圧電振動デバイスおよび圧電振動デバイスの気密封止方法
【課題】 低背化に対応し、安定した気密封止を行うことができる圧電振動デバイスおよび圧電振動デバイスの気密封止方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 水晶基板３と、当該水晶基板３の表裏面の各々に金属膜２０１，３０１，３０２，４０１を介して接合される透光性材料からなる第１のパッケージ基材２と第２のパッケージ基材４とで構成される水晶振動子１であって、前記第１と第２のパッケージ基材２，４と前記水晶基板３との接合領域は平面視で重なっていない。
【解決手段】 水晶基板３と、当該水晶基板３の表裏面の各々に金属膜２０１，３０１，３０２，４０１を介して接合される透光性材料からなる第１のパッケージ基材２と第２のパッケージ基材４とで構成される水晶振動子１であって、前記第１と第２のパッケージ基材２，４と前記水晶基板３との接合領域は平面視で重なっていない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等に用いられる圧電振動デバイスと、圧電振動デバイスの気密封止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子に代表される圧電振動デバイスは、携帯電話などの移動体通信機等に広く用いられている。そして、表面実装型の水晶振動子は、低背化および省スペース化要求に対応した形態の水晶振動子であり、凹部を有する容器体（以下ベースと略称）と、前記凹部内に搭載される水晶板と、前記凹部を気密封止するための平板状の蓋体を主要構成部材として構成されている。
【０００３】
近年の小型化に伴い、例えば水晶振動子の縦横寸法が、２．０×１．６ｍｍ程度まで小さくなってくると、個体での取り扱いが困難となってきている。そのため、複数の前記ベースがマトリクス状に連なった基板状のベース集合体と、多数個の水晶片が一体形成された水晶基板、複数の蓋体がマトリクス状に連なった蓋体集合体を用いて多数個の水晶振動子を一括的に製造する方法が知られている。このような製造方法において、例えば前記蓋体集合体を透光性材料で形成すると、レーザービームを当該蓋体集合体の内部を透過させて、蓋体とベースとの接合部を局所的に加熱して気密接合することができる。このような封止方法は、多数個での取り扱いではないが、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３２６２９０号
【０００５】
しかし、特許文献１においてベースはセラミックで形成されており、電子部品素子の小型化が進行するとセラミックパッケージ（セラミックベース）では限界が近づいてくる。また、低背化対応も困難になってくる。
【０００６】
また、例えば凹部を有する透光性材料からなる蓋体の集合体２枚を、中心部よりも周囲の方が厚肉となるような水晶片（所謂、逆メサ形状）の集合体の表裏面に接合することによって水晶振動デバイスを形成する方法がある。このような構成の場合、前記２枚の蓋体集合体の前記凹部を前記水晶基板に対向するようにして位置決めし、当該蓋体集合体の外部からレーザー照射によって接合材（金属膜）を介して水晶基板と前記２枚の蓋体集合体とを接合する。このとき１つの水晶振動子の形成領域について図５を用いて説明すると、前記水晶基板の表裏面の接合領域（レーザービーム照射領域）は平面視で重なった状態となっている。そして、レーザービームを二方向（第１のパッケージ基材２の上方からと、第２のパッケージ基材４の下方からの二方向で、かつ、断面視で同一直線上）から接合材に向けて照射することで水晶振動子１の気密封止が行われる。まず上側の接合材２０１および３０１にレーザービームを照射して、上側の接合材２０１および３０１の一部を溶融させて第１のパッケージ基材２と水晶基板３を接合する。そして下側の接合材３０２および４０１にレーザービームを照射して第２のパッケージ基材４と水晶基板３を接合する。しかし、このときレーザービームが前記下側の接合材（３０２、４０１）を透過して上側の接合材（２０１、３０１）に到達して、第１のパッケージ基材と水晶基板との接合領域に欠損（空隙）を生じる恐れがある。このような問題は、上側の接合材のレーザービームによる接合後に、第１のパッケージ基材と水晶基板との接合体を上下反転させて水晶基板の未接合面への第２のパッケージ基材の接合を行う場合でも同様である。以上のことから、安定した気密封止を行うことが困難となってくる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、低背化に対応し、安定した気密封止を行うことができる圧電振動デバイスおよび圧電振動デバイスの気密封止方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、圧電基板と、当該圧電基板の表裏面の各々に金属膜を介して接合される、透光性材料からなる第１と第２のパッケージ基材とで構成される圧電振動デバイスであって、前記第１と第２のパッケージ基材と、前記圧電基板との接合領域は平面視で重なっていないことを特徴とする圧電振動デバイスであるので、例えばレーザービームあるいは電子ビーム等のエネルギービームを、当該圧電振動デバイスの外部から前記第１および第２のパッケージ基材に照射して、前記金属膜を溶融させて気密封止を行う場合であっても安定した気密封止を行うことができる。すなわち、前記第１と第２のパッケージ基材と前記圧電基板（例えば水晶などの透光性材料）との接合領域（前記エネルギービームの照射領域）が平面視で重なっていないので、一方向からレーザービームを照射して気密封止を行う場合、レーザービームが圧電基板の内部を透過して反対側の金属膜の接合領域には到達しない。したがって前記２つのパッケージ基材と水晶基板との接合領域に損傷を与えることがなく、安定した気密封止を行うことができる。
【０００９】
また、圧電基板に非透光性材料を用いた場合は一方向からではなく、二方向（第１のパッケージ基材の上方からと、第２のパッケージ基材の下方から）レーザービームを照射することも可能である。このような場合でもレーザービームによる金属膜の接合領域は平面視で重ならないように、圧電振動デバイスの表裏（上下）でずれた状態でレーザービームを照射することで、安定した気密封止を行うことができる。
【００１０】
また、上記目的を達成するために、請求項２の発明によると、前記第１のパッケージ基材は、前記第２のパッケージ基材よりも小さな外形寸法で形成され、第１のパッケージ基材は平面視で第２のパッケージ基材に内包された状態であるので、信頼性の高い気密封止を行うことができる。例えば、レーザービームあるいは電子ビーム等のエネルギービームを、圧電デバイスの一方向から照射する場合であっても前記接合領域は平面視で重なっていないため、エネルギービームが第１あるいは第２のパッケージ基材および圧電基板の内部を透過して金属膜に到達しても、第１と第２のパッケージ基材の各々と圧電基板との接合に寄与する金属膜の接合領域へダメージを与えることがない。
【００１１】
また、このような構成であれば、前記金属膜を第１と第２のパッケージ基材の周縁領域に形成すれば、前記接合領域が平面視で重ならない構造にすることが可能となり、接合領域も平面視で重ならない構造とすることができる。したがって、エネルギービームを用いて第１と第２のパッケージ基材と圧電基板との接合を一方向から行うのに好適である。前述のように二方向からエネルギービームを照射して接合を行う場合よりも簡便な封止工程を実現できる。あるいはまた、一つのパッケージ基材と圧電基板の片面との接合後に、もう一つのパッケージ基材と圧電基板の片面との接合のために表裏（上下）反転させる方法も可能であるが、このような方法に比べ、本発明の圧電振動デバイスであれば封止工程における作業工数を削減することができ、生産効率が向上する。
【００１２】
上記構成によると、第１と第２のパッケージ基材は透光性材料で形成されているが、具体的には水晶またはガラスを用い、圧電基板に例えば水晶を用いることによって、レーザービームあるいは電子ビームを効率良く透過させることができ、より精度の高い気密封止を行うことができる。
【００１３】
また、上記目的を達成するために、請求項３の発明によると、透光性の圧電基板と、当該圧電基板の表裏面の各々に金属膜を介して接合される透光性材料からなる第１と第２のパッケージ基材とで、構成される圧電振動デバイスの気密封止方法であって、前記第１のパッケージ基材は前記第２のパッケージ基材よりも小さな外形寸法で形成されているとともに、第１のパッケージ基材が平面視で第２のパッケージ基材に内包されるように、前記圧電基板の表裏面の各々に第１と第２のパッケージ基材を、前記金属膜を介して仮止め接合を行う工程と、前記仮止め接合された部分に対し、一方向からレーザービームあるいは電子ビームを照射することによって、前記第１と第２のパッケージ基材と圧電基板との本接合を行う工程と、からなる圧電振動デバイスの気密封止方法であるので、パッケージ基材と圧電基板との位置ずれを防止できるとともに、効率的で高精度の気密封止を実現できる。
【００１４】
前記仮止め接合は、例えば超音波溶接法によって仮止め接合を行うことが可能であるが、治具を用いることによって行うことも可能である。つまり、前記圧電基板と略同一外形寸法で、第１のパッケージ基材の外形寸法より僅かに大きい寸法の開口部を有する治具を用意し、圧電基板の周縁と当該治具の周縁が略一致するようにして、前記治具を圧電基板上に載置した後、第１のパッケージ基材を前記開口部内に収納載置して仮固定する。この状態で第１のパッケージ基材にレーザービームや電子ビームを照射することによって、第１のパッケージ基材と圧電基板とを接合することができる。同様にして、圧電基板と第２のパッケージ基材とをレーザービームや電子ビームによって接合することができる。なお、このとき前記治具を透光性材料で形成しておけば、当該治具の上方から当該治具にレーザービームや電子ビームを照射して、当該治具の内部を透過させることによって、圧電基板の反対側の面にある金属膜へ到達させて接合を行うことも可能である。あるいはまた、前記治具を用いずに、レーザービームや電子ビームを用いてパッケージ基材と圧電基板との仮止め接合を行ってもよい。
【００１５】
さらに、封止手段としてレーザービームあるいは電子ビーム等のエネルギービームを用いているので、高融点の金属膜に対しても対応可能となるとともに、例えばシーム溶接法などの加熱封止方法に比べて処理時間を短縮することができる。
【００１６】
また、透光性材料からなる第１および圧電基板の内部を透過させて接合界面にある前記金属膜を溶融させることができるので、従来のような非透光性材料からなる部材を用いてレーザー等のエネルギービームによって接合界面にある金属膜を溶融させる場合に比べ、封止痕が滑らかで、封止痕を狭小化することができる。
【００１７】
通常、抵抗加熱蒸着法等によって成膜された金属膜の表面状態は、微視的には凸凹状であり、“山”や“谷”が連続したような表面状態となっている。このような金属膜を互いに超音波溶接法によって接合する場合、接合界面は“山”の部分同士が点接触して接合したような状態となっており、“谷”の部分が空隙（ボイド）となり、気密性が不完全な状態となる。しかし、請求項２の発明によると、超音波溶接法による仮止め接合に、エネルギービームによって金属膜を溶融させるため、溶融金属が前記“谷”の部分を埋めるように流入することによって接合界面が平滑化され、平らな状態に近づけることができる。これによって気密不良を防止し、安定した気密封止を行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、低背化に対応し、安定した気密封止を行うことができる圧電振動デバイスおよび圧電振動デバイスの気密封止方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
−第１の実施形態−
以下、圧電基板として水晶基板を用いた水晶振動子を例に挙げて、本発明による第１の実施形態について図１に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示す水晶振動子の長辺方向の断面図である。なお、図１において、水晶振動子の底面（裏面）に形成される外部接続端子と、当該外部接続端子と水晶基板の表裏面に形成された電極とを電気的に接続する配線導体の記載は省略している。
【００２０】
本実施形態で適用される水晶振動子１は、図１に示すように平面視矩形状の第１のパッケージ基材２と、中央部分が薄肉の断面視で両凹形状の水晶振動片３と、平面視矩形状の第２のパッケージ基材４とから構成されている。以下、水晶振動子１単体の構成要素について説明した後、水晶振動子１の製造方法について説明を行う。
【００２１】
図１において前記水晶振動片３は平面視矩形状のＡＴカット水晶板であり、中央領域が薄肉となった凹陥部３１と、当該凹陥部の周囲には環状の厚肉部３２が形成されている。前記凹陥部３１は、水晶振動子片３を薄肉化する部分以外の領域にレジストを形成し、ウエットエッチングによって形成される。
【００２２】
前記凹陥部３１の表裏面には、水晶振動片３を駆動させるための一対の励振電極３３が対向して形成されている。ここで、励振電極３３は水晶振動片３の主面（表裏面）に下から順に、クロム，金，クロムの膜構成で蒸着法等によって成膜されている。なお、前記電極の膜構成はこれに限定されるものではなく、その他の膜構成であってもよい。そして、前記励振電極３３は引き出し電極（図示せず）と接続されており、引き出し電極の一部は、水晶振動子片３を厚み方向に縦貫する導通路（図示せず）および第２のパッケージ基材４の内部の配線導体（図示せず）を介して最終的に第２のパッケージ基材４の下面に形成された外部接続端子（図示せず）に電気的に繋がっている。水晶振動子１は前記外部接続端子が各種デバイス内の基板上に形成される導体（ランドパターン）に半田等によって固定されて使用されることになる。なお、前記励振電極３３と前記外部接続端子との電気的接続方法は一例であり、本実施形態に限定されるものではない。
【００２３】
水晶振動片３の厚肉部３２の表裏面各々には、第２の金属膜３０１および第３の金属膜３０２が形成されており、前記金属膜（３０１と３０２）は同一材料となっている。第２および第３の金属膜には金が用いられており、水晶振動片３の厚肉部３２の表裏面（周縁領域）各々の位置に、真空蒸着法によって周状に成膜されている。ここで、第２の金属膜３０１と第３の金属膜３０２とは平面視で重なった位置関係にある。しかしながら、レーザービームによる封止時（後述）の前記金属膜への照射位置は異なっている。つまり、エネルギービームによる接合領域は平面視で重ならない位置関係となっている。なお、ここでいう接合領域とはエネルギービームの金属膜への照射領域のことをいう。なお、第２の金属膜３０１と第３の金属膜３０２との位置関係は一例であり、前記位置関係は本実施形態に限定されるものではない。例えば、第２の金属膜３０１と第３の金属膜３０２とが平面視で一部分だけが重なっている位置関係であってもよい。
【００２４】
図１において第１のパッケージ基材２は平面視矩形状の平板であり、透光性材料である水晶が使用されている。平面視において、図１に示すように第１のパッケージ基材２の外形寸法は水晶振動片３の外形寸法と略同一となっており、前記第１のパッケージ基材２の水晶振動片３との接合面側の周縁には、第１の金属膜２０１が周状に真空蒸着法によって成膜されている。ここで、前記第１の金属膜２０１は金からなり、形成幅は前記第２の金属膜３０１の形成幅と略同一となるように形成されている。
【００２５】
第２のパッケージ基材４の材料には、第１のパッケージ基材２と同様に水晶が使用されている。第２のパッケージ基材４も平面視矩形状の平板であり、第２のパッケージ基材４の外形寸法は水晶振動片３の外形寸法と略同一となっている。そして第２のパッケージ基材４の水晶振動片３との接合面側の周縁には、第４の金属膜４０１が周状に形成されている。ここで、前記第４の金属膜４０１は、本実施形態では金が使用されている。前記第４の金属膜４０１の形成幅は前記第３の金属膜３０２の形成幅と略同一となっている。
【００２６】
以上は水晶振動子１を構成する主要部材の説明であるが、前述の第１および第２のパッケージ基材２，４と、水晶振動片３は、それぞれウエハ状態から一括的に成形され、最終的に複数の水晶振動子が形成された後に個割り分割によって個片化される。このような方法により、水晶振動子１を構成する部材（第１および第２のパッケージ基材、水晶振動片）全てをウエハ状態で取り扱うことが可能となるため、従来のように個片状態で構成部材を取り扱う方法に比べて、取り扱いが非常に簡便になる。さらに従来のようなセラミックパッケージに比べて小型化を図ることができる。以下、一単位を構成する水晶振動子について製造方法を説明する。
【００２７】
まず、第１のパッケージ基材２に形成された第１の金属膜２０１を、水晶振動片３の上面（第１のパッケージ基材２との接合面側）に形成されている第２の金属膜３０１上に、平面視で略一致するように位置決め載置される。なお、前記位置決め載置は画像認識手段によって適切な搭載位置が認識される。第１のパッケージ基材２と水晶振動片３との仮止め接合を行う。このとき、仮止め接合の位置は金属膜２０１、３０１の形成領域の内周縁寄り（金属膜の幅方向の中央よりも内側）で行うことが好ましい。
【００２８】
前記仮止め接合が行われた部分に対して、真空雰囲気中で上方（具体的には第１のパッケージ基材２よりも上部の位置）から、グリーンレーザーを用いてレーザービームを照射する。レーザービームは透光性材料である第１のパッケージ基材２の内部を透過して、前記仮止め接合部分の金属膜に到達して当該金属膜を溶融させる。これによって第１のパッケージ基材２と水晶振動片３との本接合が完了する。
【００２９】
次に、上記第１のパッケージ基材２と接合された水晶振動片３を上下反転させ、水晶振動片３の第２のパッケージ基材４との接合面側に形成されている第３の金属膜３０２上に、第２のパッケージ基材４に形成された第４の金属膜４０１を、平面視で略一致するように、位置決め載置する。前記位置決め載置も前記画像認識手段によって適切な搭載位置が認識されるようになっている。そして、前記位置決め載置後に、前述の第３の金属膜３０２と第４の金属膜４０１を介して、超音波溶接法による金の拡散接合によって、水晶振動片３と第２のパッケージ基材４との仮止め接合を行う。このとき、仮止め接合の位置は金属膜３０２、４０１の形成領域の外周縁寄り（金属膜の幅方向の中央よりも外側）で行うことが好ましい。
【００３０】
前記第３の金属膜３０２と第４の金属膜４０１との仮止め接合が行われた部分に対して、真空雰囲気中にて、水晶振動片３の上方（具体的には第３の金属膜３０２と第４の金属膜４０１との仮止め接合部分に対して鉛直方向で上方から）から、グリーンレーザーを用いてレーザービームを照射する。レーザービームは透光性材料である水晶振動片３の内部を透過して、前記第３の金属膜３０２と第４の金属膜４０１との仮止め接合部分の金属膜に到達して、当該金属膜を溶融させる。これによって水晶振動片３と第２のパッケージ基材４との本接合を行う。このように本発明による気密封止方法によると、第１と第２のパッケージ基材と水晶振動片との本接合時に接合領域は平面視で重なっていないため、レーザービームの照射時に一方の金属膜の接合領域に損傷を与えることがない。したがって、安定した気密封止を行うことができる。また、パッケージ基材が従来のようにセラミック等の絶縁性物質（非透光性材料）で形成されている場合に比べ、本発明では透光性材料で形成されているため、レーザービームのエネルギー損失を抑制できるとともに、仮止め接合部分が可視化されているので、容易にビーム照射後の接合状態を視認することができる。
【００３１】
レーザービームの照射径は金属膜２０１、３０１、３０２、４０１の形成幅に比して小さいため、照射位置を選択することが可能である。なお、本実施形態では前記金属膜の形成幅は約１５０μｍで、レーザービーム（後述）の照射径は８０μｍ以下である。なお、本実施形態では本接合は真空雰囲気中にて行われているが、真空雰囲気に限定されるものではなく、例えば窒素などの不活性ガス雰囲気中で行ってもよい。
【００３２】
なお、超音波溶接法による仮止め接合部分の接合界面には、微視的には非常に小さな空隙（ボイド）が発生することがあるが、レーザービームを用いて仮止め接合部分の金属自体を溶融させることによって、前記空洞部分を埋めて平滑化を図ることができる。したがって、気密不良を防止でき、安定した気密封止を行うができる。
【００３３】
本実施形態では第１のパッケージ基材２と水晶振動片３との本接合を実施した後に、水晶振動片３と第２のパッケージ基材４との超音波溶接による仮止め接合および本接合を行っているが、この順序に限定されるものではない。例えば、先に水晶振動片３と第１および第２のパッケージ基材２，４との仮止め接合を行った後に、レーザービームによる本接合を行ってもよい。この場合、水晶振動片３と第２のパッケージ基材４との本接合を第１のパッケージ基材１と水晶振動片３との本接合よりも先に行ってもよい。あるいはまた、２台のレーザー照射装置を用いることによって、第１および第２パッケージ基材２，４と水晶振動片３との本接合を一括同時に行うことも可能である。この場合、気密封止工程に要する時間を短縮することができるため、水晶振動子１の生産効率の向上に寄与する。なお、本実施形態では本接合時にグリーンレーザーを用いているが、これに限定されるものではなく、所謂エネルギービームに対して本発明は適用可能である。例えばグリーンレーザーの代わりに電子ビームを利用して本接合を行ってもよい。また、本実施形態では金属膜材料として金を使用しているが、グリーンレーザー（の波長）は金に対する吸収率が良いため、封止効率を向上させることができる。なお、グリーンレーザーと金との組み合わせは一例であり、本組み合わせに限定されるものではなく、レーザー波長に応じて良好な吸収率が得られる金属材料を選定することが可能である。
【００３４】
本実施形態では第１と第２のパッケージ基材および、水晶振動片のそれぞれに金属膜が形成された構成となっているが、水晶振動片には金属膜を形成せずに、第１と第２のパッケージ基材にだけ金属膜を形成した構成であってもよい。あるいはまた、水晶振動片にだけ金属膜を形成し、第１と第２のパッケージ基材には金属膜を形成しない構成であってもよい。
【００３５】
また、本発明の実施形態では、２つのパッケージ基材の材料として水晶が使用されているが、水晶以外にガラスやサファイアを使用してもよい。
【００３６】
−第２の実施形態−
本実施形態における第２の実施形態を、圧電基板として水晶基板を用いた水晶振動子を例に挙げて、図２乃至図３を用いて説明する。図２は本発明の第２の実施形態を示す水晶振動子の長辺方向の断面図である。図３は第２の実施形態を示す水晶振動子の平面図であり、第１の実施形態と同様の構成については、同番号を付して説明の一部を割愛するとともに、前述の実施形態と同様の効果を有する。
【００３７】
図２に示すように、水晶振動片３の厚肉部３２の表裏面各々には、第２の金属膜３０１および第３の金属膜３０２が形成されており、前記金属膜（３０１と３０２）は金で構成されている。第２の金属膜３０１は水晶振動片３の上面側の周縁から内側に離間し、厚肉部３２の上面の位置に真空蒸着法によって周状に成膜されている。第３の金属膜３０２は、水晶振動片３の下面側の周縁を含む領域に真空蒸着法によって周状に成膜されている。ここで、第２の金属膜３０１と第３の金属膜３０２とは平面視で重ならない位置関係にある。つまり金属膜の、エネルギービームによる接合領域は重ならない位置関係にある。
【００３８】
このような構成の圧電振動デバイスを製造する場合、第１のパッケージ基材２に形成された第１の金属膜２０１を、水晶振動片３の上面（第１のパッケージ基材２との接合面側）に形成されている第２の金属膜３０１上に、平面視で略一致するように位置決め載置される。なお、前記位置決め載置は画像認識手段によって適切な搭載位置が認識される。そして、前記位置決め載置された状態において、第１のパッケージ基材２は水晶振動片３に平面視で内包された状態となっている。前記位置決め載置後に、前述の第１の金属膜２０１と第２の金属膜３０１を介して、超音波溶接法による金の拡散接合によって、第１のパッケージ基材２と水晶振動片３との仮止め接合を行う。
【００３９】
このように本実施形態によると、前記仮止め接合された部分に対し、一方向からレーザービームを照射してパッケージ基材と水晶振動片との本接合を行うので、レーザービームの照射時に水晶振動片の表裏面の金属膜に欠損（空隙）を生じることがない。つまり、第１および第２のパッケージ基材と圧電基材との接合領域は平面視で重なっていないため、エネルギービームが第１のパッケージ基材および圧電基板の内部を透過して、第２のパッケージ基材側の金属膜に到達しても、第３および第４の金属膜の接合領域へは損傷を与えることがない。したがって、安定した気密封止を行うことができる。
【００４０】
また、本実施形態のように、第１〜第４の金属膜を、第１と第２のパッケージ基材の周縁領域に形成するとともに、前記第１のパッケージ基材が平面視で第２のパッケージ基材に内包された状態であれば、前記接合領域が平面視で重ならない構造にすることが可能となり、接合領域も平面視で重ならない構造とすることができる。したがって、エネルギービームを用いて第１と第２のパッケージ基材と圧電基板との接合を一方向から行うのに好適である。これにより、二方向からエネルギービームを照射して接合を行う場合よりも簡便な封止工程を実現できる。また、一つのパッケージ基材と圧電基板３の片面との接合後に、もう一つのパッケージ基材と圧電基板３の片面との接合のために表裏（上下）反転させる方法も可能であるが、このような方法に比べ、本発明の圧電振動デバイスであれば封止工程における作業工数を削減することができ、生産効率が向上する。
【００４１】
なお、図３に示すように、水晶振動片の内側方向（凹部３１）から外側に離れた位置、つまり金属膜２０１、３０１、３０２、４０１の周縁に近い位置（図３のＬで示す周状のライン）にレーザービームを照射すると金属膜の溶融時のスプラッシュ（溶融金属の飛散）を抑制効果が期待できるため好適である。なお、本実施形態では本接合は真空雰囲気中にて行われているが、真空雰囲気に限定されるものではなく、例えば窒素などの不活性ガス雰囲気中で行ってもよい。
【００４２】
−第３の実施形態−
本実施形態における第２の実施形態を、圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ：Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を例に挙げて、図４を用いて説明する。図４は第２の実施形態を示す水晶振動子の長辺方向の断面図であり、前述の実施形態と同様の構成については、同番号を付して説明の一部を割愛するとともに、前述の実施形態と同様の効果を有する。
【００４３】
第１および第２のパッケージ基材は、ともに水晶からなる平面視矩形状の平板であり、第１のパッケージ基材２は水晶基板５よりも小さな外形寸法で形成されている。第２のパッケージ基材４は水晶基板５と略同一の外形寸法となっている。
【００４４】
本実施形態では、図４に示すように水晶基板５の上面に、下部電極３６と上部電極３５に挟まれるように窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の圧電薄膜３４が形成されている。なお前記窒化アルミニウムの代わりに酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いることも可能である。そして水晶基板５の下部電極３６の下部は、エッチングによってキャビティ（空洞）が形成されている。そして前記上部電極３５および下部電極３６は、水晶基板５の内部を厚み方向に縦貫する導通路（図示せず）と、第２のパッケージ基材４の内部の配線導体（図示せず）を介して、最終的に第２のパッケージ基材４の下面側に形成された外部接続端子（図示せず）と電気的に繋がっている。なお、前記上部電極３５および下部電極３６は、（Ｍｏ）で構成されている。ここでモリブデン以外にアルミニウム（Ａｌ）やルテニウム（Ｒｕ）を用いてもよい。
【００４５】
水晶基板５の表裏面には、第１の実施形態と同様に、第２の金属膜３０１と第３の金属膜３０２が真空蒸着法によって周状に形成されている。前記金属膜３０１と３０２は図４に示すように、平面視で一部が重なった状態となっている。すなわち、第２の金属膜３０１の外周縁部分と、第３の金属膜３０２の内周縁部分を含む領域が平面視で重なった状態となっている。ただし、第１のパッケージ基材２および第２のパッケージ基材４とのレーザービームによる接合領域（具体的には第１の金属膜２０１および第４の金属膜４０１の一部領域）に相当する部分は平面視で重なっていない状態となっている。このような金属膜の配置により、例えば水晶基板５および第２のパッケージ基材４の外形寸法を縮小することができるので、圧電振動デバイスの更なる小型化を図ることが可能となる。
【００４６】
第１のパッケージ基材２と第２のパッケージ基材４の各々の、水晶基板５との接合面側にも第１の金属膜２０１と第４の金属膜４０１がそれぞれ真空蒸着法によって周状に形成されている。
【００４７】
第１のパッケージ基材２は、平面視で水晶基板５に内包されるように、水晶基板５の表面側に前記第１の金属膜２０１と第２の金属膜３０１を介して超音波溶接による仮止め接合が行われる。第１のパッケージ基材２と水晶基板５との仮止め接合後、グリーンレーザーを前記仮止め接合部分に照射して第１のパッケージ基材２と水晶基板５との本接合を行う。同様にして、水晶基板５と第２のパッケージ基材４との仮止め接合と本接合を行う。このような構成によると、前記仮止め接合された部分に対し、一方向からレーザービームを照射することによって、パッケージ基材と水晶基板との本接合を行う気密封止方法であるので、パッケージ基材と水晶基板との位置ずれを防止することができる。
【００４８】
また、レーザービームによって仮止め接合された部分の金属膜を溶融させることによって、接合界面における空隙（ボイド）に溶融金属を充填させることが可能になる。これにより、前記接合界面における空隙を抑制して平らな状態に近づけることができる。その結果、良好な気密性を有する圧電薄膜デバイスを提供することができる。
【００４９】
また、本発明の実施形態において封止に用いられる金属膜として、金が用いられているが、これに限定されるものではなく、金以外に、金−錫合金（Ａｕ−Ｓｎ合金）や、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ合金）、金−ゲルマニウム（Ａｕ−Ｇｅ合金）など他の金属を使用することも可能である。例えば金属膜として金−錫合金を用いる場合、金属膜の融点が低下するため、レーザーの出力を低下させて調整することによって対応が可能である。
【００５０】
また、本発明の実施形態では、平面視矩形状で平板状の２つのパッケージ基材が用いられているが、これに限定されるものではなく、２つのパッケージ基材によって水晶振動片に形成された励振電極を気密封止できれば、パッケージ基材の形状は任意に設定してもよい。例えば、凹状に形成された２つのパッケージ基材の凹部分が、水晶振動片に対向するようにして気密接合された形態であってもよい。あるいは、平板状のパッケージ基材と水晶振動片と、箱状体で凹状に形成されたパッケージ基材とで構成された形態であってもよい。
【００５１】
本発明の実施形態では表面実装型水晶振動子を例にしているが、水晶フィルタ、集積回路等の電子部品に水晶振動子を組み込んだ水晶発振器など、電子機器等に用いられる他の表面実装型の圧電振動デバイスの製造方法にも適用可能である。
【００５２】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
圧電振動デバイスの量産に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す水晶振動子の長辺方向の断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す水晶振動子の長辺方向の断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す水晶振動子の平面図。
【図４】本発明の第３の実施形態を示す水晶振動子の長辺方向の断面図。
【図５】従来の実施形態を示す水晶振動子の長辺方向の断面図
【符号の説明】
【００５５】
１ 水晶振動子
２ 第１のパッケージ基材
２０１ 第１の金属膜
３ 水晶振動片
３１ 凹陥部
３２ 厚肉部
３３ 励振電極
３４ 圧電薄膜
３５ 上部電極
３６ 下部電極
３７ キャビティ
３０１ 第２の金属膜
３０２ 第３の金属膜
４ 第２のパッケージ基材
４０１ 第４の金属膜
５ 水晶基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等に用いられる圧電振動デバイスと、圧電振動デバイスの気密封止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子に代表される圧電振動デバイスは、携帯電話などの移動体通信機等に広く用いられている。そして、表面実装型の水晶振動子は、低背化および省スペース化要求に対応した形態の水晶振動子であり、凹部を有する容器体（以下ベースと略称）と、前記凹部内に搭載される水晶板と、前記凹部を気密封止するための平板状の蓋体を主要構成部材として構成されている。
【０００３】
近年の小型化に伴い、例えば水晶振動子の縦横寸法が、２．０×１．６ｍｍ程度まで小さくなってくると、個体での取り扱いが困難となってきている。そのため、複数の前記ベースがマトリクス状に連なった基板状のベース集合体と、多数個の水晶片が一体形成された水晶基板、複数の蓋体がマトリクス状に連なった蓋体集合体を用いて多数個の水晶振動子を一括的に製造する方法が知られている。このような製造方法において、例えば前記蓋体集合体を透光性材料で形成すると、レーザービームを当該蓋体集合体の内部を透過させて、蓋体とベースとの接合部を局所的に加熱して気密接合することができる。このような封止方法は、多数個での取り扱いではないが、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３２６２９０号
【０００５】
しかし、特許文献１においてベースはセラミックで形成されており、電子部品素子の小型化が進行するとセラミックパッケージ（セラミックベース）では限界が近づいてくる。また、低背化対応も困難になってくる。
【０００６】
また、例えば凹部を有する透光性材料からなる蓋体の集合体２枚を、中心部よりも周囲の方が厚肉となるような水晶片（所謂、逆メサ形状）の集合体の表裏面に接合することによって水晶振動デバイスを形成する方法がある。このような構成の場合、前記２枚の蓋体集合体の前記凹部を前記水晶基板に対向するようにして位置決めし、当該蓋体集合体の外部からレーザー照射によって接合材（金属膜）を介して水晶基板と前記２枚の蓋体集合体とを接合する。このとき１つの水晶振動子の形成領域について図５を用いて説明すると、前記水晶基板の表裏面の接合領域（レーザービーム照射領域）は平面視で重なった状態となっている。そして、レーザービームを二方向（第１のパッケージ基材２の上方からと、第２のパッケージ基材４の下方からの二方向で、かつ、断面視で同一直線上）から接合材に向けて照射することで水晶振動子１の気密封止が行われる。まず上側の接合材２０１および３０１にレーザービームを照射して、上側の接合材２０１および３０１の一部を溶融させて第１のパッケージ基材２と水晶基板３を接合する。そして下側の接合材３０２および４０１にレーザービームを照射して第２のパッケージ基材４と水晶基板３を接合する。しかし、このときレーザービームが前記下側の接合材（３０２、４０１）を透過して上側の接合材（２０１、３０１）に到達して、第１のパッケージ基材と水晶基板との接合領域に欠損（空隙）を生じる恐れがある。このような問題は、上側の接合材のレーザービームによる接合後に、第１のパッケージ基材と水晶基板との接合体を上下反転させて水晶基板の未接合面への第２のパッケージ基材の接合を行う場合でも同様である。以上のことから、安定した気密封止を行うことが困難となってくる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、低背化に対応し、安定した気密封止を行うことができる圧電振動デバイスおよび圧電振動デバイスの気密封止方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、圧電基板と、当該圧電基板の表裏面の各々に金属膜を介して接合される、透光性材料からなる第１と第２のパッケージ基材とで構成される圧電振動デバイスであって、前記第１と第２のパッケージ基材と、前記圧電基板との接合領域は平面視で重なっていないことを特徴とする圧電振動デバイスであるので、例えばレーザービームあるいは電子ビーム等のエネルギービームを、当該圧電振動デバイスの外部から前記第１および第２のパッケージ基材に照射して、前記金属膜を溶融させて気密封止を行う場合であっても安定した気密封止を行うことができる。すなわち、前記第１と第２のパッケージ基材と前記圧電基板（例えば水晶などの透光性材料）との接合領域（前記エネルギービームの照射領域）が平面視で重なっていないので、一方向からレーザービームを照射して気密封止を行う場合、レーザービームが圧電基板の内部を透過して反対側の金属膜の接合領域には到達しない。したがって前記２つのパッケージ基材と水晶基板との接合領域に損傷を与えることがなく、安定した気密封止を行うことができる。
【０００９】
また、圧電基板に非透光性材料を用いた場合は一方向からではなく、二方向（第１のパッケージ基材の上方からと、第２のパッケージ基材の下方から）レーザービームを照射することも可能である。このような場合でもレーザービームによる金属膜の接合領域は平面視で重ならないように、圧電振動デバイスの表裏（上下）でずれた状態でレーザービームを照射することで、安定した気密封止を行うことができる。
【００１０】
また、上記目的を達成するために、請求項２の発明によると、前記第１のパッケージ基材は、前記第２のパッケージ基材よりも小さな外形寸法で形成され、第１のパッケージ基材は平面視で第２のパッケージ基材に内包された状態であるので、信頼性の高い気密封止を行うことができる。例えば、レーザービームあるいは電子ビーム等のエネルギービームを、圧電デバイスの一方向から照射する場合であっても前記接合領域は平面視で重なっていないため、エネルギービームが第１あるいは第２のパッケージ基材および圧電基板の内部を透過して金属膜に到達しても、第１と第２のパッケージ基材の各々と圧電基板との接合に寄与する金属膜の接合領域へダメージを与えることがない。
【００１１】
また、このような構成であれば、前記金属膜を第１と第２のパッケージ基材の周縁領域に形成すれば、前記接合領域が平面視で重ならない構造にすることが可能となり、接合領域も平面視で重ならない構造とすることができる。したがって、エネルギービームを用いて第１と第２のパッケージ基材と圧電基板との接合を一方向から行うのに好適である。前述のように二方向からエネルギービームを照射して接合を行う場合よりも簡便な封止工程を実現できる。あるいはまた、一つのパッケージ基材と圧電基板の片面との接合後に、もう一つのパッケージ基材と圧電基板の片面との接合のために表裏（上下）反転させる方法も可能であるが、このような方法に比べ、本発明の圧電振動デバイスであれば封止工程における作業工数を削減することができ、生産効率が向上する。
【００１２】
上記構成によると、第１と第２のパッケージ基材は透光性材料で形成されているが、具体的には水晶またはガラスを用い、圧電基板に例えば水晶を用いることによって、レーザービームあるいは電子ビームを効率良く透過させることができ、より精度の高い気密封止を行うことができる。
【００１３】
また、上記目的を達成するために、請求項３の発明によると、透光性の圧電基板と、当該圧電基板の表裏面の各々に金属膜を介して接合される透光性材料からなる第１と第２のパッケージ基材とで、構成される圧電振動デバイスの気密封止方法であって、前記第１のパッケージ基材は前記第２のパッケージ基材よりも小さな外形寸法で形成されているとともに、第１のパッケージ基材が平面視で第２のパッケージ基材に内包されるように、前記圧電基板の表裏面の各々に第１と第２のパッケージ基材を、前記金属膜を介して仮止め接合を行う工程と、前記仮止め接合された部分に対し、一方向からレーザービームあるいは電子ビームを照射することによって、前記第１と第２のパッケージ基材と圧電基板との本接合を行う工程と、からなる圧電振動デバイスの気密封止方法であるので、パッケージ基材と圧電基板との位置ずれを防止できるとともに、効率的で高精度の気密封止を実現できる。
【００１４】
前記仮止め接合は、例えば超音波溶接法によって仮止め接合を行うことが可能であるが、治具を用いることによって行うことも可能である。つまり、前記圧電基板と略同一外形寸法で、第１のパッケージ基材の外形寸法より僅かに大きい寸法の開口部を有する治具を用意し、圧電基板の周縁と当該治具の周縁が略一致するようにして、前記治具を圧電基板上に載置した後、第１のパッケージ基材を前記開口部内に収納載置して仮固定する。この状態で第１のパッケージ基材にレーザービームや電子ビームを照射することによって、第１のパッケージ基材と圧電基板とを接合することができる。同様にして、圧電基板と第２のパッケージ基材とをレーザービームや電子ビームによって接合することができる。なお、このとき前記治具を透光性材料で形成しておけば、当該治具の上方から当該治具にレーザービームや電子ビームを照射して、当該治具の内部を透過させることによって、圧電基板の反対側の面にある金属膜へ到達させて接合を行うことも可能である。あるいはまた、前記治具を用いずに、レーザービームや電子ビームを用いてパッケージ基材と圧電基板との仮止め接合を行ってもよい。
【００１５】
さらに、封止手段としてレーザービームあるいは電子ビーム等のエネルギービームを用いているので、高融点の金属膜に対しても対応可能となるとともに、例えばシーム溶接法などの加熱封止方法に比べて処理時間を短縮することができる。
【００１６】
また、透光性材料からなる第１および圧電基板の内部を透過させて接合界面にある前記金属膜を溶融させることができるので、従来のような非透光性材料からなる部材を用いてレーザー等のエネルギービームによって接合界面にある金属膜を溶融させる場合に比べ、封止痕が滑らかで、封止痕を狭小化することができる。
【００１７】
通常、抵抗加熱蒸着法等によって成膜された金属膜の表面状態は、微視的には凸凹状であり、“山”や“谷”が連続したような表面状態となっている。このような金属膜を互いに超音波溶接法によって接合する場合、接合界面は“山”の部分同士が点接触して接合したような状態となっており、“谷”の部分が空隙（ボイド）となり、気密性が不完全な状態となる。しかし、請求項２の発明によると、超音波溶接法による仮止め接合に、エネルギービームによって金属膜を溶融させるため、溶融金属が前記“谷”の部分を埋めるように流入することによって接合界面が平滑化され、平らな状態に近づけることができる。これによって気密不良を防止し、安定した気密封止を行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、低背化に対応し、安定した気密封止を行うことができる圧電振動デバイスおよび圧電振動デバイスの気密封止方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
−第１の実施形態−
以下、圧電基板として水晶基板を用いた水晶振動子を例に挙げて、本発明による第１の実施形態について図１に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示す水晶振動子の長辺方向の断面図である。なお、図１において、水晶振動子の底面（裏面）に形成される外部接続端子と、当該外部接続端子と水晶基板の表裏面に形成された電極とを電気的に接続する配線導体の記載は省略している。
【００２０】
本実施形態で適用される水晶振動子１は、図１に示すように平面視矩形状の第１のパッケージ基材２と、中央部分が薄肉の断面視で両凹形状の水晶振動片３と、平面視矩形状の第２のパッケージ基材４とから構成されている。以下、水晶振動子１単体の構成要素について説明した後、水晶振動子１の製造方法について説明を行う。
【００２１】
図１において前記水晶振動片３は平面視矩形状のＡＴカット水晶板であり、中央領域が薄肉となった凹陥部３１と、当該凹陥部の周囲には環状の厚肉部３２が形成されている。前記凹陥部３１は、水晶振動子片３を薄肉化する部分以外の領域にレジストを形成し、ウエットエッチングによって形成される。
【００２２】
前記凹陥部３１の表裏面には、水晶振動片３を駆動させるための一対の励振電極３３が対向して形成されている。ここで、励振電極３３は水晶振動片３の主面（表裏面）に下から順に、クロム，金，クロムの膜構成で蒸着法等によって成膜されている。なお、前記電極の膜構成はこれに限定されるものではなく、その他の膜構成であってもよい。そして、前記励振電極３３は引き出し電極（図示せず）と接続されており、引き出し電極の一部は、水晶振動子片３を厚み方向に縦貫する導通路（図示せず）および第２のパッケージ基材４の内部の配線導体（図示せず）を介して最終的に第２のパッケージ基材４の下面に形成された外部接続端子（図示せず）に電気的に繋がっている。水晶振動子１は前記外部接続端子が各種デバイス内の基板上に形成される導体（ランドパターン）に半田等によって固定されて使用されることになる。なお、前記励振電極３３と前記外部接続端子との電気的接続方法は一例であり、本実施形態に限定されるものではない。
【００２３】
水晶振動片３の厚肉部３２の表裏面各々には、第２の金属膜３０１および第３の金属膜３０２が形成されており、前記金属膜（３０１と３０２）は同一材料となっている。第２および第３の金属膜には金が用いられており、水晶振動片３の厚肉部３２の表裏面（周縁領域）各々の位置に、真空蒸着法によって周状に成膜されている。ここで、第２の金属膜３０１と第３の金属膜３０２とは平面視で重なった位置関係にある。しかしながら、レーザービームによる封止時（後述）の前記金属膜への照射位置は異なっている。つまり、エネルギービームによる接合領域は平面視で重ならない位置関係となっている。なお、ここでいう接合領域とはエネルギービームの金属膜への照射領域のことをいう。なお、第２の金属膜３０１と第３の金属膜３０２との位置関係は一例であり、前記位置関係は本実施形態に限定されるものではない。例えば、第２の金属膜３０１と第３の金属膜３０２とが平面視で一部分だけが重なっている位置関係であってもよい。
【００２４】
図１において第１のパッケージ基材２は平面視矩形状の平板であり、透光性材料である水晶が使用されている。平面視において、図１に示すように第１のパッケージ基材２の外形寸法は水晶振動片３の外形寸法と略同一となっており、前記第１のパッケージ基材２の水晶振動片３との接合面側の周縁には、第１の金属膜２０１が周状に真空蒸着法によって成膜されている。ここで、前記第１の金属膜２０１は金からなり、形成幅は前記第２の金属膜３０１の形成幅と略同一となるように形成されている。
【００２５】
第２のパッケージ基材４の材料には、第１のパッケージ基材２と同様に水晶が使用されている。第２のパッケージ基材４も平面視矩形状の平板であり、第２のパッケージ基材４の外形寸法は水晶振動片３の外形寸法と略同一となっている。そして第２のパッケージ基材４の水晶振動片３との接合面側の周縁には、第４の金属膜４０１が周状に形成されている。ここで、前記第４の金属膜４０１は、本実施形態では金が使用されている。前記第４の金属膜４０１の形成幅は前記第３の金属膜３０２の形成幅と略同一となっている。
【００２６】
以上は水晶振動子１を構成する主要部材の説明であるが、前述の第１および第２のパッケージ基材２，４と、水晶振動片３は、それぞれウエハ状態から一括的に成形され、最終的に複数の水晶振動子が形成された後に個割り分割によって個片化される。このような方法により、水晶振動子１を構成する部材（第１および第２のパッケージ基材、水晶振動片）全てをウエハ状態で取り扱うことが可能となるため、従来のように個片状態で構成部材を取り扱う方法に比べて、取り扱いが非常に簡便になる。さらに従来のようなセラミックパッケージに比べて小型化を図ることができる。以下、一単位を構成する水晶振動子について製造方法を説明する。
【００２７】
まず、第１のパッケージ基材２に形成された第１の金属膜２０１を、水晶振動片３の上面（第１のパッケージ基材２との接合面側）に形成されている第２の金属膜３０１上に、平面視で略一致するように位置決め載置される。なお、前記位置決め載置は画像認識手段によって適切な搭載位置が認識される。第１のパッケージ基材２と水晶振動片３との仮止め接合を行う。このとき、仮止め接合の位置は金属膜２０１、３０１の形成領域の内周縁寄り（金属膜の幅方向の中央よりも内側）で行うことが好ましい。
【００２８】
前記仮止め接合が行われた部分に対して、真空雰囲気中で上方（具体的には第１のパッケージ基材２よりも上部の位置）から、グリーンレーザーを用いてレーザービームを照射する。レーザービームは透光性材料である第１のパッケージ基材２の内部を透過して、前記仮止め接合部分の金属膜に到達して当該金属膜を溶融させる。これによって第１のパッケージ基材２と水晶振動片３との本接合が完了する。
【００２９】
次に、上記第１のパッケージ基材２と接合された水晶振動片３を上下反転させ、水晶振動片３の第２のパッケージ基材４との接合面側に形成されている第３の金属膜３０２上に、第２のパッケージ基材４に形成された第４の金属膜４０１を、平面視で略一致するように、位置決め載置する。前記位置決め載置も前記画像認識手段によって適切な搭載位置が認識されるようになっている。そして、前記位置決め載置後に、前述の第３の金属膜３０２と第４の金属膜４０１を介して、超音波溶接法による金の拡散接合によって、水晶振動片３と第２のパッケージ基材４との仮止め接合を行う。このとき、仮止め接合の位置は金属膜３０２、４０１の形成領域の外周縁寄り（金属膜の幅方向の中央よりも外側）で行うことが好ましい。
【００３０】
前記第３の金属膜３０２と第４の金属膜４０１との仮止め接合が行われた部分に対して、真空雰囲気中にて、水晶振動片３の上方（具体的には第３の金属膜３０２と第４の金属膜４０１との仮止め接合部分に対して鉛直方向で上方から）から、グリーンレーザーを用いてレーザービームを照射する。レーザービームは透光性材料である水晶振動片３の内部を透過して、前記第３の金属膜３０２と第４の金属膜４０１との仮止め接合部分の金属膜に到達して、当該金属膜を溶融させる。これによって水晶振動片３と第２のパッケージ基材４との本接合を行う。このように本発明による気密封止方法によると、第１と第２のパッケージ基材と水晶振動片との本接合時に接合領域は平面視で重なっていないため、レーザービームの照射時に一方の金属膜の接合領域に損傷を与えることがない。したがって、安定した気密封止を行うことができる。また、パッケージ基材が従来のようにセラミック等の絶縁性物質（非透光性材料）で形成されている場合に比べ、本発明では透光性材料で形成されているため、レーザービームのエネルギー損失を抑制できるとともに、仮止め接合部分が可視化されているので、容易にビーム照射後の接合状態を視認することができる。
【００３１】
レーザービームの照射径は金属膜２０１、３０１、３０２、４０１の形成幅に比して小さいため、照射位置を選択することが可能である。なお、本実施形態では前記金属膜の形成幅は約１５０μｍで、レーザービーム（後述）の照射径は８０μｍ以下である。なお、本実施形態では本接合は真空雰囲気中にて行われているが、真空雰囲気に限定されるものではなく、例えば窒素などの不活性ガス雰囲気中で行ってもよい。
【００３２】
なお、超音波溶接法による仮止め接合部分の接合界面には、微視的には非常に小さな空隙（ボイド）が発生することがあるが、レーザービームを用いて仮止め接合部分の金属自体を溶融させることによって、前記空洞部分を埋めて平滑化を図ることができる。したがって、気密不良を防止でき、安定した気密封止を行うができる。
【００３３】
本実施形態では第１のパッケージ基材２と水晶振動片３との本接合を実施した後に、水晶振動片３と第２のパッケージ基材４との超音波溶接による仮止め接合および本接合を行っているが、この順序に限定されるものではない。例えば、先に水晶振動片３と第１および第２のパッケージ基材２，４との仮止め接合を行った後に、レーザービームによる本接合を行ってもよい。この場合、水晶振動片３と第２のパッケージ基材４との本接合を第１のパッケージ基材１と水晶振動片３との本接合よりも先に行ってもよい。あるいはまた、２台のレーザー照射装置を用いることによって、第１および第２パッケージ基材２，４と水晶振動片３との本接合を一括同時に行うことも可能である。この場合、気密封止工程に要する時間を短縮することができるため、水晶振動子１の生産効率の向上に寄与する。なお、本実施形態では本接合時にグリーンレーザーを用いているが、これに限定されるものではなく、所謂エネルギービームに対して本発明は適用可能である。例えばグリーンレーザーの代わりに電子ビームを利用して本接合を行ってもよい。また、本実施形態では金属膜材料として金を使用しているが、グリーンレーザー（の波長）は金に対する吸収率が良いため、封止効率を向上させることができる。なお、グリーンレーザーと金との組み合わせは一例であり、本組み合わせに限定されるものではなく、レーザー波長に応じて良好な吸収率が得られる金属材料を選定することが可能である。
【００３４】
本実施形態では第１と第２のパッケージ基材および、水晶振動片のそれぞれに金属膜が形成された構成となっているが、水晶振動片には金属膜を形成せずに、第１と第２のパッケージ基材にだけ金属膜を形成した構成であってもよい。あるいはまた、水晶振動片にだけ金属膜を形成し、第１と第２のパッケージ基材には金属膜を形成しない構成であってもよい。
【００３５】
また、本発明の実施形態では、２つのパッケージ基材の材料として水晶が使用されているが、水晶以外にガラスやサファイアを使用してもよい。
【００３６】
−第２の実施形態−
本実施形態における第２の実施形態を、圧電基板として水晶基板を用いた水晶振動子を例に挙げて、図２乃至図３を用いて説明する。図２は本発明の第２の実施形態を示す水晶振動子の長辺方向の断面図である。図３は第２の実施形態を示す水晶振動子の平面図であり、第１の実施形態と同様の構成については、同番号を付して説明の一部を割愛するとともに、前述の実施形態と同様の効果を有する。
【００３７】
図２に示すように、水晶振動片３の厚肉部３２の表裏面各々には、第２の金属膜３０１および第３の金属膜３０２が形成されており、前記金属膜（３０１と３０２）は金で構成されている。第２の金属膜３０１は水晶振動片３の上面側の周縁から内側に離間し、厚肉部３２の上面の位置に真空蒸着法によって周状に成膜されている。第３の金属膜３０２は、水晶振動片３の下面側の周縁を含む領域に真空蒸着法によって周状に成膜されている。ここで、第２の金属膜３０１と第３の金属膜３０２とは平面視で重ならない位置関係にある。つまり金属膜の、エネルギービームによる接合領域は重ならない位置関係にある。
【００３８】
このような構成の圧電振動デバイスを製造する場合、第１のパッケージ基材２に形成された第１の金属膜２０１を、水晶振動片３の上面（第１のパッケージ基材２との接合面側）に形成されている第２の金属膜３０１上に、平面視で略一致するように位置決め載置される。なお、前記位置決め載置は画像認識手段によって適切な搭載位置が認識される。そして、前記位置決め載置された状態において、第１のパッケージ基材２は水晶振動片３に平面視で内包された状態となっている。前記位置決め載置後に、前述の第１の金属膜２０１と第２の金属膜３０１を介して、超音波溶接法による金の拡散接合によって、第１のパッケージ基材２と水晶振動片３との仮止め接合を行う。
【００３９】
このように本実施形態によると、前記仮止め接合された部分に対し、一方向からレーザービームを照射してパッケージ基材と水晶振動片との本接合を行うので、レーザービームの照射時に水晶振動片の表裏面の金属膜に欠損（空隙）を生じることがない。つまり、第１および第２のパッケージ基材と圧電基材との接合領域は平面視で重なっていないため、エネルギービームが第１のパッケージ基材および圧電基板の内部を透過して、第２のパッケージ基材側の金属膜に到達しても、第３および第４の金属膜の接合領域へは損傷を与えることがない。したがって、安定した気密封止を行うことができる。
【００４０】
また、本実施形態のように、第１〜第４の金属膜を、第１と第２のパッケージ基材の周縁領域に形成するとともに、前記第１のパッケージ基材が平面視で第２のパッケージ基材に内包された状態であれば、前記接合領域が平面視で重ならない構造にすることが可能となり、接合領域も平面視で重ならない構造とすることができる。したがって、エネルギービームを用いて第１と第２のパッケージ基材と圧電基板との接合を一方向から行うのに好適である。これにより、二方向からエネルギービームを照射して接合を行う場合よりも簡便な封止工程を実現できる。また、一つのパッケージ基材と圧電基板３の片面との接合後に、もう一つのパッケージ基材と圧電基板３の片面との接合のために表裏（上下）反転させる方法も可能であるが、このような方法に比べ、本発明の圧電振動デバイスであれば封止工程における作業工数を削減することができ、生産効率が向上する。
【００４１】
なお、図３に示すように、水晶振動片の内側方向（凹部３１）から外側に離れた位置、つまり金属膜２０１、３０１、３０２、４０１の周縁に近い位置（図３のＬで示す周状のライン）にレーザービームを照射すると金属膜の溶融時のスプラッシュ（溶融金属の飛散）を抑制効果が期待できるため好適である。なお、本実施形態では本接合は真空雰囲気中にて行われているが、真空雰囲気に限定されるものではなく、例えば窒素などの不活性ガス雰囲気中で行ってもよい。
【００４２】
−第３の実施形態−
本実施形態における第２の実施形態を、圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ：Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を例に挙げて、図４を用いて説明する。図４は第２の実施形態を示す水晶振動子の長辺方向の断面図であり、前述の実施形態と同様の構成については、同番号を付して説明の一部を割愛するとともに、前述の実施形態と同様の効果を有する。
【００４３】
第１および第２のパッケージ基材は、ともに水晶からなる平面視矩形状の平板であり、第１のパッケージ基材２は水晶基板５よりも小さな外形寸法で形成されている。第２のパッケージ基材４は水晶基板５と略同一の外形寸法となっている。
【００４４】
本実施形態では、図４に示すように水晶基板５の上面に、下部電極３６と上部電極３５に挟まれるように窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の圧電薄膜３４が形成されている。なお前記窒化アルミニウムの代わりに酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いることも可能である。そして水晶基板５の下部電極３６の下部は、エッチングによってキャビティ（空洞）が形成されている。そして前記上部電極３５および下部電極３６は、水晶基板５の内部を厚み方向に縦貫する導通路（図示せず）と、第２のパッケージ基材４の内部の配線導体（図示せず）を介して、最終的に第２のパッケージ基材４の下面側に形成された外部接続端子（図示せず）と電気的に繋がっている。なお、前記上部電極３５および下部電極３６は、（Ｍｏ）で構成されている。ここでモリブデン以外にアルミニウム（Ａｌ）やルテニウム（Ｒｕ）を用いてもよい。
【００４５】
水晶基板５の表裏面には、第１の実施形態と同様に、第２の金属膜３０１と第３の金属膜３０２が真空蒸着法によって周状に形成されている。前記金属膜３０１と３０２は図４に示すように、平面視で一部が重なった状態となっている。すなわち、第２の金属膜３０１の外周縁部分と、第３の金属膜３０２の内周縁部分を含む領域が平面視で重なった状態となっている。ただし、第１のパッケージ基材２および第２のパッケージ基材４とのレーザービームによる接合領域（具体的には第１の金属膜２０１および第４の金属膜４０１の一部領域）に相当する部分は平面視で重なっていない状態となっている。このような金属膜の配置により、例えば水晶基板５および第２のパッケージ基材４の外形寸法を縮小することができるので、圧電振動デバイスの更なる小型化を図ることが可能となる。
【００４６】
第１のパッケージ基材２と第２のパッケージ基材４の各々の、水晶基板５との接合面側にも第１の金属膜２０１と第４の金属膜４０１がそれぞれ真空蒸着法によって周状に形成されている。
【００４７】
第１のパッケージ基材２は、平面視で水晶基板５に内包されるように、水晶基板５の表面側に前記第１の金属膜２０１と第２の金属膜３０１を介して超音波溶接による仮止め接合が行われる。第１のパッケージ基材２と水晶基板５との仮止め接合後、グリーンレーザーを前記仮止め接合部分に照射して第１のパッケージ基材２と水晶基板５との本接合を行う。同様にして、水晶基板５と第２のパッケージ基材４との仮止め接合と本接合を行う。このような構成によると、前記仮止め接合された部分に対し、一方向からレーザービームを照射することによって、パッケージ基材と水晶基板との本接合を行う気密封止方法であるので、パッケージ基材と水晶基板との位置ずれを防止することができる。
【００４８】
また、レーザービームによって仮止め接合された部分の金属膜を溶融させることによって、接合界面における空隙（ボイド）に溶融金属を充填させることが可能になる。これにより、前記接合界面における空隙を抑制して平らな状態に近づけることができる。その結果、良好な気密性を有する圧電薄膜デバイスを提供することができる。
【００４９】
また、本発明の実施形態において封止に用いられる金属膜として、金が用いられているが、これに限定されるものではなく、金以外に、金−錫合金（Ａｕ−Ｓｎ合金）や、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ合金）、金−ゲルマニウム（Ａｕ−Ｇｅ合金）など他の金属を使用することも可能である。例えば金属膜として金−錫合金を用いる場合、金属膜の融点が低下するため、レーザーの出力を低下させて調整することによって対応が可能である。
【００５０】
また、本発明の実施形態では、平面視矩形状で平板状の２つのパッケージ基材が用いられているが、これに限定されるものではなく、２つのパッケージ基材によって水晶振動片に形成された励振電極を気密封止できれば、パッケージ基材の形状は任意に設定してもよい。例えば、凹状に形成された２つのパッケージ基材の凹部分が、水晶振動片に対向するようにして気密接合された形態であってもよい。あるいは、平板状のパッケージ基材と水晶振動片と、箱状体で凹状に形成されたパッケージ基材とで構成された形態であってもよい。
【００５１】
本発明の実施形態では表面実装型水晶振動子を例にしているが、水晶フィルタ、集積回路等の電子部品に水晶振動子を組み込んだ水晶発振器など、電子機器等に用いられる他の表面実装型の圧電振動デバイスの製造方法にも適用可能である。
【００５２】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
圧電振動デバイスの量産に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す水晶振動子の長辺方向の断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す水晶振動子の長辺方向の断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す水晶振動子の平面図。
【図４】本発明の第３の実施形態を示す水晶振動子の長辺方向の断面図。
【図５】従来の実施形態を示す水晶振動子の長辺方向の断面図
【符号の説明】
【００５５】
１ 水晶振動子
２ 第１のパッケージ基材
２０１ 第１の金属膜
３ 水晶振動片
３１ 凹陥部
３２ 厚肉部
３３ 励振電極
３４ 圧電薄膜
３５ 上部電極
３６ 下部電極
３７ キャビティ
３０１ 第２の金属膜
３０２ 第３の金属膜
４ 第２のパッケージ基材
４０１ 第４の金属膜
５ 水晶基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、当該圧電基板の表裏面の各々に金属膜を介して接合される、透光性材料からなる第１と第２のパッケージ基材とで構成される圧電振動デバイスであって、
前記第１と第２のパッケージ基材と、前記圧電基板との接合領域は平面視で重なっていないことを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項２】
前記第１のパッケージ基材は、前記第２のパッケージ基材よりも小さな外形寸法で形成され、第１のパッケージ基材は平面視で第２のパッケージ基材に内包された状態であることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動デバイス。
【請求項３】
透光性の圧電基板と、当該圧電基板の表裏面の各々に金属膜を介して接合される透光性材料からなる第１と第２のパッケージ基材とで、構成される圧電振動デバイスの気密封止方法であって、
前記第１のパッケージ基材は前記第２のパッケージ基材よりも小さな外形寸法で形成されているとともに、
第１のパッケージ基材が平面視で第２のパッケージ基材に内包されるように、前記圧電基板の表裏面の各々に第１と第２のパッケージ基材を、前記金属膜を介して仮止め接合を行う工程と、
前記仮止め接合された部分に対し、一方向からレーザービームあるいは電子ビームを照射することによって、前記第１と第２のパッケージ基材と圧電基板との本接合を行う工程と、
からなる圧電振動デバイスの気密封止方法。
【請求項１】
圧電基板と、当該圧電基板の表裏面の各々に金属膜を介して接合される、透光性材料からなる第１と第２のパッケージ基材とで構成される圧電振動デバイスであって、
前記第１と第２のパッケージ基材と、前記圧電基板との接合領域は平面視で重なっていないことを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項２】
前記第１のパッケージ基材は、前記第２のパッケージ基材よりも小さな外形寸法で形成され、第１のパッケージ基材は平面視で第２のパッケージ基材に内包された状態であることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動デバイス。
【請求項３】
透光性の圧電基板と、当該圧電基板の表裏面の各々に金属膜を介して接合される透光性材料からなる第１と第２のパッケージ基材とで、構成される圧電振動デバイスの気密封止方法であって、
前記第１のパッケージ基材は前記第２のパッケージ基材よりも小さな外形寸法で形成されているとともに、
第１のパッケージ基材が平面視で第２のパッケージ基材に内包されるように、前記圧電基板の表裏面の各々に第１と第２のパッケージ基材を、前記金属膜を介して仮止め接合を行う工程と、
前記仮止め接合された部分に対し、一方向からレーザービームあるいは電子ビームを照射することによって、前記第１と第２のパッケージ基材と圧電基板との本接合を行う工程と、
からなる圧電振動デバイスの気密封止方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１３０６７２（Ｐ２００９−１３０６７２Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０４２３９（Ｐ２００７−３０４２３９）
【出願日】平成１９年１１月２６日（２００７．１１．２６）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２６日（２００７．１１．２６）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
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