JP4555359B2

JP4555359B2 - 水晶振動子

Info

Publication number: JP4555359B2
Application number: JP2008095800A
Authority: JP
Inventors: 浩一原; 茂小原
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2028-04-02
Also published as: US7939768B2; CN101552243A; US20090252983A1; JP2009253409A; CN101552243B

Description

本発明は抵抗溶接や冷間圧接（コールドウェルド）による高安定用の水晶振動子を技術
分野とし、特に、振動子用ベースをセラミックとした水晶振動子に関する。

この種の高安定用とした水晶振動子は一般にヒータを用いた恒温型として使用され、環
境温度に影響を受けないことから、周波数安定度を高精度に維持し（例えば１０ｐｐｂ以
内）、通信機器の中でも基地局用の発振器に取り込まれる。このようなものの一つに、金
属ベースに対して水晶片を水平方向に保持した水晶振動子がある。

（従来技術の一例）
第３図は一従来例を説明する図で、同図（ａ）はカバーを除く水晶振動子の平面図、同
図（ｂ）はＯ−Ａ断面図、同図（ｃ）は点線○で示す一部拡大断面図である。

水晶振動子は例えば円板状とした水晶片１を金属ベース２上に保持し、金属カバー３を
被せて密閉封入される。水晶片１は円板状のＡＴカットとして、両主面に励振電極４（ａ
ｂ）を有し、１２０度間となる外周部２ヶ所に端面を含めて引出電極５（ａｂ）を延出す
る。ＡＴカットは結晶軸（ＸＹＺ）のＸ軸を中心として回転して新たにできた軸（ＸＹ′
Ｚ′）のＸ軸及びＺ′軸のなす平面を主面とする。

金属ベース２はベース本体２ａの外周を周回する金属フランジ２ｂを有する。ベース本
体２ａはＦeを主成分としてＮiやＣoを含有したコバールからなり、１２０度間隔で均等
に配置されてガラス６によって絶縁・貫通した合計３本のリード線７（所謂気密端子）を
有する。リード線７は釘頭部７ａを有してベース本体２ａの主面を突出する。そして、ガ
ラス６が両主面でリード線７を這い上がる。釘頭部７ａには段部を有するＬ字状のサポー
タ８の水平部がスポット溶接によって接続する。金属フランジ２ｂは断面をクランク状と
して一方の水平部がベース本体２ａの外周に溶接される。

そして、金属ベース２に対して水晶片１の主面を水平方向として、引出電極５（ａｂ）
の延出した外周部２ヶ所及びこれから１２０度離れた外周部の計３ヶ所が、サポータ８の
段部に図示しない導電性接着剤によって保持される。そして、コバールからなる凹状とし
たフランジを有する金属カバー３が冷間圧接（コールドウェルド）や抵抗溶接によって金
属ベース２の金属フランジ２ｂの他方の水平部に接合される。この場合の冷間圧接や抵抗
溶接による気密度は１×１０^-10Pam³／Ｓ以上となり、高安定とする要因の一つを確保す
る。

これらによる高安定用の水晶振動子は、発振回路を構成する回路素子及び他の素子とと
もにセット基板に搭載される。そして、水晶振動子を主として図示しないヒータ構造によ
って恒温に維持されて、振動周波数を高安定に例えば１ｐｐｂ（１／１０億）以内にする
。そして、セット基板をカセットに収容して基地局用の通信設備に嵌め込められる。

このようなものでは、１２０度間隔で均等に配置した３個のサポータ８によって円板状
の水晶片１を３点保持とするので、ガタツキも少なく幾何学的に最も安定した保持となる
。したがって、外部衝撃に対する機械的変形も少なくて良好な振動特性を維持する。
特開２００５−３４８０８２号公報

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の水晶振動子では、金属ベース２はベース本体２ａをコバール
として釘頭部７ａが一主面から突出したリード線７を有する。リード線７はガラス６によ
る気密を確保するために一主面から突出し、ここではサポータ８の接続する釘頭部７ａが
突出する。このことから、金属ベース２のベース本体２ａの高さは基本的にリード線７の
突出した高さ分が大きくなり、これに起因して水晶振動子の高さも大きくなる問題があっ
た。ちなみに、ベース本体２ａの厚みはガラス６による気密を確保するため、１．３ｍｍ
を要し、釘頭部の突出長を０．２ｍｍとして、全体の高さを１．５ｍｍとする。

（発明の目的）
本発明は金属ベースの高さを小さくして小型化を促進する高安定用の水晶振動子を提供
することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、金属フランジをベース本体の外周に溶接した振動子用ベースと、前記振動子用ベース上にサポータによって保持された水晶片と、前記金属フランジに接合して前記水晶片を覆って密閉封入した金属カバーとからなる水晶振動子において、前記ベース本体を積層面にシールド電極を有する二層構造のセラミックとして、前記ベース本体の外周表面には前記金属フランジが接合される金属膜を有し、前記金属膜は前記シールド電極と第１のビアホールによって電気的に接続し、
前記ベース本体の少なくとも２箇所には第２及び第３のビアホールによって電気的に接続した内底面及び外底面の金属膜を有し、前記内底面の金属膜には前記サポータが接合された構成とする。

このような構成であれば、ベース本体はセラミックとしてサポータの接続する内底面の
金属膜はビアホールによって外底面の金属膜に接続する。したがって、ビアホールによっ
て電気的導出及び気密は維持されるので、従来例の一主面から突出したリード線を不要に
する。したがって、ベース本体の高さを小さくできる。

なお、ベース本体（セラミック）の外周には金属フランジが接合するので、例えばベー
ス本体を外周を含めて平坦とした場合は、金属フランジの厚み分が増加して金属ベースの
高さは大きくなる。しかし、この金属フランジの厚みは水晶片の保持される高さよりも低
いので、水晶振動子の高さを大きくする要因にはならない。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記金属カバーはフランジを有する凹状と
して前記振動子用ベースの金属フランジに冷間圧接又は抵抗溶接によって接合される。こ
れにより、気密性に優れた例えば気密度を１×１０^-10Pam³／Ｓ以上として、周波数安定
度を高安定にする要因の一つを確保できる。

同請求項３では、請求項１において、前記外底面の金属膜にはリード線が接合する。こ
れにより、従来例と同様の外底面からリード線の導出した金属ベースを得られる。但し、
外表面の金属膜を実装端子として表面実装とすることもできる。

第１図は本発明の一実施形態を説明する図で、同図（ａ）は水晶振動子の断面図、同図
（ｂ）はベース本体の平面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してそ
の説明は簡略又は省略する。

水晶振動子は前述したように水晶片１を円板状のＡＴカットとして、１２０度の均等間
隔とした外周部が、振動子用ベース２（ベース本体２ａ）の内底面上に設けられた３個の
サポータ８によって保持される。但し、水晶片１の外周部２箇所には両主面の励振電極４
（ａｂ）から引出電極５（ａｂ）が延出する（前第３図参照）。ここでのサポータ８は底
部から傾斜部を有して、水晶片１の外周部３箇所を保持する段部を先端側に有する。そし
て、振動子用ベース２の外周に設けられた金属フランジ２ｂが冷間圧接や抵抗溶接によっ
て接合され、高気密化（１×１０^-10Pam³／Ｓ以内）として水晶片１を密閉封入する。

この実施形態では、振動子用ベース２のベース本体２ａは例えば二層構造（２ａ1、２
ａ2）のセラミックとする。ここではベース本体２ａの一層目及び２層目ともに０．５ｍ
ｍとして合計１．０ｍｍとする。そして、ベース本体２ａの外周部表面には外周部を周回
する第１金属膜９を有し、さらにその内側となる１２０度間隔の内底面に３個の第２金属
膜１０（ａｂｃ）を有する。また、第２金属膜１０（ａｂｃ）のそれぞれに対向した外底
面には第３金属膜１１（ａｂｃ）を有する。

ベース本体２ａの外周部表面を周回する第１金属膜９には断面クランク状とした金属フ
ランジ２ｂが前述同様に溶接される。内底面上の第２金属膜１０（ａｂｃ）には各サポー
タ８の底部がロウ付けされる。そして、水晶片１の引出電極５（ａｂ）と電気的に接続す
る水晶電極としての第２金属膜１０（ａｂ）は、これと対応する外底面の第３金属膜１１
（ａｂ）とビアホール１２によって電気的に接続する。なお、ビアホール１２によって気
密性が維持される。

これらの第１〜第３金属膜９、１０（ａｂｃ）、１１（ａｂｃ）はセラミック生地の状
態で、例えばＷ（タングステン）が印刷によって形成される。また、ビアホール１２は予
め設けられた貫通孔に印刷時のＷが充填される。そして、セラミック生地ともに焼成され
た後、Ｎi及びＡu膜等が電解メッキによってＷ上に設けられる。

なお、ベース本体２ａの一層目２ａ1と２層目２ａ2との間にはシールド電極１３を有し
、外周部表面の金属カバー３に接続した第１金属膜９、外底面の金属膜１１ｃにビアホー
ル１２によって電気的に接続する。これにより、水晶振動子のシールド構造を確保する。

そして、外底面の金属膜１１（ａｂｃ）には３本のリード線７がロウ付け等によって接
続し、１２０度均等間隔の３端子構造とする。リード線７のうちの２本は水晶片１の引出
電極５（ａｂ）と接続した水晶端子となり、残り１本はシールド電極１３と接続したアー
ス端子となる。

このような構成であれば、ベース本体２ａはセラミックとするので、水晶電極としての
内底面の第２金属膜１０（ａｂ）を外底面の金属膜１１（ａｂ）にビアホール１２によっ
て気密を維持して導出できる。したがって、従来例のように、ベース本体２ａの一主面か
ら例えば釘頭部とした先端例が突出したリード線７を用いないので、高さ寸法を小さくで
きる。

（他の事項）
上記実施形態では内底面と外底面の金属膜１０（ａｂ）、１１（ａｂ）は直線状のビア
ホール１２によって接続したが、例えば第２図（断面図）に示したように、ビアホール１
２をクランク状として気密性をさらに確実にするようにしてもよい。なお、図ではシール
ド電極１３は省略してある。

また、ベース本体２ａは二層としたが、必ずしも二層である必要はなく例えば単層であ
っても適用でき、この場合はさらに高さ寸法を小さくできる。そして、水晶片１はＡＴカ
ットの円板状として３点保持としたが、たとえば矩形状として２点保持とした場合でも適
用できる。そして、ＡＴカットのみならず、２回回転Ｙカット系の例えば代表的なＳＣ
カットとして、４点保持とした場合でも任意のサポータを用いて同様に適用できる。

本発明の一実施形態を説明する図で、同図（ａ）は水晶振動子の断面図、同図（ｂ）はベース本体の平面図である。本発明の他の例を説明する水晶振動子の断面図である。従来例を説明する図で、同図（ａ）はカバーを除く水晶振動子の平面図、同図（ｂ）はＯ−Ａ断面図、同図（ｃ）は点線○で示す一部拡大断面図である。

１水晶片、２振動子用ベース、２ａベース本体、２ｂ金属フランジ、３金属
カバー、４励振電極、５引出電極、６ガラス、７リード線、８サポータ、９、
１０、１１金属膜、１２ビアホール、１３シールド電極。

Claims

金属フランジをベース本体の外周に溶接した振動子用ベースと、前記振動子用ベース上にサポータによって保持された水晶片と、前記金属フランジに接合して前記水晶片を覆って密閉封入した金属カバーとからなる水晶振動子において、
前記ベース本体を積層面にシールド電極を有する二層構造のセラミックとして、前記ベース本体の外周表面には前記金属フランジが接合される金属膜を有し、前記金属膜は前記シールド電極と第１のビアホールによって電気的に接続し、
前記ベース本体の少なくとも２箇所には第２及び第３のビアホールによって電気的に接続した内底面及び外底面の金属膜を有し、前記内底面の金属膜には前記サポータが接合されたことを特徴とする水晶振動子。
請求項１において、前記金属カバーはフランジを有する凹状として前記振動子用ベース
の金属フランジに冷間圧接又は抵抗溶接によって接合された水晶振動子。
請求項１において、前記外底面の金属膜にはリード線が接合した水晶振動子。