JP2006310433A - 電子部品収納容器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 絶縁基体の反り等の変形が効果的に防止された、高機能化、高周波対応が容易な電子部品収納容器を提供する。
【解決手段】 電子部品収納容器9は、絶縁基体1の上面に凹部1aを形成するとともに凹部1aの底面に電子部品が搭載される搭載部1bを設け、絶縁基体1の下面に電子部品と電気的に接続される外部接続パッド2を設けた電子部品収納容器であって、絶縁基体1の下面に、外周を搭載部1bの外周よりも外方まで延在させた導体層3を被着させるとともに該導体層3上にセラミック層4を被着させ、該セラミック層4に非形成部4aを設けて導体層3の一部を露出させることにより外部接続パッド2を形成する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、半導体素子や容量素子等の電子部品を搭載するための電子部品収納容器に関する。
従来、半導体素子や容量素子等の電子部品を収納するための電子部品収納容器は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体等のセラミックスから成り、電子部品を収容するための凹部が上面に形成された絶縁基体と、絶縁基体の凹部の内側から外側に導出された信号用や接地用等の配線導体とを具備した構造を有している。
絶縁基体上面の凹部には電子部品を搭載するための搭載部が設けられており、搭載部またはその周辺には、電子部品の電極と電気的に接続される配線導体が形成されている。また、配線導体は絶縁基体の下面に導出されており、絶縁基体の下面には、配線導体を外部電気回路に電気的に接続するための外部接続パッドが、配線導体と電気的に接続されて形成されている。
そして、前記搭載部に電子部品を搭載し、電子部品の信号用や接地用等の電極を配線導体にボンディングワイヤやはんだ等の接続材を介して接続し、必要に応じて電子部品を蓋体や封止用樹脂等で封止することにより、パワーアンプモジュール等の電子装置が形成される。このような電子装置の外部接続パッドをはんだ等を介して外部電気回路と電気的・機械的に接続することにより、電子部品の電極が、配線導体および外部接続パッドを介して外部電気回路と電気的に接続される。このような電子部品収納容器は、酸化アルミニウムや酸化ケイ素等の原料粉末を有機溶剤,有機バインダーとともにシート状に成形して複数のセラミックグリーンシートを作製し、セラミックグリーンシートに配線導体や外部接続パッドとなる金属ペーストを印刷し、切断、打抜き加工等の加工を施した後、積層し焼成することにより製造される。
特開2004−241583号公報 特開2003−60106号公報
近時、電子部品収納容器の高機能化、および電子部品の高周波化のため、また外部電気回路へ搭載される部品点数も多くなり、電子部品が他の部品からのノイズに影響され、誤動作を起こすことがある。このため、電子部品収納容器の下面側に面積の広い接地用の導体層を、配線導体を形成するのと同様の金属ペースト等を用いて形成し、外部からのノイズに対処しようとする手法がとられるようになってきている。
しかしながら、このように、絶縁基体の下面に金属ペーストの量の多い、面積の広い導体層を印刷すると、焼成時のセラミックグリーンシートと金属ペーストとの収縮の開始時期の差や収縮挙動の差に伴う応力がセラミックグリーンシートの積層体の上下面の間で大きくなるようになり、その応力の差により絶縁基体に反り等の変形が生じやすいという問題が起きてくる。つまり、電子部品収納容器の下面側で面積の大きな導体層(金属ペースト)と絶縁基体(セラミックグリーンシート)との間に生じる応力が相対的に大きくなるので、絶縁基体は導体層が形成されている下面側に凸となるように反り易い。
具体的には、導体層(金属ペースト)の収縮が絶縁基体(セラミックグリーンシート)の収縮よりも小さいので、上面側で収縮し易く下面側で収縮しにくい。そのため、上面側での収縮量が下面側での収縮量よりも大きくなって下面側に凸反りになる。
また、絶縁基体の上面には凹部が形成され、絶縁基体のうち凹部を取り囲む枠状の部位には内側に向かって引っ張りの応力が生じる傾向があるので、この応力によっても絶縁基体には、下面側に凸となるような反りを生じ易い。
絶縁基体に反りが生じると、搭載部の電子部品の電極と配線導体との接続や、外部接続パッドと外部電気回路との接続を正常に行なうことが難しくなる。
本発明は、上述の問題点に鑑み案出されたもので、その目的は、絶縁基体の反り等の変形を効果的に防止することができる、高機能化、高周波対応が容易な電子部品収納容器を提供することである。
本発明の電子部品収納容器は、絶縁基体の上面に凹部を形成するとともに該凹部の底面に電子部品が搭載される搭載部を設け、前記絶縁基体の下面に前記電子部品と電気的に接続される外部接続パッドを設けた電子部品収納容器であって、前記絶縁基体の下面に、外周を前記搭載部の外周よりも外方まで延在させた導体層が被着されているとともに該導体層上にセラミック層が被着されており、前記外部接続パッドが、前記セラミック層に非形成部を設けて前記導体層の一部を露出させることにより形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の電子部品収納容器は、前記絶縁基体、前記セラミック層及び前記導体層が同時焼成にて形成されたものであることを特徴とするものである。
さらに、本発明の電子部品収納容器は、前記セラミック層が、前記絶縁基体を形成するセラミックと同系のセラミック材料を主成分とし、且つ金属添加物を含有することを特徴とするものである。
またさらに、本発明の電子部品収納容器は、前記絶縁基体が長方形状をなしており、前記非形成部が前記絶縁基体下面の対向する辺に沿って配置されていることを特徴とするものである。
さらにまた、本発明の電子部品収納容器は、前記絶縁基体が長方形状をなしており、前記セラミック層の一部が前記絶縁基体下面の四隅部まで延在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容器によれば、絶縁基体の下面に、外周を搭載部の外周よりも外方まで延在した導体層を被着させるとともに該導体層上にセラミック層を被着させるようにしたことから、導体層とセラミックグリーンシート(絶縁基体)との収縮挙動の差に起因する応力を、セラミック層と導体層との収縮挙動の差により生じる応力で有効に打ち消すことができ、その結果、絶縁基体に反り等の変形が生じることを効果的に防止することができる。すなわち、導体層(金属ペースト)に比べて、例えばセラミックペーストの焼成により形成されるセラミック層は、焼成時の収縮量が導体層よりも大きいため、セラミック層と導体層との間に、絶縁基体を上面側に凸とするような応力(上記、絶縁基体を下面側に凸となるように反らせる応力と反対向きの応力)が生じる。
また、本発明の電子部品収納容器によれば、セラミック層に非形成部を設けて導体層の一部を露出させることにより外部接続パッドが形成されていることから、導体層を絶縁基体の下面に、搭載部の外周よりも外方まで延在させて形成したとしても、外部接続パッド、特に有効な接地のために広い面積を必要とする接地用の外部接続パッドを絶縁基体の下面に効率よく、かつ容易に形成することができる。
さらに、本発明の電子部品収納容器によれば、絶縁基体、セラミック層及び導体層を同時焼成にて形成することにより、導体層とセラミックグリーンシート(絶縁基体)との収縮挙動の差に起因する応力を、セラミック層と導体層との収縮挙動の差に起因する応力で打ち消す効果をより一層有効に得ることができる。その結果、絶縁基体に、下面側に凸となるような反り等の変形が生じるのを、より効果的に防止することができる。
またさらに、本発明の電子部品収納容器によれば、セラミック層を、絶縁基体と同系のセラミック材料を主成分とし、且つ金属添加物を含有する材料で形成することにより、金属酸化物が、セラミック層を形成するセラミックスの収縮を多くする作用を有するため、セラミック層と導体層との間に生じる応力(絶縁基体を上面側に凸に反らせようとする向きの応力)をより大きくすることができ、絶縁基体に比べて薄いセラミック層でも、導体層と絶縁基体との間に生じる応力(絶縁基体を下面側に凸に反らせようとする応力)を有効に打ち消すような応力をより確実に生じさせることができる。その結果、絶縁基体に反りが生じることをさらに確実に防止することができる。
さらにまた、本発明の電子部品収納容器によれば、絶縁基体を長方形状になし、非形成部を絶縁基体下面の対向する辺に沿って配置することにより、非形成部で露出する導体層によって形成される外部接続パッドは絶縁基体の下面の外辺に沿って配置されることになり、外部電気回路に対する接続が容易で、接続の信頼性や作業性、実用性が良好となる。
またこの場合、非形成部が、電子部品の収納に適した長方形状の絶縁基体の下面に、対向する辺に沿って配置されることから、対向する辺の間で、導体層とセラミック層との間に生じる応力をより確実に揃えることができる。これにより、導体層とセラミックグリーンシートとの収縮挙動の差に起因する応力の影響がより均一に緩和されるようになり、絶縁基体に反り等の変形が生じるのをより効果的に防止することができる。
さらに、本発明の電子部品収納容器によれば、絶縁基体が長方形状をなし、セラミック層の一部を絶縁基体下面の四隅部まで延在させることにより、導体層とセラミックグリーンシートとの収縮挙動の差に起因する応力の影響を、より広い範囲で緩和することができるようになり、絶縁基体に反り等の変形が生じるのをより効果的に防止することができる。特に、導体層と絶縁基体との間で生じる応力(絶縁基体を下面側に凸に反らせようとする応力)は、長方形状の絶縁基体の下面の対角線方向で大きくなるため、セラミック層の一部を絶縁基体下面の四隅部まで延在させることにより対角線方向に有効に応力(絶縁基体を上面側に凸に反らせようとする応力)を得ることは、絶縁基体の反りを防止する上で極めて有効である。
本発明の電子部品収納容器を添付の図面を基に説明する。図1は本発明の電子部品収納容器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は外部接続パッド、3は導体層、4はセラミック層である。これらの絶縁基体1、外部接続パッド2、導体層3、およびセラミック層4によって、本発明の電子部品収納容器9が主に構成されている。
絶縁基体1は、上面に電子部品を収容するための凹部1aが形成されており、凹部1aの底面が電子部品の搭載部1bとなっている。
また、この実施形態の例において、絶縁基体1は、凹部1aの内側から外側にかけて配線導体5が導出されている。
絶縁基体1は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体,ムライト質焼結体,ガラスセラミック焼結体等のセラミック材料から成る。絶縁基体1は、例えばガラスセラミック焼結体から成る場合、酸化珪素,酸化アルミニウム等のガラスセラミック原料粉末に適当な有機バインダ,溶剤を添加混合して泥漿状となし、これをドクターブレード法を採用してシート状となすことにより複数枚のセラミックグリーンシートを得て、しかる後、セラミックグリーンシートを切断加工や打ち抜き加工により適当な形状とするとともにこれを複数枚積層し、最後にこの積層されたセラミックグリーンシートを還元雰囲気中、約1000℃の温度で焼成することによって製作される。
なお、絶縁基体1となるセラミックグリーンシートについて、上面側に位置するものに金型等を用いた打抜き加工を施して開口部を設けておくことにより、絶縁基体1の上面に凹部1aを形成することができる。
絶縁基体1の上面の凹部1aには電子部品(図示せず)が収容され、電子部品は、搭載部1bに搭載されて、ろう材やガラス、樹脂等を介して接合固定される。搭載される電子部品(図示せず)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。
電子部品が搭載された凹部1aを蓋体(図示せず)で塞ぐことや、凹部1a内に樹脂を充填することにより、電子部品が封止される。蓋体は、例えば、ろう材やガラス、樹脂等の接合材を介した接合や、溶接法等の接合法により絶縁基体1の上面に接合されて凹部1aが塞がれる。
蓋体としては、例えば、凹部1aを塞ぐことができるような板状(平板状等)のものが用いられ、鉄−ニッケル−コバルト合金、鉄−ニッケル合金、銅系合金等の金属材料や、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料、ガラス、樹脂等の材料により形成される。
電子部品は、搭載部1bに搭載された後、その接地用や信号用等の電極が配線導体5のうち搭載部1b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。
また、絶縁基体1の下面には、外部接続パッド2が、配線導体5と電気的に接続されて形成されている。
配線導体5および外部接続パッド2は、電子部品の電極を外部電気回路に接続するための導電路として機能する。例えば、電子部品の接地用電極と電気的に接続された接地用の外部接続パッド2は、外部電気回路の接地用端子に電気的に接続されて電子部品が接地される。
外部接続パッド2および配線導体5は、露出表面にニッケル,金等のめっき層が被着されていることが好ましい。これにより、外部接続パッド2および配線導体5は、露出部分の酸化腐食を有効に防止することができるとともに、導電性接続材の接続をより容易かつ強固なものとすることができる。
また、絶縁基体1の下面には、外周を搭載部1bの外周よりも外方まで延在させた導体層3が被着されている。
導体層3は、搭載部1bに搭載される電子部品が外部からの電磁的なノイズに影響されるのを有効に防止して、電子部品を正常に作動させるためのものである。
そのため、導体層3は、電磁的なノイズを有効に遮断できるように、搭載部1bの外周よりも外方まで延在されて形成されている。
導体層3による電磁的なノイズの遮断を有効に行なわせる上で、導体層3は接地されていることが好ましい。
このような導体層3は、銅や銀,パラジウム,金,タングステン,モリブデン,マンガン等の金属材料等の導体材料により形成される。
導体層3は、例えば、銅から成る場合であれば、銅粉末に有機溶剤,樹脂バインダ等を添加して作製した金属ペーストを、絶縁基体1となるグリーンシートの表面や、予めグリーンシートに打抜き形成しておいた貫通孔の内部に、印刷塗布,充填することにより形成することができる。
また、導体層3上にはセラミック層4が被着されている。
セラミック層4は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体,ムライト質焼結体,ガラスセラミック焼結体等のセラミック材料から成る。
このようなセラミック層4は、絶縁基体1を構成するセラミックスと同じセラミックスの粉末に有機溶剤、有機バインダを添加混練して作製したセラミックペーストを、絶縁基体1の下面に印刷された金属ペースト(導体層3)の表面に塗布しておくことにより形成される。
このように、導体層3上にセラミック層4を被着させることにより、導体層3とセラミックグリーンシート(絶縁基体1)との収縮挙動の差に起因する応力の影響を受けるのを、セラミック層4と導体層3との収縮挙動の差により生じる応力で有効に打ち消すことができ、その結果、絶縁基体1に反り等の変形が生じることを効果的に防止することができる。すなわち、導体層3(金属ペースト)に比べて、例えばセラミックペーストの焼成により形成されるセラミック層4は、焼成時の収縮量が導体層3よりも大きいため、セラミック層4と導体層3との間に、絶縁基体1を上面側に凸とするような応力(上記、絶縁基体1を下面側に凸となるように反らせる応力と反対向きの応力)が生じる。
また、外部接続パッド2は、図1および図2(a)〜(c)に示すように、セラミック層4に非形成部4aを設けて導体層4の一部を露出させることにより形成されている。なお、図2(a)は図1に示す電子部品収納用容器の下面図、図2(b)はこの実施形態においてセラミック層4を取り除いた状態の下面図、図2(c)はセラミック層4自体の下面図である。
このように、外部接続パッド2を、セラミック層4に非形成部4aを設けて導体層4の一部を露出させて形成することにより、導体層3を絶縁基体1の下面に、搭載部1bの外周よりも外方まで延在させて形成したとしても、外部接続パッド2、特に有効な接地のために広い面積を必要とする接地用の外部接続パッド2を絶縁基体1の下面に効率よく、かつ容易に形成することができる。
非形成部4aは、例えば、セラミック層4となるセラミックペーストを印刷するときの印刷用の製版について、非形成部4aに対応させて印刷されない部位を設けておくことにより設けることができる。
このセラミック層4は、絶縁基体1を構成するセラミックスと同じセラミックス、例えば絶縁基体1を構成するセラミックスがガラスセラミック焼結体から成る場合であればセラミック層4を構成するセラミックスもガラスセラミック焼結体、を含む。これは、セラミック層4と絶縁基体1との間の接合を強固なものとするためである。
なお、セラミック層4と絶縁基体1は、完全に同じ組成にする必要はない。即ち、セラミックグリーンシートへの成形性や、セラミックペーストとしての印刷性等を考慮して、適宜有機溶剤、有機バインダの制御、可塑剤等の添加物やガラスの添加量等の点で多少異なっていてもよい。
このように、導体層3を、絶縁基体1とほとんど同成分のセラミック層4で、絶縁基体1と挟み込むことにより、焼成時のセラミックグリーンシートと金属ペーストとの収縮の開始時期の差や収縮挙動の差に伴う応力が上下面の間で大きくなり、その応力の差に起因して絶縁基体1の反り等の問題が有効に抑制される。
また、絶縁基体1の反りが防止されることにより、搭載部1bの電子部品の電極と配線導体5との接続や、外部接続パッド2と外部電気回路との接続を正常に行なうことできる。
セラミック層4は、導体層3の80%以上を覆うことが好ましい。
セラミック層4は、厚みが厚ければ厚いほど、導体層3を挟み込んでの絶縁基体1との収縮挙動の均衡が取れるが、あまり厚いと、外部接続パッド2と外部電気回路の接地用端子との距離が離れてしまい接続が難しくなるため、10μm〜60μm程度が好ましい。
また、本発明の電子部品収納容器9は、絶縁基体1、セラミック層4及び導体層3が同時焼成によって形成されたものであることが好ましい。
その場合、導体層3とセラミックグリーンシート(絶縁基体1)との収縮挙動の差に起因する応力を、セラミック層4と導体層3との収縮挙動の差に起因する応力で打ち消す効果をより一層有効に得ることができる。その結果、絶縁基体1に、下面側に凸となるような反り等の変形が生じることを、より効果的に防止することができる。
また、本発明の電子部品収納容器9は、セラミック層4が、絶縁基体1を形成するセラミックと同系のセラミック材料を主成分とし、且つ金属添加物を含有することが好ましい。この場合、金属酸化物が、セラミック層4を形成するセラミックスの収縮を多くする作用を有するため、セラミック層4と導体層3との間に生じる応力(絶縁基体1を上面側に凸に反らせようとする向きの応力)をより大きくすることができ、絶縁基体1に比べて薄いセラミック層4でも、導体層3と絶縁基体1との間に生じる応力(絶縁基体1を下面側に凸に反らせようとする応力)を有効に打ち消すような応力をより確実に生じさせることができる。その結果、絶縁基体1に反りが生じることをさらに確実に防止することができる。
この場合、セラミック層4は、絶縁基体1の下面の全周にわたって同じように収縮を抑制する効果を得るために、外部接続パッド2を除く導体層3の全面を覆うことが好ましい。
なお、金属酸化物は、Feの酸化物,Mnの酸化物,Moの酸化物,Coの酸化物およびCrの酸化物のうちの少なくとも1種から成ることが好ましい。具体的には、Feの酸化物は酸化鉄(III:3価)としてのFe、Mnの酸化物は酸化マンガン(IV)としてのMnO、Moの酸化物は酸化モリブデン(IV)としてのMoO、Coの酸化物は酸化コバルト(II)としてのCoO、Crの酸化物は酸化クロム(III)としてのCr、およびこれらの複合酸化物である。
これらの金属酸化物は、酸化アルミニウムや酸化ケイ素を主成分とするセラミックスに対して焼結を遅らせる作用が特に大きなものであることから、より確実かつ効果的にその焼成時の絶縁層5の収縮を遅延させることができ、絶縁基体1に対する拘束の作用をより大きくしてより一層確実に反り等の変形の発生を防止することができる。
また、上述の金属酸化物は、添加量を多くするほどセラミック層4のセラミックスの焼結を遅延させる作用が大きくなり、絶縁基体1の反りを抑える効果が大きくなる。経済性や電子部品収納容器9の収縮を考慮すれば、セラミック層4における金属酸化物の含有量は0.1〜10質量%であることが好ましい。
さらに、本形態の電子部品収納容器9によれば、絶縁基体1を長方形状になし、非形成部4aを絶縁基体1の下面の対向する辺に沿って配置することが好ましい。
この構成により、非形成部4aで露出する導体層3により形成される外部接続パッド2は、絶縁基体1の下面の外辺に沿って配置されることになり、外部電気回路に対する接続が容易で、接続の信頼性や作業性、実用性が良好である。
また、非形成部4aを、電子部品の収納に適した長方形状の絶縁基体1の下面に、対向する辺に沿って配置することにより、対向する辺の間で、導体層3とセラミック層4との間に生じる応力をより確実に揃えることができ、導体層とセラミックグリーンシートとの収縮挙動の差に起因する応力の影響を、より均一に緩和でき、絶縁基体に反り等の変形が生じることをより効果的に防止することができる。
さらに、本形態の電子部品収納容器9によれば、絶縁基体1を長方形状になし、セラミック層4の一部を絶縁基体1下面の四隅部まで延在させておくことにより、導体層3とセラミックグリーンシートとの収縮挙動の差に起因する応力の影響を、より広い範囲で緩和することができ、絶縁基体1に反り等の変形が生じるのをより効果的に防止することができる。
特に、導体層3と絶縁基体1との間で生じる応力(絶縁基体1を下面側に凸に反らせようとする応力)は、長方形状の絶縁基体1の下面の対角線方向で大きくなるため、セラミック層4の一部を絶縁基体1下面の四隅部まで延在させることにより対角線方向に有効に応力(絶縁基体1を上面側に凸に反らせようとする応力)を得ることは、絶縁基体1の反りを防止する上で極めて有効である。
なお、本発明は以上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で種々の変更を加えても何ら差し支えない。例えば、外部接続パッド2は、セラミック層4の非形成部4aで露出する導体層3で形成されるものに加えて、導体層3と電気的に独立した、電子部品の信号用の電極等と電気的に接続されるものが形成されていてもよい。
本発明の電子部品収納容器の実施の形態の一例を示す断面図である。 (a)は図1に示す電子部品収納用容器の下面図、(b)は(a)に示す導体層3,外部接続パッド2の下面図、(c)は(a)のセラミック層4を示す下面図である。
符号の説明
1・・・絶縁基体
2・・・外部接続パッド
3・・・導体層
4・・・セラミック層
4a・・・非形成部
5・・・配線導体
9・・・電子部品収納容器

Claims (5)

  1. 絶縁基体の上面に凹部を形成するとともに該凹部の底面に電子部品が搭載される搭載部を設け、前記絶縁基体の下面に前記電子部品と電気的に接続される外部接続パッドを設けた電子部品収納容器であって、
    前記絶縁基体の下面に、外周を前記搭載部の外周よりも外方まで延在させた導体層が被着されているとともに該導体層上にセラミック層が被着されており、前記外部接続パッドが、前記セラミック層に非形成部を設けて前記導体層の一部を露出させることにより形成されていることを特徴とする電子部品収納容器。
  2. 前記絶縁基体、前記セラミック層及び前記導体層が同時焼成にて形成されたものであることを特徴とする請求項1に記載の電子部品収納容器。
  3. 前記セラミック層が、前記絶縁基体を形成するセラミックと同系のセラミック材料を主成分とし、且つ金属添加物を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電子部品収納容器。
  4. 前記絶縁基体が長方形状をなしており、前記非形成部が前記絶縁基体下面の対向する辺に沿って配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の電子部品収納容器。
  5. 前記絶縁基体が長方形状をなしており、前記セラミック層の一部が前記絶縁基体下面の四隅部まで延在されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の電子部品収納容器。
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