JP5253437B2

JP5253437B2 - 表面実装用の水晶振動子

Info

Publication number: JP5253437B2
Application number: JP2010042269A
Authority: JP
Inventors: 俊彦清水
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: JP2011182064A; US20110210649A1

Description

本発明は表面実装用の水晶振動子（以下、表面実装振動子とする）を技術分野とし、特に樹脂による封止を確実にして低価格化を促進した表面実装振動子に関する。

（発明の背景）
表面実装振動子は小型・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。近年では、周波数偏差Δｆ／ｆが比較的緩く例えば±150〜250ｐｐｍとして安価とした民生用がある。これらの一つに、平板状のベース基板に水晶片を搭載し、金属カバーを被せて密閉封入したものがある。

（従来技術の一例、特許文献１）
第５図は一従来例を説明する表面実装振動子の図で、同図（ａ）は分解外観図、同図（ｂ）は同図（ｃ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）はカバーを除く平面図である。

表面実装振動子は平面視を矩形状としたベース基板１に水晶片２を搭載し、凹状の金属カバー３を被せて密閉封入する。ベース基板１は単層のアルミナセラミック（Ａｌ₂Ｏ₃）からなり、一対の水晶保持端子４を内底面の例えば両端側に有する。水晶保持端子４からは一組の対角部に導電路５が延出し、外側面の端面電極６を経て外底面の実装端子７に電気的に接続する。外底面の他組の対角部にはダミー用の実装端子７を有して計４端子とする。

これらは、先ず、ベース基板１に相当した縦横の矩形状領域を有するセラミックグリーンシート（焼成前の生シート）を形成する。そして、各矩形状領域の４角部が隣接する交差点域には予め貫通孔が設けられ、約1500〜1600℃の温度で焼成される。次に、焼成後のセラミックシートに、水晶保持端子４、導電路５及び実装端子７等の回路パターンを例えばＡｇ（銀）Ｐｄ（パラジウム）合金の印刷によって形成する。この場合、一組の対角方向となる貫通孔の内表面に印刷時のＡgＰd合金のペーストが塗布される（所謂スルーホール加工）。そして、ＡgＰdの融点（約850℃）以上の温度で、セラミックシートとともに焼成される。

なお、焼成後のセラミックシートを縦横に分割して個々のベース基板を得る際、貫通孔も４分割されるので、これにより、端面電極６が形成される。そして、水晶保持端子４は多層塗りとして例えば導電路５の厚み（例えば10μｍ）よりも大きくし（例えば50μｍ程度）、水晶片２の主面をベース基板１の表面から離間させる。

水晶片２は例えばＡＴカットとして両主面に励振電極８ａを有し、両端部に引出電極８ｂを延出する。引出電極８ｂは励振電極８ａから互いに反対方向の両端部中央に直線状に延出し、さらに両端部の各辺に沿った全域に形成される。両端部の各辺に沿った引出電極８ｂは例えば互いに反対面に折り返して形成される。そして、水晶片２の一組の対角部が導電性接着剤９によって水晶保持端子４に固着され、電気的・機械的に接続する。

金属カバー３はこの例では開口端面側にフランジ３ａを有し、例えばステンレスからなる。なお、金属カバー３は通常では膨張係数がベース基板（アルミナセラミック）に接近したコバールが使用されるが、ここでは樹脂封止とするので膨張係数が異なるステンレスであっても、樹脂によって膨張係数差による歪みが解消されるので、格別の問題は生じない。

そして、ここでは、先ず、特許文献２にも示されるように、金属カバー３の開口端面に例えば加熱硬化型の液状樹脂１０を塗布する。例えば第６図に示したように、金属カバー３の開口端面（フランジ３ａ）を液状樹脂１０中に浸漬して「同図（ａ）」、引き上げ時にこれを転写する「同図（ｂ）」。液状樹脂１０の厚みは導電路５の厚みよりも大きい10〜20μ程度とする。なお、図中の符号１１は容器である。そして、ベース基板１ウェハの水晶片２の搭載された各矩形状領域の外周に金属カバー３の開口端面を当接する。次に、液状樹脂１０を加熱し、各矩形状領域に金属カバー３を接合して封止する。

これにより、セラミックシートの矩形状領域（ベース基板に相当）に搭載された水晶片２が密閉封入された多数の表面実装振動子を得る。そして、最後に、個々の表面実装振動子に分割される。但し、予め、個々に分割されたベース基板１に金属カバー３を封止して表面実装振動子を形成することもできる。

特願２００９−２５７９１０号特許第３１８３０６５号公報特許第３４８９５０８号公報

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の表面実装振動子では、金属カバー３を液状樹脂１０を用いてベース基板１に封止するので、ベース基板１の一組の対角部に延出した導電路５と接触して、特に電気的短絡を生ずる問題があった。すなわち、導電路５を含む回路パターンは前述のようにＡgＰd合金の印刷によって形成されるので、厚みが前述の10μｍ程度となってベース基板１（セラミック素地）の表面上から突出する。

このため、液状樹脂１０の塗布された金属カバー３の開口端面をベース基板１の外周表面に位置決めする際、ベース基板１の一組の対角部に延出して突出した導電路５に、液状樹脂１０の塗布された金属カバー３の同対角部が当接する。そして、金属カバー３の自重等によって、導電路５上に付着した液状樹脂１０を押し退ける。これらから、導電路５上の液状樹脂１０は希薄になり、金属カバー３の一組の対角部が導電路５に接触して電気的な短絡を生ずるとともに、気密漏れをも生ずる。特に、液状樹脂１０の粘性が低いほど、この傾向が強くなる。

そこで、例えば液状樹脂１０の塗布量を多くして厚みを大きくしたり、粘性を高めたりすることも考えられた。しかし、この場合には、液状樹脂１０の加熱硬化時にその厚みや粘性によって金属カバー３が位置ずれを生ずる。また、特許文献３に示されるように、例えば金属カバー３の開口端面に図示しない絶縁膜を予め被着することも考えられたが、この場合には、絶縁膜被着工程が増えて生産性を低下させ、コストの低価格化を阻害する問題があった。

（発明の目的）
本発明は電気的短絡を防止するとともに封止を確実にし、生産性を維持して低コストの表面実装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、一対の水晶保持端子を一主面に有して他主面の実装端子と外側面の端面電極を経て電気的に接続した単板のベース基板と、励振電極を両主面に有して前記水晶保持端子と電気的・機械的に接続した水晶片と、前記ベース基板の外周表面に液状樹脂の硬化によって開口端面が接合した凹状の金属カバーとを備え、前記端面電極は前記水晶保持端子から延出した外周表面の導電路によって電気的に接続した表面実装用の水晶振動子であって、前記金属カバーの開口端面のうちの少なくとも前記導電路と対向した２箇所の端面領域は、前記開口端面に設けた突出部によって前記突出部の先端から離間した構成とする。

このような構成であれば、端面電極と接続する外周表面の導電路と対向した金属カバーの端面領域は突出部の先端から離間する。したがって、ベース基板の外周表面に金属カバーの開口端面を位置決めすると、導電路と対向する端面領域は突出部の先端から離間するので、ベース基板の外周表面からも同様に離間する。

このことから、例えば金属カバーの開口端面に予め液状樹脂を塗布して位置決めすると、導電路と対向した端面領域の液状樹脂はカバーの自重を受けず、導電路と端面領域との間に確実に残留する。したがって、金属カバーの端面領域と導電路とは離間して電気的絶縁を維持した上で、この部分での封止も確実にする。

そして、本発明では金属カバーの構造によって目的を達成できるので、他の製造工程は変更する必要がないので、生産性を維持できて低価格化を促進できる。

（請求項１の引用項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記金属カバーは開口端面にフランジを有し、前記突出部は前記フランジに形成される。これにより、金属カバーの構成及び突出部の形成される箇所を明確にするとともに、フランジによって樹脂による接合強度とともに気密度を維持するシールパスを確保できる。

同請求項３では、請求項２において、前記金属カバーのフランジは上下にずらして上段面と下段面とを平行とした段差構造として前記突出部が形成される。これにより、突出部の構成をさらに具体的にするとともに、例えば金属カバーを成形する金型の変更のみとして目的を達成する。

同請求項４では、請求項２において、前記金属カバーのフランジの上面から下面に小穴を設けて下面側に膨出させて前記突出部が形成される。これにより、金型を変更せずにフランジを有する金属カバーの形成後に、プレス等によって膨出すればよいのでさらに低価格化を促進できる。

同請求項５では、請求項１において、前記水晶保持端子からの導電路は前記ベース基板の一組の対角部に延出し、前記突出部から離間した２箇所の端面領域は前記ベース基板の他組の対角部を含む４角部とする。これにより、金属カバーをベース基板に接合する際、金属カバーの方向性を無視できるので、作業性を向上できる。なお、この後、金属カバーの表面に出所や機能等の表示がなされる。

本発明の第１実施形態を説明する表面実装振動子の正面図である。本発明の第１実施形態を説明する金属カバーの図で、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は一部拡大断面図である。本発明の第２実施形態を説明する図で同図（ａ）は、表面実装振動子の正面図、同図（ｂ）は金属カバーの平面図である。本発明の他の例を説明する図で、同図（ａ）は金属カバーの図、同図（ｂ）は同平面図である。一従来例を説明する表面実装振動子の図で、同図（ａ）は分解外観図、同図（ｂ）は同図（ｃ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）はカバーを除く平面図である。一従来例を説明する金属カバーへの液状樹脂を付着する一部断面図で、同図（ａ）は浸漬状態、同図（ｂ）は引き上げ状態である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を第１図（正面図）及び第２図（金属カバーの正面図、側面図、一部拡大図）によって説明する。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。また、図では角部を便宜的に直線状としているが、現実には円弧状となる。

表面実装振動子は、前述したように（前第５図参照）、単層のセラミックからなるベース基板１の水晶保持端子４に、励振電極８ａから引出電極８ｂの延出した水晶片２の両端部を導電性接着剤９によって固着する。ベース基板１の外周表面は金属カバー３の開口端面となるフランジ３ａが液状樹脂１０を用いた接合によって封止され、これにより、水晶片２を密閉封入する。なお、フランジ３ａは樹脂封止の際のシールパスを確保するために形成される。

水晶保持端子４は導電路５及び端面電極６を経て外底面の一組の対角部の実装端子７と電気的に接続し、他組の対角部にはダミー用の実装端子７を有する。これらの回路パターンは厚みを約10μｍとしたＡuＰd合金の印刷によって形成される。但し、水晶保持端子４はベース基板１と水晶片２の接触を防止するため、多層塗りによって50μ程度とする。

そして、この実施形態では、金属カバー３は開口端面となるフランジ３ａの４辺の中央部に突出部１２を有し、フランジ３ａの４角部を突出部１２の先端から離間させる。なお、離間した４角部を便宜的に開口端面（フランジ３ａ）の間隙部１３とする。この場合、金属カバー３（板材）の厚みは70μｍとして、突出部１２の先端からの離間距離は10〜20μｍ程度とする。この離間距離（10〜20μｍ）は金属カバー３の厚み（70μｍ）よりも同等以下とし、導電路５の厚み（10μｍ）よりも同等以上とする。

この例では、フランジ３ａの４辺の中央部と４角部とのフランジ３ａを上下にずらし、中央部を下段面として４角部を上段面とした平行な段差構造とする。これにより、フランジ３ａの４角部に間隙部１３を設ける。これらは、金属カバー３を成形する金型構造の変更によって得られる。

そして、前述同様に（前第６図参照）、先ず、金属カバー３の開口端面、即ち中央部及び４角部のフランジ３ａの下面に液状樹脂１０を転写する。この場合、例えば液状樹脂１０中にフランジ３ａの厚み分を浸漬し、開口端面の間隙部１３にも液状樹脂１０が充填される。次に、ベース基板１ウェハのベース基板１に相当する矩形状領域の外周表面に金属カバー３の開口端面を位置決めして当接する。次に、液状樹脂１０を加熱硬化し、金属カバー３の開口端面をベース基板１の外周表面に接合し、水晶片２を密閉封入する。最後に、ベース基板１ウェハを個々のベース基板１に分割して多数の表面実装振動子を得る。

このような構成であれば、フランジ３ａの各辺の中央部に設けた突出部１２によって、ベース基板１の外周表面からフランジ３ａの４角部が離間する。したがって、金属カバー３の開口端面（フランジ３ａの下面）をベース基板１の外周表面に位置決めすると、フランジ３ａの４角部の下面はベース基板１の外周表面から離間する。そして、ここでは、フランジ３ａの４角部の間隙部１３の突出部１２の先端に対する離間距離（ベース基板１に対する離間距離）は、一組の対角部の導電路５の厚み（10μｍ）よりも大きい10〜20μｍとする。

したがって、金属カバー３のフランジ３ａ下面に液状樹脂１０を転写（塗布）して外周表面に位置決め（当接）しても、ベース基板１の一組の対角部の導電路５と対向したフランジ３ａの下面はこれに接触しない。要するに、ベース基板１の外周表面からの導電路５の厚み（10μｍ）以上に間隙部１３の離間距離（10〜20μｍ）を大きくするので、物理的に接触しない。これにより、一対の水晶保持端子４の導電路５間の金属カバー３を経ての電気的短絡を防止できる。なお、離間距離を金属カバー３の厚み（70μｍ）よりも小さい20μｍ以内とすることによって、液状樹脂１０の転写時に間隙部１３内にこれを充填できる。

そして、ここでは、間隙部１３を金属カバー３の４角部に設けるので、ベース基板１に対する位置決めの際、金属カバー３の方向性を無視して位置決めできる。したがって、ベース基板１に対する金属カバー３の取り付け作業を容易にして作業性を向上する。但し、金属カバー３の一組の対角部のみに設けたとしても基本的な効果は同じであり、これを排除するものではない。

（第２実施形態）
第２実施形態では、第３図（正面図、及び金属カバーの平面図）に示したように、金属ベースのフランジ３ａに設けた突出部１２は膨出加工によって形成する。すなわち、金属ベースのフランジ３ａの上面から下面に向かって先端が球状の突起を押し当てて小穴を形成し、これにより下面側に膨出させて半球状の突出部１２（突起部）を形成する。例えば、予め形成された金属カバー３のフランジ３ａにプレス加工によって形成する。

半球状の突出部１２は、特に水晶保持端子４から導電路５の延出した一組の対角部と対向した金属カバー３の対角部の隣接する両辺に２個ずつ設ける。さらに、この例では他組の対角部の両辺にも２個ずつ設け、各４角部の両辺に計８個が設けられる。但し、半球状の突出部１２は４角部にそれぞれ接近して設けられる。

これにより、特に、一組の対角部の半球状の突出部１２によって、金属カバー３の同対角部に間隙部１３を形成し、特に一組の対角部の導電路５との電気的短絡を防止できる。そして、４角部の両辺に半球状の突出部１２を設けるので、ベース基板１に位置決めした際、ベース基板１に金属カバー３を位置決めした際の安定性を確保できる。但し、安定性を高めて一組の対角部に間隙部１３が形成される位置に形成されればよい。

そして、ここでは、膨出加工による突出部１２とするので、金属カバー３の新たな金型を要しないので、さらに生産性を高めて低価格化を促進できる。

（他の事項）
上記実施形態では、金属カバー３はフランジ３ａを有するとしたが、例えば第４図に示したように小型化が進行してフランジ３ａがなく、開口端面が金属カバー３の厚みのみの場合であっても同様に適用できる。すなわち、開口端面の各辺の中央部に突出部１２を設けて、４角部を離間させた間隙部１３を設ける。

また、水晶保持端子４からの導電路５は一組の対角部に延出したが、これに限らず、例えば両端側の中央部に延出する。そして、同箇所の端面電極６を経て外底面の両端側の実装端子７に接続してもよい。この場合、実装端子７は２端子となる。さらに、水晶片２の両端部に引出電極８ｂを延出したが一端部両側に延出して同部を固着しても同様に適用できる。

１セラミックベース、２水晶片、３カバー、４水晶保持端子、５導電路、６端面電極、７実装端子、８ａ励振電極、８ｂ引出電極、９導電性接着剤、１０樹脂、１１容器、１２突出部、１３間隙部。

Claims

一対の水晶保持端子を一主面に有して他主面の実装端子と外側面の端面電極を経て電気的に接続した単板のベース基板と、励振電極を両主面に有して前記水晶保持端子と電気的・機械的に接続した水晶片と、前記ベース基板の外周表面に液状樹脂の硬化によって開口端面を接合した断面凹状の金属カバーとを備え、前記端面電極が前記水晶保持端子から延出した前記ベース基板の外周表面に形成した導電路によって電気的に接続した表面実装用の水晶振動子であって、前記金属カバーの前記開口端面のうちの少なくとも前記導電路と対向した２箇所の端面領域が、前記開口端面に設けた突出部によって前記突出部の先端から離間し、前記離間距離が前記導電路の厚さより大きく構成され、ここで、前記金属カバーが開口端面にフランジを有し、かつ、前記突出部が前記フランジに形成され、さらに、前記金属カバーの前記フランジを上下方向に互いにずらして形成して上段面と下段面とを平行とした段差構造としたことを特徴とする表面実装用の水晶振動子。
請求項１において、前記離間距離が、前記金属カバーの厚さより小さく形成された表面実装用の水晶振動子。
請求項１において、前記水晶保持端子からの導電路が、前記ベース基板の一組の対角部に延出し、かつ、前記金属カバーの前記開口端面における前記ベース基板の他組の対角部と対向した端面領域が、前記突出部によって前記突出部の先端から離間した表面実装用の水晶振動子。