JP2005026411A - 封止ガラス層の形成方法およびパッケージベース並びに圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】封止ガラス層を形成しているガラス封止材のキャビティ内への垂れ込みを防止する。
【解決手段】パッケージベース３０は、パッケージベース本体３１がセラミックにより矩形箱状に形成してある。パッケージベース本体３１の上端面には、低融点ガラスからなる封止ガラス層３４が設けてある。封止ガラス層３４は、第１低融点ガラス層３６と第２低融点ガラス層３８とから形成してある。第１低融点ガラス層３６は、パッケージベース本体３１の上端面の全周にわたって低融点ガラスを塗付し、固化して形成してある。第２低融点ガラス層３８は、パッケージベース本体３１の辺部に低融点ガラスを塗付し、固化して形成してある。したがって、第２低融点ガラス層３８は、パッケージベース本体３１のコーナ部ａの部分に形成されていない。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パッケージベース本体の上端に蓋体を接合するための封止ガラス層を形成する方法に係り、特にガラス封止材を複数回塗布して封止ガラス層を形成する封止ガラス層の形成方法およびパッケージベース並びに圧電デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電振動子などの圧電デバイスは、電子機器の小型化、高実装密度化に伴い、小型、薄型化を図られている。このような小型、薄型化された圧電デバイスは、パッケージが、水晶などの圧電材料から形成した圧電振動片を収納するパッケージベースと、パッケージベースに接合する蓋体とから構成されている。そして、パッケージベースに蓋体を接合する場合、パッケージベース本体の上端面に低融点ガラスからなる封止ガラス層を形成し、この封止ガラス層を介して蓋体を気密に接合する場合がある。
【０００３】
パッケージベース本体は、複数のセラミックシートを積層して焼結し、一般に矩形状の箱型に形成される。そして、パッケージベース本体の上端面への封止ガラス層の形成は、通常、ガラス封止材をパッケージベース本体の上端面の全周にわたって塗布する工程と、さらに塗布したガラス封止材を固化する工程とを複数回繰り返して行なう（例えば、特許文献１）。これは、ガラス封止材を１回塗布して固化させた場合、封止ガラス層は、蓋体を気密に接合するために必要な充分な厚さを有しないことによる。さらに、ガラス封止材である低融点ガラスをパッケージベース本体の上端面の全周にわたって塗布し、固化させる工程を２回繰り返して充分な厚さの封止ガラス層を形成する場合もある。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３２１４０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように、ガラス封止材をパッケージベース本体の上端面の全周にわたって２回塗布した場合、封止ガラス層がパッケージベース本体のコーナ部において必要以上に厚くなる。図５は、封止ガラス層の状態を模式的に示したものである。図５において、パッケージベース１０は、パッケージベース本体１１が平板状のベースシートと、額縁状のフレームシートとを積層して焼結して形成してあり、中央に圧電振動片を収納するキャビティ１２を有する矩形箱状をなしている。そして、パッケージベース１０は、ガラスなどからなる蓋体を気密に接合するために、枠状をなすパッケージベース本体１１の上端面に封止ガラス層１４が形成される。
【０００６】
この封止ガラス層１４は、パッケージベース本体１１の上端面の全周にわたって、第１層目の低融点ガラスの塗布が行なわれる。塗布した低融点ガラスは、融点付近の適宜の温度に加熱されて固化される。そして、第１層目の低融点ガラスが固化すると、第１層目の上に第２層目の低融点ガラスを塗布し、第１層目と同様に固化する。これにより、封止ガラス層１４は、蓋体を気密に接合するのに必要な所定の厚さに形成される。パッケージベース１０にガラスリッドなどの蓋体を接合する場合、図６（１）に示したように、封止ガラス層１４の上に蓋体１８を配置する。その後、蓋体１８は、封止ガラス層１４を加熱して溶融することにより、パッケージベース本体１１に封止ガラス層１４を介して気密に接合される。
【０００７】
ところで、流動性のある低融点ガラスは、パッケージベース本体１１の上端面の全周にわたって塗布した場合、表面張力の影響により、パッケージベース本体１１の４つのコーナ部ａ（図５（１）参照）に低融点ガラスが凝集する。したがって、封止ガラス層１４は、図５（１）のＡ−Ａ線に沿った断面図である同図（２）に示したように、パッケージベース本体１１のコーナ部ａにおいて盛上り部１６が形成され、低融点ガラスの厚みが厚くなる。このため、上記したように、封止ガラス層１４の上に蓋体１８を配置してパッケージベース１０に接合したときに、封止ガラス層１４を形成している低融点ガラスがキャビティ１２内に垂れ込む。
【０００８】
すなわち、パッケージベース本体１１の各コーナ部ａは、封止ガラス層１４の厚みが他の部分より厚くなっているため、その分低融点ガラスの量が多くなり、蓋体１８を接合すると、キャビティ１２の各コーナ部ａと対応した部分に垂れ込み部２２が生ずる。そして、図６（２）に示したように、垂れ込み部２２がキャビティ１２内に収納した圧電振動片２４と接触することがあり、圧電振動片２４の機能を損ね、圧電振動子などの圧電デバイスの不良率が大きくなる。特に、近年は、圧電デバイスの小型化、薄型化が一層進められており、パッケージベース本体１１の内壁と圧電振動片２４との距離が非常に小さくなっている。このため、キャビティ１２内にわずかな垂れ込み部２２が生じたとしても、垂れ込み部２２が容易に圧電振動片２４と接触する。
【０００９】
また、キャビティ１２内への垂れ込み部２２が発生するのを防止するため、パッケージベース本体１１のコーナ部ａへの低融点ガラスを塗付しないことも考えられる。ところが、低融点ガラスは、パッケージベース本体１１を形成しているセラミックとの濡れ性が非常に悪い。このため、図７に示したように、蓋体１８をパッケージベース１０に接合したときに、パッケージベース本体１１のコーナ部ａに低融点ガラス２６が濡れ拡がらず、コーナ部ａを封止することができない。したがって、低融点ガラス２６は、パッケージベース本体１１の上端面の全周にわたって塗付する必要がある。そして、低融点ガラスをパッケージベース本体１１の上端面の全周にわたって１回だけ塗布したのでは、セラミックに対する濡れ性が悪いために安定した塗付幅、塗付厚を得ることが困難で、蓋体１８を気密に接合する充分な厚さを有する封止ガラス層を得ることができない。
【００１０】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、封止ガラス層を形成しているガラス封止材のキャビティ内への垂れ込みを防止することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る封止ガラス層の形成方法は、パッケージベース本体の上端面にガラス封止材を塗布する塗布工程と、塗布された前記ガラス封止材を固化する固化工程とを複数回繰り返して、前記パッケージベース本体の上端面に、蓋体を気密に接合する封止ガラス層を形成する方法であって、前記複数の塗布工程は、前記パッケージベース本体の上端面全周に前記ガラス封止材を塗布する全周塗布工程と、前記パッケージベース本体のコーナ部を除く辺部に前記ガラス封止材を塗布する部分塗布工程とを含んでいることを特徴としている。
【００１２】
このようになっている本発明は、ガラス封止材を塗付する塗付工程を複数回行なう場合に、パッケージベース本体の上端面の全周にガラス封止材を塗付する全周塗布工程と、コーナ部を除く辺部に塗布する部分塗布工程とを含んでいる。すなわち、ガラス封止材をパッケージベース本体のコーナ部に塗付しない工程を有するため、パッケージベース本体のコーナ部においてガラス封止材の厚みが必要以上に厚くなる封止ガラス層の盛上り部が生ずるのを防止することができる。このため、封止ガラス層の上に蓋体を配置して封止ガラス層を溶融したとしても、余分なガラス封止材がパッケージベース本体のキャビティ内に垂れ込むのを防止することができる。したがって、キャビティ内に垂れ込んだガラス封止材が圧電振動片と接触するような現象をなくすことができ、不良率を低下させることができる。
【００１３】
部分塗布工程は、全周塗付工程の前に行なってもよいが、全周塗布工程ののちに行なうことが望ましい。部分塗布工程を先に行なうと、パッケージベース本体の上端面にガラス封止材の存在する部分と存在しない部分とによる凹凸が形成され、次にガラス封止材を塗付する場合に、均一な塗付が困難になったり、ダレを生ずるなど、塗布量を制御することが困難となるおそれがある。
【００１４】
そして、本発明に係るパッケージベースは、上記の封止ガラス層の形成方法により形成した封止ガラス層を有することを特徴としている。これにより、封止ガラス層を形成しているガラス封止材がパッケージベース本体のキャビティ内に垂れ込むのを防止することができる。
【００１５】
また、本発明に係る圧電デバイスは、上記のパッケージベースに圧電振動片が収納してあることを特徴としている。これにより、上記の効果を得ることができ、圧電デバイスの不良率を減少させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る封止ガラス層の形成方法およびパッケージベース並びに圧電デバイスの好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るパッケージベースの説明図であって、（１）は平面図、（２）は（１）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図１において、パッケージベース３０は、パッケージベース本体３１が例えばセラミックからなる平板状のベースシートと、このベースシートの上に積層した額縁状のフレームシートから構成してある。そして、パッケージベース本体３１は、ベースシートとフレームシートとの両者が焼結してあって、中央部に圧電振動片を収納するキャビティ３２を有する。実施形態の場合、ベースシートは、中央部に封止孔を有する第１シートと、第１シートの封止孔と同心に形成されて第１シートの封止孔より小径の封止孔３３を有する第２シートとからなっている。
【００１７】
額縁状をなすパッケージベース本体３１の上端面には、封止ガラス層３４が設けてある。この封止ガラス層３４は、第１低融点ガラス層３６と第２低融点ガラス層３８とから形成してある。そして、第１低融点ガラス層３６は、パッケージベース本体３１の上端面の全周にわたって形成してある。また、第２低融点ガラス層３８は、パッケージベース本体３１の上端面のコーナ部ａを除いた部分に形成してある。すなわち、第２低融点ガラス層３８は、パッケージベース本体３１の各辺の部分に低融点ガラスを塗付して形成してある。このため、封止ガラス層３４は、図１（２）に示したように、コーナ部ａの厚みが厚くならず、縁部に向けて漸次薄くなる形状となる。この封止ガラス層３４は、図２のようにして形成される。
【００１８】
まず、図２のステップ１００に示したように、従来と同様にしてパッケージベース本体３１を形成する。次に、パッケージベース本体３１の上端面の全周にわたってガラス封止材である低融点ガラスを塗付する第１回目の塗付工程（全周塗布工程）を行なう（ステップ１０１）。低融点ガラスの塗付は、スクリーン印刷のようにして塗布することができる。その後、第１回目の固化工程を行なう。すなわち、低融点ガラスを塗付したパッケージベース本体３１を焼成炉に搬入し、低融点ガラスを適宜の温度において焼成し、溶媒を蒸発させて固化させる（ステップ１０２）。これにより、パッケージベース本体３１の上端面には、全周にわたって第１低融点ガラス層３６が形成される。
【００１９】
次に、ステップ１０３に示したように、第２回目の塗布工程を行ない、第１低融点ガラス層３６の上に低融点ガラスを塗付する。ただし、第２回目の塗付工程は部分塗布工程であって、パッケージベース本体３１の辺部にのみ低融点ガラスを塗付し、パッケージベース本体３１のコーナ部ａには低融点ガラスを塗付しない。その後、第２回目の固化工程を行ない、第２低融点ガラス層３８を形成する（ステップ１０４）。この第２回目の固化工程は、第１回目の固化工程と同様にして行なうことができる。これにより、封止ガラス層３４が完成する。その後、ステップ１０５に示したように、封止ガラス層３４の形成状態を検査し、出荷する。
【００２０】
このようにして封止ガラス層３４を形成したパッケージベース３０は、図３に示したように、キャビティ３２内に圧電振動片２４が収納され、蓋体１８が接合されて圧電デバイスである圧電振動子４０にされる。すなわち、圧電振動片２４は、パッケージベース本体３１内に設けたマウント電極４２に、導電性接着剤４４を介して片持ち状に接合される。また、ガラスなどからなる蓋体１８は、封止ガラス層３４の上に配置される。そして、封止ガラス層３４を溶融して蓋体１８をパッケージベース３０に接合する。その後、圧電振動子４０は、図示しない真空容器内に配置され、第１シートの封止孔４６内に配置した金属封止材（図示せず）を溶融して封止孔３３を封止する。
【００２１】
実施形態の封止ガラス層３４は、このようにして蓋体１８を接合した場合であっても、キャビティ３２内に低融点ガラスが垂れ込むことがない。したがって、低融点ガラスの垂れ込みによる圧電振動片２４の動作不良をなくすことができ、圧電振動子４０の不良率を低下させることができる。しかも、実施形態においては、第１低融点ガラス層３６をパッケージベース本体３１の上端面の全周に設けてあるため、コーナ部ａにおける封止不良の発生をなくすことができる。また、実施形態の封止ガラス層３４は、コーナ部ａにおける厚みが厚くなっていないため、蓋体１８を接合したのちにおける厚みを薄くすることができる。図４は、蓋体１８を接合したのちの、実施形態に係る封止ガラス層３４と、図５に示した従来の封止ガラス層１４との厚みの比較をしたものである。
【００２２】
図４から明らかなように、低融点ガラスをパッケージベース本体の上端面の全周にわたって２回塗付した場合、蓋体１８を接合したときの封止ガラス層の厚みが０．０８ｍｍ以上であって、厚みのばらつきも大きい。これに対して、実施形態に係る封止ガラス層３４は、２回目の低融点ガラスの塗付を、パッケージベース本体のコーナ部に塗付しないようにしたことにより、０．０７ｍｍより薄くすることができるとともに、厚みのばらつきも小さくすることができる。
【００２３】
なお、上記の実施形態は、本発明の一態様を示すものであって、これに限定されるものではない。すなわち、低融点ガラスの塗付と固化は、３回以上行なってもよい。また、前記実施の形態においては、低融点ガラスの部分塗布工程を全周塗付工程ののちに行なう場合について説明したが、部分塗布工程は全周塗付工程の前に行なってもよい。そして、低融点ガラスの塗付を３回以上行なう場合、部分塗布工は、任意の回数のときに行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るパッケージベースの説明図である。
【図２】実施の形態に係る封止ガラス層の形成方法のフローチャートである。
【図３】実施の形態に係る圧電振動子の断面図である。
【図４】封止ガラス層の従来例と実施形態との厚みの比較図である。
【図５】従来のパッケージベースの説明図である。
【図６】従来のキャビティ内へのガラス封止材の垂れ込みの説明図である。
【図７】低融点ガラスをコーナ部へ塗付しない場合の不都合の説明図である。
【符号の説明】
１８………蓋体、２４………圧電振動片、３０………パッケージベース、３１………パッケージベース本体、３４………封止ガラス層、３６………第１低融点ガラス層、３８………第２低融点ガラス層、４０………圧電デバイス（圧電振動子）。

Claims (4)

1. パッケージベース本体の上端面にガラス封止材を塗布する塗布工程と、塗布された前記ガラス封止材を固化する固化工程とを複数回繰り返して、前記パッケージベース本体の上端面に、蓋体を気密に接合する封止ガラス層を形成する方法であって、
   前記複数の塗布工程は、前記パッケージベース本体の上端面全周に前記ガラス封止材を塗布する全周塗布工程と、前記パッケージベース本体のコーナ部を除く辺部に前記ガラス封止材を塗布する部分塗布工程とを含んでいることを特徴とする封止ガラス層の形成方法。
2. 請求項１に記載の封止ガラス層の形成方法において、
   前記部分塗布工程は、前記全周塗布工程ののちに行なうことを特徴とする封止ガラス層の形成方法。
3. 請求項１または２に記載の封止ガラス層の形成方法により形成した封止ガラス層を有することを特徴とするパッケージベース。
4. 請求項３に記載のパッケージベースに圧電振動片が収納してあることを特徴とする圧電デバイス。

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