JP2008103380A - Hermetically sealed electronic component - Google Patents

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博志 奈須
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hermetically sealed electronic component which is lead-free and excellent in heat resistance, and to provide a hermetically sealed electronic component without causing the deterioration of airtightness and connectivity after press-fitting. <P>SOLUTION: The electronic component is composed of a base 1 having insulating glass 13 filled in a metallic shell 10 and lead terminals 11, 12 piercing and fixed to the insulating glass; an electronic element 2 mounted to the base; and a cap 3 for hermetically sealing the electronic element by being press-fitted into the base, wherein a copper layer is formed on at least the metallic shell and the lead terminals, a nickel layer is formed on the copper layer and an ultra-thin gold layer is formed on the nickel layer. The nickel layer is formed on at least a fitting region with the base in the cap, and a soft metal layer is formed on only the fitting region with the base on the nickel layer. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は水晶振動子等の電子部品に関するものであり、特に無鉛化に対応するとともに、耐熱性を有する気密封止型の電子部品に関するものである。   The present invention relates to an electronic component such as a crystal resonator, and more particularly to a hermetically sealed electronic component that can cope with lead-free and has heat resistance.

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、例えばシリンダー型の容器に収納された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、相対的に若干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。   A hermetic seal configuration in which a metal shell is filled with insulating glass, and a lead terminal is fixed to the insulating glass with a lead terminal penetrated, and a cylindrical cap is press-fitted into the hermetic base is, for example, a cylinder type container. It is commonly used for housed tuning fork crystal units. In the hermetic sealing, a soft metal is formed at one or both of the base and the cap, and a cylindrical cap is press-fitted into a substantially cylindrical base having a relatively large diameter. Sealing is performed by plastic deformation.

従来の構成は、例えばベースの金属製のシェルの基材は42アロイまた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めっき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銅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、延性に優れているため、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。   In the conventional configuration, for example, the base of the base metal shell is made of 42 alloy or Kovar, a nickel or copper layer is formed on the surface by means such as plating, and a tin layer is further formed on the surface. is there. Further, the cap was made of a copper-nickel alloy such as white and white, and solder of a lead 1: tin 9 ratio was formed at least in a region pressed against the base. With the above configuration, the tin on the base side and the solder layer on the cap side are soft and excellent in ductility. Therefore, when the two metals are press-fitted in a tightly adhered state, they are plastically deformed to facilitate press-fitting.

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、240〜270℃等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ている。   By the way, in recent years, it has become necessary to cope with a reflow soldering environment. That is, in reflow soldering, mounting on a mounting board is performed in a high-temperature environment such as 240 to 270 ° C., so that the metal structure of the press-fitted portion is also required to have heat resistance.

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り、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。   In order to meet such demands, for example, lead 9: tin 1 and solder having a higher melting point and a higher melting point have been used. However, since lead is a harmful substance to the human body, there is a tendency to suppress or prohibit its use worldwide, and the above solder composition is contrary to the trend of lead-free, and an alternative is required. It was.

このような無鉛化を考慮した構成が特開2005−191558号(特許文献1)に開示されている。特許文献1においては、リード端子を含むベース(気密端子)とキャップ(封止管)の表面にはそれぞれ銅めっきが施されており、当該銅層上にニッケル層が形成され、さらに当該ニッケル層上に極薄の金層が形成されている。この構成により、銅の溶融温度は高いため、めっき後の気密端子、封止管は高温で処理することができ、いわゆる耐熱仕様品に適用することができ、上述のリフローソルダリング環境に対応させることができる。加えて、銅の酸化による弊害を抑制する構成が提案されている。   A configuration taking such lead-free into consideration is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-191558 (Patent Document 1). In Patent Document 1, the surfaces of a base (airtight terminal) including a lead terminal and a cap (sealing tube) are each plated with copper, a nickel layer is formed on the copper layer, and the nickel layer is further formed. An ultrathin gold layer is formed on top. With this configuration, since the melting temperature of copper is high, the hermetic terminal and the sealing tube after plating can be processed at a high temperature, and can be applied to a so-called heat-resistant specification product, corresponding to the above-described reflow soldering environment. be able to. In addition, a configuration that suppresses the harmful effects of copper oxidation has been proposed.

しかしながらこのような構成では、メッキ全体としての硬度が高く、圧入封止する際に嵌合が緩いと気密不良になり、嵌合がきついとベースのガラスが割れることがあり、結果として、気密性が低下する等の不具合が生じるおそれがあった。   However, in such a configuration, the hardness of the entire plating is high, and if the fitting is loose when press-fitting and sealing, the base glass may be cracked and the base glass may be cracked. There was a risk of problems such as lowering of the temperature.

特開2005−191558号JP-A-2005-191558

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、無鉛化に対応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一つの目的とするとともに、圧入後の気密性並びに接続性を低下させることのない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。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. It is an object of the present invention to provide an electronic component that can be lead-free and perform hermetic sealing with excellent heat resistance. Another object of the present invention is to provide an electronic component that performs hermetic sealing without deteriorating performance and connectivity.

上記の目的を達成するために、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り、少なくとも前記金属製のシェルおよびリード端子に銅層が形成され、当該銅層上にニッケル層が形成され、さらに当該ニッケル層上に極薄の金層が形成されてなる電子部品において、前記キャップの内面の少なくとも前記ベースとの嵌合領域にはニッケル層を形成し、そのニッケル層上の前記ベースとの嵌合領域のみに、軟質金属層が形成されてなることを特徴とする。   In order to achieve the above object, as shown in claim 1, a base made of a metal shell filled with insulating glass and lead terminals penetrated and fixed to the insulating glass, and an electronic device mounted on the base And a cap that hermetically seals the electronic element by being press-fitted into the base, a copper layer is formed on at least the metal shell and the lead terminal, and a nickel layer is formed on the copper layer, Further, in an electronic component in which an ultrathin gold layer is formed on the nickel layer, a nickel layer is formed at least on a fitting region of the inner surface of the cap with the base, and the base on the nickel layer is formed. A soft metal layer is formed only in the fitting region.

銅層は延性に優れているためキャップを圧入することにより気密封止した際の気密封止性能(ハーメチックシール性能)を向上させることができる。銅層上に形成されるニッケル層は、バリア層の機能を有している。すなわちニッケル層により銅の酸化を抑制するとともに、上層に形成される金層と下層に位置する銅層との拡散を抑制する。仮に金と銅の合金層が形成されると銅が表面に拡散し、酸化膜を形成することがあり、このような場合従来の問題点においても指摘したような気密性並びに外部接続性の低下を招くことがあるが、当該ニッケル層の存在によりこのような不具合の発生を抑制することができる。また金層によりベースの内部及び外部のろう付け時の接合性が向上する。すなわち、ベース内部においては電子素子を半田あるいは無鉛半田等のろう材により接合するが、この接合性が向上する。またベース外部との接続においても、例えば実装基板へのろう付け接合においても接合性が向上し、接合強度並びに接合の信頼性が向上する。   Since the copper layer is excellent in ductility, it is possible to improve the hermetic sealing performance (hermetic sealing performance) when the cap is hermetically sealed by press fitting. The nickel layer formed on the copper layer has a function of a barrier layer. That is, the nickel layer suppresses copper oxidation and suppresses diffusion between the gold layer formed in the upper layer and the copper layer located in the lower layer. If an alloy layer of gold and copper is formed, copper may diffuse to the surface and form an oxide film. In such a case, the airtightness and external connectivity deteriorated as pointed out in the conventional problems. However, the occurrence of such a problem can be suppressed by the presence of the nickel layer. In addition, the gold layer improves the bondability when brazing the inside and outside of the base. That is, in the base, the electronic element is joined with a brazing material such as solder or lead-free solder, but this joining property is improved. Also, in connection with the outside of the base, for example, in brazing to a mounting substrate, the bondability is improved, and the bonding strength and the bonding reliability are improved.

また、前記キャップの内面の少なくとも前記ベースとの嵌合領域にはニッケル層を形成し、そのニッケル層上の前記ベースとの嵌合領域のみに、軟質金属層が形成されているので、軟質金属層の溶融ガスによる悪影響がなくなり、圧入作業をスムーズに行わせ、かつ気密性を向上させることができる。結果として、電子部品素子の電気的特性の低下がすることがなくなる。電子部品素子として水晶振動子を使用した場合、直列共振抵抗値を低下させることや、エージング特性が低下することもない。   In addition, since a nickel layer is formed at least on the inner surface of the cap with the base and the soft metal layer is formed only on the nickel layer on the fitting region, the soft metal is formed. The adverse effect of the layer due to the molten gas is eliminated, the press-fitting operation can be performed smoothly, and the airtightness can be improved. As a result, the electrical characteristics of the electronic component element are not degraded. When a crystal resonator is used as the electronic component element, the series resonance resistance value is not lowered and the aging characteristics are not lowered.

さらに本発明は、キャップ側に形成されためっきについても提案しており、前記キャップの内面の少なくとも前記ベースとの嵌合領域にはニッケル層が形成されているので、ベースにキャップを圧入した際の気密封止性能を高めることができる。ベース上面に形成した金層が圧入時の滑りをよくし、またキャップのニッケル層と軟質金属層、当該金層が馴染むことにより、また銅層の延性と相まって良好な気密封止性能を得ることができる。   Furthermore, the present invention also proposes plating formed on the cap side, and since a nickel layer is formed at least on the fitting area of the inner surface of the cap with the base, the cap is pressed into the base. The hermetic sealing performance can be improved. The gold layer formed on the upper surface of the base improves the slippage during press-fitting, and the nickel layer and soft metal layer of the cap and the gold layer conform to each other, and in combination with the ductility of the copper layer, a good hermetic sealing performance is obtained. Can do.

また、上記構成において、前記軟質金属層として、錫系の金属層が形成した構成としてもよい。錫系の金属層は比較的軟質性を有しており、前述の銅層の延性と相まって、キャップを圧入することにより気密封止した際の気密封止性能(ハーメチックシール性能)をより向上させることができる。圧入作業をスムーズに行わせ(圧入作業性能の向上)、かつ気密性を向上させることができる。   In the above configuration, a tin-based metal layer may be formed as the soft metal layer. The tin-based metal layer has a relatively soft property, and coupled with the ductility of the copper layer described above, further improves the hermetic sealing performance (hermetic sealing performance) when the cap is hermetically sealed by press fitting. be able to. The press-fitting work can be performed smoothly (improvement of press-fitting work performance), and the airtightness can be improved.

なお、当該錫系の軟質金属層は、圧入を容易ならしめるために形成するので、その厚さは必要以上に厚くする必要はなく例えば1〜10μm程度でよい。薄くなりすぎると気密封止性能が低下する可能性があり、厚くなりすぎると圧入性を低下させる。錫系の金属層として錫や錫銅等の無鉛のものがより好ましい。   Since the tin-based soft metal layer is formed to facilitate press-fitting, the thickness does not need to be increased more than necessary, and may be, for example, about 1 to 10 μm. If it is too thin, the hermetic sealing performance may be reduced, and if it is too thick, the press-fit property is reduced. The tin-based metal layer is more preferably lead-free such as tin or tin copper.

本発明による気密封止型電子部品によれば、ベース並びにキャップに鉛を用いておらず、無鉛化した電子部品を提供することができる。またベースに使用する金属材料がリフローソルダリング時の加熱に充分対応できる材料を用いているので、耐熱性に優れた気密封止を行う電子部品を得ることができる。さらに銅の延性を充分に作用させる構成であるとともに、表面の酸化を抑制する構成であるので、ベースにキャップを圧入した後の気密性を向上させ、またベースのリード端子の接合性を低下させることのない気密封止型電子部品を得ることができる。また前記キャップの内面の少なくとも前記ベースとの嵌合領域にはニッケル層を形成し、そのニッケル層上の前記ベースとの嵌合領域のみに、軟質金属層が形成されているので、圧入作業をスムーズに行わせ、かつ気密性を向上させた気密封止型電子部品を得ることができる。   According to the hermetic sealing type electronic component according to the present invention, lead can be provided without using lead in the base and the cap. In addition, since the metal material used for the base is a material that can sufficiently cope with heating during reflow soldering, an electronic component that performs hermetic sealing with excellent heat resistance can be obtained. In addition, it is a structure that sufficiently acts on the ductility of copper and suppresses oxidation of the surface, so that the airtightness after press-fitting a cap into the base is improved, and the bondability of the lead terminals of the base is reduced. A hermetic sealed electronic component can be obtained. Also, a nickel layer is formed at least on the inner surface of the cap with the base, and a soft metal layer is formed only on the base on the nickel layer. It is possible to obtain a hermetically sealed electronic component that is smoothly performed and has improved hermeticity.

以下、本発明による好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。
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り、図3はリード端子部分の部分拡大図である。なお、図2,図3については、一方のリード端子部分のみを図示している。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded internal structure of a tuning fork crystal unit, FIG. 2 is a partially enlarged view of a base portion of FIG. 1, and FIG. 3 is a partially enlarged view of a lead terminal portion. 2 and 3, only one lead terminal portion is shown.

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は例えばコバール等を基体としており、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10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シェル内に充填されている。これらシェル10、リード端子11,12、絶縁ガラス13はガラス焼成技術により一体的に成形される。なお、シェル10あるいはリード端子11,12の金属材料は上記材料に限定されるものではなく、例えばシェルに42アロイ等の鉄ニッケル系合金を用いてもよい。   The base 1 includes a metal shell 10, an insulating glass 13 filled in the shell, and lead terminals 11 and 12 that are fixed to the insulating glass 13 so as to penetrate therethrough. The shell 10 uses, for example, Kovar as a base and has a cylindrical shape penetrating vertically. The lead terminals 11 and 12 are processed into a linear shape using, for example, Kovar as a base, and are disposed through the shell 10 at a predetermined interval. The insulating glass 13 is made of, for example, borosilicate glass, and the shell 10 and the lead terminals 11 and 12 are filled in the shell in an electrically independent state. The shell 10, the lead terminals 11 and 12, and the insulating glass 13 are integrally formed by a glass baking technique. Note that the metal material of the shell 10 or the lead terminals 11 and 12 is not limited to the above materials, and for example, an iron nickel alloy such as 42 alloy may be used for the shell.

この一体成形されたベース1を脱脂、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、その後次の金属膜が形成される。ベース表面すなわちシェル10およびリード端子11,12のコバール表面には、銅層101が電解めっきにより形成される。当該銅めっきはシアン化銅めっき等による1層構成も可能であるが、コバールは鉄系の合金であるため銅めっきを行った際に鉄と銅の金属置換反応が生じ、めっき膜の密着性の低下が生じることがある。   This integrally formed base 1 is degreased, acid cleaned, etc., to clean the metal surface and remove the carburized portion, and then the next metal film is formed. A copper layer 101 is formed on the base surface, that is, the Kovar surfaces of the shell 10 and the lead terminals 11 and 12 by electrolytic plating. The copper plating can be composed of one layer by copper cyanide plating, etc. However, since Kovar is an iron-based alloy, a metal substitution reaction of iron and copper occurs when copper plating is performed, and the adhesion of the plating film Reduction may occur.

このため図3に示すように下層にストライク銅めっき(薄膜銅層)101aを形成し、上層に硫酸銅めっき(厚膜銅層)101bを形成することにより、膜強度を向上させることができる。より具体的には、低濃度のシアン化銅浴あるいはピロりん酸銅浴にめっき対象のベース全体を浸漬し、短時間で大電流を与える。これにより高密度の均一な薄膜銅層101aを得ることができる。   For this reason, as shown in FIG. 3, the film strength can be improved by forming the strike copper plating (thin film copper layer) 101a in the lower layer and the copper sulfate plating (thick film copper layer) 101b in the upper layer. More specifically, the entire base to be plated is immersed in a low-concentration copper cyanide bath or copper pyrophosphate bath, and a large current is applied in a short time. Thereby, a high-density uniform thin film copper layer 101a can be obtained.

次に当該薄膜銅層上に硫酸銅めっきにより厚膜銅層101bを形成する。硫酸銅めっきは硫酸銅バレル浴にストライクめっき後のベースを投入し、当該バレルを回転させることにより、電解めっきされる機会の平均化を図り、一度の多数個のベースのめっき処理を行うことができる。なお、当該厚膜銅層の延性を損なわないために、硫酸銅めっき浴には光沢剤を添加することは好ましくなく、まためっき浴中の不純物もできるだけ除去した環境でめっきを実行することが好ましい。   Next, a thick copper layer 101b is formed on the thin copper layer by copper sulfate plating. In copper sulfate plating, the base after strike plating is put into a copper sulfate barrel bath, and the barrel is rotated, so that the opportunities for electrolytic plating can be averaged, and a large number of bases can be plated once. it can. In order not to impair the ductility of the thick copper layer, it is not preferable to add a brightener to the copper sulfate plating bath, and it is preferable to perform plating in an environment in which impurities in the plating bath are removed as much as possible. .

当該銅層101の上層にはニッケル層102を形成する。ニッケル層102は前述したようにベースのシェル部分とリード端子部分に形成されるニッケル層の各々に要求している性能は若干異なったものとなっている。すなわちベースのシェル部分には下層の銅層101と上部に形成される金層103とのバリア膜としての機能が求められ、実装基板とろう付け接合されるリード端子部分には膜強度の良好なものが求められる。   A nickel layer 102 is formed on the copper layer 101. As described above, the nickel layer 102 has slightly different performance requirements for the nickel layer formed on the shell portion of the base and the lead terminal portion. That is, the base shell portion is required to have a function as a barrier film between the lower copper layer 101 and the gold layer 103 formed thereon, and the lead terminal portion brazed to the mounting substrate has good film strength. Things are required.

ニッケルは基本的には硬質であり延性に劣っているので、前述のとおりキャップとの嵌合部分においては前記バリア機能を確保した状態でできるだけ薄く形成することが好ましい。しかしながらリード端子部分については外部端子電極等とろう付け接合されるため、それに耐えうる膜強度が必要となる。従って、薄くて膜強度の良好なニッケル層が必要となる。本実施の形態においては厚さが約0.5〜1μmのストライクニッケルめっき膜を形成した。より具体的には塩化ニッケル(NiCl2・6H2O)と塩酸(HCl)からなる常温のウッド浴に銅層の形成されたベースを浸漬し、電解めっきを行う。ベースの銅表面では水素ガスによる酸化膜の還元とニッケルの析出がおこる。これにより表面の酸化銅等の酸化膜を除去しながらニッケルめっきを形成することができる。 Since nickel is basically hard and inferior in ductility, it is preferable that the fitting portion with the cap is formed as thin as possible while ensuring the barrier function as described above. However, since the lead terminal portion is brazed to the external terminal electrode or the like, a film strength that can withstand it is required. Therefore, a thin nickel layer with good film strength is required. In the present embodiment, a strike nickel plating film having a thickness of about 0.5 to 1 μm is formed. More specifically, the base on which the copper layer is formed is immersed in a room temperature wood bath made of nickel chloride (NiCl 2 · 6H 2 O) and hydrochloric acid (HCl), and electroplating is performed. On the copper surface of the base, the oxide film is reduced by hydrogen gas and nickel is deposited. As a result, nickel plating can be formed while removing an oxide film such as copper oxide on the surface.

このようにして得られるニッケル層102はベース本体のシェル部分においては銅層101と金層103間のバリア機能を有する薄い膜であるため、圧入時のキャン3による直接的な切削力あるいは圧入時の応力によりニッケル膜が破断し、下にある銅層の露出が比較的スムーズに行われ、圧入に必要となる銅の延性を機能させることができる。またリード端子部分においては、ろう付けに対応した膜強度を得ることができる。   The nickel layer 102 obtained in this way is a thin film having a barrier function between the copper layer 101 and the gold layer 103 in the shell portion of the base main body. The nickel film is broken by this stress, and the underlying copper layer is exposed relatively smoothly, and the copper ductility necessary for press-fitting can be made to function. Moreover, in the lead terminal portion, film strength corresponding to brazing can be obtained.

なお、当該ニッケル層102はストライクニッケルめっきに限らず、一般的に用いられるワット浴によるめっきを行ってもよいが、この場合は光沢剤を使用しないあるいは使用量を抑制したり、pH値を2〜3程度に低くする等の工夫により延性を確保することが好ましい。   The nickel layer 102 is not limited to strike nickel plating, but may be plated by a commonly used watt bath. In this case, no brightener is used, the amount used is suppressed, or the pH value is set to 2. It is preferable to ensure ductility by devising such as lowering to about 3 or the like.

ニッケル層102の上面には極薄の金層103をフラッシュめっき法等の手法により、0.1〜0.8μmの厚さで形成する。これら当該極薄の金層の形成はバレルめっきを用いるとよい。バレルめっきは被膜形成対象物を投入したバレルをめっき浴に浸漬し、バレルを回転させることにより電解めっき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。なお、前述のストライク銅めっきによる薄膜銅層101a、硫酸銅めっきによる厚膜銅層101bの形成、およびストライクニッケルめっき、ワット浴によるニッケルめっき等によるニッケル層102の形成においてもバレルめっきを用いることは、生産性向上の面で好ましい。当該金層103の形成により、リード端子のインナー側11a,12aにおいては水晶振動片等の電子素子をろう材により接合する際のぬれ性および接合性向上に寄与し、アウター側11b、12bにおいては実装基板とのろう付けにおけるぬれ性および接合性向上に寄与する。以上のめっき処理により、ベース1のシェル10およびリード端子11,12表面に上記各金属層が形成される。   An ultrathin gold layer 103 is formed on the upper surface of the nickel layer 102 to a thickness of 0.1 to 0.8 μm by a technique such as flash plating. These ultrathin gold layers may be formed by barrel plating. Barrel plating is excellent in mass productivity because electrolytic plating can be efficiently performed by immersing the barrel into which the film formation target is put in a plating bath and rotating the barrel, and batch processing is possible. ing. It is to be noted that barrel plating is also used in the formation of the thin film copper layer 101a by the strike copper plating and the thick film copper layer 101b by the copper sulfate plating and the formation of the nickel layer 102 by the strike nickel plating, the nickel plating by the watt bath, or the like. From the viewpoint of improving productivity. By forming the gold layer 103, the inner side 11a, 12a of the lead terminal contributes to the improvement of wettability and bondability when an electronic element such as a crystal vibrating piece is joined by a brazing material, and the outer side 11b, 12b Contributes to improvement of wettability and bondability in brazing with a mounting board. By the above plating treatment, the above metal layers are formed on the surface of the shell 10 and the lead terminals 11 and 12 of the base 1.

なお、前述のニッケル層は、ストライクめっき等の電解めっきを用いた例を示したが、無電解ニッケルめっきを適用してもよい。例えば、ニッケルイオン、次亜りん酸ナトリウム等の還元剤を含むめっき浴に銅層の形成されたベースを浸漬することにより、無電解ニッケルめっき膜を形成してもよい。前述のとおり無電解ニッケルめっきはめっき膜のつきまわりが良好で、均一な膜厚を得ることができる。また膜厚が薄くても良好な膜強度を得ることができるという利点を有している。従って、当該無電解ニッケル層はベース本体のシェル部分においては銅層と金層間のバリア機能を有する薄い膜であることにより、圧入時にニッケル膜が破断し下層の銅層の露出が比較的スムーズに行われ、圧入に必要となる銅の延性を機能させることができる。またリード端子部分においては、薄くてもろう付けに対応した膜強度を得ることができる。よって、気密性およびベース内外のろう付け接合性を向上させることができる。   In addition, although the above-mentioned nickel layer showed the example using electrolytic plating, such as strike plating, you may apply electroless nickel plating. For example, the electroless nickel plating film may be formed by immersing the base on which the copper layer is formed in a plating bath containing a reducing agent such as nickel ion or sodium hypophosphite. As described above, electroless nickel plating has good plating film coverage and can provide a uniform film thickness. In addition, even if the film thickness is thin, there is an advantage that good film strength can be obtained. Therefore, the electroless nickel layer is a thin film having a barrier function between the copper layer and the gold layer in the shell portion of the base body, so that the nickel film is broken during press-fitting and the exposure of the underlying copper layer is relatively smooth. It is possible to make the copper ductility necessary for press-fitting work. Moreover, in the lead terminal portion, even if it is thin, film strength corresponding to brazing can be obtained. Therefore, the airtightness and the brazing joining ability inside and outside the base can be improved.

次に、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を搭載し、半田あるいは無鉛半田等のろう材により接合する。より詳しくは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、それぞれの電極が音叉型水晶振動片下方の基部21に引き出されている。音叉型水晶振動片の基部21をベースのリード端子インナー側11a,12aに直立した状態で、かつリード端子に接触した状態で搭載し、リード端子に予め供給された前記ろう材(図示せず)により、基部の電極とリード端子とを電気的機械的に接続する。インナー側11a,12aにはその表面に金層103が形成されているためにろう材との接合性が向上する。   Next, the tuning fork type crystal resonator element 2 which is an electronic element is mounted on the inner sides 11a and 12a of the lead terminals, and is joined by a brazing material such as solder or lead-free solder. More specifically, a pair of excitation electrodes (not shown) are formed on the main surface and side surfaces of the tuning fork type quartz resonator piece, and each electrode is drawn out to the base 21 below the tuning fork type quartz vibration piece. . The brazing material (not shown) which is mounted in a state where the base 21 of the tuning-fork type crystal vibrating piece is upright on the lead terminal inner side 11a, 12a of the base and in contact with the lead terminal and is supplied to the lead terminal in advance. Thus, the base electrode and the lead terminal are electrically and mechanically connected. Since the inner layer 11a, 12a has a gold layer 103 formed on the surface thereof, the bondability with the brazing material is improved.

キャップ3は例えば洋白(Cu−Ni−Zn系合金)等の金属材からなり、有底の円筒状を有している。キャップ3の外周および内周面にはニッケル層31がめっき等の手段により形成されている。当該ニッケル層31はワット浴によるニッケルめっき浴を用い、厚さ1〜5μmのニッケル膜厚を得る。前述のとおり、ニッケル層は光沢剤の使用を抑制する等により延性を確保することが好ましい。   The cap 3 is made of a metal material such as white (Cu—Ni—Zn alloy) and has a bottomed cylindrical shape. A nickel layer 31 is formed on the outer and inner peripheral surfaces of the cap 3 by means such as plating. The nickel layer 31 uses a nickel plating bath based on a watt bath to obtain a nickel film thickness of 1 to 5 μm. As described above, the nickel layer preferably has ductility by suppressing the use of a brightener.

前記キャップ3の内周面のニッケル層31の上面で、かつ前記ベース1との嵌合領域32のみに、軟質金属層321としての錫層が例えば1〜10μm程度の厚さで形成している。この軟質金属層としての錫層は無電解メッキにより形成できる。また、錫ペースト(錫を含有した樹脂ペースト)を塗布したり、印刷する方法により形成し、焼成することにより形成することもできる。以上のめっき処理により、キャップ3の外周および内周面に上記各金属層が形成される。   A tin layer as the soft metal layer 321 is formed with a thickness of about 1 to 10 μm, for example, only on the upper surface of the nickel layer 31 on the inner peripheral surface of the cap 3 and only in the fitting region 32 with the base 1. . The tin layer as the soft metal layer can be formed by electroless plating. Moreover, it can also form by apply | coating a tin paste (resin paste containing tin), forming by the method of printing, and baking. By the above plating treatment, the metal layers are formed on the outer periphery and the inner peripheral surface of the cap 3.

なお、上記実施形態の金メッキ103の厚みと前記軟質金属層321としての錫層の厚みと同じ厚さ(1〜10μm程度の厚さ)で形成し、気密封止後に錫を溶融させることで、ベースの金とキャップの錫層を金錫合金化するので、封止部の耐熱性を飛躍的に向上させることができる。また、前記ニッケル層は前記キャップの外周および内周面に形成したが、前記キャップの内面の少なくとも前記ベースとの嵌合領域のみに形成してもよい。この場合、ガスの発生を最小限度に抑えられる。また、前記キャップの内周面の嵌合領域に軟質金属層321としては、錫層に代えて錫銅層(錫:銅=99:1)を1〜10μm程度の厚さで形成してもよい。さらに、錫金層(錫:金=7:3)、錫銀層(錫:銀=24:1)、または亜鉛等を用いてもよいし、錫、錫銅、錫金、錫銀、銅、亜鉛等を適宜組み合わせた多層構造であってもよい。これらの軟質金属層321は、柔らかく気密封止に最適である錫系の金属層で、無鉛のものがより好ましい。キャップの内径は前記ベースのシェル部分の外径よりも若干小さく設計されており、例えば2〜5%小さな内径寸法に設定されている。このようなキャップにより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。圧入によりベースとキャップが強く密着することにより気密封止され、キャップ内部が真空状態に保たれる。
In addition, by forming the thickness of the gold plating 103 of the above embodiment and the thickness of the tin layer as the soft metal layer 321 (thickness of about 1 to 10 μm), melting the tin after hermetic sealing, Since the gold of the base and the tin layer of the cap are made of a gold-tin alloy, the heat resistance of the sealing portion can be dramatically improved. Moreover, although the said nickel layer was formed in the outer periphery and inner peripheral surface of the said cap, you may form only in the fitting area | region with the said base at least on the inner surface of the said cap. In this case, gas generation can be minimized. Further, as the soft metal layer 321 in the fitting region of the inner peripheral surface of the cap, a tin copper layer (tin: copper = 99: 1) may be formed with a thickness of about 1 to 10 μm instead of the tin layer. Good. Further, a tin-gold layer (tin: gold = 7: 3), a tin-silver layer (tin: silver = 24: 1), or zinc may be used, or tin, tin-copper, tin-gold, tin-silver, copper, zinc A multilayer structure in which these are appropriately combined may be used. These soft metal layers 321 are tin-based metal layers that are soft and optimal for airtight sealing, and are preferably lead-free. The inner diameter of the cap is designed to be slightly smaller than the outer diameter of the shell portion of the base. For example, the inner diameter is set to be 2 to 5% smaller. Such a cap covers the tuning-fork type crystal resonator piece, which is the electronic element, in a vacuum atmosphere, and press-fits the cap opening into the base. The base and the cap are brought into tight contact with each other by the press-fitting and hermetically sealed, and the inside of the cap is kept in a vacuum state.

以上により、ベース1およびリード端子11,12のインナー側、アウター側ともその表面は銅層101、ニッケル層102そして極薄の金層103の順で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あるいは無鉛半田によるろう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ろう材および電子部品を実装基板に接合するろう材も無鉛のもので、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。また前記キャップ3の内面の少なくとも前記ベース1との嵌合領域32にはニッケル層31を形成し、そのニッケル層上の前記ベースとの嵌合領域32のみに、軟質金属層321としての錫層が形成されているので、圧入作業をスムーズに行わせ、かつ気密性を向上させた気密封止型電子部品を得ることができる。   As described above, an electronic component in which the surfaces of the inner side and the outer side of the base 1 and the lead terminals 11 and 12 are formed in the order of the copper layer 101, the nickel layer 102, and the ultrathin gold layer 103 can be obtained. As a result, smooth mounting can be performed without lowering the solderability to the mounting substrate by solder or lead-free solder. The brazing material that joins the electronic element to the lead terminal and the brazing material that joins the electronic component to the mounting board are also lead-free, and by using a material with excellent heat resistance, lead-free and heat-resistant as a total of the electronic component. The electronic component corresponding to sex can be obtained. Further, a nickel layer 31 is formed in at least the fitting region 32 of the inner surface of the cap 3 with the base 1, and a tin layer as the soft metal layer 321 is formed only in the fitting region 32 with the base on the nickel layer. Therefore, it is possible to obtain a hermetic-sealed electronic component in which the press-fitting operation is smoothly performed and the hermeticity is improved.

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例をあげることができる。例えば上記構成において、ベースの最上面に形成した金層に代えて錫層を形成してもよい。当該錫層はニッケル層の形成されたベースの金属露出面全体に形成してもよいし、ベースのキャップとの嵌合面のみに形成してもよい。全体に形成する場合はメッキによる膜形成方法が適しているし、嵌合面のみの一部分の膜形成は錫ペースト(錫を含有した樹脂ペースト)を塗布したり、印刷する方法により形成し、焼成する方法を採用すればよい。また上記錫層に代えて金錫層を用いてもよい。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be given. For example, in the above configuration, a tin layer may be formed instead of the gold layer formed on the uppermost surface of the base. The tin layer may be formed on the entire exposed metal surface of the base on which the nickel layer is formed, or may be formed only on the fitting surface with the base cap. When forming the whole, the film formation method by plating is suitable, and the film formation of only the fitting surface is formed by applying tin paste (resin paste containing tin) or printing, and firing It is sufficient to adopt a method to do this. A gold tin layer may be used instead of the tin layer.

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も可能であるし、他の電子素子の気密封止に適用することも可能である。   In the above embodiment, the tuning fork type crystal resonator that performs vacuum sealing is exemplified. However, the tuning fork type crystal resonator can be applied to a crystal resonator of another vibration mode in an inert gas atmosphere. It is also possible to apply to hermetic sealing.

なお、本発明は、その精神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、上述の実施の形態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。
The present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. Therefore, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is not restricted by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.

音叉型水晶振動子の分解した内部構造を示す図。The figure which shows the decomposition | disassembly internal structure of a tuning fork type crystal resonator. 図1のベース部分の部分拡大図。The elements on larger scale of the base part of FIG. 図2のリード端子部分の部分拡大図。The elements on larger scale of the lead terminal part of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 ベース
10 シェル
11,12 リード端子
13 絶縁ガラス
101 銅層
102 ニッケル層
103、106 金層
31 ニッケル層
321 軟質金属層
1 Base 10 Shell 11, 12 Lead Terminal 13 Insulating Glass 101 Copper Layer 102 Nickel Layer 103, 106 Gold Layer 31 Nickel Layer 321 Soft Metal Layer

Claims (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り、少なくとも前記金属製のシェルおよびリード端子に銅層が形成され、当該銅層上にニッケル層が形成され、さらに当該ニッケル層上に極薄の金層が形成されてなる電子部品において、前記キャップの内面の少なくとも前記ベースとの嵌合領域にはニッケル層を形成し、そのニッケル層上の前記ベースとの嵌合領域のみに、軟質金属層が形成されてなることを特徴とする気密封止型電子部品。 A metal shell is filled with insulating glass, and a lead terminal is fixed through the insulating glass, an electronic element mounted on the base, and the electronic element is hermetically sealed by being press-fitted into the base. An electron in which a copper layer is formed on at least the metal shell and the lead terminal, a nickel layer is formed on the copper layer, and an ultrathin gold layer is formed on the nickel layer. In the component, a nickel layer is formed in at least a fitting region of the inner surface of the cap with the base, and a soft metal layer is formed only in the fitting region with the base on the nickel layer. Airtight sealed electronic components.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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