KR100703829B1

KR100703829B1 - 전자부품용 패키지, 그 덮개체용 덮개재 및 그 덮개재의 제조방법

Info

Publication number: KR100703829B1
Application number: KR1019990040001A
Authority: KR
Inventors: 후나모토켄이치; 노다히데토시; 이시오마사아키
Original assignee: 가부시키가이샤 네오맥스 마테리아르
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2007-04-05
Also published as: JP3078544B2; JP2000164746A; US6974635B1; EP0989605A3; DE69940091D1; EP0989605A2; KR20000023245A; EP0989605B1

Abstract

전자부품용 패키지에 우수한 기밀성(氣密性)을 부여할 수 있는 덮개재(lid material) 및 그 제조방법, 및 이 덮개재에 의해서 형성된 덮개체(package lid)를 갖춘 전자부품용 패키지를 제공한다.

본 발명의 덮개재(1)는, FeNi합금이나 FeNiCo합금으로 형성된 심재(芯材, 2)와, 이 심재(2)의 위에 압접(壓接)되어 확산접합된, 순 Ni 등 Ni를 주성분으로 하는 Ni기 금속으로 형성된 Ni기 금속층(3)과, 이 Ni기 금속층(3) 위에 압접된 땜납재층(brazing material layer, 5)을 갖춘다. 상기 Ni기 금속층(3)에 있어 최대 두께(T1)의 최소 두께(T2)에 대한 비(T1/T2)는 1.4∼15로 된다. 이 덮개재(1)는, 심재에 Ni기 금속박(NI-based metal foil)을 압접하여 Ni기 금속층을 적층 형성하고, 확산풀림한 뒤, 상기 Ni기 금속층 위에 땜납재박(brazing material foil)을 압하율(壓下率) 30∼65%로 압접함으로써 제조된다.

lid material, 전자부품용 패키지,

Description

전자부품용 패키지, 그 덮개체용 덮개재 및 그 덮개재의 제조방법{PACKAGE FOR ELECTRONIC COMPONENT, LID MATERIAL FOR PACKAGE LID, AND PRODUCTION METHOD FOR LID MATERIAL}

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 덮개재의 기본구조를 나타내는 부분단면도,

도 2는 본 발명의 제조방법을 실시하는 덮개재 제조장치의 개략도,

도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 덮개재의 부분 확대단면도,

도 4는 본 발명의 실시형태에 관한 전자부품용 패키지의 기본 구조를 나타내는 단면도이다.

* 주요 도면 부호의 설명 *

1...덮개재(lid material) 2...심재

3, 4...Ni기(基) 금속층 5...땜납재층(brazing material layer)

21...덮개체(package lid) 60...케이스

본 발명은 전자부품을 수납하는 전자부품용 패키지, 그 패키지의 덮개체에 사용되는 덮개재 및 그 덮개재 제조방법에 관한 것이다.

반도체(IC), 압전진동자 등 여러 가지 전자부품을 수납하는 패키지는, 전자부품을 수납하는 수납공간이 윗면으로 개방되도록 형성된 케이스와, 이 케이스의 윗면 외주부에 용착(溶着)되어 상기 수납공간을 밀폐하는 덮개체를 갖추고 있다.

상기 덮개체는, FeNi합금 등에 의해서 판상(板狀)으로 형성된 심재(芯材)와, 이 심재의 양면에 적층(積層) 형성된 Ni층과, 한쪽 Ni층위에 땜납재박(brazing material foil)이 압접되어 적층 형성된 땜납재층을 갖춘 것이 있다. 종래 상기 Ni층은 심재에 Ni도금을 하여 형성되어 있었다.

상기 패키지는, 덮개체의 땜납재층이 케이스의 개구(open top) 윗면 쪽이 되도록 덮개체를 케이스의 윗면에 놓고, 덮개체를 가열하여, 그 땜납재층을 용융시켜, 케이스의 윗면 외주부에 용착함으로써 조립된다. 덮개체의 가열방법으로는, 가열공구를 눌러 붙이거나, 덮개체 및 케이스 전체를 가열로 속에서 가열하거나, 전자빔이나 레이저빔을 조사하는 등의 방법이 채용된다.

상기 덮개체의 Ni층은 도금처리에 의해 형성된 것이기 때문에, Ni층에는 핀홀(pinholes)이 불가피하게 생성되며, 또 도금액 중의 첨가물질이 불가피하게 혼입된다. Ni층에 핀홀이 있으면, Ni층에 땜납재박을 압접(壓接)하여도, 이 핀홀은 봉쇄되지 않고, 마이크로 홀로 되어 잔존한다. 또 Ni층에 불순물이 혼입되면 Ni의 연성(延性)이 열화되어, 땜납재박을 압접할 때 마이크로 크랙(micro crack)이 발생하기 쉽게 된다.

Ni층에 이와 같은 마이크로 홀이나 마이크로 크랙이 존재하면, 덮개체와 케이스의 용착이 불균일하게 되기 쉽다. 불균일 용착부가 형성되면 그 부분을 통해서 케이스의 내부가 외부와 연통하게 된다. 또 케이스의 개구도 Ni층의 마이크로 홀이나 마이크로 크랙을 통해서 외부와 연통되기 쉽게 된다. 이 때문에 전자부품이 수납되는 패키지의 기밀성(氣密性)이 저하된다. 근래 전자부품이 급속히 정밀화, 복잡화되고 있고, 이에 따라 전자부품용 패키지에도 우수한 기밀성이 요구되고 있다.

본 발명은 이러한 요구에 부응하기 위한 것으로, 전자부품용 패키지에 우수한 기밀성을 부여할 수 있는 덮개재 및 그 제조방법, 및 기밀성이 우수한 전자부품용 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 덮개재 제조방법은, 심재 위에 Ni를 주성분으로 하는 Ni기(基) 금속으로 형성된 Ni기 금속박(Ni-based metal foil)을 압접하여 Ni기 금속층을 적층 형성하는 Ni기 금속박 압접공정과, 상기 Ni기 금속층이 적층 형성된 심재를 확산풀림하여 상기 심재에 상기 Ni기 금속층을 확산접합하는 확산풀림공정과, 상기 확산풀림공정 후 Ni기 금속층 위에 땜납재박을 30∼65%의 압하율(壓下率)로 압접하여 땜납재층을 적층 형성하는 땜납재박 압접공정을 가진다.

본 발명의 제조방법에 의하면, 심재 위에 적층 형성된 Ni기 금속층은 Ni기 금속박이 압접된 것이므로, Ni기 금속층에는 그 형성과정에서 핀홀이 생기지 않고, 또 불순물이 혼입되는 일이 없다. 이 때문에 Ni기 금속층에 마이크로 홀이나 마이 크로 크랙이 생기지 않는다. 또 심재와 Ni기 금속층은 확산접합되어 있기 때문에 밀착성이 양호하다. 또 Ni기 금속층과 땜납재층은 압접성이 양호하고, 땜납재층 용착시의 밀착성도 양호하다. 이 때문에 이 덮개재에 의해서 형성된 덮개체를 사용함으로써, 우수한 기밀성을 가지는 전자부품용 패키지를 얻을 수 있다.

이 발명의 제조방법에 있어서, 상기 Ni기 금속박 압접공정에서 사용하는 심재로는, Fe 및 Ni를 주성분으로 하는 FeNi기 합금으로 형성된 것이 좋다. 이 FeNi기 합금으로 형성된 심재를 사용하는 경우, 상기 확산풀림공정에서는, 풀림온도를 800℃ 이상으로 할 뿐 아니라 풀림시간을 2분 이상 또는 풀림온도를 900℃ 이상으로 할 뿐 아니라 풀림시간을 1분 이상으로 하는 것이 좋다. 또 상기 땜납재박 압접공정에서는, 땜납재박은 융점이 450℃ 이하인 연땜납재에 의해 형성된 것이 좋으며, 게다가 성분 중에 Pb를 포함하지 않는 것이 좋다.

또 본 발명의 덮개재는, 심재와, 이 심재 위에 압접되어 확산접합된, Ni를 주성분으로 하는 Ni기 금속으로 형성된 Ni기 금속층과, 이 Ni기 금속층 위에 압접된 땜납재층을 구비하며, 상기 Ni기 금속층에 있어 최대 두께(T1)의 최소 두께(T2)에 대한 비(T1/T2)가 1.4∼15로 되는 것이다.

본 발명의 덮개재에 의하면, Ni기 금속층에는 마이크로 홀이나 마이크로 크랙이 생기지 않는다. 또 심재와 Ni기 금속층은 확산접합되어 있기 때문에 밀착성이 양호하다. 또 Ni기 금속층과 땜납재층은 압접성이 양호하고, 땜납재층 용착시의 밀착성도 양호하다. 이 때문에 이 덮개재에 의해서 형성된 덮개체를 사용함으로써 우수한 기밀성을 갖는 전자부품용 패키지를 얻을 수 있다.

이 발명의 덮개재에 있어서, 상기 심재는, Fe 및 Ni를 주성분으로 하는 FeNi기 합금으로 형성된 것이 좋다. 또 상기 땜납재층은 융점이 450℃ 이하인 연땜납재로 형성된 것이 좋으며, 게다가 성분 중에 Pb를 포함하지 않는 것이 좋다.

또 본 발명의 전자부품용 패키지는, 전자부품을 수납하는 수납공간이 윗면으로 개방되도록 형성된 케이스와, 이 케이스의 윗면에 부설된 덮개체를 갖춘 전자부품용 패키지이다. 상기 덮개체는, 심재와, 이 심재 위에 압접되어 확산접합된, Ni를 주성분으로 하는 Ni기 금속으로 형성된 Ni기 금속층과, 이 Ni기 금속층 위에 압접된 땜납재층을 구비하며, 상기 Ni기 금속층에 있어 최대 두께(T1)의 최소 두께(T2)에 대한 비(T1/T2)가 1.4∼15로 되며, 상기 땜납재층이 케이스의 윗면 외주부에 용착된다.

본 발명에 의하면, 덮개체는 상기 본 발명의 덮개재와 마찬가지의 구성을 가지고 있기 때문에, 이 덮개체가 용착된 패키지는, 기밀성이 우수하여 그 속에 수납된 전자부품의 수명을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 있어서 상기 심재는 Fe 및 Ni를 주성분으로 하는 FeNi기 합금으로 형성된 것이 좋다. 또 상기 땜납재층은 융점이 450℃ 이하인 연땜납재로 형성된 것이 좋으며, 게다가 성분 중에 Pb를 포함하지 않는 것이 좋다.

이하 본 발명의 실시형태에 관한 덮개재의 기본구조를 도 1을 참조하여 설명한다. 이 덮개재(1)는, 심재(2)의 상하면에 Ni기 금속층(3, 4)이 적층 형성되고, 한쪽(도면에서는 위쪽)의 Ni기 금속층(3)에 땜납재층(5)이 적층 형성된 것이다. 일반적으로 상기 심재(2)는 80∼1000㎛ 정도, Ni기 금속층(3, 4)은 5∼50㎛ 정도, 땜납재층(5)은 10∼200㎛ 정도로 형성된다. 또 심재(2)의 하면(下面)에 적층 형성된 Ni기 금속층(4)은, 심재(2) 하면의 내식성을 향상시키는 것이다. 이 Ni기 금속층(4)은 필요에 따라 설치하면 되며 반드시 필요로 하지 않는다.

이하 본 발명의 덮개재 제조방법을, 상기 기본구조를 가지는 덮개재(1)의 제조방법에 기초하여 설명한다. 이 덮개재(1)는, 판상의 심재(즉 소재(素材)심재)의 상하면 각각에 Ni를 주성분으로 하는 Ni기 금속으로 형성된 Ni기 금속박을 압접하여 Ni기 금속층을 적층 형성하는 금속박 압접공정과, 상기 금속박 압접공정에서 Ni기 금속층이 압접된 심재를 확산풀림하여 상기 심재에 상기 Ni기 금속층을 확산접합하는 확산풀림공정과, 상기 확산풀림공정 후 한쪽 Ni기 금속층 위에 땜납재박을 압접하고, 땜납재층을 적층 형성하는 땜납재박 압접공정에 의해 제조된다. 이하 설명의 편의상 위쪽의 Ni기 금속층 위에 땜납재박을 압접하는 것으로 한다.

상기 Ni기 금속박 압접공정에 있어서, 상기 심재로 사용하는 재료는, Ni기 금속과의 접합성이 양호하고 열팽창율이 낮은, Fe 및 Ni를 주성분으로 하는 FeNi기 합금이 바람직하다. FeNi기 금속은, Ni: 20wt% 이상, Fe: 50wt% 이상인 것이 바람직하고, 필요에 따라 Ni기 금속의 접합성을 손상시키지 않고, Fe, Ni와 고용(固溶)되어 열팽창율을 저하시키는 원소, 예를 들어 Co를 20wt% 이하 함유할 수 있다. 전자부품을 수납하는 케이스의 주요재료로 많이 사용되는 세라믹과 같은 정도의 열팽창율을 가지는 FeNi기 합금으로서는, 20∼30wt% Ni, 1∼20wt% Co, 잔부 Fe인 FeNiCo 합금이나, 36∼50wt% Ni, 잔부 Fe인 NiFe 합금 등을 들 수 있다.

또 상기 Ni기 금속박을 형성하는, Ni를 주성분으로 한 Ni기 금속으로는, 예를 들어 순 Ni, Ni를 50wt% 이상 함유하는 NiCu합금 등을 사용할 수 있다. 이 Ni기 금속은, 심재로서 바람직한 상기 FeNi기 합금이나 땜납재박과의 압접성이 우수하고 내식성도 양호하다. 게다가 Ni기 금속은 용융된 땜납재와의 젖음성(wettability)이 양호하기 때문에, 땜납재와의 밀착성도 양호하다. 즉 덮개재(1)로 형성된 덮개체를 전자부품을 수납한 케이스의 윗면 외주부에 용착할 때, 땜납재층(5)이 용융된 땜납재가 Ni기 금속층(3)의 표면에 균일하게 부착되어, 땜납재 응고 후 땜납재가 Ni기 금속층(3)에 기밀하게 밀착된다.

상기 Ni기 금속박 압접공정에서의 압하율은, 심재와 Ni기 금속박이 겹쳐진 재료 전체 두께에 대해 40∼80% 정도로 하는 것이 좋다. 여기서 압하율은 1회 압하당 두께감소율을 말하며, 압하 전의 겹쳐진 재료의 두께를 h1, 압하 후 두께를 h2라 할 때 아래 식으로 표시된다.

압하율(%) = (h1 - h2)/h1 × 100

상기 확산풀림공정에서는, 확산풀림에 의해, 심재와 Ni기 금속층이 접합계면에서 원자레벨로 접합하기 때문에, 이들 서로의 밀착성이나 접합계면에서의 기밀성이 향상된다. 게다가 확산풀림에 의해, Ni기 금속박 압접공정에서 Ni기 금속층에 생긴 가공변형을 경감 해소하여 전연성(展延性)을 향상시킬 수 있다. 이 때문에 땜납재박 압접공정에서, 연질 땜납재박과 경질인 Ni기 금속층을 압접할 때, Ni기 금속층에 생기는 두께변동을 억제할 수 있어, 마이크로 크랙이 발생하기 쉬운, 국부적으로 두께가 얇은 부분이 생기지 않도록 할 수 있다.

상기 확산풀림공정에서, 풀림 조건은, 풀림온도를 800℃ 이상 또 풀림시간을 2분 이상, 바람직하게는 4분 이상으로 하는 것이 좋다. 또는 풀림온도를 900℃ 이상 또 풀림시간을 1분 이상, 바람직하게는 3분 이상으로 하는 것이 좋다. 이와 같은 풀림 조건에서는, 상기 FeNi기 합금에 의해서 형성된 심재와 Ni기 금속층을 단시간에서 확실하게 확산접합할 수 있다. 풀림온도의 상한은, 심재 또는 Ni기 금속의 융점 내, 낮은 쪽의 융점 미만인 온도이면 되며, 바람직하게는 1,150℃ 이하로 하면 좋다. 또 풀림시간의 상한은 특히 규정되지 않지만, 생산성을 고려하여 10분 이하, 바람직하게는 5분 이하로 하면 좋다.

상기 땜납재박 압접공정에서, 심재에 적층 형성된 위쪽 Ni기 금속층 위에 땜납재박이 30∼65%의 압하율로 압접된다. 상기 압하율은 심재, Ni기 금속층 및 땜납재박을 겹친 재료 전체의 두께에 대한 값이다. 상기 Ni기 금속층은, 확산풀림에 의해 연화되어 있기 때문에, 연질이며 전연성이 우수한 땜납재박과 압접하여도, Ni기 금속층에 두께변동이 생기기 어려워, Ni기 금속층의 최소 두께부에서 마이크로 크랙의 발생이 방지된다. 상기 압하율이 30% 미만이면 땜납재박의 접합성이 현저히 떨어지게 된다. 한편 압하율이 65%를 넘으면, Ni기 금속층이 확산풀림시 연화되어 있어도, Ni기 금속층의 두께변동이 커져, Ni기 금속층이 얇은 경우에는 마이크로 크랙이 발생될 우려가 있다. 또 압하시 땜납재박과 압하공구, 예컨대 압하롤 사이의 윤활이 부족하게 되어, 압하공구의 표면에 눌어붙음 등의 손상이 생기거나, 땜납재층의 표면이 거칠게 되며, 표면이 현저하게 거친 경우에는 용착성도 열화된다. 이 때문에 압하율을 30∼65%로 하며, 바람직하게는 40∼60%, 보다 바람직하게 는 45∼55%로 하는 것이 좋다. 또 땜납재박 압접공정에서의 압하율은, 땜납재박을 Ni기 금속층에 압접하기 위한 첫회 압하의 압하율을 의미하는 것이며, 2회째 이후의 압하에 있어서는, 요구되는 덮개재의 두께에 따라 적정한 압하율을 설정할 수 있다.

상기 땜납재박을 형성하는 땜납재로서는, 연땜납재(soft brazing material)(땜납(solder material)), 경땜납재(hard brazing material) 중 어느 것이나 사용 가능하지만, 융점이 450℃ 이하인 연땜납재, 바람직하게는 350℃ 이하, 보다 바람직하게는 300℃ 이하인 것이 좋다. 이와 같은 연땜납재를 사용함으로써 덮개재(1)로부터 소정 치수로 형성된 덮개체를 전자부품을 수납하는 케이스의 윗면 외주부에 용착할 때, 땜납재의 용융에 필요한 가열온도를 낮게 할 수 있어, 케이스에 수용된 전자부품에의 열영향을 억제할 수 있다.

상기 연땜납재로는, 예컨대 Sn-Ag합금, Bi-Ag합금, In-Ag합금, Zn-Ag합금, Sn-Au합금, Pb-Sn합금, Pb-Sn-Ag합금, Pb-Sn-Ag-In합금 등을 사용할 수 있다. 또 연땜납재 중 Pb를 포함하지 않는 것이 환경을 오염시키지 않기 때문에 적합하다. 또 연땜납재 중, 공정(共晶)조성을 가지는 것이, 공정온도에서 고체로부터 액체, 또는 그 반대로 빠르게 변태하기 때문에 적당하다. 공정조성을 가지는 연땜납재로는, 예를 들어 3.5wt% Ag, 잔부 Sn의 SnAg합금(공정온도 221℃), 2wt% Ag, 잔부 Bi의 BiAg합금(공정온도 262℃), 2wt% Ag, 잔부 In의 InAg 합금(공정온도 156℃), 62wt% Sn, 2wt% Ag, 잔부 Pb의 PbSnAg 합금(공정온도 296℃) 등이 있다.

여기서 상기 덮개재(1)의 제조에 사용할 수 있는 덮개재 제조장치의 개략을 도 2에 의해 설명한다. 이 장치는, 코일로부터 풀려 나온 띠모양 판(帶板狀) 심재(素材, 2A)의 양면에 Ni기 금속박(3A, 4A)을 겹쳐 롤 사이를 통하여 압접하는 한 쌍의 압하롤(30, 30)을 갖춘 Ni기 금속박 압접수단(31)과, 상기 Ni기 금속박압접수단(31)에 의해서 심재의 양면에 Ni기 금속층이 압접된 적층체(10)를 확산풀림하는 풀림로(32)와, 확산풀림 후 적층체(10) 위쪽의 Ni기 금속층 위에 땜납재박(5A)을 겹쳐 롤 사이를 통해서 압접하는 한 쌍의 압하롤(33, 33)을 구비한 땜납재박 압접수단(34)을 갖추고 있다. 상기 심재(2A), Ni기 금속박(3A, 4A) 및 땜납재(5A), 및 적층체(10)는, Ni기 금속박압접수단(31) 또는 땜납재박 압접수단(34)에 공급되기 전에, 도면에서는 표면 활성화수단(36)으로 구비된 한 쌍의 브러시롤(35, 35)의 롤 사이를 통해 표면 산화피막이나 더러움이 제거되어, 접합 표면이 활성화된다.

상기 땜납재박 압접수단(34)에 의해 땜납재박(5A)이 압접되어, 땜납재층(5)이 형성된 덮개재(1)는, 권취(卷取)장치(37)에서 감긴다. 코일모양으로 감긴 심재(1)는 필요에 따라 풀리고 일정 크기로 절단 가공되어 전자부품용 패키지의 덮개체로 사용된다. 또 덮개재(1)에 있어서, 심재(2)의 윗면에만 Ni기 금속층(3)을 적층 형성하는 경우에는, 도 2에서 심재(2A)의 아래쪽으로 공급되는 Ni기 금속박(4A)은 당연히 불필요하다.

상기 땜납재박 압접공정에서 설명한 바와 같이 땜납재박 압접공정에서 첫회 압하시의 압하율은, 땜납재박의 Ni기 금속층에 대한 접합성 및 Ni기 금속층의 두께 변동, 나아가 최소 두께부에서 마이크로 크랙의 발생, 땜납재층의 표면성상에 영향 을 준다. 본 발명자는 상기 제조방법에 의해 제조된 덮개재(1)의 Ni기 금속층의 두께변동을 자세히 관찰한 결과, 도 3에 도시된 바와 같이 땜납재층(5)이 적층 형성된 Ni기 금속층(3)의 최대 두께(T1)의 최소 두께(T2)에 대한 비(T1/T2)가 소정의 값에 있으면, 땜납재층(5)과 Ni기 금속층(3)의 접합성, Ni기 금속층(3)의 건전성 및 땜납재층(5)의 표면성상이 양호하게 됨을 발견하게 되었다.

이러한 발견을 바탕으로 이루어진 본 발명의 덮개재를, 상기 실시형태에 관한 덮개재(1)에 의해 설명하면, 심재(2)와, 이 심재(2) 위에 압접되어 확산접합된 Ni기 금속층(3, 4)과, 위쪽 Ni기 금속층(3) 위에 압접된 땜납재층(5)을 구비하며, 상기 Ni기 금속층(3)에 있어서의 최대 두께(T1)의 최소 두께(T2)에 대한 비(T1/T2)가 1.4∼15로 되는 것이다.

이 덮개재(1)에 의하면, Ni기 금속층(3, 4)은 Ni기 금속박이 심재(2)에 압접되어 확산접합된 것이기 때문에, Ni기 금속층을 도금처리에 의해 형성하면 생기는 마이크로 홀이나 마이크로 크랙이 생기지 않고, 또 심재(2)와 Ni기 금속층(3, 4)은 확산접합되어 있기 때문에 양자의 밀착성도 양호하다. 또 Ni기 금속층(3)의 최대 두께(T1)의 최소 두께(T2)에 대한 비(T1/T2)를 1.4∼15로 하였기 때문에 Ni기 금속층(3)과 땜납재층(5)의 압접성도 양호하고, 더구나 Ni기 금속층(3)이 비교적 얇은 경우에도 땜납재박의 압접시 Ni기 금속층에 마이크로 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉 T1/T2가 1.4 미만이면 Ni기 금속층(3)과 땜납재층(5)의 접합성이 저하되어 땜납재층이 벗겨지기 쉽게 된다. 한편 T1/T2가 15를 넘으면 Ni기 금속층(3)이 얇은 경우에 Ni기 금속층(3)의 두께 최소부에 마이크로 크랙이 발생하 게 됨과 동시에, 압하시 압하공구의 표면에 손상이 생기거나 땜납재층(5)에 표면 거침이 생기게 된다. 이 때문에 Ni기 금속층(3)의 최대 두께(T1)의 최소 두께(T2)에 대한 비(T1/T2)를 1.4∼15, 바람직하게는 2.0∼10으로 한다.

이 실시형태에서도 덮개재(1)의 제조방법에서 설명한 것과 같이 심재(2)는 Fe 및 Ni를 주성분으로 하는 FeNi기 합금으로 형성하는 것이 좋다. 또 상기 땜납재층(5)은 융점이 450℃ 이하인 연땜납재로 형성하는 것이 좋으며, 보다 바람직하게는 성분 중에 Pb를 포함하지 않는 연땜납재로 형성하는 것이 좋다.

다음으로 상기 덮개재(1)를 절단 가공하여 소정 치수로 형성한 덮개체(21)를 갖춘 전자부품용 패키지의 실시형태를 도 4를 참조하여 설명한다. 또 도면에서 상기 덮개체 21을 구성하는 각 부분은 덮개재 1과 같기 때문에 같은 부호를 붙이며 설명을 생략한다.

이 패키지(51)는, 전자부품(70)을 수납하는 수납공간(52)이 형성되며, 이 수납공간(52)과 연통되는 개구(53)가 윗면에 형성된 케이스본체(54)를 가지며, 이 케이스본체(54)의 윗면 외주부에, 상단부가 땜납재와 용이하게 용착되는 용착촉진층(56)이 접합된 케이스(60)와, 이 케이스(60)의 윗면에 부설된 덮개체(21)를 갖추고 있고, 덮개체(21)의 땜납재층(5)이 상기 용착촉진층(56)의 상단부에 용착되어 있다.

이 실시형태에서 상기 케이스본체(54)는, 열팽창율이 작은 세라믹으로 형성되어 있다. 이 때문에 덮개체(21)의 심재(2)는 케이스본체(54)를 형성하는 세라믹과 같은 정도의 열팽창율을 갖는 FeNi합금이나 FeNiCo합금으로 형성하는 것이 좋 다. 상기 용착촉진층(56)은 케이스본체(54)와 일체로 소성된 W나 Mo 등 고융점 금속으로 이루어지는 메탈라이즈층을 가지며, 상단부에 Au 등의 귀금속에 의해서 형성된 귀금속층이 형성된 것이다. 상기 메탈라이즈층과 귀금속층의 사이에는 양 층의 접합성을 향상시키기 위해 Ni층을 형성하여도 좋다. 또 상기 케이스본체는 고융점금속의 소결체로 형성할 수 있으며, 이 경우 상기 메탈라이즈층은 생략하여도 좋다.

이 전자부품용 패키지(51)는 그 덮개체 21이 상기 덮개재 1과 같은 구성을 갖고 있기 때문에 심재(2)와 Ni기 금속층(3, 4), 및 Ni기 금속층(3)과 땜납재층(5)의 밀착성도 양호하고, 또 Ni기 금속층(3)에 마이크로 홀이나 마이크로 크랙이 생기지 않기 때문에 우수한 기밀성을 가져서, 그 속에 수납된 전자부품의 수명을 향상시킬 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의해 더욱 설명하지만, 본 발명의 범위는 이하의 실시예나 상기 실시형태에 의해 한정적으로 해석되는 것은 아니다.

실시예

[실시예 1]

심재(소재)로서 폭 20mm, 두께 650㎛의 29wt% Ni, 17wt% Co, 잔부 Fe로 이루어지는 FeNiCo 합금판을, 또 Ni기 금속박으로서 폭 20mm, 두께 40㎛의 순 Ni박을 준비하였다. 도 2에 나타난 제조장치의 Ni기 금속박 압접수단(31)에 의해 심재(2A)의 양면에 Ni기 금속박(3A, 4A)을 겹치고, 압하율 73%로 롤압하하였다. 이 롤압하에 의해 176㎛ 심재의 양면에 두께 11㎛의 Ni기 금속층이 압접된 적층체(10)가 얻어졌다. 이 적층체(10)를 풀림로(32)에서 여러 가지 풀림 조건으로 확산풀림하였다.

확산풀림 후 적층체(10)를 사용하여 Ni기 금속층의 박리 테스트를 하였다. 박리 테스트에서는 Ni기 금속층을 심재로부터 박리하는데 필요한 단위 폭(1mm)당 박리력이 측정되었다. 이 박리력의 크기에 의해 접합성이 평가되었다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에서는 Ni기 금속층과 심재가 접합계면에서 완전히 합금화하여 박리가 불가능한 경우를 ◎로 하고, 박리에 10kgf 이상의 박리력이 필요한 경우를 ○로 하고, 박리에 10kgf 미만 5kgf 이상의 박리력이 필요한 경우를 △로 하며, 5kgf 미만의 박리력으로 박리한 경우를 ×로 나타낸다. 또 실용상은 5kgf 이상의 박리력이 있으면 된다. 표 1에서 풀림온도 800℃ 이상 또 풀림시간(유지시간) 2분 이상, 또는 풀림온도 900℃ 이상 또 풀림시간 1분 이상에서 양호한 접합성 이 얻어짐이 분명하다.

다음으로 풀림 조건으로 800℃×2분인 적층체와, 900℃×1분인 적층체를 사용하여, 이들 적층체 중 한쪽의 Ni기 금속층에 폭 20mm, 두께 80㎛, 60wt% Sn, 잔부 Pb로 이루어지는 PbSn합금으로 형성된 땜납재박(5A)을 겹치고, 땜납재박 압접수단(33)에 의해 압하율(40%)로 롤압하하였다. 그 결과 도 1에 도시된 바와 같이, 약 105㎛의 심재(2)의 양면에 각각 평균 약 7㎛의 Ni기 금속층(3, 4)이 적층 형성되고, 한쪽의 Ni기 금속층(3)에 평균 약 48㎛의 땜납재층(5)이 형성된 덮개재(1)가 얻어졌다.

이 덮개재(1)로부터 시험편을 채취하여 단면을 현미경 관찰한바, Ni기 금속 층(3)과 땜납재층(5)의 접합상태는 양호하였다. 또 이하의 요령으로 Ni기 금속층(3)을 조사한바, Ni기 금속층(3)에는 마이크로 크랙의 발생도 인지되지 않았다. 화학적 처리에 의해 시험편으로부터 땜납재층(5)을 제거하고 Ni기 금속층(3)의 표면을 광학 현미경을 사용하여 배율: ×50으로 전체관찰하고 배율: ×100으로 국부 관찰하여, Ni기 금속층(3)의 크랙 유무를 조사하였다. 또 이하의 요령으로 Ni기 금속층(3)의 두께 비를 조사한바, 2.0∼3.0의 범위 내였다. 시험편의 단면을 광학현미경(배율: ×400)을 통해 사진에 찍고, 도 3에 도시된 바와 같이 Ni기 금속층(3)의 최대 두께(T1)와 최소 두께(T2)를 측정하여 그 비(T1/T2)를 구하였다.

[실시예 2]

이 실시예의 덮개재(1)의 기본구조는 도 1과 같고, 심재로서 29wt% Ni, 17wt% Co, 잔부 Fe로 이루어지는 FeNiCo 합금을, Ni기 금속으로서 순 Ni를, 연땜납재로서 62wt% Sn, 2wt% Ag, 잔부 Pb로 이루어지는 PbSnAg 합금 및 2wt% Ag, 잔부 Sn으로 이루어지는 SnAg 합금을 사용하였다.

이 실시예의 덮개재(1)는, 도 2에 나타난 제조장치에 의해 제조되었다. 상기 덮개재 제조장치를 사용하여, 덮개재(1)를 제조하는데 있어, 사용한 심재(소재, 2A)의 크기는 폭 20mm, 두께 1300㎛이고, Ni기 금속박(3A, 4A)의 크기는 폭 20mm, 두께 200㎛이고, 땜납재박(5A)의 크기는 폭 20mm, 두께 100㎛이었다.

상기 Ni기 금속박 압접수단(31)을 사용하여, 심재(2A)의 양면에 Ni기 금속박(3A, 4A)을 겹쳐 압하율 65%로 롤압하하였다. 이 롤압하에 의해, 450㎛ 심재의 양면에 두께 70㎛의 Ni기 금속층이 접합된 적층체(10)가 얻어졌다. 이 적층 체(10)를 1000℃×3분으로 확산풀림하였다. 다음으로 상기 땜납재박 압접수단(33)을 사용하여, 확산풀림 뒤의 상기 적층체(10)에 땜납재박(5A)을 겹치고, 그 겹쳐진 재료 전체 두께에 대한 압하율을 여러 가지로 바꾸며 1회의 롤압하를 하여, 땜납재박(5A)을 Ni기 금속층 위에 압접하였다.

이렇게 하여 제조된 덮개재(1)로부터 시험편을 채취하여, Ni기 금속층(3)과 땜납재층(5)의 접합상태, Ni기 금속층(3)의 마이크로 크랙 발생 유무를 조사하였다. 또 육안관찰에 의해, 땜납재층(5)의 표면상태를 조사하였다. 게다가 Ni기 금속층(3)의 두께 변화를 조사하여 Ni기 금속층(3)의 최대 두께(T1)의 최소 두께(T2)에 대한 비(T1/T2)를 구하였다.

상기 접합상태는 덮개재(1)로부터 채취한 길이 100mm의 시험편을 사용하여, 그 길이방향 중앙을 중심으로 하여 시험편의 양단이 겹치게 180˚구부리고, 굴곡부를 손가락 사이에 끼우고, 시험편을 원 상태로 펴서 굴곡부에서의 땜납재층(5)의 박리 유무를 관찰하였다. 또 Ni기 금속층(3)의 마이크로 크랙 발생 유무, Ni기 금속층(3)의 두께 비는, 실시예 1과 같이 하여 조사하였다.

이들 조사결과를 표 2에 나타낸다. 표 2 중 땜납재층의 접합상태와 관련, 땜납재층(5)이 Ni기 금속층(3)으로부터 들뜨거나 박리되지 않는 것을 ○, 땜납재층(5)이 Ni기 금속층(3)으로부터 들뜨거나 박리된 것을 ×로 나타내었다. 또 표 2에서 땜납재층의 표면상태는, 땜납재층(5)에 표면 거침이 생기지 않은 것을 ○, 생긴 것을 X로 나타내었다. 모든 시료에 대해 Ni기 금속층(3)에는 마이크로 크랙 발생은 인지되지 않았기 때문에 이 점에 관해서 표 2에는 표시되어 있지 않 다.

표 2에서 압하율이 25% 이하인 시료 No.1 및 2는 Ni기 금속층(3)과 땜납재층(5)의 접합성이 나빠 기밀성에 문제가 있는 것이 예상되었다. 이에 대해 압하율이 30∼70%인 시료 No.3∼10에서는 양호한 접합상태가 얻어졌지만, 압하율이 70%인 시료 No.10에서는 땜납재박을 압접할 때 압하롤의 표면에 눌어붙음이 생겨 땜납재층(5)에 표면 거침이 생겼다.

한편 덮개재(1)의 단면을 관찰한 결과 압하율 30∼65%의 범위에서는, Ni기 금속층(3)의 두꺼비(T1/T2)가 1.4∼15로 되어 있고, Ni기 금속층(3)에는 두께 변동 이 생기지만, 최소 두께부에서도 마이크로 크랙은 발생하지 않고, 땜납재층(5)의 표면성상도 양호하였다. 또 시료 No.10은 T1/T2가 25이지만, Ni기 금속층(3)의 평균 두께가 비교적 두꺼운 것이었기 때문에 Ni기 금속층(3)에 마이크로 크랙이 발생하지 않는 것으로 추측되었다.

다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, 세라믹으로 형성된 케이스본체(54)의 윗면 외주부에, W로 이루어지는 메탈라이즈층, Ni층 및 Au층이 이 순서대로 형성된 용착촉진층(56)을 갖춘 케이스(60)를 준비하였다. 이 케이스의 외형 크기는 길이 15mm, 폭 10mm, 높이 10mm이고, 수납공간(52)의 크기는 길이 9mm, 폭4mm, 깊이 7mm이었다. 또 시료 No.3∼9에 대해 덮개재(1)를 가공하여, 케이스(60)의 평면치수와 같은 치수로 형성된 덮개체(21)를 준비하였다. 그리고 케이스(60)의 상단부에 땜납재층(5)이 맞닿도록 덮개체(21)를 포갠 뒤, 헬륨가스 분위기 속에서, 시료 No. 3, 4, 6, 8 및 9를 310℃로, 시료 No. 5 및 7을 240℃로 가열하여, 덮개체(21)를 케이스(60)의 상단 외주부에 용착시켰다.

이렇게 하여 조립한 패키지를 진공용기에 넣어 밀폐하고, 진공용기 내의 가스를 이온펌프로 배기하여, 도달 진공도에 있어서 배기가스 중의 헬륨가스 유무를 조사하였다. 그 결과 헬륨가스는 인지되지 않았다. 이로부터 이들 패키지는 기밀성이 우수함이 확인되었다.

본 발명에 의하면 심재와 Ni기 금속층은 확산접합에 의해 견고하게 밀착하여, Ni기 금속층과 땜납재층은 압접성이 양호하고, 용착시의 밀착성도 양호하다. 또 Ni기 금속층에는 마이크로 홀이나 마이크로 크랙도 생기지 않는다. 이 때문에 본 발명의 덮개재로 형성된 덮개체를 사용함으로써 기밀성이 우수한 전자부품용 패키지가 얻어져, 전자부품의 수명 향상, 품질의 열화방지를 도모할 수 있다.

Claims

전자부품을 수납하는 수납공간이 윗면으로 개방되도록 형성된 케이스의 윗면 외주부에 용착(溶着)되는 덮개체(package lid)용 덮개재(lid material)의 제조방법으로서,

심재(芯材) 위에 Ni를 주성분으로 하는 Ni기(基) 금속으로 형성된 Ni기 금속박(Ni-based metal foil)을 압접(壓接)하여 Ni기 금속층을 적층(積層) 형성하는 Ni기 금속박 압접공정과,

상기 Ni기 금속층이 적층 형성된 심재를 확산풀림하여 상기 심재에 상기 Ni기 금속층을 확산접합하는 확산풀림공정과,

상기 확산풀림공정 후에 Ni기 금속층 위에 땜납재박(brazing material foil)을 30∼65%의 압하율(壓下率)로 압접하여 땜납재층을 적층 형성하는 땜납재박 압접공정을 가지는 덮개재 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 Ni기 금속박 압접공정에서, 심재는 Fe 및 Ni를 주성분으로 하는 FeNi기 합금으로 형성되는 덮개재 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 확산풀림공정에서, 확산풀림 조건은 풀림온도를 800℃ 이상으로 함과 동시에 풀림시간을 2분 이상으로 하는 덮개재 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 확산풀림공정에서, 확산풀림 조건은 풀림온도를 900℃ 이상으로 함과 동시에 풀림시간을 1분 이상으로 하는 덮개재 제조방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납재박 압접공정에서, 땜납재박은 융점이 450℃ 이하인 연땜납재에 의해서 형성되는 덮개재 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 땜납재박은, 성분 중에 Pb를 포함하지 않는 연땜납재에 의해서 형성되는 덮개재 제조방법.
전자부품을 수납하는 수납공간이 윗면으로 개방되도록 형성된 케이스의 윗면 외주부에 용착되는 덮개체용 덮개재로서,

심재와,

이 심재 위에 압접되어 확산접합된, Ni를 주성분으로 하는 Ni기 금속으로 형성된 Ni기 금속층과,

이 Ni기 금속층 위에 압접된 땜납재층을 구비하며,

상기 Ni기 금속층에 있어서의 최대 두께(T1)의 최소 두께(T2)에 대한 비(T1/T2)가 1.4∼15로 되는 덮개재.
제7항에 있어서, 상기 심재는 Fe 및 Ni를 주성분으로 하는 FeNi기 합금으로 형성되는 덮개재.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 땜납재층은 융점이 450℃ 이하인 연땜납재로 형성되는 덮개재.
제9항에 있어서, 상기 땜납재층은 성분 중에 Pb를 포함하지 않는 연땜납재로 형성되는 덮개재.
전자부품을 수납하는 수납공간이 윗면으로 개방되도록 형성된 케이스와, 이 케이스의 윗면에 부설된 덮개체를 갖춘 전자부품용 패키지로서,

상기 덮개체는, 심재와, 이 심재 위에 압접되어 확산접합된, Ni를 주성분으로 하는 Ni기 금속으로 형성된 Ni기 금속층과, 이 Ni기 금속층 위에 압접된 땜납재층을 구비하며, 상기 Ni기 금속층에 있어 최대 두께(T1)의 최소 두께(T2)에 대한 비(T1/T2)가 1.4∼15로 되며,

상기 땜납재층이 케이스의 윗면 외주부에 용착된 전자부품용 패키지.
제11항에 있어서, 상기 심재는 Fe 및 Ni를 주성분으로 하는 FeNi기 합금으로 형성되는 전자부품용 패키지.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 땜납재층은 융점이 450℃ 이하인 연땜납재로 형성되는 전자부품용 패키지.
제13항에 있어서, 상기 땜납재층은 성분 중에 Pb를 포함하지 않는 연땜납재로 형성되는 전자부품용 패키지.