JP3798969B2 - Crystal device - Google Patents

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【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導電性接着材等の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し、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導電性接着材としては、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、この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接着する接着材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】
また従来の水晶デバイスは、基体に形成されている配線層が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。
【0012】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、水晶振動子および半導体素子の固定を強固とし、半導体素子による水晶振動子の温度補償を有効に行なうとともに水晶振動子の基準信号を外部電気回路に正確、かつ確実に供給することができる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】
本発明は、上面に搭載部を有し、該搭載部から外表面にかけて導出されている第1配線層を有する第1基体と、前記第1基体の搭載部に固定され、電極が前記第1配線層に接続されている水晶振動子と、下面に搭載部を有し、該搭載部から外表面にかけて導出されている第2配線層を有する第2基体と、前記第2基体の搭載部に固定され、電極が第2配線層に接続されている前記水晶振動子の温度補償を行なう半導体素子と、前記第1基体の下面と第2基体の上面とを接合する接合材とから成る水晶デバイスであって、前記第1基体の線熱膨張係数が14×10-6/℃乃至20×10-6/℃(40〜400℃)、第2基体の線熱膨張係数が2×10-6/℃乃至8×10-6/℃(40〜400℃)、第1配線層及び第2配線層の比電気抵抗が2.5μΩ・cm以下であり、かつ前記接合材の弾性率が4GPa以下であることを特徴とするものである。
【0014】
本発明によれば水晶振動子が固定される第1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第1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、水晶振動子を第1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。
【0015】
また本発明によれば水晶振動子の温度補償を行なう半導体素子が固定される第2基体の線熱膨張係数を2×10-6/℃乃至8×10-6/℃(40〜400℃)とし、半導体素子の線熱膨張係数(2.5×10-6/℃:40〜400℃)に近似させたことから半導体素子と第2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、半導体素子を第2基体に強固に接着固定することを可能とす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。
【0016】
更に本発明によれば、第1基体と第2基体とを接合する接合材の弾性率を4GPa以下としたことから、第1基体と第2基体との間の線熱膨張係数の差に起因して、両者間に大きな熱応力が発生したとしても、その熱応力は接合材を適度に変形させることによって効果的に吸収され、第1基体、第2基体または第1基体と第2基体とを接合する接合材に機械的な破壊が生じることを有効に防止することができるとともに水晶振動子と半導体素子との接続を完全とし、これによって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。
【0017】
また更に本発明によれば水晶振動子及び半導体素子が接続される第1配線層及び第2配線層の比電気抵抗を2.5μΩ・cm(20℃)以下と低い値としたことから、第1配線層及び第2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。
【0018】
【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、1aは第1基体、1bは第2基体、2aは第1配線層、2bは第2配線層、3は蓋体、5は水晶振動子、6は半導体素子、8は接合材である。
【0019】
この第1基体1aに水晶振動子5を、第2基体1bに半導体素子6をそれぞれ気密に固定収容するとともに第1基体1aと第2基体1bとを接合材を介し接着することによって水晶デバイス7が形成される。
【0020】
前記第1基体1a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、その上面に凹部Aが設けてあり、該凹部A内には水晶振動子5が収容される。
【0021】
また前記第1基体1aはその上面の凹部A表面から外表面にかけて第1配線層2aが被着形成されており、第1配線層2aの凹部A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、第1基体1aの外表面に導出する部位は外部電気回路の配線導体や後述する第2基体1bの第2配線層2bと接続される。
【0022】
前記第1基体1aはその線熱膨張係数が14×10-6/℃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、第1基体1aの凹部A内に水晶振動子5を固定収容した後、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を第1基体1aの凹部A内に確実、強固に固定することができる。
【0023】
前記線熱膨張係数が14×10-6/℃乃至20×10-6/℃(40〜400℃)の第1基体1a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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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第1基体1aと同時に焼成される後述する第1配線層2a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℃の第1配線層2a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。
【0028】
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(SiO2)を25〜60重量%の割合で含み、残部が酸化ホウ素(B23)、酸化アルミニウム(Al23)、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。
【0029】
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。
【0030】
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(SiO2)、クォーツ(SiO2)、トリジマイト(SiO2)、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・Al23・SiO2)、メルビナイト(3CaO・MgO・2SiO2)、アケルマイト(2CaO・MgO・2SiO2)、マグネシア(MgO)、カーネギアイト(Na2O・Al23・2SiO2)、エンスタタイト(MgO・SiO2)、ペタライト(LiAlSi410)、ヒスイ(Na2O・Al23・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。
【0031】
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、第1配線層2a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第1配線層2aとの同時焼成条件のマッチングを図ることができる。
【0032】
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、第1配線層2aとの同時焼成時に第1配線層2a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第1配線層2a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。
【0033】
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40〜80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。
【0034】
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(ZrO2)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第1配線層2aの被着強度の劣化を抑制することが可能となる。
【0035】
前記Zr化合物としては、例えば、ZrO2、ZrSiO4、CaO・ZrO2、ZrB2、ZrP27、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、BET比表面積が25m2/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(BaO)、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。
【0036】
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ZrO2換算で0.2〜10重量%が望ましい。
【0037】
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。
【0038】
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、約800℃の温度で焼成することによって製作される。
【0039】
また前記第1基体1aは、凹部Aの表面から外表面にかけて第1配線層2aが導出されており、第1配線層2aの凹部A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、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や後述する第2基体1bの第2配線層2bと接続される。
【0040】
前記第1配線層2aは第1基体1aと同時焼成によって形成され、第1基体1aの焼成温度が約800℃と低いことから比電気抵抗が2.5μΩ・cm(20℃)以下と低い銅や金、銀を使用することができ、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、第1基体1a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第1基体1aの所定位置に所定パターンに形成される。
【0041】
前記第1配線層2aはその比電気抵抗を2.5μΩ・cm(20℃)以下の低い値に抑えることができるため、第1配線層2aに水晶振動子5の基準信号や後述する半導体素子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5と半導体素子6との間に正確、かつ確実に伝搬させることが可能となる。
【0042】
なお、前記第1配線層2a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、第1配線層2aの酸化腐食を良好に防止することができるとともに、第1配線層2a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等に対する第1配線層2a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、前記第1配線層2a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。
【0043】
また前記第1配線層2a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を第1配線層2aに固定材9を介して接着する際、その位置決め等の作業が容易となる。従って、前記第1配線層2a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。
【0044】
更に前記第1配線層2a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(Rms)を1.8μm以下とするには第1配線層2a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第1配線層2a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われる。
【0045】
更にまた第1配線層2aには水晶振動子5が固定材9を介して接着固定され、同時に水晶振動子5の電極が第1配線層2aに電気的に接続される。
【0046】
前記固定材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、第1配線層2a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固定材を介して、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A内の所定位置に固定するとともに水晶振動子5の電極を第1配線層2aに電気的に接続する。
【0047】
前記水晶振動子5が固定材9を介して接着固定されている第1基体1aはまたその上面に蓋体3が取着され、これによって第1基体1a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。
【0048】
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。
【0049】
更に前記蓋体3の第1基体1a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、第1基体1a上面の凹部A周囲に枠状のロウ付け用メタライズ層12を第1配線層2a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なわれる。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。
【0050】
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12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。
【0051】
前記水晶振動子5が固定収容されている第1基体1aの下方には半導体素子6を固定収容する第2基体1bが配されている。
【0052】
前記第2基体1bは線熱膨張係数が2×10-6/℃乃至8×10-6/℃(40〜400℃)の、例えば、10〜68mol%のBaO、9〜50mol%のSnO2、13〜72mol%のB23から成る酸化物焼結体や、Si成分がSiO2に換算して25〜80重量%、Ba成分がBaOに換算して15〜70重量%、B成分がB23に換算して1.5〜5重量%,Al成分がAl23に換算して1〜30重量%、Ca成分がCaOに換算して0重量%を超え30重量%以下含まれる焼結体等から成り、その下面に凹部Bが設けてあり、該凹部B内には水晶振動子5の温度補償を行なう半導体素子6が収容される。
【0053】
また前記第2基体1bは、凹部Bの表面から外表面にかけて第2配線層2bが被着形成されており、第2配線層2bの凹部B表面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11を介して接続され、外表面に導出された部位は第1基体1aの第1配線層2aや外部電気回路基板の配線導体に接続される。
【0054】
前記第2基体1bは、その線熱膨張係数が2×10-6/℃乃至8×10-6/℃(40〜400℃)であり、半導体素子6の線熱膨張係数(シリコン:約2.5×10-6/℃:40〜400℃)に近似することから、第2基体1bの凹部B内に半導体素子6を収容するとともに接着材10を介して接着固定した後、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、半導体素子6を第2基体1bの凹部B内に確実、強固に固定することができる。
【0055】
前記線熱膨張係数が2×10-6/℃乃至8×10-6/℃(40〜400℃)の第2基体1bは、具体的には、10〜68mol%のBaO、9〜50mol%のSnO2、13〜72mol%のB23から成る酸化物焼結体や、Si成分がSiO2に換算して25〜80重量%、Ba成分がBaOに換算して15〜70重量%、B成分がB23に換算して1.5〜5重量%、Al成分がAl23に換算して1〜30重量%、Ca成分がCaOに換算して0重量%を超え30重量%以下含まれる焼結体等から成り、例えば、10〜68mol%のBaO、9〜50mol%のSnO2、13〜72mol%のB23から成る酸化物焼結体から成る場合であれば、BaO、SnO2、B23等の原料粉末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抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層し、約800℃〜1200℃の温度で焼成することによって製作される。
【0056】
なお、前記第2基体1bを10〜68mol%のBaO、9〜50mol%のSnO2、13〜72mol%のB23とから成る酸化物焼結体で形成する場合、BaOが10mol%未満であると誘電損失が大きくなって第2配線層2bを伝搬する電気信号に減衰や遅延を招来してしまい、また68mol%を超えると第2基体1bの機械的強度が大きく低下してしまう。従って、前記酸化物焼結体はそれを構成するBaOの量が10乃至68mol%に特定される。
【0057】
また前記酸化物焼結体はSnO2が9mol%未満であると焼結性が低下して機械的強度が不十分となり、また50mol%を超えると誘電損失が大きくなって第2配線層2bを伝搬する電気信号に減衰や遅延を招来してしまう。従って、前記酸化物焼結体はそれを構成するSnO2の量が9乃至50mol%に特定される。
【0058】
更に前記酸化物焼結体はB23が13mol%未満であると焼成温度が高いものとなって銅等の金属材料からなる第2配線層2bと同時に焼成するのが困難となり、また72mol%を超えると耐薬品性が低下して水晶デバイスとしての信頼性が低いものとなってしまう。従って前記酸化物焼結体はそれを構成するB23の量が13乃至72mol%に特定される。
【0059】
前記第2基体1bは、また凹部Bの表面から外表面にかけて第2配線層2bが形成されており、該第2配線層2bの凹部B表面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11を介して接続され、外表面に導出された部位は第1基体1aの第1配線層2aや外部電気回路基板の配線導体に接続される。
【0060】
前記第2配線層2bは第2基体1bと同時焼成によって形成され、第2基体1bの焼成温度が約800〜1200℃と低いことから比電気抵抗が2.5μΩ・cm(20℃)以下と低い銅や金、銀を使用することができ、例えば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、第2基体1bの所定位置に所定パターンに形成される。
【0061】
なお、前記第2配線層2b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、第2配線層2bの酸化腐食を良好に防止することができるとともに、第2配線層2b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等に対する第2配線層2b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、前記第2配線層2b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0.1μm〜3μmの金めっき層で被覆しておくことが好ましい。
【0062】
前記第2基体1bはまたその下面に設けた凹部Bに前記水晶振動子5の温度補償を行なうための半導体素子6が収容固定されており、該半導体素子6は水晶振動子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、水晶振動子5の振動周波数を常に一定とする作用をなす。
【0063】
前記半導体素子6は、ロウ材、ガラス、有機樹脂等の接着材10を介して第2基体1bの下面に設けた凹部B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11を介して第2基体1bの凹部Bに露出する第2配線層2bに電気的に接続されている。
【0064】
なお前記第2基体1bの凹部B内に収容されている半導体素子6は凹部B内に充填させた封止樹脂14によって気密に封止されている。
【0065】
また、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、第2基体1bの下面に蓋体を、凹部Bを塞ぐように取着させることによって行なってもよい。
【0066】
更に前記水晶振動子5を固定収容する第1基体1aと半導体素子6を固定収容する第2基体1bとは弾性率が4GPa以下の接合材8を介して接合されている。
【0067】
前記接合材8はその弾性率が4GPa以下で、軟質、変形し易いことから第1基体1aと第2基体1bに半導体素子6が作動時に発する熱等が繰り返し作用し、第1基体1aと第2基体1bに半導体素子6が作動時に発する熱等が繰り返し作用し、第1基体1aと第2基体1b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繰り返し発生したとしてもその熱応力は接合材8を適度に変形させることによって吸収され、その結果、第1基体1aと第2基体1bとの間に外れや第1基体1a、第2基体1b等に機械的な破壊が生じることはなく、第1基体1aに収容する水晶振動子5と第2基体1bに収容する半導体素子6とを確実に電気的接続しておくことができる。
【0068】
なお、前記接合材8は、その弾性率が4GPaを超えると変形し難くなり、第1基体1aと第2基体1bとの間に発生する熱応力を効果的に吸収することができず、第1基体1aや第2基体1b、または接合材8に機械的破壊を招来し、水晶振動子5を収容する容器4の気密が破れる等の不具合を生じて水晶デバイスとしての機能を喪失してしまう。従って、前記接合材8は、その弾性率が4GPa以下に特定される。
【0069】
前記弾性率が4GPa以下の接合材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が好適に使用され、また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が好適に使用される。
【0070】
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合材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合材8の弾性率を4GPa以下とすることができる。またエポキシ樹脂への3ゴム粒子の添加量が50重量%を超えると、接合材8の保形性が大きく低下し、第1基体1aと第2基体1bとを強固に接合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、接合材8の弾性率を4GPa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。
【0071】
また前記接合材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第1基体1aと第2基体1bとを確実、強固に接合することが困難となる傾向がある。従って、前記接合材8はその弾性率を、4GPa以下の範囲で、かつ1GPa以上としておくことが好ましい。
【0072】
上記接合材8による第1基体1aと第2基体1bとの接合は、未硬化のエポキシ樹脂にゴム粒子を添加した未硬化の接合材を介して第1基体1aと第2基体1bとを位置決めセットし、未硬化のエポキシ樹脂を加熱硬化させることにより行なうことができる。
【0073】
なお、前記弾性率が4GPa以下の接合材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より形成してもよい。
【0074】
かくして上述の水晶デバイス7によれば、第1配線層2a、第2配線層2b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。
【0075】
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、第1配線層2aの一部に突起15を形成しておくと、この突起15がスペーサーとなって第1配線層2a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を第1配線層2aに極めて強固に接着固定することができる。
【0076】
また上述の水晶デバイス7では第1基体1a上面に凹部Aを設け、該凹部A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、平坦な第1基体1a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。
【0077】
【発明の効果】
本発明によれば水晶振動子が固定される第1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第1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、水晶振動子を第1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。
【0078】
また本発明によれば水晶振動子の温度補償を行なう半導体素子が固定される第2基体の線熱膨張係数を2×10-6/℃乃至8×10-6/℃(40〜400℃)とし、半導体素子の線熱膨張係数(2.5×10-6/℃:40〜400℃)に近似させたことから半導体素子と第2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、半導体素子を第2基体に強固に接着固定することを可能とす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。
【0079】
更に本発明によれば、第1基体と第2基体とを接合する接合材の弾性率を4GPa以下としたことから、第1基体と第2基体との間の線熱膨張係数の差に起因して、両者間に大きな熱応力が発生したとしても、その熱応力は接合材を適度に変形させることによって効果的に吸収され、第1基体、第2基体または第1基体と第2基体とを接合する接合材に機械的な破壊が生じることを有効に防止することができるとともに水晶振動子と半導体素子との接続を完全とし、これによって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。
【0080】
また更に本発明によれば水晶振動子及び半導体素子が接続される第1配線層及び第2配線層の比電気抵抗を2.5μΩ・cm(20℃)以下と低い値としたことから、第1配線層及び第2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。
【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】
1a・・・・・第1基体
1b・・・・・第2基体
A・・・・・・凹部
B・・・・・・凹部
2a・・・・・第1配線層
2b・・・・・第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・・・・・・接合材
9・・・・・・固定材
10・・・・・接着材
11・・・・・導電性接続部材
12・・・・・ロウ付け用メタライズ層
13・・・・・金属枠体
14・・・・・封止樹脂
15・・・・・突起
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a temperature-compensated crystal device used as an accurate time and frequency reference source in an information processing apparatus such as a computer and an electronic apparatus such as a mobile phone.
[0002]
[Prior art]
A temperature-compensated crystal device used as an accurate time and frequency reference source in an information processing apparatus such as a computer or an electronic apparatus such as a mobile phone generally has a voltage application electrode on a rectangular plate-shaped crystal substrate. The formed crystal resonator and the semiconductor element for performing temperature compensation of the crystal resonator are hermetically housed in a crystal resonator housing package.
[0003]
The quartz crystal housing package is generally made of an electrically insulating material such as an aluminum oxide sintered body, and has a concave portion for forming a space for accommodating the quartz crystal in the central portion of the upper surface, and a semiconductor in the central portion of the lower surface. A base having a wiring layer made of a metal material such as tungsten, molybdenum, or the like, and having a wiring layer made of a refractory metal such as tungsten and molybdenum, each having a recess serving as a space for accommodating an element, and extending from the surface of each recess to the outer surface; -It is comprised from metal materials, such as a cobalt alloy and an iron-nickel alloy, or the cover body which consists of ceramic materials, such as an aluminum oxide sintered body.
[0004]
Then, the quartz oscillator is placed in the recess by attaching the electrode of the crystal oscillator to the wiring layer exposing the inner surface of the recess on the upper surface of the substrate and the surrounding substrate surface via a fixing material such as a conductive adhesive. Bonding and fixing and electrically connecting to the wiring layer, and housing the semiconductor element in a recess on the lower surface of the base, bonding and fixing via an adhesive, and electrically connecting the electrode of the semiconductor element to the wiring layer, Thereafter, the lid is attached to the upper surface of the base by a bonding means such as adhesive bonding or seam welding, and the crystal resonator is hermetically accommodated inside the container composed of the base and the lid, and within the recess on the lower surface of the base. The semiconductor device accommodated in the substrate is sealed with a lid or a sealing resin to complete a crystal device as a product.
[0005]
In general, as a conductive adhesive for attaching a crystal unit, a conductive adhesive made by mixing organic resin such as epoxy resin and conductive powder such as silver powder as the main material is used. Has been.
[0006]
Further, when the lid is attached to the base by seam welding, a frame-like brazing metallization layer is usually formed around the recess of the base in advance, and a metal frame is brazed to the metallization layer. A method of seam welding the lid to the frame is used.
[0007]
Further, the mounting of the crystal device on the external electric circuit board is performed by connecting the wiring layer led to the outer surface of the base to the wiring conductor of the external electric circuit board through a conductive connecting material such as solder, The crystal resonator is electrically connected to the external electric circuit via the wiring layer, and vibrates at a predetermined frequency according to a voltage applied from the external electric circuit, and supplies a reference signal to the external electric circuit.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this conventional crystal device, the linear thermal expansion coefficient of the crystal resonator is about 18 × 10 × 10. -6 The linear thermal expansion coefficient of the substrate made of an aluminum oxide sintered body on which the crystal resonator is mounted and fixed is about 7 × 10. -6 / ° C, which is greatly different, that the fixing material for fixing the crystal unit to the base is made of hard epoxy resin and conductive powder, and that the semiconductor element for temperature compensation generates heat during operation. For this reason, when the crystal device is operated, the heat generated by the temperature compensating semiconductor element repeatedly acts on both the base and the crystal unit, resulting in a difference in linear thermal expansion coefficient between the base and the crystal unit. The thermal stress that occurs repeatedly acts on the fixing material, causing mechanical damage to the fixing material, breaking the fixation of the crystal unit through the fixing material, and losing the function as a crystal device. It was.
[0009]
Therefore, in order to eliminate the above-described drawbacks, the linear thermal expansion coefficient of the base is increased so as to approximate the linear thermal expansion coefficient of the quartz oscillator, thereby preventing a large thermal stress from being generated between the base and the quartz oscillator. The method of thinking is conceivable.
[0010]
However, when the linear thermal expansion coefficient of the substrate is increased so as to approximate a crystal resonator, the linear thermal expansion coefficient is about 2.5 × 10 -6 The difference in linear thermal expansion coefficient between the semiconductor element made of silicon as low as / ° C (40 to 400 ° C) and the base becomes very large. As a result, a large thermal stress is generated, and this thermal stress causes a mechanical breakdown in a hard and brittle semiconductor element or an adhesive for bonding the semiconductor element to the base, and the semiconductor element does not operate normally. This makes it impossible to compensate for the temperature of the quartz crystal resonator and causes a problem that the reliability of the quartz crystal device is greatly reduced.
[0011]
In the conventional quartz device, the wiring layer formed on the substrate is formed of a refractory metal material such as tungsten, molybdenum or manganese, and the tungsten or the like has a specific electric resistance of 5.4 μΩ · cm (20 ° C. ) If the reference signal of the crystal resonator or the drive signal of the semiconductor element is propagated to the wiring layer, the reference signal or the drive signal is greatly attenuated, and the reference signal or the drive signal is transmitted to the external electric circuit or the crystal vibration. There has been a drawback that it cannot be propagated accurately and reliably between the child and the semiconductor element.
[0012]
The present invention has been devised in view of the above-described drawbacks, and it is possible to firmly fix the crystal resonator and the semiconductor element, effectively perform temperature compensation of the crystal resonator by the semiconductor element, and to transmit the reference signal of the crystal resonator to the external electric circuit. An object of the present invention is to provide a highly reliable crystal device that can be supplied accurately and reliably.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a first base having a mounting portion on an upper surface and having a first wiring layer led out from the mounting portion to the outer surface, and fixed to the mounting portion of the first base, and an electrode is the first base. A quartz resonator connected to the wiring layer; a second base having a mounting portion on the lower surface; and a second wiring layer led out from the mounting portion to the outer surface; and a mounting portion of the second base A quartz crystal device comprising a semiconductor element that is fixed and whose temperature is compensated for the quartz crystal resonator whose electrode is connected to the second wiring layer, and a bonding material that bonds the lower surface of the first substrate and the upper surface of the second substrate. The linear thermal expansion coefficient of the first base is 14 × 10 -6 / ° C to 20 × 10 -6 / ° C. (40 to 400 ° C.), the linear thermal expansion coefficient of the second substrate is 2 × 10 -6 / ° C to 8 × 10 -6 / ° C. (40 to 400 ° C.), the specific electric resistance of the first wiring layer and the second wiring layer is 2.5 μΩ · cm or less, and the elastic modulus of the bonding material is 4 GPa or less It is.
[0014]
According to the present invention, the linear thermal expansion coefficient of the first base to which the crystal resonator is fixed is 14 × 10. -6 / ° C to 20 × 10 -6 / ° C. (40 to 400 ° C.), and the linear thermal expansion coefficient of the crystal resonator (18 × 10 -6 / ° C .: 40 to 400 ° C.), even if heat is applied to the crystal resonator and the first base, no large thermal stress is generated between them. It is possible to firmly bond and fix to the base body and to stably operate the crystal resonator.
[0015]
According to the present invention, the linear thermal expansion coefficient of the second base to which the semiconductor element for compensating the temperature of the crystal resonator is fixed is 2 × 10. -6 / ° C to 8 × 10 -6 / ° C. (40 to 400 ° C.), and the linear thermal expansion coefficient of the semiconductor element (2.5 × 10 -6 / ° C .: 40 to 400 ° C.), even if heat is applied to the semiconductor element and the second substrate, no large thermal stress is generated between them. As a result, the semiconductor element is applied to the second substrate. It is possible to firmly fix and fix the crystal resonator, and it is possible to accurately perform temperature compensation of the crystal resonator over a long period of time by the semiconductor element.
[0016]
Furthermore, according to the present invention, since the elastic modulus of the bonding material for bonding the first base and the second base is 4 GPa or less, it is caused by the difference in the linear thermal expansion coefficient between the first base and the second base. Even if a large thermal stress is generated between the two, the thermal stress is effectively absorbed by appropriately deforming the bonding material, and the first base, the second base, or the first base and the second base It is possible to effectively prevent mechanical destruction of the bonding material for bonding the crystal and complete the connection between the crystal unit and the semiconductor element, thereby improving the long-term reliability of the crystal device. it can.
[0017]
Furthermore, according to the present invention, the specific electrical resistance of the first wiring layer and the second wiring layer to which the crystal resonator and the semiconductor element are connected is set to a low value of 2.5 μΩ · cm (20 ° C.) or less. When the reference signal of the crystal resonator and the drive signal of the semiconductor element are propagated to the first wiring layer and the second wiring layer, the reference signal and the drive signal are not greatly attenuated, and the reference signal and the drive signal are transmitted to the external electric circuit. In addition, it is possible to propagate accurately and reliably between the crystal resonator and the semiconductor element.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the crystal device of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a quartz crystal device according to the present invention. In FIG. 1, 1a is a first substrate, 1b is a second substrate, 2a is a first wiring layer, 2b is a second wiring layer, 3 Is a lid, 5 is a crystal resonator, 6 is a semiconductor element, and 8 is a bonding material.
[0019]
The quartz crystal resonator 5 and the semiconductor element 6 are fixedly accommodated in the first base 1a and the second base 1b, respectively, and the first base 1a and the second base 1b are bonded to each other through a bonding material. Is formed.
[0020]
The first base 1a has a linear thermal expansion coefficient of 14 × 10. -6 / ° C to 20 × 10 -6 It is made of a sintered glass ceramic, crystalline glass, or the like at / ° C. (40 to 400 ° C.), and has a recess A on its upper surface, in which the crystal unit 5 is accommodated.
[0021]
The first substrate 1a has a first wiring layer 2a deposited from the surface of the recess A on the upper surface to the outer surface, and the electrode of the crystal resonator 5 is exposed to the surface of the recess A of the first wiring layer 2a. Is bonded and fixed via a fixing material 9 such as a conductive adhesive, and a portion leading to the outer surface of the first base 1a is connected to a wiring conductor of an external electric circuit or a second wiring layer 2b of a second base 1b described later. Is done.
[0022]
The first substrate 1a has a coefficient of linear thermal expansion of 14 × 10. -6 / ° C to 20 × 10 -6 / ° C. (40 to 400 ° C.), and the linear thermal expansion coefficient of the crystal unit 5 (about 18 × 10 -6 / C: 40-400 ° C.), after the quartz resonator 5 is fixedly accommodated in the recess A of the first base 1a, a large thermal stress is generated between the two even if heat acts on both. As a result, the crystal unit 5 can be securely and firmly fixed in the recess A of the first base 1a.
[0023]
The linear thermal expansion coefficient is 14 × 10 -6 / ° C to 20 × 10 -6 Specifically, the first substrate 1a at / ° C. (40 to 400 ° C.) has, for example, a glass containing 5 to 60% by weight of barium oxide and a linear thermal expansion coefficient at 40 to 400 ° C. of 8 × 10. -6 / ZrO compound in the glass and / or filler is made of ZrO. 2 A glass ceramic sintered body containing 0.1 to 25% by weight in terms of conversion is preferably used.
[0024]
It is important to use a glass containing 5 to 60% by weight of barium oxide as a glass component in the glass ceramic sintered body. Since this barium oxide-containing glass has a low softening point and a relatively high coefficient of linear thermal expansion, it is possible to add a small amount of glass and a large amount of high thermal expansion filler. A sintered body having an expansion coefficient can be easily obtained. If the amount of barium oxide is in the range of 5 to 60% by weight, if it is less than 5% by weight, it becomes difficult to lower the softening point of the glass, and the linear thermal expansion coefficient becomes low. This is because vitrification is difficult, vitrification is difficult if it exceeds 60% by weight, the characteristics are likely to be unstable, and the chemical resistance is remarkably lowered. In particular, the amount of barium oxide is preferably 20 to 40% by weight.
[0025]
Further, it is desirable that this glass does not substantially contain lead (Pb). This is because lead is toxic and requires special equipment and control for preventing poisoning during the manufacturing process, making it impossible to manufacture a sintered body at low cost. Considering the case where lead is inevitably mixed as an impurity, the lead content is desirably 0.05% by weight or less.
[0026]
Furthermore, the linear thermal expansion coefficient of this glass at 40 to 400 ° C. is 7 × 10. -6 / ° C. to 18 × 10 -6 / ° C, especially 8 x 10 -6 / ° C. to 13 × 10 -6 / ° C is desirable. This is because if the linear thermal expansion coefficient deviates from the above range, a difference in thermal expansion from the filler occurs, which causes a decrease in strength of the glass ceramic sintered body.
[0027]
Furthermore, it is desirable that the yield point of the barium oxide-containing glass is 400 to 800 ° C, particularly 400 to 700 ° C. In the case of molding a mixture composed of barium oxide-containing glass and filler, a molding binder such as an organic resin is added. The binder is efficiently removed and fired at the same time as the first substrate 1a, which will be described later. Necessary for matching the firing conditions with the wiring layer 2a. When the yield point is lower than 400 ° C., the glass starts sintering at a low temperature. For example, silver (Ag), copper (Cu), etc. Since the sintering start temperature of 600 ° C. to 800 ° C. cannot be simultaneously fired with the first wiring layer 2a, and the densification of the molded body starts at a low temperature, the binder cannot be decomposed and volatilized, and the binder component remains, resulting in characteristics. This is because the result is influenced. Further, if the yield point is higher than 800 ° C., it is difficult to sinter unless the amount of glass is increased. Therefore, since a large amount of expensive glass is required, the cost of the sintered body is increased.
[0028]
As the glass satisfying the above-mentioned characteristics, at least silicon oxide (SiO 2) other than the barium oxide. 2 ) In a proportion of 25 to 60% by weight, the balance being boron oxide (B 2 O Three ), Aluminum oxide (Al 2 O Three ), Calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), titanium oxide (TiO) 2 ) And at least one selected from the group of zinc oxide (ZnO).
[0029]
On the other hand, the filler component combined with the glass has a linear thermal expansion coefficient of 8 × 10 4 at 40 to 400 ° C. -6 The inclusion of at least a metal oxide at / ° C. or higher is important for achieving high thermal expansion of the sintered body. Linear thermal expansion coefficient is 8 × 10 -6 If the metal oxide does not contain / C or higher, the linear thermal expansion coefficient of the glass ceramic sintered body is 14 × 10 -6 This is because the temperature cannot be increased to more than / ° C.
[0030]
Such a linear thermal expansion coefficient is 8 × 10 -6 As a metal oxide at / ° C or higher, cristobalite (SiO 2 ), Quartz (SiO 2 ), Tridymite (SiO 2 ), Forsterite (2MgO · SiO 2 ), Wollastonite (CaO.SiO) 2 ), Monticeranite (CaO / MgO / SiO) 2 ), Nepheline (Na 2 O ・ Al 2 O Three ・ SiO 2 ), Melvinite (3CaO · MgO · 2SiO 2 ), Achelite (2CaO · MgO · 2SiO 2 ), Magnesia (MgO), carne gearite (Na 2 O ・ Al 2 O Three ・ 2SiO 2 ), Enstatite (MgO · SiO 2 ), Petalite (LiAlSi Four O Ten ), Jade (Na 2 O ・ Al 2 O Three ・ 4SiO 2 ). At least one selected from the group of Among these, cristobalite, quartz, tridymite and other SiO 2 A material selected from the group of system materials, forsterite and enstatite is desirable for achieving high thermal expansion.
[0031]
The glass and filler are mixed at an appropriate ratio according to the purpose such as the firing temperature and the thermal expansion characteristics of the finally obtained glass ceramic sintered body. The barium oxide-containing glass has a shrinkage start temperature of 700 ° C. or lower when no filler is added, and melts at 850 ° C. or higher, and the first wiring layer 2a and the like cannot be disposed. However, by mixing the filler, crystal precipitation occurs in the firing process, and a liquid phase for liquid phase sintering of the filler component can be formed at an appropriate temperature. In addition, since the shrinkage start temperature of the entire molded body can be increased, matching of the simultaneous firing conditions with the first wiring layer 2a can be achieved by adjusting the filler content.
[0032]
The ratio of the glass to the filler is preferably 20 to 80% by volume of the glass powder and 80 to 20% by volume of the filler powder. The amount of the glass and filler component in the above range is that the glass component amount is less than 20% by volume, in other words, if the filler is more than 80% by volume, it is difficult to liquid phase sinter, the firing temperature becomes high, There is a possibility that the first wiring layer 2a is melted at the time of simultaneous firing with the first wiring layer 2a. If the glass is more than 80% by volume, in other words, if the filler is less than 20% by volume, the properties of the sintered body greatly depend on the properties of the glass, and it becomes difficult to control the material properties, and the sintering start temperature is Since it becomes low, the problem that simultaneous baking with the 1st wiring layer 2a becomes difficult arises. Moreover, since the amount of glass is large, the cost of raw materials tends to increase.
[0033]
Further, it is desirable that the amount of the filler component is appropriately adjusted according to the yield point of barium oxide. That is, when the yield point of the glass is as low as 400 to 700 ° C., the sinterability at low temperatures is enhanced, so that the filler content can be relatively high at 40 to 80% by volume. On the other hand, when the yield point of the glass is as high as 700 to 800 ° C., the sinterability is lowered, so that the filler content is desirably 20 to 50% by volume and relatively small.
[0034]
Furthermore, the glass-ceramic sintered body is obtained by converting a zirconium compound (Zr compound) into zirconium oxide (ZrO) in the filler component and / or the glass component. 2 ) It is important to make it contain in the ratio of 0.1-25 weight% in conversion. The Zr compound is melted in the barium oxide-containing glass to increase the oxidation resistance of the glass, thereby improving the chemical resistance of the glass ceramic sintered body, and after treatment with an acidic solution or an alkaline solution. It is possible to suppress the change in the appearance of the glass ceramic sintered body and the deterioration of the adhesion strength of the first wiring layer 2a.
[0035]
Examples of the Zr compound include ZrO. 2 , ZrSiO Four , CaO ・ ZrO 2 , ZrB 2 , ZrP 2 O 7 , At least one selected from the group of ZrB. This Zr compound is mixed as a compound powder as one component in the filler component. In this case, the Zr compound at the time of addition, particularly ZrO 2 The chemical resistance of the glass ceramic sintered body tends to change depending on the BET specific surface area of the BET, and the BET specific surface area is 25 m. 2 / G or more and a BET specific surface area of 25 m 2 If it is smaller than / g, the chemical resistance improving effect tends to be small. Further, as other blending forms, glass powder such as barium oxide (BaO), silicon oxide (SiO2) 2 Zirconium oxide (ZrO) as a component other than 2 You may use the glass containing).
[0036]
The Zr compound is in the above range because if it is less than 0.1% by weight, the effect of improving chemical resistance is low, and if it is more than 25% by weight, the linear thermal expansion coefficient is 14 × 10. -6 This is because it becomes lower than / ° C. In particular, Zr compounds are ZrO 2 It is preferably 0.2 to 10% by weight in terms of conversion.
[0037]
In addition, at least one selected from the group consisting of chromium oxide, cobalt oxide, manganese oxide, and nickel oxide may be blended as the coloring component.
[0038]
The glass-ceramic sintered body is formed by a doctor blade method, a rolling method, a die press method, etc. after adding an organic resin binder of an appropriate shape to the mixture of the glass powder and filler powder prepared as described above. It is manufactured by forming into an arbitrary shape, for example, a sheet shape by means, and then baking at a temperature of about 800 ° C.
[0039]
In the first base 1a, the first wiring layer 2a is led out from the surface of the recess A to the outer surface, and the electrode of the crystal unit 5 is electrically conductive at the part exposed on the surface of the recess A of the first wiring layer 2a. A portion bonded and fixed via a fixing material 9 such as an adhesive and led to the outer surface is connected to a wiring conductor of an external electric circuit board and a second wiring layer 2b of a second base 1b described later.
[0040]
The first wiring layer 2a is formed by co-firing with the first substrate 1a. Since the firing temperature of the first substrate 1a is as low as about 800 ° C., the specific electrical resistance is as low as 2.5 μΩ · cm (20 ° C.) or less. Metallic metal paste obtained by adding and mixing an appropriate organic solvent, organic binder, etc. to the copper powder can be used for the green sheet serving as the first substrate 1a. A predetermined pattern is formed at a predetermined position on the first substrate 1a by printing and applying a predetermined pattern on the surface by a screen printing method or the like.
[0041]
Since the specific electric resistance of the first wiring layer 2a can be suppressed to a low value of 2.5 μΩ · cm (20 ° C.) or less, a reference signal of the crystal unit 5 or a semiconductor element described later is provided on the first wiring layer 2a. When the drive signal 6 is propagated, the reference signal and the drive signal are not greatly attenuated, and the reference signal and the drive signal are accurately and reliably transmitted between the external electric circuit or the crystal unit 5 and the semiconductor element 6. It is possible to propagate to.
[0042]
If the exposed surface of the first wiring layer 2a is covered with a plating layer (not shown) made of a metal having good corrosion resistance and brazing material such as nickel, copper and gold, the first wiring layer 2a is first The oxidative corrosion of the wiring layer 2a can be satisfactorily prevented, and the wettability of brazing material such as solder with respect to the first wiring layer 2a can be improved, so that the first wiring with respect to the wiring conductor of the external electric circuit board can be obtained. The connection of the layer 2a can be made easier and more reliable. Accordingly, the exposed surface of the first wiring layer 2a is a plating layer of nickel, copper, gold or the like, for example, a nickel or nickel alloy plating layer having a thickness of 1 μm to 10 μm, which is sequentially deposited, and a thickness of 0.1 to 3 μm. It is preferable to coat with a gold plating layer.
[0043]
Further, when the surface of the first wiring layer 2a is covered with a plating layer of nickel, copper, gold or the like, the arithmetic average roughness (Ra) of the outermost surface is 1.5 μm or less, and the root mean square roughness (Rms) is When the thickness is set to 1.8 μm or less, the reflectance of the light on the outermost surface is 40% or more, and when the crystal unit 5 is bonded to the first wiring layer 2a through the fixing material 9, the work such as positioning is easy. Become. Therefore, when the surface of the first wiring layer 2a is covered with a plating layer of nickel, copper, gold or the like, the arithmetic average roughness (Ra) of the outermost surface is 1.5 μm or less, and the root mean square roughness (Rms). Is preferably 1.8 μm or less.
[0044]
Further, the arithmetic average roughness (Ra) of the outermost surface of the plating layer made of nickel, copper, gold or the like covering the surface of the first wiring layer 2a is 1.5 μm or less, and the root mean square roughness (Rms) is 1. To reduce the thickness to 8 μm or less, the first wiring layer 2a is immersed in an electrolytic nickel plating solution in which a brightening agent such as a sulfur compound is added to a well-known Watt bath, and the nickel plating layer is deposited on the surface of the first wiring layer 2a. Thereafter, it is carried out by dipping in a cyan electrolytic gold plating solution and depositing a gold plating layer on the surface of the nickel plating layer.
[0045]
Furthermore, the crystal unit 5 is bonded and fixed to the first wiring layer 2a via a fixing material 9, and at the same time, the electrodes of the crystal unit 5 are electrically connected to the first wiring layer 2a.
[0046]
The fixing material 9 is generally formed by adding a conductive powder such as silver powder to a thermosetting resin such as an epoxy resin, and the crystal resonator 5 is placed on the first wiring layer 2a. Positioning and setting is performed via an uncured fixing material obtained by adding conductive powder to a thermosetting resin, and the uncured thermosetting resin is heat-cured to place the crystal unit 5 in a predetermined position in the recess A. And the electrode of the crystal unit 5 is electrically connected to the first wiring layer 2a.
[0047]
The first base 1a to which the crystal unit 5 is bonded and fixed via a fixing material 9 has a lid 3 attached to the upper surface thereof, whereby the inside of the container 4 comprising the first base 1a and the lid 3 is provided. The quartz resonator 5 is housed in an airtight manner.
[0048]
The lid 3 is formed of a metal material such as an iron-nickel-cobalt alloy or an iron-nickel alloy, or a ceramic material such as an aluminum oxide sintered body. For example, an iron-nickel-cobalt alloy ingot Are formed by performing known metal processing such as rolling and punching.
[0049]
Further, the attachment of the lid 3 to the first base 1a can be performed by a method using a bonding material such as a brazing material, glass, or an organic resin adhesive, or by a welding method such as seam welding. When the lid 3 is attached by seam welding, a frame-like brazing metallization layer 12 is usually applied around the recess A on the upper surface of the first base 1a in the same manner as the first wiring layer 2a. In addition, a metal frame 13 is brazed to the brazing metallization layer 12 via a brazing material such as silver brazing, and then the metal lid 3 is placed on the metal frame 13 and the lid. This is done by seam welding the three outer edges. In this case, if the metal frame 13 is rounded with a radius of curvature of 5 to 30 μm at the corner between the upper surface and the side surface, no burr is formed on the upper surface side of the metal frame 13. When the lid 3 is seam welded to the upper surface of the metal frame 13, the two can be reliably and airtightly bonded. Therefore, it is preferable that the metal frame 13 has a round corner with a radius of curvature of 5 to 30 μm at the corner between the upper surface and the side surface.
[0050]
Furthermore, when the metal frame 13 is rounded with a radius of curvature of 40 to 80 μm at the corner between its lower surface and side surface, the metal frame 13 is brazed to the brazing metallization layer 12. When joining via the material, a space is formed between the brazing metallized layer 12 and the lower surface side corner of the metal frame 13, and a large pool of brazing material is formed in the space, and the metal frame 13 is formed. The bonding to the brazing metallization layer 12 becomes strong. Accordingly, in order to firmly bond the metal frame 13 to the brazing metallization layer 12 via the brazing material, the corner between the lower surface and the side surface of the metal frame 13 is rounded with a curvature radius of 40 to 80 μm. It is preferable to form it.
[0051]
A second base 1b for fixing and housing the semiconductor element 6 is disposed below the first base 1a in which the crystal unit 5 is fixedly housed.
[0052]
The second substrate 1b has a coefficient of linear thermal expansion of 2 × 10. -6 / ° C to 8 × 10 -6 / ° C (40-400 ° C), for example, 10-68 mol% BaO, 9-50 mol% SnO 2 13-72 mol% B 2 O Three Oxide sintered body comprising, or Si component is SiO 2 25 to 80% by weight in terms of B, 15 to 70% by weight in terms of Ba component, and B component to B 2 O Three Converted to 1.5 to 5% by weight, Al component is Al 2 O Three 1 to 30% by weight in terms of Ca, and a Ca component containing 0% by weight to CaO in excess of 30% by weight or less, and a recess B is provided on the lower surface thereof. Accommodates a semiconductor element 6 that performs temperature compensation of the crystal unit 5.
[0053]
The second substrate 1b has a second wiring layer 2b deposited from the surface of the recess B to the outer surface, and the electrode of the semiconductor element 6 is exposed on the surface of the recess B of the second wiring layer 2b. A portion connected through a conductive connecting member 11 such as a bonding wire and led to the outer surface is connected to the first wiring layer 2a of the first base 1a and the wiring conductor of the external electric circuit board.
[0054]
The second base 1b has a linear thermal expansion coefficient of 2 × 10. -6 / ° C to 8 × 10 -6 / ° C. (40 to 400 ° C.), and the linear thermal expansion coefficient of the semiconductor element 6 (silicon: about 2.5 × 10 -6 / ° C .: 40 to 400 ° C.), the semiconductor element 6 is accommodated in the concave portion B of the second base 1b and bonded and fixed via the adhesive 10; A large thermal stress does not occur in the meantime, and as a result, the semiconductor element 6 can be securely and firmly fixed in the recess B of the second base 1b.
[0055]
The linear thermal expansion coefficient is 2 × 10 -6 / ° C to 8 × 10 -6 Specifically, the second substrate 1b at / ° C. (40 to 400 ° C.) is composed of 10 to 68 mol% BaO and 9 to 50 mol% SnO. 2 13-72 mol% B 2 O Three Oxide sintered body comprising, or Si component is SiO 2 25 to 80% by weight in terms of B, 15 to 70% by weight in terms of Ba component, and B component to B 2 O Three In terms of 1.5 to 5% by weight, Al component is Al 2 O Three 1 to 30% by weight in terms of Ca, and a Ca component containing 0 to 30% by weight in terms of CaO. For example, 10 to 68 mol% BaO, 9 to 50 mol% SnO 2 13-72 mol% B 2 O Three In the case of an oxide sintered body made of BaO, SnO 2 , B 2 O Three A green sheet (green sheet) is obtained by adding a binder mainly composed of an acrylic resin, a dispersant, a plasticizer, and an organic solvent to a raw material powder such as a slurry and adopting a doctor blade method or a calender roll method. After that, the green sheet is subjected to an appropriate punching process and a plurality of the green sheets are laminated and fired at a temperature of about 800 ° C. to 1200 ° C.
[0056]
The second substrate 1b is made of 10 to 68 mol% BaO and 9 to 50 mol% SnO. 2 13-72 mol% B 2 O Three When the BaO is less than 10 mol%, the dielectric loss increases and the electrical signal propagating through the second wiring layer 2 b is attenuated or delayed, and 68 mol%. If it exceeds, the mechanical strength of the second substrate 1b is greatly reduced. Accordingly, the amount of BaO constituting the oxide sintered body is specified to be 10 to 68 mol%.
[0057]
The oxide sintered body is SnO. 2 If it is less than 9 mol%, the sinterability is lowered and the mechanical strength becomes insufficient, and if it exceeds 50 mol%, the dielectric loss increases and the electric signal propagating through the second wiring layer 2b is attenuated or delayed. Resulting in. Accordingly, the oxide sintered body is composed of SnO. 2 Is specified as 9 to 50 mol%.
[0058]
Further, the oxide sintered body is B 2 O Three If it is less than 13 mol%, the firing temperature becomes high and it becomes difficult to fire simultaneously with the second wiring layer 2b made of a metal material such as copper, and if it exceeds 72 mol%, the chemical resistance is lowered and the crystal is reduced. The reliability as a device is low. Therefore, the oxide sintered body is composed of B constituting it. 2 O Three Is specified to be 13 to 72 mol%.
[0059]
The second substrate 1b has a second wiring layer 2b formed from the surface of the recess B to the outer surface, and an electrode of the semiconductor element 6 is bonded to a portion exposed on the surface of the recess B of the second wiring layer 2b. A portion connected via a conductive connecting member 11 such as a wire and led to the outer surface is connected to the first wiring layer 2a of the first base 1a and the wiring conductor of the external electric circuit board.
[0060]
The second wiring layer 2b is formed by simultaneous firing with the second substrate 1b. Since the firing temperature of the second substrate 1b is as low as about 800 to 1200 ° C., the specific electric resistance is 2.5 μΩ · cm (20 ° C.) or less. Low copper, gold, or silver can be used. For example, when it is made of copper, a metal sheet obtained by adding and mixing an appropriate organic solvent, organic binder, etc. to copper powder is used as a green sheet for the substrate 1 By printing and applying a predetermined pattern on the surface of the second substrate 1b by a screen printing method or the like, a predetermined pattern is formed at a predetermined position of the second substrate 1b.
[0061]
If the exposed surface of the second wiring layer 2b is covered with a plating layer (not shown) made of a metal having good corrosion resistance such as nickel, copper, and gold and good wettability of the brazing material, the second wiring layer 2b has a second structure. The oxidative corrosion of the wiring layer 2b can be satisfactorily prevented, and the wettability of the brazing material such as solder to the second wiring layer 2b can be improved, so that the second wiring with respect to the wiring conductor of the external electric circuit board can be obtained. The connection of the layer 2b can be made easier and more reliable. Accordingly, the exposed surface of the second wiring layer 2b is a plating layer of nickel, copper, gold or the like, for example, a nickel or nickel alloy plating layer having a thickness of 1 μm to 10 μm, which is sequentially deposited, and a thickness of 0.1 μm to 3 μm. It is preferable to coat with a gold plating layer.
[0062]
The second substrate 1b also has a semiconductor element 6 for receiving and fixing the temperature of the crystal resonator 5 accommodated and fixed in a recess B provided on the lower surface thereof. The semiconductor element 6 has a vibration frequency of the crystal resonator 5. By controlling the fluctuation with temperature change, the vibration frequency of the crystal unit 5 is always kept constant.
[0063]
The semiconductor element 6 is bonded and fixed to the bottom surface of the recess B provided on the lower surface of the second base 1b via an adhesive material 10 such as brazing material, glass, organic resin, etc. It is electrically connected to the second wiring layer 2b exposed in the concave portion B of the second base 1b through a conductive connecting member 11 such as a bonding wire.
[0064]
The semiconductor element 6 accommodated in the recess B of the second base 1b is hermetically sealed with a sealing resin 14 filled in the recess B.
[0065]
Further, the sealing of the semiconductor element 6 is not limited to that performed by the sealing resin 14, and may be performed by attaching a lid to the lower surface of the second base 1 b so as to close the recess B. Good.
[0066]
Further, the first base 1a for fixing and housing the crystal unit 5 and the second base 1b for fixing and storing the semiconductor element 6 are joined via a joining material 8 having an elastic modulus of 4 GPa or less.
[0067]
Since the bonding material 8 has an elastic modulus of 4 GPa or less and is soft and easily deformed, the heat generated by the semiconductor element 6 when the semiconductor element 6 is activated repeatedly acts on the first base 1a and the second base 1b. The heat generated by the semiconductor element 6 during operation of the semiconductor element 6 repeatedly acts on the two bases 1b, and a large thermal stress is repeatedly generated between the first base 1a and the second base 1b due to the difference in linear thermal expansion coefficient between the two bases 1b. The thermal stress is absorbed by appropriately deforming the bonding material 8, and as a result, it is disengaged between the first base 1 a and the second base 1 b and mechanically applied to the first base 1 a and the second base 1 b. There is no destruction, and the crystal resonator 5 accommodated in the first base 1a and the semiconductor element 6 accommodated in the second base 1b can be reliably electrically connected.
[0068]
The bonding material 8 is difficult to be deformed when its elastic modulus exceeds 4 GPa, and cannot effectively absorb the thermal stress generated between the first base 1a and the second base 1b. The first substrate 1a, the second substrate 1b, or the bonding material 8 is mechanically damaged, causing a problem such as breaking the hermeticity of the container 4 that accommodates the crystal resonator 5 and losing the function as a crystal device. . Therefore, the elastic modulus of the bonding material 8 is specified to be 4 GPa or less.
[0069]
As the bonding material 8 having an elastic modulus of 4 GPa or less, an epoxy resin to which rubber particles such as acrylic rubber and isoprene rubber are added is preferably used. As the epoxy resin, (ortho) cresol novolak type, phenol novolak type An epoxy resin such as naphthalene-based aralkyl type or polysulfide-modified type is preferably used.
[0070]
In this case, the elastic modulus of the bonding material 8 can be reduced by increasing the amount of rubber particles added to the epoxy resin, and the epoxy resin state (structure, degree of crosslinking, degree of polymerization, type of curing agent, etc.) can be reduced. Accordingly, the elastic modulus of the bonding material 8 can be set to 4 GPa or less by appropriately controlling the addition amount of the rubber particles. If the amount of the 3 rubber particles added to the epoxy resin exceeds 50% by weight, the shape retention of the bonding material 8 is greatly reduced, and it is difficult to firmly bond the first substrate 1a and the second substrate 1b. Tend to be. Therefore, when rubber particles are added to the epoxy resin, the addition amount is preferably set to 50% by weight or less within a range where the elastic modulus of the bonding material 8 is 4 GPa or less.
[0071]
Further, when the elastic modulus of the bonding material 8 is less than 1 GPa, the bonding material 8 tends to be deformed too easily, and it tends to be difficult to reliably and firmly bond the first base 1a and the second base 1b. Therefore, the elastic modulus of the bonding material 8 is preferably set to 4 GPa or less and 1 GPa or more.
[0072]
The first base 1a and the second base 1b are joined by the joining material 8 by positioning the first base 1a and the second base 1b through an uncured joining material obtained by adding rubber particles to an uncured epoxy resin. It can be performed by setting and curing the uncured epoxy resin by heating.
[0073]
The bonding material 8 having an elastic modulus of 4 GPa or less is not limited to the above-described epoxy resin composition, and is formed of a resin composition in which a filler component such as silica is added to a low elastic modulus thermosetting resin such as a silicone resin. May be.
[0074]
Thus, according to the crystal device 7 described above, the first wiring layer 2a and the second wiring layer 2b are connected to an external electric circuit, and a predetermined voltage is applied to the electrodes of the crystal resonator 5, whereby the crystal resonator 5 is predetermined. The crystal element 5 is compensated for temperature by the semiconductor element 6 and used as an accurate time and frequency reference source in an information processing apparatus such as a computer or an electronic apparatus such as a mobile phone. .
[0075]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, as shown in FIG. 2, the first wiring layer 2a If a protrusion 15 is formed on a part of the first protrusion 15, a certain space is secured between the first wiring layer 2 a and the crystal unit 5 as a protrusion 15, and sufficient fixing material 9 is provided in this space. Can penetrate into the first wiring layer 2a and can be bonded and fixed extremely firmly.
[0076]
Further, in the above-described crystal device 7, the concave portion A is provided on the upper surface of the first base 1a, and the crystal resonator 5 is accommodated in the concave portion A. As shown in FIG. 3, this is the flat first base 1a. The present invention can also be applied to a quartz crystal device 7 in which the quartz crystal resonator 5 is mounted and fixed thereon and the fixed quartz crystal resonator 5 is hermetically sealed with a bowl-shaped lid 3.
[0077]
【The invention's effect】
According to the present invention, the linear thermal expansion coefficient of the first base to which the crystal resonator is fixed is 14 × 10. -6 / ° C to 20 × 10 -6 / ° C. (40 to 400 ° C.), and the linear thermal expansion coefficient of the crystal resonator (18 × 10 -6 / ° C .: 40 to 400 ° C.), even if heat is applied to the crystal resonator and the first base, no large thermal stress is generated between them. It is possible to firmly bond and fix to the base body and to stably operate the crystal resonator.
[0078]
According to the present invention, the linear thermal expansion coefficient of the second base to which the semiconductor element for compensating the temperature of the crystal resonator is fixed is 2 × 10. -6 / ° C to 8 × 10 -6 / ° C. (40 to 400 ° C.), and the linear thermal expansion coefficient of the semiconductor element (2.5 × 10 -6 / ° C .: 40 to 400 ° C.), even if heat is applied to the semiconductor element and the second substrate, no large thermal stress is generated between them. As a result, the semiconductor element is applied to the second substrate. It is possible to firmly fix and fix the crystal resonator, and it is possible to accurately perform temperature compensation of the crystal resonator over a long period of time by the semiconductor element.
[0079]
Furthermore, according to the present invention, since the elastic modulus of the bonding material for bonding the first base and the second base is 4 GPa or less, it is caused by the difference in the linear thermal expansion coefficient between the first base and the second base. Even if a large thermal stress is generated between the two, the thermal stress is effectively absorbed by appropriately deforming the bonding material, and the first base, the second base, or the first base and the second base It is possible to effectively prevent mechanical destruction of the bonding material for bonding the crystal and complete the connection between the crystal unit and the semiconductor element, thereby improving the long-term reliability of the crystal device. it can.
[0080]
Furthermore, according to the present invention, the specific electrical resistance of the first wiring layer and the second wiring layer to which the crystal resonator and the semiconductor element are connected is set to a low value of 2.5 μΩ · cm (20 ° C.) or less. When a reference signal of a crystal resonator, a drive signal of a semiconductor element, or the like is propagated to the first wiring layer and the second wiring layer, the reference signal and the drive signal are not greatly attenuated, and the reference signal and the drive signal are not electrically connected. It becomes possible to propagate accurately and reliably between a circuit or a crystal resonator and a semiconductor element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a quartz crystal device of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part showing another embodiment of the quartz crystal device of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the quartz crystal device of the present invention.
[Explanation of symbols]
1a: First base
1b ... the second substrate
A ... Recess
B ・ ・ ・ ・ ・ ・ Recess
2a: First wiring layer
2b ... Second wiring layer
3 .. Lid
4 ... Container
5 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Quartz crystal unit
6. Semiconductor elements
7 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Quartz device
8 .... Joint material
9. Fixing material
10 ... Adhesive
11 ... Conductive connection member
12 ... Metallization layer for brazing
13 ... Metal frame
14 ... Sealing resin
15 ... Protrusions

Claims (1)

上面に搭載部を有し、該搭載部から外表面にかけて導出されている第1配線層を有する第1基体と、前記第1基体の搭載部に固定され、電極が前記第1配線層に接続されている水晶振動子と、下面に搭載部を有し、該搭載部から外表面にかけて導出されている第2配線層を有する第2基体と、前記第2基体の搭載部に固定され、電極が第2配線層に接続されている前記水晶振動子の温度補償を行なう半導体素子と、前記第1基体の下面と第2基体の上面とを接合する接合材とから成る水晶デバイスであって、
前記第1基体の線熱膨張係数が14×10-6/℃乃至20×10-6/℃(40〜400℃)、第2基体の線熱膨張係数が2×10-6/℃乃至8×10-6/℃(40〜400℃)、第1配線層及び第2配線層の比電気抵抗が2.5μΩ・cm以下であり、かつ前記接合材の弾性率が4GPa以下であることを特徴とする水晶デバイス。
A first base having a mounting portion on the upper surface and having a first wiring layer led out from the mounting portion to the outer surface, and fixed to the mounting portion of the first base, and an electrode connected to the first wiring layer A quartz resonator, a second base having a mounting portion on the lower surface and having a second wiring layer led out from the mounting portion to the outer surface, and an electrode fixed to the mounting portion of the second base A crystal device comprising: a semiconductor element for performing temperature compensation of the crystal resonator connected to the second wiring layer; and a bonding material for bonding the lower surface of the first base and the upper surface of the second base,
The linear thermal expansion coefficient of the first substrate is 14 × 10 −6 / ° C. to 20 × 10 −6 / ° C. (40 to 400 ° C.), and the linear thermal expansion coefficient of the second substrate is 2 × 10 −6 / ° C. to 8 × 10 −6 / ° C. (40 to 400 ° C.), the specific electric resistance of the first wiring layer and the second wiring layer is 2.5 μΩ · cm or less, and the elastic modulus of the bonding material is 4 GPa or less. A featured quartz device.
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