圧電振動デバイスおよび圧電振動デバイスの製造方法
【課題】 超小型化、超低背化に対応するとともに、気密封止性能が向上した圧電振動デバイスを提供する。
【解決手段】 堤部を有するパッケージ１内部には段差部１０１が形成され、その上面に電極パッド１２，１３が形成されている。励振電極形成された水晶振動板２は前記電極パッド１２，１３上に導電接合材Ｓにより電気的機械的接合される。パッケージを気密封止するリッド３は平板状の金属板からなり、平面視形状はほぼパッケージの平面視形状と同等に構成されている。当該リッド３は母材として例えばコバールが用いられ、その表面には例えばニッケル層が形成されている。そして、パッケージの堤部との接合部分には金属微粒子ペースト接合材３１が形成され、リッドとパッケージが接合される。
【解決手段】 堤部を有するパッケージ１内部には段差部１０１が形成され、その上面に電極パッド１２，１３が形成されている。励振電極形成された水晶振動板２は前記電極パッド１２，１３上に導電接合材Ｓにより電気的機械的接合される。パッケージを気密封止するリッド３は平板状の金属板からなり、平面視形状はほぼパッケージの平面視形状と同等に構成されている。当該リッド３は母材として例えばコバールが用いられ、その表面には例えばニッケル層が形成されている。そして、パッケージの堤部との接合部分には金属微粒子ペースト接合材３１が形成され、リッドとパッケージが接合される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子機器や移動体無線機器等に用いられる水晶振動子等の圧電振動デバイスに関し、特に超小型に対応した圧電振動デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在汎用されている圧電振動子は圧電振動板の表裏面に励振電極が形成された構成であり、例えばＡＴカット水晶振動板を用いた厚みすべり振動子がよく用いられている。このような水晶振動板は箱形のセラミックパッケージに格納され、パッケージと電気的機械的接合が行われるとともに、平板状のリッドにて前記セラミックパッケージの開口部分を閉蓋することにより水晶振動板が気密封止されていた。
【０００３】
この気密封止方法についてはいろいろな構成が検討、採用されているが、例えば接合材としてガラス材を用いたガラス封止構成や、パッケージとリッド間に金属ろう材を介在させ、所定の温度雰囲気とすることにより前記金属ろう材により溶融接合したろう材封止構成、あるいはパッケージおよびリッドに形成された金属膜を抵抗溶接の一種であるシーム溶接により溶融接合したシーム封止構成等をあげることができる。
【０００４】
しかしながら例えばガラス封止構成においては、封止温度が比較的高くパッケージ内部構成部材に悪影響を与えたり。また所定の封止強度を得る場合、ガラス材の厚さを必要とし低背化に対応できない問題等があった。またろう材封止構成においても同様に所定の厚さが必要であるため低背化に対応できない問題等があった。さらにはシーム封止構成においてはパッケージとリッドの局所のみが高温となるために、歪み応力の集中によりパッケージ等が破損し気密性を損なうことがあるという問題があった。
【０００５】
なお、前述のガラス封止構成や金属ろう材の封止構成例として特開平１１−３０７６６１号（特許文献１）、シーム封止構成例として特開２０００−２３６０３５号（特許文献２）をあげることができる。
【０００６】
ところで近年金属微粒子の低温焼結（融着）性および焼結後の緻密性（導電性）に着目して、当該金属微粒子を用いた導電性ペーストが開発されている。例えば特開２００１−２２５１８０（特許文献３）には、金属の接合方法として表面に有機系の物質が被覆された金属微粒子を有機溶媒中に分散させたペーストを用いて導電接合する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−３０７６６１号
【特許文献２】特開２０００−２３６０３５号
【特許文献３】特開２００１−２２５１８０号
【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、その目的とするところは超小型化、超低背化に対応するとともに、気密封止性能が向上した圧電振動デバイス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】
本発明者は前述の金属微粒子を用いた導電性ペーストは接合時の厚さが小さくても実用的な接合強度が得られることを知見し、圧電振動デバイスの気密封止材として適用することを発意したものであり、次のような構成により実現できる。
【０００９】
すなわち、請求項１に示すように、少なくとも一対の電極パッドが形成され、圧電振動素子を保持するパッケージと、表面に励振電極が形成され、前記電極パッドに保持される圧電振動素子と、前記パッケージと接合され、圧電振動素子をパッケージ内に気密封止するリッドとからなる圧電振動デバイスであって、前記パッケージとリッドとを平均粒径が１〜１００ｎｍで、表面には有機系被膜により被覆され、加熱により当該有機系被膜が除去される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ことを特徴とする圧電振動デバイスである。
【００１０】
圧電振動素子は平板構成あるいは中央部分が薄肉化された逆メサ構成であり、その表面あるいは表裏面には励振電極が形成されている。また金属微粒子ペースト接合材に含有される金属微粒子は例えば、金、銀、銅、ニッケル、チタン、錫、パラジウム等の金属材料を例示することができるが、その微細形状が球状やだ円形状または多角形状等の多面あるいは曲率面を有する構成であると好ましい。これは多面または曲率を持った表面であると原始的な拡散すなわち融着が各方向に均一に生じるためであり、接合時において好ましい融着状態を得ることができる。
【００１１】
また、前記金属微粒子ペースト接合材は複数の金属微粒子が用いられている構成であってもよい。このような構成により融着時には複数の金属による合金層が効率よく形成され、気密封止強度を向上させたり、接合時の緩衝性能を向上させる等の利点を得ることができる。
【００１２】
なお、当該金属微粒子の直径は小さいほうが融着が進みやすいが、金属微粒子表面への有機系被膜の形成作業を考慮すると必要以上に微粒子化する必要はなく、１〜１００ｎｍの直径を有するもので有ればよい。１ｎｍ以下であると金属微粒子間の融着が激しいため取り扱いが難しくなり、また１００ｎｍ以上であると金属微粒子間の融着性が低下する。なお、金属および有機系被膜の種類にもよるが、平均粒径が２〜３０ｎｍの金属微粒子であると有機系被膜を形成した金属微粒子の取り扱いと加熱時の接合性のバランスがとれ好ましい。
【００１３】
本発明に用いる金属微粒子ペースト接合材は、金属微粒子の表面に有機系被膜が形成され、当該有機系皮膜は金属微粒子の融着を抑制する分散剤としての役割を担っており、当該分散剤が金属微粒子を被覆している状態となっている。また当該有機系被膜は所定の温度環境下におくことで蒸散等により除去される構成であり、当該有機系被膜が除去されることにより、抑制されていた金属微粒子同士の融着が起こり、これが加速される。また金属微粒子の融着は前記圧電振動板の引出電極と前記接続電極との間でも起こり、最終的には両電極が融着し凝集した金属微粒子により金属間接合がなされる。
【００１４】
また金属微粒子ペースト接合材に用いる金属微粒子を被覆する有機系被膜や有機溶媒は例えばドデカンチオール等のチオール系溶媒やアルコール系溶媒あるいはアミン系溶媒等の低温蒸散する材料を用いればよい。なお、有機系被膜と有機溶媒は同種材料を用いてもよい。
【００１５】
当該金属微粒子ペースト接合材は、有機溶媒の粘度やチクソ性等を選択することによりペーストのぬれ性を調整することができる。これにより金属微粒子ペースト接合材を所望の形状にパターニングすることも容易になる。
【００１６】
また前記有機系被膜は加熱による蒸散等により除去されるとともに、当該有機溶媒についても加熱により除去される材料を用いることにより良好な金属間接合状態を得ることができる。また後述するように、前記有機溶媒に代えてあるいは有機溶媒に加えてバインダ樹脂を添加することにより、硬化後該バインダ樹脂が接合材として残ることにより、樹脂が介在することによる緩衝性能を向上させる構成としてもよい。
【００１７】
金属微粒子ペースト接合材は、融着した後は金属微粒子による金属間接合を得ることができるので、従来の導電フィラーを添加した樹脂接合材を用いた樹脂による機械的接合に比べて接合材の占める厚さを極めて薄くすることができ、またその厚さの制御も比較的容易である。従って上記構成によれば、金属微粒子ペースト接合材を用いることにより、パッケージとリッド間の気密接合にかかる厚さを小さくすることができ、圧電振動デバイスの低背化に寄与する。
【００１８】
なお、金属微粒子ペースト接合材はパッケージ側に形成してもよいし、リッド側に形成してもよく、両者に形成してもよい。また、パッケージの内側に少しはみ出た状態に金属微粒子ペースト接合材を形成することにより、接合面積が拡大し、また接合材によるメニスカス（フィレット）が形成されるために、パッケージとリッドとの接合強度を向上させることができる。
【００１９】
また請求項２に示すように、パッケージのリッドとの接合領域には金属膜が形成された構成としてもよい。
【００２０】
上記構成によれば、金属微粒子ペースト接合材に含有される金属微粒子は加熱接合時に相互に融着するとともに、パッケージの接合面に形成された金属膜とも融着、接合が起こり各接合面は金属間接合により強固な接合を行うことができる。なお、リッドは金属板であることが好ましく、金属板でない場合はパッケージとの接合部分に金属膜を形成するとよい。またここで用いる金属膜は金属微粒子ペースト接合材に含有される金属微粒子と同種の材料から構成すると接合性能が向上する。
【００２１】
請求項３にはパッケージのより具体的な構成について開示している。すなわち、周囲に堤部を有するとともに少なくとも一対の電極パッドが形成され、圧電振動素子を保持するパッケージと、表面に励振電極が形成され、当該励振電極から延出した引出電極形成部分で前記電極パッドに保持される圧電振動素子と、前記パッケージと接合材により接合され、圧電振動素子をパッケージ内に気密封止するリッドとからなる圧電振動デバイスであって、前記堤部には金属層が形成されるとともに、前記接合材は平均粒径が１〜１００ｎｍで、表面には有機系被膜により被覆され、加熱により当該有機系被膜が除去される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からなり、当該接合材によりパッケージとリッドとを気密接合したことを特徴とする圧電振動デバイスである。
【００２２】
前記金属微粒子ペースト接合材は、気密接合時に形成してもよいし、予めパッケージの堤部上面またはリッドのパッケージとの接合領域に形成していてもよく、また両者に形成してもよい。また、パッケージの内側に少しはみ出た状態に金属微粒子ペースト接合材を形成することにより、パッケージ内部において接合材によるメニスカス（フィレット）の形成が促進されパッケージとリッドとの接合強度を向上させることができる。
【００２３】
また堤部の上面には金属層が形成されているので、金属微粒子ペースト接合材に含有される金属微粒子は加熱接合時に相互に融着するとともに、当該金属膜とも融着、接合が起こり各接合面は金属間接合により強固な接合を行うことができる。なお、リッドは金属板であることが好ましく、金属板でない場合はパッケージとの接合部分に金属膜を形成するとよい。またここで用いる金属膜は金属微粒子ペースト接合材に含有される金属微粒子と同種の材料から構成すると接合性能が向上する。
【００２４】
さらに請求項４に示すように、前記接合材は多層構成であってもよいし、請求項５に示すように、当該多層構成の各層は単一または複数の金属微粒子が用いられ、少なくとも一部の層に異種の金属微粒子が用いられている構成であってもよい。
【００２５】
多層構成は各層が同一の金属微粒子ペースト接合材であってもよいし、一部の層に異なった金属微粒子ペースト接合材を形成してもよい。一部に異なった金属微粒子ペースト接合材を用いた場合は、所定温度に加熱することにより金属微粒子同士の融着が進み、これにより異種金属微粒子間で結合が生じ、合金化が進む。これにより複数の金属による合金層が効率よく形成され、気密封止強度を向上させたり、接合時の緩衝性能を向上させる等の利点を得ることができる。
【００２６】
また請求項６に示すように、金属微粒子ペーストによる接合を行う金属膜は、その平均表面粗さを１μｍ以下としてもよく、数１００ｎｍ程度以下が好ましい。金属膜の表面粗さが１μｍ以下であると平均粒径が１〜１００ｎｍの金属微粒子ペースト接合材を用いた場合、パッケージとリッドの接合時において金属微粒子と金属層との融着接合が効率的に行われかつ接合強度のばらつきも抑制することができ、安定した気密特性の圧電振動デバイスを得ることができる。
【００２７】
さらに請求項７に示すように、金属微粒子ペースト接合材の金属微粒子と接合面の金属膜とが同種金属である構成としてもよい。金属微粒子を接合面の金属膜材料と同種金属とすることにより、加熱接合時に両者の融着性を促進することができ、両者の接合性を向上させることができる。また、接合後も両者の熱膨張係数が等しいために、接合後の環境温度変動による接合領域の損傷事故をなくすることができる。
【００２８】
また請求項８に示すように、金属微粒子ペースト接合材は複数種の金属微粒子を有し、当該金属微粒子の一部が銅からなる構成としてもよい。
【００２９】
金属微粒子ペースト接合材に複数種の金属微粒子を有する構成とするには、金属微粒子を最初から混在させてもよいし、金属微粒子ペースト接合材を多層構成としてもよい。この中で一部の金属微粒子に銅を用いることにより緩衝性を向上させることができる。すなわち銅は延性に優れ熱緩衝性能が高い。従って金属微粒子の一部に熱緩衝性が高い銅を用いることにより、接合後の雰囲気温度が変動しても、銅による緩衝性能により接合領域の損傷事故をなくすることができる。
【００３０】
また請求項９に示すように、前記金属微粒子ペースト接合材の有機溶媒には、加熱接合後にパッケージとリッドの接合部分に介在するバインダ樹脂を含む構成としてもよい。これは前記有機溶媒に代えて、あるいは有機溶媒に加えてバインダ樹脂を添加する場合も含んでおり、このような構成により硬化後該バインダ樹脂が接合材として残ることになり、樹脂が介在することによる緩衝性能を向上させることができる。
【００３１】
当該バインダ樹脂はパッケージとリッドとの機械的接合を行うものであり、当該バインダ樹脂の中に前述の金属微粒子の結合体が存在することにより、パッケージとリッドの電気的機械的接合を行うことができる。また当該バインダ樹脂は硬化後柔軟性を有する材料を選択することにより接合時の応力を緩衝することもできる。
【００３２】
なお、バインダ樹脂は例えばエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられ、パッケージとリッドとを直接接合することができるので、接合面に金属膜の形成されていない構成であっても接合することができる。また金属膜の形成されている接合面においては金属微粒子による電気的機械的接合を行うことができるので、様々な電極構成、金属膜構成の接合に適用することができる。
【００３３】
本発明は金属微粒子ペースト接合材の形成等にかかる製造方法についても提案している。すなわち請求項１０に示すように、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の圧電振動デバイスを製造するにあたり、前記金属微粒子ペースト接合材の形成の形成をインクジェット印刷法で行ったことを特徴とする圧電振動デバイスの製造方法である。
【００３４】
インクジェット印刷法はプリンタ等で汎用されているが、例えば圧電素子による機械的な振動によりノズル内のインクを微少吐出させ、所定のパターンを描画する印刷方法である。このような手法はインクに含まれる粒子サイズを小さくすることが必要であるが、本発明による金属微粒子ペースト接合材は粒子サイズが小さいため、当該印刷法の適用が比較的容易である。請求項１１によれば、微少領域に微細なパターンで接合材を形成できるので、パッケージが超小型化した場合でも接合材のパターン形成ができ圧電振動デバイスの小型化に寄与することができる。
【００３５】
また請求項１１に示すように、パッケージとリッドとを金属微粒子ペースト接合材により接合するにあたり、加熱により前記金属微粒子表面の有機系被膜と有機溶媒とを除去してもよい。
【００３６】
本製造方法によれば、加熱することにより有機系被膜や有機溶媒を蒸散等により除去するものであり、パッケージとリッドとの接合を金属微粒子の融着による金属間接合部分のみにすることができるので、経時的な有機溶媒等からのガスの発生をなくすることができ良好な特性の圧電振動デバイスを得ることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、超小型化、超低背化に対応するとともに、気密封止性能が向上した圧電振動デバイスおよび圧電振動デバイスの製造方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明による好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。
本発明による第１の実施の形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図１乃至図３とともに説明する。図１は本実施の形態を示す気密封止前の長手方向の断面図、図２は気密封止前のパッケージの平面図、図３はリッドに形成された接合材構成を示す拡大図である。表面実装型水晶振動子は、パッケージ１と、パッケージ内に搭載される水晶振動板（圧電振動板）２と、パッケージを気密封止するリッド３と、からなる。
【００３９】
水晶振動板２は平板で矩形状のＡＴカット水晶振動板である。当該水晶振動板２は大きな水晶ウェハから切断、研磨による機械加工やあるいはフォトリソグラフィ技術を用いて所定の小さな外形サイズに加工されている。なお、要求仕様により水晶振動板の主面に対しベベル加工、コンベックス加工等の面取り加工を行う。
【００４０】
水晶振動板２の表裏主面には一対の矩形状の励振電極２１，２２（２２は図示せず）が形成され、それぞれの励振電極２１，２２から長辺方向の一端に引出電極２１ａ，２２ａ（２２ａは図示せず）が形成され、水晶振動板２の外周部分に電極が引き出されている。なお、励振電極２１，２２は例えば水晶振動板に接してクロム層が形成され、その上面に銀あるいは金が形成された構成である。
【００４１】
電極形成された水晶振動板２を搭載するパッケージ１は、全体として上方に開口した箱形で、セラミックを主体とし内外面に導電路等の電極が形成されたセラミックパッケージからなる。パッケージ１は底板部１０とその周囲に堤部１１が形成された断面略凹形形状であり、堤部１１の上面には金属層部１１ａが形成されている。当該金属層部１１ａはセラミックと同時に焼成成形されたタングステン等からなるメタライズ部とその上面にメッキ形成されたニッケル層、金層からなる。パッケージ内部には段差部１０１が形成され、その上面に電極パッド１２，１３が形成されている。当該電極パッドもセラミックと同時に焼成成形されたタングステン等からなるメタライズ部とその上面にメッキ形成されたニッケル層、金層からなる。当該電極パッド１２，１３はセラミック内部の導電路（図示せず）を介してそれぞれ外部接続電極１４，１５に接続されている。
【００４２】
前記水晶振動板２は前記電極パッド１２，１３上に導電接合材Ｓにより電気的機械的接合される。ここで用いる導電接合材Ｓは例えばシリコーン樹脂を母材として、これに導電フィラー等を添加した導電性樹脂接合材である。なお、ここで用いる導電接合材はシリコーン系樹脂以外にエポキシ系樹脂やウレタン系樹脂を用いてもよいし、金属微粒子ペースト接合材を用いてもよい。金属微粒子ペースト接合材は、例えば金属微粒子として平均粒径が約２０μｍの銀の金属微粒子を用いており、当該銀の金属微粒子の表面には例えば約２００℃で蒸散し除去される有機系被膜（分散剤）が形成されている。当該金属微粒子ペースト接合材はこれら有機系被膜を有する金属微粒子が有機溶媒中に分散された構成である。当該有機溶媒は例えばエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂を含んでいる。
【００４３】
パッケージを気密封止するリッド３は平板状の金属板からなり、平面視形状はほぼパッケージの平面視形状と同等に構成されている。当該リッド３は母材として例えばコバールが用いられ、その表面には例えばニッケル層が形成されている。そして、パッケージの堤部との接合部分には金属微粒子ペースト接合材３１が形成されている。当該金属微粒子ペースト接合材３１は、接合材形成時は多層構造に形成している。
【００４４】
本実施の形態においては、なお、本実施の形態においては当該金属微粒子ペースト接合材Ｓに、ハリマ化成社製ナノペースト（商品名）を用いている。具体的には、金の金属微粒子を用いた金属微粒子ペースト接合材３１ａと、錫の金属微粒子を用いた金属微粒子ペースト接合材３１ｂとを交互に計４層形成した構成を採用している。いずれの金属微粒子もその粒径分布は概ね３〜７ｎｍ、平均粒径５ｎｍのものを用いている。これら各金属微粒子ペースト接合材は、それぞれ金属微粒子の表面には例えば約２００℃で蒸散し除去される有機系被膜（分散剤）が形成されている。当該金属微粒子ペースト接合材はこれら有機系被膜を有する金属微粒子が有機溶媒中に分散された構成である。よって、有機溶媒は加熱により蒸散する材料を用いているため、基本的には有機系被膜および有機溶媒は加熱融着後これらが残ることはなく、金属微粒子間および金属微粒子と金属膜間の金属間接合が行われる。
【００４５】
このような構成のリッドによりパッケージの開口部を覆い、例えば大気中あるいは真空雰囲気中あるいは窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で約２００℃に加熱する。これにより前述の金属微粒子表面に形成された有機系被膜は溶融し、隣接する金属微粒子との相互融着（焼結）が起こり、これが加速することにより、金属微粒子間および励振電極に用いられる金属膜間で金属間結合が行われる。上記金属微粒子ペースト接合材においては、金の金属微粒子と錫の金属微粒子とが相互に焼結し、当該接合材部分は金と錫の合金状態となりパッケージの金属層部とリッドとを接合する。なお、合金化を進めるため加熱時間を長くとってもよい。また蒸散する温度も２００℃に限定されるものではなく、有機系被膜を変更してより低温あるいはより高温で蒸散するよう調整してもよい。
【００４６】
なお、このような金属微粒子ペースト接合材の構成は上記構成例に限定されるものではない。例えば銀の金属微粒子ペースト接合材１層による構成でもよい。この場合銀の金属微粒子の表面には例えば約２００℃で蒸散し除去される有機系被膜（分散剤）が形成され、当該金属微粒子ペースト接合材はこれら有機系被膜を有する金属微粒子が有機溶媒中に分散された構成となる。
【００４７】
また、前記微粒子のサイズや前記有機系被膜の蒸散する温度は、気密封止に用いる温度に応じて調整すればよい。例えば前述のとおり金属微粒子は微粒子化が進むとその焼結温度が低くなるが、このような場合、この早期焼結を抑制するために蒸散温度の高い有機系被膜あるいは被膜の膜厚を選択する必要がある。
【００４８】
ところで金属微粒子サイズが小さなものである場合、非接合物の表面状態によっても接合強度が影響を受け、平滑な表面状態であるほうが接合性が向上する。本実施の形態においては、堤部上部の金属膜層の表面粗さを１μｍにしている。このように平滑な表面状態とすることにより、加熱接合時の金属間接合がスムーズに行われる。よりスムーズな金属間接合を得るためには数１００ｎｍ程度以下の表面粗さにすると好ましい。
【００４９】
また、堤部上面の金属層の表面金属と接合材に用いる金属微粒子の材料に同種の金属を用いると好ましい。例えば上述の実施形態では金属微粒子に金と錫を用いており、金を含む構成としている。また金属層の表面金属には金層を用いているため。これにより加熱接合時に同種金属による融着効果が作用し、接合材に含まれる金の微粒子と金属層の金層の融着性を促進することができ、両者の接合性を向上させることができる。また、接合後も両者の熱膨張係数が等しいために、接合後の環境温度変動による接合領域の損傷事故をなくすることができるという、実用的な効果を得ることができる。
【００５０】
さらに、上述のとおり当該金属微粒子ペースト接合材の塗布は多層構成にすることもできるが、多層構成内に緩衝層を構成してもよい。例えば金属微粒子ペースト接合材が複数層からなる場合、金属微粒子に銅を用いた金属微粒子ペースト接合材による層を挿入してもよい。銅は延性に優れ熱緩衝性能が高いので、接合後の雰囲気温度が変動しても、銅による緩衝性能により接合領域の損傷事故をなくすることができる。なお、銅の合金層を形成してもよい。例えば銅の金属微粒子ペースト接合材とニッケルの金属微粒子ペースト接合材を積層し、加熱により合金を形成するように形成してもよい。またニッケルに代えて銀等他の金属材料を用いてもよい。さらには複数の金属微粒子を含有するペースト接合材を用いてもよく、例えば銅とニッケルの金属微粒子を含有するペースト接合材を用いてもよい。
【００５１】
また、金属微粒子ペースト接合材の有機溶媒には加熱接合後にパッケージとリッドとの接合部分に介在するバインダ樹脂を含む構成としてもよい。例えば上述の銀の金属微粒子ペースト接合材を用いた例においては、加熱により蒸散し除去される有機系被膜（分散剤）が形成され、当該金属微粒子ペースト接合材はこれら有機系被膜を有する金属微粒子が有機溶媒中に分散された構成となっているが、有機溶媒にバインダ樹脂を含む構成としてもよいし、前記有機溶媒に代えてバインダ樹脂を用いる構成としてもよい。バインダ樹脂としては例えばエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂をあげることができる。このような構成により硬化後該バインダ樹脂が接合材として残ることになり、樹脂が介在することによる緩衝性能を向上させることができる。
【００５２】
当該バインダ樹脂はパッケージとリッドとの機械的接合を行うものであり、当該バインダ樹脂の中に前述の金属微粒子の結合体が存在することにより、パッケージとリッドの電気的機械的接合を行うことができる。また当該バインダ樹脂は硬化後柔軟性を有する材料を選択することにより接合時の応力を緩衝することもできる。
【００５３】
なお、バインダ樹脂はパッケージとリッドとを直接接合することができるので、接合面に金属膜の形成されていない構成であっても接合することができる。また金属膜の形成されている接合面においては電気的機械的接合を行うことができるので、様々な電極構成、金属膜構成の接合に適用することができる。
【００５４】
次に本発明による製造例について図４乃至図６とともに説明する。図４はパッケージが複数個マトリクス状に一体形成されたウェハ状態を示す平面図であり、図５はリッドが複数個マトリクス状に一体形成されたウェハ状態を示す平面図であり、図６はウェハ状態のリッドに対してインクジェット法により接合材を形成する方法を示す側面図である。
【００５５】
セラミックウェハＷ１はシート成型法により形成された、パッケージ（セラミックパッケージ）１が複数個マトリクス状に形成されている。各パッケージは図１で示すような底板部と堤部を有する上方に開口した箱形構成である。底板部の長手方向の一端には金属体からなる電極パッド１２，１３が並列して形成されており、また堤部の上面には金属層が形成されている。これら電極パッド並びに堤部はセラミックスと一体焼成されたメタライズ層の上面にニッケル、金の順に積層形成された構成である。また各パッケージ外周の４つの角には上下に貫通したキャスタレーションＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が形成されており、パッケージ個々に分離する際の作業を容易にしている。
【００５６】
またこのセラミックウェハＷ１に対応する金属ウェハＷ２を図５に示している。この金属ウェハＷ２は大きな平板構成であり、コア材としてコバール材が用いられ、その表裏にニッケル層がメッキや圧延による方法により形成されている。この金属ウェハＷ２にはセラミックウェハＷ１に形成されたパッケージの堤部形状に対応して、マトリクス状に金属微粒子ペースト接合材３１がパターニングされている。
【００５７】
この金属ウェハＷ２への金属微粒子ペースト接合材３１のパターニングは、インクジェット印刷法により形成している。インクジェット印刷法はプリンタ等で汎用されているが、例えば圧電素子による機械的な振動によりノズル内のインクを微少吐出させ、所定のパターンを描画する印刷方法である。このような手法はインクに含まれる粒子サイズを小さくすることが必要であるが、本発明による金属微粒子ペースト接合材は粒子サイズが小さいため、当該印刷法の適用が比較的容易である。
【００５８】
図６に示すように、インクジェットノズルＴから所定量の金属微粒子ペースト接合材を吐出させ、所定形状にパターニングする。パターニングはインクジェットノズルＴを平面的に移動させるとともに、吐出の実行および停止を併せて制御することにより所望形状のパターンを描くことができる。また金属ウェハ側を平面的に移動させることによってもパターニング実行ができる。なお、圧電振動デバイスの小型化が進むことにより微細なパターニングが必要となるが、このような場合は、接合材の粘度を低くする等、微少吐出に適した液状に特性調整する必要がある。本実施の形態においては、５〜１０ｍＰａ・Ｓ程度の粘度に調整したものを用いている。
【００５９】
インクジェット印刷法を用いると所望の塗布パターンを微細にし、かつ高速に塗布することができる利点を有しているが、複数のノズルを持つことにより複数の接合材を塗布形成する場合にも適している。例えば、上述の金の金属微粒子ペースト接合材用と錫の金属微粒子ペースト接合材用の複数のインクジェットノズルを用意し、順次または同時に吐出する等の適宜使い分けを行ってもよい。
【００６０】
そして図示していないが、各パッケージに励振電極形成された水晶振動板を導電接合し、その後ウェハ同士を接合する。当該接合はセラミックウェハＷ１と金属ウェハＷ２を、セラミックウェハの各パッケージの堤部と金属ウェハの各リッドに形成された金属微粒子ペースト接合材とが重なるように接合する。そして金属微粒子ペースト接合材の硬化温度まで加熱し、それぞれをウェハ状態で気密封止する。その後、ダイシングやエネルギービーム等により各圧電振動デバイスに切り離す。
【００６１】
なお本発明による圧電振動デバイスは上記製造方法以外の製造方法を適用することももちろん有効である。例えばパッケージやリッドを個別に製造するとともに、リッド側に金属微粒子ペースト接合材を形成し、パッケージの堤部とリッドの金属微粒子ペースト接合材とを重ね合わせ加熱により気密封止をしてもよい。
【００６２】
また、金属微粒子ペースト接合材をパッケージの堤部側に形成してもよい。例えば、図４において、堤部上部に金属微粒子ペースト接合材をインクジェット印刷法やディスペンサ等による接合材吐出手段等により形成してもよい。
【００６３】
さらには水晶振動板を搭載するパッケージは箱形ではなく平板構成であってもよい。この場合は水晶振動板を搭載するキャビティ（振動空間）が必要となるので、リッドを逆凹型にし、ここで形成される凹部をキャビティとしてもよいし、あるいはスペーサ等によりキャビティをつくり出してもよい。
【００６４】
なお、上記各実施形態の例示においては、ＡＴカット水晶振動板を用いた表面実装型の水晶振動子を例示したが、音叉型水晶振動子や水晶フィルタ、あるいは弾性表面波デバイスに適用することもできるし、あるいは水晶発振器等の圧電振動素子と他の回路素子等を組みあわせた構成にも適用することが可能である。また圧電振動板もＡＴカット水晶振動板以外にＳＣカット水晶振動板や圧電セラミック振動板等、他の圧電材料を用いてもよい。
【００６５】
なお、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】
【００６６】
水晶振動子、水晶発振器等の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】
【００６７】
【図１】本発明による実施の形態を示す内部断面図。
【図２】図１において閉蓋前の平面図。
【図３】リッドの一部拡大図。
【図４】製造方法を示す平面図。
【図５】製造方法を示す平面図。
【図６】製造方法を示す側面図。
【符号の説明】
【００６８】
１ パッケージ
２ 水晶振動板（圧電振動板）
３ リッド
３１ 金属微粒子ペースト接合材
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子機器や移動体無線機器等に用いられる水晶振動子等の圧電振動デバイスに関し、特に超小型に対応した圧電振動デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在汎用されている圧電振動子は圧電振動板の表裏面に励振電極が形成された構成であり、例えばＡＴカット水晶振動板を用いた厚みすべり振動子がよく用いられている。このような水晶振動板は箱形のセラミックパッケージに格納され、パッケージと電気的機械的接合が行われるとともに、平板状のリッドにて前記セラミックパッケージの開口部分を閉蓋することにより水晶振動板が気密封止されていた。
【０００３】
この気密封止方法についてはいろいろな構成が検討、採用されているが、例えば接合材としてガラス材を用いたガラス封止構成や、パッケージとリッド間に金属ろう材を介在させ、所定の温度雰囲気とすることにより前記金属ろう材により溶融接合したろう材封止構成、あるいはパッケージおよびリッドに形成された金属膜を抵抗溶接の一種であるシーム溶接により溶融接合したシーム封止構成等をあげることができる。
【０００４】
しかしながら例えばガラス封止構成においては、封止温度が比較的高くパッケージ内部構成部材に悪影響を与えたり。また所定の封止強度を得る場合、ガラス材の厚さを必要とし低背化に対応できない問題等があった。またろう材封止構成においても同様に所定の厚さが必要であるため低背化に対応できない問題等があった。さらにはシーム封止構成においてはパッケージとリッドの局所のみが高温となるために、歪み応力の集中によりパッケージ等が破損し気密性を損なうことがあるという問題があった。
【０００５】
なお、前述のガラス封止構成や金属ろう材の封止構成例として特開平１１−３０７６６１号（特許文献１）、シーム封止構成例として特開２０００−２３６０３５号（特許文献２）をあげることができる。
【０００６】
ところで近年金属微粒子の低温焼結（融着）性および焼結後の緻密性（導電性）に着目して、当該金属微粒子を用いた導電性ペーストが開発されている。例えば特開２００１−２２５１８０（特許文献３）には、金属の接合方法として表面に有機系の物質が被覆された金属微粒子を有機溶媒中に分散させたペーストを用いて導電接合する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−３０７６６１号
【特許文献２】特開２０００−２３６０３５号
【特許文献３】特開２００１−２２５１８０号
【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、その目的とするところは超小型化、超低背化に対応するとともに、気密封止性能が向上した圧電振動デバイス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】
本発明者は前述の金属微粒子を用いた導電性ペーストは接合時の厚さが小さくても実用的な接合強度が得られることを知見し、圧電振動デバイスの気密封止材として適用することを発意したものであり、次のような構成により実現できる。
【０００９】
すなわち、請求項１に示すように、少なくとも一対の電極パッドが形成され、圧電振動素子を保持するパッケージと、表面に励振電極が形成され、前記電極パッドに保持される圧電振動素子と、前記パッケージと接合され、圧電振動素子をパッケージ内に気密封止するリッドとからなる圧電振動デバイスであって、前記パッケージとリッドとを平均粒径が１〜１００ｎｍで、表面には有機系被膜により被覆され、加熱により当該有機系被膜が除去される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ことを特徴とする圧電振動デバイスである。
【００１０】
圧電振動素子は平板構成あるいは中央部分が薄肉化された逆メサ構成であり、その表面あるいは表裏面には励振電極が形成されている。また金属微粒子ペースト接合材に含有される金属微粒子は例えば、金、銀、銅、ニッケル、チタン、錫、パラジウム等の金属材料を例示することができるが、その微細形状が球状やだ円形状または多角形状等の多面あるいは曲率面を有する構成であると好ましい。これは多面または曲率を持った表面であると原始的な拡散すなわち融着が各方向に均一に生じるためであり、接合時において好ましい融着状態を得ることができる。
【００１１】
また、前記金属微粒子ペースト接合材は複数の金属微粒子が用いられている構成であってもよい。このような構成により融着時には複数の金属による合金層が効率よく形成され、気密封止強度を向上させたり、接合時の緩衝性能を向上させる等の利点を得ることができる。
【００１２】
なお、当該金属微粒子の直径は小さいほうが融着が進みやすいが、金属微粒子表面への有機系被膜の形成作業を考慮すると必要以上に微粒子化する必要はなく、１〜１００ｎｍの直径を有するもので有ればよい。１ｎｍ以下であると金属微粒子間の融着が激しいため取り扱いが難しくなり、また１００ｎｍ以上であると金属微粒子間の融着性が低下する。なお、金属および有機系被膜の種類にもよるが、平均粒径が２〜３０ｎｍの金属微粒子であると有機系被膜を形成した金属微粒子の取り扱いと加熱時の接合性のバランスがとれ好ましい。
【００１３】
本発明に用いる金属微粒子ペースト接合材は、金属微粒子の表面に有機系被膜が形成され、当該有機系皮膜は金属微粒子の融着を抑制する分散剤としての役割を担っており、当該分散剤が金属微粒子を被覆している状態となっている。また当該有機系被膜は所定の温度環境下におくことで蒸散等により除去される構成であり、当該有機系被膜が除去されることにより、抑制されていた金属微粒子同士の融着が起こり、これが加速される。また金属微粒子の融着は前記圧電振動板の引出電極と前記接続電極との間でも起こり、最終的には両電極が融着し凝集した金属微粒子により金属間接合がなされる。
【００１４】
また金属微粒子ペースト接合材に用いる金属微粒子を被覆する有機系被膜や有機溶媒は例えばドデカンチオール等のチオール系溶媒やアルコール系溶媒あるいはアミン系溶媒等の低温蒸散する材料を用いればよい。なお、有機系被膜と有機溶媒は同種材料を用いてもよい。
【００１５】
当該金属微粒子ペースト接合材は、有機溶媒の粘度やチクソ性等を選択することによりペーストのぬれ性を調整することができる。これにより金属微粒子ペースト接合材を所望の形状にパターニングすることも容易になる。
【００１６】
また前記有機系被膜は加熱による蒸散等により除去されるとともに、当該有機溶媒についても加熱により除去される材料を用いることにより良好な金属間接合状態を得ることができる。また後述するように、前記有機溶媒に代えてあるいは有機溶媒に加えてバインダ樹脂を添加することにより、硬化後該バインダ樹脂が接合材として残ることにより、樹脂が介在することによる緩衝性能を向上させる構成としてもよい。
【００１７】
金属微粒子ペースト接合材は、融着した後は金属微粒子による金属間接合を得ることができるので、従来の導電フィラーを添加した樹脂接合材を用いた樹脂による機械的接合に比べて接合材の占める厚さを極めて薄くすることができ、またその厚さの制御も比較的容易である。従って上記構成によれば、金属微粒子ペースト接合材を用いることにより、パッケージとリッド間の気密接合にかかる厚さを小さくすることができ、圧電振動デバイスの低背化に寄与する。
【００１８】
なお、金属微粒子ペースト接合材はパッケージ側に形成してもよいし、リッド側に形成してもよく、両者に形成してもよい。また、パッケージの内側に少しはみ出た状態に金属微粒子ペースト接合材を形成することにより、接合面積が拡大し、また接合材によるメニスカス（フィレット）が形成されるために、パッケージとリッドとの接合強度を向上させることができる。
【００１９】
また請求項２に示すように、パッケージのリッドとの接合領域には金属膜が形成された構成としてもよい。
【００２０】
上記構成によれば、金属微粒子ペースト接合材に含有される金属微粒子は加熱接合時に相互に融着するとともに、パッケージの接合面に形成された金属膜とも融着、接合が起こり各接合面は金属間接合により強固な接合を行うことができる。なお、リッドは金属板であることが好ましく、金属板でない場合はパッケージとの接合部分に金属膜を形成するとよい。またここで用いる金属膜は金属微粒子ペースト接合材に含有される金属微粒子と同種の材料から構成すると接合性能が向上する。
【００２１】
請求項３にはパッケージのより具体的な構成について開示している。すなわち、周囲に堤部を有するとともに少なくとも一対の電極パッドが形成され、圧電振動素子を保持するパッケージと、表面に励振電極が形成され、当該励振電極から延出した引出電極形成部分で前記電極パッドに保持される圧電振動素子と、前記パッケージと接合材により接合され、圧電振動素子をパッケージ内に気密封止するリッドとからなる圧電振動デバイスであって、前記堤部には金属層が形成されるとともに、前記接合材は平均粒径が１〜１００ｎｍで、表面には有機系被膜により被覆され、加熱により当該有機系被膜が除去される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からなり、当該接合材によりパッケージとリッドとを気密接合したことを特徴とする圧電振動デバイスである。
【００２２】
前記金属微粒子ペースト接合材は、気密接合時に形成してもよいし、予めパッケージの堤部上面またはリッドのパッケージとの接合領域に形成していてもよく、また両者に形成してもよい。また、パッケージの内側に少しはみ出た状態に金属微粒子ペースト接合材を形成することにより、パッケージ内部において接合材によるメニスカス（フィレット）の形成が促進されパッケージとリッドとの接合強度を向上させることができる。
【００２３】
また堤部の上面には金属層が形成されているので、金属微粒子ペースト接合材に含有される金属微粒子は加熱接合時に相互に融着するとともに、当該金属膜とも融着、接合が起こり各接合面は金属間接合により強固な接合を行うことができる。なお、リッドは金属板であることが好ましく、金属板でない場合はパッケージとの接合部分に金属膜を形成するとよい。またここで用いる金属膜は金属微粒子ペースト接合材に含有される金属微粒子と同種の材料から構成すると接合性能が向上する。
【００２４】
さらに請求項４に示すように、前記接合材は多層構成であってもよいし、請求項５に示すように、当該多層構成の各層は単一または複数の金属微粒子が用いられ、少なくとも一部の層に異種の金属微粒子が用いられている構成であってもよい。
【００２５】
多層構成は各層が同一の金属微粒子ペースト接合材であってもよいし、一部の層に異なった金属微粒子ペースト接合材を形成してもよい。一部に異なった金属微粒子ペースト接合材を用いた場合は、所定温度に加熱することにより金属微粒子同士の融着が進み、これにより異種金属微粒子間で結合が生じ、合金化が進む。これにより複数の金属による合金層が効率よく形成され、気密封止強度を向上させたり、接合時の緩衝性能を向上させる等の利点を得ることができる。
【００２６】
また請求項６に示すように、金属微粒子ペーストによる接合を行う金属膜は、その平均表面粗さを１μｍ以下としてもよく、数１００ｎｍ程度以下が好ましい。金属膜の表面粗さが１μｍ以下であると平均粒径が１〜１００ｎｍの金属微粒子ペースト接合材を用いた場合、パッケージとリッドの接合時において金属微粒子と金属層との融着接合が効率的に行われかつ接合強度のばらつきも抑制することができ、安定した気密特性の圧電振動デバイスを得ることができる。
【００２７】
さらに請求項７に示すように、金属微粒子ペースト接合材の金属微粒子と接合面の金属膜とが同種金属である構成としてもよい。金属微粒子を接合面の金属膜材料と同種金属とすることにより、加熱接合時に両者の融着性を促進することができ、両者の接合性を向上させることができる。また、接合後も両者の熱膨張係数が等しいために、接合後の環境温度変動による接合領域の損傷事故をなくすることができる。
【００２８】
また請求項８に示すように、金属微粒子ペースト接合材は複数種の金属微粒子を有し、当該金属微粒子の一部が銅からなる構成としてもよい。
【００２９】
金属微粒子ペースト接合材に複数種の金属微粒子を有する構成とするには、金属微粒子を最初から混在させてもよいし、金属微粒子ペースト接合材を多層構成としてもよい。この中で一部の金属微粒子に銅を用いることにより緩衝性を向上させることができる。すなわち銅は延性に優れ熱緩衝性能が高い。従って金属微粒子の一部に熱緩衝性が高い銅を用いることにより、接合後の雰囲気温度が変動しても、銅による緩衝性能により接合領域の損傷事故をなくすることができる。
【００３０】
また請求項９に示すように、前記金属微粒子ペースト接合材の有機溶媒には、加熱接合後にパッケージとリッドの接合部分に介在するバインダ樹脂を含む構成としてもよい。これは前記有機溶媒に代えて、あるいは有機溶媒に加えてバインダ樹脂を添加する場合も含んでおり、このような構成により硬化後該バインダ樹脂が接合材として残ることになり、樹脂が介在することによる緩衝性能を向上させることができる。
【００３１】
当該バインダ樹脂はパッケージとリッドとの機械的接合を行うものであり、当該バインダ樹脂の中に前述の金属微粒子の結合体が存在することにより、パッケージとリッドの電気的機械的接合を行うことができる。また当該バインダ樹脂は硬化後柔軟性を有する材料を選択することにより接合時の応力を緩衝することもできる。
【００３２】
なお、バインダ樹脂は例えばエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられ、パッケージとリッドとを直接接合することができるので、接合面に金属膜の形成されていない構成であっても接合することができる。また金属膜の形成されている接合面においては金属微粒子による電気的機械的接合を行うことができるので、様々な電極構成、金属膜構成の接合に適用することができる。
【００３３】
本発明は金属微粒子ペースト接合材の形成等にかかる製造方法についても提案している。すなわち請求項１０に示すように、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の圧電振動デバイスを製造するにあたり、前記金属微粒子ペースト接合材の形成の形成をインクジェット印刷法で行ったことを特徴とする圧電振動デバイスの製造方法である。
【００３４】
インクジェット印刷法はプリンタ等で汎用されているが、例えば圧電素子による機械的な振動によりノズル内のインクを微少吐出させ、所定のパターンを描画する印刷方法である。このような手法はインクに含まれる粒子サイズを小さくすることが必要であるが、本発明による金属微粒子ペースト接合材は粒子サイズが小さいため、当該印刷法の適用が比較的容易である。請求項１１によれば、微少領域に微細なパターンで接合材を形成できるので、パッケージが超小型化した場合でも接合材のパターン形成ができ圧電振動デバイスの小型化に寄与することができる。
【００３５】
また請求項１１に示すように、パッケージとリッドとを金属微粒子ペースト接合材により接合するにあたり、加熱により前記金属微粒子表面の有機系被膜と有機溶媒とを除去してもよい。
【００３６】
本製造方法によれば、加熱することにより有機系被膜や有機溶媒を蒸散等により除去するものであり、パッケージとリッドとの接合を金属微粒子の融着による金属間接合部分のみにすることができるので、経時的な有機溶媒等からのガスの発生をなくすることができ良好な特性の圧電振動デバイスを得ることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、超小型化、超低背化に対応するとともに、気密封止性能が向上した圧電振動デバイスおよび圧電振動デバイスの製造方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明による好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。
本発明による第１の実施の形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図１乃至図３とともに説明する。図１は本実施の形態を示す気密封止前の長手方向の断面図、図２は気密封止前のパッケージの平面図、図３はリッドに形成された接合材構成を示す拡大図である。表面実装型水晶振動子は、パッケージ１と、パッケージ内に搭載される水晶振動板（圧電振動板）２と、パッケージを気密封止するリッド３と、からなる。
【００３９】
水晶振動板２は平板で矩形状のＡＴカット水晶振動板である。当該水晶振動板２は大きな水晶ウェハから切断、研磨による機械加工やあるいはフォトリソグラフィ技術を用いて所定の小さな外形サイズに加工されている。なお、要求仕様により水晶振動板の主面に対しベベル加工、コンベックス加工等の面取り加工を行う。
【００４０】
水晶振動板２の表裏主面には一対の矩形状の励振電極２１，２２（２２は図示せず）が形成され、それぞれの励振電極２１，２２から長辺方向の一端に引出電極２１ａ，２２ａ（２２ａは図示せず）が形成され、水晶振動板２の外周部分に電極が引き出されている。なお、励振電極２１，２２は例えば水晶振動板に接してクロム層が形成され、その上面に銀あるいは金が形成された構成である。
【００４１】
電極形成された水晶振動板２を搭載するパッケージ１は、全体として上方に開口した箱形で、セラミックを主体とし内外面に導電路等の電極が形成されたセラミックパッケージからなる。パッケージ１は底板部１０とその周囲に堤部１１が形成された断面略凹形形状であり、堤部１１の上面には金属層部１１ａが形成されている。当該金属層部１１ａはセラミックと同時に焼成成形されたタングステン等からなるメタライズ部とその上面にメッキ形成されたニッケル層、金層からなる。パッケージ内部には段差部１０１が形成され、その上面に電極パッド１２，１３が形成されている。当該電極パッドもセラミックと同時に焼成成形されたタングステン等からなるメタライズ部とその上面にメッキ形成されたニッケル層、金層からなる。当該電極パッド１２，１３はセラミック内部の導電路（図示せず）を介してそれぞれ外部接続電極１４，１５に接続されている。
【００４２】
前記水晶振動板２は前記電極パッド１２，１３上に導電接合材Ｓにより電気的機械的接合される。ここで用いる導電接合材Ｓは例えばシリコーン樹脂を母材として、これに導電フィラー等を添加した導電性樹脂接合材である。なお、ここで用いる導電接合材はシリコーン系樹脂以外にエポキシ系樹脂やウレタン系樹脂を用いてもよいし、金属微粒子ペースト接合材を用いてもよい。金属微粒子ペースト接合材は、例えば金属微粒子として平均粒径が約２０μｍの銀の金属微粒子を用いており、当該銀の金属微粒子の表面には例えば約２００℃で蒸散し除去される有機系被膜（分散剤）が形成されている。当該金属微粒子ペースト接合材はこれら有機系被膜を有する金属微粒子が有機溶媒中に分散された構成である。当該有機溶媒は例えばエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂を含んでいる。
【００４３】
パッケージを気密封止するリッド３は平板状の金属板からなり、平面視形状はほぼパッケージの平面視形状と同等に構成されている。当該リッド３は母材として例えばコバールが用いられ、その表面には例えばニッケル層が形成されている。そして、パッケージの堤部との接合部分には金属微粒子ペースト接合材３１が形成されている。当該金属微粒子ペースト接合材３１は、接合材形成時は多層構造に形成している。
【００４４】
本実施の形態においては、なお、本実施の形態においては当該金属微粒子ペースト接合材Ｓに、ハリマ化成社製ナノペースト（商品名）を用いている。具体的には、金の金属微粒子を用いた金属微粒子ペースト接合材３１ａと、錫の金属微粒子を用いた金属微粒子ペースト接合材３１ｂとを交互に計４層形成した構成を採用している。いずれの金属微粒子もその粒径分布は概ね３〜７ｎｍ、平均粒径５ｎｍのものを用いている。これら各金属微粒子ペースト接合材は、それぞれ金属微粒子の表面には例えば約２００℃で蒸散し除去される有機系被膜（分散剤）が形成されている。当該金属微粒子ペースト接合材はこれら有機系被膜を有する金属微粒子が有機溶媒中に分散された構成である。よって、有機溶媒は加熱により蒸散する材料を用いているため、基本的には有機系被膜および有機溶媒は加熱融着後これらが残ることはなく、金属微粒子間および金属微粒子と金属膜間の金属間接合が行われる。
【００４５】
このような構成のリッドによりパッケージの開口部を覆い、例えば大気中あるいは真空雰囲気中あるいは窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で約２００℃に加熱する。これにより前述の金属微粒子表面に形成された有機系被膜は溶融し、隣接する金属微粒子との相互融着（焼結）が起こり、これが加速することにより、金属微粒子間および励振電極に用いられる金属膜間で金属間結合が行われる。上記金属微粒子ペースト接合材においては、金の金属微粒子と錫の金属微粒子とが相互に焼結し、当該接合材部分は金と錫の合金状態となりパッケージの金属層部とリッドとを接合する。なお、合金化を進めるため加熱時間を長くとってもよい。また蒸散する温度も２００℃に限定されるものではなく、有機系被膜を変更してより低温あるいはより高温で蒸散するよう調整してもよい。
【００４６】
なお、このような金属微粒子ペースト接合材の構成は上記構成例に限定されるものではない。例えば銀の金属微粒子ペースト接合材１層による構成でもよい。この場合銀の金属微粒子の表面には例えば約２００℃で蒸散し除去される有機系被膜（分散剤）が形成され、当該金属微粒子ペースト接合材はこれら有機系被膜を有する金属微粒子が有機溶媒中に分散された構成となる。
【００４７】
また、前記微粒子のサイズや前記有機系被膜の蒸散する温度は、気密封止に用いる温度に応じて調整すればよい。例えば前述のとおり金属微粒子は微粒子化が進むとその焼結温度が低くなるが、このような場合、この早期焼結を抑制するために蒸散温度の高い有機系被膜あるいは被膜の膜厚を選択する必要がある。
【００４８】
ところで金属微粒子サイズが小さなものである場合、非接合物の表面状態によっても接合強度が影響を受け、平滑な表面状態であるほうが接合性が向上する。本実施の形態においては、堤部上部の金属膜層の表面粗さを１μｍにしている。このように平滑な表面状態とすることにより、加熱接合時の金属間接合がスムーズに行われる。よりスムーズな金属間接合を得るためには数１００ｎｍ程度以下の表面粗さにすると好ましい。
【００４９】
また、堤部上面の金属層の表面金属と接合材に用いる金属微粒子の材料に同種の金属を用いると好ましい。例えば上述の実施形態では金属微粒子に金と錫を用いており、金を含む構成としている。また金属層の表面金属には金層を用いているため。これにより加熱接合時に同種金属による融着効果が作用し、接合材に含まれる金の微粒子と金属層の金層の融着性を促進することができ、両者の接合性を向上させることができる。また、接合後も両者の熱膨張係数が等しいために、接合後の環境温度変動による接合領域の損傷事故をなくすることができるという、実用的な効果を得ることができる。
【００５０】
さらに、上述のとおり当該金属微粒子ペースト接合材の塗布は多層構成にすることもできるが、多層構成内に緩衝層を構成してもよい。例えば金属微粒子ペースト接合材が複数層からなる場合、金属微粒子に銅を用いた金属微粒子ペースト接合材による層を挿入してもよい。銅は延性に優れ熱緩衝性能が高いので、接合後の雰囲気温度が変動しても、銅による緩衝性能により接合領域の損傷事故をなくすることができる。なお、銅の合金層を形成してもよい。例えば銅の金属微粒子ペースト接合材とニッケルの金属微粒子ペースト接合材を積層し、加熱により合金を形成するように形成してもよい。またニッケルに代えて銀等他の金属材料を用いてもよい。さらには複数の金属微粒子を含有するペースト接合材を用いてもよく、例えば銅とニッケルの金属微粒子を含有するペースト接合材を用いてもよい。
【００５１】
また、金属微粒子ペースト接合材の有機溶媒には加熱接合後にパッケージとリッドとの接合部分に介在するバインダ樹脂を含む構成としてもよい。例えば上述の銀の金属微粒子ペースト接合材を用いた例においては、加熱により蒸散し除去される有機系被膜（分散剤）が形成され、当該金属微粒子ペースト接合材はこれら有機系被膜を有する金属微粒子が有機溶媒中に分散された構成となっているが、有機溶媒にバインダ樹脂を含む構成としてもよいし、前記有機溶媒に代えてバインダ樹脂を用いる構成としてもよい。バインダ樹脂としては例えばエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂をあげることができる。このような構成により硬化後該バインダ樹脂が接合材として残ることになり、樹脂が介在することによる緩衝性能を向上させることができる。
【００５２】
当該バインダ樹脂はパッケージとリッドとの機械的接合を行うものであり、当該バインダ樹脂の中に前述の金属微粒子の結合体が存在することにより、パッケージとリッドの電気的機械的接合を行うことができる。また当該バインダ樹脂は硬化後柔軟性を有する材料を選択することにより接合時の応力を緩衝することもできる。
【００５３】
なお、バインダ樹脂はパッケージとリッドとを直接接合することができるので、接合面に金属膜の形成されていない構成であっても接合することができる。また金属膜の形成されている接合面においては電気的機械的接合を行うことができるので、様々な電極構成、金属膜構成の接合に適用することができる。
【００５４】
次に本発明による製造例について図４乃至図６とともに説明する。図４はパッケージが複数個マトリクス状に一体形成されたウェハ状態を示す平面図であり、図５はリッドが複数個マトリクス状に一体形成されたウェハ状態を示す平面図であり、図６はウェハ状態のリッドに対してインクジェット法により接合材を形成する方法を示す側面図である。
【００５５】
セラミックウェハＷ１はシート成型法により形成された、パッケージ（セラミックパッケージ）１が複数個マトリクス状に形成されている。各パッケージは図１で示すような底板部と堤部を有する上方に開口した箱形構成である。底板部の長手方向の一端には金属体からなる電極パッド１２，１３が並列して形成されており、また堤部の上面には金属層が形成されている。これら電極パッド並びに堤部はセラミックスと一体焼成されたメタライズ層の上面にニッケル、金の順に積層形成された構成である。また各パッケージ外周の４つの角には上下に貫通したキャスタレーションＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が形成されており、パッケージ個々に分離する際の作業を容易にしている。
【００５６】
またこのセラミックウェハＷ１に対応する金属ウェハＷ２を図５に示している。この金属ウェハＷ２は大きな平板構成であり、コア材としてコバール材が用いられ、その表裏にニッケル層がメッキや圧延による方法により形成されている。この金属ウェハＷ２にはセラミックウェハＷ１に形成されたパッケージの堤部形状に対応して、マトリクス状に金属微粒子ペースト接合材３１がパターニングされている。
【００５７】
この金属ウェハＷ２への金属微粒子ペースト接合材３１のパターニングは、インクジェット印刷法により形成している。インクジェット印刷法はプリンタ等で汎用されているが、例えば圧電素子による機械的な振動によりノズル内のインクを微少吐出させ、所定のパターンを描画する印刷方法である。このような手法はインクに含まれる粒子サイズを小さくすることが必要であるが、本発明による金属微粒子ペースト接合材は粒子サイズが小さいため、当該印刷法の適用が比較的容易である。
【００５８】
図６に示すように、インクジェットノズルＴから所定量の金属微粒子ペースト接合材を吐出させ、所定形状にパターニングする。パターニングはインクジェットノズルＴを平面的に移動させるとともに、吐出の実行および停止を併せて制御することにより所望形状のパターンを描くことができる。また金属ウェハ側を平面的に移動させることによってもパターニング実行ができる。なお、圧電振動デバイスの小型化が進むことにより微細なパターニングが必要となるが、このような場合は、接合材の粘度を低くする等、微少吐出に適した液状に特性調整する必要がある。本実施の形態においては、５〜１０ｍＰａ・Ｓ程度の粘度に調整したものを用いている。
【００５９】
インクジェット印刷法を用いると所望の塗布パターンを微細にし、かつ高速に塗布することができる利点を有しているが、複数のノズルを持つことにより複数の接合材を塗布形成する場合にも適している。例えば、上述の金の金属微粒子ペースト接合材用と錫の金属微粒子ペースト接合材用の複数のインクジェットノズルを用意し、順次または同時に吐出する等の適宜使い分けを行ってもよい。
【００６０】
そして図示していないが、各パッケージに励振電極形成された水晶振動板を導電接合し、その後ウェハ同士を接合する。当該接合はセラミックウェハＷ１と金属ウェハＷ２を、セラミックウェハの各パッケージの堤部と金属ウェハの各リッドに形成された金属微粒子ペースト接合材とが重なるように接合する。そして金属微粒子ペースト接合材の硬化温度まで加熱し、それぞれをウェハ状態で気密封止する。その後、ダイシングやエネルギービーム等により各圧電振動デバイスに切り離す。
【００６１】
なお本発明による圧電振動デバイスは上記製造方法以外の製造方法を適用することももちろん有効である。例えばパッケージやリッドを個別に製造するとともに、リッド側に金属微粒子ペースト接合材を形成し、パッケージの堤部とリッドの金属微粒子ペースト接合材とを重ね合わせ加熱により気密封止をしてもよい。
【００６２】
また、金属微粒子ペースト接合材をパッケージの堤部側に形成してもよい。例えば、図４において、堤部上部に金属微粒子ペースト接合材をインクジェット印刷法やディスペンサ等による接合材吐出手段等により形成してもよい。
【００６３】
さらには水晶振動板を搭載するパッケージは箱形ではなく平板構成であってもよい。この場合は水晶振動板を搭載するキャビティ（振動空間）が必要となるので、リッドを逆凹型にし、ここで形成される凹部をキャビティとしてもよいし、あるいはスペーサ等によりキャビティをつくり出してもよい。
【００６４】
なお、上記各実施形態の例示においては、ＡＴカット水晶振動板を用いた表面実装型の水晶振動子を例示したが、音叉型水晶振動子や水晶フィルタ、あるいは弾性表面波デバイスに適用することもできるし、あるいは水晶発振器等の圧電振動素子と他の回路素子等を組みあわせた構成にも適用することが可能である。また圧電振動板もＡＴカット水晶振動板以外にＳＣカット水晶振動板や圧電セラミック振動板等、他の圧電材料を用いてもよい。
【００６５】
なお、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】
【００６６】
水晶振動子、水晶発振器等の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】
【００６７】
【図１】本発明による実施の形態を示す内部断面図。
【図２】図１において閉蓋前の平面図。
【図３】リッドの一部拡大図。
【図４】製造方法を示す平面図。
【図５】製造方法を示す平面図。
【図６】製造方法を示す側面図。
【符号の説明】
【００６８】
１ パッケージ
２ 水晶振動板（圧電振動板）
３ リッド
３１ 金属微粒子ペースト接合材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の電極パッドが形成され、圧電振動素子を保持するパッケージと、表面に励振電極が形成され、前記電極パッドに保持される圧電振動素子と、前記パッケージと接合され、圧電振動素子をパッケージ内に気密封止するリッドとからなる圧電振動デバイスであって、前記パッケージとリッドとを平均粒径が１〜１００ｎｍで、表面には有機系被膜により被覆され、加熱により当該有機系被膜が除去される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ことを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項２】
パッケージのリッドとの接合領域には金属膜が形成されてい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】
周囲に堤部を有するとともに少なくとも一対の電極パッドの形成され、圧電振動素子を保持するパッケージと、表面に励振電極が形成され、当該励振電極から延出した引出電極形成部分で前記電極パッドに保持される圧電振動素子と、前記パッケージと接合材により接合され、圧電振動素子をパッケージ内に気密封止するリッドとからなる圧電振動デバイスであって、前記堤部には金属層が形成されるとともに、前記接合材は平均粒径が１〜１００ｎｍで、表面には有機系被膜により被覆され、加熱により当該有機系被膜が除去される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からなり、当該接合材によりパッケージとリッドとを気密接合したことを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項４】
前記金属微粒子ペースト接合材は多層構成であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電振動デバイス。
【請求項５】
多層構成の各層は単一または複数の金属微粒子が用いられ、少なくとも一部の層に異種の金属微粒子が用いられていることを特徴とする請求項１乃至４記載のいずれかに記載の圧電振動デバイス。
【請求項６】
金属微粒子ペーストによる接合を行う金属膜は、その平均表面粗さが、１μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の圧電振動デバイス。
【請求項７】
金属微粒子ペースト接合材の金属微粒子と接合面の金属膜とが同種金属であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電振動デバイス。
【請求項８】
金属微粒子ペースト接合材は複数種の金属微粒子を有し、当該金属微粒子の一部が銅からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の圧電振動デバイス。
【請求項９】
前記金属微粒子ペースト接合材の有機溶媒には、加熱接合後にパッケージとリッドの接合部分に介在するバインダ樹脂を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の圧電振動デバイス。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の圧電振動デバイスを製造するにあたり、前記金属微粒子ペースト接合材の形成をインクジェット印刷法で行ったことを特徴とする圧電振動デバイスの製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の圧電振動デバイスを製造するにあたり、パッケージとリッドとを金属微粒子ペースト接合材により接合する際、加熱により前記金属微粒子表面の有機系被膜と有機溶媒とを除去したことを特徴とする圧電振動デバイスの製造方法。
【請求項１】
少なくとも一対の電極パッドが形成され、圧電振動素子を保持するパッケージと、表面に励振電極が形成され、前記電極パッドに保持される圧電振動素子と、前記パッケージと接合され、圧電振動素子をパッケージ内に気密封止するリッドとからなる圧電振動デバイスであって、前記パッケージとリッドとを平均粒径が１〜１００ｎｍで、表面には有機系被膜により被覆され、加熱により当該有機系被膜が除去される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ことを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項２】
パッケージのリッドとの接合領域には金属膜が形成されてい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】
周囲に堤部を有するとともに少なくとも一対の電極パッドの形成され、圧電振動素子を保持するパッケージと、表面に励振電極が形成され、当該励振電極から延出した引出電極形成部分で前記電極パッドに保持される圧電振動素子と、前記パッケージと接合材により接合され、圧電振動素子をパッケージ内に気密封止するリッドとからなる圧電振動デバイスであって、前記堤部には金属層が形成されるとともに、前記接合材は平均粒径が１〜１００ｎｍで、表面には有機系被膜により被覆され、加熱により当該有機系被膜が除去される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からなり、当該接合材によりパッケージとリッドとを気密接合したことを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項４】
前記金属微粒子ペースト接合材は多層構成であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電振動デバイス。
【請求項５】
多層構成の各層は単一または複数の金属微粒子が用いられ、少なくとも一部の層に異種の金属微粒子が用いられていることを特徴とする請求項１乃至４記載のいずれかに記載の圧電振動デバイス。
【請求項６】
金属微粒子ペーストによる接合を行う金属膜は、その平均表面粗さが、１μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の圧電振動デバイス。
【請求項７】
金属微粒子ペースト接合材の金属微粒子と接合面の金属膜とが同種金属であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電振動デバイス。
【請求項８】
金属微粒子ペースト接合材は複数種の金属微粒子を有し、当該金属微粒子の一部が銅からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の圧電振動デバイス。
【請求項９】
前記金属微粒子ペースト接合材の有機溶媒には、加熱接合後にパッケージとリッドの接合部分に介在するバインダ樹脂を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の圧電振動デバイス。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の圧電振動デバイスを製造するにあたり、前記金属微粒子ペースト接合材の形成をインクジェット印刷法で行ったことを特徴とする圧電振動デバイスの製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の圧電振動デバイスを製造するにあたり、パッケージとリッドとを金属微粒子ペースト接合材により接合する際、加熱により前記金属微粒子表面の有機系被膜と有機溶媒とを除去したことを特徴とする圧電振動デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２７４１０４（Ｐ２００７−２７４１０４Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９４５０２（Ｐ２００６−９４５０２）
【出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
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