JPH0786860A - 水晶振動子 - Google Patents

水晶振動子

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JPH0786860A
JPH0786860A JP13216694A JP13216694A JPH0786860A JP H0786860 A JPH0786860 A JP H0786860A JP 13216694 A JP13216694 A JP 13216694A JP 13216694 A JP13216694 A JP 13216694A JP H0786860 A JPH0786860 A JP H0786860A
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JP
Japan
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glass
package
composite material
crystal
crystal resonator
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JP13216694A
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Noriyuki Tanaka
規幸 田中
Tsuneo Hayashi
恒夫 林
Toshiyuki Kasashima
敏之 笠島
Norio Shimizu
紀夫 清水
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Mimaki Electronic Component Co Ltd
Original Assignee
Mimaki Electronic Component Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 水晶振動子において製造コストを低減させ、
加工性および寸法精度を向上させる。 【構成】 パッケージの絶縁材料にチタン酸アルカリ繊
維およびガラスの複合材料を主体として用いる。チタン
酸アルカリ繊維と、ガラス粉と、結晶性セラミック粉
と、バインダとを混合し、加圧成形、焼成して製造す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子回路素子として利用
する。特に、水晶振動子のパッケージング技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】水晶振動子のパッケージングには気密性
を必要とするため、従来から金属性のパッケージング材
料によるハーメチック・シールが用いられてきた。近
年、移動電話やコードレス電話機に水晶振動子が用いら
れるようになって、振動および衝撃に対する規格が厳し
くなり、このため水晶振動子を複数の支点で支持する構
造ではなく、平面全体で支持するフェイスマウント法な
どが検討されるようになった。また、これにより形状も
平面的なものが必要になった。一方、導電材料である金
属材料によるパッケージングではフェイスマウントを行
うには適当ではなく、絶縁材料、すなわちセラミックス
によるパッケージングが検討されはじめている。セラミ
ックスとしては、アルミナ(酸化アルミニウム)焼結体
あるいはガラスが検討されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】アルミナ焼結体は、代
表的セラミックスであるので、性能的にはすぐれている
と期待できるが、焼結温度が摂氏1000度を越えるの
で、製造コストが高いことと、硬いことによる加工性が
悪いことが、水晶振動子のパッケージとして採用するに
はなお検討すべき問題がある。一方、ガラスは比較的低
温で変形加工ができるから、成形および加工性に優れる
が寸法精度が悪く製造歩留りが低下するなどの問題があ
る。
【0004】本発明は、このような背景に行われたもの
であり、製造コストが安価であり、加工性がよく、寸法
精度の高いパッケージを用いた水晶振動子およびその製
造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点は、
水晶振動子であり、その特徴とするところは、パッケー
ジの絶縁材料がチタン酸アルカリ繊維およびガラスの複
合材料を主体とするところにある。あるいは、前記チタ
ン酸アルカリ繊維の少なくとも一部がチタン酸アルカリ
粒子であることもできる。
【0006】このチタン酸アルカリ繊維はチタン酸カリ
ウム繊維であることが望ましい。あるいは、このチタン
酸アルカリ粒子はチタン酸カリウム粒子であることもで
きる。また、前記絶縁材料に、二酸化ケイ素、酸化アル
ミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタンの一以上を含
むセラミックスとすることができる。前記ガラスは、遷
移金属を含むことが望ましい。前記遷移金属は、コバル
ト、ニッケルの少なくとも一方であることが望ましい。
【0007】本発明の第二の観点は、水晶振動子パッケ
ージの製造方法でありその特徴とするところは、チタン
酸アルカリ繊維と、ガラス粉と、結晶性セラミック粉
と、バインダとを混合する工程と、この混合された材料
を加圧成形する工程と、加圧成形された材料を焼成する
工程とを含むところにある。あるいは、チタン酸アルカ
リ繊維と、ガラス粉と、セラミック粉と、バンイダと、
溶媒とを混合しスラリーを生成する工程と、このスラリ
ーをシートに形成する工程と、このシートを複数枚積層
加熱圧着して加圧成形する工程と、加圧成形された材料
を焼成する工程とを含むこともできる。この焼成する工
程は、加圧しながら実行されることが望ましい。前記パ
ッケージは、その表面に金属メッキを施すこともでき
る。
【0008】まず、本発明の複合材料は、チタン酸アル
カリ系繊維(チタン酸カリウム、チタン酸ナトリウム、
酸化チタン)を強化材料とし、ガラスをマトリックスと
したセラミックス系複合材料である。チタン酸アルカリ
およびガラスのそれぞれの特徴および組合せにより発生
する特徴が期待できる。それは、1)チタン酸アルカリ
系繊維は、複合材料を強化し、歪みなどの発生を防止す
る、2)チタン酸アルカリ系繊維は、複合材料の寸法精
度を向上させる、3)チタン酸アルカリ系繊維は、ガラ
スの流動性を制御し、成形性を確保する、4)チタン酸
アルカリ系繊維は、複合材料に機械加工性を生み出す、
5)チタン酸アルカリ系繊維は、複合材料に直接メッキ
を可能とし、パッケージに回路を形成することを可能と
する、6)チタン酸アルカリ系繊維は、赤外線反射率が
高く、複合材料の水晶振動子の熱保護機能が期待でき
る、7)ガラスは、複合材料の焼結温度を摂氏1000
度以下にし、気密性を確保する、8)ガラスは、摂氏5
00度以下の温度で流動性をもち、複合材料の成形性を
確保する、9)ガラスは、種類が多く、機能も多いので
ガラスを選択することにより、複合材料にいろいろな機
能を付与することが期待できる、10)9)の一つの例
として、コバルトやニッケルなどの遷移金属を含むガラ
スを用いることにより、水晶振動子の端子部金属を直
接、複合材料に埋設することを可能とし、かつ気密性を
確保できる、11)チタン酸アルカリ系繊維以外に、二
酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸
化チタンなどのセラミックス粉体を添加すると、ガラス
の流動性を制御することができ、複合材料の成形性、寸
法精度、焼成条件などを改善することが可能である。
【0009】次に、パッケージ製造プロセスとして、チ
タン酸アルカリ系繊維、ガラス粉、セラミック粉を混
合、成形、焼成して製品とし水晶振動子をパッケージン
グする。チタン酸アルカリ繊維は、チタン酸カリウム繊
維が中心であるが、チタン酸ナトリウム繊維およびチタ
ン酸アルカリ繊維より誘導した二酸化チタン繊維でもよ
い。繊維長は、通常50〜100μmのものを用いる
が、これよりも短くても、長くても利用することができ
る。チタン酸アルカリ繊維のアルカリ成分は、加熱によ
りしばしばガラス成分に移行する。
【0010】ガラス粉は、通常100メッシュ以下のも
のを利用するが、成形性や焼結性を考慮して自由に変え
ることができる。ガラス粉の調合量は、通常、重量比で
30〜70%であるが、この範囲以外でも複合材料をつ
くることが可能である。ガラスの量が増えると、焼成温
度が低下し、焼成時の変形がおこりやすくなる。また、
ガラス量が少ないと、焼成温度が高くなる。
【0011】セラミック粉は、チタン酸アルカリ繊維と
同等の機能を有するが、通常、必要があればチタン酸ア
ルカリ系繊維の量の30%以下の量を添加することが望
ましい。チタン酸アルカリ系繊維の量の30%を越える
量を置き換えても複合材料をつくることができる。
【0012】混合には、原料をできるだけ均一に混合す
ることが必要で、かつ、繊維を切断しないように配慮す
ることが必要である。一般的には、湿式混合をするのが
好ましい。また、このとき必要があればバインダを添加
する。湿式混合の場合は混合後乾燥する必要がありこの
とき造粒してもよい。
【0013】成形には原料粉を用いて100kg/cm
2 以上の圧力で加圧成形することが望ましい。また、原
料粉に適当なバインダー、溶媒を添加混合してスラリー
状とし、これをドクターブレード法やカレンダーロール
法によりグリーンシート(生シート)を形成し、それを
型で積層加圧成形することもできる。成形時に端子の金
属部分を組み込むことができる。
【0014】焼成には、成形した圧粉体を焼成するが、
加圧しながら焼成することがよい。焼成温度は、摂氏7
00度〜摂氏900度が適当であるが、ガラスの種類お
よび組成により必ずしもこの温度でなくてもよい。焼成
時間は、10〜30分が適当である。
【0015】
【発明の効果】チタン酸カリウム、チタン酸ナトリウ
ム、酸化チタン等のチタン酸アルカリ系繊維を強化材料
とし、ガラスをマトリックスとしたセラミックス系複合
材料を用いることにより、複合材料の強化、歪みなどの
発生の防止、寸法精度の向上、成形性の確保、機械加工
性の向上、メッキ加工性の向上、熱反射性能の向上、気
密性を確保、材料機能の多様性の向上、端子部金属を直
接、複合材料に埋設する性能の向上などがはかれる。
【0016】これにより、複合材料の成形性、寸法精
度、焼成条件などを改善することができる。
【0017】本発明によれば量産性に優れ、製造歩留り
がよく、製造コストを安価にすることができる。
【0018】
【実施例】図1に本発明第一ないし第三実施例の水晶パ
ッケージの構造を示す。図2に本発明第四および第五実
施例の水晶パッケージの構造を示す。図3に本発明第六
実施例の水晶パッケージ構造を示す。
【0019】〔第一実施例〕平均繊維長60μmの六チ
タン酸カリウム繊維とそれぞれの重量%がSiO2が5
6%、Al2 3 が15%、CaO+MgOが21%、
2 3 が8%のEガラスであるガラス長繊維用無アル
カリガラスの100メッシュアンダー粉末を重量比で
1:1になるように秤取り、少量のバインダーを加え良
く混合した。混合時間は、1時間のものと3日間のもの
とを用いた。混合粉を金型にて加圧成形し、圧粉体を得
た。圧粉体を黒鉛板上に並べ、あらかじめプログラムさ
れた電気炉にて、摂氏800度で30分焼成し、プログ
ラムにしたがって室温まで冷却した。この焼成体の断層
観察を行ったところ、混合時間1時間のものは繊維状の
ものが多く観察された。しかし、3日間混合したものに
ついては繊維量が減少しているものが観察された。
【0020】焼成体は、図1(a)のベース1の部分お
よび図1(b)のカバー2の部分の二種類を作成した。
ベース1には金の蒸着により、リード部分5を形成し、
外部端子30の部分は銀ペーストを焼き付けることによ
り設けた。これに、水晶片10を組み込み、窒素雰囲気
中でカバー2の部分をハンダガラスを用いて加熱封着し
た。また、リード部分5の位置を変更して外部端子30
の代わりに外部端子32を用いることも試作した。図1
に示す例は、サイズが図示のように11.6×5.5m
mであるが、さらに小さいサイズ、例えば4×2mm程
度のものについても同様に実施できる。
【0021】〔第二実施例〕平均繊維長60μmの六チ
タン酸カリウム繊維に本発明第一実施例と同じ組成のE
ガラスによるガラス長繊維用無アルカリガラスの100
メッシュアンダー粉末および石英の100メッシュアン
ダー粉末を重量比で1:0.8:0.2になるように秤
取り、少量のバインダーを加え良く混合したものと、石
英の代わりに100メッシュアンダーのアルミナ粉末を
用い、重量比で1:0.9:0.1になるように秤取
り、良く混合したものとをそれぞれ作った。混合時間
は、1時間のものと3日間のものとを用いた。それぞれ
の混合粉を金型にて加圧成形し、圧粉体を得た。圧粉体
を黒鉛板上に並べ、あらかじめプログラムされた電気炉
にて、摂氏800度で30分焼成し、プログラムにした
がって室温まで冷却した。この焼成体の断層観察を行っ
たところ、混合時間1時間のものは繊維状のものが多く
観察された。しかし、3日間混合したものについては繊
維量が減少しているものが観察された。
【0022】焼成体は、本発明第一実施例と同様に、図
1(a)のベース1の部分および図1(b)のカバー2
の部分の二種類を作成した。ベース1には金の蒸着によ
り、リード部分5を形成し、外部端子30の部分は銀ペ
ーストを焼き付けることにより設けた。これに、水晶片
10を組み込み、窒素雰囲気中でカバー2の部分をハン
ダガラスを用いて加熱封着した。また、リード部分5の
位置を変更して外部端子30の代わりに外部端子32を
用いることも試作した。
【0023】〔第三実施例〕平均繊維長100μmの四
チタン酸カリウム繊維とシリカの100メッシュアンダ
ー粉末を重量比で1:0.6になるように秤取り、少量
のバインダーを加え良く混合した。混合時間は、1時間
のものと3日間のものとを用いた。混合粉を金型にて加
圧成形し、圧粉体を得た。圧粉体を黒鉛板上に並べ、あ
らかじめプログラムされた電気炉にて摂氏950度で1
時間焼成し、プログラムにしたがって室温まで冷却し
た。焼成体を粉末X線回折分析により、調べたところ六
チタン酸カリウム、石英、ガラスであることが確認でき
た。さらに、この焼成体の断層観察を行ったところ、混
合時間1時間のものは繊維状のものが多く観察された。
しかし、3日間混合したものについては繊維量が減少し
ているものが観察された。
【0024】焼成体は、本発明第一実施例と同じく図1
(a)のベース1の部分および図1(b)のカバー2の
部分の二種類のものを作った。ベース1には金の蒸着に
よりリード部分5を形成し、外部端子30の部分は銀ペ
ーストを焼き付けることにより作った。これに水晶片1
0を組み込み、窒素雰囲気中でカバー2をハンダガラス
を用いて加熱封着した。組み立てたものの気密試験およ
び発振試験などの評価を行ったところ良好な結果を得
た。また、リード部分5の位置を変更して外部端子30
の代わりに外部端子32を用いることも試作した。
【0025】〔第四実施例〕本発明第三実施例と同じ原
料および配合比を用い、その混合原料粉に適当なバイン
ダー、溶媒を添加混合してスラリー状とし、これをドク
ターブレード法やカレンダーロール法によりグリーンシ
ート(生シート)を生成する。得られたグリーンシート
を所定の大きさに切断した後に、複数枚を積層加熱圧着
により積層加圧成形体とした。
【0026】得られた積層加圧成形体を図1(a)のベ
ース1の部分および図1(b)のカバー2の部分の形状
になるように打ち抜き金型と積層加熱圧着による加圧成
形により成形体を作成した。成形体を黒鉛板上に並べ、
あらかじめプログラムされた電気炉にて摂氏950度で
1時間焼成し、プログラムにしたがって室温まで冷却し
た。
【0027】ベース1には金の蒸着によりリード部分5
を形成し、外部端子30の部分は銀ペースとを焼き付け
ることにより作った。これに水晶片10を組み込み、窒
素雰囲気中でカバー2をハンダガラスを用いて加熱封着
した。組み立てたものの気密試験および発振試験などの
評価を行ったところ良好な結果を得た。また、リード部
分5の位置を変更して外部端子30の代わりに外部端子
32を用いることも試作した。
【0028】〔第五実施例〕平均繊維長80μmの六チ
タン酸カリウム繊維と鉄との反応性の良好なグラスライ
ニング用ガラスより開発した、それぞれの重量%がSi
2 が51%、R2Oが21%(R=Na、K、L
i)、CaOが5%、B2 Oが10%、Al2 3 が9
%、CoO+NiOが4%の遷移金属を含むガラスの1
00メッシュアンダー粉末を重量比で1:1になるよう
に秤取り、少量のバインダーを加え良く混合した。混合
時間は、1時間のものと3日間のものとを用いた。混合
粉を金型にて加圧成形し、圧粉体を得た。このとき、コ
バール製端子20を粉体中に埋め込み一体成形した。圧
粉体を黒鉛板上に並べ、あらかじめプログラムされた電
気炉にて摂氏700度で15分焼成し、プログラムにし
たがって室温まで冷却した。この焼成体の断層観察を行
ったところ、混合時間1時間のものは繊維状のものが多
く観察された。しかし、3日間混合したものについては
繊維量が減少しているものが観察された。
【0029】焼成体は、図2(a)に示すベース1の部
分および図2(b)に示すカバー2の部分の二種類のも
のを作った。ベース1のコバール製端子20と複合材料
との界面は、ガラスによりグラスライニングと同じよう
に反応し、密着していることを走査電子顕微鏡で確認す
ることができた。コバール製端子20先端部分にさら
に、銀ペーストを焼き付けることにより外部端子30を
作った。これに、水晶片10を組み込み、窒素雰囲気中
で図2(b)のカバー2の部分をハンダガラスを用いて
加熱封着した。また、コバール製端子20の位置を変更
して外部端子30の代わりに外部端子32を用いること
も試作した。
【0030】〔第六実施例〕本発明第五実施例と同じ原
料を用い、同じ方法で図2(a)に示すベース1の部分
を作った。また、本発明第二実施例と同じ原料を用い、
同じ方法で図2(b)に示すカバー2の部分を作った。
【0031】〔第七実施例〕本発明第五実施例と同じ原
料を用い、同じ方法で図3(a)に示す外周部に溝3を
設けた焼結体であるベース1を作った。コバール製端子
20を埋め込み、銀ペーストを焼き付けることにより外
部端子30を作った。これに、水晶片10を組み込み、
図3(b)に示すコバール製のカバー2を溝3にはめこ
み、窒素雰囲気中でハンダガラスを用いてこれを加熱封
着した。また、コバール製端子20の位置を変更して外
部端子30の代わりに外部端子32を用いることも試作
した。
【0032】〔第八実施例〕本発明第五実施例と同じ原
料および配合比を用い、その混合原料を適当なバインダ
ー、溶媒を添加混合してスラリー状とし、これをドクタ
ーブレード法やカレンダーロール法によりグリーンシー
トを作成した。得られたグリーンシートを所定の大きさ
に切断した後に、複数枚を積層加熱圧着により積層加圧
成形体とした。得られた積層加圧成形体を図2(a)の
ベース1の形状になるように打ち抜き金型と積層加熱圧
着による加圧成形により、成形体を製作した。このと
き、コバール製端子20を成形体中に埋め込み一体成形
した。また、本発明第三実施例と同じ原料および方法に
て図2(b)のカバー2を製作した。成形体を黒鉛上に
並べ、あらかじめプログラムされた電気炉にて、図2
(a)のベース1は摂氏700度で15分焼成し、図2
(b)のカバー2は摂氏950度で1時間焼成し、プロ
グラムにしたがって室温まで冷却した。
【0033】コバール製端子20先端部分にさらに、銀
ペーストを焼き付けることにより外部端子30を作っ
た。これに、水晶片10を組み込み、窒素雰囲気中で図
2(b)のカバー2の部分をハンダガラスを用いて加熱
封着した。組み立てたものの気密試験および発振試験な
どの評価を行ったところ良好な結果を得た。また、リー
ド部分5の位置を変更して外部端子30の代わりに外部
端子32を用いることも試作した。
【0034】〔第九実施例〕本発明第三実施例と同じ原
料を用い、同じ方法にて図1(a)のベース1の部分お
よび図1(b)のカバー2の部分の2種類のものを作っ
た。ベース1には金の蒸着によりリード部分5を形成
し、外部端子30の部分は銀ペーストを焼き付けること
により作った。
【0035】カバー2の上面には本発明の複合材料の特
徴の一つである直接メッキができる特徴を利用して、サ
ンドペーパーや化学エッチング法を用いて表面を粗した
後、無電界銅メッキを施工し更に、電気ニッケルメッキ
を行ったカバー2を作った。これに水晶片10を組み込
み、窒素雰囲気中でカバー2をハンダガラスを用いて加
熱封着した。その後、カバー2上面とベース1底面とに
導通回路を設けて組立て試料とした。
【0036】〔第十実施例〕本発明第五実施例と同じ原
料を用い、同じ方法にて図2(a)のベース1の部分お
よび図2(b)のカバー2の部分の2種類のものを作っ
た。カバー2の全面に本発明の複合材料の特徴の一つで
ある直接メッキができる特徴を利用して、サンドペーパ
ーや化学エッチング法を用いて表面を粗した後、無電界
銅メッキを施工し更に、電気ニッケルメッキを行ったカ
バー2を作った。また、ベース1のカバー2と接する箇
所においても同様な処理を施した。
【0037】これに水晶片10を組み込み、窒素雰囲気
中で図2(b)のカバー2を銀ロウを用いて封止した。
その後、カバー2とベース1底面とに導通回路を設けて
組立て試料とした。
【0038】本発明第九および十実施例について、組立
試料の耐ノイズ評価テストを行ったところ、良好な結果
が得られた。
【0039】本発明第一ないし第十実施例について、組
み立てた試料の気密性耐高温高湿加圧性耐衝撃性
の評価のために試験を行ったところ表1に示すように良
好な結果を得た。
【0040】
【表1】 気密性については、7kg/cm2 に加圧したヘリウ
ムガス内に試料を非動作で48時間放置した。この試験
を20回繰り返し行なったところ、ΔF/Fが±10p
pmを越えるものはなかった。また、ΔCI/CIが1
5%を越えるものはなかった。
【0041】耐高温高湿加圧性については、2気圧、
摂氏121度、湿度100%の圧力釜内に試料を非動作
で48時間放置した。この試験を20回繰り返し行った
ところ、ΔF/Fが±10ppmを越えるものはなかっ
た。ΔCI/CIが15%を越えるものはなかった。
【0042】耐衝撃性については、高さ75cmから
3cmの堅い板に試料を3回落下させる試験を50回繰
り返し行なったところ、ΔF/Fが±10ppmを越え
るものはなかった。また、ΔCI/CIが15%を越え
るものはなかった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第一ないし第三実施例のパッケージ構成
を示す図。
【図2】本発明第四および第五実施例のパッケージ構成
を示す図。
【図3】本発明第六実施例のパッケージ構成を示す図。
【符号の説明】
1 ベース 2 カバー 3 溝 5 リード部分 10 水晶片 20 コバール製端子 30、32 外部端子
フロントページの続き (72)発明者 笠島 敏之 長野県小県郡東部町大字滋野乙1382番地1 ミマキ電子部品株式会社内 (72)発明者 清水 紀夫 東京都立川市柴崎町4丁目5番32号

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パッケージの絶縁材料がチタン酸アルカ
    リ繊維およびガラスの複合材料を主体とする水晶振動
    子。
  2. 【請求項2】 前記チタン酸アルカリ繊維の少なくとも
    一部がチタン酸アルカリ粒子である請求項1記載の水晶
    振動子。
  3. 【請求項3】 チタン酸アルカリ繊維はチタン酸カリウ
    ム繊維である請求項1記載の水晶振動子。
  4. 【請求項4】 チタン酸アルカリ粒子はチタン酸カリウ
    ム粒子である請求項2記載の水晶振動子。
  5. 【請求項5】 前記絶縁材料に、二酸化ケイ素、酸化ア
    ルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタンの一以上を
    含む請求項1または2記載の水晶振動子。
  6. 【請求項6】 前記ガラスは、遷移金属を含む請求項1
    記載の水晶振動子。
  7. 【請求項7】 前記遷移金属は、コバルト、ニッケルの
    少なくとも一方である請求項6記載の水晶振動子。
  8. 【請求項8】 チタン酸アルカリ繊維と、ガラス粉と、
    セラミック粉と、バインダとを混合する工程と、 この混合された材料を加圧成形する工程と、 加圧成形された材料を焼成する工程とを含むことを特徴
    とする水晶振動子パッケージの製造方法。
  9. 【請求項9】 チタン酸アルカリ繊維と、ガラス粉と、
    セラミック粉と、バンイダと、溶媒とを混合しスラリー
    を生成する工程と、 このスラリーをシートに形成する工程と、 このシートを複数枚積層加熱圧着して加圧成形する工程
    と、 加圧成形された材料を焼成する工程とを含むことを特徴
    とする水晶振動子パッケージの製造方法。
  10. 【請求項10】 焼成する工程は、加圧しながら実行さ
    れる請求項8または9記載の水晶振動子パッケージの製
    造方法。
  11. 【請求項11】 前記パッケージは、その表面に金属メ
    ッキが施された請求項1または2記載の水晶振動子。
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