JP4022055B2 - 耐熱水晶振動子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐熱性を向上した耐熱水晶振動子に関する。
【0002】
【従来の技術】
水晶振動子を用いた水晶発振器の発振周波数は安定なことで知られている。
この発振周波数を変動させる原因としては温度変化による影響が最も大きい。
たとえば最も多用されているATカットの水晶振動子を用いた水晶発振器の場合−30℃〜80℃の温度変化に対して数十ppm〜数百ppmの周波数変化を生じる。
【0003】
このため計測器、移動通信の基地局等の安定な周波数源を要求される用途では水晶振動子を恒温槽に収納した恒温槽型の水晶発振器が用いられている。
この恒温槽型の水晶発振器では、水晶振動子を80℃程度の一定温度に加熱した恒温槽に収納することにより温度変化による発振周波数の変化を生じないようにしている。
【0004】
しかしながら、このような恒温槽型の水晶発振器に用いる水晶振動子は80℃程度の高温の環境で使用される。
一方、常温付近の温度で使用される水晶振動子では、水晶片の板面に形成した励振電極を、板面の縁部まで延出し、この延出端部を先端部にクリップを形成したワイヤ、金属薄板等からなる保持部材で保持し、この保持部位に導電性接着剤を塗布して固着するとともに電気的な導通を図るようにしている。
【0005】
この導電性接着剤は、たとえばエポキシ接着剤に銀の薄片、粒等を混ぜ合わせたものである。
しかしながら導電性接着剤を使用した水晶振動子を高温環境におくと、特に接着剤の有機成分から発生したガスが励振電極に付着して、発振周波数を経時的に変化させる問題がある。
【0006】
このため、恒温槽で使用する水晶振動子では図3に示すような構造のものが考えられている。
この水晶振動子ではベース21に2本の端子22を植設し、端子22の先端部に保持部材23を取り付けている。
【0007】
一方、水晶片24の両側端部に低融点ガラスと銀フィラーを混ぜ合わせたフィレットを塗りつけて400℃を超える温度まで加熱して溶融し接続部26を形成する。低融点ガラスは、水晶と成分が類似しているため水晶片3の所定位置に接続部5を強固に固着して形成することができる。
【0008】
そして水晶片24の表裏板面の中心部に相対面して励振電極25を蒸着で形成し、この励振電極25を互いに反対方向に板面の端部の接続部26に所定の間隔を存する位置まで延出させる。
そして保持部材23で水晶片24の接続部26を保持し、金・ゲルマのロー材を用いて350℃程度に加熱して共晶合金を形成して接合する。
【0009】
なお、励振電極を保持部材間で延在させた状態で、金・ゲルマのロー材で接合すると、励振電極に電解腐食により食われ現象を発生する。このため電極が変質して共振周波数が徐々に変化したり、極端な場合は水晶片3が保持部材から脱落してしまう問題があり好ましくない。
しかしながら、接続部26の主成分は銀であり、かつ励振電極25とは間隙を存して形成することにより、金・ゲルマのロー材を用いて接続部26と保持部材23とを確実に接合することができ、かつ励振電極25に悪影響を与えることもない。
【0010】
そして水晶片24の表裏板面で、励振電極25の導出端部と接続部26とを覆うように金属薄膜を蒸着して導通させる。
なお励振電極25には、さらに微量の金属膜を重ねて蒸着し、その質量付加効果により共振周波数を微調整して目的周波数に合わせ込む。
そして、励振電極25の延出端部と対向する接続部26との間に蒸着を行って蒸着金属27によって両者を導通させる。
【0011】
そして下端が開口したカバー28をベース21にかぶせて、不活性ガス、真空等の雰囲気で開口端部をベース21の周縁のフランジ部分に、半田付け、冷間圧接等により接合し気密に封止する。
【0012】
しかしながら、近時種々の電気機器では組立工程の自動化、形状の小型化等の目的で表面実装型の部品が多用される傾向がある。
このため水晶振動子も表面実装型のものが求められている。
このように表面実装型の水晶振動子では、たとえば外形は矩形で上面に水晶片を収納する凹所を形成したセラミック製のベースの開口に金属製の蓋をシーム溶接により封止した容器が用いられる。
【0013】
したがってこのようなものでは、水晶片はベースの凹所の底面に平行に収納することになる。
このため凹所の底面に形成した保持電極に、水晶片の保持部を金・ゲルマのロー材で固着すると、水晶片の下側の電極に対しては蒸着等を行うことができない。このため下側の励振電極を保持部材に電気的に接続することができない問題を生じる。
【0014】
また、リード線を有する水晶振動子でも、ベースに設けた保持部材に水晶片を水平に保持するものがあり、このような水晶振動子でも、保持部材で水晶片を保持した状態では、水晶片の下側の板面に蒸着等を行うことはできない。したがってこのような場合も下側の励振電極を保持部材に電気的に接続することができない問題がある。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、水晶片をベースに水平に保持する水晶振動子において、水晶片を金・ゲルマのロー材で保持部材に固着して保持し、かつ表裏板面の励振電極を蒸着によって保持部材に接続するようにして、良好な耐熱性を得ることができる耐熱水晶振動子を提供することを目的とするものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1は、ベースと、前記ベースに設けた一対の保持部材と、板状に成形され圧電振動を励振されて一側板面が前記ベースの上面に対向した水晶片と、低融点ガラスと金属フィラーを混ぜ合わせたフィレットを加熱溶融して前記水晶片の端部に塗着して形成し、前記保持部材に対応する位置に設けられた第1、第2の接続部と、
低融点ガラスと金属フィラーを混ぜ合わせたフィレットを加熱溶融して前記水晶片の端部に塗着して両側板面にまたがって形成し、前記水晶片の周縁部であって前記水晶片の他側板面に形成された金属薄膜によって前記第2の接続部と導通させた第3の接続部と、前記水晶片を前記ベースに平行に保持するように前記保持部材に前記第1、第2の接続部を固着する金・ゲルマのロー材と、前記水晶片の一側板面に形成され、第1の引き出し部が前記第3の接続部に導通した一方の励振電極と、前記一方の励振電極に相対面して前記水晶片の他側板面に形成され、第2の引き出し部が前記第1の接続部に対して間隙をもって形成され、金属薄膜によって前記第2の引き出し部と前記第1の接続部を導通させた他方の励振電極と、を具備することを特徴とする耐熱水晶振動子である。
【0017】
そして本発明の請求項2は、請求項1に記載のものにおいて、ベースは一対の端子が貫通し、端子の先端部に保持部材を形成したことを特徴とする耐熱水晶振動子であり、本発明の請求項3は、請求項1に記載のものにおいて、ベースはセラミック製の表面実装用の容器であることを特徴とする耐熱水晶振動子である。
【発明の実施の形態】
【0018】
以下、本発明の実施の形態をベースにリード端子を有する振動子を例として図1に示す組立斜視図を参照して詳細に説明する。
1は略円盤状のベースであり、金属板を加工して外周縁にフランジ2を形成し中心部分にはハーメガラス3を充填して一対の端子4を互いに絶縁して貫装している。端子4の先端部分には釘の頭状の保持部材5を形成している。
【0019】
そして6は人工水晶の結晶を結晶軸に対して所定角度に切断して丸板状に成型した水晶片である。
この水晶片6の周縁部の上記保持部材5に対応する位置には低融点ガラスと金属フィラーを混ぜ合わせたフィレットを塗着して、加熱溶融させて第1、第2の接続部7、8を形成している。
【0020】
また水晶片6の周縁部に、上記第2の接続部8に所定の間隙を存して、かつ水晶片6の両側板面にまたがって低融点ガラスと金属フィラーを混ぜ合わせたフィレットを塗着して、加熱溶融させて第3の接続部9を形成している。
そして水晶片6の一側板面には、引き出し部分が上記第3の接続部9に導通するように一方の励振電極10を形成している。
【0021】
さらに水晶片6の他側板面には、上記一方の励振電極10に相対面して他方の励振電極11を形成し、他方の励振電極の引き出し部を上記第1の接続部7に所定の間隙を存するように形成している。
これらの励振電極10、11はたとえば蒸着を行って形成すればよい。
【0022】
そして水晶片6の一側板面側がベースの上面に平行かつ対面するように、保持部材5と第1、第2の接続部とを金・ゲルマのロー材を用いて固着する。
そして、水晶片6の他側板面側から、一方の励振電極10の引き出し部と第1の接続部7との間を覆うように蒸着を行い、これらの間を蒸着金属12により電気的に導通させる。
【0023】
同様に第2の接続部8と第3の接続部9の間を覆うように蒸着を行い、これらの間を蒸着金属13により電気的に導通させる。
なお、必要に応じて水晶片6の他方の励振電極11に対して微量の蒸着金属を蒸着して、その質量付加効果により共振周波数を正確に調整する。
【0024】
そして、下端面に開口を有し開口縁にフランジ14を形成したカバー15をベース1にかぶせて両者のフランジ2、14部分を半田付け、圧接等の手段で接合して水晶片6を気密に封止する。
なお封止は、真空、不活性ガス雰囲気等で行い、封止後の励振電極等の化学的な変化を生じないようにする。
【0025】
このような構成であれば、一方の励振電極10は第3の接続部9、蒸着金属13、第2の接続部8、金・ゲルマのロー材、保持部材5を介して端子4に接続することができる。
また他方の励振電極11は蒸着金属12、第1の接続部7、金・ゲルマのロー材、保持部材5を介して端子4に接続することができる。
【0026】
したがって端子4を、適宜な水晶発振回路に接続することにより水晶片6に圧電振動を励振させて安定な発振周波数を得ることができる。
また水晶片を封止した空間には、有機接着剤のように高温でガスを発生する虞のある材料は用いていないため、80℃程度の恒温で用いても極めて高い安定度を得ることができる。
【0027】
なお本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、たとえば図1と同一部材に同一符号を付与して図2に示す組立斜視図のような表面実装型の水晶振動子にも適用することができる。
【0028】
すなわちベース1は、たとえばセラミックを焼成して上面に開口を有する箱形に成形し内部空間の底面に一対の保持部材5を設けている。
この保持部材5はベース1の外側側底面に設けた図示しない実装電極に導通させている。
この実装電極は、たとえば半田付け等でプリント基板に実装するために用いる。
【0029】
そして水晶片6に、上記保持部材に対応して第1、第2の接続部7、8を低融点ガラスと金属フィラーを混ぜ合わせたフィレットを加熱溶融して形成する。
また第2の接続部8に所定の間隙を存して同様にフィレットを加熱溶融して第3の接続部9を形成する。
【0030】
そして水晶片6の一方の板面に、一方の励振電極10を蒸着して引き出し部を第3の接続部9に導通するように引き出す。
また水晶片6の他方の板面に他方の励振電極11を蒸着し、引き出し部を第1の接続部7に所定の間隙を存して形成する。
【0031】
そして水晶片6の一方の励振電極10側をベース1の底面に対面させて第1、第2の接続部7、8を金・ゲルマのロー材で保持部材5に固着して保持し、かつ電気的に接続する。
そしてベース1の上面、すなわち水晶片6の他方の励振電極側から蒸着を行い、他方の励振電極11と第1の接続部7との間を蒸着による金属薄膜12により導通させる。
【0032】
同様に第2、第3の接続部8、9の間に蒸着を行い、蒸着による金属薄膜13によって導通させる。
さらに他方の励振電極11に微量の蒸着金属を蒸着してその質量付加効果により共振周波数を正確に調整する。
【0033】
そして真空、窒素ガス、不活性ガス等の雰囲気中でベースの上面開口にカバー15をかぶせて気密に封止する。
このような表面実装型の水晶振動子の場合も、図1に示す端子を有する水晶振動子と同様の効果を奏することは勿論である。
【0034】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ベース面に平行に水晶片の板面を保持するものにおいて、耐熱性が高く、一定温度に加熱した恒温槽における使用に適した耐熱水晶振動子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の組立斜視図である。
【図2】本発明の他の実施形態の組立斜視図である。
【図3】従来の耐熱水晶振動子の一例を示す組立斜視図である。
【符号の説明】
1 ・・ ベース
5 ・・ 保持部材
7、8、9 ・・ 接続部
10、11 ・・ 励振電極
12、13 ・・ 金属薄膜
Claims (3)
- ベースと、前記ベースに設けた一対の保持部材と、板状に成形され圧電振動を励振されて一側板面が前記ベースの上面に対向した水晶片と、低融点ガラスと金属フィラーを混ぜ合わせたフィレットを加熱溶融して前記水晶片の端部に塗着して形成し、前記保持部材に対応する位置に設けられた第1、第2の接続部と、
低融点ガラスと金属フィラーを混ぜ合わせたフィレットを加熱溶融して前記水晶片の端部に塗着して両側板面にまたがって形成し、前記水晶片の周縁部であって前記水晶片の他側板面に形成された金属薄膜によって前記第2の接続部と導通させた第3の接続部と、
前記水晶片を前記ベースに平行に保持するように前記保持部材に前記第1、第2の接続部を固着する金・ゲルマのロー材と、
前記水晶片の一側板面に形成され、第1の引き出し部が前記第3の接続部に導通した一方の励振電極と、
前記一方の励振電極に相対面して前記水晶片の他側板面に形成され、第2の引き出し部が前記第1の接続部に対して間隙をもって形成され、金属薄膜によって前記第2の引き出し部と前記第1の接続部を導通させた他方の励振電極と、
を具備することを特徴とする耐熱水晶振動子。 - 特許請求の範囲第1項に記載のものにおいて、ベースは一対の端子が貫通し、端子の先端部に保持部材を形成したことを特徴とする耐熱水晶振動子。
- 特許請求の範囲第1項に記載のものにおいて、ベースはセラミック製の表面実装用の容器であることを特徴とする耐熱水晶振動子。
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