JP5527722B2

JP5527722B2 - 電子装置

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Publication number: JP5527722B2
Application number: JP2009116888A
Authority: JP
Inventors: 均竹内; 恵二佐藤; 潔荒武; 敬彦中村; 理志沼田; 剛杉山; 大輔寺田
Original assignee: エスアイアイ・クリスタルテクノロジー株式会社
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2029-05-13
Also published as: JP2010267740A

Description

本発明は、電子装置に関し、例えば、電子部品と回路基板とのハンダ付け実装品質を向上させたものに関する。

例えば、水晶振動子や半導体など、電子素子にはパッケージに封入されて提供されるものがある。
これらパッケージには外部電極が形成されており、電子素子は、当該外部電極をハンダ付けすることによりパッケージごと回路基板に電気的、及び物理的に接続される。

図７は、従来の外部電極８を説明するための図である。
外部電極８は、例えば、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕによる３層構造を有している。
Ｃｒ層はパッケージのベース３を構成するガラスとの密着性がよいため、ベース３の底面に形成されている。
そして、Ｃｒ層の表面には、ハンダの主成分であるＳｎとの金属間化合物を形成するＮｉ層が形成されており、更にその表面には、Ｎｉの酸化を防止するＡｕ層が形成されている。

このように構成された外部電極８を回路基板にハンダ付けすると、Ａｕ層はハンダ中に拡散すると共に、Ａｕ層が形成されていた側のＮｉがハンダのＳｎと金属間化合物層を構成し、Ｓｎとの金属間化合物を形成しなかったＮｉ層とＣｒ層が当該金属間化合物層とハンダを介して回路基板に接合する。
このように基材がガラスの場合にＣｒを用いる技術は、下の特許文献１、２に提案されている。

特許文献１では、基材がガラスなどの場合に、密着層としてＣｒ層を形成している。
特許文献２では、ガラスの上に外部電極をＣｒとＡｕ、あるいは、ＣｒとＮｉ合金−Ａｕの薄膜２層で形成する技術が提案されている。
また、基材がガラスでない場合には、Ｎｉを下地として酸化防止のためのＡｕを表層に覆ったものや、Ｃｕを下地として、その上にＳｎを形成するものなどが知られている。

ところで、ハンダ接合で加熱される際に、ハンダ中（又は電極皮膜中）のＳｎとＣｕやＮｉが金属間化合物層を形成するが、金属間化合物層は、母材に比べ脆いので、外力が加わった時にクラックが入りやすいという問題があった。
また、高温化では、金属間化合物層が成長し、ＮｉやＣｕの層が完全に反応してしまうと、強度低下が発生するため、ある程度の厚さが必要になるという問題もあった。
そこで、特許文献２の技術を用いて、Ｎｉ層を含まない構造を、ＣｒとＡｕの薄膜による２層構造により構成した場合、Ａｕ層の厚さによっては強度が十分でないという問題があった。
更に、ベース３がガラス製の場合、ＮｉやＣｕの厚さが大きいと、形成（めっき）時や、膜そのものの応力が大きくなり、耐基板曲げ性などが不十分になる場合がある。

特表２００７−５２８５９１公報特開２００６−１９７２７８公報

本発明は、電子部品と回路基板とのハンダ付け実装品質が高い電子装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、電子素子と、内部に形成された中空部に前記電子素子を収納する収納容器と、前記電子素子と電気的に接続し、前記収納容器の内部から外部にかけて形成された容器電極と、前記容器電極と電気的に接続し、前記収納容器の底面に形成された、Ｓｎとの金属間化合物を形成しない金属で構成された接合用電極膜と、Ｓｎとの金属間化合物を介さずに、前記接合用電極膜とハンダ接合した接合部と、前記接合部を介して、他の電子素子が設けられた回路基板と、を具備し、前記接合部は、厚みの合計値が３００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲となるように形成された１又は複数のＡｕ層と、ハンダとの金属間化合物を形成しない金属元素の層とによって接合用電極膜の表面に形成された酸化防止膜が、ハンダと接合することにより形成されている、ことを特徴とする電子装置を提供する。
請求項２に記載の発明では、前記Ａｕ層は、厚みの合計値が４５０ｎｍ以下の範囲となるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の電子装置を提供する。
請求項３に記載の発明では、前記接合用電極膜は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａのうちの何れか１つの金属であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子装置を提供する。
請求項４に記載の発明では、前記接合部には、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａのうちの少なくとも１つの金属が混在していることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の電子装置を提供する。
請求項５に記載の発明では、前記接合用電極膜と、前記接合部に混在している金属は、同じ金属であることを特徴とする請求項４に記載の電子装置を提供する。

本発明によれば、金属間化合物層を用いないことにより、電子部品と回路基板とのハンダ付け実装品質が高い電子装置を提供することができる。

電子部品の断面図などを示した図である。酸化防止膜の各種変形例を説明するための図である。回路基板に接合した場合の電子部品の断面図などを示した図である。実験結果を説明するための表などを表した図である。実験結果を説明するための表などを表した図である。電子装置の構成を説明するための図である。従来例を説明するための図である。

（１）実施形態の概要
電子装置には電子素子が実装されるが、この電子素子を収納するガラスパッケージの底面に形成された外部電極は、ガラス製のベース３と接合する電極金属層と、電極金属層の表面に形成された表面層から構成されている。
電極金属層は、ガラスと密着がよく、使用される温度範囲で、ハンダ（主成分はＳｎ（スズ））との化合物を形成しない金属元素、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）などで構成される。
表面層は、使用される温度範囲で酸化されにくく、電極金属層との拡散が少なく、ハンダ付け時にハンダ中に拡散しやすい金属、例えば、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｐｄ（パラジウム）などで構成される。

このように電極金属層、表面層が形成された外部電極をハンダ付けすると、ハンダ接合面の剪断強度が良好であることが後述の実験により示される。
そして、外部電極をハンダ付けすると、その接合部には、Ｓｎと表面層の金属が含有されることになる。

更に、表面層にハンダとの化合物を構成しない金属元素（電極金属層を構成するものと同じもの）を含めておくと、ハンダ接合面の剪断強度と耐曲げ性が良好であることが後述の実験により示される。
このように、電極金属層、表面層が形成された外部電極をハンダ付けすることにより、ハンダ付け実装品質が高い電子装置を提供することができる。

図１は、上記のように、表面層にハンダとの化合物を構成しない金属元素を含めた形態の一例を示している。
電子部品１（図１（ａ））は、ベース３とリッド２によって形成された空洞部１３に水晶振動子６を配置して構成されている。
ベース３は、貫通電極７、１７が形成されたガラスによって構成されており、ベース３の底面には、貫通電極７、１７を介して水晶振動子６の電極と導通する外部電極８、１８が形成されている。

ベース３は、ガラスによって構成されており、外部電極８（図１（ｃ））は、ガラスとの密着性のよいＣｒで形成された接合用電極膜３１（電極金属層に該当）と、その表面に形成された酸化防止膜５１（表面層に該当）から構成されている。そして、酸化防止膜５１には、Ａｕ層とＣｒ層が交互に形成されている。外部電極１８の構成も同様である。

外部電極８を回路基板３６（図３（ａ））にハンダ付けすると、酸化防止膜５１を形成していたＡｕ層は、ハンダ３３（図３（ｂ））の中に溶解して拡散し、酸化防止膜５１中のＣｒ層は、ハンダの成分であるＳｎと金属間化合物を形成しないため、溶解せずにハンダ中に混在する。

このようにして外部電極８をハンダ付けすると、酸化防止膜５１は、ハンダ中に拡散し、接合用電極膜３１がハンダ３３と直接接合する。
このように、本実施の形態によると、ＮｉとＳｎの金属間化合物などを介さずにハンダ３３と接合用電極膜３１が接合するため、金属間化合物層の脆弱性を回避することができ、後述の実験によると、電子部品１と回路基板３６とのハンダ付け実装品質を向上させることができる。
また、酸化防止膜５１をＡｕのみで形成した場合（表面層がハンダとの化合物を構成しない金属元素を含まない場合）も、Ａｕの厚さが所定範囲にある場合、ハンダ接合面の剪断強度が良好であることが、後述の実験により示される。

（２）実施形態の詳細
図１（ａ）は、本実施の形態に係る電子部品１を示しており、回路基板に接合した場合に、当該回路基板の表面に平行な方向に電子部品１を見た場合の断面図であり、図１（ｂ）は、電子部品１の底面図である。
ただし、図を分かりやすくするため、図１（ｂ）では、図１（ａ）よりも貫通電極７、１７の直径を大きく描いている。
以下では、実装時に電子部品１の回路基板に面する側を底面側、これに対向する側を上面側とする。

電子部品１は、ベース３、リッド２、支持部５、水晶振動子６、内部電極４、１６、貫通電極７、１７、外部電極８、１８などを用いて構成されている。
水晶振動子６は、例えば、音叉型水晶振動子により構成された電子素子であって、音叉型の基部が支持部５によって保持されている。
図示しないが、水晶振動子６の音叉腕部には電極が設置してあり、この電極に所定のパルスを供給することにより、水晶振動子６を所定の周波数で発振させることができる。

支持部５は、水晶振動子６の音叉腕が空洞部１３内で振動できるように、水晶振動子６をベース３に対して所定の姿勢に片持ちで保持している。
なお、本実施の形態では、電子素子の一例として水晶振動子６を用いるが、半導体など、他の電子素子でもよい。

ベース３は、例えばガラスで構成された板状の部材であり、上面に支持部５が保持する水晶振動子６が取り付けられている。
ベース３の素材としては、例えば、安価で陽極接合可能などの利点を有するソーダガラスが用いられており、厚さは例えば、０．０５〜２［ｍｍ］、好ましくは０．１〜０．５［ｍｍ］程度である。
また、ソーダガラスの他に、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス、結晶化ガラス（場合によっては強化処理したもの）などを用いることができる。

ベース３の上面部には、水晶振動子６の電極に電気的に接続する内部電極４、１６が形成されている。
また、ベース３には、上面部から底面部に貫通するスルーホールが形成されており、スルーホール内に貫通電極７、１７が形成されている。
内部電極４と貫通電極７、及び内部電極１６と貫通電極１７は、それぞれ電気的に接続している。

リッド（蓋）２は、ガラスや金属などで形成されており、ベース３に面する面の中央部がえぐられて水晶振動子６を収納するための凹部が形成されている。金属リッドの場合は、線膨張係数がガラスに近いものが望ましい。
リッド２の凹部のへこみ量は、例えば、０．０５〜１．５［ｍｍ］程度であり、エッチング、サンドブラスト、ホットプレス、レーザなどにより加工することができる。

リッド２の開口部は、陽極接合や接合材を用いてベース３に接合されており、ベース３の上面とリッド２の凹部により水晶振動子６を収納する空洞部１３が形成されている。
また、ベース３とリッド２の接合方法には、陽極接合の他に、直接接合、金属接合、低融点ガラス、ろう材、溶接、高融点ハンダによるものなどがある。
更に、ベース３とリッド２の間に中間材料を用いる場合もある。

空洞部１３は、リッド２とベース３によって密閉されて外気から遮断されており、例えば、真空が保たれたり、あるいは所定のガスを封入するなど、気密封止されている。
なお、電子部品１では、リッド２に凹部を設けて空洞部１３を形成したが、ベース３に凹部を設けると共に平板状のリッド２を接合して空洞部１３を形成してもよいし、あるいは、リッド２とベース３の両方に凹部を設けて形成してもよい。

このように、電子部品１では、ベース３とリッド２により、ガラスケースによるパッケージが電子素子を収納している。
パッケージをガラスで構成すると、材料費が安価である上、電子部品１の下面側の外部から水晶振動子６をレーザによってトリミング・接合・ゲッタリングすることができる。
ここで、ゲッタリングとは、真空封止を行う場合に、空間内に配置したＡｌパターンなどにレーザを照射して加熱することにより、Ａｌと周囲の空気（酸素）を反応させて消費させて真空度を向上させる技術である。

外部電極８は、ハンダなどで回路基板上の電極ランドに電気的、及び機械的に接合するための金属膜で構成された接合部であり、ベース３の底面上に形成され、貫通電極７と導通している。
外部電極１８も外部電極８と同様に構成され、貫通電極１７と導通している。

なお、電子部品１では、貫通電極７、１７により水晶振動子６の電極が外部電極８、１８と電気的に接続するが、例えば、内部電極４、１６がリッド２とベース３の接合部を介して電子部品１の外部に引き出され、更に、引き出された内部電極４、１６をベース３の側面から底面に至るまで延設し、ベース３の底面にて内部電極４、１６が外部電極８、１８と電気的に接続するように構成することもできる。
この場合、ベース３に貫通電極７、１７を形成する必要はない。

図１（ｃ）は、外部電極８の構成を詳細に示した図である。
外部電極８は、ベース３の表面に形成された接合用電極膜３１と、接合用電極膜３１を酸化から保護する酸化防止膜５１から構成されている。
接合用電極膜３１は、ガラスと密着性がよく、使用される温度範囲でハンダの主成分であるＳｎとの金属間化合物を形成しない（ハンダに溶解しない）金属元素、例えば、Ｃｒで構成されている。
この他に、接合用電極膜３１の材質としては、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａなども可能である。

酸化防止膜５１は、使用される温度範囲で酸化されにくく、接合用電極膜３１との拡散が少なく、ハンダ付け時にハンダ中に拡散しやすい金属元素の層、例えば、Ａｕ層（Ａｕは、ハンダ付けをする際に、ＡｕＳｎ₂や、ＡｕＳｎ₄などの金属間化合物（合金）を生成してハンダ中に拡散しやすい）と、ハンダとの金属間化合物を構成しない金属元素の層、例えば、Ｃｒ層を交互に重ねて形成されている。
また、接合用電極膜３１との拡散が少なく、ハンダ付け時にハンダ中に拡散しやすい金属元素の層としてＡｇ層、Ｐｄ層を用いることも可能である。

このように、接合用電極膜３１は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａから選択された１の金属膜とし、酸化防止膜５１は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａから単数、又は複数選択された金属の層と、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄから単数、又は複数選択された金属の層を交互に重ね合わせた金属膜とすることができる。
ただし、酸化防止膜５１の表面の金属層は、酸化しないＡｕ層とするのが望ましい。

このように、接合用電極膜３１と酸化防止膜５１を構成する金属は任意に選択できるが、接合用電極膜３１と酸化防止膜５１中のハンダによる金属間化合物を生成しない金属元素の層を同じ金属（例えば、Ｃｒ）とし、酸化防止膜５１のハンダ中に拡散しやすい金属元素の層を全て同じ金属（例えば、Ａｕ）とすると、ベース３に２種類の金属層を交互に重ねればよく、製造が容易になると共に製造コストも低減することができる。

また、内部電極４、１６をＣｒ層とＡｕ層を重ねて形成すると、内部電極４、１６の製造と外部電極８の製造を同じ装置で行うことができる。
更に、内部電極４、１６のＣｒ層の膜厚、接合用電極膜３１のＣｒ層の膜厚、及び酸化防止膜５１のＣｒ層の膜厚を同じにし、内部電極４、１６のＡｕ層の膜厚、酸化防止膜５１のＡｕ層の膜厚を同じにすると、装置の条件変更も不要になり、製造をより効率化し、生産性を高めることができる。

このように、酸化防止膜５１は、複数のＡｕ層を用いて形成されているが、これらＡｕ層の厚さの合計値は、一例として、３００［ｎｍ］以上で１０００［ｎｍ］以下、好ましくは、３００［ｎｍ］以上で４５０［ｎｍ］以下となるように設定されている。
図の例では、各Ａｕ層の厚さは均等となっているが、これは均等である必要はなく、Ａｕ層の厚さの合計値が当該値の範囲となればよい。
Ａｕ層の厚さの合計値をこの範囲に設定すると、ハンダ付け後の剪断強度などが良好であることが後述する実験結果により示される。

以上のような構成を有する電子部品１は、次のようにして製造することができる。
ベース３にスルーホールを形成し、当該スルーホール内に貫通電極７、１７を形成する。
そして、ベース３に水晶振動子６を設置して貫通電極７、１７と接続し、その後、リッド２をベース３に陽極接合などにより接合して、パッケージを形成する。

そして、外部電極８を構成する各層は、例えば、スパッタリングを用いたスパッタ法でベース３の底面にこれら金属元素の膜を作成することにより形成する。
即ち、ベース３の底面にＣｒによる接合用電極膜３１を形成し、次いで、Ａｕの膜とＣｒの膜を交互に形成する。又は、メッキ法によってこれら各層を形成することも可能である。
以上により、電子部品１が完成する。

なお、ベース３に外部電極８、１８を形成してからベース３にリッド２を接合するなど、工程順序を変更することも可能である。
また、ベース３を多数個取りできるベースウエハに貫通電極７、１７と水晶振動子６を設置し、これにリッド２を多数個取りできるリッドウエハを接合して、電子部品１が多数形成されたウエハを形成し、外部電極８、１８の形成後、これを切断して電子部品１を多数個取りするように構成することもできる。

図２の各図は、酸化防止膜５１の各種変形例を説明するための図である。
図２（ａ）は、酸化防止膜５１の２つのＡｕ層の間に１つのＣｒ層を形成した例であり、Ｃｒ層の下側のＡｕ層の厚さを上側のＡｕ層の厚さより厚くした例である。
これらＡｕ層の厚さの合計は、一例として、３００［ｎｍ］以上で１０００［ｎｍ］以下、好ましくは、３００［ｎｍ］以上で４５０［ｎｍ］以下となるように設定されている。

図２（ｂ）も酸化防止膜５１の２つのＡｕ層の間に１つのＣｒ層を形成した例であり、Ｃｒ層の下側のＡｕ層の厚さを上側のＡｕ層の厚さより薄くした例である。
これらＡｕ層の厚さの合計は、一例として、３００［ｎｍ］以上で１０００［ｎｍ］以下、好ましくは、３００［ｎｍ］以上で４５０［ｎｍ］以下となるように設定されている。
図２（ａ）、（ｂ）の例では、２つのＡｕ層の厚さが異なるが、これら２つのＡｕ層の厚さが同じになるように形成してもよい。

図２（ｃ）は、酸化防止膜５１を単一のＡｕ層によって構成した例であり、当該Ａｕ層の厚さは、一例として、３００［ｎｍ］以上で１０００［ｎｍ］以下、好ましくは、３００［ｎｍ］以上で４５０［ｎｍ］以下となるように設定されている。
この例は、酸化防止膜５１がハンダと金属間化合物を形成する金属元素を含まず、ハンダに拡散しやすい金属元素のみによって形成された場合である。

図３（ａ）は、電子部品１をハンダ３３、３４によって回路基板３６に接合したところの断面を示した図である。
図に示したように、外部電極８は、ハンダ３３、３４を介して回路基板３６上の基板配線３２と電気的、及び物理的に接合し、外部電極１８は、ハンダ３４を介して回路基板３６上の基板配線３５と電気的、及び物理的に接合し、これによって、電子部品１は、回路基板３６に電気的、及び物理的に接合する。

図３（ｂ）は、外部電極８のハンダ３３との接合面の詳細を示した図である。
接合用電極膜３１のＣｒは、ハンダとの金属間化合物を形成しないため、ベース３に接合した状態でハンダ３３と接合している。
このように、接合用電極膜３１は、例えば、ＮｉとＳｎの金属間化合物などを介さずに直接ハンダ３３と接合することができる。
一方、酸化防止膜５１は、ハンダ３３に拡散しており、そのため図示していない。
酸化防止膜５１がＣｒ層を含む場合、Ｃｒ層は、ハンダとの金属間化合物を形成しないため、Ａｕ層が拡散すると外部電極８から離脱し、ハンダ３３の何れかの場所に存在する。

図３（ｃ）は、図３（ｂ）の領域５０を分析機器によって拡大した様子を模式的に表した図である。
領域５０は、ベース３、接合用電極膜３１、及びハンダ３３に渡っており、接合用電極膜３１と、ハンダ３３の接合面付近を観察対象としている。
なお、図３（ｂ）では、図を分かりやすくするため、接合用電極膜３１の厚さを誇張して描いており、分析機器で観察すると、図３（ｃ）のように薄い層となっている。

領域５０を複数回にわたって観察したところ、図３（ｃ）のようにハンダ３３中に遊離した帯状のＣｒ層６０が観察されたことがあった。
これは、酸化防止膜５１中のＡｕ層がハンダ３３中に拡散する一方、Ｃｒはハンダ３３中の主成分であるＳｎと金属間化合物を形成しないため、Ｃｒ層６０は、酸化防止膜５１中のＣｒ層がハンダ３３中に遊離したものと考えられる。

このようにＣｒは、Ｓｎと金属間化合物を形成しないため、酸化防止膜５１中のＣｒ層は、Ｃｒ層６０のようにハンダ３３中にちぎれて帯状に存在するほか、もっと小さいＣｒ片やＣｒ粒として存在することも考えられ、他の反応や粒成長している可能性も考えられる。
後の実験結果に示すように、電子部品１のハンダ接合面は、高い剪断強度と耐曲げ性を発揮するが、これは、何れの形態にせよ、ハンダ３３中に遊離した酸化防止膜５１のＣｒ層が何らかの働きをして、電子部品１のハンダ接合面の機械的特性に影響しているものと考えられる。

図４（ａ）は、外部電極８の剪断強度に関する実験結果を表にしてまとめたものである。
この実験に係る酸化防止膜５１は、図２（ｃ）に示したように、単層のＡｕ層によって構成されている。
項目「電極膜構成」は、Ｃｒ（接合用電極膜３１）とＡｕ（酸化防止膜５１）の膜厚を［Å］で表したものであり、例えば、「Ｃｒ６００−Ａｕ７５０」は、接合用電極膜３１のＣｒ層の厚さが６００［Å］（６０［ｎｍ］）であり、酸化防止膜５１のＡｕ層の厚さが７５０［Å］（７５［ｎｍ］）の場合を表している。
また、剪断試験方法は、ＪＩＳＺ３１９８−７に準拠し、剪断速度は、５［ｍｍ／ｍ］とした。

項目「Ａｕ層の厚さ」は、酸化防止膜５１を構成するＡｕ層の厚さを［ｎｍ］で表したものである。
項目「強度（指数）」は、Ａｕ層の厚さが１５０［ｎｍ］の場合の剪断強度を１として、他の剪断強度の比を表した指数である。
そして、図４（ｂ）は、この指数をグラフ化したものである。

この表・グラフから明らかなように、Ａｕ層の厚さが７５〜１５０［ｎｍ］の範囲では、剪断強度が１程度であるのに対し、３００〜９００［ｎｍ］では、２〜３程度の実用可能な値となっている。
Ａｕ層の厚さが１０００［ｎｍ］の場合の実験値はないが、データの連続性から９００［ｎｍ］と同程度と考えられる。
なお、一般に、金が多くなると、ハンダ付け箇所が脆くなることが知られており、Ａｕ層が１０００［ｎｍ］以上になると、この脆弱性が表れてくると考えられる。
そのため、金層の厚さが３００［ｎｍ］以上１０００［ｎｍ］以下であることが実用に適した厚さとなる。
また、実験結果によると４５０［ｎｍ］にピークが現れているため、３００［ｎｍ］以上で４５０［ｎｍ］以下がより好ましい値となっている。

図５（ａ）は、外部電極８の剪断強度に関する更なる実験結果を表にしてまとめたものであり、図５（ｂ）は、これをグラフにしたものである。
この実験では、酸化防止膜５１の金層の厚さを１５０［ｎｍ］として、単層（１層）、２層、３層とし、単層の場合の剪断強度を１として測定結果を指数化した。
Ａｕ層が２層、３層の場合、これらのＡｕ層の間にはＣｒ層が形成されている。

この実験結果によると、Ａｕ層の厚さの合計が３００［ｎｍ］以上となる場合、即ち、Ａｕ層が２層、３層の場合、剪断強度がそれぞれ１．９、及び２．１と、２程度となって実用水準となっている。

図５（ｃ）は、基板の曲げ耐性を表す実験結果を表として示したものである。
曲げ試験方法は、ＪＥＩＴＡＥＴ−７４０９／１０４に準拠し、１．６［ｍｍ］厚のガラスエポキシ回路基板を用い、押し込み量１、２、３［ｍｍ］で外観上のクラックの有無を判断することにより行った。
項目「電極仕様」は、電極の仕様であり、接合用電極膜３１のＣｒ層の厚さを０．０６［μｍ］（６００［Å］）とし、酸化防止膜５１のＡｕ層の厚さを０．１５［μｍ］（１５００［Å］）として当該Ａｕ層を３層に構成した場合（Ａｕ層を３層にした場合の外部電極８）、Ｃｒ層の厚さを０．０６［μｍ］、Ｃｕ層の厚さを１０．５［μｍ］、Ｓｎ層の厚さを１０［μｍ］として電極を構成した場合（第１の比較電極）、及びＣｒ層の厚さを０．０６［μｍ］、Ｃｕ層の厚さを０．５［μｍ］、Ｎｉ層の厚さを２［μｍ］、Ｓｎ層の厚さを１０［μｍ］として電極を構成した場合（第２の比較電極）を示している。

これらの電極を電子部品１に形成して回路基板３６に接合し、当該回路基板３６を押し込み機構により押し込んだところ、押し込み量が１［ｍｍ］の場合、外部電極８の場合は２０回中クラックが生じた回数は０回であり、第１の比較電極の場合は、５回中１回、第２の比較電極の場合は、５回中０回であった。
押し込み量が２［ｍｍ］の場合、それぞれ、２０回中０回、５回中４回、５回中２回であり、押し込み量が３［ｍｍ］の場合、それぞれ、２０回中０回、５回中４回、５回中４回であった。
当該外部電極８では、Ａｕ層の厚さの合計値が４５０［ｎｍ］となるが、この場合、優れた耐曲げ性が実現されている。

以上のように、酸化防止膜５１を構成するＡｕ層の厚さが３００［ｎｍ］以上１０００［ｎｍ］以下の場合、外部電極８の剪断強度などが向上するが、これは、Ａｕ層が厚くなることにより、接合用電極膜３１のＣｒの酸化防止能力が向上するためと考えられる。
また、酸化防止膜５１のＡｕ層を多層化した場合、これらのＡｕ層に挟まれていたＣｒ層がハンダ中に微細になって混入ないし包含されることにより、強度などがより向上するものと考えられる。

なお、Ａｕ層が薄膜の場合、Ｃｒ層を大気中でハンダ付けするのは困難な場合があるが、Ａｕ層の厚さを３００［ｎｍ］以上とすると、Ｃｒ層の酸化防止機能が向上するので、大気中でのハンダ付け（リフロー）が可能となり、ハンダ付けのための特殊な雰囲気を用意する必要がなく、ハンダ付けコストを低減することができる。

図６は、回路基板３６に実装した電子部品１を有する電子装置７０の構成を説明するための図である。
電子部品１は、回路基板３６上にハンダ付けされ、図示しないコイルや容量などの電子素子と共に発振回路７１を構成している。
デジタル信号処理回路７２は、例えば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、その他の電子素子が回路基板３６上に取り付けられて構成されており、発振回路７１が生成する動作タイミングに従って入力をデジタル信号処理して出力する。

電子装置７０としては、例えば、電子卓上計算機、電子辞書、携帯電話、パーソナルコンピュータ、テレビ、ラジオ、エアコンや冷蔵庫といった家電製品の制御装置など、各種の形態が可能である。
また、電子部品１の発振によって時間を計測する時計やタイマなども可能である。

以上に説明した本実施の形態において、回路基板３６にハンダ付けされた電子部品１は、電子素子（例えば、水晶振動子６、半導体なども可能）と、内部に形成された中空部（空洞部１３）に電子素子を収納する収納容器（リッド２とベース３から成るパッケージ）と、電子素子と電気的に接続し、前記収納容器の内部から外部にかけて形成された容器電極（内部電極４、１６、及び貫通電極７、１７など）と、容器電極と電気的に接続すると共に収納容器の底面に形成された電極金属層（接合用電極膜３１）と、を備えている。
そして、接合用電極膜３１は、例えば、ＳｎとＮｉとの金属間化合物などのＳｎとの金属間化合物層（Ｓｎと電極金属層との金属間化合物層）を介さずに直接接合部（ハンダ３３）に接合している。
また、電子部品１は、接合部を介して、例えば、回路基板３６に接合されて、容量やコイルなどの他の電子素子と共に発振回路を構成し、当該発振によりコンピュータが動作タイミングを取得したり、時計が時間を計測したりするのに用いられるため、電子部品１と他の電子素子が設けられた回路基板３６を用いて、電子部品１により発振する発振手段（発振回路）と、発振手段の発振により動作タイミングを取得して動作する動作手段（ＣＰＵなど）を備えた各種の電子装置を提供することができる。

また、接合用電極膜３１の材料としては、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａが使用可能であるため、電極金属層（接合用電極膜３１）は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａのうちの何れか１の金属とすることができる。

更に、酸化防止膜５１にＣｒ層を備える場合、酸化防止膜５１をハンダ付けすることによりハンダ３３中にＣｒが混在し、また、当該Ｃｒ層の代わりにＴｉ層、Ｍｏ層、Ｗ層、Ｔａ層を用いることも可能であるため、ハンダ付け後のハンダ３３中には、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａのうちの少なくとも１つの金属が混在するように構成することができる。

また、例えば、接合用電極膜３１をＣｒ層で形成し、酸化防止膜５１にＡｕ層とＣｒ層を形成したり、あるいは、接合用電極膜３１をＴｉ層で形成し、酸化防止膜５１にＡｕ層とＴｉ層を形成したりなど、接合用電極膜３１と酸化防止膜５１の金属層を同じ材質で形成すると、当該金属層とＡｕ層を交互に形成することにより、接合用電極膜３１と酸化防止膜５１が形成できるため、製造プロセスが単純になり、製造コストを低減することができる。
このように接合用電極膜３１と酸化防止膜５１の金属層を同じ金属で構成した外部電極８をハンダ付けすると、接合用電極膜３１と同じ金属がハンダ３３に混在することになる。
この場合、電極金属層（接合用電極膜３１）と、前記ハンダ（ハンダ３３）に混在している金属は、同じ金属となる。

以上に説明した本実施の形態により次のような効果を得ることができる。
（１）ＳｎとＮｉの金属間化合物などの金属間化合物層を介さずに接合用電極膜３１のＣｒ層とハンダ３３を直接接合するため、金属間化合物層による脆弱性を回避することができる。
（２）酸化防止膜５１を、Ｃｒなどのハンダと金属間化合物を形成しない金属層とＡｕなどのハンダに拡散する金属層を交互に重ねて形成することにより、外部電極８をハンダ付けした際にハンダと金属間化合物を形成しない金属層が例えば帯状となってハンダ３３に混在し、ハンダ接合面の実装強度や耐曲げ性が向上すると考えられる。
（３）電子素子を収納し、リペア性・耐熱性・耐基板曲げ性などを両立した品質の高いガラスパッケージを実現することができる。
（４）接合用電極膜３１の上にＡｕ層の厚みの合計値が所定の範囲となるように構成することにより接合用電極膜３１が酸化されにくくなると共に、Ａｕが多すぎることによるハンダの脆弱化を抑制することができ、電子部品１の実装強度が高まる。
（５）Ａｕ層の酸化防止機能が高いため、電子部品１を大気中でハンダ付けすることができる。
（６）Ａｕ層は、ハンダ中に均一に拡散し、外部電極８の接合界面はＣｒとＳｎになるが、ＣｒとＳｎは、リフローや高温試験の温度範囲（〜２６０℃）では合金の形成・成長が殆どなく、また、耐熱性・耐衝撃性に優れる。
（７）Ｃｒとハンダによる合金の成長がないため、Ｃｒ層を厚く形成する必要がなく、膜応力を小さく抑えられるので、耐基板曲げ性などに優れる。
（８）内部電極４、１６などにＣｒ−Ａｕが使用されている場合、外部電極８、１８の形成に際して装置を兼用化することができる。更に、各層の膜厚を内部と外部で同一にすれば、装置の条件変更も不要になり、設備投資を抑え、生産性を高めることができる。
（９）セラミックなどに比べ、脆く強度が低いが、コストが安く透明なガラスパッケージを採用することが可能である。
（１０）外部電極８の形成領域に段差部が存在する場合、Ｃｒ層とＡｕ層を積層することによって断線のリスクを低減することができる。
（１１）外部電極８をスパッタ法で形成することができるため、ドライ雰囲気で金属層が成膜可能であり、これによって、貫通電極７の溶出などを防ぐことができる。

１電子部品
２リッド
３ベース
４内部電極
５支持部
６水晶振動子
７貫通電極
８外部電極
１３空洞部
１６内部電極
１７貫通電極
１８外部電極
３１接合用電極膜
３２基板配線
３３ハンダ
３４ハンダ
３５基板配線
３６回路基板
５１酸化防止膜
７０電子装置

Claims

電子素子と、
内部に形成された中空部に前記電子素子を収納する収納容器と、
前記電子素子と電気的に接続し、前記収納容器の内部から外部にかけて形成された容器電極と、
前記容器電極と電気的に接続し、前記収納容器の底面に形成された、Ｓｎとの金属間化合物を形成しない金属で構成された接合用電極膜と、
Ｓｎとの金属間化合物を介さずに、前記接合用電極膜とハンダ接合した接合部と、
前記接合部を介して、他の電子素子が設けられた回路基板と、
を具備し、
前記接合部は、厚みの合計値が３００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲となるように形成された１又は複数のＡｕ層と、ハンダとの金属間化合物を形成しない金属元素の層とによって接合用電極膜の表面に形成された酸化防止膜が、ハンダと接合することにより形成されている、
ことを特徴とする電子装置。
前記Ａｕ層は、厚みの合計値が４５０ｎｍ以下の範囲となるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
前記接合用電極膜は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａのうちの何れか１つの金属であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子装置。
前記接合部には、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａのうちの少なくとも１つの金属が混在していることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の電子装置。
前記接合用電極膜と、前記接合部に混在している金属は、同じ金属であることを特徴とする請求項４に記載の電子装置。