JP2000294664A - 電子部品用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気密不良や短絡不良を防止し、簡単な構成で
気密信頼性が向上する電子部品用パッケージを提供す
る。 【解決手段】 接合パターン１０および１１はろう材２
０により蓋部材３に接合されており、蓋部材３は収容空
間１２を気密に封止している。上層の接合パターン１１
の幅は下層の接合パターン１０の幅よりも小さくなって
おり、接合パターン１０と接合パターン１１とで凹凸部
が形成されている。また、接合パターン１０と蓋部材３
との間にろう材２０を溜めるためのろう材溜まり部２１
が形成されている。このため、ろう材２０は、ろう材溜
まり部２１に溜められて収容空間１２内に垂れ込んでお
らず、かつボイドを有していない。したがって、短絡不
良が発生するのを防止するとともに、接合面積が増大
し、パッケージ２と蓋部材３との接合強度を高めて気密
信頼性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子等の電子
部品を収容するための収容空間を有し、この収容空間を
蓋部材により封止するようにした電子部品用パッケージ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、表面実装型の圧電装置は、セ
ラミックス等の絶縁材料からなる容器（以下、「容器」
をパッケージという）の内部に水晶振動子等の圧電素子
を収容し、金属製あるいはセラミックス製の蓋部材を用
いて、収容空間を気密に封止する構成のものが一般に知
られている。

【０００３】一般に、セラミックス製のパッケージは、
底部を構成する板部材と、胴部を構成する枠部材とを積
層し、これらを焼成して一体化することによって製造さ
れる。上記のパッケージ内に圧電素子を固定するための
構造としては、両端固定方式と片端固定方式とがある。

【０００４】両端固定方式の表面実装型圧電装置は、両
端部に電極膜を有する圧電素子が板部材の表面に設けら
れた一対の固定電極の上に両端を支持した状態で載せら
れ、夫々の電極膜が固定電極に接続され、圧電素子が両
端固定により板部材に保持される。また、片端固定方式
の表面実装型圧電装置は、一方の端部に一対の電極膜を
有する圧電素子が板部材の表面に設けられた一対の固定
電極の上に一端を支持した状態で載せられ、夫々の電極
膜が固定電極に接続され、圧電素子が板部材に片端固定
により保持される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の構成の表面実装
型圧電装置において、パッケージの内部に圧電素子を収
容し、収容空間を蓋部材により封止する場合、パッケー
ジの開口端部と蓋部材とを接合する方法としては以下の
方法がある。

【０００６】(1) パッケージおよび蓋部材がセラミック
ス製の場合、パッケージの開口端部、あるいは蓋部材の
端面に設けた封止用低融点ガラスを接着剤として用いて
熱処理により接合する。

【０００７】(2) パッケージの開口端部に設けたコバー
ル等のシールリングと、ニッケル、ステンレス、コバー
ル、４２アロイ等の金属からなる蓋部材とを溶接するこ
とにより接合する。

【０００８】(3) パッケージの開口端部に設けたタング
ステン等の金属層にニッケルめっきまたは金めっきを施
し、鉛錫共晶はんだ、金錫共晶はんだ、あるいは鉛と錫
等の材料の比率を変更した高温はんだなどの封止用はん
だをろう材として用いてコバール、４２アロイ等の金属
からなる蓋部材や、封止部となるところに導体ペースト
が印刷、焼成されたセラミックス製蓋部材を接合する。

【０００９】しかしながら、上記の(3)封止用はんだを
ろう材として用いてパッケージと蓋部材とを接合した場
合、ろう材の加熱溶融時に温度、荷重等の封止条件の変
動により、空気を閉じ込めてろう材にボイドが発生し
たり、収容空間内にろう材が垂れ込むという問題があ
る。

【００１０】ろう材にボイドが発生すると、パッケー
ジと蓋部材との接合強度が低下し、気密不良の原因とな
る。特に、シールパスの狭い小型のパッケージにおい
て、気密信頼性を確保することが困難である。 収容空間内にろう材が垂れ込むと、短絡不良の原因と
なり、圧電素子等の電子部品を破壊する恐れがあるとい
う問題があった。

【００１１】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、気密不良や短絡不良を防止し、
簡単な構成で気密信頼性が向上する電子部品用パッケー
ジおよび圧電装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
電子部品用パッケージによると、枠部材と接合される接
合面を有し、封止のためのろう材が接合される接合部は
枠部材の反板部材側の端部に設けられており、ろう材を
溜めるためのろう材溜まり部が接合部の反接合面側に形
成されている。このため、ろう材の加熱溶融時に温度、
荷重等の封止条件が変動しても、余分なろう材はろう材
溜まり部に溜められ、収容空間内にろう材が垂れ込むの
を防止することができる。これにより、電子部品の短絡
不良が発生するのを防止し、パッケージと蓋部材との接
合強度を高めることができる。したがって、気密信頼性
を向上させることができる。

【００１３】本発明の請求項２記載の電子部品用パッケ
ージによると、接合部は凹凸部を有しているので、この
凹凸部の凹みにろう材溜まり部が形成される。このた
め、ろう材の加熱溶融時に温度、荷重等の封止条件が変
動しても、余分なろう材はろう材溜まり部に溜められ、
収容空間内にろう材が垂れ込むのを防止することができ
る。さらに、ろう材の加熱溶融時に空気を閉じ込めてろ
う材にボイドが発生するのを凹凸部により防止すること
ができる。これにより、電子部品の短絡不良が発生する
のを防止するとともに、接合面積が増大し、パッケージ
と蓋部材との接合強度を高めることができる。したがっ
て、特にシールパスの狭い小型のパッケージにおいて、
簡単な構成で気密信頼性を向上させることができる。

【００１４】凹凸部の形成方法としては、枠部材の反板
部材側の端面に複数層の金属層からなる接合部を設け、
上層の金属層の幅を下層の金属層の幅よりも小さくする
方法を採用することができ、上記の金属層の作製方法に
より、容易に凹凸部を形成することができる。

【００１５】上記の金属層は、例えば枠部材となるセラ
ミックグリーンシートに例えばタングステン粉末やモリ
ブデン粉末等を用いた導体ペーストを使用して印刷、焼
成を行うことにより、容易に作製することができる。金
属層の表面には、例えばニッケルめっきまたは金めっ
き、あるいはその両方のめっきを施すことができる。

【００１６】本発明の請求項３記載の電子部品用パッケ
ージによると、枠部材は反板部材側の端部に段差部を有
しているので、上記の端部に接合部を設けることによ
り、接合部の反枠部材側にろう材溜まり部が形成され
る。このため、ろう材の加熱溶融時に温度、荷重等の封
止条件が変動しても、余分なろう材はろう材溜まり部に
溜められ、収容空間内にろう材が垂れ込むのを防止する
ことができる。さらに、ろう材の加熱溶融時に空気を閉
じ込めてろう材にボイドが発生するのを段差部に設けら
れる接合部により防止することができる。これにより、
電子部品の短絡不良が発生するのを防止するとともに、
接合面積が増大し、パッケージと蓋部材との接合強度を
高めることができる。したがって、特にシールパスの狭
い小型のパッケージにおいて、簡単な構成で気密信頼性
を向上させることができる。

【００１７】段差部の形成方法としては、例えば枠部材
となる複数枚のセラミックグリーンシートを上層のグリ
ーンシートの幅が下層のグリーンシートの幅よりも小さ
くなるように加工し、これらを積層した後、焼成して一
体化する方法を採用することができ、上記の積層セラミ
ックスの作製方法により、容易に段差部を形成すること
ができる。

【００１８】セラミックグリーンシートは、セラミック
スの原料粉末、有機溶媒、可塑剤およびバインダ等から
構成することができる。セラミックスの原料粉末は、ア
ルミナ、窒化アルミニウム、ムライト、低温焼成のガラ
スセラミックス等あらゆるセラミックスを用いることが
できる。有機溶媒としては、例えばトルエン、キシレ
ン、アルコール類等が挙げられ、可塑剤としては、例え
ばジブチルフタレート、ジオキシルフタレート等が挙げ
られ、バインダとしては、例えばアクリル樹脂、ブチラ
ール樹脂等が挙げられる。これらの混合割合は、セラミ
ックスの原料粉末１００重量部に対し、有機溶媒が２０
〜８０重量部、可塑剤が１〜５重量部、バインダが５〜
２０重量部が好ましい。

【００１９】本発明の請求項４記載の電子部品用パッケ
ージによると、板部材と枠部材との間に絶縁膜が設けら
れ、この絶縁膜の上面に電子部品を支持する固定電極が
設けられているので、パッケージの内底面である板部材
上から一定の厚みをもって固定電極を形成することがで
きる。さらに片端固定方式の圧電装置に適用した場合、
枕部材として作用する反固定電極側の絶縁膜の厚みを自
由に設定することができるので、板部材が多少反ってい
ても圧電素子がパッケージの底面に接触するのを防止す
ることができる。さらにまた、板部材と枠部材とを一体
化する上で必要な絶縁膜を利用することで、製造工数を
増やすことなく固定電極面の高さを一定量確保すること
ができるとともに、安価に圧電装置を製造することがで
きる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の複数の実施例を図
面に基づいて説明する。 （第１実施例）片端固定方式の表面実装型圧電装置に本
発明を適用した第１実施例について、図１、図２および
図３を用いて説明する。

【００２１】図１に示すように、表面実装型圧電装置
は、電子部品としての水晶振動子１と、この水晶振動子
１を収容するパッケージ２と、パッケージ２内の収容空
間１２を気密に封止する蓋部材３とを有している。パッ
ケージ２は、アルミナ製であり、底部を構成する板部材
４と、板部材４に一体的に設けられ胴部を構成する枠部
材５とを有し、枠部材５の上端部、すなわち枠部材５の
反板部材側の端部には接合部としての接合パターン１０
および１１が設けられている。また、板部材４と枠部材
５との間には絶縁膜６が設けられており、この絶縁膜６
の一部はパッケージ内部にて露出している。

【００２２】この露出した絶縁膜６のうち、水晶振動子
１の一端１ａに対応する一方の絶縁膜６表面には一対の
固定電極７が設けられ、また、水晶振動子１の他端１ｂ
に対応する他方の絶縁膜６は、水晶振動子１の自由端の
下方に位置している。上記の他方の絶縁膜６は、水晶振
動子１の自由端の変位を制限することによって水晶振動
子１の振動、衝撃等を吸収する枕部材として作用する。

【００２３】固定電極７は、水晶振動子１に形成された
図示しないリード電極に導電性接着剤８等により電気的
に接続され、水晶振動子１を片持ち状態で保持するとと
もに、板部材４の裏面に設けられたプリント基板等に搭
載するための接続電極９と電気的導通のとれた状態とな
っている。

【００２４】接合パターン１０および１１はろう材２０
により蓋部材３に接合されており、蓋部材３は収容空間
１２を気密に封止している。接合パターン１０および１
１は、タングステン、モリブデン等の金属層を有してお
り、この金属層の表面にはニッケルめっきや金めっきが
施されている。下層の接合パターン１０の裏面１０ａは
枠部材５と接合される接合面を構成している。上層の接
合パターン１１の幅は下層の接合パターン１０の幅より
も小さくなっているので、接合パターン１０と接合パタ
ーン１１とで凹凸部が形成されている。

【００２５】ろう材２０は、鉛錫共晶はんだ、金錫共晶
はんだ、あるいは鉛と錫等の材料の比率を変更した高温
はんだなどの封止用はんだからなり、蓋部材３はコバー
ル、４２アロイ等の金属からなる。接合パターン１０と
蓋部材３との間にはろう材２０が溜まっている。すなわ
ち、接合パターン１０の反裏面側にろう材溜まり部２１
が形成されている。

【００２６】以上のように構成した表面実装型圧電装置
においては、ろう材２０は、ろう材溜まり部２１に溜め
られて収容空間１２内に垂れ込んでおらず、かつボイド
を有していない。このため、短絡不良が発生するのを防
止するとともに、接合面積が増大し、パッケージ２と蓋
部材３との接合強度を高めて気密信頼性を向上させるこ
とができる。

【００２７】さらに、上記構成の表面実装型圧電装置
は、板部材４と枠部材５とからなる２層構造であり、し
かも固定電極７が一方の絶縁膜６上に形成されている。
このため、パッケージ２の内底面である板部材４上から
一定の厚みをもって形成されており、かつ枕部材として
作用する他方の絶縁膜６の厚みを自由に設定することが
できる。したがって、板部材４が多少反っていても水晶
振動子１がパッケージ２の底面に接触するのを防止する
ことができる。

【００２８】さらにまた、板部材４と枠部材５とを一体
化する上で必要な絶縁膜６を利用することで、製造工数
を増やすことなく固定電極７面の高さを一定量確保する
ことができるとともに、安価に圧電装置を製造すること
ができる。

【００２９】次に、パッケージ２の作製方法について述
べる。 (1) アルミナ粉末にマグネシア、シリカ、焼成タルク、
炭酸カルシウム等の焼結助剤と、酸化チタン、酸化クロ
ム、酸化モリブデン等の着色剤とを少量加えた粉体に、
ジオキシルフタレート等の可塑剤、アクリル樹脂やブチ
ラール樹脂等のバインダおよびトルエン、キシレン、ア
ルコール類等の溶剤を加え、十分に混練して粘度２００
０〜４００００ｃｐｓのスラリを作製し、ドクターブレ
ード法によって例えば０．３ｍｍ厚の複数枚のアルミナ
のグリーンシートを形成する。

【００３０】(2) 各グリーンシートに打ち抜き型やパン
チングマシーン等を用いて所望の形状に加工し、板部材
４となるグリーンシートと、枠部材５となるグリーンシ
ートとを作製する。

【００３１】(3) 板部材４となるグリーンシートの表面
外周近傍に、上記の(1) で作製したアルミナのスラリと
同様のアルミナペーストを印刷し、約３０μｍ厚の絶縁
膜６となる絶縁パターンを形成し、絶縁パターンの一端
側の表面にタングステンやモリブデンの高融点金属の導
体ペーストを印刷し、約３０μｍ厚の固定電極７となる
電極パターンを形成する。また、板部材４となるグリー
ンシートの裏面に接続電極９となる電極パターンを形成
する。

【００３２】(4) 枠部材５となるグリーンシートの一端
面にタングステンやモリブデンの高融点金属の導体ペー
ストを印刷し、約３０μｍ厚の下層の金属層となる導体
パターンを形成する。上記の下層の金属層となる導体パ
ターン上にタングステンやモリブデンの高融点金属の導
体ペーストを再度印刷し、約３０μｍ厚で下層の金属層
となる導体パターンよりも幅の小さい上層の金属層とな
る導体パターンを形成する。

【００３３】(5) 絶縁パターンと電極パターンとを形成
した板部材４となるグリーンシートと、２層の導体パタ
ーンを形成した枠部材５となるグリーンシートとを積層
し、このグリーンシート積層体を例えば８０〜１５０
℃、５０〜２５０ｋｇ／ｃｍ²の条件で熱圧着して一体
化する。

【００３４】(6) 上記の(1)〜(5)で作製したグリーンシ
ート積層体を窒素−水素混合ガス雰囲気中で１４００〜
１６００℃で焼成する。これにより、導体ペースト中の
樹脂分を分解および消失させ、アルミナ製パッケージに
固定電極、接続電極および２層の金属層を形成する。

【００３５】(7) 形成された固定電極、接続電極および
２層の金属層にニッケルめっきまたは金めっき、あるい
はその両方を施して、図２に示すように、アルミナ製パ
ッケージ２が得られる。アルミナ製パッケージ２は、板
部材４と枠部材５の間に絶縁膜６が形成され、絶縁膜６
の一端側の上面に固定電極７が形成され、板部材４の裏
面には固定電極７に導通する接続電極９が形成されてい
る。さらに、枠部材５の反板部材側の端面には接合パタ
ーン１０および１１が形成されている。

【００３６】(8) 図３に示すように、アルミナ製パッケ
ージ２の固定電極７に水晶振動子１のリード電極を導電
性接着剤８などにより接着して固定する。 (9) 水晶振動子１を収容したアルミナ製パッケージ２の
開口端部に設けられる接合パターン１０および１１に、
接合部に封止用はんだからなるろう材が塗布されたコバ
ール、４２アロイ等の金属製蓋部材を設置し、ろう材を
加熱溶融し、水晶振動子１を気密封止する。

【００３７】以上の(1) 〜(9) の工程により、図１に示
すような表面実装型圧電装置が得られる。このように製
造されたパッケージ２では、ろう材２０の加熱溶融時に
温度、荷重等の封止条件が変動しても、余分なろう材は
ろう材溜まり部２１に溜められ、収容空間１２内にろう
材が垂れ込むのを防止することができる。さらに、ろう
材２０の加熱溶融時に空気を閉じ込めてろう材２０にボ
イドが発生するのを、接合パターン１０および１１に形
成された凹凸部により防止することができる。これによ
り、短絡不良が発生するのを防止するとともに、接合面
積が増大し、パッケージ２と蓋部材３との接合強度を高
めて気密信頼性を向上させることができる。

【００３８】次に、図１に示す第１実施例のパッケージ
２の開口端部に接合パターン１１を設けず、接合パター
ン１０のみを設けた比較例１および２について、図５お
よび図６を用いて説明する。第１実施例と実質的に同一
部分に同一符号を付す。

【００３９】図５に示すように、比較例１においては、
ろう材６０にボイド６１が発生している。このため、パ
ッケージと蓋部材３との接合強度が低下し、気密不良の
原因となる。特に比較例１においては、シールパスの狭
い小型のパッケージにおいて、気密信頼性を確保するこ
とが困難である。

【００４０】また図６に示すように、比較例２において
は、収容空間１２内にろう材７０が垂れ込んで垂れ込み
７１が発生している。このため比較例２においては、短
絡不良の原因となる。

【００４１】一方、第１実施例においては、接合パター
ン１０と接合パターン１１とで凹凸部が形成され、接合
パターン１０と蓋部材３との間にろう材溜まり部２１が
形成されているので、短絡不良が発生するのを防止する
とともに、接合面積が増大し、パッケージ２と蓋部材３
との接合強度を高めることができる。したがって、特に
シールパスの狭い小型のパッケージにおいて、簡単な構
成で気密信頼性を向上させることができる。

【００４２】（第２実施例）図１に示す第１実施例の枠
部材５の反板部材側の端部に段差部を形成し、上記の端
部に接合パターンを設けた第２実施例について、図４を
用いて説明する。第１実施例と実質的に同一部分に同一
符号を付す。

【００４３】図４に示すように、第２実施例において
は、枠部材５０は反板部材側の端部に段差部５１を有し
ている。上記の端部には、ろう材３０により蓋部材３に
接合されるタングステン、モリブデン等の接合部として
の接合パターン４０が設けられている。接合パターン４
０の表面にはニッケルめっきまたは金めっき、あるいは
その両方が施されている。接合パターン４０の裏面４０
ａは枠部材５０と接合される接合面を構成している。接
合パターン４０と蓋部材３との間にはろう材３０が溜ま
っている。すなわち、接合パターン４０の反裏面側にろ
う材溜まり部３１が形成されている。

【００４４】段差部５１は、枠部材５０となる複数枚の
セラミックグリーンシートを、上層のグリーンシートの
外形が下層のグリーンシートの外形よりも小さくなるよ
うに打ち抜き型やパンチングマシーン等を用いて加工
し、これらを積層した後、焼成して一体化することによ
り、容易に形成することができる。

【００４５】第２実施例においては、ろう材３０の加熱
溶融時に温度、荷重等の封止条件が変動しても、余分な
ろう材はろう材溜まり部３１に溜められ、収容空間１２
内にろう材が垂れ込むのを防止することができる。さら
に、ろう材３０の加熱溶融時に空気を閉じ込めてろう材
３０にボイドが発生するのを、段差部５１に設けられる
接合パターン４０により防止することができる。これに
より、短絡不良が発生するのを防止するとともに、接合
面積が増大し、パッケージと蓋部材３との接合強度を高
めることができる。したがって、特にシールパスの狭い
小型のパッケージにおいて、簡単な構成で気密信頼性を
向上させることができる。

【００４６】以上説明した本発明の上記複数の実施例で
は、金属製の蓋部材３により収容空間１２を気密に封止
したが、本発明では、封止部となるところに導体ペース
トが印刷、焼成されたセラミックス製蓋部材により収容
空間を気密に封止してもよい。

【００４７】また上記複数の実施例では、アルミナ製パ
ッケージに本発明を適用したが、本発明では、アルミナ
に限らず、窒化アルミニウム、ムライト、ガラス等のセ
ラミックあるいはその他の絶縁材料製のパッケージに適
用してもよい。

【００４８】また上記複数の実施例では、片端固定方式
の表面実装型圧電装置に本発明を適用したが、両端固定
方式の表面実装型圧電装置に適用可能なことはいうまで
もない。

【００４９】また本発明の複数の実施例では、圧電素子
として表面実装型水晶振動子を例に説明したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、タンタル酸リチウ
ム、ニオブ酸リチウム、四ほう酸リチウムもしくは圧電
セラミックで構成する圧電振動子、弾性表面波素子等を
用いた共振子もしくはフィルタにも適用可能である。

【００５０】また本発明の複数の実施例では、パッケー
ジ内に圧電素子を単体で収容したものを例に説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、パッケー
ジ内に圧電素子とともにＩＣ等の発振回路を備えて構成
した発振器等の電子部品、あるいは半導体素子やチップ
コンデンサ等の電子部品に適用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】片端固定方式の表面実装型圧電装置に本発明を
適用した第１実施例を示す断面図である。

【図２】本発明の第１実施例によるアルミナ製パッケー
ジを示す平面図である。

【図３】本発明の第１実施例によるアルミナ製パッケー
ジに水晶振動子を収容した状態を示す断面図である。

【図４】片端固定方式の表面実装型圧電装置に本発明を
適用した第２実施例を示す断面図である。

【図５】比較例１による片端固定方式の表面実装型圧電
装置を示す断面図である。

【図６】比較例２による片端固定方式の表面実装型圧電
装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 水晶振動子（電子部品） ２ アルミナ製パッケージ（電子部品用パッケージ） ３ 蓋部材 ４ 板部材 ５ 枠部材 ６ 絶縁膜 ７ 固定電極 ９ 接続電極 １０、１１ 接合パターン（接合部） １０ａ 裏面（接合面） １２ 収容空間 ２０、３０ ろう材 ２１、３１ ろう材溜まり部 ４０ 接合パターン（接合部） ４０ａ 裏面（接合面） ５０ 枠部材 ５１ 段差部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品を収容するための収容空間を有
   し、この収容空間を封止するようにしたパッケージであ
   って、 底部を構成する板部材と、 前記板部材に一体的に設けられ、胴部を構成する枠部材
   と、 前記枠部材の反板部材側の端部に設けられ、前記枠部材
   と接合される接合面を有し、封止のためのろう材が接合
   される接合部と、 前記接合部の反接合面側に形成され、前記ろう材を溜め
   るためのろう材溜まり部と、 を備えることを特徴とする電子部品用パッケージ。
2. 【請求項２】 前記接合部は、凹凸部を有していること
   を特徴とする請求項１記載の電子部品用パッケージ。
3. 【請求項３】 前記枠部材は、反板部材側の端部に段差
   部を有していることを特徴とする請求項１または２記載
   の電子部品用パッケージ。
4. 【請求項４】 前記板部材と前記枠部材との間に設けら
   れる絶縁膜と、 前記絶縁膜の上面に設けられ、前記電子部品を支持する
   固定電極と、 を備えることを特徴とする請求項１、２または３記載の
   電子部品用パッケージ。