JP4331957B2

JP4331957B2 - Piezoelectric vibrator storage package

Info

Publication number: JP4331957B2
Application number: JP2003046810A
Authority: JP
Inventors: 真樹鈴木
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2023-02-25
Also published as: JP2004229254A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に水晶振動子等の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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水晶振動子等の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、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・ガラスセラミックス焼結体等のセラミックス材料から成り、その上面中央部に圧電振動子を収容するための収納部を有するとともに、この収納部を取り囲むように被着された四角枠状の封止用メタライズ層を有する絶縁基体と、この絶縁基体の封止用メタライズ層に収納部を取り囲むようにして銀ろう等のろう材を介してろう付けされた鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る略四角枠状の封止用の金属枠体とから構成されている。
【０００３】
この圧電振動子収納用パッケージの絶縁基体は、一般に、平板状の基板と、この基板の上面に順次取着された第１の枠部および第２の枠部とから成り、基板と第１の枠部と第２の枠部とにより圧電振動子を収容するための収納部が形成される。なお、第１の枠部および第２の枠部は、ほぼ同じ寸法の開口を有し、この開口の内側に形成される収納部の容積を極力大きくするようにされている。
【０００４】
また、第１の枠部の内周部分の一部は収納部内に露出するように張り出していて、この露出した第１の枠部の内周部分の上面に、圧電振動子の電極を接続するための配線導体が形成されている。
【０００５】
この配線導体は、第１の枠部の露出した上面から絶縁基体の側面や下面等の外表面に導出されており、この外表面に導出された部分を半田等を介して外部の電気回路に接続することにより、圧電振動子の電極が外部の電気回路と電気的に接続される。
【０００６】
そして、絶縁基体の収納部に圧電振動子を収容するとともに、この圧電振動子の電極を配線導体に、例えば半田バンプ等の電気的接続手段を介して電気的に接続し、しかる後、第２の枠部の上面に金属蓋体等の蓋体を、例えば、あらかじめ第２の枠部の上面に枠状の封止用メタライズ層を形成しておき、この枠状の封止用メタライズ層に金属蓋体をシームウエルド法で溶接する等の方法で接合することによって、絶縁基体と蓋体とから成る容器の内部に圧電振動子が気密に封止され、それにより製品としての電子装置となる。
【０００７】
なお、このような圧電振動子収納用パッケージは、一般に、酸化アルミニウム等の原料粉末をシート状に成形したグリーンシートを複数準備し、このグリーンシートのうち第１および第２の枠部となるものについて打抜き加工を施して開口を設けるとともに、それらの表面にタングステン等の金属粉末のペーストを所定の配線導体のパターンに印刷し、その後、これらのグリーンシートを、打抜き加工を施していない基板となるもの、開口を設けて枠状とした第１の枠部となるものおよび第２の枠部となるものの順に積層し、焼成することにより製作される。
【０００８】
【特許文献１】
特開2001−24080号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような圧電振動子収納用パッケージにおいては、近時の電子装置の小型化の要求に伴い、その大きさが数ｍｍ程度の極めて小さなものとなり、これに応じて、絶縁基体を形成する第１の枠部および第２の枠部の幅も狭くなってきている。
【００１０】
このように第１の枠部の幅が狭くなり、基板との接合面積が減少することに伴い、第１の枠部と基板との接合部分およびその周辺で、例えば、第２の枠部の上面に金属蓋体をシームウエルド法等により溶接する際に発生する熱応力等によりクラックが発生してしまい、圧電振動子を収容する収納部の気密信頼性が著しく低下するという問題点が発生するようになってきた。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、圧電振動子を気密に収容するための圧電振動子収納用パッケージにおいて、パッケージの小型化が進み、圧電振動子を気密に封止するための収納部を形成する第１および第２の枠部と基板との接合部分の幅が狭くなってきたとしても、第１および第２の枠部と基板との接合部分にクラックが発生することがなく、内部に収容する圧電振動子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることを可能とした気密信頼性の高い電子装置を得るための圧電振動子収納用パッケージを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電振動子収納用パッケージは、平板状のセラミックス材料から成る基板の上面にセラミックス材料から成る第１の枠部が積層されて取着されるとともにこの第１の枠部の上面に前記第１の枠部よりも大きな開口を有するセラミックス材料から成る第２の枠部が積層されて取着され、前記第１の枠部の内側面の全面が前記基板の上面から前記第１の枠部の上面に向けて外側に広がるように傾斜しており、前記第１の枠部の内周部分が全周にわたって露出してこの露出した前記内周部分の上面に圧電振動子の電極が接続される配線導体が形成されており、前記第２の枠部の内側に前記圧電振動子が前記配線導体に導電性接続材を介して接続されて収容されることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の圧電振動子収納用パッケージは、上記構成において、前記配線導体は一対が隣接して形成されており、この一対の配線導体の間の前記内周部分の上面に凹部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の圧電振動子収納用パッケージによれば、平板状のセラミックス材料から成る基板の上面にセラミックス材料から成る第１の枠部を積層して取着するとともに、この第１の枠部の上面に第１の枠部よりも大きな開口を有するセラミックス材料から成る第２の枠部を積層して取着するようにしたことから、第２の枠部の幅を狭くしてパッケージの小型化を図りながら収納部の容積を大きくすることができるとともに、第１の枠部の幅を第２の枠部の幅より大きくして第１の枠部と基板との接合面積を大きくとることができ、パッケージを小型化したとしても、第１の枠部を基板に対して強固に取着させることができる。
【００１６】
このため、パッケージを小型化したとしても、例えば、金属蓋体を第２の枠部の上面にシームウエルド法等により溶接する際に熱応力が作用したような場合でも、この熱応力により第１の枠部と基板との接合部分およびその周辺等にクラックが発生することを効果的に防止することができる。その結果、この圧電振動子収納用パッケージの基板と第１の枠部と第２の枠部とにより形成される収納部内に圧電振動子を気密に収容し封止して得られる電子装置の気密封止を完全として、内部に収容する圧電振動子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることができる気密信頼性の高い電子装置を得ることが可能となる。
【００１７】
また、本発明の圧電振動子収納用パッケージによれば、第１の枠部の内側面の全面を、基板の上面から第１の枠部の上面に向けて外側に広がるように傾斜させたことから、第２の枠部の内側に圧電振動子が収容される空間を確保しながら、また圧電振動子の振動特性に影響を与えずに、第１の枠部と基板１との接合面積を増やすことができるので、第１の枠部と基板との接合部分およびその周辺等におけるクラックの発生を効果的に防止することができ、気密信頼性の高い電子装置を得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の圧電振動子収納用パッケージを添付の図面を基に説明する。
【００１９】
図１（ａ）は本発明の圧電振動子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す上面図、また図１（ｂ）はその上面に蓋体を付けた状態の断面図であり、これらの図において、１は基板、２は第１の枠部、３は第２の枠部である。主にこれらにより本発明の圧電振動子収納用パッケージが構成されている。
【００２０】
基板１・第１の枠部２・第２の枠部３は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・ガラスセラミックス焼結体等のセラミックス材料から成り、通常、それぞれ一辺の長さが２〜20ｍｍ程度で厚みが0.5〜３ｍｍ程度の略四角形状の外形を有している。これら基板１・第１の枠部２・第２の枠部３により圧電振動子５を収容するための収納部４が形成されている。
【００２１】
これら基板１・第１の枠部２・第２の枠部３は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム・ガラス等の原料粉末を有機溶剤・バインダとともにシート状に成形して複数のグリーンシートを得て、これらのグリーンシートのうち第１の枠部２および第２の枠部３となるものに打抜き加工を施して枠状となるように開口を形成した後、所定の順に上下に積層し、その積層体を焼成することにより形成される。
【００２２】
本発明の圧電振動子収納用パッケージにおいては、第２の枠部３の開口を第１の枠部２の開口よりも大きくするとともに、第１の枠部２の内周部分が全周にわたって収納部４内に露出するようにしておくことが重要である。
【００２３】
このように第２の枠部３の開口を第１の枠部２の開口よりも大きくするとともに、第１の枠部２の内周部分が全周にわたってその上面が第２の枠部３の下側から見えるようにして露出するようにしておくことにより、基板１に取着される第１の枠部２の幅を第２の枠部３の幅より大きくとることが可能となり、圧電振動子収納用パッケージの小型化および収納部４の大型化のために第２の枠部３の幅を狭くしたとしても、第１の枠部２と基板１との接合面を十分に大きくとることができ、基板１に第１の枠部２を強固に接合させることができる。
【００２４】
これにより、例えば、後述するように金属蓋体等の蓋体８を第２の枠部３の上面にシームウエルド法等による溶接等の手段で接合する際に、第２の枠部３を介して第２の枠部３と第１の枠部２との接合部分に、および第１の枠部２と基板１との接合部分に大きな熱応力が働いたとしても、この熱応力により第１の枠部２と基板１との接合部分およびその周辺等にクラックが発生することを効果的に防止することができる。
【００２５】
なお、第２の枠部３の開口を第１の枠部２の開口よりも大きくするには、グリーンシートに開口を形成する際の打抜き寸法を調整し、第２の枠部３となるグリーンシートの開口が、第１の枠部２となるグリーンシートの開口よりも大きくなるようにすればよい。
【００２６】
また、本発明の圧電振動子収納用パッケージにおいては、図２に図１（ｂ）と同様の断面図で示すように、第１の枠部２’は、その内側面の全面が基板１の上面から第１の枠部２’の上面に向けて外側に広がるように傾斜している。なお、図２において、図１（ｂ）と同じ部位には同じ符号を付している。
【００２７】
このように第１の枠部２’の内側面の全面を傾斜させておくことにより、第１の枠部２’の露出した上面の面積を大きくすることなく、第１の枠部２’と基板１との接合面積を増やすことができるので、この第１の枠部２’の上面と収納部４内の第２の枠部３の内側に大きな空間を占めて収容される圧電振動子５とが近くなりすぎて、圧電振動子５の振動特性に影響を与えて振動特性が所定の数値からずれてしまうという不具合を誘発させることなく、効果的に、第１の枠部２’と基板１との接合部分およびその周辺等にクラックが発生することを防止することができる。
【００２８】
なお、第１の枠部２’は、その内側面と基板１の上面とのなす角度Ｂが95度〜120度となるようにして傾斜しているものとすることが好ましい。この角度Ｂが95度未満では、第１の枠部２’と基板１との接合面積を効果的に大きくして接合強度を向上させる効果が低く、120度を超えると、この傾斜した内側面が圧電振動子５に近くなりすぎることとなって圧電振動子５の実装や振動の妨げとなるおそれがある。
【００２９】
このように第１の枠部２’の内側面を、基板１の上面から第１の枠部２’の上面に向けて外側に広がるように傾斜しているものとするには、第１の枠部２’となるグリーンシートに打抜き加工を施して枠状とする際に、打抜き用の金型の切断刃の角度を調整して第１の枠部２’の内側面となる切断面が傾斜するようにしておくこと等の方法を用いることができる。
【００３０】
本発明の圧電振動子収納用パッケージにおいては、近年の小型化の要求に応えつつ気密信頼性に優れたパッケージとする上では、第１の枠部２・２’の露出した内周部分12の幅は、第２の枠部３の幅が0.3〜1.0ｍｍ程度とされるのに対して、30μｍ以上100μｍ以下とすることが望ましい。
【００３１】
この露出した内周部分12の幅が30μｍ未満では、一辺の長さが２〜20ｍｍ程度の一般的な圧電振動子収納用パッケージにおいて、第１の枠部２・２’と基板１との接合面積を効果的に大きなものとすることが難しく、基板１に対する第１の枠部２・２’の接合の強度を十分に高められなくなる傾向がある。また、第１の枠部２・２’の露出した内周部分12の幅が100μｍを超えると、この第１の枠部２・２’の露出した内周部分12と、収納部４内の第２の枠部３の内側に大きな空間を占めて収容される圧電振動子５とが近くなりすぎて、圧電振動子５の振動特性に影響を与えてしまい、振動特性が所定の数値からずれてしまうおそれがある。
【００３２】
また、この第１の枠部２・２’の露出した内周部分12の上面には配線導体６が形成されており、この配線導体６には、圧電振動子５の下面に形成されている電極が、半田や導電性接着材等の導電性接続材７を介して接続される。
【００３３】
この配線導体６は、第１の枠部２・２’の露出した内周部分12の上面から、例えば第１の枠部２・２’と第２の枠部３との取着界面等を経て、第１の枠部２や基板１の側面・下面等に導出されており、収納部４に収容される圧電振動子５の電極を接続するためのパッドとして機能するとともに、圧電振動子５の各電極を外部の電気回路に電気的に接続するための導電路として機能する。この配線導体６のうち基板１の下面等に導出された部分９を外部の電気回路に半田等を介して接続することにより、圧電振動子収納用パッケージの収納部４に収容された圧電振動子５が外部の電気回路と電気的に接続される。
【００３４】
この場合、配線導体６を、第１の枠部２・２’の露出した内周部分12の上面に形成しておくことにより、この配線導体６に電極が導電性接続材７を介して接続された圧電振動子５は、配線導体６の厚み（通常10〜30μｍ程度）および配線導体６と圧電振動子５の電極との間に介在する導電性接続材７の厚み（通常数十μｍ）により、その下面と第１の枠部２・２’の内周部分12の上面との間に一定の空間が確保されることになる。このため、第１の枠部２・２’の内周部分12を収納部４内に露出させたとしても、圧電振動子５が第１の枠部２・２’の露出した内周部分12に接触することは効果的に防止され、圧電振動子５を確実、かつ正常に振動させて作動させることができる。従って、配線導体６は、第１の枠部２・２’の露出した内周部分12の上面に形成する必要がある。
【００３５】
このような配線導体６は、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズから成り、例えばタングステン粉末のペーストを基板１や第１の枠部２・２’となるグリーンシートの表面にスクリーン印刷法で印刷しておくことにより所定パターンに形成される。
【００３６】
なお、配線導体６の露出表面には、配線導体６の酸化腐食を防止するとともに配線導体６と圧電振動子５の電極との接続および外部電気回路基板との接続を強固なものとするために、ニッケル・金等のめっき層、例えば、順次被着された１〜10μｍ程度の厚みのニッケルめっき層と0.1〜３μｍ程度の厚みの金めっき層とから成るめっき層を被着させておくことが好ましい。
【００３７】
このような本発明の圧電振動子収納用パッケージにおいては、図１（ａ）に示すように、配線導体６は、一対が隣接して形成されているとともに、この一対の配線導体６の間の第１の枠部２・２’の露出した内周部分12の上面に凹部Ａが形成されていることが好ましい。
【００３８】
これは、配線導体６に接続される圧電振動子５の電極が、一般に長方形状の圧電振動子５の１辺側に一対に形成されているためであり、このような圧電振動子５の一対の電極を容易かつ確実に配線導体６に接続するためである。
【００３９】
また、この一対の配線導体６の間の第１の枠部２・２’の露出した内周部分12の上面に凹部Ａを形成しておくと、一対の配線導体６に圧電振動子５の一対の電極をそれぞれ導電性接続材７を介して接続する際に、導電性接続材７が必要以上に広がることにより一対の配線導体６の間で電気絶縁性の低下や電気的短絡等の不具合が発生することを効果的に防止することができるためである。
【００４０】
このような凹部Ａは、第１の枠部２・２’の上面から下面にかけて露出した内周部分12を完全に切り欠くようにして形成してもよく、また、圧電振動子５を接続する際に使用しようとする導電性接続材７の量に応じて、この導電性接続材７が凹部Ａを越えない程度の深さで、第１の枠部２・２’の露出した内周部分12の上面にザグリ部を形成するようにして形成してもよい。また、凹部Ａの幅すなわち一対の配線導体６間の凹部Ａにより隔てられた間隔は、圧電振動子５を導電性接続材７により配線導体６に接合する際に、隣り合う配線導体６間を導電性接続材７が越えないように、0.3ｍｍ以上離間させることが望ましい。
【００４１】
また、第２の枠部３の上面には蓋体８が収納部４を塞ぐようにして接合され、これにより収納部４内に収容された圧電振動子５が気密封止される。
【００４２】
蓋体８と第２の枠部３との接合は、例えば、収納部４を取り囲むようにしてタングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズから成る略四角枠状の封止用メタライズ層10を第２の枠部３の上面に形成しておくとともに、この封止用メタライズ層10に鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る金属枠体11をろう付けし、金属枠体11に鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る蓋体８をシームウエルド法で溶接すること等により行なうことができる。
【００４３】
この封止用メタライズ層10は、通常、厚みが10〜30μｍ程度であり、第２の枠部３の外周から内側に0.05〜0.2ｍｍ程度離間して設けられる。この封止用メタライズ層10の厚みが10μｍ未満では金属枠体11をろう付けしたときにろう付け強度が低くなるおそれがあり、他方、30μｍを超えると内部応力により第２の枠部３に対する被着強度が低下するおそれがある。また、第２の枠部３の外周から内側に0.05〜0.2ｍｍ程度離間して設けるのは、金属枠体11を封止用メタライズ層10にろう付けしたときにろう材に良好なメニスカスを形成させてろう付け強度を確保するとともに、ろう材が第２の枠部３の側面にまではみ出すことを防止するためである。この場合、金属枠体11は、その外周が封止用メタライズ層10の外周よりも例えば0.08〜0.2ｍｍ程度内側に位置するような大きさとしておき、金属枠体11の外周面と封止用メタライズ層10の外周部の上面との間でろう材の良好なメニスカスが形成されるようにしておくとよい。
【００４４】
なお、封止用の金属枠体11は、通常、厚みが0.1〜0.5ｍｍ程度、各辺の幅が0.15〜0.45ｍｍ程度である。
【００４５】
そして、収納部４内に圧電振動子５を収容した後、封止用の金属枠体11上に蓋体８を載置するとともに、封止用の金属枠体11と蓋体８とをシームウエルド法等により溶接することによって、基板１と第1の枠部２・２’と第２の枠部３と金属枠体11と蓋体８とから成る容器内に圧電振動子５が気密に封止されて製品としての電子装置となる。
【００４６】
この場合、シーム溶接時の熱による熱応力が第２の枠体３を介して第１の枠体２・２’と基板１との接合面に作用したとしても、上述のように、第１の枠部２・２’と基板１との間の接合面積を広く確保しているため、この熱応力により第２の枠部３と第１の枠部２・２’との接合面、および第１の枠部２・２’と基板１との接合面やその周辺にクラックが発生することを効果的に防止することができる。
【００４７】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良を施すことは何ら差し支えない。例えば、上述した実施の形態の一例では、基板１・第１の枠部２・２’および第２の枠部３は、それぞれ１枚のグリーンシートにより形成した例を示したが、基板１・第１の枠部２・２’および第２の枠部３のいずれかまたは全部を複数枚のグリーンシートを積層することにより形成してもよい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の圧電振動子収納用パッケージによれば、基板の上面に第１の枠部を取着するとともに、この第１の枠部の上面に第１の枠部よりも大きな開口を有する第２の枠部を取着するようにしたことから、第２の枠部の幅を狭くしてパッケージの小型化を図りながら収納部の容積を大きくすることができるとともに、第１の枠部の幅を第２の枠部の幅より大きくして第１の枠部と基板との接合面積を大きくとることができ、パッケージを小型化したとしても、第１の枠部を基板に対して強固に取着させることができる。
【００４９】
このため、パッケージを小型化したとしても、例えば、金属蓋体を第２の枠部の上面にシームウエルド法等により溶接する際に熱応力が作用したような場合でも、この熱応力により第２の枠部と第１の枠部との接合部分、および第１の枠部と基板との接合部分ならびにその周辺等にクラックが発生することを効果的に防止することができる。その結果、この圧電振動子収納用パッケージの基板と第１の枠部と第２の枠部とにより形成される収納部内に圧電振動子を収容するとともに蓋体で封止して得られる電子装置の気密封止を完全とし、内部に収容する圧電振動子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることができる気密信頼性の高い電子装置を得ることが可能となる。
【００５０】
また、本発明の圧電振動子収納用パッケージによれば、配線導体は、一対が隣接して形成されているとともに、この一対の配線導体の間の第１の枠部の露出した内周部分の上面に凹部が形成されているときには、一対の配線導体に圧電振動子の一対の電極をそれぞれ導電性接続材を介して接続する際に、導電性接続材が必要以上に広がることにより一対の配線導体の間で電気絶縁性の低下や電気的短絡等の不具合が発生することを効果的に防止することができる。
【００５１】
また、本発明の圧電振動子収納用パッケージによれば、第１の枠部の内側面の全面を、基板の上面から第１の枠部の上面に向けて外側に広がるように傾斜させたことから、第２の枠部の内側に圧電振動子が収容される空間を確保しながら、また圧電振動子の振動特性に影響を与えずに、第１の枠部と基板１との接合面積を増やすことができるので、第１の枠部と基板との接合部分およびその周辺等におけるクラックの発生を効果的に防止することができ、気密信頼性の高い電子装置を得ることができる。
【００５２】
以上により、本発明によれば、第１および第２の枠部と基板との接合部分にクラックが発生することがなく、内部に収容する圧電振動子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることを可能とした気密信頼性の高い電子装置を得るための圧電振動子収納用パッケージを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の圧電振動子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す上面図であり、（ｂ）はその上面に蓋体を付けた状態の断面図である。
【図２】本発明の圧電振動子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・基板
２、２’・・・・・第１の枠部
３・・・・・第２の枠部
５・・・・・圧電振動子
６・・・・・配線導体
12・・・・・第１の枠部の露出した内周部分
Ａ・・・・・凹部
Ｂ・・・・・第１の枠部の内側面と基板の上面とのなす角度[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric vibrator housing package for housing a piezoelectric vibrator such as a crystal vibrator inside.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a piezoelectric vibrator housing package for housing a piezoelectric vibrator such as a quartz crystal vibrator includes an aluminum oxide sintered body, an aluminum nitride sintered body, a mullite sintered body, and a glass ceramic sintered body. An insulating substrate made of a ceramic material, having a storage portion for storing the piezoelectric vibrator at the center of the upper surface thereof, and having a rectangular frame-shaped sealing metallization layer deposited so as to surround the storage portion; For sealing in the form of a substantially square frame made of a metal such as iron-nickel-cobalt alloy brazed to the metallization layer for sealing of the insulating base through a brazing material such as silver brazing so as to surround the housing portion. It consists of a metal frame.
[0003]
The insulating base of the piezoelectric vibrator housing package is generally composed of a flat substrate, and a first frame portion and a second frame portion that are sequentially attached to the upper surface of the substrate. A housing portion for housing the piezoelectric vibrator is formed by the frame portion and the second frame portion. The first frame portion and the second frame portion have openings of substantially the same size, and the volume of the storage portion formed inside the opening is made as large as possible.
[0004]
Further, a part of the inner peripheral portion of the first frame portion projects so as to be exposed in the storage portion, and the electrode of the piezoelectric vibrator is connected to the exposed upper surface of the inner peripheral portion of the first frame portion. A wiring conductor is formed.
[0005]
The wiring conductor is led out from the exposed upper surface of the first frame portion to the outer surface such as the side surface or the lower surface of the insulating base, and the portion led to the outer surface is connected to an external electric circuit via solder or the like. By connecting, the electrode of the piezoelectric vibrator is electrically connected to an external electric circuit.
[0006]
Then, the piezoelectric vibrator is housed in the housing portion of the insulating base, and the electrodes of the piezoelectric vibrator are electrically connected to the wiring conductor via electrical connection means such as solder bumps, and then the second A lid body such as a metal lid body is formed on the upper surface of the frame portion, for example, a frame-shaped sealing metallization layer is previously formed on the upper surface of the second frame portion, and the frame-shaped sealing metallization layer is formed on the frame-shaped sealing metallization layer. By joining the metal lid by a method such as welding by a seam weld method, the piezoelectric vibrator is hermetically sealed inside the container composed of the insulating base and the lid, thereby forming an electronic device as a product. .
[0007]
Such a piezoelectric vibrator housing package is generally prepared by preparing a plurality of green sheets obtained by forming a raw material powder such as aluminum oxide into a sheet shape, and serving as the first and second frame portions of the green sheets. A punching process is performed to provide openings, and a paste of a metal powder such as tungsten is printed on the surface of the wiring pattern on a predetermined wiring conductor, and then these green sheets become substrates that are not punched. The first frame portion and the second frame portion are laminated in order and fired.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-24080 [0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a package for accommodating a piezoelectric vibrator, the size of the electronic device becomes extremely small, about several millimeters, in accordance with the recent demand for downsizing of electronic devices, and an insulating base is formed accordingly. The widths of the first frame portion and the second frame portion are also becoming narrower.
[0010]
As the width of the first frame portion is reduced in this manner and the bonding area with the substrate is reduced, for example, at the bonding portion between the first frame portion and the substrate and the periphery thereof, for example, the second frame portion. Cracks are generated due to thermal stress generated when the metal lid is welded to the upper surface by the seam weld method or the like, and the problem arises that the airtight reliability of the storage portion for storing the piezoelectric vibrator is significantly reduced. It has become like this.
[0011]
The present invention has been devised in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator housing package for containing a piezoelectric vibrator in an airtight manner. Even if the width of the joint portion between the first and second frame portions and the substrate forming the storage portion for sealing is reduced, the joint portion between the first and second frame portions and the substrate is reduced. Providing a piezoelectric vibrator housing package for obtaining a highly airtight and reliable electronic device that can operate normally and stably for a long time without causing cracks. There is to do.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In the piezoelectric vibrator housing package of the present invention, a first frame portion made of a ceramic material is laminated and attached to the upper surface of a substrate made of a plate-like ceramic material, and the upper surface of the first frame portion is attached with the first frame portion. A second frame portion made of a ceramic material having an opening larger than that of the first frame portion is laminated and attached, and the entire inner surface of the first frame portion extends from the upper surface of the substrate to the first frame. The inner peripheral portion of the first frame portion is exposed over the entire circumference, and the electrodes of the piezoelectric vibrator are connected to the exposed upper surface of the inner peripheral portion. The wiring conductor is formed, and the piezoelectric vibrator is connected to the wiring conductor via a conductive connecting material and accommodated inside the second frame portion.
[0013]
In the piezoelectric vibrator housing package of the present invention, in the above configuration, a pair of the wiring conductors are formed adjacent to each other, and a recess is formed on the upper surface of the inner peripheral portion between the pair of wiring conductors. It is characterized by that.
[0015]
According to the package for accommodating a piezoelectric vibrator of the present invention, the first frame portion made of a ceramic material is laminated and attached to the upper surface of a substrate made of a flat ceramic material, and the upper surface of the first frame portion is attached. Since the second frame portion made of a ceramic material having an opening larger than that of the first frame portion is stacked and attached, the width of the second frame portion is narrowed to reduce the size of the package. The volume of the storage portion can be increased while being planned, and the width of the first frame portion can be made larger than the width of the second frame portion to increase the bonding area between the first frame portion and the substrate. Even if the package is downsized, the first frame portion can be firmly attached to the substrate.
[0016]
For this reason, even if the package is reduced in size, for example, even when a thermal stress is applied when the metal lid is welded to the upper surface of the second frame portion by the seam weld method or the like, It is possible to effectively prevent the occurrence of cracks at the joint portion between the frame portion and the substrate and the periphery thereof. As a result, the air of the electronic device obtained by hermetically housing and sealing the piezoelectric vibrator in the housing portion formed by the substrate of the piezoelectric vibrator housing package, the first frame portion, and the second frame portion. It is possible to obtain an electronic device with high hermetic reliability in which hermetic sealing is complete and the piezoelectric vibrator accommodated in the inside can operate normally and stably over a long period of time.
[0017]
According to the piezoelectric vibrator housing package of the present invention, the entire inner surface of the first frame portion is inclined so as to spread outward from the upper surface of the substrate toward the upper surface of the first frame portion. From the above, while ensuring a space for accommodating the piezoelectric vibrator inside the second frame portion , and without affecting the vibration characteristics of the piezoelectric vibrator, the bonding area between the first frame portion and the substrate 1 is increased. Since it can be increased, it is possible to effectively prevent the occurrence of cracks in the joint portion between the first frame portion and the substrate and the periphery thereof, and to obtain an electronic device with high hermetic reliability.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a piezoelectric vibrator housing package according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0019]
FIG. 1A is a top view showing an example of an embodiment of a package for housing a piezoelectric vibrator of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view showing a state in which a lid is attached to the top surface. In the figure, 1 is a substrate, 2 is a first frame, and 3 is a second frame. The piezoelectric vibrator housing package of the present invention is mainly constituted by these.
[0020]
The substrate 1, the first frame 2, and the second frame 3 are made of a ceramic material such as an aluminum oxide sintered body, an aluminum nitride sintered body, a mullite sintered body, or a glass ceramic sintered body, Usually, each has a substantially rectangular outer shape with a side length of about 2 to 20 mm and a thickness of about 0.5 to 3 mm. A housing portion 4 for housing the piezoelectric vibrator 5 is formed by the substrate 1, the first frame portion 2, and the second frame portion 3.
[0021]
If the substrate 1, the first frame 2, and the second frame 3 are made of, for example, an aluminum oxide sintered body, the raw material powder such as aluminum oxide and glass is formed into a sheet shape together with an organic solvent and a binder. After forming a plurality of green sheets and forming the openings so as to form a frame by punching the green sheets among the green sheets to be the first frame portion 2 and the second frame portion 3 It is formed by stacking up and down in a predetermined order and firing the laminate.
[0022]
In the piezoelectric vibrator housing package of the present invention, the opening of the second frame 3 is made larger than the opening of the first frame 2, and the inner peripheral portion of the first frame 2 is housed over the entire circumference. It is important that the portion 4 is exposed.
[0023]
In this way, the opening of the second frame portion 3 is made larger than the opening of the first frame portion 2, and the inner peripheral portion of the first frame portion 2 extends over the entire circumference and the upper surface thereof is the second frame portion 3. By exposing so that it can be seen from the lower side, the width of the first frame portion 2 attached to the substrate 1 can be made larger than the width of the second frame portion 3, and the piezoelectric vibration can be obtained. Even if the width of the second frame portion 3 is reduced in order to reduce the size of the child storage package and increase the size of the storage portion 4 , the joint surface between the first frame portion 2 and the substrate 1 must be sufficiently large. The first frame portion 2 can be firmly joined to the substrate 1.
[0024]
Thereby, for example, when the lid body 8 such as a metal lid body is joined to the upper surface of the second frame portion 3 by means of welding or the like by a seam weld method or the like, as will be described later, the second frame portion 3 is interposed. Even if a large thermal stress is applied to the joint portion between the second frame portion 3 and the first frame portion 2 and the joint portion between the first frame portion 2 and the substrate 1, the first stress is caused by the thermal stress. It is possible to effectively prevent the occurrence of cracks at the joint portion between the frame portion 2 and the substrate 1 and the periphery thereof.
[0025]
In order to make the opening of the second frame part 3 larger than the opening of the first frame part 2, the punching dimension when forming the opening in the green sheet is adjusted, and the green that becomes the second frame part 3 What is necessary is just to make it the opening of a sheet | seat become larger than the opening of the green sheet used as the 1st frame part 2. FIG.
[0026]
Further, in the piezoelectric vibrator housing package of the present invention, as shown in FIG. 2 with a cross-sectional view similar to FIG. 1 (b), the first frame portion 2 ′ has the entire inner surface of the substrate 1. It inclines so that it may spread outside from the upper surface toward the upper surface of 1st frame part 2 '. In FIG. 2, the same parts as those in FIG.
[0027]
By tilting the entire inner surface of the first frame portion 2 ′ in this way, the first frame portion 2 ′ and the first frame portion 2 ′ can be formed without increasing the area of the exposed upper surface of the first frame portion 2 ′. Since the bonding area with the substrate 1 can be increased, the piezoelectric vibrator 5 accommodated by occupying a large space on the upper surface of the first frame portion 2 ′ and the second frame portion 3 in the storage portion 4. The first frame portion 2 ′ and the substrate can be effectively obtained without inducing the problem that the vibration characteristics of the piezoelectric vibrator 5 deviate from a predetermined numerical value due to excessively close to each other. It is possible to prevent the occurrence of cracks at the joint portion with 1 and the periphery thereof.
[0028]
In addition, it is preferable that 1st frame part 2 'shall incline so that the angle B which the inner side surface and the upper surface of the board | substrate 1 make may be 95 degree | times-120 degree | times. If the angle B is less than 95 degrees, the effect of effectively increasing the bonding area between the first frame portion 2 'and the substrate 1 to improve the bonding strength is low. If the angle B exceeds 120 degrees, the inclined inner surface is increased. May become too close to the piezoelectric vibrator 5 and may hinder the mounting and vibration of the piezoelectric vibrator 5.
[0029]
As described above, in order to incline the inner side surface of the first frame portion 2 ′ so as to spread outward from the upper surface of the substrate 1 toward the upper surface of the first frame portion 2 ′, When the green sheet to be the frame portion 2 ′ is punched into a frame shape, the cutting surface serving as the inner surface of the first frame portion 2 ′ is adjusted by adjusting the angle of the cutting blade of the punching die. A method such as inclining can be used.
[0030]
In the piezoelectric vibrator housing package of the present invention, in order to make the package excellent in hermetic reliability while meeting the recent demand for miniaturization, the exposed inner peripheral portion 12 of the first frame portions 2 and 2 ′ is used. The width is desirably 30 μm or more and 100 μm or less, while the width of the second frame portion 3 is about 0.3 to 1.0 mm.
[0031]
When the width of the exposed inner peripheral portion 12 is less than 30 μm, in a general piezoelectric vibrator housing package having a side length of about 2 to 20 mm, the first frame portions 2 and 2 ′ are bonded to the substrate 1. It is difficult to effectively increase the area, and there is a tendency that the strength of bonding of the first frame portions 2 and 2 ′ to the substrate 1 cannot be sufficiently increased. Further, when the width of the exposed inner peripheral portion 12 of the first frame portions 2 and 2 ′ exceeds 100 μm, the exposed inner peripheral portion 12 of the first frame portions 2 and 2 ′ and the inside of the storage portion 4 The piezoelectric vibrator 5 accommodated in a large space inside the second frame portion 3 becomes too close to affect the vibration characteristics of the piezoelectric vibrator 5, and the vibration characteristics deviate from a predetermined value. There is a risk that.
[0032]
Further, a wiring conductor 6 is formed on the upper surface of the exposed inner peripheral portion 12 of the first frame portions 2 and 2 ′. The wiring conductor 6 is formed on the lower surface of the piezoelectric vibrator 5. The electrodes are connected via a conductive connecting material 7 such as solder or a conductive adhesive.
[0033]
The wiring conductor 6 has, for example, an attachment interface between the first frame portions 2 and 2 ′ and the second frame portion 3 from the upper surface of the exposed inner peripheral portion 12 of the first frame portions 2 and 2 ′. Then, it is led out to the first frame portion 2, the side surface, the lower surface, and the like of the substrate 1, functions as a pad for connecting the electrodes of the piezoelectric vibrator 5 accommodated in the accommodating portion 4, and the piezoelectric vibrator 5 Each of the electrodes functions as a conductive path for electrically connecting to an external electric circuit. The piezoelectric vibrator housed in the housing portion 4 of the piezoelectric vibrator housing package is obtained by connecting a portion 9 of the wiring conductor 6 led out to the lower surface of the substrate 1 to an external electric circuit via solder or the like. 5 is electrically connected to an external electric circuit.
[0034]
In this case, the wiring conductor 6 is formed on the upper surface of the exposed inner peripheral portion 12 of the first frame portions 2 and 2 ′, so that the electrode is connected to the wiring conductor 6 via the conductive connecting material 7. The piezoelectric vibrator 5 thus formed has a thickness of the wiring conductor 6 (usually about 10 to 30 μm) and a thickness of the conductive connecting material 7 interposed between the wiring conductor 6 and the electrode of the piezoelectric vibrator 5 (usually several tens of μm). Thus, a certain space is secured between the lower surface thereof and the upper surface of the inner peripheral portion 12 of the first frame portions 2 and 2 ′. For this reason, even if the inner peripheral portion 12 of the first frame portions 2 and 2 ′ is exposed in the storage portion 4, the piezoelectric vibrator 5 is exposed to the inner peripheral portion 12 of the first frame portions 2 and 2 ′. It is effectively prevented from coming into contact with the piezoelectric vibrator 5, and the piezoelectric vibrator 5 can be operated by reliably and normally vibrating. Therefore, the wiring conductor 6 needs to be formed on the upper surface of the exposed inner peripheral portion 12 of the first frame portions 2 and 2 ′.
[0035]
Such a wiring conductor 6 is made of metal powder metallization such as tungsten, molybdenum, copper, and silver. For example, a paste of tungsten powder is screen-printed on the surface of the green sheet that becomes the substrate 1 and the first frame portions 2 and 2 ′. It is formed in a predetermined pattern by printing by the method.
[0036]
Note that the exposed surface of the wiring conductor 6 prevents oxidative corrosion of the wiring conductor 6 and strengthens the connection between the wiring conductor 6 and the electrode of the piezoelectric vibrator 5 and the connection to the external electric circuit board. It is possible to deposit a plating layer made of nickel, gold, or the like, for example, a nickel plating layer having a thickness of about 1 to 10 μm and a gold plating layer having a thickness of about 0.1 to 3 μm, which are sequentially deposited. preferable.
[0037]
In such a piezoelectric vibrator housing package of the present invention, as shown in FIG. 1A, a pair of wiring conductors 6 are formed adjacent to each other, and between the pair of wiring conductors 6. A recess A is preferably formed on the upper surface of the exposed inner peripheral portion 12 of the first frame portions 2 and 2 '.
[0038]
This is because the electrodes of the piezoelectric vibrator 5 connected to the wiring conductor 6 are generally formed in a pair on one side of the rectangular piezoelectric vibrator 5. This is because the electrodes are easily and reliably connected to the wiring conductor 6.
[0039]
Further, if the concave portion A is formed on the upper surface of the exposed inner peripheral portion 12 of the first frame portions 2, 2 ′ between the pair of wiring conductors 6, the piezoelectric vibrator 5 is connected to the pair of wiring conductors 6. When connecting the pair of electrodes via the conductive connecting member 7, the conductive connecting member 7 spreads more than necessary, thereby causing problems such as a decrease in electrical insulation and a short circuit between the pair of wiring conductors 6. This is because it can be effectively prevented from occurring.
[0040]
Such a recess A may be formed so as to completely cut out the inner peripheral portion 12 exposed from the upper surface to the lower surface of the first frame portions 2 and 2 ′, and to connect the piezoelectric vibrator 5. Depending on the amount of the conductive connecting material 7 to be used, the exposed inner peripheral portion of the first frame portions 2 and 2 'is deep enough that the conductive connecting material 7 does not exceed the recess A. You may form so that a counterbore part may be formed in the upper surface of 12. Further, the width of the concave portion A, that is, the interval between the pair of wiring conductors 6 by the concave portion A is determined between the adjacent wiring conductors 6 when the piezoelectric vibrator 5 is joined to the wiring conductor 6 by the conductive connecting material 7. It is desirable that the conductive connecting material 7 be separated by 0.3 mm or more so as not to exceed.
[0041]
In addition, a lid 8 is joined to the upper surface of the second frame portion 3 so as to block the storage portion 4, whereby the piezoelectric vibrator 5 accommodated in the storage portion 4 is hermetically sealed.
[0042]
The lid 8 and the second frame portion 3 are joined, for example, in a substantially square frame-shaped sealing metallization layer 10 made of metal powder metallization of tungsten, molybdenum, copper, silver or the like so as to surround the storage portion 4. Is formed on the upper surface of the second frame portion 3, and a metal frame 11 made of a metal such as iron-nickel-cobalt alloy is brazed to the metallizing layer 10 for sealing, and the metal frame 11 is coated with iron. -It can be performed by welding the lid 8 made of a metal such as nickel-cobalt alloy by the seam weld method.
[0043]
The metallizing layer 10 for sealing usually has a thickness of about 10 to 30 μm, and is provided on the inner side from the outer periphery of the second frame portion 3 by about 0.05 to 0.2 mm. When the thickness of the metallizing layer 10 for sealing is less than 10 μm, the brazing strength may be lowered when the metal frame 11 is brazed. On the other hand, when the thickness exceeds 30 μm, the thickness of the second metal frame 3 may be reduced due to internal stress. There is a risk that the wearing strength may decrease. In addition, providing a distance of about 0.05 to 0.2 mm inward from the outer periphery of the second frame portion 3 is to form a good meniscus on the brazing material when the metal frame 11 is brazed to the sealing metallized layer 10. This is to secure brazing strength and prevent the brazing material from protruding to the side surface of the second frame portion 3. In this case, the metal frame 11 is set to have a size such that the outer periphery is located, for example, about 0.08 to 0.2 mm inside the outer periphery of the sealing metallization layer 10, and the outer peripheral surface of the metal frame 11 and the sealing A good meniscus of the brazing material is preferably formed between the upper surface of the outer peripheral portion of the metallized layer 10.
[0044]
The metal frame 11 for sealing usually has a thickness of about 0.1 to 0.5 mm and a width of each side of about 0.15 to 0.45 mm.
[0045]
Then, after accommodating the piezoelectric vibrator 5 in the accommodating portion 4, the lid 8 is placed on the metal frame 11 for sealing, and the metal frame 11 for sealing and the lid 8 are seamed. By welding by a weld method or the like, the piezoelectric vibrator 5 is hermetically sealed in a container composed of the substrate 1, the first frame portions 2 and 2 ′, the second frame portion 3, the metal frame body 11, and the lid body 8. It is sealed and becomes an electronic device as a product.
[0046]
In this case, even if the thermal stress due to heat during seam welding acts on the joint surface between the first frame 2. 2 ′ and the substrate 1 via the second frame 3, as described above, the first Since a large bonding area is secured between the frame portions 2 and 2 'and the substrate 1, the thermal stress causes the bonding surface between the second frame portion 3 and the first frame portions 2 and 2', and It is possible to effectively prevent the occurrence of cracks on the joint surface between the first frame portions 2 and 2 'and the substrate 1 and the periphery thereof.
[0047]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the example of the embodiment described above, the substrate 1, the first frame portions 2, 2 ′, and the second frame portion 3 are each formed by one green sheet. Any or all of the first frame portions 2 and 2 'and the second frame portion 3 may be formed by laminating a plurality of green sheets.
[0048]
【The invention's effect】
According to the piezoelectric vibrator housing package of the present invention, the first frame part is attached to the upper surface of the substrate, and the second frame having an opening larger than the first frame part on the upper surface of the first frame part. Since the frame portion is attached, the volume of the storage portion can be increased while reducing the width of the second frame portion to reduce the size of the package, and the width of the first frame portion. Can be made larger than the width of the second frame portion to increase the bonding area between the first frame portion and the substrate, and even if the package is downsized, the first frame portion can be made strong against the substrate. Can be attached.
[0049]
For this reason, even if the package is reduced in size, for example, even when a thermal stress is applied when the metal lid is welded to the upper surface of the second frame portion by the seam weld method or the like, It is possible to effectively prevent the occurrence of cracks in the joint portion between the frame portion and the first frame portion, the joint portion between the first frame portion and the substrate, and the periphery thereof. As a result, an electronic device obtained by housing the piezoelectric vibrator in the housing portion formed by the substrate of the piezoelectric vibrator housing package, the first frame portion, and the second frame portion, and sealing the lid with a lid body. It is possible to obtain an electronic device with high hermetic reliability in which the hermetic sealing is complete and the piezoelectric vibrator accommodated in the inside can operate normally and stably over a long period of time.
[0050]
According to the piezoelectric vibrator housing package of the present invention, a pair of wiring conductors are formed adjacent to each other, and an exposed inner peripheral portion of the first frame portion between the pair of wiring conductors is provided. When the recess is formed on the upper surface, when the pair of electrodes of the piezoelectric vibrator are connected to the pair of wiring conductors via the conductive connection material, the conductive connection material spreads more than necessary, so that the pair of wirings It is possible to effectively prevent the occurrence of problems such as a decrease in electrical insulation and an electrical short between conductors.
[0051]
According to the piezoelectric vibrator housing package of the present invention, the entire inner surface of the first frame portion is inclined so as to spread outward from the upper surface of the substrate toward the upper surface of the first frame portion. From the above, while ensuring a space for accommodating the piezoelectric vibrator inside the second frame portion , and without affecting the vibration characteristics of the piezoelectric vibrator, the bonding area between the first frame portion and the substrate 1 is increased. Since it can be increased, it is possible to effectively prevent the occurrence of cracks in the joint portion between the first frame portion and the substrate and the periphery thereof, and to obtain an electronic device with high hermetic reliability.
[0052]
As described above, according to the present invention, cracks do not occur in the joint portion between the first and second frame portions and the substrate, and the piezoelectric vibrator housed therein is operated normally and stably over a long period of time. It was possible to provide a package for accommodating a piezoelectric vibrator for obtaining a highly airtight and reliable electronic device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a top view showing an example of an embodiment of a piezoelectric vibrator housing package according to the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view showing a state where a lid is attached to the top surface.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the embodiment of the package for housing a piezoelectric vibrator of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate 2, 2 '... 1st frame part 3 ... 2nd frame part 5 ... Piezoelectric vibrator 6 ... Wiring conductor
12... The exposed inner peripheral portion A of the first frame portion... Recessed portion B... The angle formed by the inner surface of the first frame portion and the upper surface of the substrate.

Claims

A first frame portion made of a ceramic material is laminated and attached to the upper surface of a substrate made of a flat plate ceramic material, and has an opening larger than the first frame portion on the upper surface of the first frame portion. A second frame portion made of a ceramic material is laminated and attached so that the entire inner surface of the first frame portion spreads outward from the upper surface of the substrate toward the upper surface of the first frame portion. The wiring conductor is formed to be inclined, the inner peripheral portion of the first frame portion is exposed over the entire circumference, and the electrode of the piezoelectric vibrator is connected to the upper surface of the exposed inner peripheral portion, A package for accommodating a piezoelectric vibrator, wherein the piezoelectric vibrator is accommodated inside the second frame portion by being connected to the wiring conductor via a conductive connecting material .

2. The piezoelectric vibrator housing according to claim 1, wherein a pair of the wiring conductors are formed adjacent to each other, and a recess is formed on an upper surface of the inner peripheral portion between the pair of wiring conductors. package.