JP2008301297A - 水晶デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、簡便な方法で半田ペーストを設けたマザーボードに、薄型化の進んだ水晶デバイスを搭載した場合でも、不具合を生じない水晶デバイスを提供することにある。
【解決手段】一方の主面に開口部を有する凹部が形成された容器体と、この凹部内に搭載された水晶振動素子と、この容器体の少なくとも外側底面に形成された、音叉型水晶振動子と電気的に接続したものを含む複数個の外部接続用電極部と、凹部の開口部に被せて凹部内を気密封止する金属製の蓋体とを備え、容器体の外側側面の一部から前記水晶デバイス外部に露出している蓋体の表面にかけて、耐熱絶縁性樹脂層が設けられている水晶デバイス。
【選択図】図２

Description

本発明は水晶振動子又は水晶発振器等の電子部品の一つである水晶デバイスに関する。

水晶振動素子を内部に搭載した水晶振動子又は水晶発振器等の水晶デバイスは、電子部品の一つとして、コンピュータ，携帯電話又は小型情報機器などの電子機器内部に、基準信号源やクロック信号源として搭載され使用されている。この水晶振動子や水晶発振器については小型化、薄型化及び低価格化の要求が強いものがある。以下に従来の水晶デバイスの一例として音叉型の水晶振動素子を内部に搭載した水晶振動子について図面を用いて説明する。

図４は、水晶振動素子を凹部内に搭載した従来の水晶振動子を示した分解斜視図である。又、図５は、図４記載の仮想切断線Ａ−Ａ′で切断した場合の断面図である。

図４及び図５おいて、水晶振動素子１１０は、平面視音叉型の外形形状を有する水晶片の表面に、振動用、周波数調整用、又は収納する容器体などと電気的に接続を取るために用いる外部接続用等の各種電極部を形成することにより構成されている。この水晶振動素子１１０の厚み寸法は例えば約１００μｍで、基部１１１と、その基部１１１の一辺から同一方向に突出して形成された２本の振動腕部１１２とにより大略的に構成されている。このような水晶振動素子１１０を構成する水晶片の音叉型の外形形状は、フォトリソグラフィ技術と化学エッチング技術により作られるのが一般的である。尚、水晶振動素子の他の外形形状には、平面視形状が円形型、矩形型、平面視が矩形型であり水晶振動素子の主励振部分の厚みが主励振部分以外の厚みより薄く加工されている、所謂逆メサ型の外形形状等様々な形状の水晶振動素子等がある（例えば、特許文献１を参照）。

前記した水晶振動素子１１０は、絶縁性の素材で作られた概略直方体の容器体１０１に設けられた、容器体１０１の一方の主面に開口部を有する凹部１０２内に搭載される。又、この凹部１０２内に搭載された水晶振動素子１１０は、容器体１０１の外側底面に形成された複数個の外部接続用電極端子１０３と電気的に接続している。水晶振動素子１１０が搭載された凹部１０２内を、金属製の蓋体１２０を凹部１０２開口部に被せて接合することにより気密封止することで、電子部品としての水晶振動子１００を構成する（例えば、特許文献１又は特許文献２を参照）。

尚、水晶デバイスとしては、前記説明した水晶振動子１００の他に、前記したような容器体内の凹部内に、前記した様々な形状の水晶振動素子と、その水晶振動素子と電気的に接続した発振回路を内蔵した集積回路素子とを一緒に搭載した形態の水晶発振器（例えば、特許文献３を参照）や、内部に搭載する水晶振動素子をフィルタとして機能させた水晶フィルタ（例えば、特許文献４を参照）等がある。

このような水晶振動子１００や水晶発振器等の水晶デバイスの厚み寸法は薄型化が進み、現在１ｍｍ以下のものが開発製造されている。又、このような水晶デバイスは、ユーザー側で、抵抗やコンデンサなどの他の電子部品と共にマザーボードに形成された電子回路配線に対し、リフロー手段などにより、半田ペーストで水晶デバイスの外部接続用電極端子と電子回路配線との間を導通固着している。そのため従来の水晶デバイスでは、その容器体の外側底面に設けられた外部接続用電極端子の一部を容器体の側面まで延設した形状とし、この容器体側面に設けられた部分の外部接続用電極端子に半田ペーストのフィレットが形成されることで、導通固着の際に、このフィレットにより接合力を増強し且つ半田ペーストの接合状態を外部より視認できるようにしている（例えば、特許文献５を参照。）。

特開２００２−９５７６号公報（第４−５頁、図１、図９、図１０） 特開２００３−１８８６７８号公報 特開２００１−１８５９８６号公報 特開平９−３３１２２８号公報 特開２００５−１９１１５９号公報（第３頁、図３，図４）

尚、前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかし、前記のような容器体側面にまで外部接続用電極端子が延設した水晶デバイスでは、薄型化が更に進むと、半田ペーストの量によっては、フィレットを形成する半田ペーストの容器体側面への這い上がり部分が大きくなってしまう。そのため半田ペーストのフィレットが金属製の蓋体に接触し、外部接続用端子間で蓋体を介した短絡を起こすおそれがある。

また、フィレットの大きさを精密にコントロールするために、マザーボードに接続する電子部品の種類毎に半田ペースト量を加減し、接続する電子部品毎に最適な半田ペースト量を精密に管理することは、非常に煩雑であり、マザーボードを搭載する電子機器の製造時間が延びてしまうおそれがある。

本発明の目的は、薄型化の進んだ水晶デバイスを搭載した場合でも、水晶デバイスの容器体の外側側面に設けられた外部接続用電極端子に形成される半田ペーストのフィレットが蓋体に接触することがなく、外部接続用端子間で蓋体を介した短絡が生じるような電気的な不具合を生じない水晶デバイスを提供することにある。

本発明は前記課題を解決するために成されたものであり、一方の主面に開口部を有する凹部が形成された容器体と、この凹部内に搭載された水晶振動素子と、この容器体の少なくとも外側底面に形成された、音叉型水晶振動子と電気的に接続したものを含む複数個の外部接続用電極部と、凹部の開口部に被せて凹部内を気密封止する金属製の蓋体とを備え、容器体の外側側面の一部から前記水晶デバイス外部に露出している蓋体の表面にかけて、耐熱絶縁性樹脂層が設けられていることを特徴とする水晶デバイスである。

又は、一方の主面に開口部を有する凹部が形成された容器体と、この凹部内に搭載された水晶振動素子と、この容器体の少なくとも外側底面に形成された、水晶振動子と電気的に接続したものを含む複数個の外部接続用電極部と、少なくとも水晶振動素子と電気的に接続した発振回路を内蔵した集積回路素子と、凹部の開口部に被せて凹部内を気密封止する金属製の蓋体とを備え、容器体の外側側面の一部から水晶デバイス外部に露出している蓋体の表面にかけて、耐熱絶縁性樹脂層が設けられていることを特徴とする水晶デバイスである。

更に、前記耐熱絶縁性樹脂層を構成する樹脂材が、シリコーン樹脂又はポリイミド樹脂であることを特徴とする前記記載の水晶デバイスでもある。

本発明の各水晶デバイスでは、薄型化が更に進み、フィレットを形成する半田ペーストの容器体側面への這い上がり部分が大きくなってしまった場合でも、容器体側面から蓋体の表面にかけて設けた耐熱絶縁性樹脂材により、半田ペーストのフィレットが金属製の蓋体に接触することを妨げることができ、フィレットが形成された外部接続用端子間で蓋体を介した短絡を防止することができる。

また、本発明のような構造の水晶デバイスを用いることで、フィレットの大きさをコントロールするために、マザーボードに接続する電子部品の種類毎に半田ペースト量を加減し、接続する電子部品毎に最適な半田ペースト量を精密に管理するような煩雑な工程を用いる必要がなく、マザーボードを搭載する電子機器の製造時間を短縮することができる。

因って本発明は、マスクを使用した印刷手段等のより簡便な方法で半田ペーストを設けたマザーボードに、薄型化の進んだ水晶デバイスを搭載した場合でも、水晶デバイスの容器体の外側側面に設けられた外部接続用電極端子に形成される半田ペーストのフィレットが蓋体に接触することがなく、外部接続用端子間で蓋体を介した短絡を生じない水晶デバイスを提供できる効果を奏する。

以下に、本発明を添付した各図面に基づいて詳細に説明する。尚、各実施形態において、同一の構成要素には同一の符号を付す。又各図では説明を明りょうにするために構成要素の一部を図示せず、図示した寸法も一部誇張している。特に各構成要素の厚み方向の寸法は誇張して図示している。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る水晶デバイスを示した斜視図である。図２は図１記載の仮想切断線Ｂ−Ｂ′で切断した場合の概略断面図である。図１に示す水晶デバイス１０は、所謂水晶振動子であり、大略的に容器体１１，水晶振動素子１２、蓋体１３及び耐熱絶縁性樹脂層１４で主に構成される。

容器体１１について以下に説明する。図１及び図２に示すように、水晶デバイス１０を構成する容器体１１は、外形形状が平面視矩形状の平板形状である基板１１ａと、基板１１ａの一方の主面に接合した、外周サイズが基板１１ａと同じサイズの枠体１１ｂにより構成されている。この基板１１ａと枠体１１ｂとを接合することにより、基板１１ａの一方の主面と枠体１１ｂの内側面により囲繞された凹部１５（図２参照）が形成されている。この容器体１１を構成する基板１１ａ及び枠体１１ｂは、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料を焼成して構成されている。

図２に示すように、この凹部１５内底面の一短辺近傍には、その短辺に沿って一対の水晶振動素子接続用電極パッド１６が設けられている。又、水晶振動素子接続用電極パッド１６は、基板１１ａの他方の主面の各角部に設けた外部接続用電極端子１７のうちの所定の端子と電気的に接続している。尚、各外部接続用電極端子１７の一部は、容器体１１の丸取りされた側面角部内を、容器体１１外側底面から凹部１５開口部に向かって延設した形態となっている。

次に、水晶振動素子１２について説明する。容器体１１の凹部１５内に載置される水晶振動素子１２は、圧電素材の水晶をベースに構成されているものである。人工的に製造された水晶体から所定のカットアングルで切り出し、外形を基部と基部１２ａの一辺より同一方向に延びる２本の振動腕部１２ｂからなる平面視音叉形状の平板形状に加工した水晶素板に、その振動腕部表面にそれぞれに振動用電極膜と、この振動用電極膜から引き出し電極膜を介して、基部１２ａ表面に設けた電気的に接続した基体接続用電極膜が被着形成することにより水晶振動素子１２が構成される。この水晶振動素子１２において、外部からの変動電圧が両主面の振動用電極を介して水晶素板に印加されると、水晶振動素子の振動腕部が屈曲振動モードで所定の周波数値の振動を起こすようになっている。

つぎに蓋体１３について説明する。蓋体１３は、４２アロイ，コバール又はリン青銅等の金属からなり、平面視形状は矩形状の平板である。又、蓋体１３の主面外周サイズは、蓋体１３で容器体１１の凹部１５開口部を覆った際に、容器体１１を構成する枠体１１ｂの凹部開口側頂面に蓋体１３主面の外周辺縁部が載置できる大きさとなっている。

前記した音叉型の水晶振動素子１２は、容器体１１の水晶振動素子接続用電極パッド１６上に配置され、この水晶振動素子１２の表面に設けられた所定の電極膜と水晶振動素子接続用電極パッド１６とを導電性接着剤１８にて導通固着する。又、この水晶振動素子１２が内部に搭載された凹部１５は、凹部１５を囲繞する枠体１１ｂの凹部１５開口側の頂面上に、凹部１５開口部を覆う形態で配置固着した蓋体１３により気密封止されている。

本発明の水晶デバイス１０は、蓋体１３が接合された容器体１１の外側側面の一部分から外側に露出している蓋体１３の表面にかけて、耐熱絶縁性樹脂材により一体でコーティングした耐熱絶縁性樹脂層１４が設けられている。この耐熱絶縁性樹脂層１４を構成する耐熱絶縁性樹脂材の材料としては、シリコーン樹脂又はポリイミド樹脂が用いられている。又、耐熱絶縁性樹脂層１４の形成方法としては、液状の前記樹脂材中に蓋体１３が接合された容器体１１のコーティングしたい部分を浸漬し、樹脂材を付着させる方法や、蓋体１３が接合された容器体１１の前記樹脂材でコーティングしたくない部分をマスキングして、前記樹脂材を蓋体１３が接合された容器体１１のマスキングされていない部分に塗布や撒布する方法などがある。

水晶デバイス１０を、蓋体１３が接合された容器体１１に耐熱絶縁性樹脂層１４を設けた構造としたことにより、水晶デバイス１０の薄型化が更に進んだ場合、水晶デバイ１０をマザーボード等の外部の電子回路基板に等する際に、外部接続用電極端子１７に形成される半田などのフィレットの容器体側面への這い上がり部分が大きくなっても、容器体１１側面及び蓋体１３の表面に設けた耐熱絶縁性樹脂層１４により、フィレットを形成する半田ペーストが金属製の蓋体１３に接触することを妨げることができる。従って，本発明の実施形態となる水晶デバイス１０は、耐熱絶縁性樹脂層１４により、半田ペーストのフィレットが形成された外部接続用端子１７間で蓋体１３を介した短絡を防止することができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る水晶デバイスを示した概略断面図である。図３に示した水晶デバイス３０は、所謂水晶発振器であり、第１の実施形態との違いは、容器体３１に形成された凹部３２内に水晶振動素子１２の他に、水晶振動素子１２に交番電圧を供給しつつその水晶振動素子１２から所定の周波数値の出力信号を得るための発振回路を少なくとも内蔵し、且つ容器体３１の外側底面に設けられた第１の実施形態における外部接続用電極端子１７と同形状の外部接続用電極端子３３と電気的に接続した集積回路素子３４が搭載されていることである。

このような構成の水晶デバイスにおいても、第１の実施形態と同様に、水晶デバイス３０の薄型化が更に進んだ場合、水晶デバイ３０をマザーボード等の外部の電子回路基板に等する際に、外部接続用電極端子３３に形成される半田などのフィレットの容器体側面への這い上がり部分が大きくなっても、容器体３１側面及び蓋体１３の表面に設けた耐熱絶縁性樹脂層１４により、フィレットを形成する半田ペーストが金属製の蓋体１３に接触することを妨げることができる。従って，本発明の実施形態となる水晶デバイス３０は、耐熱絶縁性樹脂層１４により、半田ペーストのフィレットが形成された外部接続用端子３３間で蓋体１３を介した短絡を防止することができる。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、前記各実施形態では平面視音叉型の水晶振動素子１２を例示したが、水晶振動素子には他に平面視が円形状や矩形状の水晶振動素子でも構わない。又、このような平面視が円形状や矩形状の水晶振動素子では水晶以外の圧電素材も用いられており、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム又は圧電セラミックス等の圧電素材を用いることができる。

本発明の第１の実施形態に係る水晶デバイスを示した斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る水晶デバイスを、図１記載の仮想切断線Ｂ−Ｂ′で切断した概略断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る水晶デバイスを示した概略断面図である。 水晶振動素子を凹部内に搭載した従来の水晶振動子を示した分解斜視図である。 図４記載の従来の水晶振動子を、図４記載の仮想切断線Ａ−Ａ′で切断した断面図である。

符号の説明

１０・・・水晶デバイス（水晶振動子）
１１，３１・・・容器体
１１ａ・・・基板
１１ｂ・・・枠体
１２・・・水晶振動素子
１２ａ・・・基部
１２ｂ・・・振動腕部
１３・・・蓋体
１４・・・耐熱絶縁性樹脂層
１５，３２・・・凹部
１６・・・水晶振動素子接続用電極パッド
１７，３３・・・外部接続用電極端子
１８・・・導電性接着剤
３０・・・水晶デバイス（水晶発振器）
３４・・・集積回路素子

Claims (3)

1. 一方の主面に開口部を有する凹部が形成された容器体と、
   前記凹部内に搭載された水晶振動素子と、
   前記容器体の外側底面に形成された、前記音叉型水晶振動子と電気的に接続したものを含む複数個の外部接続用電極部と、
   前記凹部の開口部に被せて前記凹部内を気密封止する金属製の蓋体とを備え、
   前記容器体の外側側面の一部から前記水晶デバイス外部に露出している前記蓋体の表面にかけて、耐熱絶縁性樹脂層が設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
2. 一方の主面に開口部を有する凹部が形成された容器体と、
   前記凹部内に搭載された水晶振動素子と、
   前記容器体の外側底面に形成された、前記水晶振動子と電気的に接続したものを含む複数個の外部接続用電極部と、
   少なくとも前記水晶振動素子と電気的に接続した発振回路を内蔵した集積回路素子と、
   前記凹部の開口部に被せて前記凹部内を気密封止する金属製の蓋体とを備え、
   前記容器体の外側側面の一部から前記水晶デバイス外部に露出している前記蓋体の表面にかけて、耐熱絶縁性樹脂層が設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
3. 前記耐熱絶縁性樹脂層を構成する樹脂材が、シリコーン樹脂又はポリイミド樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水晶デバイス。

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