JP2010219616A - ２周波用とした表面実装用水晶デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動周波数を調整する際の作業性を高めて設計を容易にする２周波用とした水晶デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも第１と第２の水晶片２（ａｂ）の励振電極４ａから引出電極４ｂの延出した一端部両側をセラミックベース１の内底面に形成された水晶保持端子に加熱硬化型の導電性接着剤６によって固着し、前記第１と第２の水晶片２（ａｂ）の励振電極４ａにガスイオンＰを照射して振動周波数を調整してなる２周波用とした表面実装水晶デバイスの製造方法において、前記第１と第２の水晶片２（ａｂ）は前記セラミックベース１の内底面に対して垂直方向とするとともに板面を対向して、前記引出電極４ｂの延出した一端部両側を前記水晶保持端子に予め固着した後、前記第１と第２の水晶片２（ａｂ）の対向面とは反対面の励振電極４ａにガスイオンＰを照射した構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は２枚の水晶片を収容した表面実装用水晶デバイス及びその製造方法を技術分野とし、特に作業性を高めて設計を容易にした表面実装用水晶デバイスに関する。

（発明の背景）
表面実装水晶デバイス例えば水晶振動子は小型・軽量であることから、例えば携帯型の電子機器に周波数や時間の基準源として内蔵される。このようなものの一つに、２枚の水晶片を容器内に収容し、例えば２周波数での発振を可能にした２周波用の表面実装水晶振動子（以下、２周波振動子とする）がある。

（従来技術の一例）
第７図は一従来例を説明する図で、同図（ａ）は２周波振動子の断面図、同図（ｂ）は水晶片の平面図である。

２周波振動子はセラミックベース１に第１及び第２とした２枚の水晶片２（ａｂ）を収容し、例えばシーム溶接とした金属カバー３によって開口端面を封止する。セラミックベース１は積層セラミックからなり、凹状として内壁段部を有する。第１及び第２の水晶片２（ａｂ）はいずれも厚みすべり振動とするＡＴカットとし、例えば長さ方向を結晶軸（ＸＹＺ）のＸ軸方向とする。そして、水晶片２（ａｂ）の両主面に励振電極４ａを有して一端部両側に引出電極４ｂを延出する。引出電極４ｂはそれぞれ反対面に折り返して形成される。

第１水晶片２ａは引出電極４ｂの延出した一端部両側が内底面の水晶保持端子５ａに導電性接着剤６によって固着され、電気的・機械的に接続する。第２水晶片２ｂは同様にして内壁段部の水晶保持端子５ｂに電気的・機械的に接続する。そして、各水晶保持端子５（ａｂ）は外底面の４角部に設けた実装端子７に積層面を経ての図示しない配線路によって電気的に接続する。

これらの場合、第８図に示したように、第１水晶片２ａをセラミックベース１の内底面に固着した後、第１水晶片２ａの励振電極４ａに図示しないイオンガンからのガスイオンＰを照射して、振動周波数を低い方から高い方向に調整する。次に、第２水晶片２ｂを内壁段部に固着し、同様にして振動周波数を調整する。そして、セラミックベース１の開口端面に設けた図示しない金属厚膜や金属リングにシーム溶接によって金属カバー３を接合する。金属カバー３はセラミックベース１の外底面に設けた図示しないアース端子に電気的に接続する。

このようなものでは、第１及び第２の水晶片２（ａｂ）に電気的に接続するそれぞれの発振回路を接続し、２周波数での発振を可能とする。あるいは、発振回路は一つとして切換スイッチによっていずれか一方の周波数を選択して使用する。これらの場合、例えば第９図に示したように、第１及び第２の発振回路あるいはこれらに切換スイッチを集積化したＩＣチップ８を内底面に設けた凹所内に収容し、第１及び第２の水晶片２（ａｂ）と電気的に接続する。そして、第１及び第２の発振回路に接続した出力、電源、アース等の実装端子７を外底面に延出し、周波数の切換型を含む２周波発振器とする。

特開２００３−６９３６６号公報（第６図、段落００３１）

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の２周波振動子では、第１及び第２の水晶片２（ａｂ）の主面を垂直方向に配置するので、第１水晶片２ａを固着した振動周波数の調整後に、第２水晶片２ｂを固着して振動周波数を調整する。したがって、固着、調整、固着、調整の作業工程となるので、例えば加熱硬化型とした導電性接着剤６の加熱工程を二回必要として作業性の悪い問題があった。

また、セラミックベース１の内底面に配置される第１水晶片２ａは、内壁段部の存在によって第２水晶片２ｂよりも長さ方向が制限されて板面面積が小さくなる。したがって、板面面積が大きいほど良好な振動特性を得るとされる設計を困難にする。特に、第１水晶片２ａの長さ方向を振動変位方向となるＸ軸とした場合は、長さが短くなるのでクリスタルインピーダンス（ＣＩ）に悪影響を及ぼす。

この場合、振動周波数は水晶片の厚みに反比例することから、振動周波数が高くなるほど水晶片２の厚みは小さくなって、板面面積を小さくできる。したがって、例えば振動周波数が６００ＭＨz帯（第１水晶片２ｂ）と５０ＭＨz帯（第２水晶片２ａ）とした場合は、小さい板面の第１水晶片２ａを内底面に、大きい板面の第２水晶片２ｂを内壁段部に配置することによって、第１及び第２の水晶片２（ａｂ）の設計を容易にする。

しかし、第１及び第２の水晶片２（ａｂ）の振動周波数がいずれも例えば１５０ＭＨｚ帯として接近した場合は、水晶片の厚みも殆ど同じとなる。したがって、内底面に配置されて小さい板面となる第１水晶片２ａの設計は、内壁段部に配置されて大きい板面となる第２水晶片２ｂの設計よりも特に困難になる。

このことから、例えばセラミックベース１を両主面に凹部を有する断面Ｈ状として、第１及び第２の水晶片２（ａｂ）を各凹部に収容することが考えられる。しかし、この場合は、両主面の凹部の開口端面をそれぞれ金属カバー３によって封止するので、封止工程に２工程を要して作業性を低下させる問題を生じる。

また、セラミックベース１の内底面に水晶片２（ａｂ）の主面を平行に配置するので、高さ寸法を小さくできるものの表面実装振動子の平面外形が大きくなる。したがって、図示しないセット基板の実装密度を低下させることから、ユーザーが実装密度の向上を望む場合は対応できない問題もあった。

（発明の目的）
本発明は、振動周波数を調整する際の作業性を高めるとともに水晶片の設計を容易にする２周波用とした水晶デバイスの製造方法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、少なくとも第１と第２の水晶片２の励振電極から引出電極の延出した一端部両側をセラミックベースの内底面に形成された水晶保持端子に加熱硬化型の導電性接着剤によって固着され、前記第１と第２の水晶片の励振電極にガスイオンを照射して振動周波数が調整されてなる２周波用とした表面実装水晶デバイスにおいて、前記第１と第２の水晶片は前記セラミックベースの内底面に対して垂直方向とするとともに板面を対向し、前記引出電極の延出した一端部両側が前記水晶保持端子に固着され、前記第１と第２の水晶片の対向面とは反対面の励振電極をガスイオンの照射による振動周波数調整用の励振電極とした構成とする。

また、同請求項８では、少なくとも第１と第２の水晶片２の励振電極から引出電極の延出した一端部両側をセラミックベースの内底面に形成された水晶保持端子に加熱硬化型の導電性接着剤によって固着し、前記第１と第２の水晶片の励振電極にガスイオンを照射して振動周波数を調整してなる２周波用とした表面実装水晶デバイスの製造方法において、前記第１と第２の水晶片は前記セラミックベースの内底面に対して垂直方向とするとともに板面を対向し、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予め固着した後、前記第１と第２の水晶片の対向面とは反対面の励振電極にガスイオンを照射した構成とする。

このような請求項１の構成（物）であれば、第１と第２の水晶片は板面の対向面とは反対面の励振電極に対するガスイオンの照射とした質量負荷効果によって振動周波数が調整される。したがって、第１と第２の水晶片を導電性接着剤によって予め固着した後、ガスイオンの照射によっての振動周波数を調整する製造方法を採用できる。したがって、第１と第２の水晶片は導電性接着剤を塗布した後、一回の加熱工程で固着できるので、作業性を高められる。

そして、第１と第２の水晶片はいずれも長さを同等の長さにして板面面積を大きくできるので、振動特性を良好にする設計を容易にする。特に、第１及び第２の水晶片の振動周波数が例えば１５０ＭＨz帯として接近した場合の設計を容易する。そして、水晶片の長さ方向をＸ軸方向とした場合はＣＩの点から特に有利になる。

また、請求項８の構成（製造方法）であれば、前述したように、第１と第２の水晶片を導電性接着剤によって予め固着した後、ガスイオンの照射によって振動周波数を調整できる。したがって、第１と第２の水晶片は導電性接着剤を塗布した後、一回の加熱工程で固着できるので、作業性を高められる。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、前記水晶片は長方形として前記引出電極の延出した一端部両側は一方の長辺の両端側とする。これにより、水晶片の幅方向が高さ方向となるので、水晶デバイスの高さ寸法を抑制できる。

同請求項３では、請求項１において、前記第１と第２の水晶片は板面を対向した状態で板面方向となる互いに反対方向の水平方向にずらして配置され、前記セラミックベースの内底面に対する前記第１と第２の固着位置を板面方向の水平方向で異なる位置とする。これにより、第１と第２の水晶片を固着する導電性接着剤同士の接触を防止できる。

同請求項４では、請求項１において、前記セラミックベースの内底面には前記第１と第２の水晶片が挿入される位置決溝が設けられる。これにより、第１及び第２の水晶片の位置決めを容易にできる。

同請求項５では、請求項１において、前記セラミックベースは凹状とする。この場合、ガスイオンはセラミックベースの開口端面の内周と第１と第２の水晶片の対向面とは反対面との間から斜め方向に侵入して前記励振電極に対して直接に照射される。これにより、質量負荷効果によって振動周波数を調整できる。

同請求項６では、請求項１において、前記セラミックベースは凹状として、前記セラミックベースの対向する長辺の枠壁内周はそれぞれ底壁の中央側に向かう傾斜面とする。この場合、セラミックベースの開口端面の内周と第１と第２水晶片の対向面とは反対面との間から垂直方向にガスイオンが侵入し、傾斜面での反射によって励振電極に対して斜め方向に照射される。これにより、振動周波数を調整できるとともに、ガスイオンは垂直方向に侵入するので請求項４の場合よりも平面外形を小さくできる。

同請求項７では、前記セラミックベースは平板状とする。この場合、ガスイオンは第１と第２の水晶片の対向面とは反対面となる励振電極に対して垂直方向に照射される。これにより、振動周波数を調整できるとともに、請求項５の場合よりも平面外形を小さくできる。

本発明の第１実施形態を説明する図で、同図（ａ）は表面実装振動子の正断面図、同図（ｂ）は金属カバーを除く側断面図、同図（ｃ）は同平面図である。 本発明の第２実施形態を説明する２周波振動子の側断面である。 本発明の第３実施形態を説明する図で、同図（ａ）は２周波振動子の側断面図、同図（ｂ）は金属カバーを除く同側断面図である。 本発明の他例を説明する２周波振動子の金属カバーを除く平面図である。 本発明の他例を説明する金属カバーを除く側断面図である。 本発明の他例を説明する２周波発振器の断面図である。 一従来例を説明する図で、同図（ａ）は２周波振動子の正断面図、同図（ｂ）は水晶片の平面図である。 一従来例を説明する２周波振動子の金属カバーを除く正断面図である。 一従来例を説明する２周波発振器の正断面図である。

以下、第１図（正断面図、側断面図、平面図）よって、本発明の第１実施形態である２周波振動子及びその製造方法を説明する。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。

２周波振動子はセラミックベース１に第１及び第２の水晶片２（ａｂ）を収容し、シーム溶接等によって金属カバー３を開口端面に接合して密閉封入する。セラミックベース１は単純な凹状として例えば３層とした積層セラミックからなり、一対２組とした水晶保持端子５（ａｂ）を内底面に、これらと電気的に接続した実装端子７を外底面の４角部に有する。そして、容器本体の開口端面には図示しない金属厚膜又は金属リングを有する。

第１及び第２の水晶片２（ａｂ）は、厚みすべり振動姿態のＡＴカットとしてＸ軸方向に長い矩形状とし、振動周波数をいずれも150MHz帯とする。例えば第１水晶片２ａを155.52MHz、第２水晶片２ｂを161.1328MHzとする。そして、ここでは、いずれの水晶片２（ａｂ）も両主面の励振電極４ａから短辺方向の一端部両側となる一方の長辺の両端側に引出電極４ｂ延出する。

このようなものでは、先ず、第１及び第２の水晶片２（ａｂ）はセラミックベース１の内底面に対して板面を垂直方向とし、それぞれ引出電極４ｂの延出した一方の長辺の両端側を水晶保持端子５（ａｂ）に導電性接着剤６によって固着する。導電性接着剤６は加熱硬化型とし、水晶保持端子５（ａｂ）の表面上に予め塗布される。そして、第１及び第２の水晶片２（ａｂ）を位置決めして倒立させた状態で加熱硬化する。

次に、第１水晶片２ａの対向面とは反対面とセラミックベース１の開口端面の内周との間から、イオンガンによるガスイオンＰを斜め方向に侵入させる。そして、第１水晶片２ａの励振電極４ａにガスイオンＰを直接に照射する。これにより、励振電極４ａの表面を全面的に削り取って振動周波数を低い方から高い方に変化させて目的周波数（155.52MHz）に調整する。

次に、これと同様にして、第２水晶片２ｂの励振電極４ａにガスイオンを照射して振動周波数を目的周波数（161.1328MHz）に調整する。最後に、セラミックベース１の開口端面に、例えばシーム溶接によって金属カバー３を接合し、第１及び第２の水晶片２（ａｂ）を密閉封入する。

このような構成であれば、発明の効果の欄でも記載したように、第１と第２の水晶片２（ａｂ）は板面の対向面とは反対面の励振電極４ａを振動周波数調整用としてガスイオンＰが照射される。したがって、第１と第２の水晶片２（ａｂ）を導電性接着剤６によって予め固着した後、ガスイオンＰの照射によって振動周波数を調整できる。これにより、第１と第２の水晶片は導電性接着剤を塗布した後、一回の加熱工程で固着できるので、作業性を高められる。

そして、第１と第２の水晶片２（ａｂ）は同一の周波数帯（例えば１５０ＭＨz）とするので、厚みを同等として板面面積も同一にできる。したがって、従来例のようにいずれか一方を小さくする場合に比較し、設計を容易にする。特に、ＡＴカットとしていずれも振動の変位方向となるＸ軸を長さ方向としていずれも長くできるので、ＣＩを小さく維持する。

また、ここでは、第１及び第２の水晶片２（ａｂ）は長方形として引出電極４ｂの延出した一端部両側は一方の長辺の両端側とする。これにより、各水晶片２（ａｂ）の幅方向が高さ方向となるので、２周波振動子の高さ寸法を抑制できる。

そして、セラミックベース１は凹状として、ガスイオンＰは開口端面の内周と第１と第２の水晶片の対向面とは反対面との間から斜め方向に侵入する。これにより、励振電極４ａに対して直接に照射され、質量負荷効果によって振動周波数を調整できる。

（第２実施形態）
第２図は本発明の第２実施形態を説明する２周波振動子の側断面図である。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２実施形態では、セラミックベース１は前述のように凹状とし、対向する長辺の枠壁１ａ内周がそれぞれ中央の底壁１ｂに向かう傾斜面を有する。ここでは２層とした枠壁の下層の内周を傾斜面とする。そして、セラミックベース１の開口端面の内周と水晶片２（ａｂ）の対向面とは反対面との間からガスイオンＰを垂直方向に侵入する。そして、傾斜面での反射によって励振電極４ａに対してガスイオンＰが斜め方向に照射される。

これにより、各水晶片２（ａｂ）の振動周波数を調整できるとともに、ガスイオンは垂直方向に侵入するので、第１実施形態の場合よりも平面外形を小さくできる。また、この場合でも、前述同様に、第１及び第２の水晶片２（ａｂ）を導電性接着剤６によって固着した後、ガスイオンＰの照射によって振動周波数を調整する。したがって、前述と同様に作業性を高めて、水晶片２（ａｂ）を大きくすることから設計を容易にする。

（第３実施形態）
第３図は本発明の第３実施形態を説明する図で、同図（ａ）は２周波振動子の側断面、同図（ｂ）は金属カバーを除く側断面図である。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３実施形態では、セラミックベース１は平板状とし、内底面に水晶保持端子５（ａｂ）を、外底面に実装端子７を有する。そして、第１及び第２の水晶片２（ａｂ）を前述同様に板面を垂直方向として固着される。そして、金属カバー３を凹状として、開口端面を例えばＡuＳnとした共晶合金によって、セラミックベース１の外周に接合する。なお、セラミックベース１の外周には図示しない接合用の金属膜を有する。

そして、この場合でも、先ず、第１及び第２の水晶片２（ａｂ）を水晶保持端子５（ａｂ）に導電性接着剤６によって固着する。そして、各水晶片２（ａｂ）の対向面とは反対面となる励振電極４ａに対して垂直方向にガスイオンＰを照射し、振動周波数を調整する。その後、金属カバー３を接合して密閉封入する。

この場合でも、前述同様に、第１及び第２の水晶片２（ａｂ）を固着した後、振動周波数を調整するので、作業性を高めて各水晶片２（ａｂ）を大きくすることから設計を容易にする。そして、ここでは、セラミックベース１を平板状として各水晶片２（ａｂ）を倒立するので、イオンガスＰを垂直方向に照射しやすくする。そして、枠壁を要することなく、金属カバー３を凹状とするので、平面外形をさらに小さくできる。

（他の事項）
上記実施形態の例えば第１実施形態においては、第４図に示したように、第１及び第２の水晶片２（ａｂ）は板面を対向した状態で板面方向となる互いに反対方向の水平方向にずらして配置する。そして、セラミックベース１の内底面に対する第１及び第２の固着位置を板面方向の水平方向で異なる位置とする。これにより、第１及び第２の水晶片２（ａｂ）を固着する導電性接着剤６同士の接触を防止できる。

また、第５図に示したように、セラミックベース１の内底面には第１と第２の水晶片２（ａｂ）が挿入される細長の位置決溝が設けられる。例えば、底壁を２層として上層に貫通孔を設けて位置決溝とする。そして、底壁の下層表面に水晶保持端子５（ａｂ）を設け、積層面を経て実装端子に電気的に接続する。この場合、位置決溝内に導電性接着剤６を塗布して第１及び第２の水晶片２（ａｂ）の引出電極４ｂの延出した下端部を位置決溝に挿入して位置決めして倒立した状態で、加熱硬化する。これにより、第１及び第２の水晶片の位置決めを容易にして作業性を良好にする。

そして、２周波振動子を例として説明したが、第６図に示したように、底壁の底面側に凹部を設けて発振回路を形成するＩＣチップ８を例えばフリップチップボンディングによって固着し、２周波発振器を形成することも勿論できる。この場合、実装端子７はＩＣチップ８の図示しないＩＣ端子と電気的に接続した電源、出力、アース等となる。なお、各水晶片２（ａｂ）はＩＣチップ８の水晶端子となるＩＣ端子に電気的に接続する。そして、これらは第１実施形態のみならず第２及び第３実施形態でも同様に適用できる。

１ セラミックベース、２ 水晶片、３ 金属カバー、４ 励振及び引出電極、５ 水晶保持端子、６ 導電性接着剤、７ 実装端子、８ ＩＣチップ。

Claims (8)

1. 少なくとも第１と第２の水晶片の励振電極から引出電極の延出した一端部両側をセラミックベースの内底面に形成された水晶保持端子に加熱硬化型の導電性接着剤によって固着され、前記第１と第２の水晶片の励振電極にガスイオンを照射して振動周波数が調整されてなる２周波用とした表面実装水晶デバイスにおいて、前記第１と第２の水晶片は前記セラミックベースの内底面に対して垂直方向とするとともに板面を対向し、前記引出電極の延出した一端部両側が前記水晶保持端子に固着され、前記第１と第２の水晶片の対向面とは反対面の励振電極をガスイオンの照射による振動周波数調整用の励振電極としたことを特徴とする２周波用とした表面実装水晶デバイス。
2. 請求項１において、前記水晶片は長方形として前記引出電極の延出した一端部両側は一方の長辺の両端側とする２周波用とした表面実装水晶デバイス。
3. 請求項１において、前記第１と第２の水晶片は板面を対向した状態で板面方向となる互いに反対方向の水平方向にずらして配置され、前記セラミックベースの内底面に対する前記第１と第２の固着位置を板面方向の水平方向で異なる位置とする２周波用とした表面実装水晶デバイス。
4. 請求項１において、前記セラミックベースの内底面には前記第１と第２の水晶片が挿入される位置決溝が設けられる２周波用とした表面実装水晶デバイス。
5. 請求項１において、前記セラミックベースは凹状とする。この場合、ガスイオンはセラミックベースの開口端面の内周と第１と第２の水晶片の対向面とは反対面との間から斜め方向に侵入して前記励振電極に対して直接に照射される２周波用とした表面実装水晶デバイス。
6. 請求項１において、前記セラミックベースは凹状として、前記セラミックベースの対向する長辺の枠壁内周はそれぞれ底壁の中央側に向かう傾斜面とする。この場合、セラミックベースの開口端面の内周と第１と第２水晶片の対向面とは反対面との間から垂直方向にガスイオンが侵入し、傾斜面での反射によって励振電極に対して斜め方向に照射される２周波用とした表面実装水晶デバイス。
7. 請求項１において、前記セラミックベースは平板状とする２周波用とした表面実装水晶デバイス。
8. 少なくとも第１と第２の水晶片の励振電極から引出電極の延出した一端部両側をセラミックベースの内底面に形成された水晶保持端子に加熱硬化型の導電性接着剤によって固着し、前記第１と第２の水晶片の励振電極にガスイオンを照射して振動周波数を調整してなる２周波用とした表面実装水晶デバイスの製造方法において、前記第１と第２の水晶片は前記セラミックベースの内底面に対して垂直方向とするとともに板面を対向し、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予め固着した後、前記第１と第２の水晶片の対向面とは反対面の励振電極にガスイオンを照射したことを特徴とする２周波用とした表面実装水晶デバイスの製造方法。