JPH05121989A

JPH05121989A - 圧電素子の収納容器

Info

Publication number: JPH05121989A
Application number: JP27912491A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Maeda; 佳男前田; Sadatsugu Miura; 禎次三浦; Yasuto Nose; 保人野瀬; Yoshinori Ubusaka; 芳則生坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1991-10-25
Filing date: 1991-10-25
Publication date: 1993-05-18

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電素子用の気密封止に優れた実装用平板型
収納容器を提供する。【構成】底面側部材と上面側部材とを貼り合わせて、
キャビティ内部に圧電素子を固着封止させる圧電素子の
収納容器において、底面側部材としてのシリコン基板に
角錐状の貫通孔と、サイド電極用の斜面をエッチングに
より一括して形成し、金属薄膜にて貫通孔の斜面とサイ
ド電極をパターニング配線することにより、圧電素子の
外部電極とし、且導電性封止材あるいは絶縁材にて封止
したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水晶振動子、ＳＡＷフ
ィルター、共振子等圧電材料を用いた圧電素子の収納容
器、特に、基板実装用・平板型収納容器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電素子の収納容器の一例を水晶
振動子の収納容器を例として以下に説明する。平面実装
対応の平板型収納容器の構成としては、平板状の底面側
部材と同じく上面側部材とにより、水晶振動子片を内包
して封止する構造が一般的である。例えば、平板状のセ
ラミック板を二段形状に加工し、その凹部から外周部へ
電極パターンを引き出した後に上面側部材を固着してな
る容器（特公平１―１９２９０）や、板状の絶縁材に電
極パターンを形成、圧電素子を固着後、上面側部材によ
り気密封止される容器（特開昭６４―３２１４）などが
平面実装対応の平板型収納容器として開示されている。
図５は従来の収納容器の断面図であり、凹形状を有する
平板状の底面側部材１と、凹形状内に固定された圧電素
子２、及び上面側部材３とから構成され、底面側部材１
と上面側部材３とは接着剤６にて封止されるものの、そ
の接着面には圧電素子２からの外部引出し配線４が部分
的に介在する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、圧電振動子の
特性として、Ｑ値等の静特性とエージング等の動特性を
精度良くするため、容器の気密性を極めて高く、且つ応
力を少なくして接合することが要求されているものの、
上記従来の容器においては、ある一定の厚みを有する電
極配線を上面側部材との接着界面を横切る様に配置する
ことが必要なことから、以下の問題を有している。

【０００４】まず、電極配線の厚みが厚いほど上面側部
材との接着界面間に部分的なギャップが存在することに
なり、気密封止が得にくい問題がある。このため、良好
な上面側部材との気密封止を得るためには、接着工程に
おける接着剤の塗布量や塗布バラツキ、接着荷重などの
接着条件に細心の注意を払うことが必要である。

【０００５】また、比較的良好な気密性が得られるとさ
れる低融点ガラスを接着剤として用いる封止では、摂氏
４００度近辺での熱処理を必要とするため、封止後の圧
電振動子の周波数変化が大きいという問題を有してい
る。

【０００６】さらに、容器を薄型化するに従い、この接
着界面での接着強度を得るための充分な接着荷重の印加
が、部材自体の強度と接着後に残る応力のため、困難と
なる欠点があり、量産化のネックとなっていた。

【０００７】本発明は従来の圧電素子の収納容器におけ
る上記欠点を解決するためになされたものであり、小型
化、薄型化が可能で気密封止に適した圧電素子の収納容
器を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】図１は本発明による収納
容器の特徴を良く表す底面側部材の斜視図、図２は前記
底面側部材に上面側部材を接合させたときのＡＡ´及び
ＢＢ´における断面図を示すものである。

【０００９】本発明の構成は、底面側部材１１に角錐状
の貫通孔１３と側面部の面取り斜面部１４を相対向して
設け、前記貫通孔１３のテーパ状の面またはその面の一
部と前記面取り斜面部１４とに金属膜を形成し両者を導
通させ、圧電素子の電極部と前記貫通孔部１３の金属膜
とを導電性ペースト１７にて導通することにより圧電素
子を固着し、貫通孔部を導電材または絶縁材にて封止
後、上面側部材を接合させた圧電素子の収納容器であ
り、且前記収納容器の底面側部材１１がシリコン基板か
らなり、エッチングにより一括形成されることを特徴と
するものである。

【００１０】

【作用】本発明による収納容器によれば、底面側部材１
１の貫通孔１３と圧電振動子片１２の電極部とが重なる
ように導電性ペースト１７にて固着され、貫通孔斜面１
４に形成させた金属膜配線２０と前記圧電振動子片の電
極とをはんだ１８等により導通させ、貫通孔部１３を絶
縁性封止剤１９にて封止させて外部に引き出させたた
め、上面側部材１６との接合界面に電極配線等の突起を
形成する必要がなく、信頼性のある接合が可能である。
特に、接合面として平滑な面が要求される陽極接合にお
いては、最適な構造となり、摂氏３００度という比較的
低温で且つ接着荷重の印加を要しない陽極接合による高
い気密性と信頼性のある接着が可能となる。

【００１１】また、シリコンのエッチングにより電極引
出し用貫通孔１３と同時に形成されるサイド電極斜面部
１４は、垂直な側面に対し３５度の傾斜をなす凹部とし
ているため、実装用基板へのはんだ付けにより、導通化
とともに比較的強固な実装基板への容器の固定が可能と
なる。

【００１２】

【実施例】次に本発明の実施例を詳細に説明する。

【００１３】（実施例１）図３は本発明による圧電素子
の収納容器の一例として、水晶振動子の収納容器の例を
その製造方法と共に示す。

【００１４】図３における第一の工程としては、１．５
ミクロン厚の熱酸化膜２１を表面に有する、外径；３イ
ンチ、厚さ；５００ミクロンの両面ポリッシュされた
〈１００〉結晶方位のシリコンウエハー１１を底面側部
材として用いて、両主表面に以下の工程によりホトリソ
グラフィーを行う。

【００１５】まず下面には、水晶振動子の収納容器の外
形寸法が８×４ｍｍとなるように底面側部材として複数
個のパターンチップが配置され、チップ中に電極引出し
用の貫通孔１３がエッチングにより所望の寸法となるよ
うな矩形パターンと、最終工程にて切断されるべき線に
重なるように配置されたサイド電極用の矩形パターンと
が一つのパターン内に設計されたホトマスクにより、以
下の工程にてホトリソグラフィーを施す。なお、ホトマ
スクにはネガレジスト２２（東京応化製；OMR-83）を
スピンコート法にてコートし、所定のプレベーク、露
光、現像、ポストベークを経た後、さらに上面側にマス
キング用のレジストコーティングを行う。酸化膜２１の
エッチングは摂氏２５度に保持された（１：６）緩衝フ
ッ酸水溶液を用いて行い、貫通孔１３用の上記矩形パタ
ーンとサイド電極用の斜面１４が形成される矩形パター
ン形状とを形成する。レジスト剥離後、ＳiＯ₂２をマス
クとして摂氏８０度、１２wt％のＫＯＨ水溶液を用いた
エッチングにより、シリコン基板１１に貫通孔１３及び
斜面１４を形成する。

【００１６】次に上面側には、同様なホトリソグラフィ
ー法によって１００ミクロンの深さとなるよう矩形形状
をしたキャビティー１５となる凹部を形成させる。

【００１７】さらに、再度ウエハー全面を１．１ミクロ
ン熱酸化させた後、所定の洗浄工程を経て、底面側には
スパッター法によりCr/ Au積層膜２０をそれぞれ５００
オングストローム、２０００オングストローム成膜し、
上述するホトリソグラフィー法により貫通孔部１３とサ
イド電極用の斜面部１４とを接続するCr/ Auパターンを
形成させる。

【００１８】第二の工程として、上記シリコンウエハー
の電極引出し用貫通孔１３部分と、サイズ：１．５×
５．４×０．０８ｍｍの水晶振動子片１２の電極部とが
重なる用に導電性銀Ａｇペースト１７にて水晶振動子片
１２（発振周波数：２０ＭＨｚ）をシリコンウエハーに
固定する。所定のベーキング処理後、第二の工程を終了
する。

【００１９】第三の工程として、上記方法により完成さ
せた底面側基板とは別に、上述するホトリソグラフィー
と同様の方法により深さ：２００ミクロンの凹形状のキ
ャビティを形成させた、シリコンウエハーと同等の熱膨
張係数を有する、上面側部材としてのホウケイ酸ガラス
基板１３（商品名：パイレックス、厚み；５００ミクロ
ン）を予め準備し、以下の方法により陽極接合を行う。

【００２０】まず、底面側部材のシリコン基板及び上面
側部材としてのガラス基板のキャビティ部が相重なり、
水晶振動子片が包含されるように重ね合わせた後、摂氏
２００〜４００度、好ましくは摂氏３００〜３２０度に
保持された上下電極基板間に狭持させる。この時、底面
側基板としてのシリコンウエハーは予め接合面となる領
域の酸化膜を一部除去する必要がある。しかる後、底面
側部材としてのシリコン基板に接する電極には正電位
を、上面側部材としてのガラス基板に接する電極には負
電位をかけ、７００ボルトの電位差を印加させる。接合
中の両電極間の電流が定常となるように約１０分間電圧
を印加させ、陽極接合を終了させる。

【００２１】第四の工程として、底面側部材のシリコン
基板１１と上面側部材としてのガラス基板１３の貼合わ
せ接合基板における底面側の貫通孔１３を、はんだ１８
及び絶縁性の封止剤１９にて二重に封止した後、ダイシ
ング装置により転写されたマスクパターン形状に個々の
振動子容器を分離切断して、８×４×１ｍｍの平板型収
納容器が得られる。

【００２２】（実施例２）次に図４に基づき第２の実施
例について説明する。

【００２３】図４は本発明による底面側にのみキャビテ
ィ部を有する収納容器を示すものであり、底面側のキャ
ビティ形成を二段とすることの他は実施例１と同様の工
程にて作製される。

【００２４】深さ３００ミクロンと２００ミクロンの二
段凹部形状に形成されたキャビティと、電極引出し用貫
通孔、及びサイド電極用斜面がエッチングにより各パタ
ーンチップ内に形成された３インチシリコン基板１１
（厚み：５００ミクロン）を準備する。次に熱酸化法に
より、厚さ１．１ミクロンの酸化膜を形成後、スパッタ
法によりCr/ Auをそれぞれ５００オングストローム、２
０００オングストローム積層させ、ホトリソグラフィー
法により電極配線を形成する。さらに、発振周波数２０
ＭＨｚのＡＴ振動子１２（形状：１．５×５．４×０．
０８ｍｍ）を導電性Ａｇペースト１７にてキャビティ部
に固着後、接合表面の酸化膜を除去し、シリコンと同様
の熱膨張係数を有するパイレックスガラス基板１６（厚
み：５００ミクロン）と前記シリコン基板とを実施例１
と同じ条件にて陽極接合する。

【００２５】最後に、電極引出し用貫通孔をはんだ１８
と絶縁性封止剤１９にて封止し、チップ形状に切断し、
平板型の水晶振動子の収納容器を得る。

【００２６】なお図４においては、水晶振動子片１２の
電極固定端部の対辺を自由固定端としているものの、実
施例１同様の構造にしても差し支えない。

【００２７】以上、実施例に基づき本発明の詳細につい
て水晶振動子を例として説明したが、本圧電素子の収納
容器は本実施例に適用した２０ＭＨｚ以外の周波数域の
水晶振動子にも適用できることは言うまでもなく、且つ
水晶振動子に限るものでもなく、ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮ
ｂＯ₃などの他の圧電素子にも活用できる。

【００２８】また、使用する底面側部材については両面
ポリッシュを施したものを使用したが、接合面側のみを
ポリッシングし平滑にしたものでも良い。

【００２９】さらに、貫通孔部とサイド電極部との配線
は平面のままであるものの、エッチングにより溝を形成
し、その溝部に配線用の電極を形成しても良い。

【００３０】最後に、電極用膜としてCr/ Au二層膜を用
いたが、Cr、W、Al、Fe、Ta、Mo 等の単層膜、あるいは
それらの多層膜でも差し支えない。

【００３１】

【発明の効果】以上、本発明の圧電素子の収納容器によ
れば、上面側部材と底面側部材との接合面に電極配線等
の突起形状を設けることなく、電極引出しが可能となる
ため、信頼性のある接合が可能となる。特に接合面とし
て平滑な面が要求される陽極接合においては最適な構造
となり、摂氏３００度という比較的低温で且つ接着荷重
の印加を要しない接合が可能であるばかりでなく、非常
に信頼性の高い接合が可能となり、気密性を向上させる
ことができるため、高品質な圧電素子の収納容器を得る
ことができ、かつサイド電極部と実装基板側・配線との
はんだ付けにより、実装基板への固定が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による水晶振動子の収納容器の斜視図
である。

【図２】本発明による水晶振動子の収納容器の斜視図
中のＡＡ’及びＢＢ’における断面図である。

【図３】本発明での一実施例による水晶振動子の収納
容器の製造方法の図である。

【図４】本発明での他の実施例による水晶振動子の収
納容器の断面図である。

【図５】従来技術による水晶振動子の収納容器の断面
図である。

【符号の説明】

１１シリコン基板１２キャビティ１３サイド電極１４貫通孔１５圧電素子１６上面側部材１７導電性ペースト１８はんだ１９封止絶縁材２０金属膜

フロントページの続き (72)発明者生坂芳則長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構成部材が二部材以上よりなり、その上
面側部材または底面側部材の少なくとも一方に凹部を設
け、凹部に圧電素子を固着させ、前記構成部材を接合し
て封入した圧電素子の収納容器において、圧電素子を固
着した底面側部材に外部電極引出し用の貫通孔を設けた
ことを特徴とする圧電素子の収納容器。
【請求項２】四面からなる底面側部材の側面のうち、
側面の一部に面取り斜面部を共に対をなすように形成
し、その表面に金属を成膜し、実装時のサイド電極とし
たことを特徴とする圧電素子の収納容器。
【請求項３】底面側部材に設けた貫通孔が、底面より
内包された凹部に向かって小さくなる角錐状のテーパが
ついており、そのテーパ状の面またはその面の一部、及
びその貫通孔周辺を中心とした底面の一部に金属膜を形
成し、前記サイド電極と導通させたことを特徴とする請
求項１及び２記載の圧電素子の収納容器。
【請求項４】凹部を有する底面側部材が単結晶シリコ
ンであり、その凹部及び貫通孔を結晶方位を特定したシ
リコンのエッチングにより形成したことを特徴とする請
求項１及び２記載の圧電素子の収納容器。
【請求項５】単結晶シリコン材の結晶方位が〈１０
０〉であることを特徴とする請求項４記載の圧電素子の
収納容器。
【請求項６】凹部側の貫通孔サイズが、封入固定する
圧電素子の電極面積より小さく、その貫通孔に導電材も
しくは絶縁材により封止することを特徴とする請求項１
及び２記載の圧電素子の収納容器。
【請求項７】導電性の封止材が、はんだ、銀ペースト
であることを特徴とする請求項６記載の圧電素子の収納
容器。