JP3251061B2

JP3251061B2 - 多重モード水晶振動子

Info

Publication number: JP3251061B2
Application number: JP22531392A
Authority: JP
Inventors: 清久稲尾; 宏治水木; 正紀熊谷; 竹夫関
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 2002-01-28
Anticipated expiration: 2017-01-28
Also published as: JPH05335880A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＭＣＦ（Monolithic Cry
stal Filter）としての多重モード水晶振動子（多重モ
ード振動子とする）を利用分野とし、特に表面実装用と
した多重モード振動子の電気的特性及び耐衝撃性を良好
とする電極構造及び接着剤の塗布方法に関する。

【０００２】

【発明の背景】多重モード振動子は、水晶片に形成した
例えば二組の電極対間の音響的結合を利用し、所定のフ
ィルタ特性（伝送特性）を得るものとして通信機器等に
有用されている。近年では、抵抗、コンデンサ等に代表
されるような表面実装用とした多重モード振動子が要求
されている。例えばこのようなものの一つに、本出願人
による特願平４−４６００８号「多重モード水晶振動
子」がある。

【０００３】

【従来技術】第１４図及び第１５図（ａｂ）は表面実装
用とする場合の多重モード振動子を説明する一例図であ
る。なお、第１４図は断面図、第１５図（ａｂ）は水晶
片の表裏面を示す図である。多重モード振動子は、水晶
片１を密閉容器２に封入して形成される。水晶片１は例
えば厚みすべり振動姿態のＡＴカットとする。一方の主
面１ａには分割された入出力電極３、４を、他方の主面
１ｂには共通電極５が形成される。入出力電極３、４と
共通電極５からは、両端外周部に引出電極６、７、８
（ａｂ）を延出する。密閉容器２は凹状の積層構造の容
器本体９に金属蓋体１０をシーム溶接して形成される。
容器本体９は、基板１１と枠体１２と溶接リング１３と
からなる。基板１１は、両端側に入出力用の接続電極１
４、１５を、中央部分にシールド電極１６を有し、容器
外表面に延出して表面実装用の外部端子となる。そし
て、水晶片１の一方の主面１ａを基板１１に対向させて
保持する。すなわち、入出力電極３、４の形成された両
端外周部を接続電極１４、１５上に導電性接着剤１７を
もって固着し、電気的・機械的に接続する。また、他方
の主面１ｂの共通電極５の引出電極８はワイヤ１８のボ
ンディングによりシールド電極１６に接続する。このよ
うなものでは、基板１１にシールド電極１６を設けたの
で、入出力電極３、４間の電気的結合により直接的に伝
搬する漏れ信号を遮蔽し、保証減衰量を高めることがで
きる。この場合、保証減衰量を最大とする入出力電極
３、４とシールド電極１６間の最適距離があり、その距
離がピーク値近傍になるように設定される。

【０００４】

【従来技術の問題点】しかしながら、上記構成の多重モ
ード振動子では、水晶片１の両端外周部を固着する所謂
両端保持とする。このため、接着剤１７の硬化時におけ
る収縮力により、水晶片１の特に長さ方向に歪や応力を
発生する。その結果、特に応力感度特性に起因して周波
数温度特性の劣化を招くことから、両端保持はその実用
化が困難であった。このようなことから、一般には、第
１６図に示したように、水晶片１の一端部のみを保持す
ることが良いとされている。すなわち、水晶片１の他端
側を自由端として長さ方向の応力発生を防止することで
ある。但し、水晶片１の他端側では、引出電極６を折り
返し、ワイヤ１８のボンディングにより入力用接続電極
１４に電気的に接続する。しかし、一端部保持であって
も、一端部の全領域を接着剤１７の塗布領域として固着
した場合には「第１７図（ａ）」、幅方向に応力が発生
し、水晶片１を破損する。また、一端部の一部のみを点
的に固着した場合は「同図（ｂ）」、接続強度が不充分
で、衝撃時に水晶片１が脱離し、前述同様に破損等を生
ずる。このことから、通常では、引出電極６、７を端部
の幅方向に設け、一端部の両側を塗布領域として点的に
保持する「同図（ｃ）」。しかし、この場合（一端部両
側保持）でも、基本的には幅方向の両側を固定端とする
ことから、水晶片１には特に幅方向に歪が発生すること
になり、充分な耐衝撃性を得ることは困難であった。そ
して、一端部保持の何れの場合でも、自由端とした他端
部が上下に揺動し、結果的には、その部分での水晶片１
の破損やワイヤ１８の離脱及び断線、さらには一端部の
接合強度を弱まらせる問題があった。

【０００５】

【発明の着目点及び目的】本発明は、基本的には、両端
保持の方が水晶片の安定な保持を確保して、破損等の耐
衝撃性を向上できる点に主眼を置き、これを達成するた
めの電極構造及び接着方法に着目してなされたもので、
両端保持とした上で、第１に周波数温度特性を良好に維
持すること、第２に耐衝撃性を向上することを目的とす
る。

【０００６】

【解決手段】本発明は、第１に、水晶片１の入出力電極
３、４から延出して形成される引出電極６、７に、別個
に形成される接続用の電極ランド２０、２１を重畳して
接続するとともに、いずれか一方をＡｌとし（第１
図）、このような電極ランド２０、２１の形成された両
端外周部に接着剤１７を施して固着する（第２図）。第
２に、接着剤１７は各電極ランド２０、２１の両側に設
けられて、各電極ランド２０、２１の一側では電極ラン
ド内に位置し、他側では電極ランド２０、２１と水晶片
１の表面にまたがって固着した（第１３図）ことをそれ
ぞれ基本的な解決手段とする。以下、本発明の各実施例
を作用とともに説明する。

【０００７】

【第１実施例】第１図は、本発明の第１の解決手段に相
当する実施例の図で、特に水晶振動子の電極構造図であ
る。なお、前従来例図と同一部分の説明は省略する。こ
の電極構造の特徴は、図から明かなように、水晶片１
（一方の主面１ａ）の入出力電極３、４から延出した引
出電極６、７上に、これとは異なる金属の電極ランド２
０、２１を重畳して形成した点にある。この例では、入
出力電極３、４及び引出電極６、７は水晶表面から順
次、Ｃｒ、Ｃｒ−Ａｇ、Ａｇ、Ｃｒの４層構造（以下Ｃ
ｒＡｇ混在層とする）とする。また、電極ランド２０、
２１はＡｌの一層構造とする。そして、いずれも蒸着に
より形成した。なお、引出電極６、７は、後述の基板１
１の接続用電極の関係から、水晶片１の一方の対角線上
の角部に延出し、電極ランド２０、２１は対角部から端
部に沿う幅方向に延出した。なお、他方の主面１ｂの共
通電極５からの引出電極８（ａｂ）は、ボンディング等
の関係により、他方の対角線上の角部に延出した。ま
た、水晶片１の外形は、長さ（ｚ’軸方向）５ｍｍ、幅
（ｘ軸方向）２．５ｍｍ、厚み（ｙ’軸方向）約８０μ
ｍ（中心周波数約２１ＭＨｚ）を対象とした。このよう
な電極構造の水晶片１を、第２図に示したように、基板
１１上に両端保持として固着し、周波数温度特性を測定
したところ、良好な結果を得た。すなわち、第３図に示
したように、従来のもの（曲線ロ）では本来の３次曲線
からずれて直線的になるが、本実施例のもの（曲線イ）
では本来の３次曲線に近接した特性を維持できた。但
し、接着剤１７としては、鉛筆硬度で２Ｂ以下の例えば
ウレタン系の導電性接着剤を使用した。なお、第２図
（ａ）は多重モード振動子の側面図、同図（ｂ）は接着
剤１７の塗布位置（両端部中央）を示す水晶片１の平面
図である。また、基板１１は、第４図（平面図）に示し
たように、中央にシールド電極１６が、両端側に接続用
入出力電極１４、１５が形成される。なお、いずれも基
板の両端側に外部端子として延出する。図中の符号１８
は共通電極５の引出電極８ｂに接続するワイヤのボンデ
ィングの位置である。本発明者の推測によれば、従来の
ものでは、接着剤１７の硬化時における収縮が、水晶片
１と引出電極６、７及び入出力電極３、４との界面に摩
擦を生じて、水晶片１の表面に張力（応力）を発生させ
る。そして、この張力が厚みすべり振動に多大な影響を
及ぼし、応力感度特性により本来の周波数温度特性を損
なわせる。これに対し、本発明では、接着剤１７が収縮
しても、引出電極６、７と電極ランド２０、２１との界
面にすべり現象を生じ、水晶片１の表面に生ずる張力を
緩和する。すなわち、電極ランド２０、２１をＡｌとし
たので、引出電極６、７との間に酸化膜を生じ、この酸
化膜が両者間の結合を弱めてすべりを助長する。したが
って、上記構成の電極構造であれば、特に励振部分での
張力による歪発生がなく、厚みすべり振動へ与える影響
が小さく、本来の周波数温度特性を得ることができると
考えられた。

【０００８】しかし、このようなものでは、周波数温度
特性は改善されても、クリスタルインピーダンス（以下
ＣＩとする）は充分に満足する結果には至らなかった。
すなわち、Ａｌとした電極ランド２０、２１の表面上に
酸化膜が生じ易く、その後に導電性接着剤により固着す
るので、導通度を悪化させて充分なＣＩを得ることがで
きない。以下、この点の解決策を述べる。第５図はこの
点の解決策を説明する図で、同図（ａ）は電極構造図
で、同図（ｂ）は接着剤の塗布位置を示す図である。す
なわち、電極ランド２０、２１を形成した後、その上に
引出電極６、７を重畳させる。そして、引出電極６、７
を中心として電極ランド上にまたがって接着剤１７を塗
布したところ、周波数温度特性もＣＩも良好な特性を得
ることができた。すなわち、前述したように、引出電極
６、７と電極ランド２０、２１との界面における酸化膜
の作用ですべり現象を起こして、励振部分に応力を発生
させないことから、周波数温度特性を良好に維持でき
る。但し、前述のものよりは、引出電極６、７の端部は
接着剤１７により固定されるので、すべり現象は阻害さ
れると考えられる。そして、接着剤１７はＣｒＡｇ混在
層とした引出電極６、７と直接に接触するので、導通度
は損なわれることがない、したがってこれによりＣＩ低
下を防止する。なお、Ｃｒは比抵抗も大きく酸化膜を生
成しやすいが、Ａｇ層を混在するので導通不良を起こさ
ない。ちなみに、この場合でのＣＩは、従来の両端保持
における１０５Ωに対して、５７Ωであった。但し、Ｃ
Ｉはｆａモード（斜対称モード）による。

【０００９】上記電極構造では、励振電極３、４及び引
出電極６、７をＣｒＡｇ混在層とし、電極ランド２０、
２１をＡｌとしたが、これとは逆に、第６図に示したよ
うに、励振電極３、４及び引出電極６、７をＡｌとし、
電極ランド２０、２１をＣｒＡｇ混在層としてもよい。
すなわち、この場合でも、周波数温度特性は前述同様の
すべり現象により良好に維持できる。そして、固着の際
には、ＣｒＡｇ混在層とした電極ランド２０、２１に導
電性接着剤が施されるので、導通不良をおこすことな
く、ＣＩを良好にする。但し、電極ランド２０、２１と
引出電極６、７との界面にＡｌが存在するので、Ａｌの
酸化膜による導通度への影響を及ぼす。したがって、第
７図に示したように引出電極６、７と電極ランド２０、
２１との接触面積を大きくするとよい。また、第８図に
示したようにＣｒＡｇ混在層とした電極ランド２０、２
１上に引出電極６、７を重畳させてもよいことは勿論で
ある。そして、この電極構造は励振電極部を質量の小さ
なＡｌとするので、特に周波数調整の関係から、例えば
９０ＭＨｚとする高周波数帯の多重モード振動子に適す
る。なお、上述以外にも導通度を高めてＣＩを良くする
方法は種々考えられ、本発明では周波数温度特性を良好
に維持することがその趣旨であって、ＣＩを良好にする
ことがその趣旨ではない。また、引出電極６、７は対角
線上の角部に延出して電極ランド２０、２１を設けた
が、従来例のように引出電極６、７を両端部中央に延出
して、電極ランド２０、２１を設けてもよく（第９
図）、これらは基板１１に設けた接続用入出力電極１
４、１５や共通電極５の引出電極８あるいは容器内スペ
ース等の関係から決定されるもので、引出電極６、７の
延出端や電極ランド２０、２１の位置には格別左右され
ないものである。

【００１０】このようなことから、本発明の電極構造
とすることにより、先ず、両端保持における特に周波数
温度特性を主とした電気的特性の問題を解消できる。し
かし、単に、両端保持としたとしても、すなわち両端部
の中央あるいは端部を点的に保持したとしても、破損等
の耐衝撃性の点ではその強度が不充分である。したがっ
て、両端部の両側を点的に保持する４点保持が望ましく
なる。以下、この点の解決策を第２の実施例により説明
する。

【０００８】

【第２実施例】第１０図は本発明の第２の解決手段に至
った理由を説明する図で、接着剤１７の塗布方法によっ
て、水晶片１に生ずる歪量に差異のあることを示すため
のものである。なお、第１０図（ａｂ）は接着剤１７を
水晶片１の一端部両側の表面に直接施して固着した場合
の図、同図（ｃｄ）は水晶片１の一端部の幅方向に電極
２３を設け同様に固着した場合の図である。第１１図
（ａ）は、これらの塗布方法による、縦軸を歪量ｄ（μ
ｍ）とした実験結果図である。なお、ここでの歪量は、
測定器ＺＹＧＯシステムを使用して、接着剤１７の硬化
後における水晶片表面の上下差ｄを測定したものである
「同図（ｂ）」。これから明かなように、水晶片１に直
接接着剤１７を施して保持した方が、電極２３上を介在
させて保持するよりも、水晶片１に発生する歪量は約
１．５倍大きくなる。すなわち、水晶片１と接着剤１７
の接合強度が、電極２３を介在させた場合よりも大きい
ので、硬化時における収縮力が直接的に影響を及ぼす。
また、電極２３を介在させた場合には、電極２３と水晶
片１との接合強度が小さいため、両者間ですべり等の現
象を引き起こして収縮力が緩和される結果と考えられ
た。したがって、水晶片１に直接接着剤を施した場合
は、その歪量が大きくて破損しやすく、耐衝撃性を悪化
させる。これに対し、電極２３上に接着剤１７を施した
場合は、歪量が小さく破損を防止して耐衝撃性を良好に
する。なお、接着剤１７の塗布位置が近接すると、収縮
時における歪が両者間に集中して破損しやすく、また離
間するほど歪が緩和されて破損しにくい。このようなこ
とから、基本的には、４点保持する場合、例えば第１２
図（ａｂ）に示したように、各電極ランド２０、２１に
おける両側の表面上に接着剤１７を施してやれば、歪に
よる破損を防止できる。しかし、この場合には、水晶片
１の表面に対する電極ランド２０、２１の付着強度は弱
いため、電極ランド２０、２１が水晶片１の表面から剥
離しやすくて、電気的導通の損なわれる問題を生ずる。
このことから、例えば第１３図（ａｂ）に示したよう
に、接着剤１７は、電極ランド２０、２１の幅方向の一
側では電極ランド２０、２１内に位置し、他側では電極
ランド２０、２１と水晶片１とにまたがった位置にして
固着する。このような固着方法であれば、前述したよう
に電極ランド２０、２１が介在することにより、収縮時
における水晶片１の歪が緩和されて、各電極ランド２
０、２１の一側では、接着剤１７に対して言わば自由端
となる。また、他側では、接着剤１７が水晶片表面に固
着するのでこれによる歪が発生するものの、一側が自由
端であるためにその歪がにげやすく破損を防止する。そ
して、他側において、接着剤１７が直接に電極ランド２
０、２１と水晶片１にまたがって塗布されるので、電極
ランド２０、２１の剥離強度も増して電気的導通をも維
持できる。したがって、前実施例の電極構造に加えて、
このような４点保持であれば、電気的特性を損なうこと
なく、耐衝撃性を向上した両端保持を達成できる。な
お、この例では各対角線上の角部を一側及び他側とする
ので、幅方向のみならず、長さ方向についても同様なこ
とが言える。

【０００９】

【他の事項】上記実施例では、電極ランド２０、２１の
形成された水晶片１の両端外周部を基板上に固着すると
したが、例えば基板上に設けた保持具等に固着する場合
であっても、あるいは一般の平板状のサポ−タにより保
持する場合でも、この電極構造は有用であり、本発明は
これを排除するものではない。そして、共通電極５の引
出電極８からの電極導出はワイヤボンディングとした
が、例えば引出電極８を入出力電極面側に折り返し、前
述した接着方法を用いて固着して導出してもよいもので
ある。また、水晶片１の外形寸法及び方向は実施例に限
らず、本発明は基本的には長さ方向をｘ軸方向として
も、その寸法を代えても適用できるものである。

【００１０】

【発明の効果】本発明は、水晶片の入出力電極から延出
して形成される引出電極に、別個に形成される接続用の
電極ランドを重畳して接続するとともに、いずれか一方
をＡｌとし、このような電極ランドの形成された両端外
周部に接着剤を施して固着したので、周波数温度特性を
良好に維持できる。そして、接着剤は各電極ランドの両
側に設けられて、各電極ランドの一側では電極ランド内
に位置し、他側では電極ランドと水晶片とにまたがって
固着したので、耐衝撃性を向上する多重モード振動子を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【第１図】本発明の第１実施例を説明する図で、同図
（ａ）は水晶片の一方の主面の電極構造図（平面図）、
同図（ｂ）は他方の主面の図である。

【第２図】本発明の第１実施例を説明する図で、同図
（ａ）は水晶片の保持構造図（側面図）、同図（ｂ）は
接着剤の塗布位置を示す水晶片の一方の主面の図であ
る。

【第３図】本発明の第１実施例の作用効果を説明する周
波数温度特性図である。

【第４図】本発明の第１実施例に適用した基板の平面図
である。

【第５図】本発明の第１実施例の他の例を説明する図
で、同図（ａ）は水晶片の一方の主面の電極構造図、同
図（ｂ）は接着剤の塗布位置を示す図である。

【第６図】本発明の第１実施例の他の例を説明する水晶
片の一方の主面の電極構造図である。

【第７図】本発明の第１実施例の他の例を説明する水晶
片の一方の主面の電極構造図である。

【第８図】本発明の第１実施例の他の例を説明する水晶
片の一方の主面の電極構造図である。

【第９図】本発明の第１実施例の他の例を説明する水晶
片の一方の主面の電極構造図である。

【第１０図】本発明の第２の解決手段に至った理由を説
明する図で、同図（ａ）は接着剤１７を水晶片１の一端
部両側の表面に直接施した水晶片の平面図、同図（ｂ）
は同水晶片を基板に固着した場合の断面図、同図（ｃ）
は水晶片１の一端部に電極２３設けて一端部両側に導電
性接着剤を施した水晶片の平面図、同図（ｄ）は同水晶
片を基板に固着した場合の断面図である。

【第１１図】本発明の第２実施例を説明する図で、同図
（ａ）は第１０図の塗布方法による水晶片の歪量ｄ（μ
ｍ）を示す実験結果図、同図（ｂ）は水晶片の歪量ｄを
定義する断面図である。

【第１２図】本発明の第２実施例を示す水晶片の図で、
同図（ａ）（ｂ）ともに水晶片の平面図である。

【第１３図】本発明の第２実施例を示す水晶片の図で、
同図（ａ）（ｂ）ともに水晶片の平面図である。

【第１４図】従来例を説明する多重モード振動子の断面
図である。

【第１５図】従来例を説明する図で、同図（ａｂ）とも
に電極構造を示す水晶片の平面図である。

【第１６図】他の従来例を説明する多重モード振動子の
断面図である。

【第１７図】従来例を説明する図で、同図（ａ）（ｂ）
（ｃ）ともに水晶片の平面図である。

【符号の説明】

１水晶片、２容器、３入出電極、４出力電極、
５共通電極、６、７、８引出電極、９容器本体、
１０蓋体、１１基板、１２枠体、１３溶接リン
グ、１４、１５接続用入出力電極、１６シールド電
極、１７接着剤、１８ワイヤ、２０、２１電極ラ
ンド、２３電極．

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−119406（ＪＰ，Ａ) 特開平２−98207（ＪＰ，Ａ) 特開平４−82314（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−193709（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−212814（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−54126（ＪＰ，Ｕ) 実公平２−38497（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03H 9/00 - 9/215 H03H 9/54 - 9/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水晶片の一方の主面に入出力電極を形成
して他方の主面に共通電極を形成し、前記入出力電極か
ら引出電極を延出して両端外周部に接続用の電極ランド
を設け、前記電極ランドを導電性接着剤により固着して
水晶片の両端外周部を保持してなる多重モード水晶振動
子において、上記引出電極と電極ランドとを異なる金属から形成して
重畳するとともに、前記該引出電極と電極ランドとのい
ずれか一方をＡｌとしたことを特徴とする多重モード水
晶振動子。
【請求項２】請求項１において、上記導電性接着剤は
各電極ランドの両側に設けられ、各電極ランドの一側で
は電極ランド内に位置し、他側では電極ランドと水晶片
とにまたがって位置した状態として、該水晶片を基板上
に固着したことを特徴とする多重モード水晶振動子。