JP6849553B2 - Crystal device - Google Patents
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Description
本発明は、水晶振動子または水晶発振器の水晶デバイスに関する。 The present invention relates to a crystal oscillator or a crystal device of a crystal oscillator.
水晶デバイスとして、所定の周波数で振動する発振信号を生成するための水晶振動子または水晶発振器が知られている。このような水晶デバイスの一例として、水晶振動子を恒温槽に収容した恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）がある（例えば、特許文献１参照）。 As a crystal device, a crystal oscillator or a crystal oscillator for generating an oscillation signal that oscillates at a predetermined frequency is known. As an example of such a crystal device, there is a crystal oscillator (OCXO) with a constant temperature bath in which a crystal oscillator is housed in a constant temperature bath (see, for example, Patent Document 1).
水晶振動子または水晶発振器の水晶デバイスは、一対の励振電極部および一対の接続配線部からなる金属パターンが水晶片に設けられている水晶素子を、有している。水晶素子は、水晶デバイスのパッケージの一部を構成する基体の実装面上に配置されている介在部の主面であって、基体の実装面と反対側を向く介在部の主面上に実装されている。このとき、水晶素子は、接続配線部と、介在部に設けられている接続パッドとが接続部材により電気的に接続されつつ接着されている。介在部の下面には、接続パッドと電気的に接続されている搭載端子が設けられており、この搭載端子は、基体の実装面（具体的には、基体の主体となる基板部の上面）に設けられている搭載パッドと搭載部材により電気的に接続されつつ接着されている。従って、基体の実装面（具体的には、基体の主体となる基板部の上面）に介在部が配置されており、基体の実装面と反対側を向く介在部の面上に水晶素子が配置された状態となっている。このとき、水晶素子は、基体の実装面と反対側を向く介在部の面と離間した状態で対向配置されている（例えば、特許文献２参照）。 A crystal oscillator or a crystal device of a crystal oscillator has a crystal element in which a metal pattern including a pair of excitation electrodes and a pair of connection wiring portions is provided on a crystal piece. The crystal element is the main surface of the interposition portion arranged on the mounting surface of the substrate which constitutes a part of the package of the crystal device, and is mounted on the main surface of the interposing portion facing the side opposite to the mounting surface of the substrate. Has been done. At this time, the crystal element is adhered while the connection wiring portion and the connection pad provided in the intervening portion are electrically connected by the connecting member. A mounting terminal that is electrically connected to the connection pad is provided on the lower surface of the intervening portion, and this mounting terminal is a mounting surface of the substrate (specifically, the upper surface of the substrate portion that is the main body of the substrate). It is electrically connected and adhered by the mounting pad and the mounting member provided in. Therefore, the interposition portion is arranged on the mounting surface of the substrate (specifically, the upper surface of the substrate portion which is the main body of the substrate), and the crystal element is arranged on the surface of the interposing portion facing the opposite side to the mounting surface of the substrate. It is in a state of being. At this time, the crystal elements are arranged so as to face each other in a state of being separated from the surface of the intervening portion facing the side opposite to the mounting surface of the substrate (see, for example, Patent Document 2).
水晶素子は、接続部材により介在部上に電気的に接続されつつ接着されているが、水晶デバイスの外部環境の変化、具体的には、水晶デバイスが存在する雰囲気中の温度変化等により、水晶素子に意図しない応力やひずみが加わり、周波数安定性を欠き電気的特性が低下する虞がある。 The crystal element is electrically connected and adhered to the intervening portion by a connecting member, but due to a change in the external environment of the crystal device, specifically, a temperature change in the atmosphere in which the crystal device exists, the crystal is formed. Unintended stress or strain is applied to the element, which may result in lack of frequency stability and deterioration of electrical characteristics.
本発明では、水晶素子に意図しない応力や歪が加わることを低減させ、電気的特性を向上させることができる水晶デバイスを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a quartz device capable of reducing unintended stress and strain applied to a quartz element and improving electrical characteristics.
本発明における水晶デバイスは、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる結晶軸を有する水晶片と、水晶片の両主面に設けられている一対の励振電極部および励振電極部から水晶片の縁部まで延設されている接続配線部からなる金属パターンと、金属パターンの接続配線部の一部に接続される接続パッドが上面に設けられ、接続パッドと電気的に接続している搭載端子が下面に設けられている介在部と、前記介在部の搭載端子に接続される搭載パッドが上面に設けられている基板部を主体とする基体と、基体に接合される蓋体と、を備え、 介在部が、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる結晶軸を有しており、介在部の接続部と金属パターンの接続配線部の一部とが対向する位置に設けられていると、水晶片のＺ軸と前記介在部のＺ軸とが互いに平行となっていることを特徴とする。 The crystal device in the present invention is a crystal piece having a crystal axis composed of an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis orthogonal to each other, and a pair of excitation electrode portions and excitation electrode portions provided on both main surfaces of the crystal piece. A metal pattern consisting of a connection wiring part extending to one edge and a connection pad connected to a part of the connection wiring part of the metal pattern are provided on the upper surface and are electrically connected to the connection pad. An interposition portion in which the mounting terminal is provided on the lower surface, a substrate mainly composed of a substrate portion in which a mounting pad connected to the mounting terminal of the intervening portion is provided on the upper surface, and a lid bonded to the substrate. The intervening portion has a crystal axis composed of an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis that are orthogonal to each other, and is provided at a position where the connecting portion of the interposing portion and a part of the connecting wiring portion of the metal pattern face each other. If so, the Z-axis of the crystal piece and the Z-axis of the intervening portion are parallel to each other.
上記の構成によれば、水晶デバイスは、水晶素子に意図しない応力や歪が加わることを低減させ、電気的特性を向上させることができる。 According to the above configuration, the crystal device can reduce the application of unintended stress or strain to the crystal element and improve the electrical characteristics.
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図面は、模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。便宜上、層上の部分（すなわち断面でない面）にハッチングを付すことがある。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The drawings used in the following description are schematic, and the dimensional ratios and the like on the drawings do not always match the actual ones. For convenience, hatches may be added to the parts on the layer (ie, surfaces that are not cross-sections).
本開示の水晶デバイスおよび水晶素子は、いずれも上方または下方とされてよいものであるが、以下では、図１および図２の紙面上方を上方とし、上面または下面等の用語を用いることがある。また、単に平面視または平面透視という場合において、特に断りがない限りは、上記のように便宜的に定着した上下方向においてみることとする。 The crystal device and the crystal element of the present disclosure may both be upward or downward, but in the following, the upper surface of the paper surface of FIGS. 1 and 2 may be upward, and terms such as upper surface or lower surface may be used. .. Further, in the case of simply plane view or plane perspective, unless otherwise specified, the view is made in the vertically fixed direction for convenience as described above.
＜実施形態＞
図１〜図４は、本実施形態に係る水晶デバイスに関する図である。図１は、本実施形態に係る水晶デバイスの斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面における断面図である。図３は、基体に介在部が設けられている状態を示す図であり、図４は、基体に介在部が設けられており、その介在部上に水晶素子が設けられている状態を示す図である。図５は、本実施形態に係る水晶デバイスで用いる基体の平面図である。図６は、本実施形態に係る水晶デバイスで用いる水晶素子の平面図である。図７は、本実施形態に係る水晶デバイスで用いる介在部の平面図である。
<Embodiment>
1 to 4 are views on a crystal device according to the present embodiment. FIG. 1 is a perspective view of the crystal device according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. FIG. 3 is a diagram showing a state in which an intervening portion is provided on the substrate, and FIG. 4 is a diagram showing a state in which the intervening portion is provided on the substrate and a crystal element is provided on the intervening portion. Is. FIG. 5 is a plan view of a substrate used in the crystal device according to the present embodiment. FIG. 6 is a plan view of a crystal element used in the crystal device according to the present embodiment. FIG. 7 is a plan view of the intervening portion used in the crystal device according to the present embodiment.
水晶デバイスは、全体として、略直方体形状となっている電子部品である。水晶デバイスは、例えば、長辺または短辺の長さが、０．６ｍｍ〜１０．００ｍｍであり、上下方向の厚みが、０．２ｍｍ〜３．２ｍｍとなっている。 A crystal device is an electronic component that has a substantially rectangular parallelepiped shape as a whole. The crystal device has, for example, a long side or a short side having a length of 0.6 mm to 10.00 mm and a thickness in the vertical direction of 0.2 mm to 3.2 mm.
水晶デバイスは、例えば、凹部が形成されている基体１１０と、基体１１０に収容される水晶素子１２０および介在部１５０と、凹部を塞ぐ蓋体１３０と、を主に備えている。また、水晶デバイスは、搭載部材１４１により基体１１０に介在部１５０が実装されており、接続部材１４２により介在部１５０上に水晶素子１２０が実装されている。
The crystal device mainly includes, for example, a
（基体の説明）
基体１１０は、例えば、基体１１０の主体となる基板部１１０ａと、基板部１１０ａの上面の縁部に沿って設けられている枠部１１０ｂと、一対の搭載パッド１１１と、複数の実装端子１１２と、を有している。
(Explanation of the substrate)
The
基板部１１０ａは、介在部１５０を実装するためのものである。基板部１１０ａは、略薄型直方体形状となっている。基板部１１０ａは、上面に一対の搭載パッド１１１が設けられており、下面に複数の実装端子１１２が設けられている。また、基板部１１０ａには、特に図示しない内部配線（基板部１１０ａの上面に露出している部分も含む）が複数設けられており、内部配線のうち所定の二つは、基板部１１０ａの上面に設けられている搭載パッド１１１と基板部１１０ａの下面に設けられている所定の二つの実装端子１１２とをそれぞれ電気的に接続している。
The substrate portion 110a is for mounting the intervening
ここで、基板部１１０ａの上面とは、介在部１５０が実装される面のことをさし、基板部１１０ａの下面とは、基板部１１０ａの上面と反対側を向く基板部１１０ａの面をさす。
Here, the upper surface of the substrate portion 110a refers to the surface on which the intervening
枠部１１０ｂは、水晶素子１２０および介在部１５０を基体１１０内に収容する空間を形成するためのものであり、基板部１１０ａの上面の縁部に沿って枠状に設けられている。また、枠部１１０ｂは、基板部１１０ａと一体的に形成されている。
The
搭載パッド１１１は、枠部１１０ｂ内であって基板部１１０ａの上面に設けられている。このとき、搭載パッド１１１は、例えば、基板部１１０ａの一方の短辺の縁部に沿って二つ並んで設けられている。
The mounting pad 111 is provided in the
実装端子１１２は、水晶デバイスを付図示の回路基板等に実装するためのものであり、基板部１１０ａの下面に複数設けられている。実装端子１１２は、例えば、四つ設けられており、基板部１１０ａの下面の四隅に配置されている。
A plurality of
内部配線（図示せず）は、基板部１１０ａに複数設けられている。内部配線のうち所定の二つは、一対の搭載パッド１１１と所定の二つの実装端子１１２とをそれぞれ電気的に接続している。なお、内部配線は、その一部が基板部１１０ａの上面および基板部１１０ａの下面に露出していてもよい。また、内部配線が基板部１１０ａに二つしか設けられていない場合には、それぞれ搭載パッド１１１と実装端子１１２とを電気的に接続している。また、内部配線が三つ以上ある場合には、所定の他の一つの内部配線は、枠部の上面に電気的に接合される蓋体と実装端子とを電気的に接続している。
A plurality of internal wirings (not shown) are provided on the substrate portion 110a. The predetermined two of the internal wiring electrically connect the pair of mounting pads 111 and the two predetermined
（介在部の説明）
図７は、本実施形態に係る水晶デバイスで用いる介在部１５０の平面図である。図７（ａ）は、本実施形態に係る水晶デバイスで用いる介在部１５０の上面の平面図であり、図７（ｂ）は、本実施形態に係る水晶デバイスで用いる介在部１５０の下面を上面側から平面透視した平面図である。従って。図７（ａ）は、水晶素子１２０が実装される介在部１５０の面であり、図７（ｂ）は、基板部１１０ａに実装される介在部１５０の面である。図３は、介在部１５０と基体１１０との状態をわかりやすく説明するための図であり、図４は、介在部１５０と水晶素子１２０との状態をわかりやすく説明するための図である。
(Explanation of intervening part)
FIG. 7 is a plan view of the intervening
介在部１５０は、互いに直交しているＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）およびＺ軸（光軸）からなる結晶軸を有している水晶部材が用いられ、略薄型平板状となっている。介在部１５０の主面は、後述する水晶素子１２０の水晶片１２１の主面と同じカットアングルとなっており、例えば、水晶において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる直交座標系を、Ｘ軸回りに３０°以上５０°以下（一例として、３５°１５′）回転させて、直交座標系ＸＹ´Ｚ´系を定義したとき、ＸＺ´平面をと平行となっている。介在部１５０の主面は、例えば、短辺がＺ´軸に平行となっており長辺がＸ軸に平行となっている矩形となっている。
As the intervening
また、介在部１５０の上下方向の厚みは、例えば、水晶素子１２０の水晶片１２１の上下方向の厚みより厚くなっている。介在部１５０は、図２に示しているように、基体１１０の基板部１１０ａ上に介在部１５０を実装したとき、介在部１５０は、介在部１５０の他方の短辺側にて片持ち保持している状態となっている。本実施形態では、このように介在部１５０の上下方向の厚みを、水晶片１２１の上下方向の厚みより厚くすることで、介在部１５０の上面であって介在部１５０の一方の短辺側に水晶素子１２０を実装したときに、水晶素子１２０の自重による撓みにより介在部１５０の下面が基体１１０の基板部１１０ａと接触することを低減させることが可能となる。この結果、介在部１５０と基体１１０の基板部１１０ａとが接触し介在部１５０から水晶素子１２０に意図しない応力が加わり、水晶デバイスの電気的特性が変化することを抑制させることが可能となる。
Further, the vertical thickness of the intervening
介在部１５０の主面とは、介在部１５０において最も広い面積を有する面のことをさす。また、介在部１５０を基体１１０の基板部１１０ａ上に実装したとき、基板部１１０ａ側を向く介在部１５０の主面を介在部１５０の下面とし、介在部１５０の下面と反対側を向く介在部１５０の主面を介在部１５０の上面とする。
The main surface of the intervening
また、介在部１５０の上面を平面視、および、介在部１５０の下面を上面側から平面透視した場合に、介在部１５０の面中心（具体的には、介在部１５０を平面して対角線の交点）を通過する介在部１５０の短辺に平行な仮想線ＣＬ１に対して、介在部１５０の一方の短辺を含む部分を第一領域Ａ１とし、介在部１５０の他方の短辺を含む部分を第二領域Ａ２とする。ここで、介在部１５０の一方の短辺とは、一対の搭載端子１５１が並んで設けられている短辺のことをさす。
Further, when the upper surface of the intervening
介在部１５０は、介在部１５０の下面に一対の搭載端子１５１が設けられており、介在部１５０の上面に一対の接続パッド１５２が設けられている。また、介在部１５０には、搭載端子１５１と接続パッド１５２とを電気的に接続するための導電部１５３が設けられている。また、介在部１５０には、溝部１５４が形成されている。
The intervening
搭載端子１５１は、基板部１１０ａの上面に設けられている搭載パッド１１１と対向する位置であって、介在部１５０の下面の一方の短辺に沿って設けられている。従って、搭載端子１５１は、介在部１５０の第一領域Ａ１に設けられている。また、搭載端子１５１は、搭載部材１４１によって基板部１１０ａの上面に設けられている搭載パッド１１１と電気的に接続されている。
The mounting terminal 151 is located at a position facing the mounting pad 111 provided on the upper surface of the substrate portion 110a, and is provided along one short side of the lower surface of the intervening
接続パッド１５２は、介在部１５０の上面に水晶素子１２０を実装するためのものであり、水晶素子１２０の接続配線部１２４の一部、具体的には、接続部１２４ａと対向する位置に設けられている。また、接続パッド１５２は、接続部材１４２によって水晶素子１２０の接続部１２４ａと電気的に接続されている。
The
このとき、接続パッド１５２が並んでいる軸方向と水晶素子１２０の接続部１２４ａが並んでいる軸方向とは、同じ方向となっている。具体的には、一対の接続パッド１５２が並んでいる方向がＺ´軸に平行となっている場合、水晶素子１２０の接続部１２４ａが並んでいる方向もＺ´軸に平行となっている。水晶素子１２０の水晶片１２１のカットアングルと介在部１５０のカットアングルとは同じとなっているので、Ｚ´軸は平行となっている。接続パッド１５２は、例えば、介在部１５０の上面であって、介在部１５０の他方の短辺の縁部に沿って二つ並んで設けられている。
At this time, the axial direction in which the
導電部１５３は、搭載端子１５１と接続パッド１５２とを電気的に接続するためのものであり、一端が搭載端子１５１に接続されており、他端が接続パッド１５２に接続されている。また、例えば、導電部１５３の一部は、介在部１５０の下面と介在部１５０の上面とを電気的に接続させるための、特に図示しないが、ビアまたはスルーホールとなっている。なお、本実施形態では、介在部１５０の下面に設けられている導電部１５３と介在部１５０の上面に設けられている導電部１５３とを電気的に接続させるためにビアまたはスルーホールが設けられている場合について説明しているが、介在部１５０の下面に設けられている導電部１５３と介在部１５０の下面に設けられている導電部１５３とを電気的に接続させることができれば、介在部１５０の側面に導電部１５３の一部を設けてもよい。
The conductive portion 153 is for electrically connecting the mounting terminal 151 and the
溝部１５４は、介在部１５０を平面視して、搭載端子１５１と接続パッド１５２と間の、第二領域Ａ２に形成されている。従って、溝部１５４は、介在部１５０を平面視したとき、仮想線ＣＬ１と接続パッド１５２との間に形成されているといえる。
The
溝部１５４は、介在部１５０の上面側に形成されており、その上下方向の深さは、介在部１５０の上下方向の厚みの半分以上の深さ、または、介在部１５０の上面から下面へ貫通している。
The
水晶素子１２０が介在部１５０に実装されているとき、水晶素子１２０の上面から平面視すると、介在部１５０に形成されている溝部１５４のうち水晶片１２１と重なっている部分は略矩形となっている。このとき、四辺のうち所定の二辺は、接続パッド１５２が並んでいる方向、具体的には、Ｚ´軸と平行となっており、溝部１５４の重なっている部分のうち所定の他の二辺は、接続パッド１５２が並んでいる方向に垂直な方向、具体的には、Ｘ軸と平行となっている。このとき、所定の二辺の長さは、水晶素子１２０の水晶片１２１の短辺の長さの０．３倍以上０．５倍未満の長さとなっている。
When the
ここで、水晶素子１２０が介在部１５０に実装されているとき、水晶素子１２０の上面から平面視して、介在部１５０に形成されている溝部１５４のうち水晶片１２１と重なっている部分を、溝部１５４の重なっている部分と説明する場合がある。
Here, when the
溝部１５４は、例えば、介在部１５０に二つ形成されている。水晶素子１２０が介在部１５０に実装されているとき、水晶素子１２０の上面から平面視すると、介在部１５４に形成されている溝部１５４と水晶片１２１とが重なっているは、二か所形成されているそれぞれ溝部１５４の重なっている部分は、ほぼ同じ形状となっている。また、水晶片１２１の面中心（水晶片１２１の対角線の交点）を通過する水晶片１２１の長辺に平行な中心線ＣＬ２に対して線対称となっている。
Two
このような介在部１５０は、基体１１０の基板部１１０ａの上面に、搭載部材１４１によって実装されており、そして、この介在部１５０の上面に接続部材１５２によって水晶素子１２０が実装されている。別の観点では、介在部１５０は、基体１１０の基板部１１０ａと水晶素子１２０との間に配置されているといえる。
Such an intervening
（搭載部材の説明）
搭載部材１４１は、介在部１５０を基体１１０の基板部１１０ａ上に実装するためのものであり、基体１１０の基板部１１０ａの上面と介在部１５０の下面との間に位置している。このとき、介在部１５０の上面側から平面透視した場合、搭載部材１４１は、介在部１５０の第一領域Ａ１内に設けられている。
(Explanation of mounting members)
The mounting
搭載部材１４１は、例えば、第一搭載部材１４１ａ、第二搭載部材１４１ｂおよび第三搭載部材１４１ｃからなる。
The mounting
第一搭載部材１４１ａおよび第二搭載部材１４１ｂは、図示したように、介在部１５１を基体１１０の基板部１１０ａ上に実装しつつ、介在部１５０の下面に設けられている搭載端子１５１と基板部１１０ａの上面に設けられている搭載パッド１１１とを電気的に接続している。従って、第一搭載部材１４１ａおよび第二搭載部材１４１ｂは、第一領域Ａ１内にあって介在部１５０の搭載端子１５１と基板部１１０ａの搭載パッド１１１との間に位置している搭載部材１４１である。
As shown in the drawings, the first mounting member 141a and the second mounting
第一搭載部材１４１ａおよび第二搭載部材１４１ｂは、例えば、導電性接着剤またはバンプが用いられる。導電性接着剤は、導電性フィラーが熱硬化性樹脂に混ぜ込まれたものである。バンプは、例えば、金、半田等が用いられる。
For the first mounting member 141a and the second mounting
第三搭載部材１４１ｃは、介在部１５０を基板部１１０ａ上に実装したとき、介在部１５０の下面と基板部１１０ａの上面とが略平行となるようにするためのものである。第三搭載部材１４１ｃは、例えば、図示しているように、基板部１１０ａの上面と介在部１５０の下面との間であって、平面視したとき、介在部１５０の第一領域Ａ１内であって介在部１５０の面中心に近い位置に位置している。
The third mounting
第三搭載部材１４１ｃは、例えば、導電性接着剤、絶縁性接着剤またはバンプが用いられる。導電性接着剤は、導電性フィラーが熱硬化性樹脂に混ぜ込まれたものであり、絶縁性接着剤は、導電性フィラーが混ぜ込まれていない熱硬化性樹脂である。バンプは、例えば、金、半田等が用いられる。
For the third mounting
従って、第一搭載部材１４１ａ、第二搭載部材１４１ｂおよび第三搭載部材１４１ｃからなる搭載部材１４１は、介在部１５０が基体１１０の基板部１１０ａ上に実装されているとき、介在部１５０の下面であって介在部１５０の第一領域Ａ１と、基板部１１０ａの上面との間に位置している。
Therefore, the mounting
なお、本実施形態では、搭載部材１４１が第一搭載部材１４１ａ、第二搭載部材１４１ｂおよび第三搭載部材１４１ｃからなる場合について説明しているが、基板部１１０ａ上に介在部１５０を実装することができ、介在部１５０の下面であって介在部１５０の第一領域Ａ１に位置していれば、例えば、搭載部材１４１が四つからなっていてもよい。
In the present embodiment, the case where the mounting
また、本実施形態では、第一搭載部材１４１ａおよび第二搭載部材１４１ｂが搭載パッド１１１と搭載端子１５１との間に位置している場合について説明しているが、搭載端子１５１と搭載パッド１１１とを電気的に接続することができれば、例えば、搭載端子１５１が介在部１５０の上面に設けられており、この搭載端子１５１と搭載パッド１１１とがワイヤ等により電気的に接続させることができる状態になっていれば、第一搭載部材１４１ａおよび第二搭載部材１４１ｂは、絶縁性接着剤であっても構わない。
Further, in the present embodiment, the case where the first mounting member 141a and the second mounting
（水晶素子の説明）
図６は、本実施形態に係る水晶デバイスで用いる水晶素子に関する図である。図６（ａ）は、本実施形態に係る水晶デバイスで用いる水晶素子の上面を平面視した平面図である。図６（ｂ）は、本実施形態で係る水晶デバイスで用いる水晶素子の下面を上面側から平面透視した平面図である。従って、図６（ａ）は、介在部１５０上に水晶素子１２０を実装したとき、介在部１５０の上面と反対側を向く水晶素子１２０の面であり、図６（ｂ）は、介在部１５０側を向く水晶素子１２０の面である。
(Explanation of crystal element)
FIG. 6 is a diagram relating to a crystal element used in the crystal device according to the present embodiment. FIG. 6A is a plan view of the upper surface of the crystal element used in the crystal device according to the present embodiment. FIG. 6B is a plan view of the lower surface of the crystal element used in the crystal device according to the present embodiment as seen through from the upper surface side. Therefore, FIG. 6 (a) shows the surface of the
水晶素子１２０は、介在部１５０の上面に実装されている。本実施形態では、基体１１０の基板部１１０ａの上面と略平行となっている水晶素子１２０の面を水晶素子１２０の主面とする。また、水晶素子１２０から基板部１１０ａへ向かう向きを下方向とし、基板部１１０ａから水晶素子１２０へ向かう向きを上方向とする。
The
また、介在部１５０の上面を向く水晶素子１２０の主面を水晶素子１２０の下面とし、水晶素子１２０の下面と反対側を向く水晶素子１２０の主面を水晶素子１２０の上面とする。また、本実施形態では、水晶素子１２０の主面を水晶片１２１の主面と同一の意味で用いている。同様に、水晶素子１２０の下面と水晶片１２１の下面とを同一の意味で用いており、水晶素子１２０の上面と水晶片１２１の上面とを同一の意味で用いている。
Further, the main surface of the
水晶素子１２０は、発振信号が生成される振動を生じさせる部分である。また、水晶素子１２０は、前述したように、介在部１５０の上面に実装されており、基体１１０および蓋体１３０により形成される空間内に、真空または適当なガス（例えば、窒素）雰囲気中に封入されている。
The
水晶素子１２０は、水晶片１２１と金属パターン１２２とから構成されている。
The
水晶片１２１は、例えば、いわゆるＡＴカット板である。すなわち、水晶において、Ｘ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）およびＺ軸（光軸）からなる直交座標系ＸＹＺ系を、Ｘ軸回りに３０°以上５０°以下（一例として、３５°１５′）回転させて、ＸＹ´Ｚ´系を定義したとき、水晶片１２１の主面は、ＸＺ´平面と平行となっている。水晶片１２１の平面における形状は、例えば、矩形となっている。このとき、水晶片１２１は、長辺がＸ軸に平行となっており、短辺がＺ´軸と平行となっている。
The
水晶片１２１の上下方向の厚みは、厚みすべり振動について所望の固有周波数に基づいて設定される。例えば、基本波振動を用いる場合において、固有振動数をＦ（ＭＨｚ）とすると、この固有振動数Ｆに対応する水晶片１２１の厚みｔ（μｍ）を求める基本式は、ｔ＝１６７０／Ｆである。なお、実際には、水晶片１２１の厚みは、励振電極部１２３の重さ等も考慮して、基本式の値から微調整された値となる。
The vertical thickness of the
水晶片１２１の各種寸法は、等価直列抵抗値の低減等の種々の観点から、シミュレーションレーション計算および実験等に基づいて適宜設定されてよい。一例をあげると、例えば、長辺または短辺の長さが、０．５（ｍｍ）〜９．０（ｍｍ）であり、厚さが４０（μｍ）〜１００（μｍ）である。
Various dimensions of the
このような水晶片１２１に設けられている金属パターン１２２は、水晶素子１２０の外部から交番電圧を印可するためのものである。金属パターン１２２は、一層となっていてもよいし、複数の金属層が積層されていてもよい。金属パターン１２２は、特に図示しないが、例えば、第一金属層および第一金属層上に積層されている第二金属層とからなる。
The metal pattern 122 provided on the
第一金属層は、水晶と密着性のよい金属が用いられる。例えば、ニッケル、クロム、ニクロムまたはチタンのいずれか一つが用いられる。このように水晶と密着性のよい金属を用いることで、水晶と密着しにくい金属材料を第二金属層に用いることができる。 For the first metal layer, a metal having good adhesion to quartz is used. For example, any one of nickel, chromium, nichrome or titanium is used. By using a metal having good adhesion to quartz in this way, a metal material having difficulty in adhesion to quartz can be used for the second metal layer.
第二金属層は、金属材料の中で、電気抵抗率が低く、安定した材料が用いられる。第二金属層は、例えば、金、金を主成分とする合金、銀または銀を主成分とする合金のいずれか一つが用いられる。電気抵抗率が低い金属を第二金属層に用いることで、金属パターン１２２自身の抵抗率を小さくすることができ、この結果、水晶素子１２０の等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。また、安定した金属材料を第二金属層に用いることで、水晶素子１２０が存在する周囲の空気と金属パターン１２２とが反応し、金属パターン１２２の重さが変化することを低減させることができる。この結果、金属パターン１２２の重さが変化することで生じる水晶素子１２０の周波数の変化を抑制することができ、電気的特性を安定させることが可能となる。
As the second metal layer, a stable material having a low electrical resistivity is used among the metal materials. As the second metal layer, for example, any one of gold, an alloy containing gold as a main component, and silver or an alloy containing silver as a main component is used. By using a metal having a low electrical resistivity for the second metal layer, the resistivity of the metal pattern 122 itself can be reduced, and as a result, it is possible to reduce the increase in the equivalent series resistance value of the
金属パターン１２２は、励振電極部１２３と接続配線部１２４とからなる。そして、この接続配線部１２４は、接続部１２４ａおよび配線部１２４ｂを有している。
The metal pattern 122 includes an excitation electrode portion 123 and a
励振電極部１２３は、水晶片１２１に交番電圧を印可するためのものである。励振電極部１２３は、一対となっており、水晶片１２１の両主面の中央付近に、互いが対向するように設けられている。また、励振電極部１２３は、平面視して、例えば、略矩形となっている。
The excitation electrode unit 123 is for applying an alternating voltage to the
接続配線部１２４は。水晶素子１２０の外部から励振電極部１２３へ交番電圧を印可するためのものである。また、接続配線部１２４は、前述したように、接続部１２４ａと配線部１２４ｂとからなる。
The
接続部１２４ａは、水晶素子１２０を水晶デバイスとして用いる場合、介在部１５０に実装するためのものであり、介在部１５０の上面に設けられている接続パッド１５２と接続部材１４２によって電気的に接続される。従って、接続部１２４ａは、介在部１５０の搭載パッド１５２と対向する位置に設けられている。また、接続部１２４ａは、例えば、平面視して、水晶片１２１の一方の短辺の縁部に沿って二つ並んで設けられている。
When the
上述したように、接続部１２４ａが介在部１５０の接続パッド１５２と対向する位置に設けられているので、水晶素子１２０を介在部１５０の上面に実装した状態で、水晶素子１２０の上面側から平面透視したとき、接続部１２４ａおよび接続パッド１５２は、介在部１５０の第二領域Ａ２に位置しているといえる。
As described above, since the connecting portion 124a is provided at a position facing the connecting
一対の接続部１２４ａが並んでいる方向と水晶片１２１の結晶軸との位置関係は、一対の接続パッド１５２が並んでいる方向と介在部１５０における結晶軸との位置関係と同じとなっている。具体的には、一対の接続パッド１５２が並んでいる方向がＺ´軸に平行となっている場合、水晶素子１２０の接続部１２４ａが並んでいる方向もＺ´軸に平行となっている。水晶素子１２０の水晶片１２１のカットアングルと介在部１５０のカットアングルとは同じとなっているので、Ｚ´軸は平行となっている。
The positional relationship between the direction in which the pair of connecting portions 124a are arranged and the crystal axis of the
配線部１２４ｂは、接続部１２４ａと励振電極部１２３とを電気的に接続するためのものであり、一端が接続部１２４ａに接続されており、他端が励振電極部１２３に接続されている。 The wiring portion 124b is for electrically connecting the connection portion 124a and the excitation electrode portion 123, one end of which is connected to the connection portion 124a, and the other end of which is connected to the excitation electrode portion 123.
（接続部材の説明）
接続部材１４２は、水晶素子１２０の介在部１５０の上面に実装しつつ、水晶素子１２０の接続部１２４ａと介在部１５０の接続パッド１５２とを電気的に接続するためのものである。従って、接続部材１４２は、介在部１５０の上面に設けられている接続パッド１５２と、水晶素子１２０の接続部１２４ａとの間に位置している。
(Explanation of connecting members)
The
前述したように、接続パッド１５２は、介在部１５０の第二領域Ａ２に設けられているの、別の観点では、接続部材１４２は、介在部１５０の第二領域Ａ２に設けられているといえる。
As described above, the
接続部材１４２は、例えば、導電性接着剤またはバンプが用いられる。導電性接着材は、導電性フィラーが熱硬化性樹脂に混ぜこまれたものである。バンプは、例えば、金、半田等が用いられる。
For the connecting
（蓋体の説明）
蓋体１３０は、基体１１０の凹部空間内に収容されている介在部１５０および水晶素子１２０を気密封止するためのものであり、基体１１０の上面にシーム溶接等により接合されている。また、蓋体１３０は、例えば、金属から構成されており、薄型直方体形状となっている。
(Explanation of lid)
The
このように構成された水晶デバイスは、例えば、付図示の回路基板の実装面に基体１１０の下面を対向させて配置され、実装端子１１２が半田などにより回路基板の実装パッド（図示せず）に接合されることによって回路基板に実装される。回路基板には、例えば、発振回路が構成されている。発振回路は、実装端子１１２、内部配線（図示せず）、搭載パッド１１１、搭載部材１４１、搭載端子１５１、導電部１５３、接続パッド１５２、接続部材１４２および接続配線部１２４を介して励振電極部１２３に交番電圧を印可し、発振信号を生成する。この際、発振回路は、例えば、水晶片１２１の厚みすべり振動のうち基本波振動を利用する。オーバートーン振動が利用されてもよい。
The crystal device configured in this way is arranged, for example, with the lower surface of the
以上のことから、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる結晶軸を有する水晶片１２１と、水晶片１２１の両主面に設けられている一対の励振電極部１２３および励振電極部１２３から水晶片１２１の縁部まで延設されている接続配線部１２４からなる金属パターン１２２と、金属パターン１２２の接続配線部１２４の一部に接続される接続パッド１５２が上面に設けられ、接続パッド１５２と電気的に接続している搭載端子１５１が下面に設けられている介在部１５０と、介在部１５０の搭載端子１５１に接続される搭載パッド１１１が上面に設けられている基板部１１０ａを主体とする基体１１０と、基体１１０に接合される蓋体１３０と、を備え、介在部１５０が、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる結晶軸を有しており、介在部１５０の接続パッド１５２と金属パターン１２２の接続配線部１２４の一部とが対向する位置に設けられているとき、水晶片１２１のＺ軸と介在部１５０のＺ軸とが互いに平行となっている。
From the above, a
一般的に、互いに直交しているＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる結晶軸を有している水晶部材において、その熱膨張係数が結晶軸との位置関係によって異なっていることが知られており、特に、Ｚ軸に垂直となっている場合の熱膨張係数はＺ軸に平行となっている場合の熱膨張係数の約１．６７５倍の値となっている。従って、本実施形態において、このように介在部１５０のＺ軸と水晶片１２１のＺ軸とが略平行となるようにすることで、水晶デバイスが存在する雰囲気中の温度が急激に変化した場合、熱により介在部１５０が膨張する量と熱により水晶片１２１が膨張する量とをほぼ同じにすることが可能となる。この結果、水晶デバイスの外部環境の変化、具体的には、水晶デバイスが存在する雰囲気中の急激な温度変化に対して、介在部１５０が熱により膨張したとしても、水晶素子１２０に意図しない応力や歪が加わることを低減させることができ、周波数安定性を向上させることができる。
Generally, it is known that in a crystal member having a crystal axis composed of an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis that are orthogonal to each other, the coefficient of thermal expansion differs depending on the positional relationship with the crystal axis. In particular, the coefficient of thermal expansion when it is perpendicular to the Z axis is about 1.675 times the coefficient of thermal expansion when it is parallel to the Z axis. Therefore, in the present embodiment, when the Z-axis of the intervening
また、本実施形態に係る水晶デバイスは、水晶片１２１のＸ軸およびＹ軸と、介在部１５０のＸ軸およびＹ軸とが平行となっている。従って、本実施形態では、水晶片１２１のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸と、介在部１５０のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とが互いに平行となっており、言い換えると、水晶片１２１のカットアングルと介在部１５０のカットアングルとが同じとなっているといえる。
Further, in the crystal device according to the present embodiment, the X-axis and Y-axis of the
このようにすることで、水晶デバイスが存在する雰囲気中の温度が急激に変化した場合、熱により介在部１５０の外形が膨張の状態と、熱により水晶片１２１の外形が膨張する状態とをほぼ同じにすることが可能となる。このため、介在部１５０のＺ軸と水晶片１２１のＺ軸とをほぼ平行にする場合と比較して、水晶デバイスが存在する雰囲気中の温度が急激に変化した場合に、介在部１５０および水晶素子１２０が熱により膨張したとしても、水晶素子１２０に意図しない応力や歪が加わることをより低減させることができ、周波数安定性を向上させることが可能となる。
By doing so, when the temperature in the atmosphere in which the crystal device exists suddenly changes, the outer shape of the intervening
また、本実施形態に係る水晶デバイスは、介在部１５０を平面視して、接続パッド１５２と電気的に接続されている搭載端子１５１との間に溝部１５４が形成されている。
Further, in the crystal device according to the present embodiment, a
従って、本実施形態で用いる介在部１５０では、平面視したとき、基体１１０の基板部１１０ａの搭載パッド１１１に実装される搭載端子１５１と、水晶素子１２０が実装される接続パッド１５２との間に溝部１５４が形成されているといえる。このようにすることで、水晶デバイスが存在する雰囲気中の温度が急激に変化した場合、基体１１０の基板部１１０ａの熱膨張の状態と介在部１５０の熱膨張の状態とが異なり介在部１５０に意図しない応力や歪が生じたとしても、水晶素子１２０が実装される接続パッド１５２が設けられている部分における影響を低減させることができる。このため、水晶デバイスが存在する雰囲気中の温度が急激に変化した場合であっても、水晶素子１２０に意図しない応力や歪が加わることをより低減させることができ、周波数安定性を向上させることが可能となる。
Therefore, in the intervening
また、本実施形態に係る水晶デバイスは、水晶素子１２０が介在部１５０上に実装されているとき、水晶素子１２０の上面側から平面視して、介在部１５０に形成されている溝部１５４のうち水晶片１２１と重なっている部分の形状は四辺からなる略矩形となっており、介在部１５０に形成されている溝部１５４のうち水晶片１２１と重なっている部分の四辺のうち所定の二辺は介在部１５０のＸ軸と平行になっている。また、所定の他の二辺は、Ｚ´軸と平行になっている。
Further, in the crystal device according to the present embodiment, when the
このようにすることで、水晶素子１２０の励振電極部１２３に交番電圧を印可するために、介在部１５０の搭載端子１５１に交番電圧が印可されたときに、介在部１５０の搭載端子１５１から接続パッド１５２へ向かう向き（Ｘ軸に平行な向き）の厚みすべり振動を抑制させることができ、接続パッド１５２が変位することにより水晶素子１２０に意図しない応力や歪が加わることを低減させることが可能となる。この結果、水晶素子１２０に意図しない応力や歪が加わることが原因で生じる周波数安定性の低下を抑制させることができる。
By doing so, in order to apply the alternating voltage to the excitation electrode portion 123 of the
また、Ｚ´軸に平行な二辺の長さは、水晶片１２１の短辺の長さの０．３倍以上かつ０．５倍未満の長さとなっている。このように、水晶素子１２０と溝部１５４とが重なっている部分のＺ´軸に平行な二辺の長さを水晶片１２１の短辺の長さの０．３倍以上の長さにすることで、水晶デバイスが存在する雰囲気中の温度が急激に変化し、基体１１０の基板部１１０ａから介在部１５０に応力が加わったとしても、介在部１５０の接続パッド１５２が設けられている部分への応力の影響をより抑制することができる。また、このように、０．５倍未満とすることで、水晶デバイスが落下といったような場合に、介在部１５０自身が破損することを低減させることが可能となる。よって、このように、水晶素子１２０と溝部１５４とが重なっている部分のＺ´軸に平行な二辺の長さを水晶片１２１の短辺の長さの０．３倍以上の長さにすることで、より周波数安定度を向上させることができる。
The length of the two sides parallel to the Z'axis is 0.3 times or more and less than 0.5 times the length of the short side of the
また、本実施形態に係る水晶デバイスは、介在部１５０の溝部１５４は二つ形成されており、水晶素子１２０が介在部１５０上に実装されているとき、水晶素子１２０の上面側から平面視して、介在部１５０に形成されている溝部１５４のうち水晶片１２１と重なっている部分の形状は同一形状となっており、介在部１５０に形成されている溝部１５４のうち水晶片１２１と重なっている部分の形状は、水晶片１２１の面中心を通過する水晶片１２１の長辺に平行な中心線ＣＬ２に対して線対称となっている。
Further, in the crystal device according to the present embodiment, two
このような構成にすることで、水晶デバイスが存在する雰囲気中の温度が急激に変化した場合、介在部１５０を平面視して、それぞれの搭載端子１５１からそれぞれの溝部１５４までの距離を同じにし、それぞれの溝部１５４から接続パッド１５２までの距離をほぼ同じにすることができるので、一対の接続パッド１５２における歪の量をほぼ同じにすることが可能となる。よって、一対の接続パッド１５２と接着される一対の接続部１２４ａで生じる歪もほぼ同じにすることができる。一対の接続部１２４ａにそれぞれ異なる歪が生じている場合、主振動である厚みすべり振動の振動変位のバランスが低下してしまい周波数が不安定となってしまう虞があるため、本実施形態のような構成にすること、一対の接続パッド１５２と接着される一対の接続部１２４ａで生じる歪をほぼ同じにすることができ、主振動である厚みすべり振動の振動変位のバランスが低下することを抑制させることが可能となり、ひいては、周波数安定度を向上させることできる。
With such a configuration, when the temperature in the atmosphere in which the crystal device exists suddenly changes, the intervening
本発明は、以下の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。 The present invention is not limited to the following embodiments, and may be implemented in various embodiments.
水晶素子を有する水晶デバイスは、水晶振動子に限定されない。例えば、水晶素子に加えて水晶素子に電圧を印可し発振信号を生成する集積回路素子（ＩＣ）を有する水晶発振器であってもよい。また、例えば、水晶でアイスは、水晶素子の他にサーミスタ等の電子素子を有する水晶デバイスであってもよい。また、例えば、水晶デバイスは、恒温槽付きのものであってもよい。水晶デバイスにおいて、水晶素子を実装する基体の構造は、適宜構成されてもよい。例えば、基体は、上面および下面に凹部を有する断面Ｈ型形状であってもよい。 A crystal device having a crystal element is not limited to a crystal oscillator. For example, it may be a crystal oscillator having an integrated circuit element (IC) that applies a voltage to the crystal element and generates an oscillation signal in addition to the crystal element. Further, for example, the ice in a crystal may be a crystal device having an electronic element such as a thermistor in addition to the crystal element. Further, for example, the crystal device may be equipped with a constant temperature bath. In the crystal device, the structure of the substrate on which the crystal element is mounted may be appropriately configured. For example, the substrate may have an H-shaped cross section having recesses on the upper surface and the lower surface.
水晶素子は、ＡＴ板であってもよいし、ＳＣ板であってもよい。 The crystal element may be an AT plate or an SC plate.
また、励振電極部の形状は限定されず、例えば、楕円または円形であってもよい。 Further, the shape of the excitation electrode portion is not limited, and may be, for example, an ellipse or a circle.
１１０・・・基体
１１０ａ・・・基板部
１１０ｂ・・・枠部
１１１・・・搭載パッド
１１２・・・実装端子
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶片
１２２・・・金属パターン
１２３・・・励振電極部
１２４・・・接続配線部
１２４ａ・・・接続部
１２４ｂ・・・配線部
１３０・・・蓋体
１４１・・・搭載部材
１４２・・・接続部材
１４３・・・接合部材
１５０・・・介在部
１５１・・・搭載端子
１５２・・・接続パッド
１５３・・・導電部
１５４・・・溝部
Ａ１・・・第一領域
Ａ２・・・第二領域
ＣＬ１・・・仮想線
ＣＬ２・・・中心線
110 ... Base 110a ...
Claims (2)
前記水晶片の両主面に設けられている一対の励振電極部および前記励振電極部から前記水晶片の縁部まで延設されている接続配線部からなる金属パターンを有する水晶素子と、
前記金属パターンの前記接続配線部の一部に接続される接続パッドが上面に設けられ、前記接続パッドと電気的に接続している搭載端子が下面に設けられている介在部と、
前記介在部の前記搭載端子に接続される搭載パッドが上面に設けられている基板部を主体とする基体と、
前記基体に接合される蓋体と、
を備え、
前記介在部が、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる結晶軸を有しており、
前記介在部の前記接続パッドと前記金属パターンの前記接続配線部の一部とが対向する位置に設けられているとき、
前記水晶片のＺ軸と前記介在部のＺ軸とが互いに平行となっており、
前記水晶片のＸ軸およびＹ軸と、前記介在部のＸ軸およびＹ軸とが平行となっており、
前記介在部を平面視して、
前記接続パッドと、前記接続パッドと電気的に接続されている前記搭載端子との間に、溝部が形成されており、
前記水晶素子が前記介在部上に実装されているとき、
前記水晶素子の上面側から平面視して、
前記介在部に形成されている前記溝部のうち前記水晶片と重なっている部分の形状は略矩形となっており、
前記介在部に形成されている前記溝部のうち前記水晶片と重なっている部分の四辺のうち所定の二辺は前記介在部のＸ軸と平行になっており、
このとき、所定の他の二辺の長さは、前記水晶片の短辺の長さの０．３倍以上０．５倍未満の長さとなっている
ことを特徴とする水晶デバイス。 A crystal piece having a crystal axis consisting of an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis that are orthogonal to each other,
A crystal element having a metal pattern consisting of a pair of excitation electrode portions provided on both main surfaces of the crystal piece and a connection wiring portion extending from the excitation electrode portion to the edge portion of the crystal piece.
An interposition portion in which a connection pad connected to a part of the connection wiring portion of the metal pattern is provided on the upper surface and a mounting terminal electrically connected to the connection pad is provided on the lower surface.
A substrate mainly composed of a substrate portion on which a mounting pad connected to the mounting terminal of the intervening portion is provided on the upper surface,
With the lid bonded to the substrate,
With
The intervening portion has a crystal axis including an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis that are orthogonal to each other.
When the connection pad of the intervening portion and a part of the connection wiring portion of the metal pattern are provided at opposite positions.
The Z-axis of the crystal piece and the Z-axis of the intervening portion are parallel to each other .
The X-axis and Y-axis of the crystal piece are parallel to the X-axis and Y-axis of the intervening portion.
Looking at the intervening part in a plan view,
A groove is formed between the connection pad and the mounting terminal that is electrically connected to the connection pad.
When the crystal element is mounted on the interposition,
When viewed in a plan view from the upper surface side of the crystal element,
The shape of the portion of the groove formed in the intervening portion that overlaps with the crystal piece is substantially rectangular.
Of the grooves formed in the intervening portion, two predetermined sides of the four sides of the portion overlapping the crystal piece are parallel to the X-axis of the intervening portion.
At this time, the length of the other two predetermined sides of the crystal is 0.3 times or more and less than 0.5 times the length of the short side of the crystal piece. device.
前記水晶素子が前記介在部上に実装されているとき、
前記水晶素子の上面側から平面視して、
前記介在部に形成されている前記溝部のうち前記水晶片と重なっている部分の形状が同一形状となっており、
前記介在部に形成されている前記溝部のうち前記水晶片と重なっている部分の形状が、前記水晶片の面中心を通過する水晶片の長辺に平行な中心線に対して線対称となっていることを特徴とする請求項１に記載の水晶デバイス。 Two of the groove portions of the intervening portion are formed.
When the crystal element is mounted on the interposition,
Viewed in plan from the upper surface side of the crystal element,
The shape of the portion of the groove formed in the intervening portion that overlaps with the crystal piece is the same.
The shape of the portion of the groove formed in the intervening portion that overlaps with the crystal piece is axisymmetric with respect to the center line parallel to the long side of the crystal piece passing through the surface center of the crystal piece. The crystal device according to claim 1, wherein the crystal device is characterized by the above.
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