圧電振動デバイス
【課題】 気密封止時のベース内の温度勾配を抑制でき、低背化にも対応したベースを用いることによって、信頼性の高い気密封止を行うことができる圧電振動デバイスを提供することを目的とする。
【解決手段】 内部に圧電振動素子を収容するための凹部３と、当該凹部３を囲繞し、上面に金属封止部材４が周状に形成された環状の堤部２とを具備する絶縁性材料からなる平面視矩形状のベース１であって、少なくとも前記べース１の長辺側の堤部の外側面、内部、内側面のいずれか１つ、または２つ以上を組み合わせた位置に、金属導体からなる熱伝導部５が一箇所以上形成されているとともに、前記熱伝導部５の少なくとも１つ以上は、、前記堤部２の深さ方向に、前記凹部３の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインＬより下の位置まで形成されている。
【解決手段】 内部に圧電振動素子を収容するための凹部３と、当該凹部３を囲繞し、上面に金属封止部材４が周状に形成された環状の堤部２とを具備する絶縁性材料からなる平面視矩形状のベース１であって、少なくとも前記べース１の長辺側の堤部の外側面、内部、内側面のいずれか１つ、または２つ以上を組み合わせた位置に、金属導体からなる熱伝導部５が一箇所以上形成されているとともに、前記熱伝導部５の少なくとも１つ以上は、、前記堤部２の深さ方向に、前記凹部３の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインＬより下の位置まで形成されている。
【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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表面実装型の圧電振動デバイスの封止工程では、上面に金属膜層が形成された環状の堤部を有するセラミック積層体からなる容器体（ベース）と、金属からなる矩形状の蓋体とが、シーム溶接法などの封止手段によって気密接合される。
【０００３】
前記シーム溶接時は、金属性の蓋体が高温状態になるため、当該蓋体に接触しているベースの温度も熱伝導により上昇する。しかし、前記蓋体と前記ベースの熱膨張率（線膨張係数）の違いから、前記シーム溶接が完了して常温まで温度が低下する際に、蓋体およびべースに引張応力等の各種応力が発生する。このとき、ベース内の温度勾配が大きい状態にあると熱応力の影響が大きくなり、ベース１の側面や底面などに割れやクラックが発生しやすくなる。割れやクラックが発生すると、気密不良やベース内部応力の増大による発振周波数のズレなどの不具合が生じる。（図１５参照）
【０００４】
前記応力を緩和するために、上記金属膜層と前記蓋体との間に緩衝材として金属枠体を介在させた構成のベースがあるが、圧電振動デバイスの小型化によって、堤部の幅が狭くなり、前記金属膜層のベース基体に対する接合強度が低下し、シーム溶接後の冷却過程で蓋体と金属枠体とが収縮することによって発生する応力が前記金属膜層に加わり、ベース基体から金属膜層が剥離してしまう問題点があった。このような問題点を解決するために、導体が充填された溝状の切り欠きをベース側面の上端から中央部にかけて形成した電子部品収納用パッケージが特許文献１に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１８３７２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のパッケージ(ベース)は、前記溝状の切り欠きによって、金属枠体と金属膜層とを接合するロウ材が、金属枠体と金属膜層との接合面から、溝状の切り欠きに充填された導体の露出表面にかけてフィレットを形成するので接合力の向上は望めるものの、金属枠体の厚みが加わるため圧電振動デバイスの低背化に繋がらない。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、気密封止時のベース内の温度勾配を抑制でき、低背化にも対応したベースを用いることによって、信頼性の高い気密封止を行うことができる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】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１によると、内部に圧電振動素子を収容するための凹部と、当該凹部を囲繞し、上面に金属封止部材が周状に形成された環状の堤部とを具備する絶縁性材料からなる平面視矩形状のベースであって、少なくとも前記べースの長辺側の堤部の外側面、内部、内側面のいずれか１つ、または２つ以上を組み合わせた位置に、金属導体からなる熱伝導部が一箇所以上形成されているとともに、前記熱伝導部の少なくとも１つ以上は、前記堤部の深さ方向に、前記凹部の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインよりも下の位置まで形成されているので、蓋体で前記凹部を封止する際に、高温になったベース上部の熱を前記熱伝導部を介して急速にベース下部方向へ伝えることができる。
【０００９】
上記構成によると、高温になったベース上部の熱をベース下部にまで伝導させることができるため、ベースの温度勾配を抑制することができる。
【００１０】
上記構成によって、前記ベースに加わる各種応力の集中をベース内部に分散させることができるため、ベースのクラックの発生を抑制することができる。
【００１１】
矩形状のベースと蓋体とをシーム溶接によって接合する時には、辺長の長い長辺側の方が、シームローラーの接触時間が長くなるため、ベース上面の温度もベースの長辺側の方が短辺側よりも高くなる。したがってベース内の温度勾配は長辺側の方が大きくなると考えられる。また、ベースの製造ばらつきによって、ベースの構造的に脆弱な部分にはクラックが発生することがある。しかし、本発明の構成によると、少なくとも前記べースの長辺側の堤部の外側面、内部、内側面のいずれか１つ、または２つ以上を組み合わせた位置に、金属導体からなる熱伝導部が一箇所以上形成されているとともに、前記熱伝導部の少なくとも１つ以上は、前記堤部の深さ方向に、前記凹部の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインよりも下の位置まで形成されているので、ベース上部の熱がベース下部方向へ急速に伝導され、ベースの温度勾配を抑制することができる。前記熱伝導部によってベース温度を均一化させることができるため、ベースのクラックの発生を抑制することができる。
【００１２】
前記熱伝導部が、ベースの堤部の外側面に形成されている場合はベース上部の熱が、外部へ拡散（放熱）を伴った状態でベース下部方向へ伝導される。しかしながら、前記熱伝導部は前記堤部の深さ方向に、前記凹部の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインよりも下の位置まで形成されているため、熱拡散を伴いながら、ベース上部の熱を、前記凹部のベース内底面から下の領域に拡散させることができる。これにより、ベースの温度勾配の急峻化を抑制することができる。
【００１３】
前記熱伝導部がベースの堤部の内部に形成されている場合は、当該熱伝導部がベース絶縁材料に包囲されているため、ベース上部の熱の放熱を抑制することができるとともに、ベース下部方向へ伝導されるので熱伝導効率に優れる。
【００１４】
前記熱伝導部がベースの堤部の内側面に形成されている場合は、放熱による熱的損失を伴うものの、前記放熱は外部空間に対してではなく内部空間、すなわち前記凹部空間（キャビティ）内への放熱であるため熱的損失を抑制でき、ベースの温度勾配を抑制することができる。
【００１５】
前記熱伝導部の配設は、前記ベース長辺側の堤部の外側面、内部、内側面のいずれか１つ、または２つ以上を組み合わせた位置に形成されるが、熱伝導効率の良い長辺側の堤部の内部に形成した上で、さらに前記ベース短辺側の堤部の外側面、内部、内側面のいずれか１つ、または２つ以上を組み合わせた位置にも形成することによって、より多くの熱容量を確保することができ、ベース温度の均一化により効果が期待できる。
【００１６】
また、前記熱伝導部の配設数は、前記ベース長辺側の堤部の外側面、内部、内側面のいずれか１つ、または２つ以上を組み合わせた位置に各々１箇所だけでなく、複数配設されていてもよい。特に前記ベース長辺側の堤部の内部に複数配設されている場合は、ベース温度勾配の抑制に効果的である。
【００１７】
なお、前記熱伝導部は、一部あるいは全ての熱伝導部が前記金属封止部材と電気的に独立した状態であってもよい。例えば３枚のセラミックグリーンシートが積層されたベースの場合、中間の層にだけ熱伝導部が形成され、堤部上面の前記金属封止部材と前記熱伝導部とが接続されていない状態であってもよい。このような構造であっても、高温になった前記金属封止部材の熱をベース基体（セラミック）を介する熱伝導によって、当該熱伝導部に伝導させることができるため、ベース温度の均一化を図ることができる。
【００１８】
上記構成によると、熱伝導部の形成量は、前記金属封止部材と接続している場合よりも少なくすることができるため、熱伝導部の導体使用量を削減することができる。
【００１９】
さらにまた、前記熱伝導部は、前記金属封止部材と電気的に接続したビアホール（導体が充填された円筒状の孔）と、当該ビアホールに接続した前記セラミックグリーンシート積層間の配線導体とを介して、前記金属封止部材と接続した構造とすることも可能である。本構造によってもベース温度の急速な均一化を図ることができる。
【００２０】
さらに、前記熱伝導部の配設は前記ベース長辺側の堤部だけでなく、短辺側の堤部にも形成されていてもよい。この場合、前記温度勾配を２方向から抑制することができるので、ベース温度の均一化により効果的である。
【００２１】
前述のように、前記熱伝導部を形成することによって、ベースの温度勾配を抑制することができるので、ベース堤部の幅を縮小することが可能となり、ベースの外形寸法に対するキャビティの容積をより大きく確保することができる。さらに、ベースのキャビティ容積を大きくすることができるため、同一外形寸法のベースにおいて、従来よりもキャビティ内に搭載される圧電振動素子のサイズを拡大することが可能となり、設計の余裕度が増すことになる。また、更なる小型化要求にも対応した設計が可能となる。
【００２２】
また、本発明の請求項２によると、前記熱伝導部は、前記金属封止部材と電気的に接続し、前記堤部の深さ方向に、前記凹部の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインよりも下の位置まで形成されているので、ベース上部の熱をより効率的にベース下部へ伝導させることができるとともに、ベース温度の急速な均一化に効果的である。
【００２３】
また、本発明の請求項３によると、前記ベースの凹部内に圧電振動素子を収容し、金属からなる蓋体と前記金属封止部材とを、シーム溶接またはビーム溶接によって気密接合することを特徴とする圧電振動デバイスであり、気密接合時に前記蓋体からベース堤部上面の金属封止部材を介してベース上部に伝わった熱を、前記熱伝導部によってベース下部方向へ急速に伝導させることができる。これにより、ベースの温度勾配が抑制されるとともに、ベース温度を均一化させることによってクラックの発生を抑制することができるので、信頼性の高い圧電振動デバイスを得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明によれば、気密封止時のベース内の温度勾配を抑制でき、低背化にも対応したベースを用いることによって、信頼性の高い気密封止を行うことができる圧電振動デバイス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】
【００２５】
−第１の実施形態−
以下、本発明による第１の実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は圧電振動デバイスとして、表面実装型の水晶振動子を本発明に適用した場合を示す。
【００２６】
図１は本発明の第１の実施形態を示すベースの斜視図を、図２は図１のＡ−Ａ線における断面図を、図３は第１の実施形態を示すベース上面図を示している。図４は第１の実施形態を示すシーム溶接前の水晶振動子長辺方向の断面図であり、図５は第１の実施形態を示すシーム溶接完了後の水晶振動子長辺方向の断面図である。なお、図１乃至図５において、ベース底面に形成された外部接続電極およびベース内部に形成された配線導体の記載は省略している。また、図４乃至図５においては水晶振動板の表裏面に対向して形成されている一対の励振電極の記載を省略している。
【００２７】
本発明で適用される表面実装型の水晶振動子のベース１は、図１に示すように内部に圧電振動素子を収容するための凹部３と、当該凹部３を囲繞する環状の堤部２とを具備するアルミナ等のセラミックを主体とした絶縁性材料からなる容器体である。
【００２８】
ベース１は４枚のセラミックグリーンシートを積層して焼成によって形成され、ベース底面側から順に、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄで構成されている（図２参照）。そしてベース１の内部にはベース底面に形成された外部接続電極（図示せず）と接続した配線導体（図示せず）が形成されている。
【００２９】
前記堤部２の上面は平坦な状態となっており、金属封止部材として、下から順にタングステンメタライズ層、ニッケルメッキ層、金メッキ層の３層からなる金属膜層４が周状に形成されている。なお、前記タングステンの代わりにモリブデンを用いてもよい。
【００３０】
そして、前記ベース１の長辺側の対向する２つの堤部それぞれの内部には、円柱状の熱伝導部５が複数配設されている。本実施形態では、前記熱伝導部５は一長辺につき６箇所、すなわち長辺全体で１２箇所に配設されている。短辺方向については一短辺につき３箇所、すなわち短辺全体で６箇所に配設されている。つまり、ベース１全体では合計１８箇所に熱伝導部が形成されている。なお、図１において熱伝導部５の形成状態をわかりやすくするために点線で表示している。
【００３１】
図２に示すように前記熱伝導部５は深さ方向については、前記金属膜層４と接続し、堤部２の内部を通って、前記凹部の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインＬよりも下の位置、すなわち前記ベース１の第１層目（１ａ）の上面の位置まで形成されている。平面方向については、堤部の幅（以下シールパスと称す）の中央を結ぶライン上に、円柱状の熱伝導部の中心軸が略一致するようにして、長辺および短辺方向に一定間隔で整列して配設されている（図３参照）。なお、前記熱伝導部５の直径は、シールパスが０．２ｍｍの場合、０．１ｍｍφ程度が好ましい。
【００３２】
前記熱伝導部５は導体からなり、本実施形態においては前記配線導体と同一の材料であり、タングステンあるいはモリブデンなどが使用される。そして前記熱伝導部５は、スクリーン印刷によって形成される。具体的にはセラミックグリーンシートに貫通孔（ビアホール）を形成し、スキージすることによって前記貫通孔内部に導体を充填した後、セラミックグリーンシートを複数枚積層して焼成によって一体的に形成される。そして、前記熱伝導部５の上端側、すなわち前記堤部２の上面にはタングステンメタライズ層が形成され、さらにその上面にニッケル層、金層の順に金属膜層４がメッキ法によって成膜される（図３参照）。
【００３３】
図２において、ベース１の内底部（1ｂの上面）には一対の搭載パッド９（図示せず）が形成されており、これらの搭載パッドはベース１の内部（１ａ）に形成された前記配線導体を介して、ベース底面（1ａの下面）に形成された前記外部接続電極と電気的に繋がっている。前記一対の搭載パッドは、例えばタングステンメタライズ層の上面にニッケル、金の順でメッキ等の手法により金属層が形成されている。本実施形態では搭載パッドはベース内底部上の一短辺部側に並列して形成されている。
【００３４】
本発明で適用される表面実装型の水晶振動子は、表裏面に圧電振動素子を駆動させるための励振電極が形成された直方体形状のＡＴカット水晶振動板６を、前記ベース１の凹部内に形成された前記搭載パッド９上に導電性接合材１０を介して電気的機械的に接続した後、平面視矩形状の金属からなる蓋体７を、ベース堤部上面の金属膜層４上に載置してシーム溶接によって気密接合することによって得られる（図４乃至図５参照）。
【００３５】
図４において、蓋体７はコバールを基体とする平面視矩形状で金属性の蓋体であり、当該蓋体７の表裏面にはニッケルメッキ層（図示せず）が形成されている。また蓋体７の前記金属膜層４との接合面側には、前記ニッケルメッキ層の下（接合面側）に金属から成るロウ材８が全面に亘って形成されている。なお、本実施形態では、前記ロウ材として銀ロウが使用されている。
【００３６】
以下、本発明が適用された水晶振動子の製造方法について説明していく。まず、前記一対の搭載パッド９の上部に、ディスペンサ等によって導電性接合材１０を適量塗布した後、水晶振動板保持ツール（図示せず）によって吸引保持された水晶振動板６を搭載し、所定の温度プロファイルにて前記導電性接合材１０を硬化させ、水晶振動板６と搭載パッド９とを電気的機械的に接続する。なお、前記導電性接合材１０は例えばペースト状のシリコーン系樹脂導電接合材が使用されるが、これに限定されるものではなく、エポキシ系樹脂導電接合材等を使用してもよい。
【００３７】
水晶振動板６を導電性接合材１０を介して前記搭載パッド９に接合した後、前記蓋体７を搭載ツール（図示せず）を使用して、ベース１の堤部上面に形成された金属膜層４の上に載置する。このとき、前記金属膜層４の上に、前記蓋体７の前記金属膜層４との接合面側に形成されたロウ材８が略一致するようにして蓋体７が載置される。
【００３８】
前記蓋体７のベース上面への載置後に、一対のシームローラーＲを蓋体７の対向する二長辺各々の略中央部分（２箇所）に当接させて仮止めを行う。前記仮止め作業は、蓋体７とベース１とを２箇所で仮固定することにより、接合位置のズレを防止する為に実施している。なお、前記仮止め作業は２箇所以上、例えば４箇所（一長辺に一定間隔で２箇所）で実施してもよい。
【００３９】
前記仮止めの後に、図４に示すようにシームローラーＲを蓋体２の対向する二長辺の、一端側の周辺上に当接させ、蓋体７と金属膜層４とに大電流を印加させながら、蓋体７の対向する二長辺の他端側に向って転動させることによって、水晶振動子１の長辺方向における前記ロウ材８と前記金属膜層４とが封止接合される（第１の封止工程）。
【００４０】
次に、シームローラーＲを、前記蓋体７の対向する二短辺の一端側の周辺上に当接させ、蓋体７と金属膜層４とに大電流を印加させながら、他端側に向って転動させることによって、短辺方向における前記ロウ材８と前記金属膜層４とが封止接合され、図５に示すように蓋体７とベース１とが気密封止される（第２の封止工程）。なお、前記第１と第２の封止工程は不活性ガス雰囲気中にて行われる。
【００４１】
前述のシーム溶接時において、高温状態になった金属性の蓋体７および前記金属膜層４を通じてベース１に熱が伝わるが、前記熱伝導部５により、前記金属膜層４の熱を当該ベースの下方へ急速に伝熱させることができる。つまり、複数の熱伝導部５によって、高温になった前記金属膜層４の熱を速くベース下方（本実施形態の場合、第１層目１ａの上面周辺）にまで伝えることができるので、ベース内の温度勾配を抑制することができ、ベースの温度を均一化させることができる。この効果によって、ベース内部応力を緩和することができるので、クラックの発生を抑制することができる。
【００４２】
なお、本実施形態では前記熱伝導部５の配設数は、一長辺につき６箇所であるが、これに限定されるものではない。つまり、一長辺につき１箇所だけあるいは複数箇所で形成されていてもよい。この場合、熱伝導部の形成位置は長辺の中央あるいは、長辺中央を含んで両側に近接する位置が好ましい。これはシーム溶接によってベースに加わる各種応力の集中をベース内部に分散させるためである。このような構成であっても、シーム溶接時に高温になったベース上部の熱をベース下部方向へ急速に伝導させることができるので、ベースの温度勾配が抑制され、クラックの抑制に効果がある。
【００４３】
あるいはまた、前記熱伝導部５の配設数は、一長辺につき６箇所以上であってもよい。この場合は、より多くの面積でベース上部の熱をベース下部へ伝導することができるため、ベース温度の均一化に、より効果的に機能する。
【００４４】
前記熱伝導部５の配設は前記ベース長辺側の堤部だけでなく、短辺側の堤部にも形成されていてもよい。この場合、前記温度勾配を２方向から抑制することができるので、ベース温度の均一化により効果が期待できる。
【００４５】
前記熱伝導部５の形状は円柱に限定されるものではなく、角柱状や楕円柱状であってもよい。
【００４６】
前記熱伝導部５の形成によってベースの温度勾配を抑制することができるので、ベースのシールパスを縮小することが可能となり、ベースの外形寸法に対する凹部空間（キャビティ）の容積をより大きく確保することができる。さらに、ベースのキャビティ容積を大きくすることができるため、同一外形寸法のベースにおいて、従来よりもキャビティ内に搭載される圧電振動素子のサイズを拡大することが可能となり、設計の余裕度が増す。また、更なる小型化要求にも対応した設計が可能となる。
【００４７】
なお、前記熱伝導部５の導体材料としてタングステンあるいはモリブデンの他に、これらの導体よりもさらに熱伝導率のよい導体、例えば銅などを用いることも可能である。
【００４８】
本発明のベースであれば前記金属膜層４の上面に金属枠体を形成することなく、シーム溶接後の応力緩和を図ることができるため、圧電振動デバイスの低背化に寄与することができる。なお、本実施形態では金属枠体を用いない構成であるが、金属枠体を用いた構成のベースであっても本発明の適用は可能である。例えば金属枠体を前記金属膜層４の上に金属接合材を介して接合し、熱伝導部は金属枠体と前記金属膜とに接続した状態で前記堤部の深さ方向に形成されていればよい。
【００４９】
本実施形態の場合、不活性ガス雰囲気にて封止が行われるが、真空雰囲気の場合、封止後のキャビティ内への熱拡散を抑える効果が期待できる。
【００５０】
本実施形態では蓋体とベースとの気密封止接合にシーム溶接を用いているが、レーザーや電子ビームなどによるビーム溶接においても適用可能である。
【００５１】
なお、本発明において蓋体の材料は封止方法がシーム溶接の場合は金属製となるが、ビーム溶接の場合は金属以外にセラミックも使用可能である。
【００５２】
−第１の実施形態の変形例−
本発明の実施形態の変形例として、第２の層１ｂおよび第３の層１ｃと、第４の層１ｄとに形成される熱伝導部の幅（直径）が異なった形態にすることも可能である。つまり、第２の層１ｂおよび第３の層１ｃにおける熱伝導部の直径よりも、上層に位置する第４の層１ｄにおける熱伝導部の直径の方が大きくなるように形成する。これは高温に達する前記金属膜層４に、より近い第４の層にある熱伝導部の直径の方を大きくすることによって、より多くの熱容量を確保するためである。このような構成によってもシーム溶接時に高温になったベース上部の熱をベース下部方向へ急速に伝導させることができるので、ベースの温度勾配が抑制され、クラックの抑制に効果が期待できる。
【００５３】
さらに、本発明の実施形態の他の変形例として、少なくとも長辺側の堤部の内部に複数の熱伝導部を配設し、シーム溶接によってベースに加わる各種応力が集中すると考えられる位置、つまり長辺中央付近の熱伝導部だけを、他の熱伝導部に対して体積の大きい長楕円形状とすることで、より多くの熱容量を確保して熱勾配抑制効果を高めることも可能である。さらに前記長楕円形状の熱伝導部に、銅などの熱伝導率のよい導体を用いることによっても、より高い熱勾配抑制効果が期待できる。
【００５４】
−第２の実施形態−
以下、本発明の第２の実施形態について図６乃至図７を基に説明する。図６は第２の実施形態を示すベースの上面図であり、図７は図６のＢ−Ｂ線における断面図である。図６において熱伝導部は形成状態をわかりやすくするために点線と塗り潰しを併用して表示している。なお、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、第１の実施形態と同様の効果を有する。また、本実施形態においても表面実装型の水晶振動子を本発明に適用した場合を示す。
【００５５】
図６においてベース１１は、４枚のセラミックグリーンシートの積層体であり、ベース底面側から順に、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄで構成されている。そしてベース１１の内部にはベース底面に形成された外部接続電極（図示せず）と接続した配線導体（図示せず）が形成されている。また、堤部２の上面は平坦な状態で、金属封止部材として第１の実施形態と同様の膜構成で３層からなる金属膜層４が周状に形成されている。
【００５６】
図６に示すように本実施形態において熱伝導部は、長辺側の堤部２の内部に形成されているだけでなく、長辺側の堤部２の内側面にも形成されている。前記堤部２の内側面に形成された熱伝導部５１は堤部上面の金属膜層４と接続し、前記１ｂ層の上面の深さまで形成され、円柱を高さ方向に２分割した“半円柱”形状となっている。本実施形態では、前記熱伝導部５は一長辺の内部に等間隔で６箇所、一長辺の堤部内壁に等間隔で６箇所、よって一長辺単位では１２箇所に配設されている。したがって長辺全体では２４箇所になる。
【００５７】
短辺方向については、前記熱伝導部５は一短辺につき等間隔で３箇所、一短辺の堤部内壁に等間隔で３箇所、よって一短辺単位では６箇所に配設されている。つまり、短辺全体では１２箇所に配設されている。したがって、ベース１１全体では長短辺を合わせて合計３６箇所に熱伝導部が形成されている。なお、前記複数の熱伝導部５は、長辺および短辺のシールパスの中央を結ぶライン上に、円柱状の熱伝導部の中心軸が略一致するように、かつ一定間隔で整列して配設されている。そして前記熱伝導部５１は半円柱の中心軸が、堤部内壁面に一致するように一定間隔で整列して配設されている。
【００５８】
前記熱伝導部５１はセラミックグリーンシート状態において全円状の貫通孔を環状に複数形成しておき、当該貫通孔の中にタングステンあるいはモリブデンの導体を充填した後、それぞれの孔の直径を通って面積を２分する周状のラインでプレス加工することによって形成される。本実施形態では、熱伝導部５１の導体材料は前記熱伝導部５と同一の材料で構成されている。なお、熱伝導部５１の材料は同一材料に限定されるものではなく、異種材料であってもよい。
【００５９】
上記構成の場合、熱伝導部の熱容量を前記ベース長辺側の堤部の内部にだけ形成されている場合よりも更に多く確保することができるため、ベース１１の温度の急速な均一化により効果的である。また図７に示すように、前記熱伝導部５は金属膜層４から、下方向に、前記凹部の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインＬよりも下の位置、すなわち当該ベース１１の第１層目１ａの上面に亘って形成されているので、高温になったベース上部の熱をベース下部にまで熱伝導によって伝えることができる。このような構成によってベースの温度分布を均一化させることが可能となる。
【００６０】
なお、ベース内側面に熱伝導部５１の配設は、少なくとも長辺側の一つの堤部の内側面の中央周辺に１箇所形成するのが熱勾配抑制効果の点から好ましく、一つの堤部に１箇所以上形成する場合は長辺の内側面中央を含んで両側に近接する位置に形成するのが好ましい。
【００６１】
−第２の実施形態の変形例−
以下、本発明の第２の実施形態の変形例について図８乃至図１１を基に説明する。図８は第２の実施形態の変形例を示すベースの上面図であり、図９は図８のＣ−Ｃ線における断面図である。図１０は第２の実施形態のその他の変形例を示すベース長辺方向の断面図である。図１１は第２の実施形態のその他の変形例を示すベースの上面図である。図８と図１１において熱伝導部は形成状態をわかりやすくするために一部を点線で表示している。なお、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。
【００６２】
図８乃至図１１においてもベース１２は、４枚のセラミックグリーンシート（ベース底面側から順に１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）の積層体で構成されている。また、堤部２の上面は金属封止部材として、前述の実施形態と同様の膜構成で３層からなる金属膜層４が周状に形成されている。
【００６３】
図８において、熱伝導部は長辺側および短辺側の堤部２の内部に形成されているだけでなく、長辺側および短辺側の堤部２の外側面にも形成されている。前記堤部２の外側面に形成された熱伝導部５２は堤部上面の金属膜層４と接続し、前記１ａ層の上面まで形成され、円柱を高さ方向に２分割した“半円柱”形状となっている。そして前記熱伝導部５２は、図９に示すように金属膜層４と接続し、当該金属膜層より下方向に、ベース凹部の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインＬよりも下の位置、すなわち当該ベース１２の第１層目１ａの上面にまで形成されているので、高温になったベース上部の熱を外部に放熱するとともに、ベース下部にまで熱伝導によって伝えることができる。さらに、堤部２の内部に熱伝導効率の良い熱伝導部も形成されているため、ベースの温度分布をより速く均一化させることができる。
【００６４】
また、図１０に示すように熱伝導部を、堤部２の外側面と内部と内側面の３箇所に形成することも可能である。このような構成の場合、例えば堤部２の外側面に形成される熱伝導部５２は、熱伝導効率の観点からベース１２の第１層目の上面（１ａ上面）の深さまで形成されていることが好ましい。
【００６５】
上記構成の場合、熱容量がさらに多く確保できるとともに、堤部の深さ方向だけでなく、厚み（シールパス）方向においてもより速く温度分布を均一化させることができるため、ベースの温度勾配が抑制され、クラックの抑制に好適である。
【００６６】
本発明の実施形態において複数の熱伝導部を配設する場合、堤部２の外側面、内部、内側面の２つ以上を組み合わせて形成された熱伝導部は、必ずしもシールパス(堤部幅)方向において直線上に整列している必要はなく、例えば図１１のように堤部内部の熱伝導部と堤部内側面の熱伝導部とがシールパス方向に非整列（互い違い）となった状態であってもよい。
【００６７】
上記構成であれば、堤部側面方向から見たときに前記熱伝導部がより分散した状態で形成されるため、より高い熱勾配抑制効果が期待できる。
【００６８】
−第３の実施形態−
以下、本発明の第３の実施形態について図１２を基に説明する。図１２は第３の実施形態を示す長辺方向堤部の断面図である。なお、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、第１乃至第２の実施形態と同様の効果を有する。
【００６９】
図１２において、熱伝導部５は一つの長辺側堤部の内部に６箇所形成され、深さ方向にはベース１４の堤部上面の金属膜層４に接続し、第１層目（１ａ）の上面の位置に亘って形成されている。複数の熱伝導部５の間隔は一定ではなく、長辺側の堤部の略中央付近にから、前記堤部両端付近にかけて漸次前記間隔が広くなるように形成されている。つまり長辺側の堤部の中央付近では間隔が狭い“密”な状態になっており、逆に長辺辺側の堤部両端付近では間隔が拡がった“疎”な状態になっている。
【００７０】
上記構成は、長辺側の堤部の中央近辺が、シーム溶接によってベースに加わる各種応力の集中領域と考えられることから、長辺側の堤部の中央付近においてより多くの熱容量をベース下部方向へ熱移動させて熱勾配を抑制することを目的としている。上記構成により、ベース温度の均一化をより効率的に行うことができる。なお、熱伝導部間の間隔は任意に設定可能であり、図１２に示す形態に限定されるものではない。
【００７１】
−第３の実施形態の変形例−
第３の実施形態の変形例を図１３を基に説明する。図１３は第３の実施形態の変形例を示すベース長辺方向の堤部の断面図である。なお、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。
【００７２】
図１３に示すように、ベース１５のセラミックグリーンシート積層間に水平方向に配線導体１６を形成し、複数の熱伝導部５の一部を当該配線導体１６と接続して導通状態とすることによって、ベース上部の熱を鉛直方向だけでなく水平方向にも伝導させることができる。ここで、前記配線導体１６は熱伝導部５あるいはベース１５の底面に形成された外部接続端子と接続したベース内部の配線導体を介してアース接続された構造であってもよい。
【００７３】
上記構成によると、鉛直方向および水平方向の双方向において温度勾配を緩和することができるため、ベースの温度の均一化により効果が期待できる。
【００７４】
なお、上記構成において配線導体１６と熱伝導部５との接続は図１３のように隣接する熱伝導部間で形成深さを変える構造であってもよい。あるいはまた、全ての熱伝導部が前記配線導体１６と接続した構造（単一深さ）であってもよい。
【００７５】
また、本発明の実施形態の他の変形例として、図１４に示すように、ベース１７において、第２の層１ｂから第４の層１ｄの間に円柱状の熱伝導部５を形成するとともに、前記第２の層１ｂと第４の層１ｄに形成された熱伝導部の直径が、第３の層１ｃの熱伝導部の直径よりも大きくなるように形成してもよい。あるいは第３の層１ｃと第４の層１ｄの熱伝導部の直径が、第２の層１ｂの熱伝導部の直径よりも大きくなるように形成してもよい。
【００７６】
本発明の実施形態では圧電振動デバイスとしてＡＴカット水晶振動子を挙げているが、その他の例として音叉型水晶振動子や、その他のカットの水晶振動子の製造においても本発明は適用可能である。さらに、ベース内底部上にＩＣを搭載した後、ワイヤボンディングやフェースダウンボンディング等によってＩＣ接続端子とベース内底部に形成されたパッド電極とが電気的に接続され、その上方に圧電振動素子が搭載された構造の発振器、あるいは、前記ＩＣと圧電振動素子の位置関係が上下逆構造の発振器の製造においても本発明は適用可能である。また、前記圧電振動デバイス内に収容される圧電振動素子は単数に限定されるものではなく、複数の圧電振動素子が収容されていてもよい。
【００７７】
本発明は、複数個の蓋体またはベースがマトリクス状に整列して一体的に形成された集合基板を用いた製造方法についても適用可能である。
【００７８】
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】
【００７９】
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】
【００８０】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すベースの斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を示すベース上面図である。
【図４】第１の実施形態を示すシーム溶接前の水晶振動子長辺方向の断面図である。
【図５】第１の実施形態を示すシーム溶接後の水晶振動子長辺方向の断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態を示すベースの上面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の変形例を示すベースの上面図である。
【図９】図８のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の変形例を示すベースの長辺方向の断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態のその他の変形例を示すベースの上面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態を示す長辺方向堤部の断面図である。
【図１３】第３の実施形態の変形例を示す長辺方向堤部の断面図である。
【図１４】第３の実施形態の他の変形例を示す長辺方向堤部の断面図である。
【図１５】従来の水晶振動子の長辺方向の断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１、１１、１２、１３、１４、１５、１７ ベース
２ 堤部
３ 凹部
４ 金属膜層
５、５１、５２ 熱伝導部
６ 水晶振動板
７ 蓋体
８ ロウ材
【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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表面実装型の圧電振動デバイスの封止工程では、上面に金属膜層が形成された環状の堤部を有するセラミック積層体からなる容器体（ベース）と、金属からなる矩形状の蓋体とが、シーム溶接法などの封止手段によって気密接合される。
【０００３】
前記シーム溶接時は、金属性の蓋体が高温状態になるため、当該蓋体に接触しているベースの温度も熱伝導により上昇する。しかし、前記蓋体と前記ベースの熱膨張率（線膨張係数）の違いから、前記シーム溶接が完了して常温まで温度が低下する際に、蓋体およびべースに引張応力等の各種応力が発生する。このとき、ベース内の温度勾配が大きい状態にあると熱応力の影響が大きくなり、ベース１の側面や底面などに割れやクラックが発生しやすくなる。割れやクラックが発生すると、気密不良やベース内部応力の増大による発振周波数のズレなどの不具合が生じる。（図１５参照）
【０００４】
前記応力を緩和するために、上記金属膜層と前記蓋体との間に緩衝材として金属枠体を介在させた構成のベースがあるが、圧電振動デバイスの小型化によって、堤部の幅が狭くなり、前記金属膜層のベース基体に対する接合強度が低下し、シーム溶接後の冷却過程で蓋体と金属枠体とが収縮することによって発生する応力が前記金属膜層に加わり、ベース基体から金属膜層が剥離してしまう問題点があった。このような問題点を解決するために、導体が充填された溝状の切り欠きをベース側面の上端から中央部にかけて形成した電子部品収納用パッケージが特許文献１に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１８３７２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のパッケージ(ベース)は、前記溝状の切り欠きによって、金属枠体と金属膜層とを接合するロウ材が、金属枠体と金属膜層との接合面から、溝状の切り欠きに充填された導体の露出表面にかけてフィレットを形成するので接合力の向上は望めるものの、金属枠体の厚みが加わるため圧電振動デバイスの低背化に繋がらない。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、気密封止時のベース内の温度勾配を抑制でき、低背化にも対応したベースを用いることによって、信頼性の高い気密封止を行うことができる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】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１によると、内部に圧電振動素子を収容するための凹部と、当該凹部を囲繞し、上面に金属封止部材が周状に形成された環状の堤部とを具備する絶縁性材料からなる平面視矩形状のベースであって、少なくとも前記べースの長辺側の堤部の外側面、内部、内側面のいずれか１つ、または２つ以上を組み合わせた位置に、金属導体からなる熱伝導部が一箇所以上形成されているとともに、前記熱伝導部の少なくとも１つ以上は、前記堤部の深さ方向に、前記凹部の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインよりも下の位置まで形成されているので、蓋体で前記凹部を封止する際に、高温になったベース上部の熱を前記熱伝導部を介して急速にベース下部方向へ伝えることができる。
【０００９】
上記構成によると、高温になったベース上部の熱をベース下部にまで伝導させることができるため、ベースの温度勾配を抑制することができる。
【００１０】
上記構成によって、前記ベースに加わる各種応力の集中をベース内部に分散させることができるため、ベースのクラックの発生を抑制することができる。
【００１１】
矩形状のベースと蓋体とをシーム溶接によって接合する時には、辺長の長い長辺側の方が、シームローラーの接触時間が長くなるため、ベース上面の温度もベースの長辺側の方が短辺側よりも高くなる。したがってベース内の温度勾配は長辺側の方が大きくなると考えられる。また、ベースの製造ばらつきによって、ベースの構造的に脆弱な部分にはクラックが発生することがある。しかし、本発明の構成によると、少なくとも前記べースの長辺側の堤部の外側面、内部、内側面のいずれか１つ、または２つ以上を組み合わせた位置に、金属導体からなる熱伝導部が一箇所以上形成されているとともに、前記熱伝導部の少なくとも１つ以上は、前記堤部の深さ方向に、前記凹部の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインよりも下の位置まで形成されているので、ベース上部の熱がベース下部方向へ急速に伝導され、ベースの温度勾配を抑制することができる。前記熱伝導部によってベース温度を均一化させることができるため、ベースのクラックの発生を抑制することができる。
【００１２】
前記熱伝導部が、ベースの堤部の外側面に形成されている場合はベース上部の熱が、外部へ拡散（放熱）を伴った状態でベース下部方向へ伝導される。しかしながら、前記熱伝導部は前記堤部の深さ方向に、前記凹部の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインよりも下の位置まで形成されているため、熱拡散を伴いながら、ベース上部の熱を、前記凹部のベース内底面から下の領域に拡散させることができる。これにより、ベースの温度勾配の急峻化を抑制することができる。
【００１３】
前記熱伝導部がベースの堤部の内部に形成されている場合は、当該熱伝導部がベース絶縁材料に包囲されているため、ベース上部の熱の放熱を抑制することができるとともに、ベース下部方向へ伝導されるので熱伝導効率に優れる。
【００１４】
前記熱伝導部がベースの堤部の内側面に形成されている場合は、放熱による熱的損失を伴うものの、前記放熱は外部空間に対してではなく内部空間、すなわち前記凹部空間（キャビティ）内への放熱であるため熱的損失を抑制でき、ベースの温度勾配を抑制することができる。
【００１５】
前記熱伝導部の配設は、前記ベース長辺側の堤部の外側面、内部、内側面のいずれか１つ、または２つ以上を組み合わせた位置に形成されるが、熱伝導効率の良い長辺側の堤部の内部に形成した上で、さらに前記ベース短辺側の堤部の外側面、内部、内側面のいずれか１つ、または２つ以上を組み合わせた位置にも形成することによって、より多くの熱容量を確保することができ、ベース温度の均一化により効果が期待できる。
【００１６】
また、前記熱伝導部の配設数は、前記ベース長辺側の堤部の外側面、内部、内側面のいずれか１つ、または２つ以上を組み合わせた位置に各々１箇所だけでなく、複数配設されていてもよい。特に前記ベース長辺側の堤部の内部に複数配設されている場合は、ベース温度勾配の抑制に効果的である。
【００１７】
なお、前記熱伝導部は、一部あるいは全ての熱伝導部が前記金属封止部材と電気的に独立した状態であってもよい。例えば３枚のセラミックグリーンシートが積層されたベースの場合、中間の層にだけ熱伝導部が形成され、堤部上面の前記金属封止部材と前記熱伝導部とが接続されていない状態であってもよい。このような構造であっても、高温になった前記金属封止部材の熱をベース基体（セラミック）を介する熱伝導によって、当該熱伝導部に伝導させることができるため、ベース温度の均一化を図ることができる。
【００１８】
上記構成によると、熱伝導部の形成量は、前記金属封止部材と接続している場合よりも少なくすることができるため、熱伝導部の導体使用量を削減することができる。
【００１９】
さらにまた、前記熱伝導部は、前記金属封止部材と電気的に接続したビアホール（導体が充填された円筒状の孔）と、当該ビアホールに接続した前記セラミックグリーンシート積層間の配線導体とを介して、前記金属封止部材と接続した構造とすることも可能である。本構造によってもベース温度の急速な均一化を図ることができる。
【００２０】
さらに、前記熱伝導部の配設は前記ベース長辺側の堤部だけでなく、短辺側の堤部にも形成されていてもよい。この場合、前記温度勾配を２方向から抑制することができるので、ベース温度の均一化により効果的である。
【００２１】
前述のように、前記熱伝導部を形成することによって、ベースの温度勾配を抑制することができるので、ベース堤部の幅を縮小することが可能となり、ベースの外形寸法に対するキャビティの容積をより大きく確保することができる。さらに、ベースのキャビティ容積を大きくすることができるため、同一外形寸法のベースにおいて、従来よりもキャビティ内に搭載される圧電振動素子のサイズを拡大することが可能となり、設計の余裕度が増すことになる。また、更なる小型化要求にも対応した設計が可能となる。
【００２２】
また、本発明の請求項２によると、前記熱伝導部は、前記金属封止部材と電気的に接続し、前記堤部の深さ方向に、前記凹部の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインよりも下の位置まで形成されているので、ベース上部の熱をより効率的にベース下部へ伝導させることができるとともに、ベース温度の急速な均一化に効果的である。
【００２３】
また、本発明の請求項３によると、前記ベースの凹部内に圧電振動素子を収容し、金属からなる蓋体と前記金属封止部材とを、シーム溶接またはビーム溶接によって気密接合することを特徴とする圧電振動デバイスであり、気密接合時に前記蓋体からベース堤部上面の金属封止部材を介してベース上部に伝わった熱を、前記熱伝導部によってベース下部方向へ急速に伝導させることができる。これにより、ベースの温度勾配が抑制されるとともに、ベース温度を均一化させることによってクラックの発生を抑制することができるので、信頼性の高い圧電振動デバイスを得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明によれば、気密封止時のベース内の温度勾配を抑制でき、低背化にも対応したベースを用いることによって、信頼性の高い気密封止を行うことができる圧電振動デバイス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】
【００２５】
−第１の実施形態−
以下、本発明による第１の実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は圧電振動デバイスとして、表面実装型の水晶振動子を本発明に適用した場合を示す。
【００２６】
図１は本発明の第１の実施形態を示すベースの斜視図を、図２は図１のＡ−Ａ線における断面図を、図３は第１の実施形態を示すベース上面図を示している。図４は第１の実施形態を示すシーム溶接前の水晶振動子長辺方向の断面図であり、図５は第１の実施形態を示すシーム溶接完了後の水晶振動子長辺方向の断面図である。なお、図１乃至図５において、ベース底面に形成された外部接続電極およびベース内部に形成された配線導体の記載は省略している。また、図４乃至図５においては水晶振動板の表裏面に対向して形成されている一対の励振電極の記載を省略している。
【００２７】
本発明で適用される表面実装型の水晶振動子のベース１は、図１に示すように内部に圧電振動素子を収容するための凹部３と、当該凹部３を囲繞する環状の堤部２とを具備するアルミナ等のセラミックを主体とした絶縁性材料からなる容器体である。
【００２８】
ベース１は４枚のセラミックグリーンシートを積層して焼成によって形成され、ベース底面側から順に、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄで構成されている（図２参照）。そしてベース１の内部にはベース底面に形成された外部接続電極（図示せず）と接続した配線導体（図示せず）が形成されている。
【００２９】
前記堤部２の上面は平坦な状態となっており、金属封止部材として、下から順にタングステンメタライズ層、ニッケルメッキ層、金メッキ層の３層からなる金属膜層４が周状に形成されている。なお、前記タングステンの代わりにモリブデンを用いてもよい。
【００３０】
そして、前記ベース１の長辺側の対向する２つの堤部それぞれの内部には、円柱状の熱伝導部５が複数配設されている。本実施形態では、前記熱伝導部５は一長辺につき６箇所、すなわち長辺全体で１２箇所に配設されている。短辺方向については一短辺につき３箇所、すなわち短辺全体で６箇所に配設されている。つまり、ベース１全体では合計１８箇所に熱伝導部が形成されている。なお、図１において熱伝導部５の形成状態をわかりやすくするために点線で表示している。
【００３１】
図２に示すように前記熱伝導部５は深さ方向については、前記金属膜層４と接続し、堤部２の内部を通って、前記凹部の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインＬよりも下の位置、すなわち前記ベース１の第１層目（１ａ）の上面の位置まで形成されている。平面方向については、堤部の幅（以下シールパスと称す）の中央を結ぶライン上に、円柱状の熱伝導部の中心軸が略一致するようにして、長辺および短辺方向に一定間隔で整列して配設されている（図３参照）。なお、前記熱伝導部５の直径は、シールパスが０．２ｍｍの場合、０．１ｍｍφ程度が好ましい。
【００３２】
前記熱伝導部５は導体からなり、本実施形態においては前記配線導体と同一の材料であり、タングステンあるいはモリブデンなどが使用される。そして前記熱伝導部５は、スクリーン印刷によって形成される。具体的にはセラミックグリーンシートに貫通孔（ビアホール）を形成し、スキージすることによって前記貫通孔内部に導体を充填した後、セラミックグリーンシートを複数枚積層して焼成によって一体的に形成される。そして、前記熱伝導部５の上端側、すなわち前記堤部２の上面にはタングステンメタライズ層が形成され、さらにその上面にニッケル層、金層の順に金属膜層４がメッキ法によって成膜される（図３参照）。
【００３３】
図２において、ベース１の内底部（1ｂの上面）には一対の搭載パッド９（図示せず）が形成されており、これらの搭載パッドはベース１の内部（１ａ）に形成された前記配線導体を介して、ベース底面（1ａの下面）に形成された前記外部接続電極と電気的に繋がっている。前記一対の搭載パッドは、例えばタングステンメタライズ層の上面にニッケル、金の順でメッキ等の手法により金属層が形成されている。本実施形態では搭載パッドはベース内底部上の一短辺部側に並列して形成されている。
【００３４】
本発明で適用される表面実装型の水晶振動子は、表裏面に圧電振動素子を駆動させるための励振電極が形成された直方体形状のＡＴカット水晶振動板６を、前記ベース１の凹部内に形成された前記搭載パッド９上に導電性接合材１０を介して電気的機械的に接続した後、平面視矩形状の金属からなる蓋体７を、ベース堤部上面の金属膜層４上に載置してシーム溶接によって気密接合することによって得られる（図４乃至図５参照）。
【００３５】
図４において、蓋体７はコバールを基体とする平面視矩形状で金属性の蓋体であり、当該蓋体７の表裏面にはニッケルメッキ層（図示せず）が形成されている。また蓋体７の前記金属膜層４との接合面側には、前記ニッケルメッキ層の下（接合面側）に金属から成るロウ材８が全面に亘って形成されている。なお、本実施形態では、前記ロウ材として銀ロウが使用されている。
【００３６】
以下、本発明が適用された水晶振動子の製造方法について説明していく。まず、前記一対の搭載パッド９の上部に、ディスペンサ等によって導電性接合材１０を適量塗布した後、水晶振動板保持ツール（図示せず）によって吸引保持された水晶振動板６を搭載し、所定の温度プロファイルにて前記導電性接合材１０を硬化させ、水晶振動板６と搭載パッド９とを電気的機械的に接続する。なお、前記導電性接合材１０は例えばペースト状のシリコーン系樹脂導電接合材が使用されるが、これに限定されるものではなく、エポキシ系樹脂導電接合材等を使用してもよい。
【００３７】
水晶振動板６を導電性接合材１０を介して前記搭載パッド９に接合した後、前記蓋体７を搭載ツール（図示せず）を使用して、ベース１の堤部上面に形成された金属膜層４の上に載置する。このとき、前記金属膜層４の上に、前記蓋体７の前記金属膜層４との接合面側に形成されたロウ材８が略一致するようにして蓋体７が載置される。
【００３８】
前記蓋体７のベース上面への載置後に、一対のシームローラーＲを蓋体７の対向する二長辺各々の略中央部分（２箇所）に当接させて仮止めを行う。前記仮止め作業は、蓋体７とベース１とを２箇所で仮固定することにより、接合位置のズレを防止する為に実施している。なお、前記仮止め作業は２箇所以上、例えば４箇所（一長辺に一定間隔で２箇所）で実施してもよい。
【００３９】
前記仮止めの後に、図４に示すようにシームローラーＲを蓋体２の対向する二長辺の、一端側の周辺上に当接させ、蓋体７と金属膜層４とに大電流を印加させながら、蓋体７の対向する二長辺の他端側に向って転動させることによって、水晶振動子１の長辺方向における前記ロウ材８と前記金属膜層４とが封止接合される（第１の封止工程）。
【００４０】
次に、シームローラーＲを、前記蓋体７の対向する二短辺の一端側の周辺上に当接させ、蓋体７と金属膜層４とに大電流を印加させながら、他端側に向って転動させることによって、短辺方向における前記ロウ材８と前記金属膜層４とが封止接合され、図５に示すように蓋体７とベース１とが気密封止される（第２の封止工程）。なお、前記第１と第２の封止工程は不活性ガス雰囲気中にて行われる。
【００４１】
前述のシーム溶接時において、高温状態になった金属性の蓋体７および前記金属膜層４を通じてベース１に熱が伝わるが、前記熱伝導部５により、前記金属膜層４の熱を当該ベースの下方へ急速に伝熱させることができる。つまり、複数の熱伝導部５によって、高温になった前記金属膜層４の熱を速くベース下方（本実施形態の場合、第１層目１ａの上面周辺）にまで伝えることができるので、ベース内の温度勾配を抑制することができ、ベースの温度を均一化させることができる。この効果によって、ベース内部応力を緩和することができるので、クラックの発生を抑制することができる。
【００４２】
なお、本実施形態では前記熱伝導部５の配設数は、一長辺につき６箇所であるが、これに限定されるものではない。つまり、一長辺につき１箇所だけあるいは複数箇所で形成されていてもよい。この場合、熱伝導部の形成位置は長辺の中央あるいは、長辺中央を含んで両側に近接する位置が好ましい。これはシーム溶接によってベースに加わる各種応力の集中をベース内部に分散させるためである。このような構成であっても、シーム溶接時に高温になったベース上部の熱をベース下部方向へ急速に伝導させることができるので、ベースの温度勾配が抑制され、クラックの抑制に効果がある。
【００４３】
あるいはまた、前記熱伝導部５の配設数は、一長辺につき６箇所以上であってもよい。この場合は、より多くの面積でベース上部の熱をベース下部へ伝導することができるため、ベース温度の均一化に、より効果的に機能する。
【００４４】
前記熱伝導部５の配設は前記ベース長辺側の堤部だけでなく、短辺側の堤部にも形成されていてもよい。この場合、前記温度勾配を２方向から抑制することができるので、ベース温度の均一化により効果が期待できる。
【００４５】
前記熱伝導部５の形状は円柱に限定されるものではなく、角柱状や楕円柱状であってもよい。
【００４６】
前記熱伝導部５の形成によってベースの温度勾配を抑制することができるので、ベースのシールパスを縮小することが可能となり、ベースの外形寸法に対する凹部空間（キャビティ）の容積をより大きく確保することができる。さらに、ベースのキャビティ容積を大きくすることができるため、同一外形寸法のベースにおいて、従来よりもキャビティ内に搭載される圧電振動素子のサイズを拡大することが可能となり、設計の余裕度が増す。また、更なる小型化要求にも対応した設計が可能となる。
【００４７】
なお、前記熱伝導部５の導体材料としてタングステンあるいはモリブデンの他に、これらの導体よりもさらに熱伝導率のよい導体、例えば銅などを用いることも可能である。
【００４８】
本発明のベースであれば前記金属膜層４の上面に金属枠体を形成することなく、シーム溶接後の応力緩和を図ることができるため、圧電振動デバイスの低背化に寄与することができる。なお、本実施形態では金属枠体を用いない構成であるが、金属枠体を用いた構成のベースであっても本発明の適用は可能である。例えば金属枠体を前記金属膜層４の上に金属接合材を介して接合し、熱伝導部は金属枠体と前記金属膜とに接続した状態で前記堤部の深さ方向に形成されていればよい。
【００４９】
本実施形態の場合、不活性ガス雰囲気にて封止が行われるが、真空雰囲気の場合、封止後のキャビティ内への熱拡散を抑える効果が期待できる。
【００５０】
本実施形態では蓋体とベースとの気密封止接合にシーム溶接を用いているが、レーザーや電子ビームなどによるビーム溶接においても適用可能である。
【００５１】
なお、本発明において蓋体の材料は封止方法がシーム溶接の場合は金属製となるが、ビーム溶接の場合は金属以外にセラミックも使用可能である。
【００５２】
−第１の実施形態の変形例−
本発明の実施形態の変形例として、第２の層１ｂおよび第３の層１ｃと、第４の層１ｄとに形成される熱伝導部の幅（直径）が異なった形態にすることも可能である。つまり、第２の層１ｂおよび第３の層１ｃにおける熱伝導部の直径よりも、上層に位置する第４の層１ｄにおける熱伝導部の直径の方が大きくなるように形成する。これは高温に達する前記金属膜層４に、より近い第４の層にある熱伝導部の直径の方を大きくすることによって、より多くの熱容量を確保するためである。このような構成によってもシーム溶接時に高温になったベース上部の熱をベース下部方向へ急速に伝導させることができるので、ベースの温度勾配が抑制され、クラックの抑制に効果が期待できる。
【００５３】
さらに、本発明の実施形態の他の変形例として、少なくとも長辺側の堤部の内部に複数の熱伝導部を配設し、シーム溶接によってベースに加わる各種応力が集中すると考えられる位置、つまり長辺中央付近の熱伝導部だけを、他の熱伝導部に対して体積の大きい長楕円形状とすることで、より多くの熱容量を確保して熱勾配抑制効果を高めることも可能である。さらに前記長楕円形状の熱伝導部に、銅などの熱伝導率のよい導体を用いることによっても、より高い熱勾配抑制効果が期待できる。
【００５４】
−第２の実施形態−
以下、本発明の第２の実施形態について図６乃至図７を基に説明する。図６は第２の実施形態を示すベースの上面図であり、図７は図６のＢ−Ｂ線における断面図である。図６において熱伝導部は形成状態をわかりやすくするために点線と塗り潰しを併用して表示している。なお、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、第１の実施形態と同様の効果を有する。また、本実施形態においても表面実装型の水晶振動子を本発明に適用した場合を示す。
【００５５】
図６においてベース１１は、４枚のセラミックグリーンシートの積層体であり、ベース底面側から順に、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄで構成されている。そしてベース１１の内部にはベース底面に形成された外部接続電極（図示せず）と接続した配線導体（図示せず）が形成されている。また、堤部２の上面は平坦な状態で、金属封止部材として第１の実施形態と同様の膜構成で３層からなる金属膜層４が周状に形成されている。
【００５６】
図６に示すように本実施形態において熱伝導部は、長辺側の堤部２の内部に形成されているだけでなく、長辺側の堤部２の内側面にも形成されている。前記堤部２の内側面に形成された熱伝導部５１は堤部上面の金属膜層４と接続し、前記１ｂ層の上面の深さまで形成され、円柱を高さ方向に２分割した“半円柱”形状となっている。本実施形態では、前記熱伝導部５は一長辺の内部に等間隔で６箇所、一長辺の堤部内壁に等間隔で６箇所、よって一長辺単位では１２箇所に配設されている。したがって長辺全体では２４箇所になる。
【００５７】
短辺方向については、前記熱伝導部５は一短辺につき等間隔で３箇所、一短辺の堤部内壁に等間隔で３箇所、よって一短辺単位では６箇所に配設されている。つまり、短辺全体では１２箇所に配設されている。したがって、ベース１１全体では長短辺を合わせて合計３６箇所に熱伝導部が形成されている。なお、前記複数の熱伝導部５は、長辺および短辺のシールパスの中央を結ぶライン上に、円柱状の熱伝導部の中心軸が略一致するように、かつ一定間隔で整列して配設されている。そして前記熱伝導部５１は半円柱の中心軸が、堤部内壁面に一致するように一定間隔で整列して配設されている。
【００５８】
前記熱伝導部５１はセラミックグリーンシート状態において全円状の貫通孔を環状に複数形成しておき、当該貫通孔の中にタングステンあるいはモリブデンの導体を充填した後、それぞれの孔の直径を通って面積を２分する周状のラインでプレス加工することによって形成される。本実施形態では、熱伝導部５１の導体材料は前記熱伝導部５と同一の材料で構成されている。なお、熱伝導部５１の材料は同一材料に限定されるものではなく、異種材料であってもよい。
【００５９】
上記構成の場合、熱伝導部の熱容量を前記ベース長辺側の堤部の内部にだけ形成されている場合よりも更に多く確保することができるため、ベース１１の温度の急速な均一化により効果的である。また図７に示すように、前記熱伝導部５は金属膜層４から、下方向に、前記凹部の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインＬよりも下の位置、すなわち当該ベース１１の第１層目１ａの上面に亘って形成されているので、高温になったベース上部の熱をベース下部にまで熱伝導によって伝えることができる。このような構成によってベースの温度分布を均一化させることが可能となる。
【００６０】
なお、ベース内側面に熱伝導部５１の配設は、少なくとも長辺側の一つの堤部の内側面の中央周辺に１箇所形成するのが熱勾配抑制効果の点から好ましく、一つの堤部に１箇所以上形成する場合は長辺の内側面中央を含んで両側に近接する位置に形成するのが好ましい。
【００６１】
−第２の実施形態の変形例−
以下、本発明の第２の実施形態の変形例について図８乃至図１１を基に説明する。図８は第２の実施形態の変形例を示すベースの上面図であり、図９は図８のＣ−Ｃ線における断面図である。図１０は第２の実施形態のその他の変形例を示すベース長辺方向の断面図である。図１１は第２の実施形態のその他の変形例を示すベースの上面図である。図８と図１１において熱伝導部は形成状態をわかりやすくするために一部を点線で表示している。なお、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。
【００６２】
図８乃至図１１においてもベース１２は、４枚のセラミックグリーンシート（ベース底面側から順に１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）の積層体で構成されている。また、堤部２の上面は金属封止部材として、前述の実施形態と同様の膜構成で３層からなる金属膜層４が周状に形成されている。
【００６３】
図８において、熱伝導部は長辺側および短辺側の堤部２の内部に形成されているだけでなく、長辺側および短辺側の堤部２の外側面にも形成されている。前記堤部２の外側面に形成された熱伝導部５２は堤部上面の金属膜層４と接続し、前記１ａ層の上面まで形成され、円柱を高さ方向に２分割した“半円柱”形状となっている。そして前記熱伝導部５２は、図９に示すように金属膜層４と接続し、当該金属膜層より下方向に、ベース凹部の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインＬよりも下の位置、すなわち当該ベース１２の第１層目１ａの上面にまで形成されているので、高温になったベース上部の熱を外部に放熱するとともに、ベース下部にまで熱伝導によって伝えることができる。さらに、堤部２の内部に熱伝導効率の良い熱伝導部も形成されているため、ベースの温度分布をより速く均一化させることができる。
【００６４】
また、図１０に示すように熱伝導部を、堤部２の外側面と内部と内側面の３箇所に形成することも可能である。このような構成の場合、例えば堤部２の外側面に形成される熱伝導部５２は、熱伝導効率の観点からベース１２の第１層目の上面（１ａ上面）の深さまで形成されていることが好ましい。
【００６５】
上記構成の場合、熱容量がさらに多く確保できるとともに、堤部の深さ方向だけでなく、厚み（シールパス）方向においてもより速く温度分布を均一化させることができるため、ベースの温度勾配が抑制され、クラックの抑制に好適である。
【００６６】
本発明の実施形態において複数の熱伝導部を配設する場合、堤部２の外側面、内部、内側面の２つ以上を組み合わせて形成された熱伝導部は、必ずしもシールパス(堤部幅)方向において直線上に整列している必要はなく、例えば図１１のように堤部内部の熱伝導部と堤部内側面の熱伝導部とがシールパス方向に非整列（互い違い）となった状態であってもよい。
【００６７】
上記構成であれば、堤部側面方向から見たときに前記熱伝導部がより分散した状態で形成されるため、より高い熱勾配抑制効果が期待できる。
【００６８】
−第３の実施形態−
以下、本発明の第３の実施形態について図１２を基に説明する。図１２は第３の実施形態を示す長辺方向堤部の断面図である。なお、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、第１乃至第２の実施形態と同様の効果を有する。
【００６９】
図１２において、熱伝導部５は一つの長辺側堤部の内部に６箇所形成され、深さ方向にはベース１４の堤部上面の金属膜層４に接続し、第１層目（１ａ）の上面の位置に亘って形成されている。複数の熱伝導部５の間隔は一定ではなく、長辺側の堤部の略中央付近にから、前記堤部両端付近にかけて漸次前記間隔が広くなるように形成されている。つまり長辺側の堤部の中央付近では間隔が狭い“密”な状態になっており、逆に長辺辺側の堤部両端付近では間隔が拡がった“疎”な状態になっている。
【００７０】
上記構成は、長辺側の堤部の中央近辺が、シーム溶接によってベースに加わる各種応力の集中領域と考えられることから、長辺側の堤部の中央付近においてより多くの熱容量をベース下部方向へ熱移動させて熱勾配を抑制することを目的としている。上記構成により、ベース温度の均一化をより効率的に行うことができる。なお、熱伝導部間の間隔は任意に設定可能であり、図１２に示す形態に限定されるものではない。
【００７１】
−第３の実施形態の変形例−
第３の実施形態の変形例を図１３を基に説明する。図１３は第３の実施形態の変形例を示すベース長辺方向の堤部の断面図である。なお、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。
【００７２】
図１３に示すように、ベース１５のセラミックグリーンシート積層間に水平方向に配線導体１６を形成し、複数の熱伝導部５の一部を当該配線導体１６と接続して導通状態とすることによって、ベース上部の熱を鉛直方向だけでなく水平方向にも伝導させることができる。ここで、前記配線導体１６は熱伝導部５あるいはベース１５の底面に形成された外部接続端子と接続したベース内部の配線導体を介してアース接続された構造であってもよい。
【００７３】
上記構成によると、鉛直方向および水平方向の双方向において温度勾配を緩和することができるため、ベースの温度の均一化により効果が期待できる。
【００７４】
なお、上記構成において配線導体１６と熱伝導部５との接続は図１３のように隣接する熱伝導部間で形成深さを変える構造であってもよい。あるいはまた、全ての熱伝導部が前記配線導体１６と接続した構造（単一深さ）であってもよい。
【００７５】
また、本発明の実施形態の他の変形例として、図１４に示すように、ベース１７において、第２の層１ｂから第４の層１ｄの間に円柱状の熱伝導部５を形成するとともに、前記第２の層１ｂと第４の層１ｄに形成された熱伝導部の直径が、第３の層１ｃの熱伝導部の直径よりも大きくなるように形成してもよい。あるいは第３の層１ｃと第４の層１ｄの熱伝導部の直径が、第２の層１ｂの熱伝導部の直径よりも大きくなるように形成してもよい。
【００７６】
本発明の実施形態では圧電振動デバイスとしてＡＴカット水晶振動子を挙げているが、その他の例として音叉型水晶振動子や、その他のカットの水晶振動子の製造においても本発明は適用可能である。さらに、ベース内底部上にＩＣを搭載した後、ワイヤボンディングやフェースダウンボンディング等によってＩＣ接続端子とベース内底部に形成されたパッド電極とが電気的に接続され、その上方に圧電振動素子が搭載された構造の発振器、あるいは、前記ＩＣと圧電振動素子の位置関係が上下逆構造の発振器の製造においても本発明は適用可能である。また、前記圧電振動デバイス内に収容される圧電振動素子は単数に限定されるものではなく、複数の圧電振動素子が収容されていてもよい。
【００７７】
本発明は、複数個の蓋体またはベースがマトリクス状に整列して一体的に形成された集合基板を用いた製造方法についても適用可能である。
【００７８】
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】
【００７９】
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】
【００８０】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すベースの斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を示すベース上面図である。
【図４】第１の実施形態を示すシーム溶接前の水晶振動子長辺方向の断面図である。
【図５】第１の実施形態を示すシーム溶接後の水晶振動子長辺方向の断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態を示すベースの上面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の変形例を示すベースの上面図である。
【図９】図８のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の変形例を示すベースの長辺方向の断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態のその他の変形例を示すベースの上面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態を示す長辺方向堤部の断面図である。
【図１３】第３の実施形態の変形例を示す長辺方向堤部の断面図である。
【図１４】第３の実施形態の他の変形例を示す長辺方向堤部の断面図である。
【図１５】従来の水晶振動子の長辺方向の断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１、１１、１２、１３、１４、１５、１７ ベース
２ 堤部
３ 凹部
４ 金属膜層
５、５１、５２ 熱伝導部
６ 水晶振動板
７ 蓋体
８ ロウ材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に圧電振動素子を収容するための凹部と、当該凹部を囲繞し、上面に金属封止部材が周状に形成された環状の堤部とを具備する絶縁性材料からなる平面視矩形状のベースであって、
少なくとも前記べースの長辺側の堤部の外側面、内部、内側面のいずれか１つ、または２つ以上を組み合わせた位置に、金属導体からなる熱伝導部が一箇所以上形成されているとともに、前記熱伝導部の少なくとも１つ以上は、前記堤部の深さ方向に、前記凹部の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインよりも下の位置まで形成されていることを特徴とするべース。
【請求項２】
前記熱伝導部の少なくとも１つ以上は、前記金属封止部材と電気的に接続し、前記堤部の深さ方向に、前記凹部の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインよりも下の位置まで形成されていることを特徴とする請求項１に記載のべース。
【請求項３】
前記ベースの凹部内に圧電振動素子を収容し、平面視矩形状の蓋体と前記金属封止部材とを、シーム溶接またはビーム溶接によって気密接合することを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項１】
内部に圧電振動素子を収容するための凹部と、当該凹部を囲繞し、上面に金属封止部材が周状に形成された環状の堤部とを具備する絶縁性材料からなる平面視矩形状のベースであって、
少なくとも前記べースの長辺側の堤部の外側面、内部、内側面のいずれか１つ、または２つ以上を組み合わせた位置に、金属導体からなる熱伝導部が一箇所以上形成されているとともに、前記熱伝導部の少なくとも１つ以上は、前記堤部の深さ方向に、前記凹部の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインよりも下の位置まで形成されていることを特徴とするべース。
【請求項２】
前記熱伝導部の少なくとも１つ以上は、前記金属封止部材と電気的に接続し、前記堤部の深さ方向に、前記凹部の内底面から水平方向へ延出した仮想ラインよりも下の位置まで形成されていることを特徴とする請求項１に記載のべース。
【請求項３】
前記ベースの凹部内に圧電振動素子を収容し、平面視矩形状の蓋体と前記金属封止部材とを、シーム溶接またはビーム溶接によって気密接合することを特徴とする圧電振動デバイス。
【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】
【公開番号】特開２００９−１０６７１（Ｐ２００９−１０６７１Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６９９１６（Ｐ２００７−１６９９１６）
【出願日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【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１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
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