JPH04354411A - 水晶振動子およびその封止方法 - 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、水晶片を真空もしくは
不活性ガスの雰囲気に収納するために必要な水晶振動子
の構成と、封止方法とに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、水晶片を収納する容器の封止方法
は、水晶片を支持固定する支持部材と蓋との隙間部にハ
ンダを介在させて圧入する方法、支持部材と蓋とを抵抗
溶接する方法、支持部材と蓋の隙間部に無酸素銅を介在
させ冷間圧接する方法、支持部材と蓋とを低融点ガラス
にて接合する方法などがある。以下図面を用いて従来の
主な封止方法を説明する。

【０００３】図５はハンダが介在する圧入法を説明する
ための図面であり、図６は抵抗溶接法を説明するための
図面であり、図７は低融点ガラス接合法を説明するため
の図面であり、それぞれ水晶振動子を容器に収納した状
態を示す断面図である。以下図５、図６、図７を用いて
説明する。

【０００４】図５は主に音叉型振動子に適用する封止方
法である。支持部材１１に水晶片１３を接合材１７にて
固定する。その後、ハンダからなる蓋ハンダ膜１５ａを
形成した金属材料からなる蓋１５を、ハンダからなる支
持部材ハンダ膜１１ａを形成した支持部材１１に真空中
にて圧入し封止を行う。したがって、支持部材１１と蓋
１５との間には、低融点金属であるハンダが介在する。

【０００５】図６は主に高周波水晶振動子に適用する封
止方法である。支持部材２１に水晶片１９を支持固定す
る。その後、支持部材２１の支持部材つば部２１ａと、
金属材料からなる蓋２３の蓋つば部２３ａとを上電極２
５と下電極２７にて挟み、不活性ガス雰囲気中にて、上
電極２５と下電極２７とに通電して、支持部材つば部２
１ａと蓋つば部２３ａとを溶接し封止を行う。

【０００６】図７は低融点ガラスを用いて封止する方法
であり、フラット型容器内に水晶片３３を収納している
。支持部材２９の引出し電極３９上に、接合材３１にて
水晶片３３を固定する。その後、蓋３５と支持部材２９
とを低融点ガラス３７により、不活性ガス雰囲気中、あ
るいは真空中にて接合し封止を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、水晶振動子を用
いる電子機器類の多くは基板に水晶振動子を含む電子部
品を実装する場合、自動挿入機を用いる。その場合、ハ
ンダが形成された基板に電子部品を挿入後、ハンダをリ
フロー炉で溶融させ、基板に電子部品をハンダ付けして
いる。

【０００８】この自動挿入機を用いた実装の場合、電子
部品には、電子機器の軽薄短小化と自動挿入の容易性と
から、電子部品を薄型化、小型化した表面実装用素子（
以下ＳＭＤと記す）が求められる。さらにまた、リフロ
ー炉に電子部品搭載した基板を通過させることから、リ
フロー時のハンダが溶融する温度、たとえば２６０℃に
３０秒間耐える性能を具備することがＳＭＤに要求され
る。

【０００９】しかしながら、現在の水晶振動子では前記
の要求である薄型化、小型化、高耐熱性を兼ね備えるに
は、以下に記載する点で無理がある。

【００１０】水晶片を支持固定する支持部材と蓋とを、
ハンダを介在させて圧入する、図５を用いて説明した方
法では、水晶振動子の小型化は可能である。しかしなが
ら、支持部材と蓋との間には、低融点金属であるハンダ
が介在することから、リフロー温度の２６０℃に耐えな
いという欠点を有する。

【００１１】図６を用いて説明した抵抗溶接法では、耐
熱性は問題ないが、支持部材と蓋とを溶接するために、
支持部材と蓋とにはそれぞれ支持部材つば部と蓋つば部
とを有する。したがって、水晶振動子の大きさは、この
支持部材つば部と蓋つば部の領域で大きくなり、水晶振
動子の小型化、薄型化が困難である。

【００１２】図示はしていないが、冷間圧接法は、図６
を用いて説明した抵抗溶接法とほぼ同様の方法で封止を
行う。支持部材つば部と蓋つば部との双方に無酸素銅を
形成し、その後、無酸素銅同士を機械的に圧着接合し、
封止している。したがって冷間圧接法は、抵抗溶接法と
同様に、支持部材と蓋とにそれぞれ支持部材つば部と蓋
つば部とを設けるため、水晶振動子の小型化は困難であ
る。

【００１３】図７に示す低融点ガラスを用いた封止方法
では、この低融点ガラスの溶融温度が４５０℃前後と高
温のため、水晶片の接合材や支持部材から放出されるガ
スにより、水晶振動子容器内のガス圧の増加が発生し、
さらに水晶片に形成した電極材料の劣化が発生し、水晶
振動子の特性が劣化するという課題がある。

【００１４】本発明の目的は、上記課題を解決し、水晶
片を支持固定する支持部材と蓋とを低温にて封止し、さ
らに小型化、薄型化が可能な水晶振動子の構造と封止方
法とを提供し、さらにそのうえ水晶振動子のＳＭＤ化を
図ることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明においては、下記記載の構成と方法とを採用する
。

【００１６】本発明の水晶振動子の構造は、水晶片を支
持固定する支持部材と、この支持部材に固定する蓋と、
支持部材と蓋とを固定する外周部に気密封止が可能な厚
膜もしくは薄膜からなる封止膜とを有する。

【００１７】本発明の水晶振動子の封止方法は、水晶片
を支持する支持部材と蓋とを固定し真空装置内に配置し
、その後この真空装置内の圧力を所定圧力にし、その後
支持部材と蓋とを固定した外周部に封止膜を形成する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明による実施例を図面を基に説明
する。図１は本発明における水晶振動子の構成を示す断
面図である。接合材４７を用いて水晶片４５を支持する
支持部材４１と、この支持部材４１に固定する蓋４３と
、支持部材４１と蓋４３とを固定する外周部に封止膜４
９を設ける。この支持部材４１と蓋４３との外周部に設
ける封止膜４９により、支持部材４１と蓋４３との封止
を行う。

【００１９】水晶片４５を支持部材４１に接合材４７に
て固定し、金属材料からなる蓋４３を圧入する。このよ
うに、支持部材４１に蓋４３を圧入しても、支持部材４
１と蓋４３とには、ハンダ等の低融点金属は形成してい
ないため、水晶振動子の容器は、気密封止はされない。 したがって、支持部材４１と蓋４３とを固定した外周部
のＡ部より、気体は水晶振動子の容器の内外を通過する
状態となっている。

【００２０】しかる後、真空装置の中に支持部材４１と
蓋４３とを配置し、たとえばニッケル（Ｎｉ）を真空蒸
着法で形成する。真空装置内で溶融したＮｉは微粒子状
態で水晶振動子の容器に飛散し、時間と共に支持部材４
１と蓋４３との外周部に積層して、封止膜４９が支持部
材４１と蓋４３との外周部に厚膜もしくは薄膜状態で形
成される。支持部材４１と蓋４３とは円筒型であるので
、気体の通過する外周部のＡ部はこの封止膜４９によっ
て気体の通過が遮断され、支持部材４１と蓋４３との封
止が可能となる。従来はハンダを介在させて支持部材４
１と蓋４３とを封止していたが、本発明では高い融点の
材料を封止膜４９としているので、耐熱性の良好な水晶
振動子が得られる。

【００２１】この封止膜４９の膜厚は、封止、および支
持部材４１と蓋４３との固定を兼ねるため、完成後の機
械的強度を維持するには最低数ミクロンから数十ミクロ
ンの膜厚が必要である。

【００２２】この封止膜４９としては、Ｎｉを例にして
説明したが、窒化チタン（ＴｉＮ）や、炭化チタン（Ｔ
ｉＣ）や、酸化シリコン（ＳｉＯ２　）や、酸化アルミ
ニウム（Ａｌ２　Ｏ３　）、ダイヤモンドライクカーボ
ン等の材料も適用することが可能であり、気密性が維持
できれば上記以外の材料でも使用可能である。すなわち
封止膜４９は単一金属膜だけでなく、合金膜や窒化膜や
炭化膜や酸化膜も使用できる。

【００２３】支持部材４１と蓋４３とに対して封止膜４
９の密着性が悪い場合、封止膜４９の下層に密着性向上
膜を形成する。封止膜４９が前記のＮｉの場合、封止膜
４９の下層に形成する密着性向上膜としてクロム（Ｃｒ
）を用いれば、封止膜４９の密着性は向上する。このよ
うに封止膜４９の密着性向上のために、封止膜４９の下
地膜を形成することも可能である。

【００２４】また、封止膜４９の上層にさらに、図１に
示すように、保護膜５１を形成しても良い。この保護膜
５１を封止膜４９上に形成すると、たとえば、封止膜４
９がＮｉの場合、保護膜５１としてＳｉＯ２　や、Ａｌ
２Ｏ３　を形成し、２層構造とすれば、保護膜５１によ
って耐熱性の向上や、さらに表面実装時において水晶振
動子の不要部分へのハンダの付着を防止することが可能
となる。

【００２５】上記の説明のように封止膜４９は一層で構
成するだけでなく、異なる材料を複数層形成して、水晶
振動子の性能を向上させることができる。

【００２６】図２は本発明を、図６に示す、従来の抵抗
溶接法のつば部を有する構造の高周波水晶振動子に応用
したものである。図１を用いて説明した構造と同様に、
水晶片５５を支持固定した支持部材５３と蓋５７とを固
定した外周部に、Ｎｉからなる封止膜５９を設ける。こ
の封止膜５９により、支持部材５３と蓋５７との封止を
行う。したがって、従来の抵抗溶接法や冷間圧接法で必
要であったつば部が不要となる。

【００２７】支持部材５３に水晶片５５を支持し、蓋５
７を支持部材５３に圧入する。この時、蓋５７を支持部
材５３に圧入しても、支持部材５３と蓋５７とにはハン
ダを形成していないため、水晶振動子の容器の内外を気
体は通過する。その後、図１を用いて説明したように、
真空装置を用いて封止膜５９を形成して、支持部材５３
と蓋５７との封止を行う。

【００２８】従来の冷間圧接法や抵抗溶接法と異なり、
本発明では、従来封止のために必要であったつば部が不
要となり、水晶振動子の小型化が達成できる。さらに図
１を用いて説明したように、図２を用いて説明した水晶
振動子の構造においても、高い融点の材料を封止膜５９
としているので、耐熱性の良好な水晶振動子が得られる
。

【００２９】図３は本発明による水晶振動子をＳＭＤ対
応として、フラット型容器に応用した水晶振動子を示す
断面図である。凹部を有するセラミックスからなる支持
部材６１上に、接合材６５にて水晶片６３を支持固定す
る。その後支持部材６１上にセラミックスからなる蓋６
９を配置後、真空装置を用い真空蒸着法にて封止膜７１
を形成して、支持部材６１と蓋６９とを封止したもので
ある。

【００３０】図３に示すフラット型容器の水晶振動子の
封止膜７１の材料には、ＳｉＯ２　、もしくはＡｌ２　
Ｏ３　膜を用いる。ＳｉＯ２　などの絶縁膜を封止膜７
１として用いる理由としては、支持部材６１に形成した
複数の引き出し電極６７間の、ハンダによる電気的短絡
を発生させないためである。

【００３１】このＳＭＤに対応する、図３に示すフラッ
ト型容器では、従来においては支持部材６１と蓋６９の
接合に低融点ガラスを使用していたが、本発明を用いれ
ば、真空中にて低温で封止が行われるため、封止膜７１
や支持部材６１等からのガス発生は少なく、水晶振動子
の特性劣化は発生しない。したがって高歩留りで封止が
可能となる。さらに図１、図２を用いて説明したように
、図３を用いて説明した水晶振動子の構造においても、
高い融点の材料を封止膜７１としているので、耐熱性の
良好な水晶振動子が得られる。

【００３２】図４は本発明の水晶振動子の封止方法を示
す断面図であり、封止膜８３を真空蒸着法にて形成する
一例である。水晶片を支持する支持部材と蓋とを固定し
た振動子８１を、真空装置７３内の回転治具７９に固定
し、振動子８１をモータ８７で回転可能な状態にする。 真空装置７３の蒸発源７５に蒸発材料８９を配置する。 蒸発源７５は抵抗加熱、電子ビーム等により、蒸発材料
８９が加熱溶融できる状態にする。その後、真空装置７
３内を真空ポンプを用いて排気口７７より真空排気し、
真空度を１０−　５　Ｔｏｏｒとした後、蒸発源７５を
加熱し、蒸発材料８９を溶融させると、蒸発材料８９は
溶融し、蒸発粒子８５となって振動子８１の方向に飛散
する。回転治具７９により振動子８１を回転させると、
蒸発粒子８５は振動子８１の外周に徐々に堆積し、支持
部材と蓋との外周部に封止膜８３を形成し、この封止膜
８３によって支持部材と蓋との封止を行うことができる
。

【００３３】この場合、振動子８１の容器内は高真空と
なり、振動子８１に加わる熱も温度２００℃程度と低温
のため、振動子８１容器内のガス発生が少なく、清浄な
振動子の高真空封止が可能となる。

【００３４】本発明の実施例では真空装置７３として真
空蒸着装置を用いたが、真空蒸着装置以外に、スパッタ
リング装置、イオンプレーティング装置、プラズマ化学
気相成長（プラズマＣＶＤ）装置でも同様の封止膜が形
成できる。

【００３５】さらに真空中の封止でなく、不活性ガス雰
囲気中の封止では、溶射法を用いて封止膜の形成を行い
、支持部材と蓋との封止を行えば良い。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よる水晶振動子および水晶振動子の封止方法を用いれば
、支持部材と蓋との封止を低温で行うことができる。 さらに水晶振動子の大きさも従来より小型化できる。さ
らに高い融点の材料を封止膜として用いているので、耐
熱性の良好な水晶振動子が得られる。支持部材と蓋との
封止は、真空封止もしくは不活性ガス封止が可能である
。そのうえＳＭＤ用の水晶振動子に利用が可能となり、
自動挿入機で基板に実装することができ、その効果は大
である。本発明を水晶振動子に応用したが、発振器　　
、フィルター等の封止を必要とする部品には広い範囲で
活用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における水晶振動子の構造を示
す断面図である。

【図２】本発明の他の実施例における水晶振動子の構造
を示す断面図である。

【図３】本発明の他の実施例における水晶振動子の構造
を示す断面図である。

【図４】本発明の水晶振動子の封止方法を示す断面図で
ある。

【図５】従来例における水晶振動子を示す断面図である
。

【図６】従来例における水晶振動子を示す断面図である
。

【図７】従来例における水晶振動子を示す断面図である
。

【符号の説明】

４１　　支持部材 ４３　　蓋 ４５　　水晶片 ４７　　接合材 ４９　　封止膜 ７３　　真空装置

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　水晶片を支持する支持部材と、該支持
   部材に固定する蓋と、前記支持部材と蓋を固定する外周
   部に設ける封止膜とを有することを特徴とする水晶振動
   子。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の封止膜は、単層膜、
   あるいは異種材料からなる積層膜であることを特徴とす
   る水晶振動子。
3. 【請求項３】　　請求項１に記載の封止膜は、単一金属
   膜、合金膜、窒化膜、酸化膜、もしくはダイヤモンドラ
   イクカーボン膜であることを特徴とする水晶振動子。
4. 【請求項４】　　請求項１に記載の封止膜は、該封止膜
   の下層に密着性向上膜を有することを特徴とする水晶振
   動子。
5. 【請求項５】　　水晶片を支持する支持部材と蓋とを固
   定して真空装置内に配置し、その後該真空装置内の圧力
   を所定圧力にし、その後該支持部材と蓋とを固定した外
   周部に封止膜を形成することを特徴とする水晶振動子の
   封止方法。
6. 【請求項６】　　請求項４に記載の真空装置は、真空蒸
   着装置、スパッタリング装置、プラズマＣＶＤ装置、も
   しくはイオンプレーティング装置であることを特徴とす
   る水晶振動子の封止方法。
7. 【請求項７】　　水晶片を支持する支持部材と蓋とを固
   定して不活性ガス雰囲気中に該支持部材と蓋とを配置し
   、その後溶射法により前記支持部材と蓋とを固定する外
   周部に封止膜を形成することを特徴とする水晶振動子の
   封止方法。