JPH04298109A - 圧電振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水晶振動子等の薄型の
圧電振動子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電振動子の例として水晶振動子
の例を図３の断面図により説明する。リードフレーム２
６に水晶発振片２２を搭載し、セラミック等の上、下の
ケース部材２３、２４に、リードフレーム２６をはさん
で、低融点ガラス２５によって封止して水晶振動子を構
成していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の圧電振
動子によれば、封止構造に低融点ガラスの溶融構造を用
いているため、封止時に低融点ガラスから、多量のガス
発生があり、封止した容器内にガスが充満する結果、内
蔵した圧電発振片の電極膜が酸化等の化学変化をおこし
、発振周波数の経年変化を生じる。

【０００４】また低融点ガラスで封止を行なうために低
融点ガラスの塗布工程及び、微妙な低融点ガラスの溶融
コントロールを、正確に行なわねばならず、製造コスト
が高くなる。

【０００５】また、低融点ガラス封止を確実に行なうた
めに、接着面積を大きくすると共に低融点ガラスの量を
ある程度、多く使わねばならず、必然的にパッケージの
面積が大きく、厚みも厚くなる。

【０００６】本発明は以上の課題を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、経年変化が少な
く、小型特に超薄型の圧電振動子を低コストで提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電振動子は、
圧電発振片を収容する凹部を有し、凹部により残る周状
壁の内壁に、圧電発振片の端部を収容する切欠きを有す
る基板に、圧電発振片を切欠きに嵌合固着されることを
特徴とする。

【０００８】また、封止構造に陽極接合法を用いること
を特徴とする。

【０００９】また、基板がシリコン単結晶で構成される
ことを特徴とする。

【００１０】また、シリコンの表面から対向面に設けら
れる外部電極間の導通取り構造に、シリコン自体への不
純物拡散による導電性の拡散層を用いたことを特徴とす
る。

【００１１】更に、封止する蓋にも、圧電発振片を収容
する凹部を有し、前記凹部により残る周状壁の内壁に、
圧電発振片の端部を収容する切欠きを有することを特徴
とする。

【００１２】

【実施例】本発明の圧電振動子の実施例を水晶振動子を
例として、図１により説明する。図１は組立斜視図であ
って、１は基板であり、ガラス、セラミック等を、エッ
チング加工、プレス加工、更には焼成前の成型加工等に
より、矩形状ＡＴ型の水晶発振片２を収容する凹部３を
有し、更に凹部３を取り去ったことでできた周状壁４の
短辺側の内壁に、水晶発振片２の端部を嵌合収容する切
欠き５を有する。切欠き５は水晶発振片２が基板１の凹
部３と接触するのを防ぐため、凹部３より浅く設けられ
ている。水晶発振片２には表裏に励振電極６、６′が設
けられており、端部の片面に設けられた接続電極７、７
′に接続されている。接続電極７、７′は、表裏面にま
わし込んで設けておくと組立の際に水晶発振片２の表裏
の方向性を気にしなくて良い。

【００１３】基板１には裏面の対向する側に外部電極８
、８′が設けられている。切欠き５には水晶発振片２の
接続電極７、７′に対応する位置に固定電極９、９′が
設けられており、外部電極８、８′と接続されている。 接続方法は、ガラス基板の場合は、基板１に穴１０、１
０′をあけ、メタライズ処理等によりいわゆるスルーホ
ールを形成し、穴１０、１０′と固定電極間は蒸着、ス
パッタ、印刷等の方法で導通ルート１１を作り、接続す
ると良い。

【００１４】セラミック基板の場合には、焼成時に導電
材料を必要な位置に先に形成しておくことにより、簡単
に接続することが可能となる。

【００１５】更に、基板に単結晶シリコンを用いた場合
には、外部電極と固定電極の接続に、シリコン中に不純
物を拡散させ、導電性の拡散層を先のガラス基板のスル
ーホールを設けたように設け、その拡散層を介して行な
っても良い。

【００１６】なお、以上の説明における、ガラス基板に
おけるスルーホール、セラミック基板における導電部、
更にシリコン基板における拡散層を設ける位置について
は、以上の例の位置に限定されるものでなく、外部電極
のいづれの位置もしくは、外部電極上からはずれる、基
板中央部であっても、２つの接続部がショートしない位
置にあるならば、任意の位置に設けてもよい。そして外
部電極側及び、固定電極側、それぞれを、接続すれば良
い。

【００１７】以上のとおり、導通処理された基板１の切
欠き５に水晶発振片２を、導電性の接着剤、ＡｕＳｎ、
ＰｂＳｎ等の半田等により接続電極７、７′と固定電極
８、８′間を導通固着する。

【００１８】この状態で、水晶発振片２の励振電極６、
６′上に金属等を蒸着等により付加するか、エキシマレ
ーザー等により励振電極６、６′自体をトリミングし、
質量を減らすことで水晶発振片２の発振周波数調整を行
なう。

【００１９】その後、平板状の蓋１２を基板１の周状壁
４に貼りつけて、気密封止を行ない、水晶振動子を完成
させる。

【００２０】この封止の方法は、基板１の材質によって
、いろいろな方法があるので以下に説明する。

【００２１】最初は基板１がガラスの場合である。この
場合は、蓋１２にも同種のガラスを用い、両者を密着さ
せた状態で互いに加熱溶融する方法が考えられ、具体的
には全体を加熱すると、水晶発振片が劣化する可能性が
あるので、周状壁付近をレーザーにより加熱して、部分
的に溶融して固着するのが良い。

【００２２】なおレーザーの種類によっては、ガラスを
つらぬいて、発熱しない場合があるので、必要により、
基板１か蓋１２のどちらか一方または両方に、金属を薄
く、蒸着等の方法でメタライズしておき、この部分を加
熱時のトリガー部として、溶融すると良い。

【００２３】ガラス基板の他の例は、基板１及び蓋１２
に、金属を蒸着等でメタライズし、どちらか一方もしく
は両方にＡｕＳｎ、またはＰｂＳｎ等の半田を同じく蒸
着もしくはメッキ等の方法で設けておき、溶融封止する
ことである。

【００２４】更には、低融点ガラスを使って封止するこ
ともできる。以上の半田や低融点ガラスで封止する際の
蓋１２の材質はガラス以外に、金属やセラミックでも熱
膨張率が近ければ使用できる。

【００２５】次に基板１がセラミックの場合には、１例
として、基板１及びセラミック蓋１２にメタライズして
、ＡｕＳｎまたはＰｂＳｎ等の半田を用いて溶融封止す
る方法がある。

【００２６】また、先のガラス基板の際に用いた低融点
ガラスで封止する方法も利用できる。蓋１２の材質は熱
膨張率が近ければ金属やガラスでもかまわない。

【００２７】最後に基板１が単結晶シリコンで構成され
る場合には、以下の陽極接合法により封止することが可
能となる。

【００２８】蓋１２がガラス、一例としてパイレックス
ガラス（コーニング社＃７７４０等）である場合は、両
者を当接して、５００Ｖの電圧を印加し、２００℃〜６
００℃に加熱すると、容易に接合され、気密封止が行な
える。

【００２９】また必要によりシリコンの基板１上にＳｉ
Ｏ２　膜を２０００Å以下、基板１の単品状態の際に形
成しておき、気密封止してもよい。

【００３０】なお、水晶発振片２の固定を確実とするこ
と及び、蓋１２と水晶発振片２とのクリアランスを確保
するために図１に示すスペーサー１３を用いて、位置決
め固定すると良い。

【００３１】切欠き５の深さ寸法は、水晶発振片２とス
ペーサー１３の厚みから厳密に設定しておくと、水晶発
振片２が基板１の底面と平行に配置され、しかも確実に
固定され、水晶振動子の製造時のロットバラツキが低減
し、かつ高品質となる。

【００３２】また、切欠き５の側面（巾寸法）により、
水晶発振片２の巾方向の位置決めがされ、水晶発振片２
は、基板１中に、それらの長さ方向の中心を一致させて
固定される。

【００３３】以上、水晶発振片２をパッケージ（基板１
と蓋１２を含む）中に正確に位置出しを行なうことが可
能となるため、必要クリアランスを余分にとる必要がな
く、水晶発振片２の厚さ方向、巾方向、及び長さ方向の
それぞれパッケージ内壁との距離を最小クリアランスと
することができ、なお更に、水晶発振片２の支持に特別
なバネ材を用いることから、最小寸法の小型な水晶振動
子が実現できる。

【００３４】とりわけ厚さ方向に関しては、１６［ＭＨ
ｚ］の矩形状ＡＴ水晶発振片を例にとると、厚さが０．
１［ｍｍ］であり、基板厚さ及び蓋の厚さを、それぞれ
０．１［ｍｍ］とし、それぞれのクリアランスを０．０
５〜０．１［ｍｍ］とすると総厚が０．３〜０．５［ｍ
ｍ］の大変薄い水晶振動子が実現でき、ＩＣカード等の
超薄型の製品への利用が期待される。

【００３５】また蓋１２にガラス等、レーザー光線等を
透過する素材を用いると、気密封止した後での水晶発振
片の発振周波数調整が行なえるため、どうしても封止時
に発生する、発振周波数のシフトを補正することができ
る。

【００３６】なお、微妙な発振周波数調整を製品在庫中
には保留としておき、送品ユーザーが決定し、出荷する
直前で発振周波数調整を行なうようにすると、既発振周
波数調整して水晶振動子を幾種類もストックしておくム
ダがなくなり、製品の管理上都合が良い。

【００３７】また、本実施例では、図面中に１のみ説明
してあるが、基板１及び、蓋１２とも、複数個を枠にと
りつけた形状に、フォトリソグラフィ工程を利用して、
相互に同位置関係に形成して、バッチ処理にて作製する
ことが可能であり、量産性を高めることができる。なお
水晶発振片２の組込みも、切欠き５が、水晶発振片２の
端部を嵌合収容するようになっており、位置出しが短時
間にでき、組込み工数が少なく、量産に優れている。以
上のように、部品点数が少なく、シンプルな構成である
から、本実施例の水晶振動子は、低コストで、高品質と
なりうる。

【００３８】以上の実施例において、水晶発振片２のみ
、バッチで組込むことが、できなかったが、以下に、水
晶発振片までも、バッチ処理で組込むことのできる、本
発明の圧電振動子の応用例について説明する。

【００３９】本発明の応用例を水晶振動子を例として図
２の組立斜視図により説明する。先の実施例において、
周状壁の短片側の内壁に水晶発振片の厚み以上の深さの
切欠きが設けられた例を示したが、本例では、切欠き１
５の深さを水晶発振片の厚み以下（図２では１／２であ
る。）とし、蓋１６にも、基板１７と同様に凹部１４と
切欠き１６を設けておき、水晶発振片１８を基板１７と
蓋１６ではさみ込んで固着している例を示す。本例によ
れば、水晶発振片１８を基板１７に固定する際に、水晶
発振片１８を枠１９に接続する接続部２０もしくは必要
により枠１９自体をもハーフエッチングにより、肉薄に
しておくことで、切欠き１５外の周状壁２１を容易に乗
り越えることができ、基板１７及び水晶発振片１８をバ
ッチ処理により加工することが可能となり、それぞれの
位置精度を、フォトエッチング加工精度で確保すること
が可能となり、組立時の位置合わせを必要とせず、しか
も複数個同時に加工することが可能となり、高精度かつ
、低コストに、水晶振動子を加工することができる。 水晶発振片１８を固着後、接続部２０をレーザー加工も
しくは、単純に機械加工で折り取ること等で除去し、水
晶発振片１８の発振周波数調整後蓋１６を複数バッチ処
理にて、かぶせ、先の実施例と同様な方法で気密封止を
行なう。

【００４０】なお、本例の外部電極及び、水晶発振片か
らの導通とりに関しては、先の実施例と、同様に構成さ
れている。本応用例においては、組込みの際に水晶発振
片１８が、枠１９に固定されたまま、行なうことが可能
となるので、支持の際に水晶発振片１８が、基板１７に
並行に配置することがより、簡単に行なえ、特に水晶発
振片１８と基板１７の厚さ方向の位置出しができ、両者
のクリアランスが不足した際に発生する、衝撃が加わっ
た際に水晶発振片１８が折れてしまい発振不能となる最
悪のトラブルを防止することができる。

【００４１】本例では、基板１７と同様に蓋１６にも凹
部１４と切欠き１６を形成する点で、蓋のコストアップ
になるが、水晶発振片１８の組込みまでが、バッチ処理
できるため、組込み工数は、こちらのほうが低くなるの
で、それぞれに一長一短があり、実施の際は、そのあた
りを考慮して、いずれかを選択すると良い。

【００４２】本実施例も、外形寸法については、先の実
施例と同様に、大変、小型な水晶振動子が得られる。

【００４３】いずれにしろ、周状壁に設けた切欠きの寸
法を、水晶発振片と嵌合する寸法としたことで、本発明
の圧電振動子は、高品質で、超小型、更に低コストを実
現することができる。

【００４４】以上、本発明の圧電振動子の実施例を、水
晶発振片を例として説明してきたが、水晶発振片として
は、矩形状ＡＴ水晶発振片を筆頭に、音叉型、もしくは
周状枠を有する縦振動型、更にはＧＴ等の輪郭振動型、
更にはＳＡＷ共振動子等の弾性表面波型等の各種振動子
でも実施可能であり、更には、材質としても、水晶ばか
りでなく、セラミック、ＬｉＴａＯ３　、ＬｉＮｂＯ３
　等の他の素材を用いた圧電発振片にても、実施が可能
である。

【００４５】

【発明の効果】以上に示す本発明の圧電振動子によれば
、導通とり部分が気密封止部分にないので、機密封止構
造が、単純となり、信頼性の高い封止が得られ、高品位
の圧電振動子が得られる。

【００４６】また、気密封止部分は、全周共に同じ条件
であり、先の効果をあげる点に、大きく寄与している。

【００４７】また、圧電発振片を、周状枠に設けた圧電
発振片に嵌合する切欠き状に固着する構成であるので、
固着に際して、特別なスペースを必要としないので、小
型、特に外形が小さくなり、更には、切欠き部に、圧電
発振片を片持支持し、他に複雑なバネ材等を必要としな
いので、厚みが極端に薄くできる。しかも片持ち支持で
あるから、周囲の温度変化に際しても、両持支持のよう
な、応力が加わることもなく、圧電発振片の有する、素
直な温度特性がそのまま、現れる、優れた圧電振動子が
得られる。

【００４８】また、バッチ処理で組立てることが可能で
あり、量産化に適合し、更に低コストな圧電振動子が提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電振動子の一実施例を示す組立斜視
図。

【図２】本発明の圧電振動子の応用例を示す組立斜視図
。

【図３】従来の圧電振動子の一実施例を示す図。

【符号の説明】

１、１７　　基板 ２、１８、２２　　水晶発振片 ３、１４　　凹部 ４、２１　　周状壁 ５、１５、１６　　切欠き ６、６′　　励振電極 ７、７′　　接続電極 ８、８′　　外部電極 ９、９′　　固定電極 １０、１０′　　穴 １１　　導通ルート １２、１６　　蓋 １３　　スペーサー １９　　枠 ２０　　接続部 ２３、２４　　ケース部材 ２５　　低融点ガラス ２６　　リードフレーム

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電発振片を収容する凹部を有し、前記凹
   部により残る周状壁の内壁に、前記圧電発振片の端部に
   嵌合する切欠きを有する基板に、前記圧電発振片を前記
   切欠きに嵌合固着されることを特徴とする圧電振動子。
2. 【請求項２】基板の封止構造が陽極接合法を用いること
   を特徴とする請求項１記載の圧電振動子。
3. 【請求項３】基板がシリコン単結晶で構成されることを
   特徴とする請求項１記載の圧電振動子。
4. 【請求項４】シリコンの表面から対向面に設けられる外
   部電極間の導通取り構造に、シリコン自体への不純物拡
   散による導電性の拡散層を用いたことを特徴とする請求
   項３記載の圧電振動子。
5. 【請求項５】封止する蓋にも、圧電発振片を収容する凹
   部を有し、前記凹部により残る周状壁の内壁に、前記圧
   電発振片の端部を収容する切欠きを有することを特徴と
   する請求項１記載の圧電振動子。