(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に電子部品を気密封止して収納するための凹部を有するとともに該凹部を取り囲む金属層が形成された絶縁基体に接合され、前記凹部を気密封止する蓋体であって、前記蓋体は、少なくとも下面の外周部がニッケル，コバルト，鉄，金，銀，白金およびパラジウムの少なくとも１種である金属材料からなるとともに前記外周部にはんだ層が被着されており、該はんだ層は、前記金属材料側から順に配置された、錫と前記金属材料の金属成分との合金相を主成分とする第１はんだ層と、ビスマス相を主成分として錫が２乃至５質量％の錫−ビスマス合金相を含む、前記第１はんだ層よりも融点が低い第２はんだ層とからなることを特徴とする蓋体。
【請求項２】
上面に電子部品を気密封止して収納するための凹部を有するとともに該凹部を取り囲む金属層が形成された絶縁基体に接合され、前記凹部を気密封止する蓋体の製造方法であって、
少なくとも下面の外周部がニッケル，コバルト，鉄，金，銀，白金およびパラジウムの少なくとも１種である金属材料からなる板状の材料の前記金属材料部分に、６〜１０質量％の錫を含むビスマス−錫はんだを溶融させ、前記金属材料と前記錫との合金相を主成分とする第１はんだ層、および、錫が２乃至５質量％の錫−ビスマス合金相を含み、前記第１はんだ層よりも融点が低い第２はんだ層を形成させる蓋体の製造方法。
【請求項３】
上面に電子部品を気密封止して収納するための凹部を有するとともに該凹部を取り囲む金属層が形成された絶縁基体と、前記凹部内に収納された電子部品と、少なくとも下面の外周部が金属材料からなる蓋体とを備え、前記絶縁基体の前記金属層と前記蓋体の前記金属材料とが接合層を介して接合されて前記凹部が気密封止されてなる電子装置の製造方法であって、
前記絶縁基体のニッケル，コバルト，鉄，金，銀，白金およびパラジウムの少なくとも１種である金属層と、請求項１記載の蓋体の前記第２はんだ層とを接触させ、前記第２はんだ層を溶融させて、前記金属材料側から順に配置された、錫と前記金属材料の金属成分との合金相を主成分とする前記第１はんだ層による第１接合層と、ビスマス相を主成分とする、前記第１接合層よりも融点が低く、前記第２はんだ層よりも融点が高い第２接合層と、錫と前記金属層の金属成分との合金相を主成分とする、前記第２接合層よりも融点が高い第３接合層とからなる前記接合層を形成させる電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を収容する凹部を有する絶縁基体に蓋体がはんだを介して接合される電子部品収納用パッケージ、およびその電子部品収納用パッケージに電子部品が気密封止されてなる電子装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や圧電素子，センサ素子等の電子部品は、一般に、上面に凹部を有する直方体状等の絶縁基体と、凹部を塞ぐようにして下面の外周部が絶縁基体の上面に接合される電子部品収納用パッケージの凹部内に気密封止されて使用される。電子部品収納用パッケージに電子部品が気密封止されてなる電子装置は、例えば、コンピュータや携帯電話，デジタルカメラ，センサ装置等の電子機器を構成する回路基板に形成された外部電気回路に電気的に接続される。なお、電子部品と外部電気回路との電気的な接続は、例えば絶縁基体の凹部内から下面等の外表面にかけて形成された配線導体を介して行なわれる。すなわち、配線導体のうち凹部内に位置する部位に電子部品の電極をボンディングワイヤ等を介して電気的に接続し、配線導体のうち絶縁基体の外表面に位置する部位を外部電気回路にはんだ等の導電性接合材を介して接合すれば、配線導体を介して電子部品と外部電気回路とが電気的に接続される。
【０００３】
このような電子部品収納用パッケージおよび電子装置において、蓋体と絶縁基体との接合には、一般に、はんだが用いられている。この場合、蓋体と絶縁基体との接合に用いるはんだ（封止用はんだ）は、その融点が、電子装置と外部電気回路との接続に用いるはんだ（実装用はんだ）の融点よりも高いものである必要がある。封止用はんだの融点が実装用はんだの融点以下であると、電子装置を外部電気回路に接続する際の加熱によって封止用はんだが溶融して、気密封止の信頼性が低下する可能性がある。
【０００４】
なお、封止用はんだとしては、従来、鉛−錫系等の、融点が約270〜300℃程度のいわゆる高温はんだが用いられ、実装用はんだとしては、融点が約184℃の錫−鉛はんだ（いわゆる共晶はんだ）が用いられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2001−353590号公報
【特許文献２】特開2005−072173号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年、欧州における特定有害物質の規制（ＲｏＨＳ：Restriction on Hazardous Substances）指令等、環境に対する悪影響を防ぐために、はんだの材料として鉛を使用しないようにすること（いわゆる鉛フリー化）が求められるようになってきている。そのため、従来の鉛系の高温はんだに代わるはんだを用いた電子部品収納用パッケージおよび電子装置を提供する必要が生じている。
【０００７】
この場合、電子装置を外部電気回路に接続するためのはんだについても鉛フリー化が必要であり、従来の錫−鉛はんだに代わって、錫−銀系はんだや錫−銀−銅系はんだ等の、いわゆる鉛フリーはんだが実装用はんだとして多用されるようになってきている。このような鉛フリーはんだは、従来の錫−鉛はんだに比べて、融点が約220℃以上と比較的高い。そのため、封止用はんだについても、従来よりも融点の高いものが必要になってきている。
【０００８】
本発明はこのような従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、蓋体に接合されたはんだが鉛を含有せず、さらにこのはんだを介して蓋体が絶縁基体に接合されたときの気密封止の信頼性が高い電子部品封止用パッケージ、およびその電子部品収納用パッケージに電子部品が収容されてなる、気密封止の信頼性が高い電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の蓋体は、上面に電子部品を気密封止して収納するための凹部を有するとともに該凹部を取り囲む金属層が形成された絶縁基体に接合され、前記凹部を気密封止する蓋体であって、前記蓋体は、少なくとも下面の外周部がニッケル，コバルト，鉄，金，銀，白金およびパラジウムの少なくとも１種である金属材料からなるとともに前記外周部にはんだ層が被着されており、該はんだ層は、前記金属材料側から順に配置された、錫と前記金属材料の金属成分との合金相を主成分とする第１はんだ層と、ビスマス相を主成分として錫が２乃至５質量％の錫−ビスマス合金相を含む、前記第１はんだ層よりも融点が低い第２はんだ層とからなることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の蓋体の製造方法は、上面に電子部品を気密封止して収納するための凹部を有するとともに該凹部を取り囲む金属層が形成された絶縁基体に接合され、前記凹部を気密封止する蓋体の製造方法であって、少なくとも下面の外周部がニッケル，コバルト，鉄，金，銀，白金およびパラジウムの少なくとも１種である金属材料からなる板状の材料の前記金属材料部分に、６〜１０質量％の錫を含むビスマス−錫はんだを溶融させ、前記金属材料と前記錫との合金相を主成分とする第１はんだ層、および、錫が２乃至５質量％の錫−ビスマス合金相を含み、前記第１はんだ層よりも融点が低い第２はんだ層を形成させるものである。
【００１１】
本発明の電子装置の製造方法は、上面に電子部品を気密封止して収納するための凹部を有するとともに該凹部を取り囲む金属層が形成された絶縁基体と、前記凹部内に収納された電子部品と、少なくとも下面の外周部が金属材料からなる蓋体とを備え、前記絶縁基体の前記金属層と前記蓋体の前記金属材料とが接合層を介して接合されて前記凹部が気密封止されてなる電子装置の製造方法であって、前記絶縁基体のニッケル，コバルト，鉄，金，銀，白金およびパラジウムの少なくとも１種である金属層と、請求項１記載の蓋体の前記第２はんだ層とを接触させ、前記第２はんだ層を溶融させて、前記金属材料側から順に配置された、錫と前記金属材料の金属成分との合金相を主成分とする前記第１はんだ層による第１接合層と、ビスマス相を主成分とする、前記第１接合層よりも融点が低く、前記第２はんだ層よりも融点が高い第２接合層と、錫と前記金属層の金属成分との合金相を主成分とする、前記第２接合層よりも融点が高い第３接合層とからなる前記接合層を形成させるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電子部品収納用パッケージによれば、はんだ層を蓋体に直接接合している第１はんだ層が錫と蓋体の金属材料の金属成分との合金相を主成分としてなり、その融点が金属材料の作用により約400℃以上と高くなっている。また、蓋体を絶縁基体（実際には絶縁基体に形成されるはんだ付け用の金属層）と接続するための第２はんだ層がビスマス相を主成分として錫−ビスマス合金相を含んでなり、第１はんだ層よりも融点が低い。そのため、従来の封止用の鉛はんだに代わり、有害な鉛を含有しないはんだによる封止が可能になる。
【００１４】
すなわち、ビスマスの融点が271℃と比較的高いため、ビスマス相を主成分とする第２はんだ層を、従来の鉛系高温はんだと同様に封止用はんだ層として機能させることができる。また、第２はんだ層は、錫−ビスマス相を含有している分、ビスマス相のみの場合に比べて融点が低いため、封止時の加熱温度を低く抑えることができる。この封止時、第１はんだ層の融点が、金属材料の金属成分の作用により第２はんだ層の融点よりも高くなっているため、第２はんだ層による封止時に溶融せず、蓋体に対するはんだ層の接合を維持することができる。さらに、封止時に、第２はんだ層の錫成分が、絶縁基体側の金属層の金属材料とビスマスよりも融点が高い合金相を形成することもできる。そのため、例えば電子部品収納用パッケージに電子部品を気密封止した後に、錫−銀系等の鉛フリーはんだを用いて外部電気回路基板に対する接続を行なうような場合でも、はんだ層が溶融することはなく、気密封止の信頼性が高い。したがって、蓋体に接合されたはんだ層が鉛を含有せず、さらにこのはんだ層を介して蓋体が絶縁基体に接合されたときの気密封止の信頼性が高い電子部品封止用パッケージを提供することができる。
【００１５】
また、本発明の電子部品収納用パッケージは、上記構成において蓋体の金属材料が、ニッケル，コバルト，鉄，金，銀，銅，白金およびパラジウムの少なくとも１種である場合には、気密封止の信頼性をより確実に高くすることが可能であり、電子部品収納用パッケージとしての実用性も良好な電子部品収納用パッケージを提供することができる。
【００１６】
すなわち、上記の金属材料と錫との合金相の形成が容易であり、その融点を、より確実に上記のように高くすることができる。また、これらの金属材料は、それ自体によって蓋体を作製したり、金属材料以外の材料で蓋体を作製したときに蓋体の下面の外周部に、例えばメタライズ層やめっき層等の形態で被着させたりすることが容易である。したがって、この場合には、気密封止の信頼性や実用性が高い電子部品収納用パッケージを提供することができる。
【００１７】
本発明の電子装置は、上記構成を備え、蓋体と絶縁基体とを接合しているはんだ接合層が、蓋体側から順に配置された、錫と蓋体の金属材料の金属成分との合金相を主成分とする第１接合層と、ビスマス相を主成分とする、第１接合層よりも融点が低い第２接合層と、錫と絶縁基体の金属層の金属成分との合金相を主成分とする、第２接合層よりも融点が高い第３接合層とからなることから、上記本発明の電子部品収納用パッケージと同様に、鉛を含有しないはんだ接合層による気密封止が可能になる。ビスマス相を主成分とする第２接合層は、ビスマスの融点が比較的高いので、従来の鉛系高温はんだと同様に蓋体と絶縁基体とを接合する主な接合層として機能させることができる。そして、例えばこの電子装置を、錫−銀系等の鉛フリーはんだを用いて外部電気回路基板に対する接続（実装）を行なうような場合でも、第２はんだ層が溶融することは効果的に抑制される。また、第１および第３接合層は、いずれも第２接合層よりも融点が高いので、同様に、実装時に溶融することは効果的に抑制される。そのため、気密封止の信頼性の高い電子装置を提供することができる。なお、第１および第３接合層は、それぞれ錫と合金相を形成する金属材料の作用により、その融点が上記のように高くなっている。
【００１８】
また、本発明の電子装置は、上記構成において、蓋体の金属材料の金属成分および絶縁基体の金属層の金属成分が、ニッケル，コバルト，鉄，金，銀，銅，白金およびパラジウムの少なくとも１種である場合には、上記本発明の電子部品収納用パッケージの場合と同様に、気密封止の信頼性をより確実に高くすることが可能であり、電子装置としての実用性も良好な電子装置を提供することができる。
【００１９】
すなわち、上記の金属材料と錫との合金相の形成が容易であり、その融点をより確実に上記のように高くすることができる。また、これらの金属材料は、それ自体によって蓋体を作製したり、金属材料以外の材料で蓋体を作製したときに蓋体の下面の外周部に、例えばメタライズ層やめっき層等の形態で被着させたりすることが容易である。したがって、この場合には、気密封止の信頼性や実用性が高い電子装置を提供することができる。
【００２０】
以上のように、本発明の電子部品収納用パッケージおよび電子装置においては、ビスマス相を主成分として錫−ビスマス相を含む第２はんだ層が絶縁基体の金属層と接合されるので、比較的低温から金属層とはんだ層（第２はんだ層）との接合が開始され、はんだ層の金属層に対する濡れ性が向上するとともに、接合後に、第２接合層に融点が低いビスマス−錫相が残っていない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の電子部品収納用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】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る。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の電子部品収納用パッケージおよび電子装置について、添付の図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１は本発明の電子部品収納用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図であり、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る。図１および図２において、１は蓋体，２ははんだ層，３は絶縁基体，４は金属層，５は配線導体，６ははんだ接合層，７は電子部品である。蓋体１と絶縁基体３とにより電子部品収納用パッケージが基本的に構成され、電子部品収納用パッケージに電子部品７が気密封止されて電子装置が基本的に構成されている。電子部品収納用パッケージにおいて、少なくとも下面の外周部が金属材料からなる蓋体１にはんだ層２が接合されている。このはんだ層２を絶縁基体３の上面の金属層４に接合して凹部３ａを蓋体１で塞げば、凹部３ａ内に電子部品７が気密封止されて電子装置が作製される。
【００２４】
蓋体１は、例えば四角板状であり、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金，銅，アルミニウム等の金属材料、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料または樹脂材料やガラス材料等の材料によって形成されている。なお、蓋体１は、上記のように絶縁基体３の凹部３ａを塞ぐ必要があるため、少なくとも凹部３ａの開口よりも大きな寸法で形成する必要がある。
【００２５】
蓋体１は、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金からなる場合であれば、この合金材料の板材に打ち抜き加工やエッチング加工等の加工を施して所定の形状および寸法に成形することにより製作することができる。また、蓋体１が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、酸化アルミニウムの粉末を有機溶剤およびバインダとともに所定の蓋体１の形状に成形した後、約1300〜1600℃程度の温度で焼成する方法で製作することができる。
【００２６】
蓋体１について、下面の外周部が絶縁基体３と接合されるため、この下面の外周部にはんだ層２が接合されている。このはんだ層２を接合させるために、蓋体１は、少なくとも下面の外周部が金属材料からなるものである必要がある。そのため、蓋体１を上記の金属材料以外の材料で形成した場合には、下面の外周部に、メタライズ法やめっき法等の手段で金属材料を層状に被着させておく必要がある。
【００２７】
例えば、蓋体１が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、この蓋体１となる未焼成の成形体の下面の外周部にタングステンやモリブデン等の金属ペーストを塗布しておき、蓋体１と同時焼成すれば、メタライズ層からなる金属材料（図示せず）を被着させることができる。なお、このメタライズ層からなる金属材料の層は、はんだの濡れ性が低いため、その表面にニッケルやコバルト，銅，金，パラジウム，白金等のめっき層を被着させておくことが好ましい。
【００２８】
なお、蓋体１が鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料で形成されている場合でも、その表面の全面等にニッケルや金，銅等のめっき層を被着させて、蓋体１の酸化を抑制するようにしてもよい。
【００２９】
また、絶縁基体３は、上面に電子部品７を気密封止するための凹部３ａを有している。電子部品７は、例えば半導体集積回路素子や圧電素子，圧力センサ素子等のセンサ素子，容量素子，抵抗器等である。これらの電子部品７は一般に直方体状（四角板状）であり、凹部３ａは、例えばこのような電子部品７を効率よく収容するために開口が四角形状である。
【００３０】
このような凹部３ａを有する絶縁基体３は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、アルミナ等の原料粉末を有機溶剤，バインダとともにシート状に成形して複数のセラミックグリーンシートを作製し、次に、これらのセラミックグリーンシートの一部に適当な打ち抜き加工を施して枠状に形成した後、打ち抜き加工を施していない平板状のセラミックグリーンシートの上に枠状のセラミックグリーンシートを積層し、最後に約1300〜1600℃の所定温度で焼成することにより製作される。
【００３１】
なお、絶縁基体３は、四角板状の基板部分と四角枠状の枠体部分とを別個に製作した後、基板部分の上面に枠体部分を樹脂接着剤やガラス等を用いて接合すること等の方法で製作することもできる。
【００３２】
絶縁基体３は、はんだ層２を介した蓋体１との接合のために、上面に凹部３ａを取り囲む金属層４が形成されている。金属層４は、はんだ層２を接合するための下地金属層であり、また、はんだ層２の成分と合金を形成するための金属材料を供給するためのものである。このような金属層４は、タングステンやモリブデン，マンガン，銅，銀，パラジウム，金，白金等の材料からなり、メタライズ層やめっき層，蒸着層等の形態で絶縁基体３に被着されている。
【００３３】
金属層４は、例えばタングステンのメタライズ層からなる場合であれば、タングステンの粉末を有機溶剤，バインダとともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁基体３となるセラミックグリーンシートの上面にスクリーン印刷法等の印刷法で印刷しておくことにより形成することができる。
【００３４】
このようなメタライズ層からなる金属層４についても、上記の蓋体１の金属材料をメタライズ層で形成した場合と同様に、その表面にニッケルやコバルト，銅，金，パラジウム，白金等のめっき層を被着させて、はんだの濡れ性を高くしておくことが好ましい。
【００３５】
また、図１および図２に示す例において、絶縁基体３には、凹部３ａの内側から下面の外周部にかけて配線導体５が形成されている。配線導体５は、凹部３ａ内に気密封止される電子部品を外部電気回路（図示せず）に電気的に接続するための導電路である。
【００３６】
配線導体５は、例えば上記の金属層４と同様の材料（タングステンやモリブデン，マンガン，銅，銀，パラジウム，金，白金等）からなり、同様の形態で絶縁基体３に被着させることができる。
【００３７】
電子部品７は、例えば、樹脂接着剤やろう材等（図示せず）を介して凹部３ａの底面に接合されて凹部３ａ内に固定され、ボンディングワイヤ８等の電気的接続手段を用いて配線導体５の凹部３ａ内に形成された部分に接続されている。この配線導体５のうち絶縁基体３の下面の外周部に形成された部分を外部電気回路に、錫−銀系はんだ等の実装用のはんだ（図示せず）を用いて接続すれば、電子部品７と外部電気回路とが電気的に接続される。
【００３８】
なお、電子部品７は、蓋体１の下面側に接合して固定するようにしてもよい。この場合、蓋体１を上記のようにセラミック材料等の絶縁材料で形成しておいて、この蓋体１にも電子部品７を外部電気回路に接続するための導電路（図示せず）を形成するようにしてもよい。この蓋体の導電路も、例えば配線導体５と同様の材料を用い、同様の方法で形成することができる。
【００３９】
本発明の電子部品収納用パッケージにおいて、上記のように蓋体１の少なくとも下面の外周部が金属材料からなるとともに、その外周部にはんだ層２が接合されており、はんだ層２は、蓋体１側から順に配置された、錫と蓋体１の金属材料の金属成分との合金相を主成分とする第１はんだ層２ａと、ビスマス相を主成分として錫−ビスマス合金相を含む、第１はんだ層よりも融点が低い第２はんだ層２ｂとからなる。
【００４０】
蓋体１の少なくとも下面の外周部を構成する金属材料は、上記のように蓋体１自体を形成する金属材料や、金属材料以外の材料で形成された蓋体１に被着されたメタライズ層やめっき層等であり、例えばニッケルやコバルト，鉄，金，銀，銅，白金，パラジウム，タングステン，モリブデン，マンガン，アルミニウム等である。
【００４１】
このような電子部品収納用パッケージによれば、はんだ層２を蓋体１に直接接合している第１はんだ層２ａが錫と蓋体１の金属材料の金属成分との合金相を主成分としてなり、その融点が金属材料の作用により約400℃以上と高くなっている。また、蓋体１を絶縁基体３（実際には絶縁基体３に形成されるはんだ付け用の金属層４）と接続するための第２はんだ層２ｂがビスマス相を主成分として錫−ビスマス合金相を含んでなり、第１はんだ層２ａよりも融点が低い。そのため、従来の封止用の鉛はんだに代わり、有害な鉛を含有しないはんだによる封止が可能になる。
【００４２】
すなわち、ビスマスの融点が271℃と比較的高いため、ビスマス相を主成分とする第２はんだ層２ｂを、従来の鉛系高温はんだと同様に封止用はんだ層として機能させることができる。また、第２はんだ層２ｂは、錫−ビスマス相を含有している分、ビスマス相のみの場合に比べて融点が低いため、封止時の加熱温度を低く抑えることができる。この封止時、第１はんだ層２ａの融点が、金属材料の金属成分の作用により第２はんだ層２ｂの融点よりも高くなっているため、第２はんだ層２ｂによる封止時に溶融せず、蓋体１に対するはんだ層２の接合を維持することができる。さらに、封止時に、第２はんだ層２ｂの錫成分が、絶縁基体３側の金属層４の金属材料とビスマスよりも融点が高い合金相を形成することもできる。そのため、例えば電子部品収納用パッケージに電子部品７を気密封止した後に、錫−銀系等の鉛フリーはんだを用いて外部電気回路基板に対する接続を行なうような場合でも、はんだ層２（第１および第２はんだ層２ａ，２ｂのいずれも）が溶融することはなく、気密封止の信頼性が高い。したがって、蓋体１に接合されたはんだ層２が鉛を含有せず、さらにこのはんだ層２を介して蓋体１が絶縁基体３に接合されたときの気密封止の信頼性が高い電子部品封止用パッケージを提供することができる。
【００４３】
第１はんだ層２ａは、錫と蓋体１の金属材料の金属成分との合金相を主成分としたものであり、金属成分の作用によって、上記のように融点が従来の鉛系高温はんだの融点よりも高くなっている。
【００４４】
第２はんだ層２ｂは、絶縁基体３の金属層４と接合したときに錫成分のほぼ全部が金属層４の金属材料と合金相を形成するような組成で形成する。
【００４５】
このような組成の第２はんだ層２ｂとしては、例えば錫成分を約２〜５質量％、ビスマス−錫相を構成する錫として含むビスマス−錫はんだを挙げることができる。また、上記組成において、錫成分は、一部が錫相や錫と金属材料との合金相として含まれているものでもよい。また、上記組成のビスマス−錫はんだに、ビスマスと金属材料の金属成分との合金相を含んでいてもよい。
【００４６】
このようなはんだ層２は、例えば、以下の方法で蓋体１（蓋体１の金属材料）に接合することができる。
【００４７】
すなわち、例えば鉄−ニッケル合金からなる蓋体１を準備するとともに、その下面の外周部に錫を約６〜10質量％含む、ビスマス−錫はんだのペースト（図示せず）を塗布する。そして、このペーストを塗布した蓋体１を280〜300℃で１〜２分程度加熱すれば、ビスマス−錫はんだの錫成分と、蓋体１の金属材料の金属成分とが互いに接合界面部分で錫−金属成分の合金相を形成し、はんだ層２が蓋体１に接合される。また、接合されたはんだ層２の第２はんだ層２ｂは、錫成分の拡散によって上記のような錫成分を２〜５質量％程度含む組成となる。
【００４８】
なお、はんだ層２は、図１に示す例では凹部３ａを取り囲む金属層４と対向するように枠状としているが、さらに内側に広げて接合させてもよく、また、蓋体１の下面の全面に接合するようにしてもよい。蓋体１の下面の全面にはんだ層２を接合する場合には、はんだペーストの塗布等の際に精密な位置合わせが不要であるため、生産性を高くする上では有利である。
【００４９】
また、本発明の電子部品収納用パッケージは、上記構成において蓋体１の金属材料が、ニッケル，コバルト，鉄，金，銀，銅，白金およびパラジウムの少なくとも１種である場合には、気密封止の信頼性をより確実に高くすることが可能であり、電子部品収納用パッケージとしての実用性も良好な電子部品収納用パッケージを提供することができる。
【００５０】
すなわち、上記の金属材料と錫との合金相の形成が容易であり、その融点をより確実に上記のように高くすることができる。また、これらの金属材料は、それ自体により蓋体１を作製したり、金属材料以外の材料で蓋体１を作製したときに蓋体１の下面の外周部に、例えばメタライズ層やめっき層等（図示せず）の形態で被着させたりすることが容易である。したがって、この場合には、気密封止の信頼性や実用性が高い電子部品収納用パッケージを提供することができる。例えば、ニッケルやコバルト，鉄であれば蓋体１自体を形成する材料として用いられ、金や銀，銅，白金およびパラジウムであればセラミック材料等からなる蓋体１の下面にメタライズ層を被覆するめっき層として用いられる。
【００５１】
これらの金属材料の中でも、ニッケル，銅および金が、めっき層としての被着が容易であり、また、はんだ層２をはんだペーストの塗布および溶融によって接合する際の濡れ性が良好であるため、特に好ましい。
【００５２】
そして、蓋体１と絶縁基体３の金属層４とをはんだ層２を介して接合し、凹部３ａを蓋体１で塞いで電子部品７を凹部３ａ内に気密封止すれば、電子装置が形成される。
【００５３】
本発明の電子装置は、上記のように、上面に電子部品７を気密封止して収納するための凹部３ａを有するとともに凹部３ａを取り囲む金属層４が形成された絶縁基体３と、凹部３ａ内に収納された電子部品７と、少なくとも下面の外周部が金属材料からなる蓋体１とを備え、絶縁基体３の金属層４と蓋体１の金属材料とがはんだ接合層６を介して接合されて凹部３ａが気密封止されている。
【００５４】
はんだ接合層６は、例えば本発明の電子部品収納用パッケージにおけるはんだ層２が絶縁基体３の金属層４と接合されて形成されたものである。
【００５５】
この電子装置において、蓋体１と絶縁基体３とを接合しているはんだ接合層６は、蓋体１側から順に配置された、錫と金属材料の金属成分との合金相を主成分とする第１接合層６ａと、ビスマス相を主成分として錫−ビスマス合金相を含む、第１接合層６ａよりも融点が低い第２接合層６ｂと、錫と金属層４の金属成分との合金相を主成分とする、第２接合層６ｂよりも融点が高い第３接合層６ｃとからなる。
【００５６】
本発明の電子装置は、はんだ接合層６が、上記構成の第１〜第３接合層６ａ〜６ｃからなることから、本発明の電子部品収納用パッケージと同様に、鉛を含有しないはんだ接合層６による気密封止が可能になる。
【００５７】
ビスマス相を主成分とする第２接合層６ｂは、融点が低い錫−ビスマス合金相を含有せず、ビスマスの融点が比較的高いので、従来の鉛系高温はんだと同様に蓋体１と絶縁基体３とを接合する主な接合層として機能させることができる。そして、例えばこの電子装置を、錫−銀系等の鉛フリーはんだを用いて外部電気回路に対する接続（実装）を行なうような場合でも、第２接合層６ｂが溶融することはない。また、第１および第３接合層６ａ，６ｃは、いずれも第２接合層６ｂよりも融点が高いので、同様に、実装時に溶融することはない。そのため、気密封止の信頼性の高い電子装置を提供することができる。なお、第１および第３接合層６ａ，６ｃは、それぞれ錫と合金相を形成する金属材料の作用により、その融点が上記のように高くなっている。
【００５８】
なお、この電子装置を構成する蓋体１および絶縁基体３、ならびに絶縁基体３に形成されている金属層４および配線導体５等の構成は上記の電子部品収納用パッケージの場合と同様であり、同様の方法で製作することができる。
【００５９】
また、接合層６の第１接合層６ａは、錫と蓋体１の金属材料の金属成分との合金相を主成分とするものであり、その全部が錫−金属成分の合金相からなるものであってもよく、ビスマス相やビスマスと上記金属成分との合金相を含むものであってもよい。
【００６０】
第３接合層６ｃは、錫と金属層４の金属成分との合金相を主成分とするものであり、その全部が錫−金属成分の合金相からなるものであってもよく、数質量％程度のビスマス相やビスマスと上記金属成分との合金相を含むものであってもよい。
【００６１】
第１接合層６ａおよび第３接合層６ｃは、それぞれ接合層６を蓋体１（蓋体１の金属材料）および絶縁基体３の金属層４に接合している層であり、電子部品収納用パッケージにおける第１はんだ層２ａと同様に、金属成分の作用により融点が従来の鉛系高温はんだよりも高い。
【００６２】
これらの第１および第３接合層６ａ，６ｃにおいて錫と合金相を形成する金属材料は、例えば電子部品収納用パッケージにおける第１はんだ層２ａと同様にニッケルやコバルト，鉄，金，銀，銅，白金，パラジウム，タングステン，モリブデン，マンガン，アルミニウム等である。
【００６３】
第２接合層６ｂは、蓋体１（金属材料）と絶縁基体３（金属層４）とを、蓋体１にあらかじめ接合しておいたはんだ層２を金属層４に接合して凹部３ａを気密封止する際の主な接合材である。すなわち、ビスマス相を主成分とする、融点がビスマスの融点（約271℃）程度と高い第２接合層６ｂを介して蓋体１と絶縁基体３とが接合されて、上記のように気密封止の信頼性の高い電子装置が形成されている。
【００６４】
第２接合層６ｂは、その全部がビスマス相で形成されていてもよく、蓋体１の金属材料や金属層４の金属材料とビスマスとの合金相を含むものであってもよい。
【００６５】
このような接合層６を介して蓋体１と絶縁基体３とが接合された電子装置は、例えば、まず上記本発明の電子部品収納用パッケージを準備し、次に、絶縁基体３の凹部３ａ内に電子部品７を収容するとともに電子部品７を配線導体５とボンディングワイヤ８等で電気的に接続し、次に、蓋体１の下面の外周部に接合したはんだ層２を絶縁基体３の上面の金属層４に対向させて位置決めし、その後、これらを炉中で加熱する方法で製作することができる。
【００６６】
この場合、はんだ層２の構成が例えば上記のように、錫成分を約２〜５質量％、ビスマス−錫合金相を構成する錫として含む第２はんだ層２ｂを備えている場合であれば、炉中での加熱条件を約280〜300℃で約１〜２分程度に設定すればよい。この条件であれば、第２はんだ層２ｂの錫成分が金属層４の金属成分と良好に反応して合金相を形成することができ、接合後の第２接合層６ｂを上記のようなビスマス相を主成分とする組成とすることができる。
【００６７】
また、この場合、錫−ビスマス合金相や錫相が存在するので、比較的低い加熱温度から接合が開始されることによりはんだ層２の金属層４に対する濡れ性が高まり、融点の高い第３接合層６ｃを有する接合層６による蓋体１と絶縁基体３との間の接合ができる。その結果、接合前のはんだ層２（特に第２はんだ層２ｂ）よりも、接合後の接合層６（特に第２接合層６ｂ）が高融点になる。
【００６８】
また、この電子装置は、上記構成において、蓋体１の金属材料の金属成分および絶縁基体３の金属層４の金属成分が、ニッケル，コバルト，鉄，金，銀，銅，白金およびパラジウムの少なくとも１種である場合には、上記本発明の電子部品収納用パッケージの場合と同様に、気密封止の信頼性をより確実に高くすることが可能であり、電子装置としての実用性も良好な電子装置を提供することができる。
【００６９】
また、これらの金属材料は、それ自体により蓋体１を作製したり、金属材料以外の材料で蓋体１を作製したときに蓋体１の下面の外周部に、例えばメタライズ層やめっき層等の形態で被着させたりすることが容易である。したがって、この場合には、気密封止の信頼性や実用性が高い電子装置を提供することができる。
【実施例】
【００７０】
酸化アルミニウム質焼結体により上面に凹部を有する直方体状の絶縁基体を作製するとともに、鉄−ニッケル合金からなる蓋体を作製し、その表面の全面にニッケルめっき層を被着させた後、蓋体の下面の外周部にはんだ層を接合させて、実施例の電子部品収納用パッケージを作製した。
【００７１】
はんだ層は、錫を６質量％含有するビスマス−錫はんだを、ペーストの塗布および加熱（290℃で１分の条件）によって蓋体に接合させた。
【００７２】
はんだ層の第１はんだ層は、錫−ニッケルの合金相が主成分であり、ニッケルを含んでいた。また、第２はんだ層は、ＷＤＳ解析によれば、ビスマス相に微量の錫−ビスマス合金相を含むものであった。
【００７３】
絶縁基体は、平面視したときの寸法が約３×5.5ｍｍで高さが約１ｍｍであり、凹部の深さが約0.7ｍｍであって、上面の凹部の周囲に枠状に、タングステンのメタライズ層により厚さ約15μｍの金属層を形成したものであった。蓋体は、平面視したときの寸法が絶縁基体と同程度で、厚さが約0.3ｍｍであった。
【００７４】
この実施例の電子部品収納用パッケージについて、蓋体を絶縁基体にはんだ層を介して接合した後、気密封止の信頼性をヘリウムリーク試験によって確認した。接合の条件は290℃で１分とした。また、試験個数は100個とした。
【００７５】
なお、比較例として、鉛−錫はんだを蓋体に接合した従来技術の電子部品収納用パッケージを準備し、上記実施例と同様に気密封止の信頼性を確認した。
【００７６】
その結果、試験した100個の実施例の電子部品収納用パッケージ（気密封止後の電子装置）電子部品収納用パッケージにおいて、リーク不良は発生せず、気密封止の信頼性が高いことが確認された。なお、比較例の電子部品収納用パッケージも、実施例の電子部品収納用パッケージと同様にリーク不良は発生しなかったが、接合層中に鉛を含有しているため、環境に対して悪影響を与えるものであった。
【符号の説明】
【００７７】
１・・・蓋体
２・・・はんだ層
２ａ・・第１はんだ層
２ｂ・・第２はんだ層
３・・・絶縁基体
３ａ・・凹部
４・・・金属層
５・・・配線導体
６・・・はんだ接合層
６ａ・・第１接合層
６ｂ・・第２接合層
６ｃ・・第３接合層
７・・・電子部品
８・・・ボンディングワイヤ
【図１】
0005537119.tif 000002
【図２】
0005537119.tif 000003