WO2016104576A1 - 気密封止用蓋材、気密封止用蓋材の製造方法および電子部品収納パッケージ - Google Patents

気密封止用蓋材、気密封止用蓋材の製造方法および電子部品収納パッケージ Download PDF

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WO2016104576A1
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将幸 横田
雅春 山本
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株式会社日立金属ネオマテリアル
日立金属株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a hermetic sealing lid, a method for manufacturing a hermetic sealing lid, and an electronic component storage package.
  • an electronic component storage package having a hermetic sealing lid material including a brazing material layer is known.
  • Such electronic component storage packages are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2003-158221 and 2001-156193.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-158221 discloses a metal lid made of a clad material joined in a state in which an Ag brazing layer, a Cu layer, a Kovar (registered trademark) metal base material and a Ni layer are laminated, and a quartz crystal
  • An electronic component package including a ceramic package in which a diaphragm is accommodated is disclosed.
  • the Cu layer is provided to reduce thermal stress after welding and thermal strain during welding.
  • the metal lid (cladding material) is formed in a flat plate shape, while the ceramic package is formed in a box shape including a concave portion for accommodating the crystal diaphragm.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2001-156193 discloses a metal plate made of Kovar, a brazing material layer made of a low melting point brazing material joined to the lower surface of the metal plate, and an upper side of the metal plate.
  • a metal lid formed in a box shape having a concave portion, and a ceramic substrate (electronic component arranging member) in which a crystal resonator is housed. ) Is disclosed.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2001-156193 discloses Au alloy, Sn, solder and aluminum alloy as the low melting point brazing material.
  • a flat metal lid provided with an Ag brazing layer described in JP-A No. 2003-158221 is used as a metal lid provided with a brazing filler metal layer made of a low melting point brazing material described in JP-A No. 2001-156193.
  • a box shape that includes a recess like a lid it is possible to improve the productivity of the ceramic package by suppressing the complexity of the ceramic package made of ceramic that is difficult to process compared to metal materials.
  • the inventor of the present application uses a flat clad material having an Ag brazing layer described in JP-A No. 2003-158221 as a metal plate having a brazing filler metal layer made of a low melting point brazing material in JP-A No. 2001-156193.
  • a metal lid is formed by bending into a box shape that includes a recess like a lid material, the metal base material made of Kovar is hard, so that cracks are likely to occur in the folded part. discovered.
  • heat treatment for softening softening heat treatment
  • the clad material is not melted without melting the Ag brazing layer.
  • voids are generated at the interface between the Ag brazing layer and the Cu layer. “Void” means a gap generated by separation of two layers at the interface with each other.
  • the silver brazing material is scattered together with the released gas, and there is a possibility that the brazing joining becomes insufficient or the silver brazing material adheres to the crystal diaphragm.
  • the gas that has flowed into the void is released into the sealed space where the electronic component package is sealed, which may cause problems in the electronic component of the electronic component package.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to provide cracks and cracks even when a clad material having a silver brazing layer is formed in a box shape including a recess.
  • An object of the present invention is to provide a hermetic sealing lid member in which generation of voids is suppressed, a method for manufacturing the hermetic sealing lid member, and an electronic component storage package including the hermetic sealing lid member.
  • the lid for hermetic sealing according to the first aspect of the present invention is a lid for hermetic sealing used for an electronic component storage package including an electronic component placement member on which electronic components are placed, and Ag and Cu And a first brazing layer formed by using Fe or an Fe alloy, and a concave portion formed by bending the clad material. It is formed in the box shape shape containing.
  • the lid for hermetic sealing according to the first aspect of the present invention is, as described above, a clad material provided with a first Fe layer joined to a clad material on a silver brazing layer and configured using Fe or an Fe alloy. It consists of.
  • a clad material provided with a first Fe layer joined to a clad material on a silver brazing layer and configured using Fe or an Fe alloy. It consists of.
  • Ag and Cu contained in the silver brazing layer hardly dissolve in the first Fe layer formed using Fe or Fe alloy, so that almost no solid solution diffusion occurs. .
  • it can suppress that Ag and Cu which are contained in a silver brazing layer diffuse into a 1st Fe layer.
  • the first Fe layer is disposed between the silver brazing layer and another metal layer formed using Ni or the like, Ag or Cu contained in the silver brazing layer is reduced by the first Fe layer.
  • Diffusion to other metal layers can be suppressed.
  • the silver brazing component located near the interface between the silver brazing layer and the first Fe layer or other metal layer directly bonded to the silver brazing layer is caused by diffusion. Since it can suppress that it reduces, it can suppress that a void generate
  • the first Fe layer is formed using an Fe alloy containing at least one of Co and Cr, and Fe, Co, and Cr total 50 mass%. Included. According to this structure, even when the softening heat treatment is performed, the first Fe layer formed using an Fe alloy in which Ag or Cu contained in the silver brazing layer contains at least one of Co and Cr is almost solid. By not dissolving, it is possible to suppress the diffusion of Ag or Cu contained in the silver brazing layer into the first Fe layer. Moreover, by containing 50 mass% or more of Fe, Co, and Cr in the first Fe layer in total, it is possible to sufficiently suppress the diffusion of Ag and Cu contained in the silver brazing layer into the first Fe layer. . This has been confirmed in an experiment described later.
  • the cladding material is bonded onto the first Fe layer, and is bonded to the intermediate layer including at least one of Cu and Ni, and bonded to the intermediate layer, and Fe or And a second Fe layer configured using an Fe alloy.
  • the intermediate layer is composed of a layer containing one of Cu and Ni in which Ag and Cu are dissolved, and as a result, when the silver brazing layer and the intermediate layer are in direct contact, the silver brazing layer Ag and Cu easily diffuse into the intermediate layer. Therefore, as described above, by disposing the first Fe layer between the intermediate layer and the silver brazing layer, Ag and Cu contained in the silver brazing layer diffuse into the intermediate layer even when the softening heat treatment is performed.
  • the intermediate layer can be made of Cu, so that thermal strain during brazing and joining the second Fe layer and the electronic component arranging member, brazing, The thermal stress due to the thermal expansion difference after the soldering can be relaxed in the intermediate layer. Further, the mechanical strength of the hermetic sealing lid can be easily adjusted by adjusting the composition and thickness of the second Fe layer formed using Fe or an Fe alloy.
  • the first Fe layer has a thickness of 1 ⁇ m or more and not more than the thickness of the intermediate layer. If the thickness of the first Fe layer is 1 ⁇ m or more, the thickness of the first Fe layer can be sufficiently secured. Therefore, the first Fe layer diffuses Ag and Cu contained in the silver brazing layer into the intermediate layer. It can be sufficiently suppressed. Further, since the first Fe layer has a thickness equal to or less than the thickness of the intermediate layer, it is possible to suppress the thickness of the first Fe layer from becoming too large. It is possible to suppress thermal stress caused by brazing and thermal stress caused by a difference in thermal expansion after brazing cannot be sufficiently relaxed in the intermediate layer formed using Cu.
  • the second Fe layer of the clad material preferably has a Vickers hardness of 110 HV or more and 200 HV or less. If the Vickers hardness of the second Fe layer is 200 HV or less, since the second Fe layer is sufficiently softened, the cladding material having the second Fe layer can be easily bent. Thereby, a clad material can be easily bent into a box shape including a recess. In addition, if the Vickers hardness of the second Fe layer is 110 HV or more, the hardness of the second Fe layer is not excessively small, so that the lid for airtight sealing is prevented from being easily deformed by an external force or the like. Can do.
  • the second Fe layer of the clad material preferably has a thickness of 50% or more of the thickness of the clad material. If the thickness of the second Fe layer is 50% or more of the thickness of the cladding material, parameters such as the mechanical strength and thermal expansion coefficient of the cladding material can be mainly determined by the second Fe layer. By appropriately selecting the material (various elements added in addition to Fe), an airtight sealing lid material excellent in airtightness and the like can be produced.
  • the first Fe layer is made of an Fe alloy containing Ni that is greater than 0% by mass and equal to or less than 50% by mass. If the first Fe layer is made of an Fe alloy containing Ni, the thermal expansion coefficient of the first Fe layer can be reduced. As a result, the thermal expansion coefficient of the clad material can be reduced, so that it is possible to suppress the occurrence of a large difference in thermal expansion between the electronic component arranging member made of ceramic having a small thermal expansion coefficient and the hermetic sealing lid material. be able to. Further, if the first Fe layer is made of an Fe alloy containing Ni of 50% by mass or less, it is possible to prevent Ag and Cu contained in the silver brazing layer from being easily diffused into the first Fe layer.
  • the clad material has an elongation of 10% or more. If the elongation percentage of the clad material is 10% or more, the clad material is sufficiently softened, so that the clad material can be bent easily. Thereby, a clad material can be easily bent into a box shape including a recess.
  • the clad material forms an outermost layer on the side opposite to the silver brazing layer, and further includes a Ni layer containing Ni. If the Ni layer is provided on the outermost layer exposed to the outside of the clad material, the Ni layer can improve the corrosion resistance on the surface where the clad material is exposed. Thereby, it can suppress effectively that the airtightness of the electronic component storage package using the airtight sealing cover material falls due to corrosion of the airtight sealing cover material.
  • a method for manufacturing a hermetic sealing lid member according to a second aspect of the present invention is a method for manufacturing a hermetic sealing lid member used in an electronic component storage package including an electronic component placement member on which electronic components are placed.
  • a silver brazing plate containing Ag and Cu and a first Fe plate composed of Fe or Fe alloy By rolling and joining a silver brazing plate containing Ag and Cu and a first Fe plate composed of Fe or Fe alloy, and performing a first heat treatment for diffusion annealing, Ag and Cu are obtained.
  • the material is provided with a step of softening the clad material by performing a second heat treatment.
  • the above-described softened clad material having the first Fe layer has no solid solution diffusion of Ag or Cu from the silver brazing layer, suppresses the generation of voids, and is formed into a box shape including a recess. Even if it does, generation
  • the step of softening the cladding material includes performing a second heat treatment at a temperature of 700 ° C. or higher and lower than the melting point of the silver brazing layer, or And a step of performing the second heat treatment at a temperature of 650 ° C. or higher and lower than 700 ° C. for a time longer than the time of the first heat treatment.
  • the reason why the temperature is specified to be 700 ° C. or higher and lower than the melting point of the silver brazing layer is that it is preferable to set the temperature so as not to melt even the brazing filler metal having a high melting point.
  • the clad material can be sufficiently softened.
  • the second heat treatment is performed for a longer time than the first heat treatment time in the step of creating the clad material, whereby the clad material is a box shape including a recess. It can be softened to such an extent that it can be formed into a shape. As a result, the generation of cracks in the clad material during bending can be effectively suppressed.
  • a silver brazing plate, a first Fe plate, an intermediate layer plate containing at least one of Cu and Ni, and an Fe or Fe alloy are used.
  • the intermediate layer containing at least one of Cu and Ni is disposed on the silver brazing layer, the first Fe layer, and the first Fe layer by rolling and joining the second Fe plate configured as described above and performing the first heat treatment.
  • the step of softening the cladding material includes performing a second heat treatment to reduce the Vickers hardness in the second Fe layer of the cladding material, Including a step of 110 HV to 200 HV.
  • the clad material can be easily bent into a box shape including a recess. If the Vickers hardness of the second Fe layer is 110 HV or more, it is possible to prevent the hermetic sealing lid material from being easily deformed by an external force or the like.
  • the step of softening the clad material is such that the clad material has an elongation of 10% or more by performing the second heat treatment. Includes a step of softening the clad material. If the elongation percentage of the clad material is 10% or more, the clad material is sufficiently softened, so that the clad material can be bent easily. Thereby, a clad material can be easily bent into a box shape including a recess.
  • the step of forming the cladding material includes rolling joining the silver brazing plate, the first Fe plate, and the Ni plate containing Ni.
  • a clad material is formed in which the silver brazing layer, the first Fe layer, and the Ni layer containing Ni are joined so as to constitute the outermost layer on the side opposite to the silver brazing layer The process of carrying out is included. If the Ni layer is provided on the exposed outermost layer, it is possible to effectively suppress the deterioration of the airtightness of the electronic component storage package using the airtight sealing lid.
  • the silver brazing plate and the first Fe plate are rolled and joined, the Ni plate can also be joined at the same time, so that the manufacturing process is simplified as compared with the case where the Ni layer is separately formed by plating or the like. Can do.
  • An electronic component storage package includes a flat plate-shaped electronic component arranging member on which electronic components are arranged, a silver brazing layer containing Ag and Cu, and joined on the silver brazing layer. Or a first Fe layer composed of an Fe alloy, and a clad material, and the clad material is bent to form a hermetic sealing lid material formed into a box shape including a recess.
  • the lid member for hermetic sealing is brazed and joined to the electronic component arranging member by the silver brazing layer in a state where the electronic component arranged in the electronic component arranging member is housed in the recess.
  • the lid for airtight sealing according to the first aspect which is formed in a box shape including a recess, and both generation of cracks and voids is suppressed.
  • the lid for airtight sealing according to the first aspect which is formed in a box shape including a recess, and both generation of cracks and voids is suppressed.
  • the first Fe layer is configured using an Fe alloy including at least one of Co and Cr, and includes 50 mass% or more in total of Fe, Co, and Cr. It is. If comprised in this way, even if softening heat processing is performed, it can suppress that Ag and Cu which are contained in a silver soldering layer diffuse into a 1st Fe layer. Moreover, by containing 50 mass% or more of Fe, Co, and Cr in the first Fe layer in total, it is possible to sufficiently suppress the diffusion of Ag and Cu contained in the silver brazing layer into the first Fe layer. .
  • the clad material is bonded onto the first Fe layer, and is bonded to the intermediate layer including at least one of Cu and Ni, and is bonded to the intermediate layer, and Fe or Fe alloy. And a second Fe layer constituted by using. If the first Fe layer is disposed between the intermediate layer and the silver brazing layer, Ag and Cu contained in the silver brazing layer are diffused into the intermediate layer by the first Fe layer even if the softening heat treatment is performed. Can be suppressed. Further, the mechanical strength of the hermetic sealing lid can be easily adjusted by adjusting the composition and thickness of the second Fe layer formed using Fe or an Fe alloy.
  • the first Fe layer has a thickness of 1 ⁇ m or more and not more than the thickness of the intermediate layer. If the thickness of the first Fe layer is 1 ⁇ m or more, the first Fe layer can sufficiently suppress the diffusion of Ag and Cu contained in the silver brazing layer into the intermediate layer. In addition, since the first Fe layer has a thickness equal to or less than the thickness of the intermediate layer, it is possible to prevent thermal distortion when brazing and joining the lid for airtight sealing and the electronic component arranging member, and thermal expansion difference after brazing and joining. It is possible to suppress the resulting thermal stress from being sufficiently relaxed in the intermediate layer configured using Cu.
  • the second Fe layer of the clad material preferably has a Vickers hardness of 110 HV or more and 200 HV or less. If the Vickers hardness of the second Fe layer is 110 HV or more, it is possible to prevent the hermetic sealing lid material from being easily deformed by an external force or the like. Further, if the Vickers hardness of the second Fe layer is 200 HV or less, the clad material can be easily bent so as to have a box shape including a recess capable of accommodating an electronic component.
  • the hermetic sealing lid material in which generation of cracks and voids is suppressed, It is possible to provide a method for manufacturing a hermetically sealing lid member and an electronic component storage package including the hermetic sealing lid member.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a lid member taken along line 300-300 in FIG. It is the expanded sectional view which showed the layer structure of the cover material by 1st Embodiment of this invention. It is sectional drawing which showed the electronic component storage package using the cover material by 1st and 2nd embodiment of this invention. It is a figure for demonstrating the softening heat processing of the clad material by 1st Embodiment of this invention. It is the expanded sectional view which showed the layer structure of the cover material by 2nd Embodiment of this invention.
  • 10 is a cross-sectional photograph of a clad material of Comparative Example 11.
  • 10 is a cross-sectional photograph of a clad material of Comparative Example 12.
  • 14 is a cross-sectional photograph of a clad material of Comparative Example 13.
  • It is a surface photograph of the clad material of Example 11 of the present invention.
  • 10 is a surface photograph of a clad material of Comparative Example 11.
  • 10 is a surface photograph of a clad material of Comparative Example 12.
  • 10 is a cross-sectional photograph of the clad material of Example 21 of the present invention.
  • 10 is a cross-sectional photograph of a clad material of Comparative Example 21.
  • the lid member 10 is an example of the “hermetic lid member” in the present invention.
  • the lid member 10 is formed in a rectangular shape as seen in plan view from above (Z1 side, see FIG. 2), as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 2, the lid member 10 includes a flat upper portion 11 formed so as to extend on an XY plane orthogonal to the vertical direction (Z direction), and a lower portion from the entire peripheral portion of the upper portion 11 ( And a wall portion 12 formed so as to extend toward the Z2 side). As a result, the lid 10 is formed with a recess 13 surrounded by the upper portion 11 and the wall portion 12. The recess 13 has an opening 13a below. That is, the lid member 10 is formed in a box shape including the recess 13.
  • the lid member 10 is formed with a flange portion 14 extending on the XY plane in a direction away from the upper portion 11 from the side (Z2 side) opposite to the upper portion 11 of the wall portion 12.
  • the flange portion 14 is formed over the entire circumference of the wall portion 12.
  • the lid member 10 is formed in a box shape including the recess 13 by bending (bending) the clad member 20.
  • the clad material 20 has a thickness t1 in the vertical direction.
  • the clad material 20 has a silver brazing layer 21, an Fe layer 22, an intermediate layer 23, a base material layer 24, and a Ni layer 25 laminated in order from the lower side to the upper side. It is composed of an overlay type clad material having a five-layer structure joined.
  • it is comprised so that the base 30 (refer FIG. 4) comprised using the ceramic mentioned later under the cover material 10 may be arrange
  • the silver brazing layer 21 is illustrated, while the other Fe layer 22, intermediate layer 23, base material layer 24, and Ni layer 25 are integrally illustrated.
  • the Fe layer 22 is an example of the “first Fe layer” in the present invention.
  • the base material layer 24 is an example of the “second Fe layer” in the present invention.
  • the silver brazing layer 21 constituting the outermost layer on the Z2 side (base 30 side) of the clad material 20 is configured using a silver brazing material containing Ag and Cu.
  • the silver brazing layer 21 is, for example, a 72Ag—Cu alloy composed of about 72% by mass of Ag, unavoidable impurities and the balance Cu, or a 85Ag—Cu alloy composed of about 85% by mass of Ag, unavoidable impurities and the balance Cu.
  • An alloy is used.
  • the melting point of the silver brazing material is about 780 ° C. or higher, which is higher than that of the aluminum alloy (about 600 ° C.), which is the hottest low melting point brazing material described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-156193, and Lower than the melting point of pure Ag (about 960 ° C.).
  • the silver brazing layer 21 has a thickness t2 in the vertical direction.
  • the silver brazing layer 21 is formed so as to be exposed on the entire surface on the Z2 side of the lid member 10 including the flange portion 14 by constituting the outermost layer on the base 30 side of the clad material 20.
  • the Fe layer 22 joined to the silver brazing layer 21 and the intermediate layer 23 (on the silver brazing layer 21) is pure Fe or Fe alloy containing Fe, such as SPCC (cold rolled steel sheet defined in JIS G 3141). It is comprised using.
  • the Fe layer 22 is formed using an Fe alloy, an Fe alloy containing at least one of Co and Cr and containing approximately 50% by mass or more of Fe, Co, and Cr is used. Is preferred.
  • Fe, Co, and Cr have a property of not forming a solid solution with Ag and Cu in a temperature environment of about 650 ° C. or higher and a melting point of pure Ag (about 960 ° C.) or lower. That is, Ag and Cu are diffused in the Fe layer 22 configured using pure Fe and the Fe layer 22 configured using an Fe alloy containing Fe and at least one of Co and Cr. It is suppressed.
  • the Fe layer 22 has a thickness t3 in the vertical direction. The thickness t3 is preferably 1 ⁇ m or more.
  • the intermediate layer 23 bonded to the Fe layer 22, the base material layer 24 (on the Fe layer 22) is configured using so-called pure Cu such as oxygen-free copper. Thereby, the intermediate layer 23 can be configured using a metal that is more flexible than the base material layer 24 configured using Fe or an Fe alloy.
  • the intermediate layer 23 has a thickness t4 in the vertical direction.
  • the thickness t4 is preferably equal to or greater than the thickness t3 of the Fe layer 22. That is, the thickness t3 of the Fe layer 22 is preferably 1 ⁇ m or more and not more than the thickness t4.
  • the intermediate layer 23 is made of Cu
  • the Ag and the solid solution contained in the silver brazing layer 21 are easily formed under a temperature condition of about 650 ° C. or higher.
  • diffusion of Ag or Cu contained in the silver brazing layer 21 into the intermediate layer 23 is suppressed by the Fe layer 22 joined to the silver brazing layer 21 and the intermediate layer 23.
  • the formation of voids is suppressed at the interface Ia between the silver brazing layer 21 and the Fe layer 22 directly joined to the silver brazing layer 21.
  • the base material layer 24 bonded to the intermediate layer 23 and the Ni layer 25 (on the intermediate layer 23) is a layer that mainly determines parameters such as mechanical strength and thermal expansion coefficient of the clad material 20.
  • the base material layer 24 is configured using pure Fe or an Fe alloy containing Fe.
  • the Fe alloy constituting the base material layer 24 for example, a 29Ni-17Co—Fe alloy (so-called “Ni” of about 29% by mass, Co of about 17% by mass, inevitable impurities, and the balance Fe) , Kovar (registered trademark), and a Fe alloy having a small thermal expansion coefficient, such as 42Ni-6Cr-Fe alloy composed of about 42% by mass of Ni, about 6% by mass of Cr, inevitable impurities, and the balance Fe.
  • the lid member 10 is brazed and joined to the base 30, the difference in thermal expansion between the base 30 made of ceramic having a small thermal expansion coefficient and the base material layer 24 of the lid member 10 is obtained. It can be made smaller. As a result, it is possible to suppress the brazing joint from being peeled off due to the difference in thermal expansion between the base 30 and the base material layer 24 (the lid member 10).
  • Fe alloy with a small thermal expansion coefficient Fe alloy containing about 29 mass% or more of Ni is mentioned, for example.
  • the Fe layer 22 and the base material layer 24 are made of materials having the same composition of Fe or Fe alloy. Therefore, since the mechanical characteristics of the Fe layer 22 and the base material layer 24 can be matched, the mechanical characteristics of the clad material 20 can be easily adjusted.
  • the base material layer 24 has a thickness t5 in the vertical direction.
  • the thickness t5 is preferably larger than the thickness t3 of the Fe layer 22, and more preferably larger than the thicknesses of the silver brazing layer 21, the Fe layer 22, the intermediate layer 23, and the Ni layer 25.
  • the thickness t5 is more preferably about 50% or more of the thickness t1 of the clad material 20.
  • the base material layer 24 has a Vickers hardness of about 110 HV or more and about 200 HV or less.
  • the base material layer 24 preferably has a Vickers hardness of about 150 HV or more and about 170 HV or less.
  • the Ni layer 25 constituting the outermost layer on the Z1 side (opposite side of the base 30) of the clad material 20 is made of pure Ni that is less likely to corrode in terms of potential.
  • the Ni layer 25 has a thickness t6 in the vertical direction.
  • the thickness t6 is preferably sufficiently small, for example, about 2 ⁇ m.
  • the clad material 20 has an elongation (ratio of elongation at break) of about 10% or more in a tensile test specified in JIS standards.
  • the elongation (%) is obtained by ((length of test material at break-length of test material before test (before tension)) / length of test material before test) ⁇ 100.
  • the package 100 is an example of the “electronic component storage package” in the present invention.
  • the package 100 according to the first embodiment of the present invention includes a lid member 10 and a flat base 30 to which the lid member 10 is brazed and joined below the lid member 10 (Z2 side). 4 shows the silver brazing layer 21 of the lid member 10, while the other Fe layer 22, intermediate layer 23, base material layer 24 and Ni layer 25 (see FIG. 3) are not individually shown. They are shown as a single unit.
  • the base 30 is formed using a ceramic such as alumina and is formed in a flat plate shape on the XY plane.
  • An electronic component 40 such as a crystal resonator is attached to the upper surface 30 a of the base 30 via bumps 50.
  • the lid member 10 is disposed on the upper surface 30 a of the base 30 so that the electronic component 40 is accommodated in the recess 13.
  • the cover material 10 is arrange
  • the base 30 is an example of the “electronic component arranging member” in the present invention.
  • the silver brazing layer 21 provided on the flange portion 14 of the lid member 10 is melted on substantially the entire surface, so that the lid member 10 and the base 30 are brazed and joined.
  • the sealing space S is sealed in an airtight state in a state where the electronic component 40 is housed in the sealing space S formed by the concave portion 13 of the lid member 10 and the base 30.
  • a metallized layer in which a W layer, a Ni layer, and an Au layer are laminated in this order may be provided in a frame-like region in which the flange portion 14 is arranged in the upper surface 30a of the base 30. With this metallized layer, it is possible to improve the adhesion between the molten silver brazing layer 21 and the base 30.
  • a silver brazing material plate (silver brazing plate) containing Ag and Cu, a plate material (first Fe plate) composed of pure Fe or Fe alloy containing Fe, a pure Cu plate material (intermediate layer plate) ), A plate composed of pure Fe or an Fe alloy containing Fe (second Fe plate), and a plate material of pure Ni (Ni plate) are prepared and laminated in this order.
  • the thickness ratio of each plate material corresponds to the thickness ratio of each layer (silver brazing layer 21, Fe layer 22, intermediate layer 23, base material layer 24 and Ni layer 25) in the clad material 20.
  • the heat treatment during rolling is a heat treatment performed for relaxing the hardening of the metal layer by rolling and for clad joining between the metal layers. Specifically, the heat treatment during rolling is performed for several tens of seconds to about 10 minutes in a temperature environment of about 600 ° C. to about 700 ° C.
  • the rolling heat treatment is an example of the “first heat treatment” in the present invention. Further, rolling for rolling joining is performed at a predetermined rolling reduction.
  • the continuous clad material 20 is punched into a rectangular shape having a predetermined size by press working, thereby forming a flat clad material 20.
  • a heat treatment (softening heat treatment) is performed to soften the flat clad material 20 to such an extent that it can be easily processed into a box shape.
  • This softening heat treatment is performed in a temperature environment that is equal to or higher than the temperature at which the base material layer 24 can be softened and lower than the melting point of the silver brazing material constituting the silver brazing layer 21.
  • the softening heat treatment is performed for about 3 minutes in a temperature environment of about 700 ° C. or higher and lower than the melting point of the silver brazing material.
  • the time for the heat treatment performed in a temperature environment of about 700 ° C. or higher and lower than the melting point of the silver brazing material may be appropriately adjusted depending on the material configuration of the clad material 20 and the like.
  • the softening heat treatment is an example of the “second heat treatment” in the present invention.
  • the softening heat treatment is longer than the treatment time (about 10 minutes or less) in the heat treatment during rolling even in a temperature environment of about 650 ° C. or more and less than about 700 ° C. under a temperature environment of less than about 700 ° C.
  • the substrate layer 24 can be softened.
  • the softening heat treatment may be performed for about 30 minutes or more in a temperature environment of about 650 ° C. or more and less than about 700 ° C.
  • the time for the heat treatment performed in a temperature environment of about 650 ° C. or more and less than about 700 ° C. may be appropriately adjusted depending on the material configuration of the clad material 20 as long as it is longer than about 10 minutes.
  • the heating furnace 101 is filled with a hydrogen (H 2 ) atmosphere or nitrogen (N 2 ) in a state where a flat clad material 20 is disposed in a predetermined heating furnace 101.
  • a hydrogen (H 2 ) atmosphere or nitrogen (N 2 ) used in a state where a flat clad material 20 is disposed in a predetermined heating furnace 101.
  • Use an inert gas atmosphere such as an atmosphere.
  • the inside of the heating furnace 101 is heated using a heat source 102 such as a resistance heating element.
  • 5 illustrates the silver brazing layer 21 of the clad material 20, while the other Fe layer 22, intermediate layer 23, base material layer 24 and Ni layer 25 (see FIG. 3) are not individually illustrated. They are shown as a single unit.
  • the clad material 20 is easily modified by plasticizing heat treatment. Specifically, by the softening heat treatment, the Vickers hardness of the base material layer 24 is reduced to about 110 HV or more and about 200 HV or less, and the elongation rate of the clad material 20 is modified to about 10% or more.
  • the flat clad material 20 is bent using a press machine (not shown). At this time, since the softening heat treatment is performed, the clad material 20 is easily modified by plastic deformation, so that generation of cracks in a bent portion or the like is suppressed. Thereby, the cover material 10 which has the box shape containing the recessed part 13 shown in FIG. 2 is created.
  • a flat base 30 is prepared in which the electronic component 40 is bonded onto the upper surface 30a via the bumps 50. Then, the silver brazing material of the silver brazing layer 21 is melted at a temperature of about 780 ° C. or higher in a state where the flange portion 14 of the lid member 10 is disposed on the upper surface 30 a of the base 30 so as to surround the electronic component 40. At this time, the silver brazing material is melted by seam welding or laser welding. Thereby, the box-shaped lid member 10 and the flat base 30 are brazed and joined, and the package 100 is manufactured.
  • the lid member 10 and the base 30 are welded in a state where a roller electrode (not shown) is in contact with the Ni layer 25 (see FIG. 2). At this time, the Ni layer 25 having a low electric resistance can suppress the occurrence of a spark between the roller electrode and the lid member 10 during seam welding.
  • the generation of voids in the lid member 10 is suppressed, there are almost no problems caused by the gas flowing into the voids.
  • the silver brazing material of the silver brazing layer 21 is suppressed from being scattered, and after brazing and joining, the gas taken into the bulge is released into the sealed space S where the package 100 is sealed. Is suppressed.
  • the electronic component 40 in the sealing space S is a crystal resonator, the frequency characteristics of the crystal resonator are prevented from changing (deteriorating).
  • the softening heat treatment is performed by providing the clad material 20 with the Fe layer 22 bonded to the silver brazing layer 21 and configured using Fe or an Fe alloy.
  • Ag and Cu contained in the silver brazing layer 21 can be prevented from diffusing into the Fe layer 22 and the intermediate layer 23.
  • the silver brazing located in the vicinity of the interface Ia between the silver brazing layer 21 and the Fe layer 22 directly bonded to the silver brazing layer 21 is reduced due to diffusion. Therefore, the generation of voids at the interface Ia can be suppressed.
  • the clad material 20 including the silver brazing layer 21 is formed in a box shape including the recess 13, the occurrence of cracks can be suppressed.
  • the package 100 As a result, it is possible to prevent the package 100 from being sufficiently hermetically sealed due to cracks. Further, since the generation of voids is suppressed, the atmospheric gas or residual gas that has flowed into the voids of the lid member 10 is released during or after the brazing joint between the lid member 10 and the base 30. It is possible to suppress problems caused by the problem. Thereby, it can suppress that the silver brazing material of the silver brazing layer 21 scatters at the time of brazing joining. As a result, it is possible to prevent the brazed joint from becoming insufficient or adhering to the electronic component 40.
  • the Fe layer 22 is configured using an Fe alloy containing at least one of Co and Cr and containing approximately 50 mass% or more of Fe, Co, and Cr in total. If comprised in this way, even if softening heat processing is performed, it is almost in the Fe layer 22 comprised using the Fe alloy in which Ag and Cu contained in the silver brazing layer 21 contain at least one of Co and Cr. By not dissolving, it is possible to suppress the diffusion of Ag or Cu contained in the silver brazing layer 21 into the Fe layer 22 or the intermediate layer 23. Further, since the total amount of Fe, Co, and Cr in the Fe layer 22 is about 50% by mass or more, it is sufficient that Ag and Cu contained in the silver brazing layer 21 diffuse into the Fe layer 22 and the intermediate layer 23. Can be suppressed.
  • the clad material 20 is bonded to the Fe layer 22 and is formed using pure Cu.
  • the intermediate layer 23 is bonded to the intermediate layer 23 and is formed using Fe or an Fe alloy.
  • the base material layer 24 to be formed is further formed.
  • the intermediate layer 23 is made of pure Cu, the intermediate layer 23 can be made flexible to some extent, so that the thermal strain or the brazing when the base material layer 24 and the base 30 are brazed and joined, Thermal stress due to the difference in thermal expansion after the soldering can be relaxed in the intermediate layer 23. Further, the mechanical strength of the lid member 10 can be easily adjusted by adjusting the composition and thickness of the base material layer 24 configured using Fe or an Fe alloy.
  • the thickness t3 of the Fe layer 22 can be sufficiently secured by setting the thickness t3 of the Fe layer 22 to about 1 ⁇ m or more. It is possible to sufficiently suppress the diffusion of Ag and Cu contained in the layer 21. Moreover, since the thickness t3 of the Fe layer 22 can be prevented from becoming too large by making the thickness t3 of the Fe layer 22 equal to or less than the thickness t4 of the intermediate layer 23, the lid 10 and the base 30 are connected. It is possible to prevent thermal stress caused by brazing and thermal stress caused by a difference in thermal expansion after brazing from being sufficiently relaxed in the intermediate layer 23 formed using pure Cu.
  • the base material layer 24 of the clad material 20 has a Vickers hardness of about 200 HV or less, the base material layer 24 is sufficiently softened.
  • the clad material 20 having the base material layer 24 can be easily bent so as to have a box shape including 13.
  • the base material layer 24 has a Vickers hardness of 110 HV or higher, the base material layer 24 is not excessively small in hardness, so that the lid member 10 is prevented from being easily deformed by an external force or the like. Can do.
  • the thickness t5 of the base material layer 24 of the clad material 20 is set to about 50% or more of the thickness t1 of the clad material 20.
  • the thermal expansion coefficient of the Fe layer 22 can be reduced by configuring the Fe layer 22 from an Fe alloy containing Ni.
  • the thermal expansion coefficient of the clad material 20 can be made small, it can suppress that a big thermal expansion difference arises in the base 30 comprised from the ceramic with a small thermal expansion coefficient, and the cover material 10.
  • FIG. Moreover, it can suppress that Ag and Cu contained in the silver brazing layer 21 are easily diffused into the Fe layer 22 by configuring the Fe layer 22 from an Fe alloy containing Ni of about 50 mass% or less. .
  • the clad material 20 is sufficiently softened because the clad material 20 has an elongation of about 10% or more, the clad material 20 can be easily bent. it can. Thereby, the clad material 20 can be easily bent into a box shape including the recess 13.
  • the Ni layer 25 in the outermost layer where the cladding material 20 is exposed, the Ni layer 25 can improve the corrosion resistance on the surface where the cladding material 20 is exposed. Thereby, it can suppress effectively that the airtightness of the package 100 using the cover material 10 falls due to corrosion of the cover material 10.
  • the softening heat treatment is performed at a temperature of about 700 ° C. or higher and lower than the melting point of the silver brazing layer 21 as the softening heat treatment for softening the clad material 20.
  • the softening heat treatment can be performed at a sufficiently high temperature that the silver brazing layer 21 does not melt, so that the clad material 20 can be sufficiently softened.
  • the softening heat treatment is performed for a time longer than the time of the heat treatment during rolling even at a temperature of about 650 ° C. or more and less than about 700 ° C.
  • the Ni plate can be joined at the same time.
  • the manufacturing process can be simplified as compared with the case of forming by plating.
  • the lid 110 according to the second embodiment of the present invention has the same external shape as the lid 10 of the first embodiment as shown in FIGS.
  • the lid member 110 is formed in a box shape including the recess 13 by bending (bending) the clad member 120 as shown in FIG.
  • the clad material 120 has a thickness t11 in the vertical direction.
  • the clad material 120 has a silver brazing layer 121, an Fe layer 122, and a Ni layer 125 laminated in order from the lower side (the base 30 (see FIG. 4) side) to the upper side. It is comprised by the overlay type
  • the Fe layer 122 is an example of the “first Fe layer” in the present invention.
  • the silver brazing layer 121 constituting the outermost layer on the base 30 side (Z2 side) of the clad material 120 has the same composition and configuration as the silver brazing layer 21 of the first embodiment.
  • the silver brazing layer 121 has a thickness t12 in the vertical direction.
  • the Fe layer 122 joined to the silver brazing layer 121 and the Ni layer 125 (on the silver brazing layer 121) is made of pure Fe or an Fe alloy, similarly to the Fe layer 22 and the base material layer 24 of the first embodiment. Configured.
  • the Fe layer 122 has a thickness t13 in the vertical direction.
  • the thickness t13 is preferably larger than the thickness t12 of the silver brazing layer 21.
  • the thickness t13 is more preferably about 50% or more of the thickness t11 of the clad material 120, and more preferably about 80% or more of the thickness t11.
  • the Fe layer 122 is preferably composed of an Fe alloy containing Ni and having a small thermal expansion coefficient. Thereby, the difference in thermal expansion between the base 30 (see FIG.
  • the Ni layer 125 constituting the outermost layer on the side opposite to the base 30 side (Z1 side) of the clad material 120 has the same composition and configuration as the Ni layer 25 of the first embodiment.
  • the Ni layer 125 has a thickness t16 in the vertical direction.
  • the clad material 120 has an elongation (ratio of elongation at break) of about 10% or more in a tensile test specified in JIS standards.
  • the structure of the package 100 using the lid member 110 is substantially the same as that of the first embodiment as shown in FIG.
  • the manufacturing process of the lid member 110 includes a silver brazing material plate containing Ag and Cu, a plate material formed using pure Fe or an Fe alloy containing Fe, and a pure Ni plate material.
  • the first embodiment is substantially the same as the first embodiment except that the layers are laminated in this order and rolled and joined.
  • the clad material 120 is provided with the Fe layer 122 bonded to the silver brazing layer 121 and configured by using Fe or an Fe alloy, as in the first embodiment.
  • the lid 110 is constituted by the clad material 120 having a three-layer structure joined in a state where the silver brazing layer 121, the Fe layer 122, and the Ni layer 125 are laminated. Since the clad material 120 has a simplified layer structure compared to the five-layer clad material 20 having the intermediate layer 23 and the base material layer 24, the type of the metal plate is selected when the clad material 120 is formed. The cost can be reduced by reducing the number of layers, and the clad material 120 can be easily formed because of the small layer structure. Other effects of the second embodiment are the same as those of the first embodiment except for the effects caused by the intermediate layer 23 and the base material layer 24.
  • Example 1 corresponding to the first embodiment, adjacent layers in a state where the silver brazing layer 21, the Fe layer 22, the intermediate layer 23, the base material layer 24, and the Ni layer 25 shown in FIG. 3 are laminated.
  • a clad material 20 having a flat plate-like five-layer structure in which the clads were joined to each other was produced.
  • the silver brazing layer 21 was formed using a 72Ag—Cu alloy.
  • Both the Fe layer 22 and the base material layer 24 were formed using a 29Ni-17Co—Fe alloy.
  • the intermediate layer 23 was configured using pure Cu.
  • the Ni layer 25 was configured using pure Ni.
  • the thickness t1 of the clad material 20 was 90 ⁇ m.
  • the thickness t2 of the silver brazing layer 21 was set to 13 ⁇ m.
  • the thickness t3 of the Fe layer 22 was 4 ⁇ m.
  • the thickness t4 of the intermediate layer 23 was 24 ⁇ m.
  • the thickness t5 of the base material layer 24 was set to 45 ⁇ m.
  • the thickness t6 of the Ni layer 25 was 4 ⁇ m.
  • the clad material 20 of Example 1 was subjected to heat treatment (softening heat treatment) in order to soften. Specifically, softening heat treatment was performed for 3 minutes in a nitrogen atmosphere and at a temperature environment of 700 ° C.
  • Example 2 a plate shape in which adjacent layers are clad-bonded in a state where the silver brazing layer 121, the Fe layer 122, and the Ni layer 125 shown in FIG. 6 are laminated.
  • a clad material 120 having a three-layer structure was prepared.
  • the silver brazing layer 121 was formed using a 72Ag—Cu alloy.
  • the Fe layer 122 was formed using a 29Ni-17Co—Fe alloy.
  • the Ni layer 125 was configured using pure Ni.
  • Example 2 the thickness t11 of the clad material 120 was 84 ⁇ m.
  • the thickness t12 of the silver brazing layer 121 was set to 10 ⁇ m.
  • the thickness t13 of the Fe layer 122 was set to 70 ⁇ m.
  • the thickness t16 of the Ni layer 125 was 4 ⁇ m.
  • the softening heat processing was performed with respect to the clad material 120 of Example 2 on the conditions similar to the said Example 1.
  • a clad material was prepared in which no Fe layer was provided between the silver brazing layer and the intermediate layer.
  • Comparative Example 1 a clad material having a flat plate-like four-layer structure in which a silver brazing layer, an intermediate layer, a base material layer, and a Ni layer were laminated in this order was prepared.
  • the clad material of Comparative Example 1 is the same as the clad material 20 of Example 1 except that the Fe layer is not provided.
  • Comparative Example 2 instead of the intermediate layer constituted by using pure Cu of Comparative Example 1, a flat plate-like clad material having a four-layer structure in which the intermediate layer was constituted by using pure Ni was prepared.
  • the clad material of Comparative Example 2 is the same as the clad material 20 of Example 1 except that the Fe layer is not provided and the intermediate layer is made of pure Ni.
  • Comparative Examples 1 and 2 the thickness of the clad material was 86 ⁇ m, and the thickness of the other metal layers was the same as that of Example 1 because the Fe layer was not provided. Then, the softening heat treatment was performed on the clad materials of Comparative Examples 1 and 2 under the same conditions as in Example 1 above.
  • Comparative Examples 1 and 2 The voids and blisters formed in Comparative Examples 1 and 2 are considered to be explained by the mechanism shown in FIG. That is, in Comparative Example 1, in the softening heat treatment, the diffusion rate of Ag in the silver brazing layer into the intermediate layer (Cu) is larger than the diffusion rate of Cu in the intermediate layer into the silver brazing layer. A large amount of Ag in the brazing layer diffuses (solid solution diffusion) to the intermediate layer side. As a result, it is considered that the components at the interface of the silver brazing layer are reduced and voids (kirkendall voids) are formed on the silver brazing layer side of the interface.
  • a 90-degree bending test was performed on the clad materials of Examples 1 and 2.
  • the clad materials of Examples 1 and 2 were bent so that the silver brazing layer 21 (121) side was convex (Ni layer 25 (125) side was concave), and the clad materials of Examples 1 and 2 were Ni
  • the cross section of the clad material was observed using a scanning electron microscope.
  • the elongations of the clad materials of Examples 1 and 2 were both increased to 10% or more, and the base material layer 24 and the Fe layer 122 made of 29Ni-17Co—Fe alloy were used. Vickers hardness also decreased to 200 HV or less. The elongation of the clad material before the softening heat treatment is about 5%, and the Vickers hardness of the 29Ni-17Co—Fe alloy is about 220 HV. Accordingly, it was confirmed that the clad materials of Examples 1 and 2 were sufficiently softened to have at least the elongation corresponding to the semi-hard material and the Vickers hardness from the hard material.
  • the elongation was increased to 20% or more, and the Vickers hardness of the 29Ni-17Co—Fe alloy was decreased to 160 HV or less, so that the softened material was softer than the semi-hard material.
  • the cladding materials of Examples 1 and 2 can be easily bent while suppressing the occurrence of cracks.
  • a clad material having a two-layer structure including an Fe layer having a different composition and a silver brazing layer composed of 72Ag—Cu alloy or 85Ag—Cu alloy was prepared as an example.
  • a clad having a two-layer structure including a metal layer that does not contain Fe and contains at least one of Cu and Ni, and a silver brazing layer composed of 72Ag—Cu alloy or 85Ag—Cu alloy Made the material.
  • the thickness of the silver brazing layer was 10 ⁇ m, and the thickness of the Fe layer (metal layer) was 75 ⁇ m.
  • Example 11 a clad material of 72Ag—Cu alloy (silver brazing layer) and pure Fe (Fe layer) composed of SPCC was prepared.
  • Example 12 a clad material of 72Ag—Cu alloy and 29Ni-17Co—Fe alloy was prepared.
  • Example 13 a clad material of 72Ag—Cu alloy and 36Ni—Fe alloy (so-called Invar (registered trademark)) composed of 36% by mass of Ni, the balance Fe and inevitable impurities was prepared.
  • Example 14 a clad material of a 72Ag—Cu alloy and a 50Ni—Fe alloy composed of 50% by mass of Ni, the balance Fe, and inevitable impurities was prepared.
  • Example 15 a clad material of 72Ag—Cu alloy and 42Ni-6Cr—Fe alloy composed of 42% by mass of Ni, 6% by mass of Cr, the balance Fe and unavoidable impurities was prepared.
  • Example 16 a clad material of 72Ag—Cu alloy and 18Cr—Fe alloy composed of 18% by mass of Cr, the balance Fe and inevitable impurities was prepared.
  • Example 21 a clad material of 85 g-Cu alloy and 29Ni-17Co-Fe alloy was prepared.
  • Comparative Example 11 a clad material of 72Ag—Cu alloy and pure Cu was prepared.
  • Comparative Example 12 a clad material of 72Ag—Cu alloy and pure Ni was prepared.
  • Comparative Example 13 a clad material of 72Ag—Cu alloy and 30Ni—Cu alloy was prepared.
  • Comparative Example 21 a clad material of 85 g-Cu alloy and pure Cu was prepared.
  • softening heat treatment was performed on the clad materials of Examples and Comparative Examples. Specifically, heat treatment was performed for 3 minutes in a nitrogen atmosphere and at a temperature environment of 700 ° C. Then, the presence or absence of a void was investigated by observing the cross section of the clad material of an Example and a comparative example using a scanning electron microscope. Further, the surface of the clad material of Example 11 and Comparative Examples 11 and 12 after the softening heat treatment was observed using a scanning electron microscope to examine the presence or absence of swelling caused by void coarsening.
  • Example 21 including the Fe layer.
  • Comparative Example 21 including a metal layer containing at least one of Cu and Ni without containing any voids voids were generated. From this, it was confirmed that the generation of voids can be suppressed by the Fe layer regardless of the content ratios of Ag and Cu in the silver brazing layer.
  • the Ni layers 25 and 125 are provided on the clad materials 20 and 120 constituting the lid materials 10 and 110, respectively.
  • the present invention is limited to this. Absent.
  • the Ni layer may not be provided on the clad material constituting the hermetic sealing lid material. That is, the clad material may have a two-layer structure or a four-layer structure.
  • the clad material having the two-layer structure of Examples 11 to 16 and 21 may be used as it is for the lid for hermetic sealing. At this time, laser welding is preferable to seam welding for the brazing joint between the lid member and the base.
  • the clad material constituting the hermetic sealing lid material may have a layer structure of six layers or more.
  • the intermediate layer 23 is intended to include at least one of Cu and Ni. That is, the intermediate layer may be made of pure Ni such as NW2201 (JIS standard), Ni—Cu alloy, or the like.
  • the Ni—Cu alloy include a 30Ni—Cu alloy composed of about 30% by mass of Ni, inevitable impurities, and the balance Cu.
  • the intermediate layer is made of Ni, it hardly contains a solid solution with Ag contained in the silver brazing layer under the temperature condition of about 650 ° C. or higher, but is contained in the silver brazing layer. A solid solution is easily formed with Cu. For this reason, when the silver brazing layer and the intermediate layer made of Ni are in direct contact with each other, voids are generated by the softening heat treatment as in Comparative Examples 2 and 12 above. In the case where the intermediate layer is composed of a Ni—Cu alloy, both Ag and Cu contained in the silver brazing layer easily form a solid solution under a temperature condition of about 650 ° C. or higher.
  • the present invention is not limited to this. In this invention, you may form only a recessed part, without forming a flange part in a cover material.
  • the base layer 24 has a Vickers hardness of about 110 HV or more and about 200 HV or less, but the present invention is not limited to this.
  • the Vickers hardness of the second Fe layer may be less than about 110 HV or greater than about 200 HV.
  • the Vickers hardness of the second Fe layer is about 110 HV. Even when configured to be less than or greater than about 200 HV, it is considered possible to sufficiently suppress the occurrence of cracks in bending while suppressing deformation of the hermetic sealing lid member due to external force or the like.
  • the Fe layer 122 has a Vickers hardness of about 110 HV or more and about 200 HV or less, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the Vickers hardness of the first Fe layer may be less than about 110 HV or greater than about 200 HV.
  • the clad materials 20 and 120 have been shown to have an elongation (ratio of elongation at break) of about 10% or more, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the cladding material may have an elongation of less than about 10%.
  • the Ni layers 25 and 125 are made of pure Ni.
  • the present invention is not limited to this.
  • the Ni layer may be formed using a Ni alloy.
  • the Ni layer is not formed by rolling and bonding to another layer, and a lid having a Ni plating layer (Ni layer) is formed by performing Ni plating after first press-bonding a metal layer other than the Ni layer. Material may be created.
  • the clad material 20 and 120 are of the overlay type is shown, but the present invention is not limited to this.
  • the clad material may be an inlay type clad material.

Abstract

 この気密封止用蓋材(10)は、AgとCuとを含有する銀ろう層(21)と、銀ろう層上に接合され、FeまたはFe合金を用いて構成される第1Fe層(22)と、を備える、クラッド材(20)により構成されている。気密封止用蓋材は、クラッド材が曲げられることにより、凹部(13)を含む箱型形状に形成されている。

Description

気密封止用蓋材、気密封止用蓋材の製造方法および電子部品収納パッケージ
 この発明は、気密封止用蓋材、気密封止用蓋材の製造方法および電子部品収納パッケージに関する。
 従来、ろう材層を含む気密封止用蓋材を備える電子部品収納パッケージが知られている。そのような電子部品収納パッケージは、たとえば、特開2003-158211号公報や特開2001-156193号公報に開示されている。
 特開2003-158211号公報には、Agろう層、Cu層、コバール(登録商標)からなる金属母材およびNi層が積層された状態で接合されたクラッド材により構成された金属蓋と、水晶振動板が収納されるセラミックパッケージとを備える電子部品パッケージが開示されている。なお、Cu層は、溶接後の熱応力の緩和および溶接時の熱歪の緩和のために設けられている。この電子部品パッケージでは、金属蓋(クラッド材)は平板状に形成されている一方、セラミックパッケージは、水晶振動板を収納するために凹部を含む箱型形状に形成されている。
 また、特開2001-156193号公報には、コバールを用いて構成された金属板と、金属板の下側の面に接合された低融点ろう材からなるろう材層と、金属板の上側の面に被着されたNiめっきなどから構成されためっき層とから構成され、凹部を有する箱型形状に形成された金属製蓋材と、水晶振動子が収納されるセラミック基板(電子部品配置部材)とを備える電子部品パッケージが開示されている。なお、特開2001-156193号公報には、低融点ろう材として、Au合金、Sn、はんだおよびアルミニウム合金が開示されている。
 ここで、特開2003-158211号公報に記載されたAgろう層を備える平板状の金属蓋を、特開2001-156193号公報に記載された低融点ろう材からなるろう材層を備える金属製蓋材のように凹部を含む箱型形状に形成することによって、金属材と比べて加工が困難なセラミックからなるセラミックパッケージの形状が複雑化するのを抑制してセラミックパッケージの生産性を向上させつつ、セラミックパッケージの小型化を図ることが考えられる。また、金属蓋が電子部品パッケージの側壁部を構成することによって、側壁部の剛性を向上させることも可能である。
特開2003-158211号公報 特開2001-156193号公報
 しかしながら、本願発明者は、特開2003-158211号公報に記載のAgろう層を備える平板状のクラッド材を、特開2001-156193号公報の低融点ろう材からなるろう材層を備える金属製蓋材のように凹部を含む箱型形状に曲げ加工して金属蓋を形成した場合には、コバールからなる金属母材が硬質であることにより、折り曲げられた部分にクラックが発生しやすいことを発見した。また、そのクラックの発生を抑制するためにAgろう層を備えるクラッド材に対して軟質化のための熱処理(軟質化熱処理)を行った場合には、Agろう層を溶融させずにクラッド材の軟質化処理を行うことは可能であるものの、Agろう層とCu層との界面にボイドが発生してしまうという問題点があることを発見した。なお、「ボイド」とは、2つの層が互いの界面において剥離することによって発生した隙間のことを意味する。
 また、特開2001-156193号公報に記載の金属製蓋材でも、明記はされていないが、コバールからなる金属板が硬質であることにより、凹部を有する箱型形状に曲げ加工した際に、折り曲げられた部分にクラックが発生しやすいと考えられる。また、そのクラックの発生を抑制するために低融点ろう材からなるろう材層を備える金属製蓋材に対して軟質化のための熱処理(軟質化熱処理)を行った場合には、コバールが軟質化する前に低融点ろう材が溶融してしまい、十分な軟質化処理を行うことができないと考えられる。
 上記のように、蓋材にクラックが発生した場合には、クラックから破断が進行しやすく、その結果、蓋材を用いた電子部品パッケージにおいて、気密封止が十分に行えなくなる虞がある。また、Agろう層を備える金属蓋にボイドが発生した場合には、ボイド周辺のAgろう層が剥離しやすくなる虞がある。さらに、金属蓋のボイドに雰囲気ガスや残留ガスなどが流入した場合には、ろう付け接合時またはろう付け接合後に放出される虞がある。この場合、ろう付け接合時においては、放出されたガスと共に銀ろう材が飛び散ってしまい、ろう付け接合が不十分になったり、水晶振動板に銀ろう材が付着したりする虞がある。また、ろう付け接合後においては、ボイドに流入したガスが電子部品パッケージの封止された封止空間に放出されることに起因して、電子部品パッケージの電子部品に不具合が生じる虞がある。
 この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、銀ろう層を備えるクラッド材を凹部を含む箱型形状に形成したとしても、クラックおよびボイドの発生が共に抑制された気密封止用蓋材、その気密封止用蓋材の製造方法およびその気密封止用蓋材を備える電子部品収納パッケージを提供することである。
 本願発明者は、上記発見した課題(問題点)についてさらに検討した結果、軟質化熱処理に起因して、銀ろう層に含まれるAgやCuがCu層に拡散することによって、界面近傍の銀ろう層の銀ろう成分が減少し、その結果、銀ろう層と直接的に接合されるCu層の界面においてボイドが発生するという知見を得た。このような現象は、Cuのほか、NiやNi-Cu合金でも発生した。そして、その知見に基づいて、本願発明者は鋭意検討した結果、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。つまり、この発明の第1の局面による気密封止用蓋材は、電子部品が配置される電子部品配置部材を含む電子部品収納パッケージに用いられる気密封止用蓋材であって、AgとCuとを含有する銀ろう層と、銀ろう層上に接合され、FeまたはFe合金を用いて構成される第1Fe層と、を備える、クラッド材により構成され、クラッド材が曲げられることにより、凹部を含む箱型形状に形成されている。
 この発明の第1の局面による気密封止用蓋材は、上記のように、クラッド材に、銀ろう層上に接合され、FeまたはFe合金を用いて構成される第1Fe層を備えるクラッド材により構成する。ここで、軟質化熱処理を行ったとしても、銀ろう層に含有されるAgやCuがFeまたはFe合金を用いて構成される第1Fe層にほとんど固溶しないので、固溶拡散がほとんど生じない。これにより、銀ろう層に含有されるAgやCuが第1Fe層に拡散するのを抑制することができる。また、たとえば、銀ろう層とNiなどを用いて構成された他の金属層との間に第1Fe層を配置した場合には、第1Fe層により、銀ろう層に含有されるAgやCuが他の金属層に拡散するのを抑制することができる。これにより、軟質化熱処理を行ったとしても、銀ろう層と銀ろう層と直接的に接合される第1Fe層または他の金属層との界面近傍に位置する銀ろう成分が拡散に起因して減少するのを抑制することができるので、界面にボイドが発生するのを抑制することができる。この第1Fe層によりボイドの発生を抑制することができることは、後述する実験において確認済みである。これにより、軟質化したクラッド材に対して曲げ加工を行うことができるので、折り曲げられた部分にクラックが発生するのを抑制することができる。この結果、銀ろう層を備えるクラッド材を凹部を含む箱型形状に形成するにおいて、クラックの発生を抑制することができる。
 上記第1の局面による気密封止用蓋材において、好ましくは、第1Fe層は、少なくともCoおよびCrの一方を含むFe合金を用いて構成され、FeとCoとCrとが合計で50質量%以上含まれている。このように構成すれば、軟質化熱処理を行ったとしても、銀ろう層に含有されるAgやCuが少なくともCoおよびCrの一方を含むFe合金を用いて構成された第1Fe層にはほとんど固溶しないことによって、銀ろう層に含有されるAgやCuが第1Fe層に拡散するのを抑制することができる。また、第1Fe層のFeとCoとCrとが合計で50質量%以上含まれることにより、銀ろう層に含有されるAgやCuが第1Fe層に拡散するのを十分に抑制することができる。このことは、後述する実験において確認済みである。
 上記第1の局面による気密封止用蓋材において、好ましくは、クラッド材は、第1Fe層上に接合され、少なくともCuおよびNiの一方を含む中間層と、中間層上に接合され、FeまたはFe合金を用いて構成される第2Fe層とをさらに備えている。ここで、中間層はAgおよびCuが固溶するCuおよびNiの一方を含む層から構成されており、その結果、銀ろう層と中間層とが直接的に接触した場合には、銀ろう層のAgおよびCuが中間層に拡散しやすい。そこで、上記のように、中間層と銀ろう層との間に第1Fe層を配置することによって、軟質化熱処理を行ったとしても、銀ろう層に含有されるAgやCuが中間層に拡散するのを、第1Fe層により抑制することができる。さらに、中間層がCuを用いて構成されている場合には、中間層をある程度柔軟にすることができるので、第2Fe層と電子部品配置部材とをろう付け接合する際の熱歪や、ろう付け接合後の熱膨張差に起因する熱応力を、中間層において緩和することができる。また、FeまたはFe合金を用いて構成される第2Fe層の組成や厚みを調整することにより、気密封止用蓋材の機械的強度を容易に調整することができる。
 この場合、好ましくは、第1Fe層は、1μm以上で、かつ、中間層の厚み以下の厚みを有する。第1Fe層の厚みが1μm以上であれば、第1Fe層の厚みを十分に確保することができるので、第1Fe層により、中間層に銀ろう層に含有されるAgやCuが拡散するのを十分に抑制することができる。また、第1Fe層が中間層の厚み以下の厚みを有することによって、第1Fe層の厚みが大きくなりすぎるのを抑制することができるので、気密封止用蓋材と電子部品配置部材とをろう付け接合する際の熱歪や、ろう付け接合後の熱膨張差に起因する熱応力を、Cuを用いて構成された中間層において十分に緩和できなくなるのを抑制することができる。
 上記クラッド材が中間層と第2Fe層とを備える構成において、好ましくは、クラッド材の第2Fe層は、110HV以上200HV以下のビッカース硬さを有する。第2Fe層のビッカース硬さが200HV以下であれば、第2Fe層が十分に軟質化しているので、第2Fe層を有するクラッド材に対して容易に曲げ加工を行うことができる。これにより、クラッド材を凹部を含む箱型形状に容易に曲げることができる。また、第2Fe層のビッカース硬さが110HV以上であれば、第2Fe層の硬さが過度に小さくないので、気密封止用蓋材が外力などにより容易に変形してしまうのを抑制することができる。
 上記クラッド材が中間層と第2Fe層とを備える構成において、好ましくは、クラッド材の第2Fe層は、クラッド材の厚みの50%以上の厚みを有する。第2Fe層の厚みがクラッド材の厚みの50%以上であれば、第2Fe層により、クラッド材の機械的強度や熱膨張係数などのパラメータを主に決定することができるので、第2Fe層の材質(Fe以外に添加される各種元素)を適切に選択することによって、気密性等に優れた気密封止用蓋材を作製することができる。
 上記第1の局面による気密封止用蓋材において、好ましくは、第1Fe層は、0質量%より大きく50質量%以下のNiを含むFe合金を用いて構成されている。第1Fe層をNiを含むFe合金から構成すれば、第1Fe層の熱膨張係数を小さくすることができる。これにより、クラッド材の熱膨張係数を小さくすることができるので、熱膨張係数の小さなセラミックから構成される電子部品配置部材と気密封止用蓋材とに大きな熱膨張差が生じるのを抑制することができる。また、第1Fe層を50質量%以下のNiを含むFe合金から構成すれば、銀ろう層に含有されるAgやCuが第1Fe層に拡散されやすくなるのを抑制することができる。
 上記第1の局面による気密封止用蓋材において、好ましくは、クラッド材は、10%以上の伸び率を有する。クラッド材の伸び率が10%以上であれば、クラッド材が十分に軟質化しているので、クラッド材を容易に曲げることができる。これにより、クラッド材を凹部を含む箱型形状に容易に曲げることができる。
 上記第1の局面による気密封止用蓋材において、好ましくは、クラッド材は、銀ろう層とは反対側において最外層を構成し、Niを含有するNi層をさらに備える。クラッド材の外部に露出する最外層にNi層を設ければ、Ni層により、クラッド材の露出する表面における耐食性を向上させることができる。これにより、気密封止用蓋材の腐食に起因して、気密封止用蓋材を用いた電子部品収納パッケージの気密性が低下するのを効果的に抑制することができる。
 この発明の第2の局面による気密封止用蓋材の製造方法は、電子部品が配置される電子部品配置部材を含む電子部品収納パッケージに用いられる気密封止用蓋材の製造方法であって、AgとCuとを含有する銀ろう板とFeまたはFe合金を用いて構成された第1Fe板とを圧延接合するとともに拡散焼鈍のための第1の熱処理を行うことによって、AgとCuとを含有する銀ろう層と、銀ろう層上に配置され、FeまたはFe合金を用いて構成される第1Fe層とが接合されたクラッド材を形成する工程と、第2の熱処理を行うことによりクラッド材を軟質化する工程と、軟質化されたクラッド材を曲げ加工することによって、凹部を含む箱型形状の気密封止用蓋材を形成する工程と、を備える。
 この発明の第2の局面による気密封止用蓋材の製造方法では、上記のように、銀ろう層上に接合され、FeまたはFe合金を用いて構成される第1Fe層が設けられたクラッド材に対して、第2の熱処理を行うことによりクラッド材を軟質化する工程を備える。上述した第1Fe層を有して軟質化されたクラッド材は、銀ろう層からのAgやCuの固溶拡散がなくボイドの発生が抑制されるし、また、凹部を含む箱型形状に形成したとしてもクラックの発生を抑制することができる。
 上記第2の局面による気密封止用蓋材の製造方法において、好ましくは、クラッド材を軟質化する工程は、700℃以上銀ろう層の融点未満の温度で第2の熱処理を行うか、または、650℃以上700℃未満の温度で第1の熱処理の時間よりも長い時間第2の熱処理を行う工程を含む。700℃以上銀ろう層の融点未満の温度に規定するのは、ろう材の中でも高融点である銀ろう材であっても融解することがない温度に設定することが好ましいからである。このように構成すれば、700℃以上銀ろう層の融点未満の温度で第2の熱処理を行うことによって、銀ろう層が融解しない程度の十分に高い温度で第2の熱処理を行うことができるので、クラッド材を十分に軟質化することができる。また、650℃以上700℃未満の温度領域であっても、クラッド材を作成する工程における第1の熱処理の時間よりも長い時間第2の熱処理を行うことによって、クラッド材を凹部を含む箱型形状に形成できる程度に軟質化することができる。これらにより、曲げ加工においてクラッド材にクラックが発生するのを効果的に抑制することができる。
 上記第2の局面による気密封止用蓋材の製造方法において、好ましくは、銀ろう板と、第1Fe板と、少なくともCuおよびNiの一方を含む中間層用板と、FeまたはFe合金を用いて構成された第2Fe板とを圧延接合するとともに第1の熱処理を行うことによって、銀ろう層と、第1Fe層と、第1Fe層上に配置され、少なくともCuおよびNiの一方を含む中間層と、中間層上に配置され、FeまたはFe合金を用いて構成される第2Fe層とが接合されたクラッド材を形成する工程を含む。このように構成すれば、中間層と銀ろう層との間に第1Fe層を配置することによって、第2の熱処理において銀ろう層に含有されるAgやCuが中間層に拡散するのを、第1Fe層により抑制することができる。また、FeまたはFe合金を用いて構成される第2Fe層の組成や厚みを調整することにより、気密封止用蓋材の機械的強度を容易に調整することができる。
 上記第2の局面による気密封止用蓋材の製造方法において、好ましくは、クラッド材を軟質化する工程は、第2の熱処理を行うことにより、クラッド材の第2Fe層におけるビッカース硬さを、110HV以上200HV以下にする工程を含む。第2Fe層のビッカース硬さが200HV以下であれば、クラッド材を凹部を含む箱型形状に容易に曲げ加工を行うことができる。第2Fe層のビッカース硬さが110HV以上であれば、気密封止用蓋材が外力などにより容易に変形してしまうのを抑制することができる。
 上記第2の局面による気密封止用蓋材の製造方法において、好ましくは、クラッド材を軟質化する工程は、第2の熱処理を行うことにより、クラッド材が10%以上の伸び率を有するようにクラッド材を軟質化する工程を含む。クラッド材の伸び率が10%以上であれば、クラッド材が十分に軟質化しているので、クラッド材を容易に曲げることができる。これにより、クラッド材を凹部を含む箱型形状に容易に曲げることができる。
 上記第2の局面による気密封止用蓋材の製造方法において、好ましくは、クラッド材を形成する工程は、銀ろう板と、第1Fe板と、Niを含有するNi板とを圧延接合するとともに第1の熱処理を行うことによって、銀ろう層と、第1Fe層と、銀ろう層とは反対側において最外層を構成するように、Niを含有するNi層とが接合されたクラッド材を形成する工程を含む。露出する最外層にNi層を設ければ、気密封止用蓋材を用いた電子部品収納パッケージの気密性が低下するのを効果的に抑制することができる。また、銀ろう板と第1Fe板とを圧延接合する際に、同時にNi板も接合させることができるので、Ni層を別途メッキ処理などで形成する場合と比べて、製造工程を簡略化することができる。
 この発明の第3の局面による電子部品収納パッケージは、電子部品が配置される平板状の電子部品配置部材と、AgとCuとを含有する銀ろう層と、銀ろう層上に接合され、FeまたはFe合金を用いて構成される第1Fe層と、を含む、クラッド材により構成され、クラッド材が曲げられることにより、凹部を含む箱型形状に形成された気密封止用蓋材と、を備え、気密封止用蓋材は、電子部品配置部材に配置された電子部品が凹部の内部に収納された状態で、銀ろう層により電子部品配置部材に対してろう付け接合されている。
 この発明の第3の局面による電子部品収納パッケージでは、上記のように、凹部を含む箱型形状に形成され、クラックおよびボイドの発生が共に抑制された第1の局面による気密封止用蓋材を用いることによって、クラックに起因して電子部品収納パッケージにおいて気密封止が十分に行えなくなるのを抑制することができる。さらに、ボイドの発生が抑制されているので、気密封止用蓋材のボイドに流入することに起因した、雰囲気ガスや残留ガスなどが、気密封止用蓋材と電子部品配置部材とのろう付け接合時またはろう付け接合後に放出されることに起因する不具合を抑制することができる。これにより、ろう付け接合時に、銀ろう層の銀ろう材が飛び散るのを抑制することができるので、ろう付け接合が不十分になったり、電子部品に銀ろう材が付着したりするのを抑制することができる。さらに、ろう付け接合後に、ボイドに流入したガスが気密封止用蓋材の凹部と平板状の電子部品配置部材とによって形成される封止空間に放出されることに起因する不具合を抑制することができるので、電子部品収納パッケージに収納された電子部品に不具合が生じるのを抑制することができる。
 上記第3の局面による電子部品収納パッケージにおいて、好ましくは、第1Fe層は、少なくともCoおよびCrの一方を含むFe合金を用いて構成され、FeとCoとCrとが合計で50質量%以上含まれている。このように構成すれば、軟質化熱処理を行ったとしても、銀ろう層に含有されるAgやCuが第1Fe層に拡散するのを抑制することができる。また、第1Fe層のFeとCoとCrとが合計で50質量%以上含まれることにより、銀ろう層に含有されるAgやCuが第1Fe層に拡散するのを十分に抑制することができる。
 上記第3の局面による電子部品収納パッケージにおいて、好ましくは、クラッド材は、第1Fe層上に接合され、少なくともCuおよびNiの一方を含む中間層と、中間層上に接合され、FeまたはFe合金を用いて構成される第2Fe層とをさらに含んでいる。中間層と銀ろう層との間に第1Fe層を配置すれば、軟質化熱処理を行ったとしても、銀ろう層に含有されるAgやCuが中間層に拡散するのを、第1Fe層により抑制することができる。また、FeまたはFe合金を用いて構成される第2Fe層の組成や厚みを調整することにより、気密封止用蓋材の機械的強度を容易に調整することができる。
 この場合、好ましくは、第1Fe層は、1μm以上で、かつ、中間層の厚み以下の厚みを有する。第1Fe層の厚みが1μm以上であれば、第1Fe層により、中間層に銀ろう層に含有されるAgやCuが拡散するのを十分に抑制することができる。また、第1Fe層が中間層の厚み以下の厚みを有することによって、気密封止用蓋材と電子部品配置部材とをろう付け接合する際の熱歪や、ろう付け接合後の熱膨張差に起因する熱応力を、Cuを用いて構成された中間層において十分に緩和できなくなるのを抑制することができる。
 上記クラッド材が中間層と第2Fe層とを備える構成において、好ましくは、クラッド材の第2Fe層は、110HV以上200HV以下のビッカース硬さを有する。第2Fe層のビッカース硬さが110HV以上であれば、気密封止用蓋材が外力などにより容易に変形してしまうのを抑制することができる。また、第2Fe層のビッカース硬さが200HV以下であれば、電子部品を収納可能な凹部を含む箱型形状になるように、クラッド材に対して容易に曲げ加工を行うことができる。
 本発明によれば、上記のように、銀ろう層を備えるクラッド材を凹部を含む箱型形状に形成したとしても、クラックおよびボイドの発生が共に抑制された気密封止用蓋材、その気密封止用蓋材の製造方法およびその気密封止用蓋材を備える電子部品収納パッケージを提供することができる。
本発明の第1および第2実施形態による蓋材を示した平面図である。 図1の300-300線に沿った蓋材を示した断面図である。 本発明の第1実施形態による蓋材の層構造を示した拡大断面図である。 本発明の第1および第2実施形態による蓋材が用いられた電子部品収納パッケージを示した断面図である。 本発明の第1実施形態によるクラッド材の軟質化熱処理を説明するための図である。 本発明の第2実施形態による蓋材の層構造を示した拡大断面図である。 本発明の第1実施形態に対応する実施例1のクラッド材の断面写真である。 本発明の第2実施形態に対応する実施例2のクラッド材の断面写真である。 比較例1のクラッド材の断面写真である。 比較例2のクラッド材の断面写真である。 比較例1のクラッド材の表面写真である。 ボイドおよび膨れの発生を説明するための図である。 本発明の効果を確認するために行った実施例1および2のクラッド材の機械的強度の測定結果を示した表である。 本発明の第1実施形態に対応する実施例1のクラッド材の90度曲げ試験後の断面写真である。 本発明の第2実施形態に対応する実施例2のクラッド材の90度曲げ試験後の断面写真である。 本発明の実施例11のクラッド材の断面写真である。 本発明の実施例12のクラッド材の断面写真である。 本発明の実施例13のクラッド材の断面写真である。 本発明の実施例14のクラッド材の断面写真である。 本発明の実施例15のクラッド材の断面写真である。 本発明の実施例16のクラッド材の断面写真である。 比較例11のクラッド材の断面写真である。 比較例12のクラッド材の断面写真である。 比較例13のクラッド材の断面写真である。 本発明の実施例11のクラッド材の表面写真である。 比較例11のクラッド材の表面写真である。 比較例12のクラッド材の表面写真である。 本発明の実施例21のクラッド材の断面写真である。 比較例21のクラッド材の断面写真である。
 以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
 まず、図1~図3を参照して、本発明の第1実施形態による蓋材10の構造について説明する。なお、蓋材10は、本発明の「気密封止用蓋材」の一例である。
 本発明の第1実施形態による蓋材10は、図1に示すように、上方(Z1側、図2参照)から平面的に見て、矩形状に形成されている。また、蓋材10は、図2に示すように、上下方向(Z方向)と直交するXY平面上において延びるように形成された平板状の上部11と、上部11の周縁部の全体から下方(Z2側)に向かって延びるように形成された壁部12とを含んでいる。この結果、蓋材10には、上部11と壁部12とに囲まれた凹部13が形成されている。この凹部13は、下方に開口13aを有している。つまり、蓋材10は、凹部13を含む箱型形状に形成されている。
 また、蓋材10は、壁部12の上部11とは反対側(Z2側)から上部11から離れる方向に向かってXY平面上において延びるフランジ部14が形成されている。このフランジ部14は、壁部12の全周に亘って形成されている。
 ここで、第1実施形態では、蓋材10は、クラッド材20を曲げる(曲げ加工する)ことにより凹部13を含む箱型形状に形成されている。このクラッド材20は、上下方向に厚みt1を有している。また、図3に示すように、クラッド材20は、下側から上側に向かって順に、銀ろう層21、Fe層22、中間層23、基材層24およびNi層25が積層された状態で接合された、5層構造を有するオーバーレイ型のクラッド材により構成されている。なお、蓋材10の下側に、後述するセラミックを用いて構成された基台30(図4参照)が配置されるように構成されている。また、図2では、銀ろう層21を図示する一方、他のFe層22、中間層23、基材層24およびNi層25を一体的に図示している。なお、Fe層22は、本発明の「第1Fe層」の一例である。また、基材層24は、本発明の「第2Fe層」の一例である。
 クラッド材20のZ2側(基台30側)の最外層を構成する銀ろう層21は、AgとCuとを含有する銀ろう材を用いて構成されている。具体的には、銀ろう層21は、たとえば、約72質量%のAg、不可避不純物および残部Cuからなる72Ag-Cu合金や、約85質量%のAg、不可避不純物および残部Cuからなる85Ag-Cu合金などを用いて構成されている。なお、銀ろう材の融点は、約780℃以上であり、特開2001-156193号公報に記載された中で最も高温の低融点ろう材であるアルミニウム合金(約600℃)よりも高く、かつ、純Agの融点(約960℃)よりも低い。また、銀ろう層21は、上下方向に厚みt2を有している。
 なお、銀ろう層21は、クラッド材20の基台30側の最外層を構成することにより、フランジ部14を含む蓋材10のZ2側の全面において露出するように形成されている。
 銀ろう層21と中間層23と(銀ろう層21上)に接合されたFe層22は、SPCC(JIS G 3141に規定される冷間圧延鋼板)などの純FeまたはFeを含有するFe合金を用いて構成されている。なお、Fe層22をFe合金を用いて構成する場合には、少なくともCoおよびCrの一方を含むとともに、FeとCoとCrとが合計で約50質量%以上含まれているFe合金を用いるのが好ましい。また、Fe層22を、0質量%より大きく約50質量%以下のNiを含むFe合金を用いて構成してもよい。
 ここで、Fe、CoおよびCrは、約650℃以上純Agの融点(約960℃)以下の温度環境下において、AgおよびCuと固溶体を形成しない性質を有している。つまり、純Feを用いて構成されたFe層22や、FeとCoおよびCrの少なくとも一方とが含有されるFe合金を用いて構成されたFe層22には、AgおよびCuが拡散するのが抑制される。また、Fe層22は、上下方向に厚みt3を有している。この厚みt3は、1μm以上であるのが好ましい。
 Fe層22と基材層24と(Fe層22上)に接合された中間層23は、無酸素銅などのいわゆる純Cuを用いて構成されている。これにより、中間層23を、FeまたはFe合金を用いて構成される基材層24よりも柔軟な金属を用いて構成することが可能である。また、中間層23は、上下方向に厚みt4を有している。なお、厚みt4は、Fe層22の厚みt3以上の方が好ましい。つまり、Fe層22の厚みt3は、1μm以上で、かつ、厚みt4以下であるのが好ましい。
 ここで、Cuを用いて中間層23が構成されている場合には、約650℃以上の温度条件下において、銀ろう層21に含有されるAgと固溶体を容易に形成する。しかしながら、銀ろう層21と中間層23とに接合されたFe層22によって、銀ろう層21に含有されるAgやCuの中間層23への拡散が抑制される。この結果、銀ろう層21と銀ろう層21と直接的に接合されるFe層22との界面Iaにおいて、ボイドの形成が抑制されている。
 中間層23とNi層25と(中間層23上)に接合された基材層24は、クラッド材20の機械的強度や熱膨張係数などのパラメータを主に決定する層である。基材層24は、純FeまたはFeを含有するFe合金を用いて構成されている。ここで、基材層24を構成するFe合金としては、たとえば、約29質量%のNiと、約17質量%のCoと、不可避不純物と、残部Feとからなる29Ni-17Co-Fe合金(いわゆる、コバール(登録商標))や、約42質量%のNiと、約6質量%のCrと、不可避不純物と、残部Feとからなる42Ni-6Cr-Fe合金などの熱膨張係数が小さなFe合金を用いて構成するのが好ましい。これにより、基台30に蓋材10がろう付け接合された際に、熱膨張係数が小さいセラミックを用いて構成された基台30と、蓋材10の基材層24との熱膨張差を小さくすることが可能である。この結果、基台30と基材層24(蓋材10)との熱膨張差に起因して、ろう付け接合が剥離することなどを抑制することが可能である。なお、熱膨張係数の小さなFe合金としては、たとえば、約29質量%以上のNiを含むFe合金が挙げられる。
 また、Fe層22と基材層24とは、FeまたはFe合金のうち、同一の組成の材料を用いて構成するのが好ましい。これにより、Fe層22と基材層24との機械的特性を合わせることができるので、クラッド材20の機械的特性を容易に調整することが可能である。
 また、基材層24は、上下方向に厚みt5を有している。なお、厚みt5は、Fe層22の厚みt3よりも大きい方が好ましく、銀ろう層21、Fe層22、中間層23およびNi層25の各々の厚みに対して大きい方がより好ましい。また、厚みt5は、クラッド材20の厚みt1の約50%以上であるのがさらに好ましい。
 また、基材層24は、約110HV以上約200HV以下のビッカース硬さを有している。なお、基材層24は、約150HV以上約170HV以下のビッカース硬さを有するのが好ましい。
 クラッド材20のZ1側(基台30とは反対側)の最外層を構成するNi層25は、電位的に腐食しにくい純Niを用いて構成されている。また、Ni層25は、上下方向に厚みt6を有している。なお、厚みt6は、たとえば約2μmと、十分に小さい方が好ましい。
 また、クラッド材20は、JIS規格に規定された引張試験において、約10%以上の伸び(破断伸びの比率)を有している。なお、伸び(%)は、((破断時の試験材の長さ-試験前(引張前)の試験材の長さ)/試験前の試験材の長さ)×100で求められる。
 次に、図4を参照して、本発明の第1実施形態における蓋材10が用いられたパッケージ100の構造について説明する。なお、パッケージ100は、本発明の「電子部品収納パッケージ」の一例である。
 本発明の第1実施形態におけるパッケージ100は、蓋材10と、蓋材10の下方(Z2側)で蓋材10がろう付け接合される、平板状の基台30とを備えている。また、図4では、蓋材10の銀ろう層21を図示する一方、他のFe層22、中間層23、基材層24およびNi層25(図3参照)に関しては個々に図示せずに一体的に図示している。
 基台30は、アルミナなどのセラミックを用いて形成されているとともに、XY平面上で平板状に形成されている。基台30の上面30aには、水晶振動子などの電子部品40がバンプ50を介して取り付けられている。また、基台30の上面30aには、電子部品40が凹部13内に収納されるように蓋材10が配置されている。なお、蓋材10は、銀ろう層21側が基台30側(下側)になるように配置されている。この結果、蓋材10のフランジ部14に設けられた銀ろう層21の下側の表面が、基台30の上面30aに接触している。なお、基台30は、本発明の「電子部品配置部材」の一例である。
 そして、蓋材10のフランジ部14に設けられた銀ろう層21が略全面において溶融することによって、蓋材10と基台30とがろう付け接合されている。これにより、蓋材10の凹部13と基台30とによって形成される封止空間Sに電子部品40が収納された状態で、封止空間Sが気密状態になるように封止されている。ここで、基台30の上面30aのうち、フランジ部14が配置される枠状の領域に、W層、Ni層およびAu層がこの順で積層されたメタライズ層を設けてもよい。このメタライズ層により、溶融した銀ろう層21と基台30との密着性を向上させることが可能である。
 次に、図2~図5を参照して、本発明の第1実施形態による蓋材10の製造プロセスと、蓋材10を用いたパッケージ100の製造プロセスとを説明する。
 まず、AgとCuとを含有する銀ろう材の板材(銀ろう板)、純FeまたはFeを含有するFe合金を用いて構成される板材(第1Fe板)、純Cu板材(中間層用板)、純FeまたはFeを含有するFe合金を用いて構成される板(第2Fe板)、および、純Niの板材(Ni板)とを準備するとともに、この順で積層させる。この際、各々の板材の厚みの比率がクラッド材20における各々の層(銀ろう層21、Fe層22、中間層23、基材層24およびNi層25)の厚みの比率に対応するように、各々の板材を準備する。
 そして、5つの板材を厚み方向に積層させた状態で、拡散焼鈍のための圧延時熱処理と圧延接合のための圧延とを、クラッド材20の厚みがt1(図3参照)になるまで交互に繰り返す。この圧延時熱処理は、金属層の圧延による硬化を緩和させるとともに、金属層間をクラッド接合するために行われる熱処理である。具体的には、圧延時熱処理は、約600℃以上約700℃の温度環境下で数10秒以上約10分以下の間行われる。なお、圧延時熱処理は、本発明の「第1の熱処理」の一例である。また、圧延接合のための圧延は、所定の圧下率で行われる。
 これにより、銀ろう層21、Fe層22、中間層23、基材層24およびNi層25が積層された状態で隣接する層を構成する金属同士がクラッド接合された、連続体のクラッド材20が厚みt1で作成される。
 その後、連続体のクラッド材20を、プレス加工により所定の大きさの矩形状に打ち抜くことによって、平板状のクラッド材20を作成する。その後、平板状のクラッド材20を箱型形状に容易に加工できる程度に軟質化させるために熱処理(軟質化熱処理)を行う。この軟質化熱処理は、基材層24を軟質化させることが可能な温度以上で、かつ、銀ろう層21を構成する銀ろう材の融点より低い温度環境下で行われる。具体的には、軟質化熱処理は、約700℃以上銀ろう材の融点未満の温度環境下で約3分程度行われる。なお、約700℃以上銀ろう材の融点未満の温度環境下で行われる熱処理の時間は、クラッド材20の材料構成などにより適宜調整してもよい。なお、軟質化熱処理は、本発明の「第2の熱処理」の一例である。
 ここで、軟質化熱処理は、約700℃未満の温度環境下の約650℃以上約700℃未満の温度環境下であっても、圧延時熱処理における処理時間(約10分以下)よりも長い時間行うことによって、基材層24を軟化させることが可能である。具体的には、軟質化熱処理は、約650℃以上約700℃未満の温度環境下で約30分以上行ってもよい。なお、約650℃以上約700℃未満の温度環境下で行われる熱処理の時間は、約10分よりも長い時間であれば、クラッド材20の材料構成などにより適宜調整してもよい。
 また、軟質化熱処理は、図5に示すように、所定の加熱炉101内に平板状のクラッド材20を配置した状態で、加熱炉101内を水素(H2)雰囲気や窒素(N2)雰囲気などの不活性ガス雰囲気にする。そして、抵抗発熱体などの熱源102を用いて加熱炉101内を加熱する。なお、図5では、クラッド材20の銀ろう層21を図示する一方、他のFe層22、中間層23、基材層24およびNi層25(図3参照)に関しては個々に図示せずに一体的に図示している。
 ここで、軟質化熱処理により加熱されたことで、銀ろう層21に含有されるAgおよびCuが拡散しやすくなるものの、Fe層22が形成されていることによって、AgおよびCuが中間層23などの他の層へ拡散するのが抑制される。この結果、銀ろう層21に含有されるAgおよびCuの減少が抑制されることによって、銀ろう層21と銀ろう層21と直接的に接合されるFe層22との界面Ia(図3参照)においてボイドが発生するのが抑制される。また、軟質化熱処理により、クラッド材20が塑性変形しやすく改質される。具体的には、軟質化熱処理により、基材層24のビッカース硬さが約110HV以上約200HV以下に小さくなるとともに、クラッド材20の伸び率が約10%以上になるように改質される。
 そして、図示しないプレス機を用いて、平板状のクラッド材20に対して曲げ加工を行う。この際、軟質化熱処理が行われていることによって、クラッド材20が塑性変形しやすく改質されているので、折り曲げられた部分などにクラックが発生するのが抑制される。これにより、図2に示す凹部13を含む箱型形状を有する蓋材10が作成される。
 また、図4に示すように、バンプ50を介して電子部品40が上面30a上に接合された平板状の基台30を準備する。そして、電子部品40を取り囲むように蓋材10のフランジ部14を基台30の上面30a上に配置した状態で、約780℃以上の温度で銀ろう層21の銀ろう材を溶融させる。この際、シーム溶接やレーザ溶接などにより、銀ろう材を溶融させる。これにより、箱型形状の蓋材10と平板状の基台30とがろう付け接合されて、パッケージ100が製造される。
 なお、シーム溶接を行う場合には、図示しないローラ電極がNi層25(図2参照)に接触した状態で蓋材10と基台30とが溶接される。この際、電気抵抗が低いNi層25により、シーム溶接時に、ローラ電極と蓋材10との間にスパークが発生するのを抑制することが可能である。
 また、蓋材10においてボイドが発生するのが抑制されているので、ボイドにガスが流入することに起因する不具合はほとんど生じない。たとえば、ろう付け接合時に、銀ろう層21の銀ろう材が飛び散るのが抑制され、ろう付け接合後に、膨れに取り込まれたガスがパッケージ100の封止された封止空間Sに放出されるのが抑制される。これにより、封止空間S内の電子部品40が水晶振動子である場合には、水晶振動子の周波数特性が変動(劣化)するのが抑制される。
 第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
 第1実施形態では、上記のように、クラッド材20に、銀ろう層21上に接合され、FeまたはFe合金を用いて構成されるFe層22を設けることによって、軟質化熱処理を行ったとしても、銀ろう層21に含有されるAgやCuがFe層22や中間層23に拡散するのを抑制することができる。これにより、軟質化熱処理を行ったとしても、銀ろう層21と銀ろう層21と直接的に接合されるFe層22との界面Ia近傍に位置する銀ろうが拡散に起因して減少するのを抑制することができるので、界面Iaにおいてボイドが発生するのを抑制することができる。これにより、軟質化したクラッド材20に対して曲げ加工を行うことができるので、折り曲げられた部分にクラックが発生するのを抑制することができる。これらの結果、銀ろう層21を備えるクラッド材20を凹部13を含む箱型形状に形成するにおいて、クラックの発生を抑制することができる。
 これにより、クラックに起因してパッケージ100において気密封止が十分に行えなくなるのを抑制することができる。さらに、ボイドの発生が抑制されているので、蓋材10のボイドに流入した雰囲気ガスや残留ガスなどが、蓋材10と基台30とのろう付け接合時またはろう付け接合後に放出されることに起因する不具合を抑制することができる。これにより、ろう付け接合時に、銀ろう層21の銀ろう材が飛び散ることを抑制することができる。この結果、ろう付け接合が不十分になったり、電子部品40に付着したりするのを抑制することができる。さらに、ろう付け接合後に、ボイドに流入したガスが蓋材10の凹部13と平板状の基台30とによって形成される封止空間Sに放出されることに起因する不具合を抑制することができるので、パッケージ100に収納された電子部品40に不具合が生じるのを抑制することができる。
 また、第1実施形態では、Fe層22を、少なくともCoおよびCrの一方を含むとともに、FeとCoとCrとが合計で約50質量%以上含まれているFe合金を用いて構成する。このように構成すれば、軟質化熱処理を行ったとしても、銀ろう層21に含有されるAgやCuが少なくともCoおよびCrの一方を含むFe合金を用いて構成されたFe層22にはほとんど固溶しないことによって、銀ろう層21に含有されるAgやCuがFe層22や中間層23に拡散するのを抑制することができる。また、Fe層22のFeとCoとCrとが合計で約50質量%以上含まれることにより、銀ろう層21に含有されるAgやCuがFe層22や中間層23に拡散するのを十分に抑制することができる。
 また、第1実施形態では、クラッド材20に、Fe層22上に接合され、純Cuを用いて構成された中間層23と、中間層23上に接合され、FeまたはFe合金を用いて構成される基材層24とをさらに形成する。これにより、中間層23と銀ろう層21との間にFe層22を配置することによって、軟質化熱処理を行ったとしても、銀ろう層21に含有されるAgやCuが中間層23に拡散するのを、Fe層22により抑制することができる。さらに、中間層23を純Cuを用いて構成することによって、中間層23をある程度柔軟にすることができるので、基材層24と基台30とをろう付け接合する際の熱歪や、ろう付け接合後の熱膨張差に起因する熱応力を、中間層23において緩和することができる。また、FeまたはFe合金を用いて構成される基材層24の組成や厚みを調整することにより、蓋材10の機械的強度を容易に調整することができる。
 また、第1実施形態では、Fe層22の厚みt3を約1μm以上にすることによって、Fe層22の厚みt3を十分に確保することができるので、Fe層22により、中間層23に銀ろう層21に含有されるAgやCuが拡散するのを十分に抑制することができる。また、Fe層22の厚みt3を中間層23の厚みt4以下にすることによって、Fe層22の厚みt3が大きくなりすぎるのを抑制することができるので、蓋材10と基台30とをろう付け接合する際の熱歪や、ろう付け接合後の熱膨張差に起因する熱応力を、純Cuを用いて構成された中間層23において十分に緩和できなくなるのを抑制することができる。
 また、第1実施形態では、クラッド材20の基材層24が約200HV以下のビッカース硬さを有することによって、基材層24が十分に軟質化しているので、電子部品40を収納可能な凹部13を含む箱型形状になるように、基材層24を有するクラッド材20に対して容易に曲げ加工を行うことができる。また、基材層24が110HV以上のビッカース硬さを有することによって、基材層24の硬さが過度に小さくないので、蓋材10が外力などにより容易に変形してしまうのを抑制することができる。
 また、第1実施形態では、クラッド材20の基材層24の厚みt5を、クラッド材20の厚みt1の約50%以上にする。これにより、基材層24により、クラッド材20の機械的強度や熱膨張係数などのパラメータを主に決定することができるので、基材層24の材質(Fe以外に添加される各種元素)を適切に選択することによって、気密性等に優れた蓋材10を作製することができる。
 また、第1実施形態では、Fe層22をNiを含むFe合金から構成することによって、Fe層22の熱膨張係数を小さくすることができる。これにより、クラッド材20の熱膨張係数を小さくすることができるので、熱膨張係数の小さなセラミックから構成される基台30と蓋材10とに大きな熱膨張差が生じるのを抑制することができる。また、Fe層22を約50質量%以下のNiを含むFe合金から構成することによって、銀ろう層21に含有されるAgやCuがFe層22に拡散されやすくなるのを抑制することができる。
 また、第1実施形態では、クラッド材20が約10%以上の伸び率を有することによって、クラッド材20が十分に軟質化しているので、クラッド材20に対して容易に曲げ加工を行うことができる。これにより、クラッド材20を凹部13を含む箱型形状に容易に曲げることができる。
 また、第1実施形態では、クラッド材20の露出する最外層にNi層25を設けることによって、Ni層25により、クラッド材20の露出する表面における耐食性を向上させることができる。これにより、蓋材10の腐食に起因して、蓋材10を用いたパッケージ100の気密性が低下するのを効果的に抑制することができる。
 また、第1実施形態の製造方法では、クラッド材20を軟質化するための軟質化熱処理として、約700℃以上銀ろう層21の融点未満の温度で軟質化熱処理を行う。このように構成すれば、銀ろう層21が融解しない程度の十分に高い温度で軟質化熱処理を行うことができるので、クラッド材20を十分に軟質化することができる。一方で、軟質化熱処理として、約650℃以上約700℃未満の温度であっても、圧延時熱処理の時間よりも長い時間軟質化熱処理を行う。このように構成しても、クラッド材20を凹部13を含む箱型形状に形成できる程度に軟質化することができる。これらにより、曲げ加工においてクラッド材20にクラックが発生するのを効果的に抑制することができる。
 また、第1実施形態の製造方法では、銀ろう板、第1Fe板、中間層用板および第2Fe板を圧延接合する際に、同時にNi板も接合させることができるので、Ni層25を別途メッキ処理などで形成する場合と比べて、製造工程を簡略化することができる。
(第2実施形態)
 次に、図1、図2、図4および図6を参照して、本発明の第2実施形態による蓋材110の構造について説明する。
 本発明の第2実施形態による蓋材110は、図1および図2に示すように、上記第1実施形態の蓋材10と同様の外観形状を有している。
 ここで、第2実施形態では、蓋材110は、図2に示すように、クラッド材120を曲げる(曲げ加工する)ことにより凹部13を含む箱型形状に形成されている。このクラッド材120は、上下方向に厚みt11を有している。また、図6に示すように、クラッド材120は、下側(基台30(図4参照)側)から上側に向かって順に、銀ろう層121、Fe層122およびNi層125が積層された状態で接合された、3層構造を有するオーバーレイ型のクラッド材により構成されている。なお、図2、図4および図5では、クラッド材120の銀ろう層121を図示する一方、他のFe層122およびNi層125(図6参照)に関しては個々に図示せずに一体的に図示している。なお、Fe層122は、本発明の「第1Fe層」の一例である。
 クラッド材120の基台30側(Z2側)の最外層を構成する銀ろう層121は、上記第1実施形態の銀ろう層21と同様の組成および構成を有している。また、銀ろう層121は、上下方向に厚みt12を有している。
 銀ろう層121とNi層125と(銀ろう層121上)に接合されたFe層122は、上記第1実施形態のFe層22および基材層24と同様に、純FeまたはFe合金を用いて構成されている。また、Fe層122は、上下方向に厚みt13を有している。なお、厚みt13は、銀ろう層21の厚みt12よりも大きい方が好ましい。また、厚みt13は、クラッド材120の厚みt11の約50%以上であるのがより好ましく、厚みt11の約80%以上であるのがさらに好ましい。なお、この際、Fe層122を、Niを含む熱膨張係数の小さなFe合金から構成するのが好ましい。これにより、基台30(図4参照)と、蓋材110のFe層122との熱膨張差を小さくすることが可能である。また、銀ろう層121と銀ろう層121と直接的に接合されるFe層122との界面Ib(図6参照)において、ボイドの形成が抑制されている。
 クラッド材120の基台30側とは反対側(Z1側)の最外層を構成するNi層125は、上記第1実施形態のNi層25と同様の組成および構成を有している。また、Ni層125は、上下方向に厚みt16を有している。
 また、クラッド材120は、JIS規格に規定された引張試験において、約10%以上の伸び(破断伸びの比率)を有している。
 なお、蓋材110を用いたパッケージ100の構造は、図4に示すように、上記第1実施形態と略同様である。また、蓋材110の製造プロセスは、AgとCuとを含有する銀ろう材の板材、純FeまたはFeを含有するFe合金を用いて構成される板材、および、純Ni板材とを準備して、この順で積層させて圧延接合する点を除いて、上記第1実施形態と略同様である。
 第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
 第2実施形態では、上記のように、クラッド材120に、銀ろう層121上に接合され、FeまたはFe合金を用いて構成されるFe層122を設けることによって、第1実施形態と同様に、銀ろう層121を備えるクラッド材120にボイドが発生するのを抑制することができるとともに、クラッド材120を凹部13を含む箱型形状に形成するにおいて、クラックの発生を抑制することができる。
 また、第2実施形態では、銀ろう層121、Fe層122およびNi層125が積層された状態で接合された3層構造のクラッド材120により蓋材110を構成することによって、第1実施形態の中間層23や基材層24を有する5層構造のクラッド材20と比べて、クラッド材120の層構造が簡素化されているので、クラッド材120を作成する際に、金属板の種類を減少させることによる低コスト化が図れるとともに、層構造が少ない分、クラッド材120を容易に作成することができる。なお、第2実施形態のその他の効果は、中間層23および基材層24に起因する効果を除き、第1実施形態と同様である。
 [実施例]
 次に、図3および図6~図29を参照して、本発明の効果を確認するために行った第1実施形態および第2実施形態に対応するクラッド材の観察および機械的強度の測定と、銀ろう材層と所定の金属層との2層構造のクラッド材の観察とについて説明する。
(第1実施形態および第2実施形態に対応するクラッド材の観察)
 まず、上記第1実施形態に対応する実施例1として、図3に示す銀ろう層21、Fe層22、中間層23、基材層24およびNi層25が積層された状態で、隣接する層同士がクラッド接合された、平板状の5層構造のクラッド材20を作成した。この際、銀ろう層21を72Ag-Cu合金を用いて構成した。Fe層22および基材層24を、共に、29Ni-17Co-Fe合金を用いて構成した。中間層23を、純Cuを用いて構成した。Ni層25を、純Niを用いて構成した。
 さらに、実施例1では、クラッド材20の厚みt1を90μmとした。ここで、銀ろう層21の厚みt2を13μmにした。Fe層22の厚みt3を4μmにした。中間層23の厚みt4を24μmにした。基材層24の厚みt5を45μmにした。Ni層25の厚みt6を4μmにした。
 そして、実施例1のクラッド材20に対して、軟質化させるために熱処理(軟質化熱処理)を行った。具体的には、窒素雰囲気下でかつ700℃の温度環境下で3分間、軟質化熱処理を行った。
 また、上記第2実施形態に対応する実施例2として、図6に示す銀ろう層121、Fe層122およびNi層125が積層された状態で、隣接する層同士がクラッド接合された、平板状の3層構造のクラッド材120を作成した。この際、銀ろう層121を72Ag-Cu合金を用いて構成した。Fe層122を29Ni-17Co-Fe合金を用いて構成した。Ni層125を純Niを用いて構成した。
 また、実施例2では、クラッド材120の厚みt11を84μmとした。ここで、銀ろう層121の厚みt12を10μmにした。Fe層122の厚みt13を70μmにした。Ni層125の厚みt16を4μmにした。そして、実施例2のクラッド材120に対して上記実施例1と同様の条件で軟質化熱処理を行った。
  一方、比較例として、銀ろう層と中間層との間にFe層を設けないクラッド材を作成した。具体的には、比較例1として、銀ろう層、中間層、基材層およびNi層がこの順に積層された、平板状の4層構造のクラッド材を作成した。なお、比較例1のクラッド材は、Fe層を設けない点を除いて、実施例1のクラッド材20と同一である。
 また、比較例2として、比較例1の純Cuを用いて構成された中間層に代えて、中間層を純Niを用いて構成した、平板状の4層構造のクラッド材を作成した。なお、比較例2のクラッド材は、Fe層を設けない点と、中間層を純Niを用いて構成した点とを除いて、実施例1のクラッド材20と同一である。
 また、比較例1および2では、Fe層を設けない分、クラッド材の厚みを86μmにし、その他の金属層の厚みは実施例1と同様の厚みにした。そして、比較例1および2のクラッド材に対して上記実施例1と同様の条件で軟質化熱処理を行った。
 そして、軟質化熱処理後の実施例および比較例の平板状のクラッド材の断面を、走査電子顕微鏡を用いて観察することによって、ボイドの有無を調べた。
 また、水素雰囲気下でかつ700℃の温度環境下で3分間、軟質化熱処理を行った比較例1のクラッド材の表面を走査電子顕微鏡を用いて観察することによって、ボイドの粗大化に起因する膨れを観察した。
 図7および図8に示す実施例1および2のクラッド材の断面写真では、銀ろう層と銀ろう層と直接的に接合されるFe層との界面において、ボイドは観察されなかった。また、実施例1および2において、クラッド材の銀ろう層側の表面に膨れは観察されなかった。一方、図9および図10に示す比較例1および2のクラッド材の断面写真では、銀ろう層と銀ろう層と直接的に接合される中間層との界面にボイドが観察された。また、図13に示す比較例1のクラッド材の表面写真では、クラッド材の銀ろう層側の表面に複数の膨れが観察された。また、比較例2においても、クラッド材の銀ろう層側の表面に膨れが観察された。
 この比較例1および2に形成されたボイドおよび膨れは、図12に示す機構によって説明されると考えられる。つまり、比較例1では、軟質化熱処理において、銀ろう層のAgの中間層(Cu)への拡散速度が、中間層のCuの銀ろう層への拡散速度よりも大きいため、界面近傍の銀ろう層のAgが中間層側に多く拡散(固溶拡散)してしまう。この結果、銀ろう層の界面の成分が減少して、界面の銀ろう層側にボイド(カーケンダルボイド)が形成されたと考えられる。また、比較例2では、軟質化熱処理において、銀ろう層のCuの中間層(Ni)への拡散速度が、中間層のNiの銀ろう層への拡散速度よりも大きいため、界面近傍の銀ろう層のCuが中間層側に多く拡散(固溶拡散)してしまう。この結果、銀ろう層の界面の成分が減少して、界面の銀ろう層側にボイドが形成されたと考えられる。そして、銀ろう層を透過した雰囲気ガス(窒素または水素)が、あるいは銀ろう層や中間層に含まれるガスがボイドに取り込まれることによって、ボイドが粗大化して銀ろう層を押し上げる。これにより、膨れがクラッド材の表面に現れたと考えられる。
 一方、実施例1および2のように、Fe層が設けられている場合には、銀ろう層のAgおよびCuの拡散が、AgおよびCuがほとんど固溶しないFeやCoを含むFe層により抑制されたため、ボイドが観察されなかったと考えられる。
(第1実施形態および第2実施形態に対応するクラッド材の機械的強度の測定)
 次に、軟質化熱処理後の実施例1および2の平板状のクラッド材に対して、各々、機械的強度を測定した。具体的には、JIS規格に基づく引張試験を行うことによって、実施例1および2の伸び(破断伸び)を測定した。また、JIS規格に基づくビッカース硬さ試験を行うことによって、共に29Ni-17Co-Fe合金を用いて構成された基材層24およびFe層122のビッカース硬さを測定した。
 また、実施例1および2のクラッド材に対して、90度曲げ試験を行った。その際、実施例1および2のクラッド材を銀ろう層21(121)側が凸(Ni層25(125)側が凹)になるように折り曲げた場合と、実施例1および2のクラッド材をNi層25(125)側が凸(銀ろう層21(121)側が凹)になるように折り曲げた場合との各々の場合において、クラッド材の断面を走査電子顕微鏡を用いて観察した。
 図13に示す試験結果から、実施例1および2のクラッド材の伸びは、いずれも10%以上に大きくなり、29Ni-17Co-Fe合金を用いて構成された基材層24およびFe層122のビッカース硬さも200HV以下に小さくなった。なお、軟質化熱処理を行う前のクラッド材の伸びは5%程度であり、29Ni-17Co-Fe合金のビッカース硬さは、220HV程度である。これにより、実施例1および2のクラッド材は、硬質材から半硬質材に対応する伸びおよびビッカース硬さを少なくとも有する程度に十分に軟質化したことが確認された。なお、実施例1および2のクラッド材では、伸びが20%以上に大きくなり、29Ni-17Co-Fe合金のビッカース硬さも160HV以下に小さくなったことにより、半硬質材よりもさらに軟質化した軟質材になっており、その結果、実施例1および2のクラッド材は、クラックの発生を抑制しつつ、容易に曲げ加工が可能であると考えられる。
 また、図14および図15に示す90度曲げ試験の結果から、実施例1および2のクラッド材では、銀ろう層21(121)側が凸になるように折り曲げた場合およびNi層25(125)側が凸になるように折り曲げた場合の双方において、共に、クラックは観察されなかった。このことから、実施例1および2のクラッド材に対して実際に曲げ加工を行ったとしても、実施例1および2のクラッド材にクラックが発生するのを抑制することが可能であることが確認できた。
(2層構造のクラッド材の断面観察)
 次に、組成が異なるFe層と、72Ag-Cu合金または85Ag-Cu合金を用いて構成された銀ろう層とからなる2層構造のクラッド材を実施例として作成した。また、比較例として、Feを含まずに、CuおよびNiの少なくとも一方を含む金属層と、72Ag-Cu合金または85Ag-Cu合金を用いて構成された銀ろう層とからなる2層構造のクラッド材を作成した。なお、銀ろう層の厚みを10μmにするとともに、Fe層(金属層)の厚みを75μmにした。
 具体的には、実施例11として、72Ag-Cu合金(銀ろう層)と、SPCCを用いて構成された純Fe(Fe層)とのクラッド材を作成した。実施例12として、72Ag-Cu合金と29Ni-17Co-Fe合金とのクラッド材を作成した。実施例13として、72Ag-Cu合金と、36質量%のNi、残部Feおよび不可避不純物から構成された36Ni-Fe合金(いわゆるインバー(登録商標))とのクラッド材を作成した。実施例14として、72Ag-Cu合金と、50質量%のNi、残部Feおよび不可避不純物から構成された50Ni-Fe合金とのクラッド材を作成した。実施例15として、72Ag-Cu合金と、42質量%のNi、6質量%のCr、残部Feおよび不可避不純物から構成された42Ni-6Cr-Fe合金とのクラッド材を作成した。実施例16として、72Ag-Cu合金と、18質量%のCr、残部Feおよび不可避不純物から構成された18Cr-Fe合金とのクラッド材を作成した。また、実施例21として、85g-Cu合金と29Ni-17Co-Fe合金とのクラッド材を作成した。
 一方、比較例11として、72Ag-Cu合金と純Cuとのクラッド材を作成した。比較例12として、72Ag-Cu合金と純Niとのクラッド材を作成した。比較例13として、72Ag-Cu合金と30Ni-Cu合金とのクラッド材を作成した。また、比較例21として、85g-Cu合金と純Cuとのクラッド材を作成した。
 そして、実施例および比較例のクラッド材に対して軟質化熱処理を行った。具体的には、窒素雰囲気下でかつ700℃の温度環境下で3分間、熱処理を行った。その後、実施例および比較例のクラッド材の断面を、走査電子顕微鏡を用いて観察することによって、ボイドの有無を調べた。また、軟質化熱処理後の実施例11および比較例11および12のクラッド材の表面を、走査電子顕微鏡を用いて観察することによって、ボイドの粗大化に起因する膨れの有無を調べた。
 図16~図21および図28に示す実施例11~16および21のクラッド材の断面写真では、銀ろう層とFe層との界面にボイドは観察されなかった。また、図25に示す実施例11のクラッド材の表面写真では、クラッド材の表面の膨れも観察されなかった。一方、図22~図24および図29に示す比較例11~13および21のクラッド材の断面写真では、銀ろう層とFeを含まずに、CuおよびNiのいずれか一方を少なくとも含む金属層との界面にボイドが観察された。また、図26および図27にそれぞれ示す比較例11および12のクラッド材の表面写真では、クラッド材の表面に膨れが観察された。この結果、Feを含まずに、CuおよびNiのいずれか一方を少なくとも含む金属層では、軟質化熱処理によってボイドおよび膨れが発生してしまうことが確認できた。
 ここで、図17~図20に示す実施例12~15(特に実施例14(Fe層が50Ni-Fe合金))の結果から、Fe合金がCuと固溶体を形成するNiを含んでいたとしても、Fe合金にFeが含有されていれば、ボイドの発生を抑制することができることが確認できた。なお、Niを含有するFe合金に50質量%以上のFeが含有されていることによって、ボイドの発生をより確実に抑制することができたと考えられる。また、CrやCoも銀ろう層を構成するAgおよびCuに対して固溶しないため、Feと、Crと、Coとが合わせて50質量%以上含有されたFe合金をFe層として用いた場合であっても、実施例12~15のクラッド材と同様に、ボイドの発生を確実に抑制することができると考えられる。
 また、図28および図29に示す実施例21および比較例21の結果から、銀ろう層として85Ag-Cu合金を用いたとしても、Fe層を含む実施例21ではボイドの発生が抑制でき、Feを含まずに、CuおよびNiのいずれか一方を少なくとも含む金属層を含む比較例21ではボイドが発生した。このことから、Fe層により、銀ろう層のAgおよびCuの含有率にかかわらずボイドの発生を抑制することが可能であることが確認できた。
 また、図26および図27にそれぞれ示す比較例11および12のクラッド材の表面写真から、比較例11における膨れの発生量は、比較例12における膨れの発生量よりも多くなり、比較例11における膨れの大きさは、比較例12における膨れの大きさよりも大きくなった。このことから、気密封止用蓋材を構成するクラッド材にCuを用いて構成された中間層を設けた場合に、Fe層による拡散抑制効果がより効果的に発揮されることが判明した。
 なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
 たとえば、上記第1および第2実施形態では、蓋材10および110をそれぞれ構成するクラッド材20および120に、Ni層25および125をそれぞれ設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、気密封止用蓋材を構成するクラッド材にNi層を設けなくてもよい。つまり、クラッド材は、2層構造や4層構造でもよい。たとえば、実施例11~16および21の2層構造のクラッド材をそのまま気密封止用蓋材に用いてもよい。この際、蓋材と基台とのろう付け接合は、シーム溶接よりもレーザ溶接の方が好ましい。さらに、気密封止用蓋材を構成するクラッド材は、6層以上の層構造を有していてもよい。
 また、上記第1実施形態では、中間層23を純Cuを用いて構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、中間層は、少なくともCuおよびNiの一方を含んでいるものを対象とする。つまり、中間層をNW2201(JIS規格)などの純NiやNi-Cu系合金などを用いて構成してもよい。なお、Ni-Cu系合金としては、たとえば、約30質量%のNi、不可避不純物および残部Cuから構成された30Ni-Cu合金が挙げられる。
 ここで、Niから中間層が構成されている場合には、約650℃以上の温度条件下において、銀ろう層に含有されるAgとはほとんど固溶体を形成しない一方、銀ろう層に含有されるCuとは容易に固溶体を形成する。このため、銀ろう層とNiを用いて構成された中間層とが直接的に接している場合には、上記比較例2および12のように、軟質化熱処理によってボイドが発生する。また、Ni-Cu系合金から中間層が構成されている場合には、約650℃以上の温度条件下において、銀ろう層に含有されるAgおよびCuの双方とも容易に固溶体を形成する。このため、銀ろう層とNi-Cu系合金を用いて構成された中間層とが直接的に接している場合には、上記比較例13のように、軟質化熱処理によってボイドが発生する。しかしながら、本発明のように、銀ろう層と中間層との間にFe層を設けることによって、銀ろう層に含有されるAgやCuの中間層への拡散が抑制されると考えられる。
 また、上記第1および第2実施形態では、蓋材10(110)に凹部13とフランジ部14とを形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、蓋材にフランジ部を形成せずに、凹部のみを形成してもよい。
 また、上記第1実施形態では、基材層24(第2Fe層)が約110HV以上約200HV以下のビッカース硬さを有する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第2Fe層のビッカース硬さは、約110HV未満でもよいし、約200HVより大きくてもよい。特に第2Fe層の厚みがクラッド材の厚みに対して大きな割合を占めない場合には、曲げ加工時に第2Fe層のビッカース硬さの影響が小さくなるため、第2Fe層のビッカース硬さを約110HV未満に、または、約200HVより大きく構成しても、外力などによる気密封止用蓋材の変形を抑制しつつ、曲げ加工におけるクラックの発生を十分に抑制することが可能であると考えられる。
 また、上記第2実施形態では、Fe層122(第1Fe層)が約110HV以上約200HV以下のビッカース硬さを有する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第1Fe層のビッカース硬さは、約110HV未満でもよいし、約200HVより大きくてもよい。
 また、上記第1および第2実施形態では、クラッド材20および120が約10%以上の伸び(破断伸びの比率)を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、クラッド材が約10%未満の伸びを有していてもよい。
 また、上記第1および第2実施形態では、Ni層25および125を純Niを用いて構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、Ni層をNi合金を用いて構成してもよい。また、Ni層は、他の層に圧延接合することによって作成せずに、Ni層以外の金属層を先に圧接接合した後に、Niめっきを行うことによりNiめっき層(Ni層)を有する蓋材を作成してもよい。
 また、上記第1および第2実施形態では、クラッド材20および120がオーバーレイ型である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、クラッド材は、インレイ型などのクラッド材であってもよい。この際、クラッド材において、クラッド材と電池部品配置部材との接合部(たとえば、図1のフランジ部)に少なくとも銀ろう層と第1Fe層とを形成する必要がある。
 10、110 蓋材(気密封止用蓋材)
 13 凹部
 20、120 クラッド材
 21、121 銀ろう層
 22、122 Fe層(第1Fe層)
 23 中間層
 24 基材層(第2Fe層)
 25 Ni層
 30 基台(電子部品配置部材)
 40 電子部品
 100 パッケージ(電子部品収納パッケージ)

Claims (20)

  1.  電子部品(40)が配置される電子部品配置部材(30)を含む電子部品収納パッケージ(100)に用いられる気密封止用蓋材(10)であって、
     AgとCuとを含有する銀ろう層(21)と、
     前記銀ろう層上に接合され、FeまたはFe合金を用いて構成される第1Fe層(22)と、を備える、クラッド材(20)により構成され、
     前記クラッド材が曲げられることにより、凹部(13)を含む箱型形状に形成されている、気密封止用蓋材。
  2.  前記第1Fe層は、少なくともCoおよびCrの一方を含むFe合金を用いて構成され、FeとCoとCrとが合計で50質量%以上含まれている、請求項1に記載の気密封止用蓋材。
  3.  前記クラッド材は、
     前記第1Fe層上に接合され、少なくともCuおよびNiの一方を含む中間層(23)と、
     前記中間層上に接合され、FeまたはFe合金を用いて構成される第2Fe層(24)とをさらに備えている、請求項1または2に記載の気密封止用蓋材。
  4.  前記第1Fe層は、1μm以上で、かつ、前記中間層の厚み以下の厚みを有する、請求項3に記載の気密封止用蓋材。
  5.  前記クラッド材の前記第2Fe層は、110HV以上200HV以下のビッカース硬さを有する、請求項3に記載の気密封止用蓋材。
  6.  前記クラッド材の前記第2Fe層は、前記クラッド材の厚みの50%以上の厚みを有する、請求項3に記載の気密封止用蓋材。
  7.  前記第1Fe層は、0質量%より大きく50質量%以下のNiを含むFe合金を用いて構成されている、請求項1に記載の気密封止用蓋材。
  8.  前記クラッド材は、10%以上の伸び率を有する、請求項1または2に記載の気密封止用蓋材。
  9.  前記クラッド材は、前記銀ろう層とは反対側において最外層を構成し、Niを含有するNi層(25)をさらに備える、請求項1または2に記載の気密封止用蓋材。
  10.  電子部品(40)が配置される電子部品配置部材(30)を含む電子部品収納パッケージ(100)に用いられる気密封止用蓋材(10)の製造方法であって、
     AgとCuとを含有する銀ろう板とFeまたはFe合金を用いて構成された第1Fe板とを圧延接合するとともに拡散焼鈍のための第1の熱処理を行うことによって、AgとCuとを含有する銀ろう層(21)と、前記銀ろう層上に配置され、FeまたはFe合金を用いて構成される第1Fe層(22)とが接合されたクラッド材(20)を形成する工程と、
     第2の熱処理を行うことにより前記クラッド材を軟質化する工程と、
     軟質化された前記クラッド材を曲げ加工することによって、凹部(13)を含む箱型形状の前記気密封止用蓋材を形成する工程と、を備える、気密封止用蓋材の製造方法。
  11.  前記クラッド材を軟質化する工程は、700℃以上前記銀ろう層の融点未満の温度で前記第2の熱処理を行うか、または、650℃以上700℃未満の温度で前記第1の熱処理の時間よりも長い時間前記第2の熱処理を行う工程を含む、請求項10に記載の気密封止用蓋材の製造方法。
  12.  前記クラッド材を形成する工程は、前記銀ろう板と、前記第1Fe板と、少なくともCuおよびNiの一方を含む中間層用板と、FeまたはFe合金を用いて構成された第2Fe板とを圧延接合するとともに前記第1の熱処理を行うことによって、前記銀ろう層と、前記第1Fe層と、前記第1Fe層上に配置され、少なくともCuおよびNiの一方を含む中間層(23)と、前記中間層上に配置され、FeまたはFe合金を用いて構成される第2Fe層(24)とが接合された前記クラッド材を形成する工程を含む、請求項10または11に記載の気密封止用蓋材の製造方法。
  13.  前記クラッド材を軟質化する工程は、前記第2の熱処理を行うことにより、前記クラッド材の前記第2Fe層におけるビッカース硬さを、110HV以上200HV以下にする工程を含む、請求項12に記載の気密封止用蓋材の製造方法。
  14.  前記クラッド材を軟質化する工程は、前記第2の熱処理を行うことにより、前記クラッド材が10%以上の伸び率を有するように前記クラッド材を軟質化する工程を含む、請求項10または11に記載の気密封止用蓋材の製造方法。
  15.  前記クラッド材を形成する工程は、前記銀ろう板と、前記第1Fe板と、Niを含有するNi板とを圧延接合するとともに前記第1の熱処理を行うことによって、前記銀ろう層と、前記第1Fe層と、前記銀ろう層とは反対側において最外層を構成するように、Niを含有するNi層(25)とが接合された前記クラッド材を形成する工程を含む、請求項10または11に記載の気密封止用蓋材の製造方法。
  16.  電子部品(40)が配置される平板状の電子部品配置部材(30)と、
     AgとCuとを含有する銀ろう層(21)と、前記銀ろう層上に接合され、FeまたはFe合金を用いて構成される第1Fe層(22)と、を含む、クラッド材(20)により構成され、前記クラッド材が曲げられることにより、凹部(13)を含む箱型形状に形成された気密封止用蓋材と、を備え、
     前記気密封止用蓋材は、前記電子部品配置部材に配置された前記電子部品が前記凹部の内部に収納された状態で、前記銀ろう層により前記電子部品配置部材に対してろう付け接合されている、電子部品収納パッケージ(100)。
  17.  前記第1Fe層は、少なくともCoおよびCrの一方を含むFe合金を用いて構成され、FeとCoとCrとが合計で50質量%以上含まれている、請求項16に記載の電子部品収納パッケージ。
  18.  前記クラッド材は、前記第1Fe層上に接合され、少なくともCuおよびNiの一方を含む中間層(23)と、前記中間層上に接合され、FeまたはFe合金を用いて構成される第2Fe層(24)をさらに含んでいる、請求項16または17に記載の電子部品収納パッケージ。
  19.  前記第1Fe層は、1μm以上で、かつ、前記中間層の厚み以下の厚みを有する、請求項18に記載の電子部品収納パッケージ。
  20.  前記クラッド材の前記第2Fe層は、110HV以上200HV以下のビッカース硬さを有する、請求項18に記載の電子部品収納パッケージ。
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