電子部品用ベースおよび電子部品用ベースの製造方法および当該電子部品用ベースを用いた圧電振動子
【課題】 耐熱性および気密性に優れた鉛フリー対応した電子部品用ベースおよび圧電振動子を提供する。
【解決手段】
電子部品用のベース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。シェルの基体表面およびリード端子の基体表面には、それぞれＣｕ層からなる下地金属層１０２が形成され、その上面にはＳｎ−Ｃｕ層１０３が形成されている。Ｓｎ−Ｃｕ層１０３はＣｕ6Ｓｎ5領域１０３ａとＳｎ領域１０３ｂを有している。このような電子部品用ベース１の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２が電気的機械的に接合され、ベースに対してキャップを圧入して気密封止する。
【解決手段】
電子部品用のベース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。シェルの基体表面およびリード端子の基体表面には、それぞれＣｕ層からなる下地金属層１０２が形成され、その上面にはＳｎ−Ｃｕ層１０３が形成されている。Ｓｎ−Ｃｕ層１０３はＣｕ6Ｓｎ5領域１０３ａとＳｎ領域１０３ｂを有している。このような電子部品用ベース１の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２が電気的機械的に接合され、ベースに対してキャップを圧入して気密封止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品用ベースに関するものであり、特に鉛フリー（無鉛化）に対応した電子部品用ベースおよび電子部品用ベースの製造方法および当該電子部品用ベースを用いた圧電振動子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品用のベースとして、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をあげることができる。このような電子部品用ベースはシリンダー型の水晶振動子に用いられ、ベース上面に水晶振動片を取着し、キャップをベースに圧入することにより、水晶振動片等を気密封止する構成である。
【０００３】
ところで、近年の電子部品の鉛フリー要請により、上述のベースにおいても鉛フリー製品が求められている。このような要請に対応して、例えば特開2003-142614号に示すような構成が検討されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開2003-142614号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は電子部品用ベースに形成する鉛フリー構成として、シェルにＣｕまたはＮｉの下地金属層を形成し、その上面にＳｎＣｕ層が形成された構成であるが、キャップを圧入した際、所望の気密性が得られない場合があった。これはＳｎＣｕ層の軟質性が十分ではなく、圧入がスムーズに行われない場合があるためと考えられる。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、耐熱性および気密性に優れた鉛フリー対応した電子部品用ベースおよび圧電振動子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】
本発明は、上記目的を達成するためになされたもので、請求項１に示すように、シェルと、シェル内に充填した絶縁材と、当該絶縁材を貫通して配置されたリード端子からなる電子部品用ベースであって、
前記シェルの外表面にＣｕ層、Ｓｎ−Ｃｕ層の順で金属層が形成され、前記Ｓｎ−Ｃｕ層は、Ｃｕ6Ｓｎ5（金属間化合物）領域とＳｎ領域を有するとともに、当該Ｓｎ領域はＣｕ6Ｓｎ5領域よりも表面側に偏在していることを特徴としている。
【０００８】
上記偏在は全体としてＳｎ領域がＣｕ6Ｓｎ5領域の表面に存在する構成であればよく、Ｓｎ領域とＣｕ6Ｓｎ5領域が混在するような領域が存在していてもよい。また上記構成以外の金属間化合物、例えばＣｕ層上にＣｕ3Ｓｎ等が存在してもよい。さらに、Ｓｎ―Ｃｕ層上にＳｎ層を新たに成膜形成してもよい。
【０００９】
上記構成によれば、前記シェルの外表面にＣｕ層、Ｓｎ−Ｃｕ層の順で金属層が形成され、前記Ｓｎ−Ｃｕ層は、Ｃｕ6Ｓｎ5領域とＳｎ領域を有するとともに、当該Ｓｎ領域はＣｕ6Ｓｎ5領域の表面に偏在している構成であるので、ベースの表面に鉛フリー材料による耐熱性を有する金属層を形成することができ、環境負荷物質を用いない構成を実現できる。また、表面に偏在したＳｎ領域により、ベースの最表面に比較的軟質な金属を配する構成とすることができ、これにより圧入による気密封止において、気密性を向上させることができる。
【００１０】
また請求項２に示すように、上記構成において、Ｃｕの割合が２〜13％であることを特徴とする構成であってもよい。
【００１１】
Ｃｕの割合が２％未満になると、Ｓｎの融点が支配的になり、Ｓｎ−Ｃｕ層の融点が低下する。これにより実用的な耐熱性を得ることが困難となり、気密性が低下する。Ｃｕの割合が１３％を越えると、Ｓｎ−Ｃｕ層の軟質性が著しく低下し、圧入時の気密性が低下する。なお、耐熱性の安定性を考慮すると、Ｓｎ−Ｃｕ層におけるＣｕの割合が７〜13％がより好ましい。
【００１２】
請求項２によれば、Ｓｎ−Ｃｕ層においてＣｕの割合を２〜13％とした構成であるので、実用的な金属層の耐熱性および圧入時の耐熱性を得ることができ、耐熱性および気密性に優れた鉛フリー対応した電子部品用ベースを得ることができる。
【００１３】
また請求項３に示すように、上記構成の電子部品用ベースに圧電振動片を取り付け、前記圧電振動片を被覆するように一方が開口したキャップを圧入したことを特徴とする圧電振動子であってもよい。
【００１４】
請求項３によれば、耐熱性および気密性に優れた鉛フリー対応した電子部品用ベースに圧電振動片を取り付け、前記圧電振動片を被覆するように一方が開口したキャップを圧入した構成であるので、耐熱性および気密性に優れた、鉛フリー対応の圧電振動子を得ることができる。
【００１５】
また請求項４に示すように、シェルと、シェル内に充填した絶縁材と、当該絶縁材を貫通して配置されたリード端子からなる電子部品用ベースの製造方法であって、
前記シェルの表面にＣｕ層を形成する工程と、前記シェルの表面にＳｎ−Ｃｕ層を形成する工程とを有し、前記各層形成後加熱処理を行い、前記Ｃｕ層上にＣｕ6Ｓｎ5領域とＳｎ領域を形成する工程からなる電子部品用ベースの製造方法であってもよい。
【００１６】
請求項４によれば、前記シェルの表面にＣｕ層を形成する工程と、前記シェルの表面にＳｎ−Ｃｕ層を形成する工程とを有し、前記各層形成後加熱処理を行い、前記Ｃｕ層上にＣｕ6Ｓｎ5領域とＳｎ領域を形成する工程を有するので、Ｓｎ−Ｃｕ層に対して、効率的にＣｕ6Ｓｎ5領域とＳｎ領域を形成することができ、耐熱性および気密性に優れた鉛フリー対応した電子部品用ベースを得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、耐熱性および気密性に優れた、鉛フリーに対応した電子部品用ベースおよび圧電振動子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による第１の実施形態を示す圧電振動子の内部構成を示す断面図
【図２】電子部品用ベースの詳細断面図
【図３】Ｓｎ−Ｃｕ層におけるＳｎ領域の偏在を示す拡大断面写真。
【図４】Ｓｎ−Ｃｕ層におけるＳｎ領域の偏在を示す拡大断面写真。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明による好ましい実施の形態について音叉型水晶振動子を例にとり、図面に基づいて説明する。図１は音叉型水晶振動子の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。また図３および図４はシェル表面に形成した金属層を示す拡大断面写真である。
【００２０】
電子部品用のベース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４２アロイを基体としており、上下に貫通した円筒形状を有している。なお、このシェルの材料は４２アロイ以外に、コバールあるいは鉄ニッケル系合金を用いてもよい。
【００２１】
リード端子１１，１２は例えばコバールを基体１２１とし、線状に加工されている。これらリード端子は前記シェル１０内に所定の間隔をもって貫通配置されている。シェル内に充填された絶縁ガラス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させた状態で固定されている。
【００２２】
ベースのシェル１０およびリード端子１１，１２の表面には次の金属膜が形成される。シェルの基体表面およびリード端子の基体表面には、それぞれＣｕ層からなる下地金属層１０２が形成され、その上面にはＳｎ−Ｃｕ層１０３が形成されている。上記Ｃｕ層は例えば２〜５μｍの厚さで形成され、上記Ｓｎ−Ｃｕ層１０２は９〜１５μｍの厚さで形成される。これら層厚は一例であり、実施形態により適宜調整変更すればよい。なお、下地金属層としてＮｉ層を用いてもよい。
【００２３】
図３または図４に示すように、Ｓｎ−Ｃｕ層１０３はＣｕ6Ｓｎ5領域１０３ａとＳｎ領域１０３ｂを有するとともに、当該Ｓｎ領域１０３ｂはＣｕ6Ｓｎ5領域１０３ａの表面に偏在している構成となっている。なお、図３と図４は図２のＡ部の拡大断面写真である。
【００２４】
図３においては全体としてＳｎ領域１０３ｂがＣｕ6Ｓｎ5領域１０３ａの表面に偏在しているが、Ｓｎ領域１０３ｂがＣｕ6Ｓｎ5領域１０３ａが混在するような領域が存在している状態を示している。このような構成により、Ｓｎ−Ｃｕ層により鉛フリー（無鉛）対応ができ、また耐熱性を確保するという本発明の効果を得ることができる。
【００２５】
図４においては下地金属層のＣｕ層１０２上に凸構成が複数並ぶＣｕ6Ｓｎ5領域１０３ａが配され、その凸構成の表面にＳｎ領域１０３ｂが配された構成となっている。このような構成においてもＳｎ−Ｃｕ層により鉛フリー（無鉛）対応ができ、また耐熱性を確保するという本発明の効果を得ることができる。
【００２６】
このような電子部品用ベース１の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２が電気的機械的に接合される。音叉型水晶振動片２は平行して伸びる１組の振動腕２１，２２とこれら振動腕を結合する基部２３が形成され、その表面には図示していないが音叉屈曲振動を行わしめるよう１組の励振電極が形成されている。これら励振電極各々は音叉基部２３領域に引出されている。当該音叉基部に形成された電極とリード端子のインナー側１１ａ，１２ａとが低融点金属を用いたろう付け等により導電接合される。
【００２７】
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３〜９μｍの厚さでメッキ等の手段により形成されている。
【００２８】
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。なお、真空雰囲気に代えて不活性ガス雰囲気で気密封止を行うことにより、キャップ内部を不活性ガス雰囲気としてもよい。
【００２９】
次に電子部品用のベース製造方法について説明する。
シェルの基体１０１にペレット状の絶縁ガラス１３を配置し、絶縁ガラス１３にリード端子の基体を貫通させる。ペレット状の絶縁ガラスには２つの貫通孔が予め設けられており、これら貫通孔それぞれに各リード端子を貫通配置させる。この状態でガラス焼成技術により各構成要素が一体的に成形される。
【００３０】
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、金属被膜が形成される。具体的には、シェル基体およびリード端子基体の各表面には、Ｃｕ層の下地層１０１が２〜５μｍの厚さで形成され、その上面にはＳｎ−Ｃｕ層１０２が９〜１５μｍ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。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。
【００３１】
その後、前記Ｓｎ−Ｃｕ層について、Ｃｕ6Ｓｎ5領域とＳｎ領域を形成する。例えば、上記各層形成後加熱処理を行う。具体的には２００度の温度で８時間の加熱処理を行う。当該加熱処理はＳｎ―Ｃｕ層の融点より低い温度で行っている。このような処理により、前記Ｃｕ層上にＣｕ6Ｓｎ5領域とＳｎ領域を形成することができる。具体的には図３の拡大断面写真に示すようなＣｕ6Ｓｎ5領域およびＳｎ領域の分布を持った構成であり、Ｃｕ6Ｓｎ5領域が形成され、Ｓｎ領域は全体として表面側に偏在した構成となる。
【００３２】
なお、上記加熱処理は一例であり、上記処理に加えて２５０度の加熱を１〜２分程度の短時間加熱を行ってもよい。図４はこのような熱処理を行った後の拡大断面写真であり、Ｃｕ6Ｓｎ5領域とＳｎ領域がさらに領域分けされた状態となっている。これら加熱温度、加熱時間等の諸条件はベースサイズあるいは金属膜厚等によって適宜設定すればよい。
【００３３】
次に本発明品について、耐熱性および気密性について比較確認を行った。具体的には図１に示すような、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）した水晶振動子を下記の構成毎にサンプル５０個用意し、耐熱性及び気密性試験を行った。
【００３４】
耐熱性は２６０℃ピークのリフローを行った際の、ベースとキャップの圧入部分について目視で溶融していないか確認をした。溶融の認められないものを良品（◎）、バラツキがあり一部溶融が認められるものの、実用上問題がないものを実用良品（○）、溶融が認められるものを不良品（×）とした。
【００３５】
気密性はヘリウムリーク試験により確認した。すなわち、図１に示すように、各々メッキ処理したベースに音叉型水晶振動片（電子素子）を搭載し、キャップにて気密封止（圧入）した音叉型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（周波数変化、ＣＩ値変化等）が所定基準内のものを良品（◎）、平均的には所定基準内であり、実用上問題がないがバラツキがあるものを実用良品（○）、所定基準外のものを不良品（×）とした。
【００３６】
試験結果を次の表１に示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】
従来品はシェルに下地金属層となるＣｕ層を３μｍ形成し、その表面にＳｎ層を８μｍ形成したものである。
【００３９】
本発明品１はシェルに下地金属層となるＣｕ層を３μｍ形成し、その表面にＣｕの重量％が２％のＳｎ―Ｃｕ層を８μｍ形成したものである。
【００４０】
本発明品２はシェルに下地金属層となるＣｕ層を５μｍ形成し、その表面にＣｕの重量％が５％のＳｎ―Ｃｕ層を１０μｍ形成したものである。
【００４１】
本発明品３はシェルに下地金属層となるＣｕ層を５μｍ形成し、その表面にＣｕの重量％が７％のＳｎ―Ｃｕ層を８μｍ形成したものである。
【００４２】
本発明品４はシェルに下地金属層となるＣｕ層を３μｍ形成し、その表面にＣｕの重量％が１０％のＳｎ―Ｃｕ層を１０μｍ形成したものである。
【００４３】
本発明品５はシェルに下地金属層となるＣｕ層を３μｍ形成し、その表面にＣｕの重量％が１３％のＳｎ―Ｃｕ層を８μｍ形成したものである。
【００４４】
比較品１はシェルに下地金属層となるＣｕ層を３μｍ形成し、その表面にＣｕの重量％が１５％のＳｎ―Ｃｕ層を８μｍ形成したものである。
【００４５】
なお、上記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ており、上記各比較品のキャップにはニッケルメッキのみが６μｍ形成されている。
【００４６】
上記実験結果において、従来品１は圧入時点での気密性は良好であるが、高温環境下でＳｎ層が溶融し、その結果気密性も低下した。また比較品１においては耐熱性は良好であったが、圧入時の気密性が悪く、実用上問題があった。
【００４７】
これに対して本発明品１はＣｕの比率が小さいことからＳｎ−Ｃｕ層の溶融が一部認められるが、実用上問題なく気密性も保たれていた。本発明品２〜５は耐熱性、気密性とも良好であった。
【００４８】
なお、本発明は、その精神や主旨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、上述の実施例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。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
電子部品用ベースおよび水晶振動子等の圧電振動デバイスの量産に適用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１ ベース
２ 水晶振動片
３ キャップ
１０２ Ｃｕ層
１０３ Ｓｎ―Ｃｕ層
１０３ａ Ｃｕ6Ｓｎ5領域
１０３ｂ Ｓｎ領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品用ベースに関するものであり、特に鉛フリー（無鉛化）に対応した電子部品用ベースおよび電子部品用ベースの製造方法および当該電子部品用ベースを用いた圧電振動子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品用のベースとして、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をあげることができる。このような電子部品用ベースはシリンダー型の水晶振動子に用いられ、ベース上面に水晶振動片を取着し、キャップをベースに圧入することにより、水晶振動片等を気密封止する構成である。
【０００３】
ところで、近年の電子部品の鉛フリー要請により、上述のベースにおいても鉛フリー製品が求められている。このような要請に対応して、例えば特開2003-142614号に示すような構成が検討されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開2003-142614号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は電子部品用ベースに形成する鉛フリー構成として、シェルにＣｕまたはＮｉの下地金属層を形成し、その上面にＳｎＣｕ層が形成された構成であるが、キャップを圧入した際、所望の気密性が得られない場合があった。これはＳｎＣｕ層の軟質性が十分ではなく、圧入がスムーズに行われない場合があるためと考えられる。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、耐熱性および気密性に優れた鉛フリー対応した電子部品用ベースおよび圧電振動子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】
本発明は、上記目的を達成するためになされたもので、請求項１に示すように、シェルと、シェル内に充填した絶縁材と、当該絶縁材を貫通して配置されたリード端子からなる電子部品用ベースであって、
前記シェルの外表面にＣｕ層、Ｓｎ−Ｃｕ層の順で金属層が形成され、前記Ｓｎ−Ｃｕ層は、Ｃｕ6Ｓｎ5（金属間化合物）領域とＳｎ領域を有するとともに、当該Ｓｎ領域はＣｕ6Ｓｎ5領域よりも表面側に偏在していることを特徴としている。
【０００８】
上記偏在は全体としてＳｎ領域がＣｕ6Ｓｎ5領域の表面に存在する構成であればよく、Ｓｎ領域とＣｕ6Ｓｎ5領域が混在するような領域が存在していてもよい。また上記構成以外の金属間化合物、例えばＣｕ層上にＣｕ3Ｓｎ等が存在してもよい。さらに、Ｓｎ―Ｃｕ層上にＳｎ層を新たに成膜形成してもよい。
【０００９】
上記構成によれば、前記シェルの外表面にＣｕ層、Ｓｎ−Ｃｕ層の順で金属層が形成され、前記Ｓｎ−Ｃｕ層は、Ｃｕ6Ｓｎ5領域とＳｎ領域を有するとともに、当該Ｓｎ領域はＣｕ6Ｓｎ5領域の表面に偏在している構成であるので、ベースの表面に鉛フリー材料による耐熱性を有する金属層を形成することができ、環境負荷物質を用いない構成を実現できる。また、表面に偏在したＳｎ領域により、ベースの最表面に比較的軟質な金属を配する構成とすることができ、これにより圧入による気密封止において、気密性を向上させることができる。
【００１０】
また請求項２に示すように、上記構成において、Ｃｕの割合が２〜13％であることを特徴とする構成であってもよい。
【００１１】
Ｃｕの割合が２％未満になると、Ｓｎの融点が支配的になり、Ｓｎ−Ｃｕ層の融点が低下する。これにより実用的な耐熱性を得ることが困難となり、気密性が低下する。Ｃｕの割合が１３％を越えると、Ｓｎ−Ｃｕ層の軟質性が著しく低下し、圧入時の気密性が低下する。なお、耐熱性の安定性を考慮すると、Ｓｎ−Ｃｕ層におけるＣｕの割合が７〜13％がより好ましい。
【００１２】
請求項２によれば、Ｓｎ−Ｃｕ層においてＣｕの割合を２〜13％とした構成であるので、実用的な金属層の耐熱性および圧入時の耐熱性を得ることができ、耐熱性および気密性に優れた鉛フリー対応した電子部品用ベースを得ることができる。
【００１３】
また請求項３に示すように、上記構成の電子部品用ベースに圧電振動片を取り付け、前記圧電振動片を被覆するように一方が開口したキャップを圧入したことを特徴とする圧電振動子であってもよい。
【００１４】
請求項３によれば、耐熱性および気密性に優れた鉛フリー対応した電子部品用ベースに圧電振動片を取り付け、前記圧電振動片を被覆するように一方が開口したキャップを圧入した構成であるので、耐熱性および気密性に優れた、鉛フリー対応の圧電振動子を得ることができる。
【００１５】
また請求項４に示すように、シェルと、シェル内に充填した絶縁材と、当該絶縁材を貫通して配置されたリード端子からなる電子部品用ベースの製造方法であって、
前記シェルの表面にＣｕ層を形成する工程と、前記シェルの表面にＳｎ−Ｃｕ層を形成する工程とを有し、前記各層形成後加熱処理を行い、前記Ｃｕ層上にＣｕ6Ｓｎ5領域とＳｎ領域を形成する工程からなる電子部品用ベースの製造方法であってもよい。
【００１６】
請求項４によれば、前記シェルの表面にＣｕ層を形成する工程と、前記シェルの表面にＳｎ−Ｃｕ層を形成する工程とを有し、前記各層形成後加熱処理を行い、前記Ｃｕ層上にＣｕ6Ｓｎ5領域とＳｎ領域を形成する工程を有するので、Ｓｎ−Ｃｕ層に対して、効率的にＣｕ6Ｓｎ5領域とＳｎ領域を形成することができ、耐熱性および気密性に優れた鉛フリー対応した電子部品用ベースを得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、耐熱性および気密性に優れた、鉛フリーに対応した電子部品用ベースおよび圧電振動子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による第１の実施形態を示す圧電振動子の内部構成を示す断面図
【図２】電子部品用ベースの詳細断面図
【図３】Ｓｎ−Ｃｕ層におけるＳｎ領域の偏在を示す拡大断面写真。
【図４】Ｓｎ−Ｃｕ層におけるＳｎ領域の偏在を示す拡大断面写真。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明による好ましい実施の形態について音叉型水晶振動子を例にとり、図面に基づいて説明する。図１は音叉型水晶振動子の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。また図３および図４はシェル表面に形成した金属層を示す拡大断面写真である。
【００２０】
電子部品用のベース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４２アロイを基体としており、上下に貫通した円筒形状を有している。なお、このシェルの材料は４２アロイ以外に、コバールあるいは鉄ニッケル系合金を用いてもよい。
【００２１】
リード端子１１，１２は例えばコバールを基体１２１とし、線状に加工されている。これらリード端子は前記シェル１０内に所定の間隔をもって貫通配置されている。シェル内に充填された絶縁ガラス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させた状態で固定されている。
【００２２】
ベースのシェル１０およびリード端子１１，１２の表面には次の金属膜が形成される。シェルの基体表面およびリード端子の基体表面には、それぞれＣｕ層からなる下地金属層１０２が形成され、その上面にはＳｎ−Ｃｕ層１０３が形成されている。上記Ｃｕ層は例えば２〜５μｍの厚さで形成され、上記Ｓｎ−Ｃｕ層１０２は９〜１５μｍの厚さで形成される。これら層厚は一例であり、実施形態により適宜調整変更すればよい。なお、下地金属層としてＮｉ層を用いてもよい。
【００２３】
図３または図４に示すように、Ｓｎ−Ｃｕ層１０３はＣｕ6Ｓｎ5領域１０３ａとＳｎ領域１０３ｂを有するとともに、当該Ｓｎ領域１０３ｂはＣｕ6Ｓｎ5領域１０３ａの表面に偏在している構成となっている。なお、図３と図４は図２のＡ部の拡大断面写真である。
【００２４】
図３においては全体としてＳｎ領域１０３ｂがＣｕ6Ｓｎ5領域１０３ａの表面に偏在しているが、Ｓｎ領域１０３ｂがＣｕ6Ｓｎ5領域１０３ａが混在するような領域が存在している状態を示している。このような構成により、Ｓｎ−Ｃｕ層により鉛フリー（無鉛）対応ができ、また耐熱性を確保するという本発明の効果を得ることができる。
【００２５】
図４においては下地金属層のＣｕ層１０２上に凸構成が複数並ぶＣｕ6Ｓｎ5領域１０３ａが配され、その凸構成の表面にＳｎ領域１０３ｂが配された構成となっている。このような構成においてもＳｎ−Ｃｕ層により鉛フリー（無鉛）対応ができ、また耐熱性を確保するという本発明の効果を得ることができる。
【００２６】
このような電子部品用ベース１の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２が電気的機械的に接合される。音叉型水晶振動片２は平行して伸びる１組の振動腕２１，２２とこれら振動腕を結合する基部２３が形成され、その表面には図示していないが音叉屈曲振動を行わしめるよう１組の励振電極が形成されている。これら励振電極各々は音叉基部２３領域に引出されている。当該音叉基部に形成された電極とリード端子のインナー側１１ａ，１２ａとが低融点金属を用いたろう付け等により導電接合される。
【００２７】
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３〜９μｍの厚さでメッキ等の手段により形成されている。
【００２８】
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。なお、真空雰囲気に代えて不活性ガス雰囲気で気密封止を行うことにより、キャップ内部を不活性ガス雰囲気としてもよい。
【００２９】
次に電子部品用のベース製造方法について説明する。
シェルの基体１０１にペレット状の絶縁ガラス１３を配置し、絶縁ガラス１３にリード端子の基体を貫通させる。ペレット状の絶縁ガラスには２つの貫通孔が予め設けられており、これら貫通孔それぞれに各リード端子を貫通配置させる。この状態でガラス焼成技術により各構成要素が一体的に成形される。
【００３０】
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、金属被膜が形成される。具体的には、シェル基体およびリード端子基体の各表面には、Ｃｕ層の下地層１０１が２〜５μｍの厚さで形成され、その上面にはＳｎ−Ｃｕ層１０２が９〜１５μｍ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。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。
【００３１】
その後、前記Ｓｎ−Ｃｕ層について、Ｃｕ6Ｓｎ5領域とＳｎ領域を形成する。例えば、上記各層形成後加熱処理を行う。具体的には２００度の温度で８時間の加熱処理を行う。当該加熱処理はＳｎ―Ｃｕ層の融点より低い温度で行っている。このような処理により、前記Ｃｕ層上にＣｕ6Ｓｎ5領域とＳｎ領域を形成することができる。具体的には図３の拡大断面写真に示すようなＣｕ6Ｓｎ5領域およびＳｎ領域の分布を持った構成であり、Ｃｕ6Ｓｎ5領域が形成され、Ｓｎ領域は全体として表面側に偏在した構成となる。
【００３２】
なお、上記加熱処理は一例であり、上記処理に加えて２５０度の加熱を１〜２分程度の短時間加熱を行ってもよい。図４はこのような熱処理を行った後の拡大断面写真であり、Ｃｕ6Ｓｎ5領域とＳｎ領域がさらに領域分けされた状態となっている。これら加熱温度、加熱時間等の諸条件はベースサイズあるいは金属膜厚等によって適宜設定すればよい。
【００３３】
次に本発明品について、耐熱性および気密性について比較確認を行った。具体的には図１に示すような、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）した水晶振動子を下記の構成毎にサンプル５０個用意し、耐熱性及び気密性試験を行った。
【００３４】
耐熱性は２６０℃ピークのリフローを行った際の、ベースとキャップの圧入部分について目視で溶融していないか確認をした。溶融の認められないものを良品（◎）、バラツキがあり一部溶融が認められるものの、実用上問題がないものを実用良品（○）、溶融が認められるものを不良品（×）とした。
【００３５】
気密性はヘリウムリーク試験により確認した。すなわち、図１に示すように、各々メッキ処理したベースに音叉型水晶振動片（電子素子）を搭載し、キャップにて気密封止（圧入）した音叉型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（周波数変化、ＣＩ値変化等）が所定基準内のものを良品（◎）、平均的には所定基準内であり、実用上問題がないがバラツキがあるものを実用良品（○）、所定基準外のものを不良品（×）とした。
【００３６】
試験結果を次の表１に示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】
従来品はシェルに下地金属層となるＣｕ層を３μｍ形成し、その表面にＳｎ層を８μｍ形成したものである。
【００３９】
本発明品１はシェルに下地金属層となるＣｕ層を３μｍ形成し、その表面にＣｕの重量％が２％のＳｎ―Ｃｕ層を８μｍ形成したものである。
【００４０】
本発明品２はシェルに下地金属層となるＣｕ層を５μｍ形成し、その表面にＣｕの重量％が５％のＳｎ―Ｃｕ層を１０μｍ形成したものである。
【００４１】
本発明品３はシェルに下地金属層となるＣｕ層を５μｍ形成し、その表面にＣｕの重量％が７％のＳｎ―Ｃｕ層を８μｍ形成したものである。
【００４２】
本発明品４はシェルに下地金属層となるＣｕ層を３μｍ形成し、その表面にＣｕの重量％が１０％のＳｎ―Ｃｕ層を１０μｍ形成したものである。
【００４３】
本発明品５はシェルに下地金属層となるＣｕ層を３μｍ形成し、その表面にＣｕの重量％が１３％のＳｎ―Ｃｕ層を８μｍ形成したものである。
【００４４】
比較品１はシェルに下地金属層となるＣｕ層を３μｍ形成し、その表面にＣｕの重量％が１５％のＳｎ―Ｃｕ層を８μｍ形成したものである。
【００４５】
なお、上記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ており、上記各比較品のキャップにはニッケルメッキのみが６μｍ形成されている。
【００４６】
上記実験結果において、従来品１は圧入時点での気密性は良好であるが、高温環境下でＳｎ層が溶融し、その結果気密性も低下した。また比較品１においては耐熱性は良好であったが、圧入時の気密性が悪く、実用上問題があった。
【００４７】
これに対して本発明品１はＣｕの比率が小さいことからＳｎ−Ｃｕ層の溶融が一部認められるが、実用上問題なく気密性も保たれていた。本発明品２〜５は耐熱性、気密性とも良好であった。
【００４８】
なお、本発明は、その精神や主旨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、上述の実施例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。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
電子部品用ベースおよび水晶振動子等の圧電振動デバイスの量産に適用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１ ベース
２ 水晶振動片
３ キャップ
１０２ Ｃｕ層
１０３ Ｓｎ―Ｃｕ層
１０３ａ Ｃｕ6Ｓｎ5領域
１０３ｂ Ｓｎ領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェルと、シェル内に充填した絶縁材と、当該絶縁材を貫通して配置されたリード端子からなる電子部品用ベースであって、
前記シェルの外表面にＣｕ層、Ｓｎ−Ｃｕ層の順で金属層が形成され、前記Ｓｎ−Ｃｕ層は、Ｃｕ6Ｓｎ5領域とＳｎ領域を有するとともに、当該Ｓｎ領域はＣｕ6Ｓｎ5領域よりも表面側に偏在していることを特徴とする電子部品用ベース。
【請求項２】
前記Ｓｎ−Ｃｕ層におけるＣｕの割合が２〜13％であることを特徴とする請求項１記載の電子部品用ベース
【請求項３】
請求項１または２記載の電子部品用ベースに圧電振動片を取り付け、前記圧電振動片を被覆するように一方が開口したキャップを圧入したことを特徴とする圧電振動子であってもよい。
【請求項４】
シェルと、シェル内に充填した絶縁材と、当該絶縁材を貫通して配置されたリード端子からなる電子部品用ベースの製造方法であって、
前記シェルの表面にＣｕ層を形成する工程と、前記シェルの表面にＳｎ−Ｃｕ層を形成する工程とを有し、前記各層形成後加熱処理を行い、前記Ｃｕ層上にＣｕ6Ｓｎ5領域とＳｎ領域を形成する工程からなる電子部品用ベースの製造方法。
【請求項１】
シェルと、シェル内に充填した絶縁材と、当該絶縁材を貫通して配置されたリード端子からなる電子部品用ベースであって、
前記シェルの外表面にＣｕ層、Ｓｎ−Ｃｕ層の順で金属層が形成され、前記Ｓｎ−Ｃｕ層は、Ｃｕ6Ｓｎ5領域とＳｎ領域を有するとともに、当該Ｓｎ領域はＣｕ6Ｓｎ5領域よりも表面側に偏在していることを特徴とする電子部品用ベース。
【請求項２】
前記Ｓｎ−Ｃｕ層におけるＣｕの割合が２〜13％であることを特徴とする請求項１記載の電子部品用ベース
【請求項３】
請求項１または２記載の電子部品用ベースに圧電振動片を取り付け、前記圧電振動片を被覆するように一方が開口したキャップを圧入したことを特徴とする圧電振動子であってもよい。
【請求項４】
シェルと、シェル内に充填した絶縁材と、当該絶縁材を貫通して配置されたリード端子からなる電子部品用ベースの製造方法であって、
前記シェルの表面にＣｕ層を形成する工程と、前記シェルの表面にＳｎ−Ｃｕ層を形成する工程とを有し、前記各層形成後加熱処理を行い、前記Ｃｕ層上にＣｕ6Ｓｎ5領域とＳｎ領域を形成する工程からなる電子部品用ベースの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−４４５０６（Ｐ２０１１−４４５０６Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９０４８８（Ｐ２００９−１９０４８８）
【出願日】平成２１年８月１９日（２００９．８．１９）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１９日（２００９．８．１９）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
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