JP2003069365A - 水晶デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】基体と蓋体の線熱膨張係数差に起因して蓋体を
基体に強固に接合することができず、同時に蓋体を基体
に取着するときの熱衝撃によって基体にクラックが発生
する。 【解決手段】配線層２を有する基体１と、金属枠体１２
と、水晶振動子５と、蓋体３と、半導体素子６とから成
る水晶デバイス７であって、前記基体１の線熱膨張係数
が１４×１０^-6／℃乃至２０×１０^-6／℃（４０〜４０
０℃）であり、蓋体３の剛性率が５０ＧＰａ以下であ
り、かつ前記金属枠体１２の少なくとも蓋体３が溶接さ
れる領域にリンを３乃至１２重量％、金を５乃至２０重
量％含有する第１ニッケルめっき層１１ａを、前記配線
層２の少なくとも外部電気回路と接続される領域に金を
５乃至２０重量％含有する第２ニッケルめっき層１１ｂ
を被着させた。

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、四角形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な
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導
電性接着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半導体素子を収容しロウ
材や樹脂等の接着材を介して接着固定するとともに半導
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、蓋体の基体上面に対する取着は、一
般に、基体上面に凹部を取り囲むようにしてロウ付け用
メタライズ層を形成しておくとともにこのロウ付け用メ
タライズ層に鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケ
ル合金等から成る金属枠体を銀ロウ等のロウ材を介して
取着し、この金属枠体に金属材料から成る蓋体をシーム
溶接、エレクトロンビーム溶接等の溶接法で接合すると
いう手段で行なわれている。この場合、金属枠体の表面
には、通常、予めニッケルめっき層が従来周知のワット
浴、スルファミン酸浴等を用いた電解めっき法により被
着形成されており、上記シーム溶接等による溶接は、実
質的には、ニッケルめっき層を溶接装置で加熱溶融し、
ニッケルを介して金属枠体に蓋体を接合することにより
行なわれている。 【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錫−鉛半田等の低融点ロウ材を
介して接続することによって行なわれ、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。なお、配線層の露出表面には金属枠体の場
合と同様の手段によりニッケルめっき層が被着され、配
線導体に対する低融点ロウ材の濡れ性を良好としてい
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、水晶振動子の線熱膨張係数が約１８×
１０^-6／℃（４０〜４００℃）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／℃（４０〜４０
０℃）であり、大きく相違すること、基体に水晶振動子
を固定する導電性接着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、温度補償用の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
が導電性接着材に繰り返し作用し、導電性接着材に機械
的な破壊を招来して水晶振動子の導電性接着材を介して
の固定が破れ、その結果、水晶デバイスとしての機能が
喪失するという問題を有していた。 【０００８】そこで、上記問題を解消するため、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。 【０００９】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、鉄−ニッケル−
コバルト合金、鉄−ニッケル合金等から成る蓋体の線熱
膨張係数が約４×１０^-6／℃〜６×１０^-6／℃（４０〜
４００℃）であり、基体との線熱膨張係数に対して大き
な差（約１０×１０^-6／℃以上）を有すること、鉄−ニ
ッケル−コバルト合金、鉄−ニッケル合金等から成る蓋
体の剛性率が約８０〜１００ＧＰａと高く変形しにくい
こと等から、半導体素子の作動に伴って基体と蓋体に繰
り返し熱が作用すると、基体と蓋体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るとともに該
熱応力によって基体にクラックや割れを発生したり、基
体と蓋体とからなる容器の気密封止が破れたりし、その
結果、基体と蓋体とから成る容器内部に収容する水晶振
動子を長期間にわたり正確、かつ安定に作動させること
ができないという問題が誘発される。 【００１０】さらに従来の水晶デバイスは、金属枠体に
電解めっき法によって被着されているニッケルめっき層
の融点が約１０００℃以上と高いことから、このニッケ
ルめっき層を溶融させて金属枠体に蓋体を溶接する際、
１０００℃を超える高温の大きな熱衝撃が基体に伝わっ
て基体にクラックを発生させてしまい、その結果、基体
と蓋体とから成る容器の気密封止が破れ、水晶振動子を
長期間にわたり正確、かつ安定に作動させることができ
ないという問題を有していた。 【００１１】また、水晶デバイスの小型化に伴い、配線
層の面積も非常に小さくなってきているため、配線層を
外部電気回路基板の配線導体に低融点ロウ材を介して強
固に接続することが難しくなりつつあるという問題があ
った。 【００１２】本発明は上記問題に鑑み案出されたもので
あり、その目的は、半導体素子で水晶振動子の温度補償
を行ない、水晶振動子を長期間にわたり正常、かつ安定
に作動させることができ、さらに所定の外部電気回路に
確実、強固に接続することが可能な、高精度、かつ高信
頼性の水晶デバイスを提供することにある。 【００１３】 【課題を解決するための手段】本発明の水晶デバイス
は、上下両面に搭載部を有し、該各搭載部から外表面に
かけて導出された外部電気回路と接続される配線層を有
する基体と、前記基体の上面に取着され、前記搭載部を
囲繞する金属枠体と、前記基体上面の搭載部に固定さ
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、前記金属枠体上に溶接され、前記水晶振動子を
内部に気密に収容する蓋体と、前記基体下面の搭載部に
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℃）であり、蓋体の剛性率が５０ＧＰａ以下であ
り、かつ前記金属枠体の少なくとも蓋体が溶接される領
域にリンを３乃至１２重量％、金を５乃至２０重量％含
有する第１ニッケルめっき層を、前記配線層の少なくと
も外部電気回路と接続される領域に金を５乃至２０重量
％含有する第２ニッケルめっき層を被着させたことを特
徴とする 本発明の水晶デバイスによれば、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に近似させたこと
から基体に水晶振動子を固定した後、温度補償用の半導
体素子の作動に伴って基体と水晶振動子の両者に繰り返
し熱が作用したとしても基体と水晶振動子との間には両
者の線熱膨張係数差に起因する大きな熱応力が発生する
ことはなく、これによって水晶振動子を基体に確実、強
固に固定することができ、水晶振動子を正確に作動させ
ることが可能となる。 【００１４】また同時に本発明の水晶デバイスによれ
ば、蓋体の剛性率を５０ＧＰａ以下としたことから、基
体と蓋体との間に線熱膨張係数の差があり、両者に熱が
作用し、両者間に大きな熱応力が発生したとしても、そ
の熱応力は蓋体を適度に変形させることによって効果的
に吸収され、その結果、基体に蓋体を確実、強固に取着
させて容器の気密封止を完全となし、これによって容器
内部に収容する水晶振動子を長期間にわたり安定、かつ
正確に作動させることができる。 【００１５】さらに本発明の水晶デバイスによれば、金
属枠体の少なくとも蓋体が溶接される領域にリンを３〜
１２重量％、金を５乃至２０重量％含有する融点が約８
５０℃と低い第１ニッケルめっき層を被着させたことか
らこの第１ニッケルめっき層を溶融させて金属枠体に蓋
体を溶接させる際、基体に大きな熱衝撃が伝わりクラッ
クを発生することはほとんどなく、その結果、基体と蓋
体とから成る容器の気密封止を完全とし、容器内部に収
容する水晶振動子を長期間にわたり正確、かつ安定に作
動させることが可能となる。 【００１６】またさらに本発明の水晶デバイスによれ
ば、配線層の外部電気回路と接続される領域に金を５乃
至２０重量％含有する低融点ろう材との反応性に優れた
第２ニッケルめっき層を被着させたことから、配線層の
面積が小さくなり、配線層と外部電気回路基板の配線導
体との接続面積が非常に小さなものとなったとしても、
第２ニッケルめっき層と低融点ロウ材との間で十分に錫
−ニッケル−金等の合金層を形成して両者を強固に接続
することができ、外部電気回路基板に対する接続の信頼
性を良好とすることができる。 【００１７】 【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１下面に半導体素
子６を搭載することにより水晶デバイス７が形成され
る。 【００１８】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１ａ
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の温度補償を行なうための半導体素子６
が接着材８を介して接着固定され、搭載収容される。 【００１９】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。 【００２０】前記線熱膨張係数が１４×１０^-6／℃〜２
０×１０^-6／℃（４０〜４００℃）の基体１は、具体的
には、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。 【００２１】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、比較的高い線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。 【００２２】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。 【００２３】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
ラーとの線熱膨張差が生じ、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。 【００２４】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。 【００２５】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。 【００２６】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。 【００２７】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。 【００２８】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。 【００２９】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。 【００３０】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。 【００３１】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。 【００３２】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。 【００３３】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。 【００３４】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。 【００３５】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。 【００３６】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９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接続部
材１０を介して接続される。 【００３７】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。 【００３８】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が導電性接着材
９を介して接着固定され、同時に水晶振動子５の電極が
配線層２に電気的に接続される。 【００３９】前記導電性接着材９は、一般に、銀粉末等
の導電性粉末をエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に添加す
ることによって形成されており、配線層２上に水晶振動
子５を、未硬化の熱硬化性樹脂に導電性粉末を添加して
成る未硬化の導電性接着材を介して、位置決めセット
し、未硬化の熱硬化性樹脂を加熱硬化することによって
水晶振動子５を凹部１ａ内の所定位置に固定するととも
に水晶振動子５の電極を配線層２に電気的に接続する。 【００４０】更に前記配線層２は、少なくとも外部電気
回路基板の配線導体と接続される領域に金を５乃至２０
重量％含有する第２ニッケルめっき層１１ｂが被着され
ている。 【００４１】前記金を５乃至２０重量％含有する第２ニ
ッケルめっき層１１ｂは、従来のニッケルめっき層に比
べて低融点ろう材との反応性が高いことから、配線層２
を外部電気回路基板の配線導体に錫−鉛半田等の低融点
ロウ材を介して接続するとき、低融点ロウ材と配線層２
（第２ニッケルめっき層１１ｂ）との接続を強固なもの
とすることができる。 【００４２】そのため、水晶デバイス７が小型化され、
配線層２の外部電気回路基板と接続される配線層２の面
積が、例えば、０．５ｍｍ×０．５ｍｍの四角形状等
０．２５ｍｍ２以下と非常に小さくなったとしても、配
線層２を外部電気回路基板に低融点ろう材を介して強固
に接続することができる。 【００４３】前記金を５乃至２０重量％含有する第２ニ
ッケルめっき層１１ｂは、例えば、ニッケル供給源であ
る硫酸ニッケルと、金供給源である亜硫酸金ナトリウム
と、還元剤であるジメチルアミンボラン等のホウ素系還
元剤とを主成分とし、クエン酸、ＥＤＴＡ（エチレンジ
アミン四酢酸）、リンゴ酸、酒石酸、酢酸等の有機酸ま
たはそのナトリウム塩等の錯化剤、イオウ化合物、鉛化
合物等の安定剤を添加してなる無電解ニッケルめっき液
を所定の温度、ｐＨに調整するとともに、このめっき液
中に、配線層２の少なくとも外部電気回路と接続される
領域を所定時間浸漬することにより形成される。 【００４４】この場合、第２ニッケルめっき層１１ｂ中
の金の含有量は、前記めっき液の亜硫酸金ナトリウム濃
度や錯化剤、安定剤等の種類、添加量、またはｐＨ、温
度等の条件を調整することにより所定の範囲とすること
ができる。 【００４５】なお、前記第２ニッケルめっき層１１ｂの
金含有量は、５重量％未満では低融点ロウ材の濡れ性を
効果的に向上させることが難しく、２０重量％を超える
と低融点ろう材との間で金−錫の脆化層が形成されて低
融点ろう材の接続信頼性が低下してしまう。従って、前
記第２ニッケルめっき層１１ｂの金含有量は５乃至２０
重量％の範囲に特定される。 【００４６】前記水晶振動子５が導電性接着材９を介し
て接着固定されている基体１は更にその上面に蓋体３が
鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金から成
る金属枠体１２を介して取着され、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。 【００４７】前記金属枠体１２は蓋体３を基体１に接合
させる際の下地金属材として作用し、基体１上面への取
着は、まず基体１の上面で、凹部１ａを取り囲むように
予め枠状のロウ付け用メタライズ層１３を被着させてお
き、該ロウ付け用メタライズ層１３に金属枠体１２を銀
ロウ等のロウ材を介しロウ付けすることによって行なわ
れる。 【００４８】なお、前記ロウ付け用メタライズ層１３
は、例えば、配線層２と同一材料、同一方法によって基
体１上面の凹部１ａを取り囲む位置に形成される。 【００４９】また前記金属枠体１２に対する蓋体３の接
合は、例えば、シーム溶接を採用することによって行わ
れ、具体的には、図２に示すように、金属枠体１２上に
蓋体３を載置、当接させ、しかる後、例えば、蓋体３の
外縁に沿ってローラー電極を接触させながら転動させる
とともにこのローラー電極を介して大電流を流すことに
よって行なわれる。 【００５０】前記金属枠体１２はまた少なくとも蓋体３
が溶接される領域にリンを３乃至１２重量％、金を５〜
２０重量％含有する第１ニッケルめっき層１１ａが被着
されている。この第１ニッケルめっき層１１ａは金属枠
体１２に蓋体３を溶接により取着する際、溶融して接合
材として作用する。 【００５１】前記リンを３乃至１２重量％、金を５乃至
２０重量％含有する第１ニッケルめっき層１１ａは、リ
ンと金の作用により融点が約８５０℃程度と低くなって
おり、そのため、金属枠体１２に蓋体３を載置、当接す
るとともに蓋体３の外縁に沿ってローラー電極を転動さ
せて大電流を流し溶接する際、基体１に大きな熱衝撃が
印加され、基体１にクラック等を発生することはほとん
どなく、その結果、基体１と蓋体３とから成る容器４の
気密封止を完全とし、容器４内部に収容する水晶振動子
５を長期間にわたり正確、かつ安定に作動させることが
可能となる。 【００５２】前記リンを３乃至１２重量％、金を５乃至
２０重量％含有する第１ニッケルめっき層１１ａは、例
えば、ニッケル供給源である硫酸ニッケルと、金供給源
である亜硫酸金ナトリウムと、還元剤である次亜リン酸
ナトリウムを主成分とし、クエン酸、ＥＤＴＡ（エチレ
ンジアミン四酢酸）、リンゴ酸、酒石酸、酢酸等の有機
酸またはそのナトリウム塩等の錯化剤、イオウ化合物等
の安定剤を添加してなる無電解ニッケルめっき液を所定
の温度、ｐＨに調整するとともに、このめっき液中に金
属枠体１２を所定時間浸漬することにより金属枠体１２
の少なくとも蓋体３が溶接される領域に被着形成され
る。この場合、第１ニッケルめっき層１１ａ中のリン含
有量及び金の含有量は前記めっき液の亜硫酸金ナトリウ
ム濃度や還元剤濃度、錯化剤、安定剤等の添加量、また
はｐＨ、温度等の条件を調整することにより所定の範囲
とすることができる。 【００５３】なお前記第１ニッケルめっき層１１ａは、
リン含有量が３重量％未満になると融点を十分に低くす
ることができず金属枠体１２に蓋体３を溶接により接合
する際、基体１にクラックが発生してしまい、また１２
重量％を超えると硬く脆くなるため、溶接時にクラック
が発生して蓋体３を金属枠体１２に確実、強固に溶接す
ることができなくなってしまう。従って、前記第１ニッ
ケルめっき層１１ａのリン含有量は３〜１２重量％とす
る必要があり、３〜１１重量％とすることがより一層好
ましい。 【００５４】また前記第１ニッケルめっき層１１ａは、
金含有量が５重量％未満になると融点を十分に低くする
ことができず金属枠体１２に蓋体３を溶接により溶接す
る際、基体１にクラック等が発生してしまい、また２０
重量％を超えると剛性が低下し、蓋体３の金属枠体１２
に対する接合の信頼性が低下してしまう。従って前記第
１ニッケルめっき層１１ａの金含有量は５乃至２０重量
％とする必要がある。 【００５５】更に、前記第１ニッケルめっき層１１ａ
は、蓋体３を金属枠体９にシーム溶接する場合、その厚
みが０．５μｍ未満では第１ニッケルめっき層１１ａの
量が少ないため蓋体３を金属枠体１２に強固に溶接する
ことが困難となり、５μｍを超えると、第１ニッケルめ
っき層１１ａの内部応力により金属枠体１２に対する被
着強度が低下するおそれがある。従って、前記第１ニッ
ケルめっき層１１ａの厚みは０．５μｍ〜５μｍの範囲
としておくことが好ましい。 【００５６】また更に前記金属枠体１２に蓋体３をシー
ム溶接によって接合する場合、前記金属枠体１２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１２の上面側にバリが形成され
ることがなくなり、金属枠体１２と蓋体３とを確実、強
固に接合させて容器４の気密封止の信頼性を極めて高い
ものとなすことができる。従って、前記金属枠体１２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。 【００５７】更にまた前記金属枠体１２に接合される蓋
体３は、剛性率が５０ＧＰａ以下の材料、具体的には
銅、金、銀の一種以上から成る金属、またはこの金属に
ニッケル、アルミニウム、錫、亜鉛等の金属や、リン、
シリコン等を添加した合金から成り、例えば、銅のイン
ゴット（塊）に圧延加工、打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。 【００５８】前記蓋体３は、その剛性率が５０ＧＰａ以
下であることから、基体１の線熱膨張係数と蓋体３の線
熱膨張係数とが大きく相違し、両者間に両者の線熱膨張
係数差に起因する大きな熱応力が発生したとしても、そ
の熱応力は蓋体３を適度に変形させることによって効果
的に吸収され、これによって基体１に割れやクラックを
発生することなく、基体１に蓋体３を強固に取着させて
容器４の気密封止を完全となし、容器４内部に収容する
水晶振動子５を長期間にわたり安定、かつ正確に作動さ
せることができる。 【００５９】なお、前記蓋体３はその剛性率が５０ＧＰ
ａを超えると蓋体３が変形し難くなり、基体１と蓋体３
との間に発生する熱応力を蓋体３が充分に吸収すること
ができなくなって基体１にクラックや割れを発生した
り、基体１と蓋体３とからなる容器４の気密封止が破れ
たりしてしまう。従って、前記蓋体３はその剛性率が５
０ＧＰａ以下に特定される。また前記蓋体３はその剛性
率が１５ＧＰａ以下になると変形し易くなりすぎ、基体
１に蓋体３をシーム溶接等によって強固に接合させるこ
とができなくなったり、蓋体３が容器４内部に収容する
水晶振動子５等に接触して水晶振動子５を正常に作動さ
せることが困難となる危険性がある。従って、前記蓋体
３はその剛性率を１５ＧＰａ〜５０ＧＰａとしておくこ
とが好ましい。 【００６０】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が収容固定されており、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。 【００６１】前記半導体素子６は接着材８を介して基体
１の下面に設けた凹部１ｂの底面に接着固定されてお
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。 【００６２】なお、前記半導体素子６を凹部１ｂの底面
に接着固定する接着材８は、その弾性率を１ＧＰａ以下
としておくと、基体１と半導体素子６とに熱が作用し両
者間に両者の線熱膨張係数差に起因して大きな熱応力が
発生したとしてもその熱応力は接着材８を適度に変形さ
せることによって吸収され、その結果、半導体素子６等
に機械的破壊が発生することはなく、半導体素子６を基
体１に長期にわたって確実に接着固定しておくことが可
能となるとともに水晶振動子５の温度補償を確実に行な
うことが可能となって、水晶デバイス７の長期信頼性を
より一層高いものとなすことができる。 【００６３】前記基体１に半導体素子６を接着固定する
接着材８は、その弾性率が１ＧＰａを超えると接着材８
が基体１と半導体素子６との間に発生する大きな熱応力
を良好に吸収することが困難となり、半導体素子６等に
機械的な破壊が招来するおそれがある。 【００６４】また前記接着材８は、その弾性率が０．５
ＧＰａ未満になると、変形し易くさりすぎて保形性が非
常に低下するため半導体素子６を基体１の凹部１ｂ内に
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、前記接着材８はその弾性率を０．５ＧＰａ〜１
ＧＰａとしておくことが好ましい。 【００６５】前記弾性率が１ＧＰａ以下の接着材８は、
例えば、エポキシ樹脂にアクリルゴム、イソプレンゴム
等のゴム粒子を添加して成る組成物が好適に用いられ、
また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
キシ樹脂が好適に使用される。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接着材８
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接着材８の弾
性率を１ＧＰａ以下とすることができる。 【００６６】また、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、半導体素子６と基体１との間に接着材
８を均一に介在させることが困難となり、半導体素子６
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して接着
材とする場合、その添加量は、接着材８の弾性率を１Ｇ
Ｐａ以下とする範囲で、５０重量％以下としておくこと
が好ましい。 【００６７】前記弾性率が１ＧＰａ以下の接着材８は、
更に前記エポキシ樹脂組成物に限らず、ユリア樹脂、ポ
リイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂等の
熱硬化性樹脂、またはこの熱硬化性樹脂にシリカ等のフ
ィラー成分を添加した樹脂組成物を用いて形成してもよ
い。 【００６８】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
４によって気密に封止されている。 【００６９】なお、前記半導体素子６の封止は封止樹脂
１４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。 【００７０】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及び
周波数の高精度の基準源として使用される。 【００７１】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３に示すように、
配線層２の一部に高さが３０μｍ〜１００μｍ程度の突
起１５を形成しておくと、この突起１５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、このスペースに充分な導電性接着材９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。 【００７２】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４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。 【００７３】更に上述の実施例では、蓋体３の金属枠体
１２に対する溶接をシーム溶接で行なうようにしたが、
これを、蓋体３の外縁に沿ってエレクトロンビームを照
射し、その熱エネルギーで溶接を行なうエレクトロンビ
ーム溶接により行なってもよい。 【００７４】また更に上述の実施例では配線層２の外部
電気回路と接続される領域に被着されている第２ニッケ
ルめっき層１１ｂと金属枠体１２の少なくとも蓋体３が
溶接される領域に被着されている第１ニッケルめっき層
１１ａとを異なるめっき液を使用して形成したが、これ
を例えば、ニッケル供給源である硫酸ニッケルと、金供
給源である亜硫酸金ナトリウムと、還元剤である次亜リ
ン酸ナトリウムとを主成分とし、クエン酸、ＥＤＴＡ
（エチレンジアミン四酢酸）、リンゴ酸、酒石酸、酢酸
等の有機酸またはそのナトリウム塩等の錯化剤、イオウ
化合物等の安定剤を添加してなる無電解ニッケル−金め
っき液を共通に使用して形成してもよい。この場合、め
っき液は１種類であり低コストであるため製品としての
水晶デバイスを安価となすことができる。ただし、第１
ニッケルめっき層１１ａには少なくともリンが３乃至１
２重量％、金が５乃至２０重量％含有するように、また
第２ニッケルめっき層１１ｂにはリンも含有されるが少
なくとも金が５乃至２０重量％含有するように前記めっ
き液の還元剤濃度や錯化剤、安定剤等の添加量、または
ｐＨ、温度等の条件を調整する必要はある。 【００７５】更にまた、前記第２ニッケルめっき層１１
ｂの表面にさらに金めっき層（図示せず）を、例えば約
０．０３μｍ〜１．０μｍの厚みで、被着させておけば
第２ニッケルめっき層１１ｂの酸化腐食を有効に防止す
るとともに、低融点ロウ材の濡れ性をより一層良好とな
すこともできる。 【００７６】 【発明の効果】本発明の水晶デバイスによれば、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に
近似させたことから基体に水晶振動子を固定した後、温
度補償用の半導体素子の作動に伴って基体と水晶振動子
の両者に繰り返し熱が作用したとしても基体と水晶振動
子との間には両者の線熱膨張係数差に起因する大きな熱
応力が発生することはなく、これによって水晶振動子を
基体に確実、強固に固定することができ、水晶振動子を
正確に作動させることが可能となる。 【００７７】また同時に本発明の水晶デバイスによれ
ば、蓋体の剛性率を５０ＧＰａ以下としたことから、基
体と蓋体との間に線熱膨張係数の差があり、両者に熱が
作用し、両者間に大きな熱応力が発生したとしても、そ
の熱応力は蓋体を適度に変形させることによって効果的
に吸収され、その結果、基体に蓋体を確実、強固に取着
させて容器の気密封止を完全となし、これによって容器
内部に収容する水晶振動子を長期間にわたり安定、かつ
正確に作動させることができる。 【００７８】さらに本発明の水晶デバイスによれば、金
属枠体の少なくとも蓋体が溶接される領域にリンを３〜
１２重量％、金を５乃至２０重量％含有する融点が約８
５０℃と低い第１ニッケルめっき層を被着させたことか
らこの第１ニッケルめっき層を溶融させて金属枠体に蓋
体を溶接させる際、基体に大きな熱衝撃が伝わりクラッ
クを発生することはほとんどなく、その結果、基体と蓋
体とから成る容器の気密封止を完全とし、容器内部に収
容する水晶振動子を長期間にわたり正確、かつ安定に作
動させることが可能となる。 【００７９】またさらに本発明の水晶デバイスによれ
ば、配線層の外部電気回路と接続される領域に金を５乃
至２０重量％含有する低融点ろう材との反応性に優れた
第２ニッケルめっき層を被着させたことから、配線層の
面積が小さくなり、配線層と外部電気回路基板の配線導
体との接続面積が非常に小さなものとなったとしても、
第２ニッケルめっき層と低融点ロウ材との間で十分に錫
−ニッケル−金等の合金層を形成して両者を強固に接続
することができ、外部電気回路基板に対する接続の信頼
性を良好とすることができる。

【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要部断面図である。 【図３】本発明の他の実施例を示す要部断面図である。 【図４】本発明の他の実施例を示す断面図である。 【符号の説明】 １ａ・・・・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・・・・・接着材 ９・・・・・導電性接着材 １０・・・・導電性接続部材 １１ａ・・・第１ニッケルめっき層 １１ｂ・・・第２ニッケルめっき層 １２・・・・金属枠体 １３・・・・ろう付け用メタライズ層 １４・・・・封止樹脂 １５・・・・突起

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０３Ｈ 9/19 Ｈ０３Ｈ 9/19 Ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】上下両面に搭載部を有し、該各搭載部から
   外表面にかけて導出された外部電気回路と接続される配
   線層を有する基体と、前記基体の上面に取着され、前記
   搭載部を囲繞する金属枠体と、前記基体上面の搭載部に
   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、前記金属枠体上に溶接され、前記水晶振
   動子を内部に気密に収容する蓋体と、前記基体下面の搭
   載部に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℃）であり、蓋体の剛性率が
   ５０ＧＰａ以下であり、かつ前記金属枠体の少なくとも
   蓋体が溶接される領域にリンを３乃至１２重量％、金を
   ５乃至２０重量％含有する第１ニッケルめっき層を、前
   記配線層の少なくとも外部電気回路と接続される領域に
   金を５乃至２０重量％含有する第２ニッケルめっき層を
   被着させたことを特徴とする水晶デバイス。