JP5310309B2 - Solder coat lid - Google Patents

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本発明は、半導体装置の封止用のはんだコートリッド、特に、リッド基材との密着性が優れたはんだ合金コートを備えたはんだコートリッドに関する。   The present invention relates to a solder coat lid for sealing a semiconductor device, and more particularly to a solder coat lid provided with a solder alloy coat having excellent adhesion to a lid substrate.

近年の小型の電子機器、例えば携帯電話、モバイルコンピュータ等においては
、内部の電子回路部を小型・薄型化することが求められている。
特に、小型・薄型化とすることで、内部に搭載される半導体装置、例えば半導体回路、ICチップ、水晶振動子、SAWフィルタ素子などの搭載素子が、製造時の熱、振動、変形などの外部からの影響を受け易くなり、また、素子同士も接近して搭載されることもそのような問題を大きくさせる一つの原因となっている。
In recent small electronic devices such as mobile phones and mobile computers, it is required to reduce the size and thickness of an internal electronic circuit unit.
In particular, semiconductor devices mounted inside, such as semiconductor circuits, IC chips, crystal resonators, SAW filter elements, and other external devices such as heat, vibration, and deformation during manufacturing are reduced by making them smaller and thinner. In addition, the fact that the elements are mounted close to each other is one of the causes of such a problem.

そのような問題を解決する手段として開発されたのが、封止技術であり、半導体装置を一つの単位として密閉空間に封止することである。そのときに使用するのが、封止用はんだコートリッドである。   A sealing technique developed as a means for solving such a problem is to seal a semiconductor device in a sealed space as one unit. A solder coat lid for sealing is used at that time.

はんだコートリッドとは、リッド裏面にはんだコートが設けられているリッド(蓋体)である。予めリッド裏面にはんだコートを設けることで、はんだを利用して封止化するときのはんだ付けを容易にする。半導体装置を封止した後に、リフローあるいはフロー処理によって回路基板などに封止半導体装置を実装するときに、封止用のはんだ付けに使用したはんだ合金や、リッドにコートしたはんだ合金が再溶融しないようにすることが重要である。   The solder coat lid is a lid (lid) provided with a solder coat on the back surface of the lid. Providing a solder coat on the back of the lid in advance facilitates soldering when sealing using solder. After the semiconductor device is sealed, when the sealed semiconductor device is mounted on a circuit board or the like by reflow or flow processing, the solder alloy used for the soldering for sealing or the solder alloy coated on the lid does not remelt. It is important to do so.

従来にあっても、そのような鉛フリーはんだコートリッドは提案されていた。
特許文献1には、封止用リッドの裏側にSn-Sb基はんだ合金を溶融めっきしたはんだコートリッドが提案されている。
Even in the past, such lead-free solder coat lids have been proposed.
Patent Document 1 proposes a solder coat lid in which an Sn—Sb-based solder alloy is hot-plated on the back side of a sealing lid.

特開2002−184886号公報JP 2002-184886 A

ここに、近年の技術進歩に伴って、鉛フリーはんだコートリッドに対する要求特性も高くなってきており、今日、次のような特性が求められている。
(a)実装温度が高くなる傾向にあるばかりでなく、実装回数が多くなる傾向にあるため、固相線温度が240℃以上、液相線温度260℃以上の鉛フリーはんだ合金、いわゆる高温はんだによる封止はんだ付けが求められている。
(b) 従来のリッドは、例えば、6.8mm×4.4mmという大きさであったが、そのような従来のリッドと比較して、最近のものは、1.7mm×1.7mmというように、リッド自体の形状が小さくなってきている。ブランク材からそのような小さな形状のリッドをプレスで打ち抜くときなど、はんだコート自体あるいは基材との接合面に隔離が見られることがある。
(c)リッドの種類によっては、プレス加工による打ち抜きと同時に、あるいはプレス加工の打ち抜きに先立って絞り加工を行い、全体形状をキャップ形状(ハット型とも呼ぶ)とすることもあり、その場合には、はんだコートと基材との間の密着性には更なる改善が求められる。同時に、はんだ合金自体にも優れた加工性が要求される。
Here, with the recent technological progress, the required characteristics for lead-free solder coat lids are also increasing, and today, the following characteristics are required.
(A) A lead-free solder alloy having a solidus temperature of 240 ° C. or higher and a liquidus temperature of 260 ° C. or higher, so-called high-temperature solder, because not only the mounting temperature tends to increase but also the mounting frequency tends to increase. There is a demand for sealing soldering.
(b) The conventional lid was, for example, a size of 6.8 mm × 4.4 mm, but compared with such a conventional lid, the recent one is 1.7 mm × 1.7 mm, such as the lid itself. The shape of is getting smaller. When a lid having such a small shape is punched out from a blank material with a press, the solder coat itself or the joint surface with the base material may be isolated.
(c) Depending on the type of lid, drawing may be performed simultaneously with punching by press processing or prior to punching of press processing, and the overall shape may be a cap shape (also called a hat shape). Further improvement in the adhesion between the solder coat and the substrate is required. At the same time, excellent workability is required for the solder alloy itself.

従来のSn-Sbはんだ合金を使用する場合、Sn-Sbはんだ合金は、液相線温度が240〜243℃と、比較的低く、パッケージの封止に続いて行う実装作業時の加熱温度が210℃以下というように非常に制限されたものとなっている。   When a conventional Sn—Sb solder alloy is used, the Sn—Sb solder alloy has a relatively low liquidus temperature of 240 to 243 ° C., and the heating temperature during the mounting operation performed after the package sealing is 210. It is very limited such as below ℃.

しかしながら、上述のように実装温度は高くなり、実装回数も多くなる上述のような状況下においては、高温はんだであって、打ち抜き性や絞り性などの加工性を改善したはんだ合金が求められる。   However, under the circumstances as described above, where the mounting temperature is high and the number of mountings is increased as described above, a solder alloy which is a high-temperature solder and has improved workability such as punchability and drawability is required.

したがって、今日強く求められている特性を満足するはんだコートリッドを提供するには、液相線温度が260℃以上のはんだ合金であって、はんだコートリッド成型時の加工性に優れたはんだ合金の使用が必要であることを知った。   Therefore, in order to provide a solder coat lid that satisfies the characteristics that are strongly demanded today, a solder alloy having a liquidus temperature of 260 ° C. or higher and having excellent workability at the time of molding the solder coat lid is used. I knew it was necessary.

ここに、本発明の一般的な課題は、小型化・薄型化を効果的に実現できるセラ
ミックパッケージの封止用のはんだコートリッドを提供することである。
本発明のより具体的な課題は、液相線温度が260℃以上のはんだ合金を使用した、打ち抜き性、さらに好ましくは絞り加工性にも優れたはんだコートリッドを提供することである。
Here, the general subject of this invention is providing the solder coat lid for the sealing of the ceramic package which can implement | achieve size reduction and thickness reduction effectively.
A more specific problem of the present invention is to provide a solder coat lid using a solder alloy having a liquidus temperature of 260 ° C. or higher, and more preferably excellent in punchability, more preferably in drawing workability.

本発明者らは、Bi-S n系の高温はんだに着目した。一般にBi-Sn系では溶融温度が260℃前後であり、封止化後の半導体装置の回路基板への実装の際に、熱による影響を受けることは少ない。   The present inventors have focused on Bi-Sn-based high-temperature solder. In general, the Bi-Sn system has a melting temperature of about 260 ° C., and is hardly affected by heat when the semiconductor device after sealing is mounted on a circuit board.

しかしながら、実際に、Bi-Snはんだ合金を使って溶融めっき法によりはんだコートリッドを製作してみると、基材であるコバール材との密着性に問題があることが判明した。
コバール材へのはんだ付けには、通常、Niめっきを下地処理として行う必要があるが、このNiとはんだ合金のBiとが反応して金属間化合物BiNiを形成するため、そのような金属間化合物生成領域から基材とはんだ合金層とが剥離してしまい、十分な強度のはんだ接合部が得られないことを知った。
However, actually, when a solder coat lid was manufactured by a hot-dip plating method using a Bi-Sn solder alloy, it was found that there was a problem in adhesion to the Kovar material as a base material.
For soldering to Kovar, it is usually necessary to perform Ni plating as a base treatment, but this Ni reacts with Bi of the solder alloy to form the intermetallic compound Bi 3 Ni. It was found that the base material and the solder alloy layer were peeled from the intermetallic compound generation region, and a solder joint portion having sufficient strength could not be obtained.

そこで、本発明者らは、リッド基材に対して高価なNiめっきに代え、Cuめっきを行ったところ、Cuの場合にもBiCu金属間化合物は生成するが、密着性は低下しないことを見出した。   Therefore, the present inventors have found that the LiCu intermetallic compound is produced even in the case of Cu, but the adhesion is not lowered when Cu plating is performed instead of expensive Ni plating on the lid base material. It was.

しかも、かかるBiCu金属間化合物は、リッド基材との密着性に優れているために打ち抜き、等のせん断加工、あるいは絞りなどの曲げ・引張り加工に際しても割れの起点とならず、自由な加工が可能になることを見出し、本発明に至った。   In addition, the BiCu intermetallic compound is excellent in adhesion to the lid base material, so it does not become a starting point for cracking during punching, shearing such as drawing, or bending / tensioning such as drawing. The inventors have found that it is possible to arrive at the present invention.

このような結果が現れる理由としては、BiCu金属間化合物は、BiNi金属間化合物に比較して柔軟性を有していること及びBiはCuよりもNiと選択的に反応して、BiNi金属間化合物の成長速度が速いことが挙げられる。
したがって、Bi系のはんだ材料を使用するときは、Ni下地の基材を用いると厚いBiNi金属間化合物を形成して、脆くなる傾向があると考えられる。
The reason why such a result appears is that the BiCu intermetallic compound is more flexible than the BiNi intermetallic compound, and Bi reacts selectively with Ni rather than Cu, and BiNi intermetallic compound It is mentioned that the growth rate of the compound is fast.
Therefore, when using a Bi-based solder material, it is considered that using a Ni-based base material tends to form a thick BiNi intermetallic compound and become brittle.

ここに、本発明は、次の通りである。
(1)リッド本体を構成するNiベース基材、該Niベース基材の上に設けられたCuめっき層、該Cuめっき層の上に設けられたBi-Snはんだ合金層から構成され、該Bi-Snはんだ合金層が、Sn:0.5〜5.0質量%、残部BiからなるBi-Snはんだ合金から成ることを特徴とする、半導体装置の封止用はんだコートリッド
)前記Niベース基材が、ニッケル合金から構成される上記(1)記載のはんだコートリッド。
)前記半導体装置が、水晶振動子である上記(1)または(2)に記載のはんだコートリッド。
)前記半導体装置が、SAWフィルタである上記(1)または(2)に記載のはんだコートリッド。
)縦断面形状がハット型をなす上記(1)ないし()のいずれかに記載のはんだコートリッド。
Here, the present invention is as follows.
(1) A Ni base substrate constituting the lid body, a Cu plating layer provided on the Ni base substrate, a Bi-Sn solder alloy layer provided on the Cu plating layer , and the Bi A solder coat lid for sealing a semiconductor device, wherein the Sn solder alloy layer is made of a Bi-Sn solder alloy consisting of Sn: 0.5 to 5.0% by mass and the balance Bi .
(2) the Ni base substrate is composed of a nickel alloy (1) Symbol placement of the solder coat lid.
( 3 ) The solder coat lid according to (1) or (2) , wherein the semiconductor device is a crystal resonator.
( 4 ) The solder coat lid according to (1) or (2) , wherein the semiconductor device is a SAW filter.
( 5 ) The solder coat lid according to any one of (1) to ( 4 ), wherein the longitudinal cross-sectional shape is a hat shape.

本発明によれば、鉛フリーということから、今日問題となっている環境への悪影響はない。
本発明では、いわゆる高温はんだをはんだコートとして使用することから、実装温度が高めに設定される場合にあっても、また実装回数が多い場合にあっても、信頼性の高い実装が行うことができる。
According to the present invention, since it is lead-free, there is no adverse effect on the environment that is a problem today.
In the present invention, so-called high-temperature solder is used as a solder coat, so that even when the mounting temperature is set high or when the mounting frequency is large, highly reliable mounting can be performed. it can.

本発明にかかるはんだコートリッドの断面構造の模式的説明図である。It is typical explanatory drawing of the cross-sectional structure of the solder coat lid concerning this invention. 図2(a)は、平板状はんだコートリッドの模式的説明図、図2(b)は、ハット型はんだコートリッドの模式的説明図である。FIG. 2A is a schematic explanatory diagram of a flat solder coat lid, and FIG. 2B is a schematic explanatory diagram of a hat type solder coat lid. 本発明にかかるはんだコートリッドの製造工程の一部の模式的説明図である。It is typical explanatory drawing of a part of manufacturing process of the solder coat lid concerning this invention. 本発明の実施例により得られたはんだコートリッドの打ち抜き端面の表面光学顕微鏡写真である。It is a surface optical micrograph of the punching end surface of the solder coat lid obtained by the Example of this invention. 同じく実施例のリッドの断面SEM写真である。It is the cross-sectional SEM photograph of the lid of an Example similarly. 比較例により得られたはんだコートリッドの図4と同じ打ち抜き端面の表面光学顕微鏡写真である。FIG. 6 is a surface optical micrograph of the same punched end surface as in FIG. 4 of the solder coat lid obtained by the comparative example. 同じく比較例の、図5に同じ断面SEM写真である。Similarly, FIG. 5 is a cross-sectional SEM photograph of the comparative example. 本発明の実施例のクロスカット試験の結果を示す表面光学顕微鏡写真である。It is a surface optical microscope photograph which shows the result of the crosscut test of the Example of this invention. 本発明の比較例のクロスカット試験の結果を示す表面光学顕微鏡写真である。It is a surface optical microscope photograph which shows the result of the crosscut test of the comparative example of this invention.

次に、本発明についてさらに具体的に説明する。
図1は、本発明にかかるはんだコートリッド(単に「リッド」という)10の断面構造を示す模式的説明図である。リッド10は、コバールなどのニッケル基材1から構成され、例えば、2mm×2mm程度の平面大きさを有するもので、図1は、その一部の断面を拡大して模式的に示す。
ニッケル基材1の上には、Cuめっき層2が設けられている。Cuめっき層2の上には、Bi-Sn系はんだ合金コート3(単に「はんだコート」とも云う)が設けられている。図面上側がリッド10の裏面となる。ニッケル基材1の上にCuめっきを行ってから、はんだコートを設ける前に時間があるとき、あるいは一時保管するときには、Cuめっき層2のうえにSnめっきを行って、Cuめっき層の表面酸化を防止してCuめっき層2のはんだ濡れ性を確保するようにしてもよい。
Next, the present invention will be described more specifically.
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a cross-sectional structure of a solder coat lid (simply called “lid”) 10 according to the present invention. The lid 10 is composed of a nickel base material 1 such as Kovar, and has a planar size of, for example, about 2 mm × 2 mm. FIG. 1 schematically shows an enlarged partial cross-section.
A Cu plating layer 2 is provided on the nickel base 1. On the Cu plating layer 2, a Bi-Sn solder alloy coat 3 (also simply referred to as "solder coat") is provided. The upper side of the drawing is the back surface of the lid 10. When there is time before providing a solder coat after performing Cu plating on the nickel substrate 1, or when storing temporarily, Sn plating is performed on the Cu plating layer 2 to oxidize the surface of the Cu plating layer. May be prevented to ensure solder wettability of the Cu plating layer 2.

図示例では、ニッケル基材1に直接Cuめっき層が接合されているが、ニッケル基材1には予めニッケルめっきを行ったものを使用してその上にCuめっきを設けてもよい。最上層を構成するはんだコート3がCuめっき層に接合されて設けられてBiNi金属間化合物の生成が防止されればよい。したがって、その限りにおいて、実施の形態としては、ニッケル基材1にニッケルめっきを行った場合、あるいはさらにその上にSnめっきを行った場合なども包含される。 In the illustrated example, the Cu plating layer is directly bonded to the nickel base material 1, but the nickel base material 1 may be provided with Cu plating on the nickel base material 1 by using a nickel plating material beforehand. The solder coat 3 constituting the uppermost layer may be provided by being bonded to the Cu plating layer to prevent the generation of Bi 3 Ni intermetallic compound. Therefore, to that extent, the embodiment includes a case where nickel plating is performed on the nickel base 1 or a case where Sn plating is further performed thereon.

Cuめっき層は、通常、電解あるいは無電解めっきにより設けられが、薄めっきが可能であれば特にそれらにのみ制限されない。
図2は、リッドを使って半導体装置を封止する態様の模式的説明図であり、図中、断面で示すが、セラミック製のパッケージ20の凹部22内には、半導体装置24が搭載されており、図示しないが、パッケージ20には適宜回路が設けられ、半導体装置との電気的接合が行われている。
The Cu plating layer is usually provided by electrolysis or electroless plating, but is not particularly limited thereto as long as thin plating is possible.
FIG. 2 is a schematic explanatory view of a mode in which the semiconductor device is sealed using a lid. In the drawing, the semiconductor device 24 is mounted in the recess 22 of the ceramic package 20. Although not shown, the package 20 is appropriately provided with a circuit and electrically connected to the semiconductor device.

図2(a)は、平板状のはんだコートリッド26の場合を示す。図2(b)は、リッド28が、キャップ型(ハット型)である場合を示す。図2(a)、(b)において同一部材は同一符号でもって示す。   FIG. 2A shows the case of a flat solder coat lid 26. FIG. 2B shows a case where the lid 28 is a cap type (hat type). 2A and 2B, the same members are denoted by the same reference numerals.

本明細書において、半導体装置24を収容するあるいは搭載する基板をパッケージ基体あるいは単にパッケージ20と云う。
本発明に係るリッドで気密封止される半導体装置の種類は特に制限されず、パッケージ内に封止されて使用される一般の半導体装置を包含する。半導体回路、ウエハを組み込んだ半導体素子、ICチップ、水晶振動素子、SAWフィルタなど各種デバイスが例示されるが、外部環境の影響に非常に敏感な水晶振動素子、SAWフィルタが本発明にかかるコートリッドで封止される半導体装置としては特に適している。
In this specification, a substrate that houses or mounts the semiconductor device 24 is referred to as a package base or simply as a package 20.
The kind of the semiconductor device hermetically sealed with the lid according to the present invention is not particularly limited, and includes a general semiconductor device used by being sealed in a package. Various devices such as a semiconductor circuit, a semiconductor element incorporating a wafer, an IC chip, a crystal vibration element, and a SAW filter are exemplified. It is particularly suitable as a semiconductor device sealed with.

パッケージ基体20は、はんだ溶融時の加熱温度に耐える電気絶縁性の材料から構成される。このような特性を満たす材料の代表例はセラミックスである。従って、本発明のリッドは代表的には、パッケージ基体をセラミック材料から構成したセラミックパッケージの封止に用いられる。   The package base 20 is made of an electrically insulating material that can withstand the heating temperature during solder melting. A typical example of a material satisfying such characteristics is ceramics. Therefore, the lid of the present invention is typically used for sealing a ceramic package in which the package base is made of a ceramic material.

セラミックパッケージのセラミック材料は、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト、ガラスセラミックなど、従来よりセラミックパッケージに利用されてきた任意の材料でよい。セラミックス基体は、もちろん多層基板でもよく、基体の製造法、内層配線の形成法等に制限はない。   The ceramic material of the ceramic package may be any material conventionally used for ceramic packages, such as alumina, aluminum nitride, mullite, glass ceramic, and the like. Of course, the ceramic substrate may be a multilayer substrate, and there are no restrictions on the method for producing the substrate, the method for forming the inner layer wiring, and the like.

図2(a)に示すように、本発明のリッドが板状である場合、パッケージ基体は凹部22を有し、その凹部に半導体装置24、例えば水晶振動子を搭載する。そして、この凹部22を完全に覆う大きさのリッド26を凹部の上に乗せ、その状態で、次いで、はんだコート3を加熱・溶融させて、リッドとパッケージ基体との界面を鉛フリーはんだで封止するのである。   As shown in FIG. 2A, when the lid of the present invention is plate-shaped, the package base has a recess 22 in which a semiconductor device 24, for example, a crystal resonator is mounted. Then, a lid 26 having a size that completely covers the recess 22 is placed on the recess, and in this state, the solder coat 3 is then heated and melted, and the interface between the lid and the package base is sealed with lead-free solder. It stops.

一方、図2(b)に示すように、パッケージ基体が平板状の場合には、本発明のリッドはキャップ型である。
図2(a)を例にとって説明すると、絶縁性のパッケージ基体がセラミックス基体である場合、セラミックス基体は接合性(濡れ性)がないので、基体の封止される部分、即ち、上記の凹部を包囲し、リッドと接合して封止部23を形成する基体の上面には、接合性に優れた適当な金属層21を下地として形成しておく必要がある。この金属層21は、W、Mo等の高融点金属でメタライズ処理した後、Niめっき及びAuめっきを施すことにより形成することが、接合性の確保の面からは好ましい。しかし、下地の金属層はこれに限られるものではなく、はんだで封止されるセラミックパッケージに利用可能な他の金属層を適用することもできる。
On the other hand, as shown in FIG. 2 (b), when the package base is flat, the lid of the present invention is a cap type.
Referring to FIG. 2 (a) as an example, when the insulating package substrate is a ceramic substrate, the ceramic substrate does not have bondability (wetting properties), and therefore the portion to be sealed of the substrate, that is, the above-described recess is not provided. It is necessary to form an appropriate metal layer 21 having excellent bonding properties as a base on the upper surface of the base that surrounds and bonds with the lid to form the sealing portion 23. The metal layer 21 is preferably formed by performing metallization with a refractory metal such as W or Mo and then applying Ni plating and Au plating from the viewpoint of securing the bonding property. However, the underlying metal layer is not limited to this, and other metal layers that can be used for ceramic packages that are sealed with solder can also be applied.

本発明の場合、すでに述べたように、リッド本体をなすニッケルベース基材と、はんだコート3との接合面における接合強度および加工特性は重要であるが、しかし、パッケージの封止後のパッケージの金属層21とはんだコート3との接合特性は、金属層においてはんだ濡れ性が確保できれば特に問題とならない。   In the case of the present invention, as described above, the bonding strength and processing characteristics at the bonding surface between the nickel base substrate forming the lid body and the solder coat 3 are important, but the package The bonding characteristics between the metal layer 21 and the solder coat 3 are not particularly problematic as long as solder wettability can be secured in the metal layer.

本発明にかかるはんだコートリッド26を用いる場合、パッケージ20の上端部21にはW −Ni−Auの金属層21を設け、これに直接はんだコートリッド26を載置し、加熱することで封止を行うことができる。   When the solder coat lid 26 according to the present invention is used, a metal layer 21 of W—Ni—Au is provided on the upper end portion 21 of the package 20, and the solder coat lid 26 is directly placed on the metal layer 21 and heated to be sealed. It can be performed.

この例では、はんだコート3はリッド26の下側面全体に設けられているが、パッケージ上端部の金属層21の接合部位と直接に接する領域あるいはそれよりもわずかに大きな領域だけにはんだコート3を設けるようにしてもよい。その場合には、被覆に要するはんだの量が少なくなり、材料コストが低下するばかりでなく、はんだ成分の揮発の機会もより少なくなり、それだけ封止による内部搭載素子の特性劣化を回避できる。   In this example, the solder coat 3 is provided on the entire lower surface of the lid 26. However, the solder coat 3 is applied only to a region that is in direct contact with the joining portion of the metal layer 21 at the upper end of the package or a region slightly larger than that. You may make it provide. In that case, the amount of solder required for the coating is reduced, and not only the material cost is reduced, but also the opportunity for volatilization of the solder component is reduced, and the deterioration of the characteristics of the internal mounted element due to the sealing can be avoided.

したがって、本発明によるかかる態様のはんだコートリッド26、28は、パッケージ20の上端部の金属層21と接合すべき領域だけにはんだコート3を設けた態様も包含する。   Therefore, the solder coat lids 26 and 28 of this embodiment according to the present invention also include an embodiment in which the solder coat 3 is provided only in the region to be joined to the metal layer 21 at the upper end portion of the package 20.

本発明によれば、半導体素子を収容したパッケージ基体を覆うリッドは、金属板の片面に鉛フリーはんだ合金が溶融めっきされたニッケルベース基材から構成される。このニッケルベース基材はリッドの本体を構成し、この基材に溶融めっきされた鉛フリーはんだ合金は、封止時に加熱・溶融して蓋体とパッケージ基体との間に気密封止部を形成する。好ましい厚みは、基材が 0.05〜1mm、はんだコート層が10〜80μm程度である。   According to the present invention, the lid that covers the package substrate containing the semiconductor element is composed of a nickel-based base material in which a lead-free solder alloy is hot-plated on one surface of a metal plate. This nickel-based substrate constitutes the lid body, and the lead-free solder alloy that is hot-plated on this substrate is heated and melted during sealing to form an airtight seal between the lid and the package substrate To do. The preferred thickness is about 0.05 to 1 mm for the substrate and about 10 to 80 μm for the solder coat layer.

図3は、本発明にかかるはんだコートリッドの溶融法による製造工程の模式的説明図であり、図中、はんだ槽31に収容された溶融はんだ浴30に、コバール材、42アロイ、あるいは45アロイ材などのニッケルベース基材にCuめっきを行った金属帯32を矢印方向に走行させて、支持ロール34、浸漬ロール36、そして取り出しロール38を経て、連続的に浸漬・引き出すことで、図示例ではその片面に、溶融めっきを行い、図1に示す鉛フリーはんだからなるはんだコート3を設ける。本明細書においては、このようにはんだ層を設けることを、「はんだの溶融めっき」または「溶融はんだめっき」を行うと称する。   FIG. 3 is a schematic explanatory view of the manufacturing process of the solder coat lid according to the present invention by the melting method. In the figure, the molten solder bath 30 accommodated in the solder bath 31 is filled with Kovar material, 42 alloy, or 45 alloy. A metal strip 32 obtained by performing Cu plating on a nickel base substrate such as a material is run in the direction of the arrow, and is continuously dipped and pulled out through a support roll 34, a dipping roll 36, and a take-out roll 38, thereby showing an example in the figure. Then, on one surface thereof, hot dip plating is performed to provide a solder coat 3 made of lead-free solder as shown in FIG. In the present specification, providing the solder layer in this way is referred to as “solder hot-dip plating” or “hot solder plating”.

図示のはんだ溶融めっき工程に先立って、Niベース基材にはCuめっきが施される。Cuめっきは、BiNi金属間化合物の生成を防止するために行うのであって、電気めっきであっても、無電解めっきであってもよいが、連続処理が可能であるという点で、電気めっきが好ましい。 Prior to the illustrated solder hot dipping step, Cu plating is applied to the Ni base substrate. Cu plating is performed in order to prevent the formation of Bi 3 Ni intermetallic compounds, and may be electroplating or electroless plating. Plating is preferred.

Cuめっきに引き続いて溶融めっきを行うときには、必ずしも必要でないが、Cuめっき面の表面酸化を防止するために、Snめっき、Auめっき、あるいは、イミダゾールなどの防錆剤の塗布を行う。このような防錆層は非常に薄いため、その後に行われるはんだ合金の溶融めっきの際に殆ど消失してしまうため、はんだコートリッドとしては、なんら言及されない。   When hot-dip plating is performed subsequent to Cu plating, it is not always necessary, but in order to prevent surface oxidation of the Cu-plated surface, Sn plating, Au plating, or a rust preventive agent such as imidazole is applied. Since such a rust preventive layer is very thin, it will almost disappear during the subsequent hot dip plating of the solder alloy, so that no mention is made as a solder coat lid.

このようにして片面だけにはんだコート3が設けられた金属帯は、次いで、成型工程においてプレスなどの打抜加工によって所定形状のリッド26に成型される。検査工程で検査後、そのままはんだコートリッドとして半導体装置のパッケージ用に使用される。   In this way, the metal strip provided with the solder coat 3 only on one side is then molded into a lid 26 having a predetermined shape by a punching process such as a press in a molding process. After the inspection in the inspection process, it is used as it is as a solder coat lid for a semiconductor device package.

あるいは、さらに、必要により絞り加工などの二次加工を行って、キャップ型のはんだコートリッド28とする。
本発明にかかる半導体パッケージ気密封止用のはんだコートリッドには、柔らかいはんだ合金層がコートされており、打ち抜き時や、絞り加工時、あるいはその後のハンドリング性は良好である。
Alternatively, further, secondary processing such as drawing is performed as necessary to obtain a cap-type solder coat lid 28.
The solder coat lid for hermetic sealing of a semiconductor package according to the present invention is coated with a soft solder alloy layer, and has good handling properties at the time of punching, drawing or after.

従って、本発明にかかる鉛フリーはんだコートリッドは、容易に大量生産でき、ハンドリング性にも優れている。
リッドとなるニッケルべ−ス基材は、特に制限されないが、熱膨張率がパッケージ基体の熱膨張率に近いものが好ましい。基体がセラミックスであるセラミックパッケージの場合には、リッド本体となるニッケルベース基材の好ましい材質の例としては、42アロイ (Fe−42Ni合金) 、45アロイ、コバール(Kovar、Fe−29Ni−17Co合金) 等が挙げられる。
Therefore, the lead-free solder coat lid according to the present invention can be easily mass-produced and has excellent handling properties.
The nickel base substrate to be the lid is not particularly limited, but preferably has a thermal expansion coefficient close to that of the package substrate. In the case of a ceramic package in which the substrate is ceramic, examples of preferable materials for the nickel base substrate used as the lid body include 42 alloy (Fe-42Ni alloy), 45 alloy, Kovar (Kovar, Fe-29Ni-17Co alloy). ) Etc.

本発明用いるはんだの組成はBi-Sn系合金である。具体的組成例としては、Sn:0.5〜5.0質量%、残部Biである。好ましくは、Sn:0.5〜2.0質量%、残部Biである。 Composition of the solder used in the present invention is a Bi-Sn alloy. A specific composition example is Sn: 0.5 to 5.0% by mass and the balance Bi. Preferably, Sn: 0.5 to 2.0% by mass and the balance Bi.

特に、Sn2%、残部実質的にBiから成る鉛フリーはんだ合金の場合には、ピーク温度が265℃と実装用はんだより高融点であって、リッドのはんだ付けの後に行われる実装の際にも溶融することはない。   In particular, in the case of a lead-free solder alloy consisting of Sn 2% and the balance being substantially Bi, the peak temperature is 265 ° C., which is a higher melting point than the mounting solder, and also when mounting after the soldering of the lid It does not melt.

本発明にかかるはんだコートリッドは、一般の半導体装置を収容したパッケージの封止に用いられるが、そのときの搭載素子としては水晶振動子が有利である。その他、ICチップ、SAW フィルター素子が考えられる。   The solder coat lid according to the present invention is used for sealing a package containing a general semiconductor device, and a crystal resonator is advantageous as a mounting element at that time. In addition, IC chips and SAW filter elements can be considered.

本例では、Bi-0.5Sn組成のはんだを、コバール材からなるリッド材表面に溶融めっきによりコート( 被覆) し、はんだコートリッドを得た。
コバールの帯状体(幅10mm、厚さ0.05mm)の一方の面だけに予め電気めっきでCuを厚さ2.5μmにめっきしてから、さらにSnめっきを行い、一時保管した。
In this example, a solder having a Bi-0.5Sn composition was coated (coated) on the surface of a lid made of a Kovar material by hot dipping to obtain a solder coat lid.
After Cu was plated to a thickness of 2.5 μm by electroplating in advance on only one surface of a Kovar belt (width 10 mm, thickness 0.05 mm), Sn plating was further performed and temporarily stored.

次いで、図3に示す溶融めっき工程によって、鉛フリーはんだの溶融めっきを行った。はんだコートはCuめっきを行った面だけに形成された。基材であるコバールは本来はんだが付かない材料であるからである。   Next, the hot-dip plating of lead-free solder was performed by the hot-dip plating process shown in FIG. The solder coat was formed only on the surface plated with Cu. This is because Kovar, which is a base material, is a material that does not inherently have solder attached thereto.

比較として、基材表面にNiめっき(電解めっき)を行ったはんだコートリッドもCuめっきをNiめっきに代えただけの同じ方法で製造した。
各はんだコートリッドについて、打ち抜き試験、クロスカット試験を行った。
As a comparison, a solder coat lid obtained by performing Ni plating (electrolytic plating) on the substrate surface was also manufactured by the same method in which Cu plating was replaced with Ni plating.
Each solder coat lid was subjected to a punch test and a cross cut test.

打ち抜きサイズは、5.4mmX5.4mmX0.08mmであった。はんだコート面を上にして打ち抜きを行った。
打ち抜き試験の結果、本発明にしたがって、Cuめっきを行った下地にBi-0.5Sn溶融めっきを行った供試材の場合(実施例)、5回の打ち抜き試験のいずれにおいてもバリ、割れは見られなかった。
The punching size was 5.4 mm X 5.4 mm X 0.08 mm. Punching was performed with the solder coat surface facing up.
As a result of the punching test, in the case of the test material in which Bi-0.5Sn hot-dip plating was performed on the base plated with Cu according to the present invention (Example), burrs and cracks were observed in all of the five punching tests. I couldn't.

一方、Niめっき下地にBi-0.5Sn溶融めっきを行った供試材の場合(比較例)、5回の打ち抜き試験のいずれにおいてもバリ、割れが見られた。
なお、バリは、打ち抜きの際に基材とはんだコート層との接合部の端部、つまり、打ち抜き材の端面に表れる1種の表面傷であり、割れは基材とはんだコート層との接合部の端部に見られる1種の剥離である。
On the other hand, in the case of the test material in which Bi-0.5Sn hot-dip plating was performed on the Ni plating base (Comparative Example), burrs and cracks were observed in all of the five punching tests.
The burr is a kind of surface flaw that appears at the end of the joint between the base material and the solder coat layer, that is, the end face of the punched material, and the crack is the joint between the base material and the solder coat layer. It is one type of peeling seen at the end of the part.

実施例および比較例のそれぞれについて、供試材の表面光学顕微鏡写真および断面SEM写真を図4ないし図7として示す。
図4および図5は、本発明にかかるはんだコートリッドのそれぞれ表面光学顕微鏡写真および断面SEM写真であるが、バリはなく、割れも見られない。図5では、図中白く見えるはんだコートが基材の両面に設けられているが、これは試験的に両面にはんだコートを設けることで打ち抜き加工の上下両面からの影響を見るために設けただけである。
About each of an Example and a comparative example, the surface optical microscope photograph and cross-sectional SEM photograph of a test material are shown as FIG. 4 thru | or FIG.
4 and 5 are a surface optical micrograph and a cross-sectional SEM photograph, respectively, of the solder coat lid according to the present invention, but there are no burrs and no cracks. In FIG. 5, the solder coat that appears white in the figure is provided on both sides of the base material, but this is provided only for the purpose of seeing the influence from the upper and lower sides of the punching process by providing the solder coat on both sides as a test. It is.

図6および図7は、比較例のはんだコートリッドのそれぞれ表面光学顕微鏡写真および断面SEM写真であるが、バリと割れが見られる。図6において、打ち抜き端面は段階状になっており、その最上部に不連続部として観察されるのがバリである。写真手前側の面は、はんだコート表面で、結晶状態(デンドライト)として観察される。割れは、図7において、先端部に一部突出した突起部として観察される。   6 and 7 are a surface optical micrograph and a cross-sectional SEM photograph of the solder coat lid of the comparative example, respectively, and burrs and cracks are seen. In FIG. 6, the punched end face is stepped, and a burr is observed as a discontinuous portion at the top. The front surface of the photograph is observed as a crystalline state (dendrites) on the surface of the solder coat. In FIG. 7, the crack is observed as a protrusion partly protruding from the tip.

図8および図9は、それぞれ本発明の実施例および比較例のクロスカット試験の結果を示す表面光学顕微鏡写真である。クロスカット試験は、JISK5600−5−6に準じて行ったもので、1mm間隔で10X12本のクロスカットを入れ(9×11=99個のマス目)、そのときの剥離状況を観察した。   FIG. 8 and FIG. 9 are surface optical micrographs showing the results of the cross-cut test of Examples and Comparative Examples of the present invention, respectively. The crosscut test was performed according to JISK5600-5-6, and 10 × 12 crosscuts were made at 1 mm intervals (9 × 11 = 99 squares), and the peeling state at that time was observed.

図8は、本発明の実施例であり、JIS規格による分類は「0(ゼロ)」であった。図9は、比較例であり、同じく分類は「2」であった。
本発明例では、はんだコートと基材との密着性は優れており、これらの結果から、絞り加工を行ってハット型はんだコートリッドとしても、はんだコートの剥離などは起こらないと判断される。
FIG. 8 shows an example of the present invention, and the classification according to the JIS standard was “0 (zero)”. FIG. 9 is a comparative example, and the classification was “2”.
In the example of the present invention, the adhesion between the solder coat and the base material is excellent. From these results, it is judged that peeling of the solder coat does not occur even when the hat-type solder coat lid is formed by drawing.

Claims (5)

リッド本体を構成するNiベース基材と、該Niベース基材の上に設けられたCuめっき層と、該Cuめっき層に接合して設けられたBi-Snはんだ合金層から構成され、該Bi-Snはんだ合金層が、Sn:0.5〜5.0質量%、残部BiからなるBi-Snはんだ合金から成ることを特徴とする、半導体装置の封止用はんだコートリッド。 And Ni-based base material constituting the lid body, and a Cu plating layer provided on the Ni base substrate is composed of a Bi-Sn solder alloy layer provided by bonding to the Cu plating layer, the Bi A solder coat lid for sealing a semiconductor device, wherein the Sn solder alloy layer is made of a Bi-Sn solder alloy consisting of Sn: 0.5 to 5.0% by mass and the balance Bi . 前記Niベース基材が、ニッケル合金から構成される請求項1記載のはんだコートリッド。 The Ni base substrate, according to claim 1 Symbol placement of solder coating the lid consists of a nickel alloy. 前記半導体装置が、水晶振動子である請求項1または2に記載のはんだコートリッド。 The semiconductor device, the solder coating lid according to claim 1 or 2 which is a crystal oscillator. 前記半導体装置が、SAWフィルタである請求項1または2に記載のはんだコートリッド。 The semiconductor device, the solder coating lid according to claim 1 or 2 is a SAW filter. 縦断面形状がハット型をなす、請求項1ないしのいずれかに記載のはんだコートリッド。 Longitudinal section forms a hat-solder-coated lid according to any one of claims 1 to 4.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5537119B2 (en) * 2009-10-28 2014-07-02 京セラ株式会社 Lid, lid manufacturing method and electronic device manufacturing method
JP6374675B2 (en) * 2014-03-05 2018-08-15 太陽誘電株式会社 Electronic device and manufacturing method thereof
JP6984787B2 (en) * 2019-05-07 2021-12-22 三菱電機株式会社 Semiconductor devices and their manufacturing methods

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3481020B2 (en) * 1995-09-07 2003-12-22 ディップソール株式会社 Sn-Bi alloy plating bath
US5881945A (en) * 1997-04-30 1999-03-16 International Business Machines Corporation Multi-layer solder seal band for semiconductor substrates and process
JP3446829B2 (en) * 2000-08-07 2003-09-16 サンケン電気株式会社 Semiconductor device
JPWO2004070836A1 (en) * 2003-02-06 2006-06-01 株式会社Neomaxマテリアル Hermetic sealing cap and manufacturing method thereof
KR101004589B1 (en) * 2006-09-01 2010-12-29 센주긴조쿠고교 가부시키가이샤 Lid for functional part and process for producing the same
JP2010029868A (en) * 2006-11-06 2010-02-12 Victor Co Of Japan Ltd Lead-free solder paste, electronic circuit board using the same, and method for manufacturing the same
CN101402514B (en) * 2007-10-03 2011-09-07 日立金属株式会社 Solder alloy for bonding oxide material, and solder joint using the same
JP4665959B2 (en) * 2007-11-30 2011-04-06 日本電気株式会社 Vacuum package
US20120106085A1 (en) * 2009-02-19 2012-05-03 Takao Yamazaki Vacuum sealed package, printed circuit board having vacuum sealed package, electronic device, and method for manufacturing vacuum sealed package

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