[发明专利]电子元件的气密密封方法

说明书

技术领域

本发明涉及以焊料将装有半导体元件的容器(基座)和封盖接合的电子元件的气密密封方法。特别涉及渗漏发生率能降低到不大于以前方法的1/10的气密密封方法。

背景技术

SAW滤波器、石英晶体振子等各种半导体元件处于本身状态时，恐怕会因空气中的氧气和湿气而使导电晶格和衬垫腐蚀和特性变差。因此，为了完全隔离半导体元件和外界空气，通常以气密密封在内部真空或填充He或N₂的金属制或陶瓷制的容器(封装件)中的状态将半导体元件安装到电子仪器上。

这里，作为半导体元件的气密密封技术(hermetic seal技术)，已知有焊料密封法、缝焊法、激光密封法等，根据制造的电子元件的规模、要求的气密性等分别使用这些方法。其中，焊料密封法是在装有半导体元件的基座上焊接封盖和盖住半导体元件而密封的方法。这种焊料密封法不像缝焊法，对容器材料和薄度没有特别的限制，而且不需要激光密封法所用的高价接合装置，所以它作为能用适当的成本实现高水平气密状态的方法而被广泛使用。

而且，对于需要上述密封状态的电子元件，不用说，要求内部的半导体元件和外界空气完全隔断和能够不担心发生渗漏地使用。在使用这种气密密封技术的电子元件的制造过程中，应测量制品的泄漏率，进行称为微量泄漏试验的实验，捕捉到不大于10^-6大气压/厘米³·秒的极微量泄漏，并除去那些不符合标准的次品，保证电子元件的稳定性。

此外，即使用焊料密封法能以不大于0.2％的泄漏发生率(密封不良率)有效地制成需要高气密性的电子元件，但为降低电子元件的成本，希望进一步降低泄漏发生率。

另一方面，近年来不断要求电子仪器的小型化，因此需要安装在这些仪器上的电子元件也进一步小型化。但是，为了符合这些需要而使电子元件小型化，它们的气密密封变得困难。如果除此以外还要求降低密封不良率，可以说即使是焊料密封法，也要求气密不良发生率少的方法更为简易。

本发明是考虑了以上情况而完成的，其目的是提供一种电子元件的气密密封技术，它由焊料密封法以比以前方法更低的泄漏率有效地进行气密密封，它即使在符合今后电子元件小型化的需要时也不发生泄漏。

发明内容

本发明人为解决上述课题进行了认真研究，选择对以前的焊料密封法中使用的焊料进行了重新认识。因为如果仅改变焊料的材料，就能直接使用已有设备而无需增加新的设备了。

作为焊料密封法中所用的焊料材料，大多使用Sn-Pb基的焊料(Sn-37重量％Pb)，有时使用Au-Sn基的焊料(Au-20重量％Sn)。在此，本发明人首先决定用Au-Sn基焊料作为焊料材料的基本组成。这是因为Pb是可能对人体有影响的元素，从对操作者的安全性和近来的环境保护观点考虑并不是好材料。

而且，本发明人认为，用Au-Sn基焊料(Au-20重量％Sn)作为焊料材料时，为了以比以前更高的稳定性进行密封，必须要改变它的组成。这是因为Au-20重量％Sn焊料的熔点较低，为280℃，虽然具有密封时对半导体元件的接合部位没有影响的优点，但在使用此种焊料时，有时会发生泄漏。

并且，本发明人对使用Au-20重量％Sn焊料时的接合部位进行了详细的考查，发现由这种焊料材料获得的接合部位基本虽然呈Au-Sn共晶组织，但部分生成Au浓度高的Au-Sn合金相(以下称为Au富集相)。由于这种Au富集相是一种金属间化合物，它质硬，熔点也比周围的Au-Sn共晶相更高，因此在封盖的接合温度下不会熔融而残留固相。此外，由于这样的Au富集相大小不同，即使将封盖通过均匀加压而接合到基座上，封盖或基座的接合面也会粘附大小不同的Au富集相，结果由于这种大小不同生成了焊料层薄的部位和焊料层厚的部位，从而使焊料层的厚度不均匀。

这种焊料层厚度的不均匀不是泄漏的直接原因。但是，在焊料层厚度的不均匀性显著的情况下，认为是由于因电子元件的长期使用而产生的焊料层劣化或由于在泄漏试验时在电子元件内外产生压差，使焊料层薄的部位产生泄漏。此外，如果要使今后的电子元件趋于小型化，所用的焊料量也要减少，认为因此Au富集相的影响会变大，在这种情况下，恐怕会形成接合不良的部位，生成即使在刚接合后也不能保持气密状态的接合部位。