JP2006025384A - Highly stable crystal vibrator and method of manufacturing the same - Google Patents
Highly stable crystal vibrator and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006025384A JP2006025384A JP2004228702A JP2004228702A JP2006025384A JP 2006025384 A JP2006025384 A JP 2006025384A JP 2004228702 A JP2004228702 A JP 2004228702A JP 2004228702 A JP2004228702 A JP 2004228702A JP 2006025384 A JP2006025384 A JP 2006025384A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- stainless steel
- cap
- gas
- container body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
Description
本発明は高安定性・高品質が要求される移動体通信分野での携帯電話機用や光通信分野における各種基準信号発信源として使用されるエレクトロメカニカル機能部品の心臓部となる水晶発振器用に使用される優れた長期エージング特性を有する高安定水晶振動子とその製造方法に関する。本発明を適用して製造される高安定水晶振動子は、一連の水晶振動子製造プロセスにより水晶片に発生した歪や水晶片に与えられた汚染を取り除くことで、10MHz〜30MHzの基本波での周波数帯と高調波成分である3倍波、5倍波、7倍波で約200MHzまでの水晶振動子を10−7/年レベル以下の周波数安定度を有する高安定・高性能な水晶振動子を再現性よくかつ多量に生産できることを最大の特長としている。INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used for a mobile phone in the field of mobile communication where high stability and high quality are required, and for a crystal oscillator which is the heart of an electromechanical functional part used as various reference signal sources in the field of optical communication. The present invention relates to a highly stable crystal resonator having excellent long-term aging characteristics and a method for manufacturing the same. A highly stable crystal resonator manufactured by applying the present invention has a fundamental wave of 10 MHz to 30 MHz by removing distortion generated in a crystal piece by a series of crystal resonator manufacturing processes and contamination applied to the crystal piece. High-stable and high-performance crystal vibration with a frequency stability of 10 −7 / year level or less for a crystal resonator up to about 200 MHz with 3rd, 5th, and 7th harmonics, which are the frequency bands and harmonic components of Its greatest feature is that it can produce a large number of children with high reproducibility.
超小型・高安定性が要求される移動体通信機器や光通信機器等の分野において、水晶発振器は必須のデバイスとしてその地位を確立している。これまでの水晶発振器には、温度補償型水晶発振器(TCXO)、ディジタル温度補償型水晶発振器(D−TCXO)、電圧制御型水晶発振器(VCXO)等があり、切断角度のバラツキの少ない水晶板を選別して、水晶振動子を製作し、この水晶振動子とLSIと抵抗・コンデンサ等の受動部品と組み合わせて、各種高機能水晶発振器を実現している。水晶板としては、製造の容易さから、平板加工が主流であり、平板水晶振動子の長期エージング特性は、10−6/年レベルの周波数安定度が製造限界となっている。低周波での高安定水晶振動子としては、5倍波を使用する2.5MHz〜5MHzコンベックス状水晶振動子が実現されている。周波数安定度は10−8/年〜10−9/年レベルの周波数安定度である。しかしながら、近年のデジタル化で基準信号発生源としては、さらなる周波数安定度の改善が望まれている。ところで、水晶振動子の経時変化特性の決定要素として考えられる事項を大別すれば、
(A)水晶片に発生した歪が原因となるもの
(B)水晶片に与えられた汚染が原因となるもの
の二つに分類できる。(A)は振動体のコンプライアンスcomplianceの変化にもとづくもので、加工時に与えられた歪や、温度変化によって発生した歪により周波数偏移が起こり、時間経過とともに歪が解消して、安定状態にもどる過程において周波数ドリフトが発生する。この具体的な要因と考えられることは、
(1)水晶片表面の残留加工層による歪
(2)水晶片表面と電極間の界面歪
(3)水晶片マウントのテコ動作による歪
(4)マウント接着剤水晶片表面の固定による歪
などが考えられる。
(B)は“mass”変化にもとづくもので経過時間とともに“mass”変化が発生する過程において、周波数ドリフトが発生するものとみられる。この種の要因と考えられる事項は、
(1)ガス分子の水晶片への吸脱着
(2)蒸着電極の酸化
(3)蒸着電極の再結晶化
(4)電極金属などの水晶片内部への拡散
などが考えられる。普通の水晶振動子では“mass”増の負の傾向が現れてくるのが一般的である。In fields such as mobile communication devices and optical communication devices that require ultra-compact and high stability, crystal oscillators have established themselves as essential devices. Conventional crystal oscillators include temperature compensated crystal oscillator (TCXO), digital temperature compensated crystal oscillator (D-TCXO), voltage controlled crystal oscillator (VCXO), etc. A crystal resonator is manufactured by sorting, and this high-performance crystal oscillator is realized by combining this crystal resonator with LSI and passive components such as resistors and capacitors. As the quartz plate, flat plate processing is the mainstream because of its ease of manufacture, and the long-term aging characteristics of the flat plate quartz resonator have a production limit of 10 −6 / year level frequency stability. A 2.5 MHz to 5 MHz convex crystal resonator using a fifth harmonic is realized as a highly stable crystal resonator at a low frequency. The frequency stability is a frequency stability of a level of 10 −8 / year to 10 −9 / year. However, further improvement in frequency stability is desired as a reference signal generation source in recent digitalization. By the way, if you can roughly divide the items that can be considered as the determinants of the time-varying characteristics of crystal units,
It can be classified into two types: (A) one caused by distortion generated in the crystal piece and (B) one caused by contamination applied to the crystal piece. (A) is based on a change in the compliance compliance of the vibrating body, and a frequency shift occurs due to distortion applied during processing or distortion caused by temperature change, and the distortion disappears with time and returns to a stable state. Frequency drift occurs in the process. What can be thought of as this specific factor is
(1) Strain due to the residual processed layer on the crystal piece surface (2) Interfacial strain between the crystal piece surface and the electrode (3) Strain due to the lever operation of the crystal piece mount (4) Mount adhesive Distortion due to fixation of the crystal piece surface Conceivable.
(B) is based on the “mass” change, and it is considered that frequency drift occurs in the process in which the “mass” change occurs with the elapsed time. What is considered to be this type of factor is
(1) Adsorption and desorption of gas molecules to the crystal piece (2) Oxidation of the vapor deposition electrode (3) Recrystallization of the vapor deposition electrode (4) Diffusion of electrode metal or the like into the crystal blank is conceivable. In general crystal oscillators, a negative tendency of “mass” increase generally appears.
ガス分子の水晶片への吸脱着について、図7、図8、図9、図10により説明する。図7は、広く普及している高周波水晶振動子UM−1の金属製保持器を構成するステンレス製キャップ701のステンレス製キャップ壁702は細かいバフ研磨などの機械加工を施した金属の表面は、表面から順にベイルビー層、破砕結晶層、塑性変形層等の加工変質層が残存し、残留応力層が形成されている。ステンレス製外壁のこのキズに取り込まれたガス分子702は洗浄によってもなかなか除去されず、徐々にUM−1保持器内に吸離脱され内部に実装される水晶素子を汚染させる。さらにステンレス内部からもガス703が放出される。UM−1保持器のベース部708の保持部704,705は外部リード端子706,707と電気的に接続されている。長期的劣化要因であるステンレス製キャップの内部外壁からのガスの発生は極めて深刻である。図8は、マスター用超高安定水晶振動子用の三端子保持の金属製保持器である。この保持器はプラノーコンベックス水晶板を三箇所で保持する構造である。ステンレス製キャップ801の内壁802は細かいバフ研磨などの機械加工を施した金属の表面には、表面から順にベイルビー層、破砕結晶層、塑性変形層等の加工変質層が残存し、残留応力層が形成されている。三端子保持用金属製保持器のベース部810からの保持部804,805,806は外部リード端子807,808,809と電気的に接続されている。図7のUM−1保持器と同様に長期的劣化要因であるステンレス製キャップの内部外壁からのガスの発生が極めて深刻である。図9は、図10のシート状1001に形成された表面実装用セラミックパッケージを個々に分割したセラミックパッケージ901(1002)の断面図である。図10の1003は、水晶素子である。ステンレス製平板キャップ902,903の表面には、表面から順にベイルビー層、破砕結晶層、塑性変形層等の加工変質層が残存し、残留応力層が形成されている。表面実装用セラミックパッケージでも同様にステンレス製キャップ壁からの放出ガス904やステンレス内部からの放出ガス905の影響は、水晶素子である水晶片に形成された電極とステンレス製キャップとの物理的間隔が0.1mm〜0.2mmと極めて狭いため、図7、図8、図9の保持器の中でも図9の保持構造ではエージング特性に与えるアウトガスの影響が一番深刻である。The adsorption / desorption of gas molecules to the crystal piece will be described with reference to FIGS. 7, 8, 9, and 10. FIG. 7 shows a stainless
通常、電極膜形成工程では、形成された電極膜は、真空雰囲気中での排気系から排出される油性ガスとの反応がさけられない。特に、オイルフリーの排気系を利用しても、電極膜の表面にはH2、N2、H2O、O2,CO2との反応生成物ができ、長期エージング特性に与える影響は無視できない。水晶振動子の成膜製造プロセスの排気系をドライ化することにより、真空中での成膜された膜の質の向上を達成できる。図11、図12に油回転ポンプとドライポンプの吸引側における残留ガスの質量分析結果1101,1201に示す。油回転ポンプはメカニカルブースタポンプと組合わせた時(鉱物油使用)、ドライポンプはERD形多段ドライポンプ(フッ素系潤滑油使用)である。油回転ポンプについては、鉱物油の成分であるC3〜C5系炭化水素が見られる。この分析結果からわかるように、ドライ化によって油蒸気の反応室への逆拡散がなくなり、水晶の汚染および真空容器の汚染が防止される。さらに油の中に取込まれる水分が運転中に逆拡散することもないため、反応室内に残存する水分も減少することになる。したがって、水晶振動子で使用される電極は、金電極または銀電極が主であり、酸化が懸念されるアルミニウム電極は活性が強いため、使用されることは、極めてまれである。蒸着電極の酸化、蒸着電極の再結晶化、電極金属などの水晶片内部への拡散問題については、長期エージングに与える問題を、懸念するにおよばない。
(非特許文献1)菊田律雄“多段ドライ真空ポンプ“真空、第33巻、第7号、1990 p.634 図7−2Usually, in the electrode film forming step, the formed electrode film cannot avoid reaction with the oily gas discharged from the exhaust system in a vacuum atmosphere. In particular, even when an oil-free exhaust system is used, reaction products with H 2 , N 2 , H 2 O, O 2 , and CO 2 are formed on the surface of the electrode film, and the influence on long-term aging characteristics is ignored. Can not. Improvement in the quality of the film formed in vacuum can be achieved by drying the exhaust system of the film formation process of the crystal unit. FIGS. 11 and 12 show the
(Non-patent Document 1) Norio Kikuta “Multistage Dry Vacuum Pump” Vacuum, Vol. 33, No. 7, 1990 p. 634 FIG.
本発明が解決しようとする課題は、現状の水晶振動子の長期エージング特性は、10−6/年レベルの周波数安定度の製造限界を突破することである。水晶振動子は、水晶発振器として使われるため、その発振周波数安定度は、常に水晶振動子の安定性に依存している。水晶発振器には常時、水晶振動子に発振電流が流れているため、加速エージング状態で動作していることになる。水晶振動子を構成している密閉構造をシステム的に捉えると多くの劣化要因に囲まれていることがわかる。これまで、この劣化要因を取り除くことは、容易ではなかった。特に、長期的劣化要因であるステンレス外壁に吸着したガスの吸脱離やステンレス内部からのガスの放出は、容器内部に収納されている水晶振動子を汚染し、結果として発振周波数を変化させることになっていた。水晶振動子の長期エージング特性は、10−6/年レベルの周波数安定度が製造限界となっている。水晶業界においては、これまで電解研磨された素材を使用することは、なかった。もちろん、コンベックス加工されたマスター用水晶振動子に対しても、電解研磨されたステンレス製保持器やキャップを使用することもなかった。その理由は、5MHz以下の水晶振動子の場合、電極膜に吸着するガスの分子層の厚みに対して水晶振動子の厚みが相対的に厚いため、周波数変動量が極めて少ないことによる。しかしながら、10MHz〜30MHzの基本波での周波数帯と高調波成分である3倍波、5倍波、7倍波を使用する水晶振動子である約200MHzまでの水晶振動子では、水晶振動子の厚みが薄いため、周波数変動量が大きくなる。
本発明で金属性素材に適用する電解研磨法の特徴は以下の通りである。
1.加工変質層がない。
バフ研磨などの機械加工を施した金属の表面には、表面から順にベイルビー層、 破砕結晶層、塑性変形層等の加工変質層が残存し、残留応力層が形成される、ス テンレス本来の金属組織が失われる。などによって、経年後の変形や腐食の原因 となる。
2.低温の処理液中のため、熱の影響を受けない。
バフ研磨においては研磨面は高温になるため、特に肉厚の薄い加工品の場合には 熱膨張による変形を受けることがしばしばでありまあす。また、この熱は表面近 傍のステンレス本来の金属組織を変形させ、耐食性の低下の原因となる。
3.平滑性に優れ、汚れを保持しにくい滑らかな曲線で構成されている。
バフ研磨面は、一見鏡面状態でキズがないように見えるが、全面が細かいキズの 集合体である。このキズに埋め込まれた汚染物質は洗浄によってもなかなか除去 されない。
4.耐食性に優れている。
ステンレスの通常の表面よりもクロムが濃縮されて、強固な不動態皮膜が形成さ れているため、耐腐食性に優れる。The problem to be solved by the present invention is that the long-term aging characteristic of the current crystal resonator breaks through the manufacturing limit of the frequency stability of the 10 −6 / year level. Since the crystal oscillator is used as a crystal oscillator, the stability of the oscillation frequency always depends on the stability of the crystal oscillator. Since the oscillation current always flows through the crystal resonator, the crystal oscillator is operating in the accelerated aging state. A systematic view of the sealed structure that makes up the crystal unit reveals that it is surrounded by many deterioration factors. Until now, it has not been easy to remove this deterioration factor. In particular, the absorption and desorption of gas adsorbed on the stainless steel outer wall, which is a long-term deterioration factor, and the release of gas from the inside of the stainless steel contaminate the quartz crystal housed inside the container, resulting in a change in the oscillation frequency. It was. The long-term aging characteristics of the crystal resonator have a manufacturing limit of frequency stability of 10 −6 / year level. The quartz industry has never used an electropolished material. Of course, neither a stainless steel holder nor a cap that had been electropolished was used for the master crystal unit that had been subjected to convex processing. The reason is that, in the case of a crystal resonator of 5 MHz or less, since the thickness of the crystal resonator is relatively large with respect to the thickness of the molecular layer of the gas adsorbed to the electrode film, the amount of frequency fluctuation is extremely small. However, in a crystal resonator up to about 200 MHz that uses a third harmonic, a fifth harmonic, and a seventh harmonic which are frequency bands and harmonic components in a fundamental wave of 10 MHz to 30 MHz, Since the thickness is small, the amount of frequency fluctuation increases.
The characteristics of the electropolishing method applied to the metallic material in the present invention are as follows.
1. There is no work-affected layer.
The original stainless steel is a metal that has been subjected to mechanical processing such as buffing, and a deformed layer such as a Bailby layer, a crushed crystal layer, and a plastic deformation layer remains from the surface, forming a residual stress layer. Organization is lost. This may cause deformation and corrosion after aging.
2. Because it is in a low temperature processing solution, it is not affected by heat.
In buffing, the polished surface becomes hot, so deformation is often caused by thermal expansion, especially for thin workpieces. In addition, this heat deforms the original metal structure of stainless steel near the surface and causes a decrease in corrosion resistance.
3. It is composed of a smooth curve that has excellent smoothness and does not easily retain dirt.
The buffed surface looks like a specular surface without scratches, but the entire surface is an aggregate of fine scratches. Contaminants embedded in these scratches are not easily removed by cleaning.
4). Excellent corrosion resistance.
Chromium is concentrated more than the normal surface of stainless steel, and a strong passive film is formed, so it has excellent corrosion resistance.
図5、図6を用いて、電解研磨法を説明する。図5は、UM−1保持器のステンレス製キャップやマスター用超高安定水晶振動子用の三端子保持の金属製保持器用ステンレス製キャップ501を電解研磨する方法である。電解研磨処理液槽502に浸漬し、電源端子を各々アノード電極とカソード電極に接続する。ステンレス製キャップ501を電解研磨するには、カソード電極504,505を対抗電極とし、電源505から直流電流を通じて、ステンレス製キャップ501の表面をミクロン単位で電気化学的に溶解する。深絞り構造の内壁にも電解研磨処理するために、カソード電極503をステンレス製キャップ501の内部に設けている。図6は、表面実装タイプ用ステンレス製平板キャップ601を電解研磨する方法である。電解研磨処理液槽602に浸漬し、電源端子を各々アノード電極とカソード電極に接続する。ステンレス製キャップ601を電解研磨するには、カソード電極603,604を対抗電極とし、電源605から直流電流を通じて、ステンレス製キャップ601の表面をミクロン単位で電気化学的に溶解される。The electropolishing method will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows a method of electrolytic polishing a stainless steel cap of a UM-1 cage and a
本発明の高安定水晶振動子は、電解研磨加工された金属容器やセラミック容器の本体内に水晶素子を収納する工程と、前記容器本体内に内在する有機溶材や付着ガス等の汚染物を遠紫外線(UV)照射またはイオン照射で清浄化する工程と前記容器本体上に載置される電解研磨加工された蓋部を真空または不活性ガス(N2、Ar、He)で封止する工程と前記容器本体の歪の開放と不要ガスの排出を熱エージングで行なう工程からなる高安定水晶振動子およびその製造方法である。 The highly stable crystal resonator according to the present invention includes a step of housing a crystal element in a main body of an electropolished metal container or ceramic container, and a contaminant such as an organic solvent or an attached gas existing in the container main body. A step of cleaning with ultraviolet (UV) irradiation or ion irradiation, a step of sealing the electropolished lid placed on the container body with a vacuum or an inert gas (N2, Ar, He); A highly stable crystal unit comprising a process of releasing distortion of a container body and discharging unnecessary gas by thermal aging, and a method for manufacturing the same.
本発明の高安定水晶振動子は、シート状の表面実装(SMD)セラミック容器の保持器本体内に水晶素子を収納する工程と、前記容器本体内に内在する有機溶材や付着ガス等の汚染物を遠紫外線(UV)照射またはイオン照射で清浄化する工程と前記容器本体上に載置される電解研磨加工された蓋部を真空または不活性ガス(N2、Ar、He)で封止する工程と前記容器本体の歪の開放と不用ガスの排出を熱エージングで行なう工程からなる高安定水晶振動子およびその製造方法である。最も重要なことは、10−7/年レベル以下の周波数安定度を有する高安定・高性能なSMD水晶振動子が、ハイブリッドIC製造工程を適用することにより低コストで量産移行できることである。The highly stable crystal unit of the present invention includes a step of housing a crystal element in a retainer body of a sheet-like surface-mount (SMD) ceramic container, and a contaminant such as an organic solvent or an adhering gas present in the container body. And the step of cleaning the electropolished lid placed on the container body with vacuum or inert gas (N2, Ar, He) And a highly stable quartz crystal resonator and a method of manufacturing the crystal resonator comprising the steps of releasing distortion of the container body and discharging unnecessary gas by thermal aging. The most important thing is that a highly stable and high performance SMD crystal resonator having a frequency stability of 10 −7 / year level or less can be transferred to mass production at a low cost by applying a hybrid IC manufacturing process.
以上のとおり、本発明の高安定水晶振動子は、これまで水晶業界が達成しえなかった10MHz〜30MHzの基本波での周波数帯と高調波成分である3倍波、5倍波、7倍波で約200MHzまでの水晶振動子を10−7レベル/年以下の周波数安定度を有する高安定・高性能な水晶振動子を再現性よくかつ多量に生産できることを最大の特長としている。本発明の高安定水晶振動子はガスの発生量を極めて小さく抑えることができることから、10−9/年〜10−10/年レベル以下の周波数安定度を有するマスター用超高安定水晶振動子が実現可能である。本発明の高安定水晶振動子は汚染物や水晶素子に内在する歪を抑えることで更なる高安定水晶振動子が得られることから、その工業的価値は極めて高い。As described above, the highly stable crystal resonator according to the present invention has the third harmonic, the fifth harmonic, and the seventh harmonic, which are the frequency bands and harmonic components of the fundamental wave of 10 MHz to 30 MHz, which has not been achieved by the quartz industry until now. The greatest feature is that it is possible to produce a high-stability and high-performance crystal resonator having a frequency stability of 10 −7 levels / year or less with high reproducibility and in large quantities. Since the highly stable crystal resonator of the present invention can keep the amount of gas generated extremely small, the master ultra-stable crystal resonator having a frequency stability of 10 −9 / year to 10 −10 / year level or less is provided. It is feasible. The highly stable crystal resonator according to the present invention has a very high industrial value because a further highly stable crystal resonator can be obtained by suppressing contaminants and distortion inherent in the crystal element.
長期的劣化要因であるステンレス外壁に吸着したガスの吸脱離やステンレス内部からのガスの放出は、容器内部に収納されている水晶振動子を汚染し、結果として発振周波数を変化させることになっていた。この劣化要因を取り除く方法として、電解研磨加工された金属容器やセラミック容器に水晶素子を収納後、この容器本体内に内在する有機溶材や付着ガス等の汚染物を遠紫外線(UV)照射またはイオン照射で清浄化後、この容器本体上に載置される電解研磨加工されたステンレス製キャップを真空または不活性ガス(N2、Ar、He)で封止する工程とこの水晶振動子の歪の開放と不要ガスの排出を熱エージングで行なうシステム的なアプローチで高安定水晶振動子を実現している。The absorption and desorption of gas adsorbed on the stainless steel outer wall and the release of gas from inside the stainless steel, which are long-term deterioration factors, contaminate the quartz crystal housed in the container, resulting in a change in the oscillation frequency. It was. As a method of removing this deterioration factor, the quartz crystal element is stored in an electropolished metal container or ceramic container, and then contaminants such as an organic solvent or attached gas in the container body are irradiated with deep ultraviolet (UV) or ions. After cleaning by irradiation, a process of sealing the electrolytically polished stainless steel cap placed on the container body with vacuum or an inert gas (N2, Ar, He) and release of distortion of the crystal resonator A highly stable crystal unit is realized by a systematic approach that discharges unnecessary gas by thermal aging.
図1は、本発明の基本となる高安定水晶振動子の製造プロセス・フローチャートである。プロセスS11は、容器本体内の所定の位置に、水晶片にAg電極やAu電極が形成された水晶素子を導電性接着剤で固定後乾燥させるか、金バンプでダイボンディングする。プロセスS12は、容器本体内には水晶素子を導電性接着剤で固定する際の乾燥工程で発生する有機溶剤成分や排気系からのアウトガスや大気中の不要ガスが水晶素子や容器本体内を汚染しているため、低温度のクリーン化方法である遠紫外線照射やArガス等の低イオン照射により、汚染物を分解処理し、容器本体内を清浄化する。プロセスS13はプロセスS14のための補助的処置である。キャップからの長期的劣化要因であるステンレス外壁に吸着したガスの吸脱離やステンレス内部からのガスの放出は、容器内部に収納されている水晶振動子を汚染し、結果として発振周波数を変化させることになる。電解研磨されたステンレス製保持器やキャップを使用することで、長期的劣化要因であるステンレス製キャップからのガスの発生を極力抑えることができる。電解研磨されたステンレス製キャップにシリコン膜を形成することで、ステンレス壁からのガスの放出量を電解研磨されたステンレス製キャップより、さらに一桁程度下げることができる。プロセスS14は、電解研磨されたステンレス製キャップで真空または不活性ガス(N2、Ar、He)で保持器を封止する工程である。封止方法としては、真空封止では冷間圧接法や電子ビーム溶接法がある。不活性ガス(N2、Ar、He)で封止する方法としては金属保持器に対しては抵抗溶接法やSMDセラミックパッケージに対して適用するシーム溶接法がある。プロセスS15は、水晶片表面の残留加工層による歪の除去、水晶片表面と電極間の界面歪の除去、水晶片マウントのテコ動作による歪の除去、マウント接着剤水晶片表面の固定による歪の除去を熱エージングで、あわせてプロセスS11からプロセスS14で除けなかった不要ガスの排出を行なうことで、プロセスS11〜プロセスS15により高安定水晶振動子を製造することが可能になる。FIG. 1 is a manufacturing process flowchart of a highly stable crystal unit that is the basis of the present invention. In the process S11, a crystal element in which an Ag electrode or an Au electrode is formed on a crystal piece is fixed at a predetermined position in the container body with a conductive adhesive and then dried or die-bonded with a gold bump. In the process S12, the organic solvent component generated in the drying process when the crystal element is fixed with the conductive adhesive in the container body, the outgas from the exhaust system, and unnecessary gas in the atmosphere contaminate the crystal element and the container body. Therefore, the inside of the container body is cleaned by decomposing the contaminants by using a low temperature irradiation method such as deep ultraviolet irradiation or low ion irradiation such as Ar gas. Process S13 is an auxiliary procedure for process S14. The adsorption / desorption of gas adsorbed on the outer wall of the stainless steel, which is a long-term deterioration factor from the cap, and the release of gas from the inside of the stainless steel contaminate the quartz crystal housed in the container, resulting in a change in the oscillation frequency. It will be. By using an electrolytically polished stainless steel cage or cap, the generation of gas from the stainless steel cap, which is a long-term deterioration factor, can be suppressed as much as possible. By forming the silicon film on the stainless steel cap that has been electropolished, the amount of gas released from the stainless steel wall can be lowered by an order of magnitude more than the stainless steel cap that has been electropolished. Process S14 is a step of sealing the cage with vacuum or an inert gas (N2, Ar, He) with an electropolished stainless steel cap. As a sealing method, there are a cold pressure welding method and an electron beam welding method in vacuum sealing. As a method for sealing with an inert gas (N2, Ar, He), there are a resistance welding method for a metal cage and a seam welding method applied to an SMD ceramic package. Process S15 is a process of removing strain due to the residual processed layer on the surface of the crystal piece, removing interfacial strain between the surface of the crystal piece and the electrode, removing strain due to the lever operation of the crystal piece mount, and fixing distortion of the mount adhesive crystal piece surface. By removing the unnecessary gas that could not be removed in the processes S11 to S14 by heat aging, a highly stable crystal resonator can be manufactured by the processes S11 to S15.
図2は、本発明を広く普及している高周波水晶振動子UM−1等の金属製保持器に適用したものである。UM−1保持器には水晶板201の表面には厚み振動励振用電極202が形成され、電解研磨されたステンレス製キャップ203は、ステンレス製キャップ内壁204は鏡面研磨されている。UM−1保持器ベース部209からの保持部205,206は外部リード端子207,208と電気的に接続されている。水晶板201に形成された電極からの引出電極部を保持部205,206で保持固定し、高周波水晶振動子UM−1を構成している。ステンレス製キャップ203を多量に電解研磨で処理する方法としては、バレル槽による電解研磨法を適用いている。長期的劣化要因であるステンレス製キャップからのガスの発生量を極めて小さく抑えることができることから、高安定水晶振動子が実現される。FIG. 2 shows a case where the present invention is applied to a metal cage such as a high-frequency crystal resonator UM-1 that is widely used. In the UM-1 holder, a thickness
図3は、本発明をマスター用超高安定水晶振動子の三端子保持の金属製保持器に適用したものである。この保持器にはプラノーコンベックス水晶板301は三箇所で保持されている。電解研磨されたステンレス製キャップ302は、ステンレス製キャップ内壁303は鏡面研磨されている。三端子保持用金属製保持器のベース部306からの保持部304,305,306は外部リード端子307,308,309と電気的に接続されている。水晶板301に形成された電極からの引出電極部を保持部304,305,306で保持固定し、マスター用超高安定水晶振動子を構成している。ステンレス製キャップ302は、図9に示す結線方法により電解研磨処理している。長期的劣化要因であるステンレス製キャップからのガスの発生量を極めて小さく抑えることができることから、10−9/年〜10−10/年レベル以下の周波数安定度を有するマスター用超高安定水晶振動子が実現される。FIG. 3 shows an example in which the present invention is applied to a three-terminal holding metal cage of a master ultra-stable crystal resonator. In this cage, the planar
図4は、本発明を表面実装用セラミックパッケージに適用した。外形寸法7×5×1mmのSMDセラミックパッケージには、共振周波数10MHz(厚み160ミクロン)〜30MHz(厚み53ミクロン)の水晶板401には上下に対向する厚み振動励振用電極402,403が形成されて水晶素子を形成し、この水晶素子は水晶板保持部409,410の2箇所で導電性接着剤または金バンプによるダイボンディングで保持固定されている。なお電解研磨されたステンレス製キャップの壁404,405は、図6による電解研磨結線方法でステンレス製平板キャップは鏡面研磨されている。この電解研磨されたステンレス製キャップは、溶接用リードフレーム枠を介して、真空または、N2ガス等の不活性ガスで気密封止されている。ステンレス製平板キャップは鏡面研磨され、不働態皮膜が形成されているため、長期的劣化要因であるステンレス製キャップからのガスの発生量を極めて小さく抑えることができ、かつ水晶片に加えられた歪を開放する工程である熱エージング(加熱温度145℃、エージング時間20時間)で10−7/年レベル以下の周波数安定度のSMD高安定水晶振動子が実現される。In FIG. 4, the present invention is applied to a ceramic package for surface mounting. In an SMD ceramic package having an outer dimension of 7 × 5 × 1 mm, thickness
201 水晶板 202 電極
203 キャップ 204 キャップ壁
205 支持支柱 206 支持支柱
207 リード端子 208 リード端子
209 保持器ベース
301 プラノーコンベックス水晶板 302 キャップ
303 キャップ壁 304 保持部
305 保持部 306 保持部
307 リード端子 308 リード端子
309 リード端子301 Plano
401 水晶板 402 電極
403 電極 404 平板キャップ
405 キャップ壁 406 溶接用金属リードフレーム
407 溶接用金属リードフレーム 408 セラミック基板
409 水晶板保持部 410 水晶板保持部
501 キャップ 502 電解研磨処理液層
503 カソード電極 504 カソード電極
505 カソード電極 506 電源
601 キャップ 602 電解研磨処理液層
603 カソード電極 604 カソード電極
605 電源
701 キャップ 702 キャップ壁からの放出ガス
703 キャップ内部からの放出ガス 704 支持支柱
705 支持支柱 705 リード端子
706 リード端子 707 保持器ベース
801 キャップ 802 キャップ壁からの放出ガス
803 キャップ内部からの放出ガス 804 支持支柱
805 支持支柱 805 支持支柱
806 リード端子 807 リード端子
808 リード端子 809 保持器ベース
901 セラミック基板 902 キャップ壁
903 キャップ壁 904 キャップ壁からの放出ガス
905 キャップ内部からの放出ガス 906 水晶板保持部
907 水晶板保持部901
1001 シート状セラミック基板 1002 セラミックパッケージ
1003 水晶素子1001 Sheet-like
1101 油回転ポンプの残留ガスの質量分析結果 1101 Mass analysis result of residual gas of oil rotary pump
1201 ドライポンプの残留ガスの質量分析結果 1201 Mass analysis results of residual gas in dry pump
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004228702A JP3774869B2 (en) | 2004-07-08 | 2004-07-08 | Highly stable quartz crystal and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004228702A JP3774869B2 (en) | 2004-07-08 | 2004-07-08 | Highly stable quartz crystal and its manufacturing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006025384A true JP2006025384A (en) | 2006-01-26 |
JP3774869B2 JP3774869B2 (en) | 2006-05-17 |
Family
ID=35798291
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004228702A Expired - Fee Related JP3774869B2 (en) | 2004-07-08 | 2004-07-08 | Highly stable quartz crystal and its manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3774869B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007336320A (en) * | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Epson Toyocom Corp | Method of manufacturing surface-mounting piezoelectric device |
JP2007336321A (en) * | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Epson Toyocom Corp | Manufacturing method of surface mounted type piezoelectric oscillator and foreign matter eliminating method of ic component mounting pad |
-
2004
- 2004-07-08 JP JP2004228702A patent/JP3774869B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007336320A (en) * | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Epson Toyocom Corp | Method of manufacturing surface-mounting piezoelectric device |
JP2007336321A (en) * | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Epson Toyocom Corp | Manufacturing method of surface mounted type piezoelectric oscillator and foreign matter eliminating method of ic component mounting pad |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3774869B2 (en) | 2006-05-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6924582B2 (en) | Piezoelectric vibrator and manufacturing method thereof | |
CN101820263B (en) | Piezoelectric vibration diaphragm and piezoelectric device | |
US20060255691A1 (en) | Piezoelectric resonator and manufacturing method thereof | |
US8729775B2 (en) | Piezoelectric vibrating devices and methods for manufacturing same | |
JP3774869B2 (en) | Highly stable quartz crystal and its manufacturing method | |
JP3873902B2 (en) | Piezoelectric device, manufacturing method thereof, mobile phone device using the piezoelectric device, and electronic equipment using the piezoelectric device | |
JP2010004456A (en) | Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device | |
JP2012107968A (en) | Piezoelectric vibrator, vibration gyro sensor and manufacturing method of the same | |
JP2006086585A (en) | Surface-mounted piezoelectric resonating device | |
JP3930531B1 (en) | Crystal module | |
JP2016144091A (en) | Vibrator manufacturing method | |
JP2001257279A (en) | Method of manufacturing package for electronic component | |
WO2004025274A1 (en) | Micro mass sensor and oscillator-holding mechanism thereof | |
JP2006005676A (en) | Crystal vibrator and manufacturing method thereof | |
JP2007051329A (en) | Metal mask for electrode film deposition on quartz | |
JP2001196886A (en) | Crystal resonator | |
JPH07154177A (en) | Manufacture of piezoelectric device | |
KR0157331B1 (en) | Quartz device and manufacturing method thereof | |
JP2003264447A (en) | Piezoelectric vibrator and its manufacturing method | |
JP2007158457A (en) | Piezoelectric oscillator and its fabrication process | |
JP2008199147A (en) | Method for manufacturing piezoelectric vibrator and method for manufacturing piezoelectric oscillator | |
JPH07111435A (en) | Production of crystal piezoelectric device | |
JP2000286671A (en) | Piezoelectric vibrator | |
JP2006050508A (en) | Highly stable crystal resonator | |
JP2001308666A (en) | Crystal resonator and its manufacturing method, and crystal device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051018 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051116 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060207 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060209 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100303 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100303 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110303 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |