JP2009260644A5 - - Google Patents
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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。
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。
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。
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に対する金属カバー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。
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0.827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0.768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C2/C1を0.834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D2/D1を0.787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A1、B1と各直線部の長さA2、B2の比A2/A1、B2/B1よりも、金属カバー3の長辺及び短辺の長さC1、D1と各直線部の長さC2、D2の比C2/C1、D2/D1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5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。
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5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。
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。
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