JP3977682B2

JP3977682B2 - 水晶振動子及びその保持構造

Info

Publication number: JP3977682B2
Application number: JP2002138441A
Authority: JP
Inventors: 精司小田; 博上原
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2022-05-14
Also published as: JP2003332876A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水晶振動子を産業上の技術分野とし、特に表面実装用として共晶合金を用いた水晶振動子（表面実装振動子とする）の保持構造に関する。
【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３図及び第４図は一従来例を説明する図で、第３図は表面実装振動子の分解組立図、第４図は水晶片の断面図である。
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
【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。
【０００７】
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。
【０００８】
（発明の目的）本発明は経年変化特性を良好にして、高周波化及び高信頼性を促進する水晶振動子及びその保持構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（着目点及び適用）本発明は、金属サポータと水晶片とを共晶合金によって接合した既存の保持構造に着目して、表面実装振動子に適用したことを基本的な解決手段とする。本発明では、これにより、有機物からのガスの発生がなく経年変化特性を良好に維持した表面実装振動子を得られる。
【００１０】
また、本発明は、基本的に、水晶振動子（水晶片）における電極導出部の電極構造は水晶片の主面から一層目を下地電極、二層目を導通電極、三層目を遮蔽電極、四層目を共晶合金からなる接合電極として、前記下地電極はＣｒ、前記導通電極はＡｕ、前記遮蔽電極はＣｒ又はＮｉ、前記接合電極はＡｕＧｅとし、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した構成とする。
【００１１】
【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図で、第１図は組立断面図、第２図は水晶片の断面図である。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。ここでは、容器本体１は凹部の内壁に段部を設け、一端側の段部両側に水晶端子４を設ける。そして、開口端面（枠壁上面）にＡｕからなるメタライズ層１０を有する。
【００１２】
水晶片２は前述同様に両主面に励振電極５を、これと接続した導出電極６を一端部両側に有する。ここでも、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、二層目の導通電極９上に、三層目として遮蔽電極１１を、さらにその上に四層目として接合電極１２を蒸着等によって形成する。なお、遮蔽電極１１は接合電極１２よりも突出して形成される。
【００１３】
この例では、三層目の遮蔽電極１１はＣｒとし、四層目の接合電極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300オングストローム、導通電極９のＡｕが600オングストローム、遮蔽電極１１のＣｒが1000オングストローム以上、接合電極１２が１〜２μｍ程度とする。カバー３は金属からなり、周回する外周にＡｕＳｎの共晶合金からなる接合材１３が圧接によって形成される。
【００１４】
このようなものでは、水晶片２の一端部両側に形成された導出電極６と容器本体１の段部に形成された水晶端子４とを対面させて、水晶片２の両端部を両側の段部上に載置する。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、四層目１２の接合電極１２（共晶合金ＡｕＧｅ）を溶融し、一端部両側を水晶端子４に電気的・機械的に接続する。
【００１５】
次に、水晶片２の一端部両側を保持した後、例えば励振電極５にイオンビームを照射して振動周波数を調整する。そして、調整後、接合材１３（共晶合金ＡｕＳｎ）の設けられたカバー３の外周を、容器本体１の開口端面に当接して、前述同様の熱圧着によって接合する。これにより、水晶片２を密閉封入する。
【００１６】
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内には有機物の存在が殆どない。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。
【００１７】
また、この実施例例では、二層目の導通電極９（Ａｕ）と四層目の接合電極１２（共晶合金ＡｕＧｅ）との間に遮蔽電極１１（Ｃｒ）を介在させる。したがって、熱圧着時に、溶融した接合電極１２が遮蔽電極１１によって遮断されて、流出を抑止して導通電極９の喰われを防止する。
【００１８】
なお、遮蔽電極１１が無い場合には、接合電極１２（ＡｕＧｅ）と導通電極９（Ａｕ）が融合して、導通電極９が接合電極１２に吸引されて所謂喰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によって導通電極９の喰われを防止して、導通を確実に維持できる。
【００１９】
さらに、この実施例では、容器本体１とカバー３をＡｕＳｎの共晶合金からなる接合材１３を用いた熱圧着によって接合する。この場合、水晶片２を固着する接合電極１２の共晶合金ＡｕＧｅよりも、接合材１３の溶融温度の方が低い。ちなみに、ＡｕＧｅの溶融温度は約356℃であり、接合材１３のそれは280℃である。したがって、カバー３の接合時に接合電極１２（ＡｕＧｅ）が溶融することなく、保持状態を維持する。
【００２０】
したがって、水晶片２の保持及びカバー３の接合をいずれも熱圧着による作業工程となるので、設備の管理を容易にする。また、例えばシーム溶接やビーム溶接による接合に比較して設備投資を抑制でき、安価にして経済性を高められる。
【００２１】
【他の事項】
上記実施例では、一層目の下地電極８はＣｒとしたが、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。
【００２２】
また、四層目の接合電極１２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回路基板に搭載時のクリーム半田の溶融温度220℃以上で、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、三層目の遮蔽金属１１はＣｒとしたが、例えばＣｒＮｉでもよく、これらは二層目の導通電極９及び四層目の接合電極１２との兼ね合いから選択される。
【００２３】
また、カバー３はＡｕＳｎの共晶合金を用いた熱圧着によって接合したが、これに限らず、シームやビーム溶接あるいはガラスや樹脂封止でもよい。そして、本発明の電極構造を有する水晶片２は必ずしも表面実装振動子のみならず、金属ホルダーに保持した場合でも適用可能である。
【００２４】
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る。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を接合してもよい。
【００２５】
【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。また、導通電極と接合電極との間に遮蔽電極を介在させたので、接合電極の溶融時に導通電極が喰われることも無く、導通を良好にした例えば熱圧着による接合を可能にする。
【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組立断面図である。
【図２】本発明の一実施例を説明する水晶片の断面図である。
【図３】従来例を説明する表面実装振動子の組立図である。
【図４】従来例を説明する水晶片の断面図である。
【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メタライズ層、１１遮蔽電極、１２接合電極、１３接合材．

Claims

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、前記電極導出部を保持してなる水晶振動子において、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、三層目を遮蔽電極、四層目を共晶合金からなる接合電極として、前記下地電極はＣｒ、前記導通電極はＡｕ、前記遮蔽電極はＣｒ又はＮｉ、前記接合電極はＡｕＧｅとし、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したことを特徴とする水晶振動子。
両主面の励振電極から引出電極を延出してなる電極導出部を有する水晶片と、前記電極導出部に対応してメタライズ層を有する容器本体とを備え、前記電極導出部と前記メタライズ層とを接合してなる水晶振動子の保持構造において、前記電極導出部と前記メタライズ層とを共晶合金を用いた熱圧着によって接合し、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、三層目を遮蔽電極、四層目を共晶合金からなる接合電極として、前記下地電極はＣｒ、前記導通電極はＡｕ、前記遮蔽電極はＣｒ又はＮｉ、前記接合電極はＡｕＧｅとし、前記遮蔽電極は前記接合電極の溶融時に前記導通電極への流出を抑止したことを特徴とする水晶振動子の保持構造。