JP5964704B2

JP5964704B2 - 水晶振動子搭載用パッケージおよび水晶デバイス

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Publication number: JP5964704B2
Application number: JP2012198527A
Authority: JP
Inventors: 建壮落合
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2032-09-10
Also published as: JP2014053854A

Description

本発明は、水晶振動子を収納する凹部を有するパッケージおよび水晶デバイスに関する。

携帯電話およびコンピュータ等の電子機器において、小型の水晶デバイスが広く使用されている。水晶デバイスは、例えば水晶振動子をセラミック等の絶縁材料で作製された水晶振動子搭載用パッケージに収容したものである（例えば特許文献１を参照）。

水晶デバイスに用いられる水晶振動子搭載用パッケージは、側壁部と側壁部で囲まれた凹部とを有する絶縁基体を含んでいる。水晶振動子搭載用パッケージは、例えば蓋が接合される金属層をさらに含んでおり、金属層は凹部を囲むように側壁部の上面に設けられている。

特開2009−33523号公報

近年の水晶デバイスの小型化によって、水晶振動子搭載用パッケージも小型化されている。しかしながら、水晶振動子は所望の特性を有するものとするため小型化が困難である。また、水晶振動子搭載用パッケージの凹部は、水晶振動子の側壁部への衝突を低減する目的で、底面側に平面視および断面視において水晶振動子よりも大きな振動空間を有している。このため、凹部の深さおよび平面視における凹部の面積を小さくすることが困難であった。このようなことから、水晶振動子搭載用パッケージの外形を小さくしつつ、水晶振動子搭載用パッケージの凹部を水晶振動子の振動空間が確保された大きさとするために、水晶振動子搭載用パッケージの側壁部の幅が小さくなってきている。側壁部の幅が小さくなると、蓋とパッケージとの接合面積も小さくなり、蓋の水晶振動子搭載用パッケージに対する接合強度が低下するという問題があった。

本発明の一つの態様による水晶振動子搭載用パッケージは、側壁部と側壁部で囲まれており、水晶振動子搭載領域を有する凹部を含む上面とを有する絶縁基体を有しており、平面視において側壁部で囲まれた開口部の面積が凹部の底面の面積よりも小さく、凹部の底面側における側壁部が曲面状の内壁面を有する。

本発明の他の態様による水晶デバイスは、上記構成の水晶振動子搭載用パッケージと、水晶振動子搭載用パッケージに搭載された水晶振動子とを有している。

本発明の一つの態様による水晶振動子搭載用パッケージは、側壁部と側壁部で囲まれており、水晶振動子搭載領域を有する凹部を含む上面とを有する絶縁基体を有しており、平面視において側壁部で囲まれた開口部の面積が凹部の底面の面積よりも小さく、凹部の底面側における側壁部が曲面状の内壁面を有することから、凹部の底面の面積を確保しつつ、側壁部の上面の面積を大きくして、蓋と側壁部の上面との接合面積を確保できるので、凹部の底面側における水晶振動子の振動空間を確保しつつ、蓋と側壁部の上面との接合強度を向上できる。

本発明の他の態様による水晶デバイスは、水晶振動子搭載用パッケージと、水晶振動子
搭載用パッケージに搭載された水晶振動子とを有していることから、蓋と水晶振動子収納用パッケージとの接合強度が高く、長期信頼性に優れたものとできる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態における水晶振動子搭載用パッケージを示す上面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ線における断面図である。（ａ）は本発明の第１の実施形態における水晶デバイスの分解斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の下面斜視図である。本発明の第２の実施形態における水晶振動子搭載用パッケージを示す断面図である。

以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について添付の図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における水晶デバイスは、水晶振動子搭載用パッケージ１と、水晶振動子搭載用パッケージ１に搭載された水晶振動子２と水晶振動子搭載用パッケージ１に金属接合部材３によって接合された蓋４とを有している。

第１の実施形態における水晶振動子搭載用パッケージ１は、図１および図２に示された例のように、絶縁基体10と、絶縁基体10の上面に設けられた金属層２と、金属層２に接するように絶縁基体10の側面に設けられた配線導体13と、絶縁基体10の表面に設けられた接続電極14と、絶縁基体10の下面に設けられた端子電極15とを有している。なお、図１および図２において、水晶デバイスは、仮想のｘｙｚ空間内に設けられており、以下便宜的に「上方向」とは仮想のｚ軸の正方向のことをいう。また、図１および図２において、金属層２、配線導体13、接続電極14および端子電極15には識別しやすいように点状のハッチングを設けている。

絶縁基体10は、中央部に水晶振動子２の搭載領域を含む凹部101を有しており、凹部101は側壁部102によって囲まれている。凹部101の底面103には、水晶振動子２を接合すると
ともに、水晶振動子２と配線導体とを電気的に接続するための接続電極14が設けられている。また、絶縁基体10は平面視において矩形の形状を有している。絶縁基体10は、水晶振動子２を支持するための支持体として機能し、凹部底面の搭載領域上に水晶振動子２が低融点ろう材または導電性樹脂等の接合剤を介して接着され固定される。

平面視において、側壁部102で囲まれた開口部104の面積は凹部101の底部の面積よりも
小さい。また、凹部101は、平面視において開口部104の中央部と凹部101の底面の中央部
とが重なるような形状を有している。

絶縁基体10の材料は、例えば酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体もしくはガラスセラミックス質焼結体等のセラミックスである。

絶縁基体10が、例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる場合には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３），シリカ（ＳｉＯ２），カルシア（ＣａＯ），マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤および溶媒等を添加混合して泥漿状とする。このような泥漿状の原料をドクターブレード法またはカレンダーロール法等を採用してシート状に成形してセラミックグリーンシートを得る。その後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工またはプレス加工を施すとともに必要に応じて複数枚積層して積層体とし、積層体を高
温（約1500〜1800℃）で焼成することによって製作される。

絶縁基体10が複数のセラミックグリーンシートを積層して作製されている場合には、凹部101は、例えば開口部104となる貫通孔を設けたセラミックグリーンシートと凹部101の
底部となるセラミックグリーンシートとを積層し、焼成することによって形成する。また、凹部101が単層または多層のセラミックグリーンシートにプレス加工によって形成され
ていてもよい。

金属層12は、図１および図２に示された例のように、平面視において凹部101を囲むよ
うに水晶振動子搭載用パッケージ１の側壁部102の上面に設けられている。

金属層12は、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）等の金属材料を用いることができる。このような金属層12は、上記の金属粉末メタライズを含んだ導体ペーストを、絶縁基体10用のセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法等によって所定形状に印刷して、絶縁基体10用のセラミックグリーンシートと同時に焼成することによって、絶縁基体10に形成される。

このような導体ペーストは、上記金属粉末に適当な有機溶剤および有機バインダーを加え、必要に応じて分散剤等を加えてボールミル，三本ロールミル，プラネタリーミキサー等の混練手段によって混合および混練することで適度な粘度に調整して作製する。また、セラミックグリーンシートの焼結挙動に合わせたり、焼成後の絶縁基体10との接合強度を高めたりするためにガラスまたはセラミックスの粉末を添加してもよい。

金属層12は、水晶振動子搭載用パッケージ１に水晶振動子２を搭載した後、例えば金属製の蓋４と水晶振動子搭載用パッケージ１とを接合するためのものである。金属層12にろう材等の金属接合部材３を配置した後、蓋４を配置して所定の温度に加熱することによって、水晶振動子搭載用パッケージ１と蓋４とを接合できる。

金属接合部材３は、例えば金（Ａｕ），銀（Ａｇ），亜鉛（Ｚｎ），錫（Ｓｎ），銅（Ｃｕ）およびこれらの合金を主成分とする金属から成り、金属層12と蓋４とを接合するためのものである。このような金属接合部材３は、シート状またはペースト状の状態で、金属層12上に配置され、金属接合部材３の上に蓋４が配置される。その後、金属接合部材３が加熱されることによって、蓋４と金属層12とが接合される。

配線導体13は、金属層12に接するように側壁部102の側面から凹部101の底面103にかけ
て設けられている。配線導体13は、金属層12と同様の材料を用いて、同様の方法で形成される。

配線導体13には、金属層12と接続電極14とを電気的に接続するための第１配線導体131
と、接続電極14と端子電極15とを電気的に接続するための第２配線導体132とがある。第
１配線導体131は、金属層12と接続電極14とに接合されて設けられている。第２配線導体132は、接続電極14と端子電極15とに接合されて設けられている。第２配線導体132は例え
ば絶縁基体10を貫通する貫通導体として設けられている。

第１配線導体131は、例えば図１および図２に示された例のように側壁部102の凹部101
側の側面（内側面）から凹部101の底面103にかけて設けられている。

接続電極14は、図１に示された例においては凹部101の隣り合う２つの隅部にそれぞれ
設けられている。この接続電極14は、水晶振動子２の電極を接続するための接続導体として機能する。水晶振動子２は、例えば外形が四角形状で、主面の隅部に接続用の一対の電
極が形成されている。なお、接続電極14は、搭載される水晶振動子２の数または水晶振動子２の電極の配置に応じて位置または形状を変えて設ければよい。

端子電極15は外部の電気回路基板に接続するためのものであり、絶縁基体10の凹部101
が設けられた第１主面と対向する第２主面に、接続電極と電気的に接続されて設けられている。

なお、金属層12、配線導体13、接続電極14および端子電極15の露出する表面には、電解めっき法または無電解めっき法等のめっき法によって、めっき層が被着されている。めっき層は、ニッケルおよび金等の耐蝕性または接続部材等との接続性に優れる金属からなるものであり、例えば、厚さ１〜10μｍ程度のニッケルめっき層と厚さ0.1〜３μｍ程度の
金めっき層とが順次被着される。これによって、金属層12、配線導体13、接続電極14および端子電極15が腐食することを効果的に抑制できる。また、接続電極14と接続部材との接合および端子電極15と外部電気回路基板の配線との接続を強固にできる。

水晶振動子２の各電極と接続電極14とは、導電性接着剤等の接合材によって接合されて電気的に接続される。すなわち、水晶振動子２の主面の隅部に形成された電極が接続電極14に対向するように水晶振動子２を配置して、あらかじめ接続電極14に被着させておいた接合材を加熱して硬化させれば、水晶振動子２の電極と接続電極14とが接合される。

水晶振動子２は、凹部101内に収納された後、水晶振動子搭載用パッケージ１と蓋４と
を接合することによって、凹部101と蓋４とに囲まれた空間内に封止される。

水晶振動子２は、凹部101に収容され、水晶振動子搭載用パッケージ１の凹部101と蓋４によって封止されることによって、水晶デバイスを作製できる。

本実施形態における水晶振動子搭載用パッケージ１は、側壁部102と側壁部102で囲まれた凹部101を含む上面とを有する絶縁基体10を有しており、平面視において側壁部102で囲まれた開口部104の面積が凹部101の底面103の面積よりも小さいことから、凹部101の底面104の面積を確保しつつ、側壁部102の上面の面積を大きくして、蓋４と側壁部102の上面
との接合面積を確保できるので、凹部101の底面104側における水晶振動子２の振動空間を確保しつつ、蓋４と側壁部102の上面との接合強度を向上できる。

断面視において、側壁部102の幅が底面103から側壁部の開口部104に向かって漸次大き
くなっていることから、側壁部102の体積を大きくして、側壁部102の強度を向上できる。

断面視において、側壁部102の内壁面が底面103と側壁部102の上面との間において傾い
ていることから、側壁部102に凹部101の中央に向かう方向の応力が加わった場合に、側壁部102が凹部101の中央に向かって傾いた場合に、側壁部102の内壁面と凹部101の底面103
とが接して、側壁部102がそれ以上傾くことを低減できる。

本実施形態における水晶デバイスは、水晶振動子搭載用パッケージ１と、水晶振動子搭載用パッケージ１に搭載された水晶振動子２とを有していることから、蓋４と水晶振動子収納用パッケージ１との接合強度が高く、長期信頼性に優れたものとできる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による水晶デバイスについて、図３および図４を参照しつつ説明する。

本発明の第２の実施形態における水晶振動子搭載用パッケージ１において、上記した第１の実施形態の水晶振動子搭載用パッケージ１と異なる点は、図３に示された例のように、側壁部102が曲面状の内壁面を有する点である。

このように、側壁部102が曲面状の内壁面を有していると、水晶振動子搭載用パッケー
ジ１と蓋４とを金属接合部材３で接合する際に、金属接合部材３に加わる熱によって、側壁部102が加熱されたとしても、曲面状の内壁面によって、側壁部102が放熱されるので、側壁部102の上方と下方との熱膨張量の差によって生じる熱応力で、側壁部102に生じる破損を低減できる。

なお、本発明は上述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あれば種々の変更は可能である。例えば、水晶振動子２の一端が接続電極14に接合されている場合に、平面視において水晶振動子の他端と重なる凹部101の底面103に第２の凹部が設けられていてもよい。

１・・・水晶振動子搭載用パッケージ
10・・・絶縁基体
101・・・凹部
102・・・側壁部
103・・・底面
104・・・開口部
12・・・金属層
13・・・配線導体
131・・・第１配線導体
132・・・第２配線導体
14・・・接続電極
15・・・端子電極
２・・・水晶振動子
３・・・金属接合部材
４・・・蓋

Claims

側壁部と、該側壁部で囲まれており、水晶振動子搭載領域を有する凹部を含む上面とを有する絶縁基体を備えており、
平面視において前記側壁部で囲まれた開口部の面積が前記凹部の底面の面積よりも小さく、
前記凹部の底面側における前記側壁部が曲面状の内壁面を有することを特徴とする水晶振動子搭載用パッケージ。
断面視において、前記側壁部の幅が前記底面から前記開口に向かって漸次大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子搭載用パッケージ。
断面視において、前記側壁部の内壁面が前記底面と前記側壁部の上面との間において、傾いていることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子搭載用パッケージ。
請求項１記載の水晶振動子搭載用パッケージと、
該水晶振動子搭載用パッケージに搭載された水晶振動子とを備えていることを特徴とする水晶デバイス。