TWI662207B - 密封環、電子零件收納用封裝、電子裝置及該等的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明的課題，係提供於包含科伐合金之基材的單面具有金屬焊材層，於另一面具有金屬鍍金層的密封環中，防止金屬鍍金層表面之污斑的發生，可達成電子零件收納用封裝之優良氣密性的密封環。本發明係於包含科伐合金(鐵-鎳-鈷合金)的基材的第1面具有鎳層，於前述第1面之相反側的第2面具有金屬焊材層所成之環狀的密封環，且前述鎳層的厚度為0.1μm~20μm的密封環，藉此解決前述課題。
Description
本發明係關於密封環、電子零件收納用封裝、電子裝置及該等的製造方法。
如手機等的電子機器所使用的SAW濾波器、水晶振動板的電子零件，係作為將此種電子零件收容於具有開口的殼體，並將蓋體蓋上封止的封裝來使用。封止封裝是為了防止電子零件因為空氣中的濕氣、氧而變成特性不穩定。
於該電子零件的封裝中，一般來說殼體是氧化鋁、氮化鋁等的陶瓷製者，蓋體由科伐合金(鐵-鎳-鈷合金(KOVAR：美國註冊商標序號No.71367381))、鐵-鎳合金等的低熱膨脹金屬所成。
作為蓋體對殼體的接合方法，有成為蓋體的基材，利用預先接合焊材之被覆材的狀態者，進行接合的方法(例如，參照專利文獻1)。此外，也有於前述之陶瓷製的殼體上，設置被覆焊材之由科伐合金等的金屬所成
之框狀的密封環，於該密封環的上面，接合蓋體的方法(例如，參照專利文獻2)。
圖4係用以說明使用密封環，將蓋體接合於收容電子零件的殼體之方法的圖。
於圖4中，首先(1)準備科伐合金402及金屬焊材404，(2)貼合該等，作為被覆材40，(3)進行輥軋加工。(4)將被輥軋加工之被覆材40沖壓加工成環狀。接下來，(5)準備收容電子零件之陶瓷製的殼體46，(6)以金屬焊材404與殼體46接觸之方式，進行接縫熔接。之後，(7)於密封環的科伐合金402的上面，設置如鎳或金的金屬層48，(8)將蓋體49接合於金屬層48上。
然而，使用先前的密封環的話，可觀察到金屬層48的上面發生污斑的現象。圖5(a)係揭示發生於先前的金屬層48上之兩處的污斑的俯視圖，圖5(b)係其放大照片。如圖5(a)及圖5(b)所示之污斑相當於金屬層48的孔隙，有使密封環與蓋體49的氣密性惡化的嚴重問題點。
[專利文獻1]日本特開2003-158211號公報
[專利文獻2]日本特開2003-133449號公報
所以，本發明的目的係提供防止設置於密封環上之金屬層表面的污斑的發生，可達成電子零件收納用封裝之優良氣密性的密封環、使用其之電子零件收納用封裝、電子裝置及該等的製造方法。
本案發明者們經過銳意研究的結果，發現藉由於施加輥軋處理之前的基材的一方之面(與設置金屬焊材層之面相反之面)設置鎳層，將輥軋處理後之該鎳層的厚度規定在所定範圍，可解決前述之先前的課題，可完成本發明。
所以，本發明係如下所述。
1.一種密封環，係於包含科伐合金(鐵-鎳-鈷合金)的基材的第1面具有鎳層，於前述第1面之相反側的第2面具有金屬焊材層所成之環狀的密封環，其中，前述鎳層的厚度為0.1μm~20μm。
2.如前項1所記載之密封環，其中，在前述第2面與前述金屬焊材層之間具有鎳層。
3.如前項1或前項2所記載之密封環，其中，前述基材係含有選自由氧化矽、氧化鋁及硫化錳所成之群中至少1種。
4.如前項1至前項3中任一項所記載之密封環，其
中，在前述輥軋處理後，前述第1面的前述鎳層的厚度相對於前述基材的厚度為0.1%~1%。
5.一種密封環，係於包含科伐合金(鐵-鎳-鈷合金)的基材的第1面設置鎳層，並且於前述第1面之相反側的第2面設置金屬焊材層，對於前述基材施加輥軋處理，形成為環狀的密封環，其中，前述輥軋處理後之前述鎳層的厚度為0.1μm~20μm。
6.如前項5所記載之密封環，其中，利用進行壓下率為30%以上的前述輥軋處理所製得。
7.如前項5或前項6所記載之密封環，其中，利用在前述輥軋處理前進行500℃以上的熱處理所製得。
8.一種密封環的製造方法，係包含以下工程(1)~(3)：
(1)於包含科伐合金(鐵-鎳-鈷合金)之基材的第1面，設置鎳層的工程；
(2)於前述第1面之相反側的第2面，設置金屬焊材層的工程；及
(3)對設置前述鎳層及前述金屬焊材層的前述基材進行輥軋的工程。
9.如前項8所記載之密封環的製造方法，其中，前述鎳層的厚度為0.1μm~20μm。
10.如前項8或前項9所記載之密封環的製造方法，其中，以壓下率為30%以上來進行前述輥軋。
11.如前項8至前項10中任一項所記載之密封環的製
造方法，其中，在前述輥軋前進行500℃以上的熱處理。
12.一種電子零件收納用封裝，係具有：前項1至前項7中任一項所記載之密封環；及電子零件收納用殼體，係透過前述金屬焊材層，設置於前述第2面；於設置於前述第1面之前述鎳層的上面具有金屬層。
13.前項12所記載之電子零件收納用封裝，其中，前述金屬層由鎳層所成。
14.前項12所記載之電子零件收納用封裝，其中，前述金屬層，係於前述鎳層的上面，依序設置上部鎳層及金層。
15.一種製造電子零件收納用封裝的方法，係包含：透過前述金屬焊材層，接合前項1至前項7中任一項所記載之密封環，與電子零件收納用殼體的工程；及於前述第1面的鎳層上設置金屬層的工程。
16.一種電子裝置，係具有：前項12至前項14中任一項所記載之電子零件收納用封裝；電子零件，係收容於前述電子零件收納用殼體內；及蓋體，係接合於前述金屬層上。
17.一種製造電子裝置的方法，係包含：準備前項12至前項14中任一項所記載之電子零件收納用封裝、蓋體及電子零件的工程；將前述電子零件收容於前述電子零件收納用殼體內的
工程；及於前述金屬層上接合前述蓋體的工程。
本案發明者們，發現發生於密封環上之金屬層的上面的污斑，原因是在科伐合金的製造工程中作為不可避不純物所混入的氧化矽、氧化鋁及/或硫化錳。該等不純物在輥軋工程中被延展，成為污斑而浮出於基材的表面，進而金屬層的表面，成為孔隙而使密封環與蓋體的氣密性惡化。
因此，在本發明中，藉由於施加輥軋處理前的基材之一方之面(與設置金屬焊材層之面相反之面)設置鎳層，並將輥軋處理後之該鎳層的厚度規定為所定範圍，在輥軋工程中被延展的不純物被該鎳層遮蔽，抑制浮出於金屬層的表面之狀況，藉此可防止污斑的發生，結果，可提供密封環與蓋體的優良氣密性。
1‧‧‧密封環
2‧‧‧電子零件收納用封裝
3‧‧‧電子裝置
12‧‧‧基材
14‧‧‧鎳層
16‧‧‧金屬焊材層
22‧‧‧電子零件收納用殼體
24‧‧‧金屬層
26‧‧‧蓋體
40‧‧‧被覆材
46‧‧‧殼體
48‧‧‧金屬層
49‧‧‧蓋體
242‧‧‧上部鎳層
244‧‧‧金層
402‧‧‧科伐合金
404‧‧‧金屬焊材
C‧‧‧電子零件
[圖1]圖1(a)及圖1(b)係用以說明本發明的密封環之一實施形態的剖面圖。
[圖2]圖2係本發明的電子零件收納用封裝及電子裝置之一實施形態的剖面圖。
[圖3]圖3係本發明的電子零件收納用封裝及電子裝
置之其他實施形態的剖面圖。
[圖4]圖4(1)~圖4(8)係用以說明使用密封環，將蓋體接合於收容電子零件的殼體之方法的圖。
[圖5]圖5(a)係揭示發生於先前的金屬層上之兩處的污斑的俯視圖，圖5(b)係污斑放大照片(b)。
以下，針對本發明的實施形態，更詳細說明。
圖1(a)及圖1(b)係用以說明本發明的密封環之一實施形態的剖面圖。
於圖1(a)中，本發明的密封環1，係於包含科伐合金(鐵-鎳-鈷合金)的基材12的一方之面具有鎳層14，於另一方之面具有金屬焊材層16，並形成為環狀。在本說明書中，將基材12之具有鎳層14之面稱為第1面，具有金屬焊材層16之面稱為第2面。
又，如後所說明般，在製造電子零件收納用封裝時，於密封環1的第1面之鎳層14的上面，具有金屬層，該金屬層包含由鎳所成之形態，所以，以區別其與鎳層14為目的，在金屬層是由鎳所成時，有將其稱為上部鎳層之狀況。
以下，針對密封環的各層進行說明。
本發明的密封環1係於包含科伐合金(鐵-鎳-鈷合金)之基材12的第1面，具有鎳層14。科伐合金的熱膨
脹率，係接近電子零件收納用之封裝的陶瓷等的熱膨脹率，故在接合陶瓷等與密封環時施加熱後，即使冷卻之狀況中，也可抑制破裂的發生。
又，如上所述，於科伐合金，作為其製造工程之不可避不純物，混入氧化矽、氧化鋁及/或硫化錳，通常，科伐合金中的該不可避不純物的合計在1.5%以下，典型上為0.3%~0.8%。
基材12的厚度，根據最後產品即電子零件收納用封裝的尺寸及用途來適當設定即可，作為施加輥軋處理之後的厚度，例如0.1mm~20mm，0.3mm~3mm為佳。
又，基材12所用之科伐合金的鐵、鎳、鈷及不可避不純物的成分比，並不是特別限定者，以科伐合金的熱膨脹係數與電子零件收納用的封裝之陶瓷等的殼體的熱膨脹係數一致之方式採用適當成分比者即可。
又，鎳層14的厚度，係作為施加輥軋處理之後的厚度，需要為0.1μm~20μm。未滿0.1μm的話，層過於薄，無法防止金屬層表面之污斑的發生。相反地，超過20μm的話，則熱膨脹過大，並不理想。又，膜過於厚的話，因為膜中之內部應力的影響，會發生膜的剝離或翹曲。又，根據生產性及成本面來說也不理想。施加輥軋處理之後的鎳層14的厚度，係0.1μm~5μm為佳，0.2μm~2μm更理想。
再者，施加輥軋處理之後的鎳層14的厚度，
係根據表面的被覆效果與熱膨脹率的差之觀點來說，相對於基材12的厚度為0.1%~1%為佳，0.2%~0.5%更佳。0.1%以上的話，可充分獲得防止金屬層表面之污斑的發生的效果。1%以下的話，因為熱應力所致之問題難以發生，被冷卻時難以發生破裂，故為理想。
又，本發明的密封環1係於包含科伐合金(鐵-鎳-鈷合金)之基材12的第2面，具有金屬焊材層16。
作為金屬焊材層16，係作為金合金，例如可舉出Au-Sn、Au-Si、Au-Ge、Au-Cu及Au-Ge-Ni等，作為銀合金，例如可舉出Ag-Cu、Ag-Sn、Ag-Cu-Sn-In及Ag-Cu-In等，其中銀合金為佳，Ag-Cu更佳。
金屬焊材層16的厚度，係作為施佳輥軋處理之後的厚度，例如5μm~100μm，10μm~40μm為佳。
接著，針對本發明之密封環的製造方法進行說明。該製造方法，係包含以下工程(1)~(3)：
(1)於包含科伐合金(鐵-鎳-鈷合金)之基材12的第1面，設置鎳層14的工程。
(2)於前述第1面之相反側的第2面，設置金屬焊材層16的工程。
(3)對設置前述鎳層14及金屬焊材層16的前述基材12進行輥軋的工程。
於前述(1)工程中，作為於基材12的第1面設置鎳層14的方法，並無特別限制，例如可舉出藉由
電鍍法所形成的方法、壓接鎳製的板材，形成被覆材的方法、貼附鎳製的箔的方法等。
又，於前述(2)工程中，作為於基材12的第2面設置金屬焊材層16的方法，並未特別限制，根據提升接合性的理由，壓接由金屬焊材所成之板材，以形成被覆材的方法為佳。
再者，作為基材12的第1面之鎳層14的形成方法，採用電鍍法時，如圖1(b)所示，於基材12的第2面也設置鎳層14。亦即，在基材12的第2面與金屬焊材層16之間，形成鎳層14。依據此形態，可發揮提升焊材與基材的接合性的效果。
接下來，於前述(3)工程中，對設置鎳層14及金屬焊材層16的基材12進行輥軋。作為輥軋處理，例如可舉出使用滾筒之公知的冷輥(cold rolling)處理，壓下率為例如30%以上，40~80%為佳。利用將壓下率設為前述範圍，在鎳層為更薄之狀態下，可防止金屬層表面的污斑。
輥軋處理前的基材12係根據鎳層14的密接性及提升輥軋加工性的理由，施加500℃以上，理想為600℃~800℃的熱處理為佳。
接下來，藉由對於輥軋處理後的基材12，施加沖壓處理等的公知手段，可獲得所希望的尺寸之環狀的密封環1。
接著，針對本發明的電子零件收納用封裝及
電子裝置進行說明。
圖2係本發明的電子零件收納用封裝及電子裝置之一實施形態的剖面圖。
本發明的電子零件收納用封裝2，係如前述般取得，由基材12、鎳層14及金屬焊材層16所成的密封環1，與於內部收容電子零件C的電子零件收納用殼體22，透過金屬焊材層16接合，於鎳層14的上面設置金屬層24，於金屬層24上接合蓋體26所構成。
作為電子零件C，例如可舉出SAW濾波器及水晶振動子等的壓電零件、半導體積體電路元件及光半導體元件等的半導體零件、以及感測器零件等。又，電子零件收納用殼體22內所收容的電子零件C，被氣密封止於藉由相互接合之電子零件收納用殼體22及蓋體26所形成的容器(無符號)內，構成水晶裝置等的電子裝置3。
作為電子零件收納用殼體22，並未特別限制，可使用先前公知的氧化鋁，及氮化鋁等的陶瓷製者。
作為金屬層24，例如可舉出鎳層(上部鎳層)、金層等。
作為金屬層24的形成方法，例如可舉出藉由電鍍法所形成的方法、將構成金屬層24之金屬的箔貼附於鎳層14上的方法等。
金屬層24的厚度係1μm~10μm為佳，2μm~5μm更佳。
又，如圖3所示，作為金屬層24，於上部鎳
層242上，更設置金層244亦可。依據該形態，更提升與蓋體26的氣密性，更為理想。
蓋體26可使用科伐合金或鐵-鎳合金等的低熱膨脹金屬。再者，關於電子裝置3，被氣密封止於該蓋體26及電子零件收納用殼體22之間的容器的電子零件C，例如藉由設置於電子零件收納用殼體22的表面及內部的配線導體(未圖示)，電性連接於外部電性電路。此時的配線導體，係從容器內之電子零件收納用殼體22的表面(凹部分的底面等)涵蓋設置到電子零件收納用殼體22的下面或外側面等的外表面。
電子零件C藉由接合線等的導電性連接材(未圖示)，電性連接於配線導體中設置於容器內的部分，並且配線導體中設置於電子零件收納用殼體的外表面的部分，藉由低熔點焊材等的導電性連接材(未圖示)電性連接於外部電性電路，被氣密封止的電子零件C與外部電性電路相互電性連接。外部電性電路係例如手機(所謂智慧型手機等)、電腦、攝像等之畫像處理用的機器及加速度等之各種物理量的感測機器等的電子機器所具備的電路基板。
接著，針對本發明的電子零件收納用封裝及電子裝置的製造方法進行說明。
如上所述，本發明的電子零件收納用封裝2，係透過金屬焊材層16接合由基材12、鎳層14及金屬焊材層16所成的密封環1，與於內部收容電子零件C的電子零件收
納用殼體22，於鎳層14的上面設置金屬層24，可藉此製造電子零件收納用封裝2。又，最後藉由於金屬層24上接合蓋體26，可製造電子裝置3。電子零件C的收容，在於鎳層14的上面設置金屬層24之後進行亦可。亦即，本發明之電子裝置3的製造方法，係包含準備前述電子零件收納用封裝2、蓋體26及電子零件C的工程、將電子零件C收容於電子零件收納用殼體22內的工程、將蓋體26接合於金屬層24上的工程。
作為密封環1與電子零件收納用殼體22的接合方法，例如可舉出銀焊料等的焊材所致之焊接法，作為金屬層24與蓋體26的接合方法，例如可舉出平行接縫熔接的方法。再者，於電子零件收納用殼體22的上面，雖未圖示，但設置有焊接用的基底金屬之鎢或鉬等的金屬化層及其上的鎳電鍍層等的焊接用金屬層。
以下，藉由實施例更進而說明本發明，但本發明並不限制於後述例子。
實施例1
於由科伐合金製的板材(於合金中矽量包含0.09%的氧化矽、鋁量包含0.01%的氧化鋁、錳量包含0.34%的硫化錳，鐵-29質量%鎳-17質量%鈷，寬20mm，長100m)所成之基材12的第1面及第2面，藉由電鍍法進行鎳電
鍍，分別設置鎳層14。接下來，作為金屬焊材將由銀-28質量%銅合金所成之板材(寬20mm，長度100m)壓接於第2面，設置金屬焊材層16，以600℃進行3分鐘燒成，以壓下率60%進行輥軋，製造密封環材。
從密封環材之設置金屬焊材的第2面進行穿孔加工(Punching)，製造密封環1。於表1揭示所得之密封環1的各層的厚度。
於所得之密封環1的鎳層14上，以厚度成為3μm之方式施加鎳電鍍，設置作為金屬層24的上部鎳層242。進而，於上部鎳層242上施加金電鍍來設置金層244，以200倍的光學顯微鏡，觀察其金層244的上面污斑的發生個數(個數/mm2)。該污斑的發生率，係觀察10000個製造品，根據污斑發生之製造品的個數來計算出之值。
於表1揭示結果。
實施例2
如表1所示般變更各層的厚度以外，重複實施例1。
於表1揭示結果。
比較例1~3
不設置鎳層14，且如表1所示般變更各層的厚度以外，重複實施例1。
於表1揭示結果。
根據表1的結果，各實施例的密封環，可知因為於基材的第1面以所定厚度設置鎳層14，抑制了金屬層24上之污斑的發生，可提供電子零件收納用封裝的優良氣密性。
相對於此，各比較例的密封環，可知因為並未於基材的第1面設置鎳層14，所以，於金屬層24上發生污斑，對於電子零件收納用封裝的氣密性有不良影響。
已使用特定樣態來詳細說明本發明，但是，當業者可知不脫離本發明的意圖與範圍，可進行各種變更及變形。再者，本申請案係依據2015年12月22日所申請的日本專利申請案(特願2015-250472)，整體根據引用來援用。
Claims (16)
- 一種密封環，係於包含科伐合金(鐵-鎳-鈷合金)的基材的第1面具有鎳層，於前述第1面之相反側的第2面具有金屬焊材層所成之環狀的密封環，其中，前述鎳層的厚度為0.1μm~2μm。
- 如申請專利範圍第1項所記載之密封環，其中，前述第1面的前述鎳層的厚度相對於前述基材的厚度為0.1%~1%。
- 如申請專利範圍第2項所記載之密封環，其中，在前述第2面與前述金屬焊材層之間具有鎳層。
- 如申請專利範圍第2項或第3項所記載之密封環，其中，前述基材係含有選自由氧化矽、氧化鋁及硫化錳所成之群中至少1種。
- 一種密封環，係於包含科伐合金(鐵-鎳-鈷合金)的基材的第1面設置鎳層，並且於前述第1面之相反側的第2面設置金屬焊材層，對於前述基材施加輥軋處理，形成為環狀的密封環，其中，前述輥軋處理後之前述鎳層的厚度為0.1μm~20μm；利用進行壓下率為30%以上的前述輥軋處理所製得。
- 如申請專利範圍第5項所記載之密封環，其中，利用在前述輥軋處理前進行500℃以上的熱處理所製得。
- 一種密封環的製造方法，係包含以下工程(1)~(3)：(1)於包含科伐合金(鐵-鎳-鈷合金)之基材的第1面，設置鎳層的工程；(2)於前述第1面之相反側的第2面，設置金屬焊材層的工程；及(3)對設置前述鎳層及前述金屬焊材層的前述基材進行輥軋的工程。
- 如申請專利範圍第7項所記載之密封環的製造方法，其中，前述鎳層的厚度為0.1μm~20μm。
- 如申請專利範圍第7項或第8項所記載之密封環的製造方法，其中，以壓下率為30%以上來進行前述輥軋。
- 如申請專利範圍第7項或第8項所記載之密封環的製造方法，其中，在前述輥軋前進行500℃以上的熱處理。
- 一種電子零件收納用封裝，其中，具有：申請專利範圍第1項至第6項中任一項所記載之密封環；及電子零件收納用殼體，係透過前述金屬焊材層，設置於前述第2面；於設置於前述第1面之前述鎳層的上面具有金屬層。
- 如申請專利範圍第11項所記載之電子零件收納用封裝，其中，前述金屬層由鎳層所成。
- 如申請專利範圍第11項所記載之電子零件收納用封裝，其中，前述金屬層，係於前述鎳層的上面，依序設置上部鎳層及金層。
- 一種製造電子零件收納用封裝的方法，係包含：透過前述金屬焊材層，接合申請專利範圍第1項至第6項中任一項所記載之密封環，與電子零件收納用殼體的工程；及於前述第1面的鎳層上設置金屬層的工程。
- 一種電子裝置，係具有：申請專利範圍第11項至第13項中任一項所記載之電子零件收納用封裝；電子零件，係收容於前述電子零件收納用殼體內；及蓋體，係接合於前述金屬層上。
- 一種製造電子裝置的方法，係包含：準備申請專利範圍第11項至第13項中任一項所記載之電子零件收納用封裝、蓋體及電子零件的工程；將前述電子零件收容於前述電子零件收納用殼體內的工程；及於前述金屬層上接合前述蓋體的工程。
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