JPH11265955A - 圧電デバイス用パッケージおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電デバイス用パッケージにおいて、セラミ
ックケース内にメタライズを施すことなく保持電極およ
び枕部材を形成する。 【解決手段】 セラミックケースは、ケース底面を形成
する第１のセラミック層と、ケース側壁を形成する第２
のセラミック層と、この第１及び第２セラミック層の間
に挿入される絶縁層とによって構成される積層体であっ
て、絶縁層はケース内の所定位置まで延在しており、一
方の絶縁層の上面には保持電極を形成し、この保持電極
上に圧電素子の一端が接着固定される。また他方の絶縁
層は導電性接着剤によって固定されない圧電素子他端に
対応する枕部材として作用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面実装型圧電部
品に関し、特に圧電振動子等の圧電デバイスを収容する
パッケージの構造、このパッケージの製造方法およびこ
のパッケージを用いた圧電部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、表面実装型の圧電部品は、セ
ラミックス等の絶縁材料からなる容器（以下、「容器」
をパッケージという）の内部に水晶振動子等の圧電素子
を収容し、金属製あるいはセラミックス製の蓋部材を用
いて気密に封止する構成のものが一般に知られている。

【０００３】図９は上記パッケージの構造を示す側面断
面図である。一般にセラミックス製のパッケージは、底
部を構成する板部材１６と、胴部を構成する下枠部材１
７および上枠部材１８とを積層し、これらを焼成して一
体化することによって製造される。また、セラミックは
表面が粗い物質であるため、板部材と枠部材との積層間
には、そのすき間を埋めるためにアルミナ等の絶縁材料
による絶縁膜１９、２０が介挿される場合がある。この
ようなパッケージを圧電素子用のパッケージとして利用
する場合、圧電素子をパッケージ内に固定する方式とし
て、いわゆる両持ち方式と片持ち方式とがある。

【０００４】両持ち方式の表面実装型圧電部品は図１０
に示すように、パッケージ内に収容される圧電素子２１
の一対のリード電極２１ａ、２１ｂが圧電素子両端に延
在するよう形成するとともに、下枠部材１７の上面の一
部をパッケージ内部に露出せしめ、その露出した下枠部
材の上面に圧電素子２１のリード電極２１ａ、ｂに対応
して一対の固定電極２２ａ、２２ｂを設け、前記リード
電極２１ａ、２１ｂとを接続することによって、圧電素
子を両端固定により保持する。

【０００５】しかしながら、セラミックス等のパッケー
ジと水晶振動子等の圧電素子とは熱膨張係数が異なるた
め、圧電素子を保持したパッケージ周囲の雰囲気温度が
変化すると、温度変化による熱膨張に起因して圧電素子
に応力が生じ、それにより周波数変化が生じて周波数温
度特性に影響を及ぼすという問題点があり、最悪の場合
には圧電素子に生じた熱応力により圧電素子が破壊され
る。

【０００６】一方、片持ち方式の表面実装型圧電部品は
図１１に示すように、パッケージ内に収容される圧電素
子２３の一対のリード電極２３ａ、２３ｂが共に素子の
一端に延在するよう形成され、これに対応して下枠部材
の一方の表面には一対の固定電極２４ａ、２４ｂが設け
られ、前記リード電極２３ａ、２３ｂと固定電極２４
ａ、２４ｂとが接続されることによって、圧電素子の一
辺のみが保持される。したがって、片持ち方式では水晶
振動子が自由に振動できるのみならず、温度変化による
熱応力に起因した周波数温度特性に及ぼす影響はほとん
どない。ただし圧電素子の保持部に応力が集中するた
め、耐振性と耐衝撃製の点で問題がある。そこで、圧電
素子の自由端である他端の下方に下枠部材の他方を枕部
材として配設し、圧電素子の自由端の変位を制限するこ
とによって振動、衝撃等を吸収している。

【０００７】以上のような特徴から、表面実装型圧電部
品としては片持ち方式のものが比較的優れており、主流
となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の表面実
装型圧電部品のパッケージは、両持ち方式にあっては固
定電極を、片持ち方式にあっては固定電極および枕部材
を構成するため下枠部材を設け、上枠部材、下枠部材お
よび板部材の三層構造で構成されている。しかしなが
ら、三層構造であるため大型化を招き、例えば実装部品
の低背化が要求される移動体通信用には不適であるとい
う問題があった。

【０００９】また、特開平３−８８３７３号公報には、
例えば図１２に示すように、板部材１６の表面に固定電
極２５および枕部材２６をメタライズにより直接形成
し、片持ち構造の圧電素子の一端を導電性接着剤を介し
て固定電極に接続して保持する構成の表面実装型圧電装
置が開示されている。このように構成された圧電部品に
あっては、圧電素子の自由端である他端の下には枕部材
２６を配設しているので、振動、衝撃等が作用した場
合、他端の変位を制限することができ、一端と固定電極
との接続部の損傷を防止することができる。また、前記
下枠部材が不要となり、パッケージ厚みを比較的薄くす
ることができるので、低背性が要求される移動体通信機
器等には好適である。

【００１０】しかしながら、板部材１６上にメタライズ
により金属層を形成する場合、金属層の層厚を大きくす
ることができず、したがって、板部材に反り等が生じる
可能性がある場合、板部材と圧電素子との接触を避ける
ため、固定電極および枕部材を所望の高さを有するよう
に構成する必要があるが、メタライズのみでは、固定電
極および枕部材の厚みを厚く設定したり、自由に設定す
ることが困難であるとともに、メタライズ工程という余
分な製造工程を要するという問題点があった。

【００１１】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、圧電素子の特性に影響を及ぼす
ことなくパッケージ厚みを薄くすることができる耐振性
と耐衝撃性が良好な圧電部品を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の請求項１記載の圧電デバイス用パッケージは、
当該パッケージの底部を構成する板部材と、当該パッケ
ージの胴部を構成する枠部材と、前記板部材と枠部材と
の間に設けられ、パッケージ外周からパッケージ内部の
所定位置に至るまで形成される絶縁膜と、この絶縁膜上
のパッケージ内部にて露出する面に形成される固定電極
とを備えることを特徴としている。

【００１３】また、本発明の請求項２記載の圧電デバイ
ス用パッケージは、前記パッケージ内部の所定位置は、
少なくとも圧電デバイスを収容した場合における当該デ
バイスの長手方向端部に相当する位置であることを特徴
としている。また、本発明の請求項３記載の圧電デバイ
ス用パッケージは、前記板部材、枠部材および絶縁膜は
いずれも同一の絶縁材料（セラミック材料）からなるこ
とを特徴としている。

【００１４】また、本発明の請求項４記載の圧電部品
は、請求項１、２または３記載の圧電デバイス用パッケ
ージに圧電デバイスを収容してなる圧電部品であって、
前記圧電デバイスが両持ち構造である場合において、前
記固定電極は上記対向する絶縁膜上面の両方に形成さ
れ、前記圧電デバイスの端部に形成されたリード電極と
接続固定されることを特徴としている。

【００１５】また、本発明の請求項５記載の圧電部品
は、請求項１、２または３記載の圧電デバイス用パッケ
ージに圧電デバイスを収容してなる圧電部品であって、
前記圧電デバイスが片持ち構造である場合において、前
記固定電極は上記対向する絶縁膜上面の一方に形成さ
れ、前記圧電デバイスの端部に形成されたリード電極と
接続固定されるとともに、前記対向する絶縁膜上面の他
方を前記圧電デバイスの枕部材となることを特徴として
いる。

【００１６】また、本発明の請求項６記載の圧電デバイ
ス用パッケージの製造方法は、前記パッケージの底部を
構成する板部材の表面に絶縁パターンを形成する工程
と、前記絶縁膜の表面に電極パターンを形成する工程
と、前記板部材と前記パッケージの胴部を構成する枠部
材とを一体化し、積層部材を形成する工程と、前記積層
部材を焼成することで、前記絶縁パターンと前記電極パ
ターンとを熱処理し、一体化後のパッケージの底部表面
に絶縁膜と固定電極とを形成する工程とを含むことを特
徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて詳細に説明する。 （第１実施例）本発明に係わる圧電デバイス用パッケー
ジを片持ち方式の圧電振動子に適用した第１実施例につ
いて、図１から図６を用いて説明する。

【００１８】図１に示すように、表面実装型圧電振動子
は、水晶振動子１と、この水晶振動子１を収容するパッ
ケージ２と、パッケージ２を気密封止する蓋部材３とを
有している。パッケージ２は、アルミナ製であり、底部
を構成する板部材４と、胴部を構成する枠部材５とを有
し、板部材４と枠部材５との間には絶縁膜６が設けられ
ており、この絶縁膜６の一部はパッケージ内部にて露出
している。

【００１９】この露出した絶縁膜６のうち、水晶振動子
の一端１ａに対応する一方の絶縁膜６ａ表面には、一対
の固定電極７ａ、７ｂが設けられ、また、前記露出した
絶縁膜６のうち、水晶振動子１の他端１ｂに対応する他
方の絶縁膜６ｂは、この水晶振動子１の自由端の下方に
位置しており、これが枕部材として作用する。固定電極
７ａ、７ｂは、水晶振動子１に形成されたリード電極
（図示せず）に導電性接着剤８等により電気的に接続さ
れ、水晶振動子１を片持ち状態で保持するとともに、板
部材４の裏面に設けられたプリント基板等に搭載するた
めの接続電極９と電気的導通のとれた状態となってい
る。また、パッケージ胴部を構成する枠部材５の上端部
にはパッケージ２の内部を気密封止する蓋部材３が封止
用低融点ガラス１０により接着されている。

【００２０】以上のように構成した表面実装型圧電振動
子は、板部材４と枠部材５とからなる２層構造であり、
しかも固定電極７ａ、７ｂが絶縁膜６ａ上に形成されて
いるので、パッケージ内底面である板部材４上から一定
の厚みをもって形成されており、かつ枕部材として作用
する絶縁膜６ｂの厚みを自由に設定することができるた
め、板部材が多少反っていても振動子がパッケージ底面
に接触する恐れはないとともに、メタライズの工程が不
要となり、安価にパッケージおよび圧電デバイスを製造
することができる。

【００２１】次に上記パッケージの作製方法について説
明する。 (1) アルミナ粉末にマグネシア、シリカ、カルシア等の
焼結助剤を少量加えた粉体に、ジオクチルフタレート等
の可塑剤、アクリル樹脂等のバインダおよびトルエン、
キシレン、アルコール類等の溶剤を加え、十分に混練し
て粘度２０００〜４００００ｃｐｓのスラリを作製し、
ドクターブレード法によって例えば０．３ｍｍ厚の複数
枚のアルミナのグリーンシートを形成する。

【００２２】(2) 各グリーンシートに打ち抜き型やパン
チングマシーン等を用いて所望の形状に打ち抜き加工し
て、板部材４となるグリーンシートと、枠部材５となる
グリーンシートとを作製する。 (3) 図２に示すように、板部材４となるグリーンシート
の表面外周近傍に、上記の(1) で作製したアルミナのス
ラリと同様のアルミナペーストを印刷し、約３０μｍ厚
の絶縁パターン６を形成する。

【００２３】(4) 図３に示すように、絶縁パターン６の
一端側の表面にタングステンやモリブデンの高融点金属
の導体ペーストを印刷し、約３０μｍ厚の電極パターン
７ａ、７ｂを形成する。ここで、電極パターン７ａは、
絶縁パターン６の表面から端面４ａを経由して板部材４
となるグリーンシートの裏面まで形成される。また、電
極パターン７ｂは、絶縁パターン６の表面から端面４ｂ
を経由して板部材４となるグリーンシートの裏面まで形
成される。

【００２４】(5) 絶縁パターン６と電極パターン７ａ、
７ｂとを形成したグリーンシート（図３参照）と、枠部
材となるグリーンシート（図示せず）とを積層し、この
グリーンシート積層体を例えば８０〜１５０℃、５０〜
２５０ｋｇ／ｃｍ² の条件で熱圧着して一体化する。 (6) 上記の(1) 〜(5) で作製したグリーンシート積層体
を１４００〜１６００℃で焼成することにより、図４お
よび図５に示すように、アルミナ製パッケージが得られ
る。アルミナ製パッケージ２は、板部材４と枠部材５の
間に絶縁膜６が形成され、絶縁膜６の一端側の上面に固
定電極７が形成され、さらに板部材４の裏面には固定電
極７ａ、７ｂに導通する接続電極９ａ、９ｂが形成され
ている。固定電極７ａ、７ｂおよび接続電極９ａ、９ｂ
の表面には、通常、ニッケルまたは金、あるいはその両
方がメッキ等にて形成される。図４に示すように、アル
ミナ製パッケージ２は、固定電極７ａと固定電極７ｂと
の水平方向の距離が比較的離れているので、両電極間の
容量を低減することができる。

【００２５】(7) 図６に示すように、アルミナ製パッケ
ージの固定電極７ａ、７ｂには水晶振動子１のリード電
極を導通性接着剤８などにより接着して固定する。 (8) 水晶振動子１を収容したアルミナ製パッケージ２の
開口端部にはアルミナ等のセラミックス製蓋部材３を封
止用低融点ガラス１０を用いて接着し、水晶振動子１を
気密封止する。

【００２６】以上の(1) 〜(8) の工程により、図１に示
すような表面実装型水晶振動子が得られる。このように
製造されたパッケージでは、板部材と枠部材とを一体化
する上で必要な絶縁膜を利用して、製造工数を増やすこ
となく固定電極面の高さを一定量確保することができ
る。 （第２実施例）本発明を表面実装型水晶振動子に適用し
た第２実施例について、図７を用いて説明する。

【００２７】第２実施例の水晶振動子は、水晶振動子の
他端に対応する絶縁膜の他端側６ｂの表面に、さらに約
３０μｍ厚の絶縁膜１４を設けている。その他の構成は
第１実施例と同様である。第１実施例と実質的に同一構
成部分に同一符号を付す。このパッケージの場合、上記
(3) の工程の後に再度アルミナペーストを印刷すればよ
く、(3) の工程を２回繰り返せばよいので製造は極めて
簡単である。

【００２８】第２実施例においては、簡単な製造工程を
追加するだけで枕部材の高さを微妙に高くすることがで
きるので、振動、衝撃等が作用した場合、水晶振動子の
他端の変位をさらに制限することができ、水晶振動子の
一端と固定電極との接続部の損傷をさらに防止すること
ができる。 （第３実施例）本発明を表面実装型水晶振動子に適用し
た第３実施例について、図８を用いて説明する。

【００２９】第３実施例の水晶振動子は、水晶振動子の
他端に対応する絶縁膜の他端側６ｂの表面に、さらに約
３０μｍ厚のダミー電極１５を設けている。その他の構
成は第１実施例と同様である。第１実施例と実質的に同
一構成部分に同一符号を付す。このパッケージの場合、
上記(4) の工程の際に固定電極７と同時にダミー電極１
５を形成することが可能であるので、製造工程を増やす
ことなく簡便に製造することができる。

【００３０】第３実施例においては、既存の製造工程で
枕部材の高さを微妙に高くすることができるので、振
動、衝撃等が作用した場合、水晶振動子の他端の変位を
さらに制限することができ、水晶振動子の一端と固定電
極との接続部の損傷をさらに防止することができる。な
お本発明の複数の実施例では、アルミナ等のセラミック
ス製蓋部材および封止用低融点ガラスを用いて水晶振動
子を気密封止したが、本発明では、パッケージの開口端
部に設けたコバール等のシールリングと、ニッケル、ス
テンレス、コバール、４２アロイ等の金属からなる蓋部
材とを溶接することにより、水晶振動子を気密封止して
もよい。また、パッケージの開口部に設けたタングステ
ン等の金属層にニッケルメッキまたは金メッキを施し、
鉛錫共晶はんだ、金錫共晶はんだ、あるいは鉛と錫等の
材料の比率を変更した高温はんだを封止用はんだとして
用いてコバール、４２アロイ等の金属からなる蓋部材
や、封止部材となるところに導体ペーストが印刷、焼成
されたセラミックス製蓋部材を接着することにより、水
晶振動子を気密封止してもよい。

【００３１】また本発明の複数の実施例では、アルミナ
製パッケージを用いたが、本発明はアルミナに限らず、
窒化アルミ、ムライト、ガラス等のセラミックあるいは
その他の絶縁材料製のパッケージを用いていもよい。ま
た本発明の複数の実施例では、圧電素子として表面実装
型水晶振動子を例に説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチ
ウム、四ほう酸リチウムもしくは圧電セラミックで構成
する圧電振動子、弾性表面波素子等を用いた共振子もし
くはフィルタにも適用可能である。

【００３２】また本発明の複数の実施例では、パッケー
ジ内に圧電素子を単体で収容したものを例に説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、パッケー
ジ内に圧電素子とともにＩＣ等の発振回路を備えて構成
した発振器等の圧電部品に適用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる圧電振動子パッケージの構成を
示す断面図である。

【図２】本発明に係わる圧電振動子パッケージの構成を
説明するための平面図である。

【図３】本発明の第１実施例の製造方法を説明するため
の平面図である。

【図４】本発明の第１実施例のアルミナ製パッケージを
示す平面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】本発明の第１実施例のアルミナ製パッケージに
水晶振動子片を搭載した状態を示す断面図である。

【図７】本発明を表面実装型水晶振動子に適用した第２
実施例を示す断面図である。

【図８】本発明を表面実装型水晶振動子に適用した第３
実施例を示す断面図である。

【図９】従来の表面実装型圧電装置を示す断面図であ
る。

【図１０】従来の表面実装型圧電装置を示す断面図であ
る。

【図１１】従来の表面実装型圧電装置を示す断面図であ
る。

【図１２】従来の表面実装型圧電装置を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 水晶振動子 ２ パッケージ ３ 蓋部材 ４ 第１のセラミック層（板部材） ５ 第２のセラミック層（枠部材） ６ａ 絶縁膜（台座） ６ｂ 絶縁膜（枕部材） ７ 固定電極 ９ 接続電極

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電デバイスを収容するパッケージであ
   って、 当該パッケージの底部を構成する板部材と、 当該パッケージの胴部を構成する枠部材と、 前記板部材と枠部材との間に設けられ、パッケージ外周
   からパッケージ内部の所定位置に至るまで形成される絶
   縁膜と、 この絶縁膜上のパッケージ内部にて露出する面に形成さ
   れる固定電極と、 を備えることを特徴とする圧電デバイス用パッケージ。
2. 【請求項２】 前記パッケージ内部の所定位置は、少な
   くとも圧電デバイスを収容した場合における当該デバイ
   スの長手方向端部に相当する位置であることを特徴とす
   る請求項１記載の圧電デバイス用パッケージ。
3. 【請求項３】 前記板部材、枠部材および絶縁膜はいず
   れも同一の絶縁材料からなることを特徴とする請求項１
   または２記載の圧電デバイス用パッケージ。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３記載の圧電デバイ
   ス用パッケージに圧電デバイスを収容してなる圧電部品
   であって、 前記圧電デバイスが両持ち構造である場合において、 前記固定電極は上記絶縁膜上面の両方に形成され、前記
   圧電デバイスの端部に形成されたリード電極と接続固定
   されることを特徴とする圧電部品。
5. 【請求項５】 請求項１、２または３記載の圧電デバイ
   ス用パッケージに圧電デバイスを収容してなる圧電部品
   であって、 前記圧電デバイスが片持ち構造である場合において、 前記固定電極は上記絶縁膜上面の一方に形成され、前記
   圧電デバイスの端部に形成されたリード電極と接続固定
   されるとともに、前記絶縁膜上面の他方を前記圧電デバ
   イスの枕部材としたことを特徴とする圧電部品。
6. 【請求項６】 圧電デバイスを収容するパッケージを製
   造する方法であって、 前記パッケージの底部を構成する板部材の表面に絶縁パ
   ターンを形成する工程と、 前記絶縁膜の表面に電極パターンを形成する工程と、 前記板部材と前記パッケージの胴部を構成する枠部材と
   を一体化し、積層体を形成する工程と、 前記積層体を焼成することで、前記絶縁パターンと前記
   電極パターンとを熱処理し、一体化後のパッケージの底
   部表面に絶縁膜と固定電極とを形成する工程と、 を含むことを特徴とする圧電デバイス用パッケージの製
   造方法。