JP2004103626A - セラミックパッケージの封止構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電子デバイスの低背化を進めると共に、組み立て作業を簡易化するセラミックパッケージの封止構造を提供する。
【解決手段】本実施例は、水晶振動素子４を内底部の所定のパッド６に導電性接着剤９を用いて固定したセラミックパッケージ８と、コバール材等の金属にニッケルメッキを施した金属蓋５とを、ろう接法により気密封止する例を示し、そのため、セラミックパッケージ８の開口部外周縁には、ろう付け用のメタライズ層としてタングステンメタライズ等を施した後、ろう材１２を積層する。次に、ニッケルメッキを施したコバール材からなる金属蓋５を、セラミックパッケージ８に搭載後、セラミックパッケージ８の開口部外周縁に圧接したろう材１２を溶融させて溶接することによりセラミックパッケージ８を金属蓋５により機密封止する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミックパッケージの封止構造に関し、特に水晶素子等のような電子部品をセラミックパッケージ凹部に搭載後、外気の影響を排除するために、金属性のリッド（蓋）によりセラミックパッケージの開口部を気密封止するセラミックパッケージの封止構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子デバイス、例えば水晶振動子のように水晶振動素子をセラミックパッケージの凹部内底部に搭載後、金属性のリッドによりセラミックパッケージの開口部を気密封止し、外気の影響を排除した電子デバイスが多く提供されてきた。そこで、以降の説明は電子デバイスの一例として、水晶応用部品である水晶振動子について説明する。
図４に、従来の電子デバイスの一例である水晶振動子の分解斜視図を示す。同図は、所定の大きさに加工された水晶基板１の対向する表裏両面に励振電極２と夫々の励振電極２からは水晶基板縁端に導出されたリード電極３とを形成した水晶振動素子４と、コバール材などからなる金属蓋５と、凹所内底面には水晶振動素子４を接続固定するパッド６を備え、前記パッド６と電気的に接続した外底面に設けた出力電極７を有するセラミックパッケージ８とからなる。水晶振動子は、セラミックパッケージ８の凹所内底面の片隅に配置されたパッド６に、導電性接着剤を介して水晶振動素子４を片持ち状態で接続固定した上で、セラミックパッケージ８の開口部を金属蓋５によって機密封止する構造を有している。
【０００３】
セラミックパッケージの開口部を金属蓋により気密封止する手段としては、多種多様な方法が実用化されているが、その代表的な手段としてシーム溶接による気密封止法が挙げられる。
図５は、水晶振動子において、シーム溶接により気密封止を行う際に必要な構造例を示す断面図である。同図は、水晶振動素子４を内底部の所定のパッド６に導電性接着剤９を用いて固定したセラミックパッケージ８に、コバール材からなる金属蓋５を、シーム溶接により固定した例である。セラミックパッケージ８の開口部外周縁には、コバール材にＮｉ＋Ａｕメッキを施したシーム溶接用のシールリング１０が銀ろう等のろう材により、ろう接されており、ニッケルメッキを施したコバール材からなる金属蓋５を、前記シールリング１０に搭載後、ローラ電極等を使用して溶接し、セラミックパッケージ８を気密封止する。
【０００４】
一方、セラミックパッケージの他の気密封止法として、ろう接法による封止方法が実用化されている。
図６は、水晶振動子において、ろう接による封止を行う際に必要な構造例を示す断面図である。同図は、水晶振動素子４を凹部内底部の所定のパッド６に導電性接着剤９を用いて固定したセラミックパッケージ８と、コバール材からなる金属蓋５とを、ろう接法により固定して気密封止する例を示しており、セラミックパッケージ８の開口部外周縁には、ろう付け用のメタライズ層としてタングステンメタライズを施してある。そこで、ニッケルメッキを施したコバール材からなる金属蓋５には、セラミックパッケージ８と接触する裏面の全面にろう材１１を圧接しておき、該金属蓋５をセラミックパッケージ８に搭載後、ろう材を溶融させて溶接する。ろう材としては、銀ろう、或るいは金とすずとの合金等が使用され、ろう材を溶融させる手段として、例えばレーザビームが用いられる。
本方法は、シールリングが不要であり、水晶振動子の小型、低背化には有利である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のろう接法による封止方法は、以下のような問題点が生じていた。
近年、電子デバイスの低背化が進んだことにより、セラミックパッケージを気密封止する手段においても、従来のろう接法による封止方法では、金属蓋の裏面に圧接されたろう材の厚みがセラミックパッケージの内部空間を狭めており、所定の空間を確保した状態での低背化に支障を来たし問題となっていた。
図７に、水晶振動子において、ろう接による封止を行った構造例を示す断面図を示す。同図に示すように、セラミックパッケージ８の内部空間は、図５の場合に比べてろう材１１の厚さ分狭くなっている。
【０００６】
一方、従来のろう接法による封止方法は、金属蓋の裏面にろう材を圧接したため、金属蓋に表裏が存在し、金属蓋を用いてセラミックパッケージを機密封止する際に、金属蓋の表裏の判別が必要となり、組み立て作業を複雑化させていた。本発明は、上述したような従来のろう接法による封止方法に関する問題点を解決するためになされたものであって、電子デバイスの低背化を進めると共に、組み立て作業を簡易化するセラミックパッケージの封止構造を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係わるセラミックパッケージの封止構造は、以下の構成をとる。
請求項１記載のセラミックパッケージの封止構造は、セラミックパッケージの開口部内底面に電子部品を搭載した後、前記開口部を金属蓋により気密封止するセラミックパッケージの封止構造において、前記セラミックパッケージの開口部外周縁上面にメタライズ層を形成し、該メタライズ層の表面にろう材を積層して、該ろう材を所定の手段で溶融させることにより前記セラミックパッケージ開口面と前記金属蓋とを溶接し、セラミックパッケージの内部空間を気密封止するよう構成する。
【０００８】
請求項２記載のセラミックパッケージの封止構造は、前記メタライズ層が、セラミックパッケージの開口部外周縁上面に形成したタングステンメタライズ層と、該タングステンメタライズ層の表面にニッケルメッキを施して積層したＮｉ層と、該Ｎｉ層の表面に金メッキを施して積層したＡｕ層とにより構成する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
本発明においては、セラミックパッケージ内の空間が、金属蓋に形成したろう材により狭められるという問題を解決するため、金属蓋の裏面へのろう材の圧接をやめ、金属蓋を溶接するためのろう材をセラミックパッケージの開口部外周縁上面に積層したことが特徴である。従って、セラミックパッケージの凹部内部空間は、該凹部内部空間に当接する金属蓋のろう材が排除されたため、排除されたろう材の厚み分拡張された。その結果、セラミックパッケージの低背化を行う際にセラミックパッケージの凹部内部空間が有効に活用出来ることから、セラミックパッケージの低背化を進める上で有利となった。そこで、以降の説明は電子デバイスの一例として、水晶応用部品である水晶振動子について説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係る電子デバイスの一実施例である水晶振動子において、ろう接による封止を行う際に必要な構造例を示す断面図である。同図は、水晶振動素子４を内底部の所定のパッド６に導電性接着剤９を用いて固定したセラミックパッケージ８と、コバール材等の金属にニッケルメッキを施した金属蓋５とを、ろう接法により気密封止する例であり、そのため、セラミックパッケージ８の開口部外周縁上面には、ろう付け用のメタライズ層としてタングステンメタライズ等を施した後、該メタライズ層上にろう材１２を積層している。
【００１１】
次に、ニッケルメッキを施したコバール材からなる金属蓋５を、セラミックパッケージ８に搭載後、セラミックパッケージ８の開口部外周縁に積層したろう材１２を溶融させて溶接することによりセラミックパッケージ８を金属蓋５により気密封止する。封止に使用するろう材１２としては、銀ろう、或るいは金とすずとの合金等が使用されることが多く、又、ろう材１２を溶融させる手段としては、例えば金属蓋のろう接部にレーザビームを照射し、ろう材を加熱溶融する方法が用いられる。従って、本実施例の如くセラミックパッケージを気密封止することにより、セラミックパッケージ８の内部空間は、ろう材の厚さ分拡張される。又、本実施例によれば、金属蓋５にろう材を形成しないことから金属蓋５に表裏がなく、水晶振動子を組み立てる際に金属蓋５の表裏を判別する必要がなくなり、ろう接法を用いて封止を行う溶接設備を簡易化することが可能となる。
【００１２】
図２は、セラミックパッケージの開口部外周縁上面のろう材を含むシールリングの断面構造の様子を示す拡大図である。本実施例においては、図２に示す如くセラミックパッケージ８の開口部外周縁にろう材１２を確実に積層するため、メタライズ層としてタングステンメタライズ１３を形成した後、タングステンメタライズの表面にニッケルメッキを施してＮｉ層１４を積層し、更に、Ｎｉ層１４の表面に金メッキを施してＡｕ層１５を積層して、Ａｕ層１５の表面にろう材１２を積層した。このように、セラミックパッケージ８の開口部外周縁に４層構造でろう材を形成したので、ろう接法による封止の信頼性も向上している。
【００１３】
次に、本実施例の構造について具体的な数値例を示して説明する。
図３は、本発明に係わる電子デバイスの一実施例である水晶振動子の断面を示す図である。同図は、図１と構成は同一であり、本実施例においては、ろう材の形成箇所を金属蓋からセラミックパッケージの開口外周縁図に変更したことにより、セラミックパッケージの内部空間は、図に示す如くろう材の厚さ分の２０μｍ拡張された。ろう接法により封止する際に使用されるろう材の厚みは、通常２０μｍ程度である。そこで、セラミックパッケージの内部空間が２０μｍ拡張されたことにより、水晶振動子に内蔵されている水晶振動素子の厚みを、更に２０μｍ厚くすることが可能となるが、その厚さ２０μｍを水晶振動子の周波数に換算すると具体的数値は次の通りである。
【００１４】
水晶素板の厚さは周波数に反比例し次式から求められることは周知のところである。
ｔ（ｍｍ）＝１．６７／ｆｒｅｑ．（ＭＨｚ）・・・（１）
ｔ：水晶素板の厚さ、ｆｒｅｑ．：周波数
仮に、従来の気密封止方法によるセラミックパッケージは、水晶振動素子の厚みが周波数１４ＭＨｚまで対応する水晶振動素子を搭載出来るとすると、本実施例を用いることにより、セラミックパッケージは、２０μｍ厚みが増加した水晶振動素子を搭載可能となる。そこで、（１）式から、従来の水晶振動素子を２０μｍ厚くした際に可能な周波数を求めると、周波数は１２ＭＨｚとなることから、本実施例においては、従来より２ＭＨｚさらに低い周波数まで対応する水晶振動素子を搭載出来るセラミックパッケージを提供することが可能となる。
尚、水晶振動子では、セラミックパッケージの高さ寸法は、低いものでは０．５ｍｍ程度となっており、本実施例において拡大した２０μｍは、その４％に相当する寸法である。
【００１５】
本実施例では水晶振動子を用いて説明したが、本発明はこれに限らず封止構造を有する電子デバイスに広く適用できることは言うまでもない。
【００１６】
【発明の効果】
上述したように本発明は、請求項１及び２共、セラミックパッケージを気密封止するためにろう接法を用いて封止する際に、ろう材をセラミックパッケージの開口部外周縁に形成したので、ろう材の厚み分セラミックパッケージの内部空間が拡張され、セラミックパッケージの低背化を行う上で大きな効果を発揮する。又、本発明を採用することにより、セラミックパッケージに金属蓋を搭載して気密封止する際に、金属蓋の表裏を判別する必要が無くなり、組み立て時間が低減すると共に、溶接設備の簡易化が図られることから、製造コストを低減する上で著しい効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子デバイスの一実施例である水晶振動子において、ろう接による封止を行う際に必要な構造例を示す断面図である。
【図２】セラミックパッケージの開口部外周縁にろう材を含むシールリングの断面構造の様子を示す拡大図である。
【図３】本発明に係わる電子デバイスの一実施例である水晶振動子の断面を示す図である。
【図４】従来の電子デバイスの一例である水晶振動子の分解斜視図を示す。
【図５】従来の電子デバイスの一例である水晶振動子において、シーム溶接を行う際に必要な構造例を示す断面図である。
【図６】従来の電子デバイスの一例である水晶振動子において、ろう接による封止を行う際に必要な構造例を示す断面図である。
【図７】従来の電子デバイスの一例である水晶振動子において、ろう接による封止を行った構造例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・水晶基板、　　　　　　　　　２・・励振電極、
３・・リード電極、　　　　　　　　４・・水晶振動素子、
５・・金属蓋、　　　　　　　　　　６・・パッド、
７・・出力電極、　　　　　　　　　８・・セラミックパッケージ、
９・・導電性接着剤、　　　　　　１０・・シールリング、
１１・・ろう材、　　　　　　　　　１２・・ろう材、
１３・・タングステンメタライズ、　１４・・Ｎｉ層、
１５・・Ａｕ層

Claims (2)

1. セラミックパッケージの開口部内底面に電子部品を搭載した後、前記開口部を金属蓋により気密封止するセラミックパッケージの封止構造において、
   前記セラミックパッケージの開口部外周縁上面にメタライズ層を形成し、
   該メタライズ層の表面にろう材を積層して、
   該ろう材を所定の手段で溶融させることにより前記セラミックパッケージ開口面と前記金属蓋とを溶接し、セラミックパッケージの内部空間を気密封止したことを特徴とするセラミックパッケージの封止構造。
2. 前記メタライズ層が、
   セラミックパッケージの開口部外周縁上面に形成したタングステンメタライズ層と、
   該タングステンメタライズ層の表面にニッケルメッキを施して積層したＮｉ層と、該Ｎｉ層の表面に金メッキを施して積層したＡｕ層とにより構成したことを特徴とする請求項１記載のセラミックパッケージの封止構造。

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