JP7022297B2 - Airtight sealing cap and electronic component storage package - Google Patents
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Description
本発明は、気密封止用キャップおよび電子部品収納パッケージに関する。 The present invention relates to an airtight sealing cap and an electronic component storage package.
例えば、携帯電話の雑音除去などに用いられる表面弾性波(SAW:Surface Acoustic Wave)フィルタや、水晶振動子および発振器などの電子部品の気密封止に用いる表面実装型デバイス(SMD:Surface Mount Device)パッケージなど、内部に電子部品を収納して気密封止した構成の電子部品収納パッケージが多く使用されている。こうした電子部品収納パッケージは、内部に電子部品を収納するセラミック製ケース(電子部品収納部材)に対し、蓋材(気密封止用キャップ)が半田などを用いて接合(気密封止)されている。こうした気密封止用キャップは、基材となる低熱膨張性の金属板の表面上にNi(ニッケル)めっき層が形成され、Niめっき層の表面上にAu(金)めっき層が形成され、Auめっき層の表面上に気密封止用の接合領域が設定され、かかる接合領域の表面上に半田層が形成されたものがある(特許文献1、2参照)。
For example, a surface acoustic wave (SAW) filter used for noise removal of mobile phones, and a surface mount device (SMD: Surface Mount Device) used for airtight sealing of electronic components such as crystal oscillators and oscillators. Many electronic component storage packages, such as packages, that contain electronic components inside and are hermetically sealed are used. In such an electronic component storage package, a lid material (cap for airtight sealing) is joined (airtightly sealed) to a ceramic case (electronic component storage member) for accommodating electronic components inside by using solder or the like. .. In such an airtight sealing cap, a Ni (nickel) plating layer is formed on the surface of a low thermal expansion metal plate as a base material, and an Au (gold) plating layer is formed on the surface of the Ni plating layer. A bonding region for airtight sealing is set on the surface of the plating layer, and a solder layer is formed on the surface of the bonding region (see
かかる気密封止用キャップにおけるAuめっき層は、該Auめっき層の表面上に設定された接合領域において、溶融半田が表面張力に抑制されつつも適度に濡れ拡がるようにするには有効である。しかし、Auめっき層の表面上における溶融半田の濡れ拡がりが良すぎる場合、溶融半田が接合領域から逸脱して内側に向かって濡れ拡がり、さらには電子部品収納部材の内部に向かって濡れ拡がることがある。こうなると、接合領域における気密封止に必要な半田量の不足ばかりでなく、半田による電子部品の汚染や、電子部品収納パッケージの気密不良が発生しやすくなる。かかる溶融半田の接合領域から電子部品収納部材の内部に向かう過剰な濡れ拡がりに対し、接合領域の内側に溶融半田に対する濡れ性が劣る酸化領域(酸化層)を形成し、該酸化領域によって溶融半田の濡れ拡がりを阻止する手段が提案されている(特許文献1、2参照)。
The Au plating layer in the airtight sealing cap is effective for appropriately wetting and spreading the molten solder in the bonding region set on the surface of the Au plating layer while being suppressed by the surface tension. However, if the wet spread of the molten solder on the surface of the Au plating layer is too good, the molten solder may deviate from the joint region and spread inward, and further wet and spread toward the inside of the electronic component storage member. be. In this case, not only the amount of solder required for airtight sealing in the joint region is insufficient, but also contamination of electronic parts by soldering and poor airtightness of the electronic component storage package are likely to occur. An oxide region (oxide layer) that is inferior in wettability to the molten solder is formed inside the joint region against excessive wetting and spreading from the joint region of the molten solder toward the inside of the electronic component storage member, and the molten solder is formed by the oxide region. A means for preventing the spread of solder has been proposed (see
上述した酸化領域(酸化層)を形成する手段により、接合領域の内側に向かう溶融半田の過剰な濡れ拡がりを阻止できるようになった。しかし、近年、接合領域から電子部品収納部材の外側に向かう溶融半田の過剰な濡れ拡がりにより発生する電子部品収納パッケージの外観不良への対策が求められている。具体的には、溶融半田が接合領域を逸脱して外側(金属板の側面)に濡れ拡がり、さらに金属板の側面を越えて接合領域とは反対側の表面上にまで濡れ拡がる現象である。その結果、電子部品収納パッケージの外表面である気密封止用キャップの外表面に半田が付着し、かかる半田の付着が外観不良となる。こうした溶融半田の接合領域から外側へ向かう過剰な濡れ拡がりは、上述した電子部品収納パッケージの外観不良の他、気密封止に必要な半田量が接合領域において不足し、電子部品収納パッケージの気密不良が発生しやすくなる。 By the means for forming the oxide region (oxide layer) described above, it has become possible to prevent excessive wet spread of the molten solder toward the inside of the joint region. However, in recent years, there has been a demand for countermeasures against poor appearance of the electronic component storage package caused by excessive wetting and spreading of the molten solder from the joint region to the outside of the electronic component storage member. Specifically, it is a phenomenon in which the molten solder deviates from the joint region and spreads wet to the outside (side surface of the metal plate), and further wets and spreads beyond the side surface of the metal plate to the surface opposite to the joint region. As a result, solder adheres to the outer surface of the airtight sealing cap, which is the outer surface of the electronic component storage package, and the adhesion of the solder causes an appearance defect. Excessive wet spread from the bonded region of the molten solder to the outside causes the above-mentioned poor appearance of the electronic component storage package, and the amount of solder required for airtight sealing is insufficient in the bonded region, resulting in poor airtightness of the electronic component storage package. Is more likely to occur.
本発明の目的は、電子部品収納パッケージに用いる気密封止用キャップを半田により電子部品収納部材に接合するにあたり、溶融半田の接合領域から外側に向かう濡れ拡がりを所定以下に抑制し、パッケージの外観不良や気密不良を抑制できる気密封止用キャップを提供し、それを用いて信頼性の高い電子部品収納パッケージを提供することである。 An object of the present invention is to suppress the wet spread from the joint region of the molten solder to the outside when the airtight sealing cap used for the electronic component storage package is bonded to the electronic component storage member by soldering, and the appearance of the package is suppressed. It is to provide an airtight sealing cap capable of suppressing defects and airtightness defects, and to provide a highly reliable electronic component storage package by using the cap.
本発明者は、従来の気密封止用キャップにおけるAuめっき層の機能や特性を特に精査し、Auめっき層の表面の色合いが溶融半田の濡れ拡がり形態に影響を及ぼすことを突き止め、本発明に想到した。 The present inventor has particularly investigated the function and characteristics of the Au plating layer in the conventional airtight sealing cap, and found that the surface color of the Au plating layer affects the wet spreading morphology of the molten solder. I came up with it.
すなわち本発明の気密封止用キャップは、金属板の表面上に形成されたNiめっき層と、前記Niめっき層の上に形成されたAuめっき層とを有する、電子部品収納パッケージに用いる気密封止用キャップであって、Auめっき層は他の部材との接合領域を有し、その接合領域を有するAuめっき層は、JIS Z 8722に準拠するSCI方式の測定方法で求まるL*a*b表色系におけるb*値が7.4~8.9であり、前記接合領域の表面上に環状に形成されたAu-Sn系合金の半田層を有し、前記半田層の前記金属板の厚さ方向への濡れ拡がり長さLの前記金属板の厚さTに対する比率L/Tが15.0%以下である。 That is, the airtight sealing cap of the present invention has a Ni plating layer formed on the surface of a metal plate and an Au plating layer formed on the Ni plating layer, and is used for an electronic component storage package. In the stopping cap, the Au plating layer has a bonding region with other members, and the Au plating layer having the bonding region is L * a * b obtained by the SCI method measuring method conforming to JIS Z 8722. The b * value in the color system is 7.4 to 8.9 , and the solder layer of the Au—Sn alloy formed in an annular shape on the surface of the bonding region is provided, and the metal plate of the solder layer has a solder layer. The ratio L / T of the wet spread length L in the thickness direction to the thickness T of the metal plate is 15.0 % or less.
上記の接合領域の内側に酸化領域を有することが好ましい。 It is preferable to have an oxidation region inside the above- mentioned junction region.
上述した本発明の気密封止用キャップを用いて、電子部品収納パッケージを得ることができる。
すなわち本発明の電子部品収納パッケージは、本発明のいずれかの気密封止用キャップと、内部に電子部品が収納された電子部品収納部材とが、Au-Sn系合金の半田により接合されていることを特徴とする。
The electronic component storage package can be obtained by using the airtight sealing cap of the present invention described above.
That is, in the electronic component storage package of the present invention, any of the airtight sealing caps of the present invention and the electronic component storage member in which the electronic components are stored are joined by soldering an Au—Sn alloy . It is characterized by that .
本発明の気密封止用キャップは、他の部材との接合領域の外側へ向かう溶融半田の濡れ拡がりを抑制することができる。よって、電子部品収納パッケージの外観不良や気密不良の発生が抑制される。 The airtight sealing cap of the present invention can suppress the wetting and spreading of the molten solder toward the outside of the joint region with other members. Therefore, the occurrence of poor appearance and poor airtightness of the electronic component storage package is suppressed.
本発明の気密封止用キャップは、電子部品収納パッケージ(以下、「パッケージ」という。)に用いられ、内部に電子部品が収納された電子部品収納部材(以下、「ケース」という。)と接合される気密封止用キャップ(以下、「キャップ」という。)である。 The airtight sealing cap of the present invention is used for an electronic component storage package (hereinafter referred to as "package"), and is joined to an electronic component storage member (hereinafter referred to as "case") in which electronic components are stored therein. It is an airtight sealing cap (hereinafter referred to as "cap").
本発明のキャップの構成例を図1に示す。図1に示すキャップ1は、プレス打抜きなどの手段により、例えばFe-42Ni系、Fe-42Ni-6Cr系、またはFe-Ni-Co系などの合金板を用いて形成された金属板2を基材とする。また、金属板2の表面上は、金属板2をNiまたはNi合金が取り囲むように、Niめっきにより形成されたNiめっき層3を有する。また、Niめっき層3の表面上は、Niめっき層3をAuまたはAu合金が取り囲むように、Auめっきにより形成されたAuめっき層4を有する。また、Auめっき層4の表面上には、ケースと接合される接合領域S1がある。
An example of the structure of the cap of the present invention is shown in FIG. The
接合領域S1は、パッケージを製造する際に半田を用いてケースに接合するための領域であって、パッケージの気密封止性に影響を及ぼす重要な領域である。また、かかる接合領域S1は、一般的に環状であるとともに金属板2の外周の形状に対応し、例えば金属板2の外周が角形状であるときは、これに近似する環状の角形状に設定される。
The joining region S1 is a region for joining to the case using solder when manufacturing the package, and is an important region that affects the airtight sealability of the package. Further, the joint region S1 is generally annular and corresponds to the shape of the outer periphery of the
図1に示すキャップ1を半田を用いてケースと接合する場合、キャップ1のAuめっき層4の接合領域S1において、図2に示すように、予め半田層5を形成することが一般に行われている。半田層5は、接合領域S1の形状に対応して環状に形成され、例えば接合領域S1に置いた半田ワッシャを溶融させた後に凝固させて固着する方法(以下、「溶融固着法」という。)が簡便である。かかる半田層5は、接合時の加熱により溶融して溶融半田となり、接合領域S1内に濡れ拡がる。溶融半田は、キャップ1の接合領域S1とケース側の接合領域とを密着し、その後の溶融半田の凝固により両者を接合し、パッケージを気密封止する。なお、Auめっき層4の表面上に半田層5を融着する際に、半田層5内にAuめっき層4中のAuが拡散していると接合強度の向上が期待される。そのため、Auの拡散容易性を考慮し、半田層5にはAu-Sn系合金を用いることが好ましい。
When the
Auめっき層4の接合領域S1の表面の粗さやうねりの状態あるいは汚染や酸化の性質など(以下、「表面性状」という。)は、上述した溶融凝固法により半田層5を形成する際や、キャップ1とケースとの気密封止の際に、溶融半田の濡れ拡がりに大きな影響を及ぼす。そのため、接合領域S1の表面性状が適切に形成されていることが重要である。そこで、本発明では、キャップ1の接合領域S1を有するAuめっき層4において、JIS Z 8722に準拠するSCI方式の測定方法で求まるL*a*b*表色系におけるb*値を5.3~12.3とする。ここで、L*a*b*表色系は、明度をL*で表し、色相と彩度を示す色度をa*、b*で表した指標であり、b*は黄色方向を示し、b*値は黄色の程度(黄色度)を表す数値である。かかる接合領域S1におけるb*値は、上述したNiめっき層3の上にAuめっき層4を形成する際に調整可能である。かかる調整の具体例については後述する。
The surface roughness, waviness, contamination, and oxidation properties of the bonding region S1 of the Au plating layer 4 (hereinafter referred to as "surface texture") are determined when the
接合領域S1を有するAuめっき層4におけるb*値が7.4~8.9の範囲であるキャップ1は、接合領域S1内における溶融半田の濡れ拡がりが好適である。具体的には、溶融半田は、環状の接合領域S1内において濡れ拡がりながらも、接合領域S1の内側や外側へ逸脱して過剰に濡れ拡がるような現象が抑制される。よって、溶融凝固法により半田層5を形成する際には、溶融半田が接合領域S1内に必要かつ十分に濡れ拡がるし、キャップ1とケースとの気密封止の際には、接合領域S1内に必要かつ十分な半田量を担保することができる。なお、キャップ1の接合領域S1を有するAuめっき層4におけるb*値を上述した範囲としたときに、溶融半田の濡れ拡がりのために適切な表面性状になる理由は明らかではない。
For the
キャップ1の接合領域S1を有するAuめっき層4におけるb*値は、7.4~8.9である。この構成により、接合領域S1内においては溶融半田の好適な濡れ拡がりが得られやすく、接合領域S1の内側や外側への溶融半田の逸脱が好適に抑制されやすい。なお、Auめっき層4において、半田層5を設ける接合領域S1におけるb*値が重要である。上述した作用効果を得るためには、少なくとも接合領域S1におけるb*値が7.4~8.9であることが必要である。
The b * value in the
なお、Auめっき層4のめっき組織は、上述した半田層5の形成に影響を及ぼす。めっき組織は、被めっき物(Auめっき層4を形成する場合はNiめっき層3)の表面に析出し成長する結晶粒の大きさなどにより、その緻密さ(密度)が変化する。半田層5を形成する際に、Auめっき層4の緻密さが不十分であると、下地のNiめっき層3の影響を受けやすくなる。さらに、Niめっき層3の緻密さが不十分であると、金属板2の影響を受ける可能性も考えられる。したがって、緻密なAuめっき層4やNiめっき層3を得るために、Auめっき層4やNiめっき層3を適切な厚さに形成することが好ましい。この観点から、Auめっき層4の厚さは0.001μm~0.015μmが好ましく、Niめっき層3の厚さは1μm~3μmが好ましい。
The plating structure of the
また、図3に示すように、キャップ1の接合領域S1の内側に酸化領域S2を有することは好ましく、この酸化領域S2により接合領域S1の内側へ向かう溶融半田の濡れ拡がりを一層確実に抑制することができる。かかる酸化領域S2は、例えばYVO4(Yttrium Vanadium tera Oxide)を媒体とするレーザ光を照射し、Auめっき層4の一部を環状に除去することにより形成することができる。レーザ光は、熱によりAuめっき層4を溶融して除去するとともに、Niめっき層3の表面を酸化させる。よって、酸化領域S2は、Niめっき層3の表面が酸化された酸化層である。
Further, as shown in FIG. 3, it is preferable to have the oxide region S2 inside the joint region S1 of the
上述した本発明のキャップ1を用いて、内部に電子部品が収納された本発明のパッケージを得ることができる。
By using the
本発明のパッケージの構成例を図4に示す。図4に示すパッケージ10は、図5に示すように、キャップ1と、内部に電子部品30が収納されたケース20とが、半田層5’を介して接合され、内部が気密封止されている。この構成例では、キャップ1は、図3に示すものと同形態である。また、ケース20は、アルミナなどの絶縁性材料を用いて形成されたセラミック基板21と、アルミナなどの絶縁性材料を用いて形成された環状のセラミック枠体22とを含み、セラミック基板21の平面と、セラミック枠体22による外周壁とが、電子部品30を収納する空間を構成している。また、環状のセラミック枠体22の上面には、タングステン層23が設けられている。タングステン層23の上面には、Ni-Co系合金層24が設けられている。Ni-Co系合金層24の上面には、AuまたはAu合金を用いて形成されたAu層25(図5参照)が設けられている。また、電子部品30は、例えば水晶振動子であって、ケース20の前記空間内において、バンプ31を介してセラミック基板21の上に配置されている。
FIG. 4 shows an example of the configuration of the package of the present invention. In the
上述したキャップ1とケース20は、半田を用いて接合されている。具体的には、図5に示すように、ケース20側のAu層25の表面と、キャップ1側の半田層5の表面とを、矢印で示すように近づけて接触させる。次いで、280℃~310℃の温度の可能な限り真空に近い雰囲気中において半田層5を溶融して溶融半田を生成し、その溶融半田が接合領域S1内において必要かつ十分に濡れ拡がるまで保持する。その後、降温して溶融半田を凝固させることにより、キャップ1とケース20とを接合することができる。
The
キャップ1の接合領域S1を有するAuめっき層4は、溶融半田の濡れ拡がりに好適な表面性状、すなわち、b*値が7.4~8.9に形成されている。あるいは、少なくとも溶融半田が濡れ拡がる接合領域S1は、溶融半田の濡れ拡がりに好適な表面性状、すなわち、b*値が7.4~8.9に形成されている。これにより、溶融半田が接合領域S1において円滑に濡れ拡がるとともに充足され、接合領域S1の外側あるいは内側へ逸脱する溶融半田の濡れ拡がりを所定以下に抑制することができる。
The
よって、溶融半田の接合領域S1を逸脱した外側への濡れ拡がりによるパッケージ10の外観不良が抑制される。また、溶融半田の接合領域S1を逸脱した内側への濡れ拡がりによる電子部品30の特性不良が抑制される。加えて、図4に示すように、表面の酸化により溶融半田の濡れ拡がり性が低減された酸化領域S2をキャップ1に備えておくことにより、溶融半田の接合領域S1を逸脱した内側への濡れ拡がりによる電子部品30の特性不良が一層確実に抑制される。また、溶融半田の過剰な濡れ拡がりが抑制された結果、その抑制分だけ半田層5の厚さや幅を小さくしてよく、半田の使用量を低減することができる。
Therefore, the appearance defect of the
なお、上述した半田層5が溶融半田となった後に再凝固する過程において、Auめっき層4およびAu層25が半田層5内に拡散する。かかる拡散は半田による接合強度を高める傾向がある。よって、半田層5にAu-Sn系合金を用いることは好ましく、半田層5とAuめっき層4とを馴染みやすくすることができ、同様に、半田層5とAu層25とを馴染みやすくすることができる。こうした拡散により、ケース20と接合した後の半田層5は、Auめっき層4およびAu層25との区別が困難になる。そのため、接合後の半田層5は、見掛け上、ケース20側では図4に示すようにNi-Co系合金層24の表面上に半田層5’が形成されたようになる。また、キャップ1側ではNiめっき層3の表面上に半田層5’が形成されたようになるが、説明の都合上、図4ではAuめっき層4と半田層5’とを明確に区分して示している。
In the process of re-solidifying after the
(実施例1)
図1に示す構成を参照し、Auめっき層4の接合領域S1におけるb*値が種々異なるキャップ1を作製し、接合領域S1から逸脱して外側あるいは内側へ向かう溶融半田の濡れ拡がり状態の評価を実施した。かかるb*値は、コニカミノルタ製のCM-2600d型色彩計を用いて、キャップ1をb*-0.5を有する金属製黒色板の上に載置し、そのキャップ1がφ3mmの測定径の中心位置となるように色彩計を設置し、キセノンランプ(白色光)で照らし、その反射光を分光センサで検知する方法によって求めた。なお、接合領域S1の複数個所を測定し、その平均値をb*値とした。なお、簡便のため、実施例1の説明についても各図に示す各部品の呼称や番号を引用する。
(Example 1)
With reference to the configuration shown in FIG. 1, caps 1 having different b * values in the joint region S1 of the
キャップ1の基材となる金属板2(縦1.58mm、横1.18mm、厚さ0.06mm)は、Fe-29%Ni-17%Co合金(質量%)製の板材をプレスで打抜いて作製した。次いで、Niめっき処理により、金属板2の表面を主成分がNiであるNiめっき層3(平均厚さ2.028μm)で被覆し、Niめっき金属板を形成した。続いて、Auめっき処理により、無作為に選択したNiめっき金属板の表面を主成分がAuであるAuめっき層4で被覆し、Auめっき金属板を形成した。また、最表面にAuめっき層4を有し、そのAuめっき層4と金属板2の間にNiめっき層3を有する前記Auめっき金属板の外周近傍が、環状の接合領域S1となる。
The metal plate 2 (length 1.58 mm, width 1.18 mm, thickness 0.06 mm), which is the base material of the
前記Auめっき処理では、電気めっき法を適用し、めっき液中のAu濃度、めっき液の温度(液温)およびpH、めっき処理中の電流密度および通電時間を、適切に選択し、接合領域S1を含むAuめっき層4の表面におけるb*が所定値となるように制御した。具体的には、Auの供給源となるシアン化Auカリウムを含むめっき液を準備した。めっき液中のAu濃度は、0.5g/L~2.0g/Lの範囲から選択した。めっき液の温度(液温)は、25℃~35℃の範囲から選択した。めっき液のpHは、5~6の範囲から選択した。かかるめっき液中に、表面の洗浄処理を行った前記Niめっき金属板を投入し、めっき処理中の電流密度を0.005A/dm2~0.015A/dm2の範囲から選択し、接合領域S1を含むAuめっき層4の表面の色合いを確認しながら通電時間を制御した。この方法により、接合領域S1を含むAuめっき層4の表面の色合いをを種々調整し、Auめっき層4の接合領域S1におけるb*値を変化させた。こうして、金属板2を基材とし、Niめっき層3を下地とし、最表面にAuめっき層4を備え、接合領域S1に半田層5を備える前の図1に示すようなキャップ1(以下、他構成のキャップと区別するために「無半田キャップ」という。)を得た。
In the Au plating process, an electroplating method is applied, and the Au concentration in the plating solution, the temperature (liquid temperature) and pH of the plating solution, the current density and the energization time during the plating process are appropriately selected, and the bonding region S1 The b * on the surface of the
次に、溶融固着法により、無半田キャップの接合領域S1上に半田層5を形成した。具体的には、接合領域S1が鉛直方向の上面になるように無半田キャップを配置し、接合領域S1に対応するAuめっき層4の表面上に環状に形成された半田ワッシャ(幅0.10mm、厚さ0.015mm)を置き、その状態で炉内に入れて加熱し、半田ワッシャを溶融させた後に十分に冷却した。なお、半田ワッシャはAu-22.4質量%Sn系合金を用いて形成されたものである。これにより、図2に示す構成のキャップ1(以下、他構成のキャップと区別するために「半田付キャップ」という。)を得ることができた。また、半田付キャップの接合領域S1上に形成された半田層5は、溶融して表面張力が作用した状態で凝固するため、図6に示すように厚さ方向の断面形状が弧状に形成される。なお、図6は、無半田キャップの接合領域S1上に半田層5を環状に形成した半田付キャップを金属板2の厚さ方向に切断した切断面の拡大観察例である。
Next, the
上述した製造方法により作製した半田層5を形成する前の無半田キャップの接合領域S1について、b*値を測定し、膜厚計によりAuめっき層4の厚さを測定した。無半田キャップの接合領域S1上に半田層5を形成して半田付キャップを得る際、半田層5が溶融半田となり、接合領域S1やAuめっき層4の表面性状に応じて、図6に点線で囲んで示す領域S3のように、接合領域S1から逸脱して外側(側面)に向かって濡れ拡がることが一般的である。これを参酌し、接合領域S1から逸脱して外側へ向かう溶融半田の濡れ拡がり長さ(図6中のL)を測定し、その長さLの金属板2の厚さT(図6中に示すT)に対する比率L/Tを百分率で求めた。なお、厚さTは0.06mmである。
The b * value was measured for the joint region S1 of the non-solder cap before forming the
これらの結果を、接合領域S1におけるb*値に基づいてグループ分けし、いずれも平均値で表1に示す。なお、接合領域S1に関して表1に示す数値は、無半田キャップを分析した結果である。また、溶融半田の濡れ拡がりに関して表1に示す数値は、半田付キャップの半田層5を溶融凝固させて測定した結果である。なお、金属板2の厚さTに対する溶融半田の接合領域S1を逸脱して外側(側面)へ向かう濡れ拡がりに係る比率L/Tが概ね40%以下である場合、パッケージが外観不良と判定される可能性が小さい。また、かかる比率L/Tが概ね1/3の35%以下であると、パッケージが外観不良と判定される可能性が特に小さくなり、実用上の問題がなく好ましいとされている。この点を参酌し、本発明の有効性を比率L/Tで評価した。
These results are grouped based on the b * value in the junction region S1, and all of them are shown in Table 1 as average values. The numerical values shown in Table 1 with respect to the bonding region S1 are the results of analysis of the solder-free cap. The numerical values shown in Table 1 regarding the wet spread of the molten solder are the results of melting and solidifying the
表1から、接合領域S1におけるb*値が6.2~11.6の範囲内であったグループ1~4(本発明例、参考例)では、比率L/Tの最大値が31.5%(グループ4)であった。また、b*値が7.4~8.9の範囲内であったグループ2、3(本発明例)では、比率L/Tが特に小さく、最大値が約15.0%(グループ3)であった。一方、接合領域S1におけるb*値が13.5であったグループ5(比較例)では、比率L/Tが48.9%であった。
From Table 1, in
次に、グループ1~4(本発明例、参考例)を対象とし、半田付キャップの半田を溶融凝固させた被検体の平面観察や図6に示すような断面観察を行うことにより、溶融半田の接合領域S1を逸脱して内側に向かう濡れ拡がりの状態を確認した。その結果、接合領域S1を逸脱した内側のAuめっき層4の表面上に、半田が付着していることがあった(図示略)。これは、半田ワッシャの溶融により、溶融半田が接合領域S1を逸脱して内側へ向かって濡れ拡がったと推測される。しかし、付着していた半田はいずれも微量であったため、かかる微量の半田がパッケージ10を作製する際にケース20の内部で再溶融しても、電子部品30に特性不良が発生するようなことはなく、問題なく使用することができることが分った。
Next, for
以上述べたことから、グループ1~4(本発明例、参考例)の接合領域S1は、溶融半田の接合領域S1の外側あるいは内側へ向かう濡れ拡がりを所定以下に抑制しながら、接合領域S1内において必要かつ十分に濡れ拡がる表面性状であることが確認できた。また、グループ5(比較例)の接合領域S1は、溶融半田の接合領域S1を逸脱して外側へ向かう濡れ拡がりが閾値を超える表面性状であることが確認された。
From the above, the bonding region S1 of the
次いで、グループ1~4(本発明例、参考例)の半田付キャップを用いて、図5を参照して説明した製造方法により、図4に示す構成を有するパッケージ10を作製した。その結果、半田層5を再溶融してケース20に接合したときに、溶融半田が接合領域S1を逸脱して外側(半田付キャップの側面)へ濡れ拡がることに起因して発生するパッケージ10の外観不良は認められなかった。同様に、グループ5(比較例)の半田付キャップを用いて、図4に示す構成を有するパッケージ10を作製した。その結果、半田層5を再溶融してケース20に接合したときに、溶融半田が接合領域S1を逸脱して外側(半田付キャップの側面)へ濡れ拡がり、外観不良となったパッケージ10があった。
Next, using the solder caps of
(実施例2)
実施例1で作製した図1に示す構成を有するグループ1~4(本発明例、参考例)の無半田キャップに対して図3を参照して酸化領域S2を形成し、接合領域S1を内側に外れた接合領域S1の近傍(以下、単に「接合領域S1の内側」という。)に酸化領域S2を備える無半田キャップを作製した。なお、簡便のため、実施例2の説明についても各図に示す各部品の呼称や番号を引用する。
(Example 2)
Oxidation region S2 is formed with respect to the solderless caps of
具体的には、無半田キャップのAuめっき層4の表面上に接合領域S1を設定し、かかる接合領域S1の内側にYVO4を媒体とするレーザ光を環状に照射し、Auめっき層4を除去し、Niめっき層3を露出させた。ESCA850(島津製作所製)を用いて、かかるNiめっき層3の最表面を測定したところ、厚さが1nm~2nmのNiO層が形成されていた。かかるNiO層が酸化領域S2として機能する。なお、ESCA850の測定条件は、X-Ray(Mg)を8kV、30mAとし、イオンエッチング(Ar)を2kV、20mA、3.2nm/minとした。
Specifically, the bonding region S1 is set on the surface of the
次に、実施例1と同様な溶融固着法により、グループ1~4(本発明例、参考例)の無半田キャップの接合領域S1上に半田層5を形成し、接合領域S1の内側に酸化領域S2を備える半田付キャップを作製した。なお、実施例1と同様である半田層5の形成方法に係る説明および図示は略す。
Next, the
かかる接合領域S1の内側に酸化領域S2を備える半田付キャップについて、厚さ方向の断面を観察することにより、接合領域S1を逸脱して内側へ向かう溶融半田の濡れ拡がり状態を確認した。その結果、いずれの場合においても、接合領域S1を逸脱して内側へ向かう溶融半田の濡れ拡がりは酸化領域S2によって阻止されていた。そのため、Auめっき層4の表面上を、酸化領域S2を超えてさらに内側に向かうような溶融半田の濡れ拡がりは発生しなかった。よって、半田付キャップを作製する場合、Auめっき層4の表面上に環状に設定された接合領域S1の内側に対し、さらに環状に形成された酸化領域S2を備えることが好ましいことが分った。
By observing the cross section in the thickness direction of the soldered cap provided with the oxide region S2 inside the joint region S1, it was confirmed that the molten solder deviates from the joint region S1 and spreads inward. As a result, in each case, the wet spreading of the molten solder deviating from the bonding region S1 and inward was prevented by the oxidation region S2. Therefore, wetting and spreading of the molten solder that goes beyond the oxidation region S2 and further inward does not occur on the surface of the
また、かかる結果から、接合領域S1を逸脱して内側へ向かう溶融半田の濡れ拡がりを阻止する酸化領域S2を備える本発明の半田付キャップを用いることにより、パッケージの内部に収納された電子部品30の特性不良を一層抑制できることが分った。
Further, from such a result, the
1.キャップ、2.金属板、3.Niめっき層、4.Auめっき層、5.半田層、5’.半田層、10.パッケージ、20.ケース、21.セラミック基板、22.セラミック枠体、23.タングステン層、24.Ni-Co系合金層、25.Au層、30.電子部品、31.バンプ、S1.接合領域、S2.酸化領域、S3.濡れ拡がり、L.長さ、T.厚さ 1. 1. Cap, 2. Metal plate, 3. Ni plating layer, 4. Au plating layer, 5. Solder layer, 5'. Solder layer, 10. Package, 20. Case, 21. Ceramic substrate, 22. Ceramic frame, 23. Tungsten layer, 24. Ni—Co alloy layer, 25. Au layer, 30. Electronic components, 31. Bump, S1. Joining area, S2. Oxidation region, S3. Wet and spread, L. Length, T.I. thickness
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