JP2019047373A - 水晶振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部からの振動や衝撃が直接水晶ブランクに伝搬するのを防ぎ、周波数の急激な変動を抑えることができる水晶振動子を提供する。【解決手段】 セラミックパッケージ内のベース基板１上に水晶ブランクが搭載される水晶振動子であって、ベース基板１の四辺に沿って表面に金属パターンが形成された複数の枕部１１を設け、ベース基板１の四隅に、枕部１１同士を接続するワイヤ部４１が形成され、ワイヤ部４１の上に水晶ブランク３が搭載され、更に水晶ブランク３の上に、ワイヤ部４１と同一の枕部１１を接続するよう、ワイヤ部４１と略平行にワイヤ部４２が形成され、水晶ブランク３がベース基板１から浮いた状態で保持される水晶振動子としている。【選択図】 図１

Description

本発明は、水晶振動子に係り、特に周波数の急激な変動を防ぐことができる水晶振動子に関する。

［先行技術の説明：図４］
従来の水晶振動子の構成について図４を使って説明する。図４は、従来の水晶振動子の構成を示す概略断面図である。
図４に示すように、従来の水晶振動子は、ベース基板６１と枠部６２とを備えたセラミックパッケージ内に水晶ブランク６３が収容され、当該水晶ブランク６３が、導電性接着剤６４によって、ベース基板６１上に形成された電極に電気的・物理的に接続されている。
そして、枠部６２の上にリッド６５が搭載されて封止された構成となっている。

つまり、従来の水晶振動子は、水晶ブランク６３が直接セラミックベース６１に接続された構造となっているため、セラミックベース６１に加わる振動や衝撃が、そのまま水晶ブランクに伝搬されてしまう。

［関連技術］
尚、水晶振動子の取り付けに関する従来技術としては、実開昭５９−９６２３号公報「圧電振動子などにおける圧電素子の取付構造」（特許文献１）、特開昭５８−１７１１１８号公報「ルーズカップリング水晶振動子」（特許文献２）がある。
特許文献１には、ワイヤによって、圧電素子の中央部を基板より浮かせて両端部を基板に固着する圧電素子の取付構造が記載されている。
特許文献２には、電極のない水晶振動素子を複数の細い線又は棒に載せて支持し、容器に封入した水晶振動子が記載されている。

実開昭５９−９６２３号公報 特開昭５８−１７１１１８号公報

上述したように、従来の水晶振動子では、水晶ブランクが直接セラミックパッケージに接続された構成であるため、セラミックパッケージに加わる振動や衝撃の影響を受けて、周波数が急激に変動することがあるという問題点があった。

本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、外部からの振動や衝撃が直接水晶ブランクに伝搬するのを防ぎ、周波数の急激な変動を抑えることができる水晶振動子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、セラミックパッケージ内の基板上に水晶ブランクが搭載される水晶振動子であって、基板の四辺に沿って、表面に金属パターンが形成された枕部が形成され、基板において隣接する辺に沿って形成された枕部同士を接続する第１の結線が形成され、第１の結線上に水晶ブランクが搭載され、水晶ブランク上に、第１の結線と同じ枕部同士を接続する第２の結線が形成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、第２の結線が、水晶ブランクの電極を横切るように形成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、第２の結線と、水晶ブランクの電極とが導電性接着剤によって接続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、第２の結線の長さによって結線を構成する部材の共振周波数が調整されていることを特徴としている。

本発明によれば、セラミックパッケージ内の基板上に水晶ブランクが搭載される水晶振動子であって、基板の四辺に沿って、表面に金属パターンが形成された枕部が形成され、基板において隣接する辺に沿って形成された枕部同士を接続する第１の結線が形成され、第１の結線上に水晶ブランクが搭載され、水晶ブランク上に、第１の結線と同じ枕部同士を接続する第２の結線が形成されている水晶振動子としているので、水晶振動子の角部を第１の結線と第２の結線とで挟んで前記基板から浮いた状態で保持することができ、セラミックパッケージに加わる振動や衝撃が直接水晶ブランクに伝わるのを防ぎ、急激な周波数の変動を抑制することができる効果がある。

また、本発明によれば、第２の結線の長さによって共振周波数が調整されている上記水晶振動子としているので、周波数調整を容易に行うことができる効果がある。

本水晶振動子の構成を示す概略平面図である。 枕部とベース基板との接続部分を示す模式断面説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本水晶振動子の製造方法を示す概略説明図である。 従来の水晶振動子の構成を示す概略断面図である。

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、セラミックパッケージを構成するベース基板の表面に、ベース基板の四辺に沿って、表面に金属パターンが形成された凸形状の枕部を設け、ベース基板の隣接する辺の枕部を接続する第１のワイヤ部が形成され、第１のワイヤ部の上に水晶ブランクが搭載され、水晶ブランクの上に、第１のワイヤ部と同じ枕部を接続する第２のワイヤ部が形成された構成であり、第１のワイヤ部と第２のワイヤ部とで水晶ブランクの四隅を上下から挟んでベース基板から浮かせた状態で保持することができ、パッケージに加わる振動や衝撃が水晶ブランクに伝わるのを防ぎ、周波数の急激な変動を抑え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（本水晶振動子）の構成について図１を用いて説明する。図１は、本水晶振動子の構成を示す概略平面図である。
図１に示すように、本水晶振動子は、基本的には、セラミックから成るベース基板１の上に枠部２が搭載されたセラミックパッケージ内に、水晶ブランク３が収納された構成であり、本水晶振動子の特徴として、ベース基板１上に設けられた複数の枕部１１と、水晶ブランク３の下側の４本のワイヤ部４１と、上側の４本のワイヤ部４２とを備えている。

本水晶振動子の特徴部分について説明する。
枕部１１は、セラミックで形成された凸部であり、水晶振動子３を保持するワイヤ部４１及び４２を固定すると共に、ベース基板１に形成された電極と水晶ブランク３とを電気的に接続するものである。
枕部１１は、ベース基板１の表面に、ベース基板１の四辺に沿って複数配置され、図１の例では、７つの枕部１１が設けられている。

また、枕部１１の表面（上面）及び側面の一部には金属パターンが形成されており、後述するワイヤ部４２を介して水晶ブランク３とベース基板１の電極とを接続する。枕部１１の構成については後述する。

ワイヤ部４１は、水晶ブランク３の下面に接して水晶ブランク３を保持する金属製のワイヤであり、両端が、異なる枕部１１上にボンディングされている。
特に、本水晶振動子の特徴として、ワイヤ部４１は、基板１において隣接する辺に沿って設けられた枕部１１同士を接続するように、基板１の辺に対して斜めに形成されている。
ワイヤ部４１は、請求項に記載した第１の結線に相当している。

同様に、ワイヤ部４２は、各ワイヤ部４１に対応して水晶ブランク３の上面に接するよう設けられたワイヤであり、ワイヤ部４１に略平行に設けられている。
ワイヤ部４２の両端は、対応するワイヤ部４１と同一の枕部１１にボンディングされている。
ワイヤ部４２は、請求項に記載した第２の結線に相当している。

そして、ワイヤ部４１とワイヤ部４２とが対になって、上下から水晶ブランク３の角部を斜めに挟んで保持する構成となっている。
これにより、本水晶振動子では、水晶ブランク３が、セラミックベース１に直接固着されることなく、中空に浮かんだ状態で保持されて、セラミックパッケージに加わる振動や衝撃の影響を受けにくくしている。

ワイヤ部４１，４２によって水晶ブランク３を挟んで保持することで、従来のように基板に直接固着する場合と比較して、水晶ブランク３の固定部分に「遊び」が生じる。
そのため、本水晶振動子では、パッケージに振動や衝撃等の外力が加わった場合に、遊び部分によって外力を吸収することができ、水晶ブランク３への影響を小さくすることができるものである。

更に、水晶ブランク３の励振電極３１及び３２は、水晶ブランク３の表面において、導電性接着剤５によってワイヤ部４２に接続されている。
図示は省略するが、裏面に形成された励振電極３２も、水晶ブランク３の側面及び表面に延伸して形成されており、表面部分でワイヤ部４２に接続している。

［枕部とベース基板との接続：図２］
次に、枕部とベース基板上の電極との接続について図２を用いて説明する。図２は、枕部とベース基板との接続部分を示す模式断面説明図である。
図２に示すように、ベース基板１上には、予め、外部端子に接続する金属電極１２が形成されている。そして、その上にセラミックから成る枠部２及び枕部１１が一体に形成される。

枕部１１には、上面に金属パターン１３が形成されている。金属パターン１３は、スルーホールにより金属電極１２と接続している。これにより、ベース基板１上の金属電極１２と、枕部１１上に搭載されるワイヤ部４２（図示省略）とが電気的に接続されるようになっている。
尚、金属電極１２は、スルーホール等を介してベース基板１の下面に形成された電極に接続されている。

［本水晶振動子の製造方法：図３］
次に、本水晶振動子の製造方法について図３を用いて説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、本水晶振動子の製造方法を示す概略説明図である。
まず、ベース基板１上に金属電極１２を形成して、図３（ａ）に示すように、枕部１１を所定の位置に形成する。枕部１１は、セラミック素材から成る略立方体又は略直方体形状の小片であり、枠部１２と一体に形成される。

図３の例では、ベース基板１の向かって左側の辺に沿って枕部１１ａ，１１ｂが設けられ、上側の辺に沿って枕部１１ｃ，１１ｄが設けられ、下側の辺に沿って枕部１１ｅ，１１ｆが設けられ、右側の辺に沿って枕部１１ｇが設けられている。

そして、ベース基板１の四隅に、ワイヤ部４１を斜めにボンディングする。ワイヤ部４１は、金、アルミニウム、銅などで形成されている。
図３（ａ）では、ワイヤ部４１ａが枕部１１ａと枕部１１ｃとを接続するようにボンディングされ、ワイヤ部４１ｂが枕部１１ｂと枕部１１ｅにボンディングされ、ワイヤ部４１ｃが枕部１１ｄと枕部１１ｇにボンディングされ、ワイヤ部４１ｄが枕部１１ｇと枕部１１ｆにボンディングされている。

次に、図３（ｂ）に示すように、ワイヤ部４１ａ〜４１ｄの上に水晶ブランク３を搭載する。ここで、各ワイヤ部４１ａ〜４１ｄと水晶ブランクとは固定されておらず、単にワイヤ部４１ａ〜４１ｄの上に水晶ブランク３の角部分が載っているだけである。

次に、図３（ｃ）に示すように、水晶ブランク３の上から、ワイヤ部４１ａ〜４１ｄに対応するワイヤ部４２ａ〜４２ｄを斜めにボンディングする。
ワイヤ部４２ａ〜４２ｄは、金、アルミニウム、銅などで形成され、それぞれ、ワイヤ部４１ａ〜４１ｄに略平行に配置されて、両端をワイヤ部４１ａ〜４１ｄと同一の枕部１１にボンディングされる。

これにより、４組のワイヤ部４１及び４２で水晶ブランク３の四隅を上下から挟んで、パッケージ内側の壁面や底面に触れない状態で保持することができるものである。
この段階では、まだワイヤ部４２と水晶ブランク３とは固定されていない。

そして、図３（ｄ）に示すように、ワイヤ部４２と水晶ブランク３とを導電性接着剤５により接続する。
これにより、水晶ブランク３は、角部をワイヤ部４１とワイヤ部４２に挟まれた状態で、ワイヤ部４２に固定されると共に、ワイヤ部４２を介して、枕部１１の上面に形成された金属パターン１３に電気的に接続される。

図３の例では、水晶ブランク３の表面の励振電極３１が枕部１１ａ，１１ｃに接続され、裏面の励振電極３２が枕部１１ｂ，１１ｅに接続され、図２に示したベース基板１の金属電極１２に接続される。
また、枕部１１ｇはグランド端子に接続される。そのため、ワイヤ部４１ｃ，４２ｃと、ワイヤ部４１ｄ，４２ｄとが共通の枕部１１ｇに接続する構成としている。
このようにして本水晶振動子の製造工程が行われるものである。

［共振周波数の調整］
次に、本水晶振動子におけるワイヤ部の共振周波数の調整について説明する。
本水晶振動子では、ワイヤ部４１，４２によって水晶ブランクを保持しているため、ワイヤ部４１，４２が、想定される振動周波数で共振しないように調整する必要がある。
具体的には、ワイヤ部材自身の共振周波数と、水晶振動子の振動周波数とがあるため、ワイヤ部材の共振周波数が水晶振動子の振動周波数に近づくと、振動周波数がずれるといった悪影響が生じる。

本水晶振動子では、ワイヤ部４２の長さによって、結線を構成する部材の共振周波数を変えて、調整を行うようにしている。
具体的には、ワイヤ部４２の長さを長くすると共振周波数は低くなり、短くすると共振周波数は高くなる。このようにして、ワイヤ部４１，４２が所定の振動周波数で共振しないよう調整を行う。

［実施の形態の効果］
本水晶振動子によれば、ベース基板１上の四辺に沿って複数の枕部１１を設け、枕部１１の表面に金属パターンが形成され、ベース基板１の四隅に、枕部１１同士を接続するワイヤ部４１が形成され、ワイヤ部４１の上に水晶ブランク３が搭載され、更に水晶ブランク３の上に、ワイヤ部４１と同一の枕部１１を接続するよう、ワイヤ部４１と略平行にワイヤ部４２が形成された水晶振動子としているので、ワイヤ部４１とワイヤ部４２とで、水晶ブランク３の四隅を上下から挟んでベース基板１から浮かせた状態で保持することができ、パッケージに加わる振動や衝撃が直接水晶ブランク３に伝わるのを防ぎ、周波数の急激な変動を抑えることができる効果がある。

本発明は、外部からの振動や衝撃が直接水晶ブランクに伝搬するのを防ぎ、周波数の急激な変動を抑えることができる水晶振動子に適している。

１…ベース基板、 ２…枠部、 ３…水晶ブランク、 ５…導電性接着剤、 １１…枕部、 ３１，３２…励振電極、 ４１，４２…ワイヤ部

Claims (4)

1. セラミックパッケージ内の基板上に水晶ブランクが搭載される水晶振動子であって、
   前記基板の四辺に沿って、表面に金属パターンが形成された枕部が形成され、
   前記基板において隣接する辺に沿って形成された枕部同士を接続する第１の結線が形成され、
   前記の第１の結線上に前記水晶ブランクが搭載され、
   前記水晶ブランク上に、前記第１の結線と同じ前記枕部同士を接続する第２の結線が形成されていることを特徴とする水晶振動子。
2. 第２の結線が、水晶ブランクの電極を横切るように形成されていることを特徴とする請求項１記載の水晶振動子。
3. 第２の結線と、水晶ブランクの電極とが導電性接着剤によって接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の水晶振動子。
4. 第２の結線の長さによって結線を構成する部材の共振周波数が調整されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の水晶振動子。

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