(57)【要約】【課題】  圧電振動素子の接合構成を簡略化するとともに、安価で汎用性の高い手法により電極材料の熱拡散の影響をなくした、より実用的で信頼性の高い圧電振動子の製造方法を提供する。【解決手段】  絶縁ガラスを介してリード端子が貫通固定された金属ベース１と、ベースに搭載される電極が形成された圧電振動素子２と、キャップ３とからなる圧電振動子の製造方法であって、前記低融点金属メッキが形成されたリード端子のインナーリード部と前記圧電振動素子の接続電極との間に、当該接続電極の表面の金属材料と同一の金属材料を含有させたフラックスを介在された状態で、前記インナーリード部に圧電振動素子を配置するとともに、前記インナーリード部の前記低融点金属を溶融することで、前記圧電振動素子の接続電極とリード端子を接合してなる。【選択図】  図１
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【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とともに励振電極と接続電極が形成された圧電振動素子と、前記ベースに圧入されることにより前記圧電振動素子を気密封止するキャップとからなる圧電振動子の製造方法であって、
前記リード端子の表面に圧電振動素子接合用の低融点金属メッキを形成する工程と、
前記低融点金属メッキが形成されたリード端子のインナーリード部と前記圧電振動素子の接続電極との間に、当該接続電極の表面の金属材料と同一の金属材料を含有させたフラックスを介在する工程と、
前記接続電極の表面の金属材料と同一の金属材料を含有させたフラックスが介在された状態で、前記インナーリード部に圧電振動素子を配置するとともに、前記インナーリード部の前記低融点金属を溶融することで、前記圧電振動素子の接続電極とリード端子を接合してなることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電振動子の製造方法に関するものであり、特に圧入気密封止型の圧電振動子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子の中には、ハーメチック構造を有するベース上に立設支持される構造が採用されるものがある。例えば、音叉型水晶振動子はこのような支持形態をとるものが多く、２本のリード端子が電気的に独立して貫通植設されたベースにおいて、インナーリード端子にねり半田（ペースト状半田）を供給し、このインナーリード端子間に水晶振動素子をセットし、加熱により水晶振動素子の電極（銀電極等）と半田接合を行うものである。近年、半田材料の供給量の安定化をはかり、かつ半田材料供給の簡略化を行うため、インナーリード端子に予め半田メッキ（接合用の低融点金属メッキ）を形成し、このメッキ材料を溶融することで水晶振動素子の電気的機械的な接合を行うことが行われている。そして、前記接合工程後に、水晶振動子の特性安定化のためのアニーリング処理が行われ、水晶振動子として高温環境におかれることがある。このように、高温環境下に水晶振動子がおかれると、水晶振動素子の表面の電極材料とインナーリードのメッキ材料の間で熱拡散が進み、特に水晶振動子の電極材料が銀材料の場合、インナーリードのメッキの方に銀材料が拡散すると言う問題があった。結果として、水晶振動素子の電極状態が変化することで、インナーリードとの接合強度が低下することや導通不良が生じることがあった。また、このような拡散状態が励振電極の領域にまで進むと、水晶振動子の周波数低下を招いたり、電気的特性の低下を招くこともあった。
【０００３】
従来、このような電極材料の熱拡散を抑制するため、特許文献１に示すような手法があった。すなわち、インナーリードの先端部分に銀電極などに対して拡散性のない接合金属を位置決めする機構を設け、この接合金属部分だけを局所加熱することで拡散の影響をなくするものである。
【特許文献１】特開２００２−５０９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような構成では、接合金属も従来の半田に比べて特殊なものとなり、インナーリードに接合金属を位置決めするための特殊な加工が必要となるばかりでなく、接合金属を局所加熱することで接合するので特殊な接合設備が必要となるので、汎用性のない水晶振動子であり、非常にコスト増大を招く結果となる。そこで、本発明の圧電振動子の製造方法では、圧電振動素子の接合構成を簡略化するとともに、安価で汎用性の高い手法により電極材料の熱拡散の影響をなくした、より実用的で信頼性の高い圧電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】
【０００５】
上記目的を達成するため本発明の圧電振動子の製造方法では、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とともに励振電極と接続電極が形成された圧電振動素子と、前記ベースに圧入されることにより前記圧電振動素子を気密封止するキャップとからなる圧電振動子の製造方法であって、
前記リード端子の表面に圧電振動素子接合用の低融点金属メッキを形成する工程と、
前記低融点金属メッキが形成されたリード端子のインナーリード部と前記圧電振動素子の接続電極との間に、当該接続電極の表面の金属材料と同一の金属材料を含有させたフラックスを介在する工程と、
前記接続電極の表面の金属材料と同一の金属材料を含有させたフラックスが介在された状態で、前記インナーリード部に圧電振動素子を配置するとともに、前記インナーリード部の前記低融点金属を溶融することで、前記圧電振動素子の接続電極とリード端子を接合してなることを特徴とする。
【０００６】
上記製造方法により、前記接続電極の表面の金属材料と同一の金属材料を含有させたフラックスを介在させながら、インナーリード部に形成された低融点金属を溶融することで、前記圧電振動素子の接続電極とリード端子を接合しているので、圧電振動素子の表面の接続電極材料がインナーリードのメッキ材料に対して拡散する前に、フラックスに含有した前記接続電極の表面の金属材料と同一の金属材料が拡散する。つまり、圧電振動素子の電極材料が拡散しにくくなるので、圧電振動素子の電極状態が変化しにくくなり、インナーリードとの接合部分の電極の信頼性が向上する。結果として、接合強度不足による圧電振動素子の脱落や導通不良が防止できる。しかも、インナーリード部に予め形成された圧電振動素子接合用の低融点金属メッキを溶融することで圧電振動素子の電気的機械的な接合を行うことができるので、接合材料の供給量の安定化が行え、かつ接合材料供給の簡略化を行うことができる。接合材料やインナーリードの形態も従来構成のものを使用することができ、従来からの汎用性の高い設備により極めて容易且つ安価に製造することができる。
【発明の効果】
【０００７】
つまり、本発明の圧電振動子の製造方法により、圧電振動素子の接合構成を簡略化するとともに、安価で汎用性の高い手法により電極材料の熱拡散の影響をなくしたより実用的で信頼性の高い圧電振動子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明による好ましい実施の形態について、圧電振動子として圧入封止される音叉型水晶振動子を例にし、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は本発明の実施形態を示すベース部分の部分拡大図である。なお、図２については、一方のリード端子部分のみを図示している。図３は本発明の実施例を示す製造順序を示す図である。
【０００９】
ハーメチック構造を有するベース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に貫通固定された金属製のリード端子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。また、リード端子１１，１２は、インナー側リード端子１１ａ，１２ａ（インナーリード部）とアウター側リード端子１１ｂ、１２ｂが形成されている。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。
【００１０】
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、例えば厚さ１〜７μｍ程度の銅層からなる下地メッキ層１０１が電解メッキにより形成される。なお、この下地メッキ層１０１は銅層に限らず厚さ１．５〜４μｍ程度のニッケル層としてもよい。
【００１１】
次に、図３（ａ）に示すように（第１の工程）、前記下地メッキ層１０１の上層には低融点金属メッキ層１０２を形成する。この低融点金属メッキ層としては、例えば、錫メッキ、錫銅合金メッキ、錫銀銅メッキ、半田メッキ、高温半田メッキなどがあげられる。本発明では低融点金属メッキ層１０２として、錫メッキを使用し、厚さ５〜２０μｍ程度に形成している。この錫メッキ層の形成はバレルメッキを用いるとよい。バレルメッキは被膜形成対象物を投入したバレルをメッキ浴に浸漬し、バレルを回転させることにより電解メッキ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。
【００１２】
前記低融点金属メッキ層１０２の形成により、リード端子のインナー側１１ａ，１２ａにおいては圧電振動素子を接合することができる。以上のメッキ処理により、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。
【００１３】
次に、図３（ｂ）に示すように（第２の工程）、リード端子のインナー側１１ａ，１２ａには圧電振動素子である音叉型水晶振動片２を搭載し、インナー側の低融点金属メッキ層層１０２と接合する。このとき、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、例えば最上面に銀の励振電極と接続電極が形成されており、それぞれの接続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。そして、当該音叉型水晶振動片の接合前に、前記低融点金属メッキが形成されたリード端子のインナーリード部に、銀を含有させたフラックスＦを塗布する接合前の準備（フラックスＦの介在する工程）が行われる。フラックスＦの塗布はディスペンサーや塗布ローラーを用いて実施される。このフラックスＦは、ロジン等に対して５〜２０％程度の割合で銀が含有されている。これらの割合より銀の含有量が少なければ、拡散抑制機能として効果が弱くなり、これらの割合より銀の含有量が多ければ、リード端子の周囲での銀の残存量が必要以上に多くなり、絶縁性不良を招いたり、異物として圧電振動子の特性に悪影響を及ぼす可能性がある。また、フラックスＦについてはリード端子のインナー側に塗布することで介在させているが、音叉型水晶振動片の接続電極に対して予め塗布形成することで介在させてもよい。さらに、接続電極の最上面に銀の接続電極が形成されている場合、上記低融点金属メッキ層１０２として、錫銀銅メッキ等（錫と銀と銅の比率を９６．５対３対０．５に設定した）の銀が含有されたメッキとしてもよい。これらの低融点金属メッキ層１０２であれば、上記作用効果に加え、音叉型水晶振動片の表面の電極材料がインナーリードのメッキ材料に対して拡散するのをより一層抑制することができ、インナーリードとの音叉型水晶振動片の接合部分の信頼性がさらに向上する。
【００１４】
次に、図３（ｃ）に示すように（第３の工程）、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する。その後、インナー側の低融点金属メッキ層１０２を加熱して溶融させ、その後冷却することで、水晶振動片の基部の接続電極とインナー側リード端子とを電気的機械的に接続する。なお、上記低融点金属メッキ層１０２の加熱方法としては、光ビーム加熱あるいはレーザ、遠赤外線を用いた加熱方法等の局所加熱方法を用いるとよい。
【００１５】
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がメッキ等の手段により形成されている。当該ニッケル層３１は、例えばワット浴やスルファミン酸浴等によるニッケルメッキ浴を用い、厚さ１〜１０μｍのニッケル膜厚を得る。
【００１６】
なお、当該キャップに形成する金属層は、ニッケルに代えて銀または金を用いてもよいし、ニッケル、銅、銀、金を適宜組み合わせた多層構造であってもよい。また母材（洋白）のまま用いることも可能である。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。
【００１７】
以上により、図３（ｄ）に示すように、リード端子のインナー側（図示せず）、アウター側ともその表面は銅層１０１、低融点金属メッキ層１０２の順で形成され、キャップ部の表面はニッケル層３１が形成された音叉型水晶振動子を得ることができる。このように構成された音叉型水晶振動子では、リード端子１１，１２の表面に音叉型水晶振動片接合用の錫等の低融点金属メッキ層１０２を形成する上記第１の工程と、前記低融点金属メッキ層１０２が形成されたインナー側のリード端子に銀を含有させたフラックスＦを塗布する上記第２の工程と、前記銀を含有させたフラックスＦが塗布されたインナー側のリード端子に音叉型水晶振動片２を配置するとともに、前記インナー側のリード端子の前記低融点金属メッキ層を溶融することで、前記音叉型水晶振動片の接続電極とインナー側のリード端子を接合してなる第３の工程を具備している。
【００１８】
このため、銀を含有させたフラックスＦを用いながら、インナー側のリード端子に形成された錫等の低融点金属メッキ層１０２を溶融することで、前記音叉型水晶振動片の接続電極とリード端子を接合しているので、音叉型水晶振動片の表面の銀を含む電極材料がインナー側のリード端子の低融点金属メッキ材料に対して拡散する前に、フラックスＦに含有した銀材料が拡散する。つまり、音叉型水晶振動子の電極材料がリード端子の接合用低融点金属メッキに対して拡散しにくくなるので、音叉型水晶振動子の電極状態が変化しにくくなり、インナー側のリード端子との接合部分の電極の信頼性が向上する。結果として、接合強度不足による音叉型水晶振動片の脱落や導通不良が防止できる。しかも、インナー側のリード端子に予め形成された音叉型水晶振動片接合用の接合用の低融点金属メッキ層１０２を溶融することで音叉型水晶振動片の電気的機械的な接合を行うことができるので、接合材料の供給量の安定化が行え、かつ接合材料供給の簡略化を行うことができる。接合材料やインナー側のリード端子の形態も従来構成のものを使用することができ、従来からの汎用性の高い設備により極めて容易且つ安価に製造することができる。以上により、上記構成のみで本願発明の製造方法による音叉型水晶振動子の完成となる。
【００１９】
なお、本発明では、音叉型水晶振動片の最上面の接続電極が銀材料で、銀を含有したフラックス用いた形態について説明しているが、前記最上面が金材料であれば、金を含有したフラックスを用いることで同様の効果が得られる。つまり、前記フラックスに含有させる金属材料は、音叉型水晶振動片の接続電極の表面の金属材料と同一の金属材料を選択する必要がある。また、本発明では、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。
【００２０】
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】
【００２１】
【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】本発明の実施形態を示すベース部分の部分拡大図。
【図３】本発明の実施形態の一部の工程を示す図。
【符号の説明】
【００２２】
１  ベース
１０  シェル
１１，１２  リード端子
１３  絶縁ガラス
１０１  下地メッキ層
１０２  低融点金属メッキ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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