JP2017011237A - 蓋体、パッケージ、電子デバイス、電子機器及び移動体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水晶振動片10を収容するパッケージ20のパッケージベース21に接合される蓋体22であって、基材Cと、基材Cに積層されている金属層Dと、を有し、基材Cは、Fe−Ni−Coを含む合金層C1と、合金層C1の一方の面に積層されている第1Ni含有クラッド層C2と、合金層C1の他方の面に積層されている第2Ni含有クラッド層C3と、を含み、金属層Dは、基材Cの第2Ni含有クラッド層C3側に積層されている応力緩和層D1と、応力緩和層D1の第2Ni含有クラッド層C3側とは反対側に積層されている金属ろう層D2と、を含み、金属ろう層D2が、パッケージベース21の接合用金属層23に溶融接合される構成であることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
また、コバール等の金属母材の上下面にNiメッキ層が形成され、下面のNiメッキ層に重ねてCu層、Agろう層がこの順でクラッド化されて形成されている第2構成が知られている(例えば、特許文献1、図5参照)。
第1構成、第2構成の蓋体とも、パッケージの本体であるパッケージ基体の主面周囲に周状に形成された金属膜層と溶融接合される構成になっている。
これにより、第1構成の蓋体は、パッケージ基体への溶融接合時に、位置ずれや仮止め不良などの不具合が生じる虞がある。
これにより、第2構成の蓋体は、パッケージ基体への溶融接合時、一例としてシーム溶接(抵抗溶接)時に、電流が流れにくくなり、シーム溶接の発熱効率が低下することから、溶融接合の生産性が悪化する虞がる。
なお、生産性を維持しようとする場合には、シーム溶接の発熱効率が低下した分、供給電力を増加させる必要があることから、消費電力が増大する虞がある。
これにより、蓋体は、基材の合金層の両面に同種の金属が積層されている構成であることから、反りなどの変形を低減することができる。
この結果、蓋体は、パッケージベース(パッケージ基体に相当)への溶融接合時に、位置ずれや仮止め不良などの不具合の発生を低減することができる。
この結果、蓋体は、溶融接合時、一例としてシーム溶接時に電流が流れ易くなり、シーム溶接の発熱効率が向上することから、溶融接合の生産性を向上させることができる。また、生産性を同じとした場合には、溶融接合時の消費電力を低減することができる。
これにより、蓋体は、パッケージベースとの溶融接合後に生じる熱応力を低減することができる。
この結果、蓋体は、パッケージベースの損傷を低減することができる。
最初に、電子デバイスの一例として水晶振動子について説明する。
図1は、水晶振動子の概略構成を示す模式図である。図1(a)は、蓋体側から見た平面図であり、図1(b)は、図1(a)のA−A線での断面図である。図2は、図1(b)のB部拡大図である。なお、図1(a)では、蓋体を省略してある。また、図1を含む以下の各図において、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。
水晶振動片10は、振動部11の一方の主面13及び他方の主面14に形成された略矩形状の励振電極15,16から引き出された引き出し電極15a,16aが、基部12に形成されている。
引き出し電極16aは、他方の主面14の励振電極16から、水晶振動片10の長手方向に沿って基部12に引き出され、基部12の側面に沿って一方の主面13に回り込み、基部12の一方の主面13まで延在している。
励振電極15,16及び引き出し電極15a,16aは、例えば、Cr(クロム)を下地層とし、その上にAu(金)またはAuを主成分とする金属が積層された構成の金属被膜となっている。
パッケージベース21には、アルミナ系セラミックスのグリーンシートを成形して積層し、焼成した絶縁性材料が用いられている。
図2に示すように、パッケージベース21の一方の主面(蓋体22側の面)21aには、接合用金属層23が設けられている。
接合用金属層23は、一方の主面21aに、W(タングステン)またはMo(モリブデン)などのメタライズ層23aと、Niメッキ層23bと、Auメッキ層23cと、が、この順で積層されている。
基材Cは、Fe−Ni−Coを含む合金層C1と、合金層C1の一方の面(紙面上側の面)に積層されている第1Ni含有クラッド層C2と、合金層C1の他方の面(紙面下側の面)に積層されている第2Ni含有クラッド層C3と、を含んでいる。
金属層Dは、基材Cの第2Ni含有クラッド層C3側に積層されている応力緩和層D1と、応力緩和層D1の第2Ni含有クラッド層C3側とは反対側に積層されている金属ろう層D2と、を含んでいる。
また、第1Ni含有クラッド層C2の厚さt3と、第2Ni含有クラッド層C3の厚さt4とは、0.85≦t4/t3≦1.15、であることが好ましい。
応力緩和層D1には、Cu含有金属を用いることが好ましく、一例として、無酸素Cu(純度99.95%以上のCu)を用いることがより好ましい。
金属ろう層D2には、Ag含有のろう材を用いることが好ましく、一例として、JIS規格のBAG−8相当品を用いることがより好ましい。
蓋体22は、金属層Dの金属ろう層D2が、パッケージベース21の接合用金属層23に溶融接合される構成となっている。
パッケージ20は、蓋体22がパッケージベース21の接合用金属層23に溶融接合されて構成される内部空間Sに、水晶振動片10を収容可能な構造となっている。
水晶振動片10は、引き出し電極15a,16aが、金属フィラーなどの導電性物質が混合された、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系などの導電性接着剤30を介して内部端子24a,24bに接合されている。
パッケージ20の気密に封止された内部空間S内は、減圧された真空状態(真空度の高い状態)または窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填された状態となっている。
外部端子25a,25bは、図示しない内部配線により内部端子24a,24bと接続されている。詳述すると、外部端子25aは、内部配線により内部端子24aと接続され、外部端子25bは、内部配線により内部端子24bと接続されている。
なお、内部端子24a,24b及び外部端子25a,25bは、例えば、W、Moなどのメタライズ層にNi、Auなどの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜からなる。
水晶振動子1の蓋体22は、基材CがFe−Ni−Coを含む合金層C1と、合金層C1の一方の面に積層されている第1Ni含有クラッド層C2と、合金層C1の他方の面に積層されている第2Ni含有クラッド層C3と、を含んでいる。
これにより、蓋体22は、基材Cの合金層C1の両面に同種の金属(ここでは、純Ni)が積層されている構成であることから、反りなどの変形を低減することができる。
この結果、蓋体22は、パッケージベース21への溶融接合時に、位置ずれや仮止め不良などの不具合の発生を低減することができる。
具体的には、メッキ層の体積抵抗率が8.5μΩ・cmであるのに対して、クラッド層の体積抵抗率は7.0μΩ・cmであり、クラッド層の方が1.5μΩ・cm低いことが確認されている。
この結果、蓋体22は、溶融接合時(ここでは、シーム溶接時)に電流が流れ易くなり、シーム溶接の発熱効率が向上することから、シーム溶接の生産性を向上させることができる。
なお、従来の第2構成と生産性を同じとした場合には、シーム溶接時の供給電力を削減できることから、シーム溶接時の消費電力を低減することができる。
これにより、蓋体22は、パッケージベース21との溶融接合後に生じる熱応力を低減することができる。
この結果、蓋体22は、パッケージベース21の損傷を低減することができる。
図4の縦軸は、蓋体の基材の熱膨張率(μm/m/℃)を表し、横軸は、蓋体の基材のt2/t1を表す。
図5の縦軸は、蓋体の基材の1cm2あたりの合成抵抗値を表し、横軸は、蓋体の基材のt2/t1を表す。
気密性評価試験は、パッケージベース21(ここでは、一例として平面サイズを2.0mm×1.6mm程度とした)に、基材Cの厚さtは同一(ここでは、一例としてt=40μm程度とした)で、t2/t1がそれぞれ異なる蓋体22を、同一条件でシーム溶接したパッケージ20である試料1〜試料10に対して行った。
気密性評価試験は、JIS C 60068−2−17に基づく気密試験を先行して実施後、JIS C 60068−2−14に基づく温度サイクル試験を実施した。
判定は、気密試験及び温度サイクル試験とも合格の場合は○、気密試験は合格だが温度サイクル試験で不合格の場合は△、気密試験で不合格の場合は×の3段階とした。
これは、蓋体22(基材C)とパッケージベース21との熱膨張率の違いが大きいことにより、初期の段階でパッケージベース21にクラックが発生することによる。
また、試料2(t2/t1=0.11)、試料8(t2/t1=0.67)は、△判定となっている。
これは、蓋体22(基材C)とパッケージベース21との熱膨張率の違いが、試料1、試料9、試料10よりは小さくなっているものの、温度サイクル試験によって繰り返し生じる熱応力に耐えられず、パッケージベース21に徐々にクラックが発生することによる。
これは、図3、図4に示すように、試料3(t2/t1=0.18)から試料7(t2/t1=0.54)までは、熱膨張率が6.43μm/m/℃〜8.07μm/m/℃の間にあることから、パッケージベース21の熱膨張率(6.5μm/m/℃〜7.5μm/m/℃程度)に近似し、パッケージベース21に生じる熱応力が低減されることによって、パッケージベース21にクラックが発生しないことによる。
また、図5に示すように、試料3(t2/t1=0.18)から試料7(t2/t1=0.54)までは、基材Cの合成抵抗値が4mΩ弱〜6mΩ強の範囲にあり、シーム溶接時に電流がスムーズに流れ、発熱効率に何ら支障がないレベルとなっている。
また、蓋体22は、応力緩和層D1に無酸素Cuを用いる場合、その物性により溶融接合時における応力緩和層D1から内部空間Sへのガス放出を低減することができる。
なお、応力緩和層D1には、無酸素Cu以外のCu含有金属(例えば、純度が99.95%未満のCuなど)を用いてもよい。
なお、パッケージ20は、パッケージベース21に凹部21bがなく、代わりに蓋体22が、パッケージベース21側に凹部を有するキャップ状に形成されている構成としてもよく、パッケージベース21及び蓋体22の両方に凹部を有する構成としてもよい。
なお、パッケージ20は、パッケージベース21の平面サイズを1.2mm×1.0mm程度、1.6mm×1.2mm程度、2.0mm×1.6mm程度、2.5mm×2.0mm程度、3.2mm×2.5mm程度のいずれかにすることにより、上述した効果をより顕著に奏することができる。
次に、上述した電子デバイスを備えている電子機器として、携帯電話を一例に挙げて説明する。
図6は、電子機器としての携帯電話を示す模式斜視図である。
図6に示す携帯電話700は、電子デバイスとしての水晶振動子を備えている。
携帯電話700は、上述した水晶振動子1を、例えば、基準クロック発振源などのタイミングデバイスとして用い、更に液晶表示装置701、複数の操作ボタン702、受話口703、及び送話口704を備えて構成されている。なお、携帯電話の形態は、図示のタイプに限定されるものではなく、いわゆるスマートフォンタイプの形態でもよい。
次に、上述した電子デバイスを備えている移動体として、自動車を一例に挙げて説明する。
図7は、移動体としての自動車を示す模式斜視図である。
図7に示す自動車800は、電子デバイスとしての水晶振動子を備えている。
自動車800は、上述した水晶振動子1を、例えば、搭載されている各種電子制御式装置(例えば、電子制御式燃料噴射装置、電子制御式ABS装置、電子制御式一定速度走行装置など)の基準クロック発振源などのタイミングデバイスとして用いている。
これによれば、自動車800は、上記水晶振動子を備えていることから、上述した効果が奏され、優れた性能を発揮することができる。
また、厚みすべり振動の駆動方法は、圧電体の圧電効果によるものの他に、クーロン力による静電駆動でもよい。
Claims (9)
- 電子部品を収容するパッケージのパッケージベースに接合される蓋体であって、
基材と、前記基材に積層されている金属層と、を有し、
前記基材は、Fe−Ni−Coを含む合金層と、
前記合金層の一方の面に積層されている第1Ni含有クラッド層と、
前記合金層の他方の面に積層されている第2Ni含有クラッド層と、を含み、
前記金属層は、前記基材の前記第2Ni含有クラッド層側に積層されている応力緩和層と、
前記応力緩和層の前記第2Ni含有クラッド層側とは反対側に積層されている金属ろう層と、を含み、
前記金属ろう層が、前記パッケージベースに溶融接合される構成であることを特徴とする蓋体。 - 前記第1Ni含有クラッド層の厚さt3と、前記第2Ni含有クラッド層の厚さt4とは、0.85≦t4/t3≦1.15、であることを特徴とする請求項1に記載の蓋体。
- 前記基材の厚さをtとし、10μm≦t≦100μmにおいて、
前記合金層の厚さをt1とし、前記第1Ni含有クラッド層の厚さと前記第2Ni含有クラッド層の厚さとの和をt2としたときの、t1とt2との比が、0.18≦t2/t1≦0.54、であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の蓋体。 - 前記応力緩和層は、Cu含有金属であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の蓋体。
- 前記金属ろう層は、Ag含有のろう材であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の蓋体。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の蓋体と、
パッケージベースと、を備え、
前記蓋体が前記パッケージベースに溶融接合されて構成される内部空間に、電子部品を収容可能なことを特徴とするパッケージ。 - 請求項6に記載のパッケージと、
前記パッケージに収容されている電子部品と、を備えていることを特徴とする電子デバイス。 - 請求項7に記載の電子デバイスを備えていることを特徴とする電子機器。
- 請求項7に記載の電子デバイスを備えていることを特徴とする移動体。
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