JP4781925B2

JP4781925B2 - 気密容器

Info

Publication number: JP4781925B2
Application number: JP2006182556A
Authority: JP
Inventors: 宏和小林
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2026-06-30
Also published as: JP2008010794A

Description

本発明は、圧電振動子の気密封止時の条件により周波数変動などを起こす要因を改善するための、気密容器の封止材に関するものである。

小型ＳＭＤ振動子のパッケージはセラミック、ガラス、金属、樹脂などが用いられ、精度を要求されるものは耐湿度性、気密性の良いセラミック、金属、ガラスが用いられている。樹脂パッケージは吸湿性と気密性から比較的安定性に余裕がある一般民生製品に使用されている。

蓋については、パッケージ同様、気密性、耐湿性のよい金属、セラミック、ガラスなどが使用され、その封止方法には、金属リッドのシーム溶接、金スズ融着、セラミックキャップのガラス融着、金属ベースと金属キャップの溶接などが用いられ、電子ビーム、レーザなども使用、検討されている。

昨今携帯端末の用途はＩＣタグ、テレビモジュール、ＧＰＳ受信機、ハードディスク（ＨＤＤ）モジュールなど拡大を続け、そのアプリケーションは増加し続け、機能を満たすためにＧＰＳモジュール、ＨＤＤモジュール、チューナモジュールなど端末に搭載される機能部品は増加する傾向にある。その一方で端末機器自体の大きさは制限があるため、精度、気密性、耐湿性はそのままで部品に対する小型低背化要求は更に強くなってきている。

製品単価についても厳しい要求がなされ、いかに材料費投資を抑え生産性を上げるかが課題となっている。しかしながら精度、信頼性を確保しつつ超小型低背化を達成するためには、底面、および蓋の肉厚を薄くする必要がある。セラミック材料のパッケージの主流は、蓋を金属製のものを使用することから、セラミック容器、蓋の熱膨張係数の違いにより、溶接、封止時には熱ストレスが加わり歪みが残留し、パッケージ強度が保てないことから、材料、封止方法も限定されてきており、現在では外形寸法で２．５ｍｍ×２．０ｍｍ以下の小型の気密封止方法は金スズリッドの熱融着方式あるいは、Ａｇロウクラッドリッド電子ビームによる溶接が主流となっている。

昨今では、水晶ウエハからフォトリソグラフィーにより一括で振動子を形成し、ウエハ状態のまま陽極接合により一括封止を行う方法も提案されている。また、ベース（パッケージ）にガラスを用い短冊形状の振動子を個々に実装調整した後にウエハ状態で一括封止を行う方法も提案されている。またその一方で、端末機器自体の大きさは制限があるため、精度、気密性、耐湿性はそのままで部品に対する小型低背化要求は更に強くなってきている現状にもある。
特開平７−９６６１０号公報なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

一般的な圧電振動子は気密封止を持った容器形態の中に、圧電振動素板として圧電材料の平板の両面に励振用の電極を形成した振動片を収納した構成となっている。そのため、圧電振動子容器の封止精度、気密、耐湿性を両立させるためには、ガラス、セラミック、金属など無機系の材料をパッケージに使用するのが一般的だが、低背化する上では底面、および蓋の肉厚をより薄くすることで、気密容器全体を小型化し同時に薄型化する必要がある。

しかしながら、セラミック材料のパッケージの主流は、蓋を金属製のものを使用することから、セラミック容器、蓋の熱膨張係数の違いにより、溶接、封止時には熱ストレスが加わり歪みが残留するなどの工程上の課題がある。
従来の封止例として例えば金スズ共晶合金だけを用いた熱融着は、溶接手段による封止に比べれば気密容器の接合部に対する熱ストレスを低く抑えることができるものの、封止材料に金材料（金スズ共晶合金）を主流として使用するため材料費が高価になってしまい、このことは金相場という市場の中での変動にも左右される現状があることからコスト変動の要因となっている。

また、銀ロウクラッドの封止材料を電子ビームにより溶接した気密容器の場合では、気密容器に対して封止時のストレスが加わることから封止後の接合部に応力歪みが残留していまうという現象も発生する。また、加熱により容器の収納する圧電振動子に対して熱歪みを与えてしまえことから、周波数が変動するなどの問題があった。

そこで上述する課題を解決するために本発明は、ガラス容器とガラス蓋とで気密封止をする気密容器において、超音波振動により前記気密容器は接合され、前記気密容器の接合面にアルミニウム層が形成され、前記蓋の接合面にアルミニウムあるいは、銀スズあるいは、ハンダのいずれかの接合層が形成されている気密容器である。

要するに本発明は、従来から用いていた金スズ材料に代えて、気密容器の接合面にアルミニウム層が形成され、アルミニウムあるいは、銀スズあるいは、ハンダのいずれかの封止材料を形成することで、金スズ材料を主材料とすることの無い接合部を構成することにより、接合材料の費用を低減し、接合時には超音波振動による振動と熱と圧力を加えることで容器と蓋とを一体化し密閉容器を構成するものである。

本発明では、従来の金スズ共晶合金封止材料を加熱方式で容器と蓋とを接合するのでは無く、アルミニウムあるいは、銀スズあるいは、ハンダのいずれかの封止材料を超音波により接合することで、例えば従来に用いられている陽極接合のように、接合面に高電圧を付加して接合するのでは無く、超音波振動により接合することにより、従来に挙げる課題である熱歪みや応力歪みを大幅に改善することで課題を解決する。

本発明によれば、封止材料に銀層とスズ層を形成することで、リッド単価を低減し、超音波封止を用いることにより、封止温度を下げることが可能となり、封止前後の周波数変動が安定する。また、超音波封止を用いることで、本封止前の仮封止が不要となり、設備や製造コストの削減ができる。

以下、添付図面に従ってこの発明の実施例を説明する。
図１は本発明の蓋２に注目した断面図である。蓋材料にガラスを基材として容器１と接する側、すなわち封止面の少なくとも封止面に直接に当たる箇所に接合部材として蓋の接合面にアルミニウムあるいは、銀スズあるいは、ハンダのいずれかの接合層が形成されている。一方容器１もガラス材料を基台として、容器１の接合面にはアルミニウム金属で層が形成されている。

そして、容器１との接合には超音波振動により蓋２とを接合することで、従来に比べて熱歪みやストレスによる応力歪みの発生を解消することにより、容器１と蓋２とを接合することで発生する水晶振動子に与える影響を大幅に解消することができる。

図２に示すのは、本発明の蓋２を用いた製造工程のフロー図である。図２（ａ）では一連の流れを示すものであるが、全体的に従来工法と差異は無いが、本発明では、容器１の接合面にアルミニウム層が形成され、前記蓋の接合面にアルミニウムあるいは、銀スズあるいは、ハンダのいずれかの接合層が形成され、接合手段に超音波振動を与えて気密封止を実現するものである。従来では金スズ共晶合金により封止をしていた工程を従来技術に記載する不具合を解消する目的で本発明に示すように封止工程を改善したものである。その結果、図２（ｂ）に示すような圧電振動子の斜視図のような構成を得ることになる。この場合、容器１側の接合面に形成されるアルミニウム層と、蓋に形成される前記の接合層とにより接合することで気密封止を実現する。

なお、上述する超音波振動については、一例として発振周波数が２０ＫＨｚ〜５０ＫＨｚ、印加時間としては１００〜５００ｍｓｅｃ、加圧量としては、１〜１０Ｎで封止処理を行うものである。上記の条件の中で最も良好と考えられるのは、封止部分における加熱温度が１５０℃前後になったものが特にデータの掲載は無いが実験的に良好とされている。

本発明の蓋の構造を説明する概念図である。本発明の製造工程の流れを示すフロー図と、圧電振動子の概念図である。

Claims

ガラス容器とガラス蓋とで気密封止をする気密容器において、
超音波振動により前記気密容器は接合され、前記気密容器の接合面にアルミニウム層が形成され、前記蓋の接合面にアルミニウムあるいは銀スズあるいは、ハンダのいずれかの接合層が形成されていることを特徴とする気密容器。