表面安裝用晶體單元的製作方法

2023-10-11 12:05:19 3

專利名稱：表面安裝用晶體單元的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有被密封在容器內的石英晶體坯的石英晶體單元，更具 體地，涉及即使在對其施加機械衝擊時，也能夠最佳地保持振動特性的表 面安裝用晶體單元。
背景技術：
因為具有被密封在容器內的石英晶體坯的表面安裝用石英晶體單元 小而輕，因此在由蜂窩式電話代表的可攜式電子器件中，這種晶體單元作 為頻率和時間基準源與振蕩電路結合在一起。近年來，需要在其被施加衝 擊時，可防止在晶體單元內部的晶體坯的剝離或者振動特性的劣化的表面 安裝用晶體單元。
圖1A是常規的表面安裝用晶體單元的橫截面圖，而圖1B是在圖1A中被
虛線包圍部分的局部放大橫截面圖。
所示的晶體單元在用於表面安裝的容器體1中容納有晶體坯2，將金屬 蓋5放置在容器體上，並且將晶體坯2保持密封在容器中。容器體l由例如 層壓陶瓷製成，具有基本上為矩形的平面外形，即，平坦和基本上平行六 面體形狀，當將這種晶體單元裝配在布線板上時，該形狀在從上面觀察時 看起來像矩形。在容器體1的頂部表面中形成用於容納晶體坯2的凹口。在 凹口的內部底表面上，在靠近內部底表面的一側的兩端的位置，設置一對 保持端子3。金屬蓋5通過縫焊等接合到容器體1的頂部表面上以關閉凹口， 並且以這種方式，將晶體坯2密封在凹口內。
在容器體l的外部底表面上，設置外部端子4作為電極層以將容器體1 表面安裝在布線板上。在這四個外部端子4中，通過在容器體l中的陶瓷層 之間的層壓平面內形成的導電通路，將位於容器體l的外部底表面的一根 對角線的兩端上的一對外部端子4與一對保持端子3電連接。將其餘兩個外 部端子4用作接地端子。通過在容器體l中形成的導電通路(未顯示)，將用作接地端子的外部端子4與金屬蓋5電連接。
如圖2中所示，晶體坯2由例如基本上矩形的AT-切割的石英晶體坯制 成。在其兩個主要表面上形成激發電極6a，使得激發電極6a位於晶體坯2 的振蕩區域內。引出電極6b從一對激發電極6a向晶體坯2的一端的兩側延 伸。在將一對引出電極6b引出的位置上用例如導電粘合劑7將這些引出電 極6b固定在保持端子3上，將晶體坯2固定並且保持在容器體1的凹口內， 並且將晶體壞2與容器體1進行電和機械連接。
晶體坯2沿著縱向的橫截面形狀的實例包括斜面形、凸形和平坦形。 斜面形晶體坯的厚度是在中心部分外延(breadth)—定範圍內恆定，並且從 中心部分朝周邊降低。凸形晶體坯的厚度逐漸變化，並且在晶體坯的中心 變得最大。平坦形晶體坯在整個範圍內具有恆定的厚度。當振動頻率約為 30MHz或以上時，將晶體坯2形成為平坦形狀。另一方面，當振動頻率低 於30MHz時，通過邊緣修整將晶體坯2形成為斜面形或凸形，以將振動能 限制在晶體坯2的中心區域內，並且降低晶體坯2的晶體阻抗(CI)。
在下列說明中，將晶體坯2的縱向上的兩端中通過導電粘合劑7固定到 容器體l上的一端稱為"第一端"，而將另一端稱為"第二端"。在與晶體坯2 的第二端對應的位置的內部底表面的寬度方向上的中心部分，設置從容器 體1的內部底表面突出的枕墊構件8。將晶體坯2的第二端放置在枕墊構件 8上，而不固定到枕墊構件8上。還可以將第二端設置在枕墊構件8上方而 不接觸枕墊構件8。
當將在晶體坯2的縱向上的橫截面形狀假定為如上所述的斜面形或凸 形時，預期枕墊構件8特別防止其中形成有晶體坯2的激發電極6a的振動區 域接觸容器體l的內部底表面。同樣在晶體坯2的橫截面形狀為平坦形狀的 情況下，由於容器體l的翹曲等，晶體坯2的振動區域也可以接觸容器體1 的內部底表面，因此枕墊構件8在這種情況下也是有效的。
當將陶瓷生板，即未燒制的陶瓷原板層壓並且燒制以形成容器體l時， 使用印刷方法，將這種枕墊構件8與形成為構成保持端子3的基極電極層的 鎢(W)層或鉬(Mo)層同時設置。備選地，枕墊構件8可以由陶瓷製成，並且
被燒制和形成與容器體l一體化的部件。
為了可靠地防止晶體坯2的底表面接觸凹口的內部底表面，通常，如圖1B中所示，通過印刷兩個由鎢、鉬等製成的基極電極層的塗層，以形成
厚度增加的保持端子3和枕墊構件8。即，對於保持端子3，設想基極電極 層具有第一層3x和第二層3y的兩層構造，並且這些層的厚度的總和是例如 30 |im。
而且，枕墊構件8還具有在對晶體單元施加機械衝擊時降低晶體坯2的 第二端的擺動寬度和令人滿意地保持晶體坯2的振動特性的功能。在接受 衝擊時，晶體坯2圍繞作為軸的第一端擺動，但是枕墊構件8的設置降低了 在第二端的擺動寬度，因此晶體坯2的擺動程度也降低，並且對將晶體坯 固定在第一端的導電粘合劑7的影響也降低。包括導電粘合劑7的晶體坯2 的振動系統受衝擊引起的振動較小，因此可以令人滿意地保持振動特性， 並且抑制頻率變化。
另一方面，當不設置枕墊構件8時，在晶體坯2的第二端側的擺動寬度 在施加衝擊時增加，擺動的影響也擴展到導電粘合劑7，導致其狀態的變 化，即，影響到達振動系統，並且使晶體坯的振動特性劣化。以這種方式， 為晶體坯2的第二端設置枕墊構件8的意義在於下列兩個方面防止晶體坯 2的振動區域接觸容器體1的內部底表面，並且保持振動系統性抵抗衝擊的 振動特性。
然而，僅僅配置有枕墊構件8以降低晶體坯2的第二端的擺動寬度的構 造在防止由連續衝擊和老化等的施加引起的頻率變化方面或晶體坯2的剝 離方面具有局限性。因此，如在日本專利公幵2004-48384 (JP-A-2004-048384)和日本專利公開2001-94386 (JP-A-2001-094386)中所公
開，提出了使用粘合劑將晶體坯2的第二端固定到容器體上。在這種情況 下，可以塗覆粘合劑的晶體坯2的第二端的位置可以是在第二端的晶體坯 側的兩端或一端或者該側的中心部分。在兩種情況下，通過粘合劑將晶體 坯2的第二端固定到容器體上，從而防止其在垂直方向上擺動。這消除了 設置枕墊構件8的必要。然而，如果使用粘合劑固定晶體坯2的第二端消除 了枕墊構件8的必要，則對於其中不使用粘合劑設置枕墊構件8的情況以及 其中使用粘合劑但是不設置枕墊構件8的情況不能共用容器體1，這導致生 產率下降。
因此，作為允許使用粘合劑7固定晶體坯2的第二端並且設置枕墊構件的方法，例如如圖3A中所示，可以使用在晶體坯2的第二端的凹口的寬度 方向上，兩端設置有枕墊構件8a、 8b的容器體l。圖3A是為了便於說明而 除去金屬蓋的晶體單元的平面圖，並且用交替的長虛線和短虛線顯示了晶 體坯2的輪廓。在其中使用圖3A中所示的容器體1並且需要固定晶體坯2的 第二端的情況下，使用粘合劑固定晶體坯2的第二端的兩側。然而，在這 種情況下，將晶體坯2在四個點固定到容器體1上，並且由容器體l和晶體 坯2之間的熱膨脹係數的差別所引起的應力直接施加到晶體坯2上，從而使 晶體坯2的頻率-溫度特性劣化。
另一方面，當使用圖3A中所示的容器體1並且僅將粘合劑塗覆到枕墊 構件8a、 8b中的一個上以固定晶體坯2時，僅僅將晶體坯2的一側固定在第 二端，並且不將粘合劑塗覆到另一側上，因此通過扭曲(twist)保持晶體坯2， 從而導致晶體坯2的位置移動，或者還影響其中通過導電粘合劑7將晶體坯 2固定在第一端的狀態。
備選地，如圖3B中所示，在圖3A所示的容器體1中，可以將粘合劑9 塗覆到在兩個枕墊構件8a、 8b之間的中點處的容器體l的凹口的內部底表 面上，並且可以使用粘合劑9將晶體坯2的第二端處的一側的中點固定到容 器體1上。在這種情況下，如上所述，兩個枕墊構件8a、 8b具有第一層8x 和第二層8y的兩層結構，並且具有大的厚度，即，具有大的高度，因此塗 覆到凹口的內部底表面上的粘合劑可能不粘附到晶體坯2上。當塗覆的粘 合劑9的量增加時，粘合劑9可以粘附到晶體坯2上，但是在這種情況下， 粘合劑9在水平方向上鋪展，過多地粘附到晶體坯2的主表面上，並且使晶 體坯8的振動特性劣化。難以進行實施控制，以使得塗覆適合量的粘合劑9。 將粘合劑9塗覆到位置在枕墊構件8a、 8b之間的凹口的內部底表面上並且 固定晶體坯2在實踐方面是不可實現。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種表面安裝用晶體單元，所述晶體單元具 有容器體，所述容器體配置有枕墊構件，並且還可適於使用粘合劑固定晶 體坯的第二端。
本發明的目的可以通過一種表面安裝用晶體單元而達到，所述晶體單元包括容器體，所述容器體具有凹口； 一對保持端子，所述一對保持端 子形成在凹口的內部底表面上；和晶體坯，所述晶體坯在其兩個主表面上 配置有激發電極，具有第一端和第二端，從所述一對激發電極朝第一端的 兩側延伸出引出電極，其中使用導電粘合劑將所述晶體坯的第一端的兩側 固定到所述保持端子上，將從內部底表面突出的枕墊構件設置在與晶體坯 的第二端的兩側的拐角對應的位置上的凹口的內部底表面上，並且在所述 一對枕墊構件之間的中間位置的凹口的內部底表面上，設置高度低於枕墊 構件的高度的堤岸(bank)。
這種構造允許將枕墊構件設置在容器體的內部底表面上對應晶體坯 的第二端的位置上，因此可以減少晶體坯在第二端的擺動。因為將高度低 於枕墊構件的高度的堤岸或隆起部分設置在一對枕墊構件之間的中間位 置的凹口的內部底表面上，因此將粘合劑塗覆到這種堤岸上允許將晶體坯 的第二端固定到容器體上。因此，對於其中設置枕墊構件和其中還使用粘 合劑將晶體坯的第二端固定到容器體上的兩種情況，可以共同使用容器 體。
在本發明中設置堤岸使得可以將堤岸和晶體坯的下主表面之間的距 離變窄，並且在不必增加粘合劑的厚度的情況下將晶體坯固定到堤岸上。 而且，在本發明中，與其中將粘合劑塗覆到枕墊構件上的情況相比，可以 增加粘合劑的厚度，並且還可以通過改變堤岸的高度來調節這種厚度。粘 合劑的厚度越大，其彈性越大，因此採用粘合劑的厚度的最佳值，對容器 體和晶體坯之間的熱膨脹係數差所引起的晶體坯的振動特性的影響可以 被進一步降低，以及特別是對頻率-溫度特性的影響可以被進一步降低。
在這種晶體單元中，優選使用粘合劑將晶體坯固定到位於第二端的中 心的堤岸上。這增強了晶體坯的固定強度，因此可以令人滿意地保持晶體 坯的振動特性，並且提高對剝離等的抗衝擊特性。使用導電粘合劑作為固 定晶體坯的粘合劑，允許在製造晶體單元的同一過程中，將相同的導電粘 合劑塗覆到保持端子和堤岸這兩者上，並且提高生產率。
根據本發明，使用例如印刷方法，提供枕墊構件和堤岸。在這種情況 下，構成枕墊構件的兩層結構可以由第一層和第二層構成，所述第一層形 成為被一對枕墊構件共用並且在所述一對枕墊構件之間連續，而所述第二層被設置在每一個枕墊構件的第一層上，並且使用第一層的暴露部分作為 堤岸。這樣使得與其中獨立地設置一對枕墊構件和堤岸的情況相比，可以 提高在印刷過程中的位置精度。


圖1A是顯示常規的表面安裝用晶體單元的構造的一個實例的橫截面
圖1B是在圖1A中被虛線包圍部分的局部放大橫截面圖2是顯示常規晶體坯的一個實例的平面圖3A是顯示移去蓋的常規表面安裝用晶體單元的構造的另一個實例 的平面圖3B是沿著圖3A的直線A-A的放大橫截面圖4A是顯示根據本發明的一個實施方案的移去蓋的表面安裝用晶體 單元的平面圖4B是沿著圖4A的直線A-A的放大橫截面圖；禾口
圖5是顯示根據本發明的另一個實施方案的表面安裝用晶體單元的放 大橫截面圖。
具體實施例方式
在顯示根據本發明的一個實施方案的表面安裝用晶體單元的圖4A和 4B中，對與上述圖1A、 1B、 2、 3A禾B3B中的那些相同的部件給予相同的 附圖標記，並且將簡化或者省略多餘的說明。
在圖4A和4B中所示的晶體單元類似於圖3A和3B中所示的晶體單元， 但是與圖3A和3B中所示的晶體單元中不同在於將堤岸或隆起部分設置 在一對枕墊構件8之間。為了便於說明，圖4A顯示了移除金屬蓋的晶體單 元。
通過使用導電粘合劑7，將具有從激發電極6a延伸出來的引出電極6b 的晶體坯2的第一端的兩側與被設置在凹口的內部底表面的上的保持端子 3固定，使得這種晶體單元在容器體1的凹口中容納有晶體坯2。對於晶體 坯2，使用在圖2中所示的晶體坯2。在對應晶體坯2的第二端的兩側上的拐角的位置，在容器體1的凹口的內部底表面上設置有枕墊構件8a、 8b。艮口， 將枕墊構件8a、 8b安置在凹口的寬度方向的兩端上。晶體坯2的第二端接 觸枕墊構件8a、 8b，或者位於枕墊構件8a、 8b之上。容器體l的凹口的開 口用金屬蓋5密封(參見圖1A)，並且將外部端子4(參見圖1A)設置在容器體 l的外部底表面的四個拐角中。
在該實施方案中，還使用印刷方法的兩個塗層形成保持端子3和枕墊 構件8a、 8b以確保如上所述的高度，並且以這種方式，可以防止晶體坯2 的下表面接觸凹口的內部底表面。這種枕墊構件8a、 8b如在保持端子3的 基極電極層的情況下一樣可以由鎢或鉬製成，或者還可以由陶瓷製成。
設想以將第一層8x設置在凹口的內部底表面上並且將第二層8y設置 在第一層8x上的兩層結構的形式構造枕墊構件8a、 8b。這裡，將第一層8x 設置成一對枕墊構件8a、 8b共用。即，第一層8x是線性和連續形成的，以 在寬度方向上連接凹口的兩端。第二層8y相互獨立地在第一層8x的兩端上 形成為分別對應一對枕墊構件8a、 8b。在其中暴露第一層8x的位於枕墊構 件8a、 8b之間的部分被認為是堤岸10。堤岸10的高度明顯小於枕墊構件8a、 8b的高度。
在其中使用這種容器體l構造晶體單元的情況下，當無需將晶體坯2的 第二端固定到容器體l上時，例如如在圖1A中所示的情況下，將例如矽基 熱固性導電粘合劑7塗覆到保持端子3上，將晶體坯2的第一端的兩側定位 於導電粘合劑7上，並且在使晶體坯2的第二端接觸枕墊構件8a、 8b或者位 於枕墊構件8a、 8b之上的情況下將導電粘合劑7熱固。之後，用金屬蓋5覆
蓋凹口以完成晶體單元。在以這種方式製造的晶體單元中，當施加衝擊時， 通過枕墊構件8a、 8b抑制了在第二端側的晶體坯2的垂直方向上的擺動。
而且，當需要固定晶體坯2的第二端時，將矽基熱固性導電粘合劑7塗 覆到如上所述的保持端子3和堤岸10上，將晶體坯2的第一端的兩側定位於 保持端子3上的導電粘合劑上，將第二端的中心定位於堤岸10上的導電粘 合劑7上，然後將導電粘合劑7熱固。在這種情況下，晶體坯2的第二端的 兩側接觸枕墊構件8a、 8b或者被固定到接近枕墊構件8a、 8b的上方。之後， 用金屬蓋5覆蓋凹口以完成晶體單元。在以這種方式製造的晶體單元中， 可以使從堤岸10的表面至晶體坯2的下表面的距離小於從凹口的內部底表面至晶體坯2的下表面的距離。因此，與其中將粘合劑直接塗覆到凹口的 內部底表面上的情況相比，可以降低用於固定晶體坯2的第二端的粘合劑 的厚度，因此可以使晶體坯2的下表面接觸粘合劑，而不增加這種粘合劑 的量。與其中增加粘合劑的量的情況相比，這使得可以降低粘附到晶體坯 2的主表面上的粘合劑的面積，令人滿意地保持晶體坯的振動特性，並且 提高對剝離等的抗衝擊特性。
因為枕墊構件8a、 8b和堤岸10之間的高度差對應導電粘合劑7的厚度， 因此與其中將粘合劑塗覆到枕墊構件上的情況相比，可以增加導電粘合劑 7的厚度，並且可以通過調節堤岸10的高度來調節導電粘合劑7的厚度。通 常，粘合劑的厚度越大，彈性變得越大，並且與其中將粘合劑塗覆到枕墊 構件的情況相比，導電粘合劑7的彈性增加。這使得可以進一步降低容器 體和晶體坯之間的熱膨脹係數差對晶體坯的振動特性，特別是頻率-溫度特 性的影響。
在該實施方案中，使用與塗覆到保持端子3上的導電粘合劑相同的導 電粘合劑7作為粘合劑，以將晶體坯2的第二端固定到堤岸10上。與其中將 不同種類的粘合劑塗覆到保持端子3和堤岸10的情況相比，這使得塗覆粘 合劑的過程更容易。因為第一層8x形成為兩個枕墊構件8a、 8b共用，並且 在兩個枕墊構件8a、 8b之間連續，因此與其中完全相互獨立地形成兩個枕 墊構件的情況相比，可以提高使用印刷方法形成各個層的位置精度。
以這種方式，該實施方案允許容器體被共同用於其中設置枕墊構件並 且將晶體坯2安置在枕墊構件上面或上方以抑制振蕩的情況，以及其中還 使用粘合劑將晶體坯2的第二端固定到容器體上的情況，因此可以提高生 產率。
在上述實施方案中，為枕墊構件8a、 8b共同設置第一層8x，為每一個 枕墊構件設置第二層8y，並且使用第一層8x的暴露部分作為堤岸10，但是 本發明不限於這種情況。如圖5中所示，可以相互獨立地設置枕墊構件8a、 8b，並且堤岸10可以獨立於枕墊構件8a、 8b形成。在這種情況下，設想兩 個枕墊構件8a、 8b具有第一層8x和第二層8y的兩層結構，並且堤岸10具有 單層結構。
在本發明中，還可以使用絕緣粘合劑作為被塗覆到堤岸io的表面上的粘合劑，以代替上述導電粘合劑7<
權利要求
1. 一種表面安裝用晶體單元，所述晶體單元包括具有凹口的容器體；一對保持端子，所述一對保持端子形成在所述凹口的內部底表面上；和晶體坯，所述晶體坯在其兩個主表面上配置有激發電極，具有第一端和第二端，從一對所述激發電極朝所述第一端的兩側延伸出引出電極，其中使用導電粘合劑將所述晶體坯的第一端的兩側固定到所述保持端子上，將從內部底表面突出的枕墊構件設置在所述凹口的內部底表面上的與所述晶體坯的第二端的兩側的拐角對應的位置處，並且在所述一對枕墊構件之間的中間位置的所述凹口的所述內部底表面上，設置高度低於所述枕墊構件的高度的堤岸。
2. 根據權利要求l所述的晶體單元，其中所述枕墊構件具有兩層結構。
3. 根據權利要求l所述的晶體單元，其中所述晶體坯具有準矩形的形狀。
4. 根據權利要求l所述的晶體單元，其中所述晶體坯是AT切割的石英 晶體坯。
5. 根據權利要求l所述的晶體單元，其中使用粘合劑將所述晶體坯固 定到在第二端的中心位置的堤岸上。
6. 根據權利要求5所述的晶體單元，其中所述粘合劑是導電粘合劑。
7. 根據權利要求l所述的晶體單元，其中所述兩層結構包括形成為被 所述一對枕墊構件共用並且在所述一對枕墊構件之間連續的第一層，以及 包括為每一個所述枕墊構件設置在所述第一層上的第二層，並且使用所述 第一層的暴露部分作為所述堤岸。
全文摘要
本發明提供表面安裝用晶體單元，所述表面安裝用晶體單元包括具有凹口的容器體；形成在所述凹口的內部底表面上的一對保持端子；和晶體坯，所述晶體坯在其兩個主表面上配置有激發電極，具有第一端和第二端，從一對所述激發電極朝所述第一端的兩側延伸出引出電極。使用導電粘合劑將第一端的兩側固定到所述保持端子上。將從內部底表面突出的墊構件設置在與第二端的兩側的拐角對應的位置上的凹口的所述內部底表面上。在所述一對墊構件之間的中間位置上的凹口的所述內部底表面上，設置高度低於所述墊構件的高度的堤岸。
文檔編號H03H9/05GK101453199SQ20081017887
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月4日 優先權日2007年12月4日
發明者久保田浩治, 赤根克典 申請人:日本電波工業株式會社