JP4761757B2

JP4761757B2 - 封止材料の製造方法

Info

Publication number: JP4761757B2
Application number: JP2004335749A
Authority: JP
Inventors: 賢二宮川; 道彦西島
Original assignee: Tokuriki Honten Co Ltd
Current assignee: Tokuriki Honten Co Ltd
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: JP2006147838A

Description

本発明は、電子部品保護パーケージ等のシール用封止材料の製造方法に関する。

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６および図７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、封止材料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、封止材料として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、前記封止材料として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、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両面もしくは封着面となる片面に、厚さ０．０２〜２０μｍの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両面もしくは封着面となる片面に、厚さ０．０２〜２０μｍのＡｕ層を形成し、さらに、７５〜８５ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎの組成になるようにＡｕ層およびＳｎ層を多段に積層させた封着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。

さらに、このような構成の製造方法として、コバール材、４２アロイ材等の低膨張係数を有する基板の両面もしくは封着面となる片面に、厚さ０．０２〜２０μｍのＡｕ層をメッキ加工により形成し、１００〜４００°Ｃの熱処理を施した後、そのＡｕ層面に７５〜８５ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ合金からなる封着層を１５０〜２７５°Ｃの温度域でクラッド加工により構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両面もしくは封着面となる片面に、厚さ０．０２〜２０μｍのＡｕ層をメッキ加工により形成し、１００〜４００°Ｃの熱処理を施した後、そのＡｕ層面に７５〜８５ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎの組成になるようにＡｕ板およびＳｎ板を多段に積層させた封着層を１５０〜２７５°Ｃの温度域でクラッド加工により構成したことを特徴とする。

なお、上記構成において、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、Ａｕ層の形成はクラッド加工によってもよく、Ａｕ層の厚さを０．０２〜２０μｍとした理由は、０．０２μｍ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。

また、Ａｕ層の形成後の熱処理を１００〜４００°Ｃとしたのは、１００°Ｃ未満ではコバール材、４２アロイ材等の基板戸の接合強度増強への効果がなく、４００°Ｃを超えると拡散過多になり、脆い層の生成抑制の効果がなくなるためである。
さらに、クラッド加工の温度域を１５０〜２７５°Ｃとしたのは、１５０°Ｃ未満では十分な接合強度が得られず、２７５°Ｃを超えるとＡｕ−Ｓｎ部の軟化が著しく、均一な厚さが得られないためである。

このように、基板と封着材料との間にＡｕ層を形成することにより、基板に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ることができるという効果がある。

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、Ａｕ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後、２００°Ｃの熱処理を施し、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１．５ｍ／分の加工速度で２５０°Ｃの温度にて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）、プレス抜き加工により、板厚０．１ｍｍからなる３ｍｍ角の複合封止材料Ａを得た。

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Ａｕからなる幅方向断面形状が板厚１ｍｍ、幅２０ｍｍの条材６に、Ｓｎからなる幅方向断面形状が板厚１ｍｍ、幅２０ｍｍの条材７を用い、板厚方向においてＡｕ／Ｓｎ／Ａｕ／Ｓｎ／Ａｕ(図３)の順になるようにクラッド加工により複合し、封着材となるように溶融後の組成が８０ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎとなる幅方向断面形状が板厚０．０１２ｍｍ、幅２０ｍｍの封着材４(図３)とした。
コバール材からなる幅方向断面形状が板厚０．１２ｍｍ、幅２０ｍｍからなる条材８の片面もしくは両面（本実施例では両面を示す。）にＡｕメッキ加工によりメッキ層厚０．０５μｍのＡｕ層９を形成後(図４)、２００°Ｃの熱処理を施し、そのＡｕメッキ面に上記封着材４を２ｍ／分の加工速度で２３０°Ｃの温度にて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からなる複合材１０をつくり（図５）、プレス抜き加工により、板厚０．１ｍｍからなる３ｍｍ角の複合封止材料Ｃを得た。

第４実施例上記第３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Ｄを得た。
比較例１コバール材からなる幅方向断面形状が板厚０．０７ｍｍ、幅２０ｍｍからなる条材をプレス抜き加工により、３ｍｍ角の基板片とし、Ｎｉからなる厚さ０．０１ｍｍの層をＮｉメッキ加工により全面に設け、さらにそのＮｉ層上にＡｕからなる厚さ０．０１ｍｍの層をＡｕメッキ加工により全面に設け、板厚０．０９２ｍｍからなる３ｍｍ角の複合材を得た。

つぎに、８０ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ合金からなる厚さ０．００８ｍｍ、３ｍｍ角の封着材を上記複合材上に融着せしめ、板厚０．１ｍｍからなる３ｍｍ角の複合封止材材料Ｅを得た。
比較例２上記基板となるコバール材を４２アロイ材に換え、複合封止材料Ｅ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。

比較例３上記複合材の片面へ板厚方向において、Ａｕ／Ｓｎ／Ａｕ／Ｓｎ／Ａｕの順で多層を構成し、その各Ａｕ層部は厚さ０．００２ｍｍからなる層をＡｕメッキ加工により設け、各Ｓｎ層部は厚さ０．００２ｍｍからなる層をＳｎメッキ加工により設け、Ａｕ／Ｓｎ／Ａｕ／Ｓｎ／Ａｕ部厚さを０．０１ｍｍとし、板厚０．１ｍｍからなる３ｍｍ角の複合封止材料Ｇを得た。

比較例４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Ｈを得た。
上記各実施例および各比較例Ａ〜Ｈをメタライズされたセラミックパッケージ上に封着し、封着強度試験およびヘリウムリーク試験による良品数をもって比較とし、その結果を表１に示す。

また、上記各複合封止材料Ａ〜Ｈの封着材部について、ワレ、カケの有無を外観評価項目として表１に併記した。

実施例の説明図実施例の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
６Ａｕ条材
７Ｓｎ条材
８条材
９Ａｕ層
１０複合材

Claims

コバール材や４２アロイ材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による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の製造方法において、
コバール材や４２アロイ材の低膨張係数を有する基板の両面もしくは封着面となる片面に、厚さ０．０５μｍのＡｕ層をメッキ加工により形成し、１００〜４００°Ｃの熱処理を施した後、そのＡｕ層面に７５〜８５ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎの組成になるようにＡｕ板およびＳｎ板を多段に積層させた封着層を１５０〜２７５°Ｃの温度域でクラッド加工することを特徴とする封止材料の製造方法。