラミック枠体用グリーンシートと、
   当該第１のセラミック枠体用グリーンシート上に配置さ
   れ、上面に金属層が形成された第２のセラミック枠体用
   グリーンシートとからなる請求項１記載の表面実装型圧
   電振動子用パッケージの製造方法。