JP4275396B2

JP4275396B2 - 水晶振動子

Info

Publication number: JP4275396B2
Application number: JP2002364710A
Authority: JP
Inventors: 精司小田; 三十四梅木; 博上原
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2022-12-17
Also published as: JP2004200835A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表面実装用の水晶振動子（以下、表面実装振動子とする）を産業上の技術分野とし、特に共晶合金を用いて接続した水晶振動子の電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）表面実装振動子は小型・軽量であることから、特に携帯機器例えば携帯電話の周波数や時間の基準源として使用される。近年では、高信頼及び高周波化が一層求められ、これに起因して保持構造等の見直が求められている。
【０００３】
（従来技術の一例）第４図及び第５図は一従来例を説明する図で、第４図は表面実装振動子の分解組立図、第５図（ａ）は水晶片の断面図、同図（ｂ）は平面図である。
【０００４】
表面実装振動子は、容器本体１に水晶片２を収容してカバー３を被せ、水晶片２を密閉封入してなる。容器本体１は例えば凹状とした積層セラミックからなり、内底面に水晶片２との接続端子としての一対のメタライズ層（水晶端子とする）４を有する。外表面（底面及び側面）には、水晶端子４と電気的に接続した表面実装用の図示しない実装電極を有する。
【０００５】
水晶片２は両主面に励振電極５を有し、引出電極を経て一端部両側に外部接続用の導出電極６を形成する。導出電極６はそれぞれ角部の側面を経て反対面に折り返して形成される。そして、これらの各電極は、水晶片２の主面から、一層目を下地電極８、二層目を導通電極９として、蒸着等によって形成される。ここでは、一層目（下地電極８）をＣｒ、二層目（導通電極９）をＡｕとする。なお、水晶片２と導通電極９としてのＡｕとは付着強度が低いため、両者間に馴染みのよい下地電極８としてＣｒを介在させる。
【０００６】
そして、一端部両側の導出電極６が、これと対応して形成された内底面の水晶端子４に面対向して、導電性接着剤７によって固着される。そして、例えば容器本体１の開口端面に設けられた図示しない金属リングやメタライズ層に、金属としたカバー３をシームやビーム溶接によって接合してなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の表面実装振動子では、導電性接着剤７によって水晶片２を固着する保持構造に起因して次の問題があった。すなわち、導電性接着剤７は、有機物としての高分子からなる例えばシリコン系の樹脂を母体とする。
【０００８】
このため、例えば導電性接着剤７の硬化時に有機物から放出ガスが発生し、これが水晶片２に付着して経年変化特性を悪化させる問題があった。特に高周波化（例えば100ＭＨｚ以上）が進み、水晶片２が薄くなるほど影響は大きく、問題は顕著になる。また、仕様等が厳しく高信頼を求められた場合も同様である。
【０００９】
（発明の目的）本発明は経年変化特性及び振動特性を良好にして、高周波化及び高信頼性を促進する水晶振動子を提供することを目的とする。
【００１０】
【特許文献１】
特願2002-138441号
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、水晶片の両主面に形成された励振電極から引出電極を延出して接続端子としての電極導出部を設け、前記水晶片の電極導出部を共晶合金によって、前記水晶片が収容される容器本体の水晶端子に接続してなる水晶振動子であって、前記電極導出部の電極構造は前記水晶片の主面から一層目を下地電極、二層目を導通電極、三層目を拡散防止電極、四層目を遮蔽電極、五層目を接合電極とし、前記一層目の下地電極及び前記二層目の導通電極は前記励振電極と同一構造として前記励振電極から延出し、前記三層目の拡散防止電極は前記四層目の遮蔽電極が前記導通電極に拡散することを防止する金属からなり、前記四層目の遮蔽電極は前記五層目の接合電極の溶融時に前記導通電極の喰われを抑止する金属からなり、前記一層目の下地電極はＣｒ又はＮｉＣｒとし、前記二層目の導通電極はＡｕとし、前記三層目の拡散防止電極はＡｕとし、前記四層目の遮蔽電極はＣｒ又はＮｉＣｒとし、前記五層目の接合電極はＡｕＧｅとした構成とする。
【００１２】
削除
【００１３】
削除
【００１４】
削除
【００１５】
削除
【００１６】
【実施例】
第１図は本発明の一実施例を説明する表面実装振動子の一部断面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
【００１７】
表面実装振動子は、前述したように容器本体１に水晶片２を収容してカバー３を被せ、密閉封入してなる。水晶片２は前述同様に両主面に励振電極５を、これと接続して折返して形成された導出電極６を一端部両側に有する（前第４図及び第５図参照）。
【００１８】
導出電極６は５層構造として前述同様に一層目の下地電極８をＣｒ、二層目の導通電極９をＡｕとする。そして、ここでは二層目の導通電極９上に、三層目として拡散防止電極１０を、四層目として遮蔽電極１１を、さらにその上に五層目として接合電極１２を蒸着等によって形成する。
【００１９】
この例では、三層目の拡散防止電極１０をＡｕ、四層目の遮蔽電極１１はＣｒとし、五層目の接合電極１２はＡｕＧｅからなる共晶合金とする。なお、図では各層の厚みは同程度にしたが、下地電極８のＣｒが約100オングストローム、導通電極９のＡｕが300オングストローム以上、拡散防止電極１０のＡｕが3000オングストローム、遮蔽電極１１のＣｒが2000オングストローム以上、接合電極１２が4500オングストローム以上とする。
【００２０】
このようなものでは、容器本体１の水晶端子４上に接合金属１３を設ける。接合金属１３は厚みを約30μｍとした共晶合金ＡｕＧｅとする。そして、図示しない治工具を用いて、水晶片２の一端部両側を加熱するとともに押圧する。要するに、熱圧着によって、いずれも共晶合金ＡｕＧｅとした接合電極１２と接合金属１３を溶融し、水晶片２の一端部両側を水晶端子４に電気的・機械的に接続する。
【００２１】
このような構成であれば、従来例の導電性接着剤を使用することなく、共晶合金ＡｕＧｅを用いた水晶片２の接合となり、容器本体１内には有機物が殆ど存在しない。したがって、放出ガスが水晶片２に付着することもないので、経年変化特性を良好に維持して、表面実装振動子の高信頼性及び高周波化を促進する。
【００２２】
また、二層目の導通電極９（Ａｕ）と五層目の接合電極１２（共晶合金ＡｕＧｅ）との間に、拡散防止電極１０（Ａｕ）と遮蔽電極１１（Ｃｒ）とを介在させる。したがって、熱圧着時に、溶融した接合金属１３及び接合電極（ＡｕＧｅ）１２が遮蔽電極１１（Ｃｒ）によって遮断されて、拡散防止電極１０及び導通電極９（Ａｕ）に進行することなく喰われを防止する（特許文献１）。
【００２３】
なお、遮蔽電極１１が無い場合には、拡散防止電極１０及び導通電極９（Ａｕ）が接合金属１３及び接合電極（ＡｕＧｅ）に吸引されて所謂食われを生じて剥離する。これにより、導通不良を引き起こす。したがって、この実施例では、遮蔽電極１１（Ｃｒ）によって拡散防止電極１０及び導通電極９の金食われを防止して、導通を確実に維持できる。
【００２４】
さらに、ここでは拡散防止電極１０（Ａｕ）を導通電極９と遮蔽電極１１（Ｃｒ）との間に介在させる。したがって、遮蔽電極１１のＣｒが拡散防止電極（Ａｕ）によって吸収され、導通電極９（Ａｕ）への拡散を防止して導通抵抗を小さく維持する。要するに、Ａｕ層の厚みを大きくしてＣｒの拡散を防止する。これにより、導通抵抗の上昇によるクリスタルインピーダンスの増加を抑止する。
【００２５】
なお、導通電極９（Ａｕ）自体の厚みを大きくすればよいが、高周波（例えば100ＭHz以上）になると励振電極６の質量を小さくして振動特性を阻害しないようにする必要がある。したがって、導通電極９とは別個に拡散防止電極１０が必要になる。
【００２６】
【他の事項】
上記実施例では水晶片２は平板状として説明したが、第２図に示したようにしてもよい。すなわち、振動領域の厚みを小さくして厚みの大きい外周部に導通電極６を形成し、外周部を共晶合金によって保持してもよい。ここでは、一端部両側の導出電極６は電極貫通孔１４によってそれぞれ反対面に形成される。
【００２７】
また、第３図に示したように、導出電極６は反対面には形成することなく一主面側のみに形成して前述のように共晶合金によって接合し、他主面は単に下地電極８（Ｃｒ）と導通電極９（Ａｕ）としてワイヤーボンディング１５によって導出してもよい。
【００２８】
また、一層目の下地電極８はＣｒとしたが、例えばＴi、ＮiＷ、ＮiＴi、ＮiＣr等でもよく要は水晶片２と二層目の導通電極９との馴染みがよいものであればよい。また、導通電極９はＡｕとしたが、基本的には例えばＡｇやＡｌの導通度が良好なものであればよい。また、五層目の接合電極１２はＡｕＧｅとしたが、ＡｕやＡｇ等であってもよく接合金属１３（ＡｕＧｅ）と馴染みのよい金属であればよい。
【００２９】
そして、接合金属はＡｕＧｅとしたが、例えばＡｕＳｉ（溶融温度363℃）の適用も可能であり、基本的には無機物で溶融温度が水晶の転移温度５７３℃以下とした共晶合金であればよい。また、四層目の遮蔽金属１１はＣｒとしたが、例えばＮｉＣｒであってもよく、これらは二層目の導通電極９及び五層目の接合電極１２との兼ね合いから選択される。
【００３０】
また、水晶振動子として説明したが、他の回路素子とともに収容して発振器等を構成した場合での適用も可能であり、本発明はこれを排除するものではない。
そして、容器本体１は凹部内に段部を設けたが段部が無くとも内底面に直接に熱圧着してもよい。また、容器本体１は平板状として凹状のカバー３を接合してもよく、これらは任意に変更できる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は以上に説明した通りであり、基本的に共晶合金を用いた熱圧着によって水晶片を接合した表面実装振動子を得たので、有機物からの放出ガスによる特性劣化が殆どなく、高品質及び高信頼性の表面実装振動子を提供できる。そして、遮蔽電極及び拡散防止電極によって導通電極の導通抵抗を小さく維持して振動特性を良好にして、小型化及び高周波化を促進する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明する表面実装振動子の一部断面図である。
【図２】本発明の他の実施例を説明する図で、同図（ａ）は表面実装振動子の一部断面図、同図（ｂ）は水晶片の平面図である。
【図３】本発明のさらに他の実施例を説明する図で、表面実装振動子の一部断面図である。
【図４】従来例を説明する表面実装振動子の組立図である。
【図５】従来例を説明する図で、同図（ａ）は水晶片の断面図、同図（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１容器本体、２水晶片、３カバー、４水晶端子、５励振電極、６導出電極、７導電性接着剤、８下地電極、９導通電極、１０拡散防止電極、１１遮蔽電極、１２接合電極、１３接合金属、１４電極貫通孔、１５ワイヤーボンディング．

Claims

水晶片の両主面に形成された励振電極から引出電極を延出して接続端子としての電極導出部を設け、前記水晶片の電極導出部を共晶合金によって、前記水晶片が収容される容器本体の水晶端子に接続してなる水晶振動子であって、
前記電極導出部の電極構造は前記水晶片の主面から一層目を下地電極、二層目を導通電極、三層目を拡散防止電極、四層目を遮蔽電極、五層目を接合電極とし、
前記一層目の下地電極及び前記二層目の導通電極は前記励振電極と同一構造として前記励振電極から延出し、
前記三層目の拡散防止電極は前記四層目の遮蔽電極が前記導通電極に拡散することを防止する金属からなり、
前記四層目の遮蔽電極は前記五層目の接合電極の溶融時に前記導通電極の喰われを抑止する金属からなり、
前記一層目の下地電極はＣｒ又はＮｉＣｒとし、前記二層目の導通電極はＡｕとし、前記三層目の拡散防止電極はＡｕとし、前記四層目の遮蔽電極はＣｒ又はＮｉＣｒとし、前記五層目の接合電極はＡｕＧｅとしたことを特徴とする水晶振動子。