JP2003101361A

JP2003101361A - 水晶デバイス

Info

Publication number: JP2003101361A
Application number: JP2001289880A
Authority: JP
Inventors: Takuya Ouchi; 卓也大内
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2003-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】水晶振動子の発する基準信号が配線層で大きく
減衰する。【解決手段】基体１と、該基体１の上面に搭載されてい
る水晶振動子５と、前記基体１の下面に搭載されている
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がＬｉ₂Ｏを５〜３０重量％含有する屈伏点が４
００〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積
％と、クォーツ、クリストバライト、トリジマイト、エ
ンスタタイト、フォルステライトの少なくとも１種から
成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成
体を焼成して得られたクォーツ、クリストバライト、ト
リジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種の結晶相
を含有する焼結体で、配線層２が２．５μΩ・ｃｍ以下
の比電気抵抗を有する金属材で形成されており、かつ前
記水晶振動子５は弾性率が３．６ＧＰａ以下の支持体８
を介して基体１の搭載部に搭載されている。

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、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半導体素子を収容するとともに
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
し、基準信号を外部電気回路に供給する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
水晶デバイスは基体が酸化アルミニウム質焼結体で形成
されており、該酸化アルミニウム質焼結体の比誘電率は
９〜１０（室温、１ＭＨｚ）と高いことから、基体に設
けた配線層を伝わる水晶振動子の基準信号及び半導体素
子の駆動信号の伝搬速度が遅く、そのため基準信号を高
周波とし信号の高速伝搬を要求する水晶振動子は収容が
不可となり、基準信号の周波数が低いものに特定される
という欠点を有していた。

【０００９】またこの従来の水晶デバイスにおいては、
基体に形成されている配線層はタングステンやモリブデ
ン、マンガン等の高融点金属材料により形成されてお
り、該タングステン等はその比電気抵抗が５．４μΩ・
ｃｍ（２０℃）以上と高いことから配線層に水晶振動子
の基準信号や半導体素子の駆動信号を伝搬させた場合、
基準信号や駆動信号に大きな減衰が生じ、基準信号や駆
動信号を外部電気回路や水晶振動子と半導体素子との間
に正確、かつ確実に伝搬させることができないという欠
点を有していた。

【００１０】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、基体に搭載した半導体素子により水
晶振動子の温度補償を有効に行なうことができ、水晶振
動子の基準信号を外部電気回路に高速、かつ正確、確実
に供給することができる水晶デバイスを提供することに
ある。

【００１１】

【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、該基体の搭載部に搭載されている
水晶振動子と、前記基体下面の搭載部に搭載され、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、前記基体がＬｉ₂Ｏを５〜３０重
量％含有する屈伏点が４００〜８００℃のリチウム珪酸
ガラスを２０〜８０体積％と、クォーツ、クリストバラ
イト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライ
トの少なくとも１種から成るフィラー成分を２０〜８０
体積％の割合で含む形成体を焼成して得られたクォー
ツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイト
の少なくとも１種の結晶相を含有する焼結体で、配線層
が２．５μΩ・ｃｍ（２０℃）以下の比電気抵抗を有す
る金属材で形成されており、かつ前記水晶振動子は弾性
率が３．６ＧＰａ以下の支持体を介して基体の搭載部に
搭載されていることを特徴とするものである。

【００１２】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。

【００１３】本発明の水晶デバイスによれば、基体を、
Ｌｉ₂Ｏを５〜３０重量％含有する屈伏点が４００〜８
００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、ク
ォーツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタ
イト、フォルステライトの少なくとも１種から成るフィ
ラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼成
して得られたクォーツ、クリストバライト、トリジマイ
ト、エンスタタイトの少なくとも１種の結晶相を含有す
る焼結体で形成し、かかる焼結体の比誘電率が約５（室
温１ＭＨｚ）と低いことから、基体に設けた配線層を伝
わる水晶振動子の基準信号や半導体素子の駆動信号等の
伝搬速度を速いものとして基準信号を高周波とし信号の
高速伝搬を要求する水晶振動子の収容が可能となって基
準信号の周波数を非常に高いものとなすことができる。

【００１４】また同時に上記焼結体は焼成温度が約８５
０〜１１００℃と低いことから基体と同時焼成により形
成される配線層を比電気抵抗が２．５μΩ・ｃｍ（２０
℃）以下と低い銅や銀、金で形成することができ、その
結果、配線層に水晶振動子の基準信号や半導体素子の駆
動信号等を伝搬させた場合、基準信号や駆動信号に大き
な減衰が生じることはなく、基準信号や駆動信号を外部
電気回路や水晶振動子と半導体素子との間に正確、かつ
確実に伝搬させることが可能となる。

【００１５】更に本発明の水晶デバイスによれば、基体
の搭載部に、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３．６ＧＰａ以下の支持体を被着さ
せるとともに、該支持体に水晶振動子を固定材で接着固
定するようにしたことから、水晶振動子の温度補償を行
なう半導体素子が作動時に熱を発生し、その熱が基体と
水晶振動子に繰り返し作用して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、その熱応力は支持体を適度に変形させる
ことによって吸収され、水晶振動子の基体に対する固定
が破れることはなく、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。

【００１６】

【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を搭載収容することにより水晶デバイス７が形成さ
れる。

【００１７】前記基体１は、Ｌｉ₂Ｏを５〜３０重量％
含有する屈伏点が４００〜８００℃のリチウム珪酸ガラ
スを２０〜８０体積％と、クォーツ、クリストバライ
ト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライト
の少なくとも１種から成るフィラー成分を２０〜８０体
積％の割合で含む形成体を焼成して得られたクォーツ、
クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少
なくとも１種の結晶相を含有するガラス質の焼結体で形
成されており、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がロウ材、ガラス、有機樹脂等の
接着材を介して接着固定され、搭載収容される。

【００１８】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
導電性接続部材１０を介して接続される。

【００１９】前記焼結体から成る基体１は、例えば、リ
チウム珪酸ガラスとクォーツ、クリストバライトなどの
フィラー成分にアクリル樹脂を主成分とするバインダー
及び分散剤、可塑剤、有機溶媒を加えて泥漿物を作ると
ともに該泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロー
ル法を採用することによってグリーンシート（生シー
ト）となし、しかる後、前記グリーンシートに適当な打
ち抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層し、約８５
０〜１１００℃の温度で焼成することによって製作され
る。

【００２０】前記基体１をＬｉ₂Ｏを５〜３０重量％含
有する屈伏点が４００〜８００℃のリチウム珪酸ガラス
を２０〜８０体積％と、クォーツ、クリストバライト、
トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライトの少
なくとも１種から成るフィラー成分を２０〜８０体積％
の割合で含む形成体を焼成して得られたクォーツ、クリ
ストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なく
とも１種の結晶相を含有する焼結体で形成すると、基体
１の比誘電率が約５（室温１、ＭＨｚ）と低い値にな
り、その結果、基体１に設けた配線層２を伝わる水晶振
動子５の基準信号や半導体素子６の駆動信号の伝搬速度
を速いものとして基準信号を高周波とし信号の高速伝搬
を要求する水晶振動子５の収容が可能となって基準信号
の周波数を非常に高いものとなすことができる。

【００２１】また上述の焼結体はその焼成温度が約８５
０〜１１００℃と低いことから、基体１と同時焼成によ
り形成される配線層２を比電気抵抗が２．５μΩ・ｃｍ
（２０℃）以下と低い銅や銀、金で形成することがで
き、その結果、配線層２に水晶振動子５の基準信号や半
導体素子６の駆動信号を伝搬させた場合、基準信号や駆
動信号に大きな減衰が生じることはなく、基準信号や駆
動信号を外部電気回路や水晶振動子と半導体素子との間
に正確、かつ確実に伝搬させることが可能となる。

【００２２】なお、前記基体１を形成する焼結体は、リ
チウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％、フィラー成分を
２０〜８０体積％の割合とするのは、リチウム珪酸ガラ
スの量が２０体積％より少ない、言い換えればフィラー
成分が８０体積％より多いと液相焼結することができず
に高温で焼成する必要があり、その場合、配線層２を銅
や銀、金等の融点が低い金属材料で形成しようとしても
かかる金属材料は融点が低いことから焼成時に溶融して
しまって配線層２を基体１と同時焼成により形成するこ
とができなくなり、またリチウム珪酸ガラスの量が８０
体積％を超える、言い換えればフィラー成分が２０体積
％より少ないと焼結体の特性がリチウム珪酸ガラスの特
性に大きく依存し、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
が困難となってしまうためである。

【００２３】また前記基体１に使用する焼結体は、Ｌｉ
₂Ｏを５〜３０重量％、好適には５〜２０重量％の割合
で含有するリチウム珪酸ガラスを用いることが重要であ
り、このようなリチウム珪酸ガラスを用いることにより
リチウム珪酸を析出させることができる。なお、Ｌｉ₂
Ｏの含有量が５重量％より少ないと、焼結時にリチウム
珪酸の結晶の生成が少なくなって高強度化が達成でき
ず、３０重量％より多いと誘電正接が１００×１０^-14
を超えるため基体１としての特性が劣化する。

【００２４】また、この焼結体中にはＰｂを実質的に含
まないことが望ましい。これは、Ｐｂが毒性を有するた
め、Ｐｂを含有すると製造工程中での被毒を防止するた
めの格別な装置及び管理を必要とするため焼結体を安価
に製造することができないためである。なお、Ｐｂが不
純物として不可避的に混入する場合を考慮すると、Ｐｂ
の量は０．０５重量％以下であることが望ましい。

【００２５】更に前記焼結体の屈伏点が４００〜８００
℃、特に４００〜６５０℃であることも、リチウム珪酸
ガラス及びフィラー成分から成る混合物を成型する場合
に添加する有機バインダー、溶剤の焼成時における効率
的な除去及び基体１と同時に焼成される配線層２との焼
成条件のマッチングを図るために重要である。屈伏点が
４００℃より低いとリチウム珪酸ガラスが低い温度で焼
結を開始するために、例えば、銀や銅等の焼結開始温度
が６００〜８００℃の金属材料を用いた配線層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
ために有機バインダー、溶媒が分解揮散できなくなっ
て、焼結体中に残留し、焼結体の特性に悪影響を及ぼす
結果になるためである。一方、屈伏点が８００℃より高
いと、リチウム珪酸ガラスを多くしないと焼結しにくく
なるためであり、高価なリチウム珪酸ガラスを大量に必
要とするために焼結体のコストを高めることにもなるた
めである。

【００２６】上記特性を満足するリチウム珪酸ガラスと
しては、例えば、ＳｉＯ₂−Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂−Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ−ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂−Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ−Ｎａ₂Ｏ−ＦＳｉＯ₂−Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｋ₂Ｏ−Ｎａ₂Ｏ−Ｚｎ
Ｏ、ＳｉＯ₂−Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｋ₂Ｏ−Ｐ₂Ｏ₅、ＳｉＯ₂−Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｋ₂Ｏ−Ｐ₂Ｏ₅−ＺｎＯ
−Ｎａ₂Ｏ、ＳｉＯ₂−Ｌｉ₂Ｏ−ＭｇＯ、ＳｉＯ₂−Ｌｉ₂Ｏ−ＺｎＯ、等の組成物が挙げられ、このうち、ＳｉＯ₂は、リチウ
ム珪酸を形成するために必須の成分であり、ガラス全量
中６０〜８５重量％の割合で存在し、ＳｉＯ₂とＬｉ₂Ｏ
との合量がガラス全量中６５〜９５重量％であることが
リチウム珪酸結晶を析出させる上で望ましい。

【００２７】一方、フィラー成分としては、クォーツ、
クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイト、フ
ォルステライトの少なくとも１種を２０〜８０体積％、
特に３０〜７０体積％の割合で配合することが望まし
い。このようなフィラー成分の組合せにより焼結体の焼
結を促進することができ、中でもクォーツ、フォルステ
ライト比が０．４２７以上であれば、比誘電率が高いフ
ォルステライトを焼結中に比誘電率の低いエンスタタイ
トに変えることができる。

【００２８】上記のリチウム珪酸ガラスおよびフィラー
成分は、リチウム珪酸ガラスの屈伏点に応じ、その量を
適宜調整することが望ましい。すなわち、リチウム珪酸
ガラスの屈伏点が４００℃〜６００℃と低い場合、低温
での焼結性が高まるためフィラー成分の含有量は５０〜
８０体積％と比較的多く配合できる。これに対して、リ
チウム珪酸ガラスの屈伏点が６５０℃〜８５０℃と高い
場合、焼結性が低下するためフィラー成分の含有量は２
０〜５０体積％と比較的少なく配合することが望まし
い。このリチウム珪酸ガラスの屈伏点は配線層２の焼成
条件に合わせて制御することが望ましい。

【００２９】さらにリチウム珪酸ガラスは、フィラー成
分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を基体１に同時焼成
により被着形成することができない。しかし、フィラー
成分を２０〜８０体積％の割合で混合しておくと、焼成
温度を上昇させ、結晶の析出とフィラー成分を液相焼結
させるための液相を形成させることができる。このフィ
ラー成分の含有量の調整により基体１と配線層２との同
時焼成条件をマッチングさせることができる。さらに、
原料コストを下げるために高価なリチウム珪酸ガラスの
含有量を減少させることができる。

【００３０】例えば、配線層２として銅を主成分とする
金属材料により構成する場合、配線層２の焼成は６００
〜１１００℃で行なわれるため、同時焼成を行なうに
は、リチウム珪酸ガラスの屈伏点は４００℃〜６５０℃
で、フィラー成分の含有量は５０〜８０体積％であるの
が好ましい。また、このように高価なリチウム珪酸ガラ
スの配合量を低減することにより焼結体のコストも低減
できる。

【００３１】このリチウム珪酸ガラスとフィラー成分と
の混合物は、適当な成形用の有機バインダー、溶剤等を
添加した後、所望の成型手段、例えばドクターブレード
法・圧延法・金型プレス法等によりシート状等の任意の
形状に成形後、焼成する。

【００３２】焼成にあたっては、まず、成形のために添
加した有機溶剤、溶媒成分を除去する。有機バインダ
ー、溶剤成分の除去は通常７００℃前後の大気雰囲気中
で行なわれるが、配線層２として銅を用いる場合には、
水蒸気を含有する１００〜７００℃の窒素雰囲気中で行
なわれる。このとき、成形体の収縮開始温度は７００〜
８５０℃程度であることが望ましく、かかる収縮開始温
度がこれより低いと有機バインダー、溶剤成分の除去が
困難となるため、成形体中のリチウム珪酸ガラスの特
性、特に屈伏点を前述したように制御することが必要と
なる。

【００３３】焼成は、８５０〜１１００℃の酸化性雰囲
気中で、あるいは配線層２と同時焼成する場合には非酸
化性雰囲気中で行なわれ、これにより相対密度９０％以
上まで緻密化される。このときの焼成温度が８５０℃よ
り低いと緻密化することができず、一方、１１００℃を
超えると配線層２との同時焼成で配線層が溶融してしま
う。なお、配線層２として銅を用いる場合には、８５０
〜１１００℃の非酸化性雰囲気中で行なわれる。

【００３４】また前記基体１に形成されている配線層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、例えば、金、銀、銅等の比電気
抵抗が２．５μΩ・ｃｍ（２０℃）以下の金属材により
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。

【００３５】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の良好な金
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。

【００３６】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の電極を配線層２に
固定材９を介して固定する際、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、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。

【００３７】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、しかる後、シアン系の電解金めっき液中に
浸漬し、ニッケルめっき層表面に金めっき層を被着させ
ることによって行なわれる。

【００３８】また更に前記基体１の凹部１ａ内表面には
支持体８が取着されており、該支持体８の上面には前記
配線層２の一部が導出され、配線層２の導出部が形成さ
れている支持体８の上面に水晶振動子５が導電性接着剤
等の固定材９を介して接着固定される。

【００３９】前記支持体８はゴム粒子を添加したエポキ
シ樹脂等の弾性率が３．６ＧＰａ以下のもので形成され
ており、支持体８の弾性率が３．６ＧＰａ以下で、変形
し易いことから、水晶振動子５の温度補償を行なう半導
体素子６が作動時に熱を発生し、その熱が基体１と水晶
振動子５に繰り返し作用して基体１と水晶振動子５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、その熱応力は支持体８を適度に変形さ
せることによって吸収され、基体１や水晶振動子５、支
持体８、固定材９等に機械的な破壊が招来することはな
く、その結果、基体１に水晶振動子５を長期間にわたり
確実、強固に支持固定することが可能となり、水晶デバ
イス７の長期信頼性を高いものとなすことができる。

【００４０】なお、前記支持体８はその弾性率が３．６
ＧＰａを超えると水晶振動子５の温度補償を行なう半導
体素子６の発した熱が基体１と水晶振動子５の両者に繰
り返し作用した際、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支持体８に繰り返し作用
して支持体８に機械的な破壊を招来し、水晶振動子５の
固定が破れて水晶デバイス７の信頼性が大きく低下して
しまう。従って、前記支持体８はその弾性率が３．６Ｇ
Ｐａ以下のものに特定される。

【００４１】また前記弾性率が３．６ＧＰａ以下の支持
体８としては、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。

【００４２】更に前記エポキシ樹脂としては、（オル
ソ）クレゾールノボラック型、フェノールノボラック
型、ナフタレン系アラルキル型、ポリサルファイド変性
型等のエポキシ樹脂、特に未硬化時に半固体状（粘度が
３０００Ｐ（ポアズ）以上、室温）のものが好適に使用
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支持体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支持体８の弾性率を３．６ＧＰａ以
下とすることができる。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、支持体８の保形性が
大きく低下し、この支持体８上に水晶振動子５を、固定
材９を介して強固に接着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、支持体８の弾性率を３．６ＧＰａ
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。

【００４３】前記支持体８は、その弾性率が１ＧＰａ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上に支持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９はその弾性率を、３．６ＧＰ
ａ以下の範囲で、１ＧＰａ以上としておくことが好まし
い。

【００４４】また、前記弾性率が３．６ＧＰａ以下の支
持体８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。

【００４５】前記水晶振動子５が搭載されている基体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７となる。

【００４６】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。

【００４７】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１３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。

【００４８】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。

【００４９】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よって変動する
のを制御し、常に一定とする作用をなす。

【００５０】前記半導体素子６はガラス、樹脂、ロウ材
等の接着材を介して基体１の下面に設けた凹部１ｂの底
面に接着固定され、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。

【００５１】また前記基体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。

【００５２】なお、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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】

【発明の効果】本発明の水晶デバイスによれば、基体
を、Ｌｉ₂Ｏを５〜３０重量％含有する屈伏点が４００
〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％
と、クォーツ、クリストバライト、トリジマイト、エン
スタタイト、フォルステライトの少なくとも１種から成
るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体
を焼成して得られたクォーツ、クリストバライト、トリ
ジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種の結晶相を
含有する焼結体で形成し、かかる焼結体の比誘電率が約
５（室温１ＭＨｚ）と低いことから、基体に設けた配線
層を伝わる水晶振動子の基準信号や半導体素子の駆動信
号等の伝搬速度を速いものとして基準信号を高周波とし
信号の高速伝搬を要求する水晶振動子の収容が可能とな
って基準信号の周波数を非常に高いものとなすことがで
きる。

【００５７】また同時に上記焼結体は焼成温度が約８５
０〜１１００℃と低いことから基体と同時焼成により形
成される配線層を比電気抵抗が２．５μΩ・ｃｍ（２０
℃）以下と低い銅や銀、金で形成することができ、その
結果、配線層に水晶振動子の基準信号や半導体素子の駆
動信号等を伝搬させた場合、基準信号や駆動信号に大き
な減衰を生じることはなく、基準信号や駆動信号を外部
電気回路や水晶振動子と半導体素子との間に正確、かつ
確実に伝搬させることが可能となる。

【００５８】更に本発明の水晶デバイスによれば、基体
の搭載部に、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３．６ＧＰａ以下の支持体を被着さ
せるとともに、該支持体に水晶振動子を固定材で接着固
定するようにしたことから、水晶振動子の温度補償を行
なう半導体素子が作動時に熱を発生し、その熱が基体と
水晶振動子に繰り返し作用して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、その熱応力は支持体を適度に変形させる
ことによって吸収され、水晶振動子の基体に対する固定
が破れることはなく、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・・・・・支持体９・・・・・固定材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

【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
外表面にかけて配線層が導出されている基体と、該基体
の搭載部に搭載されている水晶振動子と、前記基体下面
の搭載部に搭載され、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、前記基体がＬｉ₂Ｏを５〜３０重量％含有する屈伏点が
４００〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体
積％と、クォーツ、クリストバライト、トリジマイト、
エンスタタイト、フォルステライトの少なくとも１種か
ら成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形
成体を焼成して得られたクォーツ、クリストバライト、
トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種の結晶
相を含有する焼結体で、配線層が２．５μΩ・ｃｍ以下
の比電気抵抗を有する金属材で形成されており、かつ前
記水晶振動子は弾性率が３．６ＧＰａ以下の支持体を介
して基体の搭載部に搭載されていることを特徴とする水
晶デバイス。
【請求項２】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請求項１に記載の水晶デ
バイス。