JP2005191516A - 気密封止用材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体を搭載するパッケージと気密封止材との封着において、はんだのＡｕ−Ｓｎ合金の充分な溶融、濡れ拡がりを得られるようにすること。
【解決手段】コバール材等の低膨張係数を有する板材１に、当該板材の厚さ１に対し０．１〜０．２の比率となるＮｉ板材２を連続的に熱間圧延接合して複合材３とし、Ｎｉ板材４に、当該Ｎｉ板材の厚さ１に対し０．０８〜０．１５の比率で、尚且つ最終板厚が０．１〜１．２μｍとなるＡｕ板材５を連続的に熱間圧延接合して複合材６とし、さらに複合材６を複合材３の未複合面に連続的に熱間圧延接合して複合材７とし、７５〜８３ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ合金組成になるようにＡｕ層１２から始めてＳｎ層１３と交互に積層して表層をＡｕ層１２とした５層以上で複合材７の厚さに対し０．０８〜０．１５の比率となるＡｕとＳｎの複合層１４を複合材７のＡｕ面上に、連続的に熱間圧延接合して複合材１５とし、この複合材１５をプレス抜き加工により所望の形状にする。
【選択図】図１
【解決手段】コバール材等の低膨張係数を有する板材１に、当該板材の厚さ１に対し０．１〜０．２の比率となるＮｉ板材２を連続的に熱間圧延接合して複合材３とし、Ｎｉ板材４に、当該Ｎｉ板材の厚さ１に対し０．０８〜０．１５の比率で、尚且つ最終板厚が０．１〜１．２μｍとなるＡｕ板材５を連続的に熱間圧延接合して複合材６とし、さらに複合材６を複合材３の未複合面に連続的に熱間圧延接合して複合材７とし、７５〜８３ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ合金組成になるようにＡｕ層１２から始めてＳｎ層１３と交互に積層して表層をＡｕ層１２とした５層以上で複合材７の厚さに対し０．０８〜０．１５の比率となるＡｕとＳｎの複合層１４を複合材７のＡｕ面上に、連続的に熱間圧延接合して複合材１５とし、この複合材１５をプレス抜き加工により所望の形状にする。
【選択図】図１
Description
本発明は、半導体素子等を搭載する金属製やセラミック製のパッケージを封止するための気密封止用材およびその製造方法に関する。
一般に、水晶振動素子やＳＡＷフィルター等の各種半導体素子は、空気中の酸素や湿気により特性が悪化してしまう。そこで、これら半導体素子はセラミックパケージ内に気密封入した状態でＩＣチップとして電子機器に搭載されている。
そこで、半導体素子の気密封止法（ハーメチックシール）として、セラミックレイヤタイプ、サーディップタイプおよびＣＡＮタイプの３種類に分類されるが、本発明はそのセラミックレイヤタイプに属する。
そこで、半導体素子の気密封止法（ハーメチックシール）として、セラミックレイヤタイプ、サーディップタイプおよびＣＡＮタイプの３種類に分類されるが、本発明はそのセラミックレイヤタイプに属する。
セラミックレイヤタイプにおける従来のシール法として、半導体素子を搭載したパケージのベースとそのキャップとしての気密封止材であるコバール材や４２アロイ材等の合金板とをはんだで接合する方法がある。
そのコバール材、４２アロイ材は低膨張材であり、所定の形状片に加工後、Ｎｉめっきを施し、さらにＡｕめっき加工を施して気密封止材としている。
そのコバール材、４２アロイ材は低膨張材であり、所定の形状片に加工後、Ｎｉめっきを施し、さらにＡｕめっき加工を施して気密封止材としている。
また、はんだ材料としては、Ａｕ−Ｓｎ合金材を用いている（例えば、特許文献１参照。）。
このような材料により、図４および図５に示す如く、メタライズされたパッケージ１０１のベース１０２と気密封止材１０３との間に上記はんだ１０４を置き、加熱溶融して封着している（例えば、特許文献１参照）。
このような材料により、図４および図５に示す如く、メタライズされたパッケージ１０１のベース１０２と気密封止材１０３との間に上記はんだ１０４を置き、加熱溶融して封着している（例えば、特許文献１参照）。
また、Ａｕ系ろう材からなるろう材テープと、ＦｅＮｉ系材料からなる基材にＮｉめっき又はＮｉめっき及びＡｕめっきを施した基材テープを用いた技術がある（例えば、特許文献２参照。）
特開２００１−１７６９９９号公報
特開２０００−３１３１３号公報
しかしながら、上述した従来の技術においては、パッケージと気密封止材との封着において、その気密封止材の封着面にめっき加工によりＮｉ層やＡｕ層を形成しているため、気密封止材とめっき層とは冶金的な結合がなく、剥がれ易いという問題がある。
また、めっき層は固く加工性が無く、厚さの厚いめっき層もできない。特に、長尺で厚いめっき層を作ることが困難であるという問題がある。
また、めっき層は固く加工性が無く、厚さの厚いめっき層もできない。特に、長尺で厚いめっき層を作ることが困難であるという問題がある。
さらに、加熱溶融による封着加工において、はんだのＡｕ−Ｓｎが充分な溶融をせずに濡れ拡がりが得られないことがあり、完全な封止状態にならず、製品不良が発生するおそれがあるという問題がある。
また、特許文献１に記載されているように一旦シール用キャップ上ではんだのＡｕ−Ｓｎを溶融させると、溶融層の組織にＡｕリッチな相とＳｎリッチな相ができて凝固組織が不安定になり、脆くなって加工性が悪化するという問題がある。
また、特許文献１に記載されているように一旦シール用キャップ上ではんだのＡｕ−Ｓｎを溶融させると、溶融層の組織にＡｕリッチな相とＳｎリッチな相ができて凝固組織が不安定になり、脆くなって加工性が悪化するという問題がある。
さらに、はんだのＡｕ−Ｓｎは２８０℃の共晶点で瞬時に溶融せず、そして、Ａｕめっき層のＡｕ成分を考慮し、Ａｕ−Ｓｎの組成を７８〜７９．５ｗｔ％に代えても溶融後の凝固組織が不安定になり、封着時に２８０℃の共晶点で瞬時に溶融せず、加熱溶融による封着加工において完全な封止状態が得られないという問題点もある。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、封止状態においてばらつきが生じない手段を提供することを目的とする。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、封止状態においてばらつきが生じない手段を提供することを目的とする。
そこで本発明は、コバール材や４２アロイ材等の低膨張係数を有する板材１に、当該板材の厚さ１に対し０．１〜０．２の比率となるＮｉ層２を形成し、その板材１の未複合面にＮｉ層４を形成し、そのＮｉ層４の厚さ１に対し０．０８〜０．１５の比率で、尚且つ０．１〜１．２μｍとなるＡｕ層を形成して複合材７とし、さらにその上に７５〜８３ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ合金組成になるようにＡｕ層から始めてＳｎ層と交互に積層して表層をＡｕ層とした５層以上で複合材７の厚さに対し０．０８〜０．１５の比率となるＡｕとＳｎの複合層を積層したことを特徴とする。ただし、Ｎｉ層２はコバール等の板材の防蝕用として用いるため必須のものではない。
なお、コバール材等の板材の厚さと複合するＮｉ板材の厚さの比が、板材の厚さ１に対し０．１〜０．２の比率とした理由は、比率が０．１未満では、板材に対するＮｉの耐食性効果が損なわれ、比率が０．２を超えると封着時の加熱により変形を生じやすくなり封止が困難となるからである。
また、Ｎｉ板材の厚さ１に対しＡｕ板材を０．０８〜０．１５の比率で、尚且つ最終板厚が０．１〜１．２μｍとした理由は、比率が０．０８未満ではＮｉ/コバール材等の板材/Ｎｉ/Ａｕの４層複合においてＡｕ層がＮｉ層へ拡散し、Ｎｉ/コバール材等の板材/Ｎｉ/Ａｕ/ＡｕとＳｎの複合層の５層複合時にＡｕ−Ｓｎ層との接合が困難となり、比率が０．１５を超えるとＮｉ/コバール材等の板材/Ｎｉ/Ａｕ/ＡｕとＳｎの複合層の５層複合材にそりを生じ易くなるからである。
また、Ｎｉ板材の厚さ１に対しＡｕ板材を０．０８〜０．１５の比率で、尚且つ最終板厚が０．１〜１．２μｍとした理由は、比率が０．０８未満ではＮｉ/コバール材等の板材/Ｎｉ/Ａｕの４層複合においてＡｕ層がＮｉ層へ拡散し、Ｎｉ/コバール材等の板材/Ｎｉ/Ａｕ/ＡｕとＳｎの複合層の５層複合時にＡｕ−Ｓｎ層との接合が困難となり、比率が０．１５を超えるとＮｉ/コバール材等の板材/Ｎｉ/Ａｕ/ＡｕとＳｎの複合層の５層複合材にそりを生じ易くなるからである。
また、ＡｕとＳｎ複合層の組成を７５〜８３％とした理由は、７５％未満ではＡｕリッチな相が晶出し易くなり、８３％を超えるとＳｎリッチな金属間化合物相が晶出し易くなるからである。
また、複合材７の厚さ１に対しＡｕ−Ｓｎ複合層を０．０８〜０．１５の比率とした理由は、０．０８未満ではＮｉ/コバール材等の板材/Ｎｉ/Ａｕ/Ａｕ−Ｓｎの５層複合時に充分な接合強度が得られず、０．１５を超えると５層複合材にそりを生じ易くなるからである。
また、複合材７の厚さ１に対しＡｕ−Ｓｎ複合層を０．０８〜０．１５の比率とした理由は、０．０８未満ではＮｉ/コバール材等の板材/Ｎｉ/Ａｕ/Ａｕ−Ｓｎの５層複合時に充分な接合強度が得られず、０．１５を超えると５層複合材にそりを生じ易くなるからである。
また、Ｎｉ/コバール材等の板材/Ｎｉ/Ａｕ/ＡｕとＳｎの複合層の５層複合材とした理由は、低膨張率のコバール材等の板材を芯とし、Ｎｉ板材２をコバール材等の板材の防蝕用とし、Ｎｉ板材４をＡｕ板材５のコバール材等の板材への拡散防止用として、コバール材等の板材の特性を維持しつつ、５層複合材としてそりが生じないように均等に接合したものであり、Ａｕ板材５は封着時にＡｕとＳｎの複合層の充分な濡れ拡がりを生じさせるためである。
なお、Ｎｉ/コバール材等の板材/Ｎｉ/Ａｕの４層複合材の複合加工における加熱によりＡｕ板材５がＮｉ板材４へ熱拡散しないようにＮｉ板材２とコバール材等の板材１の複合加工を行い、次にＮｉ/コバール材等の板材の複合材とＮｉ/Ａｕの複合材との複合加工を行う。
また、Ｎｉ/コバール材等の板材/Ｎｉ/Ａｕの４層複合材とＡｕとＳｎの複合層との接合では、２００℃以上２８０℃未満の温度域で複合加工するためＡｕ板材５のＮｉ板材４への熱拡散は防止される。
また、Ｎｉ/コバール材等の板材/Ｎｉ/Ａｕの４層複合材とＡｕとＳｎの複合層との接合では、２００℃以上２８０℃未満の温度域で複合加工するためＡｕ板材５のＮｉ板材４への熱拡散は防止される。
これにより、本発明は、封着加工においてＡｕ−Ｓｎ部の充分な溶融、拡がりが得られて完全な封止状態を得ることができることになる。即ち、本発明はめっき加工の欠点を解決するために、熱間圧延接合加工により封止用複合材を形成することにより、封止状態においてばらつきの生じない加工性の良い気密封止用材となる。
また、封着加工のアセンブリにおいて、Ａｕ−Ｓｎ合金片をはんだとして用いた場合に生じるワレ、カケ等の発生を防ぐことができる効果が得られる。
また、封着加工のアセンブリにおいて、Ａｕ−Ｓｎ合金片をはんだとして用いた場合に生じるワレ、カケ等の発生を防ぐことができる効果が得られる。
以下に、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図１は本実施例を示す説明図である。
（１−１）板厚１ｍｍ、幅２０ｍｍのコバール板材１に、板厚０．１３ｍｍ、幅２０ｍｍのＮｉ板材２を８００℃の非酸化性雰囲気中で熱間圧延接合し、板厚０．９１ｍｍ、幅２０ｍｍの複合材３とした。
（１−２）板厚１ｍｍ、幅２０ｍｍのＮｉ板材４に、板厚０．１ｍｍ、幅２０ｍｍのＡｕ板材５を８００℃の非酸化性雰囲気中で熱間圧延接合し、板厚０．１１ｍｍ、幅２０ｍｍの複合材６とした。
（１−３）複合材３の未複合面に複合材６のＮｉ面４を接合面とし、８００℃の非酸化性雰囲気中で熱間圧延接合し、板厚０．１２ｍｍ、幅２０ｍｍの複合材７とした。
（１−４）８０Ａｕ−Ｓｎ合金組成になるように、Ａｕ１２／Ｓｎ１３／Ａｕ１２／Ｓｎ１３／Ａｕ１２の順にした５層の積層を、板厚１ｍｍ、幅２０ｍｍのＡｕ板材１２と板厚１ｍｍ、幅２０ｍｍのＳｎ板材１３を用い、２５０℃の非酸化性雰囲気中で熱間圧延接合し、板厚０．１２ｍｍ、幅２０ｍｍの積層材１４とし、この積層材１４を複合材７のＡｕ面５上に２５０℃の非酸化性雰囲気中で熱間圧延接合し、板厚０．１ｍｍ、幅２０ｍｍの複合材１５とした。この複合材１５をプレス抜き加工により板厚０．１ｍｍで３ｍｍ角の気密封止用材１６Ａを得た。
（１−１）板厚１ｍｍ、幅２０ｍｍのコバール板材１に、板厚０．１３ｍｍ、幅２０ｍｍのＮｉ板材２を８００℃の非酸化性雰囲気中で熱間圧延接合し、板厚０．９１ｍｍ、幅２０ｍｍの複合材３とした。
（１−２）板厚１ｍｍ、幅２０ｍｍのＮｉ板材４に、板厚０．１ｍｍ、幅２０ｍｍのＡｕ板材５を８００℃の非酸化性雰囲気中で熱間圧延接合し、板厚０．１１ｍｍ、幅２０ｍｍの複合材６とした。
（１−３）複合材３の未複合面に複合材６のＮｉ面４を接合面とし、８００℃の非酸化性雰囲気中で熱間圧延接合し、板厚０．１２ｍｍ、幅２０ｍｍの複合材７とした。
（１−４）８０Ａｕ−Ｓｎ合金組成になるように、Ａｕ１２／Ｓｎ１３／Ａｕ１２／Ｓｎ１３／Ａｕ１２の順にした５層の積層を、板厚１ｍｍ、幅２０ｍｍのＡｕ板材１２と板厚１ｍｍ、幅２０ｍｍのＳｎ板材１３を用い、２５０℃の非酸化性雰囲気中で熱間圧延接合し、板厚０．１２ｍｍ、幅２０ｍｍの積層材１４とし、この積層材１４を複合材７のＡｕ面５上に２５０℃の非酸化性雰囲気中で熱間圧延接合し、板厚０．１ｍｍ、幅２０ｍｍの複合材１５とした。この複合材１５をプレス抜き加工により板厚０．１ｍｍで３ｍｍ角の気密封止用材１６Ａを得た。
また、上記（１−１）〜（１−４）の順と同様にして、基板となるコバール材を４２アロイ材に換え、板厚０．１ｍｍで３ｍｍ角の気密封止用材１６Ｂを得た。
つぎに、比較のための従来例を示す。
（１） 板厚０．０７ｍｍ、幅２０ｍｍのコバール板材をプレス抜き加工により、３ｍｍ
角の基板片を得、その基板片に厚さ０．０１ｍｍのＮｉ層をめっき加工により全面に設け、さらに、そのＮｉめっき層上に厚さ０．００１ｍｍのＡｕ層をめっき加工により全面に設け、板厚０．０９ｍｍで３ｍｍ角のめっき複合片とした。
（２） 厚さ０．０１ｍｍ、３ｍｍ角のＡｕ／Ｓｎ／Ａｕ／Ｓｎ／Ａｕの順で各層厚さが０．００２ｍｍになるようにめっき加工により設け、板厚０．１ｍｍで３ｍｍ角の気密封止用材２２Ａを得た。
つぎに、比較のための従来例を示す。
（１） 板厚０．０７ｍｍ、幅２０ｍｍのコバール板材をプレス抜き加工により、３ｍｍ
角の基板片を得、その基板片に厚さ０．０１ｍｍのＮｉ層をめっき加工により全面に設け、さらに、そのＮｉめっき層上に厚さ０．００１ｍｍのＡｕ層をめっき加工により全面に設け、板厚０．０９ｍｍで３ｍｍ角のめっき複合片とした。
（２） 厚さ０．０１ｍｍ、３ｍｍ角のＡｕ／Ｓｎ／Ａｕ／Ｓｎ／Ａｕの順で各層厚さが０．００２ｍｍになるようにめっき加工により設け、板厚０．１ｍｍで３ｍｍ角の気密封止用材２２Ａを得た。
また、上記（１）〜（２）の順と同様にして、基板となるコバール材を４２アロイ材に換え、板厚０．１ｍｍで３ｍｍ角の気密封止用材２２Ｂを得た。
上記各気密封止用材１６Ａ、１６Ｂおよび２２Ａ、２２Ｂを図２、図３に示す如く、メタライズされたセラミックパッケージのベース１７上に約３００℃の炉により封着し、ヘリウムリーク試験により、封止状態を比較して結果を表１に示した。
上記各気密封止用材１６Ａ、１６Ｂおよび２２Ａ、２２Ｂを図２、図３に示す如く、メタライズされたセラミックパッケージのベース１７上に約３００℃の炉により封着し、ヘリウムリーク試験により、封止状態を比較して結果を表１に示した。
また、上記気密封止用材１６Ａ、１６Ｂの封着材部について、ワレ、カケの有無を外観評価項目として表１に併記した。
１ コバール板材
２ Ｎｉ板材
３ 複合材
４ Ｎｉ板材
５ Ａｕ板材
６ 複合材
７ 複合材
１０Ａ、１０Ｂ 気密封止用材
１２ Ａｕ板材
１３ Ｓｎ板材
１４ 積層材
１５ 複合材
１６Ａ、１６Ｂ 気密封止用材
２ Ｎｉ板材
３ 複合材
４ Ｎｉ板材
５ Ａｕ板材
６ 複合材
７ 複合材
１０Ａ、１０Ｂ 気密封止用材
１２ Ａｕ板材
１３ Ｓｎ板材
１４ 積層材
１５ 複合材
１６Ａ、１６Ｂ 気密封止用材
Claims (2)
- コバール材や４２アロイ材等の低膨張係数を有する板材１に、当該板材の厚さ１に対し０．１〜０．２の比率となるＮｉ層２を形成し、その板材１の未複合面にＮｉ層４を形成し、その上にＮｉ層４の厚さ１に対し０．０８〜０．１５の比率で、尚且つ最終板厚が０．１〜１．２μｍとなるＡｕ層を形成して複合材７とし、さらにその上に複合材７の厚さ１に対し０．０８〜０．１５の比率となり７５〜８３ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ合金組成になるように、Ａｕ／Ｓｎ／Ａｕ／Ｓｎ／Ａｕの順に表層をＡｕ層とした５層以上の複合層を積層したことを特徴とする気密封止用材。
- コバール材や４２アロイ材等の低膨張係数を有する板材１に、当該板材の厚さ１に対し０．１〜０．２の比率となるＮｉ板材を連続的に熱間圧延接合して複合材３とし、
Ｎｉ板材に、当該Ｎｉ板材の厚さ１に対し０．０８〜０．１５の比率で、尚且つ最終板厚が０．１〜１．２μｍとなるＡｕ板材を連続的に熱間圧延接合して複合材６とし、
さらに複合材６を複合材３の未複合面に連続的に熱間圧延接合して複合材７とし、
複合材７の厚さ１に対し０．０８〜０．１５の比率となり、７５〜８３ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ合金組成になるように、Ａｕ／Ｓｎ／Ａｕ／Ｓｎ／Ａｕの順に表層をＡｕ層とした５層以上の複合層を連続的に熱間圧延接合して積層材１４とし、この積層材１４を複合材７のＡｕ面上に連続的に熱間圧延接合して複合材１５とし、
この複合材１５をプレス抜き加工により所望の形状にすることを特徴とする気密封止用材の製造方法。
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| US8133829B2 (en) | 2008-03-28 | 2012-03-13 | Asahi Glass Company, Limited | Frit |
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