JP2023137218A - リッド及びその製造方法並びに水晶振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｎｉ層表面上に封止用部材を溶着することで、材料コストを抑え、かつ、ベースと接合時に封止用部材の流れ出しが発生しないリッド及びその製造方法並びに水晶振動子を提供する。【解決手段】電子部品用のリッド１０は、金属部材で構成された基材１１と、基材１１の表面上に形成したＮｉ層１２と、Ｎｉ層１２の表面上に溶着した封止用部材１３と、を具えている。封止用部材１３は還元雰囲気下でＮｉ層１２の表面上に溶着され、Ｎｉ層１２の表面上の、封止用部材１３が溶着されている箇所以外は酸化膜で覆われている。水晶振動子４０は、水晶片２０を搭載したベース３０と、ベース３０と接合し、水晶片２０を封止するためのリッド１０から構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、材料コストを抑え、かつ、ベースと接合時に封止用部材の流れ出しが発生しないリッド及びその製造方法並びに水晶振動子に関する。

水晶振動子や水晶発振器等の電子部品では、パッケージ内の空間に素子を実装すると共に、素子を保護するためパッケージに封止構造を設けている。これらパッケージは、素子を搭載するためのベースと、素子を封止するための蓋となるリッドから構成される。ベースとリッドを封止する方法の一つとして、封止用部材である、例えば、ろう材を用いる方法がある。ろう材は、ベースとリッドの接合予定領域の形状にプリフォームされており、典型的には、予めリッド側に溶着されている。

図５の（Ａ）図は、従来のリッド７０の一例を示す斜視図である。また、図５の（Ｂ）は、（Ａ）図中のＤ－Ｄ線に沿った断面図である。
従来のリッド７０は、金属部材の、例えば、コバールで構成された、平面視において矩形状に形成された基材７１と、周知のめっき技術により基材７１の表面上を覆うように形成されたＮｉ層７２と、周知のめっき技術によりＮｉ層７２の表面上を覆うように形成されたＡｕ層７３と、基材７１の、ベースと接合される面の縁部に沿って、ベースと基材７１の接合予定領域上にリング状に形成された、ベースと基材７１を接合するためＡｕ層７３の表面上に溶着されている封止用部材７４と、を具えている。Ａｕ層７３は封止用部材７４の濡れ性を改善するための役割を担っているが、封止用部材７４の濡れ性が良すぎると、ベースにリッド７０を接合する際に、封止用部材７４が、ベースとリッドの接合予定領域から流れ出す恐れがあった。封止用部材７４がベースとリッドの接合予定領域から流れ出すと、気密不良や外観不良等が生じてしまう。

この問題を解決するリッドの一例として、特許文献１に開示されたものがある。これによれば、金めっき（Ａｕ層）の厚さとろう材（封止用部材）の濡れ性との間には特徴的な関連性があり、金めっきが所定の厚さ以上になるとめっき厚さの増大に伴い、ろう材の濡れ性が低下することから、金めっきを０．１～３μｍの厚さにすることで、ろう材がベースとリッドの接合予定領域から流れ出すことを防止できると記載されている（特許文献１の段落００１０、００１３）。

また、特許文献２では、表面上にＮｉめっき層（Ｎｉ層）及びＡｕめっき層（Ａｕ層）を順に具える基材において、Ａｕめっき層を半田（封止用部材）領域に沿ってレーザーで除去し、Ｎｉめっき層の表面を露出させるとともに、露出したＮｉめっき層の表面を酸化させ、Ａｕめっき層よりも半田に対する濡れ性が低い酸化膜層を形成することで、半田が濡れ広がるのを抑制している。

特開２００３―２２４２２３ 特開２０１５―７３０２７

しかしながら、これらの従来技術の場合、Ａｕを使用しているため、リッドの材料費を高めてしまうという問題がある。近年、Ａｕの価格は高騰しており、原価低減のためにはＡｕの使用量を減らすことが重要である。
この発明は、このような点に鑑みなされたものであり、従ってこの出願の目的は、従来よりも材料コストを抑えられ、かつ、封止用部材の流れ出しの発生しない、新規の構造を有したリッド及びその製造方法並びに水晶振動子を提供することにある。

この目的の達成を図るため、この発明のリッドによれば、金属部材で構成された基材と、前記基材の表面上に形成されたＮｉ層と、前記基材の縁部に沿って、前記電子部品用のベースに当該基材を接合するため前記Ｎｉ層に溶着されている封止用部材と、を具えることを特徴とする。

また、この発明の水晶振動子によれば、金属部材で構成された基材、前記基材の表面上に形成されたＮｉ層及び前記基材の縁部に沿って、前記Ｎｉ層に溶着されている封止用部材を具えるリッドと、前記リッドに前記封止用部材を介して接続されるベースと、前記リッド及び前記ベースで形成された容器内に実装されている水晶片と、を具えることを特徴とする。

また、金属部材で構成された基材の縁部に沿って封止用部材を溶着するリッドの製造方法において、前記基材の表面上にＮｉ層を形成する工程と、前記Ｎｉ層上に、還元雰囲気下で前記封止用部材を溶着する工程と、を含むことを特徴とする。

この発明のリッドによれば、基材の表面上に形成されたＮｉ層の表面上に、Ａｕ層を設ける必要がないため、材料コストを抑えることができる。また、Ｎｉは大気にさらされると酸化膜を形成するため、前記Ｎｉ層上の封止用部材が設けられていない箇所に酸化膜が形成される。前記酸化膜は前記Ａｕ層よりも前記封止用部材に対する濡れ性が低く、前記封止用部材とは溶着しないため、ベースに前記リッドを接合する際に、前記封止用部材が流れ出すことを防止することができる。
また、この発明の水晶振動子によれば、水晶片を封止するためのリッドに、基材の表面上に形成されたＮｉ層の表面上に、Ａｕ層を設ける必要がないリッドを用いるため、材料コストを抑えることができる。
また、前記リッドの製造方法によれば、基材の表面上にＮｉ層を形成し、前記Ｎｉ層に、還元雰囲気下で封止用部材を溶着する工程を用いるので、前記Ｎｉ層上の酸化膜は還元雰囲気下により除去され、前記封止用部材を前記Ｎｉ層上に溶着することが可能となる。従って、前記Ｎｉ層上にＡｕ層を設ける必要がなく、前記Ｎｉ層上に直接前記封止用部材を溶着したリッドを製造することができる。

図１の（Ａ）図は、本発明の実施形態のリッドの概要を示す斜視図である。図１の（Ｂ）図は、本発明の実施形態のリッドの概要を示す断面図である。 図２の（Ａ）図は、本発明の実施形態の水晶振動子の概要を示す斜視図である。図２の（Ｂ）図は、本発明の実施形態の水晶振動子の概要を示す断面図である。 本発明のリッドの製造方法の実施形態を説明する説明図である。 図３に続く製法例の説明図である 図５の（Ａ）図は、従来のリッドの概要を示す斜視図である。図５の（Ｂ）図は、従来のリッドの概要を示す断面図である。

以下、図面を参照してこの出願のリッド及びその製造方法並びに水晶振動子の各発明の実施形態についてそれぞれ説明する。
なお、説明に用いる各図はこれらの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明で述べる形状、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。

１．リッドの構成
図１の（Ａ）図は、本発明の実施形態のリッドの概要を示す斜視図である。また、図１の（Ｂ）図は、（Ａ）図中のＡ－Ａ線に沿った断面図である。
本発明のリッド１０は、金属部材の、例えばコバールで構成され、例えば平面視において矩形状に形成された基材１１と、基材１１の表面上を覆うように、封止用部材１３を基材１１に溶着するため周知のめっき技術で形成されたＮｉ層１２と、基材１１の、電子部品用のベースと接合される面の縁部に沿って、ベースと基材１１の接合予定領域上に、ベースと基材１１を接合するためＮｉ層１２の表面上に溶着されている、リング状に形成された封止用部材１３と、を具えている。Ｎｉ層１２の、封止用部材１３が溶着された領域以外の領域は、酸化膜で覆われている。なお、Ｎｉ層１２の厚みは、基材１１の耐環境性等を可能にする設計に応じた任意の厚さとしてある。

Ｎｉ層上に形成されている前記酸化膜は濡れ性が低く、封止用部材１３とは接合しないため、水晶振動子用のベースにリッド１０を接合する際に、封止用部材１３が電子部品用のベースとリッド１０の接合予定領域から流れ出すことを防止することができる。

また、封止用部材１３は、耐食性に優れていることに加え、デバイス組込み工程で使用される、はんだ（融点１８０℃～２３０℃）よりも融点が高く、組立工程時に再溶融されることなくパッケージの気密性を維持することができることから、ＡｕＳｎ（融点２８０℃～３００℃）で構成されていることが好ましい。

２．水晶振動子の構成
本発明のリッドは、種々の電子部品のパッケージの構成成分である蓋材として使用できる。以下、本発明のリッドを、水晶振動子のパッケージの蓋材に用いて構成した水晶振動子の例を説明する。図２はその説明のための図であり、（Ａ）図は、水晶片を搭載するためのベースと、ベースに搭載される水晶片と、水晶片を封止するための本発明のリッドと、を用いた水晶振動子の斜視図である。また、（Ｂ）図は、（Ａ）図中のＢ－Ｂ線に沿った水晶振動子の断面図である。

本発明のリッド１０、任意の形状の、この例では平面視で矩形状の水晶片２０及び、ベースとして、例えば周知のセラミックベース３０（以下、ベース３０と略称することもある）を用意する。この場合のベース３０は、平面視において矩形状であり、図２の（Ａ）図及び（Ｂ）図に示すように、水晶片２０を収納する凹部３０ａと、ベース３０の縁部に沿って土手部３０ｂと、凹部３０ａの底面に設けた水晶片固定用のバンプ３０ｃと、ベース３０の裏面に設けた実装端子３０ｄと、を具えている。バンプ３０ｃと実装端子３０ｄとはビア配線（図示せず）により電気的に接続してある。

バンプ３０ｃの上に、水晶片２０を、例えば導電性接着剤等（図示しない）で固定し、その後、水晶片２０の発振周波数調整を周知の方法により所定値に調整する。次に、ベース３０のベース３０ａ内を適度な真空又は不活性ガス雰囲気等にした後、リッド１０により凹部３０ａを周知の方法により封止する。
このようにしてリッド１０及びベース３０に水晶片２０が収納された構造の、水晶振動子４０が得られる。

３．リッドの製造方法
図３は、本発明のリッドの製造方法の実施形態を説明する説明図である。初めに、金属部材、例えばコバールで構成された、例えば平面視において矩形状の基材５１を用意し、基材５１の表面上を覆うように、周知のめっき技術によりＮｉめっきを施し、基材５１の表面上にＮｉ層５２を形成する。

次に、表面上にＮｉ層５２を形成した基材５１を、図４の（Ａ）図に示すように処理室６０に運ぶ。基材５１を処理室６０に運んだ後に、処理室６０内に還元ガスを注入し、処理室６０の雰囲気を還元雰囲気状態にする。その理由は次の通りである。通常、Ｎｉ層５２は表面上に酸化膜を形成してしまい、酸化膜は濡れ性が低いため、封止用部材５３は基材５１に溶着できないが、基材５１を還元雰囲気下におくことで、Ｎｉ層５２の表面上の酸化膜を除去することができる。これにより、封止用部材５３を基材５１に溶着することができる。
処理室６０の雰囲気が還元雰囲気状態になった後に、処理室６０内にて、基材５１の縁部に沿って、ベースと基材５１の接合予定領域上に、リング形状に予めプリフォームした封止用部材５３を、基材５１の、ベースと基材５１の接合面側に重ね合わせる。

ここで、使用する還元ガスとして、例えば、水素又はギ酸が挙げられる。また、還元ガスの濃度は、爆発の危険性を考慮すると、体積比において５ｖｏｌ％以下であることが好ましい。還元ガスの濃度は、例えば、流量計で管理することができる。

次に、処理室６０内の還元ガス雰囲気の温度を、封止用部材５３の融点に達するまで上昇させる。これにより、封止用部材５３は溶融し、基材５１の表面上に形成したＮｉ層５２に溶着される。この際、還元ガス雰囲気の温度は、融点まで上昇させて封止用部材５３が溶融した後、急峻に降下させる必要がある。これは、温度を上昇させた状態を保ち続けてしまうと、封止用部材５３が溶融され続け、プリフォームした形状が崩れてしまうからである。

ここで、還元ガス雰囲気の温度は、封止用部材にＡｕＳｎを用いることを想定した場合、ＡｕＳｎの融点である２８０℃～３００℃であることが好ましい。

Ｎｉ層５２に封止用部材５３を溶着させた基材５１を、処理室６０内から取り出し大気にさらすと、封止用部材５３が溶着されていない箇所のＮｉ層５２の表面上が酸化され、酸化膜を形成する。酸化膜は濡れ性が低く、従って、ベースをリッドに接合する際に、封止用部材５３がベースとリッドの接合予定領域から流れ出すことを防止することができる。

１０：本発明の実施形態のリッド １１：基材
１２：Ｎｉ層 １３：封止用部材
２０：水晶片 ３０：ベース
３０ａ：凹部 ３０ｂ：土手部
３０ｃ：バンプ ３０ｄ：実装端子
４０：本発明の実施形態の水晶振動子 ５０：本発明の実施形態のリッド
５１：基材 ５２：Ｎｉ層
５３：封止用部材 ６０：処理室
７０：従来のリッド ７１：基材
７２：Ｎｉ層 ７３：Ａｕ層
７４：封止用部材

Claims (8)

1. 電子部品用のリッドであって、
   金属部材で構成された基材と、
   前記基材の表面上に形成されたＮｉ層と、
   前記基材の縁部に沿って、前記電子部品用のベースに当該基材を接続するため前記Ｎｉ層に溶着されている封止用部材と、
   を具えることを特徴とするリッド。
2. 前記封止用部材はＡｕＳｎで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のリッド。
3. 前記基材はコバールで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリッド。
4. 前記リッド及び前記ベースは水晶振動子用であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のリッド。
5. 金属部材で構成された基材、前記基材の表面上に形成されたＮｉ層及び前記基材の縁部に沿って、前記Ｎｉ層に溶着されている封止用部材を具えるリッドと、
   前記リッドに前記封止用部材を介し接続されているベースと、
   前記リッド及び前記ベースで形成された容器内に実装されている水晶片と、
   を具える水晶振動子。
6. 金属部材で構成された基材を具えるリッドの製造方法において、
   前記基材の縁部に沿って封止用部材を溶着するに当たり、
   前記基材の表面上にＮｉ層を形成する工程と、
   前記Ｎｉ層の表面上に、還元雰囲気下で前記封止用部材を溶着する工程と、
   を含むことを特徴とするリッドの製造方法。
7. 前記還元雰囲気は水素又はギ酸による還元ガス雰囲気であることを特徴とする請求項６に記載のリッドの製造方法。
8. 前記還元ガス雰囲気は、体積比において前記還元剤の濃度が５ｖｏｌ％以下であることを特徴とする請求項６又は７に記載のリッドの製造方法。

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