JP2023025498A - Crystal oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コールドウエルド法によって封止された水晶振動子に関する。 The present invention relates to a crystal resonator sealed by the cold weld method.
水晶振動子の利用分野では、セラミック製ベースを用いた表面実装型の水晶振動子が、主流になっている。しかし、ppbオーダーの周波数安定性が要求される高安定用の水晶振動子の場合、気密信頼性等の理由から、今でもコールドウエルド法を用いて封止される水晶振動子が多用されている。
図5はコールドウエルド法により封止されて製造された水晶振動子50を説明する図である。特に図5(A)は水晶振動子50の一部を切り欠いて示した正面図、図5(B)は同じく一部を切り欠いて示した側面図、図5(C)はカバーを外して示した上面図である。
水晶振動子50は、ベース51、カバー53、水晶振動片55及び導電性接着剤57で構成されている。
In the application field of crystal oscillators, surface-mounted crystal oscillators using a ceramic base have become mainstream. However, in the case of high-stability crystal oscillators that require frequency stability on the order of ppb, crystal oscillators that are sealed using the cold-weld method are still often used for reasons such as hermetic reliability. .
FIG. 5 is a diagram for explaining a
The
ベース51は、金属製ヘッダ51a、金属製ヘッダ51a内に充填されたコバールガラス51b、コバールガラス51bを貫通しているリード51c及びリード51c先端に接続されたサポータ51dで構成されている。典型的には、金属製ヘッダ51aは、銅クラッドコバールで構成され、カバー53は、無酸素銅又は銅材で構成されている。水晶振動片55は、ATカット水晶片、又はSCカット等の2回回転水晶片で構成されていて、表裏に励振用電極55a及び引出電極55bを有している。
水晶振動片55は、引出電極55bの位置でベース51のサポータ51dに、導電性接着剤57によって固定されている。
ベース51及びカバー53は、互いのフランジ51e,53aを、強い圧力で加圧して両者を金属間接合することによって、接合されている。
The
The
The
高安定用の水晶振動子の場合、封止時に生じる残留応力は、例え僅かであっても、水晶振動片55に経時的に悪影響を与える。そのため、例えば特許文献1に、水晶振動片55自体の縁の領域に貫通孔を形成して上記応力が水晶振動片55の振動部(励振用電極55aの部分)に及ぶことを防止する構造が提案されている。また、特許文献2に、サポータ51dの形状を上記応力が伝わりにくい形状にした構造が提案されている。このように、残留応力の影響を低減するための様々な対策が、従来から行われている。
In the case of a crystal oscillator for high stability, even if the residual stress generated at the time of sealing is slight, it adversely affects the
しかし、高安定の水晶振動子の長期安定性をより高めるためには、これまであまり着目していない要素についても、コールドウエルド法による封止時の応力を軽減する可能性を検討し、種々の策を積み重ねる必要がある。
この出願に係る発明者は、コールドウエルド法により封止で使用するベースのヘッダに着目して上記応力の軽減可能性を検討した。
この出願は上記の点に鑑みさされたものであり、従って、この発明の目的は、コールドウエルド法によって封止される水晶振動子であって、封止に起因する応力の軽減可能性を有したベースを用いた水晶振動子を提供することにある。
However, in order to further improve the long-term stability of a highly stable crystal unit, we investigated the possibility of reducing the stress during sealing by the cold weld method, even for elements that have not been paid much attention so far. It is necessary to accumulate measures.
The inventor of this application focused on the header of the base used for sealing by the cold weld method and examined the possibility of reducing the stress.
This application has been made in view of the above points, and an object of the present invention is therefore to provide a crystal oscillator sealed by the cold weld method, which has the potential to reduce the stress caused by the sealing. The object of the present invention is to provide a crystal resonator using a base that has a thickness of 1.5 mm.
この目的の達成を図るため、この出願に係る発明者は、コールドウエル法により封止されるベース及びカバーを検討した。すなわち、コールドウエルド法では、ベースとカバーは、ベースのヘッダの外壁と、カバーの内壁とが所定の間隙G(図5(A)参照)をもった状態で、ベースを覆うようにカバーが嵌め合わされる。そして、カバーおよびベース各々の縁部に設けてあるフランジ同士(図5(A)中に51e、53aで示した部分同士)を加圧して金属間接合している。従って、ベースのヘッダの外壁と、カバーとの間隙Gを利用した応力緩和構造を形成できる余地があると考えた。
従って、この発明の水晶振動子によれば、コールドウエルド法によって封止されたベース及びカバーと、これらベース及びカバー内に実装されている水晶振動片と、を具える水晶振動子において、前記ベースの側壁に、応力緩和構造部を具えることを特徴とする。
To achieve this goal, the inventors of this application have considered bases and covers that are sealed by the cold well method. That is, in the cold weld method, the base and the cover are fitted so as to cover the base with a predetermined gap G (see FIG. 5A) between the outer wall of the header of the base and the inner wall of the cover. are combined. Then, the flanges provided at the edges of the cover and the base (parts indicated by 51e and 53a in FIG. 5(A)) are pressurized for metal-to-metal joining. Therefore, it was thought that there is room for forming a stress relaxation structure using the gap G between the outer wall of the header of the base and the cover.
Therefore, according to the crystal resonator of the present invention, in the crystal resonator comprising a base and a cover sealed by a cold weld method, and a crystal resonator element mounted in the base and the cover, the base is provided with a stress relief structure on the side wall of the
この発明を実施するに当たり、前記応力緩和構造部は、前記側壁に形成した凹凸構造であることが好ましい。
また、前記凹凸構造は、ベースの高さ方向に沿って凹凸が連続していて、かつ、凸及び凹それぞれはベースの高さ方向と直交する方向に延びている構造(以下、第1の実施形態の構造と略称する場合もある)が好ましい。この構造であると、ベースのフランジとカバーのフランジとの接合部で生じた応力が水晶振動片に及ぶ方向に沿って応力緩和構造部の凹凸が並ぶため、応力緩和効果が生じ易いと考えられる。
しかし、前記凹凸構造は、ベースの高さ方向と直交する方向に沿って凹凸が連続していて、かつ、凸及び凹それぞれはベースの高さ方向に延びている構造であっても、応力を緩和する効果はある程度生じると考える。すなわち、凹凸の配置が上記の第1の実施形態の構造と直交する凹像である。ただし、第1の実施形態の構造の方が好ましいと考える。
また、前記凹凸構造は、側壁にランダムに設けた円状や楕円状や多角形状の凹凸構造であっても良いと考える。
In carrying out the present invention, it is preferable that the stress relieving structure is an uneven structure formed on the side wall.
Further, the uneven structure is a structure in which the unevenness is continuous along the height direction of the base, and each of the protrusions and the recesses extends in a direction perpendicular to the height direction of the base (hereinafter referred to as the first embodiment). (sometimes abbreviated as morphological structure) is preferable. With this structure, the unevenness of the stress relaxation structure is aligned along the direction in which the stress generated at the joint between the flange of the base and the flange of the cover extends to the crystal resonator element, so it is believed that the stress relaxation effect is likely to occur. .
However, even if the uneven structure has continuous unevenness along the direction perpendicular to the height direction of the base, and each of the unevenness and the unevenness extends in the height direction of the base, the stress is reduced. We believe that there will be a mitigating effect to some extent. That is, it is a concave image in which the arrangement of unevenness is orthogonal to the structure of the first embodiment. However, we believe that the structure of the first embodiment is preferable.
Further, it is considered that the uneven structure may be a circular, elliptical, or polygonal uneven structure randomly provided on the side wall.
この発明の水晶振動子では、ベースの側壁に応力緩和構造を具えているので、そうしない場合に比べ、ベースのフランジとカバーのフランジとの接合部で生じた応力を軽減できると考えられる。しかも、応力緩和構造は、ベースのヘッダの外壁と、カバーの内壁との間の所定の間隙Gの箇所に設けられるので、封止の支障にならない。従って、コールドウエルドによる封止で生じた応力の、水晶振動片への影響を、緩和できる可能性を持つ新規な構造を提供できる。 Since the crystal oscillator of the present invention has the stress relaxation structure on the side wall of the base, it is considered that the stress generated at the joint between the flange of the base and the flange of the cover can be reduced as compared with the case without such a structure. Moreover, since the stress relief structure is provided at the predetermined gap G between the outer wall of the header of the base and the inner wall of the cover, it does not interfere with sealing. Therefore, it is possible to provide a novel structure that has the potential to alleviate the influence of the stress generated by cold-weld sealing on the crystal vibrating piece.
以下、図面を参照してこの発明の水晶振動子の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、従来及び本発明において同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the crystal resonator of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that each drawing used for explanation is only schematically shown to the extent that the present invention can be understood. In addition, in each drawing used for explanation, the same reference numerals are given to the same components in the conventional art and the present invention, and the explanation thereof may be omitted. Also, the shapes, dimensions, materials, etc. described in the following description are merely preferred examples within the scope of the present invention. Therefore, the present invention is not limited only to the following embodiments.
1. 第1の実施形態
図1は、第1の実施形態の水晶振動子10の説明図である。特に図1(A)は水晶振動子10の一部を切り欠いて示した正面図、図1(B)は同じく一部を切り欠いて示した側面図、図1(C)はカバーを外して示した上面図である。
1. First Embodiment FIG. 1 is an explanatory diagram of a
第1の実施形態の水晶振動子10は、コールドウエルド法によって封止されるベース11及びカバー53と、これらベース11及びカバー53内に実装されている水晶振動片55と、を具える水晶振動子において、ベース11の側壁に、応力緩和構造部11aを具えることを特徴とするものである。なお、図1の例は、いわゆるNC-18型(HC-43/U型)の水晶振動子に本発明を適用したものである。
そして、第1の実施形態の水晶振動子10の場合、応力緩和構造部11aは、ベース11の側壁に形成した凹凸構造で構成してある。しかも、この凹凸構造は、ベース11の高さ方向(図1(A)中のY方向)に沿って凹凸が連続していて、かつ、凸及び凹それぞれはベースの高さ方向と直交する方向(図1(A)中のX方向)に延びている構造としてある。凹凸のピッチは応力の低減効果及びベース11自体の製造の容易さ等を考慮して任意のピッチとするのが良い。なお、凹凸構造は、凸部がカバー53の内壁に接触することがないように、ベース51の側壁とカバー53の内壁との間隙Gを考慮して形成することが重要である。なお、間隙Gは、これに限られないが、一般には、0.01~0.02mmである。
The
In the case of the
第1の実施形態の水晶振動子10では、ベース11のフランジ51eとカバー53のフランジ53aとを、高い圧力で加圧して金属間接合を生じさせることによって、封止されるが、ベース51とカバー53との接合部で生じた応力が水晶振動片55に及ぶ方向(図1(A)中のY方向)に沿って応力緩和構造部11aの凹凸が並ぶため、応力緩和効果が生じ易いと考えられる。
In the
2. 第2の実施形態
図2は、第2実施形態の水晶振動子20を説明する図であり、特に図2(A)はその平面図、図2(B)はその正面図である。
第2の実施形態の水晶振動子20は、ベース21に水晶振動片55を水平に実装する構造の水晶振動子20に、第1の実施形態の応力緩和構造部11aを適用したものである。すなわち、いわゆるTO5(例えばHC-35/U)の類の構造に本発明を適用したものである。
従って、ベース21は、平面的に90度の角度で互いに配置した4つのサポータ51dを有している。ベース21の側面には第1の実施形態と同様の応力緩和構造部11aを設けてある。上記の4つのサポータ51dに水晶振動片55は、導電性接着剤57によって固定してある。
2. Second Embodiment FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining a
The
Therefore, the
3. 第3の実施形態
図3は、第3の実施形態の水晶振動子の説明図である。特に第3の実施形態に係るベース31及び応力緩和構造部31aに着目した図である。そして、図3(A)はその平面図、図3(B)はその正面図である。ただし、図1、図2で示したサポータ等の図示は、図3では省略してある。
第3の実施形態に係るベース31は、応力緩和構造部31aを、ベース31の高さ方向と直交する方向(図3(B)中のX方向)に沿って凹凸が連続していて、かつ、凸及び凹それぞれはベースの高さ方向(図3(B)中のY方向)に延びている構造としてある。すなわち、第1の実施形態の凹凸配置構造と直交する方向に凹凸が並ぶ構造としてある。
凹凸のピッチは応力の低減効果及びベース31自体の製造の容易さ等を考慮して任意のピッチとするのが良い。この第3実施形態の応力緩和構造部31aであっても、封止の応力の影響を低減できると考える。
3. Third Embodiment FIG. 3 is an explanatory diagram of a crystal resonator according to a third embodiment. It is a diagram focusing particularly on the
In the base 31 according to the third embodiment, the stress
The pitch of the unevenness is preferably an arbitrary pitch in consideration of the effect of reducing stress and the ease of manufacturing the
4. 第4の実施形態
図4は、第4の実施形態の水晶振動子の説明図である。特に第4の実施形態に係るベース41及び応力緩和構造部41aに着目した図である。そして、図4(A)はその平面図、図4(B)はその正面図である。ただし、図1、図2で示したサポータ等の図示は、図4では省略してある。
第4の実施形態に係るベース41は、応力緩和構造部41aを、ベース41の側壁にランダムに設けた円状や楕円状や多角形状の凹凸構造によって、構成した例である。図4の例では円状の凸部をベース41の側壁にランダムに設けた構造としてある。
凸部の平面的な大きさや個数は、応力の低減効果及びベース41自体の製造の容易さ等を考慮して任意の大きさ及び個数とするのが良い。
4. Fourth Embodiment FIG. 4 is an explanatory diagram of a crystal resonator according to a fourth embodiment. It is a diagram focusing particularly on the
The base 41 according to the fourth embodiment is an example in which the stress
The planar size and number of the projections are preferably set to an arbitrary size and number in consideration of the effect of reducing stress and the ease of manufacturing the
上述の実施形態では、ベースの側壁に設けた応力緩和構造は、いずれも、ヘッダの外側面を凹凸面にした構造であった(例えば図1(A)におけるヘッダ51aの断面部分参照)。しかし、ヘッダの内側面を凹凸面とする応力緩和構造でも良いし、ヘッダの外側面及び内側面双方を凹凸面とする応力緩和構造でも良い。ただし、凹凸面を形成する容易さを考慮すると、ヘッダの外側面を凹凸面とすることが好ましい。
In the above-described embodiments, the stress relaxation structure provided on the side wall of the base is a structure in which the outer surface of the header is uneven (see, for example, the cross section of the
10:第1の実施形態の水晶振動子、 11:ベース
11a:応力緩和構造部、
20:第2の実施形態の水晶振動子、 21:ベース
30:第3の実施形態に係るベース、 31:ベース
31a:応力緩和構造部
40:第3の実施形態に係るベース、 41:ベース
41a:応力緩和構造部 51a:金属製ヘッダ
51b:コバールガラス、 51c:リード
51d:サポータ、 51e:フランジ
53:カバー 、 53a:フランジ
55:水晶振動片 55a:励振用電極
55b:引出電極 57:導電性接着剤
10: crystal resonator of the first embodiment, 11: base, 11a: stress relaxation structure,
20: Crystal oscillator of the second embodiment 21: Base 30: Base according to the third embodiment 31:
Claims (5)
3. The crystal oscillator according to claim 2, wherein the concave-convex structure is a circular, elliptical, or polygonal concave-convex structure randomly provided on the side wall.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2021130783A JP2023025498A (en) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | Crystal oscillator |
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Publications (1)
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JP2021130783A Pending JP2023025498A (en) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | Crystal oscillator |
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2021
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