JP4722859B2 - 気密封止用キャップ、気密封止用キャップの製造方法および電子部品収納用パッケージ - Google Patents

気密封止用キャップ、気密封止用キャップの製造方法および電子部品収納用パッケージ Download PDF

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Description

この発明は、気密封止用キャップ、気密封止用キャップの製造方法および電子部品収納用パッケージに関し、特に、電子部品を収納するために用いられる気密封止用キャップ、気密封止用キャップの製造方法および電子部品収納用パッケージに関する。
従来、携帯電話の雑音除去などに用いられるＳＡＷフィルタ（表面弾性波フィルタ）や水晶振動子などの電子部品の気密封止に用いるＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）パッケージ（表面実装型デバイスパッケージ）などの電子部品収納用パッケージが知られている。そして、このような電子部品収納用パッケージは、電子部品が搭載される電子部品収納部材（ケース）と、電子部品収納部材を気密封止する気密封止用キャップとから構成される。この気密封止用キャップは、加熱されることにより半田層を介して電子部品収納部材に接合される。その後、電子部品用パッケージは、再度加熱されることにより電子機器などのプリント配線基板に取り付けられる。従来では、電子部品収納用パッケージが電子機器などのプリント配線基板に取り付けられる際に、気密封止用キャップの封止部分が溶融しないように、Ａｕ−Ｓｎ系合金（Ｓｎ：約２０質量％）などの貴金属を主成分とした高融点半田やＳｎ−Ｐｂ系合金からなる高融点半田が用いられている。しかしながら、Ａｕ−Ｓｎ系合金からなる高融点半田は、非常に高価であるとともに、Ｓｎ−Ｐｂ系合金からなる高融点半田は、Ｐｂを含むため、環境面などから使用しない方が好ましい。
そこで、従来、気密封止用キャップの封止部分に低融点半田を用いた場合にも、電子部品収納用パッケージが電子機器などのプリント配線基板に取り付けられる際に、気密封止用キャップの封止部分が溶融しないようにした電子部品収納用パッケージが提案されている。このような電子部品収納用パッケージは、たとえば、国際公開ＷＯ０２／０７８０８５号公報に開示されている。上記国際公開ＷＯ０２／０７８０８５号公報には、芯部（基材）の上面上にＮｉ基金属層を配置するとともに、下面上に、気密封止時にろう材層に拡散するＮｉ合金層およびろう材層（半田層）をこの順番で重ね合わせた後、この４層材を圧接接合することによって一体的に形成した蓋体（気密封止用キャップ）を用いた電子部品用パッケージが開示されている。このような電子部品用パッケージでは、気密封止時にＮｉ合金層がろう材層に拡散するので、ろう材層中に金属間化合物が形成される。これにより、半田層の融点を高くすることができるので、電子部品用パッケージが電子機器などのプリント配線基板に取り付けられる際に、蓋体の封止部分が溶融するのを抑制することができる。しかしながら上記国際公開ＷＯ０２／０７８０８５号公報に開示された構造では、ろう材層を含む４層材を圧接接合することによって一体的に蓋体を形成するので、ろう材層が電子部品用パッケージの内部に配置される電子部品の上面を覆うように配置される。このため、蓋体を用いて気密封止する際に、ろう材層が電子部品に飛散することにより電子部品の特性が劣化する場合があるという不都合がある。
このような不都合を解消するため、上記国際公開ＷＯ０２／０７８０８５号公報の構造において、基材の下面上にＮｉ合金層を形成し、Ｎｉ合金層の下面上の封止部分のみに半田層を形成することが考えられる。このように部分的に半田層を形成する場合には、Ｎｉ合金層の下面上の封止部分に半田ペーストを配置した後、半田ペーストを溶融することによって、Ｎｉ合金層が拡散する半田層を形成するのが一般的である。
しかしながら、上記国際公開ＷＯ０２／０７８０８５号公報の構造において、Ｎｉ合金層の下面上の封止部分に半田ペーストを配置した後半田ペーストを溶融することによって半田層を形成すると、半田ペーストを溶融して半田層を形成する際に、半田層に金属間化合物が形成されるとともに半田層の融点が高くなるという不都合が生じる。このため、半田層の形成後に、半田層を溶融して気密封止用キャップを電子部品収納部材に接合する際に、半田層が溶融しにくくなるという不都合がある。その結果、電子部品収納部材に対する半田層のぬれ性が低下するので、電子部品収納用パッケージの気密性が低下する場合があるという問題点がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、電子部品の特性が劣化するのを抑制し、材料コストを低減するとともに、Ｐｂを含まない半田を使用することができ、かつ、気密性が低下するのを抑制することが可能な気密封止用キャップ、気密封止用キャップの製造方法、電子部品収納用パッケージおよび電子部品収納用パッケージの製造方法を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による気密封止用キャップは、電子部品を収納するための電子部品収納部材を含む電子部品収納用パッケージに用いられる気密封止用キャップであって、基材と、基材の表面上に形成され、拡散促進材としてＣｏを７．５質量％〜２０質量％含有し、Ｎｉを主成分とする第１の層と、第１の層の表面上に０．０３μｍ以上０．０７５μｍ以下の厚みを有するように形成され、Ｎｉにより形成されている第２の層と、第２の層の表面上の電子部品収納部材が接合される領域に形成されるＳｎを主成分とする半田層とを備え、第２の層は、第１の層が第１の温度で半田層に拡散するのを抑制するとともに、半田層が第１の温度よりも高い第２の温度で電子部品収納部材と接合する際に、第１の層を第２の層を介して半田層に拡散させる機能を有する。
この発明の第１の局面による気密封止用キャップでは、上記のように、第２の層を、第１の層が第１の温度で半田層に拡散するのを抑制するように機能させることによって、第１の温度では、半田層に金属間化合物が形成されるのを抑制することができるので、半田層の融点が高くなるのを抑制することができる。これにより、気密封止用キャップを第１の温度よりも高い第２の温度に加熱することにより半田層を介して電子部品収納部材に接合する際に、電子部品収納部材に対する半田層のぬれ性が低下するのを抑制することができるので、電子部品収納用パッケージの気密性が低下するのを抑制することができる。また、第２の層の表面上の電子部品収納部材が接合される領域に、Ｓｎを主成分とする半田層を形成することによって、半田層が電子部品収納用パッケージの内部に配置される電子部品の上面を覆うのを抑制することができるので、気密封止用キャップを電子部品収納部材に接合する際に、半田層が電子部品に飛散するのを抑制することができる。これにより、電子部品の特性が劣化するのを抑制することができる。また、第２の層を、半田層が第１の温度よりも高い第２の温度で電子部品収納部材と接合する際に、第１の層を第２の層を介して半田層に拡散させるように機能させることによって、半田層に金属間化合物を形成することができるので、半田層の融点を高くすることができる。これにより、電子部品収納用パッケージを電子機器のプリント配線基板に取り付ける際に、電子部品収納用パッケージが高温になるとともに半田層も高温になることに起因して、半田層が溶融するのを抑制することができる。この場合、高価なＡｕ−Ｓｎ系合金やＳｎ−Ｐｂ系合金からなる高融点半田を用いる必要がないので、材料コストを低減することができるとともに、Ｐｂを含まない半田を使用することができる。また、上記第１の局面による気密封止用キャップにおいて、好ましくは、第２の層は、Ｎｉにより形成されている。このように構成すれば、Ｎｉからなる第２の層により、第１の層が半田層に拡散するのを容易に抑制することができる。また、上記第２の層がＮｉにより形成されている気密封止用キャップにおいて、好ましくは、第２の層は、０．０３μｍ以上０．０７５μｍ以下の厚みを有する。このように構成すれば、容易に、Ｎｉからなる第２の層を、第１の層が第１の温度で半田層に拡散するのを抑制するとともに、半田層が第１の温度よりも高い第２の温度で電子部品収納部材と接合する際に、第１の層を第２の層を介して半田層に拡散させる機能を有するように形成することができる。また、上記第１の局面による気密封止用キャップにおいて、好ましくは、第１の層は、拡散促進材として、Ｃｏを７．５質量％〜２０質量％含有する。このように構成すれば、半田層が第１の温度よりも高い第２の温度で電子部品収納部材と接合される際に、第１の層を第２の層を介して半田層に十分に拡散させることができるので、半田層に十分な量の金属間化合物を形成することができる。
上記第１の局面による気密封止用キャップにおいて、好ましくは、第１の温度は、半田ペーストを溶融させることにより半田層を形成する際の温度であり、第２の温度は、半田層を溶融させることにより気密封止用キャップを電子部品収納部材に接合する際の温度である。このように構成すれば、半田ペーストを溶融することにより半田層を形成する際の第１の温度では、第２の層の機能により、半田層に金属間化合物が形成されるのを抑制することができるので、容易に、半田層の形成時に半田層の融点が高くなるのを抑制することができる。これにより、気密封止用キャップを電子部品収納部材に接合する際に、半田層が溶融しやすくなるので、気密封止用キャップを、電子部品収納部材に容易に接合することができる。
上記第１の局面による気密封止用キャップにおいて、好ましくは、基材は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金により形成されている。このように構成すれば、基材の熱膨張係数を小さくすることができるので、気密封止用キャップの熱膨張係数を小さくすることができる。これにより、電子部品収納部材がセラミックなどの熱膨張係数が小さい材料により形成される場合に、気密封止用キャップと電子部品収納部材との熱膨張係数差を小さくすることができるので、高温時に気密封止用キャップと電子部品収納部材との接合部に割れやひびが発生するのを抑制することができる。
上記第１の局面による気密封止用キャップにおいて、好ましくは、第１の層および第２の層は、メッキにより形成されている。このように構成すれば、第１の層および第２の層を容易に形成することができる。
上記第１の層および第２の層がメッキにより形成されている気密封止用キャップにおいて、好ましくは、第１の層は、基材の表面の全面上に形成されているとともに、第２の層は、第１の層の表面の全面上に形成されている。このように構成すれば、第１の層および第２の層をメッキにより、より容易に形成することができる。
上記第１の局面による気密封止用キャップにおいて、好ましくは、半田層は、Ｐｂを含有しないとともに、Ａｇを含有する。このようにＰｂを含まないＳｎ−Ａｇからなる低融点半田を用いる場合にも、上記した発明の構成により、気密封止用キャップと電子部品収納部材との接合時に半田層の融点が高くなる金属間化合物が形成されるので、電子部品収納用パッケージを電子機器などのプリント配線基板に取り付ける場合に、半田層が溶融するのを抑制することができる。
この発明の第２の局面による電子部品収納用パッケージは、電子部品を収納するための電子部品収納部材を含む電子部品収納用パッケージであって、基材と、基材の表面上に形成され、拡散促進材としてＣｏを含有し、Ｎｉを主成分とする第１の層と、第１の層の表面上に０．０３μｍ以上０．０７５μｍ以下の厚みを有するように形成され、Ｎｉにより形成されている第２の層と、第２の層の表面上の電子部品収納部材が接合される領域に形成されるＳｎを主成分とする半田層とを含み、第２の層は、第１の層が第１の温度で半田層に拡散するのを抑制するとともに、半田層が第１の温度よりも高い第２の温度で電子部品収納部材と接合する際に、第１の層を第２の層を介して半田層に拡散させる機能を有する、気密封止用キャップを備え、半田層に対応する電子部品収納部材の部分には、ＮｉとＣｏとを含有する第３の層が形成され、半田層と第３の層とが接合されているとともに、気密封止用キャップと電子部品収納部材との接合部には、半田層のＳｎを含む金属間化合物が形成されている。
この発明の第２の局面による電子部品収納用パッケージでは、上記のように、第２の層を、第１の層が第１の温度で半田層に拡散するのを抑制するように機能させることによって、第１の温度では、半田層に金属間化合物が形成されるのを抑制することができるので、半田層の融点が高くなるのを抑制することができる。これにより、気密封止用キャップを第１の温度よりも高い第２の温度に加熱することにより半田層を介して電子部品収納部材に接合する際に、電子部品収納部材に対する半田層のぬれ性が低下するのを抑制することができるので、電子部品収納用パッケージの気密性が低下するのを抑制することができる。また、第２の層の表面上の電子部品収納部材が接合される領域に、Ｓｎを主成分とする半田層を形成することによって、半田層が電子部品収納用パッケージの内部に配置される電子部品の上面を覆うのを抑制することができるので、気密封止用キャップを電子部品収納部材に接合する際に、半田層が電子部品に飛散するのを抑制することができる。これにより、電子部品の特性が劣化するのを抑制することができる。また、第２の層を、半田層が第１の温度よりも高い第２の温度で電子部品収納部材と接合する際に、第１の層を第２の層を介して半田層に拡散させるように機能させることによって、半田層に金属間化合物を形成することができるので、半田層の融点を高くすることができる。これにより、電子部品収納用パッケージを電子機器のプリント配線基板に取り付ける際に、電子部品収納用パッケージが高温になるとともに半田層も高温になることに起因して、半田層が溶融するのを抑制することができる。この場合、高価なＡｕ−Ｓｎ系合金やＳｎ−Ｐｂ系合金からなる高融点半田を用いる必要がないので、材料コストを低減することができるとともに、Ｐｂを含まない半田を使用することができる。
上記第２の局面による電子部品収納用パッケージにおいて、好ましくは、気密封止用キャップと電子部品収納部材との接合部は、Ｎｉ−Ｓｎ系合金からなる金属間化合物を含み、気密封止用キャップと電子部品収納部材との接合部に対応する第２の層の部分は、金属間化合物中に拡散している。このように構成すれば、第１の層を、第２の層を介して半田層に容易に拡散させることができる。
この発明の第３の局面による気密封止用キャップの製造方法は、電子部品を収納するための電子部品収納部材を含む電子部品収納用パッケージに用いられる気密封止用キャップの製造方法であって、基材を準備する工程と、基材の表面上に拡散促進材としてＣｏを７．５質量％〜２０質量％含有し、Ｎｉを主成分とする第１の層を形成する工程と、第１の層の表面上に、Ｎｉにより形成されている第２の層を０．０３μｍ以上０．０７５μｍ以下の厚みを有するように形成する工程と、第２の層の表面上の電子部品収納部材が接合される領域にＳｎを主成分とする半田層を形成する工程とを備え、第２の層を形成する工程は、第１の温度で半田層を形成する際に、第１の層が半田層に拡散するのを抑制するとともに、半田層が第１の温度よりも高い第２の温度で電子部品収納部材と接合する際に、第１の層を第２の層を介して半田層に拡散させる機能を有する第２の層を形成する工程を含む。
この発明の第３の局面による気密封止用キャップの製造方法では、上記のように、第２の層を形成する工程は、第１の温度で半田層を形成する際に、第１の層が半田層に拡散するのを抑制する機能を有する第２の層を形成する工程を含むことによって、第１の温度では、半田層に金属間化合物が形成されるのを抑制することができるので、半田層の融点が高くなるのを抑制することができる。これにより、気密封止用キャップを第１の温度よりも高い第２の温度に加熱することにより半田層を介して電子部品収納部材に接合する際に、電子部品収納部材に対する半田層のぬれ性が低下するのを抑制することができるので、電子部品収納用パッケージの気密性が低下するのを抑制することができる。また、第２の層の表面上の電子部品収納部材が接合される領域にＳｎを主成分とする半田層を形成することによって、半田層が電子部品収納用パッケージの内部に配置される電子部品の上面を覆うのを抑制することができるので、気密封止用キャップを電子部品収納部材に接合する際に、半田層が電子部品に飛散するのを抑制することができる。これにより、電子部品の特性が劣化するのを抑制することができる。また、第２の層を、半田層が第１の温度よりも高い第２の温度で電子部品収納部材と接合する際に、第１の層を第２の層を介して半田層に拡散させるように機能させることによって、半田層に金属間化合物を形成することができるので、半田層の融点を高くすることができる。これにより、電子部品収納用パッケージを電子機器のプリント配線基板に取り付ける際に、電子部品収納用パッケージが高温になるとともに半田層も高温になることに起因して、半田層が溶融するのを抑制することができる。この場合、高価なＡｕ−Ｓｎ系合金やＳｎ−Ｐｂ系合金からなる高融点半田を用いる必要がないので、材料コストを低減することができるとともに、Ｐｂを含まない半田を使用することができる。また、上記第３の局面による気密封止用キャップの製造方法において、好ましくは、第２の層は、Ｎｉにより形成されている。このように構成すれば、Ｎｉからなる第２の層により、第１の層が半田層に拡散するのを容易に抑制することができる。また、上記第２の層がＮｉにより形成されている気密封止用キャップの製造方法において、好ましくは、第２の層は、０．０３μｍ以上０．０７５μｍ以下の厚みを有する。このように構成すれば、容易に、Ｎｉからなる第２の層を、第１の層が第１の温度で半田層に拡散するのを抑制するとともに、半田層が第１の温度よりも高い第２の温度で電子部品収納部材と接合する際に、第１の層を第２の層を介して半田層に拡散させる機能を有するように形成することができる。また、上記第３の局面による気密封止用キャップの製造方法において、好ましくは、第１の層は、拡散促進材として、Ｃｏを７．５質量％〜２０質量％含有する。このように構成すれば、半田層が第１の温度よりも高い第２の温度で電子部品収納部材と接合される際に、第１の層を第２の層を介して半田層に十分に拡散させることができるので、半田層に十分な量の金属間化合物を形成することができる。
上記第３の局面による気密封止用キャップの製造方法において、好ましくは、半田層を形成する工程は、第２の層の表面上の電子部品収納部材が接合される領域にＳｎを主成分とする半田ペーストを配置する工程と、第１の温度で半田ペーストを溶融することによりＳｎを主成分とする半田層を形成する工程とを含む。このように構成すれば、第２の層の表面上の電子部品収納部材が接合される領域のみに、Ｓｎを主成分とする半田層を容易に形成することができる。
上記第３の局面による気密封止用キャップの製造方法において、好ましくは、基材は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金により形成されている。このように構成すれば、基材の熱膨張係数を小さくすることができるので、気密封止用キャップの熱膨張係数を小さくすることができる。これにより、電子部品収納部材がセラミックなどの熱膨張係数が小さい材料により形成される場合に、気密封止用キャップと電子部品収納部材との熱膨張係数差を小さくすることができるので、高温時に気密封止用キャップと電子部品収納部材との接合部に割れやひびが発生するのを抑制することができる。
上記第３の局面による気密封止用キャップの製造方法において、好ましくは、第１の層を形成する工程は、第１の層をメッキにより形成する工程を含み、第２の層を形成する工程は、第２の層をメッキにより形成する工程を含む。このように構成すれば、第１の層および第２の層を容易に形成することができる。
上記第１の層を形成する工程が第１の層をメッキにより形成する工程を含み、第２の層を形成する工程が第２の層をメッキにより形成する工程を含む気密封止用キャップの製造方法において、好ましくは、第１の層をメッキにより形成する工程は、第１の層を基材の表面の全面上に形成する工程を含み、第２の層をメッキにより形成する工程は、第２の層を第１の層の表面の全面上に形成する工程を含む。このように構成すれば、第１の層および第２の層をメッキにより、より容易に形成することができる。
上記第３の局面による気密封止用キャップの製造方法において、好ましくは、半田層は、Ｐｂを含有しないとともに、Ａｇを含有する。このようにＰｂを含まないＳｎ−Ａｇからなる低融点半田を用いる場合にも、上記した発明の構成により、気密封止用キャップと電子部品収納部材との接合時に半田層の融点が高くなる金属間化合物が形成されるので、電子部品収納用パッケージを電子機器などのプリント配線基板に取り付ける場合に、半田層が溶融するのを抑制することができる。
本発明の一実施形態による電子部品収納用パッケージに用いられる気密封止用キャップを示した断面図である。 本発明の一実施形態による気密封止用キャップを示した下面図である。 図１に示した本発明の一実施形態による気密封止用キャップの製造方法を説明するための断面図である。 図１に示した本発明の一実施形態による気密封止用キャップの製造方法を説明するための断面図である。 図１に示した本発明の一実施形態による気密封止用キャップの製造方法を説明するための断面図である。 図１に示した本発明の一実施形態による気密封止用キャップの製造方法を説明するための断面図である。 図１に示した気密封止用キャップを用いる電子部品収納用パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 図１に示した気密封止用キャップを用いる電子部品収納用パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 図１に示した気密封止用キャップを用いる電子部品収納用パッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態の第１変形例による電子部品収納用パッケージに用いられる気密封止用キャップを示した断面図である。 本発明の一実施形態の第２変形例による電子部品収納用パッケージに用いられる気密封止用キャップを示した断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態による気密封止用キャップの構造について説明する。
本発明の一実施形態による気密封止用キャップ１は、図１に示すように、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる低熱膨張層２と、低熱膨張層２の表面を取り囲むように形成された拡散促進材としてのＣｏを含有するＮｉ−Ｃｏ合金（Ｃｏ：約７．５質量％〜約２０質量％）層３と、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３の表面を取り囲むように形成されたＮｉ層４と、Ｎｉ層４の下面の所定の領域上に形成されＳｎ−Ａｇ合金（Ａｇ：約３．５質量％）からなる半田層５とを含んでいる。なお、低熱膨張層２は、本発明の「基材」の一例であり、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３は、本発明の「第１の層」の一例である。また、Ｎｉ層４は、本発明の「第２の層」の一例である。
低熱膨張層２は、約３．５ｍｍ角で約０．１５ｍｍの厚みに形成されている。また、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３は、約２μｍの厚みでメッキにより形成されている。また、Ｎｉ層４は、約０．０３μｍ〜約０．０７５μｍの厚みでメッキにより形成されている。また、半田層５は、図２に示すように、Ｎｉ層４の下面上の後述する電子部品収納部材１０が接合される領域に、約０．４５ｍｍの幅で約０．０５ｍｍの厚みを有するように形成されている。
図３〜図６は、図１に示した本発明の一実施形態による気密封止用キャップの製造方法を説明するための断面図である。次に、図１および図３〜図６を参照して、本発明の一実施形態による気密封止用キャップの製造方法について説明する。
まず、図３に示すように、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる板状コイルをプレス加工によって打ち抜くことにより、約３．５ｍｍ角で約０．１５ｍｍの厚みを有するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる低熱膨張層２を形成する。この低熱膨張層２の表面の全面上に、図４に示すように、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３を約２μｍの厚みでメッキにより形成する。そして、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３の表面の全面上に、図５に示すように、Ｎｉ層４を約０．０３μｍ〜約０．０７５μｍの厚みでメッキにより形成する。
次に、Ｎｉ層４の下面上の後述する電子部品収納部材１０が接合される領域に、図６に示すように、半田ペースト６をスクリーン印刷法により約０．４５ｍｍの幅で約０．０８ｍｍの厚みを有するように形成する。そして、約２３５℃の温度（第１の温度）で半田ペースト６（図６参照）を加熱することにより、図１および図２に示すように、半田層５を約０．０５ｍｍの厚みを有するように形成する。このようにして、本発明の一実施形態による気密封止用キャップ１が形成される。
次に、図７〜図９を参照して、本発明の一実施形態による電子部品収納用パッケージの製造方法について説明する。
まず、図７に示すように、セラミック基板１１上に配置したセラミック枠体１２の上面上に、タングステン層１３、Ｎｉ−Ｃｏ合金層１４およびＡｕ層１５をこの順番で形成した電子部品収納部材１０を準備する。なお、Ｎｉ−Ｃｏ合金層１４は、本発明の「第３の層」の一例である。その後、セラミック基板１１の上面上にバンプ２１を有する電子部品２０を取り付ける。そして、前述の方法で形成した気密封止用キャップ１の半田層５をセラミック枠体１２の上面に接触するように配置する。その後、約３００℃〜約３２０℃の温度（第２の温度）で半田層５を溶融させることにより、気密封止用キャップ１をセラミック枠体１２の上面に接合する。なお、この約３００℃〜約３２０℃の温度（第２の温度）では、Ｎｉ層４は、Ｓｎ−Ａｇ合金からなる半田層５中に拡散するので、そのＮｉ層４が拡散した部分を介してＮｉ−Ｃｏ合金層３が半田層５に接合する。また、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３は、Ｓｎ−Ａｇ合金からなる半田層５中に拡散するので、半田層５には、図９に示すようなＮｉ−Ｓｎ合金を含む金属間化合物７が形成される。また、Ａｕ層１５は、半田層５中に拡散する。このようにして、本発明の一実施形態による電子部品収納用パッケージが形成される。
本発明の一実施形態による電子部品収納用パッケージは、図８に示すように、気密封止用キャップ１と、ＳＡＷフィルタや水晶振動子などの電子部品２０と、電子部品２０を収納するための電子部品収納部材１０とによって構成されている。この電子部品収納部材１０は、アルミナなどの絶縁性材料からなるセラミック基板１１と、セラミック基板１１の表面の所定の領域上に収納空間を構成するアルミナなどの絶縁性材料からなるセラミック枠体１２とを含んでいる。また、セラミック枠体１２によって囲まれた収納空間内に位置するセラミック基板１１上には、バンプ２１を介して電子部品２０が取り付けられている。また、金属間化合物７は、針状を有するとともに、半田層５の全体に拡散するように形成されている。また、半田層５が形成されたＮｉ層４の部分は、金属間化合物７中に拡散しているとともに、そのＮｉ層４が拡散した部分を介して、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３は、半田層５に接合している。
本実施形態では、上記のように、Ｎｉ層４を、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３が半田層５を形成する際の温度（約２３５℃）で半田層５に拡散するのを抑制するように機能させることによって、半田層５を形成する際の温度（約２３５℃）では、半田層５に金属間化合物７が形成されるのを抑制することができるので、気密封止用キャップ１の単体での半田層５の融点が高くなるのを抑制することができる。これにより、気密封止用キャップ１を半田層５を形成する際の温度（約２３５℃）よりも高い温度（約３００℃〜約３２０℃）に加熱することにより半田層５を介して電子部品収納部材１０に接合する際に、電子部品収納部材１０に対する半田層５のぬれ性が低下するのを抑制することができるので、電子部品収納用パッケージの気密性が低下するのを抑制することができる。また、Ｎｉ層４の表面上の電子部品収納部材１０が接合される領域に、半田層５を形成することによって、半田層５が電子部品収納用パッケージの内部に配置される電子部品２０の上面を覆うのを抑制することができるので、気密封止用キャップ１を電子部品収納部材１０に接合する際に、半田層５が電子部品２０に飛散するのを抑制することができる。これにより、電子部品２０の特性が劣化するのを抑制することができる。また、Ｎｉ層４を、半田層５が半田層５を形成する際の温度（約２３５℃）よりも高い温度（約３００℃〜約３２０℃）で電子部品収納部材１０と接合する際に、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３を半田層５に拡散させるように機能させることによって、半田層５に金属間化合物７を形成することができるので、電子部品収納用パッケージ形成後の半田層５の融点を高くすることができる。これにより、電子部品収納用パッケージを電子機器のプリント配線基板に取り付ける際に、電子部品収納用パッケージが高温になるとともに半田層５も高温になることに起因して、半田層５が溶融するのを抑制することができる。この場合、高価なＡｕ−Ｓｎ系合金やＳｎ−Ｐｂ系合金からなる高融点半田を用いる必要がないので、材料コストを低減することができるとともに、Ｐｂを含まない半田を使用することができる。
また、本実施形態では、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３と半田層５との間にＮｉ層４を配置することによって、Ｎｉ層４により、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３が半田層５に拡散するのを容易に抑制することができる。
また、本実施形態では、Ｎｉ層４を、０．０３μｍ以上の厚みに形成することによって、容易に、Ｎｉ層４を、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３が半田層５を形成する際の温度（約２３５℃）で半田層５に拡散するのを抑制するとともに、半田層５が半田層５を形成する際の温度（約２３５℃）よりも高い温度（約３００℃〜約３２０℃）で電子部品収納部材１０と接合する際に、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３をＮｉ層４を介して半田層５に拡散させる機能を有するように形成することができる。
また、本実施形態では、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３に、拡散促進材として、Ｃｏを７．５質量％〜２０質量％含有させることによって、半田層５が半田層５を形成する際の温度（約２３５℃）よりも高い温度（約３００℃〜約３２０℃）で電子部品収納部材１０と接合される際に、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３をＮｉ層４を介して半田層５に十分に拡散させることができるので、半田層５に十分な量の金属間化合物７を形成することができる。
また、本実施形態では、低熱膨張層２を、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金により形成することによって、低熱膨張層２の熱膨張係数を小さくすることができるので、気密封止用キャップ１の熱膨張係数を小さくすることができる。これにより、電子部品収納部材１０がセラミックなどの熱膨張係数が小さい材料により形成される場合に、気密封止用キャップ１と電子部品収納部材１０との熱膨張係数差を小さくすることができるので、高温時に気密封止用キャップ１と電子部品収納部材１０との接合部に割れやひびが発生するのを抑制することができる。
また、本実施形態では、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３およびＮｉ層４を、メッキにより形成することによって、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３およびＮｉ層４を容易に形成することができる。
また、本実施形態では、半田層５にＰｂを含まないＳｎ−Ａｇからなる低融点半田を用いる場合にも、気密封止用キャップ１と電子部品収納部材１０との接合時に半田層５の融点が高くなる金属間化合物７が形成されるので、電子部品収納用パッケージを電子機器などのプリント配線基板に取り付ける場合に、半田層５が溶融するのを抑制することができる。
また、本実施形態では、Ｎｉ層４の表面上の電子部品収納部材１０が接合される領域にＳｎ−Ａｇ合金からなる半田ペースト６を配置した後、約２３５℃の温度で半田ペースト６を溶融することによりＳｎ−Ａｇ合金からなる半田層５を形成することによって、Ｎｉ層４の表面上の電子部品収納部材１０が接合される領域のみに、Ｓｎ−Ａｇ合金からなる半田層５を容易に形成することができる。
（実施例）
次に、上記した一実施形態による気密封止用キャップ１の効果を確認するために行った比較実験について説明する。まず、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３がＳｎ−Ａｇ合金からなる半田層５に拡散することによるＮｉ−Ｓｎ合金（金属間化合物７）の成長性（半田層５の耐熱性）を調べた比較実験について説明する。この比較実験では、本実施形態に対応する実施例１〜３による試料と、比較例１〜３による試料とを作製した。
まず、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる板状コイルをプレス加工によって打ち抜くことにより、約３．５ｍｍ角で約０．１５ｍｍの厚みを有するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる低熱膨張層２を形成した。この低熱膨張層２の表面の全面上に、Ｃｏの質量比率を、それぞれ、７．５質量％（実施例１）、１０質量％（実施例２）、２０質量％（実施例３）、０質量％（比較例１）、３質量％（比較例２）および５質量％（比較例３）にしたＮｉ−Ｃｏ合金層３を約２μｍの厚みでメッキにより形成した。次に、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３の下面上の電子部品収納部材１０が接合される領域に、Ｓｎ−Ａｇ合金からなる半田ペースト６をスクリーン印刷法により約０．４５ｍｍの幅で約０．０８ｍｍの厚みに形成した。そして、約２３５℃の温度（第１の温度）で半田ペースト６を加熱した。これらの試料について、Ｎｉ−Ｓｎ合金（金属間化合物７）の成長状態を確認した。その結果を表１に示す。
Figure 0004722859
上記表１を参照して、Ｃｏを７．５質量％〜２０質量％含有するＮｉ−Ｃｏ合金層３を用いた気密封止用キャップ１（実施例１〜３）では、Ｓｎ−Ａｇ合金からなる半田層５中でＮｉ−Ｓｎ合金からなる金属間化合物７が十分成長することが判明した。一方、Ｃｏを０質量％〜５質量％含有するＮｉ−Ｃｏ合金層３を用いた気密封止用キャップ１（比較例１〜３）では、Ｓｎ−Ａｇ合金からなる半田層５中でＮｉ−Ｓｎ合金からなる金属間化合物７が十分成長しないことが判明した。これは、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３の拡散促進材としてのＣｏの含有率が小さくなるにしたがって、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３がＳｎ−Ａｇ合金からなる半田層５に拡散しにくくなるためであると考えられる。
次に、Ｎｉ層４の厚みによる半田層５の形成後におけるＮｉ−Ｃｏ合金層３の半田層５への拡散状態を調べた比較実験について説明する。この比較実験では、本実施形態に対応する実施例４〜６による試料と、比較例４〜７による試料とを作製した。
まず、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる板状コイルをプレス加工によって打ち抜くことにより、約３．５ｍｍ角で約０．１５ｍｍの厚みを有するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる低熱膨張層２を形成した。この低熱膨張層２の表面の全面上に、Ｎｉ−Ｃｏ合金（Ｃｏ：約１０質量％）層３を約２μｍの厚みでメッキにより形成した。そして、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３の表面の全面上に、それぞれ、０．０３μｍ（実施例４）、０．０５μｍ（実施例５）、０．０７５μｍ（実施例６）、０μｍ（比較例４）、０．０１μｍ（比較例５）、０．１μｍ（比較例６）および０．２μｍ（比較例７）の厚みを有するＮｉ層４をメッキにより形成した。
次に、Ｎｉ層４の下面上の電子部品収納部材１０が接合される領域に、Ｓｎ−Ａｇ合金からなる半田ペースト６をスクリーン印刷法により約０．４５ｍｍの幅で約０．０８ｍｍの厚みに形成した。そして、約２３５℃の温度（第１の温度）で半田ペースト６を加熱した。これらの試料について、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３のＳｎ−Ａｇ合金からなる半田層５への拡散状態を確認した。その結果を表２に示す。
Figure 0004722859
上記表２を参照して、０．０３μｍ〜０．２μｍの厚みを有するＮｉ層４を用いた気密封止用キャップ１（実施例４〜６、比較例６および７）では、Ｎｉ層４が、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３がＳｎ−Ａｇ合金からなる半田層５中に拡散するのを抑制する機能を有することが判明した。
次に、Ｎｉ層４の厚みによる気密封止後におけるＮｉ−Ｓｎ合金（金属間化合物７）の成長性（Ｎｉ層４の半田層５への拡散性）を調べた比較実験について説明する。この比較実験では、上記した実施例４〜６および比較例４〜７にそれぞれ対応する試料を用いて実施例７〜９および比較例８〜１１による試料を作製した。なお、この比較実験では、電子部品収納部材１０のＮｉ−Ｃｏ合金層１４がＳｎ−Ａｇ合金からなる半田層５に拡散すると、気密封止用キャップ１のＮｉ−Ｃｏ合金層３の半田層５への拡散に起因するＮｉ−Ｓｎ合金（金属間化合物７）の成長性（Ｎｉ層４の半田層５への拡散性）が不明確になるので、気密封止用キャップ１単体での実験を行った。
まず、セラミック基板１１上に配置したセラミック枠体１２の上面上に、タングステン層１３、Ｎｉ−Ｃｏ合金層１４およびＡｕ層１５をこの順番で形成した電子部品収納部材１０を準備した。そして、実施例４〜６および比較例４〜７に対応する試料を、約３００℃〜約３２０℃の温度（第２の温度）で溶融させることにより、実施例７〜９および比較例８〜１１による試料を作製した。これらの試料について、Ｎｉ−Ｓｎ合金（金属間化合物７）の成長状態を確認した。その結果を表３に示す。
Figure 0004722859
上記表３を参照して、０μｍ〜０．０７５μｍの厚みを有するＮｉ層４を用いた気密封止用キャップ１（実施例７〜９、比較例８および９）では、Ｎｉ層４は、Ｓｎ−Ａｇ合金からなる半田層５中に拡散するとともに、そのＮｉ層４が拡散した部分を介してＮｉ−Ｃｏ合金層３がＳｎ−Ａｇ合金からなる半田層５に拡散することにより金属間化合物７が形成されることが判明した。
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等などの意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、上記実施形態では、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３を低熱膨張層２の表面の全面上にメッキにより形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、図１０に示した本発明の一実施形態による第１変形例のように、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３ａを低熱膨張層２の上面および下面に圧接接合することにより形成してもよいし、図１１に示した本発明の一実施形態による第２変形例のように、Ｎｉ−Ｃｏ合金層３ｂを低熱膨張層２の下面のみに圧接接合することにより形成してもよい。
また、上記実施形態では、気密封止用キャップのＮｉ−Ｃｏ合金層３のＣｏの含有率を約７．５質量％〜約２０質量％にした例を示したが、本発明はこれに限らず、気密封止用キャップのＮｉ−Ｃｏ合金層３のＣｏの含有率を５質量％未満にしてもよい。この場合、電子部品収納部材のＮｉ−Ｃｏ合金層１４のＣｏの含有率を大きくする必要がある。これにより、気密封止用キャップのＮｉ−Ｃｏ合金層３のＣｏの含有率を５質量％未満にした場合にも、電子部品収納部材のＮｉ−Ｃｏ合金層１４のＣｏの含有率を大きくすることにより、半田層中のＮｉ−Ｓｎ合金（金属間化合物）を成長しやすくすることができるので、半田層の融点を高くすることができる。これにより、電子部品収納用パッケージを電子機器のプリント配線基板に取り付ける際に十分な耐熱性を得ることができる。
また、上記実施形態では、半田層にＳｎ−Ａｇ合金（Ａｇ：約３．５質量％）を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、半田層のＡｇの含有率を３．５質量％以外の含有率にしてもよいし、Ｓｎを主成分とする他の組成からなる半田を用いてもよい。

Claims (14)

  1. 電子部品を収納するための電子部品収納部材を含む電子部品収納用パッケージに用いられる気密封止用キャップであって、
    基材と、
    前記基材の表面上に形成され、拡散促進剤としてＣｏを７．５質量％〜２０質量％含有し、Ｎｉを主成分とする第１の層と、
    前記第１の層の表面上に０．０３μｍ以上０．０７５μｍ以下の厚みを有するように形成され、Ｎｉにより形成されている第２の層と、
    前記第２の層の表面上の前記電子部品収納部材が接合される領域に形成されるＳｎを主成分とする半田層とを備え、
    前記第２の層は、前記第１の層が第１の温度で前記半田層に拡散するのを抑制するとともに、前記半田層が前記第１の温度よりも高い第２の温度で前記電子部品収納部材と接合する際に、前記第１の層を前記第２の層を介して前記半田層に拡散させる機能を有する、気密封止用キャップ。
  2. 前記第１の温度は、半田ペーストを溶融させることにより前記半田層を形成する際の温度であり、
    前記第２の温度は、前記半田層を溶融させることにより前記気密封止用キャップを前記電子部品収納部材に接合する際の温度である、請求項１に記載の気密封止用キャップ。
  3. 前記基材は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金により形成されている、請求項１または２に記載の気密封止用キャップ。
  4. 前記第１の層および前記第２の層は、メッキにより形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の気密封止用キャップ。
  5. 前記第１の層は、前記基材の表面の全面上に形成されているとともに、
    前記第２の層は、前記第１の層の表面の全面上に形成されている、請求項４に記載の気密封止用キャップ。
  6. 前記半田層は、Ｐｂを含有しないとともに、Ａｇを含有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の気密封止用キャップ。
  7. 電子部品を収納するための電子部品収納部材を含む電子部品収納用パッケージであって、
    基材と、前記基材の表面上に形成され、拡散促進剤としてＣｏを含有し、Ｎｉを主成分とする第１の層と、前記第１の層の表面上に０．０３μｍ以上０．０７５μｍ以下の厚みを有するように形成され、Ｎｉにより形成されている第２の層と、前記第２の層の表面上の前記電子部品収納部材が接合される領域に形成されるＳｎを主成分とする半田層とを含み、前記第２の層は、前記第１の層が第１の温度で前記半田層に拡散するのを抑制するとともに、前記半田層が前記第１の温度よりも高い第２の温度で前記電子部品収納部材と接合する際に、前記第１の層を前記第２の層を介して前記半田層に拡散させる機能を有する、気密封止用キャップを備え、
    前記半田層に対応する前記電子部品収納部材の部分には、ＮｉとＣｏとを含有する第３の層が形成され、
    前記半田層と前記第３の層とが接合されているとともに、
    前記気密封止用キャップと前記電子部品収納部材との接合部には、前記半田層のＳｎを含む金属間化合物が形成されている、電子部品収納用パッケージ。
  8. 前記気密封止用キャップと前記電子部品収納部材との接合部は、Ｎｉ−Ｓｎ系合金からなる金属間化合物を含み、
    前記気密封止用キャップと前記電子部品収納部材との接合部に対応する前記第２の層の部分は、前記金属間化合物中に拡散している、請求項７に記載の電子部品収納用パッケージ。
  9. 電子部品を収納するための電子部品収納部材を含む電子部品収納用パッケージに用いられる気密封止用キャップの製造方法であって、
    基材を準備する工程と、
    前記基材の表面上に拡散促進剤としてＣｏを７．５質量％〜２０質量％含有し、Ｎｉを主成分とする第１の層を形成する工程と、
    前記第１の層の表面上に、Ｎｉにより形成されている第２の層を０．０３μｍ以上０．０７５μｍ以下の厚みを有するように形成する工程と、
    前記第２の層の表面上の前記電子部品収納部材が接合される領域にＳｎを主成分とする半田層を形成する工程とを備え、
    前記第２の層を形成する工程は、第１の温度で前記半田層を形成する際に、前記第１の層が前記半田層に拡散するのを抑制するとともに、前記半田層が前記第１の温度よりも高い第２の温度で前記電子部品収納部材と接合する際に、前記第１の層を前記第２の層を介して前記半田層に拡散させる機能を有する第２の層を形成する工程を含む、気密封止用キャップの製造方法。
  10. 前記半田層を形成する工程は、前記第２の層の表面上の前記電子部品収納部材が接合される領域にＳｎを主成分とする半田ペーストを配置する工程と、前記第１の温度で前記半田ペーストを溶融することにより前記Ｓｎを主成分とする前記半田層を形成する工程とを含む、請求項９に記載の気密封止用キャップの製造方法。
  11. 前記基材は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金により形成されている、請求項９または１０に記載の気密封止用キャップの製造方法。
  12. 前記第１の層を形成する工程は、前記第１の層をメッキにより形成する工程を含み、
    前記第２の層を形成する工程は、前記第２の層をメッキにより形成する工程を含む、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の気密封止用キャップの製造方法。
  13. 前記第１の層をメッキにより形成する工程は、前記第１の層を前記基材の表面の全面上に形成する工程を含み、
    前記第２の層をメッキにより形成する工程は、前記第２の層を前記第１の層の表面の全面上に形成する工程を含む、請求項１２に記載の気密封止用キャップの製造方法。
  14. 前記半田層は、Ｐｂを含有しないとともに、Ａｇを含有する、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の気密封止用キャップの製造方法。
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