盖子及压电装置的制作方法

本发明涉及一种对压电元件进行密封的金属制的盖子。另外，本发明涉及一种具有所述盖子的压电装置。

背景技术：

使用晶体等压电材料的压电滤波器、压电振动器、压电振动片、压电振荡器、加速度传感器等压电装置，在范围极广的领域中得到利用。例如，在专利文献1中公开有此种压电装置的一种。所述压电装置包含：板状的底板与金属盖。而且，在底板的四周，具有由金属膜形成的接合金属膜。另外，金属盖是四周朝下方弯折的穹顶型的形状，在四周形成有凸缘面。而且，接合金属膜与凸缘面经密封。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2000-134055号公报

技术实现要素：

[发明所要解决的问题]

但是，在压电装置的密封的强度不足且已承受外压等的情况下，有时在压电装置内与外部空气之间发生泄漏。若使接合金属膜及凸缘面变大，则底板与金属制的盖子的接合强度提升，但会导致压电装置的尺寸的大型化。因此，提供一种可充分地进行密闭密封的金属制的盖子。

[解决问题的技术手段]

本实施方式的金属制的盖子是通过共晶合金而与设置压电元件的底板接合的金属制的盖子。而且，盖子包括：第一面，具有：包含四边的矩形形状的外侧顶面、从外侧顶面的四边弯折的外侧壁面、及形成在比外侧壁面更外侧的凸缘外周端面；第二面，具有：与外侧顶面平行的内侧顶面、及与外侧壁面平行的内侧壁面，且第二面为与底板相向的一侧；以及第三面，将凸缘外周端面与内侧壁面连接，通过共晶合金而与底板接合。而且，第三面包含：从所述第三面的一侧的端至凸缘外周端面为止的第一曲率的第一曲面，以及从第三面的另一侧的端至内侧壁面为止的第二曲率的第二曲面。

盖子的第三面也可以在第一曲面与第二曲面之间包含：相对于底板平行的凸缘平面。另外，优选的是，第二曲面的第二曲率半径为15μm～35μm。另外，优选的是，第一曲面的第一曲率半径为5μm～20μm。

[发明的效果]

本发明的实施方式的金属制的盖子不导致大型化，可相对于底板提升接合强度。

附图说明

图1是压电装置100的分解立体图。

图2a是金属制的盖子的剖面图与其部分放大图。

图2b是金属制的盖子的部分放大图，且为图2a的变形例。

图3是压电装置的剖面图。

图4a与图4b是接合金属膜及凸缘面的放大剖面图。

[符号的说明]

100：压电装置

110：金属制的盖子

111：凹部

112：壁板

112i：内侧壁面

112o：外侧壁面

113：顶板

113i：内侧顶面

113o：外侧顶面

114：凸缘部

114e：凸缘外周端面

115：凸缘平面

116：第一曲面

117：第二曲面(内侧的弯折面)

118：外侧的弯折面

120：陶瓷制的底板

121：连接垫

122：配线电极

123：贯穿电极

124：安装端子

125：框状的金属膜(接合金属膜)

125i：内侧端

126：陶瓷制的平板

126e：外周端

130：压电振动片

131：激振电极

132：引出电极

ca：导电性粘接剂

d11、d12：共晶合金的厚度

ea：共晶合金

r6：第一曲面的曲率半径

r7：弯折面的曲率半径

w11：凸缘平面的宽度

w15：从凸缘部的外周端面至壁板的内侧壁面为止的宽度

w22：接合金属膜的宽度

w24：宽度

w31：从外周端至外周端面为止的宽度

w33：从内侧端至内侧壁面为止的宽度

x、y、z：方向

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边对本发明的实施方式进行说明。再者，用于说明的各附图，是以可理解这些发明的程度而概略性地表示，并以夸张的方式而描绘大小、角度或厚度等。另外，在用于说明的各附图中，对同样的构成成分赋予相同的符号来表示，也存在省略其说明的情况。另外，以下的实施方式中所述的形状、尺寸、材质等，只不过是本发明的范围内的适宜例。

＜压电装置100的结构＞

图1是压电装置100的分解立体图。压电装置100包含：金属制的盖子110、陶瓷制的底板120、及压电振动片130。压电振动片130例如可使用at切割或sc切割等的晶体振动片。在以下的说明中，以晶体振动片为代表进行说明，但可将本实施方式应用于晶体滤波器用的压电片、使用晶体以外的压电材料的压电装置。将压电装置100的长边方向设为x轴方向，将压电装置100的高度方向设为y轴方向，将与x轴方向及y轴方向垂直的方向设为z轴方向来进行说明。

在压电装置100中，在陶瓷制的底板120的+y轴侧的面，载置压电振动片130。进而，以将压电振动片130密封的方式，将金属制的盖子110载置在陶瓷制的底板120的+y轴侧的面。陶瓷制的底板120与金属制的盖子110，经由作为接合剂的共晶合金ea而接合。压电装置100是安装在印刷基板等的表面安装型的压电装置。在图1中，作为接合剂的共晶合金ea以平板的框形状来描绘，但共晶合金ea是设置在后述的凸缘面或接合金属膜的至少一个。

金属制的盖子110由未图示的模具按压，而形成为箱型形状，具有：朝+y轴方向凹陷的凹部111。另外，金属制的盖子110包含：四块壁板112，包围凹部111；顶板113，与各壁板112的+y轴侧的边接合；以及凸缘部114，以从壁板112朝外侧弯折的方式，呈环状地形成在各壁板112的-y轴侧的边。

陶瓷制的底板120在俯视下为矩形形状，包括：具有上下的主面的平板126。在陶瓷制的平板126的+y轴侧的面，形成有一对连接垫121。各连接垫121经由导电性粘接剂ca(参照图3)，而与压电振动片130电性连接。另外，四个安装端子124形成在陶瓷制的底板120的-y轴侧的面。在y轴方向上贯穿的一对贯穿电极123(参照图3)，形成在陶瓷制的平板126。连接垫121与安装端子124分别经由贯穿电极123、或经由配线电极122及贯穿电极123而电性连接。在本实施方式中，形成有四个安装端子124。四个中的一个安装端子124也可以是接地端子。压电装置100在安装端子124处，通过焊料等而安装在印刷基板等。

另外，外周侧为框状的接合金属膜125，以包围形成在陶瓷制的底板120的+y轴侧的面的电极的整体的方式，而形成在平板126的+y轴侧的面。所述框状的接合金属膜125与凸缘部114相向，接合金属膜125与凸缘部114通过共晶合金ea来接合。框状的接合金属膜125从平板126的外周端126e的位置起以宽度w22来形成。框状的接合金属膜125的外周端与平板126的外周端126e的位置一致。连接垫121、配线电极122及框状的接合金属膜125通过丝网印刷等来形成。接合时的接合金属膜125的厚度(y轴方向)为10μm左右。另外，在第一实施方式中，以陶瓷制的底板进行了说明，但也可以是玻璃制或晶体制的底板。

压电振动片130在+y轴侧及-y轴侧的面形成有激振电极131，引出电极132被从各激振电极131分别引出。从形成在压电振动片130的+y轴侧的面的激振电极131将引出电极132朝-x轴侧引出，进而经由压电振动片130的-z轴侧的侧面而将引出电极132朝-y轴侧的面引出。另外，被从形成在压电振动片130的-y轴侧的面的激振电极131引出的引出电极132，是从激振电极131朝-x轴侧延伸，进而经由压电振动片130的+z轴侧的侧面而被引出至+y轴侧的面为止。

图2a是图1的iii-iii剖面的金属制的盖子的剖面图及凸缘部周边的放大图。金属制的盖子110是通过共晶合金ea而与底板120的上表面接合，用于对装载在底板120的上表面的压电振动片130进行气密密封。

金属制的盖子110例如包含合金，且一体地形成，所述合金含有铁、镍、或钴的至少任一个。金属制的盖子110对真空状态或填充有氮气等的凹部111进行气密密封。顶板113在俯视下成为矩形形状的平板状，顶板113的主面的大小大于矩形形状的压电振动片130的主面的大小、且小于底板120的上表面的大小。在顶板113的下侧，形成有由顶板113与四面的壁板112覆盖的凹部111。

壁板112是用于在金属制的盖子110的下侧形成凹部111，而沿着顶板113的外缘来设置。在凹部111内，收容了装载在底板120上的压电振动片130。凸缘部114是用于确保将金属制的盖子110与底板120接合的面积并提升接合强度。凸缘部114沿着壁板112的外周面，以环状且从壁板112的下端朝外周侧延长。

使用图2a的放大图，对已完成的金属制的盖子110的尺寸，特别是凸缘部114周边的尺寸进行说明。如放大图所示，顶板113包含：外侧顶面113o及内侧顶面113i。外侧顶面113o与内侧顶面113i相互平行。另外，壁板112包含：外侧壁面112o及内侧壁面112i。外侧壁面112o及内侧壁面112i相互平行。

从壁板112朝向凸缘部114的部分，朝外侧弯曲成直角。在其弯曲角，在内侧形成内侧的弯折面117(第二曲面117)且在外侧形成外侧的弯折面118。内侧的弯折面117是从内侧壁面112i起延续的曲面，优选的是曲率大，以如后述那样容易形成共晶合金ea的圆角。另外，弯折面118是从外侧壁面112o至凸缘部114的外周端面114e为止的曲面，以金属制的盖子110的朝z轴方向及y轴方向的长度不变长的方式形成。即，凸缘部114的上侧(+y轴侧)优选的是几乎不存在平面区域(xz平面)。

凸缘部114的下侧(-y轴侧)形成有宽度w11的凸缘平面(xz平面)115。从凸缘平面115的一侧的端至凸缘部114的外周端面114e为止，形成第一曲率的第一曲面116。凸缘平面115的另一侧的端与内侧的弯折面117连接。在本实施方式中，金属制的盖子110中的与外部空气接触的外侧面，包含外侧顶面113o、外侧壁面112o、外侧的弯折面118及凸缘部114的外周端面114e。外侧面之中，至少外侧顶面113o及外侧壁面112o成为第一面。金属制的盖子110之中，配置压电振动片130的内侧面(第二面)包含：内侧顶面113i及内侧壁面112i。另外，金属制的盖子110之中，通过共晶合金ea而与底板120接合的第三面包含：凸缘平面115、第一曲面116及内侧的弯折面117(第二曲面117)。

假设在底板120的x轴方向的长度为0.80mm且将z轴方向的长度设为0.60mm的情况下，凸缘平面115的宽度w11为0.03mm(30μm)～0.07mm(70μm)，优选的是0.05mm左右。第一曲面116的曲率半径r6为0.005mm(5μm)～0.020mm(20μm)，优选的是0.012mm(12μm)左右为宜。内侧的弯折面117的曲率半径r7大概为凸缘平面115的宽度w11的1/2，其为0.015mm(15μm)～0.035mm(35μm)，优选的是0.025mm(25μm)左右为宜。因此，从凸缘部114的外周端面114e至壁板112的内侧壁面112i为止的宽度w15，优选的是0.050mm(50μm)～0.125mm(125μm)。

图2b是图1的iii-iii剖面的凸缘部周边的放大图，且为图2a中所说明的凸缘部的变形例。图2a中所示的凸缘部与图2b中所示的凸缘部，在图2b的凸缘部不具有凸缘平面115这一点上不同。即，凸缘部114的下侧(-y轴侧)从凸缘部114的外周端面114e起形成第一曲率的第一曲面116，从所述第一曲面116起形成弯折面(第二曲面)117，所述弯折面117与内侧壁面112i连接。第一曲面116的曲率半径r6及弯折面117的曲率半径r7，比图2a所示的凸缘部的曲率半径还大。另一方面，从凸缘部114的外周端面114e至壁板112的内侧壁面112i为止的宽度w15，与图2a的凸缘部相同。另外，金属制的盖子110的外侧面也包含：外侧顶面113o、外侧壁面112o、外侧的弯折面118及外周端面114e，这一点也相同。另外，金属制的盖子110的内侧面也包含：内侧顶面113i及内侧壁面112i，这一点也相同。但是，由于弯折面117的曲率半径r7变大，因此，内侧壁面112i的长度略微变短。

此处，对金属制的盖子110的制作方法进行说明。金属制的盖子110的制作例如通过使用模具的按压加工，对平板进行塑性加工来制作。利用一对模具夹住平板进行加压，而形成顶板113、壁板112及凸缘部114，所述一对模具具有：成为与金属制的盖子110的凹部111相同的形状的凸部与凹部。其后，尤其是，通过喷砂等，增大凸缘部114的周边的弯折的曲率，并且去除按压加工中所产生的毛刺(burr)。第一曲面116的曲率半径r6通过喷砂等而被精加工成5μm～20μm。另外，第二曲面117的曲率半径r7通过利用按压加工的弯折与喷砂等而被精加工成15μm～35μm。

图3是图1的压电装置的iii-iii剖面图。压电振动片130载置在陶瓷制的底板120的+y轴侧的面。压电振动片130的引出电极132与陶瓷制的底板120的连接垫121，经由导电性粘接剂ca而电性连接。压电振动片130的激振电极131经由配线电极122及贯穿电极123，而与安装端子124电性连接。而且，框状的接合金属膜125从平板126的外周端126e至接合金属膜125的内侧的内侧端125i为止，以宽度w22来形成。假设在底板120的x轴方向的长度为0.80mm且将z轴方向的长度设为0.60mm的情况下，框状的接合金属膜125的宽度w22为0.06mm～0.08mm。安装端子124从平板126的外周端126e起仅隔开宽度w24，例如0.02mm来形成。

金属制的盖子110的长度，即从凸缘部114的一侧的外周端面114e至另一侧的外周端面114e为止的长度，比从平板126的一侧的外周端126e至另一侧的外周端126e的长度还短。在图3中所描绘的x轴方向上，金属制的盖子110的x轴方向的长度，比陶瓷制的底板120的x轴方向的长度还短了宽度w31的约2倍。若换一种说法，则宽度w31是从平板126的外周端126e至凸缘部114的外周端面114e为止的长度，在x轴方向中，底板120的外周端比金属制的盖子110的外周端更靠外侧。

如上所述，金属制的盖子110的凸缘平面115的宽度w11为0.03mm(30μm)～0.07mm(70μm)，优选的是0.05mm(50μm)左右。另一方面，框状的接合金属膜125的宽度w22为0.06mm(60μm)～0.08mm(80μm)。即，优选的是，框状的接合金属膜125的宽度w22比凸缘平面115的宽度w11还大。这是为了容易在金属制的盖子110的凸缘部114形成共晶合金ea的圆角(接合剂熔化所形成的下端变宽的形状)。

此处，对金属制的盖子110的凸缘平面115的内侧端与框状的接合金属膜125的内侧端的位置关系进行说明。凸缘平面115的内侧端115i与框状的接合金属膜125的内侧端125i配置在大致相同的位置。或者，优选的是，框状的接合金属膜125的内侧端125i比凸缘平面115的内侧端115i更靠外侧。这也是为了容易在金属制的盖子110的凸缘部114形成共晶合金ea的圆角，且为了容易在框状的接合金属膜125的内侧端125i形成共晶合金ea的圆角。另外，为了成为此种位置关系，优选的是，从金属制的盖子110的内侧壁面112i至外周端面114e为止的宽度w15，比接合金属膜125的宽度w22还大。

图4a与图4b是图3的金属制的盖子的凸缘面及底板的部分放大图。图4a是表示在金属制的盖子110的凸缘平面115设置有共晶合金ea，将所述金属制的盖子110载置在底板120之前的状态的图。图4b是表示将所述金属制的盖子110载置在底板120之后的状态的图。虽然未图示，但也可以在框状的接合金属膜125设置共晶合金ea，而不在金属制的盖子110的凸缘平面115设置共晶合金ea，也可以在两方均设置共晶合金ea。

共晶合金ea具有：比将安装端子124与外部电子机器等的外部基板连接时所使用的合金(例如无铅焊料等)的250℃～280℃的熔点还高的熔点。作为共晶合金ea，例如，优选的是：锌铝(znal)合金、金锡(ausn)合金或铜锡(cusn)合金，熔点为300℃(合金化后，熔点超过400℃的合金)。经设置的共晶合金ea的厚度d11例如为12μm～15μm。

当对金属制的盖子110与底板120进行密封时，将凸缘部114载置在框状的接合金属膜125，将金属制的盖子110与底板120放入规定的密封装置。而且，若共晶合金ea熔化，则已熔化的共晶合金ea朝接合金属膜125的外周方向流动，如图4b所示，共晶合金ea的厚度d12变成10μm左右。另外，已熔化的共晶合金ea经由第一曲面116而登上凸缘部114的外周端面114e并形成共晶合金ea的圆角。另外，已熔化的共晶合金ea也登上内侧的弯折面(第二曲面)117并形成共晶合金ea的圆角。另外，已熔化的共晶合金ea以被登上内侧的弯折面(第二曲面)117的共晶合金ea拉扯的方式，也在接合金属膜125的内侧端125i形成共晶合金ea的圆角。因此，金属制的盖子110与框状的接合金属膜125被牢固地密封，压电振动片130被密封在凹部111内。

如上所述，从凸缘部114的一侧的外周端面114e至另一侧的外周端面114e为止的长度，比从平板126的一侧的外周端126e至另一侧的外周端126e的长度仅短了宽度w31的2倍。若以x轴方向或z轴方向的一侧考虑，则宽度w31为框状的接合金属膜125的宽度w22的约1/2～1/4。因此，可以说，金属制的盖子110的长度，比陶瓷制的底板120的长度仅短了框状的接合金属膜125的宽度w22的约1倍～1/2。假设在底板120的x轴方向的长度为0.80mm且将z轴方向的长度设为0.60mm的情况下，宽度w31优选的是0.04mm(40μm)～0.01mm(10μm)，进而，宽度w31更优选的是0.03mm(30μm)～0.02mm(20μm)。更优选的是，宽度w31为0.025mm(25μm)左右。

继而，对从框状的接合金属膜125的内侧端125i至金属制的盖子110的内侧壁面112i为止的宽度w33进行说明。如上所述，优选的是，框状的接合金属膜125的内侧端125i为与凸缘平面115的内侧端115i大致相同的位置或更外侧。因此，从框状的接合金属膜125的内侧端125i至金属制的盖子110的内侧壁面112i为止的宽度w33，比从平板126的外周端126e至凸缘部114的外周端面114e为止的宽度w31还长。

本实施方式中所示的底板在四角未形成城堡形电极(castellationelectrode)，但即便是形成有城堡形电极的底板，也可以应用本实施方式。另外，本实施方式也可以应用于将上部陶瓷板与下部陶瓷板组合并具有贯穿电极与城堡形电极的底板。