JPWO2008140033A1 - 封止パッケージ用のリッド又はケース及びそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、接合面上に枠形状のろう材を備える封止パッケージ用のリッド又はケースにおいて、枠形状のろう材が粒径１０〜３００μｍのボール状のろう材を整列配置させて形成さたものである。このリッド又はケースは、（１）溶融状態のろう材を液滴化し、（２）液滴化されたろう材をリッド又はケースの接合面に吐出することによりボール状のろう材を固定し、（３）これら（１）、（２）の工程を繰り返し行なうことで製造可能である。

Description

本発明は、各種電子部品の封止パッケージに使用されるリッド又はケースに関する。

各種電子機器で使用される電子部品の封止パッケージ用のリッド（蓋体）又はケース（容体）は、それらの接合面（リッドについてはその四辺近傍の端部が接合面となり、ケースについてはその上端縁部が接合面となる）にろう材を備えているものが一般的である。そして、電子部品は、リッド又はケースに固定されたろう材を溶融して双方を接合することでパッケージ内を気密封止して製造される。

ろう材を備えるリッド又はケースの一般的な態様としては、予め組成調整され、接合面の形状、面積に合わせて加工・成形されたろう材を、リッド又はケース上に載置して加熱し、ろう材を融着することで固定化したものがある。また、固体のろう材に替えてペースト状としたろう材をリッド又はケース上に塗布・乾燥して固定したものも知られている。また、これら封止用のろう材としては、Ａｕ−Ｓｎろう材、Ａｕ−Ｇｅ系ろう材等が用いられている。
特開２００１−１７６９９９号公報 特開２００４−１８６４２８号公報

上記従来技術おいては以下のような問題がある。即ち、前者の成形加工を経たろう材を備えたリッド又はケースのろう材は、組成調整及び溶解工程から一次加工（押出し加工、圧延加工）、二次加工（打ち抜き加工等）と多工程を経て製造されるものであり、製造コストの観点から好ましいものではなかった。また、Ａｕ−Ｓｎ系合金等の材料は、加工不可能なものではないものの、割れ等の欠陥が生じ易く、加工可能なサイズ（厚さ）には限界があるという問題もあった。とりわけ、電子部品には低背化、薄型化が求められており、今後は更なる薄型化が進むことが予測され、この要求に応えるためにはろう材の薄板化が必要となるが、上記のように、加工精度の関係からろう材の薄板化に限界があった。

一方、後者のペースト状のろう材を適用する場合においては、ペーストの塗布は加工を伴うものではないために、上記のような問題は少ない。しかし、ペースト状ろう材は、分散媒として有機溶剤を含むものであり、有機溶媒が封止時（ろう材溶融時）にガスを発生させ、パッケージ内部の素子の精度を低下させるおそれがあり最悪の場合には破損に至ることから、基本的に電子部品の気密封止には適さないといえる。この点、ペーストからのガス発生の問題を防止するため、脱ガスを行ないながら作業することも考えられるが、それではパッケージの製造工程を煩雑なものとし、現実的な対策とは言い難い。

そこで、本発明は、従来の形態とは異なるろう材を備える封止用のリッド又はケースであって、製造工程が削減されつつ低背化、薄型化が可能であり、パッケージ内の素子に悪影響を及ぼすことのないものを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、接合面上に枠形状のろう材を備える封止パッケージ用のリッド又はケースにおいて、前記枠形状のろう材は、粒径１０〜３００μｍのボール状のろう材が整列配置されたものである封止パッケージ用のリッド又はケースである。

本発明に係るリッド又はケースにおいては、接合面上に微小粒径のボール状ろう材を配列する。このボール状のろう材は、後述のように、液滴化された溶融状態のろう材を接合面上に直接吐出することで形成可能であり、少工程でろう材の固定が可能である。また、ボール状ろう材の粒径は、ろう材を吐出する際に調整可能であり、微小なものも形成可能である。従って、本発明によれば、パッケージの低背化・薄型化にも対応可能である。

ここで、ボール状ろう材の粒径を１０μｍ以上とするのは、過度に微小なろう材を適用することは、接合に要する量（体積）のろう材の確保に必要となるボール状ろう材の数が膨大となり、製造効率に影響を及ぼすからである。また、１０μｍ未満の液滴を形成するためのオリフィスの加工も困難である。一方、３００μｍを超える粒径のろう材を適用すると、封止後のろう材の厚さを制御するのが困難となり、その厚さも増大する傾向にあるからである。そして、ボール状ろう材のより好ましい粒径は、３０〜１２０μｍである。

ボール状ろう材の配置については、ろう材が相互に接触するよう連続的に配置させても良く、一定間隔を隔てて配置しても良い。本発明においては、ろう材の粒径及びその設置間隔を適宜なものとすることで、ろう材の使用量（体積）を最小限なものとしつつ、パッケージの低背化・薄型化に効果的なものとすることができる。また、ボール状ろう材は単層で枠形状を形成していても良いが、ボール状ろう材を積層させても良い。

ろう材の材質は、従来より用いられているパッケージの気密封止用のろう材を用いることができる。この点、従来から信頼性、耐食性に優れる等の理由からＡｕ−Ｓｎろう材、特に、その共晶組成であるＡｕ８０ｗｔ％−Ｓｎ２０ｗｔ％ろう材が封止用のろう材として用いられており、本発明でもこの適用が好ましい。また、このほかＡｕ−Ｇｅ系ろう材、Ａｕ−Ｓｉ系ろう材、Ａｕ−Ｓｂ系ろう材が適用可能である。

リッド及びケースの材質についても従来と同様のものが適用できる。具体的には、コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金）、４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）、メタライズ層付セラミック板（メタライズ層付アルミナ等）が用いられる。

尚、ボール状ろう材の固定前にリッド及びケースの接合面に、各種のめっき層を備えていても良い。このめっき層は、リッド及びケースの耐食性確保や、気密封止時のろう材の濡れ性確保の目的でなされるＮｉメッキ及び／又はＡｕメッキである。これらめっき層の厚さは、Ｎｉメッキが１〜３μｍ、Ａｕメッキが０．０１〜５μｍとするのが好ましい。

本発明に係るリッド及びケースを用いたパッケージの封止においては、ボール状ろう材の状態のものをそのまま封止に用いることができる。また、封止作業前に、リッド及びケースをリフローして、ボール状ろう材を溶融させて平板のろう材とし、その後封止に供しても良い。

本発明に係るリッド及びケースの製造においては、接合面上にボール状のろう材を連続的に形成することが必要である。ボール状ろう材の製造、固定の方法としては、組成調整されたろう材を溶融し、この溶融状態のろう材を液滴化し、液滴化されたろう材をリッド又はケースの接合面に吐出することにより、ボール状のろう材が固定される。そして、これら工程を繰り返し行うことで、枠状のろう材を形成することができる。

ろう材の吐出においては、ろう材の溶融状態を維持しつつ、これに一定圧力の衝撃を付与すると共に、その吐出口を一定速度で移動させることにより、ろう材の形状、間隔を一定のものとすることができる。この吐出される溶融したろう材の粒径は、形成目的のボール状ろう材の粒径と等しくするのが好ましい。

また、ろう材の形成は、単品のリッド又はケースについて行なって良い。即ち、所定寸法に製造されたリッド又はケース単品について、それぞれ、ろう材の吐出、固定を行っても良い。

但し、電子部品の小型化の傾向から、これらの部材も今後より微小なものとなるため、微小なリッド又はケースに個別にろう材を形成するのは煩雑なものといえる。そこで、効率的にリッド又はケースを製造するためには、一枚の板材に対して複数のリッド、ケース分のろう材パターンを形成し、その後、各パーツをダイシング又はワイヤーソー等の切断方法により切り離すことが好ましい。この方法は、複数のリッドを構成する板材、又は、複数のケースを構成する素材を用意し、これに対して各々のリッドの接合面、又は、前記素材の各々のケースの接合面に対応する箇所に液滴化されたろう材を吐出して、ろう材のパターンを形成し、これを各リッド又は各ケース毎に切断するものである。この工程の概略を図１に示す。

尚、このように複数のリッド又はケースを同時に製造する場合、ボール状ろう材の固定後の板材又は素材をリフローしてろう材を溶融させた後に、個々のパーツに切断しても良い。

ところで、複数のリッドを同時に製造するためにボール状ろう材のパターンが形成された上記の板材は、個々のリッドに分断させることなくそのまま使用することもできる。このパターン化されたろう材を備える板材は、大判のリッドとも称されるものである。この大判リッドを用いたパッケージの封止方法としては、大判リッドに対応させて、上記した複数のケースを構成する素材を用意し、素材の各ケースに素子を内蔵させた後、大判リッドと素材とを重ねてろう材を融着させるものである。そして、このようにして複数のパッケージの封止を同時に行った後、これを切断して個々のパッケージを製造することができる。この封止方法は、特に、小型のパッケージを効率的に多数製造することができる点に利点がある。

このような一括的なパッケージ封止を可能とする大判リッドは、複数のリッドを形成可能な一体的な板材からなり、その上にボール状のろう材が整列配置されており、ボール状のろう材の配置箇所として、各リッドがケースと接合される際の接合面上にあるものである。そして、ここでのボール状ろう材の配置パターンとしては、少なくとも、接合されるリッドの頂角部分に対応する第１の設置箇所に配置されているものが好ましい（図２（Ａ））。融着時のろう材は、四方に濡れ広がる挙動を示すことから、ボール状ろう材の配置を適切にし、効率的にろう材を行き渡らせるためである。ボール状ろう材は、濡れ性に富むものであれば、適切な容量（粒径）を設定することで、第１の設置箇所のみに設置することでリッドとケースとの接合面に全面的に行き渡ることができる。

一方、ボール状ろう材の濡れ性が不足すると、均一にろう材が行き渡らない場合がある。このような場合、第１の設置箇所に加えて、更に、第１の設置箇所の間に少なくとも１つのボール状ろう材を配置することで均一な接合が可能となる（図２（Ｂ））。

上記したボール状ろう材の配置については、ろう材の組成による濡れ性、大判リッドへのＡｕメッキの有無等に基づく濡れ性により決定される。そして、この大判リッドで使用されるボール状ろう材の組成は、上記と同様、ろう材は、Ａｕ−Ｓｎ系ろう材、Ａｕ−Ｇｅ系ろう材、Ａｕ−Ｓｉ系ろう材、Ａｕ−Ｓｂ系ろう材が使用される。また、リッドの耐食性確保・濡れ性確保のための、メッキ層を設けることができる。メッキ層は、Ｎｉメッキ及び／又はＡｕメッキである。これらめっき層の厚さは、Ｎｉメッキが１〜３μｍ、Ａｕメッキが０．０１〜５μｍとするのが好ましい。尚、ボール状のろう材の粒径も上記と同様、３０〜１２０μｍとする。

更に、大判リッドの製造方法についても、基本的に、上記と同様であり、複数のリッドを構成する一体的な板材を用意し、これに液滴化されたろう材を吐出してボール状ろう材を固定するものである。

本発明に係るリッド及びケースの製造工程を説明する図。 大判リッドのボール状ろう材の固定位置を説明する図。 第１実施形態で使用したろう材パターン形成装置の構成を示す図。 ろう材パターン形成装置の吐出装置の構成を示す図。 実施例１における板材の前処理（Ｎｉ、Ａｕメッキ）の工程を説明する図。 第２実施形態における一括的なパッケージ封止の工程を説明する図。

第１実施形態：以下、本発明の好適な実施形態を説明する。図３は、本実施形態で用いた、ボール状ろう材の形成及びパターン形成装置の構成を示すものである。図３において、ろう材パターン形成装置１００は、液滴化されたろう材を吐出するノズルを備える吐出装置１０１、吐出装置１０１の制御装置１０２、処理対象物となるリッド又はケース若しくは板材等を載置するＸＹＺステージ１０３、制御装置１０２及びＸＹＺステージ１０３を制御するコンピュータ１０４からなる。

図４は、吐出装置１０１のより詳細な構造を示すものである。吐出装置１０１は、溶融状態のろう材を収容するタンク１１０、タンク１１０と連通するチャンバ１１１、チャンバ１１１内のろう材を吐出させるためのダイアフラム１１２及びノズル１１３、ダイアフラム１１２を駆動する圧電素子アクチュエーター１１４を備える。

ろう材のパターン形成の際には、制御装置１０２を介してコンピュータ１０４が圧電素子アクチュエーター１１４の駆動量を制御し、これによりチャンバ１１１内のろう材が一定量ノズルより吐出される。また、ＸＹＺステージ１０３は、コンピュータ１０４により移動し、ろう材のパターンが形成される。リッド又はケース上のろう材の粒径及び間隔は、ダイアフラム１１２の移動量及びＸＹＺステージ１０３の移動速度により調整される。

実施例１：以上のろう材パターン形成装置を用いてリッドの製造を行った。この実施例における工程を図５に示す。リッドの製造は、まずコバール製の板材（寸法：５０ｍｍ×５０ｍｍ×４０μｍ）を用意し、これにＮｉめっき（１．５μｍ）を行い、ケースの空間部に対応する箇所についてマスキングを行った後、Ａｕメッキ（０．１μｍ）を施した。マスキングを行ったのはこの実施例のＡｕメッキ厚ではろう材の濡れ性が良好となり過ぎるため、これによる溶融したろう材の広がりすぎを防ぐためである。このようなマスキングの要否は、Ａｕメッキの厚さにより判断され、Ａｕメッキが０．０３〜５μｍではマスキングを行うことが好ましいが、Ａｕメッキを０．０３μｍ未満とする場合には、ろう材の広がりを懸念する必要はないことからマスキングを行わずに全面にＡｕメッキを行うことができる。

Ａｕメッキを行った後は、マスキングを剥離してボール状ろう材の固定を行った。ボール状ろう材の固定は、突出させる液滴状のろう材の粒径を制御しつつ行い、複数の粒径のボール状ろう材が連続して固定されたリッド（板材）を製造した。また、ろう材を融着する場合におけるろう材厚さを複数設定した。ボール状ろう材の固定後、個別のリッド（５ｍｍ×５ｍｍ）に切断した。

そして、製造したリッドについて、同サイズのケースを用いて封止試験を行った。この封止試験は、リッドとケースとを重ねて、３００℃で加熱し、ろう材の濡れ性、接合部のＸ線観察によるボイドの有無（比率）を検討すると共に、グロスリーク試験を行い気密性の評価を行った。その結果を表１に示す。

実施例２：ここでは、ボール状ろう材が固定されたケースを製造した。内部寸法：４ｍｍ×４ｍｍ、深さ０．６ｍｍの孔部（非貫通）が規則的に形成された素材を用意し、これにＮｉめっき（３．５μｍ）を行い、更に、Ａｕメッキ（０．１μｍ）を施した。そして、実施例1と同様、液滴状のろう材の粒径を制御しボール状ろう材の固定を行い、個別のケース（５ｍｍ×５ｍｍ）に切断した。

次に、実施例１と同様、製造したケースについて、同サイズのリッドを接合する封止試験を行った。その結果を表２に示す。

実施例１、２の結果から、融着後の相当厚が厚い場合には、ボール状ろう材の粒径によらず封止が可能であることがわかる。一方、融着後相当厚が薄い場合には、適切な粒径範囲のろう材を適用することが好ましい。パッケージの低背化のためには、融着相当厚を低くすることが要求されることから、好ましいボール状ろう材の好適な粒径は３０〜１２０μｍである。

第２実施形態：ここでは、大判リッドを製造し、これを用いた一括的なパッケージ封止を行った。その工程の概略を図６に示す。第１実施形態の実施例１と同様のコバール製の板材を用意し、これにＮｉめっき（１．５μｍ）を行い、ケースの空間部に対応する箇所についてマスキングを行った後、Ａｕメッキ（０．１μｍ）を施した。そして、マスキングを剥離して第１実施形態と同様の装置にて、ボール状ろう材（粒径２００μｍ）の固定を行った。このときのボール状ろう材の配置パターンは、図２（Ｂ）の態様と同様とした。

このようにして製造した大判リッドと、第２実施形態の実施例２と同じ素材とを重ね合わせて仮固定し、これを３００℃でリフロー（加熱）し、ろう材を融着した。その後、個々のパッケージに切り出しして、複数のパッケージを得た。製造された複数のパッケージから無作為抽出してグロスリーク試験を行ったところ、いずれのパッケージにも封止漏れは見られなかった。

以上説明した本発明に係るパッケージ封止用のリッド又はケースは、電子部品パッケージの低背化、薄型化への要求に十分対応することができる。また、封止時にガスを発生することもなく、パッケージ内の素子に影響を及ぼすことのない。そして、本発明に係るリッド又はケースにおいては、液滴化された溶融状態のろう材を直接リッド又はケースに固定化するものであり、製造工程が削減されたものである。

Claims (14)

1. 接合面上に枠形状のろう材を備える封止パッケージ用のリッド又はケースにおいて、
   前記枠形状のろう材は、粒径１０〜３００μｍのボール状のろう材が整列配置されたものである封止パッケージ用のリッド又はケース。
2. ボール状のろう材の粒径は、３０〜１２０μｍである請求項１記載の封止パッケージ用のリッド又はケース。
3. ボール状ろう材は、相互に接触するよう連続的に配置されるものである請求項１又は請求項２記載の封止パッケージ用のリッド又はケース。
4. ボール状ろう材が積層されてなる請求項１〜請求項３のいずれかに記載の封止パッケージ用のリッド又はケース。
5. ろう材は、Ａｕ−Ｓｎ系ろう材、Ａｕ−Ｇｅ系ろう材、Ａｕ−Ｓｉ系ろう材、Ａｕ−Ｓｂ系ろう材である請求項１〜請求項４のいずれかに記載の封止パッケージ用のリッド又はケース。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載のリッド又はケースを製造する方法であって、
   （１）溶融状態のろう材を液滴化する工程、
   （２）液滴化されたろう材をリッド又はケースの接合面に吐出することによりボール状のろう材を固定する工程、
   （３）上記（１）、（２）の工程を繰り返し行なうリッド又はケースの製造方法。
7. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の封止パッケージ用のリッド又はケースを製造する方法であって、
   （ａ）複数のリッドを構成する板材、又は、複数のケースを構成する素材を用意する工程、
   （ｂ）前記板材、又は、前記素材について、リッド又はケースの接合面に対応する箇所に、液滴化されたろう材を吐出してボール状ろう材を固定し、複数の枠形状で構成されるパターンを形成する工程、
   （ｃ）板材又は素材を、個々のリッド又はケースに切断・分割する工程、を含む方法。
8. 複数のリッドを形成可能な一体的な板材からなる封止パッケージ用の大判リッドであって、
   前記大判リッド上には、ボール状のろう材が整列配置されており、
   前記ボール状のろう材の配置箇所は、前記複数のリッドがケースと接合される際の接合面上にある大判リッド。
9. ボール状のろう材が、少なくとも、接合されるリッドの頂角部分に対応する第１の設置箇所に配置されている請求項８記載の大判リッド。
10. 更に、第１の設置箇所の間に少なくとも１つのボール状ろう材が配置された請求項９記載の大判リッド。
11. ボール状のろう材の粒径は、３０〜１２０μｍである請求項１記載の大判リッド。
12. ろう材は、Ａｕ−Ｓｎ系ろう材、Ａｕ−Ｇｅ系ろう材、Ａｕ−Ｓｉ系ろう材、Ａｕ−Ｓｂ系ろう材である請求項１〜請求項４のいずれかに記載の大判リッド。
13. 請求項８〜請求項１２のいずれかに記載の封止パッケージ用の大判リッドの製造方法であって、
    （ａ）複数のリッドを形成可能な一体的な板材を用意する工程、
    （ｂ）前記板材に液滴化されたろう材を吐出してボール状ろう材を固定する工程、を含む方法。
14. 請求項８〜請求項１２のいずれかに記載の大判リッドを用いたパッケージの封止方法であって、
    （ａ）前記大判リッドを製造する工程、
    （ｂ）素子が内臓されたケースを複数備える一体的な素材を用意する工程、
    （ｃ）前記大判リッドと前記素材とを重ねた後、大判リッドのろう材を融着する工程、を含むパッケージの封止方法。
    

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