KR20170075750A - 기밀 밀봉용 덮개재, 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법 및 전자 부품 수납 패키지 - Google Patents

기밀 밀봉용 덮개재, 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법 및 전자 부품 수납 패키지 Download PDF

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Abstract

이 기밀 밀봉용 덮개재(10)는 Ag와 Cu를 함유하는 은납층(21)과, 은납층 위에 접합되고, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제1 Fe층(22)을 구비하는, 클래드재(20)에 의해 구성되어 있다. 기밀 밀봉용 덮개재는 클래드재가 구부러짐으로써, 오목부(13)를 포함하는 상자형 형상으로 형성되어 있다.

Description

기밀 밀봉용 덮개재, 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법 및 전자 부품 수납 패키지{COVER MATERIAL FOR HERMETIC SEALING, METHOD FOR PRODUCING COVER MATERIAL FOR HERMETIC SEALING, AND ELECTRONIC COMPONENT CONTAINING PACKAGE}
본 발명은 기밀 밀봉용 덮개재, 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법 및 전자 부품 수납 패키지에 관한 것이다.
종래, 납재층을 포함하는 기밀 밀봉용 덮개재를 구비하는 전자 부품 수납 패키지가 알려져 있다. 그러한 전자 부품 수납 패키지는, 예를 들어 일본 특허 공개 제2003-158211호 공보나 일본 특허 공개 제2001-156193호 공보에 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2003-158211호 공보에는, Ag납층, Cu층, 코바르(등록 상표)를 포함하는 금속 모재 및 Ni층이 적층된 상태에서 접합된 클래드재에 의해 구성된 금속 덮개와, 수정 진동판이 수납되는 세라믹 패키지를 구비하는 전자 부품 패키지가 개시되어 있다. 또한, Cu층은, 용접 후의 열 응력의 완화 및 용접 시의 열 변형의 완화를 위하여 형성되어 있다. 이 전자 부품 패키지에서는, 금속 덮개(클래드재)는 평판상으로 형성되어 있는 한편, 세라믹 패키지는, 수정 진동판을 수납하기 위하여 오목부를 포함하는 상자형 형상으로 형성되어 있다.
또한, 일본 특허 공개 제2001-156193호 공보에는, 코바르를 사용하여 구성된 금속판과, 금속판의 하측의 면에 접합된 저융점 납재로 이루어지는 납재층과, 금속판의 상측의 면에 피착된 Ni 도금 등으로 구성된 도금층으로 구성되고, 오목부를 갖는 상자형 형상으로 형성된 금속제 덮개재와, 수정 진동자가 수납되는 세라믹 기판(전자 부품 배치 부재)을 구비하는 전자 부품 패키지가 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 제2001-156193호 공보에는, 저융점 납재로서, Au 합금, Sn, 땜납 및 알루미늄 합금이 개시되어 있다.
여기서, 일본 특허 공개 제2003-158211호 공보에 기재된 Ag납층을 구비하는 평판상의 금속 덮개를, 일본 특허 공개 제2001-156193호 공보에 기재된 저융점 납재로 이루어지는 납재층을 구비하는 금속제 덮개재와 같이 오목부를 포함하는 상자형 형상으로 형성함으로써, 금속재와 비교하여 가공이 곤란한 세라믹으로 이루어지는 세라믹 패키지의 형상이 복잡화되는 것을 억제하여 세라믹 패키지의 생산성을 향상시키면서, 세라믹 패키지의 소형화를 도모하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 금속 덮개가 전자 부품 패키지의 측벽부를 구성함으로써, 측벽부의 강성을 향상시키는 것도 가능하다.
일본 특허 공개 제2003-158211호 공보 일본 특허 공개 제2001-156193호 공보
그러나, 본원 발명자는, 일본 특허 공개 제2003-158211호 공보에 기재된 Ag납층을 구비하는 평판상의 클래드재를, 일본 특허 공개 제2001-156193호 공보의 저융점 납재로 이루어지는 납재층을 구비하는 금속제 덮개재와 같이 오목부를 포함하는 상자형 형상으로 굽힘 가공하여 금속 덮개를 형성한 경우에는, 코바르를 포함하는 금속 모재가 경질임으로써, 구부러진 부분에 크랙이 발생하기 쉬운 것을 알아내었다. 또한, 그 크랙의 발생을 억제하기 위하여 Ag납층을 구비하는 클래드재에 대하여 연질화를 위한 열 처리(연질화 열 처리)를 행한 경우에는, Ag납층을 용융시키지 않고 클래드재의 연질화 처리를 행하는 것은 가능하기는 하지만, Ag납층과 Cu층의 계면에 보이드가 발생해 버린다는 문제점이 있는 것을 발견하였다. 또한, 「보이드」란, 2개의 층이 서로의 계면에 있어서 박리됨으로써 발생한 간극을 의미한다.
또한, 일본 특허 공개 제2001-156193호 공보에 기재된 금속제 덮개재에서도, 명기는 되어 있지 않지만, 코바르를 포함하는 금속판이 경질임으로써, 오목부를 갖는 상자형 형상으로 굽힘 가공했을 때에, 구부러진 부분에 크랙이 발생하기 쉽다고 생각된다. 또한, 그 크랙의 발생을 억제하기 위하여 저융점 납재로 이루어지는 납재층을 구비하는 금속제 덮개재에 대하여 연질화를 위한 열 처리(연질화 열 처리)를 행한 경우에는, 코바르가 연질화되기 전에 저융점 납재가 용융되어 버려, 충분한 연질화 처리를 행할 수 없다고 생각된다.
상기한 바와 같이 덮개재에 크랙이 발생한 경우에는, 크랙으로부터 파단이 진행되기 쉬워, 그 결과, 덮개재를 사용한 전자 부품 패키지에 있어서, 기밀 밀봉을 충분히 행할 수 없게 될 우려가 있다. 또한, Ag납층을 구비하는 금속 덮개에 보이드가 발생한 경우에는, 보이드 주변의 Ag납층이 박리되기 쉬워질 우려가 있다. 또한, 금속 덮개의 보이드에 분위기 가스나 잔류 가스 등이 유입된 경우에는 브레이징 접합 시 또는 브레이징 접합 후에 방출될 우려가 있다. 이 경우, 브레이징 접합 시에 있어서는, 방출된 가스와 함께 은납재가 비산되어 버려, 브레이징 접합이 불충분해지거나, 수정 진동판에 은납재가 부착되거나 할 우려가 있다. 또한, 브레이징 접합 후에 있어서는, 보이드에 유입된 가스가 전자 부품 패키지의 밀봉된 밀봉 공간에 방출되는 데 기인하여 전자 부품 패키지의 전자 부품에 결함이 발생할 우려가 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 본 발명의 하나의 목적은, 은납층을 구비하는 클래드재를 오목부를 포함하는 상자형 형상으로 형성했다고 해도, 크랙 및 보이드의 발생이 모두 억제된 기밀 밀봉용 덮개재, 그 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법 및 그 기밀 밀봉용 덮개재를 구비하는 전자 부품 수납 패키지를 제공하는 것이다.
본원 발명자는, 상기 발견한 과제(문제점)에 대하여 재차 검토한 결과, 연질화 열 처리에 기인하여 은납층에 포함되는 Ag나 Cu가 Cu층에 확산됨으로써, 계면 근방의 은납층의 은납 성분이 감소되어, 그 결과, 은납층과 직접적으로 접합되는 Cu층의 계면에 있어서 보이드가 발생한다는 지견을 얻었다. 이러한 현상은, Cu 이외에도, Ni나 Ni-Cu 합금에서도 발생했다. 그리고, 그 지견에 기초하여, 본원 발명자는 예의 검토한 결과, 이하의 구성에 의해 상기 과제를 해결할 수 있음을 알아내었다. 즉, 본 발명의 제1 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재는, 전자 부품이 배치되는 전자 부품 배치 부재를 포함하는 전자 부품 수납 패키지에 사용되는 기밀 밀봉용 덮개재이며, Ag와 Cu를 함유하는 은납층과, 은납층 위에 접합되고, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제1 Fe층을 구비하는, 클래드재에 의해 구성되고, 클래드재가 구부러짐으로써, 오목부를 포함하는 상자형 형상으로 형성되어 있다.
본 발명의 제1 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재는, 상기한 바와 같이 클래드재에, 은납층 위에 접합되고, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제1 Fe층을 구비하는 클래드재에 의해 구성한다. 여기서, 연질화 열 처리를 행했다고 해도, 은납층에 함유되는 Ag나 Cu가 Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제1 Fe층에 거의 고용되지 않으므로, 고용 확산이 거의 발생하지 않는다. 이에 의해, 은납층에 함유되는 Ag나 Cu가 제1 Fe층에 확산되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 예를 들어 은납층과 Ni 등을 사용하여 구성된 다른 금속층 사이에 제1 Fe층을 배치한 경우에는, 제1 Fe층에 의해, 은납층에 함유되는 Ag나 Cu가 다른 금속층에 확산되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 연질화 열 처리를 행했다고 해도, 은납층과 은납층과 직접적으로 접합되는 제1 Fe층 또는 다른 금속층과의 계면 근방에 위치하는 은납 성분이 확산에 기인하여 감소되는 것을 억제할 수 있으므로, 계면에 보이드가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이 제1 Fe층에 의해 보이드의 발생을 억제할 수 있는 것은, 후술하는 실험에 있어서 확인 완료되었다. 이에 의해, 연질화된 클래드재에 대하여 굽힘 가공을 행할 수 있으므로, 구부러진 부분에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 은납층을 구비하는 클래드재를 오목부를 포함하는 상자형 형상으로 형성하는 데 있어서, 크랙의 발생을 억제할 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재에 있어서, 바람직하게는 제1 Fe층은, 적어도 Co 및 Cr의 한쪽을 포함하는 Fe 합금을 사용하여 구성되고, Fe와 Co와 Cr이 합계 50질량％ 이상 포함되어 있다. 이와 같이 구성하면, 연질화 열 처리를 행했다고 해도, 은납층에 함유되는 Ag나 Cu가 적어도 Co 및 Cr의 한쪽을 포함하는 Fe 합금을 사용하여 구성된 제1 Fe층에는 거의 고용되지 않음으로써, 은납층에 함유되는 Ag나 Cu가 제1 Fe층에 확산되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제1 Fe층의 Fe와 Co와 Cr이 합계 50질량％ 이상 포함됨으로써, 은납층에 함유되는 Ag나 Cu가 제1 Fe층에 확산되는 것을 충분히 억제할 수 있다. 이것은, 후술하는 실험에 있어서 확인 완료되었다.
상기 제1 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재에 있어서, 바람직하게는 클래드재는, 제1 Fe층 위에 접합되고, 적어도 Cu 및 Ni의 한쪽을 포함하는 중간층과, 중간층 위에 접합되고, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제2 Fe층을 더 구비하고 있다. 여기서, 중간층은 Ag 및 Cu가 고용되는 Cu 및 Ni의 한쪽을 포함하는 층으로 구성되어 있어, 그 결과, 은납층과 중간층이 직접적으로 접촉한 경우에는, 은납층의 Ag 및 Cu가 중간층에 확산되기 쉽다. 그래서, 상기한 바와 같이 중간층과 은납층 사이에 제1 Fe층을 배치함으로써, 연질화 열 처리를 행했다고 해도, 은납층에 함유되는 Ag나 Cu가 중간층에 확산되는 것을, 제1 Fe층에 의해 억제할 수 있다. 또한, 중간층이 Cu를 사용하여 구성되어 있는 경우에는, 중간층을 어느 정도 유연하게 할 수 있으므로, 제2 Fe층과 전자 부품 배치 부재를 브레이징 접합할 때의 열 변형이나, 브레이징 접합 후의 열 팽창차에 기인하는 열 응력을, 중간층에 있어서 완화할 수 있다. 또한, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제2 Fe층의 조성이나 두께를 조정함으로써, 기밀 밀봉용 덮개재의 기계적 강도를 용이하게 조정할 수 있다.
이 경우, 바람직하게는 제1 Fe층은 1㎛ 이상이며, 또한 중간층의 두께 이하의 두께를 갖는다. 제1 Fe층의 두께가 1㎛ 이상이면, 제1 Fe층의 두께를 충분히 확보할 수 있으므로, 제1 Fe층에 의해, 중간층에 은납층에 함유되는 Ag나 Cu가 확산되는 것을 충분히 억제할 수 있다. 또한, 제1 Fe층이 중간층의 두께 이하의 두께를 가짐으로써, 제1 Fe층의 두께가 지나치게 커지는 것을 억제할 수 있으므로, 기밀 밀봉용 덮개재와 전자 부품 배치 부재를 브레이징 접합할 때의 열 변형이나, 브레이징 접합 후의 열 팽창차에 기인하는 열 응력을, Cu를 사용하여 구성된 중간층에 있어서 충분히 완화할 수 없게 되는 것을 억제할 수 있다.
상기 클래드재가 중간층과 제2 Fe층을 구비하는 구성에 있어서, 바람직하게는 클래드재의 제2 Fe층은 110HV 이상 200HV 이하의 비커스 경도를 갖는다. 제2 Fe층의 비커스 경도가 200HV 이하이면 제2 Fe층이 충분히 연질화되어 있으므로, 제2 Fe층을 갖는 클래드재에 대하여 용이하게 굽힘 가공을 행할 수 있다. 이에 의해, 클래드재를 오목부를 포함하는 상자형 형상으로 용이하게 구부릴 수 있다. 또한, 제2 Fe층의 비커스 경도가 110HV 이상이면, 제2 Fe층의 경도가 과도하게 작지 않으므로, 기밀 밀봉용 덮개재가 외력 등에 의해 용이하게 변형되어 버리는 것을 억제할 수 있다.
상기 클래드재가 중간층과 제2 Fe층을 구비하는 구성에 있어서, 바람직하게는 클래드재의 제2 Fe층은, 클래드재의 두께의 50％ 이상인 두께를 갖는다. 제2 Fe층의 두께가 클래드재의 두께의 50％ 이상이면, 제2 Fe층에 의해, 클래드재의 기계적 강도나 열 팽창 계수 등의 파라미터를 주로 결정할 수 있으므로, 제2 Fe층의 재질(Fe 이외에 첨가되는 각종 원소)을 적절하게 선택함으로써, 기밀성 등이 우수한 기밀 밀봉용 덮개재를 제작할 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재에 있어서, 바람직하게는 제1 Fe층은, 0질량％보다 크고 50질량％ 이하의 Ni를 포함하는 Fe 합금을 사용하여 구성되어 있다. 제1 Fe층을 Ni를 포함하는 Fe 합금으로 구성하면, 제1 Fe층의 열 팽창 계수를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 클래드재의 열 팽창 계수를 작게 할 수 있으므로, 열 팽창 계수가 작은 세라믹으로 구성되는 전자 부품 배치 부재와 기밀 밀봉용 덮개재에 큰 열 팽창차가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제1 Fe층을 50질량％ 이하의 Ni를 포함하는 Fe 합금으로 구성하면, 은납층에 함유되는 Ag나 Cu가 제1 Fe층에 확산되기 쉬워지는 것을 억제할 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재에 있어서, 바람직하게는 클래드재는 10％ 이상의 신율을 갖는다. 클래드재의 신율이 10％ 이상이면, 클래드재가 충분히 연질화되어 있으므로, 클래드재를 용이하게 구부릴 수 있다. 이에 의해, 클래드재를 오목부를 포함하는 상자형 형상으로 용이하게 구부릴 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재에 있어서, 바람직하게는 클래드재는, 은납층과는 반대측에 있어서 최외층을 구성하고, Ni를 함유하는 Ni층을 더 구비한다. 클래드재의 외부에 노출되는 최외층에 Ni층을 형성하면, Ni층에 의해, 클래드재가 노출되는 표면에 있어서의 내식성을 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 기밀 밀봉용 덮개재의 부식에 기인하여 기밀 밀봉용 덮개재를 사용한 전자 부품 수납 패키지의 기밀성이 저하되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명의 제2 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법은, 전자 부품이 배치되는 전자 부품 배치 부재를 포함하는 전자 부품 수납 패키지에 사용되는 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법이며, Ag와 Cu를 함유하는 은납판과 Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성된 제1 Fe판을 압연 접합함과 함께 확산 어닐링을 위한 제1 열 처리를 행함으로써, Ag와 Cu를 함유하는 은납층과, 은납층 위에 배치되고, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제1 Fe층이 접합된 클래드재를 형성하는 공정과, 제2 열 처리를 행함으로써 클래드재를 연질화하는 공정과, 연질화된 클래드재를 굽힘 가공함으로써, 오목부를 포함하는 상자형 형상의 기밀 밀봉용 덮개재를 형성하는 공정을 구비한다.
본 발명의 제2 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법에서는, 상기한 바와 같이 은납층 위에 접합되고, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제1 Fe층이 형성된 클래드재에 대하여, 제2 열 처리를 행함으로써 클래드재를 연질화하는 공정을 마련한다. 상술한 제1 Fe층을 갖고 연질화된 클래드재는, 은납층으로부터의 Ag나 Cu의 고용 확산이 없어 보이드의 발생이 억제되고, 또한, 오목부를 포함하는 상자형 형상으로 형성했다고 해도 크랙의 발생을 억제할 수 있다.
상기 제2 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는 클래드재를 연질화하는 공정은, 700℃ 이상 은납층의 융점 미만의 온도에서 제2 열 처리를 행하거나 또는 650℃ 이상 700℃ 미만의 온도에서 제1 열 처리의 시간보다도 오랜 시간 제2 열 처리를 행하는 공정을 포함한다. 700℃ 이상 은납층의 융점 미만의 온도로 규정하는 것은, 납재 중에서도 고융점인 은납재라도 융해되는 경우가 없는 온도로 설정하는 것이 바람직하기 때문이다. 이와 같이 구성하면, 700℃ 이상 은납층의 융점 미만의 온도에서 제2 열 처리를 행함으로써, 은납층이 융해되지 않을 정도의 충분히 높은 온도에서 제2 열 처리를 행할 수 있으므로, 클래드재를 충분히 연질화할 수 있다. 또한, 650℃ 이상 700℃ 미만의 온도 영역이라도 클래드재를 제작하는 공정에서의 제1 열 처리의 시간보다도 오랜 시간 제2 열 처리를 행함으로써, 클래드재를 오목부를 포함하는 상자형 형상으로 형성할 수 있을 정도로 연질화할 수 있다. 이들에 의해, 굽힘 가공에 있어서 클래드재에 크랙이 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 제2 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는 은납판과, 제1 Fe판과, 적어도 Cu 및 Ni의 한쪽을 포함하는 중간층용 판과, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성된 제2 Fe판을 압연 접합함과 함께 제1 열 처리를 행함으로써, 은납층과, 제1 Fe층과, 제1 Fe층 위에 배치되고, 적어도 Cu 및 Ni의 한쪽을 포함하는 중간층과, 중간층 위에 배치되고, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제2 Fe층이 접합된 클래드재를 형성하는 공정을 포함한다. 이와 같이 구성하면, 중간층과 은납층 사이에 제1 Fe층을 배치함으로써, 제2 열 처리에 있어서 은납층에 함유되는 Ag나 Cu가 중간층에 확산되는 것을, 제1 Fe층에 의해 억제할 수 있다. 또한, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제2 Fe층의 조성이나 두께를 조정함으로써, 기밀 밀봉용 덮개재의 기계적 강도를 용이하게 조정할 수 있다.
상기 제2 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는 클래드재를 연질화하는 공정은, 제2 열 처리를 행함으로써, 클래드재의 제2 Fe층에 있어서의 비커스 경도를, 110HV 이상 200HV 이하로 하는 공정을 포함한다. 제2 Fe층의 비커스 경도가 200HV 이하이면 클래드재를 오목부를 포함하는 상자형 형상으로 용이하게 굽힘 가공을 행할 수 있다. 제2 Fe층의 비커스 경도가 110HV 이상이면, 기밀 밀봉용 덮개재가 외력 등에 의해 용이하게 변형되어 버리는 것을 억제할 수 있다.
상기 제2 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는 클래드재를 연질화하는 공정은, 제2 열 처리를 행함으로써, 클래드재가 10％ 이상의 신율을 갖도록 클래드재를 연질화하는 공정을 포함한다. 클래드재의 신율이 10％ 이상이면, 클래드재가 충분히 연질화되어 있으므로, 클래드재를 용이하게 구부릴 수 있다. 이에 의해, 클래드재를 오목부를 포함하는 상자형 형상으로 용이하게 구부릴 수 있다.
상기 제2 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는 클래드재를 형성하는 공정은, 은납판과, 제1 Fe판과, Ni를 함유하는 Ni판을 압연 접합함과 함께 제1 열 처리를 행함으로써, 은납층과, 제1 Fe층과, 은납층과는 반대측에 있어서 최외층을 구성하도록, Ni를 함유하는 Ni층이 접합된 클래드재를 형성하는 공정을 포함한다. 노출되는 최외층에 Ni층을 형성하면, 기밀 밀봉용 덮개재를 사용한 전자 부품 수납 패키지의 기밀성이 저하되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 은납판과 제1 Fe판을 압연 접합할 때에 동시에 Ni판도 접합시킬 수 있으므로, Ni층을 별도 도금 처리 등으로 형성하는 경우에 비하여, 제조 공정을 간략화할 수 있다.
본 발명의 제3 국면에 의한 전자 부품 수납 패키지는, 전자 부품이 배치되는 평판상의 전자 부품 배치 부재와, Ag와 Cu를 함유하는 은납층과, 은납층 위에 접합되고, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제1 Fe층을 포함하는, 클래드재에 의해 구성되고, 클래드재가 구부러짐으로써, 오목부를 포함하는 상자형 형상으로 형성된 기밀 밀봉용 덮개재를 구비하고, 기밀 밀봉용 덮개재는, 전자 부품 배치 부재에 배치된 전자 부품이 오목부의 내부에 수납된 상태에서, 은납층에 의해 전자 부품 배치 부재에 대하여 브레이징 접합되어 있다.
본 발명의 제3 국면에 의한 전자 부품 수납 패키지에서는, 상기한 바와 같이 오목부를 포함하는 상자형 형상으로 형성되고, 크랙 및 보이드의 발생이 모두 억제된 제1 국면에 의한 기밀 밀봉용 덮개재를 사용함으로써, 크랙에 기인하여 전자 부품 수납 패키지에 있어서 기밀 밀봉을 충분히 행할 수 없게 되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 보이드의 발생이 억제되어 있으므로, 기밀 밀봉용 덮개재의 보이드에 유입되는 것에 기인한, 분위기 가스나 잔류 가스 등이, 기밀 밀봉용 덮개재와 전자 부품 배치 부재의 브레이징 접합 시 또는 브레이징 접합 후에 방출되는 것에 기인하는 문제를 억제할 수 있다. 이에 의해, 브레이징 접합 시에, 은납층의 은납재가 비산되는 것을 억제할 수 있으므로, 브레이징 접합이 불충분해지거나, 전자 부품에 은납재가 부착되거나 하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 브레이징 접합 후에, 보이드에 유입된 가스가 기밀 밀봉용 덮개재의 오목부와 평판상의 전자 부품 배치 부재에 의해 형성되는 밀봉 공간에 방출되는 것에 기인하는 결함을 억제할 수 있으므로, 전자 부품 수납 패키지에 수납된 전자 부품에 결함이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
상기 제3 국면에 의한 전자 부품 수납 패키지에 있어서, 바람직하게는 제1 Fe층은, 적어도 Co 및 Cr의 한쪽을 포함하는 Fe 합금을 사용하여 구성되고, Fe와 Co와 Cr이 합계 50질량％ 이상 포함되어 있다. 이와 같이 구성하면, 연질화 열 처리를 행했다고 해도, 은납층에 함유되는 Ag나 Cu가 제1 Fe층에 확산되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제1 Fe층의 Fe와 Co와 Cr이 합계 50질량％ 이상 포함됨으로써, 은납층에 함유되는 Ag나 Cu가 제1 Fe층에 확산되는 것을 충분히 억제할 수 있다.
상기 제3 국면에 의한 전자 부품 수납 패키지에 있어서, 바람직하게는 클래드재는, 제1 Fe층 위에 접합되고, 적어도 Cu 및 Ni의 한쪽을 포함하는 중간층과, 중간층 위에 접합되고, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제2 Fe층을 더 포함하고 있다. 중간층과 은납층 사이에 제1 Fe층을 배치하면, 연질화 열 처리를 행했다고 해도, 은납층에 함유되는 Ag나 Cu가 중간층에 확산되는 것을, 제1 Fe층에 의해 억제할 수 있다. 또한, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제2 Fe층의 조성이나 두께를 조정함으로써, 기밀 밀봉용 덮개재의 기계적 강도를 용이하게 조정할 수 있다.
이 경우, 바람직하게는 제1 Fe층은 1㎛ 이상이며, 또한 중간층의 두께 이하의 두께를 갖는다. 제1 Fe층의 두께가 1㎛ 이상이면, 제1 Fe층에 의해, 중간층에 은납층에 함유되는 Ag나 Cu가 확산되는 것을 충분히 억제할 수 있다. 또한, 제1 Fe층이 중간층의 두께 이하의 두께를 가짐으로써, 기밀 밀봉용 덮개재와 전자 부품 배치 부재를 브레이징 접합할 때의 열 변형이나, 브레이징 접합 후의 열 팽창차에 기인하는 열 응력을, Cu를 사용하여 구성된 중간층에 있어서 충분히 완화할 수 없게 되는 것을 억제할 수 있다.
상기 클래드재가 중간층과 제2 Fe층을 구비하는 구성에 있어서, 바람직하게는 클래드재의 제2 Fe층은 110HV 이상 200HV 이하의 비커스 경도를 갖는다. 제2 Fe층의 비커스 경도가 110HV 이상이면, 기밀 밀봉용 덮개재가 외력 등에 의해 용이하게 변형되어 버리는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제2 Fe층의 비커스 경도가 200HV 이하이면 전자 부품을 수납 가능한 오목부를 포함하는 상자형 형상이 되도록, 클래드재에 대하여 용이하게 굽힘 가공을 행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 은납층을 구비하는 클래드재를 오목부를 포함하는 상자형 형상으로 형성했다고 해도, 크랙 및 보이드의 발생이 모두 억제된 기밀 밀봉용 덮개재, 그 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법 및 그 기밀 밀봉용 덮개재를 구비하는 전자 부품 수납 패키지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 및 제2 실시 형태에 의한 덮개재를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 300-300선을 따른 덮개재를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 덮개재의 층 구조를 도시한 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 및 제2 실시 형태에 의한 덮개재가 사용된 전자 부품 수납 패키지를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 클래드재의 연질화 열 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 덮개재의 층 구조를 도시한 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 대응하는 실시예 1의 클래드재의 단면 사진이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 대응하는 실시예 2의 클래드재의 단면 사진이다.
도 9는 비교예 1의 클래드재의 단면 사진이다.
도 10은 비교예 2의 클래드재의 단면 사진이다.
도 11은 비교예 1의 클래드재의 표면 사진이다.
도 12는 보이드 및 부풀음의 발생을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 행한 실시예 1 및 2의 클래드재의 기계적 강도의 측정 결과를 나타낸 표이다.
도 14는 본 발명의 제1 실시 형태에 대응하는 실시예 1의 클래드재의 90도 굽힘 시험 후의 단면 사진이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시 형태에 대응하는 실시예 2의 클래드재의 90도 굽힘 시험 후의 단면 사진이다.
도 16은 본 발명의 실시예 11의 클래드재의 단면 사진이다.
도 17은 본 발명의 실시예 12의 클래드재의 단면 사진이다.
도 18은 본 발명의 실시예 13의 클래드재의 단면 사진이다.
도 19는 본 발명의 실시예 14의 클래드재의 단면 사진이다.
도 20은 본 발명의 실시예 15의 클래드재의 단면 사진이다.
도 21은 본 발명의 실시예 16의 클래드재의 단면 사진이다.
도 22는 비교예 11의 클래드재의 단면 사진이다.
도 23은 비교예 12의 클래드재의 단면 사진이다.
도 24는 비교예 13의 클래드재의 단면 사진이다.
도 25는 본 발명의 실시예 11의 클래드재의 표면 사진이다.
도 26은 비교예 11의 클래드재의 표면 사진이다.
도 27은 비교예 12의 클래드재의 표면 사진이다.
도 28은 본 발명의 실시예 21의 클래드재의 단면 사진이다.
도 29는 비교예 21의 클래드재의 단면 사진이다.
이하, 본 발명을 구체화한 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 덮개재(10)의 구조에 대하여 설명한다. 또한, 덮개재(10)는 본 발명의 「기밀 밀봉용 덮개재」의 일례이다.
본 발명의 제1 실시 형태에 의한 덮개재(10)는 도 1에 도시한 바와 같이, 상방(Z1측, 도 2 참조)으로부터 평면적으로 보아, 직사각 형상으로 형성되어 있다. 또한, 덮개재(10)는 도 2에 도시한 바와 같이, 상하 방향(Z 방향)과 직교하는 XY 평면 상에 있어서 연장되도록 형성된 평판상의 상부(11)와, 상부(11)의 주연부 전체로부터 하방(Z2측)을 향하여 연장되도록 형성된 벽부(12)를 포함하고 있다. 이 결과, 덮개재(10)에는, 상부(11)와 벽부(12)에 둘러싸인 오목부(13)가 형성되어 있다. 이 오목부(13)는 하방에 개구(13a)를 갖고 있다. 즉, 덮개재(10)는 오목부(13)를 포함하는 상자형 형상으로 형성되어 있다.
또한, 덮개재(10)는 벽부(12)의 상부(11)와는 반대측(Z2측)으로부터 상부(11)로부터 이격되는 방향을 향하여 XY 평면 상에 있어서 연장되는 플랜지부(14)가 형성되어 있다. 이 플랜지부(14)는 벽부(12)의 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있다.
여기서, 제1 실시 형태에서는, 덮개재(10)는 클래드재(20)를 굽힘(굽힘 가공함)으로써 오목부(13)를 포함하는 상자형 형상으로 형성되어 있다. 이 클래드재(20)는 상하 방향으로 두께 t1을 갖고 있다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 클래드재(20)는 하측으로부터 상측을 향하여 순서대로, 은납층(21), Fe층(22), 중간층(23), 기재층(24) 및 Ni층(25)이 적층된 상태에서 접합된, 5층 구조를 갖는 오버레이형의 클래드재에 의해 구성되어 있다. 또한, 덮개재(10)의 하측에, 후술하는 세라믹을 사용하여 구성된 베이스(30)(도 4 참조)가 배치되도록 구성되어 있다. 또한, 도 2에서는 은납층(21)을 도시하는 한편, 다른 Fe층(22), 중간층(23), 기재층(24) 및 Ni층(25)을 일체적으로 도시하고 있다. 또한, Fe층(22)은 본 발명의 「제1 Fe층」의 일례이다. 또한, 기재층(24)은 본 발명의 「제2 Fe층」의 일례이다.
클래드재(20)의 Z2측(베이스(30)측)의 최외층을 구성하는 은납층(21)은 Ag와 Cu를 함유하는 은납재를 사용하여 구성되어 있다. 구체적으로는, 은납층(21)은 예를 들어 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 등을 사용하여 구성되어 있다. 또한, 은납재의 융점은, 약 780℃ 이상이고, 일본 특허 공개 제2001-156193호 공보에 기재된 가운데 가장 고온의 저융점 납재인 알루미늄 합금(약 600℃)보다도 높으면서, 또한 순Ag의 융점(약 960℃)보다도 낮다. 또한, 은납층(21)은 상하 방향으로 두께 t2를 갖고 있다.
또한, 은납층(21)은 클래드재(20)의 베이스(30)측의 최외층을 구성함으로써, 플랜지부(14)를 포함하는 덮개재(10)의 Z2측의 전체면에 있어서 노출되도록 형성되어 있다.
은납층(21)과 중간층(23)과 (은납층(21) 위)에 접합된 Fe층(22)은 SPCC(JIS G 3141에 규정되는 냉간 압연 강판) 등의 순Fe 또는 Fe를 함유하는 Fe 합금을 사용하여 구성되어 있다. 또한, Fe층(22)을 Fe 합금을 사용하여 구성하는 경우에는, 적어도 Co 및 Cr의 한쪽을 포함함과 함께, Fe와 Co와 Cr이 합계 약 50질량％ 이상 포함되어 있는 Fe 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, Fe층(22)을, 0질량％보다 크고 약 50질량％ 이하의 Ni를 포함하는 Fe 합금을 사용하여 구성해도 된다.
여기서, Fe, Co 및 Cr은, 약 650℃ 이상 순Ag의 융점(약 960℃) 이하의 온도 환경 하에서, Ag 및 Cu와 고용체를 형성하지 않는 성질을 갖고 있다. 즉, 순Fe를 사용하여 구성된 Fe층(22)이나, Fe와 Co 및 Cr 중 적어도 한쪽이 함유되는 Fe 합금을 사용하여 구성된 Fe층(22)에는, Ag 및 Cu가 확산되는 것이 억제된다. 또한, Fe층(22)은 상하 방향으로 두께 t3을 갖고 있다. 이 두께 t3은, 1㎛ 이상인 것이 바람직하다.
Fe층(22)과 기재층(24)과 (Fe층(22) 위)에 접합된 중간층(23)은 무산소 구리 등의 소위 순Cu를 사용하여 구성되어 있다. 이에 의해, 중간층(23)을, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 기재층(24)보다도 유연한 금속을 사용하여 구성하는 것이 가능하다. 또한, 중간층(23)은 상하 방향으로 두께 t4를 갖고 있다. 또한, 두께 t4는 Fe층(22)의 두께 t3 이상이 더 바람직하다. 즉, Fe층(22)의 두께 t3은, 1㎛ 이상이며, 또한 두께 t4 이하인 것이 바람직하다.
여기서, Cu를 사용하여 중간층(23)이 구성되어 있는 경우에는, 약 650℃ 이상의 온도 조건 하에서, 은납층(21)에 함유되는 Ag와 고용체를 용이하게 형성한다. 그러나, 은납층(21)과 중간층(23)에 접합된 Fe층(22)에 의해, 은납층(21)에 함유되는 Ag나 Cu의 중간층(23)으로의 확산이 억제된다. 이 결과, 은납층(21)과 은납층(21)과 직접적으로 접합되는 Fe층(22)의 계면 Ia에 있어서, 보이드의 형성이 억제되어 있다.
중간층(23)과 Ni층(25)과 (중간층(23) 위)에 접합된 기재층(24)은 클래드재(20)의 기계적 강도나 열 팽창 계수 등의 파라미터를 주로 결정하는 층이다. 기재층(24)은 순Fe 또는 Fe를 함유하는 Fe 합금을 사용하여 구성되어 있다. 여기서, 기재층(24)을 구성하는 Fe 합금으로서는, 예를 들어 약 29질량％의 Ni와, 약 17질량％의 Co와, 불가피 불순물과, 잔부 Fe를 포함하는 29Ni-17Co-Fe 합금(소위, 코바르(등록 상표))이나, 약 42질량％의 Ni와, 약 6질량％의 Cr과, 불가피 불순물과, 잔부 Fe를 포함하는 42Ni-6Cr-Fe 합금 등의 열 팽창 계수가 작은 Fe 합금을 사용하여 구성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 베이스(30)에 덮개재(10)가 브레이징 접합되었을 때에, 열 팽창 계수가 작은 세라믹을 사용하여 구성된 베이스(30)와, 덮개재(10)의 기재층(24)의 열 팽창차를 작게 하는 것이 가능하다. 이 결과, 베이스(30)와 기재층(24)(덮개재(10))의 열 팽창차에 기인하여 브레이징 접합이 박리되는 것 등을 억제하는 것이 가능하다. 또한, 열 팽창 계수의 작은 Fe 합금으로서는, 예를 들어 약 29질량％ 이상의 Ni를 포함하는 Fe 합금을 들 수 있다.
또한, Fe층(22)과 기재층(24)은 Fe 또는 Fe 합금 중 동일한 조성의 재료를 사용하여 구성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, Fe층(22)과 기재층(24)의 기계적 특성을 맞출 수 있으므로, 클래드재(20)의 기계적 특성을 용이하게 조정하는 것이 가능하다.
또한, 기재층(24)은 상하 방향으로 두께 t5를 갖고 있다. 또한, 두께 t5는 Fe층(22)의 두께 t3보다도 큰 편이 바람직하고, 은납층(21), Fe층(22), 중간층(23) 및 Ni층(25)의 각각의 두께에 대하여 큰 편이 보다 바람직하다. 또한, 두께 t5는 클래드재(20)의 두께 t1의 약 50％ 이상인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 기재층(24)은 약 110HV 이상 약 200HV 이하의 비커스 경도를 갖고 있다. 또한, 기재층(24)은 약 150HV 이상 약 170HV 이하의 비커스 경도를 갖는 것이 바람직하다.
클래드재(20)의 Z1측(베이스(30)와는 반대측)의 최외층을 구성하는 Ni층(25)은 전위적으로 부식되기 어려운 순Ni를 사용하여 구성되어 있다. 또한, Ni층(25)은 상하 방향으로 두께 t6을 갖고 있다. 또한, 두께 t6은, 예를 들어 약 2㎛로, 충분히 작은 편이 바람직하다.
또한, 클래드재(20)는 JIS 규격에 규정된 인장 시험에 있어서, 약 10％ 이상의 신도(파단 신도의 비율)를 갖고 있다. 또한, 신도(％)는 ((파단 시의 시험재의 길이-시험 전(인장 전)의 시험재의 길이)/시험 전의 시험재의 길이)×100으로 구해진다.
이어서, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 덮개재(10)가 사용된 패키지(100)의 구조에 대하여 설명한다. 또한, 패키지(100)는 본 발명의 「전자 부품 수납 패키지」의 일례이다.
본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 패키지(100)는 덮개재(10)와, 덮개재(10)의 하방(Z2측)에서 덮개재(10)가 브레이징 접합되는, 평판상의 베이스(30)를 구비하고 있다. 또한, 도 4에서는, 덮개재(10)의 은납층(21)을 도시하는 한편, 다른 Fe층(22), 중간층(23), 기재층(24) 및 Ni층(25)(도 3 참조)에 관해서는 각각 도시하지 않고 일체적으로 도시하고 있다.
베이스(30)는 알루미나 등의 세라믹을 사용하여 형성되어 있음과 함께, XY 평면 상에서 평판상으로 형성되어 있다. 베이스(30)의 상면(30a)에는, 수정 진동자 등의 전자 부품(40)이 범프(50)를 통하여 설치되어 있다. 또한, 베이스(30)의 상면(30a)에는, 전자 부품(40)이 오목부(13) 내에 수납되도록 덮개재(10)가 배치되어 있다. 또한, 덮개재(10)는 은납층(21)측이 베이스(30)측(하측)이 되도록 배치되어 있다. 이 결과, 덮개재(10)의 플랜지부(14)에 설치된 은납층(21)의 하측의 표면이, 베이스(30)의 상면(30a)에 접촉하고 있다. 또한, 베이스(30)는 본 발명의 「전자 부품 배치 부재」의 일례이다.
그리고, 덮개재(10)의 플랜지부(14)에 형성된 은납층(21)이 대략 전체면에 있어서 용융됨으로써, 덮개재(10)와 베이스(30)가 브레이징 접합되어 있다. 이에 의해, 덮개재(10)의 오목부(13)와 베이스(30)에 의해 형성되는 밀봉 공간 S에 전자 부품(40)이 수납된 상태에서, 밀봉 공간 S가 기밀 상태가 되도록 밀봉되어 있다. 여기서, 베이스(30)의 상면(30a) 중 플랜지부(14)가 배치되는 프레임상의 영역에, W층, Ni층 및 Au층이 이 순으로 적층된 메탈라이즈층을 형성해도 된다. 이 메탈라이즈층에 의해, 용융된 은납층(21)과 베이스(30)의 밀착성을 향상시키는 것이 가능하다.
이어서, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 덮개재(10)의 제조 프로세스와, 덮개재(10)를 사용한 패키지(100)의 제조 프로세스를 설명한다.
먼저, Ag와 Cu를 함유하는 은납재의 판재(은납판), 순Fe 또는 Fe를 함유하는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 판재(제1 Fe판), 순Cu 판재(중간층용 판), 순Fe 또는 Fe를 함유하는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 판(제2 Fe판) 및 순Ni의 판재(Ni판)를 준비함과 함께, 이 순으로 적층시킨다. 이때, 각각의 판재의 두께의 비율이 클래드재(20)에 있어서의 각각의 층(은납층(21), Fe층(22), 중간층(23), 기재층(24) 및 Ni층(25))의 두께의 비율에 대응하도록, 각각의 판재를 준비한다.
그리고, 5개의 판재를 두께 방향으로 적층시킨 상태에서, 확산 어닐링을 위한 압연 시 열 처리와 압연 접합을 위한 압연을, 클래드재(20)의 두께가 t1(도 3 참조)이 될 때까지 교대로 반복한다. 이 압연 시 열 처리는, 금속층의 압연에 의한 경화를 완화시킴과 함께, 금속 층간을 클래드 접합하기 위하여 행하여지는 열 처리이다. 구체적으로는, 압연 시 열 처리는, 약 600℃ 이상 약 700℃의 온도 환경 하에서 수10초 이상 약 10분 이하 동안 행하여진다. 또한, 압연 시 열 처리는, 본 발명의 「제1 열 처리」의 일례이다. 또한, 압연 접합을 위한 압연은, 소정의 압하율로 행하여진다.
이에 의해, 은납층(21), Fe층(22), 중간층(23), 기재층(24) 및 Ni층(25)이 적층된 상태에서 인접하는 층을 구성하는 금속끼리 클래드 접합된, 연속체의 클래드재(20)가 두께 t1로 제작된다.
그 후, 연속체의 클래드재(20)를, 프레스 가공에 의해 소정의 크기의 직사각 형상으로 펀칭함으로써, 평판상의 클래드재(20)를 제작한다. 그 후, 평판상의 클래드재(20)를 상자형 형상으로 용이하게 가공할 수 있을 정도로 연질화시키기 위하여 열 처리(연질화 열 처리)를 행한다. 이 연질화 열 처리는, 기재층(24)을 연질화시키는 것이 가능한 온도 이상이며, 또한 은납층(21)을 구성하는 은납재의 융점보다 낮은 온도 환경 하에서 행하여진다. 구체적으로는, 연질화 열 처리는, 약 700℃ 이상 은납재의 융점 미만의 온도 환경 하에서 약 3분 정도 행하여진다. 또한, 약 700℃ 이상 은납재의 융점 미만의 온도 환경 하에서 행하여지는 열 처리의 시간은, 클래드재(20)의 재료 구성 등에 의해 적절히 조정해도 된다. 또한, 연질화 열 처리는, 본 발명의 「제2 열 처리」의 일례이다.
여기서, 연질화 열 처리는, 약 700℃ 미만의 온도 환경 하인 약 650℃ 이상 약 700℃ 미만의 온도 환경 하에서도, 압연 시 열 처리에 있어서의 처리 시간(약 10분 이하)보다도 오랜 시간 행함으로써, 기재층(24)을 연화시키는 것이 가능하다. 구체적으로는, 연질화 열 처리는, 약 650℃ 이상 약 700℃ 미만의 온도 환경 하에서 약 30분 이상 행해도 된다. 또한, 약 650℃ 이상 약 700℃ 미만의 온도 환경 하에서 행하여지는 열 처리의 시간은, 약 10분보다도 오랜 시간이면, 클래드재(20)의 재료 구성 등에 의해 적절히 조정해도 된다.
또한, 연질화 열 처리는, 도 5에 도시한 바와 같이, 소정의 가열로(101) 내에 평판상의 클래드재(20)를 배치한 상태에서, 가열로(101) 내를 수소(H2) 분위기나 질소(N2) 분위기 등의 불활성 가스 분위기로 한다. 그리고, 저항 발열체 등의 열원(102)을 사용하여 가열로(101) 내를 가열한다. 또한, 도 5에서는 클래드재(20)의 은납층(21)을 도시하는 한편, 다른 Fe층(22), 중간층(23), 기재층(24) 및 Ni층(25)(도 3 참조)에 관해서는 각각 도시하지 않고 일체적으로 도시하고 있다.
여기서, 연질화 열 처리에 의해 가열된 것으로, 은납층(21)에 함유되는 Ag 및 Cu가 확산되기 쉬워지기는 하지만, Fe층(22)이 형성되어 있음으로써, Ag 및 Cu가 중간층(23) 등의 다른 층으로 확산되는 것이 억제된다. 이 결과, 은납층(21)에 함유되는 Ag 및 Cu의 감소가 억제됨으로써, 은납층(21)과 은납층(21)과 직접적으로 접합되는 Fe층(22)의 계면 Ia(도 3 참조)에 있어서 보이드가 발생하는 것이 억제된다. 또한, 연질화 열 처리에 의해, 클래드재(20)가 소성 변형되기 쉽게 개질된다. 구체적으로는, 연질화 열 처리에 의해, 기재층(24)의 비커스 경도가 약 110HV 이상 약 200HV 이하로 작아짐과 함께, 클래드재(20)의 신율이 약 10％ 이상이 되도록 개질된다.
그리고, 도시하지 않은 프레스기를 사용하여, 평판상의 클래드재(20)에 대하여 굽힘 가공을 행한다. 이때, 연질화 열 처리가 행하여지고 있음으로써, 클래드재(20)가 소성 변형되기 쉽게 개질되어 있으므로, 구부러진 부분 등에 크랙이 발생하는 것이 억제된다. 이에 의해, 도 2에 도시하는 오목부(13)를 포함하는 상자형 형상을 갖는 덮개재(10)가 제작된다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 범프(50)를 통해 전자 부품(40)이 상면(30a) 위에 접합된 평판상의 베이스(30)를 준비한다. 그리고, 전자 부품(40)을 둘러싸도록 덮개재(10)의 플랜지부(14)를 베이스(30)의 상면(30a) 위에 배치한 상태에서, 약 780℃ 이상의 온도에서 은납층(21)의 은납재를 용융시킨다. 이때, 심 용접이나 레이저 용접 등에 의해 은납재를 용융시킨다. 이에 의해, 상자형 형상의 덮개재(10)와 평판상의 베이스(30)가 브레이징 접합되어, 패키지(100)가 제조된다.
또한, 심 용접을 행하는 경우에는, 도시하지 않은 롤러 전극이 Ni층(25)(도 2 참조)에 접촉한 상태에서 덮개재(10)와 베이스(30)가 용접된다. 이때, 전기 저항이 낮은 Ni층(25)에 의해, 심 용접 시에, 롤러 전극과 덮개재(10) 사이에 스파크가 발생하는 것을 억제하는 것이 가능하다.
또한, 덮개재(10)에 있어서 보이드가 발생하는 것이 억제되어 있으므로, 보이드에 가스가 유입되는 것에 기인하는 문제는 거의 발생하지 않는다. 예를 들어, 브레이징 접합 시에, 은납층(21)의 은납재가 비산되는 것이 억제되어, 브레이징 접합 후에, 부풀음에 들어온 가스가 패키지(100)의 밀봉된 밀봉 공간 S에 방출되는 것이 억제된다. 이에 의해, 밀봉 공간 S 내의 전자 부품(40)이 수정 진동자인 경우에는, 수정 진동자의 주파수 특성이 변동(열화)되는 것이 억제된다.
제1 실시 형태에서는, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
제1 실시 형태에서는, 상기한 바와 같이 클래드재(20)에, 은납층(21) 위에 접합되고, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 Fe층(22)을 형성함으로써, 연질화 열 처리를 행했다고 해도, 은납층(21)에 함유되는 Ag나 Cu가 Fe층(22)이나 중간층(23)에 확산되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 연질화 열 처리를 행했다고 해도, 은납층(21)과 은납층(21)과 직접적으로 접합되는 Fe층(22)의 계면 Ia 근방에 위치하는 은납이 확산에 기인하여 감소되는 것을 억제할 수 있으므로, 계면 Ia에 있어서 보이드가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 연질화된 클래드재(20)에 대하여 굽힘 가공을 행할 수 있으므로, 구부러진 부분에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이들의 결과, 은납층(21)을 구비하는 클래드재(20)를 오목부(13)를 포함하는 상자형 형상으로 형성하는 데 있어서, 크랙의 발생을 억제할 수 있다.
이에 의해, 크랙에 기인하여 패키지(100)에 있어서 기밀 밀봉을 충분히 행할 수 없게 되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 보이드의 발생이 억제되어 있으므로, 덮개재(10)의 보이드에 유입된 분위기 가스나 잔류 가스 등이, 덮개재(10)와 베이스(30)의 브레이징 접합 시 또는 브레이징 접합 후에 방출되는 것에 기인하는 문제를 억제할 수 있다. 이에 의해, 브레이징 접합 시에, 은납층(21)의 은납재가 비산되는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 브레이징 접합이 불충분해지거나, 전자 부품(40)에 부착되거나 하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 브레이징 접합 후에, 보이드에 유입된 가스가 덮개재(10)의 오목부(13)와 평판상의 베이스(30)에 의해 형성되는 밀봉 공간 S에 방출되는 것에 기인하는 결함을 억제할 수 있으므로, 패키지(100)에 수납된 전자 부품(40)에 결함이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, Fe층(22)을, 적어도 Co 및 Cr의 한쪽을 포함함과 함께, Fe와 Co와 Cr이 합계 약 50질량％ 이상 포함되어 있는 Fe 합금을 사용하여 구성한다. 이와 같이 구성하면, 연질화 열 처리를 행했다고 해도, 은납층(21)에 함유되는 Ag나 Cu가 적어도 Co 및 Cr의 한쪽을 포함하는 Fe 합금을 사용하여 구성된 Fe층(22)에는 거의 고용되지 않음으로써, 은납층(21)에 함유되는 Ag나 Cu가 Fe층(22)이나 중간층(23)에 확산되는 것을 억제할 수 있다. 또한, Fe층(22)의 Fe와 Co와 Cr이 합계 약 50질량％ 이상 포함됨으로써, 은납층(21)에 함유되는 Ag나 Cu가 Fe층(22)이나 중간층(23)에 확산되는 것을 충분히 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 클래드재(20)에, Fe층(22) 위에 접합되고, 순Cu를 사용하여 구성된 중간층(23)과, 중간층(23) 위에 접합되고, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 기재층(24)을 더 형성한다. 이에 의해, 중간층(23)과 은납층(21) 사이에 Fe층(22)을 배치함으로써, 연질화 열 처리를 행했다고 해도, 은납층(21)에 함유되는 Ag나 Cu가 중간층(23)에 확산되는 것을, Fe층(22)에 의해 억제할 수 있다. 또한, 중간층(23)을 순Cu를 사용하여 구성함으로써, 중간층(23)을 어느 정도 유연하게 할 수 있으므로, 기재층(24)과 베이스(30)를 브레이징 접합할 때의 열 변형이나, 브레이징 접합 후의 열 팽창차에 기인하는 열 응력을, 중간층(23)에 있어서 완화할 수 있다. 또한, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 기재층(24)의 조성이나 두께를 조정함으로써, 덮개재(10)의 기계적 강도를 용이하게 조정할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, Fe층(22)의 두께 t3을 약 1㎛ 이상으로 함으로써, Fe층(22)의 두께 t3을 충분히 확보할 수 있으므로, Fe층(22)에 의해, 중간층(23)에 은납층(21)에 함유되는 Ag나 Cu가 확산되는 것을 충분히 억제할 수 있다. 또한, Fe층(22)의 두께 t3을 중간층(23)의 두께 t4 이하로 함으로써, Fe층(22)의 두께 t3이 지나치게 커지는 것을 억제할 수 있으므로, 덮개재(10)와 베이스(30)를 브레이징 접합할 때의 열 변형이나, 브레이징 접합 후의 열 팽창차에 기인하는 열 응력을, 순Cu를 사용하여 구성된 중간층(23)에 있어서 충분히 완화할 수 없게 되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 클래드재(20)의 기재층(24)이 약 200HV 이하의 비커스 경도를 가짐으로써, 기재층(24)이 충분히 연질화되어 있으므로, 전자 부품(40)을 수납 가능한 오목부(13)를 포함하는 상자형 형상이 되도록, 기재층(24)을 갖는 클래드재(20)에 대하여 용이하게 굽힘 가공을 행할 수 있다. 또한, 기재층(24)이 110HV 이상의 비커스 경도를 가짐으로써, 기재층(24)의 경도가 과도하게 작지 않으므로, 덮개재(10)가 외력 등에 의해 용이하게 변형되어 버리는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 클래드재(20)의 기재층(24)의 두께 t5를, 클래드재(20)의 두께 t1의 약 50％ 이상으로 한다. 이에 의해, 기재층(24)에 의해, 클래드재(20)의 기계적 강도나 열 팽창 계수 등의 파라미터를 주로 결정할 수 있으므로, 기재층(24)의 재질(Fe 이외에 첨가되는 각종 원소)을 적절하게 선택함으로써, 기밀성 등이 우수한 덮개재(10)를 제작할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, Fe층(22)을 Ni를 포함하는 Fe 합금으로 구성함으로써, Fe층(22)의 열 팽창 계수를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 클래드재(20)의 열 팽창 계수를 작게 할 수 있으므로, 열 팽창 계수가 작은 세라믹으로 구성되는 베이스(30)와 덮개재(10)에 큰 열 팽창차가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, Fe층(22)을 약 50질량％ 이하의 Ni를 포함하는 Fe 합금으로 구성함으로써, 은납층(21)에 함유되는 Ag나 Cu가 Fe층(22)에 확산되기 쉬워지는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 클래드재(20)가 약 10％ 이상의 신율을 가짐으로써, 클래드재(20)가 충분히 연질화되어 있으므로, 클래드재(20)에 대하여 용이하게 굽힘 가공을 행할 수 있다. 이에 의해, 클래드재(20)를 오목부(13)를 포함하는 상자형 형상으로 용이하게 구부릴 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 클래드재(20)가 노출되는 최외층에 Ni층(25)을 형성함으로써, Ni층(25)에 의해, 클래드재(20)가 노출되는 표면에 있어서의 내식성을 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 덮개재(10)의 부식에 기인하여 덮개재(10)를 사용한 패키지(100)의 기밀성이 저하되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 제조 방법에서는, 클래드재(20)를 연질화하기 위한 연질화 열 처리로서, 약 700℃ 이상 은납층(21)의 융점 미만의 온도에서 연질화 열 처리를 행한다. 이와 같이 구성하면, 은납층(21)이 융해되지 않을 정도의 충분히 높은 온도에서 연질화 열 처리를 행할 수 있으므로, 클래드재(20)를 충분히 연질화할 수 있다. 한편, 연질화 열 처리로서, 약 650℃ 이상 약 700℃ 미만의 온도라도, 압연 시 열 처리의 시간보다도 오랜 시간 연질화 열 처리를 행한다. 이와 같이 구성해도, 클래드재(20)를 오목부(13)를 포함하는 상자형 형상으로 형성할 수 있을 정도로 연질화할 수 있다. 이들에 의해, 굽힘 가공에 있어서 클래드재(20)에 크랙이 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 제조 방법에서는, 은납판, 제1 Fe판, 중간층용 판 및 제2 Fe판을 압연 접합할 때에 동시에 Ni판도 접합시킬 수 있으므로, Ni층(25)을 별도 도금 처리 등으로 형성하는 경우에 비하여, 제조 공정을 간략화할 수 있다.
(제2 실시 형태)
이어서, 도 1, 도 2, 도 4 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 덮개재(110)의 구조에 대하여 설명한다.
본 발명의 제2 실시 형태에 의한 덮개재(110)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제1 실시 형태의 덮개재(10)와 마찬가지의 외관 형상을 갖고 있다.
여기서, 제2 실시 형태에서는, 덮개재(110)는 도 2에 도시한 바와 같이, 클래드재(120)를 굽힘(굽힘 가공함)으로써 오목부(13)를 포함하는 상자형 형상으로 형성되어 있다. 이 클래드재(120)는 상하 방향으로 두께 t11을 갖고 있다. 또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 클래드재(120)는 하측(베이스(30)(도 4 참조)측)으로부터 상측을 향하여 순서대로, 은납층(121), Fe층(122) 및 Ni층(125)이 적층된 상태에서 접합된, 3층 구조를 갖는 오버레이형의 클래드재에 의해 구성되어 있다. 또한, 도 2, 도 4 및 도 5에서는, 클래드재(120)의 은납층(121)을 도시하는 한편, 다른 Fe층(122) 및 Ni층(125)(도 6 참조)에 관해서는 각각 도시하지 않고 일체적으로 도시하고 있다. 또한, Fe층(122)은 본 발명의 「제1 Fe층」의 일례이다.
클래드재(120)의 베이스(30)측(Z2측)의 최외층을 구성하는 은납층(121)은 상기 제1 실시 형태의 은납층(21)과 마찬가지의 조성 및 구성을 갖고 있다. 또한, 은납층(121)은 상하 방향으로 두께 t12를 갖고 있다.
은납층(121)과 Ni층(125)과 (은납층(121) 위)에 접합된 Fe층(122)은 상기 제1 실시 형태의 Fe층(22) 및 기재층(24)과 마찬가지로, 순Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되어 있다. 또한, Fe층(122)은 상하 방향으로 두께 t13을 갖고 있다. 또한, 두께 t13은, 은납층(21)의 두께 t12보다도 큰 편이 바람직하다. 또한, 두께 t13은, 클래드재(120)의 두께 t11의 약 50％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 두께 t11의 약 80％ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 이때, Fe층(122)을, Ni를 포함하는 열 팽창 계수가 작은 Fe 합금으로 구성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 베이스(30)(도 4 참조)와, 덮개재(110)의 Fe층(122)의 열 팽창차를 작게 하는 것이 가능하다. 또한, 은납층(121)과 은납층(121)과 직접적으로 접합되는 Fe층(122)의 계면 Ib(도 6 참조)에 있어서, 보이드의 형성이 억제되어 있다.
클래드재(120)의 베이스(30)측과는 반대측(Z1측)의 최외층을 구성하는 Ni층(125)은 상기 제1 실시 형태의 Ni층(25)과 마찬가지의 조성 및 구성을 갖고 있다. 또한, Ni층(125)은 상하 방향으로 두께 t16을 갖고 있다.
또한, 클래드재(120)는 JIS 규격에 규정된 인장 시험에 있어서, 약 10％ 이상의 신도(파단 신도의 비율)를 갖고 있다.
또한, 덮개재(110)를 사용한 패키지(100)의 구조는, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 제1 실시 형태와 대략 마찬가지이다. 또한, 덮개재(110)의 제조 프로세스는, Ag와 Cu를 함유하는 은납재의 판재, 순Fe 또는 Fe를 함유하는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 판재 및 순Ni 판재를 준비하고, 이 순으로 적층시켜 압연 접합하는 점을 제외하고, 상기 제1 실시 형태와 대략 마찬가지이다.
제2 실시 형태에서는, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
제2 실시 형태에서는, 상기한 바와 같이 클래드재(120)에, 은납층(121) 위에 접합되고, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 Fe층(122)을 형성함으로써, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 은납층(121)을 구비하는 클래드재(120)에 보이드가 발생하는 것을 억제할 수 있음과 함께, 클래드재(120)를 오목부(13)를 포함하는 상자형 형상으로 형성하는 데 있어서, 크랙의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태에서는, 은납층(121), Fe층(122) 및 Ni층(125)이 적층된 상태에서 접합된 3층 구조의 클래드재(120)에 의해 덮개재(110)를 구성함으로써, 제1 실시 형태의 중간층(23)이나 기재층(24)을 갖는 5층 구조의 클래드재(20)에 비하여, 클래드재(120)의 층 구조가 간소화되어 있으므로, 클래드재(120)를 제작할 때에, 금속판의 종류를 감소시키는 것에 의한 저비용화가 도모됨과 함께, 층 구조가 적은만큼, 클래드재(120)를 용이하게 제작할 수 있다. 또한, 제2 실시 형태의그 밖의 효과는, 중간층(23) 및 기재층(24)에 기인하는 효과를 제외하고, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
[실시예]
이어서, 도 3 및 도 6 내지 도 29를 참조하여, 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 행한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 대응하는 클래드재의 관찰 및 기계적 강도의 측정과, 은납재층과 소정의 금속층의 2층 구조의 클래드재의 관찰에 대하여 설명한다.
(제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 대응하는 클래드재의 관찰)
먼저, 상기 제1 실시 형태에 대응하는 실시예 1로서, 도 3에 도시하는 은납층(21), Fe층(22), 중간층(23), 기재층(24) 및 Ni층(25)이 적층된 상태에서, 인접하는 층끼리 클래드 접합된, 평판상의 5층 구조의 클래드재(20)를 제작했다. 이때, 은납층(21)을 72Ag-Cu 합금을 사용하여 구성했다. Fe층(22) 및 기재층(24)을 모두 29Ni-17Co-Fe 합금을 사용하여 구성했다. 중간층(23)을, 순Cu를 사용하여 구성했다. Ni층(25)을, 순Ni를 사용하여 구성했다.
또한, 실시예 1에서는, 클래드재(20)의 두께 t1을 90㎛로 했다. 여기서, 은납층(21)의 두께 t2를 13㎛로 했다. Fe층(22)의 두께 t3을 4㎛로 했다. 중간층(23)의 두께 t4를 24㎛로 했다. 기재층(24)의 두께 t5를 45㎛로 했다. Ni층(25)의 두께 t6을 4㎛로 했다.
그리고, 실시예 1의 클래드재(20)에 대하여, 연질화시키기 위하여 열 처리(연질화 열 처리)를 행했다. 구체적으로는, 질소 분위기 하이면서 또한 700℃의 온도 환경 하에서 3분간, 연질화 열 처리를 행했다.
또한, 상기 제2 실시 형태에 대응하는 실시예 2로서, 도 6에 도시한 은납층(121), Fe층(122) 및 Ni층(125)이 적층된 상태에서, 인접하는 층끼리 클래드 접합된, 평판상의 3층 구조의 클래드재(120)를 제작했다. 이때, 은납층(121)을 72Ag-Cu 합금을 사용하여 구성했다. Fe층(122)을 29Ni-17Co-Fe 합금을 사용하여 구성했다. Ni층(125)을 순Ni를 사용하여 구성했다.
또한, 실시예 2에서는, 클래드재(120)의 두께 t11을 84㎛로 했다. 여기서, 은납층(121)의 두께 t12를 10㎛로 했다. Fe층(122)의 두께 t13을 70㎛로 했다. Ni층(125)의 두께 t16을 4㎛로 했다. 그리고, 실시예 2의 클래드재(120)에 대하여 상기 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 연질화 열 처리를 행했다.
한편, 비교예로서, 은납층과 중간층 사이에 Fe층을 형성하지 않는 클래드재를 제작했다. 구체적으로는, 비교예 1로서, 은납층, 중간층, 기재층 및 Ni층이 이 순서대로 적층된, 평판상의 4층 구조의 클래드재를 제작했다. 또한, 비교예 1의 클래드재는, Fe층을 형성하지 않는 점을 제외하고, 실시예 1의 클래드재(20)와 동일하다.
또한, 비교예 2로서, 비교예 1의 순Cu를 사용하여 구성된 중간층 대신에, 중간층을 순Ni를 사용하여 구성한, 평판상의 4층 구조의 클래드재를 제작했다. 또한, 비교예 2의 클래드재는, Fe층을 형성하지 않는 점과, 중간층을 순Ni를 사용하여 구성한 점을 제외하고, 실시예 1의 클래드재(20)와 동일하다.
또한, 비교예 1 및 2에서는, Fe층을 형성하지 않는만큼, 클래드재의 두께를 86㎛로 하고, 그 밖의 금속층의 두께는 실시예 1과 마찬가지의 두께로 했다. 그리고, 비교예 1 및 2의 클래드재에 대하여 상기 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 연질화 열 처리를 행했다.
그리고, 연질화 열 처리 후의 실시예 및 비교예의 평판상의 클래드재의 단면을, 주사 전자 현미경을 사용하여 관찰함으로써, 보이드의 유무를 조사했다.
또한, 수소 분위기 하이면서 또한 700℃의 온도 환경 하에서 3분간, 연질화 열 처리를 행한 비교예 1의 클래드재의 표면을 주사 전자 현미경을 사용하여 관찰함으로써, 보이드의 조대화에 기인하는 부풀음을 관찰했다.
도 7 및 도 8에 도시하는 실시예 1 및 2의 클래드재의 단면 사진에서는, 은납층과 은납층과 직접적으로 접합되는 Fe층의 계면에 있어서, 보이드는 관찰되지 않았다. 또한, 실시예 1 및 2에 있어서, 클래드재의 은납층측의 표면에 부풀음은 관찰되지 않았다. 한편, 도 9 및 도 10에 도시하는 비교예 1 및 2의 클래드재의 단면 사진에서는, 은납층과 은납층과 직접적으로 접합되는 중간층의 계면에 보이드가 관찰되었다. 또한, 도 13에 도시하는 비교예 1의 클래드재의 표면 사진에서는, 클래드재의 은납층측의 표면에 복수의 부풀음이 관찰되었다. 또한, 비교예 2에 있어서도, 클래드재의 은납층측의 표면에 부풀음이 관찰되었다.
이 비교예 1 및 2에 형성된 보이드 및 부풀음은, 도 12에 도시하는 기구에 의해 설명된다고 생각된다. 즉, 비교예 1에서는, 연질화 열 처리에 있어서, 은납층의 Ag의 중간층(Cu)에 대한 확산 속도가, 중간층의 Cu의 은납층에 대한 확산 속도보다도 크기 때문에, 계면 근방의 은납층의 Ag가 중간층측에 많이 확산(고용 확산)되어 버린다. 이 결과, 은납층의 계면의 성분이 감소되어, 계면의 은납층측에 보이드(커켄달 보이드)가 형성되었다고 생각된다. 또한, 비교예 2에서는, 연질화 열 처리에 있어서, 은납층의 Cu의 중간층(Ni)에 대한 확산 속도가, 중간층의 Ni의 은납층에 대한 확산 속도보다도 크기 때문에, 계면 근방의 은납층의 Cu가 중간층측에 많이 확산(고용 확산)되어 버린다. 이 결과, 은납층의 계면의 성분이 감소되어, 계면의 은납층측에 보이드가 형성되었다고 생각된다. 그리고, 은납층을 투과한 분위기 가스(질소 또는 수소)가, 혹은 은납층이나 중간층에 포함되는 가스가 보이드에 들어옴으로써, 보이드가 조대화되어 은납층을 밀어올린다. 이에 의해, 부풀음이 클래드재의 표면에 나타났다고 생각된다.
한편, 실시예 1 및 2와 같이, Fe층이 형성되어 있는 경우에는 은납층의 Ag 및 Cu의 확산이, Ag 및 Cu가 거의 고용되지 않는 Fe나 Co를 포함하는 Fe층에 의해 억제되었기 때문에, 보이드가 관찰되지 않았다고 생각된다.
(제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 대응하는 클래드재의 기계적 강도의 측정)
이어서, 연질화 열 처리 후의 실시예 1 및 2의 평판상의 클래드재에 대하여, 각각 기계적 강도를 측정했다. 구체적으로는, JIS 규격에 기초하는 인장 시험을 행함으로써, 실시예 1 및 2의 신도(파단 신도)를 측정했다. 또한, JIS 규격에 기초하는 비커스 경도 시험을 행함으로써, 모두 29Ni-17Co-Fe 합금을 사용하여 구성된 기재층(24) 및 Fe층(122)의 비커스 경도를 측정했다.
또한, 실시예 1 및 2의 클래드재에 대하여, 90도 굽힘 시험을 행했다. 그 때, 실시예 1 및 2의 클래드재를 은납층(21(121))측이 볼록(Ni층(25(125))측이 오목)해지도록 구부러진 경우와, 실시예 1 및 2의 클래드재를 Ni층(25(125))측이 볼록(은납층(21(121))측이 오목)해지도록 구부러진 경우 각각의 경우에 있어서, 클래드재의 단면을 주사 전자 현미경을 사용하여 관찰했다.
도 13에 도시하는 시험 결과로부터, 실시예 1 및 2의 클래드재의 신도는, 모두 10％ 이상으로 커지고, 29Ni-17Co-Fe 합금을 사용하여 구성된 기재층(24) 및 Fe층(122)의 비커스 경도도 200HV 이하로 작아졌다. 또한, 연질화 열 처리를 행하기 전의 클래드재의 신도는 5％ 정도이고, 29Ni-17Co-Fe 합금의 비커스 경도는 220HV 정도이다. 이에 의해, 실시예 1 및 2의 클래드재는, 경질재로부터 반경질재에 대응하는 신도 및 비커스 경도를 적어도 가질 정도로 충분히 연질화된 것이 확인되었다. 또한, 실시예 1 및 2의 클래드재에서는, 신도가 20％ 이상으로 커지고, 29Ni-17Co-Fe 합금의 비커스 경도도 160HV 이하로 작아짐으로써, 반경질재보다도 더욱 연질화된 연질재로 되어 있어, 그 결과, 실시예 1 및 2의 클래드재는, 크랙의 발생을 억제하면서, 용이하게 굽힘 가공이 가능하다고 생각된다.
또한, 도 14 및 도 15에 도시하는 90도 굽힘 시험의 결과로부터, 실시예 1 및 2의 클래드재에서는, 은납층(21(121))측이 볼록해지도록 구부러진 경우 및 Ni층(25(125))측이 볼록해지도록 구부러진 경우의 양쪽에 있어서, 모두, 크랙은 관찰되지 않았다. 이러한 점에서, 실시예 1 및 2의 클래드재에 대하여 실제로 굽힘 가공을 행했다고 해도, 실시예 1 및 2의 클래드재에 크랙이 발생하는 것을 억제하는 것이 가능한 것을 확인할 수 있었다.
(2층 구조의 클래드재의 단면 관찰)
이어서, 조성이 상이한 Fe층과, 72Ag-Cu 합금 또는 85Ag-Cu 합금을 사용하여 구성된 은납층을 포함하는 2층 구조의 클래드재를 실시예로서 제작했다. 또한, 비교예로서, Fe를 포함하지 않고, Cu 및 Ni 중 적어도 한쪽을 포함하는 금속층과, 72Ag-Cu 합금 또는 85Ag-Cu 합금을 사용하여 구성된 은납층을 포함하는 2층 구조의 클래드재를 제작했다. 또한, 은납층의 두께를 10㎛로 함과 함께, Fe층(금속층)의 두께를 75㎛로 했다.
구체적으로는, 실시예 11로서, 72Ag-Cu 합금(은납층)과, SPCC를 사용하여 구성된 순Fe(Fe층)의 클래드재를 제작했다. 실시예 12로서, 72Ag-Cu 합금과 29Ni-17Co-Fe 합금의 클래드재를 제작했다. 실시예 13으로서, 72Ag-Cu 합금과, 36질량％의 Ni, 잔부 Fe 및 불가피 불순물로 구성된 36Ni-Fe 합금(소위 인바(등록 상표))의 클래드재를 제작했다. 실시예 14로서, 72Ag-Cu 합금과, 50질량％의 Ni, 잔부 Fe 및 불가피 불순물로 구성된 50Ni-Fe 합금의 클래드재를 제작했다. 실시예 15로서, 72Ag-Cu 합금과, 42질량％의 Ni, 6질량％의 Cr, 잔부 Fe 및 불가피 불순물로 구성된 42Ni-6Cr-Fe 합금의 클래드재를 제작했다. 실시예 16으로서, 72Ag-Cu 합금과, 18질량％의 Cr, 잔부 Fe 및 불가피 불순물로 구성된 18Cr-Fe 합금의 클래드재를 제작했다. 또한, 실시예 21로서, 85g-Cu 합금과 29Ni-17Co-Fe 합금의 클래드재를 제작했다.
한편, 비교예 11로서, 72Ag-Cu 합금과 순Cu의 클래드재를 제작했다. 비교예 12로서, 72Ag-Cu 합금과 순Ni의 클래드재를 제작했다. 비교예 13으로서, 72Ag-Cu 합금과 30Ni-Cu 합금의 클래드재를 제작했다. 또한, 비교예 21로서, 85g-Cu 합금과 순Cu의 클래드재를 제작했다.
그리고, 실시예 및 비교예의 클래드재에 대하여 연질화 열 처리를 행했다. 구체적으로는, 질소 분위기 하이면서 또한 700℃의 온도 환경 하에서 3분간 열 처리를 행했다. 그 후, 실시예 및 비교예의 클래드재의 단면을, 주사 전자 현미경을 사용하여 관찰함으로써, 보이드의 유무를 조사했다. 또한, 연질화 열 처리 후의 실시예 11 및 비교예 11 및 12의 클래드재의 표면을, 주사 전자 현미경을 사용하여 관찰함으로써, 보이드의 조대화에 기인하는 부풀음의 유무를 조사했다.
도 16 내지 도 21 및 도 28에 도시하는 실시예 11 내지 16 및 21의 클래드재의 단면 사진에서는, 은납층과 Fe층의 계면에 보이드는 관찰되지 않았다. 또한, 도 25에 도시하는 실시예 11의 클래드재의 표면 사진에서는, 클래드재의 표면의 부풀음도 관찰되지 않았다. 한편, 도 22 내지 도 24 및 도 29에 도시하는 비교예 11 내지 13 및 21의 클래드재의 단면 사진에서는, 은납층과 Fe를 포함하지 않고, Cu 및 Ni 중 어느 한쪽을 적어도 포함하는 금속층의 계면에 보이드가 관찰되었다. 또한, 도 26 및 도 27에 각각 도시하는 비교예 11 및 12의 클래드재의 표면 사진에서는, 클래드재의 표면에 부풀음이 관찰되었다. 이 결과, Fe를 포함하지 않고, Cu 및 Ni 중 어느 한쪽을 적어도 포함하는 금속층에서는, 연질화 열 처리에 의해 보이드 및 부풀음이 발생되어 버리는 것을 확인할 수 있었다.
여기서, 도 17 내지 도 20에 도시하는 실시예 12 내지 15(특히 실시예 14(Fe층이 50Ni-Fe 합금))의 결과로부터, Fe 합금이 Cu와 고용체를 형성하는 Ni를 포함하고 있었다고 해도, Fe 합금에 Fe가 함유되어 있으면, 보이드의 발생을 억제할 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, Ni를 함유하는 Fe 합금에 50질량％ 이상의 Fe가 함유되어 있음으로써, 보이드의 발생을 보다 확실하게 억제할 수 있었다고 생각된다. 또한, Cr이나 Co도 은납층을 구성하는 Ag 및 Cu에 대하여 고용되지 않기 때문에, Fe와, Cr과, Co가 합하여 50질량％ 이상 함유된 Fe 합금을 Fe층으로서 사용한 경우에도, 실시예 12 내지 15의 클래드재와 마찬가지로, 보이드의 발생을 확실하게 억제할 수 있다고 생각된다.
또한, 도 28 및 도 29에 도시하는 실시예 21 및 비교예 21의 결과로부터, 은납층으로서 85Ag-Cu 합금을 사용했다고 해도, Fe층을 포함하는 실시예 21에서는 보이드의 발생을 억제할 수 있고, Fe를 포함하지 않고, Cu 및 Ni 중 어느 한쪽을 적어도 포함하는 금속층을 포함하는 비교예 21에서는 보이드가 발생했다. 이러한 점에서, Fe층에 의해, 은납층의 Ag 및 Cu의 함유율에 관계 없이 보이드의 발생을 억제하는 것이 가능한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 26 및 도 27에 각각 도시하는 비교예 11 및 12의 클래드재의 표면 사진으로부터, 비교예 11에 있어서의 부풀음의 발생량은, 비교예 12에 있어서의 부풀음의 발생량보다도 많아지고, 비교예 11에 있어서의 부풀음의 크기는, 비교예 12에 있어서의 부풀음의 크기보다도 커졌다. 이러한 점에서, 기밀 밀봉용 덮개재를 구성하는 클래드재에 Cu를 사용하여 구성된 중간층을 형성한 경우에, Fe층에 의한 확산 억제 효과가 더 효과적으로 발휘되는 것이 판명되었다.
또한, 금회 개시된 실시 형태 및 실시예는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시 형태 및 실시예의 설명이 아니라 특허 청구 범위에 의해 나타나고, 또한 특허 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경(변형예)이 포함된다.
예를 들어, 상기 제1 및 제2 실시 형태에서는, 덮개재(10 및 110)를 각각 구성하는 클래드재(20 및 120)에, Ni층(25 및 125)을 각각 형성한 예를 기재했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 기밀 밀봉용 덮개재를 구성하는 클래드재에 Ni층을 형성하지 않아도 된다. 즉, 클래드재는, 2층 구조나 4층 구조여도 된다. 예를 들어, 실시예 11 내지 16 및 21의 2층 구조의 클래드재를 그대로 기밀 밀봉용 덮개재에 사용해도 된다. 이때, 덮개재와 베이스의 브레이징 접합은, 심 용접보다도 레이저 용접이 더 바람직하다. 또한, 기밀 밀봉용 덮개재를 구성하는 클래드재는 6층 이상의 층 구조를 갖고 있어도 된다.
또한, 상기 제1 실시 형태에서는, 중간층(23)을 순Cu를 사용하여 구성한 예를 기재했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 중간층은, 적어도 Cu 및 Ni의 한쪽을 포함하고 있는 것을 대상으로 한다. 즉, 중간층을 NW2201(JIS 규격) 등의 순Ni나 Ni-Cu계 합금 등을 사용하여 구성해도 된다. 또한, Ni-Cu계 합금으로서는, 예를 들어 약 30질량％의 Ni, 불가피 불순물 및 잔부 Cu로 구성된 30Ni-Cu 합금을 들 수 있다.
여기서, Ni로 중간층이 구성되어 있는 경우에는, 약 650℃ 이상의 온도 조건 하에서, 은납층에 함유되는 Ag와는 거의 고용체를 형성하지 않는 한편, 은납층에 함유되는 Cu와는 용이하게 고용체를 형성한다. 이로 인해, 은납층과 Ni를 사용하여 구성된 중간층이 직접적으로 접하고 있는 경우에는, 상기 비교예 2 및 12와 같이, 연질화 열 처리에 의해 보이드가 발생한다. 또한, Ni-Cu계 합금으로 중간층이 구성되어 있는 경우에는, 약 650℃ 이상의 온도 조건 하에서, 은납층에 함유되는 Ag 및 Cu 양쪽 모두 용이하게 고용체를 형성한다. 이로 인해, 은납층과 Ni-Cu계 합금을 사용하여 구성된 중간층이 직접적으로 접하고 있는 경우에는, 상기 비교예 13과 같이, 연질화 열 처리에 의해 보이드가 발생한다. 그러나, 본 발명과 같이, 은납층과 중간층 사이에 Fe층을 형성함으로써, 은납층에 함유되는 Ag나 Cu의 중간층으로의 확산이 억제된다고 생각된다.
또한, 상기 제1 및 제2 실시 형태에서는, 덮개재(10(110))에 오목부(13)와 플랜지부(14)를 형성한 예를 기재했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 덮개재에 플랜지부를 형성하지 않고, 오목부만을 형성해도 된다.
또한, 상기 제1 실시 형태에서는, 기재층(24)(제2 Fe층)이 약 110HV 이상 약 200HV 이하의 비커스 경도를 갖는 예를 기재했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 제2 Fe층의 비커스 경도는, 약 110HV 미만이어도 되고, 약 200HV보다 커도 된다. 특히 제2 Fe층의 두께가 클래드재의 두께에 대하여 큰 비율을 차지하지 않는 경우에는, 굽힘 가공 시에 제2 Fe층의 비커스 경도의 영향이 작아지기 때문에, 제2 Fe층의 비커스 경도를 약 110HV 미만으로 또는 약 200HV보다 크게 구성해도, 외력 등에 의한 기밀 밀봉용 덮개재의 변형을 억제하면서, 굽힘 가공에 있어서의 크랙의 발생을 충분히 억제하는 것이 가능하다고 생각된다.
또한, 상기 제2 실시 형태에서는, Fe층(122)(제1 Fe층)이 약 110HV 이상 약 200HV 이하의 비커스 경도를 갖는 예를 기재했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 제1 Fe층의 비커스 경도는, 약 110HV 미만이어도 되고, 약 200HV보다 커도 된다.
또한, 상기 제1 및 제2 실시 형태에서는, 클래드재(20 및 120)가 약 10％ 이상의 신도(파단 신도의 비율)를 갖는 예를 기재했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 클래드재가 약 10％ 미만의 신도를 갖고 있어도 된다.
또한, 상기 제1 및 제2 실시 형태에서는, Ni층(25 및 125)을 순Ni를 사용하여 구성한 예를 기재했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, Ni층을 Ni 합금을 사용하여 구성해도 된다. 또한, Ni층은 다른 층에 압연 접합함으로써 제작하지 않고, Ni층 이외의 금속층을 먼저 압접 접합한 후에, Ni 도금을 행함으로써 Ni 도금층(Ni층)을 갖는 덮개재를 제작해도 된다.
또한, 상기 제1 및 제2 실시 형태에서는, 클래드재(20 및 120)가 오버레이형인 예를 기재했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 클래드재는, 인레이형 등의 클래드재여도 된다. 이때, 클래드재에 있어서, 클래드재와 전지 부품 배치 부재의 접합부(예를 들어, 도 1의 플랜지부)에 적어도 은납층과 제1 Fe층을 형성할 필요가 있다.
10, 110: 덮개재(기밀 밀봉용 덮개재)
13: 오목부
20, 120: 클래드재
21, 121: 은납층
22, 122: Fe층(제1 Fe층)
23: 중간층
24: 기재층(제2 Fe층)
25: Ni층
30: 베이스(전자 부품 배치 부재)
40: 전자 부품
100: 패키지(전자 부품 수납 패키지)

Claims (20)

  1. 전자 부품(40)이 배치되는 전자 부품 배치 부재(30)를 포함하는 전자 부품 수납 패키지(100)에 사용되는 기밀 밀봉용 덮개재(10)이며,
    Ag와 Cu를 함유하는 은납층(21)과,
    상기 은납층 위에 접합되고, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제1 Fe층(22)을 구비하는, 클래드재(20)에 의해 구성되고,
    상기 클래드재가 구부러짐으로써, 오목부(13)를 포함하는 상자형 형상으로 형성되어 있는, 기밀 밀봉용 덮개재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 Fe층은, 적어도 Co 및 Cr의 한쪽을 포함하는 Fe 합금을 사용하여 구성되고, Fe와 Co와 Cr이 합계 50질량％ 이상 포함되어 있는, 기밀 밀봉용 덮개재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 클래드재는,
    상기 제1 Fe층 위에 접합되고, 적어도 Cu 및 Ni의 한쪽을 포함하는 중간층(23)과,
    상기 중간층 위에 접합되고, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제2 Fe층(24)을 더 구비하고 있는, 기밀 밀봉용 덮개재.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 Fe층은 1㎛ 이상이며, 또한 상기 중간층의 두께 이하의 두께를 갖는, 기밀 밀봉용 덮개재.
  5. 제3항에 있어서, 상기 클래드재의 상기 제2 Fe층은 110HV 이상 200HV 이하의 비커스 경도를 갖는, 기밀 밀봉용 덮개재.
  6. 제3항에 있어서, 상기 클래드재의 상기 제2 Fe층은, 상기 클래드재의 두께의 50％ 이상인 두께를 갖는, 기밀 밀봉용 덮개재.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 Fe층은, 0질량％보다 크고 50질량％ 이하의 Ni를 포함하는 Fe 합금을 사용하여 구성되어 있는, 기밀 밀봉용 덮개재.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 클래드재는 10％ 이상의 신율을 갖는, 기밀 밀봉용 덮개재.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 클래드재는, 상기 은납층과는 반대측에 있어서 최외층을 구성하고, Ni를 함유하는 Ni층(25)을 더 구비하는, 기밀 밀봉용 덮개재.
  10. 전자 부품(40)이 배치되는 전자 부품 배치 부재(30)을 포함하는 전자 부품 수납 패키지(100)에 사용되는 기밀 밀봉용 덮개재(10)의 제조 방법이며,
    Ag와 Cu를 함유하는 은납판과 Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성된 제1 Fe판을 압연 접합함과 함께 확산 어닐링을 위한 제1 열 처리를 행함으로써, Ag와 Cu를 함유하는 은납층(21)과, 상기 은납층 위에 배치되고, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제1 Fe층(22)이 접합된 클래드재(20)를 형성하는 공정과,
    제2 열 처리를 행함으로써 상기 클래드재를 연질화하는 공정과,
    연질화된 상기 클래드재를 굽힘 가공함으로써, 오목부(13)를 포함하는 상자형 형상의 상기 기밀 밀봉용 덮개재를 형성하는 공정을 구비하는, 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 클래드재를 연질화하는 공정은, 700℃ 이상 상기 은납층의 융점 미만의 온도에서 상기 제2 열 처리를 행하거나 또는 650℃ 이상 700℃ 미만의 온도에서 상기 제1 열 처리의 시간보다도 오랜 시간 상기 제2 열 처리를 행하는 공정을 포함하는, 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 클래드재를 형성하는 공정은, 상기 은납판과, 상기 제1 Fe판과, 적어도 Cu 및 Ni의 한쪽을 포함하는 중간층용 판과, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성된 제2 Fe판을 압연 접합함과 함께 상기 제1 열 처리를 행함으로써, 상기 은납층과, 상기 제1 Fe층과, 상기 제1 Fe층 위에 배치되고, 적어도 Cu 및 Ni의 한쪽을 포함하는 중간층(23)과, 상기 중간층 위에 배치되고, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제2 Fe층(24)이 접합된 상기 클래드재를 형성하는 공정을 포함하는, 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 클래드재를 연질화하는 공정은, 상기 제2 열 처리를 행함으로써, 상기 클래드재의 상기 제2 Fe층에 있어서의 비커스 경도를, 110HV 이상 200HV 이하로 하는 공정을 포함하는, 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법.
  14. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 클래드재를 연질화하는 공정은, 상기 제2 열 처리를 행함으로써, 상기 클래드재가 10％ 이상의 신율을 갖도록 상기 클래드재를 연질화하는 공정을 포함하는, 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법.
  15. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 클래드재를 형성하는 공정은, 상기 은납판과, 상기 제1 Fe판과, Ni를 함유하는 Ni판을 압연 접합함과 함께 상기 제1 열 처리를 행함으로써, 상기 은납층과, 상기 제1 Fe층과, 상기 은납층과는 반대측에 있어서 최외층을 구성하도록, Ni를 함유하는 Ni층(25)이 접합된 상기 클래드재를 형성하는 공정을 포함하는, 기밀 밀봉용 덮개재의 제조 방법.
  16. 전자 부품(40)이 배치되는 평판상의 전자 부품 배치 부재(30)와,
    Ag와 Cu를 함유하는 은납층(21)과, 상기 은납층 위에 접합되고, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제1 Fe층(22)을 포함하는, 클래드재(20)에 의해 구성되고, 상기 클래드재가 구부러짐으로써, 오목부(13)를 포함하는 상자형 형상으로 형성된 기밀 밀봉용 덮개재를 구비하고,
    상기 기밀 밀봉용 덮개재는, 상기 전자 부품 배치 부재에 배치된 상기 전자 부품이 상기 오목부의 내부에 수납된 상태에서, 상기 은납층에 의해 상기 전자 부품 배치 부재에 대하여 브레이징 접합되어 있는, 전자 부품 수납 패키지(100).
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 Fe층은, 적어도 Co 및 Cr의 한쪽을 포함하는 Fe 합금을 사용하여 구성되고, Fe와 Co와 Cr이 합계로 50질량％ 이상 포함되어 있는, 전자 부품 수납 패키지.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 클래드재는, 상기 제1 Fe층 위에 접합되고, 적어도 Cu 및 Ni의 한쪽을 포함하는 중간층(23)과, 상기 중간층 위에 접합되고, Fe 또는 Fe 합금을 사용하여 구성되는 제2 Fe층(24)을 더 포함하고 있는, 전자 부품 수납 패키지.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 Fe층은 1㎛ 이상이며, 또한 상기 중간층의 두께 이하의 두께를 갖는, 전자 부품 수납 패키지.
  20. 제18항에 있어서, 상기 클래드재의 상기 제2 Fe층은 110HV 이상 200HV 이하의 비커스 경도를 갖는, 전자 부품 수납 패키지.
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