JPH11284475A - 水晶振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、水晶振動子の特性の変動を有効に抑
えることができ、しかしも、水晶振動子自体の方向性を
無視することができる水晶振動子を提供する。 【解決手段】両主面に励振電極２２、２３が形成された
水晶振動片２を、キャビティ部１１が形成された絶縁容
器１に平面的に配置収容するとともに、前記キャビティ
ー１１の開口を蓋体６で被覆して成る水晶振動子であ
る。そして、前記蓋体６はアース電位の金属蓋体６から
成るとともに、前記絶縁容器１に、水晶振動片の下面側
励振電極２３と対向する平板状のアース電極８を配置し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動周波数の変動
が少なく、外部電極の方向性を考慮することなく利用で
きる水晶振動子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、表面実装に適した水晶振動子は、
両主面に励振電極が形成された水晶振動片を表面実装可
能なキャビティーを有する筺体状の絶縁容器に平面的に
収容し、さらに、キャビティーの開口を蓋体で気密的に
封止していた。尚、筺体状絶縁容器の外表面には、一対
の外部電極が形成されており、夫々水晶振動片の励振電
極に接続されていた。

【０００３】このような構造の水晶振動子において、水
晶振動片の励振電極と外部電極とを接続する導体部分に
不要なリアクタンス成分が発生してしまい、また、この
導体と励振電極との間で不要な容量成分が発生してしま
い、その結果、水晶振動片の固有の振動特性が変動して
しまうという問題点があった。

【０００４】この問題点を解決するために、特開平７−
１５４１８４号では、図９に示すように、筺体状絶縁容
器１のキャビティーの底面に遮蔽電極７を設けていた。
特に、水晶振動片２の下面側励振電極２３と遮蔽電極７
との間の容量を発生させないため、遮蔽電極７を下面側
励振電極２３と導通する外部電極３に接続し、下面側励
振電極２３と遮蔽電極７とを同電位としていた。

【０００５】即ち、特開平７−１５４１８４号では、水
晶振動片２の下面側の励振電極２３と同電位の遮蔽電極
７を、絶縁容器１のキャビティー底面に配置することに
より、その間で発生する不要な容量成分を排除すること
により、良好な振動特性を得ようとするものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平７−１
５４１８４号のように、絶縁容器１のキャビティーに水
晶振動片２の下面側励振電極２３と同電位の遮蔽電極７
を設けたところで、充分な周波数の変動を抑えることが
できなかった。

【０００７】上述の構造では、水晶振動片２の下面側励
振電極２３によって発生する容量成分の発生を抑えるこ
とができるものの、逆に水晶振動片２の上面側について
は何らの手段が講じられていないためである。

【０００８】キャビティーを封止する蓋体６は、絶縁容
器１の気密封止性を重視して、金属蓋体６を使用してい
る。従って、水晶振動片２の上面側励振電極２２と金属
蓋体６との間にも浮遊容量成分Ｃが発生してしまう。し
かも、金属蓋体６は、一般的にアース電位となってい
る。従って、上述の構造の水晶振動子を等価回路で示す
と図１０のようになる。

【０００９】即ち、水晶振動片２の上面側励振電極２２
と、この励振電極２２が接続する外部電極４との間に
は、アース電位に接地された容量成分Ｃが付加されるこ
とになる。しかし、下面側励振電極２３と、この励振電
極２３に接続する外部電極３との間には、実質的に容量
成分が発生していない。

【００１０】従って、一対の外部電極３、４と水晶振動
片２との関係が相違してしまい、結局、水晶振動子の外
部電極に方向性が発生してしまうことになる。

【００１１】しかしも、上述の構造においては、キャビ
ティー１１内に平面配置された水晶振動片２の配置状態
によって、金属蓋体６と水晶振動片２との間隔が変動す
るため、水晶振動片２と金属蓋体６との間の容量成分Ｃ
がばらついてしまい、その結果、水晶振動子間で周波数
特性のばらつきが生じてしまう。

【００１２】本発明は、上述の問題点に鑑みて案出され
たものであり、その目的は、水晶振動子の周波数特性の
変動を有効に抑えることができ、しかしも、プリント配
線基板の実装時に素子の方向性を無視することができる
水晶振動子を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、両主面に励振
電極が形成されている水晶振動片を、絶縁容器の上面に
設けられたキャビティー内に平面的に配置収容するとと
もに、前記キャビティーの開口をアース電位の蓋体で塞
いで成る水晶振動子であって、前記絶縁容器のキャビテ
ィー底部に、水晶振動片の下面側励振電極と対向したア
ース電極を配置したことを特徴とする水晶振動子であ
る。

【００１４】好ましくは、前記アース電極は、絶縁容器
の下面に形成されている水晶振動子である。

【００１５】

【作用】以上のように、本発明では、水晶振動片の上面
側の励振電極と金属蓋体との間で浮遊的な容量成分（上
面側の容量成分）が発生する。また、水晶振動片の下面
側の励振電極と絶縁容器に形成してアース電極との間で
浮遊的な容量成分（下面側の容量成分）が発生すること
になる。しかも、この容量成分の一方はいずれもアース
電位となっている。

【００１６】従って、水晶振動片から両外部電極をみる
と、いずれにも容量成分が接続されていることになり、
等価回路的には対象となっている。

【００１７】結局、水晶振動子の両外部電極において、
プリント配線基板上に実装に際には、方向性がなくな
り、実装性が向上することになる。

【００１８】また、水晶振動片を絶縁容器の内部に平面
配置しても、水晶振動片の両端に夫々容量成分が付加さ
れることになる。このため、水晶振動片の両端で容量成
分が偏ることがなく、特性信頼性を向上させることがで
きる。

【００１９】第２の発明では、絶縁容器の底面外表にア
ース電極を形成している。これにより、アース電極の形
成が非常に簡単となり、また、水晶振動子として組み立
てたのちに、水晶振動片の下面側励振電極とアース電極
との間に発生する容量を任意調整するが可能となる。即
ち、絶縁容器の底面の外表のアース電極の一部を除去す
ることにより、水晶振動片の下面側励振電極とのアース
電極との対向面積を減少させることができるため、その
容量成分を調整することができる。

【００２０】これにより、水晶振動片の上面側励振電極
と金属蓋体との間で発生する容量成分に合わせるよう
に、水晶振動片の下面側励振電極とアース電極との間の
容量を調整することができる。

【００２１】従って、等価回路的には、水晶振動片の両
端に位置する両容量成分を同一にすることができ、上述
の作用効果を完全に達成することができる。これは、水
晶振動片を絶縁容器に配置状態のバラツキにより、両容
量成分が変動しても充分にキャンセルすることができ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の水晶振動子を図面
に基づいて説明する。

【００２３】図１は本発明の水晶振動子の外観斜視図で
あり、図２はその断面図であり、図３は水晶振動片の表
面側及び裏面側の平面図であり、図４は絶縁容器の平面
図である。尚、図１〜図２、図４に示す水晶振動子の絶
縁容器に単に水晶振動片を配置した最も簡単な構造の水
晶振動子を示している。

【００２４】図において、１は絶縁容器であり、２は水
晶振動片であり、３〜４は外部電極であり、５はアース
外部電極であり、６は金属蓋体であり、８はアース電極
である。

【００２５】絶縁容器１は、セラミック、耐熱性樹脂な
どからなり、その形状は概略筺体状となっている。ま
た、図４に示すように、上部側には、水晶振動片２を収
容するキャビティー１１が形成されている。このキャビ
ティー１１の容器長手方向の両端には、水晶振動片２の
両端部を載置する段差部１２ａ、１２ｂが形成されてい
る。即ち、絶縁容器１は、少なくとも３層の所定形状の
絶縁層から構成されていることになる。

【００２６】また、キャビティー１１の２つの段差部１
２ａ、１２ｂのうち、例えば、段差部１２ａ上には、水
晶振動片２と接合する接続パット１３ａ、１３ｂが形成
されている。また、キャビティー１１の底部、即ちキャ
ビティー１１の底面には、水晶振動片２の下面側励振電
極２３と対向した平板状のアース電極８が形成されてい
る。

【００２７】また、絶縁容器１の外周面には、接続用パ
ット１３ａ、１３ｂと接続する外部電極３、４が形成さ
れ、また、アース電極８と接続するアース外部電極５が
形成されている。このアース電極８は、キャビティー１
１の底面に、水晶振動片２の下面側励振電極２の形状形
状を包括する平面形状となっている。これは、水晶振動
片２の接合位置がずれても、水晶振動片２の下面側励振
電極２とアース電極８との対向関係が変動しないように
するためである。

【００２８】このアース電極８は、Ａｇ、Ｃｕ、タング
ステンなどの厚膜導体膜からなり、絶縁容器１を形成す
る時、接続用パッド１３ａ、１３ｂと同様に形成され、
必要に応じてその表面にメッキ処理が施されている。

【００２９】上述の外部電極３、４は、例えば、絶縁容
器の短辺側の２つの端面に夫々形成されている。そし
て、その構造は、絶縁容器の端面高さ方向の一部に延び
るに半円形状の導通スルーホールの内壁面に導体膜が形
成されて構成されている。またアース外部電極５は、例
えば、絶縁容器１の長辺側の端面に形成されている。そ
の構造は、絶縁容器１の端面高さ方向に延びるに半円形
状の導通スルーホールの内壁面に導体膜が形成されて構
成されている。

【００３０】このような、外部電極３、４、アース外部
電極５は、半田接合性の優れた材料、例えば、ＡｇやＡ
ｇ−ＰｄやＣｕを主成分とする導体で構成され、さら
に、表面にメッキ処理されている。

【００３１】また、絶縁容器１の内部には、接続用パッ
ト１３ａと外部電極３とを接続する導体１４ａ、水晶振
動片接続用パット１３ｂと外部電極４とを接続する導体
１４ｂ、アース電極８とアース外部電極５とを接続する
導体１５が配置されている。

【００３２】このような導体１４ａ、１４ｂ、１５は、
絶縁容器１を構成する絶縁層間に配置されている。

【００３３】また、絶縁容器１の上面、即ち、キャビテ
ィー１１の開口周囲には、金属蓋体６をシーム溶接する
ために導体膜１６が被着されている。この導体膜１６
は、容器１の長手方向の端面に形成されたアース外部電
極５と導通している。

【００３４】水晶振動片２は、所定カット、例えばＡＴ
カットされた水晶基板２１は、上面側の励振電極２２、
下面側励振電極２３とから構成されている。このような
励振電極２２、２３は、水晶基板２１の両面にＣｒやＡ
ｇなどを蒸着して形成される。この励振電極２２、２３
は、水晶基板２１の一方の端部の両主面に引出電極２２
ａ、２３ａ、２２ｂ、２３ｂとして導出されている。即
ち、引出電極２２ａ、２３ａは水晶振動片２の上面側に
配置され、引出電極２２ｂ、２３ｂは水晶振動片２の下
面側に配置されている。この引出電極２２ａと２３ａ、
２２ｂと２３ｂとは水晶基板２１の端面や側面を介して
導通している。

【００３５】金属蓋体６は、コバール、鉄などの平板状
部材からなり、その表面には、シーム溶接による絶縁容
器１の被着を容易にするために表面メッキ層が形成され
ている。

【００３６】このような金属蓋体６は、絶縁容器１の上
面に形成した導体膜１６上にシームリング６０を介し
て、この金属蓋体６とアース外部電極５との間で溶接電
流を通電することにより、金属蓋体６と絶縁容器１との
シーム溶接が達成され、キャビティー１１の内部が気密
的に封止される。

【００３７】このような構造の水晶振動子の組立は、ま
ず、絶縁容器１の段差部１２ａ、１２ｂに水晶振動片２
の両端を載置する。この時、段差部１２ａの接続用パッ
ト１３ａ、１３ｂに導電性樹脂接着材を塗布し、続い
て、引出電極２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂを形成し
た水晶振動子の一方端部（表裏は問わない）を、段差部
１２ａに、他方端部を段差部１２ｂ上に載置し、上述の
導電性樹脂接着材を硬化させる。

【００３８】次に、絶縁容器１の導体膜１６上に、シー
ムリング６０を載置し、さらに、金属蓋体６を載置し
て、この金属蓋体６とアース外部電極（金属蓋体６と導
体膜１６、シームリング６０を介して導通している）と
の間に所定電流を流し、金属蓋体６と絶縁容器１とをシ
ーム溶接を行う。

【００３９】このように形成された水晶振動子では、水
晶振動片２の上面励振電極２２と金属蓋体６との間で浮
遊的な容量成分Ｃ１が発生してしまう。また、同時に、
水晶振動片２の下面側励振電極２３とキャビティー１１
の底面に形成されたアース電極８との間で浮遊的な容量
成分Ｃ２が発生することになる。

【００４０】しかし、水晶振動片２の両面主面側に夫々
発生する容量成分Ｃ１及びＣ２は、その一端がアース電
位となっている。即ち、この水晶振動子の等価回路上で
は、図５のようになる。図５から理解できるように、水
晶振動片２と外部電極３、４との間には、一端がアース
電位に接地された容量成分Ｃ１、Ｃ２が配置されること
になり、水晶振動片２から外部電極３、４をみた時に、
等価回路の対象性が発生する。

【００４１】従って、水晶振動子をプリント配線基板に
実装するにあたり、素子方向性を無視して実装ができ
る。しかも、その素子方向性によって特性が変動するこ
とないため、安定した動作が可能な水晶振動子となる。

【００４２】同時に、水晶振動片２をキャビティー１１
内に配置する場合には、表裏の判別も不要となるため、
作業効率が向上する。

【００４３】さらに、プリント配線基板上に実装した時
に、水晶振動片２の下面側励振電極２３とプリント配線
基板の配線導体との間で不要な容量成分が発生する場
合、アース電極８によって、この容量成分を遮断するこ
とになる。従って、プリント配線基板の配線導体の形状
に起因する浮遊容量成分を無視することができる。

【００４４】図６は、本発明の他の実施例を示す断面図
である。

【００４５】図６では、キャビティー１１の底部を構成
する絶縁容器１部分が複数の絶縁層１ａ、１ｂ・・から
構成された多層構造となっている。即ち、そして、この
絶縁層１ａ、１ｂの層間には、所望の配線導体を形成し
てもよい。例えば、接続パット１３ｂと外部電極４とを
接続する導体１４ｂが例示できる。この場合、アース電
極８は図６のように、キャビティー１１の底面に形成し
たり、また、キャビティー１１に近傍する絶縁層の層間
に配置することができる。

【００４６】また、図では省略しているが、キャビティ
ーの一部にＩＣチップや２つのコンデンサ、１つの抵抗
体を配置し、この絶縁層１ａ、１ｂ間にコルピッツ発振
回路を形成する配線導体が例示できる。この場合には、
上述の浮遊的な容量成分Ｃ１、Ｃ２をコルピッツ発振回
路の負荷容量成分の一部として、負荷容量成分の値を設
定する。

【００４７】図７は、本発明のさらに他の実施例を示す
断面図であり、図８は、その絶縁容器１の底面側平面図
である。この実施例では、キャビティー１１の底部、即
ち、絶縁容器１の底面外表に、アース電極８０を形成し
ている。

【００４８】これまでの実施例では、段差部１２ａと水
晶振動片２との接合状態、特に、水晶振動片２の接合厚
みのばらつきによって、上面側容量成分Ｃ１と下面側容
量成分Ｃ２との容量比率が変動してしまう可能性があ
る。

【００４９】これに対して、本実施例では、絶縁容器１
の底面外表にアース電極８０が形成されており、上面側
容量成分Ｃ１と下面側容量成分Ｃ２との容量比率を考慮
して、アース電極８０の一部を組立工程の最終で除去調
整して、アース電極８０と水晶振動片２の下面側励振電
極２３との対向面積を制御する。これにより、上面側の
容量成分Ｃ１と下面側の調整した容量成分Ｃ２とを振動
特性上、均等にすることができる。

【００５０】本発明者らの測定では、図２、３における
水晶振動片２の下面側励振電極２３とアース電極８との
間隔が０．０７ｍｍ変動すると、水晶振動子の発振周波
数が０．５ｐｐｍ変動し、０．１４ｍｍ変動すると、
１．０ｐｐｍも変動する。

【００５１】即ち、発振周波数の変動は、水晶振動片２
をキャビティー１１に平面的に配置する時の段差部１２
ａ、１２ｂの載置状態、導電性接着材の厚みなどによっ
て大きく変化してしまうことが理解できる。

【００５２】従って、アース電極８０を絶縁容器１の形
成時に所定面積に設定しても、水晶振動片２をキャビテ
ィー１１内に配置する組立工程で、特性の変動が発生し
てしまう。

【００５３】このような場合に、図７や図８に示すよう
に、アース電極８を絶縁容器１の底面（外表面）に形成
しておき、モニタリングした周波数特性に応じて、アー
ス電極８０の面積を所定値に設定することができ、非常
に実用的な構造といえる。

【００５４】これより、水晶振動子の固有特性のバラツ
キが防止できるため、特に、温度補償型水晶発振器の水
晶振動子として非常に有用なものとなる。

【００５５】また、絶縁容器１の底面外表にアース電極
８０を被着することから、その被着形成も非常に容易と
なる。

【００５６】尚、上述の実施例では、水晶振動片は、一
方端部の両主面に引出電極を延出しているが、両端面部
に引出電極を延出した水晶片を用いても構わない。ま
た、キャビティー１１には、一対の段差部１２ａ、１２
ｂを設けて、水晶振動片２を載置しているが、一方の段
差部のみを形成してもかまわない。さらに、ＡＴカット
された矩形状の水晶振動子片に変えて、他のカット方向
の水晶振動片や音叉型水晶振動片を用いても構わない。

【００５７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、水晶振
動片の上面側では上面側励振電極とアース電位の金属蓋
体との間で浮遊容量成分が、水晶振動片の下面側では下
面側励振電極とアース電極との間で浮遊容量成分が夫々
発生することになる。

【００５８】このため、上述の浮遊的な容量成分が水晶
振動片からみて、対象的に配置されることになるため、
水晶振動子の方向性を無視することができる。同時に、
水晶振動子の特性の変動を有効に抑えることができるこ
とになる。

【００５９】また、アース電極を絶縁容器の底面（外表
面）に形成すれば、下面側の容量成分の値を調整するこ
とができ、水晶振動子の特性のばらつきを抑えることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水晶振動子の外観斜視図である。

【図２】本発明の水晶振動子の断面図である。

【図３】本発明の水晶水晶振動子に用いる水晶片を示
し、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図である。

【図４】本発明の水晶振動子を用いる絶縁容器の平面図
である。

【図５】本発明の水晶振動子の等価的な回路図である。

【図６】本発明の他の水晶振動子の断面図である。

【図７】本発明の別の水晶振動子の断面図である。

【図８】本発明の別の水晶振動子の底面図である。

【図９】従来の水晶振動子の断面図である。

【図１０】従来の水晶振動子の等価的な回路図である。

【符号の説明】

１・・・・絶縁容器 ２・・・・水晶振動片 ３、４・・・外部電極 ５・・・・アース外部電極 ６・・・金属蓋体 ８・・・アース電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両主面に励振電極が形成されている水晶振
   動片を、絶縁容器の上面に設けられたキャビティー内に
   平面的に配置収容するとともに、前記キャビティーの開
   口をアース電位の蓋体で塞いで成る水晶振動子であっ
   て、 前記絶縁容器のキャビティー底部に、水晶振動片の下面
   側励振電極と対向したアース電極を配置したことを特徴
   とする水晶振動子。