JP4439275B2 - 圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置 - Google Patents

Description

本発明は、内部に圧電振動子を収納するための圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置に関するものである。

従来、内部に水晶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等のセラミック材料から成り、その上面中央部に圧電振動子を収納するための四角形状の凹部を有する絶縁基体と、凹部の底面の隅部に形成された、絶縁基体と同様のセラミック材料から成る段差部と、段差部の上面に形成され圧電振動子の端子が接続されるメタライズ層と、絶縁基体の上面の凹部の周囲に凹部を覆うように取着される蓋体とから構成されている。なお、通常、段差部の上面に形成されたメタライズ層から絶縁基体の外側面や下面等の外表面に配線導体が導出されている。

この圧電振動子収納用パッケージの凹部内に圧電振動子を収容するとともに、圧電振動子の端子を段差部の上面のメタライズ層に導電性接着剤等を介して電気的，機械的に接続し、その後、絶縁基体の上面の凹部の周囲に蓋体をろう材やガラス等を介して取着して凹部を塞ぐことにより、凹部内に圧電振動子が気密封止されて圧電装置となる。そして、絶縁基体の外表面に導出された配線導体を外部電気回路に接続することにより圧電振動子が外部電気回路と接続され、圧電振動子から外部電気回路に時間や周波数の基準信号等が出力される。

なお、段差部を形成して、その上面に圧電振動子の電極を接続するためのメタライズ層を形成するのは、圧電振動子と絶縁基体の凹部の底面との間に空間を確保し、圧電振動子の振動を確実にするためである。

近年、この圧電装置は、市場の要求に伴い、圧電振動子用パッケージの薄型化、小型化が進んできており、これに対応するため、圧電振動子を取着するための段差部をより低くする動きがある。

しかしながら、従来のようにセラミック材料から成る段差部の上面にメタライズ層を形成した構造では、段差部を薄くすると寸法精度が悪くなる等のセラミック材料の加工性の問題が生じるため、段差部を薄くすることが難しく、圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置の薄型化が困難であるという問題があった。

また、段差部を形成するセラミック材料は、上面に形成されたメタライズ層を絶縁基体の外表面に導出するための配線導体を段差部内に形成する必要があるため、小型化が困難であり、生産性も良好でないという問題もあった。

このような問題に対し、セラミック材料から成る段差部のかわりに、上下２段から成るメタライズ層を凹部の底面の隅部に形成することで、接続用メタライズ層と段差部とを兼ねることのできる圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置が提案されている。

この圧電振動子収納用パッケージは、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、上側主面に圧電振動子31を収納するための凹部32を有する絶縁基体33と、凹部32の底面の隅部に形成された、上側メタライズ層34と下側メタライズ層35とから成るとともに上側メタライズ層34の上面に平板状の圧電振動子31の下面の端部が取着される段差部36を具備している。

このような圧電振動子収納用パッケージによれば、段差部36が２層のメタライズ層34，35により形成されており、メタライズ層は厚さをセラミック材料に比べて容易に薄くすることができるため、圧電振動子収納用パッケージの薄型化が容易になる。また、段差部36そのものが導電性のメタライズ層から成るため、別途配線導体を段差部36内に形成する必要はなく、圧電振動子収納用パッケージの小型化が容易で、生産性を良好にすることができる。

この絶縁基体33の凹部32内に圧電振動子31を収容するとともに、圧電振動子31の端部に形成されている端子（図示せず）を、上側メタライズ層34に導電性接着剤39等を介して電気的、機械的に接続し、そして絶縁基体33の上面の凹部32の周囲に低融点ガラス等のろう材38を介して金属やセラミックス等から成る蓋体37を取着することによって、絶縁基体33と蓋体37とから成る容器の内部に圧電振動子31が気密に封止された圧電装置となる。

この場合、圧電振動子31の端子と、上側メタライズ層34との位置決めは、画像認識装置で上側メタライズ層34の外周部を認識し、その結果から上側メタライズ層34の高さが高い部分（通常は上側メタライズ層34の中央部）を算出し、この高い部分に圧電振動子31の端子の中央部が位置するように圧電振動子31を移動させることにより行なわれる。

なお、上側メタライズ層34および下側メタライズ層35は、通常、下側メタライズ層35が圧電振動子31の寸法等に応じた大きさで、凹部32の底面の隣接する隅部にそれぞれ四角形状に形成されるとともに、この２つの下側メタライズ層35間で互いに対向する２辺が平行とされており、さらに下側メタライズ層35の上面には、上側メタライズ層34が下側メタライズ層35よりも小さく形成されている。
特開２００３−６０４７５号公報

しかしながら、上記のように上側メタライズ層34と下側メタライズ層35とにより圧電振動子31の端子が接続される段差部36を形成することで圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置を薄型化することができるものの、下側メタライズ層35の上面に上側メタライズ層34が下側メタライズ層35よりも小さく、上側メタライズ層34の外周が全周にわたって下側メタライズ層35の外周よりも内側に位置するように形成されているとともに、上側メタライズ層34と下側メタライズ層35との色調差が小さいため、画像認識装置等による上側メタライズ層34の外周部の認識精度が悪くなるという問題点を有していた。その結果、上側メタライズ層34の最も高い部分を特定することがきわめて困難となり、圧電振動子31を圧電振動子収納用パッケージの内部に実装する際に圧電振動子31の端子を正確に上側メタライズ層34上に位置決めすることが難しくなり、圧電振動子31の接続不良が発生したり、圧電振動子31がずれて実装された際に、段差部36と圧電振動子31の端子とを接続する導電性接着剤39が隣接する段差部36に流れ出して電気的短絡等の実装不良が発生するという問題点を有していた。

本発明は、かかる問題点に鑑み案出されたものであり、圧電振動子収納用パッケージを薄型化、小型化した場合に、圧電振動子の端子を上側メタライズ層に位置精度良く、かつ電気的，機械的に良好に接続することができる圧電振動子収納用パッケージ、およびこの圧電振動子収納用パッケージを用いた接続信頼性の高い圧電装置を提供することにある。

本発明の圧電振動子収納用パッケージは、上側主面に平板状の圧電振動子を収納するための凹部を有する絶縁基体と、前記凹部の底面の隅部に形成された、下側メタライズ層とその上に積層された上側メタライズ層とから成るとともに該上側メタライズ層の上面に前記圧電振動子の下面の端部が取着される突出した電極とを具備しており、前記上側メタライズ層は四角形状であり、前記下側メタライズ層は、四角形状の中央部とその各辺から外側に延出する延出部とから成り、該延出部は、前記各辺において同じ長さのものが間隔をあけて形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電装置は、上記構成の圧電振動子収納用パッケージと、前記凹部内に収容されるとともに前記上側メタライズ層に電気的に接続された圧電振動子と、前記絶縁基体の上面の前記凹部の周囲に前記凹部を覆うように取着された蓋体とを具備していることを特徴とするものである。

本発明の圧電振動子収納用パッケージによれば、絶縁基体の凹部の底面の隅部に形成された、下側メタライズ層とその上に積層された上側メタライズ層とから成るとともに上側メタライズ層の上面に圧電振動子の下面の端部が取着される突出した電極とを具備しており、上側メタライズ層は四角形状であり、下側メタライズ層は、四角形状の中央部とその各辺から外側に延出する延出部とから成ることから、導電性を有する上側メタライズ層および下側メタライズ層により、従来の段差部と同様に圧電振動子と絶縁基体の凹部の底面との間に空間を確保し、圧電振動子の振動を確実にするような高さを有する電極を形成することができるため、別途配線導体を段差部内に形成するような必要はなく、圧電振動子収納用パッケージを薄型化、小型化することができる。

また、下側メタライズ層の隣り合う延出部の間の隅部に上側メタライズ層の角部が位置することになり、この上側メタライズ層の角部と絶縁基体との間の色調差で上側メタライズ層の位置を正確に認識するとともに、下側メタライズ層の延出部と絶縁基体との間の色調差で延出部を正確に認識することができ、これらの上側メタライズ層の角部と下側メタライズ層の延出部とを基準として上側メタライズ層と下側メタライズ層の重なり部分をきわめて正確に認識することができる。その結果、圧電振動子の電極の位置決めを正確かつ容易にすることができる。

また、従来の上側メタライズ層を下側メタライズ層上に下側メタライズ層よりも小さく形成したものに比べ、圧電振動子と電極とを接続するためのろう材等の導電性接着剤を延出部上に濡れ広がらせて良好なろう材のメニスカスを形成することができるので、圧電振動子と電極との接続面積を大きくすることができ、圧電振動子を電極に一層安定して搭載することが可能となるとともに、各々の接続部の機械的強度を強くすることができ、さらに電気抵抗を小さくすることができる。その結果、機械的、電気的な接続信頼性に優れた圧電振動子収納用パッケージを提供することができる。

さらに、圧電振動子の電極が接続される上側メタライズ層の最も高い部位の面積を大きくすることができるため、ディスペンサー等によるろう材等の導電性接着剤の塗布作業が容易になり、生産性のよい圧電振動子収納用パッケージを提供することができる。

また、本発明の圧電振動子収納用パッケージによれば、延出部は、各辺において同じ長さのものが間隔をあけて形成されていることから、下側メタライズ層に上側メタライズ層を形成する際、下側メタライズ層に対する上側メタライズ層の位置ずれが生じたとしても、複数の延出部の間で絶縁基体の表面が露出する長さを、各辺の間で比べることによってその位置ずれの程度を容易かつ正確に検知することができ、圧電振動子の下面の端部を正確に上側メタライズ層の上面に取着することができる。

また、本発明の圧電装置は、上記構成の圧電振動子収納用パッケージと、凹部内に収納されるとともに上側メタライズ層に電気的に接続された圧電振動子と、絶縁基体の上面の凹部の周囲に凹部を覆うように取着された蓋体とを具備していることから、小型化，薄型化が可能で、圧電振動子収納用パッケージと内部に収納する圧電振動子との電気的，機械的な接続信頼性を高いものとすることができるとともに、圧電振動子を長期にわたって正確に振動させることができる。

次に、本発明の圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置を添付の図面を基に説明する。

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平面図であり、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ’線における断面図である。同図において１は圧電振動子、２は圧電振動子１が収納される凹部、３は絶縁基体、４は上側メタライズ層、５は下側メタライズ層、６は上側メタライズ層４と下側メタライズ層５とで形成される電極、７は蓋体である。

そして、主として絶縁基体３、上側メタライズ層４、下側メタライズ層５で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。また、圧電振動子収納用パッケージの凹部２に圧電振動子１を収容し、凹部２を蓋体７で封止して圧電装置が主に構成されている。

絶縁基体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等のセラミック材料から成るセラミック層を積層して成り、例えば一辺の長さが２〜20ｍｍ程度で厚みが0.5〜２ｍｍ程度の四角形状である。そして、その上面中央部に圧電振動子１を収納するための四角形状の凹部２が設けられている。

このような絶縁基体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枚準備し、このグリーンシートの一部のものについて打ち抜き加工を施して凹部２を形成するための開口や、貫通導体，キャスタレーション導体を形成するための貫通穴を設けるとともに、グリーンシートの表面および絶縁基体３の外側面のキャスタレーション導体となる貫通孔の内面にタングステン等の金属粉末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順次に積層、焼成することによって作製される。

絶縁基体３の凹部２の底面の隅部には、圧電振動子１の下面の端部が載置、取着される電極６が形成されている。電極６は、圧電振動子１の下面の端部に形成されている端子（電気信号取出し用の端子電極等）を電気的に接続するとともに、この圧電振動子１を、後述する配線導体10等を介して絶縁基体３の外表面に導出させる機能をなす。例えば、配線導体10の導出部分を外部の電気回路に接続することにより、圧電振動子１の端子が電極６および配線導体10を介して外部の電気回路と電気的に接続される。

本発明の圧電振動子収納用パッケージにおいて、図２に示すように、電極６は、下側メタライズ層５とその上に積層された上側メタライズ層４とから成るとともに、上側メタライズ層４は四角形状、下側メタライズ層５は、四角形状の中央部とその各辺から外側に延出する延出部５’とから成る。

本発明の圧電振動子収納用パッケージによれば、圧電振動子１が搭載される電極６が、下側メタライズ層５とその上に積層された上側メタライズ層４とから成るとともに上側メタライズ層４は四角形状であり、下側メタライズ層５は、四角形状の中央部とその各辺から外側に延出する延出部５’とから成ることから、下側メタライズ層５の隣り合う延出部５’の間の隅部に上側メタライズ層４の角部が位置することになり、この上側メタライズ層４の角部と絶縁基体３との間の色調差で上側メタライズ層４の位置を正確に認識するとともに、下側メタライズ層５の延出部５’と絶縁基体３との間の色調差で延出部５’を正確に認識することができ、これらの上側メタライズ層４の角部と下側メタライズ層５の延出部５’とを基準として上側メタライズ層４と下側メタライズ層５の重なり部分をきわめて正確に認識することができる。その結果、圧電振動子１の電極の位置決めを正確かつ容易にすることができる。

また、圧電振動子１を取着するための電極６そのものが導電性のメタライズ層から成り、上下２段で形成され、圧電振動子１と凹部２の底面との間に十分な空間を確保することができるので、別途段差部等を設ける必要はなく、また、配線導体等を段差部内に形成する必要もないために圧電振動子収納用パッケージを小型化，薄型化することができる。

また、上側メタライズ層４、および下側メタライズ層５は、それぞれ、凹部２の内側から絶縁基体３の外表面にかけて導出された配線導体10と電気的に接続されている。

これらの上側メタライズ層４、下側メタライズ層５、および配線導体10は、タングステンやモリブデン，銅，銀等の金属材料から成り、例えば、タングステンから成る場合であれば、タングステンの金属ペーストを絶縁基体３や上側メタライズ層４、下側メタライズ層５を形成するグリーンシートに印刷しておくことにより形成される。さらに、このようなメタライズ層の電極６を形成するためには、絶縁基体３を形成するグリーンシートに、まず下側メタライズ層５となる金属ペーストを印刷して十分に乾燥させた後、上側メタライズ層４を印刷することにより形成することができる。

そして、上側メタライズ層４に圧電振動子１の端子（図示せず）が、導電性接着剤９を介して電気的，機械的に接続される。例えば、圧電振動子１の端子を上側メタライズ層４の上に位置決めして載せ、この部分にディスペンサー（図示せず）から導電性接着剤９を供給することにより圧電振動子１の端子と上側メタライズ層４とが電気的、機械的に接続される。

本発明の圧電振動子収納用パッケージは、上側メタライズ層４が、平面視で下側メタライズ層５の一部を覆うとともに上側メタライズ層４は四角形状であり、下側メタライズ層５は、四角形状の中央部とその各辺から外側に延出する延出部５’とから成ることから、圧電振動子１と電極６とを接続するためのろう材等の導電性接着剤９を延出部５’上に濡れ広がらせて良好なろう材のメニスカスを形成することができるので、圧電振動子１と電極６との接続面積を大きくすることができ、圧電振動子１を電極６に一層安定して搭載することが可能となるとともに、各々の接続部の機械的強度を強くすることができ、さらに電気抵抗を小さくすることができる。その結果、機械的、電気的な接続信頼性に優れた圧電振動子収納用パッケージを提供することができる。

また、圧電振動子１の電極が接続される上側メタライズ層４の最も高い部分の面積を大きくすることができるため、ディスペンサー等によるろう材等の導電性接着剤９の塗布作業がきわめて容易になる。

また、図３（ａ）、図３（ｂ）および図４で示すように、延出部25’は各辺において同じ長さのものが間隔をあけて形成されている。これにより、下側メタライズ層25に上側メタライズ層24を形成する際、下側メタライズ層25に対する上側メタライズ層24の位置ずれが生じたとしても、複数の延出部25’の間で絶縁基体23の表面が露出する長さを、各辺の間で比べることによってその位置ずれの程度を容易かつ正確に検知することができ、圧電振動子21の下面の端部を正確に上側メタライズ層24の上面に取着することができる。

また、延出部５’は、その幅を、対応する上側メタライズ層４の辺の長さ以下にしておくことが好ましい。延出部５’の幅が上側メタライズ層４の辺の長さよりも長いと、下側メタライズ層５の内側に上側メタライズ層４の外周部（特に角部）が位置することになり易く、上側メタライズ層４の外周部を認識することが難しくなるおそれがある。

また、延出部５’は、外周の角部を円弧状に面取りした形状とし、角部で剥がれ等が生じることをより効果的に防止するようにしてもよい。

また、延出部５’は、外側になるほど厚さが薄くなるようにして形成することが好ましい。外周ほど薄くなるようにしておくと、導電性接着剤９の硬化、接着にともなう応力が外周端部に集中して延出部５’が剥がれるようなことをより効果的に防止し、圧電振動子１の電気的、機械的な接続の信頼性をより一層優れたものとすることができる。この場合、延出部５’は、例えば、中央部に接する部分の厚さが25μｍ〜40μｍであるときに、外周端部における厚さが８μｍ〜15μｍ程度となるようにしておくことがより好ましい
そして、このような圧電振動子収納用パッケージの凹部２の内部に圧電振動子１を収容するとともに、圧電振動子１の電極と上側メタライズ層４とを導電性接着剤９を介して電気的に接続し、次に、絶縁基体３の上面の凹部２の周囲８に凹部２を覆うように、蓋体７を銀ろうや低融点ガラス等のろう材等を介して取着することにより、絶縁基体３の凹部２と蓋体７とで形成される容器の内部に圧電振動子１が気密封止され、圧電装置として形成される。

本発明の圧電装置によれば、上記構成の圧電振動子収納用パッケージの凹部２に圧電振動子１を収容するとともに蓋体７で気密封止して形成されていることから、薄型化が容易であるとともに、圧電振動子１の端部が電極６に正確に接続された信頼性に優れたものとすることができる。

この圧電装置は、配線導体10の絶縁基体３の外表面に導出された部位を外部電気回路に接続することにより、気密封止された圧電振動子１の電極が配線導体10を介して外部電気回路と電気的に接続される。

このような圧電装置において、配線導体10の露出表面には、酸化腐食を防止するとともに配線導体10と圧電振動子１の各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、通常であれば、１〜20μｍ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を順次被着させておくことが好ましい。これらのめっき層は、従来周知の電解法や無電解法等のめっき法により形成することができる。

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を加えても何ら差し支えない。例えば、この例では電極６は２層のメタライズ層を積層することにより形成されているが、電極６は３層や４層のメタライズ層を積層することにより形成されていてもよいのは言うまでもない。

（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平面図、（ｂ）は（ａ）の圧電振動子収納用パッケージのＡ−Ａ’線における断面図である。 図１の圧電振動子収納用パッケージの要部拡大平面図である。 （ａ）は本発明の圧電振動子収納用パッケージの他の実施の形態の一例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の圧電振動子収納用パッケージのＢ−Ｂ’線における断面図である。 図３の圧電振動子収納用パッケージの要部拡大平面図である。 （ａ）は従来の圧電振動子収納用パッケージの平面図、（ｂ）は（ａ）の圧電振動子収納用パッケージのＣ−Ｃ’線における断面図である。

符号の説明

１・・・・・圧電振動子
２・・・・・凹部
３・・・・・絶縁基体
４・・・・・上側メタライズ層
５・・・・・下側メタライズ層
５’・・・・延出部
６・・・・・電極
７・・・・・蓋体
９・・・・・導電性接着剤
10・・・・・配線導体

Claims (2)

1. 上側主面に平板状の圧電振動子を収納するための凹部を有する絶縁基体と、前記凹部の底面の隅部に形成された、下側メタライズ層とその上に積層された上側メタライズ層とから成るとともに該上側メタライズ層の上面に前記圧電振動子の下面の端部が取着される突出した電極とを具備しており、前記上側メタライズ層は四角形状であり、前記下側メタライズ層は、四角形状の中央部とその各辺から外側に延出する延出部とから成り、該延出部は、前記各辺において同じ長さのものが間隔をあけて形成されていることを特徴とする圧電振動子収納用パッケージ。
2. 請求項１に記載の圧電振動子収納用パッケージと、前記凹部内に収納されるとともに前記上側メタライズ層に電気的に接続された圧電振動子と、前記絶縁基体の上面の前記凹部の周囲に前記凹部を覆うように取着された蓋体とを具備していることを特徴とする圧電装置。

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