JP2006186826A - Piezoelectric device package and manufacturing method of the piezoelectric device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for aiming at miniaturization/thinning of a package for mounting a thinning-fork type crystal vibrator, and to provide a technology for manufacturing a surface-mounting piezoelectric device inexpensively. <P>SOLUTION: The tuning-fork type crystal vibrating reed 10 is arranged on one main surface of a substrate 101, and a metal cap 102 is sealed airtightly, in a state with it covering the tuning-fork type crystal vibrating reed 10. In order to apply voltage to each of two oscillation rods 12a and 12b, provided to the tuning-fork crystal vibrating reed 10, hole parts 103a and 103b are made. The tuning-fork type crystal vibrating reed 10 is supported and fixed by mounting parts 104a and 104b, whose base part 11 functions as electrode pads formed on the main surface of the substrate 101. Electrode films 105a and 105b, comprising conductive materials such as silver platinum and silver palladium, are provided in correspondence with the respective mounting parts, and the respective electrodes are extended therethrough so that it electrically connects the hold parts 103a and 103b with the mounting parts 104a and 104b. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、圧電デバイス用パッケージ、および圧電デバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to a package for a piezoelectric device and a method for manufacturing a piezoelectric device.

圧電デバイスには振動子、発振器、フィルタなどがあり、振動子には音叉型振動子、ＡＴカット振動子、ＳＡＷ振動子など、発振器にはクロック用発振器、ＴＣＸＯ、ＶＣＸＯなど、フィルタにはモノリシックフィルタ、ＳＡＷフィルタなどがあることは周知のとおりである。また、圧電素子には水晶、タンタル酸リチウムなどがある。本発明はこのような圧電デバイスに共通に適用できるものであるが、圧電デバイスの中で最も多く生産されている音叉型水晶振動子に例を挙げて説明をする。   Piezoelectric devices include vibrators, oscillators, filters, etc. The vibrators are tuning fork vibrators, AT cut vibrators, SAW vibrators, etc. The oscillators are clock oscillators, TCXO, VCXO, etc. The filters are monolithic filters As is well known, there are SAW filters and the like. Examples of the piezoelectric element include crystal and lithium tantalate. The present invention can be commonly applied to such a piezoelectric device, but an explanation will be given by taking an example of a tuning fork type crystal resonator that is most produced among the piezoelectric devices.

音叉型水晶振動子は所定の共振周波数を有する高精度の振動子であり、振動片は音叉型の形状を有している。   The tuning fork type crystal resonator is a highly accurate resonator having a predetermined resonance frequency, and the resonator element has a tuning fork shape.

図１はこのような音叉型水晶振動片の形状を説明するための図で、この図に示すように、音叉型水晶振動片１０は、基部１１と、この基部１１を一方の端部とする２本の振動細棒１２ａ、１２ｂが互いに平行に伸延して設けられている。それぞれの振動細棒１２ａ、１２ｂには所定の電圧が印加され、これにより振動細棒内部に発生する電界によって振動細棒材料である水晶が伸縮して振動が生じる。このような音叉型水晶振動片１０はキャビティを有するパッケージ内に気密実装され、時計や電子機器などの発振回路の発振源として使用される。   FIG. 1 is a diagram for explaining the shape of such a tuning-fork type crystal vibrating piece. As shown in FIG. 1, a tuning-fork type crystal vibrating piece 10 includes a base 11 and the base 11 as one end. Two vibrating rods 12a and 12b are provided so as to extend in parallel with each other. A predetermined voltage is applied to each of the vibrating rods 12a and 12b, whereby the quartz that is the vibrating rod material expands and contracts due to the electric field generated inside the vibrating rod. Such a tuning-fork type crystal vibrating piece 10 is hermetically mounted in a package having a cavity, and is used as an oscillation source of an oscillation circuit such as a timepiece or an electronic device.

図２は、図１に例示した音叉型水晶振動片をパッケージ内に実装した状態を示すための概略図で、図２（ａ）は上面概略図、図２（ｂ）は断面概略図である。この図において、符号１０は図１に示した音叉型水晶振動片、１３は下板、１４は中板、１５はシームリング、１６はキャップ、１７は音叉型水晶振動片１０のマウント部であり電極パッドとして機能する。このマウント部１７は、２本の振動細棒に対応して１７ａと１７ｂの２つが設けられている。また、１８ａ、１８ｂはこれらのマウント部１７ａ、１７ｂに接続された配線の外部端子への引出部であり、下板１３と中板１４の接合部を通って外部端子に結合している。   2A and 2B are schematic views for illustrating a state in which the tuning-fork type crystal vibrating piece illustrated in FIG. 1 is mounted in a package. FIG. 2A is a schematic top view and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view. . In this figure, reference numeral 10 denotes the tuning fork type crystal vibrating piece shown in FIG. 1, 13 denotes a lower plate, 14 denotes an intermediate plate, 15 denotes a seam ring, 16 denotes a cap, and 17 denotes a mounting portion of the tuning fork type crystal vibrating piece 10. Functions as an electrode pad. Two mounts 17a and 17b are provided corresponding to the two vibrating rods. Reference numerals 18a and 18b denote lead-out portions of the wirings connected to the mount portions 17a and 17b to the external terminals, which are coupled to the external terminals through the joint portions of the lower plate 13 and the intermediate plate 14.

下板１３の外周部に設けられた中板１４の上にはコバール合金などからなるシームリング１５が銀蝋付けして設けられ、これらの中板１４とシームリング１５で囲まれた下板１３領域は音叉型水晶振動片１０を収容するためのキャビティとなり、この領域の下板１３面が音叉型水晶振動片１０の実装面となる。この実装面の所定の領域には２つのマウント部１７ａおよび１７ｂと、これらのマウント部のそれぞれに対応して形成された２本の配線とが形成されている。これらの配線は対角位置にある下板１３の隅に設けられた外部端子への引出部１８ａおよび１８ｂへと延在するように形成されており、マウント部１７には音叉型水晶振動片１０の基部が導電性の接着剤により支持固定されている。   A seam ring 15 made of Kovar alloy or the like is provided on the intermediate plate 14 provided on the outer peripheral portion of the lower plate 13 by brazing with silver, and the lower plate 13 surrounded by the intermediate plate 14 and the seam ring 15 is provided. The region is a cavity for accommodating the tuning fork type crystal vibrating piece 10, and the lower plate 13 surface of this region is the mounting surface of the tuning fork type crystal vibrating piece 10. Two mounting portions 17a and 17b and two wirings formed corresponding to each of these mounting portions are formed in a predetermined region of the mounting surface. These wirings are formed so as to extend to the lead-out portions 18a and 18b to the external terminals provided at the corners of the lower plate 13 at the diagonal positions. The base portion is supported and fixed by a conductive adhesive.

このような状態で音叉型水晶振動片１０を収容したキャビティの開口部は、真空雰囲気中でキャップ１６が被せられ、キャップとシームリング１５の接触部をパラレルシーム溶接して気密密閉されている。
特許第３５２３５０２号明細書 In this state, the opening of the cavity that accommodates the tuning-fork type crystal vibrating piece 10 is covered with a cap 16 in a vacuum atmosphere, and the contact portion between the cap and the seam ring 15 is hermetically sealed by parallel seam welding.
Japanese Patent No. 3523502

ところで、近年の電子機器の小型化に伴い、圧電デバイスにも小型化・薄型化が要請されている。このような小型化・薄型化の要請に応えるには、音叉型水晶振動片を小型化・薄型化することはもちろん、これを実装するためのパッケージの小型化・薄型化が必要とされる。   By the way, with recent miniaturization of electronic equipment, piezoelectric devices are also required to be smaller and thinner. In order to meet such demands for miniaturization and thinning, it is necessary to reduce the size and thickness of the tuning fork crystal resonator element as well as the package for mounting it.

しかしながら、図２に示したような従来構造のパッケージでは、以下のような問題や課題がある。   However, the conventional package as shown in FIG. 2 has the following problems and problems.

第１に、セラミック薄板の積層構造であるために製造コストが高いということが問題としてあげられる。これは、積層構造にすると各層の電極パターンを正確に位置合わせしなければならないため高価な装置が必要になり、作業にも熟練が必要となり、品質検査も手数がかかることによる。   First, the manufacturing cost is high because of the laminated structure of ceramic thin plates. This is because in the case of a laminated structure, the electrode pattern of each layer has to be accurately aligned, so that an expensive device is required, skill is required for work, and quality inspection is troublesome.

第２に、シームリングの溶接は小型化するに従って困難度が増しデバイスの性能を落とすことがあげられる。これは、シームリングとセラミックの相対位置精度は基本的に小型化しても良くならないため、音叉型水晶片の実装可能面積を実質的に狭くするから、小型化するほど位置ずれの品質に及ぼす悪影響が大きくなることによる。   Secondly, as the size of the seam ring is reduced, the difficulty increases and the performance of the device decreases. This is because the relative position accuracy of the seam ring and ceramic cannot be reduced basically, so the mountable area of the tuning fork crystal piece is substantially reduced. Due to the increase.

第３に、セラミックのキャビティ構造が及ぼすデバイス品質への悪影響がある。キャビティの中に音叉型水晶片を実装し周波数調整をおこなう工程中では異物の付着混入はある程度避けられない。このため、気体で吹き飛ばすことでこれらの異物を除去するが、キャビティ構造ではこの異物除去が困難である。デバイスが小型化するに伴って異物のデバイス特性に及ぼす悪影響の度合いはますます大きくなり、小さな異物が重大な品質欠陥を引き起こすこととなる。   Third, there is an adverse effect on device quality caused by the ceramic cavity structure. During the process of adjusting the frequency by mounting a tuning fork type crystal piece in the cavity, it is inevitable that foreign matter is mixed in. For this reason, these foreign substances are removed by blowing off with a gas, but it is difficult to remove these foreign substances with the cavity structure. As devices are miniaturized, the degree of adverse effects of foreign objects on device characteristics will increase, and small foreign objects will cause serious quality defects.

第４に、音叉型水晶片を小型化するに従って容器内部の真空度をより高真空に保持する必要があるということである。これは、音叉型水晶片が小型化するほど振動エネルギが小さくなるため、僅かな空気抵抗が振動を妨害するということによる。また、パッケージを薄型化するほどパッケージ内部の表面積と体積の比が大きくなる。そうすると表面に吸着しているガス（特に水分）が脱離して容器内部の真空度を低下させるだけでなく、水晶片に付着して周波数を変化させてしまう結果となる。   Fourthly, as the tuning fork type crystal piece is miniaturized, it is necessary to keep the degree of vacuum inside the container at a higher vacuum. This is because the vibration energy becomes smaller as the tuning fork type crystal piece becomes smaller, so that a slight air resistance disturbs the vibration. Further, as the package becomes thinner, the ratio of the surface area to the volume inside the package becomes larger. Then, the gas (especially moisture) adsorbed on the surface is desorbed and the degree of vacuum inside the container is lowered, and it also adheres to the crystal piece and changes the frequency.

特許文献１では、上記の第４の問題を解決するために、セラミック薄板に段付きの孔を開け、この孔を介して容器内部の脱ガスを行い、その後に金錫ボールを溶解して孔を塞ぐ方法が提案されている。しかし、この方法は、下板を２枚にしなければならないのでコストアップになること、さらに孔径以上の径の金錫ボールを使用するので材料費が高いこと、などの欠点を有している。   In Patent Document 1, in order to solve the above fourth problem, a stepped hole is formed in a ceramic thin plate, the inside of the container is degassed through this hole, and then the gold-tin ball is dissolved to form a hole. A method of closing the door has been proposed. However, this method has drawbacks such as an increase in cost because it requires two lower plates, and a high material cost due to the use of gold-tin balls having a diameter larger than the hole diameter.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、音叉型水晶振動子をパッケージ内に気密状態で封止するためのパッケージの小型化・薄型化を図りつつ、異物等の付着を防止し、異物除去が容易な構造にすることで音叉型水晶振動子の性能を維持するとともに、表面実装型圧電デバイスを安価に製造することを可能とする技術の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and prevents the attachment of foreign matters while reducing the size and thickness of the package for sealing the tuning fork type crystal resonator in a hermetic state. It is another object of the present invention to provide a technique capable of maintaining the performance of a tuning-fork type crystal resonator by making the structure easy to remove foreign substances and manufacturing a surface-mount piezoelectric device at low cost.

本発明はこのような課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、圧電素子が収容される圧電デバイス用パッケージであって、前記圧電素子を支持固定するセラミック単層板からなる平板状の基体と、該基体に開口周辺部が密着して前記圧電素子を気密封止する金属性箱型キャップとを備え、前記基体には、該基体の容器内側主面から容器外側主面に貫通する孔部が複数設けられており、前記複数の孔部の各々には前記基体の実装面に設けられた前記圧電素子への電圧印加用電極に接続する導電性のペーストが、前記容器内側主面及び容器外側主面に印刷された導電性ペーストより突出しないように充填され、前記孔部に充填された導電性のペーストには、該孔部の径より小なる径の貫通孔が少なくとも１つ存在している、ことを特徴とする。   In order to solve such problems, the present invention provides a piezoelectric device package in which a piezoelectric element is accommodated, and is a flat plate made of a ceramic single layer plate that supports and fixes the piezoelectric element. And a metallic box-type cap that hermetically seals the piezoelectric element with the periphery of the opening being in close contact with the base, and the base has a main surface from the container inner side to a container outer main surface. A plurality of through holes are provided, and a conductive paste connected to a voltage application electrode to the piezoelectric element provided on the mounting surface of the base is provided in each of the plurality of holes. Filled so that it does not protrude from the conductive paste printed on the main surface and the outer main surface of the container, the conductive paste filled in the hole portion has at least a through-hole having a diameter smaller than the diameter of the hole portion. It is characterized by the existence of one That.

請求項２に記載の発明は、圧電素子が収容される圧電デバイス用パッケージであって、前記圧電素子を支持固定するセラミック単層板からなる平板状の基体と、該基体に開口周辺部が密着して前記圧電素子を気密封止する箱型キャップとを備え、前記基体には、該基体の容器内側主面から容器外側主面に貫通する孔部が複数設けられており、前記複数の孔部の各々には前記基体の実装面に設けられた前記圧電素子への電圧印加用電極に接続する導電性のペーストが、前記容器内側主面及び容器外側主面に印刷された導電性ペーストより突出しないように充填され、前記孔部に充填された導電性のペーストには、該孔部の径より小なる径の貫通孔が少なくとも１つの存在しており、前記貫通孔は低融点金属により溶融密着されている、ことを特徴とする。   The invention according to claim 2 is a package for a piezoelectric device in which a piezoelectric element is accommodated, and a flat base made of a ceramic single-layer plate for supporting and fixing the piezoelectric element, and an opening peripheral portion in close contact with the base A box-type cap for hermetically sealing the piezoelectric element, and the base is provided with a plurality of holes penetrating from the container inner main surface of the base to the container outer main surface. The conductive paste connected to the electrode for applying voltage to the piezoelectric element provided on the mounting surface of the base is formed on each of the parts from the conductive paste printed on the container inner main surface and the container outer main surface. The conductive paste filled so as not to protrude and filled in the hole has at least one through hole having a diameter smaller than the diameter of the hole, and the through hole is made of a low melting point metal. It is melt-adhered. To.

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の圧電デバイスの製造方法において、前記低融点金属は、金錫であることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a piezoelectric device according to the second aspect, the low melting point metal is gold tin.

請求項４に記載の発明は、圧電デバイスの製造方法であって、請求項１に記載のパッケージ内に圧電素子を実装し、キャップと基体を密着結合した後に、孔部に低融点金属を溶融することにより、圧電素子を気密封止するステップを備えていることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a piezoelectric device, wherein the piezoelectric element is mounted in the package according to the first aspect, and the low melting point metal is melted in the hole portion after the cap and the base are closely bonded. Thus, the piezoelectric element is hermetically sealed.

請求項５に記載の発明は、圧電デバイスの製造方法であって、請求項２に記載のパッケージ内に圧電素子を実装し、キャップと基体を低融点金属を溶融密着結合することにより、圧電素子を気密封止するステップを備えていることを特徴とする。   The invention according to claim 5 is a method of manufacturing a piezoelectric device, wherein the piezoelectric element is mounted in the package according to claim 2, and the cap and the base are fused and bonded with a low melting point metal, thereby the piezoelectric element. A step of hermetically sealing.

本発明により、以下のような効果が得られる。   According to the present invention, the following effects can be obtained.

第１に、セラミック薄板の単板（１層）構造であるため、製造コストを低減することができるという効果がある。これは、単板構造のため、積層構造の場合のように各層の電極パターンを正確に位置合わせする必要がなくなって高価な装置が不要となり、作業にも熟練が不要となり、品質検査も手数がかからなくなるからである。   First, since the ceramic single plate (single layer) structure is used, there is an effect that the manufacturing cost can be reduced. Since this is a single plate structure, it is not necessary to accurately align the electrode patterns of each layer as in the case of a laminated structure, so that expensive equipment is unnecessary, skill is not required for work, and quality inspection is troublesome. Because it will not take.

第２に、シームリングがない構造なのでシームリングの溶接に際し、小型化するに従って困難度が増しデバイスの性能を落とすというジレンマがなくなるという効果がある。シームリングとセラミックの相対位置精度は基本的に小型化しても良くならないため、実質的な音叉型水晶片の実装可能面積を狭くするから、小型化するほど位置ずれの品質に及ぼす悪影響が大きくなる。これに対し、本発明では基体の外周部に形成された銀パラジウム印刷パターン上に金錫等の低融点金属を印刷溶融するので位置精度が良いだけでなく溶融する際に金錫のような高価な金属が銀パラジウムパターンより外側に流れ出さないので必要最小限の量に留めることができ、材料費を低く抑えることが可能である。   Secondly, since there is no seam ring, there is an effect that, when the seam ring is welded, the dilemma that the difficulty increases and the performance of the device deteriorates as the size is reduced. Since the relative position accuracy between the seam ring and the ceramic cannot basically be reduced, the mounting area of the substantial tuning-fork crystal piece is reduced, so the negative effect on the quality of misalignment increases as the size decreases. . On the other hand, in the present invention, a low melting point metal such as gold tin is printed and melted on a silver palladium print pattern formed on the outer peripheral portion of the substrate, so that not only the positional accuracy is good but also expensive such as gold tin when melting. Since the metal does not flow out from the silver palladium pattern, it can be kept to the minimum necessary amount, and the material cost can be kept low.

第３に、セラミック製基体が平板構造であるため、セラミック製基体のキャビティ構造が及ぼすデバイス品質への悪影響がなくなるという効果がある。即ち、平板状基体に音叉型水晶片を実装し周波数調整工程を経過する中で異物の付着混入はある程度避けられないため、気体で吹き飛ばすことでこれらの異物を除去するが、平板構造ではこの異物除去が容易である。従来のパッケージではキャビティの隅に付着した異物は除去することが難しいが、平板構造では異物除去が容易化される。   Third, since the ceramic substrate has a flat plate structure, there is an effect that the adverse effect on the device quality exerted by the cavity structure of the ceramic substrate is eliminated. In other words, since a tuning fork crystal piece is mounted on a flat substrate and the frequency adjustment process is performed, foreign matter adhering to some extent is unavoidable. Therefore, these foreign matters are removed by blowing off with a gas. Easy to remove. In the conventional package, it is difficult to remove the foreign matter adhering to the corner of the cavity, but in the flat plate structure, the removal of the foreign matter is facilitated.

第４に、音叉型水晶片を小型化するに従って容器内部の真空度をより高真空に保持する必要があるという課題に対しては、容器内部の脱ガスを十分に行うことが必要であり、基体に開けられた段付き孔に金錫ボールを溶解して塞ぐ方法が提案されているが、本発明では下板が単板なので低コストであること、さらに基体に開けられた孔径以下の径の金錫ボールを使用するので材料費を安くあげることができるという効果がある。また、基体に開けられた孔径以下の径の部分を作ることは充填する銀パラジウムペーストの重量、成分比率、粒度分布、物理的性質や焼成時の温度や保持時間を適正な値に設定することで容易に実現できる。   Fourth, for the problem that the vacuum inside the container needs to be maintained at a higher vacuum as the tuning fork type crystal piece is downsized, it is necessary to sufficiently degas the inside of the container. A method has been proposed in which a gold-tin ball is melted and plugged into a stepped hole formed in a substrate, but in the present invention, since the lower plate is a single plate, the cost is low, and the diameter is equal to or smaller than the diameter of the hole formed in the substrate. Since the gold-tin ball is used, the material cost can be reduced at a low cost. In addition, to create a portion with a diameter smaller than the hole diameter opened in the substrate, set the weight, component ratio, particle size distribution, physical properties, firing temperature and holding time of the filled silver palladium paste to appropriate values. Can be realized easily.

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図３は、本発明の圧電デバイス用パッケージ内に音叉型水晶振動片が実装された圧電デバイスの実施例を説明するための図で、図３（ａ）は上面概略図、図３（ｂ）は図３（ａ）中のＡ−Ａ´に沿う断面概略図である。この圧電デバイスは、図１で示したような形状の音叉型水晶振動片１０がセラミックス製単板よりなる基体１０１の一方容器内側主面上に配置され、箱型の金属製キャップ１０２開口部が音叉型水晶振動片１０を覆う状態で気密密閉されている。基体１０１には、音叉型水晶振動片１０が備える２本の振動細棒１２ａおよび１２ｂのそれぞれに電圧を印加するために、各振動細棒の所望の箇所に対応する位置に孔部１０３ａおよび１０３ｂが形成されている。   FIG. 3 is a view for explaining an embodiment of a piezoelectric device in which a tuning fork type crystal vibrating piece is mounted in the piezoelectric device package of the present invention. FIG. 3 (a) is a schematic top view, and FIG. 3 (b). FIG. 4 is a schematic cross-sectional view along AA ′ in FIG. In this piezoelectric device, a tuning-fork type crystal vibrating piece 10 having a shape as shown in FIG. 1 is disposed on one main surface inside a container of a base 101 made of a ceramic single plate, and an opening of a box-shaped metal cap 102 is formed. The tuning fork type quartz vibrating piece 10 is hermetically sealed in a state of covering. In the base 101, holes 103a and 103b are formed at positions corresponding to desired positions of the respective vibration thin rods in order to apply a voltage to each of the two vibration thin rods 12a and 12b included in the tuning fork type crystal vibrating piece 10. Is formed.

音叉型水晶振動片１０は、その基部１１が基体１０１の主面上に形成された電極パッドとして機能するマウント部１０４ａおよび１０４ｂに支持固定されている。なお、このマウント部１０４ａおよび１０４ｂは、銀白金や銀パラジウムなどの導電性材料で形成されている。マウント部１０４ａおよび１０４ｂのそれぞれに対応して、銀白金や銀パラジウムなどの導電材料からなる電極膜１０５ａおよび１０５ｂが設けられ、各々の電極は上述の孔部１０３ａおよび１０３ｂとマウント部１０４ａおよび１０４ｂとを電気的に接続するように延在している。   The tuning fork type crystal vibrating piece 10 has a base 11 supported and fixed to mounts 104 a and 104 b that function as electrode pads formed on the main surface of the base 101. The mounts 104a and 104b are made of a conductive material such as silver platinum or silver palladium. Corresponding to each of the mount parts 104a and 104b, electrode films 105a and 105b made of a conductive material such as silver platinum or silver palladium are provided, and each of the electrodes includes the above-described holes 103a and 103b, the mount parts 104a and 104b, Extending to electrically connect.

孔部１０３ａおよび１０３ｂには銀白金や銀パラジウムなどの導電性材料の中で印刷後焼成時の収縮率の比較的小さな導電性のペーストが充填されることが望ましい。したがって、音叉型水晶振動片１０を振動させるためのマウント部１０４ａおよび１０４ｂへの外部からの電圧印加は、導電性ペーストが充填された孔部１０３ａと１０３ｂとを介して行なっている。   It is desirable that the holes 103a and 103b are filled with a conductive paste having a relatively small shrinkage ratio when firing after printing among conductive materials such as silver platinum and silver palladium. Therefore, external voltage application to the mount parts 104a and 104b for vibrating the tuning-fork type crystal vibrating piece 10 is performed through the holes 103a and 103b filled with the conductive paste.

つまり、本発明では基体１０１がセラミック単板よりなるため、この圧電デバイスへの外部からの電圧印加を、基体１０１とキャップ１０２とからなる圧電デバイス実装用パッケージの基体１０１に設けられた孔部１０３ａ、１０３ｂを介して接続せざるを得ず、図２で示す従来構造の圧電デバイスのように外部配線と内部配線とを容器外周部を介して接合することができない。この場合、外部配線と内部配線を孔部を経由して電気的に結合することは容易で且つ公知な技術であるが孔部を銀パラジウムや銀白金ペーストのような導電材料で気密に充填することは困難である。   That is, in the present invention, since the base 101 is made of a single ceramic plate, voltage application from the outside to the piezoelectric device is applied to the hole 103a provided in the base 101 of the piezoelectric device mounting package including the base 101 and the cap 102. , 103b, and the external wiring and the internal wiring cannot be joined via the outer periphery of the container as in the conventional piezoelectric device shown in FIG. In this case, it is easy and well known to electrically connect the external wiring and the internal wiring via the hole, but the hole is hermetically filled with a conductive material such as silver palladium or silver platinum paste. It is difficult.

そのため、特許文献１に示すように、孔部に段差を設けてこの孔部を金錫等の低融点金属で溶融密封する方法が提案されているが、単板構造では段差を設けることが経済的に許容できるコストで実現できないので、基体１０１に設ける孔部１０３の形状は図３（ｂ）に図示したようなストレート形状のほか、図４（ｂ）に図示したように１／１０から１／２０程度のわずかな勾配を有する準ストレート形状の孔にしてもよい。この程度の勾配であれば孔あけ時に主面の平坦度を損なわずに孔加工することは容易であり、且つ後述の金錫等低融点金属ボールを孔部中間に保持するためのプロセスが容易になる。孔部１０３ａ、１０３ｂを経由して容器内周部電極と外周部電極を結合し、且つ、気密密封する方法については図９により説明することとし、ここでは説明しないので孔は充填前の状態で示してある。   Therefore, as shown in Patent Document 1, a method has been proposed in which a step is provided in the hole and the hole is melt-sealed with a low melting point metal such as gold tin. However, it is economical to provide a step in a single plate structure. Therefore, the shape of the hole 103 provided in the base 101 is not only a straight shape as shown in FIG. 3B but also 1/10 to 1 as shown in FIG. 4B. A semi-straight hole having a slight gradient of about / 20 may be used. With such a gradient, it is easy to drill without losing the flatness of the main surface when drilling, and the process for holding a low-melting point metal ball such as gold tin described below in the middle of the hole is easy. become. The method of coupling the container inner peripheral electrode and the outer peripheral electrode via the holes 103a and 103b and hermetically sealing will be described with reference to FIG. 9 and will not be described here. It is shown.

図５は、本発明の圧電デバイス用パッケージを構成する基体の構造をより詳細に説明するための図である。ここで、図５（ａ）、図５（ｂ）、および図５（ｃ）はそれぞれ、基体１０１の上面概略図、図５（ａ）中のＢ−Ｂ´に沿う断面概略図、および下面概略図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining in more detail the structure of the substrate constituting the piezoelectric device package of the present invention. Here, FIG. 5A, FIG. 5B, and FIG. 5C are respectively a schematic top view of the base 101, a schematic cross-sectional view along BB ′ in FIG. FIG.

図５に示すように、セラミックス製基体１０１の一方容器内周側主面（実装面）には、電極パッドとして機能するマウント部１０４ａおよび１０４ｂが形成されている。このマウント部は、例えば厚み３０μｍ程度の銀白金又は銀パラジウムペーストなどの導電性材料で形成される。これらのマウント部１０４ａおよび１０４ｂのそれぞれには、銀白金や銀パラジウムなどの導電材料からなる電極膜１０５ａおよび１０５ｂが設けられ、これにより２つの孔部１０３ａおよび１０３ｂとマウント部１０４ａおよび１０４ｂとが電気的に接続されるようになっている。なお、基体１０１の実装面の周辺領域には、キャップ１０２で封止するために用いられる金錫などの低融点金属材料からなる封止膜１０６が１５μｍ程度の厚みで形成されている。   As shown in FIG. 5, mount portions 104 a and 104 b that function as electrode pads are formed on one inner peripheral main surface (mounting surface) of the ceramic substrate 101. This mount portion is formed of a conductive material such as silver platinum or silver palladium paste having a thickness of about 30 μm, for example. Each of the mount portions 104a and 104b is provided with electrode films 105a and 105b made of a conductive material such as silver platinum or silver palladium, whereby the two holes 103a and 103b and the mount portions 104a and 104b are electrically connected. Connected. A sealing film 106 made of a low melting point metal material such as gold tin used for sealing with the cap 102 is formed in a peripheral region of the mounting surface of the base 101 with a thickness of about 15 μm.

基体１０１の他方容器外周側主面の電極１０７は銀パラジウムや銀白金ペーストのような導電材料より形成され、圧電デバイスをデジタル機器等のプリント基板に表面実装する為のパターンである。この電極１０７は孔部１０３ａ、１０３ｂを介してマウント部１０４ａおよび１０４ｂとを電気的に接続するように延在している。   The electrode 107 on the main surface on the outer peripheral side of the other container of the base 101 is made of a conductive material such as silver palladium or silver platinum paste, and is a pattern for surface mounting a piezoelectric device on a printed circuit board such as a digital device. The electrode 107 extends so as to electrically connect the mounts 104a and 104b via the holes 103a and 103b.

図６は、本発明よりなる圧電デバイス作製プロセスの概略を説明するためのフローチャート、図７乃至図９は各工程を説明するための図である。なお、図７および図８において、各図（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）はそれぞれ、基板の上面概略図、図（ａ）中のＣ−Ｃ´に沿う断面概略図、および下面概略図である。   FIG. 6 is a flowchart for explaining an outline of a piezoelectric device manufacturing process according to the present invention, and FIGS. 7 to 9 are diagrams for explaining each process. 7 and 8, each of FIGS. (A), (b), and (c) is a schematic top view of the substrate, a schematic cross-sectional view taken along CC ′ in FIG. FIG.

先ず、複数個（一般には２個）の孔部１０３ａ、１０３ｂを形成した後に焼成して得られた単層のセラミックス薄板の上下面に、銀白金または銀パラジウムからなる電極膜１０５ａ、１０５ｂ、１０７を印刷焼成する（ステップＳ７０１、図７）。なお、この工程では、孔部１０３ａ、１０３ｂの内周部にも銀白金または銀パラジウムがスルーホール印刷焼成されている。   First, electrode films 105a, 105b, 107 made of silver platinum or silver palladium are formed on the upper and lower surfaces of a single-layer ceramic thin plate obtained by forming a plurality of (generally two) holes 103a, 103b and then firing. Is printed and fired (step S701, FIG. 7). In this step, silver-platinum or silver-palladium is also through-hole printed and fired on the inner peripheral portions of the holes 103a and 103b.

次に、セラミックス薄板の圧電チップ接合部に銀白金または銀パラジウムを複数回厚く印刷焼成してマウント部１０４ａおよび１０４ｂを設け（ステップＳ７０２、図８）、さらに孔部１０３ａ、１０３ｂに銀白金または銀パラジウムなどのうち焼成時収縮率の比較的小さな導電性のペースト１０８を充填する（ステップＳ７０３）。ここで、焼成時収縮率の比較的小さな導電性のペースト１０９を使用する理由は、焼成時収縮率が大きいと孔部１０３ａ、１０３ｂの内周表面との剥離が発生するからである。   Next, silver platinum or silver palladium is printed and fired multiple times on the ceramic chip piezoelectric chip joint to provide mounts 104a and 104b (step S702, FIG. 8), and silver platinum or silver is further provided in the holes 103a and 103b. Of the palladium or the like, the conductive paste 108 having a relatively small shrinkage ratio upon firing is filled (step S703). Here, the reason for using the conductive paste 109 having a relatively small shrinkage rate at the time of firing is that if the shrinkage rate at the time of firing is large, peeling from the inner peripheral surfaces of the holes 103a and 103b occurs.

図９はこの導電性ペースト１０８を孔部１０３に充填するプロセスを示す拡大断面概略図であり、図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）、図９（ｄ）の順に導電性ペーストの充填が行われる。   FIG. 9 is an enlarged schematic cross-sectional view showing the process of filling the conductive paste 108 into the hole portion 103. FIG. 9 (a), FIG. 9 (b), FIG. 9 (c), and FIG. The conductive paste is filled.

図９（ａ）は、容器内外周主面の孔部周辺と孔内周部に銀白金印刷又は銀パラジウムを印刷焼成する工程を説明するための図であり、この工程はＳ７０１で既に説明済みである。   FIG. 9A is a diagram for explaining a process of printing and baking silver platinum printing or silver palladium on the periphery of the hole on the outer peripheral main surface of the container and the inner peripheral part of the hole, and this process has already been described in S701. It is.

図９（ｂ）は、焼成時収縮率の比較的小さな銀パラジウム又は銀白金当の導電性のペースト１０８を孔部１０３ａ、１０３ｂに充填する様子を説明するための図である。導電性ペースト１０８の充填量は孔部１０３の体積の１／３から１／４が目安である。その理由は、図９（ｃ)に示すように、焼成した後でペースト中央部に小さな孔（貫通孔）１０９が生じるようにするためである。小さな孔１０９が生じるように焼結すると以下の２つの機能が発揮される。１つは小さな孔１０９を介して容器内周部の脱ガスが可能になること、もう１つは図９（ｃ）に図示するように金錫ボール１１０が孔部１０３ａ、１０３ｂに留まることである。   FIG. 9B is a diagram for explaining how the holes 103a and 103b are filled with a conductive paste 108 such as silver palladium or silver platinum having a relatively small shrinkage ratio during firing. The filling amount of the conductive paste 108 is approximately 1/3 to 1/4 of the volume of the hole 103. The reason is that, as shown in FIG. 9 (c), a small hole (through hole) 109 is formed in the center of the paste after firing. When sintered to produce small holes 109, the following two functions are exhibited. One is that the inner periphery of the container can be degassed through the small hole 109, and the other is that the gold-tin ball 110 stays in the holes 103a and 103b as shown in FIG. 9C. is there.

すなわち、本発明においては、孔部１０３の各々に、基体１０１の実装面に設けられた圧電素子への電圧印加用電極に接続する導電性のペースト１０８が、基体１０１の一方主面（内側主面、すなわち実装面）及び他方主面（外側主面）に印刷された導電性ペーストよりも突出しないように充填されており、孔部１０３に充填された導電性のペースト１０８には、この孔部１０８の径より小なる径の貫通孔１０９が少なくとも１つ存在している。   That is, in the present invention, the conductive paste 108 connected to the electrode for applying voltage to the piezoelectric element provided on the mounting surface of the base 101 is disposed in each of the holes 103 on one main surface (inner main surface) of the base 101. Surface, that is, the mounting surface) and the other main surface (outer main surface) are filled so as not to protrude from the conductive paste. There is at least one through hole 109 having a diameter smaller than the diameter of the portion 108.

こうしてできた小さな孔１０９は必ずしも１００％の確率で生成するわけではなく、小さな孔１０９が生じない場合もある。そのような場合のために、銀パラジウム又は銀白金等のペーストの成分を調整して、小さな孔１０９が埋まっても空気の流通が可能となるように充填された部分に隙間が生ずるようにしておく。そのためには、ペーストの成分である金属、酸化物、ガラスの成分割合、粒度分布、ガラスの軟化点を調整する。   The small holes 109 thus formed are not necessarily generated with a probability of 100%, and the small holes 109 may not be generated in some cases. For such a case, adjust the components of the paste such as silver palladium or silver platinum so that a gap is formed in the filled portion so that air can be circulated even if the small hole 109 is filled. deep. For that purpose, the metal, oxide, glass component ratio, particle size distribution, and glass softening point, which are components of the paste, are adjusted.

次に、金錫等の低融点金属よりなるボール１１０を溶融して孔部を気密封止する（図９（ｄ））。この低融点金属のボール１１０を溶融するタイミングは、パッケージ単体の状態の場合と、圧電デバイスとしてキャップが基体に密着封止された後の場合と、に分けて設定される。音叉型水晶振動子のように真空封止され且つ容器内部が高真空に維持されなければならない場合は、容器内壁に吸着しているガス（特に水分)を十分に取り除かなければならないので、圧電デバイスとしてキャップが基体に密着封止された後に、高温に加熱された真空中で十分に脱ガスし、再び大気中にさらすことによって水蒸気が再吸着するチャンスを与えずに、金錫ボールを溶解して気密封止する。   Next, the ball 110 made of a low melting point metal such as gold tin is melted to hermetically seal the hole (FIG. 9D). The timing for melting the low melting point metal ball 110 is set separately for the case of a single package and for the case after the cap is tightly sealed to the substrate as a piezoelectric device. When vacuum-sealed and the inside of the container must be maintained at a high vacuum like a tuning fork type crystal resonator, the gas (especially moisture) adsorbed on the inner wall of the container must be sufficiently removed. As the cap is tightly sealed to the substrate, it is sufficiently degassed in a vacuum heated to high temperature, and again exposed to the atmosphere to dissolve the gold-tin ball without giving a chance to re-adsorb water vapor. And hermetically seal.

高周波振動子（ＡＴカット）やＳＡＷフィルタの様に窒素封入するタイプのものはパッケージ単体の状態で金錫ボールを溶解して孔部１０３ａ、１０３ｂを気密封止する。もちろん、高周波振動子（ＡＴカット）やＳＡＷフィルタのように窒素封入するタイプのものであっても高精度品においては圧電デバイスとしてキャップが基体に密着封止された後に、金錫ボール１１０を溶解して気密封止することによって精度向上が可能である。   In a high frequency vibrator (AT cut) or a SAW filter type that is filled with nitrogen, gold and tin balls are melted in a single package state to hermetically seal the holes 103a and 103b. Of course, even in a high-accuracy product such as a high-frequency vibrator (AT cut) or SAW filter, the gold-tin ball 110 is dissolved after the cap is tightly sealed to the substrate as a piezoelectric device. Thus, the accuracy can be improved by hermetically sealing.

以上、実施例により本発明の音叉型水晶振動子実装用パッケージおよびこれを用いて製造された圧電デバイスならびにその製造方法について説明したが、上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内にあり、更に本発明の範囲内において他の様々な実施例が可能であることは自明である。   As described above, the tuning fork type crystal resonator mounting package of the present invention, the piezoelectric device manufactured using the same, and the manufacturing method thereof have been described by way of examples. However, the above examples are merely examples for carrying out the present invention. However, the present invention is not limited to these. It is obvious that various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention, and that various other embodiments are possible within the scope of the present invention.

電子回路や電子デバイスに用いられるセラミック基板にはアルミナ材料からなるＨＴＣＣ（High Temperature Co-fired Ceramics）とガラスを主成分とするＬＴＣＣ（Ｌaw Temperature Co-fired Ceramics）があり、それぞれ電極とセラミック生板は同時焼成（Ｃo-Fire）されるが、一方それぞれセラミックを先に焼成しその後に電極を印刷焼成する後焼成（Post-Fire）がある。   Ceramic substrates used in electronic circuits and electronic devices include HTCC (High Temperature Co-fired Ceramics) made of alumina material and LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) mainly composed of glass. Are fired at the same time (Co-Fire), but on the other hand, there is post-fire (post-fire) in which the ceramic is fired first, and then the electrodes are printed and fired.

本発明はこれらの何れにも利用可能であり、要求される品質レベルによって使い分けることができ、どれかに限定されるものではない。また、圧電デバイスは背景技術で述べたように音叉型水晶振動子のみではなくいろいろな種類があるが、それぞれに低価格化、高精度化の要求は大変強く、それぞれに利用が可能な発明である。   The present invention can be used for any of these, and can be selectively used according to the required quality level, and is not limited to any one. In addition, as described in the background art, there are various types of piezoelectric devices as well as tuning-fork type crystal units. However, there are strong demands for low price and high accuracy, and each is an invention that can be used for each. is there.

以上説明したように、本発明は、音叉型水晶振動子をキャビティ内に気密状態で収容するためのパッケージの小型化・薄型化を図るとともに、表面実装型圧電デバイスを安価に製造する技術の提供を可能とする。   As described above, the present invention provides a technique for reducing the size and thickness of a package for housing a tuning fork type crystal resonator in a cavity in an airtight state, and manufacturing a surface-mount piezoelectric device at low cost. Is possible.

音叉型水晶振動子の形状を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shape of a tuning fork type crystal resonator. 図１に例示した音叉型水晶振動子をパッケージ内に表面実装した圧電デバイスの例を説明するための概略図で、図（ａ）は上面概略図、図（ｂ）は断面概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an example of a piezoelectric device in which the tuning-fork type crystal resonator illustrated in FIG. 1 is surface-mounted in a package, in which FIG. 1A is a schematic top view and FIG. 本発明の圧電デバイス実装用パッケージ内に音叉型水晶振動子が表面実装された圧電デバイスの構成例を説明するための図で、図（ａ）は上面概略図、図（ｂ）は図（ａ）中のＡ−Ａ´に沿う断面概略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure for demonstrating the structural example of the piezoelectric device by which the tuning fork type | mold crystal resonator was surface-mounted in the package for piezoelectric device mounting of this invention, a figure (a) is an upper surface schematic diagram, a figure (b) is a figure (a). It is a cross-sectional schematic diagram along AA ′ in FIG. 本発明の圧電デバイス実装用パッケージ内に音叉型水晶振動子が表面実装された圧電デバイスの構成例を説明するための図で、図（ａ）は上面概略図、図（ｂ）は図（ａ）中のＡ−Ａ´に沿う断面概略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure for demonstrating the structural example of the piezoelectric device by which the tuning fork type | mold crystal resonator was surface-mounted in the package for piezoelectric device mounting of this invention, a figure (a) is an upper surface schematic diagram, a figure (b) is a figure (a). It is a cross-sectional schematic diagram along AA ′ in FIG. 本発明の圧電デバイス実装用パッケージを構成する基板の構造を説明するための図で、図（ａ）、図（ｂ）、および図（ｃ）はそれぞれ、基板の上面概略図、図（ａ）中のＢ−Ｂ´に沿う断面概略図、および下面概略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure for demonstrating the structure of the board | substrate which comprises the package for piezoelectric device mounting of this invention, A figure (a), a figure (b), and a figure (c) are the upper surface schematic diagrams of a board | substrate, respectively (a). It is the cross-sectional schematic along BB 'in the inside, and the lower surface schematic. 本発明の圧電デバイスの作製プロセスの概略を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the outline of the manufacturing process of the piezoelectric device of this invention. ステップＳ７０１での基板の状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of the board | substrate in step S701. ステップＳ７０２での基板の状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of the board | substrate in step S702. ステップＳ７０３での基板の状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of the board | substrate in step S703.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 音叉型水晶振動片
１１ 基部
１２ａ、１２ｂ 振動細棒
１０１ 基体
１０２ キャップ
１０３ａ、１０３ｂ 孔部
１０４ａ、１０４ｂ マウント部
１０５ａ、１０５ｂ 電極膜
１０６ 封止膜
１０７ 銀白金膜
１０８ 導電性ペースト
１０９ 小さな孔
１１０ 金錫ボール DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Tuning fork type crystal vibrating piece 11 Base 12a, 12b Vibrating thin rod 101 Base 102 Cap 103a, 103b Hole 104a, 104b Mount 105a, 105b Electrode film 106 Sealing film 107 Silver platinum film 108 Conductive paste 109 Small hole 110 Gold Tin balls

Claims (5)

圧電素子が収容される圧電デバイス用パッケージであって、
前記圧電素子を支持固定するセラミック単層板からなる平板状の基体と、該基体に開口周辺部が密着して前記圧電素子を気密封止する金属性箱型キャップとを備え、
前記基体には、該基体の容器内側主面から容器外側主面に貫通する孔部が複数設けられており、
前記複数の孔部の各々には前記基体の実装面に設けられた前記圧電素子への電圧印加用電極に接続する導電性のペーストが、前記容器内側主面及び容器外側主面に印刷された導電性ペーストより突出しないように充填され、
前記孔部に充填された導電性のペーストには、該孔部の径より小なる径の貫通孔が少なくとも１つ存在している、
ことを特徴とする圧電デバイス用パッケージ。 A package for a piezoelectric device in which a piezoelectric element is accommodated,
A flat base made of a ceramic single-layer plate for supporting and fixing the piezoelectric element, and a metallic box-type cap that hermetically seals the piezoelectric element with the periphery of the opening in close contact with the base;
The base is provided with a plurality of holes penetrating from the container inner main surface of the base to the container outer main surface,
In each of the plurality of holes, a conductive paste connected to a voltage application electrode to the piezoelectric element provided on the mounting surface of the base is printed on the container inner main surface and the container outer main surface. Filled so as not to protrude from the conductive paste,
The conductive paste filled in the hole portion has at least one through-hole having a diameter smaller than the diameter of the hole portion,
A package for a piezoelectric device. 圧電素子が収容される圧電デバイス用パッケージであって、
前記圧電素子を支持固定するセラミック単層板からなる平板状の基体と、該基体に開口周辺部が密着して前記圧電素子を気密封止する箱型キャップとを備え、
前記基体には、該基体の容器内側主面から容器外側主面に貫通する孔部が複数設けられており、
前記複数の孔部の各々には前記基体の実装面に設けられた前記圧電素子への電圧印加用電極に接続する導電性のペーストが、前記容器内側主面及び容器外側主面に印刷された導電性ペーストより突出しないように充填され、
前記孔部に充填された導電性のペーストには、該孔部の径より小なる径の貫通孔が少なくとも１つの存在しており、
前記貫通孔は、低融点金属により溶融密着されていることを特徴とする圧電デバイス用パッケージ。 A package for a piezoelectric device in which a piezoelectric element is accommodated,
A flat substrate made of a ceramic single-layer plate for supporting and fixing the piezoelectric element, and a box-shaped cap that hermetically seals the piezoelectric element with the periphery of the opening in close contact with the substrate;
The base is provided with a plurality of holes penetrating from the container inner main surface of the base to the container outer main surface,
In each of the plurality of holes, a conductive paste connected to a voltage application electrode to the piezoelectric element provided on the mounting surface of the base is printed on the container inner main surface and the container outer main surface. Filled so as not to protrude from the conductive paste,
The conductive paste filled in the hole portion has at least one through hole having a diameter smaller than the diameter of the hole portion,
The package for a piezoelectric device, wherein the through hole is fused and adhered with a low melting point metal. 前記低融点金属は、金錫であることを特徴とする請求項２に記載の圧電デバイスの製造方法。 The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 2, wherein the low melting point metal is gold tin. 請求項１に記載のパッケージ内に圧電素子を実装し、キャップと基体を密着結合した後に、孔部に低融点金属を溶融することにより、圧電素子を気密封止するステップを備えていることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 A step of hermetically sealing the piezoelectric element by mounting the piezoelectric element in the package according to claim 1 and tightly coupling the cap and the base and then melting the low melting point metal in the hole portion. A method for manufacturing a piezoelectric device. 請求項２に記載のパッケージ内に圧電素子を実装し、キャップと基体を低融点金属を溶融密着結合することにより、圧電素子を気密封止するステップを備えていることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。


A piezoelectric device comprising a step of hermetically sealing a piezoelectric element by mounting the piezoelectric element in the package according to claim 2 and fusion-bonding a low melting point metal to the cap and the base. Production method.

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