JP2019140552A - パッケージ及び水晶デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 水晶振動片の自由端が水平方向に向くとともに、耐衝撃性を向上させたパッケージを提供する。【解決手段】励振電極（１３１）から引き出された引出電極（１３２）を含み且つ所定方向に伸びる水晶振動片（１３０）が載置される載置面を有するパッケージ（１２０）である。そしてパッケージの載置面は、引出電極に対応する位置に水晶振動片に電気信号を伝えるとともに水晶振動片を接合する所定高さの接合パッド（１２８）と、接合パッドの所定方向の位置に、所定方向と交差する方向に伸び且つ接合パッドの所定高さと同等以下の高さの堤部（１２９）と、を備える。【選択図】 図３

Description

本発明は、パッケージ及びそのパッケージを有する水晶デバイスに関し、特に耐衝撃性の向上を図ることができるパッケージ及び水晶デバイスに関する。

水晶デバイスは、その内部に導電性接着剤を介して水晶振動片の一端を固定している。水晶振動片の他端は、固定されておらず自由端であり、いわゆる片持ち状態である。水晶デバイスに衝撃が加わると、自由端である他端は上下に大きく揺れてしまい、他端がパッケージの内底面に衝突してしまう場合がある。

このため、特許文献１に開示される水晶デバイスは、パッケージの内底面に突堤を形成して、水晶振動片の自由端を斜め上方に向くようにしている。

特開２００８−１１８１７４号公報

しかし、特許文献１で開示されるパッケージは、水晶振動片の自由端を斜め上方に向くようにするため、セラミックパッケージの高さを低くすることができない。また、水晶振動片をパッケージ内に固定する接着強度をできるだけ高める必要性があった。

そこで、本発明は、水晶振動片をパッケージ内に固定する接着強度を高め、水晶振動片の自由端を水平方向に向くようにして、耐衝撃性を向上させたパッケージ及び水晶振動子を提供することを目的とする。

本実施形態は、励振電極から引き出された引出電極を含み且つ所定方向に伸びる水晶振動片が載置される載置面を有するパッケージである。そしてパッケージの載置面は、引出電極に対応する位置に水晶振動片に電気信号を伝えるとともに水晶振動片を接合する所定高さの接合パッドと、接合パッドの所定方向の位置に、所定方向と交差する方向に伸び且つ接合パッドの所定高さと同等以下の高さの堤部と、を備える。

また堤部は、励振電極の側の第１堤部と励振電極の反対側の第２堤部とを含んでもよい。
さらに第１堤部と第２堤部との高さが異なってもよい。
さらに堤部は、接合パッドと同じ材料で形成されてもよい。

本実施形態の水晶デバイスは、上述した実施形態のパッケージと、励振電極から引き出された引出電極を含み且つ所定方向に伸びる水晶振動片と、を備え、パッケージと水晶振動片とが導電性接着剤で接合されている。

本発明のパッケージは、水晶振動片の自由端が一定の高さに保たれ水晶振動片をパッケージ内に固定する接着強度を高め、水晶デバイスの耐衝撃性を向上させる。

（ａ）は、第１実施形態の水晶デバイス１００の斜視図である。 （ｂ）は、水晶デバイス１００からリッド１１０を取り外した斜視図である。 （ａ）は、水晶振動片１３０を取り外した水晶デバイス１００の断面図である。 （ｂ）は、水晶デバイス１００からリッド１１０及び水晶振動片１３０を取り外した平面図である。 （ａ）は、水晶デバイス１００の断面図である。 （ｂ）は、水晶デバイス１００からリッド１１０を取り外した平面図である。 （ａ）は、第２実施形態の水晶デバイス２００の断面拡大図である。 （ｂ）は、水晶デバイス２００からリッド及び水晶振動片を取り外した平面図である。 （ａ）は、第３実施形態の水晶デバイス３００の断面拡大図である。 （ｂ）は、水晶デバイス３００からリッド及び水晶振動片を取り外した平面図である。 （ａ）は、第３実施形態の第１変形例の平面図である。 （ｂ）は、第３実施形態の第２変形例の平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

本実施形態では、水晶振動片１３０には例えばＡＴカットの水晶板が用いられる。ＡＴカットの水晶振動片は、水晶のＹ面（ＸＺ面）を水晶のＸ軸を回転中心として−Ｙ軸方向に３５度程度回転させたＹ′面を主面とする水晶片である。以下の説明では、ＡＴカットの水晶板の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をＹ’軸及びＺ’軸として用いる。すなわち、水晶デバイス１００においては水晶デバイス１００の長辺方向をＸ軸方向、水晶デバイス１００の高さ方向をＹ’軸方向、Ｘ及びＹ’軸方向に垂直な方向をＺ’軸方向として説明する。以下、第１実施形態から第３実施形態において同様である。

（第１実施形態）
＜水晶デバイス１００の構成＞
図１（ａ）は、水晶デバイス１００の斜視図である。水晶デバイス１００は、主に、第１パッケージ１２０と、第１パッケージ１２０内に載置される水晶振動片１３０と、水晶振動片１３０を第１パッケージ１２０内に密封するリッド１３０と、により構成されている。リッド１３０は、第１パッケージ１２０に接合される。水晶デバイス１００の外形は略直方体形状に形成されている。水晶デバイス１００は、表面実装型の水晶デバイスであり、実装端子１２５がプリント基板等（不図示）にハンダで固定される。

図１（ｂ）は、リッド１３０が取り外された水晶デバイス１００の斜視図である。第１パッケージ１２０は例えばセラミックにより形成され、第１パッケージ１２０の内部には水晶振動片１３０を載置するための空間であるキャビティ１２１が形成されている。第１パッケージ１２０の＋Ｙ’軸側の面のキャビティ１２１の周囲には、リッド１３０に接合される接合面１２２が形成されている。また、第１パッケージ１２０の−Ｙ’軸側の面である実装面１２５ｃには、実装端子１２５ａ及び実装端子１２５ｂが形成されている。キャビティ１２１内の−Ｙ’軸側の面である底面１２１ａには接合パッド１２４ａ，１２４ｂが形成されている。

図１（ｂ）では、キャビティ１２１に形成される接合パッド１２４ａ及び第２接合パッド１２４ｂ上に水晶振動片１３０が載置されている状態が示されている。水晶振動片１３０は両主面に励振電極１３１が形成されており、水晶振動片１３０の−Ｘ軸側の辺の両端に励振電極１３１から引出電極１３３が引き出されている。水晶振動片１３０の＋Ｙ’軸側の面に形成される励振電極１３１は水晶振動片１３０の−Ｘ軸側の辺の−Ｚ’軸側の端に形成される引出電極１３３に電気的に接続される。また、水晶振動片１３０の−Ｙ’軸側の面に形成される励振電極１３１は水晶振動片１３０の−Ｘ軸側の辺の＋Ｚ’軸側の端に形成される引出電極１３３に電気的に接続される。

＜第１パッケージ＞
図２（ａ）は、図２（ｂ）のＡ−Ａで示された位置における、水晶デバイス１００の断面図である。水晶デバイス１００において、水晶振動片１３０が載置されていない状態である。図２（ｂ）は、水晶デバイス１００からリッド１１０及び水晶振動片１３０を取り外した平面図である。図３（ａ）は、水晶振動片１３０が載置された水晶デバイス１００の断面図である。図３（ｂ）は、水晶デバイス１００からリッド１１０を取り外した平面図である。図２及び図３を使って第１パッケージを説明する。

第１パッケージ１２０は、例えばセラミックスにより形成されており、図２に示されるように、第１パッケージ１２０は３つの層により形成されている。第１層１２０ａは平面状に形成されている。また、第１層１２０ａの−Ｙ’軸側の面は実装面１２６ａであり、実装端子１２５が形成される。第１層１２０ａの＋Ｙ’軸側には環状の第２層１２０ｂが配置される。第２層１２０ｂは環状であり環状の内側の一部に台座１２８及び堤部１２９が設けられている。そして環状の中央部はキャビティ１２１を形成する空間が形成されている。第２層１２０ｂの＋Ｙ’軸側には環状の第３層１２０ｃが配置される。第３層１２０ｃも環状であり、その中央部はキャビティ１２１を形成する空間が形成されている。また、第３層１２０ｃの＋Ｙ’軸側の面には接合面１２２が形成されている。接合面１２２は、第１パッケージ１２０とリッド１１０とが接合される面である。

図２（ａ）に示されるように、第１パッケージ１２０の実装面１２６ａ（−Ｙ’軸側の面）に、実装端子１２５ａ，１２５ｂが形成される。実装面１２６ａの反対側の面である底面１２６ｂに（＋Ｙ’軸側の面）に接続配線１２４ｃ、１２４ｄ（図２（ｂ）を参照）が配置されている。これら接続配線１２４ｃ、１２４ｄはそれぞれ実装端子１２５に電気的に接続されている。接合パッド１２４ａ，１２４ｂが台座１２８の上面（＋Ｙ’軸側の面）に形成され、接続配線１２４ｃ、１２４ｄと電気的に接続されている。また接続配線１２４ｃ、１２４ｄが形成されていない箇所で、台座１２８の＋Ｘ軸側にＺ’軸方向に伸びる堤部１２９が形成されている。この堤部１２９は、水晶振動片１３０と接合パッド１２４ａ，１２４ｂとの導電接着剤１４１による接着力を強化するために設けられている。台座１２８の平面視の形状は矩形形状であるが、この形状に限られず半円形状又は半楕円形状等でも良い。

図２（ａ）に示されるように、台座１２８のＹ’軸方向の高さと堤部１２９の高さとの違いは約１０μｍから１５μｍであり、これは接合パッド１２４の厚さによる違いである。また図２（ｂ）に示されるように、台座１２８のＸ軸方向の幅Ｌ２は８０μｍから１００μｍであり、堤部１２９のＸ軸方向の幅Ｌ１は１５μｍから３０μｍである。台座１２８と堤部１２９とのＸ軸方向の距離Ｌ３は２０μｍから５０μｍである。つまり、堤部１２９の幅Ｌ１に対して、台座１２８の幅Ｌ２が約４倍から５倍であり、台座１２８と堤部１２９との距離Ｌ３が約１．５倍から２倍である。

図２（ｂ）に示されるように、第１パッケージ１２０には、外壁の四隅から凹んだキャスタレーション１２７ａ、及び第１パッケージ１２０の短辺側の外壁の中央から内側に凹んだキャスタレーション１２７ｂが形成されている。

また、キャスタレーション１２７ｂは、実装端子１２５の一部を第１パッケージ１２０の側面にも形成する。水晶デバイス１００は、ハンダでプリント基板等に実装される。この溶けたハンダは、水晶デバイス１００の側面に形成される実装端子１２５にも付着する。実装端子１２５に付着したハンダの付き具合で、水晶デバイス１００とプリント基板との接合状態を確認することができる。

第１パッケージ１２０に形成される接合パッド１２４ａ，１２４ｂ及び実装端子１２５等の電極は、例えばセラミックス上に形成されたタングステン層、およびその上に形成されるニッケル層及び金層により構成できる。

＜リッド＞
次に、リッド１１０について説明する。図１（ａ）及び図２（ａ）に示されるように、リッド１１０は、コバール等の金属からなる平面板である。リッド１１０は、第１パッケージ１２０の＋Ｙ’軸側の面に形成されている接合面１２２に例えば金錫等のロー材１４２により接合され、第１パッケージ１２０のキャビティ１２１を密封する。

＜水晶振動片＞
次に、図１及び図３を使って、水晶振動片１３０について説明する。最初に、水晶振動片１３０の形状について説明する。水晶振動片１３０は、Ｙ’軸方向からみて短辺（Ｚ’軸方向）と長辺（Ｘ軸方向）とを有する長方形状である。

励振電極１３１ａ，１３１ｂが、励振部１３４の＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側の主面に形成されている。また、一対の引出電極１３２ａ，１３２ｂが、−Ｘ軸側で且つ±Ｚ軸の端部に形成されている。引出電極１３３ａは、励振電極１３１ａから水晶振動片１３０の−Ｘ軸側に引き出される。そして引出電極１３３ａは、側面電極１３３ｃを介して水晶振動片１３０の底面側（−Ｙ’軸側）の引出電極１３２ａに接続する。引出電極１３３ｂは、励振電極１３１ｂから−Ｘ側に引き出され、側面電極１３３ｄを備えた引出電極１３２ｂに接続する。

＋Ｙ’軸側の励振電極１３１ａ、引出電極１３３ａ及び側面電極１３３ｃ、１３３ｄは一体に形成されている。また、−Ｙ’軸側の励振電極１３１ｂ、引出電極１３３ｂ及び引出電極１３２ｂと側面電極１３３ｃ、１３３ｄとは一体に形成される構造となっている。

励振電極１３１ａ，１３１ｂ、引出電極１３２ａ，１３２ｂ、側面電極１３３ｃ，１３３ｄ及び引出電極１３３ａ，１３３ｂは、例えば水晶振動片１３０にクロム（Ｃｒ）層が形成され、クロム層の上に金（Ａｕ）層が形成されている。

＜水晶振動片と第１パッケージとの接合＞
水晶振動片１３０と第１パッケージ１２０との接合において、接合パッド１２４ａ，１２４ｂに適正量の導電性接着剤１４１が塗布されている。水晶振動片１３０の引出電極１３２ａ，１３２ｂは、導電性接着剤１４１の位置に配置され、水晶振動片１３０は、不図示の載置装置でーＹ’軸方向に押圧される。引出電極１３２ａ，１３２ｂは、堤部１２９が存在するために導電性接着剤１４１との接触面積を＋Ｘ軸側に広げ、接合強度を高めることができる。また堤部１２９は、導電性接着剤１４１に＋Ｘ軸側に裾広がりの形状部分（フィレット）１４１ｆを形成しやすくしている。なお、図２及び図３において、台座１２８には接合パッド１２４が形成されており堤部１２９には接合パッド１２４が形成されていない。このため接合パッド１２４の高さ（Ｙ’軸方向）より堤部１２９の高さがＨ１だけ低くなっている。堤部１２９の高さが低くなっているため、フィレット１４１ｆが形成されやすい。図２，図３では、堤部１２９にはタングステン層又はニッケル層等の金属層が形成されていなかったが、堤部１２９に金属層が形成され、堤部１２９の高さが接合パッド１２４の高さと同等になってもよい。

（第２実施形態）
＜第２パッケージ＞
第２実施形態の水晶デバイス２００は、第１実施形態の水晶デバイス１００とパッケージのみ異なり、水晶振動片及びリッドは同じである。図４（ａ）は、水晶振動片１３０が載置された水晶デバイス２００の断面拡大図である。図４（ｂ）は、水晶デバイス２００からリッド及び水晶振動片１３０を取り外した平面図である。図５を使って第２パッケージ２２０を説明する。第２実施形態では、水晶デバイス１００とその構成が同じ部分は水晶デバイス１００と同じ符号を付している。同じ構成についてはその説明を割愛する。

第２パッケージ２２０は３つの層により形成されている。第１層２２０ａは平面状に形成されている。また、第１層２２０ａの−Ｙ’軸側の面に実装端子１２５が形成される。第１層２２０ａの＋Ｙ’軸側には環状の第２層２２０ｂが配置される。第２層２２０ｂは環状であり環状の内側の一部に台座２２８及び一対の堤部２２９が設けられている。台座２２８の配置位置は、第１パッケージ１２０の台座１２８の配置位置と比べて、＋Ｘ軸方向にずれている。第２層２２０ｂの＋Ｙ’軸側には環状の第３層２２０ｃが配置される。

図４（ａ）に示されるように、第２パッケージ２２０の実装面（−Ｙ’軸側の面）に、実装端子１２５が形成される。接合パッド１２４ａが台座２２８の上面（＋Ｙ’軸側の面）に形成され、貫通電極１２４ｖによって実装端子１２５と電気的に接続されている。また台座２２８の−Ｘ軸側及び＋Ｘ軸側にＺ’軸方向に伸びる堤部２２９がそれぞれ形成されている。これら堤部２２９は、水晶振動片１３０の引出電極１３２と接合パッド１２４との接着力を強化するために設けられている。これら堤部２２９は、導電性接着剤１４１にフィレット１４１ｆを形成しやすくしている。第１実施形態と同様に、堤部２２９に金属層が形成され、接合パッド１２４ａの高さと堤部２２９の高さとが同じになってもよい。さらに、一対の堤部２２９の高さが互いに異なっていても良く、例えば＋Ｘ軸側の堤部２２９の高さが接合パッド１２４ａの高さと同で、−Ｘ軸側の堤部２２９の高さが接合パッド１２４ａより低くても良い。さらに＋−Ｘ軸側の堤部２２９の高さが逆であっても良い。

（第３実施形態）
＜第３パッケージ＞
第３実施形態の水晶デバイス３００は、第１実施形態の水晶デバイス１００とパッケージのみ異なり、水晶振動片及びリッドは同じである。図５（ａ）は、水晶振動片１３０が載置された水晶デバイス３００の断面拡大図である。図５（ｂ）は、水晶デバイス３００からリッド及び水晶振動片１３０を取り外した平面図である。図５を使って第３パッケージ３２０を説明する。第３実施形態では、水晶デバイス１００とその構成が同じ部分は水晶デバイス１００と同じ符号を付している。同じ構成についてはその説明を割愛する。

第３パッケージ３２０は２つの層により形成されている。第１層３２０ａは平面状に形成されている。また、第１層３２０ａの−Ｙ’軸側の面に実装端子１２５が形成される。第１層３２０ａの＋Ｙ’軸側には環状の第２層３２０ｂが配置される。第１実施形態及び第２実施形態では、パッケージは３層であったが第３実施形態では２層である点で異なり、第２層３２０ｂには台座又は堤部が形成されていない点でも異なる。

図５（ａ）に示されるように、第３パッケージ３２０の実装面（−Ｙ’軸側の面）に、実装端子１２５が形成される。接合パッド１２４ａが台座３２８の上面（＋Ｙ’軸側の面）に形成され、接合パッド１２４ａと台座３２８とは電気的に接続し、台座３２８は接続配線１２４ｄによって実装端子１２５と電気的に接続されている。台座３２８は例えば、金属であるタングステンペーストがスクリーン印刷方式などにより複数回印刷されて、所定の高さで形成される。第３実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態と異なり、台座３２８と環状の第２層３２０ｂとが接している必要はない。台座３２８の平面視の形状はスクリーン印刷のし易さから楕円（トラック形状）であるが、この形状に限られない。

また台座３２８の−Ｘ軸側及び＋Ｘ軸側にＺ’軸方向に伸びる堤部３２９がそれぞれ形成されている。台座３２８の平面視の形状がトラック形状であることから、堤部３２９の＋−Ｚ’軸側の端は、トラック形状に合わせて曲がっている。堤部３２９も、台座３２８と同様に、タングステンペーストがスクリーン印刷方式などにより複数回印刷されて、所定の高さで形成される。台座３２８及び堤部３２９は、スクリーン印刷で同時に形成できる。また、台座３２８だけを数回余分に印刷して台座３２８の高さを堤部３２９よりも１０μｍから１５μｍ高くしても良い。

これら堤部３２９は、水晶振動片１３０の引出電極１３２と接合パッド１２４との接着力を強化するために設けられている。これら堤部３２９は、導電性接着剤１４１にフィレット１４１ｆを形成しやすくしている。第１実施形態と同様に、堤部３２９に金属層が形成され、接合パッド１２４ａの高さと堤部３２９の高さとが同じになってもよい。

＜その他の台座及び堤部の形状＞
図６（ａ）及び（ｂ）は、第３実施形態の変形例である。２つの層によりなる第３パッケージ３２０に、台座及び堤部を形成した平面図である。

図６（ａ）に描かれた、接合パッド１２４ａは円形の台座４２８の上面（＋Ｙ’軸側の面）に形成され、接合パッド１２４ａと台座４２８とは電気的に接続し、台座４２８は接続配線１２４ｄによって実装端子１２５と電気的に接続されている。台座４２８は金属層で所定の高さに形成される。また、堤部４２９は円形の台座４２８を取り囲むように平面視で環状であり、金属層で所定の高さに形成される。接続配線１２４ｄは電気的に堤部４２９に接続されてもよい。

図６（ｂ）に描かれた、接合パッド１２４ａは矩形の台座５２８の上面（＋Ｙ’軸側の面）に形成され、接合パッド１２４ａと台座５２８とは電気的に接続し、台座５２８は接続配線１２４ｄによって実装端子１２５と電気的に接続されている。台座５２８は金属層で所定の高さに形成される。また、堤部５２９は矩形の台座５２８を取り囲むように平面視で環状であり、金属層で所定の高さに形成される。接続配線１２４ｄは電気的に堤部５２９に接続されてもよい。

以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、第２実施形態では、貫通電極１２４ｖで接合パッド１２４ａと実装端子１２５とを電気的に接続したが、この貫通電極を第１実施形態又は第３実施形態の接続配線に代えて適用してもよい。本実施形態の水晶振動片１３０はＡＴカットの水晶板を用いたが、ＳＣカット、ＢＴカット等の他のカット水晶片であっても良い。さらに水晶振動片はベベル加工された水晶片であっても良い。また第１から第３実施形態では、励振部が平板上の水晶振動片を開示したが、凸形状のメサ型振動片又は凹形状の逆メサ型振動片にも適用できる。また、本実施形態は、水晶振動子以外にも、発振回路を組み込んだＩＣなどをベース部上に配置させた水晶発振子にも適用できる。

１００，２００，３００ … 水晶デバイス
１１０ … リッド
１２０，２２０，３２０ … パッケージ
１２１ … キャビティ
１２２ … 接合面
１２４ａ，１２４ｂ … 接合パッド
１２４ｃ，１２４ｄ … 接続配線
１２５ … 実装端子
１２６ａ … 実装面
１２６ｂ … 底面
１２７ａ，１２７ｂ … キャスタレーション
１２８，２２８，３２８，４２８，５２８ … 台座
１２９，２２９，３２９，４２９，５２９ … 堤部
１３０ … 水晶振動片
１３１ａ，１３１ｂ … 励振電極
１３２ａ，１３２ｂ … 引出電極
１３３ｃ，１３３ｄ … 側面電極
１４１ … 導電性接着剤 １４１ｆ … フィレット
１４２ … メタライズ層

Claims (5)

1. 励振電極から引き出された引出電極を含み且つ所定方向に伸びる水晶振動片が載置される載置面を有するパッケージであって、
   前記載置面は、前記引出電極に対応する位置に前記水晶振動片に電気信号を伝えるとともに前記水晶振動片を接合する所定高さの接合パッドと、
   前記接合パッドの前記所定方向の位置に、前記所定方向と交差する方向に伸び且つ前記接合パッドの前記所定高さと同等以下の高さの堤部と、
   を備えるパッケージ。
2. 前記堤部は、前記励振電極の側の第１堤部と前記励振電極の反対側の第２堤部とを含む請求項１に記載のパッケージ。
3. 前記第１堤部と前記第２堤部との高さが異なる請求項２に記載のパッケージ。
4. 前記堤部は、前記接合パッドと同じ材料で形成される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパッケージ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のパッケージと、
   励振電極から引き出された引出電極を含み且つ所定方向に伸びる水晶振動片と、を備えた水晶デバイスであって、
   前記パッケージと前記水晶振動片とが導電性接着剤で接合される水晶デバイス。