JPH1075152A - 水晶発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容器体に収納した水晶振動体の破損を防止
し、且つ安定な特性を導出できる水晶発振器を提供す
る。 【解決手段】複数の接続パッド１４ａ〜１４ｄが形成さ
れたキャビティー部１１を有する容器体１に、複数の電
極パッド２４ａ〜２４ｄが一方主面に形成された水晶振
動体を配置するにあたり、水晶振動体の出力パッド２４
ａ〜２４ｄと容器体１の接続パッド１４ａ〜１４ｄ間に
配設したボンディングワイヤ３ａ〜３ｄによって、水晶
振動体２を容器体１内に吊設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、キャビティー部を
有する容器体内に、平板状の水晶振動体を吊設・収納し
た水晶発振器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、水晶振動体を、他の表面実装型電
子部品と同一の工程でリフロー半田接合するために、セ
ラミックなどからなる容器体に収納した水晶発振器が多
用されている。

【０００３】水晶基板の両主面に振動電極を形成した水
晶振動体は、容器体のキャビティー部に配置されてい
た。具体的には、キャビティー部の内壁部に、接続パッ
ドが形成された段差部を形成し、この段差部上に水晶振
動体を載置し、導電性接着剤を介して電気的に接続し、
且つ機械的に接続していた。

【０００４】その後、キャビティー部の開口には、金属
性蓋体などをシーム溶接によって、気密的に封止を行っ
ていた（実開平４−６９９２０号）。

【０００５】尚、キャビティー部には、他の電子部品な
ども同時に収納され、また、容器体の外表面に接続パッ
ドや他の電子部品と接続された端子電極が被着形成され
ている( 特開平７−４６０４０号など) 。

【０００６】このような水晶振動体を容器体に収納する
にあたり、水晶振動体を如何に固定し、且つキャビティ
ー部の接続パッドに如何に電気的に接続するか、以下に
して水晶振動体の特性の変動を抑えるかが重要である。

【０００７】これは、水晶振動体の固定構造によって
は、水晶振動体の振動を阻害してしまい、安定した振
動、安定した特性が得られない。また、安定した電気的
な接続が達成できないと、安定特性が根本的に得られな
いためである。

【０００８】このため、上述の構造、即ち、段差部の一
部に水晶振動体を載置する構造においては、段差部に載
置される矩形状の水晶基板を一辺のみにして、その一辺
付近に出力パッドを形成していた。そして、この一辺付
近で導電性接着剤を介して機械的接合及び電気的接続を
行い、水晶振動体の特性の劣化を最小限に抑えていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、接続パ
ッドを形成したキャビティー部の段差部に水晶振動体を
載置して、導電性接着剤で固定する構造においては、出
力パッドを形成した水晶基板の一辺が固定端となり、そ
の他の辺が自由端となっているため、容器体にかかる外
部衝撃が、固定端を通じて水晶振動体に直接伝搬してし
まい、水晶振動体の破損を招くことがあった。

【００１０】この容器体に与えられる外部衝撃から水晶
振動体の破損を緩和する構造として、固定端の構造を、
キャビティーの段差部の接続パッドから水晶振動体の出
力パッドまでは、キャビティーの段差部の接続パッド、
導電性接着剤、弾性リードフレーム、導電性接着剤、水
晶振動体の振動電極の出力パッドとがずれるように重畳
していた。

【００１１】即ち、固定端部分に弾性を有するリードフ
レームを介在することにより、容器体に加わる外部衝撃
をリードフレームに吸収させて、水晶振動体に伝わる衝
撃を緩和するものであった。しかし、リードフレームで
の上下方向の振動が激しい場合には、水晶振動体が蓋体
の内面に衝突して、破損が発生することがあった。

【００１２】また、キャビティー部の接続パッドと水晶
振動体の出力パッドとを導電性接着剤などを用いて電気
的に接続し、機械的に固定すると、例えば、他の表面実
装型電子部品と同様にプリント配線基板上にリフロー半
田処理で半田接合した時、この導電性接着剤が変質し
て、不要な不純物を発生し、水晶振動体の振動にダンピ
ングを発生させたり、また、導電性接着剤自身のインピ
ーダンス成分が上昇して、結果として、水晶振動体の特
性をリフロー処理の前後で変動させてしまうことがあっ
た。

【００１３】本発明は、上述の課題に鑑みて案出された
ものであり、その目的は、容器体に外部衝撃が印加され
ても、水晶振動体の破損が発生することがなく、また、
他の表面実装型電子部品とともにリフロー半田接合して
も、特性が変動することのない水晶発振器を提供するこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための具体的な手段】本発明は、水晶
基板の上下両面に振動電極を、上面に前記両振動電極に
接続する複数の電極パッドを夫々形成して成る水晶振動
体と、前記水晶振動体を収納するキャビティーを有し、
該キャビティーの内壁面に接続パッドが形成された段差
を有する容器体と、前記容器体のキャビティーを気密に
封止する蓋体とから成る水晶発振器であって、前記水晶
振動体の電極パッドが、容器体の接続パッドにボンディ
ングワイヤを介して電気的に接続されており、且つ該ボ
ンディングワイヤによって、前記水晶振動体が容器体の
キャビティー内に吊設されている水晶発振器である。

【００１５】

【作用】本発明では、水晶振動体の水晶基板の上面に、
ボンディングワイヤと接続する複数の電極パッド（電気
的に動作しない場合はダミーパッド）が形成され、平板
状の水晶振動体が、容器体のキャビティー内に複数のボ
ンディングワイヤによって吊り下げられて、配置されて
いる。

【００１６】即ち、水晶振動体の全ての辺が実質的に自
由端となり、水晶振動体の固定手段によって、その一部
の振動動作を妨げられることがない。

【００１７】また、水晶振動体と容器体とは、ボンディ
ングワイヤによって固定されているため、容器体にかか
る外部衝撃が、直接、水晶振動体に伝搬することがない
ため、水晶振動体の破損を防止することができる。

【００１８】また、水晶振動体の上面側主面が複数箇所
でボンディングワイヤに吊設されているため、上下方
向、または左右方向に大きく振動することがないため、
水晶振動体が容器体または蓋体と衝突して破損するこが
なくなる。

【００１９】また、ボンディングワイヤは、その後の熱
処理によっても変質することがないため、長期にわたり
安定して接合強度を維持でき、しかも、インピーダンス
成分が変化することがないため、安定した特性を長期に
わたり導出できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の水晶振動体を収納
する水晶発振器を図面に基づいて詳説する。

【００２１】図１は、水晶発振器の蓋体を省略した状態
の平面図であり、図２は、断面構造図である。

【００２２】１０は水晶発振器であり、１は容器体、２
は水晶振動体、３ａ〜３ｄはボンディングワイヤ、４は
金属蓋体である。

【００２３】容器体１は、例えばセラミックなどから成
り、その上面にはキャビティー部１１が形成されてい
る。また、キャビティー部１１の内壁面、特に、キャビ
ティー部１１の長手方向の内壁面には、高さ方向に２つ
の第１段差部１２ａ〜１２ｂ、第２の段差部１３ａ〜１
３ｃが形成されている。即ち、第１の段差部１２ａ〜１
２ｂ上に第２の段差部１３ａ〜１３ｃが配置されている
形状となっている。図において、第１の段差部１２ａ〜
１２ｂは、容器体１のキャビティー部１１の長手方向両
端部にキャビティー部１１の全幅に渡って形成されてお
り、第２の段差部１３ａ、１３ｂは平面形状が概略矩形
状を呈し、第１の段差部１２ａの幅方向の両端に夫々配
置されている。第２段差部１３ｃは、平面形状が概略コ
字状を呈し、第１の段差部１２ｂ上に形成されている。

【００２４】また、第２の段差部１３ａ、１３ｂ、１３
ｃの表面には、複数の接続パッド１４・・・が形成され
ている。図においては、第２の段差部１３ａの表面に接
続パッド１４ａが、第２の段差部１３ｂの表面に接続パ
ッド１４ｂが、第２の段差部１３ｃの表面に接続パッド
１４ｃ、１４ｄが夫々形成されている。

【００２５】この接続パッド１４ａ〜１４ｄのうち、水
晶振動体４と電気的に接続する接続パッドは、図示して
いないが、容器体１の外部に端子電極として導出されて
いる。

【００２６】このような構造の容器体１は、周知の多層
回路基板の製造方法でもって形成され、接続パッド１４
ａ〜１４ｄ上には、ボンディングワイヤによる接合が可
能とするためにＡｕメッキなどが施されている。

【００２７】水晶振動体２は、水晶結晶体から特定の結
晶方位で切断された水晶基板２１が用いられ、この水晶
基板２１の両主面に互いに対向しあう振動電極２２、２
３が形成されている。また、振動電極２２、２３間に所
定電位の信号を与えるための電極パッド２４ａ〜２４ｄ
が水晶基板１の上面側に形成されている。例えば電極パ
ッド２４ａ、２４ｃは、上面側主面に形成した振動電極
２２に接続して、電極パッド２４ｂ、２４ｄは、下面側
主面に形成した振動電極２３に接続している。

【００２８】具体的には、振動電極２３の一部が水晶基
板２１の端面を介して上面側主面に延出し電極パッド２
４ｂ、２４ｄを構成している。

【００２９】従って、電気的には、電極パッド２４ａと
２４ｃとはパッドとし同一の機能を有し、また、電極パ
ッド２４ｂと２４ｄとはパッドとし同一の機能を有して
いる。即ち、電極パッド２４ａ、２４ｃのうち一方のパ
ッドは機能的にはダミー用の固定パッドとなる。また、
電極パッド２４ｂ、２ｄｃのうち一方のパッドは機能的
にはダミー用の固定パッドとなる。

【００３０】このような水晶振動体２は、公知の振動電
極の形成方法、例えば、薄膜技法で、電極形成用マスク
の形状を制御することによって簡単に形成することがで
きる。

【００３１】ボンディングワイヤ３ａ〜３ｄは、Ａｌや
Ａｕの細線であって、その径は約０．１ｍｍである。

【００３２】蓋体４は、容器体１のキャビティー部１１
上を被覆するものであり、例えば容器体１のキャビティ
ー部１１の開口周囲にシーム部材を介してシーム溶接に
よって気密的に封止を行う。

【００３３】次に、容器本体１に水晶振動体２を配置・
接続・接合の構造を説明する。

【００３４】水晶振動体２は、容器体１のキャビティー
部１１の第１の段差部１２ａ、１２ｂ上に仮載置され
る。即ち、キャビティー部１１の底面と第１の段差部１
２ａ、１２ｂに仮載置された水晶振動体２の下面側主面
との間隔は、安定して振動するための振動空間となる。

【００３５】この状態で、第２の段差部１３ａ、１３
ｂ、１３ｃ上に形成した接続パッド１４ａ〜１４ｄと水
晶振動体２の電極パッド２４ａ〜２４ｄとの間にボンデ
ィングワイヤ３ａ〜３ｄによって機械的な接合及び電気
的な接続が行われる。

【００３６】また、第２の段差部１３ａ、１３ｂ、１３
ｃで構成される内周形状は、概略矩形状となっており、
その形状は、水晶振動体２の矩形形状に対して一回り大
きな形状となっている。

【００３７】水晶振動体２の電極パッド２４ａが第２の
段差部１３ａの接続パッド１４ａにボンディングワイヤ
３ａを介して、水晶振動体２の電極パッド２４ｂが第２
の段差部１３ｂに接続パッド１４ｂにボンディングワイ
ヤ３ｂを介して、水晶振動体２の電極パッド２４ｃが第
２の段差部１３ｃの接続パッド１４ｃにボンディングワ
イヤ３ｃを介して、水晶振動体２の電極パッド２４ｃが
第２の段差部１３ｃに接続パッド１４ｄにボンディング
ワイヤ３ｄを介して夫々接合している。

【００３８】即ち、水晶振動体２は、第２の段差部１３
ａ、１３ｂ、１３ｃに囲まれた領域に位置し、水晶振動
体２が４つのボンディングワイヤ３ａ〜３ｄに吊設され
ている。

【００３９】４つのボンディングワイヤ３ａ〜３ｄの形
成位置は、水晶振動体２を水平状態で安定的に吊設でき
るように、水晶基板２１の形状とボンディングワイヤの
接合位置とが考慮されている。図においては、矩形状で
あるため、その角部である４点で接合している。また、
水晶振動体２の電気的な供給から、４つのボンディング
ワイヤ３ａ〜３ｄのうち少なくとも２つのボンディング
ワイヤが電気的に接続及び機械的に接合を達成すればよ
いことになる。

【００４０】このような構造としたため、水晶振動体２
１が第１の段差部１２ａ、１２ｂに載置する水晶振動体
の端部は、自由に振動でき、所定振動が大きく妨げられ
ることがない。

【００４１】また、水晶振動体２１が複数のボンディン
グワイヤ３ａ〜３ｄに吊りさげられている状態であるた
め、容器体１にかかる外部からの衝撃は、ボンディング
ワイヤ３ａ〜３ｄを介して伝わるだけであり、しかも、
水晶振動体２の４辺が自由端となっているため、このよ
うな衝撃で水晶振動体２が破損することが一切ない。

【００４２】また、水晶振動体２１の上面側から複数位
置で吊り下げられているため、外部からの衝撃によっ
て、水晶振動体２１が上下方向に大きく振動することが
ないため、水晶振動体２が蓋体４に衝突することがな
い。また、同時に左右方向にも大きく振動することがな
いため、水晶振動体２が容器体１の第２の段差部１３ａ
〜１３ｃに衝突することがないことから、水晶振動体２
が破損することが一切ない。

【００４３】さらに、容器体１と水晶振動体２との接合
に、従来のように、導電性接着剤を用いていないため、
その後の種々の熱処理工程を施しても、ボンディングワ
イヤ３ａ〜３ｄが変質することが実質的にないため、イ
ンピーダンス成分の変動がなく、特性の変動がなく、安
定してた特性が長期にわたり導出できる。

【００４４】尚、本発明でいう水晶振動体２の吊設（吊
り下げ）とは、水晶振動体２が容器体１に全く接触して
いない状態で配置されたものも、また、水晶振動体２が
容器体１の一部に接触しているものの、固定されたてい
な本実施例の状態で配置されたものを含めるものとす
る。

【００４５】次に、本発明の容器本体と水晶振動体との
ボンディングワイヤによる接合工程を説明する。

【００４６】まず、ボンディングワイヤ３ａ〜３ｄで接
合するにあたり、２つの治具を用いる。第１の治具は容
器体を固定するこめの治具であり、第２の治具は、第１
の治具に固定され、且つ容器体１に載置された水晶振動
体１にボンディングワイヤ３ａ〜３ｄを安定的に接合を
行うための治具である。

【００４７】図３に示すように、第１の治具５０を用い
て容器体１を固定する。具体的には、第１の治具５０の
固定キャビティー部５１に、容器体１を配置・固定す
る。

【００４８】第１の治具５０の固定キャビティー部５１
の平面形状は、容器体１の平面形状に対応し、また、固
定キャビティー部５１の深さは、容器体１の高さと略同
一の高さに設定されている。

【００４９】第２の治具６０は概略平面形状であり、少
なくともその表面には、水晶振動体２の電極パッド２４
ａ〜２４ｄ、容器体１の第２の段差部１３ａ、１３ｂ、
１３ｃ上に形成した接続パッド１４ａ〜１４ｄを露出す
る窓部が形成されている。尚、図では、２つの窓部６
１、６２が形成されている。

【００５０】また、この窓部６１、６２を仕切る桟部６
３の内面側には、水晶振動体２の上下方向に固定するス
ペーサ６４が形成されている。スペーサ６４は、水晶振
動体２の上面の振動電極２２に当接し、ワイヤボンディ
ング接合する際に、水晶振動体２が上方に浮き上がらな
いようにするためのものである。また、図示していない
が、スペーサ６４の先端部に水晶振動体２の幅に対応し
た凹部を形成しておけば、幅方向での位置ずれも防止で
きる。このスペーサ６４は水晶振動体２を破損させない
ように、弾性を有する金属部材、樹脂、ゴムなどで形成
することが望ましい。

【００５１】この第２の治具６０は、第１の治具５０内
に容器体１を固定して、水晶振動体２を配置した後、第
１の治具５０のキャビティー部５１の開口周囲で固定さ
れている。この第２の治具６０を配置した状態を、図
４、図５に示す。

【００５２】図では、第２の治具６０は２つの窓部６
１、６２を有しており、窓部６１からは、接続パッド１
４ａ、１４ｂ、電極パッド２４ａ、２４ｂが露出してい
る。また、窓部６２からは、接続パッド１４ｃ、２４
ｄ、電極パッド２４ｃ、２４ｄが露出している。

【００５３】この状態で、第２の治具６０の窓部６１を
用いて、接続パッド１４ａと電極パッド２４ａとの間に
ボンディングワイヤ３ａによる接合を行い、接続パッド
１４ｂと接続パッド２４ｂとの間にボンディングワイヤ
３ｂによる接合を行い、窓部６２を用いて、接続パッド
１４ｃと電極パッド２４ｃとの間にボンディングワイヤ
３ｃによる接合を行い、接続パッド１４ｄと電極パッド
２４ｄとの間にボンディングワイヤ３ｄによる接合を行
う。

【００５４】その後、第１の治具５０と第２の治具６０
との固定状態を解除して、さらに、第１の治具５０か
ら、水晶振動体２が接合した容器体１を外す。

【００５５】その後、キャビティー部１１の内部を所定
雰囲気にして、この容器体１に蓋体４を被覆する。

【００５６】このように、第１の治具５０及び第２の治
具６０を用いることにより、ボンディングワイヤ３ａ〜
３ｄを用いて接合する際に、水晶振動体２が安定的に保
持されるために、ワイヤボンディング接合の精度が高ま
ることになる。

【００５７】上述の実施例では、水晶振動体２は、容器
体１のキャビティー部１１内に、４つのボンディングワ
イヤ３ａ〜３ｄによって吊り下げられているが、これ
は、矩形状の水晶振動体２を安定的に吊設するためであ
り、３点で安定的に吊設できれば、３つのボンディング
ワイヤによって吊設してもよいし、また、吊設の強度を
高めるためには、４点以上で吊設しても構わない。

【００５８】また、上述の実施例では、ボンディングワ
イヤ３ａ〜３ｄが電気的な接続及び機械的な吊設を兼ね
ている。しかし、電気的な接続は、例えば２つのボンデ
ィングワイヤで達成できるため、容器体１の構造、特
に、接続パッドと端子電極との配線構造を考慮して、２
つのみを電気的な接続及び機械的な吊設のためのボンデ
ィングワイヤとして、のこりを主に機械的な吊設のため
のボンディングワイヤとしても構わない。これによっ
て、水晶振動体２の電極パッドの位置などが重要とな
り、特に、機械的な吊設のためのボンディングワイヤの
接合のために、水晶振動体２側及び容器体１側に、夫々
ダミーの電極パッド、接続パッドが形成される。

【００５９】また、第１の段差部１２ａ〜１２ｃ上に第
２の段差部１３ａ〜１３ｄを形成したのは、ボンディン
グワイヤ３ａ〜３ｄの距離を短くするためであり、特
に、第２の段差部を省略して、接続パッド１４ａ〜１４
ｄを直接、第１の段差部１２ａ〜１２ｄに形成したり、
また、第１及び第２の段差部の形状数や形状などを種々
変更したりしてもよい。

【００６０】上述の実施例では、容器体１には、水晶振
動体２のみが配置されているが、残差部を広い領域を有
する段差部にして、また、水晶振動体２とキャビティー
部１１との振動空間を大きくして、その部分に、水晶振
動体２と接続する各種電子部品、例えばインバーターが
集積されたＩＣチップや抵抗、コンデンサなどを配置し
ても構わない。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、本発明では、容器体内に
水晶振動体が、水晶基板の上面側に接合したボンディン
グワイヤのみによって、電気的に接続及びまたは機械的
に固定されている。即ち、容器体内に水晶振動体が吊設
されているため、水晶振動体が有する本来の振動特性で
もって振動することができるため、安定した特性を導出
できる。

【００６２】また、ボンディングワイヤは、その後の熱
処理工程によって変質することがないため、接合部分で
のインピーダンス変動がないため、特性の変動が非常に
小さい水晶発振器となる。

【００６３】さらに、容器に外部の衝撃が与えられて
も、水晶振動体に直接その衝撃が伝わりにくく、また、
衝撃による水晶振動子の上下方向の不要な動作を抑える
ことができるため、水晶振動体の破損が皆無となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水晶発振器の蓋体を省略した状態の平
面図である。

【図２】本発明の水晶発振器の断面図である。

【図３】本発明の水晶発振器の容器と水晶振動体との接
合工程を説明する平面図である。

【図４】本発明の水晶発振器の容器と水晶振動体との接
合工程を説明する平面図である。

【図５】本発明の水晶発振器の容器と水晶振動体との接
合工程を説明する断面図である。

【符号の説明】

１・・・・容器体 １１・・・キャビティー部 １２ａ〜１２ｂ・・・第１の段差部 １３ａ〜１３ｃ・・・第２の段差部 １４ａ〜１４ｄ・・・接続パッド ２・・・・水晶振動体 ２１・・・水晶基板 ２２、２３・・振動電極 ２４ａ〜１４ｄ・・・電極パッド ３ａ〜３ｄ・・・・ボンディングワイヤ ４・・・・蓋体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水晶基板の上下両面に振動電極を、上面に
   前記両振動電極に接続する複数の電極パッドを夫々形成
   して成る水晶振動体と、 前記水晶振動体を収納するキャビティーを有し、該キャ
   ビティーの内壁面に接続パッドが形成された段差を有す
   る容器体と、 前記容器体のキャビティーを気密に封止する蓋体とから
   成る水晶発振器であって、 前記水晶振動体の電極パッドが、容器体の接続パッドに
   ボンディングワイヤを介して電気的に接続されており、
   且つ該ボンディングワイヤによって、前記水晶振動体が
   容器体のキャビティー内に吊設されていることを特徴と
   する水晶発振器。