JP4012739B2 - 複合電子部品 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子、水晶振動子、ＩＣチップ等の電子部品素子をセラミックパッケージに収容し、金属製蓋体で気密封止してなる電子部品を含み、この電子部品を実装基板上に搭載し、かつ、金属ケースが金属製蓋体とスポット溶接させて電子部品を覆うように構成した複合電子部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子部品の一例である水晶発振子１０１は、図６に示すような構造が既に知られてる。即ち、水晶発振子１０１は、図６に示すように、主に容器であるセラミックパッケージ１０２、水晶振動子１０３及び金属製蓋体１０５により構成されていた。
【０００３】
セラミックパッケージ１０２は平板状セラミック基板１０２１、リング状セラミック基板１０２２及びシールリング１０２４を積層して、全体として表面が開口したキャビティ部１０２０が形成されている。このキャビティ部１０２０の内の底面には、水晶振動子１０３を固定し、且つ電気的な接続を達成する電極パッド１０２５が形成されている。
【０００４】
シールリング１０２４は、例えば、シールリング１０２４が、リング状セラミック基板１０２２上部に被着形成したメタライズ層１０２３上にろう付けなどにより固定されてなる。また、このシールリング１０２４の表面側には、不図示であるがメッキ手法により形成されたメッキ処理（不図示）が施されている。
また、水晶振動子１０３は両主面に互いに対向する励振電極１０３０、１０３０と励振電極１０３０より水晶振動子１０３の内面側に引き出される不図示の引出電極を有しており、この引出電極は電極パッド１０２５に導電性接着剤１０４を介して電気的且つ機械的に接続されている。
一方、金属製蓋体１０５は略矩形状平板に形成されたコバールにより形成され、平板の表面と内面の全域と両端面にＮｉによりメッキ処理が施されて成る。
【０００５】
また、このような水晶発振子１０１を用いて作成した複合型電子部品である温度補償型水晶発振器を図７に示す。
このような温度補償型水晶発振器１０６は、主に前述の水晶発振子１０１、実装基板１０１０、金属ケース１０８により構成される。
【０００６】
実装基板１０１０は、単板構造又は内部に所定配線導体が形成された多層構造のセラミック基板又はガラスエポキシ樹脂などの基板１０１１と少なくとも基板１０１１の表面に形成され、所定回路を構成する配線パターン（不図示、以下同じ）と基板１０１１の表面に形成され配線パターンに接続され、電子部品１０１、１０７が搭載される電極パッド１０１２と基板１０１１の内面に形成され、同様に配線パターンに接続された端子電極１０１３とから構成されている。
【０００７】
このような実装基板１０１０は、公知の多層配線基板、厚膜回路基板、ガラスエポキシ基板の製造方法によって作成される。
【０００８】
金属ケース１０８は、電子部品である水晶発振子１０１、電子部品１０７を覆うような形状、例えば、底面側から開口して筐体状となっており、ＳＵＳ３０４をプレス成型して形成される。即ち、金属ケース１０８は、天井面１０８１、４つの側面１０８２・・・を有する形状であり、その厚みは８０μｍ程度となっている。また、４つの側面１０８２・・・の高さ方向の寸法は、接合用電子部品素子の搭載高さに比較して若干短い寸法となっている。即ち４つの側面１０８２と実装基板１０１０とは直接接触していない。
【０００９】
なお、金属ケース１０８は、その表面がカーボン（Ｃ）などの黒色顔料を有するメッキ槽でＮｉメッキされ、表面のみが黒色化されている。
【００１０】
温度補償型水晶発振器１０６の製造については、水晶発振子１０１を実装基板１０１０上に形成した電極パッド１０１２に半田や導電性樹脂ペーストなどにより接続し、図７に示すように、金属ケース１０８を水晶発振子１０１の金属製蓋体１０５の上部に金属ケース１０８で覆い、更に実装基板１０１０の上部の略全体を覆うように載置し、スポット的にレーザーなどのエネルギービームを照射することにより、高温化し金属ケース１０８と金属製蓋体１０５のレーザー照射部を溶融させ接合させていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように金属製蓋体１０５がシールリング１０２４上に載置され、溶接・接合されるのだが、その後、実装基板１０１０に搭載され半田などにより固定され、水晶発振子１０１の表面の金属製蓋体１０５上部に金属ケース１０８が載置され、例えば４箇所といった複数の箇所にてスポット的にエネルギービーム、例えばレーザーなどを照射し、金属ケース１０８内面及び金属製蓋体１０５表面を共に溶融させることにより一体化する手法により接合される。
【００１２】
しかし、図８に示すように、このようにスポット的にレーザーなどを照射する方法は照射した箇所、即ち、金属ケース１０８の内面及び水晶発振子１０１の金属製蓋体１０５表面を局所的に高温にし溶融させ接合する手法であるが、このように溶融させる際、金属製蓋体１０５については表面の封止用メッキ層であるＮｉ層のみを溶かすことが必要なのだが、パワーが大き過ぎると金属製蓋体１０５の内面の対応する位置のＮｉ層についても溶融させてしまい、この溶けた金属成分（異物）がセラミックパッケージのキャビティ内部に飛散し水晶振動子１０３表面に付着するという問題があった。
【００１３】
具体的には、金属ケース１０８と金属製蓋体１０５をレーザー照射してスポット溶接することでレーザーのエネルギービームの強弱により金属製蓋体の内面即ちキャビテイ内側のＮｉメッキ層も溶融しキャベティ内に金属成分が飛散することになる。この溶融して飛散した金属成分が水晶振動子１０３に付着した場合には電極間ショート等により、発振特性が大きく変動してしまい、その結果、所望特性が得られないという問題があった。即ち、飛散した金属成分による共振特性の劣化や、金属成分が振動電極に付着した場合には金属成分の質量付加効果により共振周波数が変動し、水晶発振子の発振周波数の飛び等により特性不良となつたり、キャビテイ１０２０内に金属異物を含有した状態のものを基板実装した場合は、基板実装後に上記理由により特性変動し信頼性の面で大きな問題となっていた。
【００１４】
本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、金属成分等の飛散が防止されて信頼性が大きく向上し、安定した発振特性を得ることができる複合電子部品を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために本発明は、キャビティを有するセラミックパッケージと、前記キャビティ内に収容される電子部品素子と、前記キャビティ開口の周囲に設けられるシールリングと、前記キャビティの開口を塞ぐ金属製蓋体と、前記金属製蓋体の下面で前記シールリングと対応する部分に形成された封止用メッキ層とを備えてなる第１の電子部品と、前記第１の電子部品とともに所定回路を構成する第２の電子部品と、前記第１及び第２の電子部品を搭載する実装基板と、前記第１の電子部品の金属製蓋体にスポット溶接されるとともに、前記第２の電子部品を覆う金属ケースと、を有する複合電子部品であって、前記封止用メッキ層は、前記金属ケースと前記金属製蓋体とがスポット溶接される部位に対応する前記金属製蓋体の下面の領域が露出されるように、前記シールリングと対応する部分から延出して前記金属製蓋体の下面を覆っていることを特徴とする複合電子部品と提供する。
また本発明の複合電子部品は、記電子部品素子が、水晶基板と該水晶基板の両主面に形成される励振電極と、を含んで構成される水晶振動子であることを特徴とする。
また本発明の複合電子部品は、前記第１の電子部品とともに発振回路を構成していることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複合電子部品を図面に基づいて詳説する。
【００１７】
なお、以下は、複合電子部品の一例として、水晶発振子１（第１の電子部品）とともに発振回路を構成する電子部品（第２の電子部品）とを含む温度補償型水晶発振器で説明する。
【００１８】
ここで、電子部品素子とは、圧電基板により作製された圧電振動子や水晶振動子、弾性表面波共振子、その他、コンデンサ、抵抗、ＩＣチップなどの電子部品も含まれる。また、水晶発振子は、前記水晶振動子、弾性表面波共振子、その他の圧電基板により作製された圧電振動子のみを収容した水晶発振子及び圧電発振子や、前記圧電振動子とともにＩＣチップ、コンデンサ、抵抗などの電子部品素子を搭載した発振子も含まれる。
【００１９】
温度補償型水晶発振器６は、実装基板１０上に水晶発振子１（第１の電子部品）、発振回路を構成する電子部品（第２の電子部品）を搭載するとともに、水晶発振子１、電子部品を覆う金属ケース８から成る。
【００２０】
まず、水晶発振子１の構成について説明する。図１は水晶発振子１の中央横断面図、図２（ａ）は金属製蓋体５の端部拡大断面図、（ｂ）は金属製蓋体５の内面側の平面図、（ｃ）は金属ケースと接合される金属製蓋体５の表面側の平面図である。
【００２１】
水晶発振子１は、図１に示すように主にセラミックパッケージ２、水晶振動子３及び金属製蓋体５で主に構成されている。
【００２２】
セラミックパッケージ２は、平板状セラミック基板２１、リング状セラミック基板２２が積層され、更に、リング状セラミック基板２２の表面のキャビティ２０開口周囲にメタライズ層（不図示）が形成され、そのメタライズ層上にろう材（不図示）等によりシールリング２４が取着されている。これにより、セラミックパッケージ２は、表面開口を有するキャビティ２０が形成される。また、平板状セラミック基板２１上、即ち、キャビティ２０内の底面になる部分には、水晶振動子３と機械的に固定及び電気的に接続される電極パッド２５が形成されている。
【００２３】
また、セラミックパッケージ２の内面には、電極パッド２５に導通する端子電極２６が形成されている。そして、セラミックパッケージ２の内部にはその厚み方向に電極パッド２５と端子電極２６とを導通し、メタライズ層と端子電極２６とを導通する不図示のビアホール導体が形成されている。
【００２４】
このような電極パッド２５、端子電極２６、メタライズ層は、所定のセラミックグリーンシートにモリブデンやタングステンなどの高融点金属材料から成る導電性ペーストを充填印刷するとともに、シート表面に所定形状に導電性ペーストを印刷することにより形成される。なお、上述の形成方法は、グリーンシートの積層による方法で示したが、これに限定されず、例えば、セラミック粉末によるプレス成形で形成してもよい。
【００２５】
また、シールリング２４は不図示であるが４２アロイやコバール、リン青銅からなる心材と、その表面にＡｕメッキ層、Ｎｉメッキ層が順次形成されている。シールリング２４の取り付けとしては、上述のようにリング状セラミック基板２２表面にモリブデンやタングステンなどの高融点金属材料からなる導電性ペーストを印刷し、所定雰囲気で焼成することによりメタライズ層（不図示）を形成し、該メタライズ層上にＮｉ、Ａｕメッキ層を形成しＡｇろう等のろう材（不図示）などを用いて接合されている。
【００２６】
水晶振動子３は、所定結晶軸でカットされた短冊状の水晶基板と、水晶基板の両主面に形成される励振電極と、その励振電極から水晶基板の一方の端部に延びる引き出し電極を具備している。
【００２７】
金属製蓋体５は、図２（ａ）の金属製蓋体５の一部横断面図に示すように、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金（４２アロイ）やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）などから成る金属板５０と、その金属板５０の表面及び内面に封止用メッキ層であるＮｉメッキ層５１が形成されているが、図２（ｂ）に示すように内面の一部については、中央寄りに略矩形状に金属板５０が露出する露出部５ａが形成され、その中の領域に対応する金属製蓋体５の表面領域は、後述の金属ケース８とスポット溶接されるスポット溶接部５２が複数形成されることになる。この露出部５ａは図４，図５に示すように複数形成しても良い。
【００２８】
また、形状としては、全体として略矩形状でスポット溶接部５２から露出部外周５ｂまでの距離ｄは金属製蓋体５の板厚の３〜５倍程度が望ましい。
【００２９】
ここでＮｉメッキ層５１に変えて金属製蓋体５の内面にクラッド加工したものでもよい。同様にクラッド材の露出部外周５ｂまでの距離ｄは金属製蓋体５の３〜５倍程度の距離とする。
【００３０】
このような金属製蓋体５は、シールリング２４上に搭載されキャビティ２０を窒素ガスや真空などで気密的に封止する。具体的には、所定雰囲気中で金属製蓋体５をシールリング２４上に載置して、シールリング２４の表面の金属と金属製蓋体５の金属の一部とが溶接するように溶接用のローラ電極に所定電流を印加して溶接を行う。
【００３１】
また、複合電子部品である温度補償型水晶発振器６は主に前述の水晶発振子１、実装基板１０、金属ケース８により構成される。
【００３２】
実装基板１０は、単板構造、内部に所定配線導体が形成された多層構造のセラミック基板、ガラスエポキシ基板などの基板１１からなり、少なくとも基板１１の表面に形成され、所定回路を構成する配線パターン１２と、基板１１の底面や側面に形成され、配線パターン１２に接続され、端子電極１３とから構成されている。
【００３３】
発振回路等を構成する電子部品７（第２の電子部品）は、温度補償型水晶発振器の概略回路構成、即ち、上述した水晶発振子１（第１の電子部品）とともに、温度補償回路部、周波数調整回路部、発振・増幅回路部を構成するのも含まれる。例えば、水晶振動子部にあっては、金属製気密容器や、金属製蓋体を有する気密容器に水晶振動子を収容した水晶発振子が例示でき、温度補償回路部にあっては、コンデンサ、抵抗、サーミスタが例示でき、周波数調整回路部にあっては、コンデンサが例示でき、発振・増幅回路部にあっては、トランジスタ、コンデンサ、抵抗、インダクタンス素子などが例示できる。
【００３４】
金属ケース８は、少なくとも電子部品素子１、７を覆うような形状、例えば、底面側から開口して筐体状となっており、ＳＵＳ３０４をプレス成型して形成される。即ち、金属ケース８は、天井面８１、４つの側面８２・・・を有する形状であり、その厚みは８０μｍ程度となっている。また、４つの側面８２・・・の高さ方向の寸法は、水晶発振子１の搭載高さに比較して若干短い寸法となっている。即ち４つの側面８２と実装基板１０とは接触しておらず電気的にオープン状態になっている。この金属ケース８の材質は外来ノイズの影響を受けにくい遮蔽効果の高い金属が望ましい。
【００３５】
なお、金属ケース８は、その表面がカーボン（Ｃ）などの黒色顔料を有するメッキ槽でＮｉメッキされ、表面のみが例えば黒色化されている。
【００３６】
このような金属ケース８を実装基板１０に搭載・接続された水晶発振子１の表面に実装基板１０と対応する位置に載置し、水晶発振子１の金属製蓋体５とスポット的にレーザーなどのエネルギービームを照射することにより、高温化し溶融接合させる。
【００３７】
このとき、金属ケース８と金属製蓋体５を溶接により接合する箇所は、金属製蓋体５の表面の露出部５ａに対応する位置であり、そこにレーザーなどのパワーが強過ぎる場合でも、金属製蓋体５のスポット溶接位置に対応する領域には封止用メッキ層が形成されていない。そのため、スポット溶接位置が高温になった場合でも露出部５ａでは封止用メッキ層が形成されてないため溶融が起こらないことになり、金属成分などがキャビティ２０内部に飛散することがない。従って、安定した発振特性の温度補償型水晶発振器が達成される。
【００３８】
なお、金属製蓋体５ａに上述の露出部５ａを形成するだけでなく、金属製蓋体５表面のスポット溶接位置に溶接用メッキ層を形成するだけでその他を形成させなくても可能である。これによっても、実装基板１０上の電子部品７に飛散することを抑制させることができる。
【００３９】
次に、本発明の製造方法について説明する。
まず、セラミックパッケージ２を用意し、その底面上に形成した電極パッド２５にＡｇを含有する導電性樹脂ペースト４を供給し、両主面に励振電極及びそれぞれの主面に励振電極から導出された引き出し電極を形成した水晶振動子３の引き出し電極が電極パッド２５と接続するように、導電性樹脂ペースト４に水晶振動子３を載置する。そして、導電性樹脂ペースト４を硬化して、セラミックパッケージ２に水晶振動子３を固定する。その後、所定雰囲気中で、シールリング２４上に金属製蓋体５を載置し、両者を金属製蓋体５の外周部にローラ電極を接触させ電流を印加しながら周回して金属製蓋体５の外周に接触させることにより金属製蓋体５の全周に対しシーム溶接を行う。このようにして水晶発振子１が得られる。
【００４０】
次に、水晶発振子１と実装基板１０を準備し、電極パッド１２上に半田または導電性樹脂ペーストを塗布し、表面に電子部品１、７を搭載し、加熱などにより導電性樹脂ペーストを硬化させ、電子部品装置１、７を実装基板１０に接続させる。その後、電子部品装置である水晶発振子１の金属製蓋体5上部に金属ケース８を載置し、金属製蓋体５の露出部５ａに対応する位置の上部において金属ケース８と金属製蓋体５をスポット的にレーザーなどのエネルギービームを照射することにより、金属ケース８と金属製蓋体５を溶融接合する。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、金属ケースとスポット溶接される部位に対応する前記金属製蓋体の内面の領域は、前記金属板の表面が露出する露出部が形成されているために、金属製蓋体の表面のみが溶接され内面が溶接されなくなり、溶接時に金属製蓋体内面は溶融しないようにすることができ、これにより、キャビティ内部に金属成分が飛散するのを抑えることができる。
【００４２】
また、スポット溶接時のパワーを強くした場合でも安定して溶接することが可能となる。
【００４３】
従って、信頼性が向上し、安定した特性の電子部品装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合電子部品の第１の電子部品の一例として用いる水晶発振子の中央横断面図である。
【図２】（ａ）は第１の電子部品に用いる水晶発振子の金属製蓋体の一部中央横断面図である。（ｂ）はその金属製蓋体の内面側の平面図である。（ｃ）はその金属製蓋体の上部断面図である。
【図３】本発明の複合電子部品の一例である水晶発振子を搭載した温度補償型水晶発振器の側断面図である。
【図４】本発明の複合電子部品の他の実施の形態に用いる第１の電子部品の金属製蓋体の内面側平面図である。
【図５】本発明の複合電子部品の他の実施の形態に用いる第１の電子部品の金属製蓋体の内面側平面図である。
【図６】従来の第１の電子部品の側断面図である。
【図７】従来の第１の電子部品を搭載した複合電子部品の側断面図である。
【図８】従来の第１の電子部品を搭載した複合電子部品のスポット溶接部の要部拡大側断面図である。
【符号の説明】
１：水晶発振子（第１の電子部品）
２：セラミックパッケージ
３：水晶振動子（電子部品素子）
５：金属製蓋体
５１：封止用メッキ層
５２：スポット溶接部
５ａ：露出部
５ｂ：露出部外周
２４：シールリング
６：温度補償型水晶発振器（複合電子部品）
７：電子部品（第２の電子部品）
８：金属ケース
１０：実装基板
１１：基板
１２：配線パターン
１３：端子電極

Claims (3)

1. キャビティを有するセラミックパッケージと、前記キャビティ内に収容される電子部品素子と、前記キャビティ開口の周囲に設けられるシールリングと、前記キャビティの開口を塞ぐ金属製蓋体と、前記金属製蓋体の下面で前記シールリングと対応する部分に形成された封止用メッキ層とを備えてなる第１の電子部品と、
   前記第１の電子部品とともに所定回路を構成する第２の電子部品と、
   前記第１及び第２の電子部品を搭載する実装基板と、
   前記第１の電子部品の金属製蓋体にスポット溶接されるとともに、前記第２の電子部品を覆う金属ケースと、を有する複合電子部品であって、
   前記封止用メッキ層は、前記金属ケースと前記金属製蓋体とがスポット溶接される部位に対応する前記金属製蓋体の下面の領域が露出されるように、前記シールリングと対応する部分から延出して前記金属製蓋体の下面を覆っていることを特徴とする複合電子部品。
2. 前記電子部品素子は、水晶基板と該水晶基板の両主面に形成される励振電極と、を含んで構成される水晶振動子であることを特徴とする求項１に記載の複合電子部品。
3. 前記第２の電子部品は、前記第１の電子部品とともに発振回路を構成していることを特徴とする請求項２に記載の複合電子部品。

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