JPH11214551A - 電子部品のパッケージの封止装置及び封止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 箱形のセラミックベースの開口を金属キャッ
プにて封止するようにした圧電デバイスのパッケージに
おいて、従来全面に高温半田を付着させた金属ふたをチ
ップキャリアの上面に形成された開口に重ね、加熱する
ことにより、前記高温半田からの半田粒子がパッケージ
内に飛散して圧電素子に付着して信頼性を低下させると
いう不具合を除去することにより、従来通りの電気的特
性を維持しながらもパッケージを小型、低背、軽量化す
ることができる電子部品のパッケージの封止装置及び封
止方法を提供する。 【解決手段】 上面が開口し内底面に電子部品素子を収
容する箱形のセラミックベース１５と、該セラミックベ
ースの開口周縁に密着して該セラミックベースを封止す
る金属キャップ１８とから成る電子部品を、金属キャッ
プを下向きにした状態で載置するヒータチップ１０と、
ヒータチップ上に載置された電子部品をヒータチップ上
に位置決め固定する位置決め治具１１と、圧電デバイス
の底面を加圧する加圧治具１２と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水晶振動子等の圧電
共振子を気密封止した電子部品のパッケージの封止装置
及び方法の改良に関し、小型、低背、軽量のパッケージ
の製造が困難とされているシーム溶接等によることな
く、従来通りの電気的特性を維持しながらもパッケージ
を小型、低背、軽量化することができる電子部品のパッ
ケージの封止装置及び封止方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話機に代表される移動体通
信機器についての軽薄短小化の傾向が目覚ましく、各種
機器に使用されている圧電デバイスについても、小型・
低背、軽量化の要求が厳しくなっている。各種電子機
器、通信機器に用いられる電子部品としての圧電デバイ
ス（振動子、フィルタ）は、水晶振動子等の圧電共振子
をパッケージ内に気密封止した構成を備えている。この
種の圧電デバイスとして、例えば図２に示すようにセラ
ミックベース２１の開口部上面に予めＡｕメッキ２２を
施した状態で、セラミックキャップ２３をかぶせ、セラ
ミックキャップ２３の下面とＡｕメッキ２２との間を半
田、ガラス、或は樹脂等の封止材料２４を用いて封止す
る方法により製造されたものが知られている。しかし、
このようにセラミックキャップを用いた圧電デバイスに
あっては、キャップの導通を確保することができない
為、シールド特性が悪く、またキャップの低背化が不可
能であるという問題がある。また、図３に示すように上
面が開口した箱形のセラミックベース２５の内底面に水
晶素板２６を配置すると共に、該水晶素板２６に設けた
電極から導出させた電極リードをベース２５を貫通する
導体２７に接続させたタイプのものがあり、このタイプ
にあっては該ベース２５の開口を薄い肉厚の金属キャッ
プ２８により封止することにより製品としての圧電デバ
イスを完成させている。このため、シールド特性の点で
は問題はない。セラミックベース２５の開口に金属キャ
ップ２８を固着する方法としては、シーム溶接による方
法が一般的であり、この固着工程においてはベースの開
口縁の形状に整合したリング状の金属製シールリング２
９（コバール、ＳＵＳから成る）を該開口縁にろう付け
した状態で、該シールリング２９上に金属キャップ２８
を溶接する作業が行われる。しかし、例えば、縦横寸法
が３．０×３．０ｍｍ未満のパッケージをシーム溶接す
ることは技術的に不可能とされている。それは、パッケ
ージが小さ過ぎるために、シーム溶接時の電極となるロ
ールをパッケージの所望位置に当接させた作業を安定し
て実施できないからである。つまり、このタイプのパッ
ケージにあっても、小型、低背、軽量化は困難である。

【０００３】次に、特開平９−１６２６８７号公報「弾
性表面波装置」（松下電器産業）には、弾性表面波を実
装したチップキャリア（箱形のセラミックベース）に、
全面に高温ハンダを付着させた金属ふたを重ねて、加
熱、溶融させることにより封止する構造が開示されてお
り、この従来技術によれば、安価で信頼性の高い弾性表
面波装置が提供できると記載されている。詳細には、コ
イル内部に、チップキャリアの開口を高温ハンダを介し
て金属ふたにて閉止した状態のパッケージを配置し、上
側に位置する金属ふたの上から加圧する。窒素雰囲気下
で加圧と同時にコイルに高周波電流を印加することによ
り、高温ハンダを溶融させて気密封止を実現する。しか
し、この従来例にあっては、加熱による接合時に、チッ
プキャリアの開口縁面と金属ふたとの間に位置する高温
ハンダ中からハンダ粒子がパッケージ内に飛散して圧電
素子に付着し、圧電素子の信頼性を低下させるという不
具合があり、得られる製品の品質、特に周波数特性が悪
いという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、箱形のセラミックベースの開口を金属キャ
ップにて封止するようにした圧電デバイスのパッケージ
において、従来全面に高温半田を付着させた金属ふたを
チップキャリアの上面に形成された開口に重ね、加熱す
ることにより、前記高温半田からの半田粒子がパッケー
ジ内に飛散して圧電素子に付着して信頼性を低下させる
という不具合を除去することにより、従来通りの電気的
特性を維持しながらもパッケージを小型、低背、軽量化
することができる電子部品のパッケージの封止装置及び
封止方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、請求項１の発明は、上面が開口し内底面に圧電素子
を収容する箱形のセラミックベースと、該セラミックベ
ースの開口周縁に密着して該セラミックベースを封止す
る金属キャップとから成る圧電デバイスを、金属キャッ
プを下向きにした状態で載置するヒータチップと、上記
ヒータチップ上に載置された圧電デバイスをヒータチッ
プ上に位置決め固定する位置決め治具と、圧電デバイス
の底面を加圧する加圧治具と、を有することを特徴とす
る。請求項２の発明は、請求項１において、上記ヒータ
チップは、上記セラミックベースと金属キャップとを、
パルスヒート方式で瞬間的に半田を加熱溶融させること
により接合封止することを特徴とする。請求項３の封止
方法の発明は、上面が開口し内底面に圧電素子を収容す
る箱形のセラミックベースと、該セラミックベースの開
口周縁に密着して該セラミックベースを封止する金属キ
ャップとを備え、上記圧電素子は上記セラミックベース
内底面に支持されたものにおいて、上記セラミックベー
スと金属キャップとを、パルスヒート方式で瞬間的に半
田を加熱溶融させることにより接合封止することを特徴
とする。請求項４の封止方法の発明は、上記セラミック
ベースと金属キャップとを、パルスヒート方式で瞬間的
に半田を加熱溶融させることにより接合封止する際に、
加圧しながら加熱溶融させることを特徴とする。請求項
５の発明は、請求項１又は２記載の電子部品のパッケー
ジの封止方法において、上記加熱溶融による接合封止
時、或は加圧しながらの加熱溶融による接合封止時に、
開口を下向きにしたセラミックベースの該開口に金属キ
ャップを配置した状態で金属キャップ側から加熱するこ
とにより封止を行うことを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した形態
例により詳細に説明する。図１は本発明の圧電デバイス
を製造する装置（パッケージの封止装置）の構成を示す
断面図であり、この封止装置１の内部において圧電デバ
イス２のパッケージの封止が行われる。即ち、この封止
装置１は圧電デバイス２を上下を逆にした状態で載置す
るヒータチップ１０と、ヒータチップ１０上に載置され
た圧電デバイス２をヒータチップ１０上に位置決め固定
する位置決め治具１１と、位置決め治具１１の上面中央
部に係止した穴１１ａから装置内部に差し込まれて圧電
デバイス２の底面（図中では上面）を加圧する加圧治具
１２とを有する。なお、図面上では位置決め治具１１の
内壁と圧電デバイス２の側壁との間が離間している如く
図示されているが、両者は密着していてもよい。この圧
電デバイス２は、上面（図１では下面）が開口したセラ
ミックベース１５と、セラミックベース１５の内底面
（図１では天井面）にバンプ等１６を介してフリップチ
ップ方式によりマウントされた圧電素子１７と、セラミ
ックベース１５の開口縁上面を全周に亙って封止するた
めの金属キャップ（例えば、クラッド材）１８と、セラ
ミックベース１５の開口縁上面にろう付けしたリング状
の金属製シールリング１９（コバール、ＳＵＳから成
る）と、シールリング金属１９とキャップ１８とを接続
する半田２０とを有する。上記半田２０としては、例え
ば鉛、錫系、又は鉛、錫に少量の金属、例えば銀、ビス
マス、インジウム等を混合したものを用い、融点が２８
０℃以上のものを用いる。その理由は、この圧電デバイ
ス２をプリント基板上に実装するためにリフロー炉を使
用する場合、リフロー炉内の温度が２４０度程度とな
り、半田２０の融点が２４０度以下の場合には接合部が
剥離する虞れがあるからである。上記半田２０の肉厚
は、例えば５〜５０μｍの範囲、望ましくは１０〜３０
μｍとする。

【０００７】圧電素子１７をセラミックパッケージ内に
マウントする方法としては、図示したものに限定される
訳では無く、種々のマウント方法を適用することができ
る。また、圧電素子１７としては、振動子、ＳＡＷ等種
々のものを想定している。この封止装置１内において
は、図示のように金属キャップ１８を下側に位置するヒ
ータチップ１０の平坦な上面に載置し、位置決め治具１
２によってセラミックベース１５と金属キャップ１８と
が位置ずれしないように両者を固定し、さらにセラミッ
クベース１５の外底面から加圧治具１２によって適正な
負荷で加圧するので封止面の接着強度が十分確保される
こととなる。上記封止装置１内に図示のような状態でセ
ットされた圧電デバイス２においては、ヒータチップ１
０をパルスヒート方式で発熱させることにより、半田２
０が瞬間的に溶融するので、セラミックベース１５と金
属キャップ１８とを瞬間的に固着させることができる。
即ち、パルスヒート方式とは、モリブデン、チタン等の
高抵抗材料にパルス状の大電流を流す際に発生したジュ
ール熱を利用する加熱方式であり、ここではヒータチッ
プ１０として高抵抗材料を使用し、パルス状の大電流を
流すことにより半田２０を溶融させて固着を行うもので
ある。例えば、上記封止装置を用いたパルスヒート方式
による封止作業によって、縦横サイズが２．５×２．０
ｍｍサイズのパッケージを封止する場合、昇温・保持・
降温の１サイクルを４秒以内で完了することができるの
で、パッケージ内に収容された圧電素子１７への熱影響
が極小となり、信頼性の高い圧電デバイスを製造するこ
とができる。

【０００８】また、封止装置１によって加熱を行う際
に、圧電デバイスの上下を逆にしてあるので、半田２０
が圧電素子１７よりも下側に位置することとなり、半田
２０の粒子が飛散したとしても、圧電素子１７上に付着
することがなくなり、圧電デバイスの特性、特に周波数
特性が劣化することがなくなる。また、上記構成を備え
た封止装置を用いて実施される本発明の封止方法は、内
底面に圧電素子を収容するセラミックベースの開口部縁
面に半田を介して金属キャップを密着させて封止する際
に、セラミックベースと金属キャップとを、パルスヒー
ト方式で瞬間的に半田を加熱溶融させることにより接合
封止するものである。このため、内部の圧電素子に対し
て熱による悪影響を与えることなく、効率の良い生産シ
ステムを構築することができる。また、上記セラミック
ベースと金属キャップとを、パルスヒート方式で瞬間的
に半田を加熱溶融させることにより接合封止する際に、
加圧しながら加熱溶融させるので、封止に要する時間を
更に短縮できる。また、上記封止装置を用いた加熱溶融
による接合封止時、或は加圧しながらの加熱溶融による
接合封止時に、開口を下向きにしたセラミックベースの
該開口に金属キャップを配置した状態で封止を行うの
で、半田の位置よりも圧電素子が上方に位置することと
なり、半田粒子の飛散による圧電素子への付着を有効に
防止することができる。なお、上記形態例では圧電デバ
イスを中心に説明したが、本発明は圧電デバイス以外の
電子部品のパッケージの封止装置及び封止方法にも適用
することができる。

【０００９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、上面が開
口した箱形のセラミックベースの開口を金属キャップに
て封止するようにした電子部品のパッケージの封止工程
において、金属キャップを下側にしてパッケージを加圧
しながら金属キャップ側から封止部の半田を加熱するよ
うにしたので、セラミックベースの開口縁面に半田を介
して金属キャップを当接した状態で半田を溶融させて接
合封止を行う際に、半田粒子が飛散して圧電素子上に付
着することを有効に防止することができる。即ち、従来
はセラミックベースの上部開口を封止するように金属キ
ャップを配置し、この状態で封止部の半田を加熱してい
たため、封止部よりも下方に位置する水晶素板に対して
封止部の半田が飛散することがあったため、この封止方
法には問題があり、パッケージの低背化に対する障害と
なっていたが、本発明によれば封止時には封止部の半田
が水晶素板よりも下方に位置する為にこのような不具合
がないので、従来通りの電気的特性を維持しながらもパ
ッケージを小型、低背、軽量化することができる圧電デ
バイスのパッケージの封止装置及び封止方法を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一形態例の封止装置及び封止方法を説
明する為の断面図。

【図２】従来の圧電デバイスのパッケージ構造の一例を
説明する為の断面図。

【図３】従来の圧電デバイスのパッケージ構造の他の例
を説明する為の断面図。

【符号の説明】

１ 封止装置、２ 圧電デバイス、１０ ヒータチッ
プ、１１ 位置決め治具、１１ａ 穴、１２ 加圧治
具、１５ セラミックベース、１６ バンプ、１７圧電
素子、１８ 金属キャップ、１９ 半田。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面が開口し内底面に電子部品素子を収
   容する箱形のセラミックベースと、該セラミックベース
   の開口周縁に密着して該セラミックベースを封止する金
   属キャップとから成る電子部品を、金属キャップを下向
   きにした状態で載置するヒータチップと、 上記ヒータチップ上に載置された電子部品をヒータチッ
   プ上に位置決め固定する位置決め治具と、圧電デバイス
   の底面を加圧する加圧治具と、を有することを特徴とす
   る電子部品のパッケージの封止装置。
2. 【請求項２】 上記ヒータチップは、上記セラミックベ
   ースと金属キャップとを、パルスヒート方式で瞬間的に
   半田を加熱溶融させることにより接合封止することを特
   徴とする請求項１記載の電子部品のパッケージの封止装
   置。
3. 【請求項３】 上面が開口し内底面に電子部品素子を収
   容する箱形のセラミックベースと、該セラミックベース
   の開口周縁に密着して該セラミックベースを封止する金
   属キャップとを備え、上記電子部品素子は上記セラミッ
   クベース内底面に支持されたものにおいて、 上記セラミックベースと金属キャップとを、パルスヒー
   ト方式で瞬間的に半田を加熱溶融させることにより接合
   封止することを特徴とする電子部品のパッケージの封止
   方法。
4. 【請求項４】 上記セラミックベースと金属キャップと
   を、パルスヒート方式で瞬間的に半田を加熱溶融させる
   ことにより接合封止する際に、加圧しながら加熱溶融さ
   せることを特徴とする請求項３記載の電子部品のパッケ
   ージの封止方法。
5. 【請求項５】 請求項１又は２記載の電子部品のパッケ
   ージの封止方法において、 上記加熱溶融による接合封止時、或は加圧しながらの加
   熱溶融による接合封止時に、開口を下向きにしたセラミ
   ックベースの該開口に金属キャップを配置した状態で金
   属キャップ側から加熱することにより封止を行うことを
   特徴とする電子部品のパッケージの封止方法。