(57)【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電子素子と、前記ベースに圧入されることにより前記電子素子を気密封止するキャップとからなる電子部品において、
少なくとも前記金属製のシェルには錫層が形成され、当該錫層上に銀層が形成され、当該銀層上に０.０５μｍ〜０.２μｍの厚さの金層が形成されていることを特徴とする気密封止型電子部品。
【請求項２】
前記錫層および銀層および金層の形成がリード端子にも形成されていることを特徴とする請求項１記載の気密封止型電子部品。
【請求項３】
前記銀層が前記錫層より厚いことを特徴とする請求項１または請求項２記載の気密封止型電子部品。
【請求項４】
前記錫層と前記銀層間に錫と銀の合金層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の気密封止型電子部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は水晶振動子等の電子部品に関するものであり、特に無鉛化に対応した気密封止型の電子部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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気密ベースを用い、当該気密ベースに円筒状のキャップを圧入する気密封止構成は、例えば特公昭５８−４７０８３号で開示されているように音叉型水晶振動子等で慣用されている。当該気密封止はベース、キャップのいずれか一方あるいは両者の接合部分に軟質金属を形成し、相対的に大きな径の略円柱状のベースに円筒状のキャップを圧入することにより、軟質金属の塑性変形によりシールが行われるものである。
【０００３】
従来の構成は、例えばベースの金属製のシェルの基材はコバールからなり、その表面にニッケルあるいは銅層がメッキ等の手段により形成され、さらにその表面に錫層を形成した構成である。また、キャップは洋白等の鉄ニッケル系合金からなり、少なくともベースと圧接される領域には鉛１：錫９比率の半田が形成されていた。以上の構成により、ベース側の錫やキャップ側の半田層が軟質であるため、両金属が強く密着した状態で圧入されることにより塑性変形し、圧入を容易にしていた。
【０００４】
ところで近年においては、リフローソルダリング環境に対応させる必要がでてきた。すなわち、リフローソルダリングにおいては、２４０〜２６０℃の高温環境により実装基板への搭載を行うため、この圧入部分の金属構成も耐熱性が要求されるようになった。
【０００５】
このような要求に対応するために半田組成を例えば鉛９：錫１と鉛含有量を増加させ融点を上げた半田が用いられてきた。しかしながら、鉛は人体に対して有害な物質であるため世界的にその使用を抑制あるいは禁止する傾向にある。上記半田組成はこのような無鉛化の動向に反するものであり、代替品が求められていた。
【０００６】
このような無鉛化を考慮した構成が特開２００１−６８１９４号に開示されており、この中で無鉛化されたろう材として錫−銀系合金あるいは錫−ビスマス系合金が例示されている。しかしながらこのような合金は表面に酸化層が形成されやすく、軟質金属による気密性能が極端に低下することがあった。また本公開公報には、ろう材の表面に酸化防止用の錫膜を形成した旨も開示されているが、錫膜の融点は２２０℃であり、上述のリフローソルダリング温度よりも融点が低く、気密性低下をまねくおそれがあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、圧入後の気密性を低下させることなく無鉛化に対応することを１つの目的とするとともに、耐熱性に優れた気密封止を行う電子部品を提供することをもう一つの目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は請求項１に示すように、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気密ベースと、当該ベースに搭載される電子素子と、前記ベースが圧入されることにより前記電子素子を気密封止するキャップとからなる電子部品において、少なくとも前記金属製のシェルには錫層が形成され、当該錫層上に銀層が形成され、当該銀層上に０.０５μｍ〜０.２μｍの厚さの金層が形成されていることを特徴としている。
【０００９】
前記錫層は軟質金属であり、圧入時の気密性確保が有効に機能し、前記銀層は錫層で不足している耐熱性を補い、リフローソルダリング等の比較的高い温度条件にさらされた場合でも錫層の軟化を抑制する。また金層は下の銀層の酸化を防止するとともに、良好な延性により圧入をスムーズに進めることができ、また気密性を向上させることができる。
【００１０】
この金層は適切な厚さが必要であり、０.０５μｍ以下の厚さでは酸化防止膜としての機能が十分ではなく、ベース表面に酸化層が形成され、圧入時の気密性が低下することがある。また金は高価な金属であるので、厚く形成するとコスト高となる。０.２μｍ以上形成しても金の延性による気密性向上に変化がないので、コストと機能確保を勘案すると０.０５〜０．２μｍの厚さにすることが好ましい。
【００１１】
また請求項２に示すように、請求項１記載の構成において、前記錫層および銀層および金層の構成をリード端子にも形成してもよい。最上層の金層によりリード端子の酸化を防止でき、実装基板への半田付け性を向上させることができる。
【００１２】
また請求項３示すように、上記各構成において、前記銀層が前記錫層より厚い構成としてもよい。このような構成により、上記各作用効果に加えて銀層が比較的厚い状態であるので、耐熱性を高めることができる。
【００１３】
さらに請求項４に示すように、前記錫層と前記銀層間に錫と銀の合金層が形成されている構成としてもよい。このような構成により、上記各作用効果に加えて当該合金層は錫層および銀層形成後、拡散処理により形成することができる。合金層は錫層単体の場合に比べて融点を高めるとともに、錫のもつ軟質性を兼ね備えているので、耐熱性を高めまた良好な気密性を確保することができる。
【００１４】
次に本発明品と従来品について、各性能について比較確認を行った。確認した性能は、気密性、半田付け性、耐熱（耐リフローソルダリング）性能である。気密性はヘリウムリーク試験により確認した。すなわち、各々メッキ処理したベースに水晶振動素子（電子素子）を搭載し、キャップにて気密封止（圧入）した水晶振動子をヘリウムリーク試験により気密性能を確認した。試験前後で特性変化が所定基準内のものを良品（○）、所定基準外のものを不良品（×）とした。
【００１５】
半田付け性は半田ぬれ性試験により確認した。水晶振動子の外部リード端子を所定条件で半田槽に浸漬し、浸漬部分のぬれ割合（ぬれ面積割合）について観察した。ぬれ割合が８５％以上のものを良品（○）とし、特にぬれ割合が９５％以上のものを優良品（◎）とした。またぬれ割合が７５％以下のものを不良品（×）とした。
【００１６】
また耐熱（耐リフローソルダリング）性能は所定条件（例えばリフローソルダリング環境の２４０〜２６０℃）の加熱による特性変化の有無により確認した。試験前後で特性変化が所定基準内のものを良品（○）、所定基準外のものを不良品（×）とした。
【００１７】
試験結果を表１に示す。
【表１】
0003861280.tif 000002
いずれの金属膜もベースのシェルおよびリード端子に形成した。従来品１はＰｂ９：Ｓｎ１含有の耐熱半田を１２μｍ形成したもので、従来品２はＳｎを５μｍ、その上にＡｇを３μｍ形成したもの、従来品３はＳｎを５μｍ、その上にＡｇを８μｍ形成したものである。また、本発明品１はＳｎを５μｍ、その上にＡｇを８μｍ、その上にＡｕを０.０２μｍ形成したもの、本発明品２はＳｎを５μｍ、その上にＡｇを８μｍ、その上にＡｕを０.０５μｍ形成したもの、本発明品３はＳｎを５μｍ、その上にＡｇを８μｍ、その上にＡｕを０.１μｍ形成したものである。
【００１８】
上記実験結果から、気密性についてはいずれの試験品についても良好な結果を得ているが、半田付け性については本発明品のみが良好な結果を得ており、特に本発明品２と３は９５％以上の半田ぬれ性を示しており、半田付け性が極めて良好であることを示している。また耐熱性については、Ａｇ膜の薄い従来品２以外は良好な結果を得ている。以上、本発明品はいずれの性能も良好で実用性が高く、特にＡｕ層を０.０５μｍ以上にすると半田付け性が極めて良好になることが理解できる。なお、Ａｕ層を厚くしすぎるとコスト高を招くので、０．２μｍの厚さ以下にすることが好ましい。
【００１９】
【実施例】
本発明の実施例について、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は図１のベース部分の部分拡大図である。
【００２０】
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に貫通固定されたリード端子１１，１２とからなる。シェル１０は例えばコバールあるいは鉄ニッケル系合金を基体としており、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ガラス焼成技術により一体的に成形される。
【００２１】
この一体成形されたベースを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、その後次の金属被膜が形成される。シェルおよびリード端子のコバール表面には、ニッケル層あるいは銅層が２〜６μｍの厚さで形成され、その上面には錫層が３〜１０μｍの厚さで形成される。またその上面には銀層が５〜２０μｍの厚さで形成され、さらにその上面には極薄の金層が０.０５  〜０.２μｍの厚さで形成される。これら各金属被膜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。
【００２２】
このようなメッキ処理により、ベースのシェルおよびリード端子表面に上記各金属層が形成される。そしてリード端子のインナー側１１ａ，１２ａには電子素子である音叉型水晶振動子片が半田等により接合される。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１対の励振電極が形成されており、それぞれの電極がリード端子部分に引き出されている。
【００２３】
キャップ３は洋白（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ系合金）からなり、有底の円筒状を有している。キャップ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。なお、当該キャップに形成する金属層は、ニッケルに代えて銅または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。キャップの内径は前記ベースのシェル部分よりも若干小さく設計されており、例えば２〜５％小さな内径に設定されている。このようなキャップを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ことにより、ベースとキャップが強く密着しキャップ内部が真空状態に保たれた気密封止を行うことができる。
【００２４】
以上により、リード端子のアウター側１１ｂ、１２ｂには表面に極薄の金層が形成された電子部品を得ることができ、これにより実装基板への半田付けも半田付け性が低下することなく、スムーズな実装を行うことができる。なお電子素子をリード端子に接合する半田および電子部品を実装基板に接合する半田も無鉛のもので、かつ耐熱性に優れた材料を用いることにより、電子部品のトータルとしての無鉛化、耐熱性対応の電子部品を得ることができる。
【００２５】
また、上記構成において錫層と銀層間に両者の合金層を形成してもよい。合金層の形成は例えば錫層、銀層をメッキ形成した後、例えば２１０℃の真空雰囲気中にて数時間の加熱により拡散処理を行うとよい。合金層領域は拡散処理時間により制御することができる。
【００２６】
錫と銀の合金層を形成することにより、錫の持つ軟質性を有するとともに、当該領域の融点を高くすることができ、耐熱性に優れた金属層を得ることができる。なお、金層は上記拡散処理後に形成すればよい。
【００２７】
なお、上記実施例においては、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。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、前記錫層の軟質性により、圧入時の気密性確保が有効に機能し、金層により銀層の酸化を防止するとともに、良好な延性により圧入をスムーズに進めることができる。よって、圧入後の気密性を低下させることなく無鉛化に対応した気密封止型電子部品を得ることができる。  また、コストを低く抑えることができる。
【００２９】
また銀層により耐熱性を向上させることができるので、リフローソルダリング等の比較的高い温度条件にさらされた場合でも錫層の軟化を抑制する。よって、耐熱性も向上させることができる。
【００３０】
また請求項２によれば、上記効果に加えて最上層の金層によりリード端子の酸化を防止でき、実装基板への半田付け性を向上させることができる。
【００３１】
また請求項３によれば、上記各効果に加えて銀層が比較的厚い状態であるので、下層の錫の軟化を抑制し、耐熱性を高めることができる。
【００３２】
さらに請求項４によれば、上記各効果に加えて合金層を形成することにより、耐熱性を高めまた良好な気密性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【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】  図１のベース部分の部分拡大図。
【符号の説明】
１  ベース
１０  シェル
１１，１２  リード端子
１３  絶縁ガラス
【図１】
0003861280.tif 000003
【図２】
0003861280.tif 000004