JP2005176319A

JP2005176319A - 水晶振動子

Info

Publication number: JP2005176319A
Application number: JP2004320347A
Authority: JP
Inventors: Susumu Sunaba; 進砂場; Hiroaki Yagishita; 弘明柳下
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2024-11-04
Also published as: US7138751B2; JP4430513B2; US20050104481A1

Abstract

【目的】本発明は低電流でのシーム溶接を可能として、封止条件を緩和する水晶振動子を提供する。
【構成】水晶片の収容されて凹状とした容器本体と、母体をコバールとしてバリアメタル層を介在させて金属ロウが形成された金属カバーとを備え、前記容器本体に前記金属カバーを接合してなる水晶振動子において、前記母体と前記金属ロウとの間の前記バリアメタル層としてＣｕよりも熱膨張の小さいＣｕを主成分としたＣｕ合金を適用した構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は水晶振動子を技術分野とし、特に金属ロウを用いてシーム溶接等によって水晶片を密閉封入する金属カバーに関する。

（発明の背景）水晶振動子は周波数及び時間の基準源として、各種電子機器の発振器に組み込まれる。このようなものでは、水晶片を密閉封入する容器の密閉度が求められ、確実な封止構造が求められている。

（従来技術の一例）第２図は一従来例を説明する図で、同図（ａ）は水晶振動子の断面図、同図（ｂ）は金属カバーの一部拡大断面図である。

水晶振動子は凹状とした容器本体１に水晶片２を収容し、金属カバー３を被せて密閉封入してなる。容器本体１は積層セラミックからなり、外表面（底面及び側面）に図示しない表面実装用の外部端子を有する。そして、開口面にはシーム溶接用の金属リング４を有する。あるいは、金属カバー３を直接に積層セラミック容器と溶接する金属厚膜４が形成される。金属リングや金属厚膜４の表面には通常ではＡｕ層が形成される。

水晶片２は両主面に図示しない励振電極を有し、例えば一端部両側に引出電極を延出する。そして、凹部内底面に設けられた水晶端子上に引出電極の延出した一端部両側を導電性接着剤５によって固着してなる。水晶端子は容器本体１の外表面に設けられた外部端子に電気的に接続する。

金属カバー３は、特許文献１に示されるように母体をコバール（Ｋｖ）として表面にバリアメタル層６として機能するＮｉ層をクラッド材として両主面に施す。そして、一主面のバリアメタル層６上に金属ロウとしての銀ロウ７が設けられる。そして、シーム溶接時の電流によって特に金属カバー３の母体（コバール）にジュール熱を発生する。そして、このジュール熱によって銀ロウ７を溶融して金属カバー３を容器本体１に接合し、水晶片２を密閉封入する。

このようなものでは、金属カバー３を単にコバールとしたものに比較し、バリアメタル層６としたＮｉ層がコバール（Ｋｖ）の腐食を防止する。なお、コバールは鉄（Ｆｅ）を主成分とするので、腐食しやすい。また、仮に、コバールが腐食したとしても、Ｎｉ層（バリアメタル層６）によって腐食を遮断し、気密封止を確実に維持する。
特開２００３−１５８２１１号公報特開２０００−１６４７４６号公報

（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の水晶振動子では、バリアメタル層６としてのＮｉ層を設けることによって次の問題があった。すなわち、Ｎｉ層は電気的に通電性に欠けることから、シーム溶接時には高電流を要する。この場合、例えば高電流によってスパークを生じやすいため、例えば回転ローラに損傷を引き起こしたり、劣化が早くなるなどの問題もあった。さらに、通電性等に欠けることに起因して電流値が規定の範囲内に制限され、封止条件の設定が厳しい問題もあった。また、Ｎｉは貴金属でもあり、高価な問題もあった。

なお、バリアメタル層６としてのＮｉ層がない場合には、電圧の印加される一対の回転ローラ間は、金属カバー３（コバール）よりも導電性の高い金属リング上のＡｕを経て通電される。そして、一対の回転ローラと例えば金属リング上のＡｕとの間の電流によって金属カバー３のコバールにジュール熱を発生し、両者間の銀ロウ７を溶融する。しかし、バリアメタル層６としてのＮｉ層が介在すると抵抗が増し、回転ローラと金属リング上のＡｕとの間の溶接時における電流が制限される。

一方、特許文献２では、金属カバー３のコバールと銀ロウとの間に厚みを10〜50μｍとしたＣｕ層を設けて、金属カバー３を直接的に容器本体１にシーム溶接することによって生ずる弊害即ち熱歪を吸収する技術を開示している。しかし、この場合には、Ｃｕ層の膨張係数に起因して、シーム溶接前後における容器本体１を正常に維持する加熱温度の制御が困難で、封止条件が厳しくなる問題があった。

すなわち、金属カバー３の母体（コバール）と銀ロウとの間にＣｕ層が介在すると、金属カバー３の母体に発生したジュール熱はＣｕ層を伝熱して銀ロウを加熱・溶融する。しかし、Ｃｕ層は膨張係数が大きくて柔軟性であることから、シーム溶接前後での膨徴収縮差によって容器本体１に応力を発生させる。したがって、加熱温度の制御を困難にして封止条件が厳しくなる。これらは、Ｃｕ層の厚みが大きくなるほど、単なる伝熱ではなく熱容量が大きくなるので、加熱温度の制御を困難にする。

例えばシーム溶接時の通電量が多いと、必要以上に生ずる熱によってＣｕ層が潰れて容器本体の外周側面にはみ出し、常温から加熱及び加熱から常温への温度変化時における膨張収縮時に容器本体１に応力を発生させる。そして、容器本体１にクラックを発生して気密性を妨げたり、導電性接着剤５による水晶片の保持状態（保持系）を変化させて発振周波数を変化させたりする。

また、通電量が少ないと、加熱が足りなくて銀ロウが充分に溶融せずに確実な気密封止を損ねる問題を生ずる。これらのことから、いずれにしても、Ｃｕ層ではコバールの腐食等を防止するメタルバリア層として機能してシーム溶接時の電流を小さくできても、Ｃｕ層の膨張係数によって封止条件が厳しくなる問題があった。

（発明の目的）本発明は低電流でのシーム溶接を可能として、封止条件を緩和する水晶振動子を提供することを目的とする。

（着目点及び克服点）本発明では、前述の特許文献２に示される金属カバーの母体と銀ロウとの間に通電性が良好でメタルバリア層となるＣｕ層を設ける点に着目し、さらにＣｕの柔軟性をこれより膨張係数の小さいＣｕ合金をバリアメタル層とすることにより克服した。

（解決手段）本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、水晶片の収容されて凹状とした容器本体と、母体をコバールとしてバリアメタル層を介在させて金属ロウが形成された金属カバーとを備え、前記容器本体に前記金属カバーを接合してなる水晶振動子において、前記母体と前記金属ロウとの間の前記バリアメタル層としてＣｕよりも熱膨張の小さいＣｕを主成分としたＣｕ合金を適用した構成とする。

本発明（請求項１）では、バリアメタル層をＣｕを主成分とした合金とすることによって通電性を高められる。したがって、低電流でのシーム溶接を可能にするので、回転ローラの損傷や早期劣化を防止できる。そして、ここでは、Ｃｕよりも膨張係数の小さいＣｕ合金とするので、シーム溶接前後での膨張収縮差を小さくできる。したがって、容器本体に生ずる応力を軽減するので、加熱温度を制御しやすく封止条件を緩和できる。

本発明の請求項２で示したように、請求項１の前記Ｃｕ合金はＣｕＮｉとする。これにより、ＮｉはＣｕよりも膨張係数が小さいので、Ｃｕ合金の膨張係数をＣｕよりも小さくできる。また、ＣｕがＮｉよりも安価なので、ＣｕＮｉも基本的に安価になる。

同請求項３では、請求項１の前記ＣｕＮｉは重量比を７０：３０とする。これにより、重量比が７０：３０のＣｕＮｉは市販品（量産品）なので、さらに安価にする。

同請求項４では、請求項１の前記金属ロウは銀ロウとして、シーム溶接によって前記金属カバーと前記容器本体とを接合する。これにより、銀ロウによるシーム溶接の封止条件を緩和する。

同請求項５では、請求項１の前記バリアメタル層の厚みｔは2＜ｔ＜9μｍとする。これにより、例えば前述の特許文献１で示されるバリアメタル層として機能するＣｕ層の10μｍよりも小さくするので、熱容量を小さくして封止条件をさらに緩和する。但し、特許文献１との相違を明確にするもので、この厚み2＜ｔ＜9μｍは一例としての目安である。

第１図は本発明の一実施例を説明する水晶振動子特に金属カバーの一部拡大図である。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。

水晶振動子は、前述したように表面実装型とした積層セラミックからなる凹状の容器本体１に水晶片２を収容して、金属カバー３をシーム溶接によって表面をＡｕとした容器本体１の金属リングや金属厚膜４に接合し、水晶片２を密閉封入してなる。この実施例では、コバールとした金属カバー３の一主面にはメッキやクラッドの方法によるバリアメタル層６としてＮｉ層が従来同様に設けられる。

そして、金属カバー３の他主面には、バリアメタル層６として従来とは異なる材料であり、主成分Ｃｕの重量比が５０％以上としたＣｕ単体よりも熱膨張係数の小さいＣｕ合金を同様のの方法により設ける。Ｃｕ合金はＣｕＮｉとする。ここでは、一般に、量産品として市販され、例えば海水中での配管等に使用されて耐腐食性に強い重量比が７０：３０のＣｕＮｉを使用する。そして、ＣｕＮｉ層の厚みを２〜９μｍとし、ここでは３μｍとする。

そして、金属カバー３における他主面のＣｕＮｉ層としたバリアメタル層６上には前述のように銀ロウ７が設けられる。また、一主面のＮｉ層上には製造元や振動周波数等の表記文字が例えばレーザーによる掘り込みによって形成される。

このような構成であれば、金属カバー３の一主面ではＮｉ層が、また他主面ではＣｕＮｉ層がバリアメタル層６として機能し、金属カバー３の母体であるコバールの腐食を防止する。そして、仮にコバールが腐食してもＣｕＮｉ層（バリアメタル層６）が腐食の進行を遮断する。したがって、気密封止を確実に維持できる。

また、銀ロウ７の設けられる金属カバー３の他主面では、バリアメタル層６を従来のＮｉ層からＣｕＮｉ層として通電率を高めるので、低電流駆動のシーム溶接を可能にして回転ローラの損傷や早期劣化を防止する。そして、ＣｕＮｉ層は熱膨張係数が小さくてＣｕ自体の柔軟性を抑制して硬度を増すので、シーム溶接前後の熱によって膨張収縮差を小さくする。したがって、容器本体１に生ずる応力をも小さくして、クラックを防止して機密を維持するとともに保持系に与える影響を軽減して周波数変化を防止する。これらから、加熱温度の制御を容易にし、シーム溶接の封止条件を緩和できる。

また、バリアメタル層６としてのＣｕＮｉの厚みを３μｍと薄くしたので、ＣｕＮｉの熱容量を小さくして単なる熱伝導体として機能する。したがって、金属カバー３の母体（コバール）に発生したジュール熱を銀ロウ７に単に伝熱するので、加熱温度の制御を容易にする。このことから、ＣｕＮｉ層の潰れを抑制して外周側面へのはみ出しを防止し、封止条件をさらに緩和する。なお、ＣｕＮｉ層の数値限定（２〜９μｍ）によって、特許文献２での応力緩和のための１０μｍ以上とはその趣旨が異なることを明確にする。

また、この実施例ではＣｕＮｉ層は市販品（量産品）である７０：３０のＣｕＮｉを使用したので、耐食性を良好にして融通性があって安価にする。また、金属カバー３における一主面のバリアメタル層６はＮｉ層として表記文字を形成する。したがって、例えば両主面ともにＣｕＮｉ層としてレーザー等によって一主面に表記文字を形成した場合に比較し、ＣｕＮｉの酸化等による縞模様が発生せず表記文字を確実に認識できる。

（他の事項）上記実施例ではバリアメタル層６はＣｕＮｉを７０：３０としたが、これ以外の重量比でもよい。但し、通電率を良くすることから主成分としてのＣｕは５０％以上が望ましい。また、ＣｕＮｉを除くＣｕを主成分としてＣｕよりも膨張係数の小さく硬性のＣｕ合金であっても同様の効果を期待できる。そして、封止はシーム溶接としたが、電子ビームを照射して銀ロウを溶融するビーム溶接であってもよい。そして、金属ロウは銀ロウ７のみならず他のロウ材例えばＮｉロウであってもよい。

また、金属カバー３の一主面はＮｉ層としたが、これ以外のバリアメタル層として機能するＡｕ等の金属であればよい。この場合、両主面ともに上記のＣｕＮｉとすれば、さらに安価にできる。そして、水晶振動子は水晶片２のみを密閉封入したものを例示したが、例えば水晶片とＩＣチップとを一体的に収容して発振器を形成した場合でも同様に適用でき、少なくとも水晶片等の圧電素子をシーム溶接等によって密閉封入する場合の金属カバーに適用できる。

本発明の一実施例を説明する金属カバーの一部拡大図である。従来例を説明する図で、（ａ）は水晶振動子の断面図、（ｂ）は金属カバ−の一部拡大図である。

符号の説明

１容器本体、２水晶片、３金属カバー、４金属リング、５導電性接着剤、６バリアメタル層、７銀ロウ。

Claims

水晶片の収容されて凹状とした容器本体と、母体をコバールとしてバリアメタル層を介在させて金属ロウが形成された金属カバーとを備え、前記容器本体に前記金属カバーを接合してなる水晶振動子において、前記母体と前記金属ロウとの間の前記バリアメタル層としてＣｕよりも熱膨張の小さいＣｕを主成分としたＣｕ合金を適用したことを特徴とする水晶振動子。
前記Ｃｕ合金は、ＣｕＮｉである請求項１の水晶振動子。
前記ＣｕＮｉは、重量比を７０：３０とした請求項２の水晶振動子。
前記金属ロウは銀ロウとしてシーム溶接によって、前記金属カバーと前記容器本体とを接合してなる請求項１の水晶振動子。
前記バリアメタル層の厚みｔは2＜ｔ＜9μｍである請求項１の水晶振動子。