JP2017188551A - 電子部品用のロウ材および電子部品の製造法 - Google Patents

Abstract

【課題】特性を劣化させ難くすることが可能な電子部品用のロウ材および電子部品の製造法を提供する。
【解決手段】電子部品１は、基板２とキャップ３との間に封止空間４が形成される。ここで、基板２とキャップ３とを封止するのが、金属層からなるロウ材５である。そして、ロウ材５が溶融し、基板２とキャップ３との封止が実現される。金属層は、基板２側から、ニッケル層，金層，インジウム層，錫層の順に積層されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品用のロウ材および電子部品の製造法に関する。

水晶振動子の振動特性が劣化し難い水晶振動装置についての技術が開示されている。たとえば、水晶振動装置が、基板と、キャップと、接合材と、水晶振動子とを備える水晶振動装置についての技術である。まずキャップは、基板上に配されている。そしてキャップは、基板と共に封止空間を形成している。またキャップは、ドーム型である。ここで、接合材は、基板とキャップとを接合している。接合材は、熱硬化性樹脂の硬化物を含んでいる。水晶振動子は、封止空間内において、基板上に配置されている。接合材は、キャップの接合材と接合される部分の内壁よりも外側に位置している（特許文献１参照）。

国際公開ＷＯ２０１３／１６１５５４パンフレット

特許文献１で提案されている水晶振動装置の技術は、基板とキャップとを接合する接合材として、熱硬化性樹脂を加熱して用いる技術である。しかしながら、熱硬化性樹脂を用いて基板とキャップとを接合すると、熱硬化性樹脂中に含まれるガス化成分が、封止空間内に放出されるおそれがある。

ここで、水晶振動子の表面にこのようなガス化成分が付着すると、水晶振動子の振動特性が劣化することがある。また、このような接合材は、ガス化成分を失うとその分の空隙が形成されるおそれがあり、そこから粒子などの微小異物が水晶振動子に付着することも懸念される。水晶振動子以外であっても、電子部品が有する素子は、このようなガス化成分および微小異物の付着を防ぐ必要がある場合が多い。

そこで本発明の目的は、特性を劣化させ難くすることが可能な電子部品用のロウ材および電子部品の製造法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る、基板とキャップとの間に封止空間を形成する電子部品用のロウ材は、金属層からなり、金属層が、金と錫のそれぞれの金属層の間にインジウム、ビスマス、鉛、亜鉛、銀から選ばれる一つ以上の金属層を有するものであることを特徴とする。

ここで、インジウム、ビスマス、鉛、亜鉛、銀から選ばれる一つ以上の金属層は、厚みが０．１μｍ以上であることとしてもよい。

上記目的を達成するため、本発明に係る、基板とキャップとの間に封止空間が形成される電子部品の製造法は、基板とキャップとを封止するロウ材が、金と錫のそれぞれの金属層の間にインジウム、ビスマス、鉛、亜鉛、銀から選ばれる一つ以上の金属層を有するものであり、ロウ材が溶融することによって、基板とキャップとの封止を実現することを特徴とする。

本発明では、特性を劣化させ難くすることが可能な電子部品用のロウ材および電子部品の製造法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る電子部品の平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２の領域Ｂの拡大図であって、本発明の実施の形態に係るロウ材の加熱工程前の構成を示す図である。 図２の領域Ｂの拡大図であって、加熱工程後の本発明の実施の形態に係るロウ材の構成を図３と同様に示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る電子部品用のロウ材および電子部品について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る電子部品の平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。

（本発明の実施の形態に係る電子部品の構成）
本発明の実施の形態に係る電子部品１（水晶デバイス）は、基板２とキャップ３との間に封止空間４が形成される。ここで、基板２とキャップ３とを封止するのが、ロウ材５である。ロウ材５は、図１に示すように基板２面の端部に沿ってリング状に配置されている。そしてロウ材５は、キャップ３の端部封止面３Ａに接触している。

ここで、基板２はアルミナ製のセラミックからなる。そして、キャップ３はドーム状の形状をなす、いわゆる４２アロイ製（ニッケル−鉄系合金で、ニッケルが４２重量％である）のものである。封止空間４は、ほぼ真空である。封止空間４の中の水晶振動子６は、基板２の面上に固定された支持部材７に片持ち状態で振動が許容されるようにして固定されている。なお、水晶振動子６が配置されていない側の基板２の面には、水晶振動子６の外部端子が形成されている。しかし、水晶振動子６から外部端子までの導電経路は図示を省略している。

（本発明の実施の形態に係る電子部品用のロウ材の構成）
図３は、図２の領域Ｂの拡大図であって、後述する加熱工程前の本発明の実施の形態に係るロウ材５’の構成を示す図である。なお、加熱工程後には、ロウ材５’がロウ材５となる。本発明の実施の形態に係る、基板２とキャップ３との間に封止空間４を形成する電子部品用のロウ材５’は、メッキ層（金属層）からなる。メッキ層は、基板２側から、銅層１１，金層１２，インジウム層１３，錫層１４の順に積層されている。これらのうち、金層１２，インジウム層１３および錫層１４がロウ材５’を構成する。

（本発明の実施の形態に係る電子部品用のロウ材の製造方法）
ロウ材５’を製造するには、まず大型の基板２のロウ材５’が配置される面に塩化第一錫水溶液を接触させる。次いで、塩化パラジウム水溶液を接触させて触媒付与処理を行う。その上で、その大型の基板２面に樹脂製のマスクでマスキングを施し、その大型の基板２面が縦横に並べられたほぼリング状のロウ材５’の形状に露出するようにする。この「ほぼリング状」という語は、リング状のロウ材５’の形状に加えて、全てのリング状のロウ材５’を導通させる導体部を含む語である。そして、そのほぼリング状ののロウ材５’の形状の露出面（導体部を含む）に無電解銅メッキを行う。そして、その無電解銅メッキ層に対して電解銅メッキ層を形成する。この無電解銅メッキ層および電解銅メッキ層が銅層１１となる。銅層１１は大型の基板２と殆ど隙間なく接合している。上述の導体部の銅層１１は、後述する電解メッキを行う際に全てのリング状の露出面を導通させ電解メッキ層が被着し易いようにする役割を担う。

その銅層１１に対して金を電解メッキにて形成し、厚み１３．５μｍの金層１２を得る。その金層１２に対してインジウムを電解メッキにて形成し、厚み２．５μｍのインジウム層１３を得る。そのインジウム層１３に対して錫を電解メッキにて形成し、厚み４μｍの錫層１４を得る。以上で本発明の実施の形態に係る電子部品用のロウ材５’の製造が完了する。その後、マスクは、有機溶剤によって溶解除去する。その結果、大型の基板２面上には銅層１１の上に金層１２、インジウム層１３、および錫層１４がこの順にリング状に積層したロウ材５’が縦横に多数形成される。なお、個々の電子部品１にはロウ材５’が１つずつ必要となる。

（本発明の実施の形態に係る電子部品の製造法）
まず、本発明の実施の形態に係る電子部品用のロウ材５’が縦横に多数形成された大型の基板２を用意する。次にその大型の基板２の面上であって個々のリング状のロウ材５’の内側に支持部材７および水晶振動子６をそれぞれ配置する。次に、バネ力によって押圧できるピン部材を用いて、キャップ３の端部封止面３Ａをそれぞれのロウ材５’に押しつけながら、ロウ材５’を溶融させた後に固化させることにより、多数のキャップ３と大型の基板２とをロウ材５により接合させる。このロウ材５’を溶融させる工程（以下、「加熱工程」という）は、圧力が１０^−３Ｐａ〜１０^−４Ｐａ程度の減圧雰囲気下において、２８０℃〜３５０℃程度の温度で、１分〜６０分程度行う。加熱工程によって、図２に示す封止空間４は、ほぼ真空になる。

図４は、図２の領域Ｂの拡大図であって、加熱工程後の本発明の実施の形態に係るロウ材５の構成を図３と同様に示す図である。加熱工程によって、ロウ材５’が溶融してロウ材５となる。ロウ材５は、金層１２とインジウム層１３と錫層１４が溶融したものであり、金と錫とインジウムの３元合金、もしくは金と錫の２元合金である。この２元合金が形成される場合には、インジウムが遊離している可能性がある。なお銅層１１は、ロウ材５の中には実質的に溶融していない。

ロウ材５は、銅層１１と金属結合により殆ど隙間なく接合し、またキャップ３の端部封止面３Ａとも金属結合により殆ど隙間なく接合している。また、上述のように銅層１１は大型の基板２と殆ど隙間なく接合している。このため、大型の基板２とキャップ３との封止が実現される。すなわち、ロウ材５’が溶融することによって、大型の基板２とキャップ３との封止が実現され、封止空間４が形成される。

これらの一連の製造工程の後、大型の基板２は、個々の電子部品１となるように、ロウ材５’を１つずつ含むように切り分けられ、個々の基板２となる。以上で本発明の実施の形態に係る電子部品１の製造が完了する。上述の導体部は、除去せず電子部品１に残ることがあり得る。その導体部は、図１および図２では図示を省略している。

（本発明の実施の形態によって得られる主な効果）
本発明の実施の形態に係る電子部品用のロウ材５’は、加熱工程を経てもガス化成分を発生させることが殆ど無いため、電子部品（水晶デバイス）の特性を劣化させ難くすることが可能である。このようなロウ材５’は、そのメッキ層の積層によって得られ、特別なメッキ技術等の技術を要せずに容易に製造できる。なお、加熱工程を経たロウ材５はキャップ３の端部封止面３Ａおよび銅層１１と殆ど隙間なく接合し、銅層１１は基板２と殆ど隙間なく接合しているため、封止空間４の真空度を長期間高く維持できる。

また、加熱工程後のロウ材５は、金と錫とインジウムの３元合金、もしくは金と錫の２元合金である。これらの合金は、長期間の耐酸化性等の耐久性に優れていることから、電子部品１の使用期間の長期化によって封止空間４の真空度が低くなることは殆どない。

基板２とキャップ３との封止を確実にするためには、ロウ材５’のうち金層１２と錫層１４とが合金化することがロウ材５の耐久性等の理由から理想的と考えられている。しかし、金層１２と錫層１４と接触配置することは、メッキ技術では困難であった。また、金と錫の合金を電解メッキする技術が存在するが、それは極めてコスト高の技術であり、工業的には実質的に利用できない。

そこで、金層１２と錫層１４の間にインジウム層１３を介在させることで金層１２と錫層１４の近接したメッキ層を形成し、加熱工程を経ることで金層１２と錫層１４の合金化、または金層１２とインジウム層１３と錫層１４との合金化を低コストで実現できた。仮に金層１２とインジウム層１３と錫層１４とが合金化しているなら、その合金は金層１２と錫層１４の合金と同様に、基板２とキャップ３との封止を確実にするものである。その理由は、ロウ材５が、現実に基板２とキャップ３との封止をほぼ確実にしていることが実証されているためである。

（他の形態）
上述した本発明の実施の形態に係る電子部品用のロウ材５’および電子部品１の製造法は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変形実施が可能である。

たとえば、電子部品１は水晶振動子６を用いた水晶デバイスであるが、これに限定されない。たとえば、圧電素子を基板２とキャップ３で封入する、いわゆるＳＡＷ(Surface Acoustic Wave)フィルタ、またはＬＥＤ(light emitting diode)素子を基板２とキャップ３で封入する発光部品等にも、本発明の実施の形態に係る電子部品用のロウ材５’を使用することができる。

またロウ材５’は、メッキ層からなるものである。しかし、銅層１１、金層１２、インジウム層１３または錫層１４のうち一つ以上が、金属箔、スパッタリング法、蒸着法等で形成等した金属層であることとしても良い。

また、金層１２，インジウム層１３，錫層１４の厚みは適宜変更できる。ただし、インジウム層１３の厚みは、本発明者の検討により０．１μｍ以上さらには、１μｍ以上であることが好ましい。また、金層１２と錫層１４の厚みは、これらが合金化する際に共晶合金となり易い比率としての、金：錫＝Ａ：Ｂ（Ａは８０から８５、Ｂは２０から１５、Ａ＋Ｂ＝１００）の範囲とすることが好ましい。

また、銅層１１は、必須ではないため、省略できる。たとえば、基板２の露出面に塩化第一錫水溶液を接触させ、次いで塩化パラジウム水溶液を接触させて触媒付与処理を行った後に、その露出面に無電解金メッキまたは無電解錫メッキを行い、その後金層１２とインジウム層１３と錫層１４をこの順に電解メッキにより形成することで銅層１１の省略ができる。

また、銅層１１は、それに代えてニッケルからなるメッキ層（金属層）等、他の金属からなる層を採用してもよい。ただし、銅は比較的柔らかい金属であるため、基板２との接合状態を良好に維持でき、容易に剥離等が起こらない。そのため、基板２と接合する層は、銅層１１が好ましいと言える。また銅層１１は、無電解銅メッキ層および電解銅メッキ層からなるものであるが、無電解銅メッキ層のみからなるものとしても良い。また、セラミックス製の基板２の表面をメタライズ法によって銅層１１に代わる金属層を形成することとしても良い。メタライズ法による金属層には、たとえばタングステン、モリブデン、マンガン、ニッケルメッキ層等の金属層を数層形成するもの、またはモリブデン―マンガン法によるもの、融解チタンメタライズ法によるもの等を採用できる。

また、金層１２と錫層１４の積層位置は逆にすることができる。さらに、錫層１４とキャップ３との間に別のメッキ層（金属層）を形成してもよい。さらに銅層１１は、メッキ以外の方法（たとえば上述のメタライズ法等）で形成されていても良い。

また、インジウム層１３に代えてインジウム、ビスマス、鉛、亜鉛、銀から選ばれる一つ以上のメッキ層（金属層）を採用してもよい。これら２つ以上の金属層をインジウム層１３に代えて採用する場合は、その金属層の全ての厚みの和が０．１μｍ以上であることが好ましい。また、基板２に塩化第一錫水溶液を接触させる処理、および塩化パラジウム水溶液を接触させる触媒付与処理は、必須ではないため、省略できる。

また、キャップ３は４２アロイ製のものであるが、他の材質のもの、たとえばコバール製（鉄にニッケル、コバルトを配合した合金）のものを採用してもよい。ただし、４２アロイは基板２のアルミナとは熱膨張係数が近い。そのため、基板２とキャップ３の組み合わせにすることにより、電子部品１の製造過程における温度変化があっても、ロウ材５に与える熱応力を小さくすることができる。また、基板２はアルミナ製であるが、これも窒化アルミニウム等、他の材質のものを採用してもよい。

また、キャップ３をロウ材５’に押しつけながら、加熱工程にてロウ材５’を溶融させているが、このような押し付けをせずに、いわゆるリフロー炉等を用い、キャップ３の自重のみでキャップ３とロウ材５’の密着を実現しても良い。さらに、加熱工程は、圧力が１０^−３Ｐａ〜１０^−４Ｐａ程度の減圧雰囲気下で行っているが、この条件は適宜変更できる。

１ 電子部品
２ 基板
３ キャップ
４ 封止空間
５，５’ ロウ材
６ 水晶振動子

Claims (3)

1. 基板とキャップとの間に封止空間を形成する電子部品用のロウ材において、
   上記ロウ材は、金属層からなり、
   上記金属層が、金と錫のそれぞれの金属層の間にインジウム、ビスマス、鉛、亜鉛、銀から選ばれる一つ以上の金属層を有するものであることを特徴とする電子部品用のロウ材。
2. 請求項１記載の電子部品用のロウ材において、
   前記インジウム、ビスマス、鉛、亜鉛、銀から選ばれる一つ以上の金属層は、厚みが０．１μｍ以上であることを特徴とする電子部品用のロウ材。
3. 基板とキャップとの間に封止空間が形成される電子部品の製造法において、
   上記基板と上記キャップとを封止するロウ材が、金と錫のそれぞれの金属層の間にインジウム、ビスマス、鉛、亜鉛、銀から選ばれる一つ以上の金属層を有するものであり、
   上記ロウ材が溶融することによって、上記基板と上記キャップとの封止を実現することを特徴とする電子部品の製造法。