JP2005223885A

JP2005223885A - 水晶振動子の製造方法及びフラックスレス半田付け装置

Info

Publication number: JP2005223885A
Application number: JP2004288523A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Nakajima; 優一中島; Kokichi Seki; 幸吉関
Original assignee: Miyota KK
Current assignee: Miyota KK
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2005-08-18

Abstract

【課題】フラックスを使用しないで水晶片の半田付けを可能にする。
【解決手段】少なくとも、２本のリード端子を絶縁部材で金属環に位置決め固定した気密端子と、電極膜を形成した水晶片と、キャップで構成されるシリンダー型水晶振動子の製造方法であって、少なくとも、キャリアに気密端子をセットする工程と、リード端子に半田とフラックスを供給する工程と、供給した半田を溶融してリード端子に固着する工程と、フラックスを除去する工程と、２本のリード端子部に水晶片を供給する工程と、前記固着した半田に該半田を溶融する加熱部材を当接する工程と、加熱部材を揺動する工程とで、気密端子のリード端子に水晶片を同時に半田付けする水晶振動子の製造方法とする。
【選択図】図６

Description

本発明は水晶振動子の製造方法及びフラックスレス半田付け装置に関するものである。

図１、図２は従来技術によるシリンダー型水晶振動子の分解斜視図である。シリンダー型水晶振動子は、キャップ１、水晶片２または７、気密端子の３部品より構成されている。気密端子は中空の金属環４に絶縁部材（一般にはハーメチックガラス）６によって、２本のリード端子が固定されており、キャップ１内に収容される側のリード端子をインナーリード３と呼び、シリンダー型水晶振動子を回路基板等へ実装を行う側のリード端子をアウターリード５と呼ぶ。水晶片２、７には表面に銀または金等の導電性の電極膜が蒸着あるいはスパッタリング等の薄膜形成技術によって形成されている。水晶片２、７は前記電極膜を介して、インナーリード３表面にスクリーン印刷等によって塗布されたペースト半田あるいはメッキされた半田等（不図示）で、インナーリード３と接合されている。（例えば特許文献１参照）

水晶片２、７とインナーリード３との接合方法は主に２種類がある。図１の様に２本のインナーリード３と水晶片２の片面を対向させたタイプ（以下対向タイプ）と、図２の様に２本のインナーリード３、３間に水晶片７を挿入するタイプ（以下捻りタイプ）である。対向タイプと捻りタイプとでは、水晶片上に形成する電極膜の形状が異なる。キャリアに複数個の気密端子をセットし、インナーリードに半田とフラックスを塗布し、インナーリード部に水晶片を供給し、半田を加熱溶融してインナーリードと水晶片を半田付けする。

半田による水晶片とインナーリード３との接合時の加熱方式としては、一般にリフロー加熱方式、赤外線加熱方式、レーザー光加熱方式、あるいは電子ビーム加熱方式といった方式が採られる。各方式ともに治具によって水晶片２と気密端子の位置決めを行う。インナーリード３部の半田の溶融は、リフロー方式の場合は熱風、他の方式においては、それぞれ赤外線、レーザー光あるいは電子ビームにより加熱して行う。（例えば特許文献２、特許文献３参照）半田の溶融を早めるために前記方式を組み合わせる方式も開示されている。（例えば特許文献４参照）

特開昭５８−１５０３１６号公報特開２００２−５０９４１号公報特許第２６１６９４号公報特開平１０−２７０９６５号公報

捻りタイプによる水晶片７とインナーリード３、３の接合において、水晶片７を２本のインナーリード３、３間へ挿入する際、金属環４に任意の角度（２本のインナーリード３、３間に水晶片を挿入しやすくする角度）の捻りを加え、水晶片７を挿入した後アウターリード５、５のスプリングバックを用いて、インナーリード３、３と水晶片７との密着性を確保している。その後、リフロー炉等によりインナーリード３、３上の半田を溶融し、水晶片７とインナーリード３、３との接合を行っている。前記方法によるとキャリアに挿入されているアウターリード５、５のスプリングバック量、あるいはスプリングバックにより生じる回転モーメントの大きさは気密端子によってばらつきがあるため、スプリングバック量が小さい場合にはインナーリード３、３と水晶片７との密着性が得られず接続が不完全となる接合不良が発生することがある。

さらに、リフロー加熱方式を用いた場合にはリフロー炉での半田溶融は全体加熱となってしまうため、水晶片や気密端子を保持する治具に対する熱のダメージが大きい。熱風による加熱であるため熱効率が悪いと共に半田表面における温度管理を行うことが困難である。すなわち、リフロー条件出しや設定したリフロー条件の維持管理が難しくなるという課題を有している。また、インナーリード上の半田がペースト半田であった場合、リフロー炉の熱風によりペースト半田内の半田粒やフラックスが飛散し、水晶片上に付着してしまうという問題が生じることがある。この問題はフラックスを使用するとどの方式でも発生する。

赤外線やレーザー光による半田溶融方式においても、半田部の溶融温度の管理、熱条件の条件出し、条件の維持には大変な労力が必要となることにはリフロー加熱方式と余り差がない。

少なくとも、２本のリード端子を絶縁部材で金属環に位置決め固定した気密端子と、電極膜を形成した水晶片と、キャップで構成される水晶振動子の製造方法であって、少なくとも、キャリアに気密端子をセットする工程と、リード端子に半田とフラックスを供給する工程と、供給した半田を溶融してリード端子に固着する工程と、フラックスを除去する工程と、２本のリード端子部に水晶片を供給する工程と、前記固着した半田に該半田を溶融する加熱部材を当接する工程と、加熱部材を揺動する工程とで、気密端子のリード端子に水晶片を半田付けする水晶振動子の製造方法とする。

前記固着した半田に該半田を溶融する加熱部材を当接する工程と、加熱部材を揺動する工程では、加熱部材と共に熱風を組み合わせて半田を溶融する水晶振動子の製造方法とする。

キャリアに複数個気密端子を搭載し、複数個の半田付けを同時に行う水晶振動子の製造方法とする。

少なくとも、フラックスレス半田を固着した第１の部品を搭載したキャリアの搬送手段と、該キャリアを位置決め固定する手段と、前記部品に半田付けする第２の部品を供給する手段と、前記キャリアに搭載された第１の部品の半田に加熱部材を当接する手段と、加熱部材を加熱する手段と、加熱部材を揺動する手段と、を具備するフラックスレス半田付け装置とする。

前記第１部品が前記気密端子であり、前記第２の部品が前記水晶片であるフラックスレス半田付け装置とする。

前記加熱手段は、加熱部材と共に熱風を組み合わせたフラックスレス半田付け装置とする。

前記キャリアには複数個の第１部品が搭載されるフラックスレス半田付け装置とする。

請求項１記載の発明によると、固着した半田に該半田を溶融する加熱部材を当接する工程と加熱部材を揺動する工程を有することにより、フラックスを除去してからリード端子と水晶片を半田付けすることが可能となり（すなわち、フラックスを使用しないでリード端子と水晶片を半田付けすることができる）、フラックスの突沸によりフラックスや半田が水晶片に付着することをなくすことができた。また、加熱部材を揺動し、インナーリードを水晶片に押しつけるので、スプリングバックにばらつきがあっても矯正できた。

請求項２の発明によると、加熱部材を当接する工程と加熱部材を揺動する工程でさらに熱風を組み合わせることで、フラックスレスの半田付けが安定して行えるようになった。

請求項３の発明によると、少なくとも、２本のリード端子を絶縁部材で金属環に位置決め固定した気密端子と、電極膜を形成した水晶片と、キャップで構成されるシリンダー型水晶振動子の製造方法であって、少なくとも、キャリアに気密端子をセットする工程と、２本のリード端子に半田とフラックスを供給する工程と、供給した半田を溶融して２本のリード端子に固着する工程と、前記フラックスを除去する工程と、２本のリード端子部に水晶片を供給する工程と、前記固着した半田に該半田を溶融する加熱部材を当接する工程と、加熱部材を揺動する工程とで、前記気密端子の２本のリード端子に水晶片をフラックスレスで半田付けする水晶振動子の製造方法で、１個でも難しいフラックスレス半田付けを複数個同時に行うことができた。

請求項４、請求項５の発明によると、キャリアに搭載された第１の部品の半田に加熱部材を当接する手段と、加熱部材を加熱する手段と、加熱部材を揺動する手段と、を具備する半田付け装置としたので、水晶振動子のように加熱に制限のある半田付けでもフラックスレス半田付け装置が実現できた。

請求項６の発明によると、加熱部材を当接する工程と加熱部材を揺動する工程でさらに熱風を組み合わせることで、フラックスレスの半田付けが安定して行えるフラックスレス半田付け装置が実現できた。

請求項７の発明によると、一度の多数個のフラックスレスの半田付けが安定して行えるフラックスレス半田付け装置が実現できた。

少なくとも、２本のリード端子を絶縁部材で金属環に位置決め固定した気密端子と、電極膜を形成した水晶片と、キャップで構成されるシリンダー型水晶振動子の製造方法であって、少なくとも、キャリアに複数個の気密端子をセットする工程と、リード端子に半田とフラックスを供給する工程と、供給した半田を溶融してリード端子に固着する工程と、フラックスを除去する工程と、２本のリード端子部に水晶片を供給する工程と、前記固着した半田に該半田を溶融する加熱部材を当接する工程と、加熱部材を揺動する工程とで、複数個の気密端子のリード端子に水晶片を同時に半田付けする水晶振動子の製造方法とする。

図３は本発明の水晶振動子製造方法で使用するキャリアに気密端子をセットした正面図（ｂ）と上面図（ａ）である。図４はインナーリードにフラックス入りペースト半田を塗布した気密端子の正面部分図である。図５はリフローによりフラックス入りペースト半田を溶融し、洗浄した気密端子の正面部分図である。図６は半田付けを説明するための模式図で側面図である。図７は半田付けが終了した水晶振動子の側面図である。

図３〜図７を用いて本発明の水晶振動子の製造方法とフラックスレス半田付け装置を複数個の半田付けを同時に行うねじりタイプの水晶振動子の製造で説明する。

まず、図３に示すようにキャリア８に気密端子を複数個セットする。図３の例では一つのキャリア８に５つの気密端子をセットしているが、一つのキャリア８にセットする気密端子の数はキャリアの大きさ、加熱部材や加熱状態、半田付けの安定性等を考慮し適宜決定すればよい。気密端子をセットしたキャリア８はベルト等で各作業工程に搬送され、水晶振動子が完成するまで搬送されるのは従来技術と同様である。

次に、図４に示すようにインナーリード３にフラックス入りペースト半田９を塗布する。塗布手段にはディスペンサーやスクリーン印刷等があるが、キャリア８毎のバッチ処理なのでスクリーン印刷が適している。

次に、ペースト半田９を溶融し、インナーリード３に固着する。

次に、キャリア８ごと洗浄してフラックスや残さを除去する。図５に示すように半田１０はインナーリード３に球状（以下玉半田という）に固着し、フラックスは除去されている。

次に、気密端子を図３（ａ）に示す矢印方向にねじり（例えば、金属環４の側面をキャリア８短手方向両側から棒状部材で挟み込み、該棒状部材をキャリア８の長手方向にずらし、２本のインナーリードをつなぐ線がキャリア８の長手方向と直交する位置まで回転させる）、水晶片７の端部をキャリア８の長手方向と平行になるようセットする。気密端子のねじり力を開放すると、アウターリード５のスプリングバック（２本のアウターリード５がキャリア８の穴に挿入固定されているので、ねじり力を開放すると金属環４をねじり前の状態に戻す力が働く。これをスプリングバックと称する）により２本のインナーリード３（実際は玉半田１０）が水晶片７を挟みこむ状態になる。スプリングバックのばらつきが大きいことは従来技術で述べたとおりである。

次に、それぞれの玉半田１０を溶融するために、加熱部材１１、１２を玉半田１０に当接させる。加熱部材１１、１２はキャリア８の長さとほぼ同じ幅であり、キャリア８にセットされた複数個の気密端子を同時に挟むことができるものであり、図６は加熱部１１、１２の先端が玉半田１０に当接する寸前の状態である。加熱部材１１、１２は半田が付着しない材料（例えば、タングステン、モリブデン、セラミックス等）で形成した平板であり、玉半田１０への当接部は玉半田が容易に溶融する温度に管理されている。図６では更に不活性ガス（例えば窒素ガス）の熱風を吹き出すヒーター１３が併設されている。加熱部材１１、１２を玉半田１０に当接すると玉半田１０は溶融するが、フラックスがないためそのままでは半田１０は水晶片７に形成された電極に付着しにくい。

次に、加熱部材１１、１２を揺動する。まず、加熱部材１１、１２を図６に示す矢印方向で玉半田１０に近づく方向に移動し、玉半田１０に当接させる。玉半田１０が溶融し、加熱部材１１、１２は更にインナーリード３を水晶片７に押しつける。この際、金属環４は図３（ａ）に示す矢印とは反対方向に回転する。次に、加熱部材１１、１２が玉半田１０から離れる方向に移動する。この動作を繰り返すのが揺動であり、加熱部材１１、１２を揺動することにより半田１０が水晶片７に形成された電極に濡れ広がり図７に示すように半田付けが完了する。加熱部材１１、１２の揺動はカム等の一般的な手段で可能であり、揺動距離を適宜調整できる構造にしておく。図示していないが、水晶片７はセット治具で位置決め固定されており、半田付け中は動かない状態が保たれている。

前記説明では加熱部材１１、１２とヒーター１３を併設した例で説明した。ヒーター１３はなくても半田付けができるが、併設した方が作業性がよく、安定したフラックスレス半田付けが実現できる。また、ねじりタイプの水晶振動子で説明したが、対向タイプ水晶振動子でも同様に半田付けができることは言うまでもない。対向タイプの場合は金属環４の回転は必要ないし、スプリングバックのばらつきも考慮しなくて良い。

本発明を水晶振動子の製造で説明したが、フラックスレス半田付け装置は水晶振動子の製造に限定されるものではなく、フラックスレス半田を固着した第１の部品と、半田付けする第２の部品をフラックスレスで半田付けするものに適用できる装置である。

従来技術によるシリンダー型水晶振動子の分解斜視図従来技術によるシリンダー型水晶振動子の分解斜視図本発明の水晶振動子製造方法で使用するキャリアに気密端子をセットした正面図（ｂ）と上面図（ａ）インナーリードにフラックス入りペースト半田を塗布した気密端子の正面部分図リフローによりフラックス入りペースト半田を溶融し、洗浄した気密端子の正面部分図半田付けを説明するための模式図で側面図半田付けが終了した水晶振動子の側面図

符号の説明

１キャップ
２水晶片
３インナーリード
４金属環
５アウターリード
６絶縁部材
７水晶片
８キャリア
９フラックス入りペースト半田
１０玉半田
１１加熱部材
１２加熱部材
１３ヒーター

Claims

少なくとも、２本のリード端子を絶縁部材で金属環に位置決め固定した気密端子と、電極膜を形成した水晶片と、キャップで構成されるシリンダー型水晶振動子の製造方法であって、少なくとも、キャリアに気密端子をセットする工程と、２本のリード端子に半田とフラックスを供給する工程と、供給した半田を溶融して２本のリード端子に固着する工程と、前記フラックスを除去する工程と、２本のリード端子部に水晶片を供給する工程と、前記固着した半田に該半田を溶融する加熱部材を当接する工程と、加熱部材を揺動する工程とで、前記気密端子の２本のリード端子に水晶片をフラックスレスで半田付けすることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
前記固着した半田に該半田を溶融する加熱部材を当接する工程と、加熱部材を揺動する工程では、加熱部材と共に熱風を組み合わせて半田を溶融することを特徴とする請求項１記載の水晶振動子の製造方法。
キャリアに複数個気密端子を搭載し、複数個の半田付けを同時に行うことを特徴とする請求項１または２記載の水晶振動子の製造方法。
少なくとも、フラックスレス半田を固着した第１の部品を搭載したキャリアの搬送手段と、該キャリアを位置決め固定する手段と、前記部品に半田付けする第２の部品を供給する手段と、前記キャリアに搭載された第１の部品の半田に加熱部材を当接する手段と、加熱部材を加熱する手段と、加熱部材を揺動する手段と、を具備するフラックスレス半田付け装置。
前記第１部品が前記気密端子であり、前記第２の部品が前記水晶片であることを特徴とする請求項４記載のフラックスレス半田付け装置。
前記加熱手段は、加熱部材と共に熱風を組み合わせたことを特徴とする請求項４または５記載のフラックスレス半田付け装置。
前記キャリアには複数個の第１部品が搭載されることを特徴とする請求項４、５または６記載のフラックスレス半田付け装置。