JP3520865B2 - 気密封止型電子部品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水晶振動子等の電子部品
に関するものであり、特に無鉛化に対応した気密封止型
の電子部品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属製のシェルに絶縁ガラスが充填さ
れ、当該絶縁ガラスにリード端子が貫通固定された気密
ベースを用い、当該気密ベースに円筒状のキャップを圧
入する気密封止構成は、例えば特公昭５８−４７０８３
号で開示されているように音叉型水晶振動子等で慣用さ
れている。当該気密封止はベース、キャップのいずれか
一方あるいは両者の接合部分に軟質金属の封止層を形成
し、相対的に大きな径の略円柱状のベースに円筒状のキ
ャップを圧入することにより、軟質金属の塑性変形によ
りシールが行われるものである。

【０００３】従来の構成は、例えばベースの金属製のシ
ェルの基材はコバールからなり、その表面にニッケルあ
るいは銅層がメッキ等の手段により形成され、さらにそ
の表面に鉛１：錫９比率の半田の封止層を形成した構成
である。また、キャップは洋白等の鉄ニッケル系合金か
らなり、少なくともベースと圧接される領域には鉛１：
錫９比率の半田の封止層が形成されていた。以上の構成
により、ベース側やキャップ側の半田層が軟質であるた
め、両金属が強く密着した状態で圧入されることにより
塑性変形し、圧入を容易にしていた。

【０００４】しかしながら、従来の構成では、前記半田
層を形成する場合、バレルメッキ法などにより形成され
るのが一般的であるが、キャップ内周面に当該メッキ法
によるイオンガスが含まれた半田層が形成されており、
半田などの溶融温度の低いものであれば、高熱雰囲気に
さらされると、気密封止後のケース内部で前記イオンガ
ス等のベーパーが発生して水晶振動素子の電極面に付着
して周波数特性の変動を招いたり、ＣＩ値低下を招く原
因となり得ることがあった。

【０００５】さらに、近年においては、鉛は人体に対し
て有害な物質であるため世界的にその使用を抑制あるい
は禁止する傾向にある。上記半田層はこのような無鉛化
の動向に反するものであり、代替品が求められていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
解決するためになされたもので、封止層の無鉛化に対応
するとともに、この封止用の軟質金属層の気化による素
子の悪影響を抑制できる気密封止を行う電子部品を提供
することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は請求項１に示す
ように、金属製のシェルに絶縁ガラスが充填され、当該
絶縁ガラスにリード端子が貫通固定されたベースと、当
該ベースに搭載される電子素子と、前記ベースに軟質金
属を介して圧入されることにより前記電子素子を気密封
止するキャップとからなる電子部品において、少なくと
も前記金属製のシェルには銅またはニッケルの下地層を
介して、錫の軟質金属層が１０ミクロン〜１５ミクロン
の厚さで形成され、前記キャップにはニッケルの介在層
のみが３ミクロン〜９ミクロンの厚さで形成されてなる
とともに、前記キャップの内径は前記ベースのシェル部
分より２〜５％小さな内径に設定されていることを特徴
とする。

【０００８】本発明は請求項２に示すように、前記金属
製のシェルとリード端子には銅またはニッケルの下地層
を介して、錫の軟質金属層が１０ミクロン〜１５ミクロ
ンの厚さで形成されていることを特徴とする。

【０００９】

【発明の効果】本発明によれば、封止用の軟質金属層と
して錫のみを形成することで、錫の軟質性により圧入時
の気密性確保が有効に機能して圧入後の気密性を低下さ
せることなく、無鉛化に対応した気密封止型電子部品を
得ることができる。

【００１０】前記錫層は少なくとも前記金属製のシェル
の表面のみに形成されており、錫層が形成されないキャ
ップを被せて気密封止するので、電子部品の内部には錫
層がほとんど露出することがない。キャップには、ニッ
ケル層のみを形成するので、メッキ形成する場合、不純
物の混入が最小限度に抑えられる。従って、高熱雰囲気
にさらされても電子部品の内部でのイオンガス等のベー
パーが発生しなくなり、これらのベーパーが電子部品素
子への付着して電気的特性の劣化を招くことがなくなっ
た。特に、電子部品素子が水晶振動素子の場合、電極面
に付着して周波数特性の変動を招いたり、ＣＩ値低下を
招くがなくなった。

【００１１】ベース側のみに、銅またはニッケルの下地
層を介して錫の軟質金属層を形成するため、ベースに錫
層が安定した状態で形成され、しかも、錫層の厚み管理
が容易に行え、より信頼性の高い封止用の軟質金属層が
形成できる。また、気密封止された際には、前記ベース
の錫層とキャップの間に、ニッケルの介在層が存在する
ため、キャップとの密着性が向上し、圧入後の気密性を
低下させることがない。

【００１２】また、ベースのみに軟質金属層を形成して
も圧入後の気密性を低下させることなく、キャップをベ
ースへ圧入する際の応力を緩和して、よりスムーズな気
密封止が行える。錫層が不均一な厚みで形成されること
による、リード端子間のピッチばらつきや、シェルの錫
層のリード端子側への回り込みをなくすことができるた
め、電子素子の搭載ずれ、シェルとリード端子のショー
トを抑制することができる。

【００１３】さらに、圧入されたキャップがベースから
受けて拡張される応力や、圧入するベースがキャップか
ら受けて締め付けられる応力を最小限度に抑え、キャッ
プやベースの絶縁ガラスにクラックが入るのを防止する
ので、電子部品の気密不良をなくすことができる。

【００１４】また、請求項２によれば、上記効果に加え
て、電子素子あるいは実装基板への半田付け性を向上さ
せることができる。

【００１５】次に本発明品について、比較確認を行っ
た。確認した性能は、気密性能である。気密性はヘリウ
ムリーク試験により確認した。すなわち、図１に示すよ
うに、各々メッキ処理したベースに水晶振動素子（電子
素子）を搭載し、キャップにて気密封止（圧入）した水
晶振動子をヘリウムリーク試験により気密性能を確認し
た。各比較品の１００個のサンプル中、試験前後で特性
変化が所定基準内のもの個数をピックアップした。

【００１６】

【検証１】比較品１について、１００個中、８２個が良
品 比較品２について、１００個中、９６個が良品 比較品３（本発明）について、１００個中、１００個が
良品 比較品４（本発明）について、１００個中、１００個が
良品 比較品１はニッケルを３ミクロン形成し錫を６ミクロン
形成したもの、比較品２はニッケルを３ミクロン形成し
錫を８ミクロン形成したもの、比較品３はニッケルを３
ミクロン形成し錫を１０ミクロンしたもの、比較品４は
ニッケルを３ミクロン形成し錫を１５ミクロン形成した
ものである。

【００１７】

【検証２】比較品５について、１００個中、９５個が良
品 比較品６について、１００個中、９８個が良品 比較品７（本発明）について、１００個中、１００個が
良品 比較品８（本発明）について、１００個中、１００個が
良品 比較品５はニッケルを５ミクロン形成し錫を６ミクロン
形成したもの、比較品６はニッケルを５ミクロン形成し
錫を８ミクロン形成したもの、比較品７はニッケルを５
ミクロン形成し錫を１０ミクロンしたもの、比較品８は
ニッケルを５ミクロン形成し錫を１５ミクロン形成した
ものである。

【００１８】

【検証３】比較品９について、１００個中、７２個が良
品 比較品１０について、１００個中、９７個が良品 比較品１１（本発明）について、１００個中、１００個
が良品 比較品１２（本発明）について、１００個中、１００個
が良品 比較品９は銅を３ミクロン形成し錫を６ミクロン形成し
たもの、比較品１０は銅を３ミクロン形成し錫を８ミク
ロン形成したもの、比較品１１は銅を３ミクロン形成し
錫を１０ミクロンしたもの、比較品１２は銅を３ミクロ
ン形成し錫を１５ミクロン形成したものである。

【００１９】

【検証４】比較品１３について、１００個中、９３個が
良品 比較品１４について、１００個中、９７個が良品 比較品１５（本発明）について、１００個中、１００個
が良品 比較品１６（本発明）について、１００個中、１００個
が良品 比較品１３は銅を５ミクロン形成し錫を６ミクロン形成
したもの、比較品１４は銅を５ミクロン形成し錫を８ミ
クロン形成したもの、比較品１５は銅を５ミクロン形成
し錫を１０ミクロンしたもの、比較品１６は銅を５ミク
ロン形成し錫を１５ミクロン形成したものである。

【００２０】なお、上記いずれの金属膜もベースのシェ
ルおよびリード端子に形成しており、上記各比較品のキ
ャップにはニッケルメッキのみが６ミクロン形成されて
いる。

【００２１】上記検証結果から、本発明に該当する錫を
１０ミクロン以上形成した比較品３、４、７、８、１
１、１２、１５、１６についてはいずれの試験品につい
ても良好な結果を得ているが、比較品１、２、５、６、
９、１０、１３、１４については若干気密性能が劣って
いるのがわかる。

【００２２】

【実施例】本発明の実施例について、音叉型水晶振動子
を例にし、図面を参照して説明する。図１は音叉型水晶
振動子の分解した内部構造を示す図であり、図２は図１
のベース部分の部分拡大図である。

【００２３】ベース１は、金属製のシェル１０と、当該
シェル内に充填された絶縁ガラス１３と、当該絶縁ガラ
ス１３に貫通固定されたリード端子１１、１２とからな
る。シェル１０は例えばコバールあるいは鉄ニッケル系
合金を基体としており、上下に貫通した円筒形状を有し
ている。リード端子１１，１２は例えばコバールを基体
とし線状に加工され、かつ前記シェルに所定の間隔をも
って貫通配置されている。絶縁ガラス１３は例えばホウ
ケイ酸ガラスからなり、前記シェル１０とリード端子１
１，１２とを各々電気的に独立した状態でガラス焼成技
術により一体的に成形される。

【００２４】この一体成形されたベースを酸洗浄等によ
り金属表面の洗浄や浸炭部分の除去を行い、その後次の
金属被膜が形成される。シェルおよびリード端子のコバ
ール表面には、ニッケル層あるいは銅層の下地層１０１
が３〜５ミクロンの厚さで形成され、その上面には錫層
１０２が１０〜１５ミクロンの厚さで形成される。これ
ら各金属被膜形成はバレルメッキを用いるとよい。バレ
ルメッキは被膜形成対象物を投入したバレルをメッキ浴
に浸漬し、バレルを回転させることにより電解メッキを
効率的に行うことができ、またバッチ処理が可能である
ことから、量産性にも優れている。

【００２５】このようなメッキ処理により、ベースのシ
ェルおよびリード端子表面に上記各金属層が形成され
る。そしてリード端子のインナー側１１ａ，１２ａには
電子素子である音叉型水晶振動子片２が半田等により接
合される。音叉型水晶振動子片の主面および側面には図
示していないが１対の励振電極が形成されており、それ
ぞれの電極がリード端子部分に引き出されている。

【００２６】キャップ３は洋白（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ系合
金）からなり、有底の円筒状を有している。キャップの
外周および内周面にはニッケル層３１が３〜９ミクロン
の厚さでメッキ等の手段により形成されている。

【００２７】キャップの内径は前記ベースのシェル部分
よりも若干小さく設計されており、例えば２〜５％小さ
な内径に設定されている。このようなキャップを真空雰
囲気中で前記電子素子である音叉型水晶振動子片を被覆
し、キャップ開口部をベースに圧入することにより、ベ
ースとキャップが強く密着しキャップ内部が真空状態に
保たれた気密封止を行うことができる。

【００２８】なお、上記実施例においては、真空封止を
行う音叉型水晶振動子を例示したが、不活性ガス雰囲気
で他の振動モードの水晶振動子に適用することも可能で
あるし、他の電子素子の気密封止に適用することも可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】音叉型水晶振動子の分解した内部構造を示す
図。

【図２】図１のベース部分の部分拡大図。

【符号の説明】

１ ベース ２ 音叉型水晶振動片 １０ シェル １１，１２ リード端子 １３ 絶縁ガラス

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−150115（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−83492（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−152212（ＪＰ，Ａ) 特開2001−285007（ＪＰ，Ａ) 特開2001−214295（ＪＰ，Ａ) 特開2001−214296（ＪＰ，Ａ) 特開2000−59173（ＪＰ，Ａ) 特開2000−325899（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−101821（ＪＰ，Ｕ) 川口寅之輔訳「エレクロトニクス・パ ッケージング用ハンダペースト」 （18992年１月10日），株式会社工業調 査会発行、第130頁表４．８ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C25D 7/00 H01R 9/16 H03H 9/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製のシェルに絶縁ガラスが充填さ
   れ、当該絶縁ガラスにリード端子が貫通固定されたベー
   スと、当該ベースに搭載される電子素子と、前記ベース
   に軟質金属を介して圧入されることにより前記電子素子
   を気密封止するキャップとからなる電子部品において、 少なくとも前記金属製のシェルには銅またはニッケルの
   下地層を介して、錫の軟質金属層が１０ミクロン〜１５
   ミクロンの厚さで形成され、 前記キャップにはニッケルの介在層のみが３ミクロン〜
   ９ミクロンの厚さで形成されてなるとともに、 前記キャップの内径は前記ベースのシェル部分より２〜
   ５％小さな内径に設定されて いることを特徴とする気密
   封止型電子部品。
2. 【請求項２】 前記金属製のシェルとリード端子には銅
   またはニッケルの下地層を介して、錫の軟質金属層が１
   ０ミクロン〜１５ミクロンの厚さで形成されていること
   を特徴とする特許請求項１記載の気密封止型電子部品。