(57)【特許請求の範囲】
【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、励振電極が前記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り、
前記下ケースは銅箔を両面に貼ったプリント配線用基板であり、上面ほぼ中央部にザグリ部を有し該ザグリ部内面には銅メッキが施されており、前記金属層は前記銅箔と前記銅メッキとより形成されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
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、励振電極が前記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り、
前記圧電振動片の下面に膜状の金属枠を設け該金属枠内に前記励振電極の端部が導かれており、該励振電極の端部が前記前記下ケースのスルーホールと接続され、前記金属枠もまた前記スルーホールの周囲にある前記金属層とロウ付けされていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項３】
両面に銅箔を貼った樹脂基板を素材とし、該基板に所定数のスルーホールを設けて該スルーホールの周囲直近を除く上面が前記銅箔で覆われるようにし、前記上面にザグリ加工を行ってザグリ部の内面に前記銅箔と接続する銅メッキ部を形成し、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を形成することにより、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れ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、前記下ケース集合体における個々の前記下ケース要素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、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。
【請求項４】
両面に銅箔を貼った樹脂基板を素材とし、該基板に所定数のスルーホールを設けて該スルーホールの周囲直近を除く上面が前記銅箔で覆われるようにし、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を形成することにより、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れ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、前記下ケース集合体における個々の前記下ケース要素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とその周囲に設けた枠状金属パターンを前記スルーホールおよび上面側の前記銅箔とそれぞれ接続する工程と、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。
【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７と図８に示す。図７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８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の下ケース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９５（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、励振電極が前記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り、
前記下ケースは銅箔を両面に貼ったプリント配線用基板であり、上面ほぼ中央部にザグリ部を有し該ザグリ部内面には銅メッキが施されており、前記金属層は前記銅箔と前記銅メッキとより形成されていることを特徴とする圧電振動子。
（２）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、励振電極が前記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り、
前記圧電振動片の下面に膜状の金属枠を設け該金属枠内に前記励振電極の端部が導かれており、該励振電極の端部が前記前記下ケースのスルーホールと接続され、前記金属枠もまた前記スルーホールの周囲にある前記金属層とロウ付けされていることを特徴とする圧電振動子。
（３）両面に銅箔を貼ったプリント配線用基板を素材とし、該基板に所定数のスルーホールを設けて該スルーホールの周囲直近を除き上面の大部分が前記銅箔で覆われるようにし、前記上面にザグリ加工を行ってザグリ部の内面に前記銅箔と接続する銅メッキ部を形成し、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を形成することにより、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れ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、前記下ケース集合体における個々の前記下ケース要素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、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。
（４）両面に銅箔を貼ったプリント配線用基板を素材とし、該基板に所定数のスルーホールを設けて該スルーホールの周囲直近を除き上面の大部分が前記銅箔で覆われるようにし、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を形成することにより、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れ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、前記下ケース集合体における個々の前記下ケース要素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とその周囲に設けた枠状金属パターンを前記スルーホールおよび上面側の前記銅箔とそれぞれ接続する工程と、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２面図であって、（ａ）は蓋の一部を破断した平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。また図２および図３は振動子の主要部品を説明する図であり、図２は水晶振動片の３面図、図３は下ケースの３面図であって、いずれも（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）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励振電極１１を有し、それらからの水晶引出電極１２は（ａ）に示すように上面において（下面の励振電極からの引出線は水晶振動片の側面を回って）水晶スルーホール１３に接続し、（ｃ）に示すようにその導電経路は水晶振動片１の下面に終わっている。下面には水晶スルーホール１３を囲んで枠状金属パターン１４を設ける。これらの金属皮膜は真空蒸着、スパッタリング、メッキ等の手法で形成される。
【０００９】
図３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水晶振動片１の自由振動を行うための空間を作るためザグリ加工をしてザグリ部２２を設け、その底面および側面には十分な厚さの銅メッキ部２３を形成し、削り残った銅箔部２１と接続させる。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を設ける。それら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が露出している下ケース露出部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。下ケースの両端の側面および下面には端子電極２６が設けられ、（ｃ）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。端子電極２６は下ケース２の左右両端部の上下面に残した銅箔とそれらを連結するよう側面に形成した銅メッキ層より成っている。樹脂製のプリント基板は構造の小型化、特に薄型化に適している。
【００１０】
図１（ａ）（ｂ）によって各部品の組立て方を説明する。水晶振動片１は下ケース２上に、そのスルーホール２４に水晶スルーホール１３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。同時に枠状金属パターン１４もスルーホール２４の周囲の銅箔部２１と接続される。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。水晶スルーホール１３の下端面と枠状金属パターン１４にも必要に応じてハンダ等のメッキを施しておく。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。なお周波数調整穴３２は蓋３の上部に設けてあり、ハンダＣリング３３を容易に脱落しないように嵌着してある。レーザーを穴から照射して励振電極１１をトリミングして発振周波数の微調整を行い、次いでハンダＣリング３３を溶融して穴を塞ぐ。蓋３のロウ付け以降の工程、あるいは発振周波数の微調整と穴の封止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。
【００１１】
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。しかしぞ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の周囲の小面積の下ケース露出部２７を透過して来た外気は、枠状金属パターン１４、銅箔２１、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３００〜３４０°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。
【００１２】
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について述べる。図４は下ケースの集合基板の平面図である。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、ザグリ部２２、スルーホール２４が設けられる。スルーホール２４、ザグリ部２２の内面と長穴２０２の内側面には銅メッキ、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。水晶振動片１は唯一の個部品で、半導体部品のダイボンディングを基板に対して行うのに似た感覚でマウントされる。水晶振動片１は予めトレイ等の上に整列して並べられており、１個づつピックアップして下ケース集合体２０の上面の所定位置に順次載置し、個別に、あるいは有機接着剤を供給して仮止めした後全数同時に、加圧・加熱を行ってスルーホール部と枠状金属パターン部とのロウ付けを完了する。図４には左上に１個のみ水晶振動片１が載置された状態を示している。
【００１３】
図５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、該穴を基準にして下ケース集合体２０に重ねたとき、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。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。
【００１４】
図６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。
【００１５】
集合体を用いた振動子の組立は以下のように行われる。水晶振動片１を実装済の下ケース集合体２０の上にハンダシート集合体５０を位置決め穴２０１基準で重ね、更に蓋集合体３０を同様に重ねて、全体を挟持する治具を用いてすべての接合部を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。更に必要に応じて前述した周波数調整穴３２から周波数調整作業を行い、ハンダＣリング３３を溶融封止する。次いで図４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。
【００１６】
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、上述の実施例では片持ち形の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、両持ちにしてもよい（スルーホールの位置および枠状金属パターンが水晶振動片の両端に１個づつとなる）。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。また振動片に設けたスルーホールと下面に設けた枠状金属パターンとを省略し、水晶引出電極を下面に引き回して下ケースのスルーホールと直接ハンダまたは導電接着剤で接続し、その周囲を絶縁性の接着剤で固着することにより簡略化することもできる。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。また容器材料に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。
【００１７】
【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２面図で、（ａ）は蓋の一部を破断した平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】水晶振動片の３面図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は下面図である。
【図３】下ケースの３面図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は下面図である。
【図４】下ケースの集合基板の平面図である。
【図５】ハンダシート集合体５０の平面図である。
【図６】蓋集合体３０の平面図である。
【図７】図７は円筒形の容器を有する従来例の斜視図である。
【図８】図８は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
１３  水晶スルーホール
１４  枠状金属パターン
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
２２  ザグリ部
２３  銅メッキ部
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
３２  周波数調整穴
３３  ハンダＣリング
４  高温ハンダ材
５  封入ハンダ材
５０  ハンダシート集合体
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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