JP4332047B2 - Electronic equipment - Google Patents
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Description
本発明の蓋体およびこれを用いた電子装置は、半導体素子や圧電振動子等の電子部品を気密に収納するための電子部品収納用パッケージに使用される蓋体およびこれを用いた電子装置に関し、特に低融点合金から成る半田を用いて電子部品収納用パッケージの封止を行なうための蓋体およびこれを用いた電子装置に関する。
BACKGROUND OF THE
従来、半導体素子等の電子部品を収容するための電子部品収納用パッケージは、例えば酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成り、その上面の中央付近に電子部品を収容するための凹部およびその周辺から下面にかけて導出したタングステンやモリブデン等の高融点金属から成る複数個のメタライズ配線層を有し、上面の外周部に蓋体との接合用のメタライズ金属層が被着された基体を具備している。そして、基体の凹部底面に半導体素子等の電子部品を接着剤等を介して接着するとともに、電子部品の各電極をボンディングワイヤ等を介してメタライズ配線層に接続し、しかる後、基体のメタライズ金属層に、蓋体を接合材で接合させ、基体と蓋体とから成る気密な容器を構成することによって最終製品としての電子装置としていた。 Conventionally, an electronic component storage package for storing an electronic component such as a semiconductor element is made of an electrically insulating material such as an aluminum oxide sintered body, and has a concave portion for storing the electronic component near the center of the upper surface thereof. A plurality of metallized wiring layers made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum derived from the periphery to the lower surface are provided, and the base has a metallized metal layer for bonding to the lid attached to the outer periphery of the upper surface. is doing. Then, an electronic component such as a semiconductor element is bonded to the bottom surface of the concave portion of the substrate through an adhesive or the like, and each electrode of the electronic component is connected to the metallized wiring layer through a bonding wire or the like. The lid was bonded to the layer with a bonding material, and an airtight container composed of the base and the lid was formed, thereby forming an electronic device as a final product.
なお、このような従来の電子装置においては、基体と蓋体とを接合する接合材として、金を80質量%含む金−錫合金もしくは、鉛を主成分とする半田が使用されていた。 In such a conventional electronic device, a gold-tin alloy containing 80% by mass of gold or solder containing lead as a main component is used as a bonding material for bonding the base and the lid.
しかしながら、金を80質量%含む金−錫合金を使った場合は、製品の価格が高くなるため、使用される製品が限られるという問題点がある。また、鉛を主成分とする半田は、半田に含有される鉛が環境汚染物質に指定されており、鉛を含有する半田を使用した電子装置が屋外に廃棄もしくは放置され風雨に曝された場合、環境中に鉛が溶け出し環境を汚染する危険性がある。このため、近年、地球環境保護運動の高まりの中で鉛を含有しない接合材が要求されるようになってきた。 However, when a gold-tin alloy containing 80% by mass of gold is used, there is a problem that the product used is limited because the price of the product increases. In addition, the solder containing lead as the main component is that the lead contained in the solder is designated as an environmental pollutant, and the electronic device using the lead-containing solder is disposed or left outdoors and exposed to wind and rain. There is a danger that lead will dissolve in the environment and pollute the environment. For this reason, in recent years, there has been a demand for a bonding material containing no lead in the growing global environmental protection movement.
そこで、人体に対して有害である鉛を用いない各種接合材が開発され提案されており、このような接合材として、例えば錫やビスマス−銀、亜鉛−アルミニウム等を主成分とする各種はんだが採用されてきている。 Accordingly, various joining materials that do not use lead, which is harmful to the human body, have been developed and proposed. As such joining materials, for example, various solders mainly composed of tin, bismuth-silver, zinc-aluminum, and the like are used. Has been adopted.
なお、一般的に鉛を含有しない半田と言っても、不可避不純物としての鉛を含有していることは、周知の事実である。つまり、半田の原料の錫の中に不純物として鉛が0.01〜0.1質量%含まれており、ゼロにはできないため、鉛を意図的に加えておらず、鉛の含有率が0.1質量%未満である半田については、鉛を含んでいない半田と表現されるのが一般的であり、上記鉛を含有しない半田についても、0.1%未満の不可避不純物としての鉛は含まれているものである。
しかしながら錫や銀,亜鉛を含有した合金から成る半田は、温度が−55〜125℃の温度サイクル条件下での耐熱疲労性には優れた信頼性を示すものの、これらの半田の融点はいずれも225℃以下であるために、この半田を基体と蓋体とを気密に接合する接合材として使用した場合、電子装置を外部電気回路等に実装する際に250〜260℃の熱履歴が接合材に加わるため、接合材自体が溶融し、電子装置の気密性が破れるという問題点を有していた。 However, solders made of alloys containing tin, silver, and zinc show excellent reliability in heat fatigue resistance under temperature cycle conditions of −55 to 125 ° C., but the melting points of these solders are all When this solder is used as a bonding material for airtightly bonding the base body and the lid body because the temperature is 225 ° C. or lower, a thermal history of 250 to 260 ° C. is generated when the electronic device is mounted on an external electric circuit or the like. Therefore, the bonding material itself melts and the airtightness of the electronic device is broken.
また、ビスマス−銀合金を主成分とする半田は、−55〜125℃の温度サイクル条件下での耐熱疲労特性に劣り、気密信頼性に欠けるため、電子装置の気密接合用に用いるには不適当であるという問題点を有していた。 In addition, solder containing bismuth-silver alloy as a main component is inferior in heat-resistant fatigue characteristics under a temperature cycle condition of −55 to 125 ° C. and lacks hermetic reliability, so that it is not suitable for use in hermetic bonding of electronic devices. It had the problem of being appropriate.
さらに、亜鉛−アルミニウム合金を主成分とする半田は、空気中に放置した場合に腐食が進行しやすく、長期の気密信頼性に欠けるので、電子装置の気密接合用には、これもまた不適当であるという問題点があった。 Furthermore, since solder containing zinc-aluminum alloy as a main component tends to corrode when left in the air and lacks long-term airtight reliability, it is also inappropriate for airtight joining of electronic devices. There was a problem that.
従って、本発明はこのような従来の問題点に鑑み完成されたもので、その目的は、電子装置を外部電気回路等に実装する際に250〜260℃の熱履歴が加わっても電子装置の気密性が保持でき、さらに、鉛を含有しないため地球環境を汚染しない電子部品収納用パッケージ用の蓋体および電子装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been completed in view of such conventional problems, and the object of the present invention is to provide an electronic device with a thermal history of 250 to 260 ° C. when the electronic device is mounted on an external electric circuit or the like. An object of the present invention is to provide a lid for an electronic component storage package and an electronic device that can maintain airtightness and do not contaminate the global environment because it does not contain lead.
本発明の電子装置は、上面に形成された凹部の底面に電子部品の搭載部が形成された基体と、該基体の上面の前記凹部の周囲に全周にわたって形成されたメタライズ層と、該メタライズ層と蓋体の下面の外周部とを接合する、錫を主成分としニッケルを含有するとともに内周側よりも外周側がニッケルの含有率が低い半田層とを具備しており、前記蓋体が、板状体の下面の外周部に全周にわたって形成されたニッケル−コバルト合金からなる金属層と、該金属層の表面に全周にわたって形成された錫を主成分とする半田層とを具備していることを特徴とする。 An electronic device according to the present invention includes a base on which a mounting portion for an electronic component is formed on the bottom surface of a recess formed on the top surface, a metallization layer formed on the entire periphery of the recess on the top surface of the base, and the metallization. And a solder layer containing nickel as a main component and containing nickel and having a lower nickel content on the outer peripheral side than the inner peripheral side, joining the layer and the outer peripheral portion of the lower surface of the lid, A metal layer made of a nickel-cobalt alloy formed on the entire periphery of the lower surface of the plate-like body, and a solder layer mainly composed of tin formed on the entire surface of the metal layer. It is characterized by.
本発明における蓋体は、板状体の下面の外周部に全周にわたって形成されたニッケル−コバルト合金からなる金属層と、この金属層の表面に全周にわたって形成された錫を主成分とする半田層とを具備していることにより、電子部品を実装した電子部品収納用パッケージのメタライズ層と、蓋体の半田層とを加熱接合した場合に、半田層が溶融後、接合のピーク温度まで上昇する間、半田中に金属層が拡散する現象と、半田層が濡れ広がる現象が同時に進むこととなる。このとき、半田層は温度上昇に伴う電子部品収納用パッケージの内部のガスの熱膨張による内圧の上昇によって蓋体の外周よりも外側にもれ出るように押し出されるが、金属層が半田中に拡散した部分は半田の流動性が悪くなるため、蓋体の外周よりも外側に押し出される半田は、常にニッケルの含有率の低い半田となる。よって、半田の外周側、特にフィレットが形成される部分では半田中のニッケル含有率を低く維持することができ、錫が主成分である半田の持っている高い温度サイクル信頼性を良好に保持することができる。 Lid of the present invention, the lower surface of the nickel has been formed over the entire circumference on the outer periphery of the plate - as a main component and a metal layer made of cobalt alloy, tin formed over the entire circumference on the surface of the metal layer When the metallized layer of the electronic component storage package on which the electronic component is mounted and the solder layer of the lid are heat-bonded by the solder layer, the solder layer melts and reaches the peak bonding temperature. While rising, a phenomenon in which the metal layer diffuses into the solder and a phenomenon in which the solder layer wets and spreads simultaneously proceed. At this time, the solder layer is pushed out so as to protrude outward from the outer periphery of the lid due to the increase in internal pressure due to the thermal expansion of the gas inside the electronic component storage package accompanying the temperature rise, but the metal layer is in the solder. Since the diffused portion has poor solder fluidity, the solder pushed outside the outer periphery of the lid is always a solder with a low nickel content. Therefore, the nickel content in the solder can be kept low on the outer peripheral side of the solder, particularly in the part where the fillet is formed, and the high temperature cycle reliability possessed by the solder whose main component is tin is satisfactorily maintained. be able to.
また、内周側の半田はニッケルが長時間拡散することでニッケルの含有率が高くなり、半田中の錫と合金化することで半田の融点が上昇することから耐熱性が向上し、電子装置を外部電気回路等に実装する際に250〜260℃の熱履歴が加わっても電子装置の気密性を良好に保持できる。 Also, the solder on the inner peripheral side has a high nickel content due to the diffusion of nickel for a long time, and the melting point of the solder is increased by alloying with the tin in the solder, so the heat resistance is improved and the electronic device Even when a thermal history of 250 to 260 ° C. is applied when mounting the semiconductor device on an external electric circuit or the like, the airtightness of the electronic device can be maintained well.
本発明の電子装置は、上面に形成された凹部の底面に電子部品の搭載部が形成された基体と、基体の上面の凹部の周囲に全周にわたって形成されたメタライズ層と、メタライズ層と蓋体の下面の外周部とを接合する、錫を主成分としニッケルを含有するとともに内周側よりも外周側がニッケルの含有率が低い半田層とを具備しており、蓋体が上記本発明の蓋体であることにより、半田中のニッケル含有率を、半田の外周側で低く、内周側では高くすることができ、内周側の半田で電子装置を外部電気回路等に実装する際に250〜260℃の熱履歴が加わっても電子装置の気密性を良好に保持できる。また、外周側の半田で錫主成分の半田の持っている高い温度サイクル信頼性を良好に保持することができる。 An electronic device according to the present invention includes a base on which a mounting portion for an electronic component is formed on the bottom surface of a recess formed on the top surface, a metallization layer formed on the entire periphery of the recess on the top surface of the base, a metallization layer, and a lid A solder layer containing tin as a main component and containing nickel and having a lower nickel content than the inner peripheral side, and the lid body of the present invention. By being a lid, the nickel content in the solder can be low on the outer peripheral side of the solder and high on the inner peripheral side, and when mounting an electronic device on an external electric circuit or the like with the inner peripheral side solder Even if a heat history of 250 to 260 ° C. is applied, the airtightness of the electronic device can be maintained well. Further, the high temperature cycle reliability possessed by the solder composed mainly of tin can be satisfactorily maintained by the solder on the outer peripheral side.
次に、本発明における蓋体を添付の図面に基づいて詳細に説明する。 Next, the lid according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明における蓋体の実施の形態の一例を示す断面図であり、1は板状体、2は板状体1下面の外周部に全周にわたって形成されたニッケル−コバルト合金からなる金属層、3は金属層2の表面に全周にわたって形成された錫を主成分とする半田層である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a lid body according to the present invention. 1 is a plate-like body, 2 is a nickel-cobalt alloy formed on the outer circumference of the lower surface of the plate-
板状体1は、例えば42アロイのような鉄−ニッケル合金や、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属からなる。また、板状体1の下面の外周部の全周にわたってニッケル−コバルト合金からなる金属層2が形成されている。このような板状体1は、例えば、以下のようにして作製される。
The plate-
まず、金属製の母材を圧延等で必要な厚みまで薄板加工し、適宜な寸法の板材とする。そして、板材の所望の部位にのみめっきが形成されるようにするため、めっきが不要な部分にめっきレジストを従来周知のスクリーン印刷法等で印刷し、乾燥した後、これを電解ニッケル−コバルトめっきを行なうことにより、ニッケル−コバルトめっきからなる金属層2を形成する。なお、この電解ニッケル−コバルトめっきは、ニッケル溶液に適量のコバルトイオンを添加しためっき溶液を使用することで形成することができる。そして、電解ニッケル−コバルトめっきを行なった後に、レジストを剥離して、板状体1に対応した形状を有する打ち抜き金型等で、下面の外周部にめっきが形成された状態になるように位置合わせを行なって打ち抜くことによって下面の外周部に金属層2を有する板状体1が製作される。
First, a metal base material is thinned to a necessary thickness by rolling or the like to obtain a plate material having an appropriate size. Then, in order to form a plating only on a desired portion of the plate material, a plating resist is printed on a portion where plating is not required by a conventionally known screen printing method or the like, and after drying, this is subjected to electrolytic nickel-cobalt plating. To form a
なお、ニッケル−コバルト合金からなる金属層2は、その作製方法等により金属層2に他の成分等が含まれる場合があるが、ニッケルとコバルトの合計の質量が金属層2の90質量%以上を占めている場合は、本発明の効果を有するものであり、実質的にニッケル−コバルト合金とみなすことができる。
In addition, although the
また、金属層2におけるニッケル−コバルト合金のニッケルとコバルトの比率は、コバルトがニッケルに対して2〜10質量%含まれている場合に耐熱性の向上に最も効果がある。コバルトがニッケルに対して2質量%未満しか含まれない場合は、半田層3へのニッケルの拡散が遅くなるため、耐熱性を向上させるための接合条件として、加熱溶融時間を延長させることになり生産性が低下する傾向があり、コバルトがニッケルに対して10質量%を超えて含まれる場合は、ニッケルの拡散が早くなるため、接合の作業条件範囲が狭くなり、作業性が悪くなる傾向がある。
Moreover, the ratio of nickel and cobalt of the nickel-cobalt alloy in the
また、金属層2の表面には、全周にわたって錫を主成分とする半田層3が形成されている。半田層3は錫−銀合金や、錫−銀−銅合金等の錫を主成分とする半田からなり、例えば、錫−銀共晶半田(錫96.5質量%、および銀3.5質量%の組成である)であれば、例えば以下のようにして作製する。
A
まず、るつぼで、錫と銀を96.5:3.5の質量比率で配合し加熱して溶融半田とする。次に溶融した半田を窒素雰囲気中に霧状にスプレーすることにより、酸化のない微小な半田粒子を作製する。これを、適宜な寸法のメッシュを通過させることで、一定の粒径毎にそろえる。そして用途に応じて、適切な粒径の半田粒子を、松脂やチクソ剤、溶剤等を混ぜたフラックスと混合することでクリーム半田を作製する。さらに、このクリーム半田を、板状体1の金属層2の表面に全周にわたってスクリーン印刷法等で印刷し、その後窒素中で加熱しリフローし、最後に、フラックスを溶剤等で洗浄することによって、半田層3を形成する。
First, in a crucible, tin and silver are mixed at a mass ratio of 96.5: 3.5 and heated to obtain molten solder. Next, the melted solder is sprayed in the form of a mist in a nitrogen atmosphere to produce fine solder particles without oxidation. By passing this through a mesh of an appropriate size, it is aligned for every fixed particle size. And according to a use, a solder paste of an appropriate particle diameter is mixed with the flux which mixed pine resin, a thixotropic agent, a solvent, etc., and cream solder is produced. Further, this cream solder is printed on the surface of the
なお、錫を主成分とする半田とは、少なくとも、錫の含有率が60質量%以上含有している半田のことを言い、上記錫−銀共晶半田以外に例えば錫−銀−銅半田(錫95.75質量%、銀3.5質量%、銅0.75質量%)や、錫−銀−銅−ビスマス半田(錫94.95質量%、銀3.5質量%、銅0.75質量%、ビスマス0.8質量%)等があり、表示されている組成以外にも、通常、アンチモン、鉛等の、不可避不純物が微量含まれている。 The solder containing tin as a main component means a solder containing at least 60% by mass of tin, and other than the tin-silver eutectic solder, for example, tin-silver-copper solder ( Tin 95.75 mass%, silver 3.5 mass%, copper 0.75 mass%), tin-silver-copper-bismuth solder (tin 94.95 mass%, silver 3.5 mass%, copper 0.75) Mass%, bismuth 0.8 mass%) and the like, and in addition to the indicated composition, usually, trace amounts of inevitable impurities such as antimony and lead are included.
次に、本発明の電子装置を添付の図面に基づいて詳細に説明する。図2は、本発明の電子装置の実施の形態の一例を示す断面図であり、図3はその要部拡大断面図である。 Next, an electronic device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of the electronic device according to the present invention, and FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part thereof.
5は電子部品が搭載される搭載部、6は搭載部5が形成された基体、7は基体6の上面の外周部に全周にわたって形成されたメタライズ層、3’はメタライズ層7の上面に全周にわたって被着された錫を主成分としニッケルを含有した半田層、8は電子部品収納用パッケージである。そして、9は基体6の搭載部5に搭載された電子部品、1は搭載部5を塞ぐように基体6の上面に半田層3’を介して取着された板状体であり、10は電子部品9と基体6のメタライズ配線層(図示せず)とを接続するボンディングワイヤである。
5 is a mounting portion on which electronic components are mounted, 6 is a base on which the mounting
基体6は、その上面の中央部に電子部品9を収容するための凹部が設けられており、電子部品9はこの凹部の底面にガラスや樹脂,ろう材等の接着剤を介して接着固定される。
The
また、基体6の凹部の内面から基体6の外面にかけて、複数のメタライズ配線層(図示せず)が被着形成されており、このメタライズ配線層の基体6の凹部の内面に位置する一端には電子部品9の各電極がボンディングワイヤ10を介して電気的に接続され、また、メタライズ配線層の基体6の外面に導出された部位には外部電気回路(図示せず)が電気的に接続される。
Further, a plurality of metallized wiring layers (not shown) are deposited from the inner surface of the recess of the
基体6は、酸化アルミニウムやムライト,窒化アルミニウム,炭化珪素,ガラスセラミックス等を主成分とする焼結体等の電気絶縁材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合は、先ず、アルミナ(Al2O3)やシリカ(SiO2),カルシア(CaO),マグネシア(MgO)等の原料粉末に適当な有機溶剤,溶媒を添加混合して泥漿状と成し、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用してシート状に成形してセラミックグリーンシートを得、その後、セラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに複数枚積層し、約1600℃の温度で焼成することにより製作される。
The
また、基体6の上面の凹部の周囲に全周にわたって形成された枠状のメタライズ層7およびメタライズ配線層は、タングステンやモリブデン,マンガン等の高融点金属から成り、これらの粉末に有機溶剤,溶媒を添加混合した金属ペーストをそれぞれセラミックグリーンシートの所定位置に従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに被着形成させておき、セラミックグリーンシートと同時に焼成することにより形成される。なお、枠状のメタライズ層7には、その表面にニッケルやニッケル−コバルト合金、金等をめっき法等により被着させておくと良い。これにより、封止時の耐熱性向上とメタライズ層7の酸化防止層とすることができる。
Further, the frame-like metallized layer 7 and the metallized wiring layer formed around the concave portion on the upper surface of the
そして、基体6の上面の凹部の周囲に形成されたメタライズ層7上に、本発明の蓋体4が半田層3をメタライズ層7に当接させて載置され、加熱により半田層3が溶融することにより、板状体1と基体6とが接合される。このとき半田層3は内周側に比べ、外周側のニッケルの含有率が低い半田層3’となる。
Then, the lid 4 of the present invention is placed on the metallized layer 7 formed around the recess on the upper surface of the
すなわちこの半田層3’は、下地の金属層2と、メタライズ層7とを接合する際に板状体1の下面の外周部に被着していた半田層3が溶融し、この溶融した半田3に、金属層2からニッケルが拡散されて成るものである。そして、接合後の半田層3’のニッケル濃度は、外周側が内周側より低くなっており、それによって、耐熱性、温度サイクルの信頼性の優れた電子装置となる。
That is, the
なお、半田層3’は、内周端から半田層3’の幅の1/4までの部位のニッケル濃度(以下、内周側のニッケル濃度という)は、0.1〜20質量%の範囲が望ましく、外周端から半田層3’の幅の1/4までの部位のニッケル濃度(以下、外周側のニッケル濃度という)は、0.05〜3質量%の範囲が望ましい。
In the
内周側のニッケル濃度が0.1質量%未満の場合、半田層3’の融点上昇が小さくなり、耐熱性が低下する傾向があり、内周側のニッケル濃度が20質量%を超える場合、半田層3’がもろくなり、温度サイクル信頼性が低下する傾向がある。
When the nickel concentration on the inner peripheral side is less than 0.1% by mass, the increase in the melting point of the
また、外周側のニッケル濃度が0.05質量%未満の場合は、半田が柔らかいために強度が低下する傾向があり、外周側のニッケル濃度が3質量%を超える場合、半田層3’の流れ性が低下するため、シール性が低下する傾向がある。
Further, when the nickel concentration on the outer peripheral side is less than 0.05% by mass, the strength tends to decrease because the solder is soft, and when the nickel concentration on the outer peripheral side exceeds 3% by mass, the flow of the
また、半田層3’の内周側のニッケル濃度に対する外周側のニッケル濃度の比率は、10〜50%の範囲が望ましい。半田層3’の内周側のニッケル濃度に対する外周側のニッケル濃度が10%未満になると、内周側と外周側の組成の違いが大きいために、強度が低下しやすい傾向があり、50%を超えると、半田層3’の流れ性が低下するため、シール性が低下する傾向がある。
The ratio of the nickel concentration on the outer peripheral side to the nickel concentration on the inner peripheral side of the
蓋体4は、図1では、金属層2が板状体1の下面外周部のみに全周にわたって形成されており、半田層3は、金属層2の表面の内周側に全周にわたって形成されているが、半田層3が金属層2を介して板状体1の下面の外周側に被着している構成の蓋体4であれば、図1で示される金属層2や半田層3の形状とは異なっていても図1の蓋体4と同様の効果がある。
In FIG. 1, the lid 4 has the
例えば、図4(b)に示すように、金属層2が板状体1の下面の外周部に板状体1の下面の外周端との間に隙間を開けて全周にわたって形成されており、半田層3は、金属層2の表面に全周にわたって形成されていても良い。また、図4(c)に示すように、金属層2が板状体1の下面の外周端との間に隙間を開けて板状体1の下面の全面に形成されており、半田層3は、金属層2の表面の外周部に全周にわたって形成されていても良い。
For example, as shown in FIG. 4B, the
また、図4(d)に示すように、金属層2が板状体1の下面全面に形成されており、半田層3は、金属層2の表面の外周側に全周にわたって形成されていても良い。また、図4(e)に示すように、金属層2が板状体1の上下面全面で形成されており、半田層3は、板状体1の下面側の金属層2の表面の外周側に全周にわたって形成されていても良い。また、図4(f)に示すように、金属層2が板状体1の側面を含めた全面に形成されており、半田層3は、板状体1の下面側の金属層2の表面の外周側に全周にわたって形成されていても良い。
4D, the
また、通常は、金属層2を形成する際に金属層2を形成させない部分に塗布されるレジストは後工程で剥離されるが、これを残した状態で製品としても良い。これにより、レジスト層を半田層3の広がり防止のための保護膜として使用させることができる。また、金属層2表面からの金属粒子の脱落防止のために金属層2の表面に後からさらにレジストを追加形成しても良い。
Usually, when the
また、本例では、板状体1は42アロイのような鉄−ニッケル合金や、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属としているが、電子部品収納用パッケージ8の熱膨張と極端に熱膨張が異ならず、表面に金属層2を形成できる物質であれば、金属である必要はない。例えば、アルミナ等のセラミックスであっても良い。
In this example, the plate-
本発明における蓋体4および電子装置の実施例を以下に説明する。 Examples of the lid 4 and the electronic device according to the present invention will be described below.
図4(a)〜(f)に示されるような、金属層2の形態を変更して蓋体4を以下のような方法で作製し、電子部品収納用パッケージ8に封止して、耐熱テストおよび温度サイクルテストに投入して、評価、判定を行なった。その結果を表1に示す。
なお、電子装置の評価、判定については、電子部品収納用パッケージ8に蓋体を接合し、封止した製品が、耐熱テストや、温度サイクルテスト後に気密性を満足しているかどうかを確認することで、電子部品9の動作の確認の代替評価とし、判定を行なった。表の数字は、評価したサンプルの数に対する不良品の数を示す。 For evaluation and determination of electronic devices, a lid is bonded to the electronic component storage package 8 and it is confirmed whether the sealed product satisfies the airtightness after the heat resistance test or the temperature cycle test. Thus, the determination was made as an alternative evaluation for confirming the operation of the electronic component 9. The numbers in the table indicate the number of defective products relative to the number of samples evaluated.
具体的なサンプル作製方法を以下に示す。なお、サンプルa〜fは図4(a)〜(f)の各種構成に対応するものである。サンプルa〜cは以下のようにして作製した。150mm角で厚み0.15mmの42アロイ板を用意し、レジストを42アロイ板の上面の全面に印刷した後、下面には各サンプル形状に応じてレジストを形成した。これにニッケル−コバルト合金から成る金属層2をめっきにより2〜5μmの厚みで形成した。その後レジストを除去し、そして4.5mm角の打ち抜き金型により、上記めっき加工した42アロイ板を打ち抜くことで、金属層2が形成された板状体1とした。
A specific sample preparation method is shown below. Samples a to f correspond to the various configurations shown in FIGS. Samples a to c were prepared as follows. A 42 alloy plate having a 150 mm square and a thickness of 0.15 mm was prepared, and a resist was printed on the entire upper surface of the 42 alloy plate, and then a resist was formed on the lower surface according to each sample shape. A
次に、位置決め冶具に金属層2が形成された板状体1を整列し、スクリーン印刷で金属層2の所定位置に96.5質量%の錫および3.5質量%の銀の組成の共晶半田クリーム(「OZ−220半田クリーム」千住金属工業(株)社製)をスクリーン印刷した。このスクリーン印刷したものを窒素雰囲気中でリフローし、フラックスを溶剤で洗浄し、乾燥することで、サンプルa〜cの蓋体4を作製した。
Next, the plate-
サンプルdは、レジストを上記42アロイ板の上面の全面に印刷した後、下面にはレジスト印刷をせず、それ以後の工程は上記サンプルa〜cと同様にして蓋体4を作製した。 In sample d, after a resist was printed on the entire upper surface of the 42 alloy plate, resist printing was not performed on the lower surface, and the lid 4 was prepared in the same manner as the samples a to c in the subsequent steps.
サンプルeは、両面ともにレジストを上記42アロイ板に印刷せず、それ以後の工程は上記サンプルa〜cと同様にして蓋体4を作製した。 For sample e, the resist was not printed on the 42 alloy plate on both sides, and the lid 4 was prepared in the same manner as the samples a to c in the subsequent steps.
サンプルfは、以下のようにして作製した。上記42アロイ板を打ち抜き金型で打ち抜き、これにニッケル−コバルト合金から成る金属層2をめっきにより2〜5μmの厚みで形成した。これを位置決め冶具に整列し、それ以降は上記サンプルa〜cと同様にして蓋体4を作製した。
Sample f was produced as follows. The 42 alloy plate was punched with a punching die, and a
比較例としてのサンプルgは以下のようにして作製した。上記42アロイ板を打ち抜き金型で打ち抜き、そしてニッケル−コバルトめっきを形成せずに、位置決め冶具に整列し、それ以降は上記サンプルa〜cと同様にして蓋体4を作製した。 Sample g as a comparative example was produced as follows. The 42 alloy plate was punched with a punching die, and aligned with a positioning jig without forming nickel-cobalt plating. Thereafter, the lid 4 was produced in the same manner as the samples a to c.
比較例としてのサンプルhは、半田印刷前までは、サンプルgと同様にして作製した。そして、位置決め冶具に整列し、スクリーン印刷機を用い、42アロイ板の所定位置に96.4質量%の錫、3.5質量%の銀および0.1質量%のニッケルの組成の半田クリームをスクリーン印刷した。リフロー以降は上記サンプルa〜cと同様にして蓋体4を作製した。 Sample h as a comparative example was produced in the same manner as sample g until before solder printing. Then, align with the positioning jig, and use a screen printing machine to place a solder cream with a composition of 96.4% by mass of tin, 3.5% by mass of silver and 0.1% by mass of nickel at a predetermined position of the 42 alloy plate. Screen printed. After the reflow, the lid 4 was produced in the same manner as the samples a to c.
評価で使用する電子部品収納用パッケージ8として、酸化アルミニウム質焼結体製で、外形寸法が5.0mm角で、電子部品の搭載部5の上面寸法が3.6mm角であり、搭載部5の周囲に全周にわたって金めっき仕上げのメタライズ層7を持つ電子部品収納用パッケージ8を準備した。
The electronic component storage package 8 used in the evaluation is made of an aluminum oxide sintered body, the outer dimension is 5.0 mm square, the upper surface dimension of the electronic
蓋体4のサンプルa〜hをそれぞれ電子部品収納用パッケージ8の上面にメタライズ層7と、蓋体4のサンプルの下面の外周部の半田部3とが接するように重ねあわせ、クリップで挟んで荷重を加え、ピーク温度が280℃となるように窒素雰囲気中で加熱することで、評価用の封止サンプルとした。そして、予め、各評価用の封止サンプルのリークテストを行うことで、初期の気密性が確保されているかどうかを確認した。
The samples a to h of the lid 4 are overlapped so that the metallized layer 7 and the
リークテストは、MIL−Standard 883に従い、グロスリークテストとヘリウムリークテストとによって行なった。具体的には以下のように試験および判定を行なった。グロスリークテストでは、封止サンプルを加圧できる容器に入れ5×105Paの圧力のヘリウムガスで1時間加圧し、取出した後、(「グロスリークテスター」住友3M(株)社製)を使用し、125℃±5℃の(「フロリナート FC−40」住友3M(株)社製)中に各封止サンプルを浸漬して1分以内に連続気泡の発生しないものを合格とし、浸漬して1分以内に連続気泡の発生したものを不合格とする目視判定を行なった。 The leak test was performed by a gross leak test and a helium leak test according to MIL-Standard 883. Specifically, tests and determinations were performed as follows. In the gross leak test, the sealed sample is placed in a pressurizable container, pressurized with helium gas at a pressure of 5 × 10 5 Pa for 1 hour, and taken out (“Gloss leak tester” manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd.). Use each sealed sample in 125 ° C ± 5 ° C ("Fluorinert FC-40" manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd.). Visual determination was made to reject those that had open bubbles within 1 minute.
また、ヘリウムリークテストは、封止サンプルを容器に入れ5×105Paの圧力のヘリウムガスで1時間加圧し、取出し後に常圧の大気中に30分放置した後、へリウムリーク試験機(「HELIUM LEAK DETECTOR HELIOT、MODEL−305」(株)ULVAC社製)で、リークするヘリウム量を測定した。ヘリウムのリーク量が1×10−9Pa・m3/sec以下を合格とし、1×10−9Pa・m3/secを超えたものを不合格とした。グロスリークテスト、ヘリウムリークテスト共に合格したものを良品とし、良品のみを評価テストに投入した。 In the helium leak test, a sealed sample is put in a container, pressurized with helium gas at a pressure of 5 × 10 5 Pa for 1 hour, and after taking out, left in atmospheric pressure for 30 minutes, a helium leak tester (“ The amount of helium leaking was measured with a HELIUM LEAK DETECTOR HELIOT, MODEL-305 (manufactured by ULVAC). A helium leak amount of 1 × 10 −9 Pa · m 3 / sec or less was accepted, and those exceeding 1 × 10 −9 Pa · m 3 / sec were rejected. The products that passed both the gross leak test and the helium leak test were regarded as non-defective products, and only non-defective products were put into the evaluation test.
サンプルa〜hの評価サンプルを260℃の耐熱性テストに投入した。260℃の耐熱性テストは、260℃のヒーターブロック上に評価用サンプルを蓋体4がヒーターブロックに接するように置き、1分間放置し、その後室温の金属製トレー上で5分間放置し、室温まで冷却する。この加熱と冷却を5回繰り返すことを260℃の耐熱テストとした。260℃の耐熱性テスト後のリークテストで気密性を確認した結果、サンプルg、hでリーク不良が発生した。
Evaluation samples of samples a to h were put into a heat resistance test at 260 ° C. In the heat resistance test at 260 ° C., the sample for evaluation was placed on the heater block at 260 ° C. so that the lid 4 was in contact with the heater block, left for 1 minute, and then left on a metal tray at room temperature for 5 minutes. Allow to cool. Repeating this heating and
引き続いて温度サイクルテストに投入した。温度サイクルテストは、MIL−Standard 883に準じてテストを行なった。条件は、気相中で−55℃の低温槽で30分放置後、125℃の高温槽に移動させ30分放置することを1サイクルとし、これを所定のサイクル数繰り返すことを温度サイクルテストとした。温度サイクルテストを250サイクル行った後にリークテストを行ない、気密性を確認した。合格したものは、引き続き500サイクルまで温度サイクルテストに投入し、終了後同様にリークテストで、気密性を確認した。確認の結果、温度サイクルテストでの不良は発生しなかった。 Subsequently, it was put into a temperature cycle test. The temperature cycle test was performed according to MIL-Standard 883. The condition is that it is left in a low temperature bath of −55 ° C. for 30 minutes in the gas phase, then moved to a high temperature bath of 125 ° C. and left for 30 minutes as one cycle, and this is repeated a predetermined number of cycles as a temperature cycle test. did. After 250 cycles of the temperature cycle test, a leak test was performed to confirm airtightness. Those that passed the test were continuously put into a temperature cycle test up to 500 cycles, and after completion, the leak test was performed to confirm the airtightness. As a result of the confirmation, no defect occurred in the temperature cycle test.
以上の結果から、同じ組成の半田を使用して蓋体4を構成したサンプルa〜gを使用して電子部品収納用パッケージ8を封止したサンプルにおいて、金属層2が半田層3の被着領域に無い比較サンプルgでリーク不良が発生しているのに対し、金属層2が半田層3の被着している領域全面にある本発明の形態のサンプルa〜fでは不良が発生していないことから、本発明における蓋体4が優れた耐熱性を有していることが判る。
From the above results, the
また、本発明のサンプルa〜fと比較サンプルhを使用して電子部品収納用パッケージ8を封止したサンプルを比較してみると、比較サンプルhは、金属層2は無く、あらかじめニッケルを均一に含有している半田を使用したものであり、封止サンプルの半田層3’では封止サンプル中のはんだ層3’の全ての部分に均一にニッケルが含有された状態になっている。
Further, when comparing the samples a to f of the present invention and the sample in which the electronic component storage package 8 is sealed using the comparative sample h, the comparative sample h does not have the
この、比較サンプルhのニッケルを含んだ半田は、半田の流動性が悪いために、封止時に十分に接合強度が確保できないことで、耐熱性が不十分となる。つまり、金属層2が電子部品収納用パッケージ8と蓋体4との接合時に半田層3に徐々に拡散することで、本発明の蓋体4の半田層3は、接合時は流動性を持ち、ニッケル濃度の低い半田が外周側に流れ出るため、半田の流動性が良く、その後ニッケルの拡散により内周側の耐熱性が高くなることで、耐熱性に優れた電子装置となるため、電子装置の半田層3’の外側の半田中のニッケル濃度が、内側の半田中のニッケル濃度より低いことが重要である。
Since the solder containing the nickel of the comparative sample h has poor fluidity of the solder, heat resistance is insufficient because sufficient bonding strength cannot be secured at the time of sealing. That is, the
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更を行うことは何等差し支えない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment and examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、上述の実施の形態では、金属層2の形成方法として、めっき法を使用したが、真空中で金属原子を蒸発させる蒸着法や、機械的圧力によって金属同士を接着するクラッド加工法等で形成しても良く、また、半田層3の形成方法として、クリーム半田を用いてのプリント、リフロー法を使用したが、金属層2と同様のめっき法や、クラッド加工法、半田を溶融させた槽に超音波をかけながら金属板を浸漬することで表面に半田層を形成させる溶融コート法等で形成しても良い。
For example, in the above-described embodiment, the plating method is used as a method for forming the
また、例えば、上述の実施の形態では、基体6に凹部を形成し、平板状の蓋体4を封着した電子装置としたが、平板状の基体6と下面の電子部品9の搭載部5に対向する部位に凹部を設けた蓋体4を封止した形態としてもよい。
Further, for example, in the above-described embodiment, an electronic device in which a recess is formed in the
また本発明は、電子部品9として、圧電振動子や弾性表面波素子、弾性バルク波素子等の電子部品9を収納した電子装置、加速度センサーや角速度センサー等のセンサー部品を収容した電子装置や、MPU(Micro Processor Unit)等の半導体装置にも適用可能である。 In addition, the present invention provides an electronic device containing an electronic component 9 such as a piezoelectric vibrator, a surface acoustic wave element, or an elastic bulk wave element as an electronic component 9, an electronic device containing a sensor component such as an acceleration sensor or an angular velocity sensor, The present invention can also be applied to a semiconductor device such as an MPU (Micro Processor Unit).
1:板状体
2:金属層
3:半田層
4:蓋体
5:搭載部
6:基体
7:メタライズ層
9:電子部品
1: Plate-like body 2: Metal layer 3: Solder layer 4: Lid body 5: Mounting portion 6: Substrate 7: Metallized layer 9: Electronic component
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