JP5790878B2 - 水晶振動子 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動子の製造方法及び水晶振動子に関する。

従来、水晶振動素子を有する水晶振動子が知られている。水晶振動子は、外乱により周波数変動しやすい装置である。従って、水晶振動子において、水晶振動素子は、封止空間内に配されている。

特開２００４−２０２６０４号公報

特許文献１には、主面上にデバイスが配された基板と、基板側に向かって開口する凹部を有し、基板の上にデバイスを覆うように配されたキャップとを備えるパッケージ構造が記載されている。特許文献１には、金属ペーストの印刷やメッキ等の手段により、キャップの端面にＡｕＳｎ合金からなるロウ材を配置する。このロウ材によりキャップと基板とが接合されている。

特許文献１に記載のパッケージ構造及びその製造方法を、水晶振動子にも適用することが考えられる。しかしながら、特許文献１に記載のパッケージ構造及びその製造方法では、非常に狭いキャップの端面上に、金属ペーストの印刷やメッキ等により接合材を精度よく形成しなければならない。従って、接合材を高精度に形成することが困難であった。

本発明は、周波数精度の高い水晶振動子を容易に製造し得る方法を提供することを主な目的とする。

本発明に係る水晶振動子の製造方法は、
一主面上に水晶振動素子が搭載されたセラミック平板の一主面上に金属製の接合材を配する接合材配置工程と、
凹部を有するキャップを、凹部がセラミック平板に向かって開口するようにセラミック平板の一主面上に配し、接合材を溶融させた後に固化させることによりキャップとセラミック平板とを接合する接合工程とを備える。

本発明に係る水晶振動子の製造方法のある特定の局面では、キャップは、キャップ本体と、キャップ本体の少なくともセラミック平板と接合される接合部の端面及び側面の上に設けられた金属層とを有する。金属層の溶融された接合材に対する濡れ性は、キャップ本体の溶融された接合材に対する濡れ性よりも高い。

本発明に係る水晶振動子の製造方法の別の特定の局面では、接合材がＡｕＳｎ合金を含む。金属層が、Ａｕを含む。

本発明に係る水晶振動子の製造方法の他の特定の局面では、接合材配置工程において、キャップのセラミック平板と接合される接合部の端面よりも大面積な接合材を配する。

本発明に係る水晶振動子の製造方法のさらに他の特定の局面では、キャップのセラミック平板と接合される接合部の側面の上に接合材が至るように上記接合工程を行う。

本発明に係る水晶振動子の製造方法のさらに別の特定の局面では、接合材配置工程において、金属ペーストの塗布またはめっきにより接合材をセラミック平板の一主面上に設ける。

本発明に係る水晶振動子は、セラミック平板と、第１，第２の導体と、キャップと、水晶振動子とを備える。第１，第２の導体は、セラミック平板の一主面の上に形成されている。キャップは、前記第１の導体上に搭載され、セラミック平板側に向かって開口する凹部を有する。水晶振動子は、前記キャップの前記凹部に収納されるようにして、前記第２の導体上に搭載されている。前記キャップは、前記凹部の側壁となる接合部を有し、前記第１の導体は、前記接合部に対応する輪郭を有し、前記接合部の端面及び両側面において、前記第１の導体とは金属からなる接合材を介して接合され、前記セラミック平板、前記第１の導体、前記接合材、および前記キャップにより封止空間が形成され、前記封止空間内に前記水晶振動素子が配されている。

本発明に係る水晶振動子の別の特定の局面では、前記接合材は、前記第１の導体を被覆するようにして、前記第１の導体と接合している。

本発明に係る水晶振動子のさらに他の特定の局面では、前記接合材は、フィレット形状を有する。

本発明に係る水晶振動子のさらに別の特定の局面では、前記キャップの高さ方向における、前記接合材と前記キャップの前記接合部の側面とが接合している部分の長さは、前記キャップの前記接合部の端面の幅よりも長い。

本発明に係る水晶振動子の他の特定の局面では、前記第１の導体は、枠状に形成されている。

本発明に係る水晶振動子の別の特定の局面では、前記第１の導体は、その断面が半長円形状に形成されている。

本発明に係る水晶振動子のさらに他の特定の局面では、前記第１の導体は、下地層と、前記下地層上に形成されためっき層と、からなり、前記下地層が外部に露出しないように、前記下地層が前記めっき層により被覆されている。

本発明に係る水晶振動子のさらに別の特定の局面では、前記第１の導体の幅が、前記キャップの前記接合部の端面の幅よりも大きい。

本発明に係る水晶振動子の別の特定の局面では、前記キャップの前記接合部の先端が丸みを帯びている。

本発明に係る水晶振動子のさらに他の特定の局面では、前記第１の導体は外表面にＡｕを含み、前記キャップは外表面にＡｕを含み、前記接合材はＡｕを含む。

本発明に係る水晶振動子のさらに別の特定の局面では、前記第１の導体は最外層にＡｕめっき層を有し、前記キャップは最外層にＡｕめっき層を有し、前記接合材はＡｕＳｎ合金である。

本発明によれば、セラミック平板の一方主面上に、周波数精度の高い水晶振動子を容易に製造し得る方法を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態における水晶振動子の製造工程を説明するための略図的断面図である。 図２は、図１のＩＩ部分の略図的断面図である。 図３は、本発明の一実施形態において製造された水晶振動子の略図的断面図である。 図４は、図３のＩＶ部分の略図的断面図である。 図５は、本発明の他の実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図である。 図６は、図５に示した実施形態の水晶振動子の正面断面図である。 図７は、図５及び図６に示した水晶振動子におけるキャップとセラッミク平板との接合部分を示す部分切欠断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

本実施形態では、図３及び図４に示す水晶振動子１の製造方法及び構成について説明する。

（接合材配置工程）
まず、図１に示されるように、主面１０ａ上に水晶振動素子２０が搭載されたセラミック平板１０を用意する。セラミック平板１０は、例えばアルミナなどにより構成することができる。

次に、セラミック平板１０の主面１０ａの上に、金属製の接合材１５を配する。具体的には、主面１０ａの上には、例えばＮｉめっき膜などにより構成された導体１２が配されている。導体１２の上に、Ｐｄめっき膜１３及びＡｕめっき膜１４をこの順番で形成する。そして、Ａｕめっき膜１４の上に、接合材１５を形成する。接合材１５は、例えば、ＡｕＳｎ合金などにより構成することができる。接合材１５は、例えば、金属ペーストの塗布やめっきにより形成することができる。

（接合工程）
次に、凹部１１ｃを有するドーム型のキャップ１１を用意する。このキャップ１１は、セラミック平板１０と共に、水晶振動素子２０が配される封止空間を区画形成するための部材である。キャップ１１は、例えば、Ｎｉ合金などの適宜の金属により構成することができる。具体的には、本実施形態では、図２に示されるように、キャップ１１は、キャップ本体１１ａと、金属層１１ｂとを有する。キャップ本体１１ａは、例えば、Ｎｉ合金などの適宜の金属により構成することができる。金属層１１ｂは、キャップ本体１１ａの、少なくとも、セラミック平板１０と接合される接合部１１ａ１の端面及び側面の上に配されている。具体的には、本実施形態では、金属層１１ｂは、キャップ本体１１ａの表面全体の上に配されている。例えば、接合材１５がＡｕＳｎ合金からなる場合は、金属層１１ｂは、例えば、ＡｕまたはＡｕを含む合金により構成されていることが好ましい。

次に、キャップ１１を、セラミック平板１０の主面１０ａの上に、凹部１１ｃがセラミック平板１０に向かって開口するように配する。この際に、キャップ１１の接合部１１ａ１が接合材１５の上に位置するようにキャップ１１を配する。

次に、キャップ１１を接合材１５に押しつけながら、接合材１５を溶融させた後に固化させることにより、キャップ１１とセラミック平板１０とを接合材１５により接合することにより、水晶振動子１を完成させることができる。この工程は、圧力が１０^−３Ｐａ〜１０^−４Ｐａ程度の減圧雰囲気下において、２８０℃〜３５０℃程度の温度で、１分〜６０分程度行われることが好ましい。この工程は、接合材１５がキャップ１１の接合部１１ａ１の側面にも接合されるように行われることが好ましい。

ところで、例えば接合材をキャップの端面上に設け、キャップとセラミック平板とを接合することも考えられる。しかしながら、キャップの端面は非常に狭いため、接合材を金属ペーストの印刷やめっき等で形成することが困難である。キャップの端面上に接合材を設ける場合は、キャップの端面の形状に応じた形状に打ち抜かれた金属箔をキャップの端面の上に配する方法が好適に用いられる。しかしながら、打ち抜きにより接合材を作製する場合は、接合材に生じたバリなどに起因して、接合材から粉塵が生じやすい。水晶振動素子の周波数特性は、粉塵等により大きく変化するため、水晶振動子の周波数特性の製造ばらつきが大きくなってしまう。

それに対して、本実施形態のように、セラミック平板１０の上に接合材１５を配する場合は、接合材１５を金属ペーストの塗布やめっきにより好適に形成することができる。よって、接合材１５からの粉塵の発生を抑制することができる。従って、水晶振動子１の周波数特性のばらつきを低減することができる。

また、打ち抜きによって接合材を作製する場合は、接合材が大きくなり、接合材に含まれる水分等のアウトガスの原因となる成分の含有量が多くなる。水晶振動子の特性は、微量のガスが付着した場合でも変化してしまうため、打ち抜きにより作製され、アウトガスの原因となる成分の含有量が多い接合材を用いた場合は、水晶振動子の特性のばらつきが大きくなりやすい。

それに対して、金属ペーストの塗布やメッキなどにより接合材１５を形成した場合は、接合材１５の体積を小さくしやすい。よって、接合材１５に含まれるアウトガスの原因となる成分の含有量を減らすことができる。従って、水晶振動子の特性のばらつきを小さくし得る。

また、セラミック平板１０の上に接合材１５を配し、キャップ１１をセラミック平板１０側に押圧しながらセラミック平板１０とキャップ１１とを接合した場合は、図３及び図４に示されるように、キャップ１１の接合部１１ａ１の端面のみならず、側面も接合材１５と接合される。従って、キャップ１１をセラミック平板１０に対して強固に接合することができる。よって、キャップ１１とセラミック平板１０とにより区画形成されており、水晶振動素子２０が配された封止空間３０の気密性を向上することができる。従って、周波数特性の変動が生じ難い水晶振動子１を得ることができる。

接合部１１ａ１の側面に接合材１５がより強固に接合されるようにする観点からは、金属層１１ｂの溶融された接合材１５に対する濡れ性が、キャップ本体１１ａの溶融された接合材１５に対する濡れ性よりも高くなるように、金属層１１ｂの構成材料を選択することが好ましい。具体的には、接合材１５がＡｕＳｎ合金を含む場合は、金属層１１ｂを、ＡｕＳｎ合金に対する濡れ性が高いＡｕまたはＡｕ合金により構成することが好ましい。図１及び図２に示されるように、接合材配置工程において、接合部１１ａ１の端面よりも大面積な接合材１５を配することが好ましい。平面視において、接合部１１ａ１の外側及び内側の両方に接合材１５が位置するように接合材１５を設けることが好ましい。

図５〜図７は、本発明の他の実施形態に係る水晶振動子の構成をより具体的に説明するための図であり、図５は水晶振動子１の概略分解斜視図であり、図６は水晶振動子１の概略断面図であり、図７は水晶振動子におけるセラミック平板１０とキャップ１１との接合部分を示す部分切欠断面図である。

図５に示すように、水晶振動素子２０においては、水晶片２１の表面および裏面に電極２２が形成され（裏面の電極は図示せず）ている。これらの電極が水晶片の厚み方向において対向している。水晶振動素子２０に形成された電極は、導電性接着剤２３，２３を介してセラミック平板１０の一方主面の上に形成された導体１２ａ，１２ａに電気的に接続されている。導体１２ａは、セラミック平板１０内部に形成されたビア導体（図示せず）を介して、セラミック平板１０の他方主面の上に形成された外部電極に電気的に接続されている。

導体１２は、セラミック平板１０の一主面の上において、キャップ１１の接合部１１ａ１に対応する輪郭を有している。具体的には、導体１２は枠状に形成されている。

図６及び図７に示すように、導体１２は、半長円形状の断面を有する。ここでは、導体１２は、下から、Ｍｏを含む下地層４１、Ｎｉめっき層４２、Ｐｄめっき層４３、Ａｕめっき層４４の順に形成されている。下地層は、上層のめっき層により被覆され、外部に露出していない。なお、導体１２ａおよび外部電極についても、導体１２と同じ層構造とすることができる。

図７に示すように、キャップ１１の接合部１１ａ１は、先端が丸みを帯びた形状を有する。この形状は、後述する接合材１５の濡れ上がりをスムーズにさせる効果を有する。また、キャップ１１は表面に金属層１１ｂを有し、金属層１１ｂはＡｕまたはＡｕ合金のめっき層により構成されている。

図６及び図７に示すように、セラミック平板１０とキャップ１１とは、接合材１５を介して接合されている。接合材は、ＡｕＳｎ合金により形成されている。前述のように、接合材１５は、キャップ１１の接合時に一旦溶融した後に固化したものである。キャップ１１の金属層１１ｂ、導体１２の最外層のめっき層、および接合材１５がいずれもＡｕを含むため、相互に濡れやすい。従って、固化後の接合材１５はフィレット形状をなす。接合材１５は、キャップ１１の端面だけでなく側面上まで濡れ上がる。また、接合材１５は、導体１２のめっき層を被覆するように濡れ広がる。

よって、相対的にポーラスである導体１２の下地層４１はめっき層により覆われている。従って、下地層４１が外部に露出していないため、下地層４１を介した水分等の浸入が生じにくい。接合材１５が濡れ広がることにより、接合材１５とキャップ１１との界面、および接合材１５と導体１２との界面が広く封止される。従って、水分等の浸入経路が長くなり、水分等が浸入しにくい。

よって、セラミック平板１０、導体１２、接合材１５、およびキャップ１１により形成される封止空間がより確実に封止される。これにより、水晶振動子１の周波数精度が安定する。

１…水晶振動子
１０…セラミック平板
１０ａ…主面
１１…キャップ
１１ａ…キャップ本体
１１ａ１…接合部
１１ｂ…金属層
１１ｃ…凹部
１２…導体（第１の導体）
１２ａ…導体（第２の導体）
１３…Ｐｄめっき膜
１４…Ａｕめっき膜
１５…接合材
２０…水晶振動素子
３０…封止空間

Claims (10)

1. セラミック平板と、
   前記セラミック平板の一主面の上に形成された第１、第２の導体と、
   前記第１の導体上に搭載され、前記セラミック平板側に向かって開口する凹部を有するキャップと、
   前記キャップの前記凹部に収納されるようにして、前記第２の導体上に搭載された水晶振動素子と、
   を備え、
   前記キャップは、前記凹部の側壁となる接合部を有し、
   前記第１の導体は、前記接合部に対応する輪郭を有し、
   前記接合部の端面及び両側面において、前記第１の導体とは金属からなる接合材を介して接合され、
   前記セラミック平板、前記第１の導体、前記接合材、および前記キャップにより封止空間が形成され、
   前記封止空間内に前記水晶振動素子が配されており、前記キャップの高さ方向における、前記接合材と前記キャップの前記接合部の側面とが接合している部分の長さは、前記キャップの前記接合部の端面の幅よりも長いことを特徴とする、水晶振動子。
2. セラミック平板と、
   前記セラミック平板の一主面の上に形成された第１、第２の導体と、
   前記第１の導体上に搭載され、前記セラミック平板側に向かって開口する凹部を有するキャップと、
   前記キャップの前記凹部に収納されるようにして、前記第２の導体上に搭載された水晶振動素子と、
   を備え、
   前記キャップは、前記凹部の側壁となる接合部を有し、
   前記第１の導体は、前記接合部に対応する輪郭を有し、
   前記接合部の端面及び両側面において、前記第１の導体とは金属からなる接合材を介して接合され、
   前記セラミック平板、前記第１の導体、前記接合材、および前記キャップにより封止空間が形成され、
   前記封止空間内に前記水晶振動素子が配されており、前記第１の導体は、その断面が半長円形状に形成されていることを特徴とする、水晶振動子。
3. セラミック平板と、
   前記セラミック平板の一主面の上に形成された第１、第２の導体と、
   前記第１の導体上に搭載され、前記セラミック平板側に向かって開口する凹部を有するキャップと、
   前記キャップの前記凹部に収納されるようにして、前記第２の導体上に搭載された水晶振動素子と、
   を備え、
   前記キャップは、前記凹部の側壁となる接合部を有し、
   前記第１の導体は、前記接合部に対応する輪郭を有し、
   前記接合部の端面及び両側面において、前記第１の導体とは金属からなる接合材を介して接合され、
   前記セラミック平板、前記第１の導体、前記接合材、および前記キャップにより封止空間が形成され、
   前記封止空間内に前記水晶振動素子が配されており、前記第１の導体は、下地層と、前記下地層上に形成されためっき層と、からなり、前記下地層が外部に露出しないように、前記下地層が前記めっき層により被覆されていることを特徴とする、水晶振動子。
4. 前記接合材は、前記第１の導体を被覆するようにして、前記第１の導体と接合していることを特徴とする、請求項1〜３のいずれか１項に記載の水晶振動子。
5. 前記接合材は、フィレット形状を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水晶振動子。
6. 前記第１の導体は、枠状に形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水晶振動子。
7. 前記第１の導体の幅が、前記キャップの前記接合部の端面の幅よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水晶振動子。
8. 前記キャップの前記接合部の先端が丸みを帯びていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水晶振動子。
9. 前記第１の導体は外表面にＡｕを含み、
   前記キャップは外表面にＡｕを含み、
   前記接合材はＡｕを含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水晶振動子。
10. 前記第１の導体は最外層にＡｕめっき層を有し、
    前記キャップは最外層にＡｕめっき層を有し、
    前記接合材はＡｕＳｎ合金であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水晶振動子。

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