CN101529583A - 功能部件用盖及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种焊料层，用以替代接合功能部件的封装与盖的固相线温度为250℃以上的高温焊料，其是将混合固相线温度400℃以上的Cu系金属粉末和Sn系焊料粉末而得到焊膏，涂布于预先被实施了钎焊性优异的镀敷的、难以钎焊的材料的盖，通过加热而得到的、在该镀敷面由Cu系金属粉末和Cu6Sn5的金属间化合物和无铅焊料构成的焊料层。因为金属间化合物与难以钎焊的材料接合，并且金属间化合物彼此连结，所以这一焊料层作为高温焊料发挥功能，虽然高温焊料钎焊性不良，但根据本发明能够避免这一问题。

Description

功能部件用盖及其制造方法
技术领域
本发明涉及将功能部件，特别是有元件被收纳在封装内的功能部件的封装进行气密密封的盖及其制造方法。
背景技术
晶体振荡器和声表滤波器(SAW Filter)、传感器等功能部件，元件被收纳在封装内，用盖盖住该封装而成为气密状态。为了以盖将该封装密封至气密状态，虽然会使用粘合剂、硬钎料、焊料，但从密封作业的容易性和材料的经济性来讲优选使用焊料。封装由氧化铝、氮化铝、莫来石、玻璃陶瓷等的陶瓷制作，不能直接用焊料接合。为了将这样的封装与盖接合，而对封装的接合部用钨和钼等进行金属化处理后，在其上实施可以钎焊的Ag-Pt、Ni、Au等的镀敷。
另一方面，盖由可伐(kovar)合金(Fe-29Ni-17Co)、42合金(Fe-42Ni)等的Fe-Ni系合金制作。将使该Fe-Ni系合金成为板状的盖材料板成形为符合封装的形状、尺寸，成为盖。之所以将Fe-Ni系合金作为盖使用，是因为此Fe-Ni系合金热膨胀率接近陶瓷。即，在封装上钎焊盖时和将功能部件钎焊到印刷基板上时，虽然是分别加热，但若封装与盖的热膨胀差大，则两者间发生应变，脆的封装会破坏，或裂纹发生。
以焊料接合封装和盖所制作的功能部件，装配到印刷基板上。功能部件向印刷基板的装配用焊料进行，但是在该装配时的钎焊时，若先经过钎焊的封装和盖的焊料接合部熔融，则盖从封装剥落，或偏离而出现问题。因此，作为接合封装和盖的焊料，使用在用于功能部件的装配的焊料的钎焊温度下不会熔融的高温焊料。
历来，用于功能部件的装配的焊料，是Pb-63Sn的Pb系共晶焊料。一般认为钎焊温度以焊料的液相线温度+30～50℃为宜，Pb系共晶焊料因为液相线温度是183℃，所以使用该共晶焊料的钎焊温度为210～230℃。因此，以Pb系共晶焊料装配功能部件时，上述高温焊料如果固相线温度在240℃以上，则在功能部件的装配时高温不会使焊料熔融，不存在封装和盖剥离这样的情况。因此在装配中使用Pb系共晶焊料这样的功能部件，在封装和盖的钎焊中，Pb主成分的高温焊料例如使用Pb-5Sn(固相线温度300℃，液相线温度314℃)、Pb-2.5Ag(固相线温度304℃，液相线温度304℃)等。
然而，今天，铅的有害作用成为问题，因此现在全球范围内都在控制Pb的使用。当然，含有Pb的Pb系共晶焊料成为控制的对象，作为装配用的焊料使用不含Pb的所谓无铅焊料。
所谓无铅焊料，是Sn单体或以Sn为主成分，其中添加Ag、Cu、Sb、Zn、Bi、In、Fe、Ni、Cr、Co、Ge、Ga、P等，若大体区别，则有Sn-Ag系、Sn-Cu系、Sn-Zn系、Sn-Sb系、Sn-Bi系、Sn-In系等。在此所说的“系”，是指除了二元合金本身以外，还在该二元合金中添加其他金属元素而达到三元系和四元系以上。例如作为Sn-Ag系有Sn-3.5Ag和Sn-3Ag-0.5Cu等。
如前述Pb系共晶焊料，能够以不会对印刷基板造成热影响的温度进行钎焊，另外钎焊性优异，因此对无铅焊料也要求接近Pb系共晶焊料的钎焊温度和钎焊性。
作为钎焊温度接近Pb系共晶焊料的无铅焊料，有Sn-Zn系(Sn-9Zn：固、液相线温度199℃)，但该系的无铅焊料钎焊性比Pb系共晶焊料差，另外Zn是贱的金属，钎焊后会发生晶间腐蚀，因此如今多不使用。
Sn-Bi系固相线温度为139℃，对印刷基板和半导体元件没有热影响，但固相线温度过低。因此，若以该系的焊料进行钎焊的部分处于使用时会发热的功率管(power transistor)和变压器附近，则接合强度变弱，或熔融。同样，Sn-In系固相线温度显现在117℃，因此会发生由于固相线湿度过低而造成的问题。
Sn-Ag系的Sn-3.5Ag固相线温度为221℃，液相线温度为223℃，钎焊在250℃左右进行。虽然该钎焊温度比Pb系共晶焊料的钎焊温度稍高，但是对印刷基板和功能部件没有热影响的温度。另外Sn-Ag系虽然钎焊性比Pb系共晶焊料差，但可进行实用上没有问题的钎焊。
Sn-Cu系的Sn-0.7Cu固、液相线温度为227℃，钎焊温度比Sn-Ag系稍高，但如果适当地进行温度管理则没有問题。
另外，作为Sn-Ag系有Sn-3Ag-0.5Cu(固相线温度217℃，液相线温220℃)。在该无铅焊料Sn-Ag系之中，不但固相线温度和液相线温度最低，而且钎焊性比Sn-Cu系优异。因此，Sn-3Ag-0.5Cu现在是多被作为替代Pb系共晶焊料而使用的无铅焊料。
可是如前述，功能部件的封装和盖的钎焊，需要在装配功能部件时的钎焊温度下不会熔融这样的高温焊料。即，由于作为功能部件的装配用不能使用Pb系共晶焊料，因此Sn-3Ag-0.5Cu作为装配被广泛使用，但使用无铅焊料时，钎焊温度成为240～250℃。因此，钎焊封装和盖的无铅焊料的高温焊料，必须具有至少250℃以上的固相线温度。
然而，固相线温度为250℃以上，而且液相线温度为功能部件的耐热温度的300℃以下的Sn主成分的高温焊料并不存在。即，即使在Sn主成分中大量添加Cu、Ag、Sb等高熔点金属而使之成为高温焊料，尽管液相线温度上升，固相线温度仍在250℃以下。例如大量添加了Cu的Sn-5Cu固相线温度为227℃，液相线温度为375℃，大量添加了Ag的Sn-5Ag固相线温度为221℃，液相线温度为245℃，另外大量添加了Sb的Sn-10Sb固相线温度为245℃，液相线温度为266℃。因此，若将这些焊料用于功能部件的盖和封装的钎焊，接着，使用Sn-3Ag-0.5Cu的焊料以250℃将这样的功能部件钎焊到印刷基板上，则先前的钎焊部成熔融或半熔融状态，封装和盖的接合强度变弱，甚至完全地剥离。
一直以来提出有混合有Sn球和Cu球的高温焊料用的焊膏(专利文献1、2)。其指的是作为焊膏被用于电子设备的钎焊，所得到的Cu混合高温焊料构成焊料接合部，并具有耐高温特性。
【专利文献1】特开2002-254194号公报
【专利文献2】特开2002-261105号公报
然而，Cu混合高温焊料其钎焊性比现有的Pb主成分的高温焊料差。另外，Cu混合高温焊料的焊膏在功能部件的封装和盖的钎焊中有问题。
因此，即使将Cu混合高温焊料用于功能部件的封装和盖的钎焊，前述的Cu混合高温焊料用焊膏也不能接合钎焊性差的盖，含有助焊剂的焊膏在盖和封装、特别是在与功能部件的封装的钎焊中存在问题。
发明内容
本发明提供一种尽管使用Cu混合高温焊料，在盖和封装的钎焊时焊料也容易润湿的功能部件用的盖和该盖的制造方法。
本发明者们着眼于以下几点而完成本发明。
(i)混合有焊料和液态助焊剂的焊膏涂布于钎焊部全域，若在涂布后加热而使焊膏熔融，则会在钎焊部全域附着焊料；
(ii)为了在钎焊性差的材料上附着焊料，如果在该材料上镀敷钎焊性优异的金属，则焊料容易在该材料上润湿；
(iii)通过将焊料中分散有金属Cu粒子的焊料层预先设置在盖上，不使用助焊剂，也能够确保对封装的接合面的润湿性，另外高温下的接合强度也得到改善；
(iv)如果预先设置高温焊料相，则不需要使用助焊剂，可以进行气氛钎焊，不会给功能性部件所收容的元件带来不良影响。
本发明是一种功能部件用盖，其使用焊料与封装相接合，其中，盖的单面镀敷有钎焊性优异的金属，在该镀敷面上形成有由固相线温度400℃以上的Cu系金属粉末、Cu6Sn5的金属间化合物和含Sn无铅焊料构成的厚5～40μm的焊料层，该焊料层在无铅焊料的基体中分散有Cu系金属粉末，而且在该Cu系金属粉末的周围存在Cu6Sn5的金属间化合物，另外该金属间化合物与所述镀敷面接合，并且金属间化合物之间至少有一部分连结。
从另一方面讲，本发明是具有下述工序的功能部件用盖的制造方法。
(A)涂布工序，在单面镀敷有钎焊性优异的金属的盖材料板的该镀敷面，以一定厚度涂布由固相线温度400℃以上的Cu系金属粉末、含Sn的无铅焊料粉末和助焊剂构成的焊膏；
(B)加热工序，将所述涂布有焊膏的盖材料板加热至无铅焊料的液相线温度以上、Cu系金属粉末的固相线温度以下，在盖材料板的镀敷面，形成优选厚度为5～40μm的焊料层，在该焊料层的无铅焊料的基体中分散Cu系金属粉末，在该Cu系金属粉末的周围存在Cu6Sn5的金属间化合物，而且金属间化合物与盖材料板接合，并且金属间化合物之间至少一部分连结；
(C)清洗工序，用清洗液对单面形成有所述焊料层的盖材料板进行清洗，从而完全除去助焊剂残渣；和
(D)盖成形工序，加工除去了所述助焊剂残渣的盖材料板而使之成为规定形状的盖。
本发明的功能部件用盖，因为在盖的单面形成有由含Cu的高温焊料构成的焊料层，所以在制造功能部件时，只要在封装之上载置盖并加热就能够得到功能部件，可以简便地进行制造。另外，因为高熔点的Cu6Sn5的金属间化合物(以下称为CuSn化合物)接合在盖上，所以将盖搭载于封装而加热时，虽然焊料熔融而使之被钎焊在封装上，但焊料层和盖不会发生偏移。
另外本发明的功能部件用盖的制造方法，在钎焊性困难的盖材料板上镀敷钎焊性优异的金属，而且将焊膏涂布于盖材料板的单面进行加热，因此能够确实地使缺乏钎焊性的含Sn无铅焊料附着。而且，本发明的制造方法，通过使焊膏的涂布厚度一定，而能够使焊料层的附着厚度一定，因此由本发明的制造方法获得的盖不仅不会发生与封装的接合不良，而且盖与封装间的气密性也优异。
此外，封装和盖以含Sn无铅焊料层接合的功能部件，不仅在该焊料层内形成的CuSn化合物与封装的镀层和盖的镀层分别接合，而且焊料层内的金属间化合物之间也连结。因此，将这样的功能部件装配到印刷基板上时，装配用的无铅焊料，例如Sn-3Ag-0.5Cu(固相线温度：217℃，液相线温度：220℃)在钎焊温度(240～260℃)下也不会熔融，因此盖不会从封装剥离或移动。根据本发明，能够得到如此可靠性优异的功能部件。
本发明不仅能够适用于箱形的封装用的平的盖，也能够适用于平的封装用的帽型盖。
附图说明
图1表示本发明的盖的制造方法的焊膏的涂布工序，图1(A-1)是该涂布工序的模式的说明图，图1(A-2)是涂布后的盖材料板剖面的模式图，而且图1(A-3)是其放大图。
图2是本发明的加热工序的说明图，图2(B-1)是作为加热炉的回流炉的模式的说明图，图2(B-2)是经过加热工序的盖材料板的剖面的模式的说明图，图2(B-3)是其部分放大图。
图3是本发明的盖的制造方法的清洗工序(C)的模式的说明图。
图4是本发明的盖的制造方法的盖形成工序的模式的说明图，图4(D-1)是从带状的盖材料板成形为目标形状的工序的模式的说明图，图4(D-2)是从带状的盖材料板1冲孔的盖18的立体图。
图5是根据本发明制造的功能部件的剖面图。
图6是图5的钎焊部J的放大剖面图。
具体实施方式
本发明中，作为盖使用可伐合金和42合金等Fe-Ni系合金。这些合金热膨胀系数接近作为封装的材料的陶瓷，因此在进行盖和封装的钎焊时和在功能部件的装配时的加热中，两者间不会发生应变。可是这些Fe-Ni系合金钎焊性差，因此要预先在成形为盖前的带状的盖材料板上镀敷钎焊性优异的金属。
在本发明中，作为镀敷于盖材料板上的钎焊性优异的金属，有Sn、Cu、Ag、Sn-Cu合金、Sn-Ag合金等。优选Sn、Sn-Cu(Cu：3％以下)、Sn-Bi(Bi：3％以下)。
为了向盖材料板镀敷这些金属，通过电镀、非电解镀等进行。镀敷的厚度适合为0.5～5μm。若镀敷厚度比0.5μm薄，则钎焊时容易扩散到熔融焊料中而消失，使钎焊性变差。若其比5μm厚，则镀敷作业花费时间，生产性差。
本发明中所述的所谓“系合金”，不仅如前述是二元系合金，而且还意味着在该二元系合金中进一步添加有其他金属的合金。
本发明使用的Cu系金属粉末，是纯Cu粉末或固相线温度为400℃以上的Cu系合金粉末。这是由于，若Cu系金属粉末的固相线温度比400℃低，则在焊膏中加热时，Cu系金属粉末容易溶入熔融焊料中，而无法在焊料中以粉末状态残留。作为Cu系合金粉末可列举Cu-Sn系合金粉末、Cu-Ag系合金粉末、Cu-Zn系合金粉末、Cu-Ni系合金粉末。纯Cu熔点(固相线温度)为1083℃，Cu-50Sn固相线温度为415℃，Cu-28Ag固相线温度为780℃，Cu-98Zn固相线温度为424℃，Cu-10Ni固相线温度为1000℃。
本发明使用的Cu系金属粉末的平均粒径适合2～30μm。若该粒径比2μm小，则容易扩散到熔融焊料中，若比30μm大，则将对印刷性造成妨碍。优选为2～15μm。
也可以对本发明使用的Cu系金属粉末实施镀Ni。若对Cu系金属粉末实施镀Ni，则将由Cu系金属粉末、含Sn无铅焊料粉末和助焊剂构成的焊膏涂布于盖材料板后，在加热时Cu系金属粉末和熔融无铅焊料的反应变慢，使对钎焊造成妨碍的CuSn化合物的形成放缓，具有减少空隙等的效果，钎焊性变得良好。这是由于在该加热时刻，Ni只扩散到熔融无铅焊料中，使之与Cu的反应受到抑制。然后在盖材料板上形成焊料层，成形为盖后，将其搭载于封装，加热时Cu系金属粉末和熔融无铅焊料再度反应而生成CuSn化合物(Cu6Sn5)。
实施Ni镀敷时，优选0.03～0.3μm的厚度的Ni镀敷。若镀敷厚度比0.03μm薄，则没有使CuSnb化合物的生成放缓的效果，另一方面，若比0.3μm厚，则SnCu化合物无法形成，耐热性不会提高。
本发明使用的含Sn无铅焊料，是纯Sn或Sn系焊料，优选Sn含有40质量％以上的Sn系合金。含Sn无铅焊料熔融时在Cu系金属粉末的粒子表面区域与Cu合金化而形成CuSn化合物。因此，若无铅焊料中含有的Sn没有达到40质量％以上，则CuSn化合物难以形成。
作为本发明使用的优选的无铅焊料，为纯Sn或Sn系合金，作为Sn系合金可列举Sn-Ag系合金、Sn-Cu系合金、Sn-Sb系合金、Sn-Zn系合金、Sn-In系合金、Sn-Bi系合金等。例如有Sn-3.5Ag合金、Sn-0.7Cu合金、Sn-3Ag-0.5Cu合金、Sn-9Zn合金、Sn-52Bi合金、Sn-58In合金等。
本发明使用的无铅焊料的平均粒径适合为2～30μm。若该粒径比2μm小，则表面氧化量多，因此回流性变差，与Cu系金属粉末的反应变慢，若比30μm大，则与Cu系金属粉末表面的接触少，反应性变差，还会发生焊料粉末与Cu系粉末的凝集不足，以及由此带来的SnCu化合物的生成受到阻碍。
本发明的盖的制造方法中使用的焊膏，是将Cu系金属粉末、含Sn无铅焊料粉末和助焊剂加以混合而成为膏状。Cu系金属粉末和含Sn无铅焊料粉末的混合比例，适合为Cu系金属粉末15～40质量％，余量为含Sn无铅焊料粉末。若Cu系金属粉末比15质量％少，则在焊料的合金层内所形成的CuSn化合物的量变少，高温气氛中的接合强度变弱。然而，若Cu系金属粉末比40质量％多，则焊料的量变少，钎焊性变差。优选为25～35质量％。
在本发明中，在盖材料板的单面涂布焊膏后进行加热，焊膏的优选的涂布厚度为20～80μm。若焊膏的涂布厚度比20μm薄，则使焊膏熔融时，盖材料板上所形成的焊料层的厚度变薄，将盖搭载于封装并加热时，焊料的量变少，不仅接合强度变弱，而且不能密封封装。然而若焊膏的涂布厚度比80μm厚，则盖材料板上所形成的焊料层的厚度过厚，在与封装的钎焊时，过剩的焊料会侵入到封装内而附着在元件上，发生滴落。
在本发明中，在盖材料板的单面，优选在其整个面涂布焊膏后加热。这时的加热温度为在焊膏中的含Sn无铅焊料粉末熔融的的温度以上，并为Cu系金属粉末不会熔融的温度。该加热温度优选为250～300℃。即如果是250℃，则大部分的含Sn无铅焊料熔融并在盖材料板上润湿，若超过300℃，则会使封装内所收纳的元件受到热损失而使功能劣化。
作为本发明使用的焊膏的助焊剂，能够使用历来被用于大部分钎焊的助焊剂。一般焊膏用的助焊剂，是以溶剂使松脂、活性剂、触变剂等固体成分。在本发明中也使用这样的助焊剂即可。
由以上的说明可知，在制造本发明的盖时，将上述这样的焊膏少布在盖材料板上进行加热。这时熔融的Sn在Cu粒子的表面区域与Cu合金化而生成Cu6Sn5金属间化合物。该CuSn化合物熔点为415℃这样的高温，因此得到的焊料层整体显示出优异的耐热性。
另一方面，若如此在盖材料的单面涂布焊膏并加热，则溶剂挥发，固体成分在表面作为助焊剂残渣残留。该助焊剂残渣即使在功能部件之中少量残留，也会给功能部件的机能带来不良影响，因此必须完全去除助焊剂残渣。清洗助焊剂残渣时，如果固体成分是树脂系，则使用醇类这样的有机溶剂，如果固体成分是水溶性的，则使用水系溶剂。
清洗而得到的盖材料，根据作为目标的盖的形状、尺寸，通过适宜方法，例如冲孔加工，再通过挤压加工，成为平板状的盖或帽型的盖。
本发明的盖的制造方法，其优选方式是对于带状的盖材料板连续进行上述的涂布工序、加热工序、清洗工序、成形工序各工序即可，据此，利用遍布整个面而设置有上述这样的焊料层的带状材，采用冲孔加工、再以挤压加工等成形方法，能够制造目标形状、尺寸的盖。使用这样的盖，不使用助焊剂就能够将难以钎焊的材料所构成的盖钎焊到封装上。
实施例
以附图所示的方法进行本发明的盖的制造方法。
图1～4说明本发明的盖的制造方法中的各工序。
本例的盖的制造方法使用的盖材料板、盖的镀敷、焊膏的1例如下。
盖材料板：可伐合金(厚0.1mm、宽40mm的长形材)
盖材料板的镀敷：Ni衬底(厚0.1μm)，Sn镀层(厚3μm)，以非电解镀实施。
焊膏
纯Cu粉末(Cu系金属粉末)：27质量％(平均粒径7μm)
纯Sn粉末(无铅焊料粉末)：63质量％(平均粒径10μm)
助焊剂：10质量％
助焊剂成分
树脂(聚合松香)                    56质量％
活性剂(diphenyl guanidine二苯胍)  1质量％
触变剂(硬化蓖麻油)                3质量％
溶剂(二乙二醇单丁醚(diethylene glycol monobutyl ether))40质量％
(A)焊膏涂布工序
图1表示构成本发明的盖制造方法的焊膏的涂布工序，图1(A-1)是该涂布工序的模式化的说明图，图1(A-2)是涂布后的盖剖面的模式图，而且图1(A-3)是其放大图。
焊膏的涂布工序是在盖材料板1的镀敷两面涂布焊膏3的工序。
盖材料板1的镀敷两面重合丝网(screen)4，在该丝网上载置焊膏3之后，用刮刀(squeegee)5按箭头X方向刮压该焊膏。涂布的焊膏的厚度为40μm。参照图1(A-1)。
若除去盖材料板1上的丝网，则在盖1的镀敷面2上以规定的厚度涂布焊膏3。参照图1(A-2)。
若放大，则可知焊膏3混合有纯Cu粉末6、Sn粉末7、助焊剂8。参照图1(A-3)。
(B)加热工序
图2是本发明的加热工序的说明图，图2(B-1)是作为加热炉的回流炉的模式化的说明图，图2(B-2)是经过了加热工序的盖材料板的剖面的模式化的说明图，图2(B-3)是其部分放大图。
以回流炉9加热涂布有焊膏的盖材料材1，由此使焊膏中的无铅焊料熔融而与镀敷面接合，之后冷却使之凝固。回流炉的加热温度，预备加热温度为150℃，主加热温度为250℃。参照图2(B-1)。
在盖材料板1的镀敷面2形成厚20μm的无铅焊料层10。参照图2(B-2)。
焊料层10是在无铅焊料的基体11中分散纯Cu粉末6，Cu粉末的外周部与无铅焊料合金化而形成的CuSn化合物12存在于该Cu金属粉末的周围。CuSn化合物12与镀敷层2接合，并且CuSn化合物12彼此也接合。CuSn化合物彼此的接合，不是全部的CuSn化合物接合，而是至少有一部分的CuSn化合物接合。在焊料层10之上，附着有焊膏的助焊剂残渣13。参照图2(B-3)。
(C)清洗工序
图3是本发明的清洗工序的模式化的说明图。
将焊料层设于单面、优选设于其整个面的带状的盖材料板1，使之通过加入了醇14的清洗槽15内，清洗附着在盖材料板1上的助焊剂残渣。清洗槽15内设置有回转刷16，用醇类溶解助焊剂残渣，并且用该回转刷擦掉助焊剂残渣。参照图3。
(D)盖形成工序
图4(D-1)是由带状的盖材料板成形目标形状的盖的工序的模式化的说明图，图4(D-2)是从带状的盖材料板1冲孔的盖18的立体图。
即，用冲床17对助焊剂残渣被清洗去除掉的盖材料板1进行冲孔，得到3.6mm×3.6mm的盖。参照图4(D-1)。
在以冲床冲孔而形成的盖18上，单面均一地附着厚20μm的焊料的层10。参照图4(D-2)。
接着，将以上述制造方法得到的盖搭载到封装上制作功能部件。图5是功能部件19的剖面图，图6是图5的封装和盖的接合部(J)的放大剖面图。
功能部件19的封装20为在内侧形成有阶梯部的箱状，内部收纳有元件21。封装20的上部周边成为框架上的钎焊部。在该钎焊部通过金属喷镀法附着有高熔点的金属，成为其上镀敷有可以进行钎焊的金属的层22。功能部件19就是封装20的钎焊部和盖18被焊料层10接合。
本发明的功能部件19，是在封装20的框架上的钎焊部之上结合盖10的焊料层，通过加热使封装20和盖相接合。功能部件19的接合部J，如图6所示，盖18的金属镀敷层2与焊料层10中的基体11接合，并且与在Cu系金属粉末6的周围形成的CuSn化合物12接合。另外，同样封装20的镀层22与焊料层10中的基体11接合，并且与在Cu系金属粉末6的周围形成的CuSn化合物12接合。
因为焊料层10中的CuSn化合物12彼此至少有一部分连结，所以盖18的镀层2和封装20的镀层22间被CuSn化合物接合。因此，盖18和封装20经由各自的金属镀敷2和镀层22被基体11和CuSn化合物12接合。
可是，虽然Cu6Sn5的金属间化合自身的熔点为415℃，但熔融焊料中的该化合物在与熔融焊料的组成的比例下熔点略有降低。根据本发明者们的实验结果，以250℃使30质量％的Cu粉末和70质量％的Sn粉末熔融，峰值温度在大约400℃显现。
接下来，变更在本例中使用的Cu系金属粉末、无铅焊料粉末，将通过同样的操作而制造的盖钎焊到封装上。结果显示在表1中。
[表1]
Figure A20078003956800151
即，使用采用具有表1的组成的焊料层制造的盖制作功能部件。功能部件的盖为3.6mm×3.6mm×0.1(mm)，在该盖的单面实施Ni的衬底的镀敷，并在其上通过电镀实施镀Sn。
功能部件的封装为3.8mm×3.8mm×1.1(mm)，钎焊部的宽为0.45mm的柜架状。在该钎焊部形成有如下镀层：厚10μm的W的金属喷镀，其上实施有1μm的Ni的衬底镀敷，在Ni衬底镀敷之上还有厚0.5μm的镀Sn。
在盖上，涂布有由表1的组成的无铅焊料、Cu系金属粉末和前述的助焊剂构成的焊膏，通过回流加热，由此，在盖单面形成了厚10～40μm的焊料层。使该盖的焊料层和封装的镀层相合，将盖载置在封装上，再在该盖之上装载10g的重物。然后将其在氮气氛回流炉中，以使用的无铅焊料的液相线温度+30℃进行加热，将盖和封装加以接合，由此制作功能部件。
将如此接合有盖的封装加热到300℃，分别10个10个地进行在加热状态下使之从10cm的高度落下的耐热性试验。如果钎焊部不具备耐热性，则落下导致盖脱离。
该试验模拟的是在封装上钎焊了盖后进行的向印刷基板的装配钎焊。
实验结果显示在表1中。
表1中的耐热性的评价，在上述的耐热试验中功能部件10个全部的盖都留在规定的位置上的为“○”，功能部件10个中即使有1个盖脱离、偏移的情况也为“×”。
在本例中SnCu化合物的鉴定，通过SEM的X射线分析仪进行，本发明例的情况均确认到Cu6Sn5的金属间化合物的生成。另外，根据截面的显微镜观察还确认到，各金属间化合物至少有一部分连结。
根据表1，由本发明例的盖制作的功能部件均没有盖脱离、偏移，但由比较例的盖制作的功能部件大部分都发生了盖的脱落和偏离。
还有，比较例1～4是不含Cu系金属粉末的情况，比较例5是Cu系金属粉末的固相线温度低于400℃的情况，比较例6是非Cu系金属粉末的情况，比较例7是对Cu粉末实施镀敷的情况，表示该镀层厚度厚(6wt％)时的例子。耐热性均不充分，特别是比较例6的情况为Ag-40Sn焊料(固相线温度221℃)，由于CuSn化合物没有生成，因此不能确保耐热性。

Claims (9)

1.一种功能部件用盖，其使用焊料与封装接合，其特征在于，由盖、设于该盖的单面上的钎焊性优异的金属的镀层和厚度为5～40μm的在该镀层的表面上形成的由固相线温度为400℃以上的Cu系金属粉末和Cu6Sn5的金属间化合物和含Sn无铅焊料构成的焊料层构成，该焊料层中，在无铅焊料的基体中分散有Cu系金属粉末，而且在该Cu系金属粉末的周围存在Cu6Sn5的金属间化合物，并且，该金属间化合物与所述镀层表面接合，且金属间化合物之间至少有一部分连结。
2.根据权利要求1所述的功能部件用盖，其特征在于，所述钎焊性优异的金属是从Sn、Cu、Ag、Sn-Cu合金、Sn-Ag合金中选出的任一种。
3.根据权利要求1或2所述的功能部件用盖，其特征在于，所述Cu系金属粉末是纯Cu粉末或Cu系合金粉末。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的功能部件用盖，其特征在于，对所述Cu系金属粉末实施了0.03～0.3μm的镀Ni。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的功能部件用盖，其特征在于，所述无铅焊料是纯Sn或Sn系合金。
6.一种功能部件用盖的制造方法，其特征在于，包括：
(A)涂布工序，在单面镀敷有钎焊性优异的金属的盖材料板的该镀敷面上，以一定厚度涂布由固相线温度为400℃以上的Cu系金属粉末和含Sn无铅焊料粉末和助焊剂构成的焊膏；
(B)加热工序，将所述涂布有焊膏的盖材料板加热至无铅焊料的液相线温度以上且在Cu系金属粉末的固相线温度以下的温度范围，在盖材料板的镀敷面上形成焊料层，在该焊料层的无铅焊料的基体中分散Cu系金属粉末，在该Cu系金属粉末的周围存在Cu6Sn5的金属间化合物，而且金属间化合物与盖材料板接合，并且使金属间化合物之间至少一部分连结；
(C)清洗工序，用清洗液对在单面上形成有所述焊料层的盖材料板进行清洗，从而完全除去助焊剂残渣；和
(D)盖成形工序，加工除去了所述助焊剂残渣的盖材料板而使之形成为规定形状的盖。
7.根据权利要求6所述的功能部件用盖的制造方法，其特征在于，所述钎焊性优异的金属镀敷是Sn、Cu、Ag、Sn-Cu合金、Sn-Ag合金中的任一种。
8.根据权利要求6或7所述的功能部件用盖的制造方法，其特征在于，所述Cu系金属粉末是纯Cu粉末或Cu系合金粉末。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的功能部件用盖的制造方法，其特征在于，所述含Sn无铅焊料是纯Sn或Sn系合金。
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