(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、前記スルーホールに対応する位置に中枠スルーホールを備え下面の該中枠スルーホールを囲み前記金属層と接合されるメタライズ面を有する中枠と、該中枠の上面に固着され、励振電極が前記中枠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少なくとも上面に貼ったプリント配線基板を原材料としており、前記中枠はセラミック材より成ることを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
中枠スルーホールを備え、下面の該中枠スルーホールを囲むメタライズ面を有する中枠を単体で多数作成する工程と、該中枠を治具板の表面に所定の方向性と間隔で整列配置する工程と、前記配列された中枠スルーホールと対応する位置に設けたスルーホールの周囲直近部を除く上面を銅箔で覆い、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が加工されたプリント配線基板より成る下ケース要素を多数密接させ連続配列させ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、前記治具板上に配列した中枠の下面と前記下ケース集合体の上面とを重ねて接合する工程と、前記個々の中枠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、前記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１０と図１１に示す。図１０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膜電極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１１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、前記スルーホールに対応する位置に中枠スルーホールを備え下面の該中枠スルーホールを囲み前記金属層と接合されるメタライズ面を有する中枠と、該中枠の上面に固着され、励振電極が前記中枠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少なくとも上面に貼ったプリント配線基板を原材料としており、前記中枠はセラミック材より成ることを特徴とする圧電振動子。
（２）中枠スルーホールを備え、下面の該中枠スルーホールを囲むメタライズ面を有する中枠を単体で多数作成する工程と、該中枠を治具板の表面に所定の方向性と間隔で整列配置する工程と、前記配列された中枠スルーホールに対応する位置に設けたスルーホールの周囲直近部を除く上面を銅箔で覆い、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が加工されたプリント配線基板より成る下ケース要素を多数密接させ連続配列させ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、前記治具板上に配列した中枠の下面と前記下ケース集合体の上面とを重ねて接合する工程と、前記個々の中枠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、前記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３面図であって、（ａ）は蓋の一部を破断した平面図、（ｂ）はその中央断面図、（ｃ）は下面図である。また図２、図３および図４はそれぞれ振動子の主要部品を説明する２面図であり、図２は水晶振動片、図３は中枠、図４は下ケースを示し、いずれも（ａ）は平面図、（ｂ）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真空蒸着等により形成された銀膜などの励振電極１１を有し、それらからの水晶引出電極１２は（ａ）（ｂ）両図にて明らかなように振動片の端部において多面に回り込み、上下両面のいずれからも接続可能にされている。
【０００９】
図３において７はセラミック製の中枠であって、左右両端にスルーホールを有し、その上下面はメタライズされた面である小円形の電極パッド７４に終わっている。下面には電極パッドを囲むメタライズ面７３がある。また枠形状はほぼ矩形であるが、対角位置に３角形状の張出部７１が設けてある。これはメタライズパターンが異なる表裏を判別するための形状である。メタライズ面には必要に応じて他の金属あるいはハンダのメッキが施される。
【００１０】
図４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銅箔部２１が左右両端部を残しほぼ全面に残される。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、そ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の露出部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。下ケースの両端の上面および下面には銅箔を残し、これを側端面全面に形成した銅メッキで連結して端子電極２６とする。これは（ｂ）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。樹脂製のプリント基板は構造の小型化、薄型化、低コスト化に適している。
【００１１】
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）によって各部品の組立て方を説明する。中枠７は下ケース２上に、そのスルーホール２４に中枠スルーホール７２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。このとき両スルーホール同士と同時に、その周囲の小面積を除き下ケースの気密容器内面に当たる上面の全部に広がる銅箔部２１に対して中枠下面のメタライズ面７３が接続される。高温ハンダ材４はあらかじめ下ケース２の上面および中枠７の下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。水晶振動片１は中枠７の上面に、その水晶引出電極１２が中枠スルーホール７２の上面の電極パッド７４に重なるように載置され、導電接着剤あるいは高温ハンダを用いて導電的に接着される。中枠７の穴内部に張り出している水晶振動片１の部分が自由振動する。これらの組立順序は、下ケース２と中枠７とを先に接着し、次に水晶振動片１をマウントしてもよいし、あるいは先に水晶振動片１をマウント済の中枠７を下ケースと接合してもよい。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。こ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。
【００１２】
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。しかしそ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の周囲の小面積のケース材露出部２７を透過して来た外気は、無機材料である中枠７およびメタライズ面７３と銅箔部２１との高温ハンダ材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。
【００１３】
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の１例について述べる。図５は中枠整列治具８の使用状態を示す平面図である。治具板の２隅には位置決めピン８１が植設されている。セラミックは加工時の変形やクラックが起きやすいので単体で製造される。中枠７は治具８の上にランダムに多数供給され、振動を与えられる。そのうち若干個は、中枠の内部に内接するよう中枠７の厚さより僅か低い高さに植設された中枠用ピン８２にうまく嵌まって下面を上にして正しい位置に納まり、治具の底面に密着する。正しく置かれなかったもの、例えば表裏逆になったものは中枠ピン８２の作用で浮き上がり、容易に排除できる。これを数回反復すれば、治具上のすべての所定場所に中枠が整列してセットされる。
【００１４】
図６は高温ハンダシート集合体４０の平面図であり、高温ハンダ材４を必要なサイズの薄いシート状にして所定位置に多数連結したものである。隅部に位置決め穴２０１を有する。
【００１５】
図７は下ケース集合体２０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、スルーホール２４が設けられている。スルーホール２４の内部、長穴２０２の内側面には銅メッキ、また銅全面の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。中枠整列治具８の位置決めピン８１にまず高温ハンダシート集合体４０の位置決め穴２０１、次に下ケース集合体２０の位置決め穴２０１を挿通し、他の治具で挟持し加圧かつ加熱すれば、下ケース２上に中枠が正しく載置される。更にその組立体に水晶振動片１を固着する。水晶振動片１は予めトレイ等に整列配置され、１個づつピックアップし、導電接着剤を供給されている中枠７上に載置され、熱処理され、必要に応じて周波数調整を追加され、蓋の接着を除く圧電振動子の組立が完了する。
【００１６】
図８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、該穴を基準にして水晶振動片１のマウンティングを済ませた下ケース集合体２０に重ねたとき、枠形状の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。封入ハンダ材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。
【００１７】
図９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。この穴を基準にして、下ケース集合体２０に重ねた前記のハンダシート集合体５０の上に更に蓋集合体３０を重ね、全体を挟持する治具を用いてすべての接合部を真空中で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。次いで図７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。
【００１８】
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、上述の実施例では両持ち形の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、片持ちにしてもよい（この場合はスルーホールの位置が水晶振動片の片側に２個並ぶ）。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。次に中枠の材料は、他にガラスや更に水晶振動片との熱膨張係数を合わせるため水晶材料を用いたり、あるいは有機材料も考えられる。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。また容器素材が基板材料である場合、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。
【００１９】
【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３面図で、（ａ）は蓋の一部を破断した平面図、（ｂ）は中央断面図、（ｃ）は下面図である。
【図２】水晶振動片の２面図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は下面図である。
【図３】中枠の２面図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は下面図である。
【図４】下ケースの２面図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は下面図である。
【図５】中枠整列治具の使用状態の平面図である。
【図６】高温ハンダシート集合体の平面図である。
【図７】下ケース集合体の平面図である。
【図８】ハンダシート集合体の平面図である。
【図９】蓋集合体３０の平面図である。
【図１０】円筒形の容器を有する従来例の斜視図である。
【図１１】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
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
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
４  高温ハンダ材
４０  高温ハンダシート集合体
４１  導電接着剤
５  封入ハンダ材
５０  ハンダシート集合体
７  中枠
７１  張出部
７２  中枠スルーホール
７３  メタライズ面
７４  電極パッド
８  中枠整列治具
８１  位置決めピン
８２  中枠用ピン
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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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