JPH11103231A - 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、同位置にスルー
ホールを有するセラミック材の中枠を固着し、その上に
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入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１０と図１１に示す。図１０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膜電極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１１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、前記
スルーホールに対応する位置に中枠スルーホールを備え
下面の該中枠スルーホールを囲むメタライズ面を有する
中枠と、該中枠の上面に固着され、励振電極が前記中枠
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少なくとも上面に貼ったプ
リント配線用基板を原材料としており、前記中枠はセラ
ミック材より成ることを特徴とする（１）の圧電振動
子。 （３）中枠スルーホールを備え、下面の該中枠スルーホ
ールを囲むメタライズ面を有する中枠を単体で多数作成
する工程と、該中枠を治具板の表面に所定の方向性と間
隔で整列配置する工程と、前記配列された中枠スルーホ
ールと対応する位置に設けた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、前記治具板上に配列した中枠の下面と前記下
ケース集合体の上面とを重ねて接合する工程と、前記個
々の中枠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、前記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３面図であって、（ａ）
は蓋の一部を破断した平面図、（ｂ）はその中央断面
図、（ｃ）は下面図である。また図２、図３および図４
はそれぞれ振動子の主要部品を説明する２面図であり、
図２は水晶振動片、図３は中枠、図４は下ケースを示
し、いずれも（ａ）は平面図、（ｂ）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
面に真空蒸着等により形成された銀膜などの励振電極１
１を有し、それらからの水晶引出電極１２は（ａ）
（ｂ）両図にて明らかなように振動片の端部において多
面に回り込み、上下両面のいずれからも接続可能にされ
ている。

【０００９】図３において７はセラミック製の中枠であ
って、左右両端にスルーホールを有し、その上下面はメ
タライズされた面である小円形の電極パッド７４に終わ
っている。下面には電極パッドを囲むメタライズ面７３
がある。また枠形状はほぼ矩形であるが、対角位置に３
角形状の張出部７１が設けてある。これはメタライズパ
ターンが異なる表裏を判別するための形状である。メタ
ライズ面には必要に応じて他の金属あるいはハンダのメ
ッキが施される。

【００１０】図４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
ように上面には銅箔部２１が左右両端部を残しほぼ全面
に残される。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、そ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
板の樹脂材料の露出部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
の両端の上面および下面には銅箔を残し、これを側端面
全面に形成した銅メッキで連結して端子電極２６とす
る。これは（ｂ）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。樹脂製のプリント基板は
構造の小型化、薄型化、低コスト化に適している。

【００１１】図１（ａ）（ｂ）（ｃ）によって各部品の
組立て方を説明する。中枠７は下ケース２上に、そのス
ルーホール２４に中枠スルーホール７２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。このとき両スルーホール同士と同時に、
その周囲の小面積を除き下ケースの気密容器内面に当た
る上面の全部に広がる銅箔部２１に対して中枠下面のメ
タライズ面７３が接続される。高温ハンダ材４はあらか
じめ下ケース２の上面および中枠７の下面にペースト状
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。水晶振動片１は中枠７の上面に、その水晶引
出電極１２が中枠スルーホール７２の上面の電極パッド
７４に重なるように載置され、導電接着剤あるいは高温
ハンダを用いて導電的に接着される。中枠７の穴内部に
張り出している水晶振動片１の部分が自由振動する。こ
れらの組立順序は、下ケース２と中枠７とを先に接着
し、次に水晶振動片１をマウントしてもよいし、あるい
は先に水晶振動片１をマウント済の中枠７を下ケースと
接合してもよい。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、Ａｕ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。こ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。

【００１２】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
かしそ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
囲の小面積のケース材露出部２７を透過して来た外気
は、無機材料である中枠７およびメタライズ面７３と銅
箔部２１との高温ハンダ材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３０
０〜３４０°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ＳＭＤ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。

【００１３】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の１例について述べる。図５は中枠
整列治具８の使用状態を示す平面図である。治具板の２
隅には位置決めピン８１が植設されている。セラミック
は加工時の変形やクラックが起きやすいので単体で製造
される。中枠７は治具８の上にランダムに多数供給さ
れ、振動を与えられる。そのうち若干個は、中枠の内部
に内接するよう中枠７の厚さより僅か低い高さに植設さ
れた中枠用ピン８２にうまく嵌まって下面を上にして正
しい位置に納まり、治具の底面に密着する。正しく置か
れなかったもの、例えば表裏逆になったものは中枠ピン
８２の作用で浮き上がり、容易に排除できる。これを数
回反復すれば、治具上のすべての所定場所に中枠が整列
してセットされる。

【００１４】図６は高温ハンダシート集合体４０の平面
図であり、高温ハンダ材４を必要なサイズの薄いシート
状にして所定位置に多数連結したものである。隅部に位
置決め穴２０１を有する。

【００１５】図７は下ケース集合体２０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、スルーホ
ール２４が設けられている。スルーホール２４の内部、
長穴２０２の内側面には銅メッキ、また銅全面の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。中枠整列治具８の位置決めピン８１にまず高温ハン
ダシート集合体４０の位置決め穴２０１、次に下ケース
集合体２０の位置決め穴２０１を挿通し、他の治具で挟
持し加圧かつ加熱すれば、下ケース２上に中枠が正しく
載置される。更にその組立体に水晶振動片１を固着す
る。水晶振動片１は予めトレイ等に整列配置され、１個
づつピックアップし、導電接着剤を供給されている中枠
７上に載置され、熱処理され、必要に応じて周波数調整
を追加され、蓋の接着を除く圧電振動子の組立が完了す
る。

【００１６】図８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
水晶振動片１のマウンティングを済ませた下ケース集合
体２０に重ねたとき、枠形状の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。封入ハンダ材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。

【００１７】図９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。この穴を基準にして、下
ケース集合体２０に重ねた前記のハンダシート集合体５
０の上に更に蓋集合体３０を重ね、全体を挟持する治具
を用いてすべての接合部を真空中で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。次いで図７
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。

【００１８】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
では両持ち形の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、片持ちにしてもよい（この場合はスルーホールの位
置が水晶振動片の片側に２個並ぶ）。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。次に中枠の材料
は、他にガラスや更に水晶振動片との熱膨張係数を合わ
せるため水晶材料を用いたり、あるいは有機材料も考え
られる。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
素材が基板材料である場合、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。

【００１９】

【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３面図で、（ａ）は蓋の一部を破断した平面
図、（ｂ）は中央断面図、（ｃ）は下面図である。

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

【図３】中枠の２面図であって、（ａ）は平面図、
（ｂ）は下面図である。

【図４】下ケースの２面図であって、（ａ）は平面図、
（ｂ）は下面図である。

【図５】中枠整列治具の使用状態の平面図である。

【図６】高温ハンダシート集合体の平面図である。

【図７】下ケース集合体の平面図である。

【図８】ハンダシート集合体の平面図である。

【図９】蓋集合体３０の平面図である。

【図１０】円筒形の容器を有する従来例の斜視図であ
る。

【図１１】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 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 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 ４ 高温ハンダ材 ４０ 高温ハンダシート集合体 ４１ 導電接着剤 ５ 封入ハンダ材 ５０ ハンダシート集合体 ７ 中枠 ７１ 張出部 ７２ 中枠スルーホール ７３ メタライズ面 ７４ 電極パッド ８ 中枠整列治具 ８１ 位置決めピン ８２ 中枠用ピン 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 (3)

【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、前記スルーホールに対応する位置に中枠スルーホー
   ルを備え下面の該中枠スルーホールを囲むメタライズ面
   を有する中枠と、該中枠の上面に固着され、励振電極が
   前記中枠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少なくとも上面に
   貼ったプリント配線用基板を原材料としており、前記中
   枠はセラミック材より成ることを特徴とする請求項１の
   圧電振動子。
3. 【請求項３】 中枠スルーホールを備え、下面の該中枠
   スルーホールを囲むメタライズ面を有する中枠を単体で
   多数作成する工程と、該中枠を治具板の表面に所定の方
   向性と間隔で整列配置する工程と、前記配列された中枠
   スルーホールと対応する位置に設けたスルーホールの周
   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、前記治具板上に配列した中枠の下面と
   前記下ケース集合体の上面とを重ねて接合する工程と、
   前記個々の中枠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、前記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。