(57)【要約】【課題】比較的低融点で扱いやすく、かつ修理や再はんだ付け等の再加熱にも十分耐えられるろう材を提供する。【解決手段】本発明のろう材１０Ａは、Ｎｉ層としてのＮｉ箔１１とＡｕＳｎ層としてのＡｕＳｎめっき層１２ａ（１２ｂ）とを積層した構成である。またろう材１０Ｂは、ＡｕＳｎ層としてのＡｕＳｎ箔１２とＮｉ層としてのＮｉめっき層１１ａ（１１ｂ）とを積層した構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉを主成分とするＮｉ層とＡｕＳｎ合金を主成分とするＡｕＳｎ層とを積層してなることを特徴とするろう材。
【請求項２】
前記Ｎｉ層の両面に、第１の前記ＡｕＳｎ層と第２の前記ＡｕＳｎ層とがそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載のろう材。
【請求項３】
前記ＡｕＳｎ層の両面に、第１の前記Ｎｉ層と第２の前記Ｎｉ層とがそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載のろう材。
【請求項４】
前記Ｎｉ層と前記ＡｕＳｎ層のうちいずれか一方の層が箔材であり、他方の層が前記箔材の表面に形成されためっき層であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のろう材。
【請求項５】
前記Ｎｉ層と前記ＡｕＳｎ層の双方が箔材であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のろう材。
【請求項６】
前記ＡｕＳｎ層を構成する前記ＡｕＳｎ合金におけるＳｎ含有量が１５重量％以上３０重量％以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のろう材。
【請求項７】
前記Ｎｉ層の当該ろう材に対する重量比率が、前記ＡｕＳｎ層を構成するＡｕＳｎ合金のＳｎ含有量をａ重量％としたとき、
（ａ×０．７−７）重量％以上、（（ａ−１０）×３）重量％以下であることを特徴とする請求項６に記載のろう材。
【請求項８】
前記Ｎｉ層の当該ろう材に対する重量比率が、前記ＡｕＳｎ層を構成するＡｕＳｎ合金のＳｎ含有量をａ重量％としたとき、
（ａ×０．７−５）重量％以上、（（ａ−１０）×３）重量％以下であることを特徴とする請求項６に記載のろう材。
【請求項９】
前記Ｎｉ層の当該ろう材に対する重量比率が、前記ＡｕＳｎ層を構成するＡｕＳｎ合金のＳｎ含有量をａ重量％としたとき、
（ａ×０．７−１）重量％以上、（（ａ−１０）×３）重量％以下であることを特徴とする請求項６に記載のろう材。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のろう材を用いた接合構造を有することを特徴とするデバイス。
【請求項１１】
複数部材の接合構造を有するデバイスの製造方法であって、
前記デバイスを構成する第１及び第２の部材を、両者の接合面に請求項１から９のいずれか１項に記載のろう材を介在させて配置する工程と、
前記第１及び第２の部材の少なくとも一方を加熱することで、前記ろう材の少なくとも一部を溶融させるとともに前記ろう材の前記ＡｕＳｎ層にＮｉを拡散させる工程と、
前記ろう材を硬化させて前記第１及び第２の部材の接合構造を形成する工程と、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ろう材、及びデバイスとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体や水晶振動子パッケージのリッド接着は、一般に低融点ガラスや低融点合金で行われる。例えば下記特許文献１では、パッケージ本体とガラス製リッドをＡｕ−Ｓｎ合金で接合する方法が取られている。
封止に使用される低融点ガラスや金属ろう材としては、封止の際の熱で電子部品が劣化、破壊されないように、３５０℃前後以下、高くとも４００℃以下の融点のものが一般的である。最も多く使用される低融点ガラスでは約３５０℃、Ａｕ−２０ｗｔ％Ｓｎ合金では融点が２８０℃である。
【特許文献１】特開２００６−０３３２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した従来のろう材では以下のような問題点がある。
まず、低融点ガラスは鉛を含むものであり、今後はその使用が削減されるべきものである。
また、Ａｕ−Ｓｎ合金に代表される金属ろう材では、融点が低いために、実装後の修理や再はんだ付けで加熱されると、ろう材が溶融してパッケージの破損を招くおそれがある。より融点の高いＡｕ−Ｇｅ系、Ａｕ−Ｓｉ系のろう材も開発されているが、高融点のろう材は加工が困難で所望の形状に加工するために多くの工数を要するという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、比較的低融点でろう付けがしやすく、また修理や再はんだ付け等の再加熱にも十分耐えられるろう材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のろう材は、上記課題を解決するために、Ｎｉを主成分とするＮｉ層とＡｕＳｎ合金を主成分とするＡｕＳｎ層とを積層してなることを特徴とする。
このようにＮｉ層とＡｕＳｎ層とを積層した構成とすれば、ＡｕＳｎ層を比較的低温で溶融させることができるため低温でのろう付けが可能である。また本発明では、ろう付け時の加熱によりＮｉ層からＡｕＳｎ層にＮｉを拡散させることができ、ＡｕＳｎＮｉ三元系合金をＡｕＳｎ層中に形成することができる。これによりろう付け後の融点が上昇するので、修理や再はんだ付け等の再加熱にも十分耐えられる接合構造を形成することができる。
【０００６】
前記Ｎｉ層の両面に、第１の前記ＡｕＳｎ層と第２の前記ＡｕＳｎ層とがそれぞれ形成されている構成とすることができる。
あるいは、前記ＡｕＳｎ層の両面に、第１の前記Ｎｉ層と第２の前記Ｎｉ層とがそれぞれ形成されている構成とすることもできる。
このように本発明のろう材は、三層構造を備えたものとすることもでき、この場合のＮｉ層とＡｕＳｎ層の積層順は特に限定されない。上記いずれの構成とした場合にも、比較的低温でろう付けが可能であり、かつろう付け後に融点が上昇して優れた耐熱性を奏するろう材となる。
【０００７】
前記Ｎｉ層と前記ＡｕＳｎ層のうちいずれか一方の層が箔材であり、他方の層が前記箔材の表面に形成されためっき層である構成とすることが好ましい。このようにＮｉ層とＡｕＳｎ層の一方を基材とし、他方をめっきにより形成した構成とすれば、基材を有していることから所望の形状への加工や取り扱いが容易であり、かつ、一方がめっき層とされていることから厚さによる成分比率の調整を正確にかつ容易に行えるろう材となる。
【０００８】
あるいは、前記Ｎｉ層と前記ＡｕＳｎ層の双方が箔材である構成としてもよい。このような構成とすることで、機械的圧接（クラッド法）等を用いて容易に製造できるろう材となる。
【０００９】
前記ＡｕＳｎ層を構成する前記ＡｕＳｎ合金におけるＳｎ含有量が１５重量％以上３０重量％以下であることが好ましい。Ｓｎ含有量が１５重量％未満ではろう付けに適切な温度域（例えば３５０℃）において固相成分が多くなってろう付け性が低下する。また、Ｓｎ含有量が３０重量％を超えると、同様にろう付け時に固相成分が多くなって良好なろう付けを行えなくなる。
上記範囲にＳｎ含有量を調整することで、ろう付け時の接着強度に優れ、信頼性に優れた接合構造を形成できるろう材となる。
【００１０】
前記Ｎｉ層の当該ろう材に対する重量比率が、前記ＡｕＳｎ層を構成するＡｕＳｎ合金のＳｎ含有量をａ重量％としたとき、（ａ×０．７−７）重量％以上、（（ａ−１０）×３）重量％以下であることが好ましい。かかる範囲とすることで、ろう付け後の融点上昇効果を得られるろう材となる。Ｎｉ含有量はＮｉ層の厚さにより調整可能である。
【００１１】
前記Ｎｉ層の当該ろう材に対する重量比率が、前記ＡｕＳｎ層を構成するＡｕＳｎ合金のＳｎ含有量をａ重量％としたとき、（ａ×０．７−５）重量％以上、（（ａ−１０）×３）重量％以下であることが好ましい。かかる範囲とすることで、ろう付け時の加熱時間を短縮しても融点上昇効果を得られるようになる。
【００１２】
前記Ｎｉ層の当該ろう材に対する重量比率が、前記ＡｕＳｎ層を構成するＡｕＳｎ合金のＳｎ含有量をａ重量％としたとき、（ａ×０．７−１）重量％以上、（（ａ−１０）×３）重量％以下であることが好ましい。かかる範囲とすれば、ろう付け温度を低くしても融点上昇効果を得られるようになり、また加熱時間も短縮できる。
【００１３】
本発明のデバイスは、先に記載のろう材を用いた接合構造を有することを特徴とする。かかる構成によれば、融点が高く、耐熱性に優れた接合構造を有することから、修理や再はんだ付け等の再加熱による劣化や破損を防止でき、信頼性に優れ、取り扱いも容易なデバイスを提供することができる。
【００１４】
複数部材の接合構造を有するデバイスの製造方法であって、前記デバイスを構成する第１及び第２の部材を、両者の接合面に、先に記載の本発明のろう材を介在させて配置する工程と、前記第１及び第２の部材の少なくとも一方を加熱することで、前記ろう材の少なくとも一部を溶融させるとともに前記ろう材の前記ＡｕＳｎ層にＮｉを拡散させる工程と、前記ろう材を硬化させて前記第１及び第２の部材の接合構造を形成する工程と、を有することを特徴とする。
このような製造方法によれば、融点が高く、耐熱性に優れた接合構造を有することから、修理や再はんだ付け等の再加熱による劣化や破損を防止でき、信頼性に優れ、取り扱いも容易なデバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（ろう材）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１（ａ）は、実施形態に係るろう材の第１構成例を示す断面構成図であり、図１（ｂ）は、ろう材の第２構成例を示す断面構成図である。
【００１６】
図１（ａ）に示す第１構成例に係るろう材１０Ａは、Ｎｉ箔（Ｎｉ層）１１と、Ｎｉ箔１１の両面にそれぞれ形成されたＡｕＳｎめっき層（ＡｎＳｎ層）１２ａ、１２ｂとを備えた積層構造のろう材である。
図１（ｂ）に示す第２構成例に係るろう材１０Ｂは、ＡｕＳｎ箔（ＡｕＳｎ層）１２と、ＡｕＳｎ箔１２の両面にそれぞれ形成されたＮｉめっき層（Ｎｉ層）１１ａ、１１ｂとを備えた積層構造のろう材である。
【００１７】
Ｎｉ箔１１及びＮｉめっき層１１ａ、１１ｂは、Ｎｉを主成分としてなるものであり、典型的にはＮｉからなるものとされ、他の金属元素を含んでいてもよい。
ＡｕＳｎ箔１２及びＡｕＳｎめっき層１２ａ、１２ｂは、ＡｕＳｎ合金を主成分としてなるものであり、典型的にはＡｕ−Ｓｎの二元系合金からなるものとされるが、第三元素を含んでいてもよい。
また、Ｎｉ箔１１を２枚のＡｕＳｎ箔１２で挟んで機械的に圧接した構成であってもよく、ＡｕＳｎ箔１２を２枚のＮｉ箔１１で挟んで機械的に圧接した構成であってもよい。
【００１８】
図１に示す構造を備えた本実施形態のろう材１０Ａ、１０Ｂは、半導体チップを内蔵した半導体デバイスや、圧電素子を内蔵した圧電デバイスの封止に好適に用いることができる。そして、本実施形態のろう材は、Ｎｉ箔やＡｕＳｎ箔を基材とする箔状のものであるため、デバイスの接合部の形状に合わせて容易に加工することができ、扱いやすいろう材となっている。
【００１９】
図１に示す構造を備えた本実施形態のろう材１０Ａ、１０Ｂは、低融点のＡｕＳｎ層を備えているため、３５０℃程度の加熱で容易にＡｕＳｎ層を溶融させることができる。したがって、封止されるデバイスに備えられた半導体チップ等を劣化、破損させることなく、容易にろう付けを行うことができる。
【００２０】
さらに、ろう材１０Ａ及びろう材１０Ｂは、ＡｕＳｎ層と積層されたＮｉ層を有しており、このＮｉ層はろう付け時の加熱によりＡｕＳｎ層内に拡散し、比較的融点の高い含Ｎｉ化合物を形成する。そのため、ろう付け後には、接合部のろう材の融点が５００℃以上にまで上昇する。したがって本実施形態のろう材を用いた接合構造を有するデバイスは、修理や再はんだ付けのために加熱しても接合部のろう材が容易には溶融しないので、接合構造の劣化や破損を生じない、耐久性に優れた接合構造を有するものとなる。
【００２１】
本実施形態のろう材１０Ａ、１０Ｂでは、ＡｕＳｎ箔１２及びＡｕＳｎめっき層１２ａ、１２ｂを構成するＡｕＳｎ合金におけるＳｎ含有量は、１５重量％以上３０重量％以下であることが好ましい。かかる範囲のＡｕＳｎ合金を用いることで当該ろう材を用いて接合構造を形成したときに十分な接着強度を得ることができる。
【００２２】
ＡｕＳｎ箔１２やＡｕＳｎめっき層１２ａ、１２ｂの厚さは、ろう材１０Ａ、１０Ｂが用いられるデバイスの接合構造の構成等に合わせて適宜決定することができる。一例を挙げるならば、Ｎｉめっき層１１ａ、１１ｂの基材として用いられるＡｕＳｎ箔１２の厚さは、５μｍ〜１００μｍ程度であり、Ｎｉ箔１１上に形成されるＡｕＳｎめっき層１２ａ、１２ｂの厚さは、それぞれ５μｍ〜１００μｍ程度である。
【００２３】
また、ろう材１０Ａ、１０Ｂでは、Ｎｉ箔１１及びＮｉめっき層１１ａ、１１ｂの厚さは、ろう材１０Ａ、１０Ｂに対するＮｉ含有量が、ＡｕＳｎ合金におけるＳｎ含有量をａ重量％としたとき、（ａ×０．７−７）重量％以上、（（ａ−１０）×３）重量％以下となる厚さとするとよい。
Ｎｉ含有量を（ａ×０．７−７）重量％以上とすれば、ろう付け時にＡｕＳｎ層に十分にＮｉを拡散させることができ、ろう付け後のろう材の融点を確実に上昇させることができる。
【００２４】
また、Ｎｉ含有量を（ａ×０．７−５）重量％以上、（（ａ−１０）×３）重量％以下とすれば、ろう付け時の加熱時間を５分以下としても十分にＮｉを拡散させて融点を上昇させることができ、ろう付け工程の短縮を図り、デバイスの製造効率を向上させることができる。
さらに、Ｎｉ含有量を（ａ×０．７−１）重量％以上、（（ａ−１０）×３）重量％以下とすれば、融点上昇効果をより確実に得られるようになる。
【００２５】
本実施形態のろう材は、ＡｕＳｎ合金の融点（２８０℃）以上のろう付け温度であればデバイスのろう付けに用いることができる。ろう付けの際のろう付け温度は３５０℃以上であることが好ましく、かかるろう付け温度とすれば、ろう付け時の加熱時間を短縮でき、デバイス製造の効率化を図ることができる。ろう付け温度の上限には特に限定はなく、接合構造を備えたデバイスの耐熱温度により適宜決定すればよい。例えば、半導体チップを内蔵したパッケージの封止に用いる場合には、半導体チップの劣化や破損を防止するために４００℃未満のろう付け温度とすることが好ましい。
【００２６】
なお、本実施形態では三層構造のろう材１０Ａ、１０Ｂについて説明したが、本発明に係るろう材では、少なくとも一層のＮｉ層と、少なくとも一層のＡｕＳｎ層とが積層された構成であればよく、Ｎｉ層とＡｕＳｎ層とが積層された二層構造のろう材であってもよい。かかる二層構造では、Ｎｉ箔とＡｕＳｎめっき層の組み合わせ、ＡｕＳｎ箔とＮｉめっき層の組み合わせ、さらにＮｉ箔とＡｕＳｎ箔の組み合わせのいずれも選択できる。
【００２７】
さらに本発明に係るろう材としては、四層以上を積層した構造のろう材であってもよい。例えば、ＡｕＳｎ層／Ｎｉ層／ＡｕＳｎ層／Ｎｉ層の四層構造や、ＡｕＳｎ層／Ｎｉ層／ＡｕＳｎ層／Ｎｉ層／ＡｕＳｎ層の五層構造も採用できる。
【実施例１】
【００２８】
以下、実施例により本発明のろう材をさらに詳細に説明する。本実施例では、表１に示す本発明に係るろう材１０Ａ、及び比較用のろう材について、これらのろう材を用いて半導体デバイスのパッケージのろう付けを行い、接合部の接着強度、ろう付け後の融点上昇を確認した。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
図２（ａ）は、本実施例で作製した半導体デバイス１００の概略断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線に沿う断面における概略平面図である。
半導体デバイス１００は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、フレーム部１０５及びベース部１０６からなるパッケージ本体１０８と、パッケージ本体１０８の内部に実装された半導体チップ１０７と、略矩形枠状のフレーム部１０５の上面にろう材１０３を介して接合されたアルミナ系セラミックスのリッド１０１とを備えている。図２（ｂ）に示すように、ろう材１０３は、フレーム部１０５と略同一の枠状に形成されており、リッド１０１とパッケージ本体１０８とを気密に接合する。
【００３１】
半導体チップ１０７は、パッケージ本体１０８内に形成されている図示略の配線と接続されており、半導体チップ１０７の端子は前記配線を介してベース部１０６の外側の端子として取り出されている。
リッド１０１とろう材１０３との間、及びフレーム部１０５とろう材１０３との間には、Ｗ（タングステン）合金からなる接着層１０２，１０３がそれぞれ形成されている。接着層１０２，１０３は、Ｗ合金の表面にＮｉ、Ｓｎ、Ａｕ等のめっき膜を、単層又は複層で０．５μｍ〜１０μｍの厚さに形成したものであってもよい。
【００３２】
そして、図３（ａ）に示すように、半導体チップ１０７を実装したパッケージ本体１０８と、リッド１０１とを用意し、表１に示したＮｏ．１〜Ｎｏ１４の各ろう材１０３をリッド１０１とパッケージ本体１０８との間に挟み込み、加熱することでリッド１０１とパッケージ本体１０８とを接合した。
【００３３】
本実施例で用いているろう材１０３は、図１（ａ）に示した構造を備えたものである。すなわち、厚さ１０μｍのＮｉ箔１１の両面に、所定厚さのＡｕＳｎめっき層１２ａ、１２ｂを形成したものである。
本実施例では、図３（ｂ）に示すように、リボン状に成形したＮｉ箔材１３０を用意し、プレス加工により大略枠状の開口部１０３ａと、矩形状の開口部１０３ｂとをＮｉ箔材１３０に形成した。その後、Ｎｉ箔材１３０に対してＡｕＳｎめっきを施したものをプレス加工することで、図３（ｂ）に斜線を付して示す矩形状の部分をろう材１０３とした。
【００３４】
表１において、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５は、ＡｕＳｎめっき層１２ａ、１２ｂの組成を、重量比率でＡｕ：Ｓｎ＝（６９〜８６）：（１４〜３１）の範囲で変更した場合の結果を示している。
表１に併記されている結果より、ＡｕＳｎ合金中のＳｎ含有量が１５重量％以上３０重量％以下であるＮｏ．２〜４のろう材では、十分な接着強度が得られており、ろう付け後の融点が５００℃以上に上昇している。したがってＳｎ含有量を上記範囲とすれば、良好なろう付け性と、再加熱に対する良好な耐久性とを備える接合構造を形成できるろう材となる。
一方、ＡｕＳｎ合金中のＳｎ含有量が３０重量％を超えているＮｏ．５のろう材、及び１５重量％未満であるＮｏ．１のろう材では、融点の上昇は見られるものの、ろう材の回りが悪く、ろう付けの接着強度が不十分であった。
【００３５】
なお、Ｎｏ．１、Ｎｏ．５のろう材であっても、ろう付け温度（加熱温度）を４００℃以上とすれば良好なろう付けが可能になる。ただし、このような高温でのろう付けは、パッケージ内に装填される半導体チップ１０７が十分な耐熱性を有している場合に可能となる。
【００３６】
次に、表１のＮｏ．６〜８では、ろう付け時の加熱時間を一定（５分）とし、ろう付け温度を変更しつつ複数の半導体デバイスを作製した場合の結果である。
表１に併記されている結果から、ろう付け温度が２８０℃未満（実施温度２７８℃）であるＮｏ．６のろう材ではろう材の溶解が起こらず、溶接を行うことができない。
また、ろう付け温度を４００℃としたＮｏ．７のろう材、及びろう付け温度を３９５℃としたＮｏ．８のろう材では、いずれも接着強度、ろう付け後の融点ともに良好な結果が得られているが、本実施例ではろう付け時に４００℃に加熱する条件で半導体チップ１０７に劣化が生じた。したがって、本発明に係るろう材は４００℃程度までのろう付け温度に十分対応可能であるが、封止するデバイスの耐熱性に応じてろう付け温度を適宜調整することが好ましい。
なお、Ｎｏ．６〜８では、Ｓｎ含有量を２０重量％に固定して行ったが、Ｓｎ含有量を１５重量％以上３０重量％以下の範囲で変えて同様の検証を行った場合にも、上述したのと同様に２８０℃未満のろう付け温度では良好な接着を行うことができないという結果であった。
【００３７】
次に、表１のＮｏ．９〜２０では、ろう付け温度（加熱温度）及び加熱時間を変更してパッケージの封止を行った場合の結果を示している。
表１に併記されている結果より、加熱時間に対し融点が上昇する適切なろう付け温度が存在することがわかる。すなわち、加熱時間が短い場合には、ろう付け後の融点上昇効果を得るためにろう付け温度を高くする必要がある。加熱時間が２分間である場合には約４０５℃、加熱時間が４分間である場合には約３７０℃、加熱時間が５分間である場合には約３５０℃を境にして高温側で融点の上昇が見られる。また、加熱時間を１０分間と長くしたＮｏ．１８〜２０の結果からわかるように、加熱時間を長くすることでろう付け温度を大幅に低くすることができる。表１の条件では、加熱時間を１０分間にすることで、ろう付け温度を３２５℃にまで低下させることが可能である。
なお、このような加熱時間とろう付け温度との関係は、ＡｕＳｎ合金におけるＳｎ含有量や、ろう材におけるＮｉ含有量を変えた場合にも同様であり、加熱時間を長くすることで低いろう付け温度でも良好な接着が可能になる。
【実施例２】
【００３８】
次に、ろう材におけるＮｉ含有量の影響を検証するため、表２に示す各条件で実施例１と同様の半導体デバイスを作製し、接合構造の評価を行った。
本実施例では、Ｎｉ箔１１の厚さを１０μｍで一定とし、ろう材におけるＮｉ含有量を調整するためにＡｕＳｎ層のめっき厚を変化させて複数条件のろう材を作製した。そして、かかるろう材を用い、また一部の条件についてはろう付け温度を変更して半導体デバイス１００を作製した。表２には、Ｎｉ箔の厚さを変えたときのＮｉ比率も併記している。
【００３９】
また本実施例では、評価のパラメータとして”ｎ値”を設定している。より詳細には、ｎ値を含む下記（式１）を規定し、ｎ値を変化させて設定した範囲のＮｉ量のろう材について特性評価を行い、その結果に基づいてｎ値の適正範囲を導出している。
なお、（式１）における変数ａはＡｕＳｎ合金のＳｎ含有量（重量％）である。
【００４０】
（式１）  （ａ×０．７−ｎ値）≦Ｎｉ量（重量％）≦（ａ−１０）×３
【００４１】
（式１）に示されているように、Ｎｉ量の下限値はＡｕＳｎ合金のＳｎ含有量に０．７を乗じ、その値からｎ値を引いた値であり、ｎ値が大きくなると相対的にＮｉ量が減り、ｎ値が小さくなるとＮｉ量は増加する。つまり本実施例ではＡｕＳｎ層を構成するＡｕＳｎ合金のＳｎ含有量に基づいてろう材のＮｉ量を決定するようになっており、ｎ値はＳｎ含有量を勘案したＮｉ量の下限値を規定するパラメータとなっている。
【００４２】
（式１）において、Ｎｉ量の上限値は、（ａ−１０）×３（重量％）となっている。これは、本発明に係るろう材を用いてろう付けを行った場合に、ＡｕＳｎ層に含まれる１０重量％分のＳｎはＡｕとの合金（ζ相）となり、残りのＳｎがＡｕＳｎ層中に拡散したＮｉとの金属間化合物（Ｎｉ３Ｓｎ）を形成すると考えられるためである。つまり、Ｎｉ量が（ａ−１０）×３（重量％）を超えると、ろう付け時に単体のＮｉが残存し、このＮｉが溶けずに残るため接着性が低下するためである。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
表２に併記されている結果から、ｎ値を８以上としてＮｉ含有量を設定した（Ｎｉ量を少なくした）Ｎｏ．１，６，９では、ろう付け後の融点上昇は起こらない。したがって本発明のろう材においては、Ｎｉ箔１１の厚さは、ろう材に対するＮｉの含有量の下限値がｎ値を７以下として設定された含有量となるようにすることが必要である。
【００４５】
また、表２から、ｎ値を小さくしてＮｉ量を増加させると、Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１５の結果からわかるように、ろう付け温度を低くしても融点上昇効果を得られるようになる。また、ろう付け温度を３５０℃で一定した場合には、Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１７のように、Ｎｉ量を増加させることで加熱時間を短縮することが可能である。
【００４６】
なお、本実施例ではＮｉ量の変化に対するろう材の特性変化を検証するため、図１（ｂ）に示したＡｕＳｎ箔１２上にＮｉめっき層１１ａ、１１ｂが形成されたろう材１０Ｂの構成を用いている。このような構成では、Ｎｉめっき層１１ａ、１１ｂがリッド１０１の接着層１０２及びパッケージ本体１０８の接着層１０４と接触するため、Ｎｉ量が過大である場合に単体のＮｉが溶けずに残ると接着性が低下する。
その一方で、図１（ａ）に示したＡｕＳｎめっき層１２ａ、１２ｂが外側に形成されているろう材１０Ａを用いた場合には、ＡｕＳｎめっき層１２ａ、１２ｂの融点が２８０℃程度であるため、厚いＮｉ箔１１を使用してＮｉ量が多くなっても、ＡｕＳｎめっき層１２ａ、１２ｂが溶ければろう付けを行うことが可能である。
したがって、図１（ａ）に示したろう材１０ＡのようにＮｉ層を挟んでＡｕＳｎ層を形成した構成においては、場合によってはＮｉ量の上限が（式１）の範囲を超えていてもよい。ただし、かかる構成にあっても、Ｎｉ量の範囲を（式１）に従って設定することでろう付け時にＮｉが溶けずに残るのを防止できるため、（式１）に従って上限値を規定することが好ましい。
【００４７】
（圧電デバイス）
先の実施例では、本発明に係るろう材を半導体デバイスの封止に用いた場合について説明したが、本発明に係るろう材は種々のデバイスの封止に用いることができ、例えば図４に示す圧電デバイスにも好適に用いることができる。
【００４８】
図４（ａ）は、圧電デバイスの一例である表面実装型水晶振動子の概略平面図である。図４（ｂ）は図２（ａ）に対応する断面図である。
【００４９】
図４に示す水晶振動子は、セラミック材料のベース２１１と蓋部２１２とからなるパッケージ２１３と、パッケージ２１３の内部に気密に封止された音叉型水晶振動片２１４とを備えている。ベース２１１は、大略矩形状のセラミック薄板からなる底板部２１５と、形状の異なる複数枚のセラミック薄板を積層してなる大略矩形状の枠体部２１６とを一体に積層接合して、水晶振動片２１４を収容するキャビティ２１７を画定する薄い箱型に形成されている。
【００５０】
水晶振動片２１４は、その基端部２１４ａにおいて導電性接着剤２１８により、キャビティ２１７底面に形成された接続電極２１９に片持ちで略水平に固着されている。また、水晶振動片２１４の振動腕先端部２１４ｂに対応する位置のキャビティ２１７底面には、凹部２２０が形成されている。凹部２２０は、外部からの衝撃等で水晶振動片２１４の振動腕が下向きに振れても振動腕先端部２１４ｂがベース２１１に衝突しないための逃げとして機能する。
【００５１】
蓋部２１２は、ガラス又はセラミックス等の絶縁材料からなる矩形薄板で形成され、ベース２１１の上端面に、ろう材２２２によって気密に接合されている。蓋部２１２の接合後にパッケージ２１３の外側からレーザ光を照射して周波数調整できるように、透明なガラス製の蓋を用いてもよい。
【００５２】
ベース２１１には、パッケージ２１３の外部とキャビティ２１７の内部とを連通する封止孔２２３が設けられている。封止孔２２３は、ベース２１１の底面に開口する円形の外側孔部２２４と、キャビティ２１７の底面に開口する円形の内側孔部２２５とで構成されている。外側孔部２２４、及び内側孔部２２５は、それぞれ底板部２１５と枠体部２１６を構成するセラミック薄板に形成された貫通孔である。
【００５３】
上記構成の水晶振動子において、蓋部２１２とベース２１１とを接合するろう材２２２に、先の実施形態に係るろう材１０Ａ、あるいはろう材１０Ｂが用いられている。かかる接合構造は、図３（ａ）に示した半導体デバイスの場合と同様に、ベース２１１の上端面のシール領域に対応する略矩形状のろう材２２２を用意し、これを蓋部２１２とベース２１１との間に挟み込んで加熱することで接合することができる。
【００５４】
そして、本例の圧電デバイスでは、ろう材２２２として本発明に係るろう材１０Ａ、１０Ｂを用いていることで、ろう付け時には比較的低融点で容易かつ迅速にろう付け作業を行うことができ、ろう付け後には接合部を構成するろう材の融点が高く、耐熱性に優れた圧電デバイスとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態に係るろう材の断面構成図。
【図２】実施形態に係るろう材を用いた半導体デバイスを示す図。
【図３】半導体デバイスの製造方法の説明図。
【図４】実施形態に係るろう材を用いた圧電デバイスを示す図。
【符号の説明】
【００５６】
１０Ａ，１０Ｂ  ろう材、１１  Ｎｉ箔（Ｎｉ層），１１ａ，１１ｂ  Ｎｉめっき層、１２  ＡｕＳｎ箔（ＡｕＳｎ層）、１２ａ，１２ｂ  ＡｕＳｎめっき層、１００  半導体デバイス、２００  圧電デバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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