JP3965070B2 - 表面実装用の水晶振動子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表面実装用の水晶振動子（以下、表面実装振動子とする）を産業上の技術分野とし、特に小面積化に適した表面実装振動子に関する。
【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、例えば携帯型の電子機器に周波数及び時間の基準源として多用される。現時点では平面外形を4.0×2.5や3.2×2.5ｍｍとしたものが市場に投入され、さらには2.5×2.0ｍｍのものが模索されている。
【０００３】
（従来技術の一例）第５図は一従来例を説明する表面実装振動子の断面図である。
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を被せてなる。容器本体１は底壁１ａと枠壁１ｂを有する凹状の積層セラミックからなり、内表面（内底面）に図示しない一対の水晶端子を有する。そして、外表面の側面及び底面には実装電極４を有し、積層面を経て水晶端子と電気的に接続する。
【０００４】
水晶片２は、第６図に示したように両主面に対向する励振電極５を有し、一端部両側に引出電極６を延出する。そして、引出電極６の延出した水晶片２の一端部両側が内表面の水晶端子と、導電性接着剤７によって固着され、電気的・機械的に接続する。
【０００５】
カバー３は例えば平板状とした金属からなり、例えばシーム溶接によって容器本体１の枠壁１ｂ上面に接合する。この場合、枠壁１ｂ上面には溶接用の金属リングや金属膜（未図示）が設けられる。これにより、水晶片２を密閉封入する。
【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、平面外形の小型化が進行するほど、内表面の有効面積（有効内面積とする）も小さくなる。これに伴い、水晶片２の外形寸法も小さくなる。一方、水晶片２は板面面積が大きいほど、振動特性（電気的特性）が有利になり、設計の自由度が増す。
【０００７】
逆に言えば、板面面積が小さくなるほど振動特性が低下し、例えばクリスタルインピーダンス（ＣＩ）の増大やスプリアスの発生を招く。したがって、電気的特性を低下させるとともに設計の自由度が損なわれる問題があった。
【０００８】
このことから、凹状とした容器本体１の枠壁１ｂの厚みｄを小さくすることが考えられる。しかし、この場合には、強度の低下や製造の困難性を招くことから最低限の厚みを必要とする。したがって、積層セラミックからなる凹状の容器本体１では、平面外形の小型化を促進して、しかも有効内面積を維持するには限界があった。
【０００９】
ちなみに、外形面積を2.5×2.0ｍｍとすると、枠壁１ｂの厚みは約0.35ｍｍを必要とし、有効内面積は1.8×1.3ｍｍ（2.34ｍｍ2）になる。したがって、水晶片２の大きさは少なくてもこれ以下にしなければならず、ＣＩやスプリアス等の仕様を満足することが困難になる。
【００１０】
（発明の目的）本発明は外形平面積を小さくして有効内面積を維持して、電気的特性を良好とした表面実装振動子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（着目点及び解決手段）本発明は、容器本体を凹状とするが故に厚みの大きい枠壁を要する点に着目し、容器本体を平板状基板としてこれに厚みが小さくても強度を維持する凹状とした金属カバーを接合したことを基本的な解決手段とする。なお、平板状基板及び凹状カバーをいずれもセラミックとしたものは公知であるが、特に凹状カバーを金属とした表面実装振動子は市場では散見されない。
【００１２】
【作用】
本発明では、凹状の金属カバーを平板状基板に接合するので、金属カバーの厚みを積層セラミックの枠壁よりも小さくできて、有効内面積を大きくする。以下、本発明の一実施例を説明する。
【００１３】
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、同図（a）は断面図、同図（ｂ）は平板状基板の平面図である。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、容器本体１としての平板状基板８と、凹状の金属カバー９と、前述した水晶片２とからなる。平板状基板８は第１層８ａと第２層８ｂの積層セラミックからなる。そして、第１層８ａの表面上には、水晶片２の引出電極６の延出した一端部両側と接続する一対の水晶端子１３を有する。また、外周表面には、周回する金属膜１０が設けられる。金属膜１０の幅Ｗは例えば0.15ｍｍとする。これらは、積層セラミックの焼成時に一体的に設けられる。そして、金属膜１０には、リング状のロウ材１１例えば金錫共晶合金（ＡuＳn）が接合される。
【００１４】
平板状基板８の第２層８ｂの底面及び側面には、実装電極４を有する。実装電極４は第１層８ａと第２層８ｂに設けたスルーホールを経て、水晶端子１３と電気的に接続する。金属カバー９は、例えばコバールや洋白等からなり、絞り加工等によって凹状に形成される。平面外形は平板状基板８よりも小さくし、内径を金属膜１０の内径と同じにして、厚みＤを金属膜１０の幅Ｗより小さくする。
【００１５】
そして、平板状基板８に水晶片２を固着した後、金属カバー９の開口端面を平板状基板８の外周端より内側に位置決めし、ロウ材１１に当接して加熱する。これにより、ロウ材１１を溶融して外周面にフィレットを形成し、開口端面を平板状基板８に接合して、水晶片２を密閉封入する。
【００１６】
このような構成であれば、金属カバー９とするので、従来の容器本体１の枠壁１ｂに比較して周壁の厚みＤを小さくできる。したがって、外形平面積を小さくしても、平板状基板８の有効内面積を大きくできる。これにより、外形寸法の大きい水晶片２を収容できるので、ＣＩ及びスプリアス等の電気的特性を良好とする。
【００１７】
ちなみに、このようなものでは、従来の枠壁１ｂの厚み0.35ｍｍに対して金属カバー９の厚みを0.08ｍｍとし、金属膜の幅Ｗを前述のように0.15ｍｍとする。したがって、平面外形寸法を2.5×2.0ｍｍとした場合、平板状基板８の有効内面積は2.2×1.7ｍｍ（3.74ｍｍ2）となり、従来例に比較して約1.6倍になる。これは、搭載時のクリアランスを考慮しても水晶片の大きさを同様に1.6倍にできるので、実際上の価値は非常に大きい。
【００１８】
【他の事項】
上記実施例では、金属カバー９の厚みは同一として説明したが、例えば第２図に示したようにしてもよい。すなわち、金属カバー９の開口端面側の外周を潰し加工によって、外周に向かって厚みが大きくなるスカート状にする。そして、金属カバー９の厚みＤ1は前述の厚みＤよりも小さくし、開口端面の厚みをＤ1にする。
【００１９】
このようにすれば、金属カバー９の開口端面と金属膜１０との接合面の長さ所謂シールパスを実施例と同様に確保できて、気密封止を確実にする。そして、金属カバー９の厚みをＤより小さいＤ1とするので、高さ寸法を実施例よりも小さくできる。したがって、高さ方向での小型化をも促進できる。
【００２０】
また、ロウ材１１と水晶片２を固着する導電性接着剤７との電気的短絡を防止するため、第３図に示したように両者間に突堤１２を設けてもよい。この場合、突堤１２の幅は限りなく小さくできるので、有効内面積に与える影響は小さい。
【００２１】
また、表面実装振動子を対象として説明したが、例えば第４図（ａｂ）に示したように、平板状基板８の一層目８ａあるいは二層目８ｂに切欠きを設けて発振回路を構成するＩＣチップ１２を収容して、表面実装発振器を形成することもできる。
【００２２】
なお、この場合の実装端子２４は、図示しない回路パターンによってＩＣチップの少なくとも電源、出力、アース端子と接続する。また、水晶端子１３はＩＣチップに接続する。本発明はこれらの表面実装発振器あるいは表面実フィルタ等の水晶製品をも技術的範囲から排除するものではない。
【００２３】
また、ロウ材１１は平板状基板８の外周に設けたが金属カバー９の開口端面に設けても良い。そして、ロウ材は融点温度が約280℃となる金錫共晶合金としたが、これに限らずこの程度の融点温度以下のものであればよい。なお、加熱温度を小さくすることによって、例えば導電性接着剤７等への影響を軽減する。
【００２４】
さらには、例えば開口端にフランジを設けて電子ビーム等によっての封止でもよく、基本的に気密を確実にする封止手段であればよい。そして、水晶片２は一端部両側に引出電極６を延出して一端保持としたが、両端部に延出して両端保持としても同様に適用できる。また、平板状基板８は２層構造としたが、ビアホール等によって気密性が確保できれば一層であってもよい。そして、図では導電性接着剤７は水晶片２の上下面にも塗布されているが、下面のみであってもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、容器本体を凹状とするが故に厚みの大きい枠壁を要する点に着目し、容器本体を平板状基板８としてこれに厚みが小さくても強度を維持する凹状の金属カバーを接合したので、外形平面積を小さくして内面積を維持して、電気的特性を良好とした表面実装振動子を提供できる。
【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図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は平板状基板の平面図である。
【図２】本発明の他の実施例を説明する表面実装振動子の一部拡大断面図である。
【図３】本発明のさらに他の実施例を説明する表面実装振動子の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は平板状基板の平面図である。
【図４】本発明の他の適用例を説明する図で、同図（ａｂ）ともに表面実装発振器の断面図である。
【図５】従来例を説明する表面実装振動子の断面図である。
【図６】従来例を説明する水晶片の平面図である。
【符号の説明】
１ 容器本体、２ 水晶片、３ カバー、４ 実装電極、５ 励振電極、６ 引出電極、７ 導電性接着剤、８ 平板状基板、９ 金属カバー、１０ 金属膜、１１ ロウ材、１２ 突堤、１３ 水晶端子．
【発明の属する技術分野】
本発明は表面実装用の水晶振動子（以下、表面実装振動子とする）を産業上の技術分野とし、特に小面積化に適した表面実装振動子に関する。
【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、例えば携帯型の電子機器に周波数及び時間の基準源として多用される。現時点では平面外形を4.0×2.5や3.2×2.5ｍｍとしたものが市場に投入され、さらには2.5×2.0ｍｍのものが模索されている。
【０００３】
（従来技術の一例）第５図は一従来例を説明する表面実装振動子の断面図である。
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を被せてなる。容器本体１は底壁１ａと枠壁１ｂを有する凹状の積層セラミックからなり、内表面（内底面）に図示しない一対の水晶端子を有する。そして、外表面の側面及び底面には実装電極４を有し、積層面を経て水晶端子と電気的に接続する。
【０００４】
水晶片２は、第６図に示したように両主面に対向する励振電極５を有し、一端部両側に引出電極６を延出する。そして、引出電極６の延出した水晶片２の一端部両側が内表面の水晶端子と、導電性接着剤７によって固着され、電気的・機械的に接続する。
【０００５】
カバー３は例えば平板状とした金属からなり、例えばシーム溶接によって容器本体１の枠壁１ｂ上面に接合する。この場合、枠壁１ｂ上面には溶接用の金属リングや金属膜（未図示）が設けられる。これにより、水晶片２を密閉封入する。
【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、平面外形の小型化が進行するほど、内表面の有効面積（有効内面積とする）も小さくなる。これに伴い、水晶片２の外形寸法も小さくなる。一方、水晶片２は板面面積が大きいほど、振動特性（電気的特性）が有利になり、設計の自由度が増す。
【０００７】
逆に言えば、板面面積が小さくなるほど振動特性が低下し、例えばクリスタルインピーダンス（ＣＩ）の増大やスプリアスの発生を招く。したがって、電気的特性を低下させるとともに設計の自由度が損なわれる問題があった。
【０００８】
このことから、凹状とした容器本体１の枠壁１ｂの厚みｄを小さくすることが考えられる。しかし、この場合には、強度の低下や製造の困難性を招くことから最低限の厚みを必要とする。したがって、積層セラミックからなる凹状の容器本体１では、平面外形の小型化を促進して、しかも有効内面積を維持するには限界があった。
【０００９】
ちなみに、外形面積を2.5×2.0ｍｍとすると、枠壁１ｂの厚みは約0.35ｍｍを必要とし、有効内面積は1.8×1.3ｍｍ（2.34ｍｍ2）になる。したがって、水晶片２の大きさは少なくてもこれ以下にしなければならず、ＣＩやスプリアス等の仕様を満足することが困難になる。
【００１０】
（発明の目的）本発明は外形平面積を小さくして有効内面積を維持して、電気的特性を良好とした表面実装振動子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（着目点及び解決手段）本発明は、容器本体を凹状とするが故に厚みの大きい枠壁を要する点に着目し、容器本体を平板状基板としてこれに厚みが小さくても強度を維持する凹状とした金属カバーを接合したことを基本的な解決手段とする。なお、平板状基板及び凹状カバーをいずれもセラミックとしたものは公知であるが、特に凹状カバーを金属とした表面実装振動子は市場では散見されない。
【００１２】
【作用】
本発明では、凹状の金属カバーを平板状基板に接合するので、金属カバーの厚みを積層セラミックの枠壁よりも小さくできて、有効内面積を大きくする。以下、本発明の一実施例を説明する。
【００１３】
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、同図（a）は断面図、同図（ｂ）は平板状基板の平面図である。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、容器本体１としての平板状基板８と、凹状の金属カバー９と、前述した水晶片２とからなる。平板状基板８は第１層８ａと第２層８ｂの積層セラミックからなる。そして、第１層８ａの表面上には、水晶片２の引出電極６の延出した一端部両側と接続する一対の水晶端子１３を有する。また、外周表面には、周回する金属膜１０が設けられる。金属膜１０の幅Ｗは例えば0.15ｍｍとする。これらは、積層セラミックの焼成時に一体的に設けられる。そして、金属膜１０には、リング状のロウ材１１例えば金錫共晶合金（ＡuＳn）が接合される。
【００１４】
平板状基板８の第２層８ｂの底面及び側面には、実装電極４を有する。実装電極４は第１層８ａと第２層８ｂに設けたスルーホールを経て、水晶端子１３と電気的に接続する。金属カバー９は、例えばコバールや洋白等からなり、絞り加工等によって凹状に形成される。平面外形は平板状基板８よりも小さくし、内径を金属膜１０の内径と同じにして、厚みＤを金属膜１０の幅Ｗより小さくする。
【００１５】
そして、平板状基板８に水晶片２を固着した後、金属カバー９の開口端面を平板状基板８の外周端より内側に位置決めし、ロウ材１１に当接して加熱する。これにより、ロウ材１１を溶融して外周面にフィレットを形成し、開口端面を平板状基板８に接合して、水晶片２を密閉封入する。
【００１６】
このような構成であれば、金属カバー９とするので、従来の容器本体１の枠壁１ｂに比較して周壁の厚みＤを小さくできる。したがって、外形平面積を小さくしても、平板状基板８の有効内面積を大きくできる。これにより、外形寸法の大きい水晶片２を収容できるので、ＣＩ及びスプリアス等の電気的特性を良好とする。
【００１７】
ちなみに、このようなものでは、従来の枠壁１ｂの厚み0.35ｍｍに対して金属カバー９の厚みを0.08ｍｍとし、金属膜の幅Ｗを前述のように0.15ｍｍとする。したがって、平面外形寸法を2.5×2.0ｍｍとした場合、平板状基板８の有効内面積は2.2×1.7ｍｍ（3.74ｍｍ2）となり、従来例に比較して約1.6倍になる。これは、搭載時のクリアランスを考慮しても水晶片の大きさを同様に1.6倍にできるので、実際上の価値は非常に大きい。
【００１８】
【他の事項】
上記実施例では、金属カバー９の厚みは同一として説明したが、例えば第２図に示したようにしてもよい。すなわち、金属カバー９の開口端面側の外周を潰し加工によって、外周に向かって厚みが大きくなるスカート状にする。そして、金属カバー９の厚みＤ1は前述の厚みＤよりも小さくし、開口端面の厚みをＤ1にする。
【００１９】
このようにすれば、金属カバー９の開口端面と金属膜１０との接合面の長さ所謂シールパスを実施例と同様に確保できて、気密封止を確実にする。そして、金属カバー９の厚みをＤより小さいＤ1とするので、高さ寸法を実施例よりも小さくできる。したがって、高さ方向での小型化をも促進できる。
【００２０】
また、ロウ材１１と水晶片２を固着する導電性接着剤７との電気的短絡を防止するため、第３図に示したように両者間に突堤１２を設けてもよい。この場合、突堤１２の幅は限りなく小さくできるので、有効内面積に与える影響は小さい。
【００２１】
また、表面実装振動子を対象として説明したが、例えば第４図（ａｂ）に示したように、平板状基板８の一層目８ａあるいは二層目８ｂに切欠きを設けて発振回路を構成するＩＣチップ１２を収容して、表面実装発振器を形成することもできる。
【００２２】
なお、この場合の実装端子２４は、図示しない回路パターンによってＩＣチップの少なくとも電源、出力、アース端子と接続する。また、水晶端子１３はＩＣチップに接続する。本発明はこれらの表面実装発振器あるいは表面実フィルタ等の水晶製品をも技術的範囲から排除するものではない。
【００２３】
また、ロウ材１１は平板状基板８の外周に設けたが金属カバー９の開口端面に設けても良い。そして、ロウ材は融点温度が約280℃となる金錫共晶合金としたが、これに限らずこの程度の融点温度以下のものであればよい。なお、加熱温度を小さくすることによって、例えば導電性接着剤７等への影響を軽減する。
【００２４】
さらには、例えば開口端にフランジを設けて電子ビーム等によっての封止でもよく、基本的に気密を確実にする封止手段であればよい。そして、水晶片２は一端部両側に引出電極６を延出して一端保持としたが、両端部に延出して両端保持としても同様に適用できる。また、平板状基板８は２層構造としたが、ビアホール等によって気密性が確保できれば一層であってもよい。そして、図では導電性接着剤７は水晶片２の上下面にも塗布されているが、下面のみであってもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、容器本体を凹状とするが故に厚みの大きい枠壁を要する点に着目し、容器本体を平板状基板８としてこれに厚みが小さくても強度を維持する凹状の金属カバーを接合したので、外形平面積を小さくして内面積を維持して、電気的特性を良好とした表面実装振動子を提供できる。
【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図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は平板状基板の平面図である。
【図２】本発明の他の実施例を説明する表面実装振動子の一部拡大断面図である。
【図３】本発明のさらに他の実施例を説明する表面実装振動子の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は平板状基板の平面図である。
【図４】本発明の他の適用例を説明する図で、同図（ａｂ）ともに表面実装発振器の断面図である。
【図５】従来例を説明する表面実装振動子の断面図である。
【図６】従来例を説明する水晶片の平面図である。
【符号の説明】
１ 容器本体、２ 水晶片、３ カバー、４ 実装電極、５ 励振電極、６ 引出電極、７ 導電性接着剤、８ 平板状基板、９ 金属カバー、１０ 金属膜、１１ ロウ材、１２ 突堤、１３ 水晶端子．
Claims (3)
- 外表面に実装電極を内表面に水晶端子を有する平板状基板と、前記水晶端子に引出電極の延出した外周部が導電性接着剤によって固着した水晶片と、前記平板状基板に接合して水晶片を密閉封入する凹状カバーとからなる表面実装用の水晶振動子において、前記平板状基板の周回する外周表面には金属膜が形成され、前記凹状カバーを金属とするともに前記凹状カバーの開口端面側は外周に向かって連続的に厚みを大きくし、前記凹状カバーの開口端面を前記金属膜にロウ材を用いて接合したことを特徴とする水晶振動子。
- 前記金属膜とした凹状カバーは前記平板状基板の平面外形よりも小さく、かつ前記凹状カバーの開口端面の厚みは前記金属膜の幅よりも小さい請求項１の水晶振動子。
- 前記水晶振動子と前記金属膜との間には前記導電性接着剤の流出を防止する突堤を設けた請求項１の水晶振動子。
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