(57)【要約】【課題】  封止管を気密端子に接合する際の封止管の破損を防止する。【解決手段】  気密端子１０外周面に帯状に半田ペースト１５ａを塗布し、その塗布位置に封止管１６の開口端内周面を位置決めする。この状態では、封止管１６内周面と半田ペースト１５ａとの間に若干の隙間が開いており、その後、半田ペースト１５ａを塗布した部位を局所的に加熱して半田ペースト１５ａを溶融させることで、その隙間は瞬間的に埋まり、封止管１６と気密端子１０とが接合される。【選択図】  図１
2006246099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密端子上に実装した水晶片を封止管で封止してなる水晶振動子の製造方法であって、
少なくとも、
水晶片が実装された気密端子の外周面に帯状の半田層を形成する工程と、
前記気密端子上に実装された前記水晶片に封止管を被せ、当該封止管の開口端を前記気密端子外周面の前記半田層が形成された部位に位置決めする工程と、
前記気密端子外周面の前記半田層が形成された部位を加熱して前記半田層を溶融させ、前記封止管と前記気密端子とを接合する工程と、
を有することを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項２】
前記半田層は、前記気密端子外周面にペースト状の半田を塗布することで形成されることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項３】
前記半田層は、前記気密端子外周面に環状の半田部材を嵌合することで形成されることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子、特に気密端子上に実装された水晶片を封止管で封止してなるシリンダータイプ水晶振動子の製造方法に関し、更に詳しくは、その封止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子は、従来より種々の電子機器において広く使用されており、その電気的特性を良好な状態に保つため、通常は水晶片を真空雰囲気中に保持するように構成されている。これは、水晶片が大気中に長期間に渡り曝されると、水晶片表面に形成された金属電極膜が酸化により劣化し、水晶振動子の電気的特性が変化してしまうからである。
【０００３】
図４は、水晶片を封止管で封止したシリンダータイプ水晶振動子を示す分解斜視図であり、図５は、水晶片の封止に封止管の圧入方式を採用したシリンダータイプ水晶振動子に係る気密端子を示す断面図である。シリンダータイプ水晶振動子は、例えば図４に示すように円筒状の気密端子１に水晶片２を実装し、封止管３で覆うことにより構成されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
気密端子１は、ガラス等からなる絶縁部材１ａと、その外周部に接合された金属環１ｂと、厚さ方向に貫入された２本のリード４とで構成されており、金属環１ｂ外周面とリード４表面には半田メッキ５が施されている。
【０００５】
水晶片２は、前記２本のリード４の一端部、即ちインナーリード４ａに導電性接着剤等（不図示）を用いて固定される。水晶片２の表面には、電極（電極膜）２ａが形成されており、そこに電圧を印加することで水晶片２を励振するように構成されている。
【０００６】
リード４の水晶片２が固定される側とは反対側の端部は、アウターリード４ｂとして気密端子１の外部に延出されており、そこから電気信号の入出力が成される。
【０００７】
封止管３は、一端部が開口された金属製の筒（製品により形状は多様）であり、封止工程時には、真空雰囲気中で気密端子１外周面の半田メッキ５が溶融しない程度の加熱をしながら気密端子１に対して一定の圧力で押圧することにより、その開口端を気密端子１の外周部（厳密には金属環１ｂの外周部）に嵌合させる（圧入と呼ばれる）。
【０００８】
これにより、水晶片２が封止管３内部に収納され、その内部は真空状態に保たれる。尚、封止管３内部には不活性ガス（窒素等）を充填することもある。
【０００９】
前述のように気密端子１の外周部には、図５に示すように金属環１ｂが接合されており、その外周面には、圧入時の封止管３内周面と気密端子１外周面との接合性を確保する目的で、概ね均一に半田メッキ５が施されている。
【００１０】
半田メッキ５には軟質のものを用い、例えばＳｎ（６０％）／Ｐｂ（４０％）の合金メッキや、水晶振動子を実装する際にリフロー炉を使用する場合には、Ｓｎ（１０％）／Ｐｂ（９０％）の高融点の合金メッキである。
【００１１】
但し、近年においては、環境保護を目的としてＰｂフリー化が推奨されており、Ｐｂフリーの半田メッキとしてＡｕ／ＳｎやＳｎ／Ｃｕの合金メッキ等が用いられる。半田メッキ５の材質に関しては、用途に応じて適宜選択が可能であり、ここでの詳述は避ける。
【００１２】
封止管３の開口端、即ち気密端子１と嵌合する部位の内径は、気密端子１外周部に接合された金属環１ｂの外径よりも小さくなっている。当然ながら、これは封止管３の気密端子１（金属環１ｂ）に対する圧入時の嵌合強度を確保するためであり、封止管３の内径と金属環１ｂの外径との差は圧入代と呼ばれる。
【００１３】
圧入代は、金属環１ｂの外径や封止管３の材質等によっても異なるが、例えば、金属環１ｂの外径が１〜３ｍｍの場合には１０〜２０μｍである。但し、金属環１ｂの外周面には、前述のように半田メッキ５をその材質に応じて５〜３０μｍの範囲で施すので、実質的には理論上１５〜５０μｍとなり、その中で適宜選択される。
【００１４】
尚、封止管の材質によっては、長期使用により封止管自体が腐食する恐れがあるため、場合によっては封止管全体にＮｉメッキを施すことがあり（例えば、１〜２μｍ）、その場合の封止管の圧入代は、そのメッキ厚も考慮して決定される。
【特許文献１】特開２００１−２８５００７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
前述のように封止管の気密端子に対する圧入代は、およそ１５〜５０μｍの範囲内で適宜選択されるが、圧入代はミクロン単位での調整であるため、気密端子（金属環）外周面に半田メッキを施す際の形成精度や封止管の加工精度によってはその規定値を大きく外れ、特に圧入代が大きくなり過ぎた場合、即ち封止管の内径が気密端子の外形よりも小さくなり過ぎた場合には、封止管を圧入した際に封止管に不要な応力が掛かり、亀裂が生じることがあった。当然ながら、封止管に亀裂が生じたものは封止管内部の気密性が正常に保たれなくなり（リークと呼ばれる）、不良となる。また、封止管に亀裂が生じないにしても、封止管に不要な応力が掛かった状態では、封止管の気密端子との接合部が歪んだりしてリークの原因となる。
【００１６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、封止管を損傷することなく、確実に水晶片を気密封止することが可能な水晶振動子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
気密端子上に実装した水晶片を封止管で封止してなる水晶振動子の製造方法であって、
少なくとも、
水晶片が実装された気密端子の外周面に帯状の半田層を形成する工程と、
前記気密端子上に実装された前記水晶片に封止管を被せ、当該封止管の開口端を前記気密端子外周面の前記半田層が形成された部位に位置決めする工程と、
前記気密端子外周面の前記半田層が形成された部位を加熱して前記半田層を溶融させ、前記封止管と前記気密端子とを接合する工程と、
を有する水晶振動子の製造方法とする。
【００１８】
前記半田層は、前記気密端子外周面にペースト状の半田を塗布することで形成される水晶振動子の製造方法とする。
【００１９】
前記半田層は、前記気密端子外周面に環状の半田部材を嵌合することで形成される水晶振動子の製造方法とする。
【発明の効果】
【００２０】
封止管の圧入を廃止することで封止工程時に封止管に大きな圧力を掛ける必要がなくなるため、封止管の損傷を防止することができる。また、気密端子外周面の半田メッキが圧入時の圧力により外部にはみ出すことがなくなり、それに起因する半田屑の発生を回避できる。半田屑は、水晶振動子を回路基板に実装した際などに配線パターン間に付着して回路のショートを引き起こす可能性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明による水晶振動子の製造方法を説明するための模式図で、（ａ）は気密端子上に水晶片を実装した状態、（ｂ）は気密端子（金属環）外周面に半田を塗布した状態、（ｃ）は水晶片に封止管を被せた状態、（ｄ）は半田を溶融させて封止管と気密端子とを接合した状態、を示している。図２は、気密端子外周面に環状の半田部材を嵌合した状態を示す要部拡大側面図である。また図３は、図１（ｃ）の要部拡大断面図で、封止管と気密端子とを接合する際の気密端子周辺部を示している。但し、図１、２では治具部分は断面を示している。本発明による水晶振動子の製造方法の特徴は、従来実施されていたような封止管の圧入を廃止したことである。
【００２２】
本発明の製造方法では、まず図１（ａ）に示すように外周部に金属環（不図示）が接合されてなる気密端子１０を治具１１ａに固定した状態で、その上に水晶片１２を実装する。
【００２３】
気密端子１０には２本のリード１３が設けられており、水晶片１２はその２本のリード１３の一端部、即ちインナーリード１３ａに、水晶片１２表面に形成された電極（不図示）を当接させた状態で導電性接着剤１４により固定される。
【００２４】
その後、図１（ｂ）に示すように、気密端子１０に接合された金属環の外周面に、その全周に渡り帯状に半田（ペースト）１５ａを塗布する。半田１５ａには、加熱時にガスの発生が少ない材質のもの、即ちフラックス等の有機系成分を含まないものを用いるのが好ましく（理由は後述）、ディスペンサー等（不図示）を用いて概ね均一な幅と厚さに塗布される。
【００２５】
半田１５ａの塗布位置について特に限定はないが、半田１５ａを溶融させた際に半田１５ａが気密端子１０外周面から封止管内外へはみ出さないようにすることを考えると、気密端子１０外周面の中央近傍が好ましいと言える。
【００２６】
尚、以上の説明では、図１（ｂ）に示すように気密端子１０の外周面にペースト状の半田１５ａをディスペンサー等により塗布することで半田層を形成しているが、図２に示すように環状の半田部材１５ｂ（固体）を気密端子１０の外周面に嵌合させることで形成してもよい。
【００２７】
但し、その場合には、環状の半田部材１５ｂが気密端子１０の外周面から脱落しないように、気密端子１０の下端部等につば部１０ａ（もしくは末広がりの形状）を設けるのが好ましい。
【００２８】
次に、図１（ｃ）に示すように、例えば気密端子１０を固定している治具１１ａの上に別の治具１１ｂを設置し、その状態で気密端子１０に封止管１６を被せて封止管１６の開口端を気密端子１０の半田１５ａが塗布された部位に位置決めする。
【００２９】
封止管１６は、従来の如く金属製のものであり、その材質によっては長期使用により腐食する恐れがあるため、表面全体（封止管１６内面含む）にＮｉメッキ（厚さ１〜２μｍ）を施すこともある。
【００３０】
従来のように圧入方式を用いる場合には、封止管１６の内径は気密端子１０に接合された金属環の外径よりも小さく設定されていたのに対し、本発明による製造方法では封止管１６の内径を、金属環の外径値に金属環外周面に塗布された半田１５ａの厚さ（高さ）を加えた値よりも数ミクロン〜数百ミクロン程度大きくなるように設定してある。
【００３１】
従って、図１（ｃ）に示すように気密端子１０に封止管１６を被せる際に、封止管１６の開口端内周面が気密端子１０外周面に塗布された半田１５ａに接触することはなく、封止管１６の位置決めが完了した時点では、封止管１６の開口端内周面と気密端子１０外周面に塗布された半田１５ａとの間に理論上数ミクロン〜数百ミクロン程度の隙間１７が生じている。
【００３２】
この隙間１７は、気密端子１０に封止管１６を被せる際に、封止管１６内周面が塗布された半田１５ａに接触しない範囲で可能な限り小さくなるように設定するのが好ましい。但し、封止管１６内周面が塗布された半田１５ａに接触したとしても、それにより半田１５ａに剥離が生じなければ特に問題はない。
【００３３】
そして、上記の如く封止管１６が治具１１ａ、１１ｂにより位置決めされた状態で、真空雰囲気中において治具１１ａ、１１ｂに組み込まれた任意の加熱機構により気密端子１６の半田１５ａが塗布された部位周辺（特に、封止管１６外周と気密端子１０の金属環）を局所的に加熱して半田１５ａを溶融させ、図１（ｄ）に示すように封止管１６と気密端子１０とを接合する。これにより、水晶片１２の封止が完了してシリンダータイプの水晶振動子が完成する。
【００３４】
加熱手段としては、必ずしも本実施例のように加熱機構を組み込んだ治具を用いる必要はなく、半田１５ａが塗布された部位を局所的に加熱できるものであればその他の手段を用いてもよい。
【００３５】
封止管１６の開口端内周面と気密端子１０外周面に塗布された半田１５ａとの隙間１７は、加熱により溶融して瞬間的に膨張した半田１５ａが封止管１６内周面に付着することで、図１（ｄ）に示すように完全に埋まった状態となる。
【００３６】
特に図３に示すように、気密端子として図２に示したものと同じようにその下端部につば部１０ａ（もしくは末広がりの形状）を有するものを用いれば、半田１５ａが溶融して気密端子１０の下方に流動するにつれて半田１５ａの付着がより確実なものとなり、気密封止の信頼性が向上する。但し、この場合には、半田１５ａを流動させるために加熱時間を通常より長めにする必要がある。
【００３７】
尚、加熱温度や加熱時間は、半田の種類及び塗布量、封止管の材質等を考慮して適宜設定すればよいが、加熱時間が長過ぎると溶融した半田が封止管と気密端子との隙間から外部に流出する恐れがあるので注意が必要である。
【００３８】
また、本発明による製造方法では封止管内部で半田を加熱して溶融させるため、半田にフラックス等の有機系成分が含まれていると、加熱時にガスが発生して水晶振動子の電気的特性に影響を及ぼす恐れがあるが、前述のように有機系成分を含まない材質の半田を用いることで対処可能である。
【００３９】
従来では圧入による気密性を確保するため、気密端子外周面に例えばＳｎ／Ｃｕメッキを施していたが、本発明による製造方法ではその必要はない。また、半田を溶融する際には封止管に熱を加えるため、封止管に保護目的のメッキを施す場合には、その加熱温度に耐えられる材質のものを用いるか、もしくはメッキ自体をしないようにする必要がある。
【００４０】
本発明の要旨は、封止管の圧入を廃止し、封止管の開口端内周面と気密端子外周面とを半田により接合することであり、半田の塗布方法や加熱方法には、その他種々の形態をとり得る。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による水晶振動子の製造方法を説明するための図で、（ａ）気密端子上に水晶片を実装した状態、（ｂ）気密端子（金属環）外周面に半田を塗布した状態、（ｃ）水晶片に封止管を被せた状態、（ｄ）半田を溶融させて封止管と気密端子とを接合した状態、を示している
【図２】気密端子外周面に環状の半田部材を嵌合した状態を示す要部拡大側面図
【図３】図１（ｃ）の要部拡大図で、封止管と気密端子とを接合する際の気密端子周辺部を示している
【図４】水晶片を封止管で封止したシリンダータイプ水晶振動子を示す分解斜視図
【図５】水晶片の封止に封止管の圧入方式を採用したシリンダータイプ水晶振動子に係る気密端子を示す断面図
【符号の説明】
【００４２】
１      気密端子
１ａ    絶縁部材
１ｂ    金属環
２      水晶片
２ａ    電極膜
３      封止管
４      リード
４ａ    インナーリード
４ｂ    アウターリード
５      半田メッキ
１０    気密端子
１０ａ  つば部
１１ａ  治具
１１ｂ  治具
１２    水晶片
１３    リード
１３ａ  インナーリード
１４    導電性接着剤
１５ａ  半田ペースト
１５ｂ  環状の半田部材
１６    封止管
１７    封止管内周面と半田との隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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