(57)【要約】【課題】  無鉛化に対応するとともに耐熱性に優れた気密封止を行う電子部品を提供し、圧入後の気密性並びに接続性を低下させることのない気密封止を行う電子部品を提供する。【解決手段】  金属製のシェル１０に絶縁ガラス１３が充填され、当該絶縁ガラスにリード端子１１，１２が貫通固定されたベース１と、当該ベースに搭載される電子素子２と、前記ベースに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３とからなり、少なくとも前記金属製のシェルおよびリード端子に銅層が形成され、当該銅層上にニッケル層が形成され、さらに当該ニッケル層上に極薄の金層が形成されてなる電子部品において、前記キャップの内面の少なくとも前記ベースとの嵌合領域にはニッケル層を形成し、そのニッケル層上の前記ベースとの嵌合領域のみに、軟質金属層が形成されている。【選択図】  図１
2008103380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【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り、少なくとも前記金属製のシェルおよびリード端子に銅層が形成され、当該銅層上にニッケル層が形成され、さらに当該ニッケル層上に極薄の金層が形成されてなる電子部品において、前記キャップの内面の少なくとも前記ベースとの嵌合領域にはニッケル層を形成し、そのニッケル層上の前記ベースとの嵌合領域のみに、軟質金属層が形成されてなることを特徴とする気密封止型電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水晶振動子等の電子部品に関するものであり、特に無鉛化に対応するとともに、耐熱性を有する気密封止型の電子部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、例えばシリンダー型の容器に収納された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を形成し、相対的に若干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42アロイまた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めっき等の手段により形成され、さらにその表面に錫層を形成した構成である。また、キャップは洋白等の銅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比率の半田が形成されていた。以上の構成により、ベース側の錫やキャップ側の半田層が軟質で、延性に優れているため、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】
ところで近年においては、リフローソルダリング環境に対応させる必要がでてきた。すなわち、リフローソルダリングにおいては、２４０〜２７０℃等の高温環境により実装基板への搭載を行うため、この圧入部分の金属構成も耐熱性が要求されるようになっている。
【０００５】
このような要求に対応するために半田組成を例えば鉛９：錫１と鉛含有量を増加させ融点を上げた半田が用いられてきた。しかしながら、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り、上記半田組成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】
このような無鉛化を考慮した構成が特開２００５−１９１５５８号（特許文献１）に開示されている。特許文献１においては、リード端子を含むベース（気密端子）とキャップ（封止管）の表面にはそれぞれ銅めっきが施されており、当該銅層上にニッケル層が形成され、さらに当該ニッケル層上に極薄の金層が形成されている。この構成により、銅の溶融温度は高いため、めっき後の気密端子、封止管は高温で処理することができ、いわゆる耐熱仕様品に適用することができ、上述のリフローソルダリング環境に対応させることができる。加えて、銅の酸化による弊害を抑制する構成が提案されている。
【０００７】
しかしながらこのような構成では、メッキ全体としての硬度が高く、圧入封止する際に嵌合が緩いと気密不良になり、嵌合がきついとベースのガラスが割れることがあり、結果として、気密性が低下する等の不具合が生じるおそれがあった。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１９１５５８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、無鉛化に対応するとともに耐熱性に優れた気密封止を行う電子部品を提供することを一つの目的とするとともに、圧入後の気密性並びに接続性を低下させることのない気密封止を行う電子部品を提供することをもう一つの目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、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り、少なくとも前記金属製のシェルおよびリード端子に銅層が形成され、当該銅層上にニッケル層が形成され、さらに当該ニッケル層上に極薄の金層が形成されてなる電子部品において、前記キャップの内面の少なくとも前記ベースとの嵌合領域にはニッケル層を形成し、そのニッケル層上の前記ベースとの嵌合領域のみに、軟質金属層が形成されてなることを特徴とする。
【００１１】
銅層は延性に優れているためキャップを圧入することにより気密封止した際の気密封止性能（ハーメチックシール性能）を向上させることができる。銅層上に形成されるニッケル層は、バリア層の機能を有している。すなわちニッケル層により銅の酸化を抑制するとともに、上層に形成される金層と下層に位置する銅層との拡散を抑制する。仮に金と銅の合金層が形成されると銅が表面に拡散し、酸化膜を形成することがあり、このような場合従来の問題点においても指摘したような気密性並びに外部接続性の低下を招くことがあるが、当該ニッケル層の存在によりこのような不具合の発生を抑制することができる。また金層によりベースの内部及び外部のろう付け時の接合性が向上する。すなわち、ベース内部においては電子素子を半田あるいは無鉛半田等のろう材により接合するが、この接合性が向上する。またベース外部との接続においても、例えば実装基板へのろう付け接合においても接合性が向上し、接合強度並びに接合の信頼性が向上する。
【００１２】
また、前記キャップの内面の少なくとも前記ベースとの嵌合領域にはニッケル層を形成し、そのニッケル層上の前記ベースとの嵌合領域のみに、軟質金属層が形成されているので、軟質金属層の溶融ガスによる悪影響がなくなり、圧入作業をスムーズに行わせ、かつ気密性を向上させることができる。結果として、電子部品素子の電気的特性の低下がすることがなくなる。電子部品素子として水晶振動子を使用した場合、直列共振抵抗値を低下させることや、エージング特性が低下することもない。
【００１３】
さらに本発明は、キャップ側に形成されためっきについても提案しており、前記キャップの内面の少なくとも前記ベースとの嵌合領域にはニッケル層が形成されているので、ベースにキャップを圧入した際の気密封止性能を高めることができる。ベース上面に形成した金層が圧入時の滑りをよくし、またキャップのニッケル層と軟質金属層、当該金層が馴染むことにより、また銅層の延性と相まって良好な気密封止性能を得ることができる。
【００１４】
また、上記構成において、前記軟質金属層として、錫系の金属層が形成した構成としてもよい。錫系の金属層は比較的軟質性を有しており、前述の銅層の延性と相まって、キャップを圧入することにより気密封止した際の気密封止性能（ハーメチックシール性能）をより向上させることができる。圧入作業をスムーズに行わせ（圧入作業性能の向上）、かつ気密性を向上させることができる。
【００１５】
なお、当該錫系の軟質金属層は、圧入を容易ならしめるために形成するので、その厚さは必要以上に厚くする必要はなく例えば１〜１０μｍ程度でよい。薄くなりすぎると気密封止性能が低下する可能性があり、厚くなりすぎると圧入性を低下させる。錫系の金属層として錫や錫銅等の無鉛のものがより好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による気密封止型電子部品によれば、ベース並びにキャップに鉛を用いておらず、無鉛化した電子部品を提供することができる。またベースに使用する金属材料がリフローソルダリング時の加熱に充分対応できる材料を用いているので、耐熱性に優れた気密封止を行う電子部品を得ることができる。さらに銅の延性を充分に作用させる構成であるとともに、表面の酸化を抑制する構成であるので、ベースにキャップを圧入した後の気密性を向上させ、またベースのリード端子の接合性を低下させることのない気密封止型電子部品を得ることができる。また前記キャップの内面の少なくとも前記ベースとの嵌合領域にはニッケル層を形成し、そのニッケル層上の前記ベースとの嵌合領域のみに、軟質金属層が形成されているので、圧入作業をスムーズに行わせ、かつ気密性を向上させた気密封止型電子部品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明による好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。
本発明の実施例について、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り、図３はリード端子部分の部分拡大図である。なお、図２，図３については、一方のリード端子部分のみを図示している。
【００１８】
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は例えばコバール等を基体としており、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１０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１１，１２とを各々電気的に独立した状態でシェル内に充填されている。これらシェル１０、リード端子１１，１２、絶縁ガラス１３はガラス焼成技術により一体的に成形される。なお、シェル１０あるいはリード端子１１，１２の金属材料は上記材料に限定されるものではなく、例えばシェルに４２アロイ等の鉄ニッケル系合金を用いてもよい。
【００１９】
この一体成形されたベース１を脱脂、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、その後次の金属膜が形成される。ベース表面すなわちシェル１０およびリード端子１１，１２のコバール表面には、銅層１０１が電解めっきにより形成される。当該銅めっきはシアン化銅めっき等による１層構成も可能であるが、コバールは鉄系の合金であるため銅めっきを行った際に鉄と銅の金属置換反応が生じ、めっき膜の密着性の低下が生じることがある。
【００２０】
このため図３に示すように下層にストライク銅めっき（薄膜銅層）１０１ａを形成し、上層に硫酸銅めっき（厚膜銅層）１０１ｂを形成することにより、膜強度を向上させることができる。より具体的には、低濃度のシアン化銅浴あるいはピロりん酸銅浴にめっき対象のベース全体を浸漬し、短時間で大電流を与える。これにより高密度の均一な薄膜銅層１０１ａを得ることができる。
【００２１】
次に当該薄膜銅層上に硫酸銅めっきにより厚膜銅層１０１ｂを形成する。硫酸銅めっきは硫酸銅バレル浴にストライクめっき後のベースを投入し、当該バレルを回転させることにより、電解めっきされる機会の平均化を図り、一度の多数個のベースのめっき処理を行うことができる。なお、当該厚膜銅層の延性を損なわないために、硫酸銅めっき浴には光沢剤を添加することは好ましくなく、まためっき浴中の不純物もできるだけ除去した環境でめっきを実行することが好ましい。
【００２２】
当該銅層１０１の上層にはニッケル層１０２を形成する。ニッケル層１０２は前述したようにベースのシェル部分とリード端子部分に形成されるニッケル層の各々に要求している性能は若干異なったものとなっている。すなわちベースのシェル部分には下層の銅層１０１と上部に形成される金層１０３とのバリア膜としての機能が求められ、実装基板とろう付け接合されるリード端子部分には膜強度の良好なものが求められる。
【００２３】
ニッケルは基本的には硬質であり延性に劣っているので、前述のとおりキャップとの嵌合部分においては前記バリア機能を確保した状態でできるだけ薄く形成することが好ましい。しかしながらリード端子部分については外部端子電極等とろう付け接合されるため、それに耐えうる膜強度が必要となる。従って、薄くて膜強度の良好なニッケル層が必要となる。本実施の形態においては厚さが約０．５〜１μｍのストライクニッケルめっき膜を形成した。より具体的には塩化ニッケル（NiCl2・6H2O）と塩酸（HCl）からなる常温のウッド浴に銅層の形成されたベースを浸漬し、電解めっきを行う。ベースの銅表面では水素ガスによる酸化膜の還元とニッケルの析出がおこる。これにより表面の酸化銅等の酸化膜を除去しながらニッケルめっきを形成することができる。
【００２４】
このようにして得られるニッケル層１０２はベース本体のシェル部分においては銅層１０１と金層１０３間のバリア機能を有する薄い膜であるため、圧入時のキャン３による直接的な切削力あるいは圧入時の応力によりニッケル膜が破断し、下にある銅層の露出が比較的スムーズに行われ、圧入に必要となる銅の延性を機能させることができる。またリード端子部分においては、ろう付けに対応した膜強度を得ることができる。
【００２５】
なお、当該ニッケル層１０２はストライクニッケルめっきに限らず、一般的に用いられるワット浴によるめっきを行ってもよいが、この場合は光沢剤を使用しないあるいは使用量を抑制したり、ｐＨ値を２〜３程度に低くする等の工夫により延性を確保することが好ましい。
【００２６】
ニッケル層１０２の上面には極薄の金層１０３をフラッシュめっき法等の手法により、０.１〜０.８μｍの厚さで形成する。これら当該極薄の金層の形成はバレルめっきを用いるとよい。バレルめっきは被膜形成対象物を投入したバレルをめっき浴に浸漬し、バレルを回転させることにより電解めっき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。なお、前述のストライク銅めっきによる薄膜銅層１０１ａ、硫酸銅めっきによる厚膜銅層１０１ｂの形成、およびストライクニッケルめっき、ワット浴によるニッケルめっき等によるニッケル層１０２の形成においてもバレルめっきを用いることは、生産性向上の面で好ましい。当該金層１０３の形成により、リード端子のインナー側１１ａ，１２ａにおいては水晶振動片等の電子素子をろう材により接合する際のぬれ性および接合性向上に寄与し、アウター側１１ｂ、１２ｂにおいては実装基板とのろう付けにおけるぬれ性および接合性向上に寄与する。以上のめっき処理により、ベース１のシェル１０およびリード端子１１，１２表面に上記各金属層が形成される。
【００２７】
なお、前述のニッケル層は、ストライクめっき等の電解めっきを用いた例を示したが、無電解ニッケルめっきを適用してもよい。例えば、ニッケルイオン、次亜りん酸ナトリウム等の還元剤を含むめっき浴に銅層の形成されたベースを浸漬することにより、無電解ニッケルめっき膜を形成してもよい。前述のとおり無電解ニッケルめっきはめっき膜のつきまわりが良好で、均一な膜厚を得ることができる。また膜厚が薄くても良好な膜強度を得ることができるという利点を有している。従って、当該無電解ニッケル層はベース本体のシェル部分においては銅層と金層間のバリア機能を有する薄い膜であることにより、圧入時にニッケル膜が破断し下層の銅層の露出が比較的スムーズに行われ、圧入に必要となる銅の延性を機能させることができる。またリード端子部分においては、薄くてもろう付けに対応した膜強度を得ることができる。よって、気密性およびベース内外のろう付け接合性を向上させることができる。
【００２８】
次に、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を搭載し、半田あるいは無鉛半田等のろう材により接合する。より詳しくは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、それぞれの電極が音叉型水晶振動片下方の基部２１に引き出されている。音叉型水晶振動片の基部２１をベースのリード端子インナー側１１ａ，１２ａに直立した状態で、かつリード端子に接触した状態で搭載し、リード端子に予め供給された前記ろう材（図示せず）により、基部の電極とリード端子とを電気的機械的に接続する。インナー側１１ａ，１２ａにはその表面に金層１０３が形成されているためにろう材との接合性が向上する。
【００２９】
キャップ３は例えば洋白（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ系合金）等の金属材からなり、有底の円筒状を有している。キャップ３の外周および内周面にはニッケル層３１がめっき等の手段により形成されている。当該ニッケル層３１はワット浴によるニッケルめっき浴を用い、厚さ１〜５μｍのニッケル膜厚を得る。前述のとおり、ニッケル層は光沢剤の使用を抑制する等により延性を確保することが好ましい。
【００３０】
前記キャップ３の内周面のニッケル層３１の上面で、かつ前記ベース１との嵌合領域３２のみに、軟質金属層３２１としての錫層が例えば１〜１０μｍ程度の厚さで形成している。この軟質金属層としての錫層は無電解メッキにより形成できる。また、錫ペースト（錫を含有した樹脂ペースト）を塗布したり、印刷する方法により形成し、焼成することにより形成することもできる。以上のめっき処理により、キャップ３の外周および内周面に上記各金属層が形成される。
【００３１】
なお、上記実施形態の金メッキ１０３の厚みと前記軟質金属層３２１としての錫層の厚みと同じ厚さ（１〜１０μｍ程度の厚さ）で形成し、気密封止後に錫を溶融させることで、ベースの金とキャップの錫層を金錫合金化するので、封止部の耐熱性を飛躍的に向上させることができる。また、前記ニッケル層は前記キャップの外周および内周面に形成したが、前記キャップの内面の少なくとも前記ベースとの嵌合領域のみに形成してもよい。この場合、ガスの発生を最小限度に抑えられる。また、前記キャップの内周面の嵌合領域に軟質金属層３２１としては、錫層に代えて錫銅層（錫：銅＝99：1）を１〜１０μｍ程度の厚さで形成してもよい。さらに、錫金層（錫：金＝7：3）、錫銀層（錫：銀＝24：1）、または亜鉛等を用いてもよいし、錫、錫銅、錫金、錫銀、銅、亜鉛等を適宜組み合わせた多層構造であってもよい。これらの軟質金属層３２１は、柔らかく気密封止に最適である錫系の金属層で、無鉛のものがより好ましい。キャップの内径は前記ベースのシェル部分の外径よりも若干小さく設計されており、例えば２〜５％小さな内径寸法に設定されている。このようなキャップにより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。圧入によりベースとキャップが強く密着することにより気密封止され、キャップ内部が真空状態に保たれる。
【００３２】
以上により、ベース１およびリード端子１１，１２のインナー側、アウター側ともその表面は銅層１０１、ニッケル層１０２そして極薄の金層１０３の順で形成された電子部品を得ることができ、これにより実装基板への半田あるいは無鉛半田によるろう付け性が低下することなく、スムーズな実装を行うことができる。なお電子素子をリード端子に接合するろう材および電子部品を実装基板に接合するろう材も無鉛のもので、かつ耐熱性に優れた材料を用いることにより、電子部品のトータルとしての無鉛化、耐熱性対応の電子部品を得ることができる。また前記キャップ３の内面の少なくとも前記ベース１との嵌合領域３２にはニッケル層３１を形成し、そのニッケル層上の前記ベースとの嵌合領域３２のみに、軟質金属層３２１としての錫層が形成されているので、圧入作業をスムーズに行わせ、かつ気密性を向上させた気密封止型電子部品を得ることができる。
【００３３】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例をあげることができる。例えば上記構成において、ベースの最上面に形成した金層に代えて錫層を形成してもよい。当該錫層はニッケル層の形成されたベースの金属露出面全体に形成してもよいし、ベースのキャップとの嵌合面のみに形成してもよい。全体に形成する場合はメッキによる膜形成方法が適しているし、嵌合面のみの一部分の膜形成は錫ペースト（錫を含有した樹脂ペースト）を塗布したり、印刷する方法により形成し、焼成する方法を採用すればよい。また上記錫層に代えて金錫層を用いてもよい。
【００３４】
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。
【００３５】
なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形
で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎ
ず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであ
って、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属す
る変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【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。
【図３】図２のリード端子部分の部分拡大図。
【符号の説明】
【００３７】
１  ベース
１０  シェル
１１，１２  リード端子
１３  絶縁ガラス
１０１  銅層
１０２  ニッケル層
１０３、１０６  金層
３１  ニッケル層
３２１  軟質金属層
【図１】
2008103380.tif 000003
【図２】
2008103380.tif 000004
【図３】
2008103380.tif 000005