JP2005191140A - 電子部品収納用パッケージおよび電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子部品収納用パッケージ表面に蓋体を接合することで、気密性が高く、平坦な密閉空間を形成することができる電子部品収納用パッケージを提供すること。
【解決手段】 上面に電子部品４の搭載部１ａが形成された絶縁基体１と、絶縁基体１の上面に形成された配線導体５と、絶縁基体１の上面の外周部に搭載部１ａを取り囲むように形成された枠状のメタライズ層３とを具備しており、メタライズ層３は、その表面に絶縁基体１の上面の内周側に位置するほど高さが高くなっている複数の凸部３ａが形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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（以下、単にパッケージともいう）は、図４に断面図で示すように、セラミックスからなり、その上面中央部に電子部品１４を搭載するための搭載部１１ａ（図４では凹部の底面に形成されている）が形成された絶縁基体１１の上面に、搭載部１１ａを取り囲むように形成された枠状のメタライズ層１３を形成し、このメタライズ層１３の上面に封止用の金属枠体１３を銀ろう等のろう材１８を介してろう付けして成る。そして、搭載部１１ａ内に電子部品１４を搭載した後、金属枠体１７の上面に平板状の蓋体１２を接合することによって、内部に電子部品１４が気密に封止され、これにより製品としての電子装置となる。

なお、このようなパッケージにおいては、パッケージのメタライズ層１３の表面に凸部１３ａを形成し、メタライズ層１３上に金属枠体１７を銀ろう等のろう材１８を介してろう付けすることにより、メタライズ層１３と金属枠体１７との間にとの間の距離を大きくしてこの隙間にろう材１８の溜まりを形成することで、ろう付け強度を高いものにするという方法が採用されている（例えば下記の特許文献１参照）。

なお、このようなパッケージは、メタライズ層１３上にろう材溜まり用のパターンを印刷形成した後、ろう材溜まり用のパターンを覆うように高融点金属ペーストを印刷塗布することで、メタライズ層１３の表面に凸部１３ａを有するパッケージとして形成されている。
特許第2889519号公報

しかしながら、上記特許文献１に示されるようなパッケージは、ろう材１８の溜まりを大きくするために幅の狭く高さの高い凸部１３ａを形成する必要があるが、このような凸部１３ａは、熱応力により凸部１３ａが剥がれやすくなるとともに、接合時に蓋体１２に傾きが発生すると、絶縁基体１１と蓋体１２との接合強度にばらつきが発生したり、蓋体１２をパッケージ表面に平衡に接合することが難しくなるという問題点を有していた。

また、凸部１３ａを幅の広いものとして形成すると、蓋体１２とパッケージとの間のろう材１８の溜まりが少なくなり、絶縁基体１１と蓋体１２とを強固に接合することができなくなるという問題点を有していた。

従って、本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、電子部品収納用パッケージ表面に蓋体を接合することで、気密性が高く、平坦な密閉空間を形成することができる電子部品収納用パッケージ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、上面に電子部品の搭載部が形成された絶縁基体と、該絶縁基体の上面に形成された配線導体と、前記絶縁基体の上面の外周部に前記搭載部を取り囲むように形成された枠状のメタライズ層とを具備しており、該メタライズ層は、その表面に前記絶縁基体の上面の内周側に位置するほど高さが高くなっている複数の凸部が形成されていることを特徴とする。

本発明の電子装置は、本発明の電子部品収納用パッケージと、前記搭載部に搭載されるとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された電子部品と、前記メタライズ層に前記電子部品を覆うように接合された蓋体とを具備していることを特徴とする。

本発明の電子部品収納用パッケージによれば、上面に電子部品の搭載部が形成された絶縁基体と、絶縁基体の上面に形成された配線導体と、絶縁基体の上面の外周部に搭載部を取り囲むように形成された枠状のメタライズ層とを具備しており、メタライズ層は、その表面に絶縁基体の上面の内周側に位置するほど高さが高くなっている複数の凸部が形成されていることから、メタライズ層の外周側に形成されるろう材溜まりの量を大きくし、内側に引っ張るように加わる熱応力をこの大きなろう材溜まりで良好に吸収緩和することができる。また、内側に引っ張るように加わる応力を複数の凸部の側面で吸収するとともに分散させることにより、凸部が剥がれたりするのを有効に防止することができる。

また、複数の凸部が形成されていることで、ろう材との接合面積を大きくして、ろう材との接合強度を高くすることができ、蓋体を強固に取着することができるようになる。

また、複数の凸部を形成することで、蓋体の接合時への蓋体の傾きを抑制し、強度のばらつきや蓋体の傾きを小さくすることができる。

従って、半導体素子収納用パッケージ表面に、蓋体を強固かつ平坦に蓋体を接合することができ、半導体素子収納用パッケージと蓋体との間に、気密性が高く、平坦な密閉空間を形成することができる。

本発明の電子装置は、本発明の電子部品収納用パッケージと、搭載部に搭載されるとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された電子部品と、メタライズ層に電子部品を覆うように接合された蓋体とを具備していることから、電子部品収納用パッケージと蓋体とで気密性の高い密閉空間を形成することができ、気密性に優れ、長期間にわたって使用することができる電子部品装置とすることができる。

本発明の電子部品収納用パッケージの実施の形態を以下に詳細に説明する。図１は本発明のパッケージについて実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は図１におけるパッケージの要部拡大断面図である。これらの図において、１は絶縁基体、２は蓋体、３はメタライズ層、３ａは凸部である。

本発明のパッケージは、上面に電子部品４の搭載部１ａが形成された絶縁基体１と、絶縁基体１の上面に形成された配線導体５と、絶縁基体１の上面の外周部に搭載部１ａを取り囲むように形成された枠状のメタライズ層３とを具備しており、メタライズ層３は、その表面に絶縁基体１の上面の内周側に位置するほど高さが高くなっている複数の凸部３ａが形成されている。

本発明の絶縁基体１はセラミックスから成り、例えば酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），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質焼結体等のセラミックスから成る絶縁層を複数層積層してなる直方体状の箱状体であり、上面の中央部に発光素子３を収容するための凹部４が形成されている。絶縁基体１が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、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ー、溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、これらのセラミックグリーンシートの各々に適当な打ち抜き加工を施すとともにこれらを上下に積層し、高温（約1600℃）にて焼成することによって製作される。なお、図１においては、絶縁基体１の上面に電子部品４を収容するための凹部を形成し、凹部の底面に搭載部１ａを形成した例を示す。

また、絶縁基体１には、搭載部１ａから絶縁基体１の下面に導出する複数の配線導体５が被着形成されている。配線導体５は、搭載部１ａに搭載される電子部品４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し、その搭載部１ａに位置する部位は底面部位には電子部品４の各電極が半田や導電性樹脂等の導電性接合材６を介して電気的に接続され、また絶縁基体１の下面に導出した部位は半田等の電気的接続手段を介して外部電気回路に接続される。そして、電子部品４の各電極と電気的に接続されて、電子部品４へ電力や駆動信号が供給される。

このような配線導体５は、例えばＷやＭｏ等の金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを絶縁基体１となるグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、絶縁基体１の所定位置に被着形成される。

なお、配線導体５の露出する表面には、ニッケル（Ｎｉ），金（Ａｕ），Ａｇ等の耐蝕性に優れる金属を１〜20μｍ程度の厚みで被着させておくのがよく、配線導体５が酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、配線導体５と導電性接合材６および半田等の電気的接続手段との接続性を良好なものとすることができる。従って、配線導体５の露出表面には、厚さ１〜10μｍ程度のＮｉめっき層と厚さ0.1〜３μｍ程度のＡｕめっき層とが、電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されていることがより好ましい。

さらに、絶縁基体１の上面には、搭載部１ａを取り囲むようにして、枠状のメタライズ層３が形成されており、メタライズ層３は、その表面に絶縁基体１の上面の内周側に位置するほど高さが高くなっている複数の凸部３ａが形成されている。メタライズ層３および凸部３ａは、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り、絶縁基体１に金属枠体７を接合するための下地金属として機能する。そして、メタライズ層３および凸部３ａの上面には、搭載部１ａを取り囲む金属枠体７が銀ろう等のろう材８を介してろう付けされており、金属枠体２とメタライズ層３との間には、内周側の凸部３ａの高さに対応した厚みのろう材８の溜まりが形成されている。

これにより、メタライズ層３の外周側に形成されるろう材８の溜まりの量を大きくし、内側に引っ張るように加わる熱応力をこの大きなろう材８の溜まりで良好に吸収緩和することができる。また、内側に引っ張るように加わる応力を複数の凸部３ａの側面で吸収するとともに分散させることにより、凸部３ａが剥がれたりするのを有効に防止することができる。

また、複数の凸部３ａが形成されていることで、ろう材８との接合面積を大きくして、ろう材８との接合強度を高くすることができ、蓋体２を強固に取着することができるようになる。

また、複数の凸部３ａを形成することで、蓋体２の接合時に蓋体２の傾きを抑制し、強度のばらつきや蓋体２の傾きを小さくして接合することができる。

従って、パッケージ表面に、蓋体２を強固かつ平坦に蓋体２を接合することができ、パッケージと蓋体２との間に、気密性が高く、平坦な密閉空間を形成することができる。

このようなメタライズ層３および凸部３ａは、タングステン等の金属粉末に適当なバインダー，溶剤を添加混合して得たメタライズ層３となる金属ペーストを絶縁基体１となるセラミックグリーンシート上に従来周知のスクリーン印刷法を採用して印刷塗布した後、それぞれの凸部３ａとなる金属ペーストをセラミックグリーンシート上に従来周知のスクリーン印刷法を採用して印刷塗布し、これらを絶縁基体１となるセラミックグリーンシート積層体と同時に焼成することによって絶縁基体１の上面に搭載部１ａを取り囲むように所定の形状に被着される。

また、上記以外には、メタライズ層３となる金属ペーストを絶縁基体１となるセラミックグリーンシート上に周知のスクリーン印刷法を採用して、金属ペーストを印刷塗布した後、凹部を有する金型等で、金属ペースト上を押圧することで、金属ペースト上に凸部３ａを形成することもでき、これを高温で絶縁基体１となるセラミックグリーンシート積層体と同時に焼成することによって絶縁期待１の上面に搭載部１ａを取り囲むように所定の形状に被着して形成することができる。このように凹部を有する金型等で凸部３ａを形成する場合、凸部３ａの位置や高さ等を精度良く形成することができるとともに、メタライズ層３の幅が狭い場合であっても容易に凸部３ａを形成することができるようになる。従って、蓋体２を絶縁基体１に強固かつ精度良く接合することができるようになる。

なお、メタライズ層３および凸部３ａの表面には、メタライズ層３が酸化腐食するのを防止するのを防止するとともにろう材８との接合を良好なものとするために、通常であれば、厚みが１〜10μｍ程度のニッケルめっき層が電解めっき法や無電解めっき法により被着されているのが好ましい。

また、図３にパッケージの要部拡大断面図で示すように、メタライズ層３の表面が連続して、内周側に位置するほど高さが高くなっている凸部３ａとして形成されていても構わない。この場合、メタライズ層３の強度が強くなり、内側に引っ張るように加わる熱応力を複数の凸部３ａ側面で、より良好に吸収緩和することができるようになる。

また、外周側の凸部３ａは、内周側の凸部３ａの１／３以上の厚みを有することが好ましく、それぞれの凸部３ａ側面にかかる熱応力を吸収緩和するとともに、蓋体２の接合時の傾きを抑制しやすくなる。

また、メタライズ層３に銀ろう等のろう材８を介してろう付けされた金属枠体７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２を絶縁基体１に接合するための下地金属部材として機能する。そして、金属枠体７条に蓋体２を載置するとともに、例えば蓋体２が金属から成る場合であればこれらをシームウエルド法により溶接することによって蓋体２が金属枠体７に接合される。このような金属枠体７は、鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金等から成る板材を所定の枠状に打ち抜くことによって形成され、そそて、金属枠体７をメタライズ層３の上に例えば箔状のろう材８を挟んで載置し、しかる後、ろう材８を加熱溶融させることによってメタライズ層３状にろう材８を介して接合される。

なお、金属枠体２は、メタライズ層３と接合される側の主面と内外側面との間の角部に曲率半径が５〜50μｍ程度の丸みが形成されているのがよい。これにより、この丸みによってろう材８の溜まりをさらに大きなものとすることが可能となる。このような丸みは、金属枠体２を打ち抜き囲うにより形成する際、金型の形状や金型を押し付ける速度等を調整することにより所望のものとすることができる。

また、金属枠体７およびろう材８の露出する表面には、金属枠体７およびろう材８が酸化腐食するのを防止するために、厚みが１〜10μｍ程度のニッケルめっき層および厚みが0.1〜3.0μｍ程度の金めっき層が、ろう付け後に、電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されているのが好ましい。

また、蓋体２は、例えば、鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金から成る平板であり、鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金板を打ち抜き金型等により所定の形状に製作される。

また、蓋体２は、セラミックスであっても良く、蓋体２がセラミックスから成る場合は、蓋体２の下面に被着された枠状のメタライズ層７を直接、絶縁基体１のメタライズ層３にろう材８等を介して接合して、搭載部１ａを気密な状態とすることができる。また、凸部３ａは、絶縁基体１側のメタライズ層３の表面にではなく、蓋体２側の下面に被着したメタライズ層７の表面に、蓋体２の下面の内側に位置するほど高さが高くなっている複数の凸部として形成されても構わない。

本発明の電子装置は、本発明の電子部品収納用パッケージと、搭載部１ａに搭載されるとともに電極が配線導体５に電気的に接続された電子部品４と、メタライズ層３に電子部品４を覆うように接合された蓋体２とを具備している。これにより、パッケージと蓋体２とで気密性の高い密閉空間を形成することができ、気密性に優れ、長期間にわたって使用することができる電子装置とすることができる。

なお、本発明は上述の実施の形態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内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。絶縁基体１と蓋体２とを接合することで、気密性が高く、平坦な密閉空間を形成するものに対して使用することができ、密閉空間内に電子部品４が搭載されていないものに対しても使用することができる。

本発明の電子部品収納用パッケージについて実施の形態の一例を示す断面図である。 図１の電子部品収納用パッケージの要部拡大断面図である。 本発明の電子部品収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す要部拡大断面図である。 従来の電子部品収納用パッケージの断面図である。

符号の説明

１：絶縁基体
１ａ：搭載部
２：蓋体
３：メタライズ層
３ａ：凸部
５：配線導体

Claims (2)

1. 上面に電子部品の搭載部が形成された絶縁基体と、該絶縁基体の上面に形成された配線導体と、前記絶縁基体の上面の外周部に前記搭載部を取り囲むように形成された枠状のメタライズ層とを具備しており、該メタライズ層は、その表面に前記絶縁基体の上面の内周側に位置するほど高さが高くなっている複数の凸部が形成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. 請求項１記載の電子部品収納用パッケージと、前記搭載部に搭載されるとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された電子部品と、前記メタライズ層に前記電子部品を覆うように接合された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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