(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と、メタライズ層３の上面に全周にわたって被着された半田層４とを具備しており、半田層４は、主成分としての錫に金，コバルト，ニッケルのうちの少なくとも２種を含有させて成る半田材から成る。【選択図】  図１
2005101331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に形成された凹部の底面に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、該メタライズ層の上面に全周にわたって被着された半田層とを具備している電子部品収納用容器であって、前記半田層は、主成分としての錫に金，コバルト，ニッケルのうちの少なくとも２種を含有させて成る半田材から成る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の前記凹部の周囲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】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、絶縁基体の凹部の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−銀合金、亜鉛−アルミニウム合金等を主成分とする各種半田が採用されてきている。
【特許文献１】特開2000−307228号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電子部品収納用容器は、上面に形成された凹部の底面に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、このメタライズ層の上面に全周にわたって被着された半田層とを具備している電子部品収納用容器であって、前記半田層は、主成分としての錫に金，コバルト，ニッケルのうちの少なくとも２種を含有させて成る半田材から成ることを特徴とするものである。
【００１１】
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の前記凹部の周囲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。
【発明の効果】
【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半田層は、主成分としての錫に金，コバルト，ニッケルのうちの少なくとも２種を含有させて成る半田材から成ることから、錫を主成分とする鉛フリー半田が溶融時に合金を作り、半田中に錫−コバルト−ニッケル、錫−金−コバルト−ニッケル等の合金が生成することにより半田層の耐熱性が高まる。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、良好な電子部品収納用容器とすることができる。
【００１３】
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の凹部の周囲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基板等に実装する際の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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。  
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は凹部の底面に形成された電子部品が搭載される搭載部、２は上面に形成された凹部の底面に搭載部１が形成された基体、３は基体２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、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の上面の凹部の周囲に半田層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は図１の要部拡大断面図である。
【００１５】
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として例えばＩＣやＬＳＩ等の半導体素子が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。
【００１６】
また、基体２の凹部より外表面にかけて、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基体の下面等の外表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。
【００１７】
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。
【００１８】
また、メタライズ配線層および基体２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等の金属やその上に金等の貴金属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。
【００１９】
蓋体７は、例えば42アロイ（Ｆｅ58−Ｎｉ42合金）や鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）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き製作される。そして、必要に応じてその表面にニッケル等がめっきされる。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。
【００２０】
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、主成分としての錫に金，コバルト，ニッケルのうちの少なくとも２種を含有させて成る鉛フリー半田から成る半田層４を介して蓋体７が溶融温度260℃〜300℃で溶融時間を５分〜20分保持することで接合される。主成分としての錫に金，コバルト，ニッケルのうちの少なくとも２種が含まれることにより、半田材の中に錫−コバルト−ニッケル，錫−金−コバルト−ニッケル等の合金が生成され、これらの微細な合金の粒子が生成することで、半田層４の耐熱性が高まり、耐熱性に優れた容器５となる。
【００２１】
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が溶融して容器５内部の気密封止が破れてしまうことはない。
【００２２】
なお、半田材の中に金，コバルト，ニッケルの所定量が最初から含有されると半田の流れ性が悪くなるため、半田材が溶融されたときに徐々に所定量まで含有されるようにすることが望ましい。徐々に含有されるようにする方法としては、例えば以下のような方法がある。
【００２３】
（1）半田層４となる半田材の中に金，コバルト，ニッケルの粒子を適量混在させておき、半田材が溶融するときにこれらが合金化するようにさせる方法。
【００２４】
例えば、錫を主成分とする半田粒子と、例えば銀メッキすることで半田濡れ性を良くしたニッケルやコバルトの粒子とを混合した金属粒子と、松やに、チクソ剤、活性剤、溶剤等を混合したフラックスとを混錬することでクリーム半田とし、これを蓋体７もしくは基体２にスクリーン印刷等を用いて印刷し、リフロー後にフラックスを洗浄し半田を被着させた蓋体７や基体２を作製すればよい。また、半田粒子は柔らかいため、バインダーなしでも加圧することで互いに密着するため、上記金属粒子を混合し、粉体プレスすることで、枠状に成形してもよい。
【００２５】
（２）半田層４となる半田材の中に金，コバルト，ニッケルの層を形成しておき、半田材が溶融するときに合金化させる方法。
【００２６】
例えば、ニッケル−コバルト合金の薄板の両面に、錫を主成分とする半田層をクラッドしたり、溶融コートしたりすることで半田シートを作製し、それを枠状に打ち抜くことで作製すればよい。
【００２７】
（３）蓋体７、基体２の表面のメタライズ層３の上面に金，コバルト，ニッケルの層をめっき等の方法でコートしておき、半田材が溶融するときにこれら金属を取り込ませて合金化させる方法。
【００２８】
例えば、メタライズ層３の上面および蓋体７の半田層４を介して基体２の上面に取着される領域の少なくとも一方に、ニッケルめっきの代わりにニッケル−コバルト合金のめっきを施し、必要に応じてその上に金めっきを施したものに、錫を主成分とする鉛フリー半田を介して蓋体７を載置し、次いで鉛フリー半田を加熱溶融することで、メタライズ層３の表面の金，コバルト，ニッケルが半田材の中に溶け出し、金，コバルト，ニッケルを含有する半田材を生成させることが可能となる。なお、ニッケルおよびコバルトが合金とされていることにより、ニッケルおよびコバルトは半田材中に容易に溶け出すことができる。
【００２９】
メタライズ層３の上面および蓋体７のニッケル−コバルト合金の組成やめっき層の厚みおよび金めっき層の厚みは半田材中に含まれる金，コバルト，ニッケルの含有量に応じて調整すればよい。
【００３０】
（４）蓋体７の半田層４を介して基体２の上面に取着される領域および基体２のメタライズ層３の表面の少なくとも一方に金，コバルト，ニッケルを他の金属、例えば錫，クロム，銅等との合金としてめっき等の方法でコートしておく方法。例えば、蓋体７側に、ニッケルめっきの代りにニッケル−コバルト−錫めっきを施し、その他は、（３）と同様にして作製する方法。
【００３１】
このような半田層４は錫−銀，錫−銅，錫−銀−銅，錫−銀−ニッケル，錫−銅−ニッケル，錫−銀−銅−ニッケル等の半田に金，コバルト，ニッケルのうちの少なくとも２種を含有させた半田材から成り、金を0.1〜30質量％、コバルトを0.1〜20質量％、ニッケルを0.1〜20質量％の範囲で含む合金で形成される。
【００３２】
金の量が、0.1質量％より少ない場合は耐熱性上昇に効果がなく、また、30質量%を超える場合はシール性が低下する傾向がある。コバルトの量が0.1質量％未満では耐熱性向上に効果がなく、また、20質量％を超える場合はシール性が低下する傾向がある。ニッケルの量が0.1質量％未満では耐熱性向上に効果がなく、また、20質量％を超える場合はシール性が低下する傾向がある。なお、このように鉛を含まない半田は、電子装置が廃棄された後に鉛が地球環境に溶け出して地球環境を汚染することもないので好適である。
【００３３】
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。なお、被着させる方法として半田を溶融させる方法を使用する場合は、溶融時間や温度をコントロールすることで合金がシールに悪影響を与えない範囲となるようにする必要があるが、シール時にかかる溶融温度(260℃〜300℃)や溶融時間（５分〜20分程度）に比べ、半田を被着させるときの溶融温度および時間を、低温(230℃〜250℃)および短時間（30秒〜２分程度）とすることで、シールに悪影響を与えないように半田を被着させることが可能である。
【００３４】
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の上面に形成された凹部の底面の搭載部１に半導体素子等の電子部品６を接着剤等を介して搭載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に蓋体７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、容器を上記半田材によって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。
【００３５】
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。
【００３６】
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各種電子装置にも本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】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る。
【図２】図１の電子部品収納用容器および電子装置の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
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】
2005101331.tif 000003
【図２】
2005101331.tif 000004