JP2006121118A

JP2006121118A - 気密封止パッケージおよびこれを用いたデバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2006121118A
Application number: JP2006020285A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Matsuo; 聡松尾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2006-05-11

Abstract

【課題】従来のようにセラミック容器の溶着部表面に金属膜を形成し、蓋体の表面にろう材を設け、シーム溶接する構成では、セラミック容器の反りや形状の不均一性のために金属膜とろう材の間に一部隙間ができ、部分的に接合不良が発生するという課題を有していた。
【解決手段】セラミック製基体６の側壁部７の上面で、蓋体１０と対向する部分にメタライズ層８を設けると共に、メタライズ層８の上に環状で連続したろう材９を設け、蓋体１０の少なくともセラミック製基体６と対向する面に第１の金属層１１を設け、セラミック製基体６と蓋体１０を対向させ、ろう材９を溶融させて封止する。
【選択図】図１

Description

本発明は電子部品を内蔵し、気密封止するのに用いられる気密封止パッケージおよびこれを用いたデバイスの製造方法に関するものである。

近年電子機器の高機能化、高精度化、小型化、軽量化が要望され、デバイスについても同様の要望が高まっている。

従来この要望を満足させるために、金属キャップによる封止に代えてセラミック容器を用い小型化、軽量化を図る構成が知られている。この方法はセラミック容器と金属製蓋体をシールリングを介してシーム溶接するもので、ある程度の小型化は可能であるが必ずシールリングが必要なことからこれ以上の小型化は困難であると言われている。

一方この問題を解決する手段として例えば特許文献１に記載された構成が知られている。すなわち、セラミック容器の溶着部にメタライズ層を形成し、その上にＮｉメッキ、Ａｕメッキなどの金属膜を形成し、蓋体に金属膜を形成し、その上にろう材を設け、シーム溶接することによりシールリングを使用せずに封止する構成が用いられていた。

また、強度的にシーム溶接できないセラミック容器、例えば、ガラスセラミックスを用いたセラミック容器や小型のセラミック容器などではリフロー炉による加熱や紫外線または赤外線を用いて加熱することにより封止する方法が用いられていた。

図３（ａ）は従来例におけるデバイスの封止する前の部材の状態を示す断面図、図３（ｂ）は従来例におけるデバイスのろう材が溶融する前の状態を示す断面図、図３（ｃ）は従来例におけるデバイスのろう材が溶融した後の状態を示す断面図、図４（ａ）は従来例における蓋体のセラミック製基体に対向する面の状態を示す平面図、図４（ｂ）は従来例におけるセラミック製基体の蓋体に対向する面の状態を示す平面図である。

図３、図４において、５０はセラミック製基体６に設けたメタライズ層、５１は蓋体１０に設けた第３の金属層、５２は第３の金属層５１の上に設けたろう材、５３はメタライズ層５０とろう材５２の間に形成された空隙部、５４はセラミック製基体６の角部、５５はセラミック製基体６の蓋体周辺の中央部、５６は第４の金属層、５７はフィレットである。
特開平１１−３１２７４８号公報

従来の気密封止パッケージは主にセラミックにより形成されており、セラミックの成形、焼成時に発生する歪みのために側壁部が内側または外側に反る傾向があるが、どちらかと言えば内側に反るものが多い。

従来の気密封止パッケージの構成では、セラミック製基体６の側壁部７上面の全面にメタライズ層５０を設け、蓋体１０に第３の金属層５１を設け、第３の金属層５１の上に連続した環状のろう材５２を設けた構成であり、ろう材５２を溶融させることによりろう材５２とメタライズ層５０を接合するものであるが、このような構成では、溶融したろう材５２が表面張力により蓋体１０の角部５４に集まり蓋体周辺の中央部５５ではろう材５２が少ない状態となり、セラミック製基体６の側壁部７が内側に反っていると、蓋体１０の角部５４はセラミック製基体６の側壁部７上面と接触し易いと共にろう材５２の量も多いため良好な接合状態が確保できるが、蓋体周辺の中央部５５では蓋体１０と側壁部７の間隔が広くなると共にろう材５２の量が少なくなるため接合状態が不均一になる。

また、ろう材５２の下地が第３の金属層５１であることから比較的平滑な表面状態をしているが、メタライズ層５０は下地がセラミック製基体６であることから凹凸のある粗い表面状態をしており、これらを相対向させて接合してもろう材５２が粗い表面状態のメタライズ層５０のために十分広がらず濡れ性が悪い状態となる。

さらに、ろう材５２が溶融した時にセラミック製基体６の側壁部７上面のメタライズ層５０と蓋体１０の外周部にろう材５２のフィレット５７が生成し、ろう材５２の一部が蓋体１０の外周部に集まり、蓋体１０の内周部分のろう材量が相対的に少なくなる。

このような状態でセラミック製基体６の側壁部７が例えば内側に反っていると、蓋体１０の内周部でセラミック製基体６の側壁部７と蓋体１０を十分に濡らすだけのろう材量が不足する状態となり、蓋体１０とメタライズ層５０の間にろう材５２の空隙部５３が生成すると共に、セラミック製基体６の角部５４では蓋体１０と接合できるがセラミック製基体６の蓋体周辺の中央部５５ではろう材５２と第４の金属層５６との隙間１３が広くなるため、溶融したろう材５２で広い範囲の隙間を埋めなければならないため、ろう材５２が不足気味となり十分な接続状態を保つことができなくなり、接合不良が発生すると共に場合によっては封止不良が発生してしまう。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、セラミック容器と蓋体の接合性を改善することにより気密性を改善した気密封止パッケージおよびこれを用いたデバイスを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、凹部を有するセラミック製基体と、このセラミック製基体を封止するための金属製の蓋体からなり、セラミック製基体は内側に反った側壁部を有し、セラミック製基体の側壁部上面で蓋体と対向する部分にメタライズ層を設けると共に、このメタライズ層の上に環状で連続したろう材を設け、蓋体の少なくともセラミック製基体と対向する面に第１の金属層を設け、セラミック製基体と蓋体を対向させ、ろう材を溶融させて封止した気密封止パッケージという構成を有しており、これによりセラミック製基体にろう材を設けることによりセラミック製基体が反っていても蓋体はその加工時の平坦性のままであり、セラミック製基体と蓋体の間に生じる隙間を小さくすることができ、接合性を高められると共にろう材を蓋体に対向する部分にのみ設けることによりろう材の使用量を削減することができ、またろう材のはみ出しによる外観不良が低減できるという作用効果が得られる。

本発明の請求項２に記載の発明は、凹部を有するセラミック製基体と、このセラミック製基体を封止するための金属製の蓋体からなり、セラミック製基体は内側に反った側壁部を有し、セラミック製基体の側壁部上面で蓋体と対向する部分にメタライズ層を設けると共に、このメタライズ層の上に環状で連続したろう材を設け、熱処理することによりろう材を一旦溶融させて表面状態を平滑にし、蓋体の少なくともセラミック製基体と対向する面に第１の金属層を設け、セラミック製基体の凹部に電子部品を配設し、セラミック製基体と蓋体を対向させ、ろう材を溶融させて封止したデバイスの製造方法であり、これによりろう材の濡れ性が安定するため接合性、気密性を安定させることができるという作用効果が得られる。

以上のように本発明によれば、セラミック製基体の側壁部の上面で、蓋体と対向する部分にメタライズ層を設けると共に、メタライズ層の上に側壁部の上面の内周に近接してろう材を設け、蓋体の少なくともセラミック製基体と対向する面に第１の金属層を設け、セラミック製基体と蓋体を対向させ、ろう材を溶融させて封止する構成にすることにより、セラミック製基体と蓋体との間隔を狭くでき、ろう材と第１の金属層の間に空隙部が形成されないようにすると共に、ろう材の下地にメタライズ層を設けることによりろう材の表面状態をより平滑にすることによりろう材の濡れ性を改善し、接合性および気密性に優れた気密封止パッケージおよびこれを用いたデバイスを得ることができる。

（実施の形態１）
以下に本発明の実施の形態１を用いて、本発明について説明する。

図１（ａ）は本発明の実施の形態１におけるデバイスを封止する前の部材の状態を示す断面図、図１（ｂ）は本発明の実施の形態１におけるデバイスのろう材が溶融する前の状態を示す断面図、図２（ａ）は同蓋体のセラミック製基体に対向する面の状態を示す平面図、図２（ｂ）は同セラミック製基体にろう材を塗布した状態を示す平面図である。

図１において、１は弾性表面波素子、２は弾性表面波素子に設けたパッド電極、３はバンプ、４は引き出し電極、５は外部端子電極、６はセラミック製基体、７はセラミック製基体６の側壁部、８はメタライズ層、９はろう材、１０は蓋体、１１は第１の金属層、１２は第２の金属層、１３はろう材９と第１の金属層１１の隙間である。

なお、図１、図２は実施の形態１を模式的に示したものであり、それぞれの厚みや寸法の相対的な関係を示したものではない。

このように本発明では、図１、図２に示したようにセラミック製基体６の側壁部７の上面で、蓋体１０と対向する部分にメタライズ層８を設けると共にメタライズ層８の上に側壁部７上面の内周に近接してろう材９を設け、蓋体１０の少なくともセラミック製基体６と対向する面に第１の金属層１１を設け、セラミック製基体６と蓋体１０を対向させ、ろう材９を溶融させて封止する構成にすることにより、セラミック製基体６の側壁部７が内側または外側に反っていてもセラミック製基体６と蓋体１０との間隔を狭くし、ろう材９と第１の金属層１１の間に例えば図５（ｃ）に示した空隙部５３などが形成されないようにすると共に、ろう材９の表面状態を平滑にすることによりろう材９の濡れ性を改善し、接合状態を良くすることができることに着目したものである。

本発明による弾性表面波素子をパッケージに内蔵したデバイスは以下のようにして作製する。

ドクターブレード法などによりＡｌ₂Ｏ₃を主成分とするグリーンシートを作製し、所定寸法に切断する。グリーンシートの一部は打ち抜きなどの方法により開口を設ける。

次に、グリーンシートの所定部分にＷなどからなる導電ペーストをスクリーン印刷などの方法で塗布し、引き出し電極４用の電極を塗布する。

次に、グリーンシートと、開口部を有するグリーンシートを所定場所に所定の枚数積層し、凹部を有し引き出し電極４を形成した積層体を得た後、切断して個片に分割する。

次に、積層体の側壁部７の上面およびセラミック製基体６の端面にＷなどからなる導体ペーストをスクリーン印刷などの方法で塗布し、その後電気炉などで１５００℃で６時間焼成し、引き出し電極４、メタライズ層８、外部端子電極５を設けたセラミック製基体６を得る。また、メタライズ層８の材質としてはＷに代えてＭｏなどの融点の高い金属を用いてもかまわない。

次に、引き出し電極４、メタライズ層８、外部端子電極５の表面に電解法などにより膜厚が１〜７μｍのＮｉメッキの上に膜厚が０．２〜１μｍのＡｕメッキなどからなる第２の金属層１２を設ける。なお、電解法に代えて無電解法を用いる場合の膜厚は、Ａｕメッキが０．５〜１．５μｍにすることが望ましい。なお、メッキの材質としては耐酸化性、濡れ性を考慮してＡｕメッキまたはＮｉメッキ、Ｓｎメッキなどを単一層または複数層重ねて設けることが望ましい。

一方、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏなどの合金からなる金属を所定寸法に切断した蓋体１０にＡｕ又はＮｉなどをメッキまたは圧延などの方法によりクラッド接合することにより第１の金属層１１を形成する。第１の金属層１１をメッキで形成する場合、電解法により膜厚が１〜１０μｍのＮｉメッキを形成し、さらに電解法により膜厚が０．１〜１μｍのＡｕメッキを施す。なお、電解法に代えて無電解法を用いる場合の膜厚は、Ｎｉメッキが１〜１０μｍ、Ａｕメッキが０．５〜１．５μｍにすることが望ましい。

なお、蓋体１０の材質として金属を用いた場合、担持させる第１の金属層１１を例えば圧延などの方法を用いて１０〜４０μｍのように薄く形成することができるため、例えば第１の金属層１１の材質としてＡｕ合金などを用いた場合でも材料コストを低く抑えることができる。従って、蓋体１０の材質としては金属を用いる方が望ましい。

また、蓋体１０に設けた第１の金属層１１は全面に設けても、片面にのみ設けても、主平面にのみ設けてもいずれであってもかまわない。また、第１の金属層１１の材質としては、接合の密着性を向上させ異種金属との合金化を抑制できるＮｉなどの金属の上に濡れ性を良くするためにＡｕなどの金属を用いるのが有効である。第１の金属層１１としては複数の金属を重ねる例を示したが、目的に応じて１種類の金属により形成してもかまわない。例えば濡れ性を良くするためにＡｕなどにより第１の金属層１１を形成してもよい。

また、第１の金属層１１を形成する方法としてはメッキやクラッドなどを用いることができるが、メッキを用いた場合第１の金属層１１の厚みを薄くすることができるため、例えばＡｕなどの高価な金属であってもコスト的に判断しても用いることが可能となる。また、クラッドにより第１の金属層１１を形成した場合は予め大きな金属板にクラッドさせたものを個片に切断することにより、簡易な方法で大量に蓋体１０を形成することができる。

次に、得られたセラミック製基体６の側壁部７の上面にセラミック製基体６の側壁部７の上面の内周に近接して、蓋体１０と対向する部分にＡｕ−Ｓｎなどからなるろう材９を設ける。ろう材９は塗布したままの状態で封止に用いてもよいが、予め熱処理することによりろう材９を一旦溶融し表面状態を平滑にした上で封止に用いる方が濡れ性が安定するため接合性、気密性を安定させることができる。ろう材９の材質としてはＡｕ−Ｓｎの合金に代えて、Ａｇ−Ｓｎの合金又はその混合物、Ｐｂ−Ｓｎ系半田又はＡｕ系ろう、Ａｇ系ろう、Ｓｎ系ろうなどを用いてもかまわない。

次に弾性表面波素子１のパッド電極２にＡｕなどからなるバンプを形成し、セラミック製基体６の凹部に設けた引き出し電極４と位置を調整して弾性表面波素子１をセラミック製基体６にフェイスダウン実装する。

次に、セラミック製基体６の開口部に蓋体１０を第１の金属層１１を設けた面を対向させ、位置合わせして重ね合わせ、押圧しながら約３５０℃で熱処理し、セラミック製基体６と蓋体１０を封止し、弾性表面波素子１が内部に封止されたデバイスを得る。

側壁部７が内側へ反っている場合、セラミック製基体６の側壁部７の上面で、蓋体１０と対向する部分にメタライズ層８を設けると共に、メタライズ層８の上に環状で連続したろう材９を設け、蓋体１０と対向した部分にのみろう材９を形成することにより、必要な部分にのみろう材９を設けることができ、ろう材９の使用量を削減し、材料コストを低減することができる。これによりセラミック製基体６と蓋体１０の間で蓋体１０からはみ出すろう材９の量を少なくすることができ、ろう材９のはみ出しによる外観不良を低減することができる。

本実施の形態１の場合はみ出し量は０．１ｍｍであったが、ばらつきを考慮してもはみ出し量を０．２ｍｍ以下にすることができる。また、ろう材９が広がりやすくなり盛り上がりを小さくすることができるため、ろう材９が溶融する前の状態では、ろう材９と第１の金属層１１との間にできる隙間１３を小さくすることができる。従って、溶融したろう材により埋めなければならない隙間を小さくすることができるため、接合性および気密性を改善することができる。

以上に示したように本発明によれば、セラミック製基体６の側壁部７の上面で、蓋体１０と対向する部分にメタライズ層８を設けると共にメタライズ層８の上に側壁部７上面の内周に近接してろう材９を設け、蓋体１０の少なくともセラミック製基体６と対向する面に第１の金属層１１を設け、セラミック製基体６と蓋体１０を対向させ、ろう材９を溶融させて封止する構成にすることにより、セラミック製基体６の側壁部７が内側または外側に反っていてもセラミック製基体６と蓋体１０との間隔を狭くでき、ろう材９と第１の金属層１１の間に空隙部５３が形成されないようにすると共に、ろう材９の濡れ性を改善し、接合性および気密性を改善することができると共に、ろう材９の使用量を削減し、材料コストを低減でき、蓋体１０からはみ出すろう材９の量を少なくすることができ、ろう材９のはみ出しによる外観不良を低減することのできる気密封止パッケージおよびこれを用いたデバイスを得ることができる。

（ａ）本発明の実施の形態１におけるデバイスの封止する前の部材の状態を示す断面図、（ｂ）本発明の実施の形態１におけるデバイスのろう材が溶融する前の状態を示す断面図（ａ）本発明の実施の形態１における蓋体のセラミック製基体に対向する面の状態を示す平面図、（ｂ）本発明の実施の形態１におけるセラミック製基体にろう材を塗布した状態を示す平面図（ａ）従来例におけるデバイスの封止する前の部材の状態を示す断面図、（ｂ）従来例におけるデバイスのろう材が溶融する前の状態を示す断面図、（ｃ）従来例におけるデバイスのろう材が溶融した後の状態を示す断面図（ａ）従来例における蓋体のセラミック製基体に対向する面の状態を示す平面図、（ｂ）従来例におけるセラミック製基体の蓋体に対向する面の状態を示す平面図

符号の説明

１弾性表面波素子
２パッド電極
３バンプ
４引き出し電極
５外部端子電極
６セラミック製基体
７側壁部
８メタライズ層
９ろう材
１０蓋体
１１第１の金属層
１２第２の金属層
１３ろう材と第１の金属層の隙間
５０メタライズ層
５１第３の金属層
５２ろう材
５３空隙部
５４角部
５５蓋体周辺の中央部
５６第４の金属層
５７フィレット

Claims

凹部を有するセラミック製基体と、このセラミック製基体を封止するための金属製の蓋体からなり、前記セラミック製基体は内側に反った側壁部を有し、前記セラミック製基体の前記側壁部上面で前記蓋体と対向する部分にメタライズ層を設けると共に、このメタライズ層の上に環状で連続したろう材を設け、前記蓋体の少なくとも前記セラミック製基体と対向する面に第１の金属層を設け、前記セラミック製基体と前記蓋体を対向させ、前記ろう材を溶融させて封止した気密封止パッケージ。
凹部を有するセラミック製基体と、このセラミック製基体を封止するための金属製の蓋体からなり、前記セラミック製基体は内側に反った側壁部を有し、前記セラミック製基体の前記側壁部上面で前記蓋体と対向する部分にメタライズ層を設けると共に、このメタライズ層の上に環状で連続したろう材を設け、熱処理することにより前記ろう材を一旦溶融させて表面状態を平滑にし、前記蓋体の少なくとも前記セラミック製基体と対向する面に第１の金属層を設け、前記セラミック製基体の前記凹部に電子部品を配設し、前記セラミック製基体と前記蓋体を対向させ、前記ろう材を溶融させて封止したデバイスの製造方法。