(57)【要約】【課題】電子装置を実装する際に２３０〜２４０℃の熱履歴が加わっても電子装置の気密性が確保できる耐熱性と、封止材の機械的強度および熱疲労信頼性とに優れる電子部品収納用容器および電子装置を提供する。【解決手段】電子部品収納用容器５は、上面に電子部品が搭載される搭載部１が形成された基体２と、基体２の上面の周囲に前周にわたって形成されたメタライズ層３上面に全周にわたって被着された錫を主成分とし金を含有した半田層４とを具備し電子部品収納用容器５で、半田層４は内周側よりも外周側が金の含有率が高い。【選択図】  図１
2004356396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に形成された電子部品が搭載される搭載部が形成された基体と、該基体の上面の周囲に全周にわたって形成されたメタライズ層と、該メタライズ層の上面に全周にわたって被着された錫を主成分とし金を含有した半田層とを具備する電子部品収納用容器であって、前記半田層は内周側よりも外周側が金の含有率が高いことを特徴とする電子部品収納用容器。
【請求項２】
請求項１記載の電子部品収納用容器と、前記搭載部に搭載された電子部品と、前記搭載部を塞ぐように前記基体の上面に前記半田層を介して取着された蓋体とを具備していることを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や圧電振動子等の電子部品を気密に封止して収納するための電子部品収納用容器および電子装置に関し、特に封止材に低融点合金を用いて封止を行なう電子部品収納用容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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容器は、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、上面の外周部に封止用のメタライズ金属層が被着された絶縁基体と、蓋体とから構成されている。そして、絶縁基体の凹部底面に半導体素子等の電子部品を接着剤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、絶縁基体のメタライズ金属層に、蓋体を封止材で封着させ、絶縁基体と蓋体とから成る容器を気密に封止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。
【０００３】
なお、このような従来の電子装置においては、絶縁基体と蓋体とを接合する封止材として、金を８０％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。
【０００４】
しかしながら、金を８０％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てしまうという問題点がある。また、鉛を主成分とする半田は、封止材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封止材が要求されるようになってきた。
【０００５】
そこで、人体に対して有害である鉛を用いない各種封止材が開発され提案されており、このような封止材として、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。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３０７２２８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
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、この半田を絶縁基体と蓋体とを気密に封止する封止材として使用し、電子装置を外部電気回路等に実装する際の２３０〜２４０℃の熱履歴が封止材に加わった場合には、封止材自体が溶融してしまい、電子装置内部の気密封止が破れてしまうという問題点を有していた。
【０００８】
また、ビスマス−銀を主成分とするはんだは、−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、電子装置の気密封止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。
【０００９】
さらに、亜鉛−アルミニウムを主成分とするはんだは、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、電子装置の気密封止用には、これもまた不適当であるという問題点があった。
【００１０】
したがって、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２３０〜２４０℃の熱履歴が加わっても電子装置の気密性が確保でき、封止材自体の耐食性や機械的強度にも優れ、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容器および電子装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子部品収納用容器は、上面に形成された電子部品が搭載される搭載部が形成された基体と、この基体の上面の周囲に全周にわたって形成されたメタライズ層と、このメタライズ層の上面に全周にわたって被着された錫を主成分とし金を含有した半田層とを具備する電子部品収納用容器であって、前記半田層は内周側よりも外周側が金の含有率が高いことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の電子部品収納用容器によれば、絶縁基体のメタライズ層の上面に全周にわたって被着された錫を主成分とし金を含有した半田層は、内周側よりも外周側が金の含有率が高い、内周側において錫を主成分とする鉛フリー半田であって機械的強度および熱疲労信頼性に優れた特徴を有するものとなる。
【００１３】
また、半田層の外周側は金の含有率が高いため、外周側において溶融温度が２５０℃以上の合金層領域となる。その結果、半田層に２３０〜２４０℃の熱履歴が加わったとしても、半田層が溶融して容器内部の気密封止が破れてしまうことはなく、内周側の機械的強度と熱疲労信頼性に優れた半田層の特徴と外周側の耐熱性に優れた半田層の特徴を兼ね備えた電子部品収納用容器とすることができる。
【００１４】
また、本発明の電子装置は、上記電子部品収納用容器と、前記搭載部に搭載された電子部品と、前記搭載部を塞ぐように前記基体の上面に前記半田層を介して取着された蓋体とを具備していることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の電子装置によれば、上記電子部品収納用容器と、搭載部に搭載された電子部品と、搭載部を塞ぐように半田層を介して取着された蓋体とを具備していることより、電子装置を外部電気回路等に実装する際の２３０〜２４０℃の熱履歴に耐える耐熱性を有するとともに機械的強度と熱疲労信頼性に優れた封止性を有する電子装置とすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の電子部品収納用容器（以下、容器ともいう）を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の電子部品収納用容器および電子装置の実施の形態の一例を示す断面図であり、１は電子部品が搭載される搭載部、２は搭載部１が形成された基体、３は基体２の上面の周囲に全周にわたって形成されたメタライズ層、４はメタライズ層３の上面に全周にわたって被着された錫を主成分とし金を含有した半田層、５は電子部品収納用容器である。そして、６は基体２の搭載部１に搭載された電子部品、７は搭載部１を塞ぐように基体２の上面に半田層４を介して取着された蓋体であり、８は電子部品と基体２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。図２はその要部拡大断面図である。
【００１８】
基体２は、その上面中央部に電子部品６を収容するための凹部が設けられており、電子部品６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。
【００１９】
また、基体２の凹部より外部にかけて、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一端には電子部品６の各電極がボンディングワイヤ８を介して電気的に接続され、メタライズ配線層の外部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。
【００２０】
基体２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。
【００２１】
また、メタライズ配線層および基体２の上面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３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３には、その表面にニッケルや金等をめっき法等により被着させておくと、封止時の耐熱性向上とメタライズ層３の酸化防止層となるので好ましい。
【００２２】
蓋体７は、例えば４２アロイや鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属、または、基体２と同様の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セラミックスから成り、蓋体７が金属から成る場合は、蓋体７と成る母材を蓋体７に対応した形状を有する打ち抜き型で打ち抜くことによって製作され、また、蓋体７がセラミックスから成る場合は、上述の基体２と同様な方法によって製作され、半田層４を介して基体２の上面に取着される領域には、各種金属による半田接合用のメタライズ層やめっき層が形成される。なお、蓋体７が金属から成る場合においても、半田層４を介して基体２の上面に取着される領域に各種金属による半田接合用のメタライズ層やめっき層を形成してもよい。
【００２３】
そして、基体２の上面の周囲に形成されたメタライズ層３上に、蓋体７が錫を主成分とした鉛フリー半田から成る半田層４を介して接合される。このときに電子部品が搭載される内周側（搭載部１側）に比べ、外周側の金の含有率が高い半田層４とすることで、半田接合部において耐熱性、機械的強度、熱疲労に関する信頼性の優れた電子部品収納用容器５となる。
【００２４】
錫を主成分とし、銀や銅を含有した合金から成る半田は、信頼性の高いものであるが、融点が２２５℃以下である。また、この錫を主成分とし、銀や銅を含有した合金から成る半田にさらに金を２５％以上含ませた場合は、液層温度が、２５０℃以上となり、耐熱性がより高くなるが、もろくなり、機械的強度および熱疲労に対する信頼性は、金の含有率が少ない半田に比べて劣るようになる。
【００２５】
なお、メタライズ層３と蓋体７を半田で封止するときに、錫は、半田中に添加している金や銀，銅のような金属とだけ合金を作るのではなく、実際にはメタライズ層３や蓋体７にめっきされたニッケルおよび金とも合金を作る。そして、融点上昇にかかわる半田中の金の濃度は、他の金属と合金を形成していない錫成分に対しての濃度となるため、実際に半田に添加する金の量が２５％以下であっても融点が２５０℃以上になることがある。本実施の形態の構成においては、耐熱性が必要な部分（外周側）の半田に対する金の添加量を１０％以上にすることで融点を２５０℃以上としている。
【００２６】
本発明においては、半田層４が錫を主成分とする半田で、例えば、半田層４の内周側（搭載部１側）には、金の含有率が５％以下の合金を用い、外周側には、金の含有率が１０％以上の合金を用いる等の方法で封止部の内周側に比べ、外周側の金含有率を高くした半田から成る半田層４を実現した。このことによって、内周側の半田は融点が低いが機械的強度および熱疲労信頼性は高い半田層４となり、外周側の半田は融点が高い耐熱性の半田層４となるため、蓋体７と基体２との封止部を耐熱性、機械的強度および熱疲労信頼性ともに良く封止することができる。
【００２７】
その結果、電子部品６を実装後の電子装置を外部電気回路等に実装する際に、半田層４に２３０〜２４０℃の熱履歴が加わったとしても、半田層４が溶融して電子部品収納用容器５内部の気密封止が破れてしまうことはない。
【００２８】
このような半田層４は錫−銀、錫−銅または錫−銀−銅半田に、金を内周側で０〜５％、外周側で１０％〜３０％含む合金で形成すればよい。なお、このような鉛を含まない半田は、電子装置が廃棄された後に地球環境を汚染する虞もないので好適である。
【００２９】
また、半田層４は、封止後に上記のような半田中の金含有率になっていればよく、必ずしも半田を２重リング状に設ける必要はない。例えば、基体２もしくは蓋体７の封止面もしくは両方に予め金メッキの厚みが内周側と外周側で異なる金メッキを行ない、封止材として半田を挟んで加圧しながら適宜加熱溶融すると、金は半田中に拡散しやすいため、半田が溶融すると同時に金が半田中に拡散していく。同時に容器内の空気が熱で膨張するため、半田が全体的に外側に押し出される。それによって、内周側の金を含有した半田は金メッキ層中の金によって金濃度が上昇しながら、より外側の金メッキ層に濡れ広がることになり、結果として、封止後に内周側に比べ外周側の金含有率が高い半田層４となる。
【００３０】
なお、半田層４は、予め蓋体７や基体２に被着させておいても良い。
また、基体２と蓋体７との接合は、基体２の枠状のメタライズ層３と蓋体７との間に、金の含有率が異なる上記二種類の半田を２重リング状に載置し、さらにこれを挟むように蓋体７を基体２上に載置し、しかる後、蓋体７を基体２側に一定圧力で押圧しながらピーク温度が約２５０〜３００℃で窒素雰囲気の封止炉中に０．５〜２０分間保持して半田層４を溶融させる方法によれば、メタライズ層３の上面に内周側よりも外周側が次第に金の含有率が高くなる半田層４を介して蓋体７が接合されて気密に封止された本発明の電子部品収納用容器５となる。
【００３１】
かくして、本発明の電子部品収納用容器５によれば、基体２の凹部底面に設けられた搭載部１に半導体素子等の電子部品６を接着剤等を介して接着するとともに電子部品６の各電極をボンディングワイヤ８等を介してメタライズ配線層に接続し、しかる後、基体２と蓋体７とを半田層４を挟むように載置して半田層４を加熱・溶融させ、容器を封止することによって耐熱性と機械的強度および熱疲労信頼性に優れた最終製品としての電子装置となる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施の形態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は可能である。例えば、上述の実施の形態では、基体２に凹部を形成し、平板状の蓋体７を封着した電子装置としたが、平板状の基体２と電子部品６の搭載部１に対向する下面の部位に凹部を設けた蓋体７を封止した形態としてもよい。
【００３３】
また電子部品６として半導体素子を例に挙げ、これを収容した電子装置について詳述したが、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６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にも本発明は適用可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の電子部品収納用容器によれば、絶縁基体のメタライズ層の上面に全周にわたって被着された錫を主成分とし金を含有した半田層は、内周側よりも外周側が金の含有率が高いことにより、溶融温度が２５０℃以上の金の含有率が高い高耐熱合金層の特徴と、機械的強度および熱疲労信頼性に優れる金の含有率が低い高信頼性合金層の特徴とを兼ね備えたものとすることができる。その結果、半田層に２３０〜２４０℃の熱履歴が加わったとしても、半田層が溶融して容器内部の気密が破れてしまうことはなく、同時に封止の機械的強度と熱疲労信頼性が良好な電子部品収納用容器とすることができる。
【００３５】
また、本発明の電子装置によれば、上記電子部品収納用容器と、搭載部に搭載された電子部品と、搭載部を塞ぐように基体の上面に上記半田層を介して取着された蓋体とを具備していることより、電子装置を外部電気回路等に実装する際の２３０〜２４０℃の熱履歴に耐える耐熱性とともに機械的強度と熱疲労信頼性に優れた封止性を有する電子装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子部品収納用容器を用いた電子装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の電子装置の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・搭載部
２・・・・・・・基体
３・・・・・・・メタライズ層
４・・・・・・・半田層
５・・・・・・・電子部品収納用容器
６・・・・・・・電子部品
７・・・・・・・蓋体
【図１】
2004356396.tif 000003
【図２】
2004356396.tif 000004