(57)【要約】【課題】高温用の耐熱メッキを人体に有毒な鉛を使用しない鉛フリーとした電子デバイスを提供する。【解決手段】圧電振動素子６を収納可能な金属ケース９と、金属ケース９の開口端に接合され金属ケース９内を気密封止するプラグ２と、圧電振動素子６の励振電極７と接続され、プラグ２を貫通しその底部から突出した２本のリード端子４、４と、を備えた円筒型圧電振動子１であって、メッキ層１０は、金属部材上に形成され、錫（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）を材料とした第１のメッキ層１２と、第１のメッキ層１１上に形成され、銀（Ａｇ）を材料とした第２のメッキ層１３と、第２のメッキ層１３上に形成され、金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）を材料とした第３のメッキ層１４とから成る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にメッキ層が形成された金属部材からなる電子デバイスのメッキ構造であって、
前記メッキ層は、前記金属部材上に形成され、錫と銅を材料とした第１のメッキ層と、前記第１のメッキ層上に形成され、銀を材料とした第２のメッキ層と、前記第２のメッキ層上に形成され、金と錫を材料とした第３のメッキ層と、から成ることを特徴とする電子デバイスのメッキ構造。
【請求項２】
前記金属部材と前記第１のメッキ層との間に、銅を材料とした下地層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスのメッキ構造。
【請求項３】
前記電子デバイスが圧電振動子であり、前記金属部材が金属ケースと共に圧電振動素子を気密封止するプラグであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子デバイスのメッキ構造。
【請求項４】
圧電振動素子を収納可能な金属ケースと、前記金属ケースの開口端に接合され前記金属ケース内を気密封止するプラグと、前記圧電振動素子の励振電極と接続され、前記プラグを貫通しその底部から突出した２本のリード端子と、を備えた圧電振動子であって、
前記プラグ及び／又は前記リード端子の表面に、錫と銅を材料とした第１のメッキ層と、前記第１のメッキ層上に形成され、銀を材料とした第２のメッキ層と、前記第２のメッキ層上に形成され、金と錫を材料とした第３のメッキ層とからなるメッキ層を形成したことを特徴とする圧電振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無鉛化に対応した電子デバイスのメッキ構造に関わり、圧電振動子のプラグに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば圧電振動子などの電子デバイスにおいては、金属ケースとプラグという２つの金属部材を電気的に接合するためプラグの表面をろう材によりメッキしていた。ろう材としては、錫（Ｓｎ）と鉛（Ｐｂ）の共晶半田（以下、「ＳｎＰｂ半田」と称する）がよく知られている。このＳｎＰｂ半田は、Ｓｎ６２ｗｔ％とＰｂ３８ｗｔ％の組成からなり、図３に示すように共晶点の溶融温度が１８３℃とされる。
近年、Ｐｂの有害性が問題になっており、各国においてＰｂの使用を規制する動きがある。このため、Ｐｂフリー或いはＰｂレスと称される代替半田の研究・開発が盛んに行われている。
一般に知られているＰｂフリー半田は、Ｓｎをベースにアンチモン（Ｓｂ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）等の金属を数％添加した組成であり、添加される金属によって融点が変化する。主な組成は、高融点系（Ｓｎ−Ａｇ系）、中融点系（Ｓｎ−Ｚｎ系）及び低融点系（Ｓｎ−Ｂｉ系）がある。
【０００３】
例えば特許文献１には、リフロー温度に耐えるＰｂフリーの高温半田として、ＳｎＣｕ合金、ＳｎＺｎ合金、ＳｎＡｕ合金、Ｚｎ、Ｂｉを材料とし液相線温度が２００℃以上のろう材が開示されている。
また、特許文献２には、リフロー温度に耐えるＰｂフリーの高温半田の代替品として、二つの金属部材は積層めっき層を介在して当接し、第１および２金属の融点以下の温度で加熱し、第１および第２金属を固相状態で相互拡散して二つの金属部材を電気機械的に接合させるようにした鉛フリーろう付け構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−０９５８７公報
【特許文献２】特開２００６−８２１１９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献２にも開示されているように、２つの金属部材の金属メッキ層を合金化してろう付けした回路部品を、リフロー装置を利用してプリント基板にろう付けする場合、プリント基板にろう付けする際に使用するろう材と、回路部品を構成する素子をろう付けしたときのろう材の材料が同じである場合、回路部品をプリント基板にろう付けするときのリフロー温度により回路部品の素子を接合していたろう材が溶融して素子が脱落するおそれがあった。また、例えば回路部品が圧電振動子の場合は圧電振動素子を気密封止していた金属ケースとプラグとの接合していたろう材が溶融して気密性が損なわれるという欠点があった。
【０００５】
これを防止するには、回路部品を構成する際に使用するろう材を高温半田とすることが考えられる。しかしながら、図３に示すように鉛を使用しない高温ハンダであるＳｎＡｕ合金は融点温度が２８０℃であり、融点温度が３０１℃とされるＰｂを使用した高温ハンダであるＳｎＰｂ合金より融点温度が低く、しかもその融点温度が高温半田として下限温度に近く十分な耐熱性を確保できないという欠点があった。
【０００６】
本発明は上記のような点に鑑みたものであり、鉛を使用した高温ハンダと同等の融点温度を有し、且つ、鉛を使用しない鉛フリーとした電子デバイスのメッキ構造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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は表面にメッキ層が形成された金属部材からなる電子デバイスのメッキ構造であって、メッキ層は、金属部材上に形成され錫（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）を材料とした第１のメッキ層と、第１のメッキ層上に形成され銀（Ａｇ）を材料とした第２のメッキ層と、第２のメッキ層上に形成され金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）を材料とした第３のメッキ層と、から成ることを特徴とする。上記構成によれば、溶融後のメッキ層のメッキ組成は、Ｓｎ−Ａｇ−Ａｕ−Ｃｕ系となり、耐熱性を有するＳｎＰｂメッキと同等の耐熱性を得ることができる。つまり、メッキ層にＰｂを使用することなく耐熱性を有するメッキ層を実現することができる。
【０００８】
また本発明は、金属部材と第１のメッキ層との間に、銅を材料とした下地層を設けるようにした。上記構成によれば、金属部材とメッキ層との密着性を高めることが可能になる。
【０００９】
また本発明は、電子デバイスが圧電振動子であり、金属部材が圧電振動素子を支持するプラグであることを特徴とする。上記構成によれば、例えば圧電振動子のプラグにＰｂを使用することなく耐熱性を有するメッキ層を形成できるので金属ケースとプラグとの内部に収納される圧電振動素子の気密性が損なわれることがない。
【００１０】
また本発明は、圧電振動素子を収納可能な金属ケースと、金属ケースの開口端に接合され金属ケース内を気密封止するプラグと、圧電振動素子の励振電極と接続されプラグの底部から突出した２本のリード端子と、を備えた圧電振動子であって、プラグ及び／又はリード端子の表面に、錫と銅を材料とした第１のメッキ層と、第１のメッキ層上に形成され銀を材料とした第２のメッキ層と、第２のメッキ層上に形成され金と錫を材料とした第３のメッキ層とからなるメッキ層を形成したことを特徴とする。上記構成によれば、プラグにＰｂを使用することなく耐熱性を有するメッキ層を形成できるので金属ケースとプラグとの内部に収納される圧電振動素子の気密性が損なわれることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の電子デバイスとして円筒型圧電振動子の概略構成を示した分解斜視図である。また図２（ａ）は図１に示した円筒型圧電振動子を構成するプラグの構造を示した断面図、図２（ｂ）は（ａ）に示す破線円Ａを拡大して示した図である。
この図１に示す円筒型圧電振動子１は、音叉型振動子等の圧電振動素子６を収納可能な金属ケース９と、金属ケース９の開口端に接合され、金属ケース９内を気密封止するプラグ２と、圧電振動素子６の励振電極７と接続され、プラグ２を貫通し、その底部から突出した２本のリード端子４、４と、を備える。
【００１２】
プラグ２は、中空状の金属リング３によって構成され、その中空内部はハーメチックガラス５により気密封止されている。ハーメチックガラス５が充填された金属リング３の内部には２本のリード端子４、４が貫通するよう配置されている。またこのとき、２本のリード端子４、４は、ハーメチックガラス５により絶縁されている。
金属リング３及びリード端子４、４は、例えば、鉄ニッケルコバルト合金（コバール）や、鉄ニッケル合金（４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉ））などにより構成されている。
この場合、リード端子４、４の内側端部は、圧電振動素子６の両主面に形成された励振電極７から夫々引き出されているリードパターン８に接続されている。
金属ケース９は、例えば、一方が開口端とされる円筒形状の洋白と呼ばれる金属材料からなる。洋白は、Ｃｕ（４５〜６５ｗｔ％）−Ｎｉ（６〜３５ｗｔ％）−Ｚｎ（１５〜３５ｗｔ％）合金にニッケル（Ｎｉ）メッキを施して構成される。このような金属ケース９は、真空状態において加熱しながらその開口端にプラグ２を圧入して接合することにより、圧電振動素子６が収納される金属ケース９の内部を気密状態に保つようにしている。
この場合、金属ケース９の開口端へのプラグ２の挿入を容易にするために、図２に示すように金属リング３の上端側、即ち金属ケース９の開口端に圧入される収納される側を、丸みを帯びたなだらかな曲面に形成しておくことが望ましい。
【００１３】
そして、本実施形態では、上記のように構成される金属リング３及びリード端子４、４の表面にＰｂを使用することなく、しかもＰｂを使用したＳｎＰｂと同等程度の耐熱性を有するメッキ層１０を金属リング３及びリード端子４、４の表面に施すようにした点に特徴がある。
即ち、リフロー半田処理による表面実装では、最高２６０℃のリフロー温度に曝されるので、上記したような円筒型圧電振動子１を構成する際に２２７℃で溶融するＳｎＣｕ合金（所謂、共昌半田）を使用した場合は、円筒型圧電振動子１をリフロー半田処理によりプリント基板に表面実装する際に、プラグ２と金属ケース９とを接合していたろう材が溶融して、圧電振動素子６が収納されている金属ケース９内の気密性が損なわれてしまう。
このため、従来の円筒型圧電振動子においては、プラグ２の金属リング３及びリード端子４、４の表面に耐熱性を有する高温半田メッキであるＳｎＰｂメッキを施すようにしていたが、耐熱性を有するＳｎＰｂメッキは、メッキに含まれるＰｂに有害性の問題があった。そこで、本実施形態では金属リング３及びリード端子４、４の表面にＰｂを使用しないメッキ層１０を形成するようにした。
【００１４】
メッキ層１０は、図２（ｂ）に示すように金属リング３上に下地層１１を介して形成される第１のメッキ層１２と、第１のメッキ層１２上に形成される第２のメッキ層１３と、第２のメッキ層１３上に形成される第３のメッキ層１４からなる。
下地層１１は、銅（Ｃｕ）を材料とした厚さが２μｍ〜５μｍのＣｕメッキ層であり、金属リング３と第１のメッキ層１４との密着性を確保するために形成されている。
【００１５】
第１のメッキ層１２は、錫（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）を材料とした３〜７ｗｔ％のＳｎＣｕ合金メッキ層であり、図３に示すようにその融点は２２７℃と低いため最初に溶融する。
第２のメッキ層１３は、銀（Ａｇ）を材料とした厚さが０．３μｍ〜０．５μｍのＡｇメッキ層である。この第２のメッキ層１３は、第１のメッキ層１２と第３のメッキ層１４との密着性を向上させるために設けられている。この第２のメッキ層１３は第１のメッキ層１２上にフラッシュメッキにより形成される。
第３のメッキ層１４は、金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）を材料としたＡｕＳｎ合金メッキ層であり、最終的な耐熱性を確保するための層である。
【００１６】
このように本実施形態の円筒型圧電振動子１においては、プラグ２の表面に上記したようなメッキ層１０を形成することにより、メッキ層１０の溶融後のメッキ組成は、Ｓｎ−Ａｇ−Ａｕ−Ｃｕ系となり、第３メッキ層１４のＡｕとＳｎの組成を調整することにより図３に示した耐熱性を有するＳｎＰｂ合金メッキ（融点３０１℃）と同等の耐熱性を得ることができる。つまり、メッキ層１０に鉛（Ｐｂ）を使用することなく、ＳｎＰｂ合金メッキと同等の耐熱性を有するメッキ層１０を実現することができるようになる。
また本実施形態では金属部材である金属リング３と第１のメッキ層１２との間に下地層１１を設けたことで、金属リング３とメッキ層１０との密着性を高めることが可能になる。
【００１７】
なお、本実施形態ではプラグ２の表面に形成したメッキ層１０を例に挙げて説明したが、リード端子４、４の表面にも同様のメッキ層１０が形成されている。
また、本実施形態では電子デバイスの一例として円筒型圧電振動子を例に挙げて説明したが、表面にメッキ層が形成された金属部材からなる電子デバイスであれば、本発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の電子デバイスの実施形態に係るシリンダータイプの圧電振動子の概略構成を示した分解斜視図である。
【図２】（ａ）は本実施形態の円筒型圧電振動子を構成するプラグの断面図、（ｂ）は（ａ）に示す破線円Ａを拡大して示した図である。
【図３】各種合金と融点の関係を示した図である。
【符号の説明】
【００１９】
１…円筒型圧電振動子、２…プラグ、３…金属リング、４…リード端子、５…ハーメチックガラス、６…圧電振動素子、７…励振電極、８…リードパターン、９…金属ケース、１０…メッキ層、１１…下地層、１２…第１のメッキ層、１３…第２のメッキ層、１４…第３のメッキ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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