JP2013090316A - 水晶振動子及び水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 パッケージを封止する際に、金属屑が水晶片に付着するのを防ぎ、特性の劣化を防止して信頼性を向上させることができる水晶振動子及び水晶発振器を提供する。
【解決手段】 水晶片２が搭載されたセラミックパッケージの側壁１２の上端部にメタライズ層１３が形成され、メタライズ層１３の上部に、幅がパッケージ側壁の厚みより薄いシールリング１４０が形成され、シールリング１４０の内側で、メタライズ層１３の上部のシールリング１４０が形成されていない余白領域に、シールリング１４０に略内接してリッド３０が搭載され、シールリング１４０の内側の側面とリッド３０の外側の側面とが溶接されてセラミックパッケージが封止された水晶振動子及び水晶発振器としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水晶振動子及び水晶発振器に係り、特にセラミックパッケージの封止時に金属屑が水晶片に付着するのを防ぎ、特性の劣化を防止することができる水晶振動子及び水晶発振器に関する。

［先行技術の説明］
ＳＭＤ（Surface Mount Device；表面実装型素子）タイプの水晶振動子は、キャビティ（凹部）を備えたセラミックパッケージに水晶片を格納して、導電性接着剤等によりキャビティ内部の電極に水晶片を接着すると共に電気的に接続させ、キャビティの開口部を金属製のリッド（蓋）により封止した構成である。

従来の水晶振動子の構成及び封止方法について図５を用いて説明する。図５は、従来の水晶振動子の構成及び封止方法を示す断面模式説明図である。尚、図５では、水晶振動子の右側のパッケージ側壁部分は省略されている。
図５（ａ）に示すように、従来の水晶振動子は、主として、基板１１と側壁１２とを備えたパッケージと、パッケージの底面１１上に搭載された水晶片２と、パッケージの開口部を封止するリッド３とを備えている。

パッケージの側壁１２の上部には、メタライズ（金属）層１３が形成され、更にメタライズ層１３の上部には、当該上部の面を覆うように金属から成るリング状のシールリング１４が形成されている。また、パッケージの底面部（基板１１の裏面）には、外部と電気的に接続する外部端子が形成されている。

そして、水晶片２は、導電性接着剤２１によって基板１１上に形成された金属電極に接続されている。
リッド３としては、例えば、コバールにニッケルめっきを施したものが用いられる。
シールリング１４には、例えば、コバールが用いられる。

リッド３による封止を行う際には、図５（ｂ）に示すように、シールリング１４上にリッド３を載せた状態で、リッド３の端部に溶接機（封止用ローラー）４を押し付けて電流を流すことにより、リッド３とシールリング１４との接触面１５にジュール熱を発生させ、この熱によりリッド３の下面とシールリング１４の上面とを溶接している。

そして、従来の水晶振動子では、図５（ｂ）に示したように、溶接面１５の端部がキャビティ内部に露出しているため、溶接によって発生する微小な金属屑（スプラッシュ）５が、キャビティ内に飛散してしまう。
スプラッシュが水晶片２に付着すると、安定した発振を妨げる原因になる。
近年、製品の小型化に伴い、封止位置（溶接面１５）と水晶片２との間隔が狭くなり、スプラッシュ５が水晶片２に付着し易くなっている。

また、従来のＳＭＤタイプの水晶発振器としては、セラミックパッケージ内に水晶片とＩＣチップとを搭載し、水晶振動子と同様に、パッケージの側壁上に設けたシールリングとリッドとを溶接して封止するものがある。

［関連技術］
尚、水晶振動子及び水晶発振器のパッケージの封止に関する技術としては、特開２００２−１９８４５２号公報「電子部品収納用セラミックパッケージ及び電子部品装置」（京セラ株式会社、特許文献１）、特開２００７−３００２６５号公報「圧電デバイス」（エプソントヨコム株式会社、特許文献２）がある。

特許文献１には、圧電発振器において、シールリングの内周面に内接し、シールリングの厚みよりも厚いリング状基板を形成し、金属製蓋体の内壁面に当接させた構成が記載されている。

また、特許文献２には、圧電発振器において、シールリング外形より大きい金属蓋体の外周縁を、シールリングの側壁面に向かって曲折させ、シールリング上面及び側壁面で溶接することが記載されている。

特開２００２−１９８４５２号公報 特開２００７−３００２６５号公報

しかしながら、従来の水晶振動子及び水晶発振器では、パッケージを封止する際に、金属屑がキャビティ内に飛散して水晶片に付着するおそれがあり、特性の劣化を招くことがあるという問題点があった。

尚、特許文献１及び２には、シールリングの内側にリッドを搭載して、シールリングの内側面とリッドの外側面とを溶接した構成は記載されていない。

本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、パッケージを封止する際に、金属屑が水晶片に付着するのを防ぎ、特性の劣化を防止して信頼性を向上させることができる水晶振動子及び水晶発振器を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、基板と側壁とを備えたパッケージ内に水晶片が格納され、パッケージがリッドによって封止された水晶振動子であって、側壁上部に、側壁の厚みより薄い幅を備えたシールリングを備え、シールリングの内側で、側壁上部のシールリングが形成されていない余白領域にリッドが搭載され、シールリングの内側の側面と、リッドの外側の側面とが溶接されて、パッケージが封止されていることを特徴としている。

また、本発明は、上記水晶振動子において、シールリングの外周形状が側壁の外周形状とほぼ等しいことを特徴としている。

また、本発明は、上記水晶振動子において、シールリングの外周形状が側壁の外周形状より小さいことを特徴としている。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、基板と側壁とを備えたパッケージ内に水晶片とＩＣチップとが格納され、パッケージがリッドによって封止された水晶発振器であって、側壁上部に、側壁の厚みより薄い幅を備えたシールリングを備え、シールリングの内側で、側壁上部のシールリングが形成されていない余白領域にリッドが搭載され、シールリングの内側の側面と、リッドの外側の側面とが溶接されて、パッケージが封止されていることを特徴としている。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、基板と側壁とを備え、基板の上下に凹部を有するＨ型のパッケージにおいて、上側の凹部に水晶片が格納され、下側の凹部にＩＣチップが格納され、上側の凹部がリッドによって封止されたＨ型構造の水晶発振器であって、水晶片が格納された上側の凹部の側壁上部に、側壁の厚みより薄い幅を備えたシールリングを備え、シールリングの内側で、側壁上部のシールリングが形成されていない余白領域にリッドが搭載され、シールリングの内側の側面と、リッドの外側の側面とが溶接されて、パッケージの上側の凹部が封止されていることを特徴としている。

本発明によれば、基板と側壁とを備えたパッケージ内に水晶片が格納され、パッケージがリッドによって封止された水晶振動子であって、側壁上部に、側壁の厚みより薄い幅を備えたシールリングを備え、シールリングの内側で、側壁上部のシールリングが形成されていない余白領域にリッドが搭載され、シールリングの内側の側面と、リッドの外側の側面とが溶接されて、パッケージが封止されている水晶振動子としているので、シールリングとリッドとの溶接面がキャビティ内部に接しない構成として、溶接時に発生する金属屑がキャビティ内部に飛散して水晶片に付着するのを防ぐことができ、特性の劣化を防止して信頼性を向上させることができる効果がある。

また、本発明によれば、基板と側壁とを備えたパッケージ内に水晶片とＩＣチップとが格納され、パッケージがリッドによって封止された水晶発振器であって、側壁上部に、側壁の厚みより薄い幅を備えたシールリングを備え、シールリングの内側で、側壁上部のシールリングが形成されていない余白領域にリッドが搭載され、シールリングの内側の側面と、リッドの外側の側面とが溶接されて、パッケージが封止されている水晶発振器としているので、シールリングとリッドとの溶接面がキャビティ内部に接しない構成として、溶接時に発生する金属屑がキャビティ内部に飛散して水晶片に付着するのを防ぐことができ、特性の劣化を防止して水晶発振器の信頼性を向上させることができる効果がある。

また、本発明によれば、基板と側壁とを備え、基板の上下に凹部を有するＨ型のパッケージにおいて、上側の凹部に水晶片が格納され、下側の凹部にＩＣチップが格納され、上側の凹部がリッドによって封止されたＨ型構造の水晶発振器であって、水晶片が格納された上側の凹部の側壁上部に、側壁の厚みより薄い幅を備えたシールリングを備え、シールリングの内側で、側壁上部のシールリングが形成されていない余白領域にリッドが搭載され、シールリングの内側の側面と、リッドの外側の側面とが溶接されて、パッケージの上側の凹部が封止されている水晶発振器としているので、シールリングとリッドとの溶接面がキャビティ内部に接しない構成として、溶接時に発生する金属屑がキャビティ内部に飛散して水晶片に付着するのを防ぐことができ、特性の劣化を防止して水晶発振器の信頼性を向上させることができる効果がある。

本発明の実施の形態に係る水晶振動子の構成及び封止方法を示す断面模式説明図である。 シールリングの別の形状を示す断面模式説明図である。 本発明の実施の形態に係る水晶発振器の模式断面説明図である。 本発明の実施の形態に係る別の水晶発振器の模式断面説明図である。 従来の水晶振動子の構成及び封止方法を示す断面模式説明図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る水晶振動子は、水晶片を搭載したセラミックパッケージの側壁上端部の外周に沿って、幅がパッケージ側壁の厚みの半分程度であるシールリングを形成し、シールリングの内側で、パッケージの側壁上端部のシールリングが形成されていない領域（余白領域）にリッドを搭載して、シールリングの内側の側面と、リッドの外側の側面とを溶接した構成としており、溶接面をキャビティ内部から遠ざけてスプラッシュがキャビティ内部に飛散しないようにして、水晶片に付着して特性が変化するのを防ぎ、信頼性を向上させることができるものである。

また、本発明の実施の形態に係る水晶発振器は、水晶片及びＩＣチップを搭載したセラミックパッケージの側壁上端部の外周に沿って、幅がパッケージ側壁の厚みの半分程度であるシールリングを形成し、シールリングの内側で、パッケージの側壁上端部のシールリングが形成されていない余白領域にリッドを搭載して、シールリングの内側の側面と、リッドの外側の側面とを溶接した構成としており、溶接面をキャビティ内部から遠ざけてスプラッシュがキャビティ内部に飛散しないようにして、水晶片に付着して特性が変化するのを防ぎ、信頼性を向上させることができるものである。

［実施の形態に係る水晶振動子の構成：図１］
本発明の実施の形態に係る水晶振動子の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る水晶振動子の構成及び封止方法を示す断面模式説明図である。
図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係る水晶振動子（本水晶振動子）は、従来の水晶振動子と同様の部分として、パッケージの基板１１及び側壁１２と、メタライズ層１３と、水晶片２と、導電性接着剤２１とを備えており、パッケージ内に水晶片２が格納されて、導電性接着剤２１で接着されている。
そして、本水晶振動子では、シールリング１４０と、リッド３０の形状及び封止方法が従来とは異なっている。

本水晶振動子のシールリング１４０は、図１（ａ）に示すように、従来と同様にコバール等の金属で形成され、パッケージの側壁１２の上端部に形成されたメタライズ層１３の上に、パッケージの外周に沿って形成されている。つまり、シールリング１４０の外周部分の形状は、パッケージ側壁１２の外周形状とほぼ一致している。
そして、本水晶振動子のシールリング１４０の特徴として、幅が側壁１２の厚みより薄く、図１の例では側壁１２の半分程度となっている。側壁１２の厚みとは、側壁１２の外側の側面と内側の側面との間の距離を指す。

シールリング１４０の幅を狭くすることで、側壁１２上のメタライズ層１３の上部にシールリング１４０を形成しても、シールリング１４０の内側となるメタライズ層１３の上部には、何も搭載されていない領域（余白領域）が残ることになる。
本水晶振動子では、この余白領域にリッド３０を搭載している。つまり、従来は、シールリング１４の上にリッド３が搭載されていたのに対して、本水晶振動子では、シールリング１４０の内側にほぼ接するようにリッド３０が搭載されるものである。
リッド３０の材質は、例えば従来と同様のニッケルめっきされたコバールとしている。
尚、側壁１２とメタライズ層１３とを合わせた構成が、請求項における側壁に相当する。

そして、図１（ｂ）に示すように、シールリング１４０とリッド３０との境界付近に封止用ローラー４′を押し付けて電流を流すと、シールリング１４０の内側の側面とリッド３０の外側の側面とが接する溶接面１５にジュール熱が発生してシールリング１４０とリッド３０とが溶接され、パッケージが封止される。

その際、本水晶振動子の特徴として、溶接面１５は、メタライズ層１３の上に垂直方向に形成され、水晶片２が格納されているキャビティの側面に露出することが無く、従来に比べてキャビティと溶接面１５との距離も遠くなっている。
更に、溶接面１５の下側はメタライズ層１３によって保護されているため、本水晶振動子では、溶接時に発生するスプラッシュ５は、開放されているリッド３０の上側に飛散する。
これにより、本水晶振動子では、スプラッシュ５がキャビティ内に飛散して水晶片２に付着するのを防ぎ、スプラッシュ５による振動特性への影響を無くすことができるものである。

また、図１（ａ）では、シールリング１４０の側面とリッド３０の端面とが密着して搭載されているように記載されているが、少々の隙間があっても構わない。少々の隙間であれば、封止用ローラー４′で圧着した場合に、リッド３０の側面が変形して溶接され、十分封止可能であるためである。
尚、図１（ｂ）では、断面形状が矩形の円筒形の封止用ローラー４′を用いている様子を示しているが、これに限らず、図５（ｂ）に示したような断面形状が台形の封止用ローラー４を用いても構わない。

［本水晶振動子の製造方法：図１］
次に、本水晶振動子の製造方法について簡単に説明する。
まず、セラミックから成り、金属配線や電極が形成された基板１１と、更にメタライズ層１３、シールリング１４０が形成された側壁１２とがパッケージとして一体に形成される。

その後、水晶片２がパッケージのキャビティ内に格納されて、導電性接着剤２１によりキャビティ内の電極に接続される。
そして、リッド３０が、シールリング１４０の内側のメタライズ層１３の上部の余白領域に搭載され、ローラー４′によってシールリング１４０の内側の側面とリッド３０の外側の側面とが溶接されて、水晶片２を格納したパッケージが封止される。
このようにして、本水晶振動子が製造されるものである。

［シールリングの別の形状：図２］
次に、シールリング１４０の別の形状について図２を用いて説明する。図２は、シールリングの別の形状を示す断面模式説明図である。尚、図２では、向かって右側のパッケージ側壁及び水晶片は省略している。
図１に示したシールリング１４０は、外周部がパッケージの側壁の外周部とほぼ一致するよう形成されていたが、図２に示すように、シールリング４０の形状をパッケージ外周形状より少し小さく形成し、パッケージ側壁１２の上面がシールリング１４０の外周から若干突出している構成とすることも可能である。

このように、シールリング１４０の外周部を小さくして、パッケージの側面１２の上面がシールリング１４０より突出する形状とした場合でも、シールリング１４０とリッド３０との溶接面の位置や面積は図１の構成と変わらず、十分封止可能であると共に、スプラッシュをキャビティに飛散させないという同様の効果が得られるものである。

更に、図１及び図２では、シールリング１４０とリッド３０の厚さをほぼ同等としているが、これに限らず、シールリング１４０がリッド３０より若干厚くてもよいし、逆にリッド３０がシールリング１４０より若干厚くてもよい。

［本実施の形態に係る水晶発振器（１）：図３］
次に、本発明の実施の形態に係る水晶発振器の構成について図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る水晶発振器の模式断面説明図である。
図３に示すように、本実施の形態に係る水晶発振器は、基板１１と側壁１２から成り、凹部の途中に段差を設けたセラミックパッケージの凹部に、ＩＣチップ６と、水晶片２とを格納した構成である。ＩＣチップ６は、段差より下側の空間に搭載され、水晶片２は、段差の上に導電性接着剤２１によって接続されている。

そして、上述した本水晶振動子と同様に、側壁１２の上部にはメタライズ層１３が形成され、その上に、シールリング１４０が形成され、余白領域にリッド３０が搭載されている。
本水晶発振器では、シールリング１４０の内側の側面とリッド３０の外側の側面とが溶接されてパッケージが封止されており、溶接面はキャビティ内部に露出しないため、封止によって発生するスプラッシュはリッド３０の上方に飛散して、水晶片２に付着するのを防ぎ、良好な特性を維持することができるものである。

［本実施の形態に係る水晶発振器（２）：図４］
次に、本発明の実施の形態に係る別の水晶発振器について図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る別の水晶発振器の模式断面説明図である。
図４に示すように、本発明の実施の形態に係る別の水晶発振器（別の水晶発振器）は、Ｈ型構造の発振器であり、側壁１２の中央部に形成された基板１１によって２つの凹部を備え、下側の凹部にＩＣチップ６が格納され、上側の凹部に水晶片２が格納されている。
そして、側壁１２の上部にはメタライズ層１３が形成され、その上に、シールリング１４０が設けられると共に、余白領域にリッド３０が搭載され、シールリング１４０の内側の側面とリッド３０の外側の側面とが溶接されている。
別の水晶発振器でも、同様に、リッド３０によるパッケージの封止時にキャビティ内にスプラッシュが飛散するのを防ぐことができ、良好な特性を維持して信頼性を向上させることができるものである。

［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る水晶振動子によれば、水晶片２が搭載されたセラミックパッケージの側壁１２の上端部にメタライズ層１３が形成され、メタライズ層１３の上部に、幅がパッケージ側壁の厚みの半分程度であるシールリング１４０が設けられ、シールリング１４０の内側のメタライズ層１３の上部で、シールリング１４０が形成されていない余白領域に、シールリング１４０に略内接してリッド３０が搭載され、シールリング１４０の内側の側面とリッド３０の外側の側面とが溶接されてセラミックパッケージが封止されているので、溶接面１５がキャビティ内部に面することなく、メタライズ層１３の上部に形成されるため、溶接時に発生するスプラッシュ５をキャビティとは反対側のリッド３０の上方に飛散させ、スプラッシュ５がキャビティ内部に飛散して水晶片２に付着するのを防ぐことができ、特性の劣化を無くし、信頼性を向上させることができる効果がある。

また、本発明の実施の形態に係る水晶発振器によれば、水晶片２及びＩＣチップ６が搭載されたセラミックパッケージの側壁１２の上端部にメタライズ層１３が形成され、メタライズ層１３の上部に、幅がパッケージ側壁の厚みの半分程度であるシールリング１４０が設けられ、シールリング１４０の内側のメタライズ層１３の上部で、シールリング１４０が形成されていない余白領域に、シールリング１４０に略内接してリッド３０が搭載され、シールリング１４０の内側の側面とリッド３０の外側の側面とが溶接されてセラミックパッケージが封止されているので、溶接面１５がキャビティ内部に面することなく、メタライズ層１３の上部に形成されるため、溶接時に発生するスプラッシュ５をキャビティとは反対側のリッド３０の上方に飛散させ、スプラッシュ５がキャビティ内部に飛散して水晶片２に付着するのを防ぐことができ、特性の劣化を無くし、信頼性を向上させることができる効果がある。

本発明は、特にセラミックパッケージの封止時に金属屑が水晶片に付着するのを防ぎ、特性の劣化を防止することができる水晶振動子及び水晶発振器に適している。

２...水晶片、 ３，３０...リッド、 ４，４′...封止用ローラー、 ５...スプラッシュ（金属屑）、 １１...基板、 １２...側壁、 １３...メタライズ層、 １４，１４０...シールリング、 ２１...導電性接着剤

Claims (5)

1. 基板と側壁とを備えたパッケージ内に水晶片が格納され、前記パッケージがリッドによって封止された水晶振動子であって、
   前記側壁上部に、前記側壁の厚みより薄い幅を備えたシールリングを備え、
   前記シールリングの内側で、前記側壁上部の前記シールリングが形成されていない余白領域に前記リッドが搭載され、
   前記シールリングの内側の側面と、前記リッドの外側の側面とが溶接されて、前記パッケージが封止されていることを特徴とする水晶振動子。
2. シールリングの外周形状が側壁の外周形状とほぼ等しいことを特徴とする請求項１記載の水晶振動子。
3. シールリングの外周形状が側壁の外周形状より小さいことを特徴とする請求項１記載の水晶振動子。
4. 基板と側壁とを備えたパッケージ内に水晶片とＩＣチップとが格納され、前記パッケージがリッドによって封止された水晶発振器であって、
   前記側壁上部に、前記側壁の厚みより薄い幅を備えたシールリングを備え、
   前記シールリングの内側で、前記側壁上部の前記シールリングが形成されていない余白領域に前記リッドが搭載され、
   前記シールリングの内側の側面と、前記リッドの外側の側面とが溶接されて、前記パッケージが封止されていることを特徴とする水晶発振器。
5. 基板と側壁とを備え、前記基板の上下に凹部を有するＨ型のパッケージにおいて、前記上側の凹部に水晶片が格納され、前記下側の凹部にＩＣチップが格納され、前記上側の凹部がリッドによって封止されたＨ型構造の水晶発振器であって、
   前記水晶片が格納された上側の凹部の側壁上部に、前記側壁の厚みより薄い幅を備えたシールリングを備え、
   前記シールリングの内側で、前記側壁上部の前記シールリングが形成されていない余白領域に前記リッドが搭載され、
   前記シールリングの内側の側面と、前記リッドの外側の側面とが溶接されて、前記パッケージの上側の凹部が封止されていることを特徴とする水晶発振器。

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