JP3843716B2 - AT cut piezoelectric vibrator package structure and frequency adjusting method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に使用される表面実装型のATカット圧電振動子に関し、特に圧電振動片を実装して気密封止するパッケージの構造、及びその周波数を調整する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より携帯電話、PHS等の情報通信機器やコンピュータ等のOA機器、電子時計等の民生機器を含む様々な電子機器には、電子回路のクロック源として圧電振動子が広く採用されている。特に最近は、電子機器の高性能化に伴い、より周波数精度の高い圧電振動子が要求されている。
【0003】
従来、表面実装型のATカット圧電振動子には、水晶などの圧電振動片をセラミック等の絶縁材料からなるパッケージ内に固定して気密に封止する構造が広く採用されている。一般にパッケージは、圧電振動片を片持ち式にマウントする薄い矩形箱型のベースと、その上に接合する薄板状のキャップとから構成される。圧電振動子の周波数調整は、圧電振動片をベースにマウントした状態で、キャップを接合する前に、その周波数を測定しながらイオンビームエッチングなどのドライ法を用いて圧電振動片の金属電極励振部を部分的に削除し、又は金属電極励振部に金属を蒸着させて質量を増加させることにより行う。キャップは、低融点ガラスを約300〜400℃の高温処理で溶融させることにより接合される。ベースは、最終的にパッケージを真空封止する際にガス抜きするための小さい貫通孔を有し、これをキャップの接合後に真空雰囲気中で例えばAu−Sn等の金属ボールを溶着させて気密に閉塞する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の圧電振動子は、キャップを接合する際にパッケージが高温に曝されるため、振動片を保持している導電性接着剤や、キャップとベースとを接合する低融点ガラス等からガスが発生し、振動片に付着してその発振周波数に悪影響を及ぼす虞がある。そのため、一旦調整した周波数が封止後に変動したりばらつきが大きくなって、圧電振動子の周波数精度が低下する虞があった。更に最近は、電子機器の小型化・薄型化に伴い、圧電振動子のより一層の小型化が要求されており、周波数精度の向上を図ることがより困難になっている。
【0005】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、表面実装型のATカット圧電振動子において、最近の高性能化及び小型化の要求に対応して、より高い周波数精度を実現し得るパッケージ構造を提供することにある。
【0006】
また、本発明の目的は、より高精度にATカット圧電振動子の周波数を調整することができる方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記目的を達成するために、ATカット圧電振動片をパッケージの内部に実装しかつ気密に封止する圧電振動子において、パッケージが、その実装面上に圧電振動片をマウントする絶縁材料からなるベースと、該ベースの上に接合されるキャップとを有し、ベース又はキャップのいずれか一方が、圧電振動片の金属電極励振部に整合させて形成した貫通孔と、その外面の貫通孔開口の周縁に形成した第1のメタライズ部とを有し、該第1のメタライズ部が、パッケージ外面の端子に接続していることを特徴とするATカット圧電振動子のパッケージ構造が提供される。
【0008】
これにより、ATカット圧電振動子の製造工程においてベースにキャップを接合した後に、反応ガス雰囲気中で貫通孔を介して圧電振動片の金属電極励振部をイオンビームエッチングすることにより、圧電振動子の周波数を調整することができ、しかも、パッケージ外面の端子を介して第1のメタライズ部の電位を適当に設定することにより、貫通孔を通過してパッケージ内部の圧電振動片に到達するプラスイオンを制御してエッチングレートを調整できるので、高精度な周波数調整が可能である。更に、その後で従来と同様に、貫通孔を真空又は不活性気体や乾燥空気の雰囲気中で閉塞することにより、最終的にパッケージ内部を気密に封止することができる。
【0009】
或る実施例では、前記パッケージ外面の端子が接地端子であることにより、第1のメタライズ部を接地電位に維持した状態でイオンビームエッチングを行うことができる。
【0010】
また、或る実施例では、前記貫通孔及び第1のメタライズ部がベースに形成され、かつ第1のメタライズ部が、少なくとも圧電振動片の金属電極励振部に対応した寸法を有することにより、圧電振動片をベースにマウントした状態でイオンビームエッチングにより周波数の粗調整を行うとき、第1のメタライズ部の電位を調整してエッチングレートを制御することができる。特に、第1のメタライズ部の電位を負に設定すれば、プラスイオンを選択的に金属電極励振部により高密度に集束させることができるので、エッチングレートが高くなって周波数の粗調整をより短時間で効率よく行うことができる。
【0011】
別の実施例では、前記貫通孔及び第1のメタライズ部がベースに形成され、かつベースが、第1のメタライズ部から分離してその外側に形成された第2のメタライズ部を有すると、イオンビームエッチングにより周波数調整を行うとき、第1及び第2のメタライズ部をそれぞれ異なる電位に調整して、エッチングレートをより広範囲かつ選択的に制御することができる。例えば、同様に圧電振動片をベースにマウントした状態で周波数の粗調整を行うとき、第1のメタライズ部を第2のメタライズ部よりも低い負の電位にすれば、エッチングレートをより一層高速にすることができる。
【0012】
更に、或る実施例では、前記ベースが、圧電振動片の実装面を有する上側薄板部材とパッケージの底面を有する下側薄板部材との積層構造からなり、前記貫通孔が、上側薄板部材に形成された小径部分と、下側薄板部材に小径部分と同心に形成された大径部分とからなり、前記メタライズ部が上側薄板部材の下側薄板部材との接合面に形成されている。これにより、メタライズ部が、パッケージを表面実装するためにベースの底面に設けられる外部端子と干渉しないので、これらをその位置や形状・寸法に拘わりなく自由に設計することができる。また、圧電振動子を基板等に実装したとき、その表面の端子やはんだと接触する虞が無いので、好都合である。
【0013】
また、圧電振動片の金属電極励振部は概ねパッケージの中央に位置するので、前記貫通孔が、パッケージの中央に設けられていると、金属電極励振部のエッチングを確実に行うと同時に、ベースの底面に設けられるパッケージの電極との干渉を回避することができ、好都合である。
【0014】
本発明の別の側面によれば、上述した本発明の貫通孔及び第1のメタライズ部を有するパッケージのベースにATカット圧電振動片をマウントした後、圧電振動片の周波数を測定しながら、その金属電極励振部を部分的に除去する第1の周波数調整過程と、ベースの上にキャップを接合した後、圧電振動片の周波数を測定しながら、不活性ガスの雰囲気中で貫通孔を介してイオンビームエッチングを行うことにより、金属電極励振部を部分的に除去する第2の周波数調整過程とからなることを特徴とするATカット圧電振動子の周波数調整方法が提供される。
【0015】
このようにして、第1の周波数調整過程により圧電振動片の周波数を概ね所定の範囲に粗調整した後、低融点ガラスを用いてベースにキャップを接合することにより周波数の変動やばらつきが生じた場合でも、第2の周波数調整過程において圧電振動片の周波数を微調整することができ、しかも最終的に、従来と同様にしてパッケージを真空封止することができる。
【0016】
前記イオンビームエッチングは、その反応ガスとして一般に使用されているArガスの雰囲気中でを行うことが好ましい。
【0017】
或る実施例では、第2の周波数調整過程においてイオンビームエッチングを行う際に、第1のメタライズ部を接地することにより、貫通孔にプラスイオンをより集束し易くして、エッチングレートを高めることができる。
【0018】
別の実施例では、第2の周波数調整過程においてイオンビームエッチングを行う際に、第1のメタライズ部を僅かに正の電位にすることにより、貫通孔へのプラスイオンの集束を制御してエッチングレートを調整し、より高精度な周波数調整をはかることができる。
【0019】
また、或る実施例では、第1の周波数調整過程において、第1のメタライズ部を負の電位にして、イオンビームエッチングにより金属電極励振部を除去することにより、エッチングレートを高くして、周波数の粗調整を短時間で行うことができる。
【0020】
また、本発明によれば、上述した本発明の貫通孔及び第1のメタライズ部に加えて第2のメタライズ部を有するパッケージのベースにATカット圧電振動片をマウントした後、圧電振動片の周波数を測定しながら、その金属電極励振部を部分的に除去する第1の周波数調整過程と、ベースの上にキャップを接合した後、圧電振動片の周波数を測定しながら、不活性ガスの雰囲気中で貫通孔を介してイオンビームエッチングを行うことにより、金属電極励振部を部分的に除去する第2の周波数調整過程とからなり、第1又は第2の周波数調整過程において、第1のメタライズ部と第2のメタライズ部とをそれぞれ異なる電位に設定してイオンビームエッチングを行うことにより、金属電極励振部を部分的に除去することを特徴とするATカット圧電振動子の周波数調整方法が提供される。
【0021】
このように第1及び第2のメタライズ部をそれぞれ異なる電位に調整すると、エッチングレートをより広範囲かつ選択的に制御することができる。例えば、第1の周波数調整において、第1のメタライズ部を第2のメタライズ部よりも低い負の電位にすれば、より高速のエッチングレートで周波数の粗調整をより短時間で効率よく行うことができる。また、第2の周波数調整において、第1のメタライズ部を接地し又は僅かに正の電位にし、かつ第2のメタライズ部を負の電位にすると、プラスイオンが貫通孔よりもその周辺に引き寄せられるので、エッチングレートを制御して周波数をより高精度に調整することができる。これに加え、貫通孔周縁のメタライズ部がプラスイオンの衝突により損傷したり剥がれたりして、後の工程で貫通孔をAu−Sn等の金属小球で封止する際にその溶着性が低下することを抑制することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明を適用した表面実装型ATカット水晶振動子の第1実施例の構成を概略的に示している。この水晶振動子は、セラミック材料のベース1とキャップ2とからなるパッケージ3の内部にATカット水晶振動片4が実装されている。ベース1は、概ね長方形の2枚の上側及び下側薄板部材5a、5bを張り合わせた積層構造の底板部5の上面に、やや小さい長方形のフレーム部材6を一体に接合した薄い箱型に構成されている。キャップ2は、ガラスやセラミックスの薄板で形成され、低融点ガラスを用いてフレーム部材6の上端に気密に接合されている。
【0023】
水晶振動片4は、長方形の水晶薄板の両面に励振電極7、7と、かつその基端部に励振電極からの引出電極が形成されている。図2Aに併せて示すように、ベース1の実装面には、一方の端部付近に1対の接続電極8、8が形成され、これに導電性接着剤で前記引出電極を接着して、水晶振動片4がベース1上に片持ち式にマウントされる。また、底板部5の上面には導電体からなるリード9、9が配線され、ベース裏面の一方の対角方向の角部に形成された外部端子10、10に前記各接続電極を電気的に接続している。ベース裏面の他方の対角方向の角部に形成された外部端子11、11は、水晶振動片4に接続されないダミーの接地端子である。
【0024】
ベース1の底板部5には、その中心位置に貫通孔12が形成されている。貫通孔12は、図2に良く示すように、上側薄板部材5aに形成された小径部12aと、これと同心位置に下側薄板部材5bに形成された大径部12bとからなり、これによりベース1の底面側の貫通孔開口に段差13が設けられる。本実施例では、小径部の直径を約0.25mmに、大径部の直径を約0.55mmにそれぞれ設定する。段差13は、最終工程でパッケージ内部を真空封止する際に、貫通孔12を閉塞するために溶着されるAu−Sn等の金属ボールを載せるためのものである。
【0025】
図2Bに示すように、上側薄板部材5aの下面即ち下側薄板部材5bとの接合面には、貫通孔小径部12aの開口周縁に大径部12bより大きい円形のメタライズ部14が、例えばタングステンなどの導電材料をスクリーン印刷することにより形成されている。メタライズ部14は、図1Bに示すように大径部12bから露出する部分即ち段差13の底部に相当する部分14aが、上述した金属ボールの溶着性を得るために金めっきされている。またメタライズ部14は、上側薄板部材5aのメタライズしたスルーホール15を介して、その上面に形成した端子16に電気的に接続され、外部と接続できるようになっている。
【0026】
第1実施例のパッケージ構造を用いて、ATカット水晶振動子の周波数調整を行う要領を説明する。先ず、その実装面(主面)に水晶振動片4をマウントしたベース1を、例えばアルゴン(Ar)雰囲気のチャンバ内に配置する。従来と同様に水晶振動片4の発振周波数を測定しながら、図3Aに示すように、その間にマスク17を置いて上方からイオン銃などのイオンビーム装置18を用いてイオンビームエッチングを行う。これにより、水晶振動片4上面の励振電極を形成する金属材料を部分的に除去して、第1段階として周波数の粗調整を行う。別の実施例では、レーザビームの照射等により周波数の粗調整を行うこともできる。
【0027】
ここで、端子16を介してメタライズ部14を負の電位にした状態でイオンビームエッチングを行うと、Ar+ イオンをメタライズ部14に集束し易くすることができる。上述したようにメタライズ部14はパッケージ3の略中心位置に設けられているので、水晶振動片4の励振電極の中心付近にAr+イオンをより高密度に集束させてエッチングレートを高め、周波数の粗調整をより短時間で効率よく行うことができる。そのため、コリメート手段を持たないイオンビーム装置であっても良好にエッチングすることができ、加工コストの低減を図ることができる。
【0028】
周波数の粗調整を終えたベース1は、洗浄処理後、その上端に低融点ガラスを用いてキャップ2を接合する。このパッケージ3を、同様にAr雰囲気のチャンバ内に配置し、水晶振動片4の発振周波数を測定しながら、図3Bに示すように底面側からイオンビーム装置18を用いてイオンビームエッチングを行う。イオンビームが貫通孔12に集束するように、イオンビーム装置18は貫通孔12の正面に配置する。これにより、水晶振動片4上面の励振電極を形成する金属材料を部分的に除去して、第2段階として周波数の微調整を行うことができる。従って、周波数粗調整後にキャップ接合時の高温により周波数に多少変動やばらつきが生じても、ここで修正できるので、より高い周波数精度が得られる。また、水晶振動片は、両面の励振電極がエッチングされるので、表裏における電極膜厚のバランスが良く、振動がより安定する。当然ながら、貫通孔12の直径を大きくすれば、それだけエッチングレートを高くして、周波数の調整幅を拡大することができる。
【0029】
ここで、端子16を介してメタライズ部14の電位を適当に設定することにより、貫通孔12を通過してパッケージ内部に到達するAr+ イオンを制御してエッチングレートを調整することができる。例えば、メタライズ部14を接地電位(ゼロ)にしてイオンビームエッチングを行うと、比較的Ar+ イオンをメタライズ部14に集束し易くすることができる。また、メタライズ部14を僅かに正の電位にすると、貫通孔12を通過するAr+ イオンを制限できるので、より緩やかにかつより高精度に周波数調整が行われると同時に、Ar+ イオンの衝突による金めっき部分14aの損傷を少なくでき、Au−Sn金属ボールの溶着性を維持することができる。更に、メタライズ部14の電位を正・接地・負で適当に切り換えることにより、貫通孔12へのAr+ イオンの進入を遮断したり、促進又は制限することができる。
【0030】
このようにして周波数の微調整を終えたパッケージは、最終工程において例えば真空雰囲気内に配置され、貫通孔12の段差13に配置したAu−Sn金属ボールをレーザビームで溶着させることにより、貫通孔12を閉塞する。真空封止は、水晶振動子の抵抗値を低く維持できるので好ましい。また、不活性気体や乾燥空気の雰囲気内で封止することもできる。
【0031】
図4及び図5は、本発明の第2実施例によるパッケージを示している。第2実施例は、上側薄板部材5a下面のメタライズ部14が対角方向のリード19を介して、一方の接地端子11に接続されている点において、第1実施例と異なる。これにより、メタライズ部14の電位は、従来よりこの種のパッケージに設けられている接地端子11を利用して調整することができるので、上側薄板部材5aにスルーホール15や端子16を設ける必要が無く、また外部との接続も容易になるので好ましい。
【0032】
図6及び図7は、第2実施例の変形例によるパッケージを示している。この変形例では、上側薄板部材5a下面のメタライズ部14が、リード19を介して対角方向の両方の接地端子11に接続されている。これにより、イオンビームエッチングによる周波数調整のために接地端子11を外部に接続する際に、パッケージ3の前後方向を規定する必要が無くなり、作業性が向上する。
【0033】
図8及び図9は、本発明の第3実施例によるパッケージを示している。第3実施例は、上側薄板部材5a下面のメタライズ部14が、その上面にマウントされる水晶振動片4に対応して、それと略同じ寸法に形成されている点において、第2実施例と異なる。これにより、キャップ2の接合前にイオンビームエッチングにより周波数の粗調整を行う際に、メタライズ部14を負の電位に設定すれば、水晶振動片4の略全面に亘ってAr+ イオンを選択的に集束させることができる。従って、エッチングレートが高くなり、周波数の粗調整をより短時間で効率よく行うことができる。
【0034】
図10及び図11は、第3実施例の変形例によるパッケージを示している。この変形例では、図6及び図7の場合と同様に、上側薄板部材5a下面のメタライズ部14が、リード19を介して対角方向の両方の接地端子11に接続されている。従って、イオンビームエッチングによる周波数調整のために接地端子11を外部に接続する際に、パッケージ3の前後方向を規定する必要が無く、同様に作業性が向上する。
【0035】
図12及び図13は、本発明の第4実施例によるパッケージを示している。第4実施例は、メタライズ部14から分離してその外側に第2のメタライズ部20が、上側薄板部材5a下面の略全面に形成されている点において、第2実施例と異なる。第2のメタライズ部20は、他方の接地端子11に接続されている。従って、両メタライズ部14、20をそれぞれ異なる電位に設定してイオンビームエッチングを行うと、エッチングレートをより広範囲かつ選択的に制御することができる。
【0036】
例えば、第1段階の周波数の粗調整では、中央のメタライズ部14をその外側の第2のメタライズ部20よりも低い負の電位にすることにより、水晶振動片4の励振電極の中心付近にAr+ イオンを選択的により高密度に集束させることができる。従って、より高速のエッチングレートで周波数の粗調整をより短時間で効率よく行うことができる。また、第2段階の周波数微調整では、メタライズ部14を接地し又は僅かに正の電位にし、かつ第2のメタライズ部20を負の電位にする。これにより、Ar+ イオンが貫通孔12よりもその周辺に引き寄せられるので、エッチングレートを制御することができ、より高精度な周波数調整及び金めっき部分14aの損傷抑制を図ることができる。
【0037】
図14及び図15は、第4実施例の変形例によるパッケージを示している。この変形例では、メタライズ部14が第3実施例と同様に水晶振動片4と略同じ寸法に形成され、かつその外側に分離して第2のメタライズ部20が形成されている点において、第4実施例と異なる。これにより、上述した第3実施例と第4実施例の特徴に組み合わせて、更にイオンビームエッチングによる周波数の粗調整をより短時間で効率的に行うことができる。
【0038】
以上、本発明の好適な実施例について添付図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明はその技術的範囲内において様々に変形・変更を加えて実施することができる。例えば、イオンビームエッチングを行うための貫通孔は、ベースではなくキャップに、水晶振動片の励振電極の位置に整合させて形成することができる。この場合、貫通孔はベースの封止用貫通孔と別個に設けることができ、又はキャップの貫通孔を用いて封止することもできる。また、平板状のベースに箱形のキャップを接合する構造のパッケージや、低融点ガラスではなくシーム溶接等の別の方法によりキャップを接合する場合についても同様に適用することができる。更に、貫通孔は、必ずしもパッケージの中心位置に設ける必要はなく、水晶振動片の励振電極の範囲内であれば、適当に選択することができる。
【0039】
【発明の効果】
本発明は、上述したように構成することにより、以下に記載するような格別の効果を奏する。
【0040】
本発明のATカット圧電振動子のパッケージ構造によれば、その製造工程においてベースにキャップを接合した後に、貫通孔を介してイオンビームエッチングを、第1のメタライズ部の電位を適当に設定してエッチングレートを調整して行うことができ、それにより周波数調整を高精度に行うことができるので、高性能化及び小型化の要求に対応した、より高い周波数精度のATカット圧電振動子を実現することができる。更に、従来と同様に、最終的にパッケージを真空に封止できるので、より抵抗値の小さい高性能のATカット圧電振動子が得られる。
【0041】
また、本発明のATカット圧電振動子の周波数調整方法によれば、第1の周波数調整過程により圧電振動片の周波数を概ね所定の範囲に粗調整しかつベースにキャップを接合した後に、第2の周波数調整過程において圧電振動片の周波数を微調整することができ、更にパッケージを真空封止できることによって、周波数精度が高くかつ抵抗値の低い高性能のATカット圧電振動子を比較的容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】A図は本発明の第1実施例を示すATカット水晶振動子の縦断面図、B図はその底面図である。
【図2】A図は第1実施例の上側薄板部材の上面図、B図はその下面図、C図は下側薄板部材の下面図である。
【図3】A図は第1実施例の水晶振動子について、周波数の粗調整のためのイオンビームエッチングを、B図は周波数の微調整のためのイオンビームエッチングをそれぞれ示す図である。
【図4】本発明の第2実施例によるパッケージの底面図である。
【図5】A図は第2実施例の上側薄板部材の上面図、B図はその下面図、C図は下側薄板部材の下面図である。
【図6】第2実施例の変形例によるパッケージの底面図である。
【図7】A図は図6の変形例の上側薄板部材の上面図、B図はその下面図、C図は下側薄板部材の下面図である。
【図8】本発明の第3実施例によるパッケージの底面図である。
【図9】A図は第3実施例の上側薄板部材の上面図、B図はその下面図、C図は下側薄板部材の下面図である。
【図10】第3実施例の変形例によるパッケージの底面図である。
【図11】A図は図10の変形例の上側薄板部材の上面図、B図はその下面図、C図は下側薄板部材の下面図である。
【図12】本発明の第4実施例によるパッケージの底面図である。
【図13】A図は第4実施例の上側薄板部材の上面図、B図はその下面図、C図は下側薄板部材の下面図である。
【図14】第4実施例の変形例によるパッケージの底面図である。
【図15】A図は図14の変形例の上側薄板部材の上面図、B図はその下面図、C図は下側薄板部材の下面図である。
【符号の説明】
1 ベース
2 キャップ
3 パッケージ
4 ATカット水晶振動片
5 底板部
5a 上側薄板部材
5b 下側薄板部材
6 フレーム部材
7 励振電極
8 接続電極
9 リード
10、11 外部端子
12 貫通孔
12a 小径部
12b 大径部
13 段差
14 メタライズ部
14a 金めっき部分
15 スルーホール
16 端子
17 マスク
18 イオンビーム装置
19 リード
20 メタライズ部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface-mount type AT-cut piezoelectric vibrator used in an electronic device, and more particularly to a package structure in which a piezoelectric vibrating piece is mounted and hermetically sealed, and a method for adjusting the frequency thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, piezoelectric vibrators have been widely used as clock sources for electronic circuits in various electronic devices including information communication devices such as mobile phones and PHS, OA devices such as computers, and consumer devices such as electronic watches. Particularly recently, with the improvement in performance of electronic devices, piezoelectric vibrators with higher frequency accuracy are required.
[0003]
Conventionally, a structure in which a piezoelectric vibrating piece such as a crystal is fixed in a package made of an insulating material such as ceramic and hermetically sealed is widely used for a surface-mount AT-cut piezoelectric vibrator. In general, a package includes a thin rectangular box-shaped base on which a piezoelectric vibrating piece is mounted in a cantilever manner, and a thin plate-like cap bonded on the base. The frequency adjustment of the piezoelectric vibrator is performed by using a dry method such as ion beam etching while measuring the frequency of the piezoelectric vibrator piece mounted on the base and before the cap is joined. Is partially removed, or metal is deposited on the metal electrode excitation portion to increase the mass. The cap is bonded by melting the low melting point glass by a high temperature treatment of about 300 to 400 ° C. The base has a small through-hole for degassing when the package is finally vacuum-sealed, and this is hermetically sealed by welding a metal ball such as Au-Sn in a vacuum atmosphere after joining the cap. Block.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, since such a conventional piezoelectric vibrator is exposed to a high temperature when the cap is joined, it is made of a conductive adhesive that holds the vibrating piece, a low melting point glass that joins the cap and the base, or the like. Gas is generated and may adhere to the resonator element and adversely affect its oscillation frequency. For this reason, there is a possibility that the frequency once adjusted is fluctuated after the sealing or the dispersion becomes large, and the frequency accuracy of the piezoelectric vibrator is lowered. In recent years, with the downsizing and thinning of electronic devices, further downsizing of piezoelectric vibrators has been required, and it has become more difficult to improve frequency accuracy.
[0005]
Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and its purpose is to meet the recent demands for high performance and miniaturization in surface-mounted AT-cut piezoelectric vibrators. The object is to provide a package structure capable of realizing higher frequency accuracy.
[0006]
It is another object of the present invention to provide a method that can adjust the frequency of an AT-cut piezoelectric vibrator with higher accuracy.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, in order to achieve the above object, in a piezoelectric vibrator in which an AT-cut piezoelectric vibrating piece is mounted inside a package and hermetically sealed, the package mounts the piezoelectric vibrating piece on the mounting surface. A base made of an insulating material and a cap joined on the base, and either the base or the cap is formed with a through hole formed in alignment with the metal electrode excitation portion of the piezoelectric vibrating piece, A package structure of an AT-cut piezoelectric vibrator, comprising: a first metallized portion formed at a peripheral edge of an opening on the outer surface of the through-hole, and the first metallized portion connected to a terminal on the outer surface of the package Is provided.
[0008]
Thus, after the cap is joined to the base in the manufacturing process of the AT-cut piezoelectric vibrator, the metal electrode excitation portion of the piezoelectric vibrating piece is ion beam etched through the through hole in the reaction gas atmosphere. The frequency can be adjusted, and the positive ions reaching the piezoelectric vibrating reed inside the package through the through hole can be obtained by appropriately setting the potential of the first metallized portion via the terminal on the outer surface of the package. Since the etching rate can be adjusted by control, high-accuracy frequency adjustment is possible. Furthermore, after that, as in the conventional case, the inside of the package can be hermetically sealed by closing the through hole in a vacuum or an atmosphere of inert gas or dry air.
[0009]
In one embodiment, since the terminal on the outer surface of the package is a ground terminal, the ion beam etching can be performed while the first metallized portion is maintained at the ground potential.
[0010]
In one embodiment, the through hole and the first metallized portion are formed in a base, and the first metallized portion has a size corresponding to at least the metal electrode excitation portion of the piezoelectric vibrating piece, so that the piezoelectric When the frequency is roughly adjusted by ion beam etching with the resonator element mounted on the base, the etching rate can be controlled by adjusting the potential of the first metallized portion. In particular, if the potential of the first metallization part is set to be negative, the positive ions can be selectively focused with high density by the metal electrode excitation part, so that the etching rate is increased and the rough adjustment of the frequency is made shorter. Can be done efficiently in time.
[0011]
In another embodiment, the through-hole and the first metallized part are formed in the base, and the base has a second metallized part formed on the outer side separately from the first metallized part. When frequency adjustment is performed by beam etching, the first and second metallized portions can be adjusted to different potentials, and the etching rate can be controlled over a wider range and selectively. For example, when the frequency is roughly adjusted with the piezoelectric resonator element mounted on the base, the etching rate can be further increased by making the first metallized portion a negative potential lower than that of the second metallized portion. can do.
[0012]
Further, in one embodiment, the base has a laminated structure of an upper thin plate member having a mounting surface of a piezoelectric vibrating piece and a lower thin plate member having a bottom surface of the package, and the through hole is formed in the upper thin plate member. The metallized portion is formed on a joint surface with the lower thin plate member of the upper thin plate member. The metallized portion is formed of a small diameter portion formed on the lower thin plate member and a large diameter portion formed concentrically with the small diameter portion. As a result, the metallized portion does not interfere with external terminals provided on the bottom surface of the base for surface mounting of the package, so that these can be freely designed regardless of their position, shape and dimensions. Further, when the piezoelectric vibrator is mounted on a substrate or the like, there is no possibility of contact with terminals or solder on the surface, which is convenient.
[0013]
In addition, since the metal electrode excitation portion of the piezoelectric vibrating piece is located approximately in the center of the package, if the through hole is provided in the center of the package, the metal electrode excitation portion can be reliably etched and the base Conveniently, interference with the electrodes of the package provided on the bottom surface can be avoided.
[0014]
According to another aspect of the present invention, after mounting the AT-cut piezoelectric vibrating piece on the base of the package having the through hole and the first metallized portion of the present invention described above, measuring the frequency of the piezoelectric vibrating piece, A first frequency adjustment process for partially removing the metal electrode excitation part, and after joining a cap on the base, measuring the frequency of the piezoelectric vibrating piece through the through-hole in an inert gas atmosphere There is provided an AT-cut piezoelectric vibrator frequency adjustment method characterized by comprising a second frequency adjustment process in which the metal electrode excitation part is partially removed by performing ion beam etching.
[0015]
In this way, after the frequency of the piezoelectric vibrating piece was roughly adjusted to a predetermined range by the first frequency adjustment process, the frequency variation and variation were caused by joining the cap to the base using the low melting point glass. Even in this case, the frequency of the piezoelectric vibrating piece can be finely adjusted in the second frequency adjustment process, and finally, the package can be vacuum-sealed in the same manner as in the prior art.
[0016]
The ion beam etching is preferably performed in an atmosphere of Ar gas generally used as a reaction gas.
[0017]
In an embodiment, when ion beam etching is performed in the second frequency adjustment process, the first metallized portion is grounded, so that positive ions can be more easily focused on the through hole and the etching rate is increased. Can do.
[0018]
In another embodiment, when ion beam etching is performed in the second frequency adjustment process, the first metallized portion is set to a slightly positive potential, thereby controlling the focusing of positive ions to the through-hole and performing etching. By adjusting the rate, it is possible to achieve more accurate frequency adjustment.
[0019]
In one embodiment, in the first frequency adjustment process, the first metallized portion is set to a negative potential, and the metal electrode excitation portion is removed by ion beam etching, so that the etching rate is increased and the frequency is increased. Can be adjusted in a short time.
[0020]
Further, according to the present invention, after mounting the AT-cut piezoelectric vibrating piece on the base of the package having the second metallized portion in addition to the above-described through-hole and first metalized portion of the present invention, the frequency of the piezoelectric vibrating piece is In the inert gas atmosphere while measuring the frequency of the piezoelectric vibrating piece after measuring the frequency of the piezoelectric vibrating piece after first joining the cap on the base And performing a second frequency adjustment process of partially removing the metal electrode exciter by performing ion beam etching through the through hole. In the first or second frequency adjustment process, the first metallization unit The metal electrode excitation portion is partially removed by performing ion beam etching with the second metallization portion and the second metallization portion set at different potentials, respectively. Frequency adjustment method of the electrostatic vibrator is provided.
[0021]
As described above, when the first and second metallized portions are adjusted to different potentials, the etching rate can be controlled over a wider range and selectively. For example, in the first frequency adjustment, if the first metallized portion is set to a negative potential lower than that of the second metallized portion, the frequency can be roughly adjusted in a shorter time with a higher etching rate. it can. Further, in the second frequency adjustment, when the first metallized portion is grounded or slightly positive and the second metallized portion is a negative potential, positive ions are attracted to the periphery of the through hole. Therefore, the frequency can be adjusted with higher accuracy by controlling the etching rate. In addition to this, the metallized part at the periphery of the through-hole is damaged or peeled off by the collision of positive ions, and the weldability is lowered when the through-hole is sealed with a metal sphere such as Au-Sn in a later process. Can be suppressed.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 schematically shows a configuration of a first embodiment of a surface-mount type AT-cut crystal resonator to which the present invention is applied. In this crystal resonator, an AT-cut
[0023]
The quartz
[0024]
A through
[0025]
As shown in FIG. 2B, on the lower surface of the upper
[0026]
The procedure for adjusting the frequency of the AT-cut quartz crystal resonator will be described using the package structure of the first embodiment. First, the
[0027]
Here, if ion beam etching is performed in a state where the metallized
[0028]
After the rough adjustment of the frequency, the
[0029]
Here, by appropriately setting the potential of the metallized
[0030]
The package that has finished fine adjustment of the frequency in this way is placed in, for example, a vacuum atmosphere in the final process, and an Au—Sn metal ball placed on the
[0031]
4 and 5 show a package according to a second embodiment of the present invention. The second embodiment differs from the first embodiment in that the metallized
[0032]
6 and 7 show a package according to a modification of the second embodiment. In this modification, the metallized
[0033]
8 and 9 show a package according to a third embodiment of the present invention. The third embodiment is different from the second embodiment in that the metallized
[0034]
10 and 11 show a package according to a modification of the third embodiment. In this modification, as in the case of FIGS. 6 and 7, the metallized
[0035]
12 and 13 show a package according to a fourth embodiment of the present invention. The fourth embodiment is different from the second embodiment in that the
[0036]
For example, in the coarse adjustment of the frequency in the first stage, the
[0037]
14 and 15 show a package according to a modification of the fourth embodiment. In this modified example, the metallized
[0038]
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention can be implemented with various modifications and changes within the technical scope thereof. For example, the through hole for performing ion beam etching can be formed in the cap instead of the base so as to be aligned with the position of the excitation electrode of the crystal vibrating piece. In this case, the through hole can be provided separately from the sealing through hole of the base, or can be sealed using the through hole of the cap. Further, the present invention can be similarly applied to a package having a structure in which a box-shaped cap is joined to a flat base, or a case where the cap is joined by another method such as seam welding instead of low-melting glass. Further, the through hole is not necessarily provided at the center position of the package, and can be appropriately selected as long as it is within the range of the excitation electrode of the crystal vibrating piece.
[0039]
【The invention's effect】
By configuring as described above, the present invention has special effects as described below.
[0040]
According to the package structure of the AT-cut piezoelectric vibrator of the present invention, after the cap is joined to the base in the manufacturing process, ion beam etching is performed through the through hole, and the potential of the first metallized portion is appropriately set. Since the etching rate can be adjusted and thereby the frequency can be adjusted with high accuracy, an AT-cut piezoelectric vibrator with higher frequency accuracy corresponding to the demand for high performance and miniaturization is realized. be able to. Furthermore, since the package can be finally sealed in a vacuum as in the conventional case, a high-performance AT-cut piezoelectric vibrator having a smaller resistance value can be obtained.
[0041]
Further, according to the frequency adjustment method for an AT-cut piezoelectric vibrator of the present invention, the second frequency after the frequency of the piezoelectric vibrating piece is roughly adjusted to a predetermined range and the cap is joined to the base by the first frequency adjustment process. The frequency of the piezoelectric resonator element can be finely adjusted in the frequency adjustment process, and the package can be vacuum-sealed to produce a high-performance AT-cut piezoelectric vibrator with high frequency accuracy and low resistance value relatively easily. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a longitudinal sectional view of an AT-cut quartz crystal resonator according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a bottom view thereof.
2A is a top view of the upper thin plate member of the first embodiment, FIG. 2B is a bottom view thereof, and FIG. 2C is a bottom view of the lower thin plate member.
FIG. 3A is a diagram showing ion beam etching for coarse frequency adjustment, and FIG. 3B is a diagram showing ion beam etching for fine frequency adjustment of the crystal resonator of the first embodiment.
FIG. 4 is a bottom view of a package according to a second embodiment of the present invention.
5A is a top view of the upper thin plate member of the second embodiment, FIG. 5B is a bottom view thereof, and FIG. C is a bottom view of the lower thin plate member.
FIG. 6 is a bottom view of a package according to a modification of the second embodiment.
7A is a top view of the upper thin plate member of the modification of FIG. 6, FIG. B is a bottom view thereof, and FIG. C is a bottom view of the lower thin plate member.
FIG. 8 is a bottom view of a package according to a third embodiment of the present invention.
9A is a top view of the upper thin plate member of the third embodiment, FIG. B is a bottom view thereof, and FIG. C is a bottom view of the lower thin plate member.
FIG. 10 is a bottom view of a package according to a modification of the third embodiment.
11A is a top view of the upper thin plate member of the modification of FIG. 10, FIG. B is a bottom view thereof, and FIG. C is a bottom view of the lower thin plate member.
FIG. 12 is a bottom view of a package according to a fourth embodiment of the present invention.
13A is a top view of the upper thin plate member of the fourth embodiment, FIG. B is a bottom view thereof, and FIG. C is a bottom view of the lower thin plate member.
FIG. 14 is a bottom view of a package according to a modification of the fourth embodiment.
15A is a top view of an upper thin plate member according to a modification of FIG. 14, FIG. B is a bottom view thereof, and FIG. C is a bottom view of the lower thin plate member.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記パッケージが、その実装面上に前記圧電振動片をマウントする絶縁材料からなるベースと、前記ベースの上に接合されるキャップとを有し、
前記ベース又はキャップのいずれか一方が、前記圧電振動片の金属電極励振部に対応する位置に該金属電極励振部を前記パッケージの外側からイオンビームエッチングし得るように形成した貫通孔と、その外面の前記貫通孔開口の周縁に形成した第1のメタライズ部とを有し、
前記第1のメタライズ部が、前記パッケージ外面の端子に接続していることを特徴とするATカット圧電振動子のパッケージ構造。In a piezoelectric vibrator in which an AT-cut piezoelectric vibrating piece is mounted inside a package and hermetically sealed,
The package includes a base made of an insulating material for mounting the piezoelectric vibrating piece on a mounting surface thereof, and a cap bonded to the base.
A through hole formed so that either the base or the cap can perform ion beam etching of the metal electrode excitation portion from the outside of the package at a position corresponding to the metal electrode excitation portion of the piezoelectric vibrating piece, and its outer surface A first metallized portion formed at the periphery of the through-hole opening of
A package structure of an AT cut piezoelectric vibrator, wherein the first metallized portion is connected to a terminal on the outer surface of the package.
前記ベースの上に前記キャップを接合した後、前記圧電振動片の周波数を測定しながら、前記貫通孔を介してイオンビームエッチングを行うことにより、前記金属電極励振部を部分的に除去する第2の周波数調整過程とからなることを特徴とするATカット圧電振動子の周波数調整方法。After mounting the AT-cut piezoelectric vibrating piece on the base of the package according to any one of claims 1 to 3, 5, or 6, the metal electrode excitation portion is partially arranged while measuring the frequency of the piezoelectric vibrating piece. A first frequency adjustment process to be removed;
After the cap is bonded on the base, the metal electrode excitation portion is partially removed by performing ion beam etching through the through hole while measuring the frequency of the piezoelectric vibrating piece. A method for adjusting the frequency of an AT-cut piezoelectric vibrator, comprising the step of:
前記ベースの上に前記キャップを接合した後、前記圧電振動片の周波数を測定しながら、不活性ガスの雰囲気中で前記貫通孔を介してイオンビームエッチングを行うことにより、前記金属電極励振部を部分的に除去する第2の周波数調整過程とからなり、
前記第1又は第2の周波数調整過程において、前記第1のメタライズ部と前記第2のメタライズ部とをそれぞれ異なる電位に設定してイオンビームエッチングを行うことにより、前記金属電極励振部を部分的に除去することを特徴とするATカット圧電振動子の周波数調整方法。5. A first frequency adjustment process in which an AT-cut piezoelectric vibrating piece is mounted on the base of the package according to claim 4, and then the metal electrode excitation portion is partially removed while measuring the frequency of the piezoelectric vibrating piece. When,
After joining the cap on the base, the metal electrode excitation unit is formed by performing ion beam etching through the through hole in an inert gas atmosphere while measuring the frequency of the piezoelectric vibrating piece. A second frequency adjustment process that partially removes,
In the first or second frequency adjustment process, by performing ion beam etching with the first metallization unit and the second metallization unit set to different potentials, the metal electrode excitation unit is partially A method of adjusting the frequency of an AT-cut piezoelectric vibrator, characterized in that
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