JP2005216930A - 電気部品 - Google Patents

Abstract

【課題】小型・薄型化した場合にも高気密性を有する電気部品を提供する。
【解決手段】少なくとも、平板状の絶縁基体１と、該絶縁基体１の少なくとも一方の主面の外周部に設けられ、前記絶縁基体１とで、囲い容器を形成する堤枠３と、該堤枠３の前記絶縁基体１と逆側の面に形成された金属層１７ａと、前記絶縁基体１の表面又は内部に形成された配線層５とを具備してなる配線基板と、前記堤枠３と前記絶縁基体１とで形成された囲い容器内に収納された電気素子１５と、前記金属層１７ａと接着剤１９を介して接合され、前記配線基板とで密閉容器を形成する金属製の蓋体１１とからなる電気部品であって、前記蓋体１１の前記配線基板と対向する主面のうち、前記堤枠３と重なり合う接続面２５に凹凸が形成され、前記接続面２５のうち、前記配線基板側に最も凸となる最凸部２５ａからの高さの差が１０μｍ以上である凹部２５ｂの割合が１０％以上であることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体素子などの電子素子が搭載され、蓋体によって気密に封止された電気部品、特に、堤枠の高さが０．５ｍｍ以下、堤枠の幅が０．１〜０．３ｍｍ、絶縁基体の厚みが、０．１〜０．３ｍｍの超小型・超薄型の電気部品に関する。

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携帯端末や、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気部品は小型化が厳しく要求され、例えば、電気素子を収納する配線基板を小型化・薄型化する方法が取られ、外形サイズ縦３ｍｍ、横２ｍｍ、高さ０．８ｍｍ程度のサイズが報告されている（例えば、特許文献１参照）。

このような電気部品は、内部に半導体素子や水晶振動子などの電気素子を搭載しており、大気中の水分などから保護するために、配線基板と金属製の蓋体をロウ材などの接着剤により、接合して密閉され、電気素子は外気から完全に遮断されている（特許文献２参照）。

これらの電気部品は、図１に示すように、電気素子１５を収納する配線基板９と、電気素子１５を収納部１３に封止して大気中の水分から保護するための金属製蓋体１１とからなる。
特開２００１−１９６４８５号公報 特開２００２−２０３９２１号公報

しかしながら、さらなる小型化に伴い、蓋体と配線基板との接合面積が必然的に小さくなり、蓋体と配線基板との接合が困難となるため、完全に封止できず、リーク不良が発生し易いという問題がある。特に、この問題は、蓋体と配線基板との接合部の幅が０．３ｍｍ以下の製品において顕著に発生しており、電気部品の信頼性を低下させ、歩留まりを低下させる大きな要因となっている。

従って本発明は、小型・薄型でも配線基板と蓋体とが良好に接合され、信頼性に優れた気密性の高い電気部品を提供することを目的とする。

本発明は、少なくとも平板状の絶縁基体と、該絶縁基体の少なくとも一方の主面の外周部に設けられ、前記絶縁基体とで、囲い容器を形成する堤枠と、該堤枠の前記絶縁基体と逆側の面に形成された金属層と、前記絶縁基体の表面又は内部に形成された配線層とを具備してなる配線基板と、前記堤枠と前記絶縁基体とで形成された囲い容器内に収納された電気素子と、前記金属層と接着時」を介して接合され、前記配線基板とで密閉容器を形成する金属製の蓋体とからなる電気部品であって、前記蓋体の前記配線基板と対向する主面のうち、前記堤枠と重なり合う接続面に凹凸が形成され、前記接続面のうち、前記配線基板側に最も凸となる最凸部からの高さの差が１０μｍ以上である凹部の割合が１０％以上であることを特徴とする。

また、本発明の電気部品は、凹部が蓋体の全周にわたって形成されてなることが好ましい。

また、本発明の電気部品は、凹部が電気部品の内側に形成されてなることが好ましい。

また、本発明の電気部品は、凹部が電気部品の外側に形成されてなることが好ましい。

また、本発明の電気部品は、凹部が電気部品の内側と外側に形成されてなることが好ましい。

また、本発明の電気部品は、凹部が最凸部に狭持されて形成されてなることが好ましい。

また、本発明の電気部品は、堤枠の幅が、０．１〜０．３ｍｍであることが好ましい。

また、本発明の電気部品は、前記堤枠の高さが、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

また、本発明の電気部品は、前記絶縁基体の厚みが、０．１〜０．３ｍｍであることが好ましい。

また、本発明の電気部品は、接着剤がロウ材であることが望ましい。

本発明の電気部品は、蓋体の配線基板と対向する主面のうち、堤枠と重なり合う接続面に凹凸を形成して、接続面のうち、配線基板側に最も凸となる最凸部からの高さの差が１０μｍ以上である凹部の割合を１０％以上とすることで、蓋体と堤枠の間に１０μｍ以上の隙間を十分確保できるため、配線基板と蓋体とを接着剤で接合する際の接着剤溜りができ、接着剤のはみ出しや、引けが無くなり、ガスリークの発生が抑制でき、高気密封止が可能となり、気密に封止された信頼性に優れた電気部品を実現することができる。

また、凹部を金属蓋体の全周にわたって形成することにより、配線基板と蓋体との接続面の全周にわたって、接着剤溜まりを形成することができ、さらに信頼性を向上させることができる。

また、凹部を接続面のうち、内側、即ち、電気部品の密閉空間側に形成することにより、仮に、接合時に蓋体と配線基板との接合ずれが起こったとしても、両者が完全に乖離しない場合には封止を実現することができ、歩留まりを改善させることができる。

また、凹部を接続面のうち、外側、即ち、外気側に形成することにより、仮に、接着剤の量が多くなりすぎて、外側に接着剤が垂れるなどしても、電気部品の外には、保護すべき電気素子がないため、何ら問題が発生することがない。従って、接着剤のメニスカスを十分に大きくすることができ、高信頼性の電気部品を提供できる。

また、凹部を内側と外側に形成することにより、接着剤溜りを二重に形成することができ、ガスリークの発生が抑制でき、格段に高い信頼性を実現できる。

また、前記凹部を最凸部に狭持させて形成することにより、接着剤溜りおよび接着剤のメニスカスを大きくすることができ、高気密封止が可能となる。

また、堤枠の幅を０．１ｍｍ以上とすることにより蓋体と配線基板の位置ずれによる接合不良を低減できる。

また、堤枠の幅を０．３ｍｍ以下とすることにより電気部品の小型化に寄与できる。

また、堤枠の高さを、０．５ｍｍ以下とすることにより電気部品の低背化に寄与できる。

また、絶縁基体の厚みを０．１ｍｍ以上とすることによりハンドリング時の配線基板の破壊を防止することができる。

また、絶縁基体の厚みを０．３ｍｍ以下とすることにより電気部品の低背化に寄与できる。

また、配線基板と蓋体との接続にロウ材を用いることにより、封止による電気部品の機密性を高くすることができる。

本発明の電気部品は、例えば、図１に示すように、主として、平板状の絶縁基体１と、絶縁基体１の主面の外周部に設けられ、絶縁基体１とで、囲い容器を形成する堤枠３と、絶縁基体の主面に形成された配線層５と、絶縁基体１を貫通して形成された貫通導体７とを具備してなる配線基板９と、配線基板９に接合された蓋体１１と、配線基板９と金属製の蓋体１１とから形成された収納部１３に搭載された電気素子１５とから構成されている。

そして、配線基板９の堤枠３の蓋体１１と接する側の面には、メタライズ層１７ａと、メタライズ層１７ａの表面に形成されたＮｉ、Ａｕなどからなるめっき層１７ｂとからなる金属層１７が形成されている。そして、この金属層１７と蓋体１１とは、共晶Ａｇ−Ｃｕロウ材等からなる接着剤１９を介して、シーム溶接等の方法により接合されている。

そして、配線基板９と蓋体１１とによって、形成された収納部１３には、例えば、電気素子１５として、半導体素子１５ａや水晶振動子１５ｂなどが搭載され、それぞれ、導電性接着剤２１ａ、２１ｂにより配線基板９に接続、固定されている。また、電気素子１５として、誘電体、抵抗体、フィルタ及びコンデンサなどを用いることもできる。

これらの電気素子１５は、例えば、ボンディングワイヤ２３により、配線層５や貫通導体７と電気的に接続され、電気部品に様々な機能を付与するのである。そして、これらの電気素子１５を環境から保護するために、収納部１３は密閉されていることが重要であり、そのために接着剤１９が配線基板９と蓋体１１とを隙間なく接続することが重要である。

このような電気部品は、例えば、予め、一体物として作製された配線基板９に、電気素子１５を搭載した後、堤枠３と蓋体１１との間にロウ材ペーストを塗布するなどし、配線基板９と蓋体１１とを重ね合わせ、これらを加熱してロウ材ペーストから不要な樹脂分を除去するとともに、ロウ材ペースト中の金属成分を溶融させ、配線基板９と蓋体１１とを接合し、収納部１３を密閉空間とすることで作製される。

本発明によれば、図２（ａ）〜図３（ｄ）に示すように、蓋体１１の配線基板９と対向する主面のうち、堤枠３と重なり合う接続面２５に凹凸が形成され、接続面２５のうち、配線基板９側に最も凸となる最凸部２５ａからの高さの差、言い換えれば蓋体１１の厚みの差が１０μｍ以上である凹部２５ｂの割合が１０％以上であることが重要である。さらに、この凹部２５ｂの割合を１５％以上、３０％以上、５０％以上とすることで密閉度を向上させることができる。

即ち、蓋体１１と堤枠３との間に１０μｍ以上の隙間を上記の範囲で確保することで、この隙間が、蓋体１１をロウ材１９などの接着剤１９で接合する際の接着剤溜りとなり、接着剤１９のはみ出しや引けが無くなり高気密封止が可能となる。

即ち、本発明によれば、電気部品の小型化により堤枠３の幅ｄが減少したとしても、リーク不良の発生を大幅に抑制することができるのである。

また、凹部２５ｂを接続面２５の全周にわたって形成することで、格段に密閉度を向上させることができ、収納部１３に搭載された電子部品１５を外気から遮断できるため、信頼性の高い電気部品となる。

また、図２（ａ）に示すように、凹部２５ｂを内側、即ち、収納部１３側に形成することで、電気部品の高気密封止が可能となるとともに、接着剤１９が、はみ出したとしても、目視できないため、外観的にも優れた電気部品となる。

また、図２（ｂ）に示すように、凹部２５ｂを外側、即ち、外気側に形成することで、仮に、接着剤１９が溢れて垂れたとしても、電子部品１５等に悪影響を及ぼすことがないために、信頼性の高い電気部品となる。また、さらに、接着剤１９の量を増やして、接着剤のたれが発生したとしてもなんら悪影響がないことから、接着剤１９の量を増加させ、接着剤１９のメニスカスを大きくすることができるため、格段に信頼性の高い高気密封止された電気部品となる。

また、図３（ｃ）に示すように、凹部２５ｂを内側と外側に形成した場合には、以上説明した長所に加え、仮に配線基板９と蓋体１１との接合ずれが生じたとしても、内側と外側の少なくともいずれか一方に接着剤溜まりは確実に形成されるため、信頼性の向上に加え、電気部品の製造に当たり、歩留まりを向上させることができる。

また、図３（ｄ）に示すように、凹部２５ｂを、最凸部２５ａに狭持させて形成することで、接着剤溜りを確保できるとともに、接着剤１９がはみ出したり、垂れたりするなどの現象を抑制することができる。

また、堤枠３の幅を０．１ｍｍ以上とすることにより、蓋体１１と配線基板９の位置ずれによる接合不良を低減でき、０．３ｍｍ以下とすることにより電気部品の小型化に寄与することができる。特に、十分な接合信頼性を得るためには、堤枠の幅を０．１２〜０．２８ｍｍ、さらに０．１５〜０．２５ｍｍとすることが望ましい。

また、堤枠３の高さを０．５ｍｍ以下とすることが望ましく、これにより電気部品の低背化に寄与することができる。特に、堤枠３の高さを０．３ｍｍ以下、さらには０．２ｍｍ以下とすることが好ましい。

そして、絶縁基体１の厚みを、０．１ｍｍ以上とすることによりハンドリング時の配線基板９の破壊を防止することができる。また、絶縁基体１の厚みを、０．３ｍｍ以下とすることにより電気部品の低背化に寄与することができる。特に、低背化要求に対して、０．１２〜０．２８ｍｍ、さらに０．１５〜０．２５ｍｍとすることが好ましい。

次に、本発明の電気部品の製造方法について、例として取り上げて説明する。

まず、絶縁基板の原料粉末を準備する。アルミナ、ムライト、ジルコニア、窒化アルミニウム、窒化珪素、スピネル、コーディエライト、フォルステライト、等を例示できるが、焼結助剤として、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＭｇＯ等を加えても良く、焼結助剤は酸化物粉末以外に、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。

上記の粉末を混合し、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、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整した後、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。

所望により、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することができる。

このようにして作製したグリーンシートに対して、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ等の金属粉末の少なくとも１種以上を含有してなる導体ペーストをスクリーン印刷、グラビア印刷等の方法により各グリーンシート上に配線パターン状に印刷塗布するとともに、所望により、上記の導体ペーストをビアホール内に充填する。

その後、ビア加工され、配線パターンが形成されたグリーンシートを位置合わせして積層圧着し、少なくとも、絶縁基体１や枠体３となる成形体が一体化された積層成形体を形成し、この積層成形体を所定の条件で焼成する。焼成雰囲気は原料化合物の性質によって選択することが望ましい。酸化性雰囲気焼成は大気中、非酸化性雰囲気は窒素、又は窒素と水素との混合ガスを用いることが好ましい。非酸化性雰囲気焼成の場合、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。

焼成した配線基板９の配線層５を必要に応じて、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｕなどからなる少なくとも１種の金属で、無電解めっき、電解めっきするなどして被覆することが望ましい。

次に、配線基板９に電気素子１５を実装し、配線層５と電気的に接続する。

蓋体１１は、凹部を加工したＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属で作製し、接着剤１９として用いる樹脂、ガラスまたはロウ材などをスクリーン印刷してリング状に被着させる。

最後に、蓋体１をシーム溶接法などによって接合することにより、電気素子１５が気密に封止された電気部品を得ることができる。

配線基板の原料粉末として純度９９％以上、平均粒径が２μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉末、純度９９％以上、平均粒子径３μｍのＳｉＯ_２粉末、純度９９％以上、平均粒子径３μｍのＣａＯ、純度９９％以上、平均粒子径３μｍのＷ粉末を準備した。

Ａｌ_２Ｏ_３を９５質量％、ＳｉＯ_２を３質量％、ＣａＯを２質量％の割合で混合し、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、スラリーを調整した。しかる後に、ドクターブレード法にてグリーンシートを作製した。

一方、Ｗ粉末を９５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３粉末を５質量％の割合で混合し、アクリル系バインダとアセトンとを溶媒として混合し、導体ペーストを調製した。

そして、上記のグリーンシートに対して、打ち抜き加工を施し、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、配線パターン状に印刷塗布した。なお、電気部品を収納する部位は打ち抜き加工によって除去した。このとき、配線基板の寸法が焼成後に３．０×２．５ｍｍとなるように加工を行った。

このようにして作製したグリーンシートを組み合わせ、位置合わせし、積層圧着して積層体を作製した。そして、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行った後、引き続き、＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて１５００℃、２時間焼成した。その後、Ｗ配線層上にＮｉおよびＡｕめっきを順次施した。

この配線基板に導電性樹脂を用いて水晶振動子を実装し、表１に示す形状の凹部を設けたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金で作製した金属製の蓋体の接合面となる部分に共晶Ａｇ−Ｃｕロウ材をスクリーン印刷してリング状に被着させ、金属製蓋体を窒素雰囲気中でシーム溶接法で接合させ、気密に封止された電気部品を得た。

この電気部品について、−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い、気密封止性をＨｅリーク法によって評価した。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、取り出し、真空雰囲気中で検出されるＨｅガス量を測定し、１×１０^−９ＭＰａ・ｃｍ^３／ｓｅｃ以下をリークなしとした。なお、１試料あたり１０００個の電気部品を評価した。その結果を表１に示す。

本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１は、蓋体に凹部がないためロウ材溜まり、言い換えると接着剤溜まりが形成されず、リーク発生率が２２．０％と非常に高くなった。また、本発明の範囲外の試料Ｎｏ．２は、凹部と最凸部の高さの差が１０μｍに満たなかったため、ロウ材溜まりが十分に形成されず、リーク発生率が７．０％と高くなった。また、本発明の範囲外の試料Ｎｏ．５は、凹部の占める割合が１０％未満と低かったため、ロウ材溜まりは形成されたものの、その領域が狭く、リーク発生率が５．６％となった。

一方、本発明の試料Ｎｏ．３、４、６〜２１は、ロウ材溜まりおよびメニスカスが十分に形成され、いずれもリーク率０．８％以下を達成した。

金属製蓋体、配線基板から構成される本発明の電気部品の概略断面図である。 本発明の電気部品の要部拡大図である。 本発明の電気部品の要部拡大図である。

符号の説明

１・・・絶縁基体
３・・・堤枠
５・・・配線層
１５・・・電気素子
１７・・・金属層
１７ａ・・・メタライズ層
１７ｂ・・・めっき層
１９・・・接着剤、ロウ材
２５・・・接続面
２５ａ・・・最凸部
２５ｂ・・・凹部
ｄ・・・堤枠の幅

Claims (10)

1. 少なくとも、平板状の絶縁基体と、該絶縁基体の少なくとも一方の主面の外周部に設けられ、前記絶縁基体とで、囲い容器を形成する堤枠と、該堤枠の前記絶縁基体と逆側の面に形成された金属層と、前記絶縁基体の表面又は内部に形成された配線層とを具備してなる配線基板と、前記堤枠と前記絶縁基体とで形成された囲い容器内に収納された電気素子と、前記金属層と接着剤を介して接合され、前記配線基板とで密閉容器を形成する金属製の蓋体とからなる電気部品であって、前記蓋体の前記配線基板と対向する主面のうち、前記堤枠と重なり合う接続面に凹凸が形成され、前記接続面のうち、前記配線基板側に最も凸となる最凸部からの高さの差が１０μｍ以上である凹部の割合が１０％以上であることを特徴とする電気部品。
2. 凹部が、蓋体の全周にわたって形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の電気部品。
3. 凹部が、電気部品の内側に形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気部品。
4. 凹部が、電気部品の外側に形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気部品。
5. 凹部が、電気部品の内側と外側に形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気部品。
6. 凹部が、最凸部に狭持されて形成されてなることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の電気部品。
7. 堤枠の幅が、０．１〜０．３ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の電気部品。
8. 前記堤枠の高さが、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれかに記載の電気部品。
9. 前記絶縁基体の厚みが、０．１〜０．３ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれかに記載の電気部品。
10. 前記接着剤がロウ材であることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれかに記載の電気部品。
    
    

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