JP2016178437A - 水晶発振器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サーミスタと、水晶片とを同一の空間に収容しないことによりサーミスタの劣化を防止しつつ、デバイス全体の厚みを薄くすることができる水晶発振器、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】水晶振動子５を備えた水晶発振器１は、さらに、板状の基板３と、この板状の基板３の一方の主面側に設けられ、水晶振動子５を封入するための封入部９と、板状の基板３の他方の主面上に形成されたサーミスタ膜７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶振動子を備えた水晶発振器に関し、特に、サーミスタ内蔵型の水晶発振器に関する。

従来から、各種電子機器において規則的な基準信号を得るために、水晶振動子の圧電効果によって得られる振動周波数を用いることが知られている。水晶振動子を用いて得られる振動周波数は、非常に精度が高いものであるが、水晶振動子が発生させる振動周波数は、周辺温度の影響を受けやすく、水晶振動子を内蔵した水晶発信器の使用環境によっては、振動周波数の精度が低下してしまうことがある。

近年では、振動周波数の精度低下を防止するために、水晶振動子付近に温度検知素子を設け、温度検知素子で検知された水晶振動子の周囲温度に応じて温度を補償することが行われている（例えば、特許文献１及び２）。

特開２００８−２０５９３８号公報 特許第５１０１６５１号公報

特許文献１に記載された水晶振動子は、容器本体の一つの凹所内に水晶片、及び水晶片の温度を検知するサーミスタを収容している。そして、特許文献１では、水晶片及びサーミスタを同一の空間に収容し、空間を封止することにより、サーミスタの温度測定精度を向上させることができる、としている。しかしながら、特許文献１のようにサーミスタと水晶片とを同一の空間内に配置し、空間を封止した場合、サーミスタを容器本体に接合するための導電性接合材から発生したガスによってサーミスタが劣化する恐れがあった。

このようなサーミスタの劣化を防止するために、特許文献２のデバイスは、Ｈ型側断面形状を有しており、容器の一方の主面側に水晶片を収容し、封止する空間を形成し、他方の主面側にサーミスタを収容する空間を形成し、サーミスタと水晶片とを分離して配置している。

しかしながら、特許文献２に記載されたデバイスでは、水晶片と、サーミスタとを、容器の異なる面に設けることによってサーミスタの劣化を防止することができるものの、デバイス全体の厚みが増してしまう、という問題があった。即ち、容器の一方の主面に、水晶片を封入する空間を確保するために容器の主面に一定の厚さの枠を設け、さらに、他方の主面にもサーミスタを収容する空間を確保するために一定の厚さの枠を設けることが必要となり、この枠を設けることによって、デバイスの厚さが増加してしまう。

そこで本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、サーミスタと、水晶片とを同一の空間に収容しないことによりサーミスタの劣化を防止しつつ、デバイス全体の厚みを薄くすることができる水晶発振器、及びその製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、水晶振動子を備えた水晶発振器であって、板状の基板と、この板状の基板の一方の主面側に設けられ、前記水晶振動子を封入するための封入部と、前記板状の基板の他方の主面上に形成されたサーミスタ膜と、を備えることを特徴とする。

このように構成された本発明によれば、水晶振動子を、基板の一方の主面側の封入部に封入し、サーミスタ膜を、他方の主面側に配置することができ、これにより、水晶振動子と、サーミスタ膜との間に基板を介在させることができる。従って、サーミスタ膜が、水晶振動子と同じ空間内に封入されないので、サーミスタ膜が、ガスによって劣化するのを防止することができる。また、温度検出素子として、所謂バルク型のサーミスタよりも薄いサーミスタ膜を用いることにより、温度検出素子自体の厚みを薄くし、これにより、水晶発振器全体の厚みを薄くすることができる。また、温度検出素子としてのサーミスタ膜を薄くすることにより、サーミスタ膜の温度変化に対する抵抗値の変化の応答速度を高めることができる。

また、本発明において、好ましくは、前記サーミスタ膜は、印刷手段により前記基板の他方の主面に形成されている。

このように構成された本発明によれば、サーミスタ膜を、直接、基板の他方の主面に形成することができる。これにより、サーミスタ膜を基板の主面に貼り付けるための接着材層を設ける必要がなくなる。従って、水晶発振器の厚みを更に薄くすることができる。また、このような構成により、サーミスタ膜を基板に接合するために、ガスを発生させる導電性接合材を用いる必要がないため、サーミスタ膜の劣化を更に抑制することができる。

また、本発明において、好ましくは、前記サーミスタ膜を形成するためのペーストは、ガラスを含有する。

このように構成された本発明によれば、サーミスタ膜を印刷する際に、ガラスをペースト中に含有させることにより、ガラスがペースト微粒子同士のつなぎの役割を果たし、膜厚および温度特性の均一なサーミスタ膜として形成することができる。

さらに、このように構成された本発明によれば、水晶振動子を封入する際に、水晶振動子の周囲から大気を取り除く際に注入する不活性ガス（水晶振動子に対して不活性なガス）に曝されたとしても、サーミスタ膜が劣化するのを抑制することができる。一般的に、サーミスタ膜の印刷時には、基板に熱が加わってしまう。そして、一枚の基板にサーミスタ膜及び水晶振動子の封入部を備える水晶発振器において、熱の影響で水晶振動子が損傷しないようにするためには、まず、サーミスタ膜を基板に印刷し、その後、水晶振動子を封入する必要がある。従って、サーミスタ膜が、不活性ガスによって劣化しないようにするために、サーミスタ膜にガラスを含有させることが好ましい。これにより、サーミスタ膜が、ガスに曝されたとしても、劣化するのを抑制することができる。

また、本発明において、好ましくは、前記サーミスタ膜は、ガラス膜によって覆われている。

このように構成された本発明によれば、サーミスタ膜の耐水性を向上させることができる。

また、上述した課題を解決するために、本発明は、水晶振動子を備えた水晶発振器の製造方法であって、板状の基板の一方の主面に、ガラスを含有するペーストを用いてサーミスタ膜を印刷する工程と、前記板状の基板の他方の主面に設けられた封入部に、前記水晶振動子を封入する工程と、を備えることを特徴とする。

このように構成された本発明によれば、水晶振動子を、基板の一方の主面側の封入部に封入し、サーミスタ膜を、他方の主面側に配置し、水晶振動子と、サーミスタ膜との間に基板を介在させた水晶発振器を製造することができる。そして、このように得られた水晶発振器では、サーミスタ膜が、水晶振動子と同じ空間内に封入されないので、サーミスタ膜が、ガスによって劣化するのを防止することができる。また、温度検出素子として、所謂バルク型のサーミスタよりも薄いサーミスタ膜を用いることにより、温度検出素子自体の厚みを薄くし、これにより、水晶発振器全体の厚みを薄くすることができる。また、温度検出素子としてのサーミスタ膜を薄くすることにより、サーミスタ膜の温度変化に対する抵抗値の変化の応答速度を高めることができる。

さらに、上記発明によれば、サーミスタ膜にガラスを含有させることにより、水晶振動子を封入する工程の前に、サーミスタ膜を印刷する工程を行うことができる。これにより、一つの基板にサーミスタ膜及び封入部を備える水晶発信器を製造するときに、印刷時の熱によって水晶振動子が劣化するのを防止することができる。

また、本発明において、好ましくは、前記水晶振動子を封入する工程では、前記封入部に、前記水晶振動子に対して不活性なガスを注入してから前記水晶振動子を封入する。

このように構成された本発明によれば、水晶振動子を封入する際に、水晶振動子の周囲から大気を取り除く際に注入する不活性ガスによってサーミスタ膜が劣化するのを防止することができる。

以上のように、本発明によれば、サーミスタと、水晶片とを同一の空間に収容しないことによりサーミスタの劣化を防止しつつ、デバイス全体の厚みを薄くすることができる。

本発明の実施形態による水晶発振器を示す側断面図である。 本発明の実施形態による水晶発振器の製造工程を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態による水晶発振器及びその製造方法について説明する。

図１は、実施形態による水晶発振器を示す側断面図である。図１に示すように、水晶発振器１は、板状の基板３と、基板３に取り付けられた水晶振動子５及びサーミスタ膜７と、を備える。

基板３は、例えばセラミック等の熱導電性の高い部材で形成されており、一方の主面に、水晶振動子５を封入するための封入部９を備えている。封入部９は、基板３の主面に形成された凹部によって構成されており、例えば、基板３の本体３ａ上に枠材３ｂを貼り付けることで形成されている。このような、封入部９は、内部に水晶振動子７を懸架状態で保持できる大きさを有している。そして、封入部９は、枠材３ｂ上にカバー１１を被せることによって密閉され、カバー１１、枠材３ｂ、及び基板３の本体３ａと共に、水晶振動子５を封止する空間をなしている。封入部９内は、真空状態に保たれるか、又は水晶振動子に対して不活性なガスが充填されている。不活性ガスとしては、例えば窒素があるが、水晶振動子を劣化させないガスであれば、どのようなガスを用いても良い。

基板３の他方の主面は、平坦に形成されており、他方の主面上には、サーミスタ膜７が印刷されている。そして、基板３は、水晶振動子５を封入する容器としての役割に加え、サーミスタ膜７を形成する際の印刷基板としての役割をも果たしている。

水晶振動子５は、封入部９内において、図示せぬ支持構造によって懸架支持されている、圧電素子である。そして、水晶振動子５は、図示せぬ一対の電極を通して、外部端子に接続されている。

サーミスタ膜７は、基板３を通して水晶振動子５の周囲の温度を検知するためのものであり、厚膜印刷、真空蒸着等の手法を用いて、基板３の平坦面に形成されている。サーミスタ膜７は、生産性の面から、厚膜印刷によって形成することが好ましい。サーミスタ膜７を基板３上に印刷する場合には、サーミスタ膜７を形成するための印刷ペーストを、一定の厚さで基板３上に塗り、その後、所定の温度で焼成することで形成されている。

サーミスタ膜７を形成するために用いられる印刷ペーストは、ガラスを含んでいることが好ましい。印刷ペースト中にガラスを含有させることにより、ガラスがペースト微粒子同士のつなぎの役割を果たし、膜厚及び温度特性の均一なサーミスタ膜として形成することができる。また、印刷ペースト中にガラスを含有させることにより、後述する製造工程において、サーミスタ膜７が、封入部９に充填されるガスに曝されたときに、サーミスタ膜７の劣化を抑制することができる。

サーミスタ膜７の両側には、サーミスタ膜７に電気的に接続された一対の電極１３が形成されている。電極１３は、図示せぬ外部端子と接続されており、サーミスタ膜７で検出された温度及び温度の変化を、当該外部端子に供給するために用いられる。

さらに、サーミスタ膜７は、印刷によって形成された保護ガラス１５によって覆われている。これにより、サーミスタ膜７の耐水性を向上させることができる。

このような構造を有する水晶発振器１では、水晶振動子５と、サーミスタ膜７との間に基板３が介在しており、サーミスタ膜７が、水晶振動子５と同一の封入部９内に封入されていない。そして、サーミスタ膜７は、基板３の平坦面に印刷されたものであるので、サーミスタ膜７を基板３に取り付けるときに、接着材を介在させる必要がなくなる。このようなサーミスタ膜７の配置を採用することにより、サーミスタと、水晶振動子とを同一の部屋に封入することによって生じるサーミスタの劣化を抑制することができる。

また、上述した水晶発振器１によれば、温度検知素子として、サーミスタ膜７を採用しているので、温度検知素子の厚みを薄くすることができる。また、サーミスタ膜７を厚膜印刷又は真空蒸着によって形成することにより、サーミスタ膜７を、基板３に接着するための接着材層を設ける必要がなくなる。これにより、水晶発振器１の厚みを更に薄くすることができる。

また、基板３の本体３ａは、基板３上にサーミスタ膜７を印刷する際の基材としての役割を有しており、基板３の本体３ａの厚みは、サーミスタ膜７の印刷の際の基材としての役割を果たすために最低限の厚みを有していれば足りる。従って、水晶発振器１の厚みは、カバー１１の厚み、枠材３ｂの厚み、本体３ａの厚み、サーミスタ膜７の厚み、及び保護ガラス１５の厚みの合計となる。

これに対して、特許文献２に記載されたような、Ｈ型側断面形状を有するデバイスでは、水晶振動子、及びサーミスタを収容するために、基材の両方の主面に枠材を形成する必要がある。従って、本実施形態による水晶発信器１は、従来のデバイスと比べて、少なくとも、サーミスタを収容する空間を形成するための枠材の厚さと、サーミスタ膜の厚さの差分だけ、薄くなっていることが分かる。

また、従来のデバイスでは、バルク型のサーミスタを使用していたため、サーミスタの厚みを一定にすることが極めて困難であった。このため、サーミスタの厚みの誤差によってデバイスの厚みが変わるのを防止することを目的として、サーミスタよりも厚い枠材によってサーミスタを囲み、これにより、サーミスタの厚さによってデバイス全体の厚さが変わるのを防止していた。これに対して、本実施形態のように、特に印刷によって形成されたサーミスタ膜７は、厚みがほぼ一定である。従って、本実施形態による水晶発振器１では、枠材によってサーミスタを囲み、水晶発振器１の厚みを調整する必要がない。

また、基板３上に、直接、サーミスタ膜７を形成することにより、サーミスタ膜７を形成するために、基板３とは別の部材を準備する必要がなくなり、部品点数を削減することができる。

次に、水晶発振器１の製造工程について詳述する。図２は、水晶発振器の製造工程を示す図である。

図２（ａ）に示すように、水晶発振器１の製造工程では、まず、基板３の原板となる大判のセラミック板を準備し、その一方の主面に所定パターンの電極１３を印刷する。次いで、図２（ｂ）に示すように、電極１３に重なるように、ガラスを含む印刷ペーストを用いてサーミスタ膜７を印刷し、その後、図２（ｃ）に示すように、サーミスタ膜７上に保護ガラス１５を印刷する。なお、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、説明の便宜上、図２（ａ）の一部を拡大して示しているものである。次いで、図２（ｄ）及び図２（ｅ）に示すように、一次分割及び二次分割を行い、大判のセラミック板を、基板３の大きさに分割する。その後、図２（ｆ）に示すように、基板３におけるサーミスタ膜７が形成されていない側の主面に、枠材３ｂを貼り付け、内部に水晶振動子５を配置し、カバー１１によって水晶振動子５を封入部９内に封入する。水晶振動子５を封入する際には、真空ポンプを用いて封入部９内を真空状態にするか、または、窒素ガスを封入部９内に充填することにより封入部９内から大気を追放することができる。

サーミスタ膜７を印刷する場合、焼成時に基板３を高温下に置く必要があるため、水晶振動子５を封入部９に収容したままサーミスタ膜７の印刷を行うことができない。一方で、水晶振動子５の封入時に、サーミスタ膜７が印刷されていると、サーミスタ膜７が、封入時に使用するガスによって劣化する恐れがある。これに対して、本実施形態では、サーミスタ膜７にガラスを含有させることにより、サーミスタ膜７が封入時にガスに曝されても劣化し難くし、サーミスタ膜７を印刷した後に、水晶振動子５の封入を行えるようになっている。

以上のように、本発明の実施形態によれば、サーミスタ膜７と、水晶振動子５とを同一の空間に収容しないことによりサーミスタ膜７の劣化を防止しつつ、水晶発振器１全体の厚みを薄くすることができる。

１ 水晶発振器
３ 基板
５ 水晶振動子
７ サーミスタ膜
９ 封入部

Claims (6)

1. 水晶振動子を備えた水晶発振器であって、
   板状の基板と、
   この板状の基板の一方の主面側に設けられ、前記水晶振動子を封入するための封入部と、
   前記板状の基板の他方の主面上に形成されたサーミスタ膜と、を備えることを特徴とする、水晶発振器。
2. 前記サーミスタ膜は、印刷手段により前記基板の他方の主面に形成されている、請求項１に記載の水晶発振器。
3. 前記サーミスタ膜を形成するためのペーストは、ガラスを含有する、請求項２に記載の水晶発振器。
4. 前記サーミスタ膜は、ガラス膜によって覆われている、請求項１乃至３の何れか１項に記載の水晶発振器。
5. 水晶振動子を備えた水晶発振器の製造方法であって、
   板状の基板の一方の主面に、ガラスを含有するペーストを用いてサーミスタ膜を印刷する工程と、
   前記板状の基板の他方の主面に設けられた封入部に、前記水晶振動子を封入する工程と、を備えることを特徴とする、水晶発振器の製造方法。
6. 前記水晶振動子を封入する工程では、前記封入部に、前記水晶振動子に対して不活性なガスを注入してから前記水晶振動子を封入する、請求項５に記載の水晶発振器の製造方法。

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