JPH02208957A - 電子機器用封着材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は半導体などの電子Ｆｓ器に使用される封着材料
に係り、特にめっき性、耐食性および溶接後の気密性を
改善した電子機器用封着材料に関する。

（従来の技術） 半導体などの電子機器に対する外部環境の影響を排除す
るために電子機器の要部にキャップ等を被着して気密に
封止する処理が一般に実施されている。

例えばピン・グリッド・アレー（ＰＧＡ）タイプの半導
体は、第２図に示すように特定の金属またはしラミック
ス基板１の内部にＩＣ等の素子２を収納して固定し、こ
の素子２とインナーリード３およびアウターリード４と
の配線を行なつｌζ後に、窒素などの不活性ガス雰囲気
中で、金属製またはセラミックス製のキャップ５を装着
して構成されている。

このキャップ５は、セラミックス基板１の上面にろう接
された枠状のシールリング６上面に装着され、キャップ
５とシールリング６とはシーム溶接により一体に接合さ
れる。この封着材料としてのキャップ５によって基板内
部に収容された素子２が完全に密封される。

従来の封着材料としてのキャップ５およびその取付構造
をさらに第３図を参照して説明する。

セラミックス基板１上面には予め、タングステン（Ｗ）
硬化層７およびニッケル（Ｎ１）めっき１８が形成され
、Ｎｉめつき層８の上面に、低熱膨張性に優れたＦｅ−
２８〜３ＯＮ　１−１６〜１８ＣＯ合金（コバール）製
のシールリング６がろう継手９によって接合されている
。シールリング６にはキャップ５との気密性および耐食
性を確保するためにＮｉめつき層１０およびＡｕめつき
層１１が形成される。

このＡＵめっき層１１を形成したコバール製のシールリ
ング６の上面にコバール製のキャップ５が装着され、両
者はシーム溶接されて一体に接合される。このキャップ
５には、耐食性を向上させるために予め１〜５μｍの厚
さでＣｕめつき層１２およびＮｉめつき層１３が形成さ
れている。

このシーム接合によって、キャップ５の構成成分である
ＮｉとＡｕめっき層１１との間でＡｕ−Ｎｉの相互拡散
層が形成されるとともにキャップ５の外周部におけるＣ
ｕめつき層１２およびＮｉめつぎ層１３の溶融によって
フィレットの形成が進行することにより、キャップ５と
シールリング６との間は緊密に封止され、良好な気密特
性が得られる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の封着材料としてのキャップはＮｉ
めっき層の厚さが薄く、まためっきの品質が低いため、
耐食性が劣る欠点があった。すなわらＮｉめつき層を形
成する場合に１回のめっき処理によってＩＳられる厚さ
は数μｍと権めて薄く、厚い膜厚を有するＮｉめっき層
を形成するためには煩雑なめっき処理操作を複数回繰り
返す必要があり、製造コストが上昇してしまう欠点があ
った。

まためっき層は一般にピンホールや表面の凹凸などの表
面欠陥が発生し易く、キャップ表面に施しためっき層の
信頼性は高くない。特にコバールなとのＦｅ−Ｎｉ系低
膨張性合金材に対しては、金属中休と比較して一般にめ
っき層の付着強度が低くなる欠点がある。

さらにめっき層を形成した材料は、打抜きプレス加工時
において、そのめっき層の剥離や割れが発生する頻度も
＾く、材料の歩留りおよび品質が低下する問題点もあっ
た。

今後、使用環境がより厳しい宇宙機器、防衛用機器や一
般産業用電子機器への需要に対応するためには、より気
密性、耐食性に優れた、信頼性が高い到着材料の実現が
望まれている。

本発明は上記の問題点を解決し、新しい需要に対応する
ためになされＩＣものであり、めっき性、耐良性および
溶接後の気密性に優れた、信頼性が＾い電子機器用到着
材料を提供することを目的とする。

（発明の構成） （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明に係る電子機器用封着材
料は、Ｆｅ−Ｎ　ｉ系低膨張性合金を心材とし、Ｆｅ−
ＪＪｉ系低膨張性合金の封着面側の表面を含む少なくと
も一方の表面に表面材としてニッケル薄板をクラッド接
合により一体に貼着し、心材と表面材とを複合化したこ
とを特徴とする。

また、心材厚さに対する表面材としてのニッケル薄板の
厚さの比は、２０％以下に設定することが望ましい。

（作用） 上記構成に係る電子ｉ器用封着材料によれば、心材とし
て低熱膨張特性に優れたＦｅ−Ｎ　ｉ系低膨張性合金を
使用しているため、高温時における変形が少なく、動作
信頼性の高い電子ｍ器を形成することができる。

このＦｅ−Ｎｉ系低膨張性合金としては例えば２８〜３
ＯＮ　ｉ−１６〜１８Ｃｏ−Ｆｅ合金あるいは４０〜４
３Ｎ　１−Ｆｅ合金などが好ましい。

また心材となるＦｅ−Ｎｉ系低膨張性合金の封着面側の
表面を含む少なくとも一方の表面に表面材としてニッケ
ル薄板をクラッド接合しており、封着される相手材とは
ニッケル金属層を介してシーム溶接等により一体に接合
される。そのため合金材であるＦｅ−Ｎｉ系低膨張性と
相手材とを直接接合していた従来例と比較して相互拡散
層の形成が容易であり、両者の密着強度が＾まり、気密
性の高い到着構造とすることができる。

またニッケル薄板は相手材に形成した金や銅などの各種
のめつき層とのなじみも良好であり、相互に拡散し高強
度の接合層を形成するため、強度および気密性に優れた
接合面を形成することができるゆ 特に従来のように厚さに限界があるＮｉめっき層と異な
り、表面材としてＮｉ薄板をクラッド接合によって一体
に接合しているため、Ｎｉ金属層を厚く形成することが
できる。まためっき層と異なり、厚さのばらつきやピン
ホールまたは凹凸など、電子機器を使用する上で有害と
なる表面欠陥が発生ずることが少ないため、耐食性およ
び信頼性が著しく向上する。

この場合のＮｉＷ！Ｊ板としては、Ｎ１を９８％以上含
有したものを用いることが好ましい。

また封着材料の心材の厚さに対する表面材としてのＮｉ
薄板の厚さの比を２０％以下に設定することにより、ａ
温使用時における表面材と心材との熱膨張差に起因する
熱変形が抑制されるため、信頼性の高い到着構造を長期
間に渡って維持することができる。

（実施例） 以下本発明の一実施例について添付図面を参照して説明
する。第１図は本発明に係る電子機器用封着材料の一実
施例を示す断面図であり、電子機器としての半導体の素
子収容部を封着するキャップとして使用した例で示して
いる。なお第３図に示す従来例と同一要素には同一符号
を付して、その詳ａ説明は省略する。

すなわち本実施例に係る電子Ｉａ器用到着材料としての
キャップ１４は、Ｆｅ−Ｎｉ系低膨張性合金１５として
のコバール合金板を心材とし、Ｆｅ−Ｎｉ系低膨張性合
金の封着面側の表面１６およびその反対側の表面１７に
それぞれ表面材としてニッケル薄板１８ａ、１８ｂをク
ラッド接合により一体に貼着し心材と表面材とを複合化
して構成される。

このように心材として低熱膨張特性に優れたＦｅ−Ｎｉ
系低膨張性合金を使用しているため、高温時における変
形が少なく、動作信頼性の高い電子機器を形成すること
ができる。

またニッケル薄板１８ａ、１８ｂをクラッド接合により
一体に貼着しているため、従来のめつき法によってＮｉ
金属層を形成する場合と比較して、その厚さがυ１限さ
れることがなく、厚いＮｉ金属層を形成することができ
る。またＮｉｌ板１８ａ。

１８ｂはＮｉめつき層と異なり厚さのばらつきやピンホ
ールなどの有害な表面欠陥が発生ずることが少ないため
封着材料の耐食性が著しく向上する。

ざらに、従来のＦｅ−Ｎ　ｉ基低膨張性合金を直接に被
封着材に接合する場合には、被封着材のめつき層と合金
材とのなじみが不良であるため、高強度の接合層が１９
られにくい欠点があったが、本実施例の場合には、Ｎｉ
単体から成るＮｉ薄板が被封着材のめっき層と接合され
る構造であり、両者のなじみが良好であるため、高強度
で気密性に優れた接合面を形成することができる。

次に本実施例に係る電子機器用封着材料の効果について
より具体的に説明する。

実施例１〜３として縦２０ａｍ、横２０ａｍ、厚さ１０
０μｍの２９Ｎ　ｉ−１７Ｃｏ−Ｆｅ合金を心材として
、第１表に示すように到着面側およびその反対側に表面
材としてのＮｉｌ板をクラッド接合により一体に貼着し
、心材と表面材とを複合化して封着材料としての半導体
キャップ１４を５０個ずつ調製した。調製したキャップ
１４を第１図および第２図に示すようにセラミック暴板
上のシールリング６にシーム溶接し、素子２を収容した
セラミックパッケージを気密に封止した。キャップ１４
上面にはさらに厚さ８μｍの銅めっき層１２および厚さ
１０ｕｍのＮ１めっき層を形成した。

次に気密封止した各セラミックパッケージのキャップ１
４の表面欠陥の有無、めっき性の良否、耐食性の良否お
よび溶接後のセラミックパッケージの気密度をそれぞれ
測定した。

ここで表面欠陥の有無は、キャップ表面部を実体顕微鏡
で観察し、めっき層におけるむらやピンホール、凹凸、
剥離の有無について判定し、表面欠陥発生率を算出した
。

まためっき性は、パッケージを温度４００℃で約１時間
加熱した後にキャップ表面部におけるＮ１めつき層のふ
くれの有無を実体顕微鏡で観察し、発生が認められる試
験体の割合をめっき不良発生率として算出した。

さらに耐食性は、ＪＩＳ　　２２３７１に規定する塩水
噴霧試験によって確認すだ。すなわち温度８０℃におい
て濃度３重量％の食塩水溶液を延べ５時間に渡りセラミ
ックパッケージに噴霧した後に、キャップ表面部におけ
る腐食箇所の有無を観察し、腐食が発生した試験体の割
合を腐食発生率として算出した。

またセラミックパッケージの気密度はＭＩＬ−８ＴＤ−
８８３Ｃに規定するヘリウムファインリーク法に従って
測定した。すなわちセラミックパッケージを気密チャン
バに収容した状態で密閉し、高純度のＨｅガスを圧入し
て圧力３０ｐｓｉ（約２．１Ｎｆ／ｌｉ）で４時間加圧
、保持した後に１時間放置する。その後圧力を解除して
セラミックパッケージを取り出し、次に排気装置および
マススペクトロメータ検出器に接続されたチャンバに移
し、先にパッケージ内に圧入されたトレーサガス（Ｈｅ
）を１Ｑ−６Ｔｏｒｒの真空中で引き出し、気密度（ａ
ｔｍ、　ａ：／５ｅｃ）を測定し、各パッケージについ
ての平均値を算定した。

一方、比較例１として厚さ１００μｍの心材の両面に厚
さ４μｍのＮ１めつき層を形成した封着材料、比較例２
としてＮｉ１ｌ板をクラッドしない心材のみから成る封
着材料、比較例３として心材の両面にそれぞれ厚さ１５
μｍのＮｉａ板をクラッド接合した封着材料をそれぞれ
調製し、実施例１〜３と同様に表面欠陥の有無めっき性
の良否、耐食性の良否および気密度を測定し第１表に示
す結果を得た。

〔以下余白〕

第１表の結果から明らかなように実施例１〜３に示す到
着材料では、表面のめっき層のむら、ピンホールや剥離
などの表面欠陥は検出されず、めっき不良および腐食発
生率も少なく、良好な耐食性を有することがわかる。ま
たシーム溶接を行なった封着材料の気密度を測定した結
果、常に４×１０−８ａ　ｔ　ｍ、　ａ：／　Ｓ　ｅ　
ＣｊＸ下（１）ｆｒＪ’４ｒ示１．ｔ、良好な気密封止
状態を保持できることが実証された。

一方、比較例１に示すように心材の両側にＮ１のめつき
層を形成したものは、表面欠陥、めっき不良および腐食
が発生し易く、気密度も１１０−７（ａｔ、　ａ：／５
ｅｃ）程度にとどまり、封止特性および耐食性が相対的
に低下することが判明する。特にＮｉａ属層を形成しな
い比較例２の場合においては、気ｖ！！度が１１０−６
（ａｔ、ｏ：／５ｅＣ）と悪化してしまう。これはシー
ルリングに形成された金めつき層と合金であるコバール
とが直接接触するが、両者のなじみが悪く、ＡＬＩとＮ
ｉとの間の相互拡散が円滑に進行せず、相互拡散層また
はフィレットの形成が不完全であることが原因と考えら
れる。

また比較例３に示すように心材の厚さに対する表面材の
厚さの比が２０％を超える場合には、表面欠陥の発生は
ないが、高温時において表面材と心材との熱膨張差によ
って封着材料の変形＆が増大し、封止性能が低下するお
それもある。したがって心材厚さに対する表面材の厚さ
の比率は実施例１〜３に示すように２０％以下に設定す
ることが望ましい。

〔発明の効果〕

以上説明の通り、本発明に係る電子機器用封着材料によ
れば、心材として低熱膨張特性に優れたＦｅ−Ｎ　ｉ系
低膨張性合金を使用しているため、ａ％湯温時おける変
形が少なく、動作信頼性のｎい電子ｖＡ器を形成するこ
とができる。

また心材となるＦ（３−Ｎｉ系低膨張性合金の封着面側
の表面を含む少なくとも一方の表面に表面材としてニッ
ケル薄板をクラッド接合しており、封着される相手材と
はニッケル金ｉｓを介してシーム溶接等により一体に接
合される。そのため合金材であるＦｅ−Ｎ　ｉ系低膨張
性合金と相手材とを直接接合していた従来例と比較して
相互拡散層の形成が容易であり、両者の密着強度が高ま
り、気密性の高い到着構造とすることができる。

またニッケル薄板は相手材に形成した金や銅などの各種
のめっき層とのなじみも良好であり、相互に拡散し高強
度の接合層を形成覆るため、強度および気密性に優れた
接合面を形成することができる。

特に従来のように厚さに限界があるＮｉめつき層と異な
り、表面材としてＮｉｌ板をクラッド接合によって一体
に接合しているため、Ｎｉ金属層を厚く形成することが
できる。まためっき層と族なり、厚さのばらつきやピン
ホールまたは凹凸など、電子Ｉｌ器を使用する上で有害
となる表面欠陥が発生することが少ないため、耐食性お
よび信頼性が著しく向上する。

また到着材料の心材の厚さに対する表面材としてのニッ
ケル薄板の厚さの比を２０％以下に設定することにより
、高温使用時における表面材と心材との熱膨張差に起因
する熱変形が抑制されるため、信頼性の高い封着構造を
長期間に渡って維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は電子
機器としての半導体の構成例を示す分解斜視図、第３図
は第２図における■−■矢視に沿う部分拡大断面図であ
る。 １・・・セラミック基板、２・・・素子、３・・・イン
ナーリード、４・・・アウターリード、５・・・キャッ
プ（封着材料）、６・・・シールリング、７・・・タン
グスデン硬化層、８・・・Ｎｉめっき層、９・・・ろう
継手、１０・・・Ｎｉめつき層、１１・・・Ａｕめつき
層、１２・・Ｃｕめつき層、１３・・・Ｎ１めつき層、
１４・・・キャップ（到着材料）、１５・・・Ｆｅ−Ｎ
ｉ系低膨張性合金（心材）、１６・・・封着面側の表面
、１７・・・封着面側と反対側の表面、１８ａ、１８ｂ
・・・ニッケル薄板（表面材）。 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｆｅ−Ｎｉ系低膨張性合金を心材とし、Ｆｅ−Ｎｉ系低
   膨張性合金の封着面側の表面を含む少なくとも一方の表
   面に表面材としてニッケル薄板をクラッド接合により一
   体に貼着し、心材と表面材とを複合化したことを特徴と
   する電子機器用封着材料。