JP2009278612A - 表面実装用の水晶デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】セラミック容器内の面積を大きくして水晶振動子（水晶片）の設計自由度を増した水晶デバイスを提供する。
【解決手段】底壁と枠壁からなる断面を凹状とした平面視矩形状のセラミック容器１に少なくとも水晶片２を収容し、セラミック容器１の開口端面に設けられた金属リング４にシーム溶接によって金属カバー３を接合して、水晶片２を密閉封入してなる表面実装用の水晶デバイスにおいて、金属リング４の長辺と短辺との幅Ｗのいずれか一方を他方よりも短くした構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は小型化に適した表面実装用の水晶デバイスを技術分野とし、特に、シーム溶接によって水晶片を密閉封入した水晶デバイスに関する。

（発明の背景）
表面実装用の水晶デバイス例えば水晶振動子、水晶発振器や水晶フィルタは周波数制御素子として知られる。例えば表面実装用の水晶振動子（以下、表面実装振動子とする）は発振回路に組み込まれ、周波数や時間の基準源として各種の電子機器に内蔵される。近年では、小型化がますます促進し、平面外形が例えば2.0×1.6ｍｍ以下にまで突入している。

（従来技術の一例）
第３図は一従来例を説明する表面実装振動子の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は金属カバーを除く平面図である。

表面実装振動子は、断面を凹状とした平面視矩形状のセラミック容器１に水晶片２を収容する。セラミック容器１の開口端面にはシーム溶接によって金属カバー３が接合され、水晶片２を密閉封入する。セラミック容器１は底壁１ａと枠壁１ｂとからなり、開口端面となる枠壁１ｂの上面には例えば図示しない銀ロウによって金属リング４が固着される。

この場合、金属リング４の外形はセラミック容器１の外形よりも小さくし、セラミック容器１の開口端面からの金属リング４のはみ出しを防止する。要するに、クリアランス（許容誤差）を見込んだ外形寸法とする。そして、金属リング４の内周はセラミック容器１の枠壁１ｂの内周に基本的に一致し、金属リング４の長辺と短辺との幅は同一にする。

そして、セラミック容器１（底壁１ａ）の外底面の４角部には外部端子５を、内底面の一端部両側には水晶保持端子６を有する。外底面の４角部における一組の斜対向する外部端子５は、積層面及び図示しないスルーホール（電極貫通孔）によって内底面の水晶保持端子６に電気的に接続する。他組の斜対向する外部端子５は電極貫通孔等によって金属リング４に電気的に接続する。

水晶片２はＡＴカットとして結晶軸（ＸＹ′Ｚ′）の例えばＸ軸方向に長い矩形状とし、Ｙ′軸を厚み、Ｚ′軸を幅とする。ＡＴカットは厚みすべり振動モードで振動し、Ｘ軸方向を厚みすべり振動の変位方向とする。水晶片の両主面には励振電極７を有し、外周部となる一端部両側に引出電極８を延出する。引出電極８の延出した水晶片の一端部両側は導電性接着剤９によって水晶保持端子６に固着される。これにより、引出電極８の延出した一端部両側は水晶保持端子６に電気的・機械的に接続する。金属カバー３は前述同様にクリアランスを見込んで金属リング４の平面外形よりも小さくする。

シーム溶接は金属カバー３における一組の対向辺の一端側に図示しない一対のローラ電極を当接して押圧・回転し、他端側に進行しながら一対のローラ電極間に通電する。これにより、金属カバー３の外周表面のＮi（ニッケル）膜をジュール熱によって溶融して、金属リング４に接合する。そして、金属カバー３の一組の対向辺を金属リング４に接合した後、他組の対向辺を同様にして接合する。

これらの場合、金属リング４に対する金属カバー３の対向面が基本的に接合され、金属リング４の幅に対する金属カバー３の接合面（対向面）の幅が所謂シールパスになる。この場合、溶接条件の一つである溶接電流が過小になると、未接合部を生じて気密が損なわれる。これとは逆に、溶接電流が過大になると、スプラッシュを生じてセラミック容器内に金属屑が飛散して例えば水晶片２に付着し、振動特性を悪化させる。

このことから、電極ローラの回転スピードを含めた溶接電流等の溶接条件は厳しく制限される。但し、現実には、溶接条件を厳しく例えば溶接電流を狭い範囲内に制限すると、電源変動等によって溶接電流が変化して、気密漏れやスプラッシュの発生を招く。そこで、通常では、金属リング４の幅を大きくして金属カバー３の対向面の幅を広げる。これにより、気密を確実にしてスプラッシュの発生を抑止した上で、溶接電流の特に上限値を引き上げて溶接条件を緩和し、気密を確実にするとともに生産性を高めている。

特開２００７−１７３９７６号公報 特開２００７−７５８５７号公報

（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、表面実装振動子の平面外形が小さくなるほど、水晶片２の板面面積も小さくなって設計の自由度を損なう問題があった。すなわち、水晶片２の板面面積が小さくなると、例えばクリスタルインピーダンス（以下、ＣＩとする）を大きくしたり、スプリアスの抑圧を困難にしたり、容量比（Ｃ0／Ｃ1）を大きくして周波数可変幅が小さくなったりするなどの弊害を生じる。したがって、設計の自由度が損なわれる。

このことから、例えばセラミック容器１（枠壁１ｂ）の枠壁幅を狭くして内底面の面積を大きくすることが考えられる。しかし、この場合には、前述したシーム溶接する際の金属リング４の枠幅も小さく（狭く）なって、シールパスも短くなる。したがって、気密を確実にしてスプラッシュを抑止する溶接条件が厳しく制限されて、生産性が低下する問題があった。

（発明の目的）
本発明はセラミック容器内の面積を大きくして水晶振動子（水晶片）の設計自由度を増して、生産性を維持したシーム溶接による水晶デバイスを提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、 底壁と枠壁からなる断面を凹状として少なくとも水晶片を収容した平面視矩形状のセラミック容器と、前記セラミック容器の開口端面に設けられた環状の金属リングと、前記金属リングよりも小さい平面外形とした金属カバーとを備え、前記金属リングの外周から離間して前記金属カバーの外周表面を前記金属リングの表面に対向してシーム溶接し、前記水晶片を密閉封入してなる表面実装用の水晶デバイスにおいて、前記金属リングの長辺と短辺との幅は前記長辺又は短辺のいずれか一方を他方よりも狭くして、前記枠壁の長辺と短辺との幅は前記いずれか一方の長辺又は短辺を狭くし、前記金属リングの表面に対する前記金属カバーの対向幅は前記いずれか一方の長辺又は短辺を狭くした構成とする。

このような構成であれば、シーム溶接用とする金属リングの長辺と短辺のいずれか一方を他方よりも狭く（短く）するので、他方の金属リングが設けられるセラミック容器（枠壁）の枠壁幅を小さくできる。したがって、セラミック容器内の面積を広げて外形寸法の大きな水晶片を収容し、水晶振動子（水晶片）の設計自由度を増すことができる。

この場合、金属リングの長辺又は短辺のいずれか一方の幅を短くして、金属リングの表面に対する金属カバーの対向幅はいずれか一方の幅を狭くするのみとする。したがって、長辺又は短辺の幅を短くしたいずれか一方に対する溶接条件、特に溶接電流の上限値を厳しく制限すれば、スプラッシュの発生を抑制できる。これにより、長辺又は短辺の幅の大きい他方の溶接条件を緩和して生産性を維持できる。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記金属リングの幅は長辺よりも短辺を狭くして、前記枠壁の幅は長辺よりも短辺の幅を狭くし、前記金属リングの表面に対する前記金属カバーの対向幅は長辺よりも短辺を狭くする。これによれば、金属リングの長辺よりも短辺の枠幅を小さくするので、短辺が長辺よりも短い分、溶接条件による溶接時の変化が少なくなる。したがって、電流値の許容範囲を緩和できる。

本発明の一実施形態を説明する表面実装振動子の金属カバーを除く平面図である。 本発明の他の適用例を示す表面実装発振器の断面図である。 一従来例を説明する表面実装振動子の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は金属カバーを除く平面図である。

第１図は本発明の一実施形態を説明する表面実装振動子の図である。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。

表面実装振動子は、前述したように、底壁１ａと枠壁１ｂとからなる断面を凹状とした平面視矩形状のセラミック容器１に例えばＡＴカットとしてＸ軸方向に長い水晶片２を収容する。そして、セラミック容器１の開口端面に設けた金属リング４にシーム溶接によって金属カバー３を接合して、水晶片２を密閉封入する。セラミック容器１の開口端面（枠壁１ｂ上面）には例えば銀ロウによって金属リング４が固着される「前第３図参照」。

ここでは、表面実装振動子とするセラミック容器１の平面外形を2.0×1.6ｍｍとし、金属カバー３を1.81×1.41ｍｍとする。そして、金属リング４の長辺の枠幅ｗを0.175ｍｍ、短辺の枠幅ｄを0.165ｍｍとし、短辺の枠幅ｄを長辺の枠幅ｗよりも狭くする。これにより、セラミック容器１の長辺の枠壁幅ｗaを0.245ｍｍ、短辺の枠壁幅ｄaを0.235ｍｍとし、短辺の枠壁幅ｄaを長辺の枠壁幅ｗaよりも狭くする。

この場合、金属リング３と金属カバー４の中心は一致して接合されるので、金属リング４に対する金属カバー３の外周表面の対向する長辺及び短辺の幅（即ちシールパス）は、長辺のシールパスｗ1が0.125ｍｍ、短辺のシールパスd1が0.115ｍｍとなる。要するに、短辺のシールパスが長辺よりも短く（狭く）なる。

このようなものでは、前述同様に、セラミック容器１の開口端面に設けた金属リング４に金属カバー３を仮付けする。そして、金属カバー３の例えば対向する一組の短辺に図示しない電極ローラを当接してシーム溶接する。この場合、金属リング３の短辺の枠幅ｄを小さくしたことによって、従来よりも例えば一対の電極ローラ間における電流値（許容値）を厳しく制限及び管理して溶接する。

次に、金属カバー３の対向する他組の長辺に電極ローラを当接してシーム溶接する。この場合は、金属リング４の長辺の枠幅ｗを従来と同様にするので、溶接条件である溶接電流の範囲特に最大電流値を引き上げても、スプラッシュを抑止する。

このようなことから、即ち、金属リング４の短辺の枠幅ｄを小さくすることから、セラミック容器１の対向する一組の短辺の枠壁幅ｄaをも短縮できる。したがって、セラミック容器１内の長さ方向での寸法を大きくして（内底面の面積を大きくして）、外形寸法の大きい水晶片２を収容できて、水晶振動子の設計自由度をも増す。この場合、ＡＴカットとした水晶片２の振動変位方向であるＸ軸方向を長くできるので、クリスタルインピーダンス（ＣＩ）を基本的に小さくできる。

そして、この実施形態では金属リング４の短辺方向での枠幅ｄaを小さくするので、電流値の変化等によるシーム溶接の影響が、長辺方向の枠幅ｗaを小さくした場合よりも少なくなる。但し、長辺の枠幅ｗaを短辺の枠幅ｄaよりも小さくした場合でも、基本的な効果は同一であり、本発明ではこれを排除するものではない。
（他の事項）
上記実施形態では、水晶片２はＡＴカットとしてＸ軸方向に長いとしたが、例えばＡＴカットとしてＺ′軸方向に長い水晶片２やその他の切断角度とした水晶片でであっても基本的な効果は同様であり、本発明を適用できることは勿論である。

また、表面実装振動子を例として説明したが、例えば第２図に示したように、セラミック容器１の凹部に内壁段部を設けて水晶片２の一端部両側を固着し、セラミック容器１の内底面にＩＣチップ９を例えばフリップチップボンディングによって固着して表面実装発振器を形成した場合でも同様に適用できる。要するに、少なくても水晶片２を収容した表面実装用の水晶デバイスであれば同様に適用できる。

１ セラミック容器、２ 水晶片、３ 金属カバー、４ 金属リング、５ 外部端子、６ 水晶保持端子、７ 励振電極、８ 引出電極、９ ＩＣチップ。

Claims (2)

1. 底壁と枠壁からなる断面を凹状として少なくとも水晶片を収容した平面視矩形状のセラミック容器と、前記セラミック容器の開口端面に設けられた環状の金属リングと、前記金属リングよりも小さい平面外形とした金属カバーとを備え、前記金属リングの外周から離間して前記金属カバーの外周表面を前記金属リングの表面に対向してシーム溶接し、前記水晶片を密閉封入してなる表面実装用の水晶デバイスにおいて、前記金属リングの長辺と短辺との幅は前記長辺又は短辺のいずれか一方を他方よりも狭くして、前記枠壁の長辺と短辺との幅は前記いずれか一方の長辺又は短辺を狭くし、前記金属リングの表面に対する前記金属カバーの対向幅は前記いずれか一方の長辺又は短辺を狭くしたことを特徴とする表面実装用の水晶デバイス。
2. 請求項１において、前記金属リングの幅は長辺よりも短辺を狭くして、前記枠壁の幅は長辺よりも短辺の幅を狭くし、前記金属リングの表面に対する前記金属カバーの対向幅は長辺よりも短辺を狭くした表面実装用の水晶デバイス。