JP2009295780A - 表面実装型電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面実装型電子部品の小型化に対応したより信頼性の高い表面実装型電子部品の製造方法を提供する。
【解決手段】 電子部品素子３を収納する絶縁性のベース１に対して金属蓋２を溶接することで気密封止してなる表面実装型電子部品の製造方法であって、金属蓋と接合される堤部１３と、当該堤部の内側に電子部品素子が収納される収納部１２とを有したベース１と、金属母材層２４と封止材層２５とを有し、前記封止材層２５の封止部２１と、当該封止部の内側に隣接した凸部２２と、当該凸部の内側に隣接した凹部２３とが形成された金属蓋２とを準備し、前記電子部品素子が収納されたベースの堤部の内側面上端部に前記金属蓋の凸部が接触した状態で、ベースの堤部上面に金属蓋の封止部を配置し、金属蓋の平面視外周端部を局所的に加熱することでベースに対して金属蓋を気密封止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、絶縁性のベース上に圧電振動板などの電子部品素子が実装された表面実装型電子部品に関するものであって、特に表面実装型電子部品の製造方法を改善するものである。

圧電振動子デバイスなどに代表される表面実装型電子部品では、上面に開口部と中央に収納部を有する断面視凹状でセラミック積層体からなる絶縁性のベースを用いて、前記ベースの収納部に圧電振動板（電子部品素子）が導電性接合材を介して電気的機械的に接合することによって搭載され、圧電振動板が搭載されたベースの開口部に対して金属蓋を被せて、例えばシーム溶接やビーム溶接によって気密封止する構成となっている。

前記シーム溶接やビーム溶接時は、金属蓋をベースの開口部から位置ずれしないように、治工具のみで金属蓋を位置決め固定した状態で外周端部全体を本溶接するか、治工具などで位置決め固定した状態で金属蓋の一部を仮止溶接し、その後金属蓋の外周端部全体を本溶接することが行われている。しかしながら、表面実装型電子部品の小型化に伴いこのような治工具による位置決めも困難になっているのが現状である。

このような問題を解決するために、特許文献１,２では金属蓋に屈曲部等を設けることで、放熱し熱衝撃による歪みを吸収および緩和するとともに屈曲部等を位置決めに使うことができる構成が開示されている。

特開２００６−１１４６０１号 特開２００１−１０２８９４号

しかしながら、上記特許文献で開示されている金属蓋の屈曲部等はプレス加工により一体形成されているため、より精度が求められる小型化された表面実装型電子部品では屈曲部の形成が困難となる。

そこで本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、表面実装型電子部品の小型化に対応したより信頼性の高い表面実装型電子部品の製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の特許請求項１に示すように、電子部品素子を収納する絶縁性のベースに対して金属蓋を溶接することで気密封止してなる表面実装型電子部品の製造方法であって、平面視外周端部に金属蓋と接合される堤部と、当該堤部の内側に電子部品素子が収納される収納部とを有した絶縁性のベースと、金属母材層と封止材層とを少なくとも有しており、前記封止材層の平面視外周端部に前記ベースの堤部と溶接される封止部と、当該封止部の内側に隣接するとともに前記封止部より突出した凸部と、当該凸部の内側に隣接するとともに前記封止部より窪んだ凹部とが形成された金属蓋とを準備し、前記電子部品素子が収納されたベースの堤部の内側面上端部に前記金属蓋の凸部が接触した状態で、ベースの堤部上面に金属蓋の封止部を配置し、金属蓋の平面視外周端部を局所的に加熱することでベースに対して金属蓋を気密封止することを特徴とする。

上記製造方法により、金属蓋のうち封止材層に形成された凸部の一部をベースの堤部の内側面上端部の一部と接触させることができるので、気密封止するための溶接する際の位置決めとして機能させることができ、金属蓋のずれによる気密封止の不具合をなくすことができる。特に表面実装型電子部品の小型化に伴って、治工具による金属蓋の位置決めと固定が困難となっているのが現状であるが、金属蓋のうち金属母材層には形成せず封止材層に形成された凸部からなる位置決めであるので、表面実装型電子部品としてのトータルの高さを増大することがなく、小型化された表面実装型電子部品の気密封止により対応した構成となる。

また、金属蓋のうち封止材層に形成された凸部と凹部では、気密封止するために金属蓋の外周端部の封止部を溶接により局所的に加熱する際に、凸部が熱的容量の一部を溜めながら、隣接する凹部が金属蓋の中央部に対して熱容量を急激に伝えないように機能するとともに、封止材からなる凸部がベースの堤部の内側面上端部に引き寄せられながら溶融するので、金属蓋とベースの堤部に対して封止材からなるインナーメニスカスの形成を助長するように機能する。

以上により表面実装型電子部品の小型化低背化を妨げることなく、金属蓋の熱膨張を抑えることで熱衝撃による歪みの吸収や緩和が行え、金属蓋とベースとの気密封止後の接合性が高められたより信頼性の高い表面実装型電子部品の製造方法を提供することができる。

また、上述の金属蓋底面の封止材層に形成される凸部と凹部は、平面視矩形状の収納部からなるベースであれば、当該収納部の角部分に対応する少なくとも４ヶ所の位置に点状凸部または凸条部（線状凸部）を形成し、当該凸部の内側に隣接して点状凹部または凹条部（線状凹部）を形成することが望ましい。前記４ヶ所の角部分に対応して形成することで、位置決めとしての機能を低下させることなく、より簡単に構成することができ、しかも気密封止の際の加熱による熱衝撃の悪影響が生じやすい角部分に対して効率的に抑制することができる。

また、ベースの収納部の外周形状に対応して周状に凸条部を形成し、当該周状の凸条部の内側に隣接して周状に凹条部を形成してもよい。このような構成であれば前記凸部による位置決めとしての機能と、前記凸部と凹部による熱衝撃の悪影響を吸収緩和する機能を最も高めることができる。なお、本発明では少なくともベースの堤部の内側面上端部の一部と凸部の一部とが接触できる構成であれば、形成位置や形成個数、形状などについて限定されるものではない。

また、上述の方法に加えて、前記凸部の内側に隣接するとともに前記封止部より窪んだ凹部は、レーザビームや電子ビーム等のビーム照射により形成することが望ましい。ビーム照射により前記凹部を形成することで、プレス加工に比べてより安価で小型化された電子部品に対応した微細な加工が行えるとともに、ビーム照射痕である凹部や凸部は金属蓋の分子成分がより密な状態となり金属蓋の熱膨張を抑制するのにより有利な構成となる。

以上のように、本発明は、表面実装型電子部品の小型化低背化を妨げることなく、金属蓋の熱膨張を抑えることで熱衝撃による歪みの吸収や緩和が行え、金属蓋とベースとの気密封止後の接合性が高められたより信頼性の高い表面実装型電子部品の製造方法を提供することができる。

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。本発明による実施形態につき表面実装型電子部品として水晶発振子を例にとり図面とともに説明する。図１は本発明の金属蓋を搭載する前の状態を示す表面実装型水晶振動子の断面図、図２は本発明の金属蓋を搭載した後の状態を示す表面実装型水晶振動子の断面図、図３は本発明の気密封止時の状態を示す表面実装型水晶振動子の断面図、図４は本発明の気密封止完了後の状態を示す表面実装型水晶振動子の断面図、図５は図１の金属蓋の底面図である。

本発明で適用される表面実装型水晶振動子は、図１に示すように上部が開口した断面視凹状の絶縁性のベース１と、当該ベース１の内底面上に収納される水晶振動板３（電子部品素子）と、前記ベース１の内部を気密封止する金属蓋２とから構成されている。

前記ベース１は、平面視矩形状でアルミナ等のセラミックを主体として内外部に配線導体（図示せず）が形成された断面視凹状で、上部が開口した絶縁性の容器体である。前記ベース１は水晶振動板３の収納部１２と、その周囲に形成された提部１３を有する構造となっており、当該堤部１３の上面は平坦な状態になっている。前記堤部１３の上面には、下から順にタングステンやモリブデンのメタライズ層、ニッケルメッキ層、金メッキ層の３層から成る金属層１３１が周状に形成されている。前記ベース１の内底部には、一対の搭載パッド１２１，１２２（１２２については図示せず）が形成されており、これらの搭載パッドは、前記配線導体を介して、ベース外部の底面に形成された外部接続電極１２３，１２４と電気的に繋がっている。前記一対の搭載パッド１２１，１２２は上記金属層１３１と同様に例えばタングステンやモリブデンのメタライズ層の上面にニッケル、金の順でメッキ等の手法により金属層が形成されている。本実施形態では搭載パッド１２１，１２２はベース内底部上の一短辺部側に並列して形成されている。なお、前記ベース１の４角の外周上下部に図示しないキャスタレーションを形成しており、その一部のキャスタレーションを下方に形成された配線導体と、前記ベース底面（裏面）に形成された外部接続電極１２３，１２４と接続して、電気的に繋がった状態としている。

前記金属蓋２は、例えば、コバール等からなるコア材（金属母材層）２４に金属ろう材などの封止材（封止材層）２５が少なくとも形成された構成であり、より詳しくは、例えば上面からニッケル層、コバールコア材、銅層、銀ろう層の順の多層構成であり、銀ろう層（封止材層）がベースの金属層１３１と接合される構成となる。金属蓋の平面視外形はベース１の当該外形とほぼ同じであるか、若干小さい構成となっている。

本発明では金属蓋２の構造に特徴点があるので、以下詳細について説明する。図５に示すように、前記金属蓋２の底面には、平面視外周端部に前記ベースの堤部１３の金属層１３１と溶接される平坦な封止部２１と、当該封止部２１の内側に隣接するとともに前記封止部より突出した周状凸条部２２（凸部）と、当該周状凸条部の内側に隣接するとともに前記封止部より窪んだ周状凹条部２３（凹部）とが形成されている。本形態ではこれらの周状凸条部２２と周状凹条部２３は、電子ビームやレーザビームなどのビームを金属蓋の底面側の封止部２１の内側に周状に走査して照射することで形成されたビーム照射痕である。つまり金属蓋の底面をビームを周状に走査して形成されたビーム照射痕からなる周状凸条部２２と周状凹条部２３では、前記封止部より突出した多数の凸条部と、当該凸条部の内側に隣接するとともに前記封止部より窪んだ多数の凹部とが連続して形成されている。

水晶振動板３は直方体形状のＡＴカット水晶振動板であり、図示しない励振電極が当該水晶振動板３の表裏面に対向して蒸着法やスパッタリング法等の手法によって成膜されている。そして水晶振動板３の一短辺端部の表裏面には、前記励振電極から延出された図示しない引き出し電極と接続した一対のパッド電極が形成されている。そして前記一対のパッド電極と、前記一対の搭載パッド１２１，１２２とが導電性樹脂接着剤やはんだ、金属バンプなどの導電性接合材４を介して電気的機械的に接合される。

以上のように構成されたベース１と金属蓋２と水晶振動板３（電子部品素子）を図１に示すように準備し、図２に示すようにベースの収納部１２に水晶振動板３が格納されたベース１の堤部１３の内側面上端部に前記金属蓋の周状凸条部２２が接触した状態で、ベースの堤部上面に金属蓋の封止部２１を配置し、図３に示すように金属蓋の平面視外周端部を局所的に加熱することで、図４に示すようにベース１に対して金属蓋２の銀ろう層（封止材層）２５を溶融硬化させ、気密封止を行うことで表面実装型水晶振動子の完成となる。本実施の形態においては、封止用の金属リングを用いないシーム溶接による気密封止を行っており、前記金属蓋２の長辺と短辺の稜部に沿ってシームローラを走行させることで、金属蓋２に形成された銀ろう層とベース１の金属層１３１を溶接させ、気密封止が行われる。なお、本実施形態におけるシーム溶接は、真空雰囲気中あるいは不活性ガス雰囲気中にて行われる。

本発明の実施形態により、金属蓋２のうち銀ろうなどの封止材層２５に形成された周状凸条部２２の少なくとも一部分をベース１の堤部１３の内側面上端部の一部と接触させることができるので、気密封止するための溶接する際の位置決めとして機能させることができ、金属蓋のずれによる気密封止の不具合をなくすことができる。また、金属蓋２のうち封止材層２５に形成された周状凸条部２２と周状凹条部２３では、気密封止するために金属蓋２の外周端部の封止部２１を溶接により局所的に加熱する際に、周状凸条部２２が熱的容量の一部を溜めながら、隣接する周状凹上部２３が金属蓋２の中央部に対して熱容量を急激に伝えないように機能するとともに、銀ろうからなる周状凸条部２２がベース１の堤部１３の内側面上端部に引き寄せられながら溶融するので、金属蓋２とベース１の堤部１３に対して銀ろうなどの封止材からなるインナーメニスカスの形成を助長するように機能する。つまり表面実装型電子部品の小型化低背化を妨げることなく、金属蓋２の熱膨張を抑えることで熱衝撃による歪みの吸収や緩和が行え、金属蓋２とベース１との気密封止後の接合性が高められる。加えて本形態では、ベース１の収納部１２の外周形状に対応して周状凸条部２２を形成し、当該周状凸条部２２の内側に隣接して周状凹条部２３を形成しているので、これらの各機能は最も高められた状態で効果を奏する事ができる。

本発明の他の実施形態について、図６、図７とともに説明する。図６は本発明の他の実施形態を示す金属蓋の断面図、図７は本発明の他の実施形態を示す金属蓋の底面図である。なお、基本構成は上述の実施の形態と同じであるので、同じ構成部分については同番号を用いるとともに、相違点のみを説明する。

図６に示す形態の金属蓋２の底面には、平面視外周端部に前記ベースの堤部の金属層１３１と溶接される平坦な封止部２１と、当該封止部２１の内側に隣接するとともに前記封止部より突出した周状凸条部２２と、当該周状凸条部の内側に隣接するとともに前記封止部より窪んだ周状凹条部２３と、当該周状凹条部の内側に隣接するとともに前記封止部より突出した周状凸条部２４とが形成されている。本形態ではこれらの周状凸条部２２,２４と周状凹条部２３は、電子ビームやレーザビームなどのビームを金属蓋の底面側の封止部２１の内側に周状に走査して照射することで形成されたビーム照射痕である。つまり金属蓋の底面をビームを周状に走査して形成されたビーム照射痕からなる周状凸条部２２,２４と周状凹条部２３では、前記封止部より突出した多数の凸部と、当該凸部の内側に隣接するとともに前記封止部より窪んだ多数の凹部とが連続して形成されている。本発明の他の実施形態では上記実施形態に比べて、周状凸条部２２と周状凸条部２３の両方で熱的容量の一部を溜めることができるので、さらなる金属蓋２の中央部に対する熱容量が急激伝わりを抑制することができる。

なお、前記金属蓋２の底面に対して直角に近い状態でビーム照射すれば、上記本発明の他の実施形態（図６）に示すように周状凸条部２２と周状凸条部２４の高さがほぼ同じ状態で形成することができる。また、ビームの照射角度を変えることで、周状凸条部２２と周状凸条部２４の高さを任意に異ならせることができる。特に金属蓋の中心方向よりの位置から金属蓋の端部方向の位置に向かってビームを照射することで、上記本発明の実施形態（図１，図５）に示すように周状凸条部２２のみが形成されるように構成することも可能となる。このような周状凸条部の構成については、前記収納部１２の大きさや収納される水晶振動板３の構造や保持形態、その周囲に形成された提部１３の上面の封止領域の面積や封止構造の違いなどに応じて任意に調整すればよい。

図７に示す形態の金属蓋２の底面には、平面視外周端部に前記ベースの堤部の金属層１３１と溶接される平坦な封止部２１を形成するとともに、当該封止部２１の一部の内側に隣接し前記封止部より突出したＬ字状の凸条部２２,２２,２２、および点状の凸部２２ａと、当該Ｌ字状の凸条部と点状の凸部の内側にそれぞれ隣接するとともに前記封止部より窪んだＬ字状の凹条部２３,２３,２３および点状の凹部２３ａとが、ベース１の収納部の４つの角部分に対応して形成されている。この構成では凸部の位置決めとしての機能を低下させることなく、上記実施形態に開示した周状凸条部と周状凹条部に比べてより簡単に構成することができる。しかもシーム溶接封止では金属蓋の角部分に対してシームローラによる加熱が短辺溶接時と長辺溶接時に２回行われ、この角部分では熱衝撃の悪影響が生じやすくなるが、少なくとも４角に前記凸部と凹部を形成することで、熱衝撃の悪影響を効率的に抑制することができる。なお本実施形態では凸部と凸条部、凹部と凹条部を組み合わせたものを例にしているが、これらの組み合わせは特に限定されるものではなく、点状の凸部と点状の凹部のみからなる組み合わせなどのように任意に組み合わせることができる。

本発明の実施形態では圧電振動デバイスとしてＡＴカット水晶振動子を挙げているが、その他の例として音叉型水晶振動子や、その他のカットの水晶振動子の製造においても本発明は適用可能である。さらに、ＩＣも同時に搭載された水晶発振器においても本発明は適用可能である。また、本発明の実施形態では、金属リングを用いないシーム溶接を用いた封止構成について説明しているが、これに限定されることではなく、コバールなどの金属リングを介してシーム封止したものでもよく、さらに、シーム溶接を用いた封止構成に限らず、ビーム溶接を用いた封止（例えば、レーザビーム溶接、電子ビーム溶接）であってもよい。封止材層として銀ろうなどの金属ろう材などのものを挙げているが、他の金属ろう材でもよく、ニッケルなどからなるクラッド材やメッキ層などでもよい。

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。

本発明の金属蓋を搭載する前の状態を示す表面実装型水晶振動子の断面図。 本発明の金属蓋を搭載した後の状態を示す表面実装型水晶振動子の断面図。 本発明の気密封止時の状態を示す表面実装型水晶振動子の断面図。 本発明の気密封止完了後の状態を示す表面実装型水晶振動子の断面図。 図１の金属蓋の底面図。 本発明の他の実施形態を示す金属蓋の断面図。 本発明の他の実施形態を示す金属蓋の底面図。

符号の説明

１ ベース
２ 蓋
３ 水晶振動板
４ 導電性接合材

Claims (1)

1. 電子部品素子を収納する絶縁性のベースに対して金属蓋を溶接することで気密封止してなる表面実装型電子部品の製造方法であって、
   平面視外周端部に金属蓋と接合される堤部と、当該堤部の内側に電子部品素子が収納される収納部とを有した絶縁性のベースと、金属母材層と封止材層とを少なくとも有しており、前記封止材層の平面視外周端部に前記ベースの堤部と溶接される封止部と、当該封止部の内側に隣接するとともに前記封止部より突出した凸部と、当該凸部の内側に隣接するとともに前記封止部より窪んだ凹部とが形成された金属蓋とを準備し
   前記電子部品素子が収納されたベースの堤部の内側面上端部に前記金属蓋の凸部が接触した状態で、ベースの堤部上面に金属蓋の封止部を配置し、
   金属蓋の平面視外周端部を局所的に加熱することでベースに対して金属蓋を気密封止することを特徴とする表面実装型電子部品の製造方法。

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