JP2008147348A - 多数個取り配線基板上の小型配線基板およびその封止方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】 信頼性が高く、低コストの多数個取り配線基板上の小型配線基板の封止方法を提供する。
【解決手段】 本発明になる多数個取り配線基板上の小型配線基板の封止方法は、平面状のセラミック母基板の上面中央部に縦横の並びに一体的に配列形成される電子部品が搭載される搭載部とともにこの搭載部をそれぞれ取り囲む封止用の金属枠体が接合された略四角形状の複数の小型配線基板領域を形成してなる多数個取り配線基板の前記小型配線基板をそれぞれ封止する封止方法であって、前記金属枠体はその上部封止面のすべてに壁状に突起部を備え、この金属枠体の上部封止面の上部に導電性の蓋を載置し、別途設けた溶接電源からの溶接電流を通電する一対のローラ電極で前記蓋の外側から前記封止面の対辺を交互に溶接すること、を特徴とするものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、広面積のセラミック母基板中に縦横の並びに一体的に配列形成してなる多数個取り配線基板上に形成された半導体素子や水晶振動子等の電子部品を搭載するための小型の配線基板とその気密封止する方法に関するものである。

従来、半導体素子や水晶振動子等の電子部品を収容するための電子部品収納用パッケージに用いられる小型の配線基板が公知である。
そして、このような配線基板は近時の電子装置の小型化の要求に伴い、その大きさが数ｍｍ角程度の極めて小さなものとなってきており、多数個の配線基板の取り扱いを容易とするために、また配線基板および電子装置の製作を効率よくするために、１枚の広面積のセラミック母基板中から多数個の配線基板を同時集約的に得るようになした、いわゆる多数個取り配列基板の形態で製作されている（特許文献１参照）。

次に、このような多数個取り配線基板の製造と個々の小型配線基板の気密封止方法について図面を基に説明する。

図３は、この多数個取り配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、図４は図３に示す多数個取り配線基板の上面図である。これらの図において、１はセラミック母基板、２は配線基板領域、３は分割溝、６は金属枠体である。

セラミック母基板１は、例えば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・ガラスセラミックス等のセラミックス材料からなる複数層の絶縁層が積層されてなり、その中央部に各々が小型の配線基板となる略四角形の多数の配線基板領域２が、セラミック母基板１の上面に形成された分割溝３で区切られて縦横の並びに一体的に多数個が配列形成されている。

セラミック母基板１の中央部に配列形成された各配線基板領域２は、その上面中央部に電子部品を搭載するための略四角凹状の搭載部２ａを有しており、この搭載部２ａ内に電子部品がろう材やガラス・樹脂等の接着材を介して接合される。また、搭載部２ａの内部から下面にかけてはタングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズからなる複数のメタライズ配線導体（図示せず。）が被着形成されており、このメタライズ配線導体には搭載部２ａ内に搭載される電子部品の電極が例えば半田バンプやボンディングワイヤ等の電気的接続手段を介して電気的に接続される。

さらに、各配線基板領域２の上面には、搭載部２ａを取り囲むようにしてタングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズからなるろう付け用メタライズ層５が被着されている。ろう付け用メタライズ層５は、各配線基板領域２の上面に封止用の金属枠体６を接合するための下地金属層として機能し、その上面には封止用の金属枠体６が銀−銅合金等のろう材を介して接合されている。

各配線基板領域２の上面に接合された金属枠体６は、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属からなり、搭載部２ａ内に搭載された電子部品を封止するための金属蓋体を溶接するための下地金属部材として機能する。そして、搭載部２ａ内に電子部品を搭載するとともに電子部品の電極（図示せず。）とメタライズ配線導体（図示せず。）とを電気的に接続した後、セラミック母基板１を分割溝３に沿って分割して電子部品が搭載された小型の配線基板を得るとともに、この小型の配線基板の金属枠体６上に金属蓋体をシームウエルド法等の溶接法を採用して溶接することにより、電子部品が気密に封止されて製品としての電子装置が完成する。

このシームウエルド法としてマイクロパラレルシーム溶接法が公知である（非特許文献１参照）。

次に、このマイクロパラレルシーム溶接法について説明する。
図５はマイクロパラレルシーム溶接法の概要を示す図である。
図５において、３６ａ、３６ｂは図示しない溶接トランスのそれぞれの出力端子に接続され、溶接電流を通電する電極であるローラ電極、３３は半導体素子等を内蔵する非導電性のパッケージ、３４は非導電性のパッケージ３３の開口部四周に導電性を持たせるために該当部の上面にろう付けされた導電性のシールフレーム、３１はパッケージ３３を載置するターンテーブルである。

次に、このマイクロパラレルシーム溶接法の動作について説明する。
図示しない溶接電源から所定のタイミングで溶接電力が供給される。そうすると図示しない溶接トランスは間欠的に低電圧で大電流の溶接電流を生成する。この間欠的な溶接電流が一方のローラ電極３６ａ、蓋３２、シールフレーム３４、そして他の一方のローラ電極３６ｂの順、またはその逆の順に流れる。そして溶接電流が間欠的に流れている間ローラ電極３６ａ、３６ｂはパッケージの全周を回動する。こうして、間欠的に通電されたときに、接合部で発生するジュール熱により、シールフレーム３４と蓋３２をロールスポット型の接合部形成方式によりシーム接合し、非導電性のパッケージを気密封止するのである。

このとき、一方のローラ電極３６ａから蓋３２を介して他の一方のローラ電極３６ｂにも溶接電流が分流するが、シールフレーム３４を介して流れる溶接電流の方が多くなるように蓋３２、シールフレーム３４を選定しておく。

このマイクロパラレルシーム溶接法は、非導電性のパッケージだけでなく、適用可能なパッケージの範囲が広いという特徴を有する。すなわち材質として導電性の金属パッケージ（または、金属めっきパッケージ）、非導電性パッケージ（シールフレーム付き）いずれにも適用できる。また、そのパッケージの形状は円形、正方形、矩形などすべてのものに適用できる。

特開２００３−１６３４２１号公報 青野 進、「気密封止技術」、初版、日本国、日刊工業新聞社、１９９２年３月２５日、２５〜２７ページ

しかしながら、多数個取り配線基板上の小型配線基板を個片に分割してから個片ごとにマイクロパラレルシーム溶接方法により封止することは確実で品質にも優れているが、生産コスト低減のためには個片に分割することなく個片ごとに封止することができれば便宜である。そこで、従来のマイクロパラレルシーム溶接方法をそのまま適用することが考えられるが、図６に示すように多数個取り配線基板上の小型配線基板はそれぞれ隣接して形成されているのでローラ電極３６ａ、３６ｂが隣接する小型配線基板の金属枠体６によりローラ電極３６ａ、３６ｂの回動が上手くいかず結局適切な溶接ができないという欠点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、小型配線基板の金属枠体の上部の封止面に壁状の突起部を設けることで、多数個取り配線基板上の小型配線板を分割することなく個々の小型配線基板を封止可能な構造を有する多数個取り小型配線基板を提供することを第１の目的とし、そして、この多数個取り配線基板上の小型配線基板を個々に封止可能とする多数個取り配線基板上の小型配線基板の封止方法を提供することを第２の目的とする。

本発明になる多数個取り配線基板上の小型配線基板は、平面状のセラミック母基板の上面中央部に縦横の並びに一体的に配列形成される電子部品が搭載される搭載部とともにこの搭載部をそれぞれ取り囲む封止用の金属枠体が接合された略四角形状の複数の小型配線基板領域を形成してなる多数個取り配線基板の前記小型配線基板であって、
前記金属枠体はその上部封止面のすべてに壁状に突起部を備えることを特徴とするものである。

本発明になる多数個取り配線基板上の小型配線基板の封止方法は、平面状のセラミック母基板の上面中央部に縦横の並びに一体的に配列形成される電子部品が搭載される搭載部とともにこの搭載部をそれぞれ取り囲む封止用の金属枠体が接合された略四角形状の複数の小型配線基板領域を形成してなる多数個取り配線基板の前記小型配線基板をそれぞれ封止する封止方法であって、前記金属枠体はその上部封止面のすべてに壁状に突起部を備え、この金属枠体の上部封止面の上部に導電性の蓋を載置し、別途設けた溶接電源からの溶接電流を通電する一対のローラ電極で前記蓋の外側から前記封止面の対辺を交互に溶接すること、を特徴とするものである。

また、本発明になる多数個取り配線基板上の小型配線基板の封止方法は、平面状のセラミック母基板の上面中央部に縦横の並びに一体的に配列形成される電子部品が搭載される搭載部とともにこの搭載部をそれぞれ取り囲む封止用の金属枠体が接合された略四角形状の複数の小型配線基板領域を形成してなる多数個取り配線基板の前記小型配線基板をそれぞれ封止する封止方法であって、次の手順からなることを特徴とするものである。
ａ）前記金属枠体の上部封止面のすべてに壁状に突起部を設けること。
ｂ）前記小型配線基板の金属枠体上に導電性の蓋を載置すること。
ｃ）別途設けた溶接電源から一対のローラ電極を前記金属枠体の上部封止面に相当する位置の前記蓋の外側から予め定められた荷重を加えながら、前記ローラ電極を回転させて溶接電流を流すこと。
ｄ）前記小型配線基板の数だけ、ｂ）とｃ）の手順を繰り返すこと。

また本発明になる多数個取り配線基板上の小型配線基板の封止方法に用いられる前記ローラ電極の前記蓋との接触面は平面であることを特徴とするものである。

本発明によれば、多数個取り配線基板上における個々の小型配線基板の金属枠体の上部の封止面に壁状の突起部を設けることで、多数個取り配線基板上の小型配線板に蓋を載置し、その上からローラ電極を回転させつつ個々の小型配線基板を封止可能となるから、分割後の小型配線基板単位で封止する必要がなくなる。よって、封止作業が容易な多数個取り小型配線基板を提供することができる。

また、このような多数個取り小型配線基板を封止するためのローラ電極はテーパ状に代わって、平面としたので封止される蓋の上から押さえつけるようにして回転させつつ封止していくので、隣接小型配線基板との間隔が狭いときでも、個々の小型配線基板に分割することなく、容易に封止作業が可能となる。よって、作業コストを低減できる多数個取り配線基板上の小型配線基板の封止方法提供することができる。

さらに、ローラ電極が金属枠体の上部封止面のほぼ中心に載置されることで、この上部封止面の壁状に形成された突起部７ａの頂点が最も発熱するため、この部分を起点としてろう材が溶融し、封止がなされる。そして、蓋と金属枠体との接触箇所はこの突起部となり、発熱箇所はこの部分で一定となる。よって、ローラ電極は金属枠体の上部封止面のほぼ中心であればよく、必ずしも精度よく位置決めする必要がないので、作業コストを低減できるだけでなく、信頼性の高い多数個取り配線基板上の小型配線基板の封止方法提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明になる多数個取り配線基板の要部概略図（図１（ａ）は上部平面図、同（ｂ）は縦断面図）であり、図２はこの多数個取り配線基板上の小型配線基板の封止方法の概要を説明する模式図である。
図１（ａ）において、１はセラミック母基板、７は本発明を特徴である突起部７ａを備える金属枠体である。突起部７ａは金属枠体７の上部封止面のほぼ中央部に壁状に連なって形成されており、小型配線基板を封止する時の溶接電流の流れ込みまたは流れ出しの起点となるものである。２ａは電子部品を搭載するための略四角凹状の搭載部であり、分割溝は省略してある。

図２において、１はセラミック母基板、７は突起部７ａを備える金属枠体、３１は多数個取り配線基板１を載置するターンテーブル、３２は多数個取り配線基板１上に形成された小型配線基板を封止する蓋、３７ａ、３７ｂは図示しない溶接電源からの溶接電流を通電するローラ電極である。このローラ電極は、従来のローラ電極が蓋との接触面がテーパ状になっていたが、蓋３２と平面で接触可能なように平面となっている。この理由は後述する。なお、アは溶接電流の通電経路を示している。

本発明になる多数個取り配線基板上の小型配線基板の封止方法を説明する前に本発明で使用する多数個取り配線基板の製造方法について説明する。ただし、基本的には従来の技術で説明した多数個取り配線基板の製造方法をほとんどそのまま使用している。図３および図４と同じものには同一符号を使用している。

セラミック母基板１は、例えば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・ガラスセラミックス等のセラミックス材料からなる複数層の絶縁層が積層されてなり、その中央部に各々が小型の配線基板となる略四角形の多数の配線基板領域２が、セラミック母基板１の上面に形成された分割溝３で区切られて縦横の並びに一体的に多数個が配列形成されている。

セラミック母基板１の中央部に配列形成された各配線基板領域２は、その上面中央部に電子部品を搭載するための略四角凹状の搭載部２ａを有しており、この搭載部２ａ内に電子部品がろう材やガラス・樹脂等の接着材を介して接合される。また、搭載部２ａの内部から下面にかけてはタングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズからなる複数のメタライズ配線導体（図示せず。）が被着形成されており、このメタライズ配線導体には搭載部２ａ内に搭載される電子部品の電極が例えば半田バンプやボンディングワイヤ等の電気的接続手段を介して電気的に接続される。

さらに、各配線基板領域２の上面には、搭載部２ａを取り囲むようにしてタングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズからなるろう付け用メタライズ層５が被着されている。
ここまでは、従来の多数個取り配線基板の製造方法と同じである。

本発明に使用する多数個取り配線基板は前述のように搭載部２ａを取り囲むように形成されたメタライズ層５にろう材を介して接合される突起部７ａを備える搭載部２ａの封止用の金属枠体７を接合してなることを特徴としている。

ここで突起部７ａを備える金属枠体７の製造方法について説明する。
まず、ＡｇＣｕをクラッドしたコバール（Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ）のフープ材を準備する。そして、このフープ材のＡｇＣｕをクラッドしたとは逆面にフォトマスク（レジスト）を形成させてエッチングを行う。こうすることで、フォトマスクが形成されておらず、エッチング液に侵食されない箇所が突起部７ａとして残存する。その後、プレス加工により、リング状に打抜くことで突起部７ａを備える金属枠体７を製造する。

このようにして、製造された金属枠体７は、この金属枠体７を接合するための下地金属層として機能するメタライズ層５に銀−銅合金等のろう材を介して突起部７ａが形成されていない方の面を接合する。

各配線基板領域２の上面に接合された金属枠体７は、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成り、搭載部２ａ内に搭載された電子部品を封止するための金属蓋体を溶接するための下地金属部材として機能する。
このようにして、本発明に使用する多数個取り配線基板が完成する。

次に、図２を用いてこのような多数個取り配線基板上に形成された小型配線基板の封止方法について説明する。
この封止作業においては、公知の搬送手段を用いて多数個取り配線基板を所定の位置に搬送し、公知の固定手段を用いてこの多数個取り配線基板を固定する。
また、蓋３２の搬送も公知の搬送手段を用いて搬送し、これも公知の位置決め手段を用いてこの多数個取り配線基板上に形成された所定の小型配線基板の金属枠体７上に載置する。

続いて、図示しない溶接電源からの溶接電流を通電するローラ電極３７ａ、３７ｂを公知の移動手段と位置決め手段を用いて、前述の蓋２４上に接触させる。このとき、ローラ電極３７ａ、３７ｂは金属枠体７の上部封止面のほぼ中心であればよく、必ずしも精度を要求しない。これは、ローラ電極３７ａ、３７ｂが蓋３２を介して金属枠体７の突起部７ａが存在する上部封止面のほぼ中心に載置されることで、突起部７ａを適切に押さえつけることができるからである。つまり、このような位置にローラ電極３７ａ、３７ｂを置き、後述するようにローラ電極３７ａ、３７ｂ間に通電することによって、突起部７ａの頂点が最も発熱するため、この部分を起点としてろう材が溶融し、封止がなされるからである。そして、蓋３２と金属枠体７との接触箇所は突起部７ａとなり、発熱箇所はこの部分で一定であるためである。
こうして、封止の準備が完了する。

続いて、ローラ電極３７ａ、３７ｂを用いて蓋３２を金属枠体７に押し付けるように加圧しつつ、図示しない溶接電源から所定のタイミングで間欠的に低電圧で大電流の溶接電力を供給する。この間欠的な溶接電流が一方のローラ電極３７ａと蓋３２の接触部、一方の突起部７ａ、金属枠体７、一方の突起部７ａ、もう一方のローラ電極３７ｂの順に流れる。もちろん、この逆の順に流してもよい。

そして溶接電流が間欠的に流れている間ローラ電極３７ａ、３７ｂは蓋３２の全周を回動する。こうして、間欠的に通電されたときに、接合部で発生するジュール熱により、金属枠体７と蓋３２をロールスポット型の接合部形成方式によりシーム接合し、小型配線基板を気密封止するのである。

なお、本発明では小型配線基板を気密封止するために金属枠体に突起部を形成することとしたが、金属枠体に突起部を形成する代わりに蓋３２に突起部を設けてもよいことはもちろんである。

本発明になる多数個取り配線基板の要部概略図である。 本発明になる多数個取り配線基板上の小型配線基板の封止方法の概要を説明する模式図である。 従来の多数個取り配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。 図３に示す多数個取り配線基板の上面図である。 マイクロパラレルシーム溶接法の概要を示す図である。 図５のマイクロパラレルシーム溶接法を多数個取り配線基板に適用したときの様子を示す図である。

符号の説明

１ セラミック母基板
２ 配線基板領域
３ 分割溝
６ 金属枠体
７ 突起部を有する金属枠体
７ａ 突起部
３１ ターンテーブル
３２ 蓋
３３ 半導体素子等を内蔵する非導電性のパッケージ
３４ シールフレーム
３６ａ、３６ｂ ローラ電極（テーパ状のローラ電極）
３７ａ、３７ｂ ローラ電極（平面状のローラ電極）

Claims (4)

1. 平面状のセラミック母基板の上面中央部に縦横の並びに一体的に配列形成される電子部品が搭載される搭載部とともにこの搭載部をそれぞれ取り囲む封止用の金属枠体が接合された略四角形状の複数の小型配線基板領域を形成してなる多数個取り配線基板の前記小型配線基板であって、
   前記金属枠体はその上部封止面のすべてに壁状に突起部を備えること
   を特徴とする多数個取り配線基板上の小型配線基板。
2. 平面状のセラミック母基板の上面中央部に縦横の並びに一体的に配列形成される電子部品が搭載される搭載部とともにこの搭載部をそれぞれ取り囲む封止用の金属枠体が接合された略四角形状の複数の小型配線基板領域を形成してなる多数個取り配線基板の前記小型配線基板をそれぞれ封止する封止方法であって、
   前記金属枠体はその上部封止面のすべてに壁状に突起部を備え、
   この金属枠体の上部封止面の上部に導電性の蓋を載置し、
   別途設けた溶接電源からの溶接電流を通電する一対のローラ電極で前記蓋の外側から前記封止面の対辺を交互に溶接すること、
   を特徴とする多数個取り配線基板上の小型配線基板の封止方法。
3. 平面状のセラミック母基板の上面中央部に縦横の並びに一体的に配列形成される電子部品が搭載される搭載部とともにこの搭載部をそれぞれ取り囲む封止用の金属枠体が接合された略四角形状の複数の小型配線基板領域を形成してなる多数個取り配線基板の前記小型配線基板をそれぞれ封止する封止方法であって、
   次の手順からなることを特徴とする請求項２記載の多数個取り配線基板上の小型配線基板の封止方法。
   ａ）前記金属枠体の上部封止面のすべてに壁状に突起部を設けること。
   ｂ）前記小型配線基板の金属枠体上に導電性の蓋を載置すること。
   ｃ）別途設けた溶接電源から一対のローラ電極を前記金属枠体の上部封止面に相当する位置の前記蓋の外側から予め定められた荷重を加えながら、前記ローラ電極を回転させて溶接電流を流すこと。
   ｄ）前記小型配線基板の数だけ、ｂ）とｃ）の手順を繰り返すこと。
4. 前記ローラ電極の前記蓋との接触面は平面であることを特徴とした請求項２または請求項３記載の多数個取り配線基板上の小型配線基板の封止方法。

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