JP2002026679A - 圧電振動デバイス用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コスト安でまたＥＭＩ対策がとれるととも
に、より一層の低背化、薄型化が可能で素子収納領域を
広く確保できる圧電振動デバイス用パッケージを提供す
る。 【解決手段】 外周に堤部を有するセラミック基体１０
と、当該堤部に対応した金属蓋２とを気密的に接合して
なる圧電振動デバイス用パッケージであって、前記セラ
ミック基体の堤部上面には、前記金属蓋の外周端より内
側にメタライズ層１１が形成されるとともに、当該メタ
ライズ層はアース端子に電気的接続されており、前記金
属蓋が前記メタライズ層に当接した状態で低融点ガラス
Ｇにより接合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電振動デバイス用
パッケージに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】気密封止を必要とする圧電振動デバイス
の例として、水晶振動子、水晶フィルタ、水晶発振器あ
るいはＳＡＷフィルタ等があげられる。これらはいずれ
も水晶振動板（圧電振動板）の表面に金属薄膜電極を形
成し、この金属薄膜電極を外気から保護するため、気密
封止されている。

【０００３】これら水晶応用製品は部品の表面実装化の
要求から、セラミックパッケージに気密的に収納する構
成が増加している。このようなセラミックパッケージを
用いる場合、パッケージ本体と蓋との接合は多種多様の
接合方法が検討されている。例えばはんだ接合、低融点
ガラス接合、抵抗溶接、電子ビーム溶接等各種の接合方
法であるが、よく用いられている接合方法としてシーム
溶接による気密封止があり、例えば特開平７−３２６６
８７号の従来例に示されている。これは、セラミックパ
ッケージの開口部分に形成されたシールリング（金属枠
体）と金属製の蓋体とを、抵抗溶接の１種であるシーム
溶接により気密封止したもので、表面実装化に対応した
接合方法である。

【０００４】シーム溶接は電流の流れる領域のみが加熱
され、局所加熱方法としては好適な方法であり、その気
密封止の信頼性も高く評価されている。しかしながら、
シーム溶接を行う場合、パッケージの開口部分にシール
リングを予めろう接する必要から、このろう材のメニス
カス（meniscus）部分が必要となる。すなわちシーム溶
接においては接合領域を得るためのメニスカス部分等が
必要となり、圧電振動デバイスの超小型化には適してい
ない。また十分な電子素子収納領域が確保できなくな
る。例えば水晶振動子においては、水晶振動板が小さす
ぎると所望の電気的特性が得にくくなったり、設計の余
裕度が小さくなる。また水晶振動板のパッケージへの搭
載も困難になる。

【０００５】また、図５に示すように、パッケージと蓋
とを低融点ガラスまたは樹脂接着剤を用いる方法もあ
る。図５はセラミックパッケージ１とセラミックパッケ
ージの開口部分と接合される金属蓋２とからなり、両者
を低融点ガラスＧにて接合した圧電振動デバイス用パッ
ケージを示している。

【０００６】ガラスまたは樹脂接着剤により接合する場
合、シーム溶接のための構成（例えばシームリング等）
を必要とせず、より一層の低背化が可能であり、シーム
溶接の構成に比べてより広く電子素子の収納領域が確保
できる。また接合の際、多数個の接合を一括して行える
バッチ処理が可能となるため、製造コストを低下させる
利点を有している。

【０００７】しかしながらガラス、絶縁性の樹脂接着剤
でセラミックパッケージの開口部分に金属蓋を接合する
場合、両者間にガラス、樹脂接着剤が介在して、前記金
属蓋がアースに落とされないことがあった。このような
場合、圧電振動デバイス駆動時に発生する高周波ノイズ
が金属蓋を介して外部に放射され、外部機器に悪影響を
与えることがあり、いわゆるＥＭＩ対策がとれていない
構成となることがあった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
解決するためになされたもので、コスト安でまたＥＭＩ
対策がとれるとともに、より一層の低背化、薄型化が可
能で素子収納領域を広く確保できる圧電振動デバイス用
パッケージを提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は請求項１に示すように、圧電振動素子を搭
載するセラミック基体と、搭載した圧電振動素子を気密
封止し、断面が逆凹形に開口した金属蓋とからなる圧電
振動デバイス用パッケージであって、前記セラミック基
体の圧電振動素子搭載面の外周近傍には、前記金属蓋の
開口端部の外周端より内側に少なくとも一カ所以上のメ
タライズ層が形成されるとともに、当該メタライズ層は
前記圧電振動デバイス用パッケージの外面に導出された
アース端子に電気的接続されており、前記金属蓋の開口
端部が前記メタライズ層に当接した状態で低融点ガラス
または樹脂接着剤により接合されていることを特徴とす
る。

【００１０】上記構成によれば、セラミック基体の圧電
振動素子搭載面の外周近傍に、金属蓋の開口端部の外周
端より内側に少なくとも一カ所以上のメタライズ層が形
成されているため、前記金属蓋の開口端部とメタライズ
層が内方側において確実に当接され、両者の導通を確保
できるとともに、金属蓋の開口端部の外周端部では、前
記メタライズ層による前記セラミック基体の上面と金属
蓋の開口端部との隙間部分が形成され、この隙間部分に
低融点ガラスまたは樹脂接着剤が十分に入り込み（塗布
され）、十分な封止層が確保され、メニスカスが良好に
形成される。また、多数個の圧電振動デバイスに対し一
括加熱処理により、気密封止を行うことができるので生
産性を向上させることができる。

【００１１】また、圧電振動素子を収納する凹部を有
し、外周に堤部を有するセラミック基体と、当該堤部に
対応した金属蓋とを気密的に接合してなる圧電振動デバ
イス用パッケージであって、前記セラミック基体の堤部
上面には、前記金属蓋の外周端より内側に少なくとも一
カ所以上のメタライズ層が形成されるとともに、当該メ
タライズ層は前記圧電振動デバイス用パッケージの外面
に導出されたアース端子に電気的接続されており、前記
金属蓋が前記メタライズ層に当接した状態で低融点ガラ
スまたは樹脂接着剤により接合されていることを特徴と
する。

【００１２】上記構成によれば、セラミック基体の堤部
上面に、金属蓋の外周端より内側に少なくとも一カ所以
上のメタライズ層が形成されているため、前記金属蓋と
メタライズ層が内方側において確実に当接され、両者の
導通を確保できるとともに、金属蓋の外周端部では、前
記メタライズ層による前記セラミック基体の堤部上面と
金属蓋との隙間部分が形成され、この隙間部分に低融点
ガラスまたは樹脂接着剤が十分に入り込み（塗布さ
れ）、十分な封止層が確保され、メニスカスが良好に形
成される。さらに、金属蓋は、製造するうえで、厚みを
薄くしやすく、製品の低背化が可能となる。また、多数
個の圧電振動デバイスに対し一括加熱処理により、気密
封止を行うことができるので生産性を向上させることが
できる。

【００１３】また、前記セラミック基体の上面には、前
記金属蓋の外周端より内側に周状のメタライズ層が形成
されてなることを特徴とする。

【００１４】上記構成によれば、上述の作用効果に加え
て、全周にわたってメタライズ層が形成されているの
で、導通性能をより一層向上させる。さらに、気密封止
する際に内部に形成されたメタライズ層が金属蓋と当接
されて障壁をなし、低融点ガラスまたは樹脂接着剤がパ
ッケージ内部へ進入するのを防ぐことができる。

【００１５】また、前記メタライズ層の上部に軟質金属
がメッキされてなることを特徴とする。

【００１６】上記構成によれば、上述の作用効果に加え
て、上部に軟質金属をメッキすることにより、金属蓋の
メタライズ層へのアンカー効果を得やすくなり、メタラ
イズ層への接続がより確実なものとなる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明による第１の実施の形態を
表面実装型の水晶振動子を例にとり図１、図２とともに
説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示す内部断
面図であり、図２は第１の実施形態を示す蓋をする前の
平面図である。なお、従来例と同様の部分については、
同番号を付している。

【００１８】表面実装型水晶振動子は、全体として直方
体形状で、上部が開口した凹部を有するセラミックパッ
ケージ１と、当該パッケージの中に収納される圧電振動
素子である矩形水晶振動板３と、パッケージの開口部に
接合される金属蓋２とからなる。

【００１９】断面でみてセラミックパッケージ１は、凹
形のセラミック基体１０と、凹形周囲の堤部１０ａに形
成される周状の金属層１１とからなる。金属層１１は、
タングステン等からなるメタライズ層１１ａと、メタラ
イズ層上に形成される金属膜層１１ｂとからなる。金属
膜層１１ｂはメタライズ層に接してニッケルメッキ層
と、当該ニッケルメッキ層の上部に形成される極薄の金
メッキ層とからなる。各層の厚さは、例えば、メタライ
ズ層１１ａが約８〜２２μｍ、ニッケルメッキ層が約１
〜９μｍ、金メッキ層が約０．３〜１．０μｍである。
なお、前記セラミックパッケージに形成された周状の金
属層１１は、後述する金属蓋の外周端部に対応するよう
な形状となっており、前記金属蓋の外周端部より小さめ
のサイズで形成されている。

【００２０】また、セラミックパッケージ１の内部底面
には、短辺方向に並んで電極パッド１３、１４が形成さ
れており、これら電極パッドは連結電極１５，１６（１
６は図示せず）を介して、パッケージ外部の底面に引出
電極１７，１８として電気的に引き出されている。また
図示していないが、パッケージ外部の底面には、前記メ
タライズ層１１と電気的に接続されたアース電極が形成
されている。前記電極パッド１３，１４には圧電振動素
子である矩形の水晶振動板３が搭載され、長辺方向の一
端を片持ち支持する構成となっている。水晶振動板３の
表裏面には図示していないが一対の励振電極が形成さ
れ、各々電極パッド１３，１４部分に引き出されてお
り、導電性接合材Ｓ１により導電接合されている。

【００２１】金属蓋２はコバールを母材とし、その表面
にニッケルメッキが施されている。尚、金属蓋は４２ア
ロイ（Ｎｉ−Ｆｅ合金）、４２６アロイ（Ｎｉ−Ｆｅ−
Ｃｒ合金）等でもよい。

【００２２】前記金属層１１上に前記金属蓋２を搭載
し、この状態で低融点ガラスＧにより気密封止する。よ
り具体的には前記金属層の外周に予め低融点ガラスを塗
布しておくか、あるいは金属蓋の外周端部のみに予め低
融点ガラスをスクリーン印刷等の手段により塗布してお
き、そして金属層上に金属蓋を搭載する。この状態で加
熱炉に所定時間投入し、低融点ガラスを溶融させ、その
後常温に冷やすことで低融点ガラスを硬化し、パッケー
ジと金属蓋が気密的に接合される。本実施例において、
前記金属層の幅は０．１mm、当該金属層から金属蓋の端
部までの封止エリアの幅は約０．２mmであり、約２倍程
度の寸法比となっており、前記メニスカスが良好な状態
で形成され、接合強度を向上させている。

【００２３】なお、金属蓋とセラミックパッケージの金
属層の電気的接続を確実にするため、両者間に加圧を行
ってもよい。この加圧は１g/mm２〜５g/mm２程度あれば
よい。また量産性を考慮した場合、このようなパッケー
ジと金属蓋のペアを多数個用意し、これらを加熱硬化炉
に所定時間投入し低融点ガラスを硬化させるとよい。

【００２４】次に、本発明による第２の実施の形態を表
面実装型の水晶振動子を例にとり図３とともに説明す
る。第１の実施の形態と同じ構造部分については同番号
を用いて説明するとともに、一部説明を割愛する。この
例においても、基本構成は上述の実施の形態で示した構
成に類似したものであり、上部が開口した凹部を有する
セラミックパッケージ１と、当該パッケージの中に収納
される電子素子である水晶振動板３と、パッケージの開
口部に接合される金属蓋２とからなる。本実施の形態に
おいては、前記金属層１１の形状を周形状とせず、帯状
の金属層１１１、あるいは点状の金属層１１２を形成し
た構成となっている。また、この実施の形態において
は、金属膜層を構成するニッケルメッキ層の厚さを１０
〜１２μｍと厚肉化した。ニッケルメッキは比較的延性
に富んでおり、金属蓋の開口端部との導通をより確実に
することができる。

【００２５】次に、本発明による第３の実施の形態を表
面実装型の水晶振動子を例にとり図４とともに説明す
る。この例ではセラミック基体５が平板形状であり、金
属蓋６側の逆凹部分により、圧電振動素子の収納領域を
形成している。セラミック基体５は平板形状で圧電振動
素子搭載面の外周近傍には金属層５１が周状に形成され
ている。当該金属層５１は、タングステン等からなるメ
タライズ層５１ａと、メタライズ層上に形成される金属
膜層５１ｂとからなる。金属膜層５１ｂはメタライズ層
に接してニッケルメッキ層と、当該ニッケルメッキ層の
上部に形成される極薄の金メッキ層とからなる。なお、
前記セラミックパッケージに形成された周状の金属層５
１は、後述する金属蓋の開口端部の外周端部に対応する
ような形状となっており、前記金属蓋の開口端部の外周
端部より小さめのサイズで形成されている。

【００２６】また、セラミックパッケージ５の内部底面
には、短辺方向に並んで電極パッド５３、５４（５４は
図示せず）が形成されており、これら電極パッドは連結
電極５５，５６（５６は図示せず）を介して、パッケー
ジ外部の底面に引出電極５７５８（５８は図示せず）と
して電気的に引き出されている。またパッケージ外部の
底面には、前記金属層５１と連結電極５２を介して電気
的に接続されたアース電極５９が形成されている。前記
電極パッド５３，５４には圧電振動素子である矩形の水
晶振動板３が搭載され、長辺方向の一端を片持ち支持す
る構成となっている。水晶振動板３の表裏面には図示し
ていないが一対の励振電極が形成され、各々電極パッド
５３，５４部分に引き出されており、導電性接合材Ｓ１
により導電接合されている。

【００２７】金属蓋６は４２アロイ（Ｎｉ−Ｆｅ合
金）、４２６アロイ（Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ合金）等からな
り、断面で見て逆凹形状（開口端部６１を具備する）を
有している。この加工は金属平板を絞り加工により塑性
変形させることで容易に行うことができ、また凹形状の
深さも絞り加工量で調整できる。

【００２８】前記金属層５１上に前記金属蓋の開口端部
６１を搭載し、この状態で低融点ガラスＧにより気密封
止する。

【００２９】上記実施形態では、金属膜層として、ニッ
ケルメッキを例にしたが、軟質金属メッキを採用するこ
とで、金属蓋の金属層へのアンカー効果を得やすくなる
点で好ましく、例えば半田、鉛、錫、インジウム等の軟
質金属メッキを施してもよい。また、封止材料として低
融点ガラスの例を示したが、エポキシ系の樹脂接着剤で
も適用できる。さらに、圧電振動デバイスの例として、
水晶振動子の例を示したが、もちろん、水晶発振器、水
晶フィルタ、ＳＡＷフィルタ等の他の圧電振動デバイス
にも適用できる。

【００３０】

【発明の効果】本発明の特許請求項１により、セラミッ
ク基体の圧電振動素子搭載面の外周近傍に、金属蓋の開
口端部の外周端より内側に少なくとも一カ所以上のメタ
ライズ層が形成されているため、前記金属蓋の開口端部
とメタライズ層が内方側において確実に当接され、両者
の導通を確保できるとともに、金属蓋の開口端部の外周
端部では、前記メタライズ層による前記セラミック基体
の上面と金属蓋の開口端部との隙間部分が形成され、こ
の隙間部分に低融点ガラスまたは樹脂接着剤が十分に入
り込み（塗布され）、十分な封止層が確保され、メニス
カスが良好に形成される。また、多数個の圧電振動デバ
イスに対し一括加熱処理により、気密封止を行うことが
できるので生産性を向上させることができる。

【００３１】また、本発明の特許請求項２により、セラ
ミック基体の堤部上面に、金属蓋の外周端より内側に少
なくとも一カ所以上のメタライズ層が形成されているた
め、前記金属蓋とメタライズ層が内方側において確実に
当接され、両者の導通を確保できるとともに、金属蓋の
外周端部では、前記メタライズ層による前記セラミック
基体の堤部上面と金属蓋との隙間部分が形成され、この
隙間部分に低融点ガラスまたは樹脂接着剤が十分に入り
込み（塗布され）、十分な封止層が確保され、メニスカ
スが良好に形成される。さらに、金属蓋は、製造するう
えで、厚みを薄くしやすく、製品の低背化が可能とな
る。また、多数個の圧電振動デバイスに対し一括加熱処
理により、気密封止を行うことができるので生産性を向
上させることができる。

【００３２】従って、コスト安でまたセラミック基体と
金属蓋の電気的な導通を確実にしてＥＭＩ対策がとれる
とともに、両者の封止性能を向上させ、より一層の低背
化、薄型化が可能で素子収納領域を広く確保できる圧電
振動デバイス用パッケージを提供することができる。

【００３３】また、特許請求項３により、上述の作用効
果に加えて、全周にわたってメタライズ層が形成されて
いるので、導通性能をより一層向上させる。さらに、気
密封止する際に内部に形成されたメタライズ層が金属蓋
と当接されて障壁をなし、低融点ガラスまたは樹脂接着
剤がパッケージ内部へ進入するのを防ぐことができるば
かりか、当該低融点ガラスまたは樹脂接着剤の硬化に伴
って発生するガスの進入も防ぎ、より真空度の高い、気
密性の高い封止が行える。

【００３４】また、特許請求項４により、上述の作用効
果に加えて、上部に軟質金属をメッキすることにより、
金属蓋のメタライズ層へのアンカー効果を得やすくな
り、電気的機械的接合強度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態による内部断面図。

【図２】第１の実施形態による蓋をする前の平面図。

【図３】第２の実施形態による蓋をする前の平面図。

【図４】第３の実施形態による内部断面図。

【図５】従来例を示す図。

【符号の説明】

１、５・・・セラミックパッケージ １１、５１・・・金属層 ２、６・・・金属蓋 ３・・・水晶振動板（圧電振動素子）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動素子を搭載するセラミック基体
   と、搭載した圧電振動素子を気密封止し、断面が逆凹形
   に開口した金属蓋とからなる圧電振動デバイス用パッケ
   ージであって、 前記セラミック基体の圧電振動素子搭載面の外周近傍に
   は、前記金属蓋の開口端部の外周端より内側に少なくと
   も一カ所以上のメタライズ層が形成されるとともに、当
   該メタライズ層は前記圧電振動デバイス用パッケージの
   外面に導出されたアース端子に電気的接続されており、 前記金属蓋の開口端部が前記メタライズ層に当接した状
   態で低融点ガラスまたは樹脂接着剤により接合されてい
   ることを特徴とする圧電振動デバイス用パッケージ。
2. 【請求項２】 圧電振動素子を収納する凹部を有し、外
   周に堤部を有するセラミック基体と、当該堤部に対応し
   た金属蓋とを気密的に接合してなる圧電振動デバイス用
   パッケージであって、 前記セラミック基体の堤部上面には、前記金属蓋の外周
   端より内側に少なくとも一カ所以上のメタライズ層が形
   成されるとともに、当該メタライズ層は前記圧電振動デ
   バイス用パッケージの外面に導出されたアース端子に電
   気的接続されており、 前記金属蓋が前記メタライズ層に当接した状態で低融点
   ガラスまたは樹脂接着剤により接合されていることを特
   徴とする圧電振動デバイス用パッケージ。
3. 【請求項３】 前記セラミック基体の上面には、前記金
   属蓋の外周端より内側に周状のメタライズ層が形成され
   てなることを特徴とする特許請求項１、２記載の圧電振
   動デバイス用パッケージ。
4. 【請求項４】 前記メタライズ層の上部に軟質金属がメ
   ッキされてなることを特徴とする請求項１、２、３記載
   の圧電振動デバイス用パッケージ。