KR101799645B1 - 기밀 밀봉용 리드 및 그 제조 방법, 그것을 사용한 전자 부품 수납 패키지 - Google Patents

기밀 밀봉용 리드 및 그 제조 방법, 그것을 사용한 전자 부품 수납 패키지 Download PDF

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히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

레이저 마킹의 판독 및 식별 정보의 판별을 가능하게 하면서도, 기밀 밀봉의 신뢰성이 높아지고, 바람직하게는 전자 부품 수납 패키지의 저배화를 기대할 수 있는 기밀 밀봉용 캡, 그것을 사용한 전자 부품 수납 패키지를 제공한다.
평판 형상의 제1 금속층(2)과, 제1 금속층(2)의 평판 형상의 한쪽 면에 구비되는 제2 금속층(3)과, 제1 금속층(2)의 평판 형상의 다른 쪽 면에 구비되는 산화 피막층(4)을 갖고, 제1 금속층(2)의 단면은 SEM-EDX에 의해 2∼8질량％의 Cr이 검출되고, 제2 금속층(3)의 표면은 SEM-EDX에 의해 10질량％ 이하의 Cr이 검출되고, 산화 피막층(4)의 표면은 SEM-EDX에 의해 10질량％를 초과하는 Cr이 검출되는, 리드(1)로 한다. 또한, 이러한 리드(1)와, 전자 부품(12)이 수납되어 있는 세라믹 프레임체(14)가, 유리 결합층(5)을 통해 결합되어 있는 전자 부품 수납 패키지(10)로 한다.

Description

기밀 밀봉용 리드 및 그 제조 방법, 그것을 사용한 전자 부품 수납 패키지{LID FOR GAS-TIGHT SEAL AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME, ELECTRONIC COMPONENT RECEIVING PACKAGE USING THE SAME}
본 발명은, 기밀 밀봉용 리드 및 그 제조 방법, 그것을 사용한 전자 부품 수납 패키지에 관한 것이다.
종래, 예를 들어 수정 진동자 등의 전자 부품은, 그 특성의 열화를 방지하기 위해 기밀 용기에 봉입되어 사용되고 있다. 예를 들어, 도 1에 도시하는 구성의 전자 부품 수납 패키지(10)는, 리드(1)와 오목부 형상의 전자 부품 수납부(11a)가 형성된 세라믹 프레임체(14)가 유리 결합층(5)을 통해 결합되고, 그 내부에는 범프(13)로 지지된 수정 진동자 등의 전자 부품(12)이 기밀 밀봉되어 있다. 이 기밀 밀봉은, 리드(1)와 세라믹 프레임체(14)가 유리 재료를 용융하여 재응고시켜 형성된 유리 결합층(5)에 의해 접착되는 것에 의한다. 이 경우, 리드(1)와 세라믹 프레임체(14)가 동일한 세라믹 재료를 사용하여 제작되어 있으면, 양자의 열팽창 계수가 동등하기 때문에, 기밀 밀봉시의 팽창이나 수축에 기인하는 깨짐 등의 문제가 발생하기 어렵다. 그러나, 세라믹 재료를 사용한 리드(1)는, 기밀 밀봉에 견딜 수 있는 기계적 강도를 확보하기 위해 두께를 크게 할 필요가 있었으므로, 전자 부품 수납 패키지(10)의 저배화가 용이하지 않았다.
상술한 문제를 해결하여, 전자 부품 수납 패키지의 저배화를 가능하게 한 금속 재료를 사용한 리드가, 예를 들어 특허문헌 1에 개시되어 있다. 이 리드(1)는, 기재인 제1 금속층의 전체 표면이 Cr을 포함하는 산화 피막층에 의해 덮여 있다. 제1 금속층은, 기밀 밀봉에 견딜 수 있는 높은 기계적 강도를 가짐과 함께, 열팽창 계수가 세라믹 프레임체(14)에 가까운 Fe-42％Ni-6％Cr 합금(금속 재료)을 사용하여 제작되어 있다. 제1 금속층의 표면을 덮는 산화 피막층은, 제1 금속층에 포함되는 Cr을 선택적으로 산화시켜 형성한 Cr을 포함하는 흑색의 산화 피막층이며, 유리 결합층(5)과의 습윤성이 좋다. 이 리드(1)에 의해, 기밀 밀봉성을 손상시키는 일 없이, 전자 부품 수납 패키지(10)의 저배화를 할 수 있다고 되어 있다.
국제 공개 제2012/108083호
최근, 개개의 제품(전자 부품 수납 패키지)의 식별을 목적으로 하여, 저출력의 레이저를 조사함으로써, 도 1에 도시하는 리드(1)의 예를 들어 유리 결합층(5)측이 아닌 외측의 표면 상에 마킹(이하, 「레이저 마킹」이라고 함)이 행해지게 되었다. 그러나, 레이저 마킹은, 레이저 조사에 의해 탄 레이저 조사 자국이며 실질적으로 흑색이다. 그로 인해, 상술한 특허문헌 1에 개시된 전체 표면이 Cr을 포함하는 흑색의 산화 피막층으로 덮여 있는 구성의 리드(1)의 경우, 흑색의 산화 피막층의 표면 상에 남는 레이저 조사 자국(레이저 마킹)의 판독은 용이하지 않아, 레이저 마킹이 갖는 식별 정보의 판별을 고정밀도로 행할 수 없었다.
본 발명의 목적은, 레이저 마킹의 판독 및 식별 정보의 판별을 가능하게 하면서도, 기밀 밀봉의 신뢰성을 높일 수 있고, 나아가 패키지의 저배화도 기대할 수 있는 기밀 밀봉용 리드 및 그 제조 방법을 제공함과 함께, 그 기밀 밀봉용 리드를 사용한 전자 부품 수납 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명자는, Cr을 포함하는 산화 피막층의 형성 온도에 있어서도 흑화가 억제되어, 원래의 색조를 어느 정도 유지할 수 있는 제2 금속층을 새롭게 마련함으로써, 상술한 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명에 상도하였다.
즉, 본 발명에 관한 기밀 밀봉용 리드는, 평판 형상의 제1 금속층과, 상기 제1 금속층의 평판 형상의 한쪽 면에 구비되는 제2 금속층과, 상기 제1 금속층의 평판 형상의 다른 쪽 면에 구비되는 산화 피막층을 갖고, 상기 제1 금속층의 단면은 SEM-EDX에 의해 10질량％ 이하의 Cr이 검출되고, 상기 제2 금속층의 표면은 SEM-EDX에 의해 10질량％ 이하의 Cr이 검출되고, 상기 산화 피막층의 표면은 SEM-EDX에 의해 10질량％를 초과하는 Cr이 검출된다. 또한, 본 발명에 관한 「SEM-EDX」는, 주사형 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)에 부속되는 에너지 분산형 X선 분광 장치(EDX: Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)를 의도한다.
본 발명의 기밀 밀봉용 리드에 있어서는, 상기 산화 피막층이 구비되는 표면에는 환형의 홈을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 환형의 홈을 복수 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 금속층의 두께와 상기 제2 금속층의 두께의 합계가 20∼100㎛인 것이 바람직하다.
상술한 본 발명에 관한 기밀 밀봉용 리드는, 본 발명의 기밀 밀봉용 리드의 제조 방법에 의해 형성할 수 있다.
즉, 본 발명에 관한 기밀 밀봉용 리드의 제조 방법은, 단면의 SEM-EDX에 의해 검출되는 Cr이 2∼8질량％인 평판 형상의 제1 금속층의 한쪽 면에, 표면의 SEM-EDX에 의해 검출되는 Cr이 1질량％ 이하인 제2 금속층을 결합한 후, 유지 온도가 800℃ 이상 1150℃ 이하인 선택 산화성 분위기에서의 열처리를 행하고, 상기 제1 금속층의 평판 형상의 다른 쪽 면에 표면의 SEM-EDX에 의해 검출되는 Cr이 10질량％를 초과하는 산화 피막층을 형성한다.
본 발명의 기밀 밀봉용 리드의 제조 방법에 있어서는, 상기 제1 금속층에 대응하는 평판 형상의 제1 금속 소재의 한쪽 면에, 상기 제2 금속층에 대응하는 평판 형상의 제2 금속 소재를 클래드 접합함으로써, 상기 제1 금속층의 한쪽 면에 상기 제2 금속층이 결합된 구성으로 할 수 있다.
혹은, 상기 제1 금속층의 평판 형상의 한쪽 면을 노출시키고, 다른 쪽 면을 마스킹한 상태에서, 상기 제2 금속층에 대응하는 금속 도금을 행함으로써, 상기 제1 금속층의 평판 형상의 한쪽 면에 상기 제2 금속층이 결합된 구성으로 할 수 있다.
또한, 상기 선택 산화성 분위기는 (노점＋10)℃∼(노점＋40)℃로 제어된 웨트 수소 분위기인 것이 바람직하다.
또한, 상기 산화 피막층이 구비되는 표면의 일부를 제거함으로써 환형의 홈을 형성하는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명에 관한 기밀 밀봉용 리드 중 어느 하나와, 전자 부품이 수납되어 있는 세라믹 프레임체가, 유리 결합층을 통해 결합되어 있는, 전자 부품 수납 패키지를 얻을 수 있다.
본 발명의 전자 부품 수납 패키지에 있어서는, 상기 유리 결합층의 열팽창 계수 α1(/℃)과 상기 제1 금속층의 열팽창 계수 α2(/℃)가, 30∼250℃의 온도 범위에 있어서 -15×10-7≤α2-α1≤5×10-7의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유리 결합층의 열팽창 계수 α1(/℃)과 상기 세라믹 프레임체의 열팽창 계수 α3(/℃)이, 30∼250℃의 온도 범위에 있어서 0≤α1-α3≤10×10-7의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유리 결합층은 Pb가 1000ppm 이하인 유리 재료를 사용하여 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 유리 재료는, 일반적으로 저융점 유리재로서 알려져 있는 유리 재료가 바람직하다.
본 발명의 기밀 밀봉용 리드에 따르면, 흑색의 레이저 조사 자국으로 이루어지는 마킹의 식별 및 판독을 용이하고 또한 고정밀도로 할 수 있음과 함께, 전자 부품 수납 패키지의 기밀 밀봉성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 기밀 밀봉용 리드를 사용한 전자 부품 수납 패키지의 개략의 구성을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 기밀 밀봉용 리드의 일 실시 형태의 단면을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 기밀 밀봉용 리드의 일 실시 형태의 저면(산화 피막층이 구비되는 측)을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명예이며, 선택 산화 분위기에서 열처리된 제1 금속층의 표면을 나타내는 도면(사진).
도 5는 본 발명예이며, 선택 산화 분위기에서 열처리되어, 도 4에 나타내는 제1 금속층의 한쪽 면에 결합된 제2 금속층의 표면을 나타내는 도면(사진).
본 발명에 있어서의 중요한 특징은, 기밀 밀봉용 리드의 한쪽 면에, Cr을 포함하는 산화 피막층의 형성 온도에 있어서도 흑화가 억제되어, 원래의 색조를 어느 정도 유지할 수 있는 금속층(제2 금속층)을 마련한 것이다. 이하, 본 발명의 기밀 밀봉용 리드의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.
도 2에, 본 발명의 기밀 밀봉용 리드의 일 실시 형태의 단면을 도시한다. 이 리드(1)는, 평판 형상의 제1 금속층(2)과, 제1 금속층(2)의 평판 형상의 한쪽 면에 결합되어 있는 제2 금속층(3)과, 제1 금속층(2)의 제2 금속층(3)이 결합되어 있지 않은 표면을 덮는 Cr을 포함하는 산화 피막층(4)을 갖는다. 이러한 리드(1)는, 제1 금속층(2)의 한쪽 면에 제2 금속층(3)을 결합한 후, 유지 온도가 800℃ 이상 1150℃ 이하인 선택 산화성 분위기에서의 열처리를 행하고, 이것에 의해 제1 금속층(2)의 제2 금속층(3)이 결합되어 있지 않은 표면 상에 Cr을 포함하는 산화 피막층(4)을 형성하는 방법에 의해 제작할 수 있다.
(제1 금속층과 산화 피막층)
본 발명에 있어서, 제1 금속층(2)은, 단면의 SEM-EDX에 의해 2∼8질량％의 Cr이 검출됨과 함께, 리드(1)에 적합한 평판 형상으로 형성되어 있다. 제1 금속층(2)의 단면에 있어서 2∼8질량％의 Cr이 검출되는 금속 재료를 사용함으로써, 특정 조건의 열처리를 행함으로써 제1 금속층(2)의 표면에 유리 결합 재료와의 습윤성이 좋은 Cr을 포함하는 산화 피막층(4)을 용이하게 형성할 수 있다. 이 Cr을 포함하는 산화 피막층(4)은, 표면의 SEM-EDX에 의해 10질량％를 초과하는 Cr이 검출된다. 이러한 산화 피막층(4)을 가짐으로써, 도 1에 도시하는 유리 결합층(5)이 형성되기 전의 용융된 상태의 유리 재료(이하, 「용융 유리」라고 함)를 리드(1)에 용이하게 부착시킬 수 있다. 제1 금속층(2)의 표면에 직접 용융 유리를 접촉시켜도 습윤 확산성이 나빠, 기밀 밀봉이 용이하지 않다. 그러나, Cr을 포함하는 산화 피막층(4)의 표면에 용융 유리를 접촉시킴으로써, 산화 피막층(4)의 표면 상에 용융 유리를 적합하게 습윤 확산시킬 수 있으므로, 적합한 유리 결합층(5)이 형성되어 기밀 밀봉의 신뢰성이 향상된다.
또한, 제1 금속층(2)의 단면에서 검출되는 Cr이 2질량％ 미만이면, 제1 금속층(2)의 표면 상에 10질량％를 초과하는 Cr을 포함하는 산화 피막층(4)이 적합하게 형성되지 않는 경우가 있다. 또한, 제1 금속층(2)의 단면에서 검출되는 Cr이 8질량％를 초과하면, 유리 결합층(5)이나 세라믹 프레임체(14)와의 열팽창의 차가 커진다. 그로 인해, 기밀 밀봉시의 팽창이나 수축에 기인하는 깨짐 등의 문제가 발생하기 쉬워진다. 따라서, 제1 금속층(2)은, 단면의 SEM-EDX에 의해 2∼8질량％의 Cr이 검출되는 것으로 한다. 또한, 산화 피막층(4)을 적합하게 형성함과 함께, 상술한 열팽창의 차를 보다 작게 하기 위해서는, 제1 금속층(2)의 단면에서 검출되는 Cr이 3∼7질량％인 것이 바람직하다. 또한, 산화 피막층(4)을 형성할 때, 제1 금속층(2)에 포함되는 Cr이 선택적으로 산화되기 쉬우므로, 제1 금속층(2)의 Cr량은 변동을 발생하기 쉽지만, 제1 금속층(2) 전체를 평균적으로 평가해 보면, Cr량은 상기한 범위를 유지하고 있다.
제1 금속층(2)은, 본 발명에 관한 작용 효과를 저해시키지 않는 한, Cr 이외의 예를 들어 Fe, Ni, Co, Ti, Si, Mn, Cu, Al, C, P, S, N, O 등의 원소를 1종 이상 포함하는 금속 재료이면 된다. 예를 들어, 단면의 SEM-EDX에 의해, 제1 금속층(2)은, Fe 및 2∼8질량％의 Cr이 검출되는 Fe-Cr계 합금이나, 또한 35∼50질량％의 Ni가 검출되는, 예를 들어 Fe-42％Ni-6％Cr 합금, Fe-42％Ni-4％Cr 합금, Fe-47％Ni-6％Cr 합금 등의 Fe-Ni-Cr계 합금이면 된다. 2∼8질량％의 Cr이 검출되는 Fe-Cr계 합금은, 800℃ 이상 1150℃ 이하의 온도 범위의 선택 산화성 분위기에서 열처리를 행함으로써, 그 표면 상에 Cr을 포함하는 산화 피막층(4)을 용이하게 형성할 수 있다. 게다가, 35∼50질량％의 Ni가 또한 검출되는 Fe-Ni-Cr계 합금은, 열팽창 계수가 작아지므로 바람직하다.
(제2 금속층)
본 발명에 있어서, 제2 금속층(3)은, 제1 금속층(2)의 평판 형상의 한쪽 면에 결합되고, 표면의 SEM-EDX에 의해 Cr이 10질량％ 이하로 검출된다. Cr을 포함하는 산화 피막층은 상술한 바와 같이 흑색이다. 종래의 리드(1)는 표면이 흑색이므로, 상술한 바와 같이 레이저 마킹을 행하였다고 해도 그 판독이나 식별 정보의 해석이 용이하지 않았다. 따라서, 리드(1)의 적어도 레이저 마킹을 행하는 표면 영역은 흑화되어 있지 않은 것이 중요하므로, 도면에 도시하는 바와 같이 제1 금속층(2)의 평판 형상의 한쪽 면에 대해 상술한 Cr이 10질량％ 이하로 검출되는 제2 금속층(3)을 형성한다. 이에 의해, 제2 금속층(3)을 불흑화성을 갖는 제2 금속층(3)으로 할 수 있다. 이러한 Cr값은, 작을수록 바람직하고, 제2 금속층(3)의 표면의 흑화가 보다 억제된다. 이 불흑화성을 나타낸 표면은, 예를 들어 그 표면에 행한 레이저 마킹(레이저 조사 자국)의 판독 및 식별 정보의 해석이 가능한 정도로, 열처리 전의 원래의 색조가 유지되어 있다. 바꾸어 말하면, 제2 금속층의 표면의 SEM-EDX에 의해 검출되는 Cr이 10질량％ 이하이면, 표면에 레이저 마킹을 행하여, 그 레이저 마킹된 문자 등이 화상 처리 장치 등에 의해 식별이 가능하고, 그 표면(제2 금속층)은 불흑화성을 갖는다고 할 수 있다.
그런데, 표면의 SEM-EDX에 의해 검출되는 Cr이 10질량％를 초과하는 산화 피막층(4)을 형성하는 열처리, 즉 유지 온도가 800℃ 이상 1150℃ 이하인 선택 산화성 분위기에 의한 열처리를 행할 때, 제1 금속층(2)에 포함되는 원소(특히 Cr)가, 제2 금속층(3)의 내부로 확산되고, 또한 제2 금속층(3)의 노출 표면의 근방이나 표면까지 확산되는 경우가 있다. 제2 금속층(3)의 노출 표면의 근방이나 표면에 산화되기 쉬운 원소(특히 Cr)가 존재해 버리면, 제2 금속층(3)의 노출 표면에 있어서도 산화물이 형성되는 경우가 있다. 그러한 경우라도, 제2 금속층(3)의 표면의 SEM-EDX에 의해 검출되는 Cr이 10질량％ 이하이면, 열처리 후의 제2 금속층(3)의 노출 표면이 실용에 견딜 수 없을 정도의 흑화를 나타내는 일은 없다. 이러한 확산에 기인하는 제2 금속층(3)의 노출 표면의 산화 현상은, Cr의 함유량이 증가하는 것에 수반하여 진행되기 쉬워지고, 산화의 정도에 따라서는 상술한 바와 같은 레이저 마킹(레이저 조사 자국)의 판독이나 정보 식별의 해석이 곤란한 정도까지 흑화되어 버린다. 이러한 관점에서, 산화 피막층(4)이 형성된 후(열처리 후의 상태)에, 제2 금속층(3)의 표면의 SEM-EDX에 의해 검출되는 Cr을 저감시킨 바, Cr이 10질량％ 이하인 것보다도 8질량％ 이하인 쪽이 명확한 불흑화성을 갖는 것이 확인되었다.
본 발명에 있어서, 제2 금속층(3)의 불흑화성은, 유지 온도가 800℃ 이상 1150℃ 이하인 범위의 선택 산화성 분위기에서 용이하게 흑화되지 않는 것을 조건으로 한다. 유지 온도를 800℃ 이상 1150℃ 이하의 범위로 하는 것은, 2∼8질량％의 Cr을 포함하는 금속 재료의 표면에 Cr을 포함하는 산화 피막층을 형성하기 쉬운 온도임과 함께, 리드(1)를 사용하여 기밀 밀봉을 행할 때의 유지 온도가 1150℃ 이하이기 때문이다. 또한, 1150℃를 초과하는 유지 온도에서는, 제1 금속층(2)에 포함되는 Cr이 제2 금속층(3)의 노출 표면이나 그 근방에 다량으로 확산되어 버려, 제2 금속층(3)의 노출 표면이 실용에 견딜 수 없을 정도의 흑화를 나타내는 경우가 있다.
또한, 제2 금속층(3)의 소재(금속)에는, 내산화성이 우수함과 함께, 제1 금속층(2)과의 결합에 적합한 것을 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 산화 피막층(4)이 형성된 후, 제2 금속층(3)의 표면의 SEM-EDX에 의해 검출되는 Cr이 10질량％ 이하임과 함께, Ni가 65질량％ 이상이면 된다. 이러한 Ni는, 바람직하게는 70질량％ 이상, 보다 바람직하게는 80질량％ 이상, 더욱 바람직하게는 90질량％이다. 이러한 제2 금속층(3)의 소재 재질은, 이상적으로는 순 Ni이고, 그 외에는 Ni-Cu계 합금이나 Ni-P 합금 등이 바람직하고, 타 원소로서는 Ti, Co, Pd, Ag, Au, Pt 등을 포함하는 경우도 있다. 또한, 제2 금속층(3)을 순 Ni 도금이나 NiP 도금 등으로 형성해도 된다.
본 발명에서 말하는 선택 산화성 분위기라 함은, 단면의 SEM-EDX에 의해 2∼8질량％의 Cr이 검출되는 제1 금속층(2)에 있어서, Cr 이외의 타 원소(예를 들어 Fe나 Ni 등)보다도, Cr이 우선적으로 선택되어 산화되는 산화성 분위기를 의도한다. 바람직한 선택 산화성 분위기는 (노점＋10)℃∼(노점＋40)℃로 제어된 웨트 수소 분위기이다. 이러한 웨트 수소 분위기는 산소 분압이 낮으므로, Cr 이외의 일반적인 금속 원소가 산화되기 어렵고, 비교적 산화되기 쉬운 Cr을 선택적으로 산화시킬 수 있다. 예를 들어, Fe-Ni-Cr계 합금을 사용한 제1 금속층(2)인 경우, 제1 금속층(2)에 포함되는 주요한 금속 원소인 Fe, Ni, Cr 중에서, 가장 산화되기 쉬운 Cr이 선택적으로 산화된다. 따라서, 제1 금속층(2)의 제2 금속층(3)이 결합되어 있지 않은 표면을 Cr을 포함하는 산화 피막층(4)에 의해 덮는 것을 용이하게 할 수 있다.
(제1 금속층과 제2 금속층의 결합)
제1 금속층(2)의 평판 형상의 한쪽 면에 제2 금속층(3)이 결합된 구성은, 예를 들어 제1 금속층(2)에 대응하는 평판 형상의 제1 금속 소재의 한쪽 면에, 제2 금속층(3)에 대응하는 평판 형상의 제2 금속 소재를 클래드 접합하는 클래드 압연법이나, 제1 금속층(2)의 평판 형상의 한쪽 면을 노출시키고, 다른 쪽 면을 마스킹한 상태에서, 제2 금속층(3)에 대응하는 금속 도금을 행하는 편면 도금법 등에 의해 얻을 수 있다. 예를 들어, 제2 금속층(3)에 순 Ni를 사용하는 경우, 클래드 압연법 및 편면 도금법 중 어느 것에 의해서도, 제2 금속층(3)과 제1 금속층(2)이 적합하게 결합된 구성을 얻을 수 있다. 또한, 제2 금속층(3)에 Ni-Cu 합금을 사용하는 경우, 합금 조성의 조정이 용이한 Ni-Cu 용해재를 제2 금속 소재에 사용하여, 제1 금속 소재와 클래드 압연하는 방법이 적합하다. 또한, 제2 금속층(3)에 연성이 낮은 Ni-P 합금을 사용하는 경우, 소성 변형을 수반하는 클래드 압연법보다도 편면 도금법이 적합하다.
(유리 결합층)
본 발명에 있어서, 유리 결합층(5)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 리드(1)와 세라믹 프레임체(14)를 결합하여 전자 부품 수납 패키지(10)를 기밀 밀봉하기 위한 것이다. 따라서, 유리 결합층(5)에는, 기밀 밀봉시에 용융 유리로 되어 리드(1)의 산화 피막층(4) 및 세라믹 프레임체(14) 중 어느 것과도 양호한 습윤성을 나타내는 접착제로서의 작용 효과를 나타내는 유리 재료를 사용한다. 유리 재료는, 일반적으로 깨지기 쉽기 때문에, 리드(1)의 제1 금속층(2) 및 세라믹 프레임체(14) 중 어느 것과도 열팽창의 차가 작은 것이 바람직하다.
예를 들어, 유리 결합층(5)의 열팽창 계수 α1(/℃)과 제1 금속층(2)의 열팽창 계수 α2(/℃)가, 30∼250℃의 온도 범위에 있어서 -15×10-7≤α2-α1≤5×10-7의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 또한, 유리 결합층(5)의 열팽창 계수는, 이것에 사용하는 유리 재료의 열팽창 계수와 동의이다. 이 구성에 의해, 유리 결합층(5)과 제1 금속층(2)의 결합에 있어서, 유리 재료가 용융된 온도로부터 용융 유리가 응고되어 유리 결합층(5)을 형성하는 온도까지 낮추었을 때, 리드(1)와의 결합에 의해 유리 결합층(5)에 발생하는 응력이 작아지므로, 그 응력에 기인하는 유리 결합층(5)의 깨짐을 방지할 수 있다.
또한, 예를 들어 유리 결합층(5)의 열팽창 계수 α1(/℃)과 세라믹 프레임체(14)의 열팽창 계수 α3(/℃)이, 30∼250℃의 온도 범위에 있어서 0≤α1-α3≤10×10-7의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 유리 결합층(5)과 세라믹 프레임체(14)의 결합에 있어서, 유리 재료가 용융된 온도로부터 용융 유리가 응고되어 유리 결합층(5)을 형성하는 온도까지 낮추었을 때, 세라믹 프레임체(14)와의 결합에 의해 유리 결합층(5)에 발생하는 응력이 작아지므로, 그 응력에 기인하는 유리 결합층(5)이나 세라믹 프레임체(14)의 깨짐을 방지할 수 있다.
예를 들어, 유리 결합층(5)에 사용하는 유리 재료를 V2O5-P2O5-TeO-Fe2O3의 V계의 유리 재료(30∼250℃의 열팽창 계수 α1=70×10-7/℃)로 하고, 제1 금속층(2)에 사용하는 금속 재료를 Fe-42％Ni-6％Cr 합금(30∼250℃의 열팽창 계수 α2=74×10-7/℃)으로 하고, 세라믹 프레임체(14)에 사용하는 세라믹 재료를 Al2O3(30∼250℃의 열팽창 계수 α3=65×10-7/℃)로 한 경우, 상술한 α2-α1은 4×10-7/℃로 되고, 상술한 α1-α3은 5×10-7/℃로 되어, 모두 본 발명에 있어서 바람직한 구성으로 된다. 또한, 상기한 유리 재료는, 일반적으로 저융점 유리재로서 알려져 있는 유리 재료이다.
다음으로, 본 발명의 기밀 밀봉용 리드의 바람직한 실시 형태에 대해 설명한다. 도 3에, 본 발명의 기밀 밀봉용 리드의 일 실시 형태의 저면을 도시한다. 여기서 말하는 저면이라 함은, 도 2에 도시하는 산화 피막층(4)을 도면 중의 하측으로부터 본 제2 금속층이 구비되는 측과는 반대측의 면이며, 세라믹 프레임체(14)와 결합되는 면으로 된다. 또한, 도 3에서는, 설명을 간편하게 하기 위해, 도 1과 도 2에서 사용하고 있는 부호를 마찬가지로 사용하고 있다.
(환형의 홈)
도 3에 도시하는 리드(1)는, 산화 피막층(4)의 표면 상에 유리 결합층(5)에 결합되는 환형의 유리 결합 영역(6)을 설정하고, 그 유리 결합 영역(6)을 둘러싸도록, 그 내측 및 외측(외면(6b)측)에 제1 환형의 홈(7) 및 제2 환형의 홈(8)을 갖고, 2개의 홈(7) 및 홈(8)이 병행 배치된 구성이다. 제1 환형의 홈(7)은, 산화 피막층(4)의 적어도 일부가 제거되어 형성되고, 산화 피막층(4)의 표면을 유리 결합 영역(6)과 그 내측(6a)을 불연속으로 구분할 수 있는 연속적인 홈(오목부나 함몰부를 포함함)을 의도한다. 이러한 제1 환형의 홈(7)을 형성함으로써, 기밀 밀봉시에, 용융 유리가, 리드(1)와 세라믹 프레임체(14)의 결합에 기여하지 않는 내측(6a)으로 습윤 확산되는 것을 방지하고, 유리 결합 영역(6) 내로 충분히 습윤 확산되도록 할 수 있다.
또한, 제2 환형의 홈(8)은, 제1 환형의 홈(7)과 마찬가지로, 산화 피막층(4)의 적어도 일부가 제거되어 형성되고, 산화 피막층(4)의 표면을 유리 결합 영역(6)과 그 외측(외면(6b)측)을 불연속으로 구분할 수 있는 연속적인 홈(오목부나 함몰부를 포함함)을 의도한다. 이러한 제2 환형의 홈(8)을 형성함으로써, 기밀 밀봉시에, 용융 유리가, 리드(1)와 세라믹 프레임체(14)의 결합에 기여하지 않는 외면(6b)으로 습윤 확산되는 것을 방지하고, 유리 결합 영역(6) 내로 충분히 습윤 확산되도록 할 수 있다.
상술한 제1 환형의 홈(7)에 의한 용융 유리의 내측(6a)으로의 습윤 확산 방지 효과에 의해, 전자 부품 수납 패키지(10)의 내부가 유리 재료에 의해 오염되는 것에 의한 수정 진동자 등의 전자 부품(12)의 오작동 등을 방지할 수 있다. 또한, 상술한 제2 환형의 홈(8)에 의한 용융 유리의 외면(6b)으로의 습윤 확산 방지 효과에 의해, 전자 부품 수납 패키지(10)의 외면이 유리 재료에 의해 오염되는 것에 의한 외관 불량을 방지할 수 있다. 또한, 도 3에 도시하는 바와 같은 제1 환형의 홈(7)이나 제2 환형의 홈(8)은 고출력의 레이저 조사에 의해 산화 피막층(4)의 적어도 일부를 제거하는(트리밍) 방법에 의해 간편하게 형성할 수 있다.
(리드의 두께)
본 발명에 있어서, 제1 금속층(2)의 두께와 제2 금속층(3)의 두께의 합계(이하, 「금속층의 두께」라고 함)는 20∼100㎛로 하는 것이 바람직하다. 이러한 금속층의 두께는, 전자 부품 수납 패키지(10)에 요구되고 있는 실용적인 수준의 저배화에 기여하기 위해 적합한 범위이다. 금속층의 두께가 100㎛를 초과하는 경우, 전자 부품 수납 패키지(10)가 대형화되기 쉬우므로 실용적인 수준의 저배화에 기여 할 수 없는 경우가 있다. 금속층의 두께가 20㎛ 미만인 경우, 전자 부품 수납 패키지(10)의 저배화 효과는 나타나지만 강성이 현저하게 저하되므로, 기밀 밀봉용 리드에 요구되는 기계적 강도가 얻어지지 않는 경우가 있다. 저배화와 기계적 강도와의 관계를 고려한 경우, 보다 바람직한 금속층의 두께는 30∼90㎛이다.
또한, 본 발명의 기밀 밀봉용 리드는, 도 2에 도시하는 바와 같이 산화 피막층(4)을 갖고 있다. 상술한 유지 온도가 800∼1150℃인 열처리를 행한 경우, 산화 피막층(4)의 두께는 상식적으로는 0.1∼2㎛ 정도로 된다. 따라서, 리드(1)의 전체 두께에 차지하는 산화 피막층(4)의 두께의 비율, 즉 「산화 피막층의 두께」/(「금속층의 두께」＋「산화 피막층의 두께」)×100으로 구해지는 값(RTO)은, 예를 들어 금속층의 두께가 20㎛이고 산화 피막층(4)의 두께가 2㎛로 큰 경우라도 약 9％(2㎛/(20㎛＋2㎛)×100％)이다. 그로 인해, 상식적으로는, 산화 피막층(4)이 존재함으로써 전자 부품 수납 패키지(10)의 저배화가 지장을 받는 것과 같은 일은 없다.
또한, 본 발명의 기밀 밀봉용 리드는, 제1 금속층(2)과 제2 금속층(3)의 열팽창의 차에 기인하는 리드(1)의 휨을 억제하는 관점에서, 상기한 금속층의 두께에 차지하는 제2 금속층(3)의 두께의 비율, 즉 「제2 금속층의 두께」/「금속층의 두께」×100％로 구해지는 값(RT2)은 작은 쪽이 좋고, 2∼35％인 것이 바람직하다. 예를 들어, 금속층의 두께가 100㎛이고 제2 금속층(3)의 두께는 2㎛였던 경우의 RT2값은 2％이고, 금속층의 두께가 20㎛이고 제2 금속층(3)의 두께는 7㎛였던 경우의 RT2값은 35％이다.
(전자 부품 수납 패키지)
이상 서술한 본 발명의 기밀 밀봉용 리드의 어느 하나의 실시 형태를 사용하여, 도 1에 도시하는 리드(1)를 도 2에 도시하는 리드(1)로 바꾼 구성을 갖는 전자 부품 수납 패키지(10)를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 리드(1)(도 2에 도시하는 리드(1))와, 전자 부품(12)이 수납되어 있는 세라믹 프레임체(14)가 유리 결합층(5)을 통해 결합되어 있는 전자 부품 수납 패키지(10)이다. 또한, 리드(1)의 유리 결합층(5)측이 아닌 반대면에는, 불흑화성을 갖는 제2 금속층(3)이 마련되어 있다. 따라서, 불흑화성을 갖는 제2 금속층(3)의 표면에 레이저 마킹을 행함으로써, 흑색의 레이저 조사 자국인 레이저 마킹의 판독 및 식별을 용이하고 또한 고정밀도로 행할 수 있다.
전자 부품 수납 패키지(10)의 실시 형태에 있어서, 유리 결합층(5)에는 예를 들어 Pb계, Bi계, V계 등의 유리 재료를 사용할 수 있다. 이러한 유리 재료는, 환경 보호의 관점에서, 유해 물질인 Pb가 1000ppm 이하인 것이 바람직하다. 또한, Pb가 1000ppm 이하인 것은, RoHS 지령에 의한다. 또한, 기밀 밀봉시의 밀봉 온도를 낮추는 관점에서, V계의 저융점 유리 재료를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 예를 들어, V계의 V2O5-P2O5-TeO2-Fe2O3의 조성을 갖는 예를 들어 320∼400℃ 정도의 저융점을 갖는 유리 재료는, P2O5나 P2O5-TeO2의 함유량을 변화시킴으로써 350∼420℃ 정도의 온도 영역에서의 기밀 밀봉이 가능하다. 또한, 기밀 밀봉 방법으로서는, 예를 들어, 리드(1)의 산화 피막층(4)의 표면 상에 설정한 유리 결합 영역(6)에, 유리 재료에 바인더 등을 배합하여 조제한 유리 페이스트를 도포하고, 그 리드(1)를 세라믹 프레임체(14)에 접촉시켜 적절한 위치에 배치하고, 유지 온도를 370∼420℃ 정도로 설정하여 유리 페이스트를 리플로우하는 방법을 적용할 수 있다.
[실시예]
이하에 본 발명예를 나타내고, 상세하게 설명한다. 단, 본 발명에 의한 실시 형태는, 여기에 나타내는 본 발명예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명예인 리드(1)는, 재질이 Fe-42Ni-6Cr계 합금(426 합금)인 제1 금속층(2)에 대해 재질이 90질량％를 초과하는 Ni를 포함하고, Cr을 실질적으로 포함하지 않는 제2 금속층(3)을 클래드 접합하고, 프레스 가공에 의해 개편화하였다. 이 개편화된 리드(1)의 제1 금속층(2)의 두께는 77㎛이고, 제2 금속층(3)의 두께는 3㎛이다. 이 개편화된 리드(1)에 대해 유지 온도가 850℃이고, 노점＋23.5℃의 웨트 수소 분위기로 한 노내에서 30분간의 열처리를 행하고, Cr을 포함하는 산화 피막층(4)을 형성하여, 리드(1)를 제작하였다.
제작한 리드(1)에 대해, 제1 금속층(2)의 표면 외관 사진을 도 4에 나타내고, 제2 금속층(3)의 표면 외관 사진을 도 5에 나타낸다. 도 4에 나타내는 바와 같이 제1 금속층(2)의 표면은 상술한 열처리에 의해 흑화되어 있는 것에 반해, 도 5에 나타내는 바와 같이 제2 금속층(3) 표면은 불흑화성을 나타내어 흑화가 억제되어, 열처리 전의 원래의 색조가 어느 정도 유지되어 있었다. 이러한 제2 금속층(3)의 표면에 대해 레이저 조사를 행한 바, 레이저 마킹(레이저 조사 자국)의 판독이나 정보 식별의 해석이 가능했다.
다음으로, 열처리 전후의 제1 금속층(2)의 단면과, 열처리 전후의 제2 금속층(3)의 표면과, 열처리 후에 형성된 산화 피막층(4)의 표면을 측정 대상으로 하여, SEM-EDX에 의해 각각의 분석을 행하였다. SEM-EDX는, 히타치 하이테크놀로지즈사제의 SEM(형식 S-3400N)에 부속되는 호리바 세이사꾸쇼제의 EDX(형식 Emax xact)를 사용하였다. SEM 및 EDX의 여러 조건은, 가속 전압 15kV, 워킹 디스턴스 10㎜, 측정 시간 50sec, 수집 계수율 2∼3kpcs로 하였다. SEM-EDX에서는, 피검체에 있어서 한 변이 10㎛인 영역을 3개소 측정하여 산술적 평균값을 구하고, 그것을 검출값으로 하였다. 제1 금속층(2)의 피검체는, 샘플의 단면을 연마한 후, 산화 피막층(4)과의 대략 경계로부터 제1 금속층(2)의 내부를 향해 약 15㎛ 이동시킨 개소를 중심으로 하여 측정하였다. 제2 금속층(3) 및 산화 피막층(4)의 표면은, 대략 중심 부근을 측정하였다.
표 1에, SEM-EDX에 의한 측정 결과를 나타낸다. 각각에 있어서, 열처리 전후에서 Cr, Fe, Ni, O 이외의 타 원소의 함유 비율이 변화되어 있지만, 이것은 열처리로 내 혹은 대기 중의 오염 물질에 기인하는 표면 오염의 영향이 포함된다고 생각된다. 또한, 열처리 후의 제1 금속층에서는 타 원소의 함유 비율이 작게 되어 있지만, 이것은 연마 후의 연마면을 측정함으로써, 상술한 표면 오염의 영향을 받기 어려웠기 때문이라고 생각된다. 또한, 표 1 중에 나타내는 「－」는, 측정 한계 이하였던 것을 의도한다.
Figure 112015105366124-pat00001
표 1에 나타내는 바와 같이, 열처리 후의 리드(1)의 제2 금속층(3)의 표면은, 10질량％ 이하인 4.44질량％의 Cr이 검출됨과 함께, 65질량％ 이상이며, 본 발명자가 바람직하다고 한 70질량％ 이상의 Ni가 검출되었다. 이러한 제2 금속층(3)의 표면에 레이저 조사를 행하여 레이저 마킹(레이저 조사 자국)의 판독이나 그 정보의 해석을 행한 바, 정보 식별을 정상적으로 행할 수 있었다.
또한, 열처리 후의 제1 금속층(2)의 표면에는, 전체적으로 흑화된 산화 피막층(4)이 형성되어 있고, 10질량％를 초과하여, 20.24질량％의 Cr이 검출되었다. 이러한 산화 피막층(4)의 표면에 레이저 조사를 행하여 레이저 마킹(레이저 조사 자국)의 판독이나 그 정보의 해석을 시도하였지만, 정보의 판별이 곤란하였다. 또한, Cr의 함유 비율이 10질량％를 초과하는 산화 피막층(4)이라도, 기밀 밀봉용 유리 재료를 사용한 용융 유리와의 습윤성은 양호하였다.
상술한 바와 같이 제작한 리드(1)와, 전자 부품 수납 부재(11)를 V2O5-P2O5-TeO2-Fe2O3의 조성을 갖는 유리 재료(연화점 약 320∼360℃)를 사용하여 조제한 유리 페이스트를 사용하여, 유지 온도를 약 400℃로 설정하여 상기 유리 페이스트를 리플로우함으로써 결합하였다. 그 결과, 리드(1)와 전자 부품 수납 부재(11)가 유리 결합층(5)을 통해 결합되어, 기밀 밀봉성이 양호한 상태인 것을 확인할 수 있었다.
1 : 리드
2 : 제1 금속층
3 : 제2 금속층
4 : 산화 피막층
5 : 유리 결합층
6 : 유리 결합 영역
6a : 내측
6b : 외면
7 : 제1 환형의 홈
8 : 제2 환형의 홈
10 : 전자 부품 수납 패키지
11 : 전자 부품 수납 부재
11a : 전자 부품 수납부
12 : 전자 부품
13 : 범프
14 : 세라믹 프레임체

Claims (13)

  1. 평판 형상의 제1 금속층과, 상기 제1 금속층의 평판 형상의 한쪽 면에 구비되는 제2 금속층과, 상기 제1 금속층의 평판 형상의 다른 쪽 면에 구비되는 산화 피막층을 갖고,
    상기 제1 금속층의 단면은 SEM-EDX에 의해 2∼8질량％의 Cr 및 35질량％ 이상 50질량％ 이하의 Ni이 검출되고, 상기 제2 금속층의 표면은 SEM-EDX에 의해 10질량％ 이하의 Cr 및 65질량％ 이상 90질량％ 이하의 Ni이 검출되고, 상기 산화 피막층의 표면은 SEM-EDX에 의해 10질량％를 초과하는 Cr이 검출되는, 기밀 밀봉용 리드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화 피막층이 구비되는 면에는 환형의 홈을 갖는, 기밀 밀봉용 리드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 환형의 홈을 복수 갖는, 기밀 밀봉용 리드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속층의 두께와 상기 제2 금속층의 두께의 합계가 20∼100㎛인, 기밀 밀봉용 리드.
  5. 단면의 SEM-EDX에 의해 검출되는 Cr이 2∼8질량％인 평판 형상의 제1 금속층의 한쪽 면에, 표면의 SEM-EDX에 의해 검출되는 Cr이 1질량％ 이하인 제2 금속층을 결합한 후, 유지 온도가 800℃ 이상 1150℃ 이하인 선택 산화성 분위기에서의 열처리를 행하고, 상기 제1 금속층의 평판 형상의 다른 쪽 면에 표면의 SEM-EDX에 의해 검출되는 Cr이 10질량％를 초과하는 산화 피막층을 형성함과 함께, SEM-EDX에 의해 상기 제2 금속층의 표면에서 검출되는 Cr이 10질량％ 이하로 되도록 형성하는, 기밀 밀봉용 리드의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 금속층에 대응하는 평판 형상의 제1 금속 소재의 한쪽 면에, 상기 제2 금속층에 대응하는 평판 형상의 제2 금속 소재를 클래드 접합함으로써, 상기 제1 금속층의 한쪽 면에 상기 제2 금속층이 결합된 구성으로 하는, 기밀 밀봉용 리드의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 금속층의 평판 형상의 한쪽 면을 노출시키고, 다른 쪽 면을 마스킹한 상태에서, 상기 제2 금속층에 대응하는 금속 도금을 행함으로써, 상기 제1 금속층의 평판 형상의 한쪽 면에 상기 제2 금속층이 결합된 구성으로 하는, 기밀 밀봉용 리드의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 열처리는, (노점＋10)℃∼(노점＋40)℃로 제어된 웨트 수소 분위기에서 행해지는, 기밀 밀봉용 리드의 제조 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 산화 피막층이 구비되는 표면의 일부를 제거함으로써 환형의 홈을 형성하는, 기밀 밀봉용 리드의 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 기밀 밀봉용 리드와, 전자 부품이 수납된 세라믹 프레임체가, 유리 결합층을 통해 결합되어 있는, 전자 부품 수납 패키지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유리 결합층의 열팽창 계수 α1(/℃)과 상기 제1 금속층의 열팽창 계수 α2(/℃)가 30∼250℃의 온도 범위에 있어서 -15×10-7≤α2-α1≤5×10-7의 관계를 만족시키는, 전자 부품 수납 패키지.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 유리 결합층의 열팽창 계수 α1(/℃)과 상기 세라믹 프레임체의 열팽창 계수 α3(/℃)이 30∼250℃의 온도 범위에 있어서 0≤α1-α3≤10×10-7의 관계를 만족시키는, 전자 부품 수납 패키지.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 유리 결합층은 Pb가 1000ppm 이하인 유리 재료인, 전자 부품 수납 패키지.
KR1020150151176A 2014-10-30 2015-10-29 기밀 밀봉용 리드 및 그 제조 방법, 그것을 사용한 전자 부품 수납 패키지 KR101799645B1 (ko)

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