JP4690002B2

JP4690002B2 - 水晶振動子用端子、その製造方法及び水晶振動子

Info

Publication number: JP4690002B2
Application number: JP2004290284A
Authority: JP
Inventors: 剛志中村
Original assignee: Citizen Finetech Miyota Co Ltd
Current assignee: Citizen Finetech Miyota Co Ltd
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2024-10-01
Also published as: JP2006108885A

Description

本発明は水晶振動子用端子、その製造方法及び水晶振動子に関するものである。

水晶振動子は多くの技術分野でクロックとして多用されている。小型の水晶振動子としてシリンダー型の圧入方式水晶振動子が製造されている。

図２は本発明に係わる水晶振動子の透視斜視図であり、図３は水晶振動子用端子の断面図である。水晶振動子１は、金属製のシリンダー状の封止管２内に水晶片３を収容したものであり、封止管２の開放端は水晶振動子用端子８が圧入されている。水晶片３の表面には、励振電極４と、該励振電極４に接続された接続電極５が形成されている。水晶片３の一端部の前記接続電極５上に、水晶振動子用端子８の外部から引き込まれる給電電極としてのリード部材７の先端であるインナーリード７ａが、このインナーリード７ａに予め形成した表面層が溶融されることにより接続されている。

水晶振動子用端子８は一対のリード部材７と絶縁部材８ｃ及び金属製のリング部材８ｂで構成され、一対のリード部材７はお互いに絶縁してほぼ平行に支持され、前記金属製リング部材８ｂに位置決め固定されている。

金属製リング部材８ｂ及びリード部材７の表面にはＰｂを含むハンダ層８ｄが形成され、インナーリード７ａのハンダ層８ｄは接続電極５とのハンダ付けに使用され、金属製リング部材８ｂのハンダ層８ｄは封止管２との圧入での気密性を保つためのシール材として使用されていた。

しかし、Ｐｂの環境への悪影響を避けるためＰｂを含有したハンダの使用が禁止されることになり、Ｐｂを含有しないハンダの採用が進められている。Ｐｂを含有しないハンダとして有力なのは例えばＳｎＣｕ等のＳｎ系金属化合物である。ＳｎＣｕを使用した水晶振動子の例として特許文献１がある。

特開２００３-３２０６６号公報

図４は水晶振動子用端子の金属製リング部材８ｂの表面構造を示す断面図である。金属製リング部材８ｂはコバールや４２ニッケル等であり、表面には下地層としてＣｕ又はＣｕを含む金属化合物（例えばＳｎＣｕ）がメッキされ、その上にはＡｇを表面層としてメッキされている。図５は下地層と表面層の間にＳｎを含みＰｂを含有しない金属化合物が中間層として形成されている断面図である。いずれも特許文献１に記載された構造である。

ＳｎＣｕメッキ処理中にＳｎＣｕメッキ層中に含まれてしまう有機系添加物が加熱によりガス化して表面層を突き破り、表面層が飛散して水晶片の表面に付着することがある。水晶振動子内でガスが発生すると水晶振動子の電気特性が変化し、不具合が発生する。

ＳｎＣｕメッキはＳｎ９８％、Ｃｕ２％であり、状態図での液層線が２６０℃と低く、一般的な電子部品のリフロー温度（２６０℃）で溶融することがあり、リフローによる表面実装での取扱いに注意を要する。

ＳｎＣｕメッキのＳｎが加熱により表面層に拡散し変色することがある。

接続電極を有する水晶片を内部に収容した金属製シリンダー状の封止管の解放端に圧入固定され、前記水晶片の接続電極と固定される一対のリード部材を支持するための水晶振動子用端子において、該水晶振動子用端子は、前記一対のリード部材をお互いに絶縁してほぼ平行に支持するための絶縁部材と、この絶縁部材の周囲を包囲しており、前記封止管の解放端に圧入されて封止管内面と接触する金属製リング部材で構成され、前記水晶振動子用端子を構成する前記金属製リング部材の表面には、少なくともＣｕまたはＮｉを含む金属化合物からなる下地層と、前記下地層の上に、Ｓｎを含みＰｂを含有しない金属化合物でなる第一中間層と、該第一中間層の上に、メッキ浴に有機系添加物を含まないＣｕを含む金属化合物からなる第二中間層と、前記第二中間層の上に、Ａｕ又はＰｄＮｉでなる表面層を備える水晶振動子用端子とする。

前記下地層と、前記第一中間層と、前記第二中間層と、前記第二中間層の上に設けられる表面層とを合わせた厚みが１３．１μｍ以上２７．３μｍ以下である水晶振動子用端子とする。

前記第一中間層と、前記第二中間層のＳｎとＣｕを熱処理により相互拡散させる水晶振動子用端子とする。

内部に水晶片を収容した金属製シリンダー状の封止管の解放端に圧入固定され、前記水晶片の接続電極と固定される一対のリード部材を支持するための水晶振動子用端子の製造方法において、少なくとも、前記一対のリード部材をお互いに絶縁してほぼ平行に金属製リング部材に固定して水晶振動子用端子を形成する工程と、前記水晶振動子用端子を構成する前記金属製リング部材の表面にＣｕまたはＮｉを含む金属化合物からなる下地層を形成する第一メッキ工程と、前記下地層の上にＳｎを含み、Ｐｂを含有しない金属化合物でなる第一中間層を形成する第二メッキ工程と、前記第一中間層の上にメッキ浴に有機系添加物を含まないＣｕを含む金属化合物からなる第二中間層を形成する第３メッキ工程と、前記第二中間層の上に、ＡｕまたはＰｄＮｉでなる表面層を形成する第４メッキ工程を具備する水晶振動子用端子の製造方法とする。

前記第４メッキ工程後熱処理を行ないＳｎとＣｕを相互拡散させる工程を具備する水晶振動子用端子の製造方法とする。

接続電極を有する水晶片を内部に収容した金属製シリンダー状の封止管の解放端に圧入固定され、前記水晶片の接続電極と固定される一対のリード部材を支持するための水晶振動子用端子を含んでおり、該水晶振動子用端子は、前記一対のリード部材をお互いに絶縁してほぼ平行に支持するための絶縁部材と、この絶縁部材の周囲を包囲し前記封止管の解放端に圧入されて封止管内面と接触する金属製リング部材で構成され、前記水晶振動子用端子を構成する前記金属製リング部材の表面には、少なくとも、ＣｕまたはＮｉを含む金属化合物からなる下地層と、前記下地層の上に、Ｓｎを含みＰｂを含有しない金属化合物でなる第一中間層と、前記第一中間層の上に、メッキ浴に有機系添加物を含まないＣｕを含む金属化合物からなる第二中間層と、前記第二中間層の上に、ＡｕまたはＰｄＮｉでなる表面層を備え、少なくとも、前記水晶振動子用端子、水晶片、金属製シリンダー状封止管で構成される水晶振動子とする。

前記下地層と、前記第一中間層と、前記第二中間層と、前記第二中間層の上に設けられる表面層とを合わせた厚みが１３．１μｍ以上２７．３μｍ以下及びまたは前記第一中間層と、前記第二中間層のＳｎとＣｕを熱処理により相互拡散させた水晶振動子用端子を使用した水晶振動子とする。

前記水晶振動子用端子の製造方法により製造された水晶振動子用端子を使用した水晶振動子とする。

請求項１の発明による水晶振動子用端子は、第一中間層であるＳｎＣｕメッキ処理中に第一中間層に含まれる有機系添加物が加熱によりガス化するが、第二中間層が第一中間層で発生するガスを押さえているため、ガスが表面層を突き破ることがなくなる。よって、表面層が飛散し、水晶片の表面に付着することがなくなるので、電気特性が変化する等の不具合発生が防止できる。

請求項２の発明による水晶振動子用端子は、前記効果を有するとともに、シール機能を果たしながら圧入による不具合発生が防止できる。

請求項３の発明による水晶振動子用端子は、熱処理により、第一中間層であるＳｎＣｕメッキと第二中間層であるＣｕが拡散することによりＳｎＣｕ中のＣｕ量が多くなり、溶融温度が高まる。Ｓｎ９８％Ｃｕ２％の状態図での液層温度は２６０℃であるが、Ｓｎ９５％Ｃｕ５％の液層温度は３５０℃であり、一般的な電子部品のリフロー温度（２６０℃）でも十分耐えうる。よって、リフロー炉による表面実装時の取扱いが容易になる。また、第一中間層であるＳｎＣｕメッキのＳｎが加熱により第二中間層であるＣｕに拡散するが、第二中間層で拡散するので、表面層までは拡散しなくなり表面層が変色することがなくなる。

請求項４、５の発明による水晶振動子用端子の製造方法によると、前記効果を有する水晶振動子用端子が製造できる。

請求項６、７、８の発明による水晶振動子は、電気特性の変化がなく、表面実装に適した水晶振動子が得られる。

接続電極を有する水晶片を内部に収容した金属製シリンダー状の封止管の解放端に圧入固定され、前記水晶片の接続電極と固定される一対のリード部材を支持するための水晶振動子用端子において、該水晶振動子用端子は、前記一対のリード部材をお互いに絶縁してほぼ平行に支持するための絶縁部材と、この絶縁部材の周囲を包囲しており、前記封止管の解放端に圧入されて封止管内面と接触する金属製リング部材で構成され、前記水晶振動子用端子を構成する前記金属製リング部材の表面には、少なくとも、ＣｕまたはＮｉを含む金属化合物からなる下地層と、前記下地層の上に、Ｓｎを含みＰｂを含有しない金属化合物でなる第一中間層と、前記第一中間層の上に、（メッキ浴に有機系添加物を必要としない）Ｃｕを含む金属化合物からなる第二中間層と、前記第二中間層の上に、ＡｕまたはＰｄＮｉなどのいずれかの金属化合物でなる表面層を備え、前記下地層と、前記第一中間層と、前記第二中間層と、前記第二中間層の上に設けられる表面層とを合わせた厚みを１３．１μｍ以上２７．３μｍ以下とし、前記第一中間層と、前記第二中間層のＳｎとＣｕを熱処理により相互拡散させた水晶振動子用端子とする。

図１は本発明による水晶振動子用端子の金属製リング部材８ｂの表面構造を示す断面図である。金属製リング部材８ｂはコバールや４２ニッケル等であり、表面には下地層１０としてＣｕ又はＮｉがメッキされている。下地層１０の上にはＳｎを含みＰｂを含有しない金属化合物（例えば、Ｓｎ９８％、Ｃｕ２％）からなる第一中間層１１がメッキされている。中間層１１の上にはＣｕが第二中間層１２としてメッキされ、その上に表面層１３としてＡｕがメッキされる。各層の厚さは、下地層３μｍ、第一中間層５〜１５μｍ、第二中間層５〜１０μｍ、表面層０．１〜０．３μｍであり、総厚は１３．１〜２７．３μｍであり、より好ましくは、下地層３μｍ、第一中間層１０〜１２μｍ、第二中間層５〜１０μｍ、表面層０．１〜０．３μｍであり、総厚は１８．１〜２５．３μｍである。

第一中間層（ＳｎＣｕ）の上に積層される第二中間層であるＣｕを含む金属化合物（前記例ではＣｕのみ）をメッキするメッキ浴は有機化合物を含まないものとする。これは、後工程の加熱により第二中間層からガスが発生するのを防止するためである。

第二中間層は、加熱により第一中間層から発生するガスで第一中間層が突き破られるのを防止するために、発生するガス圧に耐えられる厚さが必要である。そのため、本発明では第二中間層を５μｍ以上にしている。

メッキ終了後、第一中間層と第二中間層の拡散（本実施例では第一中間層のＳｎと第二中間層のＣｕ）のため、熱処理をする（例えば、大気中で１４０℃で２０時間）。これによりＳｎＣｕにＣｕが拡散してＳｎ中のＣｕが増加し、液層温度が２６０℃から３５０℃まで上昇する。これにより耐熱性が向上できる。また、第二中間層Ｃｕが存在することにより、第一中間層のＳｎが表面層に拡散することがなく、表面層の変色を防止できる。従来技術では、表面層のＡｕメッキの変色を防止するにはメッキ厚が２μｍ以上必要であったが、本実施例によれば０．３μｍでも変色することがなく、コストダウンが可能となった。

図６は本発明による水晶振動子用端子の金属製リング部材８ｂの表面構造を示す断面図である。金属製リング部材８ｂはコバールや４２ニッケル等であり、表面には下地層１０としてＣｕ又はＮｉがメッキされている。下地層１０の上にはＳｎを含みＰｂを含有しない金属化合物（例えば、Ｓｎ９８％、Ｃｕ２％）からなる第一中間層１１がメッキされている。中間層１１の上にはＣｕが第二中間層１２としてメッキされ、その上に表面層１４としてＰｄＮｉがメッキされる。各層の厚さは、下地層３μｍ、第一中間層５〜１５μｍ、第二中間層５〜１０μｍ、表面層０．１〜０．３μｍであり、総厚は１３．１〜２７．３μｍであり、より好ましくは、下地層３μｍ、第一中間層１０〜１２μｍ、第二中間層５〜１０μｍ、表面層０．１〜０．３μｍであり、総厚は１８．１〜２５．３μｍである。

実施例１と異なるのは表面層だけである。本発明によると表面層がＰｄＮｉでも変色することが防止できる。

本発明による水晶振動子用端子の金属製リング部材の表面構造を示す断面図本発明に係わる水晶振動子の透視斜視図本発明に係わる水晶振動子用端子の断面図水晶振動子用端子の金属製リング部材の表面構造を示す断面図下地層と表面層の間にＳｎを含みＰｂを含有しない金属化合物が中間層として形成されている水晶振動子用端子の金属製リング部材の表面構造を示す断面図本発明による水晶振動子用端子の金属製リング部材の表面構造を示す断面図

符号の説明

１水晶振動子
２封止管
３水晶片
４励振電極
５接続電極
７リード部材
７ａインナーリード
８水晶振動子用端子
８ｂ金属製リング部材
８ｃ絶縁部材
８ｄハンダ層
１０下地層
１１第一中間層
１２第二中間層
１３表面層Ａｕ
１４表面層ＰｄＮｉ

Claims

接続電極を有する水晶片を内部に収容した金属製シリンダー状の封止管の解放端に圧入固定され、前記水晶片の接続電極と固定される一対のリード部材を支持するための水晶振動子用端子において、該水晶振動子用端子は、前記一対のリード部材をお互いに絶縁してほぼ平行に支持するための絶縁部材と、この絶縁部材の周囲を包囲しており、前記封止管の解放端に圧入されて封止管内面と接触する金属製リング部材で構成され、前記水晶振動子用端子を構成する前記金属製リング部材の表面には、少なくともＣｕまたはＮｉを含む金属化合物からなる下地層と、前記下地層の上に、Ｓｎを含みＰｂを含有しない金属化合物でなる第一中間層と、該第一中間層の上に、メッキ浴に有機系添加物を含まないＣｕを含む金属化合物からなる第二中間層と、前記第二中間層の上に、Ａｕ又はＰｄＮｉでなる表面層を備えることを特徴とする水晶振動子用端子。
前記下地層と、前記第一中間層と、前記第二中間層と、前記第二中間層の上に設けられる表面層とを合わせた厚みが１３．１μｍ以上２７．３μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の水晶振動子用端子。
前記第一中間層と、前記第二中間層のＳｎとＣｕを熱処理により相互拡散させることを特徴とする請求項１または２記載の水晶振動子用端子。
内部に水晶片を収容した金属製シリンダー状の封止管の解放端に圧入固定され、前記水晶片の接続電極と固定される一対のリード部材を支持するための水晶振動子用端子の製造方法において、少なくとも、前記一対のリード部材をお互いに絶縁してほぼ平行に金属製リング部材に固定して水晶振動子用端子を形成する工程と、前記水晶振動子用端子を構成する前記金属製リング部材の表面にＣｕまたはＮｉを含む金属化合物からなる下地層を形成する第一メッキ工程と、前記下地層の上にＳｎを含み、Ｐｂを含有しない金属化合物でなる第一中間層を形成する第二メッキ工程と、前記第一中間層の上にメッキ浴に有機系添加物を含まないＣｕを含む金属化合物からなる第二中間層を形成する第３メッキ工程と、前記第二中間層の上に、ＡｕまたはＰｄＮｉでなる表面層を形成する第４メッキ工程を具備することを特徴とする水晶振動子用端子の製造方法。
前記第４メッキ工程後熱処理を行ないＳｎとＣｕを相互拡散させる工程を具備することを特徴とする請求項４記載の水晶振動子用端子の製造方法。
接続電極を有する水晶片を内部に収容した金属製シリンダー状の封止管の解放端に圧入固定され、前記水晶片の接続電極と固定される一対のリード部材を支持するための水晶振動子用端子を含んでおり、該水晶振動子用端子は、前記一対のリード部材をお互いに絶縁してほぼ平行に支持するための絶縁部材と、この絶縁部材の周囲を包囲し前記封止管の解放端に圧入されて封止管内面と接触する金属製リング部材で構成され、前記水晶振動子用端子を構成する前記金属製リング部材の表面には、少なくとも、ＣｕまたはＮｉを含む金属化合物からなる下地層と、前記下地層の上に、Ｓｎを含みＰｂを含有しない金属化合物でなる第一中間層と、前記第一中間層の上に、メッキ浴に有機系添加物を含まないＣｕを含む金属化合物からなる第二中間層と、前記第二中間層の上に、ＡｕまたはＰｄＮｉでなる表面層を備え、少なくとも、前記水晶振動子用端子、水晶片、金属製シリンダー状封止管で構成されることを特徴とする水晶振動子。
前記水晶振動子用端子が請求項２または３記載の水晶振動子用端子であることを特徴とする請求項６記載の水晶振動子。
前記水晶振動子用端子が請求項４または５記載の製造方法により製造された水晶振動子用端子であることを特徴とする請求項６記載の水晶振動子。