JP5965529B1 - シールリングおよびシールリング素材 - Google Patents

Abstract

【課題】変色が発生するのが抑制されたシールリングを提供する。【解決手段】このシールリング１（１０１）は、パッケージ１００に用いられるシールリング１（１０１）であって、絶縁性の介在物Ｉが分散されたＦｅ−Ｎｉ系合金から構成された基材層１１と、基材層１１の上面１１ａ上に配置され、基材層１１の上面１１ａから露出する介在物Ｉを覆う被覆層１２と、を備える。【選択図】図３

Description

この発明は、シールリングおよびシールリング素材に関する。

従来、電子部品収容パッケージに用いられるシールリングが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、水晶振動子（電子部品収容パッケージ）に用いられ、コバール材（Ｆｅ（鉄）−Ｎｉ（ニッケル）−Ｃｏ（コバルト）合金材）や４２アロイ材（Ｆｅ−Ｎｉ合金材）からなるシールリングが開示されている。この水晶振動子では、シールリングがセラミック基板の上面に銀ろうなどのろう材を介して接合されるとともに、金属蓋材がシールリングの上面にシーム溶接により接合される。これにより、水晶振動子が気密封止される。なお、シールリングの表面には、ＮｉおよびＡｕ（金）の順にめっき層が形成されている。

特開２００７−３００２６５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されたシールリングでは、めっき層を形成する過程において、シールリングの表面に変色が発生することを本願発明者は確認した。この変色が発生した領域は、外観不良となるだけでなく、腐食発生の起点となり得る。さらに、変色が発生した領域は他の部分に比べて溶接されにくいと考えられるため、シールリングを金属蓋材に溶接した場合には、変色が発生した領域の溶接が不十分であることに起因して、水晶振動子の気密封止性が低下してしまうと考えられる。

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、変色が発生するのが抑制されたシールリングおよびそのシールリングのシールリング素材を提供することである。

本願発明者は、鋭意検討した結果、基材層の表面に露出する絶縁性の介在物がめっき層により覆われていない場合に、シールリングの表面に変色が発生するという知見を得た。そして、この知見に基づいて、本願発明者は以下のような構成を見出した。

この発明の第１の局面によるシールリングは、電子部品収容パッケージに用いられるシールリングであって、絶縁性の介在物が分散されたＦｅ−Ｎｉ系合金から構成された基材層と、基材層の少なくとも一方表面上に配置され、基材層の一方表面に露出する介在物を覆う金属被覆層と、基材層の他方表面上に配置され、銀ろう材から構成された銀ろう層と、を備え、金属被覆層と基材層と銀ろう層とがこの順で接合された３層構造のクラッド材から構成されており、金属被覆層の厚みは、介在物の平均粒径の５０％以上である。なお、「介在物が分散された基材層」には、必ずしも基材層の全体に介在物が均等に分散されている場合に限られず、ある程度の偏りがある状態で基材層に介在物が分散されている場合も含まれる。また、「Ｆｅ−Ｎｉ系合金」は、ＦｅとＮｉとを少なくとも含有する合金を意味する。つまり、「Ｆｅ−Ｎｉ系合金」は、ＦｅおよびＮｉ以外にたとえばＣｏなどを含有する合金も含まれる広い概念である。

この発明の第１の局面によるシールリングでは、上記のように、基材層の少なくとも一方表面上に、基材層の一方表面に露出する介在物を覆う金属被覆層を配置する。これにより、金属被覆層により基材層の一方表面に露出する介在物が覆われているので、めっき層形成時などにおいて、基材層の一方表面側においてシールリングに変色が発生するのを抑制することができる。また、基材層と金属被覆層とが互いに接合されたクラッド材から構成されている。これにより、基材層と金属被覆層とを互いに接合させることによって、めっきにより金属被覆層を形成する場合と比べて、絶縁性の介在物を覆う金属被覆層をより確実に形成することができる。これにより、変色の発生をより抑制することができる。また、金属被覆層の厚みは、介在物の平均粒径の５０％以上である。ここで、介在物は、５０％を超えて基材層の一方表面に露出した状態で維持されることはほとんどなく、Ｆｅ−Ｎｉ系合金の作製時に脱落すると考えられる。したがって、金属被覆層の厚みを介在物の平均粒径の５０％以上にすることによって、金属被覆層により基材層の一方表面に露出する介在物を十分に覆うことができる。また、基材層の他方表面上に配置され、銀ろう材から構成された銀ろう層をさらに備える。これにより、銀ろう層を溶融させることによって、基材層の他方表面側において、シールリングをろう付け対象（たとえば、基台）に容易にろう付け接合することができる。また、ろう付け接合時に銀ろう材とシールリングとの位置決めを行う必要がないので、シールリングをろう付け対象により容易にろう付け接合することができる。また、金属被覆層と基材層と銀ろう層とがこの順で接合されたクラッド材から構成されている。これにより、基材層と金属被覆層とを互いに接合させることによって、変色の発生をより抑制することができるとともに、基材層と銀ろう層とを互いに接合させることによって、基材層と銀ろう層とを容易に一体化することができる。

上記第１の局面によるシールリングにおいて、好ましくは、金属被覆層は、ＮｉまたはＮｉ合金から構成されている。このように構成すれば、基材層の一方表面側において、シールリングに溶接対象（たとえば、蓋部材）をシーム溶接しやすくすることができる。

上記銀ろう層をさらに備える構成において、好ましくは、金属被覆層の厚みは、結晶成長した基材層の平均結晶粒径の１／７５倍以上である。ここで、ろう付け接合時において、ろう付け接合時の熱により、基材層を構成するＦｅ−Ｎｉ系合金の結晶粒径が大きくなってしまう（結晶成長してしまう）。さらに、ろう付け接合時において、基材層の他方表面上に配置された銀ろう層の銀ろう材がシールリングの側面を這い上がり、シールリングの一方表面（金属被覆層）上に到達する場合がある。そして、金属被覆層上に到達した銀ろう材が基材層の一方表面に到達すると、結晶成長した基材層の粒界（結晶粒界）に侵入して基材層の一方表面に割れ（いわゆる銀ろう割れ）が生じる場合がある。この銀ろう割れが生じたシールリングでは、基材層の一方表面側において、シールリングに溶接対象（たとえば、蓋部材）を溶接する際に、亀裂（クラック）が発生する虞があり、発生したクラックに起因して、シールリングの機械的強度（剛性）が低下してしまう。そこで、本発明では、金属被覆層の厚みを結晶成長した基材層の平均結晶粒径の１／７５倍以上にすることによって、金属被覆層上に到達した銀ろう材が基材層の一方表面に到達するのを抑制することができるので、銀ろう割れに起因してシールリングの機械的強度が低下するのを抑制することができる。なお、このことは、本願発明者による実験により確認済みである。

この発明の第２の局面によるシールリング素材は、電子部品収容パッケージに用いられるシールリングの素材であって、絶縁性の介在物が分散されたＦｅ−Ｎｉ系合金から構成された基材層と、基材層の少なくとも一方表面上に配置され、基材層の一方表面に露出する介在物を覆う金属被覆層と、基材層の他方表面上に配置され、銀ろう材から構成された銀ろう層と、を備え、金属被覆層と基材層と銀ろう層とがこの順で接合された３層構造のクラッド材から構成されており、金属被覆層の厚みは、介在物の平均粒径の５０％以上である。

この発明の第２の局面によるシールリング素材では、第１の局面と同様に、基材層の一方表面側においてシールリング素材からなるシールリングに変色が発生するのを抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、変色が発生するのが抑制されたシールリングおよびそのシールリングのシールリング素材を提供することができる。

本発明の第１および第２実施形態によるシールリングの構成を示した上面図である。 図１の９００−９００線に沿った断面図である。 本発明の第１および第２実施形態によるシールリングの上面近傍を示した拡大断面図である。 本発明の第１および第２実施形態による電子部品収容パッケージの構成を示した断面図である。 本発明の第１実施形態によるシールリング素材の製造プロセスを説明するための斜視図である。 本発明の第１実施形態によるシールリング素材の打抜き加工を説明するための斜視図である。 本発明の第１および第２実施形態による電子部品収容パッケージの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による電子部品収容パッケージの製造プロセスにおけるシールリングのめっき層形成後の状態を示した拡大断面図である。 従来例１におけるシールリングのめっき層形成後の状態を示した拡大断面図である。 本発明の第２実施形態による電子部品収容パッケージの製造プロセスにおける銀ろう材溶融時のシールリングの状態を示した拡大断面図である。 本発明の第２実施形態による電子部品収容パッケージの製造プロセスにおける銀ろう材冷却後のシールリングの状態を示した拡大断面図である。 本発明の第２実施形態による電子部品収容パッケージの製造プロセスにおけるめっき層形成後のシールリングの状態を示した拡大断面図である。 従来例２におけるめっき層形成後のシールリングの状態を示した拡大断面図である。 本発明の第２実施形態による電子部品収容パッケージの製造プロセスにおけるシーム溶接を示した拡大断面図である。 従来例２におけるシーム溶接を示した拡大断面図である。 本発明の第２実施形態の効果を確認するために行ったコバール材の剛性試験を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態の効果を確認するために行ったコバール材の剛性試験を説明するための模式図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
［シールリングの構造］
まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態によるシールリング１の構造を説明する。

第１実施形態によるシールリング１は、図１に示すように、平面的に見て、長方形の枠状に形成されている。また、シールリング１は、図２および図３に示すように、基材層１１と、基材層１１の上面１１ａ（Ｚ１側の面）に接合された被覆層１２と、基材層１１の下面１１ｂ（Ｚ２側の面）に接合された銀ろう層１３と、が接合された３層構造のクラッド材１０から構成されている。なお、上面１１ａおよび下面１１ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「一方表面」および「他方表面」の一例である。また、被覆層１２は、特許請求の範囲の「金属被覆層」の一例である。

基材層１１は、いわゆるコバール（登録商標）から構成されている。つまり、基材層１１は、約２９質量％のＮｉと、約１７質量％のＣｏと、不可避不純物と、残部Ｆｅとから構成された２９Ｎｉ−１７Ｃｏ−Ｆｅ合金から構成されている。なお、基材層１１は、コバール以外のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から構成されていてもよい。

また、基材層１１は、Ｃｏを含有せずにＦｅおよびＮｉを含有するＦｅ−Ｎｉ合金から構成されていてもよい。たとえば、基材層１１を構成するＦｅ合金として、約３６質量％のＮｉと、不可避不純物と、残部Ｆｅとから構成された３６Ｎｉ−Ｆｅ合金（いわゆるインバー（登録商標））や、約４２質量％のＮｉを含有する４２Ｎｉ−Ｆｅ合金、約５０質量％のＮｉを含有する５０Ｎｉ−Ｆｅ合金などを用いてもよい。また、基材層１１は、後述する基台２を構成するセラミックスの熱膨張率に近づけるために、熱膨張率が小さなＦｅ−Ｎｉ系合金から構成されるのが好ましい。

また、図３に示すように、基材層１１には、絶縁性の介在物Ｉが分散されており、介在物Ｉの一部は、基材層１１の表面（上面１１ａ、下面１１ｂおよび側面１１ｃ）に露出している。なお、図３では、基材層１１の上面１１ａ近傍のみを図示している。

この介在物Ｉはコバール材（Ｆｅ−Ｎｉ系合金材）が作製される際にコバール材に分散される。具体的には、コバール材の作製工程において、予め所定の元素を添加させた状態で、コバールの合金組成になるように金属材（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ）を溶融させて冷却する。ここで、所定の元素は、たとえば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｎ（マンガン）およびＳｉ（ケイ素）であり、作製されるコバール材の加工性（打抜き加工性）を向上させるために、溶融させる金属材に意図的に添加している。これにより、コバール材が作製されるとともに、予め添加された所定の元素が溶融時の熱などで酸化されて、絶縁性の介在物Ｉがコバール材の内部に分散される。なお、所定の元素が、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｎ（マンガン）およびＳｉ（ケイ素）である場合、介在物Ｉは、それぞれ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｎＯおよびＳｉＯ_２から構成される。また、介在物Ｉは、コバールよりも硬質である。

また、介在物Ｉの平均粒径は、約０．５μｍ以上約２０μｍ以下である。なお、介在物Ｉの平均粒径は、所定の断面積（たとえば、約１０ｍｍ^２）を有するコバール材の断面を観察して、断面内でコバール材に分散されている介在物Ｉの各々の粒径の平均を算出することにより取得される。さらに、断面は複数個所（たとえば、３か所や５か所）において取得することが好ましい。この場合、介在物Ｉの平均粒径は、複数の断面内でコバール材に分散されている介在物Ｉの各々の粒径の平均を算出することにより取得される。

また、基材層１１のＺ方向（板厚方向）の厚みｔ１は、約８０μｍ以上約５００μｍ以下であるのが好ましい。

ここで、第１実施形態では、被覆層１２は、図３に示すように、基材層１１の上面１１ａに露出する介在物ＩをＺ１側から覆うように、基材層１１の上面１１ａ上に接合されている。これにより、介在物Ｉがシールリング１の上面１ａに露出するのが抑制されている。

また、被覆層１２は、ＮＷ２２０１（ＪＩＳ規格）などの純Ｎｉから構成されている。なお、被覆層１２は、純Ｎｉではなく、Ｎｉ−Ｐ（リン）合金やＮｉ−Ｃｕ（銅）合金などのＮｉ合金から構成してもよい。これにより、被覆層１２の耐食性や耐酸化性などを適宜向上させることが可能である。

また、被覆層１２のＺ方向の厚みｔ２は、介在物Ｉの平均粒径に基づいて適宜決定される。たとえば、被覆層１２の厚みｔ２は、介在物Ｉの平均粒径の約５０％以上であるのがよい。これにより、約５０％を超えて上面１１ａに露出する介在物Ｉはほとんど基材層１１から脱落すると考えられるため、上面１１ａに露出する介在物Ｉを、被覆層１２により確実に覆うことが可能である。また、被覆層１２の厚みｔ２は、介在物Ｉを覆うことが可能であれば、純Ｎｉの使用量を低減させるためできるだけ小さい方が好ましい。さらに、介在物Ｉの平均粒径は、最大でも約２０μｍであると考えられるので、被覆層１２の厚みｔ２は、約１０μｍ（＝２０×０．５）以下であるのが好ましい。

また、被覆層１２の厚みｔ２は、介在物Ｉの粒径が小さければその分小さくすることが可能である。しかしながら、基材層１１（介在物Ｉ）を覆うように被覆層１２を確実に形成するために、被覆層１２の厚みｔ２は約１μｍ以上であるのが好ましい。なお、基材層１１（介在物Ｉ）を覆うように被覆層１２をより確実に形成するためには、被覆層１２の厚みは、約２μｍ以上であるのがより好ましい。

さらに、コバール材の作製時の溶融温度や酸素量などを調整することにより、介在物Ｉの粒径をおおよそ１０μｍ以下にすることによって、被覆層１２の厚みを約５μｍ以下にすることが可能である。さらに、コバール材の作製時の溶融温度や酸素量などをより厳密に調整することにより、介在物Ｉの粒径をおおよそ５μｍ以下にすることによって、被覆層１２の厚みを約３μｍ以下により小さくすることが可能である。

銀ろう層１３は、約７２質量％のＡｇ（銀）と、不可避不純物と、残部Ｃｕとから構成された７２Ａｇ−Ｃｕ合金からなる銀ろう材を用いて構成されている。なお、７２Ａｇ−Ｃｕ合金の固相線（銀ろう層１３の一部が溶け始める温度）は、約７８０℃である。また、銀ろう層１３のＺ方向の厚みｔ３は、約１０μｍ以上約１００μｍ以下であるのが好ましい。

なお、銀ろう層１３を構成する銀ろう材としては、７２Ａｇ−Ｃｕ合金に限られず、たとえば、約８５質量％のＡｇと、不可避不純物と、残部Ｃｕとから構成された８５Ａｇ−Ｃｕ合金や、Ｓｎを含有するＡｇ−Ｃｕ−Ｓｎ（錫）合金などがある。なお、銀ろう材にＳｎを含有させることにより固相線を低くすることが可能である。

［パッケージの構造］
次に、図２および図４を参照して、第１実施形態によるシールリング１（１０１）を用いたパッケージ１００の構造を説明する。なお、パッケージ１００は、特許請求の範囲の「電子部品収容パッケージ」の一例である。

第１実施形態によるパッケージ１００は、図４に示すように、シールリング１０１と、シールリング１０１の下方（Ｚ２側）からシールリング１０１に接合される基台２と、シールリング１０１の上方（Ｚ１側）からシールリング１０１に接合される蓋部材３とを備えている。

シールリング１０１は、図２に示すシールリング１の銀ろう層１３が溶融することによって、基台２の接合面２ｂにろう付け接合されている。このため、シールリング１０１には、銀ろう層１３が溶融した溶融銀ろう層１３ａが設けられている。ここで、銀ろう材が溶融した際に基材層１１の側面１１ｃ（図２参照）を這い上がることにより、溶融銀ろう層１３ａの銀ろう材は、基材層１１の側面１１ｃの下部にも融着している。

また、溶融銀ろう層１３ａを含むシールリング１０１の露出する表面の略全面に亘って、内側のＮｉ層１４ａと外側のＡｕ層１４ｂ（図８参照）とからなるめっき層１４が形成されている。なお、めっき層１４は、基材層１１の側面１１ｃの露出する上部と、溶融銀ろう層１３ａの露出する表面の略全面と、被覆層１２の露出する表面の略全面とに形成されている。このめっき層１４は、シールリング１０１の耐食性を向上させるとともに、シールリング１０１と蓋部材３とのシーム溶接を容易に行うために設けられている。

基台２は、アルミナなどのセラミックスにより形成されているとともに、箱状に形成されている。また、箱状の基台２は、基台２の中央部に形成され、バンプ４を介して水晶振動子などの電子部品５が取り付けられる凹部２ａと、シールリング１０１と接合される枠状の接合面２ｂとを有している。なお、基台２の接合面２ｂとシールリング１０１の溶融銀ろう層１３ａとの密着性を向上させるために、基台２の接合面２ｂ上にＷ（タングステン）層、Ｎｉ層およびＡｕ層がこの順に下から積層されたメタライズ層を設けてもよい。

蓋部材３は、コバール材を用いて構成された平板状の基材３ａと、基材３ａの全体を覆うＮｉめっき層３ｂとを含んでいる。また、蓋部材３とシールリング１０１とは、シーム溶接により接合されている。なお、図示していないものの、シーム溶接により、蓋部材３のシールリング１０１に当接する部分のＮｉめっき層３ｂと、シールリング１０１のめっき層１４とは一体化している。

この結果、シールリング１０１と基台２とがろう付け接合されているとともに、シールリング１０１と蓋部材３とが溶接により接合されていることにより、電子部品５が取り付けられる凹部２ａ内が気密状態になるようにパッケージ１００は構成されている。

［シールリングの製造方法］
次に、図１〜図３、図５および図６を参照して、第１実施形態によるシールリング１の製造プロセスについて説明する。

まず、図５に示すように、基材層１１、被覆層１２および銀ろう層１３（図２参照）にそれぞれ対応するコバール板材１１１、Ｎｉ板材１１２および銀ろう板材１１３を準備する。ここで、コバール板材１１１には、コバール板材作製時の溶融過程において、絶縁性の介在物Ｉ（図３参照）が分散されている。

そして、Ｎｉ板材１１２、コバール板材１１１および銀ろう板材１１３をこの順に積層させる。そして、積層材を圧延ロール３０１を用いて所定の条件下で圧延接合する（圧延工程）とともに、ヒータ３０２を用いて熱処理を行うことにより接合界面の金属を拡散させる（拡散工程）。これにより、被覆層１２、基材層１１および銀ろう層１３がこの順に積層された状態で接合された平板状のクラッド材１０が作製される。このクラッド材１０は、シールリング１（図２参照）を作製するためのシールリング素材２０１である。

ここで、シールリング素材２０１では、被覆層１２の厚みｔ２が基材層１１の上面１１ａに露出する介在物Ｉを覆うことが可能な厚みになるように設定される。具体的には、被覆層１２の厚みｔ２は、介在物Ｉの平均粒径の約５０％以上になるように設定される。この結果、被覆層１２により介在物Ｉが覆われたシールリング素材２０１が作製される。その後、図６に示すように、プレス機３０３を用いてクラッド材１０を長方形の枠状に打抜き加工する（打抜き工程）ことにより、図１および図２に示すシールリング１が形成される。ここで、基材層１１に硬質の介在物Ｉが分散されていることによって、打抜き加工性に劣るコバール材の打抜き加工性が向上されている。

［パッケージの製造方法］
次に、図３、図４および図７〜図９を参照して、第１実施形態によるパッケージ１００の製造プロセスについて説明する。なお、図８では、基材層１１の上面１１ａ近傍の介在物Ｉおよび被覆層１２を拡大して図示する一方、基材層１１の内部の介在物Ｉや、基材層１１の下面１１ｂおよび側面１１ｃに露出する介在物Ｉの図示は省略している。

まず、図７に示すように、シールリング１を箱状に形成された基台２の接合面２ｂ上に配置する。この際、シールリング１の銀ろう層１３が基台２側に位置するように配置する。その後、シールリング１および基台２を約７８０℃（銀ろう層１３を構成する銀ろう材の融点）程度の温度に加熱することにより、銀ろう層１３の銀ろう材を溶融させる。

その後、冷却されて固化した銀ろう材のうち、化学エッチングなどにより被覆層１２上などに残存した余分な銀ろう材を除去することによって、図８に示すように、溶融銀ろう層１３ａが形成される。

そして、溶融銀ろう層１３ａを含むシールリング１０１の露出する表面に、電解めっき処理により、Ｎｉ層１４ａとＡｕ層１４ｂとから構成されためっき層１４を形成する。具体的には、シールリング１０１が接合された基台２をＮｉ陽イオンや酸成分（またはアルカリ成分）を含むめっき液内に配置した状態で、シールリング１０１とめっき液内に配置された陽極との間に電気を流すことにより、シールリング１０１の表面上にＮｉめっき層１４ａを形成する。そして、Ｎｉめっき層１４ａが形成されたシールリング１０１を洗浄して乾燥させた後、シールリング１０１が接合された基台２をＡｕ陽イオンや酸成分（またはアルカリ成分）を含むめっき液内に配置した状態で、シールリング１０１とめっき液内に配置された陽極との間に電気を流すことにより、Ｎｉめっき層１４ａ上にＡｕめっき層１４ｂを形成する。そして、Ａｕめっき層１４ｂが形成されたシールリング１０１を洗浄して乾燥させる。

ここで、第１実施形態では、被覆層１２が導電性を有する純Ｎｉから構成されていることにより、めっき層１４は被覆層１２の上に十分に形成される。また、基材層１１の上面１１ａに露出する介在物Ｉが被覆層１２により覆われていることにより、介在物Ｉ上であってもめっき層１４が十分に形成される。

一方、図９に示すように、被覆層が設けられていない従来例１のシールリング４０１では、絶縁性の介在物Ｉ上にめっき層１４は十分に形成されずに、その結果、絶縁性の介在物Ｉ上にピンホールなどの欠陥が形成される。そして、欠陥内にめっき液の酸成分（またはアルカリ成分）が残存することなどに起因して、シールリング４０１の表面に変色が発生してしまう。この変色が発生した領域は、外観不良となるだけでなく、腐食発生の起点となり得る。

なお、めっき層１４が形成された状態のシールリング１０１を圧延することによって、たとえ、介在物Ｉに起因する欠陥がめっき層１４に形成されていたとしても、欠陥を塞ぐようにめっき層１４を延ばすことが可能である。これにより、めっき層１４に欠陥が生じるのをより抑制することが可能である。

その後、基台２の凹部２ａにバンプ４を介して電子部品５（図４参照）を取り付ける。最後に、基台２にろう付け接合されたシールリング１０１と蓋部材３とをシーム溶接により溶接する。

この際、第１実施形態では、シールリング１０１の表面に変色が発生するのが抑制されているため、シールリング１０１と蓋部材３とが良好に溶接される。この結果、気密封止性が確保されたパッケージ１００（図４参照）が作製される。一方、図９に示すように、被覆層が設けられていない従来例１のシールリング４０１では、シールリング４０１の表面に変色領域やピンホールが形成されているため、変色が発生した領域で溶接が不十分になる。この結果、シールリング４０１を用いたパッケージの気密封止の信頼性が低下してしまう。

なお、基材層１１の側面１１ｃに露出する介在物Ｉは被覆層により覆われていないため、従来例１と同様に、側面１１ｃ上のめっき層１４にはピンホールなどの欠陥が形成されると考えられる。しかしながら、側面１１ｃ上のめっき層１４は、シールリング１０１と蓋部材３とのシーム溶接には関係がないので、パッケージ１００の気密封止性に影響はない。また、基材層１１の下面１１ｂにはめっき層が形成されないため、介在物Ｉによるめっき層の欠陥も形成されない。

［第１実施形態の効果］
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、基材層１１の少なくとも上面１１ａ上に、基材層１１の上面１１ａに露出する介在物Ｉを覆う被覆層１２を配置する。これにより、被覆層１２により基材層１１の上面１１ａに露出する介在物Ｉが覆われているので、Ｎｉ層１４ａおよびＡｕ層１４ｂ（めっき層１４）を形成する際に、基材層１１の上面１１ａ側においてシールリング１０１に変色が発生するのを抑制することができる。この結果、基材層１１の上面１１ａ側においてシールリング１０１に蓋部材３をシーム溶接する際に、変色に起因してシールリング１０１と蓋部材３とが十分に溶接されなくなるのを抑制することができる。したがって、気密封止性が確保されたパッケージ１００を得ることができる。

また、第１実施形態では、シールリング１を、被覆層１２と基材層１１と銀ろう層１３とがこの順で互いに接合されたクラッド材１０から構成する。これにより、被覆層１２と基材層１１とを互いに接合させることによって、めっきにより被覆層１２を形成する場合と比べて、絶縁性の介在物Ｉを覆う被覆層１２をより確実に形成することができる。この結果、変色の発生をより抑制することができる。また、基材層１１と銀ろう層１３とを互いに接合することによって、基材層１１と銀ろう層１３とを容易に一体化することができる。

また、第１実施形態では、被覆層１２の厚みｔ２を介在物Ｉの平均粒径の約５０％以上にすることによって、被覆層１２により基材層１１の上面１１ａに露出する介在物Ｉを十分に覆うことができる。

また、第１実施形態では、被覆層１２を純Ｎｉから構成することによって、基材層１１の上面１１ａ側においてシールリング１０１に蓋部材３をシーム溶接しやすくすることができる。

また、第１実施形態では、シールリング１に、基材層１１の下面１１ｂ上に配置され、銀ろう材から構成された銀ろう層１３を設ける。これにより、銀ろう層１３を溶融させることによって、基材層１１の下面１１ｂ側において、シールリング１（１０１）を基台２に容易にろう付け接合することができる。また、ろう付け接合時に銀ろう材とシールリング１との位置決めを行う必要がないので、シールリング１を基台２により容易にろう付け接合することができる。

＜第２実施形態＞
次に、図１〜図４、図７および図１０〜図１５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、第１実施形態において考慮した変色に加えて、銀ろう割れも考慮した場合について説明する。なお、第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。

［シールリングの構造］
まず、図１〜図３を参照して、本発明の第２実施形態によるシールリング５０１の構造を説明する。

第２実施形態によるシールリング５０１は、図１および図２に示すように、基材層１１と、基材層１１の上面１１ａに接合された被覆層５１２と、基材層１１の下面１１ｂに接合された銀ろう層１３と、が接合された３層構造のクラッド材５１０から構成されている。なお、被覆層５１２は、特許請求の範囲の「金属被覆層」の一例である。

ここで、被覆層５１２は、図３に示すように、基材層１１の上面１１ａに露出する介在物ＩをＺ１側から覆うように、基材層１１の上面１１ａ上に接合されている。これにより、介在物Ｉがシールリング５０１の上面５０１ａに露出するのが抑制されている。さらに、被覆層５１２は、シールリング５０１を基台２にろう付け接合する際に、基材層１１の側面１１ｃを這い上がった銀ろう層１３の銀ろう材が、基材層１１の上面１１ａに接触するのを抑制する機能も有している。

また、被覆層５１２は、ＮＷ２２０１（ＪＩＳ規格）などの純Ｎｉから構成されている。なお、被覆層５１２は、純Ｎｉではなく、Ｎｉ−Ｐ（リン）合金やＮｉ−Ｃｕ（銅）合金などのＮｉ合金から構成してもよい。

また、被覆層５１２のＺ方向の厚みｔ４は、介在物Ｉの平均粒径に基づくことに加えて、銀ろう材が基材層１１の上面１１ａに接触して銀ろう割れが発生するのを抑制可能な厚みｔ４に形成されている。詳細には、シールリング５０１を基台２にろう付け接合する際に、基材層１１のコバールは、ろう付け接合時の熱に起因して結晶粒径が大きくなる。たとえば、基材層１１のコバールの平均結晶粒径（平均結晶粒度）が約１０μｍ以上約３００μｍ以下に成長する。なお、基材層１１の結晶粒径は、ＪＩＳ Ｇ ０５５１の規格に基づいて取得することが可能である。それに加えて、ろう付け接合時に、シールリング５０１の基材層１１の下面１１ｂ上に配置された銀ろう層１３の銀ろう材が基材層１１の側面１１ｃを這い上がり、シールリング５０１の上面５０１ａに到達する場合がある。ここで、銀ろう材が結晶成長した基材層１１の上面１１ａから粒界に侵入して基材層１１の上面１１ａに銀ろう割れが生じるのを確実に抑制するために、被覆層５１２の厚みｔ４は、基材層１１の平均結晶粒径の約１／７５倍以上になるように形成されている。たとえば、基材層１１の平均結晶粒径が約２００μｍの場合には、被覆層５１２の厚みｔ４は、約２．７（＝２００／７５）μｍ以上であるのが好ましい。

なお、基材層１１の上面１１ａに銀ろう割れが生じるのをより確実に抑制するために、被覆層５１２の厚みｔ４は基材層１１の平均結晶粒径の約１／５０倍以上であるのが好ましい。また、第２実施形態のシールリング５０１のその他の構成は、上記第１実施形態のシールリング１と同様である。

［パッケージの構造］
次に、図２および図４を参照して、第２実施形態によるシールリング５０１（６０１）を用いたパッケージ６００の構造を説明する。なお、パッケージ６００は、特許請求の範囲の「電子部品収容パッケージ」の一例である。

第２実施形態によるパッケージ６００では、図４に示すように、図２に示すシールリング５０１の銀ろう層１３が溶融することによって、基台２の接合面２ｂにろう付け接合されている。このため、シールリング６０１には、銀ろう層１３が溶融した溶融銀ろう層１３ａが設けられている。なお、第２実施形態のパッケージ６００のその他の構成は、上記第１実施形態のパッケージ１００と同様である。また、第２実施形態によるシールリング５０１の製造プロセスは、被覆層５１２の厚みｔ４を除いて、上記第１実施形態のシールリング１の製造方法と同様である。

［パッケージの製造方法］
次に、図３、図４および図７、図１０〜図１５を参照して、第２実施形態によるパッケージ６００の製造プロセスについて説明する。なお、図１０〜図１２および図１４では、基材層１１の上面１１ａ近傍の介在物Ｉ、被覆層５１２および銀ろう割れ５１１ｄを拡大して図示する一方、基材層１１の内部の介在物Ｉや、基材層１１の下面１１ｂおよび側面１１ｃに露出する介在物Ｉの図示は省略している。また、図１５では、銀ろう割れ５１１ｄを拡大する一方、介在物Ｉの図示を省略している。

まず、図７に示すように、シールリング５０１を箱状に形成された基台２の接合面２ｂ上に配置する。その後、シールリング５０１および基台２を約７８０℃程度の温度に加熱することにより、銀ろう層１３の銀ろう材を溶融させる。

この際、基材層１１のコバールは、ろう付け接合時の熱に起因して結晶粒径が大きくなる。さらに、図８に示すように、溶融した銀ろう材は、基材層１１の側面１１ｃを這い上がり、一部は被覆層５１２上に到達する。ここで、溶融した銀ろう材のうち、基材層１１に接触する銀ろう材は、結晶成長した基材層１１を構成するコバールの粒界に差し込まれる。このため、基材層１１の銀ろう材に覆われた側面１１ｃには、銀ろう材が粒界に侵入する（差し込まれる）ことによって割れ（銀ろう割れ１１ｄ）が発生する。一方、基材層１１の上面１１ａ上に形成された被覆層５１２により、溶融した銀ろう材が直接的に上面１１ａに接触することが抑制されているので、基材層１１の上面１１ａには、銀ろう割れ１１ｄがほとんど発生しない。ここで、被覆層５１２の厚みｔ４が基材層１１の平均結晶粒径の約１／７５倍以上であることによって、銀ろう材が上面１１ａに接触するのがより抑制される。

一方、図１３に示すように、被覆層が設けられていない従来例２のシールリング７０１では、基材層１１の上面１１ａに到達した銀ろう材に起因して、側面１１ｃだけでなく上面１１ａにおいても、銀ろう割れ１１ｄが発生してしまう。

その後、図１１に示すように、冷却されて固化した銀ろう材のうち、被覆層５１２上などに残存した余分な銀ろう材を除去することによって、溶融銀ろう層１３ａが形成される。そして、図１２に示すように、溶融銀ろう層１３ａを含むシールリング６０１の露出する表面に、電解めっき処理により、Ｎｉ層１４ａとＡｕ層１４ｂとから構成されためっき層１４を形成する。

ここで、第２実施形態では、基材層１１の上面１１ａに露出する介在物Ｉが被覆層５１２により覆われていることにより、介在物Ｉ上であってもめっき層１４が十分に形成される。一方、図１３に示すように、被覆層が設けられていない従来例２のシールリング７０１では、絶縁性の介在物Ｉ上にめっき層１４は十分に形成されずに、その結果、絶縁性の介在物Ｉ上にピンホールなどの欠陥が形成される。そして、欠陥内に残存しためっき液の成分などの異物に起因してシールリング７０１の表面に変色が発生してしまう。

その後、基台２の凹部２ａにバンプ４を介して電子部品５（図４参照）を取り付ける。最後に、図１４に示すように、基台２にろう付け接合されたシールリング６０１と蓋部材３とをシーム溶接により溶接する。具体的には、シールリング６０１の上に蓋部材３を配置した状態で、ローラ電極３０４により蓋部材３を上方から押し付ける。そして、ローラ電極３０４に通電しながらローラ電極３０４を蓋部材３上で移動させることによって、シールリング６０１のめっき層１４と蓋部材３のＮｉめっき層３ｂとを溶融させる。これにより、シールリング６０１と蓋部材３とが溶接される。

この際、第２実施形態では、シールリング６０１の表面に変色が発生するのが抑制されているため、シールリング６０１と蓋部材３とが良好に溶接される。さらに、ローラ電極３０４が蓋部材３の上方から押し付けられることにより、シールリング６０１のＺ１側には、蓋部材３を介して下方に加重が加えられる。しかしながら、銀ろう割れ１１ｄが基材層１１の上面１１ａ側に形成されていないことにより、銀ろう割れに起因するクラックが基材層１１に形成されるのが抑制される。これにより、気密封止性が確保されたパッケージ６００（図４参照）が作製される。

一方、図１５に示すように、被覆層が設けられていない従来例２のシールリング７０１では、シールリング７０１の表面に変色領域やピンホール（図１３参照）が形成されているため、変色が発生した領域で溶接が不十分になる。さらに、ローラ電極３０４による加重がシールリング７０１のＺ１側に加えられることによって、基材層１１の上面１１ａ側では、銀ろう割れ１１ｄを起点としてクラックが発生してしまう。これらの結果、溶接が不十分であることに加えて、クラックによりシールリング７０１の剛性が低下することによって、シールリング７０１を用いたパッケージの気密封止の信頼性がより低下してしまう。

［第２実施形態の効果］
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、基材層１１の上面１１ａ上に、基材層１１の上面１１ａに露出する介在物Ｉを覆う被覆層５１２を配置する。これにより、第１実施形態と同様に、基材層１１の上面１１ａ側においてシールリング６０１に変色が発生するのを抑制することができる。この結果、変色に起因してシールリング６０１と蓋部材３とが十分に溶接されなくなるのを抑制することができる。

また、第２実施形態では、被覆層５１２の厚みｔ４は、基材層１１の平均結晶粒径の約１／７５倍以上である。これにより、被覆層５１２上に到達した銀ろう材が基材層１１の上面１１ａに到達するのを抑制することができるので、銀ろう割れ１１ｄに起因してシールリング６０１の機械的強度が低下するのを抑制することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

＜実施例＞
次に、図２、図１６および図１７を参照して、本発明の第２実施形態の効果を確認するために行った銀ろう割れに起因するコバール材（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金材）の剛性試験について説明する。

（試験材）
コバール材の剛性試験では、１００μｍ、２００μｍおよび３００μｍの結晶粒径を有するコバールからなるコバール材８１１をそれぞれ準備した。なお、０．５ｍｍの厚みｔ５、２ｍｍの幅Ｗ、および、１００ｍｍの長さＬを有するコバール材８１１（図１６および図１７参照）を準備した。そして、図１６に示すように、３種のコバール材８１１の全面を覆うように電解めっき処理を行うことによって、コバール材８１１の表面に純Ｎｉから構成されるＮｉめっき層８１５を形成した。この際、Ｎｉめっき層８１５の厚みｔ６が、２μｍ、４μｍ、および、６μｍになるように、それぞれ電解めっき処理を行った。この結果、コバールの結晶粒径およびＮｉめっき層８１５の厚みｔ６がそれぞれ異なる９種の試験材８０１（実施例）を作製した。また、Ｎｉめっき層８１５を形成しない（Ｎｉめっき層８１５の厚みｔ６が０μｍである）３種のコバール材８１１を試験材８０１（比較例）として準備した。そして、この１２種の試験材８０１に対して、銀ろう割れに起因する剛性試験を行った。

（試験方法）
まず、図１７に示すように、０．０５ｍｍの厚み、６ｍｍの幅および１０ｍｍの長さを有し、７２Ａｇ−Ｃｕ合金の銀ろう材から構成されたＵ字状の銀ろう材８１６を準備した。また、１２種の試験材８０１の各々にマスキング層８１７を形成した。その際、１２種の試験材８０１に、銀ろう材８１６の幅と同程度だけ長手方向に露出する露出部分（マスキング層８１７を形成しない部分）を設けた。そして、露出部分を挟み込むように銀ろう材８１６を配置した。

その後、管状加熱炉３０５における炉芯管３０６の内部に、試験材８０１を配置して、試験材８０１の長手方向の一方端を固定した。そして、炉芯管３０６内部を水素雰囲気で、かつ、銀ろう材が溶融する８４０℃の温度条件にした状態で、試験材８０１の長手方向の他方端に４．９Ｎの定荷重で引っ張った。つまり、試験材８０１の露出部分に溶融した銀ろう材が配置された状態で、試験材８０１（コバール材８１１）に４．９Ｎ／ｍｍ^２（＝４．９／（０．５×２））の引張応力を加えた。

そして、定荷重を加え始めてから試験材８０１が破断するまでの時間を破断時間として取得した。なお、定荷重を加え始めてから６０００秒（１００分）経過後であっても試験材８０１が破断しない場合には、破断せずと判断した。

（試験結果）
試験結果を表１に示す。

試験結果としては、コバール材８１１の結晶粒径が１００μｍである場合には、Ｎｉめっき層８１５の厚みｔ６が２μｍ、４μｍおよび６μｍである場合に、試験材８０１は破断しなかった。つまり、Ｎｉめっき層８１５の厚みｔ６が、コバール材８１１の平均結晶粒径（１００μｍ）の１／５０倍以上である場合に、試験材８０１は破断しなかった。これは、溶融した銀ろう材がコバールの粒界に侵入するのがＮｉめっき層８１５により抑制されたことによって、試験材８０１の剛性の低下が抑制されたからであると考えられる。一方、Ｎｉめっき層８１５が形成されていない場合（０μｍの場合）には、すぐに試験材８０１が破断した。これは、溶融した銀ろう材がコバールの粒界に侵入したことに起因して、引張応力によりコバール材８１１にクラックが発生し、その結果、試験材８０１の剛性が低下したからであると考えられる。

また、コバール材８１１の結晶粒径が２００μｍである場合には、Ｎｉめっき層８１５の厚みｔ６が４μｍおよび６μｍである場合に、試験材８０１は破断しなかった。つまり、Ｎｉめっき層８１５の厚みｔ６が、コバール材８１１の平均結晶粒径（２００μｍ）の１／５０倍以上である場合に、試験材８０１は破断しなかった。一方、Ｎｉめっき層８１５が形成されていない場合（０μｍの場合）には、試験材８０１が破断し、Ｎｉめっき層８１５の厚みｔ６が２μｍである場合には、２本の試験材８０１のうちの１本が破断した。

また、コバール材８１１の結晶粒径が３００μｍである場合にも、Ｎｉめっき層８１５の厚みｔ６が４μｍおよび６μｍである場合に、試験材８０１は破断しなかった。つまり、Ｎｉめっき層８１５の厚みｔ６が、コバール材８１１の平均結晶粒径（３００μｍ）の１／７５倍以上である場合に、試験材８０１は破断しなかった。一方、Ｎｉめっき層８１５が形成されていない場合（０μｍの場合）には、試験材８０１が破断し、Ｎｉめっき層８１５の厚みｔ６が２μｍである場合には、３本の試験材８０１のうち２本が破断した。

また、コバール材８１１の平均結晶粒径が大きくなるにつれて、破断を抑制するためにＮｉめっき層８１５の厚みｔ６を大きくする必要があることが判明した。これらを考慮した結果、Ｎｉめっき層８１５の厚みｔ６が、コバール材８１１の平均結晶粒径の１／７５倍以上である場合に、十分に銀ろう割れを抑制することができるとともに、Ｎｉめっき層８１５の厚みｔ６が、コバール材８１１の平均結晶粒径の１／５０倍以上である場合に、より効果的に銀ろう割れを抑制することが可能であることが判明した。

なお、上記第２実施形態のように、コバールから構成される基材層１１と純Ｎｉから構成される被覆層５１２とが互いに接合されたクラッド材５１０からなるシールリング５０１（図２参照）であっても、本試験の結果に基づいて被覆層５１２の厚みｔ４を基材層１１の平均結晶粒径の１／７５倍以上にすれば、十分に銀ろう割れを抑制することができると考えられる。また、基材層１１の結晶粒径が２００μｍまたは３００μｍで、かつ、被覆層５１２の厚みｔ４が２μｍである場合には、基材層１１の上面１１ａにおける銀ろう割れ１１ｄを完全には抑制できないものの、介在物Ｉを覆うことが可能であり、その結果、変色の発生を抑制することは可能であると考えられる。

＜変形例＞
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特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

また、上記第１および第２実施形態では、コバール材の作製工程において、所定の元素が溶融時の熱などで酸化されて、絶縁性の介在物Ｉがコバール材（基材層１１）の内部に分散される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、予め作成された絶縁性の介在物を基材層に分散させてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、電解めっき処理により、Ｎｉ層１４ａとＡｕ層１４ｂとから構成されためっき層１４を形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、無電解めっき処理により、Ｎｉ層とＡｕ層とから構成されためっき層を形成してもよい。

１、１０１、５０１、６０１ シールリング
１０、５１０ クラッド材
１１ 基材層
１１ａ 上面（一方表面）
１１ｂ 下面（他方表面）
１２、５１２ 被覆層（金属被覆層）
１３ 銀ろう層
１００、６００ パッケージ（電子部品収容パッケージ）
２０１ シールリング素材
Ｉ 介在物

Claims (4)

1. 電子部品収容パッケージに用いられるシールリングであって、
   絶縁性の介在物が分散されたＦｅ−Ｎｉ系合金から構成された基材層と、
   前記基材層の少なくとも一方表面上に配置され、前記基材層の前記一方表面に露出する前記介在物を覆う金属被覆層と、
   前記基材層の他方表面上に配置され、銀ろう材から構成された銀ろう層と、を備え、
   前記金属被覆層と前記基材層と前記銀ろう層とがこの順で接合された３層構造のクラッド材から構成されており、
   前記金属被覆層の厚みは、前記介在物の平均粒径の５０％以上である、シールリング。
2. 前記金属被覆層は、ＮｉまたはＮｉ合金から構成されている、請求項１に記載のシールリング。
3. 前記金属被覆層の厚みは、結晶成長した前記基材層の平均結晶粒径の１／７５倍以上である、請求項１または２に記載のシールリング。
4. 電子部品収容パッケージに用いられるシールリングの素材であって、
   絶縁性の介在物が分散されたＦｅ−Ｎｉ系合金から構成された基材層と、
   前記基材層の少なくとも一方表面上に配置され、前記基材層の前記一方表面に露出する前記介在物を覆う金属被覆層と、
   前記基材層の他方表面上に配置され、銀ろう材から構成された銀ろう層と、を備え、
   前記金属被覆層と前記基材層と前記銀ろう層とがこの順で接合された３層構造のクラッド材から構成されており、
   前記金属被覆層の厚みは、前記介在物の平均粒径の５０％以上である、シールリング素材。

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