專利名稱：壓電振子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有對晶體振子等壓電振動體進行密封保持的氣密容器的壓電振子以及構(gòu)成氣密容器的氣密端子，尤其涉及其結(jié)構(gòu)和制造方法。
現(xiàn)有技術(shù)已知的壓電振子具有被密封在氣密(密封)容器內(nèi)的壓電振動體、以及一端與該壓電振動體相連接，另一端露出在密封容器外面的引線。壓電振動體采用音叉型振動體和矩型AT板型振動體等。并且，密封容器具有一端開口的大體上呈園筒形的柱帽、以及外周形狀與該柱帽的開口端內(nèi)徑相嵌合并被壓入柱帽內(nèi)的基座。柱帽由科瓦鐵鎳鈷合金(コバ-ル)或銅鎳鋅合金(洋白)制成。另一方面，基座是在玻璃材料的外園上安裝金屬環(huán)，由科瓦鐵鎳鈷合等制成的多條引線穿入上述玻璃材料內(nèi)。通過焊接使引線前端連接和支承壓電振動體，如上所述，把基座壓入柱帽內(nèi)，使壓電振動體在柱帽內(nèi)保持氣密封狀態(tài)。這樣，基座就成為對壓電振動體進行密封并與外部相連接的氣密封端子。
這種壓電振子的一般制造方法如下。首先，在柱帽的入口內(nèi)園部分，基座的外園部分和引線上分別鍍敷共晶系焊料。然后，向置于密封容器內(nèi)側(cè)的引線部分上供給共晶系焊料和助焊劑互相混合的焊膏，使壓電振動體表面上所形成的表面電極與該部分相搭接。另外，再進行加熱使焊膏熔化把壓電振動體固定到基座上，制成壓電振子。在基座的外園部分和柱帽入口內(nèi)園部分上鍍敷軟金屬的焊料，這樣，在壓入基座時能堵塞該部分的間隙。并且在引線表面上鍍敷焊料，以此來改善壓電振動體表面上所形成的電極和外部電路的焊接性能。而且，所謂共晶焊料是指含有62％重量比的錫，其余為鉛的焊料。在以下的說明中，把鉛的重量比為60％以下的焊料，包括該共晶焊料在內(nèi)，稱為低溫焊料。低溫焊料中的其余部分全部或大部分是錫，也可以包含2-3％的銀等添加劑。該低溫焊料的熔點為錫熔點232℃以下。
這種結(jié)構(gòu)的壓電振子在有些應用中要求更高的耐熱性。例如，作為電路基板上的SMD(表面安裝元件)元件使用時，因為在密封后裝配時進行回流焊，所以要求在240℃下約5秒時間(或者260℃下10秒或10秒以上時間)內(nèi)密封部位的氣密性不受影響，壓電振動體的支架部分不熔化。即使在這些部分采用低溫焊料的情況下，如果回流焊(リフロ-)條件是較低的溫度或較短的時間，那么由于柱帽的機械緊固效應能保持密封部分的氣密性，所以也是比較安全的。但是，支架部分由于其熱容量較大也可能出現(xiàn)焊料不能熔化的情況。這就不能說是比較安全?？傊?，由于用戶的設(shè)定條件不同，有可能出現(xiàn)耐熱性差的危險。
為了提高壓電振子的耐熱性，過去曾對壓電振子采用含鉛率高的焊料。例如，特開昭64-68007號公報所公開的技術(shù)，在壓電振動體的支架部分以及基座和柱帽的密封部分均采用高溫焊料。所謂高溫焊料，根據(jù)該文獻是指熔點為從260℃-327℃，Sn與Pb的比例大體上是1∶9。另外，特開昭64-62909號公報所公開的技術(shù)是僅在構(gòu)成基座的金屬環(huán)外園部分上形成由鉛合金構(gòu)成的鉛系鍍層，進一步為了防止加熱時產(chǎn)生鉛蒸氣，必要時在其上面形成銀鍍層。
其次，還存在與耐沖擊性有關(guān)的問題近幾年，晶體振子被廣泛用于大哥大電話機等以手持方式使用的便攜式機器。因此，市場上對耐沖擊性的要求越來越嚴格。例如，單機必須能經(jīng)受從100～150cm的高處向木板上自由跌落數(shù)次。
關(guān)于耐沖擊性過去也曾提出過多種改進方案。特開昭61-247775號公報所公開的技術(shù)是利用肖式硬度為D級(スヶ-ル)90以下的感光粘合劑把晶體振子片固定在基座面上。特開平4-78211號公報的技術(shù)是在短的內(nèi)引線上安裝揚氏模量為5.0×10GPa以下的材料制成的附加引線，在其端頭上粘接晶體振子片。并且，附加引線在實施例中是把1.95×10GPa的焊料制成短板狀。在特公平7-14132號公報中利用含有環(huán)氧樹脂、聚丁二烯(ポリブタジェン)樹脂、石油系樹脂和導體性粉末、具有撓性的導電性粘合劑來粘接固定晶體片電極和向外部引出的導體。
再者，在耐熱性要求不嚴格時，也有許多采用低溫焊料膏來支承壓電振動體的例子。在此情況下，由于在固定壓電振動體時急劇加熱而造成焊錫(料)球或極小的焊錫顆粒飛濺，殘存在容器內(nèi)或附著到壓電振動體上。因而造成CI(晶體界面)值不合格或在低激勵電平下振蕩不良等產(chǎn)品合格率下降的問題。
現(xiàn)對上述過去例子的具體問題進行分析。根據(jù)特開昭64-68007號公報和特開昭64-62909號公報所述的技術(shù)，在對基座進行普通的高溫焊錫鍍敷時，基座的外園金屬環(huán)部分，引線位于密封容內(nèi)側(cè)的部分(以下稱為內(nèi)引線)、以及外側(cè)的部分(以下稱為外引線)，均全面被鍍敷一層高溫焊料。鉛含量高的合金，其表面上容易生成堅固的氧化膜，當壓電振子往外部電路板上安裝時難于焊接。這是因為要在較低溫度下焊接，以免損傷使用低溫焊料的其他零件。因此，必須特意把高溫焊料鍍層從外引線上剝離下來，把外引線浸入低溫焊錫槽內(nèi)，從而增加了制造工序，提高了制造成本。并且由于該浸漬所形成的焊料層厚度不均勻，所以外引線難于彎曲加工，焊料量不一致造成難于安裝。外引線的彎曲加工在壓電振子的表面安裝時進行。表面安裝時，柱帽側(cè)面和外引線末端必須與電路板面緊密結(jié)合。因此，必須把外引線彎曲，形成一個臺階，使引線的高度位置與柱帽側(cè)面一致(參見

圖1)。
再者，根據(jù)特開昭64-62909號公報，鉛含量高的合金在加熱時產(chǎn)生鉛蒸氣，所以，安裝時的回流焊接使鉛附著在壓電振動體上，造成頻率漂移。因此，為了防止高溫焊料附著到基座外周和柱帽內(nèi)壓入所需部分以外的地方，不得不采用費工時的部分鍍敷方法。但是，關(guān)于這一點，我們有不同的看法，認為鉛不太容易產(chǎn)生蒸氣。其理由是例如，150℃時的鉛飽和蒸氣壓極小。260℃時蒸氣壓有所增大，但因為加熱時間很短，所以幾乎沒有問題。只要在密封后不使容器內(nèi)的低溫焊料(尤其是面積大的部分)熔化，就沒有問題。
再者，在特開昭64-62909號公報中，表層上鍍敷的銀具有良好的可焊性，但由于銀材料昂貴，其厚度很薄(0.1～0.2μm左右的極薄鍍層)。因此，在引線被彎曲的部分銀層破裂，下面的高溫焊料露出，可焊性變壞。并且，若安裝一次，則銀消失在基板焊料中，不能再次進行安裝。也就是說，從不用的電路板上回收的零件不能再用。
再者，涉及提高耐沖擊性的上述特開昭61-247775號公報和特公平7-14132號公報所述技術(shù)中采用的粘合劑，其管理和硬化工序以及可靠性方面尚存在沒有解決的問題。例如，如果是焊料支架，那么，熔融焊料的分布能準確地仿照壓電振動體表面電極圖形的形狀。但由于未硬化，液體的粘合劑分布不能控制，所以，造成粘接位置誤差，這將成為CI值和粘接強度不一致的因素。在上述特開平4-78211號公報所述的技術(shù)中，插入尺寸小的附加引線后的壓電振動體的支架使引線長度增加，壓電振子的總長增加，而且，不同引線的接合，可加工性能極差，不適合大量生產(chǎn)。
發(fā)明的公開本發(fā)明的目的在于高水平地解決上述問題，即協(xié)調(diào)互相矛盾的性能，提供一種既適合安裝和大量生產(chǎn)又提高耐熱性和耐沖擊性的壓電振子。
為了達到上述目的，本發(fā)明的一種形態(tài)的壓電振子，其主要構(gòu)成部分是壓電振動體；柱帽，其形狀大體上呈園筒形，一端開口，把上述壓電振動體裝入其內(nèi)部；以及密封端子，其作用是對上述柱帽的開口端進行密封，和上述柱帽一起形成氣密容器，該密封端子具有其斷面形狀大體上與上述柱帽的開口端內(nèi)徑相同的塞柱和穿過上述塞柱的多根引線；支承構(gòu)件，它由含鉛重量比為85％以上到98％以下的焊料制成，使上述壓電振動體接合和固定在上述引線突出在氣密容器內(nèi)部的部分即內(nèi)引線上。
若采用這種結(jié)構(gòu)，則是利用由鉛含量高，即軟的焊料制成的支承構(gòu)件來支承壓電振動體。因為支承構(gòu)件，所以，當壓電振動體受到外力時該支承構(gòu)件撓曲，能分散應力。因此，能抑制應力在壓電振動體上集中，提高耐沖擊性。并且，因為具有上述含鉛率的焊料屬于高溫焊料，所以，熔點高，即使在高溫環(huán)境下也能牢靠地支承壓電振動體。
另外，在上述引線的表面，尤其是從塞柱上露出的部分的表面上，形成由含鉛重量比為60％以下的焊料(低溫焊料)或者錫或錫合金構(gòu)成的第1層。低溫焊料等潤濕性(粘附性)良好，所以，在固定壓電振動體時和表面安裝時供給的焊料容易和引線表面結(jié)合，能達到牢固的焊接。并且，因為焊料本身是價格低廉的材料，所以可以形成很厚的(例如5-10μm)的低溫焊料等的第1層。因此，即使彎曲引線也不會損壞這第1層，從這一方面來看也能保證牢固的焊接。
另外，在上述塞柱的表面上形成由含鉛重量比為60％以下的焊料(低溫焊料)或者錫或錫合金構(gòu)成的第2層。這第2層最好和第1層同時形成。
進一步也可以在上述塞柱的第1層的下面形成由含鉛重量比超過60％的焊料構(gòu)成的第3層。形成該第3層后，即使在高溫環(huán)境下，壓電振子的氣密封性也不會受到破壞。例如，在安裝壓電振子時，也能充分經(jīng)受回流焊對焊料的加熱。并且，當把塞柱壓入柱帽的開口部分內(nèi)時，也能借助于軟的高溫焊料的變形而把間隙填塞起來，達到牢靠的密封。尤其是第1層在把塞柱壓入柱帽時，其中一部分被磨掉，所以，即使具有該低溫焊料的第1層也幾乎不會降低耐熱性。
另外，在上述引線的第2層的下面，最好也形成由含鉛重量比為60％以上的焊料構(gòu)成的第4層。該第4層能和上述第3層同時形成。
再者，本發(fā)明的另一實施形態(tài)的壓電振子，其主要構(gòu)成部分是壓電振子；柱帽，其形狀大體上呈園筒形，僅一端開口，上述壓電振動體被裝入其內(nèi)部；以及密封端子，其作用是對上述柱帽的開口端進行密封，和上述柱帽一起形成氣密容器。該密封端子具有以下兩部分①塞柱，其斷面形狀大體上與上述柱帽的開口端內(nèi)徑相同，在其與上述柱帽開口端內(nèi)徑相接觸的部分上具有由含鉛重量比為60％以上的焊料所構(gòu)成的層；②多根引線，該引線穿過上述塞柱，其露出在塞柱外面的部分的表面上具有由含鉛重量比為60％以下的焊料或者錫或錫合金構(gòu)成的層；以及支承構(gòu)件，它由含鉛重量比為85％以上到98％以下的焊料制成，用于把上述壓電振動體連接和固定到上述引線突出在氣密容器內(nèi)部的部分、即內(nèi)引線上。
若采用這種結(jié)構(gòu)，則是利用由含鉛量大、即軟的焊料構(gòu)成的支承構(gòu)件來支承壓電振動體。因為支承構(gòu)件軟，所以，當壓電振動體受到外力時該支承構(gòu)件撓曲，能使應力分散。因此，能抑制應力在壓電振動體內(nèi)集中，能提高耐沖擊性。并且，因為具有上述鉛含量的焊料屬于高溫焊料，所以，熔點高，即使在高溫環(huán)境中也能牢固地支承壓電振動體。
另外，由于在上述塞柱的與上述柱帽開口端內(nèi)徑相接觸的部分上形成了含鉛重量比為60％以上的焊料、即高溫焊料的膜層，所以，即使在高溫環(huán)境中也不會破壞壓電振子的密封性。例如，在安裝壓電振子時也完全可以承受回流焊對焊料的加熱。并且，在把塞柱壓入到柱帽的開口部時，也可以借助于軟高溫焊料的變形而對間隙進行填塞，達到牢靠的密封。
另外，在上述引線的表面，尤其是從塞柱中露出的部分的表面上，形成了由低溫焊料等構(gòu)成的膜層。低溫焊料等由于潤濕性(粘附性)良好，所以，在固定壓電振動體時和表面安裝時供給的焊料容易與引線表面結(jié)合，能可靠地焊接。并且，因為焊料本身價格低廉，所以可以形成5-10μm厚的上述膜層。因此，即使彎曲引線也不會破壞該膜層，從這一方面來看也能保證牢固的焊接。
而且，上述錫合金，其含銀量可以在3％以下，最好是2％～3％。
另外，上述支承構(gòu)件大體上覆蓋上述內(nèi)引線，可以制成具有下述凸出部分的結(jié)構(gòu)，該凸出部分在從該內(nèi)引線一端面向上述壓電振動體的重心方向上，其長度超過該內(nèi)引線直徑的一半，采用這種形狀可以牢固地固定壓電振動體。
另外，在上述塞柱上像上述第3層等那樣形成高溫焊料層時，也可以利用銅鎳合金等較硬的金屬來制作柱帽。這是因為高溫焊料軟，即使柱帽堅硬，也能很好地結(jié)合。由于銅鎳合金耐熱性好，所以可以提高壓電振子的耐熱性。同樣，也可以用銅鎳系合金以外的金屬來制作柱帽，在其表面上形成鎳膜層。
本發(fā)明另一形態(tài)的密封端子是對下述柱帽的開口端進行密封的氣密端子，該柱帽大體上呈園筒形，僅一端開口，其內(nèi)部安裝上述電子元件，該密封端子具有；
塞柱，其斷面形狀大體上與上述柱帽的開口端內(nèi)徑相同，在其與上述柱帽開口端內(nèi)徑相接觸的部分的表面上具有含鉛重量比為60％以下的焊料或者錫或錫合金所構(gòu)成的第1層；以及多根引線，它穿過上述塞柱，在其從塞柱向外露出的部分的表面上具有由含鉛重量比為60％以下的焊料或者錫或錫合金所構(gòu)成的第2層。
另外，可以在上述塞柱的上述第1層的下面，形成由含鉛重量比為60％以上的焊料所構(gòu)成的第3層，在上述引線的上述第2層的下面，形成由含鉛重量比為60％以上的焊料所構(gòu)成的第4層。
本發(fā)明另一形態(tài)的壓電振子的制造方法是制造這樣一種壓電振子的方法，該壓電振子的壓電振動體安裝在由柱帽和密封端子形成的氣密容器的內(nèi)部。該制造方法包括以下工序固定工序，向上述密封端子所具有的引線和壓電振動體所具有的電極膜之間供給含鉛重量比為88％以上的焊料，使上述引線和上述電極膜相結(jié)合，這樣把壓電振動體固定在密封端子上；以及密封收存工序，把上述壓電振動體裝入上述柱帽內(nèi)，用密封端子來密封柱帽，使壓電振動體密封在氣密容器的內(nèi)部。把供給的焊料的含鉛重量比設(shè)定為88％以上，即使在引線等上面鍍敷含鉛率低的焊料時，也能確保壓電振動體被固定后的含鉛率達到85％。
另外，在上述壓電振動體固定工序之前，也可以包括這樣的工序，即在上述引線的表面上鍍敷含鉛重量比為60％以下的焊料。
再者，在上述壓電振動體固定工序之前，也可以包括以下工序第1鍍敷工序，在上述密封端子上鍍敷含鉛重量比為60％以上的焊料；第2鍍敷工序，在上述第1鍍敷之后，在上述密封端子上鍍敷含鉛重量比為60以下的焊料。
另外，在上述壓電振動體固定工序中，使上述引線和上述電極膜相結(jié)合所用的焊料，其供應量也最好能使最終含鉛重量比在85～98％范圍內(nèi)。
另外，在上述壓電振動體固定工序中，使上述引線和上述電極膜相結(jié)合所用的焊料的體積，可以設(shè)定為上述引線位于密封容器內(nèi)部的部分上所鍍敷的焊料體積的2倍以上。按照這一體積比例，即使在引線等上鍍敷含鉛率低的焊料，也能確保壓電振動體固定后的含鉛率達到85％。
再者，在上述壓電振動體固定工序中，使上述引線和上述電極膜結(jié)合所用的焊料的體積，可以設(shè)定為上述引線位于密封容器內(nèi)部的部分上所鍍敷的焊料體積的一倍以上。這樣，可以牢固地固定壓電振動體。
再者，在上述壓電振動體固定工序以后，可以包括80℃以上到140℃以下、1天-5天的熱處理工序。通過該工序，可以使支承壓電振動體的支承構(gòu)件的焊料晶粒生長，降低這一部分的楊氏模量。所以，能使焊料更軟，應力更分散。
附圖的簡單說明圖1是表示本發(fā)明實施形態(tài)的結(jié)構(gòu)例子的斜視圖。
圖2是支承構(gòu)件26的部分放大正面圖。
圖3是支承構(gòu)件26的部分放大側(cè)面圖。
圖4是支承構(gòu)件26的斷面圖。
圖5是說明對壓電振動體施加跌落沖擊的動作的模型圖。
圖6是說明焊料邊緣的應力狀態(tài)的縱向斷面圖。
圖7是表示焊料的成分、溫度與強度的關(guān)系的曲線圖。
圖8是錫鉛合金的二元狀態(tài)圖。
圖9是表示本發(fā)明另一實施形態(tài)的主要部分的圖。
圖10是表示本發(fā)明的又一個實施形態(tài)的主要部分的圖。
實施本發(fā)明的最佳形態(tài)以下按附圖來說明本發(fā)明的實施形態(tài)。圖1是表示本實施形態(tài)的結(jié)構(gòu)的斜視圖?；?0包括大體呈園筒形的塞柱12、以及沿園筒軸線方向穿過該塞柱12的2根引線14。塞柱12的結(jié)構(gòu)是在大體呈園筒形的密封玻璃16的外園上又安裝了由科瓦合金制成的金屬環(huán)18。上述2根引線14穿過密封玻璃16，從密封玻璃中露出的部分是內(nèi)引線20和外引線22。引線14突出在密封容器內(nèi)部的部分是內(nèi)引線20，在圖1中相當于從塞柱12向上突出的部分。內(nèi)引線20的凸出長度較短，在本實施形態(tài)的情況下為0.3mm，相當于引線14的直徑。并且，引線14在密封容器外部突出的部分是外引線22，在圖1中相當于從塞柱12向下延長的部分。外引線22為適應表面安裝，被彎曲成曲柄狀。
壓電振動體24是凸半園形(コンベツクス)晶體振動體，其正面和背面均形成銀等激勵電極膜(圖中未示出)。并且，壓電振動體24的形狀不一定是凸半園形的，例如，也可以采用平板長方形AT板。壓電振動體24，其長軸要與塞柱12的園筒軸一致，而且布置在2根內(nèi)引線之間。并且，2根內(nèi)引線借助于由焊料構(gòu)成的支承構(gòu)件26而連接在壓電振動體24的正反兩面上的激勵電極膜的一端上。
柱帽28一端開口，大體呈園筒形。其開口部分的內(nèi)徑稍小于塞柱12的外園。該柱帽28在真空中從圖1來看是從上方被套到壓電振動體24和基座12上，把基座12壓入柱帽內(nèi)使二者嵌合，在內(nèi)部為真空的狀態(tài)下進行密封。這樣就形成了密封容器。
在圖2～圖4中表示本實施形態(tài)的壓電振動體24和基座10的結(jié)合部分的詳細情況。本實施形態(tài)的壓電振子的壓電振動體24如圖1等所示是單柱支承，所以，如果壓電振動體24受到使其彎曲的外力，那么，應力就會集中到支承部分的根部。因此，如果，由于跌落等使壓電振動體受到過大的外力，那么，就會在圖3點劃線F的地方出現(xiàn)斷裂。為防止這種斷裂，在本實施形態(tài)中利用軟的、即楊氏模量(ャング率)低的材料來構(gòu)成支承構(gòu)件26，使應力分散。支承構(gòu)件26的材質(zhì)是含鉛重量比為85％以上-95％(以下記為wt％)，最好是90％wt以上，其余為錫的高溫焊料。若含鉛量多，則能變軟，能分散應力。
在基座10的表面、即塞柱12的金屬環(huán)18和引線14的表面上，預先通過鍍敷而形成厚度約15μm的焊料層30。該焊料層30是含鉛重量比為60wt％以下的低溫焊料，最好是接近共晶點的組成、即含鉛重量比為60wt％以下的焊料。并且，焊料層30也可以是鍍敷不含鉛的錫、或者含少量銀的錫合金的膜層。
因為，鉛重量超過40wt％時，焊接性能不太好，比較軟，容易劃傷，發(fā)黑不美觀，鍍液成分難于控制等缺點明顯出現(xiàn)。
支承構(gòu)件的焊接方法如下。把已鍍低溫焊料(共晶系焊料)的基座12擺放在夾具上。其上面疊放金屬網(wǎng)，該金屬網(wǎng)僅僅在正好對準內(nèi)引線20頂部的地方開孔并能涂敷焊膏，高溫焊料的球狀微粒和樹脂系焊劑混合在一起調(diào)整到所需粘度后的焊膏印刷到金屬網(wǎng)上。這樣就能使內(nèi)引線20的周圍附著適量的焊膏。然后把壓電振動體24插入到內(nèi)引線20的間隙內(nèi)，使其電極膜接觸焊膏滴并被潤濕。在此狀態(tài)下使其整體通過溫度超過高溫焊料熔點的回流焊爐內(nèi)，于是壓電振動體24的電極膜和焊料的連接和支承固定就結(jié)束了。因為壓電振動體24的下端幾乎與基座1的上面相接觸，所以壓電振子的長度短，能使制成的壓電振子小型化，同時不會形成可能殘存焊料球的間隙。
如果適當控制焊膏滴量，那么，支承構(gòu)件26就可把內(nèi)引線20的側(cè)面和壓電振動體24的電極膜的間隙填埋起來，并且支承構(gòu)件26的厚度在向內(nèi)引線20的兩側(cè)方向上和從端部再向上方均逐漸平緩地減薄，直到壓電振動體24的表面為止，其形狀大體上像富士山形狀一樣。本實施形態(tài)所采用的高溫焊料是鉛重量占90％wt以上，其余主要是錫的合金。也可含少量的銀等。如上所述，在內(nèi)引線20的表面上，預先鍍敷形成鉛重量占60wt％以下的低溫焊料的膜層30。支承構(gòu)件26的體積設(shè)定為鍍層體積、即(內(nèi)引線20的表面積)×(鍍層厚)的2倍以上，最好是5或10倍以上。其結(jié)果，在內(nèi)引線20上預先鍍的低溫焊料即使熔入支承構(gòu)件內(nèi)、也能使其最終組成的含鉛率很高。再者，支承構(gòu)件26的體積超過內(nèi)引線20的體積，并且，支承構(gòu)件26平緩坡部分從內(nèi)引線20端部向壓電振動體24的重心G的方向上的突出尺寸至少要超過內(nèi)引線20的直徑、寬度或長度中的一個尺寸的一半。這是因為該突出部分在受到?jīng)_擊時適當變形能保護壓電振動體24。這樣構(gòu)成支承構(gòu)件26的焊料，其最終組成設(shè)定為高含鉛率，能降低焊料的楊氏模量。鉛成分越多，楊氏模量越低。
下面說明把基座10壓入柱帽28內(nèi)密封后的處理。密封后的熱處理是在80～140℃下加熱1～5天。柱帽28的內(nèi)面與基座10表面的軟質(zhì)金屬層、即焊料層30緊密結(jié)合，不僅能從機械上保持密封，而且，柱帽28的成分銅、鎳的一部分經(jīng)過熱處理與基座一側(cè)的鉛和錫互相擴散，進行合金化，將其液相線向上推，能經(jīng)受SMD安裝時的回流焊，能更牢靠地密封。
在金屬環(huán)18上鍍的低溫焊料幾乎都存在于外園側(cè)面、即與柱帽28的壓入密封面上。這一部分即使被加熱到熔融溫度，如果時間短也不會產(chǎn)生影響性能的氣體，由于柱帽28的緊固作用，也不會使密封松動。在環(huán)狀的內(nèi)側(cè)端面上所鍍的低溫焊料露出在容器內(nèi)。因為只不過是很小的面積，所以即使該焊料被熔化，也幾乎不會出現(xiàn)產(chǎn)生氣體的不良影響。在內(nèi)引線20的表面上所鍍的低溫焊料當安裝壓電振動體24時熔化到支承構(gòu)件26的高溫焊料內(nèi)。該支承構(gòu)件26的表面積大，在安裝時的回流焊溫度下不會熔化，所以幾乎不會出現(xiàn)產(chǎn)生氣體的不良影響。并且，在安裝時高溫焊膏加熱熔化，但是，高溫焊料時與低溫焊料相比較，焊料球和焊料微粒產(chǎn)生的量極少。并且，即使有焊料飛濺微粒也立即被冷卻，所以，難于附著到壓電振動體上和壓電振子容器內(nèi)。
那么，讓我們對與壓電振子的耐沖擊性有關(guān)的焊料支承部分的效應進行分析。首先，在對園筒形壓電振子進行向木地板上的自由跌落試驗時，可以看出最易損壞、即內(nèi)部的壓電振動體容易斷裂的狀態(tài)是在壓電振動體是AT板的情況下其主面(板面)大體上呈水平狀態(tài)、或者壓電振動體的短邊大體上呈水平狀態(tài)，長邊的壓電振子前端一側(cè)稍稍向下的狀態(tài)時與地板沖擊。在壓電振動體為音叉型的情況下，對于腳折斷來說，易損壞的狀態(tài)同樣是在主面(U字面)大體上水平、或者主面垂直，長軸(對稱軸)水平或稍稍向下。關(guān)于采用矩形AT板振動體的本實施形態(tài)，以成分和楊氏模量不同的2種焊料為例，從數(shù)值上對支承部分的緩沖效果分析如下。
在圖2至圖4中支承構(gòu)件26的形狀是理想狀態(tài)。實際上不能形成像圖示那樣銳利的(シャ-プ)梯形，而是稍帶園角。平面形狀因為是仿照壓電振動體24表面的蒸發(fā)淀積電極圖形而成形的，所以相當準確。斷面形狀根據(jù)焊膏量的不同而不大規(guī)則。支承構(gòu)件26把幾乎與壓電振動體24相觸的內(nèi)引線20包在內(nèi)部，把遠離該壓電振動體24的側(cè)面作為頂點，在對準晶體表面上的寬圖形的邊緣的方向上厚度沿緩坡逐漸減薄，最后達到零。壓電振動體24，其主面兩側(cè)被支承構(gòu)件26夾持。支承構(gòu)件26從基座10的端面開始在向壓電振動體24的重心G(中心)的方向上，根據(jù)力學性質(zhì)、尤其是剛性，被劃分成A、B、C三個部分。部分A到內(nèi)引線20的端頭為止，是剛性很好的剛性體部分。部分B是焊料裙邊(斜坡)部分，其剛性隨部位不同而變化，其中有些部位的剛性比部分A小得多，所以，對于使壓電振動體24向垂直于板面的方向8彎曲時的沖擊等所產(chǎn)生的力或力矩，有一定彈性，具有緩沖作用。部分C是受到壓電振動體24的全部質(zhì)量的慣性力，使晶體板本身撓曲發(fā)揮彈性作用的部分。而且，把壓電振動體24的全部質(zhì)量看作是集中在其重心上繼續(xù)進行了分析。對晶體板的離開重心較遠的部分可以忽略不計。
在實施形態(tài)中，內(nèi)引線20的直徑約為0.3mm，部分A和部分B的長度為0.25mm，壓電振動體24的重心G以前的部分C的長度為2.5mm。并且，頻率為8MHz，壓電振動體24的總長為6mm，寬為b=1.6mm。壓電振動體24的中心(重心G)處的最大厚度為0.212mm，兩端厚度為0.123mm，部分B和部分C的邊界處的厚度為0.150mm，假定兩面為以中心為頂點的2次曲線所構(gòu)成的筒狀面。壓電振動體24的厚度y示于式(1)。
2d=y=-0.00992×(-3)2+0.212(mm)…………………………(1)對該曲線進行積分，乘上寬，即可求出壓電振動體24的體積為1.7494mm3。所以假定晶體密度為2.65mg/mm3，則可算出質(zhì)量為m=4.636mg。并且，壓電振動體24的任一斷面中的斷面慣性(二階)矩Iq示于式(2)。
Iq=bd3/12(mm4)………………………………………………(2)圖4是實施形態(tài)的支承構(gòu)件26和壓電振動體24的斷面圖，是圖2的Ⅵ-Ⅵ斷面。它表示支承構(gòu)件26和壓電振動體24的部分B處的斷面。假定部分B以通過壓電振動體24的厚度中心的平面為中性面32進行彎曲變形。因為支承構(gòu)件26的位置和形狀相對于中性面32并非對稱，所以該假定嚴格來說是不確切的。但為計算方便起見作此假定。在發(fā)揮彈簧作用的焊料厚度小的緩坡部分誤差減小。計算中所用的其他各尺寸為支承構(gòu)件26的頂部寬度a=0.1mm，坡底寬度c=1mm，壓電振動體24寬度b=1.6mm(前出)。再者，假定壓電振動體24的厚度的一半為dmm，焊料斷面上邊寬度為z，離開其中性面的距離為e。z沿焊料部分的緩坡在a和c之間按直線變化。該直線通過壓電振動體24的固定端。部分B的任意斷面中的壓電振動體24上下的支承構(gòu)件26的斷面慣性矩Is示于式(3)。Is=2∫dey2zdy=[c(3d4-4d3e+e4)+z(3e4-4e3d+d4)]/[6(e-d)(mm4)]]>………………(3)
在部分B中，對x=0.25mm到0.5的區(qū)間進行5等分，形成6個斷面，對各個斷面分別利用式(1)、(2)、(3)求出d、Iq、Is。假定晶體材料的楊氏模量為Eq、低溫焊料，例如含錫96％、含鉛0.05％的焊料的楊氏模量為Es1，高溫焊料例如含鉛89.5％，含錫8％的焊料的楊氏模量為Es2。各個值分別為Eq=73.0GPa(7454kgf/mm2)、Es1=42.1GPa(4300kgF/mm2)、Es2=15.7GPa(1600kgf/mm2)。這些數(shù)值乘上各斷面的Iq、Is。角標字的意思是q=quartz(石英)、s=suport(支架)。1=低溫焊料、2=高溫焊料。另外，在壓電振動體24的重心位置G上施加與板面相垂直的虛擬荷重W=9.8N(1kgf)(晶體振動體和支承系統(tǒng)產(chǎn)生與荷重成正比的位移，不斷裂)、由于該荷重而作用于斷面上的彎曲力矩為M。焊料的緩坡部分B的長度較短，為0.25mm，而且離開壓電振動體的重心較遠，約離開2.5mm，所以，作用于B部分的彎曲力矩M大體上相同，M=24.5N(2.5kgf·mm)。
這樣獲得的某斷面上的1/ρ=di/dx如下式(4)所示。
1/ρ=di/dx=M(EqIq+EsIs)…………………………………(4)在式(4)中，ρ是中性面的撓曲的曲率半徑(mm)，i是撓角(rad)。所以，部分B的全撓角is，若對式(4)從部分B的始點x=0.25到0.5進行積分即可求得。該積分可根據(jù)上述各斷面上的式(4)的值，利用梯形法等進行數(shù)值積分。計算的詳細過程的說明予以省略。結(jié)果是低溫焊料時is1=0.04543(rad)；高溫焊料時is2=0.07356(rad)。并且，該撓曲所引起的壓電振動體24的重心位移δ，可通過撓角乘以到重心的距離l=2.5mm，即可求得低溫焊料時δ1=0.11358(mm)；高溫焊料時δ2=0.18390(mm)。并且，結(jié)果，焊料支承部分B的彈性，摸算成壓電振動體24的重心位置后的彈性常數(shù)為低溫焊料時ks1=86.3N/mm(8.8044kgf/mm)；高溫焊料時ks2=53.3N/mm(5.4377kgf/mm)。高溫焊料的楊氏模數(shù)只有低溫焊料的楊氏模數(shù)的約37.2％，可以達到很高的緩沖性。支承系統(tǒng)的彈簧常數(shù)之比約為61.8％。這是因為正反兩面的焊料中所夾持的芯材是楊氏模量高的晶體材料，所以減小了焊料差異所產(chǎn)生的效應。
其次，壓電振動體本身也具有緩沖彈簧作用，所以，求出該彈簧常數(shù)。該彈簧常數(shù)kq近似地等于與板面相垂直地加在壓電振動體重心G上的荷重W=9.8N(1kgf)、和因此壓電振動體主體撓曲所產(chǎn)生的重心G的位移之比?？梢哉J為，對該撓曲起作用的是在圖2中部分C的從部分B的端部到重心G的部分。該部分是斷面厚度變化的同樣材質(zhì)的懸臂梁，荷重W作用于其自由端。因為不是相同的斷面，所以仿照求上述的部分B的撓曲時，在晶體懸臂梁縱長方向上等間隔地取多個斷面，求出在各斷面上荷重W形成的斷面二階矩Iq(參見式2)、和彎曲力矩M(斷面中間的區(qū)分是一樣的)，用式(4)求出各區(qū)間的撓曲形成的重心G的位移的作用量，作為晶體的楊氏模量Eq=73.0GPa(7454kgf/mm2)。這時，對焊料的項EsIs忽略不計。并且，若將這些參數(shù)加以合并，則可得出綜合晶體振動體的部分C所產(chǎn)生的重心G的位移δq=1.1948mm，彈簧常數(shù)Kq=8.20N/mm(0.8370kgf/mm)。
圖5是說明在壓電振子上施加跌落沖擊動作的模型圖。從以下的說明中可以看出已求得的Kq、Ks、m、和因沖擊而使壓電(晶體)振動體內(nèi)產(chǎn)生的應力的大小即耐沖擊性的關(guān)系。在圖5中在壓電振子的柱帽28的內(nèi)部有與一端固定在容器上的支承彈簧等效的彈簧(彈簧常數(shù)Ks)、以及與另一端串聯(lián)連接的壓電振動體主體等效的彈簧(彈簧常數(shù)Kq)，另外在其端頭上吊掛了壓電振動體重心處的等效質(zhì)量m。假定彈簧Ks和彈簧Kq的串聯(lián)彈簧的合成彈簧常數(shù)為K，則按下式(5)求出1/K=1/Kq+1/Ks；K=KqKs/(Kq+Ks)…………………………(5)這樣模型化的壓電振子在上述的最壞狀態(tài)下從高度h跌落到木板34上。壓電振子各部分，相當于高度差h的位置能量在即將沖擊時變換成與沖擊速度V相對應的運動能量。在沖擊的同時容器停止下來，但其中的壓電振動體等效質(zhì)量m由于慣性作用繼續(xù)運動。因此，質(zhì)量m的運動能量正好被吸收，所以彈簧K相應伸長s。如果容器受沖擊后不停止而進行反跳，那么，彈簧應吸收的能量變換成與沖擊速度和反跳速度的絕對值之和相對應的運動能量、或者相當于跌落高度和反跳高度之和的位置能量。模型和現(xiàn)象的本質(zhì)沒有變化。下面為簡便起見，假定容器受沖擊后停止下來。彈簧K應吸收的能量U示于式(6)。
U=mgh=(1/2)mv2=(1/2)Ks2……………………………………(6)式中，g為重力加速度，g=980cm/s2按照圖5模型的以下計算進行了定量分析跌落而產(chǎn)生的壓電振動體的一定運動能量分散到Kq和Ks上被收。這時，支持彈簧常數(shù)Ks在一定程度上較小，能使壓電振動體的等效彈性Kg所吸收的能量進一步減小。所以，對振動體產(chǎn)生破壞作用的應力減小。
根據(jù)式(6)，沖擊速度v和最大重心位移s可用式(7)表示。
再者，由于位移s的作用而在重心位置上產(chǎn)生的力為f，該力f作用于晶體的斷裂面上(圖3中點劃線所示的面)。力矩為M，由于該力矩的作用在晶體斷裂部分的斷面上產(chǎn)生的最大應力σ等可用式(8)表示。
f=Ks,M=f1,σ=M/Z,Z=by2/6………………………………(8)而且，Z是所謂斷面系數(shù)，在斷裂面上，實施形態(tài)的8MHz的AT板，若y=0.150mm，則Z=0.006mm3。在m=4.636mg、h=100cm的情況下，把本實施形態(tài)的具體數(shù)字從式(5)用于式(8)，其結(jié)果表示如下。而且，關(guān)于添加字1、2，和上述情況一樣，分別表示低溫焊料和高溫焊料。
U=4.54×10-5J(454.29erg)v=442.7cm/sK1=7.49N/mm(0.76434kgf/mm)K2=7.11N/mm(0.72535kgf/mm)s1=0.11018mms2=0.11311mmf1=0.825N(0.084215kgf)f2=0.804N(0.082044kgf)M1=2.06N·mm(0.2106kgf·mm)M2=2.01N·mm(0.2052kgf·mm)σ1=344Mpa(35.10kgf/mm2)σ2=335Mpa(34.18kgf/mm2)因為已獲得了焊料示例中所需的計算結(jié)果，所以，對該數(shù)字進行對比研究分析如下。首先，支承部分(圖2中部分B)中所用焊料的楊氏模量，本來差別很大，但由于存在硬質(zhì)晶體芯材，所以該差別縮小，約為Ks2/Ks1=61.8％，這在前面已經(jīng)講過。上述K1和K2進行比較，更加接近，K2/K1=94.9％。這是因為與力矩的作用方法和斷面厚度也有關(guān)系。一般來說，長板容易彎曲，短板不容易彎曲，由于晶體板主體很長，所以其彈簧常數(shù)Kq減小(動柔度大)，另一方面，Ks2、Ks1，圖2中部分B較短，所以剛性較高，數(shù)值大，因此式(5)的合成彈簧常數(shù)K的差進一步減小。關(guān)于獲得的位移s、力f、彎曲力矩M，應力σ各參數(shù)，與材料有關(guān)的比值，結(jié)果與K2/K2]]>成正比或成反比，所以，其差別減小。因為可以認為當晶體材料的應力值達到斷裂極限值時，晶體材料就產(chǎn)生斷裂，所以，應當認識到例如，不同焊料所產(chǎn)生的應力σ的比較是最終耐沖擊性的評價指標。根據(jù)所得結(jié)構(gòu)σ2/σ1=97.4％，應力差約為2.6％。
如該計算結(jié)果所示，利用含鉛率高的焊料，可以使應力減少數(shù)個百分點。市場要求的跌落高度為1m或更高一些時，晶體彎曲應力的計算值，與實際在壓電振動體上加靜荷重的斷裂實驗所獲得彎曲應力值，二者非常一致。這也說明以上說明的沖擊力學分析是適當?shù)?。這樣，壓電振子的耐沖擊性與市場的最高要求相差極小的情況下，即使能提高數(shù)個百分點對提高產(chǎn)品的可靠性也有很大作用，其工業(yè)價值很高。
根據(jù)本公司的實驗，采用低溫焊料時的耐沖擊性約為75cm跌落高度，采用高溫焊料時可大幅度提高，達到1.2m至1.5m。可以斷定，采用含鉛率高的焊料可以大大提高耐沖擊性，其原因除了上述的計算外，至少還有以下兩點，現(xiàn)說明如下。
第1是基于焊料的應力一應變特性的效應。當利用焊料制作試樣進行拉伸試驗時，拉伸應力的增量與伸長率幾乎不成正比例，而是隨著應變的增加而單調(diào)的減小，其曲線形狀近似于對數(shù)曲線的正的部分。該曲線形狀表示這種材料應變越大，焊料的楊氏模量越低，關(guān)于反復變形雖尚未確認，但是有滯后現(xiàn)象，內(nèi)部損耗大?？梢钥闯錾鲜鲇嬎阒兴玫臈钍夏Ａ渴歉鶕?jù)變形的最初期的曲線趨勢而求出的數(shù)值，根據(jù)上述計算在焊料支承部分(B部)上1m跌落可能產(chǎn)生的最大應變約為零點幾個百分點，平均楊氏模量減小到初期值的一半以下。這種減小的趨勢無論是低溫焊料(接近于錫)還是高溫焊料都是很相似的。即使在應變值大的情況下，也還是高溫焊料的平均楊氏模量很低。
第2是應力集中效應的差。圖6是原來實施形態(tài)中的支承構(gòu)件26的緩坡部分的邊緣及其附近的壓電振動體24的縱斷面圖，圖中表示在彎曲力矩M的作用下在緩坡部分的邊緣位置上壓電振動體24的垂直于縱長軸的斷面36的中性面32的上下所產(chǎn)生的應力分布38。實際生產(chǎn)的壓電振子中，大都是如圖6所示，支承構(gòu)件26的邊緣部分不是形成緩坡，而是陡峭的傾斜，像半園錐體一樣。在此情況下位于角隅部分40處的壓電振動體24的表面附近被彎曲時，由于支承構(gòu)件26的剛性作用使應力集中，因此，預計斷面36上的應力分布，如果沒有支承構(gòu)件26，那么就像直線所示的應力分布42所示的那樣，應當與離開中性面32的距離成正比地直徑增加，而實際上如曲線狀應力分布44所示的那樣，在表面上的最大應力進一步增大。若按照機械工學手冊，則一邊旋轉(zhuǎn)一邊受到彎曲的階梯形園棒的疲勞度(對于無限次重復的荷重變化不出現(xiàn)疲勞破壞的最大限度的應力值)，由于園角部的應力集中而低于直徑等于階梯形園棒的細的部分的平滑形園棒的疲勞限度，其降低的倍率超過1.0，在園角部分的曲率半徑(ァ-ル)小比較尖銳的情況下，也有高達2.5的，這是因為當受到彎曲時應力的最大值在園角部分實際上按這一倍率增大?？梢哉f，即使不重復的一次荷重也是一樣。以此類推，應力分布如圖6所示。
但是，在本實施例中不同的是材質(zhì)是不連續(xù)的，以焊料和晶體這種不同的材質(zhì)構(gòu)成了階梯形狀，硬的晶體被包在軟的焊料內(nèi)，所以，倍率值比手冊中的值更小。再加上想像，也許可以說是在一樣材質(zhì)時的倍率2.5上例如又受到焊料和晶體的楊氏模量之比Es/Eq(低溫焊料時為0.577，高溫焊料時為0.215)等的影響。但是，倍率不會低于1。在這種假說條件下，若在上述倍率2.5上乘以低溫焊料的楊氏模量比，則倍率為1.44，應力大大增加。但是，若采用高溫焊料，則倍率為1(積值為0.538＜1，所以倍率為1)，完全沒有應力集中。也就是說，充分發(fā)揮了晶體材料本來的強度，所以效果很大。
如果在上述計算中的觀點上再加上這些實際知識，那么，在沖擊過程中支承部分產(chǎn)生變形的同時，即使在高溫焊料或低溫焊料的任一情況下，也都會出現(xiàn)其楊氏模量降低，變形大于上述計算值，等效彈簧常數(shù)Ks減小，晶體應力減小。但是，在含鉛率高的焊料中，根據(jù)支承部分的變形量，焊料的應變更大，所以楊氏模量降低得更多，最終的變形進一步增加。所以，與低溫焊料時的晶體應力比有可能比前面的計算結(jié)果2.6％更大。而且，除了該楊氏模量降低所產(chǎn)生的效果外，上述焊料的彈性滯后、即內(nèi)部損耗把由于沖擊而產(chǎn)生的振動能量的一部分變換成熱量散發(fā)出去，因而也具有緩沖作用。雖然其量的大小隨焊料不同而有所差異，其詳細情況目前尚不清楚，但可以想像到，作為容易塑性變形的材料已知的含鉛率高的焊料，效果更大。
下面補充說明本發(fā)明所用的焊料的成分、特性。圖7是焊料中的含鉛重量比和溫度的變化與強度的關(guān)系曲線。圖8是錫鉛合金的二元狀態(tài)圖。在壓電振子的基座和引線上預先鍍的低溫焊料，熔點(圖8的液相線的位置)為純錫熔點232℃以下的成分比、即鉛的重量比為0～60wt％是適當?shù)姆秶５?，鉛的重量比為40-80wt％的合金，使用上稍為困難。再者，支承壓電振動體所用的高溫焊料中鉛的成分比最高可以選擇100％。但考慮到內(nèi)引線上鍍的低溫焊料在安裝時熔化與高溫焊料相混合，所以選擇為冷卻后的鉛成分為85-97wt％。這是因為下限值的85％是圖8的固相線不低于純錫熔點的值，并且，上限值97％在圖解中密封結(jié)束后的壓電振動體的支承部分即使被加熱也能保持一定強度。
圖9表示本發(fā)明的另一實施形態(tài)的主要部分。在本實施形態(tài)的說明中，對于和上述實施形態(tài)相同的結(jié)構(gòu)標注同一符號，其說明從略。在本實施形態(tài)中，特點是在柱帽28上也設(shè)置低溫焊料層46。該焊料層46至少要設(shè)置在柱帽28的開口端部的內(nèi)面上。其他結(jié)構(gòu)與上述實施形態(tài)相同。
在金屬環(huán)18上鍍的低溫焊料和柱帽28內(nèi)面上鍍的低溫焊料通過壓入而互相壓接，共同進行氣密封。由焊料構(gòu)成的軟質(zhì)金屬層，其總厚度例如為15μm，可將其分攤在基座10和柱帽28上，例如各占一半。也就是說，在基座10上的低溫焊料鍍層厚度可以是數(shù)μm。其結(jié)果，內(nèi)引線20上的鍍層厚度也是如此。所以，內(nèi)引線上鍍的低溫焊料熔入高溫焊料的支承構(gòu)件26內(nèi)，安裝后的支承構(gòu)件26中的鉛成分比下降。但其下降的量很小。也就是說，抑制了支承構(gòu)件26的楊氏模量上升量。但是，當壓電振子經(jīng)電路板上安裝時，若對整個壓電振子進行加熱的溫度超過低溫焊料的熔點，則密封的壓接面由于緊固效應，即使焊料熔化也仍能保持密封。但是，因為殘余在柱帽內(nèi)面上的低溫焊料熔化，產(chǎn)生蒸氣，影響壓電振子的特性，所以在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中整體的耐熱性有一定的限度。但是，因為熱傳導的終點是高溫焊料，所以完全可以經(jīng)受住外引線的加熱。
圖10表示本發(fā)明另外又一個壓電振子的主要部分。在實施形態(tài)的說明中，對于和上述實施形態(tài)相同的結(jié)構(gòu)標注同一符號，其說明從略。本實施形態(tài)的特點是在基座上通過鍍敷制作2種焊料層。其他結(jié)構(gòu)與圖1等所示的實施形態(tài)相同。
在金屬環(huán)18的外園部分和引線14的露出部分、即內(nèi)引線20和外引線22上制作(設(shè)置)由高溫焊料構(gòu)成的第1焊料層50和由低溫焊料構(gòu)成的第2焊料層52。高溫焊料如上所述是含鉛重量超過60wt％的焊料。在本實施形態(tài)的情況下用含鉛重量為90wt％以上的焊料形成第1焊料層50。并且，第1焊料層50通過鍍敷形成9～15μm的厚度。第1焊料層50的再上面形成由低溫焊料構(gòu)成的厚度為3～5μm的第2層焊料層52。低溫焊料如上所述是含鉛重量比為60wt％以下的焊料，在本實施形態(tài)中采用共晶點附近的組成、即含鉛重量比為40wt％以下的焊料。選擇這種組成的焊料是因為含鉛重量比若超過40wt％，則焊接性能下降，質(zhì)軟易產(chǎn)生傷痕，并且顏色發(fā)黑，不美觀。另外還必須嚴格控制鍍液成分等。
再者，在引線14和金屬環(huán)18的表面上形成上述的2種焊料層50、52之前，預先鍍2-5μm的銅也是很好的。這是為了改善引線14和金屬環(huán)18的材質(zhì)科瓦鈦鎳鈦合金和焊料的粘結(jié)性能。另外，在形成第1焊料層50之后，其表面上鍍1μm左右的鎳、銅或金等熔點比鉛高的金屬作為中間層也是適宜的。這是為了防止鉛從第1焊料層50向第2焊料層52擴散。
壓電振動體和上述實施形態(tài)一樣通過焊接被固定在內(nèi)引線上。焊接用的回流焊爐的溫度，例如采300℃。這時鍍在內(nèi)引線上的高溫焊料也熔化，打破薄的鎳膜，上層低溫焊料也一起熔入安裝(裝架)用的高溫焊料內(nèi)，形成一個整體，冷卻后凝固。根據(jù)實驗，可以看出支承構(gòu)件的最終成分即使含77％的鉛也能提高耐熱性。接近原來的高溫焊料(例如重量比為鉛90％、錫8％、銀2％)的組成有助于達到耐熱性、耐沖擊性都好的目的。由于采用內(nèi)引線的第1焊料層50的成分比，所以，焊料塊的最終組成中鉛減少得不多，容易達到上述目的。
另外，圖10所示的基座作為電子元件密封用的零件、即密封端子，其用途極廣。也就是說，由于具有由高溫焊料構(gòu)成的第1焊料層50，所以即使在要求高耐熱性的情況下也能使用，當然對一般用途也能使用。
對以上各種實施形態(tài)，壓電振動體即使采用其他形式，例如音叉型，也沒有實質(zhì)性的變化。并且，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可對壓電振動體采用雙支承形式。密封端子的引線不需要僅限定為園形斷面。壓電振動體不需要由內(nèi)引線夾持，內(nèi)引線也可以并排在壓電振動體的一個面上用焊料支承。在此情況下，因為支承構(gòu)件集中在壓電振動體的一個面上，所以能降低其動柔度，使用高溫焊料的效果更加明顯。并且，預先在科瓦合金等材料所構(gòu)成的基座上鍍焊料時也包括鍍底層銅等。再者，柱帽的材質(zhì)除采用鋅白銅外，還可以采用更廉價的鐵、鐵合金、鋁、鋁合金、銅、不銹鋼、銅鎳錫合金(也包括其上面鍍鎳等)等。
根據(jù)以上各實施形態(tài)，因為支承壓電振動體的支承構(gòu)件體積大，所以，支承構(gòu)件的含鉛率很高，其耐熱性也能經(jīng)受SMD安裝。并且，由于支承構(gòu)件的含鉛率高，所以楊氏模量及其非線性降低效果、內(nèi)部摩擦、應力集中緩和等綜合作用使緩沖效果增大，從實驗數(shù)據(jù)中可以看出耐沖擊性很好。這就解決了用粘合劑進行緩沖的現(xiàn)有技術(shù)中存在的裝架位置偏移的問題，并能減小CI(諧振時的等效阻抗)和Co(電極間容量值)的分散性(不一致性)。并且，也不需要像其他原有實施例那樣在內(nèi)引線上附加緩沖用的中間零件。結(jié)構(gòu)復雜、裝配成本提高、壓電振子總長增加、焊料球殘留等的危險，會都可以避免。而且，由于采用高溫焊料進行支承，所以焊料不會飛散和附著。
再者，當在基座(密封端子)上進行雙層鍍敷，即下層鍍高溫焊料，上層鍍低溫焊料時，原封不動即可充分保證用外引線很容易焊接壓電振子。也不需要像過去的實施例那樣要加工除去含鉛率高的焊料鍍層，可以消除過去在表面上鍍高價銀薄層時引線彎曲加工和再裝配困難的缺點。并且能進一步改善內(nèi)引線鍍層熔入焊料塊內(nèi)后焊料塊中的鉛成分比。而且，只要在同一工序內(nèi)并排放置兩個鍍液槽即可進行雙層鍍敷，所以基本上不增加成本。
另外，在采用內(nèi)部不鍍焊料等低熔點軟質(zhì)金屬，或者什么都不鍍的柱帽的情況下，加熱時實質(zhì)上不會從內(nèi)部產(chǎn)生金屬蒸氣，可以制成適合于SMD安裝的耐熱性壓電振子。
權(quán)利要求
1．一種壓電振子，其特征是具有壓電振動體；柱帽，其形狀大體上呈園筒狀，僅一端開口，內(nèi)部安裝上述壓電振動體；密封端子，它用于對上述柱帽的開口端進行密封，和上述柱帽一起形成密封容器，該密封端子具有塞柱，其有大體上與上述柱帽的開口端內(nèi)徑相同的斷面形狀，在與上述柱帽開口端內(nèi)徑相接觸的部分的表面上具有含鉛重量比為60％以下的焊料或者錫或錫合金所構(gòu)成的第1層；多條引線，它穿過上述塞柱，在從塞柱中露出的部分的表面上具有由含鉛重量比為60％以下的焊料或者錫或錫合金所構(gòu)成的第2層；以及支承構(gòu)件，它由含鉛率重量比為85％以上至98％以下的焊料形成，用于把上述壓電振動體接合固定到上述引線突出于密封容器內(nèi)部的部分的內(nèi)引線上。
2．如權(quán)利要求1所述的壓電振子，其特征在于在上述塞柱的上述第1層的下面，形成由含鉛率超過60％重量比的焊料構(gòu)成的第3層。
3．如權(quán)利要求2所述的壓電振子，其特征是在上述引線的第2層的下面，形成由含鉛率超過60％重量比的焊料構(gòu)成的第4層
4．一種壓電振子，其特征是具有壓電振動體；柱帽，其形狀大體上呈園筒狀，僅一端開口，內(nèi)部安裝上述壓電振動體；密封端子，其對上述柱帽的開口端進行密封，與柱帽一起形成密封容器，該密封端子具有塞柱，其有大體上和上述柱帽的開口端內(nèi)徑相同的斷面形狀，在其與上述柱帽開口端內(nèi)徑相接觸的部分上具有由含鉛率超過60％重量比的焊料構(gòu)成的層；多根引線，它穿過上述塞柱，在其從塞柱中露出的部分的表面上具有由含鉛率為60％重量比以下的焊料、或者錫或錫合金所構(gòu)成的層；支承構(gòu)件，它由含鉛率為85％以上至98％以下重量比的焊料形成，用于把上述壓電振動體接合固定到上述引線突出在密封容器內(nèi)部部分的內(nèi)引線上。
5．如權(quán)利要求1所述的壓電振子，其特征是上述支承構(gòu)件覆蓋住上述內(nèi)引線，在從該內(nèi)引線端頭向上述壓電振動體重心的方向上具有伸出部分，該伸出部分的長度超過該內(nèi)引線直徑的一半。
6．如權(quán)利要求4所述的壓電振子，其特征是支承構(gòu)件覆蓋上述內(nèi)引線，在從該內(nèi)引線端頭向上述壓電振動體重心的方向上具有伸出部分，該伸出部分的長度超過該內(nèi)引線直徑的一半。
7．如權(quán)利要求1所述的壓電振子，其特征是上述柱帽由銅鎳合金制成。
8．如權(quán)利要求4所述的壓電振子，其特征是上述柱帽由銅鎳合金制成。
9．如權(quán)利要求1所述的壓電振子，其特征是上述柱帽的表面上具有由鎳形成的鎳層。
10．如權(quán)利要求4所述的壓電振子，其特征是上述柱帽的表面上具有由鎳形成的鎳層。
11．一種密封端子，用于密封其形狀大體上呈園筒狀，僅一端開口，在內(nèi)部安裝上述電子元件的柱帽的開口端，其特點在于上述密封端子具有塞柱，其有大體上與上述柱帽的開口端內(nèi)徑相同的斷面形狀，在其與上述柱帽開口端內(nèi)徑相接觸部分的表面上具有由含鉛重量為60％以下的焊料、或者錫或錫合金構(gòu)成的第1層；多根引線，它穿過上述塞柱，在其從塞柱露出部分的表面上具有由含鉛重量為60％以下的焊料、或者錫或錫合金構(gòu)成的第2層。在上述塞柱的上述第1焊料層的下面，形成由含鉛重量比為60％以上的焊料構(gòu)成的第3層；在上述引線的上述第2焊料層的下面，形成由含鉛重量比為60％以上的焊料構(gòu)成的第4層。
12．一種壓電振子的制造方法，其是把壓電振動體安裝到由柱帽和密封端子所形成的密封容器內(nèi)，制成壓電振子的方法，其特征在于具有以下工序固定工序，把含鉛重量比為88％以上的焊料供給到上述密封端子所具有的引線和壓電振動體所具有的電極膜之間，把上述引線和上述電極膜結(jié)合在一起，使壓電振動體固定到密封端子上；以及密封收存工序，把上述壓電振動體放入上述柱帽內(nèi)，利用密封端子來密封柱帽，把壓電振動體密封收存于密封容器內(nèi)部。
13．如權(quán)利要求12所述的壓電振子的制造方法，其特征在于包括在上述壓電振動體固定工序之前，在上述引線表面上鍍敷含鉛重量比為60％以下的焊料的工序。
14．如權(quán)利要求12所述的壓電振子制造方法，其特征在于在上述壓電振動體固定工序之前包括第1鍍敷工序，它是在上述密封端子上鍍含鉛重量比為60％以上的焊料；以及第2鍍敷工序，它是在上述第1鍍敷工序之后，在上述密封端子上鍍含鉛重量比為60％以下的焊料。
15．如權(quán)利要求12所述的壓電振子制造方法，其特征在于在上述壓電振動體固定工序中，使上述引線和上述電極膜相結(jié)合所用的焊料，其供給量要使含鉛重量比為85％以上至98％以下。
16．如權(quán)利要求12所述的壓電振子制造方法，其特征在于在上述壓電振動體固定工序中，使上述引線和上述電極膜結(jié)合的焊料的體積，超過上述引線位于密封容器內(nèi)部的部分上所鍍的焊料體積的2倍。
17．如權(quán)利要求12所述的壓電振子制造方法，其特征在于在上述壓電振動體固定工序中，使上述引線和上述電極膜相結(jié)合所用的焊料的體積，超過上述引線位于密封容器內(nèi)部的部分的體積。
18．如權(quán)利要求12所述的壓電振動體制造方法，其特征在于在上述壓電振動體固定工序之后，包括在80℃以上至140℃以下、1日至以上5日以下的熱處理工序。
全文摘要
本發(fā)明的壓電振子,其中基座有呈圓筒形的塞柱及從其中穿過的2根引線,2根引線的端頭用支承構(gòu)件來固定有支承壓電振動體,支承構(gòu)件由含鉛重量比為60%以上,最好是85%－98%的焊料形成,一端開口的柱帽套在該壓電振動體上,用塞柱把柱帽的開口端密封以形成密封容器,且形成把壓電振動體密封保持在內(nèi)部的壓電振子,當壓電振子受到?jīng)_擊時能使應力分散,避免應力集中到壓電振動體上,提高其耐沖擊性高,且能確保焊料粘附性。
文檔編號H03H9/05GK1209915SQ97191772
公開日1999年3月3日 申請日期1997年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月19日
發(fā)明者若林久雄, 高柳博明, 井出利則, 林俊哉 申請人:美優(yōu)特株式會社, 西鐵城鐘表株式會社