JP2007013719A - 水晶振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、接合材の水晶素板との接合性を強固にしながらも、水晶素板の励振領域に加わる応力を軽減した水晶素板の支持構造を提供するものである。
【解決手段】
上記の目的を達成するため本発明は、丸板形状の水晶素板に金属電極を配置し励振領域を形成し、該金属電極から伸びる引出電極を支持、固定する水晶振動子において、前記水晶素板の外周内側に円周状の貫通溝を形成し、前記貫通溝の一部に切り欠き部を設けて引出電極領域とし、前記引出電極が前記励振領域から延びる引出電極領域まで延在し前記引出電極領域で導通と保持されることにより目的を達成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一例として水晶素板をハーメチィック構造のベースから延びる２本の金属端子とつながるサポート板と接合材で保持した場合に、水晶素板の励振領域に加わる応力歪みを軽減した水晶素板の支持構造に関するものである。

近年の急速な移動体通信市場の成長に伴い、通信機器の需要が飛躍的に増大してきている現在、通信機器においてその基準となる周波数の発生クロック源として用いられる水晶振動子は、周囲の使用環境がより過酷な条件下においても、所望の基準となる周波数信号を安定して出力することを確保することも求められている。

水晶素板を保持する構造の代表例として、図３に示す丸板形状を有した水晶振動子を示す。前述する水晶振動子の保持構造は水晶素板の表裏に励振電極を形成し、前記励振電極から引き回された引出電極と金属ベースから延びる２本の金属端子とつながるサポート板と接合材で接続し保持するものである。保持部はいわゆるクリップ式の構造となっていて、水晶素板の表裏を挟む格好で保持するものや、１対の平板状のサポート板で直接水晶素板を挟み込んで保持するものや、金属端子とサポート板に水晶素板を保持する箇所にスリットを形成して水晶素板を保持する格好など様々な形態がある。

また、励振電極から引き回された引出電極を接続する手法としては、はんだなどの比較的融点の低い金属を用いる場合と、導電性接着剤が用いられる場合とがある。

上述する丸板形状の水晶素板は、昨今では短冊形状が主流の水晶素板形態にあって、希少な存在に位置している。その背景には丸板形状の水晶素板は高安定の周波数出力を得るために特別に製造される水晶素板であるからである。昨今の水晶素板である短冊形状は大凡長辺寸法が２〜６ｍｍ、短辺が２ｍｍ以下の長方形の外形にあるのに対して、丸板形状は直径で１０ｍｍ前後と短冊形状に比べて非常に大きな外形寸法を有している。また、水晶素板の板厚に関しても、高次オーバトーン発振を利用する場合が多く短冊形状の水晶素板に対して丸板形状の水晶素板は遙かに厚みを持っている。

さて、図３に示す水晶振動子の使用目的の代表例として、恒温槽型水晶発振器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled Crystal Oscillator）と呼ばれる水晶発振器の内部に恒温槽を搭載して使用することで周波数出力特性を安定に保ことができる発振器の形態がある。

上述するＯＣＸＯと呼ばれる恒温槽型水晶発振器の内部に搭載され使用される高安定な特性をもつ水晶振動子は、大まかに言って７０℃〜９０℃間のある１点（温度偏差±０．３℃）に保持された温度環境下で使用され、経年変化による出力周波数の変動が抑えられ、安定した周波数特性（エージング特性）を得るために、水晶振動子の水晶素板とサポート板との接合材として内部ガスの発生が少なく、かつ熱膨張変化に安定し、経時変化による影響を水晶素板に与えることが少ないＡｕＧｅ（金―ゲルマニウム合金）または、耐熱性の高いポリイミド系導電ペーストなどが使用される場合が多い。

特開平７−２４０６５６号公報 特開平１１−２１４９４９号公報 特開昭６０−１９３１２号公報 なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

本発明の目的は、ＡｕＧｅ、ポリイミド系といった接合材を用い水晶素板との接合性を良好にし、サポート板から水晶素板の励振領域に加わる応力の発生を軽減する、サポート板と水晶素板との支持構造を提供することにある。
要するに、従来技術に示すエージング特性を左右する要因のひとつに、サポート板とも呼ばれる支持部からの水晶素板への応力がある。例えば、水晶素板の接合時の収縮および各材料の熱膨張率の差に伴う応力あるいは、封止工程におけるウェルドの際にウェルド圧力が水晶振動子の金属ベースを変形し、その変形に伴う応力が金属端子とサポート板を経て水晶素板へと伝わることによって、水晶素板と保持部とに左右非対称なひねりやねじりの力が支持（保持）部から水晶素板に応力が加わるなどで、水晶振動子の特性に大きな影響を及ぼし、場合によっては水晶素板が本来持つ高安定な周波数出力特性が阻害され、水晶振動子のエージング特性を著しく悪くするおそれがある。

上記の理由のひとつには、ＡｕＧｅロー材を用いて水晶素板を保持したときに、ロー材を一旦溶かし水晶素板をサポートに保持した後に冷却することで固定することになるが、ロー材が固まるときの温度分布のバラツキ、則ち熱膨張係数の違いにより水晶素板に対して内部応力が残ってしまう。
またその一方で、水晶素板にカンを被せて気密封止を行う際に、封止時の金属ベースへの応力もサポート板を介して水晶素板に伝わるため同様に水晶素板に対して内部応力が残ってしまう。

そのため、支持部と水晶素板とを電気的かつ機械的に接合する保持部の構造によって、支持部から水晶素板に加わる応力、歪み成分を低減することが考えられるが、今日まで応力を緩和するための保持部の支持方法や接合材が提案されていたが有効な手段が見いだせないのが現状である。

そこで上述する課題を解決するために本発明は、丸板形状の水晶素板に金属電極を配置し励振領域を形成し、該金属電極から伸びる引出電極を支持、固定する水晶振動子において、前記水晶素板の外周内側に円周状の貫通溝（スリットまたは連続する貫通孔）を形成し、前記貫通溝の一部に切り欠き部を設けて引出電極領域とし、前記引出電極が前記励振領域から延びる引出電極領域まで延在し前記引出電極領域で導通と保持される水晶振動子である。また、上述する一部の切り残し位置は、水晶素板の１８０度あるいは、９０度の位置関係に存在することを特徴とする水晶振動子である。

要するに、水晶素板が金属ベースから延びる２本の金属端子に固定されたサポート板により支持される水晶振動子の支持構造で、支持部構造の先端に水晶素板の表裏の励振電極から引き回された引出電極領域である水晶素板の一部を接合材（例えばＡｕＧｅ、はんだや導電性接着剤）を用いて接合し電気的な接続を取ることにより、水晶素板の外周内側に沿った貫通溝とで構成する引出電極領域で強固に固着して保持し、水晶素板の励振領域に対する保持部の応力の影響を受けない保持構造を実現することで課題を解決するものである。

本発明による強固に保持することが可能な上に、水晶素板の励振領域に対しては、引出電極領域より保持時の応力を緩和することで、従来構造では成し得なかった応力緩和が実現でき、支持部から受ける水晶素板への応力を軽減し、水晶素板自体の安定した周波数特性を維持しながら、ハーメチィックベースに実装した水晶振動子の形態であっても良好で安定した周波数出力を得ることができる。その結果、製造工程の歩留まりを向上し、製造にかかるコストを低減することができる。また、水晶素板に対する内部応力を緩和することに経年変化よる応力変化現象も低減することにより、長期に亘り安定した出力周波数を得ることができる。

以下、添付の図面に従がってこの発明の実施例を説明する。なお各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。図１は本発明の水晶振動子５の支持構造の概念を示した部分断面図である。水晶素板１の表裏に励振電極７を形成し、前記励振電極７から引き回された引出電極８を金属ベース２から延びる２本の金属端子３とつながるサポート板４とを接合材によりに固着することで水晶素板１を保持し、電気的な導通を取る構造を有している。なお、図には密閉容器を構成するための蓋体やキャップは図示していない。

従って一例として金属ベース２はガラスとで構成するハーメチィック容器により気密構造でありながら金属ベース２を貫通する材料でできた金属端子３の先端部分に水晶素板１が固定されている。一般的には金属端子３の先端部分には水晶素板１が確実に実装できるようにサポート板４などを配置する場合がある。

要するに、丸板形状の水晶素板１に金属電極を配置し励振領域を形成し、該金属電極から伸びる引出電極を支持、固定する水晶振動子において、前記丸板形状の該引出電極は、前記水晶素板の外周内側に円周状の貫通溝６を形成し、前記貫通溝６の一部に切り欠き部９を設け、前記水晶素板の外周部と前記貫通溝６とで挟まれる前記励振領域から延びる引出電極領域を導通と保持する格好となる。

図１は、本発明の一例として上述する一部の切り欠き部（位置）９は、水晶素板の１８０度で対向する場所に引出電極領域を形成したものであり、図２は同様の考えで、水晶素板１を４点で支持する構造の水晶振動子の場合で９０度で分割する位置関係に引出電極領域を形成したものである。なお、上述する貫通溝６の寸法は励振電極領域と引出電極領域とが分割できれば十分であり、その寸法を問うものでは無い。また、前述する貫通溝６の形成はエッチング処理や、サンドブラストなどの機械的な工法により実現するものである。

図２は本発明の他の実施形態である９０度の分割位置関係で引出電極領域８を形成した概念図である。図１は水晶素板を垂直に支持した概念に対して、図２については、水平支持をした概念で描画している。従って図２（ａ）は水晶素板の平面図で、図２（ｂ）は側面図である。水晶素板の保持位置は９０度の分割位置関係に対して、１８０度の位置関係で接合材により保持したものである。

なお、本発明の実施例では、２点支持（１８０度）、４点支持（９０度）の場合だけを例に挙げているが、引出電極領域８が多少でも存在すれば本発明の効果を奏することから、実質の支持点数はここに示す以外であっても構わない。但し、その場合には均等分割で引出電極領域８を形成することが望ましい。また、貫通溝６や切り欠き部９の形成方法はサンドブラスト工法の機械的手法や、エッチング処理と言った化学的工法などによって行うものである。

本発明の水晶振動子の支持構造の概念を示す部分断面図である。 本発明の水晶振動子の支持構造の他の実施例の概念を示す部分断面図である。 従来例としてサポート板を用いて水晶素板を保持する形態を持った水晶振動子の部分断面図である。

符号の説明

１・・・・水晶素板
２・・・・金属ベース
３・・・・金属端子
４・・・・サポート板
５・・・・水晶振動子
６・・・・貫通溝
７・・・・励振電極（領域）
８・・・・引出電極（領域）
９・・・・切り欠き部

Claims (1)

1. 丸板形状の水晶素板に金属電極を配置し励振領域を形成し、該金属電極から伸びる引出電極を支持、固定する水晶振動子において、
   前記水晶素板の外周内側に円周状の貫通溝を形成し、前記貫通溝の一部に切り欠き部を設けて引出電極領域とし、前記引出電極が前記励振領域から延びる引出電極領域まで延在し前記引出電極領域で導通と保持されていることを特徴とする水晶振動子。

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