デバイス
【課題】圧電デバイスのパッケージを十分な接合強度で気密に封止する水晶振動子の提供。
【解決手段】Ａｕからなる平均粒径０．１〜１．０μｍの金属粉末と有機溶剤とセルロース系樹脂材料とを８８〜９３重量％、５〜１５重量％、０．０１〜４．０重量％の割合で配合した金属ペースト封止材１８，１９，２０を、水晶振動片５を一体に形成した中間水晶板２の外枠６上下面の導電金属薄膜９，１０、１３に塗布し、比較的低温で加熱し、１次焼結処理を行う。これによりヤング率９〜１６ＧＰａ及び密度１０〜１７ｇ／ｃｍ3のポーラス構造の１次焼結体を形成した後、中間水晶板の上下に上側及び下側基板３、４を重ね合わせ、それら基板の金属薄膜と外枠上下面の１次焼結体とを接触させて加熱加圧し、２次焼結処理を行う。これにより１次焼結体の金属粒子を緻密に再結晶化させて接合膜２５〜２７を形成し、パッケージを気密に接合封止する水晶振動子１。
【解決手段】Ａｕからなる平均粒径０．１〜１．０μｍの金属粉末と有機溶剤とセルロース系樹脂材料とを８８〜９３重量％、５〜１５重量％、０．０１〜４．０重量％の割合で配合した金属ペースト封止材１８，１９，２０を、水晶振動片５を一体に形成した中間水晶板２の外枠６上下面の導電金属薄膜９，１０、１３に塗布し、比較的低温で加熱し、１次焼結処理を行う。これによりヤング率９〜１６ＧＰａ及び密度１０〜１７ｇ／ｃｍ3のポーラス構造の１次焼結体を形成した後、中間水晶板の上下に上側及び下側基板３、４を重ね合わせ、それら基板の金属薄膜と外枠上下面の１次焼結体とを接触させて加熱加圧し、２次焼結処理を行う。これにより１次焼結体の金属粒子を緻密に再結晶化させて接合膜２５〜２７を形成し、パッケージを気密に接合封止する水晶振動子１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子、共振子、発振器、フィルタ、センサ等の水晶デバイスにおいて、例
えば音叉型又は厚みすべり振動モードの水晶振動片をパッケージに気密に封止するための
金属ペースト封止材、及び該金属ペースト封止材を用いて封止した水晶デバイス並びにそ
の封止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電デバイスは、より一層の小型化・薄型化が要求されると共に、回路基板等へ
の実装に適した表面実装型が多く使用されている。一般に表面実装型の圧電デバイスは、
セラミック等の絶縁材料からなるパッケージ内に圧電振動片を封止する構造が採用されて
いる。この従来構造のパッケージは、セラミック材料の薄板を積層した箱型ベースのキャ
ビティ内に圧電振動片を実装し、該ベースにリッドを気密に接合して封止する。
【０００３】
ベースとリッドとの接合は、リッドが金属製の場合、ベースの上端面に金属シールリン
グを配置してシーム溶接する方法（例えば、特許文献１）や、金属膜を被覆したベースの
上端面に金属ろう材を配置して加熱溶融させる方法（例えば、特許文献２を参照）が知ら
れている。リッドがセラミック又はガラス材料の場合には、ベースとリッド間に配置した
低融点ガラス又は樹脂を加熱溶融させる方法（例えば、特許文献３を参照）や、リッドの
下面にメタライズ層を形成しかつ共晶はんだを溶融させてセラミックケースに接合する方
法（例えば、特許文献４を参照）、リッドの接合部に形成した共晶用金属膜層を加熱溶融
させる方法（例えば、特許文献５を参照）が知られている。
【０００４】
ところが、低融点ガラスから発生するガスやシーム溶接の高熱は、水晶振動片の周波数
特性を低下させたり劣化させる虞がある。また、低融点ガラスは鉛を含む場合が多く、環
境に影響を及ぼす虞がある点において好ましくない場合がある。そこで、水晶振動片と外
枠とを一体化した水晶板を形成し、その上下にそれぞれベース及び蓋として基板を接合す
ることにより小型化及び薄型化した構造の水晶振動子が提案されている。
【０００５】
かかる構造を気密封止するために、例えば水晶振動子と一体をなす外枠の上下面に設け
た金属層とガラスからなる蓋及びケースとを陽極接合した方法が知られている（例えば、
特許文献６を参照）。また、圧電板及び基板の鏡面研磨した相互接合面を紫外線照射又は
酸素プラズマにより清浄化し、水分の吸着による−ＯＨ基の水素結合で接合する方法が知
られている（例えば、特許文献７を参照）。また、圧電基板のＡｕ膜を形成した接合表面
と保護基板のＡｇ膜を形成した接合表面とを、プラズマ処理後に重ね合わせかつ加圧加熱
して拡散接合する方法が知られている（例えば、特許文献８を参照）。
【０００６】
更に、ＩＤＴを形成した圧電基板の主面に形成した金属膜とベース基板の主面に形成し
た金属膜とを、イオンビームやプラズマ照射による表面活性化後に加圧して直接接合する
弾性表面波デバイスが知られている（例えば、特許文献９を参照）。
【０００７】
最近は、圧電振動子等の電子部品を収容する容器において、平均粒径１〜１００ｎｍの
金属微粒子とアミン等の分散材とからなるペースト状の封止部材を、セラミック材料で形
成された箱型の容器部と金属製のフタとの接合部に用いて気密封止する方法が提案されて
いる（例えば、特許文献１０，１１を参照）。特許文献１０記載の方法は、封止部材をス
クリーン印刷又はインクジェット法により容器部又はフタに塗布し、両者を合わせて２５
０℃以下の雰囲気で加熱することにより接合する。特許文献１１記載の方法は、ペースト
状の封止部材をシート状にし、これをフタとして容器部に接合することにより気密に封止
する。
【０００８】
また、水晶振動板と上板及び下板とを、表面に有機系被膜を被覆した平均粒径１〜１０
０ｎｍの金属微粒子を有機溶媒中に分散させた金属微粒子ペースト接合材により接合した
水晶振動子等の圧電デバイスが知られている（例えば、特許文献１２を参照）。ペースト
接合材は、約２００℃での加熱により有機系被膜を溶融させて金属微粒子同士を相互融着
即ち焼結させる、金属微粒子間及び金属膜間での金属間結合により、圧電デバイスを気密
に封止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２２３６０６号公報
【特許文献２】特開平１１−３０７６６１号公報
【特許文献３】特開２００１−２４４７７２号公報
【特許文献４】特開平９−３６６９０号公報
【特許文献５】特開昭５４−７８６９４号公報
【特許文献６】特開２０００−６８７８０号公報
【特許文献７】特開平７−１５４１７７号公報
【特許文献８】国際公開番号ＷＯ００／７６０６６号パンフレット
【特許文献９】特開昭５４−７８６９４号公報
【特許文献１０】特開２００５−３１７７９３号公報
【特許文献１１】特開２００５−３１７７９４号公報
【特許文献１２】特開２００６−１８６７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した金属微粒子からなるペースト状の封止部材又は接合材は、金属
微粒子に平均粒径１００ｎｍ以下のナノ粒子を用いているので、それらの凝集を防止する
ために、比較的多量の有機溶剤が分散剤として必要である。そのため、封止時に有機溶剤
からガスが発生してパッケージ内部に残留したり、封止後に接合部に残留した有機溶剤か
ら経時的にガスが発生して、圧電振動片の品質や周波数特性を劣化させる虞が生じる。ま
た、一般に有機溶剤は取り扱いが困難であり、有機溶剤を多量に含む封止部材は大量生産
に適しておらず、また保管、運搬上の取り扱いにも注意を要するという問題がある。
【００１１】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、接
合時及び封止後に有機溶剤からガスが発生して圧電振動片に悪影響を与える虞が無く、か
つ十分な接合強度及び高い信頼性をもってパッケージを気密に封止できる圧電デバイスの
封止方法を提供することにある。
【００１２】
更に本発明の目的は、かかる圧電デバイスの封止方法に使用され、かつ取り扱いが比較
的容易で大量生産に適した金属ペースト封止材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、上記目的を達成するために、水晶振動片と、複数の構成部品からなる
パッケージとを備え、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、又はＰｄの１種又は２種以上からなる平
均粒径０．１〜１．０μｍの金属粒子と有機溶剤と樹脂材料とを８８〜９３重量％、５〜
１５重量％、０．０１〜４．０重量％の割合で配合した金属ペースト封止材を用いて前記
構成部品を接合し、パッケージ内に水晶振動片を気密に封止した水晶デバイスが提供され
る。
【００１４】
本発明の水晶デバイスに使用する金属ペースト封止材は、従来技術のナノミクロン粒子
を用いた金属ペーストよりも、金属粒子の粒径が大きくかつ有機溶剤の割合が大幅に少な
いので、例えば約２００〜３００℃の比較的低温で焼結しても、金属粒子を緻密化したポ
ーラス構造の焼結体を形成し、かつ有機溶剤及び樹脂材料を焼結体に実質的に残存しない
ように十分に蒸発させることが容易にできる。このポーラス構造の焼結体は、特にヤング
率が９〜１６ＧＰａかつ密度が１０〜１７ｇ／ｃｍ3の場合に、比較的低い圧力で加圧し
ても、金属粒子をより緻密に再結晶化することができる。この再結晶化によって、水晶デ
バイスのパッケージは高い気密性を確保できる。
【００１５】
更に、微量の樹脂材料を含むことにより適度な粘性を発揮し、スクリーン印刷やディス
ペンサ、インクジェット等の公知技術を用いて微細なパターンに塗布でき、かつ塗布後も
流れ出すことなくそのパターンを維持することができる。この形状性の良さは、低温での
焼結後も同様に発揮され、塗布したままのパターンが焼結体を加圧して再結晶化したとき
もに維持される。従って、水晶デバイスは、パッケージを封止する際にその封止幅をより
狭く設定できるから、それだけパッケージ寸法を小さくしてデバイス全体を小型化し、又
は外形寸法を維持しつつパッケージの内部容量を大きくすることができる。
【００１６】
或る実施例では、前記複数の構成部品が、水晶振動片と外枠とを一体に結合した中間水
晶板と、金属ペースト封止材により中間水晶板の上下各面にそれぞれ接合された上側基板
及び下側基板とからなるパッケージ構造の水晶デバイスにおいて、上側基板が水晶振動片
を駆動するための集積回路を形成したシリコン材料からなりかつその下面に集積回路に接
続された端子を有し、中間水晶板がその外枠上面に上側基板の端子に対応する位置に設け
た端子を有し、上側基板の端子と中間水晶板の端子とを導電接続材料により直接接続する
ことにより、より小型化かつ低背化した水晶発振器が実現される。
【００１７】
別の実施例では、前記複数の構成部品が、上部を開放した箱形をなしかつその内部に水
晶振動片を実装したベースと、金属ペースト封止材によりベース上端面に気密に接合され
たリッドとからなるパッケージ構造の水晶デバイスにおいて、リッドが水晶振動片を駆動
するための集積回路を形成したシリコン材料からなりかつその下面に集積回路に接続され
た端子を有し、ベースがその上端面にリッドの端子に対応する位置に設けた端子を有し、
リッドの端子とベースの端子とを導電接続材料により直接接続することにより、同様に、
より小型化かつ低背化した水晶発振器が実現される。
【００１８】
従って、本発明の金属ペースト封止材を利用して、様々なパッケージ構造を有する水晶
等の圧電デバイスを気密に封止する方法が提供される。
【００１９】
本発明のある側面によれば、水晶振動片と外枠とを一体に結合した中間水晶板の上下各
面に上側基板及び下側基板をそれぞれ接合し、それらの間に画定されるキャビティ内に水
晶振動片を気密に封止するために、中間水晶板が外枠の上面及び下面に金属薄膜を有し、
かつ上側基板及び前記下側基板がそれぞれ前記外枠との接合面に金属薄膜を有し、
外枠上面の金属薄膜又は上側基板の金属薄膜の少なくとも一方に、上述した本発明の金
属ペースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率９〜１６ＧＰａ及び密度１０
〜１７ｇ／ｃｍ3のポーラス構造を有する１次焼結体を形成する第１の１次焼結処理工程
と、
外枠下面の金属薄膜又は下側基板の金属薄膜の少なくとも一方に、同様に上述した本発
明の金属ペースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率９〜１６ＧＰａ及び密
度１０〜１７ｇ／ｃｍ3のポーラス構造を有する１次焼結体を形成する第２の１次焼結処
理工程と、
前記中間水晶板と前記上側基板とを、それらの前記１次焼結体を形成した一方の前記金
属薄膜と他方の前記金属薄膜とを接触させて重ね合わせ、前記１次焼結体を加圧してその
金属粒子を緻密に再結晶化させることにより、前記外枠において気密に接合する第１の２
次焼結処理工程と、
中間水晶板と下側基板とを、それらの１次焼結体を形成した一方の金属薄膜と他方の金
属薄膜とを接触させて重ね合わせ、該１次焼結体を加圧してその金属粒子を緻密に再結晶
化させることにより、外枠において気密に接合する第２の２次焼結処理工程とを含む水晶
デバイスの封止方法が提供される。
【００２０】
上述したように、本発明の金属ペースト封止材は、塗布時だけでなく、１次及び２次焼
結処理後も十分かつ良好な形状性を維持し、かつ２次焼結処理後の再結晶化により高い気
密性を発揮するので、中間水晶板の外枠における封止幅を従来よりも大幅に狭くすること
が可能になる。そのため、中間水晶板の外枠寸法を小さくして水晶デバイス全体を小型化
し、又は外枠の外郭寸法を維持しつつその内形寸法を大きくし、その分だけ実装可能な水
晶振動片の外形寸法を大きくして、水晶デバイスの特性向上を図ることができる。
【００２１】
上述したヤング率及び密度の１次焼結体は、元のペースト状態でなく、かつ或る程度の
軟らかさを有するので、２次焼結処理で中間水晶板と上側及び下側基板とを重ね合わせて
加圧する際に、その材料が飛散して水晶振動片に付着したり、デバイス内部に残存する虞
がない。そのため、水晶デバイスの振動特性が劣化することなく、維持される。
【００２２】
また、１次焼結体の前記ポーラス構造は、１次焼結処理を比較的低温で行うことにより
形成することができる。そのため、中間水晶板に金属ペースト封止材を塗布して１次焼結
処理する場合にも、水晶振動片に及ぼす熱ストレスを抑制することができる。
【００２３】
更に、１次焼結体には、金属ペースト封止材の有機溶剤及び樹脂材料が実質的に残存し
ていないから、２次焼結処理において１次焼結体から有機溶剤又は樹脂からのアウタガス
が発生したり、それが圧電デバイスの内部に残留することはない。更に、接合後も経時的
に有機溶剤又は樹脂のアウタガスが発生する虞がないから、水晶デバイスの品質及び周波
数特性を長期間に亘って良好に維持することができる。
【００２４】
このパッケージ構造の水晶デバイスにおいて、或る実施例では、上側基板及び下側基板
が、中間水晶板と同じ水晶で形成されることにより、パッケージ全体が同じ熱膨張率にな
るので、環境温度の変化等による歪みが抑制され、信頼性が向上する。
【００２５】
別の実施例では、上側基板がシリコン材料からなりかつ水晶振動片を駆動するための集
積回路と該集積回路に接続された端子とを備え、中間水晶板がその外枠上面に上側基板の
端子に接続される端子を有し、第１の２次焼結処理工程において中間水晶板と上側基板と
を重ね合わせる際に、上側基板の端子と中間水晶板の端子とを導電接続材料により直接接
続することにより、発振器として機能する水晶デバイスを比較的少ない工数で製造するこ
とができる。
【００２６】
本発明の別の側面によれば、上部を開放した箱形をなしかつその内部に水晶振動片を実
装したベースの上端面にリッドを接合して気密に封止するために、ベースがその上端面に
金属面を有し、かつリッドがベース上端面との接合面に金属面を有し、
ベース上端面の金属面又はリッドの金属面の少なくとも一方に、同様に本発明の金属ペ
ースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率９〜１６ＧＰａ及び密度１０〜１
７ｇ／ｃｍ3のポーラス構造を有する１次焼結体を形成する１次焼結処理工程と、
ベースの上にリッドを、それらの１次焼結体を形成した一方の金属面と他方の金属面と
を接触させて重ね合わせ、該１次焼結体を加圧してその金属粒子を緻密に再結晶化させる
ことにより、気密に接合する２次焼結処理工程とを含む水晶デバイスの封止方法が提供さ
れる。
【００２７】
かかるパッケージ構造の水晶デバイスにおいても、同様に上述した本発明による封止方
法の優れた作用効果が得られる。特に、従来のろう材やシーム溶接でベースとリッドとを
接合する方法と異なり、ベースに実装した圧電振動片に与える熱ストレスの影響を抑制で
きる。また、従来のシーム溶接のように封止材が飛散して水晶振動片に付着する虞がない
から、水晶デバイスの振動特性を劣化させることなく、維持することができる。更に、２
次焼結処理により前記金属粒子を再結晶化させた接合部は、従来のろう材による接合のよ
うに高温環境下で再溶融する虞がないから、経時的に高い気密性が確保される。従って、
水晶デバイスを回路基板等に実装した後に、不良部品のリペアプロセスで加熱されても、
気密性を損なう虞がなく、高い信頼性を維持することができる。
【００２８】
また、このパッケージ構造を有する水晶等の圧電デバイスにおいて、或る実施例では、
前記リッドがガラス板からなり、かつその一方の面に金属膜を形成することにより、ベー
ス上端面の１次焼結体と接合し又は金属ペースト封止材を塗布するための金属面を設ける
ことができる。この場合、リッド下面の一部の領域に金属膜を形成しないことにより、封
止後に外側からリッドを透過して照射されるレーザ光で水晶振動片の周波数を調整するこ
とができる。
【００２９】
別の実施例では、前記リッドが金属板からなり、かつその一方の面をそのまま、ベース
上端面の１次焼結体と接合し又は金属ペースト封止材を塗布するための金属面として利用
することができ、金属膜を形成する必要がないので、有利である。
【００３０】
更に、別の実施例では、リッドがシリコン材料からなりかつ水晶振動片を駆動するため
の集積回路と該集積回路に接続された端子とを備え、ベースがその上端面にリッドの端子
に接続される端子を有し、２次焼結処理工程においてベースの上にリッドを重ね合わせる
際に、リッドの端子とベースの端子とを導電接続材料により直接接続することにより、発
振器として機能する水晶デバイスを比較的少ない工数で製造することができる。
【００３１】
また、或る実施例では、２次焼結処理工程において加圧すると同時に加熱することによ
り、１次焼結体の金属粒子をより良好にかつ効果的に再結晶化させて接合することができ
る。
【００３２】
更に本発明の別の側面によれば、第１構成部品と第２構成部品とからなるパッケージを
有する電子部品において、第１構成部品と第２構成部品とを接合してそれらの間に画定さ
れるキャビティ内に電子素子等を気密に封止するために、第１構成部品及び第２構成部品
が相互の接合面にそれぞれ金属面を有し、
第１構成部品の金属面又は第２構成部品の金属面の少なくとも一方に、本発明の金属ペ
ースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率９〜１６ＧＰａ及び密度１０〜１
７ｇ／ｃｍ3のポーラス構造を有する１次焼結体を形成する１次焼結処理工程と、
第１構成部品と第２構成部品とを、それらの１次焼結体を形成した一方の金属面と他方
の金属面とを接触させて重ね合わせ、該１次焼結体を加圧してその金属粒子を緻密に再結
晶化させることにより、気密に接合する２次焼結処理工程とを含む電子部品の封止方法が
提供される。
【００３３】
これにより、本発明の金属ペースト封止材を用いて、圧電デバイス以外の様々な電子部
品をパッケージ内に気密に封止することができ、同様に本発明による水晶デバイスの封止
方法について上述した優れた作用効果が得られる。この場合にも、２次焼結処理工程にお
いて加圧すると同時に加熱することにより、１次焼結体の金属粒子をより良好にかつ効果
的に再結晶化させて接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（Ａ）図及び（Ｂ）図は、本発明の方法に従って第１実施例の水晶振動子を封止する工程を示す断面図。
【図２】（Ａ）図は第１実施例の水晶振動子を構成する中間水晶板の上面図、（Ｂ）図はその下面図、（Ｃ）図はその断面図。
【図３】（Ａ）図は第１実施例の水晶振動子を構成する上側基板の下面図、（Ｂ）図はその断面図。
【図４】（Ａ）図は第１実施例の水晶振動子を構成する下側基板の上面図、（Ｂ）図はその断面図。
【図５】（Ａ）図〜（Ｃ）図は、図１の封止工程において金属ペースト封止材がペースト状態から再結晶化する過程を模式的に示す部分拡大断面図。
【図６】（Ａ）図は本発明の方法を適用した水晶振動子の製造工程において、一体に貼り合わせる３枚の水晶ウエハを示す概略斜視図、（Ｂ）図は金属ペースト封止材を塗布した中間水晶ウエハを示す部分拡大断面図。
【図７】（Ａ）図は３枚の水晶ウエハを接合する要領を示す説明図、（Ｂ）図は３枚の水晶ウエハの接合体を示す概略斜視図。
【図８】金属ペースト材を塗布した図６の中間水晶ウエハを示す部分拡大平面図。
【図９】（Ａ）図は本発明の方法により第２実施例の水晶振動子を封止する工程を示す断面図、（Ｂ）図は封止した第２実施例の水晶振動子を示す断面図。
【図１０】第２実施例の水晶振動子のベースの平面図。
【図１１】第２実施例の水晶振動子のリッドの下面図。
【図１２】本発明を適用した水晶発振器の断面図。
【図１３】図１２の水晶発振器のベースの平面図。
【図１４】図１２の水晶発振器のリッドの下面図。
【図１５】（Ａ）、（Ｂ）図は図１２の水晶発振器の封止工程を示す部分拡大断面図。
【図１６】本発明を適用した別の水晶発振器の断面図。
【図１７】図１６の水晶発振器の中間水晶板の上面図。
【図１８】図１６の水晶発振器の上側基板の下面図。
【図１９】本発明を適用した音叉型水晶振動子の断面図。
【図２０】（Ａ）図は図１９の水晶振動子の中間水晶板の上面図、（Ｂ）図はその下面図。
【図２１】図１９の水晶振動子の上側基板の下面図。
【図２２】図１９の水晶振動子の下側基板の上面図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
先ず、本発明による金属ペースト封止材は、金属粒子と有機溶剤と樹脂材料とから構成
される。前記金属粒子は、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄの１種又は２種以上からなる平
均粒径０．１〜１．０μｍのサブミクロン粒子である。前記有機溶剤は、約２００℃の比
較的低温で蒸発し得るエステルアルコール等を使用する。前記樹脂材料は、前記金属ペー
スト封止材に或る程度の粘度を与えるために添加され、例えばセルロース系樹脂材料を使
用する。前記金属ペースト封止材の配合は、金属粉末８８〜９３重量％、有機溶剤５〜１
５重量％、樹脂材料０．０１〜４．０重量％の割合で設定する。
【００３６】
本発明の金属ペースト封止材は、従来技術のナノミクロン粒子を用いた金属ペーストよ
りも、金属粒子の粒径が大きくかつ有機溶剤の割合が大幅に少ないので、例えば約２００
〜３００℃の比較的低温で焼結することにより、後述するように金属粒子を融着させて緻
密化したポーラス構造の焼結体を容易に形成することができる。しかも、低温での焼結処
理によっても、金属ペースト封止材中の有機溶剤及び樹脂材料を、焼結体に実質的に残存
しないように十分に蒸発させることができる。また、このポーラス構造の焼結体は、比較
的低い圧力で加圧しても、前記金属粒子をより緻密化して再結晶化することが容易である
。この再結晶化によって高い気密性を確保できるので、特に圧電デバイスや電子部品のパ
ッケージを真空封止するのに適している。
【００３７】
更に、本発明の金属ペースト封止材は、微量の樹脂材料を含むことにより、スクリーン
印刷やディスペンサ、インクジェット等の公知技術を用いて容易に所望の微細なパターン
に塗布でき、かつ塗布後も流れ出すことなくそのパターンを維持し得る適度な粘性を有す
る。この形状性の良さは、低温での焼結後も同じであり、塗布したときのパターンが焼結
体を加圧して再結晶化したときもそのまま維持される。従って、圧電デバイス等のパッケ
ージを封止する際に、その封止幅をより狭く設定することができる。
【００３８】
図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の方法により第１実施例の水晶振動子を封止する工程を
説明している。本実施例の水晶振動子１は、水晶振動片を有する中間水晶板２、パッケー
ジの蓋となる上側基板３、及びベースとなる下側基板４を有する。中間水晶板２はＡＴカ
ットの水晶板で形成され、その上下に上側及び下側基板３，４を積層して一体に接合され
る。上側及び下側基板３，４は、同様に水晶薄板で形成するのが好ましく、またはガラス
材料やシリコンで形成することもできる。
【００３９】
中間水晶板２は、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、全体として一様な厚さの水晶薄板
からなり、厚みすべりモードの水晶振動片５と、その基端部５ａで一体に結合された外枠
６とを有する。水晶振動片５の上下各面には励振電極７，８が形成され、それぞれ基端部
５ａから配線膜７ａ，８ａにより引き出されて、外枠６の上面及び下面の全周に亘って形
成された導電金属薄膜９，１０と電気的に接続されている。外枠６の水晶振動片５を結合
した側の長手方向端部にはスルーホール１１が設けられ、該長手方向端部の下面には、水
晶素面の領域１２で導電金属薄膜１０から分離された導電金属薄膜１３が形成され、スル
ーホール１１内部の導電膜を介して上面の導電金属薄膜９と電気的に接続されている。
【００４０】
上側基板３は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、中間水晶板２との対向面即ち下面に
凹部３ａが形成されている。上側基板３下面の凹部３ａを囲繞する周辺部が、中間水晶板
２との接合面を構成し、前記外枠の導電金属薄膜９に対応する金属薄膜１４で被覆されて
いる。
【００４１】
下側基板４は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、同様に中間水晶板２との対向面即ち
上面に凹部４ａが形成されている。下側基板４上面の凹部４ａを囲繞する周辺部が、中間
水晶板２との接合面を構成し、前記外枠の導電金属薄膜１０に対応する金属薄膜１５と、
該金属薄膜から水晶素面の領域１６で分離して、前記外枠の導電金属薄膜１３に対応する
金属薄膜１７とが形成されている。また、下側基板４の下面には、外部への引出電極（図
示せず）が形成されている。
【００４２】
前記中間水晶板の各導電金属薄膜９，１０，１３及び前記上側、下側基板の金属薄膜１
４，１５，１７は、例えばＣｒ膜、Ｎｉ膜、Ｎｉ／Ｃｒ膜、Ｔｉ膜又はＮｉ−Ｃｒ膜を下
地膜として、その上にＡｕ膜を積層して形成するのが好ましい。別の実施例では、これら
の金属薄膜をＡｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ａｌ／Ｓｉ、又はＮｉ／Ｃｒ
で形成することができる。これら金属薄膜は、スパッタリング、蒸着、めっき、ダイレク
トめっきなどの公知方法を用いて又はそれらを組み合せて容易に成膜される。
【００４３】
本発明の方法によれば、図１（Ａ）に示すように、中間水晶板２の外枠６上下面の各導
電金属薄膜９，１０，１３上に上述した本発明の金属ペースト封止材１８，１９，２０を
塗布する。前記金属ペースト封止材の塗布は、例えばスクリーン印刷、ディスペンサ、又
はインクジェット等の公知方法により行う。図５（Ａ）は、導電金属薄膜９上に塗布した
金属ペースト封止材１８の状態を例示している。同図に示すように、金属ペースト封止材
１８は、金属粒子２１が有機溶剤２２中に略一様に分散している。更に、有機溶剤２２中
には樹脂２３が一様に分散し、前記金属ペースト封止材に或る程度の粘性を与えている。
この粘性によって、本発明の金属ペースト封止材は十分な形状性を発揮するので、高精度
なパターンに塗布しかつそれを維持することができる。例えば、前記金属粒子がＡｕの場
合、金属ペースト封止材はスクリーン印刷によって、最小パターン幅０．０５mm、最小厚
み１０μｍ程度まで微細に形成できる。
【００４４】
次に、中間水晶板２を例えばホットプレート、クリーンオーブン、ベルト炉等の公知手
段を用いて約２００〜３００℃の比較的低温で短時間、例えば約１０〜３０分加熱するこ
とにより、１次焼結処理を行う。この１次焼結処理によって、前記金属ペースト封止材の
金属粒子を焼結させ、１次焼結体を形成する。図５（Ｂ）に例示するように、１次焼結体
２４は、前記金属ペースト封止材から有機溶剤２２及び樹脂２３が蒸発して、隣接する金
属粒子２１同士がその間に僅かな隙間を残しつつ融着して緻密に接するポーラス構造を構
成する。更に前記１次焼結体は、下側の前記各金属薄膜との界面においても金属粒子２１
が緻密化し、該金属薄膜と結合する。樹脂２３は、１次焼結処理によって完全に蒸発せず
に、その一部が残存することがある。その場合でも、残存した樹脂は、金属粒子２１の隙
間に入り込むので、上述したポーラス構造を構成するのに何ら影響しない。
【００４５】
本発明によれば、前記ポーラス構造は、１次焼結体２４のヤング率が９〜１６ＧＰａ、
密度が１０〜１７ｇ／ｃｍ3であると、最も好都合である。金属粒子２１は、１次焼結処
理の温度が低いと元の球形を比較的維持するが、高温になるほど、原形を留めない位に表
面の焼結が進行して互いに融着することが確認された。また、１次焼結体２４のヤング率
及び密度は、１次焼結処理の温度が低いほど低く、高温になるほど高くなる。また、１次
焼結処理の加熱は比較的低温であるので、それが中間水晶板２の水晶振動片５に及ぼす熱
ストレスを抑制することができる。
【００４６】
次に、中間水晶板２の上面及び下面に上側及び下側基板３、４をそれぞれ互いに位置合
わせして重ね合わせ、前記１次焼結体と金属薄膜１４，１５，１７とを接触させて一様に
加圧することにより、２次焼結処理を行う。上述したヤング率及び密度を有する１次焼結
体２４は、元のペースト状態ではなく、しかも適当な軟らかさを有するので、加圧によっ
てその材料が飛散して水晶振動片５に付着したり、キャビティ２８内部に残存する虞がな
い。そのため、封止後の水晶振動片１の振動特性が劣化することなく、維持される。
【００４７】
２次焼結処理の加圧条件は、中間水晶板や基板の寸法、接合面の大きさ、使用する前記
金属ペースト封止材の量や厚さによって異なるが、本実施例では、例えば約３９〜１７６
Ｎ／ｍｍ2の圧力を約１０分間印加する。更に、例えば約２００〜３５０℃の温度で加熱
しながら加圧することによって、前記２次焼結処理をより良好に行うことができる。この
加熱も比較的低温であるので、中間水晶板２の水晶振動片５に及ぼす熱ストレスは抑制さ
れる。
【００４８】
この２次焼結処理によって、前記１次焼結体は、前記金属粒子がより緻密に融着して、
図５（Ｂ）に示すポーラス構造の前記隙間を完全に圧潰し、図５（Ｃ）に例示するように
再結晶化した接合膜２５を形成する。接合膜２５〜２７は、前記上側及び下側基板の各金
属薄膜１４，１５，１７との界面においても、これら金属薄膜と前記金属粒子が緊密に結
合して一体化する。これにより、中間水晶板２と上側及び下側基板３、４とがそれぞれ高
い気密性をもって接合され、それらの間に画定されるキャビティ２８内に、水晶振動片５
が基端部５ａで片持ちに浮いた状態で封止される。
【００４９】
前記２次焼結処理を真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気内で行うと、水晶振動片５を真空
封止又はガス封止することができる。接合される中間水晶板２の前記１次焼結体と上側及
び下側基板３，４の前記金属薄膜とを、２次焼結処理前に公知のプラズマ処理やイオンビ
ーム処理などで表面活性化、清浄化しておくと、より良好にかつ安定して接合でき、接合
信頼性が向上する。
【００５０】
上述したように、本発明の金属ペースト封止材は、塗布時だけでなく、１次及び２次焼
結処理後も十分かつ良好な形状性を維持し、かつ２次焼結処理後に金属粒子の再結晶化に
より高い気密性を発揮するので、外枠６における封止幅を従来よりも大幅に狭くすること
が可能になる。その結果、中間水晶板２の外形寸法を小さくして水晶振動子１全体を小型
化することができる。また、外枠６の外郭寸法を維持しつつキャビティ２８の寸法を大き
くし、その分だけ実装可能な水晶振動片５の外形寸法を大きくして、水晶振動子の特性を
向上させることができる。
【００５１】
また、本発明によれば、前記１次焼結処理で前記金属ペースト封止材の有機溶剤及び樹
脂が十分に蒸発しているので、２次焼結処理において１次焼結体から前記有機溶剤又は樹
脂のアウタガスが発生したり、水晶振動子１のキャビティ２８内に残留することはない。
また、接合後に接合膜２５〜２７から経時的に前記有機溶剤又は樹脂のアウタガスが発生
する虞もない。従って、水晶振動子１の品質及び周波数特性を長期間に亘って良好に維持
することができる。
【００５２】
別の実施例では、前記上側及び下側基板の金属薄膜１４，１５，１７にも、前記金属ペ
ースト封止材を塗布することができる。これら金属薄膜上の前記金属ペースト封止材は、
中間水晶板２の場合と同様に加熱することにより１次焼結処理を行い、前記ポーラス構造
の１次焼結体を形成する。次に、上側及び下側基板３、４と中間水晶板２とをそれぞれ位
置合わせして重ね合わせ、それらの１次焼結体同士を接触させて、上記実施例と同様に加
圧することにより、２次焼結処理を行う。１次焼結体同士の界面では、金属粒子が緊密に
融着して再結晶化し、実質的に１つの接合膜を形成する。従って、中間水晶板２と上側及
び下側基板３、４とをより強固に接合することができる。
【００５３】
また、別の実施例では、前記金属ペースト封止材を前記中間水晶板ではなく、前記上側
及び下側基板の金属薄膜１４，１５，１７にのみ塗布することもできる。前記１次焼結処
理は前記上側及び下側基板についてのみ行うので、その加熱温度が中間水晶板２の水晶振
動片に影響を与える虞はない。
【００５４】
更に別の実施例では、中間水晶板２と上側基板３又は下側基板４の一方を先に接合し、
その後に他方を接合することができる。この後の接合工程では、２次焼結処理を真空又は
所定のガス雰囲気内で行うことにより、水晶振動片５を真空封止又はガス封止することが
できる。更にこの２次焼結処理を行う際に、水晶ウエハを適当な温度で加熱しながら加圧
することもできる。
【００５５】
次に、本発明の方法を適用して、多数の水晶振動子１を一括して製造する工程を説明す
る。先ず、図６（Ａ）に示すように、複数の中間水晶板２を縦及び横方向に連続して配置
した大型の中間水晶ウエハ３０を準備する。各中間水晶板２の水晶振動片５及び外枠６の
形状は、水晶ウエハを例えばフォトエッチングすることにより形成する。中間水晶ウエハ
３０上下両面の水晶振動片５及び外枠６に対応する領域には、導電材料を蒸着、スパッタ
リングなどで成膜しかつパターニングすることにより、前記励振電極、配線膜及び導電金
属薄膜が形成される。
【００５６】
これと並行して、複数の上側基板３及び下側基板４をそれぞれ縦及び横方向に連続して
配置した大型の上側水晶ウエハ３１及び下側水晶ウエハ３２を準備する。両水晶ウエハ３
１，３２には、それぞれ中間水晶ウエハ３０との対向面に複数の凹部３ａ、４ａが、例え
ばエッチングまたはサンドブラスト加工などにより形成される。更に両水晶ウエハ３１，
３２には、上側基板３下面の金属薄膜１４及び下側基板４上面の金属薄膜１５、１７にそ
れぞれ対応する金属薄膜（図示せず）が、中間水晶ウエハ３０との対向面に蒸着、スパッ
タリングなどにより形成される。下側水晶ウエハ３２には、縦及び横方向に直交する下側
基板４の外郭線の交点にそれぞれ円形貫通孔３３が形成される。下側水晶ウエハ３２の下
面には、各下側基板４下面の外部への引出電極が形成される。
【００５７】
次に、図６（Ｂ）に示すように、本発明の金属ペースト封止材３４、３５を、中間水晶
ウエハ３０上下両面の外枠６に対応する領域の前記導電金属薄膜上に塗布する。金属ペー
スト封止材３４、３５は、上述した配合により適度な粘性を有するので、スクリーン印刷
によって所望の微細なパターンに容易に塗布しかつ該パターンを維持することができる。
別の実施例では、図６（Ｂ）に想像線で示すようにディスペンサ３６を用いて連続的に、
又はインクジェット法により連続するドット状に塗布することができる。本発明の金属ペ
ースト封止材は、上述した配合によって、直径０．１ｍｍ、厚さ１５μｍのドット状に塗
布することが可能である。
【００５８】
更に別の実施例では、前記金属ペースト封止材を塗布すべき領域を画定するようにレジ
ストフレームを形成し、その内側に前記金属ペースト封止材を充填して塗布することがで
きる。このレジストフレームは、フォトリソグラフィ技術を利用してフォトレジストをパ
ターニングすることにより高精度に形成でき、前記金属ペースト封止材の塗布後に又は１
次焼成処理後に容易に除去することができる。
【００５９】
次に、中間水晶ウエハ３０を、図１（Ａ）の場合と同様にホットプレート等により約２
００〜３００℃の温度で所定の時間加熱して、１次焼結処理を行う。これにより、金属ペ
ースト封止材３４、３５を焼結して、前記ポーラス構造の１次焼結体を形成する。この中
間水晶ウエハ３０の上下各面に、図７（Ａ）に示すように上側及び下側水晶ウエハ３１，
３２をそれぞれ位置合わせして重ね合わせ、図１（Ｂ）の場合と同様に加圧して、２次焼
結処理を行う。
【００６０】
前記２次焼結処理は、前記水晶ウエハを例えば約２００〜３５０℃の温度で加熱しなが
ら行うことができる。また、前記２次焼結処理は、真空又は所定のガス雰囲気内で行うこ
とにより、同様に各水晶振動片５を真空封止又はガス封止することができる。更に、前記
中間水晶ウエハの上下両面の１次焼結体と前記上側及び下側水晶ウエハの各金属薄膜を、
適当な反応ガスでプラズマ処理し又はイオンビームを照射して一様に表面活性化すること
によって、より良好かつ安定した接合及び接合信頼性の向上を図ることができる。
【００６１】
このようにして、中間水晶ウエハ３０と上側及び下側水晶ウエハ３１，３２とを気密に
接合した図７（Ｂ）の水晶ウエハ積層体３７が得られる。同図に示すように、水晶ウエハ
積層体３７を縦横に直交する水晶振動子の外郭線３８に沿って、ダイシングなどにより切
断分割して個片化することにより、図１に示す水晶振動子１が完成する。各下側基板４底
面の前記引出電極は、ダイシング前の水晶ウエハ積層体３７の状態でスパッタなどにより
形成することもできる。
【００６２】
図８に示すように、本発明の金属ペースト封止材を図６（Ａ）の中間水晶ウエハ３０に
スクリーン印刷で塗布した。金属ペースト封止材３９は、ダイシングのために外郭線３８
の両側に一定幅の領域３０ａを残すように、各外枠６に矩形枠状の微細なパターンに形成
した。金属ペースト封止材３９の組成及び物性を次のように設定した。
組成： 金属（Ａｕ）粒子含有量： ８８ｗｔ％、平均粒子径０．３μｍ
有機溶剤含有量： １０．４ｗｔ％
樹脂含有量： １．６ｗｔ％
物性： 粘度： １９０Ｐａ・ｓ
チクソ比： ４．９
この結果金属ペースト封止材３９は、外寸２．９５ｍｍ（Ｌ1）×１．２５ｍｍ（Ｗ1）、
内寸２．８５ｍｍ（Ｌ2）×１．１５ｍｍ（Ｗ2）、線幅０．０５ｍｍの矩形枠状に微細パ
ターンを形成することができた。
【００６３】
別の実施例では、中間水晶ウエハ３０と上側水晶ウエハ３１又は下側水晶ウエハ３２の
一方を先に接合し、その後に他方を接合することができる。この場合、３枚目の前記水晶
ウエハを接合する後の工程で、２次焼結処理を真空又は所定のガス雰囲気内で行うことに
より、各水晶振動片５を真空封止又はガス封止することができる。
【００６４】
また、先に２枚の前記水晶ウエハを接合した状態で、水晶振動片５毎に特性試験及び周
波数の測定を行うことができる。更に、例えばレーザ光の照射等により各水晶振動子５の
励振電極を部分的に削除して、その周波数を個別に調整することができる。
【００６５】
この場合、中間水晶ウエハ３０は、予め各外枠６の上下各面に前記導電金属薄膜を、水
晶振動子の外郭線３８に沿ってダイシングする線幅分だけ除いてパターニングする。同様
に上側及び下側水晶ウエハ３１，３２は、予めそれぞれ前記上側及び下側基板の各金属薄
膜１４，１５，１７に対応する前記金属薄膜を、水晶振動子の外郭線３８に沿うダイシン
グの線幅だけ除いてパターニングする。金属ペースト封止材３４、３５は、上述したよう
に形状性が良くかつ前記導電金属薄膜上にのみ塗布される。従って、中間水晶ウエハ３０
の各水晶振動片５は、１次及び２次焼結処理の前後においても、ウエハの状態で隣接する
他の水晶振動片から電気的に分離独立している。
【００６６】
本発明は、上記第１実施例と異なる様々なパッケージ構造の圧電デバイスについても、
同様に適用することができる。図９（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の方法により第２実施例の
水晶振動子を封止する工程を説明している。本実施例の水晶振動子４１は、絶縁材料から
なる矩形箱状のベース４２と平板状のリッド４３とからなるパッケージ構成を有する。ベ
ース４２は、図９（Ａ）及び図１０に示すように、複数のセラミック材料薄板４２ａ〜４
２ｃを積層して、上部を開放した箱型に形成する。ベース４２内部に画定されるキャビテ
ィ４４には、水晶振動片４５が実装されている。
【００６７】
本実施例の水晶振動片４５は、例えばＡＴカット水晶板からなる厚みすべりモードの振
動片であり、その上下各面には励振電極４６，４６が形成され、かつ一方の端部即ち基端
部４５ａには、左右に前記各励振電極からの引出電極４７，４７が形成されている。ベー
ス４２のキャビティ４４底面には、長手方向の一方の端部付近に１対の電極パッド４８，
４８が形成されている。水晶振動片４５は、基端部４５ａにおいて各引出電極４７，４７
を対応する電極パッド４８，４８に導電性接着剤４９で固定することにより、電気的に接
続されかつ片持ちで概ね水平に支持されている。
【００６８】
本実施例のリッド４３は、図１１に示すように、ガラス材料からなる平坦な矩形の薄板
５０で形成される。リッド４３の下面には、金属薄膜５１が全面に被覆されている。金属
薄膜５１は、図１１に想像線で示すように、リッド４３下面の周辺部に沿って、ベース４
２上端面と接合される領域４３ａにのみ形成しても良い。別の実施例では、リッド４３を
水晶やセラミック等の絶縁材料やコバール、ＳＵＳ等の金属材料の薄板で形成することが
できる。リッド４３が金属材料からなる場合、その材質に応じて金属薄膜５１を省略し、
その金属面をそのまま接合面として使用することもできる。
【００６９】
ベース４２の上端面には、金属薄膜５２が被着されている。リッド４３及びベース４２
の各金属薄膜５１，５２は、第１実施例の上側及び下側基板３，４と同様に、スパッタリ
ング、蒸着又はめっき等の方法で、例えばＣｒ膜、Ｎｉ膜、Ｎｉ／Ｃｒ膜、Ｔｉ膜又はＮ
ｉ−Ｃｒ膜からなる下地膜の上にＡｕ膜を積層して形成するのが好ましく、またはＡｌ、
Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ａｌ／Ｓｉ、又はＮｉ／Ｃｒで形成することもで
きる。
【００７０】
本発明の方法によれば、図９（Ａ）に示すように、ベース４２上端面の金属薄膜５２上
に上述した本発明の金属ペースト封止材５３を塗布する。前記金属ペースト封止材の塗布
は、同様にスクリーン印刷、ディスペンサ、又はインクジェット等の方法により行う。次
に、第１実施例の場合と同様に、ベース４２を約２００〜３００℃の比較的低温で加熱す
ることにより、１次焼結処理を行う。これによって、金属ペースト封止材５３は、その金
属粒子が焼結して、前記ポーラス構造を有する１次焼結体を形成する。１次焼結処理の加
熱は比較的低温であるので、それがベース４２内の水晶振動片４５に及ぼす熱ストレスは
抑制される。
【００７１】
この状態で、水晶振動片４５の特性試験及び周波数の測定を行い、更にレーザ光の照射
等により励振電極４６を部分的に削除して周波数を調整することができる。金属ペースト
封止材５３の塗布及び１次焼結処理は、水晶振動片４５をベース４２に実装する前又は後
のいずれに行っても良い。
【００７２】
次に、ベース４２の上端面にリッド４３を位置合わせして配置し、第１実施例の場合と
同様の条件で加圧することにより、２次焼結処理を行う。前記１次焼結体は、上述したよ
うに適当な軟らかさを有するので、加圧によってその材料が飛散して水晶振動片４５に付
着したり、キャビティ４４内部に残存する虞がない。そのため、封止後の水晶振動片４１
の振動特性が劣化することなく、維持される。
【００７３】
図９（Ｂ）に示すように、２次焼結処理によって、前記１次焼結体は、前記金属粒子が
より緻密に融着して再結晶化した接合膜５４を形成する。接合膜５４は、前記リッドの金
属薄膜５１との界面においても、該金属薄膜と前記金属粒子が緊密に結合して一体化し、
ベース４２とリッド４３とを高い気密性をもって接合する。前記金属粒子が再結晶化した
接合膜５４は、従来のろう材による接合部のように高温環境下で再溶融する虞がないから
、経時的に高い気密性が確保される。従って、水晶振動子４１を回路基板等に実装した後
に不良部品のリペアプロセスで加熱されても、気密性を損なう虞がなく、高い信頼性を維
持することができる。
【００７４】
更に、前記２次焼結処理は、例えば約２００〜３５０℃の温度で加熱しながら加圧する
と、より良好に行うことができる。この加熱も比較的低温であるので、水晶振動片４５に
及ぼす熱ストレスは抑制される。前記２次焼結処理は、真空又は所望のガス雰囲気内で行
い、水晶振動片４５を真空封止又はガス封止することができる。
【００７５】
本実施例においても、本発明の金属ペースト封止材が、塗布時だけでなく１次及び２次
焼結処理後も発揮する良好な形状性と、２次焼結処理後の金属粒子の再結晶化による高い
気密性とによって、ベース４２上端面における封止幅を従来よりも大幅に狭くすることが
可能になる。その結果、ベ−ス４２の外形寸法を小さくして水晶振動子４１全体を小型化
することができる。また、ベ−ス４２の外郭寸法を維持しつつキャビティ４４の寸法を大
きくし、その分だけ実装可能な水晶振動片４５の外形寸法を大きくして、水晶振動子の特
性を向上させることができる。
【００７６】
同様に、本発明の金属ペースト封止材をベース４２上端面だけでなく、リッド４３の金
属薄膜５１にも塗布し、１次焼結処理により前記ポーラス構造の１次焼結体を形成し、こ
れをベース４３上端面の前記１次焼結体と接触させて２次焼結処理を行うことができる。
また、本発明の金属ペースト封止材をリッド４３の金属薄膜５１にのみ塗布し、１次焼結
処理により前記ポーラス構造の１次焼結体を形成し、これをベース４２上端面の金属薄膜
５２と直接接触させて２次焼結処理を行うことができる。この場合、前記１次焼結処理は
リッド４３についてのみ行うので、その加熱温度がベース４２に実装した水晶振動片４５
に影響を与える虞はない。
【００７７】
本発明は、上記第１及び第２実施例と異なるパッケージ構造の圧電デバイスについても
同様に適用することができる。図１２は、第２実施例に類似したパッケージ構造の水晶発
振器６１を示している。水晶発振器６１は、第２実施例のベース４２と同様に、複数のセ
ラミック材料薄板を積層しかつ上部を開放した箱型に形成され、その内部に画定されるキ
ャビティ６４内に水晶振動片６５が実装されている。
【００７８】
水晶振動片６５は、ＡＴカット水晶板からなる厚みすべりモードの振動片であり、その
上下各面に励振電極６６，６６が形成され、かつ一方の端部即ち基端部６５ａに前記各励
振電極からの引出電極６７，６７が形成されている。ベース６２のキャビティ６４底面に
は、その長手方向の一方の端部付近に１対の電極パッド６８，６８が形成されている。水
晶振動片６５は、基端部６５ａにおいて前記各引出電極を対応する電極パッド６８，６８
に導電性接着剤６９で固定することにより、電気的に接続されかつ片持ちで概ね水平に支
持されている。
【００７９】
図１３に示すように、ベース６２の上端面には、その外周に沿って所定幅の金属薄膜７
０が被着されている。更に、ベース６２の長手方向両端部の上端面には、金属薄膜７０の
内側にかつ該金属薄膜から離隔して、それぞれボンディングパッド７１，７２が形成され
ている。前記各ボンディングパッドは、図示しない配線により水晶振動片６５の前記励振
電極又は外部の電源、回路等に接続される端子として使用される。
【００８０】
本実施例のリッド６３は、シリコン材料の平坦な矩形薄板で形成される。図１４に示す
ように、リッド６３の下面には、その外周に沿ってベース６２上端面と接合される部分に
所定幅の金属被膜７３が被着されている。金属被膜７３の内側には、リッド６３の長手方
向両端部にボンディングパッド７４，７５が、それぞれベース６２上端面のボンディング
パッド７１，７２に直接接続する端子として、それらに対応する位置に設けられている。
更に、リッド６３の金属被膜７３の内側領域には、水晶振動片６５の駆動を制御するため
の集積回路及びそれとボンディングパッド７４，７５とを接続する配線が形成されている
（図示せず）。
【００８１】
ベース６２とリッド６３とは、本発明の方法を利用して、図１５（Ａ）（Ｂ）に示すよ
うに接合される。第２実施例の場合と同様に、ベース６２上端面の金属薄膜７０上に本発
明の金属ペースト封止材７６を、上述したスクリーン印刷等の方法で塗布する。ベース６
２を約２００〜３００℃の比較的低温で加熱して１次焼結処理を行い、金属ペースト封止
材７６をポーラス構造の１次焼結体にする。他方、ベース６２の前記各ボンディングパッ
ド上には、図１５（Ａ）に示すように、例えばＡｕボール７８を溶着させてバンプを形成
する。前記バンプには、Ａｕ以外にはんだ等の様々な公知の導電材料を用いることができ
る。また前記バンプは、ベース６２のボンディングパッドではなく、リッド６３の各ボン
ディングパッド上に形成しても良い。
【００８２】
次に、図１５（Ｂ）に示すように、ベース６２の上端面にリッド６３を位置合わせして
配置し、上記各実施例と同様に加熱しつつ加圧して２次焼結処理を行う。これにより、金
属ペースト封止材７６の前記１次焼結体は、それに含まれる金属粒子が緻密に融着して再
結晶化し、ベース６２の金属薄膜７０及びリッド６３の金属被膜７３と一体化して接合膜
７７を形成する。これと同時に、２次焼結処理の加熱加圧作用によって、各バンプ７９が
リッド６３の前記各ボンディングパッドに溶着する。これにより、ベース６２の各ボンデ
ィングパッド７１，７２とリッド６３の対応するボンディングパッド７４，７５とを電気
的に接続される。
【００８３】
ベース６２の前記ボンディングパッドとリッド６３の前記ボンディングパッドとは、Ａ
ｕ等の金属バンプ以外に、公知の様々な導電接続材料により電気的に接続することができ
る。例えば、導電性接着剤や導電ペースト、金属ペースト等を用いることができる。
【００８４】
接合膜７７によって、ベース６２とリッド６３とは高い気密性をもって接合され、水晶
振動片６５をパッケージ内部に真空封止又はガス封止する。更に本実施例によれば、水晶
振動片６５を実装したベース６２に該水晶振動片の駆動用ＩＣチップとして機能するリッ
ド６３を気密に接合することによって、より小型化かつ低背化した表面実装型の水晶発振
器を実現することができる。
【００８５】
このように水晶振動片を駆動するＩＣチップを一体化した水晶発振器は、第１実施例の
パッケージ構造についても適用することができる。図１６は、そのような第１実施例に類
似するパッケージ構造の水晶発振器８１を示している。水晶発振器８１は、第１実施例の
水晶振動子１と同様に、水晶振動片を有する中間水晶板８２の上下に、パッケージの蓋と
なる上側基板８３及びベースとなる下側基板８４を積層して一体に接合される。本実施例
は、中間水晶板８２が一様な厚さのＡＴカット水晶板で形成され、下側基板８４が水晶薄
板やガラス材料又はシリコン等で形成されるのに対し、上側基板８３はシリコン材料で形
成される。
【００８６】
中間水晶板８２は、図１７に示すように、厚みすべりモードの水晶振動片８５と、その
基端部８５ａで一体に結合された外枠８６とを有する。水晶振動片８５の上下各面には励
振電極８７，８７が形成され、それぞれ基端部８５ａからそれを結合した側の外枠８６の
長手方向端部に配線膜８７ａが引き出される。外枠８６上面には、その外周に沿って所定
幅の導電金属薄膜８８が形成されている。図示するように、本実施例では、導電金属薄膜
８８と配線膜８７ａとを分離させたが、電気的に接続させても良い。
【００８７】
中間水晶板８２の下面は、図２の中間水晶板２と同様に形成される。外枠８６の下面に
は全周に亘って導電金属薄膜が形成され、水晶振動片８５下面の励振電極から引き出され
た前記配線膜と電気的に接続されている。外枠８６下面の水晶振動片８５を結合した側の
長手方向端部には、前記配線膜から分離した導電金属薄膜が形成され、スルーホール８９
を介して外枠８６上面の配線膜８７ａと電気的に接続されている。更に外枠８６の長手方
向両端部の上面には、導電金属薄膜８８の内側にかつ該金属薄膜から離隔して、それぞれ
ボンディングパッド９０，９１が形成されている。ボンディングパッド９０，９１は、図
示しない配線により水晶振動片８５の前記励振電極又は外部の電源、回路等に接続される
端子として使用される。
【００８８】
上側基板８３は、図１８に示すように、中間水晶板８２との対向面即ち下面に凹部８３
ａが形成されている。上側基板８３下面の凹部８３ａを囲繞する周辺部が、中間水晶板８
２との接合面を構成し、前記外枠の導電金属薄膜８８に対応する金属薄膜９２で被覆され
ている。金属被膜９２の内側には、上側基板８３の長手方向両端部にボンディングパッド
９３，９４が、それぞれ中間水晶板８２の外枠８６上面のボンディングパッド９０，９１
に直接接続する端子として、それらに対応する位置に設けられている。更に上側基板８３
の金属被膜９２の内側領域には、水晶振動片８５の駆動を制御するための集積回路及びそ
れとボンディングパッド９３，９４とを接続する配線が形成されている（図示せず）。
【００８９】
中間水晶板８２と上側及び下側基板８３，８４とは、本発明の方法を利用して接合され
る。第１実施例の場合と同様に、中間水晶板８２の外枠８６上下面の前記導電金属薄膜に
本発明の金属ペースト封止材を塗布する。この中間水晶板８２を約２００〜３００℃の比
較的低温で加熱して１次焼結処理を行い、前記金属ペースト封止材をポーラス構造の１次
焼結体にする。中間水晶板８２の外枠８６上面の前記各ボンディングパッド上には、図１
５（Ａ）と同様に、Ａｕボール等の様々な公知の導電材料からなるバンプを形成する。前
記バンプは、中間水晶板８２ではなく、上側基板８３の前記各ボンディングパッド上に形
成しても良い。
【００９０】
次に、中間水晶板８２の上面及び下面に上側及び下側基板８３、８４をそれぞれ位置合
わせして重ね合わせ、第１実施例と同様に加熱しつつ加圧して２次焼結処理を行う。これ
により、中間水晶板８２の上下面と上側及び下側基板８３、８４との間で、前記金属ペー
スト封止材の１次焼結体は、それに含まれる金属粒子が緻密に融着して再結晶化し、接合
膜９５，９６を形成する。これと同時に、２次焼結処理の加熱加圧作用によって、バンプ
９７、９８が溶着することにより、中間水晶板８２の各ボンディングパッド９０，９１と
上側基板８３の対応するボンディングパッド９３，９４とを電気的に接続される。
【００９１】
更に本発明は、音叉型水晶振動片を有する水晶振動子や水晶発振器等の水晶デバイスに
ついても適用することができる。図１９は、図１の第１実施例のパッケージ構造を有する
音叉型水晶振動子１０１を示している。水晶振動子１０１は、第１実施例の水晶振動子１
と同様に、水晶振動片を有する平板状の中間水晶板１０２の上下に、パッケージの蓋とな
る上側基板１０３及びベースとなる下側基板１０４を積層して一体に接合される。中間水
晶板１０２は一様な厚さのＡＴカット水晶板で形成され、上側及び下側基板１０３、１０
４は好ましくは水晶薄板で、又はガラス材料やシリコン等で形成される。
【００９２】
中間水晶板１０２は、図２０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、１対の振動腕を有する音叉
型水晶振動片１０５と、その基端部１０５ａで一体に結合された外枠１０６とを有する。
前記振動腕の表面に形成した一方の励振電極１０７は、基端部１０５ａから引き出されて
外枠１０６上面の導電金属薄膜１０８と電気的に接続されている。前記振動腕表面の他方
の励振電極１０９は、同様に前記基端部から引き出されて外枠１０６下面の導電金属薄膜
１１０と電気的に接続されている。外枠１０６の水晶振動片１０５を結合した側の長手方
向端部は、スルーホール１１１内部の導電膜を介して、外枠１０６下面に導電金属薄膜１
１０から分離した導電金属薄膜１１２が、外枠１０６上面の導電金属薄膜１０８と電気的
に接続されている。
【００９３】
上側基板１０３は、図２１に示すように、中間水晶板１０２との対向面に凹部１０３ａ
が形成され、該凹部を取り囲む周辺部分即ち中間水晶板１０２との接合面に金属薄膜１１
３が形成されている。下側基板１０４は、図２２に示すように、中間水晶板１０２との対
向面に凹部１０４ａが形成され、該凹部を取り囲む周辺部分即ち中間水晶板１０２との接
合面に、該中間水晶板下面の導電金属薄膜１１０，１１２に対応する金属薄膜１１４，１
１５が形成されている。それら凹部により画定されるキャビティ内に、水晶振動片１０５
はその基端部１０５ａで片持ちに保持収容される。更に下側基板１０４には、その略中央
に封止孔１１６が貫設されている。
【００９４】
中間水晶板１０２と上側及び下側基板１０３，１０４とは、本発明の方法を利用して接
合される。第１実施例の場合と同様に、中間水晶板１０２の外枠１０６上下面の導電金属
薄膜１０８，１１０，１１２に本発明の金属ペースト封止材を塗布する。この中間水晶板
１０２を約２００〜３００℃の比較的低温で加熱して１次焼結処理を行い、前記金属ペー
スト封止材をポーラス構造の１次焼結体にする。次に、中間水晶板１０２の上面及び下面
に上側及び下側基板１０３、１０４をそれぞれ位置合わせして重ね合わせ、加圧して２次
焼結処理を行う。これにより、前記金属ペースト封止材の１次焼結体は、それに含まれる
金属粒子が緻密に融着して再結晶化し、中間水晶板１０２の上下面と上側及び下側基板１
０３、１０４との間に接合膜１１７〜１１９が形成され、水晶振動片１０５がパッケージ
内に封止される。
【００９５】
次に、このパッケージを真空雰囲気に配置し、封止孔１１６をシール材１２０で気密に
閉塞する。シール材１２０には、例えばＡｕ−Ｓｎ等の低融点金属材料を用いることがで
き、該金属材料を封止孔内に配置しかつ外部からレーザ光等を照射して溶着させる。前記
封止孔は、その内面を予め金属膜で被覆しておくと、金属材料をより良好に溶着できるの
で好ましい。本実施例では、このように前記封止孔を用いることにより、パッケージの気
密封止時に前記金属ペースト封止材から発生する虞がある不要なガスをパッケージ内部か
ら排除でき、水晶振動子１０１をより高い真空度で封止することができる。
【００９６】
以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発
明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することが
できる。例えば、前記中間水晶板は、水晶以外に、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウ
ムなどの他の様々な公知の圧電材料で形成することができる。また本発明は、振動子又は
発振器以外に、共振子、フィルタ、センサ等の圧電デバイスについても適用できる。第２
実施例と同様の構造では、パッケージ内にＩＣ素子等を搭載することができる。また、水
晶振動片の代わりに圧電振動ジャイロ素子を搭載して圧電ジャイロセンサを構成すること
ができる。
【００９７】
更に、本発明は、圧電デバイス以外の様々な電子部品をパッケージ内に気密に封止する
ために適用することができる。この場合、パッケージを構成する各部品は相互の接合面に
それぞれ金属面を有し、その少なくとも一方の金属面に本発明の金属ペースト封止材を塗
布し、上記各実施例と同様に加熱することにより、１次焼結処理を行う。これにより前記
ポーラス構造を有する１次焼結体を形成した後、両構成部品を、それらの１次焼結体を形
成した一方の金属面と他方の金属面とを接触させて重ね合わせ、任意により加熱しつつ、
１次焼結体を加圧してその金属粒子を緻密に再結晶化させることにより、２次焼結処理を
行う。これにより、パッケージを気密に接合してその内部に電子部品を気密に封止するこ
とができる。
【符号の説明】
【００９８】
１，４１，６１，８１，１０１…水晶振動子、２，８２，１０２…中間水晶板、３，８
３，１０３…上側基板、３ａ，４ａ，８３ａ，１０３ａ，１０４ａ…凹部、４，８３，１
０４…下側基板、５，４５，６５，８５，１０５…水晶振動片、５ａ，４５ａ，６５ａ，
８５ａ，１０５ａ…基端部、６，８６，１０６…外枠、７，８，４６，６６，８７，１０
７，１０９…励振電極、７ａ，８ａ，８７ａ…配線膜、９，１０，１３，８８，１０８，
１１０，１１２…導電金属薄膜、１１，８９，１１１…スルーホール、１２，１６，３０
ａ…領域、１４，１５，１７，５１，５２，７０，７３，９２，１１３〜１１５…金属薄
膜、１８〜２０，３４，３５，３９，５３，７６…金属ペースト封止材、２１…金属粒子
、２２…欠け、２３…樹脂、２４…１次焼結体、２５〜２７，５４，７７，９５，９６，
１１７〜１１９…接合膜、２８，４４…キャビティ、３０…中間水晶ウエハ、３１…上側
水晶ウエハ、３２…下側水晶ウエハ、３３…貫通孔、３６…ディスペンサ、３７…ウエハ
積層体、３８…外郭線、４２，６２…ベース、４２ａ〜４２ｃ…セラミック材料薄板、４
３，６３…リッド、４７，６７…引出電極、４８，６８…電極パッド、４９，６９…導電
性接着剤、５０…薄板、７１，７２，７４，７５，９０，９１，９３，９４…ボンディン
グパッド、７８…Ａｕボール、７９，９７，９８…バンプ、１１６…封止孔、１２０…シ
ール材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子、共振子、発振器、フィルタ、センサ等の水晶デバイスにおいて、例
えば音叉型又は厚みすべり振動モードの水晶振動片をパッケージに気密に封止するための
金属ペースト封止材、及び該金属ペースト封止材を用いて封止した水晶デバイス並びにそ
の封止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電デバイスは、より一層の小型化・薄型化が要求されると共に、回路基板等へ
の実装に適した表面実装型が多く使用されている。一般に表面実装型の圧電デバイスは、
セラミック等の絶縁材料からなるパッケージ内に圧電振動片を封止する構造が採用されて
いる。この従来構造のパッケージは、セラミック材料の薄板を積層した箱型ベースのキャ
ビティ内に圧電振動片を実装し、該ベースにリッドを気密に接合して封止する。
【０００３】
ベースとリッドとの接合は、リッドが金属製の場合、ベースの上端面に金属シールリン
グを配置してシーム溶接する方法（例えば、特許文献１）や、金属膜を被覆したベースの
上端面に金属ろう材を配置して加熱溶融させる方法（例えば、特許文献２を参照）が知ら
れている。リッドがセラミック又はガラス材料の場合には、ベースとリッド間に配置した
低融点ガラス又は樹脂を加熱溶融させる方法（例えば、特許文献３を参照）や、リッドの
下面にメタライズ層を形成しかつ共晶はんだを溶融させてセラミックケースに接合する方
法（例えば、特許文献４を参照）、リッドの接合部に形成した共晶用金属膜層を加熱溶融
させる方法（例えば、特許文献５を参照）が知られている。
【０００４】
ところが、低融点ガラスから発生するガスやシーム溶接の高熱は、水晶振動片の周波数
特性を低下させたり劣化させる虞がある。また、低融点ガラスは鉛を含む場合が多く、環
境に影響を及ぼす虞がある点において好ましくない場合がある。そこで、水晶振動片と外
枠とを一体化した水晶板を形成し、その上下にそれぞれベース及び蓋として基板を接合す
ることにより小型化及び薄型化した構造の水晶振動子が提案されている。
【０００５】
かかる構造を気密封止するために、例えば水晶振動子と一体をなす外枠の上下面に設け
た金属層とガラスからなる蓋及びケースとを陽極接合した方法が知られている（例えば、
特許文献６を参照）。また、圧電板及び基板の鏡面研磨した相互接合面を紫外線照射又は
酸素プラズマにより清浄化し、水分の吸着による−ＯＨ基の水素結合で接合する方法が知
られている（例えば、特許文献７を参照）。また、圧電基板のＡｕ膜を形成した接合表面
と保護基板のＡｇ膜を形成した接合表面とを、プラズマ処理後に重ね合わせかつ加圧加熱
して拡散接合する方法が知られている（例えば、特許文献８を参照）。
【０００６】
更に、ＩＤＴを形成した圧電基板の主面に形成した金属膜とベース基板の主面に形成し
た金属膜とを、イオンビームやプラズマ照射による表面活性化後に加圧して直接接合する
弾性表面波デバイスが知られている（例えば、特許文献９を参照）。
【０００７】
最近は、圧電振動子等の電子部品を収容する容器において、平均粒径１〜１００ｎｍの
金属微粒子とアミン等の分散材とからなるペースト状の封止部材を、セラミック材料で形
成された箱型の容器部と金属製のフタとの接合部に用いて気密封止する方法が提案されて
いる（例えば、特許文献１０，１１を参照）。特許文献１０記載の方法は、封止部材をス
クリーン印刷又はインクジェット法により容器部又はフタに塗布し、両者を合わせて２５
０℃以下の雰囲気で加熱することにより接合する。特許文献１１記載の方法は、ペースト
状の封止部材をシート状にし、これをフタとして容器部に接合することにより気密に封止
する。
【０００８】
また、水晶振動板と上板及び下板とを、表面に有機系被膜を被覆した平均粒径１〜１０
０ｎｍの金属微粒子を有機溶媒中に分散させた金属微粒子ペースト接合材により接合した
水晶振動子等の圧電デバイスが知られている（例えば、特許文献１２を参照）。ペースト
接合材は、約２００℃での加熱により有機系被膜を溶融させて金属微粒子同士を相互融着
即ち焼結させる、金属微粒子間及び金属膜間での金属間結合により、圧電デバイスを気密
に封止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２２３６０６号公報
【特許文献２】特開平１１−３０７６６１号公報
【特許文献３】特開２００１−２４４７７２号公報
【特許文献４】特開平９−３６６９０号公報
【特許文献５】特開昭５４−７８６９４号公報
【特許文献６】特開２０００−６８７８０号公報
【特許文献７】特開平７−１５４１７７号公報
【特許文献８】国際公開番号ＷＯ００／７６０６６号パンフレット
【特許文献９】特開昭５４−７８６９４号公報
【特許文献１０】特開２００５−３１７７９３号公報
【特許文献１１】特開２００５−３１７７９４号公報
【特許文献１２】特開２００６−１８６７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した金属微粒子からなるペースト状の封止部材又は接合材は、金属
微粒子に平均粒径１００ｎｍ以下のナノ粒子を用いているので、それらの凝集を防止する
ために、比較的多量の有機溶剤が分散剤として必要である。そのため、封止時に有機溶剤
からガスが発生してパッケージ内部に残留したり、封止後に接合部に残留した有機溶剤か
ら経時的にガスが発生して、圧電振動片の品質や周波数特性を劣化させる虞が生じる。ま
た、一般に有機溶剤は取り扱いが困難であり、有機溶剤を多量に含む封止部材は大量生産
に適しておらず、また保管、運搬上の取り扱いにも注意を要するという問題がある。
【００１１】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、接
合時及び封止後に有機溶剤からガスが発生して圧電振動片に悪影響を与える虞が無く、か
つ十分な接合強度及び高い信頼性をもってパッケージを気密に封止できる圧電デバイスの
封止方法を提供することにある。
【００１２】
更に本発明の目的は、かかる圧電デバイスの封止方法に使用され、かつ取り扱いが比較
的容易で大量生産に適した金属ペースト封止材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、上記目的を達成するために、水晶振動片と、複数の構成部品からなる
パッケージとを備え、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、又はＰｄの１種又は２種以上からなる平
均粒径０．１〜１．０μｍの金属粒子と有機溶剤と樹脂材料とを８８〜９３重量％、５〜
１５重量％、０．０１〜４．０重量％の割合で配合した金属ペースト封止材を用いて前記
構成部品を接合し、パッケージ内に水晶振動片を気密に封止した水晶デバイスが提供され
る。
【００１４】
本発明の水晶デバイスに使用する金属ペースト封止材は、従来技術のナノミクロン粒子
を用いた金属ペーストよりも、金属粒子の粒径が大きくかつ有機溶剤の割合が大幅に少な
いので、例えば約２００〜３００℃の比較的低温で焼結しても、金属粒子を緻密化したポ
ーラス構造の焼結体を形成し、かつ有機溶剤及び樹脂材料を焼結体に実質的に残存しない
ように十分に蒸発させることが容易にできる。このポーラス構造の焼結体は、特にヤング
率が９〜１６ＧＰａかつ密度が１０〜１７ｇ／ｃｍ3の場合に、比較的低い圧力で加圧し
ても、金属粒子をより緻密に再結晶化することができる。この再結晶化によって、水晶デ
バイスのパッケージは高い気密性を確保できる。
【００１５】
更に、微量の樹脂材料を含むことにより適度な粘性を発揮し、スクリーン印刷やディス
ペンサ、インクジェット等の公知技術を用いて微細なパターンに塗布でき、かつ塗布後も
流れ出すことなくそのパターンを維持することができる。この形状性の良さは、低温での
焼結後も同様に発揮され、塗布したままのパターンが焼結体を加圧して再結晶化したとき
もに維持される。従って、水晶デバイスは、パッケージを封止する際にその封止幅をより
狭く設定できるから、それだけパッケージ寸法を小さくしてデバイス全体を小型化し、又
は外形寸法を維持しつつパッケージの内部容量を大きくすることができる。
【００１６】
或る実施例では、前記複数の構成部品が、水晶振動片と外枠とを一体に結合した中間水
晶板と、金属ペースト封止材により中間水晶板の上下各面にそれぞれ接合された上側基板
及び下側基板とからなるパッケージ構造の水晶デバイスにおいて、上側基板が水晶振動片
を駆動するための集積回路を形成したシリコン材料からなりかつその下面に集積回路に接
続された端子を有し、中間水晶板がその外枠上面に上側基板の端子に対応する位置に設け
た端子を有し、上側基板の端子と中間水晶板の端子とを導電接続材料により直接接続する
ことにより、より小型化かつ低背化した水晶発振器が実現される。
【００１７】
別の実施例では、前記複数の構成部品が、上部を開放した箱形をなしかつその内部に水
晶振動片を実装したベースと、金属ペースト封止材によりベース上端面に気密に接合され
たリッドとからなるパッケージ構造の水晶デバイスにおいて、リッドが水晶振動片を駆動
するための集積回路を形成したシリコン材料からなりかつその下面に集積回路に接続され
た端子を有し、ベースがその上端面にリッドの端子に対応する位置に設けた端子を有し、
リッドの端子とベースの端子とを導電接続材料により直接接続することにより、同様に、
より小型化かつ低背化した水晶発振器が実現される。
【００１８】
従って、本発明の金属ペースト封止材を利用して、様々なパッケージ構造を有する水晶
等の圧電デバイスを気密に封止する方法が提供される。
【００１９】
本発明のある側面によれば、水晶振動片と外枠とを一体に結合した中間水晶板の上下各
面に上側基板及び下側基板をそれぞれ接合し、それらの間に画定されるキャビティ内に水
晶振動片を気密に封止するために、中間水晶板が外枠の上面及び下面に金属薄膜を有し、
かつ上側基板及び前記下側基板がそれぞれ前記外枠との接合面に金属薄膜を有し、
外枠上面の金属薄膜又は上側基板の金属薄膜の少なくとも一方に、上述した本発明の金
属ペースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率９〜１６ＧＰａ及び密度１０
〜１７ｇ／ｃｍ3のポーラス構造を有する１次焼結体を形成する第１の１次焼結処理工程
と、
外枠下面の金属薄膜又は下側基板の金属薄膜の少なくとも一方に、同様に上述した本発
明の金属ペースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率９〜１６ＧＰａ及び密
度１０〜１７ｇ／ｃｍ3のポーラス構造を有する１次焼結体を形成する第２の１次焼結処
理工程と、
前記中間水晶板と前記上側基板とを、それらの前記１次焼結体を形成した一方の前記金
属薄膜と他方の前記金属薄膜とを接触させて重ね合わせ、前記１次焼結体を加圧してその
金属粒子を緻密に再結晶化させることにより、前記外枠において気密に接合する第１の２
次焼結処理工程と、
中間水晶板と下側基板とを、それらの１次焼結体を形成した一方の金属薄膜と他方の金
属薄膜とを接触させて重ね合わせ、該１次焼結体を加圧してその金属粒子を緻密に再結晶
化させることにより、外枠において気密に接合する第２の２次焼結処理工程とを含む水晶
デバイスの封止方法が提供される。
【００２０】
上述したように、本発明の金属ペースト封止材は、塗布時だけでなく、１次及び２次焼
結処理後も十分かつ良好な形状性を維持し、かつ２次焼結処理後の再結晶化により高い気
密性を発揮するので、中間水晶板の外枠における封止幅を従来よりも大幅に狭くすること
が可能になる。そのため、中間水晶板の外枠寸法を小さくして水晶デバイス全体を小型化
し、又は外枠の外郭寸法を維持しつつその内形寸法を大きくし、その分だけ実装可能な水
晶振動片の外形寸法を大きくして、水晶デバイスの特性向上を図ることができる。
【００２１】
上述したヤング率及び密度の１次焼結体は、元のペースト状態でなく、かつ或る程度の
軟らかさを有するので、２次焼結処理で中間水晶板と上側及び下側基板とを重ね合わせて
加圧する際に、その材料が飛散して水晶振動片に付着したり、デバイス内部に残存する虞
がない。そのため、水晶デバイスの振動特性が劣化することなく、維持される。
【００２２】
また、１次焼結体の前記ポーラス構造は、１次焼結処理を比較的低温で行うことにより
形成することができる。そのため、中間水晶板に金属ペースト封止材を塗布して１次焼結
処理する場合にも、水晶振動片に及ぼす熱ストレスを抑制することができる。
【００２３】
更に、１次焼結体には、金属ペースト封止材の有機溶剤及び樹脂材料が実質的に残存し
ていないから、２次焼結処理において１次焼結体から有機溶剤又は樹脂からのアウタガス
が発生したり、それが圧電デバイスの内部に残留することはない。更に、接合後も経時的
に有機溶剤又は樹脂のアウタガスが発生する虞がないから、水晶デバイスの品質及び周波
数特性を長期間に亘って良好に維持することができる。
【００２４】
このパッケージ構造の水晶デバイスにおいて、或る実施例では、上側基板及び下側基板
が、中間水晶板と同じ水晶で形成されることにより、パッケージ全体が同じ熱膨張率にな
るので、環境温度の変化等による歪みが抑制され、信頼性が向上する。
【００２５】
別の実施例では、上側基板がシリコン材料からなりかつ水晶振動片を駆動するための集
積回路と該集積回路に接続された端子とを備え、中間水晶板がその外枠上面に上側基板の
端子に接続される端子を有し、第１の２次焼結処理工程において中間水晶板と上側基板と
を重ね合わせる際に、上側基板の端子と中間水晶板の端子とを導電接続材料により直接接
続することにより、発振器として機能する水晶デバイスを比較的少ない工数で製造するこ
とができる。
【００２６】
本発明の別の側面によれば、上部を開放した箱形をなしかつその内部に水晶振動片を実
装したベースの上端面にリッドを接合して気密に封止するために、ベースがその上端面に
金属面を有し、かつリッドがベース上端面との接合面に金属面を有し、
ベース上端面の金属面又はリッドの金属面の少なくとも一方に、同様に本発明の金属ペ
ースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率９〜１６ＧＰａ及び密度１０〜１
７ｇ／ｃｍ3のポーラス構造を有する１次焼結体を形成する１次焼結処理工程と、
ベースの上にリッドを、それらの１次焼結体を形成した一方の金属面と他方の金属面と
を接触させて重ね合わせ、該１次焼結体を加圧してその金属粒子を緻密に再結晶化させる
ことにより、気密に接合する２次焼結処理工程とを含む水晶デバイスの封止方法が提供さ
れる。
【００２７】
かかるパッケージ構造の水晶デバイスにおいても、同様に上述した本発明による封止方
法の優れた作用効果が得られる。特に、従来のろう材やシーム溶接でベースとリッドとを
接合する方法と異なり、ベースに実装した圧電振動片に与える熱ストレスの影響を抑制で
きる。また、従来のシーム溶接のように封止材が飛散して水晶振動片に付着する虞がない
から、水晶デバイスの振動特性を劣化させることなく、維持することができる。更に、２
次焼結処理により前記金属粒子を再結晶化させた接合部は、従来のろう材による接合のよ
うに高温環境下で再溶融する虞がないから、経時的に高い気密性が確保される。従って、
水晶デバイスを回路基板等に実装した後に、不良部品のリペアプロセスで加熱されても、
気密性を損なう虞がなく、高い信頼性を維持することができる。
【００２８】
また、このパッケージ構造を有する水晶等の圧電デバイスにおいて、或る実施例では、
前記リッドがガラス板からなり、かつその一方の面に金属膜を形成することにより、ベー
ス上端面の１次焼結体と接合し又は金属ペースト封止材を塗布するための金属面を設ける
ことができる。この場合、リッド下面の一部の領域に金属膜を形成しないことにより、封
止後に外側からリッドを透過して照射されるレーザ光で水晶振動片の周波数を調整するこ
とができる。
【００２９】
別の実施例では、前記リッドが金属板からなり、かつその一方の面をそのまま、ベース
上端面の１次焼結体と接合し又は金属ペースト封止材を塗布するための金属面として利用
することができ、金属膜を形成する必要がないので、有利である。
【００３０】
更に、別の実施例では、リッドがシリコン材料からなりかつ水晶振動片を駆動するため
の集積回路と該集積回路に接続された端子とを備え、ベースがその上端面にリッドの端子
に接続される端子を有し、２次焼結処理工程においてベースの上にリッドを重ね合わせる
際に、リッドの端子とベースの端子とを導電接続材料により直接接続することにより、発
振器として機能する水晶デバイスを比較的少ない工数で製造することができる。
【００３１】
また、或る実施例では、２次焼結処理工程において加圧すると同時に加熱することによ
り、１次焼結体の金属粒子をより良好にかつ効果的に再結晶化させて接合することができ
る。
【００３２】
更に本発明の別の側面によれば、第１構成部品と第２構成部品とからなるパッケージを
有する電子部品において、第１構成部品と第２構成部品とを接合してそれらの間に画定さ
れるキャビティ内に電子素子等を気密に封止するために、第１構成部品及び第２構成部品
が相互の接合面にそれぞれ金属面を有し、
第１構成部品の金属面又は第２構成部品の金属面の少なくとも一方に、本発明の金属ペ
ースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率９〜１６ＧＰａ及び密度１０〜１
７ｇ／ｃｍ3のポーラス構造を有する１次焼結体を形成する１次焼結処理工程と、
第１構成部品と第２構成部品とを、それらの１次焼結体を形成した一方の金属面と他方
の金属面とを接触させて重ね合わせ、該１次焼結体を加圧してその金属粒子を緻密に再結
晶化させることにより、気密に接合する２次焼結処理工程とを含む電子部品の封止方法が
提供される。
【００３３】
これにより、本発明の金属ペースト封止材を用いて、圧電デバイス以外の様々な電子部
品をパッケージ内に気密に封止することができ、同様に本発明による水晶デバイスの封止
方法について上述した優れた作用効果が得られる。この場合にも、２次焼結処理工程にお
いて加圧すると同時に加熱することにより、１次焼結体の金属粒子をより良好にかつ効果
的に再結晶化させて接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（Ａ）図及び（Ｂ）図は、本発明の方法に従って第１実施例の水晶振動子を封止する工程を示す断面図。
【図２】（Ａ）図は第１実施例の水晶振動子を構成する中間水晶板の上面図、（Ｂ）図はその下面図、（Ｃ）図はその断面図。
【図３】（Ａ）図は第１実施例の水晶振動子を構成する上側基板の下面図、（Ｂ）図はその断面図。
【図４】（Ａ）図は第１実施例の水晶振動子を構成する下側基板の上面図、（Ｂ）図はその断面図。
【図５】（Ａ）図〜（Ｃ）図は、図１の封止工程において金属ペースト封止材がペースト状態から再結晶化する過程を模式的に示す部分拡大断面図。
【図６】（Ａ）図は本発明の方法を適用した水晶振動子の製造工程において、一体に貼り合わせる３枚の水晶ウエハを示す概略斜視図、（Ｂ）図は金属ペースト封止材を塗布した中間水晶ウエハを示す部分拡大断面図。
【図７】（Ａ）図は３枚の水晶ウエハを接合する要領を示す説明図、（Ｂ）図は３枚の水晶ウエハの接合体を示す概略斜視図。
【図８】金属ペースト材を塗布した図６の中間水晶ウエハを示す部分拡大平面図。
【図９】（Ａ）図は本発明の方法により第２実施例の水晶振動子を封止する工程を示す断面図、（Ｂ）図は封止した第２実施例の水晶振動子を示す断面図。
【図１０】第２実施例の水晶振動子のベースの平面図。
【図１１】第２実施例の水晶振動子のリッドの下面図。
【図１２】本発明を適用した水晶発振器の断面図。
【図１３】図１２の水晶発振器のベースの平面図。
【図１４】図１２の水晶発振器のリッドの下面図。
【図１５】（Ａ）、（Ｂ）図は図１２の水晶発振器の封止工程を示す部分拡大断面図。
【図１６】本発明を適用した別の水晶発振器の断面図。
【図１７】図１６の水晶発振器の中間水晶板の上面図。
【図１８】図１６の水晶発振器の上側基板の下面図。
【図１９】本発明を適用した音叉型水晶振動子の断面図。
【図２０】（Ａ）図は図１９の水晶振動子の中間水晶板の上面図、（Ｂ）図はその下面図。
【図２１】図１９の水晶振動子の上側基板の下面図。
【図２２】図１９の水晶振動子の下側基板の上面図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
先ず、本発明による金属ペースト封止材は、金属粒子と有機溶剤と樹脂材料とから構成
される。前記金属粒子は、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄの１種又は２種以上からなる平
均粒径０．１〜１．０μｍのサブミクロン粒子である。前記有機溶剤は、約２００℃の比
較的低温で蒸発し得るエステルアルコール等を使用する。前記樹脂材料は、前記金属ペー
スト封止材に或る程度の粘度を与えるために添加され、例えばセルロース系樹脂材料を使
用する。前記金属ペースト封止材の配合は、金属粉末８８〜９３重量％、有機溶剤５〜１
５重量％、樹脂材料０．０１〜４．０重量％の割合で設定する。
【００３６】
本発明の金属ペースト封止材は、従来技術のナノミクロン粒子を用いた金属ペーストよ
りも、金属粒子の粒径が大きくかつ有機溶剤の割合が大幅に少ないので、例えば約２００
〜３００℃の比較的低温で焼結することにより、後述するように金属粒子を融着させて緻
密化したポーラス構造の焼結体を容易に形成することができる。しかも、低温での焼結処
理によっても、金属ペースト封止材中の有機溶剤及び樹脂材料を、焼結体に実質的に残存
しないように十分に蒸発させることができる。また、このポーラス構造の焼結体は、比較
的低い圧力で加圧しても、前記金属粒子をより緻密化して再結晶化することが容易である
。この再結晶化によって高い気密性を確保できるので、特に圧電デバイスや電子部品のパ
ッケージを真空封止するのに適している。
【００３７】
更に、本発明の金属ペースト封止材は、微量の樹脂材料を含むことにより、スクリーン
印刷やディスペンサ、インクジェット等の公知技術を用いて容易に所望の微細なパターン
に塗布でき、かつ塗布後も流れ出すことなくそのパターンを維持し得る適度な粘性を有す
る。この形状性の良さは、低温での焼結後も同じであり、塗布したときのパターンが焼結
体を加圧して再結晶化したときもそのまま維持される。従って、圧電デバイス等のパッケ
ージを封止する際に、その封止幅をより狭く設定することができる。
【００３８】
図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の方法により第１実施例の水晶振動子を封止する工程を
説明している。本実施例の水晶振動子１は、水晶振動片を有する中間水晶板２、パッケー
ジの蓋となる上側基板３、及びベースとなる下側基板４を有する。中間水晶板２はＡＴカ
ットの水晶板で形成され、その上下に上側及び下側基板３，４を積層して一体に接合され
る。上側及び下側基板３，４は、同様に水晶薄板で形成するのが好ましく、またはガラス
材料やシリコンで形成することもできる。
【００３９】
中間水晶板２は、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、全体として一様な厚さの水晶薄板
からなり、厚みすべりモードの水晶振動片５と、その基端部５ａで一体に結合された外枠
６とを有する。水晶振動片５の上下各面には励振電極７，８が形成され、それぞれ基端部
５ａから配線膜７ａ，８ａにより引き出されて、外枠６の上面及び下面の全周に亘って形
成された導電金属薄膜９，１０と電気的に接続されている。外枠６の水晶振動片５を結合
した側の長手方向端部にはスルーホール１１が設けられ、該長手方向端部の下面には、水
晶素面の領域１２で導電金属薄膜１０から分離された導電金属薄膜１３が形成され、スル
ーホール１１内部の導電膜を介して上面の導電金属薄膜９と電気的に接続されている。
【００４０】
上側基板３は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、中間水晶板２との対向面即ち下面に
凹部３ａが形成されている。上側基板３下面の凹部３ａを囲繞する周辺部が、中間水晶板
２との接合面を構成し、前記外枠の導電金属薄膜９に対応する金属薄膜１４で被覆されて
いる。
【００４１】
下側基板４は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、同様に中間水晶板２との対向面即ち
上面に凹部４ａが形成されている。下側基板４上面の凹部４ａを囲繞する周辺部が、中間
水晶板２との接合面を構成し、前記外枠の導電金属薄膜１０に対応する金属薄膜１５と、
該金属薄膜から水晶素面の領域１６で分離して、前記外枠の導電金属薄膜１３に対応する
金属薄膜１７とが形成されている。また、下側基板４の下面には、外部への引出電極（図
示せず）が形成されている。
【００４２】
前記中間水晶板の各導電金属薄膜９，１０，１３及び前記上側、下側基板の金属薄膜１
４，１５，１７は、例えばＣｒ膜、Ｎｉ膜、Ｎｉ／Ｃｒ膜、Ｔｉ膜又はＮｉ−Ｃｒ膜を下
地膜として、その上にＡｕ膜を積層して形成するのが好ましい。別の実施例では、これら
の金属薄膜をＡｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ａｌ／Ｓｉ、又はＮｉ／Ｃｒ
で形成することができる。これら金属薄膜は、スパッタリング、蒸着、めっき、ダイレク
トめっきなどの公知方法を用いて又はそれらを組み合せて容易に成膜される。
【００４３】
本発明の方法によれば、図１（Ａ）に示すように、中間水晶板２の外枠６上下面の各導
電金属薄膜９，１０，１３上に上述した本発明の金属ペースト封止材１８，１９，２０を
塗布する。前記金属ペースト封止材の塗布は、例えばスクリーン印刷、ディスペンサ、又
はインクジェット等の公知方法により行う。図５（Ａ）は、導電金属薄膜９上に塗布した
金属ペースト封止材１８の状態を例示している。同図に示すように、金属ペースト封止材
１８は、金属粒子２１が有機溶剤２２中に略一様に分散している。更に、有機溶剤２２中
には樹脂２３が一様に分散し、前記金属ペースト封止材に或る程度の粘性を与えている。
この粘性によって、本発明の金属ペースト封止材は十分な形状性を発揮するので、高精度
なパターンに塗布しかつそれを維持することができる。例えば、前記金属粒子がＡｕの場
合、金属ペースト封止材はスクリーン印刷によって、最小パターン幅０．０５mm、最小厚
み１０μｍ程度まで微細に形成できる。
【００４４】
次に、中間水晶板２を例えばホットプレート、クリーンオーブン、ベルト炉等の公知手
段を用いて約２００〜３００℃の比較的低温で短時間、例えば約１０〜３０分加熱するこ
とにより、１次焼結処理を行う。この１次焼結処理によって、前記金属ペースト封止材の
金属粒子を焼結させ、１次焼結体を形成する。図５（Ｂ）に例示するように、１次焼結体
２４は、前記金属ペースト封止材から有機溶剤２２及び樹脂２３が蒸発して、隣接する金
属粒子２１同士がその間に僅かな隙間を残しつつ融着して緻密に接するポーラス構造を構
成する。更に前記１次焼結体は、下側の前記各金属薄膜との界面においても金属粒子２１
が緻密化し、該金属薄膜と結合する。樹脂２３は、１次焼結処理によって完全に蒸発せず
に、その一部が残存することがある。その場合でも、残存した樹脂は、金属粒子２１の隙
間に入り込むので、上述したポーラス構造を構成するのに何ら影響しない。
【００４５】
本発明によれば、前記ポーラス構造は、１次焼結体２４のヤング率が９〜１６ＧＰａ、
密度が１０〜１７ｇ／ｃｍ3であると、最も好都合である。金属粒子２１は、１次焼結処
理の温度が低いと元の球形を比較的維持するが、高温になるほど、原形を留めない位に表
面の焼結が進行して互いに融着することが確認された。また、１次焼結体２４のヤング率
及び密度は、１次焼結処理の温度が低いほど低く、高温になるほど高くなる。また、１次
焼結処理の加熱は比較的低温であるので、それが中間水晶板２の水晶振動片５に及ぼす熱
ストレスを抑制することができる。
【００４６】
次に、中間水晶板２の上面及び下面に上側及び下側基板３、４をそれぞれ互いに位置合
わせして重ね合わせ、前記１次焼結体と金属薄膜１４，１５，１７とを接触させて一様に
加圧することにより、２次焼結処理を行う。上述したヤング率及び密度を有する１次焼結
体２４は、元のペースト状態ではなく、しかも適当な軟らかさを有するので、加圧によっ
てその材料が飛散して水晶振動片５に付着したり、キャビティ２８内部に残存する虞がな
い。そのため、封止後の水晶振動片１の振動特性が劣化することなく、維持される。
【００４７】
２次焼結処理の加圧条件は、中間水晶板や基板の寸法、接合面の大きさ、使用する前記
金属ペースト封止材の量や厚さによって異なるが、本実施例では、例えば約３９〜１７６
Ｎ／ｍｍ2の圧力を約１０分間印加する。更に、例えば約２００〜３５０℃の温度で加熱
しながら加圧することによって、前記２次焼結処理をより良好に行うことができる。この
加熱も比較的低温であるので、中間水晶板２の水晶振動片５に及ぼす熱ストレスは抑制さ
れる。
【００４８】
この２次焼結処理によって、前記１次焼結体は、前記金属粒子がより緻密に融着して、
図５（Ｂ）に示すポーラス構造の前記隙間を完全に圧潰し、図５（Ｃ）に例示するように
再結晶化した接合膜２５を形成する。接合膜２５〜２７は、前記上側及び下側基板の各金
属薄膜１４，１５，１７との界面においても、これら金属薄膜と前記金属粒子が緊密に結
合して一体化する。これにより、中間水晶板２と上側及び下側基板３、４とがそれぞれ高
い気密性をもって接合され、それらの間に画定されるキャビティ２８内に、水晶振動片５
が基端部５ａで片持ちに浮いた状態で封止される。
【００４９】
前記２次焼結処理を真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気内で行うと、水晶振動片５を真空
封止又はガス封止することができる。接合される中間水晶板２の前記１次焼結体と上側及
び下側基板３，４の前記金属薄膜とを、２次焼結処理前に公知のプラズマ処理やイオンビ
ーム処理などで表面活性化、清浄化しておくと、より良好にかつ安定して接合でき、接合
信頼性が向上する。
【００５０】
上述したように、本発明の金属ペースト封止材は、塗布時だけでなく、１次及び２次焼
結処理後も十分かつ良好な形状性を維持し、かつ２次焼結処理後に金属粒子の再結晶化に
より高い気密性を発揮するので、外枠６における封止幅を従来よりも大幅に狭くすること
が可能になる。その結果、中間水晶板２の外形寸法を小さくして水晶振動子１全体を小型
化することができる。また、外枠６の外郭寸法を維持しつつキャビティ２８の寸法を大き
くし、その分だけ実装可能な水晶振動片５の外形寸法を大きくして、水晶振動子の特性を
向上させることができる。
【００５１】
また、本発明によれば、前記１次焼結処理で前記金属ペースト封止材の有機溶剤及び樹
脂が十分に蒸発しているので、２次焼結処理において１次焼結体から前記有機溶剤又は樹
脂のアウタガスが発生したり、水晶振動子１のキャビティ２８内に残留することはない。
また、接合後に接合膜２５〜２７から経時的に前記有機溶剤又は樹脂のアウタガスが発生
する虞もない。従って、水晶振動子１の品質及び周波数特性を長期間に亘って良好に維持
することができる。
【００５２】
別の実施例では、前記上側及び下側基板の金属薄膜１４，１５，１７にも、前記金属ペ
ースト封止材を塗布することができる。これら金属薄膜上の前記金属ペースト封止材は、
中間水晶板２の場合と同様に加熱することにより１次焼結処理を行い、前記ポーラス構造
の１次焼結体を形成する。次に、上側及び下側基板３、４と中間水晶板２とをそれぞれ位
置合わせして重ね合わせ、それらの１次焼結体同士を接触させて、上記実施例と同様に加
圧することにより、２次焼結処理を行う。１次焼結体同士の界面では、金属粒子が緊密に
融着して再結晶化し、実質的に１つの接合膜を形成する。従って、中間水晶板２と上側及
び下側基板３、４とをより強固に接合することができる。
【００５３】
また、別の実施例では、前記金属ペースト封止材を前記中間水晶板ではなく、前記上側
及び下側基板の金属薄膜１４，１５，１７にのみ塗布することもできる。前記１次焼結処
理は前記上側及び下側基板についてのみ行うので、その加熱温度が中間水晶板２の水晶振
動片に影響を与える虞はない。
【００５４】
更に別の実施例では、中間水晶板２と上側基板３又は下側基板４の一方を先に接合し、
その後に他方を接合することができる。この後の接合工程では、２次焼結処理を真空又は
所定のガス雰囲気内で行うことにより、水晶振動片５を真空封止又はガス封止することが
できる。更にこの２次焼結処理を行う際に、水晶ウエハを適当な温度で加熱しながら加圧
することもできる。
【００５５】
次に、本発明の方法を適用して、多数の水晶振動子１を一括して製造する工程を説明す
る。先ず、図６（Ａ）に示すように、複数の中間水晶板２を縦及び横方向に連続して配置
した大型の中間水晶ウエハ３０を準備する。各中間水晶板２の水晶振動片５及び外枠６の
形状は、水晶ウエハを例えばフォトエッチングすることにより形成する。中間水晶ウエハ
３０上下両面の水晶振動片５及び外枠６に対応する領域には、導電材料を蒸着、スパッタ
リングなどで成膜しかつパターニングすることにより、前記励振電極、配線膜及び導電金
属薄膜が形成される。
【００５６】
これと並行して、複数の上側基板３及び下側基板４をそれぞれ縦及び横方向に連続して
配置した大型の上側水晶ウエハ３１及び下側水晶ウエハ３２を準備する。両水晶ウエハ３
１，３２には、それぞれ中間水晶ウエハ３０との対向面に複数の凹部３ａ、４ａが、例え
ばエッチングまたはサンドブラスト加工などにより形成される。更に両水晶ウエハ３１，
３２には、上側基板３下面の金属薄膜１４及び下側基板４上面の金属薄膜１５、１７にそ
れぞれ対応する金属薄膜（図示せず）が、中間水晶ウエハ３０との対向面に蒸着、スパッ
タリングなどにより形成される。下側水晶ウエハ３２には、縦及び横方向に直交する下側
基板４の外郭線の交点にそれぞれ円形貫通孔３３が形成される。下側水晶ウエハ３２の下
面には、各下側基板４下面の外部への引出電極が形成される。
【００５７】
次に、図６（Ｂ）に示すように、本発明の金属ペースト封止材３４、３５を、中間水晶
ウエハ３０上下両面の外枠６に対応する領域の前記導電金属薄膜上に塗布する。金属ペー
スト封止材３４、３５は、上述した配合により適度な粘性を有するので、スクリーン印刷
によって所望の微細なパターンに容易に塗布しかつ該パターンを維持することができる。
別の実施例では、図６（Ｂ）に想像線で示すようにディスペンサ３６を用いて連続的に、
又はインクジェット法により連続するドット状に塗布することができる。本発明の金属ペ
ースト封止材は、上述した配合によって、直径０．１ｍｍ、厚さ１５μｍのドット状に塗
布することが可能である。
【００５８】
更に別の実施例では、前記金属ペースト封止材を塗布すべき領域を画定するようにレジ
ストフレームを形成し、その内側に前記金属ペースト封止材を充填して塗布することがで
きる。このレジストフレームは、フォトリソグラフィ技術を利用してフォトレジストをパ
ターニングすることにより高精度に形成でき、前記金属ペースト封止材の塗布後に又は１
次焼成処理後に容易に除去することができる。
【００５９】
次に、中間水晶ウエハ３０を、図１（Ａ）の場合と同様にホットプレート等により約２
００〜３００℃の温度で所定の時間加熱して、１次焼結処理を行う。これにより、金属ペ
ースト封止材３４、３５を焼結して、前記ポーラス構造の１次焼結体を形成する。この中
間水晶ウエハ３０の上下各面に、図７（Ａ）に示すように上側及び下側水晶ウエハ３１，
３２をそれぞれ位置合わせして重ね合わせ、図１（Ｂ）の場合と同様に加圧して、２次焼
結処理を行う。
【００６０】
前記２次焼結処理は、前記水晶ウエハを例えば約２００〜３５０℃の温度で加熱しなが
ら行うことができる。また、前記２次焼結処理は、真空又は所定のガス雰囲気内で行うこ
とにより、同様に各水晶振動片５を真空封止又はガス封止することができる。更に、前記
中間水晶ウエハの上下両面の１次焼結体と前記上側及び下側水晶ウエハの各金属薄膜を、
適当な反応ガスでプラズマ処理し又はイオンビームを照射して一様に表面活性化すること
によって、より良好かつ安定した接合及び接合信頼性の向上を図ることができる。
【００６１】
このようにして、中間水晶ウエハ３０と上側及び下側水晶ウエハ３１，３２とを気密に
接合した図７（Ｂ）の水晶ウエハ積層体３７が得られる。同図に示すように、水晶ウエハ
積層体３７を縦横に直交する水晶振動子の外郭線３８に沿って、ダイシングなどにより切
断分割して個片化することにより、図１に示す水晶振動子１が完成する。各下側基板４底
面の前記引出電極は、ダイシング前の水晶ウエハ積層体３７の状態でスパッタなどにより
形成することもできる。
【００６２】
図８に示すように、本発明の金属ペースト封止材を図６（Ａ）の中間水晶ウエハ３０に
スクリーン印刷で塗布した。金属ペースト封止材３９は、ダイシングのために外郭線３８
の両側に一定幅の領域３０ａを残すように、各外枠６に矩形枠状の微細なパターンに形成
した。金属ペースト封止材３９の組成及び物性を次のように設定した。
組成： 金属（Ａｕ）粒子含有量： ８８ｗｔ％、平均粒子径０．３μｍ
有機溶剤含有量： １０．４ｗｔ％
樹脂含有量： １．６ｗｔ％
物性： 粘度： １９０Ｐａ・ｓ
チクソ比： ４．９
この結果金属ペースト封止材３９は、外寸２．９５ｍｍ（Ｌ1）×１．２５ｍｍ（Ｗ1）、
内寸２．８５ｍｍ（Ｌ2）×１．１５ｍｍ（Ｗ2）、線幅０．０５ｍｍの矩形枠状に微細パ
ターンを形成することができた。
【００６３】
別の実施例では、中間水晶ウエハ３０と上側水晶ウエハ３１又は下側水晶ウエハ３２の
一方を先に接合し、その後に他方を接合することができる。この場合、３枚目の前記水晶
ウエハを接合する後の工程で、２次焼結処理を真空又は所定のガス雰囲気内で行うことに
より、各水晶振動片５を真空封止又はガス封止することができる。
【００６４】
また、先に２枚の前記水晶ウエハを接合した状態で、水晶振動片５毎に特性試験及び周
波数の測定を行うことができる。更に、例えばレーザ光の照射等により各水晶振動子５の
励振電極を部分的に削除して、その周波数を個別に調整することができる。
【００６５】
この場合、中間水晶ウエハ３０は、予め各外枠６の上下各面に前記導電金属薄膜を、水
晶振動子の外郭線３８に沿ってダイシングする線幅分だけ除いてパターニングする。同様
に上側及び下側水晶ウエハ３１，３２は、予めそれぞれ前記上側及び下側基板の各金属薄
膜１４，１５，１７に対応する前記金属薄膜を、水晶振動子の外郭線３８に沿うダイシン
グの線幅だけ除いてパターニングする。金属ペースト封止材３４、３５は、上述したよう
に形状性が良くかつ前記導電金属薄膜上にのみ塗布される。従って、中間水晶ウエハ３０
の各水晶振動片５は、１次及び２次焼結処理の前後においても、ウエハの状態で隣接する
他の水晶振動片から電気的に分離独立している。
【００６６】
本発明は、上記第１実施例と異なる様々なパッケージ構造の圧電デバイスについても、
同様に適用することができる。図９（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の方法により第２実施例の
水晶振動子を封止する工程を説明している。本実施例の水晶振動子４１は、絶縁材料から
なる矩形箱状のベース４２と平板状のリッド４３とからなるパッケージ構成を有する。ベ
ース４２は、図９（Ａ）及び図１０に示すように、複数のセラミック材料薄板４２ａ〜４
２ｃを積層して、上部を開放した箱型に形成する。ベース４２内部に画定されるキャビテ
ィ４４には、水晶振動片４５が実装されている。
【００６７】
本実施例の水晶振動片４５は、例えばＡＴカット水晶板からなる厚みすべりモードの振
動片であり、その上下各面には励振電極４６，４６が形成され、かつ一方の端部即ち基端
部４５ａには、左右に前記各励振電極からの引出電極４７，４７が形成されている。ベー
ス４２のキャビティ４４底面には、長手方向の一方の端部付近に１対の電極パッド４８，
４８が形成されている。水晶振動片４５は、基端部４５ａにおいて各引出電極４７，４７
を対応する電極パッド４８，４８に導電性接着剤４９で固定することにより、電気的に接
続されかつ片持ちで概ね水平に支持されている。
【００６８】
本実施例のリッド４３は、図１１に示すように、ガラス材料からなる平坦な矩形の薄板
５０で形成される。リッド４３の下面には、金属薄膜５１が全面に被覆されている。金属
薄膜５１は、図１１に想像線で示すように、リッド４３下面の周辺部に沿って、ベース４
２上端面と接合される領域４３ａにのみ形成しても良い。別の実施例では、リッド４３を
水晶やセラミック等の絶縁材料やコバール、ＳＵＳ等の金属材料の薄板で形成することが
できる。リッド４３が金属材料からなる場合、その材質に応じて金属薄膜５１を省略し、
その金属面をそのまま接合面として使用することもできる。
【００６９】
ベース４２の上端面には、金属薄膜５２が被着されている。リッド４３及びベース４２
の各金属薄膜５１，５２は、第１実施例の上側及び下側基板３，４と同様に、スパッタリ
ング、蒸着又はめっき等の方法で、例えばＣｒ膜、Ｎｉ膜、Ｎｉ／Ｃｒ膜、Ｔｉ膜又はＮ
ｉ−Ｃｒ膜からなる下地膜の上にＡｕ膜を積層して形成するのが好ましく、またはＡｌ、
Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ａｌ／Ｓｉ、又はＮｉ／Ｃｒで形成することもで
きる。
【００７０】
本発明の方法によれば、図９（Ａ）に示すように、ベース４２上端面の金属薄膜５２上
に上述した本発明の金属ペースト封止材５３を塗布する。前記金属ペースト封止材の塗布
は、同様にスクリーン印刷、ディスペンサ、又はインクジェット等の方法により行う。次
に、第１実施例の場合と同様に、ベース４２を約２００〜３００℃の比較的低温で加熱す
ることにより、１次焼結処理を行う。これによって、金属ペースト封止材５３は、その金
属粒子が焼結して、前記ポーラス構造を有する１次焼結体を形成する。１次焼結処理の加
熱は比較的低温であるので、それがベース４２内の水晶振動片４５に及ぼす熱ストレスは
抑制される。
【００７１】
この状態で、水晶振動片４５の特性試験及び周波数の測定を行い、更にレーザ光の照射
等により励振電極４６を部分的に削除して周波数を調整することができる。金属ペースト
封止材５３の塗布及び１次焼結処理は、水晶振動片４５をベース４２に実装する前又は後
のいずれに行っても良い。
【００７２】
次に、ベース４２の上端面にリッド４３を位置合わせして配置し、第１実施例の場合と
同様の条件で加圧することにより、２次焼結処理を行う。前記１次焼結体は、上述したよ
うに適当な軟らかさを有するので、加圧によってその材料が飛散して水晶振動片４５に付
着したり、キャビティ４４内部に残存する虞がない。そのため、封止後の水晶振動片４１
の振動特性が劣化することなく、維持される。
【００７３】
図９（Ｂ）に示すように、２次焼結処理によって、前記１次焼結体は、前記金属粒子が
より緻密に融着して再結晶化した接合膜５４を形成する。接合膜５４は、前記リッドの金
属薄膜５１との界面においても、該金属薄膜と前記金属粒子が緊密に結合して一体化し、
ベース４２とリッド４３とを高い気密性をもって接合する。前記金属粒子が再結晶化した
接合膜５４は、従来のろう材による接合部のように高温環境下で再溶融する虞がないから
、経時的に高い気密性が確保される。従って、水晶振動子４１を回路基板等に実装した後
に不良部品のリペアプロセスで加熱されても、気密性を損なう虞がなく、高い信頼性を維
持することができる。
【００７４】
更に、前記２次焼結処理は、例えば約２００〜３５０℃の温度で加熱しながら加圧する
と、より良好に行うことができる。この加熱も比較的低温であるので、水晶振動片４５に
及ぼす熱ストレスは抑制される。前記２次焼結処理は、真空又は所望のガス雰囲気内で行
い、水晶振動片４５を真空封止又はガス封止することができる。
【００７５】
本実施例においても、本発明の金属ペースト封止材が、塗布時だけでなく１次及び２次
焼結処理後も発揮する良好な形状性と、２次焼結処理後の金属粒子の再結晶化による高い
気密性とによって、ベース４２上端面における封止幅を従来よりも大幅に狭くすることが
可能になる。その結果、ベ−ス４２の外形寸法を小さくして水晶振動子４１全体を小型化
することができる。また、ベ−ス４２の外郭寸法を維持しつつキャビティ４４の寸法を大
きくし、その分だけ実装可能な水晶振動片４５の外形寸法を大きくして、水晶振動子の特
性を向上させることができる。
【００７６】
同様に、本発明の金属ペースト封止材をベース４２上端面だけでなく、リッド４３の金
属薄膜５１にも塗布し、１次焼結処理により前記ポーラス構造の１次焼結体を形成し、こ
れをベース４３上端面の前記１次焼結体と接触させて２次焼結処理を行うことができる。
また、本発明の金属ペースト封止材をリッド４３の金属薄膜５１にのみ塗布し、１次焼結
処理により前記ポーラス構造の１次焼結体を形成し、これをベース４２上端面の金属薄膜
５２と直接接触させて２次焼結処理を行うことができる。この場合、前記１次焼結処理は
リッド４３についてのみ行うので、その加熱温度がベース４２に実装した水晶振動片４５
に影響を与える虞はない。
【００７７】
本発明は、上記第１及び第２実施例と異なるパッケージ構造の圧電デバイスについても
同様に適用することができる。図１２は、第２実施例に類似したパッケージ構造の水晶発
振器６１を示している。水晶発振器６１は、第２実施例のベース４２と同様に、複数のセ
ラミック材料薄板を積層しかつ上部を開放した箱型に形成され、その内部に画定されるキ
ャビティ６４内に水晶振動片６５が実装されている。
【００７８】
水晶振動片６５は、ＡＴカット水晶板からなる厚みすべりモードの振動片であり、その
上下各面に励振電極６６，６６が形成され、かつ一方の端部即ち基端部６５ａに前記各励
振電極からの引出電極６７，６７が形成されている。ベース６２のキャビティ６４底面に
は、その長手方向の一方の端部付近に１対の電極パッド６８，６８が形成されている。水
晶振動片６５は、基端部６５ａにおいて前記各引出電極を対応する電極パッド６８，６８
に導電性接着剤６９で固定することにより、電気的に接続されかつ片持ちで概ね水平に支
持されている。
【００７９】
図１３に示すように、ベース６２の上端面には、その外周に沿って所定幅の金属薄膜７
０が被着されている。更に、ベース６２の長手方向両端部の上端面には、金属薄膜７０の
内側にかつ該金属薄膜から離隔して、それぞれボンディングパッド７１，７２が形成され
ている。前記各ボンディングパッドは、図示しない配線により水晶振動片６５の前記励振
電極又は外部の電源、回路等に接続される端子として使用される。
【００８０】
本実施例のリッド６３は、シリコン材料の平坦な矩形薄板で形成される。図１４に示す
ように、リッド６３の下面には、その外周に沿ってベース６２上端面と接合される部分に
所定幅の金属被膜７３が被着されている。金属被膜７３の内側には、リッド６３の長手方
向両端部にボンディングパッド７４，７５が、それぞれベース６２上端面のボンディング
パッド７１，７２に直接接続する端子として、それらに対応する位置に設けられている。
更に、リッド６３の金属被膜７３の内側領域には、水晶振動片６５の駆動を制御するため
の集積回路及びそれとボンディングパッド７４，７５とを接続する配線が形成されている
（図示せず）。
【００８１】
ベース６２とリッド６３とは、本発明の方法を利用して、図１５（Ａ）（Ｂ）に示すよ
うに接合される。第２実施例の場合と同様に、ベース６２上端面の金属薄膜７０上に本発
明の金属ペースト封止材７６を、上述したスクリーン印刷等の方法で塗布する。ベース６
２を約２００〜３００℃の比較的低温で加熱して１次焼結処理を行い、金属ペースト封止
材７６をポーラス構造の１次焼結体にする。他方、ベース６２の前記各ボンディングパッ
ド上には、図１５（Ａ）に示すように、例えばＡｕボール７８を溶着させてバンプを形成
する。前記バンプには、Ａｕ以外にはんだ等の様々な公知の導電材料を用いることができ
る。また前記バンプは、ベース６２のボンディングパッドではなく、リッド６３の各ボン
ディングパッド上に形成しても良い。
【００８２】
次に、図１５（Ｂ）に示すように、ベース６２の上端面にリッド６３を位置合わせして
配置し、上記各実施例と同様に加熱しつつ加圧して２次焼結処理を行う。これにより、金
属ペースト封止材７６の前記１次焼結体は、それに含まれる金属粒子が緻密に融着して再
結晶化し、ベース６２の金属薄膜７０及びリッド６３の金属被膜７３と一体化して接合膜
７７を形成する。これと同時に、２次焼結処理の加熱加圧作用によって、各バンプ７９が
リッド６３の前記各ボンディングパッドに溶着する。これにより、ベース６２の各ボンデ
ィングパッド７１，７２とリッド６３の対応するボンディングパッド７４，７５とを電気
的に接続される。
【００８３】
ベース６２の前記ボンディングパッドとリッド６３の前記ボンディングパッドとは、Ａ
ｕ等の金属バンプ以外に、公知の様々な導電接続材料により電気的に接続することができ
る。例えば、導電性接着剤や導電ペースト、金属ペースト等を用いることができる。
【００８４】
接合膜７７によって、ベース６２とリッド６３とは高い気密性をもって接合され、水晶
振動片６５をパッケージ内部に真空封止又はガス封止する。更に本実施例によれば、水晶
振動片６５を実装したベース６２に該水晶振動片の駆動用ＩＣチップとして機能するリッ
ド６３を気密に接合することによって、より小型化かつ低背化した表面実装型の水晶発振
器を実現することができる。
【００８５】
このように水晶振動片を駆動するＩＣチップを一体化した水晶発振器は、第１実施例の
パッケージ構造についても適用することができる。図１６は、そのような第１実施例に類
似するパッケージ構造の水晶発振器８１を示している。水晶発振器８１は、第１実施例の
水晶振動子１と同様に、水晶振動片を有する中間水晶板８２の上下に、パッケージの蓋と
なる上側基板８３及びベースとなる下側基板８４を積層して一体に接合される。本実施例
は、中間水晶板８２が一様な厚さのＡＴカット水晶板で形成され、下側基板８４が水晶薄
板やガラス材料又はシリコン等で形成されるのに対し、上側基板８３はシリコン材料で形
成される。
【００８６】
中間水晶板８２は、図１７に示すように、厚みすべりモードの水晶振動片８５と、その
基端部８５ａで一体に結合された外枠８６とを有する。水晶振動片８５の上下各面には励
振電極８７，８７が形成され、それぞれ基端部８５ａからそれを結合した側の外枠８６の
長手方向端部に配線膜８７ａが引き出される。外枠８６上面には、その外周に沿って所定
幅の導電金属薄膜８８が形成されている。図示するように、本実施例では、導電金属薄膜
８８と配線膜８７ａとを分離させたが、電気的に接続させても良い。
【００８７】
中間水晶板８２の下面は、図２の中間水晶板２と同様に形成される。外枠８６の下面に
は全周に亘って導電金属薄膜が形成され、水晶振動片８５下面の励振電極から引き出され
た前記配線膜と電気的に接続されている。外枠８６下面の水晶振動片８５を結合した側の
長手方向端部には、前記配線膜から分離した導電金属薄膜が形成され、スルーホール８９
を介して外枠８６上面の配線膜８７ａと電気的に接続されている。更に外枠８６の長手方
向両端部の上面には、導電金属薄膜８８の内側にかつ該金属薄膜から離隔して、それぞれ
ボンディングパッド９０，９１が形成されている。ボンディングパッド９０，９１は、図
示しない配線により水晶振動片８５の前記励振電極又は外部の電源、回路等に接続される
端子として使用される。
【００８８】
上側基板８３は、図１８に示すように、中間水晶板８２との対向面即ち下面に凹部８３
ａが形成されている。上側基板８３下面の凹部８３ａを囲繞する周辺部が、中間水晶板８
２との接合面を構成し、前記外枠の導電金属薄膜８８に対応する金属薄膜９２で被覆され
ている。金属被膜９２の内側には、上側基板８３の長手方向両端部にボンディングパッド
９３，９４が、それぞれ中間水晶板８２の外枠８６上面のボンディングパッド９０，９１
に直接接続する端子として、それらに対応する位置に設けられている。更に上側基板８３
の金属被膜９２の内側領域には、水晶振動片８５の駆動を制御するための集積回路及びそ
れとボンディングパッド９３，９４とを接続する配線が形成されている（図示せず）。
【００８９】
中間水晶板８２と上側及び下側基板８３，８４とは、本発明の方法を利用して接合され
る。第１実施例の場合と同様に、中間水晶板８２の外枠８６上下面の前記導電金属薄膜に
本発明の金属ペースト封止材を塗布する。この中間水晶板８２を約２００〜３００℃の比
較的低温で加熱して１次焼結処理を行い、前記金属ペースト封止材をポーラス構造の１次
焼結体にする。中間水晶板８２の外枠８６上面の前記各ボンディングパッド上には、図１
５（Ａ）と同様に、Ａｕボール等の様々な公知の導電材料からなるバンプを形成する。前
記バンプは、中間水晶板８２ではなく、上側基板８３の前記各ボンディングパッド上に形
成しても良い。
【００９０】
次に、中間水晶板８２の上面及び下面に上側及び下側基板８３、８４をそれぞれ位置合
わせして重ね合わせ、第１実施例と同様に加熱しつつ加圧して２次焼結処理を行う。これ
により、中間水晶板８２の上下面と上側及び下側基板８３、８４との間で、前記金属ペー
スト封止材の１次焼結体は、それに含まれる金属粒子が緻密に融着して再結晶化し、接合
膜９５，９６を形成する。これと同時に、２次焼結処理の加熱加圧作用によって、バンプ
９７、９８が溶着することにより、中間水晶板８２の各ボンディングパッド９０，９１と
上側基板８３の対応するボンディングパッド９３，９４とを電気的に接続される。
【００９１】
更に本発明は、音叉型水晶振動片を有する水晶振動子や水晶発振器等の水晶デバイスに
ついても適用することができる。図１９は、図１の第１実施例のパッケージ構造を有する
音叉型水晶振動子１０１を示している。水晶振動子１０１は、第１実施例の水晶振動子１
と同様に、水晶振動片を有する平板状の中間水晶板１０２の上下に、パッケージの蓋とな
る上側基板１０３及びベースとなる下側基板１０４を積層して一体に接合される。中間水
晶板１０２は一様な厚さのＡＴカット水晶板で形成され、上側及び下側基板１０３、１０
４は好ましくは水晶薄板で、又はガラス材料やシリコン等で形成される。
【００９２】
中間水晶板１０２は、図２０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、１対の振動腕を有する音叉
型水晶振動片１０５と、その基端部１０５ａで一体に結合された外枠１０６とを有する。
前記振動腕の表面に形成した一方の励振電極１０７は、基端部１０５ａから引き出されて
外枠１０６上面の導電金属薄膜１０８と電気的に接続されている。前記振動腕表面の他方
の励振電極１０９は、同様に前記基端部から引き出されて外枠１０６下面の導電金属薄膜
１１０と電気的に接続されている。外枠１０６の水晶振動片１０５を結合した側の長手方
向端部は、スルーホール１１１内部の導電膜を介して、外枠１０６下面に導電金属薄膜１
１０から分離した導電金属薄膜１１２が、外枠１０６上面の導電金属薄膜１０８と電気的
に接続されている。
【００９３】
上側基板１０３は、図２１に示すように、中間水晶板１０２との対向面に凹部１０３ａ
が形成され、該凹部を取り囲む周辺部分即ち中間水晶板１０２との接合面に金属薄膜１１
３が形成されている。下側基板１０４は、図２２に示すように、中間水晶板１０２との対
向面に凹部１０４ａが形成され、該凹部を取り囲む周辺部分即ち中間水晶板１０２との接
合面に、該中間水晶板下面の導電金属薄膜１１０，１１２に対応する金属薄膜１１４，１
１５が形成されている。それら凹部により画定されるキャビティ内に、水晶振動片１０５
はその基端部１０５ａで片持ちに保持収容される。更に下側基板１０４には、その略中央
に封止孔１１６が貫設されている。
【００９４】
中間水晶板１０２と上側及び下側基板１０３，１０４とは、本発明の方法を利用して接
合される。第１実施例の場合と同様に、中間水晶板１０２の外枠１０６上下面の導電金属
薄膜１０８，１１０，１１２に本発明の金属ペースト封止材を塗布する。この中間水晶板
１０２を約２００〜３００℃の比較的低温で加熱して１次焼結処理を行い、前記金属ペー
スト封止材をポーラス構造の１次焼結体にする。次に、中間水晶板１０２の上面及び下面
に上側及び下側基板１０３、１０４をそれぞれ位置合わせして重ね合わせ、加圧して２次
焼結処理を行う。これにより、前記金属ペースト封止材の１次焼結体は、それに含まれる
金属粒子が緻密に融着して再結晶化し、中間水晶板１０２の上下面と上側及び下側基板１
０３、１０４との間に接合膜１１７〜１１９が形成され、水晶振動片１０５がパッケージ
内に封止される。
【００９５】
次に、このパッケージを真空雰囲気に配置し、封止孔１１６をシール材１２０で気密に
閉塞する。シール材１２０には、例えばＡｕ−Ｓｎ等の低融点金属材料を用いることがで
き、該金属材料を封止孔内に配置しかつ外部からレーザ光等を照射して溶着させる。前記
封止孔は、その内面を予め金属膜で被覆しておくと、金属材料をより良好に溶着できるの
で好ましい。本実施例では、このように前記封止孔を用いることにより、パッケージの気
密封止時に前記金属ペースト封止材から発生する虞がある不要なガスをパッケージ内部か
ら排除でき、水晶振動子１０１をより高い真空度で封止することができる。
【００９６】
以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発
明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することが
できる。例えば、前記中間水晶板は、水晶以外に、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウ
ムなどの他の様々な公知の圧電材料で形成することができる。また本発明は、振動子又は
発振器以外に、共振子、フィルタ、センサ等の圧電デバイスについても適用できる。第２
実施例と同様の構造では、パッケージ内にＩＣ素子等を搭載することができる。また、水
晶振動片の代わりに圧電振動ジャイロ素子を搭載して圧電ジャイロセンサを構成すること
ができる。
【００９７】
更に、本発明は、圧電デバイス以外の様々な電子部品をパッケージ内に気密に封止する
ために適用することができる。この場合、パッケージを構成する各部品は相互の接合面に
それぞれ金属面を有し、その少なくとも一方の金属面に本発明の金属ペースト封止材を塗
布し、上記各実施例と同様に加熱することにより、１次焼結処理を行う。これにより前記
ポーラス構造を有する１次焼結体を形成した後、両構成部品を、それらの１次焼結体を形
成した一方の金属面と他方の金属面とを接触させて重ね合わせ、任意により加熱しつつ、
１次焼結体を加圧してその金属粒子を緻密に再結晶化させることにより、２次焼結処理を
行う。これにより、パッケージを気密に接合してその内部に電子部品を気密に封止するこ
とができる。
【符号の説明】
【００９８】
１，４１，６１，８１，１０１…水晶振動子、２，８２，１０２…中間水晶板、３，８
３，１０３…上側基板、３ａ，４ａ，８３ａ，１０３ａ，１０４ａ…凹部、４，８３，１
０４…下側基板、５，４５，６５，８５，１０５…水晶振動片、５ａ，４５ａ，６５ａ，
８５ａ，１０５ａ…基端部、６，８６，１０６…外枠、７，８，４６，６６，８７，１０
７，１０９…励振電極、７ａ，８ａ，８７ａ…配線膜、９，１０，１３，８８，１０８，
１１０，１１２…導電金属薄膜、１１，８９，１１１…スルーホール、１２，１６，３０
ａ…領域、１４，１５，１７，５１，５２，７０，７３，９２，１１３〜１１５…金属薄
膜、１８〜２０，３４，３５，３９，５３，７６…金属ペースト封止材、２１…金属粒子
、２２…欠け、２３…樹脂、２４…１次焼結体、２５〜２７，５４，７７，９５，９６，
１１７〜１１９…接合膜、２８，４４…キャビティ、３０…中間水晶ウエハ、３１…上側
水晶ウエハ、３２…下側水晶ウエハ、３３…貫通孔、３６…ディスペンサ、３７…ウエハ
積層体、３８…外郭線、４２，６２…ベース、４２ａ〜４２ｃ…セラミック材料薄板、４
３，６３…リッド、４７，６７…引出電極、４８，６８…電極パッド、４９，６９…導電
性接着剤、５０…薄板、７１，７２，７４，７５，９０，９１，９３，９４…ボンディン
グパッド、７８…Ａｕボール、７９，９７，９８…バンプ、１１６…封止孔、１２０…シ
ール材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動片と、複数の構成部品からなるパッケージとを備え、平均粒径０．１〜１．０
μｍの金属粒子と有機溶剤と樹脂材料とを８８〜９３重量％、５〜１５重量％、０．０１
〜４．０重量％の割合で配合した金属ペースト封止材を用いて前記構成部品を接合し、前
記パッケージ内に前記水晶振動片を気密に封止したことを特徴とする水晶デバイス。
【請求項２】
前記金属ペースト封止剤の前記金属粒子がＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、又はＰｄの１種又は２種
以上からなることを特徴とする請求項１に記載の水晶デバイス。
【請求項３】
前記複数の構成部品が、前記水晶振動片と外枠とを一体に結合した中間水晶板と、前記
金属ペースト封止材により前記中間水晶板の上下各面にそれぞれ接合された上側基板及び
下側基板とからなり、前記上側基板が前記水晶振動片を駆動するための集積回路を形成し
たシリコン材料からなりかつその下面に前記集積回路に接続された端子を有し、前記中間
水晶板が前記外枠上面に前記上側基板の前記端子に対応する位置に設けた端子を有し、前
記上側基板の前記端子と前記中間水晶板の前記端子とが導電接続材料により直接接続され
ていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水晶デバイス。
【請求項４】
前記複数の構成部品が、上部を開放した箱形をなしかつその内部に前記水晶振動片を実
装したベースと、前記金属ペースト封止材により前記ベースの上端面に気密に接合された
リッドとからなり、前記リッドが前記水晶振動片を駆動するための集積回路を形成したシ
リコン材料からなりかつその下面に前記集積回路に接続された端子を有し、前記ベースが
その前記上端面に前記リッドの前記端子に対応する位置に設けた端子を有し、前記リッド
の前記端子と前記ベースの前記端子とが導電接続材料により直接接続されていることを特
徴とする請求項１又は２に記載の水晶デバイス。
【請求項５】
水晶振動片と外枠とを一体に結合した中間水晶板の上下各面に上側基板及び下側基板を
それぞれ接合し、それらの間に画定されるキャビティ内に前記水晶振動片を気密に封止す
るために、
前記中間水晶板が前記外枠の上面及び下面に金属薄膜を有し、かつ前記上側基板及び前
記下側基板がそれぞれ前記外枠との接合面に金属薄膜を有し、
前記外枠上面の前記金属薄膜又は前記上側基板の前記金属薄膜の少なくとも一方に請求
項１又は２に記載の金属ペースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率９〜１
６ＧＰａ及び密度１０〜１７ｇ／ｃｍ3のポーラス構造を有する１次焼結体を形成する第
１の１次焼結処理工程と、
前記外枠下面の前記金属薄膜又は前記下側基板の前記金属薄膜の少なくとも一方に前記
金属ペースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率９〜１６ＧＰａ及び密度１
０〜１７ｇ／ｃｍ3のポーラス構造を有する１次焼結体を形成する第２の１次焼結処理工
程と、
前記中間水晶板と前記上側基板とを、それらの前記１次焼結体を形成した一方の前記金
属薄膜と他方の前記金属薄膜とを接触させて重ね合わせ、前記１次焼結体を加圧してその
金属粒子を緻密に再結晶化させることにより、前記外枠において気密に接合する第１の２
次焼結処理工程と、
前記中間水晶板と前記下側基板とを、それらの前記１次焼結体を形成した一方の前記金
属薄膜と他方の前記金属薄膜とを接触させて重ね合わせ、前記１次焼結体を加圧してその
金属粒子を緻密に再結晶化させることにより、前記外枠において気密に接合する第２の２
次焼結処理工程とを含むことを特徴とする水晶デバイスの封止方法。
【請求項６】
上部を開放した箱形をなしかつその内部に水晶振動片を実装したベースの上端面にリッ
ドを接合して気密に封止するために、
前記ベースがその前記上端面に金属面を有し、かつ前記リッドが前記上端面との接合面
に金属面を有し、
前記ベース上端面の前記金属面又は前記リッドの前記金属面の少なくとも一方に請求項
１又は２に記載の金属ペースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率９〜１６
ＧＰａ及び密度１０〜１７ｇ／ｃｍ3のポーラス構造を有する１次焼結体を形成する１次
焼結処理工程と、
前記ベースの上に前記リッドを、それらの前記１次焼結体を形成した一方の前記金属面
と他方の前記金属面とを接触させて重ね合わせ、前記１次焼結体を加圧してその金属粒子
を緻密に再結晶化させることにより、気密に接合する２次焼結処理工程とを含むことを特
徴とする水晶デバイスの封止方法。
【請求項７】
前記上側基板及び前記下側基板が水晶からなることを特徴とする請求項５に記載の水晶
デバイスの封止方法。
【請求項８】
前記上側基板がシリコン材料からなりかつ前記水晶振動片を駆動するための集積回路と
前記集積回路に接続された端子とを備え、前記中間水晶板が前記外枠上面に前記上側基板
の前記端子に接続される端子を有し、前記第１の２次焼結処理工程において前記中間水晶
板と前記上側基板とを重ね合わせる際に、前記上側基板の前記端子と前記中間水晶板の前
記端子とを導電接続材料により直接接続することを特徴とする請求項５に記載の水晶デバ
イスの封止方法。
【請求項９】
前記リッドがガラス板からなり、かつその一方の面に金属膜を形成することにより前記
金属面を設けたことを特徴とする請求項６に記載の水晶デバイスの封止方法。
【請求項１０】
前記リッドが金属板からなり、かつその一方の面に前記金属面を有することを特徴とす
る請求項６に記載の水晶デバイスの封止方法。
【請求項１１】
前記リッドがシリコン材料からなりかつ前記水晶振動片を駆動するための集積回路と前
記集積回路に接続された端子とを備え、前記ベースがその前記上端面に前記リッドの前記
端子に接続される端子を有し、前記２次焼結処理工程において前記ベースの上に前記リッ
ドを重ね合わせる際に、前記リッドの前記端子と前記ベースの前記端子とを導電接続材料
により直接接続することを特徴とする請求項６に記載の水晶デバイスの封止方法。
【請求項１２】
前記２次焼結処理工程において加圧すると同時に加熱することを特徴とする請求項５乃
至１１のいずれかに記載の水晶デバイスの封止方法。
【請求項１】
水晶振動片と、複数の構成部品からなるパッケージとを備え、平均粒径０．１〜１．０
μｍの金属粒子と有機溶剤と樹脂材料とを８８〜９３重量％、５〜１５重量％、０．０１
〜４．０重量％の割合で配合した金属ペースト封止材を用いて前記構成部品を接合し、前
記パッケージ内に前記水晶振動片を気密に封止したことを特徴とする水晶デバイス。
【請求項２】
前記金属ペースト封止剤の前記金属粒子がＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、又はＰｄの１種又は２種
以上からなることを特徴とする請求項１に記載の水晶デバイス。
【請求項３】
前記複数の構成部品が、前記水晶振動片と外枠とを一体に結合した中間水晶板と、前記
金属ペースト封止材により前記中間水晶板の上下各面にそれぞれ接合された上側基板及び
下側基板とからなり、前記上側基板が前記水晶振動片を駆動するための集積回路を形成し
たシリコン材料からなりかつその下面に前記集積回路に接続された端子を有し、前記中間
水晶板が前記外枠上面に前記上側基板の前記端子に対応する位置に設けた端子を有し、前
記上側基板の前記端子と前記中間水晶板の前記端子とが導電接続材料により直接接続され
ていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水晶デバイス。
【請求項４】
前記複数の構成部品が、上部を開放した箱形をなしかつその内部に前記水晶振動片を実
装したベースと、前記金属ペースト封止材により前記ベースの上端面に気密に接合された
リッドとからなり、前記リッドが前記水晶振動片を駆動するための集積回路を形成したシ
リコン材料からなりかつその下面に前記集積回路に接続された端子を有し、前記ベースが
その前記上端面に前記リッドの前記端子に対応する位置に設けた端子を有し、前記リッド
の前記端子と前記ベースの前記端子とが導電接続材料により直接接続されていることを特
徴とする請求項１又は２に記載の水晶デバイス。
【請求項５】
水晶振動片と外枠とを一体に結合した中間水晶板の上下各面に上側基板及び下側基板を
それぞれ接合し、それらの間に画定されるキャビティ内に前記水晶振動片を気密に封止す
るために、
前記中間水晶板が前記外枠の上面及び下面に金属薄膜を有し、かつ前記上側基板及び前
記下側基板がそれぞれ前記外枠との接合面に金属薄膜を有し、
前記外枠上面の前記金属薄膜又は前記上側基板の前記金属薄膜の少なくとも一方に請求
項１又は２に記載の金属ペースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率９〜１
６ＧＰａ及び密度１０〜１７ｇ／ｃｍ3のポーラス構造を有する１次焼結体を形成する第
１の１次焼結処理工程と、
前記外枠下面の前記金属薄膜又は前記下側基板の前記金属薄膜の少なくとも一方に前記
金属ペースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率９〜１６ＧＰａ及び密度１
０〜１７ｇ／ｃｍ3のポーラス構造を有する１次焼結体を形成する第２の１次焼結処理工
程と、
前記中間水晶板と前記上側基板とを、それらの前記１次焼結体を形成した一方の前記金
属薄膜と他方の前記金属薄膜とを接触させて重ね合わせ、前記１次焼結体を加圧してその
金属粒子を緻密に再結晶化させることにより、前記外枠において気密に接合する第１の２
次焼結処理工程と、
前記中間水晶板と前記下側基板とを、それらの前記１次焼結体を形成した一方の前記金
属薄膜と他方の前記金属薄膜とを接触させて重ね合わせ、前記１次焼結体を加圧してその
金属粒子を緻密に再結晶化させることにより、前記外枠において気密に接合する第２の２
次焼結処理工程とを含むことを特徴とする水晶デバイスの封止方法。
【請求項６】
上部を開放した箱形をなしかつその内部に水晶振動片を実装したベースの上端面にリッ
ドを接合して気密に封止するために、
前記ベースがその前記上端面に金属面を有し、かつ前記リッドが前記上端面との接合面
に金属面を有し、
前記ベース上端面の前記金属面又は前記リッドの前記金属面の少なくとも一方に請求項
１又は２に記載の金属ペースト封止材を塗布し、加熱することにより、ヤング率９〜１６
ＧＰａ及び密度１０〜１７ｇ／ｃｍ3のポーラス構造を有する１次焼結体を形成する１次
焼結処理工程と、
前記ベースの上に前記リッドを、それらの前記１次焼結体を形成した一方の前記金属面
と他方の前記金属面とを接触させて重ね合わせ、前記１次焼結体を加圧してその金属粒子
を緻密に再結晶化させることにより、気密に接合する２次焼結処理工程とを含むことを特
徴とする水晶デバイスの封止方法。
【請求項７】
前記上側基板及び前記下側基板が水晶からなることを特徴とする請求項５に記載の水晶
デバイスの封止方法。
【請求項８】
前記上側基板がシリコン材料からなりかつ前記水晶振動片を駆動するための集積回路と
前記集積回路に接続された端子とを備え、前記中間水晶板が前記外枠上面に前記上側基板
の前記端子に接続される端子を有し、前記第１の２次焼結処理工程において前記中間水晶
板と前記上側基板とを重ね合わせる際に、前記上側基板の前記端子と前記中間水晶板の前
記端子とを導電接続材料により直接接続することを特徴とする請求項５に記載の水晶デバ
イスの封止方法。
【請求項９】
前記リッドがガラス板からなり、かつその一方の面に金属膜を形成することにより前記
金属面を設けたことを特徴とする請求項６に記載の水晶デバイスの封止方法。
【請求項１０】
前記リッドが金属板からなり、かつその一方の面に前記金属面を有することを特徴とす
る請求項６に記載の水晶デバイスの封止方法。
【請求項１１】
前記リッドがシリコン材料からなりかつ前記水晶振動片を駆動するための集積回路と前
記集積回路に接続された端子とを備え、前記ベースがその前記上端面に前記リッドの前記
端子に接続される端子を有し、前記２次焼結処理工程において前記ベースの上に前記リッ
ドを重ね合わせる際に、前記リッドの前記端子と前記ベースの前記端子とを導電接続材料
により直接接続することを特徴とする請求項６に記載の水晶デバイスの封止方法。
【請求項１２】
前記２次焼結処理工程において加圧すると同時に加熱することを特徴とする請求項５乃
至１１のいずれかに記載の水晶デバイスの封止方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１２−２３５５１１（Ｐ２０１２−２３５５１１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１５９３３７（Ｐ２０１２−１５９３３７）
【出願日】平成２４年７月１８日（２０１２．７．１８）
【分割の表示】特願２００７−２８６４１９（Ｐ２００７−２８６４１９）の分割
【原出願日】平成１９年１１月２日（２００７．１１．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月１８日（２０１２．７．１８）
【分割の表示】特願２００７−２８６４１９（Ｐ２００７−２８６４１９）の分割
【原出願日】平成１９年１１月２日（２００７．１１．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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