CN102687218A - 电子部件和元件用封装体、以及它们的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有高气密性的电子部件及元件用封装体，且在它们的制造方法中，简化工序，提高生产性。本发明的电子部件具有元件和收纳该元件的封装体，其中，该封装体具备陶瓷基体、盖体、将该陶瓷基体和该盖体连接的连接构件，所述盖体的与所述连接构件的接合部由金属构成，所述连接构件由以铝为主成分的金属构成，且与所述陶瓷基体直接接合，所述元件固定在所述陶瓷基体或所述盖体上。

Description

电子部件和元件用封装体、以及它们的制造方法
技术领域
本发明涉及具有高气密性的电子部件及元件用封装体、以及它们的制造方法。
背景技术
一直以来，伴随着电子设备的小型化·薄型化，电气双层电容器或电池、压电器件等的电子部件要求更进一步的小型化·薄型化。作为这种电子部件，多使用适合于向电路基板等的贴装的表面贴装型的电子部件。表面贴装型的电子部件有时采用在由陶瓷等绝缘材料形成的基体上利用连接构件来接合金属制的盖体而构成的封装体内收纳有元件的结构。在专利文献1中公开了图7所示那样的电池的结构。
图7所记载的电池180由元件、收纳该元件的元件用封装体、电解液构成。
以下，说明元件用封装体的结构。由氧化铝构成的陶瓷基体110在上表面的中央部具有凹部，且在该凹部的内侧面与底面之间形成有高低差110a。在所述凹部的底面形成有内部电极122a，在高低差110a的上表面形成有内部电极122b。此外，在陶瓷基体110的外部底面设有外部电极124a、124b。从内部电极122a到外部电极124a形成有连接电极123a，从内部电极122b到外部电极124b形成有连接电极123b。这些电极由钨构成。
另外，在陶瓷基体110的上表面以包围所述凹部的方式接合有由钨构成的金属基底层128a。金属基底层128a由镀镍128b覆盖，而形成基底层128。
并且，以包围陶瓷基体110的所述凹部的方式在铁-镍-钴合金的表面形成有铝层的框状构件126利用铝焊料127而钎焊于基底层128。铝焊料127以覆盖基底层128的表面的方式形成。
通过该基底层128，与陶瓷基体110上表面的铝焊料127的浸润性变得良好，陶瓷基体110与框状构件126的接合强度变得更牢固。
并且，在框状构件126上利用铝焊料125而钎焊有由铝构成的盖体150。
在该元件用封装体内收纳有元件140。元件140通过将含有LiCoO2及乙炔黑的板状的正极141和含有焦炭的板状的负极142经由聚烯烃纤维制的无纺布构成的隔板143进行层叠而形成。正极141与内部电极122a连接，负极142与内部电极122b连接，由此将元件140固定在陶瓷基体110的凹部内。
另外，在该元件用封装体内注入有将四氟化硼酸锂溶解在作为有机溶剂的二甲氧基乙烷中得到的电解液170。
如此，构成气密地密封的电池180。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-63942号公报
发明要解决的技术问题
然而，上述的现有技术在电池180的使用时或制造过程中，当由铝焊料127构成的铝层产生微小的裂纹时，存在电解液170与基底层128接触的问题。当电解液170与基底层128接触时，基底层128会发生腐蚀，电池180的气密性下降。这种接触在未利用铝焊料127充分地覆盖基底层128的表面的情况下、或铝焊料127与基底层128的金属在在钎焊时发生合金化而基底层128的金属向表面露出的情况下发生。
另外，当引起这种合金化时，存在接合部的强度显著下降的危险性。
此外，为了进行陶瓷基体110与盖体150的接合，需要铝焊料125、127、框状构件126、基底层128，制造工序变得烦杂，需要大量的时间和人力，因此存在生产性低的问题。
发明内容
因此，在本发明中，其目的在于提供一种具有高气密性的电子部件及元件用封装体，且在它们的制造方法中，简化工序，提高生产性。
为了实现上述目的，本发明的电子部件具有元件和收纳该元件的封装体，其中，该封装体具备陶瓷基体、盖体、将该陶瓷基体和该盖体连接的连接构件，所述盖体的与所述连接构件的接合部由金属构成，所述连接构件由以铝为主成分的金属构成，且与所述陶瓷基体直接接合，所述元件固定在所述陶瓷基体或所述盖体上。
另外，本发明的电子部件中，优选的是，所述连接构件优选由含有86wt％以上的铝的金属构成。
另外，本发明的电子部件中，优选的是，所述盖体的与所述连接构件的接合部由以铝为主成分的金属构成。
另外，本发明的电子部件中，优选的是，所述盖体具有能够收纳所述元件的凹部。
另外，本发明的电子部件中，优选的是，向所述封装体内注入电解液。
另外，本发明的元件用封装体用于收纳元件，其中，该封装体具备陶瓷基体、盖体、将该陶瓷基体和该盖体连接的连接构件，所述盖体的与所述连接构件的接合部由金属构成，所述连接构件由以铝为主成分的金属构成，且与所述陶瓷基体直接接合。
另外，根据本发明，提供一种电子部件的制造方法，该电子部件具有元件和用于收纳该元件的由陶瓷基体及盖体构成的封装体，所述电子部件的制造方法的特征在于，具有：准备元件、陶瓷基体、具有由金属构成的接合部的盖体的工序；在所述陶瓷基体的表面形成由以铝为主成分的金属构成的连接构件的工序；在所述陶瓷基体或所述盖体上固定所述元件的工序；通过在所述连接构件上接合所述盖体的接合部而形成封装体的工序。
另外，本发明的电子部件的制造方法中，优选的是，形成所述连接构件的工序具有：准备由以铝为主成分的金属构成的熔融金属的工序；使所述熔融金属附着于所述陶瓷基体后，通过使该熔融金属凝固，而在所述陶瓷基体的表面形成金属层的工序；通过对所述金属层进行图案形成来形成连接构件的工序。
另外，本发明的电子部件的制造方法中，优选的是，在形成所述金属层的工序之后，还具备通过对该金属层进行图案形成来形成用于固定所述元件的内部电极的工序。
另外，本发明的电子部件的制造方法中，优选的是，所述连接构件由含有86wt％以上的铝的金属构成。
另外，本发明的电子部件的制造方法中，优选的是，所述盖体的接合部由以铝为主成分的金属构成。
另外，本发明的电子部件的制造方法中，优选的是，所述盖体具有能够收纳所述元件的凹部。
另外，本发明的电子部件的制造方法中，优选的是，在所述连接构件上接合所述盖体的工序利用激光焊接来进行。
另外，本发明的电子部件的制造方法中，优选的是，还具备向所述封装体内注入电解液的工序。
另外，根据本发明，提供一种元件用封装体的制造方法，该封装体用于收纳元件，所述元件用封装体的制造方法的特征在于，具有：准备陶瓷基体和具有由金属构成的接合部的盖体的工序；在所述陶瓷基体的表面上形成由以铝为主成分的金属构成的连接构件的工序；在所述连接构件上接合所述盖体的接合部的工序。
发明效果
如以上所述，本发明的电子部件及元件用封装体中，由于将陶瓷基体与盖体连接的连接构件由以铝为主成分的金属构成，因此具有高强度，对于电解质的耐腐蚀性高。因此，具有高气密性。
另外，作为连接构件而不需要基底层等，因此能简化工序，提高生产性。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式的在陶瓷基体的表面形成金属层的工序的示意图。
图2是用于表示本发明的实施方式的基板的结构的示意图。
图3是用于说明本发明的实施方式的在陶瓷基体上固定元件的工序的示意图。
图4是用于说明本发明的实施方式的电子部件的制造方法及结构的示意图。
图5是用于说明本发明的变形例的电子部件的制造方法的示意图。
图6是用于说明本发明的另一变形例的电子部件的制造方法的示意图。
图7是用于说明以往的电子部件的结构的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式。
图1是用于说明本发明的实施方式的在陶瓷基体的表面形成金属层的工序的图。
首先，作为基体，准备图1(A)所示的具有通孔11a、11b的由氧化铝构成的陶瓷基体10。
另外，将所希望的组成的以铝为主成分的金属安放在坩埚(つぼ)中，然后，在氮气气氛气中利用加热器对所述坩埚进行加热，使所述金属熔化，由此准备熔融金属。在本实施方式中，作为以所述铝为主成分的金属，使用含有99wt％的铝的金属。
接下来，将陶瓷基体10浸渍在所述熔融金属中。由此，使所述熔融金属附着在陶瓷基体10的表面。此时，所述熔融金属也流入、填充到通孔11a、11b内。然后，陶瓷基体10被从所述熔融金属中取出到氮气气氛中，附着在表面上的熔融金属逐渐冷却、凝固，而接合在陶瓷基体10的表面。由此，如图1(B)及(C)所示，得到了在陶瓷基体10的表面及通孔11a、11b内形成有铝的金属层20的复合构件30。在使用了这种熔融金属的陶瓷与金属的接合中，由于经过使金属从熔融金属状态逐渐冷却的工艺，因此能得到金属与陶瓷的高的晶格(格子)匹配性，接合强度变得牢固。
然后，利用研磨机对复合构件30的表面进行研磨，实现金属层20的表面的均质化。
接下来，说明通过对所述金属层进行图案形成，而形成连接构件和内部电极等的工序。
首先，在金属层20的表面形成感光抗蚀膜，接触到遮光图案掩膜而进行曝光，然后进行显影处理，将遮光的部分的抗蚀膜除去。接着，将金属层20的抗蚀膜覆盖的掩蔽部分保留，利用氯化铁-盐酸混合蚀刻溶液使其他的部分溶解而进行了图案形成。由此，如图2所示，得到基板31，所述基板31在陶瓷基体10的表面形成有内部电极22a、22b、外部电极24a、24b、连接构件21。
连接构件21以包围内部电极22a、22b的方式形成为框状。
另外，内部电极22a和外部电极24a通过形成在通孔11a内的由金属层20构成的连接电极23a进行电连接。
另外，内部电极22b和外部电极24b通过形成在通孔11b内的由金属层20构成的连接电极23b进行电连接。
另外，为了提高与焊料的浸润性而对外部电极24a、24b的表面实施镀敷。在本实施方式中，在外部电极24a、24b的表面通过镀镍及镀金而依次覆盖金属层。
如此，内部电极、外部电极、连接电极通过由熔融金属形成的金属层的图案形成而与连接构件同时形成，因此与通过不同的工序分别形成的情况相比，能简化工序，提高生产性。
接下来，参照图3，说明在陶瓷基体上固定元件的工序。
元件40将正极41和负极42通过在之间夹设绝缘性的隔板43并卷绕而形成。作为正极41或负极42，使用了在由铝构成的片状集电体的表面载持有包含活性炭的极化性电极层的结构。
正极41的一方的端部通过超声波焊接，而与形成在陶瓷基体10的表面上的内部电极22a连接、固定。负极42的一方的端部通过超声波焊接而与形成在陶瓷基体10的表面上的内部电极22b连接、固定。另外，上述的连接并不局限于超声波焊接，也可以使用激光焊接或TIG焊接等。
接下来，说明通过在连接构件上接合盖体的接合部来形成元件用封装体的工序。
首先，准备图4(A)所示那样的、具有能够收纳元件40的凹部51a及贯通孔52a的、由含有99wt％的铝的金属构成的盖体50a。在位于盖体50a的缘部的端部50a’向凹部51a的相反侧即外侧折弯。
在陶瓷基体10的表面上形成的连接构件21处，通过激光焊接接合盖体50a的端部50a’，而得到用于收纳元件40的元件用封装体。
焊接可以使用电阻焊接或超声波焊接等接合方法，但优选激光焊接。激光焊接通过向端部50a’的与连接构件21接触的接触面的相反侧的表面53’上照射激光束60来进行。通过使用激光焊接，与其他的接合方法相比，能够进行微小的区域的局部焊接，因此没有焊接不均，减少密封不良，而且陶瓷基体10的接合部周边等因热量而损伤的危险性低。而且，由于无需像电阻焊接那样强烈地按压焊接部分，因此能抑制陶瓷基体或盖体、连接构件的损伤或变形。而且，由于接合宽度的设定容易，因此能够适用于电子部件的各种尺寸，从而也能够应对电子部件的小型化。也容易进行改变接合宽度的接合强度的设计。而且，与超声波焊接等相比，能够减少焊接时的溅射的飞散，因此能够抑制由此引起的短路的发生。
另外，在进行激光焊接时，连接构件21的厚度T2优选比端部50a’的厚度T1厚。由此，能够以更小的激光的能量来进行牢固的焊接接合。
连接构件21优选含有86wt％以上的铝，更优选含有99wt％以上。若铝以外的金属的含有量多，则在焊接时等，存在合金化进展而连接构件的强度显著下降的危险性。而且，还存在因金属间的熔点的不同而产生焊接不均等的连接不均，从而发生密封不良的危险性。
接下来，说明向元件用封装体内注入电解液而对该封装体进行密封的工序。
如图4(B)所示，经由孔52a将电解液70注入到所述元件用封装体内。电解液70使用TEMA-BF4(四氟硼酸三乙基甲基铵)作为电解质，使用PC(丙烯碳酸酯)作为有机溶剂。
然后，铝制的金属球54以堵塞孔52a的方式设置，通过激光焊接而焊接于盖体50a，由此将所述元件用封装体气密地密封。
如以上那样，能得到电气双层电容器80。
如此，根据本实施方式，作为连接构件，无需利用对电解液的耐腐蚀性低的金属来形成基底层，而使用以耐腐蚀性高的铝为主成分的金属，因此连接构件不会因与电解液的接触而发生腐蚀，能确保元件用封装体的高气密性。而且，也不存在与基底层使用的金属等发生合金化而导致强度劣化的情况。
另外，通常使用钨和镍等作为所述基底层，但在本实施方式中由于不需要基底层，因此原料成本下降，而且工序简化，生产性提高。
另外，由于内部电极也与所述连接构件以相同材料形成，因此能得到对电解液的高耐腐蚀性。
另外，由于盖体或该盖体的与连接构件的接合部也使用以铝为主成分的金属，因此能得到对电解液的高耐腐蚀性。
另外，在本实施方式中，说明了使用电气双层电容器作为电子部件的情况，但并未限定于此，也可以适用于在电池或压电器件等的元件用封装体内具有元件的电子部件。
另外，在本实施方式中，使用了氧化铝作为陶瓷基体10，但并未限定于此，也可以使用例如氮化铝等。与氧化铝相比，氮化铝虽然作为材料的成本高，但导热率高，散热性优异。
另外，在本实施方式中，在盖体50a的外侧的表面53，为了外观良好性的提高、强度强化、热膨胀抑制等，也可以包覆由SUS、科瓦铁镍钴合金、42％Ni-Fe合金等与盖体50a不同的材料构成的金属，由此来形成包层。这种情况下，在形成于陶瓷基体10的表面上的连接构件21处激光焊接盖体50a的端部50a’时，为了防止因焊接产生的热量而使得连接构件21与所述包层发生合金化，端部50a’的以铝为主成分的层的厚度T1优选为10μm以上。
另外，在本实施方式中，作为连接构件21，可以使用含有4.5～14wt％的范围的硅的铝-硅系的合金。该合金的热膨胀系数与陶瓷基体接近。因此，在使用该合金作为连接构件时，因陶瓷基体与连接构件的热膨胀率之差引起的热应力减小，能抑制褶皱等的发生，元件用封装体的气密性提高。作为这种合金，例如使用由JIS规格所规定的A4043(硅含有量4.5～6.0wt％)或A4032(硅含有量11.0～13.5wt％)。
另外，在本实施方式中，使用了由含有99wt％的铝的金属构成的盖体50a，但该盖体只要是与所述连接构件的接合部由以铝为主成分的金属构成即可。该接合部更优选含有86wt％以上的铝。
另外，具有凹部的盖体也可以是仅接合部由以铝为主成分的金属构成，而其他的部分由陶瓷形成。而且，陶瓷基体也可以具有凹部。然而，利用陶瓷基体和盖体形成的元件用封装体的侧壁优选由金属构成。这种情况下，侧壁容易吸收、缓和因陶瓷基体与盖体的热膨胀率之差引起的热应力。因此，在侧壁产生褶皱等而使得元件用封装体的气密性发生劣化的危险性少。
另外，在本实施方式中，通过向盖体的表面照射激光束来进行盖体的焊接，但也可以如图5所示的变形例那样，通过向盖体50b与连接构件21的界面照射激光束61来进行焊接。盖体50b具有能够收纳元件40的凹部51b，位于缘部的端部50b’未折弯。
这种情况下，为了防止错误地将激光束61向陶瓷基体10照射，而优选增加连接构件21的厚度。而且，根据本变形例，端部50b’可以向凹部51b的相反侧即外侧折弯，但未折弯的情况能够增大元件用封装体的内容积。
另外，在本实施方式中，为了堵塞盖体的孔而使用了金属球，但也可以如图6所示的其他的变形例那样使用具有从孔52c的周围向外部突出的突出部50c’的盖体50c。这种情况下，如图6(A)所示，在经由孔52c将电解液70注入到元件用封装体内之后，向突出部50c’照射激光束62。由此使突出部50c’熔融，然后通过冷却，而如图6(B)所示，形成堵塞孔52c的栓50c”，从而将元件用封装体气密地密封。如此，能得到电气双层电容器81。
另外，在图5及图6中，对于与图1至4相同的要素，标注同一符号。
标号说明：
10、110陶瓷基体
11a、11b通孔
20金属层
21连接构件
22a、22b、122a、122b内部电极
23a、23b、123a、123b连接电极
24a、24b、124a、124b外部电极
30复合构件
31基板
40、140元件
41、141正极
42、142负极
43、143隔板
50a、50b、50c、150盖体
50a’、50b’端部
50c’突出部
50c”栓
51a、51b凹部
52a、52c孔
53、53’表面
54金属球
60、61、62激光束
70、170电解液
80、81电气双层电容器
110a高低差
125、127铝焊料
126框状构件
128基底层
128a金属基底层
128b镀敷
180电池
T1、T2厚度

Claims (15)

1.一种电子部件，具有元件和收纳该元件的封装体，其特征在于，
该封装体具备陶瓷基体、盖体、将该陶瓷基体和该盖体连接的连接构件，
所述盖体的与所述连接构件的接合部由金属构成，
所述连接构件由以铝为主成分的金属构成，且与所述陶瓷基体直接接合，
所述元件固定在所述陶瓷基体或所述盖体上。
2.根据权利要求1所述的电子部件，其特征在于，
所述连接构件由含有86wt％以上的铝的金属构成。
3.根据权利要求1或2所述的电子部件，其特征在于，
所述盖体的与所述连接构件的接合部由以铝为主成分的金属构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电子部件，其特征在于，
所述盖体具有能够收纳所述元件的凹部。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电子部件，其特征在于，
向所述封装体内注入电解液。
6.一种元件用封装体，用于收纳元件，其特征在于，
该封装体具备陶瓷基体、盖体、将该陶瓷基体和该盖体连接的连接构件，
所述盖体的与所述连接构件的接合部由金属构成，
所述连接构件由以铝为主成分的金属构成，且与所述陶瓷基体直接接合。
7.一种电子部件的制造方法，该电子部件具有元件和用于收纳该元件的由陶瓷基体及盖体构成的封装体，所述电子部件的制造方法的特征在于，具有：
准备元件、陶瓷基体、以及具有由金属构成的接合部的盖体的工序；
在所述陶瓷基体的表面形成由以铝为主成分的金属构成的连接构件的工序；
在所述陶瓷基体或所述盖体上固定所述元件的工序；
通过在所述连接构件上接合所述盖体的接合部而形成封装体的工序。
8.根据权利要求7所述的电子部件的制造方法，其特征在于，
形成所述连接构件的工序具有：
准备由以铝为主成分的金属构成的熔融金属的工序；
使所述熔融金属附着于所述陶瓷基体后，通过使该熔融金属凝固，而在所述陶瓷基体的表面形成金属层的工序；以及
通过对所述金属层进行图案化来形成连接构件的工序。
9.根据权利要求8所述的电子部件的制造方法，其特征在于，
在形成所述金属层的工序之后，
还具备通过对该金属层进行图案化来形成用于固定所述元件的内部电极的工序。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的电子部件的制造方法，其特征在于，
所述连接构件由含有86wt％以上的铝的金属构成。
11.根据权利要求7至11中任一项所述的电子部件的制造方法，其特征在于，
所述盖体的接合部由以铝为主成分的金属构成。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的电子部件的制造方法，其特征在于，
所述盖体具有能够收纳所述元件的凹部。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的电子部件的制造方法，其特征在于，
在所述连接构件上接合所述盖体的工序利用激光焊接来进行。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的电子部件的制造方法，其特征在于，
还具备向所述封装体内注入电解液的工序。
15.一种元件用封装体的制造方法，该封装体用于收纳元件，所述元件用封装体的制造方法的特征在于，具有：
准备陶瓷基体和具有由金属构成的接合部的盖体的工序；
在所述陶瓷基体的表面上形成由以铝为主成分的金属构成的连接构件的工序；以及
在所述连接构件上接合所述盖体的接合部的工序。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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