JP2005101467A - Ceramic package - Google Patents

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Tomohide Hasegawa
智英 長谷川
Minako Izumi
美奈子 泉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic package which is not cracked even under high temperature high humidity. <P>SOLUTION: The ceramic package comprises: an insulating substrate consisting of a bottom part for surface mounting an electric element and a bank part provided integrally at the outer circumference of the bottom part; a conductor layer provided in the insulating substrate and/or on the surface thereof; and a metal bonding layer provided at least a part of the bank part in order to bond a cover wherein the bottom part is warped to project to the cover side. Preferably, the bank part has a minimum height of 0.5 mm or less and a width of 0.1-0.3 mm, and the bottom part has a thickness of 0.1-0.3 mm. Furthermore, the warp X at the bottom part is preferably 0<X≤15 μm, and the warp Y at the bottom part after the cover is bonded to the metal bonding layer is preferably 0<Y≤10 μm. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内部に電子素子及び/又は半導体素子が搭載され、蓋体などの蓋によって気密に封止するセラミックパッケージ、特に、高さが0.5mm以下、堤部幅が0.3mm以下の超小型・超薄型セラミックパッケージに関する。   The present invention relates to a ceramic package in which electronic elements and / or semiconductor elements are mounted and hermetically sealed by a lid such as a lid, in particular, a height of 0.5 mm or less and a bank portion width of 0.3 mm or less. It relates to ultra-small and ultra-thin ceramic packages.

近年、半導体素子の高集積化、電気部品の小型化に伴い、各種電子機器の小型化、高機能化が図られている。特に、携帯電話、モバイルパソコン等の情報形態端末や、ナビゲーションシステム、又はモバイルゲーム機等の小型電子機器に搭載する電子部品を収納するセラミックパッケージは小型化が厳しく要求されている。   In recent years, along with the high integration of semiconductor elements and the miniaturization of electrical components, various electronic devices have been miniaturized and enhanced in function. In particular, downsizing of ceramic packages for housing electronic components mounted on information form terminals such as mobile phones and mobile personal computers, and small electronic devices such as navigation systems or mobile game machines is strictly required.

これらの要求に対して、例えば、電子素子を収納する、あるいは半導体素子と同時に受動部品を搭載するセラミックパッケージとして、外形サイズ縦3mm、横2mm、高さ0.8mm程度の小型・薄型サイズが要求されている(例えば、特許文献1参照)。   In response to these requirements, for example, a ceramic package that houses electronic devices or mounts passive components at the same time as semiconductor devices requires a small and thin size with an outer size of 3 mm, a width of 2 mm, and a height of about 0.8 mm. (For example, refer to Patent Document 1).

ところが、ICカードに代表される超小型・超薄型の電子機器に搭載するため、さらなるパッケージの小型化が要求されている。このような超小型・超薄型セラミックパッケージでは、電子素子を大気中の水分から保護するため、蓋体で封止して使用されている。   However, there is a demand for further downsizing of the package in order to be mounted on an ultra-small and ultra-thin electronic device represented by an IC card. In such an ultra-small and ultra-thin ceramic package, the electronic element is sealed with a lid to protect it from moisture in the atmosphere.

例えば、内部に水晶発振子を搭載し、蓋体で封止し、外気から水晶振動子を保護するためのセラミックパッケージが提案されている(例えば、特許文献2参照)。   For example, a ceramic package has been proposed in which a crystal oscillator is mounted inside, sealed with a lid, and the crystal resonator is protected from the outside air (see, for example, Patent Document 2).

図3はこのようなセラミックパッケージの従来例であり、表面配線導体52a、内部配線導体52b及び端子電極52cを具備する基板底部51aと、金属接合層53aを具備する基板堤部51bと、からなる絶縁基板51の内部に水晶発振子(図示せず)を搭載し、蓋体59を、ロウ材56を介して接合してなるものである。
特開2001−196485号公報 特開2002−203921号公報
FIG. 3 shows a conventional example of such a ceramic package, which comprises a substrate bottom 51a having a surface wiring conductor 52a, an internal wiring conductor 52b and a terminal electrode 52c, and a substrate bank 51b having a metal bonding layer 53a. A quartz oscillator (not shown) is mounted inside the insulating substrate 51, and a lid 59 is joined via a brazing material 56.
JP 2001-196485 A JP 2002-203921 A

しかしながら、特許文献1に記載のセラミックパッケージは、絶縁基板51を構成するセラミックスに比べて熱膨張率の大きな金属等で構成される蓋体59を接合するため、V方向に蓋体59が収縮するとともに、基板底部51aには、W方向に引っ張り応力が発生し、蓋体59の反対側が凸になるように反りが発生し、凸部の頂点であるA点では、残留応力が最大となり、クラックが発生しやすくなる。特に、絶縁基板51が、水に対する耐食性が低い場合には、製造直後では特に問題が顕著ではないものの、梅雨時期のような高温多湿の環境下においては、時間と共に腐食が進み、セラミックパッケージにクラックが発生し、製品寿命が短くなるという問題があった。   However, in the ceramic package described in Patent Document 1, the lid body 59 is contracted in the V direction because the lid body 59 composed of a metal or the like having a higher thermal expansion coefficient than the ceramic constituting the insulating substrate 51 is joined. At the same time, tensile stress is generated in the substrate bottom 51a in the W direction, warping occurs so that the opposite side of the lid 59 is convex, and the residual stress is maximized at point A which is the apex of the convex portion, and cracks occur. Is likely to occur. In particular, when the insulating substrate 51 has low corrosion resistance to water, the problem is not particularly noticeable immediately after manufacture, but in a high temperature and high humidity environment such as the rainy season, corrosion progresses with time, and the ceramic package cracks. Has occurred, resulting in a short product life.

従って、本発明は、高温多湿下でもクラックの発生しないセラミックパッケージを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a ceramic package in which cracks do not occur even under high temperature and high humidity.

本発明のセラミックパッケージは、電気素子を表面実装するための基板底部及び該基板底部の外周に一体的に設けられた基板堤部からなる絶縁基板と、該絶縁基板の内部及び/又は表面に設けられた導体層と、前記基板堤部の少なくとも一部に、蓋体を接合するために設けられた金属接合層とを具備し、前記基板底部が前記蓋体側に凸となるように反っていることを特徴とするものである。   The ceramic package of the present invention is provided on an insulating substrate including a substrate bottom portion for surface-mounting an electric element and a substrate bank portion integrally provided on the outer periphery of the substrate bottom portion, and on the inside and / or the surface of the insulating substrate. And a metal bonding layer provided for bonding a lid to at least a part of the substrate bank portion, and the substrate bottom is warped so as to be convex toward the lid. It is characterized by this.

前記基板堤部の最小高さが0.5mm以下、前記堤部の幅が0.1〜0.3mm、前記基板底部の厚みが0.1〜0.3mmであることが好ましい。   It is preferable that the minimum height of the substrate bank portion is 0.5 mm or less, the width of the bank portion is 0.1 to 0.3 mm, and the thickness of the substrate bottom portion is 0.1 to 0.3 mm.

前記基板底部の反り量Xが0<X≦15μmであることが好ましい。   It is preferable that the warpage amount X of the substrate bottom portion satisfies 0 <X ≦ 15 μm.

前記金属接合層に蓋体を接合した後の前記基板底部の反り量Yが0<Y≦10μmであることが好ましい。   It is preferable that the warp amount Y of the substrate bottom after joining the lid to the metal joining layer is 0 <Y ≦ 10 μm.

前記蓋体を接合した後の基板底部の最大残留応力が250MPa以下であることが好ましい。   The maximum residual stress at the bottom of the substrate after joining the lid is preferably 250 MPa or less.

本発明は、蓋体をセラミックパッケージに接合した時に熱膨張率差によって生じる残留応力がセラミックパッケージの水腐食及びクラック発生に影響を及ぼす、即ち、水蒸気の存在と残留応力とが相まってクラックの発生とその伸展を助長するとの知見に基づき、予め基板底部に残留応力が加わる方向と反対方向に反りを形成させておき、蓋体を接合した際に発生する残留応力を小さくさせることによってクラック発生を抑制するものである。 In the present invention, when the lid is joined to the ceramic package, the residual stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion affects the water corrosion and crack generation of the ceramic package, that is, the presence of water vapor and the residual stress combined with the occurrence of cracks. Based on the knowledge that the extension is promoted, the warpage in the direction opposite to the direction in which the residual stress is applied to the bottom of the substrate is formed in advance, and the residual stress generated when the lid is joined is reduced to suppress the generation of cracks. To do.

パッケージが薄くなれば、残留応力下での水腐食によるクラック発生すると短時間でパッケージが破壊したり、内部の電子部品が故障しやすいため、反りを予め加えておく本発明の手法はこのような超小型・超薄型のパッケージに対して特に有効である。   If the package becomes thin, cracks due to water corrosion under residual stress will cause the package to break down in a short time or internal electronic components will likely break down. This is particularly effective for ultra-small and ultra-thin packages.

即ち、本発明のセラミックパッケージは、電気素子を表面実装するための基板底部及び該基板底部の外周に一体的に設けられた基板堤部からなる絶縁基板と、該絶縁基板の内部及び/又は表面に設けられた導体層と、前記基板堤部の少なくとも一部に、蓋体を接合するために設けられた金属接合層とを具備し、前記基板底部が前記蓋体側に凸となるように反っているため、残留応力が発生しても、その応力は反りが戻るために緩和され、パッケージの残留応力を小さくせしめ、クラックの発生とその伸展を阻害し、製品寿命を長くすることができる。   That is, the ceramic package of the present invention includes an insulating substrate comprising a substrate bottom portion for surface-mounting an electric element, a substrate bank portion integrally provided on the outer periphery of the substrate bottom portion, and an inside and / or surface of the insulating substrate. And a metal bonding layer provided for bonding a lid to at least a part of the substrate bank portion, and the substrate bottom is warped so as to protrude toward the lid. Therefore, even if the residual stress is generated, the stress is relieved because the warpage is restored, the residual stress of the package is reduced, the generation and extension of cracks are inhibited, and the product life can be extended.

前記基板堤部の最小高さが0.5mm以下、前記堤部の幅が0.1〜0.3mm、前記基板底部の厚みが0.1〜0.3mmであるため、比較的小さな残留応力でもクラックが発生して不良品となり、製品の信頼性を低下していたが、本発明は、このような超小型・超薄型のパッケージにおいて特に効果をより発揮することができ、クラックの発生を抑制することが容易になる。   Since the minimum height of the substrate bank portion is 0.5 mm or less, the width of the bank portion is 0.1 to 0.3 mm, and the thickness of the substrate bottom portion is 0.1 to 0.3 mm, a relatively small residual stress However, cracks occurred, resulting in defective products and reduced product reliability. However, the present invention is particularly effective in such ultra-small and ultra-thin packages. It becomes easy to suppress.

特に、予め基板底部の反り量Xを0<X≦15μmに設定しておくと、蓋体が接合されて発生する残留応力を効果的に小さくするとともに、蓋体を接合するまでの取扱いにおいても不良の発生を抑制することが容易になる。   In particular, if the warp amount X at the bottom of the substrate is set to 0 <X ≦ 15 μm in advance, the residual stress generated when the lid is joined is effectively reduced, and the handling until the lid is joined is also possible. It becomes easy to suppress the occurrence of defects.

また、前記金属接合層に蓋体を接合した後の前記基板底部の反り量Yが0<Y≦10μmであるため、接合時の残留応力を効果的に低減でき、且つ反り量が小さいため、使用時においてもクラックの伸展が効果的に抑制され、更なる高寿命化を達成することも可能となる。   In addition, since the warpage amount Y of the substrate bottom after joining the lid to the metal joining layer is 0 <Y ≦ 10 μm, the residual stress at the time of joining can be effectively reduced, and the warpage amount is small. Even during use, the extension of cracks is effectively suppressed, and it is possible to achieve a further increase in life.

さらに、前記蓋体を接合した後の基板底部の最大残留応力が250MPa以下であるため、クラックの発生を効果的に防止することができる。   Furthermore, since the maximum residual stress at the bottom of the substrate after joining the lid is 250 MPa or less, the generation of cracks can be effectively prevented.

本発明のセラミックパッケージを、図を用いて説明する。   The ceramic package of this invention is demonstrated using figures.

本発明のセラミックパッケージは、例えば図1(a)に示したように、基板底部1aと基板堤部1bとからなる絶縁基板1と、基板底部1aに設けられた配線導体2と、基板堤部1bの上にリング状に形成された金属接合層3とを具備し、絶縁基板1は、基板底部1aの外周に基板堤部1bが一体的に設けられてなるものである。   As shown in FIG. 1A, for example, the ceramic package of the present invention includes an insulating substrate 1 composed of a substrate bottom portion 1a and a substrate bank portion 1b, a wiring conductor 2 provided on the substrate bottom portion 1a, and a substrate bank portion. The insulating substrate 1 includes a substrate bank portion 1b integrally provided on the outer periphery of the substrate bottom portion 1a.

配線導体2は、基板底部1aの表面に設けられた表面配線導体2aと、基板底部1aの内部に形成された内部配線導体2bとからなり、外部との電気接続のために裏面に設けられた端子電極2cに接続されており、基板底部1aの反り形状が蓋体側に凸となっている。これは、蓋体を接合する際に蓋体と絶縁部の熱膨張差による基板底部1aへの引張り応力を凹状に変形することにより、残留応力を低減させることが可能となる。   The wiring conductor 2 is composed of a surface wiring conductor 2a provided on the surface of the substrate bottom 1a and an internal wiring conductor 2b formed inside the substrate bottom 1a, and is provided on the back surface for electrical connection with the outside. It is connected to the terminal electrode 2c, and the warped shape of the substrate bottom 1a is convex toward the lid. This makes it possible to reduce the residual stress by deforming the tensile stress on the substrate bottom 1a due to the difference in thermal expansion between the lid and the insulating portion into a concave shape when the lid is joined.

本発明によれば、超小型・超薄型で破壊しやすいセラミックパッケージであっても、予め基板底部1aを、蓋体側に凸になるように変形させておくことにより、蓋体を接合する際に基板底部1aに発生する引張り応力を緩和し、クラックの発生やクラック伸展によるセラミックパッケージの破壊を防止することができる。   According to the present invention, even when a ceramic package that is ultra-small, ultra-thin and easily broken is formed by deforming the substrate bottom 1a in advance so as to be convex toward the lid body, Further, it is possible to relieve the tensile stress generated at the substrate bottom 1a and prevent the ceramic package from being broken due to the generation of cracks or the extension of cracks.

また、図1(b)において、絶縁基板1の四隅にはそれぞれ1個の端子電極2cが設けられている。これは、構造が単純化し、外部から端子電極2cへの接続が容易になるとともに、対称性を有するため、残留応力を分散するために効果があり、応力集中を防止することが容易となる。   Also, in FIG. 1B, one terminal electrode 2c is provided at each of the four corners of the insulating substrate 1. This simplifies the structure, facilitates connection from the outside to the terminal electrode 2c, and has symmetry, so that it is effective for dispersing residual stress, and it is easy to prevent stress concentration.

本発明によれば、セラミックパッケージの基板底部1aの反り量Xが0<X≦15μm、特に0<X≦13μm、0<X≦11μmであることが好ましい。反り量Xをこの範囲に設定すると、蓋体の接合までの取扱い時に破壊したり、蓋体の接合後の取扱いや使用時にクラック発生や破壊を防止するのが容易になり、且つ電子素子と表面配線導体2aの接合信頼性を確保するのが容易になる。   According to the present invention, the warp amount X of the substrate bottom 1a of the ceramic package is preferably 0 <X ≦ 15 μm, particularly 0 <X ≦ 13 μm, and 0 <X ≦ 11 μm. When the warp amount X is set within this range, it is easy to prevent breakage during the handling up to the joining of the lid, or to prevent cracking and destruction during handling and use after joining the lid, and the electronic element and the surface. It becomes easy to ensure the bonding reliability of the wiring conductor 2a.

また、Xの下限値は0より大きいが、蓋体接合時の応力を考慮すると、接合後に蓋体側に凸になりやすくするため、特に0.5以上、更には1以上であることが好ましい。   Moreover, although the lower limit value of X is larger than 0, considering the stress at the time of joining the lid, it is particularly preferably 0.5 or more, and more preferably 1 or more in order to make it easier to protrude toward the lid after joining.

絶縁基板1は、アルミナを主成分とし、焼結助剤が4質量%以上、特に6質量%以上、更には8質量%以上含むことが好ましい。このような焼結助剤を十分に加えることで、低温焼成を可能とし、その結果、配線導体2や金属接合層3aと同時焼成を可能にできる。   The insulating substrate 1 contains alumina as a main component, and preferably contains 4% by mass or more, particularly 6% by mass or more, and more preferably 8% by mass or more of a sintering aid. By sufficiently adding such a sintering aid, low temperature firing is possible, and as a result, simultaneous firing with the wiring conductor 2 and the metal bonding layer 3a is possible.

主成分のアルミナは、アルミナを90質量%以上、特に90〜96質量%、更には93〜96質量%の割合で含有することが好ましい。これにより、絶縁基板1の3点曲げ強度を500MPa以上、熱伝導率を15W/mK以上、ヤング率を320GPa以下とすることが容易となる。   The main component alumina preferably contains alumina in an amount of 90% by mass or more, particularly 90 to 96% by mass, and more preferably 93 to 96% by mass. Thereby, it becomes easy to set the three-point bending strength of the insulating substrate 1 to 500 MPa or more, the thermal conductivity to 15 W / mK or more, and the Young's modulus to 320 GPa or less.

第2の成分として、MnをMn換算で2〜8質量%、特に3〜8質量%、更には3〜6質量%の割合で含むことが好ましい。これは、Mn成分は焼結助剤として作用するものであり、上記の割合を選定することによって、焼結性が高まり、1250〜1400℃の焼成温度で緻密化の達成が容易になるとともに、MnAlの析出が適度に行われ易い。このような適量のMnAl結晶析出は、焼結体の曲げ強度を高める効果がある。 As the second component, 2 to 8 mass% of Mn in Mn 2 O 3 in terms of, in particular 3 to 8% by weight, and more preferably in a proportion of 3-6 wt%. This is because the Mn component acts as a sintering aid, and by selecting the above ratio, the sinterability is enhanced, and it becomes easy to achieve densification at a firing temperature of 1250 to 1400 ° C., MnAl 2 O 4 is easily precipitated appropriately. Such an appropriate amount of MnAl 2 O 4 crystal precipitation has the effect of increasing the bending strength of the sintered body.

また、第3の成分として、SiをSiO換算で1〜6質量%、特に2〜5質量%、更には3〜5質量%の割合で含有することが好ましい。SiOは、焼結時の液相生成に関与するため、上記の割合を選定することにより、緻密化が達成し易く、且つ非晶質相の残留も少なく、適度なMnAlの結晶析出により高強度を維持し易い。 Further, as a third component, 1-6 wt% of Si in terms of SiO 2, in particular 2 to 5 wt%, more preferably in a proportion of 3-5 wt%. Since SiO 2 is involved in the generation of a liquid phase during sintering, by selecting the above ratio, it is easy to achieve densification, and there is little residual amorphous phase, and appropriate MnAl 2 O 4 crystals High strength is easily maintained by precipitation.

また、所望により、第4の成分として、Mg、Ca、Sr、Baのうち少なくとも1種を配線導体との同時焼結性を高める上で、上記第3成分までの組成100質量%に対して、酸化物換算で3質量%以下の割合で含んでもよい。さらに、所望により、第5の成分として、W、Moなどの金属を焼結体を黒色化するための成分として、上記第3成分までの組成100質量%に対して2質量%以下の割合で含んでも良い。   Further, if desired, as a fourth component, at least one of Mg, Ca, Sr, and Ba is used to enhance the co-sinterability with the wiring conductor, so that the composition up to the third component is 100% by mass. Further, it may be contained at a ratio of 3% by mass or less in terms of oxide. Furthermore, if desired, as a fifth component, a component such as W or Mo is used as a component for blackening the sintered body at a ratio of 2% by mass or less with respect to 100% by mass of the composition up to the third component. May be included.

基板底部1aの反り形状は、蓋体側、即ち基板堤部1bが設けられた側の表面が凸となるように反り、逆に接続端子2aの設けられた底面は凹となるが、その反り量を0<X≦15μmに設定するための一手法として、焼成前の成形体の基板底部1aに凸形状の成形治具を押し当てる方法を採用することができ、これにより反り量Xを調整することができる。   The warpage shape of the substrate bottom 1a is warped so that the surface on the lid side, that is, the side where the substrate bank portion 1b is provided is convex, and conversely, the bottom surface provided with the connection terminal 2a is concave, but the amount of warpage As a method for setting 0 <X ≦ 15 μm, it is possible to employ a method of pressing a convex molding jig against the substrate bottom 1a of the molded body before firing, thereby adjusting the warp amount X. be able to.

その際、成形治具の高さ、押し当てる圧力を適宜調整する必要がある。このような形状、反り量にすることにより、残留応力を小さくすることができ、封止後に絶縁基板1が破壊することをより効果的に防止できる。   At that time, it is necessary to appropriately adjust the height of the forming jig and the pressing pressure. By using such a shape and warping amount, the residual stress can be reduced, and the insulating substrate 1 can be more effectively prevented from being destroyed after sealing.

配線導体2及び金属接合層3aは、各種金属端子との接続或いは蓋体の封止を可能とし、絶縁基板1との強固な接着力を保持するため、W及び/又はMoを主成分とし、アルミナを10質量%以下、特に8質量%以下含むことが好ましい。   The wiring conductor 2 and the metal bonding layer 3a can be connected to various metal terminals or sealed with a lid, and have W and / or Mo as main components in order to maintain a strong adhesive force with the insulating substrate 1. It is preferable to contain 10% by mass or less, particularly 8% by mass or less of alumina.

本発明のセラミックパッケージに電子素子を搭載した状態の一例を図2に示した。図2によれば、絶縁基板101の内部空間であるキャビティ108に、電気部品104aや半導体素子104b等の電子素子104を載置し、金属接合層103aとその上に設けられたメッキ層103bを介して蓋体109を密封したものであり、絶縁基板101の基板底部101aに設けられた配線導体102と接続された電気部品104a及び半導体素子104bとを載置することができる。なお、搭載する電子素子104の数には特に制限はなく、1個以上であれば良い。   An example of a state in which an electronic element is mounted on the ceramic package of the present invention is shown in FIG. According to FIG. 2, an electronic element 104 such as an electric component 104a or a semiconductor element 104b is placed in a cavity 108, which is an internal space of the insulating substrate 101, and a metal bonding layer 103a and a plating layer 103b provided thereon are provided. The lid 109 is hermetically sealed, and the electrical component 104a and the semiconductor element 104b connected to the wiring conductor 102 provided on the substrate bottom 101a of the insulating substrate 101 can be placed. The number of electronic elements 104 to be mounted is not particularly limited and may be one or more.

電気部品104aとしては、水晶発振子、誘電体、抵抗体、フィルタ及びコンデンサのうち少なくとも1種を用いることができ、導電性接着剤105aを用いて表面配線導体102aと電気的に接続することが可能である。また、半導体素子104bも、同様に導電性接着剤105bを用いて表面配線導体102aと接続される。   As the electrical component 104a, at least one of a crystal oscillator, a dielectric, a resistor, a filter, and a capacitor can be used, and it can be electrically connected to the surface wiring conductor 102a using a conductive adhesive 105a. Is possible. Similarly, the semiconductor element 104b is connected to the surface wiring conductor 102a using the conductive adhesive 105b.

本発明によれば、セラミックパッケージが、基板堤部101bの端部に設けられた金属接合層103aを介して蓋体109と接合した後にも、基板底部101aがキャビティ108側、又は蓋体109側に凸になるように反っていることが好ましい。このように、蓋体109を接合した後でも蓋体109側に凸となっていれば、クラックの発生と伸展を抑制し、蓋体109の接合済みパッケージをプリント配線基板等へ実装する際の押さえ込みによるパッケージ割れを効果的に防止することが容易になる。   According to the present invention, even after the ceramic package is bonded to the lid body 109 via the metal bonding layer 103a provided at the end of the substrate bank 101b, the substrate bottom 101a is on the cavity 108 side or the lid body 109 side. It is preferable to warp so as to be convex. As described above, even if the cover body 109 is joined, if it is convex toward the cover body 109 side, the generation and extension of cracks can be suppressed, and the joined package of the cover body 109 can be mounted on a printed wiring board or the like. It becomes easy to effectively prevent package cracking due to pressing.

そして、基板底部101aの反り量Yは、0<Y≦10μm、0<Y≦8μm、0<Y≦6μmであることが好ましい。そのためには蓋体109接合前の基板基板101aの反り量X、蓋体109材料、ロウ材106及び接合条件等を適宜調整する必要がある。これにより蓋体109を接合したパッケージの搬送、実装時の取扱いによる割れを防止することが容易になる。   The warp amount Y of the substrate bottom 101a is preferably 0 <Y ≦ 10 μm, 0 <Y ≦ 8 μm, and 0 <Y ≦ 6 μm. For this purpose, it is necessary to appropriately adjust the warpage amount X of the substrate substrate 101a before the lid 109 is bonded, the lid 109 material, the brazing material 106, the bonding conditions, and the like. As a result, it becomes easy to prevent cracking due to handling during packaging and mounting of the package to which the lid 109 is joined.

Yの下限値は0より大きいが、よりクラックの発生を抑制するため、特に0.2以上、更には0.5以上であることが好ましい。   The lower limit value of Y is larger than 0, but in order to further suppress the generation of cracks, it is particularly preferably 0.2 or more, and more preferably 0.5 or more.

蓋体109の熱膨張率は、絶縁基板101の熱膨張率に近いのが好ましく、この熱膨張率を調整することにより、反り量X、Yを制御することができる。例えば絶縁基板101がアルミナ焼結体からなる場合にはFe−Ni−Co合金を好適に用いることができる。このような合金を用いることにより、封止時に発生する熱応力を小さくすることができ、封止時に絶縁基板101が破壊することをより効果的に防止できる。   The thermal expansion coefficient of the lid 109 is preferably close to the thermal expansion coefficient of the insulating substrate 101, and the warpage amounts X and Y can be controlled by adjusting the thermal expansion coefficient. For example, when the insulating substrate 101 is made of an alumina sintered body, an Fe—Ni—Co alloy can be preferably used. By using such an alloy, the thermal stress generated at the time of sealing can be reduced, and the insulating substrate 101 can be more effectively prevented from being destroyed at the time of sealing.

従来は、蓋体109を接合して得られたセラミックパッケージの絶縁基板101の基板底部101aに、接合時の熱収縮により残留応力が発生し、一般には基板底部101aがキャビティ108と反対側に凸になるように変形する。従って、この残留応力が大きくなると基板底部101aに大きな引張応力が加わって、クラックが発生し、容易に伸展する。   Conventionally, residual stress is generated in the substrate bottom 101a of the insulating substrate 101 of the ceramic package obtained by bonding the lid 109 due to thermal contraction during bonding, and the substrate bottom 101a generally protrudes on the opposite side of the cavity 108. It transforms to become. Accordingly, when the residual stress increases, a large tensile stress is applied to the substrate bottom 101a, cracks are generated, and the substrate is easily extended.

これに対して本発明においては、蓋体109を接合してもキャビティ108側に凸になっているため、残留応力は加わっても、絶縁基板101にクラックが発生し、伸展するのを抑制しているが、セラミックパッケージの水腐食及びクラック発生をより効果的に防止するため、最大の残留応力(最大残留応力)を250MPa以下、特に225MPa以下、更には200MPa以下にすることが好ましい。そのためには、蓋体材料、ロウ材、接合条件等を適宜調整する必要がある。   On the other hand, in the present invention, even if the lid body 109 is joined, it protrudes toward the cavity 108 side, so that even if residual stress is applied, cracks are generated in the insulating substrate 101 and the extension is suppressed. However, in order to more effectively prevent water corrosion and cracking of the ceramic package, the maximum residual stress (maximum residual stress) is preferably 250 MPa or less, particularly 225 MPa or less, and more preferably 200 MPa or less. For this purpose, it is necessary to appropriately adjust the lid material, the brazing material, the joining conditions, and the like.

また、本発明によれば、基板堤部1b、101bの幅dを0.1〜0.3mmに、基板底部1a、101aの厚みDを0.1〜0.3mmに、またパッケージの高さTを0.3〜0.5mmにすることが好ましい。このような寸法に設定することにより、絶縁基板1、101であるアルミナ質焼結体の強度を考慮し、蓋体109の封止時の熱応力に対する破壊をより効果的に防止でき、また、セラミックパッケージの容積をより小さくすることができる。   Further, according to the present invention, the width d of the substrate bank portions 1b and 101b is 0.1 to 0.3 mm, the thickness D of the substrate bottom portions 1a and 101a is 0.1 to 0.3 mm, and the height of the package. T is preferably set to 0.3 to 0.5 mm. By setting the dimensions as described above, the strength of the alumina sintered body as the insulating substrates 1 and 101 can be taken into consideration, and the damage to the thermal stress at the time of sealing the lid body 109 can be more effectively prevented. The volume of the ceramic package can be further reduced.

特に、絶縁基板1、101の高さTを0.5mm以下とすることにより、電子素子104を実装した超小型・超薄型セラミックパッケージとしてICカードなどに応用することができる。なお、蓋体109は薄い方が低背化を改善できる点で好ましく、例えば、0.3mm以下、特に0.2mm以下、更には0.1mm以下であることが好ましい。   In particular, by setting the height T of the insulating substrates 1 and 101 to 0.5 mm or less, it can be applied to an IC card or the like as an ultra-small and ultra-thin ceramic package on which the electronic element 104 is mounted. In addition, it is preferable that the cover body 109 is thinner in terms of being able to improve the reduction in height.

次に、本発明のセラミックパッケージを製造する方法について、複数の絶縁基板を連結した連結基板を作製し、その一つを分離して用いる場合について具体的に説明する。   Next, a method for manufacturing the ceramic package of the present invention will be specifically described in the case where a connecting substrate in which a plurality of insulating substrates are connected is manufactured and one of them is used separately.

まず、原料粉末として、平均粒子径が0.5〜2.0μm、特に1.0〜1.5μmのアルミナ粉末を準備する。これは、平均粒子径は0.5μm以上とすることにより、シート成形性を確保でき、粉末のコスト上昇を容易に防止できる。また、2.0μm以下とすることで、1400℃以下の焼成での緻密化を促進し、焼結を容易にすることができる。   First, an alumina powder having an average particle diameter of 0.5 to 2.0 μm, particularly 1.0 to 1.5 μm is prepared as a raw material powder. By setting the average particle size to 0.5 μm or more, the sheet formability can be secured, and the powder cost can be easily prevented from increasing. Moreover, by setting it as 2.0 micrometers or less, densification by baking at 1400 degrees C or less can be accelerated | stimulated, and sintering can be made easy.

また、第2の成分として純度99%以上、平均粒子径0.5〜5μmのMn粉末、第3の成分として純度99%以上、平均粒子径0.5〜3μmのSiO粉末を準備する。なお、Mn及びSiは、上記の酸化物粉末以外に、焼成によって酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩等として添加してもよい。 Further, Mn 2 O 3 powder having a purity of 99% or more and an average particle diameter of 0.5 to 5 μm as the second component, and SiO 2 powder having a purity of 99% or more and an average particle diameter of 0.5 to 3 μm as the third component. prepare. In addition to the above oxide powder, Mn and Si may be added as carbonate, nitrate, acetate, etc. that can form an oxide by firing.

これらの成分は、アルミナ粉末に対して、Mn粉末を2〜8質量%、特に3〜8質量%、更には3〜6質量%、SiO粉末を1〜6質量%、特に2〜5質量%、更には3〜5質量%の割合で添加することが、焼結性を高め、緻密化を促進するために好ましい。 These components are 2 to 8% by mass of Mn 2 O 3 powder, particularly 3 to 8% by mass, more preferably 3 to 6% by mass, and 1 to 6% by mass of SiO 2 powder, especially 2% with respect to the alumina powder. It is preferable to add at a ratio of ˜5 mass%, further 3 to 5 mass% in order to enhance the sinterability and promote densification.

なお、所望により、第4の成分として、Mg、Ca、Sr、Baのうち少なくとも1種を酸化物換算で3質量%以下、第5の成分として、W、Mo等の遷移金属の金属粉末や酸化物粉末を着色成分として金属換算で2質量%以下の割合で添加しても良い。   If desired, as a fourth component, at least one of Mg, Ca, Sr, and Ba is 3% by mass or less in terms of oxide, and as a fifth component, a metal powder of a transition metal such as W or Mo, You may add oxide powder as a coloring component in the ratio of 2 mass% or less in metal conversion.

さらに、強度、破壊靱性を向上させる周知の手法であるZr、Hfなどを適宜添加しても良い。   Furthermore, Zr, Hf, and the like, which are well-known methods for improving strength and fracture toughness, may be added as appropriate.

上記の混合粉末に対して適宜有機バインダを添加した後、これをプレス法、ドクターブレード法、圧延法、射出法等の周知の成形方法によって、絶縁基板1を形成するためのグリーンシートを作製する。例えば、上記混合粉末に有機バインダや溶媒を添加してスラリーを調製した後、ドクターブレード法によってグリーンシートを形成する。或いはまた、混合粉末に有機バインダを加え、プレス成形、圧延成形等により所定の厚みのグリーンシートを作製できる。   After appropriately adding an organic binder to the above mixed powder, a green sheet for forming the insulating substrate 1 is produced by using a known molding method such as a press method, a doctor blade method, a rolling method, an injection method or the like. . For example, an organic binder or solvent is added to the mixed powder to prepare a slurry, and then a green sheet is formed by a doctor blade method. Alternatively, an organic binder is added to the mixed powder, and a green sheet having a predetermined thickness can be produced by press molding, rolling molding, or the like.

各絶縁基板は形状が小さいため、複数の絶縁基板を一つの連結基板に形成し、それを分離して用いることが生産性を高める上で好ましい。これに対応するように、グリーンシートに対して、配線導体ペーストをスクリーン印刷、グラビア印刷などの方法により各グリーンシート上に、配線導体2の形成のために配線パターン状に、或いは金属接合層3aの形成のためにリング状に印刷塗布する。   Since each insulating substrate has a small shape, it is preferable to form a plurality of insulating substrates on one connecting substrate and use them separately to increase productivity. Corresponding to this, a wiring conductor paste is formed on each green sheet by a method such as screen printing or gravure printing on the green sheet, in the form of a wiring pattern for forming the wiring conductor 2, or the metal bonding layer 3a. Is printed in a ring shape to form

また、所望により、あらかじめグリーンシートに対して、マイクロドリル、レーザー等により直径50〜250μmのビアホールを形成しておき、上記の配線導体ペーストをビアホール内に充填する。   If desired, via holes having a diameter of 50 to 250 μm are formed in advance on the green sheet with a micro drill, laser, or the like, and the above-described wiring conductor paste is filled into the via holes.

配線導体ペーストは、配線導体成分としてW及び/又はMoを用い、これにアルミナ粉末を10質量%以下、特に8質量%以下の割合で添加したものが良い。これは、配線導体2の導通抵抗を低く維持したままアルミナ焼結体と配線導体2の密着性を高め、メッキ欠けなどの不良の発生を容易に防止することができる。なお、密着性向上のため、アルミナ粉末の代わりに、絶縁基板を形成する酸化物セラミックス成分と同一の組成物粉末を加えても良く、さらにNi等の酸化物を0.05〜2体積%の割合で添加することも可能である。   The wiring conductor paste preferably uses W and / or Mo as a wiring conductor component and is added with alumina powder at a ratio of 10% by mass or less, particularly 8% by mass or less. This enhances the adhesion between the alumina sintered body and the wiring conductor 2 while keeping the conduction resistance of the wiring conductor 2 low, and can easily prevent the occurrence of defects such as lack of plating. In order to improve adhesion, the same composition powder as the oxide ceramic component forming the insulating substrate may be added instead of the alumina powder, and 0.05 to 2% by volume of an oxide such as Ni may be added. It is also possible to add in proportions.

その後、配線導体ペーストを印刷塗布したグリーンシートを位置合わせして積層圧着後、積層体を凸形状のカーボン治具上に設置し、加圧を行う。その後、絶縁基板を分離するための切欠き溝を複数形成する。切欠き溝の形成方法としては、カッター刃、金型、レーザー加工等の方法を用いることができ、これらの中でも特に金型、レーザー加工が低コストで量産出来る点で好ましい。   Thereafter, the green sheet on which the wiring conductor paste is printed is aligned and laminated and pressed, and then the laminate is placed on a convex carbon jig and pressed. Thereafter, a plurality of notch grooves for separating the insulating substrate are formed. As a method for forming the notch groove, methods such as a cutter blade, a mold, and laser processing can be used, and among these methods, the mold and laser processing are particularly preferable because they can be mass-produced at low cost.

この切欠き溝を形成した積層体を、少なくとも1000℃から焼成最高温度まで150℃/h以上の昇温速度で加熱し、1250〜1400℃の非酸化性雰囲気中で焼成し、1000℃までの冷却速度を250℃/h以下とする条件で焼成することが重要である。   The laminated body in which the notched grooves are formed is heated from at least 1000 ° C. to the firing maximum temperature at a heating rate of 150 ° C./h or more, fired in a non-oxidizing atmosphere of 1250 to 1400 ° C., and up to 1000 ° C. It is important to calcinate at a cooling rate of 250 ° C./h or less.

昇温速度が、1000℃から焼成最高温度までの間において、150℃/hより小さい場合、昇温時の低温液相領域での液相生成が不均一になり、アルミナの粒成長に偏りが生じるため曲げ強度が低下することがある。特に、強度をより高めるため、昇温速度を180℃/h以上、更には200℃/hとすることが好ましい。   When the rate of temperature increase is less than 150 ° C./h between 1000 ° C. and the maximum firing temperature, the liquid phase generation in the low temperature liquid phase region at the time of temperature increase becomes uneven and the grain growth of alumina is biased As a result, the bending strength may decrease. In particular, in order to further increase the strength, it is preferable that the rate of temperature rise is 180 ° C./h or more, and further 200 ° C./h.

また、焼成温度は、充分に緻密化を促進し、500MPa以上の曲げ強度を容易に達成し、且つW及び/又はMo自体の焼結が進むことによるアルミナとの接着強度の低下及びアルミナの粒成長を抑制し、機械的及び電気的信頼性を改善する点で1250〜1400℃で焼成することが好ましい。   In addition, the firing temperature sufficiently promotes densification, easily achieves a bending strength of 500 MPa or more, and decreases the adhesive strength with alumina due to the progress of sintering of W and / or Mo itself, and the grains of alumina. Baking is preferably performed at 1250 to 1400 ° C. in terms of suppressing growth and improving mechanical and electrical reliability.

焼成終了直後の保持温度から1000℃までの冷却速度は、250℃/h以下であることが好ましい。MnAlを容易に結晶化させ、曲げ強度を改善することが容易に可能となる。また、冷却速度は、強度を高める点で、特に200℃/h以下が好ましい。 The cooling rate from the holding temperature immediately after the end of firing to 1000 ° C. is preferably 250 ° C./h or less. It becomes possible to easily crystallize MnAl 2 O 4 and improve the bending strength. The cooling rate is particularly preferably 200 ° C./h or less from the viewpoint of increasing the strength.

また、焼成雰囲気は、金属が酸化されないように、非酸化性雰囲気であることが望ましい。具体的には、窒素、又は窒素と水素との混合ガスを用いることが望ましい。有機バインダの脱脂をする上では、水素及び窒素を含み、露点+30℃以下、特に25℃以下の非酸化性雰囲気であることが望ましい。なお、雰囲気中には、所望により、アルゴン等の不活性ガスを混入してもよい。   The firing atmosphere is preferably a non-oxidizing atmosphere so that the metal is not oxidized. Specifically, it is desirable to use nitrogen or a mixed gas of nitrogen and hydrogen. In degreasing the organic binder, a non-oxidizing atmosphere containing hydrogen and nitrogen and having a dew point of + 30 ° C. or lower, particularly 25 ° C. or lower is desirable. Note that an inert gas such as argon may be mixed in the atmosphere as desired.

配線導体2には、表面保護及び半田接合のためにNi、Co、Cr、AuおよびCuのうち少なくとも1種から成るメッキ層を形成しても良い。   The wiring conductor 2 may be formed with a plating layer made of at least one of Ni, Co, Cr, Au and Cu for surface protection and solder bonding.

以上のような製法により、金属接合層3aとの同時焼成が可能で、且つ基板底部が蓋体側に凸となり、さらには強度が500MPa以上の小型セラミックパッケージとして好適に用いることができる絶縁基板1を製造することができる。   By the above manufacturing method, the insulating substrate 1 that can be fired simultaneously with the metal bonding layer 3a, has a bottom of the substrate convex toward the lid, and can be suitably used as a small ceramic package having a strength of 500 MPa or more. Can be manufactured.

さらに、得られた絶縁基板1の内部に電子素子4及び/又は半導体素子6を実装し、配線導体2との電気的に接続し、且つリング状の金属接合層3aの表面にメッキ層8を被覆し、蓋体10を共晶Ag−Cuロウ材9等によってシーム溶接等により接合する。このようにしても、基板底部が蓋体側に凸になった状態で、電子素子4が気密に封止された半配線導体装置を得ることができる。   Further, the electronic element 4 and / or the semiconductor element 6 are mounted inside the obtained insulating substrate 1, electrically connected to the wiring conductor 2, and the plated layer 8 is provided on the surface of the ring-shaped metal bonding layer 3a. The lid 10 is joined by seam welding or the like with the eutectic Ag-Cu brazing material 9 or the like. Even in this case, it is possible to obtain a semi-wiring conductor device in which the electronic element 4 is hermetically sealed with the bottom of the substrate projecting toward the lid.

メッキ層8は、ロウ材の拡散を防止し、良好な密着性を得るために、Ni、Co、Cr、AuおよびCuのうち少なくとも1種からなることが好ましい。   The plating layer 8 is preferably made of at least one of Ni, Co, Cr, Au, and Cu in order to prevent diffusion of the brazing material and obtain good adhesion.

純度99%以上、平均粒子径0.7μmのMn粉末を3.5質量%、純度99%以上、平均粒子径1.0μmのSiO粉末を3.5質量%、純度99.9%以上、平均粒子径1.2μmのMo粉末を0.5質量%、純度99%以上、平均粒子径1.0μmのCo粉末を0.05質量%、そして純度99%以上、平均粒子径1.5μmのアルミナ粉末が残部となるように準備した。 Mn 2 O 3 powder having a purity of 99% or more and an average particle size of 0.7 μm is 3.5% by mass, SiO 2 powder having a purity of 99% or more and an average particle size of 1.0 μm is 3.5% by mass, and purity is 99.9. % Of Mo powder with an average particle diameter of 1.2 μm is 0.5 mass%, purity is 99% or more, Co 3 O 4 powder with an average particle diameter of 1.0 μm is 0.05 mass%, and purity is 99% or more, average The alumina powder having a particle diameter of 1.5 μm was prepared so as to be the remainder.

これらの原料粉末を混合した後、成形用有機樹脂(バインダ)としてアクリル系バインダと、トルエンを溶媒として混合してスラリーを調製し、しかる後に、ドクターブレード法にて厚さ150μmのグリーンシートを作製した。   After mixing these raw material powders, an acrylic binder as a molding organic resin (binder) and toluene are mixed as a solvent to prepare a slurry, and then a green sheet having a thickness of 150 μm is prepared by a doctor blade method. did.

得られたグリーンシートを所定厚みに積層し、露点+25℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、引き続き、表2に示した昇温速度で1000℃から焼成最高温度まで昇温し、焼成最高温度にて露点+25℃の窒素水素混合雰囲気にて1時間焼成した後、1000℃までを表2に示した速度で冷却した。   After laminating the obtained green sheets to a predetermined thickness and degreasing in a nitrogen-hydrogen mixed atmosphere with a dew point of + 25 ° C., the temperature was subsequently raised from 1000 ° C. to the maximum firing temperature at the rate of temperature rise shown in Table 2. After firing for 1 hour in a nitrogen-hydrogen mixed atmosphere at a dew point of + 25 ° C. at the highest firing temperature, the temperature was lowered to 1000 ° C. at the rate shown in Table 2.

得られた焼結体の強度は厚み3mm、幅4mm、長さ40mmの梁状試料を作成し、JISR1601に基づいて室温にて測定した。ヤング率はJIS R1602に基づいて室温のヤング率を測定し、熱伝導率はレーザーフラッシュ法により室温で測定した。   The strength of the obtained sintered body was measured at room temperature based on JIS R1601 by preparing a beam-like sample having a thickness of 3 mm, a width of 4 mm, and a length of 40 mm. The Young's modulus was measured at room temperature based on JIS R1602, and the thermal conductivity was measured at room temperature by the laser flash method.

その結果、強度は550MPa、ヤング率は315GPa、熱伝導率は18W/mKであった。   As a result, the strength was 550 MPa, the Young's modulus was 315 GPa, and the thermal conductivity was 18 W / mK.

一方、平均粒子径1.2μmのW粉末、平均粒子径1.2μmのMo粉末、平均粒子径1.5μmのアルミナ粉末に対して、Cu、Au及びAg(低抵抗金属)を添加して表1に示す組成に調製した後、アクリル系バインダとアセトンを溶媒として混合し、配線導体ペーストを調製した。   On the other hand, Cu, Au, and Ag (low resistance metal) are added to W powder having an average particle diameter of 1.2 μm, Mo powder having an average particle diameter of 1.2 μm, and alumina powder having an average particle diameter of 1.5 μm. After preparing to the composition shown in 1, an acrylic binder and acetone were mixed as a solvent to prepare a wiring conductor paste.

そして、上記と同様にして作製したグリーンシートに対して、打抜き加工を施し、直径が100μmのビアホールを形成し、このビアホール内に、上記の配線導体ペーストをスクリーン印刷法によって、充填するとともに、配線パターン状(配線導体)及びリング状(金属接合層)に印刷塗布した。なお、リング状メタライズを形成したグリーンシートは、電子素子収納する部位を打抜き加工によって除去した。   Then, the green sheet produced in the same manner as described above is punched to form a via hole having a diameter of 100 μm, and the wiring conductor paste is filled in the via hole by a screen printing method. Printing was applied in a pattern (wiring conductor) and a ring (metal bonding layer). In addition, the green sheet in which the ring-shaped metallization was formed was removed by punching a site for storing the electronic element.

このようにして作製したグリーンシートを位置合わせして積層圧着して積層体を作製した。その後、高さ5μmの凸形状のカーボン治具上にて表1に示した圧力にて加圧し、この積層体に4mm幅の切欠き溝を形成し、成形体を露点+25℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、露点+25℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、引き続き、200℃/hの昇温速度で1000℃から焼成最高温度まで昇温し、焼成最高温度1400℃にて露点+25℃の窒素水素混合雰囲気にて1時間焼成した後、1000℃までを100℃/hの速度で冷却した。   The green sheets thus produced were aligned and laminated and pressed to produce a laminate. After that, pressurization is performed on a convex carbon jig having a height of 5 μm with the pressure shown in Table 1, and a 4 mm wide notch groove is formed in the laminate, and the compact is mixed with nitrogen and hydrogen at a dew point of + 25 ° C. After degreasing in an atmosphere, degreasing in a nitrogen-hydrogen mixed atmosphere with a dew point of + 25 ° C, and subsequently raising the temperature from 1000 ° C to the maximum firing temperature at a temperature increase rate of 200 ° C / h, the maximum firing temperature After baking for 1 hour at 1400 ° C. in a nitrogen-hydrogen mixed atmosphere with a dew point of 25 ° C., the temperature was lowered to 1000 ° C. at a rate of 100 ° C./h.

得られた焼結体の基板底部反り量はマイクロメーターで測定した。   The amount of warping of the substrate bottom of the obtained sintered body was measured with a micrometer.

次に、配線導体及びリング状に形成した金属接合層の表面に電解Niメッキを施し、さらにその表面に0.2μmのAuメッキを施した。このようにメッキ層8を形成した配線導体及びリング状の金属接合層に対して、配線導体には球状Auバンプを用いて電子素子を接合し、リング状の金属接合層には共晶Ag−Cuロウ材を用いてFe−Co−Ni合金からなる厚み0.1mmの蓋体をシーム溶接によって接合し、気密に封止した。   Next, electrolytic Ni plating was applied to the surface of the wiring conductor and the metal bonding layer formed in a ring shape, and 0.2 μm Au plating was further applied to the surface. For the wiring conductor and the ring-shaped metal bonding layer thus formed with the plating layer 8, electronic elements are bonded to the wiring conductor using spherical Au bumps, and the eutectic Ag− is used for the ring-shaped metal bonding layer. Using a Cu brazing material, a lid body made of Fe—Co—Ni alloy having a thickness of 0.1 mm was joined by seam welding and hermetically sealed.

得られた試料は、配線導通確認を裏面端子間で行い、導通しているものには○、導通していないものには×として評価した。   The obtained samples were checked for wiring continuity between the terminals on the back side, and evaluated as ◯ for those that were conductive and × as those that were not conductive.

さらに、導通している試料については、湿度100%において、−65℃にて5分、150℃にて5分保持を1サイクルとして100サイクルまでの熱サイクル試験を行った後、気密封止性をHeリーク法によって封止状態を評価する封止テストを実施した。   Furthermore, with respect to the conducting sample, at a humidity of 100%, after conducting a heat cycle test up to 100 cycles with 5 minutes holding at -65 ° C. and 5 minutes holding at 150 ° C. as a cycle, hermetic sealing performance The sealing test which evaluates a sealing state by He leak method was implemented.

なお、Heリーク法は、0.41MPaのHe加圧雰囲気中に2時間保持した後に取り出し、真空雰囲気中において検出されるHeガス量を測定し、1×10−10MPa・cm/sec以下を○を5×10−9MPa・cm/secを超えるものを×として評価した。 In the He leak method, the gas is taken out after being held in a 0.41 MPa He pressurized atmosphere for 2 hours, the amount of He gas detected in a vacuum atmosphere is measured, and 1 × 10 −10 MPa · cm 3 / sec or less. Was evaluated as x when a value exceeding ○ × 5 −10 −9 MPa · cm 3 / sec was evaluated.

その後、X線回折により、基板底部の残留応力を測定した。なお、残留応力は、X線回折によって測定された回折ピーク(2θ)152°から並傾法によって算出した。結果を表1に示した。

Figure 2005101467
本発明の試料No.3〜14は、基板底部が蓋体側に凸である形状を呈しており、蓋体の接合する前の基板底部の反り量Xが0<X≦15μm、蓋体を接合した後の基板底部の反り量Yが0<Y≦10μm、蓋体を接合後の残留応力が250MPa以下で、導通テスト及び封止テストでも異常は観察されなかった。 Thereafter, the residual stress at the bottom of the substrate was measured by X-ray diffraction. The residual stress was calculated by the parallel tilt method from a diffraction peak (2θ) of 152 ° measured by X-ray diffraction. The results are shown in Table 1.
Figure 2005101467
Sample No. of the present invention. Nos. 3 to 14 have a shape in which the bottom of the substrate is convex toward the lid, the warp amount X of the substrate bottom before the lid is joined is 0 <X ≦ 15 μm, and the bottom of the substrate after the lid is joined The warpage amount Y was 0 <Y ≦ 10 μm, the residual stress after joining the lid was 250 MPa or less, and no abnormality was observed in the continuity test and the sealing test.

一方、基板底部が蓋体側に凹である形状を呈した本発明の範囲外の試料No.1、2は、残留応力が250MPaを越え、封止テストにて大きなリークが発生しており、クラック発生が原因であると結論した。   On the other hand, the sample No. 5 outside the scope of the present invention having a shape in which the bottom of the substrate is concave on the lid side. Nos. 1 and 2 concluded that the residual stress exceeded 250 MPa, a large leak occurred in the sealing test, and this was caused by cracks.

本発明のセラミックパッケージの構造を示すもので、(a)は概略断面図、(b)は概略裏面端子配置図である。The structure of the ceramic package of this invention is shown, (a) is a schematic sectional drawing, (b) is a schematic back terminal layout. 本発明のセラミックパッケージに蓋体を接合し、内部に電気素子を搭載した状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the state which joined the lid to the ceramic package of this invention, and mounted the electrical element inside. 従来のセラミックパッケージの構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the conventional ceramic package.

符号の説明Explanation of symbols

1、101・・・絶縁基板
1a、101a・・・基板底部
1b、101b・・・基板堤部
2、102・・・配線導体
2a、102a・・・表面配線導体
2b、102b・・・内部配線導体
2c、102c・・・端子電極
3a、103a・・・金属接合層
3b、103b・・・メッキ層
104・・・電子素子
104a・・・電気部品
104b・・・半導体素子
105a、105b・・・導電性接着剤
106・・・ロウ材
108・・・キャビティ
109・・・蓋体
T・・・絶縁基板の高さ
D・・・基板底部の厚み
d・・・基板堤部の幅
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 ... Insulating substrate 1a, 101a ... Substrate bottom part 1b, 101b ... Substrate bank part 2, 102 ... Wiring conductor 2a, 102a ... Surface wiring conductor 2b, 102b ... Internal wiring Conductor 2c, 102c ... Terminal electrode 3a, 103a ... Metal bonding layer 3b, 103b ... Plating layer 104 ... Electronic element 104a ... Electrical component 104b ... Semiconductor element 105a, 105b ... Conductive adhesive 106 ... brazing material 108 ... cavity 109 ... lid T ... insulating substrate height D ... substrate bottom thickness d ... substrate ridge width

Claims (5)

電気素子を表面実装するための基板底部及び該基板底部の外周に一体的に設けられた基板堤部からなる絶縁基板と、該絶縁基板の内部及び/又は表面に設けられた導体層と、前記基板堤部の少なくとも一部に、蓋体を接合するために設けられた金属接合層とを具備し、前記基板底部が前記蓋体側に凸となるように反っていることを特徴とするセラミックパッケージ。 An insulating substrate comprising a substrate bottom portion for surface-mounting an electric element and a substrate bank portion integrally provided on the outer periphery of the substrate bottom; a conductor layer provided in and / or on the surface of the insulating substrate; A ceramic package comprising a metal bonding layer provided for bonding a lid to at least a part of a substrate bank portion, wherein the substrate bottom is warped so as to protrude toward the lid . 前記基板堤部の最小高さが0.5mm以下、前記堤部の幅が0.1〜0.3mm、前記基板底部の厚みが0.1〜0.3mmであることを特徴とする請求項1記載のセラミックパッケージ。 The minimum height of the substrate bank portion is 0.5 mm or less, the width of the bank portion is 0.1 to 0.3 mm, and the thickness of the substrate bottom portion is 0.1 to 0.3 mm. The ceramic package according to 1. 前記基板底部の反り量Xが0<X≦15μmであることを特徴とする請求項1又は2記載のセラミックパッケージ。 3. The ceramic package according to claim 1, wherein a warp amount X of the bottom of the substrate satisfies 0 <X ≦ 15 μm. 前記金属接合層に前記蓋体を接合した後の前記基板底部の反り量Yが0<Y≦10μmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のセラミックパッケージ。 The ceramic package according to any one of claims 1 to 3, wherein a warp amount Y of the bottom of the substrate after bonding the lid to the metal bonding layer is 0 <Y ≦ 10 μm. 前記蓋体を接合した後の基板底部の最大残留応力が250MPa以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のセラミックパッケージ。

The ceramic package according to any one of claims 1 to 4, wherein the maximum residual stress at the bottom of the substrate after joining the lid is 250 MPa or less.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009054743A (en) * 2007-08-27 2009-03-12 Ngk Spark Plug Co Ltd Ceramic package
JP2015149788A (en) * 2010-06-11 2015-08-20 株式会社大真空 oscillator
WO2024018792A1 (en) * 2022-07-20 2024-01-25 株式会社村田製作所 Electronic component

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