JP4077563B2 - 水晶振動子の容器とその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面実装型の水晶振動子に用いられる容器に関するものであり、特に容器を構成するベースとキャップを接合材を介して気密封止する際に用いるキャップとその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、表面実装型水晶振動子を構成する容器の気密封止方法の1つとして、加熱により溶融する接合材、例えばAu−Sn共晶合金などを介して水晶振動子の容器を構成するベースとキャップとを真空中もしくは不活性ガス中にて気密封止する方法がある。
【0003】
前記方法で行う場合は、図8に示すようにセラミックスからなるベース9に水晶5は導電性を有する接着剤7にて接着固定し、真空中もしくは不活性ガス中でベース9とキャップ1とをAu−Sn共晶合金など300℃前後で溶融する接合材3を介して接合し気密封止する。
【0004】
この際用いるキャップ1は、図3の斜視図に示すキャップB12のように例えば、幅3mm、長さ5mmであり、厚みは100ミクロンと薄いため板材をプレス加工により得る。そのキャップB12の円形で囲ったB部の詳細を以下図4の断面図にて説明する。
【0005】
コバール合金からなる母材40に化学めっき法にてめっき層50を形成するが、内訳は下地層60としてNiを1〜10ミクロン形成し、その後トップ層71としてAuを1ミクロン前後形成する。それは上面20及び側面30にも形成される。その後トップ層71はAu−Sn共晶合金と接合して気密封止する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図4にて説明したキャップB12には次のような問題点がある。
【0007】
一般に水晶振動子は、図5に示すように、その機能である周波数や製造メ−カー及び製造年月をキャップ1の上面に印字するが、近年はレーザー加工を使用する例が増えている。しかし、図4にて説明したキャップB12をレーザーにて印字加工すると、図7に示すB印字82のように、英数字である12.8Mは字体の周辺が黒ずんでしまい字体の識別が困難である。そこで、ブラシをかけて黒色化物を除去していた。
【0008】
さらなる問題を図9の周波数経時変化推移グラフ15にて説明する。図9は気密封止された水晶振動子の発振周波数を1000H、2000Hに渡って測定したものである。試料Bは従来使用しているキャップ、すなわち図4に示すキャップB12を用いて気密封止した試料である。これによれば発振周波数変化率の規格値は1000Hにて±1ppmであるが2000Hで−1ppmを越えている。従って長期の周波数経時変化に問題がのこる。原因はめっき層50に含まれるガスが徐々に容器内に放出され、水晶表面に付着することで周波数がシフトするものと考えられる。
【0009】
以上の説明で明らかなように、図4に示す従来のキャップBではレーザー加工にて印字品質に不都合が生じる。加えて水晶振動子の周波数経時変化が劣化する問題点がある。
【0010】
そこで本発明の目的は、レーザー加工にて印字される字体の周辺に発生する黒ずんだ状態がない、もしくは少なくなる、更に周波数の経時変化が長期に渡って変化が少ない、すなわち2000Hでも±1ppm以内に入るという2種の課題を解決したキャップを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
ベースとキャップにより構成された容器に水晶を収納した水晶振動子の容器の製造方法であって、少なくとも、前記キャップの母材となる板材を所定形状にプレス加工する工程と、所定形状に加工された前記板材の表面全体にめっき下地層をめっきする工程と、前記めっき下地層上にめっきトップ層をめっきする工程と、前記めっきトップ層と前記めっき下地層が形成された前記キャップを熱処理し、前記めっきトップ層を前記めっき下地層に拡散させめっき拡散層を形成する工程と、前記めっき拡散層が形成されたキャップと前記ベースを接合材を介して配置し、前記接合材を加熱し溶融することで前記ベースと前記キャップを接合する工程と、を有する水晶振動子の容器の製造方法とする。
【0012】
さらに、前記めっき下地層はNiからなり、その膜厚は1〜10ミクロンの範囲である水晶振動子の容器の製造方法とする。
【0013】
さらに、前記めっきトップ層は、Au、Au−Co合金、Pd、Ni−Pd合金の何れか一つの単層、あるいはAu、Au−Co合金、Pd、Ni−Pd合金のうち複数の組み合わせからなる積層からなり、その膜厚は0.01〜1ミクロンの範囲である水晶振動子の容器の製造方法とする。
【0014】
さらに、前記めっきトップ層と前記めっき下地層が形成された前記キャップの熱処理を500℃以上1000℃以下の温度で行なう水晶振動子の容器の製造方法とする。
【0015】
さらに、前記キャップの母材となる板材を所定形状にプレス加工する工程の後に、前記板材のエッヂ部に曲率を形成する工程を有する水晶振動子の容器の製造方法とする。
【0016】
さらに、前記板材のエッヂ部に曲率を形成するための工程がバレル研磨により行なわれる水晶振動子の容器の製造方法とする。
【0017】
さらに、前記水晶振動子の容器の製造方法により製造された水晶振動子の容器とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下図面により本発明の一実施の形態を説明する。図1、図2、図4、図8にて本発明の構成を説明する。図1は本発明によるキャップA11の斜視図である。図1の円形で囲ったA部の詳細が図2のキャップA11の断面図である。図2に示す母材40は従来のコバール合金で説明するが、Fe−Ni合金等でも良い。母材40上にめっき層50が形成されてるが、その内面は下地層60とその上に拡散層70からなっている。ここで、拡散層70を図4も用いて説明すると下地層60の上にトップ層71をめっきし、しかる後高温にて熱処理するとトップ層71は下地層60に拡散し拡散層70となる。
【0019】
例えば、下地層60がNiで、トップ層71をAuとすれば、熱処理することでAuはNiの表面に拡散し、Au−Niからなる拡散層70が形成される。本発明は熱処理を施すことで拡散層70を形成することにある。
【0020】
この拡散層70は図8の接合材3すなわちAu−Sn共晶合金を溶融し接合した場合に有効な密着力が得られる。更に、表面はAuのみでなくNiも多く存在し色調はNi色と大差ない。また、高温にて熱処理を施したことからめっき処理の際にNiやAuに含まれる有機物が灰化しガスとなって放出される。
【0021】
本発明において上述の拡散層70はレーザーにて印字加工をしても図6のA印字81のように黒色化しない。つまり、Ni単体に印字加工しても黒色化せず、Auに印字加工すると黒色化するがその中間的材料、すなわちNiとAuの双方が拡散して存在する場合はレーザーのパワーを低下することで黒色化が防げる。
【0022】
一方、熱処理を施し拡散層70を設けたことで、水晶振動子の周波数変化量は図9の周波数経時変化推移グラフ15の試料Aに示すように2000Hを経過しても±1ppm以下に維持することができる。この理由は、図8に示すように水晶5を内蔵したベース9とキャップ1を真空中で気密封止する際、ベース9とキャップ1との接合は接合材3を300℃前後で溶融させる。この接合材3が溶融し図2のキャップ表面の拡散層70に濡れ封止が完了した時、拡散層70に含有するガスは既に熱処理により少なくなっており容器内に閉じこもるガス量が少ないことで容器内を高真空に維持することができる。従って、水晶片5の表面にガスの付着が少なく周波数経時変化が小さくなる。
【0023】
図10は本発明の実施の形態に於けるキャップの製造工程である。例えば図2に示すようなキヤップA11を実現する場合、図10による製造工程では工程1にて母材をプレスにて外形加工する。母材にはコバール合金やFe−Ni系合金を使用する。上記でプレス加工としたが、エッチング加工でも良い。
【0024】
次の工程2では、工程1にて外形加工されたキャップA11をバレル研磨する。この目的は図11に示すようにR部32を形成するためである。R部32が無い場合はブレス加工にてバリが生じ、図8に示す封止の際、キャップ1とベース9の間にバリが介在し接合材3の濡れ不良が生じる。
【0025】
工程3ではバレル研磨後に化学研磨を行う。化学研磨はバレル研磨の際に付着した砥粒の除去や表面の平滑性が目的である。しかし、用途によりバレル研磨、化学研磨の何れか一方の加工でも良い。
【0026】
工程4では下地層60のめっきを行う。Niめっきであってその膜厚は1〜10ミクロンの範囲で、上面20と側面30の全面に形成する。
【0027】
工程5では下地層60の上に図4に示すようなトップ層71のめっきを形成する。めっき材料はAu、Au−Co合金、Pd、Ni−Pd合金の何れか単層もしくは複数の組み合わせからなる積層でも良い。このめっきを実施する目的は、図8に示す接合材3との密着性を向上させるためである。膜厚は0.01〜1ミクロンの範囲である。0.01ミクロンより小さい場合は薄くて接合材3の密着力が得られず、1ミクロン越えた場合は色調がAu色になる問題があるからである。
【0028】
工程6では上記の工程5で得られたキャップA11を熱処理する。熱処理は真空中もしくは窒素−水素の混合ガス中にて行い、その温度は500〜1000℃の範囲であって、時間は60min以下である。この温度と時間はキャップA11に求められる色調により設定される。
【0029】
上記のようにして得られたキャップA11は次のように用いる。図8に示すようにセラミックスやガラスからなるベース9に水晶5を導電性接着剤7にて支持固定し、本発明によって得られたキャップA11には予め接合材3を融着しておくか、もしくは接合材3は融着せず所定の形状に加工されたリング状のものを設置するかし、真空中にてベース9とキャップA11を封止するものである。
【0030】
【発明の効果】
上述した説明のように本発明によれば、キャップにめっき層を形成し所定の熱処理を施すことで表面に拡散層が形成され、この拡散層にレーザーを照射して印字加工すると印字の周辺が黒色化しない。従って、従来行っていたブラシ作業を省くことが出来る。また、熱処理によって形成された拡散層は、ガスを含有していないことから封止時にガス発生がなく高真空封止が可能である。その結果、水晶振動子の周波数経時変化が大きく改善できる。本発明のキャップは水晶振動子を例に説明したが、フィルター、発振器などの容器にも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態によるキャップを示す斜視図である。
【図2】本発明の実施の形態によるキャップを示す断面図である。
【図3】従来の実施の形態によるキャップを示す斜視図である。
【図4】従来の実施の形態によるキャップを示す断面図である。
【図5】理想的な実施の形態によるキヤップを示す斜視図である。
【図6】本発明の実施の形態による印字状態を示す平面図である。
【図7】従来の実施の形態による印字状態を示す平面図である。
【図8】水晶振動子の封止構造を示す断面図である。
【図9】水晶振動子の周波数経時変化を示すグラフである。
【図10】本発明の実施の形態による製造工程である。
【図11】本発明の実施の形態によるキャップの断面図である。
【符号の説明】
11 キャップ
3 接合剤
5 水晶
7 接着剤
9 ベース
40 母材
60 下地層
71 拡散層
70 トップ層
Claims (7)
- ベースとキャップにより構成された容器に水晶を収納した水晶振動子の容器の製造方法であって、
少なくとも、
前記キャップの母材となる板材を所定形状にプレス加工する工程と、
所定形状に加工された前記板材の表面全体にめっき下地層をめっきする工程と、
前記めっき下地層上にめっきトップ層をめっきする工程と、
前記めっきトップ層と前記めっき下地層が形成された前記キャップを熱処理し、前記めっきトップ層を前記めっき下地層に拡散させめっき拡散層を形成する工程と、
前記めっき拡散層が形成されたキャップと前記ベースを接合材を介して配置し、前記接合材を加熱し溶融することで前記ベースと前記キャップを接合する工程と、
を有することを特徴とする水晶振動子の容器の製造方法。 - 前記めっき下地層はNiからなり、その膜厚は1〜10ミクロンの範囲であることを特徴とする請求項1に記載の水晶振動子の容器の製造方法。
- 前記めっきトップ層は、Au、Au−Co合金、Pd、Ni−Pd合金の何れか一つの単層、あるいはAu、Au−Co合金、Pd、Ni−Pd合金のうち複数の組み合わせからなる積層からなり、その膜厚は0.01〜1ミクロンの範囲であることを特徴とする請求項1乃至2に記載の水晶振動子の容器の製造方法。
- 前記めっきトップ層と前記めっき下地層が形成された前記キャップの熱処理を500℃以上1000℃以下の温度で行なうことを特徴とする請求項1乃至3に記載の水晶振動子の容器の製造方法。
- 前記キャップの母材となる板材を所定形状にプレス加工する工程の後に、前記板材のエッヂ部に曲率を形成する工程を有することを特徴とする請求項1乃至4に記載の水晶振動子の容器の製造方法。
- 前記板材のエッヂ部に曲率を形成するための工程がバレル研磨により行なわれることを特徴とする請求項5に記載の水晶振動子の容器の製造方法。
- 請求項1乃至6に記載の水晶振動子の容器の製造方法により製造された水晶振動子の容器。
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