JPH0521529U - 圧電振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 水晶片電極材２８を形成した水晶片２７と、
配線材３０を形成して蓋２５と低融点接合材料２３で接
合する支持部材２１と、この支持部材２１の穴部３１を
覆うように形成する導体膜２９とを備える。 【効果】 気密封止に用いる低融点接合材料から発生す
るガスや、支持部材から発生するガスが、圧電振動子の
容器内に閉じこめられるという現象は発生しないため、
圧電振動子の基本特性の劣化がなく、さらに発振周波数
の経時変化がきわめて少ない。このため長期間にわたっ
て高安定な圧電振動子が得られる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は振動片を容器に収納し、表面実装に対応可能な圧電振動子の構成に関 するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、表面実装型（以下ＳＭＤ型と記載する）水晶振動子の容器と、その封止 構造、ならびに電極配線の構成には、種々の構成が提案されている。なかでも代 表的なものは、金属容器に収納した水晶振動子を樹脂にてモールドするものと、 セラミックス容器に収納したものとがある。とくにセラミックス容器に水晶片を 収納したものは、薄型に適している。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、高安定なＳＭＤ型水晶振動子を得るには次に記す難題がある。 すなわちＳＭＤ型水晶振動子は、プリント基板にハンダペーストを塗布し、リフ ロー炉を通過させて、ハンダペーストを溶融させて、ＳＭＤ型水晶振動子をプリ ント基板に電気的機械的に固着する。このＳＭＤ型水晶振動子をプリント基板に 固着する際、リフロー炉の温度はハンダペーストが溶融する温度である２６０℃ に設定されており、水晶振動子が加熱されて熱影響が生ずる。

【０００４】 したがって、ＳＭＤ型水晶振動子は安全度を考慮し、３００℃程度の温度での 耐熱性が必要である。

【０００５】 従来この耐熱性対策として、セラミックス容器においては、セラミックスの支 持部材と蓋との封止材料として、低融点ガラスを採用している。しかしながら、 セラミックス容器は、密封される容器構造のため、封止材料として用いる低融点 ガラスの溶融接合時に、低融点ガラスに混入している有機材料がガスとなって、 セラミックス容器内に閉じこめられる。

【０００６】 したがって、セラミックス容器内は低融点ガラスに含まれる有機材料から発生 するガスによって加圧状態となり、さらに水晶片表面も汚染される。このため水 晶振動子の発振周波数の経時変化であるエージング特性は、発振周波数の変化が １年間に１ＰＰＭ程度の高安定な特性が維持できない。このためＳＭＤ型の高安 定な水晶振動子は作成できずにいる。以下図３を用いて説明する。

【０００７】 図３は従来のセラミックス容器にて構成する水晶振動子を示す断面図である。

【０００８】 図３に示すように、セラミックスやガラス材料からなる支持部材１１に、外部 接続電極である配線材１５を形成する。水晶片１３を配線材１５上に導電性接着 剤１４を用いて固定する。蓋１２と支持部材１１との接合部にあらかじめ形成し た低融点ガラス１６を、真空雰囲気中あるいは不活性ガス雰囲気中にて溶融させ て、支持部材１１と蓋１２との気密封止を行い、水晶振動子が完成する。

【０００９】 しかし、図３で示す水晶振動子の構造における封止方法や、水晶片の固定方法 では、以下に記載の問題点が生じる。

【００１０】 低融点ガラス１６の溶融に必要な温度は４５０℃程度である。これは低融点ガ ラス１６が、ガラス化するために必要な最低温度である。この低融点ガラス１６ が溶融するとき、低融点ガラス１６に混入している有機系バインダがガスとして 発生する。

【００１１】 さらにそのうえ、支持部材１１をセラミックスで構成した場合は、このセラミ ックスは多孔質である。このため、製造工程途中で、支持部材１１に含有した水 分や洗浄剤等が、低融点ガラス１６が溶融するときに、セラミックスからガスと して放出される。

【００１２】 したがって、容器内は加圧状態となり、低融点ガラス１６の気密封止領域の気 密接合が安定してできない欠点がある。さらに、これら低融点ガラス１６に含有 する有機系バインダから発生するガスや、支持部材１１から発生するガスの不純 物などが水晶片表面に堆積する。その結果、水晶振動子の発振周波数の長期安定 性に欠ける問題点がある。

【００１３】 またさらに、低融点ガラス１６の溶融温度が４５０℃と高温であるために、支 持部材１１に水晶片３５を固着するための導電性接着剤１４が、本来の接着力や 導電性などを維持できない。さらに加えて、支持部材１１と水晶片１３、ならび に水晶片１３と導電性接着剤１４との熱膨張係数の違いから、水晶片１３の固着 領域に機械的応力が発生する。このため、機械的応力が水晶片１３に加わり、水 晶振動子の基本特性の劣化や、発振周波数の長期安定性が悪化するという問題点 が発生する。

【００１４】 近年、軽薄短小な電子機器には、小型薄型でかつＳＭＤ型の水晶振動子が求め られている。とくに携帯電話等の移動体通信機器には、水晶振動子の高精度化、 高安定化が同時に要求されている。

【００１５】 これらの要求を満足するには、次に記載する点から水晶振動子の従来技術を見 直す必要がある。

【００１６】 第１点としては、封止材料や容器から発生するガスを容器内に閉じこめず、容 器外に放出させる。その後に高耐熱性を有する低融点材料を用いて、低温で容器 を気密封止する必要がある。

【００１７】 この点を従来技術で言えば、まずはじめに低融点ガラスなどの低融点接合材料 にて、支持部材と蓋とを接合し、気密封止は支持部材と蓋との接合と同時に処理 せず、別途に行うことである。あるいは、低融点ガラスよりガス発生が少なく、 かつ高耐熱性の低温封止材料や封止方法を用いることである。

【００１８】 第２点としては、支持部材に形成する配線材と、容器内の水晶片電極材との電 気的、機械的接続は、ガス発生が少なく、比抵抗の小さい高耐熱性材料を用い、 電気的な接続抵抗を極力小さくする必要がある。

【００１９】 この点を従来技術で言えば、耐熱性が低く、かつガスの発生しやすい導電性接 着剤は使用しないことである。

【００２０】 本考案の目的は、上記課題を解決して、高安定なＳＭＤ型の水晶振動子を提供 することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】

上記の気密封止時のガス発生、および導電性接着剤の課題を解決する手段とし て、本考案においては、下記記載の手段を採用して、前述の目的を達成する。

【００２２】 本考案における圧電振動子は、水晶片電極材を形成した水晶片と、配線材を形 成し蓋と低融点接合材料で接合する支持部材と、この支持部材の穴部を覆うよう に形成する導体膜とを備える。

【００２３】 本考案における圧電振動子は、水晶片電極材を形成した水晶片と、蓋と低融点 接続材料で接合する支持部材と、この支持部材の穴部を覆い、かつ支持部材の端 部にまで形成する導体膜とを備える。

【００２４】

【作用】

本考案による圧電振動子の特徴は、水晶片を支持固定する支持部材に蓋を配置 し、支持部材と蓋とを低融点ガラスや、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）や、金属な どの低融点接合材料を用いて接合する。その後、支持部材もしくは蓋に形成した 穴部より、発生ガスを放出させ、その後、穴部に真空雰囲気中もしくは不活性ガ ス雰囲気中にて、金属からなる導体膜を形成し、気密封止する。

【００２５】 容器内の気密封止を行うと同時に、導体膜は穴部の下に設置した水晶片の水晶 片電極材と、支持部材もしくは蓋に配置された配線材とを電気的に接続する。こ の結果、外部接続電極である配線材と、水晶片電極材と接続している水晶片励振 用電極とは、導体膜を介して接続する。

【００２６】 本考案によって気密封止のときは、ガス発生はほとんどゼロになる。さらに従 来、水晶片を支持部材に固着するために用いていた導電性接着剤は不要となる。 その結果、水晶振動子の基本特性の劣化や、発振周波数の長期安定性が悪化する という現象は発生せず、高安定なＳＭＤ型の水晶振動子が得られる。

【００２７】

【実施例】

以下、本考案における実施例を図面を基に説明する。図１は本考案の第１の実 施例における水晶振動子を示す図面である。

【００２８】 まず図１を用いて本考案の第１の実施例を説明する。図１（ａ）は水晶振動子 を示す断面図であり、図１（ｂ）は支持部材側から水晶振動子を示す平面図であ る。

【００２９】 水晶片２７には、この水晶片２７を励振するための励振用電極膜（図示せず） に接続する水晶片電極材２８を形成する。蓋２５には水晶片２７を収納するため の凹部を設け、さらに蓋２５には支持部材２１との接合を行うための接合領域を 設ける。

【００３０】 支持部材２１には、この支持部材２１を貫通する穴部３１を設け、さらにプリ ント基板と接続するための外部接続電極である配線材３０を設ける。

【００３１】 さらに水晶片２７を収納した支持部材２１と蓋２５とを接合後、気密封止する ための導体膜２９を設ける。この導体膜２９は外部接続電極である配線材３０に 接続し、この配線材３０から導体膜２９を介して水晶片電極材２８に接続する。 この水晶片電極材２８には、水晶片２７を励振するための励振用電極膜（図示せ ず）に接続している。

【００３２】 次に上記構成の水晶振動子構造を製造するための製造方法を説明する。

【００３３】 まずはじめに図１（ａ）に示すように、支持部材２１に水晶片電極材２８を形 成した水晶片２７を設置する。このとき、導電性接着剤で水晶片２７を支持部材 ２１に支持固定を行わない。

【００３４】 水晶片２７を支持部材２１に配置後、蓋２５と支持部材２１とを、低融点接合 材料２３、たとえば低融点ガラスにて接合固定する。しかる後、真空中もしくは 不活性ガス中にて、ガスデポジョン法、真空蒸着法、溶射法等により金属からな る導体膜２９を形成する。

【００３５】 支持部材２１と蓋２５とで構成する容器内を、導体膜２９にて気密封止する。 低融点接合材料２３を用いて接合するときに発生するガスは、図１（ｂ）に示す 支持部材２１を貫通して設ける穴部３１より容器外に放出される。

【００３６】 容器内のガス排出は、水晶片２７に形成した水晶片電極材２８に、この水晶片 電極材２８の一部を切り欠いたスリット２８ａを設ける。あるいは容器内のガス 排出は、支持部材２１にガス通過用のスリットを設ければ良い。

【００３７】 また、支持部材２１と蓋２５との接合固定には、低融点接続材料２３として低 融点ガラスを示したが、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）や金属等の低温接合材料も 適用できる。

【００３８】 導体膜２９の形成方法としては、たとえば特開昭５９−８７０７７号公報に開 示されたガスデポジョン法により行う。たとえば、銀を所定の形状をした微小穴 ノズルより、真空中にて支持部材２１に吹き付け、導体膜２９を形成する。この 導体膜２９は、支持部材２１を加熱をしながら形成するが、容器内のガスは導体 膜２９の形成前に容器内から放出されるため、容器内に閉じこめられるガス量は ほとんどゼロとなる。

【００３９】 本考案の圧電振動子の構成によれば、支持部材２１に形成した配線材３０と、 水晶片２７に形成した水晶片電極材２８との電気的接続は、導体膜２９によって て行う。

【００４０】 したがって、従来のように有機系の導電性接着剤は使用しなくても、外部接続 電極である配線材３０と水晶片２７との電気的接続が可能となる。この結果、接 続抵抗は低減し、そのうえ導電性接着剤からのガス放出も解消され多大な効果を もたらす。

【００４１】 さらに、穴部３１は真空雰囲気中、もしくは不活性ガス雰囲気中で形成する導 体膜２９によって覆われ、容器内が気密封止される。導体膜２９は厚さ数十ミク ロン形成するため、穴部３１よりのリークは発生しない。この構造における気密 封止は、４００℃以下の温度にて実施されるため、容器から発生するガスは極め て低く抑えられる効果をもつ。

【００４２】 図２に本考案の第２の実施例を示す。図２は本考案における第２の実施例を示 す断面図である。

【００４３】 水晶片２７には、この水晶片２７を励振するための励振用電極膜（図示せず） に接続する水晶片電極材２８を設ける。蓋２５には水晶片２７を収納するための 凹部を設け、さらに蓋２５には支持部材４１との接合を行うための接合領域を設 ける。

【００４４】 支持部材４１には、この支持部材４１を貫通する穴部３１を設ける。さらに支 持部材４１と蓋２５とを低融点接合材料２３で接合した後、気密封止するための 導体膜４３を設ける。この導体膜４３は支持部材４１の端面にまで形成し、プリ ント基板と接続するための外部接続電極を兼ねる。

【００４５】 導体膜４３は、支持部材４１の端面まで形成することにより、外部接続電極と しての役割を有する。この導体膜４３によって、図１に示す、第１の実施例にお ける支持部材２１に形成した配線材３０を不要化できる。

【００４６】 この図２に示す導体膜４３は、プリント基板と接続するときには、ハンダが形 成されるため、ハンダ濡れ性を考慮して導体膜４３は、単層でなく積層構造とし ても良い

【００４７】 さらに図２に示す構成においては、支持部材４１や蓋２５に水晶片２７を固定 するとき、弾性的に固定したいときは、たとえばシリコン樹脂やテフロン樹脂な どの耐熱性と弾性とを有する樹脂材料からなる中間部材４５を、水晶片２７と蓋 ２５との間に設ける。

【００４８】 この中間部材４５を設けることにより、水晶片２７を支持固定しても、弾性を 有する中間部材４５により、熱による機械的応力は軽減できる。

【００４９】 なお図１および図２を用いて説明した第１の実施例および第２の実施例におい ては、穴部を支持部材に設ける例で説明したが、穴部は蓋に設けても良い。

【００５０】 なお蓋に穴部を設けた場合、図１を用いて説明した第１の実施例においては、 配線材は支持部材に形成する。

【００５１】 さらに蓋に穴部を設けるときは、機械的応力を軽減するための中間部材は、水 晶片と支持部材との間に設ける。

【００５２】

【考案の効果】 以上の説明で明らかなように、本考案による水晶振動子構造によれば、支持部 材と蓋の接合には、低融点接合材料を用いて行い、この低融点接合材料では、容 器の気密封止は行わない。この結果、容器内にガスが閉じこめられるという現象 は発生せず、さらに水晶片表面が不純物で汚染されない。このため水晶振動子の 基本特性の劣化や、発振周波数の長期安定性が悪化するという現象は発生せず、 長期間にわたり高安定な圧電振動子が得られる。また従来、支持部材に水晶片を 固定するために使用していた、耐熱性が低い導電性接着剤が不要となり、ガス発 生が少なく、そのうえ接続抵抗も小さくなり、加えて、水晶片の支持固定が容易 となる。

【００５３】 さらに、請求項２に記載の水晶振動子においては、導体膜が外部接続電極を兼 ねている。このため、支持部材に配線材を形成しなくても良く、接続箇所が少な くなり接続抵抗が低く抑えられる効果も上記記載の効果と併せて持つ。

【００５４】 上記の説明のように、本考案の圧電振動子においては、携帯電話やＩＣカード のような超小型携帯機器に使用される小型薄型のＳＭＤ型の水晶振動子が、基本 性能を損なうこと無く作製でき、ＳＭＤ型に要求される耐熱性が満足出来ること から電子機器の軽薄短小化に大いに寄与できるものでその効果は大である。

【００５５】 なお以上の説明においては、圧電振動子として、水晶振動子を用いて説明した が、フィルタや他の圧電素子にも、本考案の構成は適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例における圧電振動子の構
造を示す断面図および平面図である。

【図２】本考案の第２の実施例における圧電振動子の構
造を示す断面図である。

【図３】従来例における圧電振動子の構造を示す断面図
である。

【符号の説明】

２１ 支持部材 ２３ 低融点接合材料 ２５ 蓋 ２７ 水晶片 ２８ 水晶片電極材 ２９ 導体膜 ３０ 配線材 ３１ 穴部

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 水晶片電極材を形成した水晶片と、配線
   材を形成し蓋と低融点接合材料で接合する支持部材と、
   該支持部材の穴部を覆うように形成する導体膜とを備え
   ることを特徴とする圧電振動子。
2. 【請求項２】 水晶片電極材を形成した水晶片と、蓋と
   低融点接続材料で接合する支持部材と、該支持部材の穴
   部を覆い、かつ前記支持部材の端部にまで形成する導体
   膜とを備えることを特徴とする圧電振動子。
3. 【請求項３】 水晶片と蓋との間に中間部材を設けるこ
   とを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の圧電
   振動子。