JP7379515B2 - 蓋体、電子部品収容用パッケージ及び電子装置 - Google Patents
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Description
本開示は、蓋体、電子部品収容用パッケージ及び電子装置に関する。
従来、半導体素子、および圧電素子等の電子部品を搭載するための電子部品収容用パッケージとして、Ｎｉ膜、Ｋｏｖ基体、Ｃｕ膜、ＡｇＣｕ膜（ろう材）の順で積層された蓋体が開示されている（特許文献１）。
また、上記のＣｕ膜の代わりにＣｕ-Ｎｉ合金膜を適用した蓋体が開示されている（特許文献２）。
また、上記のＣｕ膜の代わりにＣｕ-Ｎｉ合金膜を適用した蓋体が開示されている（特許文献２）。
本開示に係る蓋体は、鉄およびニッケルの合金が含まれた基体と、
前記基体の下面に位置するとともにニッケルが含まれた第１膜と、
前記第１膜の第１下面に位置するとともに銅が含まれた第２膜と、
前記第２膜の第２下面に位置するとともにニッケルが含まれた第３膜と、を備える。
前記基体の下面に位置するとともにニッケルが含まれた第１膜と、
前記第１膜の第１下面に位置するとともに銅が含まれた第２膜と、
前記第２膜の第２下面に位置するとともにニッケルが含まれた第３膜と、を備える。
本開示に係る電子部品収容用パッケージは、前記蓋体と、
上面に電子部品が搭載される搭載部を有する基部と、前記基部の上面に位置し、前記搭載部を囲むとともに、前記蓋体の下面が接合される枠部と、を有する電子部品搭載用基体と、を有する。
上面に電子部品が搭載される搭載部を有する基部と、前記基部の上面に位置し、前記搭載部を囲むとともに、前記蓋体の下面が接合される枠部と、を有する電子部品搭載用基体と、を有する。
本開示に係る電子装置は、前記電子部品収容用パッケージと、前記搭載部に搭載されている電子部品と、を備える。
以下、本開示の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、蓋体について、パッケージの内側に向く面を「下面」とし、その反対面である外側に向く面を「上面」とするが、蓋体、電子部品収容用パッケージ及び電子装置の使用時における上下方向を特定するものではない。また、「厚み」とは、蓋体の上面に垂直な断面において上記上面と垂直な方向の長さを意味する。上記断面は、形状バラツキが生じやすい蓋体の縁を除く部分の断面とする。蓋体が第４膜以外の構造物を上部に含む場合、上記上面とは、構造物を除去した第４膜の上面とする。
＜電子部品収容用パッケージおよび電子装置＞
図１に示すように本実施形態の電子部品収容用パッケージ１は、蓋体２と、電子部品搭載用基体３とを備える。
蓋体２は平板状であり上面２１及び下面２２を有する。蓋体２は、基体２０と、第１膜２２ａ、第２膜２２ｂを備えている。第１膜２２ａは、基体２０の下面Ｓｂに位置している。また、第２膜２２ｂは、第１膜２２ａの第１下面Ｓ１に位置している。また、蓋体２は、第２膜２２ｂの第２下面Ｓ２に第３膜２２ｃが位置していてもよいし、第２膜２２ｂの第２下面Ｓ２に接合材２９が位置していてもよい。また、第２膜２２ａの第２下面Ｓ２に第３膜２２ｃが位置している場合には、第３膜２２ｃの第３下面Ｓ３に接合材２９が位置していてもよい。基体２０の上面Ｓａに、第４膜２１ａが位置していてもよい。
基体２０は、鉄およびニッケルの合金が含まれている。このとき、鉄およびニッケルの合金は、例えばコバール（Ｆｅ―Ｎｉ－Ｃｏ系合金）である。コバールの成分の重量比率は、国際規格ＡＳＭＴ－Ｆ１５に基づくものであればよい。例えば、コバールの成分の重量比率は、鉄（Ｆｅ）が５３～５４％、ニッケル（Ｎｉ）が２９％、コバルト（Ｃｏ）が１７％である。このとき、微量のシリコン（Ｓｉ）およびマンガン（Ｍｎ）等を含んでいてもよい。また、基体２０は、４２アロイ（ＦＥ－Ｎｉ４２）であってもよい。この場合には、４２アロイの重量比率は、Ｎｉが４２％、Ｆｅが５７％であり、微量の他の金属、例えば銅（Ｃｕ）およびＭｎ（マンガン）が含まれている。なお、上述した成分の比率は、製造上の多少の誤差があってもよい。なお、基体２０の厚みは、例えば、０．０２～４ｍｍである。
第１膜２２ａは、ニッケルが含まれた金属の膜である。このとき、第１膜２２ａは、例えば、主にニッケルで形成されており、微量の不純物が含まれていてもよい。第１膜２２ａの厚みは、例えば０．００２ｍｍ～０．０２ｍｍである。
第２膜２２ｂは、銅（Ｃｕ）が含まれた金属の膜である。このとき、第２膜２２ｂは、例えば、主に銅で形成されており、微量の不純物が含まれていてもよい。第２膜２２ｂの厚みは、例えば０．０１～１ｍｍである。
第３膜２２ｃは、ニッケルが含まれた金属の膜である。このとき、第３膜２２ｃは、例えば、主にニッケルで形成されており、微量の不純物が含まれていてもよい。第３膜２２ｃの厚みは、例えば０．００２ｍｍ～０．０２ｍｍである。
第４膜２１ａは、ニッケルが含まれた金属の膜である。このとき、第４膜２１ａは、例えば、主にニッケルで形成されており、微量の不純物が含まれていてもよい。第４膜２１ａの厚みは、例えば０．００２ｍｍ～０．０２ｍｍである。
接合材２９は、後述する電子部品搭載用基体３と蓋体２とを接合するためのものである。接合材２９は、銅及び銀（Ａｇ）が含まれている。このとき、接合材２９は、例えば、銀－銅ろう材を含んでいる。他にも後述するように、Ａｕ－Ｓｎからなる低融点ろう材や、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕからなる鉛フリーはんだ等であってもよい。また、接合材２９の厚みは、たとえば、０．０５～０．５ｍｍである。接合材２９は、金属材料同士を接合することができるものであればよい。なお、接合材２９の融点は、Ａｇ：Ｃｕ＝７２：２８の場合には、約７８０℃であり、Ａｇ：Ｃｕ＝８５：１５の場合には、約８５０℃である。他の構成および厚みに応じて、適宜選択することができる。なお、図２又は図３に示す例では、蓋体２は、基体２０が、鉄およびニッケルの合金の１つであるコバールが含まれている基体としてのＫｏｖ基体２０と、Ｋｏｖ基体２０の上面Ｓａに位置したＮｉ膜（第４膜）２１ａとを備える。
さらに蓋体２は、Ｋｏｖ基体２０の下面積層構成の一例として、図２に示すように、Ｋｏｖ基体２０の下面Ｓｂに位置したＮｉ膜（第１膜）２２ａと、Ｎｉ膜２２ａの下面に位置したＣｕ膜（第２膜）２２ｂとを備える。
さらに蓋体２は、Ｃｕ膜２２ｂの下面に位置した接合材としてのＡｇＣｕ膜２９を備える。
図１に示すように本実施形態の電子部品収容用パッケージ１は、蓋体２と、電子部品搭載用基体３とを備える。
蓋体２は平板状であり上面２１及び下面２２を有する。蓋体２は、基体２０と、第１膜２２ａ、第２膜２２ｂを備えている。第１膜２２ａは、基体２０の下面Ｓｂに位置している。また、第２膜２２ｂは、第１膜２２ａの第１下面Ｓ１に位置している。また、蓋体２は、第２膜２２ｂの第２下面Ｓ２に第３膜２２ｃが位置していてもよいし、第２膜２２ｂの第２下面Ｓ２に接合材２９が位置していてもよい。また、第２膜２２ａの第２下面Ｓ２に第３膜２２ｃが位置している場合には、第３膜２２ｃの第３下面Ｓ３に接合材２９が位置していてもよい。基体２０の上面Ｓａに、第４膜２１ａが位置していてもよい。
基体２０は、鉄およびニッケルの合金が含まれている。このとき、鉄およびニッケルの合金は、例えばコバール（Ｆｅ―Ｎｉ－Ｃｏ系合金）である。コバールの成分の重量比率は、国際規格ＡＳＭＴ－Ｆ１５に基づくものであればよい。例えば、コバールの成分の重量比率は、鉄（Ｆｅ）が５３～５４％、ニッケル（Ｎｉ）が２９％、コバルト（Ｃｏ）が１７％である。このとき、微量のシリコン（Ｓｉ）およびマンガン（Ｍｎ）等を含んでいてもよい。また、基体２０は、４２アロイ（ＦＥ－Ｎｉ４２）であってもよい。この場合には、４２アロイの重量比率は、Ｎｉが４２％、Ｆｅが５７％であり、微量の他の金属、例えば銅（Ｃｕ）およびＭｎ（マンガン）が含まれている。なお、上述した成分の比率は、製造上の多少の誤差があってもよい。なお、基体２０の厚みは、例えば、０．０２～４ｍｍである。
第１膜２２ａは、ニッケルが含まれた金属の膜である。このとき、第１膜２２ａは、例えば、主にニッケルで形成されており、微量の不純物が含まれていてもよい。第１膜２２ａの厚みは、例えば０．００２ｍｍ～０．０２ｍｍである。
第２膜２２ｂは、銅（Ｃｕ）が含まれた金属の膜である。このとき、第２膜２２ｂは、例えば、主に銅で形成されており、微量の不純物が含まれていてもよい。第２膜２２ｂの厚みは、例えば０．０１～１ｍｍである。
第３膜２２ｃは、ニッケルが含まれた金属の膜である。このとき、第３膜２２ｃは、例えば、主にニッケルで形成されており、微量の不純物が含まれていてもよい。第３膜２２ｃの厚みは、例えば０．００２ｍｍ～０．０２ｍｍである。
第４膜２１ａは、ニッケルが含まれた金属の膜である。このとき、第４膜２１ａは、例えば、主にニッケルで形成されており、微量の不純物が含まれていてもよい。第４膜２１ａの厚みは、例えば０．００２ｍｍ～０．０２ｍｍである。
接合材２９は、後述する電子部品搭載用基体３と蓋体２とを接合するためのものである。接合材２９は、銅及び銀（Ａｇ）が含まれている。このとき、接合材２９は、例えば、銀－銅ろう材を含んでいる。他にも後述するように、Ａｕ－Ｓｎからなる低融点ろう材や、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕからなる鉛フリーはんだ等であってもよい。また、接合材２９の厚みは、たとえば、０．０５～０．５ｍｍである。接合材２９は、金属材料同士を接合することができるものであればよい。なお、接合材２９の融点は、Ａｇ：Ｃｕ＝７２：２８の場合には、約７８０℃であり、Ａｇ：Ｃｕ＝８５：１５の場合には、約８５０℃である。他の構成および厚みに応じて、適宜選択することができる。なお、図２又は図３に示す例では、蓋体２は、基体２０が、鉄およびニッケルの合金の１つであるコバールが含まれている基体としてのＫｏｖ基体２０と、Ｋｏｖ基体２０の上面Ｓａに位置したＮｉ膜（第４膜）２１ａとを備える。
さらに蓋体２は、Ｋｏｖ基体２０の下面積層構成の一例として、図２に示すように、Ｋｏｖ基体２０の下面Ｓｂに位置したＮｉ膜（第１膜）２２ａと、Ｎｉ膜２２ａの下面に位置したＣｕ膜（第２膜）２２ｂとを備える。
さらに蓋体２は、Ｃｕ膜２２ｂの下面に位置した接合材としてのＡｇＣｕ膜２９を備える。
電子部品搭載用基体３は、基部３１と枠部３２を有している。電子部品搭載用基体３は、基部３１と枠部３２とを有する一体ものの容器状であってもよいし、基部３１と枠部３２が別体の容器状であってもよい。基部３１は上面に、電子部品４が搭載される電子部品の搭載部を有する。また、枠部３２は、搭載部を囲んで位置するとともに、蓋体２の下面が接合される。なお、基部３１は、電子部品４の電極を引き出すための配線を有する。より具体的には、図１に示すように電子部品搭載用基体３の内部の電子部品４の搭載部に電子部品４が搭載される。蓋体２の下面２２外周部（ＡｇＣｕ膜２９がある面）が電子部品搭載用基体３の上面外周部３ａに合され、ＡｇＣｕ膜２９をろう材としてシーム溶接、ダイレクトシーム溶接や焼成炉による加熱等により溶接される。これにより、電子部品収容用パッケージ１内に電子部品４が密閉封止されて電子装置１０が構成される。なお、溶接前に必要により上面外周部３ａに所定の金属膜が成膜される（基材の種類による）。
電子部品搭載用基体３は、平面視したときの形状が矩形形の板状の部材であり、絶縁材料であってもよく、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックス等のセラミック材料から成る。電子部品搭載用基体３は、これらのセラミック材料からなるものには限定されない。電子部品搭載用基体３の材料は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂およびポリアミド樹脂等の樹脂材料を含むものでもよく、これらの樹脂材料にガラスクロスまたは無機物フィラー等が加えられた複合材料を含むものでもよい。電子部品搭載用基体３の大きさは、平面視において、たとえば５ｍｍ×５ｍｍ～５０ｍｍ×５０ｍｍであって、厚みは０．３ｍｍ～３ｍｍである。また、電子部品搭載用基体３が金属材料を含むことによって、電子部品４から生じる熱をパッケージ１の外部に効率よく放熱する構造とすることができる。
電子部品搭載用基体３は、平面視したときの形状が矩形形の板状の部材であり、絶縁材料であってもよく、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックス等のセラミック材料から成る。電子部品搭載用基体３は、これらのセラミック材料からなるものには限定されない。電子部品搭載用基体３の材料は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂およびポリアミド樹脂等の樹脂材料を含むものでもよく、これらの樹脂材料にガラスクロスまたは無機物フィラー等が加えられた複合材料を含むものでもよい。電子部品搭載用基体３の大きさは、平面視において、たとえば５ｍｍ×５ｍｍ～５０ｍｍ×５０ｍｍであって、厚みは０．３ｍｍ～３ｍｍである。また、電子部品搭載用基体３が金属材料を含むことによって、電子部品４から生じる熱をパッケージ１の外部に効率よく放熱する構造とすることができる。
枠部３２は、平面視したときの内縁および外縁の形状がそれぞれ矩形の枠状である。この矩形枠状の枠部３２の各辺が、電子部品搭載用基体３の各辺と平行になるように設けられる。なお、枠部３２は、蓋体２に対向する面となる上面に金属層が設けられてもよい。また、枠部３２は、電子部品搭載用基体３の上面に一体的に設けられる場合には、セラミック材料からなる枠部３２が電子部品搭載用基体３と同時に焼成されて設けられてもよい。なお、枠部３２と基部３１とは、別体のときには、金（Ａｕ）－錫（Ｓｎ）からなる低融点ろう材等の接合材を介して、電子部品搭載用基体３の上面に位置した金属層および枠部３２の下面に位置した金属層が接合されてもよい。
また、枠部３２として、例えば、鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルトまたはタングステンのような金属材料、あるいは、これらの金属からなる合金を用いることができる。枠部３２の大きさは、平面視において、たとえば５ｍｍ×５ｍｍ～５０ｍｍ×５０ｍｍであって、厚みは０．５ｍｍ～２ｍｍである。また、枠部３２の高さは、たとえば１ｍｍ～１０ｍｍである。
また、枠部３２として、例えば、鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルトまたはタングステンのような金属材料、あるいは、これらの金属からなる合金を用いることができる。枠部３２の大きさは、平面視において、たとえば５ｍｍ×５ｍｍ～５０ｍｍ×５０ｍｍであって、厚みは０．５ｍｍ～２ｍｍである。また、枠部３２の高さは、たとえば１ｍｍ～１０ｍｍである。
蓋体２は、枠部３２の上面に枠部３２の内側を塞ぐようにろう材やはんだ等の接合材により接合される。蓋体２は、平面視において矩形状であり、枠部３２に対向する面となる下面に、蓋体２に対向する面となる枠部３２の上面と接合される接合領域を有している。
以上に示した本発明の一実施形態に係る電子部品収容用パッケージ１は、上記のような構成であることによって、パッケージの封止状態を良好に維持することができる。
本開示の一実施形態に係る電子装置１０は、上述の電子部品収容用パッケージ１の実装領域に電子部品４が実装され、電子部品収容用パッケージ１の第１電極部と電気的に接続されることによって完成する。電子部品４は、Ａｕ－Ｓｎからなる低融点ろう材や、Ｓｎ－銀（Ａｇ）－銅（Ｃｕ）からなる鉛フリーはんだ等の接合材を介して実装領域に設けられた金属部に実装される。電子部品４の例としては、ＩＣやＬＳＩの他、パワーデバイス用の半導体素子等が挙げられる。
以上に示した本発明の一実施形態に係る電子部品収容用パッケージ１は、上記のような構成であることによって、パッケージの封止状態を良好に維持することができる。
本開示の一実施形態に係る電子装置１０は、上述の電子部品収容用パッケージ１の実装領域に電子部品４が実装され、電子部品収容用パッケージ１の第１電極部と電気的に接続されることによって完成する。電子部品４は、Ａｕ－Ｓｎからなる低融点ろう材や、Ｓｎ－銀（Ａｇ）－銅（Ｃｕ）からなる鉛フリーはんだ等の接合材を介して実装領域に設けられた金属部に実装される。電子部品４の例としては、ＩＣやＬＳＩの他、パワーデバイス用の半導体素子等が挙げられる。
また、電子装置１０は、電子部品４を搭載部に、搭載（実装）した状態で、枠部３２の上面に蓋として蓋体２が接合固定されて電子部品４が封止される。このとき、枠部３２の上面と、蓋体２の接合領域は接着剤または接合材２９を含む接着剤によって接合される。この接着剤は、たとえば、上述した銀－銅以外にもＡｕ－Ｓｎからなる低融点ろう材や、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕからなる鉛フリーはんだ等である。
接合材２９が電子部品収容用パッケージ１の枠部３２と、蓋体２とを接合する場合には、シーム溶接法等で接合される。この場合には、蓋体２に局所的に熱が加わり、熱膨張および熱収縮が起こりやすくなる。図２のように、蓋体２の第２膜２２ｂに接合材２９が接合される場合には、第２膜２２ｂと接合材２９との間に合金膜が形成される。この合金膜は、銅と銀の合金である。このとき、第１膜２２ａが基体２０と、第２膜２２ｂとの間に位置することにより、第２膜２２ｂのＣｕ、接合材２９のＡｇＣｕが基体２０の結晶粒界への侵入が、低減される。また、図３のように蓋体２に第３膜２２ｃが設けられている場合、溶接時等の熱により第２膜２２ｂと第３膜２２ｃとの間に第１合金膜２２ｄが生成される。このことによって、第２膜２２ｂの材料と接合材２９の材料が接合時の熱により結合するおそれを低減できる。これにより、接合材２９の融点が変動するおそれを低減できとともに、接合材２９の融点変動による溶接時の接合ばらつき等を低減させることができる。また、接合材２９が銀および銅を含んでいる場合、第３膜２２ｃがニッケル等の金属である際に、銀および銅とニッケルの第２合金膜２２ｅの生成が容易となる。このため、前述したように第２膜２２ｂの材料と接合材２９の材料が接合時の熱により結合するおそれを低減できる。第１合金膜２２ｄは、第２膜２２ｂと第３膜２２ｃとの間の全部に位置していてもよいし、部分的に位置していてもよい。第１合金膜２２ｄが、第２膜２２ｂと第３膜２２ｃとの間の全部に位置している場合には、第２膜２２ｂの材料と接合材２９の材料が接合時の熱により結合するおそれをより低減できる。また、第２合金膜２２ｅは、第３膜２２ｃと接合材２９との間の全部に位置していてもよいし、部分的に位置していてもよい。第２合金膜２２ｅが、第３膜２２ｃと接合材２９との間の全部に位置している場合には、第２膜２２ｂの材料と接合材２９の材料が接合時の熱により結合するおそれをより低減できる。
また、第１膜（２２ａ）と第４膜（２１ａ）が同材料であってもよい。この場合、基体２０の上下層を同じ熱膨張係数の材料で挟み込むことができるため、蓋体２を溶接する際に生ずる熱等による基体２０の変形や反りを低減することができる。ここでいう、同材料には、熱膨張に影響の無い範囲での異なる不純物、異なる不純物の量が含まれているものも含む。また、このとき、第１膜２２ａの厚みと、第４膜２１ａの厚みが同じであれば、さらに基体２０の上下層を同等の熱膨張にて挟み込むことができるため、蓋体２を溶接する際に生ずる熱等による基体２０の変形や反りをより低減することができる。ここでいう、同じとは、厚みを計測した際の誤差、製造誤差等を含んでいてもよい。例えば、第４膜２１ａの厚みが第１膜２２ａの厚みの±１０％以内であれば、同じとみなすことができる。
また、第２膜２２ｂの厚みは、第１膜２２ａの厚み、第３膜２２ｃの厚みおよび第４膜２１ａの厚みよりも大きくてよい。第２膜２２ｂには、銅が含まれているため、他の構成よりも弾性率が低い。このため、第２膜２２ｂを厚くすることにより、電子部品搭載用基体３と蓋体２との接合時に熱を加える場合において、熱応力による蓋体２の変形量をより小さくできる。そのため、溶接などを行なう場合、より小さな圧力で蓋体２を電子部品搭載用基体３に接合することができる。その結果、電子部品搭載用基体３に加わる負荷を低減させることができる。これにより蓋体２および電子部品搭載用基体３にクラック等の機械的損失が発生する可能性を低減できる。
また、第３膜２２ｃは、第１膜２２ａと同じ材料であってもよい。この場合、第２膜２２ｂの上下層を同じ熱膨張係数の材料で挟み込むことができるため、蓋体２を溶接する際に生ずる熱等による第２膜２２ｂの変形や反りを低減することができる。ここでいう、同じ材料には、熱膨張に影響の無い範囲での異なる不純物、異なる不純物の量が含まれているものも含む。また、このとき、第１膜２２ａの厚みと、第３膜２２ｃの厚みが同じであれば、さらに第２膜２２ｂの上下層を同等の熱膨張にて挟み込むことができるため、蓋体２を溶接する際に生ずる熱等による第２膜２２ｂの変形や反りをより低減することができる。ここでいう、同じとは、厚みを計測した際の誤差、製造誤差等を含んでいてもよい。例えば、第３膜２２ｃの厚みが第１膜２２ａの厚みの±１０％以内であれば、同じとみなすことができる。
また、第３膜２２ｃは、上述したように、蓋体２を電子部品搭載用基体３に接合する際の熱で、第２膜２２ｂとの間に第１合金膜２２ｄを形成する。このため、電子部品搭載用基体３に接合された蓋体２の第３膜２２ｃの厚みは、第１膜２２ａの厚みよりも小さくてもよい。
接合材２９が電子部品収容用パッケージ１の枠部３２と、蓋体２とを接合する場合には、シーム溶接法等で接合される。この場合には、蓋体２に局所的に熱が加わり、熱膨張および熱収縮が起こりやすくなる。図２のように、蓋体２の第２膜２２ｂに接合材２９が接合される場合には、第２膜２２ｂと接合材２９との間に合金膜が形成される。この合金膜は、銅と銀の合金である。このとき、第１膜２２ａが基体２０と、第２膜２２ｂとの間に位置することにより、第２膜２２ｂのＣｕ、接合材２９のＡｇＣｕが基体２０の結晶粒界への侵入が、低減される。また、図３のように蓋体２に第３膜２２ｃが設けられている場合、溶接時等の熱により第２膜２２ｂと第３膜２２ｃとの間に第１合金膜２２ｄが生成される。このことによって、第２膜２２ｂの材料と接合材２９の材料が接合時の熱により結合するおそれを低減できる。これにより、接合材２９の融点が変動するおそれを低減できとともに、接合材２９の融点変動による溶接時の接合ばらつき等を低減させることができる。また、接合材２９が銀および銅を含んでいる場合、第３膜２２ｃがニッケル等の金属である際に、銀および銅とニッケルの第２合金膜２２ｅの生成が容易となる。このため、前述したように第２膜２２ｂの材料と接合材２９の材料が接合時の熱により結合するおそれを低減できる。第１合金膜２２ｄは、第２膜２２ｂと第３膜２２ｃとの間の全部に位置していてもよいし、部分的に位置していてもよい。第１合金膜２２ｄが、第２膜２２ｂと第３膜２２ｃとの間の全部に位置している場合には、第２膜２２ｂの材料と接合材２９の材料が接合時の熱により結合するおそれをより低減できる。また、第２合金膜２２ｅは、第３膜２２ｃと接合材２９との間の全部に位置していてもよいし、部分的に位置していてもよい。第２合金膜２２ｅが、第３膜２２ｃと接合材２９との間の全部に位置している場合には、第２膜２２ｂの材料と接合材２９の材料が接合時の熱により結合するおそれをより低減できる。
また、第１膜（２２ａ）と第４膜（２１ａ）が同材料であってもよい。この場合、基体２０の上下層を同じ熱膨張係数の材料で挟み込むことができるため、蓋体２を溶接する際に生ずる熱等による基体２０の変形や反りを低減することができる。ここでいう、同材料には、熱膨張に影響の無い範囲での異なる不純物、異なる不純物の量が含まれているものも含む。また、このとき、第１膜２２ａの厚みと、第４膜２１ａの厚みが同じであれば、さらに基体２０の上下層を同等の熱膨張にて挟み込むことができるため、蓋体２を溶接する際に生ずる熱等による基体２０の変形や反りをより低減することができる。ここでいう、同じとは、厚みを計測した際の誤差、製造誤差等を含んでいてもよい。例えば、第４膜２１ａの厚みが第１膜２２ａの厚みの±１０％以内であれば、同じとみなすことができる。
また、第２膜２２ｂの厚みは、第１膜２２ａの厚み、第３膜２２ｃの厚みおよび第４膜２１ａの厚みよりも大きくてよい。第２膜２２ｂには、銅が含まれているため、他の構成よりも弾性率が低い。このため、第２膜２２ｂを厚くすることにより、電子部品搭載用基体３と蓋体２との接合時に熱を加える場合において、熱応力による蓋体２の変形量をより小さくできる。そのため、溶接などを行なう場合、より小さな圧力で蓋体２を電子部品搭載用基体３に接合することができる。その結果、電子部品搭載用基体３に加わる負荷を低減させることができる。これにより蓋体２および電子部品搭載用基体３にクラック等の機械的損失が発生する可能性を低減できる。
また、第３膜２２ｃは、第１膜２２ａと同じ材料であってもよい。この場合、第２膜２２ｂの上下層を同じ熱膨張係数の材料で挟み込むことができるため、蓋体２を溶接する際に生ずる熱等による第２膜２２ｂの変形や反りを低減することができる。ここでいう、同じ材料には、熱膨張に影響の無い範囲での異なる不純物、異なる不純物の量が含まれているものも含む。また、このとき、第１膜２２ａの厚みと、第３膜２２ｃの厚みが同じであれば、さらに第２膜２２ｂの上下層を同等の熱膨張にて挟み込むことができるため、蓋体２を溶接する際に生ずる熱等による第２膜２２ｂの変形や反りをより低減することができる。ここでいう、同じとは、厚みを計測した際の誤差、製造誤差等を含んでいてもよい。例えば、第３膜２２ｃの厚みが第１膜２２ａの厚みの±１０％以内であれば、同じとみなすことができる。
また、第３膜２２ｃは、上述したように、蓋体２を電子部品搭載用基体３に接合する際の熱で、第２膜２２ｂとの間に第１合金膜２２ｄを形成する。このため、電子部品搭載用基体３に接合された蓋体２の第３膜２２ｃの厚みは、第１膜２２ａの厚みよりも小さくてもよい。
＜製造方法＞
以下に、本開示の一実施形態に係る電子部品収容用パッケージ１の製造方法について説明する。
電子部品搭載用基体３の基部３１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして作製される。まず、セラミックグリーンシートは、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素等の原料粉末と適当な有機バインダおよび有機溶剤とともにシート状に成形され、矩形シート状に作製される。次に、セラミックグリーンシートからなる積層体は、複数のセラミックグリーンシートが積層されて作製される。なお、積層体は、必ずしも複数のセラミックグリーンシートが積層される必要はなく、電子部品搭載用基体３の基部３１としての機械的な強度等の点で支障がなければ、１層のみでも構わない。その後、これらのセラミックグリーンシートが１３００～１６００℃の温度で焼成されることによって電子部品搭載用基体３の基部３１が作製される。
以下に、本開示の一実施形態に係る電子部品収容用パッケージ１の製造方法について説明する。
電子部品搭載用基体３の基部３１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして作製される。まず、セラミックグリーンシートは、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素等の原料粉末と適当な有機バインダおよび有機溶剤とともにシート状に成形され、矩形シート状に作製される。次に、セラミックグリーンシートからなる積層体は、複数のセラミックグリーンシートが積層されて作製される。なお、積層体は、必ずしも複数のセラミックグリーンシートが積層される必要はなく、電子部品搭載用基体３の基部３１としての機械的な強度等の点で支障がなければ、１層のみでも構わない。その後、これらのセラミックグリーンシートが１３００～１６００℃の温度で焼成されることによって電子部品搭載用基体３の基部３１が作製される。
枠部３２は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、上記の電子部品搭載用基体３と同様にして作製される。まず、セラミックグリーンシートは、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素等の原料粉末を適当な有機バインダおよび有機溶剤とともにシート状に成形され、矩形シート状に作製される。次に、セラミックグリーンシートからなる積層体は、複数のセラミックグリーンシートが積層されて作製される。そして、積層体は、打ち抜き加工法によって貫通孔が中央部に設けられることによって枠状に成形される。さらに、積層体は、上面にタングステンの粉末と有機溶剤および有機バインダとを混合して作製した、金属層となる金属ペーストがスクリーン印刷法等の方法で印刷されて設けられる。その後、積層体は、１３００～１６００℃の温度で焼成されることによって枠部３２となる。なお、枠部３２は、必ずしも複数のセラミックグリーンシートが積層されて形成される必要はなく、枠部３２としての機械的な強度等の点で支障がなければ、１層のみでも構わない。そして、枠部３２は、ガラス接合材や樹脂接合材等の接合材によって電子部品搭載用基体３の上面に接合される。また、枠部３２は、電子部品搭載用基体３と同様の酸化アルミニウム質焼結体からなる場合には、枠状のセラミックグリーンシートが電子部品搭載用基体３となるセラミックグリーンシートの上面に積層され、これらのセラミックグリーンシートが同時焼成される方法で、基部３１と一体的に形成されてもよい。
蓋体２は、基体およびそれぞれの膜を重ね合わせ、圧接機で圧接してクラッド材とし、所定の大きさに加工する。この場合は、蓋体２が所定の厚みとなるよう、あらかじめ各材料の圧縮率を考慮し、準備する各構成の厚みを決定する。または、鉄－ニッケル－コバルト合金とニッケル、ニッケルと銅を圧接してクラッド材とし、所定の大きさに加工し、その後、このクラッド材の上面および下面にニッケルめっきを施す。
蓋体２と電子部品搭載用基体３の溶接時において、Ｃｕ膜２２ｂのＣｕ、ＡｇＣｕ膜２９のＡｇＣｕがＫｏｖ基体２０の結晶粒界に侵入することは、Ｎｉ膜２２ａにより低減される。そのため、Ｋｏｖ基体２０にクラックを発生させることが低減され、気密性の高いパッケージを構成することができる。
蓋体２は、Ｋｏｖ基体２０の下面積層構成の他の一例として、図３に示すように、Ｋｏｖ基体２０の下面Ｓｂに位置したＮｉ膜２２ａと、Ｎｉ膜２２ａの下面に位置したＣｕ膜２２ｂと、Ｃｕ膜２２ｂの下面に位置したＮｉ膜（第３膜）２２ｃを備えてもよい。
さらに蓋体２は、Ｎｉ膜２２ｃの下面に位置した接合材としてのＡｇＣｕ膜２９を備えてもよい。
このよう積層構成の場合、上述のＫｏｖ基体２０へのＣｕ、ＡｇＣｕの侵入低減に加え、Ｃｕ膜２２ｂと、ＡｇＣｕ膜２９との間にもＮｉ膜２２ｃが介在するので、溶接時にＣｕ膜２２ｂのＣｕと、ＡｇＣｕ膜２９のＣｕとが熱により結合するおそれを低減できる。これにより、Ｎｉ膜２２ｃが無い場合に比較して、熱が加わった際に、Ｃｕ膜２２ｂとＡｇＣｕ膜２９が結合することで結合材として機能するＡｇＣｕ膜２９の融点が変化するおそれを低減することができる。
したがって、接合材（２９）の融点を安定させて蓋体２の接合信頼性を安定させるとともに、Ｋｏｖ基体２０にクラックを発生させることが低減され、気密性の高いパッケージを構成することができる。
さらに蓋体２は、Ｎｉ膜２２ｃの下面に位置した接合材としてのＡｇＣｕ膜２９を備えてもよい。
このよう積層構成の場合、上述のＫｏｖ基体２０へのＣｕ、ＡｇＣｕの侵入低減に加え、Ｃｕ膜２２ｂと、ＡｇＣｕ膜２９との間にもＮｉ膜２２ｃが介在するので、溶接時にＣｕ膜２２ｂのＣｕと、ＡｇＣｕ膜２９のＣｕとが熱により結合するおそれを低減できる。これにより、Ｎｉ膜２２ｃが無い場合に比較して、熱が加わった際に、Ｃｕ膜２２ｂとＡｇＣｕ膜２９が結合することで結合材として機能するＡｇＣｕ膜２９の融点が変化するおそれを低減することができる。
したがって、接合材（２９）の融点を安定させて蓋体２の接合信頼性を安定させるとともに、Ｋｏｖ基体２０にクラックを発生させることが低減され、気密性の高いパッケージを構成することができる。
図２及び図３に示したＡｇＣｕ膜２９は、電子装置１０において電子部品搭載用基体３と蓋体２を接合するものである。ＡｇＣｕ膜２９は、蓋体２の一部として位置していてもよいし、電子部品搭載用基体３の上面外周部３ａ上に位置していてもよい。また、ＡｇＣｕ膜２９は、電子部品搭載用基体３と蓋体２との間に、別に位置していてもよい。蓋体２にＡｇＣｕ膜２９をあらかじめ配置させることにより、蓋体２を半導体装置のパッケージなどの蓋体として接合する場合に、接合材を別途準備する労力を低減できるため、生産性を向上させることができる。接合材は、ＡｇＣｕ膜２９に代えて、Ａｕ－Ｓｎからなる低融点ろう材や、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕからなる鉛フリーはんだ等であってもよい。
図４Ａは、図２に示す実施形態に従った本実施例の蓋体の断面写真を示す。図４Ｂに比較例の蓋体の断面写真を示す。本実施例及び比較例の蓋体はともに、焼成炉にて８５０℃、およそ３．６分間焼成して得たものである。
図４Ａに示す本実施例にあっては、Ｋｏｖ基体２０と、Ｃｕ膜２２ｂの間にＮｉ膜２２ａが介在する。
一方、図４Ｂに示す比較例にあっては、Ｋｏｖ基体２０にＣｕ膜２２ｂが接している。なお、図４Ｂに示す比較例にあっては、本発明例の対応する積層要素と同符号を使用する。
このような比較例にあっては、Ｃｕ膜２２ｂのＣｕ、ＡｇＣｕ膜２９のＡｇＣｕがＫｏｖ基体２０の結晶粒界に侵入する。その浸食部Ｅが図４Ｂにおいて確認できた。この浸食部Ｅが入ることによって、Ｋｏｖ基体２０のクラック発生の原因となる。
これに対し本発明例にあっては、Ｃｕ膜２２ｂのＣｕ、ＡｇＣｕ膜２９のＡｇＣｕがＫｏｖ基体２０の結晶粒界への侵入が、Ｎｉ膜２２ａにより低減される。図４Ａに示すようにＫｏｖ基体２０に対する浸食部Ｅは比較例に対して顕著に減少していることが確認できた。これにより、Ｋｏｖ基体２０にクラックを発生させることが低減され、気密性の高いパッケージを構成することができる。
なお、上記蓋体２の構成は少なくとも電子部品収容用パッケージ１との接合領域に位置していてもよい。このとき、蓋体２は、平板状であってもよいし、中央部に凹部を有した形状であってもよい。このことによって、電子部品収容用パッケージ１と蓋体２との接合時における熱変形および接合材の融点の変化等を効率よく低減させることができる。
図４Ａに示す本実施例にあっては、Ｋｏｖ基体２０と、Ｃｕ膜２２ｂの間にＮｉ膜２２ａが介在する。
一方、図４Ｂに示す比較例にあっては、Ｋｏｖ基体２０にＣｕ膜２２ｂが接している。なお、図４Ｂに示す比較例にあっては、本発明例の対応する積層要素と同符号を使用する。
このような比較例にあっては、Ｃｕ膜２２ｂのＣｕ、ＡｇＣｕ膜２９のＡｇＣｕがＫｏｖ基体２０の結晶粒界に侵入する。その浸食部Ｅが図４Ｂにおいて確認できた。この浸食部Ｅが入ることによって、Ｋｏｖ基体２０のクラック発生の原因となる。
これに対し本発明例にあっては、Ｃｕ膜２２ｂのＣｕ、ＡｇＣｕ膜２９のＡｇＣｕがＫｏｖ基体２０の結晶粒界への侵入が、Ｎｉ膜２２ａにより低減される。図４Ａに示すようにＫｏｖ基体２０に対する浸食部Ｅは比較例に対して顕著に減少していることが確認できた。これにより、Ｋｏｖ基体２０にクラックを発生させることが低減され、気密性の高いパッケージを構成することができる。
なお、上記蓋体２の構成は少なくとも電子部品収容用パッケージ１との接合領域に位置していてもよい。このとき、蓋体２は、平板状であってもよいし、中央部に凹部を有した形状であってもよい。このことによって、電子部品収容用パッケージ１と蓋体２との接合時における熱変形および接合材の融点の変化等を効率よく低減させることができる。
以上、本開示の実施形態について説明した。しかし、本開示は上記実施形態に限られるものでない。例えば、蓋体又は電子部品搭載用基体の各部の素材、形状、大きさなど、実施形態及び図面に示された細部は、開示の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
本開示は、蓋体、電子部品収容用パッケージ及び電子装置に利用できる。
１ 電子部品収容用パッケージ
２ 蓋体
３ 電子部品搭載用基体
３ａ 上面外周部
４ 電子部品
１０ 電子装置
２０ Ｋｏｖ基体（基体）
２１ａ Ｎｉ膜（第４膜）
２２ａ Ｎｉ膜（第１膜）
２２ｂ Ｃｕ膜（第２膜）
２２ｃ Ｎｉ膜（第３膜）
２９ ＡｇＣｕ膜（接合材）
Ｓａ Ｋｏｖ基体の上面
Ｓｂ Ｋｏｖ基体の下面
Ｓ１ 第１下面
Ｓ２ 第２下面
Ｓ３ 第３下面
２ 蓋体
３ 電子部品搭載用基体
３ａ 上面外周部
４ 電子部品
１０ 電子装置
２０ Ｋｏｖ基体（基体）
２１ａ Ｎｉ膜（第４膜）
２２ａ Ｎｉ膜（第１膜）
２２ｂ Ｃｕ膜（第２膜）
２２ｃ Ｎｉ膜（第３膜）
２９ ＡｇＣｕ膜（接合材）
Ｓａ Ｋｏｖ基体の上面
Ｓｂ Ｋｏｖ基体の下面
Ｓ１ 第１下面
Ｓ２ 第２下面
Ｓ３ 第３下面
Claims (11)
- 鉄およびニッケルの合金が含まれた基体と、
前記基体の下面に位置するとともにニッケルが含まれた第１膜と、
前記第１膜の第１下面に位置するとともに銅が含まれた第２膜と、
前記第２膜の第２下面に位置するとともにニッケルが含まれた第３膜と、を備えた蓋体。 - 前記第３膜の第３下面に位置した接合材をさらに備えた請求項１に記載の蓋体。
- 前記接合材は、銅及び銀が含まれた請求項２に記載の蓋体。
- 前記基体の上面に位置するとともにニッケルが含まれた第４膜をさらに備えた請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の蓋体。
- 前記第１膜および前記第４膜とは同じ材料である、請求項４に記載の蓋体。
- 前記第２膜と前記第３膜との間には、銅およびニッケルが含まれた第１合金膜が位置した請求項１から請求項５のいずれか一に記載の蓋体。
- 前記第２膜の厚みは、前記第１膜の厚みよりも大きい、請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載の蓋体。
- 前記第１膜の厚みと前記第４膜の厚みは同じである、請求項４又は請求項５に記載の蓋体。
- 前記第１膜および前記第３膜とは同じ材料である、請求項１から請求項８のいずれか一記載の蓋体。
- 請求項１から請求項９のいずれか一に記載の蓋体と、
上面に電子部品が搭載される搭載部を有する基部と、前記基部の上面に位置し、前記搭載部を囲むとともに、前記蓋体の下面が接合される枠部と、を有する電子部品搭載用基体と、を有する電子部品収容用パッケージ。 - 請求項１０に記載の電子部品収容用パッケージと、前記搭載部に搭載された電子部品と、を備える電子装置。
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