JP2005183724A - 電子部品収納用パッケージおよび電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子装置の気密封止の信頼性を十分に確保することができ、内部に収容する電子部品を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることを可能とした気密信頼性の高い電子部品収納用パッケージおよび電子装置を提供すること。
【解決手段】 本発明の電子部品収納用パッケージは、上面中央に電子部品７を収容し搭載するための凹部４を有する絶縁基体１と、絶縁基体１の上面の凹部４の周囲に形成された封止用メタライズ層２と、封止用メタライズ層２にろう材を介して接合された金属枠体８とを具備しており、絶縁基体１は、その側面の上端から中央部にかけて溝状の切り欠き５が複数形成されているとともに、切り欠き５に導体６が充填されており、導体６は、その上端が封止用メタライズ層２および金属枠体８に接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内部に半導体素子や圧電振動子等の電子部品を収容するための電子部品収納用パッケージ、およびこの電子部品収納用パッケージを用いた電子装置に関するものである。

従来、半導体素子や圧電振動子等の電子部品を収容するための電子部品収納用パッケージは、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミック材料から成り、上面中央部に電子部品を収容するための凹部を有する絶縁基体と、絶縁基体の上面の凹部の周囲に形成された四角枠状等の封止用メタライズ層と、封止用メタライズ層に銀ろう等のろう材を介して接合された鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る四角枠状等の金属枠体とから構成されている。

また、通常、凹部内から絶縁基体の下面や側面等の外表面にかけて複数のメタライズ配線導体が導出されている。

そして、この従来の電子部品収納用パッケージによれば、絶縁基体の凹部の底面に電子部品を搭載するとともにこの電子部品の電極を凹部内のメタライズ配線導体に例えばワイヤボンディング等の電気的接続手段を介して電気的に接続し、しかる後、金属枠体の上面に蓋体をシームウエルド法により溶接することによって絶縁基体と金属枠体と蓋体とから成る容器の内部に電子部品が気密に封止され、それにより製品としての電子装置となる。

封止用メタライズ層と金属枠体とのろう付けは、封止用メタライズ層上に金属枠体を、銀ろう等のろう材のプリフォームを介して位置決めセットし、ろう付け用の炉中で加熱し、ろう材をろう付け用メタライズ層と金属枠体との間に濡れ広がらせるとともにろう材の一定量が金属枠体の側面にフィレットを形成するように這い上がらせることにより行なわれる。

このように、封止用メタライズ層と金属枠体との接合面の外側にろう材のフィレットが形成されていると、金属枠体の上面に蓋体をシームウエルド法等で溶接する際、金属枠体や蓋体の膨張，収縮にともなって生じる応力はフィレットにより吸収され分散されるので、応力により封止用メタライズ層が絶縁基体から剥がれるという不具合を効果的に防止でき、気密封止の信頼性を確保することができる。
特開平１１−１２６８３７号公報

しかしながら、このような電子部品収納用パッケージにおいては、電子装置の小型化の要求に伴い、その大きさが数ｍｍ角程度の四角形状等の極めて小さなものとなってきており、小さな電子部品収納用パッケージの外形寸法と比較して、収納する電子部品の寸法を大きくできるように、その封止用メタライズ層の幅も、例えば0.2〜0.5ｍｍ程度と極めて狭く形成されるようになってきている。また、これに応じて、金属枠体も、例えば幅が0.15〜0.45ｍｍ程度と狭くなり、封止用メタライズ層の外縁と金属枠体の外縁との間の距離も0.05ｍｍ〜0.35ｍｍ程度と非常に狭くなってきている。

そして、封止用メタライズ層と絶縁基体との接合面の幅が極めて狭く、封止用メタライズ層の絶縁基体に対する接合の強度が低いこと、その狭い接合面の外側にろう材のフィレットが十分に形成され難いこと等から、金属枠体上に蓋体をシームウエルド法により溶接すると、溶接後の冷却過程で金属枠体および蓋体が大きく収縮することによって発生する応力が封止用メタライズ層に大きく加わり、この応力によって絶縁基体から封止用メタライズ層が剥離し、この電子部品収納用パッケージを使用した電子装置の気密信頼性が著しく低下するという問題点を有していた。

本発明は、かかる問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、蓋体を金属枠体にシームウエルド法等により溶接した後の冷却過程で、金属枠体および蓋体が大きく収縮することによって封止用メタライズ層に大きな応力が加わったとしても、絶縁基体から封止用メタライズ層が剥離することがなく、得られる電子装置の気密封止の信頼性を十分に確保することができ、内部に収容する電子部品を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることを可能とした気密信頼性の高い電子部品収納用パッケージおよび電子装置を提供することにある。

本発明の電子部品収納用パッケージは、上面中央に電子部品を収容し搭載するための凹部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の上面の前記凹部の周囲に形成された封止用メタライズ層と、該封止用メタライズ層にろう材を介して接合された金属枠体とを具備しており、前記絶縁基体は、その側面の上端から中央部にかけて溝状の切り欠きが複数形成されているとともに該切り欠きに導体が充填されており、該導体は、その上端が前記封止用メタライズ層および前記金属枠体に接続されていることを特徴とするものである。

また、本発明の電子部品収納用パッケージは、好ましくは、前記導体は、その上端が前記封止用メタライズ層の表面から突出していることを特徴とするものである。

また、本発明の電子部品収納用パッケージは、好ましくは、前記複数の切り欠きは、前記基体の一つの側面において一定の間隔で形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の電子部品首脳用パッケージは、好ましくは、前記切り欠きは、上端部から下端部にかけて幅が広くなるようにして形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の電子部品首脳用パッケージは、好ましくは、前記切り欠きは、上端部から下端部にかけて前記基体の内側に入り込む深さが深くなるようにして形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の電子装置は、上記いずれかの構成の電子部品収納用パッケージと、前記凹部内に収容され搭載された電子部品と、前記金属枠体の上面に取着されるとともに前記凹部を封止する蓋体とを具備していることを特徴とするものである。

本発明の電子部品収納用パッケージによれば、絶縁基体は、その側面の上端から中央部にかけて溝状の切り欠きが複数形成されているとともに切り欠きに導体が充填されており、導体は、その上端が前記封止用メタライズ層および前記金属枠体に接続されていることから、金属枠体と封止用メタライズ層とを接合するろう材が、金属枠体と封止用メタライズ層との接合面から、溝状の切り欠きに充填された導体の露出表面にかけてフィレット状に広範囲に接合されることとなる。

また、封止用メタライズ層および金属枠体に切り欠き内の導体の上端が直接接合していることから、金属枠体を介して封止用メタライズ層に伝わる応力は、切り欠き内の導体を介して分散させることができる。

これにより、金属枠体にシームウエルド法により蓋体を接合する際、金属枠体および蓋体が収縮することにより発生する応力が、封止用メタライズ層に加わったとしても、その応力はろう材のフィレットおよび切り欠きに充填された導体を介して良好に分散され、封止用メタライズ層と絶縁基体との接合面に集中することはなく、その結果、封止用メタライズ層が絶縁基体から剥離することを有効に防止でき、気密封止の信頼性に優れた電子部品収納用パッケージを提供することができる。

また本発明の電子部品収納用パッケージによれば、好ましくは、導体は、その上端が封止用メタライズ層の表面から突出していることから、金属枠体と封止用メタライズ層との間にろう材の溜まりが形成されることとなり、このろう材により、金属枠体および蓋体が収縮することにより発生する応力をより効果的に分散させることができ、より一層気密封止の信頼性を優れたものとすることができる。

また本発明の電子部品収納用パッケージによれば、好ましくは、複数の切り欠きは、基体の一つの側面において一定の間隔で形成されていることから、この一つの側面の全長にわたって均一に封止用メタライズ層と絶縁基体との接合を補強することができるとともに均一に応力を分散することができ、封止用メタライズ層の剥離防止や応力緩和をより一層確実に向上させることができる。

また本発明の電子部品収納用パッケージによれば、好ましくは、切り欠きは、上端部から下端部にかけて幅が広くなるようにして形成されていることから、ろう材を介して切り欠きに充填された導体に作用する応力が大きくなる切り欠きの下端部分で導体とろう材との接合面積および導体と絶縁基体との接合面積を大きくとることができるため、接合強度をより大きくするとともに、より確実に応力を分散させることができ、より一層気密封止の信頼性を優れたものとすることができる。

また本発明の電子部品収納用パッケージによれば、好ましくは、切り欠きは、上端部から下端部にかけて前記基体の内側に入り込む深さが深くなるようにして形成されていることから、導体が充填された溝状の切り欠きは、絶縁基体との間でアンカー効果により、さらに強固に封止用メタライズ層を絶縁基体に固定することができる。

よって、絶縁基体と金属枠体と蓋体とから成る容器の内部に電子部品を封止した場合において、内部に収容する電子部品をより一層確実に、長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることが可能な電子部品収納用パッケージを提供することができる。

また、本発明の電子装置は、上記構成の電子部品収納用パッケージと、凹部内に収容され搭載された電子部品と、金属枠体の上面に取着されるとともに凹部を封止する蓋体とを具備していることから、凹部内に封止された電子部品の気密封止の信頼性に優れたものとなる。

次に、本発明の電子部品収納用パッケージおよび電子装置を添付の図面を基に説明する。

図１（ａ）は本発明の電子部品収納用パッケージに電子部品を収容し搭載した電子装置の実施の形態の一例を示した上面図であり、図１（ｂ）はその側面図である。これらの図において、１は絶縁基体、２は封止用メタライズ層、３はメタライズ配線導体、４は電子部品７を収容するための凹部、５は絶縁基体１に形成された切り欠き、６は切り欠き５に充填された導体、８は金属枠体である。

これらの絶縁基体１、封止用メタライズ層２、凹部４および金属枠体８により主に本発明の電子部品収納用パッケージが形成され、電子部品７を電子部品収納用パッケージに収容し、蓋体９で気密封止することにより電子装置が形成される。

絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミック材料から成るセラミック層を複数積層して成り、例えば一辺の長さが２〜20ｍｍ程度で厚みが0.5〜３ｍｍ程度の四角形状である。図１（ｂ）の例では、絶縁基体１は３層のセラミック層を積層することにより形成されているが、絶縁基体１は２層、または４層以上のセラミック層を積層することにより形成されていてもよい。

絶縁基体１の上面中央部に電子部品７を収容し搭載するための四角形状等の凹部４が設けてあり、この凹部４内から絶縁基体１の側面や下面等の外表面にかけて、タングステンやモリブデン，銅，銀等の金属粉末メタライズから成る複数のメタライズ配線導体３が被着形成されている。図１（ｂ）では、メタライズ配線導体３が凹部４の底面から絶縁基体１の角部の外側面に導出された例を示している。

このメタライズ配線導体３は、凹部４に搭載される電子部品７の各電極を外部の電気回路に電気的に接続するための導電路として機能する。

例えば、凹部４内に電子部品７を収容し搭載するとともに、電子部品７の各電極を、凹部４の底面に露出させたメタライズ配線導体３に例えばワイヤボンディング等の電気的接続手段を介して電気的に接続することにより、電子部品７の電極はメタライズ配線導体３を介して絶縁基体１の外表面に導出され、この導出した部位を図示しない外部電気回路基板に半田等を介して電気的に接続することにより、電子部品７の電極が外部の電気回路と電気的に接続される。

また、絶縁基体１の上面には、凹部４を取り囲むようにして、タングステンやモリブデン，銅，銀等の金属粉末メタライズから成る四角枠状等の封止用メタライズ層２が形成されている。

封止用メタライズ層２は、絶縁基体１に金属枠体８を接合するための下地金属として機能する。なお、この封止用メタライズ層２は、例えば、電子部品収納用パッケージの小型化に対応するように、厚みが10〜30μｍ程度、各辺の幅が0.2〜0.5ｍｍ程度で形成される。また、絶縁基体１の外周から0.05〜0.2ｍｍ程度離間して被着形成される。

このような絶縁基体１、封止用メタライズ層２およびメタライズ配線導体３は、セラミック層が酸化アルミニウム質焼結体から成り、メタライズ配線導体３および封止用メタライズ層２がタングステンメタライズから成る場合であれば、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤等を添加混合して泥漿状となすとともに、これを例えばドクターブレード法等のシート成形法によりシート状となすことにより複数枚のセラミックグリーンシートを得て、次にそれらのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施して所定寸法の板状のセラミックグリーンシートと枠状のセラミックグリーンシートとを形成し、次に、タングステンの粉末に有機溶剤，バインダを添加，混練して作製した金属ペーストをセラミックグリーンシートにメタライズ配線導体３や封止用メタライズ層２の所定パターンに印刷塗布し、しかる後、それらのセラミックグリーンシートを、枠状のものが上層になり、板状のものが下層になるようにして上下に積層するとともにその積層体を焼成することにより製作される。

なお、メタライズ配線導体３の露出表面には、メタライズ配線導体３の酸化腐食を防止するとともにメタライズ配線導体３と電子部品７の各電極との接続および外部電気回路基板との接続を強固なものとするために、１〜10μｍ程度の厚みのニッケルめっき層と0.1〜3μｍ程度の厚みの金めっき層とを順次被着させておくことが好ましい。

封止用メタライズ層２の上面には、四角枠状等の金属枠体８が銀ろう等のろう材を介して接合されている。

金属枠体８は、例えば鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成り、蓋体９を絶縁基体１にシーム溶接等により強固に溶接し取着するための下地金属部材として機能する。この金属枠体８は、例えば、その内周が凹部４の開口と略同じ大きさであり、厚みが0.1〜0.5ｍｍ程度、各辺の幅が0.15〜0.45ｍｍ程度である。

そして、絶縁基体１の凹部４内に電子部品７を収容し搭載するとともに、電子部品７の電極をメタライズ配線導体３のうち凹部４内に露出した部位にボンディングワイヤ等を介して電気的に接続し、その後、金属枠体８の上面に蓋体９をシーム溶接等の方法で取着することにより、絶縁基体１と金属枠体８と蓋体９とから形成される容器の内部に電子部品７が気密封止され、電子装置として完成する。この電子装置について、メタライズ配線導体３のうち絶縁基体の外表面に導出された部位を外部電気回路基板に接続することにより、電子部品７が外部の電気回路と電気的に接続される。

本発明の電子部品収納用パッケージおよび電子装置においては、絶縁基体１は、その側面の上端から中央部にかけて溝状の切り欠き５が複数形成されているとともに、切り欠き５に導体６が充填されており、導体６は、その上端が封止用メタライズ層２および金属枠体８に接続されている。

このように、絶縁基体１の側面の上端から中央部にかけて溝状の切り欠き５を複数形成するとともに、切り欠き５に導体６を充填し、導体６の上端を封止用メタライズ層２および金属枠体８に接続させておくことにより、金属枠体８と封止用メタライズ層２とを接合するろう材が、金属枠体８と封止用メタライズ層２との接合面から、溝状の切り欠き５に充填された導体６の露出表面にかけてフィレット状に広範囲に接合されることとなる。

また、封止用メタライズ層２および金属枠体８に切り欠き５内の導体６の上端が直接接合していることから、金属枠体８を介して封止用メタライズ層２に伝わる応力は、切り欠き５内の導体６を介して分散させることができる。

これにより、金属枠体８にシームウエルド法により蓋体９を接合する際、金属枠体８および蓋体９が収縮することにより発生する応力が、封止用メタライズ層２に加わったとしても、その応力はろう材８のフィレットおよび切り欠き５に充填された導体６を介して良好に分散され、封止用メタライズ層２と絶縁基体１との接合面に集中することはなく、その結果、封止用メタライズ層２が絶縁基体１から剥離することを有効に防止でき、気密封止の信頼性に優れた電子部品収納用パッケージおよび電子装置を提供することができる。

切り欠き５は、円弧状や楕円弧状等の平面視で角部を有しない形状であることが好ましい。これにより応力が切り欠き５内に集中して絶縁基体１や導体６等に亀裂等が生じるのを有効に防止することができる。

切り欠き５は、例えば、絶縁基体１を、このような絶縁基体１となる領域がセラミック母基板に多数個縦横に配列形成された、いわゆる多数個取り基板の形態で製作するとともに、各絶縁基体となる領域の境界に沿って、境界に跨るようにして円形状や楕円形状等の穴を設けておき、この境界に沿ってセラミック母基板を分割することにより形成される。円形状や楕円形状の穴は、このとき、縦に１／２や１／４等に分割されて分割後の各絶縁基体の側面に円弧状や楕円弧状の切り欠き５となる。なお、上記の穴は、セラミックグリーンシートの段階で形成しておくと、形成が容易である。

導体６は、例えば、上記のような多数個取りの形態で切り欠き５を有する絶縁基体１を形成する際、穴の中に封止用メタライズ層２を形成するのと同様の金属ペーストを埋め込んでおくことにより形成される。

また本発明の電子部品収納用パッケージおよび電子装置においては、導体６は、その上端が封止用メタライズ層２の表面から突出していることが好ましい。これにより、金属枠体８と封止用メタライズ層２との間にろう材の溜まりが形成されることとなり、このろう材により、金属枠体８および蓋体９が収縮することにより発生する応力をより効果的に分散させることができ、より一層気密封止の信頼性を優れた電子部品収納用パッケージおよび電子装置を提供することができる。

ここで、金属枠体８を封止用メタライズ層２に接合するためのろう材の厚みは通常20〜40μｍであり、封止用メタライズ層２の表面から突出する導体６の高さは、ろう材の厚みよりも若干小さく15〜30μｍ程度とすることが望ましい。

また本発明の電子部品収納用パッケージおよび電子装置においては、複数の切り欠き５は、絶縁基体１の一つの側面において一定の間隔で形成されていることが好ましい。これにより、この一つの側面の全長にわたって均一に封止用メタライズ層２と絶縁基体１との接合を補強することができるとともに均一に応力を分散することができ、封止用メタライズ層２の剥離防止や応力緩和をより一層確実に向上させることができる。

この場合、例えば、絶縁基体１が一般的な平面視で四角形状のものであれば、各辺ごとに一定の間隔で切り欠き５および導体６を形成する。各辺における隣接間隔は、辺の長さや蓋体９の接合条件、蓋体９の形状等に応じて、相対向する辺において、対象となるように形成すれば隣り合う辺の間隔が異るように形成しても良い。

また本発明の電子部品収納用パッケージおよび電子装置においては、切り欠き５は、上端部から下端部にかけて幅が広くなるようにして形成されていることが好ましい。これにより、ろう材を介して、切り欠き５に充填された導体６に作用する応力が大きくなる切り欠き５の下端部分で導体６とろう材との接合面積および導体６と絶縁基体１との接合面積を大きくとることができるため、それぞれの接合強度をより大きくするとともに、より確実に応力を分散させることができ、より一層気密封止の信頼性に優れた電子部品収納用パッケージおよび電子装置を提供することができる。

なお、切り欠き５を上端部から下端部にかけて幅が広くなるようにして形成する場合、切り欠き５の軸方向に平行な断面において、切り欠き５の下端部の内周面を円弧状等に成形しておくのがよい。これにより、切り欠き５の内部に充填された導体６の下端部の角部の角度を大きくすることができ、切り欠き５の内部に充填された導体６の下端部の角部が鋭角になって応力が集中するのを有効に防止して絶縁基体１や導体６に亀裂等が生じるのを有効に防止できる。好ましくは、導体６の下端部において、導体６の下端と側面との間の角度が直角であるのがよい。

また本発明の電子部品収納用パッケージおよび電子装置においては、切り欠き５は、上端部から下端部にかけて基体１の内側に入り込む深さが深くなるようにして形成されていることが好ましい。これにより、導体６が充填された溝状の切り欠き５は、絶縁基体１との間でアンカー効果により、さらに強固に封止用メタライズ層２を絶縁基体に固定することができる。

よって、絶縁基体と金属枠体８と蓋体９とから成る容器の内部に電子部品７を封止した場合において、内部に収容する電子部品７をより一層確実に、長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることが可能な電子部品収納用パッケージおよび電子装置を提供することができる。

また、例えば、封止用メタライズ層２の幅が300μｍである場合、その複数の導体６が充填された溝状の切り欠き５の絶縁基体１の内側に入り込む深さを封止用メタライズ層２の幅の３分の１から２分の１程度、つまり100〜150μｍ程度とすることが望ましい。

なお、金属枠体８を接合する封止用メタライズ層２の表面には、封止用メタライズ層２とろう材との濡れ性を良好とするために、厚みが0.5〜５μｍ程度のニッケルめっき層が、ろう付けの前に予め被着されているのがよい。

かくして、以上のような本発明の電子部品収納用パッケージによれば、絶縁基体１の凹部４内に電子部品７を搭載するとともに電子部品７の電極とメタライズ配線導体３とをボンディングワイヤ等を介して電気的に接続した後、封止用の金属枠体８に蓋体９をシーム溶接により接合して絶縁基体１と金属枠体８と蓋体９とから成る容器の内部に電子部品７を気密に封止することにより、気密信頼性に優れた電子装置となる。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更を加えることは何ら差し支えない。

（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の電子部品搭載用基板の実施の形態の一例を示す平面図および側面図である。

符号の説明

１・・・・・絶縁基体
２・・・・・封止用メタライズ層
３・・・・・メタライズ配線導体
４・・・・・凹部
５・・・・・切り欠き
６・・・・・導体
７・・・・・電子部品
８・・・・・金属枠体

Claims (6)

1. 上面中央に電子部品を収容し搭載するための凹部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の上面の前記凹部の周囲に形成された封止用メタライズ層と、該封止用メタライズ層にろう材を介して接合された金属枠体とを具備しており、前記絶縁基体は、その側面の上端から中央部にかけて溝状の切り欠きが複数形成されているとともに該切り欠きに導体が充填されており、該導体は、その上端が前記封止用メタライズ層および前記金属枠体に接続されていることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
2. 前記導体は、その上端が前記封止用メタライズ層の表面から突出していることを特徴とする請求項１記載の電子部品収納用パッケージ。
3. 前記複数の切り欠きは、前記基体の一つの側面において一定の間隔で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子部品収納用パッケージ。
4. 前記切り欠きは、上端部から下端部にかけて幅が広くなるようにして形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電子部品収納用パッケージ。
5. 前記切り欠きは、上端部から下端部にかけて前記基体の内側に入り込む深さが深くなるようにして形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電子部品収納用パッケージ。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電子部品収納用パッケージと、前記凹部内に収容され搭載された電子部品と、前記金属枠体の上面に取着されるとともに前記凹部を封止する蓋体とを具備していることを特徴とする電子装置。

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