(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともパッケージとの接合領域に液相線温度２２０℃以上のＳｎ−Ｓｂ系はんだ合金から成る溶融はんだ法による鉛フリーはんだ層を表面に予め設けた金属帯から打抜加工によって所定形状のリッドとされた、半導体装置のパッケージの加熱雰囲気下での加熱封止用板状はんだコートリッド。
【請求項２】
少なくともパッケージとの接合領域に液相線温度２２０℃以上のＳｎ−Ｓｂ系はんだ合金から成る溶融はんだ法による鉛フリーはんだ層を表面に予め設けた金属帯から打抜加工によって所定形状のリッドとされた、水晶振動子のパッケージの加熱雰囲気下での加熱封止用板状はんだコートリッド。
【請求項３】
金属または合金材にニッケル層を施した母材の片面の少なくともパッケージとの接合領域に液相線温度２２０℃以上のＳｎ−Ｓｂ系はんだ合金から成る溶融はんだ法による鉛フリーはんだ層を表面に予め設けた金属帯から打抜加工によって所定形状のリッドとされた、パッケージの加熱雰囲気下での加熱封止用板状はんだコートリッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置のパッケージ用のはんだコートリッド、特に、パッケージの封止に際して、半導体装置に用いられる水晶振動子などの搭載素子へのダメージが見られない、パッケージ用のはんだコートリッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の小型の電子機器、例えば携帯電話、モバイルコンピュータ等においては、内部の電子回路部を小型・薄型化することが求められ、一方、製造コストの低減も強く求められている。
【０００３】
特に、小型・薄型化とすることで、内部に搭載されるICチップ、水晶振動子などの搭載素子が、製造時の熱、振動、変形などの外部からの影響を受け易くなり、また素子同志も接近して搭載されることもそのような問題を大きくさせる一つの原因となっている。
【０００４】
図１(a) は、上述のような提案にかかるパッケージに対するリッドの取付けの様子を示す模式的説明図であり、ワイヤボンディング10により接続された水晶振動子12などの素子を収容するセラミック製のパッケージ14の上端部16にリッド18を取り付ける場合を示す。図１(b) は上端部16におけるリッド18との接合の様子を模式的に示す部分拡大図である。
【０００５】
図中、特に図１(b) に詳細に示すように、例えばアルミナセラミックス製のパッケージ14の上端部16は、同時焼結法等によりその表面をタングステン層20でメタライズされ、この上にニッケルめっき層22を設けてから銀ろう付け層24によって覆うことでコバー材製のリング26( これも表面がニッケルめっきされている）を取り付け、その上にNi/Au めっき層28を設ける。
【０００６】
一方、リッド18は母材19としてコバー材を用い、これにニッケルめっき処理を行って表面にニッケル皮膜30を設ける。このようにして用意したリッド18を、前述のパッケージ上端部16にシーム溶接によって取り付けることで、コバー材のリング26の上にリッド18が封止される。
【０００７】
しかしながら、かかる封止法は工程が多く、またリング26を介したリッド18の取付けおよびろう付けに困難があり、コスト的にも問題があるばかりか、前述のような電子機器の小型化および薄型化に十分対処できるものではなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここに、本発明の一般的な課題は、小型化・薄型化を効果的に実現できるセラミックパッケージ用のリッドを提供することである。
【０００９】
さらに本発明のより具体的な課題は、低温での封止作業を可能とし、はんだ成分の揮発を防止できる、構造が簡素で安価なパッケージ用のリッドを提供することである。
【００１０】
ところで、最近に至り環境問題への配慮から鉛フリーの材料を用いる傾向があり、はんだ合金としても鉛フリーはんだ合金が幅広く使用されるようになりつつある。
【００１１】
したがって、本発明のさらに別の目的は、接合用に鉛フリー材料を用いたパッケージ用のリッドを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、リッドに予め接合用のSn-Sb 系鉛フリーはんだを溶融めっきによる溶融法によって、あるいはクラッド法によってリッド本体上にコートしておくことで、上述のような従来技術の問題が効果的に解決されることを知り、本発明を完成した。
【００１３】
ここに、本発明は、次の通りである。
(1) 少なくともパッケージとの接合領域に液相線温度２２０℃以上のＳｎ−Ｓｂ系はんだ合金から成る溶融はんだ法による鉛フリーはんだ層を表面に予め設けた金属帯から打抜加工によって所定形状のリッドとされた、半導体装置のパッケージの加熱雰囲気下での加熱封止用板状はんだコートリッド。
(2) 少なくともパッケージとの接合領域に液相線温度２２０℃以上のＳｎ−Ｓｂ系はんだ合金から成る溶融はんだ法による鉛フリーはんだ層を表面に予め設けた金属帯から打抜加工によって所定形状のリッドとされた、水晶振動子のパッケージの加熱雰囲気下での加熱封止用板状はんだコートリッド。
(3) 金属または合金材にニッケル層を施した母材の片面の少なくともパッケージとの接合領域に液相線温度２２０℃以上のＳｎ−Ｓｂ系はんだ合金から成る溶融はんだ法による鉛フリーはんだ層を表面に予め設けた金属帯から打抜加工によって所定形状のリッドとされた、パッケージの加熱雰囲気下での加熱封止用板状はんだコートリッド。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態についてさらに具体的に説明する。
本発明に係るリッドで気密封止される半導体パッケージの種類は特に制限されない。パッケージ基体は、溶融時の加熱温度に耐える電気絶縁性の材料から構成される。このような特性を満たす材料の代表例はセラミックスである。従って、本発明のリッドは代表的には、パッケージ基体をセラミックス材料から構成したセラミックスパッケージの封止に用いられる。
【００１５】
セラミックスパッケージのセラミックス材料は、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト、ガラスセラミックスなど、従来よりセラミックスパッケージに利用されてきた任意の材料でよい。セラミックス基体は、もちろん多層基板でもよく、基体の製造法、内層配線の形成法等に制限はない。
【００１６】
本発明のリッドが板状である場合、パッケージ基体は凹部を有し、その凹部に半導体素子を搭載する。そして、この凹部を完全に覆う大きさのリッドを凹部の上に乗せて、リッドとパッケージ基体との界面を鉛フリーはんだで封止するのである。
【００１７】
絶縁性のパッケージ基体がセラミックス基体である場合、セラミックス基体は接合性（濡れ性）がないので、基体の封止される部分、即ち、上記の凹部を包囲し、リッドと接合して封止部を形成する基体の上面には、接合性に優れた適当な金属層を下地として形成しておく必要がある。この金属層は、Ｗ、Mo等の高融点金属でメタライズ処理した後、Niめっき及びAuめっきを施すことにより形成することが、接合性の確保の面からは好ましい。しかし、下地の金属層はこれに限られるものではなく、で封止されるセラミックスパッケージに利用可能な他の金属層を適用することもできる。
【００２０】
リッドとなる金属板の材質は特に制限されないが、熱膨張率がパッケージ基体の熱膨張率に近いものが好ましい。基体がセラミックスであるセラミックスパッケージの場合には、リッド本体となる金属板の好ましい材質の例としては、42アロイ (Fe−42Ni合金) 、45アロイ、コバール(Kovar、Fe−29Ni−17Co合金) 等が挙げられる。
【００２１】
このはんだコートリッドにおける金属板にクラッドする鉛フリーはんだの合金組成は、液相線温度２２０℃以上の鉛フリーのＳｎ−Ｓｂ系はんだ合金である。
本発明によれば、はんだ合金層は溶融法により設けられる。
【００２２】
図２は、本発明にかかるはんだコートリッドの溶融法による製造工程の模式的説明図であり、図中、溶融はんだ浴34にコバー材、42アロイ、あるいは45アロイ材などの金属帯36を矢印方向に走行させて連続的に浸漬することで、図示例ではその片面に、溶融めっきを行い、鉛フリーはんだ層38を設ける。本明細書においては「はんだの溶融めっき」または「溶融はんだめっき」と称する。
【００２３】
はんだ溶融工程で片面だけにはんだ層38が設けられたて金属帯は、次いで、成形工程において打抜加工によって所定形状のリッド40に成形される。検査工程で検査後、はんだコートリッドとする。
【００２４】
本発明において用いるはんだの組成は、液相線温度220 ℃以上のSn-Sb 系合金である。例えば、Sn-5%Sb 合金である。必要により、Ag、Cu等を適宜添加してもよい。
【００２６】
図３は、このようにして製造された本発明にかかるはんだコートリッドを用いてパッケージを封止する様子の模式的説明図である。図中、図１と同一要素は同一符号で示す。
【００２７】
本発明にかかるはんだコートリッド40を用いる場合、パッケージ14の上端部16にはW −Ni−Auの金属皮膜36を設け、これに直接はんだコートリッド40を載置し、加熱することで封止を行うことができ、従来パッケージの上端部16に設ける必要のあったコバール材製リングを省略することができる。
【００２８】
この例では、はんだ層38はリッド40の下側面全体に設けられているが、パッケージ上端部16の接合部位と直接に接する領域あるいはそれよりもわずかに大きな領域だけにはんだ層38を設けるようにしてもよい。その場合には、被覆に要するはんだの量が少なくなり、材料コストが低下するばかりでなく、はんだ成分の揮発の機会もより少なくなり、それだけ封止による内部搭載素子の特性劣化を回避できる。
【００２９】
したがって、本発明によるかかる態様のはんだコートリッド40は、パッケージの上端部16と接合すべき領域だけにはんだ層38を設けた態様も包含する。
本発明にかかるはんだコートリッドを用いることによる効果は次のようにまとめることができる。
【００３０】
鉛フリーということから、今日問題となっている環境への悪影響はない。
特に、Sb５％、残部実質的にSnから成る鉛フリーはんだ合金の場合には、固相線温度が240 ℃、液相線温度が243 ℃と実装用はんだより高融点であって、実装の際にも溶融することはない。
【００３１】
本発明では、低温での封止が可能となる。このような低温封止の利点としては、はんだ成分の揮発が少ないことがあげられる。特に封止される素子が水晶振動子の場合、水晶振動子の表面に設けたＡｕ回路へのＩｎ、Ｓｎの付着が起こると、振動特性の変動が生じ、所定の特性が発揮できなくなるなどの問題があるため、これまではんだ素材は水晶振動子用のパッケージには使用されていなかった。
【００３２】
しかし、本発明によれば、封止温度を下げることができ、搭載素子、例えば水晶振動子のAu回路面へのIn、Snの付着を効果的に防止できる。
このようにして得られるはんだコートリッドの用途としては、半導体装置一般に見られるパッケージに用いられるが、そのときの搭載素子としては水晶振動子の場合、低温封止が可能であるため、有利である。その他、ICチップ、SAW フィルター素が考えられる。
【００３３】
【実施例】
本例では、表１の組成のはんだをコバール材からなるリッド材表面に溶融めっきによりコート（被覆）し、はんだコートリッドを得た。
【００３４】
【表１】
0004328462.tif 000002
リッド素材：コバール材 (Fe／Ni/Co 系合金)
はんだの溶融めっきは図２の態様によって行い、溶融はんだ浴に金属材を片面だけ浸すことで行った。本例では片面だけのはんだコートを行ったが、両面を行ってもよい。
【００３５】
このようにしてはんだが被覆されたリッド母材は、打抜加工によって所定寸法のはんだコートリッドに成形した。本例では板状打抜きとした。
【００３６】
次に、このようにしてそれぞれ溶融法により製造されたはんだコートリッドを用いて、実際にパッケージの封止を行うが、本例における封止操作は次の要領で行った。
【００３７】
封止構造: 図３に同じ。
封止条件:
プロフィル：240 ℃以上４±１分、ピーク 270±10℃ (ピーク温度は300 ℃でも可)
荷重      ：5 g/pc(3.8mm□PKG の場合)
雰囲気    ：N2
温度プロファイルは次のようであった。
【００３８】
ピーク温度: 300 ±10℃
280 ℃での保持時間: ４±１min
脱ガス域:   温度 240〜280℃
保持  ４±１min
雰囲気:  N2 
荷重  :  3.6×3.6mm 当たり5 g
このようにして得られたはんだコートリッドについて各種試験を行った。
【００３９】
これらの結果は表２および表３に示す。
表２は、封止気密性(G/L) を示すもので初期、通炉後のいずれにおいてもほぼ全ての場合において封止気密性が実現されていることが分かる。
【００４０】
表３は環境試験による信頼性を評価するもので、鉛フリーはんだを用いた実装温度においても、二回通路後も信頼性は問題ないことが分かる。
【００４１】
【表２】
0004328462.tif 000003
【００４２】
【表３】
0004328462.tif 000004
図４は、本発明にかかるはんだコートリッドについてのリッド封止後の封止温度とＳｎカウント量との関係を示すグラフである。本発明によれば封止時のＳｎ揮発量、つまりＡｕ面へのＳｎ付着量が少なく、特に好適封止温度範囲である２４０〜２８０℃では、はんだ成分の揮発、付着量は非常に少なくなっており、水晶振動子への適用も可能であることが分かる。なお、Ｐｂ合金はんだを用いた場合の揮発量は２００ｃｐｓであった。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、▲１▼リッド本体にコートしたはんだ層に液相線220 ℃以上の鉛フリーはんだ合金を用いることから、低温封止が可能となり、▲２▼低温封止を行うため、はんだ成分の揮発汚染が少ない等その実際上の利益は大きく、例えば水晶振動子のパッケージへの応用などが可能となり、斯界の技術進歩に対する寄与は顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(a) は、従来のリッドの取付けの模式的説明図、図１(b) はその部分拡大図である。
【図２】本発明にかかるはんだコートリッドの製造工程の説明図である。
【図３】本発明にかかるリッドを用いてパッケージを封止する様子の説明図である。
【図４】本発明の実施例の結果を示すグラフである。
【図１】
0004328462.tif 000005
【図２】
0004328462.tif 000006
【図３】
0004328462.tif 000007
【図４】
0004328462.tif 000008