JP2016139758A - 気密封止用蓋材および電子部品収容パッケージ - Google Patents
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Abstract
【課題】シールリングを用いなくとも直接的に電子部品収納部材にろう付け接合することが可能で、かつ、基材層の腐食を抑制することが可能な気密封止用蓋材を提供する。
【解決手段】この気密封止用蓋材１は、電子部品２０を収納するための電子部品収納部材３０を含む電子部品収容パッケージ１００に用いられる気密封止用蓋材１であって、４質量％以上のＣｒを含有するＦｅ合金により形成された基材層１１と、基材層１１の電子部品収納部材３０側の下面１１ａ上に対して、Ｃｕにより形成された中間層１２を介して接合された銀ろう層１３とを備えるクラッド材１０により形成される。
【選択図】図２
【解決手段】この気密封止用蓋材１は、電子部品２０を収納するための電子部品収納部材３０を含む電子部品収容パッケージ１００に用いられる気密封止用蓋材１であって、４質量％以上のＣｒを含有するＦｅ合金により形成された基材層１１と、基材層１１の電子部品収納部材３０側の下面１１ａ上に対して、Ｃｕにより形成された中間層１２を介して接合された銀ろう層１３とを備えるクラッド材１０により形成される。
【選択図】図２
Description
この発明は、気密封止用蓋材およびそれを用いた電子部品収容パッケージに関する。
従来、電子部品収容パッケージに用いられる気密封止用蓋材が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
上記特許文献１には、セラミックスにより形成されたケースにシールリングを用いることなく直接的にろう付け接合された蓋材が開示されている。この蓋材は、コバール（登録商標）により形成された基材層と、Ｃｕにより形成され、基材層の表面に直接的に接合された中間金属層と、銀ろう合金により形成され、中間金属層の基材層とは反対側の表面に直接的に接合されたろう材層とが接合されたクラッド材により形成されている。また、蓋材では、中間金属層および基材層の側面や銀ろう層が外部に露出している。
しかしながら、上記特許文献１に開示された蓋材では、Ｃｕによる中間金属層や銀ろう合金によるろう材層では特に問題になっていないものの、基材層が耐食性の低いコバールにより形成されているとともに、蓋材の側面が外部に露出しているため、たとえば塩水（海水）がかかる場所など過酷な環境下においては、基材層が腐食してしまう場合があるという問題点がある。この場合、ケースと蓋材とが用いられた電子部品収容パッケージの気密封止性が低下する虞がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、シールリングを用いることなく直接的に電子部品収納部材にろう付け接合することが可能な気密封止用蓋材であって、基材層の腐食を抑制することが可能な気密封止用蓋材、および、その気密封止用蓋材を用いた電子部品収容パッケージを提供することである。
この発明の第１の局面による気密封止用蓋材は、電子部品を収納するための電子部品収納部材を含む電子部品収容パッケージに用いられる気密封止用蓋材であって、４質量％以上のＣｒを含有するＦｅ合金により形成された基材層と、基材層の電子部品収納部材側の一方表面上に対して、Ｃｕにより形成された中間層を介して接合されるか、または、直接的に接触した状態で接合された銀ろう層とを備えるクラッド材により形成される。
この発明の第１の局面による気密封止用蓋材では、上記のように、基材層を４質量％以上のＣｒを含有するＦｅ合金により形成することによって、基材層の耐食性を確実に向上させることができるので、過酷な環境下であっても、基材層が腐食するのを抑制することができる。このことは、実験によって確認済みである。これにより、腐食に起因する気密封止用蓋材の劣化を抑制することができるので、気密封止用蓋材が用いられる電子部品収容パッケージの気密封止性が低下するのを抑制することができる。また、基材層の電子部品収納部材側の一方表面上に対して、Ｃｕにより形成された中間層を介して接合されるか、または、直接的に接触した状態で接合された銀ろう層によって、シールリングを用いることなく直接的に気密封止用蓋材を電子部品収納部材にろう付け接合することができる。
上記第１の局面による気密封止用蓋材において、好ましくは、基材層は、４質量％以上２０質量％以下のＣｒを含有するＦｅ合金により形成されている。このように構成すれば、Ｃｒの含有率が２０質量％を超えて大きくなることに起因して基材層の熱膨張係数が大きくなるのを抑制することができる。これにより、たとえばセラミックスなどの低熱膨張材料により形成された電子部品収納部材と、気密封止用蓋材との熱膨張差が大きくなるのを抑制することができる。この結果、気密封止用蓋材と電子部品収納部材との間に発生する熱応力を小さくすることができるので、熱応力に起因して電子部品収容パッケージの気密封止性が低下するのを抑制することができる。
この場合、好ましくは、基材層は、６質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有するＦｅ合金により形成されている。このように構成すれば、基材層のＣｒの含有率を６質量％以上にすることにより、基材層の耐食性を確実に向上させることができる。また、基材層のＣｒの含有率を１０質量％以下にすることにより、基材層の熱膨張係数が大きくなるのを効果的に抑制することができる。
上記第１の局面による気密封止用蓋材において、好ましくは、基材層は、４質量％以上のＣｒに加え、３６質量％以上４８質量％以下のＮｉをさらに含有するＦｅ合金により形成されている。このように構成すれば、基材層のＣｒの含有率を４質量％以上にすることにより基材層の十分な耐食性を確保しつつ、基材層のＮｉの含有率を３６質量％以上４８質量％以下にすることにより基材層の熱膨張係数が大きくなるのをより抑制することができる。
この場合、好ましくは、基材層は、４質量％以上のＣｒおよび３６質量％以上４８質量％以下のＮｉに加え、６質量％以上１８質量％以下のＣｏをさらに含有するＦｅ合金により形成されている。このように構成すれば、基材層の熱膨張係数が大きくなるのをより効果的に抑制することができる。
この発明の第２の局面による電子部品収容パッケージは、電子部品を収納するための電子部品収納部材と、４質量％以上のＣｒを含有するＦｅ合金により形成された基材層と、基材層の電子部品収納部材側の一方表面上に対して、Ｃｕにより形成された中間層を介して接合されるか、または、直接的に接触した状態で接合された銀ろう層とを備えるクラッド材により形成され、電子部品収納部材に対して銀ろう層を介して接合される、気密封止用蓋材とを備える。
この発明の第２の局面による電子部品収容パッケージは、上記第１の局面による基材層が腐食するのが抑制された気密封止用蓋材を用いることによって、腐食に起因する気密封止用蓋材の劣化を抑制することができるので、気密封止用蓋材が用いられる電子部品収容パッケージの気密封止性が低下するのを抑制することができる。また、気密封止用蓋材に基材層の電子部品収納部材側の一方表面上に対して、Ｃｕにより形成された中間層を介して接合されるか、または、直接的に接触した状態で接合された銀ろう層を設けることによって、シールリングを用いることなく直接的に気密封止用蓋材が電子部品収納部材にろう付け接合された電子部品収容パッケージを得ることができる。
本発明によれば、上記のように、シールリングを用いることなく、直接的に電子部品収納部材にろう付け接合することが可能で、かつ、基材層の腐食を抑制することが可能な気密封止用蓋材、および、その気密封止用蓋材を用いた電子部品収容パッケージを提供することができる。
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
（気密封止用蓋材の構造）
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による気密封止用蓋材１の構造を説明する。
（気密封止用蓋材の構造）
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による気密封止用蓋材１の構造を説明する。
本発明の第１実施形態による気密封止用蓋材１は、後述する電子部品２０を収納するための電子部品収納部材３０を含む電子部品収容パッケージ１００（図３参照）に用いられる。
気密封止用蓋材１は、図１および図２に示すように、平板状のクラッド材１０から構成されている。具体的には、気密封止用蓋材１は、基材層１１と、基材層１１の下面１１ａ（Ｚ２側の面、電子部品収納部材３０側の面）に直接的に接触するように接合された中間層１２と、中間層１２の下面１２ａに直接的に接触するように接合された銀ろう層１３と、基材層１１の上面１１ｂ（Ｚ１側の面、電子部品収納部材３０とは反対側の面）に直接的に接触するように接合された表面層１４とから構成された、４層構造のクラッド材により形成されている。ここで、クラッド材１０の側面にはＮｉめっき層などは設けられておらず、その結果、クラッド材１０において、基材層１１の側面１１ｃ、中間層１２の側面１２ｂ、銀ろう層１３および表面層１４は外部に露出している。なお、下面１１ａは、本発明の「表面」の一例である。
基材層１１は、クラッド材１０の機械的強度や熱膨張率などのパラメータを主に決定する層である。
ここで、第１実施形態では、基材層１１は、耐食性を十分に確保するために４質量％以上のＣｒを少なくとも含有するＦｅ合金により形成されている。ここで、基材層１１が４質量％以上のＣｒを含有することにより、露出する側面１１ｃに主にＣｒ２Ｏ３からなる不動態膜が形成されることによって、基材層１１の側面１１ｃの耐食性が向上される。なお、基材層１１を構成するＦｅ合金のＣｒの含有率は、耐食性をより向上させるために、４質量％以上約２０質量％以下であるのが好ましく、約６質量％以上約１０質量％以下であるのがより好ましい。
また、基材層１１は、４質量％以上のＣｒに加え、耐食性を向上させ、かつ、熱膨張係数を小さくするために、約３６質量％以上約４８質量％以下のＮｉをさらに含有するＦｅ合金により形成されるのが好ましい。さらに、基材層１１は、４質量％以上のＣｒおよび約３６質量％以上約４８質量％以下のＮｉに加え、熱膨張係数をより小さくするために、約６質量％以上約１８質量％以下のＣｏをさらに含有するＦｅ合金により形成されるのがより好ましい。なお、基材層１１のＮｉの含有率は、約４０質量％以上約４８質量％以下であるのが、耐食性をさらに向上させることができるとともに、熱膨張係数を効果的に小さくすることができるのでより好ましい。
中間層１２は、約９９．９０％以上のＣｕから構成されるタフピッチ銅やりん脱酸銅、約９９．９５％以上のＣｕから構成される無酸素銅などの純Ｃｕにより形成されている。なお、中間層１２は、より高純度の無酸素銅により形成されるのが好ましい。これにより、ＮｉやＮｉ合金から中間層が構成されている場合と比べて、中間層１２を十分に柔軟（低耐力）にすることが可能である。また、中間層１２が純Ｃｕから構成されていることによって、中間層１２の露出する側面１２ｂは、十分な耐食性を有している。なお、中間層１２のＺ方向の厚みは、後述する熱応力の緩和のため、おおよそ５μｍ以上５０μｍ以下の厚みであることが好ましく、おおよそ１０μｍ以上３０μｍ以下の厚みであることがより好ましい。また、中間層１２の厚みは、クラッド材１０のＺ方向の厚みの３０％程度であるのが好ましい。
銀ろう層１３は、Ａｇ、不可避不純物および残部ＣｕからなるＡｇ−Ｃｕ合金、または、Ａｇ、Ｓｎ、不可避不純物および残部ＣｕからなるＡｇ−Ｓｎ−Ｃｕ合金からなる銀ろう材により形成されている。たとえば、銀ろう材は、約７２質量％のＡｇ、不可避不純物および残部Ｃｕからなる７２Ａｇ−Ｃｕ合金や、約８５質量％のＡｇ、不可避不純物および残部Ｃｕからなる８５Ａｇ−Ｃｕ合金等により形成されている。また、たとえば、銀ろう材は、約６７質量％のＡｇ、約４質量％のＳｎ、不可避不純物および残部Ｃｕからなり、加工性が良好な６７Ａｇ−４Ｓｎ−Ｃｕ合金により形成されている。また、銀ろう層１３がＡｇ−Ｃｕ合金またはＡｇ−Ｓｎ−Ｃｕ合金から構成されていることによって、露出する銀ろう層１３は、十分な耐食性を有している。なお、銀ろう材の融点は、約７８０℃以下である。ここで、Ａｇ−Ｓｎ−Ｃｕ合金により形成される銀ろう材の融点は、Ａｇ−Ｃｕ合金により形成される銀ろう材の融点よりも低い。
表面層１４は、純ＮｉまたはＮｉ合金により形成されている。なお、表面層１４が純ＮｉまたはＮｉ合金から構成されていることによって、露出する表面層１４は、十分な耐食性を有している。この表面層１４は、後述するダイレクトシーム溶接時に、気密封止用蓋材１とローラ電極（図示せず）との接触抵抗を小さくすることによって、気密封止用蓋材１とローラ電極との間にスパークなどが発生するのを抑制する機能を有している。
この結果、クラッド材１０において外部に露出する基材層１１の側面１１ｃ、中間層１２の側面１２ｂ、銀ろう層１３および表面層１４のいずれも十分な耐食性を有していることによって、気密封止用蓋材１の腐食が抑制されている。
（電子部品収容パッケージの構造）
次に、図３を参照して、本発明の第１実施形態による気密封止用蓋材１が用いられる電子部品収容パッケージ１００の構造を説明する。
次に、図３を参照して、本発明の第１実施形態による気密封止用蓋材１が用いられる電子部品収容パッケージ１００の構造を説明する。
第１実施形態による電子部品収容パッケージ１００は、気密封止用蓋材１と、水晶振動子やＳＡＷフィルタ（表面弾性波フィルタ）などの電子部品２０を収納するための電子部品収納部材３０とを備えている。電子部品収容パッケージ１００では、気密封止用蓋材１は、気密封止用蓋材１の銀ろう層１３が電子部品収納部材３０側（下側、Ｚ２側）になるように、電子部品収納部材３０上に配置されている。
電子部品収納部材３０は、セラミックス（Ａｌ２Ｏ３）により形成されている。また、電子部品収納部材３０は、上側（Ｚ１側）に開口を有する凹部３０ａが形成された箱形状を有している。凹部３０ａ内では、電子部品２０がバンプ４０により固定されている。
また、気密封止用蓋材１は、電子部品収納部材３０の枠状の上面３０ｂ上に配置された状態で、抵抗溶接の一種であるシーム溶接により溶接（ダイレクトシーム溶接）されることにより電子部品収納部材３０に対して接合されている。つまり、シーム溶接により、気密封止用蓋材１の銀ろう層１３の銀ろう材が溶融されて、電子部品収納部材３０の上面３０ｂ上に接合されている。なお、気密封止用蓋材１と電子部品収納部材３０とは、シールリングを介さずに直接的に接合されている。
また、電子部品収納部材３０の上面３０ｂ上に、気密封止用蓋材１と電子部品収納部材３０とのろう付け接合を良好にするために、メタライズ層を形成してもよい。なお、メタライズ層は、電子部品収納部材３０の上面３０ｂ側からＷ層、Ｎｉ層およびＡｕ層（図示せず）がこの順に積層された構造を有する。
なお、気密封止用蓋材１の銀ろう層１３が溶融する際の熱が気密封止用蓋材１および電子部品収納部材３０に加えられ、気密封止用蓋材１および電子部品収納部材３０が共に熱膨張する。この際、気密封止用蓋材１（基材層１１）と電子部品収納部材３０との熱膨張差に起因する熱応力が発生する。ここで、第１実施形態では、上記のように、十分に柔軟な純Ｃｕからなる中間層１２を設けることによって、中間層１２が基材層１１の変形に追随して容易に塑性変形し、その結果、気密封止用蓋材１に生じる熱応力が緩和される。したがって、上記第１実施形態では、気密封止用蓋材１（基材層１１）と電子部品収納部材３０との間の熱膨張差が多少存在していたとしても、電子部品収容パッケージ１００の気密封止性が低下するのを十分に抑制することが可能である。
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第１実施形態では、上記のように、基材層１１を４質量％以上のＣｒを少なくとも含有するＦｅ合金により形成する。これにより、基材層１１の耐食性を確実に向上させることができるので、過酷な環境下であっても、基材層１１が腐食するのを抑制することができる。これにより、腐食に起因する気密封止用蓋材１の劣化を抑制することができるので、気密封止用蓋材１が用いられる電子部品収容パッケージ１００の気密封止性が低下するのを抑制することができる。また、基材層１１の電子部品収納部材３０側の下面１１ａ上に対してＣｕにより形成された中間層１２を介して接合される銀ろう層１３によって、シールリングを用いることなく直接的に気密封止用蓋材１を電子部品収納部材３０にろう付け接合することができる。
また、第１実施形態では、基材層１１を、４質量％以上約２０質量％以下のＣｒを含有するＦｅ合金により形成すれば、Ｃｒの含有率が約２０質量％を超えて大きくなることに起因して基材層１１の熱膨張係数が大きくなるのを抑制することができる。これにより、セラミックスにより形成された電子部品収納部材３０と、気密封止用蓋材１との熱膨張差が大きくなるのを抑制することができる。この結果、気密封止用蓋材１と電子部品収納部材３０との間に発生する熱応力を小さくすることができるので、熱応力に起因して電子部品収容パッケージ１００の気密封止性が低下するのを抑制することができる。
また、第１実施形態では、基材層１１を、約６質量％以上約１０質量％以下のＣｒを含有するＦｅ合金により形成すれば、基材層１１の耐食性を確実に向上させることができるとともに、基材層１１の熱膨張係数が大きくなるのを効果的に抑制することができる。
また、第１実施形態では、基材層１１を、４質量％以上のＣｒに加え、約３６質量％以上約４８質量％以下のＮｉをさらに含有するＦｅ合金により形成すれば、基材層１１のＣｒの含有率を４質量％以上にすることにより基材層１１の十分な耐食性を確保しつつ、基材層１１のＮｉの含有率を約３６質量％以上約４８質量％以下にすることにより基材層１１の熱膨張係数が大きくなるのをより抑制することができる。
また、第１実施形態では、基材層１１を、４質量％以上のＣｒおよび約３６質量％以上約４８質量％以下のＮｉに加え、約６質量％以上約１８質量％以下のＣｏをさらに含有するＦｅ合金により形成すれば、基材層１１の熱膨張係数が大きくなるのをより効果的に抑制することができる。
［第１実施形態の変形例］
次に、図４を参照して、本発明の第１実施形態の変形例による気密封止用蓋材１０１について説明する。なお、第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付すとともに、その説明を省略している。
次に、図４を参照して、本発明の第１実施形態の変形例による気密封止用蓋材１０１について説明する。なお、第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付すとともに、その説明を省略している。
この第１実施形態の変形例による気密封止用蓋材１０１は、４質量％以上のＣｒを少なくとも含有するＦｅ合金により形成される基材層１１と、基材層１１の下面１１ａに直接的に接触するように接合された中間層１２と、中間層１２の下面１２ａに直接的に接触するように接合された銀ろう層１３とから構成された、３層構造のクラッド材１１０により形成されている。つまり、上記第１実施形態の気密封止用蓋材１とは異なり、第１実施形態の変形例による気密封止用蓋材１０１には、表面層が形成されていない。
なお、銀ろう層１３を構成する銀ろう材の融点は約７８０℃以下であり、その結果、銀ろう層１３を溶融させるのに、たとえば約１０００℃以上のような過度の高温は必要ない。このため、シーム溶接時にローラ電極に流す電流値が比較的小さくても銀ろう層１３を溶融させることができる。つまり、ＮｉまたはＮｉ合金により形成された表面層を介さずに気密封止用蓋材１０１の基材層１１とローラ電極（図示せず）とを直接的に接触させたとしても、気密封止用蓋材１０１を流れる電流値を小さくすることによって、接触抵抗が大きいことに起因するスパークを発生しにくくすることが可能である。ここで、銀ろう材として、融点がより低いＡｇ−Ｓｎ−Ｃｕ合金を用いることによって、スパークの発生をさらに抑制することが可能である。
なお、クラッド材１１０において外部に露出する基材層１１の側面１１ｃ、中間層１２の側面１２ｂおよび銀ろう層１３のいずれも十分な耐食性を有していることによって、気密封止用蓋材１０１の腐食が抑制されている。
また、上記第１実施形態の変形例の気密封止用蓋材１０１のその他の構成および気密封止用蓋材１０１を用いた電子部品収容パッケージの構造は、上記第１実施形態と略同様である。
第１実施形態の変形例では、以下のような効果を得ることができる。
第１実施形態の変形例では、上記のように、基材層１１を４質量％以上のＣｒを少なくとも含有するＦｅ合金により形成することによって、上記第１実施形態と同様に、基材層１１が腐食するのを抑制することができる。
また、第１実施形態の変形例では、気密封止用蓋材１０１に表面層を形成しないことによって、クラッド材１１０の構成を簡素化することができるとともに、表面層を設けない分、クラッド材１１０作成のためのコストを削減することができる。なお、第１実施形態の変形例の効果は、上記第１実施形態と略同様である。
［第２実施形態］
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態による気密封止用蓋材２０１について説明する。なお、第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付すとともに、その説明を省略している。
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態による気密封止用蓋材２０１について説明する。なお、第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付すとともに、その説明を省略している。
この第２実施形態による気密封止用蓋材２０１は、４質量％以上のＣｒを少なくとも含有するＦｅ合金により形成される基材層１１と、基材層１１の電子部品収納部材３０側の下面１１ａに直接的に接触するように接合された銀ろう層１３とから構成された、２層構造のクラッド材２１０により形成されている。つまり、上記第１実施形態の気密封止用蓋材１とは異なり、第２実施形態による気密封止用蓋材２０１には、中間層および表面層が形成されていない。ここで、第２実施形態の気密封止用蓋材２０１では、熱応力を緩和するための中間層が設けられていないので、気密封止用蓋材２０１（基材層１１）と電子部品収納部材（図３参照）との間の熱膨張差が小さくなるように、熱膨張係数の小さな基材層１１を用いるのが好ましい。
なお、クラッド材２１０において外部に露出する基材層１１の側面１１ｃおよび銀ろう層１３のいずれも十分な耐食性を有していることによって、気密封止用蓋材２０１の腐食が抑制されている。
なお、上記第２実施形態の気密封止用蓋材２０１のその他の構成および気密封止用蓋材２０１を用いた電子部品収容パッケージの構造は、上記第１実施形態と略同様である。
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第２実施形態では、上記のように、基材層１１を４質量％以上のＣｒを少なくとも含有するＦｅ合金により形成することによって、上記第１実施形態と同様に、基材層１１が腐食するのを抑制することができる。また、基材層１１の電子部品収納部材側の下面１１ａ上に対して直接的に接合される銀ろう層１３によって、シールリングを介さずとも直接的に、気密封止用蓋材２０１を電子部品収納部材にろう付け接合することができる。
また、第２実施形態では、気密封止用蓋材２０１に中間層および表面層を形成しないことによって、さらにクラッド材２１０の構成を簡素化することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と略同様である。
［実施例］
次に、図２および図４〜図７を参照して、上記実施形態の効果を確認するために行った気密封止用蓋材に用いる基材層の検討について説明する。
次に、図２および図４〜図７を参照して、上記実施形態の効果を確認するために行った気密封止用蓋材に用いる基材層の検討について説明する。
（実施例および比較例の組成）
ここで、気密封止用蓋材１（１０１、２０１）の基材層１１（図２、図４および図５参照）を構成する耐食性を有する試験材（金属板）として、６種のＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金と、１種のＮｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｆｅ合金と、１種のＮｉ−Ｃｒ合金とを用いた。
ここで、気密封止用蓋材１（１０１、２０１）の基材層１１（図２、図４および図５参照）を構成する耐食性を有する試験材（金属板）として、６種のＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金と、１種のＮｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｆｅ合金と、１種のＮｉ−Ｃｒ合金とを用いた。
ここで、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金として、Ｎｉ、６質量％のＣｒ、不可避不純物および残部Ｆｅを含有するとともに、Ｎｉの含有率を異ならせた５種のＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金を用いた。具体的には、３６質量％のＮｉを含有する３６Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ合金と、３８質量％のＮｉを含有する３８Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ合金と、４０質量％のＮｉを含有する４０Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ合金と、４２質量％のＮｉを含有する４２Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ合金と、４７質量％のＮｉを含有する４７Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ合金とを用いた。また、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金として、４２質量％のＮｉ、４質量％のＣｒ、不可避不純物および残部Ｆｅから構成された４２Ｎｉ−４Ｃｒ−Ｆｅ合金をさらに用いた。
また、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｆｅ合金として、２９質量％のＮｉ、１７質量％のＣｏ、６質量％のＣｒ、不可避不純物および残部Ｆｅから構成された２９Ｎｉ−１７Ｃｏ−６Ｃｒ−Ｆｅ合金を用いた。また、Ｃｒ−Ｆｅ合金として、１８質量％のＣｒ、不可避不純物および残部Ｆｅから構成された１８Ｃｒ−Ｆｅ合金（いわゆるＳＵＳ４３０）を用いた。
一方、比較例の試験材（金属板）として、Ｃｒを含有しないＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金を用いた。具体的には、２９質量％のＮｉ、１７質量％のＣｏ、不可避不純物および残部Ｆｅから構成された２９Ｎｉ−１７Ｃｏ−Ｆｅ合金（いわゆるコバール）を用いた。
（耐食性に基づく基材層の検討）
まず、耐食性試験として、試験材の各々に対して、ＪＩＳ Ｃ６００６８−２−１１に従い、３５±２℃の温度、５±１質量％の塩濃度、および、６．５以上７．２以下のｐＨの条件下で、塩水噴霧試験を４８時間以上行った。そして、各々の試験材における腐食の度合いを観察した。ここで、２４時間経過後と、４８時間経過後とにおいて、耐食性を評価した。また、４２Ｎｉ−４Ｃｒ−Ｆｅ合金の試験材については、７２時間経過後における耐食性も評価した。また、４２Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ合金の試験材については、７２時間経過後と、１４４時間経過後とにおける耐食性も評価した。
まず、耐食性試験として、試験材の各々に対して、ＪＩＳ Ｃ６００６８−２−１１に従い、３５±２℃の温度、５±１質量％の塩濃度、および、６．５以上７．２以下のｐＨの条件下で、塩水噴霧試験を４８時間以上行った。そして、各々の試験材における腐食の度合いを観察した。ここで、２４時間経過後と、４８時間経過後とにおいて、耐食性を評価した。また、４２Ｎｉ−４Ｃｒ−Ｆｅ合金の試験材については、７２時間経過後における耐食性も評価した。また、４２Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ合金の試験材については、７２時間経過後と、１４４時間経過後とにおける耐食性も評価した。
そして、耐食性の評価として、多くの腐食が確認された試験材には、×印（バツ印）を付した。一方、腐食が若干確認されたものの、実用上問題ない程度である場合には、△印（三角印）を付し、腐食が確認できなかった場合には、○印（丸印）を付した。その結果を参照して、実用上特に適していると評価した基材層の材質には、☆印（星印）、実用上好ましいと評価した基材層の材質には、◎印（二重丸印）、実用上用いることが可能であると評価した基材層の材質には、○印（丸印）、実用上不適であると評価した基材層の材質には、×印（バツ印）をそれぞれ付した。
塩水噴霧試験の結果としては、図６に示すように、Ｎｉの含有の有無にかかわらず、４質量％以上のＣｒを含有するＦｅ合金のいずれにおいても、２４時間経過後において腐食はほとんど確認されなかった。一方、Ｃｒを含有しない比較例のＦｅ合金（２９Ｎｉ−１７Ｃｏ−Ｆｅ合金）では、２４時間経過後において多くの腐食が確認された。このことから、４質量％以上のＣｒを含有するＦｅ合金は、十分な耐食性を有することが確認できた。この結果、４質量％以上のＣｒを含有するＦｅ合金から構成された基材層と、十分な耐食性を有する中間層、表面層および銀ろう層とを用いてクラッド材を作製することによって、クラッド材により形成される気密封止用蓋材の腐食を抑制することが可能であることが確認できた。
また、３６Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ合金および３８Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ合金では、４８時間経過後において若干の腐食が確認された。これにより、基材層を構成するＦｅ合金のＦｅとＮｉとの含有率のうち、Ｎｉの含有率を増加させることによって、より確実にＦｅ合金の腐食を抑制することが可能であり、耐食性が向上することが判明した。
また、４２Ｎｉ−４Ｃｒ−Ｆｅ合金では、７２時間経過後において若干の腐食が確認された。一方、４２Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ合金では、１４４時間経過後であっても腐食はほとんど観察されなかった。これにより、基材層を構成するＦｅ合金のＣｒの含有量を６質量％以上にすることによって、さらに確実に腐食を抑制することが可能であり、耐食性が向上することが判明した。
したがって、耐食性の観点から、Ｃｒの含有量が６質量％以上で、さらに、Ｎｉの含有量が４０質量％以上であるＦｅ合金が、基材層を構成するＦｅ合金として、特に適していると考えられる。なお、４０Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ合金および４７Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ合金に関しては４８時間以上の塩水噴霧試験を行っていないものの、４８時間を超える長期間、腐食を十分に抑制することが可能な耐食性を有しているものと考えられる。
また、Ｎｉを含有しない１８Ｃｒ−Ｆｅ合金では、４８時間経過後であっても腐食はほとんど観察されなかった。これにより、Ｎｉを含有しないＣｒ−Ｆｅ合金を基材層として用いた場合であっても、基材層を構成するＦｅ合金のＣｒの含有量を大きくすることにすることによって、より確実に腐食を抑制することが可能であり、耐食性が向上することが判明した。なお、約１６質量％以上約２０質量％以下のＣｒと微量のＣｕやＮｂなどとを含有するＣｒ−Ｆｅ合金（ＳＵＳ４３０Ｊ１Ｌ）においても、１８Ｃｒ−Ｆｅ合金（ＳＵＳ４３０）と同様の耐食性の結果が得られると考えられる。
（熱膨張性に基づく基材層の検討）
次に、上記した試験材の平均熱膨張係数に基づいて、本発明の基材層に適した金属について検討した。なお、ろう付け接合対象（図３の電子部品収納部材３０）を構成するアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するＦｅ合金が、基材層としてより適していると考えられる。
次に、上記した試験材の平均熱膨張係数に基づいて、本発明の基材層に適した金属について検討した。なお、ろう付け接合対象（図３の電子部品収納部材３０）を構成するアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するＦｅ合金が、基材層としてより適していると考えられる。
具体的には、各々の試験材に対して、３０℃〜３００℃の温度範囲における平均熱膨張係数と、３０℃〜４００℃の温度範囲における平均熱膨張係数と、３０℃〜５００℃の温度範囲における平均熱膨張係数とを求めた。なお、参考例のアルミナに関しては、３０℃〜４００℃の温度範囲における平均熱膨張係数のみを求めた。
図７に示す表から、３０℃〜３００℃、３０℃〜４００℃、および、３０℃〜５００℃のいずれの温度範囲においても、Ｃｒを４％質量以上含有するＦｅ合金では、熱膨張係数が１４×１０−６／Ｋ以下になり、十分に熱膨張係数を小さくすることができることが確認できた。
また、Ｃｏを含有するＮｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｆｅ合金（２９Ｎｉ−１７Ｃｏ−６Ｃｒ−Ｆｅ合金）の熱膨張係数は、Ｃｒを含まない２９Ｎｉ−１７Ｃｏ−Ｆｅ合金の熱膨張係数よりも大きいものの、全ての温度範囲において熱膨張係数が８．５×１０−６／Ｋ以下になり、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金やＣｒ−Ｆｅ合金の熱膨張係数よりも小さくなることが判明した。また、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｆｅ合金が、最もアルミナの熱膨張係数に近い熱膨張係数になった。このことから、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｆｅ合金は、熱膨張性の観点から気密封止用蓋材の基材層を構成する低熱膨張金属として最も好ましいことが判明した。このようなＮｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｆｅ合金は、熱応力を緩和するための中間層が設けられていない上記第２実施形態のクラッド材２１０における基材層１１に特に適していると考えられる。
また、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金においては、３０℃〜５００℃の温度範囲において熱膨張係数が比較的大きくなったものの、３０℃〜３００℃の温度範囲において熱膨張係数が１１×１０−６／Ｋ以下に小さくなった。この結果、約３００℃以下の低温環境下に主に配置される気密封止用蓋材の基材層としてはＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金も好ましいことが判明した。なお、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金のうち、Ｎｉの含有率が４０質量％以上４７質量％以下の場合には、全ての温度範囲においてより熱膨張係数を小さくすることができるため、より好ましく、Ｎｉの含有率が４２質量％近傍の場合には、全ての温度範囲において熱膨張係数をさらに小さくすることができ、さらに好ましいことが判明した。また、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金のうち、Ｃｒの含有率が６質量％よりも小さい場合には、より熱膨張係数を小さくすることができるため、より好ましいことが判明した。
また、Ｃｒ−Ｆｅ合金（１８Ｃｒ−Ｆｅ合金）では、全ての温度領域において熱膨張係数がある程度大きくなったものの、温度変化による熱膨張係数の変動は小さかった。特に、３０℃〜５００℃の温度範囲においては、熱膨張係数が１１．３×１０−６／Ｋになり、（３６〜４０、４７）Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ合金の熱膨張係数よりも小さくなった。このことから、特に約４００℃以上の高温環境下に配置される気密封止用蓋材の基材層としてはＣｒ−Ｆｅ合金も好ましいことが判明した。なお、ＳＵＳ４３０Ｊ１Ｌの熱膨張係数は１８Ｃｒ−Ｆｅ合金（ＳＵＳ４３０）と同様であるため、ＳＵＳ４３０Ｊ１Ｌも、特に約４００℃以上の高温環境下に配置される気密封止用蓋材の基材層として好ましいと考えられる。
［変形例］
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
たとえば、上記第１実施形態、第１実施形態の変形例および第２実施形態では、気密封止用蓋材１、１０１および２０１を、それぞれ、４層構造のクラッド材１０、３層構造のクラッド材１１０および２層構造のクラッド材２１０により形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、中間層を２層以上設けることなどにより、気密封止用蓋材を、５層構造以上のクラッド材により形成してもよい。
また、上記第１実施形態では、抵抗溶接の一種であるシーム溶接により、気密封止用蓋材１と電子部品収納部材３０とを接合する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、抵抗溶接の一種である抵抗スポット溶接により、気密封止用蓋材と電子部品収納部材とを接合してもよい。また、抵抗溶接以外の接合方法を用いて、気密封止用蓋材と電子部品収納部材とを接合してもよい。たとえば、電子ビームを用いた電子ビーム溶接によって、気密封止用蓋材と電子部品収納部材とを接合してもよい。
１、１０１、２０１ 気密封止用蓋材
１０、１１０、２１０ クラッド材
１１ 基材層
１１ａ 下面（表面）
１２ 中間層
１３ 銀ろう層
２０ 電子部品
３０ 電子部品収納部材
１００ 電子部品収容パッケージ
１０、１１０、２１０ クラッド材
１１ 基材層
１１ａ 下面（表面）
１２ 中間層
１３ 銀ろう層
２０ 電子部品
３０ 電子部品収納部材
１００ 電子部品収容パッケージ
Claims (6)
- 電子部品を収納するための電子部品収納部材を含む電子部品収容パッケージに用いられる気密封止用蓋材であって、
４質量％以上のＣｒを含有するＦｅ合金により形成された基材層と、
前記基材層の前記電子部品収納部材側の表面上に対して、Ｃｕにより形成された中間層を介して接合されるか、または、直接的に接触した状態で接合された銀ろう層とを備えるクラッド材により形成される、気密封止用蓋材。 - 前記基材層は、４質量％以上２０質量％以下のＣｒを含有するＦｅ合金により形成されている、請求項１に記載の気密封止用蓋材。
- 前記基材層は、６質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有するＦｅ合金により形成されている、請求項２に記載の気密封止用蓋材。
- 前記基材層は、４質量％以上のＣｒに加え、３６質量％以上４８質量％以下のＮｉをさらに含有するＦｅ合金により形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の気密封止用蓋材。
- 前記基材層は、４質量％以上のＣｒおよび３６質量％以上４８質量％以下のＮｉに加え、６質量％以上１８質量％以下のＣｏをさらに含有するＦｅ合金により形成されている、請求項４に記載の気密封止用蓋材。
- 電子部品を収納するための電子部品収納部材と、
４質量％以上のＣｒを含有するＦｅ合金により形成された基材層と、前記基材層の前記電子部品収納部材側の表面上に対して、Ｃｕにより形成された中間層を介して接合されるか、または、直接的に接触した状態で接合された銀ろう層とを備えるクラッド材により形成され、前記電子部品収納部材に対して前記銀ろう層を介して接合される、気密封止用蓋材とを備える、電子部品収容パッケージ。
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