CN101558488A - 密封封装体用的盖或容器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种密封封装体用的盖或容器，在其接合面上具有框状的焊料，该盖或容器的特征在于，框状的焊料是将粒径为10～300μm的球状焊料排列配置而成的焊料。该盖或容器可通过如下工序进行制造：(1)将熔融状态的焊料液滴化；(2)将液滴化的焊料喷射于盖或容器的接合面，藉此将球状的焊料固定；(3)反复进行上述工序(1)、(2)。

Description

密封封装体用的盖或容器及其制造方法

技术领域

本发明涉及在各种电子器件的密封封装体中使用的盖或容器。

背景技术

在各种电子仪器中使用的电子器件的密封封装体用的盖(lid)或容器(case)通常在它们的接合面上(对于盖，其四边附近的端部为接合面，对于容器，其上端缘部为接合面)具有焊料。而且，电子器件是通过如下方法制造的：使固定于盖或容器的焊料熔融，将双方接合，藉此将封装体内部气密密封。

作为具有焊料的盖或容器的一般形态，有如下的盖或容器：将预先调整好组成并配合接合面的形状和面积而加工、成形好的焊料承载在盖或容器上，然后加热使焊料熔接，藉此将焊料固定而成的盖或容器。此外，还已知将制成糊状的焊料代替固体的焊料涂布在盖或容器上，然后干燥、固定而成的盖或容器。此外，作为密封盖和容器用的焊料，采用Au-Sn焊料、Au-Ge系焊料等。

专利文献1：日本专利特开2001-176999号公报

专利文献2：日本专利特开2004-186428号公报

发明的公开

发明所要解决的技术问题

上述现有技术存在如下问题。即，前者的具有经过成形加工的焊料的盖或容器的焊料是从组成调整及熔化工序起经过一次加工(挤出加工、轧制加工)、二次加工(冲裁加工等)和多个工序制成的，从制造成本的角度来看并不理想。此外，Au-Sn系合金等材料虽然不是无法加工的材料，但也存在容易产生开裂等缺陷、可进行加工的尺寸(厚度)有限这样的问题。特别是对于电子器件要求低型面和薄型化，预测今后会进一步薄型化，为应对该要求，需要使焊料薄板化，但如上所述，由于加工精度的关系，焊料的薄板化存在限制。

另一方面，在后者的使用糊状焊料的情况下，由于糊料的涂布不伴随加工，因此很少出现上述问题。然而，糊状焊料是含有作为分散介质的有机溶剂的焊料，有机溶剂在密封时(焊料熔融时)会产生气体，可能会降低封装体内部的元件的精度，最坏的情况下会导致破损，因此可以说基本上不适用于电子器件的气密密封。关于这一点，为防止糊料产生气体的问题，也可以想到在进行脱气的同时进行作业的方法，但这会使封装体的制造工序变得烦琐，很难说是实际的对策。

因此，本发明的目的是提供一种具有与以往的形态不同的焊料的密封用的盖或容器，该盖或容器可在削减制造工序的同时实现低型面和薄型化，不会对封装体内的元件造成不良影响。

解决技术问题所采用的技术方案

用于解决上述问题的本发明是一种密封封装体用的盖或容器，在其接合面上具有框状的焊料，该盖或容器的特征在于，所述框状的焊料是将粒径为10～300μm的球状焊料排列配置而成的焊料。

本发明的盖或容器中，在接合面上排列有粒径微小的球状焊料。该球状焊料可通过如后所述的将液滴化的熔融状态的焊料直接喷射在接合面上的方法而形成，能以较少的工序实现焊料的固定。此外，球状焊料的粒径可在喷射焊料时进行调整，也可形成微小的焊料。因此，利用本发明，可应对封装体的低型面和薄型化。

这里，之所以将球状焊料的粒径设为10μm以上，是因为使用过小的焊料会使确保接合所需的量(体积)的焊料所必需的球状焊料的数量增大，影响制造效率。此外，用于形成不到10μm的液滴的孔的加工也困难。另一方面也是因为如果采用粒径超过300μm的焊料，则难以控制密封后的焊料的厚度，其厚度也有增大的倾向。另外，球状焊料的更优选的粒径为30～120μm。

关于球状焊料的配置，既可连续地配置，使焊料相互接触，也可隔开一定间隔配置。本发明中，通过将焊料的粒径及其设置间隔设定为合适的大小，可将焊料的使用量(体积)控制在最小限度，同时可有效地实现封装体的低型面和薄型化。此外，球状焊料可以为单层，形成框形状，也可以使球状焊料层叠。

焊料的材质可使用一直以来使用的封装体的气密密封用的焊料。关于这一点，一直以来由于可靠性、耐腐蚀性优良等原因，Au-Sn焊料、特别是作为其共晶组成的Au80重量％-Sn20重量％焊料被用作密封用的焊料，本发明中也优选使用它。此外，除此之外也可使用Au-Ge系焊料、Au-Si系焊料、Au-Sb系焊料。

关于盖及容器的材质，也可使用与以往相同的材料。具体而言，可使用钴(Fe-Ni-Co系合金)、42合金(Fe-Ni系合金)、带金属化层的陶瓷板(带金属化层的氧化铝等)。

另外，在固定球状焊料前，在盖及容器的接合面上可具有各种镀层。该镀层是为确保盖及容器的耐腐蚀性或为确保气密密封时焊料的浸润性而镀覆的Ni镀层和/或Au镀层。这些镀层的厚度较好为：Ni镀层为1～3μm，Au镀层为0.01～5μm。

使用了本发明的盖及容器的封装体的密封中，可将球状焊料直接用于密封。此外，也可在密封作业前将盖及容器回流(reflow)，使球状焊料熔融成为平板焊料，然后用于密封。

本发明的盖及容器的制造中，需要在接合面上连续地形成球状的焊料。作为球状焊料的制造、固定的方法，可将进行过组成调整的焊料熔融，将该熔融状态的焊料液滴化，将液滴化的焊料喷射于盖或容器的接合面，藉此固定成球状的焊料。接着，通过反复进行这些工序，可形成框状的焊料。

在焊料的喷射中，通过在维持焊料的熔融状态的同时赋予其一定压力的冲击，并且使其喷射口以一定的速度移动，可使焊料的形状、间隔一定。该被喷出的熔融焊料的粒径最好和所要形成的球状焊料的粒径相等。

此外，焊料的形成可以对单个的盖或容器进行。即，可以对按规定尺寸制造的单个盖或容器分别进行焊料的喷射、固定。

但是，由于电子器件的小型化的倾向，今后这些构件也将变得微小，因此可以说在微小的盖或容器上个别地形成焊料是很烦琐的。所以，为了高效地制造盖或容器，较好的是在一块板材上形成对应于多个盖、容器的焊料图案，然后通过切割或钢丝锯等切断方法将各部件切离。该方法是准备用于构成多个盖的板材或用于构成多个容器的原材料，在上述板材的与各盖的接合面对应的位置或上述原材料的与各容器的接合面对应的位置上喷射液滴化的焊料，形成焊料的图案，将该板材或上述原材料逐一切断成各盖或各容器。该工序的概况示于图1。

另外，如上所述同时制造多个盖或容器时，也可将固定球状焊料后的板材或原材料回流，使焊料熔融，然后切断成一个个的部件。

顺便提及，为同时制造多个盖而形成有球状焊料的图案的上述板材也可不分割成一个个的盖，而是直接使用。该具有图案化的焊料的板材也称为大张盖。作为使用该大张盖的封装体的密封方法，有如下方法：对应于大张盖准备上述用于构成多个容器的原材料，将元件内置于原材料的各容器内后，将大张盖与原材料重叠，然后使焊料熔接。而且，可以在如上所述地同时进行多个封装体的密封后将其切断，制成一个个的封装体。该密封方法的优点在于可特别高效地制造许多小型的封装体。

上述可进行成批的封装体密封的大张盖由可形成多个盖的一体的板材构成，该板材上排列配置有球状的焊料，球状的焊料的配置位置位于各盖与容器接合时的接合面上。而且，作为这里的球状焊料的配置图案，较好的是至少配置于与所要接合的盖的顶角部分对应的第一设置位置(图2(A))。这是因为，熔接时的焊料表现出向四方浸润的举动，因此适当地进行球状焊料的配置，有效地使焊料遍布。如果球状焊料是富有浸润性的焊料，则通过设定合适的容量(粒径)，仅将焊料设置于第一设置位置即可使焊料遍布盖和容器的整个接合面。

另一方面，如果球状焊料的浸润性不足，则焊料可能无法均匀地遍布。此时，通过在第一设置位置的基础上进一步在第一设置位置之间配置至少1个球状焊料，可实现均匀的接合(图2(B))。

上述球状焊料的配置由受焊料的组成影响的浸润性和受大张盖上Au镀层的有无等影响的浸润性来决定。而且，该大张盖中使用的球状焊料的组成与上述相同，焊料使用的是Au-Sn系焊料、Au-Ge系焊料、Au-Si系焊料、Au-Sb系焊料。此外，可设置用于确保盖的耐腐蚀性和浸润性的镀层。镀层为Ni镀层和/或Au镀层。这些镀层的厚度较好的是Ni镀层为1～3μm、Au镀层为0.01～5μm。另外，球状焊料的粒径也与上述同样地为30～120μm。

另外，大张盖的制造方法也基本与上述相同，是如下方法：准备用于构成多个盖的一体的板材，将液滴化的焊料喷射于该板材，将球状的焊料固定。

附图的简单说明

图1是说明本发明的盖及容器的制造工序的图。

图2是说明大张盖的球状焊料的固定位置的图。

图3是表示实施方式1中使用的焊料图案形成装置的结构的图。

图4是表示焊料图案形成装置的喷射装置的结构的图。

图5是说明实施例1中的板材的前处理(镀Ni、镀Au)的工序的图。

图6是说明实施方式2中的成批的封装体密封的工序的图。

实施发明的最佳方式

实施方式1：下面对本发明的优选实施方式进行说明。图3是表示本实施方式中使用的用于球状焊料的形成及图案形成的装置的结构的图。图3中，焊料图案形成装置100由喷射装置101、喷射装置101的控制装置102、XYZ平台103、以及对控制装置102及XYZ平台103进行控制的计算机104构成，所述喷射装置101具有喷射液滴化的焊料的喷嘴，所述XYZ平台103用于载置作为处理对象物的盖、容器或板材等。

图4是表示喷射装置101的详细结构的图。喷射装置101具有用于收容熔融状态的焊料的罐110、与罐110连通的室111、用于使室111内的焊料喷出的膜片112及喷嘴113、以及用于驱动膜片112的压电元件致动器114。

形成焊料的图案时，计算机104通过控制装置102来控制压电元件致动器114的驱动量，藉此，室111内的焊料以一定的量从喷嘴喷出。此外，XYZ平台103通过计算机104的控制而移动，形成焊料的图案。盖或容器上的焊料的粒径及间隔通过膜片112的移动量及XYZ平台103的移动速度来调整。

实施例1：使用上述焊料图案形成装置进行盖的制造。本实施例中的工序示于图5。盖的制造中，首先准备钴制的板材(尺寸：50mm×50mm×40μm)，对该板材进行镀Ni(1.5μm)，对与容器的空间部对应的位置进行掩模后，进行镀Au(0.1μm)。之所以进行掩模，是因为以本实施例的Au镀层的厚度，焊料的浸润性会变得过于良好，因此要防止由此引起的熔融焊料的过度扩散。是否需要进行上述掩模可通过Au镀层的厚度进行判断，Au镀层的厚度为0.03～5μm时最好进行掩模，而在Au镀层的厚度不到0.03μm时，由于无需担心焊料的扩散，因此可在不进行掩模的情况下对整个表面进行镀Au。

进行完镀Au后，剥离掩模，进行球状焊料的固定。球状焊料的固定在对突出的液滴状的焊料的粒径进行控制的同时进行，制成连续地固定有多种粒径的球状焊料的盖(板材)。此外，将熔接焊料时的焊料厚度设定为多种厚度。将球状焊料固定后，将板材切断成一个个的盖(5mm×5mm)。

然后，对于制成的盖，用相同尺寸的容器进行密封试验。该密封试验是将盖和容器重叠，在300℃下加热，对焊料的浸润性、通过接合部的X射线观察而确定的空隙的有无(比率)进行考察，并进行粗漏(gross leak)试验，进行气密性的评价。其结果示于表1。

[表1]

浸润性···◎极好

            ○良好

            △部分不良

            ×不良

粗漏试验···◎极好(无泄漏)

            ○良好(几乎无泄漏)

            ×不良(显著泄漏)

实施例2：在此，制造固定有球状焊料的容器。准备规则地形成有内部尺寸：4mm×4mm、深度0.6mm的孔部(非贯通)的原材料，对其进行镀Ni(3.5μm)，然后进行镀Au(0.1μm)。接着，与实施例1同样地对液滴状的焊料的粒径进行控制，进行球状焊料的固定，然后将原材料切断成一个个的容器(5mm×5mm)。

接着，与实施例1同样地，对于制成的容器，将其与相同尺寸的盖接合，进行密封试验。其结果示于表2。

[表2]

外观···◎极好

          ○良好

          △部分不良

*浸润性、粗漏试验的评价内容与表1相同。

由实施例1、2的结果可知，熔接后的等效厚度较厚时，不论球状焊料的粒径多大，均可实现密封。另一方面，熔接后等效厚度较薄时，最好使用合适的粒径范围的焊料。为实现封装体的低型面，要求减小熔接等效厚度，因此优选的球状焊料的合适的粒径为30～120μm。

实施方式2：在此，制造大张盖，用其进行成批的封装体密封。其工序的概况示于图6。准备与实施方式1的实施例1同样的钴制的板材，对其进行镀Ni(1.5μm)，对与容器的空间部对应的位置进行掩模后，进行镀金(0.1μm)。接着剥离掩模，用与实施方式1相同的装置进行球状焊料(粒径200μm)的固定。此时的球状焊料的配置图案与图2(B)的形态相同。

将如上所述制造的大张盖和与实施方式2的实施例2相同的原材料重叠，进行临时固定，将其在300℃下回流(加热)，使焊料熔接。然后切割成一个个的封装体，得到多个封装体。从制成的多个封装体中随机抽取一些进行粗漏试验，结果所有封装体均未观察到密封泄漏。

工业上利用的可能性

上面说明的本发明的封装体密封用的盖或容器足以应对电子器件封装体的低型面和薄型化的要求。此外，密封时不会产生气体，不会对封装体内的元件造成影响。而且，利用本发明的盖或容器，可将液滴化的熔融状态的焊料直接固定于盖或容器，削减制造工序。

Claims (14)

1.一种密封封装体用的盖或容器，在其接合面上具有框状的焊料，其特征在于，

所述框状的焊料是将粒径为10～300μm的球状焊料排列配置而成的焊料。

2.如权利要求1所述的密封封装体用的盖或容器，其特征在于，球状焊料的粒径为30～120μm。

3.如权利要求1或2所述的密封封装体用的盖或容器，其特征在于，球状焊料以相互接触的形态连续地配置。

4.如权利要求1至3中任一项所述的密封封装体用的盖或容器，其特征在于，球状焊料通过层叠而成。

5.如权利要求1至4中任一项所述的密封封装体用的盖或容器，其特征在于，焊料为Au-Sn系焊料、Au-Ge系焊料、Au-Si系焊料、Au-Sb系焊料。

6.一种权利要求1至5中任一项所述的密封封装体用的盖或容器的制造方法，其特征在于，进行如下工序：

(1)将熔融状态的焊料液滴化的工序；

(2)将液滴化的焊料喷射于盖或容器的接合面，藉此将球状的焊料固定的工序；

(3)反复进行所述工序(1)、(2)。

7.一种制造权利要求1至5中任一项所述的密封封装体用的盖或容器的方法，其特征在于，包括：

(a)准备用于构成多个盖的板材或用于构成多个容器的原材料的工序；

(b)在所述板材或所述原材料的与盖或容器的接合面对应的位置上喷射液滴化的焊料，并将球状焊料固定，形成由多个框形状构成的图案的工序；

(c)将板材或原材料切断、分割成一个个的盖或容器的工序。

8.一种大张盖，其是由可形成多个盖的一体的板材构成的密封封装体用的大张盖，其特征在于，

在所述大张盖上排列配置有球状的焊料，

所述球状的焊料的配置位置位于将所述多个盖与容器接合时的接合面上。

9.如权利要求8所述的大张盖，其特征在于，球状的焊料至少配置于与所要接合的盖的顶角部分对应的第一设置位置。

10.如权利要求9所述的大张盖，其特征在于，进一步在第一设置位置之间配置至少1个球状焊料。

11.如权利要求1所述的大张盖，其特征在于，球状焊料的粒径为30～120μm。

12.如权利要求1至4中任一项所述的大张盖，其特征在于，焊料为Au-Sn系焊料、Au-Ge系焊料、Au-Si系焊料、Au-Sb系焊料。

13.一种权利要求8至12中任一项所述的密封封装体用的大张盖的制造方法，其特征在于，包括：

(a)准备可形成多个盖的一体的板材的工序；

(b)对所述板材喷射液滴化的焊料，并将球状焊料固定的工序。

14.一种使用了权利要求8至12中任一项所述的大张盖的封装体的密封方法，其特征在于，包括：

(a)制造所述大张盖的工序；

(b)准备一体的原材料的工序，该原材料具有多个内置有元件的容器；

(c)将所述大张盖与所述原材料重叠后，将大张盖的焊料熔接的工序。

Images