JP2009099642A

JP2009099642A - 電子部品収納用パッケージ

Info

Publication number: JP2009099642A
Application number: JP2007267430A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Nishijima; 英孝西島
Original assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Current assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2007-10-15
Publication date: 2009-05-07

Abstract

【課題】セラミック基体に設ける貫通孔や、切り欠き部に集中する熱応力によるクラック発生を防止できる電子部品収納用パッケージを提供する。
【解決手段】上面に電子部品１２を搭載するための搭載部１３を有し、上面から下面にかけて設けられる貫通孔１４を有する略平板状のセラミック基体１１と、セラミック基体１１の上面外周部に設けられる窓枠状の枠体１６とで形成される空間１７に電子部品１２を収納する電子部品収納用パッケージ１０において、セラミック基体１１の下面側の貫通孔１４の外周部に同心状のメタライズ膜１８を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子や、水晶振動子等の電子部品を収納するための電子部品収納用パッケージに関する。

近年、半導体素子や、水晶振動子等の電子部品を収納させるための電子部品収納用パッケージは、電子部品を搭載させた装置、例えば、携帯電話や、パソコン等の高信頼性化の要求に伴い、ますます高信頼性化への対応が迫られている。これに対応させるための電子部品収納用パッケージには、気密信頼性の高い略平板状をしたセラミック製の基体と、窓枠状をしたセラミック製や、金属製の枠体を用いて形成された空間に電子部品を収納できるようにしたものがある。

図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら、この従来の電子部品収納用パッケージを説明する。ここで、図３（Ａ）は従来の電子部品収納用パッケージの上面側の拡大平面図、図３（Ｂ）は同電子部品収納用パッケージの下面側の拡大平面図、図３（Ｃ）は同電子部品収納用パッケージのＣ−Ｃ’線縦断面図である。
図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、この従来の電子部品収納用パッケージ５０は、略平板状のセラミック基体５１に、その上面に電子部品５２を接合させて搭載するための搭載部５３を有し、上面から下面にかけて設けられる貫通孔５４を有している。このセラミック基体５１は、通常、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等からなる複数枚のそれぞれのセラミックグリーンシートに搭載部５３用や、外部接続パッド５５用や、上下層の導通を形成するためのビア（図示せず）用等の導体印刷パターンを形成した後、複数枚を重ね合わせた積層体を焼成することで形成されている。また、このセラミック基体５１の貫通孔５４は、通常、上面側の孔径より下面側の孔径が途中で大きくなる段差を有し、貫通孔５４壁面や、段差にメタライズパターン（図示せず）を設けている。

また、上記の電子部品収納用パッケージ５０は、セラミック基体５１と同じセラミック製や、セラミックと熱膨張係数が近似する金属製の窓枠状をした枠体５６がセラミック基体５１の上面外周部に設けられている。そして、電子部品収納用パッケージ５０には、セラミック基体５１の上面と、枠体５６の内周壁面で形成される空間５７に電子部品５２が収納されるようになっている。電子部品５２が収納された電子部品収納用パッケージ５０は、枠体５６の上面に蓋体（図示せず）が接合されるようになっている。更に、蓋体が接合された電子部品収納用パッケージ５０は、貫通孔５４を介して空間５７を真空に排気した後、貫通孔５４を金−ゲルマニウム合金等のろう材を溶融させて充填することで塞ぎ、電子部品５２を気密に封止している。上記のようにして電子部品５２が実装された電子部品収納用パッケージ５０は、セラミック基体５１の下面の外部接続パッド５５で半田等を介してボード等に接合している。なお、上記の電子部品収納用パッケージ５０には、セラミック基体５１の外周部の、例えば、コーナーに上面から下面にかけて設けられる切り欠き部５８や、辺の途中に上面から下面にかけて設けられる切り欠き部５８ａを有するものがある。また、上記の電子部品収納用パッケージ５０には、枠体５６がセラミック基体５１と同じセラミック製の場合に枠体５６の上面からセラミック基体５１の下面に連通する切り欠き部５８、５８ａを有するものがある。

しかしながら、上記の電子部品収納用パッケージ５０は、セラミック基体５１に設ける貫通孔５４や、切り欠き部５８、５８ａに、蓋体接合時や、貫通孔５４閉塞時の加熱、冷却によって熱応力が集中し、貫通孔５４や、切り欠き部５８、５８ａの周縁から周辺部に延設するクラックが発生する場合があり、気密信頼性の低下となっている。

圧電振動子収納容器と称する電子部品収納用パッケージには、蓋体の接合時のセラミック基体に集中する熱応力でのクラック発生を防止するのに、セラミック基体上面と電子部品搭載部との間にセラミックコート層を設けるのが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
セラミックからなる配線基板には、マトリックス状に多数配列する外部接続パッドをボード等に接続する際に、配線基板の反り等の影響での半田ブリッジによる電気的短絡を防止するために、マトリックス状に多数配列する外部接続パッドの最外周の角部の位置に設けられた貫通孔の内壁にメタライズ導体膜を設けて基板にかかる熱応力を緩和させるのが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、セラミックからなる配線基板には、上記と同様な目的で、基板コーナーの切り欠き部の壁面にメタライズ導体を充填して基板にかかる熱応力を緩和させるのが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００２−１９８７６７号公報特開２００４−２８１４７２号公報特開２００４−２８８６６０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パッケージは、次のような問題がある。
（１）特開２００２−１９８７６７号公報で開示されるような電子部品収納用パッケージは、熱応力補強用のセラミックコート層がセラミック基体と同じ熱膨張係数、及び同じ強度であるので、蓋体接合時や、貫通孔閉塞時の熱応力がセラミック基体に設ける貫通孔や、切り欠き部に集中し、貫通孔や、切り欠き部の周縁から周辺部に延設するクラック発生を効果的に防止できるほどの強度を持たせることができない。
（２）特開２００４−２８１４７２号公報や、特開２００４−２８８６６０号公報で開示されるような電子部品収納用パッケージは、貫通孔の内壁にメタライズ導体膜を設けたり、切り欠き部の壁面にメタライズ導体を充填したりして基板全体にかかる熱応力を緩和させるものであるので、蓋体接合時や、貫通孔閉塞時の熱応力が貫通孔や、切り欠き部に集中した時の貫通孔や、切り欠き部の周縁から周辺部に延設するクラック発生を防止することができない。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、セラミック基体に設ける貫通孔や、切り欠き部に集中する熱応力によるクラック発生を防止できる電子部品収納用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パッケージは、上面に電子部品を搭載するための搭載部を有し、上面から下面にかけて設けられる貫通孔を有する略平板状のセラミック基体と、セラミック基体の上面外周部に設けられる窓枠状の枠体とで形成される空間に電子部品を収納する電子部品収納用パッケージにおいて、セラミック基体の下面側の貫通孔の外周部に同心状のメタライズ膜を有する。

ここで、上記の電子部品収納用パッケージは、セラミック基体の外周部に上面から下面にかけて設けられる切り欠き部を有し、セラミック基体の下面側の切り欠き部の外周部に同心状のメタライズ膜を有するのがよい。

請求項１又はこれに従属する請求項２記載の電子部品収納用パッケージは、セラミック基体の下面側の貫通孔の外周部に同心状のメタライズ膜を有するので、セラミック基体の下面側の貫通孔の外周部をメタライズ膜で補強でき、蓋体接合時や、貫通孔閉塞時の加熱、冷却によってセラミック基体に設ける貫通孔に集中する熱応力によるクラック発生を防止することができる。

特に、請求項２記載の電子部品収納用パッケージは、セラミック基体の外周部に上面から下面にかけて設けられる切り欠き部を有し、セラミック基体の下面側の切り欠き部の外周部に同心状のメタライズ膜を有するので、セラミック基体の下面側の貫通孔の外周部に加えて、セラミック基体の下面側の切り欠き部の外周部もメタライズ膜で補強でき、蓋体接合時や、貫通孔閉塞時の加熱、冷却によってセラミック基体に設ける貫通孔、及び切り欠き部に集中する熱応力によるクラック発生を防止することができる。

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）〜（Ｃ）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パッケージの上面側拡大平面図、下面側拡大平面図、Ａ−Ａ’線縦断面図、図２（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ同電子部品収納用パッケージの変形例の上面側拡大平面図、下面側拡大平面図、Ｂ−Ｂ’線縦断面図である。

図１（Ａ）〜（Ｃ）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パッケージ１０には、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックからなる１枚のセラミック基板、又は複数枚（図１では２枚）のセラミック基板を重ね合わせて形成される略平板状のセラミック基体１１が用いられている。このセラミック基体１１には、上面に半導体素子や、水晶振動子等の電子部品１２を搭載するためのセラミックと同時焼成できるタングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点の導体金属からなる搭載部１３を有している。また、このセラミック基体１１には、上面から下面にかけて貫通する貫通孔１４を有している。セラミック基体１１は、通常、Ａｌ_２Ｏ_３や、ＡｌＮ等からなる複数枚のそれぞれのセラミックグリーンシートに、上面に設ける搭載部１３用や、下面に設ける外部接続パッド１５用や、上下層の導通を形成するためのビア（図示せず）用等の導体印刷パターンをＷや、Ｍｏ等からなる高融点導体金属ペーストを用いてスクリーン印刷で形成した後、複数枚を重ね合わせた積層体を焼成することで形成している。これにより、搭載部１３は、外部接続パッド１５と電気的に導通状態が形成されている。なお、このセラミック基体１１の貫通孔１４は、通常、上面側の孔径より下面側の孔径が途中で大きくなる段差を有し、貫通孔１４壁面や、段差にメタライズパターン（図示せず）を設けている。

また、電子部品収納用パッケージ１０は、セラミック基体１１の上面外周部に窓枠状の枠体１６を設けている。この枠体１６は、セラミック基体１１と同じセラミック製（図１（Ａ）〜（Ｃ）はこの形態で図示）や、セラミックと熱膨張係数が近似する、例えば、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）等の金属で形成されている。この枠体１６をセラミック製とする場合には、セラミック基体１１を作製するときのセラミックグリーンシートの複数枚を重ね合わせて積層するときに同時に重ね合わせて一体の積層体を形成し、焼成することで作製することができる。また、この枠体１６を金属製とする場合には、セラミック基体１１の上面外周部に形成するメタライズパターン上にろう付け接合することで作製することができる。

更に、電子部品収納用パッケージ１０は、セラミック基体１１の下面側の貫通孔１４の外周部に下面側の貫通孔１４の周縁から外側に延設する同心状のメタライズ膜１８を有している。メタライズ膜１８の形状、大きさは、特に限定されるものではないが、貫通孔１４の周縁から外側に略同幅のリング状に形成されている。このメタライズ膜１８は、セラミックグリーンシートに、セラミック基体１１の上面に設ける搭載部１３用や、下面に設ける外部接続パッド１５用や、上下層の導通を形成するためのビア用等の導体印刷パターンをＷや、Ｍｏ等からなる高融点導体金属ペーストを用いてスクリーン印刷で形成すると同様に形成して、積層、焼成して形成している。

上記の電子部品収納用パッケージ１０には、セラミック基体１１の上面と、枠体１６の内周壁面で形成される空間１７に電子部品１２が収納されるようになっている。電子部品１２が収納された電子部品収納用パッケージ１０は、枠体１６の上面に金属製の蓋体（図示せず）がろう付け接合や、セラミック製の蓋体（図示せず）がガラス付け接合等がされるようになっている。更に、蓋体が接合された電子部品収納用パッケージ１０は、貫通孔１４を介して空間１７を排気して真空状態とした後、貫通孔１４を金−ゲルマニウム合金等のろう材をレーザーで溶融させて充填することで塞ぎ、電子部品１２を真空中で気密に封止している。上記のようにして電子部品１２が実装された電子部品収納用パッケージ１０は、セラミック基体１１の下面の外部接続パッド１５で半田等を介してボード等に接合することで各種電子装置に組み込んでいる。

上記の電子部品収納用パッケージ１０は、電子部品１２を実装して蓋体を接合させる時や、貫通孔１４を閉塞させる時に、セラミック基体１１に設ける貫通孔１４に熱応力が集中する。しかしながら、この電子部品収納用パッケージ１０には、セラミック基体１１下面側の貫通孔１４の外周部にメタライズ膜１８が設けられているので、貫通孔１４部の強度が補強され、貫通孔１４部からのクラック発生を防止できるようになっている。

次に、図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら、本発明の一実施の形態に係る電子部品収納用パッケージ１０の変形例を説明する。
図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、電子部品収納用パッケージ１０の変形例の電子部品収納用パッケージ１０ａには、電子部品収納用パッケージ１０のセラミック基体１１と同様に、略平板状のセラミック基体１１ａにアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックが用いられている。このセラミック基体１１ａには、セラミック基体１１と同様に、上面に電子部品１２を搭載するためのタングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点導体金属からなる搭載部１３を有している。また、セラミック基体１１ａには、セラミック基体１１と同様の上面から下面にかけて貫通する貫通孔１４と、セラミック基体１１には設けていない、外周部の、例えば、コーナーに上面から下面にかけて挿通する切り欠き部１９や、辺の途中に上面から下面にかけて挿通する切り欠き部１９ａを有している。

セラミック基体１１ａは、セラミック基体１１と同様に、通常、焼成前の複数枚のそれぞれのセラミックグリーンシートに、上面に設ける搭載部１３用や、下面に設ける外部接続パッド１５用や、上下層の導通を形成するためのビア（図示せず）用等の導体印刷パターンをＷや、Ｍｏ等からなる高融点導体金属ペーストを用いてスクリーン印刷で形成した後、複数枚を重ね合わせた積層体を焼成することで形成している。なお、このセラミック基体１１ａの貫通孔１４は、通常、セラミック基体１１の場合と同様に、上面側の孔径より下面側の孔径が途中で大きくなる段差を有し、貫通孔１４壁面や、段差にメタライズパターン（図示せず）を設けている。

また、電子部品収納用パッケージ１０ａは、電子部品収納用パッケージ１０と同様に、セラミック基体１１ａの上面外周部に窓枠状の枠体１６を設けている。この枠体１６は、セラミック基体１１ａと同じセラミック製や、セラミックと熱膨張係数が近似する、例えば、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（図２（Ａ）〜（Ｃ）はこの形態で図示）で形成されている。この枠体１６をセラミック製とする場合には、セラミック基体１１ａを作製するときのセラミックグリーンシートの複数枚を重ね合わせて積層するときに同時に重ね合わせて一体の積層体を形成し、焼成することで作製することができる。なお、枠体１６をセラミック製とする場合の切り欠き部１９、１９ａは、枠体１６の上面からセラミック基体１１ａの下面に連通して設けることができる。また、この枠体１６を金属製とする場合には、セラミック基体１１ａの上面外周部に形成するメタライズパターンを切り欠き部１９、１９ａの深さの位置まで引き下げたところに形成し、このメタライズパターン上にろう付け接合するようにして作製している。

この電子部品収納用パッケージ１０ａは、電子部品収納用パッケージ１０のセラミック基体１１と同様に、セラミック基体１１ａの下面側の貫通孔１４の外周部に下面側の貫通孔１４の周縁から外側に延設する同心状のメタライズ膜１８を有している。更に、電子部品収納用パッケージ１０ａは、セラミック基体１１ａの下面側の切り欠き部１９、１９ａの外周部に下面側の切り欠き部１９、１９ａの周縁から外側に延設する同心状のメタライズ膜１８ａ、１８ｂを有している。これらのメタライズ膜１８、１８ａ、１８ｂの形状、大きさは、特に限定されるものではないが、貫通孔１４の周縁から外側に略同幅のリング状や、切り欠き部１９、１９ａの周縁から外側に略同幅の帯状に形成されている。これらのメタライズ膜１８、１８ａ、１８ｂは、セラミックグリーンシートに、セラミック基体１１ａの上面に設ける搭載部１３用や、下面に設ける外部接続パッド１５用や、上下層の導通を形成するためのビア用等の導体印刷パターンをＷや、Ｍｏ等からなる高融点導体金属ペーストを用いてスクリーン印刷で形成すると同様に形成して、積層、焼成して形成している。

上記の電子部品収納用パッケージ１０ａには、電子部品収納用パッケージ１０の場合と同様に、セラミック基体１１ａの上面と、枠体１６の内周壁面で形成される空間１７に電子部品１２が収納されるようになっている。電子部品１２が収納された電子部品収納用パッケージ１０ａは、枠体１６の上面に金属製の蓋体（図示せず）がろう付け接合や、セラミック製の蓋体（図示せず）がガラス付け接合等がされるようになっている。更に、蓋体が接合された電子部品収納用パッケージ１０ａは、貫通孔１４を介して空間１７を排気して真空状態とした後、貫通孔１４を金−ゲルマニウム合金等のろう材をレーザーで溶融させて充填することで塞ぎ、電子部品１２を真空中で気密に封止している。上記のようにして電子部品１２が実装された電子部品収納用パッケージ１０ａは、セラミック基体１１ａの下面の外部接続パッド１５で半田等を介してボード等に接合することで各種電子装置に組み込んでいる。

上記の電子部品収納用パッケージ１０ａは、電子部品１２を実装して蓋体を接合させる時や、貫通孔１４を閉塞させる時に、セラミック基体１１ａに設ける貫通孔１４や、切り欠き部１９、１９ａに熱応力が集中する。しかしながら、この電子部品収納用パッケージ１０ａには、セラミック基体１１ａ下面側の貫通孔１４や、切り欠き部１９、１９ａの外周部にメタライズ膜１８、１８ａ、１８ｂが設けられているので、貫通孔１４部や、切り欠き部１９、１９ａの強度が補強され、貫通孔１４部や、切り欠き部１９、１９ａからのクラック発生を防止できるようになっている。

本発明の電子部品収納用パッケージは、半導体素子や、水晶振動子等の電子部品を実装させて、気密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）〜（Ｃ）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パッケージの上面側拡大平面図、下面側拡大平面図、Ａ−Ａ’線縦断面図である。（Ａ）〜（Ｂ）はそれぞれ同電子部品収納用パッケージの変形例の上面側拡大平面図、下面側拡大平面図、Ｂ−Ｂ’線縦断面図である。（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ従来の電子部品収納用パッケージの上面側拡大平面図、下面側拡大平面図、Ｃ−Ｃ’線縦断面図である。

符号の説明

１０、１０ａ：電子部品収納用パッケージ、１１、１１ａ：セラミック基体、１２：電子部品、１３：搭載部、１４：貫通孔、１５：外部接続パッド、１６：枠体、１７：空間、１８、１８ａ、１８ｂ：メタライズ膜、１９、１９ａ：切り欠き部

Claims

上面に電子部品を搭載するための搭載部を有し、上面から下面にかけて設けられる貫通孔を有する略平板状のセラミック基体と、該セラミック基体の上面外周部に設けられる窓枠状の枠体とで形成される空間に前記電子部品を収納する電子部品収納用パッケージにおいて、
前記セラミック基体の下面側の前記貫通孔の外周部に同心状のメタライズ膜を有することを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
請求項１記載の電子部品収納用パッケージにおいて、前記セラミック基体の外周部に上面から下面にかけて設けられる切り欠き部を有し、前記セラミック基体の下面側の前記切り欠き部の外周部に同心状のメタライズ膜を有することを特徴とする電子部品収納用パッケージ。