JP4113062B2

JP4113062B2 - 振動部品用パッケージとその製造方法及び電子デバイス

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Publication number: JP4113062B2
Application number: JP2003207267A
Authority: JP
Inventors: 智夫池田
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2003-08-12
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2023-08-12
Also published as: JP2005064024A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は振動部品である圧電振動子やジャイロセンサーなどを一定の気圧状態で密封するための表面実装型の振動部品用パッケージとその製造方法、及び振動部品である圧電振動子やジャイロセンサーなどを一定の気圧状態で密封した電子デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯電話、携帯情報端末等の電子機器において、小型薄型化の要求が非常に高まっている。そうした状況の中でそれらに用いられる圧電振動子やジャイロセンサー等の振動部品をパッケージングした電子デバイスも小型薄型化が要求されている。特に中でも回路基板上に直接実装可能な表面実装タイプの電子デバイスが求められている。
【０００３】
このような要求に応えるため、以下に示すような電子デバイス構造が従来より提案されている（例えば、特許文献１参照。）。図８は従来の電子デバイスの構造と密封方法を示した図である。
【０００４】
以下に従来の表面実装タイプの電子デバイスの構成を説明する。図８（ａ）に示すように、従来の電子デバイスではパッケージ基台１００上に支持部材３０によって振動部品５００が支持固定される。パッケージ基台１００は３層のセラミック基板１０１、１０２、１０３が積層されてできており、３層目のセラミック基板１０３は、２層のセラミック基板１０１、１０２の周囲の部分だけを囲んで、内部に振動部品５００を収めるための空間（凹部１１０）を形成している。従来、これらセラミック基板１０１、１０２、１０３には、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が使用されていた。
【０００５】
またパッケージ基台１００の３層目のセラミック基板１０３の上端には、接合部材４０を介して、パッケージ上蓋２０を接合するようになっていた。
【０００６】
次に、振動部品５００を振動部品用パッケージ内に密封する方法を順を追って説明する。まず図８（ａ）に示すように、振動部品５００をパッケージ基台１００に固定し、さらにそのパッケージ基台１００にパッケージ上蓋２０を接合する。なおパッケージ基台１００を構成する第２の基板１０２には第１の貫通孔１２１が開けられ、第１の基板１０１にはこの第１の貫通孔１２１より大きい第２の貫通孔１２２が開けられている。これら第１の貫通孔１２１、第２の貫通孔１２２が重なり合うことによって段付きの貫通孔が形成されることになる。
【０００７】
図８（ａ）に示す段階において、パッケージ基台１００の底面を構成する２層のセラミック基板１０１、１０２に開けられた貫通孔（第１の貫通孔１２１、第２の貫通孔１２２）によって、パッケージの内部と外部とは連通しており、完全な密封はされていない状態にある。
【０００８】
その後、図８（ｂ）、図８（ｃ）に示すような工程を経ることによって封止が行われる。以下にその封止工程を説明する。まず振動部品５００を収めるための空間（凹部１１０）内を十分に排気し、高真空状態にする。さらにその状態において、２層のセラミック基板１０１に開けられた第２の貫通孔１２２内に球状の封止材５０を収める（図８（ｂ））。なおこの時、球状の封止材５０には第１の貫通孔１２１の内径よりも大きな直径のものが選ばれ、球状の封止材５０がパッケージ内に入り込むのを防いでいる。
【０００９】
その後、図８（ｃ）に示すように、第２の貫通孔１２２に収められた球状の封止材５０に、レーザービーム発生装置あるいは電子ビーム発生装置等による封止用のビームを照射して、溶融させる。すると、溶融した封止材５５は第２の貫通孔１２２の内部に濡れ広がる。
【００１０】
その後、溶融金属が冷えると、硬化した封止材５５は第２の貫通孔１２２の内周面と段部とに好適に接合し、十分な接合面積でこの第２の貫通孔１２２を塞ぐので、パッケージと外部とは完全にシールされる（図８（ｃ））。
【００１１】
以上のようにして、従来はパッケージ内が高真空で密封された電子デバイスを完成させていた。
【００１２】
さらに、従来は、以上の構成において、第１の貫通孔１２１の内径を０．３ｍｍ以下とすると、以下のような利点があるとされていた。まず、第１の貫通孔１２１の内径が０．３ｍｍ以下という十分小さな孔径であっても、パッケージ内の空気を抜いて、内部の真空封止を行う工程において、空気抜きの穴として確実に作用することができるという点が挙げられる。さらに、第１の貫通孔１２１の内径が０．３ｍｍ以下という十分に小さい孔径にすることによって、封止の工程においては、封止材５５がその表面張力により、極めて小さな孔である第１の貫通孔１２１を通過することができず、パッケージ内に封止材５５が入り込むのを確実に防止できる。以上の理由によって、第１の貫通孔１２１の内径は、０．３ｍｍ以下であることが好ましいとされていた。
【００１３】
従来の電子デバイス構造による密封工程によれば、以下に示すような利点が挙げられる。まず、パッケージ上蓋２０を接合する時に接合剤４０から発生する有害なアウトガスを予め図８（ａ）の状態で第１の貫通孔１２１、第２の貫通孔１２２から真空引きしてしまうことができ、高真空状態での密封がしやすいという利点である。
【００１４】
さらにレーザビーム等のビーム加熱により封止材５０付近だけを局所的に加熱するため、振動部品５００やパッケージ基台１００等へのダメージが少ないという利点もある。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００２−９５７７号公報（第７頁、図６）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の表面実装タイプの電子デバイスでは、３枚のセラミック基板を重ね合わせた３層構造からなるパッケージ基台を用いていた。これらセラミック基板にはセラミックグリーンシートが用いられ、これらを位置合わせして重ね合わせた後焼結してパッケージ基台を完成させていた。
【００１７】
セラミックグリーンシートからなる３枚のセラミック基板を位置合わせする時、通常１０倍から１００倍程度のスコープを用いて光学的に位置合わせを行う。よって、数十μｍ程度の位置ズレが多く発生していた。
【００１８】
さらにセラミックグリーンシートを焼結する時に、３枚のセラミック基板それぞれで収縮率が異なり、その結果位置ズレがより大きくなる傾向もみられた。
【００１９】
以上のようにして作製される従来のパッケージ基台では、第１の貫通孔と第２の貫通孔は互いに位置がずれた状態で形成されてしまうことが多かった。
【００２０】
図９は従来の電子デバイスの密封工程における不良状態を示した図である。図９（ａ）は従来のパッケージ基台の貫通孔周辺部を示した図である。従来のパッケージ基台では、上述のような理由により、セラミック基板１０２に開口される第１貫通孔１２１の中心軸とセラミック基板１０１に開口される第２の貫通孔１２２の中心軸とがずれて形成される事が多々ある（図９（ａ））。例えばこの位置ズレ量が数十μｍから百μｍ程度あると、パッケージ内を密封する工程で以下に示すような不具合を生じさせることになる。
【００２１】
図９（ｂ）はパッケージ基台に開けられた位置ズレした貫通孔内に球状の封止材５０を収めた状態を示している。第１の貫通孔１２１と第２の貫通孔１２２とは、その中心軸が互いにずれているため、第２の貫通孔１２２内に球状の封止材５０を収めても第１の貫通孔１２１を閉口させることはできない。
【００２２】
その後、第２の貫通孔１２２に収められた球状の封止材５０に封止用のビームを照射して溶融させるが、図９（ｃ）に示すように、第１の貫通孔１２１と第２の貫通孔１２２とはその中心軸が互いにずれているため、溶融した封止材５６は第２の貫通孔１２２を埋めつくすことができず、封止不良を発生させることが多かった。
【００２３】
その結果、パッケージ内に備え付けられた水晶振動子や水晶ジャイロ等の振動部品を一定の気圧状態で密封することができなくなり、振動部品が動作不良になることが多かった。
【００２４】
本発明の目的は、水晶振動子や水晶ジャイロ等の振動部品を一定の気圧状態で安定して密封することができる信頼性の高い振動部品用パッケージとその製造方法を提供することにある。さらに水晶振動子や水晶ジャイロ等の振動部品が安定して動作する信頼性の高い電子デバイスを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の振動部品用パッケージは、振動部品を支持固定するパッケージ基台と、該振動部品を外界から遮断するようにして該パッケージ基台に固定されるパッケージ上蓋とを有する振動部品用パッケージであって、前記パッケージ基台が水晶からなり、前記パッケージ基台の一部に貫通孔を有し、該貫通孔はパッケージ内部側の開口部の面積よりもパッケージ外部側の開口部の面積の方が大きく、前記貫通孔の開口部形状がパッケージ内部側とパッケージ外部側とで異なっていることを特徴とする。
【００２７】
さらに、前記パッケージ基台にあけられた貫通孔は、パッケージ内部側からパッケージ外部側に向かって開く斜面を備えていることを特徴とする。
【００２８】
さらに、パッケージ基台には、凹部が形成されており、凹部の一部に貫通孔が開口しているのが望ましい。
【００３０】
さらに、前記パッケージ基台にあけられた貫通孔のパッケージ外部側では開口部形状が円形で前記パッケージ基台平面に対して垂直に形成される壁面を有し、パッケージ内部側では開口部形状が略正三角形で前記パッケージ基台平面に対して所定の角度で傾いて形成される３つの斜面を有することを特徴とする。
【００３１】
さらに、パッケージ基台に形成される貫通孔がウェットエッチング法によって形成されるのが望ましい。
【００３３】
また、振動部品を支持固定するパッケージ基台と、該振動部品を外界から遮断するようにして該パッケージ基台に固定されるパッケージ上蓋とを有する振動部品用パッケージであって、前記パッケージ上蓋が水晶からなり、前記パッケージ上蓋の一部に貫通孔を有し、該貫通孔はパッケージ内部側の開口部の面積よりもパッケージ外部側の開口部の面積の方が大きく、前記貫通孔の開口部形状がパッケージ内部側とパッケージ外部側とで異なっていることを特徴とする。
【００３４】
さらに、前記パッケージ上蓋にあけられた貫通孔は、パッケージ内部側からパッケージ外部側に向かって開く斜面を備えていることを特徴とする。
【００３５】
さらに、パッケージ上蓋には、凹部が形成されており、凹部の一部に貫通孔が開口しているのが望ましい。
【００３７】
さらに、前記パッケージ上蓋にあけられた貫通孔のパッケージ外部側では開口部形状が円形で前記パッケージ上蓋平面に対して垂直に形成される壁面を有し、パッケージ内部側では開口部形状が略正三角形で前記パッケージ上蓋平面に対して所定の角度で傾いて形成される３つの斜面を有することを特徴とする。
【００３８】
さらに、パッケージ上蓋に形成される貫通孔がウェットエッチング法によって形成されるのが望ましい。
【００４１】
また、本発明の振動部品用パッケージの製造方法は、振動部品を支持固定するパッケージ基台と、該振動部品を外界から遮断するようにして該パッケージ基台に固定されるパッケージ上蓋とを有する振動部品用パッケージの製造方法であって、水晶基板の平面上に水晶のエッチング液に対して耐食性を有する保護膜を成膜し、該保護膜を凹部形状でパターン化する工程と、水晶基板をウェットエッチング法により加工し、凹部形状を形成する工程と、水晶基板の平面上に水晶のエッチング液に対して耐食性を有する保護膜を成膜し、該保護膜を貫通孔形状でパターン化する工程と、水晶基板をウェットエッチング法により加工し、前記凹部面に貫通孔を開口させ、該貫通孔のパッケージ外部側では開口部形状が円形で前記水晶基板平面に対して垂直に形成される壁面を有し、パッケージ内部側では開口部形状が略正三角形で前記水晶基板平面に対して所定の角度で傾いて形成される３つの斜面を有する形状に形成する工程とを有することを特徴とする。
【００４３】
また、本発明の電子デバイスは、振動部品と、該振動部品を支持固定するパッケージ基台と、該振動部品を外界から遮断するようにして該パッケージ基台に固定されるパッケージ上蓋とを有する電子デバイスであって、前記パッケージ基台が水晶からなり、前記パッケージ基台の一部に、パッケージ内部側の開口部の面積よりもパッケージ外部側の開口部の面積の方が大きく、且つ前記パッケージ内部側の開口部形状と前記パッケージ外部側の開口部形状とが異なっている貫通孔が形成されており、該貫通孔が封止材によって塞がれていることを特徴とする。
【００５１】
また、本発明の電子デバイスは、振動部品と、該振動部品を支持固定するパッケージ基台と、該振動部品を外界から遮断するようにして該パッケージ基台に固定されるパッケージ上蓋とを有する電子デバイスであって、前記パッケージ上蓋が水晶からなり、前記パッケージ上蓋の一部に、パッケージ内部側の開口部の面積よりもパッケージ外部側の開口部の面積の方が大きく、且つ前記パッケージ内部側の開口部形状と前記パッケージ外部側の開口部形状とが異なっている貫通孔が形成されており、該貫通孔が封止材によって塞がれていることを特徴とする。
【００５７】
（作用）
図４はシリコン基板をウェットエッチング法によって加工して形成した貫通孔の形状を示した図である。図５は水晶基板をウェットエッチング法によって加工して形成した貫通孔の形状を示した図である。本発明の上記手段では、パッケージ基台はシリコン（Ｓｉ）もしくは水晶からなる１枚の板状部材を加工して形成される。その加工法にはウェットエッチング法を利用するが、本発明で用いられるＳｉや水晶は異方性エッチングの性質を有しており、ある所定の結晶面のみ非常にエッチング速度が遅いという現象が生じる。よってＳｉや水晶をウェットエッチング法によって加工すると、ある所定の結晶面はほとんどエッチングされずにそれ以外の結晶面のみが加工されてゆき、その結果、一定の規則に従った特異な形状が出来上がることになる。
【００５８】
図４（ａ）はＳｉ基板をウェットエッチング法によって加工して形成した貫通孔を斜め上から見た斜視図であり、図４（ｂ）はＳｉ基板をウェットエッチング法によって加工して形成した貫通孔を上から見た平面図である。例えば、ウェットエッチング法によって、平面が（１００）面の結晶面であるＳｉ基板に貫通孔を形成した場合、図４に示されるように、平面に対して所定の角度で傾いて形成される４つの斜面（斜面δ、斜面ε、斜面ζ、斜面η）を内壁とする貫通孔が開口する。なお、これら４つの斜面は図４（ｂ）に示されるように、孔の中心軸に対し同心円上に９０度間隔で等間隔に形成される。
【００５９】
また図５（ａ）は水晶基板をウェットエッチング法によって加工して形成した貫通孔を斜め上から見た斜視図であり、図５（ｂ）は水晶基板をウェットエッチング法によって加工して形成した貫通孔を上から見た平面図である。例えば、ウェットエッチング法によって、結晶軸のＺ軸に対して垂直な面が平面になるようにカットされた水晶基板（一般にこのようにカットされた水晶基板をＺ板と呼ぶ。）に貫通孔を形成した場合、図５に示されるように、平面に対して垂直に形成される壁面と、平面に対して所定の角度で傾いて形成される３つの斜面（斜面α、斜面β、斜面γ）を内壁とする貫通孔が開口する。なお、これらの３つ斜面は図５（ｂ）に示されるように、孔の中心軸に対し同心円上に１２０度間隔で等間隔に形成される。
【００６０】
以上のようにＳｉ基板や水晶基板にウェットエッチング法によっての貫通孔を形成すると異方性エッチングの性質によって、貫通孔の内壁に斜面が必ず形成される。この斜面は貫通孔の一方の開口部側から他方の開口部側に向かって傾斜しており、その結果、貫通孔の一方の開口部は、反対側の他方の開口部よりも外側に向かって大きく口を開けて開口されることになる。
【００６１】
本発明ではこのような独特の内壁形状（一方の開口部が、反対側の別の開口部よりも外側に向かって大きく口を開けて開口している形状）で形成される貫通孔を振動部品用パッケージの貫通孔として利用している。すなわち、大きく口を開けている側がパッケージの外側になるように構成し、そこに球状の封止材を挿入するようにして利用している。この場合、貫通孔の反対側すなわちパッケージの内側の開口部は狭まっているため、球状の封止材がパッケージ内に入り込むことはない。
【００６２】
本発明の構成によって以下に挙げるような利点が生じる。本発明では一回のウェットエッチング工程で貫通孔を形成しており、それによって開口された貫通孔の内壁は、上述のように孔の中心軸に対し同心円上に等間隔に形成される。よって、従来、大きさの異なる２つの貫通孔を重ね合わせることによって生じていた孔の中心軸の位置ズレを完全に解消することができた。
【００６３】
その結果、球状の封止材を貫通孔の中心軸上にしっかりと位置精度よく収めることができる。その後、球状の封止材に封止用のビームを照射して溶融させると、溶融した封止材は貫通孔内に均等に埋め尽くされ、その結果、パッケージ内部を完全に密封することができ、従来のような封止不良を無くすことができた。
【００６４】
以上のようにして本発明によってパッケージの封止不良を無くすことができた結果、パッケージ内に備え付けられた水晶振動子や水晶ジャイロ等の振動部品を一定の気圧状態で安定して振動させることができるようになり、電子デバイスの動作不良を非常に少なくすることができた。
【００６５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は本発明のシリコンを利用した振動部品用パッケージの構造及びそれを用いた電子デバイスの構造と密封方法を示した図である。なお本発明のシリコンを利用した振動部品用パッケージは、図１（ａ）における振動部品５００、支持部材３０を取り除いたパッケージ基台１０、パッケージ上蓋２０、接合部材４０で構成されたものを指す。また図１（ｃ）には本発明のシリコンを利用した振動部品用パッケージを用いた電子デバイスの構造が示されているが、本発明の電子デバイスは上述の振動部品用パッケージ内部に振動部品５００が搭載されたものを指す。図１（ｃ）に示すように、本実施形態の電子デバイスでは、材質がシリコン（Ｓｉ）からなるパッケージ基台１０上に支持部材３０によって振動部品５００が支持固定され、さらにパッケージ基台１０の上端には接合部材４０を介してガラス材料からなるパッケージ上蓋２０が接合されている構成になっている。またパッケージ基台１０には貫通孔１２ａが開けられており、その貫通孔１２ａを封止材５５が塞ぐことによって、パッケージ内を一定の高真空状態に保つように密封している。なお本発明において振動部品５００は水晶振動子、圧電振動子もしくは水晶ジャイロ等であり、振動する部品であればいかなる部品であってもかまわない。なおパッケージ上蓋２０にガラス材料を使用している理由は、振動部品５００を密封した後、透明なパッケージ上蓋２０を透過させてレーザービームを振動部品５００に照射し、レーザー加工によって周波数調整ができるからである。
【００６６】
本実施形態におけるパッケージ基台１０には、内部に振動部品５００を収めるために掘り下げられた空間（凹部１１ａ）とその凹部１１ａの底面に開けられた貫通孔１２ａとが形成されている。これら凹部１１ａと貫通孔１２ａは、Ｓｉ基板をウェットエッチング法によって加工して形成される。なお本発明の実施形態では、平面が（１００）面の結晶面であるＳｉ基板を用いてウェットエッチング法による加工を行った。
【００６７】
平面が（１００）面の結晶面であるＳｉ基板にウェットエッチング法によって貫通孔を加工した場合、図４に示されるように、平面に対して所定の角度で傾いて形成される４つの斜面（斜面δ、斜面ε、斜面ζ、斜面η）を内壁とする貫通孔が開口する。なお、これら４つの斜面は図４（ｂ）に示されるように、孔の中心軸に対し同心円上に９０度間隔で等間隔に形成される。
【００６８】
本実施形態のパッケージ基台１０には、ウェットエッチング法を利用することによって、外に向かって開く４つの斜面を内壁に有する貫通孔１２ａが形成されている。すなわち、その貫通孔１２ａはパッケージ内部側から外部側に向かって大きく口を開けて開口するような形状になっている。なお本実施形態での貫通孔１２ａは、パッケージ外側の開口部が一辺０．２５ｍｍの正方形、パッケージ内側の開口部が一辺０．０５ｍｍの正方形で形成されている。よって貫通孔１２ａは、パッケージ外側の開口部の面積（０．０６２５ｍｍ²＝０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍ）の方がパッケージ内側の開口部の面積（０．００２５ｍｍ²＝０．０５ｍｍ×０．０５ｍｍ）よりも大きい。
【００６９】
本実施形態のパッケージ基台１０は以下のようにして製造することができる。図６は本発明の振動部品用パッケージの製造方法を示した図である。まず始めに、平面が（１００）面の結晶面である厚さ０．５ｍｍのＳｉ基板２００を用意し、一方の平面上には凹部の平面形状でパターン化されたマスク層３１０を、他方の平面上にはほぼその全面にマスク層３２０をそれぞれ形成する（図６（ａ））。マスク層３１０とマスク層３２０として利用される膜はＳｉのエッチング液に対して耐食性を有する材料から選ばれる。本実施形態ではＳｉのエッチング液として７０℃の４０ｗｔ％水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いることとし、マスク層３１０とマスク層３２０には、耐食性と密着性を考慮して、上層が金（Ａｕ）、下層がクロム（Ｃｒ）からなる積層膜を選択した。マスク層３１０、マスク層３２０となるＡｕ膜とＣｒ膜はすべてスパッタリング法によって成膜し、それぞれの膜厚はＡｕ膜０．２μｍ、Ｃｒ膜０．０５μｍとした。
【００７０】
なおマスク層３１０の凹部形状のパターン化はＬＳＩ分野で広く用いられているフォトリソグラフィー法を用いて行った。フォトリソグラフィー法とはパターン化しようとする膜の上に感光性レジストを塗布し、所望の形状で感光性レジストを露光し現像した後、感光性レジストが現像され除去された部分の膜だけをエッチング法によって除去しパターン化する手法である。
【００７１】
次に図６（ａ）の状態にあるＳｉ基板２００をウェットエッチング法によってエッチングした。すると図６（ｂ）に示すように、マスク層３１０が形成されていないＳｉ平面部分のみがエッチングされ、Ｓｉ基板２１０に凹部１１ａが形成される。本実施形態では上述のように７０℃の４０ｗｔ％水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液からなるエッチング液を使用して約６時間のエッチング処理を行い、０．４ｍｍの深さの凹部１１ａを形成した。
【００７２】
次にマスク層３１０及びマスク層３２０を除去し、新たにＳｉ基板２１０の凹部１１ａが形成されている側にマスク層３３０を、その反対側にマスク層３４０をそれぞれ形成した（図６（ｃ））。なおマスク層３３０は凹部１１ａの全てを覆うように形成し、マスク層３４０は貫通孔の平面形状、すなわち本実施形態では一辺の長さが０．２５ｍｍの正方形、でパターン化して形成した。フォトリソグラフィー法はミクロンレベルの寸法精度でパターン化することができる点が特徴であり、もし一辺０．２５ｍｍの正方形よりも小さいパターンを希望したとしても十分にパターン化する事が可能である。
【００７３】
図６（ｃ）においても図６（ａ）と同様にマスク層３３０、マスク層３４０として上層が金（Ａｕ）、下層がクロム（Ｃｒ）からなる積層膜を使用し、スパッタリング法によってＡｕ膜０．２μｍ、Ｃｒ膜０．０５μｍの厚さで形成した。なお、マスク層３４０の貫通孔形状のパターン化も図６（ａ）と同様にフォトリソグラフィー法によって行った。
【００７４】
さらにその後、図６（ｃ）の状態にあるＳｉ基板２１０をウェットエッチング法によってエッチングする。そうすると今度は図６（ｄ）に示すように、マスク層３４０が形成されていない部分のみがエッチングされ、Ｓｉ基板２２０に貫通孔１２ａが形成される。本工程においても７０℃の４０ｗｔ％水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液からなるエッチング液を使用し、約２時間のエッチング処理によって、貫通孔１２ａを開口させた。なおこの状態では貫通孔１２ａはマスク層３３０によって塞がれた状態にあり、まだ貫通していない。
【００７５】
最後に、マスク層３３０及びマスク層３４０を除去して、一方の面に深さ０．４ｍｍの凹部１１ａが形成され、さらに一辺０．２５ｍｍの正方形をした開口部を有する貫通孔１２ａが形成されたパッケージ基台１０が完成する。
【００７６】
本発明の電子デバイスでは、以上のようにして製造されたパッケージ基台１０を用いて、振動部品５００をパッケージ内に密封させるが、その密封方法を以下に説明する。まず図１（ａ）に示すように、振動部品５００を本発明のＳｉからなるパッケージ基台１０の凹部１１ａ上に支持部材３０を介して固定し、さらにそのパッケージ基台１０上に接合剤４０を介してガラス材料からなるパッケージ上蓋２０を接合する。なおパッケージ基台１０と振動部品５００の接合にはシリコーン系やエポキシ系の接着剤からなる支持部材３０を用い、パッケージ基台１０とパッケージ上蓋２０の接合には、Ａｕ−Ｓｎ系、Ｓｎ系、Ｐｂ−Ｓｎ系、Ａｇロウ系、低融点ガラス、シリコーン系やエポキシ系の接着剤からなる接合部材４０を用いるのが好ましい。
【００７７】
なお図１（ａ）に示す段階において、パッケージ基台１０の凹部１１ａ面に開けられた貫通孔１２ａによって、パッケージの内部と外部とは連通しており、完全な密封はされていない。
【００７８】
その後、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示すような工程を経ることによって封止が行われる。まず振動部品５００を収めるための空間（凹部１１ａ）内を十分に排気し、高真空状態にする。さらにその状態において、パッケージ基台１０に開けられた貫通孔１２ａに球状の封止材５０を収める（図１（ｂ））。
【００７９】
図３は本発明の球状封止材を収めた状態にある貫通孔の斜視図である。図３（ａ）は図１（ｂ）に示されるＡ部を上下反転させて見た図になっている。本実施形態では直径が０．１５ｍｍの球状の封止材５０を使用したが、図３（ａ）に示されるように貫通孔１２ａはパッケージ内部から外部に向かって（図３（ａ）では下から上に向かって）大きく口を開けて開口しており、パッケージ内部側の開口部の大きさは直径０．１５ｍｍよりも小さく形成されている（パッケージ内部側の開口部は一辺０．０５ｍｍの正方形である。）。そのため、球状の封止材５０がパッケージ内に入り込むことはなかった。またこの時、本貫通孔１２ａの内壁は上述のように孔の中心軸に対し同心円上に等間隔に形成されてできているため、球状の封止材５０は貫通孔１２ａの中心軸上にしっかりと位置精度良く収めることができた。
【００８０】
その後、貫通孔１２ａに収められた球状の封止材５０に、レーザービーム発生装置あるいは電子ビーム発生装置等による封止用のビームを照射して封止材５０を溶融させる。本発明では、球状の封止材５０は貫通孔１２ａの中心軸上にしっかりと位置精度よく収められているため、封止用のビームを照射して封止材５０を溶融させると溶融した封止材５５は貫通孔１２ａ内を均等に埋め尽くし、その結果、従来に起こっていたような封止不良はほとんど起こらなくなった。その後、溶融金属が冷えると、硬化した封止材５５は貫通孔１２ａの内壁と好適に接合し、パッケージ内部は完全な密封状態になる。
【００８１】
以上のようにして、本発明の本実施形態によってパッケージの封止不良を無くすことができ、その結果、パッケージ内に備え付けられた水晶振動子や水晶ジャイロ等の振動部品５００を一定の気圧状態で安定して振動させることができるようになり、電子デバイスの動作不良を非常に少なくすることができた。
【００８２】
（第２の実施形態）
図２は本発明の水晶を利用した振動部品用パッケージの構造及びそれを用いた電子デバイスの構造と密封方法を示した図である。なお本発明の水晶を利用した振動部品用パッケージは、図２（ａ）における振動部品５００、支持部材３０を取り除いたパッケージ基台１５、パッケージ上蓋２０、接合部材４０で構成されたものを指す。また図２（ｃ）には本発明のシリコンを利用した振動部品用パッケージを用いた電子デバイスの構造が示されている。図２（ｃ）に示すように、本実施形態の電子デバイスでは、材質が水晶からなるパッケージ基台１５上に支持部材３０によって振動部品５００が支持固定され、さらにパッケージ基台１５の上端には接合部材４０を介してパッケージ上蓋２０が接合されている構成になっている。またパッケージ基台１５には貫通孔１２ｂが開けられており、その貫通孔１２ｂを封止材５５が塞ぐことによって、パッケージ内を一定の高真空状態に保つように密封している。なお本実施形態ではパッケージ基台１５が水晶からなっているため、振動部品５００を密封した後、透明なパッケージ基台１５を透過させてレーザービームを振動部品５００に照射し、レーザー加工によって周波数調整をすることも可能であり、本実施形態の利点の一つでもある。
【００８３】
本実施形態におけるパッケージ基台１５には、内部に振動部品５００を収めるために掘り下げられた空間（凹部１１ｂ）とその凹部１１ｂの面上に開けられた貫通孔１２ｂとが形成されている。これら凹部１１ｂと貫通孔１２ｂは、水晶基板をウェットエッチング法によって加工して形成される。なお本発明の実施形態では、結晶軸のＺ軸に対して垂直な面が平面になるようにカットされた水晶基板（Ｚ板と称する。）を用いてウェットエッチング法による加工を行った。
【００８４】
Ｚ板である水晶基板にウェットエッチング法によって貫通孔を加工した場合、図５に示されるように、平面に対して垂直に形成される壁面と、平面に対して所定の角度で傾いて形成される３つの斜面（斜面α、斜面β、斜面γ）を内壁とする貫通孔が開口する。なお、これらの３つ斜面は図５（ｂ）に示されるように、孔の中心軸に対し同心円上に１２０度間隔で等間隔に形成される。
【００８５】
本実施形態のパッケージ基台１５には、ウェットエッチング法を利用することによって、外に向かって開く３つの斜面を内壁に有する貫通孔１２ｂが形成されている。すなわち、その貫通孔１２ｂはパッケージ内部側から外部側に向かって大きく口を開けて開口するような形状になっている。なお本実施形態での貫通孔１２ｂの場合、パッケージ内側の開口部は３つの斜面から形成される３つの稜線を有する形状で形成され、パッケージ外側の開口部では直径０．２ｍｍの円形状で形成されている。このように本実施形態のパッケージ基台１５にあけられた貫通孔１２ｂは、パッケージ内部側と外部側とで形状が異なっているのが特徴である。なお、パッケージ内側の開口部に形成される３つの稜線はいずれも直径０．２ｍｍの円形の内側にあり、よってこのことから、貫通孔１２ｂは、パッケージ外側の開口部の面積の方がパッケージ内側の開口部の面積よりも大きいことは明らかである。
【００８６】
本実施形態のパッケージ基台１５は図６に示すＳｉからなるパッケージ基台１０とほとんど同じ製造方法で製造することができる。但し、水晶からなる本実施形態のパッケージ基台１５ではエッチング液として、５０℃の５０ｗｔ％フッ酸水溶液を用いた。
【００８７】
以上のようにして製造されたパッケージ基台１５を用いて、振動部品５００は以下の要領でパッケージ内に密封される。まず図２（ａ）に示すように、振動部品５００を本発明の水晶からなるパッケージ基台１５の凹部１１ｂ上に支持部材３０を介して固定し、さらにそのパッケージ基台１５上に接合剤４０を介してガラス材料からなるパッケージ上蓋２０を接合する。この状態において、パッケージの内部と外部とは貫通孔１２ｂによって連通しており、まだ完全な密封状態ではない。
【００８８】
その後、振動部品５００を収めるための空間（凹部１１ｂ）内を十分に排気し、高真空状態にし、さらにその状態においてパッケージ基台１５に開けられた貫通孔１２ｂに球状の封止材５０を収める（図１（ｂ））。
【００８９】
図３（ｂ）は図２（ｂ）に示されるＢ部を上下反転させて見た図になっている。図３（ｂ）に示されるように貫通孔１２ｂはパッケージ内部から外部に向かって（図３（ｂ）では下から上に向かって）大きく口を開けて開口しており、さらに途中からは内径０．２ｍｍの大きさで円筒状に開口している。本実施形態では直径が０．１５ｍｍの球状の封止材５０を使用したが、パッケージ内部側の開口部の大きさは直径０．１５ｍｍよりも小さく形成されているため、球状の封止材５０がパッケージ内に入り込むことはなかった。またこの時、本貫通孔１２ｂの内壁は上述のように孔の中心軸に対し同心円上に等間隔に形成されてできているため、球状の封止材５０は貫通孔１２ｂの中心軸上にしっかりと位置精度良く収めることができた。
【００９０】
その後、貫通孔１２ｂに収められた球状の封止材５０に、レーザービーム発生装置あるいは電子ビーム発生装置等による封止用のビームを照射して封止材５０を溶融させる。本発明では、球状の封止材５０は貫通孔１２ｂの中心軸上にしっかりと位置精度よく収められているため、封止用のビームを照射して封止材５０を溶融させると溶融した封止材５５は貫通孔１２ｂ内を均等に埋め尽くし、その結果、従来に起こっていたような封止不良はほとんど起こらなくなった。その後、溶融金属が冷えると、硬化した封止材５５は貫通孔１２ｂの内壁と好適に接合し、パッケージ内部は完全な密封状態になる。
【００９１】
以上のようにして、本実施形態の水晶からなるパッケージ基台１５を用いてもパッケージの封止不良を無くすことができ、その結果、パッケージ内に備え付けられた水晶振動子や水晶ジャイロ等の振動部品５００を一定の気圧状態で安定して振動させることができるようになり、電子デバイスの動作不良を非常に少なくすることができた。
【００９２】
（第３の実施形態）
図７は本発明の電子デバイスの別の構造を示した図である。図７（ａ）は振動部品用パッケージを構成するパッケージ上蓋２６をシリコンで形成した図である。図７（ａ）に示すように、本実施形態のパッケージ上蓋２６には、振動部品５００を収める空間を得るために、凹部１１ｃが形成されている。さらにその凹部１１ｃの底面部には貫通孔１２ｃがあけられており、封止材５５によって貫通孔１２ｃ内部が埋められている。一方、パッケージ基台１６は板状の形状をしており、本実施形態ではガラス基板を用いた。また、パッケージ基台１６上には支持部材３０を介して振動部品５００が固定されており、パッケージ基台１６とパッケージ上蓋２６は、接合部材４０によって接合される構造になっている。
【００９３】
本実施形態のパッケージ上蓋２６もウェットエッチング法によって凹部１１ｃと貫通孔１２ｃを形成した。その製造方法は、図６に示すパッケージ基台１０の製造方法と同様の方法で行った。
【００９４】
図７（ａ）に示す構造の電子デバイスにおいて、振動部品５００をパッケージ基台１６とパッケージ上蓋２６の中に収め、パッケージ基台１６とパッケージ上蓋２６を接合部材４０によって接合した後、パッケージ上蓋２６にあけられた貫通孔１２ｃから排気を行った。さらに十分な排気が行われた後、図１に示す密封方法と同様の方法で封止材５５で封止を行い、電子デバイスを完成させた。
【００９５】
本実施形態においても、振動部品５００をパッケージ内に一定の気圧状態で安定して密封することが可能であり、封止不良を無くすことができた。さらにその結果、水晶振動子や水晶ジャイロ等の振動部品を安定して動作させることができ、信頼性のある電子デバイスを提供することができた。
【００９６】
なお、本実施形態の電子デバイスの場合、ガラス基板からなるパッケージ基台１６を透過させてレーザービームを振動部品５００に照射することにより、振動部品５００の周波数調整をを行うことができた。
【００９７】
また、本実施形態ではパッケージ上蓋２６をシリコンで形成したが、パッケージ上蓋２６に水晶を使用して同様の方法で形成しても、同様に封止不良を無くすことができ、信頼性のある電子デバイスを提供することができた。
【００９８】
（第４の実施形態）
図７（ｂ）は振動部品用パッケージを構成するパッケージ上蓋２８を水晶で形成し、パッケージ基台１８をシリコンで形成した図である。図７（ｂ）に示すように、本実施形態のシリコンからなるパッケージ基台１６には、振動部品５００を収める空間を得るために、ウェットエッチング法によって凹部１１ｄが形成されている。一方、水晶からなるパッケージ上蓋２８は板状の形状をしており、その一部にウェットエッチング法によって貫通孔１２ｄがあけられている。なお、パッケージ基台１８上には支持部材３０を介して振動部品５００が固定されており、パッケージ基台１８とパッケージ上蓋２８は、接合部材４０によって接合される構造になっている。
【００９９】
図７（ｂ）に示す構造の電子デバイスにおいて、振動部品５００をパッケージ基台１８とパッケージ上蓋２８の中に収め、パッケージ基台１８とパッケージ上蓋２８を接合部材４０によって接合した後、パッケージ上蓋２８にあけられた貫通孔１２ｄから排気を行った。さらに十分な排気が行われた後、図２に示す密封方法と同様の方法で封止材５５で封止を行い、電子デバイスを完成させた。
【０１００】
本実施形態においても、振動部品５００をパッケージ内に一定の気圧状態で安定して密封することが可能であり、封止不良を無くすことができた。さらにその結果、水晶振動子や水晶ジャイロ等の振動部品を安定して動作させることができ、信頼性のある電子デバイスを提供することができた。
【０１０１】
なお、本実施形態の電子デバイスの場合、水晶からなるパッケージ上蓋２８を透過させてレーザービームを振動部品５００に照射することにより、振動部品５００の周波数調整をを行うことができた。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明によれば、水晶振動子や水晶ジャイロ等の振動部品を一定の気圧状態で安定して密封することが可能な信頼性の高い振動部品用パッケージを提供できるようになった。
【０１０３】
さらに、水晶振動子や水晶ジャイロ等の振動部品を一定の気圧状態で安定して密封することが可能な信頼性の高い振動部品用パッケージの製造方法を提供できるようになった。
【０１０４】
さらに、水晶振動子や水晶ジャイロ等の振動部品をパッケージ内に一定の気圧状態で安定して密封することが可能になり、その結果、水晶振動子や水晶ジャイロ等の振動部品の動作が安定し、信頼性の高い電子デバイスを提供できるようになった。
【０１０５】
さらに、水晶を利用した振動部品用パッケージを用いることによって、振動部品用パッケージ内に搭載される水晶振動子や水晶ジャイロ等の振動部品の周波数調整が容易にできるようになり、高精度で信頼性の高い電子デバイスを提供できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシリコンを利用した振動部品用パッケージの構造及びそれを用いた電子デバイスの構造と密封方法を示した図である。
【図２】本発明の水晶を利用した振動部品用パッケージの構造及びそれを用いた電子デバイスの構造と密封方法を示した図である。
【図３】本発明の球状封止材を収めた状態にある貫通孔の斜視図である。
【図４】シリコン基板をウェットエッチング法によって加工して形成した貫通孔の形状を示した図である。
【図５】水晶基板をウェットエッチング法によって加工して形成した貫通孔の形状を示した図である。
【図６】本発明の振動部品用パッケージの製造方法を示した図である。
【図７】本発明の電子デバイスの別の構造を示した図である。
【図８】従来の電子デバイスの構造と密封方法を示した図である。
【図９】従来の電子デバイスの密封工程における不良状態を示した図である。
【符号の説明】
１０、１５、１６、１８パッケージ基台
１１ａ、１１ｂ凹部
１２ａ、１２ｂ貫通孔
２０、２６、２８パッケージ上蓋
３０支持部材
４０接合部材
５０、５５、５６封止材
１００パッケージ基台
１０１、１０２、１０３セラミック基台
１１０凹部
１２１第１の貫通孔
１２２第２の貫通孔
２００、２１０、２２０Ｓｉ基板
３１０、３２０、３３０、３４０マスク層
５００振動部品

Claims

振動部品を支持固定するパッケージ基台と、該振動部品を外界から遮断するようにして該パッケージ基台に固定されるパッケージ上蓋とを有する振動部品用パッケージであって、前記パッケージ基台が水晶からなり、前記パッケージ基台の一部に貫通孔を有し、該貫通孔はパッケージ内部側の開口部の面積よりもパッケージ外部側の開口部の面積の方が大きく、前記貫通孔の開口部形状がパッケージ内部側とパッケージ外部側とで異なっていることを特徴とする振動部品用パッケージ。
前記パッケージ基台にあけられた貫通孔は、パッケージ内部側からパッケージ外部側に向かって開く斜面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の振動部品用パッケージ。
前記パッケージ基台には、凹部が形成されており、該凹部の一部に前記貫通孔を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動部品用パッケージ。
前記パッケージ基台にあけられた貫通孔のパッケージ外部側では開口部形状が円形で前記パッケージ基台平面に対して垂直に形成される壁面を有し、パッケージ内部側では開口部形状が略正三角形で前記パッケージ基台平面に対して所定の角度で傾いて形成される３つの斜面を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の振動部品用パッケージ。
前記パッケージ基台に形成される貫通孔がウェットエッチング法によって形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の振動部品用パッケージ。
振動部品を支持固定するパッケージ基台と、該振動部品を外界から遮断するようにして該パッケージ基台に固定されるパッケージ上蓋とを有する振動部品用パッケージであって、前記パッケージ上蓋が水晶からなり、前記パッケージ上蓋の一部に貫通孔を有し、該貫通孔はパッケージ内部側の開口部の面積よりもパッケージ外部側の開口部の面積の方が大きく、前記貫通孔の開口部形状がパッケージ内部側とパッケージ外部側とで異なっていることを特徴とする振動部品用パッケージ。
前記パッケージ上蓋にあけられた貫通孔は、パッケージ内部側からパッケージ外部側に向かって開く斜面を備えていることを特徴とする請求項６に記載の振動部品用パッケージ。
前記パッケージ上蓋には、凹部が形成されており、該凹部の一部に前記貫通孔を有することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の振動部品用パッケージ。
前記パッケージ上蓋にあけられた貫通孔のパッケージ外部側では開口部形状が円形で前記パッケージ上蓋平面に対して垂直に形成される壁面を有し、パッケージ内部側では開口部形状が略正三角形で前記パッケージ上蓋平面に対して所定の角度で傾いて形成される３つの斜面を有することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の振動部品用パッケージ。
前記パッケージ上蓋に形成される貫通孔がウェットエッチング法によって形成されることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の振動部品用パッケージ。
振動部品を支持固定するパッケージ基台と、該振動部品を外界から遮断するようにして該パッケージ基台に固定されるパッケージ上蓋とを有する振動部品用パッケージの製造方法であって、水晶基板の平面上に水晶のエッチング液に対して耐食性を有する保護膜を成膜し、該保護膜を凹部形状でパターン化する工程と、水晶基板をウェットエッチング法により加工し、凹部形状を形成する工程と、水晶基板の平面上に水晶のエッチング液に対して耐食性を有する保護膜を成膜し、該保護膜を貫通孔形状でパターン化する工程と、水晶基板をウェットエッチング法により加工し、前記凹部面に貫通孔を開口させ、該貫通孔のパッケージ外部側では開口部形状が円形で前記水晶基板平面に対して垂直に形成される壁面を有し、パッケージ内部側では開口部形状が略正三角形で前記水晶基板平面に対して所定の角度で傾いて形成される３つの斜面を有する形状に形成する工程とを有することを特徴とする振動部品用パッケージの製造方法。
振動部品と、該振動部品を支持固定するパッケージ基台と、該振動部品を外界から遮断するようにして該パッケージ基台に固定されるパッケージ上蓋とを有する電子デバイスであって、前記パッケージ基台が水晶からなり、前記パッケージ基台の一部に、パッケージ内部側の開口部の面積よりもパッケージ外部側の開口部の面積の方が大きく、且つ前記パッケージ内部側の開口部形状と前記パッケージ外部側の開口部形状とが異なっている貫通孔が形成されており、該貫通孔が封止材によって塞がれていることを特徴とする電子デバイス。
振動部品と、該振動部品を支持固定するパッケージ基台と、該振動部品を外界から遮断するようにして該パッケージ基台に固定されるパッケージ上蓋とを有する電子デバイスであって、前記パッケージ上蓋が水晶からなり、前記パッケージ上蓋の一部に、パッケージ内部側の開口部の面積よりもパッケージ外部側の開口部の面積の方が大きく、且つ前記パッケージ内部側の開口部形状と前記パッケージ外部側の開口部形状とが異なっている貫通孔が形成されており、該貫通孔が封止材によって塞がれていることを特徴とする電子デバイス。