JP2009260644A - 表面実装用の水晶デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】外周４角部での接合を充分にしてシールパスを確保し、気密を確実に維持するとともに生産性を高めた水晶デバイスを提供する。
【解決手段】金属リング４の長辺の長さＡ1と４角部の曲線部を除く長辺の直線部の長さＡ2との比をＡ2／Ａ1とし、金属リング４の短辺の長さＢ1と短辺の直線部の長さＢ2との比をＢ2／Ｂ1とし、金属カバー３の長辺の長さＣ1と直線部の長さＣ2との比をＣ2／Ｃ1とし、金属カバー３の短辺の長さＤ1と直線部の長さＤ2との比をＤ2／Ｄ1としたとき、Ａ2／Ａ1＜Ｃ2／Ｃ1であってＢ2／Ｂ1＜Ｄ2／Ｄ1である構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は小型化に適した表面実装用の水晶デバイスを技術分野とし、特に、シーム溶接によって水晶片を密閉封入した水晶デバイスに関する。

（発明の背景）
表面実装用の水晶デバイス例えば水晶振動子、水晶発振器や水晶フィルタは周波数制御素子として知られる。例えば表面実装用の水晶振動子（以下、表面実装振動子とする）は発振回路に組み込まれ、周波数や時間の基準源として各種の電子機器に内蔵される。近年では、小型化がますます促進し、平面外形が例えば2.0×1.6ｍｍ以下にまで突入している。

（従来技術の一例）
第６図は一従来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）は金属カバーを除く平面図、同図（ｃ）は金属カバーを接合した平面図である。

表面実装振動子は、断面を凹状とした平面視矩形状のセラミック容器１に水晶片２を収容し、シーム溶接によって金属カバー３を接合して密閉封入する。セラミック容器１は底壁１ａと枠壁１ｂとからなり、開口端面となる枠壁１ｂの上面には例えば図示しない銀ロウによって金属リング４が固着される。

この場合、金属リング４の外形はセラミック容器１の外形よりも小さくし、セラミック容器１の開口端面からの金属リング４のはみ出しを防止する。そして、外周４角部は例えば曲率半径ｒ1とした円弧状（曲線部）とし、セラミック容器１の外周４角部に設けられてセラミックシートの分割用の貫通孔を避ける。金属リング４の内周はセラミック容器１の枠壁１ｂの内周に一致させる。

そして、セラミック容器１（底壁１ａ）の外底面の４角部には外部端子５を、内底面の一端部両側には水晶保持端子６を有する。外底面の４角部における一組の斜対向する外部端子５は、積層面及び図示しないスルーホール（電極貫通孔）によって内底面の水晶保持端子６に電気的に接続する。他組の斜対向する外部端子５は電極貫通孔等によって金属リング４に接続する。

水晶片２は両主面に励振電極７を有し、一端部両側に引出電極８を延出する。引出電極８の延出した一端部両側は、導電性接着剤９によって水晶保持端子６に固着され、電気的・機械的に接続する。

金属カバー３は例えば金属リング４の外形と相似形とし、外周４角部には曲率半径ｒ2（＝ｒ1）とした円弧状の曲線部を有する。これにより、金属リング４の長辺の長さＡ1と外周４角部の曲線部を除く長辺の直線部の長さＡ2との比Ａ2／Ａ1と、金属カバー３の長辺の長さＣ1と同直線部の長さＣ2との比Ｃ2／Ｃ1とは同一になる。

また、金属リング４の短辺の長さＢ1と同直線部の長さＢ2との比Ｂ2／Ｂ1と、金属カバー３の短辺の長さＤ1と同直線部の長さＤ2との比Ｄ2／Ｄ1も同一になる。なお、金属カバー３の外周４角部の曲率半径ｒ1、ｒ2を同一にすることによって、例えば金属カバー３が金属リング４に対して前後左右に位置ずれを生じたときでも、金属カバー３の外周４角部の飛び出しを防止できる。

シーム溶接は金属カバー３における一組の対向辺の一端側に図示しない一対のローラ電極を当接して押圧・回転し、他端側に進行しながら一対のローラ電極間に通電する。これにより、金属カバー３の外周表面のＮi（ニッケル）膜をジュール熱によって溶融して、金属リング４に接合する。そして、金属カバー３の一組の対向辺を金属リング４に接合した後、他組の対向辺を同様にして接合する。
特開２００７−１７３９７６号公報 特開２００７−７５８５７号公報

（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、金属リング３からの飛び出しを防止する円弧状の曲線部を金属カバー３の外周４角部に設けることから、金属カバー３を金属リング４にシーム溶接する溶接条件によっては気密漏れを生ずる問題があった。

すなわち、シーム溶接時の例えば電極ローラのスピードを一定として電流値を厳しく制限すると、第７図（ａ）に示したように、金属カバー３の表面のＮi膜１０は直線部及び外周４角部の曲線部でも充分に溶融して接合される。なお、第７図（ａ）はシーム溶接後に金属カバー３を剥ぎ取ったセラミック容器１の平面図（開口端面図）である。

この場合、金属リング４対する金属カバー３の外周での当接面のＮi膜１０が溶融して接合される。したがって、金属リング４と金属カバー３との当接面が基本的にシールパスとなる。なお、金属リング４はプレス加工によって形成されて内周表面には傾斜面が形成されるので、金属リング４の表面内周は接合されない領域を生じる。ここでは、この領域は省略して図示している。

これに対して、電流値の許容範囲を広げて制限を緩和すると、第７図（ｂ）の一部拡大図に示したように、外周４角部の曲線部でのＮi膜の溶融が不充分となって接合不良を引き起こし、シールパスＬが短くなる。そして、シールパスが短かくなると、例えば接合強度も低下して衝撃等によって気密漏れを生ずる。

この場合、シーム溶接時の電極ローラは一組と他組の各対向辺に沿って直線上に進行するので、外周４角部の曲線部では電極ローラと金属カバー３との接触が損なわれる。これにより、電流が充分に供給されなくなることが主原因となる。そして、電流値を厳しく制限しても、現実には電流変動等や電極ローラのスピードも変化することから、接合不良も増加して生産性を悪化させる。

これらの問題は、表面実装振動子が小さくなるほど例えば平面外形が前述した2.0×1.6ｍｍ以下になるほど、金属リング４の幅も狭くなってシールパス（金属カバー３との接合幅）も短くなって溶接条件が制限されることから、特に顕著になる。

（発明の目的）
本発明は外周４角部での接合を充分にしてシールパスを確保し、気密を確実に維持するとともに生産性を高めた水晶デバイスを提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、底壁と枠壁からなる断面を凹状とした平面視矩形状のセラミック容器に少なくとも水晶片を収容し、前記セラミック容器の開口端面に設けられて外周４角部を曲率半径ｒ1とした円弧状の曲線部とした金属リングに、シーム溶接によって前記金属リングの外形よりも小さくて外周４角部を曲率半径ｒ2とした円弧状の曲率部とした金属カバーを接合してなる表面実装用の水晶デバイスにおいて、前記金属リングの長辺の長さＡ1と前記４角部の曲線部を除く前記長辺の直線部の長さＡ2との比をＡ2／Ａ1とし、前記金属リングの短辺の長さＢ1と前記外周４角部の曲線部を除く前記短辺の直線部の長さＢ2との比をＢ2／Ｂ1とし、前記金属カバーの長辺の長さＣ1と前記４角部の曲線部を除く前記長辺の直線部の長さＣ2との比をＣ2／Ｃ1とし、前記金属カバーの短辺の長さＤ1と前記外周４角部の曲線部を除く前記短辺の直線部の長さＤ2との比をＤ2／Ｄ1としたとき、Ａ2／Ａ1＜Ｃ2／Ｃ1であってＢ2／Ｂ1＜Ｄ2／Ｄ1である構成とする。

このような構成であれば、従来例に比較して、長辺及び短辺での外周４角部を除く直線部の長さを大きくするので、外周４角部での溶接効率が高まって接合を充分にし、外周４角部でのシールパスも確保できる。そして、シーム溶接時の電流値の許容幅も増加することから生産性を高められる。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記金属カバーの外周４角部の曲率半径ｒ2は、前記金属リングの外周４角部の曲率半径ｒ1よりも小さくする。したがって、外周４角部の先端は従来よりもさら突出するので、接合不良部（未溶融部）があってもシールーパスを確保できる。

第１図及び第２図は本発明の一実施形態を説明する表面実装振動子の図である。但し、第１図（ａ）は金属カバーを接合した平面図、同図（ｂ）は点線○枠で示す部分の一部拡大図、第２図（ａ）は金属リングの、同図（ｂ）は金属カバーの平面図である。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、前述したように、底壁１ａと枠壁１ｂとからなる断面を凹状とした平面視矩形状のセラミック容器１に水晶片２を収容し、開口端面に設けた金属リング４にシーム溶接によって金属カバー３を接合して、水晶片２を密閉封入する。セラミック容器１の開口端面（枠壁１ｂ上面）には例えば銀ロウによって金属リング４が固着される「前第６図参照」。

ここでは、表面実装振動子とするセラミック容器１の平面外形は前述の2.0×1.6ｍｍとし、長辺の枠壁幅を0.235ｍｍ、短辺の枠壁幅を0.245ｍｍとする。金属リング４はセラミック容器よりも小さい平面外形として1.91×1.51ｍｍとする。そして、金属リング４の長辺の枠幅ｗを0.175ｍｍ、短辺の枠幅ｄを0.165ｍｍとし、外周４角部には曲率半径ｒ1とした円弧状の曲線部を有する。

金属リング４の長辺の長さＡ1は1.91ｍｍ、両側の曲線部を除く直線部の長さＡ2は1.58ｍｍとし、両者の比Ａ2／Ａ1を0.83とする。金属リング４の短辺の長さＢ1は1.51ｍｍ、同直線部の長さＢ2は1.16ｍｍとし、両者の比Ｂ2／Ｂ1を0.77とする。そして、外周４角部の曲率半径ｒ1を0.02ｍｍとする。

金属カバー３は金属リング４の外形よりも小さい1.81×1.41ｍｍとして、外周４角部に曲率半径ｒ2とした円弧状の曲線部を有する。金属カバー３の長辺の長さＣ1は1.81ｍｍ、両側の曲線部を除く直線部の長さＣ2は1.51ｍｍとし、両者の比Ｃ1／Ｃ2を1.19とする。金属カバー３の短辺の長さＤ1は1.41ｍｍ、同直線部の長さＤ2は1.11ｍｍとし、両者の比Ｄ1／Ｄ2を1.27とする。そして、外周４角部の曲率半径ｒ2を0.15ｍｍとする。

要するに、本実施形態では、金属リング４に金属カバー３を従来の相似形から非相似形とする。すなわち、金属リング４の長辺及び短辺の長さＡ、Ｂと各直線部の長さＡ1、Ｂ1の比Ａ1／Ａ、Ｂ1／Ｂよりも、金属カバー３の長辺及び短辺の長さＣ、Ｄと各直線部の長さＣ1、Ｄ1の比Ｃ1／Ｃ、Ｄ1／Ｄを大きくする（Ａ2／Ａ1＜Ｃ2／Ｃ1、Ｂ2／Ｂ1＜Ｄ2／Ｄ1）。そして、金属リング４の曲率半径ｒ1よりも金属カバー３の曲率半径ｒ2を小さくする（ｒ2＜ｒ1）。

このような構成であれば、従来例に対して、金属カバー３の長辺及び短辺の直線部Ｃ1、Ｄ1の長さを大きくし、曲率部の長さを短くする。したがって、金属カバー３の対向する一組の長辺及び他組の短辺に電極ローラを当接して直進させた際、電極ローラは各辺の仮想の両端に接近して当接する。

これにより、円弧状とした外周４角部でも溶接電流によるＮi膜の溶融を生じて、金属カバー３の外周４角部でも金属リング４に対する接合を容易にする。これにより、外周４角部でのＮｉ膜の溶融によるシールパスＬを確保できる。そして、溶接電流の許容幅を緩和するので、生産性を高められる。

そして、この実施形態では、金属カバー３の外周４角部での半径曲率ｒ2を金属リング４の半径曲率ｒ1よりも小さくする。したがって、第３図に模式的に示したように、外周４角部での長辺Ｌと短辺Ｄとの直線部からの曲線の先端は、半径曲率の大きい曲線Ｒ1よりも半径曲率の小さい曲線Ｒ2の方が、仮想の角Ｐに接近する。

したがって、金属カバー３の円弧状とした外周４角部にて電極ローラが当接せず、第４図に示したように未溶接部が生じても、未溶接領域を少なくする。これにより、さらに、外周４角部での溶接を充分にしてシールパスＬを確保できる。

（他の事項）
上記実施形態形態では、表面実装振動子を例として説明したが、例えば第４図に示したように、セラミック容器１の凹部に内壁段部を設けて水晶片２の一端部両側を固着し、セラミック容器１の内底面にＩＣチップ１１を例えばフリップチップボンディングによって固着して表面実装発振器を形成した場合でも同様に適用できる。要するに、少なくても水晶片２を収容した表面実装用の水晶デバイスであれば同様に適用できる。

本発明の一実施形態を説明する表面実装振動子の図で、同図（ａ）は金属カバーを接合した平面図、同図（ｂ）は点線○枠で示す部分の一部拡大図である。 本発明の一実施形態を説明する表面実装振動子の図で、同図（ａ）は金属リングの、同図（ｂ）は金属カバーの平面図である。 本発明の一実施形態の作用を説明する模式的な幾何学図である。 本発明の作用を説明する金属リングの一部拡大平面図である 本発明の他の適用例を説明する表面実装発振器の断面図である。 従来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）は金属カバー除く平面図、同図（ｃ）は金属カバーを接合した平面図である。 従来例の問題点を説明する金属リングの一部拡大平面図である。

符号の説明

１ セラミック容器、２ 水晶片、３ 金属カバー、４ 金属リング、５ 外部端子、６ 水晶保持端子、７ 励振電極、８ 引出電極、９ 導電性接着剤、１０ 溶融したＮi膜、１１ ＩＣチップ。

Claims (2)

1. 底壁と枠壁からなる断面を凹状とした平面視矩形状のセラミック容器に少なくとも水晶片を収容し、前記セラミック容器の開口端面に設けられて外周４角部を曲率半径ｒ1とした円弧状の曲線部とした金属リングに、シーム溶接によって前記金属リングの外形よりも小さくて外周４角部を曲率半径ｒ2とした円弧状の曲率部とした金属カバーを接合してなる表面実装用の水晶デバイスにおいて、
   前記金属リングの長辺の長さＡ1と前記４角部の曲線部を除く前記長辺の直線部の長さＡ2との比をＡ2／Ａ1とし、前記金属リングの短辺の長さＢ1と前記外周４角部の曲線部を除く前記短辺の直線部の長さＢ2との比をＢ2／Ｂ1とし、
   前記金属カバーの長辺の長さＣ1と前記４角部の曲線部を除く前記長辺の直線部の長さＣ2との比をＣ2／Ｃ1とし、前記金属カバーの短辺の長さＤ1と前記外周４角部の曲線部を除く前記短辺の直線部の長さＤ2との比をＤ2／Ｄ1としたとき、
   Ａ2／Ａ1＜Ｃ2／Ｃ1であってＢ2／Ｂ1＜Ｄ2／Ｄ1であることを特徴とする表面実装用の水晶デバイス。
2. 請求項１において、前記金属カバーの外周４角部の曲率半径ｒ2は、前記金属リングの外周４角部の曲率半径ｒ1よりも小さい表面実装用の水晶デバイス。