JP2010267738A - Electronic component and electronic component manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子部品、及び電子部品製造方法に関し、回路基板とのハンダ付け実装品質を向上させるものに関する。 The present invention relates to an electronic component and an electronic component manufacturing method, and relates to an apparatus for improving soldering and mounting quality with a circuit board.
例えば、水晶振動子や半導体など、電子素子には、パッケージに封入されて提供されるものがある。
これらパッケージには外部電極が形成されており、電子素子は、当該外部電極をハンダ付けすることによりパッケージごと回路基板に電気的、及び物理的に接続される。
For example, some electronic elements such as a crystal resonator and a semiconductor are provided in a package.
External electrodes are formed in these packages, and the electronic elements are electrically and physically connected to the circuit board together with the packages by soldering the external electrodes.
図4は、従来の外部電極8を説明するための図である。
外部電極8は、例えば、Cr、Ni、Auによる3層構造を有している。
Cr層はパッケージのベース3を構成するガラスとの密着性がよいため、ベース3の底面に形成されている。
そして、Cr層の上面には、ハンダの主成分であるSnとの金属間化合物を形成するNi層が形成されており、更にその上面には、Niの酸化を防止するAu層が形成されている。
FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional
The
The Cr layer is formed on the bottom surface of the
An Ni layer for forming an intermetallic compound with Sn, which is the main component of solder, is formed on the upper surface of the Cr layer, and an Au layer for preventing Ni oxidation is further formed on the upper surface. Yes.
このように構成された外部電極8を回路基板にハンダ付けすると、Au層はハンダ中に拡散すると共に、Au層が形成されていた側のNiがハンダのSnと金属間化合物層を構成し、Snとの金属間化合物を形成しなかったNi層とCr層が当該金属間化合物層とハンダを介して回路基板に接合する。
このように基材がガラスの場合にCrを用いる技術は、下の特許文献1、2に提案されている。
When the
Techniques using Cr when the base material is glass are proposed in
特許文献1では、ガラス上に外部電極をCrとAu、あるいはCrとNi合金−Auの薄膜2層で形成する技術が提案されている。
特許文献2では、外部電極をCrとNi合金−Auの薄膜2層で形成する技術が提案されている。
また、基材がガラスでない場合には、Niを下地として酸化防止のためのAuを表層に覆ったものや、Cuを下地として、その上にSnを形成するものなどが知られている。
In addition, when the base material is not glass, there are known those in which Ni is used as a base and Au for preventing oxidation is covered on the surface layer, and Cu is used as a base and Sn is formed thereon.
ところで、ハンダ接合で加熱される際に、ハンダ中(または電極皮膜中)のSnとCuやNiが金属間化合物層を形成するが、金属間化合物層は、母材に比べ脆いので、外力が加わった時にクラックが入りやすいという問題があった。
また、高温化では、金属間化合物層が成長し、NiやCuの層が完全に反応してしまうと、強度低下が発生するため、ある程度の厚さが必要になるという問題もあった。
(特にガラスの場合、)NiやCuの厚さが大きいと、形成(メッキ)時や、膜そのものの応力が大きくなり、耐基板曲げ性などが不十分になる場合がある。例えば、特許文献1に記載されているCrとAuの2層構造の場合は強度が低い。
By the way, when heated by solder bonding, Sn and Cu or Ni in the solder (or in the electrode film) form an intermetallic compound layer, but since the intermetallic compound layer is more fragile than the base material, external force is reduced. When added, there was a problem that cracks were likely to occur.
In addition, when the temperature is increased, when the intermetallic compound layer grows and the Ni or Cu layer completely reacts, the strength is reduced, so that a certain thickness is required.
If the thickness of Ni or Cu is large (particularly in the case of glass), the stress of the film itself increases during formation (plating), and the substrate bending resistance may be insufficient. For example, the strength of the two-layer structure of Cr and Au described in
本発明は、電子部品と回路基板とのハンダ付け実装品質を向上させることを目的とする。 An object of this invention is to improve the soldering mounting quality of an electronic component and a circuit board.
本発明は、前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、電子素子と、内部に形成された中空部に前記電子素子を収納する収納容器と、前記電子素子と電気的に接続し、前記収納容器の内部から外部にかけて形成された容器電極と、前記容器電極と電気的に接続し、前記収納容器の底面に形成された外部電極と、を具備した電子部品であって、前記外部電極は、前記収納容器の底面に形成され、ハンダと接合する第1の金属層と、前記第1の金属層の表面に形成され、ハンダに溶解する第2の金属層と、前記第2の金属層の表面に形成され、ハンダに溶解しない第3の金属層と、を用いて形成されていることを特徴とする電子部品を提供する。
請求項2に記載の発明では、前記外部電極において、前記第3の金属層の表面に形成され、ハンダに溶解する第4の金属層と、前記第4の金属層の表面に形成され、ハンダに溶解しない第5の金属層と、が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子部品を提供する。
請求項3に記載の発明では、最表面層として酸化防止膜が形成されていることを特徴とする請求項1、又は請求項2に記載の電子部品を提供する。
請求項4に記載の発明では、前記収納容器はガラスを用いて形成されていることを特徴とする請求項1、請求項2、又は請求項3に記載の電子部品を提供する。
請求項5に記載の発明では、前記電子部品は、水晶振動子であることを特徴とする請求項1から請求項4までの内の何れか1の請求項に記載の電子部品を提供する。
請求項6に記載の発明では、ベースに、電子素子と、当該電子素子と電気的に接続する配線用の容器電極と、を設置する電子素子設置工程と、前記電子素子と前記容器電極を設置したベースに、リッドを接合することにより、前記電子素子を前記ベースと前記リッドからなる収納容器に封入する封入工程と、前記収納容器の底面にハンダと接合する第1の金属層を形成し、前記第1の金属層の表面にハンダに溶解する第2の金属層を形成し、前記第2の金属層の表面にハンダに溶解しない第3の金属層を形成して外部電極を形成する外部電極形成工程と、を用いて構成された電子部品製造方法を提供する。
In order to achieve the above object, according to the present invention, in the invention according to
According to a second aspect of the present invention, in the external electrode, a fourth metal layer formed on the surface of the third metal layer and dissolved in the solder, and formed on the surface of the fourth metal layer. The electronic component according to
According to a third aspect of the present invention, there is provided the electronic component according to the first or second aspect, wherein an antioxidant film is formed as the outermost surface layer.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the electronic component according to the first, second, or third aspect, wherein the storage container is formed using glass.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the electronic component according to any one of the first to fourth aspects, wherein the electronic component is a crystal resonator.
According to the sixth aspect of the present invention, an electronic element installation step of installing an electronic element and a container electrode for wiring electrically connected to the electronic element on the base, and the electronic element and the container electrode are installed. Forming a first metal layer to be bonded to solder on the bottom surface of the storage container; and a sealing step of sealing the electronic element in a storage container including the base and the lid by bonding a lid to the base. An external electrode is formed by forming a second metal layer that dissolves in solder on the surface of the first metal layer and forming a third metal layer that does not dissolve in solder on the surface of the second metal layer. An electronic component manufacturing method configured using an electrode forming step.
外部電極のハンダに溶解する金属層の上にハンダに溶解しない金属層を設けることにより、回路基板とのハンダ付け実装品質を向上させることができる。 By providing a metal layer that does not dissolve in the solder on the metal layer that dissolves in the solder of the external electrode, it is possible to improve the soldering and mounting quality with the circuit board.
(1)実施形態の概要
電子部品1(図1)は、ガラスで構成されたベース3と、凹部を有するリッド2を接合することにより空洞部13を有するパッケージが形成されている。リッド2は、ガラスや金属などで構成されている。
空洞部13には、水晶振動子6が支持部5により片持ちで支持され封止されている。水晶振動子6には電極が形成されており、当該電極は、ベース3を貫通するスルーホールに形成された貫通電極7、17によりベース3の底面部(底部)に導通している。
(1) Outline of Embodiment In the electronic component 1 (FIG. 1), a package having a
In the
ベース3の底面には外部電極8、18が形成されており、外部電極8、18は、それぞれ貫通電極7、17に接続している。
外部電極8、18は、Cr層(第1層)〜Au層(第6層)まで、CrAu層を3層重ねた構造を有している。
The
外部電極8、18を回路基板にハンダ付けすると、第2、4、6層のAu層がハンダ中に拡散し、ハンダと金属間化合物を形成しない第3、5層のCr層がハンダ中に離脱して拡散する。
そして、ハンダ付け後の外部電極8、18は、高い剪断強度、耐曲げ性を実現することができる。
これは、ハンダ中にCr層が微細になって混入ないし包含されることによる効果であると推定される。
When the
The
This is presumed to be an effect due to the Cr layer becoming finely mixed or contained in the solder.
(2)実施形態の詳細
図1(a)は、本実施の形態に係る電子部品1を示しており、回路基板に接合した場合に、当該回路基板の表面に平行な方向に電子部品1を見た場合の断面図である。
ただし、図を分かりやすくするため、図1(b)では、図1(a)よりも貫通電極7、17の直径を大きく描いている。
以下では、実装時に電子部品1の回路基板に面する側を底面側、これに対向する側を上面側とする。
(2) Details of Embodiment FIG. 1A shows an
However, in order to make the drawing easy to understand, the diameters of the
Hereinafter, the side facing the circuit board of the
電子部品1は、ベース3、リッド2、支持部5、水晶振動子6、内部電極4、16、貫通電極7、17、外部電極8、18などを用いて構成されている。
水晶振動子6は、例えば、音叉型水晶振動子により構成された電子素子であって、音叉型の基部が支持部5によって保持されている。
図示しないが、水晶振動子6の音叉腕部には電極が設置してあり、この電極に所定のパルスを供給することにより、水晶振動子6を所定の周波数で発振させることができる。
The
The crystal resonator 6 is an electronic element constituted by, for example, a tuning fork type crystal resonator, and a tuning fork type base is held by the
Although not shown, an electrode is provided on the tuning fork arm of the crystal resonator 6, and the crystal resonator 6 can be oscillated at a predetermined frequency by supplying a predetermined pulse to the electrode.
支持部5は、水晶振動子6の音叉腕が空洞部13内で振動できるように、水晶振動子6をベース3に対して所定の姿勢に片持ちで保持している。
なお、本実施の形態では、電子素子の一例として水晶振動子6を用いるが、半導体など、他の電子素子でもよい。
The
In this embodiment, the crystal resonator 6 is used as an example of an electronic element, but other electronic elements such as a semiconductor may be used.
ベース3は、例えばガラスで構成された板状の部材であり、上面に支持部5が保持する水晶振動子6が取り付けられている。
ベース3の素材としては、例えば、安価で陽極接合可能などの利点を有するソーダガラスが用いられており、厚さは例えば、0.05〜2[mm]、好ましくは0.1〜0.5[mm]程度である。
また、ソーダガラスの他に、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス、結晶化ガラス(場合によっては強化処理したもの)などを用いることができる。
The
As a material of the
In addition to soda glass, borosilicate glass, alkali-free glass, crystallized glass (sometimes tempered) may be used.
ベース3の上面部には、水晶振動子6の電極に電気的に接続する内部電極4、16が形成されている。
また、ベース3には、上面部から底面部に貫通するスルーホールが形成されており、スルーホール内に貫通電極7、17が形成されている。
内部電極4と貫通電極7、及び内部電極16と貫通電極17は、それぞれ電気的に接続している。
The
The internal electrode 4 and the through
リッド(蓋)2は、ガラスや金属などで形成されており、ベース3に面する面の中央部がえぐられて水晶振動子6を収納するための凹部が形成されている。金属リッドの場合は、線膨張係数がガラスに近いものが望ましい。
リッド2の凹部のへこみ量は、例えば、0.05〜1.5[mm]程度であり、エッチング、サンドブラスト、ホットプレス、レーザなどにより加工することができる。
The lid (lid) 2 is formed of glass, metal, or the like, and a central portion of the surface facing the
The amount of recess in the recess of the
リッド2の開口部は、陽極接合や接合材を用いてベース3に接合されており、ベース3の上面とリッド2の凹部により水晶振動子6を収納する空洞部13が形成されている。
また、ベース3とリッド2の接合方法には、陽極接合の他に、直接接合、金属接合、低融点ガラス、ろう材、溶接、高融点ハンダによるものなどがある。
更に、ベース3とリッド2の間に中間材料を用いる場合もある。
The opening of the
In addition to anodic bonding, the
Further, an intermediate material may be used between the
空洞部13は、リッド2とベース3によって密閉されて外気から遮断されており、例えば、真空が保たれたり、あるいは所定のガスを封入するなど、気密封止されている。
なお、電子部品1では、リッド2に凹部を設けて空洞部13を形成したが、ベース3に凹部を設けると共に平板状のリッド2を接合して空洞部13を形成してもよいし、あるいは、リッド2とベース3の両方に凹部を設けて形成してもよい。
The
In the
このように、電子部品1では、ベース3とリッド2によりガラスケースによるパッケージが電子素子を収納している。
パッケージをガラスで構成すると、材料費が安価である上、電子部品1の下面の側の外部から水晶振動子6をレーザによってトリミング・接合・ゲッタリングすることができる。
ここで、ゲッタリングとは、真空封止を行う場合に、空間内に配置したAlパターンなどにレーザを照射して加熱することにより、Alと周囲の空気(酸素)を反応させて消費させることにより真空度を向上させる技術である。
As described above, in the
When the package is made of glass, the material cost is low, and the crystal resonator 6 can be trimmed, bonded, and gettered by a laser from the outside on the lower surface side of the
Here, gettering means that Al and surrounding air (oxygen) are reacted and consumed by irradiating and heating an Al pattern or the like placed in the space when vacuum sealing is performed. This is a technique for improving the degree of vacuum.
外部電極8は、ハンダなどで回路基板上の電極ランドに電気的、及び機械的に接合するための薄膜などで構成された接合部であり、ベース3の底面上に金属膜を形成して貫通電極7と導通している。
The
なお、電子部品1では、貫通電極7、17により水晶振動子6の電極が外部電極8、18と電気的に接続するが、例えば、内部電極4、16がリッド2とベース3の接合部を介して電子部品1の外部に引き出され、更に、引き出された電子部品1、16をベース3の側面から底面に至るまで延設し、ベース3の底面にて内部電極4、16が外部電極8、18と電気的に接続するように構成することもできる。
この場合、ベース3に貫通電極7、17を形成する必要はない。
In the
In this case, it is not necessary to form the through
図1(c)は、外部電極8の構成を詳細に示した図である。
外部電極8は、ベース3の表面に形成されたCrから成る第1層、当該第1層の表面に形成されたAuから成る第2層、当該第2層の表面に形成されたCrから成る第3層、当該第3層の表面に形成されたAuから成る第4層、当該第4層の表面に形成されたCrから成る第5層、当該第5層の表面に形成されたAuから成る第6層から構成されている。
FIG. 1C is a diagram showing the configuration of the
The
即ち、Cr層の表面にAu層が形成されたCrAu層が3層形成されており、ベース3に近い側から第1CrAu層、第2CrAu層、第3CrAu層とする。
なお、最上層を構成する第1層のCr層は、ベース3のガラスとの密着層としての機能を有しており、最表面層を構成する第6層のAu層は、酸化防止用の保護膜としての機能を有している。
電子部品1では、一例として、CrAu層を3回繰り返して3層重ねたが、これは、2回以上繰り返し、2層以上あればよい。
That is, three CrAu layers having an Au layer formed on the surface of the Cr layer are formed, and the first CrAu layer, the second CrAu layer, and the third CrAu layer are formed from the side close to the
The first Cr layer constituting the uppermost layer has a function as an adhesion layer with the glass of the
In the
Crは、ガラスとの密着性がよいため、ベース3の表面の第1層としてCr層が形成されている。
Crは、ハンダ(Snが主成分)との金属間化合物を形成しない性質があり、Auは、ハンダ付けをする際に、AuSn2や、AuSn4などの金属間化合物(合金)を生成してハンダ中に拡散しやすいという性質がある。
Since Cr has good adhesion to glass, a Cr layer is formed as the first layer on the surface of the
Cr has a property of not forming an intermetallic compound with solder (Sn is a main component), and Au generates an intermetallic compound (alloy) such as AuSn2 or AuSn4 when soldering, and in the solder It is easy to diffuse.
このように、Crは、ハンダとの金属間化合物を形成せず、また、ハンダ中に溶解せず、Auは、ハンダとの金属間化合物を作るため、ハンダ中に溶解する。
このように、外部電極8は、ハンダとの金属間化合物を形成せず、ハンダに溶解しない金属元素の層と、ハンダとの金属間化合物を形成し、ハンダ中に溶解しやすい金属元素の層を交互に重ね合わせて構成されている。
なお、第2、4、6層は、ハンダ中に溶解しやすければよく、必ずしもハンダとの金属間化合物を形成する必要はない。
Thus, Cr does not form an intermetallic compound with solder and does not dissolve in solder, and Au dissolves in solder to form an intermetallic compound with solder.
As described above, the
The second, fourth, and sixth layers only need to be easily dissolved in the solder, and it is not always necessary to form an intermetallic compound with the solder.
このように、外部電極8では、ハンダと化合物を形成しない金属元素としてCrを用いたが、この他に、Tiを用いることが可能であり、更に、W、Taなどを用いることも可能である。
また、ハンダ中に拡散しやすい金属元素としてAuを用いたが、この他に、Ag、Pdなどを用いることも可能である。
そして、例えば、第1層をCr、第2層をAu、第3層をTi、第4層をAg、第5層をW、第6層をAuとするなど、各金属を組み合わせて外部電極8を形成することも可能である。
Thus, in the
In addition, Au is used as a metal element that easily diffuses into the solder, but in addition to this, Ag, Pd, or the like can also be used.
For example, the first layer is Cr, the second layer is Au, the third layer is Ti, the fourth layer is Ag, the fifth layer is W, and the sixth layer is Au. It is also possible to form 8.
外部電極8を構成するこれらの各層は、例えば、スパッタリングを用いたスパッタ法でベース3の底面にこれら金属元素の膜(薄膜)を形成することにより形成することができる。
即ち、スパッタ法により、ベース3の底面にCrの薄膜による第1層を形成し、次いでCrの薄膜表面にスパッタ法によりAuの薄膜による第2層を形成し、以後、これを2回繰り返すことにより外部電極8が形成される。
なお、各層の厚みがある程度以上の場合には、メッキ法によってこれら各層を形成することも可能である。
以上、外部電極8について説明したが、外部電極18の構成も同様である。
Each of these layers constituting the
That is, a first layer of Cr thin film is formed on the bottom surface of the
In addition, when the thickness of each layer is a certain level or more, it is also possible to form these layers by plating.
The
以上のような構成を有する電子部品1は、次のようにして製造することができる。
ベース3にスルーホールを形成し、当該スルーホール内に貫通電極7、17を形成する。
そして、ベース3に水晶振動子6を設置して貫通電極7、17と接続し、その後、リッド2をベース3に陽極接合などにより接合して、パッケージを形成する。
次に、ベース3の底面にメッキなどで外部電極8、外部電極18をスパッタ法で形成し、電子部品1が完成する。
The
A through hole is formed in the
Then, the crystal resonator 6 is installed on the
Next, the
なお、ベース3に外部電極8、18を形成してからベース3にリッド2を接合するなど、工程順序を変更することも可能である。
また、ベース3を多数個取りできるベースウエハに貫通電極7、17と水晶振動子6を設置し、これにリッド2を多数個取りできるリッドウエハを接合して、電子部品1が多数形成されたウエハを形成し、外部電極8、18の形成後、これを切断して電子部品1を多数個取りするように構成することもできる。
It is also possible to change the process order, such as forming the
Further, a wafer on which a large number of
図2(a)は、電子部品1をハンダによって回路基板31に接合したところの断面図を示した図である。
図に示したように、外部電極8は、ハンダ33を介して回路基板31上の基板配線32と電気的、及び物理的に接合し、外部電極18は、ハンダ34を介して回路基板31上の基板配線35と電気的、及び物理的に接合し、これによって、電子部品1は、回路基板31に電気的、及び物理的に接合する。
FIG. 2A is a cross-sectional view of the
As shown in the figure, the
図2(b)は、外部電極8のハンダとの接合面の詳細を示した図である。
第1層のCr層は、ハンダとの金属間化合物を形成しないため、ベース3に接合した状態でハンダ33と接合している。
第2、4、6層のAu層は、ハンダ33に拡散してしまっている。
第3、5層のCr層は、ハンダとの金属間化合物を形成しないため、第2、4層のAu層が拡散すると、外部電極8から離脱し、ハンダ33の何れかの場所に存在する。
FIG. 2B is a diagram showing details of the joint surface of the
Since the first Cr layer does not form an intermetallic compound with the solder, it is bonded to the
The second, fourth, and sixth Au layers have diffused into the
Since the third and fifth Cr layers do not form an intermetallic compound with the solder, when the second and fourth Au layers diffuse, the third and fifth Cr layers are separated from the
図3(a)は、CrAu層の積層と外部電極8の剪断強度の関係を表す実験結果を表にして示したものである。
剪断試験方法は、JIS Z 3198−7に準拠し、剪断速度は、5[mm/m]とした。
電極仕様は、Cr層の厚さを600[Å]、Au層の厚さを1500[Å]とした。
表に示したように、CrAu層を1層だけ形成した場合の剪断強度を1.0とすると、2層の場合には1.9、3層の場合には2.1となっている。これらの値は各層に対して10回ずつ実験し、平均をとったものである。
図3(b)は、これをグラフにしたものである。
FIG. 3A is a table showing the experimental results showing the relationship between the lamination of the CrAu layer and the shear strength of the
The shear test method was based on JIS Z 3198-7, and the shear rate was 5 [mm / m].
The electrode specifications were such that the thickness of the Cr layer was 600 [Å] and the thickness of the Au layer was 1500 [Å].
As shown in the table, when the shear strength when only one CrAu layer is formed is 1.0, it is 1.9 for two layers and 2.1 for three layers. These values were obtained by averaging 10 times for each layer.
FIG. 3B is a graph of this.
このように、CrAu層を2〜3層とすることにより、1層の倍程度の剪断強度を実現することができる。
更に層数を増やしてみたところ、2〜4層、好ましくは3層あたりが最も剪断強度が高いらしいとの感触を得ている。
Thus, by making the CrAu layer into 2 to 3 layers, it is possible to realize a shear strength about twice that of one layer.
When the number of layers was further increased, it was found that the shear strength seems to be highest in 2 to 4 layers, preferably 3 layers.
図3(c)は、基板の曲げ耐性を表す実験結果を表として示したものである。
曲げ試験方法は、JEITA ET−7409/104に準拠し、1.6[mm]厚のガラスエポキシ回路基板を用い、押し込み量1、2、3[mm]で外観上のクラックの有無を判断することにより行った。
電極仕様は、Cr層の厚さを0.06[μm](600[Å])、Au層の厚さを0.15[μm](1500[Å])としたCrAu層を3層重ねた外部電極8、Cr層の厚さを0.06[μm]、Cu層の厚さを10.5[μm]、Sn層の厚さを10[μm]とした第1の比較電極、及びCr層の厚さを0.06[μm]、Cu層の厚さを0.5[μm]、Ni層の厚さを2[μm]、Sn層の厚さを10[μm]とした第2の比較電極である。
FIG. 3 (c) shows a table showing experimental results showing the bending resistance of the substrate.
The bending test method conforms to JEITA ET-7409 / 104, uses a glass epoxy circuit board with a thickness of 1.6 [mm], and determines the presence or absence of an external crack with an indentation amount of 1, 2, and 3 [mm]. Was done.
The electrode specifications were three layers of CrAu layers with a Cr layer thickness of 0.06 [μm] (600 [Å]) and an Au layer thickness of 0.15 [μm] (1500 [Å]).
これらの電極を電子部品1に形成して回路基板31に接合し、当該回路基板を押し込み機構により押し込んだところ、押し込み量が1[mm]の場合、外部電極8の場合は20回中クラックが生じた回数は0回であり、第1の比較電極の場合は、5回中1回、第2の比較電極の場合は、5回中0回であった。
押し込み量が2[mm]の場合、それぞれ、20回中0回、5回中4回、5回中2回であり、押し込み量が3[mm]の場合、それぞれ、20回中0回、5回中4回、5回中4回であった。
When these electrodes are formed on the
When the pushing amount is 2 [mm], it is 0 times in 20 times, 4 times in 5 times, 2 times in 5 times, respectively, and when the pushing amount is 3 [mm], each time is 0 times in 20 times. It was 4 out of 5 times and 4 out of 5 times.
外部電極8を形成した電子部品1は、何れの切込量に対してもクラックが発生せず、第1の比較電極、2に対して高い耐曲げ性を有している。
このように、CrAu層を3回積層した外部電極8は、優れた剪断強度と耐曲げ性を実現することができる。
このように、CrAu層を積層した外部電極8が、優れた剪断強度と曲げ性を発揮するのは、次のような理由によると推測している。
The
Thus, the
Thus, it is estimated that the
即ち、図1(c)に示した外部電極8では、第2、4、6層のAu層は、ハンダ中に拡散してしまい、第3、5層のCr層が外部電極8から遊離する。
遊離したCr層は、ハンダと化合物を形成しないため、ハンダに溶解せずにハンダ中に残り、これがハンダを補強する補強材として機能する。
離脱したCr層がどのような状態でハンダ中に存在するか、本願発明者が分析機器などを用いて探索したところ、帯状のCrがハンダの領域を介して外部電極8の付近に見出されたことがある。
That is, in the
Since the released Cr layer does not form a compound with the solder, it remains in the solder without dissolving in the solder, and this functions as a reinforcing material for reinforcing the solder.
When the inventor of the present application searched for the state of the detached Cr layer in the solder using an analytical instrument or the like, strip-like Cr was found in the vicinity of the
このように、遊離したCr層がちぎれて帯状に存在することもあるし、あるいは、もっと小さいCr片として存在することも考えられるし、更には、もっと小さいCr粒として存在したり、他の反応や粒成長している可能性も考えられる。
何れにせよ、ハンダ中に離脱したCr層が何らかの働きをして外部電極8のハンダ接合面の機械的特性に影響し、高い剪断強度、耐曲げ性を発揮していると考えられる。
または、ハンダ中に拡散したAuによる効果も寄与していることも考えられる。
In this way, the free Cr layer may be separated into strips, or may be present as smaller Cr pieces, or may be present as smaller Cr grains or other reactions. It is also possible that the grains are growing.
In any case, it is considered that the Cr layer separated into the solder has some function to influence the mechanical characteristics of the solder joint surface of the
It is also conceivable that the effect of Au diffused in the solder also contributes.
以上に説明した本実施の形態により、
電子素子(例えば、水晶振動子6、半導体なども可能)と、内部に形成された中空部(空洞部13)に電子素子を収納する収納容器(リッド2とベース3から成るパッケージ)と、電子素子と電気的に接続し、前記収納容器の内部から外部にかけて形成された容器電極(内部電極4、14、及び貫通電極7、17など)と、容器電極と電気的に接続し、収納容器の底面に形成された外部電極(外部電極8、18)と、を備えた電子部品(電子部品1)を提供することができる。
そして、この外部電極(外部電極8、18)は、収納容器の底面(ベース3の底面)に形成され、ハンダと接合する第1の金属層(Cr層など)と、第1の金属層の表面に形成され、ハンダに溶解する第2の金属層(Au層など)と、第2の金属層の表面に形成され、ハンダに溶解しない第3の金属層(Cr層など)と、を用いて形成されている。
そして、この構成は、表面に酸化防止用のAu層を形成すればCrAu層を2回繰り返したものに該当し、更にその上にCrAu層を積層すれば、3回繰り返したものに該当する。なお、複数の金属の合金を金属層として用いることも可能である。
According to this embodiment described above,
An electronic element (for example, a crystal unit 6 or a semiconductor is also possible), a storage container (a package made up of the
The external electrodes (
And this structure corresponds to what repeated the CrAu layer twice if the Au layer for oxidation prevention is formed on the surface, and corresponds to what was repeated three times if the CrAu layer is further laminated thereon. Note that an alloy of a plurality of metals can be used as the metal layer.
第1、3の金属層には、ハンダと金属間化合物を構成しない金属元素が用いられ、第2の金属層には、ハンダと金属間化合物を構成する金属元素が用いられる。
そのため、この外部電極(外部電極8、18)は、収納容器の底面(ベース3の底面)に形成され、ハンダと金属間化合物を構成しない第1の金属層(Cr層など)と、第1の金属層の表面に形成され、ハンダと金属間化合物を構成する第2の金属層(Au層など)と、第2の金属層の表面に形成され、ハンダと金属間化合物を形成しない第3の金属層(Cr層など)と、を用いて形成されていると言うこともできる。
For the first and third metal layers, a metal element that does not constitute an intermetallic compound with solder is used, and for the second metal layer, a metal element that constitutes an intermetallic compound with solder is used.
Therefore, the external electrodes (
更に、外部電極8、18には、第3の金属層の表面に形成され、ハンダに溶解する第4の金属層(Au層など)と、第4の金属層の表面に形成され、ハンダに溶解しない第5の金属層(Cr層)を形成することができる。
そして、最表面層としてAu層を酸化防止膜を形成することができる。
Further, the
Then, an antioxidant layer can be formed on the Au layer as the outermost surface layer.
また、電子部品1は、回路基板31に接合されて、容量やコイルなどの他の電子素子と共に発振回路を構成し、当該発振によりコンピュータが動作タイミングを取得したり、時計が時間を計測したりするのに用いられるため、電子部品を用いて発振する発振手段(発振回路)と、発振手段の発振により動作タイミングを取得して動作する動作手段(CPU(Central Processing Unit)など)を備えた各種の電子装置を提供することができる。
The
この場合、電子素子(水晶振動子6など)と、内部に形成された中空部に電子素子を収納する収納容器(リッド2とベース3から成るパッケージ)と、電子素子と電気的に接続し、収納容器の内部から外部にかけて形成された容器電極(貫通電極7、17など)と、容器電極と電気的に接続し、前記収納容器の底面に形成され、ハンダと接合した金属層(Cr(第1層))と、ハンダを介して当該金属層と接合され、他の電子素子が設けられた回路基板(回路基板31)と、を備えた電子装置が構成されている。
そして、当該ハンダには、ハンダに溶解しない金属(第3、5層のCr層)が離脱し、拡散している。
In this case, an electronic element (such as a crystal resonator 6), a storage container (a package including the
Then, the metal (third and fifth Cr layers) that does not dissolve in the solder is detached and diffused in the solder.
また、ベース(ベース3)に、電子素子(水晶振動子6など)と、当該電子素子と電気的に接続する配線用の容器電極(貫通電極7、17など)と、を設置する電子素子設置工程と、当該電子素子と容器電極を設置したベースに、リッド(リッド2)を接合することにより、電子素子をベースとリッドからなる収納容器に封入する封入工程と、収納容器の底面にスパッタ法などでハンダと接合する第1の金属層(Cr層)を形成し、第1の金属層の表面にハンダに溶解する第2の金属層(Au層)を形成し、第2の金属層の表面にハンダに溶解しない第3の金属層(Cr)を形成して外部電極を形成する外部電極形成工程と、を用いて構成された電子部品製造方法により電子部品1を製造することができる。
Also, an electronic device is installed on the base (base 3) with an electronic device (such as a crystal resonator 6) and a container electrode for wiring (such as through
以上に説明した本実施の形態により次のような効果を得ることができる。
(1)金属層を積層することによりベース3の底面に形成された金属層が酸化されにくくなるため、電子部品1の実装強度が高まり、リペア性に優れる。
(2)CrAu層において、Au層は、ハンダ中に均一に拡散し、外部電極8の接合界面はCrとSnになるが、CrとSnは、リフローや高温試験の温度範囲(〜260℃)では合金の形成・成長が殆どなく、また、耐熱性・耐衝撃性に優れる。
(3)Crとハンダによる合金の成長がないため、Cr層を厚く形成する必要がなく、膜応力を小さく抑えられるので、耐基板曲げ性などが優れる。
(4)内部電極4、16などにCr−Auが使用されている場合、外部電極8、18の形成に際して装置を兼用化することができる。更に、各層の膜厚を内部と外部で同一にすれば、装置の条件変更も不要になり、設備投資を抑え、生産性を高めることができる。
(5)セラミックなどに比べ、脆く強度が低いが、コストが安く透明なガラスパッケージを採用することが可能である。
(6)外部電極8の形成領域に段差部が存在する場合、積層することによって断線のリスクを低減することができる。
(7)外部電極8をスパッタ法で形成することができるため、ドライ雰囲気で金属層が成膜可能であり、これによって、貫通電極7の溶出などを防ぐことができる。
(8)実装強度・リペア性・耐熱性・耐基板曲げ性などを両立した品質の高いガラスパッケージを実現することができる。
The following effects can be obtained by the present embodiment described above.
(1) Since the metal layer formed on the bottom surface of the
(2) In the CrAu layer, the Au layer diffuses uniformly in the solder, and the joint interface of the
(3) Since there is no growth of an alloy of Cr and solder, it is not necessary to form a thick Cr layer, and the film stress can be kept small, so that the substrate bending resistance is excellent.
(4) When Cr—Au is used for the
(5) It is brittle and low in strength compared to ceramics and the like, but it is possible to adopt a transparent glass package at a low cost.
(6) When a step portion exists in the formation region of the
(7) Since the
(8) It is possible to realize a high-quality glass package that combines mounting strength, repairability, heat resistance, and substrate bending resistance.
1 電子部品
2 リッド
3 ベース
4 内部電極
5 支持部
6 水晶振動子
7 貫通電極
8 外部電極
13 空洞部
16 内部電極
17 貫通電極
18 外部電極
31 回路基板
32 基板配線
33 ハンダ
34 ハンダ
35 基板配線
DESCRIPTION OF
Claims (6)
内部に形成された中空部に前記電子素子を収納する収納容器と、
前記電子素子と電気的に接続し、前記収納容器の内部から外部にかけて形成された容器電極と、
前記容器電極と電気的に接続し、前記収納容器の底面に形成された外部電極と、
を具備した電子部品であって、
前記外部電極は、
前記収納容器の底面に形成され、ハンダと接合する第1の金属層と、
前記第1の金属層の表面に形成され、ハンダに溶解する第2の金属層と、
前記第2の金属層の表面に形成され、ハンダに溶解しない第3の金属層と、
を用いて形成されていることを特徴とする電子部品。 An electronic element;
A storage container for storing the electronic element in a hollow portion formed inside;
A container electrode electrically connected to the electronic element and formed from the inside of the storage container to the outside;
An external electrode electrically connected to the container electrode and formed on the bottom surface of the storage container;
An electronic component comprising:
The external electrode is
A first metal layer formed on the bottom surface of the storage container and joined to the solder;
A second metal layer formed on the surface of the first metal layer and dissolved in solder;
A third metal layer formed on the surface of the second metal layer and not dissolved in solder;
An electronic component characterized by being formed using
前記第3の金属層の表面に形成され、ハンダに溶解する第4の金属層と、
前記第4の金属層の表面に形成され、ハンダに溶解しない第5の金属層と、
が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子部品。 The external electrode includes
A fourth metal layer formed on the surface of the third metal layer and dissolved in solder;
A fifth metal layer formed on the surface of the fourth metal layer and not dissolved in solder;
The electronic component according to claim 1, wherein the electronic component is formed.
前記電子素子と前記容器電極を設置したベースに、リッドを接合することにより、前記電子素子を前記ベースと前記リッドからなる収納容器に封入する封入工程と、
前記収納容器の底面にハンダと接合する第1の金属層を形成し、前記第1の金属層の表面にハンダに溶解する第2の金属層を形成し、前記第2の金属層の表面にハンダに溶解しない第3の金属層を形成して外部電極を形成する外部電極形成工程と、
を用いて構成された電子部品製造方法。 An electronic element installation step of installing an electronic element and a container electrode for wiring electrically connected to the electronic element on a base;
An enclosing step of enclosing the electronic element in a storage container including the base and the lid by bonding a lid to the base on which the electronic element and the container electrode are installed;
Forming a first metal layer to be bonded to the solder on a bottom surface of the storage container; forming a second metal layer to be dissolved in the solder on a surface of the first metal layer; and forming a surface on the surface of the second metal layer. Forming an external electrode by forming a third metal layer that does not dissolve in the solder;
Electronic component manufacturing method configured using
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