JP2009218512A - 電子素子収納用パッケージおよび電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
基体１と枠体２とを接合する際に、接合層３に空気が内包されることがなく、基体１と枠体２とが強固に接合された電子素子４収納用パッケージを提供する。
【解決手段】
少なくとも、接合層により接合された基体と枠体とから成る電子素子収納用パッケージであって、
該枠体の底面の３０％以上が、枠体の内側−外側方向に．０．５〜１５度の傾斜角度で傾斜していることを特徴とする電子素子収納用パッケージ。
【選択図】 図３

Description

本発明は、基体と枠体からなる電子素子収納用パッケージに関し、更に詳しくは基体と枠体との接合層において空気溜まりが発生しないため、気体と枠体との接合の信頼性の高い電子素子収納用パッケージ（以下、単にパッケージと言うことがある。）及び該電子素子収納用パッケージに電子素子を搭載した電子装置に関する。

セラミックパッケージは、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子、圧電振動子，水晶振動子等の振動子、ＬＤ（半導体レーザ），ＬＥＤ（発光ダイオード），ＰＤ（フォトダイオード），等の光半導体素子、その他の種々の電子部品を収納する電子部品収納用パッケージに使用されている。

従来のセラミックを基体としたパッケージは、例えば発光素子収納用パッケージの例では、図１の発光装置の模式図に示すように、基体１と枠体２とからなっており、該枠体２は接合層３を介して基体１と接合されており、該基体１には発光素子４を搭載して通電するための配線導体５が設置されている。
上記パッケージに発光素子４を搭載し、配電導体５と発光素子４をボンディングワイヤー６を介して外部から通電して、発光素子４を発光可能とすることにより発光装置が得られている。

更に通常、発光装置のキャビティの部分には封止剤が充填されて封止層７を設け、全体を強固にして外部の応力、衝撃に対して耐え得るようにするとともに、湿気等の浸入を防止して、発光素子４、配電導体５、ボンディングワイヤー６等を酸化劣化から守るようにされている。

上記基体１と枠体２との接合は、７００〜９００℃の融点を有する銀−銅等のロウ材、熱硬化性のエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の各種樹脂接合剤、ガラスペースト等の接合剤を使用して接合されている。
接合工程は、通常基体１表面にスクリーン印刷で上記の接合剤を塗布した後、枠体２を基体１に重ね合せ、乾燥硬化して、若しくは焼成されて行われる。

しかしながら、図２（ａ）の模式図で示すように、スクリーン印刷で接合剤を印刷すると、印刷された接合剤層３は印刷端部が盛り上がり、中央部は相対的に凹んだ形状となるため、枠体２を重ね合わせた場合に空気溜まりができて、接合剤層３が硬化若しくは焼成されて接合層３となったときも、図２（ｂ）に示す如く空気が内包された状態となり、接合強度が低下してしまう。

特開２００５−１８３８９７号公報

本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、基体１と枠体２とを接合する際に、接合層３に空気が内包されることがなく、基体１と枠体２とが強固に接合された電子素子４収納用パッケージを提供することである。

上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、枠体を特定の形状とすることにより、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は以下の構成からなるものである。
１．少なくとも、接合層により接合された基体と枠体とから成る電子素子収納用パッケージであって、
該枠体の底面の３０％以上が、枠体の内側−外側方向に．０．５〜１５度の傾斜角度で傾斜していることを特徴とする電子素子収納用パッケージ。
２．少なくとも、接合層により接合された基体と枠体とから成る電子素子収納用パッケージであって、
該枠体の底面の３０％以上が、枠体の内側−外側方向に０．５〜１５度の傾斜角度で傾斜している電子素子収納用パッケージに
電子素子が搭載されていることを特徴とする電子装置。

本発明の電子素子収納用パッケージは、枠体２の底面２ｂの形状が傾斜形状であるため、その製造時に、枠体２を基体１上の印刷された接合剤層３に重ねた際に必然的に空気が押し出されるので、接合層３に空気が内包されることがなく、基体１と枠体２との接合が強固である。

本発明の電子素子収納用パッケージは、基体１と枠体２からなり、該基体１と該枠体２は接合剤で接合されており、該枠体２は特定の形状を有している。

本発明の電子素子収納用パッケージを構成する上記基体１は、概略 円形、長方形、正方形の板状の形状をなしている。
基体１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）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を使用することができる。

基体１の製造方法は、特に限定されるものではないが、セラミックスを使用する場合には、上記原料粉末に適当な有機バインダー，溶剤等を添加混合して泥漿状となし、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グリーンシートを得、しかる後、高温（約１６００℃）で焼成することによって製作されるグリーンシート法、原料粉体を成型機に充填して成型した後焼成する粉体成型法等を使用することができるが、板状である関係からグリーンシート法で製造することが好ましい。

上記基体１には、電子素子に通電させるための配線導体５が通常配設されている。
配線導体５は、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ａｇ、Pd、Pt等の金属粉末のメタライズ層を使用することができ、配線導体５が酸化腐食するのを有効に防止することができるように、配線導体５の露出する表面にＮｉやＡｕ等の耐食性に優れる金属を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくことも可能である。

本発明の電子素子収納用パッケージを構成する前記枠体２は 柱状物で内側に貫通孔を有した形状であり、さらにその底面２ｂの３０％以上が、枠体２の内側−外側方向に０．５〜１５度の傾斜角度で傾斜している。
なお、本発明において、枠体２の内側とは、図１（ｂ）の平面図において、枠体２の内周面２ｃ側の方向、つまり中心方向を意味し、枠体２の外側とはその逆方向を意味する。

図３は本発明の各種好適な実施形態を示す図であり、特定の枠体底面２ｂの形状を有する枠体２を基体１に接合した模式図である。
図３（ａ）は、枠体２の底面２ｂ部分において、底面２ｂの内側で低く、外側で高い傾斜を有する枠体２を基体１に接合したパッケージである。
図３（ｂ）は、上記（ａ）とは逆に、枠体２の底面２ｂ部分において、底面２ｂの内側で高く、外側で低い傾斜を有する枠体２を基体１に接合したパッケージである。
図３（ｃ）は、枠体２の底面２ｂ部分において、底面２ｂの中央部内側で低く、内側及び外側で高い傾斜を有する枠体２を基体１に接合したパッケージである。
図３（ｄ）は、上記図３（ａ）と同じく、枠体２の底面２ｂの傾斜が、底面２ｂの内側で低く、外側で高いが、図３（ａ）ではその傾斜が直線的な傾斜であるのに対して、曲線的な傾斜を有する枠体２を基体１に接合したパッケージである。
なお、配線導体５等の表示は省略している。

図４は本発明の更に別の各種好適な実施形態を示す図であり、特定の枠体底面２ｂの形状を有する枠体２を基体１に接合した図である。
図４（ａ）は、上記図３（ａ）と同じく、枠体２の底面２ｂの傾斜が、底面２ｂの内側で低く、外側で高いが、図３（ａ）ではその傾斜部分が底面２ｂの全面１００％が傾斜であるのに対して、傾斜部分が部分的である枠体２を基体１に接合したパッケージである。
図４（ｂ）は、上記図３（ｄ）と同じく、枠体２の底面２ｂの傾斜が、底面２ｂの中央部で低く、内側及び外側で高いが、図３（ｄ）ではその傾斜部分が底面２ｂの全面１００％が傾斜であるのに対して、傾斜部分が部分的である枠体２を基体１に接合したパッケージである。

枠体底面２ｂの傾斜は図３（ａ）、図３（ｄ）、図４（ａ）の如く底面２ｂの内側が低く、外側が高いものであってもよく、図３（ｂ）の如く、底面２ｂの内側が高く、外側が低いものであってもよく、図３（ｃ）、図４（ｂ）の如く、中央部が低く、内側、外側が高くとも良い。
また、枠体底面２ｂの傾斜形状は図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）の如く直線的でもよく、図３（ｄ）の如く曲線的でもよく、またその他の形状でも良い。

上記枠体底面２ｂの傾斜角度は０．５〜１５度であり、好ましくは２〜５度である。
上記枠体２の底面２ｂの傾斜部分の面積は底面の全面積の３０％以上であり、好ましくは６０％以上であり、更に好ましくは９０％以上である。
枠体底面２ｂの傾斜角度及び傾斜部分を上記の範囲に設定することにより、
基体１と枠体２とを接合するとき、枠体２を基体１上の印刷された接合剤層３に重ねた際に必然的に空気が押し出されるので、接合層３に空気が内包されることがなく、強固な基体１と枠体２との接合がえられる。なお、上記枠体底面２ｂの傾斜角度が上記上限値を超えると、枠体底面の全体に接合剤が濡れずに接合不良を起こす。

上記枠体２の材料としては、前記基体１と同様な材料を使用することができる。

上記枠体２の製造方法は、特に制限はなく、前記グリーンシート法、粉体成型法により製造することができるが、正確な形状の枠体２が製造できる観点から粉体成型法が好ましい。粉体製造法は公知の方法あるいは本出願人の既存出願（ＷＯ２００７／０５８３６１）に記載の粉体製造法を用いることができる。

本発明の電子素子収納用パッケージの基体１と枠体２は、接合層３を介して、接合されている。
該接合層３は、基体１に接合剤を塗布し、枠体２を重ね合せて接合される。

上記接合剤としては、ガラスペースト、熱硬化性のエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の各種樹脂接合剤、７００〜９００℃の融点を有する銀−銅等のロウ材等を使用することができる。
熱硬化性のエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の各種樹脂接合剤を使用して基体１と枠体２とを接合する場合には、接合剤を基体１に塗布後、基体１と枠体２とを重ね合せ所定の硬化条件で接合剤を硬化させる。

ガラスペーストで基体１と枠体２とを接合する場合には、ガラスペーストは、ガラス粉末、有機バインダー、溶媒、更に必要に応じて酸化ケイ素、アルミナ等の充填剤を含有したペースト状の組成物であるため、溶媒の乾燥およびガラスの焼結を行う必要がある。

接合剤を塗布する場合は、スクリーン印刷、ディスペンサー等の装置を使用して塗布することができる。
接合剤が乾燥若しくは焼成されて接合層３と成った時に、枠体２の傾斜した底面２ｂと基体１を重ねて形成される隙間を接合層３が充分埋める量となるように、接合剤を塗布する厚みを調整する必要があるが、一般に、樹脂系の接合剤の場合０．０５〜０．１mmが好ましく、０．０１〜０．０５ mmが更に好ましく、ガラス系の接合剤の場合 ０．０１〜０．３ ｍｍが好ましく、０．０２〜０．１５が更に好ましい。接合剤の塗布厚みが上記下限値未満であると、接合剤層３と枠体２との間に隙間が生じ、接合不足となり、又、上記上限値を超えると接合剤層３が流れてキャビティ側に流れ出て、反射効率が低下する傾向になる。

塗布された各種接合剤は、それぞれの接合剤が推奨される乾燥、焼成条件で乾燥、焼成等されて基体１と枠体２とが接合される。

実施例１
図１において、基板１となるセラミック板の配線導体５の位置に導体ペーストを塗布し、乾燥した後焼成し、基体１を得た。具体的には、北陸セラミック社製のアルミナ純度９６％の厚み０．３ｍｍ、 ８．０ｍｍ×８．０ｍｍのアルミナ基板を準備し、導体の貫通位置に貫通孔を穿ち、これにデュポン社のグレード名「５１６４」の導体ペーストを塗布して１５０℃の温度で１０分間乾燥させた後、昇温して最高温度８５０℃で１０分間保持することにより配線導体５を図１に示した状態に形成した。

次いで、上記基板と同様のアルミナ純度９６％アルミナ粉体原料をPVA等のバインダーを用いて水分散し、噴霧乾燥して粒状物を得た後、金型で粉体成型して１６００℃で焼成して、図３（ａ）の枠体２の形状を有する枠体２を製作した。
枠体２の厚み、即ち外周面の高さは０．５ｍｍ、外周面２ａの平面図における直径は７．７ｍｍ、内周面２ｃの平面図における直径は５．０ｍｍ、底面２ｂの傾きは２．３度であった。

上記基体１の表面における枠体２が設置予定される部分に、東レダウ社製のシリコン樹脂「ＳＥ１７２０Ｖ」を厚み５０μにスクリーン印刷で塗布した。
次いで枠体２を基体１上に配置し、１２０℃の温度にて３０分保持して電子素子収納用パッケージをえた。
上記パッケージの接合層をカットし、研磨剤で研磨してその断面を顕微鏡で観察したところ、接合層３に空気が内包されることがなく、基体１と枠体２とが強固に接合されたパッケージであった。

実施例２
枠体２の形状を図３（ｂ）に示した枠体２の形状とし、接合剤の塗布厚みを７０μｍとする以外は、実施例１と全く同様にしてパッケージを作成した。
枠体２の厚み、即ち外周面の高さは０．６ｍｍ、外周面２ａの平面図における直径は６．７ｍｍ、内周面２ｃの平面図における直径は４．６ｍｍ、底面２ｂの傾きは５．４度であった。
実施例１と同様にして、接合層３を観察したところ、接合層３に空気が内包されることがなく、基体１と枠体２とが強固に接合されたパッケージであった。

実施例３
基体の形状を厚み０．３ｍｍ、 １１．５ｍｍ×１１．５ｍｍとし、枠体２の形状を図４（ｂ）に示した枠体２の形状とし、接合剤の塗布厚みを７０μｍとする以外は、実施例１と全く同様にしてパッケージを作成した。

枠体２の厚み、即ち外周面の高さは１．０ｍｍ、外周面２ａの平面図における直径は１１．０ｍｍ、内周面２ｃの平面図における直径は７．０ｍｍ、底面の外周側の傾斜部分の巾は０．７ｍｍ、傾きは８．１度、内周側の傾斜部分の巾は０．５ｍｍ、傾きは１１．３度であった。
実施例１と同様にして、接合層３を観察したところ、接合層３に空気が内包されることがなく、基体１と枠体２とが強固に接合されたパッケージであった。

本発明の電子素子収納用パッケージは、基体１と枠体２との接合が強固であるので、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子、圧電振動子，水晶振動子等の振動子、ＬＤ（半導体レーザ），ＬＥＤ（発光ダイオード），ＰＤ（フォトダイオード），等の光半導体素子、その他の種々の電子素子を収納する電子部品収納用パッケージに使用することができる。

従来のパッケージに発光素子４が搭載された発光装置の構造を説明する模式図であり、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその平面図である。 従来のパッケージの製造において、基体１と枠体２とを接合する際に生ずる問題点を説明する模式図であり、（ａ）は、基体１と枠体２とを接合するために接合剤をスクリーン印刷をした際に 印刷端部が盛り上がり、中央部は相対的に凹んだ接合剤層３の形状を表した模式図であり、（ｂ）は、接合剤層３が硬化若しくは焼成されて接合層３となったときの状態を示した模式図である。

本発明の各種好適な実施形態を示す図であり、特定の枠体底面２ｂの形状を有する枠体２を基体１に接合した模式図であり、（ａ）は、枠体２の底面２ｂ部分において、底面２ｂの内側で低く、外側で高い傾斜を有する枠体２を基体１に接合したパッケージ、（ｂ）は、枠体２の底面２ｂ部分において、底面２ｂの内側で高く、外側で低い傾斜を有する枠体２を基体１に接合したパッケージ、（ｃ）は、枠体２の底面２ｂ部分において、底面２ｂの中央部内側で低く、内側及び外側で高い傾斜を有する枠体２を基体１に接合したパッケージ、（ｄ）は、曲線的な傾斜を有する枠体２を基体１に接合したパッケージをそれぞれ表している。 本発明の更に別の各種好適な実施形態を示す図であり、特定の枠体底面２ｂの形状を有する枠体２を基体１に接合した模式図であり、（ａ）は、枠体２の底面２ｂの傾斜が、底面２ｂの内側で低く、外側で高く、傾斜部分が部分的である枠体２を基体１に接合したパッケージ、（ｂ）は、枠体２の底面２ｂの傾斜が、底面２ｂの中央部で低く、内側及び外側で高く、傾斜部分が部分的である枠体２を基体１に接合したパッケージをそれぞれ表している。

符号の説明

１ 基体
２ 枠体
２ａ 枠体の外周面
２ｂ 枠体の底面
２ｃ 内周面
３ 接合剤層若しくは接合層
４ 電子（発光）素子
５ 配線導体
６ ボンディングワイヤー
７ 封止層
８ 泡

Claims (2)

1. 少なくとも、接合層により接合された基体と枠体とから成る電子素子収納用パッケージであって、
   該枠体の底面の３０％以上が、枠体の内側−外側方向に．０．５〜１５度の傾斜角度で傾斜していることを特徴とする電子素子収納用パッケージ。
2. 少なくとも、接合層により接合された基体と枠体とから成る電子素子収納用パッケージであって、
   該枠体の底面の３０％以上が、枠体の内側−外側方向に０．５〜１５度の傾斜角度で傾斜している電子素子収納用パッケージに
   電子素子が搭載されていることを特徴とする電子装置。