JP4251721B2 - 気密端子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気密端子およびその製造方法に関し、より詳細には、鉛フリー（レス）の比較的高い液相線温度を有するろう材となる異種金属層の積層体を有する気密端子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ろう付けはいろいろな分野で実施されており、ろう材としては、錫（Ｓｎ）と鉛（Ｐｂ）の共晶はんだ（以下Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだ）が最もよく知られている。このＳｎ−Ｐｂ共晶はんだは、Ｓｎ６１．９ｗｔ％とＰｂ３８．１ｗｔ％の組成を有し、共晶点の溶融温度が１８３℃のものである。また、このＳｎ−Ｐｂ共晶半田をリフロー半田として用いる電子部品のろう付けにおいては、このリフロー温度で電子部品内部の電子素子のろう付け部分のろう材が溶融して、電子素子が脱落することがあってはならない。そのために、電子部品内部の電子素子のろう付け部分のろう材としては、例えば高温半田と称されるＰｂ９０〜９９ｗｔ％−Ｓｎ１〜１０ｗｔ％の組成のＰｂ−Ｓｎ合金が用いられている。この高温はんだは、液相線温度が３２０℃で、固相線温度が３１０℃である。
【０００３】
図１３は、上記の高温はんだを用いた電子部品の一例としての圧入型水晶振動子Ｆの断面図である。
図１３において、４０は気密端子で、金属外環４１にガラス４２を介してリード４３，４３が気密に封着されている。前記金属外環４１およびリード４３，４３の露出部分には、前記の高温はんだ４４，４４がめっきその他の方法で形成されている。そして、前記リード４３，４３の先端部に、前記高温はんだ４４を利用して、水晶振動片４５の電極４６，４７がろう付けされている。さらに、前記水晶振動片４５を組み付けた気密端子４０を、金属キャップ４８に圧入封止して、圧入型水晶振動子Ｆが構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、最近、Ｐｂの有害性がクローズアップされて、環境問題のために、各国でＰｂの使用を規制する動きがあり、我が国の電子部品業界でも有害物質であるＰｂの使用を制限する動きがある。このため、Ｐｂフリー（またはＰｂレス）と称される代替半田が開発研究されている。このようなＰｂフリーの代替半田は、専らＳｎ−Ｐｂ共晶はんだの代替として開発研究されており、できるだけＳｎ−Ｐｂ共晶はんだの共晶点の溶融温度である１８３℃に近い溶融点のものが求められており、Ｓｎ−Ａｇ系やＳｎ−Ｂｉ系が開発の主流になっている。
【０００５】
このＳｎ−Ｐｂ共晶半田の代替半田をリフロー半田として用いる電子部品のプリント基板等へのろう付けにおいては、このリフロー温度で電子部品内部の電子素子のろう付け部分のろう材が溶融して、電子素子が脱落することがあってはならない。そのために、電子部品内部の電子素子のろう付け部分のろう材としては、そのリフロー温度で溶融しない高融点の代替半田が必要になる。
【０００６】
上記のリフロー温度に耐えるＰｂフリーの高温はんだとしては、次のような諸特性を満足する必要がある。
▲１▼溶融によりろう付けが可能であること。（ろう付け性）
これは、ろう材としての基本的な要求特性である。
▲２▼リフロー温度で溶融しないこと。（高融点性）
これは、リフロー温度に耐えるＰｂフリーろう材として所期の基本的な要求特性である。
▲３▼後加工が可能であること。（後加工性）
これは、例えばろう材をめっきしたリード線の折り曲げ加工を行っても、ろう材が割れたりしないことの要求特性である。
▲４▼基板との接合信頼性があること。（接合信頼性）
これは、世の中一般に広く出回っている基板に対する接合性ばかりでなく、その信頼性に対する要求特性である。
▲５▼後銀めっきが可能であること。（めっき性）
これは、ろう材の表面が露出したままでは、表面の光沢性や美観性等の点で仕上げ銀めっきをする場合の、銀めっきの析出性および固着性を確保するための要求特性である。
【０００７】
Ｐｂフリーの代替はんだとして、Ｓｎを主成分とするＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ等との合金よりなるものが提案されている。ところが、ＡｕやＡｇ等の貴な金属と、Ｓｎ等の比較的卑な金属との合金よりなるろう材を、湿式のめっき法等で電気化学的に形成しようとすると、金属間の電極電位の差が大きく、共析させることが困難である。
また、仮に共析自体は可能であるとしても、めっき液の金属イオン，水素イオン，有機物等の成分濃度の変動の影響をシビアに受け、所望の組成，膜厚を確保することが困難であるという問題点があった。
そこで、本発明は、上記各種の要求特性を満足する比較的高融点を有するＰｂフリーのろう材となる異種金属層の積層体を具備する気密端子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の気密端子は、金属外環にガラスを介してリードを気密に封着してなる気密端子において、前記リードに加熱により合金化してろう材となる異種の金属層を、貴な金属層がろう付けに必要な小部分のみになるように積層形成したことを特徴とする気密端子である。
【０００９】
本発明の気密端子の製造方法は、Ａｇ、Ａｕ、およびＣｕからなるいずれかの第１金属層を無電解めっきによりリードの先端部に部分めっきする工程、部分めっきしたリードを金属外環にガラスを介して気密封着する工程、およびＳｎの第２金属層をバレルめっきにより前記リードの露出する全面にめっきする工程を含む金属外環にガラスを介してリードを気密封着した気密端子の製造方法であって、前記リードの加熱時に前記第１金属層と前記第２金属層を合金化してろう材とすることを特徴とする気密端子の製造方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、Ａｇ、Ａｕ、およびＣｕからなるいずれかの第１金属層を無電解めっきによりリードの先端部に部分めっきする工程、部分めっきしたリードを金属外環にガラスを介して気密封着する工程、およびＳｎの第２金属層をバレルめっきにより前記リードの露出する全面にめっきする工程を含む金属外環にガラスを介してリードを気密封着した気密端子の製造方法であって、前記リードの加熱時に前記第１金属層と前記第２金属層を合金化してろう材とすることを特徴とする気密端子の製造方法である。このように、加熱により合金化してろう材となる異種金属層の積層体を具備する気密端子の製造方法では、貴な金属層がろう付けに必要な小部分のみになるように積層形成することにより、合金の形態でのろう材の形成が困難なものであっても、容易に所望の組成のろう材を形成してろう付けすることができるのみならず、貴な金属の使用量を少なくできる。
【００１３】
本発明の請求項４記載の発明は、リードの先端部分に加熱により合金化してろう材となるＡｕ，Ａｇ，Ｃｕのいずれか一つの金属またはこれらの合金からなる第１金属層を形成する工程と、このリードを金属外環内にガラスを介して気密に封着する工程と、前記リードの全面にＳｎまたはその合金からなる第２金属層を形成する工程とを有することを特徴とする気密端子の製造方法である。
このように、リードの先端部分にのみ比較的高価な第１金属層を形成し、このリードを金属外環にガラスを介して気密に封着後、リードの全面にＳｎまたはその合金からなる第２金属層を形成することにより、比較的高価な第１の金属層の使用量を少なくして原価低減ができ、比較的安価な第２の金属層を製造原価の低い全面めっき等で容易かつ効率的に形成できる。
【００１４】
本発明の請求項５記載の発明は、前記第１金属層を部分めっきにより形成し、前記第２金属層をバレルめっきにより形成することを特徴とする請求項４記載の気密端子の製造方法である。
高価な第１の金属層を部分めつきで形成して比較的高価な材料の使用量を少なくして原価低減ができ、また比較的安価な第２金属層をめっき原価の低いバレルめっきで全面に容易に形成できる。
【００１５】
本発明の請求項６記載の発明は、前記第１金属層および第２金属層のそれぞれの厚さを、加熱による合金化により形成されるろう材の組成に応じて、第１金属層の厚さを第２金属層の厚さよりも小さく設定することを特徴とする請求項４または５記載の気密端子の製造方法である。
第１の金属層と第２の金属層のそれぞれの厚さを上記のように設定することにより、狙いとする組成のろう材を容易に得られる。
【００１６】
本発明の請求項７記載の発明は、前記第１金属層の厚さが１〜７μｍであり、前記第２金属層の厚さが３〜１０μｍであることを特徴とする請求項４ないし６記載の気密端子の製造方法である。
第１、第２の金属層の厚さを上記のように設定することにより、狙いどおりの組成のろう材が容易に得られる。
【００１７】
本発明の請求項８記載の発明は、前記金属外環に、前記リードの第１金属層および前記第２金属層とは異種の金属層を形成して、ガラスを介してリードと気密に封着することを特徴とする請求項４ないし７記載の気密端子の製造方法である。
このような金属層を金属外環に形成しておいてガラス封着することにより、金属外環に防錆および／またははんだ付け性等の機能を付与することができ、第１，第２金属層は専らろう材としての観点から形成できるし、場合によってはリードの先端部分のみに第２金属層を積層形成することができる。
【００１８】
本発明の請求項９記載の発明は、前記気密端子が、圧電デバイス素子を接続固着するための圧電デバイス用気密端子であることを特徴とする請求項４ないし８記載の気密端子の製造方法である。
上記の方法によれば、上記気密端子に水晶振動片や表面弾性波素子等の圧電デバイス素子を所望の組成を有するろう材でろう付けすることができる。
【００１９】
【実施例１】
本発明の第１実施例について、以下、図面を参照して説明する。
図１は本発明の気密端子の一実施例である圧入型水晶振動子用気密端子Ａの斜視図を示す。図において、１は円筒形の金属外環で、その内部にガラス２を介して、２本のリード３，３が気密に封着されている。前記金属外環１は、例えば低炭素鋼やＦｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等よりなり、外径寸法が１〜３ｍｍのものである。前記ガラス２は、ソーダライムガラスやソーダバリウムガラスやホウケイ酸ガラス等よりなる。前記リード３，３は、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等よりなり、外径寸法が０．１５〜０．３ｍｍのものである。
【００２０】
図２は、前記気密端子Ａの拡大断面図で、図１とは水平面内で９０°異なる角度から見た断面図である。リード３，３の先端部に、加熱により後述するＳｎ層と合金化してろう材となるＡｕ層４が形成され、金属外環１およびリード３，３の露出部分にはＳｎ層５が形成されている。前記Ａｕ層４は無電解Ａｕめっきによって形成され、その厚さは、狙いとするＳｎ−Ａｕ合金よりなるろう材の組成に応じて設定される。例えば、Ｓｎ−３０ａｔ％Ａｕ合金よりなるろう材を狙いとする場合は、Ａｕ層４の厚さは１．５〜２．５μｍ程度に形成され、Ｓｎ層５厚さは７．５〜８．５μｍ程度に形成される。
【００２１】
図３は、リード３，３の先端部にＡｕ層４を形成する部分めっき装置の一例を示す断面図である。図３において、３０はめっき槽で、高い外槽３１と低い内槽３２と、これら外槽３１と内槽３２との間に形成された樋部３３とを有しており、前記内槽３２の高さはリード３，３の先端部の所望のめっき寸法に整合するように設定されている。３４は内槽３２に収容された無電解Ａｕめっき液で、内槽３２から溢れた無電解Ａｕめっき液３４は、外槽３１と内槽３２との間の樋部３３からフィルタ３５とポンプ３６を経由して、再び内槽３２に供給されるように構成されている。そして、前記の内槽３２の無電解Ａｕめっき液３４にリード３，３を垂直状態にして浸積して、リード３，３の先端部のみに無電解Ａｕめつきを施して、Ａｕ層４を形成する。
【００２２】
図４は、上記のようにして、先端部のみにＡｕ層４（図示省略）を形成したリード３，３を、金属外環１およびガラスタブレット２ａとともに、グラファイト製の封着治具３７，３８によって組み立てた封着前の状態を示す断面図である。この状態で、窒素雰囲気の封着炉に通炉し、９８０〜１０２０℃で約５〜１０分間加熱すると、図５に示すように、ガラスタブレット２ａが溶融して、金属外環１にガラス２を介してリード３，３が封着された気密端子が得られる。Ａｕ層４の融点はガラス封着温度よりも高いので、ガラス封着時にＡｕ層４が溶融したり変質したりすることはない。
【００２３】
次に、上記の多数の気密端子をバレル（図示省略）に収容して、Ｓｎめっき液中に浸積して、バレルを回転させることにより、図２および図６に示すように、金属外環１およびリード３，３の全面に厚さが７〜９μｍのＳｎ層５を形成する。すなわち、先にＡｕ層４が形成されていたリード３，３の先端部には、Ａｕ層４の上にＳｎ層５が積層して形成されるが、リード３，３のそれ以外の部分および金属外環１にはＳｎ層５のみが形成された、図２に示すような気密端子Ａが得られる。
【００２４】
次に、上記本発明の気密端子Ａを用いたろう付け方法について説明する。
図７（ａ）は、前記気密端子ＡのＡｕ層４およびＳｎ層５を積層形成したリード３，３の先端部に、ろう付けすべき他の部材である電子素子の一例としての矩形状の水晶振動片６を接触させたろう付け前の状態の要部拡大断面図を示す。
前記水晶振動片６は、水晶片６０の両面に電極６１，６２を形成したものである。そして、前記電極６１，６２を、リード３，３に形成されているＳｎ層５に接触させて、例えばその接触部近傍にレーザまたは熱風を照射する局部加熱方法により、少なくともＳｎ層５をその融点である２３２℃以上の温度，例えば４５０℃で加熱する。ここで、レーザまたは熱風を照射する局部加熱方法を採用する理由は、水晶振動片６が加熱により振動特性が変動しやすいため、可及的に水晶振動片６の加熱を抑止して特性変動を防止するためである。
すると、図７（ｂ）に示すように、リード３，３の先端部に形成されているＳｎ層５が溶融し、Ｓｎ層５の液相内にＡｕ層４のＡｕが溶け込んでいき、Ｓｎ層５とＡｕ層４との界面にＳｎ−Ａｕ二元合金よりなるろう材７が形成され始める。
さらに加熱を続けると、図７（ｃ）に示すように、溶融したＳｎ層５内にその温度下における固溶限度以内の濃度までＡｕが溶け込んでいき、所定の厚さのＳｎ−Ａｕ二元合金よりなるろう材層７が形成される。
【００２５】
すなわち、図８のＡｕ−Ｓｎ二元合金状態図から明らかなように、加熱温度によってＳｎ−Ａｕ二元合金よりなるろう材７におけるＡｕの固溶限度が変化するので、接合後のろう材７の所望の組成に応じて、加熱温度を設定すればよい。例えば、接合後のろう材の所望の組成を、２０ａｔ％ＡｕのＳｎ−Ａｕ二元合金よりなるろう材７としたい場合は、加熱温度を２８０℃前後に設定することにより、所望の組成のろう材７が得られる。
次に、全体を冷却してこのろう材７を固化すると、このろう材７によってリード３，３に水晶振動片６の電極６１，６２が電気的に接続されるとともに機械的に固着された水晶振動片組立構体が得られる。
なお、上記説明では、説明の簡素化のために、水晶振動片６の電極６１，６２とＳｎ層５およびＡｕ層４との合金化については触れていないが、電極６１，６２の材質によっては電極６１，６２とＳｎ層５およびＡｕ層４との合金化も生じる。そのような場合は、電極６１，６２の材質とともに、その厚さも最終的なろう材の組成に応じて設定する必要がある。このことは以下の各実施例においても同様である。
【００２６】
【実施例２】
図９（ａ）は、本発明の第２実施例の気密端子Ｂの要部拡大断面図を示す。すなわち、本実施例の気密端子Ｂは、リード３，３の先端部のみに、加熱により合金化してろう材となる金属層として、厚さが２〜４μｍのＣｕ層８を形成し、このリード３，３をガラス（２）を介して金属外環（１）に封着した後、金属外環（１）およびリード３，３の全面に、厚さが３〜１０μｍのＳｎ層９を形成したものである。前記Ｃｕ層８の融点はガラス封着温度よりも高いので、ガラス封着時にＣｕ層８が溶融したり変質したりすることはない。
図９（ａ）には、上記気密端子ＢのＳｎ層９に水晶振動片６の電極６１，６２を接触させたろう付け前の状態を併示している。
この実施例２においても、加熱により合金化してろう材となるＳｎ層９を、その液相線温度である２３２℃よりも高い温度，例えば２８０℃に加熱する。
すると、図９（ｂ）に示すように、Ｓｎ層９が溶融し、その液相内にＣｕ層８のＣｕが溶け込んでいき、Ｓｎ−Ｃｕ二元合金よりなるろう材１０が形成され始める。
その加熱温度の下における固溶限界までＣｕが溶け込んだ後冷却すると、図９（ｃ）に示すように、Ｓｎ−Ｃｕ二元合金よりなるろう材１０によって、リード３，３に水晶振動片６が接続固着された組立構体が得られる。
【００２７】
【実施例３】
図１０（ａ）は、本発明の第３実施例の気密端子Ｃの要部拡大断面図を示す。すなわち、本実施例の気密端子Ｃは、リード３，３の先端部のみに、加熱により合金化してろう材となる金属層として、厚さが３〜７μｍのＡｇ層１１を形成し、このリード３，３を金属外環（１）にガラス（２）を介して気密に封着した後、金属外環（１）とリード（３，３）の全面に、厚さが３〜１０μｍのＳｎ層１２を積層形成したものである。なお、Ａｇ層１１の融点は９６１℃であるため、ガラス２としては例えばフッ素等を含有する組成により低融点化して、その封着温度でＡｇ層１２が溶融しないようにする必要がある。
図１０（ａ）には、上記の気密端子ＣのＳｎ層１２に水晶振動片６を接触させたろう付け前の状態を併示している。
この実施例３においても、加熱により合金化してろう材となるＳｎ層１２を、その融点である２３２℃よりも高い温度，例えば４５０℃に加熱する。
すると、図１０（ｂ）に示すように、Ｓｎ層１２が溶融し、その液相内にＡｇ層１１のＡｇが溶け込んでいき、Ｓｎ−Ａｇ二元合金よりなるろう材１３が形成され始める。
その加熱温度の下における固溶限界までＡｕが溶け込んだ後冷却すると、図１０（ｃ）に示すように、Ｓｎ−Ａｇ二元合金よりなるろう材１３によって、リード３，３に水晶振動片６が接続固着された組立構体が得られる。
【００２８】
【実施例４】
図１１（ａ）は、本発明の第４実施例の気密端子Ｄの要部拡大断面図を示す。すなわち、本実施例の気密端子Ｄは、リード３，３の先端部のみに、加熱により合金化してろう材となる金属層として、厚さが２〜７μｍのＡｕ層１４を形成した後、このリード３，３を金属外環（１）にガラス（２）を介して気密に封着した後、金属外環（１）およびリード３，３の全面に厚さが２〜１０μｍの共晶組成であるＳｎ−０．２ａｔ％ＣｕのＳｎ−Ｃｕ層１５を形成したものである。
図１１（ａ）には、上記の気密端子Ｄのリード３，３に、水晶振動片６の電極６１，６２を接触させた状態を併示している。
この実施例４においても、加熱により合金化してろう材となるＳｎ−Ｃｕ層１５を、その融点である２２７℃よりも高い温度，例えば２８０℃に加熱する。
すると、図１１（ｂ）に示すように、Ｓｎ−Ｃｕ層１５が溶融し、その液相内にＡｕ層１５のＡｕが溶け込んでいき、Ｓｎ−Ｃｕ−Ａｕ三元合金よりなるろう材１６が形成され始める。
その加熱温度の下における固溶限界までＡｕが溶け込んだ後冷却すると、図１１（ｃ）に示すように、Ｓｎ−Ｃｕ−Ａｕ三元合金よりなるろう材１６によって、リード３，３に水晶振動片６が接続固着された組立構体が得られる。
【００２９】
【実施例５】
図１２（ａ）および（ｂ）は、本発明の他の実施例の表面弾性波用気密端子Ｅの平面図およびＸ−Ｘ線に沿う断面図を示す。この気密端子Ｅは、金属外環１７が四角形のもので、四隅に貫通孔１８を有し、それぞれの貫通孔１８にガラス１９を介してリード２０を気密に封着したものである。そして、要部の円内拡大断面図に示すように、金属外環１７の全面には、封着前に防錆および／またははんだ付け性のために厚さが２〜４μｍのＮｉ層２１が形成されるとともに、リード２０の先端部のみに加熱により合金化してろう材となる金属層の一例として厚さが２〜７μｍのＡｕ層２２が形成され、これらの金属外環１７およびリード２０がガラス１９を介して気密に封着された後、さらにリード２０の全面に前記Ａｕ層２２と合金化してろう材となる金属層の一例としての厚さが２〜１０μｍのＳｎ層２３が形成されている。
この実施例５において、加熱により合金化してろう材となるＳｎ層２３の融点である２３２℃よりも高い温度，例えば４５０℃に加熱する。すると、Ｓｎ層２３が溶融し、その液相内にＡｕ層２２のＡｕが溶け込んでいき、Ｓｎ−Ａｕ二元合金よりなるろう材（図示省略）が形成され始める。その加熱温度の下における固溶限界までＡｕが溶け込んだ後冷却すると、リード２０，２０の先端部にＳｎ−Ａｕ二元合金よりなるろう材を具備する気密端子が得られる。
【００３０】
次に、上記各実施例における各評価項目ごとの評価結果を次表に示す。
【表１】
【００３１】
本発明の気密端子は、上記で説明したＳｎ−Ａｕ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ｃｕ−Ａｕのいずれかの二元合金または三元合金以上よりなるろう材となる異種の金属層のうち、比較的高価な第１金属層をリードの先端部のみに有し、金属外環およびリードの露出部の全面に、加熱により前記第１金属層と合金化してろう材となる第２金属層を有するものであるから、前記異種の金属層のうち低い液相線温度以上の温度で加熱することにより、前記両金属層が合金化してろう材を形成することができるので、リードの先端部の異種の金属層の積層部分に他の部材である圧電デバイス素子の電極を接触させた状態で、少なくとも一つの金属層の液相線以上の温度で加熱することにより、異種の金属層が合金化して、気密端子のリードに圧電デバイス素子等をろう付けすることができる。
なお、両金属層を完全に溶融させて合金化したろう材によりろう付けする場合はもちろんのこと、固相がなお残っている温度，すなわち、両金属層の固相線温度と液相線温度との中間の任意の温度で加熱し、固相および液相が混在した状態で冷却凝固させることにより、その加熱温度下における固溶限度まで合金化したろう材でろう付けを完了するようにしてもよい。
そのようなろう付け方法によれば、液相線温度以上の温度で加熱して、ろう材を完全に溶融させるろう付け方法に比較して、ろう付け温度を低く設定できるため、ろう付け装置が安価になると共に、維持費が安くなるのみならず、ろう付け温度を固相線温度と液相線温度との中間の任意の温度に設定することにより、その加熱温度の下における固溶限度に応じた任意の組成のろう材が容易に得られるという利点がある。
【００３２】
なお、本発明の上記実施例は、特定の気密端子について、また加熱により合金化してろう材となる異種の金属層として特定の金属層の組み合わせについて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱しない範囲で、各種の変形が可能であることはいうまでもない。
【００３３】
例えば、上記実施例においては、気密端子として、金属外環の形状が直円筒形状の圧入型水晶振動子用の気密端子ＡないしＤや、金属外環の形状が平板状の抵抗溶接型または冷間圧接型表面弾性波用気密端子Ｅについて説明したが、もし、必要ならば、金属外環１の形状を、高さ寸法の中途部から上方部を上部に行くほど小径になるような傾斜面に形成するとともに、中途部から下方を直円筒状に形成した圧入型気密端子としてもよい。このような形状によれば、金属外環の金属キャップへの最初の挿入作業および圧入作業が容易かつ円滑になる利点がある。
【００３４】
また、金属外環の形状が、長円形状または楕円形状の、抵抗溶接封止型や冷間圧接封止型の圧電デバイス素子用の気密端子についても、同様に実施できるものである。
【００３５】
さらにまた、上記実施例においては、水晶振動子や表面弾性波素子等の圧電デバイス用気密端子について説明したが、圧電デバイス用気密端子以外の他の用途の電子部品用気密端子や半導体装置用気密端子，その他の気密端子等についても同様に実施できるものである。
【００３６】
さらに、上記実施例では、加熱により合金化してろう材となる異種（二種）の金属層が二層の場合について説明したが、二種の金属層を三層以上の多層に積層形成してもよい。そのような場合、所望の組成のかつ均質な合金よりなるろう材が容易に得られる。
【００３７】
さらに、加熱により合金化してろう材となる異種の金属層の厚さも、実施例に記載した範囲に限定されるものではなく、所望のろう材の組成や用途や必要なろう付け強度等に応じて適宜設定すればよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の気密端子は、金属外環にガラスを介してリードを気密に封着してなる気密端子において、前記リードに加熱により合金化してろう材となる異種の金属層を、貴な金属層がろう付けに必要な小部分のみになるように積層形成したことを特徴とする気密端子であるから、有害物質のＰｂを含まない，いわゆるＰｂフリーの比較的高融点のろう材が簡単に得られる気密端子を提供でき、環境問題をクリアできるのみならず、最初から合金めっき法では形成することが困難な組成のろう材を具備する気密端子が容易に得られる。また、比較的高価な金属層をリードの先端の必要部分のみに具備するから、この種の気密端子を安価に提供できる。
【００３９】
また本発明の気密端子の製造方法は、Ａｇ、Ａｕ、およびＣｕからなるいずれかの第１金属層を無電解めっきによりリードの先端部に部分めっきする工程、部分めっきしたリードを金属外環にガラスを介して気密封着する工程、およびＳｎの第２金属層をバレルめっきにより前記リードの露出する全面にめっきする工程を含む金属外環にガラスを介してリードを気密封着した気密端子の製造方法であって、前記リードの加熱時に前記第１金属層と前記第２金属層を合金化してろう材とすることを特徴とする気密端子の製造方法であるから、比較的高価な第１金属層をリードの先端の必要部分のみに形成することにより、高価な金属の使用量を少なくして、第１金属層の原価を低減できるし、比較的安価な第２金属層は形成原価の低いバレルめっき法等で簡単に形成できるので、結局、この種の気密端子を安価に提供できるという作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例の圧入型水晶振動子用気密端子Ａの斜視図
【図２】 本発明の第１実施例の気密端子Ａの拡大断面図
【図３】 本発明の第１実施例の気密端子Ａの製造方法について説明するリード先端部へのＡｕ部分めっき装置の断面図
【図４】 本発明の第１実施例の気密端子Ａの製造方法について説明する気密端子封着前の状態の断面図
【図５】 本発明の第１実施例の気密端子Ａの製造方法について説明する気密端子封着後の状態の断面図
【図６】 本発明の第１実施例の気密端子Ａの要部拡大断面図
【図７】 本発明の第１実施例の気密端子Ａのリード先端に水晶振動片をろう付けする場合の各段階の断面図
【図８】 本発明の第１実施例の気密端子Ａのリード先端に水晶振動片をろう付けする場合のろう材の組成決定の根拠を説明するためのＡｕ−Ｓｎ二元合金状態図
【図９】 本発明の第２実施例の気密端子Ｂのリード先端に水晶振動片をろう付けする場合の各段階の断面図
【図１０】 本発明の第３実施例の気密端子Ｃのリード先端に水晶振動片をろう付けする場合の各段階の断面図
【図１１】 本発明の第４実施例の気密端子Ｄのリード先端に水晶振動片をろう付けする場合の各段階の断面図
【図１２】 本発明の第５実施例の気密端子Ｅの平面図およびＸ−Ｘ線に沿う断面図
【図１３】 従来の圧入型水晶振動子の断面図
【符号の説明】
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ 気密端子
１、１７ 金属外環
２、１９ ガラス
３、２０ リード
４、１０、１４、２２ Ａｕ層
５、９、１２、２３ Ｓｎ層
６ 水晶振動片
７ Ｓｎ−Ａｕ二元合金よりなるろう材
８ Ｃｕ層
１０ Ｓｎ−Ｃｕ二元合金よりなるろう材
１１ Ａｇ層
１３ Ｓｎ−Ａｇ二元合金よりなるろう材
１５ Ｓｎ−Ｃｕ合金層
１６ Ｓｎ−Ｃｕ−Ａｕ三元合金よりなるろう材
１８ 貫通孔
２１ Ｎｉ層
【発明の属する技術分野】
本発明は、気密端子およびその製造方法に関し、より詳細には、鉛フリー（レス）の比較的高い液相線温度を有するろう材となる異種金属層の積層体を有する気密端子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ろう付けはいろいろな分野で実施されており、ろう材としては、錫（Ｓｎ）と鉛（Ｐｂ）の共晶はんだ（以下Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだ）が最もよく知られている。このＳｎ−Ｐｂ共晶はんだは、Ｓｎ６１．９ｗｔ％とＰｂ３８．１ｗｔ％の組成を有し、共晶点の溶融温度が１８３℃のものである。また、このＳｎ−Ｐｂ共晶半田をリフロー半田として用いる電子部品のろう付けにおいては、このリフロー温度で電子部品内部の電子素子のろう付け部分のろう材が溶融して、電子素子が脱落することがあってはならない。そのために、電子部品内部の電子素子のろう付け部分のろう材としては、例えば高温半田と称されるＰｂ９０〜９９ｗｔ％−Ｓｎ１〜１０ｗｔ％の組成のＰｂ−Ｓｎ合金が用いられている。この高温はんだは、液相線温度が３２０℃で、固相線温度が３１０℃である。
【０００３】
図１３は、上記の高温はんだを用いた電子部品の一例としての圧入型水晶振動子Ｆの断面図である。
図１３において、４０は気密端子で、金属外環４１にガラス４２を介してリード４３，４３が気密に封着されている。前記金属外環４１およびリード４３，４３の露出部分には、前記の高温はんだ４４，４４がめっきその他の方法で形成されている。そして、前記リード４３，４３の先端部に、前記高温はんだ４４を利用して、水晶振動片４５の電極４６，４７がろう付けされている。さらに、前記水晶振動片４５を組み付けた気密端子４０を、金属キャップ４８に圧入封止して、圧入型水晶振動子Ｆが構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、最近、Ｐｂの有害性がクローズアップされて、環境問題のために、各国でＰｂの使用を規制する動きがあり、我が国の電子部品業界でも有害物質であるＰｂの使用を制限する動きがある。このため、Ｐｂフリー（またはＰｂレス）と称される代替半田が開発研究されている。このようなＰｂフリーの代替半田は、専らＳｎ−Ｐｂ共晶はんだの代替として開発研究されており、できるだけＳｎ−Ｐｂ共晶はんだの共晶点の溶融温度である１８３℃に近い溶融点のものが求められており、Ｓｎ−Ａｇ系やＳｎ−Ｂｉ系が開発の主流になっている。
【０００５】
このＳｎ−Ｐｂ共晶半田の代替半田をリフロー半田として用いる電子部品のプリント基板等へのろう付けにおいては、このリフロー温度で電子部品内部の電子素子のろう付け部分のろう材が溶融して、電子素子が脱落することがあってはならない。そのために、電子部品内部の電子素子のろう付け部分のろう材としては、そのリフロー温度で溶融しない高融点の代替半田が必要になる。
【０００６】
上記のリフロー温度に耐えるＰｂフリーの高温はんだとしては、次のような諸特性を満足する必要がある。
▲１▼溶融によりろう付けが可能であること。（ろう付け性）
これは、ろう材としての基本的な要求特性である。
▲２▼リフロー温度で溶融しないこと。（高融点性）
これは、リフロー温度に耐えるＰｂフリーろう材として所期の基本的な要求特性である。
▲３▼後加工が可能であること。（後加工性）
これは、例えばろう材をめっきしたリード線の折り曲げ加工を行っても、ろう材が割れたりしないことの要求特性である。
▲４▼基板との接合信頼性があること。（接合信頼性）
これは、世の中一般に広く出回っている基板に対する接合性ばかりでなく、その信頼性に対する要求特性である。
▲５▼後銀めっきが可能であること。（めっき性）
これは、ろう材の表面が露出したままでは、表面の光沢性や美観性等の点で仕上げ銀めっきをする場合の、銀めっきの析出性および固着性を確保するための要求特性である。
【０００７】
Ｐｂフリーの代替はんだとして、Ｓｎを主成分とするＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ等との合金よりなるものが提案されている。ところが、ＡｕやＡｇ等の貴な金属と、Ｓｎ等の比較的卑な金属との合金よりなるろう材を、湿式のめっき法等で電気化学的に形成しようとすると、金属間の電極電位の差が大きく、共析させることが困難である。
また、仮に共析自体は可能であるとしても、めっき液の金属イオン，水素イオン，有機物等の成分濃度の変動の影響をシビアに受け、所望の組成，膜厚を確保することが困難であるという問題点があった。
そこで、本発明は、上記各種の要求特性を満足する比較的高融点を有するＰｂフリーのろう材となる異種金属層の積層体を具備する気密端子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の気密端子は、金属外環にガラスを介してリードを気密に封着してなる気密端子において、前記リードに加熱により合金化してろう材となる異種の金属層を、貴な金属層がろう付けに必要な小部分のみになるように積層形成したことを特徴とする気密端子である。
【０００９】
本発明の気密端子の製造方法は、Ａｇ、Ａｕ、およびＣｕからなるいずれかの第１金属層を無電解めっきによりリードの先端部に部分めっきする工程、部分めっきしたリードを金属外環にガラスを介して気密封着する工程、およびＳｎの第２金属層をバレルめっきにより前記リードの露出する全面にめっきする工程を含む金属外環にガラスを介してリードを気密封着した気密端子の製造方法であって、前記リードの加熱時に前記第１金属層と前記第２金属層を合金化してろう材とすることを特徴とする気密端子の製造方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、Ａｇ、Ａｕ、およびＣｕからなるいずれかの第１金属層を無電解めっきによりリードの先端部に部分めっきする工程、部分めっきしたリードを金属外環にガラスを介して気密封着する工程、およびＳｎの第２金属層をバレルめっきにより前記リードの露出する全面にめっきする工程を含む金属外環にガラスを介してリードを気密封着した気密端子の製造方法であって、前記リードの加熱時に前記第１金属層と前記第２金属層を合金化してろう材とすることを特徴とする気密端子の製造方法である。このように、加熱により合金化してろう材となる異種金属層の積層体を具備する気密端子の製造方法では、貴な金属層がろう付けに必要な小部分のみになるように積層形成することにより、合金の形態でのろう材の形成が困難なものであっても、容易に所望の組成のろう材を形成してろう付けすることができるのみならず、貴な金属の使用量を少なくできる。
【００１３】
本発明の請求項４記載の発明は、リードの先端部分に加熱により合金化してろう材となるＡｕ，Ａｇ，Ｃｕのいずれか一つの金属またはこれらの合金からなる第１金属層を形成する工程と、このリードを金属外環内にガラスを介して気密に封着する工程と、前記リードの全面にＳｎまたはその合金からなる第２金属層を形成する工程とを有することを特徴とする気密端子の製造方法である。
このように、リードの先端部分にのみ比較的高価な第１金属層を形成し、このリードを金属外環にガラスを介して気密に封着後、リードの全面にＳｎまたはその合金からなる第２金属層を形成することにより、比較的高価な第１の金属層の使用量を少なくして原価低減ができ、比較的安価な第２の金属層を製造原価の低い全面めっき等で容易かつ効率的に形成できる。
【００１４】
本発明の請求項５記載の発明は、前記第１金属層を部分めっきにより形成し、前記第２金属層をバレルめっきにより形成することを特徴とする請求項４記載の気密端子の製造方法である。
高価な第１の金属層を部分めつきで形成して比較的高価な材料の使用量を少なくして原価低減ができ、また比較的安価な第２金属層をめっき原価の低いバレルめっきで全面に容易に形成できる。
【００１５】
本発明の請求項６記載の発明は、前記第１金属層および第２金属層のそれぞれの厚さを、加熱による合金化により形成されるろう材の組成に応じて、第１金属層の厚さを第２金属層の厚さよりも小さく設定することを特徴とする請求項４または５記載の気密端子の製造方法である。
第１の金属層と第２の金属層のそれぞれの厚さを上記のように設定することにより、狙いとする組成のろう材を容易に得られる。
【００１６】
本発明の請求項７記載の発明は、前記第１金属層の厚さが１〜７μｍであり、前記第２金属層の厚さが３〜１０μｍであることを特徴とする請求項４ないし６記載の気密端子の製造方法である。
第１、第２の金属層の厚さを上記のように設定することにより、狙いどおりの組成のろう材が容易に得られる。
【００１７】
本発明の請求項８記載の発明は、前記金属外環に、前記リードの第１金属層および前記第２金属層とは異種の金属層を形成して、ガラスを介してリードと気密に封着することを特徴とする請求項４ないし７記載の気密端子の製造方法である。
このような金属層を金属外環に形成しておいてガラス封着することにより、金属外環に防錆および／またははんだ付け性等の機能を付与することができ、第１，第２金属層は専らろう材としての観点から形成できるし、場合によってはリードの先端部分のみに第２金属層を積層形成することができる。
【００１８】
本発明の請求項９記載の発明は、前記気密端子が、圧電デバイス素子を接続固着するための圧電デバイス用気密端子であることを特徴とする請求項４ないし８記載の気密端子の製造方法である。
上記の方法によれば、上記気密端子に水晶振動片や表面弾性波素子等の圧電デバイス素子を所望の組成を有するろう材でろう付けすることができる。
【００１９】
【実施例１】
本発明の第１実施例について、以下、図面を参照して説明する。
図１は本発明の気密端子の一実施例である圧入型水晶振動子用気密端子Ａの斜視図を示す。図において、１は円筒形の金属外環で、その内部にガラス２を介して、２本のリード３，３が気密に封着されている。前記金属外環１は、例えば低炭素鋼やＦｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等よりなり、外径寸法が１〜３ｍｍのものである。前記ガラス２は、ソーダライムガラスやソーダバリウムガラスやホウケイ酸ガラス等よりなる。前記リード３，３は、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等よりなり、外径寸法が０．１５〜０．３ｍｍのものである。
【００２０】
図２は、前記気密端子Ａの拡大断面図で、図１とは水平面内で９０°異なる角度から見た断面図である。リード３，３の先端部に、加熱により後述するＳｎ層と合金化してろう材となるＡｕ層４が形成され、金属外環１およびリード３，３の露出部分にはＳｎ層５が形成されている。前記Ａｕ層４は無電解Ａｕめっきによって形成され、その厚さは、狙いとするＳｎ−Ａｕ合金よりなるろう材の組成に応じて設定される。例えば、Ｓｎ−３０ａｔ％Ａｕ合金よりなるろう材を狙いとする場合は、Ａｕ層４の厚さは１．５〜２．５μｍ程度に形成され、Ｓｎ層５厚さは７．５〜８．５μｍ程度に形成される。
【００２１】
図３は、リード３，３の先端部にＡｕ層４を形成する部分めっき装置の一例を示す断面図である。図３において、３０はめっき槽で、高い外槽３１と低い内槽３２と、これら外槽３１と内槽３２との間に形成された樋部３３とを有しており、前記内槽３２の高さはリード３，３の先端部の所望のめっき寸法に整合するように設定されている。３４は内槽３２に収容された無電解Ａｕめっき液で、内槽３２から溢れた無電解Ａｕめっき液３４は、外槽３１と内槽３２との間の樋部３３からフィルタ３５とポンプ３６を経由して、再び内槽３２に供給されるように構成されている。そして、前記の内槽３２の無電解Ａｕめっき液３４にリード３，３を垂直状態にして浸積して、リード３，３の先端部のみに無電解Ａｕめつきを施して、Ａｕ層４を形成する。
【００２２】
図４は、上記のようにして、先端部のみにＡｕ層４（図示省略）を形成したリード３，３を、金属外環１およびガラスタブレット２ａとともに、グラファイト製の封着治具３７，３８によって組み立てた封着前の状態を示す断面図である。この状態で、窒素雰囲気の封着炉に通炉し、９８０〜１０２０℃で約５〜１０分間加熱すると、図５に示すように、ガラスタブレット２ａが溶融して、金属外環１にガラス２を介してリード３，３が封着された気密端子が得られる。Ａｕ層４の融点はガラス封着温度よりも高いので、ガラス封着時にＡｕ層４が溶融したり変質したりすることはない。
【００２３】
次に、上記の多数の気密端子をバレル（図示省略）に収容して、Ｓｎめっき液中に浸積して、バレルを回転させることにより、図２および図６に示すように、金属外環１およびリード３，３の全面に厚さが７〜９μｍのＳｎ層５を形成する。すなわち、先にＡｕ層４が形成されていたリード３，３の先端部には、Ａｕ層４の上にＳｎ層５が積層して形成されるが、リード３，３のそれ以外の部分および金属外環１にはＳｎ層５のみが形成された、図２に示すような気密端子Ａが得られる。
【００２４】
次に、上記本発明の気密端子Ａを用いたろう付け方法について説明する。
図７（ａ）は、前記気密端子ＡのＡｕ層４およびＳｎ層５を積層形成したリード３，３の先端部に、ろう付けすべき他の部材である電子素子の一例としての矩形状の水晶振動片６を接触させたろう付け前の状態の要部拡大断面図を示す。
前記水晶振動片６は、水晶片６０の両面に電極６１，６２を形成したものである。そして、前記電極６１，６２を、リード３，３に形成されているＳｎ層５に接触させて、例えばその接触部近傍にレーザまたは熱風を照射する局部加熱方法により、少なくともＳｎ層５をその融点である２３２℃以上の温度，例えば４５０℃で加熱する。ここで、レーザまたは熱風を照射する局部加熱方法を採用する理由は、水晶振動片６が加熱により振動特性が変動しやすいため、可及的に水晶振動片６の加熱を抑止して特性変動を防止するためである。
すると、図７（ｂ）に示すように、リード３，３の先端部に形成されているＳｎ層５が溶融し、Ｓｎ層５の液相内にＡｕ層４のＡｕが溶け込んでいき、Ｓｎ層５とＡｕ層４との界面にＳｎ−Ａｕ二元合金よりなるろう材７が形成され始める。
さらに加熱を続けると、図７（ｃ）に示すように、溶融したＳｎ層５内にその温度下における固溶限度以内の濃度までＡｕが溶け込んでいき、所定の厚さのＳｎ−Ａｕ二元合金よりなるろう材層７が形成される。
【００２５】
すなわち、図８のＡｕ−Ｓｎ二元合金状態図から明らかなように、加熱温度によってＳｎ−Ａｕ二元合金よりなるろう材７におけるＡｕの固溶限度が変化するので、接合後のろう材７の所望の組成に応じて、加熱温度を設定すればよい。例えば、接合後のろう材の所望の組成を、２０ａｔ％ＡｕのＳｎ−Ａｕ二元合金よりなるろう材７としたい場合は、加熱温度を２８０℃前後に設定することにより、所望の組成のろう材７が得られる。
次に、全体を冷却してこのろう材７を固化すると、このろう材７によってリード３，３に水晶振動片６の電極６１，６２が電気的に接続されるとともに機械的に固着された水晶振動片組立構体が得られる。
なお、上記説明では、説明の簡素化のために、水晶振動片６の電極６１，６２とＳｎ層５およびＡｕ層４との合金化については触れていないが、電極６１，６２の材質によっては電極６１，６２とＳｎ層５およびＡｕ層４との合金化も生じる。そのような場合は、電極６１，６２の材質とともに、その厚さも最終的なろう材の組成に応じて設定する必要がある。このことは以下の各実施例においても同様である。
【００２６】
【実施例２】
図９（ａ）は、本発明の第２実施例の気密端子Ｂの要部拡大断面図を示す。すなわち、本実施例の気密端子Ｂは、リード３，３の先端部のみに、加熱により合金化してろう材となる金属層として、厚さが２〜４μｍのＣｕ層８を形成し、このリード３，３をガラス（２）を介して金属外環（１）に封着した後、金属外環（１）およびリード３，３の全面に、厚さが３〜１０μｍのＳｎ層９を形成したものである。前記Ｃｕ層８の融点はガラス封着温度よりも高いので、ガラス封着時にＣｕ層８が溶融したり変質したりすることはない。
図９（ａ）には、上記気密端子ＢのＳｎ層９に水晶振動片６の電極６１，６２を接触させたろう付け前の状態を併示している。
この実施例２においても、加熱により合金化してろう材となるＳｎ層９を、その液相線温度である２３２℃よりも高い温度，例えば２８０℃に加熱する。
すると、図９（ｂ）に示すように、Ｓｎ層９が溶融し、その液相内にＣｕ層８のＣｕが溶け込んでいき、Ｓｎ−Ｃｕ二元合金よりなるろう材１０が形成され始める。
その加熱温度の下における固溶限界までＣｕが溶け込んだ後冷却すると、図９（ｃ）に示すように、Ｓｎ−Ｃｕ二元合金よりなるろう材１０によって、リード３，３に水晶振動片６が接続固着された組立構体が得られる。
【００２７】
【実施例３】
図１０（ａ）は、本発明の第３実施例の気密端子Ｃの要部拡大断面図を示す。すなわち、本実施例の気密端子Ｃは、リード３，３の先端部のみに、加熱により合金化してろう材となる金属層として、厚さが３〜７μｍのＡｇ層１１を形成し、このリード３，３を金属外環（１）にガラス（２）を介して気密に封着した後、金属外環（１）とリード（３，３）の全面に、厚さが３〜１０μｍのＳｎ層１２を積層形成したものである。なお、Ａｇ層１１の融点は９６１℃であるため、ガラス２としては例えばフッ素等を含有する組成により低融点化して、その封着温度でＡｇ層１２が溶融しないようにする必要がある。
図１０（ａ）には、上記の気密端子ＣのＳｎ層１２に水晶振動片６を接触させたろう付け前の状態を併示している。
この実施例３においても、加熱により合金化してろう材となるＳｎ層１２を、その融点である２３２℃よりも高い温度，例えば４５０℃に加熱する。
すると、図１０（ｂ）に示すように、Ｓｎ層１２が溶融し、その液相内にＡｇ層１１のＡｇが溶け込んでいき、Ｓｎ−Ａｇ二元合金よりなるろう材１３が形成され始める。
その加熱温度の下における固溶限界までＡｕが溶け込んだ後冷却すると、図１０（ｃ）に示すように、Ｓｎ−Ａｇ二元合金よりなるろう材１３によって、リード３，３に水晶振動片６が接続固着された組立構体が得られる。
【００２８】
【実施例４】
図１１（ａ）は、本発明の第４実施例の気密端子Ｄの要部拡大断面図を示す。すなわち、本実施例の気密端子Ｄは、リード３，３の先端部のみに、加熱により合金化してろう材となる金属層として、厚さが２〜７μｍのＡｕ層１４を形成した後、このリード３，３を金属外環（１）にガラス（２）を介して気密に封着した後、金属外環（１）およびリード３，３の全面に厚さが２〜１０μｍの共晶組成であるＳｎ−０．２ａｔ％ＣｕのＳｎ−Ｃｕ層１５を形成したものである。
図１１（ａ）には、上記の気密端子Ｄのリード３，３に、水晶振動片６の電極６１，６２を接触させた状態を併示している。
この実施例４においても、加熱により合金化してろう材となるＳｎ−Ｃｕ層１５を、その融点である２２７℃よりも高い温度，例えば２８０℃に加熱する。
すると、図１１（ｂ）に示すように、Ｓｎ−Ｃｕ層１５が溶融し、その液相内にＡｕ層１５のＡｕが溶け込んでいき、Ｓｎ−Ｃｕ−Ａｕ三元合金よりなるろう材１６が形成され始める。
その加熱温度の下における固溶限界までＡｕが溶け込んだ後冷却すると、図１１（ｃ）に示すように、Ｓｎ−Ｃｕ−Ａｕ三元合金よりなるろう材１６によって、リード３，３に水晶振動片６が接続固着された組立構体が得られる。
【００２９】
【実施例５】
図１２（ａ）および（ｂ）は、本発明の他の実施例の表面弾性波用気密端子Ｅの平面図およびＸ−Ｘ線に沿う断面図を示す。この気密端子Ｅは、金属外環１７が四角形のもので、四隅に貫通孔１８を有し、それぞれの貫通孔１８にガラス１９を介してリード２０を気密に封着したものである。そして、要部の円内拡大断面図に示すように、金属外環１７の全面には、封着前に防錆および／またははんだ付け性のために厚さが２〜４μｍのＮｉ層２１が形成されるとともに、リード２０の先端部のみに加熱により合金化してろう材となる金属層の一例として厚さが２〜７μｍのＡｕ層２２が形成され、これらの金属外環１７およびリード２０がガラス１９を介して気密に封着された後、さらにリード２０の全面に前記Ａｕ層２２と合金化してろう材となる金属層の一例としての厚さが２〜１０μｍのＳｎ層２３が形成されている。
この実施例５において、加熱により合金化してろう材となるＳｎ層２３の融点である２３２℃よりも高い温度，例えば４５０℃に加熱する。すると、Ｓｎ層２３が溶融し、その液相内にＡｕ層２２のＡｕが溶け込んでいき、Ｓｎ−Ａｕ二元合金よりなるろう材（図示省略）が形成され始める。その加熱温度の下における固溶限界までＡｕが溶け込んだ後冷却すると、リード２０，２０の先端部にＳｎ−Ａｕ二元合金よりなるろう材を具備する気密端子が得られる。
【００３０】
次に、上記各実施例における各評価項目ごとの評価結果を次表に示す。
【表１】
本発明の気密端子は、上記で説明したＳｎ−Ａｕ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ｃｕ−Ａｕのいずれかの二元合金または三元合金以上よりなるろう材となる異種の金属層のうち、比較的高価な第１金属層をリードの先端部のみに有し、金属外環およびリードの露出部の全面に、加熱により前記第１金属層と合金化してろう材となる第２金属層を有するものであるから、前記異種の金属層のうち低い液相線温度以上の温度で加熱することにより、前記両金属層が合金化してろう材を形成することができるので、リードの先端部の異種の金属層の積層部分に他の部材である圧電デバイス素子の電極を接触させた状態で、少なくとも一つの金属層の液相線以上の温度で加熱することにより、異種の金属層が合金化して、気密端子のリードに圧電デバイス素子等をろう付けすることができる。
なお、両金属層を完全に溶融させて合金化したろう材によりろう付けする場合はもちろんのこと、固相がなお残っている温度，すなわち、両金属層の固相線温度と液相線温度との中間の任意の温度で加熱し、固相および液相が混在した状態で冷却凝固させることにより、その加熱温度下における固溶限度まで合金化したろう材でろう付けを完了するようにしてもよい。
そのようなろう付け方法によれば、液相線温度以上の温度で加熱して、ろう材を完全に溶融させるろう付け方法に比較して、ろう付け温度を低く設定できるため、ろう付け装置が安価になると共に、維持費が安くなるのみならず、ろう付け温度を固相線温度と液相線温度との中間の任意の温度に設定することにより、その加熱温度の下における固溶限度に応じた任意の組成のろう材が容易に得られるという利点がある。
【００３２】
なお、本発明の上記実施例は、特定の気密端子について、また加熱により合金化してろう材となる異種の金属層として特定の金属層の組み合わせについて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱しない範囲で、各種の変形が可能であることはいうまでもない。
【００３３】
例えば、上記実施例においては、気密端子として、金属外環の形状が直円筒形状の圧入型水晶振動子用の気密端子ＡないしＤや、金属外環の形状が平板状の抵抗溶接型または冷間圧接型表面弾性波用気密端子Ｅについて説明したが、もし、必要ならば、金属外環１の形状を、高さ寸法の中途部から上方部を上部に行くほど小径になるような傾斜面に形成するとともに、中途部から下方を直円筒状に形成した圧入型気密端子としてもよい。このような形状によれば、金属外環の金属キャップへの最初の挿入作業および圧入作業が容易かつ円滑になる利点がある。
【００３４】
また、金属外環の形状が、長円形状または楕円形状の、抵抗溶接封止型や冷間圧接封止型の圧電デバイス素子用の気密端子についても、同様に実施できるものである。
【００３５】
さらにまた、上記実施例においては、水晶振動子や表面弾性波素子等の圧電デバイス用気密端子について説明したが、圧電デバイス用気密端子以外の他の用途の電子部品用気密端子や半導体装置用気密端子，その他の気密端子等についても同様に実施できるものである。
【００３６】
さらに、上記実施例では、加熱により合金化してろう材となる異種（二種）の金属層が二層の場合について説明したが、二種の金属層を三層以上の多層に積層形成してもよい。そのような場合、所望の組成のかつ均質な合金よりなるろう材が容易に得られる。
【００３７】
さらに、加熱により合金化してろう材となる異種の金属層の厚さも、実施例に記載した範囲に限定されるものではなく、所望のろう材の組成や用途や必要なろう付け強度等に応じて適宜設定すればよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の気密端子は、金属外環にガラスを介してリードを気密に封着してなる気密端子において、前記リードに加熱により合金化してろう材となる異種の金属層を、貴な金属層がろう付けに必要な小部分のみになるように積層形成したことを特徴とする気密端子であるから、有害物質のＰｂを含まない，いわゆるＰｂフリーの比較的高融点のろう材が簡単に得られる気密端子を提供でき、環境問題をクリアできるのみならず、最初から合金めっき法では形成することが困難な組成のろう材を具備する気密端子が容易に得られる。また、比較的高価な金属層をリードの先端の必要部分のみに具備するから、この種の気密端子を安価に提供できる。
【００３９】
また本発明の気密端子の製造方法は、Ａｇ、Ａｕ、およびＣｕからなるいずれかの第１金属層を無電解めっきによりリードの先端部に部分めっきする工程、部分めっきしたリードを金属外環にガラスを介して気密封着する工程、およびＳｎの第２金属層をバレルめっきにより前記リードの露出する全面にめっきする工程を含む金属外環にガラスを介してリードを気密封着した気密端子の製造方法であって、前記リードの加熱時に前記第１金属層と前記第２金属層を合金化してろう材とすることを特徴とする気密端子の製造方法であるから、比較的高価な第１金属層をリードの先端の必要部分のみに形成することにより、高価な金属の使用量を少なくして、第１金属層の原価を低減できるし、比較的安価な第２金属層は形成原価の低いバレルめっき法等で簡単に形成できるので、結局、この種の気密端子を安価に提供できるという作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例の圧入型水晶振動子用気密端子Ａの斜視図
【図２】 本発明の第１実施例の気密端子Ａの拡大断面図
【図３】 本発明の第１実施例の気密端子Ａの製造方法について説明するリード先端部へのＡｕ部分めっき装置の断面図
【図４】 本発明の第１実施例の気密端子Ａの製造方法について説明する気密端子封着前の状態の断面図
【図５】 本発明の第１実施例の気密端子Ａの製造方法について説明する気密端子封着後の状態の断面図
【図６】 本発明の第１実施例の気密端子Ａの要部拡大断面図
【図７】 本発明の第１実施例の気密端子Ａのリード先端に水晶振動片をろう付けする場合の各段階の断面図
【図８】 本発明の第１実施例の気密端子Ａのリード先端に水晶振動片をろう付けする場合のろう材の組成決定の根拠を説明するためのＡｕ−Ｓｎ二元合金状態図
【図９】 本発明の第２実施例の気密端子Ｂのリード先端に水晶振動片をろう付けする場合の各段階の断面図
【図１０】 本発明の第３実施例の気密端子Ｃのリード先端に水晶振動片をろう付けする場合の各段階の断面図
【図１１】 本発明の第４実施例の気密端子Ｄのリード先端に水晶振動片をろう付けする場合の各段階の断面図
【図１２】 本発明の第５実施例の気密端子Ｅの平面図およびＸ−Ｘ線に沿う断面図
【図１３】 従来の圧入型水晶振動子の断面図
【符号の説明】
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ 気密端子
１、１７ 金属外環
２、１９ ガラス
３、２０ リード
４、１０、１４、２２ Ａｕ層
５、９、１２、２３ Ｓｎ層
６ 水晶振動片
７ Ｓｎ−Ａｕ二元合金よりなるろう材
８ Ｃｕ層
１０ Ｓｎ−Ｃｕ二元合金よりなるろう材
１１ Ａｇ層
１３ Ｓｎ−Ａｇ二元合金よりなるろう材
１５ Ｓｎ−Ｃｕ合金層
１６ Ｓｎ−Ｃｕ−Ａｕ三元合金よりなるろう材
１８ 貫通孔
２１ Ｎｉ層
Claims (3)
- Ａｇ、Ａｕ、およびＣｕからなるいずれかの第１金属層を無電解めっきによりリードの先端部に部分めっきする工程、部分めっきしたリードを金属外環にガラスを介して気密封着する工程、およびＳｎの第２金属層をバレルめっきにより前記リードの露出する全面にめっきする工程を含む金属外環にガラスを介してリードを気密封着した気密端子の製造方法であって、前記リードの加熱時に前記第１金属層と前記第２金属層を合金化してろう材とすることを特徴とする気密端子の製造方法。
- 前記第１金属層および第２金属層の厚さは合金化により形成されるろう材の組成に応じて設定し、かつ前記第１金属層の厚さを第２金属層の厚さよりも小さく設定することを特徴とする請求項１に記載の気密端子の製造方法。
- 前記第１金属層はＡｕで厚さが１〜３μｍの範囲内で形成し、前記第２金属層はＳｎで厚さが７〜９μｍであることを特徴とする請求項２に記載の気密端子の製造方法。
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