JPH1169490A

JPH1169490A - 圧電振動子

Info

Publication number: JPH1169490A
Application number: JP24041397A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Ide; 利則井出; Hisao Wakabayashi; 久雄若林
Original assignee: Miyota KK; Miyota Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Miyota KK; Miyota Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1997-08-19
Filing date: 1997-08-19
Publication date: 1999-03-09

Abstract

(57)【要約】【課題】片持ち支持の圧電振動片を有する圧電振動子
において、優れた耐衝撃性を発揮することができ、しか
も品質・性能の優れた箱型容器の圧電振動子を実現する
こと。【解決手段】ほぼ矩形板状の圧電振動片の一方の辺を
比較的硬質の導電接着剤で下ケースの２箇所に固定し、
前記一方の辺に対向する辺を下ケースと前記圧電振動片
を覆う蓋に盛った比較的軟質の接着剤に近接せしめ、前
記圧電振動片を覆う蓋と前記下ケースとを融点が３４０
°Ｃ以下であるガラス材を用いて封止したことを特徴と
する圧電振動子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電振動子における
圧電振動片の支持および容器の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】水晶振動子等の圧電振動子は、しばしば
セラミック等の材料で作られた箱型の気密容器内に支持
される。箱型の容器に封入された圧電振動子の或るもの
は表面実装型（ＳＭＤ型）振動子と呼ばれ、電子機器の
プリント配線された回路基板への実装に適し、通信機
器、携帯用電子機器等のクロック源等として多用されて
いる。使用される圧電振動片は、例えば図２の斜視図に
概形を示すような短冊状の矩形板型ＡＴカットの水晶振
動片である。図において、１は水晶振動片、11は水晶振
動片電極膜である。水晶振動片１の裏面にも同様な電極
膜がある。111 、121 はそれらの電極引出線で、水晶振
動片１の端部の両面に跨がって設けられている。

【０００３】ＳＭＤ用の箱型容器の一例を挙げると、図
３の分解斜視図に示すような下ケース２と図４の斜視図
に示すような蓋５とより成る。下ケース２はそれぞれセ
ラミック製の第１絶縁基板21と第２絶縁基板22とが貼り
合わされたものである。第１絶縁基板21は下面にＳＭＤ
用の下面電極端子211 、それと側面パターン212 にて接
続され、要所にスルーホール接続部214 を有する配線パ
ターン213 がメタライズされたパターンとして備えられ
ている。

【０００４】第２絶縁基板22の上面には４個の振動片用
端子221 がメタライズパターンとして設けられており、
その面内にあるスルーホール（図示せず）によって、第
１絶縁基板21上の配線パターン213 と接続されている。
４個の振動片用端子221 は隣接するものが２端子とな
り、対角線上にあるもの同志は接続されている。そして
したケース２の上に水晶振動片１を搭載し振動片用端子
221 の上に水晶振動片１の電極引出線111 、121 が乗る
ようにして導電性接着剤で接着し、導通と支持とを同時
に達成させる。このとき水晶振動片１の表裏および長手
方向の向きを問わない。蓋５は水晶振動片１をマウント
した下ケース２に被せて周囲下面を下ケース２と低融点
ガラスを用いて気密に封着する。第２絶縁基板22に設け
られている穴222 は水晶振動片１の中央の振動振幅の大
きい部分に下ケース２が触れないためにあり、また中溝
223 は隣接する導電性接着剤の短絡を避けるために設け
られている。以上に説明した箱型容器の構造の詳細は、
特願平7-316064号に開示されたものと基本的に同じであ
る。

【０００５】圧電振動片の支持の方法は大別して２種類
ある。その（１）は両持ち支持で、圧電振動片の二つの
短辺を両方とも導電性、或いは導電性と非導電性の接着
剤で下ケースと接着する。その（２）は片持ち支持で、
圧電振動片の２つの短辺のうち一方の電極引出線のある
側のみを下ケース（上の振動子用端子221 ）と導電接着
剤で接着し、他方の短辺は接着せずフリーにしておく。
圧電振動片を衝撃に十分耐えうる強度に支持し、なおか
つ圧電振動片の振動に支持による応力（あるいは歪みと
言っても差し支えない）が悪影響を与えることがないよ
うにするため、両支持方法に関して従来から種々の改良
提案がある。

【０００６】前記（１）の両持ち支持の方法では、圧電
振動子の破壊が起こらない程度の良い耐衝撃性が得られ
るし、圧電振動片が動かないので容器を薄型にできる利
点があるが、接着剤のキュア（硬化のための熱処理）に
よる収縮や圧電振動片と容器の基板、あるいは接着剤と
の熱膨張率の差によって、完成圧電振動子の圧電振動片
内部に残留応力が生じて発振周波数が狙い値とずれた
り、あるいは周波数やＣＩ値の温度特性が乱されたり、
スプリアスが生じたりし勝ちである難点がある。それを
回避するため、実開平1-143516号においては、両持ち支
持される振動片の各短辺の下面に非導電性で収縮率の小
さい接着剤を、上面に施される接着剤には導電性接着剤
（一般的に収縮率が大きい）を施して、残留応力による
特性劣化を防ぐ提案がある。また実開平5-18121 号にお
いては、圧電振動片の片側の短辺を導電接着剤（硬度が
大きい）で支持し、他の短辺は軟質のシリコン系接着剤
を用いることによって残留歪みの軽減や諸応力の吸収を
図った提案がなされている。

【０００７】前記（２）の片持ち支持の方法では、圧電
振動片の振動が支持の応力の影響を受けないという点に
関してはほとんど問題がないが、圧電振動片が片持ちで
あるため、そのままでは強度の衝撃が圧電振動子に印加
されたとき、接着部位の剥がれ、圧電振動片の折れ等の
危険が大きい。それを回避するため、フリーな方の短辺
に近接して圧電振動片の変位を制限するストッパーを設
けたものがある。その具体例としては例えば特開平8-33
0886号においては、接着しない短辺側にストッパーとな
る枕部や緩衝部を配置した構造が開示されている。また
特開平8-186457号には、水晶振動片の片持ちの保持部に
第１の接着剤を塗布してこれを溶剤が飛ぶ程度に仮キュ
アし、その上に水晶振動片を載せて第２の接着剤を塗布
して全体をキュアすることによって、接着剤のキュアに
よる収縮を適度に制御し、水晶振動片のフリーな他端を
基板から僅かに浮かせ、ストッパーとなる基板面と水晶
振動片の他端との間に適量の隙間を得る技術が開示され
ている。

【０００８】従来提案された上記の各具体的改良例に関
する問題点を以下に述べる。（１）の両持ち支持に関す
る実開平1-143516号の接着剤の２重塗布技術は、歪み除
去が主として一方の短辺における局所的な作用であるの
で効果の程度に疑問がある。現に市販されているＳＭＤ
型水晶振動子の主流は水晶振動子の厚さやコストが増す
にも関わらず、水晶振動片の各短辺を板バネ上に接着し
て歪み除去を図っている。また実開平5-18121 号におけ
る硬軟両接着剤の組み合わせは効果があると予想される
が、当該文献には製造法が完結されるような形では書か
れてなく、その実現性に難点がある。即ちシリコン系の
軟質接着剤は、約３５０°Ｃにおいて分解する。しかる
に箱型容器の蓋と下ケースとを封着する低融点ガラスの
封着温度は従来低いものでも３７０°Ｃである。従って
封着作業を行うと容器内部のシリコン系接着剤は分解
し、発生した成分が飛散し、水晶振動片の表面に付着し
て周波数をシフトさせてしまう。付着物は不安定で脱落
する恐れがあり周波数の経時変化の原因になる。また発
生ガスは容器内部の雰囲気あるいは真空度を損ない、Ｃ
Ｉ値や温度特性にも悪影響を与える可能性がある。しか
もこのような難点に関して言及した文献は存在しないよ
うである。（２）の片持ち支持における特開平8-330886
号のストッパーを設ける技術も製造法として完結してい
ない点は同様であるし、またストッパーの最適材質にも
言及していない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、片持
ち支持の圧電振動片を有する圧電振動子において、優れ
た耐衝撃性を発揮することができ、しかも品質・性能の
優れた箱型容器の圧電振動子を実現することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

（１）ほぼ矩形板状の圧電振動片の一方の辺を比較的硬
質の導電接着剤で下ケースの２箇所に固定し、前記一方
の辺に対向する辺を下ケースと前記圧電振動片を覆う蓋
に盛った比較的軟質の接着剤に近接せしめ、前記圧電振
動片を覆う蓋と前記したケースとを融点が３４０°Ｃ以
下であるガラス材を用いて封止した圧電振動子。（２）前記下ケースおよび蓋はセラミック製であり、か
つ前記比較的硬質の導電接着剤は高分子系熱粘性接着剤
であり、前記比較的軟質の接着剤はシリコン系の非導電
接着剤である（１）の圧電振動子。（３）比較的硬質の導電接着剤はポリサルホン樹脂を基
材とし銀フレークを加えた接着剤である（２）の圧電振
動子。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の一例
である圧電振動子を示し、（ａ）はその平面図（蓋を除
いた状態）、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図（蓋つき）であ
る。既に従来例にて説明を済ませた部分には同一番号を
付して新たな説明を省略する。それらは、水晶振動片１
の各部（図２参照）、下ケース２（図３に示した第１絶
縁基板21および第２絶縁基板22を張り合わせて一体化し
たもの）の各部、および蓋５（図４参照）である。

【００１２】図１（ａ）、（ｂ）において、２ケ所の導
電接着剤３は、水晶振動片１の電極引出線111 、121 と
下ケース２の２ケ所の振動子用端子221 とを接着し、そ
れらの電気的導通をとると同時に機械的に固着する。一
方の短辺上であるから２ケ所の接着部位の間隔は短いと
はいえ、やはり熱応力の影響を受けるので、例えば熱硬
化性のエポキシ樹脂等を基材とした導電接着剤は硬化後
の硬度が硬すぎる場合がある。熱応力を十分に緩和する
ためには僅かに柔軟性のある導電接着剤を使用する。そ
れは熱硬化性樹脂よりも高分子系である熱粘性（熱可塑
性）の樹脂例えばポリサルホン樹脂を用い、これに銀フ
レークを混入した導電接着剤が適当である。ストッパー
41は水晶振動片１の固着されていない方の短辺に近接し
て下ケース２の上に置かれた軟質接着剤の塊であり、ス
トッパー42は水晶振動片１の固着されていない方の短辺
に近接して蓋５の内側に置かれた軟質接着剤の塊であ
る。各ストッパー41、42と水晶振動片１とは図示のよう
に僅かな隙間を与えられている。この隙間を管理するに
は例えば以下のようにする。まず導電接着剤３の少量と
ストッパー41用の軟質接着剤を置き、従来例の説明の項
で述べた特開平8-186457号に開示の技術を用い、導電接
着剤３の一部を仮キュアした後、水晶振動片１をそれら
接着剤の上に載置し、導電接着剤３をさらに追加してそ
の硬化キュアを行うと、導電接着剤３の硬化過程での収
縮により水晶振動片１の他端がストッパー41の上面から
持ち上げられ、適度な隙間が得られる。水晶振動片１と
他のストッパー42との隙間は、水晶振動片１の厚さ、ス
トッパー41との前記隙間、ストッパー41、42である軟質
接着剤の厚さ、封着ガラス６の厚さを考慮して蓋５の深
さを選定することで決定される。低融点の封着ガラス６
は下ケース２と蓋５とを気密に封止する。このガラスの
封着温度は３４０°Ｃ以下、実際には約３２０°Ｃであ
り、封着作業により軟質接着剤のストッパー41、42が分
解あるいは変質することがない。

【００１３】本実施の形態に使用した軟質接着剤は、例
えば１液性の非導電型で本来半導体の応力緩和ダイボン
ディング用に開発されたもので、塗布・加熱により短時
間でエラストマー状に硬化、接着する。硬化後の主な特
性は、２５°Ｃにて引張強度２２kgf/cm2 、伸度２２０
％、ヤング率１１kgf/cm2 、接着力６．５kgf/cm2 であ
る。なお支持固定用の導電接着剤のヤング率は４２００
０kgf/cm2 であるから、軟質接着剤のヤング率はその約
１／３８００しかなく如何に柔軟かがわかる。本発明に
用いられる導電接着剤と軟質接着剤とのヤング率の比は
５００以上あることが好ましく、１０００以上あること
が更に好ましいと考えられる。また封着ガラスは鉛酸化
物を主成分とし、ケースの材質であるセラミック材(Al2
O3) との熱膨張率を合わせるための添加剤を加えて、従
来にない３２０°Ｃという低融点でありながら従来と同
程度の特性（強度、耐湿性等）を得たガラス材である。

【００１４】本発明の他の実施の形態について述べる。
圧電振動片は図２に示したようないわゆるバイコンベッ
クス型の中央部が厚い圧電振動片に限定する必然性はな
く、例えば平板状でもよいし、また矩形板でなくても例
えば円板型でもよい。円板型の場合、対向する辺とはあ
る直径の両端付近にある部分円弧と解される。圧電振動
片の材質も水晶以外の圧電材料でもよい。また容器も図
３に示した構造のものに限られない。要は低融点ガラス
で封止が行われる容器であればよい。また導電接着剤の
数が電極数に従って増えてもよい。軟質接着剤の材質、
封着ガラスの材質も例示したものに特に限られない。圧
電振動片のマウントや圧電振動子の組立工程の順序、条
件も上に述べたところに限られない。

【００１５】

【発明の効果】本発明においては、圧電振動片の一方の
辺を導電接着剤で固定支持しかつ接続し、他方の辺に近
接して軟質接着剤のストッパーを設け、かつ軟質接着剤
が分解しない低融点の封着ガラスを用いて容器を封止し
たので、封止による周波数のシフトもなく、軟質接着剤
の特性が遺憾なく発揮されて優れた緩衝性のストッパー
となる。また片持ちであるから支持による残留応力や使
用温度変化による付加応力が実質的に皆無であり、組立
における周波数動も温度特性の異常もない。そして圧電
振動片とストッパーの間には適当な隙間が設定されてい
るので、日常使用時に遭遇する軽度の加速度には反応せ
ず、導電接着剤による支持部の破損の恐れがあるような
所定の強度以上の衝撃時にのみ、圧電振動片と軟質接着
剤のストッパーが緩衝的に衝突して圧電振動片自体や支
持部の破損を防止する。また軟質接着剤の量と前記隙間
の管理により、圧電振動子の総厚も過大にならず適値に
抑えることができる。また導電接着剤に高分子系熱粘性
樹脂を用いれば一層その実現性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示し、（ａ）は蓋
を取り除いた平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。

【図２】圧電振動片の一例を示す斜視図である。

【図３】下ケースの一例を示す分解斜視図である。

【図４】蓋の一例の斜視図である。

【符号の説明】

１水晶振動片１１水晶振動片電極膜１１１電極引出線１２１電極引出線２下ケース２１第１絶縁基板２１１下面電極端子２１２側面パターン２１３配線パターン２１４スルーホール接続部２２第２絶縁基板２２１振動子用端子２２２穴２２３中溝３導電接着剤４１ストッパー４２ストッパー５蓋６封着ガラス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板状の圧電振動片の一方の辺を比較的硬
質の導電接着剤で下ケースの２箇所に固定し、前記一方
の辺に対向する辺を下ケースと前記圧電振動片を覆う蓋
に盛った比較的軟質の接着剤に近接せしめ、前記圧電振
動片を覆う蓋と前記下ケースとを融点が３４０°Ｃ以下
であるガラス材を用いて封止したことを特徴とする圧電
振動子。
【請求項２】前記下ケースおよび蓋はセラミック製で
あり、かつ前記比較的硬質の導電接着剤は高分子系熱粘
性接着剤であり、前記比較的軟質の接着剤はシリコン系
の非導電接着剤であることを特徴とする請求項１記載の
圧電振動子。
【請求項３】前記比較的硬質の導電接着剤はポリサル
ホン樹脂を基材とし銀フレークを加えた接着剤であるこ
とを特徴とする請求項２記載の圧電振動子。