JPH11103230A - 圧電振動子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の性能を維持しつつ低コストとし、かつ
薄型・小型の特徴を維持或いは改善し、更にはＳＭＤ実
装にも適した圧電振動子の構成を提供し、また百個〜千
個単位の集合状態で最終工程直前までの加工を可能にす
ることによって、一層の低コスト化を達成した圧電振動
子の製造方法を提供すること。 【解決手段】 圧電振動片の励振端子を外部に導くスル
ーホールの周囲直近部を除く上面が金属層で覆われた平
板状の樹脂材料より成る下ケース上に振動片をマウント
し、下ケースの金属層周縁部に金属蓋をロウ付けした圧
電振動子の構造。また下ケースおよび蓋を集合体のまま
封止までの工程を済ませ、最後に個々の振動子に切断分
離する製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水晶振動子等の圧電
振動子の構成とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電振動子例えば水晶振動子の代
表的な構造を図７と図８に示す。図７は円筒形の容器を
有する周知の構造例の斜視図で一部を破断してある。水
晶振動片１はその両面に励振電極１１を有し、その水晶
引出電極１２は気密端子９１のガラス部分を貫通する２
本のリード線にハンダ付けされている。キャップ９２が
軟質金属を外周にコーティングした気密端子９１に真空
中で圧入され、内部が真空である気密容器を形成してい
る。

【０００３】図８は箱型の容器を有する他の周知の従来
例の構造を示し、一部を破断した斜視図である。気密容
器はセラミック製の下ケース９３と、その上面であるメ
タライズされた縁の部分にハンダでロウ付けされた蓋９
５（金属板あるいは下面周辺部に金属メッキが施された
ガラス板等）より成っている。水晶振動片１はその自由
な振動が妨げられないよう下ケース段差部９４上に一端
を載置し導電接着剤４１で接続かつ固定されている。導
電接着剤４１の下には図示しないスルーホール（気密保
持のためロウ材で充填されている）があって、圧電振動
子の端子となる側面電極９６に導通している。

【０００４】これらの従来例に共通して、容器内の真空
度を維持するため、容器または封止用の材料として金属
材料あるいは無機材料が用いられる。容器に用いられる
ガラスやセラミック等の無機材料は、脆性があるため割
れやすく加工性に乏しく、基本的に１個づつの製造とな
り、真に望ましい量産性に欠ける。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の構成の圧電振動子における前記の欠点を解消し、容器
の材料として有機材料を用いて性能を維持しつつ低コス
トとし、かつ薄型・小型・軽量の特徴を保持あるいは改
善し、更にはＳＭＤ実装にも適した圧電振動子の構成を
提供し、また例えば百個〜千個単位という多数個の容器
を連結したまま最終工程直前までの加工を可能にするこ
とによって、一層の低コスト化を達成した圧電振動子の
製造方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

（１）所定数のスルーホールの周囲直近部を除く上面が
金属層で覆われ、下面には前記スルーホールの下面側と
接続する端子電極が設けられたほぼ平板状の樹脂材料よ
り成る下ケースと、該下ケースの上面に固着され、励振
電極が前記スルーホールの上面側に個々にハンダあるい
は導電接着剤にて接続された圧電振動片と、前記下ケー
スの上面の金属層の周縁部とロウ付けされて前記圧電振
動片を気密に覆う、内面が金属あるいは無機材料であっ
て少なくとも周縁部下面に金属部を有する蓋とより成る
ことを特徴とする圧電振動子。 （２）前記下ケースは銅箔を両面に貼ったプリント配線
用基板であり、上面ほぼ中央部にザグリ部を有し該ザグ
リ部内面には銅メッキが施されており、前記金属層は前
記銅箔と前記銅メッキとより形成されていることを特徴
とする（１）の圧電振動子。 （３）前記圧電振動片の下面に膜状の金属枠を設け該金
属枠内に励振電極の端部が導びかれており、該励振電極
の端部を前記基板のスルーホールと接続せしめたとき、
前記金属枠もまた前記スルーホールの周囲にある前記金
属層とロウ付けされることを特徴とする（１）あるいは
（２）の圧電振動子。 （４）所定数のスルーホールの周囲直近を除き上面の大
部分を金属層で覆い、下面には前記スルーホールと接続
する所定の金属パターンが加工されたほぼ平板状の樹脂
材料より成る下ケース要素を多数密接させ連続配列させ
た形状の下ケース集合体を作成する工程と、前記下ケー
ス要素の配列に対応した位置に形成された多数の蓋要素
を相互に連結して成る蓋集合体を作成する工程と、前記
下ケース集合体における個々の前記基板要素の上面に圧
電振動片を供給して固着すると共に該圧電振動片の励振
電極を前記スルーホールと接続する工程と、圧電振動片
を搭載した前記下ケース集合体と前記蓋集合体とを位置
合わせして重ね、個々の下ケース要素と蓋要素とを同時
に接合して連結した多数の圧電振動子を形成する工程
と、該連結した多数の圧電振動子を切断分離して個々の
圧電振動子を得る工程とを含むことを特徴とする圧電振
動子の製造方法。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の一例
である水晶振動子の構造を示す２面図であって、（ａ）
は蓋の一部を破断した平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断
面図である。また図２および図３は振動子の主要部品を
説明する図であり、図２は水晶振動片の３面図、図３は
下ケースの３面図であって、いずれも（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図、（ｃ）は下面図である。これらの各図
を用いて構造を説明する。

【０００８】図２において水晶振動片１は上面および下
面に励振電極１１を有し、それらからの水晶引出電極１
２は（ａ）に示すように上面において（下面の励振電極
からの引出線は水晶振動片の側面を回って）水晶スルー
ホール１３に接続し、（ｃ）に示すようにその導電経路
は水晶振動片１の下面に終わっている。下面には水晶ス
ルーホール１３を囲んで枠状金属パターン１４を設け
る。これらの金属皮膜は真空蒸着、スパッタリング、メ
ッキ等の手法で形成される。

【０００９】図３において２は樹脂製の下ケースであっ
て、例えば上下面に銅箔を貼ったガラス繊維入りエポキ
シ樹脂製のプリント基板を原材料とする。（ａ）に示す
ように上面には水晶振動片１の自由振動を行うための空
間を作るためザグリ加工をしてザグリ部２２を設け、そ
の底面および側面には十分な厚さの銅メッキ部２３を形
成し、削り残った銅箔部２１と接続させる。また水晶振
動片１を接続する位置に２個のスルーホール２４を設け
る。それらの穴内部は容器の気密性保持のためロウ材
（ハンダ材あるいは更に高温のロウ材）などで充填す
る。スルーホール２４の周囲直近部には基板の樹脂材料
が露出している下ケース露出部２７があるが、周囲は銅
箔部２１で囲まれる。少なくとも気密容器の内面になる
上面の銅箔部にはＡｕフラッシュメッキを施しておく。
下ケースの両端の側面および下面には端子電極２６が設
けられ、（ｃ）に示すように銅箔をエッチングして形成
した下面引出電極２５によって下面に導出したスルーホ
ール２４と接続されている。端子電極２６は下ケース２
の左右両端部の上下面に残した銅箔とそれらを連結する
よう側面に形成した銅メッキ層より成っている。樹脂製
のプリント基板は構造の小型化、特に薄型化に適してい
る。

【００１０】図１（ａ）（ｂ）によって各部品の組立て
方を説明する。水晶振動片１は下ケース２上に、そのス
ルーホール２４に水晶スルーホール１３が重なるように
載置され、両者は高温ハンダ材４にて加熱と加圧を行っ
て接続される。同時に枠状金属パターン１４もスルーホ
ール２４の周囲の銅箔部２１と接続される。高温ハンダ
材４はあらかじめ下ケース２の上面にペースト状の材料
をスクリーン印刷手法などで供給しハンダメッキしてお
く。水晶スルーホール１３の下端面と枠状金属パターン
１４にも必要に応じてハンダ等のメッキを施しておく。
蓋３はコバールまたは銅等の金属板を絞り加工して形成
し、必要なメッキを施したもので（ウィスカーの発生防
止やロウ付けの容易化のため、Ｎｉ、Ｓｎ、ハンダ、Ａ
ｕフラッシュメッキ等を選択して行う）、封入ハンダ材
５により下縁を下ケース２の銅箔部の周縁部にロウ付け
される。なお周波数調整穴３２は蓋３の上部に設けてあ
り、ハンダＣリング３３を容易に脱落しないように嵌着
してある。レーザーを穴から照射して励振電極１１をト
リミングして発振周波数の微調整を行い、次いでハンダ
Ｃリング３３を溶融して穴を塞ぐ。蓋３のロウ付け以降
の工程、あるいは発振周波数の微調整と穴の封止の工程
を真空中で行うことにより、容器内部が真空である水晶
振動子が完成する。

【００１１】本実施の形態における容器の気密性につい
て検討する。下ケースを構成する有機材料自体は無機材
料、金属材料に比して空気や水分を透過させやすい。し
かしぞのほとんどは容器内面に当たる銅箔部２１、銅メ
ッキ部２３によって阻止される。スルーホール２４の周
囲の小面積の下ケース露出部２７を透過して来た外気
は、枠状金属パターン１４、銅箔２１、高温ハンダ材４
のロウ付け部で完全に遮断される。次に実装性について
検討する。ハンダリフロー温度を例えば２４０°Ｃとす
ると、後工程での加熱に耐えるため、封入ハンダ材５の
ロウ付け温度は例えば３００〜３４０°Ｃ、高温ハンダ
材４のロウ付け温度は例えば３６０〜４００°Ｃに設定
する。このような条件を与えておけば、水晶振動子をＳ
ＭＤ用部品としてユーザーが他の電子部品と同時に回路
基板への実装を行うことができる。

【００１２】次に本実施の形態の水晶振動子を集合状態
で製造するプロセスについて述べる。図４は下ケースの
集合基板の平面図である。下ケース集合体２０は下ケー
ス２の要素を縦横に多数配列した大型のプリント基板
で、予め両面に銅箔が貼られており、上下面パターンの
エッチングの加工がなされ、これに下ケースの列を区切
る長穴２０２、ザグリ部２２、スルーホール２４が設け
られる。スルーホール２４、ザグリ部２２の内面と長穴
２０２の内側面には銅メッキ、銅全面のＡｕフラッシュ
メッキが施されている。なお集合体相互を位置合わせす
るための位置決め穴２０１が対角部に設けてある。水晶
振動片１は唯一の個部品で、半導体部品のダイボンディ
ングを基板に対して行うのに似た感覚でマウントされ
る。水晶振動片１は予めトレイ等の上に整列して並べら
れており、１個づつピックアップして下ケース集合体２
０の上面の所定位置に順次載置し、個別に、あるいは有
機接着剤を供給して仮止めした後全数同時に、加圧・加
熱を行ってスルーホール部と枠状金属パターン部とのロ
ウ付けを完了する。図４には左上に１個のみ水晶振動片
１が載置された状態を示している。

【００１３】図５は枠状に打ち抜かれた封入ハンダ材５
のシートを多数連結したハンダシート集合体５０の平面
図である。位置決め穴２０１を備え、該穴を基準にして
下ケース集合体２０に重ねたとき、各ハンダシートは蓋
３のロウ付け部位に位置決めされる。ハンダ材５を均一
な厚さのシート状にしておくことによって、ろう材に不
均一な偏りがなく、欠陥のないロウ付けが達成される。

【００１４】図６は蓋３の絞り加工および連結部を残し
た打抜きを行って多数連結せしめた蓋集合体３０の平面
図である。メッキも必要ならば完了している。やはり位
置決め穴２０１を備えている。

【００１５】集合体を用いた振動子の組立は以下のよう
に行われる。水晶振動片１を実装済の下ケース集合体２
０の上にハンダシート集合体５０を位置決め穴２０１基
準で重ね、更に蓋集合体３０を同様に重ねて、全体を挟
持する治具を用いてすべての接合部を同時に均等に加圧
かつ加熱すれば、蓋３のロウ付けが完了する。更に必要
に応じて前述した周波数調整穴３２から周波数調整作業
を行い、ハンダＣリング３３を溶融封止する。次いで図
４に示すカットライン２０３において完成した集合体を
切断すれば、個々に分離した完成水晶振動子が得られ
る。

【００１６】次に本発明の実施の形態における各種の変
形例を考察しておく。まず水晶振動子は、上述の実施例
では片持ち形のＡＴ板等の平板状振動片を用いたが、こ
れはコンベックスあるいはベベル付きの振動板でもよ
く、両持ちにしてもよい（スルーホールの位置および枠
状金属パターンが水晶振動片の両端に１個づつとな
る）。また音叉形の振動片を用いてもよい。また振動片
は水晶に限らず、他の圧電結晶や圧電性磁器で構成して
もよい。高温ハンダ材の代わりに導電接着剤を用いても
よい。また振動片に設けたスルーホールと下面に設けた
枠状金属パターンとを省略し、水晶引出電極を下面に引
き回して下ケースのスルーホールと直接ハンダまたは導
電接着剤で接続し、その周囲を絶縁性の接着剤で固着す
ることにより簡略化することもできる。また下ケースの
材質や金属皮膜も適宜変更が可能である。蓋にも無機材
料や内面を金属層で覆った樹脂材料を用いることが可能
なことは自明である。また容器材料に必要な配線パター
ンを追加して他の電子素子を適宜実装搭載することも可
能である。その他本発明の主旨の範囲内で種々の変化を
構成あるいは製造方法に与えることができることはもち
ろんである。

【００１７】

【発明の効果】本発明においては、内面を金属層で覆っ
た樹脂性の容器を用いたので、気密性を始めとする諸特
性を良好に保ったまま、低コストで薄型・小型・軽量構
造の圧電振動子を実現し、更に製造方法において大部分
の主要な加工を多数の部品の集合状態のままで可能とし
て一層の低コスト化を達成できた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例である水晶振動子の
構造を示す２面図で、（ａ）は蓋の一部を破断した平面
図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。

【図２】水晶振動片の３面図であって、（ａ）は平面
図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は下面図である。

【図３】下ケースの３面図であって、（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図、（ｃ）は下面図である。

【図４】下ケースの集合基板の平面図である。

【図５】ハンダシート集合体５０の平面図である。

【図６】蓋集合体３０の平面図である。

【図７】図７は円筒形の容器を有する従来例の斜視図で
ある。

【図８】図８は箱型の容器を有する他の従来例の斜視図
である。

【符号の説明】

１ 水晶振動片 １１ 励振電極 １２ 水晶引出電極 １３ 水晶スルーホール １４ 枠状金属パターン ２ 下ケース ２０ 下ケース集合体 ２０１ 位置決め穴 ２０２ 長穴 ２０３ カットライン ２１ 銅箔部 ２２ ザグリ部 ２３ 銅メッキ部 ２４ スルーホール ２５ 下面引出電極 ２６ 端子電極 ２７ ケース材露出部 ３ 蓋 ３０ 蓋集合体 ３２ 周波数調整穴 ３３ ハンダＣリング ４ 高温ハンダ材 ５ 封入ハンダ材 ５０ ハンダシート集合体 ９１ 気密端子 ９２ キャップ ９３ セラミック製下ケース ９４ 下ケース段差部 ９５ 蓋 ９６ 側面電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定数のスルーホールの周囲直近部を除
   く上面が金属層で覆われ、下面には前記スルーホールの
   下面側と接続する端子電極が設けられたほぼ平板状の樹
   脂材料より成る下ケースと、該下ケースの上面に固着さ
   れ、励振電極が前記スルーホールの上面側に個々にハン
   ダあるいは導電接着剤にて接続された圧電振動片と、前
   記下ケースの上面の金属層の周縁部とロウ付けされて前
   記圧電振動片を気密に覆う、内面が金属あるいは無機材
   料であって少なくとも周縁部下面に金属部を有する蓋と
   より成ることを特徴とする圧電振動子。
2. 【請求項２】 前記下ケースは銅箔を両面に貼ったプリ
   ント配線用基板であり、上面ほぼ中央部にザグリ部を有
   し該ザグリ部内面には銅メッキが施されており、前記金
   属層は前記銅箔と前記銅メッキとより形成されているこ
   とを特徴とする請求項１の圧電振動子。
3. 【請求項３】 前記圧電振動片の下面に膜状の金属枠を
   設け該金属枠内に励振電極の端部が導びかれており、該
   励振電極の端部を前記基板のスルーホールと接続せしめ
   たとき、前記金属枠もまた前記スルーホールの周囲にあ
   る前記金属層とロウ付けされることを特徴とする請求項
   １あるいは２の圧電振動子。
4. 【請求項４】 所定数のスルーホールの周囲直近を除き
   上面の大部分を金属層で覆い、下面には前記スルーホー
   ルと接続する所定の金属パターンが加工されたほぼ平板
   状の樹脂材料より成る下ケース要素を多数密接させ連続
   配列させた形状の下ケース集合体を作成する工程と、前
   記下ケース要素の配列に対応した位置に形成された多数
   の蓋要素を相互に連結して成る蓋集合体を作成する工程
   と、前記下ケース集合体における個々の前記基板要素の
   上面に圧電振動片を供給して固着すると共に該圧電振動
   片の励振電極を前記スルーホールと接続する工程と、圧
   電振動片を搭載した前記下ケース集合体と前記蓋集合体
   とを位置合わせして重ね、個々の下ケース要素と蓋要素
   とを同時に接合して連結した多数の圧電振動子を形成す
   る工程と、該連結した多数の圧電振動子を切断分離して
   個々の圧電振動子を得る工程とを含むことを特徴とする
   圧電振動子の製造方法。