JP3837429B2 - 振動子用表面実装ベース及びこれを用いた水晶振動子 - Google Patents

Description

本発明はＪリードを用いた振動子用の表面実装ベース及びこれを用いた水晶振動子（以下、表面実装振動子とする）を技術分野とし、特にセット基板との適合性を良好とした表面実装ベースに関する。

（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型の電子機器に内蔵される。通常では、表面実装ベースに水晶片を搭載して密閉封入される。近年では、表面実装振動子の搭載されるセット基板との適合性を考慮した表面実装ベースが提案されている（特許文献１）。

（第１従来技術）第５図は第１従来例を説明する図で、同図（ａ）は表面実装振動子の断面図、同図（ｂ）は水晶片の平面図である。

表面実装振動子は表面実装ベース１に水晶片２を搭載し、カバー３を被せて密閉封入する。表面実装ベース１は、絶縁ベース４、リード端子５及び封着ガラス６からなる。絶縁ベース４は例えばセラミックからなり、両端側に一対の貫通孔７を有する。貫通孔７にはリード端子５が挿通し、封着ガラス６が埋設される。これらは、所謂気密端子を形成する。

各リード端子５は例えばＣｕとした金属材としてクランク状とし、保持部５ａ、貫通部５ｂ及び実装端子部５ｃからなる。保持部５ａ及び実装端子部５ｃは貫通部５ｂの上下端側で水平方向に逆向きに折曲される。封着ガラス６は固形状の粉末ガラスを貫通孔７内に埋設（投入）し、絶縁ベース４及びリード端子５とともに一体的に焼成される。

水晶片２は例えばＡＴカットとして両主面に励振電極８を有し、両端部に引出電極９を延出する。そして、引出電極９の延出した水晶片２の両端部をリード端子５の保持部５ａに図示しない導電性接着剤によって固着される。カバー３はセラミック等の絶縁材として例えばガラス封止によって表面実装ベース１の一主面側となる外周に接合される。

このようなものでは、リード端子５の実装端子部５ｃがセット基板（不図示）の回路端子部に、例えば高熱炉を搬送させて半田によって接合される。この場合、実装端子部５ｃは金属として弾性作用があるので、表面実装ベース（セラミック）１とセット基板（ガラスエポキシ基板等）との膨張係数差を吸収する。したがって、ヒートサイクル等によって両者間の接合部に加わる外部衝撃を緩和し、例えば半田に生ずるひびや欠けの発生を防止する。これにより、セット基板との適合性を良好にする。

特開２００３−２９７４５３号公報

（第１従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の表面実装ベース１では、リード端子５を貫通孔７内に挿通して治具等を用いて固定し、粉末ガラスを埋設する。しかし、リード端子５の貫通部５ｂは貫通孔７内で中空状にあってガタツキ、位置決めが不安定になるとともに製造が困難な問題があった。

（第２従来技術）このことから、第６図（ａｂ）に示したような表面実装ベースが考えられた。なお、第６図（ａ）は断面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。すなわち、絶縁ベース４は単一の貫通孔７を有する環状の枠壁とする。一対のリード端子５はＣuとし、保持部５ａ、貫通部５ｂ、実装端子部５ｃに折返部５ｄを付加してなる。貫通部５ｂの突起１０と折返部の「く」字状部とは、絶縁ベース（枠壁）の外面及び内面に弾性的に当接する。これにより、リード端子５は枠壁を狭持したＪリード端子（同符号５）とする。

換言すると、Jリード端子５は、封着ガラス６を挿通して環状枠壁（絶縁ベース４）の内面及び外面を狭持し、絶縁ベース４の一主面側となる封着ガラス６の表面上に水晶片２の保持部５ａを有する。そして、封着ガラス６の底面から貫通部５ｂが突出して環状枠壁の内面側から先端面を経て環状枠壁の外面側に延出して凹状に屈曲して実装端子部５ｃとして半田付けされる先端部を有する。

ここでは、貫通部５ｂは中央領域にスリットを設けられ、両側の第１と第２の分岐貫通部５ｂ1、５b2からなる。そして、第１と第２分岐貫通部５ｂ1、５ｂ2のそれぞれに枠壁内周に当接する突起１０を有する。封着ガラス６は、各Ｊリード端子５を絶縁ベース４に弾性的に狭持させて、平坦な折曲部である先端部（実装端子部５ｃ）を環状枠壁の先端面に押し付けて当接させた状態で、固形状の粉末ガラスを投入して焼成される。

この場合は、Ｊリード端子５が絶縁ベース４を狭持するので、治具等を要することなく離脱やガタツキを防止する。また、Ｊリード端子５の貫通部５ｂには突起１０を設けるので、絶縁ベース４の内周壁とは間隙を生じる。そして、Ｊリード端子５の貫通部５ｂは第１と第２の分岐貫通部５ｂ1、５ｂ2として、両者間にスリットを有する。したがって、貫通孔７内における貫通部５ｂの両側及び中央（スリット）から、枠壁内周との間隙に溶融ガラスが侵入し易く、表面実装ベースの製造を容易にする。

また、絶縁ベース４は環状枠壁として貫通孔７は単一としたので、粉末ガラスを多く投入できる。したがって、焼成時の溶融ガラスが絶縁ベース４とリード端子５の間隙に侵入し易く、製造をさらに容易にできる等の効果を奏する。これらは、絶縁ベース４が小さく、粉末ガラスの投入量が少なくなるほど効果が大きい。

（第２従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の第２従来技術では、Ｊリード端子５の先端部を環状枠壁の端面に当接させても、実際には微小の間隙を有する。したがって、焼成時の溶融ガラスが毛細管現象によって、第７図の一部拡大断面図に示したように、環状枠壁の内周面（内側面）から底面に侵入する（同図のＰで示す点線領域）。そして、枠壁底面と実装端子部５ｃとを結合（一体化）させる。これにより、環状枠壁の先端面との間の実装端子部（先端部）５ｃの自由運動面を減少させ、セット基板に搭載した際の歪み（応力）吸収力を低下させる問題があった。

（発明の目的）本発明はセット基板に対する搭載時の歪を防止して適合性を高めた表面実装用ベース及びこれを用いた信頼性の高い表面実装振動子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、貫通孔を有する枠壁からなる絶縁ベースと、前記貫通孔に充填されて前記絶縁ベースの一主面側に空間部を形成する封着ガラスと、前記封着ガラスを挿通して前記枠壁の内面及び外面を狭持し、前記絶縁ベースの一主面側となる前記封着ガラスの表面上に水晶片の保持部を有して、前記封着ガラスの底面から突出して前記枠壁の内面側から先端面を経て外面側に延出する凹状に屈曲した先端部を有し、前記先端部が半田付けされるＪリード端子とを備えた振動子用表面実装ベースであって、前記封着ガラスの底面から前記Ｊリード端子の根元部を突出させて、前記先端部の内面を前記封着ガラスの底面から少なくとも前記Jリード端子の厚み以上に離間した構成とする。

このような構成であれば、Ｊリード端子の根元部が封着ガラスの底面から突出して、封着ガラスの底面からＪリード端子の先端部までの距離を長くする。したがって、Ｊリード端子の根元部と枠壁との間に溶融ガラスが侵入しても、その進行が根元部の途中で中止してＪリード端子の先端部と枠壁の先端面との間には侵入しない。そして、Ｊリード端子の先端部は勿論として根元部にも溶融ガラス（封着ガラス）との非接触部を生じ、特に根元部の非接触部が応力に対して自由運動する応力緩衝部として機能する。

これらにより、Ｊリード端子の先端部（先端面）を半田によって固着しても、セット基板との間に生ずる膨張係数差による歪はこれらの応力緩衝部によって吸収される。したがって、セット基板に対する適合性を高められる。これらの場合、封着ガラスの底面から突出したＪリード端子の根元部が長いほど、非接触部の領域も大きくなって応力緩衝部の機能も高まる。

なお、Ｊリード端子の先端面は直接に固着される半田によって、根元部の外面は這い上がりによる半田によって自由運動が抑制される。しかし、先端部及び根元部の内面側は半田のみならず、封着ガラス及び半田のいずれに対しても非接触部（非接触面）となるので、自由運動する応力緩衝部として機能する。

本発明の請求項２〜４に示したように、請求項２では前記枠壁の先端面は前記封着ガラスの底面から突出し、請求項３では前記枠壁の先端面には突出部が設けられ、前記突出部は前記封着ガラスの底面から突出し、請求項４では前記枠壁の先端面と前記Ｊリード端子の先端部とは離間する。これらの請求項２〜４の構成によって、封着ガラスの底面から突出するＪリード端子の先端部及び根元部には、封着ガラス及び半田に対する非接触部を生じて、これらは自由運動する応力緩衝部として機能する。

同請求項４では請求項１の前記貫通孔は単一とする。これにより、粉末ガラスの投入量を多くできて、リード端子と枠壁内周との間への入り込みを良好にする。同請求項５では、請求項１の前記絶縁ベースの一主面側となる前記枠壁は前記封着ガラスよりも高くて、前記水晶片を保持する空間部を有する。これにより、水晶片を保護して外部装置等との接触を防止する。

同請求項６では、請求項１の前記水晶片の保持部には励振電極から引出電極の延出した水晶片の外周部が保持され、前記振動子用表面実装ベースにカバーを被せて前記水晶片を密閉封入して水晶振動子を構成する。これにより、セット基板との適合性を良好にして信頼性の高い水晶振動子を得られる。

第１図（ａｂ）は本発明の第１実施例を説明する図で、同図（ａ）は表面実装動子の断面図、第２図は表面実装ベースの一部拡大断面図である。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。

表面実装動子は前述したように表面実装ベース１に水晶片２を搭載し、カバー３を被せて密閉封入する。表面実装ベース１は、第２従来技術と同様に、絶縁ベース４、封着ガラス６、及びＪリード端子５からなる。絶縁ベース４は単一貫通孔７とする環状の枠壁４からなる。封着ガラスは絶縁ベース（枠壁）の高さよりも小さくして、一主面側に水晶片を収容する空間部を設ける。

Ｊリード端子５はＣｕとし、前述した保持部５ａ、貫通部５ｂ、実装端子部５ｃ及び折返部５ｄからなる。概略すると、環状枠壁からなる絶縁ベース４の一主面側となる封着ガラス６の表面上に水晶片の保持部５ａを有する。そして、封着ガラス６の底面から貫通部５ｂが突出して環状枠壁の内面側から先端面を経て枠壁の外面側に延出して凹状に屈曲して実装端子部５ｃとして半田付けされる先端部を有する。さらに、実装端子部（先端部）５ｃから「く」字状の折返部５ｄが延出する。

ここでは、さらに、封着ガラス６の底面からＪリード端子５の根元部（封着ガラス６の底面から突出した貫通部５ｂの部分）を突出させて、先端部の内面を封着ガラス６の底面から離間する。この例では、Ｊリード端子５の突出する側となる環状枠壁（絶縁ベース４）の先端面から封着ガラス６の他主面を浮かせて、環状枠壁の先端面は封着ガラス６の底面から突出する。

Ｊリード端子５の先端部の内面と封着ガラス６との間隔ｄは、少なくともJリード端子５の厚みｔ以上とする。ちなみに、Jリード端子５の厚みｔは０．１mmであり、ここでの間隔ｄは０．５mmとする。また、絶縁ベース（環状枠壁）４の平面外形は５．０×３．２mm、高さは１．８mm（Jリード端子５の厚みは除く）、封着ガラス６の平面外形は３．８×２．０mm、絶縁べース４の下端からの一主面（表面）までの高さは１．３mmとして設計される。

このような構成であれば、封着ガラス６の底面から突出したＪリード端子５の根元部は、封着ガラス６の底面から凹状とした先端部の内面までの距離ｄを長くする。したがって、Ｊリード端子５の根元部と環状枠壁との間に侵入した溶融ガラスは、その進行が根元部の途中までとなる。そして、Ｊリード端子５の先端部内面と環状枠壁の先端面には侵入しない。これにより、Ｊリード端子５の先端部は勿論として根元部にも溶融ガラス（封着ガラス６）との非接触部を生じ、封着ガラス６に対して自由運動する応力緩衝部として機能する。特に、Ｊリード端子５の根元部は垂直方向なので、応力緩衝部としての機能を高める。

このような表面実装振動子をセット基板に搭載すると、Ｊリード端子５の先端部特に先端面には直接的な半田が固着され、根元部の外面には底面からの這い上がりによる半田が付着する。これに対し、先端部及び根元部の内面への半田の回り込みは抑制されて、封着ガラス６及び半田に対していずれも非接触部とする。したがって、セット基板との間に生ずる膨張係数差による歪はこれらの応力緩衝部によって吸収される。これらの場合、封着ガラス６の底面から突出したＪリード端子５の根元部が長いほど、非接触部の領域も大きくなって応力緩衝部の機能も高まる。また、Ｊリード端子をＣuとした柔軟性もあって応力緩衝部として機能する。

なお、封着ガラス６よりも半田の方が柔軟性であるので、Ｊリード端子５の先端部及び根元部の内面が封着ガラス６と一体化した場合よりも、先端部及び根元部の外面が半田と一体化した場合の方が応力緩衝部としての機能を発揮する。但し、前述のように、封着ガラス６及び半田のいずれに対しても、Ｊリード端子５の根元部における非接触部の領域が大きいほど、応力緩衝部としての機能を高める。

また、この例では、環状枠壁とした絶縁ベース４の高さを封着ガラス６よりも大きくした空間部に水晶片２を収容する。したがって、水晶片２が環状枠壁に包囲されて絶縁ベース４の一主面上から露出しない。これにより、製造工程中に水晶片２が治具や装置等に触れることなく破損等を防止できる。

第２図（ａｂ）は本発明の第２実施例を説明する図で、同図（ａ）は表面実装動子の断面図、同図（ｂ）は表面実装ベースの一部拡大断面図である。なお、前実施例と同一部分の説明は簡略又は省略する。

第２実施例でも、第１実施例と同様に、封着ガラス６の底面からのＪリード端子５の根元部を突出させて、凹状とした先端部（実装端子部５ｃ）の内面を封着ガラス６の底面から離間する。この例では、環状枠壁（絶縁ベース４）の先端面には凸状の突出部１１が設けられる。突出部１１は封着ガラスの底面から少なくともＪリード端子５の厚み以上として突出する。これにより、Ｊリード端子５の根元部は封着ガラス６の底面から突出して、凹状の先端部（実装端子部５ｃ）が突出部１１の先端面を経て内面から外面に延出する。ここでの突出部１１は環状枠壁の両端面に設けて対称とする。

このような構成であれば、環状枠壁の先端面に設けた突出部１１によって、Ｊリード端子５の根元部との間に小空間部を生ずる。したがって、Ｊリード端子５を環状枠壁に狭持し、先端部を枠壁の先端面に押圧して粉末ガラスを焼成しても、小空間部によって毛細管現象が作用せず、溶融ガラスは侵入しない。

したがって、第１実施例と同様にＪリード端子５の根元部及び先端部と環状枠壁との封着ガラスによる接合（一体化）を防止して、非接触部による自由運動面を大きくした応力緩衝部を得る。したがって、ＣuとしたＪリード端子５自体の柔軟性もあって、セット基板との間の歪を吸収できて、セット基板との適合性を良好に維持できる。

また、この例では、環状枠壁の両端面に突出部１１を設けて対称性を維持したので、方向性がなくいずれの端面を主面としてもよいので、製造を容易にする。

第３図（ａｂ）は本発明の第３実施例を説明する図で、同図（ａ）は表面実装動子の断面図、同図（ｂ）は表面実装ベースの一部拡大断面図である。なお、前実施例と同一部分の説明は簡略又は省略する。

第３実施例でも、第１及び第２実施例と同様に、封着ガラス６の底面からＪリード端子５の根元部を突出させて、先端部（実装端子部５ｃ）の内面を封着ガラス６の底面から離間する。この例では、Ｊリード端子５の突出する側となる環状枠壁の先端面とＪリード端子５の先端部の内面とは、Ｊリード端子５に厚み以上に離間する。要するに、Ｊリード端子５の凹状とした先端部は環状枠壁の先端面から浮かせて配置される。但し、環状枠壁の先端面と封着ガラス６の底面はここでは概ね同一面とする。

このような構成であれば、Ｊリード端子５の根元部は環状枠壁の先端面及びこれと同一面上の封着ガラス６の底面から突出して、Ｊリード端子５の先端部は環状枠壁の先端面から離間する。したがって、Ｊリード端子５を環状枠壁に狭持して粉末ガラスを焼成しても、毛細管現象が作用せず、溶融ガラスは根元部及び先端部には侵入しない。

したがって、第１及び第２実施例と同様にＪリード端子５の根元部及び先端部と環状枠壁との封着ガラス６による接合（一体化）を防止して、Ｊリード端子５の非接触部によって応力緩衝部を得る。このことから、Jリード端子５の柔軟性もあって、セット基板との間の歪を吸収できて、セット基板との適合性を良好に維持できる。

（他の事項）
上記実施例では絶縁ベース４は環状枠壁として貫通孔７は単一としたが、例えば第４図の平面図に示したように、絶縁ベース４の強度を高めるために中央部分に橋絡部１２を設けてもよい。

また、絶縁ベース４は一主面側を封着ガラス６よりも高くしたが、従来例のように同一面上であってもよい。また、Jリード端子５の貫通部５ｂは第１と第２分岐貫通部５ｂ1、５ｂ2として単一のスリットを設けたが、例えば複数のスリットを設けてもよく、要は溶融ガラスが侵入し易くすればよい。そして、貫通部５ｂに設けた突起１０の高さ等によって充分に溶融ガラスが回り込んで侵入する場合はスリットはなくともよく、これらは必要に応じて選択できる。

また、Jリード端子５の貫通部５ｂに突起１０を設けて、折返部５ｄを「く」字状としたが、いずれをも突起としても「く」字状としてもよく、要するに両面側から狭持できる構造であればよい。そして、絶縁ベース４の貫通孔７は基本的に単一としたが、第１従来例のように一対の貫通孔７を設けてそれぞれ気密端子を形成する場合でも同様に適用できる。但し、小型なほど貫通孔７は単一の方が有利である。

本発明の第１実施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）は一部拡大断面図である。 本発明の第２実施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）は一部拡大断面図である。 本発明の第３実施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）は一部拡大断面図である。 本発明の他の実施例を説明する絶縁ベースの平面図である。 第１従来例を説明する図で、同図（ａ）は水晶振動子の断面図、同図（ｂ）は水晶片の平面図である。 第２従来例を説明する図で、同図（ａ）は水晶振動子の断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線で示す表面実装ベースの一部拡大断面図である。 第２従来例の問題点を説明する表面実装ベースの一部拡大断面図である。

符号の説明

１ 表面実装ベース、２ 水晶片、３ カバー、４ 絶縁ベース、５ リード端子、６ 封着ガラス、７ 貫通孔、８ 励振電極 ９ 引出電極、１０ 突起、１１ 突出部、１２ 橋結部。

Claims (7)

1. 貫通孔を有する枠壁からなる絶縁ベースと、前記貫通孔に充填されて前記絶縁ベースの一主面側に空間部を形成する封着ガラスと、前記封着ガラスを挿通して前記枠壁の内面及び外面を狭持し、前記絶縁ベースの一主面側となる前記封着ガラスの表面上に水晶片の保持部を有して前記封着ガラスの底面から突出して前記枠壁の内面側から先端面を経て外面側に延出する凹状に屈曲した先端部を有し、前記先端部が半田付けされるＪリード端子とを備えた振動子用表面実装ベースであって、前記封着ガラスの底面から前記Ｊリード端子の根元部を突出させて前記先端部の内面を前記封着ガラスの底面から少なくとも前記Jリード端子の厚み以上に離間したことを特徴とする振動子用表面実装ベース。
2. 請求項１において、前記枠壁の先端面が前記封着ガラスの底面から突出した振動子用表面実装ベース。
3. 請求項１において、前記枠壁の先端面に突出部が設けられ、前記突出部が前記封着ガラスの底面から突出した振動子用表面実装ベース。
4. 請求項１において、前記枠壁の先端面と前記Ｊリード端子の先端部とが離間した振動子用表面実装ベース。
5. 請求項１において、前記貫通孔が単一である振動子用表面実装ベース。
6. 請求項１において、前記絶縁ベースの一主面側となる前記枠壁が、前記封着ガラスよりも高く、かつ、前記水晶片を保持する空間部を有する請求項１の振動子用表面実装ベース。
7. 請求項１の前記水晶片の保持部に励振電極からの引出電極が延出した水晶片の外周部が保持され、前記振動子用表面実装ベースにカバーを被せて前記水晶片を密閉封入したことを特徴とする水晶振動子。

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