KR20070116085A - 전자부품용 패키지, 그 덮개체, 그 덮개체용 덮개재 및 그덮개재의 제조방법 - Google Patents

전자부품용 패키지, 그 덮개체, 그 덮개체용 덮개재 및 그덮개재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

전자부품용 패키지의 케이스에 덮개체를 납접하기 전에, 주로 수분을 가열 제거하기 위한 탈가스처리를 실시하여도 휨이 생기기 어렵고, 또한 납접시에 케이스에 파손이 생기기 어려운 덮개체, 그 소재가 되는 덮개재 등을 제공한다.
본 발명의 덮개체 및 그 소재가 되는 덮개재는, 저열팽창금속에 의해 형성된 기재층(2)과, 이 기재층(2)의 한 쪽 표면에 적층되어, Ni을 0.5∼6.Omass% 함유하는 Cu-Ni합금 혹은 Ag을 0.05∼10mass% 함유하는 Cu-Ag합금에 의해 형성된 중간금속층(3)과, 이 중간금속층(3)에 적층되어, 은을 주성분으로 하는 은납합금에 의해 형성된 납재층(4)을 구비한다.
저열팽창금속, 기재층, 패키지, 덮개부재, 덮개체, 덮개재, 니켈합금, 은납합금, 중간금속층, 전자부품 정밀도, 탈가스처리

Description

전자부품용 패키지, 그 덮개체, 그 덮개체용 덮개재 및 그 덮개재의 제조방법{ELECTRONIC COMPONENT PACKAGE, COVER BODY FOR SUCH ELECTRONIC COMPONENT PACKAGE, COVER MATERIAL FOR SUCH COVER BODY AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH COVER MATERIAL}
본 발명은, 전자부품을 수납하는 케이스의 개구부가 덮개체에 의해 씰링되는 전자부품용 패키지, 그 덮개체 및 그 소재가 되는 덮개재에 관한 것이다.
반도체소자, 압전진동자 등의 여러가지 전자부품을 수납하는 패키지는, 일본 특허공개2000-3973호 공보(특허문헌1)에 개시되어 있는 바와 같이, 전자부품을 수납하기 위한 오목부가 상면에서 개구하도록 형성된 케이스와, 상기 오목부를 밀폐하기 위해 상기 케이스의 개구부를 덮도록 케이스의 개구외주부에 납접된 덮개체를 구비하고 있다.
상기 케이스는, 산화 알루미늄이나 질화 알루미늄 등의 세라믹을 주된 재료로 하여 형성되어 있다. 한편, 상기 덮개체는, Fe-29％Ni-17％Co합금(상품명: 코바르(KOVAR)) 등의 저열팽창금속(低熱膨脹金屬)으로 형성된 기재층(基材層)과, 상기 기재층의 한쪽 표면에 적층된, 금속납재에 의해 형성된 납재층(brazing material layer)을 구비하고 있다. 상기 금속납재로서는, 주로 은을 주성분으로 하는 은납합 금이 사용된다.
상기 케이스의 개구부에 상기 덮개체를 납접하는 수단으로서는, 특허문헌1에 개시되어 있는 바와 같이, 시임용접이 적용되는 경우가 있다. 시임용접은, 진공 중에서 실시할 필요가 없고, 비교적 간단한 설비로, 효율적으로 납접을 행할 수 있다. 납접의 다른 수단으로서, 케이스에 포갠 덮개체의 외주부에 그 배면(외면)으로부터 전자빔을 조사(照射)하여, 납재층을 용융하게 하여 접합하는 전자빔용접도 적용할 수 있다.
최근, 전자부품의 저배화(低背化), 소형화에 동반하여, 그러한 패키지도 더 한층의 저배화, 소형화가 요망되고 있다. 이 때문에, 덮개체의 두께가 얇아지고, 또한 케이스 자체도 소형화되어, 이에 동반하여 세라믹으로 형성된 케이스의 전자부품 수용용 오목부의 주위 벽부도 박화(薄化)되고 있다.
이러한 상황에서, 덮개체를 케이스에 납접하면, 은납합금의 융점이 780℃ 정도로 비교적 고온이기 때문에, 특허문헌1에 기재된 전자부품용 패키지에서는, 케이스를 형성하는 세라믹과 덮개체의 기재층을 형성하는 저열팽창금속과의 열팽창율 차이에 의해, 납재의 냉각과정에서 케이스의 벽부에 큰 열응력이 발생하고, 이 응력에 의해 크랙이 발생하여, 기밀성이 저하된다고 하는 문제가 있다. 이러한 문제는, 시임용접의 경우에 한정되지 않고, 전자빔용접 등의 국부가열에 의한 용접에 있어서도 마찬가지이다.
그래서, 일본 특허공개2003-209197호 공보(특허문헌2)에 기재되어 있는 바와 같이, 전자부품용 패키지의 덮개체 혹은 그 소재가 되는 덮개재로서, 저열팽창금속 에 의해 형성된 기재층과, 이 기재층의 한쪽 표면에 적층되어, 내력(耐力)이 110N/mm2이하의 순(純)Cu로 형성된 중간금속층과, 이 중간금속층에 적층되어, 은을 주성분으로 하는 은납합금에 의해 형성된 납재층을 구비한 것이 제안되어 있다.
특허문헌1: 일본 특허공개2000-3973호 공보
특허문헌2: 일본 특허공개2003-209197호 공보
최근, 전자부품의 정밀도 향상이 더한층 요청되고 있어, 본 발명자의 지견에 의하면, 덮개체를 케이스에 납접하기 전에, 덮개체를 150∼300℃정도의 온도로 3∼60분정도 가열하는 탈가스처리를 행하는 것이 유효하다는 것을 알았다. 이러한 탈가스처리가 유효한 이유는 아래와 같다. 덮개체를 납접할 때, 가열된 덮개체로부터 덮개체에 부착된 가스성분(주로 수분)이 수증기 등의 가스로 되어 방산하여, 이 가스가 케이스 내에서 전자부품과 함께 봉입(封入)되면, 전자부품의 수명이 짧아지거나, 발진(發振)주파수가 변동한다고 하는 문제가 생긴다. 덮개체를 케이스에 납접하기 전에, 상기 탈가스처리를 행함으로써 이러한 문제를 방지할 수 있다.
그런데, 상기 특허문헌2에 기재된 순Cu로 형성된 중간금속층을 구비한 덮개체를 사용하는 경우, 이하의 문제가 있다. 다시 말해, 탈가스처리시의 가열에 의해, 기재층에 대하여 열팽창율이 큰 순Cu로 형성된 중간금속층의 열팽창이 기재층에 구속되어, 이로써 생긴 압축응력에 의해 중간금속층이 소성변형을 일으킨다. 그리고나서, 덮개체가 냉각되면, 중간금속층은 소성변형에 의해 원래의 길이보다 줄어든 상태로 되어 있기 때문에, 열수축한 기재층에 당겨져서, 덮개체는 중간금속층 측이 오목한 아치형상으로 변형한다. 이러한 변형이 생긴 덮개체를 케이스에 납접하면, 납접작업이 어렵고, 납접불량, 기밀성불량을 일으키기 쉬워진다.
본 발명은 이러한 문제를 감안하여 나온 것으로, 주로 수분을 가열제거하기 위한 탈가스처리를 행하여도 변형이 생기기 어렵고, 더욱이 세라믹 케이스에 납접할 때, 케이스 벽부에 생기는 열응력을 경감하여 크랙의 발생을 방지할 수 있는 전자부품용 패키지의 덮개체, 그 소재가 되는 덮개재 및 그 덮개재의 제조방법을 제공하는 것, 그리고 상기 덮개체에 의해 씰링되는, 기밀성이 뛰어난 전자부품용 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 덮개재는, 전자부품을 수납하기 위한 수납 스페이스가 표면에서 개구하도록 형성된 케이스의 개구외주부(開口外周部)에 용착(溶着)되는 전자부품용 패키지의 덮개체용 덮개재로서, 저열팽창금속에 의해 형성된 기재층과, 이 기재층의 한 쪽 표면에 적층되어, Ni을 0.5∼6.Omass% 함유하는 Cu-Ni합금 혹은 Ag을 0.05∼10mass% 함유하는 Cu-Ag합금에 의해 형성된 중간금속층과, 이 중간금속층에 적층되어, 은을 주성분으로 하는 은납합금에 의해 형성된 납재층을 구비한다. 이하, 성분의 단위를 간단하게 「％」로 표시한다.
이 덮개재에 의하면, 중간금속층은, Ni을 0.5∼6.0% 함유하는 Cu-Ni합금 혹은 Ag을 0.05∼10% 함유하는 Cu-Ag합금에 의해 형성되어 있으므로, 덮개재로 제작한 덮개체를 케이스의 개구외주부에 납접하기 전에 탈가스처리를 실시하여도, 이 처리에 의해 상기 중간금속층이 소성변형하기 어렵고, 탈가스처리 후에 덮개체에 휨이 생기기 어렵다. 또한, 상기 합금은 열전도성이 뛰어나기 때문에, 덮개체의 납접시, 시임용접이나 전자빔용접 등의 지극히 단시간의 국부가열(덮개체 주연부로의 가열)에 의하여도, 기재층에서 발생한 줄 열(joule heat) 혹은 기재층에 부여된 열을 중간금속층을 거쳐 납재층에 신속하게 전달할 수 있어, 덮개체에 휨이 생기기 어려움과 더불어, 덮개체를 케이스의 개구외주부에 용이하면서 확실하게 납접할 수 있다. 더욱이, 상기 Cu-Ni합금, Cu-Ag합금은 그 내력(耐力)이 100N/mm2이하이기 때문에, 덮개체를 케이스의 개구외주부에 납접할 때, 케이스와 기재층의 열팽창율의 차이에 기인하여 케이스의 벽부에 큰 열응력이 생겨도, 중간금속층이 용이하게 소성변형하기 때문에, 그 열응력을 경감할 수 있고, 더 나아가서는 케이스의 벽부에 생기는 파손을 방지할 수 있다.
또한, 상기 덮개재에 있어서, 상기 중간금속층은 그 두께를 10∼200μm(10μm이상, 200μm이하)로 하는 것이 바람직하고, 10μm이상, 100μm미만으로 하는 것이 더 바람직하다. 10μm미만에서는, 소성변형량을 충분히 얻을 수 없기 때문에, 케이스에 발생하는 열응력을 경감하는 효과가 과소(過少)하게 된다. 한편, 200μm을 넘으면, 중간금속층 자체의 열변형을 무시할 수 없게 되어, 케이스에 발생하는 열응력을 경감할 수 없게 된다.
그리고, 상기 덮개재에 있어서, 기재층의 다른 쪽 표면에 순 니켈 혹은 니켈을 주성분으로 하는 니켈합금(이들 합금을 모두「니켈 근본합금」이라고 하는 경우가 있다)으로 형성된 니켈 기금속층(基金屬層)을 접합할 수 있다. 이로써, 기재층의 겉표면의 내식성을 향상하게 할 수 있고, 더 나아가서는 덮개재, 덮개재로부터 가공한 덮개체, 나아가서는 이로써 씰링되는 전자부품용 패키지의 오손(汚損)을 방지할 수 있다. 또한, 니켈 기금속층은 기재층과 중간금속층과의 열팽창율의 차이에 의해 발생하는 휨을 경감하는 효과도 가진다.
본 발명에 의한 덮개재의 제조방법은, 전자부품을 수납하기 위한 수납 스페이스가 표면에서 개구하도록 형성된 케이스의 개구외주부에 용착되는 덮개체용 덮개재의 제조방법으로서, 저열팽창금속에 의해 형성된 기재층의 한 쪽 표면에 Ni을 0.5∼6.0% 함유하는 Cu-Ni합금 혹은 Ag을 0.05∼10% 함유하는 Cu-Ag합금에 의해 형성된 중간금속층이 적층된 중간금속층 적층체를 준비하는 준비공정과, 상기 중간금속층 적층체의 중간금속층에 은을 주성분으로 하는 은납합금에 의해 형성된 납재층을 압접하여 납재층 압접체를 얻는 압접공정과, 상기 납재층 압접체에 확산 소둔을 행하여 상기 중간금속층과 납재층이 서로 확산접합된 덮개재를 제조하는 확산소둔공정을 가진다.
이 제조방법에 의해, 상기 기재층에 중간금속층과 납재층이 적층한 덮개재를 용이하게 제조할 수 있고, 압접시의 압하율을 조절하는 것만으로, 중간금속층의 두께를 용이하게 제어할 수 있다.
이 제조방법의 압접공정에 있어서, 납재층 압접체의 중간금속층의 평균두께를 바람직하게는 10∼200μm, 더 바람직하게는 10μm이상, 100μm미만으로 하는 것이 좋다. 또한, 준비공정에 있어서, 상기 중간금속층 적층체의 기재층의 다른 쪽 표면에 순 니켈 혹은 니켈을 주성분으로 하는 니켈합금으로 형성된 니켈 기금속층을 적층형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 전자부품용 패키지는, 전자부품을 수납하기 위한 수납 스페이스가 표면에서 개구하도록 형성된 케이스와, 이 케이스의 개구부를 덮도록 그 개구외주부에 용착된 덮개체를 구비한다. 상기 덮개체는 상기 덮개재로부터, 예를 들면 스탬핑가공에 의해, 가공된 것이다.
이 전자부품용 패키지에 의하면, 덮개체의 케이스로의 납접 전에 탈가스처리를 행하여도 덮개체에 휨이 생기기 어렵고, 또한 납접시에, 기재층에서 발생한 줄 열 혹은 기재층에 부여된 열을 열전도성이 뛰어난 중간금속층을 거쳐 납재층측에 신속하게 전달하여, 납재의 용융을 신속하게 행하면서, 상기 케이스에 걸리는 열응력을 억제하여 덮개체와 케이스를 납접할 수 있다. 이 때문에, 덮개체의 납땜성이 뛰어나고, 또한 케이스의 파손이나 접합불량을 방지할 수 있어, 뛰어난 기밀성을 얻을 수 있다.
상기한 바대로, 본 발명의 덮개재에 의하면, 중간금속층을 소정의 Cu-Ni합금, Cu-Ag합금으로 형성하였으므로, 덮개재로 제작한 덮개체를 케이스의 개구외주부에 납접하는 전에 탈가스처리를 실시하여도, 덮개체에 휨이 생기기 어렵다. 또한, 상기 합금은 열전도성이 뛰어나기 때문에, 덮개체의 납접시에, 기재층에 생긴, 혹은 부여된 열을 중간금속층을 거쳐 납재층에 신속하게 전달할 수 있어, 덮개체에 휨이 생기기 어려움과 더불어, 덮개체를 케이스의 개구외주부에 용이하면서 확실하게 납접할 수 있다. 더욱이, 상기 합금은 그 내력이 100N/mm2이하이기 때문에, 덮개체의 납땜시에, 덮개체가 케이스에 대하여 열팽창하여도, 중간금속층이 소성변형하여 케이스의 벽부에 발생하는 열응력을 완화할 수 있고, 더 나아가서는 상기 벽부에 생기는 파손을 방지할 수 있다. 이 때문에, 기밀성이 뛰어난 전자부품용 패키지를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 덮개재의 제조방법에 의하면, 상기 덮개재를 용이하게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관련된 덮개재의 기본구조를 나타내는 부분 단면모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관련된 전자부품용 패키지의 기본구조를 나타내는 단면모식도이다.
<부호의 설명>
1: 덮개재 2: 기재층
3: 중간금속층 4: 납재층
5: 니켈 기금속층 21: 덮개체
31: 케이스 32: 케이스 본체
우선, 본 발명의 실시 형태에 관련된 덮개재의 기본구조를 도 1을 참조하여 설명한다. 이 덮개재(1)은, 기재층(2)의 한 쪽 표면(도시된 예에서는 상면)에 니켈 기금속층(5)이, 다른 쪽 표면(도시된 예에서는 하면)에 중간금속층(3)이 각각 압접 되고 확산접합되고, 또한 상기 중간금속층(3)의 표면에 납재층(4)이 압접되고 확산접합되어 있다.
상기 기재층(2)은, 순철(순Fe)의 내력(200N/mm2)이상의 내력을 가지고, 열팽창율이 철보다 작은 저열팽창금속에 의해 형성되어 있다. 상기 저열팽창금속은 30∼300℃에 있어서의 열팽창율이 4.0∼5.5×10-6／℃인 것이 바람직하다. 이러한 바람직한 저열팽창금속으로서는, 예를 들면, Fe-42％Ni합금 등의 니켈(Ni)을 36∼50% 함유한 Fe-Ni합금, 또한 코바르(상품명) 등의 Ni을 20∼30％、코발트(Co)를 1∼20% 함유한 Fe-Ni-Co합금이 적합하다.
상기 니켈 기금속층(5)은 덮개재(1) 겉표면의 내식성을 향상하게 하는 것으로, 순 니켈이나, Ni을 50wt％이상 함유하는 Cu-Ni합금 등의 Ni을 주성분으로 한 니켈합금에 의해 형성된다. 상기 니켈 기금속은 상기 기재층(2)과의 압접성, 확산접합성도 양호하다. 다만, 이 니켈 기금속층(5)은 필요에 따라 형성하면 되고, 반드시 필요로 하는 것은 아니다.
상기 중간금속층(3)은, Ni을 0.5∼6.0% 함유하고, 잔부Cu 및 불순물로 이루어진 Cu-Ni합금, 혹은 Ag을 0.05∼10% 함유하고, 잔부Cu 및 불순물로 이루어진 Cu-Ag합금으로 형성되어 있다. Ni양이 0.5％미만, Ag양이 0.05％미만에서는, Ni, Ag양이 과소하여, 탈가스처리시의 가열에 의해, 재질이 지나치게 연화된다. 이 때문에, 기재층(2)에 의해 중간금속층(3)의 열팽창이 구속되어 압축의 소성변형이 생겨서, 냉각 후의 휨을 충분히 억제할 수 없다. 한편, Ni양이 6.0％을 초과하면, 합금의 강도가 향상하여, 휨 방지에는 바람직하지만, 열전도성이 열화하여, 기재층으로의 국부적인 가열에 의한 납재층의 용융이 곤란해져, 접합불량이 생길 우려가 있다. 이 때문에, Cu-Ni합금을 이용할 경우, Ni양의 하한을 0.5％, 바람직하게는 1.5％로 하고, 그 상한을 6.0％, 바람직하게는 5.5％로 한다. 또한, Ag양이 10％를 초과하면, Ag은 고가인 재료이므로 재료비용이 지나치게 높아져서, 경제성을 저해한다. 이 때문에, Cu-Ag합금을 이용할 경우, Ag양의 하한을 0.05％, 바람직하게는 0.15％로 하고, 그 상한을 10％, 바람직하게는 5.0％, 더 바람직하게는 2.0％로 한다. 상기 Cu-Ni합금, Cu-Ag합금 모두, 전형적으로는 잔부가 Cu 및 불순물로 형성되지만, 상기 합금의 특성을 저해하지 않는 범위이면, Zr나 Sn 등 원소의 미량첨가는 허용된다. 또한, 상기 중간금속층(3) 납땜시의 케이스 벽부의 열응력 경감효과는, 같은 층을 형성하는 금속재(소둔재)의 내력(0.2％의 내력)에 의해 좌우되어, 110N /mm2이하, 바람직하게는 100N/mm2이하로 하는 것이 알려져 있지만, 상기 Cu-Ni합금 및 Cu-Ag합금 모두, 그 소둔재의 내력은 45N/mm2이상, 100N/mm2이하로서, 휨에 대한 저항성뿐만아니라, 열응력 경감작용도 뛰어나다.
상기 납재층(4)은, 은(Ag)을 주성분으로 하는 은납합금으로 형성된다. 주성분인 Ag의 함유량은 70∼90％로 하는 것이 바람직하다. 상기 은납합금의 융점은, 700∼900℃정도인 것이 바람직하다. 구체적인 은납합금으로서, 85％Ag-Cu합금(융점780℃）등의 Ag-Cu합금, 그 외, 융점이 상기 융점범위 내인 Ag-Cu-Zn합금, Ag-Cu-Ni합금을 들 수 있다. 전자부품용 패키지는 400℃정도이하의 온도에서 기판에 납땜 되기 때문에, 일단 용착한 납재층이 그 온도에서 연화, 열화하지 않을 필요가 있다. Ag의 함유량이 70∼90％인 은납합금은, 이와 같은 온도조건을 만족하고, 또한 강도 및 내식성도 양호하므로 바람직하다.
한편, 은납합금은 후술하는 바와 같이, 상기 중간금속층과 납재층과의 확산 접합시에 그 계면(界面)에 빈 공간(void)이 생성하기 쉬운 경향이 있다. 또한, 그 융점이 높음으로 해서, 덮개재(1)로부터 가공한 덮개체를 케이스의 개구외주부에 납접할 때에, 덮개체의 납접부를 고온으로 가열할 필요가 있고, 기재층(2)의 열변형에 의해 케이스에 열응력이 발생한다고 하는 문제가 있지만, 이 문제는 상기 기재층(2)과 납재층(4)과의 사이에 상기 중간금속층(3)을 개재하게 함으로써 해소된다.
상기 각 층의 평균두께는, 케이스의 개구부의 크기에도 따르지만, 기재층(2)은 30∼200μm정도, 바람직하게는 50∼100μm정도로 된다. 중간금속층(3)은 10∼200μm정도, 바람직하게는 10μm정도 이상, 100μm정도 미만, 더 바람직하게는 15∼60μm정도로 된다. 중간금속층이 10μm정도 미만에서는 열응력을 경감하는 작용이 부족되고, 한편으로 200μm정도를 초과하면 층두께가 지나치게 두터워서, 중간금속층 자체의 열변형을 무시할 수 없게 되어, 오히려 열응력의 경감작용이 열화하게 된다. 그리고, 납땜시, 기재층(2)의 팽창에 의해 발생한 열응력에 대하여 중간금속층(3)의 소성변형량을 충분하게 확보할 수 있도록, 기재층(2)의 두께(tb)에 대한 중간금속층(3)의 두께(tm)의 비 tm/tb를 0.25∼0.6정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 납재층(4)은 5∼50μm정도가 좋고, 니켈 기금속층(5)은 3∼50μm정도가 좋다. 그리고, 전자부품용 패키지의 저배화의 관점에서, 덮개재 전체의 두께는 50∼150μm정도로 하고, 이 경우, 기재층과 중간금속층과의 합계 두께는 35∼135μm정도로 하는 것이 바람직하다.
다음으로 상기 덮개재의 제조방법에 대해서 설명한다.
상기 덮개재(1)는, 이하의 공정에 의해 제조된다. 기재층(2)의 소재인 기재시이트의 한 쪽 표면에 니켈 기금속층(5)의 소재인 니켈 기금속 시이트를, 다른 쪽 표면에 중간금속층(3)의 소재인 동합금 시이트를 중첩하게 한다. 이 중첩된 중합체를 한 쌍의 롤에 통과시켜서 압하율70∼80％정도로 압하하고, 이로써 각각의 시이트를 압하함과 동시에 압접하여, 기재층의 양면에 니켈 기금속층 및 중간금속층이 압접된 중간금속층 적층체를 얻는다. 상기 중간금속층 적층체에는, 필요에 따라서 추가로 950∼1050℃정도의 온도로 중간소둔을 행할 수 있다. 이 중간소둔에 의해, 인접하는 층끼리를 확산접합하여, 그 접합력을 향상하게 함과 동시에 각 층을 연화하게 할 수 있다. 덮개재(1)에 니켈 기금속층(5)을 형성하지 않는 경우에는, 상기 니켈 기금속 시이트가 불필요한 것은 물론이다. 이상과 같이 하여 상기 중간금속층 적층체를 준비하는 공정을 준비공정이라고 부른다.
다음으로, 상기 중간금속층 적층체의 중간금속층의 표면에 납재층(4)의 소재인 납재 시이트를 중첩하게 한다. 이 중첩된 중합체를 다시 한 쌍의 롤에 통과하게 하여 압하하고, 이로써 중간금속층의 표면에 납재층이 압접된 납재층 압접체를 얻는다. 이 공정을 압접공정이라고 부른다.
그리고, 상기 납재층 압접체는 확산소둔이 행하여져서, 중간금속층과 납재층 과의 사이에 가급적으로 빈 공간을 개재하게 하는 것 없이, 양 층이 확산접합된 덮개재(1)를 얻는다. 이 공정을 확산접합공정이라고 부른다. 상기 덮개재(1)는, 필요에 따라 추가로 마무리압연이 행하여져, 그 판두께가 조정되어도 좋다. 마무리압연 후의 각 층의 층두께는, 압연의 압하율을 R로 하였을 때, 거의 원래의 층두께인 (1-R)배로 두께가 줄어든다.
상기 중간금속층과 납재층과의 사이에 빈 공간을 발생하게 하지 않도록 양 층을 접합하게 하기 위해서는, 상기 압접공정에 있어서, 상기 납재층 압접체를 얻기 위한 압하율을 50∼80％정도로 하고, 또한 상기 확산소둔공정에 있어서, 그 확산소둔온도를 380∼590℃정도로 하면 좋다. 확산소둔시간은 바람직하게는 2분 이상, 더 바람직하게는 3분 이상으로 하면 좋다. 소둔시간의 상한은 특히 정하지 않지만, 생산성을 고려하면 10분 이하, 바람직하게는 5분 이하로 하는 것이 좋다.
다음으로, 전자부품용 패키지의 실시 형태를 도 2를 참조하면서 설명한다. 이 패키지의 케이스(31)의 씰링에 사용된 덮개체(21)는, 상기 덮개재(1)를 프레스로서 소정치수로 스탬핑가공한 것이다. 도에 있어서, 상기 덮개체(21)를 구성하는 각 부에 대해서는 덮개재(1)와 마찬가지이므로, 같은 부호를 부여하여, 설명을 생략한다.
이 패키지는, 전자부품(P)을 수납하기 위한 수납 스페이스(오목부)(33)가 상면에서 개구하도록 형성된 케이스(31)와, 이 케이스(31)의 개구외주부에 납접에 의해 용착된 덮개체(21)를 갗추고 있다. 상기 케이스(31)는, 상기 수납 스페이스(33)가 상면에서 개구하고, 산화알미늄이나 질화규소 등의 세라믹으로 형성된, 절연성 을 가진 케이스 본체(32)를 구비하고, 이 케이스 본체(32)의 개구외주부에 납재와의 용착을 촉진하는 용착촉진층(37)이 일체적으로 형성되어 있다. 상기 용착촉진층(37)은, 케이스 본체(32)와 일체적으로 소성된 텅스텐(W)이나 몰리브덴(Mo) 등의 고융점금속으로 이루어지는 메탈라이즈층(metallization layer)(34)을 가지고, 그 위에 니켈층(35), 필요에 따라 추가로 금층(金層)(36)이 형성되어 있다.
상기 덮개체(21)를 케이스(31)의 개구외주부에 용착하기 위해서는, 우선 케이스(31)의 개구부를 막도록 케이스(31) 위에, 납재층(4)이 케이스(31)의 개구외주부에 접촉하도록 덮개체(21)을 재치(載置)하고, 진공 혹은 불활성가스 중에서, 상기 납재층(4)을 용융하게 하여, 덮개체(21)를 케이스(31)의 개구외주부에 용착한다. 상기 납재층(4)의 용융은, 시임용접, 전자빔용접 등을 사용하여, 국부가열에 의해 행하는 것이 바람직하다. 상기 시임용접은, 덮개체(21)의 대향하는 두 변의 단부를 따라 한 쌍의 전극롤러를 전동(轉動)하게 하면서 통전(通電)하여, 주로 기재층(2)의 롤러의 접촉부 근방에서 국부적으로 줄 열을 발생하게 하고, 이것을 중간금속층(3)을 거쳐 납재층(4)에 전도하게 하여, 이 납재층(4)을 용융하여, 용융한 납재에 의해, 덮개체(21)를 케이스(31)에 납접하는 방법이다. 그리고, 상기 납재층(4)을 형성하는 은납합금의 융점이 비교적 고온이기 때문에, 전자부품(P)을 수납한 케이스(31) 및 덮개체(21)의 전체를 화로 속에서 가열하여, 납재층(4)을 용융하게 하는 것은, 케이스(31)에 수납된 전자부품(P)의 특성을 열화하게 할 소지가 있다. 이 때문에, 이와 같은 가열방법은 피해야 한다.
이하, 본 발명을 실시예에 근거하여 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 상기 실시 형태나 이하의 실시예에 의해 한정적으로 해석되는 것은 아니다.
실시예
도 1에 나타낸 4층 구조의 덮개재의 시료(試料)가 하기 요령에 의해 제작되었다. 기재층(2)의 소재로서 폭20mm, 두께2.5mm의 Fe-29％Ni-17％Co합금(상품명: 코바르)로 이루어지는 기재 시이트를, 또한 니켈 기금속층(5)의 소재로서 폭20mm, 두께0.23mm의 순Ni로 이루어진 니켈 시이트를, 또한 중간금속층(3)의 소재로서 폭20mm, 두께1.36mm의 표 1에 나타낸 순동(純銅)(무산소 동) 혹은 동합금(이하, 양자를 모두 간단히 「동재」라고 하는 경우가 있다)으로 이루어진 동재 시이트를 준비하고, 기재 시이트의 한 쪽 표면에 니켈 시이트를, 다른 쪽 표면에 동재 시이트를 중첩하고, 압하율60％로 냉간(冷間)으로 롤 압하하여, 인접하는 소재끼리가 압접된 두께1mm의 3층 압접체를 얻었다. 그리고, 이 압접체에 대하여, 800∼1000℃에서 1∼3분간 정도 유지하는 확산소둔을 행하여, 3층 적층체를 얻었다.
이 3층 적층체의 동재층에 납재층(4)의 소재로서 폭20mm, 두께0.13mm의 85％Ag-15％Cu(융점780℃)로 이루어진 납재 시이트를 중첩하고, 압하율60％이상으로 냉간으로 롤 압하하여, 3층 적층체의 동재층에 납재층이 압접된 4층 압접체를 얻었다.이 4층 압접체에 대하여, 500∼600℃, 3분간 정도 유지하는 확산소둔을 행하고, 그 후 마무리압연을 행하여 두께 85μm의 4층 적층체로 이루어지는 덮개재를 얻었다.
이렇게하여 제작된 각 덮개재로부터, 폭10mm, 길이50mm의 시험편을 채취하고, 정반(定盤) 상에서 평탄하게 한 후, 탈가스조건으로 채용되는 최대수준의 가열 온도(300℃)로 30분간 가열하고, 냉각후, 궁형(弓形)으로 휘어진 시험편을 다시 정반에 높고, 정반표면으로부터의 휨의 최대높이(휨량)를 비접촉 레이저변위계에 의해 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
또한, 각 개재의 중간금속층을 형성하는 동재와 같은 성분의 동재 시이트를 준비하여, 상기 덮개재와 같은 제조조건으로 압하, 소둔한 동재판을 제조하고, 이로부터 JISZ2201에서 정하는 시험편을 채취하여, JISZ2241에서 규정하는 방법으로 인장시험을 행하고, 덮개재의 중간금속층의 내력(0.2％의 영구신장을 일으킬 때의 응력)을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 함께 나타낸다.
그리고, 각 덮개재의 중간금속층을 형성하는 동재와 같은 성분인 두께1mm의 동재 시이트를 준비하여, 지름10mm의 시험편을 채취하고, 레이저플래시법에 의해 열전도율을 측정하였다. 사용한 측정기는, 알박 이공 주식회사(ULVAC-RIKO, Inc.)제품인, TC-7000이다. 그 결과를 표 1에 함께 나타낸다. 그리고, 납재가 중간금속층 위를 균일하게 젖어서 퍼지게 하자면, 실용적으로, 100W/m·K이상의 열전도율이 필요하다.
[표 1]
Figure 112007072403287-PCT00001
표 1로부터, 중간금속층을 순동으로 형성한 덮개재에서는, 휨량이 12mm로 대단히 컸지만, 동합금으로 형성한 것에서는, Ni양이 0.5％이상, Ag양이 0.05％이상인 시료에서 휨량이 상당히 감소하고 있어, 합금원소량이 많을수록 휨량의 감소가 확인되었다. 그러나, Ni양이 12％에서는 내력이 110N/mm2초과로 되어, 열응력의 완화에서는 부적당하다. 단지, Ni가 6.0％를 넘으면 열전도율이 100W/m·K미만으로 되어 있어, 납땜성이 열화한다. 발명예의 시료 No. 2-4, 7 및 8에서는, 휨량이 크게 저하하고 있고, 또한 중간금속층의 내력도 100N/mm2미만으로, 열전도율도 실용적인 수준이어서, 덮개재로서 적합한 성질을 겸비하고 있다.

Claims (10)

  1. 전자부품을 수납하기 위한 수납 스페이스가 표면에서 개구하도록 형성된 케이스의 개구외주부에 용착되는 전자부품용 패키지의 덮개체(蓋體)용 덮개재(蓋材)로서,
    저열팽창금속에 의해 형성된 기재층(基材層)과, 이 기재층의 한 쪽 표면에 적층되고 Ni을 0.5∼6.Omass% 함유하는 Cu-Ni합금에 의해 형성된 중간금속층과, 이 중간금속층에 적층되고 은을 주성분으로 하는 은납합금(silver brazing alloy)에 의해 형성된 납재층(brazing material layer)을 갖는 덮개재.
  2. 전자부품을 수납하기 위한 수납 스페이스가 표면에서 개구하도록 형성된 케이스의 개구외주부에 용착되는 전자부품용 패키지의 덮개체용 덮개재로서,
    저열팽창금속에 의해 형성된 기재층과, 이 기재층의 한 쪽 표면에 적층되고 Ag을 0.05∼10mass% 함유하는 Cu-Ag합금에 의해 형성된 중간금속층과, 이 중간금속층에 적층되고 은을 주성분으로 하는 은납합금에 의해 형성된 납재층을 갖는 덮개재.
  3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간금속층의 평균두께가 10μm이상, 200μm이하인 덮개재.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재층의 다른 쪽 표면에 순(純) 니켈 혹은 니켈을 주성분으로 하는 니켈합금에 의해 형성된 니켈 기금속층(基金屬層)이 접합된 덮개재.
  5. 전자부품을 수납하기 위한 수납 스페이스가 표면에서 개구하도록 형성된 케이스의 개구외주부에 용착되는 전자부품용 패키지의 덮개체용 덮개재의 제조방법으로서,
    저열팽창금속에 의해 형성된 기재층의 한 쪽 표면에 Ni을 0.5∼6.Omass% 함유하는 Cu-Ni합금에 의해 형성된 중간금속층이 적층된 중간금속층 적층체를 준비하는 준비공정과,
    상기 중간금속층 적층체의 중간금속층에 은을 주성분으로 하는 은납합금에 의해 형성된 납재층을 압접하여 납재층 압접체를 얻는 압접공정과,
    상기 납재층 압접체에 확산소둔(擴散燒鈍)을 행하여 상기 중간금속층과 납재층이 서로 확산접합된 덮개재를 제조하는 확산소둔공정을 갖는 덮개재의 제조방법.
  6. 전자부품을 수납하기 위한 수납 스페이스가 표면에서 개구하도록 형성된 케이스의 개구외주부에 용착되는 전자부품용 패키지의 덮개체용 덮개재의 제조방법으로서,
    저열팽창금속에 의해 형성된 기재층의 한 쪽 표면에 Ag을 0.05∼10mass% 함 유하는 Cu-Ag합금에 의해 형성된 중간금속층이 적층된 중간금속층 적층체를 준비하는 준비공정과,
    상기 중간금속층 적층체의 중간금속층에 은을 주성분으로 하는 은납합금에 의해 형성된 납재층을 압접하여 납재층 압접체를 얻는 압접공정과,
    상기 납재층 압접체에 확산소둔을 행하여 상기 중간금속층과 납재층이 서로 확산접합된 덮개재를 제조하는 확산소둔공정을 갖는 덮개재의 제조방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 기재한 압접공정에 있어서, 상기 납재층 압접체의 중간금속층의 평균두께를 10μm이상, 200μm이하로 하는 제조방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재한 준비공정에 있어서, 중간금속층 적층체의 기재층의 다른 쪽 표면에 순 니켈 혹은 니켈을 주성분으로 하는 니켈합금으로 이루어진 니켈 기금속(基金屬)에 의해 형성된 니켈 기금속층을 적층하는 제조방법.
  9. 전자부품을 수납하기 위한 수납 스페이스가 표면에서 개구하도록 형성된 케이스의 개구외주부에 용착되는 전자부품용 패키지의 덮개체로서,
    제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재한 덮개재로부터 상기 케이스의 개구부를 덮는 크기로 가공된 전자부품용 패키지의 덮개체.
  10. 전자부품을 수납하기 위한 수납 스페이스가 표면에서 개구하도록 형성된 케이스와, 이 케이스의 개구부를 덮도록 그 개구외주부에 용착된 덮개체를 구비하고, 상기 덮개체는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 덮개재로부터 가공된 전자부품용 패키지.
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