JP6513964B2 - Crystal device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば電子機器等に用いられる水晶デバイスに関するものである。 The present invention relates to a quartz crystal device used, for example, in an electronic device or the like.
水晶デバイスは、水晶素子の圧電効果を利用して、水晶素板の両面が互いにずれるように厚みすべり振動を起こし、特定の周波数を発生させるものである。基板の上面に設けられた電極パッドに導電性接着剤を介して実装された水晶素子と、基板の下面に設けられた接続パッドに導電性接合材を介して実装された集積回路素子と、水晶素子の電気的特性を測定するために、基板の下面の中心付近に設けられたモニタ電極を備えたものが提案されている(例えば、下記特許文献1参照)。
The quartz crystal device generates thickness-slip vibration so that both sides of the quartz plate are mutually offset by using the piezoelectric effect of the quartz crystal element, and generates a specific frequency. A quartz crystal element mounted via a conductive adhesive on an electrode pad provided on the upper surface of a substrate, an integrated circuit element mounted via a conductive bonding material on a connection pad provided on the lower surface of the substrate, and quartz In order to measure the electrical characteristics of the device, one provided with a monitor electrode provided near the center of the lower surface of the substrate has been proposed (for example, see
上述した水晶デバイスは、小型化が顕著であるが、基板に設けられたモニタ電極の面積も小さくなってしまう虞があった。このため、水晶素子の電気的特性を測定する場合、従来の水晶デバイスは、面積の小さいモニタ電極に測定用プローブを接触させなければならず、測定の際に手間と時間を要するため、生産性を低下させてしまう虞があった。 Although the above-described quartz crystal device is significantly reduced in size, the area of the monitor electrode provided on the substrate may also be reduced. For this reason, in the case of measuring the electrical characteristics of the quartz crystal element, the conventional quartz device has to contact the measuring probe with the monitor electrode having a small area, which requires labor and time at the time of measurement. There was a risk of lowering the
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、モニタ電極の面積を確保しつつ小型化が可能で、生産性を向上させることができる水晶デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a quartz crystal device that can be miniaturized while securing the area of a monitor electrode, and can improve productivity.
本発明の一つの態様による水晶デバイスは、矩形状の基板と、基板の上面の外周縁に沿って設けられた第一枠体と、基板の下面の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、基板の上面に設けられた一対の電極パッドと、基板の下面に設けられた複数の接続パッドと、一対の電極パッドに実装された水晶素子と、接続パッドに実装された集積回路素子と、一対の電極パッドにそれぞれ電気的に接続され、第二枠体の内周縁に沿って基板の下面に設けられた一対の第一モニタ電極と、第一モニタ電極とそれぞれ電気的に接続され、接続パッドの間に位置するように基板の下面に設けられた一対の第二モニタ電極と、水晶素子を気密封止するための蓋体と、を備え、基板の短辺方向と平行になる第一モニタ電極の辺の長さが基板の短辺方向と平行になる第二モニタ電極の辺の長さよりも長くなるように設けられ、第一モニタ電極が、平面視した際に第二枠体の短辺側の外周縁と接続パッドとの間に位置するように設けられている。
A quartz crystal device according to one aspect of the present invention comprises a rectangular substrate, a first frame provided along the outer peripheral edge of the upper surface of the substrate, and a second frame provided along the outer peripheral edge of the lower surface of the substrate An integrated circuit device mounted on a body, a pair of electrode pads provided on the upper surface of the substrate, a plurality of connection pads provided on the lower surface of the substrate, a crystal element mounted on the pair of electrode pads, and If, to the pair of electrode pads are electrically connected to a pair of first monitor electrode provided on the lower surface of the substrate along the inner peripheral edge of the second frame, respectively a first monitor electrode is electrically connected A pair of second monitor electrodes provided on the lower surface of the substrate so as to be located between the connection pads, and a lid for hermetically sealing the quartz crystal element, which is parallel to the short side direction of the substrate The side length of the first monitor electrode is parallel to the short side direction of the substrate. It is provided to be longer than the side length of the second monitor electrode, and the first monitor electrode is positioned between the outer peripheral edge on the short side of the second frame and the connection pad in plan view. It is provided.
本発明の一つの態様による水晶デバイスは、矩形状の基板と、基板の上面の外周縁に沿って設けられた第一枠体と、基板の下面の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、基板の上面に設けられた一対の電極パッドと、基板の下面に設けられた複数の接続パッドと、一対の電極パッドに実装された水晶素子と、接続パッドに実装された集積回路素子と、一対の電極パッドにそれぞれ電気的に接続され、第二枠体の内周縁に沿って基板の下面に設けられた一対の第一モニタ電極と、第一モニタ電極とそれぞれ電気的に接続され、接続パッドの間に位置するように基板の下面に設けられた一対の第二モニタ電極と、水晶素子を気密封止するための蓋体と、を備え、基板の短辺方向と平行になる第一モニタ電極の辺の長さが基板の短辺方向と平行になる第二モニタ電極の辺の長さよりも長くなるように設けられ、第一モニタ電極が、平面視した際に第二枠体の短辺側の外周縁と接続パッドとの間に位置するように設けられている。このようにすることにより、第一モニタ電極と第二モニタ電極と合わせた面積を確保しつつ、小型化することが可能となる。また、水晶デバイスは、水晶素子の電気的特性を測定する場合、第一モニタ電極と第二モニタ電極の境界部分に測定プローブを接触させることで、安定して水晶素子の電気的特性を測定することができるため、生産性を向上させることができる。 A quartz crystal device according to one aspect of the present invention comprises a rectangular substrate, a first frame provided along the outer peripheral edge of the upper surface of the substrate, and a second frame provided along the outer peripheral edge of the lower surface of the substrate An integrated circuit device mounted on a body, a pair of electrode pads provided on the upper surface of the substrate, a plurality of connection pads provided on the lower surface of the substrate, a crystal element mounted on the pair of electrode pads, and If, to the pair of electrode pads are electrically connected to a pair of first monitor electrode provided on the lower surface of the substrate along the inner peripheral edge of the second frame, respectively a first monitor electrode is electrically connected A pair of second monitor electrodes provided on the lower surface of the substrate so as to be located between the connection pads, and a lid for hermetically sealing the quartz crystal element, which is parallel to the short side direction of the substrate The side length of the first monitor electrode is parallel to the short side direction of the substrate. It is provided to be longer than the side length of the second monitor electrode, and the first monitor electrode is positioned between the outer peripheral edge on the short side of the second frame and the connection pad in plan view. It is provided. By this, it is possible to miniaturize while securing the area combined with the first monitor electrode and the second monitor electrode. In addition, when measuring the electrical characteristics of the crystal element, the crystal device stably measures the electrical characteristics of the crystal element by bringing the measurement probe into contact with the boundary portion between the first monitor electrode and the second monitor electrode. Productivity can be improved.
本実施形態における水晶デバイスは、図1及び図2に示されているように、パッケージ110と、パッケージ110の上面に接合された水晶素子120と、パッケージ110の下面に接合された集積回路素子150と、パッケージ110の上面に接合された蓋体130とを含んでいる。パッケージ110には、基板110aの上面と第一枠体110bの内側面によって囲まれた第一凹部K1が形成されている。また、パッケージ110には、基板110aの下面と第二枠体110cの内側面とで形成された第二凹部K2が形成されている。このような水晶デバイスは、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。
The crystal device according to the present embodiment includes the
基板110aは、矩形状であり、上面で水晶素子120を実装し、下面で集積回路素子150を実装するための実装部材として機能するものである。基板110aの上面には、水晶素子120を接合するための一対の電極パッド111が設けられており、下面には、集積回路素子150を接合するための一対の接続パッド116が設けられている。基板110aは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板110aは、絶縁層を一層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板110aの表面及び内部には、上面に設けられた電極パッド111と、基板110aの下面に設けられた接続パッド116及び後述する第二枠体110cの下面に設けられた外部端子112とを電気的に接続するための配線パターン113、導体部114及びビア導体115が設けられている。
The
第一枠体110bは、基板110aの上面に配置され、基板110aの上面に第一凹部K1を形成するためのものである。第二枠体110cは、基板110aの下面に配置され、基板110aの上面に第二凹部K2を形成するためのものである。第一枠体110b及び第二枠体110cは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板110aと一体的に形成されている。
The first frame 110 b is disposed on the upper surface of the
ここでパッケージ110を平面視したときの一辺の寸法が、1.0〜3.0mmであり、パッケージ110の上下方向の寸法が、0.2〜1.5mmである場合を例にして、第一凹部K1及び第二凹部K2の大きさを説明する。第一凹部K1及び第二凹部K2の長辺の長さは、0.7〜2.0.mmであり、短辺の長さは、0.5〜1.5mmとなっている。また、第一凹部K1及び第二凹部K2の上下方向の長さは、0.1〜0.5mmとなっている。
Here, the dimension of one side when the
また、第二枠体110cの下面の四隅には、外部端子112が設けられている。外部端子112は、基板110aの下面に設けられた接続パッド116と電気的に接続されている。
In addition,
電極パッド111は、水晶素子120を実装するためのものである。電極パッド111は、基板110aの上面に一対で設けられており、基板110aの一辺に沿うように隣接して設けられている。電極パッド111は、第一電極パッド111aと第二電極パッド111bとによって構成されている。電極パッド111は、基板110aに設けられた配線パターン113及び導体部114を介して、基板110aの下面に設けられた外部端子112と電気的に接続されている。
The
一対の電極パッド111上には、平面視して矩形状である一対の凸部B1が設けられている。また、一対の凸部B1は、平面視した際に、その一辺が基板110aの中心側を向く電極パッド111上の外周縁に沿って設けられており、その一辺と接続されている他の一辺が、基板110aの外周縁側を向く電極パッド111上の外周縁に沿って設けられている。
On the pair of
外部端子112は、電気機器等の外部の実装基板上の実装パッド(図示せず)と接合するために用いられている。外部端子112は、基板110aの下面の四隅に設けられている。第三外部端子112cは、第三ビア導体115cを介して、封止用導体パターンHと電気的に接続されている。また、第三外部端子112cは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されている。これにより、封止用導体パターンHに接合された蓋体130がグランド電位となっている第三外部端子112cに接続される。よって、蓋体130による凹部K内のシールド性は、向上されることになる。
The
配線パターン113は、電極パッド111とビア導体115を電気的に接続すると共に、ビア導体115と導体部114とを電気的に接続するためのものである。配線パターン113は、第一配線パターン113a及び第二配線パターン113bによって構成されている。配線パターン113は、平面視して、第一枠体110bと重なるようにして設けられている。このようにすることによって、水晶デバイスは、配線パターン113と水晶素子120との間で浮遊容量が発生することを抑えるので、水晶素子120にこの浮遊容量が付与されることがないため、発振周波数が変動してしまうことを抑えることができる。
The
また、第一配線パターン113aは、第二電極パッド111b及び第二ビア導体115bと電気的に接続されている。第一配線パターン113aは、第二電極パッド111bから近接された第一枠体110bの長辺方向に向かって延出されており、第一配線パターン113aの一部が露出されている。第二配線パターン113bは、第三導体部114c及び第三ビア導体115cと電気的に接続されている。第二配線パターン113bは、第三ビア導体115cから近接された基板110aの角部に設けられた第三導体部114cに向かって延出されている。
The
このように、配線パターン113の一部が、電極パッド111から第一枠体110bの長辺方向に向かって延出し、露出するようにして設けられていることにより、水晶素子120を実装した際に、溢れ出そうになった導電性接着剤140が、配線パターン113上に沿って流れ出てくれるため、パッケージ110の中心方向に流れ出ることがなく導電性接着剤140が励振用電極122に付着してしまうことを抑えることができる。
Thus, when the
導体部114は、配線パターン113または接続パターン117と、外部端子112を電気的に接続するためのものである。導体部114は、基板110aの角部に設けられた切れ込みの内部に設けられている。導体部114の両端は、配線パターン113または接続パターン117と、外部端子112と接続されている。このようにすることで、接続パッド116は、接続パターン117及び導体部114を介して外部端子112と電気的に接続されている。導体部114は、第一導体部114a、第二導体部114b、第三導体部114c及び第四導体部114dによって構成されている。
The
ビア導体115は、基板110aの内部に設けられ、その両端は、電極パッド111及び一方の第一モニタ電極118aと電気的に接続すると共に、後述する封止用導体パターンH及び外部端子112と電気的に接続するためのものである。ビア導体115は、第一ビア導体115a、第二ビア導体115b及び第三ビア導体115cによって構成されている。ビア導体115は、基板110aに設けられた貫通孔の内部に導体を充填することで設けられている。
The via
接続パッド116は、集積回路素子150を接続パッドに実装するために用いられている。接続パッド116は、基板110aの下面に設けられており、平面視して第二枠体110cの内側に沿って設けられている。接続パッド116は、基板110aの長辺の一辺に沿って三つ設けられ、向かい合う辺に沿って三つ設けられている。また、接続パッド116は、図4(a)に示すように、第一接続パッド116a、第二接続パッド116b、第三接続パッド116c、第四接続パッド116d、第五接続パッド116e及び第六接続パッド116fによって構成されている。第一接続パッド116aと第一外部端子112aとは、基板110aの下面に設けられた第一接続パターン117aと、基板110a及び第二枠体110cの角に設けられた第一導体部114aにより接続されている。第二接続パッド116bと他方の第二モニタ電極119bとは、電気的に接続されている。第三接続パッド116cと第三外部端子112cとは、基板110aの下面に設けられた第三接続パターン117cと、第二枠体110cの角に設けられた第三導体部114cにより接続されている。第四接続パッド116dと第二外部端子112bとは、基板110aの下面に設けられた第二接続パターン117bと、第二枠体110cの角に設けられた第二導体部114bにより接続されている。第五接続パッド116eと一方の第二モニタ電極119aとは、電気的に接続されている。第六接続パッド116fと第四外部端子112dとは、基板110aの下面に設けられた第四接続パターン117dと、第二枠体110cの角に設けられた第四導体部114dにより接続されている。
The
また、接続パターン117は、接続パッド115と導体部114とを電気的に接続するためのものである。接続パターン117は、基板110aの下面に設けられ、接続パッド115から近傍の導体部114に向けて引き出されている。
The
第一モニタ電極118及び第二モニタ電極119は、測定用プローブを接触させることによって、水晶素子120の特性を測定するためのものである。第一モニタ電極118は、基板110aの短辺に沿って一対で設けられている。第一モニタ電極118は、一方の第一モニタ電極118a及び他方の第一モニタ電極118bによって構成されている。一方の第一モニタ電極118aは、基板110aに設けられた第一ビア導体115aを介して、基板110aの上面に設けられた第一電極パッド111aと電気的に接続されている。他方の第一モニタ電極118bは、基板110aの上面に設けられた第一配線パターン113a及び基板110aに設けられた第二ビア導体115bを介して、基板110aの上面に設けられた第二電極パッド111bと電気的に接続されている。
The
また、第一モニタ電極118の一つである一方の第一モニタ電極118aは、平面視して、一対の電極パッド111と重なる位置に設けられている。また、このようにすることによって、水晶素子120から伝わる熱が、電極パッド111から直下にある基板110aを介して、一方の第一モニタ電極118aに伝わり、一方の第一モニタ電極118aから熱が放出される。よって、このような水晶デバイスは、熱伝導経路を短くすることができるので、実際の水晶素子120の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となり、後述する集積回路素子150によって温度補正をし易くすることができる。
Further, one first monitor electrode 118 a which is one of the
第二モニタ電極119は、一方の第二モニタ電極119a及び他方の第二モニタ電極1119によって構成されている。第二モニタ電極119は、図4(a)に示すように、基板110aの長辺に向かい合うように設けられた接続パッド116の間に位置するように設けられている。一方の第二モニタ電極119aは、第五接続パッド116eと電気的に接続されている。また、他方の第二モニタ電極119bは、第二接続パッド116bと電気的に接続されている。第二モニタ電極119は、平面視して、集積回路素子150と重なる位置に設けられている。このようにすることで、電子機器等の実装基板上の実装パターンと第二モニタ電極119との間で発生する浮遊容量を低減させることで、水晶素子120に浮遊容量が付加されないので、水晶素子120の発振周波数が変動することを低減することができる。
The
また、第二モニタ電極119の一方の第二モニタ電極119aは、平面視して、一対の電極パッド111の間に位置するように設けられている。また、このようにすることによって、水晶素子120から伝わる熱が、電極パッド111から直下にある基板110aを介して、一方の第二モニタ電極119aに伝わり、一方の第二モニタ電極119aから熱が放出される。よって、このような水晶デバイスは、熱伝導経路を短くすることができるので、実際の水晶素子120の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となり、後述する集積回路素子150によって温度補正をさらに容易にすることができる。
Further, one
このような水晶デバイスは、従来の圧電デバイスのモニタ電極と比較し、第一モニタ電極118と第二モニタ電極119と合わせた面積を確保しつつ、小型化することが可能となる。また、水晶デバイスは、水晶素子120の電気的特性を測定する場合、第一モニタ電極118と第二モニタ電極119の境界部分に測定プローブを接触させることで、第一モニタ電極118又は第二モニタ電極119のどちらか一方に確実に接触させることが可能となる。このような水晶デバイスは、安定して水晶素子120の電気的特性を測定することができるため、生産性を向上させることができる。
Such a quartz crystal device can be miniaturized while securing the area combined with the
凸部B1は、水晶素子120の短辺の上下方向の傾きが抑制され、水晶素子120の長辺側端部が基板110aや蓋体130に接触することを抑制するためのものである。また、凸部B1は、水晶素子120の自由端が基板110aに接触することを抑制するためものである。一対の凸部B1は、第一凸部B1a及び第二凸部B1bによって構成されている。第一凸部B1aは、第一電極パッド111aの上面に設けられており、第二凸部B1bは、第二電極パッド111bの上面に設けられている。また、凸部B1は、電極パッド111と同様に、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等上面に金メッキ、ニッケルメッキを施すことにより設けられている。
The convex portion B1 is intended to suppress the inclination of the short side of the
また、一対の凸部B1の基板110aの中心側を向く一辺が、図3に示されているように、同一直線上に並ぶようにして設けられている。このようにすることによって、水晶素子120の引き出し電極123を一対の凸部B1に接触させながら電極パッド111に実装する際に、水晶素子120が傾くことなく安定した状態で実装することができる。
Further, as shown in FIG. 3, one side of the pair of convex portions B <b> 1 facing the center side of the
また、凸部B1は、水晶素子120の外周縁にある引き出し電極123と対向する位置に設けられている。このようにすることによって、水晶素子120が導電性接着剤140を介して電極パッド111に実装する際に、仮に水晶素子120が傾いたとしても、引き出し電極123が凸部B1に接触することになり、凸部B1よりも下方向に水晶素子120が傾くことなく安定した状態で実装することができる。また、凸部B1は、平面視して、水晶素板121の固定端側の外周縁にある引き出し電極123と重なる位置に設けられている。このようにすることにより、水晶素子120の固定端が基板110aの上面に接触することを低減することができる。
Further, the convex portion B1 is provided at a position facing the lead-out
突起部B2は、平面視して、矩形状であり、水晶素子120の自由端側の対向する位置に設けられており、水晶素子120の自由端側が基板110aに接触することを防ぐためのものである。突起部B2は、第一凹部K1内の基板110a上で、突起部B2の長辺と基板110aの長辺が略平行になるように設けられている。このようにすることにより、水晶デバイスに落下等の衝撃が加わった際に、水晶素子120の自由端側が基板110aに接触することによる欠けなどを抑えることができる。
The protrusion B2 has a rectangular shape in plan view, and is provided at a position facing the free end of the
ここでパッケージ110を平面視したときの一辺の寸法が、1.0〜3.0mmであり、パッケージ110の上下方向の寸法が、0.7〜1.5mmである場合を例にして、電極パッド111、凸部B1の大きさを説明する。電極パッド111の辺の長さは、250〜400μmとなる。電極パッド111の上下方向の厚みの長さは、10〜50μmとなる。電極パッド111の外周縁に沿って形成されている三角形状の凸部B1の辺の長さは、200〜400μmとなる。凸部B1の上下方向の厚みの長さは、7〜30μmとなる。また、基板110aの長辺方向と平行となる突起部B2の長さは、500〜800μmであり、基板110aの短辺方向と平行となる突起部B2の長さは、150〜300μmである。また、突起部B2の上下方向の長さは、約30〜100μmである。
Here, the dimension of one side when the
また、電極パッド111の算術平均表面粗さは、0.02〜0.10μmであり、基板110a表面の算術平均表面粗さは、0.5〜1.5μmである。よって、導電性接着剤140は、電極パッド111上の凸部B1が設けられていない箇所である配線パターン113の方向に向かって導電性接着剤140が広がることになるが、電極パッド111から基板110a上に向かって広がりにくくなる。
The arithmetic mean surface roughness of the
封止用導体パターンHは、蓋体130と封止部材131を介して接合する際に、封止部材131の濡れ性をよくする役割を果たしている。封止用導体パターンHは、図3及び図4に示すように、第三ビア導体115cを介して、外部端子112cと電気的に接続されている。封止用導体パターンHは、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、第一枠体110bの上面を環状に囲む形態で施すことによって、例えば10〜25μmの厚みに形成されている。
The sealing conductor pattern H plays a role of improving the wettability of the sealing member 131 when bonding the
導電性接着剤140は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。
The
導電性接着剤140は、水晶素子120の励振用電極122と間をあけて配置されている。水晶デバイスは、導電性接着剤140と励振用電極122とが間を空けて配置されていることにより、導電性接着剤140が励振用電極122に付着することで生じる短絡を低減することができる。
The
また、導電性接着剤140の粘度が、35〜45Pa・sのものを使用することによって、塗布した際に、導電性接着剤140は、電極パッド111上から基板110a上面に流れ出ることなく、電極パッド111上に留まるので、導電性接着剤140の上下方向の厚みも確保することができる。導電性接着剤140の上下方向の厚みの長さは、10〜25μmである。このように導電性接着剤140の厚みを確保できることによって、落下等により加わった衝撃が水晶素子120に対して導電性接着剤140を中心にして上下方向へ加わったとしても、その衝撃を導電性接着剤140で十分に吸収緩和することができる。
In addition, when the
ここで、パッケージ110の作製方法について説明する。基板110a及び枠体110bがアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、一対の電極パッド111又は外部端子112、第一凸部B1a、第二凸部B1b及び突起部B2となる部位にニッケルメッキ又は金メッキ等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。
Here, a method of manufacturing the
水晶素子120は、図2に示されているように、導電性接着剤140を介して電極パッド111上に接合されている。水晶素子120は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。
The
水晶素子120は、図2に示されているように、図1及び図2に示されているように、水晶素板121の上面及び下面のそれぞれに励振用電極122及び引き出し電極123を被着させた構造を有している。励振用電極122は、水晶素板121の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着・形成したものである。励振用電極122は、上面に第一励振用電極122aと、下面に第二励振用電極122bを備えている。引き出し電極123は、励振用電極122から水晶素板121の一辺に向かってそれぞれ延出されている。引き出し電極123は、上面に第一引き出し電極123aと、下面に第二引き出し電極123bとを備えている。第一引き出し電極123aは、第一励振用電極122aから引き出されており、水晶素板121の一辺に向かって延出するように設けられている。第二引き出し電極123bは、第二励振用電極122bから引き出されており、水晶素板121の一辺に向かって延出するように設けられている。つまり、引き出し電極123は、水晶素板121の長辺または短辺に沿った形状で設けられている。また、本実施形態においては、第一電極パッド111a及び第二電極パッド111bと接続されている水晶素子120の一端を基板110の上面と接続した固定端とし、他端を基板110の上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造にて水晶素子120が基板110上に固定されている。
In the
水晶素子120の第一引き出し電極123aは、第一凸部B1aと接触し、水晶素子120の第二引き出し電極123bは、第二凸部B1bと接触している。このように水晶素子120の引き出し電極123を凸部B1に接触させることにより、電極パッド111上に水晶素子120を実装する工程において、水晶素子120の搭載位置がずれて搭載角度が傾いた場合でも、水晶素子120の長辺側端部が凸部B1に当接して支持され、水晶素子120の短辺の傾きが抑制され、水晶素子120の長辺側端部が基板110aや蓋体130に接触するのを防ぐことができる。よって、水晶素子120の発振周波数の変動が防止され、生産性を向上させることができる。
The first lead-
また、水晶デバイスは、水晶素子120の励振用電極122の表面を例えばイオンガンにより削ることにより、水晶素子120の発振周波数の調整を行っている。また、従来の水晶デバイスでは、基板の上面に設けられた配線パターンが水晶素子の励振用電極の近傍でも露出しているため、イオンガンにより励振用電極を削る際に、配線パターンを削ってしまうことがある。また、従来の水晶デバイスは、この配線パターンの削り屑が、水晶素子の励振用電極に付着し、発振周波数が変動してしまうこと虞がある。しかし、本実施形態の水晶デバイスでは、図3(a)に示すように、配線パターン113が水晶素子120の励振用電極122の近傍では露出しておらず、平面視して、枠体110bと重なる位置に設けられているため、イオンガンにより励振用電極122を削る際に、配線パターン113を削ってしまうことを防ぐことができる。また、このような水晶デバイスは、配線パターン113の削り屑が発生しないため、水晶素子120の励振用電極122に削り屑が付着することがなく、安定して発振周波数を出力することが可能となる。
In addition, the crystal device adjusts the oscillation frequency of the
また、水晶素子120の引き出し電極123は、凸部B1引き出し電極123は、仮に水晶素子120が実装時に傾いたとしても凸部B1と接触することで、水晶素子120の固定端側が凸部B1の上下方向の厚み分の距離を確保できるので、水晶素子120の自由端が浮きすぎることがなく、水晶素子120の自由端が蓋体130に接触することを抑制することができる。
Further, the
ここで、水晶素子120の動作について説明する。水晶素子120は、外部からの交番電圧が引き出し電極123から励振用電極122を介して水晶素板121に印加されると、水晶素板121が所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。
Here, the operation of the
ここで、水晶素子120の作製方法について説明する。まず、水晶素子120は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶素板121の外周の厚みを薄くし、水晶素板121の外周部と比べて水晶素板121の中央部が厚くなるように設けるベベル加工を行う。そして、水晶素子120は、水晶素板121の両主面にフォトリソグラフィー技術、蒸着技術又はスパッタリング技術によって、金属膜を被着させることにより、励振用電極122及び引き出し電極123を形成することにより作製される。
Here, a method for manufacturing the
水晶素子120の基板110aへの接合方法について説明する。まず、導電性接着剤140は、例えばディスペンサによって、電極パッド111上に拡がるようにして塗布される。水晶素子120は、導電性接着剤140上に搬送される。さらに、水晶素子120は、水晶素子120の固定端側の外周縁にある引き出し電極123が、平面視して、凸部B1と重なるようにして導電性接着剤140上に載置される。この際に、溢れ出た導電性接着剤140は、露出した第一配線パターン113a上に沿って流れ出る。そして導電性接着剤140は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。水晶素子120は、導電性接着剤140が硬化収縮する際に、水晶素子120の固定端側が下方向に引っ張られ、第二凸部B1bを支点とした梃子の原理が働くことになり、水晶素子120の自由端側が上方向に浮くようにして、一対の電極パッド111に接合される。また、導電性接着剤140の硬化収縮時に水晶素子120の固定端側が下方向に引っ張られた際に、凸部B1と水晶素子120の外周縁にある引き出し電極123が接触した状態で電極パッド111に接合される。
A method of bonding the
集積回路素子150は、例えば、複数個の接続パッドを有した矩形状のフリップチップ型集積回路素子が用いられ、その回路形成面(上面)には、周囲の温度状態を検知する温度センサー、水晶素子120の温度特性を補償する温度補償データを格納するための記憶素子部、温度補償データに基づいて水晶素子120の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路部、その温度補償回路部に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路部が設けられている。この発振回路部で生成された出力信号は、外部端子112の内の一つを介して温度補償型水晶発振器の外へ出力され、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。
The
記憶素子部は、PROMやEEPROMにより構成されている。温度補償関数である下記に示す三次関数のもととなるパラメータ、例えば三次成分調整値α、一次成分調整値β、0次成分調整値γの各値の温度補償用制御データが外部端子112の内の一つである書込読込端子から入力され保存される。記憶素子部には、レジスタマップが記憶されている。レジスタマップとは、各アドレスデータに制御データを入力した場合、制御部がそのデータを読み取り、信号を出力し、どのような動作を行なうかを示したものである。
The memory element unit is configured of PROM or EEPROM. The temperature compensation control data of the
温度補償回路部は、三次関数発生回路や五次関数発生回路等によって構成されている。例えば、三次関数発生回路の場合は、その記憶素子部に入力された温度補償用制御データを読出して、温度補償用制御データから各温度に対して三次関数で導き出された電圧を発生させる。尚、この時の外部の周囲温度は、集積回路素子150内の温度センサーより得られる。温度補償回路部は、可変容量ダイオードのカソードと接続されており、温度補償回路部からの電圧が印加される。このように、可変容量ダイオードに温度補償回路部からの電圧を印加することよって、水晶素子120の周波数温度特性を補正することにより、周波数温度特性が平坦化される。
The temperature compensation circuit unit is configured of a cubic function generation circuit, a quintic function generation circuit, and the like. For example, in the case of a cubic function generation circuit, temperature compensation control data input to the storage element portion is read out, and a voltage derived as a cubic function is generated for each temperature from the temperature compensation control data. The external ambient temperature at this time is obtained from the temperature sensor in the
集積回路素子150は、図2に示すように、基板110aの下面に設けられた接続パッド116に半田等の導電性接合材160を介して実装されている。また、集積回路素子150の接続端子151は、接続パッド116に接続されている。接続パッド116は、接続パターン117及び導体部115を介して外部端子112と電気的に接続されている。この外部端子112の内の一つは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランドと接続されている実装パッドと接続されることにより、グランド端子の役割を果たす。よって、集積回路素子150の接続端子151の内の一つは、基準電位であるグランドに接続されることになる。
As shown in FIG. 2, the
また、集積回路素子150内に設けられた温度センサーは、平面視でモニタ電極119内に位置させるようにして設けられている。このようにすることによって、水晶素子120から伝わる熱が、電極パッド111から配線パターン113及びビア導体114を介して、第一モニタ電極118又は第二モニタ電極119に伝わった熱が、第一モニタ電極118又は第二モニタ電極119から放熱され、集積回路素子150内に設けられた温度センサーに伝わることになる。よって、温度補償型水晶発振器は、熱伝導経路を短くすることができるので、水晶素子120の温度と集積回路素子150の温度とが近似することになり、集積回路素子150の温度センサーが得た温度と、実際の水晶素子120の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となる。
Further, the temperature sensor provided in the
集積回路素子150の基板110aへの接合方法について説明する。まず、導電性接合材160は、例えばディスペンサによって接続パッド116に塗布される。集積回路素子150は、導電性接合材160上に載置される。そして導電性接合材160は、加熱させることによって溶融接合される。よって、集積回路素子150は、接続パッド116に接合される。
A method of bonding the integrated
また、集積回路素子150は、図1及び図2に示すように、矩形状であり、その下面に六つの接続端子151が設けられている。接続端子151は、一辺に沿って三つ設けられており、その一辺と向かい合う一辺に沿って三つ設けられている。集積回路素子150の長辺の長さは、0.5〜1.2mmであり、短辺の長さは、0.3〜1.0mmとなっている。集積回路素子150の厚み方向の長さは、0.1〜0.3mmとなっている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the
導電性接合材160は、例えば、銀ペースト又は鉛フリー半田により構成されている。また、導電性接合材160には、塗布し易い粘度に調整するための添加した溶剤が含有されている。鉛フリー半田の成分比率は、錫が95〜97.5%、銀が2〜4%、銅が0.5〜1.0%のものが使用されている。
The
絶縁性樹脂170は、図2(b)に示されているように、集積回路素子150の接続端子151が設けられている面と接続パッド116との間に設けられている。このようにすることにより、絶縁性樹脂170は、集積回路素子150と基板110aの下面との接着強度を高めることができる。また、仮に、温度補償型水晶発振器を電子機器等の実装基板の実装パッド上に実装させた際に、半田等の異物が第二凹部K2内に入り込んだとしても、絶縁性樹脂170によって、その異物が集積回路素子150の接続端子151間に付着することを抑えることになるので、集積回路素子150の接続端子151間の短絡を低減することができる。また、絶縁性樹脂170は、エポキシ樹脂やエポキシ樹脂を主成分とするコンポジットレジン等の樹脂材料からなる。
The insulating
また、絶縁性樹脂170は、第一モニタ電極118又は第二モニタ電極119を覆うように設けられている。このようにすることによって、第一モニタ電極118又は第二モニタ電極119に異物が付着することを抑えることになるので、水晶素子120にその異物の付加抵抗が加わることを抑制することができる。従って、水晶素子120の発振周波数の変動を低減することが可能となる。
Further, the insulating
絶縁性樹脂170の基板110aへの形成方法について説明する。その樹脂ディスペンサの先端を、第二凹部K2の隙間に挿入し、絶縁性樹脂170の注入を行なう。次に絶縁性樹脂180を加熱し、硬化させる。よって、絶縁性樹脂170は、基板110aの下面と、集積回路素子150と接続パッド116との間及び第一モニタ電極118又は第二モニタ電極119を被覆するようにして設けられる。
A method of forming the insulating
蓋体130は、矩形状であり、真空状態にある第一凹部K1、あるいは窒素ガスなどが充填された第一凹部K1を気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体130は、所定雰囲気で、枠体110b上に設けられた接合部材131の上面に載置される。枠体110bの上面に設けられた接合部材131に熱が印加されることで、溶融接合される。また、蓋体130は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。
The
接合部材131は、パッケージ110の第一枠体110b上面に設けられた封止用導体パターンHに相対する蓋体130の箇所に設けられている。封止部材131は、例えば、銀ロウ又は金錫によって設けられている。銀ロウの場合は、その厚みは、10〜20μmである。例えば、成分比率は、銀が72〜85%、銅が15〜28%のものが使用されている。金錫の場合は、その厚みは、10〜40μmである。例えば、成分比率が、金が78〜82%、錫が18〜22%のものが使用されている。
The bonding member 131 is provided at a position of the
接合部材131は、例えば、金錫の場合には、接合部材131の層の厚みは、10〜40μmであり、例えば、成分比率が、金が70〜80%、錫が20〜30%のものを使用しても良い。また、接合部材131は、例えば、銀ロウの場合には、接合部材131の層の厚みは、10〜40μmであり、例えば、成分比率が、銀が70〜80%、銅が20〜30%のものを使用しても良い。 The bonding member 131 is, for example, in the case of gold-tin, the thickness of the layer of the bonding member 131 is 10 to 40 μm, for example, 70 to 80% of gold and 20 to 30% of tin. You may use In the case of silver solder, for example, the thickness of the layer of the bonding member 131 is 10 to 40 μm. For example, the component ratio is 70 to 80% of silver and 20 to 30% of copper. You may use the one of
本実施形態における水晶デバイスは、矩形状の基板110aと、基板110aの上面の外周縁に沿って設けられた第一枠体110bと、基板110aの下面の外周縁に沿って設けられた第二枠体110cと、基板110aの上面に設けられた一対の電極パッド111と、基板110aの下面に設けられた接続パッドと、一対の電極パッドに実装された水晶素子120と、接続パッド116に実装された集積回路素子150と、一対の電極パッド111に電気的に接続され、第二枠体110cの内周縁に沿って基板110aの下面に設けられた第一モニタ電極118と、第一モニタ電極118と電気的に接続され、接続パッド115の間に位置するように基板110aの下面に設けられた第二モニタ電極119と、水晶素子120を気密封止するための蓋体130と、を備えている。このようにすることにより、従来の圧電デバイスのモニタ電極と比較し、第一モニタ電極118と第二モニタ電極119と合わせた面積を確保しつつ、小型化することが可能となる。また、水晶デバイスは、水晶素子120の電気的特性を測定する場合、第一モニタ電極118と第二モニタ電極119の境界部分に測定プローブを接触させることで、第一モニタ電極118又は第二モニタ電極119のどちらか一方に確実に接触させることが可能となる。このような水晶デバイスは、安定して水晶素子120の電気的特性を測定することができるため、生産性を向上させることができる。
The quartz crystal device according to the present embodiment includes a
また、本実施形態における水晶デバイスは、第一モニタ電極118の一方の第一モニタ電極118aが、平面視して、一対の電極パッド111と重なる位置に設けられている。また、このようにすることによって、水晶素子120から伝わる熱が、電極パッド111から直下にある基板110aを介して、一方の第一モニタ電極118aに伝わり、一方の第一モニタ電極118aから熱が放出される。よって、このような水晶デバイスは、熱伝導経路を短くすることができるので、実際の水晶素子120の周囲の温度との差異をさらに低減することが可能となり、後述する集積回路素子150によって温度補正をし易くすることができる。
In the crystal device in the present embodiment, one first monitor electrode 118 a of the
また、本実施形態における水晶デバイスは、第二モニタ電極119の一方の第二モニタ電極119aが、平面視して、一対の電極パッド111の間に位置するように設けられている。また、このようにすることによって、水晶素子120から伝わる熱が、電極パッド111から直下にある基板110aを介して、一方の第二モニタ電極119aに伝わり、一方の第二モニタ電極119aから熱が放出される。よって、このような水晶デバイスは、熱伝導経路を短くすることができるので、実際の水晶素子120の周囲の温度との差異をさらに低減させることが可能となり、後述する集積回路素子150によって温度補正をさらに容易にすることができる。
Further, the quartz crystal device in the present embodiment is provided such that one
また、本実施形態における水晶デバイスは、絶縁性樹脂170が、第一モニタ電極118又は第二モニタ電極119を覆うように設けられている。このようにすることによって、第一モニタ電極118又は第二モニタ電極119に異物が付着することを抑えることになるので、水晶素子120にその異物の付加抵抗が加わることを抑制することができる。従って、水晶素子120の発振周波数の変動を低減することが可能となる。
In the quartz crystal device in the present embodiment, the insulating
また、本実施形態における水晶デバイスは、電極パッド111が、基板110aの一辺に沿って設けられており、電極パッド111の上面に設けられた凸部B1を備えている。晶素子120が導電性接着剤140を介して電極パッド111に実装する際に、仮に水晶素子120が傾いたとしても、引き出し電極123が凸部B1に接触することになり、凸部B1よりも下方向に水晶素子120が傾くことなく安定した状態で実装することができる。また、凸部B1は、平面視して、水晶素板121の固定端側の外周縁にある引き出し電極123と重なる位置に設けられている。このようにすることにより、水晶素子120の固定端が基板110aの上面に接触することを低減することができる。
Further, in the quartz crystal device in the present embodiment, the
また、本実施形態における水晶デバイスは、基板110aの一辺と向かい合う辺に沿って設けられた突起部B2を備えている。このようにすることにより、水晶デバイスに落下等の衝撃が加わった際に、水晶素子120の自由端側が突起部B2に接触するため、基板110aに直接接触することによる欠けなどを抑えることができる。
In addition, the crystal device in the present embodiment includes the protrusion B2 provided along the side facing the one side of the
尚、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。上記実施形態では、基板110aの上面に枠体110bが設けられている場合について説明したが、基板に水晶素子を実装した後に、封止基部の下面に封止枠部が設けられた蓋体を用いて、水晶素子を気密封止する構造であっても構わない。蓋体は、矩形状の封止基部と、封止基部の下面の外周縁に沿って設けられている封止枠部とで構成されており、封止基部の下面と封止枠部の内側側面とで収容空間が形成されている。封止枠部は、封止基部の下面に収容空間を形成するためのものである。封止枠部は、封止基部の下面の外縁に沿って設けられている。
The present invention is not limited to the present embodiment, and various changes, improvements, and the like can be made without departing from the scope of the present invention. In the above embodiment, the case where the frame 110b is provided on the upper surface of the
上記実施形態では、基板110aの上面に枠体110bが設けられている場合について説明したが、基板に水晶素子を実装した後に、下面に壁部が設けられた蓋体を用いて、水晶素子を気密封止する構造であっても構わない。
Although the case where the frame 110b is provided on the upper surface of the
上記実施形態では、水晶素子は、AT用水晶素子を用いた場合を説明したが、基部と、基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の振動腕部とを有する音叉型屈曲水晶素子を用いても構わない。水晶素子は、水晶片と、その水晶片の表面に設けられた励振電極と、引き出し用電極と、周波数調整用金属膜とにより構成されている。水晶片は、水晶基部と水晶振動部とからなり、水晶振動部が第一水晶振動部及び第二水晶振動部とから成る。水晶基部は、結晶の軸方向として電気軸がX軸、機械軸がY軸、及び光軸がZ軸となる直交座標系としたとき、X軸回りに−5°〜+5°の範囲内で回転させたZ′軸の方向が厚み方向となる平面視略四角形の平板である。第一水晶振動部及び第二水晶振動部は、水晶基部の一辺からY′軸の方向に平行に延設されている。このような水晶片は、水晶基部と各水晶振動部とが一体となって音叉形状を成しており、フォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術により製造される。 In the above embodiment, the quartz crystal element has been described for the case where the quartz crystal element for AT is used, but a tuning fork type curved quartz crystal having a base and two flat vibrating arms extending in the same direction from the side surface of the base An element may be used. The quartz crystal element is constituted of a quartz crystal piece, an excitation electrode provided on the surface of the quartz crystal piece, an extraction electrode, and a metal film for frequency adjustment. The quartz crystal piece comprises a quartz crystal base and a quartz crystal vibrating portion, and the quartz crystal vibrating portion comprises a first quartz crystal vibrating portion and a second quartz crystal vibrating portion. The quartz crystal base is an orthogonal coordinate system in which the electrical axis is X axis, the mechanical axis is Y axis, and the optical axis is Z axis as the crystal axis direction, within the range of -5 ° to + 5 ° around the X axis It is a flat plate having a substantially rectangular shape in plan view, in which the direction of the rotated Z 'axis is the thickness direction. The first quartz-crystal vibrating portion and the second quartz-crystal vibrating portion extend from one side of the quartz crystal base in parallel to the direction of the Y ′ axis. Such a quartz crystal piece has a crystal base and crystal vibrating portions integrally formed in a tuning fork shape, and is manufactured by photolithography technology and chemical etching technology.
110・・・パッケージ
110a・・・基板
110b・・・第一枠体
110c・・・第二枠体
111・・・電極パッド
112・・・外部端子
113・・・配線パターン
114・・・導体部
115・・・ビア導体
116・・・接続パッド
117・・・接続パターン
118・・・第一モニタ電極
119・・・第二モニタ電極
B1・・・凸部
B2・・・突起部
H・・・封止用導体パターン
120・・・水晶素子
121・・・水晶素板
122・・・励振用電極
123・・・引き出し電極
130・・・蓋体
131・・・接合部材
140・・・導電性接着剤
150・・・集積回路素子
160・・・導電性接合材
170・・・絶縁性樹脂
K1・・・第一凹部
K2・・・第二凹部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基板の上面の外周縁に沿って設けられた第一枠体と、
前記基板の下面の外周縁に沿って設けられた第二枠体と、
前記基板の上面に設けられた一対の電極パッドと、
前記基板の下面に設けられた複数の接続パッドと、
前記一対の電極パッドに実装された水晶素子と、
前記接続パッドに実装された集積回路素子と、
前記一対の電極パッドにそれぞれ電気的に接続され、前記第二枠体の内周縁に沿って前記基板の下面に設けられた一対の第一モニタ電極と、
前記第一モニタ電極とそれぞれ電気的に接続され、前記接続パッドの間に位置するように前記基板の下面に設けられた一対の第二モニタ電極と、
前記水晶素子を気密封止するための蓋体と、を備え、
前記基板の短辺方向と平行になる前記第一モニタ電極の辺の長さが前記基板の短辺方向と平行になる前記第二モニタ電極の辺の長さよりも長くなるように設けられ、
前記第一モニタ電極が、平面視した際に第二枠体の短辺側の外周縁と接続パッドとの間に位置するように設けられている水晶デバイス。 A rectangular substrate,
A first frame provided along the outer peripheral edge of the upper surface of the substrate;
A second frame provided along the outer peripheral edge of the lower surface of the substrate;
A pair of electrode pads provided on the upper surface of the substrate;
A plurality of connection pads provided on the lower surface of the substrate;
A quartz crystal element mounted on the pair of electrode pads;
An integrated circuit element mounted on the connection pad;
A pair of first monitor electrodes which are respectively electrically connected to the pair of electrode pads and provided on the lower surface of the substrate along the inner peripheral edge of the second frame;
The first monitor electrode and are electrically connected, and a pair of second monitor electrode provided on the lower surface of the substrate so as to be located between the connection pads,
And a lid for hermetically sealing the crystal element,
The side length of the first monitor electrode parallel to the short side direction of the substrate is longer than the side length of the second monitor electrode parallel to the short side direction of the substrate,
The quartz crystal device, wherein the first monitor electrode is provided so as to be located between the outer peripheral edge on the short side of the second frame and the connection pad in plan view .
前記第一モニタ電極の一つが、平面視して、前記一対の電極パッドと重なる位置に設けられていることを特徴とする水晶デバイス。 The crystal device according to claim 1, wherein
One of the first monitor electrodes is provided at a position overlapping with the pair of electrode pads in plan view.
前記第二モニタ電極の一つが、平面視して、前記一対の電極パッドの間に位置するように設けられていることを特徴とする水晶デバイス。 The crystal device according to claim 1 or 2, wherein
One of the second monitor electrodes is provided so as to be located between the pair of electrode pads in plan view.
前記第一モニタ電極及び前記第二モニタ電極を被覆するように設けられた絶縁性樹脂を備えていることを特徴とする水晶デバイス。 The crystal device according to any one of claims 1 to 3, wherein
A quartz crystal device comprising an insulating resin provided to cover the first monitor electrode and the second monitor electrode.
前記電極パッドが、前記基板の一辺に沿って設けられており、
前記電極パッドの上面に設けられた凸部を備えていることを特徴とする水晶デバイス。 The crystal device according to any one of claims 1 to 4, wherein
The electrode pad is provided along one side of the substrate,
A crystal device comprising a convex portion provided on the upper surface of the electrode pad.
前記基板の一辺と向かい合う辺に沿って設けられた突起部を備えていることを特徴とする水晶デバイス。 The crystal device according to any one of claims 1 to 5, wherein
A quartz crystal device comprising a protrusion provided along a side facing one side of the substrate.
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