JP3834417B2 - 圧電デバイス用パッケージおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面実装型圧電部品に関し、特に圧電振動子等の圧電デバイスを収容するパッケージの構造、このパッケージの製造方法およびこのパッケージを用いた圧電部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、表面実装型の圧電部品は、セラミックス等の絶縁材料からなる容器（以下、「容器」をパッケージという）の内部に水晶振動子等の圧電素子を収容し、金属製あるいはセラミックス製の蓋部材を用いて気密に封止する構成のものが一般に知られている。
【０００３】
図９は上記パッケージの構造を示す側面断面図である。一般にセラミックス製のパッケージは、底部を構成する板部材１６と、胴部を構成する下枠部材１７および上枠部材１８とを積層し、これらを焼成して一体化することによって製造される。また、セラミックは表面が粗い物質であるため、板部材と枠部材との積層間には、そのすき間を埋めるためにアルミナ等の絶縁材料による絶縁膜１９、２０が介挿される場合がある。このようなパッケージを圧電素子用のパッケージとして利用する場合、圧電素子をパッケージ内に固定する方式として、いわゆる両持ち方式と片持ち方式とがある。
【０００４】
両持ち方式の表面実装型圧電部品は図１０に示すように、パッケージ内に収容される圧電素子２１の一対のリード電極２１ａ、２１ｂが圧電素子両端に延在するよう形成するとともに、下枠部材１７の上面の一部をパッケージ内部に露出せしめ、その露出した下枠部材の上面に圧電素子２１のリード電極２１ａ、ｂに対応して一対の固定電極２２ａ、２２ｂを設け、前記リード電極２１ａ、２１ｂとを接続することによって、圧電素子を両端固定により保持する。
【０００５】
しかしながら、セラミックス等のパッケージと水晶振動子等の圧電素子とは熱膨張係数が異なるため、圧電素子を保持したパッケージ周囲の雰囲気温度が変化すると、温度変化による熱膨張に起因して圧電素子に応力が生じ、それにより周波数変化が生じて周波数温度特性に影響を及ぼすという問題点があり、最悪の場合には圧電素子に生じた熱応力により圧電素子が破壊される。
【０００６】
一方、片持ち方式の表面実装型圧電部品は図１１に示すように、パッケージ内に収容される圧電素子２３の一対のリード電極２３ａ、２３ｂが共に素子の一端に延在するよう形成され、これに対応して下枠部材の一方の表面には一対の固定電極２４ａ、２４ｂが設けられ、前記リード電極２３ａ、２３ｂと固定電極２４ａ、２４ｂとが接続されることによって、圧電素子の一辺のみが保持される。したがって、片持ち方式では水晶振動子が自由に振動できるのみならず、温度変化による熱応力に起因した周波数温度特性に及ぼす影響はほとんどない。ただし圧電素子の保持部に応力が集中するため、耐振性と耐衝撃製の点で問題がある。そこで、圧電素子の自由端である他端の下方に下枠部材の他方を枕部材として配設し、圧電素子の自由端の変位を制限することによって振動、衝撃等を吸収している。
【０００７】
以上のような特徴から、表面実装型圧電部品としては片持ち方式のものが比較的優れており、主流となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の表面実装型圧電部品のパッケージは、両持ち方式にあっては固定電極を、片持ち方式にあっては固定電極および枕部材を構成するため下枠部材を設け、上枠部材、下枠部材および板部材の三層構造で構成されている。
しかしながら、三層構造であるため大型化を招き、例えば実装部品の低背化が要求される移動体通信用には不適であるという問題があった。
【０００９】
また、特開平３−８８３７３号公報には、例えば図１２に示すように、板部材１６の表面に固定電極２５および枕部材２６をメタライズにより直接形成し、片持ち構造の圧電素子の一端を導電性接着剤を介して固定電極に接続して保持する構成の表面実装型圧電装置が開示されている。このように構成された圧電部品にあっては、圧電素子の自由端である他端の下には枕部材２６を配設しているので、振動、衝撃等が作用した場合、他端の変位を制限することができ、一端と固定電極との接続部の損傷を防止することができる。また、前記下枠部材が不要となり、パッケージ厚みを比較的薄くすることができるので、低背性が要求される移動体通信機器等には好適である。
【００１０】
しかしながら、板部材１６上にメタライズにより金属層を形成する場合、金属層の層厚を大きくすることができず、したがって、板部材に反り等が生じる可能性がある場合、板部材と圧電素子との接触を避けるため、固定電極および枕部材を所望の高さを有するように構成する必要があるが、メタライズのみでは、固定電極および枕部材の厚みを厚く設定したり、自由に設定することが困難であるとともに、メタライズ工程という余分な製造工程を要するという問題点があった。
【００１１】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、圧電素子の特性に影響を及ぼすことなくパッケージ厚みを薄くすることができる耐振性と耐衝撃性が良好な圧電部品を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の請求項１記載の圧電デバイス用パッケージは、当該パッケージの底部し、焼成されたグリーンシートからなる板部材と、当該パッケージの胴部を構成し、焼成されたグリーンシートからなる枠部材と、前記板部材と枠部材との間に設けられ、パッケージ外周からパッケージ内部の所定位置に至るまで形成され、絶縁ペーストを熱処理することにより形成される絶縁膜と、この絶縁膜上のパッケージ内部にて露出する面に形成される固定電極とを備え、前記板部材と前記枠部材との間の前記絶縁膜は、前記板部材と前記枠部材とのすき間を埋め、前記パッケージの内部の前記絶縁膜は、前記板部材上から一定の厚みをもって形成されていることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の請求項２記載の圧電デバイス用パッケージは、前記パッケージ内部の所定位置は、少なくとも圧電デバイスを収容した場合における当該デバイスの長手方向端部に相当する位置であることを特徴としている。
また、本発明の請求項３記載の圧電デバイス用パッケージは、前記板部材、枠部材および絶縁膜はいずれも同一の絶縁材料（セラミック材料）からなることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の請求項４記載の圧電部品は、請求項１、２または３記載の圧電デバイス用パッケージに圧電デバイスを収容してなる圧電部品であって、前記圧電デバイスが両持ち構造である場合において、前記固定電極は上記対向する絶縁膜上面の両方に形成され、前記圧電デバイスの端部に形成されたリード電極と接続固定されることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の請求項５記載の圧電部品は、請求項１、２または３記載の圧電デバイス用パッケージに圧電デバイスを収容してなる圧電部品であって、前記圧電デバイスが片持ち構造である場合において、前記固定電極は上記対向する絶縁膜上面の一方に形成され、前記圧電デバイスの端部に形成されたリード電極と接続固定されるとともに、前記対向する絶縁膜上面の他方を前記圧電デバイスの枕部材となることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の請求項６記載の圧電デバイス用パッケージの製造方法は、前記パッケージの底部を構成する板部材となるグリーンシートに絶縁ペーストを印刷して、前記パッケージの外周から前記パッケージの内部の所定位置に至る絶縁パターンを形成する工程と、前記絶縁パターンの表面に電極パターンを形成する工程と、前記絶縁パターンの外周部に、前記パッケージの枠部材となるグリーンシートを一体化し、積層部材を形成する工程と、前記積層部材を焼成することで、前記絶縁パターンと前記電極パターンとを熱処理し、一体化後のパッケージの底部表面に露出する絶縁膜と固定電極とを形成する工程とを含むことを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施例）
本発明に係わる圧電デバイス用パッケージを片持ち方式の圧電振動子に適用した第１実施例について、図１から図６を用いて説明する。
【００１８】
図１に示すように、表面実装型圧電振動子は、水晶振動子１と、この水晶振動子１を収容するパッケージ２と、パッケージ２を気密封止する蓋部材３とを有している。パッケージ２は、アルミナ製であり、底部を構成する板部材４と、胴部を構成する枠部材５とを有し、板部材４と枠部材５との間には絶縁膜６が設けられており、この絶縁膜６の一部はパッケージ内部にて露出している。
【００１９】
この露出した絶縁膜６のうち、水晶振動子の一端１ａに対応する一方の絶縁膜６ａ表面には、一対の固定電極７ａ、７ｂが設けられ、また、前記露出した絶縁膜６のうち、水晶振動子１の他端１ｂに対応する他方の絶縁膜６ｂは、この水晶振動子１の自由端の下方に位置しており、これが枕部材として作用する。
固定電極７ａ、７ｂは、水晶振動子１に形成されたリード電極（図示せず）に導電性接着剤８等により電気的に接続され、水晶振動子１を片持ち状態で保持するとともに、板部材４の裏面に設けられたプリント基板等に搭載するための接続電極９と電気的導通のとれた状態となっている。また、パッケージ胴部を構成する枠部材５の上端部にはパッケージ２の内部を気密封止する蓋部材３が封止用低融点ガラス１０により接着されている。
【００２０】
以上のように構成した表面実装型圧電振動子は、板部材４と枠部材５とからなる２層構造であり、しかも固定電極７ａ、７ｂが絶縁膜６ａ上に形成されているので、パッケージ内底面である板部材４上から一定の厚みをもって形成されており、かつ枕部材として作用する絶縁膜６ｂの厚みを自由に設定することができるため、板部材が多少反っていても振動子がパッケージ底面に接触する恐れはないとともに、メタライズの工程が不要となり、安価にパッケージおよび圧電デバイスを製造することができる。
【００２１】
次に上記パッケージの作製方法について説明する。
(1) アルミナ粉末にマグネシア、シリカ、カルシア等の焼結助剤を少量加えた粉体に、ジオクチルフタレート等の可塑剤、アクリル樹脂等のバインダおよびトルエン、キシレン、アルコール類等の溶剤を加え、十分に混練して粘度２０００〜４００００ｃｐｓのスラリを作製し、ドクターブレード法によって例えば０．３ｍｍ厚の複数枚のアルミナのグリーンシートを形成する。
【００２２】
(2) 各グリーンシートに打ち抜き型やパンチングマシーン等を用いて所望の形状に打ち抜き加工して、板部材４となるグリーンシートと、枠部材５となるグリーンシートとを作製する。
(3) 図２に示すように、板部材４となるグリーンシートの表面外周近傍に、上記の(1) で作製したアルミナのスラリと同様のアルミナペーストを印刷し、約３０μｍ厚の絶縁パターン６を形成する。
【００２３】
(4) 図３に示すように、絶縁パターン６の一端側の表面にタングステンやモリブデンの高融点金属の導体ペーストを印刷し、約３０μｍ厚の電極パターン７ａ、７ｂを形成する。ここで、電極パターン７ａは、絶縁パターン６の表面から端面４ａを経由して板部材４となるグリーンシートの裏面まで形成される。また、電極パターン７ｂは、絶縁パターン６の表面から端面４ｂを経由して板部材４となるグリーンシートの裏面まで形成される。
【００２４】
(5) 絶縁パターン６と電極パターン７ａ、７ｂとを形成したグリーンシート（図３参照）と、枠部材となるグリーンシート（図示せず）とを積層し、このグリーンシート積層体を例えば８０〜１５０℃、５０〜２５０ｋｇ／ｃｍ² の条件で熱圧着して一体化する。
(6) 上記の(1) 〜(5) で作製したグリーンシート積層体を１４００〜１６００℃で焼成することにより、図４および図５に示すように、アルミナ製パッケージが得られる。アルミナ製パッケージ２は、板部材４と枠部材５の間に絶縁膜６が形成され、絶縁膜６の一端側の上面に固定電極７が形成され、さらに板部材４の裏面には固定電極７ａ、７ｂに導通する接続電極９ａ、９ｂが形成されている。固定電極７ａ、７ｂおよび接続電極９ａ、９ｂの表面には、通常、ニッケルまたは金、あるいはその両方がメッキ等にて形成される。図４に示すように、アルミナ製パッケージ２は、固定電極７ａと固定電極７ｂとの水平方向の距離が比較的離れているので、両電極間の容量を低減することができる。
【００２５】
(7) 図６に示すように、アルミナ製パッケージの固定電極７ａ、７ｂには水晶振動子１のリード電極を導通性接着剤８などにより接着して固定する。
(8) 水晶振動子１を収容したアルミナ製パッケージ２の開口端部にはアルミナ等のセラミックス製蓋部材３を封止用低融点ガラス１０を用いて接着し、水晶振動子１を気密封止する。
【００２６】
以上の(1) 〜(8) の工程により、図１に示すような表面実装型水晶振動子が得られる。このように製造されたパッケージでは、板部材と枠部材とを一体化する上で必要な絶縁膜を利用して、製造工数を増やすことなく固定電極面の高さを一定量確保することができる。
（第２実施例）
本発明を表面実装型水晶振動子に適用した第２実施例について、図７を用いて説明する。
【００２７】
第２実施例の水晶振動子は、水晶振動子の他端に対応する絶縁膜の他端側６ｂの表面に、さらに約３０μｍ厚の絶縁膜１４を設けている。その他の構成は第１実施例と同様である。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。このパッケージの場合、上記(3) の工程の後に再度アルミナペーストを印刷すればよく、(3) の工程を２回繰り返せばよいので製造は極めて簡単である。
【００２８】
第２実施例においては、簡単な製造工程を追加するだけで枕部材の高さを微妙に高くすることができるので、振動、衝撃等が作用した場合、水晶振動子の他端の変位をさらに制限することができ、水晶振動子の一端と固定電極との接続部の損傷をさらに防止することができる。
（第３実施例）
本発明を表面実装型水晶振動子に適用した第３実施例について、図８を用いて説明する。
【００２９】
第３実施例の水晶振動子は、水晶振動子の他端に対応する絶縁膜の他端側６ｂの表面に、さらに約３０μｍ厚のダミー電極１５を設けている。その他の構成は第１実施例と同様である。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。このパッケージの場合、上記(4) の工程の際に固定電極７と同時にダミー電極１５を形成することが可能であるので、製造工程を増やすことなく簡便に製造することができる。
【００３０】
第３実施例においては、既存の製造工程で枕部材の高さを微妙に高くすることができるので、振動、衝撃等が作用した場合、水晶振動子の他端の変位をさらに制限することができ、水晶振動子の一端と固定電極との接続部の損傷をさらに防止することができる。
なお本発明の複数の実施例では、アルミナ等のセラミックス製蓋部材および封止用低融点ガラスを用いて水晶振動子を気密封止したが、本発明では、パッケージの開口端部に設けたコバール等のシールリングと、ニッケル、ステンレス、コバール、４２アロイ等の金属からなる蓋部材とを溶接することにより、水晶振動子を気密封止してもよい。また、パッケージの開口部に設けたタングステン等の金属層にニッケルメッキまたは金メッキを施し、鉛錫共晶はんだ、金錫共晶はんだ、あるいは鉛と錫等の材料の比率を変更した高温はんだを封止用はんだとして用いてコバール、４２アロイ等の金属からなる蓋部材や、封止部材となるところに導体ペーストが印刷、焼成されたセラミックス製蓋部材を接着することにより、水晶振動子を気密封止してもよい。
【００３１】
また本発明の複数の実施例では、アルミナ製パッケージを用いたが、本発明はアルミナに限らず、窒化アルミ、ムライト、ガラス等のセラミックあるいはその他の絶縁材料製のパッケージを用いていもよい。
また本発明の複数の実施例では、圧電素子として表面実装型水晶振動子を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、四ほう酸リチウムもしくは圧電セラミックで構成する圧電振動子、弾性表面波素子等を用いた共振子もしくはフィルタにも適用可能である。
【００３２】
また本発明の複数の実施例では、パッケージ内に圧電素子を単体で収容したものを例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、パッケージ内に圧電素子とともにＩＣ等の発振回路を備えて構成した発振器等の圧電部品に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる圧電振動子パッケージの構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係わる圧電振動子パッケージの構成を説明するための平面図である。
【図３】本発明の第１実施例の製造方法を説明するための平面図である。
【図４】本発明の第１実施例のアルミナ製パッケージを示す平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】本発明の第１実施例のアルミナ製パッケージに水晶振動子片を搭載した状態を示す断面図である。
【図７】本発明を表面実装型水晶振動子に適用した第２実施例を示す断面図である。
【図８】本発明を表面実装型水晶振動子に適用した第３実施例を示す断面図である。
【図９】従来の表面実装型圧電装置を示す断面図である。
【図１０】従来の表面実装型圧電装置を示す断面図である。
【図１１】従来の表面実装型圧電装置を示す断面図である。
【図１２】従来の表面実装型圧電装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 水晶振動子
２ パッケージ
３ 蓋部材
４ 第１のセラミック層（板部材）
５ 第２のセラミック層（枠部材）
６ａ 絶縁膜（台座）
６ｂ 絶縁膜（枕部材）
７ 固定電極
９ 接続電極

Claims (6)

1. 圧電デバイスを収容するパッケージであって、
   当該パッケージの底部を構成し、焼成されたグリーンシートからなる板部材と、
   当該パッケージの胴部を構成し、焼成されたグリーンシートからなる枠部材と、
   前記板部材と枠部材との間に設けられ、パッケージ外周からパッケージ内部の所定位置に至るまで形成され、絶縁ペーストを熱処理することにより形成される絶縁膜と、
   この絶縁膜上のパッケージ内部にて露出する面に形成される固定電極とを備え、
   前記板部材と前記枠部材との間の前記絶縁膜は、前記板部材と前記枠部材とのすき間を埋め、
   前記パッケージの内部の前記絶縁膜は、前記板部材上から一定の厚みをもって形成されていることを特徴とする圧電デバイス用パッケージ。
2. 前記パッケージ内部の所定位置は、少なくとも圧電デバイスを収容した場合における当該デバイスの長手方向端部に相当する位置であることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス用パッケージ。
3. 前記板部材、枠部材および絶縁膜はいずれも同一の絶縁材料からなることを特徴とする請求項１または２記載の圧電デバイス用パッケージ。
4. 請求項１、２または３記載の圧電デバイス用パッケージに圧電デバイスを収容してなる圧電部品であって、
   前記圧電デバイスが両持ち構造である場合において、
   前記固定電極は上記絶縁膜上面の両方に形成され、前記圧電デバイスの端部に形成されたリード電極と接続固定されることを特徴とする圧電部品。
5. 請求項１、２または３記載の圧電デバイス用パッケージに圧電デバイスを収容してなる圧電部品であって、
   前記圧電デバイスが片持ち構造である場合において、
   前記固定電極は上記絶縁膜上面の一方に形成され、前記圧電デバイスの端部に形成されたリード電極と接続固定されるとともに、前記絶縁膜上面の他方を前記圧電デバイスの枕部材としたことを特徴とする圧電部品。
6. 圧電デバイスを収容するパッケージを製造する方法であって、
   前記パッケージの底部を構成する板部材となるグリーンシートに絶縁ペーストを印刷して、前記パッケージの外周から前記パッケージの内部の所定位置に至る絶縁パターンを形成する工程と、
   前記絶縁パターンの表面に電極パターンを形成する工程と、
   前記絶縁パターンの外周部に、前記パッケージの枠部材となるグリーンシートを一体化し、積層体を形成する工程と、
   前記積層体を焼成することで、前記絶縁パターンと前記電極パターンとを熱処理し、一体化後のパッケージの底部表面に露出する絶縁膜と固定電極とを形成する工程と、
   を含むことを特徴とする圧電デバイス用パッケージの製造方法。

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