JPWO2006077974A1 - 封着板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

ロー材（３１）の濡れ性の悪い材料で形成され、表面にロー材（３１）の濡れ性の良い金属層が形成されたベースと、前記金属層上に閉領域を形成するように形成されたロー材部と、前記閉領域の少なくとも一部で前記ベースの表面が露出した露出部とにより構成された電子部品を収納した容器を封止するための封着板（３０）とする。封着板の少なくとも一部を前記露出部とすることによって、品質が安定し、安価なパッケージ用ロー材付き封着板の製造ことができる。

Description

本発明は電子部品を内部に収納した容器を封止するための封着板および封着板の製造方法に関するものである。

各種電子素子パッケージにセラミックを使用する表面実装型電子部品が増えている。その多くは、凹部を形成したセラミックパッケージに電子素子を収納し、セラミックパッケージの開放部を金属製の平板状キャップ（以下、封着板という）で気密封止する構造である。

図６は、セラミックパッケージに封止された水晶振動子の断面図である。符号１は表面実装型の水晶振動子であり、符号４は表面実装型水晶振動子１のパッケージを構成するセラミック基板である。符号３は平板状の封着板であり、表面実装型水晶振動子１のパッケージを構成するセラミック基板４を覆うもので、通常コバール（鉄、ニッケル、コバルト合金）製である。符号２は水晶片であり、セラミック基板４と封着板３により規制される内部空間１１に収納されている。

セラミック基板４の上面には、配線層６が封着板３と導通しないように形成されており、内部配線５によりセラミック基板４の下面に形成された端子電極８としての配線層と電気的導通がとられている。水晶片２は、その一端を導電ペースト７を介して配線層６の上に接合されている。また、セラミック基板４の上面には、封着板３を接合するためのメタライズ層９が形成されている。セラミック基板４と封着板３の接合は、このメタライズ層９あるいは封着板３の封着面側に、接合層としてのロー材１０を形成しセラミック基板４と封着板３を融着することで成される。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、ロー材を形成した封着板をロー材側から見た正面図及び断面図である。封着板３のセラミックパッケージとの接合部にあたる融着部には接合層としてのロー材１０が融着され、パッケージ用ロー材付き封着板を形成している。ロー材１０には、金―錫合金、鉛―錫半田、錫−銅合金、錫−銀合金等が用途に応じて使用される。

封着板の製造方法としては、薄いロー材の箔をリング状（融着部に対応した形状）にプレス抜きし、ロー材との密着性を得るための表面処理（一般にはＮｉ／Ａｕメッキであるが、ＡｇメッキやＳｎメッキも可能である）が施された封着板と組み合わせ、ロー材の融点以上の温度で熱処理し、封着板の片面にリング状のロー材を融着する方法が開示されている（例えば、特開２００２−９１８６号公報の従来技術の項参照）。

また、ロー材をメッキ法や印刷法で形成する方法も開示されている（例えば、特開２００３−１６３２９８号公報、特開２００３−１６３２９９号公報参照）。前記の特開２００２−９１８６号公報で開示されている方法も同様であるが、封着板連結部を介して多数個整列連結した形状で成形し、封着板が位置決め固定された状態で取り扱われている。

図８は、金属製基板に封着板をマトリクス状に多数個整列して成形した金属板の上面図である。金属製基板２０には位置決め穴２４および多数個の封着板２１がプレス抜き又はエッチングにより形成される。各封着板２１は連結バー２２により外周フレーム２３に接続されている。ロー材２５はメッキ法、印刷法などで封着板２１のロー材融着部に直接形成して融着するか、ロー材の箔を打ち抜いて封着板２１にセットして融着し、その後個々のロー材付き封着板に分離する方法が採られている。封着板を作製してからロー材を成形する場合は、治具に封着板とロー材をセットして融着している。

このような封着板は、ロー材を封着板に融着した状態において、封止に要求される厚みと幅を管理することには困難が伴う。封着板とロー材との高い密着を得ようとすると、ロー材を封着板に融着させる際に長時間の加熱あるいは高温での加熱が必要となり、ロー材が封着に必要のない部分まで濡れ広がり、そのためロー材厚さもばらついてロー材の薄い部分を作り、封止不良の原因となる。

また水晶振動子のようにパッケージ内の気密性が特性の重要な要素となる場合、セラミックパッケージと封着板の接合の際にロー材に内在していた気泡がパッケージ内に排出されることが特性劣化の要因となる。ロー材内の気泡を十分に脱泡したい場合には、ロー材を封着板に融着させる際の長時間の加熱や高温加熱させることが必要であるが、やはりロー材の濡れ広がりが問題となる。特に、印刷法で用いるロー材ペーストやメッキ法によるロー材融着時には長時間加熱が必要である。この問題を避けるためには、高価なロー材を必要以上に使わなければならない。

また、封着板上のロー材融着面にのみ金メッキを施し、金メッキの上にロー材を被着する方法を開示している例もある（例えば、特開２００４−１８６４２８号公報）が、工程が複雑でコストアップを免れることが出来ない。また、プレス、ホーニング、エッチングにより粗面を作りこれをロー材流れ防止帯とする方法も考えられているが実施には多くの技術要素開発が必要であり、実用的でない。

本発明の目的は、以上のような問題を解決するためになされたものであり、品質が安定し、安価な封着板および封着板の製造方法を提供することである。

そこで本発明による封着板は、以下の構成を備える。
（１）ロー材の濡れ性の悪い材料で形成され、表面にロー材の濡れ性の良い金属層が形成されたベース；
（２）前記金属層上に閉領域を形成するように形成されたロー材部；
（３）前記閉領域の少なくとも一部で前記ベースの表面が露出した露出部。

本発明による封着板の製造方法の第１の形態は以下の工程からなる。
（１）ロー材の濡れ性の悪い材料で形成されたベースの表面にロー材の濡れ性の良い金属層を形成する工程と、
（２）前記金属層上に閉領域を形成するように前記ロー材を付着する工程と、
（３）前記閉領域の前記金属層の少なくとも一部を除去して前記ベースの表面を露出させる工程。

また、本発明による封着板の製造方法の第２の形態は以下の工程からなる。
（１）ロー材の濡れ性の悪い材料で形成され複数の封着板を形成する平板状のベース表面にロー材の濡れ性の良い金属層を形成する工程と、
（２）前記封着板の前記金属層上に閉領域を形成するように前記ロー材を付着する工程と、
（３）前記閉領域の前記金属層の少なくとも一部を除去して前記ベースの表面を露出させる工程と、
（４）前記ロー材が形成された封止板を前記ベースから分離する工程。

さらに、前記（３）の工程において、前記閉領域の前記金属層の少なくとも一部を、ビームを照射して除去し前記ベースの表面を露出させることができる。

また、前記ビームがレーザーまたは電子ビームであってもよい。

（ａ）は、本発明の封着板の実施例を示す上面図である。（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。（ｃ）は、（ｂ）のＢ部の拡大図である。 （ａ）は、本発明で使用する封着板の材料であるコバール材の帯材の部分上面図である。（ｂ）は、（ａ）の側面図である。 （ａ）は、帯材に搬送位置決め用の穴および多数個の封着板と、封着板にロー材流れ防止部を形成したことを示す上面図である。（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。（ｃ）は、（ｂ）のＤ部の拡大図である。 （ａ）は、ロー材流れ防止部に囲まれたロー材融着部にロー材を印刷法により塗布したことを示す上面図である。（ｂ）は、（ａ）のＥ−Ｅ断面図断面である。（ｃ）は、（ｂ）のＦ部の拡大図である。 （ａ）は、本発明の封着板の他の実施例を示す上面図である。（ｂ）は、（ａ）のＣ部の拡大図である。 セラミックパッケージに封止された水晶振動子断面図である。 （ａ）は、ロー材を形成した封着板をロー材側から見た正面図である。（ｂ）は、（ａ）の断面図である。 金属製基板に封止板をマトリクス状に多数個性列連結して形成した金属製基板の上面図である。

この発明をより詳細に説明するために、添付図面にしたがってこの発明の好ましい実施の形態を説明する。
〔第１の実施の形態〕
本発明による封着板の第１の実施形態を図１（ａ）−図１（ｃ）を参照して説明する。

符号３０はコバール製の封着板であり、その表面にはＮｉ／Ａｕの金属層３２が形成されている。この金属層３２上にロー材３１が融着されている。また、ロー材３１が融着された周囲には、図１（ｃ）に示すように、金属層３２が形成されておらず、封着板３０の表面が露出したロー材流れ防止部３２ａ，３２ｂが形成されている。

次に図１（ａ）−図１（ｃ）に示す封着板３０の製造方法を図２〜図４の工程概略図を参照して説明する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、封着板３０の材料であるコバール材の帯材の部分を示す。まず、帯材４０を準備し、その表面に０．５μｍ〜１．０μｍのＮｉメッキと０．５μｍ〜１．０μｍのＡｕメッキを施す。準備される帯材４０の厚さは封着板３０と同じ厚さである。

図３（ａ）−図３（ｃ）は、図２（ａ）の帯材４０にロー材流れ防止部を形成した状態を示す。図３（ａ）は帯材４０より複数個の封着板３０を製作する場合の製造過程を表している。この製造過程では、従来技術の項で説明した図８に示すように、帯材４０には各封着板３０が連結バーにより接続されているが、これは従来の技術と同様のため図示及び説明を記載する。

ロー材流れ防止部３２ａ，３２ｂは、ロー材３１を融着させるロー材融着部３２ｃの周囲にあたる位置にレーザー光を照射して、帯材４０の表面に施されたＮｉメッキとＡｕメッキの金属層を除去することで形成される。ところで、封着板３０（帯材４０）として使用される材料は、パッケージ基板がセラミックの場合にはセラミックと熱膨張係数が近いコバールや４２合金等が選択される。一方、パッケージ基板が金属の場合は、パッケージ基板の熱膨張係数を考慮し適宜選択できる。

しかし、一般に封着板３０として使用される材料はロー材の濡れ性は良くない。そのため封着板３０の一部にロー材流れ防止部３２ａ，３２ｂのような封着板３０の表面を露出させた部分を作ることで、その部分へのロー材の濡れ広がりを防止でき、その結果、ロー材３１の厚さを一定とすることができる。これにより、ロー材融着の温度、時間管理が容易となり、融着したロー材の厚さが一定で、かつ、十分に脱泡されたロー材が融着したロー材付き封着板を提供することができる。

ところで、ここではレーザー光の照射により金属層を除去しているが、例えば電子ビーム等の他のビームにより金属層の除去を行っても良い。このように、レーザー等のビームを照射することで金属層の一部を除去しているので、エッチングやホーニングにより一部の金属層を除去したり、粗面を形成する際に必要となるマスクの形成や剥離の工程が不必要となり、より安価にロー材付き封着板を提供できる。また、ビームによる加工は精度が良いという利点もある。

ロー材流れ防止部に囲まれたロー材融着部にロー材を印刷法により塗布することを図４（ａ）−図４（ｃ）を用いて説明する。

ロー材３１は、例えば金−錫合金粉末を、フラックス、溶剤、チクソ剤等と混合して印刷用ペーストとし、スクリーン印刷法でロー材融着部３２ｃに塗布する。ロー材３１の量はペースト中の粉末の含有量と、スクリーンの厚さとで調整する。ロー材３１は箔を打ち抜いたものでも良い。ロー材３１の塗布後、熱処理することで、ロー材３１を封着板３０に融着させると共にロー材３１に内在する気泡の脱泡を行い、帯材４０に形成された複数個の封着板３０をそれぞれ単個に切り離す。そして、帯材４０から切り離された封着板３０は、帯材４０から切り離した部分が封着板３０の表面が露出しており腐食する惧れがあるので、最後にＡｕメッキしてロー材付き封着板の完成となる。
〔第２の実施の形態〕
本発明による封着板の第２の実施例を図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して説明する。

溶融状態にあるロー材３１の表面張力は大きいので、封着板の上に設けるロー材流れ防止部は、必ずしもロー材融着部の周囲を途切れることなく囲む必要はなく、例えば図５（ｂ）に示すようにロー材流れ防止部４１を間隔を空けて形成しても、ロー材の不必要な濡れ広がりを防止できる。ロー材の濡れ広がりを防止できる、隣り合うロー材流れ防止部４１の間隔４２は、ロー材の種類およびロー材溶融温度条件により異なるが、例えばＡｕ−Ｓｎロー材では最大で０．１ｍｍまで許されることがわかった。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態によりなんら限定されるものではなく、本発明の適用範囲内で種々に変更することが可能である。

Claims (5)

1. 電子部品を収納した容器を封止するための封着板であって、
   ロー材の濡れ性の悪い材料で形成され、表面にロー材の濡れ性の良い金属層が形成されたベースと、
   前記金属層上に閉領域を形成するように形成されたロー材部と、
   前記閉領域の少なくとも一部で前記ベースの表面が露出した露出部とを備えた、
   前記の封着板。
2. 電子部品を収納した容器を封止するための封着板の製造方法であって、
   （１）ロー材の濡れ性の悪い材料で形成されたベースの表面にロー材の濡れ性の良い金属層を形成する工程と、
   （２）前記金属層上に閉領域を形成するように前記ロー材を付着する工程と、
   （３）前記閉領域の前記金属層の少なくとも一部を除去して前記ベースの表面を露出させる工程とを有する、
   前記封着板の製造方法。
3. 電子部品を収納した容器を封止するための封着板の製造方法であって、
   （１）ロー材の濡れ性の悪い材料で形成され複数の封着板を形成する平板状のベース表面にロー材の濡れ性の良い金属層を形成する工程と、
   （２）前記封着板の前記金属層上に閉領域を形成するように前記ロー材を付着する工程と、
   （３）前記閉領域の前記金属層の少なくとも一部を除去して前記ベースの表面を露出させる工程と、
   （４）前記ロー材が形成された封止板を前記ベースから分離する工程とを有する、 前記封着板の製造方法。
4. 前記工程（３）において、前記閉領域の前記金属層の少なくとも一部を、ビームを照射して除去し前記ベースの表面を露出させる、請求の範囲第２項または第３項に記載の封着板の製造方法。
5. 前記ビームがレーザーまたは電子ビームである特許請求の範囲第４項に記載の封着板の製造方法。

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