JP2007027592A - Ceramic package and manufacturing method therefor, ceramic package for taking many pieces, and its manufacture - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、キャビティの側壁にキャスタレーションが形成されたセラミックパッケージ及びその製造方法、多数個取り用セラミックパッケージ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a ceramic package in which castellations are formed on a side wall of a cavity and a manufacturing method thereof, a multi-cavity ceramic package, and a manufacturing method thereof.
従来、半導体素子や水晶発振子などの素子を収容するための小型のセラミックパッケージが各種提案されている。この種のセラミックパッケージはキャビティを有しており、素子はそのキャビティの底面に実装される。従来、セラミックパッケージにおけるキャビティ外周部の上面には例えばメタライズ層が設けられ、そのメタライズ層上にはめっき層及びロウ材層が設けられる。このロウ材層上には、さらに金属製リングを介して金属製キャップが取り付けられる。つまり、キャビティの外周部は、キャビティ内外の連通を遮断するためのシール部分として機能する。また、キャビティ外周部上面のメタライズ層とパッケージ下面の導体層とを導通するために、キャビティ外周部にはパッケージを上下方向に貫通するビア導体(穴埋ビア)が設けられる。 Conventionally, various small ceramic packages for accommodating elements such as semiconductor elements and crystal oscillators have been proposed. This type of ceramic package has a cavity, and the element is mounted on the bottom surface of the cavity. Conventionally, for example, a metallized layer is provided on the upper surface of the cavity outer periphery of the ceramic package, and a plating layer and a brazing material layer are provided on the metallized layer. On the brazing material layer, a metal cap is further attached via a metal ring. That is, the outer peripheral portion of the cavity functions as a seal portion for blocking communication between the inside and outside of the cavity. Also, via conductors (hole-filled vias) that penetrate the package in the vertical direction are provided in the cavity outer peripheral portion in order to conduct the metallization layer on the upper surface of the cavity and the conductor layer on the lower surface of the package.
しかしながら、近年ではパッケージの小型化に伴い、キャビティ外周部の壁厚が薄くなってきているため、ビア導体を完全な形状で形成しうるスペースの確保が困難である。そこで、ビア導体をその軸線方向に沿って分割した「キャスタレーション」と呼ばれる導通構造を採用し、これをキャビティの側壁に形成するようにしている(例えば、特許文献1参照)。なお、特許文献1においては、平面視略矩形状のキャビティにおける辺に相当する箇所に、半長円形の断面を持ったキャスタレーションが設置されている。例えば、このような構造のキャスタレーションは、ビア導体を形成したセラミック材料を機械加工してキャビティを形成する際にビア導体の一部を切り欠くことにより、形成可能である。
ところが、上記特許文献1に記載のセラミックパッケージの場合、キャビティ外周部の壁厚がさらに薄くなると、たとえビア導体よりも小断面積のキャスタレーションであったとしても、そこに十分な長さのシールパスを確保しにくくなる。よって、リーク発生率が高くなってしまう。しかも、このようなセラミックパッケージは、通常多数個取りの手法で製造されるため、大判のパッケージを分割して個片化するブレーク工程が必須となる。しかし、ブレーク工程時に応力が加わると、パッケージ外周部においてキャスタレーションの周囲にクラックが生じやすくなり、リーク発生の原因となる。
また、キャビティ及びキャスタレーションの形成時に機械加工を行うと、キャスタレーションにおける凹溝部のエッジにバリが発生しやすくなり、歩留まりが悪化してしまう。この場合、バリを除去する作業を行うとすると、製造コスト高が避けられない。
However, in the case of the ceramic package described in
Further, if machining is performed at the time of forming the cavity and the castellation, burrs are likely to occur at the edge of the concave groove portion in the castellation, and the yield is deteriorated. In this case, if work for removing burrs is performed, high manufacturing costs are unavoidable.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、キャビティのシール性に優れたセラミックパッケージ、多数個取り用セラミックパッケージを提供することにある。また、本発明の別の目的は、上記のパッケージの製造に好適な方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a ceramic package and a multi-cavity ceramic package excellent in cavity sealing performance. Another object of the present invention is to provide a method suitable for manufacturing the above package.
上記課題を解決するための手段(手段1)としては、セラミック基板に素子を搭載可能な平面視略矩形状のキャビティが形成され、凹溝部の表面上に導体部を設けた構造のキャスタレーションが前記キャビティの側壁に形成されたセラミックパッケージにおいて、前記凹溝部は、前記キャビティのコーナー部の側壁に配置されるとともに、前記キャビティの平面視での外形を規定する4つの辺のうち、隣接する2つの辺の延長線同士が交わる点を仮想交点とし、その仮想交点から前記キャビティの中心方向にオフセットした仮想中心点を中心とする仮想円を仮想したとき、その仮想円において前記キャビティの平面視での外形線よりも外側の領域となる円弧に沿った断面形状を呈していることを特徴とするセラミックパッケージがある。 As means (means 1) for solving the above-mentioned problem, there is a castellation having a structure in which a substantially rectangular cavity in plan view capable of mounting an element is formed on a ceramic substrate, and a conductor part is provided on the surface of the groove part. In the ceramic package formed on the side wall of the cavity, the concave groove portion is disposed on the side wall of the corner portion of the cavity, and two adjacent sides out of four sides that define the outer shape of the cavity in plan view. When a virtual circle centered on a virtual center point that is offset from the virtual intersection point in the direction of the center of the cavity is assumed to be a point where the extended lines of two sides intersect, and in the plan view of the cavity in the virtual circle There is a ceramic package characterized by exhibiting a cross-sectional shape along an arc that is a region outside the outer shape line.
従って、この手段1のパッケージによると、上記断面形状を有するキャスタレーションは、特許文献1に記載のものとは異なりキャビティ中心方向にオフセットしていることに加え、キャビティのコーナー部の側壁に配置されている。このため、キャスタレーション形成部に十分なシールパスを確保することができ、リーク発生率を低く抑えることができる。
Therefore, according to the package of the
手段1のパッケージを構成するセラミック基板の好適例としては、アルミナ、ベリリア、窒化アルミニウム、窒化ほう素、窒化珪素、低温焼成セラミックなどを主体とするセラミック多層基板などを挙げることができる。セラミック基板は主面及び裏面を有する略板状の部材であって、その主面側にはキャビティが形成されている。
Preferable examples of the ceramic substrate constituting the package of
キャビティは平面視略矩形状であって、当該キャビティの底面には1つまたは2つ以上の素子が搭載可能になっている。かかる素子の搭載部には素子搭載用のメタライズ層が形成されていてもよい。前記素子としては、例えば、半導体素子や水晶発振子などが挙げられる。手段1のパッケージは、素子搭載用のメタライズ層以外の導体層をさらに備えていてもよい。このような導体層としては、例えば、パッケージ内部に設けられたメタライズ層からなる内層導体パターンや、パッケージの主面と反対側の面に設けられたメタライズ層からなるパッドなどを挙げることができる。
The cavity has a substantially rectangular shape in plan view, and one or more elements can be mounted on the bottom surface of the cavity. An element mounting metallized layer may be formed on the element mounting portion. Examples of the element include a semiconductor element and a crystal oscillator. The package of the
キャビティのコーナー部の側壁には、凹溝部の表面上に導体部を設けた構造のキャスタレーションが形成されている。前記凹溝部は、前記キャビティのコーナー部の側壁に配置されるとともに、前記キャビティの平面視での外形を規定する4つの辺のうち、隣接する2つの辺の延長線同士が交わる点を仮想交点とし、その仮想交点から前記キャビティの中心方向にオフセットした仮想中心点を中心とする仮想円を仮想したとき、その仮想円において前記キャビティの平面視での外形線よりも外側の領域となる円弧に沿った断面形状を呈している。 On the side wall of the corner portion of the cavity, a castellation having a structure in which a conductor portion is provided on the surface of the groove portion is formed. The concave groove portion is disposed on the side wall of the corner portion of the cavity, and a virtual intersection is defined as a point where the extension lines of two adjacent sides of the four sides that define the outer shape of the cavity in plan view intersect. When a virtual circle centered on a virtual center point that is offset in the center direction of the cavity from the virtual intersection is hypothesized, the virtual circle becomes an arc that is an area outside the outline in plan view of the cavity. It has a cross-sectional shape along.
この場合、前記仮想交点を基準とした前記仮想中心点のオフセット量は、前記仮想円の半径の0.75倍以上1.25倍以下であることが好ましく、特には0.80倍以上1.20倍以下であることがより好ましい。0.75倍未満であると、コーナー部に十分なシールパスを確保できず、しかもキャスタレーションのエッジにおけるバリの発生率を低減しにくくなる。逆に、1.25倍を越えると、大きな導体部を形成しにくくなり、低抵抗化を達成しにくい構造となってしまう。 In this case, the offset amount of the virtual center point with respect to the virtual intersection is preferably 0.75 times or more and 1.25 times or less the radius of the virtual circle, in particular 0.80 times or more and 1. More preferably, it is 20 times or less. If it is less than 0.75 times, a sufficient seal path cannot be secured in the corner portion, and it is difficult to reduce the incidence of burrs at the edge of the castellation. On the contrary, if it exceeds 1.25 times, it becomes difficult to form a large conductor portion, and it becomes difficult to achieve low resistance.
ところで、仮にオフセット量をゼロに設定してキャビティのコーナー部の側壁にキャスタレーションを形成したとすると、そのキャスタレーションにおいて凹溝部に対応した円弧の長さは、仮想円の円周長の270/360程度になる。これに対して上記手段1のオフセットしたキャスタレーションでは、凹溝部に対応した円弧の長さは、仮想円の円周長の270/360よりも小さく、その好適な範囲は150/360以上240/360以下、特に好適な範囲は170/360以上220/360以下である。150/360未満であると、オフセット量が大きくなりすぎてしまう結果、大きな導体部を形成しにくくなり、低抵抗化を達成しにくい構造となってしまう。逆に、240/360を超えると、オフセット量が小さくなりすぎてしまう結果、コーナー部に十分なシールパスを確保できなくなる。しかも、キャスタレーションのエッジにおけるバリの発生率を低減しにくくなる。
By the way, if the offset amount is set to zero and castellations are formed on the sidewalls of the corners of the cavity, the arc length corresponding to the concave grooves in the castellations is 270 / of the circumference of the virtual circle. It becomes about 360. On the other hand, in the offset castellation of the
上記と同様に、仮にオフセット量をゼロに設定してキャビティのコーナー部の側壁にキャスタレーションを形成したとすると、そのキャスタレーションにおいて、断面円弧状を呈する前記凹溝部と前記キャビティの平面視での外形線とがなす角度は、約90°となる。また、特許文献1に記載のキャスタレーションでもこの角度は、約90°となる。そしてこの場合には、キャスタレーションのエッジにおけるバリの発生率が高くなり、歩留まりの低下につながってしまう。それに対して上記手段1のオフセットしたキャスタレーションでは、断面円弧状を呈する前記凹溝部と前記キャビティの平面視での外形線とがなす角度は、90°よりも大きく、その好適な範囲は100°以上140°以下である。この角度が上記範囲内であると、キャスタレーションのエッジにおけるバリの発生率を低く抑えることができ、歩留まりが向上する。前記角度は105°以上135°以下であることがより好適である。
Similarly to the above, assuming that the offset amount is set to zero and a castellation is formed on the side wall of the corner portion of the cavity, in the castellation, the concave groove portion having an arcuate cross section and the cavity in a plan view The angle formed by the outline is about 90 °. In the castellation described in
上記課題を解決するための別の手段(手段2)としては、セラミック基板に素子を搭載可能な平面視略矩形状のキャビティが形成され、凹溝部の表面上に導体部を設けた構造のキャスタレーションが前記キャビティの側壁に形成されたセラミックパッケージにおいて、前記凹溝部は、前記キャビティのコーナー部の側壁に配置されるとともに、その断面形状が円弧状を呈し、断面円弧状を呈する前記凹溝部と前記キャビティの平面視での外形線とがなす角度は、100°以上140°以下であることを特徴とするセラミックパッケージがある。 As another means (means 2) for solving the above-described problem, a caster having a structure in which a cavity having a substantially rectangular shape in plan view capable of mounting an element is formed on a ceramic substrate and a conductor portion is provided on the surface of the groove portion. In the ceramic package in which the groove is formed on the side wall of the cavity, the concave groove portion is disposed on the side wall of the corner portion of the cavity, and the cross-sectional shape thereof has an arc shape, and the concave groove portion has an arc shape of the cross section. There is a ceramic package characterized in that an angle formed by the outline of the cavity in plan view is 100 ° or more and 140 ° or less.
従って、この手段2のパッケージによると、上記断面形状を有するキャスタレーションは、特許文献1に記載のものとは異なり、キャビティのコーナー部の側壁に配置されている。このため、キャスタレーション形成部に十分なシールパスを確保することができ、リーク発生率を低く抑えることができる。しかも、凹溝部とキャビティの平面視での外形線とがなす角度が好適範囲内にあるため、キャスタレーションのエッジにおけるバリの発生率を低く抑えることができ、歩留まりが向上する。
Therefore, according to the package of the means 2, the castellation having the above cross-sectional shape is arranged on the side wall of the corner portion of the cavity, unlike the one described in
上記手段1,2のセラミックパッケージを製造するのに好適な方法(手段3)としては、セラミック基板となるべきセラミック未焼結体を準備する準備工程と、前記セラミック未焼結体におけるキャビティ形成予定部のコーナー部に穴部を形成する穴あけ工程と、前記穴部内に導体部を形成する導体部形成工程と、前記セラミック未焼結体における前記キャビティ形成予定部を機械加工により除去することで、平面視略矩形状のキャビティを形成するとともに、その際に前記穴部及び前記導体部の一部を切り欠くことで、凹溝部の表面上に前記導体部を設けた構造のキャスタレーションを形成するキャビティ及びキャスタレーション同時形成工程と、前記キャビティ及び前記キャスタレーションが形成されたセラミック未焼結体を焼成してセラミック基板とする焼成工程とを含むセラミックパッケージの製造方法がある。
As a suitable method (means 3) for manufacturing the ceramic package of the
従って、この製造方法によると、キャビティ形成予定部を機械加工により除去することで、キャビティ及びキャスタレーションを同時に形成できるため、工数の増加を防止できる。また、かかる同時形成工程は加工しやすいセラミック未焼結体に対して行われるため、比較的簡単にキャビティ及びキャスタレーションを形成することができる。ゆえに、この製造方法によれば、上記手段1,2のセラミックパッケージを比較的簡単にかつ効率よく製造することができる。
Therefore, according to this manufacturing method, the cavity and the castellation can be formed simultaneously by removing the cavity formation scheduled portion by machining, so that an increase in man-hours can be prevented. Moreover, since this simultaneous formation process is performed with respect to the ceramic unsintered body which is easy to process, a cavity and a castellation can be formed comparatively easily. Therefore, according to this manufacturing method, the ceramic package of the
以下、手段3の製造方法について説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the means 3 will be described.
準備工程では、セラミック基板となるべきセラミック未焼結体を準備する。セラミック未焼結体の好適例としては、セラミックグリーンシートが挙げられる。セラミックグリーンシートは、例えば、セラミック原料粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤等を混合して得たスラリーをシート状に成形することにより作製される。 In the preparation step, a ceramic green body to be a ceramic substrate is prepared. A preferred example of the ceramic green body is a ceramic green sheet. The ceramic green sheet is produced, for example, by forming a slurry obtained by mixing ceramic raw material powder, an organic binder, a solvent, a plasticizer, and the like into a sheet shape.
続く穴あけ工程では、前記セラミック未焼結体におけるキャビティ形成予定部のコーナー部に穴部を形成する。この穴部は、キャビティ形成予定部のコーナー部に対応する位置、即ち離間した4箇所に形成されることが好ましい。なお。穴部は、後にキャスタレーションの一部分を構成することになる。かかる穴部の形成方法としては特に限定されず、用途に応じてドリル加工、パンチ加工、レーザ加工などを採用することができる。なお、穴部は貫通穴であっても未貫通穴であってもよい。 In the subsequent drilling step, a hole is formed in a corner portion of the cavity formation scheduled portion in the ceramic unsintered body. This hole is preferably formed at a position corresponding to the corner of the cavity formation scheduled portion, that is, at four spaced locations. Note that. The hole will later form part of the castellation. A method for forming such a hole is not particularly limited, and drilling, punching, laser processing, or the like can be employed depending on the application. The hole may be a through hole or a non-through hole.
続く導体部形成工程では、従来周知の手法を用いて前記穴部内に導体部を形成する。具体的には、スルーホール印刷の技術を用いて導体ペーストを印刷して導体部を形成するか、あるいはビア埋めの技術を用いて導体ペーストを充填して導体部を形成する。 In the subsequent conductor portion forming step, a conductor portion is formed in the hole portion using a conventionally known method. Specifically, the conductor part is printed by using a through-hole printing technique to form a conductor part, or the conductor part is filled by using a via filling technique to form the conductor part.
続くキャビティ及びキャスタレーション同時形成工程では、前記セラミック未焼結体における前記キャビティ形成予定部を機械加工により除去する。そして、この機械加工により、平面視略矩形状のキャビティを形成するとともに、その際に前記穴部及び前記導体部の一部を切り欠くことで、凹溝部の表面上に前記導体部を設けた構造のキャスタレーションを形成する。 In the subsequent cavity and castellation simultaneous formation process, the cavity formation scheduled portion in the ceramic unsintered body is removed by machining. Then, by this machining, a cavity having a substantially rectangular shape in plan view is formed, and at that time, the hole and the part of the conductor part are notched, thereby providing the conductor part on the surface of the groove part. Form a castellation of structures.
この場合における機械加工としては、切削加工、研削加工、打抜加工、砥粒加工などを挙げることができるが、中でも生産性等の観点から切削加工が好ましい。 Examples of machining in this case include cutting, grinding, punching, and abrasive processing. Among these, cutting is preferable from the viewpoint of productivity and the like.
平面視略矩形状のキャビティを加工形成する際には、穴部及び導体部の一部を切り欠くようにする。例えば、キャビティ形成予定部のコーナー部に対応して、離間した4箇所に穴部及び導体部が形成されている場合を想定する。各穴部は中心点を有しており、それらの中心点を結んだときにできる矩形を「第1仮想矩形」として定義する。仮に第1仮想矩形の外形線に沿って機械加工を行いその内側領域を除去する場合を考えると、除去されずに残る部分の比率が大きすぎてしまい、好適な断面形状のキャスタレーションを得ることができない。ゆえに、キャスタレーション形成部に十分なシールパスを確保しにくくなる。そこで、第1仮想矩形よりも一回り大きな矩形を想定し、これを「第2仮想矩形」と定義する。この第2仮想矩形の外形線に沿って機械加工を行いその内側領域を除去する場合を考えると、除去されずに残る部分の比率が適度に小さくなる結果、好適な断面形状のキャスタレーションを比較的容易に得ることが可能となる。ゆえに、キャスタレーション形成部に十分なシールパスを確保しやすくなる。換言すると、第1仮想矩形の各頂点を互いに離間する方向にそれぞれ所定量だけオフセットした場合に規定される矩形(即ち第2仮想矩形)を想定し、その第2仮想矩形の外形線に沿って機械加工を行いその内側領域を除去することがよい。なお、第1仮想矩形の頂点の好適なオフセット量としては、穴部の半径の0.75倍以上1.25倍以下であることが好ましく、特には0.80倍以上1.20倍以下であることがより好ましい。0.75倍未満であると、除去されずに残る部分の比率が大きすぎるため、コーナー部に十分なシールパスを確保できず、しかもキャスタレーションのエッジにおけるバリの発生率を低減しにくくなる。逆に、1.25倍を越えると、除去されずに残る部分の比率が小さくなりすぎてしまい、大きな導体部を形成しにくくなり、低抵抗化を達成しにくい構造となってしまう。 When a cavity having a substantially rectangular shape in plan view is formed, a part of the hole and the conductor is cut away. For example, a case is assumed in which holes and conductors are formed at four spaced apart locations corresponding to the corners of the cavity formation scheduled portion. Each hole has a center point, and a rectangle formed when the center points are connected is defined as a “first virtual rectangle”. Considering the case where machining is performed along the outline of the first virtual rectangle and the inner region is removed, the ratio of the portion that remains without being removed is too large, and a castellation having a suitable cross-sectional shape is obtained. I can't. Therefore, it is difficult to secure a sufficient seal path in the castellation forming portion. Therefore, a rectangle that is slightly larger than the first virtual rectangle is assumed, and this is defined as a “second virtual rectangle”. Considering the case where machining is performed along the outline of the second virtual rectangle and the inner region is removed, the ratio of the portions that remain without being removed is moderately reduced. As a result, casters having suitable cross-sectional shapes are compared. Can be easily obtained. Therefore, it becomes easy to ensure a sufficient seal path in the castellation forming portion. In other words, assuming a rectangle (that is, a second virtual rectangle) defined when each vertex of the first virtual rectangle is offset by a predetermined amount in a direction away from each other, along the outline of the second virtual rectangle. Machining may be performed to remove the inner region. In addition, it is preferable that it is 0.75 times or more and 1.25 times or less of the radius of a hole as a suitable offset amount of the vertex of the 1st virtual rectangle, and especially 0.80 times or more and 1.20 times or less. More preferably. If the ratio is less than 0.75, the ratio of the portion that remains without being removed is too large, so that a sufficient seal path cannot be secured in the corner portion, and it is difficult to reduce the incidence of burrs at the edge of the castellation. On the other hand, if the ratio exceeds 1.25 times, the ratio of the portion that remains without being removed becomes too small, making it difficult to form a large conductor portion and making it difficult to achieve low resistance.
続く焼成工程では、前記キャビティ及び前記キャスタレーションが形成されたセラミック未焼結体を焼成してセラミック基板とする。このときキャスタレーションを構成する導体部も焼結する。 In the subsequent firing step, the ceramic green body on which the cavity and the castellation are formed is fired to obtain a ceramic substrate. At this time, the conductor portion constituting the castellation is also sintered.
上記課題を解決するための手段4としては、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のセラミックパッケージとなるべき製品領域を平面方向に沿って縦横に複数配列したことを特徴とする多数個取り用セラミックパッケージがある。
As means 4 for solving the above-mentioned problem, a large number of product regions to be ceramic packages according to any one of
そしてこの手段4にかかる多数個取り用セラミックパッケージを製造するのに好適な方法(手段5)としては、セラミック基板となるべきセラミック未焼結体を準備する準備工程と、前記セラミック未焼結体におけるキャビティ形成予定部のコーナー部に穴部を形成する穴あけ工程と、前記穴部内に導体部を形成する導体部形成工程と、前記セラミック未焼結体における前記キャビティ形成予定部を機械加工により除去することで、平面視略矩形状のキャビティを形成するとともに、その際に前記穴部及び前記導体部の一部を切り欠くことで、凹溝部の表面上に前記導体部を設けた構造のキャスタレーションを形成するキャビティ及びキャスタレーション同時形成工程と、前記キャビティ及び前記キャスタレーションが形成されたセラミック未焼結体を焼成してセラミック基板とする焼成工程とを含む多数個取り用セラミックパッケージの製造方法がある。
As a suitable method (means 5) for manufacturing the multi-cavity ceramic package according to the
従って、この製造方法によると、キャビティ形成予定部を機械加工により除去することで、キャビティ及びキャスタレーションを同時に形成できるため、工数の増加を防止できる。また、かかる同時形成工程は加工しやすいセラミック未焼結体に対して行われるため、比較的簡単にキャビティ及びキャスタレーションを形成することができる。ゆえに、この製造方法によれば、上記手段4の多数個取り用セラミックパッケージを比較的簡単にかつ効率よく製造することができる。
Therefore, according to this manufacturing method, the cavity and the castellation can be formed simultaneously by removing the cavity formation scheduled portion by machining, so that an increase in man-hours can be prevented. Moreover, since this simultaneous formation process is performed with respect to the ceramic unsintered body which is easy to process, a cavity and a castellation can be formed comparatively easily. Therefore, according to this manufacturing method, the multi-cavity ceramic package of the
以下、本発明を具体化した実施形態のセラミックパッケージ10及びその製造方法を図1〜図15に基づき説明する。
Hereinafter, a
図1〜図3に示されるように、本実施形態のセラミックパッケージ10は、SAWフィルタ等に代表される半導体素子21を実装するための装置である。このセラミックパッケージ10を構成するセラミック基板11は、上面12及び下面13を有する矩形平板状の部材である。このセラミック基板11は、上側セラミック焼結層14と下側セラミック焼結層15とからなる2層構造を有している。本実施形態において、上側セラミック焼結層14及び下側セラミック焼結層15は、いずれもアルミナ焼結体からなる。なお、本実施形態では2層構造としたが3層以上の多層構造を採用しても構わない。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
このセラミック基板11は、上面12において開口するキャビティ22を備えている。本実施形態のキャビティ22は平面視で略矩形状を呈しており、その外形寸法はセラミック基板11の外形寸法の70%〜90%程度に設定されている。また、キャビティ22に深さは上側セラミック焼結層14の厚さ分に相当している。キャビティ22の底面における複数箇所には、タングステン等のような高融点金属のメタライズ層からなる素子搭載部23が形成されている。半導体素子21は、これらの素子搭載部23上にはんだ付けにより接合される。また、上側セラミック焼結層14と下側セラミック焼結層15との界面には、メタライズ層からなる内層導体パターン28が形成されている。これらの内層導体パターン28は、それぞれの素子搭載部23に対して接続されている。
The
セラミック基板11におけるキャビティ22の外周部の上面には、キャビティ22を取り囲むようにシール用のメタライズ層24が設けられている。このメタライズ層24上には、図示しないめっき層及び図示しないロウ材層が設けられるとともに、そのロウ材層を介して金属製リング25が取り付けられている。この金属製リング25を取り付けた状態でさらにニッケル−金めっき層が形成されていてもよい。そして、金属製リング25上には、キャビティ22を塞ぐための金属製キャップ26が取り付けられている。つまり、キャビティ22の外周部は、キャビティ22内外の連通を遮断するためのシール部分として機能するようになっている。
On the upper surface of the outer peripheral portion of the
セラミック基板11における下面13の外周部には、メタライズ層からなるパッド部27が複数個設けられている。これらのパッド部27は、セラミックパッケージ10を図示しない他の基板上に実装する際に、複数の基板側端子に対して接合される。
A plurality of
図1〜図5に示されるように、このセラミックパッケージ10は、2種類のキャスタレーション(第1キャスタレーション31、第2キャスタレーション41)をそれぞれ複数個ずつ備えている。
As shown in FIGS. 1 to 5, the
第1キャスタレーション31は、凹溝部32の表面上に、メタライズ層からなる導体部33を設けた構造を有しており、セラミック基板11の外周面における各コーナー部に配置されている。そして、これらの第1キャスタレーション31は、内層導体パターン28とパッド部27とを導通させている。
The
一方、第2キャスタレーション41は、凹溝部42の表面上に、メタライズ層からなる導体部43を設けた構造を有しており、キャビティ22の各コーナー部の側壁48に配置されている。そして、これらの第2キャスタレーション41のうちの一部または全部は、メタライズ層24と、グランド層に対応したパッド部27とを導通させている。なお、本実施形態の第2キャスタレーション41の全体としての断面形状は、いわゆる略三日月状であって、少なくとも半月状でないということができる。
On the other hand, the
ここで、略矩形状のキャビティ22の平面視での外形は、基本的に4つの辺51,51,51,51によって規定されるが、そのうち隣接する2つの辺51,51の延長線同士が交わる点を仮想交点P1とする(図4,図5参照)。そして、その仮想交点P1からキャビティ22の中心方向(図4,図5にて矢印で示す方向)にオフセットした仮想中心点P2を仮想し、さらにそれを中心とする半径R1の仮想円52を仮想してみる。このとき、仮想円52においてキャビティ22の平面視での外形線よりも外側の領域となる円弧53を想定する。本実施形態の第2キャスタレーション41の凹溝部42は、この円弧53に沿った断面形状を呈している。なお、本実施形態では仮想円52の半径R1が、0.07mm〜0.15mm程度に設定されている。
Here, the outline of the substantially
例えば図4に示す第2キャスタレーション41では、仮想交点P1を基準とした仮想中心点P2のオフセット量54が、仮想円52の半径R1の0.88倍となっている。また、第2キャスタレーション41において凹溝部42に対応した円弧53の長さは、仮想円52の円周長の190/360となっている。同様に図5に示す第2キャスタレーション41では、仮想交点P1を基準とした仮想中心点P2のオフセット量54が、仮想円52の半径R1の1.17倍となっている。また、第2キャスタレーション41において凹溝部42に対応した円弧53の長さは、仮想円52の円周長の160/360となっている。従って、図4,図5のものは、オフセット量54及び円弧53の長さの両方が、本発明における好適範囲内の値となるように設定されている。ちなみに、本実施形態では仮想円52の半径R1が0.07mm〜0.15mmであることから、仮想円52の円周長が0.44mm〜0.94mmとなっている。
For example, in the
また、図4に示す第2キャスタレーション41では、断面円弧状を呈する凹溝部42とキャビティ22の平面視での外形線(即ち、辺51)とがなす角度θが、約130°となっている。図5に示す第2キャスタレーション41では、断面円弧状を呈する凹溝部42とキャビティ22の平面視での外形線とがなす角度θが、約140°となっている。従って、図4,図5のものは、角度θについても本発明における好適範囲内の値となるように設定されている。
Further, in the
次に、上記構造のセラミックパッケージ10を製造する方法について図6〜図15に基づいて説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず、セラミック基板11となるべきセラミック未焼結体を準備する準備工程を実施する。具体的には、アルミナ粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤等を混合してスラリーを作製する。そしてこのスラリーを従来周知の手法(例えばドクターブレード法やカレンダーロール法)によりシート状に成形して、図6に示すようなセラミックグリーンシート64,65を2枚作製する。
First, the preparatory process which prepares the ceramic unsintered body which should become the
続く穴あけ工程では、セラミック未焼結体である上側セラミックグリーンシート64におけるキャビティ形成予定部72の各コーナー部に、後に第2キャスタレーション41の一部となるべき穴部71をそれぞれ貫通形成する(図7,図8参照)。これらの穴部71は、従来周知のパンチング(打ち抜き)加工によって形成されてもよく、あるいはレーザ加工やドリル加工などの手法によって形成されてもよい。また、これらの穴部71とは異なる位置、つまり製品領域の切断予定線上の位置に、後に第1キャスタレーション31となるべき別の穴部75を貫通形成する。
In the subsequent drilling step, holes 71 to be a part of the
続く導体部形成工程では、穴部71,75内にそれぞれ導体部を形成する。より具体的にいうと、まず従来周知のペースト印刷装置によるビアメタライズ充填を行って、穴部71内にタングステンペースト77を充填する(図9参照)。即ち、穴部71を完全にタングステンペースト77で満たすようにする。次いで、キャスタレーション印刷を行って、穴部75の内周面にタングステンペースト77を付着させる。従って、穴部75内は完全にタングステンペースト77で満たされていなくてもよく、穴部71の中心部は空洞状になっている。なお、上記のようにビアメタライズ充填後にキャスタレーション印刷を行ってもよいほか、キャスタレーション印刷後にビアメタライズ充填後を行ってもよい。そして次に、セラミックグリーンシート64,65の上にタングステンペースト77をパターン印刷する(図10参照)。これらの印刷層は、後に素子搭載部23、メタライズ層24、パッド部27、内層導体パターン28となるべき部分である。
In the subsequent conductor portion forming step, conductor portions are formed in the
続くキャビティ及びキャスタレーション同時形成工程では、セラミック未焼結体である上側セラミックグリーンシート64におけるキャビティ形成予定部72を切削加工により除去する。そして、この切削加工により、平面視略矩形状のキャビティ22を形成する(図11参照)。その際、穴部71及びその中に充填されたタングステンペースト77(導体部43)の一部を切り欠くようにする。この結果、凹溝部42の表面上に導体部43を設けた構造の第2キャスタレーション41が4箇所に形成される。
In the subsequent cavity and castellation simultaneous forming step, the cavity formation scheduled
ここで、キャビティ形成予定部72のコーナー部に対応して、離間した4箇所に穴部71及び導体部43が形成されている場合を想定する。図8に示されるように、各穴部71は中心点P3を有しており、それらの中心点P3を結んだときにできる矩形を「第1仮想矩形81」として定義する。仮に第1仮想矩形81の外形線に沿って機械加工を行いその内側領域を除去する場合を考えると、除去されずに残る部分の比率が大きすぎてしまい、好適な断面形状の第2キャスタレーション41を得ることができない。ゆえに、キャスタレーション形成部に十分なシールパスを確保しにくくなる。そこで、第1仮想矩形81よりも一回り大きな矩形を想定し、これを「第2仮想矩形82」と定義する。この第2仮想矩形82の外形線に沿って機械加工を行いその内側領域を除去する場合を考えると、除去されずに残る部分の比率が適度に小さくなる結果、好適な断面形状の第2キャスタレーション41を比較的容易に得ることが可能となる。
Here, it is assumed that the
続く積層工程では、下側セラミックグリーンシート65の上に上側セラミックグリーンシート64を積層し、従来周知のラミネート装置を用いて厚さ方向に所定の荷重を加えることにより、これらを圧着、一体化して積層体を形成する(図12参照)。
In the subsequent laminating step, the upper ceramic
続く溝入れ工程では、従来周知のブレード装置を用いることにより、製品領域の外形線に沿って積層体の表面及び裏面に断面V字状のブレーク溝85を格子状に形成する(図13参照)。
In the subsequent grooving step, break
その後、この積層体をアルミナが焼結しうる所定の温度(例えば1500℃〜1800℃程度の温度)に加熱する焼成工程を行う。この焼成を経ると、下側セラミックグリーンシート65及び上側セラミックグリーンシート64が焼結して、キャビティ22を有するセラミック基板11が得られる。また、タングステンペースト77の焼結によって、素子搭載部23、メタライズ層24、パッド部27、内層導体パターン28、第2キャスタレーション41の導体部43などが形成される。なお、この状態のものは、セラミックパッケージ10となるべき製品領域を平面方向に沿って縦横に複数配列した構造の多数個取り用セラミックパッケージ101であると把握することができる(図14参照)。
Then, the baking process which heats this laminated body to the predetermined | prescribed temperature (for example, temperature of about 1500 degreeC-1800 degreeC) which an alumina can sinter is performed. After this firing, the lower ceramic
さらに、図14の多数個取り用セラミックパッケージ101のメタライズ層24に対して、電解ニッケルめっき、銀ロウ材層の形成、金属製リング25のロウ付け、電解ニッケル−金めっき等を行った後、ブレーク溝85に沿って分割する。すると、個々の製品であるセラミックパッケージ10が多数個同時に得られる。ブレーク工程時にはパッケージ外周部に応力が加わりやすく、通常であれば第2キャスタレーション41の周囲にクラックが生じやすくなるが、本実施形態ではクラックが生じなかった。そしてこのようなブレーク工程の後、セラミックパッケージ10のキャビティ22に半導体素子21を実装し、金属製キャップ26を取り付ければ、図1に示す素子付きセラミックパッケージが完成する。
Further, after performing electrolytic nickel plating, formation of a silver brazing material layer, brazing of a
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)このセラミックパッケージ10では、上記断面形状を有する第2キャスタレーション41は、キャビティ22の中心方向に若干オフセットしていることに加え、キャビティ22のコーナー部の側壁48に配置されている。このため、キャスタレーション形成部に十分なシールパスを確保することができ、リーク発生率を低く抑えることができる。従って、シール性に優れたセラミックパッケージ10を得ることができる。
(1) In the
(2)このセラミックパッケージ10では、仮想交点P1を基準とした仮想中心点P2のオフセット量54、円弧53の長さの両方が、本発明における好適範囲内の値となるように設定されている。それゆえ、第2キャスタレーション41の低抵抗化を図りつつ、十分なシールパスを確保し、かつエッジ45におけるバリの発生率を低減することができる。ゆえに、歩留まりが向上するとともに、バリ除去作業が不要になって低コスト化が図られる。
(2) In this
(3)このセラミックパッケージ10の第2キャスタレーション41の場合、凹溝部42とキャビティ22の平面視での外形線とがなす角度θが、100°以上140°以下という好適範囲内の値となるように設定されている。このため、第2キャスタレーション41のエッジ45におけるバリの発生率を低く抑えることができ、歩留まり向上及び低コスト化を図ることができる。
(3) In the case of the
(4)また、本実施形態のセラミックパッケージ10の製造方法によると、キャビティ形成予定部72を機械加工により除去することで、キャビティ22及び第2キャスタレーション41を同時に形成できるため、工数の増加を防止できる。また、かかる同時形成工程は加工しやすいセラミック未焼結体に対して行われるため、比較的簡単にキャビティ22及び第2キャスタレーション41を形成することができる。ゆえに、この製造方法によれば、セラミックパッケージ10を比較的簡単にかつ効率よく製造することができる。
(4) Also, according to the method for manufacturing the
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。 In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
・例えば、実施形態ではキャビティ22及び第2キャスタレーション41を同時に形成したが、これを別々に形成してもよい。例えば、上記の穴あけ工程の実施後、導体部形成工程を行わずに以下の工程を実施する。即ち、セラミック未焼結体におけるキャビティ形成予定部72を機械加工により除去することで、平面視略矩形状のキャビティ22を形成するとともに、その際に前記穴部71の一部を切り欠くようにする。次いで、導体部形成工程を行って、切り欠かれずに残った穴部71(つまり凹溝部42)に導体部43を形成することで、所望構造の第2キャスタレーション41を形成する。
For example, although the
次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。 Next, the technical ideas grasped by the embodiment described above are listed below.
(1)セラミック基板に素子を搭載可能な平面視略矩形状のキャビティが形成され、凹溝部の表面上に導体部を設けた構造であって全体として略三日月状の断面形状を有するキャスタレーションが前記キャビティのコーナー部の側壁に形成されたセラミックパッケージ。 (1) A substantially rectangular cavity in plan view capable of mounting an element on a ceramic substrate is formed, and a conductor having a conductor portion on the surface of the groove portion, and a castellation having a substantially crescent-shaped cross section as a whole A ceramic package formed on a side wall of a corner portion of the cavity.
(2)セラミック基板に素子を搭載可能な平面視略矩形状のキャビティが形成され、凹溝部の表面上に導体部を設けた構造のキャスタレーションが前記キャビティのコーナーの側壁に形成されたセラミックパッケージを製造する方法であって、複数の製品領域を含むセラミック基板となるべきセラミック未焼結体を準備する準備工程と、前記セラミック未焼結体におけるキャビティ形成予定部のコーナー部に穴部を形成する穴あけ工程と、前記穴部内に導体部を形成する導体部形成工程と、前記セラミック未焼結体における前記キャビティ形成予定部を機械加工により除去することで、平面視略矩形状のキャビティを形成するとともに、その際に前記穴部及び前記導体部の一部を切り欠くことで、凹溝部の表面上に前記導体部を設けた構造のキャスタレーションを形成するキャビティ及びキャスタレーション同時形成工程と、前記セラミック未焼結体における製品領域の外形線に沿って格子状にブレーク溝を形成する溝入れ工程と、前記キャビティ及び前記キャスタレーションが形成されたセラミック未焼結体を焼成してセラミック基板とする焼成工程と、前記セラミック基板を前記ブレーク溝に沿って分割し個片化するブレーク工程とを含むセラミックパッケージの製造方法。 (2) A ceramic package in which a substantially rectangular cavity in plan view capable of mounting elements on a ceramic substrate is formed, and a castellation having a structure in which a conductor is provided on the surface of the groove is formed on the side wall of the corner of the cavity. A step of preparing a ceramic unsintered body to be a ceramic substrate including a plurality of product regions, and forming a hole in a corner part of a cavity formation scheduled part in the ceramic unsintered body Forming a conductor part in the hole part, and forming a cavity part in the ceramic unsintered body by machining to form a substantially rectangular cavity in plan view At the same time, by cutting out a part of the hole and the conductor part, the conductor part is provided on the surface of the groove part. A cavity and castellation simultaneous forming step for forming a castellation, a grooving step for forming break grooves in a lattice shape along the outline of the product region in the ceramic green body, and the cavity and the castellation A method for manufacturing a ceramic package, comprising: a firing step of firing a formed ceramic unsintered body to form a ceramic substrate; and a break step of dividing the ceramic substrate along the break grooves into pieces.
10…セラミックパッケージ
11…セラミック基板
21…素子としての半導体素子
22…キャビティ
41…(第2)キャスタレーション
42…凹溝部
43…導体部
48…キャビティの側壁
51…辺
52…仮想円
53…円弧
54…オフセット量
64,65…セラミック未焼結体としてのセラミックグリーンシート
71…穴部
72…キャビティ形成予定部
P1…仮想交点
P2…仮想中心点
θ…角度
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記凹溝部は、
前記キャビティのコーナー部の側壁に配置されるとともに、
前記キャビティの平面視での外形を規定する4つの辺のうち、隣接する2つの辺の延長線同士が交わる点を仮想交点とし、その仮想交点から前記キャビティの中心方向にオフセットした仮想中心点を中心とする仮想円を仮想したとき、その仮想円において前記キャビティの平面視での外形線よりも外側の領域となる円弧に沿った断面形状を呈している
ことを特徴とするセラミックパッケージ。 In a ceramic package in which a cavity having a substantially rectangular shape in plan view capable of mounting an element on a ceramic substrate is formed, and a castellation having a structure in which a conductor portion is provided on the surface of the concave groove portion is formed on the side wall of the cavity,
The concave groove is
Disposed on the side wall of the corner of the cavity;
Of the four sides that define the outer shape of the cavity in plan view, a point where the extension lines of two adjacent sides intersect with each other is a virtual intersection, and a virtual center point that is offset from the virtual intersection in the center direction of the cavity. A ceramic package characterized in that when a virtual circle as a center is imagined, the virtual circle has a cross-sectional shape along an arc that is a region outside the outline of the cavity in plan view.
前記凹溝部は、前記キャビティのコーナー部の側壁に配置されるとともに、その断面形状が円弧状を呈し、
断面円弧状を呈する前記凹溝部と前記キャビティの平面視での外形線とがなす角度は、100°以上140°以下である
ことを特徴とするセラミックパッケージ。 In a ceramic package in which a cavity having a substantially rectangular shape in plan view capable of mounting an element on a ceramic substrate is formed, and a castellation having a structure in which a conductor portion is provided on the surface of the concave groove portion is formed on the side wall of the cavity,
The concave groove portion is disposed on the side wall of the corner portion of the cavity, and the cross-sectional shape thereof has an arc shape,
The ceramic package, wherein an angle formed by the concave groove portion having an arcuate cross section and an outline of the cavity in plan view is 100 ° or more and 140 ° or less.
セラミック基板となるべきセラミック未焼結体を準備する準備工程と、
前記セラミック未焼結体におけるキャビティ形成予定部のコーナー部に穴部を形成する穴あけ工程と、
前記穴部内に導体部を形成する導体部形成工程と、
前記セラミック未焼結体における前記キャビティ形成予定部を機械加工により除去することで、平面視略矩形状のキャビティを形成するとともに、その際に前記穴部及び前記導体部の一部を切り欠くことで、凹溝部の表面上に前記導体部を設けた構造のキャスタレーションを形成するキャビティ及びキャスタレーション同時形成工程と、
前記キャビティ及び前記キャスタレーションが形成されたセラミック未焼結体を焼成してセラミック基板とする焼成工程と
を含むセラミックパッケージの製造方法。 A method for producing a ceramic package according to any one of claims 1 to 5,
A preparation step of preparing a ceramic green body to be a ceramic substrate;
Drilling step of forming a hole in the corner portion of the cavity formation planned portion in the ceramic green body,
A conductor portion forming step of forming a conductor portion in the hole portion;
The cavity formation scheduled part in the ceramic unsintered body is removed by machining to form a substantially rectangular cavity in plan view, and at that time, a part of the hole part and the conductor part is cut out. Then, a cavity for forming a castellation having a structure in which the conductor portion is provided on the surface of the groove portion and a castellation simultaneous forming step,
A method for producing a ceramic package, comprising: firing a ceramic unsintered body in which the cavity and the castellation are formed to form a ceramic substrate.
セラミック基板となるべきセラミック未焼結体を準備する準備工程と、
前記セラミック未焼結体におけるキャビティ形成予定部のコーナー部に穴部を形成する穴あけ工程と、
前記穴部内に導体部を形成する導体部形成工程と、
前記セラミック未焼結体における前記キャビティ形成予定部を機械加工により除去することで、平面視略矩形状のキャビティを形成するとともに、その際に前記穴部及び前記導体部の一部を切り欠くことで、凹溝部の表面上に前記導体部を設けた構造のキャスタレーションを形成するキャビティ及びキャスタレーション同時形成工程と、
前記キャビティ及び前記キャスタレーションが形成されたセラミック未焼結体を焼成してセラミック基板とする焼成工程と
を含む多数個取り用セラミックパッケージの製造方法。 A method of manufacturing a multi-cavity ceramic package according to claim 7,
A preparation step of preparing a ceramic green body to be a ceramic substrate;
Drilling step of forming a hole in the corner portion of the cavity formation planned portion in the ceramic green body,
A conductor portion forming step of forming a conductor portion in the hole portion;
The cavity formation scheduled part in the ceramic unsintered body is removed by machining to form a substantially rectangular cavity in plan view, and at that time, a part of the hole part and the conductor part is cut out. Then, a cavity for forming a castellation having a structure in which the conductor portion is provided on the surface of the groove portion and a castellation simultaneous forming step,
A method for producing a multi-cavity ceramic package, comprising a firing step of firing the ceramic green body on which the cavity and the castellation are formed to form a ceramic substrate.
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