JP4636849B2

JP4636849B2 - 封止材料

Info

Publication number: JP4636849B2
Application number: JP2004308180A
Authority: JP
Inventors: 治渡辺; 道彦西島
Original assignee: Tokuriki Honten Co Ltd
Current assignee: Tokuriki Honten Co Ltd
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2004-10-22
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2024-10-22
Also published as: JP2006120915A

Description

本発明は、電子部品保護パッケージ等のシール用封止材料に関する。

従来、電子機器に使用される水晶発振素子やＳＡＷフィルタ素子は、図８および図９に示す如く、電子部品保護パッケージであるセラミックスパッケージ１０１内に封入されており、その封入に際して封止板１０２は低膨張係数を有したコバール材、４２アロイ材等の合金板が封止材料１０４として使用され、封着材料１０３としてＡｕ−Ｓｎ合金が多用されている。

封止材料であるコバール材、４２アロイ材等の基板は、所定の形状片に加工後、Ｎｉメッキ加工を施し、さらにＡｕメッキを施して封止材料として構成し、封着材料としてＡｕ−Ｓｎ合金板片を電子部品保護パッケージのシール用の封止材料との間に挿入し、加熱溶融して封着させている（例えば、特許文献１参照）。
また、前記封着材料としてＡｕ−Ｓｎ部を前記Ｎｉメッキ、Ａｕメッキ加工を施し、封止材料の封着面に所定のＡｕ−Ｓｎ組成になるようにＡｕメッキ、Ｓｎメッキからなる多層メッキ加工により構成した封止材料を電子部品保護パッケージ上に加熱溶融して封着させている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−３１３１３号公報特開２００２−９１８６号公報

しかしながら、上述した従来のセラミックスパッケージと封止材料との封着の技術において、その封止材料には基板となるコバール材、４２アロイ材等の低膨張係数を有した材料と、Ａｕ層との間にＮｉ層が基板へのＡｕ層の過多拡散防止用として設けられている。
しかしながら、そのＡｕ層が薄いためにセラミックスパッケージと封止材料との封着時の加熱により、Ａｕ層が拡散消滅し、Ａｕ−Ｓｎ合金中のＳｎもしくは所定のＡｕ−Ｓｎ組成になるようにＡｕ層およびＳｎ層を多段に積層した層中のＳｎとＮｉ層との拡散反応により、非常に脆い層が生成されることを見出した。

この非常に脆い層の生成により完全な封止状態が得られないという問題がある。
また、電子回路基板上への実装において、封止状態が破壊され、素子としての機能が損なわれてしまうという問題がある。
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、基板に脆い層の生成をなくし、Ａｕ−Ｓｎ部の十分な溶融、拡がりが得られる封止材料を提供することを目的とする。

本発明は、このようなコバール材、４２アロイ材等の低膨張係数を有する封止材料によってセラミックスパッケージ等の電子部品保護パッケージを封着材を介して封着する封止材料において、コバール材、４２アロイ材等の低膨張係数を有する基板の片面に、厚さ０．０５〜２０μｍのＣｕ層もしくはＣｕ合金層を形成し、そのＣｕ層もしくはＣｕ合金層面に７５〜８５ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ合金からなる封着層を形成したことを特徴とする。

さらに、コバール材、４２アロイ材等の低膨張係数を有する基板の片面に、厚さ０．０５〜２０μｍのＣｕ層もしくはＣｕ合金層とさらにＡｕ層を形成し、そのＡｕ層面に７５〜８５ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ合金からなる封着層を形成したことを特徴とする。
さらに、低膨張係数を有するコバール材、４２アロイ材等の基板の片面に、厚さ０．０５〜２０μｍのＣｕ層もしくはＣｕ合金層を形成し、さらに、封着材料としての７５〜８５ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ合金からなる層もしくは７５〜８５ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ組成になるようにＡｕ層およびＳｎ層を多段に積層させた層を形成することを特徴とする。

このように構成することにより、脆い層の生成がなく、Ａｕ−Ｓｎ部の十分な溶融、拡がりが得られ、完全な封止状態が得られることがわかった。
７５〜８５ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ合金からなる層は、７５〜８５ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ組成のＡｕ−Ｓｎペースト印刷の焼成によるものでもよく、７５〜８５ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ組成になるようにＡｕ層およびＳｎ層を多段に積層させた層は、７５〜８５ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ組成の多層メッキによるものでもよい。

Ａｕ−Ｓｎ組成を７５〜８５ｗｔ％としたのは、７５ｗｔ％未満だと脆くなり、封止加工に支障をきたし、８５ｗｔ％を超えると封着温度が上昇し、内部の素子に悪影響をおよぼすからである。
また、Ｃｕ層もしくはＣｕ合金層の厚さを０．０５〜２０μｍとした理由は、０．０５μｍ未満だと脆い層の生成制御の効果がなく、２０μｍを超えると封止加工に悪影響をおよぼすからである。なお、理想的には２μｍ程度がよい。

さらに、Ｃｕ合金からなる層を形成する場合、Ｃｕ成分組成は７０ｗｔ％以上が好ましく、７０ｗｔ％未満になると、Ｎｉ層の場合と同様な脆い層が生成され易いためである。
さらに、さらなるＡｕ−Ｓｎ部の溶融、拡がりを得たい場合は、Ｃｕ層もしくはＣｕ合金層上にＡｕ層を形成してもよい。

このように、基板と封着材料との間にＣｕ層もしくはＣｕ合金層を形成することにより、基板に高価なＡｕ層を形成しなくても脆い層の生成をなくすことができ、Ａｕ−Ｓｎ部の十分な溶融、拡がりが得られ、完全な封止状態を得られるという効果がある。
また、Ｃｕ層もしくはＣｕ合金層上にＡｕ層を形成することにより、さらなるＡｕ−Ｓｎ部の溶融、拡がりを得ることができる。

以下に、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
第１実施例コバール材からなる幅方向断面形状が板厚２ｍｍ、幅２０ｍｍの基板１に、Ｃｕからなる幅方向断面形状が板厚０．０４ｍｍ、幅２０ｍｍの接合材２をクラッド加工により複合し、幅方向断面形状が板厚０．１２ｍｍ、幅２０ｍｍからなる第１複合材３とした（図１）。

つぎに、この第１複合材３の接合材２面上に８０ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ合金からなる幅方向断面形状が板厚０．０１２ｍｍ、幅２０ｍｍからなる封着材４をクラッド加工により複合し、幅方向断面形状が板厚０．１ｍｍ、幅２０ｍｍからなる第２複合材５をつくり（図２）、プレス加工により、板厚０．１ｍｍからなる３ｍｍ角の複合封止材料Ａを得た。
なお、上記において、コバール材からなる基板１にＣｕからなる接合材２をクラッド加工により複合させた後、非酸化性雰囲気にて６００〜８００°Ｃの熱処理を行うとコバール材との接合強度が増し、より効果的である。

第２実施例上記第１実施例の基板１のコバール材を４２アロイ材にし、上記と同様の方法で板厚０．１ｍｍからなる３ｍｍ角の複合封止材料Ｂを得た。
第３実施例上記第１実施例の接合材２のＣｕを７０ｗｔ％Ｃｕ−Ｎｉ合金にし、上記と同様の方法で板厚０．１ｍｍからなる３ｍｍ角の複合封止材料Ｃを得た。
第４実施例Ｃｕからなる幅方向断面形状が板厚１ｍｍ、幅２０ｍｍの条材６に、Ａｕからなる幅方向断面形状が板厚０．０５ｍｍ、幅２０ｍｍの条材７をクラッド加工により複合し、幅方向断面形状が板厚０．０４ｍｍ、幅２０ｍｍの接合材２とした（図３）。

コバール材からなる幅方向断面形状が板厚２ｍｍ、幅２０ｍｍの基板１とし、上記接合材２のＣｕ面とを合わせてクラッド加工により複合し、幅方向断面形状が板厚０．１２ｍｍ、幅２０ｍｍからなる第１複合材３とした（図４）。
つぎに、この第１複合材３のＡｕ面上に、８０ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ合金からなる幅方向断面形状が板厚０．０１２ｍｍ、幅２０ｍｍの封着材４をクラッド加工により複合し、幅方向断面形状が板厚０．１ｍｍ、幅２０ｍｍの第２複合材５をつくり（図５）、プレス加工により、板厚０．１ｍｍからなる３ｍｍ角の複合封止材料Ｄを得た。

第５実施例上記第４実施例の基板１のコバール材を４２アロイ材にし、上記と同様の方法で板厚０．１ｍｍからなる３ｍｍ角の複合封止材料Ｅを得た。
第６実施例上記第４実施例の接合材２のＣｕを９０ｗｔ％Ｃｕ−Ｎｉ合金にし、上記と同様の方法で板厚０．１ｍｍからなる３ｍｍ角の複合封止材料Ｆを得た。
第７実施例コバール材からなる幅方向断面形状が板厚０．０９ｍｍ、幅２０ｍｍの基板１の片面に厚さ１μｍのＣｕメッキを施して接合材２とし、幅方向断面形状が板厚０．０９１ｍｍ、幅２０ｍｍからなる第１複合材３とした（図６）。

つぎに、上記第１複合材３のＣｕ面上に、８０ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ組成の封着材４となるようにＡｕ層およびＳｎ層を多段に積層させて、幅方向断面形状が板厚０．００９ｍｍ、幅２０ｍｍの層をメッキ加工により形成し、幅方向断面形状が板厚０．１ｍｍ、幅２０ｍｍの第２複合材５をつくり（図７）、プレス加工により、板厚０．１ｍｍからなる３ｍｍ角の複合封止材料Ｇを得た。

なお、上記において、コバール材からなる基板１の片面にＣｕメッキを施した後、非酸化性雰囲気にて６００〜８００°Ｃの熱処理を行うとコバール材との接合強度が増し、より効果的である。
第８実施例上記第７実施例の基板１であるコバール材を４２アロイ材にし、上記と同様の方法で板厚０．１ｍｍからなる３ｍｍ角の複合封止材料Ｈを得た。

第９実施例上記第７実施例のＣｕメッキを８０ｗｔ％Ｃｕ−Ｎｉ合金メッキにし、上記と同様の方法で板厚０．１ｍｍからなる３ｍｍ角の複合封止材料Ｉを得た。
なお、上記１〜６の各実施例によるＣｕ層、Ｃｕ合金層、Ａｕ層ならびに所定のＡｕ−Ｓｎ組成の封着材になるようにＡｕ層およびＳｎ層を多段に積層させた層は、第７実施例以下の説明の如く、メッキ加工によるものでも同等であり、上記各実施例の技術はその概念も含むものである。

つぎに、比較例１として、Ｎｉからなる幅方向断面形状が板厚１ｍｍ、幅２０ｍｍの条材に、Ａｕからなる幅方向断面形状が板厚０．０５ｍｍ、幅２０ｍｍの接合材をクラッド加工により複合し、幅方向断面形状が板厚０．１ｍｍ、幅２０ｍｍからなる第１複合材とした。
つぎに、コバール材からなる幅方向断面形状が板厚１ｍｍ、幅２０ｍｍの基板と上記第１複合材のＮｉ面とをクラッド加工により複合し、幅方向断面形状が板厚０．１２ｍｍ、幅２０ｍｍからなる第２複合材とした。

上記第２複合材のＡｕ面上に、８０ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ合金からなる幅方向断面形状が板厚０．０１２ｍｍ、幅２０ｍｍの封着材をクラッド加工により複合し、幅方向断面形状が板厚０．１ｍｍ、幅２０ｍｍの第３複合材をつくり、プレス加工により、板厚０．１ｍｍからなる３ｍｍ角の複合封止材料Ｊを得た。
比較例２上記基板のコバール材を４２アロイ材にし、上記と同様の方法で板厚０．１ｍｍからなる３ｍｍ角の複合封止材料Ｋを得た。

比較例３上記接合材のＡｕを５０ｗｔ％Ｃｕ−Ｎｉ合金にし、上記と同様の方法で板厚０．１ｍｍからなる３ｍｍ角の複合封止材料Ｌを得た。
上記Ａ〜Ｌまでの複合封止材料をメタライズされたセラミックスパッケージ上に封着し、ヘリウムリーク試験により、封止状態を比較した結果を表１に示す。

実施例の説明図実施例の説明図実施例の説明図実施例を示す説明図実施例の説明図実施例の説明図実施例の説明図電子部品パッケージの斜視説明図電子部品パッケージの断面説明図

符号の説明

１基板
２接合材
３第１複合材
４封着材
５第２複合材
６Ｃｕ条材
７Ａｕ条材

Claims

コバール材、４２アロイ材の低膨張係数を有する封止材料によって電子部品保護パッケージを封着材を介して封着する封止材料において、
コバール材、４２アロイ材の低膨張係数を有する基板の片面に、厚さ０．０５〜２０μｍのＣｕ層を形成し、そのＣｕ層面にＡｕ−Ｓｎ合金からなる封着層を形成したことを特徴とする封止材料。
コバール材、４２アロイ材の低膨張係数を有する封止材料によって電子部品保護パッケージを封着材を介して封着する封止材料において、
コバール材、４２アロイ材の低膨張係数を有する基板の片面に、厚さ０．０５〜２０μｍのＣｕ層とさらにＡｕ層を形成し、そのＡｕ層面にＡｕ−Ｓｎ合金からなる封着層を形成したことを特徴とする封止材料。
コバール材、４２アロイ材の低膨張係数を有する封止材料によって電子部品保護パッケージを封着材を介して封着する封止材料において、
コバール材、４２アロイ材の低膨張係数を有する基板の片面に、厚さ０．０５〜２０μｍのＣｕ層を形成し、そのＣｕ層面にＡｕ−Ｓｎ組成になるようにＡｕ層およびＳｎ層を多段に積層させて封着層を形成したことを特徴とする封止材料。
請求項１、請求項２もしくは請求項３において、Ｃｕ層をＣｕ合金層としたことを特徴とする封止材料。