(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6774626
(24)【登録日】2020年10月7日
(45)【発行日】2020年10月28日
(54)【発明の名称】気密封止用リッドの製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 23/02 20060101AFI20201019BHJP
H01L 23/00 20060101ALI20201019BHJP
H03H 9/02 20060101ALI20201019BHJP
H03H 3/02 20060101ALI20201019BHJP
【FI】
H01L23/02 J
H01L23/00 A
H01L23/02 Z
H03H9/02 A
H03H3/02 B
【請求項の数】6
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2016-212786(P2016-212786)
(22)【出願日】2016年10月31日
(65)【公開番号】特開2018-74021(P2018-74021A)
(43)【公開日】2018年5月10日
【審査請求日】2019年9月10日
(73)【特許権者】
【識別番号】000005083
【氏名又は名称】日立金属株式会社
(72)【発明者】
【氏名】石田 勲
(72)【発明者】
【氏名】宝田 将嗣
【審査官】
正山 旭
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第2004/070836(WO,A1)
【文献】
米国特許出願公開第2005/0023661(US,A1)
【文献】
韓国公開特許第10−2005−0092339(KR,A)
【文献】
特開平04−096256(JP,A)
【文献】
国際公開第2007/094284(WO,A1)
【文献】
米国特許出願公開第2009/0301749(US,A1)
【文献】
中国特許出願公開第101322242(CN,A)
【文献】
特開2015−073027(JP,A)
【文献】
米国特許出願公開第2015/0098171(US,A1)
【文献】
中国特許出願公開第104517908(CN,A)
【文献】
韓国公開特許第10−2015−0039676(KR,A)
【文献】
特開昭61−206584(JP,A)
【文献】
米国特許第04769523(US,A)
【文献】
特開2010−057011(JP,A)
【文献】
特開2005−186134(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 23/02
H01L 23/00
H03H 3/02
H03H 9/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子部品収納用パッケージに用いられる気密封止用リッドの製造方法であって、
凹状のキャビティ部の外周にフランジ部を形成したリッド基材を準備する準備工程と、
前記リッド基材の表面にめっき層を形成するめっき工程と、
前記リッド基材表面にレーザを照射して前記めっき層の一部を除去し、前記キャビティ部の内周面の一部に環状除去部と、前記内周面以外の面にマーク部とをそれぞれ形成するトリミング工程と、を有し、
前記トリミング工程では、所定の狙い部位にレーザを照射して、前記環状除去部と前記マーク部とを形成し、
前記狙い部位を調整するためのずれ補正値を、前記マーク部を形成しようとしていた部位と、前記マーク部が実際に形成された部位とのずれ量を基に更新する
ことを特徴とする気密封止用リッドの製造方法。
【請求項2】
前記ずれ補正値を、前記トリミング工程が完了する度に更新する
ことを特徴とする請求項1に記載の気密封止用リッドの製造方法。
【請求項3】
前記環状除去部と前記マーク部とを、一の前記リッド基材表面において続けて形成することを特徴とする請求項1または2に記載の気密封止用リッドの製造方法。
【請求項4】
前記マーク部を、前記キャビティ部の内底面に形成することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の気密封止用リッドの製造方法。
【請求項5】
前記マーク部を、十字パターンに形成することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の気密封止用リッドの製造方法。
【請求項6】
前記環状除去部を、前記内周面と前記フランジ部に跨って形成することを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の気密封止用リッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子部品収納用パッケージに用いられる気密封止用リッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
水晶振動子等の電子部品を気密封止する部材として、電子部品収納用パッケージ(以下、単に「パッケージ」と称することがある)がある。電子部品収納用パッケージは、電子部品を固定して支持する本体と、本体に接合される気密封止用リッドとを備え、本体と気密封止用リッドとの間の空間に、電子部品を気密封止できるようにしている。
【0003】
気密封止用リッドは、ろう材のぬれ性が悪い第1めっき層(Niめっき層)と、第1めっき層よりろう材のぬれ性が良い第2めっき層(Auめっき層)を順に形成し、その後、レーザトリミング加工により、第2めっき層の一部をリング状に除去して製造することが知られている(例えば、特許文献1参照)。このようにして、第1めっき層を露出させることで、本体との接合に用いられるろう材が、リフロー時に濡れ広がってパッケージ内を這い上がり、パッケージ後の電子部品に接触してしまうことを抑制することができ、電子部品の特性劣化を抑制して信頼性の高いパッケージにすることができる。また、ろう材の濡れ広がりを抑制できるので、パッケージ本体との接合に用いるろう材を少なくすることもできる。
【0004】
また、気密封止用リッドとして、凹状のキャビティ部の外周にフランジ部を形成した気密封止用リッド(以下、単に「キャビティリッド」と称することがある。)が知られている。(例えば、特許文献2参照。)このキャビティリッドは、パッケージ本体を簡略化した形状、すなわち、平板状にできるので、パッケージを安価にすることが期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2015−73027号公報
【特許文献2】特開2010−21563号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
以上より、特許文献2に開示されたキャビティリッドに対して、特許文献1で提案された製造方法を適用したとすると、キャビティリッドのフランジ部に形成したAuめっき層を、レーザトリミング加工によりリング状に除去することで、リフロー時のろう材の濡れ広がりを抑制し、電気特性の劣化がなく、且つ接合信頼性の高いパッケージを安価に得ることができると考えられる。
しかしながら、キャビティリッドは、キャビティ内周面が内底面に対してほぼ垂直に立った形状をしているので、キャビティの内周面にトリミング加工を行なうと、キャビティ上方からトリミング加工した部位を確認し難くなり、下記のフィードバック制御の中で加工精度を保てなくなる。
【0007】
これは、レーザ源の特性が発熱により変化し続けるためであり、複数のワークを同じ狙いにて連続して加工したとしても、ワークの同じ部位が加工できるとは限らないことに起因している。すなわち、複数のキャビティリッドを連続して作製するレーザトリミング加工の場合、加工しようとしていた部位と実際に加工された部位とをモニタリングしながら比較し、これらのずれ量からレーザの狙いを調整するためのずれ補正値を順次更新し、ずれ量を小さくしてゆくことが必要になる。しかし、上記のレーザトリミング加工では、加工した部位のモニタリングが困難になるので、レーザトリミング加工を精度良く連続して行うことが困難になり、品質の良いキャビティリッドを連続して作製することが困難になる。
【0008】
そこで、本発明では、複数のキャビティリッドを品質良く連続して作製することが可能な、気密封止用リッドの製造方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、電子部品収納用パッケージに用いられる気密封止用リッドの製造方法であって、凹状のキャビティ部の外周にフランジ部を形成したリッド基材を準備する準備工程と、前記リッド基材の表面にめっき層を形成するめっき工程と、前記リッド基材表面にレーザを照射して前記めっき層の一部を除去し、前記キャビティ部の内周面の一部に環状除去部と、前記内周面以外の面にマーク部とをそれぞれ形成するトリミング工程と、を有し、
前記トリミング工程では、所定の狙い部位にレーザを照射して、前記環状除去部と前記マーク部とを形成し、前記狙い部位を調整するためのずれ補正値を、前記マーク部を形成しようとしていた部位と、前記マーク部が実際に形成された部位とのずれ量を基に更新することを特徴とする。
【0010】
本発明では、所定の狙い部位にレーザを照射することによりレーザトリミング加工を行い、ろう材の濡れ広がりを抑制する環状除去部に加え、確認が容易なマーク部を同じリッド基材の相関付けされた部位に形成する。これにより、環状除去部を形成した部位の、形成しようとしていた部位からのずれ量を、マーク部を形成した部位により確認することができるので、環状除去部が形成された部位を確認しにくいキャビティリッドであっても、レーザの狙い部位を調整するためのずれ補正値を更新できるようになる。
【0011】
ここで、本発明では、前記ずれ補正値を、前記トリミング工程が完了する度に更新することが好ましい。
【0012】
また、本発明では、前記環状除去部と前記マーク部とを、一の前記リッド基材表面において続けて形成することが好ましい。
【0013】
また、本発明では、前記マーク部を、前記キャビティ部の内底面に形成することが好ましい。
【0014】
また、本発明では、前記マーク部を、十字パターンに形成することが好ましい。
【0015】
また、本発明では、前記環状除去部を、前記内周面と前記フランジ部に跨って形成することが好ましい。
【発明の効果】
【0016】
本発明の気密封止用リッドの製造方法によれば、複数のキャビティリッドを品質良く連続して作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【
図1】本発明の実施形態について示した製造フローである。
【
図2】本発明の実施形態にて用いられるリッド基材1を示した模式図である。
【
図3】本発明の実施形態にてリッド基材1に形成されるめっき層4を示した模式図である。
【
図4】本発明の実施形態のトリミング工程の詳細を説明するフローである。
【
図5】本発明の実施形態のリッド確認工程S31を説明するための概念図である。
【
図6】本発明の実施形態のレーザ照射工程S33を説明するための概念図である。
【
図7】本発明の実施形態において環状除去部8とマーク部9とを形成した状態を説明するための模式図である。
【
図8】本発明の実施形態において形成されるマーク部の一例を示した模式図である。
【
図9】本発明の実施形態のろう材形成工程S4でろう材10を配置したキャビティリッド20の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の気密封止用リッドの製造方法の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【0019】
図1は、本実施形態の製造フローを示したものである。
本実施形態の製造方法は、気密封止用リッドの母材であるリッド基材を準備する準備工程S1、リッド基材表面にめっき層を形成するめっき工程S2、リッド基材表面にレーザを照射してめっき層の一部を除去するトリミング工程S3を有している。そして、トリミング工程S3の後に、ろう材形成工程S4を行い、キャビティリッドを作製する。
以下、
図1の製造フローに示された各工程について、詳細に説明する。
【0020】
(準備工程S1)
準備工程S1は、
図2に示すようなリッド基材1を準備する工程である。リッド基材1は、キャビティリッドの母材であり、凹状のキャビティ部2とキャビティ部2の外周に形成されたフランジ部3とを有する形状である。このリッド基材1は、例えば、Fe−Ni−Co合金からなる板材のプレス加工により作製することができる。
なお、以降の説明では、
図2に示されるように、キャビティ部2の内側底面を内底面2a、キャビティ部2の内側の側面を内側面2b、フランジ部3のろう材が設けられる面を接合面3aと称する。
【0021】
(めっき工程S2)
めっき工程S2は、リッド基材1の表面に、
図3に示すようなめっき層4を形成する工程である。めっき層4は、例えば、図に示されるような、Niめっき層4aとAuめっき層4bの積層構造にすることが可能であり、例えば、電解めっき法により形成することができる。そして、めっき層4の厚さは、例えば、Niめっき層4aを2〜3μm程度、Auめっき層4bを0.01〜0.05μm程度にすることができる。
【0022】
(トリミング工程S3)
トリミング工程S3は、リッド基材1の表面に形成しためっき層4の一部を除去する工程であり、
図4に示すように、リッド確認工程S31、狙い決定工程S32、レーザ照射工程S33、マーク部確認工程S34、ずれ量算出工程S35の5工程を有している。
以下、トリミング工程S3について、詳細に説明する。
【0023】
まず、リッド確認工程S31では、
図5に示すように、キャビティ部2を上方に向けた複数個のリッド基材1をステージ5上に升目状に配置し、このリッド基材1を、上方に配置した撮像装置6により撮像する。このとき、複数のリッド基材1を並べて同時に撮像することで、1つの素子あたりの撮像に必要な時間を短縮することができる。そして、撮像データを、撮像装置6に接続する不図示のコンピュータにより解析して、ステージ5を基準とするリッド基材1の位置と角度を取得する。
【0024】
次に、狙い決定工程S32では、S31にて取得したリッド基材1の位置および角度と、以下に説明する「ずれ補正値」とを基に、「レーザ照射の狙い」を決定する。
ここで、「レーザ照射の狙い」は、所定の部位をレーザトリミング加工するために決定されるものであり、レーザ加工装置において、レーザの照射パターン、照射パターンの位置および角度にて設定される。このように本明細書において「部位」とは、位置および角度により設定されることが好ましい。
また、「ずれ補正値」は、前回のレーザトリミング加工にて算出された「ずれ量」を基に更新される値である。この「ずれ量」については、後述するずれ量算出工程S35にて説明する。
【0025】
次に、レーザ照射工程S33では、狙い決定工程S32にて決定したレーザ照射の「所定の狙い部位」を基に、リッド1に対してレーザを照射する。
レーザ照射は、例えば、
図6に示されるように、
図5のリッド基材1の上方にある撮像装置6に代えてレーザ源7を配置し、レーザ源7からリッド基材1aに対し上からレーザLを照射できるようにする。レーザ源7には、例えば、YVO4(イットリウムバナデート)を媒体としてレーザLを照射するレーザ源7を用いることができる。
【0026】
ただし、撮像装置6をレーザ源7の位置に移動することは、トリミング加工の精度を保つ上で現実的では無い。そこで、ステージ5を可動ステージにして、固定位置にある撮像装置6から固定位置にあるレーザ源7の直下に移動できるようにすることが好ましい。また、ステージ5は、リッド基材1が移動あるいは回転しないように把持固定できる構造、あるいは、リッド基材1を吸着固定できる構造にすることが好ましい。
【0027】
次に、レーザ照射工程S33では、リッド基材1にレーザLを照射して、リッド基材1の表面に形成されためっき層4の一部を除去するレーザトリミング加工を行う。これにより、
図7に示されるように、環状除去部8とマーク部9とを形成する。
【0028】
本実施形態の環状除去部8は、キャビティ部2の内周面2bに形成したAuめっき層4bが除去されて、Niめっき層4aが露出した部分である。このような環状除去部8にすることで、後述するろう材形成工程S4において、パッケージ本体との接合に用いられるろう材が、キャビティ部2に濡れ広がることを抑制できるようになる。
【0029】
なお、環状除去部8を、キャビティ部2の内周面2bから内底面2aにかかるように形成すると、内底面2aに直接照射されるレーザLの成分と、内周面2bに反射して内底面2aに照射されるレーザLの成分とが合成し、Niめっき層4aを削り取って、内底面2aを深く加工してしまうことがある。このような深い加工部ができると、パッケージの強度に問題を生じることがあるので、環状除去部8は、内底面2aから離れた内周面2b上に形成して、内底面2aを加工しないようにすることが好ましい。より好ましくは、内底面2aから離れた位置、例えば内周面2bと接合面3aとを跨る位置に形成して、内底面2aが確実に加工されないようにするのが良い。
【0030】
マーク部9は、リッド基材1の内周面2b以外の面に形成しためっき層4の一部を除去した部分である。このようなマーク部9を形成することで、後述するマーク部確認工程S34にて、環状除去部8の加工部位を確認できるようになる。
【0031】
ここで、マーク部9は、
図6に示されるレーザ源7の配置において、レーザ源7と対向するフランジ部3の接合面3a、あるいは、キャビティ部2の内底面2aに形成することができる。例えば、マーク部9を、キャビティ部2の内底面2aに形成すれば、接合面3aのめっき層4が形成された部分を削り取ることなく大きく確保できる。また、フランジ部3の大きさをパッケージ本体との接合強度を保って必要最小限に小さくすることができる。すなわち、パッケージの大きさを小さくできることから、マーク部9は、キャビティ部2の内底面2aに形成することが好ましい。
【0032】
マーク部9は、その位置と角度により、平行ずれと回転ずれの両方を算出できるパターンにするのが好ましいものであり、例えば、矩形や不定形にすることができる。特に、レーザの照射により作製が容易であり、エッジ検出により回転ずれを容易に確認できることから、
図8に示されるような十字パターンにするのが好ましい。十字パターンは、線分の長さが長いほど、後述するずれ量算出工程S35において、精度良くマーク部9の角度ずれを算出できるようになる。
また、マーク部9は、レーザトリミング加工において途切れを生じ難いパターンに形成するのが好ましく、
図8のような十字パターンにする場合には、10〜30μm程度の線太さに形成してパターンを途切れさせないようにするのが好ましい。
【0033】
なお、環状除去部8とマーク部9は、複数のキャビティリッドを連続して加工するにあたり、いずれか一方のみを連続して形成し、その後、他方のみを連続して形成することもできる。しかし、加工するキャビティリッドの数が多くなると、同じリッド基材1において、環状除去部8とマーク部9の作製時間間隔が長くなり、レーザ源の発熱によって、環状除去部8とマーク部9との位置の相関が、狙い決定工程S32にて決定した照射パターンの関係からずれてしまう可能性がある。すなわち、後述するずれ量算出工程S35において、正確なずれ量を算出できなくなる可能性がある。
【0034】
そのため、環状除去部8およびマーク部9は、同じリッド基材1において、短い時間間隔にて形成することが好ましく、同じリッド基材1の表面において環状除去部8とマーク部9を続けて形成することがより好ましい。これにより、環状除去部8とマーク部9との部位の相関を安定させて、複数のリッド基材に対して連続してトリミング加工することができる。
【0035】
次に、マーク部確認工程S34では、リッド確認工程S31と同様に、ステージ5上に配したリッド基材1を、上方に配置した撮像装置6により撮像する。そして、撮像により得られた撮像データを解析し、リッド基材1の表面にトリミング加工により形成したマーク部9の部位、すなわち、マーク部9パターンの位置と角度とを確認する。
なお、加工位置確認工程S34では、リッド確認工程S31で用いた撮像装置6と別の撮像装置により撮像データを取得することもできるが、撮像装置と撮像時のステージ5の位置決めが容易になるように、同じ装置を利用することが好ましい。
【0036】
前述のように、環状除去部8は、キャビティ部2の内側面2bに形成するのが好ましいものであるが、このような部位に形成すると、真上からの撮像では、環状除去部8の部位を確認し難くなることがある。すなわち、環状除去部8を、形成しようとしていた部位に形成できたか否かを確認し難くなり、品質保証が困難になることがある。
そこで、本発明では、キャビティ部2の内側面2b以外の面、具体的には、キャビティ部2の内底面2a、あるいは、フランジ部3の接合面3aの直上から撮像しやすい部位にマーク部9を形成するようにし、このマーク部9の部位を確認するようにしている。そして、マーク部9を、環状除去部8と相関付けられた部位に形成することで、マーク部9の部位から環状除去部8の部位を間接的に確認し、品質保証ができるようにしている。
【0037】
マーク部9の部位は、パターンマッチング等の技術により確認可能であるが、マーク部9として十字パターンを用いる場合には、濃淡の境界からパターンの位置と角度を検出するエッジ検出を用いるほうが、より高速にマーク部9を確認することが可能になる。十字パターンのエッジ検出では、パターンの位置を2本の線分の交点により確認し、パターンの角度を2本の線分の角度により確認することができる。
【0038】
次に、ずれ量算出工程S35では、狙い決定工程S32においてマーク部8を形成しようとしていた部位と、マーク部確認工程S34において確認したマーク部9の部位を比較して、レーザトリミング加工のずれ量を算出する。このずれ量は、主にレーザ源の発熱に起因するものであり、マーク部9のパターンの平行ずれ量と回転ずれ量からなる。これらずれ量を基に、狙い決定工程S32において用いるずれ補正値を更新することで、複数のキャビティリッドを連続してレーザトリミング加工する際の加工のずれ量を小さくすることができる。
【0039】
なお、ずれ補正値は、任意の頻度にて更新することができるが、レーザトリミング加工を精度良く連続して行うためには、レーザ源の発熱に起因するずれ量が小さくなるように、トリミング工程S3が完了する度に更新することが好ましい。
【0040】
(ろう材形成工程S4)
ろう材形成工程S4では、
図9に示すように、フランジ部3の接合面3a上に、Au−Sn合金からなるろう材リング10を配置し、不活性ガス雰囲気において、ろう材リング10を溶融する。この工程により、フランジ部3上にろう材を配置したキャビティリッド20が完成する。
【0041】
以上のように、本実施形態では、電子部品収納用パッケージに用いられる気密封止用リッドの製造方法であって、凹状のキャビティ部2の外周にフランジ部3を形成したリッド基材1を準備する準備工程S1と、リッド基材1の表面にめっき層4を形成するめっき工程S2と、リッド基材1表面にレーザを照射してめっき層4の一部を除去し、キャビティ部2の内周面3bの一部に環状除去部8と、内周面3b以外の面にマーク部9とをそれぞれ形成するトリミング工程S3と、を有し、トリミング工程S3では、所定の狙い部位にレーザを照射して、環状除去部8とマーク部9とを形成し、上記狙い部位を調整するためのずれ補正値を、マーク部9を形成しようとしていた部位と、マーク部9が実際に形成された部位とのずれ量を基に更新するようにしている。
【0042】
これにより、環状除去部8の形成しようとしていた部位からのずれ量を、マーク部9の形成しようとしていた部位からのずれ量を基に算出できるので、マーク部9のパターンの位置および角度を確認して、レーザの狙い位置を間接的に補正することで、環状除去部8を直接検出し難い形状であっても、精度良くレーザトリミング加工された品質の良いキャビティリッドを連続して作製することができるようになる。
【0043】
以上、本発明について、実施形態を用いて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の記述範囲において、変更することが可能である。
【0044】
例えば、環状除去部8およびマーク部9は、異なる高さに形成されるので、リッド位置確認工程S31および加工位置確認工程S34では、撮像装置6の撮像角度と、環状除去部8とマーク部9との高さに起因した誤差が生じることがある。
【0045】
そこで、上記の2工程では、撮像装置6とリッド基材1との間にテレセントリックレンズを配置する。テレセントリックレンズは、光を平行にする働きがあるので、撮像装置6がリッド基材1を常に鉛直上方から確認できるようにすることができる。これにより、キャビティの深さにかかわらず環状除去部8とマーク部9が精度良く位置確認ができるとともに、ステージ5上に複数のリッド基材1をマトリックス状に配置した確認作業もできるようになるので、位置確認工程の生産性を高めることもできる。
【0046】
また、レーザ照射工程S33でも、リッド位置確認工程S31および加工位置確認工程S34と同様に、レーザLの照射角度と、環状除去部8とマーク部9との高さに起因した加工誤差が生じることがある。そこで、レーザ照射工程S33においても、レーザ源7とリッド基材1との間にテレセントリックレンズを配置して、レーザLがリッド基材1に対して常に鉛直上方から照射できるようにすることもできる。これにより、精度良くトリミング加工できるとともに、ステージ5上に複数のリッド基材1をマトリックス状に配置したトリミング加工もできるようになるので、トリミング加工の生産性を高めることもできる。
【符号の説明】
【0047】
1 リッド基材
2 キャビティ部
2a 内底面 2b 内側面
3 フランジ部
3a 接続面
4 めっき層
4a Niめっき層 4b Auめっき層
5 ステージ
6 撮像装置
7 レーザ源
8 環状除去部
9 マーク部
10 ろう材リング
20 キャビティリッド(気密封止用リッド)
L レーザ