(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を収容する上面が開口した箱形の容器と、当該容器の開口枠の上端に密着して容器内を封止する蓋とを備えた電子部品用パッケージに於いて、
前記開口枠の上端面には金属層が形成されており、該金属層は上方に凸部を有するものであり、
前記開口枠の幅を０．４±０．１ｍｍとし、
前記凸部の幅を０．１５±０．０５ｍｍとし、
前記凸部の高さを５乃至２０μｍとし、
前記蓋は、少なくとも前記開口枠と接合される部分に金属面を有し、
前記蓋の金属面にろう材をクラッド化しておき、前記容器の金属層と前記蓋の金属面との間を該ろう材にて接合し、
前記容器の金属層と前記蓋の金属面との間をパルスヒート方式の加熱法にて接合したことを特徴とする電子部品用パッケージ。
【請求項２】
電子部品を収容する上面が開口した箱形の容器と、当該容器の開口枠の上端に密着して容器内を封止する蓋とを備えた電子部品用パッケージに於いて、
前記開口枠の上端面には金属層が形成されており、該金属層は上方に凸部を有するものであり、
前記開口枠の幅を０．４±０．１ｍｍとし、
前記凸部の幅を０．１５±０．０５ｍｍとし、
前記凸部の高さを１０乃至１５μｍとし、
前記蓋は、少なくとも前記開口枠と接合される部分に金属面を有し、
前記蓋の金属面にろう材をクラッド化しておき、前記容器の金属層と前記蓋の金属面との間を該ろう材にて接合し、
前記容器の金属層と前記蓋の金属面との間をパルスヒート方式の加熱法にて接合したことを特徴とする電子部品用パッケージ。
【請求項３】
電子部品を収容する上面が開口した箱形の容器と、当該容器の開口枠の上端に密着して容器内を封止する蓋とを備えた電子部品用パッケージに於いて、
前記開口枠の上端面には第１の金属層が設けられ、該第１の金属層上の幅方向中央には第２の金属層が設けられており、
前記開口枠の幅を０．４±０．１ｍｍとし、
前記第２の金属層の幅を０．１５±０．０５ｍｍとし、
前記第２の金属層の高さを５乃至２０μｍとし、
前記蓋は、少なくとも前記開口枠と接合される部分に金属面を有し、
前記蓋の金属面にろう材をクラッド化しておき、前記容器の金属層と前記蓋の金属面との間を該ろう材にて接合し、
前記容器の金属層と前記蓋の金属面との間をパルスヒート方式の加熱法にて接合したことを特徴とする電子部品用パッケージ。
【請求項４】
電子部品を収容する上面が開口した箱形の容器と、当該容器の開口枠の上端に密着して容器内を封止する蓋とを備えた電子部品用パッケージに於いて、
前記開口枠の上端面には第１の金属層が設けられ、該第１の金属層上の幅方向中央には第２の金属層が設けられており、
前記開口枠の幅を０．４±０．１ｍｍとし、
前記第２の金属層の幅を０．１５±０．０５ｍｍとし、
前記第２の金属層の高さを１０乃至１５μｍとし、
前記蓋は、少なくとも前記開口枠と接合される部分に金属面を有し、
前記蓋の金属面にろう材をクラッド化しておき、前記容器の金属層と前記蓋の金属面との間を該ろう材にて接合し、
前記容器の金属層と前記蓋の金属面との間をパルスヒート方式の加熱法にて接合したことを特徴とする電子部品用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子等の電子部品を収容する電子部品用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、表面実装型の圧電デバイスとして、セラミックス等の絶縁材料からなる容器の内部に水晶振動子等の圧電素子を収容し、金属製の蓋を用いて容器内を気密封止する構成のものが一般に知られている。
図５に示すように、この圧電素子ｘが収容された容器６２の開口枠に蓋を接合する場合には、容器の開口枠の上端面６２ａにタングステン、モリブデン等の金属層６３を形成（メタライズ）しておき、一方、蓋６４の容器の開口枠との接合面には、クラッド化した鉛錫共晶半田、金錫共晶半田等をろう材６５として用いて付着しておき、これらを重ね合わせて加熱することで両者が接合され、容器内は気密封止される。
しかし封止用半田をろう材として用いてシールパスの狭い容器と蓋とを接合した場合、ろう材の加熱熔融時に温度、荷重等の封止条件の変動により、空気を閉じこめてろう材にボイドが発生することで容器と蓋との間の接合強度が低下したり、容器内部にろう材が垂れ込むことで圧電素子等の短絡不良を招くという問題がある。
そのため特開２０００−２９４６６４公報記載の発明では、容器の開口枠の端面に下層の金属層を形成するとともに、その上にその幅よりも狭い幅の上層の金属層を設け、これら上下の金属層によって形成された凸部と蓋との間に半田溜り部を形成している。これによれば、ろう材は、ろう材溜まり部に溜められて圧電素子の収容空間内に垂れ込まず、かつボイドを有していないので、短絡不良が発生するのを防止するとともに、接合面積が増大し、接合強度を高めて気密信頼性を向上させることができるものである。なお、このときの金属層の厚み（高さ）は、特開２０００−２９４６６４公報によれば下層、上層共に３０μｍとしており、焼成により１０％程度の縮みが生じるので、実際には２７μｍ程度の厚みの金属層となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近の電子機器の小型化に伴い、その実装部品にも小型化が強く求められており、圧電デバイスについても同様に小型化が進められている。このように全体を小さくしていくとそれにあわせて、図５に示すように、容器の開口枠の幅Ｗも薄くしなければならず、特に容器の一辺Ｌが５ｍｍ以下になってくると、容器の開口枠の幅Ｗも０．４ｍｍ以下とせざるを得ない状況となってきている。
しかし、従来のように容器の開口枠の上端面に形成する金属層の高さを上下層共に３０μｍとしたままで、開口枠の幅Ｗを０．４ｍｍ以下と薄くすると、接合不良が生じ易くなる。すなわち、開口枠の幅Ｗがある程度確保されているときは図６（ａ）に示すようにフィレットが正しく形成されて確実な接合状態となるが、幅Ｗが狭くなればなるほど半田２０の濡れ性が悪くなるり、フィレットが正しく形成されない状態となって、図６（ｂ）に示すように外側の半田フィレット部分がくぼんでしまい、あるいは図６（ｃ）に示すように内側の半田フィレット部分がくぼんでしまい、密封を保てずリークするといった状態となる。
このような不具合は、特にパルスヒート方式を用いて短時間の加熱工程により高温半田を溶融して接合する場合に多く発生する。このパルスヒート方式は、特開平１１−２１４５５１号公報に開示されているように、高抵抗材料にパルス状の大電流を流す際に発生したジュール熱を利用する加熱方式であり、蓋と容器との間に荷重をかけつつ蓋側からパルスヒートを行うと、蓋→半田→開口枠上端面の金属層の順に熱が伝わり、半田が瞬間的に溶融するので容器と蓋とを瞬間的に固着させることができるものである。そのため、容器内の部品に加熱によるダメージを与えたくないときはこのパルスヒート方式を採用せざるを得ず、上述のような不具合を解消するための対策が必要とされる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、容器と蓋との接合部におけるろう材の垂れを防止し、パッケージの小型化に起因して生ずる接合部分の接合不良が生ずることがない、良品率の高い電子部品用パッケージを提供することを目的とする。
【０００４】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、電子部品を収容する上面が開口した箱形の容器と、当該容器の開口枠の上端に密着して容器内を封止する蓋とを備えた電子部品用パッケージに於いて、前記開口枠の上端面には金属層が形成されており、該金属層は上方に凸部を有するものであり、前記開口枠の幅を０．４±０．１ｍｍとし、前記凸部の幅を０．１５±０．０５ｍｍとし、前記凸部の高さを５乃至２０μｍとし、前記蓋は、少なくとも前記開口枠と接合される部分に金属面を有し、前記蓋の金属面にろう材をクラッド化しておき、前記容器の金属層と前記蓋の金属面との間を該ろう材にて接合し、前記容器の金属層と前記蓋の金属面との間をパルスヒート方式の加熱法にて接合したことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、電子部品を収容する上面が開口した箱形の容器と、当該容器の開口枠の上端に密着して容器内を封止する蓋とを備えた電子部品用パッケージに於いて、前記開口枠の上端面には金属層が形成されており、該金属層は上方に凸部を有するものであり、前記開口枠の幅を０．４±０．１ｍｍとし、前記凸部の幅を０．１５±０．０５ｍｍとし、前記凸部の高さを１０乃至１５μｍとし、前記蓋は、少なくとも前記開口枠と接合される部分に金属面を有し、前記蓋の金属面にろう材をクラッド化しておき、前記容器の金属層と前記蓋の金属面との間を該ろう材にて接合し、前記容器の金属層と前記蓋の金属面との間をパルスヒート方式の加熱法にて接合したことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、電子部品を収容する上面が開口した箱形の容器と、当該容器の開口枠の上端に密着して容器内を封止する蓋とを備えた電子部品用パッケージに於いて、前記開口枠の上端面には第１の金属層が設けられ、該第１の金属層上の幅方向中央には第２の金属層が設けられており、前記開口枠の幅を０．４±０．１ｍｍとし、前記第２の金属層の幅を０．１５±０．０５ｍｍとし、前記第２の金属層の高さを５乃至２０μｍとし、前記蓋は、少なくとも前記開口枠と接合される部分に金属面を有し、前記蓋の金属面にろう材をクラッド化しておき、前記容器の金属層と前記蓋の金属面との間を該ろう材にて接合し、前記容器の金属層と前記蓋の金属面との間をパルスヒート方式の加熱法にて接合したことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、電子部品を収容する上面が開口した箱形の容器と、当該容器の開口枠の上端に密着して容器内を封止する蓋とを備えた電子部品用パッケージに於いて、前記開口枠の上端面には第１の金属層が設けられ、該第１の金属層上の幅方向中央には第２の金属層が設けられており、前記開口枠の幅を０．４±０．１ｍｍとし、前記第２の金属層の幅を０．１５±０．０５ｍｍとし、前記第２の金属層の高さを１０乃至１５μｍとし、前記蓋は、少なくとも前記開口枠と接合される部分に金属面を有し、前記蓋の金属面にろう材をクラッド化しておき、前記容器の金属層と前記蓋の金属面との間を該ろう材にて接合し、前記容器の金属層と前記蓋の金属面との間をパルスヒート方式の加熱法にて接合したことを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る片端固定方式の表面実装型圧電装置に用いた電子部品用パッケージの構造を示す側面断面図である。
表面実装型圧電装置は、電子部品としての水晶振動子Ｘと、この水晶振動子Ｘを収容する電子部品用パッケージ（以下、パッケージという）１とからなる。パッケージ１は、水晶振動子Ｘを収容する上面が開口した箱型の容器２と、容器２内の収容空間１２を気密に封止する蓋部材３とを有している。容器２はアルミナ製であり、底部を構成する板部材４と、板部材４に積層して設けられ胴部を構成する枠部材５とからなる。枠部材５の端部のうち板部材４と一体結合されない側の端部、すなわち容器２の開口枠の上端面５ａには、接合部としての金属層１０および１１が設けられている。また、板部材４と枠部材５との間には絶縁膜６が設けられており、この絶縁膜６の一部は容器２内部にて露出している。
この露出した絶縁膜６のうち、水晶振動子Ｘの一端Ｘａに対応する一方の絶縁膜６表面には一対の固定電極７が設けられ、また、水晶振動子Ｘの他端Ｘｂに対応する他方の絶縁膜６は、水晶振動子Ｘの自由端の下方に位置している。上記の他方の絶縁膜６は、水晶振動子Ｘの自由端の変位を制限することによって水晶振動子Ｘの振動、衝撃等を吸収する枕部材として作用する。
固定電極７は、水晶振動子Ｘに形成された図示しないリード電極に導電性接着剤８等により電気的に接続され、水晶振動子Ｘを片持ち状態で保持するとともに、板部材４の裏面に設けられたプリント基板等に搭載するための接続電極９と電気的導通のとれた状態となっている。
金属層１０および１１はろう材２０により蓋３と接合されており、蓋３は収容空間１２を気密に封止している。金属層１０および１１は、タングステン、モリブデン等の金属材料からなる。下層の金属層１０は枠部材５の上端面の全体に形成され、その上面の幅方向略中央には金属層１１が金属層１０よりも小さい幅で形成される。この金属層１０と金属層１１とで凸部が形成されている。この２層の金属層の表面にはニッケルめっきや金めっきが施されている。
ろう材２０は、金錫半田などの封止用半田からなり、蓋３はコバール、４２アロイ等の金属材料からなる。蓋３を容器２に接合した場合、金属層１０と蓋３との隙間にろう材溜まり部２１が形成される。
以上のような構造の電子部品用パッケージにおいては、ろう材２０は、ろう材溜まり部２１に溜められて収容空間１２内に垂れ込んでおらず、かつボイドを有していない。このため、短絡不良が発生するのを防止するとともに、接合面積が増大し、パッケージ２と蓋部材３との接合強度を高めて気密信頼性を向上させることができる。
【０００６】
図２は、接合部の構成を示す拡大断面図である。パッケージ１の外形幅、すなわち容器２の一辺の幅を５ｍｍ以下とする場合には、枠部材５の幅Ｗを０．４ｍｍとすることが望ましい。パッケージを小型化しながら内容積をある程度確保するには容器の枠幅を薄くする必要があるが、あまり薄くすると枠壁にクラックが入って気密が保てず、強度的に問題があるからである。このことを考慮すると枠部材５の幅Ｗは０．４ｍｍ程度が適当であり、これにあわせて枠部材５の上端面に設けられた金属層１０の幅も０．４ｍｍ程度となる。
蓋３にクラッド化した封止用半田２０の厚みは３０μｍである。これより薄くなると、加工時の圧延回数が増えるため高コストとなる。逆にこれより厚くすると半田量が多くなるため高価となる。したがって、コストとの兼ね合いから３０μｍ厚のものが、蓋３の大きさによらず標準とされている。
そして、金属層１０上の幅方向中央に設けられた上層の金属層１１の幅ｗを約０．１５ｍｍとし、その高さｈを５〜２０μｍに設定する。このような寸法で構成された金属層１０および１１からなる凸部と蓋部材３とをろう材２０により接合した場合には、フィレットが正しく形成されて接合状態も良好であり、狭いシールパスでありながら接合強度も維持され、蓋部材３は収容空間１２を気密に封止している。
【０００７】
図３は、上層の金属層１１（以下、突起という）の高さの変化に対するパッケージの良品率を示すグラフである。突起の高さの変化によって、容器１と蓋２との接合状態がどのように変化するかを示したものである。実験では、サンプル数を３１個とし、ろう材として金錫半田を用い、パルスヒート方式により加熱温度３２０℃にて約２秒加熱した。またその良品判定は、フィレットの状態を目視にて観察し、接合部の断面を拡大鏡にて観察し、リークテストにより密封性を確認することにより行った。なお、枠部材５の幅Ｗは０．４ｍｍ、突起の幅ｗは０．１５ｍｍとしている。
これによれば、突起の高さｈが５〜２０μｍの範囲では良品率が９５％以上となり、特に突起の高さを１０〜１５μｍとしたときには良品率が１００％という良好な結果が得られた。しかし、突起の高さを０μｍ（突起無し）としたときには良品率が８１％となり、また突起の高さを２８μｍとしたときには、良品率が７４％という結果となった。なお枠部材５の幅Ｗが０．４±０．１ｍｍと変化した場合であっても、上記と同様の結果が得られ、また突起幅を０．１５±０．０５ｍｍとした場合も同様となる。
このことは、突起が高いと金属層１０、１１全体に熱が伝わりにくいため半田ぬれ不良となって接合不良の原因となるものと考えられ、逆に突起が低いと半田の溜まりが減少するため、半田量不足となって接合不良の原因となるものと考えられ、上記の結果は、両者の不具合を解消しうる突起の最適条件が実験的に得られたことを示しているものといえる。
以上のように、枠部材５の幅Ｗ、いいかえれば容器２の開口枠の上端面の幅Ｗを０．４ｍｍ±０．１ｍｍとした場合に、金属層１１からなる突起の幅を０．１５±０．０５ｍｍとし、突起の高さを５〜２０μｍとすれば、従来の容器の開口枠の上端面に形成する金属層の高さを上下層共に３０μｍとした場合に比べてリーク不良の発生を防止でき、パッケージ２と蓋部材３との接合強度を高めることができ、良品率を極めて高めるものである。したがって、特にシールパスの狭い小型のパッケージにおいて、簡単な構成で気密信頼性を向上させることができる。
尚、金錫半田に限らず、融点が２５０℃以上のろう材を用いて、パルスヒート方式を用いた短時間の加熱工程により接合する場合であっても、上記のような接合部の構造であればフィレットが正しく形成されて、容器内の部品に加熱によるダメージを与えることなく確実な接合状態とすることができる。
【０００８】
図４は、第２の実施の形態に係る電子部品用パッケージのうち接合部の構成を示す拡大断面図である。なお第１の実施形態と実質的に同一の構成要素には同一符号を付している。
第２の実施形態においては、枠部材５の上端部に段差部５１を形成し、この段差部５１が形成され上端面に金属層４０を設けたものである。金属層４０の表面にはニッケルめっきまたは金めっき、あるいはその両方が施されている。蓋３を容器２に接合した場合、金属層４０と蓋３との隙間にろう材溜まり部２１が形成される。
段差部５１は、枠部材５０となる複数枚のセラミックグリーンシートを、上層のグリーンシートの外形が下層のグリーンシートの外形よりも小さくなるように打ち抜き型やパンチングマシーン等を用いて加工し、これらを積層した後、焼成して一体化することにより、容易に形成することができる。
枠部材５の幅Ｗは０．４ｍｍ程度であり、段差部５１の端部に形成される金属層４０の上段部分の幅ｗを約０．１５ｍｍとし、その高さｈを５〜２０μｍに設定する。このような寸法で構成された段差部５１および金属層４０からなる凸部と蓋部材３とをろう材２０により接合した場合には、フィレットが正しく形成されて接合状態も良好であり、狭いシールパスでありながら接合強度も維持され、蓋部材３は収容空間１２を気密に封止している。
以上のように、第２の実施形態においては、枠部材５の幅Ｗ、いいかえれば容器２の開口枠の上端面の幅Ｗを０．４ｍｍ±０．１ｍｍとした場合に、その上端面に形成する金属層からなる突起の幅を０．１５±０．０５ｍｍとし、突起の高さを５〜２０μｍとすれば、第１の実施形態と同様にリーク不良の発生を防止でき、パッケージ２と蓋部材３との接合強度を高めることができ、良品率を極めて高めるものである。
【０００９】
なお、上述した複数の実施形態では、ろう材として金錫半田を用いたが、本発明はこれに限らず、融点２５０℃以上の高温半田であれば適用可能である。
また、上述した複数の実施形態では、金属製の蓋部材３により収容空間１２を気密に封止したが、本発明では、封止部となるところに導体ペーストが印刷、焼成されたセラミックス製蓋部材により収容空間を気密に封止してもよい。
また、上述した複数の実施形態では、アルミナ製パッケージに本発明を適用したが、本発明では、アルミナに限らず、窒化アルミニウム、ムライト、ガラス等のセラミックあるいはその他の絶縁材料製のパッケージに適用してもよい。
また、上述した複数の実施形態では、片端固定方式の表面実装型圧電装置に本発明を適用したが、両端固定方式の表面実装型圧電装置に適用可能なことはいうまでもない。
また、上述した複数の実施形態では、圧電素子として表面実装型水晶振動子を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、四ほう酸リチウムもしくは圧電セラミックで構成する圧電振動子、弾性表面波素子等を用いた共振子もしくはフィルタにも適用可能である。
また、上述した複数の実施形態では、パッケージ内に圧電素子を単体で収容したものを例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、パッケージ内に圧電素子とともにＩＣ等の発振回路を備えて構成した発振器等の電子部品、あるいは半導体素子やチップコンデンサ等の電子部品に適用してもよい。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子部品を収容する上面が開口した箱型の容器と、当該容器の開口枠の上端に密着して容器内部を封止する蓋とからなる電子部品用パッケージにおいて、前記容器の開口枠の上端面に形成された第１の金属層と、前記第１の金属層上の幅方向中央に設けられた第２の金属層とを有し、前記容器の開口枠の幅を０．４±０．１ｍｍとし、前記第２の金属層の幅を０．１５±０．０５ｍｍとしかつその高さを５乃至２０μｍとしたので、第１および第２の金属層からなる凸部と蓋とをろう材により接合した場合には、前記蓋が収容空間を気密に封止しており、フィレットが正しく形成されて接合状態も良好であり、狭いシールパスでありながら接合強度も維持され、良品率が９５％以上という結果を得ることができる。また、融点２５０℃以上の金錫半田をろう材として用いて、パルスヒート方式を用いた短時間の加熱工程により接合する場合であっても、上記のような接合部の構造であればフィレットが正しく形成されて、容器内の部品に加熱によるダメージを与えることなく確実な接合状態とすることができる。
また、本発明は、電子部品を収容する上面が開口した箱型の容器と、当該容器の開口枠の上端に密着して容器内部を封止する蓋とからなる電子部品用パッケージにおいて、前記容器の開口枠の上端面に形成された第１の金属層と、前記第１の金属層上の幅方向中央に設けられた第２の金属層とを有し、前記容器の開口枠の幅を０．４±０．１ｍｍとし、前記第２の金属層の幅を０．１５±０．０５ｍｍかつその高さを１０乃至１５μｍとしたので、請求項１記載の発明の効果に加えて、さらに良品率が１００％という結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施の形態に係る電子部品用パッケージの構造を示す側面断面図。
【図２】  接合部の構成を示す拡大断面図。
【図３】  金属層１１（突起）の高さの変化に対するパッケージの良品率のグラフを示す図。
【図４】  第２の実施の形態に係る電子部品用パッケージのうち接合部の構成を示す拡大断面図。
【図５】  従来の電子部品要パッケージの構造を示す図。
【図６】  従来のパッケージにおけるフィレットの形成状態を示す図。
【符号の説明】
１  電子部品用パッケージ、２  容器、３  蓋、４  板部材、５  枠部材、６  絶縁膜、７  固定電極、８  導電性接着剤、９  接続電極、１０、１１  金属層（接合部）、  １２  収容空間、２０、３０  ろう材、２１、３１  ろう材溜まり部、４０  金属層（接合部）、５１  段差部
【図１】
0003831937.tif 000002
【図２】
0003831937.tif 000003
【図３】
0003831937.tif 000004
【図４】
0003831937.tif 000005
【図５】
0003831937.tif 000006
【図６】
0003831937.tif 000007