KR101941805B1 - 기밀 밀봉용 덮개재 및 전자 부품 수납 패키지 - Google Patents

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히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

이 기밀 밀봉용 덮개재(1)는, 4질량％ 이상의 Cr을 함유하는 Fe 합금에 의해 형성된 기재층(11)과, 기재층의 전자 부품 수납 부재측의 표면 상에 대하여, 중간층(12)을 통해 접합된 은납층(13)을 구비하는 클래드재(10)에 의해 형성된다.

Description

기밀 밀봉용 덮개재 및 전자 부품 수납 패키지{HERMETIC SEALING LID MEMBER AND ELECTRONIC COMPONENT HOUSING PACKAGE}
본 발명은, 기밀 밀봉용 덮개재 및 그것을 사용한 전자 부품 수납 패키지에 관한 것이다.
종래, 전자 부품 수납 패키지에 사용되는 기밀 밀봉용 덮개재가 알려져 있다. 그러한 기밀 밀봉용 덮개재는, 예를 들어 일본 특허 제3850787호 공보에 개시되어 있다.
일본 특허 제3850787호 공보에는, 세라믹스에 의해 형성된 케이스에 시일 링을 사용하지 않고 직접적으로 브레이징 접합된 덮개재가 개시되어 있다. 이 덮개재는, 코바르(등록 상표)에 의해 형성된 기재층과, Cu에 의해 형성되며, 기재층의 표면에 직접적으로 접합된 중간 금속층과, 은납 합금에 의해 형성되고, 중간 금속층의 기재층과는 반대측 표면에 직접적으로 접합된 납재층이 접합된 클래드재에 의해 형성되어 있다. 또한, 덮개재에서는, 중간 금속층 및 기재층의 측면이나 은납층이 외부에 노출되어 있다.
일본 특허 제3850787호 공보
그러나, 일본 특허 제3850787호 공보에 개시된 덮개재에서는, Cu에 의한 중간 금속층이나 은납 합금에 의한 납재층에서는 특별히 문제가 되고 있지는 않지만, 기재층이 내식성이 낮은 코바르에 의해 형성되어 있는 동시에, 덮개재의 측면이 외부에 노출되어 있기 때문에, 예를 들어 염수(해수)가 가해지는 장소 등 가혹한 환경 하에서는, 기재층이 부식되어 버릴 경우가 있다는 문제점이 있다. 이 경우, 케이스와 덮개재가 사용된 전자 부품 수납 패키지의 기밀 밀봉성이 저하될 우려가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 본 발명의 하나의 목적은, 시일 링을 사용하지 않고 직접적으로 전자 부품 수납 부재에 브레이징 접합하는 것이 가능한 기밀 밀봉용 덮개재이며, 기재층의 부식을 억제하는 것이 가능한 기밀 밀봉용 덮개재, 및 그 기밀 밀봉용 덮개재를 사용한 전자 부품 수납 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재는, 전자 부품을 수납하기 위한 전자 부품 수납 부재를 포함하는 전자 부품 수납 패키지에 사용되는 기밀 밀봉용 덮개재이며, 4질량％ 이상의 Cr을 함유하는 Fe 합금에 의해 형성된 기재층과, 기재층의 전자 부품 수납 부재측의 한쪽 표면 상에 대하여, Cu에 의해 형성된 중간층을 통해 접합되거나, 또는 직접적으로 접촉한 상태에서 접합된 은납층을 구비하는 클래드재에 의해 형성된다.
본 발명의 제1 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재에서는, 상기한 바와 같이, 기재층을, 4질량％ 이상의 Cr을 함유하는 Fe 합금에 의해 형성함으로써, 기재층의 내식성을 확실하게 향상시킬 수 있으므로, 가혹한 환경 하에서도, 기재층이 부식되는 것을 억제할 수 있다. 이것은, 실험에 의해 충분히 확인된다. 이에 의해, 부식에 기인하는 기밀 밀봉용 덮개재의 열화를 억제할 수 있으므로, 기밀 밀봉용 덮개재가 사용되는 전자 부품 수납 패키지의 기밀 밀봉성이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 기재층의 전자 부품 수납 부재측의 한쪽 표면 상에 대하여, Cu에 의해 형성된 중간층을 통해 접합되거나, 또는 직접적으로 접촉한 상태에서 접합된 은납층에 의해, 시일 링을 사용하지 않고 직접적으로 기밀 밀봉용 덮개재를 전자 부품 수납 부재에 브레이징 접합시킬 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재에 있어서, 바람직하게는, 기재층은, 4질량％ 이상 20질량％ 이하의 Cr을 함유하는 Fe 합금에 의해 형성되어 있다. 이렇게 구성하면, Cr의 함유율이 20질량％를 초과하여 커지는 것에 기인하여 기재층의 열팽창 계수가 커지게 되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 세라믹스 등의 저열 팽창 재료에 의해 형성된 전자 부품 수납 부재와, 기밀 밀봉용 덮개재와의 열팽창차가 커지게 되는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 기밀 밀봉용 덮개재와 전자 부품 수납 부재의 사이에 발생하는 열응력을 작게 할 수 있으므로, 열응력에 기인하여 전자 부품 수납 패키지의 기밀 밀봉성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
이 경우, 바람직하게는, 기재층은, 6질량％ 이상 10질량％ 이하의 Cr을 함유하는 Fe 합금에 의해 형성되어 있다. 이렇게 구성하면, 기재층의 Cr의 함유율을 6질량％ 이상으로 함으로써, 기재층의 내식성을 확실하게 향상시킬 수 있다. 또한, 기재층의 Cr의 함유율을 10질량％ 이하로 함으로써, 기재층의 열팽창 계수가 커지는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재에 있어서, 바람직하게는, 기재층은, 4질량％ 이상의 Cr에 더하여, Ni를 더 함유하는 Fe 합금에 의해 형성되어 있다. 이렇게 구성하면, 기재층의 Cr의 함유율을 4질량％ 이상으로 함으로써 기재층이 충분한 내식성을 확보하면서, 기재층의 Fe 합금에 Ni를 함유시킴으로써, 기재층의 열팽창 계수가 커지는 것을 억제할 수 있다.
이 경우, 바람직하게는, 기재층은, 4질량％ 이상의 Cr에 더하여, 36질량％ 이상 48질량％ 이하의 Ni를 더 함유하는 Fe 합금에 의해 형성되어 있다. 더욱 바람직하게는, 기재층은, 4질량％ 이상의 Cr에 더하여, 40질량％ 이상 48질량％ 이하의 Ni를 더 함유하는 Fe 합금에 의해 형성되어 있다. 이들과 같이 구성하면, 기재층의 Cr의 함유율을 4질량％ 이상으로 함으로써 기재층의 충분한 내식성을 확보하면서, 기재층의 Ni의 함유율을 36질량％ 이상 48질량％ 이하(보다 바람직하게는, 40질량％ 이상 48질량％ 이하)로 함으로써 기재층의 열팽창 계수가 커지는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 기재층이 Cr에 더하여 Ni를 함유하는 Fe 합금에 의해 형성되어 있는 구성에 있어서, 바람직하게는, 기재층은, 4질량％ 이상의 Cr과 Ni에 더하여, Co를 더 함유하는 Fe 합금에 의해 형성되어 있다. 이렇게 구성하면, 기재층을 구성하는 Fe 합금에 Ni뿐만 아니라 Co를 함유시킴으로써, 기재층의 열팽창 계수가 커지는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
이 경우, 바람직하게는, 기재층은, 4질량％ 이상의 Cr 및 36질량％ 이상 48질량％ 이하의 Ni에 더하여, 6질량％ 이상 18질량％ 이하의 Co를 더 함유하는 Fe 합금에 의해 형성되어 있다. 이렇게 구성하면, 기재층의 열팽창 계수가 커지는 것을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재에 있어서, 바람직하게는, 기재층은, Ni 및 Co를 함유하지 않고, 16질량％ 이상 20질량％ 이하의 Cr을 적어도 함유하는 Cr-Fe 합금에 의해 형성되어 있다. 이렇게 구성하면, 기재층의 내식성을 보다 확실하게 확보할 수 있음과 아울러, 예를 들어 400℃ 이상의 고온 환경 하에 배치된 경우에 있어서, 기재층의 열팽창을 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재에 있어서, 바람직하게는, 은납층은, 99.95질량％ 이상의 Cu를 함유하는 순 Cu에 의해 형성된 중간층을 통해 기재층에 접합되어 있다. 이렇게 구성하면, 중간층을 충분히 유연하게 할 수 있으므로, 유연한 중간층에 의해, 기밀 밀봉용 덮개재와 전자 부품 수납 부재와의 열팽창차에 기인하는 열응력을 충분히 완화시킬 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재에 있어서, 바람직하게는, 중간층의 두께는, 5㎛ 이상 50㎛ 이하이다. 보다 바람직하게는, 중간층의 두께는, 10㎛ 이상 30㎛ 이하이다. 이들과 같이 구성하면, 중간층의 두께를 5㎛ 이상(보다 바람직하게는, 10㎛ 이상)으로 함으로써, 중간층의 두께를 충분히 확보할 수 있으므로, 기밀 밀봉용 덮개재와 전자 부품 수납 부재와의 열팽창차에 기인하는 열응력을 충분히 완화시킬 수 있다. 또한, 중간층의 두께를 50㎛ 이하(보다 바람직하게는, 30㎛ 이하)로 함으로써, 필요 이상으로 중간층이 형성되는 것을 억제할 수 있으므로, 기밀 밀봉용 덮개재가 두께 방향으로 대형화되는 것을 억제할 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재에 있어서, 바람직하게는, 은납층은, Ag 및 Cu를 함유하고 있다. 이렇게 구성하면, 은납층의 융점을 저하시킬 수 있으므로, 기밀 밀봉용 덮개재와 전자 부품 수납 부재와의 브레이징 접합시에 있어서, 기밀 밀봉용 덮개재의 승온 및 전자 부품 수납 부재의 승온을 억제한 상태에서, 용융된 은납층에 의해, 기밀 밀봉용 덮개재와 전자 부품 수납 부재를 브레이징 접합시킬 수 있다. 이에 의해, 기밀 밀봉용 덮개재와 전자 부품 수납 부재와의 열팽창차에 기인하는 열응력을 충분히 작게 할 수 있다.
이 경우, 바람직하게는, 은납층은, Ag, Cu에 더하여 Sn을 함유하고 있다. 이렇게 구성하면, 은납층의 융점을 더 저하시킬 수 있으므로, 기밀 밀봉용 덮개재와 전자 부품 수납 부재와의 열팽창차에 기인하는 열응력을 더욱 작게 할 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재에 있어서, 바람직하게는, 클래드재는, 기재층의 전자 부품 수납 부재와는 반대측 표면에 접합되고, Ni 또는 Ni 합금으로 구성된 표면층을 더 구비한다. 이렇게 구성하면, Ni 또는 Ni 합금으로 구성된 표면층에 의해, 기재층의 전자 부품 수납 부재와는 반대측 표면에 있어서의 부식을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 또한, 기밀 밀봉용 덮개재와 전자 부품 수납 부재를 심 용접에 의해 브레이징 접합시킬 경우에는, Ni 또는 Ni 합금으로 구성된 표면층에 의해, 기밀 밀봉용 덮개재와 롤러 전극과의 접촉 저항을 작게 할 수 있으므로, 기밀 밀봉용 덮개재와 롤러 전극의 사이에 스파크 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 제2 국면에 의한 전자 부품 수납 패키지는, 전자 부품을 수납하기 위한 전자 부품 수납 부재와, 4질량％ 이상의 Cr을 함유하는 Fe 합금에 의해 형성된 기재층과, 기재층의 전자 부품 수납 부재측의 한쪽 표면 상에 대하여, Cu에 의해 형성된 중간층을 통해 접합되거나, 또는 직접적으로 접촉한 상태에서 접합된 은납층을 구비하는 클래드재에 의해 형성되고, 전자 부품 수납 부재에 대하여 은납층을 통해 접합되는, 기밀 밀봉용 덮개재를 구비한다.
본 발명의 제2 국면에 의한 전자 부품 수납 패키지에서는, 상기 제1 국면에 의한 기재층이 부식되는 것이 억제된 기밀 밀봉용 덮개재를 사용함으로써, 부식에 기인하는 기밀 밀봉용 덮개재의 열화를 억제할 수 있으므로, 기밀 밀봉용 덮개재가 사용되는 전자 부품 수납 패키지의 기밀 밀봉성이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 기밀 밀봉용 덮개재에 기재층의 전자 부품 수납 부재측의 한쪽 표면 상에 대하여, Cu에 의해 형성된 중간층을 통해 접합되거나, 또는 직접적으로 접촉한 상태에서 접합된 은납층을 마련함으로써, 시일 링을 사용하지 않고 직접적으로 기밀 밀봉용 덮개재가 전자 부품 수납 부재에 브레이징 접합된 전자 부품 수납 패키지를 얻을 수 있다.
상기 제2 국면에 의한 전자 부품 수납 패키지에 있어서, 바람직하게는, 기재층은, 4질량％ 이상 20질량％ 이하의 Cr을 함유하는 Fe 합금에 의해 형성되어 있다. 이렇게 구성하면, Cr의 함유율이 20질량％를 초과해서 커지는 것에 기인하여 기재층의 열팽창 계수가 커지는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 세라믹스 등의 저열 팽창 재료에 의해 형성된 전자 부품 수납 부재와, 기밀 밀봉용 덮개재와의 열팽창차가 커지는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 기밀 밀봉용 덮개재와 전자 부품 수납 부재의 사이에 발생하는 열응력을 작게 할 수 있으므로, 열응력에 기인하여 전자 부품 수납 패키지의 기밀 밀봉성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
상기 제2 국면에 의한 전자 부품 수납 패키지에 있어서, 바람직하게는 기재층은, 4질량％ 이상의 Cr에 더하여, Ni를 더 함유하는 Fe 합금에 의해 형성되어 있다. 이렇게 구성하면, 기재층의 Cr의 함유율을 4질량％ 이상으로 함으로써 기재층의 충분한 내식성을 확보하면서, 기재층의 Fe 합금에 Ni를 함유시킴으로써, 기재층의 열팽창 계수가 커지게 되는 것을 억제할 수 있다.
이 경우, 바람직하게는, 기재층은, 4질량％ 이상의 Cr과 Ni에 더하여, Co를 더 함유하는 Fe 합금에 의해 형성되어 있다. 이렇게 구성하면, 기재층을 구성하는 Fe 합금에 Ni뿐만 아니라 Co를 함유시킴으로써, 기재층의 열팽창 계수가 커지는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 제2 국면에 의한 전자 부품 수납 패키지에 있어서, 바람직하게는 클래드재는, 기재층의 전자 부품 수납 부재와는 반대측 표면에 접합되고, Ni 또는 Ni 합금으로 구성된 표면층을 더 구비한다. 이렇게 구성하면, Ni 또는 Ni 합금으로 구성된 표면층에 의해, 기재층의 전자 부품 수납 부재와는 반대측 표면에 있어서의 부식을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 또한, 기밀 밀봉용 덮개재와 전자 부품 수납 부재를 심 용접에 의해 브레이징 접합함으로써 전자 부품 수납 패키지를 제작하는 경우에는, Ni 또는 Ni 합금으로 구성된 표면층에 의해, 기밀 밀봉용 덮개재와 롤러 전극과의 접촉 저항을 작게 할 수 있으므로, 기밀 밀봉용 덮개재와 롤러 전극의 사이에 스파크 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 시일 링을 사용하지 않고, 직접적으로 전자 부품 수납 부재에 브레이징 접합하는 것이 가능하고, 또한 기재층의 부식을 억제하는 것이 가능한 기밀 밀봉용 덮개재, 및 그 기밀 밀봉용 덮개재를 사용한 전자 부품 수납 패키지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 기밀 밀봉용 덮개재의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 300-300선을 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 전자 부품 수납 패키지의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태 변형예에 의한 기밀 밀봉용 덮개재의 층구조를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 기밀 밀봉용 덮개재의 층구조를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 효과를 확인하기 위해 행한 기밀 밀봉용 덮개재의 기재층의 내식성 시험의 결과를 나타낸 표이다.
도 7은 본 발명의 효과를 확인하기 위해 행한 기밀 밀봉용 덮개재의 기재층의 평균 열팽창 계수를 나타낸 표이다.
이하, 본 발명을 구체화한 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
[제1 실시 형태]
(기밀 밀봉용 덮개재의 구조)
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 기밀 밀봉용 덮개재(1)의 구조를 설명한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 의한 기밀 밀봉용 덮개재(1)는, 후술하는 전자 부품(20)을 수납하기 위한 전자 부품 수납 부재(30)를 포함하는 전자 부품 수납 패키지(100)(도 3 참조)에 사용된다.
기밀 밀봉용 덮개재(1)는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 평판 형상의 클래드재(10)로 구성되어 있다. 구체적으로는, 기밀 밀봉용 덮개재(1)는, 기재층(11)과, 기재층(11)의 하면(11a)(Z2측의 면, 전자 부품 수납 부재(30)측의 면)에 직접적으로 접촉하도록 접합된 중간층(12)과, 중간층(12)의 하면(12a)에 직접적으로 접촉하도록 접합된 은납층(13)과, 기재층(11)의 상면(11b)(Z1측의 면, 전자 부품 수납 부재(30)와는 반대측의 면)에 직접적으로 접촉하도록 접합된 표면층(14)으로 구성된, 4층 구조의 클래드재에 의해 형성되어 있다. 여기서, 클래드재(10)의 측면에는 Ni 도금층 등은 마련되지 않고, 그 결과, 클래드재(10)에 있어서, 기재층(11)의 측면(11c), 중간층(12)의 측면(12b), 은납층(13) 및 표면층(14)은 외부에 노출되어 있다. 또한, 하면(11a)은 본 발명의 「표면」의 일례이다.
기재층(11)은, 클래드재(10)의 기계적 강도나 열팽창률 등의 파라미터를 주로 결정하는 층이다.
여기서, 제1 실시 형태에서는, 기재층(11)은, 내식성을 충분히 확보하기 위해서 4질량％ 이상의 Cr을 적어도 함유하는 Fe 합금에 의해 형성되어 있다. 여기서, 기재층(11)이 4질량％ 이상의 Cr을 함유함으로써, 노출되는 측면(11c)이 주로 Cr2O3을 포함하는 부동태막이 형성됨으로써, 기재층(11)의 측면(11c)의 내식성이 향상된다. 또한, 기재층(11)을 구성하는 Fe 합금의 Cr의 함유율은, 내식성을 보다 향상시키기 위해서, 4질량％ 이상 약 20질량％ 이하인 것이 바람직하고, 약 6질량％ 이상 약 10질량％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 기재층(11)을 구성하는 Fe 합금이 후술하는 Ni 및 Co를 함유하지 않을 경우에는, Fe 합금의 Cr의 함유율은, 약 16질량％ 이상 약 20질량％ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 기재층(11)은, 4질량％ 이상의 Cr에 더하여, 내식성을 향상시키며, 또한 열팽창 계수를 작게 하기 위해서, Ni를 더 함유하는 Fe 합금에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 이 때, 기재층(11)의 Fe 합금에 있어서의 Ni의 함유율은, 약 36질량％ 이상 약 48질량％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 약 40질량％ 이상 약 48질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 기재층(11)은, 열팽창 계수를 보다 작게 하기 위해서, 4질량％ 이상의 Cr과, Ni에 더하여, Co를 더 함유하는 Fe 합금에 의해 형성되는 것이 보다 바람직하다. 이 때, 기재층(11)의 Fe 합금에 있어서의 Co의 함유율은, 약 6질량％ 이상 약 18질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
중간층(12)은, 약 99.90％ 이상의 Cu로 구성되는 터프 피치 구리나 인탈산구리, 약 99.95％ 이상의 Cu로 구성되는 무산소동 등의 순 Cu에 의해 형성되어 있다. 또한, 중간층(12)은, 보다 고순도의 무산소동에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 이에 의해, Ni나 Ni 합금으로부터 중간층이 구성되어 있는 경우에 비해, 중간층(12)을 충분히 유연(저내력)하게 하는 것이 가능하다. 또한, 중간층(12)이 순 Cu로 구성되어 있는 것에 의해, 중간층(12)이 노출되는 측면(12b)은, 충분한 내식성을 갖고 있다. 또한, 중간층(12)의 Z 방향의 두께는, 후술하는 열응력의 완화를 위해서, 대략 5㎛ 이상 50㎛ 이하의 두께인 것이 바람직하고, 대략 10㎛ 이상 30㎛ 이하의 두께인 것이 보다 바람직하다. 또한, 중간층(12)의 두께는, 클래드재(10)의 Z 방향의 두께의 30％ 정도인 것이 바람직하다.
은납층(13)은, Ag, 불가피 불순물 및 잔부 Cu를 포함하는 Ag-Cu 합금, 또는 Ag, Sn, 불가피 불순물 및 잔부 Cu를 포함하는 Ag-Sn-Cu 합금을 포함하는 은납재에 의해 형성되어 있다. 예를 들어, 은납재는, 약 72질량％의 Ag, 불가피 불순물 및 잔부 Cu를 포함하는 72Ag-Cu 합금이나, 약 85질량％의 Ag, 불가피 불순물 및 잔부 Cu를 포함하는 85Ag-Cu 합금 등에 의해 형성되어 있다. 또한, 예를 들어 은납재는, 약 67질량％의 Ag, 약 4질량％의 Sn, 불가피 불순물 및 잔부 Cu를 포함하고, 가공성이 양호한 67Ag-4Sn-Cu 합금에 의해 형성되어 있다. 또한, 은납층(13)이 Ag-Cu 합금 또는 Ag-Sn-Cu 합금으로 구성되어 있음으로써, 노출되는 은납층(13)은, 충분한 내식성을 갖고 있다. 또한, 은납재의 융점은, 약 780℃ 이하이다. 여기서, Ag-Sn-Cu 합금에 의해 형성되는 은납재의 융점은, Ag-Cu 합금에 의해 형성되는 은납재의 융점보다도 낮다.
표면층(14)은, 순 Ni 또는 Ni 합금에 의해 형성되어 있다. 또한, 표면층(14)이 순 Ni 또는 Ni 합금으로 구성되어 있음으로써, 노출되는 표면층(14)은, 충분한 내식성을 갖고 있다. 이 표면층(14)은, 후술하는 다이렉트 심 용접시에, 기밀 밀봉용 덮개재(1)와 롤러 전극(도시하지 않음)과의 접촉 저항을 작게 함으로써, 기밀 밀봉용 덮개재(1)와 롤러 전극의 사이에 스파크 등이 발생하는 것을 억제하는 기능을 갖고 있다.
이 결과, 클래드재(10)에 있어서 외부에 노출되는 기재층(11)의 측면(11c), 중간층(12)의 측면(12b), 은납층(13) 및 표면층(14)이 모두, 충분한 내식성을 갖고 있음으로써, 기밀 밀봉용 덮개재(1)의 부식이 억제되고 있다.
(전자 부품 수납 패키지의 구조)
이어서, 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 기밀 밀봉용 덮개재(1)가 사용되는 전자 부품 수납 패키지(100)의 구조를 설명한다.
제1 실시 형태에 의한 전자 부품 수납 패키지(100)는, 상기한 기밀 밀봉용 덮개재(1)와, 수정 진동자나 SAW 필터(표면 탄성파 필터) 등의 전자 부품(20)을 수납하기 위한 전자 부품 수납 부재(30)를 구비하고 있다. 전자 부품 수납 패키지(100)에서는, 기밀 밀봉용 덮개재(1)는, 기밀 밀봉용 덮개재(1)의 은납층(13)이 전자 부품 수납 부재(30)측(하측, Z2측)이 되도록, 전자 부품 수납 부재(30) 상에 배치되어 있다.
전자 부품 수납 부재(30)는, 세라믹스(Al2O3)에 의해 형성되어 있다. 또한, 전자 부품 수납 부재(30)는, 상측(Z1측)에 개구를 갖는 오목부(30a)가 형성된 상자 형상을 갖고 있다. 오목부(30a) 내에서는, 전자 부품(20)이 범프(40)에 의해 고정되어 있다.
또한, 기밀 밀봉용 덮개재(1)는, 전자 부품 수납 부재(30)의 프레임 형상의 상면(30b) 상에 배치된 상태에서, 저항 용접의 1종인 심 용접에 의해 용접(다이렉트 심 용접)됨으로써 전자 부품 수납 부재(30)에 대하여 브레이징 접합되어 있다. 즉, 심 용접에 의해, 기밀 밀봉용 덮개재(1)의 은납층(13)의 은납재가 용융되어, 전자 부품 수납 부재(30)의 상면(30b) 상에 접합되어 있다. 또한, 심 용접시, Ni 또는 Ni 합금으로 구성된 표면층(14)과 롤러 전극(도시하지 않음)의 사이에 전류가 흐름으로써, 은납층(13)의 은납재가 용융된다. 또한, 기밀 밀봉용 덮개재(1)와 전자 부품 수납 부재(30)는, 시일 링을 통하지 않고 직접적으로 접합되어 있다.
또한, 전자 부품 수납 부재(30)의 상면(30b) 상에, 기밀 밀봉용 덮개재(1)와 전자 부품 수납 부재(30)와의 브레이징 접합을 양호하게 하기 위해서, 메탈라이즈층을 형성해도 된다. 또한, 메탈라이즈층은, 전자 부품 수납 부재(30)의 상면(30b)측으로부터 W층, Ni층 및 Au층(도시하지 않음)이 이 순서대로 적층된 구조를 갖는다.
또한, 기밀 밀봉용 덮개재(1)의 은납층(13)이 용융될 때의 열이 기밀 밀봉용 덮개재(1) 및 전자 부품 수납 부재(30)에 가해지고, 기밀 밀봉용 덮개재(1) 및 전자 부품 수납 부재(30)가 함께 열팽창된다. 이 때, 기밀 밀봉용 덮개재(1)(기재층(11))와 전자 부품 수납 부재(30)와의 열팽창차에 기인하는 열응력이 발생한다. 여기서, 제1 실시 형태에서는, 상기한 바와 같이, 충분히 유연한 순 Cu를 포함하는 중간층(12)을 마련함으로써, 중간층(12)이 기재층(11)의 변형에 추종하여 용이하게 소성 변형되고, 그 결과, 기밀 밀봉용 덮개재(1)에 발생하는 열응력이 완화된다. 따라서, 상기 제1 실시 형태에서는, 기밀 밀봉용 덮개재(1)(기재층(11))와 전자 부품 수납 부재(30) 사이의 열팽창차가 다소 존재하고 있다고 해도, 전자 부품 수납 패키지(100)의 기밀 밀봉성이 저하되는 것을 충분히 억제하는 것이 가능하다.
제1 실시 형태에서는, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
제1 실시 형태에서는, 상기한 바와 같이, 기재층(11)을 4질량％ 이상의 Cr을 적어도 함유하는 Fe 합금에 의해 형성한다. 이에 의해, 기재층(11)의 내식성을 확실하게 향상시킬 수 있으므로, 가혹한 환경 하에서도, 기재층(11)이 부식되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 부식에 기인하는 기밀 밀봉용 덮개재(1)의 열화를 억제할 수 있으므로, 기밀 밀봉용 덮개재(1)가 사용되는 전자 부품 수납 패키지(100)의 기밀 밀봉성이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 기재층(11)의 전자 부품 수납 부재(30)측의 하면(11a) 상에 대하여, Cu에 의해 형성된 중간층(12)을 통해 접합되는 은납층(13)에 의해, 시일 링을 사용하지 않고 직접적으로 기밀 밀봉용 덮개재(1)를 전자 부품 수납 부재(30)에 브레이징 접합시킬 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 기재층(11)을, 4질량％ 이상 약 20질량％ 이하의 Cr을 함유하는 Fe 합금에 의해 형성하면, Cr의 함유율이 약 20질량％를 초과해서 커지는 것에 기인하여 기재층(11)의 열팽창 계수가 커지는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 세라믹스에 의해 형성된 전자 부품 수납 부재(30)와, 기밀 밀봉용 덮개재(1)와의 열팽창차가 커지는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 기밀 밀봉용 덮개재(1)와 전자 부품 수납 부재(30)의 사이에 발생하는 열응력을 작게 할 수 있으므로, 열응력에 기인하여 전자 부품 수납 패키지(100)의 기밀 밀봉성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 기재층(11)을, 약 6질량％ 이상 약 10질량％ 이하의 Cr을 함유하는 Fe 합금에 의해 형성하면, 기재층(11)의 내식성을 확실하게 향상시킬 수 있음과 아울러, 기재층(11)의 열팽창 계수가 커지는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 기재층(11)을, 4질량％ 이상의 Cr에 더하여, Ni를 더 함유하는 Fe 합금에 의해 형성하면, 기재층(11)의 Cr의 함유율을 4질량％ 이상으로 함으로써 기재층(11)의 충분한 내식성을 확보하면서, 기재층(11)의 Fe 합금에 Ni를 함유시킴으로써, 기재층(11)의 열팽창 계수가 커지는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 기재층(11)을, 4질량％ 이상의 Cr에 더하여, 약 36질량％ 이상 약 48질량％ 이하(보다 바람직하게는, 약 40질량％ 이상 약 48질량％ 이하)의 Ni를 더 함유하는 Fe 합금에 의해 형성하면, 기재층(11)의 Cr의 함유율을 4질량％ 이상으로 함으로써 기재층(11)의 충분한 내식성을 확보하면서, 기재층(11)의 Ni의 함유율을 약 36질량％ 이상 약 48질량％ 이하(보다 바람직하게는, 약 40질량％ 이상 약 48질량％ 이하)로 함으로써 기재층(11)의 열팽창 계수가 커지는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 기재층(11)을, 4질량％ 이상의 Cr과 Ni에 더하여, Co를 더 함유하는 Fe 합금에 의해 형성하면, 기재층(11)을 구성하는 Fe 합금에 Ni뿐만 아니라 Co를 함유시킴으로써, 기재층(11)의 열팽창 계수가 커지는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 기재층(11)을, 4질량％ 이상의 Cr 및 약 36질량％ 이상 약 48질량％ 이하의 Ni에 더하여, 약 6질량％ 이상 약 18질량％ 이하의 Co를 더 함유하는 Fe 합금에 의해 형성하면, 기재층(11)의 열팽창 계수가 커지는 것을 더 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 기재층(11)을, Ni 및 Co를 함유하지 않고, 약 16질량％ 이상 약 20질량％ 이하의 Cr을 적어도 함유하는 Cr-Fe 합금에 의해 형성하면, 기재층(11)의 내식성을 보다 확실하게 확보할 수 있음과 아울러, 약 400℃ 이상의 고온 환경 하에 배치된 경우에 있어서, 기재층(11)의 열팽창을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 은납층(13)을, 약 99.95질량％ 이상의 Cu를 함유하는 순 Cu에 의해 형성된 중간층(12)을 통해 기재층(11)에 접합시키면, 중간층(12)을 충분히 유연하게 할 수 있으므로, 유연한 중간층(12)에 의해, 기밀 밀봉용 덮개재(1)와 전자 부품 수납 부재(30)와의 열팽창차에 기인하는 열응력을 충분히 완화시킬 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 중간층(12)의 Z 방향의 두께를 약 5㎛ 이상(보다 바람직하게는, 약 10㎛ 이상)으로 하면, 중간층(12)의 두께를 충분히 확보할 수 있으므로, 기밀 밀봉용 덮개재(1)와 전자 부품 수납 부재(30)와의 열팽창차에 기인하는 열응력을 충분히 완화시킬 수 있다. 또한, 중간층(12)의 Z 방향의 두께를 약 50㎛ 이하(보다 바람직하게는, 약 30㎛ 이하)로 하면, 필요 이상으로 중간층(12)이 형성되는 것을 억제할 수 있으므로, 기밀 밀봉용 덮개재(1)가 두께 방향(Z 방향)으로 대형화되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 은납층(13)이, Ag 및 Cu를 함유함으로써, 은납층(13)의 융점을 저하시킬 수 있으므로, 기밀 밀봉용 덮개재(1)와 전자 부품 수납 부재(30)와의 브레이징 접합시에 있어서, 기밀 밀봉용 덮개재(1)의 승온 및 전자 부품 수납 부재(30)의 승온을 억제한 상태에서, 용융된 은납층(13)에 의해, 기밀 밀봉용 덮개재(1)와 전자 부품 수납 부재(30)를 브레이징 접합시킬 수 있다. 이에 의해, 기밀 밀봉용 덮개재(1)와 전자 부품 수납 부재(30)와의 열팽창차에 기인하는 열응력을 충분히 작게 할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 은납층(13)이 Ag, Cu에 더하여 Sn을 함유하면, 은납층(13)의 융점을 더 저하시킬 수 있으므로, 기밀 밀봉용 덮개재(1)와 전자 부품 수납 부재(30)와의 열팽창차에 기인하는 열응력을 더욱 작게 할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 클래드재(10)에, 기재층(11)의 전자 부품 수납 부재(30)와는 반대측(Z1측)의 상면(11b)에 접합되고, Ni 또는 Ni 합금으로 구성된 표면층(14)을 마련한다. 이에 의해, Ni 또는 Ni 합금으로 구성된 표면층(14)에 의해, 기재층(11)의 상면(11b)에 있어서의 부식을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 또한, 기밀 밀봉용 덮개재(1)와 전자 부품 수납 부재(30)를 심 용접에 의해 브레이징 접합할 때에, Ni 또는 Ni 합금으로 구성된 표면층(14)에 의해, 기밀 밀봉용 덮개재(1)와 롤러 전극과의 접촉 저항을 작게 할 수 있으므로, 기밀 밀봉용 덮개재(1)와 롤러 전극의 사이에 스파크 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
[제1 실시 형태의 변형예]
이어서, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태 변형예에 의한 기밀 밀봉용 덮개재(101)에 대하여 설명한다. 또한, 제1 실시 형태와 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여하는 동시에, 그 설명을 생략하고 있다.
이 제1 실시 형태의 변형예에 의한 기밀 밀봉용 덮개재(101)는, 4질량％ 이상의 Cr을 적어도 함유하는 Fe 합금에 의해 형성되는 기재층(11)과, 기재층(11)의 하면(11a)에 직접적으로 접촉하도록 접합된 중간층(12)과, 중간층(12)의 하면(12a)에 직접적으로 접촉하도록 접합된 은납층(13)으로 구성된, 3층 구조의 클래드재(110)에 의해 형성되어 있다. 즉, 상기 제1 실시 형태의 기밀 밀봉용 덮개재(1)와는 상이하고, 제1 실시 형태의 변형예에 의한 기밀 밀봉용 덮개재(101)에는, 표면층이 형성되어 있지 않다.
또한, 은납층(13)을 구성하는 은납재의 융점은 약 780℃ 이하이고, 그 결과, 은납층(13)을 용융시키는 데, 예를 들어 약 1000℃ 이상과 같은 과도한 고온은 필요없다. 이 때문에, 심 용접시에 롤러 전극에 흐르게 하는 전류값이 비교적 작아도 은납층(13)을 용융시킬 수 있다. 즉, Ni 또는 Ni 합금에 의해 형성된 표면층을 통하지 않고 기밀 밀봉용 덮개재(101)의 기재층(11)과 롤러 전극(도시하지 않음)을 직접적으로 접촉시켰다고 해도, 기밀 밀봉용 덮개재(101)를 흐르는 전류값을 작게 함으로써, 접촉 저항이 큰 것에 기인하는 스파크를 발생하기 어렵게 하는 것이 가능하다. 여기서, 은납재로서, 융점이 보다 낮은 Ag-Sn-Cu 합금을 사용함으로써, 스파크의 발생을 더 억제하는 것이 가능하다.
또한, 클래드재(110)에 있어서 외부에 노출되는 기재층(11)의 측면(11c), 중간층(12)의 측면(12b) 및 은납층(13)이 모두, 충분한 내식성을 갖고 있음으로써, 기밀 밀봉용 덮개재(101)의 부식이 억제되고 있다.
또한, 상기 제1 실시 형태의 변형예인 기밀 밀봉용 덮개재(101)의 기타 구성 및 기밀 밀봉용 덮개재(101)를 사용한 전자 부품 수납 패키지의 구조는, 상기 제1 실시 형태와 대략 동일하다.
제1 실시 형태의 변형예에서는, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
제1 실시 형태의 변형예에서는, 상기한 바와 같이, 기재층(11)을 4질량％ 이상의 Cr을 적어도 함유하는 Fe 합금에 의해 형성함으로써, 상기 제1 실시 형태와 동일하게, 기재층(11)이 부식되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 변형예에서는, 기밀 밀봉용 덮개재(101)에 표면층을 마련하지 않음으로써, 클래드재(110)의 구성을 간소화할 수 있음과 동시에, 표면층을 형성하지 않는 만큼, 클래드재(110) 제작을 위한 비용을 삭감할 수 있다. 또한, 제1 실시 형태의 변형예의 효과는, 상기 제1 실시 형태와 대략 동일하다.
[제2 실시 형태]
이어서, 도 5를 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 기밀 밀봉용 덮개재(201)에 대하여 설명한다. 또한, 제1 실시 형태와 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여하는 동시에, 그 설명을 생략하고 있다.
이 제2 실시 형태에 의한 기밀 밀봉용 덮개재(201)는, 4질량％ 이상의 Cr을 적어도 함유하는 Fe 합금에 의해 형성되는 기재층(11)과, 기재층(11)의 전자 부품 수납 부재(30)측의 하면(11a)에 직접적으로 접촉하도록 접합된 은납층(13)으로 구성된, 2층 구조의 클래드재(210)에 의해 형성되어 있다. 즉, 상기 제1 실시 형태의 기밀 밀봉용 덮개재(1)와는 상이하고, 제2 실시 형태에 의한 기밀 밀봉용 덮개재(201)에는, 중간층 및 표면층이 형성되어 있지 않다. 여기서, 제2 실시 형태의 기밀 밀봉용 덮개재(201)에서는, 열응력을 완화시키기 위한 중간층이 마련되어 있지 않으므로, 기밀 밀봉용 덮개재(201)(기재층(11))와 전자 부품 수납 부재(도 3 참조) 사이의 열팽창차가 작아지도록, 열팽창 계수가 작은 기재층(11)을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 클래드재(210)에 있어서 외부에 노출되는 기재층(11)의 측면(11c) 및 은납층(13)은 모두, 충분한 내식성을 갖고 있음으로써, 기밀 밀봉용 덮개재(201)의 부식이 억제되고 있다.
또한, 상기 제2 실시 형태의 기밀 밀봉용 덮개재(201)의 기타 구성 및 기밀 밀봉용 덮개재(201)를 사용한 전자 부품 수납 패키지의 구조는, 상기 제1 실시 형태와 대략 동일하다.
제2 실시 형태에서는, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
제2 실시 형태에서는, 상기한 바와 같이, 기재층(11)을 4질량％ 이상의 Cr을 적어도 함유하는 Fe 합금에 의해 형성함으로써, 상기 제1 실시 형태와 동일하게, 기재층(11)이 부식되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 기재층(11)의 전자 부품 수납 부재측의 하면(11a) 상에 대하여 직접적으로 접합되는 은납층(13)에 의해, 시일 링을 통하지 않더라도 직접적으로, 기밀 밀봉용 덮개재(201)를 전자 부품 수납 부재에 브레이징 접합시킬 수 있다.
또한, 제2 실시 형태에서는, 기밀 밀봉용 덮개재(201)에 중간층 및 표면층을 형성하지 않음으로써, 더욱 클래드재(210)의 구성을 간소화할 수 있다. 또한, 제2 실시 형태의 기타 효과는, 상기 제1 실시 형태와 대략 동일하다.
[실시예]
이어서, 도 2 및 도 4 내지 도 7을 참조하여, 상기 실시 형태의 효과를 확인하기 위해 행한 기밀 밀봉용 덮개재에 사용되는 기재층의 검토에 대하여 설명한다.
(실시예 및 비교예의 조성)
여기서, 기밀 밀봉용 덮개재(1)(101, 201)의 기재층(11)(도 2, 도 4 및 도 5 참조)을 구성하는 내식성을 갖는 시험재(금속판)로서, 6종의 Ni-Cr-Fe 합금과, 1종의 Ni-Co-Cr-Fe 합금과, 1종의 Cr-Fe 합금을 사용하였다.
여기서, Ni-Cr-Fe 합금으로서, Ni, 6질량％의 Cr, 불가피 불순물 및 잔부 Fe를 함유함과 아울러, Ni의 함유율을 상이하게 한 5종의 Ni-Cr-Fe 합금을 사용하였다. 구체적으로는, 36질량％의 Ni를 함유하는 36Ni-6Cr-Fe 합금과, 38질량％의 Ni를 함유하는 38Ni-6Cr-Fe 합금과, 40질량％의 Ni를 함유하는 40Ni-6Cr-Fe 합금과, 42질량％의 Ni를 함유하는 42Ni-6Cr-Fe 합금과, 47질량％의 Ni를 함유하는 47Ni-6Cr-Fe 합금을 사용하였다. 또한, Ni-Cr-Fe 합금으로서, 42질량％의 Ni, 4질량％의 Cr, 불가피 불순물 및 잔부 Fe로 구성된 42Ni-4Cr-Fe 합금을 추가로 사용하였다.
또한, Ni-Co-Cr-Fe 합금으로서, 29질량％의 Ni, 17질량％의 Co, 6질량％의 Cr, 불가피 불순물 및 잔부 Fe로 구성된 29Ni-17Co-6Cr-Fe 합금을 사용하였다. 또한, Cr-Fe 합금으로서, 18질량％의 Cr, 불가피 불순물 및 잔부 Fe로 구성된 18Cr-Fe 합금(소위 SUS430)을 사용하였다.
한편, 비교예의 시험재(금속판)로서, Cr을 함유하지 않는 Ni-Co-Fe 합금을 사용하였다. 구체적으로는, 29질량％의 Ni, 17질량％의 Co, 불가피 불순물 및 잔부 Fe로 구성된 29Ni-17Co-Fe 합금(소위 코바르)을 사용하였다.
(내식성에 기초하는 기재층의 검토)
먼저, 내식성 시험으로서, 시험재 각각에 대하여, JIS C60068-2-11에 따라서, 35±2℃의 온도, 5±1질량％의 염 농도, 및 6.5 이상 7.2 이하의 pH 조건 하에서, 염수 분무 시험을 48시간 이상 행하였다. 그리고, 각각의 시험재에 있어서의 부식의 정도를 관찰하였다. 여기서, 24시간 경과 후와, 48시간 경과 후에 있어서, 내식성을 평가하였다. 또한, 42Ni-4Cr-Fe 합금의 시험재에 대해서는, 72시간 경과 후에 있어서의 내식성도 평가하였다. 또한, 42Ni-6Cr-Fe 합금의 시험재에 대해서는, 72시간 경과 후와, 144시간 경과 후에 있어서의 내식성도 평가하였다.
그리고, 내식성의 평가로서, 많은 부식이 확인된 시험재에는, ×표시(엑스 표시)를 붙였다. 한편, 부식이 약간 확인되었지만, 실용상 문제없는 정도인 경우에는, △표시(삼각 표시)를 붙이고, 부식이 확인되지 않은 경우에는, ○표시(동그라미 표시)를 붙였다. 그 결과를 참조하여, 실용상 특히 적합하다고 평가된 기재층의 재질에는, ☆표시(별표), 실용상 바람직하다고 평가된 기재층의 재질에는, ◎표시(이중 동그라미 표시), 실용상 사용하는 것이 가능하다고 평가된 기재층의 재질에는, ○표시(동그라미 표시), 실용상 부적합하다고 평가된 기재층의 재질에는, ×표시(엑스 표시)를 각각 붙였다.
염수 분무 시험의 결과로서는, 도 6에 도시한 바와 같이, Ni의 함유 유무에 관계없이, 4질량％ 이상의 Cr을 함유하는 Fe 합금 중 어느 경우에 있어서도, 24시간 경과 후에 있어서 부식은 거의 확인되지 않았다. 한편, Cr을 함유하지 않는 비교예의 Fe 합금(29Ni-17Co-Fe 합금)에서는, 24시간 경과 후에 있어서 많은 부식이 확인되었다. 이로부터, 4질량％ 이상의 Cr을 함유하는 Fe 합금은, 충분한 내식성을 갖는 것이 확인되었다. 이 결과, 4질량％ 이상의 Cr을 함유하는 Fe 합금으로 구성된 기재층과, 충분한 내식성을 갖는 중간층, 표면층 및 은납층을 사용하여 클래드재를 제작함으로써, 클래드재에 의해 형성되는 기밀 밀봉용 덮개재의 부식을 억제하는 것이 가능한 것이 확인되었다.
또한, 36Ni-6Cr-Fe 합금 및 38Ni-6Cr-Fe 합금에서는, 48시간 경과 후에 있어서 약간의 부식이 확인되었다. 이에 의해, 기재층을 구성하는 Fe 합금의 Fe와 Ni의 함유율 중, Ni의 함유율을 증가시킴으로써, 보다 확실하게 Fe 합금의 부식을 억제하는 것이 가능하여, 내식성이 향상되는 것이 판명되었다.
또한, 42Ni-4Cr-Fe 합금에서는, 72시간 경과 후에 있어서 약간의 부식이 확인되었다. 한편, 42Ni-6Cr-Fe 합금에서는, 144시간 경과 후에도 부식은 거의 관찰되지 않았다. 이에 의해, 기재층을 구성하는 Fe 합금의 Cr의 함유량을 6질량％ 이상으로 함으로써, 또한 확실하게 부식을 억제하는 것이 가능하며, 내식성이 향상되는 것이 판명되었다.
따라서, 내식성의 관점에서, Cr의 함유량이 6질량％ 이상으로, 또한, Ni의 함유량이 40질량％ 이상인 Fe 합금이, 기재층을 구성하는 Fe 합금으로서, 특히 적합하다고 생각된다. 또한, 40Ni-6Cr-Fe 합금 및 47Ni-6Cr-Fe 합금에 대해서는 48시간 이상의 염수 분무 시험을 행하지는 않았지만, 48시간을 넘는 장기간, 부식을 충분히 억제하는 것이 가능한 내식성을 갖고 있는 것으로 생각된다.
또한, Ni를 함유하지 않는 18Cr-Fe 합금에서는, 48시간 경과 후에도 부식은 거의 관찰되지 않았다. 이에 의해, Ni를 함유하지 않는 Cr-Fe 합금을 기재층으로서 사용한 경우에도, 기재층을 구성하는 Fe 합금의 Cr 함유량을 크게 함으로써, 보다 확실하게 부식을 억제하는 것이 가능하며, 내식성이 향상되는 것이 판명되었다. 또한, 약 16질량％ 이상 약 20질량％ 이하의 Cr과 미량의 Cu나 Nb 등을 함유하는 Cr-Fe 합금(SUS430J1L)에 있어서도, 18Cr-Fe 합금(SUS430)과 동일한 내식성의 결과가 얻어진다고 생각된다.
(열팽창성에 기초하는 기재층의 검토)
이어서, 상기한 시험재의 평균 열팽창 계수에 기초하여, 본 발명의 기재층에 적합한 금속에 대하여 검토하였다. 또한, 브레이징 접합 대상(도 3의 전자 부품 수납 부재(30))을 구성하는 알루미나(Al2O3)의 열팽창 계수에 가까운 열팽창 계수를 갖는 Fe 합금이, 기재층으로서 보다 적합하다고 생각된다.
구체적으로는, 각각의 시험재에 대하여, 30℃ 내지 300℃의 온도 범위에 있어서의 평균 열팽창 계수와, 30℃ 내지 400℃의 온도 범위에 있어서의 평균 열팽창 계수와, 30℃ 내지 500℃의 온도 범위에 있어서의 평균 열팽창 계수를 구하였다. 또한, 참고예의 알루미나에 대해서는, 30℃ 내지 400℃의 온도 범위에 있어서의 평균 열팽창 계수만을 구하였다.
도 7에 나타낸 표로부터, 30℃ 내지 300℃, 30℃ 내지 400℃, 및 30℃ 내지 500℃ 중 어느 온도 범위에 있어서도, Cr을 4％ 질량 이상 함유하는 Fe 합금에서는, 열팽창 계수가 14×10-6/K 이하로 되며, 충분히 열팽창 계수를 작게 할 수 있는 것이 확인되었다.
또한, Co를 함유하는 Ni-Co-Cr-Fe 합금(29Ni-17Co-6Cr-Fe 합금)의 열팽창 계수는, Cr을 포함하지 않는 29Ni-17Co-Fe 합금의 열팽창 계수보다도 크기는 하지만, 모든 온도 범위에 있어서 열팽창 계수가 8.5×10-6/K 이하로 되고, Ni-Cr-Fe 합금이나 Cr-Fe 합금의 열팽창 계수보다도 작아지는 것이 판명되었다. 또한, Ni-Co-Cr-Fe 합금이, 가장 알루미나의 열팽창 계수에 가까운 열팽창 계수가 되었다. 이로부터, Ni-Co-Cr-Fe 합금은, 열팽창성의 관점에서 기밀 밀봉용 덮개재의 기재층을 구성하는 저열팽창 금속으로서 가장 바람직한 것이 판명되었다. 이러한 Ni-Co-Cr-Fe 합금은, 열응력을 완화시키기 위한 중간층이 마련되지 않은 상기 제2 실시 형태의 클래드재(210)에 있어서의 기재층(11)에 특히 적합하다고 생각된다.
또한, Ni-Cr-Fe 합금에 있어서는, 30℃ 내지 500℃의 온도 범위에 있어서 열팽창 계수가 비교적 커지기는 했지만, 30℃ 내지 300℃의 온도 범위에 있어서 열팽창 계수가 11×10-6/K 이하로 작아졌다. 이 결과, 약 300℃ 이하의 저온 환경 하에 주로 배치되는 기밀 밀봉용 덮개재의 기재층으로서는 Ni-Cr-Fe 합금도 바람직한 것이 판명되었다. 또한, Ni-Cr-Fe 합금 중, Ni의 함유율이 40질량％ 이상 47질량％ 이하인 경우에는, 모든 온도 범위에 있어서 보다 열팽창 계수를 작게 할 수 있기 때문에, 보다 바람직하고, Ni의 함유율이 42질량％ 근방인 경우에는, 모든 온도 범위에 있어서 열팽창 계수를 더욱 작게 할 수 있으며, 더욱 바람직한 것이 판명되었다. 또한, Ni-Cr-Fe 합금 중, Cr의 함유율이 6질량％ 보다도 작은 경우에는, 보다 열팽창 계수를 작게 할 수 있기 때문에, 보다 바람직한 것이 판명되었다.
또한, Cr-Fe 합금(18Cr-Fe 합금)에서는, 모든 온도 영역에 있어서 열팽창 계수가 어느 정도 커지기는 했지만, 온도 변화에 의한 열팽창 계수의 변동은 작았다. 특히, 30℃ 내지 500℃의 온도 범위에 있어서는, 열팽창 계수가 11.3×10-6/K가 되고, (36 내지 40, 47)Ni-6Cr-Fe 합금의 열팽창 계수보다도 작아졌다. 이로부터, 특히 약 400℃ 이상의 고온 환경 하에 배치되는 기밀 밀봉용 덮개재의 기재층으로서는 Cr-Fe 합금도 바람직한 것이 판명되었다. 또한, SUS430J1L의 열팽창 계수는 18Cr-Fe 합금(SUS430)과 동일하기 때문에, SUS430J1L도, 특히 약 400℃ 이상의 고온 환경 하에 배치되는 기밀 밀봉용 덮개재의 기재층으로서 바람직하다고 생각된다.
[변형예]
또한, 금회 개시된 실시 형태 및 실시예는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시 형태 및 실시예의 설명이 아니라 특허 청구 범위에 의해 개시되고, 또한 특허 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경(변형예)이 포함된다.
예를 들어, 상기 제1 실시 형태, 제1 실시 형태의 변형예 및 제2 실시 형태에서는, 기밀 밀봉용 덮개재(1, 101 및 201)를, 각각, 4층 구조의 클래드재(10), 3층 구조의 클래드재(110) 및 2층 구조의 클래드재(210)에 의해 형성한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 예를 들어 중간층을 2층 이상 마련하거나 함으로써, 기밀 밀봉용 덮개재를, 5층 구조 이상의 클래드재에 의해 형성해도 된다.
또한, 상기 제1 실시 형태에서는, 저항 용접 중 1종인 심 용접에 의해, 기밀 밀봉용 덮개재(1)와 전자 부품 수납 부재(30)를 접합시키는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 저항 용접 중 1종인 저항 스폿 용접에 의해, 기밀 밀봉용 덮개재와 전자 부품 수납 부재를 접합시켜도 된다. 또한, 저항 용접 이외의 접합 방법을 사용하여, 기밀 밀봉용 덮개재와 전자 부품 수납 부재를 접합해도 된다. 예를 들어, 전자 빔을 사용한 전자 빔 용접에 의해, 기밀 밀봉용 덮개재와 전자 부품 수납 부재를 접합해도 된다.
1, 101, 201 기밀 밀봉용 덮개재
10, 110, 210 클래드재
11 기재층
11a 하면(표면)
12 중간층
13 은납층
14 표면층
20 전자 부품
30 전자 부품 수납 부재
100 전자 부품 수납 패키지

Claims (20)

  1. 전자 부품(20)을 수납하기 위한 전자 부품 수납 부재(30)를 포함하는 전자 부품 수납 패키지(100)에 사용되는 기밀 밀봉용 덮개재(1)이며,
    4질량％ 이상 6질량％ 미만의 Cr을 함유하는 Ni-Cr-Fe 합금에 의해 형성된 기재층(11)과,
    상기 기재층의 상기 전자 부품 수납 부재측의 표면 상에 대하여, 직접적으로 접촉한 상태에서 접합된 은납층(13)을 구비하는 클래드재(10)에 의해 형성되고,
    30℃ 내지 500℃의 온도 범위에 있어서의 기재층의 평균 열팽창 계수가 10.5×10-6/K 이상 11.1×10-6/K 미만인, 기밀 밀봉용 덮개재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기재층은, 4질량％ 이상 6질량％ 미만의 Cr에 더하여, 36질량％ 이상 48질량％ 이하의 Ni를 더 함유하는 Ni-Cr-Fe 합금에 의해 형성되어 있는, 기밀 밀봉용 덮개재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기재층은, 4질량％ 이상 6질량％ 미만의 Cr에 더하여, 40질량％ 이상 48질량％ 이하의 Ni를 더 함유하는 Ni-Cr-Fe 합금에 의해 형성되어 있는, 기밀 밀봉용 덮개재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 은납층은, Ag 및 Cu를 함유하고 있는, 기밀 밀봉용 덮개재.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 은납층은, Ag, Cu에 더하여 Sn을 함유하고 있는, 기밀 밀봉용 덮개재.
  6. 전자 부품(20)을 수납하기 위한 전자 부품 수납 부재(30)와,
    4질량％ 이상 6질량％ 미만의 Cr을 함유하는 Ni-Cr-Fe 합금에 의해 형성된 기재층(11)과, 상기 기재층의 상기 전자 부품 수납 부재측의 표면 상에 대하여, 직접적으로 접촉한 상태에서 접합된 은납층(13)을 구비하는 클래드재(10)에 의해 형성되고, 상기 전자 부품 수납 부재에 대하여 상기 은납층을 통해 접합되는, 기밀 밀봉용 덮개재(1)를 구비하고,
    30℃ 내지 500℃의 온도 범위에 있어서의 상기 기재층의 평균 열팽창 계수가 10.5×10-6/K 이상 11.1×10-6/K 미만인, 전자 부품 수납 패키지(100).
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