(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を収納するための収納スペースが表面に開口するように形成されたケースの開口外周部に局部加熱によって溶着される電子部品用パッケージの蓋体用の蓋材であって、
３０〜３００℃における熱膨張率が４．０×１０-6から５．５×１０-6／℃である低熱膨張金属によって形成された基材層と、この基材層の一方の表面に積層され、銅含有量が９９．９mass％以上で、酸素含有量が０．０５mass％以下の無酸素純銅によって形成された中間金属層と、この中間金属層に積層され、銀を主成分とする銀ろう合金によって形成されたろう材層とを備え、
前記中間金属層とろう材層とは互いに圧接かつ拡散接合されており、前記ろう材層はその外表面において観察される膨れ部の面積割合が０．１％以下である蓋材。
【請求項２】
前記中間金属層の平均厚さが１０μm 以上、２００μm 以下である請求項１に記載した蓋材。
【請求項３】
前記基材層の他方の表面に純ニッケルあるいはニッケルを主成分とするニッケル合金からなるニッケル基金属によって形成されたニッケル基金属層が接合された請求項１又は２に記載した蓋材。
【請求項４】
電子部品を収納するための収納スペースが表面に開口するように形成されたケースの開口外周部に局部加熱によって溶着される電子部品用パッケージの蓋体用の蓋材の製造方法であって、
３０〜３００℃における熱膨張率が４．０×１０-6から５．５×１０-6／℃である低熱膨張金属によって形成された基材層の一方の表面に銅含有量が９９．９mass％以上で、酸素含有量が０．０５mass％以下の無酸素純銅によって形成された中間金属層が積層された中間金属層積層体を準備する準備工程と、
前記中間金属層積層体の中間金属層に銀を主成分とする銀ろう合金によって形成されたろう材層を圧接してろう材層圧接体を得る圧接工程と、
前記ろう材層圧接体に拡散焼鈍を施して前記中間金属層とろう材層とが互いに拡散接合された蓋材を製造する拡散焼鈍工程とを有し、
前記圧接工程において圧接の際の圧下率を５０％以上、８０％以下とし、前記焼鈍工程において焼鈍温度を３８０℃以上、５９０℃以下とする、蓋材の製造方法。
【請求項５】
前記ろう材層圧接体の中間金属層の平均厚さが１０μm 以上、２００μm 以下である請求項４に記載した製造方法。
【請求項６】
前記中間金属層積層体の基材層の他方の表面に純ニッケルあるいはニッケルを主成分とするニッケル合金からなるニッケル基金属によって形成されたニッケル基金属層が積層された請求項４又は５に記載した製造方法。
【請求項７】
電子部品を収納するための収納スペースが表面に開口するように形成されたケースの開口外周部に局部加熱によって溶着される電子部品用パッケージの蓋体であって、請求項１から３のいずれか１項に記載した蓋材から前記ケースの開口部を覆う大きさに加工された蓋体である、電子部品用パッケージの蓋体。
【請求項８】
電子部品を収納するための収納スペースが表面に開口するように形成されたケースと、このケースの開口部を覆うようにその開口外周部に局部加熱によって溶着された蓋体とを備え、前記蓋体として請求項７に記載した蓋体を用いた、電子部品用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、電子部品を収納するケースの開口部が蓋体によって封止された電子部品用パッケージ、その蓋体およびその素材となる蓋材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、圧電振動子などの種々の電子部品を収納するパッケージは、特開２０００−３９７３号公報（特許文献１）に開示されているように、電子部品を収納するための凹部が上面に開口するように形成されたケースと、前記凹部を密閉すべく前記ケースの開口部を塞ぐようにケースの開口外周部にろう接された蓋体とを備えている。
【０００３】
前記ケースは、アルミナや窒化アルミニウムなどのセラミックスを主材として形成されている。一方、前記蓋体は、Ｆｅ−２９％Ｎｉ−１７％Ｃｏ合金（商品名：コバール）などの低熱膨張金属で形成された基材層と、前記基材層の一方の表面に積層された、金属ろう材によって形成されたろう材層とを備えている。前記金属ろう材としては、主として銀を主成分とする銀ろう合金が用いられる。
【０００４】
前記ケースの開口部に前記蓋体をろう接する手段としては、特許文献１に開示されているように、シーム溶接が適用される場合がある。シーム溶接は、真空中で実施する必要が無く、比較的簡単な設備で、効率良くろう接を行うことができる。ろう接の他の手段として、ケースに重ね合わせた蓋体の外周部にその背面（外面）から電子ビームを照射して、ろう材層を溶融させて接合する電子ビーム溶接も適用することができる。
【０００５】
また、電子部品用パッケージの関連技術として、特開平３−２８３５４９号公報（特許文献２）には、窒化アルミニウム基板とコバール等の低熱膨張金属で形成されたキャップまたはキャップ取付け用金具との間に銅箔を介在させて、前記基板と銅箔、銅箔とキャップ等とをろう付けした電子部品用パッケージが開示されている。
また、特開２０００−１６４７４６号公報（特許文献３）には、電子部品用パッケージの蓋体用蓋材として、基材層に拡散接合したＮｉ基金属層にろう材層を圧接し、前記Ｎｉ基金属層における最大最小厚さ比を所定の値に規定したものが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３９７３号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開平３−２８３５４９号公報（特許請求の範囲）
【特許文献１】
特開２０００−１６４７４６号公報（特許請求の範囲）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、電子部品の低背化、小型化に伴って、そのパッケージもより一層の低背化、小型化が望まれている。このため、蓋体の厚さが薄くなり、またケース自体も小型化され、これに伴ってセラミックスで形成されたケースの電子部品収容用凹部の周りの壁部も薄肉化されている。
このような状況の下で、蓋体をケースにろう接すると、銀ろう合金の融点が７８０℃程度と比較的高温であるため、特許文献１の技術では、ケースを形成するセラミックスと蓋体の基材層を形成する低熱膨張金属との熱膨張率差により、ろう材の冷却過程でケースの壁部に大きな熱応力が発生し、この応力によりクラックが発生し、気密性が低下するという問題がある。このような問題は、シーム溶接の場合に限らず、電子ビーム溶接においても同様である。
【０００８】
また、特許文献２に開示された技術では、銅箔をキャップまたはキャップ取付け金具の変形吸収材として使用しているが、その好ましい厚さが０．１〜２．０mmと記載されており、厚い領域ではそれ自体の熱変形が大きいため、板状の基板の割れ防止には効果があるかもしれないが、小型化されたケースの薄肉壁部の割れ防止には十分な効果が得られない。また、銅泊は基板およびキャップ等の両側にろう付けすることが記載されており、ろう付け作業性が非常に悪く、引いてはパッケージの生産性も低い。
【０００９】
一方、特許文献３に開示された技術では、Ｎｉ基金属層とろう材とは積層されているが、圧接されているだけであり、拡散接合されていないため、ろう材として銀ろう合金のような、冷間圧接性の良くない硬ろうを用いる場合には両層の接合性に問題がある。また、両層を圧接後に拡散焼鈍するとしても、拡散焼鈍の際に問題となるボイドの発生について全く開示、示唆されていない。
【００１０】
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、電子部品用パッケージのケースに蓋体をろう接する際に、ケースに生じる熱応力を緩和することができ、引いてはケースに割れが生じ難く、またろう接作業性に優れた電子部品用パッケージの蓋体、その素材となる蓋材およびその蓋材の製造方法を提供すること、さらに前記蓋体によって封止された、気密性に優れた電子部品用パッケージを提供することを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による蓋材は、電子部品を収納するための収納スペースが表面に開口するように形成されたケースの開口外周部に局部加熱によって溶着される蓋体用の蓋材であって、３０〜３００℃における熱膨張率が４．０×１０-6から５．５×１０-6／℃である低熱膨張金属によって形成された基材層と、この基材層の一方の表面に積層され、銅含有量が９９．９mass％以上で、酸素含有量が０．０５mass％以下の無酸素純銅よって形成された中間金属層と、この中間金属層に積層され、銀を主成分とする銀ろう合金によって形成されたろう材層とを備える。前記中間金属層とろう材層とは互いに圧接かつ拡散接合されており、前記ろう材層はその外表面において観察される膨れ部の面積割合が０．１％以下とされる。
【００１２】
この蓋材によると、前記基材層に積層された中間金属層とろう材層とは圧接かつ拡散接合されているので、ろう接作業に際して、ろう材を別途準備する必要がないため、ろう接作業性に優れる。また、圧接の際の圧下率を調節するだけで、中間金属層を容易に薄く形成することができる。
また、前記中間金属層は所定の無酸素純銅によって形成されているので、蓋材から製作した蓋体をケースの開口外周部にろう接する際、ケースと基材層との熱膨張率の差に起因して基材層がケースに対して変形しても、中間金属層が容易に塑性変形する。このため、基材層の変形に伴ってケースに発生する熱応力を抑制することができ、引いてはケースの壁部に生じる割れを防止することができる。
さらに、前記中間金属層とろう材層とは圧接かつ拡散接合されているにもかかわらず、その間にボイドが実質的に介在しない。このため、蓋体のろう接の際に、シーム溶接や電子ビーム溶接などのごく短時間の局部加熱（蓋体周縁部への加熱）によっても、基材層にて発生したジュール熱あるいは基材層に付与された熱を中間金属層を介してろう材層に速やかに伝達することができる。従って、ろう材層を確実に溶融させることができ、ろう接による接合性に優れる。かかる効果は、前記中間金属層を薄く形成しておくことで一層促進される。
また、上記のとおり、前記中間金属層とろう材層との間にはボイドが実質的に介在しないため、蓋材は打ち抜き加工性に優れ、小さいサイズの蓋体であっても、寸法精度の高い蓋体を打ち抜き加工によって容易に製作することができ、生産性に優れる。
【００１３】
前記蓋材において、前記中間金属層の材料として、銅含有量が９９．９mass％以上の純銅であって、特に酸素含有量が０．０５mass％以下の無酸素銅が用いられる。純銅は熱伝導性が良好であり、また耐力が低く、塑性変形性に富む。純銅中の不純物が増加すると硬くなり、熱応力を緩和する効果が減少するので、不純物は０．１mass％以下に止める。また、酸素含有量が増加すると熱伝導率が低下し、また中間金属層とろう材層との拡散焼鈍の際にボイドが発生し易くなるので、酸素含有量は０．０５mass％以下に止める。なお、「耐力」とは０．２％の永久伸びを起こすときの応力を意味する。
【００１４】
また、前記蓋材において、前記中間金属層はその厚さを１０〜２００μm （１０μm 以上、２００μm 以下）とすることが好ましく、１０μm 以上、１００μm 未満とすることがより好ましい。１０μm 未満では、塑性変形量を十分取ることができないため、基材層の変形に追随して変形することが難くなり、ケースに発生する熱応力を軽減する効果が過少となる。一方、２００μm を超えると、中間金属層自体の熱変形が無視できないようになり、ケースに発生する熱応力を軽減することができないようになる。
【００１５】
また、前記蓋材において、基材層の他方の表面に純ニッケルあるいはニッケルを主成分とするニッケル合金からなるニッケル基金属で形成されたニッケル基金属層を接合することによって、基材層の外表面の耐食性を向上させることができ、引いては蓋材、蓋材から加工した蓋体さらにはこれによって封止された電子部品用パッケージの汚損を防止することができる。また、ニッケル基金属層は基材層と中間金属層との熱膨張率の相違によって発生する反りを抑制する効果も有する。
【００１６】
本発明による蓋材の製造方法は、電子部品を収納するための収納スペースが表面に開口するように形成されたケースの開口外周部に局部加熱によって溶着される蓋体用の蓋材の製造方法であって、３０〜３００℃における熱膨張率が４．０×１０-6から５．５×１０-6／℃である低熱膨張金属によって形成された基材層の一方の表面に銅含有量が９９．９mass％以上で、酸素含有量が０．０５mass％以下の無酸素純銅によって形成された中間金属層が積層された中間金属層積層体を準備する準備工程と、前記中間金属層積層体の中間金属層に銀を主成分とする銀ろう合金によって形成されたろう材層を圧接してろう材層圧接体を得る圧接工程と、前記ろう材層圧接体に拡散焼鈍を施して前記中間金属層とろう材層とが互いに拡散接合された蓋材を製造する拡散焼鈍工程とを有する。前記圧接工程において圧接の際の圧下率は５０〜８０％（５０％以上、８０％以下）とされ、前記焼鈍工程において焼鈍温度は３８０〜５９０℃（３８０℃以上、５９０℃以下）とされる。かかる製造方法によって、中間金属層とろう材層との間にボイドの発生を実質的に無視することができるレベルにまで低減することができる。
【００１７】
この製造方法においても、ろう材層圧接体の中間金属層の平均厚さは好ましくは１０〜２００μm 、より好ましくは１０μm 以上、１００μm 未満とするのがよい。また、前記中間金属層積層体は基材層の他方の表面に純ニッケルあるいはニッケルを主成分とするニッケル合金からなるニッケル基金属で形成されたニッケル基金属層を積層形成しておくことが好ましい。
【００１８】
本発明による電子部品用パッケージは、電子部品を収納するための収納スペースが表面に開口するように形成されたケースと、このケースの開口部を覆うようにその開口外周部に局部加熱によって溶着された蓋体とを備える。前記蓋体は前記蓋材から、例えば打ち抜き加工によって、加工されたものである。
【００１９】
この電子部品用パッケージによると、蓋体のケースへのろう接に際し、前記中間金属層によってろう材層の溶融を速やかに行いつつ、前記ケースにかかる熱応力を抑制して蓋体とケースとをろう接することができる。このため、ケースの割れや接合不良を防止することができ、優れた気密性を得ることができる。また、蓋体のケースへのろう接に際し、ろう材を別途準備する必要がないため、ろう接作業性、生産性に優れる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施形態にかかる蓋材の基本構造を図１を参照して説明する。この蓋材１は、基材層２の一方の表面（図例では上面）にニッケル基金属層５が、他方の表面（図例では下面）に中間金属層３がそれぞれ圧接かつ拡散接合され、また前記中間金属層３の表面にろう材層４が圧接かつ拡散接合されている。
【００２１】
前記基材層２は、純鉄（純Ｆｅ）の耐力（２００Ｎ／mm2 ）以上の耐力を有し、３０〜３００℃における熱膨張率が４．０×１０-6から５．５×１０-6／℃である低熱膨張金属によって形成されている。このような低熱膨張金属としては、例えば、Ｆｅ−４２mass％Ｎｉ合金などのニッケル（Ｎｉ）を３６〜５０mass％含有したＦｅ−Ｎｉ合金、またコバール（商品名）などのＮｉを２０〜３０mass％、コバルト（Ｃｏ）を１〜２０mass％含有したＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金が好適である。
【００２２】
前記ニッケル基金属層５は蓋材１の外表面の耐食性を向上させるものであり、純ニッケルや、Ｎｉを５０wt％以上含有するＣｕ−Ｎｉ合金などのＮｉを主成分としたニッケル合金からなるニッケル基金属によって形成される。前記ニッケル基金属は前記基材層２との圧接性、拡散接合性も良好である。もっとも、このニッケル基金属層３は必要により形成すればよく、必ずしも必要とするものではない。
【００２３】
前記中間金属層３は、Ｃｕ含有量が９９．９mass％以上、酸素含有量が０．０５mass％以下、好ましくは０．０１mass％以下の無酸素純銅で形成される。Ｃｕ含有量が９９．９％未満になると、不純物の種類にもよるが、総じて硬くなり易く、ろう材層４を溶融した後の冷却過程で基材層２の変形に追随して塑性変形し難くなる。また酸素含有量が少ないほど軟らかくなり、熱応力緩和効果が高い。また酸素含有量が少ないほど、中間金属層とろう材層とを圧接し、拡散接合する際に、酸素に起因するボイドの発生量を抑制することができる。さらに酸素含有量が０．０５mass％以下の無酸素銅は安価に入手することができる。このような理由から純銅としては酸素含有量が０．０５mass％以下の無酸素銅が最も好ましい。前記低耐力金属としては、前記銅基金属に限らず、純ＮｉやＮｉを９０mass％以上含有するニッケル基合金を用いることもできる。
前記中間金属層３の塑性変形の容易性は、同層を形成する低耐力金属の耐力によって左右され、先に記載したようにＣｕ含有量が多いほど耐力が小さくなり、塑性変形が容易になる。例えば、耐力は、純銅が６９Ｎ／mm2 、９０mass％Ｃｕ−Ｎｉ合金が１０３Ｎ／mm2 、純ニッケルが５９Ｎ／mm2 である。これに対して、コバールの耐力は、３４５Ｎ／mm2 であり、前記低耐力金属のそれより３倍以上大きい。このように、中間金属層３を形成する低耐力金属は、その耐力が基材層２を形成する低熱膨張金属の耐力の１／３以下のものが好ましい。
【００２４】
前記ろう材層４は、銀（Ａｇ）を主成分とする銀ろう合金で形成される。主成分であるＡｇの含有量は７０〜９０mass％とすることが好ましい。前記銀ろう合金の融点は、７００〜９００℃程度のものが好ましい。具体的な銀ろう合金として、８５mass％Ａｇ−Ｃｕ合金（銀ろう、融点が７８０℃）等のＡｇ−Ｃｕ合金、その他、融点が前記融点範囲内のＡｇ−Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ合金を挙げることができる。
電子部品用パッケージは４００℃程度以下の温度で基板にはんだ付けされるため、一旦溶着したろう材層がその温度にて軟化、劣化しないことが必要である。Ａｇの含有量が７０〜９０mass％の銀ろう合金は、かかる温度条件を満足し、また強度および耐食性も良好であるので好ましい。
一方、銀ろう合金は後述するように、前記中間金属層とろう材層との拡散接合の際にその界面にボイドが生成し易い傾向がある。また、その融点が高いことから、蓋材１から加工した蓋体をケースの開口外周部にろう接する際に、蓋体のろう接部を高温に加熱する必要があり、基材層２の熱変形によりケースに熱応力が発生するという問題がある。この問題は前記基材層２とろう材層４との間に前記中間金属層３を介在させることによって解消される。
【００２５】
前記ろう材層４は、その外表面において観察される膨れ部の面積割合が０．１％以下とされる。前記膨れ部は、前記中間金属層３とろう材層４との接合界面に生じたボイドに起因する。前記基材層２と中間金属層３とは圧接性、拡散焼鈍による拡散接合性は良好であり、両層の界面にボイドを生じさせることなく容易に拡散接合することができる。一方、中間金属層３を純銅によって形成した場合、銀ろう合金からなるろう材層４との接合界面にボイドが非常に発生し易い。その理由は以下のとおりである。圧接の際に純銅によって形成された中間金属層の表面に生成した酸化被膜が分断され、拡散焼鈍の際に分断された酸化被膜が酸素を放出し、また銀ろう合金も酸素や水素を放出する。これらのガスが凝集してボイドを発生させる。この中間金属層とろう材層との界面に形成されたボイドは、熱伝導不良に起因する接合不良の原因となる。前記膨れ部の面積率はこのボイド量の指標であり、面積率が０．１％以下であれば、ボイドはほとんど発生せず、熱伝導不良や接合不良は問題とならない。また、打ち抜き加工性に優れ、小さいサイズの蓋体であっても、寸法精度の高い蓋体を打ち抜き加工によって容易かつ多量に製作することができる。
【００２６】
前記各層の平均厚さは、ケースの開口部の大きさにもよるが、基材層２は３０〜２００μm 、好ましくは５０〜１００μm 程度とされる。中間金属層３は１０〜２００μm 、好ましくは１０μm 以上、１００μm 未満、より好ましくは１５〜６０μm とされる。中間金属層が１０μm 未満では熱応力を軽減する作用が不足し、一方２００μm を超えると層厚が厚すぎて、中間金属層自体の熱変形が無視できないようになり、却って熱応力の軽減作用が劣化するようになる。さらに、基材層２の変形に対する中間金属層３の塑性変形量を十分に確保することができるように、基材層２の厚さｔｂに対する中間金属層３の厚さｔｍの比ｔｍ／ｔｂを０．２５〜０．６程度とすることが好ましい。また、ろう材層４は５〜５０μm 程度でよく、ニッケル基金属層５は３〜５０μm 程度でよい。さらに、電子部品用パッケージの低背化の観点から、蓋材の全体の厚さは５０〜１５０μm とすることが好ましい。
【００２７】
次に前記蓋材の製造方法について説明する。
前記蓋材１は、以下の工程により製造される。基材層２の素材である基材シートの一方の表面にニッケル基金属層５の素材であるニッケル基金属シートを、他方の表面に中間金属層３の素材である無酸素純銅シートを重ね合わせ、この重ね合わせた重合体を一対のロールに通して圧下率７０〜８０％程度で圧下し、これによって各々のシートを圧下すると共に圧接し、基材層の両面にニッケル基金属層および中間金属層が圧接された中間金属層積層体を得る。前記中間金属層積層体には、必要に応じてさらに９５０〜１０５０℃程度の温度で中間焼鈍を施すことができる。この中間焼鈍により、隣接する層同士を拡散接合し、その接合力を向上させると共に各層を軟化させることができる。蓋材１にニッケル基金属層５を形成しない場合には、前記ニッケル基金属シートが不要なことは勿論である。以上のようにして前記中間金属層積層体を準備する工程を本発明では準備工程と呼ぶ。
【００２８】
次に、前記中間金属層積層体の中間金属層の表面にろう材層４の素材であるろう材シートを重ね合わせ、この重ね合わせた重合体を再び一対のロールに通して圧下し、これによって中間金属層の表面にろう材層が圧接されたろう材層圧接体を得る。この工程を圧接工程と呼ぶ。このろう材層圧接体は拡散焼鈍が施され、中間金属層とろう材層との間にボイドを介在させることなく、両層が拡散接合された蓋材１を得る。この工程を拡散接合工程と呼ぶ。前記蓋材１は、必要に応じてさらに仕上圧延が施されて、その板厚が調整されてもよい。仕上圧延後の各層の層厚は、圧延の圧下率をＲとしたとき、ほぼ元の層厚の（１−Ｒ）倍に減厚される。
【００２９】
前記圧接工程および拡散焼鈍工程においては、中間金属層とろう材層との間にボイドを発生させないように両層を接合させることが重要である。本発明者がボイドの発生を抑制することができる製造条件を調査したところ、中間金属層をボイドを発生させ易い純銅で形成した場合でも、前記ろう材層圧接体を得るための圧下率を５０〜８０％とし、その拡散接合温度を３８０〜５９０℃とすればよいことが分かった。すなわち、圧下率を５０％未満、焼鈍温度を３８０℃未満とすると圧接および拡散焼鈍の際の接合が不足して接合強度が低下するようになる。一方、圧下率を８０％超、焼鈍温度を５９０℃超とすると、ガスの凝集が活発化してボイド量が急速に増大するようになる。圧下率を低く設定する場合、焼鈍温度が低い方がボイドは発生し難い。拡散焼鈍時間は好ましくは２分以上、より好ましくは３分以上とすればよい。焼鈍時間の上限は特に定めないが、生産性を考慮すると１０分以下、好ましくは５分以下とするのがよい。
【００３０】
次に、電子部品用パッケージの実施形態を図２を参照しながら説明する。このパッケージのケース３１の封止に用いられた蓋体２１は、前記蓋材１をプレスにて所定寸法に打ち抜き加工したものである。図において、前記蓋体２１を構成する各部については蓋材１と同様であるので、同符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
このパッケージは、電子部品Ｐを収納するための収納スペース（凹部）３３が上面に開口するように形成されたケース３１と、このケース３１の開口外周部にろう接によって溶着された蓋体２１とを備えている。前記ケース３１は、前記収納スペース３３が上面に開口し、アルミナや窒化ケイ素などのセラミックスにて形成された、絶縁性を有するケース本体３２を備え、このケース本体３２の開口外周部にろう材との溶着を促進する溶着促進層３７が一体的に形成されている。前記溶着促進層３７は、ケース本体３２と一体的に焼成されたタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属からなるメタライズ層３４を有し、その上にニッケル層３５、必要に応じてさらに金層３６が形成されている。
【００３２】
前記蓋体２１をケース３１の開口外周部に溶着するには、まずケース３１の開口部を塞ぐようにケース３１の上に、そのろう材層４がケース３１の開口外周部に当接するように蓋体２１を載置し、真空あるいは不活性ガス中にて、前記ろう材層４を溶融させ、蓋体２１をケース３１の開口外周部に溶着する。前記ろう材層４の溶融は、シーム溶接、電子ビーム溶接などにより、局部加熱によって行うことが好ましい。前記ろう材層４を形成する銀ろう合金の融点が比較的高温であるため、電子部品Ｐを収納したケース３１および蓋体２１の全体を炉中にて加熱し、ろう材層４を溶融させることは、ケース３１に収納された電子部品Ｐの特性を劣化させるおそれがあるため、かかる加熱方法は避けるべきである。前記シーム溶接は、蓋体２１の対向する２辺の端部に沿って一対の電極ローラを転動させながら通電し、主に基材層２のローラの接触部近傍にて局部的にジュール熱を発生させ、これを中間金属層３を介してろう材層４に伝導させ、このろう材層４を溶融し、溶融したろう材によって、蓋体２１をケース３１にろう接する方法である。
【００３３】
この電子部品用パッケージは、蓋体２１の基材層２とろう材層４との間にボイドを実質的に介在させることなく、中間金属層３が設けられているため、蓋体２１をケース３１にろう接する際、前記中間金属層３によってろう材層４の溶融を速やかに行いつつ、蓋体２１の基材層２が熱変形しても、中間金属層３が塑性変形して基材層２の変形を吸収するので、ケース３１に無理な熱応力が作用せず、ケース本体３２の割れを防止することができる。このため、ケース３１は気密性に優れ、その中に収納された電子部品Ｐの寿命を向上させることができる。
【００３４】
以下、本発明を実施例に基づいてより具体的に説明するが、本発明の範囲は上記実施形態や以下の実施例により限定的に解釈されるものではない。
【００３５】
【実施例】
図１に示す４層構造の蓋材の試料が下記の要領により製作された。基材層２の素材として幅２０mm、厚さ１１００μm のＦｅ−２９mass％Ｎｉ−１７mass％Ｃｏ合金からなる基材シートを、またニッケル基金属層５の素材として幅２０mm、厚さ１００μm の純Ｎｉからなるニッケルシートを、また中間金属層３の素材として幅２０mm、厚さ６００μm の無酸素銅（Ｃｕ：９９．９５mass％、Ｏ：０．０００６mass％）からなる銅シートを準備した。基材シートの一方の表面にニッケルシートを、他方の表面に銅シートを重ね合わせ、圧下率６０％にて冷間でロール圧下し、隣接する素材同士が圧接された銅層積層体を得た。さらに、この銅層積層体は焼鈍炉にて１０００℃、３分間保持して拡散焼鈍が施された。
【００３６】
この銅層接合体の銅層にろう材層４の素材として幅２０mm、厚さ７５μm の８５mass％Ａｇ−Ｃｕ（融点７８０℃）からなるろう材シートを重ね合わせ、表１に示す４４〜８０％の種々の圧下率にて冷間でロール圧下し、銅層積層体の銅層にろう材層が圧接されたろう材層圧接体を得た。このろう材層圧接体を同表に示す種々の焼鈍温度にて３分間程度拡散焼鈍を行い、基材層２の一方の表面にニッケル基金属層５が、他方の表面に中間金属層３が一体的に接合された４層構造の蓋材１を得た。すなわち、この実施例では、ニッケル基金属層５としてニッケル層が、中間金属層３として銅層が形成された。ろう材層を圧接する際の圧下率に対する各層の最終平均厚さは下記の通りであった。
▲１▼圧下率：４４％
圧接できなかったため測定せず。
▲２▼圧下率：５０％
ニッケル層１９μm 、基材層２０６μm 、銅層１１３μm 、ろう材層３８μm
▲３▼圧下率：５５％
ニッケル層１７μm 、基材層１８６μm 、銅層１０１μm 、ろう材層３４μm
▲４▼圧下率：６０％
ニッケル層１５μm 、基材層１６５μm 、銅層９０μm 、ろう材層３０μm
▲５▼圧下率：７０％
ニッケル層１１μm 、基材層１２１μm 、銅層６６μm 、ろう材層２３μm
▲６▼圧下率：７５％
ニッケル層  ９μm 、基材層１０３μm 、銅層５６μm 、ろう材層１９μm
▲７▼圧下率：８０％
ニッケル層７．５μm 、基材層８３μm 、銅層４５μm 、ろう材層１５μm
【００３７】
得られた各試料の蓋材から２cm×２cmの外観観察片を採取し、そのろう材層の中央部を光学顕微鏡にて５倍で観察した。その外観写真を用いて、視野２０mm×２０mm（実寸法４mm×４mm）におけるボイドによる膨れ部の面積を画像解析ソフトにより測定し、膨れ部の面積率を求めた。なお、画像解析ソフトは、商品名Image-Pro（製造メーカ：MEDIA CYVERNETICS）を使用した。
【００３８】
また、前記蓋材から幅１０mm×長さ１００mmの接合試験片を採取し、その長さ方向の中央を中心として試験片の両端が重なり合うように１８０°折り曲げた後、元に戻して屈曲部におけるろう材層の剥離の有無を観察し、ろう材層の接合性を評価した。以上の調査結果を表１に併せて記載する。表１のろう材層の接合性について、ろう材層が銅層から浮き上がらず、剥離しなかったものを◎、一部浮き上がりが生じたが屈曲部全体としては剥離しなかったものを○、屈曲部が全体的に浮き上がって剥離したものを×で示す。
【００３９】
【表１】
0003850787.tif 000002
【００４０】
表１より、実施例にかかる各試料は、膨れ部の発生率が０．１０％以下であり、ボイドはほとんど発生していないことがわかる。また、これらの試料についてはろう材層の接合性も良好であり、微小サイズの蓋体への打ち抜き性にも問題がないことがわかる。一方、圧下率が４４％の試料No. １はろう材層を圧接することができなかった。また、ろう材層の圧接の際の圧下率が５０％以上であっても、焼鈍温度が３５０℃と低い試料No. ２，７，１２，１８ではろう材層の接合性が不十分であった。また、圧下率が適切でも、拡散焼鈍温度が６００℃以上と高過ぎた試料No. ５，６，１０，１１，１６，１７，２２，２３，２５は、膨れ率が急激に上昇し、接合強度も低下して１８０°の屈曲によりろう材層の剥離が屈曲部全体に認められた。
【００４１】
次に、図２に示すように、上面に開口した電子部品の収納スペースを有するアルミナ製のケース本体３２の外周部に、タングステン・メタライズ層３４、ニッケル層３５および金層３６からなる溶着促進層３７を備えたケース３１を準備した。このケース３１の平面寸法は、図３に示すように、Ａ＝５mm、Ｂ＝３mm、Ｃ＝０．５mmである。
一方、表１の試料No. １４〜１６の蓋材を素材として、さらに０．１mmまで冷間で仕上圧延を行った後、打ち抜き加工し、前記ケース３１の上面を被覆可能な４．８×２．８mmの蓋体２１を得た。仕上圧延後の蓋材の各層の平均厚さは、ニッケル層が５μm、基材層が５５μm 、銅層が３０μm 、ろう材層が１０μm であった。この蓋体２１をケース３１の上にろう材層４が前記溶着促進層３７に当接するように載置し、ヘリウムガス雰囲気にて同条件でシーム溶接を行い、蓋体をケースに溶着した。
【００４２】
得られたパッケージを真空容器に入れて密閉し、真空容器内のガスをイオンポンプで排気し、到達真空度における排気ガス中のヘリウムガスの有無を調べた。その結果、ヘリウムガスは実施例のNo. １４および１５の蓋材を使用したパッケージでは認められなかったが、比較例のNo. １６の蓋材を使用したものでは認められた。これより、前記実施例の蓋材を使用したパッケージのケース本体には割れは発生しておらず、また蓋体とケースとの接合状態は良好であることが確かめられた。一方、前記比較例の蓋材を使用したパッケージでは、ケース本体に割れが生じていなかったので、気密性が劣化した原因は蓋体とケースとの接合不良にあるものと推測された。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の蓋材によれば、中間金属層とろう材層とが実質的にボイドを介在させることなく一体的に接合されているので、ろう接作業の際に、ろう材を別途準備する必要がないので作業性に優れる。また、この蓋材から形成した蓋体を電子部品用パッケージのケースに、シーム溶接や電子ビーム溶接などの局部加熱によってろう接する場合においても、ボイドに起因する熱伝導不良による接合不良を防止することができ、ろう接による接合性に優れる。また、前記中間金属層により、ろう接する際に、蓋体が熱変形しても、ケースの壁部に発生する熱応力を抑制することができ、引いては熱応力によって前記壁部に生じる割れを抑制することができる。このため、気密性に優れた電子部品用パッケージを得ることができる。また、本発明の蓋材の製造方法によれば、前記蓋材を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる蓋材の基本構造を示す部分断面模式図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる電子部品用パッケージの基本構造を示す断面模式図である。
【図３】実施例における電子部品用パッケージのケースの平面図である。
【符号の説明】
１  蓋材
２  基材層
３  中間金属層
４  ろう材層
５  ニッケル基金属層
２１  蓋体
３１  ケース
３２  ケース本体
【図１】
0003850787.tif 000003
【図２】
0003850787.tif 000004
【図３】
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