KR102334781B1 - 패키지용 뚜껑재 및 패키지 - Google Patents

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Abstract

이 패키지용 뚜껑재는, 패키지 기판에 접합되는 패키지용 뚜껑재로서, 평면 프레임 형상으로 형성된 접합부와, 상기 접합부의 내측에 형성된 광 투과부를 갖는 유리 부재와, 상기 유리 부재의 상기 접합부에 프레임 형상으로 형성된 1 이상의 메탈라이즈층과, 상기 메탈라이즈층 상에 형성되고, 폭이 250 ㎛ 이하인 프레임 형상을 갖는 1 이상의 Au-Sn 층을 갖는다.

Description

패키지용 뚜껑재 및 패키지
본 발명은 패키지 기판에 접합되는 패키지용 뚜껑재 및 패키지에 관한 것이다.
본원은, 2018년 10월 15일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2018-194535호 및 2019년 10월 7일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2019-184287호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래, 반도체 레이저 (LD) 나 LED 등의 발광 소자를 외부 환경으로부터 보호하기 위해서, 패키지 내에 봉지 (封止) 한 반도체 장치 및 발광 장치가 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 및 2 참조).
특허문헌 1 에 기재된 반도체 장치는, 상부가 개구되어 있는 오목부를 갖는 패키지 기판과, 오목부에 수용되는 광 반도체 소자와, 오목부의 개구를 덮도록 배치되는 창 부재 (패키지용 뚜껑재) 와, 패키지 기판과 창 부재의 사이를 봉지하는 봉지 구조를 구비하고 있다. 이 봉지 구조는, 패키지 기판의 상면에 프레임 형상으로 형성되는 제 1 금속층과, 창 부재의 내면에 프레임 형상으로 형성되는 제 2 금속층과, 제 1 금속층과 제 2 금속층의 사이에 형성되는 금속 접합부를 갖고 있고, 제 1 금속층 및 제 2 금속층의 일방이 형성되는 영역 내에 제 1 금속층 및 제 2 금속층의 타방의 전체가 위치하도록 구성되어 있다.
특허문헌 2 에 기재된 발광 장치는, 실장 기판과, 실장 기판에 실장된 자외선 발광 소자와, 실장 기판 상에 배치되는 오목부가 형성된 캡 (패키지용 뚜껑재) 을 구비하고, 상기 오목부 내에 자외선 발광 소자가 수납된다. 실장 기판은, 지지체와, 지지체에 지지된 제 1 도체부, 제 2 도체부 및 제 1 접합용 금속층을 구비하고 있다. 캡은, 이면에 오목부가 형성된 캡 본체와, 오목부의 둘레부에서 제 1 접합용 금속층에 대향하여 배치된 제 2 접합용 금속층을 구비하고 있다. 제 1 도체부, 제 2 도체부 및 제 1 접합용 금속층의 각각에 있어서의 지지체로부터 가장 떨어진 최상층은 Au 에 의해 형성되고, 이들 제 1 접합용 금속층과 제 2 접합용 금속층은, Au-Sn 에 의해 접합되어 있다.
특허문헌 1 에 기재된 금속 접합부는, Au-Sn 합금에 의해 구성되어 있다. 특허문헌 2 에 있어서도, 제 1 접합용 금속층과 제 2 접합용 금속층은, Au-Sn 합금에 의해 접합되어 있다. 즉, 특허문헌 1 및 2 중 어느 구성에 있어서도, Au-Sn 합금으로 이루어지는 Au-Sn 층이 패키지용 뚜껑재에 형성되어 있다. Au-Sn 층은, 예를 들어, Au-Sn 페이스트가 상기 부위에 도포되어 리플로됨으로써 형성된다.
Au-Sn 페이스트를 유리판재에 도포하여 리플로하면, Au-Sn 층이 유리판재로부터 벗겨지거나, 유리판재의 일부를 떼어내거나 하는 경우가 있어, 패키지용 뚜껑재가 파손될 우려가 있다.
일본 특허공보 제6294417호 일본 특허공보 제6260919호
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, Au-Sn 층의 박리 및 패키지용 뚜껑재의 파손을 억제할 수 있는 패키지용 뚜껑재 및 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 관련된 패키지용 뚜껑재는, 패키지 기판에 접합되는 패키지용 뚜껑재로서, 평면 프레임 형상으로 형성된 접합부와, 상기 접합부의 내측에 형성된 광 투과부를 갖는 유리 부재와, 상기 유리 부재의 상기 접합부에 프레임 형상으로 형성된 1 이상의 메탈라이즈층과, 상기 메탈라이즈층 상에 형성되고, 폭이 250 ㎛ 이하인 프레임 형상을 갖는 1 이상의 Au-Sn 층을 갖는다.
Au-Sn 층의 선팽창 계수와 유리 부재의 선팽창 계수는 상이하다. Au-Sn 층이 리플로에 의해 형성되는 경우, 냉각 시의 Au-Sn 층의 수축률이 유리 부재의 수축률보다 크다. 이로부터, Au-Sn 층의 냉각 시의 수축에 기초하는 응력이 유리 부재에 작용하여, Au-Sn 층이 유리 부재로부터 벗겨지거나, 유리 부재의 일부가 떼어내어지거나 한다.
이에 대해, Au-Sn 층의 폭이 250 ㎛ 이하이기 때문에, Au-Sn 층의 수축에 기초하는 유리 부재에 대한 응력이 작아, Au-Sn 층의 수축에 기초하는 유리 부재의 박리 및 파손을 억제할 수 있다.
본 발명의 패키지용 뚜껑재의 바람직한 양태로는, 1 이상의 상기 Au-Sn 층의 상기 프레임 형상이 1 이상의 모서리부를 갖고, 상기 모서리부의 최대 폭이 상기 Au-Sn 층의 상기 모서리부를 제외한 부위에 있어서의 상기 프레임 형상의 상기 폭보다 작으면 된다.
모서리부의 최대 폭이란, 프레임 형상의 둘레 방향에 대하여 교차하는 방향의 최대 치수를 의미한다. 상기 양태에서는, 모서리부의 최대 폭이 모서리부를 제외한 부위의 폭보다 작기 때문에, 상기 모서리부에 있어서의 유리 부재에 있어서의 응력을 확실하게 작게 할 수 있다.
본 발명의 패키지용 뚜껑재의 바람직한 양태로는, 상기 모서리부가 모따기되어 있으면 된다.
예를 들어 Au-Sn 층의 프레임 형상이 사각형인 경우, 모서리부에서는 2 개의 직선부가 90 ° 로 교차하고, 4 개의 모서리부에 있어서의 최대 폭은 모서리부 이외의 부분의 폭보다 크고, Au-Sn 층의 냉각 시의 수축에 기초하는 응력이 집중하기 쉽다. 이에 대해, 모서리부가 모따기되어 모서리부의 최대 폭이 모서리부를 제외한 부위의 폭보다 작음으로써, 유리 부재에 대한 응력을 보다 작게 할 수 있다.
본 발명의 패키지용 뚜껑재의 바람직한 양태로는, 1 이상의 상기 Au-Sn 층은, 제 1 Au-Sn 층과, 상기 제 1 Au-Sn 층의 내측에 간극을 벌리고 형성된 제 2 Au-Sn 층이면 된다.
상기 양태에서는, Au-Sn 층이 제 1 Au-Sn 층 및 제 2 Au-Sn 층이므로, 패키지용 뚜껑재가 패키지 기판에 접합되었을 때의 접합 강도를 높일 수 있다. 또한, 제 1 Au-Sn 층의 내측에 간극을 벌리고 제 2 Au-Sn 층이 형성되고, 제 1 Au-Sn 층의 폭 및 제 2 Au-Sn 층의 폭이 모두 250 ㎛ 이하이므로, Au-Sn 층의 수축에 기초하는 유리 부재에 있어서의 응력이 작고, 유리 부재로부터 Au-Sn 층이 박리되는 것이나, 패키지용 뚜껑재의 파손을 억제할 수 있다.
본 발명의 패키지용 뚜껑재의 바람직한 양태로는, 상기 유리 부재의 두께가 50 ㎛ 이상 3000 ㎛ 이하이면 된다.
상기 Au-Sn 층의 상기 폭이 50 ㎛ 이상이면 된다.
상기 Au-Sn 층의 상기 폭이 230 ㎛ 이하이면 된다.
상기 모서리부의 상기 최대 폭이 30 ㎛ 이상 130 ㎛ 이하이면 된다.
상기 유리 부재가 평판 형상이면 된다.
상기 유리 부재가 박스 형상이면 된다.
본 발명의 일 양태에 관련된 패키지는, 적어도 1 이상의 패키지 기판과, 본 발명의 일 양태에 관련된 상기 패키지용 뚜껑재를 구비하고, 상기 패키지용 뚜껑재와 상기 패키지 기판이 상기 Au-Sn 층을 용융 고화하여 이루어지는 접합층에 의해 접합되어 있다.
본 발명의 일 양태에 관련된 패키지에서는, 패키지 기판과 패키지용 뚜껑재가 확실하게 접합되고, 또한, Au-Sn 층의 수축에 기초하는 응력에 의한 패키지 기판의 박리 및 파손을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서는, 유리 부재 상에 형성된 Au-Sn 층의 박리 및 패키지용 뚜껑재의 파손을 억제할 수 있다.
도 1 은, 제 1 실시형태에 관련된 패키지를 구성하는 패키지용 뚜껑재 및 패키지 기판을 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 제 1 실시형태의 패키지용 뚜껑재에 있어서 패키지 기판과 접합되는 면을 나타내는 평면도이다.
도 3 은, 도 2 에 나타내는 A1-A1 선을 따른 패키지용 뚜껑재의 화살표에서 바라본 단면도이다.
도 4 는, 제 2 실시형태의 패키지용 뚜껑재에 있어서 패키지 기판과 접합되는 면을 나타내는 평면도이다.
도 5 는, 제 3 실시형태의 패키지용 뚜껑재에 있어서 패키지 기판과 접합되는 면을 나타내는 평면도이다.
도 6 은, 제 4 실시형태의 패키지용 뚜껑재에 있어서 패키지 기판과 접합되는 면을 나타내는 평면도이다.
도 7 은, 제 5 실시형태의 패키지용 뚜껑재에 있어서 패키지 기판과 접합되는 면을 나타내는 평면도이다.
도 8 은, 제 6 실시형태의 패키지용 뚜껑재에 있어서 패키지 기판과 접합되는 면을 나타내는 평면도이다.
도 9 는, 제 1 실시형태에 관련된 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 10 은, 제 7 실시형태에 관련된 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 11 은, 제 8 실시형태의 패키지용 뚜껑재에 있어서 패키지 기판과 접합되는 면을 나타내는 평면도이다.
이하, 본 발명에 관련된 패키지용 뚜껑재 및 패키지의 각 실시형태에 대해서, 도면을 사용하여 설명한다. 도 1 은, 본 실시형태의 패키지 기판 (2) 및 패키지용 뚜껑재 (3) 를 나타내는 사시도이다. 도 2 는, 패키지용 뚜껑재 (3) 의 평면도이다. 도 3 은, 도 2 의 A1-A1 선을 따른 패키지용 뚜껑재 (3) 의 화살표에서 바라본 단면도이다. 도 9 는 패키지 기판 (2) 과 패키지용 뚜껑재 (3) 를 접합하여 이루어지는 패키지 (1) 의 단면도이다.
[패키지의 개략 구성]
패키지 (1) 는, 도 1 및 도 9 에 나타내는 바와 같이, 상부가 개구되어 있는 오목부 (21) 를 갖는 패키지 기판 (2) 과, 패키지 기판 (2) 에 접합되어 오목부 (21) 를 폐색하는 평판 형상의 패키지용 뚜껑재 (3) 를 구비하고 있다. 패키지 (1) 내에는, LD (Laser Diode) 나 LED (Light Emitting Diode) 등의 발광 소자 등 (도시하지 않음) 이 수용된다.
[패키지 기판의 구성]
패키지 기판 (2) 은, 도 1 및 도 9 에 나타내는 바와 같이, 상부가 개구되어 있는 오목부 (21) 와, 오목부 (21) 의 주위에 형성된 접합면 (22) 을 갖는다. 예를 들어, 패키지 기판 (2) 은, AlN (질화알루미늄) 등에 의해 사각형 박스 형상으로 형성되어 있다. 오목부 (21) 는, 패키지용 뚜껑재 (3) 가 접합면 (22) 에 접합됨으로써 폐색되어, 발광 소자 등을 수용하는 공간을 형성한다.
[패키지용 뚜껑재의 구성]
패키지용 뚜껑재 (3) 는, 도 1 ∼ 3 에 나타내는 바와 같이, 평면 프레임 형상으로 형성된 접합부 (33) 및 접합부 (33) 의 내측에 형성된 광 투과부 (34) 를 갖는 사각형 판상의 유리 부재 (30) 와, 접합부 (33) 에 프레임 형상으로 형성된 메탈라이즈층 (4) 과, 메탈라이즈층 (4) 상에 형성된 프레임 형상의 Au-Sn 층 (5) 을 갖고 있다.
접합부 (33) 는, 유리 부재 (30) 의 대략 중앙부를 포함하는 광 투과부 (34) 의 주위를 둘러싸는 프레임선이라고도 한다. 접합부 (33) 에 의해, 광 투과부 (34) 의 윤곽이나 영역이 정해져 있다. 메탈라이즈층 (4) 및 Au-Sn 층 (5) 도 광 투과부 (34) 의 주위를 둘러싸는 프레임선이라고도 한다. 접합부 (33), 메탈라이즈층 (4), 및 Au-Sn 층 (5) 은, 프레임 형상을 갖는다고도 한다.
유리 부재 (30) 는, 패키지 (1) 의 천면 (天面) 이 되는 상면 (31) 과, 패키지 기판 (2) 의 접합면 (22) 에 접합되는 접합부 (33) 를 포함하는 하면 (32) 을 갖는다. 예를 들어, 유리 부재 (30) 는, 붕규산 유리, 석영 유리 등을 사용하여, 한 변이 2 ㎜ ∼ 30 ㎜, 두께 50 ㎛ ∼ 3000 ㎛ 의 사각형 판상으로 형성되어 있다.
하면 (32) 의 접합부 (33) 에는, 도 1 ∼ 3 에 나타내는 바와 같이, Au, Ti, Ni 등으로 이루어지는 사각형 프레임 형상의 메탈라이즈층 (4) 이 형성되어 있다. 메탈라이즈층 (4) 상에는, 메탈라이즈층 (4) 과 동일한 사각형 프레임 형상의 Au-Sn 층 (5) 이 형성되어 있다.
메탈라이즈층 (4) 은, 패키지 기판 (2) 의 오목부 (21) 보다 크고, 오목부 (21) 를 둘러싸서 접합면 (22) 에 맞닿도록 형성되어 있다. Au-Sn 층 (5) 의 폭은 메탈라이즈층 (4) 의 폭과 동일하거나, 또는 메탈라이즈층 (4) 의 폭보다 협소하고, 250 ㎛ 이하로 설정되어 있다.
즉, 메탈라이즈층 (4) 의 프레임 (프레임선) 으로 둘러싸이는 영역은, 패키지 기판 (2) 의 오목부 (21) 의 상부의 개구 영역보다 크다. Au-Sn 층 (5) 의 프레임 (프레임선) 의 선폭은 메탈라이즈층 (4) 의 프레임 (프레임선) 의 선폭과 동일하거나, 또는 메탈라이즈층 (4) 의 프레임 (프레임선) 의 선폭보다 협소하다. 본 실시형태에서는, Au-Sn 층 (5) 의 선폭은 250 ㎛ 이하로 설정되어 있다.
구체적으로는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, Au-Sn 층 (5) 에 있어서, 모서리부 (51) 에서는, 사각형의 2 변이 90 ° 로 교차하거나, 4 개의 모서리부 (51) 에 있어서의 최대 폭 (최대 선폭) (L2) (Au-Sn 층 (5) 의 윤곽에 있어서의 외측의 2 변의 교점과 내측의 2 변의 교점의 거리, 즉, 프레임 형상의 둘레 방향으로 교차하는 방향의 최대 치수) 은, 4 개의 모서리부 (51) 를 제외한 부위의 폭 (선폭) (L1) 보다 크다.
그러나, 폭 (L1) 및 최대 폭 (L2) 은 모두 250 ㎛ 이하이다. 폭 (L1) 및 최대 폭 (L2) 이 250 ㎛ 를 초과한 경우, Au-Sn 층 (5) 을 용융시키는 리플로 후의 냉각 시에, Au-Sn 층 (5) 과 유리 부재의 선팽창 계수의 차에 기초하는 응력이 커져, Au-Sn 층 (5) 이 유리 부재로부터 박리되거나, 유리 부재가 파손되거나 한다.
또, 폭 (L1) 및 최대 폭 (L2) 은, 50 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 패키지용 뚜껑재 (3) 와 패키지 기판 (2) 을 접합한 패키지 (1) 에 있어서, 패키지용 뚜껑재 (3) 와 패키지 기판 (2) 의 접합이 강고해지기 때문에, 패키지 기판 (2) 으로부터 패키지용 뚜껑재 (3) 가 벗겨지는 일이 없다.
보다 바람직하게는, Au-Sn 층 (5) 의 모서리부 (51) 를 제외한 부위 (직선부) 의 폭 (L1) 이 50 ㎛ 이상 230 ㎛ 이하로 설정되고, 4 개의 모서리부 (51) 의 최대 폭 (L2) 이 70 ㎛ 이상 250 ㎛ 이하로 설정되어 있으면 된다.
Au-Sn 층 (5) 의 높이 (두께) 는, 예를 들어, 1 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하로 설정되어 있으면 된다.
이상 설명한 패키지 기판 (2) 의 오목부 (21) 내에 발광 소자를 수용한다. 이어서, 패키지 기판 (2) 의 접합면 (22) 상에 패키지용 뚜껑재 (3) 의 하면 (32) 의 Au-Sn 층 (5) 을 맞닿게 한다. 접합면 (22) 에 Au-Sn 층 (5) 이 맞닿은 상태에서, 패키지 기판 (2) 및 패키지용 뚜껑재 (3) 를 리플로 (가열) 한다. 이에 따라, Au-Sn 층 (5) 이 용융하여 이루어지는 Au-Sn 땜납 (접합층 (6)) 이 형성된다. 이 Au-Sn 땜납 (접합층 (6)) 으로 패키지 기판 (2) 과 패키지용 뚜껑재 (3) 가 접합되고, 도 9 에 나타내는 바와 같이 패키지 (1) 가 형성된다.
[패키지용 뚜껑재의 제조 방법]
패키지용 뚜껑재 (3) 는, 예를 들어, 이하와 같이 하여 제조된다. 1 매의 유리 부재 (30) (본 실시형태에서는, 20 ㎜ × 20 ㎜ 크기의 판재) 의 표면에, 스퍼터나 도금 등에 의해 Au, Ti, Ni 등으로 이루어지는 복수의 메탈라이즈층 (4) (예를 들어, 외형이 가로세로 3 ㎜ 의 정방형 프레임을 25 개) 을 형성한다. 이어서, 각 메탈라이즈층 (4) 상에 사각형 프레임 (예를 들어, 외형이 가로세로 3 ㎜ 의 정방형 프레임을 25 개) 을 형성하도록 Au-Sn 페이스트를 도포한다.
즉, 유리 부재 (30) 의 표면에, 사각형 (정방형) 의 프레임 형상을 갖는 복수의 메탈라이즈층 (4) 을 형성한다. 이어서, 각 메탈라이즈층 (4) 상에 사각형 (정방형) 의 프레임 형상을 갖는 Au-Sn 층을 형성한다. Au-Sn 층은, Au-Sn 페이스트를 도포함으로써 형성된다.
메탈라이즈층 (4) 은, Au 도금에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 메탈라이즈층 (4) 은, Au-Sn 층 (5) 과 동일한 사각형 프레임 형상으로 형성된다.
Au-Sn 층 (5) 을 형성하는 Au-Sn 페이스트는, 예를 들어, Au-Sn 합금 분말과, 플럭스를, Au-Sn 페이스트를 100 질량％ 로 했을 때에 플럭스의 비율이 10 질량％ 이상 90 질량％ 이하가 되도록 혼합한 것이다. 상기의 Au-Sn 합금 분말은, 예를 들어, Sn 을 21 질량％ 이상 23 질량％ 이하의 양으로 함유하고, 잔부가 Au 및 불가피 불순물이다. 플럭스로는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 일반적인 땜납용의 플럭스를 사용할 수 있다. 예를 들어, RA 타입, RMA 타입, 논할로겐 타입의 플럭스, MSN 타입, AS1 타입, AS2 타입 등을 사용할 수 있다.
Au-Sn 페이스트를, 폭이 50 ㎛ 이상 250 ㎛ 이하, 두께가 1 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 도막이 되도록 메탈라이즈층 (4) 상에 인쇄 도포한다. 또한, Au-Sn 페이스트는, 디스펜서 등에 의해 토출 공급하여 도포해도 된다.
다음으로, Au-Sn 페이스트가 인쇄 도포된 유리 부재 (30) 를 가열 (리플로) 한다. 이 리플로 공정에서는, Au-Sn 페이스트의 도막을, 예를 들어, N2 분위기하 등의 비산화성 분위기하에 있어서 가열한다. 가열 온도로는, 280 ℃ ∼ 350 ℃ 의 범위 내로 하면 되고, 바람직하게는 280 ℃ ∼ 330 ℃ 의 범위 내, 보다 바람직하게는 280 ℃ ∼ 300 ℃ 의 범위 내로 하면 된다. 가열 시간은, 가열 온도에서 10 초 ∼ 120 초의 범위 내에서 유지하면 된다. 가열 시간은, 바람직하게는 20 초 ∼ 90 초의 범위 내, 보다 바람직하게는 30 초 내지 60 초의 범위 내로 하면 된다. 바람직한 조건의 일례로는, 300 ℃ 에서 1 분간 가열하는 조건이다.
이에 따라, Au-Sn 페이스트가 용융한다. 용융한 Au-Sn 은, 메탈라이즈층 (4) 상에 머물고, 그 상태에서 냉각됨으로써, 메탈라이즈층 (4) 과 동일한 폭의 Au-Sn 층 (5) 이 형성된다. 또한, 형성된 Au-Sn 층 (5) 은, 메탈라이즈층 (4) 을 취입하고 있으므로 Au-Sn 페이스트와는 조성이 약간 상이하고, Sn : 19 wt％ ∼ 23 wt％, 잔부 : Au 및 불가피 불순물의 조성을 갖는 Au-Sn 합금으로 이루어진다.
여기서, 리플로에 의해 형성된 Au-Sn 층 (5) 의 선팽창 계수와, 유리 부재 (30) 의 선팽창 계수가 상이하다. 즉, 냉각에 의한 Au-Sn 층 (5) 의 수축률이 유리 부재의 수축률보다 크다. 이로부터, Au-Sn 층 (5) 의 냉각 시의 수축에 기초하여 유리 부재 (30) 에 작용하는 응력이 크면, Au-Sn 층 (5) 이 유리 부재 (30) 로부터 벗겨지거나, 유리 부재 (30) 의 일부를 떼어내거나 할 가능성이 있다.
이에 대해, 본 실시형태에서는, Au-Sn 층 (5) 의 폭이 250 ㎛ 이하이기 때문에, 냉각 시에 있어서의 Au-Sn 층 (5) 의 수축에 기초하여 유리 부재 (30) 에 작용하는 응력이 작다. 이에 따라, Au-Sn 층 (5) 이 유리 부재 (30) 로부터 박리되거나, 유리 부재 (30) 가 파손되거나 하는 것을 억제하고 있다.
이와 같이 하여 복수의 사각 형상의 Au-Sn 층 (5) 이 형성된 유리 부재 (30) 를 Au-Sn 층 (5) 마다 분할함으로써, 도 2 ∼ 3 에 나타내는 패키지용 뚜껑재 (3) 가 된다. 이와 같이 하여 제조된 패키지용 뚜껑재 (3) 는, 상기 서술한 바와 같이 패키지 기판 (2) 에 접합되어, 패키지 (1) 가 형성된다.
이와 같은 패키지용 뚜껑재 (3) 를 사용함으로써, 패키지 기판 (2) 의 오목부 (21) 를 패키지용 뚜껑재 (3) 에 의해 확실하게 봉지하고, 또한, Au-Sn 층 (5) 의 수축에 기초하는 응력에 의한 패키지 기판 (2) 의 박리 및 파손도 억제할 수 있다.
도 9 는 패키지 (1) 를 나타낸다. Au-Sn 층 (5) 은, 용융하고 이어서 고화하여, 접합층 (6) 이 된다. 패키지 (1) 에 있어서는, 접합층 (6) 에 의해, 패키지 기판 (2) 과 패키지용 뚜껑재 (3) 가 간극없이 접합되어 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지는 않고, 본 발명의 요건을 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 변경을 더하는 것이 가능하다. 이하, 제 2 실시형태 ∼ 제 8 실시형태를 설명하지만, 제 1 실시형태와 동일한 요건에 관해서는, 설명을 생략한다. 또, 메탈라이즈층 및 Au-Sn 층의 폭은, 그 프레임 (프레임선) 이나 프레임 형상의 선폭이다.
도 4 는, 제 2 실시형태에 관련된 패키지용 뚜껑재 (103) 를 나타내는 평면도이다. 제 2 실시형태에서는, Au-Sn 층 (5) 대신에 Au-Sn 층 (5A) 이 형성되어 있다. Au-Sn 층 (5A) 에서는, 사각형 프레임 형상의 모서리부 (51A) 의 각각이 모따기되어 있다. 이 때문에, 4 개의 모서리부 (51A) 의 최대 폭 (L3) (Au-Sn 층 (5A) 을 구성하는 프레임의 모서리부에 있어서의 둘레 방향으로 교차하는 방향의 최대 치수) 은, 4 개의 모서리부 (51A) 를 제외한 부위의 폭 (L1) 보다 작다. 요컨대, Au-Sn 층 (5A) 은 어느 부위의 폭도 250 ㎛ 이하이다.
예를 들어, Au-Sn 층 (5A) 에 있어서 모서리부 (51A) 를 제외한 부위 (직선부) 의 폭 (L1) 은, 50 ㎛ 이상 250 ㎛ 이하로 설정되고, 4 개의 모서리부 (51A) 의 최대 폭 (L3) 은, 30 ㎛ 이상 130 ㎛ 이하로 설정되어 있다. 이와 같은 형상의 Au-Sn 층 (5A) 은, 이하의 방법에 의해 형성되어도 된다.
Au-Sn 층 (5A) 과 동 (同) 형상의 모서리부가 모따기된 메탈라이즈층 (4) 을 형성하고, 그 위에 Au-Sn 페이스트를 동일하게 모서리부가 모따기된 형상으로 도포하여 리플로함으로써 Au-Sn 층 (5A) 을 형성해도 된다. 또, 모따기가 없는 사각형 프레임 형상으로 형성한 메탈라이즈층 (4) 상에 동일하게 모따기가 없는 사각형 프레임 형상으로 Au-Sn 층을 형성하고, 이어서 Au-Sn 층의 모서리부 (51A) 를 모따기하여 Au-Sn 층 (5A) 을 형성해도 된다.
Au-Sn 층 (5A) 의 냉각 시의 수축에 기초하여, Au-Sn 층 (5A) 의 모서리부 (51A) 에 응력이 집중하기 쉽다. 제 2 실시형태에서는, Au-Sn 층 (5A) 의 냉각 시의 수축에 기초하는 응력이 집중하기 쉬운 Au-Sn 층 (5A) 의 모서리부 (51A) 가 모따기되어 있으므로, 패키지용 뚜껑재 (103) 에 대한 응력을 보다 작게 할 수 있다. 또, Au-Sn 층 (5A) 에 있어서의 모서리부 (51A) 의 최대 폭 (L3) 이 Au-Sn 층 (5A) 의 모서리부 (51A) 를 제외한 부위의 폭 (L1) 보다 작기 때문에, 모서리부 (51A) 에 있어서의 패키지용 뚜껑재 (3) 에 대한 응력을 확실하게 작게 할 수 있다.
도 5 는, 제 3 실시형태에 관련된 패키지용 뚜껑재 (203) 를 나타내는 평면도이다. 제 3 실시형태에서는, Au-Sn 층 (5) 대신에 Au-Sn 층 (5B) 이 형성되어 있다. Au-Sn 층 (5B) 에서는, 사각형 프레임 형상의 4 개의 모서리부 (51B) 는, 내측이 원 형상으로 절결된 형상이다. 이 때문에, 4 개의 모서리부 (51B) 의 최대 폭 (L4) 은, 4 개의 모서리부 (51B) 를 제외한 부위의 폭 (L1) 보다 작다. 요컨대, Au-Sn 층 (5B) 은 어느 부위의 폭도 250 ㎛ 이하이다.
예를 들어, Au-Sn 층 (5B) 의 모서리부 (51B) 를 제외한 부위 (직선부) 의 폭 (L1) 은, 50 ㎛ 이상 230 ㎛ 이하로 설정되고, 4 개의 모서리부 (51B) 의 최대 폭 (L4) 은, 30 ㎛ 이상 130 ㎛ 이하로 설정되어 있다.
이와 같은 형상의 Au-Sn 층 (5B) 은, 이하의 방법에 의해 형성되어도 된다. Au-Sn 층 (5B) 과 동 형상의 절결을 갖는 메탈라이즈층 (4) 을 형성하고, 그 위에 Au-Sn 페이스트를, 동일하게 절결을 갖는 형상으로 도포하여 리플로함으로써 Au-Sn 층 (5B) 을 형성해도 된다. 또, 절결이 없는 사각형 프레임 형상으로 형성한 메탈라이즈층 (4) 상에 동일하게 절결이 없는 사각형 프레임 형상으로 Au-Sn 층을 형성하고, 이어서 Au-Sn 층의 모서리부 (51B) 의 내측을 원 형상으로 절결하여 Au-Sn 층 (5B) 을 형성해도 된다.
도 6 은, 제 4 실시형태에 관련된 패키지용 뚜껑재 (303) 를 나타내는 평면도이다. 제 4 실시형태에서는, Au-Sn 층 (5) 대신에 Au-Sn 층 (5C) 이 형성되어 있다. Au-Sn 층 (5C) 에서는, 모서리부 (51C) 에서 교차하는 2 변의 최대 폭 (L5) 이 Au-Sn 층 (5C) 의 모서리부 (51C) 를 제외한 부위 (직선부) 의 폭 (L1) 의 대략 절반의 폭으로 되어 있다. 이 때문에, 모서리부 (51C) 와 교차하는 2 변에 있어서, 폭이 직선부의 폭 (L1) 의 대략 절반이 되는 영역 (부위) 이 형성되어 있다. 모서리부 (51C) 와 교차하는 2 변 중 한 변에 있어서, 폭이 직선부의 폭 (L1) 의 대략 절반이 되는 영역의 거리 (L6) 는, 접합성의 저하를 감안하여, 40 ㎛ 이상 125 ㎛ 이하의 범위 내로 설정되어 있다.
이 때문에, Au-Sn 층 (5C) 의 4 개의 모서리부 (51C) 의 최대 폭 (L5) 은, Au-Sn 층 (5C) 의 직선부의 폭 (L1) 보다 작다. 요컨대, Au-Sn 층 (5C) 은 어느 부위의 폭도 250 ㎛ 이하이다.
예를 들어, Au-Sn 층 (5C) 에 있어서, 직선부의 폭 (L1) 은 50 ㎛ 이상 250 ㎛ 이하로 설정되고, 4 개의 모서리부 (51C) 의 최대 폭 (L5) 은 30 ㎛ 이상 130 ㎛ 이하로 설정되어 있다.
도 7 은, 제 5 실시형태에 관련된 패키지용 뚜껑재 (403) 를 나타내는 평면도이다. 제 5 실시형태에서는, Au-Sn 층 (5) 대신에, 프레임 형상의 제 1 Au-Sn 층 (5D) 과, 제 1 Au-Sn 층 (5D) 의 내측에 간극을 벌리고 형성된 프레임 형상의 제 2 Au-Sn 층 (5E) 을 갖고 있다. 제 1 Au-Sn 층 (5D) 의 폭 (L1) 과 모서리부 (51) 에 있어서의 최대 폭 (최대 선폭) (L2), 및 제 2 Au-Sn 층 (5E) 의 폭 (L7) 과 모서리부 (51E) 에 있어서의 최대 폭 (최대 선폭) (L8) 은, 250 ㎛ 이하로 설정되어 있다.
제 1 Au-Sn 층 (5D) 은, 제 1 실시형태의 Au-Sn 층 (5) 과 동일하다. 제 2 Au-Sn 층 (5E) 에 있어서, 직선부의 폭 (L7) 은 50 ㎛ 이상 250 ㎛ 이하로 설정되고, 4 개의 모서리부 (51E) 의 최대 폭 (L8) 은 70 ㎛ 이상 250 ㎛ 이하로 설정되어 있다. 제 1 Au-Sn 층 (5D) 과 제 2 Au-Sn 층 (5E) 의 간극의 거리 (L9) 는, 10 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하로 설정되어 있다.
이 간극의 거리 (L9) 를 상기 범위 내로 함으로써, 각각의 Au-Sn 층 (5D, 5E) 의 제조 시에 있어서, 용융한 Au-Sn 의 수축에 기초하여 패키지용 뚜껑재 (403) 로부터 Au-Sn 층 (5D, 5E) 이 박리되는 것 등을 억제할 수 있다. Au-Sn 층 (5D, 5E) 이 이중으로 형성된 제 5 실시형태에서는, 제 1 ∼ 제 4 실시형태의 패키지용 뚜껑재보다, Au-Sn 층에 의한 접합 범위를 확대할 수 있으므로, 패키지용 뚜껑재 (403) 에 의해 패키지 기판 (2) 을 봉지할 때의 접합 강도를 높일 수 있다.
상기 각 실시형태에서는, 각 Au-Sn 층을 사각형 프레임 형상으로 형성했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 프레임 형상의 Au-Sn 층이, 삼각 형상이나 육각 형상이어도 되고, 모서리부가 없는 원 형상이어도 된다.
도 8 은, 제 6 실시형태에 관련된 패키지용 뚜껑재 (503) 를 나타내는 평면도이다. 제 6 실시형태에서는, 패키지용 뚜껑재 (503) 는, 사각 형상의 유리 부재 (30) 대신에 원 형상의 유리 부재 (3F) 와, 사각형 프레임 형상의 메탈라이즈층 (4) 및 Au-Sn 층 (5) 대신에 원형 프레임 형상의 메탈라이즈층 (도시하지 않음) 및 원형 프레임 형상의 Au-Sn 층 (5F) 을 갖는다. 유리 부재 (3F) 는, 중앙의 광 투과부 (534) 와, 광 투과부 (534) 를 둘러싸는 원형 프레임 형상의 접합부 (533) 를 갖는다. 유리 부재 (3F) 의 하면 (32F) 상에 있어서, Au-Sn 층 (5F) 은, 접합부 (533) 에 모서리부가 없는 원 형상으로 형성되어 있다. Au-Sn 층 (5F) 의 폭 (L10) 은 250 ㎛ 이하이다. 예를 들어, Au-Sn 층 (5F) 의 폭 (L10) 은, 50 ㎛ 이상 250 ㎛ 이하로 설정되어 있다.
도 10 은, 제 7 실시형태에 관련된 패키지 (701) 를 나타내는 단면도이다. 패키지 (701) 에 있어서는, 오목부 (731) 가 패키지 기판 (702) 이 아니라 패키지용 뚜껑재 (703) 의 유리 부재 (730) 에 형성되어 있다. 패키지용 뚜껑재 (703) 는, 유리 부재 (730) 와, 유리 부재 (730) 상에 형성된 프레임 형상의 메탈라이즈층 (704) 과, 메탈라이즈층 (704) 상에 형성된 프레임 형상의 Au-Sn 층을 갖는다. Au-Sn 층을 용융 고화하여 이루어지는 접합층 (706) 에 의해, 패키지용 뚜껑재 (703) 는, 평판 형상의 패키지 기판 (702) 과 접합되어, 패키지 (701) 가 형성되어 있다.
도 11 은, 제 8 실시형태에 관련된 패키지용 뚜껑재 (803) 를 나타내는 평면도이다. 제 8 실시형태에서는, 메탈라이즈층 (4) 대신에 원호상의 모서리부를 갖는 메탈라이즈층 (4G) 과, Au-Sn 층 (5) 대신에 원호상의 모서리부 (51G) 를 갖는 Au-Sn 층 (5G) 이 형성되어 있다. Au-Sn 층 (5G) 은, 모서리부 (51G) 도 포함하여 전체가 동일한 (일정한) 폭 (L8) 으로 형성되어 있다.
실시예
실시예 1, 2 및 비교예 1 에 관련된 패키지용 뚜껑재에서는, 판상의 유리 부재 상에 폭이 상이한 Au-Sn 층을 형성하였다. 이들 실시예 1, 2 및 비교예 1 에 관련된 패키지용 뚜껑재에 대해서 설명한다. 각 예에 있어서의 Au-Sn 층의 폭은 표 1 에 나타낸다.
실시예 1, 2 및 비교예 1 의 각각에 있어서, 20 ㎜ × 20 ㎜ 의 사각형 유리 부재의 표면에, Au 도금을 실시하여, 25 샘플의 메탈라이즈층을 형성하였다. 메탈라이즈층은, 표 1 에 기재된 Au-Sn 층과 동일한 치수의 사각형 프레임 형상을 갖고, 두께가 0.1 ㎛ 였다.
각 메탈라이즈층 상에, 메탈라이즈층과 동일한 사각형 프레임 형상으로 Au-Sn 페이스트를 도포하였다. Au-Sn 페이스트는, Au-Sn 합금 분말과 플럭스를, 플럭스 비율 10 질량％ 로 혼합하여 얻어졌다. Au-Sn 합금 분말 (Au - 22 질량％ Sn 합금 분말) 은, Sn 을 22 질량％ 함유하고, 잔부가 Au 와 불가피 불순물이었다. 플럭스는 RA 타입을 사용하였다.
상세하게는, 실시예 1 및 비교예에 대해서는, 도 11 에 나타내는 제 8 실시형태의 형상으로, 표 1 에 나타내는 각 치수의 패키지 사이즈 3030 (세로 3.0 ㎜ × 가로 3.0 ㎜) 의 Au-Sn 층을 형성하기 위해서, 두께가 30 ㎛ 인 인쇄용 메시 마스크를 사용하여, 유리 부재 상에 Au-Sn 페이스트를 스크린 인쇄하여 도포하였다.
실시예 2 에 대해서는, 도 4 에 나타내는 제 2 실시형태의 형상으로, 표 1 에 나타내는 치수의 패키지 사이즈 3030 (세로 3.0 ㎜ × 가로 3.0 ㎜) 의 Au-Sn 층을 형성하기 위해서, 두께가 30 ㎛ 인 인쇄용 메시 마스크를 사용하여, 유리 부재 상에 Au-Sn 페이스트를 스크린 인쇄하여 도포하였다.
그리고, Au-Sn 페이스트가 도포된 유리 부재를 리플로하여, 유리 부재 상에 25 개의 프레임 형상의 Au-Sn 층을 형성하였다. 이 리플로에서는, N2 분위기하에서 Au-Sn 페이스트의 도막을 300 ℃ 에서 1 분간 가열하였다. 이와 같이 하여 형성한 각 Au-Sn 층에 있어서, 모서리부를 제외한 부위 (직선부) 의 폭 및 모서리부의 최대 폭은 표 1 에 나타내는 값이며, Au-Sn 층의 두께는 4.7 ㎛ 였다.
실시예 1, 2 및 비교예 1 에 대해서, 이와 같이 하여 얻어진 각 25 샘플의 Au-Sn 층의 각각을 관찰하고, Au-Sn 층의 내외 관통률에 의해 유리 부재로부터의 박리를 평가하였다.
(박리 평가 : Au-Sn 층의 내외 관통률)
메탈라이즈층 상에 형성된 Au-Sn 층을 상면으로부터 광학 현미경 (10 배) 으로 관찰하였다. Au-Sn 층의 외측으로부터 Au-Sn 층의 내측까지 연속해서 박리되어 있는 부분이 존재하는 샘플을 불가로 판정하였다. 박리되어 있는 부분이 존재하고 있지 않은 샘플을 양호로 판정하였다. 그리고, 유리 부재 상에 형성된 25 샘플의 Au-Sn 층에 있어서, 양호로 판정된 샘플수의 비율을 산출하여, 그 값을 표 1 의 항목 "박리 평가 (％)" 에 나타내었다.
Figure 112020134023706-pct00001
Au-Sn 층의 폭이 250 ㎛ 이하인 실시예 1 및 2 는, 박리 평가가 92 ％ 이상이었다. 특히, 모서리부의 폭이 100 ㎛ 이고 직선부와 비교하여 동등하거나 또는 작은 실시예 2 에서는, 박리 평가가 96 ％ 이고, 특히 박리 평가가 높았다. 한편, 비교예 1 은, Au-Sn 층의 폭이 425 ㎛ 로 컸기 때문에, 대략 절반의 Au-Sn 층이 박리되어 있고, 박리 평가가 48 ％ 로 낮았다.
이 때문에, Au-Sn 층의 폭이 250 ㎛ 이하이면, Au-Sn 층의 박리를 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또, 모서리부의 폭이 직선부의 폭보다 작으면, 보다 Au-Sn 층의 박리를 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
산업상 이용가능성
본 실시형태에 의하면, 패키지 기판에 접합되는 유리제 패키지용 뚜껑재의 파손 및 패키지용 뚜껑재에 형성된 Au-Sn 층의 박리를 억제한다. 이 때문에, 본 실시형태의 패키지용 뚜껑재 및 패키지는, 반도체 레이저 (LD) 나 LED 등의 발광 소자가 패키지 내에 봉지된 반도체 장치 및 발광 장치에 적합하게 적용할 수 있다.
1, 701 : 패키지
2, 702 : 패키지 기판
6, 706 : 접합층
21, 721, 731: 오목부
22 : 접합면
3, 103, 203, 303, 403, 503, 703, 803 : 패키지용 뚜껑재
4, 4G, 704 : 메탈라이즈층
5, 5A, 5B, 5C, 5F, 5G : Au-Sn 층
51, 51A, 51B, 51C, 51E, 51G : 모서리부
5D : 제 1 Au-Sn 층
5E : 제 2 Au-Sn 층
30, 3F, 730 : 유리 부재
31 : 상면
32, 32F : 하면
33, 533 접합부
34, 534 : 광 투과부

Claims (11)

  1. 패키지 기판에 접합되는 패키지용 뚜껑재로서,
    평면 프레임 형상으로 형성된 접합부와, 상기 접합부의 내측에 형성된 광 투과부를 갖는 유리 부재를 구비하고,
    상기 접합부는 상기 유리 부재의 상기 접합부에 프레임 형상으로 형성된 1 이상의 메탈라이즈층과,
    상기 메탈라이즈층 상에 형성되고, 폭이 250 ㎛ 이하인 프레임 형상을 갖는 1 이상의 리플로된 상태의 Au-Sn 층을 갖고,
    1 이상의 상기 Au-Sn 층의 상기 프레임 형상이 1 이상의 모서리부를 갖고, 상기 모서리부의 최대 폭이 상기 Au-Sn 층의 상기 모서리부를 제외한 부위에 있어서의 상기 프레임 형상의 상기 폭보다 작고,
    상기 모서리부가 모따기되어 있는 것을 특징으로 하는 패키지용 뚜껑재.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    1 이상의 상기 Au-Sn 층은, 제 1 Au-Sn 층과, 상기 제 1 Au-Sn 층의 내측에 간극을 벌리고 형성된 제 2 Au-Sn 층인 것을 특징으로 하는 패키지용 뚜껑재.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 유리 부재의 두께가 50 ㎛ 이상 3000 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 패키지용 뚜껑재.
  6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 Au-Sn 층의 상기 폭이 50 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 패키지용 뚜껑재.
  7. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 Au-Sn 층의 상기 폭이 230 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 패키지용 뚜껑재.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 모서리부의 상기 최대 폭이 30 ㎛ 이상 130 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 패키지용 뚜껑재.
  9. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 유리 부재가 평판 형상인 것을 특징으로 하는 패키지용 뚜껑재.
  10. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 유리 부재가 박스 형상인 것을 특징으로 하는 패키지용 뚜껑재.
  11. 적어도 1 이상의 패키지 기판과, 제 1 항 또는 제 4 항에 기재된 상기 패키지용 뚜껑재를 준비해 두고,
    상기 패키지용 뚜껑재의 상기 Au-Sn 층을 상기 패키지 기판에 맞닿게 하여, 상기 Au-Sn 층을 용융 고화하는 것에 의해 상기 패키지용 뚜껑재와 상기 패키지 기판을 접합하는 것을 특징으로 하는 패키지의 제조 방법.
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