JP2006080380A - Method for sealing package for electronic component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電振動子等の圧電素子や半導体素子その他の電子部品をパッケージに封止する方法に関し、特にシーム溶接を用いて電子部品用パッケージを気密に封止する方法に関する。 The present invention relates to a method for sealing a piezoelectric element such as a piezoelectric vibrator, a semiconductor element, and other electronic components in a package, and more particularly, to a method for hermetically sealing an electronic component package using seam welding.
従来、電子機器の小型化・高性能化に伴い、これに搭載される電子部品にも小型化、高信頼性が要求されると共に、回路基板への実装に適した表面実装型のパッケージが多く採用されている。一般に表面実装型の電子部品パッケージは、セラミック材料などの絶縁材料からなるベースの上に、シールリングを介して金属製又はセラミック製のリッドをシーム溶接で接合することにより、圧電素子や半導体素子等の電子部品を気密に封止する。 Conventionally, along with the downsizing and high performance of electronic devices, the electronic components mounted on them have to be downsized and highly reliable, and there are many surface mount packages suitable for mounting on circuit boards. It has been adopted. In general, a surface mount type electronic component package is formed by joining a metal or ceramic lid through a seal ring on a base made of an insulating material such as a ceramic material by seam welding, so that a piezoelectric element, a semiconductor element, etc. The electronic parts are hermetically sealed.
このようなシーム溶接によるパッケージ及び封止方法は、ベースの接合部に配置するシールリングがコバール等の高価な金属材料で形成されるため、材料コストが高くなる。また、シールリングは、セラミックベースの表面に形成したメタライズ層の上にろう付けされ、更にこれにめっき処理を施す必要があるので、工数が多くかつ工程が複雑で作業が面倒であり、製造コストが高くなる。更に、ベース及びリッドに加えてシールリングを用いるため、シールリングの厚さだけパッケージの低背化が制限されるなどの問題がある。 In such a seam-welded package and sealing method, since the seal ring disposed at the joint portion of the base is formed of an expensive metal material such as Kovar, the material cost increases. Also, the seal ring is brazed on the metallized layer formed on the surface of the ceramic base, and it is necessary to apply a plating process to the seal ring, which requires many man-hours, complicated processes, and cumbersome work. Becomes higher. Further, since the seal ring is used in addition to the base and the lid, there is a problem that the reduction of the package height is limited by the thickness of the seal ring.
そこで、かかるシールリングを排除した様々な電子部品のパッケージ構造及び封止方法が提案されている。例えば、セラミック容器の溶着部にメタライズ膜を形成しかつその上にニッケルめっき膜等を形成して、シールリングを省略し、金属リッド即ち蓋をシーム溶接で直接接合封止するようにした電子部品のパッケージが知られている（例えば、特許文献１乃至３を参照）。このようなシーム溶接では、通常最初に金属リッドをベースに仮溶接して、その位置がずれないようにし、その後で金属リッドを全周に亘ってベースに本溶接する。このとき、シーム溶接の熱で溶融するろう材等の金属膜から発生するガスがパッケージ内部に残留し、搭載した電子部品に悪影響を及ぼす虞を少なくするために、リッドの長辺側を仮溶接しかつ先に本溶接し、溶接距離の短い短辺側を後で本溶接する。 Therefore, various electronic component package structures and sealing methods have been proposed in which such a seal ring is eliminated. For example, an electronic component in which a metallized film is formed on a welded portion of a ceramic container and a nickel plating film is formed thereon, a seal ring is omitted, and a metal lid, that is, a lid is directly bonded and sealed by seam welding. (See, for example, Patent Documents 1 to 3). In such seam welding, usually, a metal lid is first temporarily welded to the base so as not to shift its position, and then the metal lid is fully welded to the base over the entire circumference. At this time, in order to reduce the possibility that gas generated from the metal film such as brazing filler metal melted by the heat of seam welding will remain inside the package and adversely affect the mounted electronic parts, the long side of the lid is temporarily welded In addition, the main welding is performed first, and the short side having a short welding distance is subsequently subjected to the main welding.
また、同様にシールリングを省略したパッケージとして、メタライズ層を形成したセラミック容器の上に、その接合面に金属ろう材を形成した金属蓋体を直接載せ、ビーム溶接や加熱処理で溶着させて封止する構造が知られている（例えば、特許文献４乃至６を参照）。更に、ガラス等からなる透明なリッドをセラミック筺体即ちベースの上に載置し、該リッドを通してレーザ光を照射して接着部材を溶融させて接合封止する方法や、金属リッドの上から電子ビームを照射し、該リッドの接合面に設けたろう材を溶融させてパッケージを封止する方法が知られている（例えば、特許文献７、８を参照）。 Similarly, as a package in which the seal ring is omitted, a metal lid with a metal brazing material formed directly on the joint surface is placed directly on the ceramic container on which the metallized layer is formed, and is welded and sealed by beam welding or heat treatment. A structure for stopping is known (see, for example, Patent Documents 4 to 6). Furthermore, a transparent lid made of glass or the like is placed on a ceramic casing, that is, a base, and a laser beam is irradiated through the lid to melt and bond the adhesive member. Is used to seal the package by melting the brazing material provided on the bonding surface of the lid (see, for example, Patent Documents 7 and 8).
しかしながら、上述した従来のシーム溶接によるパッケージの封止方法において、矩形リッドに金属ろう材を設けた場合、仮溶接した部分は、金属ろう材が溶融して部分的に薄くなるために沈み込み、それによって仮溶接後のリッドに反りが生じる。特に矩形リッドの長辺側を仮溶接するので、リッドの反りが大きく、その両端部即ち短辺側がベースの接合面から大きく持ち上がるという問題がある。そのため、リッドの短辺側をその全長に亘って確実にシーム溶接することが困難になり、パッケージの気密性を損なう虞が生じる。また、パッケージが小型化するに連れて、リッドの接合面に設けられるシール金属層の膜厚が薄くなるので、シーム溶接による確実な接合はより難しくなる。 However, in the package sealing method by the conventional seam welding described above, when a metal brazing material is provided on the rectangular lid, the temporarily welded portion sinks because the metal brazing material melts and becomes partially thin, As a result, warpage occurs in the lid after temporary welding. In particular, since the long side of the rectangular lid is temporarily welded, the warp of the lid is large, and there is a problem that both ends, that is, the short side, are greatly lifted from the joint surface of the base. For this reason, it is difficult to reliably seam weld the short side of the lid over the entire length thereof, which may impair the airtightness of the package. Further, as the package is downsized, the thickness of the sealing metal layer provided on the joint surface of the lid becomes thinner, so that reliable joining by seam welding becomes more difficult.
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電子部品用パッケージのベースとリッドとをシーム溶接により接合して気密に封止する方法において、パッケージをより確実に封止することができ、それにより信頼性を向上させ得る方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method for sealing an airtight by joining a base and a lid of an electronic component package by seam welding. An object of the present invention is to provide a method capable of more reliably sealing, thereby improving reliability.
本発明によれば、上記目的を達成するために、パッケージのベースとリッドとを接合してその内部に電子部品を気密封止するために、リッドとの接合面に金属層を設けた絶縁材料からなる矩形のベースを形成する工程と、該ベースとの接合面にシール金属層を設けた金属材料からなる矩形のリッドを形成する工程と、ベースに電子部品を実装する工程と、電子部品を実装したベースの上にリッドを、該ベースの金属層とリッドのシール金属層とを互いに接触させて載置する工程と、リッドをその矩形の短辺側においてベースにシーム溶接で仮溶接する工程と、リッドを前記ベースにシーム溶接で本溶接してパッケージを気密封止する工程とからなることを特徴とする電子部品用パッケージの封止方法が提供される。 According to the present invention, in order to achieve the above object, an insulating material provided with a metal layer on the joint surface with the lid for joining the base of the package and the lid and hermetically sealing the electronic component therein A step of forming a rectangular base comprising: a step of forming a rectangular lid made of a metal material provided with a sealing metal layer on a joint surface with the base; a step of mounting an electronic component on the base; and an electronic component Placing the lid on the mounted base with the metal layer of the base and the sealing metal layer of the lid in contact with each other; and temporarily welding the lid to the base on the short side of the rectangle by seam welding And a process of sealing the package hermetically by seam welding the lid to the base by seam welding.
このようにリッドの短辺側で仮溶接することによって、リッドの長辺側で仮溶接する従来の方法に比して、リッドの反りを小さく抑制することができる。このため、この後の本溶接工程で、リッドの短辺側及び長辺側双方のシーム溶接をそれぞれ確実に行うことができ、高度なパッケージの気密性を確保して信頼性の向上を実現することができる。 Thus, by performing temporary welding on the short side of the lid, it is possible to suppress the warpage of the lid to be smaller than in the conventional method of performing temporary welding on the long side of the lid. For this reason, in the subsequent main welding process, seam welding on both the short side and the long side of the lid can be performed reliably, ensuring high package airtightness and improving reliability. be able to.
或る実施例では、リッドをベースに本溶接する工程において、仮溶接したリッドの短辺側を先にシーム溶接し、その後でリッドの長辺側をシーム溶接することにより、短辺側をより確実に接合でき、従って長辺側の確実なシーム溶接が容易になる。 In one embodiment, in the step of performing the main welding on the lid, the short side of the temporarily welded lid is seam welded first, and then the long side of the lid is seam welded, thereby making the short side more Bonding can be performed reliably, and therefore, reliable seam welding on the long side is facilitated.
以下に、本発明の封止方法を適用して圧電振動子用パッケージを封止する工程を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
先ず、図１及び図２に示すパッケージのベース１及びリッド２をそれぞれ形成する。ベース１は、セラミックス等の絶縁材料薄板からなる矩形平板の底板部３と、その上に一体に積層した矩形枠状の側壁部４とから構成される矩形箱型の構造を有する。リッド２との接合面を構成する側壁部４の上面には、例えばタングステンやモリブデン等の金属を印刷したメタライズ層５とその表面にめっきしたニッケル層６及び金層７とからなる金属層８が、全周に亘って形成されている。
Hereinafter, the process of sealing the piezoelectric vibrator package by applying the sealing method of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
First, the base 1 and the
リッド２は、例えば鉄、ニッケル、コバルトからなる合金であるコバールからなる矩形薄肉の金属平板９で形成され、その表裏両面には、めっきによるニッケル層１０が形成されている。このような金属平板９は、より大きい寸法及び所定厚さの金属板の表裏両面にニッケルめっきを施した後、所望の寸法に打ち抜き又は切断加工することによって容易に形成される。ベ−ス１に対向する金属平板９の下面には、その外周全周に沿ってシール金属層１１が形成されている。シール金属層１１は、少なくともベース１の側壁部４上面と接合される領域を含むように所定幅に形成される。シール金属層１１には、後述するように、その矩形の両方の短辺側領域１１ａの略中間位置にそれぞれ仮溶接部１２が設けられる。
The
本実施例では、シール金属層１１が、金−錫合金を例えば１０〜２５μｍの厚さに熱圧着することによって形成される。別の実施例では、金−錫合金に代えて、銀ろう等の金属ろう材を用いることができる。更に別の実施例では、リッド２のニッケル層１０をクラッド化により形成することができ、またはニッケル層の上に更に金めっき層を設けかつその上にシール金属層１１を形成することもできる。また別の実施例では、シール金属層１１を金属平板９の下面全面に形成することもできる。
In this embodiment, the seal metal layer 11 is formed by thermocompression bonding a gold-tin alloy to a thickness of, for example, 10 to 25 μm. In another embodiment, a metal brazing material such as silver brazing can be used in place of the gold-tin alloy. In yet another embodiment, the
上述したように形成したベース１には、その箱型構造の空所内に圧電振動片１３を実装した後、リッド２を側壁部４の上に、図１（Ａ）において想像線で示すように位置合わせして載置する。次に、リッド２をその短辺２ａ側においてベース１に仮溶接する。仮溶接は、シール金属層１１の短辺側領域１１ａの仮溶接部１２を、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すようにローラ電極１４を用いて加圧しかつ所定電流を印加し、シーム溶接でベース１の側壁部４上面の金属膜８に溶着させることにより行う。
In the base 1 formed as described above, after the piezoelectric vibrating
シール金属層１１の短辺側領域１１ａは、シーム溶接により仮溶接部１２が溶融して部分的に薄くなるので、リッド２には反りが発生し、その短辺両端部２ｂが、図３（Ａ）に想像線で示すようにベース１の接合面から僅かに持ち上がる。しかし、本発明ではリッドの短辺側で仮溶接するので、リッドの長辺側で仮溶接する従来の方法に比して、リッド２の反りを小さく抑制することができる。
In the short side region 11a of the seal metal layer 11, the temporary
次に、リッド２をベース１に本溶接して全周に亘って接合し、パッケージを気密に封止する。先にリッド２の短辺２ａ側をその全長に亘ってベース１に、同様にローラ電極１４を用いてシーム溶接により、シール金属層１１の短辺側領域１１ａをベース１の側壁部４上面の金属膜８に溶着させて接合する。更に、リッド２の長辺側をその全長に亘ってベース１に、同様にシーム溶接により、シール金属層１１の長辺側領域１１ｂをベース１の側壁部４上面の金属膜８に溶着させて接合する。
Next, the
上述したように、仮溶接におけるリッド２の反りを即ちリッド２の短辺側端部２ｂの持ち上がりを小さく抑制したので、リッド２の短辺２ａ側及び長辺側双方のシーム溶接をそれぞれ確実に行うことができる。また、短辺側を先に本溶接することで、短辺側をより確実に接合でき、従って長辺側の確実なシーム溶接が容易になる。
As described above, since the warpage of the
このとき、リッド２の短辺側をシーム溶接した後、ベース１及びリッド２を所望の真空又は窒素等の不活性ガスを充填した雰囲気内に配置し、その長辺側をシーム溶接することが好ましい。これにより、シーム溶接により発生したガスがパッケージ内に残留して圧電振動片１３や電極部分に影響を及ぼすことを防止することができる。更に、窒素等の不活性ガスを充填した雰囲気内で前記仮溶接及びリッド２の短辺側のシーム溶接を行うことによって、リッドとベースとの接合部の酸化を防止することができる。
At this time, after the short side of the
別の実施例では、前記仮溶接の後、リッド２の長辺側を先にシーム溶接によりベース１と接合し、その後でリッド２の短辺側をシーム溶接によりベース１と接合することもできる。この場合、後で行う短辺側の本溶接で発生するガスの量を、溶接距離が短いことにより少なくできるので、このガスがパッケージ内に残留して圧電振動片及び電極部分に影響を及ぼす可能性をより小さくすることができる。
In another embodiment, after the temporary welding, the long side of the
以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、圧電振動子以外の圧電デバイスや半導体素子その他の電子部品を気密封止する様々な電子部品用パッケージについても同様に適用することができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, as will be apparent to those skilled in the art, the present invention can be carried out with various modifications and changes made to the above embodiments within the technical scope thereof. . For example, the present invention can be similarly applied to various electronic component packages that hermetically seal piezoelectric devices other than piezoelectric vibrators, semiconductor elements, and other electronic components.
１…ベース、２…リッド、２ａ…短辺、２ｂ…短辺側端部、３…底板部、４…側壁部、５…メタライズ層、６，１０…ニッケル層、７…金層、８…金属層、９…金属平板、１１…シール金属層、１１ａ…短辺側領域、１１ｂ…長辺側領域、１２…仮溶接部、１３…圧電振動片、１４…ローラ電極。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base, 2 ... Lid, 2a ... Short side, 2b ... Short side edge part, 3 ... Bottom plate part, 4 ... Side wall part, 5 ... Metallized layer, 6,10 ... Nickel layer, 7 ... Gold layer, 8 ... Metal layer, 9 ... Metal flat plate, 11 ... Seal metal layer, 11a ... Short side region, 11b ... Long side region, 12 ... Temporary weld, 13 ... Piezoelectric vibrating piece, 14 ... Roller electrode.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101795623B1 (en) | 2015-10-06 | 2017-11-10 | 송석식 | Electric double layer capacitor welding equipment |
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2004
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