JP2004200835A - 水晶振動子及びその保持構造 - Google Patents
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Abstract
【構成】水晶片の両主面に形成された励振電極から引出電極を延出して接続端子としての電極導出部を設け、前記電極導出部を共晶合金によって接続してなる水晶振動子であって、前記電極導出部の電極構造は前記水晶片の主面から一層目を下地電極、二層目を導通電極、三層目を拡散防止電極10、四層目を遮蔽電極、四層目を接合電極とし、前記拡散防止電極10は前記遮断電極が前記導通電極に拡散することを防止する金属からなり、前記遮蔽電極は前記接合電極の溶融時に前記導通電極の喰われを抑止する金属からなる構成とする。
【選択図】図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は表面実装用の水晶振動子(以下、表面実装振動子とする)を産業上の技術分野とし、特に共晶合金を用いて接続した水晶振動子の電極構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
(発明の背景)表面実装振動子は小型・軽量であることから、特に携帯機器例えば携帯電話の周波数や時間の基準源として使用される。近年では、高信頼及び高周波化が一層求められ、これに起因して保持構造等の見直が求められている。
【0003】
(従来技術の一例)第4図及び第5図は一従来例を説明する図で、第4図は表面実装振動子の分解組立図、第5図(a)は水晶片の断面図、同図(b)は平面図である。
【0004】
表面実装振動子は、容器本体1に水晶片2を収容してカバー3を被せ、水晶片2を密閉封入してなる。容器本体1は例えば凹状とした積層セラミックからなり、内底面に水晶片2との接続端子としての一対のメタライズ層(水晶端子とする)4を有する。外表面(底面及び側面)には、水晶端子4と電気的に接続した表面実装用の図示しない実装電極を有する。
【0005】
水晶片2は両主面に励振電極5を有し、引出電極を経て一端部両側に外部接続用の導出電極6を形成する。導出電極6はそれぞれ角部の側面を経て反対面に折り返して形成される。そして、これらの各電極は、水晶片2の主面から、一層目を下地電極8、二層目を導通電極9として、蒸着等によって形成される。ここでは、一層目(下地電極8)をCr、二層目(導通電極9)をAuとする。なお、水晶片2と導通電極9としてのAuとは付着強度が低いため、両者間に馴染みのよい下地電極8としてCrを介在させる。
【0006】
そして、一端部両側の導出電極6が、これと対応して形成された内底面の水晶端子4に面対向して、導電性接着剤7によって固着される。そして、例えば容器本体1の開口端面に設けられた図示しない金属リングやメタライズ層に、金属としたカバー3をシームやビーム溶接によって接合してなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
(従来技術の問題点)しかしながら、上記構成の表面実装振動子では、導電性接着剤7によって水晶片2を固着する保持構造に起因して次の問題があった。すなわち、導電性接着剤7は、有機物としての高分子からなる例えばシリコン系の樹脂を母体とする。
【0008】
このため、例えば導電性接着剤7の硬化時に有機物から放出ガスが発生し、これが水晶片2に付着して経年変化特性を悪化させる問題があった。特に高周波化(例えば100MHz以上)が進み、水晶片2が薄くなるほど影響は大きく、問題は顕著になる。また、仕様等が厳しく高信頼を求められた場合も同様である。
【0009】
(発明の目的)本発明は経年変化特性及び振動特性を良好にして、高周波化及び高信頼性を促進する水晶振動子を提供することを目的とする。
【0010】
【特許文献1】特願2002-138441号
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1では、水晶片の両主面に形成された励振電極から引出電極を延出して接続端子としての電極導出部を設け、前記電極導出部を共晶合金によって接続する。したがって、ガスの放出がなく経年変化特性を良好にする。
【0012】
また、前記電極導出部の電極構造は前記水晶片の主面から一層目を下地電極、二層目を導通電極、三層目を拡散防止電極、四層目を遮蔽電極、五層目を接合電極とし、前記拡散防止電極は前記遮断電極が前記導通電極に拡散することを防止する金属からなる。したがって、導通電極の抵抗値を小さく維持できる。
【0013】
また、前記遮蔽電極は前記接合電極の溶融時に前記導通電極の喰われを抑止する金属からなる。したがって、同様に導通電極の抵抗値を小さく維持できる。
【0014】
本発明の請求項2乃至6では、前記下地電極はCr、前記導通電極はAu、前記拡散防止電極はAu、前記遮蔽電極はCr又はCrNi及び前記接合電極はAuGeとする。したがって、請求項1の構成を具体的に実現できる。
【0015】
本発明の請求項7では、前記下地電極はCr、前記導通電極及び前記拡散防止電極10はAu、前記遮蔽電極はCr又はCrNi及び前記接合電極はAuGeとする。したがって、請求項1の構成をさらに具体的に実現できる。
【0016】
【実施例】
第1図は本発明の一実施例を説明する表面実装振動子の一部断面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
【0017】
表面実装振動子は、前述したように容器本体1に水晶片2を収容してカバー3を被せ、密閉封入してなる。水晶片2は前述同様に両主面に励振電極5を、これと接続して折返して形成された導出電極6を一端部両側に有する(前第4図及び第5図参照)。
【0018】
導出電極6は5層構造として前述同様に一層目の下地電極8をCr、二層目の導通電極9をAuとする。そして、ここでは二層目の導通電極9上に、三層目として拡散防止電極10を、四層目として遮蔽電極11を、さらにその上に五層目として接合電極12を蒸着等によって形成する。
【0019】
この例では、三層目の拡散防止電極10をAu、四層目の遮蔽電極11はCrとし、五層目の接合電極12はAuGeからなる共晶合金とする。なお、図では各層の厚みは同程度にしたが、下地電極8のCrが約100オングストローム、導通電極9のAuが300オングストローム以上、拡散防止電極10のAuが3000オングストローム、遮蔽電極11のCrが2000オングストローム以上、接合電極12が4500オングストローム以上とする。
【0020】
このようなものでは、容器本体1の水晶端子4上に接合金属13を設ける。接合金属13は厚みを約30μmとした共晶合金AuGeとする。そして、図示しない治工具を用いて、水晶片2の一端部両側を加熱するとともに押圧する。要するに、熱圧着によって、いずれも共晶合金AuGeとした接合電極12と接合金属13を溶融し、水晶片2の一端部両側を水晶端子4に電気的・機械的に接続する。
【0021】
このような構成であれば、従来例の導電性接着剤を使用することなく、共晶合金AuGeを用いた水晶片2の接合となり、容器本体1内には有機物が殆ど存在しない。したがって、放出ガスが水晶片2に付着することもないので、経年変化特性を良好に維持して、表面実装振動子の高信頼性及び高周波化を促進する。
【0022】
また、二層目の導通電極9(Au)と五層目の接合電極12(共晶合金AuGe)との間に、拡散防止電極10(Au)と遮蔽電極11(Cr)とを介在させる。したがって、熱圧着時に、溶融した接合金属13及び接合電極(AuGe)12が遮蔽電極11(Cr)によって遮断されて、拡散防止電極10及び導通電極9(Au)に進行することなく喰われを防止する(特許文献1)。
【0023】
なお、遮蔽電極11が無い場合には、拡散防止電極10及び導通電極9(Au)が接合金属13及び接合電極(AuGe)に吸引されて所謂食われを生じて剥離する。これにより、導通不良を引き起こす。したがって、この実施例では、遮蔽電極11(Cr)によって拡散防止電極10及び導通電極9の金食われを防止して、導通を確実に維持できる。
【0024】
さらに、ここでは拡散防止電極10(Au)を導通電極9と遮蔽電極11(Cr)との間に介在させる。したがって、遮蔽電極11のCrが拡散防止電極(Au)によって吸収され、導通電極9(Au)への拡散を防止して導通抵抗を小さく維持する。要するに、Au層の厚みを大きくしてCrの拡散を防止する。これにより、導通抵抗の上昇によるクリスタルインピーダンスの増加を抑止する。
【0025】
なお、導通電極9(Au)自体の厚みを大きくすればよいが、高周波(例えば100MHz以上)になると励振電極6の質量を小さくして振動特性を阻害しないようにする必要がある。したがって、導通電極9とは別個に拡散防止電極10が必要になる。
【0026】
【他の事項】
上記実施例では水晶片2は平板状として説明したが、第2図に示したようにしてもよい。すなわち、振動領域の厚みを小さくして厚みの大きい外周部に導通電極6を形成し、外周部を共晶合金によって保持してもよい。ここでは、一端部両側の導出電極6は電極貫通孔14によってそれぞれ反対面に形成される。
【0027】
また、第3図に示したように、導出電極6は反対面には形成することなく一主面側のみに形成して前述のように共晶合金によって接合し、他主面は単に下地電極8(Cr)と導通電極9(Au)としてワイヤーボンディング15によって導出してもよい。
【0028】
また、一層目の下地電極8はCrとしたが、例えばTi、NiW、NiTi、NiCr等でもよく要は水晶片2と二層目の導通電極9との馴染みがよいものであればよい。また、導通電極9はAuとしたが、基本的には例えばAgやAlの導通度が良好なものであればよい。また、五層目の接合電極12はAuGeとしたが、AuやAg等であってもよく接合金属13(AuGe)と馴染みのよい金属であればよい。
【0029】
そして、接合金属はAuGeとしたが、例えばAuSi(溶融温度363℃)の適用も可能であり、基本的には無機物で溶融温度が水晶の転移温度573℃以下とした共晶合金であればよい。また、四層目の遮蔽金属11はCrとしたが、これらは二層目の導通電極9及び五層目の接合電極12との兼ね合いから選択される。
【0030】
また、水晶振動子として説明したが、他の回路素子とともに収容して発振器等を構成した場合での適用も可能であり、本発明はこれを排除するものではない。そして、容器本体1は凹部内に段部を設けたが段部が無くとも内底面に直接に熱圧着してもよい。また、容器本体1は平板状として凹状のカバー3を接合してもよく、これらは任意に変更できる。
【0031】
【発明の効果】
本発明は以上に説明した通りであり、基本的に共晶合金を用いた熱圧着によって水晶片を接合した表面実装振動子を得たので、有機物からの放出ガスによる特性劣化が殆どなく、高品質及び高信頼性の表面実装振動子を提供できる。そして、遮蔽電極及び拡散防止電極によって導通電極8の導通抵抗を小さく維持して振動特性を良好にして、小型化及び高周波化を促進する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を説明する表面実装振動子の一部断面図である。
【図2】本発明の他の実施例を説明する図で、同図(a)は表面実装振動子の一部断面図、同図(b)は水晶片の平面図である。
【図3】本発明のさらに他の実施例を説明する図で、表面実装振動子の一部断面図である。
【図4】従来例を説明する表面実装振動子の組立図である。
【図5】従来例を説明する図で、同図(a)は水晶片の断面図、同図(b)は平面図である。
【符号の説明】
1 容器本体、2 水晶片、3 カバー、4 水晶端子、5 励振電極、6 導出電極、7 導電性接着剤、8 下地電極、9 導通電極、10 拡散防止電極、11 遮蔽電極、12 接合電極、13 接合金属、14 電極貫通孔、15 ワイヤーボンディング.
Claims (7)
- 水晶片の両主面に形成された励振電極から引出電極を延出して接続端子としての電極導出部を設け、前記電極導出部を共晶合金によって接続してなる水晶振動子であって、前記電極導出部の電極構造は前記水晶片の主面から一層目を下地電極、二層目を導通電極、三層目を拡散防止電極、四層目を遮蔽電極、四層目を接合電極とし、前記拡散防止電極は前記遮断電極が前記導通電極に拡散することを防止する金属からなり、前記遮蔽電極は前記接合電極の溶融時に前記導通電極の喰われを抑止する金属からなることを特徴とする水晶振動子。
- 請求項1において、前記下地電極はCrである水晶振動子。
- 請求項1において、前記導通電極はAuである水晶振動子。
- 請求項1において、前記拡散防止電極10はAuである水晶振動子。
- 請求項1において、前記遮蔽電極はCrである水晶振動子。
- 請求項1において、前記接合電極はAuGeである水晶振動子。
- 請求項1において、前記下地電極はCr、前記導通電極及び前記拡散防止電極はAu、前記遮蔽電極はCr、前記接合電極はAuGeである水晶振動子。
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