JP3850787B2

JP3850787B2 - Electronic component package, its lid, lid for the lid, and method for manufacturing the lid

Info

Publication number: JP3850787B2
Application number: JP2002321949A
Authority: JP
Inventors: 和弘塩見; 雅昭石尾
Original assignee: Daishinku Corp; Neomax Materials Co Ltd
Current assignee: Daishinku Corp; Proterial Metals Ltd
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2022-11-06
Also published as: JP2003209197A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、電子部品を収納するケースの開口部が蓋体によって封止された電子部品用パッケージ、その蓋体およびその素材となる蓋材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、圧電振動子などの種々の電子部品を収納するパッケージは、特開２０００−３９７３号公報（特許文献１）に開示されているように、電子部品を収納するための凹部が上面に開口するように形成されたケースと、前記凹部を密閉すべく前記ケースの開口部を塞ぐようにケースの開口外周部にろう接された蓋体とを備えている。
【０００３】
前記ケースは、アルミナや窒化アルミニウムなどのセラミックスを主材として形成されている。一方、前記蓋体は、Ｆｅ−２９％Ｎｉ−１７％Ｃｏ合金（商品名：コバール）などの低熱膨張金属で形成された基材層と、前記基材層の一方の表面に積層された、金属ろう材によって形成されたろう材層とを備えている。前記金属ろう材としては、主として銀を主成分とする銀ろう合金が用いられる。
【０００４】
前記ケースの開口部に前記蓋体をろう接する手段としては、特許文献１に開示されているように、シーム溶接が適用される場合がある。シーム溶接は、真空中で実施する必要が無く、比較的簡単な設備で、効率良くろう接を行うことができる。ろう接の他の手段として、ケースに重ね合わせた蓋体の外周部にその背面（外面）から電子ビームを照射して、ろう材層を溶融させて接合する電子ビーム溶接も適用することができる。
【０００５】
また、電子部品用パッケージの関連技術として、特開平３−２８３５４９号公報（特許文献２）には、窒化アルミニウム基板とコバール等の低熱膨張金属で形成されたキャップまたはキャップ取付け用金具との間に銅箔を介在させて、前記基板と銅箔、銅箔とキャップ等とをろう付けした電子部品用パッケージが開示されている。
また、特開２０００−１６４７４６号公報（特許文献３）には、電子部品用パッケージの蓋体用蓋材として、基材層に拡散接合したＮｉ基金属層にろう材層を圧接し、前記Ｎｉ基金属層における最大最小厚さ比を所定の値に規定したものが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３９７３号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開平３−２８３５４９号公報（特許請求の範囲）
【特許文献１】
特開２０００−１６４７４６号公報（特許請求の範囲）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、電子部品の低背化、小型化に伴って、そのパッケージもより一層の低背化、小型化が望まれている。このため、蓋体の厚さが薄くなり、またケース自体も小型化され、これに伴ってセラミックスで形成されたケースの電子部品収容用凹部の周りの壁部も薄肉化されている。
このような状況の下で、蓋体をケースにろう接すると、銀ろう合金の融点が７８０℃程度と比較的高温であるため、特許文献１の技術では、ケースを形成するセラミックスと蓋体の基材層を形成する低熱膨張金属との熱膨張率差により、ろう材の冷却過程でケースの壁部に大きな熱応力が発生し、この応力によりクラックが発生し、気密性が低下するという問題がある。このような問題は、シーム溶接の場合に限らず、電子ビーム溶接においても同様である。
【０００８】
また、特許文献２に開示された技術では、銅箔をキャップまたはキャップ取付け金具の変形吸収材として使用しているが、その好ましい厚さが０．１〜２．０mmと記載されており、厚い領域ではそれ自体の熱変形が大きいため、板状の基板の割れ防止には効果があるかもしれないが、小型化されたケースの薄肉壁部の割れ防止には十分な効果が得られない。また、銅泊は基板およびキャップ等の両側にろう付けすることが記載されており、ろう付け作業性が非常に悪く、引いてはパッケージの生産性も低い。
【０００９】
一方、特許文献３に開示された技術では、Ｎｉ基金属層とろう材とは積層されているが、圧接されているだけであり、拡散接合されていないため、ろう材として銀ろう合金のような、冷間圧接性の良くない硬ろうを用いる場合には両層の接合性に問題がある。また、両層を圧接後に拡散焼鈍するとしても、拡散焼鈍の際に問題となるボイドの発生について全く開示、示唆されていない。
【００１０】
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、電子部品用パッケージのケースに蓋体をろう接する際に、ケースに生じる熱応力を緩和することができ、引いてはケースに割れが生じ難く、またろう接作業性に優れた電子部品用パッケージの蓋体、その素材となる蓋材およびその蓋材の製造方法を提供すること、さらに前記蓋体によって封止された、気密性に優れた電子部品用パッケージを提供することを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による蓋材は、電子部品を収納するための収納スペースが表面に開口するように形成されたケースの開口外周部に局部加熱によって溶着される蓋体用の蓋材であって、３０〜３００℃における熱膨張率が４．０×１０ ^-6 から５．５×１０^-6／℃である低熱膨張金属によって形成された基材層と、この基材層の一方の表面に積層され、銅含有量が９９．９mass％以上で、酸素含有量が０．０５mass％以下の無酸素純銅よって形成された中間金属層と、この中間金属層に積層され、銀を主成分とする銀ろう合金によって形成されたろう材層とを備える。前記中間金属層とろう材層とは互いに圧接かつ拡散接合されており、前記ろう材層はその外表面において観察される膨れ部の面積割合が０．１％以下とされる。
【００１２】
この蓋材によると、前記基材層に積層された中間金属層とろう材層とは圧接かつ拡散接合されているので、ろう接作業に際して、ろう材を別途準備する必要がないため、ろう接作業性に優れる。また、圧接の際の圧下率を調節するだけで、中間金属層を容易に薄く形成することができる。
また、前記中間金属層は所定の無酸素純銅によって形成されているので、蓋材から製作した蓋体をケースの開口外周部にろう接する際、ケースと基材層との熱膨張率の差に起因して基材層がケースに対して変形しても、中間金属層が容易に塑性変形する。このため、基材層の変形に伴ってケースに発生する熱応力を抑制することができ、引いてはケースの壁部に生じる割れを防止することができる。
さらに、前記中間金属層とろう材層とは圧接かつ拡散接合されているにもかかわらず、その間にボイドが実質的に介在しない。このため、蓋体のろう接の際に、シーム溶接や電子ビーム溶接などのごく短時間の局部加熱（蓋体周縁部への加熱）によっても、基材層にて発生したジュール熱あるいは基材層に付与された熱を中間金属層を介してろう材層に速やかに伝達することができる。従って、ろう材層を確実に溶融させることができ、ろう接による接合性に優れる。かかる効果は、前記中間金属層を薄く形成しておくことで一層促進される。
また、上記のとおり、前記中間金属層とろう材層との間にはボイドが実質的に介在しないため、蓋材は打ち抜き加工性に優れ、小さいサイズの蓋体であっても、寸法精度の高い蓋体を打ち抜き加工によって容易に製作することができ、生産性に優れる。
【００１３】
前記蓋材において、前記中間金属層の材料として、銅含有量が９９．９mass％以上の純銅であって、特に酸素含有量が０．０５mass％以下の無酸素銅が用いられる。純銅は熱伝導性が良好であり、また耐力が低く、塑性変形性に富む。純銅中の不純物が増加すると硬くなり、熱応力を緩和する効果が減少するので、不純物は０．１mass％以下に止める。また、酸素含有量が増加すると熱伝導率が低下し、また中間金属層とろう材層との拡散焼鈍の際にボイドが発生し易くなるので、酸素含有量は０．０５mass％以下に止める。なお、「耐力」とは０．２％の永久伸びを起こすときの応力を意味する。
【００１４】
また、前記蓋材において、前記中間金属層はその厚さを１０〜２００μm （１０μm 以上、２００μm 以下）とすることが好ましく、１０μm 以上、１００μm 未満とすることがより好ましい。１０μm 未満では、塑性変形量を十分取ることができないため、基材層の変形に追随して変形することが難くなり、ケースに発生する熱応力を軽減する効果が過少となる。一方、２００μm を超えると、中間金属層自体の熱変形が無視できないようになり、ケースに発生する熱応力を軽減することができないようになる。
【００１５】
また、前記蓋材において、基材層の他方の表面に純ニッケルあるいはニッケルを主成分とするニッケル合金からなるニッケル基金属で形成されたニッケル基金属層を接合することによって、基材層の外表面の耐食性を向上させることができ、引いては蓋材、蓋材から加工した蓋体さらにはこれによって封止された電子部品用パッケージの汚損を防止することができる。また、ニッケル基金属層は基材層と中間金属層との熱膨張率の相違によって発生する反りを抑制する効果も有する。
【００１６】
本発明による蓋材の製造方法は、電子部品を収納するための収納スペースが表面に開口するように形成されたケースの開口外周部に局部加熱によって溶着される蓋体用の蓋材の製造方法であって、３０〜３００℃における熱膨張率が４．０×１０ ^-6 から５．５×１０^-6／℃である低熱膨張金属によって形成された基材層の一方の表面に銅含有量が９９．９mass％以上で、酸素含有量が０．０５mass％以下の無酸素純銅によって形成された中間金属層が積層された中間金属層積層体を準備する準備工程と、前記中間金属層積層体の中間金属層に銀を主成分とする銀ろう合金によって形成されたろう材層を圧接してろう材層圧接体を得る圧接工程と、前記ろう材層圧接体に拡散焼鈍を施して前記中間金属層とろう材層とが互いに拡散接合された蓋材を製造する拡散焼鈍工程とを有する。前記圧接工程において圧接の際の圧下率は５０〜８０％（５０％以上、８０％以下）とされ、前記焼鈍工程において焼鈍温度は３８０〜５９０℃（３８０℃以上、５９０℃以下）とされる。かかる製造方法によって、中間金属層とろう材層との間にボイドの発生を実質的に無視することができるレベルにまで低減することができる。
【００１７】
この製造方法においても、ろう材層圧接体の中間金属層の平均厚さは好ましくは１０〜２００μm 、より好ましくは１０μm 以上、１００μm 未満とするのがよい。また、前記中間金属層積層体は基材層の他方の表面に純ニッケルあるいはニッケルを主成分とするニッケル合金からなるニッケル基金属で形成されたニッケル基金属層を積層形成しておくことが好ましい。
【００１８】
本発明による電子部品用パッケージは、電子部品を収納するための収納スペースが表面に開口するように形成されたケースと、このケースの開口部を覆うようにその開口外周部に局部加熱によって溶着された蓋体とを備える。前記蓋体は前記蓋材から、例えば打ち抜き加工によって、加工されたものである。
【００１９】
この電子部品用パッケージによると、蓋体のケースへのろう接に際し、前記中間金属層によってろう材層の溶融を速やかに行いつつ、前記ケースにかかる熱応力を抑制して蓋体とケースとをろう接することができる。このため、ケースの割れや接合不良を防止することができ、優れた気密性を得ることができる。また、蓋体のケースへのろう接に際し、ろう材を別途準備する必要がないため、ろう接作業性、生産性に優れる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施形態にかかる蓋材の基本構造を図１を参照して説明する。この蓋材１は、基材層２の一方の表面（図例では上面）にニッケル基金属層５が、他方の表面（図例では下面）に中間金属層３がそれぞれ圧接かつ拡散接合され、また前記中間金属層３の表面にろう材層４が圧接かつ拡散接合されている。
【００２１】
前記基材層２は、純鉄（純Ｆｅ）の耐力（２００Ｎ／mm²）以上の耐力を有し、３０〜３００℃における熱膨張率が４．０×１０ ^-6 から５．５×１０^-6／℃である低熱膨張金属によって形成されている。このような低熱膨張金属としては、例えば、Ｆｅ−４２mass％Ｎｉ合金などのニッケル（Ｎｉ）を３６〜５０mass％含有したＦｅ−Ｎｉ合金、またコバール（商品名）などのＮｉを２０〜３０mass％、コバルト（Ｃｏ）を１〜２０mass％含有したＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金が好適である。
【００２２】
前記ニッケル基金属層５は蓋材１の外表面の耐食性を向上させるものであり、純ニッケルや、Ｎｉを５０wt％以上含有するＣｕ−Ｎｉ合金などのＮｉを主成分としたニッケル合金からなるニッケル基金属によって形成される。前記ニッケル基金属は前記基材層２との圧接性、拡散接合性も良好である。もっとも、このニッケル基金属層３は必要により形成すればよく、必ずしも必要とするものではない。
【００２３】
前記中間金属層３は、Ｃｕ含有量が９９．９ mass ％以上、酸素含有量が０．０５ mass ％以下、好ましくは０．０１ mass ％以下の無酸素純銅で形成される。Ｃｕ含有量が９９．９％未満になると、不純物の種類にもよるが、総じて硬くなり易く、ろう材層４を溶融した後の冷却過程で基材層２の変形に追随して塑性変形し難くなる。また酸素含有量が少ないほど軟らかくなり、熱応力緩和効果が高い。また酸素含有量が少ないほど、中間金属層とろう材層とを圧接し、拡散接合する際に、酸素に起因するボイドの発生量を抑制することができる。さらに酸素含有量が０．０５mass％以下の無酸素銅は安価に入手することができる。このような理由から純銅としては酸素含有量が０．０５mass％以下の無酸素銅が最も好ましい。前記低耐力金属としては、前記銅基金属に限らず、純ＮｉやＮｉを９０mass％以上含有するニッケル基合金を用いることもできる。
前記中間金属層３の塑性変形の容易性は、同層を形成する低耐力金属の耐力によって左右され、先に記載したようにＣｕ含有量が多いほど耐力が小さくなり、塑性変形が容易になる。例えば、耐力は、純銅が６９Ｎ／mm²、９０mass％Ｃｕ−Ｎｉ合金が１０３Ｎ／mm²、純ニッケルが５９Ｎ／mm²である。これに対して、コバールの耐力は、３４５Ｎ／mm²であり、前記低耐力金属のそれより３倍以上大きい。このように、中間金属層３を形成する低耐力金属は、その耐力が基材層２を形成する低熱膨張金属の耐力の１／３以下のものが好ましい。
【００２４】
前記ろう材層４は、銀（Ａｇ）を主成分とする銀ろう合金で形成される。主成分であるＡｇの含有量は７０〜９０mass％とすることが好ましい。前記銀ろう合金の融点は、７００〜９００℃程度のものが好ましい。具体的な銀ろう合金として、８５mass％Ａｇ−Ｃｕ合金（銀ろう、融点が７８０℃）等のＡｇ−Ｃｕ合金、その他、融点が前記融点範囲内のＡｇ−Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ合金を挙げることができる。
電子部品用パッケージは４００℃程度以下の温度で基板にはんだ付けされるため、一旦溶着したろう材層がその温度にて軟化、劣化しないことが必要である。Ａｇの含有量が７０〜９０mass％の銀ろう合金は、かかる温度条件を満足し、また強度および耐食性も良好であるので好ましい。
一方、銀ろう合金は後述するように、前記中間金属層とろう材層との拡散接合の際にその界面にボイドが生成し易い傾向がある。また、その融点が高いことから、蓋材１から加工した蓋体をケースの開口外周部にろう接する際に、蓋体のろう接部を高温に加熱する必要があり、基材層２の熱変形によりケースに熱応力が発生するという問題がある。この問題は前記基材層２とろう材層４との間に前記中間金属層３を介在させることによって解消される。
【００２５】
前記ろう材層４は、その外表面において観察される膨れ部の面積割合が０．１％以下とされる。前記膨れ部は、前記中間金属層３とろう材層４との接合界面に生じたボイドに起因する。前記基材層２と中間金属層３とは圧接性、拡散焼鈍による拡散接合性は良好であり、両層の界面にボイドを生じさせることなく容易に拡散接合することができる。一方、中間金属層３を純銅によって形成した場合、銀ろう合金からなるろう材層４との接合界面にボイドが非常に発生し易い。その理由は以下のとおりである。圧接の際に純銅によって形成された中間金属層の表面に生成した酸化被膜が分断され、拡散焼鈍の際に分断された酸化被膜が酸素を放出し、また銀ろう合金も酸素や水素を放出する。これらのガスが凝集してボイドを発生させる。この中間金属層とろう材層との界面に形成されたボイドは、熱伝導不良に起因する接合不良の原因となる。前記膨れ部の面積率はこのボイド量の指標であり、面積率が０．１％以下であれば、ボイドはほとんど発生せず、熱伝導不良や接合不良は問題とならない。また、打ち抜き加工性に優れ、小さいサイズの蓋体であっても、寸法精度の高い蓋体を打ち抜き加工によって容易かつ多量に製作することができる。
【００２６】
前記各層の平均厚さは、ケースの開口部の大きさにもよるが、基材層２は３０〜２００μm 、好ましくは５０〜１００μm 程度とされる。中間金属層３は１０〜２００μm 、好ましくは１０μm 以上、１００μm 未満、より好ましくは１５〜６０μm とされる。中間金属層が１０μm 未満では熱応力を軽減する作用が不足し、一方２００μm を超えると層厚が厚すぎて、中間金属層自体の熱変形が無視できないようになり、却って熱応力の軽減作用が劣化するようになる。さらに、基材層２の変形に対する中間金属層３の塑性変形量を十分に確保することができるように、基材層２の厚さｔｂに対する中間金属層３の厚さｔｍの比ｔｍ／ｔｂを０．２５〜０．６程度とすることが好ましい。また、ろう材層４は５〜５０μm 程度でよく、ニッケル基金属層５は３〜５０μm 程度でよい。さらに、電子部品用パッケージの低背化の観点から、蓋材の全体の厚さは５０〜１５０μm とすることが好ましい。
【００２７】
次に前記蓋材の製造方法について説明する。
前記蓋材１は、以下の工程により製造される。基材層２の素材である基材シートの一方の表面にニッケル基金属層５の素材であるニッケル基金属シートを、他方の表面に中間金属層３の素材である無酸素純銅シートを重ね合わせ、この重ね合わせた重合体を一対のロールに通して圧下率７０〜８０％程度で圧下し、これによって各々のシートを圧下すると共に圧接し、基材層の両面にニッケル基金属層および中間金属層が圧接された中間金属層積層体を得る。前記中間金属層積層体には、必要に応じてさらに９５０〜１０５０℃程度の温度で中間焼鈍を施すことができる。この中間焼鈍により、隣接する層同士を拡散接合し、その接合力を向上させると共に各層を軟化させることができる。蓋材１にニッケル基金属層５を形成しない場合には、前記ニッケル基金属シートが不要なことは勿論である。以上のようにして前記中間金属層積層体を準備する工程を本発明では準備工程と呼ぶ。
【００２８】
次に、前記中間金属層積層体の中間金属層の表面にろう材層４の素材であるろう材シートを重ね合わせ、この重ね合わせた重合体を再び一対のロールに通して圧下し、これによって中間金属層の表面にろう材層が圧接されたろう材層圧接体を得る。この工程を圧接工程と呼ぶ。このろう材層圧接体は拡散焼鈍が施され、中間金属層とろう材層との間にボイドを介在させることなく、両層が拡散接合された蓋材１を得る。この工程を拡散接合工程と呼ぶ。前記蓋材１は、必要に応じてさらに仕上圧延が施されて、その板厚が調整されてもよい。仕上圧延後の各層の層厚は、圧延の圧下率をＲとしたとき、ほぼ元の層厚の（１−Ｒ）倍に減厚される。
【００２９】
前記圧接工程および拡散焼鈍工程においては、中間金属層とろう材層との間にボイドを発生させないように両層を接合させることが重要である。本発明者がボイドの発生を抑制することができる製造条件を調査したところ、中間金属層をボイドを発生させ易い純銅で形成した場合でも、前記ろう材層圧接体を得るための圧下率を５０〜８０％とし、その拡散接合温度を３８０〜５９０℃とすればよいことが分かった。すなわち、圧下率を５０％未満、焼鈍温度を３８０℃未満とすると圧接および拡散焼鈍の際の接合が不足して接合強度が低下するようになる。一方、圧下率を８０％超、焼鈍温度を５９０℃超とすると、ガスの凝集が活発化してボイド量が急速に増大するようになる。圧下率を低く設定する場合、焼鈍温度が低い方がボイドは発生し難い。拡散焼鈍時間は好ましくは２分以上、より好ましくは３分以上とすればよい。焼鈍時間の上限は特に定めないが、生産性を考慮すると１０分以下、好ましくは５分以下とするのがよい。
【００３０】
次に、電子部品用パッケージの実施形態を図２を参照しながら説明する。このパッケージのケース３１の封止に用いられた蓋体２１は、前記蓋材１をプレスにて所定寸法に打ち抜き加工したものである。図において、前記蓋体２１を構成する各部については蓋材１と同様であるので、同符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
このパッケージは、電子部品Ｐを収納するための収納スペース（凹部）３３が上面に開口するように形成されたケース３１と、このケース３１の開口外周部にろう接によって溶着された蓋体２１とを備えている。前記ケース３１は、前記収納スペース３３が上面に開口し、アルミナや窒化ケイ素などのセラミックスにて形成された、絶縁性を有するケース本体３２を備え、このケース本体３２の開口外周部にろう材との溶着を促進する溶着促進層３７が一体的に形成されている。前記溶着促進層３７は、ケース本体３２と一体的に焼成されたタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属からなるメタライズ層３４を有し、その上にニッケル層３５、必要に応じてさらに金層３６が形成されている。
【００３２】
前記蓋体２１をケース３１の開口外周部に溶着するには、まずケース３１の開口部を塞ぐようにケース３１の上に、そのろう材層４がケース３１の開口外周部に当接するように蓋体２１を載置し、真空あるいは不活性ガス中にて、前記ろう材層４を溶融させ、蓋体２１をケース３１の開口外周部に溶着する。前記ろう材層４の溶融は、シーム溶接、電子ビーム溶接などにより、局部加熱によって行うことが好ましい。前記ろう材層４を形成する銀ろう合金の融点が比較的高温であるため、電子部品Ｐを収納したケース３１および蓋体２１の全体を炉中にて加熱し、ろう材層４を溶融させることは、ケース３１に収納された電子部品Ｐの特性を劣化させるおそれがあるため、かかる加熱方法は避けるべきである。前記シーム溶接は、蓋体２１の対向する２辺の端部に沿って一対の電極ローラを転動させながら通電し、主に基材層２のローラの接触部近傍にて局部的にジュール熱を発生させ、これを中間金属層３を介してろう材層４に伝導させ、このろう材層４を溶融し、溶融したろう材によって、蓋体２１をケース３１にろう接する方法である。
【００３３】
この電子部品用パッケージは、蓋体２１の基材層２とろう材層４との間にボイドを実質的に介在させることなく、中間金属層３が設けられているため、蓋体２１をケース３１にろう接する際、前記中間金属層３によってろう材層４の溶融を速やかに行いつつ、蓋体２１の基材層２が熱変形しても、中間金属層３が塑性変形して基材層２の変形を吸収するので、ケース３１に無理な熱応力が作用せず、ケース本体３２の割れを防止することができる。このため、ケース３１は気密性に優れ、その中に収納された電子部品Ｐの寿命を向上させることができる。
【００３４】
以下、本発明を実施例に基づいてより具体的に説明するが、本発明の範囲は上記実施形態や以下の実施例により限定的に解釈されるものではない。
【００３５】
【実施例】
図１に示す４層構造の蓋材の試料が下記の要領により製作された。基材層２の素材として幅２０mm、厚さ１１００μm のＦｅ−２９mass％Ｎｉ−１７mass％Ｃｏ合金からなる基材シートを、またニッケル基金属層５の素材として幅２０mm、厚さ１００μm の純Ｎｉからなるニッケルシートを、また中間金属層３の素材として幅２０mm、厚さ６００μm の無酸素銅（Ｃｕ：９９．９５mass％、Ｏ：０．０００６mass％）からなる銅シートを準備した。基材シートの一方の表面にニッケルシートを、他方の表面に銅シートを重ね合わせ、圧下率６０％にて冷間でロール圧下し、隣接する素材同士が圧接された銅層積層体を得た。さらに、この銅層積層体は焼鈍炉にて１０００℃、３分間保持して拡散焼鈍が施された。
【００３６】
この銅層接合体の銅層にろう材層４の素材として幅２０mm、厚さ７５μm の８５mass％Ａｇ−Ｃｕ（融点７８０℃）からなるろう材シートを重ね合わせ、表１に示す４４〜８０％の種々の圧下率にて冷間でロール圧下し、銅層積層体の銅層にろう材層が圧接されたろう材層圧接体を得た。このろう材層圧接体を同表に示す種々の焼鈍温度にて３分間程度拡散焼鈍を行い、基材層２の一方の表面にニッケル基金属層５が、他方の表面に中間金属層３が一体的に接合された４層構造の蓋材１を得た。すなわち、この実施例では、ニッケル基金属層５としてニッケル層が、中間金属層３として銅層が形成された。ろう材層を圧接する際の圧下率に対する各層の最終平均厚さは下記の通りであった。
▲１▼圧下率：４４％
圧接できなかったため測定せず。
▲２▼圧下率：５０％
ニッケル層１９μm 、基材層２０６μm 、銅層１１３μm 、ろう材層３８μm
▲３▼圧下率：５５％
ニッケル層１７μm 、基材層１８６μm 、銅層１０１μm 、ろう材層３４μm
▲４▼圧下率：６０％
ニッケル層１５μm 、基材層１６５μm 、銅層９０μm 、ろう材層３０μm
▲５▼圧下率：７０％
ニッケル層１１μm 、基材層１２１μm 、銅層６６μm 、ろう材層２３μm
▲６▼圧下率：７５％
ニッケル層９μm 、基材層１０３μm 、銅層５６μm 、ろう材層１９μm
▲７▼圧下率：８０％
ニッケル層７．５μm 、基材層８３μm 、銅層４５μm 、ろう材層１５μm
【００３７】
得られた各試料の蓋材から２cm×２cmの外観観察片を採取し、そのろう材層の中央部を光学顕微鏡にて５倍で観察した。その外観写真を用いて、視野２０mm×２０mm（実寸法４mm×４mm）におけるボイドによる膨れ部の面積を画像解析ソフトにより測定し、膨れ部の面積率を求めた。なお、画像解析ソフトは、商品名Image-Pro（製造メーカ：MEDIA CYVERNETICS）を使用した。
【００３８】
また、前記蓋材から幅１０mm×長さ１００mmの接合試験片を採取し、その長さ方向の中央を中心として試験片の両端が重なり合うように１８０°折り曲げた後、元に戻して屈曲部におけるろう材層の剥離の有無を観察し、ろう材層の接合性を評価した。以上の調査結果を表１に併せて記載する。表１のろう材層の接合性について、ろう材層が銅層から浮き上がらず、剥離しなかったものを◎、一部浮き上がりが生じたが屈曲部全体としては剥離しなかったものを○、屈曲部が全体的に浮き上がって剥離したものを×で示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
表１より、実施例にかかる各試料は、膨れ部の発生率が０．１０％以下であり、ボイドはほとんど発生していないことがわかる。また、これらの試料についてはろう材層の接合性も良好であり、微小サイズの蓋体への打ち抜き性にも問題がないことがわかる。一方、圧下率が４４％の試料No. １はろう材層を圧接することができなかった。また、ろう材層の圧接の際の圧下率が５０％以上であっても、焼鈍温度が３５０℃と低い試料No. ２，７，１２，１８ではろう材層の接合性が不十分であった。また、圧下率が適切でも、拡散焼鈍温度が６００℃以上と高過ぎた試料No. ５，６，１０，１１，１６，１７，２２，２３，２５は、膨れ率が急激に上昇し、接合強度も低下して１８０°の屈曲によりろう材層の剥離が屈曲部全体に認められた。
【００４１】
次に、図２に示すように、上面に開口した電子部品の収納スペースを有するアルミナ製のケース本体３２の外周部に、タングステン・メタライズ層３４、ニッケル層３５および金層３６からなる溶着促進層３７を備えたケース３１を準備した。このケース３１の平面寸法は、図３に示すように、Ａ＝５mm、Ｂ＝３mm、Ｃ＝０．５mmである。
一方、表１の試料No. １４〜１６の蓋材を素材として、さらに０．１mmまで冷間で仕上圧延を行った後、打ち抜き加工し、前記ケース３１の上面を被覆可能な４．８×２．８mmの蓋体２１を得た。仕上圧延後の蓋材の各層の平均厚さは、ニッケル層が５μm、基材層が５５μm 、銅層が３０μm 、ろう材層が１０μm であった。この蓋体２１をケース３１の上にろう材層４が前記溶着促進層３７に当接するように載置し、ヘリウムガス雰囲気にて同条件でシーム溶接を行い、蓋体をケースに溶着した。
【００４２】
得られたパッケージを真空容器に入れて密閉し、真空容器内のガスをイオンポンプで排気し、到達真空度における排気ガス中のヘリウムガスの有無を調べた。その結果、ヘリウムガスは実施例のNo. １４および１５の蓋材を使用したパッケージでは認められなかったが、比較例のNo. １６の蓋材を使用したものでは認められた。これより、前記実施例の蓋材を使用したパッケージのケース本体には割れは発生しておらず、また蓋体とケースとの接合状態は良好であることが確かめられた。一方、前記比較例の蓋材を使用したパッケージでは、ケース本体に割れが生じていなかったので、気密性が劣化した原因は蓋体とケースとの接合不良にあるものと推測された。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の蓋材によれば、中間金属層とろう材層とが実質的にボイドを介在させることなく一体的に接合されているので、ろう接作業の際に、ろう材を別途準備する必要がないので作業性に優れる。また、この蓋材から形成した蓋体を電子部品用パッケージのケースに、シーム溶接や電子ビーム溶接などの局部加熱によってろう接する場合においても、ボイドに起因する熱伝導不良による接合不良を防止することができ、ろう接による接合性に優れる。また、前記中間金属層により、ろう接する際に、蓋体が熱変形しても、ケースの壁部に発生する熱応力を抑制することができ、引いては熱応力によって前記壁部に生じる割れを抑制することができる。このため、気密性に優れた電子部品用パッケージを得ることができる。また、本発明の蓋材の製造方法によれば、前記蓋材を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる蓋材の基本構造を示す部分断面模式図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる電子部品用パッケージの基本構造を示す断面模式図である。
【図３】実施例における電子部品用パッケージのケースの平面図である。
【符号の説明】
１蓋材
２基材層
３中間金属層
４ろう材層
５ニッケル基金属層
２１蓋体
３１ケース
３２ケース本体[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to an electronic component package in which an opening of a case that houses an electronic component is sealed by a lid, the lid, and a lid that is a material thereof.
[0002]
[Prior art]
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-3973 (Patent Document 1), a package for housing various electronic components such as a semiconductor element and a piezoelectric vibrator has an opening on the upper surface for housing the electronic components. And a lid that is brazed to the outer periphery of the case so as to close the opening of the case so as to seal the recess.
[0003]
The case is formed mainly of ceramics such as alumina or aluminum nitride. On the other hand, the lid was laminated on one surface of the base material layer formed of a low thermal expansion metal such as an Fe-29% Ni-17% Co alloy (trade name: Kovar), And a brazing filler metal layer formed of a metal brazing filler metal. As the metal brazing material, a silver brazing alloy mainly composed of silver is used.
[0004]
As a means for brazing the lid to the opening of the case, seam welding may be applied as disclosed in Patent Document 1. Seam welding does not need to be performed in a vacuum, and brazing can be performed efficiently with relatively simple equipment. As another means for brazing, electron beam welding can be applied in which the outer peripheral portion of the lid body superimposed on the case is irradiated with an electron beam from the back surface (outer surface) to melt and join the brazing material layer. .
[0005]
In addition, as a related technology of an electronic component package, Japanese Patent Laid-Open No. 3-283549 (Patent Document 2) describes a gap between an aluminum nitride substrate and a cap or a cap mounting bracket formed of a low thermal expansion metal such as Kovar. An electronic component package is disclosed in which the substrate and the copper foil, or the copper foil and the cap are brazed with a copper foil interposed.
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-164746 (Patent Document 3) discloses that a brazing material layer is press-contacted to a Ni-based metal layer diffusion-bonded to a base material layer as a lid for a lid of an electronic component package. A material in which the maximum and minimum thickness ratio in the base metal layer is defined to a predetermined value is disclosed.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-3973 (Claims)
[Patent Document 2]
JP-A-3-283549 (Claims)
[Patent Document 1]
JP 2000-164746 A (Claims)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, with the reduction in height and size of electronic components, further reduction in the height and size of the package is desired. For this reason, the thickness of the lid is reduced, the case itself is miniaturized, and the wall portion around the concave part for accommodating electronic components of the case made of ceramics is accordingly thinned.
Under such circumstances, when the lid is brazed to the case, the melting point of the silver brazing alloy is relatively high at about 780 ° C. Therefore, in the technique of Patent Document 1, the ceramic forming the case and the lid Due to the difference in thermal expansion coefficient with the low thermal expansion metal that forms the base material layer, a large thermal stress is generated in the case wall during the cooling process of the brazing material, cracks are generated by this stress, and the airtightness decreases. There is. Such a problem is not limited to seam welding but also applies to electron beam welding.
[0008]
Moreover, in the technique disclosed in Patent Document 2, a copper foil is used as a deformation absorbing material for a cap or a cap mounting bracket, but a preferable thickness is described as 0.1 to 2.0 mm, which is thick. In the region, since the thermal deformation of itself is large, it may be effective in preventing cracking of the plate-like substrate, but sufficient effect cannot be obtained in preventing cracking of the thin wall portion of the downsized case. Further, it is described that the copper stay is brazed to both sides of the substrate and the cap, so that the workability of the brazing is very bad and the productivity of the package is low.
[0009]
On the other hand, in the technique disclosed in Patent Document 3, although the Ni-based metal layer and the brazing material are laminated, they are only press-contacted and are not diffusion-bonded. In addition, when using a brazing solder with poor cold pressure weldability, there is a problem in the bondability of both layers. Moreover, even if both layers are subjected to diffusion annealing after pressure welding, there is no disclosure or suggestion about the generation of voids that cause problems during diffusion annealing.
[0010]
The present invention has been made in view of such a problem. When the lid is brazed to the case of the electronic component package, the thermal stress generated in the case can be relieved, and the case is hardly cracked. Provided is a lid for an electronic component package excellent in brazing workability, a lid used as a material thereof, and a method for manufacturing the lid, and an electronic component excellent in airtightness sealed by the lid The purpose is to provide a package for use.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  A lid material according to the present invention is a lid material for a lid body that is welded by local heating to an outer periphery of an opening of a case that is formed so that a storage space for storing an electronic component opens on the surface. The coefficient of thermal expansion at 300 ° C4.0 × 10 ^-6 From5.5 × 10^-6A base material layer formed of a low thermal expansion metal at / ° C. and laminated on one surface of the base material layer, a copper content of 99.9 mass% or more and an oxygen content of 0.05 mass% or less. An intermediate metal layer made of pure oxygen copper and a brazing material layer laminated on the intermediate metal layer and made of a silver brazing alloy containing silver as a main component. The intermediate metal layer and the brazing filler metal layer are pressure-welded and diffusion bonded to each other, and the brazing filler metal layer has an area ratio of the swollen portion observed on the outer surface of 0.1% or less.
[0012]
  According to this lid material, since the intermediate metal layer and the brazing material layer laminated on the base material layer are pressure-welded and diffusion-bonded, it is not necessary to prepare a brazing material separately during the brazing operation. Excellent workability. In addition, the intermediate metal layer can be easily formed thin simply by adjusting the rolling reduction during pressing.
  The intermediate metal layer isPredetermined oxygen-free pure copperWhen the lid manufactured from the lid material is brazed to the outer periphery of the case opening, the base material layer is deformed with respect to the case due to the difference in thermal expansion coefficient between the case and the base material layer. Even so, the intermediate metal layer is easily plastically deformed. For this reason, the thermal stress which generate | occur | produces in a case with a deformation | transformation of a base material layer can be suppressed, and the crack which arises in the wall part of a case by pulling can be prevented.
  Further, although the intermediate metal layer and the brazing material layer are pressure-welded and diffusion-bonded, no voids are substantially interposed therebetween. For this reason, when the lid is brazed, Joule heat generated in the base material layer or the base material is also generated by local heating (heating to the periphery of the cover body) for a very short time such as seam welding or electron beam welding. Heat applied to the layer can be quickly transferred to the brazing material layer via the intermediate metal layer. Therefore, the brazing material layer can be reliably melted, and the bondability by brazing is excellent. Such an effect is further promoted by forming the intermediate metal layer thin.
  Further, as described above, since no void is substantially interposed between the intermediate metal layer and the brazing material layer, the lid material is excellent in punching workability, and even if the lid body has a small size, the dimensional accuracy is excellent. A high lid can be easily manufactured by punching and has excellent productivity.
[0013]
  In the lid material,As a material for the intermediate metal layerPure copper with a copper content of 99.9 mass% or moreBecauseEspecially oxygen-free copper with an oxygen content of 0.05 mass% or lessUsed.Pure copper has good thermal conductivity, low proof stress, and high plastic deformation. As impurities in pure copper increase, it becomes harder and the effect of relieving thermal stress is reduced, so impurities are reduced to 0.1 mass% or less.stop. Further, when the oxygen content increases, the thermal conductivity decreases, and voids are easily generated during diffusion annealing between the intermediate metal layer and the brazing filler metal layer, so the oxygen content is 0.05 mass% or less.stop. “Yield strength” means the stress at which a permanent elongation of 0.2% occurs.
[0014]
In the lid member, the intermediate metal layer preferably has a thickness of 10 to 200 μm (10 μm or more and 200 μm or less), and more preferably 10 μm or more and less than 100 μm. If the thickness is less than 10 μm, a sufficient amount of plastic deformation cannot be obtained, so that it becomes difficult to follow the deformation of the base material layer, and the effect of reducing the thermal stress generated in the case becomes insufficient. On the other hand, if it exceeds 200 μm, the thermal deformation of the intermediate metal layer itself cannot be ignored, and the thermal stress generated in the case cannot be reduced.
[0015]
In the lid member, a nickel base metal layer formed of a nickel base metal made of pure nickel or a nickel alloy containing nickel as a main component is bonded to the other surface of the base material layer to thereby remove the outer surface of the base material layer. Corrosion resistance of the surface can be improved, so that the lid member, the lid body processed from the lid member, and the contamination of the electronic component package sealed thereby can be prevented. Further, the nickel-based metal layer also has an effect of suppressing warpage that occurs due to a difference in thermal expansion coefficient between the base material layer and the intermediate metal layer.
[0016]
  The method for manufacturing a lid material according to the present invention is a method for manufacturing a lid material for a lid body that is welded by local heating to an outer peripheral portion of an opening of a case formed so that a storage space for storing an electronic component opens on the surface. And the coefficient of thermal expansion at 30 to 300 ° C.4.0 × 10 ^-6 From5.5 × 10^-6An intermediate metal layer formed of oxygen-free pure copper having a copper content of 99.9 mass% or more and an oxygen content of 0.05 mass% or less on one surface of a base material layer formed of a low thermal expansion metal at / ° C A preparatory step for preparing an intermediate metal layer laminate in which a solder is laminated, and a brazing filler metal layer pressure welded by pressing a brazing filler metal layer formed of a silver brazing alloy containing silver as a main component to the intermediate metal layer of the intermediate metal layer laminate. A pressure welding step for obtaining a body, and a diffusion annealing step for producing a lid material in which the intermediate metal layer and the brazing material layer are diffusion bonded to each other by subjecting the brazing material layer pressure welding material to diffusion annealing. In the pressure welding step, the rolling reduction during pressure welding is 50 to 80% (50% or more and 80% or less), and in the annealing step, the annealing temperature is 380 to 590 ° C. (380 ° C. or more and 590 ° C. or less). . By such a manufacturing method, generation of voids between the intermediate metal layer and the brazing material layer can be reduced to a level at which it can be substantially ignored.
[0017]
  In this manufacturing methodHowever, brazing material layer pressure welded bodyThe average thickness of the intermediate metal layer is preferably 10 to 200 μm, more preferably 10 μm or more and less than 100 μm. The intermediate metal layer laminate is preferably formed by laminating a nickel-based metal layer formed of a nickel-based metal made of pure nickel or a nickel alloy containing nickel as a main component on the other surface of the base material layer. .
[0018]
  An electronic component package according to the present invention includes a case formed so that a storage space for storing an electronic component opens on the surface, and an opening outer peripheral portion so as to cover the opening of the case.By local heatingA welded lid. The lid is processed from the lid material, for example, by punching.
[0019]
According to this electronic component package, when the lid body is brazed to the case, the intermediate metal layer quickly melts the brazing material layer, while suppressing the thermal stress applied to the case, the lid body and the case. Can be brazed. For this reason, it is possible to prevent the case from cracking and poor bonding, and to obtain excellent airtightness. Further, since it is not necessary to separately prepare a brazing material when the lid is brazed to the case, the brazing workability and productivity are excellent.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the basic structure of the lid according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The lid 1 has a nickel-based metal layer 5 on one surface (upper surface in the illustrated example) of the base material layer 2 and an intermediate metal layer 3 on the other surface (lower surface in the illustrated example). A brazing filler metal layer 4 is pressure-welded and diffusion bonded to the surface of the intermediate metal layer 3.
[0021]
  The base material layer 2 is made of pure iron (pure Fe) proof stress (200 N / mm²) It has the above proof stress, and the coefficient of thermal expansion at 30 to 300 ° C.4.0 × 10 ^-6 From5.5 × 10^-6It is formed of a low thermal expansion metal that is / ° C. As such a low thermal expansion metal, for example, Fe-Ni alloy containing 36-50 mass% of nickel (Ni) such as Fe-42 mass% Ni alloy, or 20-30 mass% of Ni such as Kovar (trade name), An Fe—Ni—Co alloy containing 1 to 20 mass% of cobalt (Co) is preferable.
[0022]
The nickel-based metal layer 5 improves the corrosion resistance of the outer surface of the lid 1 and is made of nickel or a nickel alloy containing Ni as a main component, such as pure nickel or a Cu-Ni alloy containing 50 wt% or more of Ni. Formed by a base metal. The nickel-based metal also has good pressure contact properties and diffusion bondability with the base material layer 2. However, the nickel-based metal layer 3 may be formed if necessary and is not necessarily required.
[0023]
  The intermediate metal layer 3 isCu content is 99.9 mass %, Oxygen content is 0.05 mass % Or less, preferably 0.01 mass % Of oxygen-free pure copper. If the Cu content is less than 99.9%, depending on the type of impurities, the Cu content generally tends to be hard, and plastic deformation occurs following the deformation of the base material layer 2 in the cooling process after melting the brazing filler metal layer 4. DifficultBecome. Also oxygen contentThe less it is, the softer it is and the higher the thermal stress relaxation effect is. In addition, the smaller the oxygen content, the more the generation amount of voids due to oxygen can be suppressed when the intermediate metal layer and the brazing filler metal layer are pressed and diffusion bonded. Furthermore, oxygen-free copper having an oxygen content of 0.05 mass% or less can be obtained at low cost. For these reasons, oxygen-free copper having an oxygen content of 0.05 mass% or less is most preferable as pure copper. The low yield strength metal is not limited to the copper base metal but may be pure Ni or a nickel base alloy containing 90 mass% or more of Ni.
  The ease of plastic deformation of the intermediate metal layer 3 depends on the yield strength of the low yield strength metal forming the same layer. As described above, the greater the Cu content, the smaller the yield strength and the easier the plastic deformation. . For example, the proof stress is 69 N / mm for pure copper.²90 mass% Cu-Ni alloy is 103 N / mm², Pure nickel 59N / mm²It is. In contrast, the strength of Kovar is 345 N / mm.²3 times larger than that of the low yield strength metal. As described above, the low yield strength metal forming the intermediate metal layer 3 is preferably one whose yield strength is 1/3 or less of the yield strength of the low thermal expansion metal forming the base layer 2.
[0024]
The brazing filler metal layer 4 is formed of a silver brazing alloy containing silver (Ag) as a main component. The content of Ag as a main component is preferably 70 to 90 mass%. The melting point of the silver brazing alloy is preferably about 700 to 900 ° C. Specific examples of the silver brazing alloy include an Ag-Cu alloy such as an 85 mass% Ag-Cu alloy (silver brazing, melting point: 780 ° C.), an Ag—Cu—Zn alloy, and an Ag—Cu— alloy having a melting point within the above melting point range. Ni alloy can be mentioned.
Since the electronic component package is soldered to the substrate at a temperature of about 400 ° C. or less, it is necessary that the brazing filler metal layer once welded does not soften or deteriorate at that temperature. A silver brazing alloy having an Ag content of 70 to 90 mass% is preferable because it satisfies such temperature conditions and has good strength and corrosion resistance.
On the other hand, as will be described later, the silver brazing alloy tends to generate voids at the interface when the intermediate metal layer and the brazing filler metal layer are subjected to diffusion bonding. Moreover, since the melting point is high, when the lid processed from the lid material 1 is brazed to the outer periphery of the opening of the case, it is necessary to heat the brazed portion of the lid to a high temperature. There is a problem that thermal stress is generated in the case due to deformation. This problem is solved by interposing the intermediate metal layer 3 between the base material layer 2 and the brazing material layer 4.
[0025]
  The brazing filler metal layer 4 has an area ratio of the swollen portion observed on the outer surface thereof.0.1% Or less. The swollen portion is caused by voids generated at the bonding interface between the intermediate metal layer 3 and the brazing filler metal layer 4. The base material layer 2 and the intermediate metal layer 3 have good pressure contact properties and diffusion bonding properties by diffusion annealing, and can be easily diffusion bonded without causing voids at the interface between the two layers. Meanwhile, the intermediate metal layer 3Pure copperWhen formed by this, voids are very likely to occur at the joint interface with the brazing filler metal layer 4 made of a silver brazing alloy. The reason is as follows. During pressure weldingPure copperThe oxide film formed on the surface of the intermediate metal layer formed by the above is divided, the oxide film divided during the diffusion annealing releases oxygen, and the silver braze alloy also releases oxygen and hydrogen. These gases aggregate to generate voids. Voids formed at the interface between the intermediate metal layer and the brazing filler metal layer cause poor bonding due to poor heat conduction. The area ratio of the swollen portion is an index of the void amount, and the area ratio isIf it is 0.1% or less, voids are hardly generated, and thermal conduction failure and bonding failure do not become a problem. Also punchedEven if the lid body is excellent in processability and has a small size, a lid body with high dimensional accuracy can be manufactured easily and in large quantities by punching.
[0026]
The average thickness of each layer depends on the size of the opening of the case, but the base material layer 2 is about 30 to 200 μm, preferably about 50 to 100 μm. The intermediate metal layer 3 is 10 to 200 μm, preferably 10 μm or more and less than 100 μm, more preferably 15 to 60 μm. If the intermediate metal layer is less than 10 μm, the effect of reducing the thermal stress is insufficient. On the other hand, if it exceeds 200 μm, the layer thickness is too thick, and the thermal deformation of the intermediate metal layer itself cannot be ignored. Deteriorates. Furthermore, the ratio tm / tb of the thickness tm of the intermediate metal layer 3 to the thickness tb of the base material layer 2 so as to ensure a sufficient amount of plastic deformation of the intermediate metal layer 3 with respect to the deformation of the base material layer 2. Is preferably about 0.25 to 0.6. The brazing filler metal layer 4 may be about 5 to 50 μm, and the nickel-based metal layer 5 may be about 3 to 50 μm. Furthermore, from the viewpoint of reducing the height of the electronic component package, the total thickness of the lid member is preferably 50 to 150 μm.
[0027]
  Next, the manufacturing method of the said cover material is demonstrated.
  The lid member 1 is manufactured by the following steps. The nickel-based metal sheet, which is the material of the nickel-based metal layer 5, is provided on one surface of the substrate sheet, which is the material of the substrate layer 2, and the material of the intermediate metal layer 3 is provided on the other surface.Oxygen-free pure copperSheets are overlapped, and the overlapped polymer is passed through a pair of rolls and reduced at a reduction ratio of about 70 to 80%, whereby each sheet is reduced and pressed, and nickel base metal is applied to both sides of the base material layer. An intermediate metal layer laminate in which the layer and the intermediate metal layer are pressure-contacted is obtained. The intermediate metal layer laminate can be further subjected to intermediate annealing at a temperature of about 950 to 1050 ° C. as necessary. By this intermediate annealing, adjacent layers can be diffusion-bonded to improve the bonding force and soften each layer. Of course, when the nickel-based metal layer 5 is not formed on the lid 1, the nickel-based metal sheet is not necessary. The process of preparing the intermediate metal layer laminate as described above is referred to as a preparation process in the present invention.
[0028]
Next, the brazing material sheet as the material of the brazing material layer 4 is superposed on the surface of the intermediate metal layer of the intermediate metal layer laminate, and the superposed polymer is again passed through a pair of rolls, thereby A brazing material layer pressure welded body in which the brazing material layer is pressure-welded to the surface of the intermediate metal layer is obtained. This process is called a pressure welding process. This brazing material layer press-bonded body is subjected to diffusion annealing to obtain a lid material 1 in which both layers are diffusion-bonded without interposing a void between the intermediate metal layer and the brazing material layer. This process is called a diffusion bonding process. The lid material 1 may be further subjected to finish rolling as necessary to adjust the plate thickness. The thickness of each layer after finish rolling is reduced to (1−R) times the original layer thickness, where R is the rolling reduction ratio.
[0029]
  In the pressure welding process and the diffusion annealing process, it is important to join both layers so as not to generate voids between the intermediate metal layer and the brazing material layer. When the present inventors investigated production conditions that can suppress the generation of voids, it is easy to generate voids in the intermediate metal layer.Pure copperIt was found that the reduction rate for obtaining the brazing material layer pressure-bonded body should be 50 to 80% and the diffusion bonding temperature should be 380 to 590 ° C. That is, when the rolling reduction is less than 50% and the annealing temperature is less than 380 ° C., the joining at the time of the pressure welding and the diffusion annealing is insufficient and the joining strength is lowered. On the other hand, when the rolling reduction exceeds 80% and the annealing temperature exceeds 590 ° C., gas aggregation is activated and the amount of voids rapidly increases. When the rolling reduction is set low, voids are less likely to occur when the annealing temperature is lower. The diffusion annealing time is preferably 2 minutes or longer, more preferably 3 minutes or longer. The upper limit of the annealing time is not particularly defined, but considering productivity, it is 10 minutes or less, preferably 5 minutes or less.
[0030]
Next, an embodiment of an electronic component package will be described with reference to FIG. The lid body 21 used for sealing the case 31 of the package is obtained by punching the lid material 1 into a predetermined size by a press. In the figure, since each part constituting the lid body 21 is the same as that of the lid member 1, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.
[0031]
This package includes a case 31 formed so that a storage space (concave portion) 33 for storing the electronic component P is opened on the upper surface, and a lid 21 welded to the outer periphery of the opening of the case 31 by brazing. It has. The case 31 includes a case body 32 having an insulating property, the storage space 33 being opened on the upper surface, and formed of ceramics such as alumina or silicon nitride. A welding promoting layer 37 that promotes welding is integrally formed. The welding promotion layer 37 has a metallized layer 34 made of a refractory metal such as tungsten (W) or molybdenum (Mo) fired integrally with the case main body 32, and a nickel layer 35 thereon, if necessary. Further, a gold layer 36 is formed.
[0032]
In order to weld the lid 21 to the outer periphery of the opening of the case 31, first, the brazing material layer 4 is brought into contact with the outer periphery of the opening of the case 31 so as to close the opening of the case 31. The lid 21 is placed, the brazing filler metal layer 4 is melted in vacuum or in an inert gas, and the lid 21 is welded to the outer periphery of the case 31. The brazing filler metal layer 4 is preferably melted by local heating, such as seam welding or electron beam welding. Since the melting point of the silver brazing alloy forming the brazing filler metal layer 4 is relatively high, the entire case 31 and the lid 21 containing the electronic component P are heated in a furnace to melt the brazing filler metal layer 4. This is because there is a risk of deteriorating the characteristics of the electronic component P housed in the case 31, and such a heating method should be avoided. In the seam welding, a pair of electrode rollers are energized while rolling along two opposite end portions of the lid body 21, and Joule heat is locally applied mainly in the vicinity of the roller contact portion of the base material layer 2. Is generated, is conducted to the brazing filler metal layer 4 through the intermediate metal layer 3, the brazing filler metal layer 4 is melted, and the lid 21 is brazed to the case 31 by the molten brazing filler metal.
[0033]
In this electronic component package, since the intermediate metal layer 3 is provided without substantially interposing a void between the base material layer 2 and the brazing material layer 4 of the lid body 21, the lid body 21 is placed in the case. When the brazing material layer is rapidly melted by the intermediate metal layer 3 when the brazing material 31 is brazed, the intermediate metal layer 3 is plastically deformed even if the base material layer 2 of the lid 21 is thermally deformed. Since the deformation of the layer 2 is absorbed, excessive thermal stress does not act on the case 31, and the case body 32 can be prevented from cracking. For this reason, case 31 is excellent in airtightness, and can improve the lifetime of electronic component P accommodated therein.
[0034]
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, the scope of the present invention is not limitedly interpreted by the said embodiment or the following Examples.
[0035]
【Example】
A sample of a lid material having a four-layer structure shown in FIG. 1 was produced in the following manner. A base material sheet made of an Fe-29 mass% Ni-17 mass% Co alloy having a width of 20 mm and a thickness of 1100 μm is used as the material of the base material layer 2, and pure nickel having a width of 20 mm and a thickness of 100 μm is used as the material of the nickel-based metal layer 5. As a material for the intermediate metal layer 3, a copper sheet made of oxygen-free copper (Cu: 99.95 mass%, O: 0.0006 mass%) having a width of 20 mm and a thickness of 600 μm was prepared. A nickel sheet was superimposed on one surface of the base material sheet, and a copper sheet was superimposed on the other surface, and the sheet was cold rolled at a reduction rate of 60% to obtain a copper layer laminate in which adjacent materials were in pressure contact with each other. . Further, this copper layer laminate was subjected to diffusion annealing by holding at 1000 ° C. for 3 minutes in an annealing furnace.
[0036]
A brazing material sheet made of 85 mass% Ag—Cu (melting point: 780 ° C.) having a width of 20 mm and a thickness of 75 μm is superposed on the copper layer of the copper layer bonded body as a material of the brazing material layer 4, and 44 to 80% shown in Table 1 The brazing material layer press-bonded body in which the brazing material layer was pressure-welded to the copper layer of the copper layer laminate was obtained by roll-rolling at various rolling reductions. This brazing material layer press-bonded body is subjected to diffusion annealing at various annealing temperatures shown in the same table for about 3 minutes. A lid material 1 having a four-layer structure joined integrally was obtained. That is, in this example, a nickel layer was formed as the nickel-based metal layer 5 and a copper layer was formed as the intermediate metal layer 3. The final average thickness of each layer with respect to the rolling reduction when the brazing filler metal layer was pressed was as follows.
(1) Rolling rate: 44%
Measurement was not possible because pressure welding was not possible.
(2) Rolling rate: 50%
Nickel layer 19 μm, base material layer 206 μm, copper layer 113 μm, brazing material layer 38 μm
(3) Rolling rate: 55%
Nickel layer 17 μm, base material layer 186 μm, copper layer 101 μm, brazing material layer 34 μm
(4) Rolling rate: 60%
Nickel layer 15 μm, base material layer 165 μm, copper layer 90 μm, brazing material layer 30 μm
(5) Rolling rate: 70%
Nickel layer 11 μm, base material layer 121 μm, copper layer 66 μm, brazing material layer 23 μm
(6) Rolling rate: 75%
Nickel layer 9μm, base material layer 103μm, copper layer 56μm, brazing material layer 19μm
(7) Rolling rate: 80%
Nickel layer 7.5 μm, base material layer 83 μm, copper layer 45 μm, brazing material layer 15 μm
[0037]
A 2 cm × 2 cm appearance observation piece was collected from the obtained cover material of each sample, and the central portion of the brazing material layer was observed at 5 times with an optical microscope. Using the appearance photograph, the area of the bulging part due to the void in the visual field 20 mm × 20 mm (actual size 4 mm × 4 mm) was measured by image analysis software, and the area ratio of the bulging part was obtained. The image analysis software used was the product name Image-Pro (manufacturer: MEDIA CYVERNETICS).
[0038]
Further, a joint test piece having a width of 10 mm and a length of 100 mm is taken from the lid material, bent at 180 ° so that both ends of the test piece overlap with each other about the center in the length direction, and then returned to the original position at the bent portion. The presence or absence of peeling of the brazing material layer was observed to evaluate the bondability of the brazing material layer. The above survey results are also shown in Table 1. Regarding the bondability of the brazing filler metal layer in Table 1, ◎ indicates that the brazing filler metal layer did not lift off from the copper layer and did not peel, ○ indicates that part of the brazing occurred but did not peel as a whole bent portion, and bending A part is lifted as a whole and peeled off.
[0039]
[Table 1]

[0040]
From Table 1, it can be seen that in each sample according to the example, the occurrence rate of the swollen portion is 0.10% or less, and voids are hardly generated. Moreover, it can be seen that these samples have good bonding properties of the brazing material layer, and there is no problem in punching into a micro-sized lid. On the other hand, Sample No. 1 with a rolling reduction of 44% could not press the brazing material layer. Further, even when the rolling reduction rate during the welding of the brazing material layer is 50% or more, the sample Nos. 2, 7, 12, and 18 having an annealing temperature as low as 350 ° C. have insufficient bonding properties of the brazing material layer. It was. In addition, even when the rolling reduction is appropriate, the sample Nos. 5, 6, 10, 11, 16, 17, 22, 23, and 25 in which the diffusion annealing temperature is too high at 600 ° C. or more have a sudden increase in the swelling rate. The strength also decreased and peeling of the brazing filler metal layer was observed throughout the bent portion due to the 180 ° bending.
[0041]
Next, as shown in FIG. 2, an adhesion promoting layer comprising a tungsten metallized layer 34, a nickel layer 35, and a gold layer 36 is formed on the outer peripheral portion of an alumina case main body 32 having an electronic component storage space opened on the upper surface. A case 31 with 37 was prepared. As shown in FIG. 3, the planar dimensions of the case 31 are A = 5 mm, B = 3 mm, and C = 0.5 mm.
On the other hand, the cover material of sample Nos. 14 to 16 in Table 1 is used as a raw material, and after further finish rolling in a cold state to 0.1 mm, punching is performed to cover the upper surface of the case 31 4.8 × A 2.8 mm lid 21 was obtained. The average thickness of each layer of the cover material after finish rolling was 5 μm for the nickel layer, 55 μm for the base material layer, 30 μm for the copper layer, and 10 μm for the brazing material layer. The lid 21 was placed on the case 31 so that the brazing material layer 4 was in contact with the welding promotion layer 37, and seam welding was performed under the same conditions in a helium gas atmosphere to weld the lid to the case.
[0042]
The obtained package was put in a vacuum vessel and sealed, and the gas in the vacuum vessel was evacuated with an ion pump, and the presence or absence of helium gas in the exhaust gas at the ultimate vacuum was examined. As a result, helium gas was not recognized in the package using the cover materials of No. 14 and 15 of the example, but was observed in the package using the cover material of No. 16 of the comparative example. From this, it was confirmed that no crack occurred in the case main body of the package using the lid material of the above embodiment, and the bonding state between the lid and the case was good. On the other hand, in the package using the lid material of the comparative example, since the case body was not cracked, it was estimated that the cause of the deterioration of the airtightness was the poor bonding between the lid and the case.
[0043]
【The invention's effect】
According to the lid material of the present invention, since the intermediate metal layer and the brazing material layer are integrally joined without substantially interposing a void, it is necessary to prepare a brazing material separately during the brazing operation Since there is no, it is excellent in workability. In addition, even when the lid formed from this lid material is brazed to the case of the electronic component package by local heating such as seam welding or electron beam welding, joint failure due to poor heat conduction caused by voids can be prevented. It is excellent in bondability by brazing. In addition, even when the lid is thermally deformed by the intermediate metal layer, the thermal stress generated in the wall portion of the case can be suppressed, and the crack caused in the wall portion due to the thermal stress can be suppressed. Can be suppressed. For this reason, the package for electronic components excellent in airtightness can be obtained. Moreover, according to the manufacturing method of the lid | cover material of this invention, the said lid | cover material can be manufactured easily.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional schematic view showing a basic structure of a lid member according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a basic structure of an electronic component package according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of a case of the electronic component package in the embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Lid
2 Base material layer
3 Intermediate metal layer
4 Brazing material layer
5 Nickel-based metal layer
21 Lid
31 cases
32 Case body

Claims

A lid for a lid of an electronic component package that is welded by local heating to an outer periphery of an opening of a case formed so that a storage space for storing an electronic component opens on the surface,
A base material layer formed of a low thermal expansion metal having a thermal expansion coefficient at 30 to 300 ° C. of 4.0 × 10 ⁻⁶ to 5.5 × 10 ⁻⁶ / ° C., and laminated on one surface of the base material layer And an intermediate metal layer formed of oxygen-free pure copper having a copper content of 99.9 mass% or more and an oxygen content of 0.05 mass% or less, and a silver containing silver as a main component, laminated on the intermediate metal layer. A brazing material layer formed of a brazing alloy,
The intermediate metal layer and the brazing filler metal layer are pressure-welded and diffusion bonded to each other, and the brazing filler metal layer is a lid member in which the area ratio of the swollen portion observed on the outer surface is 0.1% or less.

The lid member according to claim 1, wherein an average thickness of the intermediate metal layer is 10 µm or more and 200 µm or less.

The lid according to claim 1 or 2, wherein a nickel-based metal layer formed of a nickel-based metal made of pure nickel or a nickel alloy containing nickel as a main component is bonded to the other surface of the base material layer.

A method for manufacturing a lid for a lid of an electronic component package that is welded by local heating to an outer periphery of an opening of a case formed so that a storage space for storing an electronic component opens on the surface,
30-300 copper content on one surface of the thermal expansion coefficient of 4.0 × 10 ^-6 from 5.5 × 10 ^-6 / ℃ is a low thermal expansion metal substrate formed by at ° C. is 99.9mass % And a preparatory step of preparing an intermediate metal layer laminate in which an intermediate metal layer formed of oxygen-free pure copper having an oxygen content of 0.05 mass% or less is laminated;
A pressure-welding step of obtaining a brazing material layer pressure-bonded body by pressure-welding a brazing material layer formed of a silver brazing alloy containing silver as a main component to the intermediate metal layer of the intermediate metal layer laminate;
A diffusion annealing step of producing a lid material in which the intermediate metal layer and the brazing material layer are diffusion-bonded to each other by performing diffusion annealing on the brazing material layer press-contacting body,
A method for manufacturing a lid member, wherein a reduction rate during pressing in the pressing step is 50% or more and 80% or less, and an annealing temperature is set in a range of 380 ° C. or more and 590 ° C. or less in the annealing step.

The manufacturing method according to claim 4, wherein an average thickness of the intermediate metal layer of the brazing material layer press-contacting body is 10 μm or more and 200 μm or less.

The nickel-based metal layer formed of a nickel-based metal made of pure nickel or a nickel alloy containing nickel as a main component is laminated on the other surface of the base material layer of the intermediate metal layer laminate. Manufacturing method.

4. A lid for an electronic component package that is welded by local heating to an outer periphery of an opening of a case that is formed so that a storage space for storing an electronic component opens on a surface thereof. A lid for an electronic component package, which is a lid that is processed to a size that covers the opening of the case from the lid material described in item 1.

A case formed so that a storage space for storing an electronic component is opened on the surface, and a lid welded to the outer periphery of the opening by local heating so as to cover the opening of the case; An electronic component package using the lid according to claim 7 as a body.