气密密封用盖、电子部件容纳用封装和电子部件容纳用封装的制造方法

专利名称：气密密封用盖、电子部件容纳用封装和电子部件容纳用封装的制造方法
技术领域：
本发明涉及气密密封用盖、电子部件容纳用封装和电子部件容纳
用封装的制造方法，特别涉及具有由Au和Sn构成的焊料层的气密密 封用盖、由该气密密封用盖密封的电子部件容纳用封装和电子部件容 纳用封装的制造方法。
背景技术：
现今，已知用于对SMD (Surface Mount Device)封装(表面安装 型器件封装)等电子部件容纳用封装进行密封的气密密封用盖，其中， SMD在用于便携式电话的杂音去除等的SAW滤波器(表面弹性波滤 波器)和石英振子等电子部件的气密密封中使用。而且，作为气密密 封用盖，已知具有由Au和Sn构成的焊料层的气密密封用盖。这样的 气密密封用盖，例如已在日本特开2002-9186号公报和日本特开 2000-68396号公报中公开。
上述日本特开2002-9186号公报中记载的焊料，以在Sn镀层与Au 镀层或Au-Sn合金镀层交替叠层而成的焊料层中，Au的含有率为60 质量％~85质量％的方式被形成。该日本特开2002-9186号公报中记载 的焊料是8 " m的Au镀层和8 u m的Sn镀层交替叠层而成的，因此至 少具有16um的厚度。
此外，上述日本特开2000-68396号公报所记载的焊料，公开了以 热处理后的焊料中Au的含有率为63%~81%的方式叠层Au层与Sn层 或Sn-10%Au层而成的焊料。
此外，近年来，伴随着器件(电子部件)的小型化，容纳器件的 电子部件容纳用封装和用于密封电子部件容纳用封装的气密密封用盖 也变得小型化，因此，用于使电子部件容纳用封装和气密密封用盖充 分粘接所必需的焊料的量(厚度)变少(变小)。如上述日本特开2002-9186号公报和日本特开2000-68396号公报 所记载的焊料这样，在使用Au的焊料中，因为Au的价格非常高，所 以要求削减Au的使用量。
但是，上述日本特开2002-9186号公报中记载的焊料具有至少16 um的厚度，因此，作为用于对已小型化的电子部件容纳用封装进行 密封的焊料，存在Au的使用量较多的问题。
此外，在上述日本特开2000-68396号公报中，未公开加热处理前 (密封前)的焊料的组成等具体的结构，并且，既没有公开也没有提 示削减用于对己小型化的电子部件容纳用封装进行密封的焊料中Au 的使用量的技术思想。

发明内容
本发明为了解决上述问题而提出，本发明的一个目的是提供能够 削减在用于对已小型化的电子部件容纳用封装进行密封的焊料中Au 的使用量的气密密封用盖、由该气密密封用盖密封的电子部件容纳用 封装和电子部件容纳用封装的制造方法。
本发明的第一方面的气密密封用盖，在包括用于容纳电子部件的 电子部件容纳部件的电子部件容纳用封装中使用，其具有基材；在 基材的表面上形成的含有Ni的基底层；和在基底层上形成、具有10 U m以下的厚度且由Au和Sn构成的焊料层，焊料层中Au的含有率 为43质量％以上64质量％以下。
在该第一方面的气密密封用盖中，如上所述，在含有Ni的基底层 上，形成具有10um以下的厚度、且由Au和Sn构成的焊料层，从而 能够使密封时(加热后)的焊料层(具有粘接功能的Au-Sn合金层) 中Au的含有率相比于加热前的焊料层中Au的含有率大幅提升。艮P， 当对由Au和Sn构成的焊料层进行加热时，形成Au-Sn合金，并且M 从基底层向该合金层扩散。此时，Ni和Sn比Ni和Au更易结合，因 此Au-Sn合金层中Sn的一部分向含有Ni的基底层侧移动，在基底层 的上表面形成主要含有Ni-Sn的扩散层。于是，与由Au和Sn构成的 焊料层中的Sn向扩散层移动的量相对应地，焊料层中的由Au和Sn 形成的Au-Sn合金层中的Sn变少，因此，能够使Au-Sn合金层中的Au的含有率上升。而且，本发明中加热前的由Au和Sn构成的焊料层 的厚度被很薄地形成为10um以下，从而与焊料层的厚度较大(大于 10um)的情况相比，能够使密封时(加热后)的焊料层(具有粘接功 能的Au-Sn合金层)中Au的含有率相比于加热前的焊料层中Au的含 有率大幅地提升。S卩，在焊料层的厚度较小的情况下，与焊料层的厚 度较大的情况相比较，焊料层中含有的Au和Sn的量也变少，但形成 扩散层的Sn的量没有变化。于是，在焊料层的厚度较小的情况下，加 热前(密封前)的焊料层所含有的Sn中的在加热后形成扩散层的Sn 的量的比例，与焊料层的厚度较大的情况相比大幅增加，并且加热后 (密封后)的Au-Sn合金层中含有的Sn的比例(含有率)大幅下降。 因此，能够使Au-Sn合金层中Au的含有率相比于加热前的焊料层中 Au的含有率大幅提升。由此，在作为密封后的由Au-Sn构成的合金层 希望得到Au的含有率为规定的值的合金层的情况下，能够将密封前的 焊料层中Au的含有率设定为相比于上述规定的值大幅减小的值。从 而，第一方面的气密密封用盖，能够在保持由Au和Sn构成的焊料层 的密封性(润湿性和耐热性)的同时，削减焊料层中Au的使用量。
而且，在第一方面的气密密封用盖中，通过使焊料层中Au的含有 率为43质量％以上64质量％以下，能够使加热后的由Au-Sn构成的合 金层中Au的含有率为63质量％以上80质量％以下。具有这样的Au 的含有率的合金层，其润湿性、耐热性等作为焊料的性能良好。关于 此效果，利用后述的实验结果能够得到验证。
在上述第一方面的气密密封用盖中，焊料层的厚度也可以为7.6u m以下。
在上述第一方面的气密密封用盖中，优选焊料层中Au的含有率为 49质量％以上57质量％以下。通过对这样构成的焊料进行加热而得到 的Au-Sn合金层，在根据上述焊料层中Au的含有率的范围(43质量 %以上64质量％以下)而得到的Au-Sn合金层之中，润湿性进一步提 高，密封性良好。
在上述第一方面的气密密封用盖中，优选焊料层中Au的含有率的 平均值为44质量％以上63质量％以下。根据这样的结构，能够使密封 后(加热后)的由Au-Sn构成的合金层的Au的含有率为63质量％以上80质量°/。以下。
在上述第一方面的气密密封用盖中，优选焊料层由Au层和Sn层 构成。根据这样的结构，与利用由Au-Sn合金构成的合金层形成焊料 层的情况相比较，能够使基底层中的Ni向焊料层中的Sn的扩散速度 增大，因此能够使扩散层中的Sn的量增多。由此，扩散层中的Sn的 量变得更多，相应地在密封后(加热后)的合金层中，相比于加热前 的焊料层，Au的含有率能够进一步被提高。
在此情况下，优选Au层与Sn层的膜厚比为0.30以上0.63以下。 根据这样的结构，能够使密封后(加热后)的由Au-Sn构成的合金层 的Au的含有率为63质量°/。以上80质量％以下。
在上述由Au层和Sn层构成焊料层的结构中，Au层和Sn层也可 以分别包括Au镀层和Sn镀层。
在上述由Au层和Sn层构成焊料层的结构中，焊料层也可以由在 基底层上形成的一个Au层和一个Sn层构成。
在此情况下，优选Au层在基底层的表面上形成，Sn层在Au层的 表面上形成。根据这样的结构，与将Au层形成在Sn层的表面上的情 况相比较，能够更容易地形成焊料层。
本发明的第二方面的电子部件容纳用封装包括气密密封用盖； 和使用气密密封用盖并通过焊接被密封、容纳电子部件的电子部件容 纳部件，该气密密封用盖包括基材；在基材的表面上形成的含有Ni 的基底层；和在基底层上形成、具有10Pm以下的厚度且由Au和Sn 构成的焊料层，其中焊料层中Au的含有率为43质量％以上64质量％ 以下。根据这样的结构，在电子部件和电子部件容纳部件已小型化的 情况下，通过利用第一方面的气密密封用盖进行密封，能够得到削减 了 Au的使用量的电子部件容纳用封装。
在上述第二方面的电子部件容纳用封装中，优选密封电子部件容 纳部件的气密密封用盖包括通过基底层的Ni向焊料层的Sn中的扩 散而形成的扩散层；和在扩散层的表面上形成、由Au-Sn合金构成的 焊料合金层。根据这样的结构，通过焊料合金层中的Sn向扩散层的移 动，能够使焊料合金层中Au的含有率上升。由此，在作为密封后的由 Au-Sn构成的合金层希望得到Au的含有率为规定的值的合金层的情况下，能够将密封前的焊料层中Au的含有率设定为相比于上述规定的值 大幅减小的值。从而，第二方面的电子部件容纳用封装，通过使用上 述任一个结构的气密密封用盖，能够在保持由Au和Sn构成的焊料的 密封性(润湿性和耐热性)的同时得到削减了 Au的使用量的电子部件 容纳用封装。
在此情况下，优选焊料合金层所含有的Au的含有率为63质量％ 以上80质量％以下。利用具有这样的Au的含有率的焊料合金层，能 够使电子部件容纳部件和气密密封用盖进行良好的密封。
本发明的第三方面的电子部件容纳用封装的制造方法包括准备 气密密封用盖的工程；和通过对气密密封用盖和容纳电子部件的电子 部件容纳部件进行加热，使用气密密封用盖并通过焊接对电子部件容 纳部件进行密封的工程，其中，该气密密封用盖包括基材；在基材 的表面上形成的含有Ni的基底层；在基底层上形成、具有10um以下 的厚度且由Au和Sn构成的焊料层，焊料层中Au的含有率为43质量 %以上64质量％以下。
在此第三方面的电子部件容纳用封装的制造方法中，通过对第一 方面的气密密封用盖和电子部件容纳部件进行加热，能够使用气密密 封用盖并通过焊接对电子部件容纳部件进行密封。由此，在电子部件 和电子部件容纳部件已小型化的情况下，能够得到削减了 Au的使用量 的电子部件容纳用封装。
在上述第三方面的电子部件容纳用封装的制造方法中，优选密封 电子部件容纳部件的气密密封用盖包括通过基底层的Ni向焊料层的 Sn中的扩散而形成的扩散层；和在扩散层的表面上形成、由Au-Sn合 金构成的焊料合金层。根据这样的结构，通过焊料合金层中的Sn向扩 散层的移动，能够使焊料合金层中Au的含有率上升。由此，在作为密 封后的由Au-Sn构成的合金层希望得到Au的含有率为规定的值的合金 层的情况下，能够将密封前的焊料层中Au的含有率设定为相比于上述 规定的值大幅减小的值。从而，第二方面的电子部件容纳用封装，使 用上述任一个结构的气密密封用盖，在能够保持由Au和Sn构成的焊 料的密封性(润湿性和耐热性)的同时得到削减了 Au的使用量的电子 部件容纳用封装。在此情况下，优选焊料合金层所含有的Au的含有率为63质量％ 以上80质量％以下。利用具有这样的Au的含有率的焊料合金层，能 够使电子部件容纳部件和气密密封用盖进行良好的密封。
在上述第三方面的电子部件容纳用封装的制造方法中，优选焊料 层中Au的含有率为49质量°/。以上57质量％以下。通过对这样构成的 焊料进行加热而得到的Au-Sn合金层，在根据上述焊料层中Au的含有 率的范围(43质量°/。以上64质量％以下)而得到的Au-Sn合金层之中， 润湿性进一步提高，密封性良好。
在上述第三方面的电子部件容纳用封装的制造方法中，优选焊料 层中Au的含有率的平均值为44质量％以上63质量％以下。根据这样 的结构，能够使密封后(加热后)的由Au-Sn构成的合金层的Au的含 有率为63质量％以上80质量％以下。
在上述第三方面的电子部件容纳用封装的制造方法中，优选焊料 层由Au层和Sn层构成。根据这样的结构，与利用由Au-Sn合金构成 的合金层形成焊料层的情况相比较，能够使基底层中的Ni向焊料层中 的Sn的扩散速度增大，因此能够使扩散层中的Sn的量增多。由此， 扩散层中的Sn的量变得更多，相应地在密封后(加热后)的合金层中， 相比于加热前的焊料层，能够进一步提高Au的含有率。
在此情况下，优选Au层与Sn层的膜厚比为0.30以上0.63以下。 根据这样的结构，能够使密封后(加热后)的由Au-Sn构成的合金层 的Au的含有率为63质量％以上80质量％以下。
在上述焊料层由Au层和Sn层构成的结构中，Au层和Sn层也可 以分别包括Au镀层和Sn镀层。


图1是表示本发明的一实施方式的气密密封用盖的截面图。
图2是表示被本发明的一实施方式的气密密封用盖密封的电子部
件容纳部件的截面图。
图3是表示本发明的一实施方式的电子部件容纳用封装的截面图。 图4是用于说明图3所示的电子部件容纳用封装的制造工艺的截面图。图5是用于说明为了检验本发明的效果所进行的实验的结果的图。 图6是用于说明为了检验本发明的效果所进行的实验的结果的图。 图7是用于说明为了检验本发明的效果所进行的实验的结果的图。
具体实施例方式
以下，基于附图对将本发明具体化的实施方式进行说明。 首先，参照图l，说明本发明的一实施方式的气密密封用盖10的 构造。
如图1所示，本实施方式的气密密封用盖10包括基材l;在基
材1的表面上和背面上分别形成的Ni镀层2和3;在Ni镀层2的表面 上实质上整面地形成的Au镀层4;和在Au镀层4上实质上整面地形 成的Sn镀层5。由该Au镀层4和Sn镀层5形成焊料层6。其中，Ni 镀层2、 Au镀层4和Sn镀层5分别是本发明的"基底层"、"Au层" 和"Sn层"的一个例子。
基材l由科瓦铁镍钴合金(Kovar)构成，具有约50um的厚度。 此外，Ni镀层2和3具有约1 y m的厚度。在Ni镀层3的表面上薄薄 地形成有用于防止氧化的Au镀层(未图示)。
此处，在本实施方式中，由Au镀层4和Sn镀层5构成的焊料层 6的厚度被形成为约10um以下。而且，焊料层6中，Au镀层4与Sn 镀层5的膜厚比为约0.30以上0.63以下。而且，悍料层6中Au的含 有率为约43质量％以上约64质量％以下。
接着，参照图2，说明被图1所示的气密密封用盖10密封的电子 部件容纳部件20的结构。
该电子部件容纳部件20包括由氧化铝等绝缘性材料构成的陶瓷 基板21、和在陶瓷基板21的表面的规定区域上构成容纳空间的由氧化 铝等绝缘性材料构成的多个陶瓷框体22。而且，陶瓷框体22以将陶瓷 基板21在俯视图中划分为阵列状的方式配置，在由陶瓷框体22包围 的多个容纳空间内，多个电子部件40通过凸块(bump) 30分别被安 装在陶瓷基板21上。电子部件40例如相当于石英振子、SAW滤波器 (表面弹性波滤波器)等。此外，在陶瓷框体22的上表面上形成有钨 层23、 Ni-Co合金层24和Au层25。该Au层25与气密密封用盖10
12的焊料层6接合。
接着，参照图3，说明本实施方式的电子部件容纳用封装100的构造。
本实施方式的电子部件容纳用封装100具有容纳上述电子部件40 的电子部件容纳部件20通过利用上述气密密封用盖IO的焊接(钎焊) 被密封的构造。电子部件容纳用封装100比较小型，例如在俯视图中 具有1.2mmX 1.4mm的大小。气密密封用盖10在已进行密封电子部件 容纳部件20的焊接后的状态下，成为具有与图1所示的密封前(焊接 前)的气密密封用盖IO不同的构造的气密密封用盖10a。在下面详细 地进行说明。
该电子部件容纳用封装100中的气密密封用盖10a包括基材1; 在基材1的表面上形成的Ni镀层2a和3;在Ni镀层2a的表面上形成 的Ni扩散层2b;和在Ni扩散层2b的表面上形成的由Au-Sn合金构成 的合金层6a。其中，Ni扩散层2b是本发明的"扩散层"的一个例子。
Ni镀层2a是气密密封用盖10的Ni镀层2中的Ni由于加热向 Au-Sn合金层6a侧扩散后残留的Ni镀层。此外，Ni扩散层2b主要由 Sn-Ni构成，通过Ni镀层2的Ni扩散至Au-Sn合金层6a所含有的Sn 中向Ni镀层2a侧移动的Sn中而形成。此外，Au-Sn合金层6a主要由 Au-Sn的共晶组织构成，具有比作为电子部件40的安装温度的260°C 更高的熔点。该Au-Sn合金层6a的Au的含有率为63质量％以上80 质量％以下。具有这样的Au的含有率的Au-Sn合金在具有共晶组织的 同时也具有良好的润湿性。此外，该Au-Sn合金层6a与电子部件容纳 部件20的Ni-Co合金层24接合。Au-Sn合金层6a在中央部分6b (未 与电子部件容纳部件20的Ni-Co合金层24接合的部分)具有凹形状。 此外，电子部件容纳用封装100中的电子部件容纳部件20a具有与上 述电子部件容纳部件20同样的构造，因此省略详细的说明。
接着，参照图1~图4，说明本实施方式的电子部件容纳用封装的 制造工艺。
首先，将图1所示的气密密封用盖10的Sn镀层5侧配置在图2 所示的电子部件容纳部件20的Au层25上。然后，如图4所示，在此 状态下通过进行加热，使由Au镀层4和Sn镀层5构成的焊料层6熔融，形成Au-Sn合金层6a，并且使Au-Sn合金层6a与Ni-Co合金层 24熔接。由此，阵列状的多个容纳空间内的电子部件40 —次全被密封。 此时，Ni从Ni镀层2向Au-Sn合金层6a扩散，形成Ni镀层2b和由 Sn-Ni构成的Ni扩散层2b。由此，与密封前的焊料层6的An的含有 率相比较，Au-Sn合金层6a的Au的含有率上升。此外，凹形状的中 央部分6b由于密封时熔融的Au-Sn合金从中央部分向接合部分的移动 而形成。此后，利用金刚石刀片(diamond blade)等进行切割，从而 分割成各个电子部件容纳用封装100。这样形成本实施方式的电子部件 容纳用封装100。
在本实施方式中，如上所述，通过在Ni镀层2上形成具有10ym 以下的厚度、且由Au镀层4和Sn镀层5构成的焊料层6，能够使密 封时(加热后)的焊料层(具有粘接功能的Au-Sn合金层)中Au的含 有率，相比于加热前的焊料层中的Au的含有率大幅提升。由此，在作 为密封后的Au-Sn合金层6a希望得到Au的含有率为规定的值(80质 量％左右)的合金层的情况下，能够将密封前的焊料层6中的Au的含 有率设定为相比于上述规定的值大幅减小的值。从而，在本实施方式 中，能够削减焊料层6中Au的使用量。具体地说，能够将Au的使用 量削减26~50%。
此外，在本实施方式中，如上述所述，通过使焊料层6中Au的含 有率为43质量％以上64质量％以下，能够使加热后的由Au-Sn构成的 Au-Sn合金层6a中Au的含有率为63质量％以上80质量％以下。具有 这样的Au的含有率的Au-Sn合金层6a，其润湿性、耐热性等作为焊 料的性能良好。关于此效果，通过后述的实验结果进行了验证。
此外，在本实施方式中，如上所述，通过使Au层与Sn层的膜厚 比为0.30以上0.63以下，能够使密封后(加热后)的Au-Sn合金层6a 的Au的含有率为63质量％以上80质量％以下。 (实施例)
接着，对为了确认上述的一实施方式的气密密封用盖10的效果而 进行的比较实验进行说明。首先，通过改变气密密封用盖10的焊料层 6中的Au镀层4和Sn镀层5的膜厚比而变更Au的含有率，对检验这 些气密密封用盖10的密封性的比较实验进行说明。在此比较实验中，制作了对应本实施方式的实施例1 4的试样和比较例1~6的试样。
实施例1~4的试样以作为设定值的Au的含有率分别为45质量％、 50质量％、 55质量％、和60质量％的方式制作。此外，比较例1 6的 试样以作为设定值的Au的含有率分别为20质量％、 30质量％、 40质 量°/。、 70质量％、 80质量％、和90质量％的方式制作。而且，这些试 样(实施例1~4和比较例1~6)以作为设定值的焊料层6的膜厚为约7 wm的方式制作。另外，实施例1~4的试样和比较例1~6的试样除了 以Au的含有率不同的方式制作这一点以外，其他制作条件均相同。
针对这些试样，作为加热前的评价，对Au镀层4和Sn镀层5的 膜厚在多个测定点进行了测定。而且对由Au镀层4和Sn镀层5构成 的焊料层6的膜厚(总厚度)进行了测定。此外，根据Au镀层4和 Sn镀层5的膜厚的测定值计算出焊料层6中Au的含有率。此外，根 据Au镀层4和Sn镀层5的膜厚的测定值计算出焊料层6中Au镀层5 与Sn镀层4的膜厚比。这些结果如图5所示。
此外，针对这些试样，作为加热后的评价，假定使气密密封用盖 10在300'C下密封电子部件容纳部件20，对焊料层6的熔融温度(一 次熔融温度)进行测定。而且，针对该密封后的试样，假定密封后在 26(TC下安装电子部件40，对合金层6a的熔融温度(二次熔融温度) 进《亍测定。而且，利用EDX (Energy Dispersive X-ray spectrometer : 能量色散X射线分光计)对一次熔融后的气密密封用盖10中Au的含 有率进行测定。它们的结果作为加热后评价表示在图5中。
此外，针对这些试样，与上述实施方式同样地，使用将各试样冲 压为50mmX50mm的尺寸而得的材料对阵列状的电子部件容纳部件 20进行密封，之后切割成1.4mmX1.2mm的尺寸。针对这些密封后的 试样，作为封装(PKG)的密封性评价，观察其润湿性。而且，将这 些密封后的试样，加热至作为电子部件40的安装温度的26(TC，评价 其耐热性。它们的结果作为PKG密封性评价表示在图5中。
在此，润湿性是，对将PKG和气密密封用盖10在30(TC的氮气氛 中加热15分钟而进行密封的情况下的润湿性，以〇、X和A进行评价。 O表示由Au-Sn合金层6a完全覆盖电子部件容纳部件20的Ni-Co合 金层24，且截面的角部(fillet)形状为平滑的R形状、没有较大的凹部。此外，X表示Au-Sn合金层6a只覆盖了电子部件容纳部件20的 Ni-Co合金层24的一部分，且在截面的角部形状的整个面形成凹凸状。 此外，A表示由Au-Sn合金层6a几乎完全覆盖电子部件容纳部件20 的Ni-Co合金层24，但存在一部分未覆盖的部位，且截面的角部形状 的大部分为平滑的R形状，但一部分形成有凹部。
此外，关于耐热性，以DTA (Differential thermal analysis:差热分 析)对上述密封后的PKG进行熔点(二次熔融温度)的测定，如果熔 点为260°C以上则评价为O，如果熔点低于26(TC则评价为X 。
如图5所示，实际上制作成的试样中，焊料层6的膜厚为5.0um 以上7.6 P m以下(平均5.6 y m以上7.0 " m以下)，特别是实施例1 4 的试样的焊料层6的膜厚为7.6 u m以下(平均7.0 li m以下)。
此外，实施例1~4的An镀层4与Sn镀层5的膜厚比为0.30以上 0.63以下，比较例1~3的膜厚比为0.27以下，比较例4 6的膜厚比为 0.97以上。
此外，实施例1 4的焊料层6 (加热前)中Au的含有率为43质 量％以上64质量％以下(平均44质量％以上63质量％以下)。比较例 1~3的焊料层6 (加热前)中Au的含有率为16质量％以上43质量％ 以下(平均18质量％以上41质量％以下)。比较例4~6的焊料层6 (加 热前)中Au的含有率为70质量％以上89质量°/。以下(平均72质量％ 以上87质量％以下)。
此外，实施例1~4和比较例1~5的一次熔融温度为约200°C~220 °C，比较例6的一次熔融温度为280°C。此外，实施例1~4和比较例 1~6的二次熔融温度为28(TC以上。
此外，实施例1~4的加热后的合金层6a的Au的含有率为63质量 %以上80质量％以下，比较例1 3的Au的含有率为60质量％以下， 比较例4 6的Au的含有率为87质量％以上。此外，加热前的焊料层6 中Au的含有率和加热后的合金层6a中Au的含有率的关系表示在图6 中。此外，合金层6a中Au的含有率相比于焊料层6中Au的含有率 的上升率表示在图7中。
首先，如图5和图7所示，已知加热后(一次熔融后)的合金层 6a的Au的含有率相比于加热前的焊料层6的Au的含有率大幅上升(在
16实施例1~4中为27%~43%)。认为这是出于以下的理由。艮P，当加热 由Au镀层4和Sn镀层5构成的焊料层6时，形成由Au-Sn构成的合 金层6a，并且Ni从Ni镀层2a向该合金层6a扩散。此时，因为Ni与 Sn比Ni与Au更容易结合，所以合金层6a中的Sn向含有Ni的Ni镀 层2a侧移动，在Ni镀层2a的上表面形成主要含有Ni-Sn的扩散层2b。 从而，与Sn向扩散层2b移动的量相对应地，合金层6a中的Sn变少， 因此，合金层6a中的Au的含有率上升。而且，在本实施例中加热前 的由Au镀层4和Sn镀层5构成的焊料层6的厚度被很薄地形成为约 5 " m 约7.6 u m,因此与焊料层6的厚度较大的情况相比较，焊料层6 所含有的Au和Sn的量也变小，但形成扩散层2b的Sn的量不变。于 是，在本实施例这样的焊料层6的厚度较小(约5ym 约7.6pm)的 情况下，与焊料层的厚度较大(大于10um)的情况相比较，密封前 (加热前)的焊料层6所含有的Sn中在密封后(加热后)形成扩散层 2b的Sn的量的比例大幅增加，而且加热后的Au-Sn合金层6a所含有 的Sn的比例(含有率)大幅减少。从而，认为密封后(加热后)的 Au-Sn合金层6a中Au的含有率相比于加热前的焊料层6中Au的含有 率大幅上升。
此外，如图5和图7所示，已知焊料层6的Au的含有率越小(Sn 的含有率越大)，Au的含有率的上升率变得越大。认为这是出于以下 的理由。即，焊料层6中Sn的量越大，Ni扩散层2b越容易生长，因 此，相应的合金层6a的Sn变少，于是合金层6a的Au的含有率的上 升率变大。另外，在悍料层6的厚度大于10um的情况下，焊料层6 所含有的Sn中形成Ni扩散层2b的Sn的比例变小，因此，密封后(加 热后)的Au-Sn合金层6a中Sn的含有率相对于密封前(加热前)的 焊料层6中Sn的含有率的变化幅度(减小幅度)变小，Au的含有率 的上升效果变小。
此外，焊料层6的厚度必须为3um以上。在本发明中，在加热后 由Ni镀层2a的Ni和焊料层6的Sn生长1 U m以上的扩散层2b。于 是，在焊料层6的厚度低于3 y m的情况下无法正常地接合。
此外，如图5所示，已知在实施例1~4中，密封后(加热后)的 气密性良好、润湿性良好。认为这是出于以下的理由。即， 一直以来已知的是处于共晶点(Au的含有率为80质量％)的组成的Au-Sn合 金具有良好的润湿性，在实施例1~4中，密封后(加热后)的组成具 有接近共晶点的组成，因此具有良好的润湿性。
此外已知，是在实施例1 4中，特别是实施例2和3相比于实施 例1和4润湿性更好。此外，如图5所示，已知密封后(加热后)的 组成偏离共晶点的比较例1 3、和密封后(加热后)的组成(Au的含 有率)超过80质量％的比较例4 6的润湿性差。认为这是出于以下的 理由。即，关于比较例1和2，因为Sn的含有量较多，所以密封时(加 热时)扩散层2b在Au-Sn合金层6a的整个面推进。此外，关于比较 例3，如图6所示，熔点为309。C，因此在密封温度(300°C)不能够 充分熔融。此外，关于比较例4 6，如图6所示，Au的含有率超过80 质量％时液相线的倾斜度急剧增大，熔点变高，并且生成化合物Au5Sn， 从而导致润湿性变差。此外，与实施例2和3相比较，实施例4的试 样的润湿性不佳，这是因为，实施例4的密封后(加热后)Au的含有 率为80质量％，此值是多个点的测定值的平均值，因此存在超过80 质量°/。的位置。
此外，实施例1 4和比较例1~6的密封后的融点即二次熔融开始 温度均大于280'C，因此，在安装电子部件时的加热时(260°C)能够 不发生再熔融而保持气密性。
此外，与在将阵列状的电子部件容纳部件一并密封后进行切割的 上述实施例不同，将实施例1 4和比较例1 6的试样(气密密封用盖) 冲压成2.5mmX2.0mm的尺寸，利用该气密密封用盖对具有相同的 2.5mmX2.0mm的尺寸的电子部件容纳部件进行密封，在这样的例子 中，也能够得到与上述实施例同样的结果。
另外，上述结果不仅会被焊料层6中Au的含有率(Au镀层4与 Sn镀层5的膜厚比)影响，也会被焊料层6的膜厚所影响，因此，需 要研究与焊料层6的膜厚相对应的Au的含有率(Au镀层4与Sn镀层 5的膜厚比)。
另外，本次公开的实施方式和实施例，所有的方面均是例示，应 该理解为并非限定。本发明的范围不是由上述实施方式和实施例的说 明表示，而由权利要求的范围表示，还包括在与权利要求的范围均等的意义和范围内的各种变更。
例如，在上述实施方式中，表示了叠层作为Au层和Sn层的Au 镀层和Sn镀层的例子，但本发明并不限定于此，Au层和Sn层也可以 不是镀层。
此外，在上述实施方式中，表示了各叠层一层Au镀层和Sn镀层 的例子，但本发明并不限定于此，也可以通过叠层多层Au镀层和Sn 镀层，形成具有10ym以下的厚度的焊料层。
此外，在上述实施方式中，表示了形成由Au镀层和Sn镀层构成 的焊料层的例子，但本发明并不限定于此，也可以形成由Au-Sn合金 层构成的焊料层。
此外，在电子部件容纳部件的钨层的上表面上形成有Au层的情况 下，或者在钨层和Ni-Co层的上表面上形成有Au层的情况下，可以在 考虑该Au层的Au的量的基础上决定气密密封用盖的焊料层中Au的 含有率。在此情况下，电子部件容纳部件上的Au层，不仅向Au-Sn 合金层扩散，也与钨层或Ni-Co合金层形成金属化层，因此也有必要 考虑这一点。
权利要求
1.一种气密密封用盖(10)，其在包括用于容纳电子部件(40)的电子部件容纳部件(20)的电子部件容纳用封装(100)中使用，该气密密封用盖(10)的特征在于，包括基材(1)；在所述基材的表面上形成的含有Ni的基底层(2)；和在所述基底层上形成、具有10μm以下的厚度且由Au和Sn构成的焊料层(6)，所述焊料层中Au的含有率为43质量％以上64质量％以下。
2. 如权利要求1所述的气密密封用盖，其特征在于-所述焊料层的厚度为7.6y m以下。
3. 如权利要求1所述的气密密封用盖，其特征在于 所述焊料层中Au的含有率为49质量％以上57质量％以下。
4. 如权利要求1所述的气密密封用盖，其特征在于 所述焊料层中Au的含有率的平均值为44质量％以上63质量％以下。
5. 如权利要求1所述的气密密封用盖，其特征在于 所述焊料层由Au层和Sn层构成。
6. 如权利要求5所述的气密密封用盖，其特征在于 所述Au层与所述Sn层的膜厚比为0.30以上0.63以下。
7. 如权利要求5所述的气密密封用盖，其特征在于所述Au层和所述Sn层分别包括Au镀层(4)和Sn镀层(5)。
8. 如权利要求5所述的气密密封用盖，其特征在于 所述焊料层由在所述基底层上形成的一个所述Au层和一个所述Sn层构成。
9. 如权利要求8所述的气密密封用盖，其特征在于 所述Au层在所述基底层的表面上形成，所述Sn层在所述Au层的表面上形成。
10. —种电子部件容纳用封装(100)，其特征在于，包括气密密封用盖(10)，其包括基材(1);在所述基材的表面上形成的含有Ni的基底层(2);和在所述基底层上形成、具有10u m以下 的厚度且由Au和Sn构成的焊料层(6),所述焊料层中Au的含有率 为43质量％以上64质量％以下；禾口使用所述气密密封用盖并通过焊接被密封，容纳电子部件(40) 的电子部件容纳部件(20)。
11. 如权利要求10所述的电子部件容纳用封装，其特征在于密封所述电子部件容纳部件的所述气密密封用盖包括通过所述基底层的Ni向所述焊料层的Sn中扩散而形成的扩散层 (2b);和在所述扩散层的表面上形成、由Au-Sn合金构成的焊料合金层 (6a)。
12. 如权利要求ll所述的电子部件容纳用封装，其特征在于 所述焊料合金层所含有的Au的含有率为63质量％以上80质量％以下。
13. —种电子部件容纳用封装的制造方法，其特征在于，包括 准备气密密封用盖(10)的工序，该气密密封用盖(10)包括基材(1);在所述基材的表面上形成的含有Ni的基底层(2);和在所 述基底层上形成、具有10 y m以下的厚度且由Au和Sn构成的焊料层 (6),所述焊料层中Au的含有率为43质量。/。以上64质量n/。以下；和 通过对所述气密密封用盖和容纳电子部件(40)的电子部件容纳部件(20)进行加热，使用所述气密密封用盖并通过焊接对所述电子 部件容纳部件进行密封的工序。
14. 如权利要求13所述的电子部件容纳用封装的制造方法，其特 征在于密封所述电子部件容纳部件的所述气密密封用盖包括通过所述基底层的Ni向所述焊料层的Sn中扩散而形成的扩散层 (2b);和在所述扩散层的表面上形成、并由Au-Sn合金构成的焊料合金层 (6a)。
15. 如权利要求14所述的电子部件容纳用封装的制造方法，其特征在于所述焊料合金层所含有的Au的含有率为63质量％以上80质量％ 以下。
16. 如权利要求13所述的电子部件容纳用封装的制造方法，其特 征在于所述焊料层中Au的含有率为49质量％以上57质量％以下。
17. 如权利要求13所述的电子部件容纳用封装的制造方法，其特 征在于所述焊料层中Au的含有率的平均值为44质量％以上63质量％以下。
18. 如权利要求13所述的电子部件容纳用封装的制造方法，其特 征在于所述焊料层由Au层和Sn层构成。
19. 如权利要求18所述的电子部件容纳用封装的制造方法，其特 征在于所述Au层与所述Sn层的膜厚比为0.30以上0.63以下。
20.如权利要求18所述的电子部件容纳用封装的制造方法，其特征在于所述Au层和所述Sn层分别包括Au镀层和Sn镀层。
全文摘要
本发明提供气密密封用盖、电子部件容纳用封装和电子部件容纳用封装的制造方法。该气密密封用盖能够削减用于对已小型化的电子部件容纳用封装进行密封的焊料中Au的使用量。该气密密封用盖(10)在包括用于容纳电子部件(40)的电子部件容纳部件(20)的电子部件容纳用封装(100)中使用，其包括基材(1)；在基材表面上形成的含有Ni的基底层(2)；和在基底层上形成、具有10μm以下的厚度且由Au和Sn构成的焊料层(6)，焊料层中Au的含有率为43质量％以上64质量％以下。
文档编号H01L23/02GK101622706SQ20088000623
公开日2010年1月6日 申请日期2008年2月19日 优先权日2007年2月26日
发明者古城贵之, 山本雅春 申请人:株式会社新王材料