WO2010021268A1 - 電子部品装置およびその製造方法 - Google Patents

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WO2010021268A1
WO2010021268A1 PCT/JP2009/064156 JP2009064156W WO2010021268A1 WO 2010021268 A1 WO2010021268 A1 WO 2010021268A1 JP 2009064156 W JP2009064156 W JP 2009064156W WO 2010021268 A1 WO2010021268 A1 WO 2010021268A1
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electronic component
nibi
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sealing
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広貴 堀口
裕二 木村
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to an electronic component device and a manufacturing method thereof, and particularly to an electronic component device having a structure in which sealing frames are joined for hermetic sealing and a manufacturing method thereof.
  • the BAW filter includes an electronic circuit forming portion and a main substrate having a first sealing frame surrounding the electronic circuit forming portion formed on one main surface thereof, and a second substrate to be bonded to the first sealing frame. And a lid substrate formed on one main surface of the sealing frame. Then, the electronic circuit is formed by arranging the main substrate and the lid substrate so that the respective main surfaces face each other, and joining the first sealing frame and the second sealing frame to each other in that state. A structure in which the portion is hermetically sealed is realized.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-194290 (Patent Document 1) and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-135264 (Patent Document 2) propose a sealing technique using a Cu—Sn alloy. This sealing technique will be described with reference to FIG.
  • FIG. 7 shows a part of each of the main substrate 1 and the lid substrate 2 arranged so as to face each other.
  • the first sealing frame 3 is formed on the upper main surface of the main substrate 1, while the lower main surface of the lid substrate 2.
  • a second sealing frame 4 is formed on the top.
  • the first and second sealing frames 3 and 4 are made of Cu, for example.
  • an antioxidant film 5 made of, for example, Au is formed as necessary.
  • the antioxidant film 5 is for preventing the oxidation of Cu constituting the first sealing frame 3 and does not directly contribute to the bonding described later.
  • an Sn layer 6 mainly composed of Sn having a melting point lower than that of Cu is formed on the second sealing frame 4.
  • the Sn layer 6 functions as a bonding material.
  • the first sealing frame 3 and the second sealing frame 4 are joined to each other, the first sealing frame 3 and the second sealing frame 4 face each other with the Sn layer 6 interposed therebetween. It is heated while being pressed and kept in close contact. As a result, first, Au constituting the antioxidant film 5 is dissolved in the Sn layer 6, and then, Cu constituting the first and second sealing frames 3 and 4 is diffused into the Sn layer 6. An intermetallic compound of Cu and Sn is generated.
  • the Cu 6 Sn 5 layer 7 disappears and the junction 9 is configured with the Cu 3 Sn layer 8. This is because, when the Cu 6 Sn 5 layer 7 remains, when exposed long time user reflow or high temperature environment, further advances mutual diffusion between Cu and Sn, tries to change the Cu 3 Sn layer 8, While this interdiffusion proceeds, so-called Kirkendall voids may occur due to the difference in diffusion coefficient between Cu and Sn, and sealing failure may occur.
  • FIG. 8 shows the growth rate of the alloy at 300 ° C. Therefore, in order to obtain a state of the cemented portion 9 with a Cu 3 Sn layer 8, for example, under a pressure of 8.2 MPa, is required conditions such to maintain the temperature of 300 ° C. 60 min. Therefore, the productivity is low and the manufacturing cost is increased. Moreover, said conditions may become severe conditions so that the quality of the electronic circuit formation part with which an electronic component apparatus is equipped is impaired.
  • an object of the present invention is to provide an electronic component device and a manufacturing method thereof that can solve the above-described problems.
  • a main substrate having an electronic circuit forming portion and a first sealing frame surrounding the electronic circuit forming portion formed on one main surface thereof, and a second seal to be joined to the first sealing frame.
  • an electronic component device comprising a lid substrate having a stop frame formed on one main surface thereof, and a joint for joining the first sealing frame and the second sealing frame to each other
  • each of the first and second sealing frames is provided by a Ni film containing Ni as a main component, and the joint portion includes Ni and Bi as main components. It is characterized by comprising a Ni—Bi alloy.
  • the Ni—Bi alloy is preferably NiBi.
  • the Ni—Bi alloy may contain NiBi 3 .
  • a first connection electrode is formed on one main surface of the main substrate and surrounded by the first sealing frame.
  • a second connection electrode is formed on the main surface at a position surrounded by the second sealing frame, and the first connection electrode and the second connection electrode are electrically connected to each other. It has the electrical connection part to connect and an electrical connection part has the structure similar to a junction part.
  • the present invention is also directed to a method of manufacturing an electronic component device as described above.
  • an electronic circuit forming portion and a first sealing frame surrounding the electronic circuit forming portion are formed on one main surface, and the first sealing frame is mainly composed of Ni.
  • a step of preparing a main substrate provided by the Ni film, and a second sealing frame to be bonded to the first sealing frame is formed on one main surface of the second sealing frame.
  • the frame is provided by a Ni film containing Ni as a main component, and a Bi layer containing Bi as a main component between the step of preparing a lid substrate and the first sealing frame and the second sealing frame.
  • the first sealing frame and the second sealing frame are joined to each other by heating the first sealing frame and the second sealing frame in the proximity of each other in a state of interposing the And a heat bonding step for forming a bonding portion made of a Ni—Bi alloy mainly composed of Ni and Bi. To have.
  • pressurization is performed in a direction in which the first sealing frame and the second sealing frame are brought close to each other.
  • the heat bonding step is preferably performed so that a bonded portion made of NiBi is formed.
  • the heat bonding step may be performed so that a bonding portion including NiBi 3 is formed.
  • the first connection electrode is formed on the one main surface of the main substrate at a position surrounded by the first sealing frame
  • a second connection electrode is formed on one main surface of the lid substrate and surrounded by the second sealing frame.
  • the first connection electrode and the second connection electrode are formed.
  • a step of electrically connecting the connection electrodes to each other is performed.
  • the width direction dimension of at least one of the first sealing frame and the second sealing frame is larger than the width direction dimension of the Bi layer.
  • the joint since the Ni—Bi alloy formed at the joint has a higher growth rate than the above-mentioned Cu 3 Sn, the joint can be formed in a short time, and the manufacturing cost can be reduced. Can do. In addition, since the time for heat bonding can be shortened, the thermal load on the electronic component device can be reduced, and application to an electronic component device that is vulnerable to a high temperature load becomes possible.
  • the Ni—Bi alloy formed at the joint has a relatively high melting point such as 469 ° C. for NiBi 3 and 654 ° C. for NiBi. It can be prevented from melting. Therefore, the airtightness of the electronic component device is not impaired even after the solder reflow process.
  • the first connection electrode and the first connection electrode are formed simultaneously with the heat bonding step for the first sealing frame and the second sealing frame. If the two connecting electrodes are electrically connected to each other, sealing and electrical connection can be achieved at the same time, and as a result, the number of steps for manufacturing the electronic component device can be reduced. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.
  • the heat bonding step In the method for manufacturing an electronic component device according to the present invention, if a Bi layer is formed on one of the first sealing frame and the second sealing frame before the heat bonding step, the heat bonding step In this case, it is possible to obtain a state in which a Bi layer is interposed between the first sealing frame and the second sealing frame by simply arranging the main substrate and the lid substrate. The manufacturing process can be efficiently advanced.
  • FIG. 10 is a perspective view for explaining a third embodiment of the present invention, in which a main board 42 and a lid board 43 provided in an electronic component device 41 are shown separated from each other.
  • FIG. 10 is a perspective view for explaining a third embodiment of the present invention, in which a main board 42 and a lid board 43 provided in an electronic component device 41 are shown separated from each other.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view illustrating a joint portion between the main substrate and the lid substrate 43 illustrated in FIG. 5. It is sectional drawing which shows the joining process for demonstrating the prior art interesting to this invention. Is a diagram showing the growth rate of the alloy at 300 ° C., shows the growth rate in the case of NiBi 3, the growth rate in the case of NiBi, the growth rate in the case of the Cu 3 Sn.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a BAW filter 11 as an example of an electronic component device to which the present invention can be applied.
  • the BAW filter 11 includes a main substrate 12 made of, for example, Si and a lid substrate 13 made of, for example, borosilicate glass.
  • the main substrate 12 and the lid substrate 13 are opposed to each other with a predetermined interval.
  • an electronic circuit forming portion 15 (not shown) for forming a BAW filter circuit and a first sealing frame 16 surrounding the electronic circuit forming portion 15 are formed. ing. Further, on the upper main surface 14 of the main substrate 12 and at a position surrounded by the first sealing frame 16, several first connection electrodes 17 drawn out from the electronic circuit forming portion 15 are provided. Is formed.
  • a second sealing frame 19 to be joined to the first sealing frame 16 is formed on the lower main surface 18 of the lid substrate 13.
  • several second connection electrodes 20 corresponding to the first connection electrodes 17. Is formed.
  • Several terminal electrodes 22 are formed on the upper main surface 21 of the lid substrate 13, and these terminal electrodes 22 are inserted through through-hole conductors 23 provided so as to penetrate the lid substrate 13 in the thickness direction.
  • the two connection electrodes 20 are electrically connected.
  • the first sealing frame 16 and the second sealing frame 19 are joined to each other.
  • a joint 24 formed by this joining is shown in FIG.
  • the first and second sealing frames 16 and 19 extend, for example, in a substantially rectangular shape, and when they are joined, the electronic circuit forming portion 15 and the like are hermetically sealed.
  • the first connection electrode 17 and the second connection electrode 20 are electrically connected to each other.
  • a process is performed.
  • the electrical connection part 25 obtained by this electrical connection is shown in FIG. 1, it is preferable that this electrical connection part 25 has the same configuration as the joint part 24 described above.
  • FIG. 2 is for explaining the first embodiment of the present invention, and shows the first and second sealing frames 16 and 19 in FIG. 1 in an enlarged manner.
  • (1) shows a state before joining
  • (2) shows a state after joining.
  • the first and second sealing frames 16 and 19 are both composed of a Ni film containing Ni as a main component.
  • the width of each of the first and second sealing frames 16 and 19 is, for example, 50 ⁇ m.
  • a Ti film is formed between the Ni film and the main substrate 12 and between the Ni film and the lid substrate 13. It may be formed.
  • a Bi layer 26 containing Bi as a main component is formed on the first sealing frame 16.
  • An antioxidant film 27 made of Au is formed between the first sealing frame 16 and the Bi layer 26 as required, as indicated by a dotted line.
  • an antioxidant film 27 made of, for example, Au is formed on the second sealing frame 19 as necessary.
  • the antioxidant film 27 is for preventing oxidation of Ni constituting the first sealing frame 16 and the second sealing frame 19 and does not directly contribute to the bonding described later.
  • the Ni film, the Bi layer 26, and the antioxidant film 27 made of Au, which are the first sealing frame 16 and the second sealing frame 19, respectively, are formed by vapor deposition, plating, or the like, for example.
  • the thickness of the Ni film constituting each of the first and second sealing frames 16 and 19 is set to the first and second sealing frames.
  • the total supply volume of Ni by 16 and 19 is set to be 34.6% or more of the supply volume of Bi by the Bi layer 26.
  • the Ni film constituting each of the first and second sealing frames 16 and 19 has a total thickness of 1.73 ⁇ m or more.
  • the antioxidant film 27 made of Au may be of a thickness sufficient to fulfill the function of preventing oxidation.
  • the Bi layer 26 is formed on the first sealing frame 16 and the antioxidant film 27 is formed on the second sealing frame 19.
  • the positional relationship between the layer 26 and the antioxidant film 27 may be reversed. Further, the Bi layer 26 may be formed on both the first sealing frame 16 and the second sealing frame 19.
  • a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 100 ppm or less is applied.
  • the atmosphere in the heat bonding step may be an inert gas atmosphere other than nitrogen, a reducing atmosphere, or a vacuum.
  • the pressurization in the heat bonding step has the effect of promoting the wetting of the Bi contained in the Bi layer 26 to the second sealing frame 16 made of the Ni film and further suppressing the generation of voids during alloy formation.
  • a surface pressure of 8 MPa is applied.
  • the oxide film formed on the surface of the Ni film is removed by physical treatment or chemical treatment such as plasma etching and then joined without being exposed to an oxidizing atmosphere, joining without applying pressure It is also possible to do.
  • the peak temperature in the heat bonding process is set to 271 ° C. or higher at which Bi melts.
  • the Bi layer 26 is bonded to the Ni—Bi alloy as shown in FIG. 2 (2) only by holding at a peak temperature of 300 ° C. for at least 10 seconds.
  • Part 24 can be used.
  • the joint 24 has a melting point of 469 ° C. when the Ni—Bi alloy formed therein is NiBi 3 and has a melting point of 654 ° C. when NiBi is NiBi.
  • it can be prevented from melting in the solder reflow process. Therefore, the airtightness of the BAW filter 11 is not impaired even after the solder reflow process.
  • NiBi alloy growth rate at 300 ° C. for NiBi 3 and NiBi, respectively, are indicated by "NiBi 3" and "NiBi" in FIG.
  • both NiBi 3 and NiBi have a higher growth rate than the above-mentioned Cu 3 Sn, so that an alloy can be generated in a short time. Reduction can be achieved.
  • NiBi 3 has a faster growth rate than NiBi.
  • NiBi 3 is generated at the initial stage of the heat bonding process, and when the heat bonding process is continued thereafter, the diffusion of NiBi 3 and Ni proceeds to all become NiBi.
  • the thickness of the Bi layer 26 is 5 ⁇ m
  • the thickness of the Bi layer 26 is 5 ⁇ m
  • all the joint portions 24 are NiBi. be able to.
  • NiBi 3 When comparing NiBi 3 and NiBi in terms of hardness and elastic modulus, NiBi 3 has a hardness of 1300 N / mm 2 and an elastic modulus of 50 GPa, whereas NiBi has a hardness of 3650 N / mm 2 and an elastic modulus. Is 100 GPa, and NiBi is larger than NiBi 3 in both hardness and elastic modulus. Since tensile strength and hardness is approximately proportional, as compared to NiBi 3, NiBi is a strong material.
  • FIG. 3 shows the stress-strain characteristics for NiBi 3 and NiBi. As shown in FIG. 3, the elastic region, towards NiBi is wider than NiBi 3.
  • NiBi 3 has a narrower elastic region, so it may be plastically deformed and permanent strain may remain even if the stress is zero. Therefore, when a repeated stress is applied in a thermal shock test or the like, the permanent strain accumulates and may break.
  • NiBi has a wider elastic range, even when strain that causes plastic deformation is applied in the case of NiBi 3 , it is elastically deformed, and when the stress is reduced to 0, it returns to its original state, and permanent strain Does not remain. Therefore, for example, most of the load caused by thermal stress is stored as elastic energy, so that plastic strain hardly occurs, and high resistance to plastic fatigue failure due to repeated stress can be obtained.
  • the joint portion 24 made of NiBi when the joint portion 24 made of NiBi is formed, the joint portion 24 can be highly resistant to plastic fatigue failure due to repeated stress.
  • the joining portion 24 contains NiBi 3 , the heat holding time in the heat joining process can be shortened.
  • FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 2 (1) for explaining the second embodiment of the present invention.
  • elements corresponding to the elements shown in FIG. 2 (1) are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the second embodiment is characterized in that the width direction dimension W2 of the second sealing frame 19 is made larger than the width direction dimension W1 of the first sealing frame 16. This is to prevent Bi constituting the Bi layer 26 from protruding from the first sealing frame 16 due to pressurization in the heat-bonding step and causing an electrical short circuit with the connection electrode 20, for example. Is.
  • the width direction dimension W2 of the second sealing frame 19 is 50 ⁇ m
  • the width direction dimension W1 of the first sealing frame 16 is about 15 to 25 ⁇ m.
  • the Cu film 32 containing Cu as a main component is combined with, for example, Ni by a thick film forming technique. And a thickness of 7.5 ⁇ m or more.
  • the Cu film 32 thick, it can be expected that the thermal stress caused by the difference in the thermal expansion coefficient between the first member and the second member is alleviated.
  • the Ni film 31 may be formed directly on the main substrate 12 without the Cu film 32.
  • the width direction dimension W2 of the second sealing frame 19 is larger than the width direction dimension W1 of the first sealing frame 16, but conversely, the width of the first sealing frame 16
  • the direction dimension W1 may be larger than the width direction dimension W2 of the second sealing frame 19.
  • the width direction dimension of the Bi layer 26 is adjusted to the width direction dimension on the smaller side of either W1 or W2.
  • the Bi layer 26 may be formed on the first sealing frame 16 or the second sealing frame 19.
  • Bi tends to protrude as described above, Bi tends to aggregate at the corner portions of the sealing frames 16 and 19, but in order to suppress such aggregation, the corner portion is formed in an arc shape. Is preferred.
  • the configuration of the joint portion 24 for joining the first sealing frame 16 and the second sealing frame 19 described above is the electrical connection between the first connection electrode 17 and the second connection electrode 20.
  • the same can be applied to the electrical connection portion 25 for connection.
  • connection electrodes 17 and 20 as described above.
  • the present invention is not limited to the BAW filter 11 including the main substrate 12 on which the first sealing frame 16 is formed and the lid substrate 13 on which the second sealing frame 19 is formed.
  • the present invention can also be applied to other electronic component devices including a lid substrate.
  • first and second aggregate substrates that respectively provide a plurality of main substrates and a plurality of lid substrates are prepared, and the heat bonding step includes the first and second assemblies. You may implement in the state of a board
  • a step of dividing the first and second aggregate substrates into individual electronic component device units is further performed.
  • FIG. 5 is a perspective view for explaining a third embodiment of the present invention, in which a main substrate 42 and a lid substrate 43 provided in the electronic component device 41 are separated from each other.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing a joint portion between the main substrate 42 and the lid substrate 43 shown in FIG.
  • elements corresponding to those shown in FIG. 2 (1) are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • an element 44 that forms a necessary circuit is mounted, and a first sealing frame 16 that surrounds the element 44 is formed. Note that the connection conductor to be drawn from the element 44 is not shown.
  • a recess 46 (see FIG. 6) is formed on the lower main surface of the cap-shaped lid substrate 43, and the lower surface of the peripheral edge 47 that defines the recess 46 is joined to the first sealing frame 16.
  • a second sealing frame 19 to be formed is formed.
  • both the first and second sealing frames 16 and 19 are made of a Ni film containing Ni as a main component.
  • An antioxidant film 27 made of Au is formed on the first sealing frame 16 as necessary.
  • a Bi layer 26 containing Bi as a main component is formed on the second sealing frame 19.
  • the arrangement of the Bi layer 26, the antioxidant film 27, and the like on each of the first and second sealing frames 16 and 19 may be changed as in other embodiments.
  • the Bi layer 26 may be formed on the main substrate 42 side.
  • the main board 42 is prepared in a state of a collective board constituting a plurality of main boards 42, joined to the lid substrate 43 in the state of the collective board, and then the individual main boards 42. Or may be joined to the lid substrate 43 in the state of the individual main substrates 42.

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Abstract

 電子部品装置において、短時間で信頼性の高い気密封止構造が得られるようにする。  主基板(12)に形成される第1の封止枠(16)および蓋基板(13)に形成される第2の封止枠(19)を、ともにNi膜から構成する。たとえば、第1の封止枠上にBi層(26)を形成しておき、第1の封止枠と第2の封止枠とを互いに近接させる方向に加圧しながら、たとえば300℃の温度で少なくとも10秒間加熱することによって、第1の封止枠と第2の封止枠とを互いに接合する接合部(24)を形成する。接合部は、Ni‐Bi合金から構成されるが、加熱接合工程の初期の段階で、NiBiが生成され、その後、加熱接合工程を持続させると、NiBiとNiとの拡散が進み、すべてNiBiとなる。接合部がNiBiからなると、接合部を、繰返し応力による塑性疲労破壊に対して高い耐性を有するものとすることができる。

Description

電子部品装置およびその製造方法
 この発明は、電子部品装置およびその製造方法に関するもので、特に、気密封止のために封止枠同士を接合した構造を有する電子部品装置およびその製造方法に関するものである。
 この発明にとって興味ある電子部品装置として、たとえばBAWフィルタがある。BAWフィルタは、電子回路形成部分およびこの電子回路形成部分を取り囲む第1の封止枠がその一方主面上に形成された主基板と、上記第1の封止枠に接合されるべき第2の封止枠がその一方主面上に形成された蓋基板とを備えている。そして、主基板と蓋基板とを、各々の主面が対向するように配置し、その状態で第1の封止枠と第2の封止枠とを互いに接合することにより、上記電子回路形成部分を気密封止した構造が実現される。
 上記のような第1の封止枠と第2の封止枠とを互いに接合して封止するための技術として、以下のようなものが提案されている。
 まず、特開2004-194290号公報(特許文献1)および特開2006-135264号公報(特許文献2)では、Cu-Sn合金による封止技術が提案されている。この封止技術について、図7を参照して説明する。
 図7には、互いに対向するように配置される主基板1および蓋基板2の各一部が図示されている。接合工程を実施する前の段階では、図7(1)に示すように、主基板1の上方主面上には第1の封止枠3が形成され、他方、蓋基板2の下方主面上には、第2の封止枠4が形成されている。第1および第2の封止枠3および4は、たとえばCuから構成される。第1の封止枠3上には、点線で示すように、必要に応じて、たとえばAuからなる酸化防止膜5が形成される。酸化防止膜5は、第1の封止枠3を構成するCuの酸化を防止するためのものであって、後述する接合に直接寄与するものではない。他方、第2の封止枠4上には、Cuより融点の低いSnを主成分とするSn層6が形成される。Sn層6は接合材として機能するものである。
 第1の封止枠3と第2の封止枠4とを互いに接合した状態とするため、Sn層6を挟んで第1の封止枠3と第2の封止枠4とが互いに対向する密着状態に加圧保持しながら、加熱される。その結果、まず、酸化防止膜5を構成するAuがSn層6中に溶解し、次いで、第1および第2の封止枠3および4を構成するCuがSn層6中へと拡散して、CuとSnとの金属間化合物が生成される。
 より詳細には、上記の加圧状態での加熱を続けると、Sn層6が消失し、まず、図7(2)に示すように、融点415℃のCuSnを主成分とするCuSn層7が形成され、CuSn層7と第1および第2の封止枠3および4の各々との間に、融点640℃のCuSnを主成分とするCuSn層8が形成され始める。
 さらに、加圧状態での加熱を続けると、図7(3)に示すように、CuSn層7が消失し、第1の封止枠3と第2の封止枠4とを互いに接合する接合部9がCuSn層8をもって構成された接合構造が得られる。
 以上のような接合構造において、CuSn層7が消失し、接合部9がCuSn層8をもって構成されていることが重要である。なぜなら、CuSn層7が残っていると、ユーザーリフローや高温環境に長時間さらされた場合、CuとSnとの相互拡散がさらに進み、CuSn層8へ変化しようとするが、この相互拡散が進む間に、CuとSnとの拡散係数の違いによりいわゆるカーケンダルボイドが発生し、封止不良が起こることがある。
 CuSn層7が消失し、接合部9がCuSn層8をもって構成されるようにするには、SnにCuを十分に拡散させる必要があるが、CuSnの合金成長速度は、図8に示すように、極めて遅い。なお、図8は、300℃における合金の成長速度を示している。したがって、CuSn層8をもって接合部9を構成する状態を得るためには、たとえば、8.2MPaの加圧下で、300℃の温度を60分間保持するといった条件が必要となる。よって、生産性が低く、製造コストが高くなるという問題を招く。また、上記の条件は、電子部品装置に備える電子回路形成部分の品質を損なわせるほどの過酷な条件となる場合もある。
特開2004-194290号公報 特開2006-135264号公報
 そこで、この発明の目的は、上述した問題を解決し得る、電子部品装置およびその製造方法を提供しようとすることである。
 この発明は、電子回路形成部分および電子回路形成部分を取り囲む第1の封止枠がその一方主面上に形成された主基板と、第1の封止枠に接合されるべき第2の封止枠がその一方主面上に形成された蓋基板と、第1の封止枠と第2の封止枠とを互いに接合する接合部とを備える、電子部品装置の構造にまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、第1および第2の封止枠の各々は、Niを主成分とするNi膜によって与えられ、接合部は、NiおよびBiを主成分とするNi-Bi合金からなることを特徴としている。
 上記Ni-Bi合金は、NiBiであることが好ましい。
 また、Ni-Bi合金は、NiBiを含んでいてもよい。
 この発明に係る電子部品装置の好ましい実施態様では、主基板の一方主面上であって、第1の封止枠によって取り囲まれた位置に、第1の接続用電極が形成され、蓋基板の一方主面上であって、第2の封止枠によって取り囲まれた位置に、第2の接続用電極が形成され、第1の接続用電極と第2の接続用電極とを互いに電気的に接続する電気的接続部を有し、電気的接続部は、接合部と同様の構成を有する。
 この発明は、また、上述したような電子部品装置を製造する方法にも向けられる。
 この発明に係る電子部品装置の製造方法は、電子回路形成部分および電子回路形成部分を取り囲む第1の封止枠がその一方主面上に形成され、第1の封止枠はNiを主成分とするNi膜によって与えられている、主基板を用意する工程と、第1の封止枠に接合されるべき第2の封止枠がその一方主面上に形成され、第2の封止枠はNiを主成分とするNi膜によって与えられている、蓋基板を用意する工程と、第1の封止枠と第2の封止枠との間に、Biを主成分とするBi層を介在させた状態で、第1の封止枠と第2の封止枠とを互いに近接させて加熱することによって、第1の封止枠と第2の封止枠とを互いに接合する、NiおよびBiを主成分とするNi-Bi合金からなる接合部を形成する、加熱接合工程とを備えることを特徴としている。
 この発明に係る電子部品装置の製造方法の好ましい実施態様では、上記加熱接合工程において、第1の封止枠と第2の封止枠とを互いに近接させる方向への加圧が実施される。
 上記加熱接合工程は、NiBiからなる接合部が形成されるように実施されることが好ましい。
 あるいは、上記加熱接合工程は、NiBiを含む接合部が形成されるように実施されてもよい。
 この発明に係る電子部品装置の製造方法の好ましい実施態様では、主基板の一方主面上であって、第1の封止枠によって取り囲まれた位置に、第1の接続用電極が形成され、蓋基板の一方主面上であって、第2の封止枠によって取り囲まれた位置に、第2の接続用電極が形成され、加熱接合工程と同時に、第1の接続用電極と第2の接続用電極とを互いに電気的に接続する工程が実施される。
 上記の好ましい実施態様の場合、第1の封止枠および第2の封止枠の少なくとも一方の幅方向寸法は、Bi層の幅方向寸法より大きいことが好ましい。
 この発明に係る電子部品装置の製造方法において、加熱接合工程の前に、第1の封止枠および第2の封止枠のいずれか一方上にBi層を形成しておくことが好ましい。
 この発明によれば、接合部において形成される、Ni-Bi合金は、前述したCuSnと比較して、成長速度が速いため、接合部を短時間で形成でき、製造コストを安くすることができる。また、加熱接合のための時間を短縮することができるので、電子部品装置への熱負荷を軽減でき、高温負荷に弱い電子部品装置への適用が可能となる。
 また、この発明によれば、接合部において形成されるNi-Bi合金は、NiBiで469℃、NiBiで654℃というように、比較的高い融点を有しているため、たとえばはんだリフロー工程において溶融しないようにすることができる。したがって、はんだリフロー工程後においても電子部品装置の気密性が損なわれることはない。
 この発明において、NiBiからなる接合部が形成されるようにすると、繰返し応力による塑性疲労破壊に対して高い耐性を有する接合部を得ることができる。
 他方、接合部のすべてを、前述のように、NiBiからなるようにするには、加熱接合工程での加熱保持時間を長くする必要があるが、接合部において、NiBiを含むようにすれば、加熱接合工程での加熱保持時間の短縮化を図ることができる。
 この発明に係る電子部品装置が第1および第2の接続用電極を備えるとき、第1の封止枠と第2の封止枠とに対する加熱接合工程と同時に、第1の接続用電極と第2の接続用電極とを互いに電気的に接続するようにすれば、封止と電気的接続とを同時に達成することができ、その結果、電子部品装置の製造のための工程数を減らすことができ、よって、製造コストを低減することができる。
 この発明に係る電子部品の製造方法において、加熱接合工程において、第1の封止枠と第2の封止枠とを互いに近接させる方向への加圧が実施されると、NiおよびBi間の相互拡散が進む間にNiおよびBiの拡散係数の違いにより発生するカーケンダルボイドが押しつぶされながら接合が進むので、接合部に残存したカーケンダルボイドに起因する封止不良を抑制することができる。
 この発明に係る電子部品装置の製造方法において、第1の封止枠および第2の封止枠の少なくとも一方の幅方向寸法が、Bi層の幅方向寸法より大きくされると、加熱接合工程において、接合部からのBiのはみ出しを抑制することができ、その結果、Biのはみ出しによる不所望な電気的短絡を生じさせにくくすることができる。
 この発明に係る電子部品装置の製造方法において、加熱接合工程の前に、第1の封止枠および第2の封止枠のいずれか一方上にBi層を形成しておけば、加熱接合工程において、主基板と蓋基板とを所定の配置にするだけで、第1の封止枠と第2の封止枠との間にBi層を介在させた状態を得ることができ、電子部品装置の製造工程を能率的に進めることができる。
この発明が適用され得る電子部品装置の一例としてのBAWフィルタ11を示す断面図である。 この発明の第1の実施形態を説明するためのもので、図1に示した第1および第2の封止枠16および19を拡大して示す断面図であり、(1)は接合前、(2)は接合後の状態を示す。 NiBiおよびNiBiについての応力-ひずみ特性を示す図である。 この発明の第2の実施形態を説明するための図2(1)に対応する図である。 この発明の第3の実施形態を説明するためのもので、電子部品装置41に備える主基板42と蓋基板43とを互いに分離して示す斜視図である。 図5に示した主基板42と蓋基板43との接合部分を拡大して示す断面図である。 この発明にとって興味ある従来技術を説明するための接合工程を示す断面図である。 300℃における合金の成長速度を示す図であり、NiBiの場合の成長速度と、NiBiの場合の成長速度と、CuSnの場合の成長速度とを示している。
 図1は、この発明が適用され得る電子部品装置の一例としてのBAWフィルタ11を示す断面図である。
 BAWフィルタ11は、たとえばSiからなる主基板12と、たとえばホウケイ酸ガラスからなる蓋基板13とを備えている。主基板12と蓋基板13とは、所定の間隔を隔てて互いに対向している。
 主基板12の上方主面14上には、BAWフィルタ回路を形成する電子回路形成部分15(省略的に図示される。)および電子回路形成部分15を取り囲む第1の封止枠16が形成されている。また、主基板12の上方主面14上であって、第1の封止枠16によって取り囲まれた位置には、電子回路形成部分15から引き出されたいくつかの第1の接続用電極17が形成されている。
 他方、蓋基板13の下方主面18上には、第1の封止枠16に接合されるべき第2の封止枠19が形成されている。また、蓋基板13の下方主面18上であって、第2の封止枠19によって取り囲まれた位置には、第1の接続用電極17に対応するいくつかの第2の接続用電極20が形成されている。蓋基板13の上方主面21上には、いくつかの端子電極22が形成され、これら端子電極22は、蓋基板13を厚み方向に貫通するように設けられたスルーホール導体23を介して第2の接続用電極20と電気的に接続されている。
 このようなBAWフィルタ11を製造するにあたって、第1の封止枠16と第2の封止枠19とが互いに接合される。この接合によって形成された接合部24が図1に示されている。第1および第2の封止枠16および19は、たとえばほぼ矩形をなすように延びていて、これらが接合されたとき、電子回路形成部分15等が気密封止される。好ましくは、第1の封止枠16と第2の封止枠19とを互いに接合する工程と同時に、第1の接続用電極17と第2の接続用電極20とを互いに電気的に接続する工程が実施される。この電気的接続によって得られた電気的接続部25が図1に示されているが、この電気的接続部25は、上述した接合部24と同様の構成を有することが好ましい。
 以下に、図1に示したBAWフィルタ11を対象として、この発明のいくつかの実施形態について説明する。
 図2は、この発明の第1の実施形態を説明するためのもので、図1における第1および第2の封止枠16および19の部分を拡大して示している。図2において、(1)は接合前の状態を示し、(2)は接合後の状態を示している。
 図2(1)を参照して、第1および第2の封止枠16および19は、ともに、Niを主成分とするNi膜から構成される。第1および第2の封止枠16および19の各々の幅はたとえば50μmとされる。なお、Ni膜と主基板12および蓋基板13の各々との密着性を高めるため、Ni膜と主基板12との間およびNi膜と蓋基板13との間に、図示しないが、Ti膜が形成されてもよい。
 第1の封止枠16上には、Biを主成分とするBi層26が形成される。第1の封止枠16とBi層26との間には、点線で示すように、必要に応じて、Auからなる酸化防止膜27が形成される。他方、第2の封止枠19上には、点線で示すように、必要に応じて、たとえばAuからなる酸化防止膜27が形成される。酸化防止膜27は、第1の封止枠16および第2の封止枠19を構成するNiの酸化を防止するためのものであって、後述する接合に直接寄与するものではない。これら第1の封止枠16および第2の封止枠19の各々となるNi膜、Bi層26およびAuからなる酸化防止膜27は、たとえば、蒸着、めっき等により形成される。
 後述する図2(2)に示した構造を得るようにするため、第1および第2の封止枠16および19の各々を構成するNi膜の厚みは、第1および第2の封止枠16および19によるNiの供給体積が、合計で、Bi層26によるBiの供給体積の34.6%以上となるようにされる。一例として、Bi層26の厚みが5μmの場合、第1および第2の封止枠16および19の各々を構成するNi膜は、合計で、1.73μm以上の厚みとなるようにされる。
 Auからなる酸化防止膜27は、酸化防止の機能を果たすのに十分な厚みであればよい。
 なお、図2(1)に示した実施形態では、第1の封止枠16上にBi層26が形成され、第2の封止枠19上に酸化防止膜27が形成されたが、Bi層26と酸化防止膜27との位置関係が逆にされてもよい。また、Bi層26を、第1の封止枠16上および第2の封止枠19上の双方に形成してもよい。
 次に、第1の封止枠16と第2の封止枠19との間に、Bi層26を介在させた状態で、第1の封止枠16と第2の封止枠19とを互いに近接させる方向に加圧しながら加熱することによって、第1の封止枠16と第2の封止枠19とを互いに接合する接合部24を形成する、加熱接合工程が実施される。この加熱接合工程の初期の段階で、酸化防止膜27を構成するAuがBi層26中に溶解する。そして、この加熱接合工程を実施した後の状態が図2(2)に示されている。
 上記加熱接合工程では、たとえば酸素濃度100ppm以下の窒素雰囲気が適用される。なお、加熱接合工程での雰囲気は、窒素以外の不活性ガス雰囲気であっても、還元性雰囲気であっても、真空であってもよい。加熱接合工程における加圧は、Bi層26に含まれるBiの、Ni膜からなる第2の封止枠16への濡れの促進、さらには合金形成時のボイド発生の抑制の効果があり、たとえば8MPaの面圧が適用される。ただし、Ni膜の表面に形成された酸化膜をプラズマエッチングなどの物理的処理または化学的処理により除去し、その後は酸化性の雰囲気に晒さないようにして接合する場合は、無加圧で接合することも可能である。また、加熱接合工程でのピーク温度は、Biが溶融する271℃以上とされる。
 たとえば、Bi層26の厚みが5μmの場合、ピーク温度300℃で、少なくとも10秒間保持するだけで、Bi層26を、すべて、図2(2)に示すように、Ni‐Bi合金からなる接合部24とすることができる。この接合部24は、そこに形成されるNi-Bi合金がNiBiである場合には、469℃の融点を有し、NiBiである場合には、654℃の融点を有していて、そのため、たとえばはんだリフロー工程において溶融しないようにすることができる。したがって、はんだリフロー工程後においてもBAWフィルタ11の気密性が損なわれることはない。
 なお、上述したピーク温度およびピーク温度保持時間は、Bi層26の厚み、昇温速度および冷却速度によって各々の最適値が異なってくる。
 Ni‐Bi合金のうち、NiBiおよびNiBiについての300℃での合金成長速度が、それぞれ、図8の「NiBi」および「NiBi」によって示されている。この図8からわかるように、NiBiおよびNiBiは、いずれも、前述のCuSnと比較して、成長速度が速いため、合金を短時間で生成することができ、その結果、製造コストの低減を図ることができる。
 また、NiBiおよびNiBiの間で比較すると、NiBiの方が、NiBiより、成長速度が速い。このことからわかるように、加熱接合工程の初期の段階で、NiBiが生成され、その後、加熱接合工程を持続させると、NiBiとNiとの拡散が進み、すべてNiBiとなる。Bi層26の厚み、昇温速度および冷却速度によって異なるが、一例として、Bi層26の厚みが5μmの場合、ピーク温度300℃で、400秒間保持すると、接合部24を、すべて、NiBiとすることができる。
 硬さおよび弾性率について、NiBiおよびNiBiを比較すると、NiBiは、硬さが1300N/mm、弾性率が50GPaであるのに対し、NiBiは、硬さが3650N/mm、弾性率が100GPaであり、硬さおよび弾性率ともに、NiBiがNiBiより大きい。硬さと引っ張り強度はほぼ比例するので、NiBiと比較して、NiBiは強い材料である。
 図3は、NiBiおよびNiBiについての応力-ひずみ特性を示している。図3に示すように、弾性域は、NiBiの方がNiBiより広い。
 よって、同じひずみが生じた場合でも、NiBiは、その弾性域がより狭いため、塑性変形し、応力を0にしても、永久ひずみが残ることがある。そのため、熱衝撃試験等において繰返し応力がかかる場合、この永久ひずみが蓄積し、破断に至ることがある。
 これに対して、NiBiは弾性域がより広いため、NiBiの場合に塑性変形を生じさせたひずみが付与されても、弾性変形し、応力を0にすれば元の状態に戻り、永久ひずみが残らない。よって、たとえば熱応力により生じた負荷の大部分を、弾性エネルギとして蓄えて、塑性ひずみが生じにくく、繰返し応力による塑性疲労破壊に対して高耐性が得られる。
 以上のことから、NiBiからなる接合部24が形成されるようにすると、接合部24を、繰返し応力による塑性疲労破壊に対して高い耐性を有するものとすることができる。
 他方、接合部24において、NiBiを含むようにすれば、加熱接合工程での加熱保持時間の短縮化を図ることができる。
 図4は、この発明の第2の実施形態を説明するための図2(1)に対応する図である。図4において、図2(1)に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
 第2の実施形態は、第1の封止枠16の幅方向寸法W1に比べて、第2の封止枠19の幅方向寸法W2がより大きくされていることを特徴としている。これは、Bi層26を構成するBiが、加熱接合工程での加圧により第1の封止枠16からはみ出し、たとえば接続用電極20との間で電気的短絡が生じることを抑制するためのものである。一例として、第2の封止枠19の幅方向寸法W2が50μmであるとき、第1の封止枠16の幅方向寸法W1は15~25μm程度とされる。
 なお、図4に示した実施形態では、第1の封止枠16において、Ni膜31を形成する前に、Cuを主成分とするCu膜32が、厚膜形成技術によって、たとえばNiと合わせて7.5μm以上の厚みをもって形成されている。このように、比較的厚みのあるCu膜32を形成することにより、Biのはみ出し防止効果が高められる。また、Cu膜32を厚く形成することにより、第1の部材と第2の部材の熱膨張係数の差によって生じる熱応力を緩和することが期待できる。しかしながら、このような利点を特に望まないならば、Cu膜32を省略し、主基板12上に、直接、Ni膜31を形成してもよい。
 図4では、第1の封止枠16の幅方向寸法W1に比べて、第2の封止枠19の幅方向寸法W2をより大きくしたが、逆に、第1の封止枠16の幅方向寸法W1を第2の封止枠19の幅方向寸法W2より大きくしてもよい。ただし、Bi層26の幅方向寸法は、W1とW2のいずれか小さい側の幅方向寸法に合わせる。Bi層26の形成は、第1の封止枠16上または第2の封止枠19上のいずれでもよい。
 また、上述のようにBiがはみ出そうとするとき、封止枠16および19のコーナー部分においてBiが凝集する傾向があるが、このような凝集を抑制するため、コーナー部分を円弧状にすることが好ましい。
 以上説明した第1の封止枠16と第2の封止枠19との接合を図る接合部24での構成は、第1の接続用電極17と第2の接続用電極20との電気的接続を図る電気的接続部25においても同様に適用することができる。この場合、第1の封止枠16と第2の封止枠19とに対する加熱接合工程と同時に、第1の接続用電極17と第2の接続用電極20とを互いに電気的に接続する接続工程を実施するようにすれば、封止と電気的接続とを同時に達成することができ、その結果、BAWフィルタ11の製造のための工程数を減らすことができ、よって、製造コストを低減することができる。
 また、図4を参照して説明したBiのはみ出し抑制のための構成は、上述したような接続用電極17および20についても適用することができる。
 また、この発明は、第1の封止枠16が形成された主基板12と第2の封止枠19が形成された蓋基板13とを備えるBAWフィルタ11だけでなく、同様の主基板および蓋基板を備える他の電子部品装置にも適用することができる。
 また、この発明に係る電子部品装置の製造方法において、複数の主基板および複数の蓋基板をそれぞれ与える第1および第2の集合基板が用意され、加熱接合工程が、第1および第2の集合基板の状態で実施されてもよい。この場合、加熱接合工程の後、個々の電子部品装置単位に、第1および第2の集合基板を分割する工程がさらに実施される。上記加熱接合工程では、第1および第2の集合基板を収容しながら、不活性ガスの導入または真空雰囲気の形成が可能なチャンバが用いられることが好ましい。このような製造方法によれば、複数の電子部品装置の製造を一括して行なうことができるので、電子部品装置の生産性の向上を期待することができる。
 また、蓋基板には、図5に示すようなキャップ状のものを用いてもよい。図5は、この発明の第3の実施形態を説明するためのもので、電子部品装置41に備える主基板42と蓋基板43とを互いに分離して示す斜視図である。図6は、図5に示した主基板42と蓋基板43との接合部分を拡大して示す断面図である。図5において、図2(1)に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
 主基板42の上方主面14上には、必要な回路を形成する素子44が実装されるとともに、この素子44を取り囲む第1の封止枠16が形成されている。なお、素子44から引き出されるべき接続用導体については図示が省略されている。
 他方、キャップ状の蓋基板43の下方主面には凹部46(図6参照)が形成されるが、この凹部46を規定する周縁部47の下面には、第1の封止枠16に接合されるべき第2の封止枠19が形成されている。
 図6を参照して、第1および第2の封止枠16および19は、ともに、Niを主成分とするNi膜から構成される。
 第1の封止枠16上には、必要に応じて、Auからなる酸化防止膜27が形成される。他方、第2の封止枠19上には、Biを主成分とするBi層26が形成される。
 なお、上記第1および第2の封止枠16および19の各々上でのBi層26および酸化防止膜27等の配置は、他の実施形態のように変更されてもよい。たとえば、Bi層26は、主基板42側に形成されてもよい。
 また、この実施形態の場合も、主基板42は、複数の主基板42を構成する集合基板の状態で用意され、この集合基板の状態で蓋基板43と接合され、その後、個々の主基板42となるように分割されても、あるいは、個々の主基板42の状態で、蓋基板43と接合されてもよい。
11 BAWフィルタ(電子部品装置)
12,42 主基板
13,43 蓋基板
15 電子回路形成部分
16 第1の封止枠
17 第1の接続用電極
19 第2の封止枠
20 第2の接続用電極
24 接合部
25 電気的接続部
26 Bi層
41 電子部品装置

Claims (11)

  1.  電子回路形成部分および前記電子回路形成部分を取り囲む第1の封止枠がその一方主面上に形成された主基板と、
     前記第1の封止枠に接合されるべき第2の封止枠がその一方主面上に形成された蓋基板と、
     前記第1の封止枠と前記第2の封止枠とを互いに接合する接合部と
    を備え、
     前記第1および第2の封止枠の各々は、Niを主成分とするNi膜によって与えられ、
     前記接合部は、NiおよびBiを主成分とするNi-Bi合金からなる、
    電子部品装置。
  2.  前記Ni-Bi合金は、NiBiである、請求項1に記載の電子部品装置。
  3.  前記Ni-Bi合金は、NiBiを含む、請求項1に記載の電子部品装置。
  4.  前記主基板の前記一方主面上であって、前記第1の封止枠によって取り囲まれた位置に、第1の接続用電極が形成され、前記蓋基板の前記一方主面上であって、前記第2の封止枠によって取り囲まれた位置に、第2の接続用電極が形成され、前記第1の接続用電極と前記第2の接続用電極とを互いに電気的に接続する電気的接続部を有し、前記電気的接続部は、前記接合部と同様の構成を有する、請求項1ないし3のいずれかに記載の電子部品装置。
  5.  電子回路形成部分および前記電子回路形成部分を取り囲む第1の封止枠がその一方主面上に形成され、前記第1の封止枠はNiを主成分とするNi膜によって与えられている、主基板を用意する工程と、
     前記第1の封止枠に接合されるべき第2の封止枠がその一方主面上に形成され、前記第2の封止枠はNiを主成分とするNi膜によって与えられている、蓋基板を用意する工程と、
     前記第1の封止枠と前記第2の封止枠との間に、Biを主成分とするBi層を介在させた状態で、前記第1の封止枠と前記第2の封止枠とを互いに近接させて加熱することによって、前記第1の封止枠と前記第2の封止枠とを互いに接合する、NiおよびBiを主成分とするNi-Bi合金からなる接合部を形成する、加熱接合工程と
    を備える、電子部品装置の製造方法。
  6.  前記加熱接合工程において、前記第1の封止枠と前記第2の封止枠とを互いに近接させる方向への加圧が実施される、請求項5に記載の電子部品装置の製造方法。
  7.  前記加熱接合工程は、NiBiからなる前記接合部が形成されるように実施される、請求項5または6に記載の電子部品装置の製造方法。
  8.  前記加熱接合工程は、NiBiを含む前記接合部が形成されるように実施される、請求項5または6に記載の電子部品装置の製造方法。
  9.  前記主基板の前記一方主面上であって、前記第1の封止枠によって取り囲まれた位置に、第1の接続用電極が形成され、前記蓋基板の前記一方主面上であって、前記第2の封止枠によって取り囲まれた位置に、第2の接続用電極が形成され、前記加熱接合工程と同時に、前記第1の接続用電極と前記第2の接続用電極とを互いに電気的に接続する工程が実施される、請求項5に記載の電子部品装置の製造方法。
  10.  前記第1の封止枠および前記第2の封止枠の少なくとも一方の幅方向寸法は、前記Bi層の幅方向寸法より大きい、請求項5に記載の電子部品装置の製造方法。
  11.  前記加熱接合工程の前に、前記第1の封止枠および前記第2の封止枠のいずれか一方上に前記Bi層を形成する工程をさらに備える、請求項5に記載の電子部品装置の製造方法。
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