JP3893617B2 - 電子部品用パッケージ - Google Patents
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Description
本発明は電子機器等に用いられる水晶振動子や水晶フィルタ、水晶発振器などの表面実装型の電子部品用パッケージに関し、特に、セラミック製のベースと、ろう材が形成された金属製のキャップとを溶接により気密封止してなる電子部品用パッケージを改良するものである。
気密封止を必要とする電子部品の例として、水晶振動子、水晶フィルタ、水晶発振器等の圧電振動デバイスがあげられる。これら各製品はいずれも水晶振動板の表面に金属薄膜電極を形成し、この金属薄膜電極を外気から保護するため、気密封止されている。
これら圧電振動デバイスは部品の表面実装化の要求から、セラミック材料からなるパッケージ内に気密的に収納する構成が増加している。例えば、特許文献１には、電子部品を収納する断面が逆凹形のベース（セラミックケース）とろう材が形成された金属キャップ（蓋体）とからなり、これらをビーム溶接により気密的に封止したセラミック材料からなるパッケージ構成が開示されている。このような構成を採用することで、従来のシーム溶接のパッケージで必要であった合金リングを使わない構成が得られ、パッケージの小型化とパッケージ作成工数の削減を達成している。
特開平９−２４６４１５号
しかしながら、上記キャップに形成されたろう材を溶接して気密封止する場合、図１０に示すように、キャップの側面からろう材が噴出し、パッケージの外観を損なうばかりか、気密封止に必要なろう材の一部までもがパッケージの封止エリア（キャップとベースの接合エリア）から外部へ流れ出してしまい、気密性が低下するなど製品特性に悪影響を与えることがあった。特に、溶接手法としてビーム溶接を採用した場合、照射熱により局所から放射状に加熱される。このため、ろう材も照射部から放射状に溶融し、封止エリアに介在するろう材のうち、先に溶融したろう材が金属母材との界面部分から外部へ噴出し、上述の問題を生じやすい。
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、セラミック製のベースと、ろう材が形成された金属製のキャップとを溶接して気密封止する際の信頼性を向上させた電子部品用パッケージを提供することを目的とするものである。
本発明の請求項１による電子部品用パッケージは、電子部品素子を収納し、上面外周端部にメタライズ層が形成されたセラミックのベースと、当該ベースのメタライズ層の上部に搭載される金属製のキャップとをろう接して気密封止してなる電子部品用パッケージであって、前記キャップは、金属母材とろう材層の少なくとも２層からなり、前記金属母材に対して軟質のろう材層とするとともに、前記金属母材の一部が前記キャップの外周端部でろう材層側へ張り出す堤部を具備してなり、当該堤部は前記金属母材側からろう材層側にプレス打ち抜きすることで形成された金属母材のバリからなることを特徴とする。
また、上述の構成において、前記キャップは、金属母材とろう材層の少なくとも２層がクラッド化されてなることを特徴とする。
また、上述の構成において、前記キャップは、少なくとも前記堤部とろう材層側の主面に、ろう材より高融点の薄膜を施してなることを特徴とする。
また、上述の構成において、前記ベースと前記キャップをビーム溶接、またはシーム溶接によりろう接して気密封止してなることを特徴とする。
本発明によれば、上記金属母材の一部が上記キャップの外周端部でろう材層側へ張り出す堤部をキャップに形成することにより、当該キャップのろう材をベースに溶接して気密封止する際に、溶融したろう材の流れ出しを防止することができる。また、キャップの側面から溶融したろう材が噴出して、必要なろう材がキャップとベースの接合エリアから外部へ流れ出すのを抑制できる。このため、パッケージの外観を低下させず、気密性が低下することによる製品特性に悪影響を与えることがなくなった。また、堤部を形成することで、金属母材とベースとの間に一定の隙間を作り、この部分にろう材を介在させることにより、溶融したろう材の厚みを確保して接合強度を高めることができる。加えて、上記金属母材に対して軟質のろう材とし、上記金属母材側からろう材層側にプレス打ち抜きすることで、極めて容易かつ安価に、金属母材のバリからなる堤部を形成することができる。しかも、上記金属母材のバリはより軟質のろう材に密着した状態で形成されるので、気密性を低下させることなく、かつろう材の噴出を抑制する堤部として形成することができる。
請求項２によれば、上述の作用効果に加え、金属部材とろう材をクラッド化することにより、各層の界面の密着性と平滑性が高まり、より信頼性の高い溶接による気密封止が実現できる。
請求項３によれば、上述の作用効果に加え、上記キャップは、少なくとも上記堤部とろう材層側の主面に、ろう材より高融点の薄膜を施しているので、上記ろう材は当該高融点の薄膜と堤部により取り囲まれ、ろう材のパッケージ内外への噴出をより一層抑制できる。
請求項４、または請求項５によれば、上記ベースと上記キャップをビーム溶接、またはシーム溶接によりろう接して気密封止してなる場合でも、溶融したろう材の流れ出し防止する効果が高く、より気密封止の信頼性を高めることができる。
以上のように、セラミック製のベースと、ろう材が形成された金属製のキャップとを溶接して気密封止する際の信頼性を向上させた電子部品用パッケージを提供することができる。
本発明による第１の実施形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図面とともに説明する。図１は第１の実施形態を示す表面実装型水晶振動子の断面図であり、図２は図１のキャップ部分の拡大図であり、図３は第１の実施形態を示す表面実装型水晶振動子の封止状態を示した断面図である。表面実装型水晶振動子は、上部が開口した凹部を有する平面矩形状のベース１と、当該ベースの中に収納される圧電振動板である水晶振動板３と、ベースの開口部に接合されるキャップ２とからなる。
ベース１は、例えばアルミナセラミック材料からなり、矩形平板形状のベース基体１ａと、中央部分が大きく穿設されるとともに外形サイズが上記ベース基体１ａとほぼ等しい枠体１ｂ、１ｃ、１ｄとからなり、さらに上記枠体１ｄの上面にはタングステンやモリブデンなどからなるメタライズ層１１ｄが形成され、これら各層が積層されて一体的に焼成されている。上記焼成成形後、枠体１ｄのメタライズの上面には、図示していないが、例えばニッケルメッキを形成し、その上部に金メッキを形成している。つまり、ベース１は、断面でみて凹形の電子素子収納部１０を有した形態となっており、凹形周囲の堤部１１上に周状のメタライズ層１１ｄが形成されている。このベース外周の４角には、図示していないが、上下にキャスタレーションと連結電極が形成されており、当該連結電極は、枠体１ｂの上面に形成された電極パッド１２，１３（１３については図示せず）、およびベース底面に形成された端子電極（図示せず）へとそれぞれ電気的に延出されている。なお、これらの端子電極、連結電極、電極パッドは、上記メタライズ層１１ｄと同様に、ダングステン、モリブデン等のメタライズ層を、ベースと一体的に焼成して形成し、当該メタライズ層の上部にニッケルメッキを形成し、その上部に金メッキを形成して構成されている。
上記電極パッドの上部には圧電振動板（電子部品素子）である例えば矩形のＡＴカットの水晶振動板３が搭載されている。水晶振動板３の表裏面には一対の励振電極（図示せず）が形成され、例えば水晶振動板３に接してクロム、金の順に、あるいはクロム、金、クロムの順に、あるいはクロム、銀、クロムの順で電極が形成されている。各励振電極は上記ベースの各々の電極パッドに引き出されており、当該電極パッドに励振電極が形成された水晶振動板３が、例えばシリコーン系の導電性樹脂接着剤やはんだなどの導電性接合材Ｄにより導電接合され、片持ち保持されている。
ベースを気密封止する金属製のキャップ２は平板形状であり、コバールからなる金属母材２ａに対してより軟質の銀ろうなどのろう材層２ｂが圧延などの手法によりクラッド化しており、かつ上記金属母材２ａ側からろう材層２ｂ側に向かってプレス打ち抜きすることで形成している。このため、図２に示すように、上記キャップの外周端部で金属母材２ａの一部がろう材層２ｂ側へ張り出すバリ２１ａが形成され、当該バリ２１ａが上記金属母材とろう材層に密着した状態で外周端部から隔てる堤部として構成される。なお、上記バリ２１ａは、図４に示すように、上記ろう材層２ｂの厚みとほぼ同じ高さに張り出させてもよく、このように構成することで、ろう材がキャップの側面から噴出することが一切なくなるのでより好ましい形態となる。
上記ベースとキャップの接合は、例えば、電子ビーム、イオンビーム、レーザビームなどのビーム溶接で行い、図３に示すように、ビームＢを、キャップ外周端部近傍に沿って周状に照射し、ろう材を溶融（ろう接）させ気密封止を行う。この気密封止作業は、図示していないが、パレットによりキャップの位置決めと加重を行い処理する。以上により表面実装型の水晶振動子の完成となる。
次に、本発明による第２の実施形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図５とともに説明する。図５は第２の実施形態を示す表面実装型水晶振動子の断面図である。第１の実施形態と同様の部分は同番号を付すとともに、説明の一部を割愛している。
第２の実施形態では、バリによって堤部を形成するのではなく、金属製のキャップ２を形成する際、金属母材２ａそのものにプレス加工やエッチング加工により堤部を形成し、堤部内の領域にて銀ろうなどのろう材層２ｂを介在させて形成している。なお、上記実施形態に限らず、コバールからなる金属母材の外形に対して、ろう材層の外形寸法を若干小さくした状態のものを重ね合わせて圧延し、クラッド化することで、金属母材の外周に堤部を形成することもできる。
次に、本発明による第３の実施形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図６とともに説明する。図６は第３の実施形態を示す表面実装型水晶振動子の断面図である。第１の実施形態と同様の部分は同番号を付すとともに、説明の一部を割愛している。
第３の実施形態では、第１の実施形態で開示したキャップに対して、少なくとも上記堤部とろう材層側の主面を覆い隠すように、ろう材より高融点の薄膜が施されている。図６では、キャップ２に全周に対して、銀ろう材層２ｂより高融点のニッケル薄膜２３ａが無電解メッキまたは電解メッキの手法により施されており、上記銀ろう材層２ｂはニッケル薄膜２３ａと堤部２１ａにより取り囲まれ、ろう材のパッケージ内外への噴出をより一層抑制できるのでより好ましいものとなっている。なお、銀ろう材より高融点の薄膜として、ニッケルに限らず、クロム、銅、アルミ、金、白金などの公知の材料をメッキ、蒸着、スパッタリング等に形成することができる。
次に、本発明による第４の実施形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図面とともに説明する。図７は第４の実施形態を示す表面実装型水晶振動子の断面図であり、図８は図７のキャップ部分の拡大図であり、図９は第４の実施形態を示す表面実装型水晶振動子の封止状態を示した断面図である。表面実装型水晶振動子は、上部が開口した凹部を有する平面矩形状のベース１と、当該ベースの中に収納される圧電振動板である水晶振動板３と、ベースの開口部に接合されるキャップ２とからなる。
ベース１は、例えばアルミナセラミック材料からなり、矩形平板形状のベース基体１ａと、中央部分が大きく穿設されるとともに外形サイズが上記ベース基体１ａとほぼ等しい枠体１ｅとからなり、上記枠体１ｅの上面にはタングステンやモリブデンなどからなるメタライズ層１１ｅが形成され、これら各層が積層されて一体的に焼成されている。上記焼成成形後、枠体１ｄのメタライズの上面には、図示していないが、例えばニッケルメッキを形成し、その上部に金メッキを形成している。つまり、ベース１は、断面でみて凹形の電子素子収納部１０を有した形態となっており、凹形周囲の堤部１１上に周状のメタライズ層１１ｅが形成されている。このベース外周の４角には、図示していないが、上下にキャスタレーションと連結電極が形成されており、当該連結電極は、ベース内部の底面に形成された電極パッド１２，１３（１３については図示せず）、およびベース底面に形成された端子電極（図示せず）へとそれぞれ電気的に延出されている。なお、これらの端子電極、連結電極、電極パッドは、上記メタライズ層１１ｅと同様に、ダングステン、モリブデン等のメタライズ層を、ベースと一体的に焼成して形成し、当該メタライズ層の上部にニッケルメッキを形成し、その上部に金メッキを形成して構成されている。
上記電極パッドの上部には圧電振動板（電子部品素子）である例えば矩形のＡＴカットの水晶振動板３が搭載されている。水晶振動板３の表裏面には一対の励振電極（図示せず）が形成され、例えば水晶振動板３に接してクロム、金の順に、あるいはクロム、金、クロムの順に、あるいはクロム、銀、クロムの順で電極が形成されている。各励振電極は上記ベースの各々の電極パッドに引き出されており、当該電極パッドに励振電極が形成された水晶振動板３が、例えばシリコーン系の導電性樹脂接着剤やはんだなどの導電性接合材Ｄにより導電接合され、片持ち保持されている。
ベースを気密封止する金属製のキャップ２は平板形状であり、ニッケルからなる金属材２ｄと、コバールからなる金属材２ａと、銅からなる金属材２ｃと、銀ろうなどのろう材層２ｂが順次積層され、圧延などの手法によりクラッド化しており、かつ上記ニッケル金属材２ｄ側からろう材層２ｂ側に向かってプレス打ち抜きすることで形成している。このため、図８に示すように、上記キャップの外周端部で金属材２ｄ、２ａ、２ｃ（これらを金属母材とする）の一部がろう材層２ｂ側へ張り出すバリ２１ａが形成され、当該バリ２１ａが上記金属材とろう材層の少なくとも界面付近で、ろう材に密着した状態で外周端部から隔てる堤部として構成される。
上記ベースとキャップの接合は、シーム溶接で行い、図９に示すように、一対のシームローラＲを、キャップ外周端部近傍に沿って接触させながら転動させて大電流を流し、ろう材を溶融（ろう接）させ気密封止を行う。以上により表面実装型の水晶振動子の完成となる。
なお、シーム溶接の場合、金属キャップの構成として、ニッケルからなる金属材と、コバールからなる金属材と、ニッケルからなる金属材と、銀ろうなどのろう材層が順次積層されたもの、あるいはニッケルからなる金属材と、コバールからなる金属材と、銀ろうなどのろう材層が順次積層されたものであっても、本実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態では、凹形周囲の堤部上に周状のメタライズ層のみが形成されたものを例にしているが、メタライズ層の上部にコバールなどの封止用金属リングが形成された物にも適用できる。
なお、上記実施形態では、ろう材として銀ろうを例にしているが、金スズろう、鉛フリーはんだ等の公知のろう材でもよく、公知のメッキ材の一部を溶融させてろう材としてもよい。また、圧電振動板として矩形のＡＴカットの水晶振動板を例にしているが、音叉型振動片、圧電フィルタ素子、ＳＡＷ（弾性表面波）素子等の圧電振動デバイス素子、もしくは他の電子部品素子であってもよい。さらに、上記実施形態では、表面実装型水晶振動子を例にしているが、水晶フィルタ、水晶発振器、弾性表面波デバイス、もしくは半導体デバイスなど電子機器等に用いられる他の表面実装型の電子部品用パッケージにも適用できる。
１ ベース
２ キャップ
３ 水晶振動板（圧電振動板）
２ キャップ
３ 水晶振動板（圧電振動板）
Claims (5)
- 電子部品素子を収納し、上面外周端部にメタライズ層が形成されたセラミックのベースと、当該ベースのメタライズ層の上部に搭載される金属製のキャップとをろう接して気密封止してなる電子部品用パッケージであって、
前記キャップは、金属母材とろう材層の少なくとも２層からなり、前記金属母材に対して軟質のろう材層とするとともに、前記金属母材の一部が前記キャップの外周端部でろう材層側へ張り出す堤部を具備してなり、当該堤部は前記金属母材側からろう材層側にプレス打ち抜きすることで形成された金属母材のバリからなることを特徴とする電子部品用パッケージ。 - 前記キャップは、金属母材とろう材層の少なくとも２層がクラッド化されてなることを特徴とする特許請求項１記載の電子部品用パッケージ。
- 前記キャップは、少なくとも前記堤部とろう材層側の主面に、ろう材より高融点の薄膜を施してなることを特徴とする特許請求項１、または特許請求項２記載の電子部品用パッケージ。
- 前記ベースと前記キャップをビーム溶接によりろう接して気密封止してなることを特徴とする特許請求項１〜３のうちいずれか１項記載の電子部品用パッケージ。
- 前記ベースと前記キャップをシーム溶接によりろう接して気密封止してなることを特徴とする特許請求項１〜３のうちいずれか１項記載の電子部品用パッケージ。
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