JP2007149902A - 電子部品収納用セラミックパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】セラミック基体と金属枠体を強固に接合できると共に、セラミック基体と金属枠体を接合するパッケージのキャビティ部の大きさを確保しながら、外形寸法を小さくでき、パッケージの小型化に対応できる電子部品収納用セラミックパッケージを提供する。
【解決手段】セラミック基体１１の上面の外周部に窓枠形状からなるメタライズ膜１２を有し、この上面に接合される金属枠体１５を有し、セラミック基体１１の上面と、金属枠体１５の内周側壁面１６とで形成されるキャビティ部１７に電子部品が収納される電子部品収納用セラミックパッケージ１０において、金属枠体１５が断面視して略垂直からなる内周側壁面１６を有すると共に、上面側の枠幅を下面側の枠幅より大きくする外周側壁面１８を有し、しかも、金属枠体１５の上面側部の外周側壁面１８がセラミック基体１１の外周端面１９を超えない。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミック基体と金属枠体で形成されるキャビティ部に電子部品が搭載され、金属枠体の上面に金属製蓋体が接合されて電子部品がキャビティ部内部で中空状態で気密に封止されるための電子部品収納用セラミックパッケージに関する。

近年、半導体素子、水晶振動子、圧電素子等の電子部品を収納させるための電子部品収納用セラミックパッケージは、電子部品を搭載させた装置、例えば、携帯電話や、パソコン等の小型化、高信頼性化等の要求に伴い、ますますこれに対応できるパッケージの開発が迫られている。図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、従来の電子部品収納用セラミックパッケージ５０は、気密信頼性の高い平面視して略矩形状の１又は複数枚のセラミック基板からなるセラミック基体５１の上面の外周部に窓枠形状からなるメタライズ膜５２を有し、メタライズ膜５２の上面に設けられたＮｉめっき被膜５３に金属ろう材５４を介して金属枠体５５が接合された形態からなっている。この電子部品収納用セラミックパッケージ５０は、通常、金属枠体５５が接合されるセラミック基体５１のメタライズ膜５２がメタライズ膜５２のセラミック基体５１の端面への付着を防止するためにセラミック基体５１の上面端部に若干の隙間５６を設けている。また、メタライズ膜５２の枠幅は、金属枠体５５の枠幅より大きくして設け、金属枠体５５の内周側壁面５７とメタライズ膜５２、及び外周側壁面５８とメタライズ膜５２との間にメニスカス５９を形成してセラミック基体５１と、金属枠体５５との接合強度を強固にしている。そして、この電子部品収納用セラミックパッケージ５０には、セラミック基体５１の上面と、金属枠体５５の内周側壁面５７とでキャビティ部６０が形成され、このキャビティ部６０に電子部品が収納されるようになっている。

しかしながら、電子部品収納用セラミックパッケージ５０は、セラミック基体５１に電子部品を収納するためのキャビティ部６０の大きさを確保できるようにすると共に、セラミック基体５１の上面端部に若干の隙間５６を設けることで隙間５６の分だけ大きさが大きくなり、パッケージの小型化に対応できなくなっている。そこで、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、電子部品収納用セラミックパッケージ５０ａには、セラミック基体５１の端面へのメタライズ膜５２の付着による歩留低下を犠牲にしながら、メタライズ膜５２をセラミック基体５１の端面ぎりぎりまで設けて対応している。そして、セラミック基体５１のメタライズ膜５２の枠幅は、金属枠体５５の枠幅より大きくして設け、金属枠体５５の内周側壁面５７とメタライズ膜５２、及び外周側壁面５８とメタライズ膜５２との間にメニスカス５９を形成してセラミック基体５１と、金属枠体５５との接合強度を強固にすることで、キャビティ部６０の大きさを確保できるようにして小型化に対応でき、気密信頼性の高いパッケージとしている。なお、電子部品収納用セラミックパッケージ５０、５０ａのセラミック基体５１には、上面の高融点金属からなるメタライズ膜５２以外に、図示しないが、上面に高融点金属からなる電子部品接続用パッドや、下面に高融点金属なる外部接続端子接合用パッド等の導体パターン、あるいはこれらの導体パターンが電気的に導通状態とするための配線パターンや、導体ビア等がセラミックグリーンシートと同時焼成されて設けられている。

キャビティ部６０に電子部品が収納された電子部品収納用セラミックパッケージ５０、５０ａの金属枠体５５の上面には、金属製蓋体が接合材を介してシーム溶接や、レーザー溶接等で直接接合されて電子部品がキャビティ部６０内に中空状態で気密に封止されるようになっている。そして、金属製蓋体で封止された電子部品収納用セラミックパッケージ５０、５０ａは、パッケージの下面の外部接続端子接合用パッドで半田等を介してボード等に接合して小型化、高信頼性化等の要求に対応できるだけの範囲内で、例えば、携帯電話や、パソコン等の電子装置に使用されている。

従来のセラミック枠体の上面に金属枠体をろう付け接合する電子部品収納用セラミックパッケージには、金属枠体に金属製蓋体を溶接接合する際にセラミック枠体の上面にクラックが生ずるのを防止するために、金属枠体の上、下端に、外側に延出する延出部をそれぞれ全周にわたって設けると共に、上端側の延出部の枠幅を下端側の延出部の枠幅より大きくする金属枠体を用いるパッケージが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の電子部品収納用セラミックパッケージには、セラミック基板の上面に金属枠体をろう付け接合する際に、金属枠体の上面にろう材が這い上がるのを防止するため、及び金属製蓋体を溶接接合する際にろう材が再溶融するのを防止するために、金属枠体の上部側の枠幅を下部側の枠幅より小さくする金属枠体を用いるパッケージが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−２５３５５６号公報 特開２００５−２６８５２６号公報

しかしながら、前述したような従来の電子部品収納用セラミックパッケージは、次のような問題がある。
（１）セラミック基体の上面に設けるメタライズ膜が例え、端面ぎりぎりまで設けるメタライズ膜であっても、このメタライズ膜と金属枠体を強固に接合させるためのメニスカスを形成してろう付け接合する電子部品収納用セラミックパッケージは、金属枠体の外周とメタライズ膜の外周との間にメニスカス形成のためのメタライズ膜の隙間を設けなければならない。従って、キャビティ部の大きさを確保しながらメニスカスを形成するには、セラミック基体がメニスカス形成のための幅分だけ大きくなり、パッケージの小型化に対応できなくなっている。
（２）特開２００４−２５３５５６号公報に開示されているような、金属枠体の上、下端に、外側に延出する延出部をそれぞれ全周にわたって設けると共に、上端側の延出部の枠幅を下端側の延出部の枠幅より大きくする金属枠体を用いる電子部品収納用セラミックパッケージは、セラミック枠体の上面のクラックの発生を防止したり、セラミック基体の外形寸法の大きさを小さくできるものの、金属枠体の外形寸法が大きくなるので、パッケージとしては大きくなり、パッケージの小型化に対応できなくなっている。
（３）特開２００５−２６８５２６号公報に開示されているような、金属枠体の上部側の枠幅を下部側の枠幅より小さくする金属枠体を用いる電子部品収納用セラミックパッケージは、金属枠体の上面へのろう材の這い上がりを防止したり、金属製蓋体を溶接接合する際のろう材の再溶融を防止することができるものの、セラミック基体の外形寸法を小さくすることができないので、パッケージとしては大きくなり、パッケージの小型化に対応できなくなっている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、セラミック基体と、金属枠体を強固に接合できると共に、セラミック基体と、金属枠体を接合するパッケージのキャビティ部の大きさを確保しながら、外形寸法を小さくでき、パッケージの小型化に対応できる電子部品収納用セラミックパッケージを提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る電子部品収納用セラミックパッケージは、セラミック基体の上面の外周部に窓枠形状からなるメタライズ膜を有し、メタライズ膜の上面に設けられたＮｉめっき被膜に金属ろう材を介して接合される金属枠体を有し、セラミック基体の上面と、金属枠体の内周側壁面とで形成されるキャビティ部に半導体素子や、圧電素子等の電子部品が収納される電子部品収納用セラミックパッケージにおいて、金属枠体が断面視して略垂直からなる内周側壁面を有すると共に、上面側の枠幅を下面側の枠幅より大きくする外周側壁面を有し、しかも、金属枠体の上面側部の外周側壁面がセラミック基体の外周端面を超えない。

ここで、上記の電子部品収納用セラミックパッケージは、金属枠体の外周側壁面が断面視してテーパー状、又は階段状からなるのがよい。

また、電子部品収納用セラミックパッケージは、金属枠体の最下面の内周とメタライズ膜の窓枠形状の内周が略同一寸法、又は金属枠体の最下面の内周よりメタライズ膜の窓枠形状の内周が大きい寸法からなると共に、メタライズ膜の窓枠形状の外周より金属枠体の最下面の外周が小さい寸法からなり、しかも、金属枠体の外周側壁面とメタライズ膜との間にメニスカスが設けられ、金属枠体の内周側壁面とメタライズ膜との間にメニスカスが設けられないのがよい。

請求項１又はこれに従属する請求項２又は３のいずれか一項記載の電子部品収納用セラミックパッケージは、金属枠体が断面視して略垂直からなる内周側壁面を有すると共に、上面側の枠幅を下面側の枠幅より大きくする外周側壁面を有し、しかも、金属枠体の上面側部の外周側壁面がセラミック基体の外周端面を超えないので、金属枠体の外周側壁面と、セラミック基体のメタライズ膜との間でメニスカスを形成でき、セラミック基体と金属枠体を強固に接合することができる。また、パッケージのキャビティ部の大きさを確保しながら、外形寸法を小さくできるので、パッケージの小型化に対応することができる。

特に、請求項２記載の電子部品収納用セラミックパッケージは、金属枠体の外周側壁面が断面視してテーパー状、又は階段状からなるので、金属枠体の外周側壁面と、セラミック基体のメタライズ膜との間でメニスカスを形成してセラミック基体と金属枠体を強固に接合することができると共に、金属枠体の上面へのろう材の這い上がりを防止でき、金属製蓋体を接合した時の気密信頼性を向上させることができる。

また、特に、請求項３記載の電子部品収納用セラミックパッケージは、金属枠体の最下面の内周とメタライズ膜の窓枠形状の内周が略同一寸法、又は金属枠体の最下面の内周よりメタライズ膜の窓枠形状の内周が大きい寸法からなると共に、メタライズ膜の窓枠形状の外周より金属枠体の最下面の外周が小さい寸法からなり、しかも、金属枠体の外周側壁面とメタライズ膜との間にメニスカスが設けられ、金属枠体の内周側壁面とメタライズ膜との間にメニスカスが設けられないので、パッケージの外形寸法を大きくすることなくキャビティ部の大きさを大きくできて、パッケージの小型化に対応することができる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施するための最良の形態について説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る電子部品収納用セラミックパッケージの平面図、Ａ−Ａ’線拡大縦断面図、図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同電子部品収納用セラミックパッケージの金属枠体の説明図、図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同電子部品収納用セラミックパッケージのメタライズ膜と金属枠体の大きさの説明図である。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、気密信頼性の高い平面視して略矩形状の１枚、又は複数枚のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミック基板からなるセラミック基体１１の上面の外周部に窓枠形状からなるタングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属からなるメタライズ膜１２をセラミック基板と同時焼成して有している。また、この電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、メタライズ膜１２の上面に設けられたＮｉめっき被膜１３にＡｇ−Ｃｕろう等の高温ろう材からなる金属ろう材１４を介して、セラミック基体１１と熱膨張係数が近似するＫＶ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、商品名「Ｋｏｖａｒ（コバール）」）や、４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）等の金属からなる金属枠体１５が接合されて有している。そして、この電子部品収納用セラミックパッケージ１０には、セラミック基体１１の上面と、金属枠体１５の内周側壁面１６とでキャビティ部１７が形成され、このキャビティ部１７に半導体素子や、水晶振動子や、圧電素子等の電子部品が収納されるようになっている。

電子部品収納用セラミックパッケージ１０の金属枠体１５は、これを断面視して、セラミック基体１１の上面に対して略垂直からなる内周側壁面１６を有している。また、この金属枠体１５は、上面側の枠幅ａを下面側の枠幅ｂより大きく（ａ＞ｂ）する外周側壁面１８を有している。更に、金属枠体１５は、この外周側壁面１８の上面側部がセラミック基体１１の外周端面１９を超えないように設けられている。この電子部品収納用セラミックパッケージ１０のメタライズ膜１２の外周は、窓枠形状の外周とセラミック基体１１の外周端面１９との間に若干の隙間２０を設けるようにしてもよいし、あるいは、セラミック基体１１の外周端面１９まで延設させて設けるようにすることができる。また、メタライズ膜１２の窓枠形状の内周は、金属枠体１５の下面側の内周側壁面１６と略同一、金属枠体１５の下面側の内周側壁面１６より大きく、又は金属枠体１５の下面側の内周側壁面１６より小さくするようにして設けることができる。この電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、金属枠体１５の外周側壁面１８とメタライズ膜１２との間にメニスカス２１を形成してセラミック基体１１と、金属枠体１５との接合強度を強固にしている。また、この電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、メタライズ膜１２の窓枠形状の内周が金属枠体１５の下面側の内周側壁面１６より内側に飛び出して設けられている場合には、金属枠体１５の内周側壁面１６とメタライズ膜１２との間にメニスカス２１ａも形成することができる。

図２（Ａ）に示すように、上記の電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、金属枠体１５の外周側壁面１８が断面視してテーパー状からなる外周側壁面１８ａを設ける金属枠体１５ａを有するのがよい。あるいは、図２（Ｂ）に示すように、上記の電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、金属枠体１５の外周側壁面１８が断面視して階段状からなる外周側壁面１８ｂを設ける金属枠体１５ｂを有するのがよい。いずれの外周側壁面１８（１８ａ、１８ｂ）であっても、それぞれの金属枠体１５（１５ａ、１５ｂ）と、Ｎｉめっき被膜１３が施されたメタライズ膜１２との間には、それぞれの金属枠体１５（１５ａ、１５ｂ）の外周側壁面１８（１８ａ、１８ｂ）がセラミック基体１１の外周端面１９より飛び出さないで良好なメニスカス２１を形成することができると共に、それぞれの金属枠体１５（１５ａ、１５ｂ）と、セラミック基体１１を強固に接合することができる。なお、テーパー状からなる外周側壁面１８ａは、テーパー状の稜線が直線からなっている以外に、椀状に湾曲するような曲線からなる稜線であってもよく、形状を限定するものではない。また、階段状からなる外周側壁面１８ｂは、階段が１段からなる以外に、複数段からなる階段であってもよく、形状、大きさ、段数を限定するものではない。

図３（Ａ）に示すように、上記の電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、金属枠体１５の最下面の内周と、メタライズ膜１２の窓枠形状の内周が略同一寸法からなると共に、メタライズ膜１２の窓枠形状の外周より、金属枠体１５の最下面の外周が小さい寸法からなっているのがよい。そして、この電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、セラミック基体１１のＮｉめっき被膜１３が表面に施されたメタライズ膜１２と、金属枠体１５が金属ろう材１４で接合されて、金属枠体１５の外周側壁面１８と、メタライズ膜１２との間にメニスカス２１が設けられると共に、金属枠体１５の内周側壁面１６と、メタライズ膜１２との間にメニスカス２１ａが設けられないのがよい。あるいは、図３（Ｂ）に示すように、上記の電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、金属枠体１５の最下面の内周よりメタライズ膜１２の窓枠形状の内周が大きい寸法からなると共に、メタライズ膜１２の窓枠形状の外周より、金属枠体１５の最下面の外周が小さい寸法からなっているのがよい。そして、この電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、セラミック基体１１のＮｉめっき被膜１３が表面に施されたメタライズ膜１２と、金属枠体１５が金属ろう材１４で接合されて、金属枠体１５の外周側壁面１８と、メタライズ膜１２との間にメニスカス２１が設けられると共に、金属枠体１５の内周側壁面１６と、メタライズ膜１２との間にメニスカス２１ａが設けられないのがよい。

なお、電子部品収納用セラミックパッケージ１０のセラミック基体１１の上面には、図示しないが、電子部品と電気的に導通状態とするための高融点金属なる電子部品接続パッド等の導体パターンがセラミックと同時焼成して形成されている。また、この電子部品収納用セラミックパッケージ１０のセラミック基体１１の下面には、セラミックの層間に形成される導体配線パターンや、それそれの層間を繋ぐためのビアやキャスタレーション等を介して電子部品接続パッドと電気的に導通状態とし、ボード等に接合して外部と電気的に導通状態とするための高融点金属なる外部接続端子接合パッド等の導体パターンがセラミックと同時焼成して形成されている。

この電子部品収納用セラミックパッケージ１０の電子部品接続パッドには、電子部品を実装した後、金属枠体１５の上面にろう材を介して金属製蓋体（図示せず）、あるいはろう材付きの金属製蓋体を載置し、加熱して電子部品をキャビティ部１７内を中空状態で気密に封止している。この接合に際しては、実装された電子部品の耐熱温度より高い温度で接合部を部分的に連続して集中加熱して接合するので、電子部品に温度の影響を及ぼすことなく金属製蓋体を強固に直接接合して、接合信頼性が高く、気密信頼性を高くすることができる。電子部品が実装された電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、外部接続端子接合パッドでボード等に半田接合することで電子装置として用いている。

本発明の電子部品収納用セラミックパッケージは、半導体素子や、水晶振動子や、圧電素子等の電子部品を実装させて、小型で、高信頼性が要求される、例えば、携帯電話や、ノートブック型のパソコン等の電子装置に組み込まれて用いることができる。

（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る電子部品収納用セラミックパッケージの平面図、Ａ−Ａ’線拡大縦断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同電子部品収納用セラミックパッケージの金属枠体の説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同電子部品収納用セラミックパッケージのメタライズ膜と金属枠体の大きさの説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来の電子部品収納用セラミックパッケージの平面図、Ｂ−Ｂ’線拡大縦断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来の他の電子部品収納用セラミックパッケージの平面図、Ｃ−Ｃ’線拡大縦断面図である。

符号の説明

１０：電子部品収納用セラミックパッケージ、１１：セラミック基体、１２：メタライズ膜、１３：Ｎｉめっき被膜、１４：金属ろう材、１５、１５ａ、１５ｂ：金属枠体、１６：内周側壁面、１７：キャビティ部、１８、１８ａ、１８ｂ：外周側壁面、１９：外周端面、２０：隙間、２１、２１ａ：メニスカス

Claims (3)

1. セラミック基体の上面の外周部に窓枠形状からなるメタライズ膜を有し、該メタライズ膜の上面に設けられたＮｉめっき被膜に金属ろう材を介して接合される金属枠体を有し、前記セラミック基体の上面と、前記金属枠体の内周側壁面とで形成されるキャビティ部に半導体素子や、圧電素子等の電子部品が収納される電子部品収納用セラミックパッケージにおいて、
   前記金属枠体が断面視して略垂直からなる前記内周側壁面を有すると共に、上面側の枠幅を下面側の枠幅より大きくする外周側壁面を有し、しかも、前記金属枠体の上面側部の前記外周側壁面が前記セラミック基体の外周端面を超えないことを特徴とする電子部品収納用セラミックパッケージ。
2. 請求項１記載の電子部品収納用セラミックパッケージにおいて、前記金属枠体の外周側壁面が断面視してテーパー状、又は階段状からなることを特徴とする電子部品収納用セラミックパッケージ。
3. 請求項１又は２記載の電子部品収納用セラミックパッケージにおいて、前記金属枠体の最下面の内周と前記メタライズ膜の窓枠形状の内周が略同一寸法、又は前記金属枠体の最下面の内周より前記メタライズ膜の窓枠形状の内周が大きい寸法からなると共に、前記メタライズ膜の窓枠形状の外周より前記金属枠体の最下面の外周が小さい寸法からなり、しかも、前記金属枠体の外周側壁面と前記メタライズ膜との間にメニスカスが設けられ、前記金属枠体の内周側壁面と前記メタライズ膜との間に前記メニスカスが設けられないことを特徴とする電子部品収納用セラミックパッケージ。

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