CN108370244B - 密封环、电子元件收纳用封装体、电子设备及它们的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明课题是提供一种密封环，在含有可伐合金的基材的单面具有金属焊料层且在另一面具有金属镀层的密封环中，能够防止向金属镀层表面产生污点，实现电子元件收纳用封装体的优异的气密性。本发明通过环状的密封环解决上述课题，该密封环在含有可伐合金(铁‑镍‑钴合金)的基材的第一面具有镍层且在所述第一面的相反侧的第二面具有金属焊料层，所述镍层的厚度是0.1μm～20μm。

Description

密封环、电子元件收纳用封装体、电子设备及它们的制造方法

技术领域

本发明涉及密封环、电子元件收纳用封装体、电子设备及它们的制造方法。

背景技术

在便携电话等电子设备中使用的SAW滤波器、晶体振子这样的电子元件被用作将这样的电子元件收容于具有开口的外壳并对其盖上盖体而进行密封的封装体。密封封装体是用于防止电子元件由于空气中的湿气、氧而特性变得不稳定。

在该电子元件的封装体中，外壳通常是氧化铝、氮化铝等的陶瓷制，盖体由可伐合金(铁-镍-钴合金(KOVAR：美国注册商标序列号No.71367381))、铁-镍合金等低热膨胀金属构成。

作为盖体向外壳的接合方法，存在预先对成为盖体的基材利用接合了焊料的包层件的状态的材料进行接合的方法(例如，参照专利文献1)。与其不同，还存在在所述陶瓷制的外壳上设置由覆盖了焊料的可伐合金等金属构成的框状的密封环并在该密封环的上表面接合盖体这样的方法(例如，参照专利文献2)。

图4是用于说明使用密封环将盖体与收容有电子元件的外壳接合的方法的图。

图4中，首先(1)准备可伐合金402及金属焊料404，(2)将它们贴合而成为包层件40，(3)进行压延加工。(4)将压延加工后的包层件40冲压加工成环状。接着，(5)准备收容有电子元件的陶瓷制的外壳46，(6)以金属焊料404与外壳46接触的方式进行缝焊。之后，(7)在密封环的可伐合金402的上表面设置镍、金这样的金属层48，(8)在金属层48上接合盖体49。

但是，当使用现有的密封环时，发现了在金属层48的上表面产生污点这样的现象。图5(a)是示出在现有的金属层48上产生的两处污点的俯视图，图5(b)是其放大照片。图5(a)和图5(b)所示那样的污点相当于金属层48的孔隙，存在使密封环与盖体49之间的气密性变差这样的大的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2003-158211号公报

专利文献2：日本国特开2003-133449号公报

发明内容

发明所要解决的课题

因此，本发明的目的在于提供能够防止在设置于密封环上的金属层表面产生污点而实现电子元件收纳用封装体的优异的气密性的密封环、使用该密封环的电子元件收纳用封装体、电子设备及它们的制造方法。

用于解决课题的技术方案

本发明人反复认真研究的结果是，发现通过在实施压延处理前的基材的一面(与设置金属焊料层的面相反的面)设置镍层并将压延处理后的该镍层的厚度规定为预定的范围，能够解决上述这样的现有的课题，从而能够完成本发明。

因此，本发明如下所述。

1.一种密封环，是在含有可伐合金(铁-镍-钴合金)的基材的第一面具有镍层且在所述第一面的相反侧的第二面具有金属焊料层而形成的环状的密封环，所述镍层的厚度是0.1μm～20μm。

2.根据前项1所述的密封环，其中，在所述第二面与所述金属焊料层之间具有镍层。

3.根据前项1或2所述的密封环，其中，所述基材含有从由氧化硅、氧化铝及硫化锰构成的组中选择的至少一种。

4.根据前项1至3中任一项所述的密封环，其中，在所述压延处理后，所述第一面的所述镍层的厚度是所述基材的厚度的0.1％～1％。

5.一种密封环，在含有可伐合金(铁-镍-钴合金)的基材的第一面设置镍层，并且在所述第一面的相反侧的第二面设置金属焊料层，所述密封环是对所述基材实施压延处理而形成的，且形成为环状，所述压延处理后的所述镍层的厚度是0.1μm～20μm。

6.根据前项5所述的密封环，其中，所述密封环是通过进行压下率为30％以上的所述压延处理而得到的。

7.根据前项5或6所述的密封环，其中，所述密封环是通过在所述压延处理前进行500℃以上的热处理而得到的。

8.一种密封环的制造方法，包括以下的步骤(1)～(3)：(1)在含有可伐合金(铁-镍-钴合金)的基材的第一面设置镍层；(2)在所述第一面的相反侧的第二面设置金属焊料层；及(3)对设置所述镍层及所述金属焊料层后的所述基材进行压延。

9.根据前项8所述的密封环的制造方法，其中，所述镍层的厚度是0.1μm～20μm。

10.根据前项8或9所述的密封环的制造方法，其中，以30％以上的压下率进行所述压延。

11.根据前项8至10中任一项所述的密封环的制造方法，其中，在所述压延前进行500℃以上的热处理。

12.一种电子元件收纳用封装体，具有：前项1至7中任一项所述的密封环；及电子元件收纳用外壳，经由所述金属焊料层而设置于所述第二面，在设置于所述第一面的所述镍层的上表面具有金属层。

13.根据前项12所述的电子元件收纳用封装体，其中，所述金属层由镍层构成。

14.根据前项12所述的电子元件收纳用封装体，其中，所述金属层是在所述镍层的上表面依次设置有上部镍层及金层而形成的。

15.一种制造电子元件收纳用封装体的方法，包括如下步骤：将前项1至7中任一项所述的密封环和电子元件收纳用外壳经由所述金属焊料层而接合；及在所述第一面的镍层上设置金属层。

16.一种电子设备，具有：前项12至14中任一项所述的电子元件收纳用封装体；电子元件，收容于所述电子元件收纳用外壳内；及电子设备，接合于所述金属层上。

17.一种制造电子设备的方法，包括如下步骤：准备前项12至14中任一项所述的电子元件收纳用封装体、盖体及电子元件；在所述电子元件收纳用外壳内收容所述电子元件；及将所述盖体接合于所述金属层上。

发明效果

本发明人调查出在密封环上的金属层的上表面产生的污点是因为在可伐合金的制造步骤中作为不可避免杂质混入的氧化硅、氧化铝和/或硫化锰。这些杂质在压延步骤中延展，在基材的表面进而金属层的表面成为污点而浮出，成为孔隙而使密封环与盖体之间的气密性变差。

因此，在本发明中，通过在实施压延处理前的基材的一面(与设置金属焊料层的面相反的面)设置镍层，并将压延处理后的该镍层的厚度规定为预定的范围，在压延步骤中延展的杂质被该镍层遮挡，抑制在金属层的表面浮出，由此能够防止污点的产生，作为结果能够提供密封环与盖体之间的优异的气密性。

附图说明

图1(a)和图1(b)是用于说明本发明的密封环的一实施方式的剖视图。

图2是本发明的电子元件收纳用封装体及电子设备的一实施方式的剖视图。

图3是本发明的电子元件收纳用封装体及电子设备的另一实施方式的剖视图。

图4(1)～图4(8)是用于说明使用密封环将盖体与收容有电子元件的外壳接合的方法的图。

图5(a)是示出在现有的金属层上产生的两处污点的俯视图，图5(b)是污点的放大照片(b)。

具体实施方式

以下，进一步详细说明本发明的实施方式。

图1(a)和图1(b)是用于说明本发明的密封环的一实施方式的剖视图。

在图1(a)中，本发明的密封环1形成为环状，在包含可伐合金(铁-镍-钴合金)的基材12的一面具有镍层14，在另一面具有金属焊料层16。在本说明书中，具有基材12的镍层14的面称为第一面，具有金属焊料层16的面称为第二面。

此外，如下述说明那样，在制造电子元件收纳用封装体时，在密封环1的第一面的镍层14的上表面具有金属层，该金属层包括由镍构成的形态，因此以区别该金属层与镍层14为目的，在金属层由镍构成的情况下，将其也称为上部镍层。

以下，说明密封环的各层。

本发明的密封环1在包含可伐合金(铁-镍-钴合金)的基材12的第一面具有镍层14。可伐合金的热膨胀率接近电子元件收纳用的封装体的陶瓷等的热膨胀率，因此即使是在接合陶瓷等和密封环时加热之后进行了冷却的情况，也能够抑制破裂的产生。

此外，如上所述在可伐合金混入有氧化硅、氧化铝和/或硫化锰作为其制造步骤中的不可避免杂质，通常，可伐合金中的该不可避免杂质的合计是1.5％以下，典型的是0.3％～0.8％。

基材12的厚度根据作为最终制品的电子元件收纳用封装体的尺寸、用途而适当设定即可，但作为实施压延处理后的厚度，例如是0.1mm～20mm，优选为0.3mm～3mm。

此外，用于基材12的可伐合金的铁、镍、钴及不可避免杂质的成分比没有特别限定，以可伐合金的热膨胀系数与电子元件收纳用的封装体的陶瓷等的外壳的热膨胀系数一致的方式采用适当成分比的物质即可。

此外，镍层14的厚度作为实施压延处理后的厚度，需要是0.1μm～20μm。若小于0.1μm，则层过薄而不能防止金属层表面的污点的产生。相反地，若超过20μm，则热膨胀变大，并不优选。此外，若膜变得过厚，则由于膜中的内部应力的影响，产生膜的剥离、翘曲。此外，从生产率、成本方面考虑也不优选。实施压延处理后的镍层14的厚度优选为0.1μm～5μm，更优选为0.2μm～2μm。

此外，实施压延处理后的镍层14的厚度从表面的包覆效果和热膨胀率的差这样的观点来看，相对于基材12的厚度优选是0.1％～1％，更优选是0.2％～0.5％。如果是0.1％以上，则能够充分得到防止金属层表面产生污点的效果。如果是1％以下，则难以产生热应力所引起的不良情况，在冷却时难以产生破裂，因此是优选的。

此外，本发明的密封环1在包含可伐合金(铁-镍-钴合金)的基材12的第二面具有金属焊料层16。

在金属焊料层16中，作为金合金，举出例如Au-Sn、Au-Si、Au-Ge、Au-Cu及Au-Ge-Ni等，作为银合金，举出例如Ag-Cu、Ag-Sn、Ag-Cu-Sn-In及Ag-Cu-In等，其中优选银合金，更优选Ag-Cu。

金属焊料层16的厚度作为实施压延处理后的厚度，例如是5μm～100μm，优选为10μm～40μm。

接着，说明本发明的密封环的制造方法。该制造方法包括以下的步骤(1)～(3)。

(1)在包含可伐合金(铁-镍-钴合金)的基材12的第一面设置镍层14。

(2)在所述第一面的相反侧的第二面设置金属焊料层16。

(3)对设置所述镍层14及金属焊料层16后的所述基材12进行压延。

在所述(1)步骤中，作为在基材12的第一面设置镍层14的方法，没有特别限制，举出例如通过电镀法形成的方法、对镍制的板材进行压焊而形成包层件的方法、粘贴镍制的箔的方法等。

此外，在所述(2)步骤中，作为在基材12的第二面设置金属焊料层16的方法，没有特别限制，但对由金属焊料构成的板材进行压焊而形成包层件的方法从提高接合性这样的理由来看是优选的。

需要说明的是，如图1(b)所示，在作为镍层14向基材12的第一面的形成方法而采用电镀法的情况下，在基材12的第二面也设置有镍层14。即，在基材12的第二面与金属焊料层16之间，形成有镍层14。根据该方式，实现提高焊料和基材的接合性这样的效果。

接着，在所述(3)步骤中，对设置有镍层14及金属焊料层16的基材12进行压延。作为压延处理举出例如使用辊的公知的冷压延处理，压下率是例如30％以上，优选为40～80％。通过将压下率设为上述范围，在镍层更薄的状态下，能够防止金属层表面的污点。

压延处理前的基材12从镍层14的密合性及压延加工性提高这样的理由考虑，优选实施500℃以上、优选为600℃～800℃的热处理。

接着，通过对压延处理后的基材12实施冲压处理等公知的手段，能够得到所期望的尺寸的环状的密封环1。

接着，说明本发明的电子元件收纳用封装体及电子设备。

图2是本发明的电子元件收纳用封装体及电子设备的一实施方式的剖视图。

本发明的电子元件收纳用封装体2如下构成：将如上述那样得到的、由基材12、镍层14及金属焊料层16构成的密封环1和在内部收容有电子元件C的电子元件收纳用外壳22经由金属焊料层16而接合，在镍层14的上表面设置有金属层24，在金属层24上接合有盖体26。

作为电子元件C，举出例如SAW滤波器及晶体振子等压电元件、半导体集成电路元件及光半导体元件等半导体元件、以及传感器元件等。此外，收容于电子元件收纳用外壳22内的电子元件C在通过相互接合的电子元件收纳用外壳22及盖体26形成的容器(没有附图标记)内被进行气密密封，从而构成晶体设备等电子设备3。

作为电子元件收纳用外壳22，没有特别限定，能够使用现有公知的氧化铝、氮化铝等的陶瓷制的外壳。

作为金属层24，举出例如镍层(上部镍层)、金层等。

作为金属层24的形成方法，举出例如通过电镀法形成的方法、将构成金属层24的金属的箔粘贴在镍层14上的方法等。

金属层24的厚度优选为1μm～10μm，更优选为2μm～5μm。

此外，如图3所示，作为金属层24，也可以在上部镍层242上进一步设置金层244。根据该方式，进一步提高与盖体26的气密性，从而是优选的。

盖体26能够使用可伐合金、铁-镍合金等低热膨胀金属。需要说明的是，关于电子设备3，被气密密封于该盖体26及电子元件收纳用外壳22之间的容器中的电子元件C通过例如设置于电子元件收纳用外壳22的表面及内部的布线导体(未图示)而与外部电气电路电连接。该情况的布线导体从容器内的电子元件收纳用外壳22的表面(凹部分的底面等)至电子元件收纳用外壳22的下表面或外侧面等的外表面而设置。

电子元件C通过接合线等导电性连接件(未图示)而与布线导体中的设置于容器内的部分电连接，并且布线导体中的设置于电子元件收纳用外壳的外表面的部分通过低熔点焊料等导电性连接件(未图示)而与外部电气电路电连接，被气密密封的电子元件C与外部电气电路相互电连接。外部电气电路是具备例如便携电话(所谓的智能手机等)、计算机、拍摄等图像处理用的设备及加速度等各种物理量的传感器设备等电子设备的电路基板。

接着，说明本发明的电子元件收纳用封装体及电子设备的制造方法。

如上所述，本发明的电子元件收纳用封装体2能够通过如下方式制造：将由基材12、镍层14及金属焊料层16构成的密封环1和在内部收容有电子元件C的电子元件收纳用外壳22经由金属焊料层16而接合，在镍层14的上表面设置金属层24，从而制造电子元件收纳用封装体2。此外，在最后，能够通过在金属层24上接合盖体26而制造电子设备3。电子元件C的收容也可以在镍层14的上表面设置金属层24之后进行。即，本发明的电子设备3的制造方法包括：准备上述电子元件收纳用封装体2、盖体26及电子元件C的步骤；在电子元件收纳用外壳22内收容电子元件C的步骤；及在金属层24上接合盖体26的步骤。

作为密封环1与电子元件收纳用外壳22的接合方法，举出例如基于银焊料等焊料的钎焊法，作为金属层24与盖体26的接合方法，举出例如平行缝焊的方法。需要说明的是，虽然未图示，但在电子元件收纳用外壳22的上表面设置有成为钎焊用的基底金属的钨、钼等金属喷镀层及在其上的镀镍层等钎焊用金属层。

【实施例】

以下，通过实施例进一步说明本发明，但本发明不限于下述例。

实施例1

通过电镀法在由可伐合金制的板材(在合金中含有含硅量0.09％的氧化硅、含铝量0.01％的氧化铝、含锰量0.34％的硫化锰的铁-29质量％镍-17质量％钴，宽度20mm，长度100m)构成的基材12的第一面及第二面上进行镀镍而分别设置镍层14。接着，作为金属焊料，将由银-28质量％铜合金构成的板材(宽度20mm，长度100m)压焊于第二面而设置金属焊料层16，以600℃烧制3分钟并以压下率60％进行压延，从而制造出密封环件。

从设置有密封环件的金属焊料的第二面进行冲切加工而制造出密封环1。得到的密封环1的各层的厚度如表1所示。

在得到的密封环1的镍层14上以厚度成为3μm的方式实施电镀镍而设置作为金属层24的上部镍层242。而且，在上部镍层242上实施镀金而设置金层244，使用200倍率的光学显微镜观察该金层244的上表面污点的产生个数(个数/mm²)。该污点的产生率是观察10000个制造品而根据产生了污点的制造品的个数算出的值。

结果如表1所示。

实施例2

除了如表1所示变更各层的厚度以外，重复实施例1。

结果如表1所示。

比较例1～3

除了不设置镍层14且如表1所示变更各层的厚度以外，重复实施例1。

结果如表1所示。

表1

根据表1的结果，明确了各实施例的密封环在基材的第一面以预定的厚度设置镍层14，因此能够抑制金属层24上的污点的产生，提供电子元件收纳用封装体的优异的气密性。

与此相对，各比较例的密封环未在基材的第一面设置镍层14，因此可知在金属层24上产生污点，对电子元件收纳用封装体的气密性产生不好影响。

使用特定方式详细说明了本发明，但在不脱离本发明的意图和范围内能够进行各种变更和变形，这对本领域技术人员来说显而易见。需要说明的是，本申请基于2015年12月22日申请的日本专利申请(日本特愿2015-250472)，通过引用来援引其整体内容。

附图标记说明

1 密封环

12 基材

14 镍层

16 金属焊料层

2 电子元件收纳用封装体

22 电子元件收纳用外壳

24 金属层

242 上部镍层

244 金层

26 盖体

3 电子设备

40 包层件

402 可伐合金

404 金属焊料

46 外壳

48 金属层

49 盖体

C 电子元件

Claims (16)

1.一种密封环，是在含有可伐合金即铁-镍-钴合金的基材的第一面具有镍层且在所述第一面的相反侧的第二面具有金属焊料层而形成的环状的密封环，所述镍层的厚度是0.1μm～20μm，

所述第一面的所述镍层的厚度是所述基材的厚度的0.1％～1％。

2.根据权利要求1所述的密封环，其中，

在所述第二面与所述金属焊料层之间具有镍层。

3.根据权利要求1或2所述的密封环，其中，

所述基材含有从由氧化硅、氧化铝及硫化锰构成的组中选择的至少一种。

4.根据权利要求1所述的密封环，其中，

所述密封环是对所述基材实施压延处理而形成的。

5.根据权利要求4所述的密封环，其中，

所述密封环是通过进行压下率为30％以上的所述压延处理而得到的。

6.根据权利要求4或5所述的密封环，其中，

所述密封环是通过在所述压延处理前进行500℃以上的热处理而得到的。

7.一种密封环的制造方法，包括以下的步骤(1)～(3)：

(1)在含有可伐合金即铁-镍-钴合金的基材的第一面设置镍层；

(2)在所述第一面的相反侧的第二面设置金属焊料层；及

(3)对设置所述镍层及所述金属焊料层后的所述基材进行压延，

以使所述第一面的所述镍层的厚度成为所述基材的厚度的0.1％～1％的方式进行所述压延。

8.根据权利要求7所述的密封环的制造方法，其中，

所述镍层的厚度是0.1μm～20μm。

9.根据权利要求7或8所述的密封环的制造方法，其中，

以30％以上的压下率进行所述压延。

10.根据权利要求7或8所述的密封环的制造方法，其中，

在所述压延前进行500℃以上的热处理。

11.一种电子元件收纳用封装体，具有：

权利要求1～6中任一项所述的密封环；及

电子元件收纳用外壳，经由所述金属焊料层而设置于所述第二面，

在设置于所述第一面的所述镍层的上表面具有金属层。

12.根据权利要求11所述的电子元件收纳用封装体，其中，

所述金属层由镍层构成。

13.根据权利要求11所述的电子元件收纳用封装体，其中，

所述金属层是在所述镍层的上表面依次设置有上部镍层及金层而形成的。

14.一种制造电子元件收纳用封装体的方法，包括如下步骤：

将权利要求1～6中任一项所述的密封环和电子元件收纳用外壳经由所述金属焊料层而接合；及

在所述第一面的镍层上设置金属层。

15.一种电子设备，具有：

权利要求11～13中任一项所述的电子元件收纳用封装体；

电子元件，收容于所述电子元件收纳用外壳内；及

盖体，接合于所述金属层上。

16.一种制造电子设备的方法，包括如下步骤：

准备权利要求11～13中任一项所述的电子元件收纳用封装体、盖体及电子元件；

在所述电子元件收纳用外壳内收容所述电子元件；及

将所述盖体接合于所述金属层上。

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