JP2010283526A - 表面実装用の水晶振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー照射によって付加金属膜から蒸散する金属が効率よく振動腕に蒸着し、特に励振電極の電気的短絡を抑止する音叉型振動子の提供。
【解決手段】凹部を有する容器本体と、容器本体の凹部に配設され、音叉基部５から伸びた複数の振動腕６を有する音叉状水晶片３と、容器本体の開口端面に接合して音叉状水晶片３を密閉封入し、透光性を有する蓋体４とを備え、蓋体４の音叉状水晶片３と対向する一主面及び又は容器本体の内底面における振動腕６に対向する領域に付加金属膜１１が形成された表面実装型の水晶振動子において、付加金属膜１１は蓋体４の一主面及び又は容器本体の内底面に設けられた金属膜用凹部（金属膜用枠部１６の内周部）内に形成された構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は表面実装用の音叉型振動子を産業上の技術分野とし、特に音叉状水晶片を容器本体に密閉封入した後に周波数調整が可能な音叉型振動子に関する。

（発明の背景）
音叉型振動子は腕時計を初めとして各種の電子機器に時計機能源（特に32.768KHｚ）として内蔵される。近年では、電子機器の小型化・軽量化の要求に伴い、音叉型振動子においても表面実装型が普及する。このようなものの一つに、例えばカバーをガラスの透明体として外部からのレーザー照射によって振動周波数を調整したものがある。

（従来技術の一例、特許文献１参照）
第１０図は一従来例を説明する音叉型振動子の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は蓋体を取り除いた平面図、同図（ｃ）は音叉状水晶片の斜視図である。

音叉型振動子１は、凹部を有する容器本体２に音叉状水晶片３を収容し、容器本体２の開口端面に蓋体４を接合してなる。容器本体２は凹部を形成する底壁２ａと枠壁２ｂとの積層体からなる。通常では、底壁２ａ及び枠壁２ｂ用のセラミックグリーンシートを積層し、これらを焼成後に分割される。

音叉状水晶片３は、例えば低端側ほど幅広となる、両側面に段差を有する音叉基部５から２本の振動腕６が伸びて平面外形を音叉状とする。各振動腕６の両主面及び両側面の各４面には、励振電極７が設けられて音叉基部に引出端子を延出する。また、振動腕６の延出端部となる先端部（頭部）には振動周波数を高い方に調整する周波数調整用の切削金属膜８が形成される。励振電極７及び切削金属膜８は、いずれもスパッタや蒸着によってクロム膜上に金膜を積層したものである。

また、音叉状水晶片３は、引出端子の延出した音叉基部５の２箇所が導電性接着剤９によって容器本体２の内底面に形成された水晶端子１０に電気的・機械的に接続される。これにより、水晶端子１０は励振電極７に電気的に接続する。容器本体２の内底面には振動周波数を低い方に調整する周波数調整用の付加金属膜１１が形成される。水晶端子１０及び付加金属膜１１は、タングステンのメタライズ層にニッケル膜と金膜とを順次に電解メッキ又は無電解メッキして積層したものである。

蓋体４は透明体のガラス製とする。そして、容器本体２の開口端面に塗布したロウ材１２例えば低融点ガラスを用いて容器本体２に接合する（所謂ガラス封止）。容器本体２の外底面には図示しない実装端子が形成される。この実装端子は、図示しない導電路によって水晶端子１０と電気的に接続する。

このようなものでは、音叉状水晶片３を容器本体２に収容して蓋体４で密閉封入した後に、切削金属膜８及び付加金属膜１１にレーザーを照射して目的とした振動周波数（32.768KHｚ）に調整する。なお、一般には、水晶片の振動領域の質量を減少させると周波数が上がり、増加させると周波数が下がることが知られており、ここでは、切削金属膜８及び付加金属膜１１によって振動腕６の質量を変動させ、音叉型振動子１の振動周波数を調整する。

具体的には、密閉封入後の振動周波数が目的周波数よりも低く、振動周波数を高くする場合には、第１０図にＬ１として示された位置・方向でレーザーを切削金属膜８に照射する。これにより、切削金属膜８が加熱されて金属が蒸散し、振動腕６の質量が減少して、振動周波数が上がる。

これとは逆に、振動周波数が目的周波数よりも高く、振動周波数を下げる場合には、第１０図にＬ２として示された位置・方向でレーザーを付加金属膜１１に照射する。これにより、付加金属膜１１が加熱されて金属が蒸散し、振動腕に金属が蒸着する。したがって、振動腕６の質量が増加して、周波数が下がる。このような方法によって、音叉型振動子１を目的の振動周波数に調整することができる。

特開２００３−０６０４７０号公報

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の音叉型振動子１では、電気的短絡を引き起こす等の問題があった。すなわち、付加金属膜１１にレーザーを照射したとき、付加金属膜１１の金属の一部は励振電極７の方向に蒸散する。ここで、振動腕６の４面には励振電極７が形成されている。したがって、蒸散した金属が隣接する励振電極７間に蒸着して電気的短絡が生じる問題があった。また、付加金属膜１１の金属の一部は枠壁２ｂの方向に蒸散して振動腕６に蒸着せず、効率的な周波数調整が妨げられる。

（発明の目的）
本発明は、レーザーの照射によって付加金属膜から蒸散する金属が効率よく振動腕に蒸着し、特に励振電極の電気的短絡を抑止する音叉型振動子の提供を目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、凹部を有する容器本体と、前記容器本体の前記凹部に配設され、音叉基部から伸びた複数の振動腕を有する音叉状水晶片と、前記容器本体の開口端面に接合して前記音叉状水晶片を密閉封入し、透光性を有する蓋体とを備え、前記蓋体の前記音叉状水晶片と対向する一主面及び又は前記容器本体の内底面における前記振動腕に対向する領域に付加金属膜が形成された音叉型振動子において、前記付加金属膜は前記蓋体の一主面及び又は前記容器本体の内底面に設けられた金属膜用凹部内に形成された構成とする。

このような構成であれば、周波数調整のために付加金属膜にレーザーが照射されても、金属膜用凹部の内側面が障壁となり、金属が励振電極の方向へ蒸散することを抑止できる。したがって、励振電極の電気的短絡を抑止して、水晶振動子の生産性を向上できる。また、金属が枠壁の方向へ蒸散することもないため、効率よく振動腕に蒸着させることができる。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記容器本体は、底壁と、前記音叉状水晶片の前記音叉基部における連結部と接続して前記音叉状水晶片の周囲を囲み前記底壁に積層固定される枠壁とからなり、前記底壁及び前記枠壁及び前記蓋体は水晶からなる構成とする。

これにより、水晶は透光性を有するため、音叉型振動子の蓋体及び底壁の２方向からレーザーを照射することができる。よって、予め水晶振動子の蓋体側及び底壁側にレーザー照射装置を配置し、例えば、蓋体側から照射するレーザーは切削金属膜に照射させて周波数を上げて、底壁側から照射するレーザーは付加金属膜に照射させて周波数を下げる、という周波数調整を行うことができる。したがって、効率的な周波数調整が可能となる。

本発明の請求項３は、請求項１において、前記容器本体はセラミックからなる構成とする。また、本発明の請求項４では、請求項１〜３において、前記付加金属膜は金、銀、ニッケル又はクロムである構成とする。これにより、音叉型振動子の構成を明確にする。

第１実施形態を説明する音叉型振動子の組立分解図である。 第１実施形態を説明する音叉型振動子の断面図である。 第１実施形態の変形例を説明する音叉型振動子の断面図である。 第１実施形態の他の変形例を説明する音叉型振動子の断面図である。 第２実施形態を説明する音叉型振動子の組立分解図である。 第２実施形態を説明する音叉型振動子の断面図である。 第２実施形態の変形例を説明する音叉型振動子の断面図である。 第２実施形態の他の変形例を説明する音叉型振動子の断面図である。 第３実施形態を説明する音叉型振動子の断面図である。 一従来例を説明する音叉型振動子の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は蓋体を取り除いた平面図、同図（ｃ）は音叉状水晶片の斜視図である。

（第１実施形態、請求項１、２、４に相当）
第１図、第２図は第１実施形態を説明する音叉型振動子の図で、第１図は組立分解図、第２図は断面図である。なお、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。

本実施形態の音叉型振動子１は、底壁２ａに枠壁２ｂを積層固定した容器本体２の開口端面に蓋体４を接合してなる。枠壁２ｂは、音叉状水晶片３の音叉基部５における連結部１３と接合して音叉状水晶片３を囲む。したがって、音叉状水晶片３は容器本体２に収容された構成となる。また、底壁２ａ、枠壁２ｂ及び蓋体４は水晶からなる。そして、底壁２ａ及び蓋体４には音叉状水晶片３の振動領域となる振動領域用凹部１５が形成される。

音叉状水晶片３は、例えば低端側ほど幅広となる、両側面に段差を有する音叉基部５から２本の振動腕６が伸びて平面外形を音叉状とする。各振動腕６の両主面及び両側面の各４面には、励振電極７が設けられて音叉基部に引出電極を延出する。また、振動腕６の蓋体４と対向する面であって延出端部となる先端部（頭部）には切削金属膜８が形成される。励振電極７及び切削金属膜８は、いずれもスパッタや蒸着によってクロム膜上に金膜を積層したものである。励振電極７と切削金属膜８とは電気的に接続しておらず、一定の間隙を有する。そして、前記間隙領域の振動腕６における裏面部分に、クロム又はニッケルの補助金属膜１４を設ける。なお、補助金属膜１４は、励振電極７及び切削金属膜８と電気的に接続しない。

底壁２ａには、振動腕６の補助金属膜１４に対向した領域を囲んで壁状に隆起した金属膜用枠部１６が設けられる。金属膜用枠部１６は、振動領域用凹部１５の内底面に形成される。金属膜用枠部１６の内周部が構成する凹部（金属膜用凹部）の底面には付加金属膜１１が形成される。音叉状水晶片３の励振電極７は、図示しない導電路を経由して、容器本体２の外底面に形成する図示しない実装端子に電気的に接続する。

このようなものでは、周知のフォトエッチング加工によって、水晶ウェハから底壁２ａ、枠壁２ｂ、蓋体４、音叉状水晶片３を形成する。ここで、枠壁２ｂと音叉状水晶片３は一体として形成する。また、底壁２ａ及び蓋体４における振動領域用凹部１５、及び金属膜用枠部１６は、フォトエッチング加工を用いたハーフエッチングにより形成する。

振動腕６に形成する励振電極７及び切削金属膜８や底壁２ａに形成する付加金属膜１１はクロム膜上に金膜を積層したものであり、スパッタ又は蒸着によって形成する。補助金属膜１４はクロム又はニッケルのスパッタ又は蒸着によって形成する。なお、付加金属膜１１には、金の代わりに銀を用いてもよい。

そして、底壁２ａ、枠壁２ｂ及び蓋体４は直接接合、具体的には耐熱性に優れたシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）によって接合する。シロキサン結合は、底壁２ａ、枠壁２ｂ及び蓋体４の接合面を清浄な状態にして貼り合わせ、約５００℃のアニールをすることにより形成される。

このような構成であれば、周波数調整のために付加金属膜１１にレーザーが照射されても、金属膜用枠部１６が障壁となり、励振電極７の方向へ蒸散することを抑止できる。したがって、励振電極７の電気的短絡を抑止して、音叉型振動子１の生産性を向上できる。また、金属が枠壁２ｂの方向へ蒸散することもないため、効率よく振動腕６に蒸着させることができる。

また、底壁２ａ及び蓋体４は共に水晶からなり透光性を有するため、音叉型振動子１の蓋体４の方向（第２図のＬ３）及び底壁２ａの方向（第２図のＬ４）の２方向からレーザーを照射することができる。よって、予め音叉型振動子１の蓋体４側及び底壁２ａ側にレーザー照射装置を配置することで、Ｌ３方向から照射するレーザーでは周波数を上げて、Ｌ４方向から照射するレーザーでは周波数を下げる、という周波数調整を行うことができる。したがって、効率的な周波数調整が可能となる。

さらに、振動腕６における付加金属膜１１に対向する領域には、クロム又はニッケルの補助金属膜１４が設けられる。ここで、金は水晶に比較してクロムやニッケルに蒸着しやすく蒸着強度も高い。したがって、振動腕６に蒸着した金は振動腕６が屈曲振動しても剥がれ落ちることはない。

（第１実施例の変形例）
第３図は第１実施例の一変形例を説明する音叉型振動子の断面図である。第１実施例との相違点は、金属膜用枠部１６は蓋体４に設けられたこと、錘付補助金属膜が設けられないこと、及び、付加金属膜１１はニッケル又はクロムであることである。これにより、付加金属膜１１はニッケル又はクロムであるため、補助金属膜が無くても、付加金属膜１１から蒸散したニッケル又はクロムは十分な強度をもって音叉状水晶片３に蒸着する。

第４図は第１実施例の他の変形例を説明する音叉型振動子の断面図である。第１実施例との相違点は、金属膜用枠部１６が蓋体４及び底壁２ａに設けられたこと、切削金属膜８が振動腕６における両主面の先端部に形成されたこと、及び、補助金属膜１４が振動腕６の両主面であって励振電極７と切削金属膜８との間隙に設けられたことである。これにより、第１実施形態より多くの切削金属膜８及び付加金属膜１１を使用できるので周波数調整の範囲を広くできる。なお、Ｌ３−１、Ｌ３−２（第４図参照）から照射されるレーザーでは周波数を上げることができ、Ｌ４−１、Ｌ４−２（第４図参照）から照射されるレーザーでは周波数を下げることができる。

（第２実施形態、請求項１、２、４に相当）
第５図、第６図は第２実施形態を説明する音叉型振動子の図で、第５図は組立分解図、第６図は断面図である。なお、上記実施形態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。

本実施形態の音叉型振動子１は、底壁２ａに枠壁２ｂを積層固定した容器本体２の開口端面に蓋体４を接合してなる。枠壁２ｂは、音叉状水晶片３の音叉基部５における連結部１３と接合して音叉状水晶片３を囲む。蓋体４、枠壁２ｂ及び音叉状水晶片３は第１実施形態と同じ構成とする。

底壁２ａは、音叉状水晶片３と対向する一主面に音叉状水晶片３の振動領域用凹部１５を有する。また、振動腕６における補助金属膜１４に対向した領域に、周知のフォトエッチング加工によるハーフエッチングで金属膜用凹部１７が形成される。そして、金属膜用凹部１７の内底面に付加金属膜１１が形成される。

このようなものでは、容器本体２の生産性を低下させることがない。なぜなら、第６図に示すように平面面積の小さい金属膜用凹部１７を底壁２ａに設けることは、フォトエッチング加工で容易かつ短時間に行うことができるからである。

また、第１実施形態の場合と同様に、金属膜用凹部１７の内側面が障壁となり、金属が斜め方向へ蒸散することを抑止できる。そして、予め音叉型振動子１の蓋体４側及び底壁２ａ側にレーザー照射装置を配置することで、Ｌ３（第６図参照）方向から照射するレーザーでは周波数を上げて、Ｌ４（第６図参照）方向から照射するレーザーでは周波数を下げる、という周波数調整を行うことができる。したがって、効率的な周波数調整が可能となる。

（第２実施形態の変形例）
第１実施形態の変形例と同様に種々の変形例が考えられる。金属膜用凹部１７を蓋体４に形成したり（第７図）、金属膜用凹部１７が蓋体４及び底壁２ａに設けられた構成にしたりしてもよい（第８図）。第７図及び第８図のＬ３、Ｌ４、Ｌ３−１、Ｌ３−２、Ｌ４−１、Ｌ４−２は、第１実施形態の変形例と同様に、レーザーの照射方向を表す。

（第３実施形態、請求項１、２、４、５に相当）
第９図は、第３実施形態を説明する音叉型振動子の断面図である。なお、上記従来例や実施形態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。本実施形態の音叉型振動子１は、凹部を有する容器本体２に音叉状水晶片３を収容し、容器本体２の開口端面に蓋体４を接合してなる。

容器本体２は、第１底壁２ａ１に第２底壁２ａ２が積層された底壁２ａと、底壁２ａに積層固定された枠壁２ｂとからなり、通常では、セラミックグリーンシートを積層後に焼成後に分割することで形成される。枠壁２ｂとなるセラミックグリーンシートには貫通孔が設けられ容器本体２の凹部となる。また、第２底壁２ａ２にも貫通孔が設けられ金属膜用凹部１７となる。

蓋体４は透明体のガラス製とする。そして、容器本体２の開口端面に塗布したロウ材１２を用いて容器本体２に接合する。金属膜用凹部１７の底面には、タングステンのメタライズ層にクロム膜又はニッケル膜を電解メッキ又は無電解メッキして形成した付加金属膜１１を有する。

これにより、周波数調整のために付加金属膜１１にレーザーが照射されても、金属膜用凹部１７の内側面が障壁となり、励振電極７の方向へ蒸散することを抑止できる。したがって、励振電極７の電気的短絡を抑止して、音叉型振動子１の生産性を向上できる。また、金属が枠壁２ｂの方向へ蒸散することもないため、効率よく振動腕６に蒸着させることができる。さらに、付加金属膜１１はクロム又はニッケルであるため、水晶に十分な強度で蒸着する。したがって、振動腕６に蒸着した金は振動腕６が屈曲振動しても剥がれ落ちることはない。

１ 音叉型振動子、２ 容器本体、２ａ 底壁、２ｂ 枠壁、３ 音叉状水晶片、４ 蓋体、５ 音叉基部、６ 振動腕、７ 励振電極、８ 切削金属膜、９ 導電性接着剤、１０ 水晶端子、１１ 付加金属膜、１２ ロウ材、１３ 連結部、１４ 補助金属膜、１５ 振動領域用凹部、１６ 金属膜用枠部、１７ 金属膜用凹部。

Claims (4)

1. 凹部を有する容器本体と、
   前記容器本体の前記凹部に配設され、音叉基部から伸びた複数の振動腕を有する音叉状水晶片と、
   前記容器本体の開口端面に接合して前記音叉状水晶片を密閉封入し、透光性を有する蓋体とを備え、
   前記蓋体の前記音叉状水晶片と対向する一主面及び又は前記容器本体の内底面における前記振動腕に対向する領域に付加金属膜が形成された表面実装型の水晶振動子において、
   前記付加金属膜は前記蓋体の一主面及び又は前記容器本体の内底面に設けられた金属膜用凹部内に形成されたことを特徴とする表面実装用の水晶振動子。
2. 請求項１において、
   前記容器本体は、底壁と、前記音叉状水晶片の前記音叉基部における連結部と接続して前記音叉状水晶片の周囲を囲み前記底壁に積層固定される枠壁とからなり、
   前記底壁及び前記枠壁及び前記蓋体は水晶からなる表面実装用の水晶振動子。
3. 請求項１において、前記容器本体はセラミックからなる表面実装用の水晶振動子。
4. 請求項１〜３において、前記付加金属膜は金、銀、ニッケル又はクロムである表面実装用の水晶振動子。