JP2007012707A - 電子部品収納用パッケージおよび電子装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ヒータ部３から電子部品５に印加される熱を低減して、電子部品５を長期間にわたり正常、且つ安定に作動させることができる信頼性の高い電子部品収容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５が搭載される基体１と、基体１の表面に電子部品５の搭載部を取り囲むように形成されており、蓋体４が接合される金属層２と、基体１に金属層２に対応するように設けられたヒータ部３と、基体１のヒータ部３の周囲に形成され、ヒータ部３の発する熱を金属層２に導く、基体１の他の部位より熱伝導率が高い伝熱経路９とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子部品収納用パッケージおよび電子装置に関するものであり、特に、基体と蓋体とが封止材を介して加熱処理により接合されるものに関する。
従来の電子部品収納用パッケージとして、基体に形成された封止用の金属層と蓋体とがはんだから成る封止材を介して接合され、内部に電子部品が気密封止されるものがある。この気密封止は、電子部品収納用パッケージの基体表面の搭載部にＬＳＩ（大規模集積回路素子）等の半導体素子や水晶振動子のような電子部品を搭載した後、封止用の金属層上にその間にはんだ等の封止材を挟むようにして蓋体を載置し、加熱炉等の加熱手段で電子部品が搭載された電子部品収納用パッケージ全体を加熱することで封止材を溶融させることによって行なわれるものであった。この気密封止方法では、封止材を溶融させるだけの熱が、電子部品収納用パッケージ内に搭載された電子部品にも印加され、電子部品の特性に変化を生じさせてしまう可能性があった。
このような問題点に対して、蓋体の接続される金属層を局所的に加熱することで、電子部品を直接加熱することなくはんだを加熱溶融し、基体と蓋体とを接合することが可能なパッケージや基板が提案されている。例えば、下記特許文献１には、基体の金属層の下側にヒータ部を配設するという構造が提案されている。また、下記特許文献２には、蓋体の内部に金属層と対向する領域にヒータ部が埋設された構造が提案されている。
特開平６−３２６２１６号公報 特開平６−６９３６４号公報
しかしながら、近年のパッケージの小型化や薄型化にともない、ヒータ部と電子部品との距離が短くなってきている。また、半導体素子のような電子部品は、高集積化に伴って、動作時の電子部品自身の発熱が大きくなっており、この熱を効率良く外部に放散させるために高熱伝導率の材料から成る基体を用いる場合がある。このため、上記特許文献に示されているように、ヒータ部により局所的に金属層を加熱して封止材を加熱溶融させて基体と蓋体とを接合したとしても、ヒータ部の熱が基体内を伝導して電子部品に印加されてしまい、電子部品の特性に変化が生じてしまう可能性があった。
また、ヒータ部から金属層への伝熱距離を短くすることにより加熱時間を短くすることが考えられるが、ヒータ部と金属層との間の基体の厚みを薄くすると、その部分の基体の強度およびその基体上の金属層に接合された蓋体の接合強度が低下して気密性が低下してしまう場合があるため、ヒータ部と金属層との間の基体の厚みはあまり薄くすることができず効果的なものではなかった。
本発明は、このような課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、ヒータ部から電子部品に印加される熱を低減して、電子部品を長期間にわたり正常、且つ安定に作動させることができる信頼性の高い電子部品収容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、電子部品が搭載される基体と、該基体の表面に前記電子部品の搭載部を取り囲むように形成されており、蓋体が接合される金属層と、前記基体に前記金属層に対応するように設けられたヒータ部と、前記基体の前記ヒータ部の周囲に形成され、前記ヒータ部の発する熱を前記金属層に導く、前記基体の他の部位より熱伝導率が高い伝熱経路とを備え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用パッケージは、電子部品が搭載される基体と、該基体の表面に前記電子部品の搭載部を取り囲むように形成された金属層と、該金属層に接合される蓋体と、該蓋体に、前記金属層に対応するように設けられたヒータ部と、前記蓋体の前記ヒータ部の周囲に形成され、前記ヒータ部の発する熱を前記金属層に導く、前記蓋体の他の部位より熱伝導率が高い伝熱経路とを備え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用パッケージは、好ましくは、前記伝熱経路は、前記ヒータ部と前記金属層との間に形成された伝熱体からな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用パッケージは、好ましくは、前記伝熱経路は、前記金属層との間に前記ヒータ部が位置するように形成された伝熱層と、該伝熱層と前記金属層との間に形成された伝熱体とからな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用パッケージは、好ましくは、前記ヒータ部が設けられた前記基体または前記蓋体に、該基体または該蓋体の他の部位より熱伝導率の低い部位が、前記伝熱体との間に前記ヒータ部が位置するように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用パッケージは、好ましくは、前記ヒータ部が設けられた前記基体または前記蓋体に、該基体または該蓋体の他の部位より熱伝導率の低い部位が、前記ヒータ部との間に前記伝熱層が位置するように形成されていることを特徴とするものである。
本発明の電子装置は、本発明の電子部品収納用パッケージと、前記基体に搭載された電子部品とを備え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、基体に設けられたヒータ部と、ヒータ部の周囲に形成され、ヒータ部の発する熱を金属層に導く、基体の他の部位より熱伝導率が高い伝熱経路とを備えていることから、ヒータ部の発する熱をより金属層側に伝えることができるので、ヒータ部から電子部品側へ伝わる熱量を抑えつつ、基体と蓋体とを短時間で接合することができ、基体に搭載された電子部品に特性変化を生じさせるような熱が印加されることを抑制して、電子部品を封止することができる。
本発明の電子部品収納用パッケージによれば、蓋体に設けられたヒータ部と、ヒータ部の周囲に形成され、ヒータ部の発する熱を金属層に導く、蓋体の他の部位より熱伝導率が高い伝熱経路とを備えていることから、ヒータ部の発する熱をより金属層側に伝えることができるので、基体と蓋体とを短時間で接合することができ、その結果として基体に搭載された電子部品に特性変化を生じさせるような熱が印加されることを抑制して、電子部品を封止することができる。
本発明の電子部品収納用パッケージによれば、好ましくは、伝熱経路は、ヒータ部と金属層との間に形成された伝熱体からなることから、ヒータ部と金属層との距離が最短となる位置に高熱伝導率の伝熱経路が形成されることとなり、ヒータ部の発する熱をより金属層側に伝えることができるので、基体と蓋体とを短時間で接合することができ、また、ヒータ部が基体に設けられた場合は、電子部品の搭載部側へ伝わる熱量を低減させることができる。その結果として、基体に搭載された電子部品に特性変化を生じさせるような熱が印加されることを抑制して、電子部品を封止することができる。
本発明の電子部品収納用パッケージによれば、好ましくは、伝熱経路は、金属層との間にヒータ部が位置するように形成された伝熱層と、伝熱層と金属層との間に形成された伝熱体とからなることから、ヒータ部から金属層側以外の方向へ伝わった熱を伝熱層および伝熱体により金属層側へと伝えることができるので、基体と蓋体とを短時間で接合することができ、また、ヒータ部が基体に設けられた場合は電子部品の搭載部側へ伝わる熱量を低減させることができる。その結果として、基体に搭載された電子部品に特性変化を生じさせるような熱が印加されることを抑制して、電子部品を封止することができる。
本発明の電子部品収納用パッケージによれば、好ましくは、ヒータ部が設けられた基体または蓋体に、基体または蓋体の他の部位より熱伝導率の低い部位が、伝熱体との間にヒータ部が位置するように形成されていることから、ヒータ部より金属層側は、反対側に対して相対的により高熱伝導率となり、ヒータ部の発する熱をより金属層側に伝えることができるので、基体と蓋体とを短時間で接合することができ、ヒータ部が基体に設けられた場合は、熱伝導率の低い部位は断熱層としても機能するので、電子部品の搭載部側へ伝わる熱量をより低減させることができる。その結果として、基体に搭載された電子部品に特性変化を生じさせるような熱が印加されることを抑制して、電子部品を封止することができる。
本発明の電子部品収納用パッケージによれば、好ましくは、ヒータ部が設けられた基体または蓋体に、基体または蓋体の他の部位より熱伝導率の低い部位が、ヒータ部との間に伝熱層が位置するように形成されていることから、伝熱層より金属層側は、反対側に対して相対的により高熱伝導率となり、ヒータ部から伝熱層へ伝わった熱をより金属層側へと伝えることができるので、基体と蓋体とを短時間で接合することができ、基体にヒータ部が設けられた場合は、熱伝導率の低い部位は断熱層としても機能するので、電子部品の搭載部側へ伝わる熱量を低減させることができる。その結果として、基体に搭載された電子部品に特性変化を生じさせるような熱が印加されることを抑制して、電子部品を封止することができる。
本発明の電子装置によれば、本発明の電子部品収納用パッケージと、電子部品収納用パッケージの基体に搭載された電子部品とを備えていることから、電子部品に熱による特性変化を生じさせることなく封止されたものとなるので、信頼性の高い電子装置を実現することができる。
本発明の電子部品収納用パッケージおよび電子装置について添付の図面を参照して詳細に説明する。図１および図２は、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断面図である。これらの図において、１は基体、２は金属層、３はヒータ部、４は蓋体、５は電子部品、６は配線導体、７は封止材、９は熱伝導率の高い伝熱経路である。
図１に示すように、本発明の電子部品収納用パッケージは、電子部品５が搭載される基体１と、基体１の表面に電子部品５の搭載部を取り囲むように形成されており、蓋体４が接合される金属層２と、基体１に金属層２に対応するように設けられたヒータ部３と、基体１のヒータ部３の周囲に形成され、ヒータ部３の発する熱を金属層２に導く、基体１の他の部位より熱伝導率が高い伝熱経路９とを備えている。
また、図２に示すように、本発明の電子部品収納用パッケージは、電子部品５が搭載される基体１と、基体１の表面に電子部品５の搭載部を取り囲むように形成された金属層２と、金属層２に接合される蓋体４と、蓋体４に、金属層２に対応するように設けられたヒータ部３と、蓋体４のヒータ部３の周囲に形成され、ヒータ部３の発する熱を金属層２に導く、蓋体４の他の部位より熱伝導率が高い伝熱経路９とを備えている。
そして、本発明の電子装置は、半導体素子や水晶振動子等の電子部品５が上記のような電子部品収納用パッケージの搭載部に搭載されるとともに、基体１に形成された配線導体６と電気的に接続され、蓋体４がはんだ等の封止材７を介して基体１の金属層２に接合されて気密封止されたものである。
基体１は、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体等の電気絶縁材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用し、シート状に成形することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、次にセラミック生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、約１６００℃で焼成することによって製作される。
配線導体６は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等の高融点金属粉末の焼結体からなり、高融点金属粉末に必要に応じてガラス成分やセラミック成分の粉末を加えたものに適当な有機溶剤、溶媒を添加混合することによって得た金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等の厚膜形成法を採用し、基体１となるセラミック生シートに予め所定パターンに印刷塗布しておき、非酸化性雰囲気中でのセラミック生シートとの同時焼成により焼結させることによって、基体１の搭載部周辺から容器の外部に導出するように被着形成されている。配線導体６が基体１を積層方向に貫通する場合は、上記印刷塗布の前にセラミック生シートに打ち抜き金型やパンチングマシーンにより貫通孔を形成し、この貫通孔に金属ペーストをスクリーン印刷法等の埋め込み手段により充填させることで形成できる。
配線導体６の基体１の外部表面に露出する部分は、ニッケル（Ｎｉ）等の耐蝕性に優れる金属を下地金属層として１．０〜２０．０μｍ程度の厚みに被着させておくと、配線導体６が酸化腐食するのを有効に防止できるとともに、基体１への電子部品５の固着および配線導体６とＡｕワイヤやはんだバンプ等の電気的接続手段との接合、配線導体６を基体１の外表面に露出させることにより形成されたパッケージの外部端子と外部回路基板との接合を強固なものとすることができる。従って、配線導体６の露出表面には、厚み１〜１０μｍ程度のＮｉめっき層と厚み０．１〜３μｍ程度の金（Ａｕ）めっき層とが電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されている。
基体１の上面に被着させた金属層２は、配線導体６と同様に、例えばＷ、Ｍｏ、Ｍｎ等の金属粉末の焼結体から成り、Ｗ等の粉末に必要に応じてガラス成分やセラミック成分の粉末を加えたものに有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを基体１となるセラミック生シートに従来周知のスクリーン印刷法等の印刷法により所定のパターンに印刷塗布しておき、非酸化性雰囲気中でのセラミック生シートとの同時焼成により焼結させることによって基体１の上面に電子部品５の搭載部を取り囲むような所定のパターンに被着形成される。
なお、金属層２は、その表面にはんだとの濡れ性が良いＮｉ層をめっき法等により被着させておくと、金属層２とはんだ等から成る封止材７との接合強度を大幅に向上させることとなり、蓋体４を封止材７を介して極めて強固に基体１に接合させることができる。従って、金属層２の表面には封止材７と濡れ性が良いＮｉ等の金属を所定厚みに被着させておくことが好ましい。
また、金属層２は、基体１を作製した後にＭｏ−Ｍｎ、銀、銀−パラジウム等のメタライズ金属層を焼き付けることにより被着させて形成してもよい。例えば、銀とパラジウムの粉末に必要に応じてガラス成分やセラミック成分の粉末を加えたものに有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを基体１に従来周知のスクリーン印刷法等の印刷法により所定のパターンに印刷塗布し、非酸化性雰囲気中で約１６００℃の温度で焼き付けて基体１に被着すればよい。
さらには、金属層２はスパッタや蒸着等の薄膜形成法により形成してもよい。
蓋体４は、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体等のセラミックスから成る。この場合、蓋体４の下面には、基体１の金属層２に対応する形状の第２の金属層８が形成され、封止材７により基体１の金属層２と蓋体４の第２の金属層８とが接続されることで基体１と蓋体４とが接合される。
蓋体４が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、上述の基体１と同様の方法、即ち、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してセラミック生シートを得、次にセラミック生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、約１６００℃で焼成することによって製作される。
また、第２の金属層８は、金属層２と同様に、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ等の金属粉末に必要に応じてガラス成分やセラミック成分の粉末を加えたものに有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを蓋体４となるセラミック生シートに従来周知のスクリーン印刷法等の厚膜形成法を採用することによって所定のパターンに印刷塗布しておき、非酸化性雰囲気中でのセラミック生シートとの同時焼成により、蓋体４の下面に所定のパターンに被着される。なお、第２の金属層８はその表面にはんだとの濡れ性が良いＮｉ層をめっき法等により被着させておくと、第２の金属層８とはんだ等から成る封止材７との接合強度を大幅に向上させることとなり、基体１と蓋体４とを封止材７を介し極めて強固に接合させることができる。従って、第２の金属層８の表面にははんだとの濡れ性が良いＮｉ等の金属を所定厚みに被着させておくことが好ましい。
また、金属層２と同様に蓋体４を形成した後のメタライズ金属の焼付けや薄膜形成法等の形成方法も用いることができる。
また、図１に示すように、ヒータ部３が基体１に設けられた構造の場合の蓋体４は、セラミックス製に限らず、金属製のものであっても構わない。例えば、蓋体４は、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、その他の金属あるいは金属合金から選択して用いればよい。基体１と蓋体４との接合部の熱サイクルに対する信頼性を考慮すると、蓋体４は、基体１の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するものを用いるのが好ましく、例えば基体１が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合は、銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等を用いるとよい。このような金属製の蓋体４は圧延等により形成された金属板を金型によりプレスするとともに打ち抜いて加工する等、従来周知の金属加工法により作製することができる。蓋体４が金属製の場合には、第２の金属層８は形成しなくても構わないが、その表面には封止材７との濡れ性の良好なＮｉ等の皮膜をめっき法等の被着手段により所定厚みに被着させておいてもよい。
蓋体４の形状は、基体１に接合された際に基体１とともに電子部品５を収納することができるような空間が形成されるものであれば良く、例えば、基体１が図８に示すような平板形状の場合は下面に凹部を有する形状とし、基体１が図１および図２に示すような電子部品５を収納する凹部を有する形状の場合は平板形状でもよい。
ヒータ部３は、基体１または蓋体４の内部の、金属層２または第２の金属層８に対応する位置に設けられている。すなわち、図１および図８に示した本発明の電子部品収納用パッケージにおいて、ヒータ部３は金属層２の下方の基体１内に設けられている。また、図２に示した本発明の電子部品収納用パッケージにおいて、ヒータ部３は、蓋体４における基体１の金属層２が接合される部位（第２の金属層８が形成されている部位）の上方に設けられている。図１、２、８に示した電子部品収納用パッケージにおいて、ヒータ部３は、例えば、上面透視において、金属層２と重なる位置に配置され、金属層２と重なる形状で形成されている。ヒータ部３の形状は、金属層２と重なる範囲内で線幅を細く形成したヒータ部３が繰り返し折り曲げられた形状、いわゆる九十九折形状とすることによって単位面積当たりの発熱量を大きくすることができるので好ましい。
ヒータ部３の発する熱を金属層２に効率良く伝熱するために、ヒータ部３は、金属層２または第２の金属層８からの距離が基体１または蓋体４の厚みの半分以下となるような位置、例えば金属層２または第２の金属層８からの距離が２ｍｍ以下である基体１または蓋体４の内部に形成されていることが好ましい。また、金属層２または第２の金属層８に応力が加わった場合の強度や、ヒータ部３と金属層２または第２の金属層８との間の絶縁性を考慮すると、金属層２または第２の金属層８からヒータ部３までの距離が０．０２ｍｍ以上であることが好ましい。
また、封止時にヒータ部３に所定の電力を供給するために、基体１または蓋体４の内部から外部に配線導体が導出されており、外表面に電力供給端子が形成されている。なお、複数個の基体１や蓋体４が配列形成された多数個取り基板において、分割前に複数個の基体１と蓋体４とを一括して接合することにより電子部品５を封止する場合には、各々の基体１や蓋体４に形成されたヒータ部３を互いに電気的に接続して、共通の電力供給端子から所定の電力を供給してもよい。
ヒータ部３は、それ自体が有する電気抵抗によって、所定の電力が印加されると封止材７を構成するはんだ等を溶融させるのに必要な所定温度（例えば、１５０〜４００℃）以上にジュール発熱するような形状、寸法に形成されている。
ヒータ部３は、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ等の高融点金属粉末の焼結体からなり、高融点金属粉末に必要に応じてガラス成分やセラミック成分の粉末を加えたものに適当な有機溶剤、溶媒を添加混合することによって得た金属ペーストを、従来周知のスクリーン印刷法等の厚膜形成法により、基体１または蓋体４となるセラミック生シート上あるいは生成形体上に所定パターンに印刷塗布しておき、セラミック生シートとの同時焼成により焼結させることによって基体１または蓋体４の内部に形成される。
ヒータ部３が基体１内に設けられる場合は、ヒータ部３の周囲に、ヒータ部３の発する熱を金属層２に導く、基体１の他の部位より熱伝導率が高い伝熱経路９を備えている。この構成により、金属層２とヒータ部３との間隔が、金属層２とヒータ部３との間の基体１の接合強度等の強度低下を発生させない厚みに形成されたものであっても、伝熱経路９は基体１の他の部位よりも熱を伝えやすいことから、伝熱経路９によりヒータ部３の発する熱量をより効率良く金属層２側に伝えることができるので、ヒータ部３から電子部品５側へ伝わる熱量を抑えつつ、基体１と蓋体４とを短時間で接合することができ、基体１に搭載された電子部品５に特性変化を生じさせるような熱が印加されることを抑制して、電子部品５を封止することができる。
また、ヒータ部３が蓋体４に設けられる場合は、ヒータ部３の周囲に、ヒータ部３の発する熱を金属層２に導く、蓋体４の他の部位より熱伝導率が高い伝熱経路９を備えている。このことにより、金属層２とヒータ部３との間隔が、金属層２とヒータ部３との間の蓋体４の接合強度等の強度低下を発生させない厚みに形成されたものであっても、伝熱経路９は蓋体４の他の部位よりも熱を伝えやすいことから、伝熱経路９によりヒータ部３の発する熱量をより金属層２側に伝えることができるので、基体１と蓋体４とを短時間で接合することができ、基体１に搭載された電子部品５に特性変化を生じさせるような熱が印加されることを抑制して、電子部品５を封止することができる。
伝熱経路９は、ヒータ部３が設けられた基体１または蓋体４よりも熱伝導率の高い材料からなり、例えばＷ、Ｍｏ、Ｍｎ等の金属粉末の焼結体や基体１よりも熱伝導率の高いセラミック焼結体が挙げられる。
伝熱経路９が、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ等の金属粉末の焼結体からなる場合、配線導体６と同様に、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ等の金属粉末に必要に応じてガラス成分やセラミック成分の粉末を加えたものに有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを基体１または蓋体４となるセラミック生シートに所定のパターンに印刷塗布しておき、非酸化性雰囲気中でのセラミック生シートとの同時焼成により焼結させることによって基体１または蓋体４の所定の位置に被着形成される。また、伝熱経路９が基体１または蓋体４を積層方向に貫通する形状の場合、配線導体６が基体１を積層方向に貫通して形成される場合と同様の方法で形成される。また、基体１または蓋体４となるセラミック生シートに凹部を形成しておき、金属ペーストを凹部内に充填しておくことで形成しても構わない。
伝熱経路９が金属粉末の焼結体等の導電性の材料からなる場合、伝熱経路９が金属層２またはヒータ部３のいずれか一方に直接接続するように被着形成しておくと、ヒータ部３の発する熱がより金属層２に伝わりやすくなるので好ましい。伝熱経路９をヒータ部３に直接接続して形成しておくと、ヒータ部３とともに伝熱経路９も発熱させることができるようになり、より短時間で金属層２を加熱することができるので好ましい。なお、伝熱経路９がヒータ部３と金属層２との間に設けられている場合、ヒータ部３の発する熱が金属層２側へと伝わるのが阻害されるのを抑制するために、伝熱体９ａの発する熱がヒータ部３の発する熱よりも小さくなるように形成しておけば良い。
伝熱経路９が基体１または蓋体４よりも熱伝導率の高いセラミック焼結体からなる場合、基体１または蓋体４となるセラミック生シートの原料粉末に対して、基体１または蓋体４に用いられるセラミックスよりも熱伝導率の高いセラミックスを加えたり、熱伝導率の低いガラスの添加を少なくしたりすることで伝熱経路９となるセラミック生シートを作製し、所定の大きさ、形状に加工して、所定の位置に配設されるように基体１または蓋体４となるセラミック生シートとともに積層し、焼成することにより形成することができる。
また、この伝熱経路９となるセラミック生シートの原料粉末と同様のセラミック原料粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して伝熱経路９となるセラミックペーストを作製し、伝熱経路９が金属粉末の焼結体からなる場合の金属ペーストに換えてセラミックペースト用いて、同様に形成することができる。
伝熱経路９が基体１または蓋体４を積層方向に貫通する形状の場合も同様に、金属ペーストに換えてセラミックペーストを用いて形成される。伝熱経路９がセラミックス等の絶縁性の材料からなる場合、伝熱経路９は金属層２とヒータ部３の両方に直接、接するように被着形成しておくと、ヒータ部３の発する熱がより金属層２に伝わりやすくなるので好ましい。
また、伝熱経路９は、ヒータ部３の側方や直上または直下から金属層２にかけて形成されるが、ヒータ部３が九十九折形状のパターンとして形成されその側面に伝熱経路９を形成する場合、伝熱経路９を九十九折形状のヒータ部３のパターンとパターンとの間から金属層２側へ延びるように形成しておくと、伝熱経路９は上面視した際にヒータ部３の幅内に形成され、伝熱経路９の形成領域が小さいものとなるので、小型のパッケージの場合等に有効である。
伝熱経路９は、例えば図１および図２に示すように、ヒータ部３と金属層２との間に形成された伝熱体９ａからなることが好ましい。この構成により、ヒータ部と金属層との距離が最短となる位置に高熱伝導率の伝熱経路が形成されることとなり、ヒータ部３の発する熱をより金属層２側に伝えることができるので、基体１と蓋体４とを短時間で接合することができ、また、基体１にヒータ部３を備える場合は、電子部品５の搭載部側へ伝わる熱量を低減させることができる。その結果として、基体１に搭載された電子部品５に特性変化を生じさせるような熱が印加されることを抑制して、電子部品５を封止することができる。
伝熱体９ａは、ヒータ部３の発する熱を金属層２側に良好に伝えるものとするために、ヒータ部３と金属層２の間で伝熱体９ａの途中に基体１または蓋体４が介在していない形状、すなわちヒータ部３と金属層２の間で基体１または蓋体４を積層方向に貫通する形状であることが好ましい。また、金属層２がヒータ部３よりも幅広に形成されている場合は、伝熱体９ａをヒータ部３側から金属層２側に向けて広がるような形状としておくと、ヒータ部３の発する熱を金属層２へ効率よく伝えることができるので好ましい。その広がり角度は、ヒータ部３と金属層２の幅や間隔にもよるが、最大でも４５°であれば熱の伝導効率としては問題のないものとなる。
また、このような伝熱体９ａは、金属層２の加熱ばらつきが発生しないように、上面透視で金属層２と重なる位置に配置され、金属層２の投影面内において均等に配列して設けておくことが好ましい。
また、伝熱経路９は、金属層２との間にヒータ部３が位置するように形成された伝熱層９ｂと、伝熱層９ｂと金属層２との間に形成された伝熱体９ａとからなることが好ましい。この構成により、ヒータ部３から金属層２以外の方向に伝わった熱を伝熱層９ｂおよび伝熱体９ａにより金属層２側へと伝えることができ、その結果として金属層２側に伝熱される熱量を多くして金属層２を加熱することができるので、基体１と蓋体４とを短時間で接合することができるので、基体１と蓋体４とを短時間で接合することができ、また、ヒータ部３が基体１に設けられた場合は電子部品５の搭載部側へ伝わる熱量を低減させることができる。その結果として、基体１に搭載された電子部品５に特性変化を生じさせるような熱が印加されることを抑制して、電子部品５を封止することができる。
例えば、図３に示すように、ヒータ部３が基体１側に形成されている場合、ヒータ部３の下方にヒータ部３よりも幅広の伝熱層９ｂを、そしてヒータ部３の側方に伝熱層９ｂと金属層２とを接続する伝熱体９ａとを形成することで、伝熱経路９として形成することができる。
このとき、ヒータ部３から伝熱層９ｂまでの伝熱経路長をＬ１、ヒータ部３から伝熱体９ａまでの伝熱経路長をＬ２、ヒータ部３から金属層２までの伝熱経路長をＬ３とした場合、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３とすることで、伝熱層９ｂに伝熱された熱が伝熱体９ａおよび金属層２へと伝熱されるようになる。
このような伝熱経路９は、例えばヒータ部３が基体１側に形成されている場合、ヒータ部３の下方の基体１用のセラミック生シートの所定の位置（例えば上面にヒータ部３が形成されるセラミック生シートの下面、またはヒータ部３が形成されるセラミック生シートの下に位置するセラミック生シートの上面）に伝熱経路９となる金属ペーストや絶縁ペーストを所定のパターンに印刷塗布することで伝熱層９ｂの生成形体を形成し、ヒータ部３の側方の、金属層２と伝熱層９ｂとの間の基体１用のセラミック生シートの所定の位置に貫通孔を形成し、この貫通孔内に伝熱経路９となる金属ペーストや絶縁ペーストをスクリーン印刷法等により充填して伝熱体９ａの生成形体を形成し、これらの伝熱体９ａおよび伝熱層９ｂの生成形体の形成されたセラミック生シートと基体１用の他のセラミック生シートとを積層した後、非酸化性雰囲気中でのセラミック生シートとの同時焼成により焼結させることによって基体１の所定の位置に形成される。
伝熱体９ａは、伝熱層９ｂから金属層２の間を貫通して形成する方が、より熱を伝えることができるので好ましいが、セラミック生シート表面やセラミック生シートに形成した凹部内に伝熱経路９となる金属ペーストやセラミックペーストをスクリーン印刷法等により印刷したり充填させることにより伝熱体９ａの生成形体を形成してもよい。
伝熱経路９は、ヒータ部３と金属層２との間に形成された伝熱体９ａの場合と、金属層２との間にヒータ部３が位置するように形成された伝熱層９ｂと、伝熱層９ｂと金属層２との間に形成された伝熱体９ａとからなる場合と、の両方を組み合わせたものでもよい。
本発明の電子部品収納用パッケージにおいて伝熱経路９がヒータ部３と金属層２との間に形成された伝熱体９ａからなる場合、ヒータ部３が設けられた基体１または蓋体４に、基体１または蓋体４の他の部位より熱伝導率の低い部位１０が、伝熱体９ａとの間にヒータ部３が位置するように形成されていることが好ましい。この構成により、ヒータ部３より金属層２側は、反対側に対して相対的により高熱伝導率となり、ヒータ部３の発する熱をより金属層２側に伝えることができるので、基体１と蓋体４とを短時間で接合することができ、ヒータ部３が基体１に設けられた場合は、熱伝導率の低い部位１０は断熱層としても機能するので、電子部品５の搭載部側へ伝わる熱量をより低減させることができる。その結果として、基体１に搭載された電子部品５に特性変化を生じさせるような熱が印加されることを抑制して、電子部品５を封止することができる。
このときの熱伝導率の低い部位１０は、例えば図４に示すようにヒータ部３が基体１に設けられる場合は基体１のヒータ部３と電子部品５の搭載部との間に形成され、ヒータ部３が蓋体４に設けられる場合はヒータ部３の上方に形成される。
本発明の電子部品収納用パッケージにおいて、伝熱経路９が金属層２との間にヒータ部３が位置するように形成された伝熱層９ｂと、伝熱層９ｂと金属層２との間に形成された伝熱体９ａとからなる場合、ヒータ部３が設けられた基体１または蓋体４に、基体１または蓋体４の他の部位より熱伝導率の低い部位１０が、ヒータ部３との間に伝熱層９ｂが位置するように形成されていることが好ましい。この構成により、伝熱層９ｂより金属層２側は、反対側に対して相対的により高熱伝導率となり、ヒータ部３から伝熱層９ｂへ伝わった熱をより金属層２側へと伝えることができるので、基体１と蓋体４とを短時間で接合することができ、基体１にヒータ部３が設けられた場合は、熱伝導率の低い部位１０は断熱層としても機能するので、電子部品５の搭載部側へ伝わる熱量を低減させることができる。その結果として、基体１に搭載された電子部品５に特性変化を生じさせるような熱が印加されることを抑制して、電子部品５を封止することができる。
このときの熱伝導率の低い部位１０は、例えば図３に示すようにヒータ部３が基体１に設けられる場合は図３における基体１の伝熱層９ｂと電子部品５の搭載部との間に形成され、ヒータ部３が蓋体４に設けられる場合はヒータ部３の上方に設けられた伝熱層９ｂの上方に形成される。
また、熱伝導率の低い部位１０は、伝熱経路９がヒータ部３と金属層２との間に形成された伝熱体９ａからなる場合はヒータ部３に接するように形成し、伝熱経路９が金属層２との間にヒータ部３が位置するように形成された伝熱層９ｂと、伝熱層９ｂと金属層２との間に形成された伝熱体９ａとからなる場合は、伝熱層９ｂに接するように形成すると、ヒータ部３または伝熱層９ｂの金属層２側が相対的により熱伝導率が高くなるので、ヒータ部３の発する熱またはヒータ部３から伝熱層９ｂに伝わった熱がより金属層２側に伝わりやすくなる。
伝熱経路９の形状が上記２つのいずれの場合でも、ヒータ部３が蓋体４に設けられる場合はさらに基体１の金属層２の下方に、またヒータ部３が基体１に設けられる場合はさらに蓋体４に形成された第２の金属層８の上方に熱伝導率の低い部位１０を形成することにより断熱性を向上させて、より短時間の加熱で封止材７を溶融させて封止するようにしてもよい。
図４に示すように、ヒータ部３が基体１に形成され、熱伝導率の低い部位１０がヒータ部３の下方に形成されている場合は、熱伝導率の低い部位１０はヒータ部３の幅よりも幅広に形成され、ヒータ部３の最内周側より内側に延出して形成されていることが好ましく、ヒータ部３の下方に位置する凹部周囲の基体１の幅方向全てに形成されていることがより好ましい。また、基体１にヒータ部３が形成される場合は、基体１の形状にかかわらず、熱伝導率の低い部位１０はヒータ部３の金属層２側を除く周囲、すなわち下方および側方の全てにヒータ部３および伝熱経路９を取り囲むように形成すると、ヒータ部３の発する熱が電子部品５に伝わるのを効果的に抑えることができる。
また、蓋体４にヒータ部３が形成され、基体１の金属層２の下方にも熱伝導率の低い部位１０が形成される場合は、この熱伝導率の低い部位１０は金属層２の幅よりも幅広に形成されていることが好ましく、金属層２の下方に位置する凹部周囲の基体１の幅方向全てに形成されていることがより好ましい。基体１が平板形状の場合、熱伝導率の低い部位１０は、金属層２の直下に金属層２より幅広に形成されるのに加えて、金属層２よりも搭載部側、すなわち金属層２よりも内周の基体１の上面から内部にかけても形成されるのが好ましい。
蓋体４に熱伝導率の低い部位１０が形成される場合は、ヒータ部３および伝熱経路９あるいは第２の金属層８の上方に、それらの幅より広く形成されるのが好ましく、さらにはヒータ部３および伝熱経路９の側方にまで取り囲むように形成されると、より断熱性が高まり、より短時間で基体１と蓋体４とを接合することができるのでより好ましい。
図５は、熱伝導率の低い部位１０が基体１側に形成された電子部品収納用パッケージの一例を示す断面図であり、図６、図７は図５に示す電子部品収納用パッケージのＡ−Ａ’線断面の一例を示す断面図である。熱伝導率の低い部位１０は、図６に示すように、部分的に熱伝導率の低い部位１０が形成されたものでも良いし、図７に示すように、熱伝導率の低い部位１０が全周にわたって形成されたものでも良い。図７に示すように、熱伝導率の低い部位１０をより大きいものとすることにより、電子部品５の搭載部側へ伝えられる熱量をより低減させることができる。
このような熱伝導率の低い部位１０は、ヒータ部３が設けられた基体１または蓋体４の他の部位よりも熱伝導率の低い材料、または空隙部から形成されている。
熱伝導率の低い部位１０がヒータ部３が設けられた基体１または蓋体４の他の部位よりも熱伝導率の低い材料からなる場合、基体１または蓋体４用の原料粉末に基体１または蓋体４の他の部位に用いられるセラミックスよりも熱伝導率の低いセラミックスやガラスの粉末を加えたり、基体１または蓋体４の他の部位よりも焼結助剤（酸化アルミニウム質焼結体から成る場合のＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ等）の含有率を多くしたりすることで得られる。このような材料を用いて熱伝導率の低い材料のセラミック生シートを形成し、熱伝導率の低い材料が所定の位置に配設されるように、基体１または蓋体４の他の部位のセラミック生シートとともに積層し、焼成すればよい。また、熱伝導率の低い材料からなるセラミックペーストを、スクリーン印刷法等により、基体１または蓋体４の生成形体の所定の位置に配設されるように印刷塗布した後、焼成したものであっても構わない。
また、上述したように凹部周囲の基体１の幅方向全てに形成されていることが好ましいが、図５および図６、図７に示すように幅方向の一部に形成してもかまわない。その場合は、熱伝導率の低い部位１０が形成されるセラミック生シートの所定の位置に打ち抜き加工等により空隙部となる穴を形成し、その下層となるセラミック生シートに積層することにより形成された凹部に熱伝導率の低い材料のセラミック生シートをはめ込んだり、熱伝導率の低い材料からなるセラミックペーストを印刷法等の充填手段により充填したりして形成すればよい。セラミック生シートに型押しや切削加工により凹部を形成してもよい。
熱伝導率の低い部位１０が空隙部からなる場合、空隙部は熱伝導率の低い部位１０が形成されるセラミック生シートの所定の位置に打ち抜き加工等により空隙部となる穴を形成した後、基体１の他の部位用のセラミック生シートとともに積層して焼成することによって、基体１の所定の位置に形成することができる。また、セラミック生シートを打ち抜くとともに、焼成時に熱分解除去される樹脂シート等を穴にはめ込んでおくことで積層時の加圧により変形することなく空隙部として形成することができる。空隙部は、基体１と蓋部４とを封止材７により接合した場合に、基体１と蓋部４とにより形成された空間の気密性が保たれるように形成される。
空隙部は図７に示すような基体１の全周にわたるような一体の大きい形状ではなく、図６に示すような複数に分割された形状に形成されると、基体１の材料や寸法に応じて基体１に必要な強度を保持しつつ空隙部が形成されるのでよい。また、図６に示すような完全に分割された形状ではなく、空隙部の各々をより小さい空隙部で連通させた形状でも良い。
また、空隙部は図６や図７に示すような基体１の大きさに対して比較的大きいものではなく、小さい空隙部を多数形成してもよく、例えば、基体１の他の部位よりも空孔率の大きい部位として形成されていても構わない。この場合の空孔は、互いに連通して気密性が保てないようなものとならないように形成される。この空孔率の大きい部位は、基体１用のセラミック生シートよりも有機溶剤等や有機バインダー等の含有率を高くしたセラミック生シートや絶縁ペーストを熱伝導率の低い部位１０となる部分に用いればよい。基体１の他の部位用のセラミック生シートよりも焼結助剤（酸化アルミニウム質焼結体から成る場合のＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ等）の含有率を低くしたり、セラミック粉末（酸化アルミニウム質焼結体から成る場合のＡｌ２Ｏ３粉末）の粒径を大きくしたりしたセラミック生シートや絶縁ペーストを用いてもよい。上述した気密性をより確実なものとするには、基体１用のセラミック生シートに凹部や穴を形成しておき、この凹部や穴に基体１の他の部位用のセラミック生シートよりも有機溶剤等や有機バインダー等の含有率を高くした絶縁ペーストを充填しておき、焼成することで形成することができる。
なお、図５および図６、図７は、熱伝導率が低い部位１０が基体１側に形成されている場合を示すものであり、熱伝導率が低い部位１０が蓋体４側に形成されている場合、熱伝導率の低い部位１０が基体１側に形成されている場合と同様に、蓋体４にヒータ部３の設けられた蓋体４の他の部位よりも熱伝導率の低い材料、または空隙部を形成しておくと良く、基体１側に形成されている場合と同様の効果を得ることができる。
本発明の電子装置は、上記のような電子部品収納用パッケージの搭載部に半導体素子や水晶振動子等の電子部品５が搭載されるとともに、基体１に形成された配線導体６と電気的に接続され、蓋体４がはんだ等の封止材７を介して基体１の金属層２に接合されて気密封止されたものである。この構成により、電子部品５に熱による特性変化を生じさせることなく封止されたものとなるので、信頼性の高い電子装置となる。
はんだや導電性樹脂を用いたフリップチップ実装の場合は、搭載部への固着とともに配線導体６への電気的接続が行なわれる。 電子部品５は、ＩＣチップやＬＳＩチップ等の半導体素子、水晶振動子や圧電振動子等の圧電素子、各種センサ等である。電子部品５がフリップチップ型の半導体素子である場合には、はんだバンプや金バンプ、または導電性樹脂（異方性導電樹脂等）を介して、半導体素子の電極と配線導体６とが電気的に接続される。また、電子部品５がワイヤボンディング型の半導体素子である場合には、ガラス、樹脂、ろう材を介して半導体素子の基板面（裏面）と基体１とが接合され、ボンディングワイヤを介して半導体素子の電極と配線導体６とが電気的に接続される。また、電子部品５が圧電素子である場合には、導電性樹脂を介して、圧電素子の電極と配線導体６とが電気的に接続される。
なお、電子部品５が樹脂を介して基板１に搭載される場合には、搭載の際に電子部品５に印加される熱量を低減させて、電子部品５の特性が変化してしまう可能性を低減させることができる。
電子部品５を基体１の搭載部上に搭載した後、基体１の金属層２の上にはんだ等から成る封止材７および蓋体４を順に積み重ねて配置し、基体１または蓋体４の外表面に形成された電力供給端子からヒータ部３に電力を供給することによりヒータ部３を発熱させて封止材７を加熱溶融し、基体１と蓋体４とを接合させることで電子装置となる。なお、封止材７は、加熱により溶融して基体１と蓋体４とが接合され、気密に封止することができるものであり、融点が１２０〜４００℃程度のものが用いられる。はんだの場合は、例えばＳｎ−Ｐｂ系、Ｂｉ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉ系等のはんだを用いることができる。ガラスの場合は、鉛系、ビスマス系等のガラスを用いることができる。また、Ａｕ−Ｓｎ等のろう材を用いたものであっても良い。
封止材７は、基体１の金属層２または蓋体４（の第２の金属層８）上に封止材７の粉末に適当な有機溶剤、溶媒等を添加混合することによって得たペーストを塗布したり、金属層２の形状と同形状に形成された封止材７の板材を載置したり、蓋体４（の第２の金属層８）上にはんだめっきを施したりすることにより基体１と蓋体４との間に配置される。
基体１と蓋体４とを接合して封止する際は、基体１の下面等に、例えば銅やアルミニウムのような金属等の高熱伝導率の材質の治具等に接触させて行うと、接触させた部分から治具へ放熱させることにより、ヒータ部３から電子部品５へ伝導される熱をより小さいものとすることが可能となる。
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何ら差し支えない。例えば、ヒータ部３は、基体１と蓋体４との両方に形成されても構わない。これにより、基体１側のヒータ部３と蓋体４側のヒータ部３とにより封止材７を挟んで加熱することにより、封止時間を短縮することができるので、封止材の溶融過程において電子部品５に伝わる熱量を低減させることが可能となる。
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断面図である。 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断面図である。 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断面図である。 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断面図である。 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断面図である。 図４に示す電子部品収納用パッケージのＡ−Ａ’線断面の一例を示す断面図である。 図４に示す電子部品収納用パッケージのＡ−Ａ’線断面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の実施の形態の一例を示す断面図である。
符号の説明
１・・・・基体
２・・・・金属層
３・・・・ヒータ部
４・・・・蓋体
５・・・・電子部品
６・・・・配線導体
７・・・・封止材
９・・・・伝熱経路
１０・・・熱伝導率の低い部位

Claims (7)

  1. 電子部品が搭載される基体と、該基体の表面に前記電子部品の搭載部を取り囲むように形成されており、蓋体が接合される金属層と、前記基体に前記金属層に対応するように設けられたヒータ部と、前記基体の前記ヒータ部の周囲に形成され、前記ヒータ部の発する熱を前記金属層に導く、前記基体の他の部位より熱伝導率が高い伝熱経路とを備えていることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
  2. 電子部品が搭載される基体と、該基体の表面に前記電子部品の搭載部を取り囲むように形成された金属層と、該金属層に接合される蓋体と、該蓋体に、前記金属層に対応するように設けられたヒータ部と、前記蓋体の前記ヒータ部の周囲に形成され、前記ヒータ部の発する熱を前記金属層に導く、前記蓋体の他の部位より熱伝導率が高い伝熱経路とを備えていることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
  3. 前記伝熱経路は、前記ヒータ部と前記金属層との間に形成された伝熱体からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子部品収納用パッケージ。
  4. 前記伝熱経路は、前記金属層との間に前記ヒータ部が位置するように形成された伝熱層と、該伝熱層と前記金属層との間に形成された伝熱体とからなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子部品収納用パッケージ。
  5. 前記ヒータ部が設けられた前記基体または前記蓋体に、該基体または該蓋体の他の部位より熱伝導率の低い部位が、前記伝熱体との間に前記ヒータ部が位置するように形成されていることを特徴とする請求項３記載の電子部品収納用パッケージ。
  6. 前記ヒータ部が設けられた前記基体または前記蓋体に、該基体または該蓋体の他の部位より熱伝導率の低い部位が、前記ヒータ部との間に前記伝熱層が位置するように形成されていることを特徴とする請求項４記載の電子部品収納用パッケージ。
  7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電子部品収納用パッケージと、前記基体に搭載された電子部品とを備えていることを特徴とする電子装置。
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