JP4864728B2 - 封着板およびその製造方法 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は電子部品を内部に収納した容器を封止するための封着板および封着板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種電子素子パッケージにセラミックを使用する表面実装型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）で気密封止する構造である。
【０００３】
図６は、セラミックパッケージに封止された水晶振動子の断面図である。符号１は表面実装型の水晶振動子であり、符号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。符号３は平板状の封着板であり、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。符号２は水晶片であり、セラミック基板４と封着板３により規制される内部空間１１に収納されている。
【０００４】
セラミック基板４の上面には、配線層６が封着板３と導通しないように形成されており、内部配線５によりセラミック基板４の下面に形成された端子電極８としての配線層と電気的導通がとられている。水晶片２は、その一端を導電ペースト７を介して配線層６の上に接合されている。また、セラミック基板４の上面には、封着板３を接合するためのメタライズ層９が形成されている。セラミック基板４と封着板３の接合は、このメタライズ層９あるいは封着板３の封着面側に、接合層としてのロー材部１０を形成しセラミック基板４と封着板３を融着することで成される。
【０００５】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、ロー材を形成した封着板をロー材側から見た正面図及び断面図である。封着板３のセラミックパッケージとの接合部にあたる融着部には接合層としてのロー材部１０が融着され、パッケージ用ロー材付き封着板を形成している。ロー材には、金−錫合金、鉛−錫半田、錫−銅合金、錫−銀合金等が用途に応じて使用される。
【０００６】
パッケージ用ロー材部付き封着板の製造方法としては、薄いロー材の箔をリング状（融着部に対応した形状）にプレス抜きし、ロー材との密着性を得るための表面処理（一般にはＮｉ／Ａｕメッキであるが、ＡｇメッキやＳｎメッキも可能である）が施された封着板ベースと組み合わせ、ロー材の融点以上の温度で熱処理し、封着板ベースの片面にリング状のロー材部を融着する方法が開示されている（例えば、特開２００２−９１８６号公報の従来技術の項参照）。
【０００７】
また、ロー材部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、特開２００３−１６３２９８号公報、特開２００３−１６３２９９号公報参照）。前記の特開２００２−９１８６号公報で開示されている方法も同様であるが、封着板ベース連結部によって封着板ベースを多数個整列連結した形状で成形し、封着板ベースが位置決め固定された状態で取り扱われている。
【０００８】
図８は、ベース部材としての金属製基板２０に封着板ベースをマトリクス状に多数個整列して成形した金属板の上面図である。金属製基板２０には位置決め穴２４および多数個の封着板ベース２１がプレス抜き又はエッチングにより形成される。各封着板ベース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。ロー材部２５はメッキ法、印刷法などで封着板ベース２１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ベース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。封着板ベースを作製してからロー材を成形する場合は、治具に封着板ベースとロー材をセットして融着している。
分離された１個の封着板ベースはパッケージ用ロー材部付き封着板となっている。
【０００９】
以上のように、従来のこのようなパッケージ用ロー材部付き封着板は、ロー材部を封着板ベースに融着した状態において、封止に要求される厚みと幅を管理することには困難が伴う。すなわち、封着板ベースとロー材部との高い密着を得ようとすると、ロー材を封着板ベースに融着させる際に長時間の加熱あるいは高温での加熱が必要となり、ロー材が封着に必要のない部分まで濡れ広がり、そのためロー材部の厚さもばらついてロー材部の薄い部分を作り、封止不良の原因となる。
【００１０】
また水晶振動子のようにパッケージ内の気密性が特性の重要な要素となる場合、セラミックパッケージとパッケージ用ロー材部付き封着板の接合の際にロー材に内在していた気泡がパッケージ内に排出されることが特性劣化の要因となる。ロー材内の気泡を十分に脱泡したい場合には、ロー材を封着板に融着させる際の長時間の加熱や高温加熱させることが必要であるが、やはりロー材の濡れ広がりが問題となる。特に、印刷法で用いるロー材ペーストやメッキ法によるロー材融着時には長時間加熱が必要である。この問題を避けるためには、高価なロー材を必要以上に使わなければならない。
【００１１】
また、封着板ベース上のロー材部融着面にのみ金メッキを施し、金メッキの上にロー材を被着する方法を開示している例もある（例えば、特開２００４−１８６４２８号公報）が、工程が複雑でコストアップを免れることが出来ない。また、プレス、ホーニング、エッチングにより粗面を作りこれをロー材流れ防止帯とする方法も考えられているが実施には多くの技術要素開発が必要であり、実用的でない。
【発明の開示】
【００１２】
本発明の目的は、以上のような問題を解決するためになされたものであり、品質が安定し、安価なパッケージ用ロー材部付き封着板およびその製造方法を提供することである。
【００１３】
そこで本発明によるパッケージ用ロー材部付き封着板は、以下の構成を備える。
（１）ロー材の濡れ性が悪い材料で形成され、表面にロー材の濡れ性が良い金属層が形成された封着板ベース；
（２）前記金属層上に閉領域を形成するロー材融着部；
（３）前記閉領域の周囲にあたる位置に前記ベースの表面が露出したロー材流れ防止部；
（４）閉領域にロー材を融着したロー材部。
【００１４】
本発明によるパッケージ用ロー材部付き封着板の製造方法の第１の形態は以下の工程からなる。
（１）ロー材の濡れ性が悪い材料で形成された封着板ベースの表面にロー材の濡れ性が良い金属層を形成する工程；
（２）前記金属層上に閉領域となるロー材融着部を形成する工程；
（３）前記閉領域の周囲に当たる位置に前記金属層を除去して前記封着板ベースの表面を露出させることにより、ロー材流れ防止部を形成する工程；
（４）前記ロー材融着部にロー材を付着してロー材部とする工程。
【００１５】
また、本発明によるパッケージ用ロー材部付き封着板の製造方法の第２の形態は以下の工程からなる。
（１）ロー材の濡れ性が悪い材料で形成され複数の封着板ベースを形成した平板状のベース部材の表面にロー材の濡れ性が良い金属層を形成する工程；
（２）前記封着板ベースの前記金属層上に閉領域となるロー材融着部を形成する工程；
（３）前記閉領域の周囲に当たる位置に前記金属層を除去して前記ベースの表面を露出させることにより、ロー材流れ防止部を形成する工程；
（４）前記ロー材融着部にロー材を付着してロー材部とする工程；
（５）前記ロー材部が形成された封着板を前記ベース部材から分離する工程。
【００１６】
さらに、前記工程（３）において、前記閉領域の前記金属層を、ビームを照射して除去することができる。
【００１７】
また、前記ビームがレーザーまたは電子ビームであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は、本発明のパッケージ用ロー材部付き封着板の実施例を示す上面図である。（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。（ｃ）は、（ｂ）のＢ部の拡大図である。
【図２】（ａ）は、本発明で使用する封着板のベース部材であるコバール材の帯材の部分上面図である。（ｂ）は、（ａ）の側面図である。
【図３】（ａ）は、帯材に搬送位置決め用の穴および多数個の封着板ベースと、封着板にロー材流れ防止部を形成したことを示す上面図である。（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。（ｃ）は、（ｂ）のＤ部の拡大図である。
【図４】（ａ）は、ロー材流れ防止部に囲まれたロー材融着部にロー材を印刷法により塗布したことを示す上面図である。（ｂ）は、（ａ）のＥ−Ｅ断面図断面である。（ｃ）は、（ｂ）のＦ部の拡大図である。
【図５】（ａ）は、本発明によるパッケージ用ロー材部付き封着板の他の実施例を示す上面図である。（ｂ）は、（ａ）のＣ部の拡大図である。
【図６】セラミックパッケージに封止された水晶振動子断面図である。
【図７】（ａ）は、ロー材部を形成した封着板ベースをロー材部側から見た正面図である。（ｂ）は、（ａ）の断面図である。
【図８】ベース部材である金属製基板に封着板ベース（ロー材部を備える）をマトリクス状に多数個性列連結して形成した金属製基板の上面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この発明をより詳細に説明するために、添付図面にしたがってこの発明の好ましい実施の形態を説明する。
〔第１の実施の形態〕
本発明によるパッケージ用ロー材部付き封着板の第１の実施形態を図１（ａ）−図１（ｃ）を参照して説明する。
【００２０】
符号３０はコバール製の封着板ベースであり、その表面にはＮｉ／Ａｕの金属層３２が形成されている。この金属層３２上にロー材部３１が融着されている。また、ロー材部３１が融着された周囲、すなわち、ロー材部３１が占める領域の周囲には、図１（ｃ）に示すように、金属層３２が形成されておらず、封着板ベース３０の表面が露出したロー材流れ防止部３２ａ，３２ｂに形成されている。
【００２１】
次に図１（ａ）−図１（ｃ）に示すパッケージ用ロー材部付き封着板の製造方法を図２〜図４の工程概略図を参照して説明する。
【００２２】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、封着板ベース３０の材料であるコバール材の帯材の部分を示す。そして、準備した帯材４０の表面に０．５μｍ〜１．０μｍのＮｉメッキと０．５μｍ〜１．０μｍのＡｕメッキを施す。準備される帯材４０の厚さは封着板ベース３０と同じ厚さである。
【００２３】
図３（ａ）−図３（ｃ）は、図２（ａ）の帯材４０にロー材流れ防止部を形成した状態を示す。図３（ａ）は帯材４０から複数個のパッケージ用ロー材部付き封着板を製作する場合の製造過程を表している。この製造過程では、従来技術の項で説明した図８に示すように、帯材４０には各封着板ベース３０が連結バーにより接続されているが、これは従来の技術と同様のため図示及び説明を記載する。
【００２４】
ロー材流れ防止部３２ａ，３２ｂは、ロー材部３１を融着させるロー材融着部３２ｃの周囲にあたる位置にレーザー光を照射して、帯材４０の表面に施されたＮｉメッキとＡｕメッキの金属層を除去することで形成される。ロー材融着部３２ｃは、ロー材部３１が占める領域に略等しく、ロー材融着部３２ｃはリング状に一定の面積を持った閉領域である。ところで、封着板ベース３０（帯材４０）として使用される材料は、パッケージ基板がセラミックの場合にはセラミックと熱膨張係数が近いコバール合金４２等が選択される。一方、パッケージ基板が金属の場合は、パッケージ基板の熱膨張係数を考慮し適宜選択できる。
【００２５】
しかし、一般に封着板ベース３０として使用される材料はロー材の濡れ性が良くない。そのため封着板ベース３０の一部にロー材流れ防止部３２ａ，３２ｂのような封着板ベース３０の表面を露出させた部分を作ることで、その部分へのロー材の濡れ広がりを防止でき、その結果、ロー材部３１の厚さを一定とすることができる。これにより、ロー材融着の温度、時間管理が容易となり、融着したロー材の厚さが一定で、かつ、十分に脱泡されたロー材が融着したロー材部付き封着板を提供することができる。
【００２６】
ところで、ここではレーザー光の照射により金属層を除去しているが、例えば電子ビーム等の他のビームにより金属層の除去を行っても良い。このように、レーザー等のビームを照射することで金属層の一部を除去しているので、エッチングやホーニングにより一部の金属層を除去したり、粗面を形成する際に必要となるマスクの形成や剥離の工程が不必要となり、より安価にロー材付き封着板を提供できる。また、ビームによる加工は精度が良いという利点もある。
【００２７】
ロー材流れ防止部３２ａ、３２ｂに囲まれたロー材融着部３２ｃにロー材を印刷法により塗布することを図４（ａ）−図４（ｃ）を用いて説明する。
【００２８】
ロー材は、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用ペーストとし、スクリーン印刷法でロー材融着部３２ｃに塗布する。ロー材部３１の量はペースト中の粉末の含有量と、スクリーンの厚さとで調整する。ロー材部３１は箔を打ち抜いたものでも良い。ロー材の塗布後、熱処理することで、ロー材部３１を封着板ベース３０に融着させると共にロー材部３１に内在する気泡の脱泡を行い、帯材４０に形成された複数個のパッケージ用ロー材部付き封着板をそれぞれ単個に切り離す。そして、帯材４０から切り離されたパッケージ用ロー材部付き封着板は、帯材４０から切り離した部分の表面が露出しており腐食する惧れがあるので、最後にＡｕメッキしてロー材部付き封着板の完成となる。
〔第２の実施の形態〕
本発明によるパッケージ用ロー材部付き封着板の第２の実施例を図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して説明する。
【００２９】
溶融状態にあるロー材の表面張力は大きいので、封着板の上に設けるロー材流れ防止部は、必ずしもロー材融着部の周囲を途切れることなく囲む必要はなく、例えば図５（ｂ）に示すようにロー材流れ防止部４１を間隔を空けて形成しても、ロー材の不必要な濡れ広がりを防止できる。ロー材の濡れ広がりを防止できる、隣り合うロー材流れ防止部４１の間隔４２は、ロー材の種類およびロー材溶融温度条件により異なるが、例えばＡｕ−Ｓｎロー材では最大で０．１ｍｍまで許されることがわかった。
【００３０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態によりなんら限定されるものではなく、本発明の適用範囲内で種々に変更することが可能である。

Claims (5)

1. 電子部品を収納した容器を封止するためのパッケージ用ロー材部付き封着板であって、
   （１）ロー材の濡れ性が悪い材料で形成され、表面にロー材の濡れ性が良い金属層が形成された封着板ベースと、
   （２）前記金属層上に閉領域を形成するロー材融着部と、
   （３）前記閉領域の周囲にあたる位置に前記ベースの表面が露出したロー材流れ防止部と、
   （４）閉領域にロー材を融着したロー材部とを備えたことを特徴とした、
   パッケージ用ロー材部付き封着板。
2. 電子部品を収納した容器を封止するためのパッケージ用ロー材部付き封着板の製造方法であって、
   （１）ロー材の濡れ性が悪い材料で形成された封着板ベースの表面にロー材の濡れ性が良い金属層を形成する工程と、
   （２）前記金属層上に閉領域となるロー材融着部を形成する工程と、
   （３）前記閉領域の周囲に当たる位置に前記金属層を除去して前記封着板ベースの表面を露出させることにより、ロー材流れ防止部を形成する工程と、
   （４）前記ロー材融着部にロー材を付着してロー材部とする工程と、
   を有することを特徴としたパッケージ用ロー材部付き封着板の製造方法。
3. 電子部品を収納した容器を封止するためのパッケージ用ロー材部付き封着板の製造方法であって、
   （１）ロー材の濡れ性が悪い材料で形成され複数の封着板ベースを形成した平板状のベース部材の表面にロー材の濡れ性が良い金属層を形成する工程と、
   （２）前記封着板ベースの前記金属層上に閉領域となるロー材融着部を形成する工程と、
   （３）前記閉領域の周囲に当たる位置に前記金属層を除去して前記ベースの表面を露出させることにより、ロー材流れ防止部を形成する工程と、
   （４）前記ロー材融着部にロー材を付着してロー材部とする工程と、
   （５）前記ロー材部が形成された封着板を前記ベース部材から分離する工程とを有する、 前記パッケージ用ロー材部付き封着板の製造方法。
4. 前記工程（３）において、前記閉領域の前記金属層を、ビームを照射して除去し前記封着板ベースの表面を露出させることによりロー材流れ防止部を形成する、請求項２または請求項３に記載の封着板の製造方法。
5. 前記ビームがレーザーまたは電子ビームである請求項４に記載の封着板の製造方法。

Images