(57)【要約】【課題】水晶振動子や水晶発振器などの水晶デバイスにおいて、外来ノイズの影響を受けにくくする。【解決手段】水晶デバイスは、積層セラミックからなり少なくとも上面に凹部が形成された容器本体１を備える。水晶片２を容器本体１の凹部内に収容し、接地された金属カバー３によって凹部を閉じることによって凹部内に水晶片２を密閉封入する。容器本体１の外側面にメッキ層１３を形成し、かつ、メッキ層１３が容器本体１の上面にも延びて金属カバー３に接続するようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面と外側面と上面とを有し積層セラミックからなる容器本体と、
前記容器本体の上面に形成された凹部と、
前記凹部内に格納された水晶片と、
前記凹部を閉鎖することによって前記水晶片を前記凹部内に密閉封入する金属カバーと、
前記外側面に設けられるともに前記外側面から前記上面に延びて前記金属カバーと電気的に接続するように設けられたメッキ層と、
前記底面に設けられ前記金属カバーと電気的に接続する接地用実装電極と、
を有する、水晶デバイス。
【請求項２】
前記底面に、前記接地用実装電極のほかに、前記水晶片と電気的に接続する実装電極をさらに有し、表面実装用水晶振動子として構成された、請求項１に記載の水晶デバイス。
【請求項３】
前記容器本体に収容され、前記水晶片と電気的に接続し前記水晶片を用いる発振回路を少なくとも内蔵したＩＣチップをさらに備え、前記底面に、前記接地用実装電極のほかに、前記ＩＣチップと電気的に接続する実装電極を有する、表面実装用水晶発振器として構成された、請求項１に記載の水晶デバイス。
【請求項４】
前記外側面のうち前記底面に隣接する領域には前記メッキ層が形成されない、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水晶デバイス。
【請求項５】
外部との電気的接続に用いる電極を前記外側面に備え、該電極の周囲には前記メッキ層が形成されずに前記電極が前記メッキ層から電気的に分離している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水晶デバイス。
【請求項６】
複数の外側面を有し、隣接する前記外側面間の辺に沿う部分には前記メッキ層が形成されない、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水晶デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器内に水晶片を密閉封入した構成を有する水晶振動子や水晶発振器などの水晶デバイスに関し、特に、外来ノイズの回り込みが防止された水晶デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
容器内に水晶片を密閉封入した水晶振動子や、このような水晶振動子とその水晶振動子を用いる回路をＩＣ（集積回路）チップとを一体化させた水晶発振器などは、水晶デバイスと総称され、各種の電子機器において使用されている。特に、表面実装用の容器内に水晶片を密閉封入した構成を有する表面実装型の水晶デバイスは、小型・軽量であることから、特に携帯型の電子機器、例えば携帯電話機において、周波数や時間の基準源として広く内蔵されている。
【０００３】
図４（ａ），（ｂ）は、それぞれ、水晶デバイスの一例としての従来の表面実装型の水晶振動子の構成を示す断面図及び底面図であり、図５は、水晶片の構成の一例を示す平面図である。
【０００４】
図示される水晶振動子は、表面実装用の容器本体１内に水晶片２を収容し、金属カバー３を被せて水晶片２を容器内に密閉封入したものである。容器本体１は、例えば、積層セラミックからなり、略長方形の平面外形、すなわち、セット基板に実装したときに上から見て長方形に見える扁平な略直方体形状の外形を有する。容器本体１の上面には、水晶片２を収容するための凹部１０が形成されている。凹部１０の内底面には、その内底面の１辺の両端の位置にそれぞれ近接して、１対の水晶保持端子４が設けられている。水晶保持端子４は、後述するように、水晶片２を凹部１０内に電気的かつ機械的に保持するために用いられれる。なお、特許文献１（特開２００４−６４２１７号公報）には、複数層のセラミックシートを積層し焼成して容器本体１を構成する際に、セラミックシートの積層数を低減するための構成が開示されている。
【０００５】
容器本体１の外底面、すなわちセット基板上に実装した場合にセット基板に面することになる方の面の４隅部には、容器本体１をセット基板に実装する際に用いられる実装電極が設けられている。各実装電極は、略長方形の導電層として形成されている。これら４個の実装電極のうち、容器本体１の外底面における一方の対角線の両端に位置する一対の実装電極５ａは、容器本体１に形成された導電路を介して、１対の水晶保持端子４に電気的に接続する。また、残りの２つの実装電極５ｂは、接地端子として用いられる。
【０００６】
水晶片２は、図５に示すように、例えば、略長方形のＡＴカットの水晶片からなり、両方の主面にはそれぞれ励振電極６ａが形成されている。一対の励振電極６ａからは、水晶片２の一端部の両側に向けて、引出電極６ｂが延出されている。水晶片２の端部の位置において引出電極６ｂは、水晶片２の両方の主面間で折り返すように形成されている。水晶片２は、一対の引出電極６ｂが引き出されている位置でこれらの引出電極６ｂを例えば導電性接着剤７などによって水晶保持端子４にそれぞれ固着させることによって、容器本体１の凹部１０内に固着されて保持され、容器本体１に電気的・機械的に接続することになる。
【０００７】
容器本体１の上面には、凹部１０を囲むように、金属厚膜あるいは金属リング８が設けられており、金属カバー３は、シーム溶接あるいはビーム溶接などによって、金属リング８に接合されている。金属リング８は、容器本体１に形成されたスルーホール（不図示）を介して、接地端子として用いられる実装電極５ｂに電気的に接続する。その結果、金属カバー３も、接地端子として用いられる実装電極５ｂに電気的に接続することになる。特許文献２（特開２００５−１９７８５７号公報）には、金属リングに対して金属カバーをシーム溶接によって接合した場合の気密性を向上させるとともに、シーム溶接時のスプラッシュ現象を防止することができる水晶振動子が開示されている。
【０００８】
このような表面実装型の水晶振動子は、一般に、リフロー半田付けによって、配線基板に対して搭載される。なおこの水晶振動子では、スルーホール加工や層間導電層の形成などを容易に行える積層セラミックを容器本体に用いているので、水晶片からの電極の引き出しを容易に行うことができる。
【０００９】
また、特許文献３（特開２００３−１０１３４８号公報）には、上述した水晶振動子において、水晶片を用いる発振回路などが集積化されたＩＣチップを水晶片とともに容器本体に封入した表面実装型の水晶発振器が開示されている。この水晶発振器では、容器本体の一方の主面に形成された凹部内に水晶片とＩＣチップが一緒に格納されている。このように同一の凹部内に水晶片とＩＣチップとが収容されている表面実装型水晶発振器を一室型の表面実装型水晶発振器と呼ぶ。
【００１０】
図６は、従来の一室型の表面実装型水晶発振器の一例の構成を示している。図６において、図４、５に示すものと同じ構成要素については同じ参照符号が付与されており、これらについての説明は省略または簡略化する。
【００１１】
図６に示す水晶発振器では、表面実装用の容器本体１の一方の主面に形成された凹部１０内に、水晶片２とともに、ＩＣチップ１１が収容されている。ＩＣチップ１１は、水晶片２を利用する発振回路が半導体基板に集積化されたものであり、さらに、水晶片２の温度周波数特性を補償するための温度補償機構が集積化されていてもよい。水晶片２としては上述と同様のものが使用される。凹部１０の側壁には段部が形成されており、段部の上面に一対の水晶保持端子４が設けられている。水晶片２は、導電性接着剤７によって、水晶保持端子４に固着されている。容器本体１の外底面の４隅部には、図４に示したものと同様に、容器本体１をセット基板に実装する際に用いられる実装電極５が設けられている。
【００１２】
ＩＣチップ１１は、例えばバンプを用いた超音波熱圧着によって、凹部１０の底面に固着されている。凹部１０の底面には、ＩＣチップ１１との接続に用いられる複数の不図示の接続端子が設けられており、例えばバンプを用いた超音波熱圧着によってＩＣチップ１１をこの接続端子に接合させることによって、凹部１０の底面にＩＣチップ１１が固着されている。これらの接続端子のうちの２つは、容器本体１の凹部１０に形成された不図示の導電路を介して１対の水晶保持端子４に電気的に接続し、これによって、ＩＣチップ１１内の発振回路が水晶片２に対して電気的に接続することになる。残りの接続端子は、容器本体１に形成された不図示の導電路を介してそれぞれ実装電極５に電気的に接続している。これらの実装電極５は、例えば、電源端子、接地端子、発振回路からの発振出力が現れる出力端子、及び自動周波数制御（ＡＦＣ）用の信号をＩＣチップ１１に供給するためのＡＦＣ端子である。
【００１３】
容器本体１の凹部１０の開口端には、図４に示した場合と同様に、金属リング８が設けられており、この金属リング８に対して金属カバー３が接合し、凹部１０を閉じている。これにより、凹部１０内に、水晶片２とＩＣチップ１１とが密閉封入されている。なお、金属カバー３は、実装電極５のうちの接地端子に電気的に接続している。
【００１４】
表面実装型の水晶発振器としては、上述した一室型のもののほか、容器本体の両方の主面にそれぞれ凹部を形成し、一方の凹部に水晶片を密閉封入し、他方の凹部にＩＣチップを収容した二室型のものがある。図７は、従来の二室型の表面実装型水晶発振器の一例を示している。図７において、図４〜６に示すものと同じ構成要素については同じ参照符号が付与されており、これらについての説明は省略または簡略化する。
【００１５】
図７に示される水晶発振器は、図４に示す水晶振動子において容器本体１の他方の主面にも凹部１２を形成し、この凹部１２内にＩＣチップ１１を格納することによって、水晶発振器として構成したものである。ＩＣチップ１１にとしては、一室型の水晶発振器におけるものと同じものが使用され、凹部１２の底面には複数の不図示の接続端子が形成されており、ＩＣチップ１１は、例えばバンプを用いた超音波熱圧着によってこの接続端子に接合している。
【００１６】
この水晶発振器をセット基板上に表面実装する際に用いられる実装電極５は、容器本体１の他方の主面において、凹部１２の開口端面の４隅部にそれぞれ形成されている。これらの実装電極５は、一室型の水晶発振器の場合と同様に、電源端子、接地端子、出力端子及びＡＦＣ端子であって、容器本体１に形成された不図示の導電路を介して、凹部１２の底面の接続端子に電気的に接続している。
【００１７】
容器本体１の一方の主面に設けられた凹部１０内には、１対の水晶保持端子４が設けられており、水晶保持端子４は、容器本体１に形成された不図示の導電路を介して、他方の主面の凹部１２の底部に設けられた接続端子のうちの２つと電気的に接続している。また、水晶片２を凹部１０内に密閉するための金属カバー３は、容器本体１に形成された不図示の導電路を介して、ＩＣチップ１１の接地端子に対応する接続端子に電気的に接続しており、これによって、金属カバー３は、接地端子である実装電極５に対して電気的に接続することになる。
【特許文献１】特開２００４−６４２１７号公報
【特許文献２】特開２００５−１９７８５７号公報
【特許文献３】特開２００３−１０１３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら上述した各水晶デバイスすなわち水晶振動子及び水晶発振器では、水晶片を収容する凹部を密閉する金属カバーは接地されているものの、金属カバー以外の部分でのシールドが十分であるとはいえず、外来ノイズの影響を受けやすい、という課題がある。
【００１９】
本発明の目的は、外来ノイズの影響を受けにくい水晶デバイスを提供することになる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の水晶デバイスは、底面と外側面と上面とを有し積層セラミックからなる容器本体と、容器本体の上面に形成された凹部と、凹部内に格納された水晶片と、凹部を閉鎖することによって水晶片を凹部内に密閉封入する金属カバーと、外側面に設けられるともに外側面から上面に延びて金属カバーと電気的に接続するように設けられたメッキ層と、底面に設けられ前記金属カバーと電気的に接続する接地用実装電極と、を有する。
【００２１】
このような構成によれば、金属カバーのみならずメッキ層が電磁シールドとして機能することになり、容器本体の少なくとも外側面と上面とがシールドされることとなるので、外来ノイズの影響を受けにくくなる。
【００２２】
このような本発明の水晶デバイスは、例えば、底面に、接地用実装電極のほかに、水晶片と電気的に接続する実装電極をさらに有し、表面実装用水晶振動子として構成されたものである。あるいは、例えば、容器本体に収容され、前記水晶片と電気的に接続し前記水晶片を用いる発振回路を少なくとも内蔵したＩＣチップをさらに備え、底面に、接地用実装電極のほかに、ＩＣチップと電気的に接続する実装電極を有する、表面実装用水晶発振器として構成されたものである。
【００２３】
本発明では、水晶デバイスをセット基板に表面実装した際にセット基板上の回路パターンとの意図しない電気的接触を避けるために、外側面のうち底面に隣接する領域にはメッキ層が形成されないようにすることが好ましい。また本発明の水晶デバイスは、外部との電気的接続に用いる電極を外側面に備え、この電極の周囲にはメッキ層が形成されずに電極がメッキ層から電気的に分離しているようにしてもよい。また、複数の外側面を有する形状の容器本体を用いる場合には、隣接する外側面間の辺に沿う部分にはメッキ層が形成されないようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、積層セラミックからなる容器本体の外側面に、容易本体の上面に設けられた金属カバーと電気的に接続されることによって接地されるメッキ層を設けることにより、金属カバーとメッキ層とがともに電磁シールドとして機能するようになって、外来ノイズの影響の影響が大幅に低減する、という効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態の水晶デバイスを示す斜視図である。
【００２６】
この水晶デバイスは、上述の図４〜図７に示した水晶振動子及び水晶発振器のいずれかのものにおいて、積層セラミックからなり略直方体形状の容器本体１の外側面にメッキ層１３が設けられたものである。メッキ層１３は、容器本体１の４つの外側面にまたがって形成されるとともに、これらの容器本体１の外側面から容器本体１の上面にも延び、凹部１０（図４〜７参照）の外周に沿って形成されている金属リング８にまで至って形成されている。ただし、この水晶デバイスをセット基板上に表面実装した際のセット基板上の配線パターンとの意図しない電気的接触を避けるために、メッキ層１３は、容器本体１の外側面であって容器本体１の底面に隣接する位置には形成されておらず、したがって、容器本体１の外側面であって底面に隣接する位置ではセラミックが露出していることになる。メッキ層１３としては、良好な導電性を示して電磁シールド効果を有するものが好ましく使用され、例えば、下地メッキ層上に金（Ａｕ）をメッキしたものなどが用いられる。
【００２７】
メッキ層１３が設けらている点を除けば、本実施形態の水晶デバイスは、上述の図４〜図７に示した水晶振動子及び水晶発振器のうちの該当するものと同じである。
【００２８】
このような構成によれば、メッキ層１３は、金属リング８及び金属カバー３に電気的に接続することとなる。上述したように金属カバー３は接地端子として用いられる実装電極に電気的に接続するので、この水晶デバイスをセット基板上に表面実装した際に、金属カバー３だけでなくメッキ層１３も接地されることとなり、メッキ層１３が電磁シールドとして機能することになる。金属カバー３も電磁シールドとして機能することから、略直方体形状の容器本体１の６つの面のうちの５つの面に電磁シールドが形成されたこととなることから、この水晶デバイスでは、外来ノイズの影響を大幅に低減することができる。
【００２９】
なお、容器本体１の底面にはシールドが形成されないが、容器本体１の底面は、水晶デバイスをセット基板上に表面実装した際にセット基板に接する面であり、セット基板を多層プリント配線基板で構成した場合にはその配線基板の複数の導電層のうちの１つの層は、通常、全面接地層であるから、結果的に、容器本体１の底面側から入来する外来ノイズは、セット基板の接地層によってシールドされることになる。図４〜７に示す従来の水晶デバイスでは、略直方体の容器本体１の上面と下面側でのみ実質的に電磁シールドがなされるのに対し、本実施形態の水晶デバイスでは、容器本体１の６つの面のすべてで実質的に電磁シールドがなされることになる。
【００３０】
次に、このようにメッキ層が形成されている容器本体１の製造方法について説明する。
【００３１】
容器本体１は積層セラミックで構成されるので、容器本体１を構成する複数層の未焼成のセラミックシートのうち、容器本体１の底面を構成する１層を除く残りのセラミックシートの側面にあらかじめ下地メッキ層を形成し、その後、これらの焼成を行う。容器本体の上面に対応する最上位のセラミックシートについては、その上面にも下地メッキ層を形成しておくこととする。焼成後、下地メッキ層上に金メッキを行えば、上述した容器本体１が完成することになる。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施形態の水晶デバイスについて説明する。図２は第２の実施形態の水晶デバイスを示している。
【００３３】
水晶デバイスの種類によっては、容器本体１の側面に外部との電気的接続に用いられる電極が形成されることがある。例えば、水晶デバイスが温度補償型水晶発振器である場合、温度補償のためのデータを水晶発振器内に書き込むための電極が容器本体１の外側面に形成される。図２に示したものは、図１に示したものと同様のものであるが、容器本体１の外側面に、例えば温度補償データ書き込み用の書込電極１４が設けられている点で、図１に示したものと異なっている。書込電極１４が接地されているとデータの書き込みが行えないので、図２に示したものでは、書込電極１４の周囲にはメッキ層１３が形成されないようにし、これによって書込電極１４がメッキ層１３から電気的に分離されるようにしている。
【００３４】
次に本発明の第３の実施形態の水晶デバイスについて説明する。図３（ａ）は第３の実施形態の水晶デバイスを示している。
【００３５】
この水晶デバイスは、図１に示したものと同様のものであるが、容器本体１の外側面において、容器本体１の隣接する外側面間の辺（稜）に沿う部分においてメッキ層１３が設けられていない点で、図１に示したものと異なっている。容器本体１の上面と外側面との間の辺ではメッキ層１３は連続的に形成されている。本実施形態の水晶デバイスは、容器本体１の外側面間の辺の部分でメッキ層１３が形成されていないが、この部分の面積は外側面の面積全体に比べて僅少であるので、第１の実施形態のものとほぼ同様の電磁シールド特性を有し、したがって、外来ノイズによる影響を大幅に低減することができる。
【００３６】
図３（ｂ）は、第３の実施形態の水晶デバイスの製造方法を説明する図であり、容器本体１の製造に用いられるセラミックシートの平面図（上面図）である。
【００３７】
微小サイズの水晶デバイスを大量生産するために、積層セラミックをからなる容器本体１を製造する際には、縦横方向に複数の容器本体が連結したサイズの未焼成のセラミックシートを積層して焼成し、その後、個々の容器本体１に分離することが一般的である。そこで、複数個の容器本体に対応するセラミックシート１６を複数層積層した時点で、図３（ｂ）に示すように、隣接する容器本体１間での切断線に沿う細長いスルーホール１５が形成されるように、スルーホール加工を行う。図３（ｂ）において一点鎖線は、隣接する容器本体間の境界となるべき位置を示している。このとき、個々の容器本体１に完全に分離してしまうようにスルーホール加工を行うと、以降のメッキや焼成等の工程を実行することができなくなるから、容器本体の４角部において複数の容器本体が連結したままであるようにする。セラミックシートのうち最上位の層には、水晶片を収容するための凹部が開口部として設けられているが、この最上位の層の上面でも、開口部を除いて下地メッキ層が設けられているようにする。
【００３８】
スルーホール１５内に下地メッキ層を形成し、その後、これらを焼成して個々の容器本体に分離し、下地メッキ層上に金メッキなどを施すことによって、容器本体１が完成する。スルーホール加工の際に容器本体１の隣接する外側面の辺に当たる部分の位置にはスルーホールが形成されないから（隣接する容器本体と連結したままであるから）、結果としてこの部分にはメッキ層１３が形成されないことになる。
【００３９】
以上、本発明の水晶デバイスについて、水晶振動子あるいは水晶発振器である場合を説明したが、本発明の水晶デバイスはこれに限られるものではなく、例えば、水晶フィルタなどの水晶デバイスであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態の水晶デバイスを示す斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の水晶デバイスを示す斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明の第３の実施形態の水晶デバイスを示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す水晶デバイスの製造方法の一例を示す平面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、水晶デバイスの一例としての従来の表面実装型の水晶振動子の構成を示す断面図及び底面図である。
【図５】水晶片の一般的な構成の一例を示す平面図である。
【図６】従来の一室型の表面実装型水晶発振器を示す断面図である。
【図７】従来の二室型の表面実装型水晶発振器を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…容器本体、２…水晶片、３…金属カバー、４…水晶保持端子、５，５ａ，５ｂ…実装電極、６ａ…励振電極、６ｂ…引出電極、７…導電性接着剤、８…金属リング、１０，１２…凹部、１１…ＩＣチップ、１３…メッキ層、１４…書込電極、１５…スルーホール、１６…セラミックシート。
【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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