JP4309643B2

JP4309643B2 - セラミック電子部品の製造方法

Info

Publication number: JP4309643B2
Application number: JP2002349273A
Authority: JP
Inventors: 政美長谷川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: JP2004186276A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶片やＳＡＷ（surface acoustic wave）デバイスなどの電子部品本体（素子）をセラミックパッケージに収容し、そのセラミックパッケージを金属製の蓋体で封止して得られるセラミック電子部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば水晶発振器は、表裏に電極を取り付けた水晶片（電子部品本体）をセラミックパッケージに収容し、金属製の蓋体（以下、リッドともいう）でセラミックパッケージを気密封止したものである。従来は、リッドとセラミックパッケージとの間にシールリングを介挿して両者を溶接していたが、近年はコスト低減のために、電子ビーム溶接法、シーム溶接法等の方法によりリッドをセラミックパッケージに直接ロウ接するようにしている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−０９３９２９号公報
【０００４】
リッドをセラミックパッケージに直接ロウ接する場合、コバールなどの低膨張率金属にＡｇロウ材を接合したクラッド材を、リッドの素材として使用するのが一般的である。他方、セラミックパッケージには、電子部品本体収容用のキャビティ（有底凹部）を有するとともに、リッド取付け位置となる開口周縁部がメタライズされたものが使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のようにリッドをセラミックパッケージに直接ロウ接する方法を採用すると、その後の電気的検査において、所期の特性が発揮されない場合がしばしばあり、歩留まり低下の原因となっていた。
【０００６】
そこで本発明は、電子部品本体をセラミックパッケージに収容させて、そのセラミックパッケージを蓋体で封止して得られるセラミック電子部品の製造方法において、電子部品本体の特性劣化が起こらないようにすることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために本発明は、電子部品本体がセラミックパッケージのキャビティに収容され、そのキャビティの開口周縁部に金属製の蓋体が直接ロウ接されたセラミック電子部品の製造方法において、上記セラミックパッケージとして、キャビティ側に向かうにつれて該キャビティの底面からの高さが連続的に減少するようになだらかな凸曲面状に形成されたダレ部を、開口周縁部が含んで構成されたものを用いることができる。
【０００８】
本発明者らが、特性劣化の原因について詳細に調べたところ、蓋体（リッド）をロウ接する際にロウ材がキャビティ内に飛散し、電子部品本体に付着していることを突き止めた。さらに詳細に検討した結果、シールリングを介さずにリッドを直接ロウ接する場合に、リッドとセラミックパッケージとの間からロウ材が噴出する現象が顕著に起こる、という知見を得て、上記本発明を完成させるに至ったのである。
【０００９】
上記態様においては、セラミックパッケージとして、開口周縁部が内側（キャビティ側）に傾斜したダレ部を含むものを使用している。ダレ部は、キャビティの底面からの高さが連続的または段階的に減少するように調整されているため、開口周縁部にリッドを載せると、内側に向かうにつれてセラミックパッケージとリッドとの間隙が徐々に拡大するような形となる。そして、その状態を保ちながらロウ材を溶融させた場合、ダレ部とリッドとの間にロウ溜まりが形成されることにより、溶融したロウ材がキャビティ内に噴出することが抑止される。そのため、ロウ材が電子部品本体に付着することもなくなり、特性劣化も起こらない。
【００１０】
具体的には、リッドを開口周縁部に載置した後、リッドにローラ電極を当接させることにより、リッドに形成されたロウ材層と、開口周縁部に形成されたメタライズ層とを介して、リッドをセラミックパッケージに直接シーム溶接する方法を採用できる。このような直接シーム溶接法によれば、高価な電子ビーム溶接装置を必要としないので、製造コストが割安である。
【００１１】
好適な態様において、開口周縁部は、その全周域にわたってダレ部を含むものとすることができる。このようにすれば、電子部品本体の全周囲からロウ材の飛散が抑止されるので好適である。
【００１２】
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、上記したダレ部の形成されたセラミックパッケージを用いて、第１セラミックグリーン積層シートの一方の主面上にメタライズ層を形成する工程と、その第１セラミックグリーン積層シートの少なくとも１箇所に通孔を形成する工程と、メタライズ層の反対側から通孔の一方を塞ぐ形で第１セラミックグリーン積層シートを第２セラミックグリーン積層シートに積層させて、電子部品本体収容用のキャビティを備えたセラミック積層体アセンブリを形成する工程と、セラミック積層体アセンブリに、メタライズ層の形成されている側から可撓部材を直接、または可撓膜を介して間接に、面接触させて積層方向に押圧しつつダレ部を形成する工程と、セラミック積層体アセンブリを焼成する工程と、を有することを特徴とする。さらに、セラミック積層体アセンブリを分割する工程を行えば、目的とするセラミックパッケージを得ることができる。
【００１３】
上記のように、未焼成のセラミック積層体アセンブリに可撓部材を当接させて積層方向に押圧すれば、ダレ部の形成と、セラミックグリーン積層シート同士の圧着とを同時進行させることができるので、実質的に工程数を増加させずに済み、非常に効率がよい。研削や研磨でダレ部を形成しようとする場合と比べても、コストを低く抑えることができる。また、メタライズ層の一部を、そのままダレ部に含ませる形となるので、メタライズ層については、従来通りの厚さや形成形態で対応できる。
【００１４】
また、ダレ部は、キャビティの底面からの高さが最も小さい位置と、最も大きい位置との差が１μｍ以上１０μｍ以下となるように調整するとよい。このような高低差、換言すればダレ量が小さすぎると、ロウ溜まりが十分に形成されず、溶融したロウ材の噴出抑止効果を得ることができない恐れがある。他方、過剰な高低差のダレ部を形成しても、ロウ材の噴出抑止効果の向上は望めないうえ、製造コストの高騰や、リッドの接合強度低下を招く恐れがあるので好ましくない。
【００１５】
また、課題を解決するためにセラミック電子部品は、電子部品本体がセラミックパッケージのキャビティに収容され、そのキャビティの開口周縁部に金属製の蓋体が直接ロウ接されたセラミック電子部品において、セラミックパッケージとして、キャビティ側に向うにつれて該キャビティの底面からの高さが連続的に減少するようになだらかな凸曲面状に形成されたダレ部を、開口周縁部が含んで構成される態様とすることができる。
【００１６】
上記のようなセラミック電子部品によれば、セラミックパッケージに蓋体（リッド）を取り付ける際、ロウ材がキャビティ内に入ってしまうことがないため、内部の電子部品がショートしてしまう恐れのない、信頼性の高い電子部品とすることが可能である。
【００１７】
また、課題を解決するためにセラミックパッケージは、電子部品本体が収容される予定のキャビティと、金属製の蓋体が直接ロウ接される予定のキャビティの開口周縁部と、キャビティ側に向うにつれて該キャビティの底面からの高さが連続的に減少するようになだらかな凸曲面状に形成されたダレ部と、を有し、開口周縁部が、ダレ部を含んで構成される態様とすることができる。
【００１８】
上記のようなセラミックパッケージによれば、電子部品本体の収容の際に、銀ロウがキャビティ内に入ってしまい、内部の電子部品がショートしてしまう恐れのない、信頼性の高いセラミックパッケージとすることが可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明にかかるセラミック電子部品の一例である水晶発振器の分解斜視図である。水晶発振器１は、セラミックパッケージ７に水晶片２を収容させたものである。水晶片２には、表裏に電極４が取り付けられている。この電極４がセラミックパッケージ７の内部端子５と導通し、外部端子６より所期の発振波が取り出せるようになっている。セラミックパッケージ７は、電子部品本体収容用のキャビティ７ｃを備えている。キャビティ７ｃに水晶片２などの電子部品本体を収容した後は、開口周縁部７ｂに薄板状のリッド３がロウ接される。
【００２０】
図２の部分拡大断面図に示すように、リッド３には、低膨張率金属からなる本体部３２に、ロウ材層３１が接合されたクラッド材を採用することができる。本体部３２をなす低膨張率金属としては、たとえばコバール（Ｆｅ−２９Ｎｉ―１７Ｃｏ）などのＦｅ基（Ｆｅ含有量４０質量％以上）低膨張率金属を使用できる。他方、ロウ材層３１には、たとえば導電成分としてＡｇを質量換算で最も多く含有するＡｇ−２８Ｃｕロウ材（これは一般的なＡｇロウ材）が使用される。ロウ材層３１は、リッド３の一方の主面全体をなすとともに、その厚さがおよそ１５μｍ程度に調整されている。このようなリッド３は、開口周縁部７ｂに形成されたメタライズ層２７を介して、セラミックパッケージ７に直接ロウ接される。メタライズ層２７は、たとえばＷ（タングステン）やＭｏ（モリブデン）を質量部換算で最も多く含有する導電層である。なお、図示しないが通常はこの上にＮｉ−Ａｕめっきが施されるので、メタライズ層２７は、Ｎｉ−Ａｕめっき層を含むと考えてもよい。
【００２１】
リッド３をセラミックパッケージ７にロウ接するには、たとえば図３に示す方法がある。１つは、図３（ａ）に示すように、リッド３を開口周縁部７ｂに載置したのち、リッド３の周縁部にローラ電極１２を当接させる。実際には、対向する他辺にもローラ電極１２を当接させるが、図３（ａ）では省略した形で示している。ローラ電極１２に電流を流すと、ジュール熱によりロウ材層３１が溶融され、開口周縁部７ｂに形成されたメタライズ層２７を介して、リッド３をセラミックパッケージ７に直接シーム溶接することができる。また、図３（ｂ）に示すように、リッド３の本体部３２に電子ビームＥＢを直接照射してロウ材層３１を溶融させる、いわゆる電子ビーム溶接法を採用することも可能である。なお、これらの溶接工程は、大気圧よりも圧力を減じた減圧雰囲気や窒素ガス等を用いた不活性雰囲気で行うとよい。
【００２２】
図２および図３に示すように、開口周縁部７ｂは、キャビティ７ｃ側（内側）に向かうにつれて該キャビティ７ｃの底面１８ｐからの高さが連続的または段階的に減少するように調整されたダレ部７ｅを含んで構成されている。ただし、図２および図３に示すのは漸次減少の例である。このようなダレ部７ｅは、研削や研磨で開口周縁部７ｂの面取りを行って形成することも可能であるが、本実施形態においてはセラミックパッケージ７となるべきセラミックグリーン積層体を変形させて、ダレ部７ｅを形成するようにしている。
【００２３】
このようなダレ部７ｅが開口周縁部７ｂの一部として形成されている場合、図３（ａ）（ｂ）に示すように溶接をするためにリッド３を開口周縁部７ｂに載置したとき、リッド３の下面とセラミックパッケージ７の開口周縁部７ｂとの間に、空隙ＥＨが生じることとなる。この状態を保持しつつ上記した方法により溶接（ロウ接）を試みると、溶融したロウ材が空隙ＥＨに緩やかに流れ込む形となり、ロウ溜まり３１ａ（図２参照）が形成される。これにより、ロウ材がキャビティ７ｃ内に噴出することが抑止される。ちなみに、開口周縁部７ｂが全くフラットな場合には、上記したような空隙ＥＨがほとんど生じないため、ロウ溜まり３１ａは形成されず、溶融したロウ材がキャビティ７ｃ内に勢いよく噴出する恐れがある。なお、図２に示すように、リッド３の側面に隣接するロウ溜まり３１ｂも形成される。
【００２４】
ダレ部７ｅの断面形状は、ロウ材の流れ込み容易性、製造の容易性、さらには製造コストといった観点から、本実施形態のようになだらかな凸曲面状にすることが好ましい。ただし、これに限定されるわけではなく、アール面や、Ｃ面のような一定の角度の傾斜面を示すようにしてもよい。また、開口周縁部７ｂの全周域にわたってダレ部７ｅを形成して、キャビティ７ｃを取り囲むようにすることが好ましい。このようにすると、キャビティ７ｃの全周囲にわたってロウ材の噴出抑止効果を得ることができる。
【００２５】
次に、開口周縁部７ｂがダレ部７ｅを含むようにセラミックパッケージ７を作製する工程について説明する。図４は、その工程を示す説明図である。まず、アルミナ質セラミック粉末等の誘電材料粉末を有機溶媒に加えて混錬し、ドクターブレード法等の方法でセラミックグリーンシートを成形する。これに配線パターンを印刷し、さらにその上にセラミックグリーンシート積層圧着する。これを所定数繰り返すことにより、配線パターンを有する第１セラミックグリーン積層シート１７が作製される（工程▲１▼）。なお、層間の電気的接続を取るためのバイアを形成する場合は、セラミックグリーンシートのバイア形成位置にドリル等を用いて穿孔しておき、そこに金属ペーストを充填するようにする。
【００２６】
次に、第１セラミックグリーン積層シート１７の一方の主面上にメタライズ層２７を形成する（工程▲２▼）。メタライズ層２７は、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）などの高融点金属を含有するメタライズインクの印刷により形成することができる。また、本実施形態では、第１セラミックグリーン積層シート１７の一主面の全体にメタライズ層２７を形成している。そして、必要に応じて、メタライズ層２７の上にＮｉ−Ａｕめっき層を形成する。
【００２７】
メタライズ層２７とＮｉ−Ａｕめっき層を形成した後、第１セラミックグリーン積層シート１７の少なくとも１箇所（本実施形態では複数箇所）を、メタライズ層、Ｎｉ−Ａｕめっき層とともにパンチ１３で打ち抜いて通孔を形成する（工程▲３▼）。なお、Ｎｉ−Ａｕめっき層は、打ち抜きの後で行うようにしてもよい。
【００２８】
次に、メタライズ層２７を形成した反対の主面側から、別途準備しておいた第２セラミックグリーン積層シート１８を接近させる。そして、通孔の一方を塞ぐ形で、第１セラミックグリーン積層シート１７に第２セラミックグリーン積層シート１８を積層させる。これにより、上記通孔に由来する電子部品本体収容用のキャビティ７ｃを複数備えたセラミック積層体アセンブリ１９を得る（工程▲４▼）。第２セラミックグリーン積層シート１８は、第１セラミックグリーン積層シート１７と同様の手法にて作製されるものである。
【００２９】
次に、図５の拡大図にも示すように、上記のセラミック積層体アセンブリ１９に対し、メタライズ層２７の形成されている側から可撓部材１１を面接触させて、シート積層方向に押圧しつつ、図２および図３に示したようなダレ部７ｅを形成する（工程▲５▼）。このように、ダレ部７ｅを形成する工程は、第１セラミックグリーン積層シート１７と第２セラミックグリーン積層シート１８とを圧着する工程を兼ねている。そのため、実質的に工程数増は無く、非常に経済的である。
【００３０】
可撓部材１１には、ゴム弾性を有する樹脂（エラストマー）からなるものを使用することができる。中でも、比較的柔軟性の高いシリコンゴム等のエラストマーからなり、セラミック積層体アセンブリ１９との接触面が平滑な樹脂部材を可撓部材１１として使用すると、図５に示すように、可撓部材１１が弾性変形してキャビティ７ｃに若干入り込むような形となる。これにより、セラミック積層体アセンブリ１９の角が変形（塑性変形）されて、ダレ部７ｅが形成される。また可撓部材１１を用いた本実施形態の方法によれば、全てのキャビティ７ｃの全周囲にダレ部７ｅを形成することができるため、焼成後に研削や研磨でダレ部７ｅを形成する方法に比べて、遥かに高効率である。
【００３１】
また、可撓部材１１は、セラミック積層体アセンブリ１９に直に接触させてもよいし、軟質フィルムなどの他部材を介して間接接触させるようにしてもよいが、本実施形態では前者を採用している。また、可撓部材１１の代わりに、硬質な当て板など使用してダレ部７ｅを形成することも可能である。この場合、形成するべきダレ部７ｅの形状を予め当て板に持たせておき、その当て板の形状をセラミック積層体アセンブリ１９に転写することとなる。
【００３２】
また、図６に示すように、ダレ部７ｅはキャビティ７ｃの底面１８ｐからの高さが最も小さい位置と、最も大きい位置との差ｄが１μｍ以上１０μｍ以下となるように形成するのがよい（ただし焼成後寸法で）。この高低差ｄ、換言すればダレ量が小さすぎると、ロウ溜まりが十分に形成されず、溶融したロウ材の噴出抑止効果を得ることができない恐れがある。他方、過剰な高低差ｄを持つダレ部７ｅを形成しても、ロウ材の噴出抑止効果の向上は望めないばかりか、製造コストの高騰や、リッド３の接合強度低下を招く恐れがある。ダレ量の調整に関して言えば、前述した可撓部材１１の厚さ、硬さ、材質等を種々選択したうえで、押圧力を適宜調整することにより行うことができる。なお、本明細書中でいう高さ方向は、グリーンシートの積層方向でもあるし、キャビティ７ｃの深さ方向でもある。
【００３３】
また、開口周縁部７ｂのうち、ダレ部７ｅが占有する幅Ｄ_２は、開口周縁部７ｂ全体の幅（Ｄ_１＋Ｄ_２）よりも小さくなるように調整するとよい。すなわち、ダレ部７ｅの占有幅Ｄ_２を大きくしすぎると、リッド３のロウ付け強度が低下する恐れがある。逆に小さくしすぎると、十分な体積のロウ溜まり３１が形成されなくなる。
【００３４】
ダレ部７ｅを形成したら、セラミック積層体アセンブリ１９を焼成する工程と、キャビティ７ｃに沿ってセラミック積層体アセンブリ１９を分割する工程とを行うとよい（図４：工程▲６▼▲７▼）。本実施形態では、図４に示すように焼成工程に先立って、ブレイク刃１４，１４を用いてセラミック積層体アセンブリ１９にブレイク溝を形成しておき、焼成後にブレイク溝に沿って分割し、図１に示したセラミックパッケージ７を複数個得るようにしている。つまり、セラミック積層体アセンブリ１９は、セラミックパッケージ７の多数個取りワーク基板として構成されたものである。
【００３５】
以上のようにして得られたセラミックパッケージ７に、水晶片２を収容させて、前述したようにしてリッド３を溶接すれば水晶発振器１が得られる。
【００３６】
なお、図５で説明したように、可撓部材１１を用いて形成したダレ部は、キャビティ７ｃの底面１８ｐからの高さがなだらかに減少したものとなる。他方、キャビティ７ｃの底面１８ｐからの高さが段階的に減少したダレ部を形成するには、たとえば図７に示すように、段付部７ｆ（ダレ部）を有するメタライズ層２８を形成する方法を考え得る。このようなメタライズ層２８は、たとえば前述したメタライズインクのスクリーン印刷を複数回に分けて行うことにより形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミック電子部品の一例である水晶発振器の分解斜視図。
【図２】図１のセラミック電子部品の部分拡大断面図。
【図３】リッドの溶接方法を説明する断面模式図。
【図４】セラミック電子部品の製造方法にかかるセラミックパッケージの製造工程を説明する図。
【図５】図４の圧着工程における拡大図。
【図６】開口周縁部の拡大断面図。
【図７】メタライズ層の別形態を説明する断面模式図。
【符号の説明】
１水晶発振器（セラミック電子部品）
２水晶片（電子部品本体）
３リッド（蓋体）
７セラミックパッケージ
７ｂ開口周縁部
７ｃキャビティ
７ｅ，７ｆダレ部
１１可撓部材
１２ローラ電極
１７第１セラミックグリーン積層シート
１８第２セラミックグリーン積層シート
１８ｐキャビティの底面
１９セラミック積層体アセンブリ
２７，２８メタライズ層
３１ロウ材層

Claims

電子部品本体がセラミックパッケージのキャビティに収容され、そのキャビティの開口周縁部に金属製の蓋体が直接ロウ接されたセラミック電子部品の製造方法において、
前記セラミックパッケージとして、前記キャビティ側に向かうにつれて該キャビティの底面からの高さが連続的に減少するようになだらかな凸曲面状に形成されたダレ部を、前記開口周縁部が含んで構成されたものを用いて、
第１セラミックグリーン積層シートの一方の主面上にメタライズ層を形成する工程と、その第１セラミックグリーン積層シートの少なくとも１箇所に通孔を形成する工程と、前記メタライズ層の反対側から前記通孔の一方を塞ぐ形で前記第１セラミックグリーン積層シートを第２セラミックグリーン積層シートに積層させて、電子部品本体収容用の前記キャビティを備えたセラミック積層体アセンブリを形成する工程と、前記セラミック積層体アセンブリに、前記メタライズ層の形成されている側から可撓部材を直接、または可撓膜を介して間接に、面接触させて積層方向に押圧しつつダレ部を形成する工程と、前記セラミック積層体アセンブリを焼成する工程と、を有することを特徴とするセラミック電子部品の製造方法。
前記蓋体を前記開口周縁部に載置したのち、前記蓋体にローラ電極を当接させることにより、前記蓋体に形成されたロウ材層と、前記開口周縁部に形成されたメタライズ層とを介して、前記蓋体を前記セラミックパッケージに直接シーム溶接する請求項１記載のセラミック電子部品の製造方法。
前記開口周縁部は、その全周域にわたって前記ダレ部を含む請求項１または２記載のセラミック電子部品の製造方法。
前記ダレ部は、前記キャビティの底面からの高さが最も小さい位置と、最も大きい位置との差が１μｍ以上１０μｍ以下となるように調整されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のセラミック電子部品の製造方法。