JP4405636B2

JP4405636B2 - 電子部品用パッケージの製造方法

Info

Publication number: JP4405636B2
Application number: JP2000064726A
Authority: JP
Inventors: 秀仁内田; 勝也水本; 聡史金子
Original assignee: River Eletec Corp
Current assignee: River Eletec Corp
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: JP2001257279A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の電子部品を収納して気密封止する電子部品用パッケージの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電子部品用パッケージとしては、例えば図５に示したように、圧電振動子などの電子部品２を収納するセラミック製のケース３と、ケース３の外周枠の上面に形成されたメタライズ層４を介して封止される金属製の蓋体５とで構成されたものが知られている（特開平９−２４６４１５号参照）。前記メタライズ層４はタングステン又はモリブデン等の金属の上にニッケルメッキと金メッキを施して層状に形成したものである。一方、蓋体５の片面にはクラッド化された金属ろう材７が形成されている。
【０００３】
上記電子部品用パッケージ１の製造工程において、ケース３に蓋体５を封止する場合には、図６に示すように、ケース３の上に蓋体５を被せメタライズ層４と金属ろう材７を重ね合わせてから蓋体５の外周縁に沿ってビーム８を移動し連続的に照射する。ビーム８の照射によって金属ろう材７が加熱溶融されメタライズ層４に封着することで、ケース３と蓋体５とが密着してケース３内の気密性が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、真空中で蓋体５の上からビーム８を照射すると、加熱溶融された金属ろう材７からガスが発生する。そのため、上記従来のように１回の工程でビーム８を連続的に照射し、ケース３と蓋体５とを完全に密着してしまうと、金属ろう材７から発生したガスがパッケージ１内に残留してしまうといった問題があった。
【０００５】
上記ガスは金属ろう材７中に含まれる銀合金やアルミニウム合金等の金属粒子やその中に含まれる不純物が溶融する際に気化したものであり、このガス成分がパッケージの内部に残留してしまうと、パッケージの真空度が損なわれると共に、ケース３内に収納した電子部品２やその電極部分が化学変化を起こし易くなって性能劣化の原因となるおそれがある。
【０００６】
特に、水晶振動子においては、パッケージの真空度の低下により等価直列抵抗値が増大するため、周波数特性が悪くなり安定した発振ができなくなってしまうといった問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、ビーム溶接時に発生するガスのパッケージ内残留量を最小限に抑え、真空度を高めると共に品質性能の劣化を抑えることのできる電子部品用パッケージの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、電子部品を収納するケースと金属製の蓋体とをメタライズ層を介してビーム溶接により封止する電子部品用パッケージの製造方法において、前記ビーム溶接を２回に分けて行ない、１回目に全溶接領域の５０％以上を溶接した後、前記ケース及び蓋体を真空中で加熱乾燥し、２回目の溶接開始時にケース内圧力を１５Ｐａ以下の真空状態に保ちながら残りの溶接領域をビーム溶接することを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、２回目の溶接領域が全溶接領域の５０％未満で、かつケース内圧力が１５Ｐａ以下に保たれていることから、溶接時に発生するガスのケース内残留量を最小限に抑えることができ、真空度をより高めたパッケージ製造が可能となる。また、１回目のビーム溶接が終了した時点でケース及び蓋体を真空中で加熱乾燥させることによって、ケースや蓋体に付着したガス粒子をより効果的に除去することができる。そのため、ビーム溶接が終了した時にケース内での残留ガスが少なくなり、その分真空度が高められると共に品質性能の劣化が抑えられる。
【００１０】
請求項２の発明は、電子部品を収納するケースと金属製の蓋体とをメタライズ層を介してビーム溶接により封止する電子部品用パッケージの製造方法において、前記ビーム溶接を２回以上に分けて行ない、最後の溶接工程の直前までに全溶接領域の５０％以上を溶接した後、前記ケース及び蓋体を真空中で加熱乾燥し、最後の溶接工程で残りの領域をビーム溶接して封止することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、ビーム溶接を２回以上に分け、最後の溶接工程の直前までに全溶接領域の５０％以上を溶接することで、蓋体を固定することができるとともに、各回のビーム溶接の際に金属ろう材から発生したガスをケースから排出させることができる。また、最後の溶接工程の直前にケース及び蓋体を真空中で加熱乾燥させることによって、ケースや蓋体に付着したガス粒子をより効果的に除去することができる。このため、溶接時に発生するガスのケース内残留量を最小限に抑えることができ、真空度をより高めたパッケージ製造が可能となる。
【００１２】
請求項３の発明は、前記電子部品パッケージが水晶振動子であることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、ケース内圧力が１５Ｐａ以下に保持された状態でパッケージ封止されるため、製造時における水晶振動子の等価直列抵抗値が低く抑えられる。このため、品質が一定で安定した発振特性を有する水晶振動子が製造可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明に係る電子部品用パッケージの製造方法について、その実施形態を詳細に説明する。図１乃至図３は本発明の一実施形態における電子部品用パッケージ及び製造方法を示したものである。ここで、図１は電子部品用パッケージの断面図、図２及び図３は製造時における封止方法の作用図である。
【００１５】
図１において、電子部品用パッケージ１０は、従来と同様、圧電振動子などの電子部品１１を収納する金属製あるいはセラミック製のケース１２と、その外周枠の上面１３に形成されたメタライズ層１４を介してケース１２の内部を封止する金属製の蓋体１５とで構成される。メタライズ層１４はタングステン又はモリブデン等の金属の上にニッケルメッキと金メッキを層状に施したものである。
【００１６】
一方、メタライズ層１４の上に直接封止される金属製の蓋体１５は、ケース１２の平面形状と略同一形状の金属板１６と、この金属板１６の裏面全体にクラッド化された金属ろう材１７とで構成されている。金属板１６は従来の蓋体と同様、４２アロイやコバールその他の鉄系合金で構成され、一方、金属ろう材１７は銀合金やアルミニウム合金等金属材で構成される。金属ろう材１７の融点は９００℃以下が望ましく、それによって溶融時のケース１２に及ぼす熱の影響を最小限に抑えることができる。金属板１６と金属ろう材１７とのクラッド化は、２枚の金属板を同時に圧延することで容易に製造できる。クラッド化された蓋体１５は、金属的に強固な結合構造となるため熱伝導が極めて良好となり、電子ビーム１８の照射によって加熱溶融し、メタライズ層１４に直接溶接される。
【００１７】
次に上記構成からなる蓋体１５をケース１２に気密封止する製造工程を説明する。先ず、メタライズ層１４が形成されているケース１２の中に圧電振動子などの電子部品１１を収納し、次いでケース１２の外周枠の上面１３に蓋体１５を載せ置く。この時、蓋体１５の下面に設けられた金属ろう材１７が、前記外周枠の上面１３に形成されたメタライズ層１４に接触する。次に、減圧した環境の下で蓋体１５の上から外周縁に沿って電子ビーム１８を照射し、金属ろう材１７を加熱溶融してメタライズ層１４に直接溶接する。電子ビーム１８を蓋体１５の外周に沿って１周させることで蓋体１５の全周が溶接されるが、この発明では蓋体１５の全周を複数回に分けて照射し溶接している。
【００１８】
図２及び図３は上記電子ビーム１８による溶接封止を２回に分けて行なう場合の手順を示したものである。図２は１回目の照射で全体の約８０％を封止した状態を示し、図３は２回目の照射で残り約２０％を封止した状態を示す。圧力１５Ｐａ以下の真空に達した作業環境下において、先ず任意の溶接開始点１９に電子ビーム１８を当て、その位置から蓋体１５の外周縁に沿って電子ビーム１８を照射しながら移動させ、全体の約８０％を封止した第１溶接の終点２０で電子ビーム１８を停止する。この状態で真空引きを継続すると、１回目の溶接時に金属ろう材１７から発生したガスはケース１２の外に強制的に排出されると共に、ケース１２内の圧力が再び１５Ｐａ以下の真空状態に保たれる。なお、１回目のビーム溶接が終了した時点でパッケージを加熱乾燥させることで、ケース１２や蓋体１５に付着したガス粒子をより効果的に除去することができる。加熱温度及び加熱時間は適宜選択され、例えば２８０℃で１時間程度の加熱で効果が現われる。
【００１９】
次に、前記第１溶接の終点２０から僅かに戻った位置となる第２溶接の始点２１に再び電子ビーム１８を当てる。そして、前述と同様に蓋体１５の外周縁に沿って残りの部分に電子ビーム１８を照射しながら移動させ、前記溶接開始点１９を僅かに超えた位置となる第２溶接の終点２２で電子ビーム１８を停止して終了する。このように、１回目の溶接端部と２回目の溶接端部とをダブらせることで、封止漏れを確実に防止できる。
【００２０】
前記２回目の溶接作業時においても金属ろう材１７から発生したガスがケース１２内に溜まるが、１回目の溶接時よりも溶接領域が狭いため、その発生量は少ない。そのため、従来の１回の工程で全周を溶接していた場合に比べ、ガスの成分がケース１２内に残留したり蓋体１５に付着する量が少なく、その分真空度が高まる。このように、２回目の溶接領域が狭いほど発生したガスの残留量が少なくなるが、逆にあまり狭すぎると１回目の溶接時におけるガスの排出効率が悪くなるため、結果としてケース１２内に残留する量が多くなってしまい気密性が上がらない場合がある。以上の結果を考慮すると、１回目の溶接は全溶接領域の５０％以上であって、且つ９０％を超えない範囲で行なうのが適当である。
【００２１】
上記実施形態では、溶接を２回の工程に分けて行った場合について説明したが、必ずしも２回に限定されるものではなく、３回以上に分けて溶接した場合にも同様の効果が得られる。この場合、最後の溶接工程の直前までの溶接工程において、全溶接領域の５０％以上が溶接されていることが必要である。
【００２２】
上記実施形態では電子ビーム１８の照射によって溶接しているので、常温でしかも高速に溶接作業ができる。このため、一般に行われているシーム溶接に比べて極めて短時間に溶接が終了し、ケース１２に及ぼす熱の影響も少なくて済む。なお、溶接に用いられるビームとしては、上記の電子ビームに限られることなく光ビームやレーザビーム、イオンビーム等でも良く、これらのビームを用いた場合にも同様の溶接効果が得られる。また、シーム溶接においても上記減圧した作業環境下で実施すれば本発明と同様の製造方法が使用できる。この場合、ビーム溶接に比べ溶接にかかる時間が多くなるものの、溶接時に発生するガスのケース内への残留量が少なくなり、真空度を高める効果が得られる。
【００２３】
上記封止方法により製造されたものとして音叉型水晶振動子がある。パッケージの構成は上記図１に示したものと同様であるが、ケース１２内に収納される電子部品１１は発振周波数に応じてカットされた水晶片となる。表１及び図４は本発明によるパッケージ製造方法をこの音叉型水晶振動子の製造に適用した実験結果である。表１は同一の音叉型水晶振動子で発振周波数が３２ｋＨｚのサンプルに対して、従来の１回のみの工程で溶接でした場合と２回に分けて溶接した場合とを比較したものである。
【００２４】
【表１】

【００２５】
従来の１回のみの場合は、等価直列抵抗Ｒ１がいずれも６５ｋΩ以上となっている。これに比べて、２回に分けて溶接したものは、１回目に全溶接領域の８０％を溶接した段階でのケース内圧力が１５Ｐａ以下で、最終的な等価直列抵抗Ｒ１は４０ｋΩ以下となった。一般的にパッケージ内の真空度が高いほど等価直列抵抗値は減少することが知られている。よって、この実験結果から２回に分けて溶接した場合の方が、ケース内の真空度が高いことが確認できた。
【００２６】
図４は上記音叉型水晶振動子について、溶接時の周囲圧力と等価直列抵抗Ｒ１との関係を表したものである。図から明らかなように、周囲圧力が減少するにしたがって等価直列抵抗Ｒ１もなだらかに減少する。そして、圧力が１０Ｐａに達した時点から等価直列抵抗Ｒ１が４０ｋΩ以下となり、１Ｐａ近辺では３５ｋΩで安定する。水晶振動子の種類や発振周波数により異なるが、通常、上記性能の音叉型水晶振動子の場合、製造段階において等価直列抵抗値を１００ｋΩ以下に抑えなければならない。本実施例の製造方法においては、いずれも４０ｋΩ以下とかなり良好な状態で製造できることが示された。このため、歩留りが高く、周波数特性の安定した製品が製造可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電子部品用パッケージの製造方法によれば、ビーム溶接時に発生する金属ろう材からのガスをケース内から効率よく排出することで、パッケージ内の真空度が高まると共に、ガスによる品質性能の劣化を防ぐことができるといった効果がある。
【００２８】
また、本発明によって製造された水晶振動子によれば、従来方法により製造されたものに比べて約半分程度の等価直列抵抗値に抑えることができるため、品質が一定で安定した発振特性を有する水晶振動子が得られるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子部品用パッケージの断面図である。
【図２】本発明に係る電子部品用パッケージの製造方法において１回目の封止工程を示す説明図である。
【図３】本発明に係る電子部品用パッケージの製造方法において２回目の封止工程を示す説明図である。
【図４】本発明に係る水晶振動子製造時における圧力と直列等価抵抗値との関係を示すグラフである。
【図５】従来の電子部品用パッケージの斜視図である。
【図６】従来の電子部品用パッケージの製造方法において封止方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１０電子部品用パッケージ
１２ケース
１４メタライズ層
１５蓋体
１８電子ビーム
１９溶接開始点
２０第１溶接の終点
２１第２溶接の始点
２２第２溶接の終点

Claims

電子部品を収納するケースと金属製の蓋体とをメタライズ層を介してビーム溶接により封止する電子部品用パッケージの製造方法において、
前記ビーム溶接を２回に分けて行ない、１回目に全溶接領域の５０％以上を溶接した後、前記ケース及び蓋体を真空中で加熱乾燥し、２回目の溶接開始時にケース内圧力を１５Ｐａ以下の真空状態に保ちながら残りの溶接領域をビーム溶接することを特徴とする電子部品用パッケージの製造方法。
電子部品を収納するケースと金属製の蓋体とをメタライズ層を介してビーム溶接により封止する電子部品用パッケージの製造方法において、
前記ビーム溶接を２回以上に分けて行ない、最後の溶接工程の直前までに全溶接領域の５０％以上を溶接した後、前記ケース及び蓋体を真空中で加熱乾燥し、最後の溶接工程で残りの領域をビーム溶接して封止することを特徴とする電子部品用パッケージの製造方法。
前記電子部品パッケージが水晶振動子であることを特徴とする請求項１又は２記載の電子部品用パッケージの製造方法。