JP5002696B2 - 表面実装水晶振動子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
表面実装水晶振動子は小型・軽量であることから、特に携帯型の電子機器に周波数や時間の基準源として内蔵される。
従来の表面実装水晶振動子は、セラミック基板上に水晶片2を搭載し、凹状のカバーを逆さまにして被せて密閉封入したものがある。近年では、周波数偏差Δf/fが比較的緩く、例えば±150〜±250ppmの安価な民生用がある。
尚、関連する先行技術として、特開2007−158419号公報「表面実装水晶発振器」(日本電波工業株式会社)[特許文献1]、特開2003−179456号公報「水晶製品用表面実装容器及びこれを用いた水晶製品」(日本電波工業株式会社)[特許文献2]、特開2001−110925号公報「導電性キャップ、電子部品及び導電性キャップの絶縁被膜形成方法」(株式会社村田製作所)[特許文献3]がある。
また、特許文献2には、水晶製品用表面実装容器において、単層基板1A上に水晶端子6を介して水晶片3が設けられ、カバー2で密閉封入した構成が示されている。
また、特許文献3には、基板2上に形成された圧電素子4を覆う金属キャップ3の基板1との接触面を、内側側面が曲線となるようにした構成が示されている。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る表面実装水晶振動子は、矩形のセラミック基板の角部に形成された貫通孔の壁面にスルー端子が形成され、基板の表面に水晶片を保持する水晶保持端子の引出端子が対角のスルー端子に接続すると共に、基板の裏面ではスルー端子に接続する実装端子が形成され、更に水晶片を覆う金属カバーの基板への接触面を改良したものであり、小型化を実現しつつ、ショートを防止して品質を高め、生産性を向上させるものである。
本発明の実施の形態に係る表面実装水晶振動子について図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る表面実装水晶振動子の断面説明図である。
本発明の実施の形態に係る表面実装水晶振動子(本振動子)は、図1に示すように、セラミックベース(基板)1上に形成した水晶保持端子4に導電性接着剤7を介して水晶片2が搭載され、更に、凹状の金属カバー(カバー)3を逆さまにしてセラミックベース1上に接合して密閉封入したものである。
スルー端子5xは、基板1に四隅に形成されたスルーホール(貫通孔)9の側壁に形成される。
更に、基板1とカバー3の接触部分との間には、絶縁性のある封止材8が形成されている。
これは、カバー3と基板1との間に封止材8が容易に形成できると共にカバー3の配置が容易であり、塗布量も均一で密封性を保持し、封止材8の余剰分が内部の水晶片2に付着することがないようにするためである。
具体的な方法は後述する。
次に、本振動子の平面的な特徴について図2を参照にしながら説明する。図2は、本発明の実施の形態に係る表面実装水晶振動子の平面説明図である。
本振動子は、図2に示すように、セラミックベース(基板)1上に水晶片2の両端を保持するための水晶保持端子4が対向して形成され、水晶保持端子4の端部から最短の基板1の角部に向けて引出端子4aが引き出されて形成され、スルー端子5xに接続されている。つまり、2つの引出端子4aは、逆方向の角部のスルー端子5xに接続している。
図2に示すように、水晶片2の両端部で水晶保持端子4が水晶片2を保持する構造であるため「両持ち」タイプと称される。
水晶保持端子4の特徴的パターンについては後述する。
セラミックベース(基板)1は、矩形状の単板からなる平板状として一主面(表面)の両端側に水晶保持端子4が形成され、他主面(裏面)の四隅部に実装端子5a,5bが形成されている。
そして、裏面の四隅部に形成された実装端子5a,5bはスルーホール9の壁面に形成されたスルー端子5xに接続している。
ここで、実装端子5aは、スルー端子5xを介して引出端子4aに接続する端子であるが、実装端子5bは、スルー端子5xには接続するものの、引出端子4aには接続しない端子である。
また、水晶片2は、励振電極6aからは互いに反対方向の両端部に延出して幅方向の全幅にわたって折り返された引出電極6bが形成されている。
そして、引出電極6bの延出した一組の対角部(端部)が導電材としての導電性接着剤7によって水晶保持端子4に固着して、引出電極6bと水晶保持端子4とを電気的・機械的に接続している。
金属カバー3の開口部は、具体的には、外側の終端に向かって下降する勾配(傾斜面)としたフランジ3aを備えている。詳細は、図9,10で説明する。
また、引出端子4aは、基板1の四隅部分(角部)でスルー端子5xに接続している。
但し、引出端子4aは、基板1の対角線上に形成されているため、その対角線上の角部でスルー端子5xに接続するが、他の対角線上の角部では、スルー端子5xは引出端子4aには接続していない。
上述したように、スルー端子5xには引出端子4aに接続しているものと、接続していないものがあり、基板1の裏面において、引出端子4aに接続するスルー端子5xに接続している実装端子5a同士を測定装置でコンタクトさせて励起させるテストを行い、後述する振動周波数の調整を行う。
封止材(溶融樹脂)8は、絶縁性で接合性の溶融樹脂により、基板1上にカバー3を固着させると共に、カバー3の接触面が引出端子4a等に接触(ショート)しないよう設けられている。
スルーホール(貫通孔)9は、基板1が分割される前のセラミックシートの状態で、ブレイクラインと同時に形成されるもので、分割される基板1の四隅部分(角部)で表面と裏面とを貫通するよう形成される。
次に、水晶保持端子4と引出端子4aの具体的パターンについて図3を参照しながら説明する。図3は、水晶保持端子のパターンを説明するための平面概略図である。
水晶保持端子4のパターンは、図3に示すように、基板1の中央に対向して形成され、引出端子4aが形成されていない端部が、従来の水晶保持端子に比べて長さLだけ短くなっている。これは、金属カバー3が一方の水晶保持端子4に接触しても、他方の水晶保持端子4に接触するのを防止して、ショートを回避するためのものである。
また、基板1の裏面において、実装端子5a,5bのパターンは、図4に示すようなパターンとなっており、基板1の四隅で矩形の金属パターンが貫通孔9の壁面に形成されたスルー端子5xに接続している。
図4は、実装端子のパターンを説明するための平面概略図である。
次に、本振動子における金属カバー3の配置ずれについて図5を参照しながら説明する。図5は、金属カバーの配置ずれを示す平面説明図である。
図2の点線で示した箇所が、金属カバー3が正常に配置された場合の接触面を示しており、図5の点線で示した箇所が、金属カバー3の配置ずれを起した場合の接触面を示している。
具体的には、図5において、金属カバー3の開口端面部の下側が一方の水晶振動子4に水平方向で接触しても、同じ水平方向において金属カバー3は他方の水晶保持端子4に接触することがないため、ショートを回避できる。
次に、本振動子の製造方法について図6〜10を参照しながら説明する。図6は、シート状のセラミック板にスルーホールとブレイクラインを形成した図であり、図7は、シート状のセラミック板に水晶保持端子のパターンを形成した図であり、図8は、シート状のセラミック板に実装端子のパターンを形成した図であり、図9は、第1の樹脂塗布工程を示す断面説明図であり、図10は、第2の樹脂塗布工程を示す断面説明図である。
先ず、シート状セラミックベース1Aの元となるシート状セラミック生地を形成する。
シート状セラミック生地には、図6に示すように、個々のセラミックベース1に対応して隣接する領域同士区切るブレイクラインを形成すると共にその四隅部(角部)に貫通孔9を形成する。
そして、貫通孔9が形成されたシート状セラミック生地を焼成し、シート状セラミックベース1Aを得る。
次に、シート状セラミックベース1Aの回路パターンに対応した領域に、AgPd合金の金属ペーストを、マスクを用いた印刷によって形成する。
回路パターンは、一主面(表面)では、図7に示すように、水晶保持端子4のパターンが形成され、他主面(裏面)では、図8に示すように、実装端子5a,5bのパターンが形成され、更に、貫通孔9の壁面にはスルー端子5xが形成される。
また、他主面(裏面)の一組の対角に形成された実装端子5aは、水晶保持端子4とスルー端子5x、引出端子4aを経て電気的に接続する水晶外部端子とし、他組の対角に形成された実装端子5bは、ダミー端子とする。
そして、AgPd合金とした金属ペースを焼成し、回路パターンの形成されたシート状セラミックベース1Aを得る。
これは、セラミック生地にAgPd合金ペーストを塗布してセラミックの焼成温度で焼成すると、AgPd合金ペーストは高温過ぎて塊粒になって回路パターンを形成できないことに起因する。
次に、回路パターンの形成されたシート状セラミックベース1Aの各水晶保持端子4に、励振電極6aから引出電極6bの延出した水晶片2の外周部を導電性接着剤7によって固着して搭載し、電気的・機械的に接続する。
ここでは、引出電極6bの延出した水晶片2における一組の対角部が固着される。
次に、シート状セラミックベース1Aに搭載(固着)された水晶振動子としての各水晶片2の振動周波数を質量負荷効果によって調整する。
具体的には、シート状セラミックベース1Aの裏面において、各水晶片2と電気的に接続した実装端子5aに測定器からの測定端子(プローブ)を接触させる。そして、板面が露出した水晶片2の表面側の励振電極6aにガスイオンを照射して表面を削り取り、励振電極6aの質量を減じて振動周波数を低い方から高い方に調整する。
但し、例えば、蒸着やスパッタによって励振電極6a上に金属膜を付加して、振動周波数を高い方から低い方に調整することもできる。
次に、水晶片2が搭載されたシート状セラミックベース1Aの個々のセラミックベース1に対応した矩形状領域の外周表面に、凹状とした金属カバー3の開口端面を、封止材8を介して接合する。
以下に、本実施の形態に係る金属カバー3のシート状セラミックベース1Aへの接合方法を説明する。
まず、図9に示すように、溶融樹脂液8Aの中に金属カバー3の開口端面を矢印方向(下方向)に浸漬する。ここでは、溶融樹脂液8Aの表面に対して、金属カバー3の開口端面が均一に接触するよう浸漬する。
開口部は、上述したように、外側終端に向かって下降する勾配(傾斜面)としたフランジ3aを備えており、フランジ3aの外周端面(厚み)の上端近傍まで浸漬する。つまり、フランジ3aの傾斜面の始端部(根元部)の下面が溶融樹脂液8Aの表面に接触する程度とする。
従って、フランジ3aの形状は、根元部の下面が溶融樹脂液8Aに接触して、外周端面が上面近傍まで溶融樹脂液8Aの中に浸漬する程度の傾斜とするものである。
次に、図10に示すように、金属カバー3の開口端面に溶融樹脂8を付着させた状態で、溶融樹脂液8Aの中から金属カバー3を矢印方向(上方向)に引き上げる。この場合、金属カバー3のフランジ3aの傾斜面に沿って下側にふくらむように溜まり部が形成される。従って、溶融樹脂8は、傾斜面に溜まり部に集中して、傾斜面の重心を中心として溶融樹脂8が表面張力により盛り上がる。
最後に、表面実装水晶振動子を全体的に加熱して溶融樹脂8を硬化させ、金属カバー3をセラミックベース1に接合して封止する。
最後に、水晶振動子が集合化されたシート状セラミックベース1Aをブレイクラインに従って縦横に分割して、個々の表面実装水晶振動子を得る。
また、電解メッキ工程を不要にするので、例えば、セラミックベース1間の回路パターンを電気的に接続する電解メッキ用の配線路をも不要となるので、回路パターンをシンプルにして安価にできる効果がある。
従って、シート状セラミックベース1Aの状態で、これらの工程を連続的に行えるので、生産性を向上させることができる効果がある。
従って、4つの角部の各実装端子5a,5bが共通接続された状態でも、各セラミックベース1の水晶保持端子4に接続する一組の対角部の実装端子5aに測定端子を接触させて、水晶片2毎に振動周波数を調整できる効果がある。
図9,10との比較のために、フランジ部分が傾斜面を備えていない例を示して説明する。図11は、傾斜面を備えていないフランジの溶融樹脂への浸漬を示す断面説明図であり、図12は、傾斜面を備えていないフランジの溶融樹脂からの引き上げを示す断面説明図である。
図11,12に示すように、水平方向に平坦なフランジ3a′の場合、フランジ3a′の下面に付着する溶融樹脂8は溜まり部がほぼ均一に形成されるため、やや少なく、十分な量にはなっていないことが分かる。
次に、金属カバー3のフランジ3aは、図1,9,10において、外終端に向けて下降する勾配としたが、これとは逆に上昇する勾配としても同様の効果が得られる。例えば、図13に示すように、フランジ3aの外終端が跳ね上がった形状となっている。
図13は、別のフランジの形態を示す断面説明図である。
次に、別の実施の形態に係る表面実装水晶振動子について図14を参照しながら説明する。図14は、別の実施の形態に係る表面実装水晶振動子の平面説明図である。
別の実施の形態に係る表面実装水晶振動子(別の振動子)は、図14に示すように、水晶片2の片方の端部に引出電極6bを形成し、当該片方で導電性接着剤7を介して水晶保持端子4に接続し、一方の水晶保持端子4では最短の角部へ引出端子4aが形成され、他方の水晶保持端子4では引出端子4bが、水晶片2の下部を図14の水平方向に引き出され、水晶片2の角部から最短の角部に接続するよう形成されている。
図14の構成は、水晶片2の片方で保持するものであるため、「片持ち」タイプと称されるものである。
尚、図14における別の振動子の製造方法も、本振動子の製造方法と同様であり、生産性を向上できる効果がある。
また、裏面の実装端子5aに測定端子を接触させ、水晶片2毎に周波数調整を行うことも同様に可能である。
本振動子及び別の振動子によれば、セラミックベース1を単板とするので、基本的に製造単価を安くでき、水晶保持端子4を含む電極をAgPd合金とすることで、従来のW及びNi、Auとした場合よりも電極の材料費や工程数を減らして、さらに安価にできる効果がある。
その結果、一対の水晶保持端子4が金属カバー3を経ての電気的に短絡するのを防止して、生産性を向上させることができる効果がある。
但し、図14の垂直方向に水晶保持端子4が並んで配置されているため、図14の横方向のずれには注意する必要がある。
Claims (6)
- 矩形のセラミック基板上に水晶片が第1及び第2の水晶保持端子で保持され、溶融樹脂の封止材を介して金属カバーで封止される表面実装水晶振動子の製造方法であって、
シート状のセラミック生地に、個々のセラミック基板の領域を特定するブレイクラインと、当該領域の角部に貫通孔を形成して焼成して、シート状のセラミックベースを形成する処理と、
前記貫通孔の壁面にスルー端子の金属層を形成すると共に、前記セラミックベースの表面に前記第1の水晶保持端子及び当該端子から引き出された第1の引出端子が最短の角部のスルー端子に接続し、前記第2の水晶保持端子から引き出された第2の引出端子が、前記第1の引出端子が引き出された方向とは逆方向の角部のスルー端子に接続するような金属層のパターンを形成すると共に、前記セラミックベースの裏面では前記スルー端子に接続する実装端子の金属層のパターンを形成する処理と、
前記第1及び前記第2の水晶保持端子に前記水晶片を搭載する処理と、
前記第1の水晶保持端子に接続する実装端子と前記第2の水晶保持端子に接続する実装端子とを用いて振動周波数の調整を行う処理と、
前記金属カバーの前記セラミック基板上に前記溶融樹脂を介して接合する開口端面が傾斜面を備えたフランジを、溶融樹脂液に浸漬して、前記フランジの下面に溶融樹脂の溜まり部を形成し、前記溜まり部が形成された状態で前記セラミック基板上に固着する処理とを備えることを特徴とする表面実装水晶振動子の製造方法。 - 水晶片の表面側の励振電極にガスイオンを照射して表面を削り取り、当該励振電極の質量を減じて振動周波数を低い方から高い方に調整することを特徴とする請求項1記載の表面実装水晶振動子の製造方法。
- 励振電極上に金属膜を付加して、振動周波数を高い方から低い方に調整することを特徴とする請求項1記載の表面実装水晶振動子の製造方法。
- 矩形のセラミック基板上に水晶片が第1及び第2の水晶保持端子で保持され、溶融樹脂の封止材を介して金属カバーで封止される表面実装水晶振動子であって、
前記水晶片の一方の引出電極と他方の引出電極は、反対方向に引き出され、
前記第1の水晶保持端子と前記第2の水晶保持端子は、前記基板の双方の短辺に沿って形成されると共に、前記水晶片の両端を保持する両持ちタイプとし、
前記基板の角部に形成された貫通孔の壁面にスルー端子が形成され、
前記基板の表面に前記第1の水晶保持端子から引き出された第1の引出端子が最短の角部のスルー端子に接続し、前記第2の水晶保持端子から引き出された第2の引出端子が前記第1の引出端子が引き出された方向とは逆方向の角部のスルー端子に接続すると共に、前記基板の裏面では前記スルー端子に接続する実装端子が形成され、
前記第1の水晶保持端子と前記水晶片の一方の引出電極とは、前記第1の引出端子が引き出される端部において導電性接着剤で接続され、
前記第2の水晶保持端子と前記水晶片の他方の引出電極とは、前記第2の引出端子が引き出される端部において導電性接着剤で接続され、
前記金属カバーの前記セラミック基板上に前記溶融樹脂を介して接合する開口端面が傾斜面を備えたフランジとなっており、
前記第1の水晶保持端子における導電性接着剤が形成されない側の端部は、前記水晶片の一方の引出電極の端部より内側に短く形成され、
前記第2の水晶保持端子における導電性接着剤が形成されない側の端部は、前記水晶片の他方の引出電極の端部より内側に短く形成されていることを特徴とする表面実装水晶振動子。 - 矩形のセラミック基板上に水晶片が第1及び第2の水晶保持端子で保持され、溶融樹脂の封止材を介して金属カバーで封止される表面実装水晶振動子であって、
前記水晶片の一方の引出電極と他方の引出電極は、同方向に引き出され、
前記第1の水晶保持端子と前記第2の水晶保持端子は、前記基板の一方の短辺に沿って形成されると共に、前記水晶片を一端で保持する片持ちタイプとし、
前記基板の角部に形成された貫通孔の壁面にスルー端子が形成され、
前記基板の表面に前記第1の水晶保持端子から引き出された第1の引出端子が最短の角部のスルー端子に接続し、前記第2の水晶保持端子から引き出された第2の引出端子が前記第1の引出端子が引き出された方向とは逆方向の角部のスルー端子に接続すると共に、前記基板の裏面では前記スルー端子に接続する実装端子が形成され、
前記第1の水晶保持端子と前記水晶片の一辺に引き出された一方の引出電極とは、前記第1の引出端子が引き出される端部において導電性接着剤で接続され、
前記第2の水晶保持端子と前記水晶片の前記一辺に引き出された他方の引出電極とは、前記他方の引出電極が引き出された前記水晶片の前記一辺において導電性接着剤で接続され、当該導電性接着剤で接続された第2の水晶保持端子の位置から前記水晶片の下を通って第2の引出端子が、前記第1の引出端子が引き出された方向とは逆方向の角部のスルー端子に接続され、
前記金属カバーの前記セラミック基板上に前記溶融樹脂を介して接合する開口端面が傾斜面を備えたフランジとなっていることを特徴とする表面実装水晶振動子。 - 金属カバーの開口端面のフランジが、内側から外側に下降する傾斜面、又は内側から外側に上昇する傾斜面を備えることを特徴とする請求項4又は5記載の表面実装水晶振動子。
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