JP7828179B2 - ベース及び水晶振動子 - Google Patents

Description

本発明は、新規構造を有した水晶振動子用のベースと、このベースを用いた水晶振動子に関する。

水晶振動子では、水晶片を内包するための容器が必須である。そのため、水晶振動子では、金属製容器、セラミック製容器、ガラスや水晶を用いた容器（例えば特許文献１の段落０００６、図１等）等の種々の容器が、使用又は研究されている。これらの容器は、水晶片を搭載するためのベースと、水晶片を封止するための蓋部材で構成される。

また、水晶振動子は、例えば、発振回路を含む集積回路、入力側コンデン及び出力側コンデンサ（いわゆる負荷容量）と共に基板に実装されることで、水晶発振器として使用される。これら水晶振動子、集積回路、入力側コンデンサ及び出力側コンデンサは、例えば、基板にプリントされた配線パターンによって、それぞれ電気的に接続される（例えば特許文献２の段落００１２、図５等）。

特開２０００－０６８７８０ 特開２０２０－０２８０９５

ところで、近年、電子機器の小型化に伴い、電子部品の実装面積はより小さいことが求められる。しかし、上記のような水晶発振器の場合、水晶振動子、集積回路、入力側コンデンサ及び出力側コンデンサがそれぞれ個別に基板へ実装されているため、実装面積が大きくなってしまう問題がある。
また、上記した従来の各種容器の中で、現在のところ最も優れているものは、セラミック製のベースを用いたものである。しかし、圧電デバイスの薄型化、小型化が進むに従い、セラミック製のベースは、構造、精度、コスト面で限界があるといえる。従って、セラミック製のベースに代わることができ、かつ、上記のガラス及び又は水晶を用いた従来の容器を超えることができ、然も、コンデンサ等の他の電子部品の実装面積の低減にも寄与できる、新規な構造のベースが望まれる。

この発明は上記の点に鑑みなされたものであり、従って、この出願の目的は、水晶振動子用のベースであって、従来の構造とは異なる構造を有し、かつ、入力側コンデンサ及び出力側コンデンサを内蔵することで実装面積を小さくすることができる、新規構造を有したベース及び、これを用いた水晶振動子を提供することにある。

この目的の達成を図るため、本発明の水晶振動子用のベースによれば、ガラス又は水晶から成る第１基板と、前記第１基板の第１面に設けられ水晶片を搭載するパッドと、前記第１基板と同様な素材から成り、前記第１基板に前記第１面とは反対面である第２面で接合する第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板内に設けられ、前記接合界面から前記第１基板及び第２基板の双方側又は一方側に凹んでいる少なくとも１個の凹部と、前記凹部内に設けられ、水晶発振器の入力側コンデンサ及び出力側コンデンサとして使用される２つのコンデンサと、前記第２基板の前記第１基板とは反対面である第２面に設けられ当該ベースを外部機器と接続する外部接続端子と、前記パッド、前記外部接続端子及び前記２つのコンデンサを接続している配線と、を具えたことを特徴とする。

また、本発明の水晶振動子によれば、ガラス又は水晶から成る第１基板と、前記第１基板の第１面に設けられ水晶片を搭載するパッドと、前記第１基板と同様な素材から成り、前記第１基板に前記第１面とは反対面である第２面で接合する第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板内に設けられ前記接合界面から前記第１基板及び第２基板の双方側又は一方側に凹んでいる少なくとも１個の凹部と、前記凹部内に設けられ、水晶発振器の入力側コンデンサ及び出力側コンデンサとして使用される２つのコンデンサと、前記第２基板の前記第１基板とは反対面である第２面に設けられ当該ベースを外部機器と接続する外部接続端子と、前記パッド、前記外部接続端子及び前記２つのコンデンサを接続している配線と、を具えたベースと、前記搭載パッドに固定された水晶片と、前記ベースに接合され前記水晶片を封止する蓋部材と、を具えたことを特徴とする。

この発明のベースによれば、前記第１基板及び前記第２基板内に設けられ、前記接合界面から前記第１基板及び第２基板の双方側又は一方側に凹んでいる少なくとも１個の凹部内に、水晶発振器の入力側コンデンサ及び出力側コンデンサとして使用される２つのコンデンサが内蔵されているため、コンデンサを実装するための実装面積を削減でき、電子機器の小型化を促進することができる。水晶発振器の中には、周波数精度がそれほど高くなくても済むものがあり、その場合、入力側コンデンサ及び出力側コンデンサは、目的の周波数を決める容量、すなわち所定の負荷容量とは多少異なっても良い場合がある。このようなラフな水晶発振器を構成するベースとして、本発明のベースは特に有用である。
また、前記第１基板及び第２基板を構成する部材であるガラス及び水晶各々は、フォトリソグラフィ技術によって加工が可能なため、比較的高い精度で加工ができ、かつ、いずれも材料費として比較的安価である。従って、高精度かつ安価なベースを実現できる。
また、この発明の水晶振動子によれば、上記の新規構造を有したベースを用いた新規な水晶振動子を実現できる。

（Ａ）図は、本発明の実施形態のベースの概要を示した斜視図である。（Ｂ）図は、（Ａ）図中のＡ－Ａ断面図である。 （Ａ）図は、本発明のベースを構成する第１基板の第１面の概要を示す平面図である。（Ｂ）図は、前記第１基板の第２面の概要を示す平面透視図である。 （Ａ）図は、本発明のベースを構成する第２基板の第１面の概要を示す平面図である。（Ｂ）図は、前記第２基板の第２面の概要を示す平面透視図である。 （Ａ）図は、本発明の第１実施形態の水晶振動子の概要を示した斜視図である。（Ｂ）図は、（Ａ）図中Ｂ－Ｂ断面図である。 （Ａ）図は、本発明の第２実施形態の水晶振動子の概要を示した斜視図である。（Ｂ）図は、（Ａ）図中のＣ－Ｃ断面図である。

以下、図面を参照してこの発明のベース及び水晶振動子の実施形態についてそれぞれ説明する。なお、説明に用いる各図はこれらの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明で述べる形状、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。

１．ベース
図１（Ａ）は、本発明の実施形態のベース１０の概要を示した斜視図である。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）図中のＡ－Ａ断面図である。
本発明の実施形態のベース１０は、ガラス又は水晶から成る平面視で長方形状又は正方形状の第１基板２０及び第１基板と同様の部材から成る同じく平面視で長方形状又は正方形状の第２基板３０を備えている。第１基板２０及び第２基板３０の平面形状は、後述するキャスタレーションの部分を除いてほぼ同じとしてある。第１基板２０及び第２基板３０は、第１基板の第２面５０（図２（Ｂ）参照）と第２基板３０の第１面１６０（図３（Ａ）参照）とが接合されており、この接合界面には、第１基板２０及び第２基板３０の双方側又は一方側に凹んでいる、少なくとも１個の、典型的には平面形状が四角形であって、所定深さの矩形状の凹部１００が設けられ、この凹部１００内に水晶発振器の入力側コンデンサ及び出力側コンデンサとして使用される、２つの、例えばチップコンデンサ１１０を内蔵してあることを特徴とする。
なお、図１（Ｂ）では、一例として、第１基板２０側のみに凹んでいる２個の凹部１００を図示している。しかし、凹部１００は、第２基板３０側に凹ませて設ける場合があっても良く、また、第１基板２０及び第２基板３０それぞれの側に分担して凹部を設ける場合があっても良い。また、凹部の個数を１つとし、その中に２つのコンデンサを設ける場合があっても良い。

第２基板３０の第１面１６０の、凹部１００に対応する箇所に、コンデンサ搭載用の実装パッド１４０（図３（Ａ）参照）が設けられている。このように第２基板３０の第１面１６０に実装パッド１４０を設ける方が、配線が容易であり、然も、コンデンサの実装も容易である。しかし、凹部１００の内部に、コンデンサ搭載用の実装パッド１４０を設ける場合があっても良い。コンデンサ実装パッドは金属間接合の金属膜の一部を利用してもよい。

このように、コンデンサを内蔵しているため、コンデンサを実装するための実装面積を削減でき、電子機器の小型化の促進を実現できる。
また第１基板２０及び第２基板３０はガラス及び水晶部材で構成されているため、フォトリソグラフィ技術によって加工が可能であり、比較的高い精度で加工ができ、かつ、いずれも材料費として比較的安価なため、コストの削減を実現できる。

次に、第１基板２０、第２基板３０等の各構成成分の詳細な構成について説明する。
まず、図２（Ａ）は、第１基板の第１面の概要を示した平面図である。また、図２（Ｂ）は、第１基板の第２面の概要を示した平面透視図である。
第１基板２０の第１面４０は、任意好適な金属膜、例えば、クロム膜と金膜との積層膜等で構成される水晶片搭載用のパッド６０を具えている。また、第１面４０とは反対面である第２面５０は、前記２つのコンデンサをそれぞれ内蔵するための２個の凹部１００と、アース端子と配線されるアース用金属膜部１２０ａと、発振端子と配線される発振用金属膜部１２０ｂと、アース用金属膜部１２０ａ及び発振用金属膜部１２０ｂを電気的に絶縁する絶縁部１３０と、を具えている。絶縁部１３０は、実際は、第１基板２０の第２面５０の絶縁部１３０を構成する部分の金属膜を除去することで実現してある。
水晶片搭載用のパッド６０は、発振用金属膜部１２０ｂに、第１基板２０に設けたビアホール７０ａ及びビアホール配線７０ｂによって、それぞれ配線されている。ビアホール７０ａ及びビアホール配線７０ｂは、例えばフォトリソグラフィ技術、エッチング技術及び成膜技術を用いて形成できる。ビアホール配線７０ｂの構成材料は、例えば、水晶片搭載用のパッド６０と同様の材料で構成できる。

次に、図３（Ａ）は、第２基板の第１面の概要を示した平面図である。また、図３（Ｂ）は、第２基板の第２面の概要を示した平面透視図である。
第２基板３０の第１面１６０は、アース用金属膜部１８０ａと、発振用金属膜部１８０ｂと、アース用金属膜部１８０ａ及び発振用金属膜部１８０ｂを電気的に絶縁する絶縁部１９０と、を具えている。これらアース用金属膜部１８０ａ、発振用金属膜部１８０ｂ及び絶縁部１９０各々は、第１基板２０の第２面５０に設けられたアース用金属膜部１２０ａ、発振用金属膜部１２０ｂ及び絶縁部１３０とそれぞれ対応する配置となっている。アース用金属膜部１８０ａと、発振用金属膜部１８０ｂとは、任意好適な金属膜例えばクロム膜とこの上に積層された金膜との積層膜で構成してある。したがって、これらの金属膜を利用して第１基板２０及び第２基板３０の金属間接合を実現できる。
また、第２基板の第１面１６０とは反対面である第２面１７０は、アース又は発振用である、外部接続端子９０ａ及び９０ｂを具えている。

第２基板３０の第１面１６０の、第１基板の第２面５０に設けられた２つの凹部１００に対応した場所であって、コンデンサの端子に対応した場所に、２つのコンデンサ１１０を実装する実装パッド１４０をそれぞれ設けてある。そして、これら実装パッド１４０により、それぞれのコンデンサ１１０は、一方をアース用金属膜部１８０ａに、他方を発振用金属膜部１８０ｂに接続される。

また、第２基板３０の第１面１６０に設けられたアース用金属膜部１８０ａは、第２基板の第２面１７０に設けられた外部接続端子９０ａと、キャスタレーション配線１５０によって、接続されており、第２基板３０の第１面１６０に設けられた発振用金属膜部１８０ｂは、第２基板３０の第２面１７０に設けられた外部接続端子９０ｂに、キャスタレーション配線１５０によって、それぞれ接続されている。キャスタレーション配線１５０は、第２基板３０に切欠き部を作り、前記切欠き部に、金属膜部１８０ａ、１８０ｂと同様の材料を成膜することで形成できる。

これら第１基板２０及び第２基板３０は、前述した通り、第１基板２０の第２面５０と第２基板３０の前記第１面１６０とが接合され、前記ベース１０を構成する。この接合は、第１基板のアース用金属膜部１２０ａ及び発振用金属膜部１２０ｂと、第２基板のアース用金属膜部１８０ａ及び発振用金属膜部１８０ｂとによる金属間接合によって行ってある。金属間接合によって、ビア配線部が金属で密封されるため、ビア配線によって生じる気密性低下の問題は生じないという利点がある。上記の各金属膜部を構成する金属膜として、これに限られないが、基板から順に積層した、クロム膜と金膜との積層膜を用いるのが好ましい。
また、上記の通り、第２基板３０の第１面に設けられた金属膜部１８０ａ及び１８０ｂと、外部接続端子９０ａ及び９０ｂを、キャスタレーション配線１５０によって接続してあるので、第２基板３０にビアホールが無い構造となるため、この点からも、ビア配線によって生じる気密性低下の問題は生じないという利点がある。

また、この実施形態の場合、第１基板２０の第１面４０は、縁部に沿って蓋部材接合用のメタライズパタン８０を具える構造となっている。後述するように、キャップ状の蓋部材２３０（図４参照）を接合するためである。

なお、第１基板２０の第１面４０は、縁部に沿って土手部２７０を具え、土手部で囲われる領域が水晶片を搭載するキャビティ構造となっていてもよい。後に図５を用いて説明するが、第２実施形態の水晶振動子２５０を構成できるからである。

２．水晶振動子
次に、実施形態のベース１０を用いた水晶振動子について説明をする。
図４（Ａ）は、本発明の第１実施形態の水晶振動子２１０の概要を示した斜視図である。また、図４（Ｂ）は、（Ａ）図中のＣ－Ｃ断面図である。
本発明の第１実施形態の水晶振動子２１０は、第１基板２１の第１面４１の縁部に沿って、蓋部材接合用のメタライズパタン８１を具えるベース１０と、前記ベース１０の実装パッド６１に搭載される水晶片２２０と、水晶片２２０を封止する凹部２４０を具えた蓋部材２３０と、を具えることを特徴とする。

図５（Ａ）は、本発明の第２実施形態の水晶振動子２５０の概要を示した斜視図である。また、図５（Ｂ）は、（Ａ）図中Ｂ－Ｂ断面図である。
本発明の第２実施形態の水晶振動子２５０は、第１基板２２の第１面４２が縁部に沿って土手部２７０を具え、前記土手部で囲われる凹部２６０が水晶片２２１を搭載するキャビティとなっているベース１０と、前記ベース１０の実装パッド６２に搭載される水晶片２２１と、水晶片を封止するリッド２８０と、を具えることを特徴とする。

これら第１、第２実施形態の水晶振動子は、それぞれの実施形態に合わせたベースを具えており、これらベースはコンデンサを内蔵しているため、コンデンサを実装するための実装面積を削減でき、かつ、ベースはガラス及び水晶部材で構成されているため、フォトリソグラフィ技術によって加工が可能であり、比較的高い精度で加工ができ、かつ、いずれも材料費として比較的安価なため、コストの削減を実現できる。

１０：本発明の実施形態のベース ２０：第１基板
２１：本発明の第１実施形態の水晶振動子に用いられるベースを構成する第１基板
２２：本発明の第２実施形態の水晶振動子に用いられるベースを構成する第１基板
３０：第２基板
３１：本発明の第１実施形態の水晶振動子に用いられるベースを構成する第２基板
３２：本発明の第２実施形態の水晶振動子に用いられるベースを構成する第２基板
４０、４１、４２：第１基板の第１面
５０：第１基板の第２面
６０、６１、６２：水晶片搭載用の実装パッド
７０ａ、７１ａ、７２ａ：ビアホール
７０ｂ、７１ｂ、７２ｂ：ビアホール配線
８０、８１、８２：メタライズパタン
９０（ａ、ｂ）９１（ａ、ｂ）、９２（ａ、ｂ）：外部接続端子
１００、１０１、１０２：凹部
１１０、１１１、１１２：入力又は出力側用コンデンサ
１２０（ａ、ｂ）：第１基板の第２面の金属膜部
１３０：第１基板の第２面の絶縁部
１４０、１４１、１４２、：コンデンサ搭載用の実装パッド
１５０、１５１、１５２、：キャスタレーション配線
１６０：第２基板の第１面 １７０：第２基板の第２面
１８０（ａ、ｂ）：第２基板の第１面の金属膜部
１９０：第２基板の第１面の絶縁部 ２００：第２基板の第２面の絶縁部
２１０：本発明の第１実施形態の水晶振動子
２２０：水晶片 ２２１：水晶片
２３０：蓋部材 ２４０：蓋部材の凹部
２５０：本発明の第２実施形態の水晶振動子
２６０：第２実施形態の水晶振動子に用いられるベースを構成する第１基板の凹部
２７０：土手部 ２８０：リッド

Claims (5)

1. 水晶振動子用のベースであって、ガラス又は水晶から成る第１基板と、前記第１基板の第１面に設けられ水晶片を搭載するパッドと、前記第１基板と同様な素材から成り、前記第１基板に前記第１面とは反対面である第２面で接合する第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板内に設けられ前記第１基板と前記第２基板の接合界面から前記第１基板及び第２基板の双方側又は一方側に所定深さで凹んでいる少なくとも１個の凹部と、前記凹部内に設けられ、水晶発振器の入力側コンデンサ及び出力側コンデンサとして使用され、当該ベースに内蔵してある２つのコンデンサと、前記第２基板の前記第１基板とは反対面である第２面に設けられ当該ベースを外部機器と接続する外部接続端子と、前記パッド、前記外部接続端子及び前記２つのコンデンサを接続している配線と、を具えたベースであって、
   前記第１基板と前記第２基板とは金属間接合によって接合してあり、
   前記凹部は前記接合界面から前記第１基板側のみに凹んで設けてあり、
   前記コンデンサを搭載するための実装パッドは前記第２基板の前記第１基板側の面である第１面に設けてあり、かつ、前記実装パッドは前記金属間接合用の金属膜の一部で構成してあることを特徴とするベース。
2. 前記パッドと前記２つのコンデンサとは、前記第１基板に設けたビア配線及び前記金属間接合に使用している金属膜によって接続してあり、
   前記パッドと前記外部接続端子とは前記ビア配線、前記金属間接合に使用している金属膜及びキャスタレーション配線によって接続してあり、
   前記ビア配線は、前記金属間接合用の金属膜によって密封されていることを特徴とする請求項１に記載のベース。
3. 前記第１基板の前記第１面の縁部に沿って蓋部材接合用のメタライズパタンを具えることを特徴とする請求項１又は２に記載のベース。
4. 前記第１基板の前記第１面の縁部に沿って土手部を具え、前記土手部で囲われる領域が水晶片を搭載するキャビティとなっていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のベース。
5. 請求項１～４のいずれかに記載のベースと、
   前記パッドに固定された水晶片と、
   前記ベースに接合され前記水晶片を封止する蓋部材と、
   を具えたことを特徴とする水晶振動子。