JP2010135890A - 水晶デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】熱膨張係数差による影響を排除し、振動特性を良好に維持した水晶デバイスの提供。
【解決手段】両主面の励振電極５ａから一端部両側に引出電極５ｂの延出した水晶片２と、前記水晶片２と同一の膨張係数として一端部両側に水晶保持端子６を有する水晶板からなる台座４とを有し、前記引出電極５ｂの延出した一端部両側を前記水晶保持端子６に固着し、前記台座４を容器本体１の内底面に固着して前記水晶片２を収容してなる水晶デバイスにおいて、前記水晶片２の前記台座４に対する固着位置と前記台座４の前記内底面に対する固着位置とは、前記水晶片２及び前記台座４の長さ方向の互いに反対方向となる両端部とした構成。
【選択図】図１

Description

本発明は水晶振動子や水晶発振器等の水晶デバイスを技術分野とし、特に膨張係数差による振動特性への影響を排除するダブルマウント構造の水晶デバイスに関する。

水晶デバイス例えば表面実装とした水晶振動子（以下、表面実装振動子とする）は小型・軽量であることから、各種の電子機器に周波数制御素子として内蔵される。このようなものの一つに、保持部材を水晶片と同一材として、膨張係数差による水晶片の応力を緩和して振動特性を良好とする表面実装振動子がある。

（従来技術の一例）
第４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）はカバーを除く平面図である。

表面実装振動子は積層セラミックからなる容器本体１に水晶片２を収容し、金属カバー３を開口端面に接合して密閉封入してなる。金属カバー３は開口端面に設けられた例えば図示しない金属リングにシーム溶接によって接合される。この例では水晶片２はこれと同一切断角度として膨張係数を同じにした水晶板からなる台座４に固着される。そして、台座４が容器本体１の内底面に固着される。

水晶片２は例えばＡＴカットとして、結晶軸（ＸＹＺ）の例えばＸ軸方向に長い短冊状とする。そして、両主面に励振電極５ａを有し、長さ方向の一端部両側に引出電極５ｂを延出する。引出電極５ｂはそれぞれ反対面に折り返して形成される。水晶板からなる台座４は水晶片２と同一のＡＴカットとして水晶片２よりも大きく、結晶軸（ＸＹＺ）の各軸方向を一致させる。

台座４の一端部両側には電気的に接続した水晶保持端子６を両主面に有する。一主面の水晶保持端子６には水晶片２の一端部両側が導電性接着剤７等の導電接合材によって固着される。そして、台座４の他主面の水晶保持端子６は容器本体１の内底面の回路端子８に導電性接着剤７によって固着される。ここでは、台座４の他主面における他端部中央も例えば絶縁性の接着剤７ａよって固着され、台座４の他主面は三角形の頂点となる３点が固着（保持）される。そして、水晶保持端子６は積層面を経て容器本体１の外底面の実装端子９に接続する。

このようなものでは、水晶片２と台座４とを同一のＡＴカットとして軸方向を一致させるので、膨張係数も同一となる。したがって、容器本体１の内底面に水晶片２を固着した場合に比較して、熱膨張係数差によって水晶片２に生ずる応力が緩和され、歪みの発生を抑制して振動特性を良好にする。
特開２００６−１３６５０号公報 特開２００６−３３１６５号公報 特許第３０１７７４６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、水晶片２と台座（水晶板）４との膨張係数を同一とするものの、一端部両側と他端部中央との３点保持として容器本体１の内底面に台座４が固着される。したがって、容器本体１（セラミック）との膨張係数差によって、台座４には３点保持とした３角領域内に応力を生じる。これにより、水晶片２には歪みを生じて、振動特性を低下させる問題があった。

この場合、水晶片２の一端部両側を固定端として他端部を自由端とするので、水晶片２の長さ方向では歪みが緩和されるが、特に一端部両側の幅方向では台座４の歪みが直接的に作用する。そして、この例では、水晶片２及び台座４のいずれも一端部両側が固着される。

したがって、台座４の一端部両側での歪みは水晶片２の一端部両側となる幅方向に歪みを直接的に生ずる。これにより、水晶片２の一端部両側の幅方向での歪みが励振電極５ａの設けられた振動領域となる中央部にも到達（伝播）して、振動特性を低下させる。そして、これらの問題は、周波数が高くなって厚みが小さく、しかも平面外形が小さくなって小型化が進行するほど顕著になる。

（発明の目的）
本発明は熱膨張係数差による影響を排除し、振動特性を良好に維持し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、両主面の励振電極から一端部両側に引出電極の延出した水晶片と、前記水晶片と同一の膨張係数として一端部両側に水晶保持端子を有する水晶板からなる台座とを有し、前記引出電極の延出した一端部両側を前記水晶保持端子に固着し、前記台座を容器本体の内底面に固着して前記水晶片を収容してなる水晶デバイスにおいて、前記水晶片の前記台座に対する固着位置と前記台座の前記内底面に対する固着位置とは、前記水晶片及び前記台座の長さ方向の互いに反対方向となる両端部とした構成とする。

このような構成であれば、容器本体の内底面に固着される例えば台座の一端部に膨張係数差による歪みが生じても、水晶片の固着される一端部両側は台座の他端部に固着される。したがって、台座の固着される一端部と水晶片の固着される他端部との間の距離は最も長くなる。このことから、台座の一端部に生じた歪みは、水晶片の固着される台座の他端部には到達しにくいので、水晶片の一端部両側となる幅方向の歪みを緩和できる。また、水晶片の一端部両側が固着されるので、長さ方向の歪みは前述同様に緩和される。これらにより、水晶振動子の振動特性を抑制できる。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記水晶片の一端部両側は前記台座の他端部両側に設けられた水晶保持端子に固着され、前記水晶保持端子は導電路によって前記台座の一端部両側の補助端子に接続し、前記台座の一端部両側が前記内底面に固着される。

これにより、請求項１での構成をさらに明確にし、特に台座の一端部両側が固着されることによる幅方向での歪みが、水晶片の一端部両側に到達することを緩和する。

同請求項３では、請求項１において、前記水晶片の一端部両側は前記台座の一端部両側に設けられた水晶保持端子に固着され、前記水晶保持端子は前記内底面の回路端子にワイヤーボンディングによる導線によって電気的に接続し、前記台座は他端部が前記内底面に固着される。

この場合でも、請求項１の構成をさらに明確にし、台座の他端部に生ずる歪みは、水晶片の一端部両側が固着される台座の一端部には到達することを抑制して、水晶片に生ずる歪みを緩和する。

同請求項４では、請求項１において、前記容器本体内には前記台座に固着された水晶片のみが収容されて水晶振動子とする。また、請求項５では、請求項１において、前記容器本体内には前記台座に固着された水晶片及び少なくとも発振回路を形成するＩＣチップが収容されて水晶発振器とする。これらにより、水晶デバイスを明確にする。

（第１実施形態）
第１図は本発明の第１実施形態を説明する水晶デバイスとしての表面実装振動子の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）はカバーを除く平面図である。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、いずれも同一切断角度のＡＴカットとして同一膨張係数とし、しかも結晶軸（ＸＹＺ）の軸方向を一致させた水晶片２と台座（水晶板）４とを有する。そして、水晶片２が台座４に固着されて積層セラミックからなる容器本体１に収容し、金属カバー３を接合してこれらを密閉封入してなる。

そして、第１実施形態では、従来例と同様に水晶片２は両主面の励振電極５ａから一端部両側に引出電極５ｂを延出する。台座４はこれも同様に水晶片２の一端部両側の一主面に水晶保持端子６を有する。さらに、ここでは、台座４の他端部両側には両主面に補助端子１０を有し、他端部両側の水晶保持端子６と導電路１０ａによって電気的に接続する。

そして、引出電極５ｂの延出した水晶片２の一端部両側は、台座４の一端部両側の水晶保持端子６に導電性接着剤７によって固着される。これにより、水晶片２は水晶保持端子６に電気的・機械的に接続する。そして、台座４の他端部両側の補助端子１０が容器本体１の内底面の回路端子８に導電性接着剤７によって電気的・機械的に接続して固着する。

このような構成であれば、水晶片２の引出電極５ｂが延出した一端部両側はこれと同じ方向となる台座４の一端部両側に固着され、これらとは互いに反対方向となる長さ方向の台座４の他端部が容器本体１の内底面に固着される。これにより、水晶片２の台座４に対する固着位置と、台座４の内底面の対する固着位置とは長さ方向の互いに反対方向の両端部となって、両端部の固着位置間は最も距離が長くなる。

したがって、容器本体１（セラミック）と台座４（水晶板）との膨張係数差によって、従来同様に台座４の固着される他端部両側の幅方向に歪みを生じても、水晶片２の固着される台座４の一端部両側への歪みの到達を抑制する。したがって、水晶片２の一端部両側となる幅方向での歪みは緩和される。また、水晶片２の一端部両側が台座４の一端部両側に固着されて、水晶片２の他端部は自由端なので長さ方向での歪みは従来同様に抑制される。これらから、水晶片２に生ずる歪みを防止して水晶振動子の振動特性を良好に維持できる。

（第２実施形態）
第２図は本実施例の第２実施形態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）はカバーを除く平面図である。なお、第１実施形態と同一部分には同番号を付与してその説明は省略又は簡略する。

第２実施形態では、水晶板からなる台座４の一端部両側の一主面に形成された水晶保持端子６に、引出電極５ｂの延出した水晶片２の一端部両側が導電性接着剤７によって固着される。そして、台座４の他端部の他主面が例えば絶縁性の接着剤７ａによって容器本体１の内底面に固着される。

ここでは、台座４の他端部における長さをもった中央領域が接着剤７ａによって固着される。あるいは、他端部の両端側が接着剤によって固着される（不図示）。そして、台座４の一端部両側の水晶保持端子６は内底面の回路端子８にワイヤーボンディングによる導線ここでは金線１１によって電気的に接続する。

このような構成であれば、第１実施形態と同様に、水晶片２の台座４に対する固着位置と容器本体１の内底面に対する台座４の固着位置とは、互いに長さ方向の反対方向となる両端部となる。したがって、同様にして、台座４の固着される他端部に容器本体１との膨張係数差によって幅方向の歪みを生じても、水晶片２の固着される一端部両側での歪みは抑制される。したがって、水晶振動子の振動特性を良好に維持する。なお、水晶片２の一端部両側と回路端子８を接続する金線は電気的接続のみなので、これによって水晶片２に応力（歪み）を生ずることはない。

（第３実施形態）
第３図は本実施例の第３実施形態を説明する水晶デバイスとしての表面実装発振器の図である。なお、前実施形態と同一部分の説明は省略又は簡略する。

第１及び第２実施形態では表面実装振動子として説明したが、第３実施形態では表面実装発振器とする。すなわち、第３実施形態では容器本体１に水晶片２のみならず少なくとも発振回路を集積化したＩＣチップ１２を収容する。ここでは、容器本体１の内底面に段部を有する穴部を設け、他端部の段部の両側には回路端子８を有する。

そして、容器本体１の穴部にＩＣチップ１２の回路機能面に露出した図示しないＩＣ端子を穴部の底面にバンプ１３を用いた超音波熱圧着によって固着する（所謂フリップチップボンディング）。なお、ＩＣ端子中の水晶端子は段部の回路端子８と電気的に接続し、電源、出力、アース等のＩＣ端子は容器本体１の外底面の実装端子９と接続する。

そして、第１実施形態と同様に、引出電極５ｂの延出した水晶片２の一端部両側が水晶板からなる台座４の一端部両側に設けられた水晶保持端子６に固着されて電気的・機械的に接続する。そして、水晶保持端子６に導電路１０ａによって接続した台座４の他端部両側の補助端子１０は、容器本体１の一端側の段部に設けた回路端子８に固着されて電気的・機械的に接続する「第３図（ａ）」「第１図（ｂ）参照」。

あるいは、第２実施形態と同様に、引出電極５ｂの延出した一端部両側が水晶板からなる台座４の一端部両側に設けられた水晶保持端子６に固着されて電気的・機械的に接続する。そして、台座４の他端部が絶縁性の接着剤７ａによって容器本体１の他端側の段部に固着されて機械的にのみ接続する。また、台座４の一端部両側の水晶保持端子６はワイヤーボンディングによる金線１１によって一端側の段部の回路端子８に電気的に接続する「第３図（ｂ）「第２図（ｂ）参照」。

このような構成であっても、第１及び第２実施形態と同様に、水晶片２の台座４に対する固着位置と容器本体１の内底面（段部）に対する台座４の固着位置とは、互いに長さ方向の反対方向となる。したがって、容器本体１との膨張係数差によって台座４の固着される他端部に幅方向の歪みを生じても、水晶片２の固着される一端部両側での歪みは抑制される。したがって、水晶振動子の振動特性を良好に維持できる。

本発明の第１実施形態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）はカバーを除く平面図である。 本実施例の第２実施形態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）はカバーを除く平面図である。 本発明の第３実施形態を説明する表面実装発振器の図で、同図（ａｂ）ともに断面図である。 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）はカバーを除く平面図である。

符号の説明

１ 容器本体、２ 水晶片、３ 金属カバー、４ 台座、５ 電極、６ 水晶保持端子、７ 導電性接着剤、７ａ 絶縁性の接着剤、８ 回路端子、９ 実装端子、１０ 補助端子、１１ 金線、１２ ＩＣチップ、１３ バンプ。

Claims (5)

1. 両主面の励振電極から一端部両側に引出電極の延出した水晶片と、前記水晶片と同一の膨張係数として一端部両側に水晶保持端子を有する水晶板からなる台座とを有し、前記引出電極の延出した一端部両側を前記水晶保持端子に固着し、前記台座を容器本体の内底面に固着して前記水晶片を収容してなる水晶デバイスにおいて、前記水晶片の前記台座に対する固着位置と前記台座の前記内底面に対する固着位置とは、前記水晶片及び前記台座の長さ方向の互いに反対方向となる両端部としたことを特徴とする水晶デバイス。
2. 請求項１において、前記水晶片の一端部両側は前記台座の他端部両側に設けられた水晶保持端子に固着され、前記水晶保持端子は導電路によって前記台座の一端部両側の補助端子に接続し、前記台座の一端部両側が前記内底面に固着された水晶デバイス。
3. 請求項１において、前記水晶片の一端部両側は前記台座の一端部両側に設けられた水晶保持端子に固着され、前記水晶保持端子は前記内底面の回路端子にワイヤーボンディングによる導線によって電気的に接続し、前記台座は他端部が前記内底面に固着された水晶デバイス。
4. 請求項１において、前記容器本体内には前記台座に固着された水晶片のみが収容されて水晶振動子とした水晶デバイス。
5. 請求項１において、前記容器本体内には前記台座に固着された水晶片及び少なくとも発振回路を形成するＩＣチップが収容されて水晶発振器とした水晶デバイス。