JP4494849B2 - パッケージ用ロー材付き封着板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はパッケージ用ロー材付き封着板およびその製造方法に関するものである。

各種電子素子パッケージにセラミックを使用する電子部品が増えている。その多くは、凹部を形成したセラミックパッケージに電子素子を収納し、セラミックパッケージの開放部を金属製の平板状キャップ（以下、封着板という）で封止する構造である。

図７は電子素子が水晶振動子である前記電子部品の断面図である。１は表面実装型の水晶振動子であり、４は表面実装型水晶振動子１のパッケージを構成するセラミック基板である。３は平板状の蓋体（本発明の封着板）であり、表面実装型水晶振動子１のパッケージを構成するセラミック基板４を覆うもので、通常コバール（鉄、ニッケル、コバルト合金）製である。２は水晶片であり、セラミック基板４と蓋体３により規制される内部空間１１に収納されている。

６は配線層であり、セラミック基板４の上面に、蓋体３と導通しないように形成されている。８はセラミック基板４の下面に形成された端子電極としての配線層である。また、５は両配線層６、８を接続する電気的導電部としての内部配線である。７は導電ペーストであり、水晶片２の一端は導電ペースト７を介して配線層６の上に接合されている。９はメタライズ層であり、蓋体３の接合のために、セラミック基板４の最上面に形成されている。１０は接合層であり、メタライズ層９上か蓋体３の下面に形成されたロー材からなっている。セラミック基板４と蓋体３は接合層１０を介して融着される。

図８は蓋体（以下、封着板という）のロー材側から見た正面図とロー材を下にした断面図である。封着板３の外周部に接合層としてロー材１０が融着されている（以下パッケージ用ロー材付き封着板という）。ロー材１０は金−錫合金、鉛−錫半田、錫−銅合金等が用途に応じて使用されている。

パッケージ用ロー材付き封着板の製造方法として、薄いロー材の箔をリング状にプレス抜きして封着板と組み合わせ、ロー材の融点以上の温度で熱処理し、封着板の片面外周部にリング状にロー材を融着させる方法が開示されている（例えば特許文献１の従来技術）。

ロー材をメッキ法や印刷法で形成する方法も開示されている。（例えば特許文献２、特許文献３）特許文献１で開示されている製造方法も同じであるが、封着板を連結部を介して多数個整列連結した形状で形成し、封着板が位置決め固定された状態で取り扱われている。

図９は金属製基板に封着板をマトリクス状に多数個整列連結して形成した金属製基板の上面図である。金属製基板２０には位置決め穴２４および多数個の封着板２１が打ち抜き又はエッチング等により形成される、各封着板２１は連結バー２２により外周フレーム２３に接続されている。ロー材２５はメッキ、印刷等で封着板のロー材融着部に直接形成して融着するか、ロー材の箔を打ち抜いて、封着板２１にセットして融着し、その後個々のロー材付き封着板に分離する方法が採られている。封着板を作成してからロー材を形成する場合は、適当な治具に封着板とロー材をセットして融着している。

特開２００２−９１８６号公報 特開２００３−１６３２９８号公報 特開２００２−１６３２９９号公報

多数個整列連結した状態で封着板に一括してロー材を形成できるのはいいが、ロー材を融着するのは温度と時間で管理するため、温度が一様でないとロー材が流れ出してしまうもの、ロー材が溶けないものが発生する。温度を高くすればロー材は完全に溶けるが、ロー材がロー材融着部以外に流れ出し、流れ出しの状態によりロー材の厚さがばらついてしまう。また、ロー材の厚さを一定にする目的で融着温度を高くして、封着板の再結晶温度を超えると、薄板である封着板が再結晶時に変形し反りが発生する。本発明の目的は封着板へのロー材の融着作業条件管理を容易にし、且つ安定した品質のパッケージ用ロー材付き封着板を製造可能にすることにある。

平板状の封着板の封着面にリング状にロー材を融着するパッケージ用ロー材付き封着板であって、該パッケージ用ロー材付き封着板のリング状ロー材融着部の内周、又は内周及び外周に、粗面又は溝からなるロー材流れ防止帯を備え、前記リング状ロー材融着部を平滑面としたパッケージ用ロー材付き封着板とする。ロー材融着部の内周に粗面又は溝からなるロー材流れ防止帯を設けることで、封着板の厚さを増加させることなく、融着温度を上げてもロー材融着部の内周へのロー材の流れが防止でき、ロー材融着の温度、時間管理が容易になり、融着後のロー材の厚さが一定にできる。パッケージ用ロー材付き封着板の製造工程上、ロー材融着部の外周部へのロー材流れ防止が必要な場合は、外周部にも粗面又は溝からなるロー材流れ防止帯を設けることで流れ防止ができる。さらに、封着板のリング状ロー材融着部を平滑面とすることで、リング状ロー材融着部においてはロー材層に残存する気泡を防ぎ、パッケージ内部を真空にする必要があるパッケージにおけるガス発生を低減できる。

ロー材の融着温度は封着板の再結晶温度より低いパッケージ用ロー材付き封着板とする。封着板の変形が防止でき、品質の安定したパッケージ用ロー材付き封着板が製造でき、パッケージと融着する場合も封着板変形による製造不良発生が防止できる。

前記ロー材は金−錫合金であり、前記封着板のリング状ロー材融着部の表面粗さ凹凸の平均間隔Ｓｍが３５μｍであり、前記ロー材流れ防止帯は粗面であって、該粗面の表面粗さ凹凸の平均間隔Ｓｍが４０μｍ〜５０μｍであるパッケージ用ロー材付き封着板とする。ロー材である金−錫合金を封着板に融着させる工程で溶融させても、粗面からなるロー材流れ防止帯によってロー材の流れが防止できる。

少なくとも、平板状の封着板のリング状ロー材融着部の内周及び外周に粗面又は溝からなるロー材流れ防止帯を形成する工程と、該ロー材流れ防止帯を形成した前記封着板にロー材を形成又は載置する工程と、前記封着板の再結晶温度より低い融着温度で該ロー材を前記封着板に融着する工程と、を有するパッケージ用ロー材付き封着板の製造方法とする。本製造方法によれば、ロー材を封着板に融着する工程で溶融したロー材のロー材融着部以外への流れが防止でき、封着板の変形が防止でき、ロー材融着の温度、時間管理が容易になり、融着後のロー材の厚さが一定にでき、ロー材中に残存する気泡を消滅できる。

本発明によるとロー材融着部以外にロー材が流れ出すのを防止でき、ロー材の供給量が同じであれば、同じ厚さのロー材が融着でき、融着温度や時間管理が容易にできる。また、製造したパッケージ用ロー材付き封着板は安定した品質となり、パッケージとの封着作業も容易にできる。

封着板の封着面にリング状ロー材を融着するパッケージ用ロー材付き封着板であって、該パッケージ用ロー材付き封着板のリング状ロー材融着部の内周又は内周及び外周にロー材流れ防止帯を形成し、ロー材の融着時の封着板表面への流れ出しを防止する。

図１は本発明による封着板の実施例を示す図で（ａ）は上面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ部拡大図である。封着板３０の外周部にある３０ｃはロー材融着部であり、ロー材融着部の内周と外周にはロー材流れ防止帯３０ｂ、３０ａが形成されている。ロー材流れ防止帯３０ａ、３０ｂは封着板３０の表面に形成された粗面であり、プレス、ホーニング、エッチング等の表面処理方法の一つで加工されている。ロー材流れ防止帯３０ａ、３０ｂを形成後、ロー材融着部３０ｃにロー材をメッキ、印刷又は型抜きしたロー材を載置して熱処理することによりロー材を封着板に融着する。

封着板には金属の平板（又は中央に絞り加工で凹部を設けた蓋状）が使用される。パッケージ基板がセラミックスである場合は、熱膨張係数の近いコバール材や４２合金等が選択される。パッケージ基板が金属の場合は、パッケージに合わせて適宜選択できる。ロー材流れ防止のための表面粗さは、ロー材の種類とロー材融着温度により適宜選定されるが、例えば金―錫合金で溶融温度が２８０〜３００℃の場合、封着板の表面粗さ凹凸の平均間隔（ＪＩＳ規格Ｂ０６０１のＳｍ）が３５μｍ、粗面となるロー材流れ防止帯のＳｍは４０μｍ以上で良く、好ましくはＳｍは４０〜５０μｍが良い。ホーニングやエッチングで表面処理をする場合は、それぞれの加工法に適したマスキングが必要であるが、周知技術であり、適宜採用すればよい。

図２は本発明によるロー材流れ防止帯の形状を示す模式図であり、（ａ）はロー材融着部の両側（内周部と外周部）にロー材流れ防止帯である溝３０ｄ、３０ｅを形成したもの、（ｂ）はロー材融着部の内周部にロー材流れ防止帯である溝３０ｄを形成したもの、（ｃ）はロー材融着部の両側にロー材流れ防止帯である粗面３０ｂ、３０ａを形成したもの、（ｄ）はロー材融着部の内周部にロー材流れ防止帯である粗面３０ｂを形成したもの、（ｅ）はロー材融着部とロー材流れ防止帯を粗面３０ｆにしたものである。それぞれロー材流れ防止帯へのロー材流れ防止効果が得られる。図では示していないが、ロー材融着面側全面を粗面にすることもロー材流れ防止効果が得られる。

ロー材融着面を粗面にすると、ロー材と封着板の接合強度が向上するが、ロー材と封着板の間に気泡が封じ込められることがあるので、パッケージと封着板で構成される密封空間を真空にする場合は避けた方が良い。密封空間が大気や、窒素ガス置換の場合は特に問題は発生しない。ロー材融着面を祖面にするか否かは用途に応じて選択できる。

次に、本発明によるパッケージ用ロー材付き封着板の製造方法を説明する。
図３〜図６は本発明によるパッケージ用ロー材付き封着板の製造方法を説明するための概略工程図である。図３は本発明で使用する封着板の材料であるコバール材の帯材の部分上面図と側面図である。帯材４０の厚さは封着板の必要な厚さと同じ（例えば０．１ｍｍ）である。まず、この帯材４０が準備される。

図４は帯材に搬送位置決め用の穴とロー材流れ防止溝を形成した上面図とＣ−Ｃ断面図およびＤ部の拡大図である。本実施例ではロー材流れ防止帯はＶ溝にしている。搬送位置決め用穴４１とロー材流れ防止溝３０ｄ、３０ｅを連続プレス加工で形成する。

図５はロー材流れ防止溝に囲まれたロー材融着部にリング状ロー材を印刷により塗布した上面図とＥ−Ｅ断面図及びＦ部拡大図である。リング状ロー材４２は、例えば金−錫合金粉末をフラックス、溶剤、チクソ剤等と混合して印刷しやすく調合し、スクリーン印刷でロー材融着部３０ｃに塗布する。ロー材の量は金−錫合金粉末の調合量とスクリーンの厚さで調整する。リング状ロー材４２は箔を打ち抜いたものや、メッキ法で形成してもよい。本図に示すように、封着板となる部分が隣接している場合はロー材が外周に流れて繋がらないようロー材融着部の外周にもロー材流れ防止帯を形成することが有効となる。

図６は前述の印刷されたリング状ロー材を融着した後の上面図とＧ−Ｇ断面図及びＨ部拡大図である。リング状ロー材４２の印刷された帯材を融着するために熱処理を施す。連続炉を通す時間と連続炉内温度を調整することでリング状ロー材４２は帯材（封着板）に融着するが、温度は帯材が再結晶する温度以下にすることが肝要であり、帯材に応じて適宜ロー材と炉内温度を選定する必要がある。これは、帯材が再結晶化すると反りが発生するためである。例えば、コバール材の再結晶化温度は５００℃位なので、ロー材はそれ以下で溶融するものを選定する必要がある。前出の金−錫合金であれば、２８０℃程度で溶融できるので、組み合わせとしては好適である。

本実施例では、ロー材流れ防止帯をＶ溝としているが、前述のように粗面を形成するのも同様な工程で可能であり、また、ロー材の流れにくいメッキ膜であってもよい。又、本発明の封着板以外にも金属板上に部分的にロー材を供給し、他部品と接合する際には、必要とするロー材設置部分の外周に、ロー材流れ防止帯を設けることも有効である。

本発明による封着板の実施例を示す図で（ａ）は上面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ部拡大図 本発明によるロー材流れ防止帯の形状を示す模式図 本発明で使用する封着板の材料であるコバール材の帯材の部分上面図と側面図 帯材に搬送位置決め用の穴とロー材流れ防止溝を形成した上面図とＣ−Ｃ断面図およびＤ部の拡大図 ロー材流れ防止溝に囲まれたロー材融着部にリング状ロー材を印刷により塗布した上面図とＥ−Ｅ断面図及びＦ部拡大図 ロー材を融着した後の上面図とＧ−Ｇ断面図及びＨ部拡大図 電子素子が水晶振動子である前記電子部品の断面図 蓋体（以下、封着板という）のロー材側から見た正面図とロー材を下にした断面図 金属製基板に封着板をマトリクス状に多数個整列連結して形成した金属製基板の上面図

符号の説明

１ 表面実装型水晶振動子
２ 水晶片
３ 蓋体（封着板）
４ セラミック基板
５ 内部配線
６ 配線層
７ 導電ペースト
８ 配線層
９ メタライズ層
１０ 接合層（ロー材）
１１ 内部空間
２０ 金属製基板
２１ 封着板
２２ 連結バー
２３ 外周フレーム
２４ 位置決め穴
２５ ロー材
３０ 封着板
３０ａ ロー材流れ防止帯
３０ｂ ロー材流れ防止帯
３０ｃ ロー材融着部
３０ｄ 溝
３０ｅ 溝
３０ｆ 粗面
４０ 帯材
４１ 搬送位置決めよう穴
４２ リング状ロー材

Claims (4)

1. 平板状の封着板の封着面にリング状にロー材を融着するパッケージ用ロー材付き封着板であって、該パッケージ用ロー材付き封着板のリング状ロー材融着部の内周、又は内周及び外周に、粗面又は溝からなるロー材流れ防止帯を備え、前記リング状ロー材融着部を平滑面としたことを特徴とするパッケージ用ロー材付き封着板。
2. 前記ロー材の融着温度は、前記封着板の再結晶温度より低いことを特徴とする請求項１記載のパッケージ用ロー材付き封着板。
3. 前記ロー材は金−錫合金であり、前記封着板のリング状ロー材融着部の表面粗さは凹凸の平均間隔Ｓｍが３５μｍであり、前記ロー材流れ防止帯は粗面であって、該粗面の表面粗さは凹凸の平均間隔Ｓｍが４０μｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項１または2に記載のパッケージ用ロー材付き封着板。
4. 少なくとも、平板状の封着板のリング状ロー材融着部の内周及び外周に粗面又は溝からなるロー材流れ防止帯を形成する工程と、該ロー材流れ防止帯を形成した前記封着板のリング状ロー材融着部にロー材を形成又は載置する工程と、前記封着板の再結晶温度より低い融着温度で該ロー材を前記封着板に融着する工程と、を有することを特徴とするパッケージ用ロー材付き封着板の製造方法。

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