(57)【要約】【課題】製品の量産化および無鉛化に対応しつつ、低コスト化を実現する。【解決手段】音叉型水晶振動子１０は、音叉型水晶振動体１２が固定されるベース１４と、音叉型水晶振動体１２を気密封止するように当該ベース１４に対しロウ付けによって接合されるキャップ１６とを、備えている。このロウ付けという接合法は、例えば圧入という接合法と同様に、量産化に適している。ただし、ロウ付けでは、接合対象であるベース１４およびキャップ１６との接合部分の寸法および形状について、圧入ほど高い精度は要求されない。また、ロウ付けに用いられるロウ材４８は、金錫合金製、つまり無鉛化されたものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子素子が支持される基体と、該電子素子を気密封止する状態に上記基体に接合される蓋体と、を具備する気密封止型電子装置において、
上記基体と蓋体とはロウ付けによって互いに接合され、
上記ロウ付けに用いられるロウ材は金と錫との合金であることを特徴とする、気密封止型電子装置。
【請求項２】
上記ロウ材中の上記金の割合は７５パーセントないし８５パーセントである、請求項１記載の気密封止型電子装置。
【請求項３】
上記基体と上記蓋体との相互の接合面に金を含む膜が形成されている、請求項１または２記載の気密封止型電子装置。
【請求項４】
上記基体および上記蓋体の一方はフランジ部を備え、
上記基体および上記蓋体の他方は上記フランジ部に接触する接触部を備え、
上記フランジ部と上記接触部とが上記ロウ付けによって互いに接合されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の気密封止型電子装置。
【請求項５】
上記電子素子は水晶振動体である、請求項１ないし４のいずれかに記載の気密封止型電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、気密封止型電子装置に関し、特に例えば電子素子が支持される基体と当該電子素子を気密封止するように基体に接合される蓋体とを具備する、気密封止型電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の気密封止型電子装置として、従来、例えば特許文献１に開示されたものがある。この従来技術では、ベース（基体）の外枠を構成するシェルの表面に、錫（Ｓｎ）層，銀（Ａｇ）層および金（Ａｕ）層が、この順番で形成されている。そして、これらの層が形成されたシェルに、キャップ（蓋体）が圧入され、これによって電子素子が気密封止されている。この圧入の際、錫層が塑性変形し、これによってシェル（ベース）とキャップとの隙間が埋められ、両者の密着性が向上する。なお、銀層は、錫層の耐熱性を補う役割を担い、金層は、当該銀層の酸化を防止すると共に、圧入をスムーズに進める役割を担う。つまり、以前はシェルとキャップとの隙間を埋めるための言わば封止材として鉛（Ｐｂ）が多用されていたが、この従来技術によれば、当該鉛に代えて錫，銀および金の各層を設けることで、いわゆる無鉛化を実現している。また、圧入という接合法を採用することで、例えば抵抗溶接という接合法では困難な量産化に対応できるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−４６０１０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この圧入という接合法を採用する従来技術では、リークを防止するために、シェルとキャップとの接合部分の寸法および形状に極めて高い精度（厳密さ）が要求される。具体的には、シェルの外径寸法はキャップの内径寸法よりも僅かに大きくなければならず、これらの寸法を定める上で、当該シェルおよびキャップ（特にキャップ）の材質および肉厚などが大きく影響する。また、両者の接合部分の形状、具体的にはシェルにキャップが圧入される方向を横切る方向に沿って当該接触部分を切断したときの断面形状が、極めて真円に近い円形である必要がある。従って、かかる要求に対応することでシェルおよびキャップの製造コストが高騰し、ひいてはこれらを用いた製品のコストが高騰する、という問題がある。
【０００５】
そこで、この発明は、量産化および無鉛化に対応しつつ、低コスト化を実現できる気密封止型電子装置を提供することを、目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、この発明は、電子素子が支持される基体と、当該電子素子を気密封止するように基体に接合される蓋体と、を具備する気密封止型電子装置において、基体と蓋体とはロウ付けによって互いに接合され、当該ロウ付けに用いられるロウ材は金と錫との合金であることを特徴とするものである。
【０００７】
即ち、この発明では、電子素子は基体によって支持されており、この電子素子を気密封止するように当該基体に蓋体がロウ付けによって接合されている。そして、このロウ付けに用いられるロウ材として、金錫合金が用いられている。
【０００８】
なお、ロウ材中の金の割合、厳密にはロウ材の全重量に占める金の重量の割合は、７５パーセントから８５パーセントであるのが、望ましい。
【０００９】
また、基体と蓋体との相互の接合面には、金を含む膜、例えば金メッキ膜が形成されているのが、望ましい。このように基体と蓋体との各接合面に金メッキ膜が形成されれば、当該接合面に対して金錫合金製のロウ材が溶着し易くなる。
【００１０】
さらに、基体および蓋体の一方は、フランジ部を備えるものとしてもよい。この場合、基体および蓋体の他方は、フランジ部に接触する接触部を備えるものとする。そして、これらフランジ部と接触部とがロウ付けによって互いに接合されるようにするのが、望ましい。
【００１１】
そして、この発明における電子素子としては、例えば水晶振動体がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明を音叉型水晶振動子に適用した場合の一実施形態について、図１から図６を参照して説明する。図１に示すように、この実施形態に係る音叉型水晶振動子１０は、電子素子としての音叉型水晶振動体１２と、この音叉型水晶振動体１２を支持するためのベース（基体）１４と、音叉型水晶振動体１２を気密封止するように当該ベース１４に接合されるキャップ（蓋体）１６と、を備えている。なお、後述するように、ベース１４とキャップ１６とは、ロウ付けによって互いに接合されている。また、ベース１４およびキャップ１６によって、いわゆる保持器１８が構成される。
【００１３】
ベース１４は、図２に示すように、概略円筒形のシェル２０を有している。そして、このシェル２０の中空部２２に、絶縁ガラス２４が充填されている。さらに、この絶縁ガラス２４によって、２本のリード端子２６および２８が、互いに距離Ｌａを隔てて平行に、かつシェル２０の中空部２２をその高さ方向に沿って貫通するように、固定されている。
【００１４】
このうち、シェル２０は、例えばコバル合金（鉄およびニッケルの合金）製であり、プレス加工によって形成されている。そして、このシェル２０の下側端部（図２（ｂ）において下方側の端部）全域には、外方に向かって水平に延伸するフランジ部３０が設けられており、上側端部３２は、内方に向かって若干、具体的にはリード端子２６および２８と接触しない程度に、屈曲している。なお、このシェル２０の高さ寸法Ｈａは、例えば１．０［ｍｍ］であり、当該シェル２０上側端部３２とフランジ部３０との間の側壁３４部分の外径寸法（直径）Ｄａは、例えば１．１６［ｍｍ］である。そして、フランジ部３０の外径寸法Ｄｂは、例えば１．３４［ｍｍ］であり、当該フランジ部３０を含むシェル２０自体の厚さ寸法（肉厚）ｔａは、例えば０．１［ｍｍ］である。
【００１５】
絶縁ガラス２４は、例えばコバル（ほうけい酸）ガラスであり、シェル２０の中空部２２からぎりぎりはみ出ない程度に、当該中空部２２に充填されている。具体的には、絶縁ガラス２４の上面（図２（ｂ）において上方側の表面）３６は、シェル２０の上側端部３２の外側縁（図２（ｂ）において上方側の縁）に概ね揃えられており、下面３８は、フランジ部３０の底面（図２（ｂ）において下方側の面）に概ね揃えられている。
【００１６】
各リード端子２６および２８は、シェル２０と同様のコバル合金製であり、その長さ方向を横切る断面が円形の線状体である。そして、この各リード端子２６および２８のインナ側（図２（ｂ）において上方側）の端部に、音叉型水晶振動体１２の基部が、例えば半田付けによって接合されている。なお、これらのリード端子２６および２８間の距離、具体的には各リード端子２６および２８の中心軸間の距離Ｌａは、例えば０．４５［ｍｍ］である。
【００１７】
このように構成されたベース１４には、全体的に金メッキ処理が施されている。つまり、図には詳しく示さないが、シェル２０とリード２６および２８との各表面（露出面）には、後述するロウ付けのための下地層としての金メッキ膜が形成されている。
【００１８】
一方、キャップ１６は、図３に示すように、その一端側（図３（ｂ）において上方側）が閉鎖され、他端側が開口された円筒形のものである。このキャップ１６もまた、コバル合金製であり、例えばプレス加工によって当該円筒形に成形されている。さらに、このキャップ１６の側壁４０は、開口部４２の近傍において、当該キャップ１６の中空部４４の直径（内径）が開口部４２に近づくに従って徐々に大きくなるように、テーパ状に形成されている。このように構成されたキャップ１６に対しても、上述と同様の金メッキ処理が施されており、これによって、当該キャップ１６の表面にも、下地層としての図示しない金メッキ膜が形成されている。
【００１９】
なお、キャップ１６の高さ（長さ）寸法Ｈｂは、例えば４．６８［ｍｍ］である。そして、上述のテーパ状に形成された部分を除く当該キャップ１６の内径寸法（中空部４４の直径）Ｄｃは、上述したシェル２０の側壁３４部分の外径寸法Ｄａ（１．１６［ｍｍ］）よりも僅かに大きく、例えば１．２［ｍｍ］とされている。さらに、キャップ１６の外径寸法Ｄｄは、シェル２０のフランジ部３０の外径寸法Ｄｂ（１．３４［ｍｍ］）よりも僅かに大きく、例えば１．３７［ｍｍ］とされている。
【００２０】
上述した金メッキ処理の後、キャップ１６の開口部４２側の端面、換言すればキャップ１６の底面に相当する円形の平坦な部分（図３（ｂ）において下側端の水平な部分）４６に、ロウ材４８が、例えば印刷処理によって付着される。このロウ材４８は、金と錫との合金であり、当該金と錫との割合は、重量比で金が８０［％］、錫が２０［％］とされている。かかる混合比とすることで、このロウ材４８の溶融温度は、約２８０［℃］となる。この２８０［℃］という溶融温度は、一般のハーメチックシール製品に多用されている鉛錫合金（重量比で９５［％］の鉛と５［％］の錫との合金）製のロウ材の溶融温度と略同じである。すなわち、この金錫合金製のロウ材４８は、これまでの鉛錫合金製のロウ材の代替品として使用可能なものである。
【００２１】
このロウ材４８が付着された後、キャップ１６は、図１に示すように、その中空部４４内に音叉型水晶振動体１２が収容されるように、ベース１４（シェル２０）にロウ付けされる。具体的には、シェル２０のフランジ部３０の上面に、ロウ材４８を介して、キャップ１６の底面４６が合わせられる。この状態で、ロウ材４８が加熱されると、当該ロウ材４８は溶融し、溶融したロウ材４８は、シェル２０のフランジ部３０の上面とキャップ１６の底面４６とのそれぞれに溶着する。また、このロウ材４８は、シェル２０の側壁３４の外側面の一部（下方側の部分）およびキャップ１６の内側面の一部（テーパ状に形成された部分）にも、溶着する。これによって、シェル２０とキャップ１６とは互いに強固に接合され、つまりロウ付けされる。このロウ付け作業は、真空中で行われ、これによって、音叉型水晶振動体１２が気密封止される。
【００２２】
なお、上述したように、シェル２０の側壁３４の外径寸法Ｄａは、キャップ１６の中空部４４の直径Ｄｃよりも僅かに小さいので、図には詳しく示さないが、当該シェル２０の側壁３４の内側面とキャップ１６の側壁４０の内側面との間には、僅かな隙間が生じる。つまり、シェル２０はキャップ１６の中空部４４内に圧入される訳ではなく、当該中空部４４内に比較的に余裕を持って挿入される。この点が、上述した従来技術と大きく異なる。
【００２３】
以上のように、この実施形態によれば、ベース１４を構成するシェル２０とキャップ１６とはロウ付けによって接合されている。このロウ付けという接合法は、上述した従来技術で採用されている圧入という接合法と同様に、量産化に適している。ただし、このロウ付けでは、接合対象であるシェル２０およびキャップ１６の寸法および形状について、当該圧入ほど高い精度は要求されない。さらに、この実施形態においてロウ付けに用いられるロウ材４８は、金錫合金製、つまり無鉛化されたものである。従って、量産化および無鉛化に対応しつつ、製品である音叉型水晶振動子１０の低コスト化を実現できる。
【００２４】
また、シェル２０とキャップ１６との接合部分の形状は、上述の従来技術とは異なり、円形（真円）に限定されることはなく、これを非円形とすることができる。従って、製品である音叉型水晶振動子１０の外観形状も、上述（図１）のようなシリンダタイプに限らず、例えば図４に示すような扁平形にすることができる。具体的には、図４において音叉型水晶振動子１０を上方から見たときにキャップ１６が非円形、例えば概略楕円状に見えるように、かつ当該音叉型水晶振動子１０を下方から見たときにベース１４（シェル２０）が同様の概略楕円状に見えるように、これらを形成することができる。このような形状とすることで、図４に符号Ｄｅで示す奥行寸法を、上述した図２に示す外径寸法Ｄｄよりも小さくすることができ、ひいては音叉型水晶振動子１０を小型化することができる。このことは、当該音叉型水晶振動子１０が採用される電子機器（腕時計や携帯電話機など）を小型化するのに極めて有効である。
【００２５】
つまり、この実施形態によれば、シェル２０を含むベース１４およびキャップ１６の形状を、従来よりも自由にデザインすることができる。従って、例えば図５に示すようないわゆる標準タイプと呼ばれる概略直方体状のものにおいても、上述の効果を得ることができる。また、上述したようにこれらシェル２０およびキャップ１６の形状および寸法について従来技術ほど高い精度が要求されないので、当該シェル２０および１６の取り扱いに対し従来技術ほど注意を払う必要はなく、当該取り扱いが容易になる。
【００２６】
なお、この実施形態においては、電子素子として音叉型水晶振動体１２を備えた音叉型水晶振動子１０にこの発明を適用する場合について説明したが、これに限らない。例えば、音叉型以外の水晶振動子にも、この発明を適用することができる。また、水晶振動子に限らず、例えばＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ：表面弾性波）素子を電子素子として内蔵するＳＡＷフィルタなどの他の装置（部品）にも、この発明を適用することができる。
【００２７】
そして、ベース１４を構成するシェル２０，リード２６および２８をコバル合金製としたが、銅合金などの他の金属によって、これらを形成してもよい。また、絶縁ガラス２４も、コバルガラスに限らない。キャップ１６もまた、コバル合金製に限定されるものではない。
【００２８】
さらに、ロウ材４８に含まれる金および錫の割合（混合比）は、上述した値に限らない。例えば、ロウ材４８の全重量に占める金の重量の割合を、７５［％］〜８５［％］の範囲内で任意に設定してもよい。このように金の割合を変化させることで、ロウ材４８の溶融温度を約２６０［℃］〜３２０［℃］の範囲で変化させることができ、換言すればこの実施形態の音叉型水晶振動子１０が図示しないプリント配線板に半田付けされるときの条件（半田付け温度）に合わせて当該溶融温度を設定することができる。
【００２９】
また、ロウ材４８を印刷処理によってキャップ１６の底面４６に付着させることとしたが、これに限らない。例えば、プレス処理によってロウ材４８を形成し、これを接着剤でキャップ４６の底面４６に貼り付けてもよい。また、キャップ１６側ではなく、ベース１４側（シェル２０のフランジ部３０の上面）に当該ロウ材４８を付着させてもよい。ただし、この実施形態のようにキャップ１６側にロウ材４８を付着させるようにした方が、ベース１４側に当該ロウ材４８を付着させるよりも、容易である。
【００３０】
そして、上述した各寸法（Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄ，Ｈａ，Ｈｂ，Ｌａおよびｔａ）の値は、飽くまで一例であって、これに限定されるものではない。
【００３１】
【発明の効果】
この発明によれば、電子素子を支持するための基体と、この電子素子を気密封止するための蓋体とは、ロウ付けによって接合されている。このロウ付けという接合法は、圧入という接合法と同様に、量産化に適している。ただし、ロウ付けでは、接合部分の寸法および形状について、当該圧入ほど高い精度は要求されない。さらに、この発明においてロウ付けに用いられるロウ材は、金錫合金製、つまり無鉛化されたものである。従って、量産化および無鉛化に対応しつつ、製品の低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る音叉型水晶振動子の構成を示す中央縦断面図である。
【図２】同音叉型水晶振動子のベースの構成を示す図であり、（ａ）は当該ベースの平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ端面図である。
【図３】同音叉型水晶振動子のキャップの構成を示す図であり、（ａ）は当該キャップの平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ端面図である。
【図４】同実施形態の別の例を示す外観斜視図である。
【図５】同実施形態のさらに別の例を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
１０  音叉型水晶振動子
１２  音叉型水晶振動体
１４  ベース
１６  キャップ
２０  シェル
４８  ロウ材
【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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