JP4636849B2 - 封止材料 - Google Patents

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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。
Figure 0004636849
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
6 Cu条材
7 Au条材

Claims (4)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
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