JP2006190856A - パッケージ用リッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の全面はんだリッドは、片面全面にはんだが付着していたため、Au含有の高価なはんだが大量に使われ経済的に好ましくなく、また従来の額縁はんだリッドは中央部に金属が露出していたため、該金属が内部の金線と接触することがあった。
【解決手段】本発明のリッドは、リッドの片面にパッケージのはんだ付け部より巾広辺の額縁状にはんだが付着している。そして本発明のリッドの製造方法は、難はんだ付け材料に電気メッキ法で金属層を形成し、レジストをコーティングし、該レジストから巾広辺の額縁状に除去し、該長尺材を溶融はんだに浸漬して額縁状の部分にはんだを付着させ、その後、巾広辺の額縁状に沿って打ち抜く。
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶振動子やSOWフィルター等のパッケージ型電子部品を封止するリッドおよびその製造方法に関するものである。

一般に水晶振動子やSAWフィルターのような電子部品は、表面弾性素子がセラミックス製の箱状のパッケージの中に収納され、該パッケージが板状のリッドで封止されている。パッケージは箱型であるため、パッケージのはんだ付け部は額縁状、即ち辺の巾が広い矩形となっている。パッケージ用リッド（以下、単にリッドという）はセラミックの熱膨張に近いコバール（Co-Ni-Fe合金）や４２アロイ（４２Ni-Fe合金）であり、該リッドの片面にははんだ層が形成されている。またパッケージの額縁状のはんだ付け部にはリッドとのはんだ付けを良好にするため、溶融はんだが濡れやすいAuのような金属がメタライジングさられている。リッドでの封止は、パッケージ内に表面弾性素子を収納後、はんだ層側をパッケージのはんだ付け部と接するようにしてリッドを載置し、リフロー炉のような加熱装置で加熱してはんだを溶融させ、リッドとパッケージをはんだ付けすることにより封止するものである。

片面にはんだを付着させた従来のリッドは、金属板の片面全域にはんだを付着させたり（以下、全面はんだリッドという、特許文献１）、金属板の片面にパッケージのはんだ付け部と同一形状の額縁状にはんだを付着させたり（以下、額縁はんだリッドという、特許文献２）したものである。
特開平９−１６２６８７号公報 特開平６−１６９０２３号公報

ところで全面はんだリッドは、はんだ付けと関係ない中央部にもはんだが付着しているため、高価なはんだ、例えばAu含有はんだを用いる場合は経済的に好ましいものではない。しかも全面はんだリッドは、中央部にも導電性のあるはんだが付着していることから、パッケージ内に収納した素子や素子と電極を連結したワイヤが中央部に接触すると、漏電したり短絡したりして電子部品としての機能を損なう原因となることがあった。

額縁はんだリッドは、パッケージのはんだ付け部に一致したところだけにはんだを付着させたものであり、全面はんだリッドに比べてはんだ付着量を少なくできるため、高価なはんだを用いた場合でも経済的には優位である。しかしながら、この額縁はんだリッドも、前述全面はんだリッド同様、リッドの中央部となるところには金属が露出しているため、パッケージ内に収納した素子や素子と電極を連結したワイヤが中央部に接触して、漏電したり短絡したりする事故を起こすことがあった。

本発明者らは、レジストははんだの付着を妨げるとともに、絶縁性があること、そしてある種のレジストは露光現像で極めて精密な形状に除去できること、等に着目して本発明を完成させた。

本発明は、矩形金属板の周囲のみに額縁状にはんだが付着しているパッケージ用リッドにおいて、はんだが付着している額縁状の辺はパッケージのはんだ付け部の辺よりも巾広辺となっており、しかも巾広辺の額縁状のはんだに囲まれた内側にはレジストがコーティングされていることを特徴とするパッケージ用リッドである。

またもう一つの発明は、
A.難はんだ付け性の長尺材の片面にはんだが付着しやすい金属を電気メッキ法で金属層を形成する工程；
B.長尺材の金属層にレジストをコーティングする工程；
C. レジストがコーティングされた長尺材から、箱型パッケージの額縁状のはんだ付け部とは該額縁状の外側四辺は略同一形状であるが、額縁を形成する辺の巾がパッケージのはんだ付け部の巾よりも広くなった巾広辺の額縁状にレジストを除去する工程
D.レジストが巾広辺の額縁状に除去された長尺材を溶融はんだに連続浸漬して、レジストが除去された巾広辺の額縁状部分にはんだを付着させる工程；
E.巾広辺の額縁状に付着したはんだの外側に沿って長尺材を打ち抜く工程；
からなることを特徴とするパッケージ用リッドの製造方法である。

本発明のリッドは、はんだがパッケージのはんだ付け部よりも大きい面積で額縁状に付着しており、しかもはんだの付着を溶融はんだへの浸漬で行っているため、はんだ付けに必要な充分な量のはんだが付着している。従って本発明のリッドは、パッケージに載置して加熱するだけでパッケージとリッド間が充分な量のはんだではんだ付けされ、パッケージとリッドとを完全に封止するという優れた効果を奏するものである。さらに本発明のリッドは、額縁状に付着したはんだの内側にレジストが残っているため、パッケージに収納された素子やワイヤがリッドに接触しても漏電や短絡という事故は皆無となる。また本発明のリッドの製造方法は、難はんだ付け性の長尺材にはんだが付着しやすい金属を電気メッキ法で金属層として形成してあるため、その表面をレジストで被ってからパッケージのはんだ付け部に相当する部分だけを除去した場合、その除去部分が微小であっても溶融はんだは必ず付着する。しかも長尺材を溶融はんだへ浸漬すると、金属層にははんだ付けに必要な量のはんだを付着させることができるものである。

リッドに難はんだ付け材料を用いる理由は、後述長尺材を溶融はんだへ浸漬したときに、長尺材の片面、即ちリッドを形成したときに、リッドの表面にはんだが付着しないようにするためである。つまり長尺材から打ち抜いて作られたリッドの両面にはんだが付着しているとパッケージとリッドとを接合するときに、はんだ付け面以外に付着しているはんだがはんだ付け部に流合して過剰のはんだとなり、それがパッケージ内に収納されている素子に付着してしまうからである。またリッドの表面にはんだが付着していると、外観を悪くしてしまうことにもなる。そのため長尺材を溶融はんだに浸漬したときに、はんだ付け面でない面にはんだが付着しないように難はんだ付け材料を用いる。難はんだ付け材料としては、前述コバールや４２アロイ等である。これらの難はんだ付け材料は、はんだが付着しにくいばかりでなく、パッケージ材料のセラミックスとも熱膨張率が近いため、はんだ付け時にはんだが剥離したり亀裂を起こしたりしにくい。

難はんだ付け材料を用いて片面にははんだを付着させないが、パッケージと接合するもう一方の面にははんだを付着させなければならない。そのためはんだ接合面には、予めはんだの付着しやすい金属を電気メッキ法で金属層を形成しておく。電気メッキする金属は、メッキ液の都合により如何なるものでも使用できるというものではなく、金属の種類が制限される。また本発明で用いる電気メッキ法で形成する金属層は、長尺材を溶融はんだに浸漬したときに、該溶融はんだの組成を大きく変えてしまうような金属であってはならない。例えば、溶融はんだとして、Au-Sn系はんだやSnを主成分とした鉛フリーはんだを用いる場合は、Sn単体の電気メッキを施し、また鉛フリーはんだ中にAgが添加されている場合はSn-Agの電気メッキを施し、Cuが添加されている場合はSn-Cuの電気メッキを施し、Sbが添加されている場合はSn-Sbの電気メッキを施す。またPbの使用規制から溶融はんだにPb-Sn系のはんだは少なくなってきたが、Pb-Sn系はんだを用いる場合は、やはりPb-Snの電気メッキを施す。

本発明のリッドの製造方法では、電気メッキ法で金属層が形成された面にレジストをコーティングし、該レジストをパッケージのはんだ付け部と類似した巾広辺の額縁状に除去するが、この除去は露光現像で行う。この露光現像とは、感光性液状レジストインクを用いる場合と、ドライフィルムを用いる場合がある。感光性レジストインクを用いる場合には、長尺材の電気メッキした面にレジストインクを塗布し、乾燥後、インクのコーティング面に額縁状に光を通さないネガフィルムを密着する。そしてこのフィルムの表面から紫外線を照射して露光し、現像し、次いで硬化処理して巾広辺の額縁状に電気メッキした金属層を露出させる。またドライフィルムを用いる場合は、長尺材の電気メッキした面にドライフィルムを貼り付けるとともに、前述巾広辺の額縁状のネガフィルムを積層し、ネガフィルムの表面から紫外線を照射して露光し、現像し、巾広辺の額縁状に金属層を露出させる。

レジストを巾広辺の額縁状に除去した長尺材は、溶融はんだに浸漬して、巾広辺の額縁状となった金属層にはんだを付着させるが、このとき如何にはんだ付け性が良好な金属が電気メッキ法で形成されていても、金属層形成後、長時間が経過して金属層が酸化したり、金属層に空中の汚れが付着したりするため、そのままでは完全にはんだを付着させることができない。そこで酸化物や汚れを除去するためにフラックスを用いたいところであるが、長尺材の金属層にはんだを付着させるときにフラックスを用いることは好ましくない。なぜならばフラックスには、活性力を向上させるためのハロゲンや強酸のような活性剤が添加されており、該フラックスを用いて長尺材を溶融はんだに浸漬した場合、はんだ付着後にフラックス残渣を洗浄しても、長尺材には微量のハロゲンが残ってしまうからである。リッドには微量のハロゲンが残っていても、該ハロゲンが電子部品の機能に影響を及ぼすようになる。そこで長尺材を溶融はんだに浸漬するときには、溶融はんだ中に超音波を付加させるとよい。超音波は、はんだ付け部に付着した酸化物や汚れを物理的に除去するため、フラックスを用いずともはんだ付けができ、ハロゲンの問題は全く関係なくなる。

一般にパッケージとリッドの接合には、高温はんだを用いる。そのため長尺材で巾広辺の額縁状にレジストを除去した部分には高温はんだを付着させる。つまりパッケージとリッドを接合して作られた電子部品は、プリント基板に実装するときにはんだを用いてはんだ付けするが、この実装時の加熱温度でパッケージとリッドが溶融してはならないからである。従来、実装用のはんだとしてPb-63Sn（融点：１８３℃）を用いた時は、パッケージとリッドを接合する高温はんだはPb-５Sn(融点：３１４°)、Pｂ−３．５Ag(融点：２２１℃)等であった。しかしながら近時の鉛使用規制の問題から、実装用や高温はんだとしてPb入りのはんだが使用できなくなってきたことから、Pbを使用しない鉛フリーはんだが用いられるようになってきた。一般に鉛フリーはんだはSnを主成分として、これにAg、Cu、Sb、In、Bi、Zn、Ni、Cr、Fe、P等の第三元素を適宜添加したものである。Sn主成分に第三元素を大量に添加しても液相線温度は上昇するが、固相線温度はあまり上がらない。そこで本発明に使用する長尺材に付着させるはんだとしては、Au-Sn系はんだが適している。つまり一般の鉛フリーはんだ、例えばSn-３Ag(融点：２２０℃)、Sn-０．７Cu（融点：２１７℃）、Sn-３Ag-０．５Cu（融点：２１７℃）をパッケージ型電子部品の実装用はんだとして使用する場合、リッドの接合用高温はんだとしてはAu-Sn系はんだが適している。Au-Sn系はんだとしては、Au-２０Sn（融点：２７０℃）、Au-１０Ag-５０Sn（融点：２７７〜３２３℃）等である。

以下、図面に基づいて本発明のリッドについて説明する。図１は本発明のパッケージ用リッドとパッケージの分解斜視図、図２は本発明のリッドとパッケージを接合した中央断面図、図３（A）〜７（E）は本発明リッドの製造方法における各工程を説明する図である。

先ず本発明のリッドについて説明する。リッド１の本体は、はんだが付着しにくい難はんだ付け材料であり、矩形形状のパッケージ２と同一の矩形形状となっている。リッド１をパッケージ２に載置したときに表面となる面には何の処理も施されていないが、その反対側の面、即ちリッド１とパッケージ２が接する面には、リッドの周囲に巾広辺の額縁状にはんだ３が付着している。またリッド１の額縁状のはんだ３で囲まれた中の部分にはレジスト４がコーティングされている。

リッド１で封止するセラミック製のパッケージ２は、内部周辺が段状となっていて、該段状の部分には多数の電極が形成されている。そしてパッケージ２の内部中央には表面弾性素子５が収納されており、該表面弾性素子の電極と段状部分の電極とは多数のワイヤ６・・・で電気的に接続されている。またパッケージ２の上部は額縁状のはんだ付け部７となっており、該はんだ付け部にははんだとのはんだ付け性を良好にする金属がメタライジングされている。リッド１の巾広辺の額縁状のはんだ３の巾（W_１）は、パッケージ２の額縁状のはんだ付け部７の巾（W_２）よりも太くなっており、W_１>W₂の関係となっている。

次に上記構成のリッドを製造する方法について説明する。図３（A）〜図７（E）は、本発明のリッド製造方法の各工程を説明図である。
（A）電気メッキ工程
難はんだ付け性の長尺材１０の片面にはんだが付着しやすい金属層１１を電気メッキ法で形成する。
（B）レジストコーティング工程
長尺材１０の金属層１１の表面に液状の感光性レジスト１２を塗布し乾燥する。
（C）巾広辺額縁状にレジストを除去する工程
長尺材１０のレジスト１２の表面にリッド１の巾広辺の額縁状はんだ３と同一形状に光を通過させないフィルムを貼り付けてから、該フィルムに紫外線を照射して現像し、紫外線通過部分以外のレジストを除去する。レジストが除去された部分は、巾広辺の額縁状となる。
（D）巾広辺額縁状部分にはんだを付着させる工程
レジスト１２が巾広辺の額縁状に除去された長尺材１０をはんだ槽１３の溶融はんだ１４中に矢印のように通過させる。はんだ槽１３には超音波付与装置１５のホーン１６が浸漬されており、該ホーンから発せられる超音波が長尺材１０のレジスト１２をコーティングした面に当たるようになっている。このように長尺材のレジストコーティング面に超音波が当てられると、額縁状に金属層１１が露出した部分にはんだが付着する。
（E）額縁状にはんだが付着した部分を打ち抜く工程
巾広辺の額縁状と同一形状のプレス１７で長尺材１０の巾広辺の額縁状に合わせて打ち抜く。

ここでパッケージの封止をするリッドの製造について説明する。パッケージは、一辺が３．８ｍｍの正方形であり、パッケージ上部のはんだ付け部は、巾が０．３ｍｍの額縁状である。先ず、厚さ０．０５ｍｍ、巾１０ｍｍのコバールの長尺材の片面に電気メッキ法でSnを厚さ２μｍとなるように金属層を形成した。該金属層の表面に感光性レジストを厚さ２０ｍｍに塗布し、乾燥後、このレジストコーティング部に額縁状に光を通過させないフィルムを貼り付けた。該フィルムには一辺が３．８ｍｍの正方形で巾が０．５ｍｍの額縁状に光を通過させない部分が多数形成されている。長尺材のレジストに紫外線を照射して巾広辺の額縁状にレジストを除去した。レジストが巾広辺の額縁状に除去された長尺材をはんだ槽の溶融はんだ中に浸漬通過させた。はんだ槽にはAu-10Ag-50Snが３６０℃の溶融状態で投入されており、長尺材が通過する近傍には超音波ホーンが設置されている。このはんだ槽を通過した長尺材は、巾広辺の額縁状にはんだが２０μｍの厚さで付着していた。次に、巾広辺の額縁状の外周と同一形状のプレスで巾広辺の額縁状に合わせて打ち抜き、リッドを作製した。

上記方法で製造したリッドをはんだ付け部に金がメタライズされたセラミック製パッケージ上に載置し、不活性雰囲気リフロー炉中３５０℃で加熱を行ったところ、パッケージとリッドとは完全にはんだ付けされていた。パッケージ内には表面弾性素子が少し高い位置で収納されており、表面弾性素子とパッケージの電極とが金線でワイやボンディングされており、金線がリッドに接する状態となっている。このリッドで封止されたパッケージ型電子部品は、正常な機能を発揮していた。一方、従来の全面はんだリッドで、やはり表面弾性素子を高い位置で収納したパッケージを封止したところ、電子部品としての機能が発揮できなかった。この原因は、ワイヤボンディングした金線がリッドと接触して漏電や短絡したためと思われる。

本発明は、リッドに高温はんだを付着させたもので説明したが、リッドとパッケージのはんだ付けに高温はんだを使用せず、一般はんだを用いる場合にも本発明は適用できる。即ち、パッケージ用電子部品をプリント基板に実装する際に、高温はんだを用いず、導電接着剤や低温はんだのように加熱温度が低くて済むものを使用する場合は、リッドに付着させるはんだは一般はんだでもよい。

本発明のパッケージ用リッドとパッケージの分解斜視図 本発明のリッドとパッケージを接合した中央断面図、図３（A）〜７（E）は本発明リッドの製造方法における各工程 本発明リッドの製造方法の電気メッキ工程 本発明リッドの製造方法のレジストコーティング工程 本発明リッドの製造方法のレジスト除去工程 本発明リッドの製造方法のはんだ付着工程 本発明リッドの製造方法の抜き工程

符号の説明

１ リッド
２ パッケージ
３ はんだ
４ レジスト

Claims (6)

1. 矩形金属板の周囲のみに額縁状にはんだが付着しているパッケージ用リッドにおいて、はんだが付着している額縁状の辺はパッケージのはんだ付け部の辺よりも巾広辺となっており、しかも巾広辺の額縁状のはんだに囲まれた内側にはレジストがコーティングされていることを特徴とするパッケージ用リッド。
2. 前記はんだは、Au-Sn系はんだ、Sn主成分の鉛フリーはんだ、Pb主成分の高温はんだでのいずれかあることを特徴とする請求項２記載のパッケージ用リッド。
3. A.難はんだ付け性の長尺材の片面にはんだが付着しやすい金属を電気メッキ法で金属層を形成する工程；
   B.長尺材の金属層にレジストをコーティングする工程；
   C. レジストがコーティングされた長尺材から、箱型パッケージの額縁状のはんだ付け部とは該額縁状の外側四辺は略同一形状であるが、額縁を形成する辺の巾がパッケージのはんだ付け部の巾よりも広くなった巾広辺の額縁状にレジストを除去する工程
   D.レジストが巾広辺の額縁状に除去された長尺材を溶融はんだに連続浸漬して、レジストが除去された巾広辺の額縁状部分にはんだを付着させる工程；
   E.巾広辺の額縁状に付着したはんだの外側に沿って長尺材を打ち抜く工程；
   からなることを特徴とするパッケージ用リッドの製造方法。
4. 前記長尺材へ電気メッキ法で形成する金属層は、Sn、Sn-Ag合金、Sn-Cu合金、Sn-Sb合金、Sn-Pb合金のいずれかであることを特徴とする請求項３記載のパッケージ用リッドの製造方法。
5. 前記レジストがコーティングされた長尺材からのレジストの除去は、露光現像で行うことを特徴とする請求項３記載のパッケージ用リッドの製造方法。
6. 前記溶融はんだでのはんだの付着は、溶融はんだに超音波を付与して行うことを特徴とする請求項３記載のパッケージ用リッドの製造方法。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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