JP4549253B2

JP4549253B2 - 圧電デバイス

Info

Publication number: JP4549253B2
Application number: JP2005221908A
Authority: JP
Inventors: 利夫中澤
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: JP2007043235A

Description

本発明は、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に用いられる水晶振動子等の圧電デバイスに関するものである。

従来より、圧電振動素子の励振電極を外気から保護するために、気密封止されている。かかる従来の圧電デバイスとしては、蓋体は従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に成形することによって製作され、蓋体の下面には封止材が形成されている。また、圧電振動素子は、導電性接着剤を用いて容器体の凹部に実装・固定した後、上述の蓋体を容器体の開口部主面に接合することによって容器体が組み立てられる。
上記以外の容器体と蓋体との接合方法としては、多種多様の接合方法が検討されており、シーム溶接、半田接合、低融点ガラス接合、電子ビーム溶接、熱溶融接合等各種の接合方法がある。

特開２００３−７８０５４号公報

尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかしながら、上述した従来の圧電デバイスを小型化する際は、容器体の封止面積も縮小されるので、封止材が該容器体の凹部に収容されている前記圧電振動素子に被着することにより、前記圧電デバイスの発振特性が変動してしまうと言う欠点があった。

これにより圧電デバイスの信頼性を維持することができないという欠点があった。本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、小型化しても気密封止の信頼性を維持できるとともに生産性に優れた圧電デバイスを提供することにある。

本発明の圧電デバイスは、容器体と当該容器体の開口部主面周囲に周状に形成された導体層と、前記導体層の少なくとも一部に対応して形成された封止材が形成された蓋体とからなり、前記導体層と前記封止材を熱溶融によって気密接合を行う圧電デバイスであって、前記導体層が容器体の開口部主面の外周縁に沿って導体層が形成され、前記導体層の未形成部分が、容器体の開口部主面の内周縁部から外周縁部までの間隔で、内周縁部から外周縁部の方向に２０％〜５０％を占めることを特徴とするものである。

本発明の圧電デバイスによれば、容器体と当該容器体の開口部主面に周状に形成された導体層と、前記導体層の少なくとも一部に対応して形成された封止材が形成された蓋体とからなり、前記導体層と前記封止材を熱溶融によって気密接合を行う圧電デバイスであって、前記導体層が容器体の開口部主面の外周縁に沿って導体層が形成されていることによって、溶融した封止材が前記容器体の凹部に配置されている該圧電振動素子に付着しないので安定した発振特性を得ることが可能となる。

また、本発明の圧電デバイスによれば、前記導体層の未形成部分が、容器体の開口部主面の内周縁部から外周縁部までの間隔で、内周縁部から外周縁部の方向に２０％〜５０％を占めることにより、内周側には導体層が形成されない領域が２０％以上確保することで、導体層に沿って封止材が容器体の凹部に飛散し、圧電振動素子に被着することを防止することが可能となる。
また、導体層の未形成部分が５０％以下であることによって、封止に必要な接合幅を確保することができるので、封止性を維持することが可能となる。

更に本発明の圧電デバイスによれば、前記封止材は、金錫等のロウ材から成り、前記封止材の厚さが１０〜４０μｍであることにより、封止材は、導体層の凹凸を緩和し、気密性の低下を防ぐことが可能となる。また、封止材が薄すぎると当該機能を充分に発揮しない。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図、図２は図１の水晶振動子の断面図であり、これらの図に示す水晶振動子は、内部に水晶振動素子５が収容された矩形状の容器体１を、蓋体２によって気密封止された構造である。

前記容器体１は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成る容器体１と、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成る蓋体２とから成り、前記容器体１の開口面に形成されている導体層３は、タングステン（Ｗ）または、モリブデン（Ｍｏ）等から成るメタライズ層を形成し、前記メタライズ層の上面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成されていおり、前記ニッケル（Ｎｉ）層の上面には、金（Ａｕ）層を形成することによって構成されている。

前記導体層３が容器体１の開口部主面の外周縁に沿って導体層３が形成することによって、溶融した封止材４が前記容器体１の凹部８に配置されている該水晶振動素子５に付着しないので安定した発振特性を得ることが可能となる。
また前記導体層３の未形成部分が、２０％未満の場合には、前記容器体の凹部に飛散し、５０％より大きい場合には、接合面積を確保することができないので、封止性を維持することができなかった。なお、２０％以上とした理由には、容器体の開口部主面の端面部が多少なりとも面ダレを起こしていたとしても、容器体の開口部主面の内周縁部から外周縁部までの間隔で、内周縁部から外周縁部の方向に２０％以上であれば、導体層に沿って封止材が容器体の凹部に飛散し、圧電振動素子に被着することを防止することができる。（容器体の開口部主面周辺を拡大した図３を参照）

そこで本発明では、A部に示すよう前記導体層３の未形成部分が、容器体主面の内周縁部から外周縁部までの間隔で、内周縁部から外周縁部の方向に２０％〜５０％を占めることにより、内周側には導体層３が形成されない領域が形成されるので導体層３に沿って封止材４が容器体１の凹部８に飛散することを防止すると共に、前記水晶振動素子５に封止材４が被着することを防止することが可能となる。

前記容器体１は、その内部、具体的には、基板の上面と側壁の内面とで囲まれる凹部８に水晶振動素子５を収容して気密封止するためのものであり、前記容器体１の上面には水晶振動素子５の励振電極に接続される一対の搭載パッド９が、容器体１の下面には、入力端子及び出力端子、グランド端子等の外部端子７が形成されている。
これらの端子等は基板表面の配線導体や基板内部に埋設されているビアホール導体等を介して、対応するもの同士、相互に電気的に接続されている。

尚、前記容器体１は、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る場合、例えば、セラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に配線導体となる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。

前記容器体１の開口面には、導体層３が形成されており、その構成は、タングステン（Ｗ）または、モリブデン（Ｍｏ）等から成るメタライズ層を形成し、その厚みは、１０μｍ〜２０μｍであり、前記メタライズ層の上面にニッケル（Ｎｉ）層を形成し、その厚みは、８μｍ〜２０μｍである。また、前記ニッケル（Ｎｉ）層の上面には、金（Ａｕ）層が形成されており、その厚みは、０．３μｍ〜１．０μｍである。

また、蓋体２は従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に成形することによって製作され、前記蓋体２の上面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にニッケル（Ｎｉ）層の上面の導体層３に対応する箇所に封止材４である金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層が形成される。金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層の厚みは、１０μｍ〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が８０％、錫が２０％のものが使用されている。
また、このような封止材４は、導体層３の凹凸を緩和し、気密性の低下を防ぐことが可能となる。なお、封止材が薄すぎると当該機能を充分に発揮しない。

水晶振動素子５は、導電性接着剤６を用いて容器体１の内部に実装・固定した後、上述の蓋体２を従来周知の熱圧着法によって、容器体１の導体層３の上面に接合することによって容器体１が組み立てられる。
このように、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等のロウ材である封止材４を導体層３の凹凸を緩和し、気密性の低下を防ぐことができる共に、気密性の精度を向上させることが可能となる。

一方、前記容器体１の内部に収容される水晶振動素子５は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の励振電極を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こす。
前記水晶振動素子５は、一対の励振電極を導電性接着剤６を介して基板上面の対応する搭載パッド９に電気的に接続させることによって基板の上面に搭載され、これによって水晶振動素子５と容器体１との電気的接続及び機械的接続が同時になされる。

ここで容器体１の蓋体２を、容器体１の配線導体を介して容器体下面に配されるグランド端子用の外部端子７に接続させておけば、その使用時、蓋体２がアースされることによりシールド機能が付与されることとなるため、水晶振動素子５を外部からの不要な電気的作用より良好に保護することができる。従って、容器体１の蓋体２は容器体１の配線導体を介してグランド端子用の外部端子７に接続させておくことが好ましい。

また、上記容器体内に、ＩＣ素子を搭載することによって発振器にすることができる。前記ＩＣ素子としては、例えば、容器体の電極パッドと１対１に対応する複数個の接続パッドを有した矩形状のフリップチップ型ＩＣ等が用いられ、そのＩＣ素子内では、水晶振動素子５に基いて、発振出力を生成する発振回路等が設けられ、該発振回路で生成された発振出力は、外部に出力された後、例えば、クロック信号等の基準信号として利用されることとなる。

尚、本発明は上述の実施形態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において種々の変更、改良等が可能である。
例えば、上述した実施形態においては、個片の容器体を使用していたが、多数個取り基板を使用しても問題はなく、さらに生産性を向上する利点がある。

例えば、上述の実施形態においては圧電振動素子として水晶振動素子を用いるようにしたが、これに代えて、圧電振動素子としてＳＡＷフィルタ等の他の圧電振動素子を用いる場合であっても本発明は適用可能である。

本発明の一実施形態に係る圧電デバイス（水晶振動子）の分解斜視図である。本発明の一実施形態に係る圧電デバイス（水晶振動子）の断面図である。容器体の開口部主面の幅方向部分の面ダレを誇張して描画した拡大図である。

符号の説明

１・・・容器体
２・・・蓋体
３・・・導体層
４・・・封止材
５・・・水晶振動素子
６・・・導電性接着剤
７・・・外部端子
８・・・凹部
９・・・搭載パッド

Claims

容器体と当該容器体の開口部主面に周状に形成された導体層と、前記導体層の少なくとも一部に対応して形成された封止材が形成された蓋体とからなり、前記導体層と前記封止材を熱溶融によって気密接合を行う圧電デバイスであって、
前記導体層が容器体の開口部主面の外周縁に沿って導体層が形成され、
前記導体層の未形成部分が、容器体の開口部主面の内周縁部から外周縁部までの間隔で、内周縁部から外周縁部の方向に２０％〜５０％を占めることを特徴とする圧電デバイス。