JP2002319822A - 水晶デバイス - Google Patents

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。

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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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 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)

【特許請求の範囲】
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。