JP5882868B2 - 圧電装置ならびに圧電装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動素子収納用パッケージに水晶等の圧電振動素子が気密に収容されてなる圧電装置および圧電装置の製造方法に関するものである。

従来、圧電振動素子を気密に収容するための圧電振動素子収納用パッケージとして、圧電振動素子が収容される凹部を有する絶縁基体を用いたものが多用されている。凹部を塞ぐようにして絶縁基体に蓋体が接合されて、凹部内に圧電振動素子が気密封止される。蓋体は、金属ろう材、ガラス材料または樹脂材料等を介して絶縁基体に接合される。絶縁基体の凹部と蓋体とからなる容器内に圧電振動素子が気密封止されて、圧電装置となる。

圧電装置において気密封止の信頼性が高いとされているものは、金属製の蓋体と、絶縁基体の上面に形成された枠状メタライズ層とが、ろう付けまたは溶接等の手段で接合されたものである。

なお、従来の圧電振動素子収納用パッケージは、一つの絶縁基体に一つの圧電振動素子が収容されることを基本構造としている。これは、例えば一つの凹部に複数の圧電振動素子が収容されると、複数の圧電振動素子間で干渉等が生じ、正常な作動が妨げられる可能性があることによる。このため、圧電振動素子収納用パッケージにおいては、圧電振動素子の高密度実装が課題となっていた。これに対して、例えば、一つの絶縁基体の主面に形成された凹部内に隔壁が設けられて左右二つに分割され、分割された凹部に圧電振動素子がそれぞれ収容されるものが提案されている（文献１を参照）。

特開2006−41927号公報 特開2009−105747号公報

しかしながら、上記従来技術の圧電振動素子収納用パッケージおよび圧電装置においては、例えば圧電装置が実装される機器におけるより一層の小型化に対応できるような、より一層の高密度実装が難しいという課題があった。

例えば、凹部内に隔壁を設ける場合には、隔壁を設けるスペースが必要である。また、二つの圧電振動素子が左右に並ぶため、平面視における小型化が難しい。そのため、さらなる高密度実装が難しい。

また、絶縁基体の上下両面にそれぞれ凹部を有する圧電振動素子収納用パッケージが提案されているが、このような圧電振動素子収納用パッケージにおいては、上下の凹部を別々に気密封止する必要がある。この場合、絶縁基体の上下両方の凹部をともに、真空度を高くして封止することが難しい。

具体的には、絶縁基体の上面または下面の凹部を、ガラスからなる封止材を用いて封止すると、封止材からガスが発生して凹部内に入る可能性があるため、真空度を高くするこ
とが難しい。また、金属製の蓋体を絶縁基体の上下両面に、それぞれろう付けまたは溶接によって接合するという手段も考えられるが、この場合には、気密封止の手間がかかって圧電装置としての生産性を高めることが難しい。また、コストが大きくなる傾向がある。

本発明の一つの態様の圧電装置は、上面および下面を有する絶縁基体を備えており、前記絶縁基体の前記上面に、第１の圧電振動素子が収容される第１の凹部が設けられており、前記絶縁基体の前記下面に、第２の圧電振動素子が収容される第２の凹部が設けられており、前記絶縁基体の前記上面に、前記第１の凹部を取り囲む枠状メタライズ層が形成されており、前記第１の凹部の底面と前記第２の凹部の底面との間において前記絶縁基体に貫通孔が設けられている圧電振動素子収納用パッケージと、前記第１の凹部に収容された第１の圧電振動素子と、前記第２の凹部に収容された第２の圧電振動素子と、前記絶縁基体に前記枠状メタライズ層およびろう材を介して接合されて前記第１の凹部を塞いでいる第１の蓋体と、前記絶縁基体にガラスまたは樹脂からなる封止材を介して接合されて前記第２の凹部を塞いでいる第２の蓋体とを備えており、前記封止材が内部に気孔を有してることを特徴とする。

本発明の一つの態様の圧電装置の製造方法は、上面および下面を有しており、前記上面に第１の凹部が設けられているとともに、前記下面に第２の凹部が設けられており、前記
第１の凹部の底面と前記第２の凹部の底面との間に貫通孔が設けられている絶縁基体を準備する工程と、前記第１の凹部に第１の圧電振動素子を収容する工程と、前記第２の凹部に第２の圧電振動素子を収容する工程と、第２の蓋体を前記絶縁基体にガラス、または樹脂からなる封止材により該封止材の内部に気孔を有するように接合して、前記第２の圧電振動素子を収容した前記第２の凹部を塞ぐ工程と、前記第２の凹部を塞いだ後に、第１の蓋体を前記絶縁基体に、前記メタライズ層およびろう材を介して接合する工程とを備えており、前記第１の凹部を塞ぐ工程において、前記第１の凹部および前記第２の凹部内を真空引きすることを特徴とする。

本発明の一つの態様の圧電装置によれば、上面および下面を有する絶縁基体を備えており、絶縁基体の上面に、第１の圧電振動素子が収容される第１の凹部が設けられており、絶縁基体の下面に、第２の圧電振動素子が収容される第２の凹部が設けられており、絶縁基体の上面に、第１の凹部を取り囲む枠状メタライズ層が形成されており、第１の凹部の底面と第２の凹部の底面との間において絶縁基体に貫通孔が設けられている圧電振動素子収納用パッケージと、第１の凹部に収容された第１の圧電振動素子と、第２の凹部に収容された第２の圧電振動素子と、絶縁基体に枠状メタライズ層およびろう材を介して接合されて第１の凹部を塞いでいる第１の蓋体と、絶縁基体にガラスまたは樹脂からなる封止材を介して接合されて第２の凹部を塞いでいる第２の蓋体とを備えており、封止材が内部に気孔を有していることから、圧電振動素子が高密度実装されているとともに、それらの圧電振動素子を封止している容器内の真空度が高い圧電装置を提供することができる。

また、第１の凹部の底面と第２の凹部の底面との間において絶縁基体に貫通孔が設けられていることから、第１の凹部および第２の凹部を、この貫通孔を通じて同時に真空吸引等を行なって、気密封止することができる。そのため、圧電振動素子を封止する容器内の真空度が高い圧電装置を容易に製作することができる。

本発明の一つの態様の圧電装置の製造方法によれば、上面および下面を有しており、上面に第１の凹部が設けられているとともに、下面に第２の凹部が設けられており、第１の凹部の底面と第２の凹部の底面との間に貫通孔が設けられている絶縁基体を準備する工程と、第１の凹部に第１の圧電振動素子を収容する工程と、第２の凹部に第２の圧電振動素子を収容する工程と、第２の蓋体を絶縁基体にガラス、または樹脂からなる封止材により封止材の内部に気孔を有するように接合して、第２の圧電振動素子を収容した第２の凹部を塞ぐ工程と、第２の凹部を塞いだ後に、第１の蓋体を絶縁基体に、枠状メタライズ層お
よびろう材を介して接合する工程とを備えており、第１の凹部を塞ぐ工程において、第１の凹部および第２の凹部内を真空引きすることから、圧電振動素子を高密度実装することができる。また、第１の凹部を塞ぐ工程において、第１の凹部および第２の凹部内を真空引きすることから、真空度が高い圧電装置の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態の圧電装置を示す上面図である。 図１のＸ−Ｘ’線における断面図である。 本発明の実施形態の圧電装置を示す下面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の実施形態の圧電装置の製造方法を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の実施形態の圧電装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態の圧電装置の製造方法を示す断面図である。

本発明の圧電装置について、添付の図面を参照しつつ説明する。

図１（ａ）は本発明の実施形態の圧電装置を示す上面図であり、図２はその断面図である。そして、図３は本発明の実施形態の圧電装置を示す下面図である。図１〜図３において、101は絶縁基体，102は第１の凹部，103は第２の凹部，104は第１の圧電振動子，105
は第２の圧電振動子，106は貫通孔,107は第１の配線導体,108は第２の配線導体,109は枠
状メタライズ層，110は接合部材，111は絶縁層，112はガラスまたは樹脂からなる封止材
，113は金属からなるろう材，114は第１の蓋体，115は第２の蓋体，116は段差部，117は
外部接続導体である。

この実施の形態において、絶縁基体101に、枠状メタライズ層109，貫通孔106，第１の
配線導体107,第２の配線導体108，段差部116，および外部接続導体117が配置されて圧電
振動素子収納用パッケージが設けられている。そして、絶縁基体101は、図２に示すよう
に、厚み方向の断面（縦断面）がＨ型の形状となっている。この圧電振動素子収納用パッケージに第１の圧電振動素子104，第２の圧電振動素子105が気密封止されて圧電装置が形成される。第１および第２の凹部102，103をそれぞれに封止する第１の蓋体114および第
２の蓋体115は、図１および図３においては見やすくするために省いている。

絶縁基体101は、平板状の絶縁層111上に第１の凹部102を構成する枠状の絶縁層111が積層されている。平板状の絶縁層111の下には、第２の凹部103を構成する他の枠状の絶縁層111が積層されている。上側の枠状の絶縁層111の内側面と、この内側面の内側で露出する平板状の絶縁層111の上面とによって、第１の圧電振動素子104を収容するための第１の凹部102が形成されている。また、下側の枠状の絶縁層111の内側面と、この内側面の内側で露出する平板状の絶縁層111の下面とによって、第２の圧電振動素子105を収容するための第２の凹部103が形成されている。

各絶縁層111は、酸化アルミニウム質焼結体，窒化アルミニウム焼結体，ムライト質焼
結体またはガラス−セラミック焼結体等のセラミック材料からなる。 絶縁基体101は、
例えば全体の外形が、平面視で一辺の長さが2.0〜10ｍｍ程度の長方形状であり、厚みが0.4〜２ｍｍ程度の板状であり、上面および下面に上記のような凹状のスペースを有している。

絶縁基体101は、各絶縁層111が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダや溶剤，可塑剤等を添加混合して泥漿状にするとともに、これを例えばドク
ターブレード法やロールカレンダー法等のシート成形法によりシート状となすことにより複数枚のセラミックグリーンシートを得て、次に一部のセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施して枠状に成形するとともに、枠状に成形していない平板状のセラミックグリーンシートの上面および下面にそれぞれ枠状のセラミックグリーンシートが位置するように上下に積層し、その積層体を高温で焼成することにより製作することができる。

絶縁基体101は、それぞれがこのような絶縁基体101となる複数の配線基板領域（図示せず）がセラミック母基板に縦横の並びに配列された、いわゆる多数個取り配線基板（図示せず）として製作し、これを配線基板領域の境界において切断して個片に分割する方法で製作するようにしてもよい。

絶縁基体101の上面には枠状メタライズ層109が形成されている。枠状メタライズ層109
は、第１の凹部102を取り囲んでいる。この枠状メタライズ層109に金属からなる第１の蓋体（金属蓋体）114がろう付けされる。枠状メタライズ層109は、金属蓋体114を絶縁基体101にろう付け等の手段で接合するためのものである。

枠状メタライズ層109は、例えばタングステンやモリブデン，マンガン，銅，銀等の金
属材料によって形成されている。枠状メタライズ層109は、例えば、このようなタングス
テン等の金属材料のペースト（金属ペースト）を、枠状の絶縁層111となるセラミックグ
リーンシートの上面に所定パターンに印刷して同時焼成することによって形成することができる。この焼成は、例えば、枠状メタライズ層109となる金属ペーストを印刷した枠状
のセラミックグリーンシートを、他のセラミックグリーンシート（平板状のセラミックグリーンシート、および下側の枠状のセラミックグリーンシート）に積層した後に行なう。

枠状メタライズ層109には、酸化腐食の防止やろう材の接合強度の向上等のため、露出
した表面に１〜20μｍ程度の厚みのニッケルめっき層（図示せず）と0.1〜２μｍ程度の
厚みの金めっき層（図示せず）とが順次被着されているのがよい。

枠状メタライズ層109には、金属枠体（図示せず）を接合した構造としてもよい。金属
枠体は、例えば鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料からなり、第１の蓋体114を絶縁基体101にシーム溶接等の方法で接合するための金属部材として機能する。この金属枠体は、例えば、厚みが0.1〜0.5ｍｍ程度であり、幅が0.15〜0.45ｍｍ程度の四角枠状である。また、金属枠体を枠状メタライズ層109にろう付けする方法として
は、例えば、金属枠体の下面に予め20〜50μｍの厚みの銀ろう（図示せず）を被着させておき、この銀ろうが被着された下面を枠状メタライズ層109（詳細には枠状メタライズ層109に被着させたニッケルめっき層）上に載置して、これらを治具等で仮固定しながら電気炉等で加熱する方法を挙げることができる。この方法により、容易に枠状メタライズ層109に金属からなる蓋体114を強固にろう付けすることができる。そして、その後、金属枠体やその他の露出した金属層に金めっき層が被着される。

第１の蓋体114は、例えば四角板状であり、鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバル
ト合金等の金属材料からなる。第１の蓋体114は、ろう付け法や溶接法（例えばシーム溶
接やエレクトロンビーム溶接等）の接合法で、下面の外周部が枠状メタライズ層109に接
合される。第１の蓋体114を枠状メタライズ層109に接合するためのろう材113は、例えば
、銀−銅共晶組成をベースとする銀ろう（例えば、71〜73質量％銀−27〜29質量％銅、ＪＩＳ名称：ＢＡｇ−８）である。ＢＡｇ−８の場合、融点は780℃程度である。このよう
なろう材113を使用することにより、800〜850℃程度の熱処理（還元雰囲気）において第
１の蓋体114を枠状メタライズ層109にろう付けすることができる。このろう材113は、絶
縁基体101の大きさや形状，用途等に応じて、濡れ性や溶融温度等の調整のために、錫，
亜鉛等の金属元素が添加されていてもよい。

第２の蓋体115は、例えば四角板状であり、セラミック材料や樹脂材料からなる。第２
の蓋体115は、セラミック材料からなる場合であれば、ガラスによる接合法等の方法で絶
縁基体101に接合される。また、第２の蓋体115は、樹脂材料からなる場合であれば、樹脂による接合法で絶縁基体101に接合される。

第２の蓋体115を絶縁基体101に接合するための封止材112は、例えば上記のようにガラ
スまたは樹脂等である。封止材112は、ガラスであれば酸化鉛が50〜65重量％、酸化ホウ
素が２〜10重量％、フッ化鉛が10〜30重量％、酸化亜鉛が１〜６重量％、酸化ビスマスが10〜20重量％のガラス成分と含有量が26〜45重量％のチタン酸鉛系化合物のフィラーとから成る。このようなガラスを用いることより、封止材112の熱膨張係数を絶縁基体101と第２の蓋体115の熱膨張係数に近似させることができ、これによって封止材112と絶縁基体101および第２の蓋体115とは強固に接合して容器の気密封止がより良好となり、容器内部に収容する第２の圧電振動素子105をより長期間にわたり正常かつ安定に作動させることが
可能となる。

絶縁基体101の下面には、第２の蓋体115が接合される。第２の蓋体115は、例えばガラ
ス材料または樹脂材料等の封止材112を介して絶縁基体101の下面に接合される。第２の蓋
体115によって第２の凹部103が塞がれる。第１の凹部102が第１の蓋体114で塞がれ、第２の凹部103が第２の蓋体115で塞がれて、第１の凹部102および第２の凹部103に第１および第２の圧電振動素子104，105が封止される。

また、絶縁基体101には、第１の凹部102の底面と第２の凹部103の底面との間に貫通孔106が形成されている。貫通孔106によって、第１の凹部102と第２の凹部103とは連通して
いる。言い換えれば、圧電振動素子収納用パッケージは、第１の凹部102および第２の凹
部103のそれぞれにおいて外部に開口した、一つのつながった空間を有している。第１お
よび第２の凹部102，103それぞれの開口が塞がれれば、一つのつながった容器が形成される。貫通孔106については、後に詳しく説明する。

そして、第２の凹部103内に第２の圧電振動素子105を収容した後、段差部116の上面に
セラミック等からなる第２の蓋体115が接合され、さらに第１の凹部102内に第１の圧電振動素子104を収容した後、枠状メタライズ層109の上面に第１の蓋体114を接合することに
より、第１の蓋体114と第２の蓋体115と絶縁基体101とからなる容器内に第１の圧電振動
素子104と第２の圧電振動素子105が気密封止されて圧電装置（水晶発振器等）となる。

第１の凹部102内には第１の配線導体107が設けられ、第２の凹部103内には第２の配線
導体108が設けられている。第１の凹部102内の第１の圧電振動素子104は、第１の配線導
体107と電気的に接続され、第２の凹部103内の第２の圧電振動素子105は、第２の配線導
体108と電気的に接続され、第１および第２の配線導体等107，108を介して外部の電気回
路（図示せず）と電気的に接続される。すなわち、これらの配線導体107,108は第１およ
び第２の凹部102,103にそれぞれ収容される第１および第２の圧電振動素子104,105の電極（図示せず）を接続するための導体として機能する。

これらの第１の配線導体107および第２の配線導体108は、それらの露出した表面に１〜20μｍ程度の厚みのニッケルめっき層と0.1〜２μｍ程度の厚みの金めっき層とが順次被
着されているのがよい。これにより、第１および第２の配線導体107，108の酸化腐食をより効果的に抑制することができる。また、第１および第２の配線導体107，108と第１および第２の圧電振動素子104，105の電極（図示せず）との接続をより容易で強固なものとすることができる。

なお、この実施の形態の例において、絶縁基体101の下面に、第１および第２の配線導
体107，108の少なくとも一方と電気的に接続された外部接続導体117が設けられている。

外部接続導体117は、図３に示すように、絶縁基体101の四隅に設けられている。外部接続導体117は、例えばはんだ等の導電性接続材（図示せず）を介して外部の電気回路の所
定部位に電気的および機械的に接続される。

外部接続導体117にも、上記と同様にめっき層を被着させて、外部の電気回路との接続
等をより容易で強固なものとするようにしてもよい。

上記のように、第１の凹部102の底面と第２の凹部103の底面との間において絶縁基体101に貫通孔106が設けられている。第１の凹部102および第２の凹部103は、この貫通孔106
を通じてつながっている。第１および第２の凹部102，103は、それぞれの開口を通じて外部につながった一つの空間を形成している。そのため、例えば第１および第２の凹部102
，103の一方の凹部を塞いだ後に、他方の凹部の開口を通して、両方の凹部を併せて真空
吸引等を行ないながら気密封止することができる。したがって、第１および第２の圧電振動素子104，105が封止される容器内の真空度を高くすることが容易な圧電装置を製作することが可能な圧電振動素子収納用パッケージを提供することができる。

例えば、第２の凹部103を、ガラス等の封止材112を介して絶縁基体101の下面に第２の
蓋体115を接合することによって封止する場合、第１の凹部102を、上記のように第１の蓋体（金属蓋体）114で塞げばよい。ガラスを介した接合時には、例えば封止材112としてのガラスペーストから気化成分が生じ、この気化成分によって第２の凹部103の気密封止性
および真空度が低くなる可能性がある。これに対して、上記のように貫通孔106を通じて
第１および第２の凹部102，103がつながっていれば、第１の凹部102を塞ぐときに、第２
の凹部103（第２の蓋体115の接合部分）における気化成分を、真空吸引（真空引き）等の手段で効果的に外部に排出することができる。また、第１の蓋体114が枠状メタライズ層109にろう付け等の手段で接合される第１の凹部102側では、ろう材113が銀や銅等の金属から構成されており、有機溶剤やバインダ等を含んでいないため、気化成分の発生が少ない。したがって、第１および第２の凹部102，103の真空度を高くして封止することができる。

貫通孔106は、第１および第２の凹部102、103をまとめて真空引きすることが可能な大
きさである。また、貫通孔106は、それぞれの圧電振動素子104、105の搭載を阻害しない
位置に、例えば図１に示すように第１の凹部102の中央に形成される。貫通孔106の形成方法としては、平板部を構成する絶縁層111となるセラミックグリーンシートの予定の位置
に、金型加工する方法等が挙げられる。この際、貫通孔106となる加工した孔の周辺にば
りが発生しにくいように、金型の上パンチと受け孔との隙間を適切な値とすることが望ましい。また、貫通孔106となる加工した孔の周辺に反りが発生しにくいように、平板状の
絶縁層111となるセラミックグリーンシートの厚みは、貫通孔106の直径よりも大きくなるように形成することが望ましい。このように設定した場合には、貫通孔106の周辺におけ
るばりおよび反りが、より効果的に抑制される。そのため、第１の圧電振動素子104を第
１の凹部102に、そして第２の圧電振動素子105を第２の凹部103に搭載することがより容
易となる。

また、本実施形態の圧電装置において、絶縁基体101の下面に、第２の凹部103を取り囲む段差部116が設けられている。このような場合には、絶縁基体101の下面に第２の凹部103を塞ぐように第２の蓋体115を接合したときに、この第２の蓋体115が、外部接続導体117の外部の電気回路（回路基板等）への実装性を阻害する可能性が低減される。つまり、段差部116の深さ（絶縁基体101の厚み方向の寸法）の分、第２の蓋体115のうち絶縁基体101の下面（特に外部接続導体117の下面）よりも下側に突出する第２の蓋体の寸法を低減す
ることができる。したがって、外部の電気回路に対する実装性の向上が可能である。また、第２の蓋体115と絶縁基体101との封止材112を介した接合面積がより大きくなるため、
第２の蓋体115と絶縁基体101との接合強度のより一層の向上もできる。

上記のような効果を十分に得る上では、段差部116の深さが、第２の蓋体115の厚みと封止材112の厚みとの合計よりも大きいものであることが好ましい。この場合には、第２の
蓋体115の下面が外部接続導体117の下面を超えて下側に突出することがなく、外部接続導体117を外部回路基板に半田等で電気的に機械的に安定して接続することが可能となる。

本発明の実施形態の圧電装置は、例えば上記構成の圧電振動素子収納用パッケージに、上記第１および第２の圧電振動素子104，105が気密封止されて形成されている。以下の説明において、上記圧電振動素子収納用パッケージと同様の事項についての説明は省略する。

上記実施形態の圧電装置は、上記構成の圧電振動素子収納用パッケージと、第１の凹部102に収容されている第１の圧電振動素子104と、絶縁基体101に接合されて第１の凹部102を塞いでいる第１の蓋体114と、第２の凹部103に収容されている第２の圧電振動素子105
と、絶縁基体101に接合されて第２の凹部103を塞いでいる第２の蓋体115とを含んでいる
。このような構造としたことから、圧電振動素子の高密度実装が容易であり、気密封止の信頼性が高い圧電装置を提供することができる。

このような２つの圧電振動素子を収容した圧電装置は、例えば電波時計等の機器に実装される用途においてバンドパスフィルタとしての２つの異なる特性を持つ圧電振動素子が搭載されたものとすることができる。そのため、例えば上記機器の小型化等に有効な圧電装置が提供され得る。

上記実施形態の圧電装置は、第１の蓋体114が、枠状メタライズ層109を介して絶縁基体101に接合されており、第１の圧電振動素子104および第２の圧電振動素子105が真空状態
で封止されている場合に、真空度の確保等において特に有効である。このような場合には、第１の凹部102および第２の凹部103に対して、この貫通孔106を通じて真空度を高くし
て気密封止することが容易であるため、真空度の高い圧電装置を提供することができる。

つまり、第２の凹部103に第２の圧電振動素子105を搭載したのちに第２の蓋体115をガ
ラスまたは樹脂からなる封止材112で段差部116に接合し、次に、第１の凹部102に第１の
圧電振動素子104を搭載する。その後に、第１の凹部102側から第１の凹部102と第２の凹
部103とをまとめて、この貫通孔106を通じて真空引きすることができる。真空引きの後、最終的に第１の蓋体114を、例えばろう材113で枠状メタライズ層109に接合することによ
り、気密封止の信頼性に優れた圧電装置を提供することができる。

ここで、第２の凹部103を塞ぐ第２の蓋体115はガラスまたは樹脂からなる封止材112で
あり、第２の蓋体115が位置決めされた多数の絶縁基体101を治具上に配列させて、バッチ炉で一度に熱処理することにより第２の凹部103を塞ぐことが可能であり、コスト的に安
価である。第１の凹部102を第１の蓋体114で塞ぐ際には、このように第１の凹部102と第
２の凹部103をこの貫通孔106を通じて真空引きされた状態で蓋体114を枠状メタライズ層109にろう材113により接合して、第１の凹部102が第１の蓋体114で封止される。

また、このような圧電装置は絶縁基体101の上側の第１の凹部102に第１の圧電振動素子
104を搭載し、下側の第２の凹部103に第２の圧電振動素子105を搭載しており、同一平面
に２つの異なる特性を持つ圧電振動素子を搭載することから、外部回路基板への実装面積を小さくした圧電装置としても有効な構造である。

次に、本発明の実施形態の圧電装置の製造方法を説明する。図４（ａ），（ｂ）、図５（ａ），（ｂ）および図６は、それぞれ、実施形態の製造方法を示す断面図である。図４〜図６において図１〜図３と同様の部位には同様の符号を付している。図４（ａ），（ｂ）においては、第２の圧電振動素子105を先に収容する例を示し、絶縁基体101を上下反転させている。なお、上記図４〜図６に示す工程順は一例であり、一部、前後入れかえがあっても構わない工程を含んでいる。工程順の詳細については、後述する。また、以下の説明において、個々の工程を工程フローまたは単にフローという場合がある。

実施形態の製造方法は、以下の製造工程フローを含んでいる。すなわち、図４（ａ）に示すように、上面および下面を有しており、上面に第１の凹部102が設けられているとと
もに、下面に第２の凹部103が設けられており、第１の凹部102の底面と第２の凹部103の
底面との間に貫通孔106が設けられている絶縁基体101を準備する工程。図５（ａ）に示すように、第１の凹部102に第１の圧電振動素子104を収容する工程。図４（ａ）に示すように、第２の凹部103に第２の圧電振動素子105を収容する工程。図４（ｂ）に示すように、第２の蓋体115を絶縁基体101にガラス、または樹脂からなる封止材112により接合して第
２の凹部103を塞ぐ工程。および、図６に示すように、第２の凹部103を塞いだ後に、第１の蓋体114を絶縁基体101に、枠状メタライズ層109を介して接合する工程である。また、
上記第１の凹部102を塞ぐ工程において、図５（ｂ）に示すように、第１の凹部102および第２の凹部103内を真空引きする。

この製造方法によって製作される圧電装置は、例えば上記実施形態の圧電装置である。また、圧電装置の製作に用いる圧電振動素子収納用パッケージは、例えば上記の圧電振動素子収納用パッケージである。

なお、第１および第２の圧電振動素子104，105の収容は、どちらを先に行なっても構わない。図４〜図６に示す例においては、第２の圧電振動素子105を先に凹部（第２の凹部103）内に収容し、その後、第１の圧電振動素子104を凹部（第１の凹部102）内に収容している。

また、第２の蓋体115の絶縁基体101に対する接合は、第２の圧電振動素子105を第２の
凹部103内に収容した後に行なう必要がある。

また、上記真空引きは、第１および第２の凹部102，103に第１および第２の圧電振動素子104，105を収容し、第２の凹部103を第２の蓋体115で塞いだ後に、行なう必要がある。つまり、第１および第２の圧電振動素子104，105を収容した、一つの容器となる空間（貫通孔106を介してつながった第１および第２凹部102，103）を、第１の凹部102側から一括して真空引きする必要がある。

このような圧電装置の製造方法によれば、圧電振動素子を高密度に実装することができる。つまり、絶縁基体101の上下両面に第１の凹部102と第２の凹部103とを有する圧電振
動素子収納用パッケージを用いることから、圧電振動素子の高密度実装が可能となる。また、第１の凹部102と第２の凹部103との間には、平板状の絶縁層111が介在している。第
１の圧電振動素子104と第２の圧電振動素子105とは、貫通孔106が貫通している部分以外
においてこの平板状の絶縁層111で仕切られている。そのため、双方の圧電振動素子104，105の間で振動等の干渉を抑制することができる。

また、第１の凹部102を塞ぐ工程において、第１の凹部102および第２の凹部内103を真
空引きすることから、第１および第２の圧電振動素子104，105に対する真空度が高い圧電装置の製造方法を提供することができる。もし、絶縁基体の上下両面の凹部が貫通孔を介してつながっていない圧電振動素子収納用パッケージ（図示せず）を用いたとすると、上下の凹部を別々に気密封止する必要がある。そのため、例えば、両方の凹部における真空度を高くするためには、金属製の蓋体を用いたろう付け等の方法で両方の凹部を塞ぐ必要がある。この場合には、上下別々に真空環境で封止工程を設ける必要があり、圧電装置の生産性が低くなる可能性がある。また、経済性が低下する（コストアップする）可能性がある。

これに対して、上記実施形態の製造方法によれば、生産性の向上、および低コスト化においても有利である。すなわち、第２の蓋体115を絶縁基体101にガラス、または樹脂からなる封止材112により接合して第２の凹部103を塞ぐ工程としたことから、例えば第２の蓋体115が位置決めされた多数の絶縁基体101を治具上に配列させて、バッチ炉で一度に熱処理することにより、複数の圧電振動素子収納用パッケージの第２の凹部103を一度に塞ぐ
ことが可能であり、コスト的に安価である。なお、第２の蓋体115で第２の凹部103を塞ぐ本工程では、環境を真空封止する必要がないため、ガラス、または樹脂からなる封止材112中に存在する気孔が膨張しにくい。よって、小型化された絶縁基体101において、段差部116（封止領域）の幅が狭いものとなっても、気孔によるリークの発生を抑制することが
できる。

そして、第２の凹部103を塞いだ後に、第１の蓋体114を絶縁基体101に、枠状メタライ
ズ層109を介して接合する工程において、絶縁基体101の上面からこの貫通孔106を介して
、第１の凹部102および第２の凹部内103を真空引きすることができる。真空引き時には、あらかじめ第２の蓋体115は、例えば絶縁基体101の下面の段差部116上（第２の凹部103を下向きにした状態では段差部116の下面）にセラミック等からなる第２の蓋体115を接合して第２の凹部103を塞いでおく。第２の凹部103を塞ぐ前に、第２の圧電振動素子105を収
容しておく。

第１の凹部102内に第１の圧電振動素子104を収容した後、枠状メタライズ層109の上面
に第１の蓋体114を接合することにより、第１の蓋体114と第２の蓋体115と絶縁基体101とからなる容器内に第１の圧電振動素子104と第２の圧電振動素子105とを気密封止して圧電装置（水晶発振器等）を製作することができる。なお、第１の凹部102を塞ぐ第１の蓋体114は、例えば鉄−ニッケル合金板あるいは鉄−ニッケル−コバルト合金板から成る厚みが0.1〜0.2ｍｍ程度で外形寸法が枠状メタライズ層109の外周縁より小さい平板状であり、
その下面には、銀−銅共晶ろう等のろう材113が20〜50μｍ程度の厚みに被着されている
。

第１の蓋体114は、絶縁基体101の枠状メタライズ層109にろう材113を介してシーム溶接すること等により絶縁基体101に（枠状メタライズ層109を介して）接合することができる。なお、第１の蓋体114と枠状メタライズ層109との接合は、例えば、第１の蓋体114を絶
縁基体101の枠状メタライズ層109に載置し、この第１の蓋体114の外周縁にシーム溶接機
の一対のローラー電極（図示せず）を接触させながら転動させるとともに、このローラー電極間に溶接のための大電流を流し、ローラー電極と第１の蓋体114との接触部をジュー
ル発熱させて、この熱を第１の蓋体114の下面側に伝達させることにより、ろう材113の一部を溶融させることによって行なわれるものである。

ここで、第２の蓋体115の接合が上記のように、いわゆる全体加熱方式であり、例えば
封止材112として上述の酸化鉛を用いたガラスであれば、封止材112の溶融温度は320℃以
下である。また、例えば封止材112としてエポキシ樹脂を用いる場合であれば、封止材112
の軟化温度は170℃以下である。第２の蓋体の封止工程では比較的低温であることから、
絶縁基体101と第２の蓋体115とを封止材112を介して接合させ、絶縁基体101と第２の蓋体115とからなる容器の内部に第２の圧電振動素子105を収容する際、封止材112を溶融また
は硬化させる熱が内部に収容する第２の圧電振動素子105に作用しても第２の圧電振動素
子105の特性の劣化を招来することが抑制される。

一方、第１の蓋体114の接合は、枠状メタライズ層109の周辺等に限定される部分加熱である。例えば、ろう材113として銀−銅共晶組成をベースとする融点が780℃程度の銀ろう（例えば、71〜73質量％銀−27〜29質量％銅、ＪＩＳ名称：ＢＡｇ−８）が採用されるが、このように高温が加わる部分があるといえども、実際にはこのような高温が影響する部分は絶縁基体101の枠状メタライズ層109とその付近の絶縁層111と第１の蓋体114である。また、第１の凹部102や第２の凹部103の内部は真空状態に保たれるため、第１の圧電振動素子104に封止時の熱が伝わり難い。そのため、上面側に搭載される第１の圧電振動素子104に特性の劣化を招来することが抑制される。

また、この第１の蓋体114を枠状メタライズ層109に接合する工程では、例えば、１×10^−１Ｐａ以下の真空状態として封止されるが、第２の蓋体115を接合している封止材112（ガラスや樹脂）中の気孔は、既に固化した封止材112の内部に閉じ込められていることか
ら、真空封止の際に封止材112内部の気孔中のガスが膨張して気孔が大きくなり、気孔同
士が結合して大きな気孔を形成し、絶縁基体101と第１および第２の蓋体114，115とから
成る容器の気密封止の信頼性を低下させることが抑制される。その結果、第１の圧電振動素子104と第２の圧電振動素子105の長期間にわたる気密封止の信頼性に優れた圧電装置を製作することもできる。

また、絶縁基体101の第１の凹部102への第１の圧電振動素子104の搭載位置、および第
２の凹部103への第２の圧電振動素子105の搭載位置を、図２で示すように、絶縁基体101
の長辺方向の断面視で互いに異なる方向としてもよい。つまり、第１および第２の圧電振動素子104、105の電極を、絶縁基体101の長辺方向における反対側で接続するようにして
もよい。この場合、第１および第２の配線導体107、108は、絶縁基体101の長辺方向にお
ける反対側に配置する必要がある。このような構成の圧電装置を製作した場合には、絶縁基体101において、第１の配線導体107の配線経路と第２の配線導体108の配線経路とを設
けるスペースの確保が容易である。そのため、第１および第２の配線導体107、108を容易に引き回すことが可能となる。

なお、本発明は上述の実施の形態の一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あれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形態の一例では、絶縁基体101は、第１の凹部102を構成する枠部を１層で形成し、第２の凹部103を構成す
る枠部を２層で形成し、第１の凹部102と第２の凹部103とを隔離する板状部となる絶縁層を１層で形成した、合計４層の絶縁層111で構成したが、他の積層数の絶縁基体101で構成してもよい。例えば、板状部の上面に枠状の金属枠体を接続して擬似的に第１の凹部102
を構成しておき、この金属枠体の上面に第１の蓋体114を接合することにより、第１の圧
電振動素子104を収容した圧電装置であってもよい。また、本例では特性の異なる２つの
圧電振動素子104、105のみを搭載したが、その他の電子部品を第１の凹部102や第２の凹
部103やその両方に同時に収容した圧電装置であってもよい。

101・・・絶縁基体
102・・・第１の凹部
103・・・第２の凹部
104・・・第１の圧電振動子
105・・・第２の圧電振動子
106・・・貫通孔
107・・・第１の配線導体
108・・・第２の配線導体
109・・・枠状メタライズ層
110・・・接合部材
111・・・絶縁層
112・・・封止材
113・・・ろう材
114・・・第１の蓋体
115・・・第２の蓋体
116・・・段差部
117・・・外部接続導体

Claims (4)

1. 上面および下面を有する絶縁基体を備えており、
   前記絶縁基体の前記上面に、第１の圧電振動素子が収容される第１の凹部が設けられており、
   前記絶縁基体の前記下面に、第２の圧電振動素子が収容される第２の凹部が設けられており、
   前記絶縁基体の前記上面に、前記第１の凹部を取り囲む枠状メタライズ層が形成されており、
   前記第１の凹部の底面と前記第２の凹部の底面との間において前記絶縁基体に貫通孔が設けられている圧電振動素子収納用パッケージと、
   前記第１の凹部に収容された第１の圧電振動素子と、
   前記第２の凹部に収容された第２の圧電振動素子と、
   前記絶縁基体に前記枠状メタライズ層およびろう材を介して接合されて前記第１の凹部を塞いでいる第１の蓋体と、
   前記絶縁基体にガラスまたは樹脂からなる封止材を介して接合されて前記第２の凹部を塞いでいる第２の蓋体とを備えており、
   前記封止材が内部に気孔を有していることを特徴とする圧電装置。
2. 前記絶縁基体の前記下面に、前記第２の凹部を取り囲む段差部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧電装置。
3. 前記絶縁基体は、前記段差部の下面に前記第２の蓋体が接合されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電装置。
4. 上面および下面を有しており、前記上面に第１の凹部が設けられているとともに、前記下面に第２の凹部が設けられており、前記第１の凹部の底面と前記第２の凹部の底面との間に貫通孔が設けられている絶縁基体を準備する工程と、
   前記第１の凹部に第１の圧電振動素子を収容する工程と、
   前記第２の凹部に第２の圧電振動素子を収容する工程と、
   第２の蓋体を前記絶縁基体にガラス、または樹脂からなる封止材により該封止材の内部に気孔を有するように接合して、前記第２の圧電振動素子を収容した前記第２の凹部を塞ぐ工程と、
   前記第２の凹部を塞いだ後に、第１の蓋体を前記絶縁基体に、前記枠状メタライズ層およびろう材を介して接合する工程とを備えており、
   前記第１の凹部を塞ぐ工程において、前記第１の凹部および前記第２の凹部内を真空引きすることを特徴とする圧電装置の製造方法。

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