JP4498195B2 - 気密端子、圧電振動片、圧電振動子、発振器、及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、気密端子、圧電振動片、圧電振動子、発振器、及び電子機器に関する。

水晶振動子は工業製品の製造に不可欠な電子素子であり、情報通信装置や携帯機器などの電子機器、家庭用電気製品等に時計機能や周波数制御機構として広く用いられている。

圧電振動子のパッケージとしては、箱型の形状をしたセラミックパッケージやリードを備えたシリンダー型パッケージが慣用されている。以下に、シリンダー型パッケージの構成について図を用いて簡潔に説明する。

図１０は、従来の水晶新振動子のシリンダー型パッケージの例である。ここでは、音叉型水晶振動子の例を示した。図１０（ａ）は、音叉型水晶振動片の概略図である。水晶からなる圧電振動片６は、基部７と該基部から突出して形成された１対の振動腕６ａを有する。振動腕６ａの表面には、励振電極８のパターンが形成されている。また、振動腕の先端部分には、重り部６ｂが形成され周波数の調整に用いられる。基部７には、外部と電気的及び機械的な接続をするための領域パターン（以下マウントパッドと称し、符号９で示す）が配置されている。マウントパッド９は、圧電振動片の長手方向の中心線に対して対称に形成されている。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡＡ断面を模式的に示した図である。水晶２０の表面には、水晶と強固な結合層を形成する第１金属膜（下地金属膜）２１が形成され、その上に第２金属膜２２が形成されている。第１金属膜２１にはクロム（Ｃｒ）、第２金属膜２２には金（Ａｕ）が慣用されている。重り部には、重り用金属膜２３が成膜されている。

図１０（ｃ）、図１０（ｄ）に、従来の気密端子の例を示す。気密端子１は、ステム３と呼ばれる金属製の外環内にハーメチック封着用の充填材４が充填され、充填材４には同径の金属製細棒よりなる２本のリード２が、ステムの中心線に対称な形で、平行に貫通固定されている。リード２とステム３表面には、略１０μｍから１５μｍの厚みを持つメッキ層５が形成されている。このような気密端子の例が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

図１０（ｅ）に、圧電振動片６と気密端子１の接続（これをマウントと称する）を示した。１対のリード２と圧電振動片６上の１対マウントパッド９との接続は、インナーリード２ａ表面に被覆された図示しないメッキ層５が外部からのエネルギーで溶融し、マウントパッド９と接合している。メッキ層５の材質は、錫（Ｓｎ）、錫鉛合金（Ｓｎ−Ｐｂ）、錫銅合金（Ｓｎ−Ｃｕ）、錫ビスマス合金（Ｓｎ−Ｂｉ）等が慣用されている。あるいはまた、上述のメッキ層の溶融による接合の他、導電性接着剤を用いることができる。この場合は、メッキの最表面層として銀（Ａｇ）が望ましい。また、有底円筒型のケース１０は、圧電振動片６の上から覆うようにステム３の外形に沿って挿入する。図１０（ｅ）では、ケース１０を太い一点鎖線で示し、透明体とした。ステム３とケース１０間の気密接合は、ステム３外環の軟質金属であるメッキ層５を介しての冷間圧接により実現されている。

尚、リード２において、充填材４を境にして、圧電振動片６と接合する側をインナーリードと称し、符号２ａで表し、基板等に実装される側のリードをアウターリードと称し、符号２ｂで表現した。

近年の携帯機器に代表される電子機器の急速な小型・軽量化の進展の中で、電子部品の寸法もますます縮小している。前記図１０（ｅ）に示した寸法Ｄは、２ｍｍから、１．５ｍｍになり、更に１．２ｍｍの圧電振動子が携帯電話に多用されている。今後、さらに実装密度を上げる場合や、薄型のカードに搭載される振動子には、寸法Ｄが１ｍｍ以下の気密端子が必要とされる。

しかしながら、１対の等しい径を有するリードを、ステムの中心線に対して対称になるように配置する現行の気密端子の構造では、小型化に限界がある。小型化しても、リード自体は、曲げなどの外力に対して一定以上の剛性が必要である。リードの剛性が不足すると圧電振動片との位置精度の劣化や、接合の強度不足が発生し易く、組立工程の歩留が低下する。一方、剛性を上げるために線径の太いリードを用いると、リード間距離が狭くなり、気密端子製造工程のバレルメッキ工程で、リード間がメッキで繋がる等の不良が多発して製造歩留を大幅に低下させていた。
特開２００４−６３３８７号公報

上記問題点に鑑み、本発明の目的は、気密端子の製造工程及び圧電振動子の組立工程の歩留低下を抑制することが可能な小型気密端子の構造を提案することである。

従来１対のリードは、ステム及びケースに対して充填材により電気的に絶縁されていた。即ち、ステムやケースは、電気的にフローティングの状態で使用されていた。しかしながら、ステムやケースを一方の電極に接続しても電気回路上の影響は無視できる程度に小さいことを考慮して、本発明を成すに到った。次の提案を行う。

第１の発明は、環状のステムと、前記ステム内を貫通するように配置され、前記ステムと電気的に絶縁されている第１のリードと、前記ステム内に配置され、前記ステムと電気的導通を有する第２のリードと、前記第１のリード及び前記第２のリードを前記ステム内に気密封着する充填材とを有する気密端子とした。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記第１のリードの断面積が前記第２のリードの断面積よりも大きい気密端子とした。

また、第３の発明は、外周の一部が軸方向に延長された突出部を備えている環状のステムと、前記ステム内を貫通するように配置され、前記ステムと電気的に絶縁されているリードと、前記リードを前記ステム内に気密封着する充填材と、を有する気密端子とした。

さらに、第４の発明は、第３の発明において、前記突出部は、前記軸方向の前後双方に延長されている気密端子とした。

また、圧電振動片に関して次の提案を行う。

第５の発明は、圧電材料からなる圧電振動片であって、前記圧電振動片の表面に形成され、前記圧電振動片を振動させる励振電極と、前記励振電極に接続され、前記圧電振動片の外部に電気的導通を行うための接続領域と、を有し、前記接続領域の形状が、前記圧電振動片の長手方向の中心線に対して非対称である圧電振動片とした。

また、上述の気密端子を用いた圧電振動子に関して次の提案を行う。

第６の発明は、前記第１の発明または前記第２の発明の気密端子と、前記気密端子の前記第１のリード及び前記第２のリードに接合された圧電振動片と、前記圧電振動片を覆うように前記気密端子の前記ステムを挿入して気密空間を形成する有底円筒型のケースと、を有する圧電振動子とした。

さらにまた、外周の一部が軸方向に延長された突出部を備えている環状のステムを有する気密端子を用いた圧電振動子に関して次の提案を行う。

第７の発明は、前記第３の発明または前記第４の発明の気密端子と、前記気密端子の前記リード及び前記突出部に接合された圧電振動片と、前記圧電振動片を覆うように前記気密端子の前記ステムを挿入して気密空間を形成する有底円筒型のケースと、を有する圧電振動子とした。

また、上述の気密端子と新たに提案した圧電振動片を用いて次の提案を行う。

第８の発明は、前記圧電振動片が、第５の発明の圧電振動片である第６の発明または第７の発明の圧電振動子とした。

また、本発明の圧電振動子を発振器及び電子機器に応用して次の提案を行う。

第９の発明は、上述の第６乃至第８の発明のいずれかの圧電振動子を発振子として集積回路に接続して用いる発振器とした。

さらに、第１０の発明は、上述の第６乃至第８の発明のいずれかの圧電振動子を計時部に接続して用いる電子機器とした。

気密端子を構成する２本１対のリードのうち、１本のリード（第２のリード）がステム内面と電気的導通がある気密端子としたことで、１対のリードの互いの間隔を最大限に拡大可能になり、従来に比して太い線径のリードを採用することができ、リードの剛性を高めることが可能となった。この結果、組立工程でリードが曲がって圧電振動片の位置精度が低下して組立歩留が悪化する問題が解決できる。また、気密端子製造工程のバレルメッキ工程で、リード間がメッキで繋がる等の不良を抑制することが可能となった。また、従来と同じ線径のリードを使用することにより、気密端子のステム外径を従来よりも小さくすることが可能であり、より小型の気密端子を提供できる。

また、気密端子において、ステムの中心線に近いステムと電気的に絶縁されたリード（第１のリード）の径を太くして、ステムに接続したリード（第２のリード）の断面積より大きくしたことで、断面積が大きく剛性の高いリードで圧電振動片を機械的に強固に固定させ、ステムに接続したリードは、主に電気的な接続を目的とさせることができる。このように、従来に比して断面積が大きく剛性の高いリードを用いることができるので、小型化しても接合において組立歩留まりを低下させることない気密端子を提供できる。

一方、環状のステムの片側または両側に、ステム外周の一部から軸方向に延長した突出部を配置して、突出部にリードの機能を有する構造としたので、充填材を貫通して固定されるリードは１本にすることが可能となった。これにより、貫通して固定されるリードの線径を太くすることが可能となり、リードの剛性を向上させることができ、リードの曲がりや捩れをより抑制できることが可能となる。

また、上述の気密端子を用いることで、従来よりも一層小型化した圧電振動子を歩留良く製造することが可能となる。

さらにまた、圧電振動片の基部に形成されてリードと接合されるマウントパッドを非対称の構成としたことで、上述の気密端子との接合における位置合わせ精度が向上する。

さらにまた、このような圧電振動片と上述の気密端子を用いた圧電振動子は、小型化しても組立工程で歩留良く製造することが可能となった。

また、上述の圧電振動子を発振子として集積回路に接続して用いる発振器としたので、最大の容積を要した発振子が小型化され、全体として発振器の一層の小型化が可能となった。

さらにまた、上述の圧電振動子を計時部に接続して用いる電子機器としたので、計時部の容積が縮小し、より一層小型化の可能な電子機器が構成できる。

以下に本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。尚、背景技術のところで説明した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本発明の第１の実施例として、２本のリードを有する気密端子の第１のリードがステム内面と電気的に絶縁されており、第２のリードがステム内面に配置され、ステムと機械的に固定され、電気的導通がある気密端子について、図１に基づいて説明する。尚、実施例１から３では、リードを中実丸棒で表しているが、リードの断面はこれにかかわらず４角形などの形状であってもよい。

図１は、本発明の第１の実施例に係る気密端子の例を示す概略構成図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）は、２本のリードの長さが互いにほぼ等しい気密端子の例であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のｘｘ´断面図である。図１（ｃ）及び図１（ｄ）は、２本のリードの長さが互いに異なる気密端子の例であり、図１（ｄ）は、図１（ｃ）のｘｘ´断面図である。尚、図１（ａ）及び図１（ｃ）に示す破線ｘｘ´及びｙｙ´は、気密端子の中心線を示す。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、導電性材料からなる２本のリード１１ａ、１１ｂのうち第１のリード１１ａは、同じく導電性材料からなる環状のステム３の中心付近にステム３を貫通するように配置されている。第１のリード１１ａは、ハーメチック封着用の充填材４により周囲を囲まれ、ステム３の内面とは絶縁されて固定されている。本実施例では、導電性材料として低炭素鋼（Ｆｅ）をリード１１ａ、１１ｂ及びステム３に使用したが、鉄ニッケル合金（Ｆｅ−Ｎｉ）、鉄ニッケルコバルト合金（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）等を使用しても良い。また、充填材４には、ソーダライムガラスを使用したが、ソーダバリウムガラスあるいはほう珪酸ガラスなどを用いても良い。

第２のリード１１ｂは、第１のリード１１ａと同材質かつ同寸法の材料を用い、その外周の一部がステム３の内面に溶接などの手段で機械的に固定され、ステム３との電気的な導通を有するように配置されている。ステム３の中における第２のリード１１ｂのステム３の内面に接触していない部分は、第１のリード１１ａと同様に充填材４により周囲を囲まれて封着されている。すなわち、第２のリード１１ｂは、ステム３の内面と充填材４とにより隙間なく気密に封着され固定されており、リードに外部から一定の張力を印加する試験に対しても、破壊されることなく気密特性を満足することが可能となる。この第２のリード１１ｂをステム３内に配置する際には、第１のリード１１ａからの距離を可能な限り大きくすることが好ましい。

また、第２のリード１１ｂのインナーリード側の長さは、第１のリード１１ａのインナーリード側の長さと同一の長さを有するように配置されている。第２のリード１１ｂのアウターリード側の長さは、第１のリードのアウターリード側の長さと略同じ長さに設計されている。

次に、本第１実施例の変形例である２本のリードの長さが互いに異なる気密端子の例について、図１（ｃ）及び図１（ｄ）を参照して説明する。

図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示した気密端子は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示した気密端子に対して、ステム３の内面に電気的導通を有するように機械的に固定された第２のリード１２ｂの長さが異なる。第２のリード１２ｂは、図１（ｄ）においてステム３より下方にあるアウターリードの長さを短くしたものであり、第１のリード１２ａよりも短い適当な長さで配置されている。図１（ｄ）の太い一点鎖線ＡＡは、ステム３の底面を示しており、第２のリード１２ｂのリード長さは、最低このステム３の底面までの長さを有するのが望ましい。

尚、図示していないが、上記二つの例の気密端子におけるステム３の外周と第１及び第２のリードの表面には、錫（Ｓｎ）、錫鉛合金（Ｓｎ−Ｐｂ）、錫銅合金（Ｓｎ−Ｃｕ）、錫ビスマス合金（Ｓｎ−Ｂｉ）等から選択されたメッキ層が形成されている。

本第１実施例に示した気密端子では、２本共ステム内面に対して電気的に絶縁配置していたリードを有する従来の気密端子と比較して、平行する２本のリードの互いの間隔を従来のリード間隔よりも広く配置することが可能となる。この結果、気密端子製造工程のバレルメッキ工程で発生し易いリード間のメッキのつながりによる気密端子製造工程での歩留まり低下を抑制できる。また、リードの線径を見直して従来よりも太い線径が採用できるので、リードの剛性が向上している。これにより、リードの曲がりや、リード同士の絡みあいを抑制することが可能になり、振動子組立工程での気密端子の取り扱いが改善される。また、リードの剛性が向上するので、リードと圧電振動片の位置がより精密に決まり、マウントの位置精度が向上する。

本発明の第２の実施例として、ステムの中心線に近い第１のリードの径を太くし、ステムに接続した第２のリードの断面積より大きくした気密端子について、図２に基づいて説明する。

図２は、本発明の第２の実施例に係る気密端子の例を示す概略構成図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、２本のリードの長さが互いにほぼ等しい気密端子の例であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のｘｘ´断面図である。図２（ｃ）及び図２（ｄ）は、２本のリードの長さが互いに異なる気密端子の例であり、図２（ｄ）は、図２（ｃ）のｘｘ´断面図である。尚、図２（ａ）及び図２（ｃ）に示す破線ｘｘ´及びｙｙ´は、気密端子の各方向の中心線を示し、それぞれの中心線の交点が気密端子の軸方向中心を示す。

図２（ａ）乃至図２（ｄ）に示すように、本第２実施例の気密端子の第１実施例の気密端子と異なる点は、第１のリード１３ａ及び１４ａの断面積と第２のリード１３ｂ及び１４ｂの断面積とが、それぞれ互いに異なる点にある。その他の構成部分については、第１実施例の気密端子と同じであるため、詳細説明は省略する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す２本のリードの長さが互いにほぼ等しい気密端子では、断面積の大きい太い線径の第１のリード１３ａが、気密端子の軸方向中心、すなわちステム３の軸方向中心位置に対してやや偏心した位置で中心付近に配置されている。さらに、この第１のリード１３ａは、ステム３の内面とは充填材４を介して電気的に絶縁されて封着固定されている。この第１のリード１３ａの線径と断面積は、第２のリード１３ｂと比較しても、第１実施例の気密端子の第１のリード１１ａ及び１２ａ、また、第２のリード１１ｂ及び１２ｂなどと比較しても太くて大きい。

これに対して、断面積の小さい細い線径の第２のリード１３ｂは、ステム３の軸方向中心位置に対して大きく偏心した位置に配置されている。さらに、この第２のリード１３ｂは、その外周の一部がステム３の内面に機械的に固定され、ステム３との電気的な導通を有するように配置されている。この第２のリード１３ｂの線径は、ステム３の径方向の厚みとほぼ同じである。

次に、本第２実施例の変形例である２本のリードの長さも互いに異なる気密端子の例について、図２（ｃ）及び図２（ｄ）を参照して説明する。

図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示した気密端子は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した気密端子に対して、ステム３の内面に電気的導通を有するように機械的に固定された第２のリード１４ｂの長さが異なる。第２のリード１４ｂは、図２（ｄ）においてステム３の底面までの長さとして、アウターリードを設けていない。

図２（ｂ）及び図２（ｄ）において、圧電振動片との接続は後述する様に、中心線に近くかつ断面積の大きい第１のリード１３ａまたは１４ａにより強固に固定する。他方の断面積の小さい第２のリード１３ｂまたは１４ｂは、圧電振動片を機械的に接続して固定する役割は補助的なものとなり、電気的な導通をとることが主目的となる。中心に近い断面積の大きい第１のリードは、線径の等しい２本のリードをステムの中心に対して対称に配置する従来のリードに比較してリードの剛性が向上するので、リードと圧電振動片の位置が精密に決まり、マウントの位置精度が向上する。一方、中心線から遠い第２のリード１３ｂまたは１４ｂは、線径が細いために剛性が低い。従って、アウターリードの長さは図２（ｄ）の１４ｂに示す様に短い方が好適である。尚、図２に示した第１のリード１３ａ及び１４ａは、ステムの中心から偏心しているが、中心に配置することも可能である。

気密端子を製造する上でリードに使用する材料寸法が統一されていない点は、気密端子そのものの量産効果を低下させる一因となってしまうが、互いに異なる線径寸法や断面積のリードを設けることにより、次の効果が得られる。すなわち、気密端子全体が強度を維持したまま小型化でき、小型化された気密端子を用いる圧電振動子や電子部品が信頼性を維持したまま小型化され、それら電子部品が組み込まれる電子機器や装置が一層小型化できる。

本発明の第３の実施例として、環状のステムの片側または両側に、ステム外周の一部から軸方向に延長した突出部を有する気密端子について図３に基づいて説明する。

図３は、本発明の第３の実施例に係る気密端子の例の概略構成を示す斜視図であり、図３（ａ）は、突出部が前方の１方向のみ形成されている例を示し、図３（ｂ）は、突出部が前後双方に形成されている例を示す。尚、本明細書では、気密端子におけるリードのインナーリード側をステムの前方とし、アウターリード側をステムの後方と定義する。

図３（ａ）に示す気密端子は、インナーリードに相当する前方向（リード２のステム３からの突出量が少ない上方向）に、ステム３の外周の一部から延長して細い幅を有する突出部３ａを形成した後に、突出部３ａをステムの中心方向に適切な角度で曲げたものである。リード２は１本であり、突出部３ａは該リード２と対をなしてインナーリードの役割を果たす。

一方、図３（ｂ）に示す気密端子は、ステム３の外周の一部をステム３の軸方向前方のインナーリード側と後方のアウターリード側の双方向に延長して突出部３ａ及び３ｂを形成させたものである。インナーリード側への突出部３ａは、前述と同様にステム３の中心側に適切な角度で曲げられており、インナーリードの役割を果たす。アウターリード側へ形成された突出部３ｂは、充填材４を貫通して固定さているリード２のアウターリードと平行に適当な長さを持って配置形成されている。アウターリード側への突出部３ｂは、基板の実装や、樹脂モールドする場合のリードフレームに接続することを意図して配置されたものである。

本実施例では、ステム３上にリードの役割をする突出部を形成するので、気密端子を小型化する場合に問題となったリード間距離の狭小化について解決することができる。充填材を貫通して固定されているリード２の径を太くすることができるのでリードの剛性が高まり、リードと圧電振動片の位置が精密に決まり、マウントの位置精度が向上する。

本発明の第４の実施例として、２つの接続領域の形状が、圧電振動片の長手方向の中心線に対して非対称である圧電振動片について図４に基づいて説明する。

図４は、音叉型水晶圧電振動片の基部に形成された１対の接続領域であるマウントパッドが、圧電振動片の長手方向の中心線に対して非対称に構成されて例を示している。図４においては、左側のマウントパッドはその幅が広くとられている。マウントパッド９ａの面積を広くとることで、該マウウントパッドに接続されるリードとして太いものが選定されてもマウントパッドの面積内に位置的に収めることが可能となる。またマウントパッドとリードの機械的な位置のずれに対しても余裕ができる。かつ、リードとの接合においてリードに被膜されたメッキがマウントパッドに十分広がって強固な接合が可能となる。即ち、マウントパッドと気密端子のリードとの機械的な接続は、その径が太い１本のリードによる接続のみで十分な強度ができるように意図されたものである。一方、右側のマウントパッド９ｂの幅は狭く従って面積が小さい。該マウントパッドは、リードが細い場合やステム外周から延長された突出部との接続に対応させるものであり、電気的な接続を取ることを意図したものである。

本発明の第５の実施例として、上述の気密端子と圧電振動片を用いた圧電振動子について図５乃至図７に基づいて説明する。

図５には、４種類の気密端子を用いた圧電振動子の例を示した。図５（ａ）、図５（ｂ）は、同一の線径を持つ１対リードのうち、第２のリードはステム内面に固定されステムと電気的導通を有する気密端子を用いた圧電振動子を示している。図５（ａ）は、図５（ｂ）のＡＡ断面を示したものである。図５（ａ）において、符号１０で示される円はケースである。符号７で示される長方形は圧電振動片の基部を示している。符号６ａで示される内側の１対の長方形は振動腕を示しており、振動腕６ａはケース１０の内面に対して空間的な余裕を有している。

図５（ｃ）と図５（ｄ）及び図５（ｅ）と図５（ｆ）は、ステムの中心に近い第１のリードの径が太く、ステム内面の固定された第２のリードの断面積よりも大きい気密端子を用いた圧電振動子の例である。図５（ｅ）、図５（ｆ）では、ステム内面に固定した第２のリード１７ｂはアウターリード側には延長しない構成である。圧電振動片の基部に形成された１対のマウントパッド９ａ及び９ｂは、圧電振動片の長手方向の中心線に対して非対称に形成されており、左側のマウントパッド９ａの幅が右側のマウントパッド９ｂの幅よりも広い。広い面積を有する左側のマウントパッド９ａは、線径が太く剛性の高い第１のリード１６ａ及び１７ａと接続されるので、位置精度に優れかつ強固な接続が可能となる。一方の相対的に面積の狭いマウントパッド９ｂは、ステム内面に固定され電気的な導通を有する第２のリード１６ｂ及び１７ｂと接続される。

図５（ｇ）及び図５（ｈ）は、ステムの外周から延長してインナーリード側に突出部３ａを設けたステムを有する気密端子を用いた圧電振動子の例である。リード１８と大きいマウンとパッド９ａが接続され、強固な接合を形成するとともに、ステム外周から延長された突出部３ａは、圧電振動片のマウントパッド９ｂと接続し、インナーリードの役割を果たしている。

尚、マウントパッドとリードの接続は、リード表面に被覆された図示しないメッキ膜を、熱などの外部エネルギーで加熱溶解させてマウントパッド面と接合させたものである。また、接合は、メッキ膜を使わず、導電性接着剤の利用も可能である。

気密封止は、圧電振動片を覆うように、有底円筒状の金属製のケースを真空中あるいは窒素等の不活性ガスの雰囲気中でステム外周に沿って圧入して実現している。このケースの内径は、ステムの外周に対して締まり嵌めに設計されている。本実施例のように、音叉型水晶振動子の場合は、共振抵抗値を下げる目的で真空中の封止が好適である。

図５（ｆ）及び図５（ｈ）に示されたアウターリードが１本の場合の圧電振動子と外部回路との接続例を図６に示す。励振電極と接続しているアウターリード２ｂは例えばクランク状に曲げられて、実装基板２５のパターン２６ａに実装用ハンダ２７を用いて接続される。もう一方の励振電極との接続は、ステム３と電気的導通を有するケース１０を通して実装基板２５の対応するパターン２６ｂに接続することができる。ケース１０とパターンの接続は、実装用ハンダ２７による場合や導電性接着剤と固定用の接着剤の併用（図示せず）が可能である。

図７は、圧電振動子の製造フローチャートの概略を示したものである。以下に簡潔に説明する。

〔圧電振動片製造工程〕
圧電振動片の製造工程においては、まず、水晶のランバード原石を所定の切断角度になるように、Ｘ線回折法を援用してワークテーブルに設定した後、例えばワイヤソー等の切断装置により、水晶原石をスライスして、略２００μｍの厚みに切断する。次に、一定の厚みになるまでウエハを研磨する。この後、表面をエッチングして、加工変質層を除去した後に、ポリッシュ加工及び洗浄を実施して、所定の厚さと所定の平面度を持つ鏡面に仕上げる（ステップ５）。

続いて、スパッタリング等の成膜手段を用いて、マスク用の金属薄膜を所定の膜厚に堆積させる。該薄膜は、ウエハの両面に堆積させる。次にリソグラフィ技術で、音叉型振動子の外形用マスクを形成する。この金属薄膜のマスクを用いてフッ酸系の水溶液で水晶をエッチングして、ウエハ上に複数の外形を形成する（ステップ１０）。

この後、マスクとして用いた金属膜を一旦すべて剥離する。剥離後に、もう一度、ウエハの両面に、所定の膜厚で電極膜となる金属薄膜をスパッタリング等の成膜手段で所定の膜厚に堆積させる。膜を堆積後、リソグラフィ技術を用いて電極膜のパターンを形成する（ステップ１５）。

次に、振動腕の先端領域に重り用金属膜を数ミクロンの厚さに形成する（ステップ２０）。続いて、周波数調整（粗調）を行う。粗調では、大気中で重り部にレーザーなど照射して、発振周波数を計測しながら、堆積させた重り用金属膜の一部を蒸発させ、所定の範囲に周波数を合せこむ（ステップ２５）。上述の工程により、圧電振動片を複数有するウエハが完成する。

〔圧電振動子組立工程〕
本発明の気密端子１を組立工程流動用治具であるパレットに複数個整列させる（ステップ３０）。続いてマウント工程を行う（ステップ３５）。前述に従って製造した圧電振動片と気密端子のインナーリードを接合する。マウント工程では、まず、個々の圧電振動片とウエハを連結している連結部（図示せず）から圧電振動片６をレーザーや機械的手段で切り取った後に、インナーリード２ａと位置合わせする。次に、インナーリード２ａの図示しないメッキ層を外部から熱を加えて溶融させ、圧電振動片６上に形成されたマウントパッド９と接合する。メッキ層を溶融させる手段は、レーザーや光源による加熱やアーク放電熱の利用も可能である。あるいは、インナーリード２ａのメッキ層を利用せず、導電性接着剤等で圧電振動片６を接続することも可能である。

マウント工程後、真空装置の中で、所定の温度に加熱してベーキングを実施し、マウント工程で発生する歪を除去する（ステップ４０）。

次は、周波数調整工程（微調）である。パレット毎、真空装置内に送り、アウターリード２ｂをプロービングし発振周波数を計測しながら、圧電振動片の振動腕の重り部６ｂにレーザーを照射し、調整用の金属膜を蒸発させ、周波数を調整する（ステップ４５）。この後、金型の中に周波数調整済の圧電振動子を備えたパレットを複数個並べ、かつ封止用のケース１０を対向して整列させる。封止前までの工程で吸着した水分やガス成分を脱離させるために、封止装置内で、十分な真空加熱を実施する。加熱後、ケース１０を圧入して真空気密封止ができる（ステップ５０）。ステム外環の軟質金属であるメッキ層と締まり嵌めに設計されたケース１０により気密が保たれている。この後、発振周波数の安定化を目的に、所定の温度でスクリーニングを行う（ステップ５５）。

スクリーニング後、圧電振動子は、電気特性検査装置において、発振周波数、共振抵抗値その他の電気特性が検査される。電気特性検査では、圧電振動子のアウターリード２ｂがプロービングされ、各特性が測定される（ステップ６０）。

測定終了後、治具を用いてパレットから整列状態の圧電振動子を外す（ステップ６５）。以上の工程で、音叉型水晶振動子が完成し終了する。

尚、周波数調整工程及び電気特性検査工程においては、従来は１対のアウターリードをプロービングして電気特性の計測が可能であったが、本発明では小型化のためアウターリードを１本とした。その場合は、該アウターリードとステムあるいはケースをプロービングすることで電気特性を計測することが可能となる。

本発明の第６の実施例として、前記圧電振動子を発振子として発振回路に接続した発振器について図８に基づいて説明する。

図８は、本発明に係る音叉型水晶発振器の構成を示す概略模式図であり、上述した音叉型水晶振動子を利用した表面実装型圧電発振器の平面図を示している。

図８において、音叉型水晶振動子５１は、基板５２の所定の位置に設定され、符号５３で示される発振器用の集積回路が該水晶振動子に隣接されて設置されている。またコンデンサなどの電子部品５４も実装される。これらの各部品は、図示しない配線パターンで電気的に接続されている。音叉型水晶振動子５１の圧電振動片の機械的振動は、水晶の持つ圧電特性により電気信号に変換されて集積回路５３に入力される。集積回路５３内では、信号処理が行われ、周波数信号が出力され発振器として機能する。これらの各構成部品は図示しない樹脂でモールドされている。集積回路５３を適切に選択することにより、時計用単機能発振器の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、使用者に時刻やカレンダー情報を提供したりする機能を有する。

本発明の製造方法で製造した圧電振動子を用いたことで、発振器を構成する部品の中で最大の容積を持つ振動子を小型化することが可能である。従って、その発振器の外形寸法をより小型化することが可能になった。

本発明の第７の実施例として、前記圧電振動子を計時部に接続して用いる電子機器について図９に基づいて説明する。電子機器の例として、携帯電話に代表される携帯情報機器での好適な実施の形態を詳細に説明する。

まず前提として、本実施の形態にかかる携帯情報機器は、従来技術における腕時計を発展・改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在時刻等を表示させることができる。通信機として使用する時は、手首から外し、バンド部内側に内蔵されたスピーカおよびマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信をおこなうことができる。しかし、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化・軽量化されている。

次に、本発明の実施の形態にかかる携帯情報機器の機能的構成について図面を参照して説明する。図９は、本実施の形態にかかる携帯情報機器の構成を機能的に示すブロック図である。

図９において、１０１は後述する各機能部に対して電力を供給する電源部であり、具体的にはリチウムイオン二次電池によって実現される。電源部１０１には後述する制御部１０２、計時部１０３、通信部１０４、電圧検出部１０５および表示部１０７が並列に接続され、各々の機能部に対して電源部１０１から電力が供給される。

制御部１０２は、後述する各機能部を制御して、音声データの送信や受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御をおこなう。制御部１０２は、具体的にはＲＯＭにあらかじめ書き込まれたプログラムと、当該プログラムを読み出して実行するＣＰＵ、および当該ＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭ等によって実現される。

計時部１０３は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路、インターフェイス回路等を内蔵する集積回路及び図５または図６に示したような音叉型水晶振動子より構成される。音叉型水晶振動子の機械的な振動は、水晶の持つ圧電特性により電気信号に変換され、トランジスタとコンデンサで形成される発振回路に入力される。発振回路の出力は２値化され、レジスタ回路とカウンタ回路により計数される。インターフェイス回路を介して制御部と信号の送受信が行われ、表示部１０７に、現在時刻や現在日付あるいはカレンダー情報が表示される。

通信部１０４は、従来技術の携帯電話と同様の機能を有し、無線部１０４ａ、音声処理部１０４ｂ、増幅部１０４ｃ、音声入出力部１０４ｄ、着信音発生部１０４ｅ、切替部１０４ｆ、呼制御メモリ部１０４ｇおよび電話番号入力部１０４ｈから構成される。

無線部１０４ａは、アンテナを介して基地局と音声データ等の各種データを送受信する。音声処理部１０４ｂは無線部１０４ａまたは後述する増幅部１０４ｃから入力した音声信号を符号化／復号化する。増幅部１０４ｃは音声処理部１０４ｂまたは後述する音声入出力部１０４ｄから入力した信号を所定のレベルまで増幅する。音声入出力部１０４ｄは具体的にはスピーカおよびマイクロフォンであり、着信音や受話音声を拡声したり、話者音声を集音したりする。

また、着信音発生部１０４ｅは、基地局からの呼び出しに応じて着信音を生成する。切替部１０４ｆは着信時に限って、音声処理部１０４ｂに接続されている増幅部１０４ｃを着信音発生部１０４ｅにつなぎかえることで、生成された着信音が増幅部１０４ｃを介して音声入出力部１０４ｄに出力されるようにする。

なお呼制御メモリ１０４ｇは、通信の発着呼制御にかかわるプログラムを格納する。また、電話番号入力部１０４ｈは、具体的には０から９の番号キーおよびその他の若干のキーからなり、通話先の電話番号等を入力する。

電圧検出部１０５は、電源部１０１により制御部１０２をはじめとする各機能部に対して加えられている電圧が、所定の値を下回った場合に当該電圧降下を検出して制御部１０２に通知する。この所定の電圧値は、通信部１０４を安定して動作させるために必要な最低限の電圧としてあらかじめ設定されている値であり、例えば３Ｖ程度の電圧である。電圧検出部１０５から電圧降下の通知を受けた制御部１０２は、無線部１０４ａ、音声処理部１０４ｂ、切替部１０４ｆ、着信音発生部１０４ｅの動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部１０４ａの動作停止は必須である。と同時に表示部１０７には、通信部１０４が電池残量の不足により使用不能になった旨が表示される。

電圧検出部１０５と制御部１０２の働きにより通信部１０４の動作を禁止し、更にその旨を表示部１０７へ表示する事が可能である。

本実施の形態として、通信部の機能に係る部分の電源を選択的に遮断可能な電源遮断部１０６を設ける事で、より完全な形で通信部の機能を停止させる事が出来る。

なお、通信部１０４が使用不能になった旨の表示は、文字メッセージによりおこなってもよいが、より直感的に、表示部１０７上の電話アイコンに×（バツ）印を付ける等の方法によってもよい。

本発明の製造方法にて製造した小型の圧電振動子を携帯情報機器に使用することにより、携帯電子機器の一層の小型化が可能である。

本発明の第１の実施例に係る気密端子の例を示す概略構成図である。 本発明の第２の実施例に係る気密端子の例を示す概略構成図である。 本発明の第３の実施例に係る気密端子の例を示す概略構成図である。 本発明の第４の実施例に係る圧電振動片の例を説明する図である。 本発明の第５の実施例に係る圧電振動子の例を示す概略構成図である。 本発明の第５の実施例に関る圧電振動子の実装例を示す模式図である。 本発明の第５の実施例に係る圧電振動子の製造フローチャートである。 本発明の第６の実施例に係る発振器の構成の１例を示す平面図である。 本発明の第７の実施例に係る電子機器の構成の１例を機能的に示すブロック図である。 従来のシリンダー型パッケージからなる圧電振動子を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 気密端子
２ リード
２ａ インナーリード
２ｂ アウターリード
３ ステム
３ａ 突出部（インナーリード側）
３ｂ 突出部（アウターリード側）
４ 充填材
５ メッキ層
６ 圧電振動片
６ａ 振動腕
６ｂ 重り部
７ 基部
８ 励振電極
９ マウントパッド（接続領域）
９ａ 面積の大きいマウントパッド
９ｂ 面積の小さいマウントパッド
１０ ケース
１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａ、１７ａ 第１のリード
１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂ 第２のリード
１８ リード
２０ 水晶
２１ 第１層金属膜（下地金属膜）
２２ 第２層金属膜
２３ 重り用金属膜
２５ 実装基板
２６ａ パターン
２６ｂ パターン
２７ 実装用ハンダ
５１ 音叉型水晶振動子
５２ 基板
５３ 集積回路
５４ 電子部品
１０１ 電源部
１０２ 制御部
１０３ 計時部
１０４ 通信部
１０４ａ 無線部
１０４ｂ 音声処理部
１０４ｃ 増幅部
１０４ｄ 音声入出力部
１０４ｅ 着信音発生部
１０４ｆ 切替部
１０４ｇ 呼制御メモリ部
１０４ｈ 電話番号入力部
１０５ 電圧検出部
１０６ 電源遮断部
１０７ 表示部

Claims (6)

1. 環状のステムと、
   前記ステム内を貫通するように配置され、前記ステムと電気的に絶縁されている第１のリードと、
   前記ステム内を貫通するように配置され、前記ステムの内周面に沿って機械的に固定され、前記ステムと電気的導通を有する第２のリードと、
   前記第１のリード及び前記第２のリードを前記ステム内に気密封着する充填材と、
   を有することを特徴とする気密端子。
2. 前記第１のリードの断面積が前記第２のリードの断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の気密端子。
3. 圧電材料からなる圧電振動片であって、
   前記圧電振動片の表面に形成され、前記圧電振動片を振動させる励振電極と、
   前記励振電極に接続され、前記圧電振動片の外部に電気的導通を行うための接続領域と、を有し、
   前記接続領域の形状が、前記圧電振動片の長手方向の中心線に対して非対称であることを特徴とする請求項１または２に記載の気密端子に接続された圧電振動片。
4. 請求項１または請求項２に記載の気密端子と、
   前記気密端子の前記第１のリード及び前記第２のリードに接合された圧電振動片と、
   前記圧電振動片を覆うように前記気密端子の前記ステムを挿入して気密空間を形成し、前記気密端子と電気的導通を有する有底円筒型のケースと、
   を有することを特徴とする圧電振動子。
5. 請求項４に記載の圧電振動子を発振子として集積回路に接続して用いることを特徴とする発振器。
6. 請求項４に記載の圧電振動子を計時部に接続して用いることを特徴とする電子機器。

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