JP2000022012A

JP2000022012A - 電子部品装置

Info

Publication number: JP2000022012A
Application number: JP10182951A
Authority: JP
Inventors: Michihiko Kuwahata; 道彦桑畑
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2000-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミックパッケージと金属製蓋体とのシーム
溶接の作業性を低下させることなく、且つ封止信頼性の
高い電子部品装置を提供するものである。【解決手段】本発明は、一面が開口し、且つ電子部品素
子３が収容配置されたキャビティー部２１を有する筺体
状セラミックパッケージ２に、該キャビティー部２１の
開口を封止するようにシーム溶接により金属製蓋体４を
被覆している電子部品装置１である。そして、金属製蓋
体４は、金属板４ａのセラミックパッケージ側主面に低
融点ろう材層４ｂが被着形成されているとともに、外側
主面に前記低融点ろう材の濡れ性が悪い金属層４ｃが被
着形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子、水晶振
動子、ＩＣチップ等の電子部品素子をセラミックパッケ
ージに収容し、金属製蓋体によって封止してなる電子部
品装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧電素子、水晶振動子、ＩＣチッ
プ等の気密封止が必要な電子部品素子は、キャビティー
部が形成された気密容器に収容し、キャビティー部の開
口を蓋体で封止していた。尚、本発明では、このような
電子部品素子を収容した部品を電子部品装置という。

【０００３】この電子部品装置の蓋体の封止構造として
は、種々の構造がある。しかし、蓋体を封止にするにあ
たり、過度の熱処理を避ける必要がある。これは、封止
のための熱が、内部に収容されている電子部品素子に影
響すると、この電子部品の特性を大きく変動させてしま
うためである。また、蓋体と気密容器との熱膨張係数の
差に起因する膨張・収縮により、気密容器側にストレス
がかかり、電子部品素子の特性の安定化、気密容器のプ
リント配線基板への接合の安定性に支障が発生してしま
う。

【０００４】このような電子部品装置は、プリント配線
基板上に実装される他の電子部品の実装方法を考慮して
リフロー処理を施すが、この場合、気密容器と蓋体との
封止接合部分の封止が破壊されることを避けなければな
らない。

【０００５】このような種々の制約を解決する封止構造
としては、気密容器にセラミックパッケージを使用し、
また、蓋体に金属製蓋体を使用して、両者をシーム溶接
を行うことが行われている。例えば特開平９−２４６４
１５号公報に記載されたものがある。特に、通常のシー
ム溶接で手用されるセラミックパッケージ側に取着した
シールリングを排除して、直接セラミックパッケージの
開口面に、金属製蓋体を、Ａｇろう材を介して封止する
ものである。

【０００６】このＡｇろう材は、金属製蓋体となる金属
板のセラミックパッケージ側主面に一体的に被着形成し
ていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
特開平９−２４６４１５号の金属製蓋体の外側主面は、
金属板がそのまま露出しているため、腐食しやすい構造
となっていた。

【０００８】また、シーム溶接により溶融したＡｇろう
材は、金属製蓋体の端面を介して、外側主面にまで回り
込みやすく、その結果、封止部分の銀ろう部材が減少し
してしまう。その結果、銀ろう部材によるフィレットが
充分に形成ず、封止部分での安定した接合が困難とな
り、また、セラミックパッケージに過度の熱が伝わりク
ラックが発生しやすく、また、金属製蓋体とセラミック
パッケージとの溶着部分の状態を目視にて確認すること
ができず封止信頼性を大きく低下させていた。

【０００９】さらに、金属製蓋体の外方主面に回り込ん
だＡｇろう部材が、シーム溶接に使用するローラー電極
に銀ろう部材が付着してしまい、その後の安定したシー
ム溶接が困難になってしまうという問題があった。

【００１０】本発明は、上述の問題点に鑑みて案出され
たものであり、その目的は、セラミックパッケージと金
属製蓋体とのシーム溶接の作業性を低下させることな
く、且つ封止信頼性の高い電子部品装置を提供するもの
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、一面が開口し
た筺体状セラミックパッケージ内に、電子部品素子を収
容するとともに、前記セラミックパッケージの開口周囲
に配置されたシール導体膜に金属製蓋体をシーム溶接に
より接合させることによって、内部に電子部品素子を気
密に封止して成る電子部品装置において、前記金属製蓋
体は、金属板と、該金属板のセラミックパッケージ側の
主面に被着された低融点ろう材層と、前記金属板の外側
主面に被着され、前記低融点ろう材の濡れ性が悪い金属
層とから成ることを特徴とする電子部品装置である。

【００１２】

【作用】上述のように、本発明の金属製蓋体は、蓋体本
体となる金属板のセラミックパッケージ側主面に低融点
ろう材層が、外側主面に前記低融点ろう材の濡れ性が悪
い金属層が被着形成されている。そして、このような金
属製蓋体がセラミックパッケージの開口周囲に形成され
たシール導体膜に封止接合されている。

【００１３】従って、従来技術のように、シールリング
を排除することができるため、非常に簡単にシーム溶接
が行える。

【００１４】また、金属製蓋体を金属板のセラミックパ
ッケージ側主面のクラッド化された低融点ろう材が、シ
ーム溶接時に溶融しても、金属製蓋体の外側主面側に回
り込むことがないため、充分な量の銀ろう部材で金属性
蓋体とセラミックパッケージとの封止接合が達成でき
る。同時に、銀ろう部材の封止量が減少しないため、シ
ーム溶接によって発生する過度の熱がセラミックパッケ
ージに影響することがないため、セラミックパッケージ
のクラックが発生しにくくなる。また、溶融した銀ろう
部材が、接合部分の端部にフィレットとして形成される
ため、封止状態が目視にて確認することができる。

【００１５】また、金属製蓋体を金属板の外側主面の金
属層の被膜により、金属性蓋体自身が腐食することがな
い。

【００１６】さらに、シーム溶接に使用するローラー電
極に銀ろう材が付着することがないので、その後、電流
の通電状況が安定することになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電子部品装置を図
面に基づいて説明する。

【００１８】図１は、本発明の電子部品装置の分解した
状態の断面図であり、図２は、本発明の金属性蓋体の構
造及びシーム溶接の封止構造を示す概略図である。

【００１９】図１において、電子部品装置１は、セラミ
ックパッケージ２、電子部品素子３、金属性蓋体４とか
ら主に構成されている。

【００２０】セラミックパッケージ２は、例えば複数の
セラミック層が積層されてなり、一面が開口した電子部
品素子３を収容するキャビティ部２１が形成されてい
る。即ち、セラミックパッケージ２の一面には、電子部
品素子３を収容するための開口が形成されている。

【００２１】そして、セラミックパッケージ２のキャビ
ティ部２１開口周囲には、タングステンやモリブデンな
どから成る下地導体層５ａ及びＮｉメッキ、Ａｕメッキ
表面層５ｂからなるシール導体膜５が形成されている。

【００２２】また、セラミックパッケージ２のキャビテ
ィ部２１の底面には、電子部品素子３を配置し、また、
電気的に接続する配線導体が形成されている。また、セ
ラミックパッケージ２を構成する各セラミック層の層間
には、底部の導体膜を外部に引き出し、また、所定回路
を形成する導体膜が形成されている。また、セラミック
パッケージ２の外周部には、内部導体膜と接続する外部
端子電極が形成されている。

【００２３】このようなセラミックパッケージ２は、例
えば、周知の多層配線基板と同様にして製造されてい
る。

【００２４】例えば、セラミックパッケージ２の底とな
るセラミックグリーンシート上に底面配線導体となる導
体膜を、また、他のセラミックグリーンシートにキャビ
ティ部２１となる貫通孔及び内部配線となる導体膜、シ
ール導体膜５の下地導体層５ａとなる導体膜を含む内部
配線や底面配線導体となる導体膜を、タングステンやモ
リブデンの導電性ペーストを用いて印刷・乾燥する。

【００２５】そして、このようなセラミックグリーンシ
ートを積層圧着を行い、所定雰囲気で焼成する。その
後、必要に応じて、内部配線と接続する外部端子電極を
形成する。その後、シール導体膜５の下地導体層５ａ上
に、Ｎｉ中間メッキ層、金などの表面メッキ層５ｂを形
成する。これにより、セラミックパッケージ２が達成さ
れることになる。尚、上述の形成方法は、グリーンシー
トの積層による製造方法であるが、例えば、セラミック
粉末によるプレス成型で形成することができる。

【００２６】尚、上述のように、シール導体膜５及び各
配線導体は、焼成温度条件によって種々変えることがで
き、例えば、８５０〜１０５０℃で焼成可能なセラミッ
ク材料（ガラス−セラミック）を用いた場合には、Ａｇ
やＣｕなどでシール導体膜５の下地導体層５ａや配線導
体を形成することができる。

【００２７】このようなセラミックパッケージ２のキャ
ビティ部２１内部に、弾性表面波素子や水晶振動子やＩ
Ｃチップなどの電子部品素子３が収容されている。

【００２８】例えば、電子部品素子３の弾性表面波素子
は、キャビティ部２１の底面に接着材などを介して機械
的に接合され、同時に、キャビティ部２１に露出する所
定配線導体にボンディングワイヤなどを介して電気的に
接続される。尚、ＩＣチップの場合にも、弾性表面波素
子と同様であり、必要に応じて半田バンプを用いてフリ
ップチップ接合しても構わない。

【００２９】また、必要に応じて、キャビティ部２１内
部に、弾性表面波素子や水晶振動子やＩＣチップなどの
電子部品素子３とともに、所定回路を構成する各種チッ
プ状電子部品も収容配置される。

【００３０】金属製蓋体４は、蓋体本体となる矩形状の
金属板４ａと、該金属板４ａのセラミックパッケージ側
主面に被着形成された低融点ろう材層４ｂと、該金属板
４ａの外側主面に被着形成された前記低融点ろう材の濡
れ性が悪い金属層４ｃ（以下、単に金属層という）とか
ら構成されている。

【００３１】金属板４ａは、コバールや４２アロイなど
の金属材料からなり、例えば０．１ｍｍの厚みである。
この金属板４ａの形状は、上述のシール導体膜５の外周
を覆うような矩形状となっている。好ましくは、金属製
蓋体４を被覆した時、シール導体膜５の外縁の一部が露
出するようにすることが望ましい。この外延の露出幅ｄ
は、０．０５〜０．３ｍｍ程度露出させるようにするこ
とが望ましい。露出幅ｄが０．０５ｍｍ未満では、
この金属製蓋体４の端面部分に適正なフィレットが形成
されず、溶着状態を目視にて確認することが困難なる。
また、露出幅ｄが０．３ｍｍを越えるとキャビティー部
２１の壁面と金属製蓋体４の端面との距離が小さくな
り、クラックが発生しやすくなる。

【００３２】また、金属板４ａのセラミックパッケージ
側主面に被着形成された低融点ろう材層４ｂは、例え
ば、銀合金、Ａｕ合金、Ｓｎ、はんだ、アルミニウム合
金等で構成されたろう材が例示できる。この低融点ろう
材層４ｂは、金属板４ａの加工時に、クラッドなどによ
り一体的に被着形成されている。その銀ろう材の厚み
は、例えば１０〜５０μｍ、例えば１５μｍである。厚
みに関しては、１０μｍ未満であると、シーム溶接の際
に発生する熱が過度にセラミックパッケージ２側に伝わ
り、クラックなどが発生しやすくなるとともに、ろう材
の絶対量不足から封止信頼性が低下してしまう。また、
５０μｍを越えると、シーム溶接の条件を上げる必要が
あり、これにより、シーム溶接が難しくなったり、ま
た、過度の発熱が発生してしまう。

【００３３】また、金属板４ａの外側主面に被着形成さ
れた金属層４ｃは、低融点ろう材４b によって、種々選
択することができる。例えば、低融点ろう材４b に銀合
金、Ａｕ合金、Ｓｎ、はんだ等で構成されたろう材を用
いた場合には、金属層４ｃとしては、Ｎｉ、アルミニウ
ム等が例示できる。また、低融点ろう材４b にアルミニ
ウム合金で構成されたろう材を用いた場合には、金属層
４ｃとしては、Ｎｉが例示できる。

【００３４】この金属層４ｃは、低融点ろう材層４ｂが
被着形成された金属板４ａの外側主面に、メッキ処理、
溶着、スパッタなどの薄膜技法によって被着形成されて
いる。その金属層４ｃの厚みは、例えば１〜５μｍ、例
えば２μｍである。この金属層４ｃは、シーム溶接の際
に低融点ろう材層４ｂが溶融した時、この溶融したろう
材が金属製蓋体４の外側主面側に回り込まないようにす
るものであり、また、金属製蓋体４の耐食性を向上させ
るものである。

【００３５】このような構造の電子部品装置の組立は、
まず下地導体層５ａ及びＡｕメッキの表面層５ｂを有す
るシール導体膜５が形成されたセラミックパッケージ２
を用意し、このセラミックパッケージ２のキャビティー
部２１内に電子部品素子３を配置する。

【００３６】次に、セラミックパッケージ２のキャビテ
ィー部２１の開口を封止するように、金属製蓋体４を載
置する。

【００３７】その後、金属製蓋体４の各辺の端部を、シ
ーム溶接のローラー電極６を押し当てながら、所定電流
を流して、セラミックパッケージ２のシール導体膜５と
金属製蓋体４との間で所定電流を流して、金属製蓋体４
の低融点ろう材層４ｂによるシーム溶接を行い、電子部
品装置が完成する。

【００３８】次に、このシーム溶接による金属製蓋体４
とセラミックパッケージ２とを気密封止する工程を説明
する。まず、キャビティー部２１内に電子部品素子３を
収容配置したセラミックパッケージ２の上面、即ち、キ
ャビティー部２１の開口の周囲面に、低融点ろう材層４
ｂが被着されている面を封止面側になるように金属製蓋
体４を配置して、シール導体膜５をアース電位などの溶
接電流の基準となる電位に設定する。そして、円錐形の
ローラー電極６を金属製蓋体４の外周囲に押し付け、加
圧通電しながら回転させる。具体的には、金属製蓋体４
の長手方向の一対の長辺の一方端に、ローラー電極６を
押し当て、通電しながら、一方端から他方端にかけてロ
ーラー電極６を回転移動させる。

【００３９】これにより、金属製蓋体４とシール導体膜
５との間に溶接電流が流れ、その結果、溶接電流に基づ
く発熱が発生することになる。この発熱によって、低融
点ろう材４ｂが融点以上となり、例えば、銀ろう材を構
成するＣｕとシール導体膜５の表面メッキ層５ｂのＡｕ
とが共晶反応を起こして、これにより、セラミックパッ
ケージ２のシール導体膜５と金属製蓋体４とが強固に接
合されることになる。

【００４０】即ち、低融点ろう材の材料次第では、シー
ル導体膜５の表面に被覆されるメッキ材料を種々選択す
ることができる。

【００４１】実際には、一対のローラー電極６の間隔
は、金属製蓋体４の短辺の幅又は長辺の幅に可変できる
ようになっている。そして、まず、金属製蓋体４の一対
の長辺を同時にシーム溶接し、長辺側の封止及び金属蓋
体４の位置決めを行う。その後、金属製蓋体４の一対の
短辺を同時にシーム溶接して、完全に金属製蓋体４でセ
ラミックパッケージ２のキャビティー部２１を被覆封止
する。

【００４２】即ち、矩形状の金属製蓋体４の各辺の封止
面側が、低融点ろう材によって強固に接合されることに
なる。

【００４３】この金属製蓋体４に供給する電力は、従来
のシールリングを用いて溶接を行う電力に比較して、約
８０％程度電流を流して溶接が行われる。

【００４４】本発明の特徴的なことは、上述のように、
金属製蓋体４とセラミックパッケージ２のシール導体膜
５との接続が、直接、低融点ろう材４ｂによって接合さ
れており、シールリングを不要としたことである。

【００４５】また、金属製蓋体４の封止面側の全面に低
融点ろう材層が被着形成されているため、充分な量の低
融点ろう部材によって、封止接合することができる。

【００４６】しかも、金属製蓋体４の表面側には、低融
点ろう材４ｂのヌレ性が悪い材料である金属層４ｃが被
着されているため、シーム溶接時に、低融点ろう材４ｂ
が溶融しても、金属製蓋体４の表面側に回り込むことが
ない。これによって、セラミックパッケージ２のシール
導体膜５と金属製蓋体４との封止部分の低融点ろう材層
４ｂが減少しないため、充分な厚みによって確実な封止
が達成できる。

【００４７】また、この封止部分で充分な厚みが維持で
きること、従来（シールリングを用いてシーム溶接した
いた時）に比較して、電力パワーを比較的小さくするこ
とができるため、セラミックパッケージ２にクラックを
発生させるだけの衝撃には至らない。

【００４８】また、シール導体膜５の外形が、金属製蓋
体４の外形に比較して、約０．０５〜０．３ｍｍ大きい
ため、このシール導体膜５が金属製蓋体４よりも露出し
た部分及び金属製蓋体４の端面部分で、低融点ろう材４
ｂのフレットが形成されることになり、強固な接合が達
成でき、また、封止状態が目視にて確認することができ
る。

【００４９】また、金属製蓋体４の外側主面が、金属層
４ｃによって、被覆されているため、金属製蓋体４自身
が腐食することが一切なくなる。

【００５０】また、溶融した低融点ろう材４ｂが、金属
製蓋体４の外側主面に回り込まないため、シーム溶接に
使用するローラー電極６に溶融した低融点ろう材が付着
することがない。従って、このローラー電極６を金属製
蓋体４の端部に沿って、通電しながら回転移動させて
も、溶接電流の通電状況が安定化し、信頼性の高い溶接
が可能となる。

【００５１】金属層４ｃを有色化（ブラック処理）する
ことにより、金属製蓋体４の表裏判別が容易になり、組
立工程が非常に簡略化する。

【００５２】

【発明の効果】本発明の電子部品装置では、セラミック
パッケージとシーム溶接される金属製蓋体は、そのセラ
ミックパッケージ側主面にクラッド化された低融点ろう
材層が、外側主面に該低融点ろう材との濡れ性が悪い金
属層が被着形成されている。そして、シーム溶接では、
この低融点ろう材のみで溶接することができる。しか
も、金属性蓋体４の外側主面に溶融した低融点ろう材が
回り込まないため、充分な量のろう材で溶接接合するこ
とができ、非常に信頼性の高く封止された電子部品装置
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子部品装置の分解した状態の断面図
である。

【図２】本発明の金属性蓋体の構造及びシーム溶接の封
止構造を示す概略図である。

【符号の説明】

１・・・電子部品装置２・・・セラミックパッケージ３・・・電子部品素子４・・・金属製蓋体４ａ・・・金属板４ｂ・・・低融点ろう材層４ｃ・・・低融点ろう材との濡れ性が悪い金属層５・・・・シール導体膜５ａ・・・金属メタライズ層５ｂ・・・表面メッキ層６・・・・ローラー電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一面が開口した筺体状セラミックパッケ
ージ内に、電子部品素子を収容するとともに、前記セラ
ミックパッケージの開口周囲に配置されたシール導体膜
に金属製蓋体をシーム溶接により接合させることによっ
て、内部に電子部品素子を気密に封止して成る電子部品
装置において、前記金属製蓋体は、金属板と、該金属板のセラミックパ
ッケージ側の主面に被着された低融点ろう材層と、前記
金属板の外側主面に被着され、前記低融点ろう材の濡れ
性が悪い金属層とから成ることを特徴とする電子部品装
置。