JP3852436B2 - 圧入封止型電子部品およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧入封止型電子部品、およびその製造方法に関する。

従来、電子部品、たとえば、水晶振動子等はその動作環境を安定して清浄に維持するために、所定の容器内に封入（密閉収容）されている。
そして、プレス成形された封止缶の表面を化学処理によって平滑にして、メッキを不要にするとともにプラグ（栓）を圧入した際のリークを防止する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、水晶振動子等の金属カバーとしてプレス成形された洋白プレス加工品について、雰囲気焼鈍によって表層部に亜鉛（Ｚｎ）を濃化せしめ、良好な光沢と比較的安価な良品質とを得る技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
さらに、洋白材の表面に施したニッケル（Ｎｉ）めっき層のＮｉを、加熱処理によって再結晶化し、つづく封止用ケースに絞り加工する際のニッケルめっき層の破断を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
特開平９−２６０９９０号公報（第２−３頁、図１） 特許第２５８６９８１号公報（第２頁、図１） 特開平１０−１５０１１５号公報（第２−３頁、図１）

しかしながら、特許文献１に開示された発明は、封止缶に圧入されるプラグ部の外周に下地として銅メッキをして、その上に半田（錫−鉛合金）メッキを施すことで、圧入による気密性を高めるものであって、半田メッキを掻き取りながら圧入封止をすることから、掻き取ったメッキ片には内部応力が残留する。このため、内部応力によるウイスカ（針状結晶）の発生が問題になる。また、熱処理（ァニール）を実施して内部応力を緩和したとしても、半田メッキが錫（Ｓｎ）を含んでいることから、ウイスカが発生し、該ウイスカが水晶振動子に接触することにより特性が阻害されるという問題があった。

また、半田メッキが鉛（Ｐｂ）を含んでいるため、メッキの作業環境が悪化するという問題があった。また、鉛（Ｐｂ）を含まない、たとえば、錫−銅メッキ材をメッキした場合にも、錫を含有することによってウイスカが発生し、前記と同じ問題があった。
さらに、特許文献２または３に開示された発明は、封止缶とプラグ部との気密性の向上に寄与しないという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ウイスカの発生を防止し、且つ、封止缶とプラグ部との気密性を保証する圧入封止型電子部品およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る圧入封止型電子部品は、電子部品と、前記電子部品が設置されたプラグ部と、前記プラグ部が圧入されることによって封止される缶部とを有し、前記プラグ部および前記缶部が、表面に錫−銅メッキ材がメッキされた洋白材によって形成され、前記プラグ部と前記缶部とが、前記錫−銅メッキ材と前記洋白材との界面に加熱処理によって生成された銅−亜鉛合金からなる合金層を介して密着していることを特徴とする。
これによって、前記プラグ部と缶部との密着部に介在する合金層が錫を含有しないから、密着部（合金層部に同じ）からウイスカが発生しないと共に、前記プラグ部と缶部との密着部の気密性および水密性が保証される。よって、電子部品の動作環境が維持され且つ電子部品にウイスカが接触することがないから、電子部品の特性が阻害されることがない。特に、錫−銅メッキ材は洋白材（ニッケル−亜鉛−銅合金）の表面に緊密にメッキされたものであるため、洋白材との界面に加熱処理によって生成される銅−亜鉛合金層は緊密堅固である。したがって、該合金層の上部の錫−銅メッキ材を撤去した後に、前記プラグ部を缶部に圧入封止する際、該合金層が剥離することがないから、剥離片が電子部品に接触することがない。

前記錫−銅メッキ材が鉛を含有しないことを特徴とする。これによって、メッキ作業の環境が保全される。また、メッキ界面に生成された銅−亜鉛合金層を残して該合金層の上部の錫−銅メッキ材を撤去する際の環境が保全され、さらに、撤去された錫−銅メッキ材の処理が容易になる。

前記電子部品が水晶振動子であることを特徴とする。これによって、動作環境が良好に維持され、その特性が保証された圧入封止型水晶振動子が得られる。

さらに、本発明に係る圧入封止型電子部品の製造方法は、電子部品と、該電子部品が設置されたプラグ部と、該プラグ部が圧入されることによって封止される缶部とを有し、
前記プラグ部および缶部を洋白材によって形成する工程と、
該プラグ部および缶部に錫−銅メッキ材をメッキする工程と、
加熱処理によって前記洋白材と錫−銅メッキ材との界面に銅−亜鉛合金層を形成する工程と、
該銅−亜鉛合金層の上に残存する錫−銅メッキ材を除去して銅−亜鉛合金層を露出させる工程と、
該露出させた銅−亜鉛合金層を介して前記プラグ部と缶部とを密着させて缶部を圧入封止する工程とを有することを特徴とする。
これによって、（ｉ）プラグ部および缶部が成形容易な洋白材（ニッケル−亜鉛−銅合金）によって形成され、（ｉｉ）該洋白材に錫−銅メッキ材が緊密にメッキされ、（ｉｉｉ）加熱処理によって錫−銅メッキ材と洋白材との界面に銅−亜鉛合金層が緊密堅固に生成され、（ｉｖ）該合金層の上部の錫−銅メッキ材を撤去した後に、（ｖ）前記プラグ部を缶部に圧入封止するから、該合金層が錫（Ｓｎ）を含有せず、また、該合金層が剥離することがない。よって、ウイスカや剥離片が電子部品に接触することがなく、また、前記合金層によって密着部の気密性および水密性が保証され、電子部品の動作環境が維持されるから、電子部品の特性が阻害されることがない。

前記錫−銅メッキ材が鉛を含有しないことを特徴とする。これによって、メッキ作業の環境が保全される。また、メッキ界面に生成された銅−亜鉛合金層を残して該合金層の上部の錫−銅メッキ材を撤去する際の環境が保全され、さらに、撤去された錫−銅メッキ材の処理が容易になる。

前記電子部品が水晶振動子であることを特徴とする。これによって、動作環境が良好に維持され、その特性が保証された圧入封止型水晶振動子を、安価に安定して製造する方法が得られる。

以下、実施形態１として圧入封止型電子部品を、実施形態２として圧入封止型電子部品の製造方法を、それぞれ圧入封止型電子部品として圧入封止型水晶振動子を例にして説明する。なお、電子部品は、水晶振動子に限定されるものではなく、水晶発振子、その他の電子素子や磁気素子、あるいは電池等を含むものである。

［実施形態１］
図１は本発明の実施形態１に係る圧入封止型水晶振動子を模式的に示す断面図である。
図１の（ａ）において、水晶振動子１０はリード１１に設置され、リード１１はプラグ部２０を気密的および水密的に貫通して固定されている。プラグ部２０は洋白材（ニッケル−亜鉛−銅合金）によって形成され、その外周に銅−亜鉛合金からなる外周合金層２１が形成されている。
図１の（ｂ）において、缶部３０は洋白材によって底付筒状（コップ状）に形成され、その外面および内面にそれぞれ銅−亜鉛合金からなる外面合金層３１および内面合金層３２が形成されている。

図１の（ｃ）において、缶部３０にプラグ部２０が圧入されているから、プラグ部２０の外周と缶部３０の内面とは、外周合金層２１および内面合金層３２を介して気密的および水密的に密着し、缶部３０は密閉（本発明において圧入封止と称す）されている。また、外周合金層２１および内面合金層３２は銅−亜鉛合金であって錫（Ｓｎ）を含まないから、ウイスカの発生がない。よって、水晶振動子１０の動作環境が維持され且つ水晶振動子１０にウイスカが接触することがないから、水晶振動子１０の特性が阻害されることがない。

［実施形態２］
図２は本発明の実施形態２に係る圧入封止型水晶振動子の製造方法を、工程を追って説明するプラグ部の外周を模式的に示す断面図である。なお、図１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。また、缶部３０の外面および内面は、プラグ部２０の外周と同様に製造されるため記載を省略する。

図２の（ａ）において、洋白材（ニッケル−亜鉛−銅合金）によって形成されたプラグ部２０の外周に錫基メッキ４０（たとえば、錫−銅メッキ（Ｓｎ−３％Ｃｕメッキ））を施す。

図２の（ｂ）において、プラグ部２０を加熱処理する。その結果、プラグ部２０の外周と錫基メッキ４０との界面において、銅−亜鉛合金からなる外周合金層２１が形成される。なお、該加熱処理の条件は、たとえば、大気圧の窒素（Ｎ２）ガス雰囲気中で、２３０〜３００℃程度の加熱である。

図２の（ｃ）において、外周合金層２１の上（外周側）の錫基メッキ４０を、エッチングによって除去する。その結果、プラグ部２０の外周には、凹凸の表面を有する外周合金層２１が露出する。なお、該エッチングは、たとえば、９５％エタノール−５％塩酸液、あるいは９５％エタノール−５％硝酸液等に浸漬するものである。

以上の工程によって、プラグ部２０の外周には外周合金層２１が、缶部３０の内面には内面合金層３２がそれぞれ露出するから、缶部３０にプラグ部２０を圧入すると、プラグ部２０の外周合金層２１と缶部３０内面合金層３２は互いに気密的および水密的に密着して、缶部３０は密閉されることになる。また、外周合金層２１および内面合金層３２は銅−亜鉛合金であって錫（Ｓｎ）を含まないから、ウイスカの発生がない。よって、水晶振動子１０の動作環境が維持され且つ水晶振動子１０にウイスカが接触することがないから、水晶振動子１０の特性が阻害されることがない（図１の（ｃ）参照）。

図３は本発明の実施形態２に係る圧入封止型水晶振動子の製造方法において、メッキ界面に銅−亜鉛合金からなる合金層が形成されていることを示す実験結果であって、銅（Ｃｕ）と亜鉛（Ｚｎ）を示すＸＭＡチャートである。なお、該実験は、洋白材の上に錫基メッキ材（錫（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ））をメッキしたものである。
図３において、横軸の０〜２０μｍ範囲（錫基メッキ層の範囲に相当する）に亜鉛が検出され、洋白材中の当該成分が加熱処理によって拡散したものと考えられる。また、洋白材と錫基メッキ層との界面に亜鉛が濃化した薄い範囲が検出されている。すなわち、該範囲に銅−亜鉛合金層が生成している。

図４は、前記実験結果における合金層の表面を示す顕微鏡写真である。すなわち、表面が細かい凹凸状（粒状に見える）に形成された銅−亜鉛合金層が観察されている。

本発明は、水晶振動子、その他の電子素子や磁気素子等の機能部品、あるいは電池等の機能材料を密閉収納した圧入封止型電子部品およびその製造方法に広く利用することができる。

本発明の実施形態１に係る圧入封止型水晶振動子を模式的に示す断面図。 本発明の実施形態２に係る圧入封止型水晶振動子の製造方法を、工程を追って説明する断面図。 本発明の実施形態２に係る圧入封止型水晶振動子の製造方法において、メッキ界面における、銅（Ｃｕ）と亜鉛（Ｚｎ）を示すＸＭＡチャート。 本発明の実施形態２に係る圧入封止型水晶振動子の製造方法における銅−亜鉛合金層の表面を示す顕微鏡写真。

符号の説明

１０ 水晶振動子、１１ リード、２０ プラグ部、２１ 外周合金層、３０ 缶部、３１ 外面合金層、３２ 内面合金層、４０ 錫基メッキ。

Claims (6)

1. 電子部品と、前記電子部品が設置されたプラグ部と、前記プラグ部が圧入されることによって封止される缶部とを有し、前記プラグ部および前記缶部が、表面に錫−銅メッキ材がメッキされた洋白材によって形成され、前記プラグ部と前記缶部とが、前記錫−銅メッキ材と前記洋白材との界面に加熱処理によって生成された銅−亜鉛合金からなる合金層を介して密着していることを特徴とする圧入封止型電子部品。
2. 前記錫−銅メッキ材が鉛を含有しないことを特徴とする請求項１記載の圧入封止型電子部品。
3. 前記電子部品が水晶振動子であることを特徴とする請求項１または２記載の圧入封止型電子部品。
4. 電子部品と、前記電子部品が設置されたプラグ部と、前記プラグ部が圧入されることによって封止される缶部とを有する圧入封止型電子部品の製造方法であって、
   前記プラグ部および前記缶部を洋白材によって形成する工程と、
   該プラグ部および前記缶部に錫−銅メッキ材をメッキする工程と、
   加熱処理によって前記洋白材と前記錫−銅メッキ材との界面に銅−亜鉛合金層を形成する工程と、
   前記銅−亜鉛合金層の上に残存する錫−銅メッキ材を除去して銅−亜鉛合金層を露出させる工程と、
   前記露出させた銅−亜鉛合金層を介して前記プラグ部と前記缶部とを密着させて前記缶部を圧入封止する工程とを有することを特徴とする圧入封止型電子部品の製造方法。
5. 前記錫−銅メッキ材が鉛を含有しないことを特徴とする請求項４記載の圧入封止型電子部品の製造方法。
6. 前記電子部品が水晶振動子であることを特徴とする請求項４または５記載の圧入封止型電子部品の製造方法。