JP4349622B2

JP4349622B2 - 薄型金属パッケージの製造方法

Info

Publication number: JP4349622B2
Application number: JP2004058484A
Authority: JP
Inventors: 大輔福島; 比呂志加藤
Original assignee: エヌイーシーショットコンポーネンツ株式会社
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2024-03-03
Also published as: JP2005251891A

Description

本発明は、金属ベースとリード端子を絶縁材にて気密溶着した薄型金属パッケージの製造方法に関し、特に、表面実装用電子部品として好適し量産化処理を容易にする薄型金属パッケージの製造方法に関する。

水晶振動子・フィルタ・発振器などの表面実装型電子部品デバイスは、表面実装型パッケージに水晶片・圧電デバイス片を収容して構成されるが、表面実装型パッケージとしてはベースとキャップの４種類が知られている。例えば、特許文献１および２に示されるように、金属ベースにリード端子がほうけい酸高融点ガラスで封着する金属パッケージに水晶振動子などの機能部品を収容して妨害電磁波の侵入を防ぐ構造のもの、電磁波の侵入を危惧しない場合での絶縁セラミックベースを用いたパッケージからなるもの、セラミックべースとその開口部を塞ぐ天板に透光性のガラスキャップを組合わせて低融点ガラスで封着してレーザートリミングによる発振周波数調整を容易にしたもの、セラミックベースと金属キャップの組み合わせでベース側壁のスペーサの開口側上面にＡｇロー材の金属薄膜を形成し、金属キャップとシーム溶接あるいは電子ビーム溶接したものがある。
特開２００３−１２４３８２号特開２００３−０８６７２３号

すなわち、特許文献１は金属ベ−スの貫通孔に絶縁材を用いて金属リ−ドを挿通し、蓋体となるキャップを被せて合体ベ−スを形成し、気密雰囲気のベース内部に金属リ−ドのベ−ス内部に電子部品素子を架設・接着して収納する金属パッケ−ジを開示する。さらに、金属ベ−ス下面を基板取付け面とし、金属リ−ドと基板取付け面との間の絶縁距離を十分な距離、０．０５〜０．３ｍｍに設定して、基板に金属パッケ−ジ実装後の半田フィレットの確認を容易にするほか、金属パッケ−ジの製造では、多数の金属リ−ドをリードフレーム状板体を用いて、各々の金属ベ−スへ挿入させて絶縁材により溶着後、切断して個々の薄型金属パッケージとすることも開示する。このように、水晶振動子等の電子部品素子を搭載するパッケージはシールド効果が有利な金属ベースに金属リードを絶縁材の介在で封着する金属パッケージが主流であり、電子機器の小型化要請から実装方式でも表面実装が増加しつつある。特に、水晶振動子などの多数の電子デバイスを収納する場合には複数個の金属リードを有する金属パッケージが用いられている。

ところが、従来の表面実装方式で用いられる金属パッケージではリードの周囲に介在する絶縁材を用いて絶縁性を確保する必要から絶縁距離を大きくするために外径が大となり、パッケージの小型・薄型化が困難であった。特に、複数個のリード端子を有する金属パッケージでは金属ベースに絶縁材を介して封着されたリード端子の整列精度で問題が生じ易く、例えば、リード長にばらつきが生じて端子の接続面が不揃いになったり、リード相互の直立平行度で一部に傾きが生じて修正を余儀なくされたりしていた。また、リード端子を絶縁材で気密溶着する加熱作業では高度な熟練と多大の工数を必要として結果的にパッケージ加工コストと共に選択材料の原価コストが高くなり、表面実装に適するローコスト金属パッケージ製品の提供が難しい。更には、多数のリード端子を有する薄型金属パッケージ製品では、電子機器への組立で表面実装での多くの課題が残されている。

したがって、本発明は上記の欠陥に鑑みて提案されたものであり、リード端子の独創的な構造と製作方法の工夫により加工費を安価にする表面実装に好適な薄型金属パッケージの製造方法の提供を目的とする。特に、多数のリード端子を所定位置に正確に配置整列することが必要な薄型金属パッケージにおいて、量産化に好適で作業工数の大幅削減を可能にすると共にリード端子の配列精度を向上する低コストの新規かつ改良された薄型金属パッケージの製造方法の提供を目的とするものである。

本発明の別の目的は、多数のリード端子を備える気密端子形金属ベースからなる表面実装用薄型金属パッケージにおいて、金属ベースの実装側である裏面側に露呈するリード端子の接続部が面一に揃えられるように仕上加工して表面実装作業を容易にし、必要に応じて、予めはんだ材を具備させた新規かつ改良された薄型金属パッケージの製造方法を提供することにある。

本発明によれば、リード端子は金属板を絞り出すプレス加工や、金属板の裏面側エッチングあるいは金属板のエッチングやプレス加工してその上にメッキによる電鋳で金属凸状部を形成した成型部材、更には金属板にロッドを抵抗溶接して金属凸状部を形成した成形部材から製作される。すなわち、成形部材はプレス加工金属板、エッチング加工金属板、メッキ電鋳加工金属板またはロッド溶接加工金属板から選択される一つの金属成形部材であり、薄板状金属板をプレスやエッチング手法で凸状部としたり、メッキの電気鋳造（電鋳）またはロッドの溶接加工により成形され、製作工程の容易化を図ることを提案する。本発明によれば金属板をプレス、エッチング、メッキおよび溶接加工の少なくともいずれかにより金属凸状部と連結部を有する成形部材を製作する加工工程と、前記成形部材と貫通孔を有する金属ベースとを所定空隙を保ちつつ前記金属凸状部を前記貫通孔に挿入し所定位置に配置して前記所定空隙に介在の絶縁材により気密溶着する封着工程と、前記金属ベースに封着した前記成形部材に端子接続部を形成する表面仕上工程とからなり、前記金属凸状部をリード端子としたことを特徴とする薄型金属パッケージの製造方法が提案される。ここで成形部材を用意する加工工程は金属板に複数個の金属凸状部と連結部を有する成形部材を一体成形し、封着工程は成形部材を複数個の貫通孔のある金属ベースに成形部材の金属凸状部を貫通孔に挿入配置して気密封着し、最終の表面仕上工程は封着された成形部材から金属凸状部を個別に分離するよう連結部を除去する研磨工程を含めることを開示する。また、加工工程はプレス、電鋳、溶接などが適用されるほか、金属板に複数個の金属凸状部がそれぞれ連結部によりフレーム枠と結合するリードフレーム体とすることも提案される。

本発明による薄型金属パッケージは金属ベースに封着されたリード端子が金属板へのプレス、エッチング、電鋳、溶接等の加工により一体成形部材を製作するので実装基板上への配置が安定化してはんだ接続を確実かつ容易にすると共に作業工数の削減により低コスト化が図られる。特に、複数個のリード端子を金属ベースの貫通孔に挿入して絶縁材で気密溶着する際、各リード端子が金属板での加工で一体成形するので組立工数の削減と同時に各成形部材の寸法や配置間隔が正確に維持され、封着後のリード端子の長さや取付け位置の精度向上が図れる金属パッケージ製品となり、表面実装が容易になるなどの実用的効果が大きい。例えば、４個のリード端子を設ける場合、リード間の寸法のばらつきを従来約０．０５ｍｍであったのを本発明方法では０．０２ｍｍにでき、パッケージキャビティ内でのリード端子の高さのばらつきでは単一ピン４本使用による従来方法では０．０６ｍｍであったのが本発明方法では０．０３ｍｍと略半減することができた。

また、組立冶具を用いて多数のリード端子を金属ベースの多数の貫通孔に挿入し絶縁材で気密溶着する際の組立が容易となり歩留の向上と冶具の長寿命化が図られると共に封着後のリード端子の頂面は平坦で平行度が保たれる。さらには絶縁材の選択によっては金属ベースとリード端子の気密溶着時の溶着温度を低くできるなどからリード端子の不揃いがなく寸法精度の高い薄型金属パッケージが提供できる。したがって、パッケージ内部に収容する水晶振動子などの電子部品素子の搭載およびパッケージ製品の基板上での表面実装を容易にするなどの実用的効果を奏する。

本発明の実施形態は、複数個の貫通孔を形成した金属ベースと、この貫通孔に高融点または低融点のガラスあるいはプラスチック材、好ましくはポリイミド系樹脂から選択される絶縁材を介在して封着した複数個のリード端子とを具備する気密端子形薄型金属パッケージであって、リード端子は用意された金属板をプレス、エッチング、電鋳、溶接などの加工により製作される複数個の金属凸状部と連結部を有する成形部材からなり、成形部材は金属板を分離分割して形成され、複数個のリード端子を所定位置に整列配置させ、この成形部材の頂面部分および底面部分に端子接続部を形成した薄型金属パッケージである。この薄型金属パッケージの製造方法は金属板をプレス加工やエッチング金属板へのメッキの電気鋳造または溶接加工で複数個の金属凸状部を有する成形部材の加工工程と、複数個の貫通孔を有する金属ベースと所定の空隙を維持しつつ金属凸状部を貫通孔に挿入して前記成形部材を所定位置に配置して所定の空隙に絶縁材を介在させ気密溶着する封着工程と、金属ベースに気密溶着した成形部材の露呈面を処理して端子接続部を形成する表面仕上工程とからなり、加工工程での成形部材は一体成形され、封着工程では成形部材が一体化状態で金属ベースの貫通孔に金属凸状部を挿入配置され、表面仕上工程では封着された複数個の金属凸状部を個別に分離する連結部の研磨または切断による除去工程が付加される。

また、別の実施態様は、金属板の加工により複数個の金属凸状部と連結部を有する結合体のリードフレーム体であり、このリードフレーム体の連結部を切り離して個別のリード端子としたことを特徴とする薄型金属パッケージを開示する。この場合に成形部材の加工工程では金属板に複数個の金属凸状部がそれぞれ連結部を介してフレーム枠に結合するリードフレーム体を一体成形し、封着工程でこのリードフレーム体が貫通孔を有する金属ベースに絶縁材で気密溶着した後、表面仕上工程で封着されたリードフレーム体から複数個の金属凸状部を分離するために連結部が切断されてフレーム枠が除去される。

さらに別の実施態様は、薄型金属パッケージの製造方法における表面仕上工程でプレス加工等の成形の際に成形部材の底面部分に形成された凹状部にはんだ材を装填して端子接続部として表面実装による接続を容易にした薄型金属パッケージである。この場合、はんだ材は薄型金属パッケージの基板上への実装においてはんだ材を溶融して基板上の配線ランドとの接続に利用される。それゆえに表面実装に適した、より薄型化を図ることのできる金属パッケージとなる。また、はんだ材を不要とする場合の凹状部のへこみ部分には高融点はんだ材を用いて、へこみ部分を埋めてリード端子の外部電極部分を平坦面とすることも可能である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施例について詳述する。本発明の薄型金属パッケージ１０は、図１にその断面図を示すように、貫通孔１１を有する金属ベース１２と絶縁材１５で気密封着されたリード端子２０により構成され、金属ベース１２の複数個の貫通孔１１に挿入された複数個のリード端子２０が所定位置に封着される。ここで、リード端子２０は図２および図３の工程を経て製作される。先ず、図２に示すように金属板３１のプレス加工により４個の金属凸状部３２と金属凸状部間を結合する連結部３３を有する成形部材３０が成形加工され、次いで、図３に示すように、複数個の貫通孔１１を形成した金属ベース１２と成形部材３０が絶縁部１５を介在して封着される。すなわち、組立冶具を用いて４個の貫通孔１１を有する金属ベース１２と４個の金属凸状部３２と金属凸状部間を結合する連結部３３を有する成形部材３０とが合体され、絶縁材の溶融温度近くに加熱処理して両者を気密溶着する。絶縁材１５は高融点または低融点のガラスおよびポリイミド系樹脂等のプラスチックから選択される。次に、成形部材３０は金属板の裏面側から研磨され金属板の連結部３３が除去されて金属凸状部が互いに独立分離される。分離分割した金属凸状部はリード端子２０となり、その頂面部分２２に図示しないが水晶振動子等の電子デバイスが搭載され、また底面部分２４が図示しないが基板上に表面実装されてそれぞれ端子接続部として電気的接続に利用される。本発明の複数個のリード端子２０は金属板のプレス加工で一体成形した成形部材で構成されるから所定位置に不揃いなく整列配置でき、リード端子２０の端子接続部の寸法精度向上に有利となる。

次に本発明の薄型金属パッケージの製造方法について簡単に説明する。この薄型金属パッケージの製造方法は金属板３１をプレス加工して複数個、例えば４個の金属凸状部３２と連結部３３を有する成形部材３０の加工工程と、複数個、例えば４個の貫通孔１１を有する金属ベース１２と所定の空隙を維持しつつ金属凸状部３３を貫通孔１１に挿入して成形部材３０を所定位置に配置して所定の空隙に絶縁材１５を介在させ気密溶着する封着工程と、金属ベース１２に気密溶着した成形部材３０の露呈面を表面処理して端子接続部を形成してリード端子２０にする表面仕上工程とからなり、加工工程では複数個の成形部材３０を一体成形し、封着工程は成形部材３０が一体化状態で金属ベース１２に金属凸状部３２を貫通孔１１に挿入して配置され、表面仕上工程では封着された成形部材３０から金属凸状部３２を独立分離するよう連結部３３を研磨により取り除きリード端子２０とする。なお、リード端子２０の端子接続部となる露呈面はメッキされて完成されるが、こうした製造方法により単一のリード端子を４個用いて組立てる場合に比べて封着工程では組立工数を略１／４に低減する。また、プレス成形で得られる金属ベース１２と一体化した成形部材３０は酸洗・酸化など前処理され、カーボン冶具に金属ベース、粉末をプレス成形したタブレット状絶縁材および成形部材の順に挿入する。
また、加工工程ではプレス加工のほかにエッチング処理した金属板にメッキの電鋳や溶接加工で成形部材を一体成形することもできる。

次に図４に示す別の実施例の薄型金属パッケージについて詳述する。この実施例では金属板４１のプレス加工の成形部材４０は複数個の金属凸状部４２と連結部４３からなるリードフレーム体であり、連結部４３を切断してフレーム枠を切り離して独立する複数個のリード端子２５とした薄型金属パッケージである。この場合に加工工程では金属板に複数個の金属凸状部４２がそれぞれ連結部４３でフレーム枠に結合した成形部材４０が一体成形リードフレーム体としてプレス成形され、封着工程では成形部材４０のリードフレーム体が貫通孔１１を有する金属ベース１２に挿入配置されて絶縁材１５で気密溶着され、表面仕上工程では封着された成形部材４０から個別的に金属凸状部４２を分離するよう不用となったフレーム枠が連結部４３で切断されて除去される。なお、複数個の成形部材４０を打ち抜き可能に形成されたリードフレーム体としての使用は、組立において挿入配置作業の効率化に役立つ。挿入配置の手順はリードフレーム体、ガラスタブレットの絶縁材および金属ベースという順に組立補助具を用いてカーボン治具内の個々のポジションへ挿入する。組立挿入後、カーボン治具上に重し・位置決めを行うためのカーボン治具を載せて高温炉へ投入し加熱処理する。加熱処理はリードフレーム体に金属ベースがガラス絶縁材で一体的に気密溶着される。この状態でメッキ処理が行なわれる。メッキ工程は吊り下げメッキ方式でリードフレーム体をベルトに吊り下げてメッキ槽へ浸漬してリードフレーム体のメッキをする。なお、薄型化のため、絶縁材には金属ベースの裏面側でも成形部材の一体成形品と溶着される。したがって、金属ベースの裏面とリード端子下面部分の端子接続部との間の空隙に絶縁材を流れ込ませることにより、絶縁材の高さ寸法が、０．２〜０．６ｍｍの範囲に設定され、絶縁される距離間隔を０．０５〜０．３ｍｍとするのが好ましい。そして、リード端子の底面部分の端子接続部は実装する基板上の導電ランドと接続され表面実装を容易にする利点がある。

図５は別の実施例として表面実装に適したリード端子構造の薄型金属パッケージを示す。この場合、図１と同様な構造であり、同一部分には同じ符号を付して説明を省略する。すなわち、リード端子２０の底面部分２４に形成された凹状部２６にははんだ材２８が装填され、表面実装する基板上へのはんだ接続を容易にする。はんだ材２８の装填は表面仕上工程で行なわれ、プレス、電鋳、溶接加工等で一体成形された成形部材の底面側凹状部にはんだ材を脱落しないように装填するものであり、表面実装の際に端子接続部と取付け基板導電パターンとの接続を容易に薄型化を図るにも好都合となる。

本発明は表面実装方式に好適する気密端子形薄型金属パッケージであり、水晶振動子を搭載するパッケージ製品に利用されるほか、特に薄型化に適した多数のリード端子を必要とする電子デバイス用の金属パッケージの利用分野に適する。

本発明に係る実施例の薄型金属パッケージの主要部断面図である。同じく図１の薄型金属パッケージの製造で使用するリード端子の成形部材の斜視図である。同じく図１の薄型金属パッケージの封着工程における主要部断面図である。同じく別の実施例の金属パッケージにおける主要部の斜視および断面図である。同じく別の実施例の金属パッケージにおける主要部の断面図である。

符号の説明

１０：薄型金属パッケージ
１１：貫通孔
１２：金属ベース
１５：絶縁材
２０、２５：リード端子
２２：頂面部分（端子接続部）
２４：底面部分（端子接続部）
２６：凹状部
２８：はんだ材
３０、４０：成形部材
３１、４１：金属板
３２、４２：金属凸状部
３３、４３：連結部

Claims

金属板をプレス、エッチング、メッキおよび溶接加工の少なくともいずれかにより金属凸状部と連結部を有する成形部材を製作する加工工程と、前記成形部材と貫通孔を有する金属ベースとを所定空隙を保ちつつ前記金属凸状部を前記貫通孔に挿入し所定位置に配置して前記所定空隙に介在の絶縁材により気密溶着する封着工程と、前記金属ベースに封着した前記成形部材に端子接続部を形成する表面仕上工程とからなり、前記加工工程は前記金属板から複数個の金属凸状部と連結部を有する成形部材を一体化形成し、前記封着工程は前記成形部材の複数個の金属凸状部を前記金属ベースが有する複数個の貫通孔に挿入配置して気密溶着し、前記表面仕上工程は封着した成形部材から前記金属凸状部を個別に分離するよう前記連結部を除去する研磨工程を含み、前記金属凸状部をリード端子としたことを特徴とする薄型金属パッケージの製造方法。