JPH06279103A - ガラス−セラミック複合体およびそれを用いたフラットパッケージ型水晶振動子 - Google Patents

ガラス−セラミック複合体およびそれを用いたフラットパッケージ型水晶振動子

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JPH06279103A
JPH06279103A JP5066577A JP6657793A JPH06279103A JP H06279103 A JPH06279103 A JP H06279103A JP 5066577 A JP5066577 A JP 5066577A JP 6657793 A JP6657793 A JP 6657793A JP H06279103 A JPH06279103 A JP H06279103A
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JP
Japan
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glass
ceramic composite
ceramic
whiskers
package
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JP5066577A
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English (en)
Inventor
Yoshihiro Goto
芳宏 後藤
Yoshinobu Mikazuki
義信 三ヶ月
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Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Kansai Nippon Electric Co Ltd
Original Assignee
Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Kansai Nippon Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】表面実装型の水晶振動子用パッケージにおい
て,水晶片の封止時や半田リフロー時の熱処理による共
振特性の変動を小さくすると共に、パッケージ厚みを薄
くする。 【構成】 熱膨張率が水晶片2のそれに近いガラス材料
とセラミック材料を組み合わせてパッケージ50を構成
する。さらに、前記材料にセラミックウイスカーを添加
し、抗折強度を補強する。さらに、ジルコニアの微粉を
微量添加し、焼成時にガラスを部分的に結晶化させ、抗
折強度として十分な強さを確保する。 【効果】 パッケージの材料組成を工夫して熱膨張率を
水晶片のそれに近似させたので、熱処理による共振特性
の変動を従来のセラミックパッケージと比較して大幅に
抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は信頼性の高い水晶振動子
用の面実装用フラットパッケージに関するものである。
【0002】
【従来の技術】水晶振動子等のデバイスを面実装部品と
して使用する場合、図3に示すようにアルミナを主材料
とするベース部材1に水晶片2を固着したのちアルミナ
を主材とするキャップ部材3をかぶせ、低融点のガラス
封止部4で気密封止して使用している。封止されたパッ
ケージ5は回路基板上に半田リフロー法等で実装され
る。パッケージを封止する際や、回路基板に実装する際
には、パッケージは加熱されるが、パッケージ5と、水
晶片2の熱膨張率が異なるため、加熱冷却後に水晶片2
に応力歪が発生する。そのため水晶片2の共振周波数が
変動し、目的とする周波数特性が得られない。その対策
として、例えば、ELECTRONICSUPDAT
E,No.4,pp.83−88,1990に述べられ
ている前記図3の構造のようにベース部材1に水晶片2
をばね性のサポータ6を介して固着した後、気密封止し
て使用している。あるいは図4のごとく特開平2−10
5710号公報に述べられているように、水晶片2の電
極リード部7を水晶片2の同じ端部に導き、水晶片2を
直接ベース部材1上にサポータを介さずに電極パッド部
8に固着する方法も提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
水晶振動子では、パッケージ5と水晶片2の熱膨張率が
異なるので、加熱冷却後に、応力歪が発生し水晶振動子
の共振周波数が変動し、目的とする周波数特性が得られ
ない。
【0004】また、前記課題を解決するために、水晶片
2をばね性のサポータ6を介してパッケージ5に接続す
る場合、製造コストが高くなる。また、パッケージ5が
厚くなる等の問題がある。
【0005】さらに、パッケージ5の主材料であるアル
ミナ(Al23 )は焼結温度が1500〜1600℃
であり、パッケージ5内部の配線導体を同時焼成する場
合、導体として、タングステン(W)、モリブデン(M
o)等の高融点金属を使用する必要がある。これら高融
点金属は電気伝導率が低く、また半田付けができないの
で、ニッケル(Ni)メッキ、及び金(Au)メッキを
施す必要がある。そのため製造時に,工数,コストとも
多大なものとなっている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のガラス−セラミ
ック複合体は、熱膨張係数が100〜150×10-7
℃のガラス中にフォルステライトを30〜70重量%分
散させたガラス−セラミック混合物中にウイスカーを前
記ガラス−セラミック混合物に対して5〜30重量%添
加したことを特徴とする。
【0007】また、前記ガラスは重量%で、SiO2
0〜70%、Al23 2〜8%、CaO5〜15%、
23 1〜8%、R2 O(但し、RはNa,K,およ
びLiから選ばれる1種類以上とする)10〜25%の
組成物を含むことを特徴とする。
【0008】また前記ガラス及びセラミックは平均粒径
が1〜3μmであって、かつ前記ウイスカーは直径0.
1〜2μm、長さ10μm以下であることを特徴とす
る。
【0009】また、前記ウイスカーは、アルミナ(Al
23 )、窒化珪素(Si34 )、チタン酸カリウム
(K2 Ti613)、酸化マグネシウム(MgO)、マ
グネシウムパイロボレート(Mg225 )のいずれ
かであることを特徴とする。
【0010】また、前記ガラス−セラミック複合体中に
ジルコニア微粉末(0.1〜1μm)を0.2〜5重量
%添加したことを特徴とする。
【0011】また、フラットパッケージ型水晶振動子に
おいては、両面に電極リード部を配した水晶片と前記水
晶片に電気的かつ機械的に接続される一対の電極パッド
部を有するベース部材と、キャップ部材を備え、前記ベ
ース部材及びキャップ部材を前記ガラス−セラミック複
合体を用いて形成したことを特徴とする。
【0012】
【作用】パッケージ材料と水晶板の熱膨張率が整合する
ので、加熱冷却後に水晶片の残留歪が低減され、共振周
波数の変動が抑えられる。
【0013】パッケージ材料中にウイスカーを添加した
ので抗折強度が向上し、従来よりもパッケージの厚さを
薄くすることができる。
【0014】また、ジルコニア(ZnO2 )を微量混合
させることにより、焼成時にガラスを部分的に結晶化さ
せることができ、セラミックウイスカーの添加との相乗
効果を高め、抗折強度をさらに向上させることができ
る。パッケージの焼成温度を低下できると共に、内部導
体を同時焼成する場合、Ag,Ag/Pd,Ag/Au
等の電気伝導率が高い低融点金属を使用できる。またこ
れらの金属材料の比率を選択することにより、半田付け
が可能になるためメッキ工程を必要としない。
【0015】よって、水晶振動子の周波数特性の変動が
少なく、またサポート部材が不要なため従来よりも厚さ
の薄い高信頼なパッケージを供給することが可能にな
る。さらに製造コストが低減し、製造工期も短縮され
る。
【0016】
【実施例】以下、本発明について実施例に基づいて、表
1と表2と図1を用いて詳細に説明する。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】まず、表1と表2に示すガラス及び、セラ
ミック、添加物(ジルコニア)を湿式ボールミルで粉砕
混合を行い、濾過,らいかい,乾燥後、表1と表2に示
すセラミックウイスカーを所定量添加して乾式混合を行
った。混合粉末にPVAからなるバインダーを混合し、
粉末成形プレスをおこない、800℃〜1000℃で焼
成したのち直方体に切断し、抗折強度、熱膨張率を測定
した。それらの測定結果を表1と表2に示す。これよ
り、本発明のガラス−セラミック複合体の熱膨張率は約
100〜140×10-7/℃と大きく、またジルコニア
を混合したものは抗折強度が3000Kg/cm2 以上
に改善させることがわかった。ジルコニアを添加し焼成
したものは示差熱分析およびX線回折の結果、部分的に
結晶化していることが確認された。
【0020】また、セラミックウイスカーとして、チタ
ン酸カリウム(K2 Ti613)、酸化マグネシウム
(MgO)、マグネシウムパイロボレート(Mg22
5 )を添加したロットの熱膨張率は表1と表2に示す
ようにセラミックウイスカー無添加のロットとほぼ同じ
熱膨張率を示すが、アルミナ(Al23 )、窒化珪素
(Si34 )を添加したロットは、セラミックウイス
カー無添加ロットよりも低い熱膨張率を示した。また、
セラミックウイスカーを添加したロットは無添加ロット
に比較して、いずれも抗折強度は高くなった。なお、ウ
イスカーの熱膨張率は母材であるガラス−セラミックの
熱膨張率にできるだけ近い方が望ましい。
【0021】次に、水晶振動子用パッケージの特性を調
査するために、表1の実施例1に示す組成原料粉末を使
用して以下に述べる製造工程に従って、図1に示す構造
のパッケージ50を作成した。
【0022】(a)前記材料とバインダー材、溶剤を混
合し、スラリーを製造して、ドクターブレード法により
厚さ100〜300μmのグリーンシートを作成する。
【0023】(b)前記グリーンシートにスルーホール
を形成し、Agペーストをスクリーン印刷し、スルーホ
ールを充填するとともに内部導体部を形成する。
【0024】(c)別のグリーンシートにAg/Pdペ
ーストをスクリーン印刷し、外部取出し電極部を形成す
る。
【0025】(d)別のグリーンシートに水晶振動子の
キャビティ用の穴を打ち抜く。
【0026】(e)前記(b)〜(d)のグリーンシー
ト及びダミーのグリーンシートを積層し100℃で10
0〜200Kg/cm2 の圧力でホットプレスする。
【0027】(f)前記積層体を脱バインダーし、80
0℃〜1000℃で焼成する。
【0028】(g)焼成された積層体を切断し、図1に
示すパッケージのベース部材1を得る。
【0029】(h)ベース部材1と同じ混合粉末を用い
てパッケージのキャップ部材3を粉末プレスにより形成
し、800℃〜1000℃で焼成しキャップ部材3を得
る。
【0030】(i)前記ベース部材1に予め低融点のガ
ラス封止部4を形成しておき、図1に示す構成で前記ベ
ース部材1上の電極パッド部80と水晶片2の電極リー
ド部7を導電性接着剤で固着したのち、前記キャップ部
材3で封止し、水晶振動子用パッケージ50を完成す
る。
【0031】完成した水晶振動子の共振周波数の熱処理
温度依存性を従来品と比較して調査した。水晶振動子を
40個作成し、まず室温にてそれぞれの共振周波数(f
0)をスペクトラムアナライザーで測定した。次に各1
0個をそれぞれ、100℃,200℃,300℃,40
0℃で約30分加熱処理し、室温まで冷却し、熱処理後
の共振周波数(f(T))を測定し、式1に従い△f/
f0を求めた。
【0032】
【式1】
【0033】測定結果を図2に示す。図2中には前記図
3に示すアルミナを主材とする従来タイプのパッケージ
で封止された水晶振動子の結果も併せて示した。本発明
による水晶振動子の熱処理による共振周波数の変動は従
来タイプに比較し、約1/4倍に抑えられていることが
分かる。
【0034】
【実施例2】表1と表2に示す実施例2,実施例3,実
施例4,および実施例5の組成の原料粉末を使用して、
実施例1で述べた手順に従い、水晶振動子用パッケージ
50を試作し水晶片2を組み込んで完成した水晶振動子
の共振周波数の熱処理温度依存性を従来品と比較して調
査したところ、図2に示す実施例1とほぼ同様な結果が
得られた。
【0035】
【発明の効果】水晶振動子の熱膨張率とパッケージの熱
膨張率が整合するため、パッケージの封止時及び封止後
の熱処理において水晶振動子の周波数特性が変動しにく
くなり、高品質のフラットパッケージ型高信頼な水晶振
動子を得ることができる。
【0036】また、熱処理時の応力歪を吸収するための
ばね性のサポート部材が不要になると共にパッケージの
強度が高いため、パッケージの厚さを薄く設計できる。
さらに、パッケージの焼成温度を下げられるため安価な
焼成炉を使用することができ製造コストを低減できる。
また、外部電極取出し部にメッキをする必要がないの
で、メッキに関わる製造コストが不要で製造工数も短縮
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例であるガラス−セラミック
パッケージを用いた水晶振動子の分解斜視図
【図2】 本発明の一実施例であるガラス−セラミック
パッケージを使用した水晶振動子の共振周波数の熱処理
温度依存性を示す図
【図3】 従来のセラミックパッケージを用いた水晶振
動子の分解斜視図
【図4】 他の従来のセラミックパッケージを用いた水
晶振動子の分解斜視図
【符号の説明】
1 ベース材料 2 水晶片 3 キャップ部材 4 ガラス封止部 50 パッケージ 6 サポータ 7 電極リード部 80 電極パッド

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱膨張係数が100〜150×10-7/℃
    のガラス中にフォルステライト(2MgO・SiO2
    を30〜70重量%分散させたガラス−セラミック混合
    物中に補強材としてウイスカーを前記ガラス−セラミッ
    ク混合物重量に対し5〜30重量%添加することを特徴
    とするガラス−セラミック複合体。
  2. 【請求項2】前記ガラスは重量%表示で、SiO2 50
    〜70%、Al23 2〜8%、CaO5〜15%、B
    23 1〜8%、R2 O(但し、RはNa,K,および
    Liから選ばれる1種類以上とする)10〜25%の組
    成物からなる請求項1記載のガラス−セラミック複合
    体。
  3. 【請求項3】前記ガラス及びセラミックは平均粒径が1
    〜3μmの粉末であって、かつ前記ウイスカーは、直径
    が0.1〜2μmで、長さが10μm以下であることを
    特徴とする請求項1記載のガラス−セラミック複合体。
  4. 【請求項4】前記ウイスカーは,アルミナ(Al2
    3 )、窒化珪素(Si34 )、チタン酸カリウム(K
    2 Ti613)、酸化マグネシウム(MgO)、マグネ
    シウムパイロボレート(Mg225 )のいずれかで
    あることを特徴とする請求項1記載のガラス−セラミッ
    ク複合体。
  5. 【請求項5】前記ガラス−セラミック複合体中にジルコ
    ニア(ZrO2 )微粉末(粒径0.1〜1μm)を0.
    2〜5重量%添加することを特徴とする請求項1記載の
    ガラス−セラミック複合体。
  6. 【請求項6】両面に電極リード部を配した水晶片と、前
    記水晶片に電気的かつ機械的に接続される一対の電極パ
    ッド部を有するベース部材と、キャップ部材を備え、前
    記ベース部材及びキャップ部材を請求項1,2,3,
    4,5に記載のガラス−セラミック複合体を用いて形成
    されることを特徴とするフラットパッケージ型水晶振動
    子。
JP5066577A 1993-03-25 1993-03-25 ガラス−セラミック複合体およびそれを用いたフラットパッケージ型水晶振動子 Pending JPH06279103A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140100434A (ko) * 2013-02-06 2014-08-14 티디케이가부시기가이샤 유전체 자기 조성물, 전자 부품 및 복합 전자 부품

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140100434A (ko) * 2013-02-06 2014-08-14 티디케이가부시기가이샤 유전체 자기 조성물, 전자 부품 및 복합 전자 부품
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Effective date: 20020730