JP2002252542A - 水晶デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】基体上での水晶振動子の固定が破れ、長期信頼
性が低い。 【解決手段】水晶振動子５が搭載される搭載部１ａを有
し、該搭載部１ａから外表面にかけて導出される配線層
２を有する基体１と、前記基体１の搭載部１ａに固定材
７を介して固定され、電極が前記配線層２に電気的に接
続されている水晶振動子５と、前記基体１に取着され、
前記水晶振動子５を気密に収容する蓋体３とから成る水
晶デバイス６であって、前記基体１が酸化アルミニウム
質焼結体から成り、かつ前記固定材７の弾性率が２．８
ＧＰａ以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ等の
情報処理装置や携帯電話等の電子装置において、時間お
よび周波数の基準源として使用される水晶デバイスに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ等の情報処理装置や携帯電
話等の電子装置において時間および周波数の基準源とし
て使用される水晶デバイスは、一般に、四角板状の水晶
基板に電圧印加用の電極を形成して成る水晶振動子を、
水晶振動子収納用パッケージ内に気密に収容することに
よって形成されている。

【０００３】前記水晶振動子収納用パッケージは、一般
に、酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成
り、上面中央部に水晶振動子を収容する空所を形成する
ための凹部、および凹部表面から外表面にかけて導出さ
れたタングステン、モリブデン等の高融点金属等の金属
材料から成る配線層を有する基体と、鉄−ニッケル−コ
バルト合金、鉄−ニッケル合金等の金属材料、または酸
化アルミニウム質焼結体等のセラミックス材料から成る
蓋体とから構成されている。

【０００４】そして、水晶振動子の電極を基体の凹部内
表面に露出する配線層及びその周辺の基体表面に固定材
を介して取着することにより、水晶振動子が凹部内に接
着固定されるとともに配線層に電気的に接続され、しか
る後、基体の上面に蓋体を接着材による接着やシーム溶
接等の接合手段により取着し、基体と蓋体とから成る容
器内部に水晶振動子を気密に収容することによって製品
としての水晶デバイスが完成する。

【０００５】なお、水晶振動子を取着するための固定材
としては、一般に、エポキシ樹脂等の有機樹脂と、銀粉
末等の導電性粉末とを主材として混合して成る導電性接
着材が使用されている。また、蓋体を基体にシーム溶接
で取着する場合、通常、予め基体の凹部周囲に枠状のロ
ウ付け用メタライズ層を形成しておくとともにこのメタ
ライズ層に金属枠体をロウ付けし、金属枠体に蓋体をシ
ーム溶接する方法が用いられる。

【０００６】更に前記水晶デバイスの外部電気回路基板
への実装は、基体の外表面に導出された配線層を外部電
気回路基板の配線導体に半田等の導電性接続材を介して
接続することによって行われ、水晶振動子は配線層を介
し外部電気回路に電気的に接続されるとともに外部電気
回路から印加される電圧に応じて所定の周波数で振動す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
水晶デバイスは、水晶振動子の熱膨張係数が約１８×１
０^-6／℃であるのに対し、水晶振動子が搭載固定される
酸化アルミニウム質焼体から成る基体の熱膨張係数が約
７×１０^-6／℃であり、大きく相違すること、基体に水
晶振動子を固定するエポキシ樹脂等から成る固定材の弾
性率が約４ＧＰａと高く、変形しにくいこと等から外部
環境の変化に伴って基体と水晶振動子の両者に繰り返し
熱が作用すると基体と水晶振動子との熱膨張係数差に起
因する熱応力が固定材に繰り返し作用し、固定材に機械
的な破壊を招来して水晶振動子の固定材を介しての固定
が破れ、その結果、水晶デバイスとしての機能が喪失す
るという欠点を有していた。

【０００８】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので
あり、その目的は酸化アルミニウム質焼結体から成る基
体に水晶振動子を長期にわたり確実、強固に固定するこ
とを可能とし、長期信頼性に優れた水晶デバイスを提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、水晶振動子が
搭載される搭載部を有し、該搭載部から外表面にかけて
導出される配線層を有する基体と、前記基体の固定材を
介して固定され、電極が前記配線層に電気的に接続され
ている水晶振動子と、前記基体に取着され、前記水晶振
動子を気密に収容する蓋体とから成る水晶デバイスであ
って、前記基体が酸化アルミニウム質焼結体から成り、
かつ前記固定材の弾性率が２．８以下でることを特徴と
するものである。

【００１０】また本発明の水晶デバイスは、前記支持体
がゴム粒子を添加したエポキシ樹脂から成ることを特徴
とするものである。

【００１１】本発明の水晶デバイスによれば、酸化アル
ミニウム質焼結体から成る基体に水晶振動子を固定する
固定材として例えば、ゴム粒子を添加したエポキシ樹脂
等から成る弾性率が２．８ＧＰａ以下のものを使用した
ことから外部環境の変化に伴い基体と水晶振動子に熱が
繰り返し作用し、基体と水晶振動子との間に両者の熱膨
張係数差に起因する熱応力が繰り返し発生したとして
も、その熱応力は固定材を適度に変形させることによっ
て吸収され、固定材に機械的な破壊が招来することはな
く、その結果、基体に水晶振動子を長期間にわたり確
実、強固に固定することが可能となり、水晶デバイスの
長期信頼性を高いものとなすことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の水晶デバイスについ
て添付の図面を基にして詳細に説明する。図１は本発明
の水晶デバイスの一実施例を示す断面図であり、図1に
おいて、１は基体、２は配線層、３は蓋体である。この
基体１と蓋体３とにより形成される容器４内に水晶振動
子５を気密に収容することにより水晶デバイス６が形成
される。

【００１３】前記基体１は、酸化アルミニウム質焼結体
から成り、その上面に水晶振動子５を収容するための空
所となる凹部１ａが設けてあり、該凹部１ａ内に水晶振
動子５が収容される。

【００１４】前記基体１は、例えば、酸化アルミニウ
ム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の
原料粉末に適当な有機溶剤、有機バインダー、可塑剤、
分散剤等を添加混合して泥漿状のスラリーとなし、この
スラリーを従来周知のドクターブレード法を採用してシ
ート状となすことにより複数枚のグリーンシート（セラ
ミック生シート）を得、次にこのグリーンシートに適当
な打ち抜き加工を施して所定形状となすとともに上下に
積層し還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成するこ
とによって製作される。

【００１５】また前記基体１は、凹部１ａの表面から外
表面にかけて配線層２が導出されており、配線層２の凹
部１ａ表面に露出する部位に水晶振動子５の電極が導電
性接着材等の固定材７を介して接着固定され、外表面に
導出された部位は外部電気回路基板の配線導体に半田等
のロウ材を介して接続される。

【００１６】前記配線層２は、凹部１ａ内に収容される
水晶振動子５と外部電気回路基板の配線導体とを電気的
に接続する作用をなし、例えば、タングステン、モリブ
デン、マンガン等の高融点金属材料や、銅中に高融点金
属粉末を分散させた金属材料により形成されており、タ
ングステンから成る場合であれば、タングステン粉末に
適当な有機溶剤、有機バインダー等を添加混合して得た
金属ペーストを、基体１となるグリーンシートの表面に
スクリーン印刷法等で所定パターンに印刷塗布しておく
ことによって形成される。

【００１７】なお、前記配線層２は、その露出する表面
をニッケル、金等の耐食性およびロウ材との濡れ性が良
好な金属から成るめっき層（不図示）で被覆しておく
と、配線層２の酸化腐食を良好に防止することができる
とともに、配線層２に対する半田等のロウ材の濡れ性を
良好とすることができ、外部電気回路基板の配線導体に
対する配線層２の接続をより一層容易、かつ確実なもの
とすることができる。従って、前記配線層２は、その露
出する表面をニッケル、金等のめっき層、例えば、順次
被着された厚み１μｍ〜１０μｍのニッケルまたはニッ
ケル合金めっき層、厚み０．１〜３μｍの金めっき層で
被覆しておくことが好ましい。

【００１８】また前記配線層２の表面をニッケル、金等
のめっき層で被覆する場合、その最表面の算術平均粗さ
（Ｒａ）を１．５μｍ以下、自乗平均平方根粗さ（Ｒｍ
ｓ）を１．８μｍ以下としておくと最表面の光の反射率
が４０％以上となって水晶振動子５を配線層２に固定材
７を介して固定する際、その位置決め等の作業が容易と
なる。従って、前記配線層２の表面をニッケル、金等の
めっき層で被覆する場合、その最表面の算術平均粗さ
（Ｒａ）を１．５μｍ以下、自乗平均平方根粗さ（Ｒｍ
ｓ）を１．８μｍ以下としておくことが好ましい。

【００１９】更に前記配線層２の表面を被覆するニッケ
ル、金等からなるめっき層の最表面の算術平均粗さ（Ｒ
ａ）を１．５μｍ以下、自乗平均平方根粗さ（Ｒｍｓ）
を１．８μｍ以下とするには配線層２を従来周知のワッ
ト浴にイオウ化合物等の光沢剤を添加した電解ニッケル
めっき液に浸漬して配線層２の表面にニッケルめっき層
を被着させた、しかる後、シアン系の電解金めっき中に
浸漬し、ニッケルめっき層表面に金めっき層を被着させ
ることによって行われる。

【００２０】前記配線層２はまたその一部（凹部１ａの
内表面に露出している領域）に水晶振動子５が固定材７
を介して固定されており、該固定材７はゴム粒子を添加
したエポキシ樹脂等の弾性率が２．８ＧＰａ以下のもの
で形成されている。

【００２１】前記固定材７はその弾性率が２．８ＧＰａ
以下であり、変形し易いことから、外部環境の変化に伴
い基体と水晶振動子に熱が繰り返し作用し、基体と水晶
振動子との間に両者の熱膨張係数差に起因する熱応力が
繰り返し発生したとしても、その熱応力は固定材７を適
度に変形させることによって吸収され、固定材７に機械
的な破壊が将来することはなく、その結果、基体に水晶
振動子を長期間にわたり確実、強固に固定することが可
能となり、水晶デバイス６の長期信頼性を高いものとな
すことができる。

【００２２】前記固定材７はその弾性率が２．８ＧＰａ
を超えると外部環境の変化に伴って基体１と水晶振動子
３の両者に繰り返し熱が作用すると基体１と水晶振動子
５との両者の熱膨張係数差に起因する熱応力が固定材７
に繰り返し作用し、固定材７に機械的な破壊を招来して
水晶振動子５の固定材７を介しての固定が破れ、水晶デ
バイス６の信頼性が大きく低下してしまう。従って、前
記固定材７はその弾性率が２．８ＧＰａ以下のものに特
定され、２ＧＰａ以下のものであることがより一層好ま
しい。

【００２３】前記弾性率が２．８ＧＰａ以下の固定材７
は、例えば、アクリルゴム、イソプレンゴム等のゴム粒
子を添加したエポキシ樹脂に対して、銀粉末等の導電性
粉末を１５乃至６０重量％の割合で添加したものが好適
に使用される。

【００２４】また前記エポキシ樹脂としては、ビスフェ
ノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ゴム変性型、ウレタ
ン変性型等のエポキシ樹脂、特に未硬化時に粘液状（室
温）のものが好適に使用される。

【００２５】この場合、エポキシ樹脂へのゴム粒子の添
加量を増加させることにより固定材７の弾性率を低下さ
せることができ、エポキシ樹脂の状態（構造、架橋度、
重合度、硬化剤の種類等）に応じて適宜ゴム粒子の添加
量を制御することにより固定材の弾性率を２．８ＧＰａ
以下とすることができる。なお、エポキシ樹脂へのゴム
粒子の添加量が５０重量％を超えると、未硬化の樹脂組
成物の流動性が大きく低下し、水晶振動子５の電極と配
線層２との間に固定材７を均一に介在させることが困難
となり、水晶振動子５を基体１に強固に固定することが
困難となる傾向にある。従って、エポキシ樹脂中にゴム
粒子を添加する場合、その添加量は、固定材７の弾性率
を２．８ＧＰａ以上とする範囲で、５０重量％以下とし
ておくことが好ましい。

【００２６】前記固定材７は、その弾性率が０．１ＧＰ
ａ未満になると、変形し易くなりすぎるため水晶振動子
５を基体１の凹部１ａ内の所定位置に確実に接着固定し
ておくことが困難となる傾向がある。従って、前記固定
材７はその弾性率を、２．８ＧＰａ以下の範囲で、０．
１ＧＰａ以上としておくことが好ましい。

【００２７】なお、前記弾性率が２．８ＧＰａ以下の固
定材７は、上述のエポキシ樹脂組成物に限らず、シリコ
ーン樹脂等の低弾性率の熱硬化性樹脂、またはシリコー
ン樹脂等にシリカ等のフィラー成分を添加した樹脂組成
物に導電性粉末を添加することにより形成してもよい。

【００２８】また前記水晶振動子５が固定材７を介して
接着固定されている基体１は、その上面に蓋体３が取着
され、これによって基体１と蓋体３とから成る容器４内
部に水晶振動子５が気密に収容され、水晶デバイス６と
なる。

【００２９】前記蓋体３は、鉄−ニッケル−コバルト合
金、鉄−ニッケル合金等の金属材料や、酸化アルミニウ
ム質焼結体等のセラミック材料により形成され、例え
ば、鉄−ニッケル−コバルト合金のインゴット（塊）に
圧延加工、打ち抜き加工等の周知の金属加工を施すこと
によって形成される。

【００３０】更に前記蓋体３の基体１への取着は、ロウ
材、ガラス、有機樹脂接着剤等の接合材を介して行う方
法や、シーム溶接等の溶接法により行うことができ、例
えば、蓋体３をシーム溶接にて取着する場合は通常、基
体１の凹部１ａ周囲に枠状のロウ付け用メタライズ層１
０を配線層２と同様の方法で被着させておくとともに、
該ロウ付け用メタライズ層１０に金属枠体１１を銀ロウ
等のロウ材を介してロウ付けし、しかる後、前記金属枠
体１１に金属製の蓋体３を載置させるとともに蓋体３の
外縁部をシーム溶接することによって行われる。この場
合、金属枠体１１は、その上面と側面との間の角部に曲
率半径が５〜３０μｍの丸みを形成しておくと金属枠体
１１の上面側にバリが形成されることがなく、この金属
枠体１１の上面に蓋体３をシーム溶接する際に両者を信
頼性高く気密に、かつ強固に接合させることができる。
従って、前記金属枠体１１はその上面と側面との間の角
部を曲率半径が５〜３０μｍの丸みをもたせるようにし
ておくことが好ましい。

【００３１】また更に、前記金属枠体１１は、その下面
と側面との間の角部に曲率半径が４０〜８０μｍの丸み
を形成しておくと、該金属枠体１１をロウ付け用メタラ
イズ層１０にロウ材を介して接合する際、ロウ付け用メ
タライズ層１０と金属枠体１１の下面側角部との間に空
間が形成されるとともに該空間にロウ材の大きな溜まり
が形成されて金属枠体１１のロウ付け用メタライズ層１
０への接合が強固となる。従って、前記金属枠体１１を
ロウ付け用メタライズ層１０にロウ材を介して強固に接
合させるには金属枠体１１の下面と側面との間の角部に
曲率半径が４０〜８０μｍの丸みを形成しておくことが
好ましい。

【００３２】かくして上述の水晶デバイス６によれば、
配線層２を外部電気回路に接続し、水晶振動子５の電極
に所定の電圧を印加させることによって水晶振動子５は
所定の振動数で振動し、コンピュータ等の情報処理装置
や携帯電話等の電子装置において時間および周波数の基
準源として使用される。

【００３３】なお、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば
種々の変更は可能であり、例えば、図２に示すように、
配線層２の一部に突起８を形成しておくと、この突起８
がスペーサーとなって配線層２と水晶振動子５との間に
一定のスペースが確保され、このスペースに十分な固定
材７が入り込んで水晶振動子５を配線層２に極めて強固
に接着固定することができる。

【００３４】また上述の水晶デバイス６では基体１に凹
部１ａを設け、該凹部１ａ内に水晶振動子５を収容する
ようになしたが、これを図３に示す如く、平坦な基体１
上に水晶振動子５を搭載固定し、該固定された水晶振動
子５を椀状の蓋体３で気密に封止するようになした水晶
デバイス６にも適用し得る。

【００３５】

【発明の効果】本発明の水晶デバイスによれば、酸化ア
ルミニウム質焼結体から成る基体に水晶振動子を固定す
る固定材としてゴム粒子を添加したエポキシ樹脂等から
成る弾性率が２．８ＧＰａ以下のものを使用したことか
ら外部環境の変化に伴い基体と水晶振動子に熱が繰り返
し作用し、基体と水晶振動子との間に両者の熱膨張係数
差に起因する熱応力が繰り返し発生したとしても、その
熱応力は固定材を適度に変形させることによって吸収さ
れ、固定材に機械的な破壊が招来することはなく、その
結果、基体に水晶振動子を長期間にわたり確実、強固に
固定することが可能となり、水晶デバイスの長期信頼性
を高いものとなすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水晶デバイスの一実施例を示す断面図
である。

【図２】本発明の水晶デバイスの他の実施例を示す要部
断面図である。

【図３】本発明の水晶デバイスの他の実施例を示す断面
図である。

【符号の説明】 １・・・・・基体 １ａ・・・・凹部 ２・・・・・配線層 ３・・・・・蓋体 ４・・・・・容器 ５・・・・・水晶振動子 ６・・・・・水晶デバイス ７・・・・・固定材 ８・・・・・突起 １０・・・・ロウ付け用メタライズ層 １１・・・・金属枠体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水晶振動子が搭載される搭載部を有し、該
   搭載部から外表面にかけて導出される配線層を有する基
   体と、前記基体の搭載部に固定材を介して固定され、電
   極が前記配線層に電気的に接続されている水晶振動子
   と、前記基体に取着され、前記水晶振動子を気密に収容
   する蓋体とから成る水晶デバイスであって、 前記基体が酸化アルミニウム質焼結体から成り、かつ前
   記固定材の弾性率が２．８ＧＰａ以下であることを特徴
   とする水晶デバイス。
2. 【請求項２】前記固定材がゴム粒子を添加したエポキシ
   樹脂から成ることを特徴とする水晶デバイス。