JPH05167371A - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧電振動子を小型化してもエージング特性を
よくする事ができる圧電振動子の製造方法を提供する。 【構成】 圧電振動片を外界の雰囲気から隔絶する為、
圧電振動片を取り付ける事を目的にした少なくとも２つ
のリード端子を持つベースに圧電振動片をとりつけケー
スで封止した後に、加熱し、前記加熱時の温度を６０℃
以上、前記加熱時の時間を３０分以上とする事を特徴と
する圧電振動子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧電振動子の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】これより従来の圧電振動子として水晶振
動子を例にとり説明を行う事とする。現在、数多くある
水晶振動子のうちで、最も汎用性の高い振動子は、ＡＴ
カットの厚み辷り水晶振動子である。

【０００３】このＡＴカットの厚み辷り水晶振動子は、
比較的良好な周波数温度特性（以下温特と略す）を有す
るために、通信機器クロック等の民生機器に利用されて
いる。

【０００４】そして、近年電子機器分野の小型軽量高精
度化が進み、水晶振動子にも小型高精度化が要求される
ようになってきた。

【０００５】そこで、Ｘ軸を長さ、Ｚ’軸を幅、Ｙ’軸
を厚みとして、Ｘ軸方向に長い矩形状に加工されたＡＴ
カットの厚み辷り水晶振動子が作成されるようになって
きた。

【０００６】そこで次に、従来の圧電振動子の製造方法
の一例として厚み辷り水晶振動子の製造方法を、以下の
例で、説明する。

【０００７】図２に従来の圧電振動子の製造方法の一例
の厚み辷り水晶振動子の製造方法のフローチャートの一
例を示す。

【０００８】厚み辷り水晶振動子は、厚み辷り水晶振動
片を、（Ａ）研磨工程、（Ｂ）洗浄工程、（Ｃ）エッチ
ング工程と必要な寸法形状に加工し、その次の（Ｄ）電
極蒸着工程に於いて前記厚み辷り水晶振動片上に電極を
形成し、またその次の（Ｅ）マウント工程では前記厚み
辷り振動片を、ベースにとりつけ、つぎに（Ｆ）ｆ調整
工程では、周波数の合わせ込みを行い、最後の（Ｇ）封
止工程に於いて前記ベースとケースを高温状態に於いて
封止し完成としてきた。

【０００９】ところが小型軽量高精度化という事で、水
晶発振片及びベース及びケースを以上のように小型にし
て水晶振動子を作成し、図１２に示すように８５℃で放
置し周波数変化量を調べ加速試験を行ったところ、周波
数がマイナスに変化し高精度品としては、今一歩の特性
であった。

【００１０】このように、従来の圧電振動子の一例であ
る厚み辷り水晶振動子に於いて水晶発振片及びベース及
びケースを小型化した場合、エージング特性が悪く（周
波数がマイナスに変化する）、高精度品としての特性を
満足しないという事があった。

【００１１】では、なぜエージング特性が悪いかについ
てであるが考えられる説明を以下に示す。

【００１２】圧電振動子の例として、厚み辷り水晶振動
子を小型化していった場合水晶振動片、電極面積、ケー
ス、ベースを小型化していく事になる。

【００１３】この場合、厚み辷り水晶振動子の周波数
は、水晶振動片の厚みにより決定し電極膜厚が厚くなる
と周波数は、マイナスに変化するが、また、水晶振動片
に応力をかけると前記水晶振動片は歪み、歪の方向にも
依るが周波数はプラスに変化する。

【００１４】そして、水晶振動片に応力を加える要素と
しては、前記電極蒸着工程に於ける電極膜の膜応力と、
前記マウント工程に於ける半田の凝集応力及び半田が固
着するときのリード間の水晶振動片に加わる応力、及び
前記封止工程に於いてケースがベースに圧力を加える事
によりリード間に応力が発生し水晶振動片に加わる応力
等が考えられる。

【００１５】そして、圧電振動子を小型化していくと特
に水晶振動片に加わる応力すなわち水晶振動子の周波数
変化に及ぼす影響（周波数がプラスに変化する量）が大
きくなると予想される。

【００１６】そして、時間が立つうちに（加速エージン
グ）それまで加わっていた応力が緩和する方向に向か
い、水晶振動子の周波数はマイナスに変化する事とな
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の圧
電振動子に於いて圧電発振片及びケース及びベースを小
型化した場合、圧電振動子の振動に対する応力にたいす
る影響がより大きく作用しエージングが悪くなる事があ
るという課題を有していた。

【００１８】そこで本発明はこのような課題を解決する
もので、その目的とするところは、圧電振動子において
小型化してもエージング特性の悪くならない圧電振動子
の製造方法を提案するところにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電振動子の製
造方法は、圧電振動片を外界の雰囲気から隔絶する為、
圧電振動片を取り付ける事を目的にした少なくとも２つ
のリード端子を持つベースに圧電振動片をとりつけケー
スで封止した後に、加熱し、前記加熱時の温度を６０℃
以上、前記加熱時の時間を３０分以上、の範囲で設定し
た事を特徴とする。

【００２０】

【実施例】以下、本発明について実施例に基ずいて詳細
に説明する。まず最初に、本発明の圧電振動子の構造に
つき説明する。

【００２１】本発明の圧電振動子の一例として矩形状厚
み辷り水晶振動子の平面断面図を図３に示し、側面断面
図を図４に示す。

【００２２】本発明の圧電振動子の一例の矩形状の厚み
辷り水晶振動子は、主面上にＣｒ及びＡｇで形成された
励振電極３と接続電極４を有する水晶発振片２を、ベー
ス６に貫通するリード５の端部と前記接続電極の端部と
を半田を用いて接続されており、前記ベース６とケース
１が半田を用いて真空中で封着する事により前記水晶発
振片２は真空に保たれ、また窒素中で封着する事により
前記水晶発振片２は窒素雰囲気に保たれる。

【００２３】また、本発明の圧電振動子の他の実施例と
して円板状厚み辷り水晶振動子の平面断面図を図５に示
し、側面断面図を図６に示す。

【００２４】本発明の圧電振動子の一例の円板状の厚み
辷り水晶振動子は、図５に示す主面上に励振電極９と接
続電極１０を有し、水晶発振片８を、片方の先端を前記
水晶発振片８が入るようにスリット状に成形し、他方の
先端をリード端子１３に溶接した保持部材１１の先端の
スリット状の部分に導電性接着剤で保持し、前記リード
端子１３はベース１２を貫通し、前記水晶発振片８は、
前記ベース１２とケース７が半田・抵抗溶接・コールド
ウェルド等の方法を用いて封着されている事により真空
及び窒素中に保たれてる。

【００２５】次に、図１に本発明の圧電振動子の製造方
法の一例の厚み辷り水晶振動子の製造方法のフローチャ
ートの一例を示す。

【００２６】厚み辷り水晶振動子は、厚み辷り水晶振動
片を、（Ａ）研磨工程、（Ｂ）洗浄工程、（Ｃ）エッチ
ング工程と必要な寸法形状に加工し、その次の（Ｄ）電
極蒸着工程に於いて前記厚み辷り水晶振動片上に電極を
形成し、またその次の（Ｅ）マウント工程では前記厚み
辷り振動片を、ベースにとりつけ、つぎに（Ｆ）ｆ調整
工程では、周波数の合わせ込みを行い、その後の（Ｇ）
封止工程に於いて前記ベースとケースを常温に於いてま
た高温状態に於いて（この場合１５０℃及び２６０℃で
行ったが試験方法または用途により１００℃〜３００℃
で自由に変更しても良い）封止し、最後の（Ｈ）アニー
ル工程に於いて高温状態で放置する（試験方法または用
途により６０℃〜３００℃で時間も３０分から１０００
時間で自由に変更しても良い）事で完成となる。

【００２７】また、図７に、本発明の圧電振動子の一実
施例である厚み辷り水晶振動子における加速エージング
特性図を示す。

【００２８】同図は、１２５℃に於いて、（ａ）２時
間、（ｂ）２４時間、（ｃ）４８時間、と放置した後
で、８５℃で放置し周波数変化量を調べ加速試験を行っ
たところ、従来と比較し周波数がマイナスに変化する量
が大幅に減少し高精度品として十分使用できる水準とな
った。

【００２９】ここで、図７中の（ａ）は、放置時間を２
時間とした品物であり、（ｂ）は、放置時間を２４時間
とした品物であり、（ｃ）は、放置時間を４８時間とし
た品物で、放置時間が長い方が周波数変化量が小さくな
っている事がわかる。

【００３０】また、図８に、本発明の圧電振動子の一実
施例である厚み辷り水晶振動子における加速エージング
特性図を示す。

【００３１】同図は、２６０℃に於いて、（ａ）３０
分、（ｂ）１時間、（ｃ）２時間、と放置した後で、８
５℃で放置し周波数変化量を調べ加速試験を行ったとこ
ろ、従来と比較し周波数がマイナスに変化する量が大幅
に減少し高精度品として十分使用できる水準となった。

【００３２】ここで、図８中の（ａ）は、放置時間を３
０分とした品物であり、（ｂ）は、放置時間を１時間と
した品物であり、（ｃ）は、放置時間を２時間とした品
物で、放置時間が長い方が周波数変化量が小さくなって
いる事がわかる。

【００３３】また、図９に、本発明の圧電振動子の一実
施例である厚み辷り水晶振動子における加速エージング
特性図を示す。

【００３４】同図は、８５℃に於いて、（ａ）２４時
間、（ｂ）５００時間、（ｃ）１０００時間、と放置し
た後で、８５℃で放置し周波数変化量を調べ加速試験を
行ったところ、従来と比較し周波数がマイナスに変化す
る量が大幅に減少し高精度品として十分使用できる水準
となった。

【００３５】ここで、図９中の（ａ）は、放置時間を２
４時間とした品物であり、（ｂ）は、放置時間を５００
時間とした品物であり、（ｃ）は、放置時間を１０００
時間とした品物で、放置時間が長い方が周波数変化量が
小さくなっている事がわかる。

【００３６】また、図７から図９に示すように加熱温度
に関しては、６０℃から３００℃近辺までどの温度であ
ろうともエージングに対する効果のある事がわかる。

【００３７】また、前記のアニール工程に於いて前記ベ
ースとケースを高温状態に於いて放置する効果として
は、先ほど述べたように、水晶振動片に応力を加える要
素としては、前記電極蒸着工程に於ける電極膜の膜応力
と、前記マウント工程に於ける半田の凝集応力及び半田
が固着するときのリード間の水晶振動片に加わる応力、
及び前記封止工程に於いてケースがベースに圧力を加え
る事によりリード間に応力が発生し水晶振動片に加わる
応力等考えられる応力を緩和させエージングによる周波
数変化を防止する効果がある。

【００３８】以上説明してきたように、本発明の圧電振
動子の製造方法により圧電振動子を作成し、従来と同様
に、８５℃で放置し周波数変化量を調べ加速試験を行っ
たところ、従来と比較し周波数がマイナスに変化する量
が大幅に減少し高精度品として十分使用できる水準とな
った。

【００３９】では、なぜこの方法によるとエージング特
性が良くなるかについてであるが考えられる説明を以下
に示す。

【００４０】圧電振動子の一例である厚み辷り水晶振動
子を小型化していった場合水晶振動片、電極面積、ケー
ス、ベースを小型化していく事になる。

【００４１】この場合、厚み辷り水晶振動子の周波数
は、水晶振動片の厚みにより決定し電極膜厚が厚くなる
と周波数は、マイナスに変化する。

【００４２】また、水晶振動片に応力をかけると前記水
晶振動片は歪み、歪の方向にも依るが周波数はプラスに
変化する。

【００４３】そして、水晶振動片に応力を加える要素と
しては、前記電極蒸着工程に於ける電極膜の膜応力と、
前記マウント工程に於ける半田の凝集応力及び半田が固
着するときのリード間の水晶振動片に加わる応力、及び
前記封止工程に於いてケースがベースに圧力を加える事
によりリード間に応力が発生し水晶振動片に加わる応力
等が考えられる。

【００４４】そして、圧電振動子を小型化していくと特
に水晶振動片に加わる応力すなわち水晶振動子の周波数
変化に及ぼす影響（周波数がプラスに変化する量）が大
きくなると予想される。

【００４５】そして、時間が立つうちにそれまで加わっ
ていた応力について緩和する方向に向かい、水晶振動子
の周波数はマイナスに変化する事となる。

【００４６】ところが、本発明による圧電振動子を封止
した後に加熱処理を加える事により、ケースがベースに
圧力を加えるのでリード間に応力が発生し水晶振動片に
加わる応力を緩和する事ができる。そのために、その後
の加速エージングの試験に於いて、応力緩和による水晶
振動子の周波数がマイナスに変化する事を抑制する事が
できる。

【００４７】また、前記製造工程に於いて、封止前にア
ニール処置を行い、前記電極蒸着工程に於ける電極膜の
膜応力と、前記マウント工程に於ける半田の凝集応力及
び半田が固着するときのリード間の水晶振動片に加わる
応力を緩和させようとしても、アニール処置を長期間行
う事は、振動子の保管場所の確保の問題、振動子片につ
く汚れまたはガス付着の問題、アニール装置の設備の問
題等があり困難であるので、封止後にまだ残っている前
記マウント工程に於ける半田の凝集応力及び半田が固着
するときのリード間の水晶振動片に加わる応力を、本発
明による圧電振動子を封止した後に加熱処理を加える事
により、緩和する事ができる。そのために、その後の加
速エージングの試験に於いて、応力緩和による水晶振動
子の周波数がマイナスに変化する事を抑制する事ができ
る。

【００４８】また本例において励振電極の構成は、Ｃｒ
＋Ａｇ二層を考えているがその他例えばＡｇ一層・Ａｕ
一層・Ｃｒ＋Ａｇ多層・Ｃｒ＋Ａｕ多層・Ｎｉ＋Ａｇ多
層・Ｎｉ＋Ａｕ多層など他の構成においても同様の効果
を有する。

【００４９】また近年、水晶振動子に於いてもＳＭＤ化
が進み、ベースとしてセラミック、ケースとして金属及
びセラミックを用い、封止方法としてシーム溶接及び低
融点ガラス封止を用いた製品が出現しているがその場合
の本発明の実施例を以下に示す。

【００５０】本発明の圧電振動子のその他の実施例とし
て矩形状ＳＭＤ厚み辷り水晶振動子の平面断面図を図１
０に示し、側面断面図を図１１に示す。

【００５１】本発明の圧電振動子の一例の矩形状ＳＭＤ
厚み辷り水晶振動子は、主面上にＣｒ及びＡｇで形成さ
れた励振電極１５と保持電極１７を有し前記励振電極１
５と前記保持電極１７を接続する接続電極１６を有する
水晶発振片１４を、ベース端子１９を有するベース２０
に、導電性接着剤１８で前記保持電極１７と前記ベース
端子１９とを接着し、ケース２１と前記ベース２０が低
融点ガラス２２を用いて真空中で封着する事により前記
水晶発振片１４は真空に保たれ、また窒素中で封着する
事により前記水晶発振片１４は窒素雰囲気に保たれる。

【００５２】このような構造または製造方法に於いても
以上述べてきたように本発明は有効である。

【００５３】また本例において厚み辷り圧電振動子とし
て水晶振動子を例にとり説明を行ったがその他例えばセ
ラミック振動子・リチウム振動子など他の圧電振動子で
も同様の効果を有する。

【００５４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、本発
明の圧電振動子の製造方法は、封止後、アニール工程に
於いて高温状態で放置する事で、電極蒸着工程に於ける
電極膜の膜応力と、マウント工程に於ける半田の凝集応
力及び半田が固着するときのリード間の圧電振動片に加
わる応力、及び封止工程に於いてケースがベースに圧力
を加える事によりリード間に応力が発生し圧電振動片に
加わる応力を緩和する効果があり、その後のエージング
時に圧電振動子の周波数がマイナスに変化する事を防ぐ
という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の圧電振動子の製造方法の一実施例で
ある厚み辷り水晶振動子の製造方法の一実施例を示すフ
ローチャート。

【図２】 従来の圧電振動子の製造方法の一実施例であ
る厚み辷り水晶振動子の製造方法の一実施例を示すフロ
ーチャート。

【図３】 本発明の圧電振動子の一実施例である矩形状
厚み辷り水晶振動子の平面断面図。

【図４】 本発明の圧電振動子の一実施例である矩形状
厚み辷り水晶振動子の側面断面図。

【図５】 本発明の圧電振動子のその他の実施例である
円板状厚み辷り水晶振動子の平面断面図。

【図６】 本発明の圧電振動子のその他の実施例である
円板状厚み辷り水晶振動子の側面断面図。

【図７】 本発明の圧電振動子の一実施例である厚み辷
り水晶振動子における加速エージング特性図。

【図８】 本発明の圧電振動子の他の実施例である厚み
辷り水晶振動子における加速エージング特性図。

【図９】 本発明の圧電振動子の他の実施例である厚み
辷り水晶振動子における加速エージング特性図。

【図１０】 本発明の圧電振動子のその他の実施例であ
る矩形状ＳＭＤ厚み辷り水晶振動子の平面断面図。

【図１１】 本発明の圧電振動子のその他の実施例であ
る矩形状ＳＭＤ厚み辷り水晶振動子の側面断面図。

【図１２】 従来の圧電振動子の一実施例である厚み辷
り水晶振動子における加速エージング特性図。

【符号の説明】

１…ケース ２…水晶発振片 ３…励振電極 ４…接続電極 ５…リード ６…ベース ７…ケース ８…水晶発振片 ９…励振電極 １０…接続電極 １１…保持部材 １２…ベース １３…リード端子 １４…水晶発振片 １５…励振電極 １６…接続電極 １７…保持電極 １８…導電性接着剤 １９…ベース端子 ２０…ベース ２１…ケース ２２…低融点ガラス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動片を外界の雰囲気から隔絶する
   為、圧電振動片を取り付ける事を目的にした少なくとも
   ２つのリード端子を持つベースに圧電振動片をとりつけ
   ケースで封止した後に、加熱し、前記加熱時の温度を６
   ０℃以上、前記加熱時の時間を３０分以上、の範囲で設
   定した事を特徴とする圧電振動子の製造方法。