JP2005340444A - 電子部品収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】 蓋体を絶縁基体の枠状メタライズ層に半田を介して強固に固着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の搭載部４を有する絶縁基体１と、搭載部４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４を取り囲むように形成された枠状メタライズ層３とを具備し、枠状メタライズ層３は、全周にわたり幅が同じで各角部が円弧状に形成された四角枠状であり、枠状メタライズ層３の幅をＷ、各角部の内周縁の曲率半径をＩＲ、各角部の外周縁の曲率半径をＯＲとしたとき、ＯＲ＝ＩＲ＋Ｗの関係を満たしている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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を収容し搭載するための電子部品収納用パッケージに関するものである。

従来、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、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四角枠状の枠状メタライズ層とを具備した構造のものである。

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、枠状メタライズ層の上面に蓋体を、間に半田を介して位置決め載置し、これら、絶縁基体、電子部品、半田、蓋体をリフロー炉中で半田がリフローする温度まで温度を上げて半田をリフローさせ、蓋体を、半田を介して枠状メタライズ層に固着させることにより、絶縁基体と蓋体とで構成される容器の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１９９６−７８５５８号公報 特開１９９５−１２２６６６号公報

しかしながら、上記従来のパッケージにおいては、枠状メタライズ層が四角枠状であり、枠状メタライズ層の角部の内周縁および外周縁が直角状であった（曲率半径０ｍｍ）ため、半田が、表面張力によってエネルギー的により安定な角部に向かって半田が流れ易いこと、即ち表面張力により半田が丸まろうとする際に直角状の角部のほうが辺部よりも丸まり易いこと、枠状メタライズ層の辺部に比べ角部における幅が大きく半田が集まりやすいこと等から、半田をリフローしたときに角部に大きな半田の溜りが形成されて半田の高さが部分的に高くなってばらつくという不具合があった。そのため、蓋体を枠状メタライズ層の上に載置し接合したときに、蓋体が半田の高さの差に応じて傾いたり、半田をリフローするときに辺部において半田が不足して蓋体の接合強度が低下してしまい、気密封止の信頼性が低下するという問題があった。

特に近時、パッケージおよび電子装置がより一層小型化してきており、例えば枠状メタライズ層上に接合される蓋体の接合される幅が０．３ｍｍ以下等と非常に小さくなった場合、上記のように半田が角部に向かって流れようとする作用が著しく大きくなるため、辺部の半田の高さが角部の半田の高さに比べてより低くなり、気密封止の信頼性等の不具合がさらに頻繁に発生するようになってきている。

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、枠状メタライズ層上に接合される蓋体の接合される幅が、例えば０．３ｍｍ以下等と非常に小さくなったような場合でも、蓋体を絶縁基体の枠状メタライズ層に半田を介して強固に固着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枠状メタライズ層とを具備しており、該枠状メタライズ層は、全周にわたり幅が同じで各角部が円弧状に形成された四角枠状であり、前記枠状メタライズ層の幅をＷ、前記各角部の内周縁の曲率半径をＩＲ、前記各角部の外周縁の曲率半径をＯＲとすると、ＯＲ＝ＩＲ＋Ｗの関係を満た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は好ましくは、前記枠状メタライズ層は表面に半田層が形成され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、気密封止用の蓋体が半田付けされる枠状メタライズ層は、全周にわたり幅が同じで各角部が円弧状に形成された四角枠状であり、枠状メタライズ層の幅をＷ、各角部の内周縁の曲率半径をＩＲ、各角部の外周縁の曲率半径をＯＲとすると、ＯＲ＝ＩＲ＋Ｗの関係を満たしていることから、角部における枠状メタライズ層の形状を、直角状等の角部が無く、かつ辺部との間で折れ曲がったような部分を生じることなく同じ幅で滑らかに繋がった形状とすることができる。その結果、角部と辺部との間で半田の表面張力によるエネルギー的な差を生じることを効果的に抑制するとともに、両者を同じ幅として、角部に半田が流れ込んで大きな半田の溜りが形成されることを有効に防止することができる。

従って、半田を枠状メタライズ層に塗布しリフローさせても、辺部と角部での半田の高さが同じになり、蓋体を載置し半田をリフローさせて高い気密封止の信頼性を得ることができる。

また、本発明の電子部品収納用パッケージは好ましくは、枠状メタライズ層は表面に半田層が形成されていることから、その上面に蓋体を接合して電子部品を封止するときに、蓋体を枠状メタライズ層の上に位置決め載置して加熱するだけで蓋体を強固に接合することができる。その結果、蓋体を位置ずれ等の不具合を生じさせることなく、かつ生産性を良好として電子部品の気密封止を行なうことが可能な、より一層信頼性に優れるとともに電子装置の生産性に優れた電子部品収納用パッケージ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の実施の形態の一例を示す平面図である。

図１において、１は絶縁基体、２は配線導体、３は枠状メタライズ層である。これらの絶縁基体１、配線導体２、枠状メタライズ層３により、主にパッケージが構成される。

絶縁基体１は、上面に電子部品（図示せず）の搭載部４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。

搭載部４に搭載される電子部品は、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。

なお、絶縁基体１は、例えば、四角形状の圧電振動子や半導体集積回路素子、光半導体素子等の電子部品を搭載するのに適した四角板状に形成される。

また、絶縁基体１は、上面の搭載部４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。

電子部品は、搭載部４に搭載された後、その電極が配線導体２のうち搭載部４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，パラジウム，金，白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。

配線導体２は、電子部品の電極に電気的に接続され、これを絶縁基体の上面の外周部、側面および下面のうち少なくとも一箇所に導出する導電路として機能する。この配線導体２の導出部分を外部電気回路に半田等を介して電気的に接続することにより、電子部品の電極が配線導体２を介して外部電気回路に電気的に接続される。

また、絶縁基体１は、上面に搭載部４を取り囲むようにして枠状メタライズ層３が形成されている。

絶縁基体１の搭載部４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２とを電気的に接続した後、枠状メタライズ層３の上面に蓋体（図示せず）を、間に半田を介して位置決め載置し、これら絶縁基体１、電子部品、蓋体をリフロー炉中で半田がリフローする温度まで温度を上げて半田をリフローさせ、蓋体を半田を介して枠状メタライズ層３に固着させることにより、絶縁基体１と蓋体とで構成される容器の内部に電子部品が気密封止される。

なお、枠状メタライズ層３は蓋体を半田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。枠状メタライズ層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４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、蓋体は、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。枠状メタライズ層３の形状は四角枠状である。これにより、枠状メタライズ層３と、蓋体の下面と、半導体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。

そして、パッケージの搭載部４に電子部品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、枠状メタライズ層３上面に固着した半田上面に蓋体を載置して電子部品を気密封止することにより、電子装置として完成する。

本発明のパッケージにおいて、枠状メタライズ層３は、全周にわたり幅が同じで各角部が円弧状に形成された四角枠状であり、枠状メタライズ層３の幅５をＷ、各角部の内周縁６の曲率半径をＩＲ、各角部の外周縁７の曲率半径をＯＲとすると、ＯＲ＝ＩＲ＋Ｗの関係を満たしている。この構成により、角部における枠状メタライズ層３の形状を、直角状等の角部が無く、かつ辺部との間で折れ曲がったような部分を生じることなく同じ幅で滑らかに繋がった形状とすることができ、角部と辺部との間で半田の表面張力等によるエネルギー的な差を生じることを効果的に抑制するとともに、両者を同じ幅として、角部に半田が流れ込んで大きな半田の溜りが形成されることを有効に防止することができる。

従って、電子部品を搭載後、蓋体を載置し、再度半田をリフローしても、蓋体の角部および辺部に均一に半田がリフローし、枠状メタライズ層３の全周にわたって蓋体を強固に接合させることができ、高い気密封止の信頼性を得ることができる。また、枠状メタライズ層３の４辺の直線部で半田が不足して接合強度が低下するという問題を解消することができる。

本発明において、ＯＲ＝ＩＲ＋Ｗの関係が満たされていないと、次のような不具合が生じる。例えば、ＯＲ＞ＩＲ＋Ｗのときには、各角部の外周縁７における曲率半径ＯＲが、枠状メタライズ層３の幅Ｗおよび内周縁６における曲率半径ＩＲに比べて大きくなり、外周縁７における円弧が緩やかなものとなり、角部において枠状メタライズ層３が十分に外側に膨らまずに幅が辺部に比べて狭くなり、角部で半田の高さが高くなる。

また、ＯＲ＜ＩＲ＋Ｗのときには、各角部の外周縁７における曲率半径ＯＲが、枠状メタライズ層３の幅Ｗおよび内周縁６における曲率半径ＩＲに比べて小さくなり、外周縁７における円弧が直角状に近くなり、外周縁７の部分に半田が流れ込みやすくなって半田の大きな溜りが生じて、角部間や角部と辺部との間で半田の高さがばらつくこととなる。その結果、蓋体を枠状メタライズ層３の全周にわたって強固に接合させることができず、気密封止の信頼性が不十分になる。

なお、枠状メタライズ層３は、その厚さを１５〜３５μｍの範囲とするのがよく、この場合、蓋体を半田を介して強固に接合するために必要な厚さをより確実に確保することができるとともに、枠状メタライズ層３の内部応力の増大等により枠状メタライズ層３の絶縁基体１に対する接合の強度が低下することをより長期にわたって効果的に抑制することができる。その結果、気密封止の信頼性により一層優れたパッケージとすることができる。

また、枠状メタライズ層３は、その幅を１００〜３００μｍの範囲とするのがよく、この場合、枠状メタライズ層３と蓋体との間の接合面の幅を十分に確保して気密封止の信頼性をより確実に優れたものとすることができるとともに、パッケージの小型化を容易とすることができる。

また、本発明のパッケージは、枠状メタライズ層３は表面に半田層が形成されていることが好ましい。これにより、枠状メタライズ層３の上面に蓋体を接合して電子部品を封止するときに、蓋体を枠状メタライズ層３の上に位置決め載置して加熱するだけで蓋体を強固に接合することができる。その結果、蓋体を位置ずれ等の不具合を生じさせることなく、かつ生産性を良好として電子部品の気密封止を行なうことが可能な、より一層信頼性に優れるとともに電子装置の生産性に優れたパッケージとすることができる。

枠状メタライズ層３上に対する半田層の形成は、例えばクリーム状の半田ペーストを塗布し、この半田ペーストを加熱溶融させて固着することにより行なわれる。

本発明において、枠状メタライズ層３の角部に半田溜りが生じないようにして、角部と辺部との間で半田の高さを均一にするために、辺部と角部との境界部に、半田の逃げ部としての枠状メタライズ層３の幅広部や突出部を形成してもよい。また、この幅広部や突出部の幅や面積を調整することにより、角部における半田の高さを調整することもできる。

また、上記の枠状メタライズ層３の幅広部や突出部は、溶融した半田は外周縁７の部分に半田が流れ込みやすいことから、枠状メタライズ層３の辺部と角部との境界部の外周縁に形成することが好ましい。

酸化アルミニウム質焼結体から成り、１辺の長さが５ｍｍの正方形状の絶縁基体を形成し、その上面の外周部に四角枠状の枠状メタライズ層を形成し、電子部品収納用パッケージのサンプルを作製した。

枠状メタライズ層は、各角部が円弧状になるように形成し、幅Ｗ、各角部の内周縁の曲率半径ＩＲ、各角部の外周縁の曲率半径ＯＲを表１に示すように種々に変えて気密封止の信頼性を試験した。また、試験個数は各条件について２００個である。

蓋体は、鉄−ニッケル−コバルト合金から成り、対向する２辺の長さが各４．８ｍｍ、他の対向する２辺の長さが各５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの略正方形の板状に形成されたものを用いた。

そして、枠状メタライズ層の上面に錫−鉛共晶半田の半田クリームを塗布し、リフロー炉中で加熱して枠状メタライズ層の上面に半田層を形成した後、その上に蓋体を位置決め載置した後に再度リフロー加熱し、蓋体を枠状メタライズ層上に接合して気密封止試験用の電子装置を作製し、気密封止の信頼性および封止後の蓋体の傾きを確認した。

気密封止の確認は、従来周知のヘリウムを用いた気密封止試験（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｄ 方法１０１４．１０ 試験条件Ｃ）により行なった。そして、フロロカーボンの気泡の発生が無い場合に気密封止が良好であり、気泡の発生がある場合に気密封止が不良であるとした。

また、蓋体の傾きは周知の厚みゲージを用いた検出した。即ち、蓋体の各角４点において、蓋体上面から絶縁基体下面までの距離を測り、その最高の値と最小の値との差を算出するという方法によって検出した。そして、その差が４０μｍ未満の場合に傾きが小さく良好であり、その差が４０μｍ以上の場合に傾きが大きく不可であるとした。

測定した結果を表１に示す。

表１より、ＯＲ＝ＩＲ＋Ｗの関係を満たしている場合には気密封止の信頼性が良好であるが、その範囲外では気密封止の信頼性が不十分であった。

また、ＯＲ＝ＩＲ＋Ｗの関係を満たしているなかでも、枠状メタライズ層の幅（Ｗ）が２００μｍ、角部の内周縁の曲率半径（ＩＲ）が１００μｍ、角部の外周縁の曲率半径（ＯＲ）が３００μｍのときが、蓋体の傾きも無く、最良の結果が得られた。

また、枠状メタライズ層の幅を５００μｍにしたものでは、気密封止の信頼性には優れるものの、１辺の長さが５ｍｍの正方形の絶縁基体において枠状メタライズ層の占める面積の割合が大きいので、枠状メタライズ層の内側に電子部品を収納するのに十分なスペースを確保することが難しく、パッケージの小型化が難しくなる傾向があることが確認できた。

なお、本発明は上述の実施の形態および実施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や枠状メタライズ層３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、電子部品を接続する半田の濡れ性や蓋体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の実施の形態の一例を示す平面図である。

符号の説明

１・・・絶縁基体
２・・・配線導体
３・・・枠状メタライズ層
４・・・搭載部
５・・・枠状メタライズ層の幅
６・・・角部の内周縁
７・・・角部の外周縁
９・・・電子部品収納用パッケージ

Claims (2)

1. 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枠状メタライズ層とを具備しており、該枠状メタライズ層は、全周にわたり幅が同じで各角部が円弧状に形成された四角枠状であり、前記枠状メタライズ層の幅をＷ、前記各角部の内周縁の曲率半径をＩＲ、前記各角部の外周縁の曲率半径をＯＲとすると、ＯＲ＝ＩＲ＋Ｗの関係を満たしていることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
2. 前記枠状メタライズ層は表面に半田層が形成され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。

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