JPH11274889A - 水晶片の保持機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】水晶片の性能劣化を招くことなく、しかも水晶
片の保持強度が十分得られるようにすること。 【解決手段】金バンプを、少なくとも２以上重ね合わせ
て形成した保持部４によって、水晶片２の電極面と電極
引出用凸部３とを接続した状態で、水晶片２保持する。
これにより、水晶片２と保持部４との接続面を極小、且
つ均一に保つことができると共に、外部からの応力は保
持部４によって緩衝され、水晶片２に対してストレスが
加わらなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種電子機器の周
波数制御素子として広く使用されている水晶振動子等の
水晶片を保持する水晶片の保持機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から水晶振動子は、各種電子機器の
周波数制御素子として広く使用されている。一般に水晶
振動子は、気密状態で封止されたセラミック等の容器内
に水晶片が安定した状態で保持されている。

【０００３】図５は、従来の水晶振動子と、その保持構
造を説明するための図であり、同図（ａ）に断面図、同
図（ｂ）に上面図がそれぞれ示されている。この図
（ａ），（ｂ）において、１０１は例えば箱形（凹形）
形状とされたセラミック等からなる容器本体、１０７は
例えばコバール等の金属部材からなる蓋体であり、容器
本体１０１に蓋体１０７を接合することにより、その内
部が気密状態となるように密閉することができる。

【０００４】１０２は水晶片、１０３は容器本体１０１
の両側に設けられている電極引出用凸部であり、この電
極引出用凸部１０３と水晶片１０２の電極面とが導電性
接着剤１０４によって接着されている。これにより、水
晶片１０２の電極面が電極引出用凸部１０３と電気的に
接続され、且つ、水晶片１０２が電極引出用凸部１０３
上に安定した状態で保持されることになる。

【０００５】１０５は容器本体１０１に蓋体１０７を接
合するための接合面であり、この接合面１０５は、例え
ば容器本体１０１を形成しているセラミック等をメタラ
イズ（金属化）して、その表面に例えばニッケル（Ｎ
ｉ）メッキ等を施すようにされている。

【０００６】１０６は当該水晶振動子を図示しないプリ
ント配線基板等に取り付けるために容器本体１の外側底
面に形成された電極面であり、この電極面１０６には電
極引出用凸部１０３と接続された電極端子やグランド端
子が設けられ、全体として表面実装型のチップ部品とし
て実装できるようにな構成とされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記図５に
示した水晶振動子において、水晶片１０２を電極引出用
凸部１０３、１０３に接着する場合は、水晶片１０２を
電極引出用凸部１０３、１０３上に載置した状態で、水
晶片１０２と電極引出用凸部１０３、１０３の接着面に
直接導電性接着剤１０４を塗布するようにしているた
め、水晶片１０２と電極引出用凸部１０３，１０３との
接着面積が大きくなる。

【０００８】水晶片１０２と電極引出用凸部１０３との
接着面積が大きくなると、水晶片１０２の振動が抑圧さ
れてインピーダンスや発振周波数の温度特性等が変化す
るといった問題点があった。また、水晶片１０２は導電
性接着剤１０４によって、その両端が電極引出用凸部１
０３に固着されているため、外部からの応力が水晶片１
０２に対してストレスを与えて、水晶片１０２の発振周
波数等が変化するといった問題点があった。

【０００９】そこで、上記したような問題点を解決する
ため、水晶片の接着面積ができるだけ小さくなるように
した水晶振動子が広く用いられている。図６は、そのよ
うな水晶振動子と、その保持構造を説明するための図で
あり、同図（ａ）に断面図、同図（ｂ）に上面図がそれ
ぞれ示されている。なお、図５と同一部分には同一番号
を付しその説明は省略する。

【００１０】この図（ａ），（ｂ）において、１１０は
導電性接着剤１０４によって、水晶片１２０の電極面と
接続される電極引出用凸部であり、この場合は容器本体
１０１内の一端側に電極引出用凸部１１０ａ，１１０ｂ
が分割して設けられている。１１１は容器本体１０１内
の他端側に設けられている水晶片１２０を載置するため
の凸部である。

【００１１】水晶片１２０の上面側には、ハッチで示し
たようなパターンの上面電極１２０ａが取り付けられて
おり、この上面電極１２０ａが導電性接着剤１０４によ
って、一方の電極引出用凸部１１０ａと接続される。ま
た、図示していない水晶片１２０の下面側にも下面電極
が取り付けられており、この下面電極が導電性接着剤１
０４によって、他方の電極引出用凸部１１０ｂと接続さ
れる。

【００１２】つまり、図６に示すような構造とされる水
晶振動子は、水晶片１２０に取り付けられてた電極面と
接続される電極引出用凸部１１０ａ，１１０ｂを容器本
体１０１内の一端側に設け、他端側には水晶片１２０を
載置するための凸部１１１を設けるようにしている。そ
して、水晶片１２０の一端側だけを接着する片持ち構造
となるようにしている。

【００１３】この場合は、水晶片１２０の接着面積を比
較的小さくすることができるので、水晶片１２０の振動
の抑圧が低減され、インピーダンスや発振周波数の温度
特性等が変化するといったことを低減することができ
る。特に、水晶片１２０の他端側は、単に凸部１１１上
に載置されているだけの片持構造となっているので、外
部からの応力が水晶片１２０に対してストレスを与えな
くなり、温度変動等によって発振周波数等が変化すると
いったことも抑制することができる。

【００１４】しかしながら、近年、水晶振動子の小型化
に伴って、水晶片１２０の形状も小さくなってきてい
る。このため、上記図６に示すような構造とされる水晶
振動子においても、水晶片１２０と電極引出用凸部１１
０ａ，１１０ｂとの接着面積の比率が大きくなり、イン
ピーダンスや発振周波数の温度特性等が変化するといっ
たことが問題となっている。また、水晶片１２０の一端
側だけを導電性接着剤１０４によって接着する片持ち構
造の場合は、水晶片１２０の保持強度を十分に得ること
ができないという恐れもあった。

【００１５】そこで、本発明は上記したような問題点を
解決するためになされたものであり、水晶片の特性を劣
化させることなく、しかも水晶片の保持強度が十分得ら
れる水晶片の保持機構を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、水晶片の電極面と、水晶片を収納する容器の電極面
とが、少なくとも２以上の金属バンプを積み重ねた保持
部によって接続するようにした。

【００１７】本発明によれば、その直径が極めて小さい
金属バンプを２以上重ね合わせて形成した保持部によっ
て、水晶片の電極面を容器等の所定位置に固着するよう
にしているため、水晶片の電極面と保持部との接続面を
極小、且つ均一に保つことができる。また、外部からの
応力は、金属バンプとされている保持部によって緩衝さ
れるため、水晶片に対して外部応力によるストレスがほ
とんど加わるといったことがない。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は、本発明の水晶片の保持機構を備え
た表面実装型の水晶振動子の構造を示した組立斜視図、
図２は図１に示した水晶振動子の断面図及び上面図であ
る。

【００１９】これら図１、図２において、１は例えば箱
形（凹形）形状とされたセラミック等からなる容器本
体、１０は例えばコバール等の金属部材からなる蓋体と
され、容器本体１に蓋体１０を接合することにより、そ
の内部が気密状態となるように密閉できるようにされ
る。

【００２０】２は水晶片、３は容器本体１内の両側に設
けられている電極引出用凸部、４は水晶片２の電極面を
電極引出用凸部３と電気的に接続すると共に、水晶片２
を電極引出用凸部３の上に機械的に保持する保持部とさ
れる。保持部４は、後述するように金線を溶融した時に
できる例えばその直径が３０μｍ〜１２０μｍと極めて
小さい金バンプ（突起）を数段（例えば３段）重ね合わ
せるように接合して形成されている。

【００２１】保持部４と水晶片２の電極面とは、例えば
溶接によって接続されると共に、保持部４と電極引出用
凸部３とは、例えば導電性接着剤５によって接続され
る。なお、保持部４と電極引出用凸部３とは、金錫、金
シリコン、金ゲルマニューム等の合金によって接合して
も良い。

【００２２】５は容器本体１に蓋体１０を接合するため
の接合面であり、この接合面５は、例えば容器本体１を
形成しているセラミックをメタライズ（金属化）して、
その表面に例えばニッケル（Ｎｉ）メッキ等を施すよう
にされている。

【００２３】６は当該水晶振動子を図示しないプリント
配線基板等に取り付けるために、容器本体１の外側底面
に設けられている電極面であり、この電極面６には電極
引出用凸部３と接続された電極端子やグランド端子が設
けられ、全体として表面実装型のチップ部品として実装
できるようにな構成とされている。

【００２４】このように本実施の形態においては、水晶
片２の電極面と、電極引出用凸部３とを金バンプによっ
て形成された保持部４によって接続することで、水晶片
２の電極面が電極引出用凸部３と電気的に接続されると
共に、水晶片２を電極引出用凸部３の上に保持するよう
な水晶片の保持機構を構成している。

【００２５】この場合、水晶片２と保持部４との接続面
は、保持部４を形成している金バンプの直径とほぼ等し
くなり、その接続面を極めて小さくすることができるた
め、従来のように導電性接着剤によって水晶片と電極引
出用凸部とを接続する場合に比べて、水晶片２のインピ
ーダンスや発振周波数の温度特性等が変化するといった
ことがない。また、水晶片２と保持部４との接続面の面
積を均一となるように管理することができるため、接続
面積のバラツキによって水晶片２の特性にバラツキが生
じるといったこともない。

【００２６】さらにまた、外部から応力が加わった場合
においても、その外部応力は保持部４によって緩衝さ
れ、水晶片２に対してストレスを与えなくなるため、発
振周波数等が変化するといったこともない。従って、本
実施の形態のように水晶片２の両端を保持することが可
能になり、水晶片２の保持強度を向上することができる
ようになる。

【００２７】また、本実施の形態のように複数個の金バ
ンプを重ね合わせて保持部４を形成すれば、容器本体１
を形成するセラミック等と熱膨張率係数の異なる金（Ａ
ｕ）等の金属によって金バンプを形成した場合において
も、水晶片２がセラミック等の熱膨張の影響をまともに
受けないという利点もある。

【００２８】図３は、本発明の実施の形態とされる水晶
片の保持機構を備えた表面実装型の水晶振動子の他の構
造を示した断面図及び上面図である。なお、図２と同一
部分には同一番号を付しその説明は省略する。

【００２９】この図（ａ），（ｂ）において、３ａ，３
ｂは容器本体１内の一端側に分割して設けられている電
極引出用凸部、８は容器本体１内の他端側に設けられて
いる水晶片２を載置するための凸部である。

【００３０】水晶片２の上面側には、ハッチで示したよ
うなパターンの上面電極２ａが取り付けられており、こ
の上面電極２ａが金バンプ４によって、一方の電極引出
用凸部３ａと接続されている。また、水晶片２の下面側
にも破線で示したような下面電極２ｂが取り付けられて
おり、この下面電極２ｂが金バンプ４によって、他方の
電極引出用凸部３ｂと接続されている。

【００３１】つまり、図３に示すような構造とされる水
晶振動子は、水晶片２の電極面２ａ，２ｂと接続される
電極引出用凸部３ａ，３ｂを容器本体１内の一端側に設
け、他端側には水晶片２を載置するための凸部８を設
け、水晶片２の一端側だけを金バンプ４、４によって固
定するような構造とされる。

【００３２】この場合も、水晶片２と保持部４との接続
面を極めて小さくすることができるため、水晶片２のイ
ンピーダンスや発振周波数の温度特性等が変化するとい
ったことがない。また、水晶片２と保持部４との接続面
積を均一となるように管理することができるため、特性
にバラツキが生じるといったこともない。

【００３３】なお、本実施の形態においては、保持部４
を形成するバンプを金（Ａｕ）によって形成した場合を
例にとって説明したが、これに限定されるものでなく、
例えばハンダ等の他の金属で形成しても良い。

【００３４】ここで、図４を参照しながら上記したよう
な保持部４の作製方法の一例を簡単に説明しておく。本
実施の形態のように保持部４を金バンプによって作製す
る場合は、一般に知られている半導体ベアチップとプリ
ント配線基板の接続部とを細い金線などで圧着接続する
ワイヤボンディング（wire bonding）装置を用いるよう
にする。

【００３５】この場合は、先ず、図４（ａ）に示すよう
に、ワイヤボンディング装置のキャピラリ２０内を通っ
て引き出される極めて細い金線２１の先端を、例えば電
流や火炎等によって瞬間的に溶融して金バンプ４ａを形
成する。次に、同図（ｂ）に示すように、この金バンプ
４ａをキャピラリ２０によって水晶片２の電極面２ａ上
に押しつけながら、この金バンプ４ａを超音波等によっ
て加熱して、例えば水晶片２の電極面２ａ上に溶接す
る。

【００３６】次に、金バンプ４ａと接続されていた金線
２１を切断した後、キャピラリ２０を引き上げ、再び同
図（ａ）において説明したようにして、新たな金バンプ
４ｂを形成する。そして、同図（ｃ）に示すように新た
に形成した金バンプ４ｂを水晶片２の電極面２ａ上に溶
接された金バンプ４ａ上に押しつけながら超音波をかけ
るようにする。これにより、金バンプ４ａ，４ｂが加熱
されて溶接される。以下このような動作を繰り返し行う
ことにより、水晶片２の電極面２ａには複数個（本実施
の形態においては３個）の金バンプからなる保持部４を
形成することができる。

【００３７】そして、このようして水晶片２の電極面２
ａと接続された金バンプからなる保持部４の他端側を、
上述したように導電性接着剤５によって電極引出用凸部
３に接着することによって、上記したような水晶片２の
保持機構を構成することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の水晶片の
保持機構によれば、その直径が極めて小さい金属バンプ
を複数個重ね合わせて形成した保持部によって、水晶片
の電極面を容器等の所定位置に固着するようにしている
ため、水晶片と保持部との接続面を極小、且つ均一に保
つことができる。これにより、水晶片の性能を劣化させ
ることなく、水晶片を保持することができるようにな
る。

【００３９】また、外部からの応力は保持部によって緩
衝され、水晶片には外部応力によるストレスがほとんど
加わわらないため、水晶片の両端を保持することが可能
になり、水晶片を保持強度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態とされる水晶片の保持機構
の備えた水晶振動子の構造を説明するための組立斜視図
である。

【図２】本実施の形態とされる水晶片の保持機構を備え
た水晶振動子の構造を説明するための断面図、及び上面
図である。

【図３】本実施の形態とされる水晶片の保持機構を備え
た他の水晶振動子の構造を説明するための断面図、及び
上面図である。

【図４】保持部の作製方法の一例を示した図である。

【図５】従来の水晶振動子と、その保持構造を説明する
ための断面図、及び上面図である。

【図６】従来の水晶振動子と、その保持構造を説明する
ための断面図、及び上面図である。

【符号の説明】

１ 容器本体、２ 水晶片、２ａ，２ｂ 電極面、３
電極引出用凸部、４保持部、５ 導電性接着剤、６ 電
極面、７ 接合面、８ 凸部、１０ 蓋体、２０ キャ
ピラリ、２１ 金線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水晶片の電極面と、水晶片を収納する容
   器の電極面とが、少なくとも２以上の金属バンプを積み
   重ねた保持部によって接続されていることを特徴とする
   水晶片の保持機構。