(57)【要約】      （修正有）【課題】  円筒状気密端子に円筒状金属キャップを気密封止する水晶振動子用パッケージにおいて、金属表面に施すめっき層をその目的に応じて材料および膜厚を任意に選択する水晶振動子用パッケージを提供する。【解決手段】  円筒型気密端子２の外環７およびリード８の金属表面に下地めっきの無電解Ｎｉめっき層１０を形成し、リード８のＮｉめっき層１０上、はんだ用めっき層１２を形成する。一方、金属キャップ３は電気Ｎｉめっき層１４が電気めっきにより形成され、この電気Ｎｉめっき層１４上に圧接封止材の高温はんだ材の圧接封止用めっき層１６を形成する。そして、高温はんだ材の圧接封止用めっき層を少なくともシール部分に施した金属キャップ３は、水晶片５がはんだ付けされたリードを有する気密端子２の外環７の無電解Ｎｉめっき層１０上に圧入され、圧接封止用めっき層１６と圧接して気密封着される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状外環内にガラスを貫通するリードを配置してリードと外環を絶縁した気密端子と、前記リードの一端側にはんだ付けされる水晶片と、圧接封止材の介在により前記気密端子の外環に気密封着し前記水晶片の収容空間を形成する円筒状金属キャップとを具備する水晶振動子用パッケージにおいて、前記気密端子の外環およびリードの表面に設けた無電解めっき層と、前記リード側の無電解めっき層上に設けたはんだ用めっき層と、前記金属キャップに設けた電気めっき層と、前記電気めっき層の少なくとも一部の表面に設けた圧接封止用めっき層とを有し、各めっき層の材料および膜厚を任意に選択可能としたことを特徴とする水晶振動子用パッケージ。
【請求項２】
前記無電解めっき層および電気めっき層はめっき材料がＮｉであり、膜厚を１〜４μｍの範囲内で選定したことを特徴とする請求項1に記載の水晶振動子用パッケージ。
【請求項３】
前記圧接封止用めっき層はＡｇめっき層またはＰｂ−Ｓｎめっき層であり、膜厚を４〜１５μｍの範囲内で選定したことを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子用パッケージ。
【請求項４】
前記リード上に設けたはんだ用めっき層がＰｂフリーめっき材料の部分めっき層であり、膜厚を７〜３０μｍの範囲内で選定することを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子用パッケージ。
【請求項５】
前記リード上に設けたはんだ用めっき層がＡｕ−Ｓｎ合金めっき層または多層めっき層であることを特徴とする請求項４に記載の水晶振動子用パッケージ。
【請求項６】
前記リード上に設けたはんだ用めっき層がペースト状はんだ材を所定のはんだ付け位置に塗着して形成することを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子用パッケージ。
【請求項７】
円筒状外環内にガラスを貫通するリードを配置してリードと外環を絶縁した気密端子と、前記リードのマウント部にはんだ付けされる水晶片と、圧接封止材の介在により前記気密端子の一方のシール部に気密封着し前記水晶片の収容空間を形成する他方のシール部を有する円筒状金属キャップとを具備する水晶振動子用パッケージにおいて、前記気密端子の外環およびリードの表面に設けた無電解めっき層と、前記リード側の無電解めっき層上に設けたはんだ用めっき層と、前記金属キャップに設けた電気めっき層と、前記電気めっき層のシール部表面に設けた圧接封止用めっき層とを有し、マウント部とシール部が独立して任意のめっき材と膜厚のめっき層を設けて品質向上と性能アップに寄与することを特徴とする水晶振動子用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガラス対金属封着構造（以下ＧＴＭＳとも呼ぶ）の気密端子をステムベースに用い、これに筒状金属キャップのリッド部材を気密封止して水晶片を気密空間に収容したシリンダタイプパッケージ、特に、小判または円筒型気密端子と小判または円筒型金属キャップとを圧接封止材により気密封着した水晶振動子用パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に気密封止したパッケージ内に水晶片を実装する水晶振動子用パッケージは、セラミックベースとその開口をカバーする金属リッドを具備して構成される。特に、高い気密性と信頼性を要求される場合には円筒型気密端子と円筒型金属キャップとで構成するシリンダタイプが多用される。そして、円筒型気密端子と円筒型金属キャップははんだめっきの接合材でパッケージに対する気密性を確保している。特許文献１は環境上有害なＳｎ−Ｐｂ共晶はんだに代えてＳｎ−Ａｇ系合金またはＳｎ−Ｂｉ系合金のはんだめっきを使用して円筒型気密端子の外環やリードの表面にめっき層を形成して接合材としている。また、特許文献２は、Ｂｉの非共晶組成Ａｇ−Ｂｉ材を金属表面に成膜することでリフローはんだ耐熱性を有し、安価で信頼性の高いＰｂフリーはんだ使用の気密端子を提示する。さらに、水晶振動子用パッケージとして高い気密性と信頼性の円筒型気密端子であるガラス対金属封着構造（ＧＴＭＳ）型気密端子と円筒型金属キャップのパッケージが特許文献３で開示される。
【特許文献１】特開２００１−６８１９４号公報
【特許文献２】特開２００２−１６００８９号公報
【特許文献３】特開２００３−１５２１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来の接合材に使用されているＰｂフリーはんだめっき層ではＰｂの有害性を回避するが、たとえば，Ａｕ−Ｓｎ合金めっき使用上のコスト対応や作業上でのリードカットや整列繰り返しなどの付加価値を伴わない工程やリードタイムの問題が残されている。また、採用されるめっき方法によっては、めっき部位毎にはんだ材の選択や材料に応じた膜厚選定で自由度を欠き品質改善上の制約が生じ、顧客満足度に応えられないなどの問題があった。たとえば、めっき方法としてバレルめっきを採用すると、一括処理によりリード曲がり、リード絡み等の不具合が発生し、めっき部位に応じて膜厚を任意に選択変更できない。また、めっき部位に応じためっき材料の選択部材と膜厚の制御が困難となる。さらに、所望しない部位へのめっきにより、材料利用効率を低下させてコストアップの問題が生ずる。それゆえ、こうした不具合や問題の回避が望まれていた。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、上記欠点を解消するために提案されたものであり、気密構造として堅固であり性能的に優れた円筒型金属ベースの気密端子と円筒型金属キャップとを組み合せたパッケージであり、気密端子のリード部位で異なる部分めっき層を設け、それぞれの部位に応じて最適のめっき材とめっき膜厚を選定した新規かつ改良された水晶振動子用パッケージを提供することにある。
【０００５】
具体的には、ステムベースとなる気密端子には無電解めっき、リッド部材の金属キャップには電気めっきを下地めっきとして施し、この下地めっきの上にそれぞれの部位に応じてめっき材料とめっき膜厚を任意に選択しためっき層を設けるものである。すなわち、圧接封止用めっき層、はんだ用めっき層が、それぞれの機能を効果的に発揮できるよう単独に形成し、気密端子の外環と金属キャップの気密封着や気密端子のリードと水晶片のはんだ付けを満足させる組合せ構造を提供する。この場合、はんだ用めっき層を多層めっき層としてもよく、めっき層の組合せとめっき厚さを特定することで所望する特性を得る。結果的には気密端子のリードと水晶片のはんだ付け、および気密端子の外環と円筒型金属キャップの最適な気密封着を達成する水晶振動子用パッケージの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、円筒状外環内にガラスを貫通するリードを配置してリードと外環を絶縁した気密端子と、前記リードの一端側にはんだ付けされる水晶片と、圧接封止材の介在により気密端子の外環に気密封着し水晶片の収容空間を形成する円筒状金属キャップとを具備する水晶振動子用パッケージにおいて、気密端子の外環およびリードの表面に設けた無電解めっき層と、リードの無電解めっき層上の特定部位に設けたはんだ用めっき層と、金属キャップに設けた電気めっき層と、この電気めっき層の少なくとも一部の表面に設けた圧接封止用めっき層とを有し、各めっき層の材料および膜厚を任意に選択可能としたことを特徴とする水晶振動子用パッケージが提供される。ここで、前記無電解めっき層および電気めっき層はめっき材料がＮｉであり、膜厚を１〜４μｍの範囲内で選定したこと、また、前記圧接封止用めっき層はＡｇめっき層またはＰｂ−Ｓｎめっき層であり、膜厚を４〜１５μｍの範囲内で選定したこと、さらに、前記リード上に設けたはんだ用めっき層がＰｂフリーめっき材料の部分めっき層であり、膜厚を７〜３０μｍの範囲内で選定することを開示する。具体的には、前記リード上に設けたはんだ用めっき層がＡｕ−Ｓｎ合金めっき層であることが好ましく、さらには、前記リード上に設けたはんだ用めっき層がペースト状はんだ材を所定のはんだ付け位置に塗着して形成することを開示する。
【０００７】
本発明の別の観点によれば、円筒状外環内にガラスを貫通するリードを配置してリードと外環を絶縁した気密端子と、前記リードのマウント部にはんだ付けされる水晶片と、圧接封止材の介在により前記気密端子の一方のシール部に気密封着し前記水晶片の収容空間を形成する他方のシール部を有する円筒状金属キャップとを具備する水晶振動子用パッケージにおいて、前記気密端子の外環およびリードの表面に設けた無電解めっき層と、前記リード側の無電解めっき層上に設けたはんだ用めっき層と、前記金属キャップに設けた電気めっき層と、前記電気めっき層のシール部表面に設けた圧接封止用めっき層を有し、マウント部とシール部が独立して任意のめっき材と膜厚のめっき層を設けて品質向上と性能アップに寄与することを特徴とする水晶振動子用パッケージが提供される。ここで、はんだ用めっき層は無電解Ｎｉめっき層を設けたリードのマウント部位にＰｂフリーはんだ材の部分めっきで形成され、たとえば、Ａｕ−Ｓｎ合金めっき層または多層めっき層とすることを開示する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による水晶振動子用パッケージは、ガラス対金属封止構造の円筒型気密端子を用いるので機械的強度の強化に加え気密封着に関する気密性と信頼性が確保され、特に、圧接封止材は金属キャップ側に部分めっき層として形成するのみであり、気密端子側の外環表面には設けず、それによりめっき処理を簡素化してリードタイム改善を図ると共に材料コストの低減化に寄与する。また、マウント部とシール部が独立して任意のめっき材と膜厚のめっき層を設けることで品質向上と性能アップに寄与する。なお、圧接封止材にＰｂフリーのめっき材としてＡｇの部分めっき層を使用することで環境問題がなく気密確保と安全性に役立つなどの実用的効果を発揮する。また、はんだ付け性の良好なＡｕ−Ｓｎ合金のめっき層を比較的厚めにリードに部分めっきとして設けることで水晶片とのはんだ付けを確実に得る。したがって、作業上でのトラブルや不具合の発生が減少でき、気密精度の向上が図れ、量産化と低コスト化に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明による実施の形態は、円筒状外環内にガラスを貫通するリードを配置してリードと外環が絶縁される気密端子と、リードの一端側ではんだ付けされる水晶振動子用水晶片
と、この水晶片を収容する空間を形成するように気密端子の外環に圧接封止材の介在により気密封着する円筒状金属キャップとを具備して構成した水晶振動子用パッケージである。このパッケージにおいて、気密端子は、先ず、従来と同様な方法で外環およびリードの金属部材の全表面には全部を電解液中に浸漬して無電解Ｎｉめっき層が形成され、次いで本発明であるリードの無電解Ｎｉめっき層上にはんだ材の部分めっき層として、好ましくはＡｕ−Ｓｎ合金めっき層が部分浸漬法により形成される。この後、このはんだ材の部分めっき層に水晶片がはんだ付けされる。一方、金属製のキャップはその全表面に電気Ｎｉめっき層が形成され、このＮｉめっき層上の一部分に圧接封止材、たとえば、Ｐｂ−Ｓｎめっき層、またはＡｇめっき層が形成される。すなわち、各めっき層の使用材料はそれぞれの機能に合わせて選択され、不要部分のめっきを省くことでコスト的に有利な水晶振動子用パッケージが提供できる。この場合、無電解めっき層および電気めっき層はＮｉであり、下地めっきとして１〜４μｍの範囲内で選定される。また、前記圧接封止材はＰｂ−Ｓｎめっき層またはＡｇめっき層であり、めっき厚を比較的厚い４〜１５μｍの範囲内で選定される。ここで、金属キャップはその内周面に１μｍ以下のＮｉめっき層とその上にＡｇまたははんだめっき層が形成され、気密端子の外環の外表面に形成した無電解Ｎｉめっき層とで効果的なシール性が一層強調できる。
【００１０】
特に、気密端子外環のコバール材の外表面に施す無電解めっき層として１〜４μｍのＣｕ下地めっき層を形成することもできる。一方、リードに設けるはんだ材にはＡｕ−Ｓｎ合金めっき層または多層めっき層が利用でき、はんだ付け性確保のために、７〜３０μｍと比較的厚く形成してはんだ付性を確保する。下限は下地めっき層の上限以上であり、上限は作業性からの制限である。かくして、それぞれの機能を有するめっき層により外環、リード及びキャップは、密着性の確保、シール性の向上、リフロー工程に対する耐熱性の向上、および難酸化性等の耐化学変化対応性のある金属パッケージが提供できる。
【実施例】
【００１１】
以下、本発明に係る実施例について図面を参照しつつ詳述する。図１（ａ）の分解斜視図および図１（ｂ）の部分切欠き斜視図は本発明に係る実施例に共通する部分を示している。すなわち、本発明の水晶振動子用パッケージ１は、直径１．２ｍｍの円筒体からなり、円筒型気密端子２と、円筒型金属キャップ３と、気密端子２上でリード４の内部側にはんだ付けされた水晶片５とを具備して構成される。気密端子２と金属キャップ３は圧接封止材６の介在により気密封着される。このうち、図２または図３の異なる実施例は気密端子２を拡大して示される。
【００１２】
図２は材料コストの安いＳｎ−Ｐｂ合金の高温はんだを使用する場合の実施例であり、はんだ用めっき層は気密端子のリードには膜厚の厚いめっき層が形成され、金属キャップには少なくとも内面シール部位に高温はんだを使用したはんだ用めっき層が比較的薄く形成される。図２の拡大部分断面図に示すように、気密端子２は、外環７、この外環７の内側に貫通配置した一対のリード８、およびリード８を外環７から絶縁して気密封着する絶縁ガラス材９からなるガラス対金属封着構造である。気密端子２は周知の方法で予め加熱用組立治具に外環とリードと共にガラスタブレットのガラス材を組み込み、加熱炉を通炉することによりガラス材を軟化・溶融して気密封着される。外環７および一対のリード８は互いに絶縁ガラス９と熱膨張率が近似する材料が選択されて使用される。気密端子２の外環７とリード８および金属キャップ３の金属表面部分に関するめっき層は、図２の拡大断面図に示される。この拡大断面図から明らかなように、円筒型気密端子２の外環７および一対のリード８の金属表面部分は下地めっきとしての無電解Ｎｉめっき層１０が電解液に浸漬して形成される。さらに、リード８のＮｉめっき層１０の上にははんだ用めっき層１２が高温はんだ材により形成される。一方、金属キャップ３にはＮｉめっき層１４が電気めっきにより形成され、この電気Ｎｉめっき層１４の上に圧接封止材としての高温はんだ材の圧接封止用めっき層１６が少なくともキャップ内面のシール部分に形成される。この金属キャップ３は、水晶片５が気密端子２のリード８の内側端子部にはんだめっき層１２ではんだ付けされた後、外環７のＮｉめっき層１０上に圧入され、圧接封止用めっき層１６と圧接して気密封着される。後述するように、それぞれのめっき層はめっき用金属材料とめっき層の膜厚が特定され、所望する作用効果を満足させるように選定される。すなわち、図に示す気密端子２のリード８に水晶片５を３５０℃〜４００℃のはんだ付け工程で接合するに好都合な高温はんだめっき層１２が設けられている。この気密端子２はパッケージ１の金属ベースとなって、これにパッケージ１の水晶片５がはんだ付けにより装着される。そして、水晶片５が装着された気密端子２には金属キャップ３が被せられて外環７のめっき層１０と金属キャップ３の内面側の高温はんだ用めっき層１６の圧接封止材を介して気密封着される。なお、金属キャップ３は洋白材から成り、その内周面に下地の電気Ｎｉめっき層１４が１μｍ以上の厚さで形成され、その上の高温はんだ材の圧接封止用めっき層１６が外環７のＮｉめっき層１０と効果的なシール性を発揮し、圧入結合の作業性を容易にするなど実用的効果を奏する。
【００１３】
本発明の別の実施例は、図３に示すように、リード８の無電解Ｎｉめっき層１０上に材料コストの高いＡｕ−Ｓｎ合金のはんだ用めっき層２０を必要最低限の部位であるリードのみに形成し、金属キャップ３のＮｉめっき層１４上に銀の圧接封止用めっき層２２をキャップ内面のシール部位のみに形成する。したがって、はんだ付けにはＰｂフリーはんだ材を使用するので有害金属の使用に伴う環境問題を提起せず、また、コストの高いＡｕ・Ａｇを使用するが、それぞれを必要部位のみに使用することでコスト高に歯止めをかける。なお、この実施例は、はんだ用めっき層２０および圧接封止用めっき層２２を使用するが、前述の実施例とは材料を異にする以外、水晶振動子用パッケージとしての構造上相違点はなく、図１および図２に用いた構成部分と同一部分については同じ符号を使用して、詳細な説明を省略する。
【００１４】
本発明のさらに別の実施例は、図４に示すように、リード８の無電解Ｎｉめっき層１０上に形成するはんだ用めっき層として、はんだペースト層３０を塗着形成した。この場合、金属キャップ３の電気Ｎｉめっき層１４上の圧接封止材には、図３と同様にＡｇの圧接封止用めっき層２２を形成している。この場合、はんだ付けははんだペーストを使用するので塗布作業が実施容易となり、作業上の処理工数が低減できコスト面で有利となる。なお、前述の実施例と比べて、めっき層としての使用材料を異にする以外に水晶振動子用パッケージとしての構造上相違点はなく、前述する図１ないし図３に示す構成部分と同一部分については同じ符号を使用して詳細な説明を省略する。
【００１５】
次に、図５（ａ）および図５（ｂ）には、本発明に係るはんだ用めっき層を形成する場合のめっき方法について概略図を示す。たとえば、無電解Ｎｉめっき層を形成した外環７およびリード８を有する複数個の気密端子２は、リード８が電流供給用チャック４０により保持され、はんだ材のめっき液４２中に浸漬される。電流供給用チャック４０からは適当な電流が供給され、Ｎｉめっき層上にはんだ用めっき層が所定の膜厚に形成される。図示するように、Ａｕ−Ｓｎ合金のはんだ用めっき層をリードの一部分に形成する場合は、めっきする部位をめっき液中に浸漬して必要部分にのみ所定の膜厚めっきを施し、それによりめっき材の使用量を必要最小限として機能的・経済的に有利なコスト上の効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る実施例の水晶振動子用パッケージの概要図であり、図１（ａ）は分解斜視図、図１（ｂ）は組立後の主要部を示す部分切欠き斜視図である。
【図２】第１の実施例における水晶振動子用パッケージの要部拡大断面図である。
【図３】同じく第２の実施例における水晶振動子用パッケージの要部拡大断面図である。
【図４】同じく第３の実施例における水晶振動子用パッケージの要部拡大断面図である
【図５】同じく実施例２におけるはんだ用めっき層を形成する方法を示し、図５（ａ）は部分断面正面図であり、図５（ｂ）は部分断面側面図である。
【符号の説明】
【００１７】
１…水晶振動子用パッケージ、    ２…気密端子、    ３…金属キャップ、
５…水晶片、    ７…外環、    ８…リード、  ９…絶縁ガラス、
１０…無電解Ｎｉめっき層、  １２…高温はんだ材のはんだ用めっき層、
１４…電気Ｎｉめっき層、    １６…高温はんだ材の圧接封止用めっき層、
２０…Ａｕ−Ｓｎ合金のはんだ用めっき層、  ２２…Ａｇの圧接封止用めっき層、
３０…はんだペースト材のはんだ用めっき層、  ４０…給電用チャック、
４２…めっき液。
【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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