JP3982263B2

JP3982263B2 - 圧電デバイスの封止方法

Info

Publication number: JP3982263B2
Application number: JP2002001616A
Authority: JP
Inventors: 勇治北原; 卓男桑原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-01-08
Filing date: 2002-01-08
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2022-01-08
Also published as: JP2003204238A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片を内蔵した圧電デバイスのパッケージの封止方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、近年、装置の小型薄型化がめざましく、それらに用いられる圧電デバイスも小型薄型化が要求されている。
また、それとともに、装置の回路基板に表面実装が可能な表面実装タイプの圧電デバイスが求められている。
図１６及び図１７は、このような圧電デバイスの構成例を示す概略図であり、図１６は、圧電デバイスの構成を示す概略平面図、図１７は、図１６の圧電デバイスのＡ−Ａ線概略断面図である。
【０００３】
図１６及び図１７において、従来の圧電デバイス１は、パッケージ６の内部に、圧電振動片２を収容している。この圧電振動片２は、例えば水晶基板を利用して形成されている。この圧電振動片２は、厚みの薄い矩形状に形成された、所謂ＡＴカット振動片が使用され、パッケージ６の電極部に対して、その基部１１が固定されていると共に、先端側４が自由端とされている。この圧電振動片２の表面（図１７の上面及び下面を含む表面）には駆動用の金属電極として、励振電極５が形成されており、また、圧電振動片２の左端部の幅方向両端部には、上記励振電極５と接続された引出し電極１２，１２が形成されている。
【０００４】
パッケージ６は、セラミック製の複数の基板を積層して内側に所定の内部空間Ｓを形成するようにされている。この内部空間Ｓにおいて、パッケージ６の内側の底部には、導電性の接着剤７，７を介して、上述した引出し電極１２，１２が電極部３，３上に接合固定されている。
そして、パッケージ６の開放された上端には、低融点ガラス等のロウ材８を介して、ガラス等の光を透過する材料，すなわち光透過性の材料で形成された蓋体９が接合されることにより、封止されている。
【０００５】
圧電デバイス１は、以上のように構成されており、外部からの駆動電圧が、電極部３及び導電性接着剤７を介して、励振電極５に伝えられると、励振電極５からの電圧が圧電材料に伝えられることで、圧電材料が、所定の周波数で振動する。
この振動周波数を外部に取り出すことによって、所定の周波数の出力を得ることができるようになっている。
【０００６】
このような圧電デバイス１では、その製造工程においては、先ず、圧電振動片２を導電性接着剤７を用いて、パッケージ６の電極部３，３に接合する。封止工程に先行して、圧電振動片２に対しては、その電極膜に対して、蒸着等の手段により、金属膜をさらに被覆して、重量を増加させたり、反対にプラズマを照射して、金属膜を除去して重量を減らして、所定の周波数調整を行う。
次いで、上述したロウ材８を介して、蓋体９を配置し、真空雰囲気内で加熱してロウ材８を溶融することにより、封止している。これにより、圧電振動片２は、パッケージ６内で、所定の周波数で振動できるようにされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような工程を経て製造される圧電デバイス１においては、蓋体９の封止前に周波数調整を行っているにもかかわらず、振動周波数に比較的大きなばらつきを生じていた。
このような振動周波数のばらつきは、蓋体９の接合を行う場合に、ロウ材８を加熱する過程で、圧電振動片２へのガスの脱吸着及び圧電振動片２の接合保持部の応力変化により生じていると考えられる。
【０００８】
そこで、次のような試みをなされている。
図１８は、振動周波数のばらつきをできるだけ抑制するために検討された圧電デバイス１０を示す概略斜視図である。
この圧電デバイス１０において、図１６，図１７で説明した圧電デバイス１と同じ符号を付した箇所は共通する構成である。
【０００９】
すなわち、圧電デバイス１０は、圧電デバイス１と比較すると、パッケージの構成が異なっており、圧電デバイス１０のパッケージ１１には、底部に開口する貫通孔１２を有している。この貫通孔１２は、所定の内径を備える内側の第１の貫通孔１２ａと、この第１の貫通孔と連続して設けられると共に、前記第１の貫通孔よりも大きな内径を備えて外側に開口した第２の貫通孔１２ｂとで形成されている。
【００１０】
図１９は、このようなパッケージ構成をもつ圧電デバイス１０を封止する様子を示している。
図において、チャンバー１３内には、ヒータ等を内蔵した加熱手段１４と、加熱手段１４の上に配置されたプレート１５が備えられている。
圧電デバイス１０は、プレート１５上に、図示するように逆さにされて、蓋体９が、加熱手段１４からの熱を伝えるプレート１５上に載置されており、ロウ材８を介して、パッケージ１１が載っている。
【００１１】
先ず、チャンバー１３内にて真空雰囲気あるいは窒素雰囲気にて所定の温度プロファイルに従って、加熱手段１４を駆動し、蓋体９を介してロウ材８を加熱溶融することで、パッケージ１１と蓋体９を接合する。
【００１２】
その後、必要により、貫通孔１２を介して、例えばレーザ光を照射して、圧電振動片２の表面の電極膜を一部蒸散させて、周波数調整を行い（図示せず）、次に、貫通孔１２内に、図示するように溶融前の封止材１６を載置する。溶融前の封止材１６は、例えば、従来の半田を利用した金属封止材を使用してもよく、あるいは、鉛の使用を避けて、鉛を含有しないＡｕ／Ｓｎ等の金属封止材が用いられる。
そして、この溶融前の封止材１６にレーザ光Ｌ１を照射して、封止材１６を溶融することによって、貫通孔１２を塞ぎ、圧電デバイス１のように振動周波数にばらつきを生じることがない、圧電デバイス１０を製造することができるものと期待されていた。
【００１３】
しかしながら、実際には、図２０で示すような現象を生じてしまう。
図２０は、図１９の円形で示した領域Ｂを拡大して示しており、図において、封止材１６にレーザ光Ｌ１を照射すると、封止材１６が溶融し、溶融金属の一部１６ａが貫通孔１２を通ってパッケージ１１内に入り、圧電振動片２の表面に付着してしまう。
【００１４】
図２１は、上述の製造工程により製造された圧電デバイス１０の振動周波数のばらつきをグラフ化したものである。当初、振動周波数のばらつきは、図２１（ａ）に示すように、非常に低く抑えることが期待されたが、実際には、図２０で示した現象によって、封止材１６が溶融した溶融金属の一部１６ａが圧電振動片２の表面に付着する場合がある。このため、図２１（ｂ）に示すように、振動周波数は、低い方へ、ばらついてしまう結果となる。
【００１５】
本発明の目的は、振動周波数のばらつきを生じることなく、パッケージを封止することができる圧電デバイスの封止方法と、その封止方法が適用される圧電デバイス及びこの圧電デバイスを利用した携帯電話装置及び電子機器を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は請求項１の発明によれば、圧電振動片を内部に支持固定したパッケージに、蓋体を固定した圧電デバイスの封止方法であって、前記パッケージの底部に形成された貫通孔に対して、低融点金属による第１の金属材料と、第１の金属材料よりも融点が高い第２の金属材料を用いて形成した第２の金属材料でなる封止材を配置し、真空雰囲気内あるいは不活性雰囲気内で前記封止材に対して、レーザ光を照射して溶融することにより、前記貫通孔を塞ぐようにし、前記封止材が球形の封止材でなり、この球形の封止材の中心に前記第１の金属材料を配置し、この第１の金属材料の外側に第２の金属材料を配置したことを特徴とする圧電デバイスの封止方法により達成される。
請求項１の構成によれば、パッケージに形成した貫通孔を封止する際に、この貫通孔に低融点金属による第１の金属材料と、第１の金属材料よりも融点が高い第２の金属材料とを用いて形成した封止材を配置する点に特徴がある。例えば、パッケージ内に圧電振動片を接合して、蓋体を閉じた後で、真空雰囲気内で貫通孔を塞ぐ場合には、パッケージ内のガス成分をパッケージ外部に追い出しつつ、貫通孔を塞ぐことができる。
ここで、パッケージの貫通孔に充填される封止材が低融点金属による第１の金属材料と、第１の金属材料よりも融点が高い第２の金属材料により形成されていることから、貫通孔の封止の際にレーザ光等で熱を加えた場合に、溶融されやすい第１の金属材料を溶融させ、溶融されにくい第２の金属材料を少なくとも一部溶融されない状態で残すことができる。これにより、第２の金属材料の溶け残った一部が、貫通孔とパッケージ内部とを連絡する箇所をせき止めて塞ぎ、パッケージ内に侵入した溶融金属がパッケージ内部の圧電振動片に付着することを防止できる。また、溶融した金属材料は、貫通孔に充填されることで、パッケージを気密に封止する。これにより、圧電振動片の振動周波数が変動することを有効に防止することができる。
この方法で使用する貫通孔に充填するための封止材は、レーザ光等の照射前に第１の金属材料と第２の金属材料が一体となっていても、一体となっていなくてもよい。また、一体となっていない場合には、各第１の金属材料と第２の金属材料を構成する個数が同じでも、違っていてもよい。
請求項１の発明は、前記封止材が球形の封止材でなり、この球形の封止材の中心部に前記第１の金属材料を配置し、この第１の金属材料の外側に第２の金属材料を配置したことを特徴とする。
請求項１の構成によれば、球形の封止材は、第１の金属材料と外側の第２の金属材料が一体で取扱いがしやすく、転動させて、前記貫通孔に入れることが容易である。
【００２３】
請求項２の発明は、圧電振動片を内部に支持固定したパッケージに、蓋体を固定した圧電デバイスの封止方法であって、前記パッケージの底部に形成された貫通孔に対して、低融点金属による第１の金属材料と、第１の金属材料よりも融点が高い第２の金属材料を用いて形成した第２の金属材料でなる封止材を配置し、真空雰囲気内あるいは不活性雰囲気内で前記封止材に対して、レーザ光を照射して溶融することにより、前記貫通孔を塞ぐようにし、前記封止材が偏平なプレート状もしくはタブレット状に形成され、前記偏平な封止材が、一面に第１の金属材料が、他面に第２の金属材料が露出するように形成されており、前記貫通孔の中で、前記他面がパッケージ内部に向くように配置されることを特徴とする圧電デバイスの封止方法である。
請求項２の構成によれば、封止材が偏平なプレート状もしくはタブレット状であると、貫通孔に挿入した後は、姿勢が安定して、貫通孔内で保持されやすい。
【００２４】
請求項２の発明は、前記偏平な封止材が、一面に第１の金属材料が、他面に第２の金属材料が露出するように形成されており、前記貫通孔の中で、前記他面がパッケージ内部に向くように配置されることを特徴とする。
請求項２の構成によれば、パッケージ側に向いた封止材の他面が溶融されにくくなり、パッケージ内部に侵入しにくくなる。これに対して、封止材の一面側は溶融されやすく、溶融した材料が貫通孔に付着して、貫通孔内に容易に充填されることになる。
【００２５】
請求項３の発明は、封止材が円錐形状もしくは角錐形状とされており、その頂部に前記第２の金属材料が、その基部側に前記第１の金属材料が配置され、前記貫通孔の中で、前記頂部がパッケージ内部に向くように配置されることを特徴とする。
請求項３の構成によれば、前記封止材は、その形状が円錐形状もしくは角錐形状である。すなわち、封止材の形状としては、幅の広い基部から、先端に向けて次第に縮幅されて頂点にいたる形状であればよい。このため、封止材は、断面がテーパ状の一番幅の狭い箇所である頂部をパッケージ内側に向けて、前記貫通孔内に挿入することで、封止材の貫通孔への挿入が容易となる。
そして、前記封止材が貫通孔内に挿入された状態では、基部がパッケージの外側に向いていることから、この部分が前記第１の金属材料で形成され、頂部が第２の金属材料で形成されていると、レーザ光は、基部の第１の金属材料に照射されることから、頂部の第２の金属材料は溶け残りやすく、溶け残った第２の金属材料が貫通孔を堰となって塞ぎ、溶融した金属材料がパッケージ内に侵入することを有効に防止することができる。
【００２６】
請求項４の発明は、貫通孔が、所定の内径を備える内側の第１の貫通孔と、この第１の貫通孔と連続して設けられると共に、前記第１の貫通孔よりも大きな内径を備えて外側に開口した第２の貫通孔とを有しており、封止材として、前記第１の金属材料と第２の金属材料とで、別々に形成された複数の封止材が使用され、この複数の封止材のうち、少なくとも、第２の金属材料で形成された封止材は、前記第１の貫通孔よりも大きな外形を備えていることを特徴とする。
請求項４の構成によれば、複数の封止材を使用する場合には、第２の金属材料で形成された封止材として、前記第１の貫通孔よりも大きな外形を備えるものを使用することで、第２の金属材料で形成された封止材が貫通孔を塞ぎ、その上から適用される第１の金属材料で形成された封止材が、貫通孔内に止まるようにすることができる。次いで、レーザ光により、封止材が溶融されると、第２の金属材料で形成された封止材の少なくとも一部が溶け残って、貫通孔を堰となって塞ぎ、溶融した金属材料がパッケージ内に侵入することを有効に防止することができる。この場合、第２の金属材料で形成された封止材は、円形、球形に限るものではない。
【００２７】
請求項４の発明は、前記封止剤として、複数の金属球体が使用され、この複数の金属球体が、前記第１の貫通孔の内径よりも大きな外径を備え、前記第２の貫通孔の内径よりも小さな外径を有する前記第２の金属材料で形成された高融点金属球体と、この高融点金属球体よりも小さな外径でなる複数の低融点金属球体とで形成されており、前記高融点金属球体が前記第１の貫通孔を塞ぐように配置され、その上から複数の低融点金属球体が配置されることを特徴とする。
請求項４の構成によれば、先ず、前記高融点金属球体が前記第１の貫通孔を塞ぐように配置されて、その上から配置される複数の低融点金属球体がパッケー内に落下することを防止する。レーザ光は、複数の低融点金属球体に照射されて、これを溶融させて、貫通孔内に充填させパッケージを気密に封止する。前記高融点金属球体は、その少なくとも一部が溶け残って、貫通孔とパッケージとを連絡する箇所をせき止め、溶融金属がパッケージ内に侵入することを防止する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の圧電デバイスの第１の実施の形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＣ−Ｃ線概略断面図である。
これらの図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、パッケージ３６内に圧電振動片３２を収容している。パッケージ３６は、例えば、セラミックグリーンシートを成形して焼結した酸化アルミニウム質焼結体等を利用した複数の基板を積層して形成されている。複数の各基板は、その内側に所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間Ｓを形成するようにされている。
【００３２】
パッケージ３６の内部空間Ｓ内の図において左端部付近において、内部空間Ｓに露出して底部を構成するベースとなる積層基板には、Ｎｉメッキの上にＡｕまたはＡｕ合金が施された電極部３１，３１が設けられている。
この電極部３１，３１は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものである。この各電極部３１，３１の上に導電性接着剤４３，４３が塗布され、この導電性接着剤４３，４３の上に圧電振動片３２の基部５１が載置されて、導電性接着剤４３，４３が硬化されるようになっている。
【００３３】
圧電振動片３２は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。本実施形態の場合、圧電振動片３２は、長方形で、厚みの薄い矩形状に形成された所謂ＡＴ振動片が使用されている。
すなわち、圧電振動片３２は、パッケージ３６側と後述するようにして固定される基部５１を有し、先端側が自由端３４とされている。
【００３４】
圧電振動片３２の基部５１の導電性接着剤４３，４３と触れる部分には、駆動電圧を伝えるための引出電極５２，５２が形成されており、これにより、圧電振動片３２は、駆動用電極がパッケージ３６側の電極部３１，３１と導電性接着剤４３，４３を介して、電気的に接続されている。
この引出し電極５２，５２は、圧電振動片３２の表面に形成された励振電極５３と図１に示す接続部５２ａにより一体に接続されるように形成されて、励振電極に駆動電圧を伝えるためのものである。このため、引出し電極５２，５２は、後述する圧電振動片３２の製造工程において、圧電振動片３２の励振電極の形成時に同時に形成される。
また、導電性接着剤４３，４３は、シリコーン系のバインダーに、絶縁被膜を施した銀の細粒等の導電粒子を含有させて、形成したもので、パッケージ側の電極部３１，３１にそれぞれ適用されて、上から圧電振動片３２の各引出し電極５２，５２の部分が載置され、軽く荷重をかけて、硬化される。
【００３５】
これにより、バインダー内の導電粒子は、互いに接触するとともに、絶縁被覆が剥がれて、導通するようにされ、バインダー成分が接着剤として機能することで、電極部３１，３１と、圧電振動片３２とが電気的に接続され、かつ所定の接着強度で接合される。ここで、シリコーン系接着剤は、特に、衝撃吸収能力が高く、外部から衝撃が加わった場合に、その衝撃が圧電振動片３２に伝えられて、圧電振動片３２が破壊されることを有効に防止できる。
【００３６】
パッケージ３６の開放された上端には、例えば、低融点ガラス等のロウ材３３を介して、蓋体３９が接合されることにより、封止されている。蓋体３９は、後述する周波数調整を行うために、光を透過する材料，例えば、ガラスで形成されている。
【００３７】
また、パッケージ３６の底面のほぼ中央付近には、パッケージ３６を構成する２枚の積層基板（図示せず）をそれぞれ貫通する貫通孔３７ａ，３７ｂを形成することにより、一体に貫通した貫通孔３７が設けられている。この貫通孔３７を構成する２つの貫通孔のうち、パッケージ内部に開口する第１の孔３７ａに対して、第２の孔である外側の貫通孔３７ｂは、より大きな内径を備えるようにされている。これにより、貫通孔３７は段つき開口とされており、好ましくは、第２の孔である貫通孔３７ｂの段部と、貫通孔３７ｂの孔内周面には金属が被覆されている。
【００３８】
すなわち、パッケージ３６内に圧電振動片３２を固定した後で、貫通孔３７には、後述するように金属製封止材３８が充填されることにより、パッケージ３６内を気密状態に封止する。その後、例えば、蓋体３９が光透過性の材料で形成されている場合には、この透明な蓋体３９を介して、外部からレーザ光Ｌ２を圧電振動片３２の励振電極５３の一部あるいは、励振電極５３とは別に形成される周波数調整用の金属被膜に照射し、その一部を蒸散させることにより、質量削減方式の周波数調整を行うことができるようにされている。
【００３９】
ここで、図２において貫通孔３７に充填されている金属製封止材３８は、後述する封止工程において、溶融された後の封止材を示している。この封止材については、後で詳しく説明する。また、第２の貫通孔３７ｂの段部と、貫通孔３７ｂの内周面の金属被覆部は、好ましくは、金属製封止材３８と共通の金属または、金属製封止材３８に対して濡れ性のよい金属を被覆することで構成することができる。
【００４０】
さらに、この実施形態では、パッケージ３６を構成する積層基板の最下層の基板には、図において右端部付近に孔を形成することにより、この積層基板の厚みに対応した凹部４２が形成されている。この凹部４２は、圧電振動片３２の自由端３４の下方に位置している。これにより、本実施形態では、パッケージ３６に外部から衝撃が加わった場合に、圧電振動片３２の自由端３４が、矢印Ｄ方向に変位して振れた場合においても、パッケージ３６の内側底面と当接されることを有効に防止されるようになっている。
【００４１】
次に、パッケージ３６に圧電振動片３２を接合して、蓋体３９を固定した後、パッケージ３６の貫通孔３７を封止する方法（以下、「孔封止」という）の実施形態を説明する。
図３において、チャンバー１３内には、ヒータ等を内蔵した加熱手段１４と、加熱手段１４の上に配置されたプレート１５が備えられている。
圧電デバイス３０は、プレート１５上に、図示するように、蓋体３９が、加熱手段１４からの熱を伝えるプレート１５上に接するようにして載置されており、ロウ材３３を介して、パッケージ３６が、図２とは上下の位置を逆にして載せられている。
【００４２】
先ず、チャンバー１３内にて真空雰囲気内あるいは窒素等の不活性雰囲気内で、所定の温度プロファイルに従って、加熱手段１４を駆動し、蓋体３９を介してロウ材３３を加熱溶融することで、パッケージ３６と蓋体３９を接合する。この際、例えば、真空雰囲気内でパッケージ３６と蓋体３９とを接合する場合には、パッケージ３６を介して、導電性接着剤４３に伝えられる熱により、ガスが生じても、生じたガスは貫通孔３７からチャンバー１３内に排出される。
ここで、チャンバー１３内に不活性雰囲気を形成する場合には、窒素，アルゴン，ヘリウム等が利用できる。このうち、窒素は最もコストが安く入手でき、取り扱いも容易である。しかも窒素は広く種々の用途に利用されており、特別な施設あるいは設備を要しない利点がある。
【００４３】
次に、孔封止の工程を実行する。
図３に示されているように、貫通孔３７に、溶融前の封止材６３が載置される。この実施形態の場合は、溶融前の封止材６３は、球形である。溶融前の封止材６３は、その外径が、第１の貫通孔３７ａよりも大きく、第２の貫通孔３７ｂよりも小さく設定されている。
また、溶融前の封止材６３は、図３にその断面構造が示されているように、中心部に比較的融点の低い第１の金属材料６１を配置し、この第１の金属材料の外側に融点の高い第２の金属材料６２を配置した構造とされている。この実施形態の溶融前の封止材６３は、溶融前の封止材を一体に形成した例である。
【００４４】
ここで、例えば、第１の金属材料６１としては、金すず（Ａｕ／Ｓｎ）、金ゲルマニウム（Ａｕ／Ｇｅ）、アルミニウム（Ａｌ）から選択される少なくともひとつの金属材料が使用される。
これらの金属の融点は、金すずが、摂氏（以下、本明細書で表記される温度は全て摂氏表示とする）２８４度、金ゲルマニウムが４２０度、アルミニウムが６６０度である。
第２の金属材料６２としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、プラチナ（Ｐｔ）から選択される少なくともひとつの金属材料が使用される。
これらの金属の融点は、金が、１０６４．４度、銀が９６１．９度、ニッケルが１４５５度、プラチナが１７７２度である。
【００４５】
ここで、第１の金属材料６１は、少なくとも、第２の貫通孔３７ｂの内径に充填されて隙間の生じない量だけ必要である。第２の金属材料６２は、少なくとも第１の貫通孔３７ａの内径を塞ぐだけの量が必要である。
そして、第１の貫通孔３７ａの内径が、０．２５ｍｍ程度、第２の貫通孔３７ｂの内径が０．５５ｍｍ程度である。
また、球体でなる溶融前の封止材６３は、例えば、球形の第１の金属材料６１を、細かい編み目のカゴ内に入れて、電解液中に浸漬し、回転させることにより、バレルメッキの要領で作ることができる。
【００４６】
図３において、貫通孔３７に配置した溶融前の封止材６３に対して、レーザ照射手段１７からレーザ光Ｌ３を照射する。
レーザ光の条件の一例としては、ＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）を用い、１パルス分照射したエネルギー換算で約２ジュールである。
ちなみに、このレーザ光照射条件は、図１９で説明したレーザ光Ｌ１と同じで、図１９の場合は、溶融前の封止材１６が全て溶融していた。したがって、例えば、金すずのみを用いた封止材１６が貫通孔３７内に溶融充填される程度のレーザ光のエネルギーに抑えれば、第２の金属材料６２が全て溶融されてしまうことがないことが確認されている。
【００４７】
これに対して、図３においては、レーザ光Ｌ３を上述の条件で照射することにより溶融前の封止材６３は、図４に示すように溶融される。
すなわち、封止材６３は、レーザ光Ｌ３により全て溶融されずに、第２の金属材料６２が、一部溶け残り、貫通孔３７の第１の貫通孔３７ａとパッケージ３６内部を連絡する箇所に付着して、第１の貫通孔３７ａの孔周縁に蓋をするようにせき止める。その上に溶融した第１の金属材料６１が載る。この第１の金属材料６１は完全に溶融されるため、第２の貫通孔３７ｂ内に隙間なく充填されることによりパッケージ３６を完全に気密封止する。
【００４８】
すなわち、溶融した第１の金属材料６１は、第１の貫通孔３７ａの蓋をする溶け残った第２の金属材料６２にせき止められて、パッケージ３６内に侵入することがなく、パッケージ３６内に侵入した溶融金属がパッケージ３６内部の圧電振動片３２の表面に付着することを防止できる。これにより、圧電振動片の振動周波数が変動することを有効に防止することができる。また、溶融した第１の金属材料６１は、第２の貫通孔３７ｂに充填され、特に、第２の孔３７ｂの段部に、金属被膜が形成されている場合には、段部表面との濡れ性がよいので、付着しやすく、第２の貫通孔３７ｂをより完全にシールすることができる。
【００４９】
図５は、孔封止前と、孔封止後の圧電振動片３２の振動周波数の分布を調べたグラフである。これらから判明するように、本実施形態の方法によれば、孔封止前（図５（ａ））と、孔封止後（図５（ｂ））において、振動周波数のばらつきに変化はなく、孔封止が圧電振動片３２の振動性能に与える悪影響をほぼ完全に除去することができる。
【００５０】
また、本実施形態の溶融前の封止材６３は、球形に形成され、第１の金属材料６１と外側の第２の金属材料６２が一体で取扱いがしやすく、転動させて、貫通孔３７内に挿入して、図３のように載置することが容易である。
さらに、溶融前の封止材６３に使用される第１の金属材料６１と第２の金属材料６２は、上述した種類の金属が利用されていることにより、第１の金属材料６１は、後述するレーザ光を短時間照射するだけで、容易に溶融され、第２の金属材料６２は、第１の金属材料６１のいずれのものと比較しても十分高い融点を備えていることから、封止工程において、その少なくとも一部が溶けないように加熱条件等を設定することが容易である。
また、本実施形態の第１の金属材料６１及び第２の金属材料６２は、いずれも鉛を含有しておらず、使用により環境に鉛による悪影響を与えることがない。
【００５１】
図６ないし図１３は、本実施形態の孔封止の方法の各変形例を示している。
図６は、第１の変形例を示し、図１ないし図４で使用した符号と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
図６は、本実施形態の封止方法に使用する溶融前の封止材の第１の変形例を示している。図６（ａ）に示すように、溶融前の封止材７１は、全体として偏平なプレート状もしくはタブレット状に形成されている。
【００５２】
この封止材７１は、図６（ｂ）に示すように、それぞれ円盤状に形成した第１の金属材料６１と第２の金属材料６２を接合して一体化することにより形成されている。つまり、封止材７１の一面である図において上面に、低融点の第１の金属材料６１が、他面である図において下面に、高融点の第２の金属材料６２が露出するように形成されている。
【００５３】
この第１の金属材料６１と第２の金属材料６２は、すでに説明した金属材料を用いることができ、形状の相違を除き、上述の実施形態と同じである。
図７は、図３の工程を簡略化して示したものである。第１の変形例の溶融前の封止材７１は、図７に示されているように、パッケージ３６の貫通孔３７に載置される。
すなわち、溶融前の封止材７１にあっては、一面に第１の金属材料６１が、他面に第２の金属材料６２が露出するように形成されているから、貫通孔３７の中で、第２の金属材料６２が、パッケージ内部に向くように配置される。
次いで、図３で説明した条件により、レーザ光Ｌ３を照射することにより、パッケージ３６の孔封止を行うことができる。
【００５４】
以上により、第１の変形例においても、第１の実施形態で説明した作用効果を全て発揮できると共に、溶融前の封止材７１が偏平なプレート状もしくはタブレット状であると、封止作業において、貫通孔３７に挿入した後は、姿勢が安定して、貫通孔３７内で保持されやすく、封止作業を確実かつ容易に行うことができる。
【００５５】
図８は、本実施形態の封止方法に使用する溶融前の封止材の第２の変形例を示し、図１ないし図４で使用した符号と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
図示されているように、溶融前の封止材７５は、その全体の形状が円錐形状もしくは角錐形状である。図示の場合は円錐状に形成したものの例であるが、溶融前の封止材７５の形状としては、幅の広い基部から、先端に向けて次第に縮幅されて頂点にいたる形状であれば図示のものに限られない。
【００５６】
この封止材７５は、円錐台形状に形成した第１の金属材料６１と、円錐形状に形成された第２の金属材料６２を接合して一体化することにより形成されている。つまり、封止材７５の基部側に第１の金属材料６１が、頂部側である先端側に第２の金属材料６２が露出するように形成されている。
【００５７】
図９は、図３の工程を簡略化して示したものである。第２の変形例の溶融前の封止材７５は、図９に示されているように、パッケージ３６の貫通孔３７に載置される。
ここで第１の金属材料６１と第２の金属材料６２は、すでに説明した金属材料を用いることができ、形状の相違を除き、上述の実施形態と同じである。
次いで、図３で説明した条件により、レーザ光Ｌ３を照射すると、溶融前の封止材７５が貫通孔３７内に挿入された状態では、基部である第１の金属材料６１で形成された部分が外側に向いていることから、レーザ光Ｌ３は、第１の金属材料６１に照射され内側に向いている。頂部の第２の金属材料６２は溶け残りやすく、溶け残った第２の金属材料６２が第２の貫通孔３７ｂを塞ぎ、溶融した金属材料がパッケージ３６内に侵入することを有効に防止することができる。
【００５８】
以上により、第２の変形例においても、第１の実施形態で説明した作用効果を全て発揮できると共に、溶融前の封止材７５は、断面がテーパ状の一番幅の狭い箇所である頂部をパッケージ内側に向けて、貫通孔３７内に挿入することで、封止材７５の貫通孔３７への挿入が容易となる。
【００５９】
図１０は、図３の工程を簡略化して示したものであり、パッケージ３６の貫通孔３７には、第３の変形例に係る溶融前の封止材８０が配置されている。
図１０において、図１ないし図４で使用した符号と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００６０】
第３の変形例では、溶融前の封止材８０として、第１の金属材料６１と第２の金属材料６２とで、別々に形成された複数の封止材が使用されている。第２の金属材料で形成された封止材６２は、高融点金属球体であり、ひとつ使用されており、第１の貫通孔３７ａよりも大きな外径を備えている。
第１の金属材料で形成された封止材６１も、封止材６２より小さな外径を有する球形に形成された低融点金属球体である。この低融点金属球体は、複数使用されている。
【００６１】
この変形例では、別体に形成された複数の封止材を使用している。このため、第２の金属材料で形成された封止材６２として、第１の貫通孔３７ａよりも大きな外径を備えるものを使用することで、第２の金属材料で形成された封止材６２が第１の貫通孔３７ａを塞ぎ、その上から適用される第１の金属材料で形成された封止材６１が、貫通孔３７内に止まるようにすることができる。次いで、図３で説明した条件により、レーザ光Ｌ３により、封止材が溶融されると、第２の金属材料で形成された封止材６２の少なくとも一部が溶け残って、第１の貫通孔３７ａを堰となって塞ぎ、溶融した金属材料がパッケージ３６内に侵入することを有効に防止することができる。このため、第１の金属材料６１と第２の金属材料６２とで、一体の封止材を形成することなく、第１の実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。
【００６２】
図１１は、図３の工程を簡略化して示したものであり、パッケージ３６の貫通孔３７には、第４の変形例に係る溶融前の封止材８５が配置されている。
図１１において、図１ないし図４で使用した符号と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００６３】
この変形例では、第１の実施形態で説明した溶融前の封止材６３を潰した形態の封止材８５が使用されている。
すなわち、球形の封止材６３を潰して、変形してから、貫通孔３７に配置することにより、溶融前の封止材８５を形成し、図３で説明した条件で、封止材８５にレーザ光Ｌ３を照射すると、この封止材８５の外面にできた亀裂から内部に熱が侵入しやすくなり、内部の第１の金属材料を溶融させやすくすることができる。それ以外の作用効果は、第１の実施形態と同様である。
【００６４】
図１２及び図１３は、それぞれ図３の工程を簡略化して示したものである。
図１２は、第５の変形例、図１３は、第６の変形例を示し、これらの図において、図１ないし図４で使用した符号と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００６５】
図１２の第５の変形例では、溶融前の封止材９０として、パッケージ３６の第１の貫通孔３７ａよりも大きな外径を備える球体でなる高融点の第２の金属材料６２と、これとは別体に形成されて、その上に載置され、球体をカバーするような形態でなる低融点の第１の金属材料６１を備えている。
つまり、球体と非球体の組み合わせにより溶融前の封止材９０を形成している。
【００６６】
これに対して、図１３の変形例では、溶融前の封止材９５として、パッケージ３６の第１の貫通孔３７ａよりも大きな外径を備え、第２の貫通孔３７ｂの内径内にほぼ隙間なく収容される偏平な円盤状の高融点の第２の金属材料６２と、これとは別体に形成されて、その上に載置され、複数の小さな球体でなる低融点の第１の金属材料６１を備えている。
これら第５及び第６の変形例の場合も第１の金属材料６１と第２の金属材料６２とで、一体の封止材を形成することなく、第１の実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。
【００６７】
図１４は、本発明の圧電デバイスの第２の実施の形態の構成を示す概略断面図である。
図において、圧電デバイス１００は、圧電振動片３２を用いて、圧電発振器を形成した例を示しており、第１の実施の形態と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複した説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００６８】
図において、パッケージ１０５は、その製造の際に、第１の実施形態のパッケージ３６よりも多くのセラミックシート等で形成した積層基板を用いて製造されている。パッケージ１０５には、図１４に示すように、中央付近に凹部１０６が形成されており、その内側底部には、図示しない電極が設けられている。この電極上には、集積回路１０７が実装されており、集積回路１０７は、所定の分周回路等を構成していて、圧電振動片３２の駆動電極と電気的に接続され、集積回路１０７から出力された駆動電圧が圧電振動片３２に与えられるようになっている。
【００６９】
図１４に示されているように、圧電デバイス１００の貫通孔３７には、図３で説明したものと同じ構成の溶融前の封止材６３が配置され、第１の実施形態と同様の孔封止方法により封止されるようになっている。また、溶融前の封止材としては、上述した各変形例のいずれのものも利用することができる。
第２の実施形態は以上のように構成されており、第１の実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。
【００７０】
図１５は、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるコントローラ３０１を備えている。
コントローラ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなる情報記憶手段３０３の制御を行うようになっている。このため、コントローラ３０１には、圧電デバイス３０が取り付けられて、その出力周波数をコントローラ３０１に内蔵された所定の分周回路（図示せず）等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このコントローラ３０１に取付けられる圧電デバイス３０は、圧電デバイス３０単体でなくても、圧電デバイス３０と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器である図１３のような圧電デバイス１００であってもよい。
【００７１】
コントローラ３０１は、さらに、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）３０５と接続され、温度補償水晶発振器３０５は、送信部３０７と受信部３０６に接続されている。これにより、コントローラ３０１からの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償水晶発振器３０５により修正されて、送信部３０７及び受信部３０６に与えられるようになっている。
【００７２】
このように、制御部を備えた携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用することにより、振動周波数のばらつきを生じることなく、パッケージが封止された圧電デバイスを使用していることによって、正確なクロック信号を生成することができる。
【００７３】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
本発明の第１及び２の実施形態に使用される圧電振動片は、ＡＴカット振動片として説明しているが、本発明に使用される圧電振動片は、これに限らず、圧電材料で形成された基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕を有する音叉型の振動片を使用してもよい。
また、本発明でいう圧電デバイスは、圧電振動子や圧電発振器等の名称にかかわらず、パッケージ内に圧電振動片の一部を支持固定して収容する全ての製品に適用される。
【００７４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、振動周波数のばらつきを生じることなく、パッケージを封止することができる圧電デバイスの封止方法と、その封止方法が適用される圧電デバイス及びこの圧電デバイスを利用した携帯電話装置及び電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電デバイスの第１の実施形態を示す概略平面図。
【図２】図１のＣ−Ｃ線概略断面図。
【図３】図１の圧電デバイスのパッケージの貫通孔を封止する孔封止工程を示す説明図。
【図４】図１の圧電デバイスの孔封止後の構成を示す概略断面図。
【図５】図１の圧電デバイスの振動周波数のばらつきを示すグラフであり、（ａ）は、孔封止前の周波数偏差を示し、（ｂ）は、孔封止後の周波数偏差を示すものである。
【図６】図１の圧電デバイスの孔封止に使用される溶融前の封止材の第１の変形例を示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は、理解の便宜のため構成金属材料に分けた分解斜視図。
【図７】図１の圧電デバイスのパッケージを図６の封止材を用いて孔封止する様子を示す説明図。
【図８】図１の圧電デバイスの孔封止に使用される溶融前の封止材の第２の変形例を示す概略斜視図。
【図９】図１の圧電デバイスのパッケージを図８の封止材を用いて孔封止する様子を示す説明図。
【図１０】図１の圧電デバイスのパッケージを第３の変形例に係る溶融前の封止材を用いて孔封止する様子を示す説明図。
【図１１】図１の圧電デバイスのパッケージを第４の変形例に係る溶融前の封止材を用いて孔封止する様子を示す説明図。
【図１２】図１の圧電デバイスのパッケージを第５の変形例に係る溶融前の封止材を用いて孔封止する様子を示す説明図。
【図１３】図１の圧電デバイスのパッケージを第６の変形例に係る溶融前の封止材を用いて孔封止する様子を示す説明図。
【図１４】本発明の圧電デバイスの第２の実施形態を示す概略断面図。
【図１５】本発明の各実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図１６】従来の圧電デバイスの一例を示す概略平面図。
【図１７】図１１の圧電デバイスのＡ−Ａ線概略断面図。
【図１８】圧電デバイスの孔封止の検討例示す概略断面図。
【図１９】図１８の圧電デバイスの孔封止の方法を示す説明図。
【図２０】図１９の圧電デバイスの孔封止の欠点を説明するための図であり、図１９のＢで示す領域を拡大して示す図。
【図２１】図１８の圧電デバイスの振動周波数のばらつきを示すグラフであり、（ａ）は、図１９の孔封止の手法により期待された周波数偏差を示し、（ｂ）は、図１９による孔封止後の周波数偏差を示すものである。
【符号の説明】
３０，１００・・・圧電デバイス、３２・・・圧電振動片、３６，１０５・・・パッケージ、３７・・・貫通孔（開口）、３７ａ・・・第１の貫通孔、３７ｂ・・・第２の貫通孔、３８・・・（溶融後の）封止材、３９・・・蓋体、４２・・・凹部、５１・・・基部、６１・・・低融点金属による第１の金属材料、６２・・・高融点金属による第２の金属材料、６３，７１，７５，８０，８５，９０，９５・・・（溶融前の）封止材。

Claims

圧電振動片を内部に支持固定したパッケージに、蓋体を固定した圧電デバイスの封止方法であって、
前記パッケージの底部に形成された貫通孔に対して、低融点金属による第１の金属材料と、第１の金属材料よりも融点が高い第２の金属材料を用いて形成した第２の金属材料でなる封止材を配置し、
真空雰囲気内あるいは不活性雰囲気内で前記封止材に対して、レーザ光を照射して溶融することにより、前記貫通孔を塞ぐようにし、
前記封止材が球形の封止材でなり、この球形の封止材の中心に前記第１の金属材料を配置し、この第１の金属材料の外側に第２の金属材料を配置したことを特徴とする圧電デバイスの封止方法。
圧電振動片を内部に支持固定したパッケージに、蓋体を固定した圧電デバイスの封止方法であって、
前記パッケージの底部に形成された貫通孔に対して、低融点金属による第１の金属材料と、第１の金属材料よりも融点が高い第２の金属材料を用いて形成した第２の金属材料でなる封止材を配置し、
真空雰囲気内あるいは不活性雰囲気内で前記封止材に対して、レーザ光を照射して溶融することにより、前記貫通孔を塞ぐようにし、
前記封止材が偏平なプレート状もしくはタブレット状に形成され、
前記偏平な封止材が、一面に第１の金属材料が、他面に第２の金属材料が露出するように形成されており、前記貫通孔の中で、前記他面がパッケージ内部に向くように配置されることを特徴とする圧電デバイスの封止方法。
圧電振動片を内部に支持固定したパッケージに、蓋体を固定した圧電デバイスの封止方法であって、
前記パッケージの底部に形成された貫通孔に対して、低融点金属による第１の金属材料と、第１の金属材料よりも融点が高い第２の金属材料を用いて形成した第２の金属材料でなる封止材を配置し、
真空雰囲気内あるいは不活性雰囲気内で前記封止材に対して、レーザ光を照射して溶融することにより、前記貫通孔を塞ぐようにし、
前記封止材が円錐形状もしくは角錐形状とされており、その頂部に前記第２の金属材料が、その基部側に前記第１の金属材料が配置され、前記貫通孔の中で、前記頂部がパッケージ内部に向くように配置されることを特徴とする圧電デバイスの封止方法。
圧電振動片を内部に支持固定したパッケージに、蓋体を固定した圧電デバイスの封止方法であって、
前記パッケージの底部に形成された貫通孔に対して、低融点金属による第１の金属材料と、第１の金属材料よりも融点が高い第２の金属材料を用いて形成した第２の金属材料でなる封止材を配置し、
真空雰囲気内あるいは不活性雰囲気内で前記封止材に対して、レーザ光を照射して溶融することにより、前記貫通孔を塞ぐようにし、
前記貫通孔が、所定の内径を備える内側の第１の貫通孔と、この第１の貫通孔と連続して設けられると共に、前記第１の貫通孔よりも大きな内径を備えて外側に開口した第２の貫通孔とを有しており、
前記封止材として、前記第１の金属材料と第２の金属材料とで、別々に形成された複数の封止材が使用され、
この複数の封止材のうち、少なくとも、第２の金属材料で形成された封止材は、前記第１の貫通孔よりも大きな外形を備え、
前記封止材として、複数の金属球体が使用され、
この複数の金属球体が、前記第１の貫通孔の内径よりも大きな外径を備え、前記第２の貫通孔の内径よりも小さな外径を有する前記第２の金属材料で形成された高融点金属球体と、この高融点金属球体よりも小さな外径でなる複数の低融点金属球体とで形成されており、
前記高融点金属球体が前記第１の貫通孔を塞ぐように配置され、その上から複数の低融点金属球体が配置されることを特徴とする圧電デバイスの封止方法。