JP5228876B2

JP5228876B2 - 水晶振動子およびその製造方法

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Publication number: JP5228876B2
Application number: JP2008320602A
Authority: JP
Inventors: 有村　　博之; 太郎伊藤
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2028-12-17
Also published as: JP2009225426A

Description

本発明は水晶振動子の保持構造とその製造方法に関するものであり、水晶振動板を保持する金属サポートの構造を改善するとともにそのサポートを用いた製造方法に関するものである。

水晶振動子は共振特性に優れることから、周波数、時間の基準源として広く用いられており、水晶振動板の表面に金属薄膜電極を形成し、この金属薄膜電極を外気から保護するため、パッケージ体により気密封止されている。

このうちＯＣＸＯと称される恒温槽型水晶発振器に用いられる水晶振動子では、金属性のパッケージ体が用いられているのが現状である。具体的には、金属ベースにはガラスなどの絶縁材を介して一対の金属リード端子が植設されており、当該金属リード端子のインナーリード部分には、一対の金属平板のサポート部材が対向して取り付けられている。水晶振動板は、例えば、厚みすべり振動してなるＡＴカット水晶振動板であり、表裏面には励振電極と、各励振電極からの引出電極が形成されている。そして、前記金属サポートの上に水晶振動板が搭載され、導電接合材により電気的機械的に接続されるとともに、前記金属ベースに金属製の蓋を被せて気密封止する構成となっている。

なお、ＯＣＸＯは外部の温度変化に影響することなく、水晶振動子を恒温槽内で温度制御することにより周波数の高安定化を行ったものであり、周波数安定度として１×１０-7〜１×１０-10程度の水晶振動子で得られる最高水準の周波数安定度を得ることができるため、無線基地局や伝送ラインなどの基準周波数として利用されている。

特許文献１では、このようなＯＣＸＯに用いられる良好なエージング特性が得られるＡｕＧｅ（金―ゲルマニウム）などの金属ろう材が用いられた高安定向け水晶振動子の保持構造に対する改善構成を提案している。

特開２００６−１８６８３９号公報

ＡｕＧｅなどの金属ろう材を用いて接合する場合、固形状の金属ろう材ペレットや金属ろう材ボールなどを用いて金属サポートと水晶振動板の間に介在させながら、それぞれを位置決め固定した状態で加熱し前記金属ろう材を溶融して接合する。しかしながら、上記特許文献１の構成では、金属サポートと固形状金属ろう材と水晶振動板の各部材をお互いに位置決め固定する際に明確な目印となるものがなく、正確な位置決めがなされない状態で接合されたり、金属ろう材の溶融中にお互いにずれが生じてしまうこともあるため、金属サポートから受ける水晶振動板の応力感度にもバラツキが生じてエージング特性などの製品特性に悪影響を与えることがあった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、金属ろう材などの導電性接合材を用いて金属サポートと水晶振動板を接合する際の位置決めと接合性が良好で、エージング特性が良好なより信頼性の高い高安定向け水晶振動子とその製造方法を提供することを目的としている。

そこで、本発明の水晶振動子は、少なくとも２本の金属リード端子が絶縁材を介して貫通植設されてなるベースと、前記金属リード端子のインナー側に設けられた金属サポートと、当該金属サポートに搭載されかつ導電性接合材を介して電気的機械的に接合される板状の水晶振動板とからなるＯＣＸＯ用の水晶振動子であって、前記ベースに蓋を被覆し真空雰囲気中で気密封止されるとともに、前記金属サポートがニッケル鉄系の低熱膨張性の合金からなる水晶より低熱膨張性の金属材料からなり、金属サポートの外部表面には当該金属サポートより熱伝導率の高い金属膜が形成されてなり、前記水晶振動板の主面の中心点を通過するＺ’軸に対して当該中心点から板面が＋３０°、または−３０°回転させた回転軸と当該水晶振動板の端部が交差する４点の交差点のうちの少なくとも対向する２点の交差点には金属サポート接合部の目印を形成し、前記金属サポートの水晶振動板保持部に対して前記水晶振動板の金属サポート接合部の目印の部分で、前記金属サポートの水晶振動板保持部と前記水晶振動板とが前記導電性接合材により接合されてなることを特徴とする。

上記構成により、前記水晶振動板の主面の中心点を通過するＺ’軸に対して当該中心点から板面が＋３０°、または−３０°回転させた回転軸と当該水晶振動板の端部が交差する４点の交差点のうちの少なくとも対向する２点の交差点には前記金属サポート接合部の目印を形成し、前記金属サポートの水晶振動板保持部に対して前記水晶振動板の金属サポート接合部の目印の部分で、前記金属サポートの水晶振動板保持部と前記水晶振動板とが前記導電性接合材により接合することで、水晶振動板の端部のうち応力感度がない少なくとも２つのポイントに対する明確な目印が水晶振動板に形成され、金属サポートの水晶振動板保持部に対して水晶振動板の金属サポートの目印を位置決めがなされた状態でお互いを接合することができる。このため金属サポートなどの外部から水晶振動板に対して受ける応力の影響も抑制することでき、経年変化に対する応力も安定して抑制できる。結果として導電性接合材を用いて金属サポートと水晶振動板を接合する際の位置決めと接合性が良好で、エージング特性が良好なより信頼性の高い高安定向け水晶振動子を提供することができる。

また、上述の構成において、前記金属サポートがニッケル鉄系の低熱膨張性の合金からなり、水晶の熱膨張係数の半分ぐらいから熱膨張係数がゼロに近いもの、あるいは水晶の熱膨張係数に近似している金属材料を用いた。例えば、三菱マテリアル株式会社製：ＭＡ―ＩＮＶ３６<Fe-36Ni>（通称：インバー/アンバー）、ＭＡ−Ｓ−ＩＮＶＥＲ<Fe-32Ni-5Co>（通称：スーパーインバー）、ＭＡ９０２<Fe-42Ni-Cr-Ti>（通称：ＮＩ−ＳＰＡＮ−Ｃ）などが最適な金属材料である。この構成により、金属サポートが水晶の熱膨張係数の半分ぐらいから熱膨張係数がゼロに近いものを用いていることで、環境温度の変化により金属サポートの熱膨張が生じることがほとんどなくなる。また、金属サポートが水晶の熱膨張係数に近似しているものを用いていることで、環境温度の変化による水晶振動板と金属サポートの熱膨張差が生じることがほとんどなくなる。以上により、金属サポートから水晶振動板に対して環境温度の変化による応力を与えることがなくなり、経年変化に対する応力もより一層抑制できる。つまりエージング特性もさらに高めることができる。

また、上述の構成において、前記金属サポートがニッケル鉄系の低熱膨張性の合金からなるとともに、この外部表面には当該金属サポートより熱伝導率の高い銅などの金属膜が形成されている。この構成により、熱伝導率の高い金属膜が金属サポートの外部表面に形成されていることで、環境温度の変化による水晶振動子のパッケージ体（蓋とベース）外部の温度に対して金属膜が遅れなく水晶振動板に温度を伝え、温度差が生じることがほとんどなくなる。このような温度差はパッケージ体外部からの輻射熱の影響がなく、金属リード端子と金属サポートを介した伝熱のみの影響が強い真空雰囲気で気密封止された高安定向け水晶振動子では特に有効な構成である。結果として、より安定した周波数温度特性を得ることができる。またＯＣＸＯとして水晶振動子を利用する場合、水晶振動子を恒温槽内で所定温度まで加熱して周波数が安定するまでの時間もより短時間で起動させることができる（起動特性の向上）。

また、上述の構成において、前記金属サポートには水晶振動板保持部の目印を形成し、
当該金属サポートの水晶振動板保持部の目印に対して前記水晶振動板の金属サポート接合部の目印が近接した状態で、前記金属サポートの水晶振動板保持部と前記水晶振動板とが前記導電性接合材により接合してもよい。この構成により、上述の作用効果に加えて、前記金属サポートにも水晶振動板保持部の目印を形成しているので、金属サポートの水晶振動板保持部に対して水晶振動板の金属サポートの目印をより正確に位置決めがなされた状態でお互いを接合することができる。このため金属サポートなどの外部から水晶振動板に対して受ける応力の影響もほとんどなくすことでき、経年変化に対する応力の影響もより安定して受けにくくできる。

また、上述の構成において、前記金属サポートの水晶振動板保持部の目印が凹部や凸部や穴部などの金属サポートの導電性接合材溜まり部であり、前記水晶振動板の金属サポート接合部の目印が水晶振動板の導電性接合材接続電極であり、前記金属サポートの導電性接合材溜まり部に対して前記水晶振動板の導電性接合材接続電極が近接した状態で、前記金属サポートの水晶振動板保持部と前記水晶振動板とが前記導電性接合材により接合してもよい。この構成により、上述の作用効果に加えて、前記金属サポートの水晶振動板保持部の導電性接合材溜まり部に対して前記水晶振動板の導電性接合材接続電極を正確に位置決めがなされた状態でお互いを接合することができる。また前記金属サポートの水晶振動板保持部には導電性接合材溜まり部を形成することで、導電性接合材が当該金属サポートの導電性接合材溜まり部に溜まった状態で接合されるので、導電性接合材の不要な流れ出しをなくして水晶振動板に対する接合強度を安定させることができる。特に前記金属サポートの導電性接合材溜まり部はお互いに同形状同体積で形成することがより好ましく、前記水晶振動板の導電性接合材接続電極もお互いに同形状同面積で形成することが好ましい。これらにより金属サポートと導電性接合材により接合される保持部分の応力も均一なものとなり、金属サポートなどの外部から水晶振動板に対して受ける応力もより均一に安定した状態で分散し、結果として経年変化に対する応力抑制がより一層実現できる。

また、上述の構成において、前記水晶振動板の導電性接合材接続電極には、穴部、溝部、凸部などの前記導電性接合材が溜まる水晶振動板の導電性接合材溜まり部が構成されてもよい。この構成により、上述の作用効果に加えて、前記金属サポートの水晶振動板保持部の導電性接合材溜まり部に対して前記水晶振動板の導電性接合材溜まり部を正確に位置決めがなされた状態でお互いを接合することができる。また前記水晶振動板の導電性接合材溜まり部を形成することで、導電性接合材が当該水晶振動板の導電性接合材溜まり部に溜まった状態で接合されるので、導電性接合材の不要な流れ出しをなくして金属サポートに対する接合強度を安定させることができる。さらに導電性接合材による金属サポートと水晶振動板の保持面積を前記水晶振動板の導電性接合材溜まり部に応じた特定の形状や特定体積に限定して保持することができるので、点に近い状態で金属サポートと水晶振動板の接合が行え、応力の影響もより一層抑制するができる。特に前記水晶振動板の導電性接合材溜まり部はお互いに同形状同体積で形成することがより好ましい。これにより金属サポートと導電性接合材により接合される保持部分の応力も均一なものとなり、金属サポートなどの外部から水晶振動板に対して受ける応力もより均一に安定した状態で分散し、結果として経年変化に対する応力抑制がより一層実現できる。

また、上述の構成において、前記金属サポートの水晶振動板保持部には、前記水晶振動板の金属サポート接合部の目印の一部が金属サポートの外部表面に露出される切欠部や穴部などの窓部が構成されてもよい。この構成により、上述の作用効果に加えて、前記金属サポートの水晶振動板保持部に窓部を介して水晶振動板の金属サポートの目印、水晶振動板の導電性接合材接続電極、または水晶振動板の導電性接合材溜まり部を露出させながら、より正確に位置決めがなされた状態でお互いを接合することができる。このため金属サポートなどの外部から水晶振動板に対して受ける応力の影響もほとんどなくすことでき、経年変化に対する応力の影響もより安定して受けにくくできる。また導電性接合材が窓部にも回り込むので接合強度の向上につながる。導電性接合材の接合状態が窓部を介して認識できるので接合不良や導通不良を防止するのに有効な構成となる。

また、上述の構成において、前記導電性接合材がＡｕＧｅ、ＡｕＳｎ、Ａｕなどの金系合金ろう材からなり、かつ前記水晶振動板の表裏主面に形成される励振電極が金を主成分とする電極材料が好ましい。この構成により、上述の作用効果に加えて、励振電極材料や金属ろう材が酸化等の電気的特性の劣化が生じにくい安定した材料となるので、エージング特性もさらに高めることができる。

また、本発明の水晶振動子の製造方法は、少なくとも２本の金属リード端子が絶縁材を介して貫通植設されてなるベースと、前記金属リード端子のインナー側に設けられた金属サポートと、当該金属サポートに搭載されかつ金属ろう材を介して電気的機械的に接合される板状の水晶振動板とからなる水晶振動子の製造方法であって、前記金属サポートの水晶振動板保持部には金属ろう材溜まり部を形成し、当該金属サポートの金属ろう材溜まり部に固形状の金属ろう材を取り付け、前記水晶振動板の主面の中心点を通過するＺ’軸に対して当該中心点から板面が＋３０°、または−３０°回転させた回転軸と当該水晶振動板の端部が交差する４点の交差点のうちの少なくとも対向する２点の交差点には、金属ろう材溜まり部と当該金属ろう材溜まり部の上面に形成された金属ろう材接続電極を形成し、前記金属サポートの金属ろう材溜まり部と前記水晶振動板の金属ろう材溜まり部が近接した状態で金属サポートの水晶振動板保持部に対して水晶振動板を搭載して封止前水晶振動子を構成し、雰囲気加熱により前記封止前水晶振動子全体を加熱することで前記金属ろう材を溶融して前記金属サポートと水晶振動板を電気的機械的に接合してなることを特徴とする。

上記製造方法により、前記金属サポートの水晶振動板保持部には金属ろう材溜まり部を形成することで、固形状の金属ろう材を金属サポートの水晶振動板保持部へ取り付けるための明確な目印とできるだけでなく、取り付けられた固形状の金属ろう材が後に位置ずれすることもない。

また、前記水晶振動板の主面の中心点を通過するＺ’軸に対して当該中心点から板面が＋３０°、または−３０°回転させた回転軸と当該水晶振動板の端部が交差する４点の交差点のうちの少なくとも対向する２点の交差点には、金属ろう材溜まり部と当該金属ろう材溜まり部の上面に形成された金属ろう材接続電極を形成することで、水晶振動板の端部のうち応力感度がない少なくとも２つのポイントに対する明確な目印とすることができるだけでなく、溶融後の金属ろう材が当該金属ろう材溜まり部に溜まった状態で接合されるので、金属ろう材による水晶振動板の保持面積を前記金属ろう材溜まり部に応じた特定の形状や特定体積に限定して保持することができる。

また、前記金属サポートの金属ろう材溜まり部と前記水晶振動板の金属ろう材溜まり部が近接した状態で金属サポートの水晶振動板保持部に対して水晶振動板を搭載して封止前水晶振動子を構成し、前記金属ろう材を溶融して前記金属サポートと水晶振動板を電気的機械的に接合しているので、金属サポートのうち固形状の金属ろう材が取り付けられた部位に対して水晶振動板の金属ろう材溜まり部と金属ろう材接続電極形成された部位をお互いに正確に位置決め固定することができ、水晶振動板の端部のうち応力感度がない少なくとも２つのポイントに対する正確な位置決めが行える。このように正確な位置決めがなされた状態で金属サポートと水晶振動板をお互いに接合することができる。金属ろう材の加熱溶融中にお互いにずれが生じることもなくなる。このため金属サポートなどの外部から水晶振動板に対して受ける応力の影響もほとんどなくすことでき、経年変化に対する応力の影響もより安定して受けにくくできる。

また、雰囲気加熱により前記封止前水晶振動子全体を加熱することで、前記金属ろう材の溶融のための加熱のみならず、金属サポートが取り付けられた少なくとも２本の金属リード端子を有するベースと水晶振動板を含み同時に加熱することができるので、各部材の歪み除去や脱ガスするためのアニーリングも同時に実施できるので、金属ろう材を用いて金属サポートと水晶振動板を接合する際の接合性をより一層高めることができ、エージング特性もさらに高めることができる。特に雰囲気加熱として高真空アニール炉で行うことが好ましく、各部材の酸化や劣化をなくした全体加熱を実施することができる。

結果として導電性接合材を用いて金属サポートと水晶振動板を接合する際の位置決めと接合性が良好で、エージング特性が良好なより信頼性の高い高安定向け水晶振動子の製造方法を提供することができる。

本発明により、金属ろう材などの導電性接合材を用いて金属サポートと水晶振動板を接合する際の位置決めと接合性が良好で、エージング特性が良好なより信頼性の高い高安定向け水晶振動子とその製造方法を提供することができる。

次に、本発明による実施の形態を、水晶振動子を例にとり、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態を示す分解斜視図であり、図２は図１を組み立てた状態の第１形態を示す正面図であり、図３は第１形態における製造工程を示す模式図である。図４は図１を組み立てた状態の第２形態を示す正面図であり、図５は第２形態における製造工程を示す模式図である。図６は本発明の実施形態の水晶振動板を示す正面図であり、図７と図８は本発明の他の実施形態の水晶振動板を示す正面図である。図９は本発明の他の実施形態を示す分解斜視図である。なお、各形態において同様の部分については同番号を付すとともに特に必要がなければ説明の一部を割愛している。

ベース１は全体として低背の長円柱形状であり、金属製のシェルを主とするベース本体１０に金属リード端子１１，１２が貫通して植設された構成であり、絶縁ガラスＧがベース本体の一部に充填されることにより、これら金属リード端子１１，１２は電気的に独立して一体形成されている。

金属リード端子１１，１２は細長い円柱形状であり、例えばベース上部のインナー側の先端部１１ａ，１２ａは幅広で上部が平らな釘頭形状に形成されている。このインナーリードの先端部には、後述する金属サポート１３，１４が溶接の手法（レーザー溶接、スポット溶接等）により対向して取り付けられている。このため、前記金属サポートを金属リード端子に搭載する場合に傾くことなく水平に安定し搭載でき、溶接面積も拡大するので、接合強度が向上し、金属サポートを金属リード端子溶接する際の信頼性が飛躍的に向上する。

金属サポート１３，１４は、例えばニッケル鉄系の低熱膨張性の合金で、水晶の熱膨張係数の半分ぐらいから熱膨張係数がゼロに近い金属材料を用いている、具体的に三菱マテリアル株式会社製のものであれば、ＭＡ―ＩＮＶ３６<Fe-36Ni>（通称：インバー/アンバー）、ＭＡ−Ｓ−ＩＮＶＥＲ<Fe-32Ni-5Co>（通称：スーパーインバー）等があげられる。あるいは金属サポート１３，１４は、水晶の熱膨張係数に近似している金属材料を用いている。具体的に三菱マテリアル株式会社製のものであれば、ＭＡ９０２<Fe-42Ni-Cr-Ti>（通称：ＮＩ−ＳＰＡＮ−Ｃ）等があげられる。このような金属サポート１３，１４は、前記金属リード端子と接合されるリード接続部１３１，１４１と、断面略コ字形状で後述する水晶振動板を挟み込んだ状態で保持する水晶振動板保持部１３２，１４２とを有している。

前記金属サポートの水晶振動板保持部１３２，１４２には後述する固形状の金属ろう材３が溶接などにより予め取り付けられ、かつ溶融後の金属ろう材が溜まる金属サポートの金属ろう材溜まり部１３３，１４３（水晶振動板保持部の目印）が形成されている。本形態では金属サポートの金属ろう材溜まり部１３３，１４３の形状を例えば中央に凸部その周囲に凹部を有した凹凸形状により構成した。なお金属サポートの金属ろう材溜まり部１３３，１４３はこのような凹凸形状に限定されるものではなく、金属ろう材ペレットや金属ろう材ボールなど各固形状の金属ろう材３の形状に応じてお互いに係止でき、かつ溶融後の金属ろう材３が溜まるような形状であればよく、凹部のみや凸部のみ、穴部、あるいはこれらの組み合わせ形状であってもよい。

また金属サポートの水晶振動板保持部１３２，１４２の一部には窓部１３４，１４４（水晶振動板保持部の目印）が形成されている。この窓部１３４，１４４は切欠部や穴部などにより構成することができ、後述する水晶振動板の接続電極２３，２４の一部が外部表面に露出されるよう形成されている。

水晶振動板２は例えばＡＴカット水晶振動板からなり、片面プラノ研磨加工された円盤形状に構成されている。前記水晶振動板の主面の中心点Ｏを通過するＺ’軸に対して当該中心点から板面が＋３０°回転させた回転軸と当該水晶振動板の端部が交差し、対向する２点の交差点Ａ，Ｂにはそれぞれ側端部に凹部２１，２２（金属サポート接合部の目印であり、水晶振動板の金属ろう材溜まり部）がハーフエッチングなどの手法により形成されている。この凹部２１，２２は後述する溶融後の金属ろう材３が溜まる金属ろう材溜まり部として構成されており、お互いの凹部２１，２２が同形状同体積で形成することがより好ましい。この凹部２１，２２の上面には後述する金属ろう材３が接続される接続電極２３，２４（金属サポート接合部の目印）も形成されている。この接続電極２３，２４は金を主成分とする電極材料により構成されており、例えばクロムやニッケルの下地電極層の上面に金電極層が形成されている。なお金属ろう材３が溜まる金属ろう材溜まり部は凹部２１，２２に限定されるものではなく、溶融した後の金属ろう材が溜まることができるような形状であればよく、穴部、溝部、凸部、あるいはこれらの組み合わせ形状であってもよい。

金属ろう材３（導電性接合材）は例えばＡｕＧｅ、ＡｕＳｎ、Ａｕなどの金系合金ろう材ペレットからなり、前記金属サポートの金属ろう材溜まり部１３３，１４３に対して予め溶接などで取り付けられている。

−第１形態−
以下、第１形態の水晶振動子の構成とその製造方法について、図２、図３とともに説明する。図３（ａ）に示すように、金属ろう材３が取り付けられた金属サポート１３，１４に対して前記凹部２１，２２と接続電極２３，２４のみが形成された水晶振動板２が搭載される。この際前記金属サポートの金属ろう材溜まり部１３３，１４３に対して前記水晶振動板の凹部２１，２２が近接した状態で配置搭載する。

次に、図３（ｂ）に示すように、上記金属ろう材溜まり部と凹部が近接した状態で金属サポートの水晶振動板保持部１３２，１４２に対して金属ろう材３と水晶振動板２が取り付けられた気密封止前のベース１（封止前水晶振動子）を加熱炉に搬入する。加熱炉は例えば高真空アニール炉が用いられており、真空雰囲気中で前記封止前水晶振動子全体（ベース）を加熱する。そして例えば金属ろう材３の融点以上の温度に加熱することで、前記水晶振動板の凹部２１，２２に溶融した金属ろう材３が留まった状態で前記金属サポートの水晶振動板保持部１３２，１４２と前記水晶振動板の金属ろう材接続電極２３，２４とが溶融した金属ろう材３により接合される。

次に、図３（ｃ）に示すように、前記金属サポートの水晶振動板保持部１３２，１４２と前記水晶振動板の金属ろう材接続電極２３，２４とが接合された気密封止前のベース１（封止前水晶振動子）であって水晶振動板２の表裏主面上に、図示しないマスク部材を配置しながら励振電極２５，２６（裏面の２６については図示せず）と引出電極２７，２８が真空蒸着法やスパッタリング等の手段にて設けられている。これら励振電極２５，２６と引出電極２７，２８は一体で同時に形成され、金を主成分とする電極材料により構成されており、例えばクロムやニッケルの下地電極層の上面に金電極層が形成されている。

なお、図２に示すように、引出電極２７，２８が前記金属サポートの水晶振動板保持部１３２，１４２の外部表面と前記水晶振動板の励振電極２５，２６とを接続するように形成しているので、金属サポート１３，１４と励振電極２５，２６との電気的接続性が確実になる。特に本発明の実施形態では、金属サポートの水晶振動板保持部１３２，１４２の一部には窓部１３４，１４４が形成され、水晶振動板の接続電極２３，２４との一部が外部表面に露出されるよう形成されているので、金属サポートと水晶振動板との隙間部分で引出電極２７，２８が断線したとしても、金属ろう材３が存在する上面領域に確実に引出電極２７，２８が形成することができ、電気的接続性がより確実なものとなる。

以上のように構成された封止前水晶振動子は、ベースに図示しない蓋を被覆し気密封止することで第１形態の水晶振動子が完了する。

−第２形態−
以下、第２形態の水晶振動子の構成とその製造方法について、図４、図５とともに説明する。図５（ａ）に示すように、金属ろう材３が取り付けられた金属サポート１３，１４に対して前記凹部２１，２２と接続電極２３，２４と励振電極２５，２６（裏面の２６については図示せず）が形成された水晶振動板２が搭載される。この際前記金属サポートの金属ろう材溜まり部１３３，１４３に対して前記水晶振動板の凹部２１，２２が近接した状態配置搭載する。なおこの時の水晶振動板の励振電極２５，２６と接続電極２３，２４とはお互いに断線状態となっている。

次に、図５（ｂ）に示すように、上記金属ろう材溜まり部と凹部が近接した状態で金属サポートの水晶振動板保持部１３２，１４２に対して金属ろう材３と水晶振動板２が取り付けられた気密封止前のベース１（封止前水晶振動子）を加熱炉に搬入する。加熱炉は例えば高真空アニール炉が用いられており、真空雰囲気中で前記封止前水晶振動子全体（ベース）を加熱する。そして例えば金属ろう材３の融点以上の温度に加熱することで、前記水晶振動板の凹部２１，２２に溶融した金属ろう材３が留まった状態で前記金属サポートの水晶振動板保持部１３２，１４２と前記水晶振動板の金属ろう材接続電極２３，２４とが溶融した金属ろう材３により接合される。

次に、図５（ｃ）に示すように、前記金属サポートの水晶振動板保持部１３２，１４２と前記水晶振動板の金属ろう材接続電極２３，２４とが接合された気密封止前のベース１（封止前水晶振動子）であって水晶振動板２の表裏主面上に、図示しないマスク部材を配置しながら引出電極２７，２８が真空蒸着法やスパッタリング等の手段にて設けられている。これら励振電極２５，２６と引出電極２７，２８は別々に形成されるが、金を主成分とする電極材料により構成されており、例えばクロムやニッケルの下地電極層の上面に金電極層が形成されている。

なお、図４に示すように、引出電極２７，２８が前記金属サポートの水晶振動板保持部１３２，１４２の外部表面と前記水晶振動板の励振電極２５，２６の一部上面とを接続するように形成しているので、金属サポート１３，１４と励振電極２５，２６との電気的接続性が確実になる。特に本発明の実施形態では、金属サポートの水晶振動板保持部１３２，１４２の一部には窓部１３４，１４４が形成され、水晶振動板の接続電極２３，２４との一部が外部表面に露出されるよう形成されているので、金属サポートと水晶振動板との隙間部分で引出電極２７，２８が断線したとしても、金属ろう材３が存在する上面領域に確実に引出電極２７，２８が形成することができ、電気的接続性がより確実なものとなる。

以上のように構成された封止前水晶振動子は、ベースに図示しない蓋を被覆し例えば真空雰囲気中で気密封止することで第２形態の水晶振動子が完了する。

上記実施形態により、前記金属サポート１３，１４の水晶振動板保持部１３２，１４２には金属サポートの金属ろう材溜まり部１３３，１４３（水晶振動板保持部の目印）を形成することで、固形状の金属ろう材３を金属サポートの水晶振動板保持部１３２，１４２へ取り付けるための明確な目印とできるだけでなく、取り付けられた固形状の金属ろう材３が後に水晶振動板保持部１３２，１４２から位置ずれすることもない。

また、前記水晶振動板２の主面の中心点Ｏを通過するＺ’軸に対して当該中心点から板面が＋３０°回転させた回転軸と当該水晶振動板の端部が交差し、対向する２点の交差点Ａ，Ｂには前記金属ろう材が溜まる凹部２１，２２（金属サポート接合部の目印であり、水晶振動板の金属ろう材溜まり部）と当該金属ろう材溜まり部の上面に形成された金属ろう材接続電極２３，２４（金属サポート接合部の目印）を形成することで、水晶振動板の端部のうち応力感度がない２つのポイントに対する明確な目印とできるだけでなく、溶融後の金属ろう材３が当該凹部２１，２２に溜まった状態で接合されるので、金属ろう材３による水晶振動板２の保持面積を前記凹部２１，２２に応じた特定の形状や特定体積に限定して保持することができる。

以上の構成で前記金属サポートの金属ろう材溜まり部１３３，１４３（水晶振動板保持部の目印）、あるいは金属サポートの窓部１３４，１４４（水晶振動板保持部の目印）に対して前記水晶振動板の凹部２１，２２が近接した状態で高真空アニール炉にて加熱し、前記金属サポートの水晶振動板保持部１３２，１４２と前記水晶振動板の金属ろう材接続電極２３，２４とが前記溶融した金属ろう材３により接合することで、金属サポート１３，１４のうち固形状の金属ろう材３が取り付けられた部位に対して水晶振動板２の凹部２１，２２と金属ろう材接続電極形成２３，２４された部位をお互いに正確に位置決め固定することができ、水晶振動板の端部のうち応力感度がない少なくとも２つのポイントに対する正確な位置決めがなされた状態でお互いを接合することができる。また金属ろう材３の溶融中に応力感度がないポイントからずれてお互いに接合されることもない。特に前記金属サポートの金属ろう材溜まり部１３３，１４３に予め取り付けられた固形状の金属ろう材３に対して水晶振動板の凹部２１，２２（金属サポート接合部の目印であり、水晶振動板の金属ろう材溜まり部）を係止させて正確な位置合わせが確実に行え、金属ろう材３が完全に溶融するまで位置ずれすることもない。

つまり金属サポート１３，１４などの外部から水晶振動板２に対して受ける応力も安定したものとすることでき、経年変化に対する応力も抑制できる。特に前記水晶振動板の端部に形成される各凹部２１，２２はお互いに同形状同体積で形成することがより好ましく、金属サポート１３，１４と金属ろう材３により接合される保持部分の応力も均一なものとなり、金属サポート１３，１４などの外部から水晶振動板２に対して受ける応力もより均一に安定した状態で分散し、結果として経年変化に対する応力抑制がより一層実現できる。

結果として金属ろう材３を用いて金属サポート１３，１４と水晶振動板２を接合する際の位置決めと接合性が良好で、エージング特性が良好なより信頼性の高い高安定向け水晶振動子を提供することができる。

また、真空アニール炉を用いた雰囲気加熱により前記水晶振動子全体を加熱することで前記金属ろう材３を溶融して前記金属サポート１３，１４と水晶振動板２を電気的機械的に接合しているので、前記金属ろう材３の溶融のための加熱のみならず、金属サポート１３，１４が取り付けられた２本の金属リード端子１１，１２を有するベース１と水晶振動板２を含み同時に加熱することができるので、各部材の歪み除去や脱ガスするためのアニーリングも同時に実施できるので、金属ろう材３を用いて金属サポート１３，１４と水晶振動板２を接合する際の接合性をより一層高めることができ、エージング特性もさらに高めることができる。特に雰囲気加熱として高真空アニール炉で行うと、各部材の酸化や劣化をなくした全体加熱を実施することができる。

また、前記金属ろう材３がＡｕＧｅ、ＡｕＳｎ、Ａｕなどの金系合金ろう材からなり、かつ前記水晶振動板２の表裏主面に形成される励振電極２５，２６および引出電極２７，２８が金を主成分とするクロムやニッケルの下地電極層の上面に金電極層が形成されている。このため、励振電極２５，２６や金属ろう材３が酸化等の電気的特性の劣化が生じにくい安定した材料となるので、エージング特性もさらに高めることができる。

また、前記金属サポート１３，１４がニッケル鉄系の低熱膨張性の合金からなり、水晶の熱膨張係数の半分ぐらいから熱膨張係数がゼロに近いものを用いて構成しているので、環境温度の変化により金属サポート１３，１４の熱膨張が生じることがほとんどなくなる。また水晶の熱膨張係数に近似しているものを用いて構成しているので、金属サポート１３，１４が環境温度の変化による水晶振動板と金属サポートの熱膨張差が生じることがほとんどない。以上により、金属サポート１３，１４から水晶振動板２に対して環境温度の変化による応力を与えることがなくなり、経年変化に対する応力もより一層抑制できる。つまりエージング特性もさらに高めることができる。

また、本発明の第１形態、第２形態では、前記金属サポートの水晶振動板保持部１３２，１４２の外部表面と前記水晶振動板２の励振電極２５，２６とを接続する引出電極２７，２８が後工程で形成されている。つまり第１形態では、水晶振動板２には金属ろう材接続電極２３，２４のみが形成されており、前記金属サポート１３，１４と水晶振動板２を金属ろう材３で加熱炉により溶融接合した後に、前記金属サポートの水晶振動板保持部１３２，１４２の外部表面を含み前記水晶振動板の励振電極２５，２６と引出電極２７，２８を一体で形成している。また第２形態では、水晶振動板２の励振電極２５，２６と金属ろう材接続電極２３，２４とが予め断線した状態で形成されており、前記金属サポート１３，１４と水晶振動板２を金属ろう材３で加熱炉により溶融接合した後に、前記金属サポートの水晶振動板保持部１３２，１４２の外部表面と前記水晶振動板の励振電極２５，２６とを接続する引出電極２７，２８を形成している。

このように引出電極２７，２８等を後工程で形成することで、金属ろう材３が励振電極２５，２６に向かって拡散して金属サポートの水晶振動板保持部１３２，１４２と前記水晶振動板の金属ろう材接続電極２３，２４に介在する金属ろう材３が過少状態となり、金属サポート１３，１４と水晶振動板２の電気的機械的な接合不良が生じることがない。さらに金属サポート１３，１４と励振電極２５，２６との電気的接続性が確実になる。特にＡｕＧｅなどのエージング特性が非常に高安定であるものの融点が高く溶融時間が長くなる金属ろう材３を用い、金を主成分とする励振電極２５，２６を有する水晶振動板２に対して加熱炉を用いて雰囲気加熱により接合する場合には、金が拡散しやすいという問題があるが、金属ろう材３は接続電極２３，２４の範囲内のみでしか拡散しないので、接合性を高めながら励振電極には金属ろう材３が拡散することが一切なくなる。以上のように本発明の実施形態による製造方法では雰囲気加熱による金属ろう材３の接合が容易に行え、アニーリングによる特性向上も同時に行えるものである。

−その他の実施形態−
上記第１および第２の実施形態では、図６に示すように、前記水晶振動板の主面の中心点Ｏを通過するＺ’軸に対して当該中心点から板面が＋３０°回転させた回転軸と当該水晶振動板の端部が交差し、対向する２点の交差点Ａ，Ｂに対して金属サポート接合部の目印であり、水晶振動板の金属ろう材溜まり部である凹部２１，２２と金属ろう材３が接続される接続電極２３，２４を構成したものを説明している。しかしながらこれらの２点の交差点のみに特定されるものではない。

図７に示すように、前記水晶振動板の主面の中心点Ｏを通過するＺ’軸に対して当該中心点から板面がー３０°回転させた回転軸と当該水晶振動板の端部が交差し、対向する２点の交差点Ｃ，Ｄに対して金属サポート接合部の目印であり、水晶振動板の金属ろう材溜まり部である金属ろう材溜まり部穴部２１１，２２１と金属ろう材３が接続される接続電極２３１，２４１を構成したものでもよい。

また図８に示すように、前記水晶振動板の主面の中心点Ｏを通過するＺ’軸に対して当該中心点から板面が＋３０°とー３０°回転させた回転軸と当該水晶振動板の端部が交差し、それぞれ対向する４点の交差点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対して金属サポート接合部の目印であり、水晶振動板の金属ろう材溜まり部である凹部２１３，２２３、および溝部２１２，２２２と金属ろう材３が接続される接続電極２３，２４，２３１，２４１を構成したものでもよい。

また図９に示すように、前記金属サポート１３，１４がニッケル鉄系の低熱膨張性の合金からなるとともに、この外部表面には当該金属サポートより熱伝導率の高い金属膜Ｍが形成されている。この構成により、熱伝導率の高い金属膜Ｍが金属サポート１３，１４の外部表面に形成されていることで、環境温度の変化による水晶振動子のパッケージ体（蓋と金属等）外部の温度に対して前記金属膜Ｍが遅れなく水晶振動板２に温度を伝え、温度差が生じることがほとんどなくなる。結果として、より安定した周波数温度特性を得ることができる。またＯＣＸＯとして水晶振動子を利用する場合、水晶振動子を恒温槽内で所定温度まで加熱して周波数が安定するまでの時間もより短時間で起動させることができる（起動特性の向上）。

本形態では金属膜Ｍを金属サポート１３，１４の表裏主面に対して３〜１０μｍの銅メッキを施している。金属膜Ｍを金属サポートの表裏主面に形成することで金属サポート全体としての熱変形に偏りが生じることがなくなり、水晶振動板２に対して余分な応力をかけることがない上で好ましい。金属膜Ｍとして銅メッキを用いることで、汎用されるメッキ浴を用いて比較的安価かつ容易にメッキ形成することができ、伝熱性に優れた金属膜を形成することができる。銅メッキとして３〜１０μｍの厚みで形成することで、コストを抑えながら安定した伝熱性を維持し、サポート全体としての低熱膨張性能の維持や不要な熱応力の悪影響をなくすことができる。銅メッキとして３μｍより薄く形成すると伝熱性が低下する。銅メッキとして１０μｍより厚く形成すると金属サポートの曲げ加工等によりメッキの割れの危険性が増したり、サポート全体としての熱膨張性能にも悪影響が生じ水晶振動板に対して不要な熱的な応力を加わりやすくなる危険性が高まる。

なお、上述の実施形態の構成に限らず、前記水晶振動板の金属サポート接合部の目印として、水晶振動板の金属ろう材溜まり部や接続電極以外ものを形成してもよい。前記金属サポートの水晶振動板保持部の目印として、金属サポートの金属ろう材溜まり部以外のものを形成してもよい。前記リード端子のインナーリード先端部が、釘頭形状のもののみを例にしているが、通常のインナーリード形状のものにでも適用できる。ＡＴカット水晶振動板に限らずＳＣカットなど他の水晶振動板であってもよい。金属膜Ｍを金属サポートの表裏のうち一主面に形成したり、部分的に形成してもよい。また銅メッキに限らず金、銀、アルミなどの金属膜で形成してもよい。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施できので、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求範囲によって示すものであって、明細書本文に拘束されるものではない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明の実施形態を示す分解斜視図。図１を組み立てた状態の第１形態を示す正面図。第１形態における製造工程を示す模式図。図１を組み立てた状態の第２形態を示す正面図。第２形態における製造工程を示す模式図。本発明の実施形態の水晶振動板を示す正面図。本発明の他の実施形態の水晶振動板を示す正面図。本発明の他の実施形態の水晶振動板を示す正面図。本発明の他の実施形態を示す分解斜視図。

１ベース
１０ベース本体
１１，１２リード端子
１３，１４金属サポート
２水晶振動板
３金属ろう材

Claims

少なくとも２本の金属リード端子が絶縁材を介して貫通植設されてなるベースと、前記金属リード端子のインナー側に設けられた金属サポートと、当該金属サポートに搭載されかつ導電性接合材を介して電気的機械的に接合される板状の水晶振動板とからなるＯＣＸＯ用の水晶振動子であって、
前記ベースに蓋を被覆し真空雰囲気中で気密封止されるとともに、
前記金属サポートがニッケル鉄系の低熱膨張性の合金からなる水晶より低熱膨張性の金属材料からなり、金属サポートの外部表面には当該金属サポートより熱伝導率の高い金属膜が形成されてなり、
前記水晶振動板の主面の中心点を通過するＺ’軸に対して当該中心点から板面が＋３０°、または−３０°回転させた回転軸と当該水晶振動板の端部が交差する４点の交差点のうちの少なくとも対向する２点の交差点には金属サポート接合部の目印を形成し、
前記金属サポートの水晶振動板保持部に対して前記水晶振動板の金属サポート接合部の目印の部分で、前記金属サポートの水晶振動板保持部と前記水晶振動板とが前記導電性接合材により接合されてなることを特徴とする水晶振動子。
前記金属サポートには水晶振動板保持部の目印を形成し、
当該金属サポートの水晶振動板保持部の目印に対して前記水晶振動板の金属サポート接合部の目印が近接した状態で、前記金属サポートの水晶振動板保持部と前記水晶振動板とが前記導電性接合材により接合されてなることを特徴とする特許請求項１記載の水晶振動子。
前記金属サポートの水晶振動板保持部の目印が金属サポートの導電性接合材溜まり部であり、前記水晶振動板の金属サポート接合部の目印が水晶振動板の導電性接合材接続電極であり、前記金属サポートの導電性接合材溜まり部に対して前記水晶振動板の導電性接合材接続電極が近接した状態で、前記金属サポートの水晶振動板保持部と前記水晶振動板とが前記導電性接合材により接合されてなることを特徴とする特許請求項２記載の水晶振動子。
前記水晶振動板の導電性接合材接続電極には、前記導電性接合材が溜まる水晶振動板の導電性接合材溜まり部が構成されてなることを特徴とする特許請求項３記載の水晶振動子。
前記金属サポートの水晶振動板保持部には、前記水晶振動板の金属サポート接合部の目印の一部が金属サポートの外部表面に露出される窓部が構成されてなることを特徴とする特許請求項１〜４のうちいずれか１項記載の水晶振動子。
前記導電性接合材が金系合金ろう材からなり、かつ前記水晶振動板の表裏主面に形成される励振電極が金を主成分とする電極材料からなることを特徴とする特許請求項１〜５のうちいずれか１項記載の水晶振動子。
少なくとも２本の金属リード端子が絶縁材を介して貫通植設されてなるベースと、前記金属リード端子のインナー側に設けられた金属サポートと、当該金属サポートに搭載されかつ金属ろう材を介して電気的機械的に接合される板状の水晶振動板とからなる水晶振動子の製造方法であって、
前記金属サポートの水晶振動板保持部には金属ろう材溜まり部を形成し、当該金属サポートの金属ろう材溜まり部に固形状の金属ろう材を取り付け、
前記水晶振動板の主面の中心点を通過するＺ’軸に対して当該中心点から板面が＋３０°、または−３０°回転させた回転軸と当該水晶振動板の端部が交差する４点の交差点のうちの少なくとも対向する２点の交差点には、金属ろう材溜まり部と当該金属ろう材溜まり部の上面に形成された金属ろう材接続電極を形成し、
前記金属サポートの金属ろう材溜まり部と前記水晶振動板の金属ろう材溜まり部が近接した状態で金属サポートの水晶振動板保持部に対して水晶振動板を搭載して封止前水晶振動子を構成し、
雰囲気加熱により前記封止前水晶振動子全体を加熱することで前記金属ろう材を溶融して前記金属サポートと水晶振動板を電気的機械的に接合してなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。