JP2022102015A - Package, lid, and manufacturing method for package - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電デバイス等のパッケージとして好適なパッケージ、このパッケージに使用されるリッド、及び、パッケージの製造方法に関する。 The present invention relates to a package suitable as a package for a piezoelectric device or the like, a lid used in this package, and a method for manufacturing the package.
この種のパッケージとして、電子部品素子を搭載したベースに、リッドを被せて、電子部品素子が収納された内部空間(キャビティ)を気密に封止したものがある。このようなパッケージでは、ベースとリッドとは、封止材を介して気密に接合される。 As a package of this type, there is a package in which a base on which an electronic component element is mounted is covered with a lid to hermetically seal the internal space (cavity) in which the electronic component element is housed. In such a package, the base and lid are airtightly joined via a sealant.
表面実装される電子部品では、表面実装時のリフロー作業において、260度程度の高温に曝されるが、かかる高温のリフロー作業において、ベースとリッドとを接合する封止材が溶融することなく、気密性を保持する必要がある。 Surface-mounted electronic components are exposed to a high temperature of about 260 degrees during the reflow work during surface mounting, but in such high-temperature reflow work, the sealing material that joins the base and lid does not melt. It is necessary to maintain airtightness.
このため、例えば、特許文献1では、溶融温度が高い金属間化合物を含む接合材を形成して封止するようにし、リフロー作業時などの高温にも金属間化合物が溶融することなく、気密封止状態を保つことができるようにしている。
Therefore, for example, in
上記特許文献1では、金属間化合物を形成する封止材は、銅(Cu)と錫(Sn)とを含んでいるが、溶融時に、銅が錫中に溶け込まないために、金属間化合物を多量に生成するのは難しい。
In
このため、金属間化合物の生成量が少なくても気密封止状態を保つことができるように、生成される金属間化合物を封止材の中央部に偏在させるようにしている。このように金属間化合物を封止材の中央部に偏在させるために、接合層となる金属層を凸状に湾曲させるなどする必要があり、このため、封止工程が複雑になって手間のかかるものとなっている。 Therefore, the intermetallic compounds produced are unevenly distributed in the central portion of the encapsulant so that the airtightly sealed state can be maintained even if the amount of the intermetallic compounds produced is small. In order to disperse the intermetallic compound unevenly in the central portion of the encapsulant in this way, it is necessary to bend the metal layer to be the bonding layer in a convex shape, which complicates the encapsulation process and is troublesome. It is such a thing.
本発明は、上記のような点に鑑みて為されたものであって、生成される金属間化合物を偏在させるといった必要がなく、リフロー作業時などの高温に耐えて、気密封止状態を保つことができるパッケージ、それに用いるリッド及びパッケージの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and it is not necessary to unevenly distribute the intermetallic compounds to be produced, and it can withstand high temperatures such as during reflow work and maintain an airtightly sealed state. It is an object of the present invention to provide a possible package, a lid used therein, and a method for manufacturing the package.
本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。 In the present invention, in order to achieve the above object, it is configured as follows.
(1)本発明に係るパッケージは、リッドと、該リッドと共に内部空間を構成するベースとを備え、前記リッドと前記ベースとが封止材を介して接合されて、前記内部空間が気密封止されるパッケージであって、
前記封止材は、錫、金、及び、金と全率固溶体を形成する金属からなる金属間化合物を含むものである。
(1) The package according to the present invention includes a lid and a base that constitutes an internal space together with the lid. The lid and the base are joined via a sealing material, and the internal space is hermetically sealed. It is a package to be used
The encapsulant contains tin, gold, and an intermetallic compound composed of gold and a metal forming a total solid solution.
本発明に係るパッケージによると、リッドとベースとを接合する封止材は、錫、金、及び、金と全率固溶体を形成する金属からなる高融点の金属間化合物を含んでいるので、リフロー作業時などに高温に曝されても金属間化合物が溶融することなく、内部空間を気密封止状態に保つことができる。 According to the package according to the present invention, the encapsulant that joins the lid and the base contains a high melting point intermetallic compound consisting of tin, gold, and a metal that forms a total solid solution with gold, and thus reflows. The intermetallic compound does not melt even when exposed to high temperatures during work, and the internal space can be kept in an airtightly sealed state.
また、金属間化合物は、少なくとも錫と金とを含んでいるので、特許文献1のような錫と銅からなる金属間化合物に比べて、金属間化合物を十分に生成することができるので、安定した接合を行うことができる。
Further, since the intermetallic compound contains at least tin and gold, it is possible to sufficiently produce an intermetallic compound as compared with the intermetallic compound composed of tin and copper as in
(2)本発明の好ましい実施態様では、金と全率固溶体を形成する前記金属が、銅である。 (2) In a preferred embodiment of the present invention, the metal forming a solid solution with gold is copper.
この実施態様によると、錫、金、及び、金と全率固溶体を形成する銅からなる高融点の金属間化合物を含む封止材によって、内部空間を気密封止状態に保つことができる。 According to this embodiment, the internal space can be kept in an airtightly sealed state by a sealing material containing a high melting point intermetallic compound consisting of tin, gold, and copper forming a total solid solution with gold.
(3)本発明の他の実施態様では、前記封止材の前記リッド側には、銅リッチ層を有する。 (3) In another embodiment of the present invention, a copper-rich layer is provided on the lid side of the encapsulant.
この実施態様によると、錫、金、及び、銅からなる金属間化合物を含む封止材のリッド側に、銅リッチ層を有するので、リッド側に銅層が存在する場合に、この銅層と銅リッチ層との熱膨張率の差が小さくなって実装時等における熱応力の影響を低減できると共に、親和性が良好となって、密着性が向上する。 According to this embodiment, a copper-rich layer is provided on the lid side of the encapsulant containing an intermetallic compound composed of tin, gold, and copper. The difference in the coefficient of thermal expansion from the copper-rich layer becomes small, the influence of thermal stress at the time of mounting and the like can be reduced, the affinity becomes good, and the adhesion is improved.
(4)本発明の更に他の実施態様では、前記リッドには、金と全率固溶体を形成する前記金属が、前記ベースに接合される接合領域及び該接合領域外に亘って形成されている。 (4) In still another embodiment of the present invention, the metal forming a solid solution with gold is formed in the lid over the joint region to be joined to the base and the outside of the joint region. ..
この実施態様によると、金と全率固溶体を形成する金属は、リッドの、ベースに接合される接合領域及び該接合領域外に亘って形成されているので、リッドをベースに接合する際に、金と全率固溶体を形成する金属を、錫と金とが溶融した接合部分へ十分に供給することができる。これによって、錫、金、及び、金と全率固溶体を形成する金属からなる金属間化合物を安定して生成することができる。 According to this embodiment, the metal forming the total solid solution with gold is formed over the joining region of the lid to be joined to the base and the outside of the joining region, so that when joining the lid to the base, the metal is formed. The metal forming the total solid solution with gold can be sufficiently supplied to the joint portion where tin and gold are melted. This makes it possible to stably produce an intermetallic compound composed of tin, gold, and a metal forming a total solid solution with gold.
(5)本発明の他の実施態様では、前記ベースは、底壁部と、該底壁部の周縁部から上方へ延びると共に、周状に形成された側壁部とを有し、前記底壁部と前記側壁部とによって、収納凹部が区画形成され、前記リッドの周縁部が、前記ベースの前記側壁部の上面に、前記封止材を介して接合されて、前記内部空間としての前記収納凹部が気密封止される。 (5) In another embodiment of the present invention, the base has a bottom wall portion and a side wall portion extending upward from the peripheral edge portion of the bottom wall portion and formed in a circumferential shape, and the bottom wall portion. The storage recess is partitioned by the portion and the side wall portion, and the peripheral edge portion of the lid is joined to the upper surface of the side wall portion of the base via the sealing material to form the storage as the internal space. The recess is hermetically sealed.
この実施態様によると、ベースの底壁部と側壁部とによって、収納凹部が区画形成され、リッドの周縁部が、ベースの側壁部の上面に封止材を介して接合されて、内部空間である収納凹部を気密に封止することができる。 According to this embodiment, the bottom wall portion and the side wall portion of the base form a storage recess, and the peripheral edge portion of the lid is joined to the upper surface of the side wall portion of the base via a sealing material in an internal space. A storage recess can be hermetically sealed.
(6)本発明の一実施態様では、前記リッドの前記周縁部と前記ベースの前記側壁部の前記上面とが互いに対向する対向領域の間に、前記封止材の前記金属間化合物が形成されている。 (6) In one embodiment of the present invention, the intermetallic compound of the encapsulant is formed between the facing regions where the peripheral portion of the lid and the upper surface of the side wall portion of the base face each other. ing.
この実施態様によると、リッドの周縁部とベースの側壁部の上面とが互いに対向する対向領域の間に、高融点の金属間化合物が形成されているので、リフロー作業時などに高温に曝されても、リッドの周縁部とベースの側壁部の上面との間の金属間化合物が溶融することなく、内部空間の気密状態を確実に保持することができる。 According to this embodiment, since a high melting point intermetallic compound is formed between the facing regions where the peripheral edge of the lid and the upper surface of the side wall of the base face each other, it is exposed to a high temperature during reflow work or the like. However, the intermetallic compound between the peripheral edge of the lid and the upper surface of the side wall of the base does not melt, and the airtight state of the internal space can be reliably maintained.
(7)本発明の他の実施態様では、前記封止材は、前記対向領域よりも前記リッドの内周側に向かって延びる錫からなるフィレットを有する。 (7) In another embodiment of the present invention, the encapsulant has a fillet made of tin extending from the facing region toward the inner peripheral side of the lid.
この実施態様によると、対向領域に形成されている金属間化合物よりもリッドの内周側に向かって延びる錫からなるフィレットを有するので、金属間化合物の内周側が、錫からなるフィレットによって保護され、ベースとリッドとの接合を強固にすることができる。 According to this embodiment, since the fillet made of tin extends toward the inner peripheral side of the lid from the intermetallic compound formed in the facing region, the inner peripheral side of the intermetallic compound is protected by the fillet made of tin. , The bond between the base and the lid can be strengthened.
(8)本発明の更に他の実施態様では、前記封止材は、前記対向領域よりも前記ベースの前記側壁部の外周側に向かって延びる錫からなるフィレットを有する。 (8) In still another embodiment of the present invention, the encapsulant has a fillet made of tin extending from the facing region toward the outer peripheral side of the side wall portion of the base.
この実施態様によると、対向領域に形成されている金属間化合物よりもベースの側壁部の外周側に向かって延びる錫からなるフィレットを有するので、金属間化合物の外周側が、錫からなるフィレットによって保護され、ベースとリッドとの接合を一層強固にすることができる。 According to this embodiment, since the fillet made of tin extends toward the outer peripheral side of the side wall portion of the base with respect to the intermetallic compound formed in the facing region, the outer peripheral side of the intermetallic compound is protected by the fillet made of tin. The bond between the base and the lid can be further strengthened.
(9)本発明の好ましい実施態様では、前記内部空間が、真空または不活性ガス雰囲気である。 (9) In a preferred embodiment of the present invention, the internal space is a vacuum or an inert gas atmosphere.
この実施態様によると、内部空間に収納される電子部品素子が、空気中の湿気や酸素の影響を受けることがなく、特性が劣化したり、不安定となるのを防止することができる。 According to this embodiment, the electronic component element housed in the internal space is not affected by the humidity and oxygen in the air, and it is possible to prevent the characteristics from deteriorating or becoming unstable.
(10)本発明の他の実施態様では、前記内部空間には、電子部品素子が収納される。 (10) In another embodiment of the present invention, the electronic component element is housed in the internal space.
この実施態様によると、当該パッケージの内部空間に電子部品素子を収納し、気密に封止して電子デバイスを構成することができる。 According to this embodiment, the electronic component element can be housed in the internal space of the package and hermetically sealed to form an electronic device.
(11)本発明の更に他の実施態様では、前記内部空間に収納される前記電子部品素子は、圧電素子を含む。 (11) In still another embodiment of the present invention, the electronic component element housed in the internal space includes a piezoelectric element.
この実施態様によると、当該パッケージの内部空間に圧電素子を収納し、気密に封止して圧電デバイスを構成することができる。 According to this embodiment, the piezoelectric element can be housed in the internal space of the package and hermetically sealed to form a piezoelectric device.
(12)本発明に係るリッドは、ベースと共に内部空間を構成すると共に、前記ベースに接合されて前記内部空間を気密封止するリッドであって、
当該リッドには、金と全率固溶体を形成する金属からなる金属層が、前記ベースに接合される接合領域及び該接合領域外に亘って形成され、前記接合領域には、前記金属層上に、錫を含む金属ろう材層が形成されている。
(12) The lid according to the present invention is a lid that constitutes an internal space together with a base and is joined to the base to airtightly seal the internal space.
In the lid, a metal layer made of gold and a metal forming a total solid solution is formed over the joint region to be joined to the base and the outside of the joint region, and the joint region is formed on the metal layer. , A metal brazing layer containing tin is formed.
本発明に係るリッドによると、金層を有するベースに、当該リッドの錫を含む金属ろう材層を接合して、錫、金、及び、金と全率固溶体を形成する金属からなる高融点の金属間化合物を生成することができるので、リフロー作業時などに高温に曝されても金属間化合物が溶融することなく、内部空間を気密封止状態に保つことができる。 According to the lid according to the present invention, a base having a gold layer is bonded to a metal brazing metal layer containing tin of the lid, and has a high melting point consisting of tin, gold, and a metal forming a solid solution with gold. Since the intermetallic compound can be produced, the intermetallic compound does not melt even when exposed to a high temperature during reflow work, and the internal space can be kept in an airtightly sealed state.
(13)本発明の好ましい実施態様では、金と全率固溶体を形成する前記金属が、銅である。 (13) In a preferred embodiment of the present invention, the metal forming a solid solution with gold is copper.
この実施態様によると、錫、金、及び、金と全率固溶体を形成する銅からなる高融点の金属間化合物によって、内部空間を気密封止状態に保つことができる。 According to this embodiment, the internal space can be kept in an airtightly sealed state by a high melting point intermetallic compound consisting of tin, gold, and copper forming a total solid solution with gold.
(14)本発明に係るパッケージの製造方法は、リッドと、該リッドと共に内部空間を構成するベースとを備え、前記リッドと前記ベースとが封止材を介して接合されて、前記内部空間が気密封止されるパッケージの製造方法であって、
前記リッドの前記ベースに接合される接合領域及び該接合領域外に亘って、金と全率固溶体を形成する金属からなる第1金属層を形成すると共に、前記接合領域の前記第1金属層上に、錫を含む金属ろう材層を形成するリッド準備工程と、前記ベースの前記リッドに接合される接合領域に、金を含む第2金属層を形成するベース準備工程と、前記リッドと前記ベースとによって構成される前記内部空間に、電子部品素子を収納して、前記リッドと前記ベースとを、前記金属ろう材層と前記第2金属層とが当接するように重ね合せる重ね合せ工程と、重ね合せた前記リッドと前記ベースとを加熱して、前記金属ろう材層、前記第2金属層及び前記第1金属層を加熱溶融させて前記封止材を生成して、前記リッドと前記ベースとを接合する接合工程とを含み、前記接合工程では、錫、金、及び、金と全率固溶体を形成する前記金属からなる金属間化合物を含む前記封止材を生成する。
(14) The method for manufacturing a package according to the present invention includes a lid and a base that constitutes an internal space together with the lid, and the lid and the base are joined via a sealing material to form the internal space. A method for manufacturing airtightly sealed packages.
A first metal layer made of a metal forming a solid solution with gold is formed over the joint region joined to the base of the lid and outside the joint region, and on the first metal layer of the joint region. A lid preparation step of forming a metal brazing metal layer containing tin, a base preparation step of forming a second metal layer containing gold in a bonding region joined to the lid of the base, and the lid and the base. An electronic component element is housed in the internal space composed of the above, and the lid and the base are overlapped with each other so that the metal brazing material layer and the second metal layer are in contact with each other. The lid and the base which are overlapped are heated to heat and melt the metal brazing material layer, the second metal layer and the first metal layer to form the sealing material, and the lid and the base are formed. In the joining step, the encapsulant containing tin, gold, and an intermetallic compound composed of the metal forming a solid solution with gold is produced.
本発明に係るパッケージの製造方法によると、リッド準備工程で、ベースに接合される接合領域及び該接合領域外に亘って、金と全率固溶体を形成する金属からなる第1金属層を形成すると共に、接合領域の第1金属層上に、錫を含む金属ろう材層を形成したリッドを準備し、ベース準備工程で、リッドに接合される接合領域に、金を含む第2金属層を形成したベースを準備する。そして、重ね合せ工程では、内部空間に電子部品素子を収納して、リッドとベースとを、金属ろう材層と第2金属層とが当接するように重ね合せ、接合工程では、重ね合せたリッドとベースとを加熱して、金属ろう材層、第2金属層及び第1金属層を加熱溶融させて、錫、金、及び、金と全率固溶体を形成する金属からなる高融点の金属間化合物を含む封止材を生成するので、リフロー作業時などに高温に曝されても金属間化合物が溶融することなく、内部空間を気密封止状態に保つことができる。 According to the method for manufacturing a package according to the present invention, in the lid preparation step, a first metal layer made of gold and a metal forming a total solid solution is formed over the joint region to be joined to the base and the outside of the joint region. At the same time, a lid having a metal brazing metal layer containing tin is prepared on the first metal layer of the joint region, and a second metal layer containing gold is formed in the joint region to be joined to the lid in the base preparation step. Prepare the base. Then, in the superposition step, the electronic component element is housed in the internal space, and the lid and the base are superposed so that the metal brazing material layer and the second metal layer are in contact with each other. And the base are heated to heat and melt the metal brazing metal layer, the second metal layer and the first metal layer, and between tin, gold, and a high melting point metal composed of gold and a metal forming a total solid melt. Since the encapsulant containing the compound is produced, the intermetallic compound does not melt even when exposed to a high temperature during reflow work, and the internal space can be kept in an airtight sealed state.
また、金属間化合物は、少なくとも錫と金とを含んでいるので、特許文献1のような錫と銅からなる金属間化合物に比べて、金属間化合物を十分に生成することができるので、安定した接合を行うことができる。
Further, since the intermetallic compound contains at least tin and gold, it is possible to sufficiently produce an intermetallic compound as compared with the intermetallic compound composed of tin and copper as in
(15)本発明の好ましい実施態様では、金と全率固溶体を形成する前記金属が、銅である。 (15) In a preferred embodiment of the present invention, the metal forming a solid solution with gold is copper.
この実施態様によると、錫、金、及び、金と全率固溶体を形成する銅からなる高融点の金属間化合物を含む封止材によって、内部空間を気密封止状態に保つことができる。 According to this embodiment, the internal space can be kept in an airtightly sealed state by a sealing material containing a high melting point intermetallic compound consisting of tin, gold, and copper forming a total solid solution with gold.
本発明によれば、リッドとベースとを接合する封止材は、錫、金、及び、金と全率固溶体を形成する金属からなる高融点の金属間化合物を含んでいるので、リフロー作業時などに高温に曝されても金属間化合物が溶融することなく、内部空間を気密封止状態に保つことができる。 According to the present invention, the encapsulant for joining the lid and the base contains a high melting point intermetallic compound composed of tin, gold, and a metal forming a total solid solution with gold. Even if it is exposed to a high temperature such as, the intermetallic compound does not melt and the internal space can be kept in an airtightly sealed state.
また、金属間化合物は、少なくとも錫と金とを含んでいるので、特許文献1のような錫と銅からなる金属間化合物に比べて、金属間化合物を十分に生成することができるので、安定した接合を行うことができる。
Further, since the intermetallic compound contains at least tin and gold, it is possible to sufficiently produce an intermetallic compound as compared with the intermetallic compound composed of tin and copper as in
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係るパッケージを備える水晶振動子の概略断面図であり、図2は、水晶振動片を収納保持したベースの概略平面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a crystal oscillator including a package according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic plan view of a base containing and holding a crystal vibrating piece.
この実施形態の水晶振動子1は、図1に示すように、電子部品素子としての水晶振動片2を収納保持するパッケージ3を備えている。このパッケージ3は、上部が開口した収納凹部を有するベース4と、ベース4の開口部に封止材5を介して接合されるリッド6とを備えている。ベース4及びリッド6によって、水晶振動片2を収納する内部空間7が構成され、ベース4にリッド6が接合されて内部空間7が気密に封止される。
As shown in FIG. 1, the
ベース4は、セラミック材料を積層して構成される。具体的に、ベース4は、底壁部8と、底壁部8の周縁部の全周から上方へ延びる側壁部9とを有している。ベース4は、底壁部8と側壁部9とによって、内部空間7を構成する収納凹部が区画形成され、上部が開口した平面視矩形状の箱型に形成されている。このベース4は、平面視矩形状の底壁部8に相当するセラミックの一枚板上に、側壁部9に相当するセラミックの環状板を積層して凹状に一体焼成して構成される。
The
このベース4の内底面、すなわち、底壁部8の上面には、図2に示すように、長手方向(図2の左右方向)の一端側の両端に、水晶振動片2が接合される一対の電極パッド10,10が形成されている。
As shown in FIG. 2, a pair of
水晶振動片2には、中央部の表裏に一対の励振電極11,11がそれぞれ形成されており、各励振電極11,11は、引出し電極を介して、導電性樹脂接着剤や金属バンプ等の導電性接合材12,12によって、前記電極パッド10,10にそれぞれ電気機械的に接合されている。ベース4の外底面には、当該水晶振動子1を外部の回路基板等に実装するための複数の外部接続端子(図示せず)が形成されており、一対の前記電極パッド10,10が、内部の配線を介して外部接続端子に電気的に接続されている。
A pair of
図3は、接合する前のベース4及びリッド6の一部拡大断面図である。
FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of the
ベース4の側壁部9の上面は、リッド6の周縁部との接合面であり、この接合面には、リッド6と接合するための金属層が形成されている。この金属層は、複数層の積層構造からなる。具体的には、ベース4の側壁部9の上面に、タングステン(W)やモリブデン(Mo)からなるメタライズ層13と、ニッケル(Ni)からなるNi層14と、金(Au)からなる第2金属層としてのAu層15とが順に積層されている。メタライズ層13は、メタライズ材料を印刷した後、セラミック焼成時にベース4に一体的に形成される。Ni層14とAu層15は、メッキ技術によりそれぞれ形成される。メタライズ層13の厚さは、例えば、15±7μmである。Ni層14の厚さは、例えば、1.27~8.89μmであり、Au層15の厚さは、例えば、0.30~1.00μmである。ベース4とリッド6との接合後には、ベース4のAu層15は、図1に示される封止材5を構成する。Au層15は、Au以外の他の金属を含むものであってもよい。
The upper surface of the
リッド6は、平面視矩形の平板状であって、その外形寸法は、ベース4の外形寸法に比べて小さい。このリッド6は、コバール(Fe-Ni-Co系合金)や42アロイ(Fe-Ni系合金)からなるリッド本体6aの全面に、金(Au)と全率固溶体を形成する金属、この実施形態では、銅(Cu)からなる第1金属層としてのCu層17が形成され、このCu層17の全面に錫(Sn)からなるSn層18が形成されている。Cu層17及びSn層18は、例えばメッキ技術によりそれぞれ形成される。
The
リッド本体6aの厚さは、例えば、80μmであり、Cu層17の厚さは、例えば、3~10μmである。また、Sn層18の厚さは、例えば、1~1.5μmである。
The thickness of the
リッド6の周縁部のベース4との接合領域には、錫(Sn)を含む金属ろう材層、この実施形態では、SnからなるSnろう材層19が形成されている。このSnろう材層19は、リッド6の接合面側の周縁部に沿って矩形環状に形成されている。リッド6の周縁部のベース4との接合領域に形成される金属ろう材層は、Sn以外の他の金属を含むものであってもよい。
A metal brazing layer containing tin (Sn), in this embodiment, a
Snろう材層19の厚さは、例えば、10~30μmである。ベース4とリッド6との接合後には、リッド6のSnろう材層19、Sn層18、及び、Cu層17の一部は、図1に示される封止材5の一部となる。
The thickness of the Sn brazing
リッド6のSnろう材層19の厚さが、例えば、10~30μmであるのに対して、ベース4のAu層15の厚さは、上記のように0.30~1.00μmであり、Auに比べて、Snが十分存在しているので、ベース4とリッド6との接合の際に、Auは全てSn中に溶融し、封止材5のAuの平均原子濃度は、例えば、2~10at%程度となる。
The thickness of the Sn brazing
次に、この実施形態のパッケージ3の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing the
先ず、リッド6を準備する工程を実施する。このリッド準備工程では、コバールや42アロイからなるリッド本体6aの、ベース4に接合される接合領域及び接合領域外に亘る領域、この実施形態では、リッド本体6aの全面に、金(Au)と全率固溶体を形成する銅(Cu)からなる第1金属層としてのCu層17を形成する。更に、濡れ性を高めるために、Cu層17の全面にSn層18を形成する。次に、リッド6の周縁部のベース4との接合領域に、錫(Sn)を含む金属ろう材層としてのSnろう材層19を形成する。
First, the step of preparing the
次に、ベース4を準備する工程を実施する。このベース準備工程では、ベース4の側壁部9の上面に、タングステン(W)やモリブデン(Mo)からなるメタライズ層13と、ニッケル(Ni)からなるNi層14とを積層形成し、更に、金(Au)を含む第2金属層としての金(Au)からなるAu層15を形成する。
Next, a step of preparing the
上記のようにして準備されたリッド6とベース4とによって構成される内部空間に、水晶振動片2を収納してリッド6とベース4とを重ね合わせる重ね合わせ工程を実施する。この重ね合わせ工程では、ベース4の収納凹部に水晶振動片2を収納し、水晶振動片2の励振電極11,11を、ベース4の電極パッド10,10に導電性接合材12によってそれぞれ接合する。リッド6は、そのSnろう材層19と、ベース4のAu層15とが、当接するように重ね合わされる。水晶振動片2を収納搭載したベース4とリッド6との重ね合わせは、真空雰囲気あるいは窒素ガス等の不活性ガス雰囲気で行われる。
A
次に、重ね合せたリッド6とベース4とを、真空雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気中で加熱して接合する接合工程を実施する。この接合工程では、Snろう材層19、Au層15及びCu層17を加熱溶融させる。このとき、ベース4の表層のAu層15が、リッド6のSnろう材層19中に溶融拡散し、SnとAuが混在した溶融状態となる。この混在して溶融しているSnとAu中に、その周囲に十分存在しているCuが取り込まれて、Sn、Au、及び、Cuからなる金属間化合物(例えば、Cu6Sn5や、Cu3Sn)を含む封止材5が生成される。その後、加熱を停止して封止材5を冷却固化させる。これによって、ベース4とリッド6とは、封止材5を介して接合され、内部空間7が気密に封止される。
Next, a joining step of heating and joining the
封止材5に含まれるSn、Au、及び、Cuからなる金属間化合物は、SnとAuとの金属間化合物におけるAuの一部が、Auと全率固溶体を形成するCuに置き換わったものであると考えられる。
The intermetallic compound composed of Sn, Au, and Cu contained in the
このようにAuの一部を、Auと全率固溶体を形成するCuに置き換えることによって、Cuが含まれている分だけAuの含有量を低減することができ、これによって、水晶振動子1のコストの削減を図ることができる。
By replacing a part of Au with Cu that forms a solid solution with Au in this way, the content of Au can be reduced by the amount of Cu contained, thereby causing the
図4は、ベース4とリッド6との接合部分を示す図3に対応する一部拡大断面図である。
FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view corresponding to FIG. 3 showing a joint portion between the
封止材5は、リッド6の周縁部とベース4の側壁部9の上面とが互いに対向する対向領域の間の中心部5aと、その内外にそれぞれ形成された内側フィレット部5b及び外側フィレット部5cとを備えている。
The sealing
封止材5の中心部5aは、金属間化合物から主に構成されており、SnとAuからなる金属間化合物、及び、SnとAuとCuからなる金属間化合物を含んでいる。
The
このようにリッド6の周縁部とベース4の側壁部9の上面とが互いに対向する対向領域に存在する中心部5aは、高融点の金属間化合物から構成されているので、耐熱性が向上し、水晶振動子1の実装時のリフロー時の高温にも耐えることができる。
As described above, the
具体的には、本実施形態に係る封止材5の中心部5aは、少なくとも330℃以下の温度では溶融しない。
Specifically, the
この中心部5aの上側の部分、すなわち、リッド6のCu層17に近い側の部分は、Cuの含有率が、他の部分に比べて高いCuリッチ層となっている。
The upper portion of the
このように封止材5の中心部5aの上側の部分は、Cuリッチ層となっているので、その上方のリッド6のCu層17との熱膨張率の差が小さくなって実装時等における熱応力の影響を低減できると共に、親和性が良好となって、密着性が向上する。
Since the upper portion of the
封止材5の中心部5aの内外の部5b,5cは、Snから構成されている。
The inner and
内側フィレット部5bは、ベース4の側壁部9の上面の内周側の端縁からリッド6の下面に向けて内周側に張り出すように形成されている。外側フィレット部5cは、リッド6の下面の外周側の端縁からベース4の上面の外周側の端縁へ張り出すように形成されている。
The
このようにSnからなる内側フィレット部5b及び外側フィレット部5cによって、中心部5aの金属間化合物を覆って保護することができる。また、内側フィレット部5b及び外側フィレット部5cは、それぞれ内外に張り出すように形成されているので、ベース4とリッド6との接合を強固にすることができると共に、より確実な気密封止が可能となる。
In this way, the
Snからなる外側フィレット5c部は、図5に示すように、ベース4の側壁部9の上面からリッド6の周壁の上端縁まで延びてリッド6の周壁を覆うように形成してもよい。
As shown in FIG. 5, the
これによって、ベース4とリッド6との接合をより強固にすることができると共に、一層確実な気密封止が可能となる。
As a result, the joint between the
上記実施形態では、金と全率固溶体を形成する金属として銅を使用したが、銅に限らず、ニッケルなどを使用してもよい。 In the above embodiment, copper is used as the metal forming the total solid solution with gold, but the metal is not limited to copper, and nickel or the like may be used.
上記実施形態では、パッケージ3の内部空間7には、電子部品素子として圧電素子である水晶振動片(水晶素子)を収納した水晶振動子1に適用したが、水晶振動子に限らず、水晶発振器や水晶フィルタ等の圧電デバイスのパッケージに適用することができる。
In the above embodiment, the
また、パッケージの内部空間には、圧電素子や集積回路素子等の電子部品素子に限らず、水晶振動子や水晶発振器等の圧電振動デバイスを収納してもよい。 Further, the internal space of the package may accommodate not only electronic component elements such as piezoelectric elements and integrated circuit elements, but also piezoelectric vibration devices such as crystal oscillators and crystal oscillators.
例えば、両主面に励振電極が形成された水晶からなる圧電振動板を、各励振電極をそれぞれ覆うように水晶等からなる第1,第2封止部材で封止した3層(サンドイッチ)構造の圧電振動子、両主面に励振電極が形成されると共に、実装端子となる金属膜が形成された水晶からなる圧電振動板を、各励振電極をそれぞれ覆うように、樹脂製のフィルムからなる第1,第2封止部材で封止した圧電振動子、あるいは、上記3層(サンドイッチ)構造の圧電振動子、発振回路用IC、ヒータ、ヒータ制御用IC等を水晶基板に搭載した恒温槽型圧電発振器などの圧電振動デバイスを収納してもよい。 For example, a three-layer (sandwich) structure in which a piezoelectric vibrating plate made of a crystal having excitation electrodes formed on both main surfaces is sealed with a first and second sealing member made of a crystal or the like so as to cover each excitation electrode. Piezoelectric oscillator, a piezoelectric vibrating plate made of crystal with excitation electrodes formed on both main surfaces and a metal film to be a mounting terminal, made of a resin film so as to cover each excitation electrode. A constant temperature bath in which a piezoelectric vibrator sealed with the first and second sealing members, a piezoelectric vibrator having the above three-layer (sandwich) structure, an IC for an oscillation circuit, a heater, an IC for heater control, etc. is mounted on a crystal substrate. A piezoelectric vibration device such as a type piezoelectric oscillator may be housed.
上記リッド6は、クラッド材で構成してもよく、例えば、コバール材を、表面にSn層を形成したCu材で挟み込んだ状態で圧延してクラッド化し、これを打ち抜き加工し、その後、Snろう材層を形成してもよい。
The
上記実施形態では、ベース4は、電子部品素子を搭載する凹部を有し、リッド6は、平板状であったが、本発明の他の実施形態として、平板状のベースに、電子部品素子を搭載し、凹部を有するリッドを、ベース上の電子部品素子を覆うように被せるようにしてもよく、電子部品素子を搭載したベースとリッドとの両者が凹部を有する構成としてもよい。
In the above embodiment, the
また、ベースは、平板状の基板部の上面に上枠部を形成して上側凹部を区画形成する一方、基板部の下面に下枠部を形成して下側凹部を区画形成し、上下にそれぞれ凹部を有する構造、いわゆる、断面H型の構造であってもよい。 Further, in the base, the upper frame portion is formed on the upper surface of the flat plate-shaped substrate portion to form the upper concave portion, while the lower frame portion is formed on the lower surface of the substrate portion to form the lower concave portion, and the lower concave portion is formed vertically. A structure having recesses, that is, a structure having an H-shaped cross section may be used.
1 水晶振動子
2 水晶振動片
3 パッケージ
4 ベース
5 封止材
5a 中心部
5b 内側フィレット部
5c 外側フィレット部
6 リッド
6a リッド本体
7 内部空間
8 底壁部
9 側壁部
15 Au層
17 Cu層
18 Sn層
19 Snろう材層
1
Claims (15)
前記封止材は、錫、金、及び、金と全率固溶体を形成する金属からなる金属間化合物を含む、
ことを特徴とするパッケージ。 A package comprising a lid and a base that constitutes an internal space together with the lid, and the lid and the base are joined via a sealing material to airtightly seal the internal space.
The encapsulant comprises an intermetallic compound consisting of tin, gold, and a metal consisting of gold and a metal forming a total solid solution.
A package that features that.
請求項1に記載のパッケージ。 The metal that forms a total solid solution with gold is copper.
The package according to claim 1.
請求項2に記載のパッケージ。 A copper-rich layer is provided on the lid side of the encapsulant.
The package according to claim 2.
請求項1ないし3のいずれか一項に記載のパッケージ。 In the lid, the metal forming a total solid solution with gold is formed over the joint region to be joined to the base and the outside of the joint region.
The package according to any one of claims 1 to 3.
前記リッドの周縁部が、前記ベースの前記側壁部の上面に、前記封止材を介して接合されて、前記内部空間としての前記収納凹部が気密封止される、
請求項1ないし4のいずれか一項に記載のパッケージ。 The base has a bottom wall portion, a side wall portion extending upward from the peripheral edge portion of the bottom wall portion, and a side wall portion formed in a circumferential shape, and the storage recess is partitioned by the bottom wall portion and the side wall portion. Formed,
The peripheral edge portion of the lid is joined to the upper surface of the side wall portion of the base via the sealing material, and the storage recess as the internal space is hermetically sealed.
The package according to any one of claims 1 to 4.
請求項5に記載のパッケージ。 The intermetallic compound of the encapsulant is formed between the peripheral portion of the lid and the upper surface of the side wall portion of the base facing each other.
The package according to claim 5.
請求項6に記載のパッケージ。 The encapsulant has a tin fillet extending toward the inner peripheral side of the lid from the facing region.
The package according to claim 6.
請求項6または7に記載のパッケージ。 The encapsulant has a fillet made of tin that extends from the facing region toward the outer peripheral side of the sidewall of the base.
The package according to claim 6 or 7.
請求項1ないし8のいずれか一項に記載のパッケージ。 The internal space is a vacuum or an inert gas atmosphere.
The package according to any one of claims 1 to 8.
請求項1ないし9のいずれか一項に記載のパッケージ。 Electronic component elements are housed in the internal space.
The package according to any one of claims 1 to 9.
当該リッドには、金と全率固溶体を形成する金属からなる金属層が、前記ベースに接合される接合領域及び該接合領域外に亘って形成され、
前記接合領域には、前記金属層上に、錫を含む金属ろう材層が形成されている、
ことを特徴とするリッド。 A lid that constitutes an internal space together with a base and is joined to the base to airtightly seal the internal space.
A metal layer made of gold and a metal forming a total solid solution is formed on the lid over the joint region to be joined to the base and the outside of the joint region.
In the joint region, a metal brazing metal layer containing tin is formed on the metal layer.
A lid that features that.
請求項12に記載のリッド。 The metal that forms a total solid solution with gold is copper.
The lid according to claim 12.
前記リッドの前記ベースに接合される接合領域及び該接合領域外に亘って、金と全率固溶体を形成する金属からなる第1金属層を形成すると共に、前記接合領域の前記第1金属層上に、錫を含む金属ろう材層を形成するリッド準備工程と、
前記ベースの前記リッドに接合される接合領域に、金を含む第2金属層を形成するベース準備工程と、
前記リッドと前記ベースとによって構成される前記内部空間に、電子部品素子を収納して、前記リッドと前記ベースとを、前記金属ろう材層と前記第2金属層とが当接するように重ね合せる重ね合せ工程と、
重ね合せた前記リッドと前記ベースとを加熱して、前記金属ろう材層、前記第2金属層及び前記第1金属層を加熱溶融させて前記封止材を生成して、前記リッドと前記ベースとを接合する接合工程とを含み、
前記接合工程では、錫、金、及び、金と全率固溶体を形成する前記金属からなる金属間化合物を含む前記封止材を生成する、
ことを特徴とするパッケージの製造方法。 A method for manufacturing a package in which a lid and a base constituting an internal space together with the lid are provided, and the lid and the base are joined via a sealing material to airtightly seal the internal space.
A first metal layer made of gold and a metal forming a total solid solution is formed over the joint region joined to the base of the lid and outside the joint region, and on the first metal layer of the joint region. In the lid preparation process to form a metal brazing layer containing tin,
A base preparation step of forming a second metal layer containing gold in a joining region to be joined to the lid of the base.
An electronic component element is housed in the internal space composed of the lid and the base, and the lid and the base are overlapped with each other so that the metal brazing material layer and the second metal layer are in contact with each other. Overlaying process and
The lid and the base which are overlapped are heated to heat and melt the metal brazing material layer, the second metal layer and the first metal layer to form the sealing material, and the lid and the base are formed. Including the joining process of joining with
In the joining step, the encapsulant containing tin, gold, and an intermetallic compound composed of the metal forming a solid solution with gold is produced.
A method of manufacturing a package characterized by that.
請求項14に記載のパッケージの製造方法。 The metal that forms a total solid solution with gold is copper.
The method for manufacturing a package according to claim 14.
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