JP2005311144A

JP2005311144A - 電子部品収納用パッケージおよび電子装置

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Publication number: JP2005311144A
Application number: JP2004127576A
Authority: JP
Inventors: Takeyuki Kumamoto; 偉之隈元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】枠体の幅が例えば０．２ｍｍ以下と非常に狭くなったとしても、枠体を絶縁基体のメタライズ層にロウ材を介して強固に接合させることが可能な、気密封止の信頼性に優れた小型で高信頼性の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】電子部品収納用パッケージは、上面の中央部に電子部品７の搭載部５を有する絶縁基体１と、搭載部５から絶縁基体１の上面の外周部、側面および下面のうちの少なくとも一箇所に導出された配線導体２と、絶縁基体１の上面に搭載部５を取り囲むように形成されたメタライズ層３と、メタライズ層３にロウ付けされた金属製の枠体４とを具備し、メタライズ層３は、下側メタライズ層３ａと、下側メタライズ層３ａよりも幅が狭くかつ複数の非形成部３ｂが設けられた上側メタライズ層３ｃとから成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品を収容し搭載するための電子部品収納用パッケージおよびそれを用いた電子装置に関するものである。

従来、圧電振動子や半導体素子等の電子部品は、これらの電子部品を気密に収容するための電子部品収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）内に気密封止されて電子装置となり、携帯電話やコンピュータ等の各種電子機器の部品として使用される。

このような電子部品を気密に収容するパッケージにおいて、最も信頼性の高いとされるものは、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから成り、上面の中央部に電子部品を搭載するための搭載部を有する絶縁基体と、絶縁基体の搭載部から、上面の外周部や側面、下面等の外表面にかけて導出された配線導体と、絶縁基体の上面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、メタライズ層にロウ付けされた鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属製の枠体とを具備する構成のものである。そして、枠体の上面にシーム溶接により鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金から成る蓋体を接合することにより、搭載部が塞がれて電子部品が気密封止される。

この構成のパッケージの場合、絶縁基体の搭載部に電子部品を搭載するとともに電子部品の電極と配線導体とを電気的に接続した後、枠体上面に蓋体を載置し、この蓋体の外周部にシーム溶接機の一対のローラー電極を接触させながら転動させるとともに、この一対のローラー電極間に溶接のための大電流を流し枠体と蓋体とを直接的にシーム溶接することによって、内部に電子部品が気密に収納された製品としての電子装置となる。この電子装置は、配線導体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に接続することにより外部電気回路基板に実装されて使用される。
特開２００１−１４８４３６号公報特開平８−２１３４９６号公報

しかしながら、上記従来のパッケージおよび電子装置においては、小型化の要求にともない金属製の枠体の幅が狭くなってきているため、枠体と絶縁基体のメタライズ層との間のロウ付けによる接合強度が低下するという問題があった。

この問題に対して、絶縁基体の上面に形成されている下側メタライズ層の上に、この下側メタライズ層よりも幅の狭い上側メタライズ層を形成することにより、下側メタライズ層と枠体の下面との間に、上側メタライズ層の高さに相当する一定のスペースを形成し、このスペース内に十分なロウ材の溜まりを形成して枠体の接合強度を確保するという手段が提案されている。

しかしながら、枠体がロウ付けされるメタライズ層を、下側メタライズ層と上側メタライズ層とで構成した場合、枠体の接合強度を大きくすることはできるものの、上側メタライズ層の上面と枠体の下面との間には十分なロウ材が介在し難いため、枠体がロウ付けされている部位の全周にわたって、接合部分の幅方向の中央部分にロウ付けの強度が周囲と比較して低い部分が連続して存在することになる。そのため、パッケージおよび電子装置が、より一層小型化した場合、例えば枠体の接合される幅が０．２ｍｍ以下等と非常に小さくなったような場合、接合強度が不十分なものとなるおそれがある。

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、枠体の幅が例えば０．２ｍｍ以下と非常に狭くなってきたとしても、枠体を絶縁基体のメタライズ層にロウ材を介して強固にロウ付けすることが可能であり、気密封止の信頼性に優れた小型で高信頼性の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、上面の中央部に電子部品の搭載部を有する絶縁基体と、前記搭載部から前記絶縁基体の上面の外周部、側面および下面のうちの少なくとも一箇所に導出された配線導体と、前記絶縁基体の上面に前記搭載部を取り囲むように形成されたメタライズ層と、該メタライズ層にロウ付けされた金属製の枠体とを具備しており、前記メタライズ層は、下側メタライズ層と、該下側メタライズ層よりも幅が狭くかつ複数の非形成部が設けられた上側メタライズ層とから成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、上記構成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前記配線導体に電気的に接続された前記電子部品と、前記絶縁基体の上面の外周部に前記電子部品を覆うように取着された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、金属製の枠体がロウ付けされているメタライズ層は、下側メタライズ層と、下側メタライズ層よりも幅が狭くかつ複数の非形成部が設けられた上側メタライズ層とから成ることから、下側メタライズ層と枠体の下面との間に、上側メタライズ層の高さに相当するスペースを確保することができ、このスペース内にロウ材の溜まりを形成することができる。また、上側メタライズ層は、複数の非形成部が設けられていることから、非形成部内にもロウ材が入り込んでロウ材の溜まりを形成することができる。その結果、上側メタライズ層の上面と枠体との間の、ロウ材の介在が少なくロウ付け強度が周囲に比べて弱い部位は、枠体がロウ付けされている部位の全周において断続的に存在するようになる。従って、パッケージおよび電子装置がより一層小型化した場合、例えば枠体の接合される幅が０．２ｍｍ以下等と非常に小さくなったような場合でも、非形成部の長さ等を適宜調節すること等により、ロウ材の溜まりを枠体の接合面の幅方向の中央部分でも十分に形成して接合強度を十分に確保することができる。

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、搭載部に搭載されるとともに配線導体に電気的に接続された電子部品と、絶縁基体の上面の外周部に電子部品を覆うように取着された蓋体とを具備していることから、気密封止の信頼性に優れた小型で高信頼性のものとなる。

本発明の電子部品収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）および電子装置を添付の図面を基に説明する。図１は本発明のパッケージおよび電子装置９の実施の形態の一例を示す断面図である。

図１において、１は絶縁基体、２は配線導体、３はメタライズ層、４は金属製の枠体である。これらの絶縁基体１、配線導体２、メタライズ層３および枠体４により主にパッケージが構成される。また、絶縁基体１の上面の搭載部５に電子部品７を搭載するとともに、枠体４の上面に蓋体６を接合して電子部品７を気密封止することにより電子装置９が構成される。

絶縁基体１は、上面に電子部品７の搭載部５が形成されており、酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミックス，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体等の絶縁材料により形成される。絶縁基体１は、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によりシート状とすることによって絶縁基体１用のセラミックグリーンシートを得、しかる後、こ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すとともに複数枚積層し、１６００℃程度の高温で焼成することによって製作される。

また、絶縁基体１は、上面の搭載部５から上面の外周部、側面および下面のうち少なくとも一箇所にかけて配線導体２が導出されている。

搭載部５に搭載される電子部品７は、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子、ＬＤ（半導体レーザ），ＬＥＤ（発光ダイオード），ＰＤ（フォトダイオード），ＣＣＤ，ラインセンサ，イメージセンサ等の光半導体素子、圧電振動子，水晶振動子等の振動子、その他の種々の電子部品である。

電子部品７は、搭載部５に搭載された後、その電極が配線導体２のうち搭載部５に露出した部位にボンディングワイヤや半田等を介して電気的に接続される。

配線導体２は、タングステン，モリブデン，マンガン，銅，銀，金等の金属材料からなり、例えばタングステンから成る場合、タングステン粉末に適当な有機バインダー，溶剤を添加混合して得たタングステンペーストを、絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布し、これを絶縁基体１となるセラミックグリーンシートとともに焼成することによって、所定のパターンに被着形成される。

また、絶縁基体１は、上面に搭載部５を取り囲むようにして枠状のメタライズ層３が形成されている。このメタライズ層３に鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料から成る枠体４が、銀ロウ等のロウ材８を介してロウ付けされ接合されている。

また、枠体４に、鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料から成る蓋体６をシーム溶接等の溶接法等で接合することにより、搭載部５が蓋体６で塞がれ、絶縁基体１と枠体４と蓋体６とから成る容器の内部に電子部品７が気密封止される。

なお、メタライズ層３は枠体４をロウ付けするための下地金属層として機能し、配線導体２と同様の金属材料により形成することができる。メタライズ層３は、例えばタングステンから成る場合、タングステン粉末に適当な有機バインダー，溶剤を添加混合して得たタングステンペーストを、絶縁基体１となるセラミックグリーンシートの搭載部５を取り囲む部位にスクリーン印刷法により枠状のパターンに印刷塗布しておくことによって形成される。

また、枠体４は、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金からなる場合、鉄−ニッケル−コバルト合金の板材に適当な圧延加工や打抜き加工、エッチング加工等の加工を施すことにより形成される。枠体４の形状は例えば四角枠状である。これにより、半導体集積回路素子や圧電振動子等の一般に四角形状である電子部品７を無駄なスペースを取ることなく効率よく取り囲むものとなる。この場合、枠体４は、各角部が円弧状に面取りされて角部で欠け等が生じることを防止することが好ましい。

また、枠体４のメタライズ層３に対するロウ付けは、メタライズ層３と枠体４の下面との間に銀ロウ等のロウ材（ロウ材のプレフォーム等）を介在させておき、ロウ材を加熱溶融させて接合することにより行なわれる。

そして、パッケージの搭載部５に電子部品７を搭載するとともにその電極を配線導体２に電気的に接続し、その後、枠体４の上面に蓋体６を接合して電子部品７を気密封止することにより、電子装置９が構成される。

本発明のパッケージおよび電子装置９において、図２に示すように、メタライズ層３は、下側メタライズ層３ａと、下側メタライズ層３ａよりも幅が狭くかつ複数の非形成部３ｂが設けられた上側メタライズ層３ｃとから成る。

なお、図２は、図１のパッケージおよび電子装置９の平面図であり、下側メタライズ層３ａと上側メタライズ層３ｃとを示すために、枠体４や蓋体６、電子部品７等を省いて描いている。図３は、図２の下側メタライズ層３ａと上側メタライズ層３ｃの部分拡大平面図である。

上記の構成により、下側メタライズ層３ａと枠体４の下面との間に、上側メタライズ層３ｃの高さに相当するスペースを確保することができ、このスペース内にロウ材８の溜まりを形成することができる。

また、上側メタライズ層３ｃは、複数の非形成部３ｂが設けられていることから、この非形成部３ｂ内にもロウ材８が入り込んでロウ材８の溜まりを形成することができる。その結果、上側メタライズ層３ａの上面と枠体４との間の、ロウ材８の介在が少なく接合強度が周囲に比べて弱い部位は、枠体４がロウ付けされている部位の全周において断続的に存在するようになる。従って、パッケージおよび電子装置９がより一層小型化した場合、例えば枠体４の接合される幅が０．２ｍｍ以下等と非常に小さくなったような場合でも、非形成部３ｂの長さ等を適宜調節することにより、ロウ材４の溜まりを枠体４の接合面の幅方向の中央部分でも十分に形成して接合強度を十分に確保することができる。

非形成部３ｂは、１箇所だけではロウ材の溜りが偏って形成されるので、メタライズ層３と枠体４とがロウ付けされている部位の全周にわたってロウ付け強度を強くすることができない。従って、非形成部３ｂは複数形成する必要がある。

また、非形成部３ｂは、複数形成するに際して枠体４の全周に同じ間隔で配置し形成することが好ましい。例えば、枠体４が四角枠状で、これに対応してメタライズ層も四角枠状に形成する場合、各辺または各角部に同じ形状の非形成部３ｂを均一の間隔で設けることが好ましい。

また、非形成部３ｂは、図２では平面視で長方形状であるが、図３に示すように、各角部において、上側メタライズ層３ｃの端部を平面視で円弧状に形成して、非形成部３ｂの端部が外側に広がる形状とし、非形成部３ｂ内にロウ材８がより入り込み易くなるようにしてもよい。

また、非形成部３ｂは、長方形状等の四角形状に限らず、上側メタライズ層３ｃを横切る辺について、非直線状、例えば円弧状、楕円弧状、くの字等の一部で折れ曲がった形状等とすることができる。

この場合、複数の非形成部３ｂのうち、一つのものについて他と異なる形状とすることができ、この場合形状の異なる非形成部３ｂをメタライズ層３に枠体４をロウ付けするときの位置決め用のマークとして利用することができる。

また、上側メタライズ層３ｃは、四角枠状の場合、各辺において非形成部３ｂの長さが辺の長さの１／３以上になるようにしておくとよく、この場合、例えば枠体４の接合される幅がさらに小さくなったとしても、より確実に有効にロウ材８の溜まりを形成することができ、より一層確実に枠体４をメタライズ層３に強固に接合させて気密封止の信頼性を確保することができる。また、この場合、狭い接合面から余計なロウ材８が電子部品７の搭載部５側に流れ出て配線導体２の間等を短絡させるというような不具合もより効果的に防止することができる。その結果、気密封止の信頼性に優れるとともに電気的な特性も極めて良好な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、上側メタライズ層３ｃは、四角枠状の場合、各辺において非形成部３ｂの長さが辺の長さの１／２以下になるようにしておくとよく、この場合、蓋体６を上側メタライズ層３ｃの上面により確実に水平に安定して位置決め載置してロウ付けすることができる。従って、上側メタライズ層３ｃは、四角枠状の場合、各辺において非形成部３ｂの長さが辺の長さの１／３以上１／２以下となるようにしておくことがより好ましい。

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あれば種々の変更が可能である。例えば、絶縁基体１は、図１に示した平板状のものに限らず、上面に電子部品収納用の凹部を有するものであってもよい。

また、配線導体２や枠体４等の露出表面をニッケル、金等のめっき層で被覆して、酸化腐食を防止するとともに、電子部品７を接続する半田の濡れ性や蓋体６の接合をより確実強固なものとしてもよい。

本発明の電子部品収納用パッケージを用いた電子装置の実施の形態の一例を示す断面図である。本発明の電子部品収納用パッケージにおける下側メタライズ層と上側メタライズ層の平面図である。図２の下側メタライズ層と上側メタライズ層の部分拡大平面図である。

符号の説明

１・・・絶縁基体
２・・・配線導体
３・・・メタライズ層
３ａ・・・下側メタライズ層
３ｂ・・・非形成部
３ｃ・・・上側メタライズ層
４・・・枠体
５・・・搭載部
６・・・蓋体
７・・・電子部品
８・・・ロウ材
９・・・電子装置

Claims

上面の中央部に電子部品の搭載部を有する絶縁基体と、前記搭載部から前記絶縁基体の上面の外周部、側面および下面のうちの少なくとも一箇所に導出された配線導体と、前記絶縁基体の上面に前記搭載部を取り囲むように形成されたメタライズ層と、該メタライズ層にロウ付けされた金属製の枠体とを具備しており、前記メタライズ層は、下側メタライズ層と、該下側メタライズ層よりも幅が狭くかつ複数の非形成部が設けられた上側メタライズ層とから成ることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
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前記配線導体に電気的に接続された前記電子部品と、前記絶縁基体の上面の外周部に前記電子部品を覆うように取着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。