JP2010129646A - パッケージ部材及び電子部品パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】貫通電極を構成する金属ピンとパッケージ基板との固着強度を向上させることにより、薄型のパッケージ部材、及び、電子部品パッケージを提供すること。
【解決手段】電子部品パッケージの内部端子２１と外部端子２５を電気接続する貫通電極２３の断面積を、パッケージ深さに応じて変えることにより、貫通電極２３とベース部材２０の接触面積を増し、固着強度を高く出来るようになった。従って薄型のパッケージ部材及び電子部品パッケージを提供することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、IC、水晶振動子、センサーなどに用いられるパッケージ部材と、これを用いた電子部品パッケージに関するものである。

ICや水晶振動子、ダイオード、抵抗、コンデンサなど電子部品は、部品の外部刺激からの保護、機能部品の状態の安定化、実装基板への実装の容易化などの目的でパッケージに覆われている。近年では各種パッケージにおいて小型薄型化が要求されており、それに伴いパッケージ内部の機能部品、取り付け部位なども非常に小型化が進んでいる。

小型化が進められている電子部品パッケージの例として、水晶振動子のパッケージがある（例えば特許文献１参照）。このパッケージは、水晶振動板を実装するベース部材と、水晶振動子を密閉するためにベース部材に被せるキャップ部材から成り、ベース部材には、水晶振動板と電気接続するためにパッケージ内部に形成された端子電極と、外部接続用のためにパッケージ外部に形成された外部端子とを有し、この端子電極と外部端子とを電気接続するためにベース部材を貫通する貫通電極が形成されている。

これによると貫通電極は、導電性接着剤もしくは金属ピンを貫通孔内部に固定することにより、導電性が付与される。但し、導電性接着剤を貫通孔内に埋め込んだ際、抵抗が高く、また、気密性に問題がある。それと比較して、金属ピンを貫通孔内壁に固着した方が、気密性が高く、また、低抵抗という利点がある。
特開２００２−１２４８４５号公報

しかしながら、パッケージサイズの小型低背化が進んでおり、金属ピンが脱落する問題が発生した。これは、パッケージ部材の薄型化が進み、従来のような円柱の金属ピンではパッケージ基板との接触面積が小さく、金属ピンの固着強度が低くなってしまったためである。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、金属ピンなどからなる貫通電極とベース部材との固着強度を向上させ、小型薄型のパッケージ部材及び電子部品パッケージを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、ベース部材を貫通し、ベース部材の表面近傍とベース部材の厚み方向の中間部で断面積が異なる貫通電極を備えたパッケージ部材である。

これにより、貫通電極とベース部材との接触面積を増加させることができ、互いの固着強度を増すことが可能となる。従ってベース部材を薄型化することが可能となる。

本発明の第２の態様は、貫通電極の断面積が、ベース部材の表面近傍と比較してベース部材の厚み方向の中間部の方が大きいことを特徴とする第１の態様のパッケージ部材である。

貫通電極は端部で断面積が小さく、端部以外のところで断面積が大きい形状をしているため、ベース部材との接触面積を増加できる。ベース部材を一端融解させ流動性を付与し、そこに金属ピンを挿入するか、金属ピンを所定位置に配置したところで融解させたベース部材を流し込み、その後ベース部材を硬化させることにより、金属ピンをベース部材に挿入することが可能である。

本発明の第３の態様は、ベース部材の一方の表面部における貫通電極の断面積が、ベース部材の他の表面部における貫通電極の断面積と異なることを特徴とする第１の態様のパッケージ部材である。

これにより、従来の円柱状金属ピンより表面積を大きくできるため、ベース部材と金属ピンなどの貫通電極の接触面積を大きくできる。

本発明の第４の態様は、貫通電極の厚み方向の断面の形状が円弧を有することを特徴とする第２もしくは第３の態様のパッケージ部材である。
この金属ピンなどからなる貫通電極の形状は、パッケージ部材の作製を容易にするので有効である。作製方法は例えば以下の通りである。まず、ベース部材の元板かベース部材を複数取ることができるウェハに、金属ピンを取り付ける位置にくぼみを設ける。次にくぼみに金属ピンもしくは金属ピンの周囲をベース部材と同じ材料で固着したピン部材を入れる。これをセラミック、カーボンなどで作製した型で固定し加重をかけながら、ベース部材を加熱する。ベース部材を溶融後、冷却し、得られた部材の表裏面を研磨して金属ピンを露出させたら完成である。最初の工程でくぼみを設けずに、型にくぼみを設け、これに金属ピンやピン部材を入れ、ベース部材やウェハを押し付けた後に加熱する方法でも良い。いずれの場合でも、金属ピンやピン部材が球状であるためにくぼみに入りやすく、またピンの形状が等方的であるためピンの挿入方向に注意が不要となる。

本発明の第５の態様は、ベース部材の除冷点以下の温度領域において、金属ピンなどからなる貫通電極の線膨張率がベース部材の線膨張率αより大きく、（α＋５）×１０^-6／Ｋ以下であることを特徴とする第４の態様のパッケージ部材である。

これにより、パッケージ温度が上昇した際でもベース部材に引っ張り応力がかからず、パッケージ基板の破壊を抑えられる。通常、温度上昇により金属ピンとベース部材とが夫々の線膨張係数に従って変形した場合、金属ピンとベース部材の接触面積が大きくなると金属ピン端部での応力が増大してしまう。引っ張り応力はベース部材の破壊の原因である。しかし本発明によると高温でもベース部材に引っ張り応力が働かないようにすることができる。

本発明の第６の態様は、第１〜第５いずれかの態様のパッケージ部材と、キャビティを有するリッド部材とから成り、キャビティの側壁上部とパッケージ部材上底面とを接合して、キャビティを封止することを特徴とする電子部品パッケージである。

これにより、パッケージ部材を薄型化できるため、電子部品パッケージも薄型化が可能となる。

かかる本発明では、電子部品パッケージの内部端子と外部端子を電気接続する貫通電極の断面積を、パッケージ深さに応じて変えることにより、貫通電極とベース部材の接触面積を増し、固着強度を高く出来るようになった。従って薄型のパッケージ部材及び電子部品パッケージを提供することが可能となる。

以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る水晶振動デバイスの概略構成を示す断面図である。また図２は本発明の実施形態１に係る水晶振動デバイスの内部の概略構成を示す平面図である。
図１に示す断面図は、図２における一点鎖線で結ばれたＡ−Ａ'部における断面を示すものである。

図１、図２に示すように、水晶振動デバイスは、板状のベース部材２０と、キャビティを有し、ベース部材２０と接合して該キャビティを密閉空間とするリッド部材２７と、ベース部材上のキャビティ内に実装部材３０と引き出し電極１１を介して実装される水晶板１０から成っている。ベース部材２０は、上面に内部端子２１、２２及び内部端子２２に連結した引き出し電極３３が形成されており、また、下面に外部端子２５、２６が形成されており、内部端子２１と外部端子２５、及び、引き出し電極３３と外部端子２６は、夫々、ベース部材２０を貫通して埋め込まれた金属ピンによる貫通電極２３、２４にて電気接続されている。

図１に示す通り、本実施形態では、貫通電極２３、２４の縦断面が中央部の幅が上下端部の幅より大きい形状となっている。またこれらは平面断面が円となっており、単なる円柱形状より、側面の面積が大きくなっている。これにより金属ピンとこれが埋め込まれたベース部材２０との接触面積を向上でき、ベース部材２０を薄型化しても、貫通電極での気密性が維持され、及び、貫通電極周囲でのクラックの発生を抑止できた。また本発明によりベース部材２０を従来の１/３の厚みにできたため、デバイス厚みも低背化可能となった。

本実施形態では、貫通電極２３、２４を構成する金属ピンとベース部材２０をいくつかの組み合わせで作製した。金属ピンとベース部材２０の順に、（１）コバールとホウ珪酸ガラス、（２）タングステンとホウ珪酸ガラス、（３）５２Ｎｉ−Ｆｅ合金とソーダライムガラス、（４）４２Ｎｉ−Ｆｅ合金とソーダライムガラス、（５）コバールとソーダライムガラス、（６）白金とソーダライムガラスである。金属ピンはプレス成型した。ベース部材を加熱融解し、金属ピンをベース部材中に押し込み、冷却硬化した。最後に表裏面を研磨した。いずれの組み合わせでも金属ピンとベース部材の接触面で封着され、良好な気密性が得られた。特に高温での放置時に安定した気密性を示したのは、（１）、（２）、（３）、（６）だった。
（実施形態２）
図３は本発明の実施形態２に係るパッケージ部材の貫通電極近傍を示す断面図である。
図３に示したベース部材２０は、図１、図２に示したベース部材２０と同様の構成である。但し本実施形態では、貫通電極２３、２４の縦断面が、下端部が上端部の幅より大きい形状となっている。またこれらは平面断面が円となっており、単なる円柱形状より、側面の面積が大きくなっている。これにより貫通電極２３、２４を構成する金属ピンとこれが埋め込まれたベース部材２０との接触面積を向上でき、ベース部材２０を薄型化しても、貫通電極２３、２４周囲での気密性が維持され、貫通電極２３、２４周囲でのクラックの発生を抑止できた。
また実施形態１の水晶振動子において、本実施形態のベース基板２０を用いたが、同様の効果が得られた。
（実施形態３）
図４は本発明の実施形態３に係るパッケージ部材の貫通電極近傍を示す断面図である。
図４に示したベース部材２０は、図１、図２に示したベース部材２０と同様の構成である。但し本実施形態では、貫通電極２３、２４の縦断面が円形を上下端部で切り取った形状となっている。

図５は、図４と異なる構造の実施形態３に係るパッケージ部材の貫通電極近傍を示す断面図である。本図では貫通電極２３、２４の縦断面が円形を上下端部で切り取った形であるが、下端部が上端部より幅が広くなっている。

これらは平面断面が円となっており、球状の金属ピンをベース部材内部に埋設した後にベース部材を研磨すると共に金属ピンを研磨して得られた形状である。本形状は単なる円柱形状より、側面の面積が大きくなっている。これにより貫通電極２３、２４を構成する金属ピンとこれが埋め込まれたベース部材２０との接触面積を向上でき、ベース部材２０を薄型化しても、貫通電極２３、２４周囲での気密性が維持され、貫通電極２３、２４周囲でのクラックの発生を抑止できた。
また実施形態１の水晶振動子において、本実施形態のベース基板２０を用いたが、同様の効果が得られた。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、ICやセンサー、LEDのパッケージ部材として用い、同様のパッケージ構成とすることも可能である。また、上述の各実施形態の構成を組み合わせてもよいことは言うまでもない。

本発明の実施形態１に係る水晶振動デバイスの概略構成を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る水晶振動デバイスの内部の概略構成を示す平面図である。 本発明の実施形態２に係るパッケージ部材の貫通電極近傍を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係るパッケージ部材の貫通電極近傍を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係るパッケージ部材の貫通電極近傍を示す断面図である。

符号の説明

１０ 水晶板
１１ 引き出し電極
２０ ベース部材
２１ 内部端子
２２ 内部端子
２３ 貫通電極
２４ 貫通電極
２５ 外部端子
２６ 外部端子
２７ リッド部材
３０ 実装部材
３３ 引き出し電極

Claims (6)

1. ベース部材を貫通し、前記ベース部材の表面近傍と前記ベース部材の厚み方向の中間部で断面積が異なる貫通電極を備えたパッケージ部材。
2. 前記貫通電極の断面積が、前記ベース部材の表面近傍と比較して、前記ベース部材の厚み方向の中間部の方が大きい請求項１記載のパッケージ部材。
3. 前記ベース部材の一方の表面部における前記貫通電極の断面積が、前記ベース部材の他の表面部における前記貫通電極の断面積と異なる請求項１記載のパッケージ部材。
4. 前記貫通電極の前記ベース部材内の厚み方向の断面外形形状が円弧を有する請求項２または請求項３に記載のパッケージ部材。
5. 前記ベース部材の除冷点以下の温度領域において、前記貫通電極の線膨張率が前記ベース部材の線膨張率αより大きく、（α＋５）×１０^-6／Ｋ以下である請求項４記載のパッケージ部材。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のパッケージ部材と、キャビティを有するリッド部材とから成り、前記キャビティの側壁上部と前記ベース部材の上底面とを接合して、前記キャビティを封止する電子部品パッケージ。

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