JP2002319822A - 水晶デバイス - Google Patents
水晶デバイスInfo
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- JP2002319822A JP2002319822A JP2001124992A JP2001124992A JP2002319822A JP 2002319822 A JP2002319822 A JP 2002319822A JP 2001124992 A JP2001124992 A JP 2001124992A JP 2001124992 A JP2001124992 A JP 2001124992A JP 2002319822 A JP2002319822 A JP 2002319822A
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- linear thermal
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- Pending
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- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】基体上での水晶振動子および半導体素子の固定
が破れ、長期信頼性および温度補償の精度が低い。 【解決手段】上下両面に搭載部1a、1bを有し、該各
搭載部1a、1bから外表面にかけて配線層2が導出さ
れている基体1と、該基体1上面の搭載部1aに固定材
8を介して固定されている水晶振動子5と、前記基体1
下面の搭載部1bに支持板9を介して固定され、前記水
晶振動子5の温度補償を行なう半導体素子6とから成る
水晶デバイスであって、前記基体1の線熱膨張係数が1
4×10-6/℃乃至20×10-6/℃(40〜400
℃)であって、かつ前記支持板9の線熱膨張係数が基体
側は10×10-6/℃乃至14×10-6/℃(40〜4
00℃)、半導体素子側は5×10-6/℃乃至9×10
-6/℃である。
が破れ、長期信頼性および温度補償の精度が低い。 【解決手段】上下両面に搭載部1a、1bを有し、該各
搭載部1a、1bから外表面にかけて配線層2が導出さ
れている基体1と、該基体1上面の搭載部1aに固定材
8を介して固定されている水晶振動子5と、前記基体1
下面の搭載部1bに支持板9を介して固定され、前記水
晶振動子5の温度補償を行なう半導体素子6とから成る
水晶デバイスであって、前記基体1の線熱膨張係数が1
4×10-6/℃乃至20×10-6/℃(40〜400
℃)であって、かつ前記支持板9の線熱膨張係数が基体
側は10×10-6/℃乃至14×10-6/℃(40〜4
00℃)、半導体素子側は5×10-6/℃乃至9×10
-6/℃である。
Description
【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温度補償型の水晶
デバイスに関するものである。
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温度補償型の水晶
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高精度の基
準源として使用される温度補償型の水晶デバイスは、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
て成る水晶振動子と、この水晶振動子の温度補償を行う
半導体素子とを、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。
話等の電子装置において時間および周波数の高精度の基
準源として使用される温度補償型の水晶デバイスは、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
て成る水晶振動子と、この水晶振動子の温度補償を行う
半導体素子とを、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
ための凹部を、下面中央部に半導体素子を収容する空所
となる凹部を、それぞれ有するとともに、各凹部表面か
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。
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
ための凹部を、下面中央部に半導体素子を収容する空所
となる凹部を、それぞれ有するとともに、各凹部表面か
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上面の凹
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、水晶振動子を凹部内
に接着固定するとともに配線層に電気的に接続し、ま
た、基体下面の凹部内に支持板を介して半導体素子を固
定収容するとともに半導体素子の電極を配線層に電気的
に接続し、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て基体と蓋
体とから成る容器内部に水晶振動子を気密に収容すると
ともに基体下面の凹部内に収容した半導体素子を蓋体や
封止用樹脂で封止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。
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、水晶振動子を凹部内
に接着固定するとともに配線層に電気的に接続し、ま
た、基体下面の凹部内に支持板を介して半導体素子を固
定収容するとともに半導体素子の電極を配線層に電気的
に接続し、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て基体と蓋
体とから成る容器内部に水晶振動子を気密に収容すると
ともに基体下面の凹部内に収容した半導体素子を蓋体や
封止用樹脂で封止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。
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。
【0006】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。
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。
【0007】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。
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。
【0008】
【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、水晶振動子の線熱膨張係数が約18×
10-6/℃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結体から成る基体の線熱膨張係
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固定材が硬質のエポキシ樹脂
と導電性粉末とから成り変形しにくいこと、温度補償用
の半導体素子が作動時に熱を発生すること等から、水晶
デバイスを作動させた際、温度補償用半導体素子の発す
る熱が基体と水晶振動子の両者に繰り返し作用し、その
結果、基体と水晶振動子との線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、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。
水晶デバイスは、水晶振動子の線熱膨張係数が約18×
10-6/℃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結体から成る基体の線熱膨張係
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固定材が硬質のエポキシ樹脂
と導電性粉末とから成り変形しにくいこと、温度補償用
の半導体素子が作動時に熱を発生すること等から、水晶
デバイスを作動させた際、温度補償用半導体素子の発す
る熱が基体と水晶振動子の両者に繰り返し作用し、その
結果、基体と水晶振動子との線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、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。
【0009】そこで、上記欠点を解消するため、基体の
線熱膨張係数を水晶振動子の線熱膨張係数に近似するよ
うに高くし、基体と水晶振動子との間に大きな熱応力が
生じることを防止するという手段が考えられる。
線熱膨張係数を水晶振動子の線熱膨張係数に近似するよ
うに高くし、基体と水晶振動子との間に大きな熱応力が
生じることを防止するという手段が考えられる。
【0010】しかしながら、基体の線熱膨張係数を水晶
振動子に近似するように高くした場合、線熱膨張係数が
約2.5×10-6/℃(40〜400℃)と低いシリコ
ンから成る半導体素子と、基体との間で線熱膨張係数の
差が非常に大きくなり、基体と半導体素子との間に両者
の線熱膨張係数差に起因して大きな熱応力が生じ、この
熱応力により、硬くて脆い半導体素子や、半導体素子を
基体に固定する支持体等に機械的な破壊が発生し、半導
体素子が正常に作動しなくなって半導体素子による水晶
振動子の温度補償ができなくなり、水晶デバイスとして
の信頼性が大きく低下してしまう、という問題が誘発さ
れる。
振動子に近似するように高くした場合、線熱膨張係数が
約2.5×10-6/℃(40〜400℃)と低いシリコ
ンから成る半導体素子と、基体との間で線熱膨張係数の
差が非常に大きくなり、基体と半導体素子との間に両者
の線熱膨張係数差に起因して大きな熱応力が生じ、この
熱応力により、硬くて脆い半導体素子や、半導体素子を
基体に固定する支持体等に機械的な破壊が発生し、半導
体素子が正常に作動しなくなって半導体素子による水晶
振動子の温度補償ができなくなり、水晶デバイスとして
の信頼性が大きく低下してしまう、という問題が誘発さ
れる。
【0011】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、水晶振動子と基体との間の線熱膨張
係数差を小さくし、水晶振動子を基体に長期にわたって
良好に接着固定しておくことを可能とするとともに半導
体素子で水晶振動子の温度補償を長期にわたって行なう
ことを可能とした高精度、かつ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。
あり、その目的は、水晶振動子と基体との間の線熱膨張
係数差を小さくし、水晶振動子を基体に長期にわたって
良好に接着固定しておくことを可能とするとともに半導
体素子で水晶振動子の温度補償を長期にわたって行なう
ことを可能とした高精度、かつ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。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、上下両面に搭
載部を有し、該各搭載部から外表面にかけて配線層が導
出されている基体と、該基体上面の搭載部に固定材を介
して固定されている水晶振動子と、前記基体下面の搭載
部に支持板を介して固定され、前記水晶振動子の温度補
償を行なう半導体素子とから成る水晶デバイスであっ
て、前記基体の線熱膨張係数が14×10-6/℃乃至2
0×10-6/℃(40〜400℃)であって、かつ前記
支持板の線熱膨張係数が基体側は10×10-6/℃乃至
14×10 -6/℃(40〜400℃)、半導体素子側は
5×10-6/℃乃至9×10-6/℃(40〜400℃)
であることを特徴とするものである。
載部を有し、該各搭載部から外表面にかけて配線層が導
出されている基体と、該基体上面の搭載部に固定材を介
して固定されている水晶振動子と、前記基体下面の搭載
部に支持板を介して固定され、前記水晶振動子の温度補
償を行なう半導体素子とから成る水晶デバイスであっ
て、前記基体の線熱膨張係数が14×10-6/℃乃至2
0×10-6/℃(40〜400℃)であって、かつ前記
支持板の線熱膨張係数が基体側は10×10-6/℃乃至
14×10 -6/℃(40〜400℃)、半導体素子側は
5×10-6/℃乃至9×10-6/℃(40〜400℃)
であることを特徴とするものである。
【0013】本発明の水晶デバイスによれば、水晶振動
子が固定される基体の線熱膨張係数を14×10-6/℃
乃至20×10-6/℃(40〜400℃)とし、水晶振
動子の線熱膨張係数(18×10-6/℃:40〜400
℃)に近似させたことから水晶振動子と基体に熱が作用
したとしても両者間に大きな熱応力が発生することはな
く、その結果、水晶振動子を基体に強固に接着固定する
ことを可能とするとともに水晶振動子を安定に作動させ
ることができる。
子が固定される基体の線熱膨張係数を14×10-6/℃
乃至20×10-6/℃(40〜400℃)とし、水晶振
動子の線熱膨張係数(18×10-6/℃:40〜400
℃)に近似させたことから水晶振動子と基体に熱が作用
したとしても両者間に大きな熱応力が発生することはな
く、その結果、水晶振動子を基体に強固に接着固定する
ことを可能とするとともに水晶振動子を安定に作動させ
ることができる。
【0014】また本発明の水晶デバイスによれば半導体
素子を基体に固定する支持板の線熱膨張係数を、基体側
は10×10-6/℃乃至14×10-6/℃(40〜40
0℃)、半導体素子側は5×10-6/℃乃至9×10-6
/℃(40〜400℃)としたことから、基体と支持板
との間、支持板と半導体素子との間、および支持板内に
おける線熱膨張係数差を小さくすることができ、その結
果、基体と支持板との間、支持板と半導体素子との間お
よび支持板内部のいずれにおいても大きな熱応力が発生
することはなく、半導体素子を基体に支持板を介して確
実、強固に固定することが可能となるとともに半導体素
子によって水晶振動子の温度補償を長期間にわたり正確
に行なうことができる。
素子を基体に固定する支持板の線熱膨張係数を、基体側
は10×10-6/℃乃至14×10-6/℃(40〜40
0℃)、半導体素子側は5×10-6/℃乃至9×10-6
/℃(40〜400℃)としたことから、基体と支持板
との間、支持板と半導体素子との間、および支持板内に
おける線熱膨張係数差を小さくすることができ、その結
果、基体と支持板との間、支持板と半導体素子との間お
よび支持板内部のいずれにおいても大きな熱応力が発生
することはなく、半導体素子を基体に支持板を介して確
実、強固に固定することが可能となるとともに半導体素
子によって水晶振動子の温度補償を長期間にわたり正確
に行なうことができる。
【0015】
【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を気密に収容するとともに、基体下面に半導体素子
6を搭載収容することにより水晶デバイス7が形成され
る。
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を気密に収容するとともに、基体下面に半導体素子
6を搭載収容することにより水晶デバイス7が形成され
る。
【0016】前記基体1は、線熱膨張係数が14×10
-6/℃乃至20×10-6/℃(40〜400℃)のガラ
スセラミックス焼結体や結晶性ガラス等から成り、その
上下両面に凹部1a、1bが設けてあり、上面の凹部1
a内には水晶振動子5が収容され、下面の凹部1bには
前記水晶振動子5の温度補償を行うための半導体素子6
が収容される。
-6/℃乃至20×10-6/℃(40〜400℃)のガラ
スセラミックス焼結体や結晶性ガラス等から成り、その
上下両面に凹部1a、1bが設けてあり、上面の凹部1
a内には水晶振動子5が収容され、下面の凹部1bには
前記水晶振動子5の温度補償を行うための半導体素子6
が収容される。
【0017】前記基体1はその線熱膨張係数が14×1
0-6/℃乃至20×10-6/℃(40〜400℃)であ
り、水晶振動子5の線熱膨張係数(約18×10-6/
℃:40〜400℃)に近似することから、基体1の凹
部1a内に水晶振動子5を搭載収容した後、両者に熱が
作用しても両者間に大きな熱応力が発生することはな
く、その結果、水晶振動子5を基体1の凹部1a内に確
実、強固に固定することができる。
0-6/℃乃至20×10-6/℃(40〜400℃)であ
り、水晶振動子5の線熱膨張係数(約18×10-6/
℃:40〜400℃)に近似することから、基体1の凹
部1a内に水晶振動子5を搭載収容した後、両者に熱が
作用しても両者間に大きな熱応力が発生することはな
く、その結果、水晶振動子5を基体1の凹部1a内に確
実、強固に固定することができる。
【0018】前記線熱膨張係数が14×10-6/℃乃至
20×10-6/℃(40〜400℃)の基体1は、具体
的には、例えば、酸化バリウムを5〜60重量%含有す
るガラスと、40〜400℃における線熱膨張係数が8
×10-6/℃以上の金属酸化物粒子を含むフィラーとか
らなり、前記ガラスおよび/またはフィラー中にジルコ
ニウム(Zr)化合物をZrO2換算で0.1〜25重
量%の割合で含有させたガラスセラミック焼結体が好適
に使用される。
20×10-6/℃(40〜400℃)の基体1は、具体
的には、例えば、酸化バリウムを5〜60重量%含有す
るガラスと、40〜400℃における線熱膨張係数が8
×10-6/℃以上の金属酸化物粒子を含むフィラーとか
らなり、前記ガラスおよび/またはフィラー中にジルコ
ニウム(Zr)化合物をZrO2換算で0.1〜25重
量%の割合で含有させたガラスセラミック焼結体が好適
に使用される。
【0019】前記ガラスセラミック焼結体は、ガラス成
分として酸化バリウムを5〜60重量%含有するガラス
を用いることが大事である。この酸化バリウム含有ガラ
スは低軟化点であり、比較的高い熱膨張係数を有してい
るために、ガラス量を少なく、かつ高熱膨張のフィラー
を多く添加することが可能であり、高い線熱膨張係数を
有する焼結体が容易に得られる。酸化バリウムの量を5
〜60重量%の範囲とするのは、5重量%より少ないと
ガラスの低軟化点化が困難となるとともに線熱膨張係数
が低くなり、高熱膨張のガラスセラミック焼結体を作製
するのが難しく、60重量%より多いとガラス化が困難
であり、特性が不安定となりやすく、また耐薬品性が著
しく低下してしまうためである。特に酸化バリウムの量
は20〜40重量%が望ましい。
分として酸化バリウムを5〜60重量%含有するガラス
を用いることが大事である。この酸化バリウム含有ガラ
スは低軟化点であり、比較的高い熱膨張係数を有してい
るために、ガラス量を少なく、かつ高熱膨張のフィラー
を多く添加することが可能であり、高い線熱膨張係数を
有する焼結体が容易に得られる。酸化バリウムの量を5
〜60重量%の範囲とするのは、5重量%より少ないと
ガラスの低軟化点化が困難となるとともに線熱膨張係数
が低くなり、高熱膨張のガラスセラミック焼結体を作製
するのが難しく、60重量%より多いとガラス化が困難
であり、特性が不安定となりやすく、また耐薬品性が著
しく低下してしまうためである。特に酸化バリウムの量
は20〜40重量%が望ましい。
【0020】またこのガラス中には鉛(Pb)を実質的
に含まないことが望ましい。鉛は毒性を有するため製造
工程中での被毒を防止するための格別な装置および管理
を必要とするために焼結体を安価に製造することができ
なくなるためである。鉛が不純物として不可避的に混入
する場合を考慮すると、鉛の含有量は0.05重量%以
下であることが望ましい。
に含まないことが望ましい。鉛は毒性を有するため製造
工程中での被毒を防止するための格別な装置および管理
を必要とするために焼結体を安価に製造することができ
なくなるためである。鉛が不純物として不可避的に混入
する場合を考慮すると、鉛の含有量は0.05重量%以
下であることが望ましい。
【0021】更にこのガラスの40〜400℃における
線熱膨張係数が7×10-6/℃〜18×10-6/℃特に
8×10-6/℃〜13×10-6/℃であることが望まし
い。これは線熱膨張係数が上記範囲を逸脱するとフィラ
ーとの熱膨張差が生じ、ガラスセラミック焼結体の強度
の低下の原因になるためである。
線熱膨張係数が7×10-6/℃〜18×10-6/℃特に
8×10-6/℃〜13×10-6/℃であることが望まし
い。これは線熱膨張係数が上記範囲を逸脱するとフィラ
ーとの熱膨張差が生じ、ガラスセラミック焼結体の強度
の低下の原因になるためである。
【0022】また更に、前記酸化バリウム含有ガラスの
屈伏点は、400〜800℃、特に400〜700℃で
あることが望ましい。これは酸化バリウム含有ガラスお
よびフィラーからなる混合物を成形する場合、有機樹脂
等の成形用バインダーを添加するが、このバインダーを
効率的に除去するとともに基体1と同時に焼成される後
述する配線層2との焼成条件のマッチングを図るため必
要であり、屈伏点が400℃より低いとガラスが低い温
度で焼結が開始されるために、例えば、銀(Ag)、銅
(Cu)等の焼結開始温度が600〜800℃の配線層
2との同時焼成ができず、また成形体の緻密化が低温で
開始するためにバインダーは分解揮散できなくなりバイ
ンダー成分が残留し特性に影響を及ぼす結果になるため
である。また屈伏点が800℃より高いとガラス量を多
くしないと焼結しにくくなるため、高価なガラスを大量
に必要とするために焼結体のコストを高めることにな
る。
屈伏点は、400〜800℃、特に400〜700℃で
あることが望ましい。これは酸化バリウム含有ガラスお
よびフィラーからなる混合物を成形する場合、有機樹脂
等の成形用バインダーを添加するが、このバインダーを
効率的に除去するとともに基体1と同時に焼成される後
述する配線層2との焼成条件のマッチングを図るため必
要であり、屈伏点が400℃より低いとガラスが低い温
度で焼結が開始されるために、例えば、銀(Ag)、銅
(Cu)等の焼結開始温度が600〜800℃の配線層
2との同時焼成ができず、また成形体の緻密化が低温で
開始するためにバインダーは分解揮散できなくなりバイ
ンダー成分が残留し特性に影響を及ぼす結果になるため
である。また屈伏点が800℃より高いとガラス量を多
くしないと焼結しにくくなるため、高価なガラスを大量
に必要とするために焼結体のコストを高めることにな
る。
【0023】前記の特性を満足するガラスとしては、前
記酸化バリウム以外に、少なくとも酸化珪素(Si
O2)を25〜60重量%の割合で含み、残部が酸化ホ
ウ素(B2O3)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化
カルシウム(CaO)、酸化マグネシウム(MgO)、
酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)の群から
選ばれる少なくとも1種によって構成される。
記酸化バリウム以外に、少なくとも酸化珪素(Si
O2)を25〜60重量%の割合で含み、残部が酸化ホ
ウ素(B2O3)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化
カルシウム(CaO)、酸化マグネシウム(MgO)、
酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)の群から
選ばれる少なくとも1種によって構成される。
【0024】一方、前記ガラスと組み合わせるフィラー
成分としては、40〜400℃における線熱膨張係数が
8×10-6/℃以上の金属酸化物を少なくとも含有する
ことが焼結体の高熱膨張化を図る上で大事である。線熱
膨張係数が8×10-6/℃以上の金属酸化物を含有しな
いと、ガラスセラミック焼結体の線熱膨張係数を14×
10-6/℃以上に高めることができないためである。
成分としては、40〜400℃における線熱膨張係数が
8×10-6/℃以上の金属酸化物を少なくとも含有する
ことが焼結体の高熱膨張化を図る上で大事である。線熱
膨張係数が8×10-6/℃以上の金属酸化物を含有しな
いと、ガラスセラミック焼結体の線熱膨張係数を14×
10-6/℃以上に高めることができないためである。
【0025】このような線熱膨張係数が8×10-6/℃
以上の金属酸化物としては、クリストバライト(SiO
2)、クォーツ(SiO2)、トリジマイト(Si
O2)、フォルステライト(2MgO・SiO2)、ウオ
ラストナイト(CaO・SiO2)、モンティセラナイ
ト(CaO・MgO・SiO2)、ネフェリン(Na2O
・Al2O3・SiO2)、メルビナイト(3CaO・M
gO・2SiO2)、アケルマイト(2CaO・MgO
・2SiO2)マグネシア(MgO)、カーネギアイト
(Na2O・Al2O3・2SiO2)、エンスタタイト
(MgO・SiO2)、ペタライト(LiAlSi
4O10)、ヒスイ(Na2O・Al2O3・4SiO2)の
群から選ばれる少なくとも一種以上が挙げられる。これ
らの中でも、クリストバライト、クォーツ、トリジマイ
ト等のSiO2系材料やフォルステライト、エンスタタ
イトの群から選ばれる一種が高熱膨張化を図る上で望ま
しい。
以上の金属酸化物としては、クリストバライト(SiO
2)、クォーツ(SiO2)、トリジマイト(Si
O2)、フォルステライト(2MgO・SiO2)、ウオ
ラストナイト(CaO・SiO2)、モンティセラナイ
ト(CaO・MgO・SiO2)、ネフェリン(Na2O
・Al2O3・SiO2)、メルビナイト(3CaO・M
gO・2SiO2)、アケルマイト(2CaO・MgO
・2SiO2)マグネシア(MgO)、カーネギアイト
(Na2O・Al2O3・2SiO2)、エンスタタイト
(MgO・SiO2)、ペタライト(LiAlSi
4O10)、ヒスイ(Na2O・Al2O3・4SiO2)の
群から選ばれる少なくとも一種以上が挙げられる。これ
らの中でも、クリストバライト、クォーツ、トリジマイ
ト等のSiO2系材料やフォルステライト、エンスタタ
イトの群から選ばれる一種が高熱膨張化を図る上で望ま
しい。
【0026】前記ガラスとフィラーは、焼成温度や最終
的に得られるガラスセラミック焼結体の熱膨張特性など
の目的に応じて適当な比率で混合される。前記酸化バリ
ウム含有ガラスは、フィラー無添加では収縮開始温度は
700℃以下で、850℃以上では溶融してしまい、配
線層2等を配設することができない。しかし、フィラー
を混合することにより焼成過程において結晶の析出が起
こり、フィラー成分を液相焼結させるための液相を適切
な温度で形成させることができる。また、成形体全体の
収縮開始温度を上昇させることができるため、このフィ
ラーの含有量の調整により配線層2との同時焼成条件の
マッチングを図ることができる。
的に得られるガラスセラミック焼結体の熱膨張特性など
の目的に応じて適当な比率で混合される。前記酸化バリ
ウム含有ガラスは、フィラー無添加では収縮開始温度は
700℃以下で、850℃以上では溶融してしまい、配
線層2等を配設することができない。しかし、フィラー
を混合することにより焼成過程において結晶の析出が起
こり、フィラー成分を液相焼結させるための液相を適切
な温度で形成させることができる。また、成形体全体の
収縮開始温度を上昇させることができるため、このフィ
ラーの含有量の調整により配線層2との同時焼成条件の
マッチングを図ることができる。
【0027】前記ガラスとフィラーの比率は前記ガラス
粉末を20〜80体積%と、フィラー粉末を80〜20
体積%との割合とすることが好適である。このガラスと
フィラー成分の量を上記の範囲とするのはガラス成分量
が20体積%より少ない、言い換えればフィラーが80
体積%より多いと液相焼結することが難しく、焼成温度
が高くなり、配線層2との同時焼成時に配線層2が溶融
してしまう恐れがある。またガラスが80体積%より多
い、言い換えるとフィラーが20体積%より少ないと焼
結体の特性がガラスの特性に大きく依存してしまい、材
料特性の制御が困難となるとともに、焼結開始温度が低
くなるために配線層2との同時焼成が難しくなるという
問題が生じる。またガラス量が多いために原料のコスト
も高くなる傾向にある。
粉末を20〜80体積%と、フィラー粉末を80〜20
体積%との割合とすることが好適である。このガラスと
フィラー成分の量を上記の範囲とするのはガラス成分量
が20体積%より少ない、言い換えればフィラーが80
体積%より多いと液相焼結することが難しく、焼成温度
が高くなり、配線層2との同時焼成時に配線層2が溶融
してしまう恐れがある。またガラスが80体積%より多
い、言い換えるとフィラーが20体積%より少ないと焼
結体の特性がガラスの特性に大きく依存してしまい、材
料特性の制御が困難となるとともに、焼結開始温度が低
くなるために配線層2との同時焼成が難しくなるという
問題が生じる。またガラス量が多いために原料のコスト
も高くなる傾向にある。
【0028】また、フィラー成分量は、酸化バリウムの
屈伏点に応じ、その量を適宜調整することが望ましい。
すなわち、ガラスの屈伏点が400〜700℃と低い場
合、低温での焼結性が高まるためフィラーの含有量は4
0〜80体積%と比較的多く配合できる。これに対し
て、ガラスの屈伏点が700〜800℃と高い場合、焼
結性が低下するためフィラーの含有量は20〜50体積
%と比較的少なく配合することが望ましい。
屈伏点に応じ、その量を適宜調整することが望ましい。
すなわち、ガラスの屈伏点が400〜700℃と低い場
合、低温での焼結性が高まるためフィラーの含有量は4
0〜80体積%と比較的多く配合できる。これに対し
て、ガラスの屈伏点が700〜800℃と高い場合、焼
結性が低下するためフィラーの含有量は20〜50体積
%と比較的少なく配合することが望ましい。
【0029】更に前記ガラスセラミック焼結体は、前記
フィラー成分中および/またはガラス成分中にジルコニ
ウム化合物(Zr化合物)を酸化ジルコニウム(ZrO
2)換算で0.1〜25重量%の割合で含有させておく
ことが大事である。前記Zr化合物は酸化バリウム含有
ガラスに溶融し、ガラスの耐酸化性を高める作用をな
し、これによってガラスセラミック焼結体の耐薬品性を
向上させることができるとともに酸性溶液あるいはアル
カリ性溶液での処理後のガラスセラミック焼結体の外観
の変化や配線層2の被着強度の劣化を抑制することが可
能となる。
フィラー成分中および/またはガラス成分中にジルコニ
ウム化合物(Zr化合物)を酸化ジルコニウム(ZrO
2)換算で0.1〜25重量%の割合で含有させておく
ことが大事である。前記Zr化合物は酸化バリウム含有
ガラスに溶融し、ガラスの耐酸化性を高める作用をな
し、これによってガラスセラミック焼結体の耐薬品性を
向上させることができるとともに酸性溶液あるいはアル
カリ性溶液での処理後のガラスセラミック焼結体の外観
の変化や配線層2の被着強度の劣化を抑制することが可
能となる。
【0030】前記Zr化合物としては、例えば、ZrO
2、ZrSiO4、CaO・ZrO2、ZrB2、ZrP2
O7、ZrBの群から選ばれる少なくとも一種が挙げら
れる。このZr化合物は化合物粉末としてフィラー成分
中の一成分として混合する。この場合、添加時のZr化
合物、特にZrO2のBET比表面積によって、ガラス
セラミック焼結体の耐薬品性が変化する傾向にあり、B
ET比表面積が25m 2/g以上であることが望まし
く、BET比表面積が25m2/gよりも小さいと耐薬
品性の改善効果が小さくなる傾向にある。また他の配合
形態としては、ガラス粉末として酸化バリウム(Ba
O)、酸化珪素(SiO2)以外の成分として酸化ジル
コニウム(ZrO2)を含有するガラスを用いてもよ
い。
2、ZrSiO4、CaO・ZrO2、ZrB2、ZrP2
O7、ZrBの群から選ばれる少なくとも一種が挙げら
れる。このZr化合物は化合物粉末としてフィラー成分
中の一成分として混合する。この場合、添加時のZr化
合物、特にZrO2のBET比表面積によって、ガラス
セラミック焼結体の耐薬品性が変化する傾向にあり、B
ET比表面積が25m 2/g以上であることが望まし
く、BET比表面積が25m2/gよりも小さいと耐薬
品性の改善効果が小さくなる傾向にある。また他の配合
形態としては、ガラス粉末として酸化バリウム(Ba
O)、酸化珪素(SiO2)以外の成分として酸化ジル
コニウム(ZrO2)を含有するガラスを用いてもよ
い。
【0031】なお、前記Zr化合物を上記範囲としたの
は、0.1重量よりも少ないと耐薬品性の改善効果が低
く、25重量%よりも多いと線熱膨張係数が14×10
-6/℃よりも低くなるためである。特にZr化合物はZ
rO2換算で0.2〜10重量%が望ましい。
は、0.1重量よりも少ないと耐薬品性の改善効果が低
く、25重量%よりも多いと線熱膨張係数が14×10
-6/℃よりも低くなるためである。特にZr化合物はZ
rO2換算で0.2〜10重量%が望ましい。
【0032】その他に、着色成分として、酸化クロム、
酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ニッケルの群から選
ばれる少なくとも1種を配合してもよい。
酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ニッケルの群から選
ばれる少なくとも1種を配合してもよい。
【0033】前記ガラスセラミック焼結体は上記のよう
に調合されたガラス粉末とフィラー粉末との混合物に、
適当な成形の有機樹脂バインダーを添加した後、ドクタ
ーブレード法や圧延法、金型プレス法等の成形手段によ
り任意の形状、例えば、シート状に成形し、しかる後、
焼成することによって製作される。
に調合されたガラス粉末とフィラー粉末との混合物に、
適当な成形の有機樹脂バインダーを添加した後、ドクタ
ーブレード法や圧延法、金型プレス法等の成形手段によ
り任意の形状、例えば、シート状に成形し、しかる後、
焼成することによって製作される。
【0034】また前記基体1は、上下の凹部1a、1b
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の基体1上面側の凹部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8を介
して接着固定され、基体1下面側の凹部1bに露出する
部位には半導体素子6の電極がボンディングワイヤ等の
導電性接続部材10を介して接続される。
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の基体1上面側の凹部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8を介
して接着固定され、基体1下面側の凹部1bに露出する
部位には半導体素子6の電極がボンディングワイヤ等の
導電性接続部材10を介して接続される。
【0035】前記配線層2は、凹部1a、1b内に収容
される水晶振動子5および半導体素子6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、銅、
銀、ニッケル、パラジウム、金のうち一種以上から成る
金属材料により形成されており、銅から成る場合であれ
ば、銅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。
される水晶振動子5および半導体素子6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、銅、
銀、ニッケル、パラジウム、金のうち一種以上から成る
金属材料により形成されており、銅から成る場合であれ
ば、銅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。
【0036】なお、前記配線層2は、その露出する表面
をニッケル、銅、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、銅、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。
をニッケル、銅、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、銅、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。
【0037】また前記配線層2の表面をニッケル、銅、
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
(Rms)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の電極を配線
層2に固定材8を介して接続する際、および半導体素子
6の電極を配線層2にボンディングワイヤ等の導電性接
続部材10を介して電気的接続する際、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、銅、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(Rms)を1.8μm以下としておくこと
が好ましい。
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
(Rms)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の電極を配線
層2に固定材8を介して接続する際、および半導体素子
6の電極を配線層2にボンディングワイヤ等の導電性接
続部材10を介して電気的接続する際、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、銅、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(Rms)を1.8μm以下としておくこと
が好ましい。
【0038】更に前記配線層2の表面を被覆するニッケ
ル、銅、金等からなるめっき層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以下とするには、例えば、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、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。
ル、銅、金等からなるめっき層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以下とするには、例えば、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、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。
【0039】前記配線層2のうち基体1上面側の凹部1
a表面に露出する部位には水晶振動子5が固定材8を介
して接着固定されており、該固定材8は、一般に、銀粉
末等の導電性粉末を添加したエポキシ樹脂等の有機樹脂
接着材により形成されている。
a表面に露出する部位には水晶振動子5が固定材8を介
して接着固定されており、該固定材8は、一般に、銀粉
末等の導電性粉末を添加したエポキシ樹脂等の有機樹脂
接着材により形成されている。
【0040】また前記水晶振動子5が固定材8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が気密に収容される。
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が気密に収容される。
【0041】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。
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。
【0042】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なう
方法や、シーム溶接等の溶接法により行なうことがで
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上面の凹部1a周囲に枠状のロウ付け用メタ
ライズ層12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12に金属枠体1
3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13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13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13の上面側にバリが形成されることがな
く、この金属枠体13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13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。
材、ガラス、有機樹脂接着剤等の接合材を介して行なう
方法や、シーム溶接等の溶接法により行なうことがで
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上面の凹部1a周囲に枠状のロウ付け用メタ
ライズ層12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12に金属枠体1
3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13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13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13の上面側にバリが形成されることがな
く、この金属枠体13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13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。
【0043】また更に、前記金属枠体13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13をロウ付け用メタラ
イズ層12にロウ材を介して接合する際、ロウ付け用メ
タライズ層12と金属枠体13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13のロウ付け用メタライズ層1
2への接合が強固となる。従って、前記金属枠体13を
ロウ付け用メタライズ層12にロウ材を介して強固に接
合させるには金属枠体13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。
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13をロウ付け用メタラ
イズ層12にロウ材を介して接合する際、ロウ付け用メ
タライズ層12と金属枠体13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13のロウ付け用メタライズ層1
2への接合が強固となる。従って、前記金属枠体13を
ロウ付け用メタライズ層12にロウ材を介して強固に接
合させるには金属枠体13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。
【0044】また一方、前記基体1の下面に設けた凹部
1bには水晶振動子5の温度補償を行なうための半導体
素子6が支持板9を介して固定収容されており、該半導
体素子6によって水晶振動子5の振動周波数が温度変化
に伴って変動するのを制御し、常に一定とする作用をな
す。
1bには水晶振動子5の温度補償を行なうための半導体
素子6が支持板9を介して固定収容されており、該半導
体素子6によって水晶振動子5の振動周波数が温度変化
に伴って変動するのを制御し、常に一定とする作用をな
す。
【0045】前記半導体素子6は支持板9を介して基体
1の下面に設けた凹部1bの底面に固定されており、ま
た半導体素子6の各電極は、ボンディングワイヤ等の導
電性接続部材10を介して基体1の凹部1bに露出する
配線層2に電気的に接続されている。
1の下面に設けた凹部1bの底面に固定されており、ま
た半導体素子6の各電極は、ボンディングワイヤ等の導
電性接続部材10を介して基体1の凹部1bに露出する
配線層2に電気的に接続されている。
【0046】本発明においては基体1に半導体素子6を
接着固定する支持板9の線熱膨張係数を基体側は10×
10-6/℃乃至14×10-6/℃(40〜400℃)、
半導体素子側は5×10-6/℃乃至9×10-6/℃(4
0〜400℃)としておくことが重要である。
接着固定する支持板9の線熱膨張係数を基体側は10×
10-6/℃乃至14×10-6/℃(40〜400℃)、
半導体素子側は5×10-6/℃乃至9×10-6/℃(4
0〜400℃)としておくことが重要である。
【0047】前記支持板9の線熱膨張係数を基体側は1
0×10-6/℃乃至14×10-6/℃(40〜400
℃)、半導体素子側は5×10-6/℃乃至9×10-6/
℃(40〜400℃)としておくと、基体1と支持板9
との間、支持板9と半導体素子6との間、および支持板
9内の線熱膨張係数の差を小さくすることができ、その
結果、基体1と支持板9との間、支持板9と半導体素子
6との間、および支持板9内のいずれにおいても大きな
熱応力が発生することはなく、半導体素子6を基体1に
支持板9を介して確実、強固に固定することが可能とな
るとともに半導体素子6によって水晶振動子5の温度補
償を長期間にわたり正確に行なうことができる。
0×10-6/℃乃至14×10-6/℃(40〜400
℃)、半導体素子側は5×10-6/℃乃至9×10-6/
℃(40〜400℃)としておくと、基体1と支持板9
との間、支持板9と半導体素子6との間、および支持板
9内の線熱膨張係数の差を小さくすることができ、その
結果、基体1と支持板9との間、支持板9と半導体素子
6との間、および支持板9内のいずれにおいても大きな
熱応力が発生することはなく、半導体素子6を基体1に
支持板9を介して確実、強固に固定することが可能とな
るとともに半導体素子6によって水晶振動子5の温度補
償を長期間にわたり正確に行なうことができる。
【0048】前記基体側の線熱膨張係数が10×10-6
/℃乃至14×10-6/℃(40〜400℃)、半導体
素子側の線熱膨張係数が5×10-6/℃乃至9×10-6
/℃(40〜400℃)からなる支持板9は、例えば、
酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体等の線熱
膨張係数が5×10-6/℃乃至9×10-6/℃(40〜
400℃)のセラミックから成る板と、線熱膨張係数が
10×10-6/℃乃至14×10-6/℃の結晶性ガラス
から成る板とをガラス、有機樹脂接着材等で接着するこ
とによって製作される。
/℃乃至14×10-6/℃(40〜400℃)、半導体
素子側の線熱膨張係数が5×10-6/℃乃至9×10-6
/℃(40〜400℃)からなる支持板9は、例えば、
酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体等の線熱
膨張係数が5×10-6/℃乃至9×10-6/℃(40〜
400℃)のセラミックから成る板と、線熱膨張係数が
10×10-6/℃乃至14×10-6/℃の結晶性ガラス
から成る板とをガラス、有機樹脂接着材等で接着するこ
とによって製作される。
【0049】なお、前記支持板9は半導体素子側の線熱
膨張係数が9×10-6/℃(40〜400℃)を超える
と支持板9と半導体素子6との線熱膨張係数差が大きく
なり過ぎ、両者に熱が作用すると両者間に大きな熱応力
が発生するとともに該熱応力によって半導体素子6に機
械的な破壊を生じてしまい、また5×10-6/℃未満で
あると支持板9の基体側と半導体素子側との線熱膨張係
数差が大きくなり過ぎ、熱が作用すると支持板9中に機
械的破壊が生じ半導体素子6を確実に基体1に固定する
ことができなくなってしまう。更に前記支持板9は基体
側の線熱膨張係数が10×10-6/℃未満となると支持
板9と基体1との線熱膨張係数差が大きくなり過ぎ、両
者に熱が作用すると両者間に大きな熱応力が発生すると
ともに該熱応力によって支持板9が基体1から外れ、半
導体素子6を基体1に確実、強固に固定することができ
なくなり、また14×10-6/℃を超えると支持板9の
基体側と半導体素子側との線熱膨張係数差が大きくなり
過ぎ、熱が作用すると支持板9中に機械的な破壊が生じ
半導体素子6を基体1に確実に固定することができなく
なってしまう。従って、前記支持板9は、その線熱膨張
係数が基体側は10×10-6/℃乃至14×10-6/℃
(40〜400℃)、半導体素子側は5×10-6/℃乃
至9×10-6/℃(40〜400℃)の範囲に特定され
る。
膨張係数が9×10-6/℃(40〜400℃)を超える
と支持板9と半導体素子6との線熱膨張係数差が大きく
なり過ぎ、両者に熱が作用すると両者間に大きな熱応力
が発生するとともに該熱応力によって半導体素子6に機
械的な破壊を生じてしまい、また5×10-6/℃未満で
あると支持板9の基体側と半導体素子側との線熱膨張係
数差が大きくなり過ぎ、熱が作用すると支持板9中に機
械的破壊が生じ半導体素子6を確実に基体1に固定する
ことができなくなってしまう。更に前記支持板9は基体
側の線熱膨張係数が10×10-6/℃未満となると支持
板9と基体1との線熱膨張係数差が大きくなり過ぎ、両
者に熱が作用すると両者間に大きな熱応力が発生すると
ともに該熱応力によって支持板9が基体1から外れ、半
導体素子6を基体1に確実、強固に固定することができ
なくなり、また14×10-6/℃を超えると支持板9の
基体側と半導体素子側との線熱膨張係数差が大きくなり
過ぎ、熱が作用すると支持板9中に機械的な破壊が生じ
半導体素子6を基体1に確実に固定することができなく
なってしまう。従って、前記支持板9は、その線熱膨張
係数が基体側は10×10-6/℃乃至14×10-6/℃
(40〜400℃)、半導体素子側は5×10-6/℃乃
至9×10-6/℃(40〜400℃)の範囲に特定され
る。
【0050】更に前記基体側の線熱膨張係数が10×1
0-6/℃乃至14×10-6/℃(40〜400℃)、半
導体素子側の線熱膨張係数が5×10-6/℃乃至9×1
0-6/℃(40〜400℃)の支持板9は、例えば線熱
膨張係数が5×10-6/℃乃至9×10-6/℃(40〜
400℃)の酸化アルミニウム質焼結体やムライト質焼
結体等のセラミックから成る板と、線熱膨張係数が10
×10-6/℃乃至14×10-6(40〜400℃)の結
晶性ガラスから成る板とをガラスや有機樹脂接着材等で
接着することによって形成されており、線熱膨張係数が
5×10-6/℃乃至9×10-6/℃(40〜400℃)
のものが酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、
例えば酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化珪素(Si
O2)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム
(CaO)等の原料粉末に有機バインダー、溶剤等を添
加混合して泥漿状となし、次にこの泥漿物を従来周知の
ドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用する
ことによってシート状に成形してセラミックグリーンシ
ート(セラミック生シート)を得、最後に前記セラミッ
クグリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するととも
に高温(約1600℃)で焼成することによって製作さ
れる。
0-6/℃乃至14×10-6/℃(40〜400℃)、半
導体素子側の線熱膨張係数が5×10-6/℃乃至9×1
0-6/℃(40〜400℃)の支持板9は、例えば線熱
膨張係数が5×10-6/℃乃至9×10-6/℃(40〜
400℃)の酸化アルミニウム質焼結体やムライト質焼
結体等のセラミックから成る板と、線熱膨張係数が10
×10-6/℃乃至14×10-6(40〜400℃)の結
晶性ガラスから成る板とをガラスや有機樹脂接着材等で
接着することによって形成されており、線熱膨張係数が
5×10-6/℃乃至9×10-6/℃(40〜400℃)
のものが酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、
例えば酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化珪素(Si
O2)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム
(CaO)等の原料粉末に有機バインダー、溶剤等を添
加混合して泥漿状となし、次にこの泥漿物を従来周知の
ドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用する
ことによってシート状に成形してセラミックグリーンシ
ート(セラミック生シート)を得、最後に前記セラミッ
クグリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するととも
に高温(約1600℃)で焼成することによって製作さ
れる。
【0051】また前記線熱膨張係数が10×10-6/℃
乃至14×10-6/℃(40〜400℃)の結晶性ガラ
ス板は、SiO2−Al2O3−MgO−ZnO−B2O3
系等の結晶性ガラスを用いることができ、例えば、Si
O2:40〜46重量%、Al2O3:25〜30重量
%、MgO:8〜13重量%、ZnO:6〜9重量%、
B2O3:8〜11重量%の結晶性ガラス組成物が好適に
使用され、ガラス粉末に適当な有機溶剤、バインダーを
添加して板状に成形するとともに約800〜1050℃
で焼成することにより形成される。
乃至14×10-6/℃(40〜400℃)の結晶性ガラ
ス板は、SiO2−Al2O3−MgO−ZnO−B2O3
系等の結晶性ガラスを用いることができ、例えば、Si
O2:40〜46重量%、Al2O3:25〜30重量
%、MgO:8〜13重量%、ZnO:6〜9重量%、
B2O3:8〜11重量%の結晶性ガラス組成物が好適に
使用され、ガラス粉末に適当な有機溶剤、バインダーを
添加して板状に成形するとともに約800〜1050℃
で焼成することにより形成される。
【0052】更に前記SiO2−Al2O3−MgO−Z
nO−B2O3系結晶性ガラスはその内部に無機物フィラ
ー、具体的にはアルミナ、シリカ、窒化ケイ素、窒化ア
ルミニウム等の粉末を外添加で10〜100重量部添加
含有させておくと機械的強度が大幅に向上し、熱応力に
より支持板9に破損等を招来するのがより一層有効に防
止される。
nO−B2O3系結晶性ガラスはその内部に無機物フィラ
ー、具体的にはアルミナ、シリカ、窒化ケイ素、窒化ア
ルミニウム等の粉末を外添加で10〜100重量部添加
含有させておくと機械的強度が大幅に向上し、熱応力に
より支持板9に破損等を招来するのがより一層有効に防
止される。
【0053】従って、前記支持板9の基体側をSiO2
−Al2O3−MgO−ZnO−B2O 3系結晶性ガラスで
形成する場合、その内部に無機物フィラーを外添加で1
0〜100重量部添加含有させておくことが好ましい。
−Al2O3−MgO−ZnO−B2O 3系結晶性ガラスで
形成する場合、その内部に無機物フィラーを外添加で1
0〜100重量部添加含有させておくことが好ましい。
【0054】前記無機物フィラーは更にその粒径を0.
5μm〜5μmの範囲としておくと結晶性ガラス中に均
一に分散含有させて支持板9の機械的強度を均一に向上
させることができる。従って、前記無機物フィラーはそ
の粒径を0.5μm〜5μmの範囲としておくことが好
ましい。
5μm〜5μmの範囲としておくと結晶性ガラス中に均
一に分散含有させて支持板9の機械的強度を均一に向上
させることができる。従って、前記無機物フィラーはそ
の粒径を0.5μm〜5μmの範囲としておくことが好
ましい。
【0055】更に前記基体1の凹部1b内に収容されて
いる半導体素子6は凹部1b内に充填させた封止樹脂1
1によって気密に封止されている。
いる半導体素子6は凹部1b内に充填させた封止樹脂1
1によって気密に封止されている。
【0056】前記半導体素子6の封止は封止樹脂11で
行なうものに限定されるものではなく、基体1の下面に
蓋体を、凹部1bを塞ぐように取着させることによって
行なってもよい。
行なうものに限定されるものではなく、基体1の下面に
蓋体を、凹部1bを塞ぐように取着させることによって
行なってもよい。
【0057】かくして上述の水晶デバイス7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が
所定の振動数で振動するとともに、半導体素子6により
水晶振動子5の温度補償が行なわれ、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
び周波数の高精度の基準源として使用される。
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が
所定の振動数で振動するとともに、半導体素子6により
水晶振動子5の温度補償が行なわれ、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
び周波数の高精度の基準源として使用される。
【0058】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14を形成しておくと、この突起
14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8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。
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14を形成しておくと、この突起
14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8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。
【0059】また上述の水晶デバイス7では基体1上面
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7にも適用し得る。
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7にも適用し得る。
【0060】
【発明の効果】本発明の水晶デバイスによれば、水晶振
動子が固定される基体の線熱膨張係数を14×10-6/
℃乃至20×10-6/℃(40〜400℃)とし、水晶
振動子の線熱膨張係数(18×10-6/℃:40〜40
0℃)に近似させたことから水晶振動子と基体に熱が作
用したとしても両者間に大きな熱応力が発生することは
なく、その結果、水晶振動子を基体に強固に接着固定す
ることを可能とするとともに水晶振動子を安定に作動さ
せることができる。
動子が固定される基体の線熱膨張係数を14×10-6/
℃乃至20×10-6/℃(40〜400℃)とし、水晶
振動子の線熱膨張係数(18×10-6/℃:40〜40
0℃)に近似させたことから水晶振動子と基体に熱が作
用したとしても両者間に大きな熱応力が発生することは
なく、その結果、水晶振動子を基体に強固に接着固定す
ることを可能とするとともに水晶振動子を安定に作動さ
せることができる。
【0061】また本発明の水晶デバイスによれば半導体
素子を基体に固定する支持板の線熱膨張係数を、基体側
は10×10-6/℃乃至14×10-6/℃(40〜40
0℃)、半導体素子側は5×10-6/℃乃至9×10-6
/℃(40〜400℃)としたことから、基体と支持板
との間、支持板と半導体素子との間、および支持板内に
おける線熱膨張係数差を小さくすることができ、その結
果、基体と支持板との間、支持板と半導体素子との間お
よび支持板内部のいずれにおいても大きな熱応力が発生
することはなく、半導体素子を基体に支持板を介して確
実、強固に固定することが可能となるとともに半導体素
子によって水晶振動子の温度補償を長期間にわたり正確
に行なうことができる。
素子を基体に固定する支持板の線熱膨張係数を、基体側
は10×10-6/℃乃至14×10-6/℃(40〜40
0℃)、半導体素子側は5×10-6/℃乃至9×10-6
/℃(40〜400℃)としたことから、基体と支持板
との間、支持板と半導体素子との間、および支持板内に
おける線熱膨張係数差を小さくすることができ、その結
果、基体と支持板との間、支持板と半導体素子との間お
よび支持板内部のいずれにおいても大きな熱応力が発生
することはなく、半導体素子を基体に支持板を介して確
実、強固に固定することが可能となるとともに半導体素
子によって水晶振動子の温度補償を長期間にわたり正確
に行なうことができる。
【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。
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。
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。
図である。
1・・・・・基体 1a・・・・凹部 1b・・・・凹部 2・・・・・配線層 3・・・・・蓋体 4・・・・・容器 5・・・・・水晶振動子 6・・・・・半導体素子 7・・・・・水晶デバイス 8・・・・・固定材 9・・・・・支持板 10・・・・導電性接続部材 11・・・・封止樹脂 12・・・・ロウ付け用メタライズ層 13・・・・金属枠体 14・・・・突起
Claims (1)
- 【請求項1】上下両面に搭載部を有し、該各搭載部から
外表面にかけて配線層が導出されている基体と、該基体
上面の搭載部に固定材を介して固定されている水晶振動
子と、前記基体下面の搭載部に支持板を介して固定さ
れ、前記水晶振動子の温度補償を行なう半導体素子とか
ら成る水晶デバイスであって、 前記基体の線熱膨張係数が14×10-6/℃乃至20×
10-6/℃(40〜400℃)であって、かつ前記支持
板の線熱膨張係数が基体側は10×10-6/℃乃至14
×10-6/℃(40〜400℃)、半導体素子側は5×
10-6/℃乃至9×10-6/℃(40〜400℃)であ
ることを特徴とする水晶デバイス。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001124992A JP2002319822A (ja) | 2001-04-23 | 2001-04-23 | 水晶デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001124992A JP2002319822A (ja) | 2001-04-23 | 2001-04-23 | 水晶デバイス |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002319822A true JP2002319822A (ja) | 2002-10-31 |
Family
ID=18974283
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001124992A Pending JP2002319822A (ja) | 2001-04-23 | 2001-04-23 | 水晶デバイス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002319822A (ja) |
-
2001
- 2001-04-23 JP JP2001124992A patent/JP2002319822A/ja active Pending
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