JP6167494B2 - 電子デバイス用容器の製造方法、電子デバイスの製造方法、電子デバイス、電子機器及び移動体機器 - Google Patents

Description

本発明は、容器本体と蓋体との溶接方法の改善を図った電子デバイス用容器の製造方法、電子デバイスの製造方法、それを用いた電子機器、及び移動体機器に関するものである。

電子素子を容器内に気密封止する構造としては、一面が開口したセラミック容器本体内に電子素子を配置し、導電性部材を用いて電子素子と容器本体側配線との電気的導通を図った後、容器本体の開口周縁部に形成した封止部と金属製の蓋体とを、シーム溶接（抵抗溶接）して密封する手法、又はレーザー光、電子ビームを用いて両者を溶融して接合する手法等が用いられている。
特許文献１には、シーム溶接を用いて製造される圧電デバイスが開示されている。圧電デバイスは、電子素子用の容器と、圧電素子と、を備えている。電子素子用の容器は、凹陥部を有する容器本体と、蓋体と、備えている。
容器本体は、基板部の一方の主面に枠部が設けられて、凹陥部が形成されている。容器本体を構成する基板部は、例えばアルミナセラミックス等のセラミック材料を複数積層することよって形成されている。枠部は、コバール等の金属から成り、中空部を有する枠状のシールリングが用いられる。また、枠部は、基板部の一方の主面に形成されたメタライズに、ロウ付けなどにより接続される。そして、基板部の一方の主面には、一対の素子搭載パッドが設けられている。また、容器本体の他方の主面には、複数の実装端子が設けられている。

蓋体は、４２アロイやコバールなどからなり、凹陥部側に面している主面に、外側縁部から内側に向かって厚みが増すように傾斜部が設けられている。蓋体は、所定雰囲気内で容器本体の枠部上に配置され、シーム溶接機のローラ電極を蓋体に接触させ、ローラ電極に電流を流しながら蓋体の外周縁に沿って動かすことで枠部に接合される。
蓋体には外側縁部から内側に向かって傾斜部が設けられているため、ローラ電極と搬送治具の接触を防止できる。また、ローラ電極の傾斜角を大きくしても、蓋体と枠部とが接触している幅（接合幅）を小さくできる。これにより、容器本体にかかる熱応力（残留応力）を低減することができ、容器体本に生じる割れやカケ等を防止することができると、開示されている。

特開２０１０−１７８１１３公報

しかしながら、近年益々容器の小型化が進み、特許文献１に開示されているように、蓋体の構造を端縁より蓋体の中央に向かって厚みを増すように傾斜をつけたとしても、蓋体自体の厚さが０．１ｍｍ程度しかないため、溶接時に発生する熱応力（残留応力）に起因する容器本体のクラック発生は避けることが難しいという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、溶接時に生じる熱応力（残留応力）を緩和する応力緩和部を蓋体に設ける電子デバイス用容器の製造方法と、電子デバイスの製造方法、この製造方法を用いた電子デバイス、電子機器、及び移動体機器を提供することにある。

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本発明に係る電子デバイス用容器の製造方法は、凹陥部を有し、前記凹陥部の周縁に封止部を備えているベース基板と、及び金属を材料とする基材層とロウ材層とを含んでいる蓋体とを用意する工程と、前記封止部と前記ロウ材層とが重なるように前記蓋体を前記ベース基板に配置する工程と、前記蓋体の板厚が、前記封止部と接合された部分よりも、厚み方向の平面視でその内側に位置する部分の方が小さくなるように、前記エネルギービームを照射して前記封止部に前記蓋体を接合する工程と、を含むことを特徴とする電子デバイス用容器の製造方法である。

この製造方法によれば、ベース基板の封止部に蓋体をエネルギービーム接合するとき、蓋体、及びベース基板の線膨張係数の違いと、両者の各部分の温度分布の偏倚により、容器を常温に戻すと残留応力が生じるが、厚み方向の平面視で前記封止部と蓋体の接合された部分よりも内側に位置する部分の方が小さくなる所謂応力緩和部により残留応力を吸収・低減し、容器にクラック等を生じさせないという効果がある。

［適用例２］本発明に係る電子デバイスの製造方法は、電子素子と、凹陥部を有し、前記凹陥部の周縁に封止部を備えているベース基板と、及び金属を材料とする基材層とロウ材層とを含んでいる蓋体とを用意する工程と、前記凹陥部の底部に前記電子素子を配置する工程と、前記封止部と前記ロウ材層とが重なるように前記蓋体を前記ベース基板に配置する工程と、前記蓋体の板厚が、前記封止部と接合された部分よりも、厚み方向の平面視でその内側に位置する部分の方が小さくなるように、前記エネルギービームを照射して前記封止部に前記蓋体を接合する工程と、を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法である。

この製造方法によれば、電子デバイス、例えば圧電振動子の製造時に蓋体をベース基板にエネルギービーム接合する際に生じる残留応力を吸収し、低減できるので、電子デバイスのリーク不良を大幅に低減できるという効果がある。

［適用例３］また電子デバイスの製造方法は、前記接合する工程では、前記ロウ材が移動することで、前記蓋体の板厚の小さい部分を形成することを特徴とする適用例２に記載の電子デバイスの製造方法である。

この製造方法によれば、エネルギービームを適切に照射することにより、蓋体に板厚の薄い部分を形成できるので、この薄い部分が応力緩和部として作用し、ベース基板にクラックの発生を防止でき、気密度に優れた電子デバイスが得られるという効果がある。

［適用例４］また電子デバイスの製造方法は、電子素子と、凹陥部を有し、前記凹陥部の周縁に封止部を備えているベース基板と、及び金属を材料とする基材層とロウ材層とを含み、厚み方向の平面視で一部分に応力緩和部を有している蓋体とを用意する工程と、前記凹陥部の底部に前記電子素子を配置する工程と、前記封止部と前記ロウ材層とが重なり、厚み方向の平面視で前記応力緩和部と前記凹陥部とが重なるように前記蓋体を前記ベース基板に配置する工程と、エネルギービームを照射して前記封止部に前記蓋体を接合する工程と、を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法である。

この製造方法によれば、ベース基板の凹陥部と、厚み方向の平面視で一部分に応力緩和部を有している蓋体と、を重なるようにエネルギービーム接合するので、接合後に生じる残留応力を応力緩和部が低減し、ベース基板にクラックが生じるのを防止し、気密度の高い電子デバイスが得られるという効果がある。

［適用例５］また電子デバイスの製造方法は、前記応力緩和部は、前記蓋体の他の部分よりも板厚が小さいことを特徴とする適用例４に記載の電子デバイスの製造方法である。

この製造方法によれば、応力緩和部が、蓋体の他の部分よりも板厚が小さく形成されているので、ベース基板と、蓋体とをエネルギービーム接合する際に生じる残留応力を、応力緩和部が低減し、ベース基板にクラックが生じるのを防止し、気密性に優れた電子デバイスが得られるという効果がある。

［適用例６］また電子デバイスの製造方法は、前記応力緩和部は、厚み方向に曲がっていることを特徴とする適用例４に記載の電子デバイスの製造方法である。

この製造方法によれば、前記応力緩和部は、厚み方向に曲がっているのでベース基板と、蓋体とをエネルギービーム接合する際に生じる残留応力をより緩和し、ベース基板にクラックが生じるのを防止し、気密性に優れた電子デバイスが得られるという効果がある。

［適用例７］本発明の電子機器は、適用例２乃至６の何れか一項に記載の電子デバイスの製造方法により製造された電子デバイスを備えていることを特徴とする電子機器である。

この構成によれば、気密性が良く、周波数精度、周波数温度特性、エージング特性の良好な電子デバイスを用いて電子機器を構成するので、長期に亘って周波数の安定な電子機器が得られるという効果がある。

［適用例８］本発明の移動体機器は、適用例２乃至６の何れか一項に記載の電子デバイスの製造方法により製造された電子デバイスを備えていることを特徴とする移動体機器である。

この構成によれば、気密性が良く、小型で且つ周波数精度、周波数温度特性、エージング特性の良好な電子デバイスを用いて移動体機器を構成するので、移動体機器の小型化と、長期に亘って周波数の安定な移動体機器が得られるという効果がある。

本発明に係る電子デバイス用容器の、（ａ）は分解斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ−Ｐ断面図であり、（ｃ）は蓋体の断面図。 エネルギービーム接合法を説明するための電子デバイス用容器の一部を拡大した断面図。 他の実施例の蓋体の、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図。 他の実施例の蓋体の、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図。 平板状蓋体を用いた容器の一部拡大断面図。 電子デバイスの製造手順を示すフローチャート。 （ａ）は電子デバイス（圧電振動子）の断面図であり、（ｂ）は他の電子デバイス（圧電発振器）の断面図。 （ａ）はジャイロセンサーの構成を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図であり、（ｃ）は動作を説明する模式図。 電子機器の概略図。 移動機器の説明図。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明に係る電子デバイス用容器１の一実施形態の分解斜視図であり、同図（ｂ）は（ａ）のＰ−Ｐ断面図であり、同図（ｃ）は蓋体３の拡大断面図である。
電子素子を収容する容器１は、電子素子を搭載可能な凹陥部を有するセラミック製のベース基板（容器本体）２と、ベース基板２の一面に設けられた凹陥部（キャビティー）１８を気密封止する蓋体３と、を備えている。
本発明に係る電子デバイス用容器１の製造方法の概略は次の通りである。即ち、セラミックを材料とする絶縁基板２Ａを備えたベース基板２と、金属製の蓋体３と、を備えた電子デバイス用容器１の製造方法であり、凹陥部１８を有し、凹陥部の周縁に封止部１０を備えているベース基板２と、金属を材料とする基材層とロウ材層とを含んでいる蓋体３とを用意する工程と、封止部とロウ材層とが重なるように蓋体をベース基板に配置する工程と、蓋体の板厚が、封止部と接合された部分よりも、厚み方向の平面視でその内側に位置する部分の方が小さくなるように、前記エネルギービームを照射して前記封止部に前記蓋体を接合する工程と、を有している。
これを換言すれば、本発明の電子デバイス容器の製造方法は、凹陥部（キャビティー）１８を有し、この凹陥部（キャビティー）１８の上部周縁に封止部（メタライズ層）１０を備えたベース基板２を用意する工程と、蓋体用基材層１１ａ、及び蓋体用基材層１１ａの一方の主面全体に積層されたロウ材層１１ｂを有すると共に、凹陥部（キャビティー）１８と対応する位置に応力緩和部１２を有した蓋体３を用意する工程と、封止部（メタライズ層）１０とロウ材層１１ｂとが整合するように蓋体３をベース基板２に配置する工程と、蓋体３の周縁にエネルギービーム（レーザー光、電子ビームを含む）を照射して封止部（メタライズ層）１０に対して蓋体３を接合する工程と、を有している。

ベース基板２は、例えばセラミックス材料からなる平板状の下層板２ａと、中空環状体の中層板２ｂと、中空環状体の上層板２ｃと、を積層して構成された絶縁基板２Ａと、メタライズ層１０等を備えている。下層板２ａはベース基板２の底部を形成し、中層板２ｂは電子素子の実装面を形成し、中空環状体の上層板２ｃは、中層板２ｂと共に、ベース基板２の内部空間（キャビテーション）を形成する。セラミック基板の下層板２ａ、中層板２ｂ、上層板２ｃを構成するセラミック基材（絶縁基板２Ａ）は、グリーンシートを成形・加工してから焼成することにより形成されている。
中層板２ｂの一端部寄りの上面には、電子素子搭載用の複数の素子搭載用パッド１３が形成され、素子搭載用パッド１３は複数の貫通ビア１５を経由して、ベース基板２の外側底面の実装端子１４と電気的に導通している。

上層板２ｃの上部周縁には、メタライズ層（封止部）１０が形成されている。メタライ
ズ層（封止部）１０は、例えばメタライズ印刷（タングステンＷ等）、焼成、ニッケル（
Ｎｉ）メッキ、シールリングロー付け、ニッケル（Ｎｉ）メッキ、金（Ａｕ）メッキ等で
形成されている。また、近年では、セラミック基板面に、セミアディティブ法を用いて銅
（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等メタライズ層を形成する方法が開発されてい
る。この方法は、焼成済みのグリーンシート上にスパッタによる金属膜（銅Ｃｕ）の成膜
、フォトリソグラフィ技術、メッキ（Ｎｉ＋Ａｕ）、エッチング手法を用い、所定のメタ
ライズ層を、高温加熱を伴わないで形成するものである。後者のメタライズ層（封止部）
は平面度に優れている。
また、ベース基板２の外部底面には外部配線と接続するための複数の実装端子１４を備
えている。
以上の説明では、セラミックス基板を三層積層したベース基板２の例を説明したが、２
層、４層等であってもよい。また、図１（ｂ）に示す素子搭載用パッド１３、貫通ビア１
５は、一例に過ぎず、他の配線例を用いてもよい。また、必要に応じて封止部（メタライ
ズ層）１０と、接地用の実装端子１４と、を導通する貫通ビアを設けることが望ましい。
本発明の容器１を電子デバイス等に用いるとき、金属性の蓋体３をグランド電位に保持す
ることにより、蓋体３のシールド効果によって外部からの不要な電気的信号、例えばノイ
ズなどから保護することができるし、また、外部に対し不要輻射を防止することができる
。

また、金属製の蓋体３は、図１（ｃ）の断面図に示すように、外周縁より中央部に向かって蓋体３の肉厚が減少するように構成されている。しかも、蓋体３は、ベース基板２を構成するセラミック基板（下層板２ａ、中層板２ｂ、上層板２ｃ）の線膨張係数（７ｐｐｍ／℃）に近い線膨張係数を有した金属材料のコバール（線膨張係数：５．５ｐｐｍ／℃）から成る蓋体用基材層１１ａと、蓋体用基材層１１ａの下面にクラッド法により積層されたロウ材層１１ｂ、例えば銀ロウと、蓋体用基材層１１ａの上面にクラッド法により積層された酸化防止膜用のニッケル膜１１ｃと、から構成されている。なお、蓋体用基材層１１ａの材料としては、コバールの他に、４２ニッケル、ＳＵＳ等も使用することができる。

図２は、電子デバイス用容器のエネルギービーム（例えばレーザー光）接合法を説明する図であり、図１の容器の一部を拡大した縦断面図である。ベース基板２の環状の封止部（メタライズ層）１０上に、ロウ材層１１ｂが接合するように金属製の蓋体３を整合・配置し、蓋体３の周縁にエネルギービームを照射する。封止部（メタライズ層）１０と、金属製蓋体３の周縁部とを接合する際のエネルギービームの照射位置は、図２に示すようにエネルギービームのスポット径の中心部が、封止部（メタライズ層）１０と蓋体３との接合部１０ａの幅寸法Ｗ１の中心部とほぼ合致するように設定する。エネルギービームのスポット径の一例は１００μｍ程度であり、接合部１０ａの幅寸法Ｗ１の一例は、１５０μｍ程度である。エネルギービームのエネルギーはスポット径の中心部で最大であり、中心部から遠ざかるにつれてそのエネルギーは減少する。なお、スポット径の中心部を、接合部１０ａの幅寸法Ｗ１の中心部より蓋体３の中央寄りに少し偏倚させ、スポット径の端が接合部１０ａの内側端部１０ｂにかかる、或いは端部を越えるようにしてもよい。このようにエネルギービームの中心位置、端部の位置を設定すると、蓋体３裏面のロウ材層１１ｂを均一、且つ確実に溶融させることにより、均一、且つ必要十分な範囲に展開させることが可能となる。

ベース基板２の上層板２ｃの上部周縁に形成された環状の封止部（メタライズ層）１０に、図４に示すような平板状の金属製蓋体３を整合するように配置し、蓋体３の接合する部分にエネルギービーム（例えばレーザー光、電子ビーム等）を照射すると、比較的低融点の合金からなる接合部材としてのロウ材層１１ｂ、例えば銀ロウが溶融、固化して接合し、容器１は気密封止される。このとき、エネルギービームの照射によって金属製の蓋体３が発熱し、この熱がロウ材層１１ｂを介して封止部（メタライズ層）１０に伝導し、更にベース基板２の上層板２ｃ、中層板２ｂ、下層板２ａへと伝わるが、熱の温度分布は一様ではなく、各部分により温度差が生じる。その上、ベース基板２を形成するセラミック基板と、蓋体３を構成するコバールとでは、線膨張係数に差があり、容器１を封止した後、容器１を常温に戻すと、ロウ材層１１ｂを介してベース基板２と、蓋体３との間に残留応力が発生することになる。容器１を小型化するに応じて、ベース基板２は応力に対して脆弱となり、ベース基板２のセラミック材（例えば上層板２ｃ）にクラックが生じる虞がある。

そこで、本発明の第１の実施形態例は、図１（ｃ）に示すように、蓋体３の断面形状を、ベース基板２の環状の封止部（メタライズ層）１０と接合する外周領域３ａは一様の肉厚とし、この領域から蓋体３の中央部に向かって肉厚が薄くなるように応力緩衝部１２を構成している。このように、蓋体３の一部に張力に対し変形する領域、即ち応力緩衝部１２を設けることにより、接合によって生じる残留応力をこの応力緩衝部１２で吸収・低減し、ベース基板２のセラミック材にかかる応力を減らし、クラックの発生を防止するようにした。
なお、本例では、肉厚が均一な外周領域３ａに対して応力緩衝部１２の肉厚を傾斜状に漸減させるように構成したが、外周領域３ａと応力緩衝部１２との境界に段差部を設けてもよい。また応力緩衝部１２の肉厚を全体に渡って均一厚としてもよいし、図１（ｃ）に示すように外周部から中央部に向けて厚さが漸減するようにしてもよい。

図３は、蓋体３の第２の実施形態例であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は（ａ）のＰ−Ｐ断面図である。第２の実施例の特徴は、蓋体３の断面形状を、環状体の封止部（メタライズ層）１０と接合する外周領域３ａは一様の肉厚とし、この外周領域３ａよりも蓋体３の中央寄りの内側領域３ｂを波型形状（非平面形状）とし、この内側領域を応力緩衝部１２とした点である。このように非平面形状から成る応力緩衝部１２を構成することにより、接合によって生じる残留応力をこの応力緩衝部で吸収・低減し、ベース基板２のセラミック材にかかる応力を減らして、クラックの発生を防止するようにしている。
また、非平面形状である応力緩衝部１２を構成する蓋体３の断面形状は、鋸歯状であってもよい。非平面形状であることにより、残留応力を吸収・低減し、ベース基板２のセラミック材にかかる応力を減らし、クラックの発生を防止することができる。

図４は、蓋体３の第３の実施形態例であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は（ａ）のＰ−Ｐ断面図である。ここでは、図４に示すような一般的な平板状の蓋体３を用いて、残留応力を緩和する方法がないか検討した。ベース基板２の封止部（メタライズ層）１０と、図４に示すように断面形状が矩形状の蓋体３との接合実験で、エネルギービームの出力、スポット径、照射位置、照射時間等の接合条件を種々変えて接合した。容器の気密度を測定し、接合断面をＳＥＭ写真に撮り、ロウ材層１１ｂが溶融し、固化した状態と、接合条件との関係を検討した。図５は、このような実験において得られたＳＥＭ写真の模式図の一例である。
図５からも明らかなように、蓋体３の外側端部（図５では左側）は、エネルギービームの照射により上面が山のように盛り上がり、ロウ材層１１ｂ’には十分な濡れ性が生じ、蓋体３の外側端部の一部に這い上がっていることが分かる。また、ロウ材層１１ｂ’は、接合部の蓋体３の底面で十分に溶融し、表面張力を受けて固化したことがこの図から明らかである。

また、図５において、封止部１０と蓋体３との接合部よりもキャビティー１８寄りのロ
ウ材層１１ｂ”が、溶融し表面張力により接合部に引き寄せられ、キャビティー１８側で
、ロウ材層１１ｂ”が無い領域が生じていることを見出した。容器１の気密度と、ロウ材
層１１ｂ”が無い領域（応力緩和部と称す）との関係を調べてみると、応力緩和部が生じ
るような接合条件でエネルギービーム接合した容器は、気密度の良品率が極めて良好であ
ることが判明した。つまり、エネルギービーム照射により封止部１０に近接するキャビテ
ィー１８側のロウ材層１１ｂ”が溶融し、表面張力で封止部１０と、蓋体３の間に引き寄
せられ、固化した様子が図５に示されている。接合部近傍のキャビティー１８側のロウ材
層１１ｂ”が、接合部１０ａに引き寄せられて、ロウ材層１１ｂ”が無い領域が形成され
、この領域が残留応力に対する応力緩和部１２として機能する、即ち応力緩和部１２が接
合によって生じた残留応力を吸収・低減していることを見出した。
厚さや形状の変化のない平板状の蓋体３であっても、エネルギービームの出力、スポッ
ト径、照射位置、照射時間等の接合条件を適正に設定することにより、封止部１０に近接
するキャビティー側のロウ材層１１ｂが溶融し、表面張力により接合部１０ａに引き寄せ
られて、封止部１０に近接するキャビティー１８側にロウ材層１１ｂ”が無い領域、即ち
応力緩和部１２が形成され、残留応力を吸収・低減し、セラミック材に生じるクラックを
防止できることを見出した。

以上に説明したように、ベース基板２の封止部１０に蓋体３をエネルギービーム接合するとき、ベース基板２、及び蓋体３の線膨張係数の違いと、両者の各部分の温度分布の偏倚により、容器１を常温に戻すと残留応力が生じるが、蓋体３に設けた応力緩和部１２により残留応力を吸収・低減し、容器１にクラック等を生じさせないという効果がある。
また、図１（ｃ）に示すように、応力緩和部１２の肉厚を蓋体３の他の部分、つまり外周領域３ａより薄肉とすることにより、エネルギービーム接合時に生じる残留応力をより吸収し低減できるので、容器１にクラック等を生じさせないという効果がある。

また、図３に示すように、容器の大きさに応じて応力緩和部の形状を非平板状、例えば波型形状とすることにより、残留応力をよりよく吸収し低減できるので、容器にクラック等を生じさせないという効果がある。
図５に示すように、エネルギービームの出力、スポット径、照射位置、照射時間等の接合条件を適正に設定することにより、製造が容易であり且つコストの安い平板形状の蓋体３を用いて、この蓋体３に応力緩和部１２を形成することができ、エネルギービーム接合時に生じる残留応力を吸収し低減できるので、容器１にクラック等を生じさせないという効果がある。

次に、図６は本発明に係る電子デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。図６は、図７（ａ）に示す電子デバイス５の製造方法を説明するフローチャートであるが、同図（ｂ）の電子デバイス６についても同等の手順による製造が可能である。
まず、本発明に係る電子デバイス用容器の製造方法の概略は次の通りである
凹陥部１８を有し、凹陥部の周縁に封止部１０を備えているベース基板２、及び金属を材料とする基材層とロウ材層とを含んでいる蓋体３を用意する工程と、封止部とロウ材層とが重なるように蓋体をベース基板に配置する工程と、蓋体の板厚が、封止部と接合された部分よりも、厚み方向の平面視でその内側に位置する部分の方が小さくなるように、エネルギービームを照射して前記封止部に前記蓋体を接合する工程と、を含む。
次に、本発明に係る電子デバイスの製造方法の概略は次の通りである。
即ち、凹陥部１８を有し、凹陥部１８の周縁に封止部１０を備えたベース基板２を用意する工程と、蓋体用基材層１１ａ、及び蓋体用基材層１１ａの一方の主面全体に積層されたロウ材層１１ｂを有すると共に、凹陥部１８と対応する位置に応力緩和部１２を有した蓋体３を用意する工程と、凹陥部１８に電子素子３０を配置する工程と、封止部１０とロウ材層１１ｂとが整合するように蓋体３をベース基板２に配置する工程と、蓋体３にエネルギービームを照射して封止部１０に対して蓋体３を接合する工程と、を有している（Ｓ１ａ〜Ｓ６））。
この製造方法によれば、電子デバイス、例えば圧電振動子５の製造時に蓋体３をベース基板２にエネルギービーム接合する際に生じる残留応力を吸収し、低減できるので、圧電振動子５の気密不良を大幅に低減できるという効果がある。

図７（ａ）は、本発明に係る電子デバイスの実施形態の一例である圧電振動子５の構成
を示す縦断面図である。圧電振動子５は、電子素子（圧電振動素子）３０と、電子素子３
０を収容する容器１とを備えている。容器１は、凹陥部（キャビティー）１８を有するベ
ース基板２と、金属製の蓋体３と、を備えている。蓋体３のベース基板２と接合する面に
はロウ材層１１ｂが全面に形成されている。ベース基板２は、図７（ａ）に示すように、
二層の絶縁基板（下層板、上層板）を有し、絶縁材料としての酸化アルミニウム質のセラ
ミック・グリーンシートを焼結して形成される。環状の封止部１０は、多層のメタライズ
層から構成されている。また、凹陥部（キャビティー）１８の底部には一対の素子搭載用
パッド１３が形成されている。実装端子１４は、容器本体の外部底面に複数形成されてい
る。
ベース基板２を構成する絶縁基板に形成された素子搭載用パッド１３と、実装端子１４
とは、貫通ビア１５により電気的に導通されている。素子搭載パッド１３の位置は、電子
素子３０を載置した際に、電子素子３０のパッド電極に対応するように配置されている。

電子素子（圧電振動素子）３０の一例は、水晶基板と、一対の励振電極と、リード電極と、電極パッドと、を概略備えている。水晶基板は、ＡＴカット水晶振動子の場合、小型化を図るためメサ型構造とするのが一般的である。メサ型構造の水晶基板は、大型水晶ウェハーにフォトリソグラフィ技法と、エッチング手法とを適用することにより、同一品質の水晶基板を大量の製造することが可能である。水晶基板のメサ型構造は、水晶振動子の要求特性により、厚さ方向に対称な１段構造でもよいし、２段、３段構造であってもよい。
励振電極は、水晶基板のほぼ中央部に形成され、水晶基板の端部に形成された電極パッドに向けて夫々延在するリード電極を形成する。励振電極の一例は、スパッタ法、真空蒸着法等を用い、クロム（Ｃｒ）、又はニッケル（Ｎｉ）の電極膜を下地とし、その上に金（Ａｕ）の電極膜を積層した水晶基板を、フォトリソグラフィ技法にて所定の形状に形成する。この手法を用いると、励振電極、リード電極、電極パッドが一度に、所定の形状で形成することが可能である。励振電極の大きさは、要求される仕様により、メサ型構造の頂部、又は周縁の一部まで広がる場合がある。また、励振電極の大きさは高次の屈曲モードを抑圧するように、その寸法を決めるのが一般的である。

ベース基板２に電子素子３０を固定する際にはまず、素子搭載パッド１３に導電性接着剤３５を塗布し、これに電子素子３０のパッド電極が整合するように載置して所定の荷重をかける。導電性接着剤３５としては、シリコン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤等があるが、接着剤３５に起因する応力（∝歪）の大きさが小さく、経年変化を考慮して脱ガスの少ない接着剤を選ぶとよい。

ベース基板２に搭載された電子素子３０の導電性接着剤３５を硬化させるために、所定の温度の高温炉に所定の時間入れる。導電性接着剤３５を硬化させ、アニール処理を施した後、励振電極に質量を付加するか、又は質量を減じて周波数調整を行う。ベース基板２の上面に形成した封止部１０上に、蓋体３を配置し、エネルギービーム接合機のチャンバー内で真空中、又は窒素Ｎ_２ガスの雰囲気中で蓋体３のロウ材層１１ｂと、封止部１０とをエネルギービーム接合して密封し、圧電振動子５が完成する。
図７（ａ）に示すように、電子デバイス、例えば圧電デバイス５を構成すれば、ベース基板２の残留応力が緩和されるので、リーク不良率の改善はもとより、周波数精度、周波数温度特性、経年変化の優れた圧電デバイスを構成することができるという効果がある。

図７（ｂ）は、本発明に係る電子デバイス６の実施形態を示す縦断面図である。電子デバイス６は、例えば電子素子３０と、少なくとも１つの第２の電子素子３７と、電子素子３０、及び第２の電子素子３７を収容する、ベース基板２と蓋体３とを備えた容器１と、を概略備えている。ベース基板２のキャビティー１８の底面には、素子搭載用パッド１３と、部品搭載用パッド１３ａとが設けられ、両者とも貫通ビア１５で実装端子１４と導通接続されている。素子搭載用パッド１３に導電性接着剤３５を塗布し、電子素子３０のパッド電極を載置し、所定の加重をかけ、導電性接着剤３５を硬化させるため熱処理する。更に、部品搭載用パッド１３ａに第２の電子素子３７を載置し、超音波ボンディング等の手段で接合する。ベース基板２の上面の封止部１０に整合するように、蓋体３を載置し、エネルギービーム接合機のチャンバーに入れ、エネルギービーム接合して、電子デバイス６を完成する。電子デバイス６の容器１内は、真空であってもよいし、窒素（Ｎ_２）を充填してもよい。

以上の実施形態例では、容器１に収容する第２の電子素子３７としては、サーミスタ、コンデンサ、リアクタンス素子、半導体素子（可変容量ダイオード、発振回路、増幅器等を備えたＩＣ）のうち少なくとも一つを用いて電子デバイスを構成することが望ましい。

図８（ａ）は、本発明に係る容器１を用いて構成したジャイロセンサー７の概略平面図であり、蓋体３を取り除いて示している。図８（ｂ）は、（ａ）のＰ−Ｐ断面図である。振動ジャイロセンサー７は、振動ジャイロ素子４０と、振動ジャイロ素子４０を収容する容器１と、を概略備えている。容器１は、図１に示すように、ベース基板２と、ベース基板２のキャビティーを気密封止する蓋体３と、を備えている。
振動ジャイロ素子４０は、基部４１と、基部４１の対向する２つの端縁から夫々同一直線上に突設された１対の検出用振動腕４５ａ、４５ｂと、を備えている。更に、振動ジャイロ素子４０は、基部４１の対向する他の２つの端縁から夫々検出用振動腕４５ａ、４５ｂと直交する方向に同一直線上に突設された１対の第１の連結腕４２ａ、４２ｂと、各第１の連結腕４２ａ、４２ｂの先部からそれと直交する両方向へ夫々突設された各１対の駆動用振動腕４３ａ、４３ｂ及び４４ａ、４４ｂと、を備えている。

振動ジャイロ素子４０は、基部４１の対向する他の２つの端縁から夫々前記検出用振動
腕４５ａ、４５ｂと直交する方向に同一直線上に突設された各１対の第２の連結腕４１ａ
、４１ｂ、及び４１ｃ、４１ｄと、各第２の連結腕４１ａ、４１ｂ、及び４１ｃ、４１ｄ
の先端部からそれと直交する両方向へ夫々突設され、検出用振動腕４５ａ、４５ｂと、駆
動用振動腕４３ａ、４３ｂ及び４４ａ、４４ｂとの間に配置された各１対の支持腕４６ａ
、４６ｂ及び４７ａ、４７ｂと、を備えている。
励振電極は、少なくとも１対の検出用振動腕４５ａ、４５ｂと、各１対の駆動用振動腕
４３ａ、４３ｂ及び４４ａ、４４ｂと、に夫々形成されている。支持腕４６ａ、４６ｂ及
び４７ａ、４７ｂには、複数の電極パッド（図示せず）が形成され、この電極パッドと励
振電極との間は、夫々電気的に接続されている。
振動ジャイロセンサー７は、ベース基板２の内面の、振動ジャイロ素子４０の各検出
用振動腕４５ａ、４５ｂ、及び各駆動用振動腕４３ａ、４３ｂ及び４４ａ、４４ｂの先部
と対向する部位に金属、又は高分子材の緩衝材が設けられている。

図８（ｃ）は振動ジャイロ素子の動作を説明する模式平面図である。振動ジャイロセンサー７は角速度が加わらない状態では、駆動用振動腕４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂが矢印Ｅで示す方向に屈曲振動を行う。このとき、駆動用振動腕４３ａ、４３ｂと、４４ａ、４４ｂとが、重心Ｇを通るＹ軸方向の直線に関して線対称の振動を行っているため、基部４１、連結腕４２ａ、４２ｂ、検出用振動腕４５ａ、４５ｂは、ほとんど振動しない。
振動ジャイロセンサー７にＺ軸回りの角速度ωが加わると、駆動用振動腕４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ及び第１の連結腕４２ａ、４２ｂにコリオリ力が働き、新たな振動が励起される。この振動は重心Ｇに対して周方向の振動である。同時に、検出用振動腕４５ａ、４５ｂは、この振動に応じて検出振動が励起される。この振動により発生した歪を検出用振動腕４５ａ、４５ｂに形成した検出電極が検出して角速度が求められる。

図９は本発明に係る電子機器の構成を示す概略構成図である。電子機器８は上記の電子デバイス５〜７の少なくとも１つを備えている。電子デバイスを用いた電子機器８としては、伝送機器等が挙げられる。これらの電子機器８において電子デバイスは、基準信号源、あるいは電圧可変型発振器等として用いられ、小型で、電気的特性の良好な電子機器を提供できる。
以上のように電子機器を構成すると、気密性が良く、周波数精度、周波数温度特性、エージング特性の良好な電子デバイスを用いて電子機器８を構成するので、長期に亘って周波数の安定な電子機器８が得られるという効果がある。

図１０は、一具体例として移動体機器を搭載した自動車１１０を概略的に示す。自動車１１０には、例えば図８に示すようにジャイロセンサー素子４０を有するジャイロセンサー７が組み込まれる。ジャイロセンサー７は車体１１１の姿勢を検出することができる。ジャイロセンサー７の検出信号は車体姿勢制御装置１１２に供給されることができる。車体姿勢制御装置１１２は例えば車体１１１の姿勢に応じてサスペンションの硬軟を制御したり個々の車輪１１３のブレーキを制御したりすることができる。その他、こういった姿勢制御は二足歩行ロボットやラジコンヘリコプターで利用されることができる。姿勢制御の実現にあたってジャイロセンサー７が組み込まれる。

この構成によれば、気密性が良く、小型で且つ電気的特性が安定であり、エージング特性の良好な電子デバイスを用いて移動体機器を構成するので、移動体機器の小型化と、長期に亘って周波数の安定な移動体機器が得られるという効果がある。

１…容器、２…ベース基板（容器本体）、２Ａ…絶縁基板、３…蓋体、３ａ…外周領域、３ｂ…内側領域、５、６…電子デバイス、７…振動ジャイロセンサー、８…デジタル携帯電話、１０…封止部（メタライズ層）、１０ａ…接合部、１０ｂ…内側端部、１１ａ…基材層、１１ｂ、１１ｂ’、１１ｂ”…ロウ材層、１１ｃ…ニッケル膜、１２…応力緩和部、１３…素子搭載用パッド、１３ａ…部品搭載用パッド、１４…実装端子、１５…貫通ビア、１８…キャビティー、３０…電子素子、３７…第２の電子素子、４０…振動ジャイロ素子（電子素子）、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ…第２の連結腕、４２ａ、４２ｂ…第１の連結腕、４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ…駆動用振動腕、４５ａ、４５ｂ…検出用振動腕、４６ａ、４６ｂ、４７ａ、４７ｂ…支持腕、Ｇ…重心

Claims (11)

1. 凹陥部を有し、前記凹陥部の周縁に封止部を備えているベース基板、及び基材層とロウ材層とを含んでいる蓋体を用意する工程と、
   前記封止部と前記ロウ材層とが重なるように前記蓋体を前記ベース基板に配置する工程と、
   前記蓋体において、前記ロウ材層が無い領域が生ずるように、エネルギービームを照射して前記封止部に前記蓋体を接合する工程と、
   を含むことを特徴とする電子デバイス用容器の製造方法。
2. 電子素子と、
   凹陥部を有し、前記凹陥部の周縁に封止部を備えているベース基板、及び基材層とロウ材層とを含んでいる蓋体を用意する工程と、
   前記凹陥部の底部に前記電子素子を配置する工程と、
   前記封止部と前記ロウ材層とが重なるように前記蓋体を前記ベース基板に配置する工程と、
   前記蓋体において、前記ロウ材層が無い領域が生ずるように、エネルギービームを照射して前記封止部に前記蓋体を接合する工程と、
   を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
3. 前記接合する工程では、前記ロウ材が移動することで、前記ロウ材層が無い領域が生ずることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイスの製造方法。
4. 前記基材層が平板状であることを特徴とする請求項２または３に記載の電子デバイスの製造方法。
5. 前記接合する工程では、前記蓋体において、前記基材層の厚さが、前記封止部と接合された部分の方が、厚み方向の平面視でその内側に位置する部分よりも大きくなるように、前記エネルギービームを照射することを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
6. 電子素子と、
   凹陥部を有し、前記凹陥部の周縁に封止部を備えているベース基板、及び基材層とロウ材層を含み、厚み方向の平面視で前記ベース基板との接合部より内側で外周側より中央部に向かって前記基材層の肉厚が減少するように構成されている応力緩和部を有している蓋体とを用意する工程と、
   前記凹陥部の底部に前記電子素子を配置する工程と、
   前記封止部と前記ロウ材層とが重なり、厚み方向の平面視で前記応力緩和部と前記凹陥部とが重なるように前記蓋体を前記ベース基板に配置する工程と、
   エネルギービームを照射して前記封止部に前記蓋体を接合する工程と、
   を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
7. 凹陥部を有し、前記凹陥部の周縁に封止部を備えているベース基板と
   基材層とロウ材層とを含んでいる蓋体と、
   前記凹陥部の底部に配置された電子素子と、
   を備え、
   前記蓋体は、前記封止部と前記ロウ材層とが重なるような配置で前記ベース基板に接合されており、
   前記封止部と接合された部分の前記ロウ材と、厚み方向の平面視で前記封止部と接合された部分より内側に位置する部分の前記ロウ材との間に、前記ロウ材が無い部分がある、
   ことを特徴とする電子デバイス。
8. 前記封止部と接合された部分の前記基材層の厚さが、厚み方向の平面視で前記封止部と接合された部分より内側に位置する部分の前記基材層の厚さよりも大きい、ことを特徴とする請求項７に記載の電子デバイス。
9. 凹陥部を有し、前記凹陥部の周縁に封止部を備えているベース基板と
   基材層とロウ材層を含み、厚み方向の平面視で前記ベース基板との接合部より内側で外周側より中央部に向かって前記基材層の肉厚が減少するように構成されている応力緩和部を有している蓋体と、
   前記凹陥部の底部に配置された電子素子と、
   を備え、
   前記蓋体は、前記封止部と前記ロウ材層とが重なり、厚み方向の平面視で前記応力緩和部と前記凹陥部とが重なるような配置で前記ベース基板に接合されている、
   ことを特徴とする電子デバイス。
10. 請求項７乃至９の何れか一項に記載の電子デバイスを備えていることを特徴とする電子機器。
11. 請求項７乃至９の何れか一項に記載の電子デバイスを備えていることを特徴とする移動体機器。

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