JP2011176088A - 気密封止用パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】 低温焼成セラミック基板の表面に形成された厚膜導体上に金属フレーム接合する際に、低融点のＳｎ−Ｐｂ系はんだを使用していた。このため、気密半導体デバイスを２次実装する際にＳｎ−Ｐｂ系はんだを使用できず、気密半導体デバイスにキャリアを取付け、キャリアをシャシにねじ固定する構成が採用されており、実装面積が大きく、コストも大きいという課題があった。
【解決手段】 低温焼成セラミック基板に厚膜導体を介して高温焼成セラミック基板を焼結結合させ、高温焼成セラミック基板の表面に形成された厚膜導体に金属フレームをＡｎ−Ｓｎ系はんだで接合する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、内部に収納する電子部品を気密封止するための気密封止用パッケージに関する。

高周波回路や光半導体素子等の電子部品を収納する気密半導体デバイスは、電子部品を構成する半導体の劣化を防止するため、デバイス内部に不活性ガスを封入して、気密封止する必要がある。従来の気密半導体デバイスでは、低温焼成セラミック基板により構成された気密封止用パッケージに電子部品を収納し、シーム溶接またははんだ付けによって気密封止用パッケージに金属蓋（リッド）を接合することで、気密封止が行われていた。

シーム溶接により封止を行う場合は、低温焼成セラミック（Low Temperature Co-fired Ceramics）基板に直接、カバーを溶接することが困難である。このため、低温焼成セラミック基板表面に形成された厚膜導体上に、金属フレーム（シールリング）を接合して気密封止用パッケージを構成し、この金属フレームにカバーをシーム溶接して気密性を確保している。

ここで、低温焼成セラミック基板は基材にガラスが含有されているため、基材と厚膜導体の密着強度が低い。このため、前記のような半導体デバイスの封止構造において、低温焼成セラミック基板と金属フレームの接合に、接合温度が高くヤング率の大きいＡｕ（金）−Ｓｎ（錫）系はんだを用いると、接合時の熱応力により基材からの導体剥離または基材のクラックが発生する。このため、低温焼成セラミック基板と金属フレームの接合には、従来、接合温度が低く、ヤング率の小さいＳｎ（錫）−Ｐｂ（鉛）系はんだが用いられていた。

例えば、特許文献１に示す従来の気密封止用パッケージでは、低温焼成セラミック基板と金属フレームの接合時に低温焼成セラミック基板の導体剥離や基材クラックが発生しないように、低温焼成セラミック基板と金属フレームの接合部に、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだからなる、２種類の融点の異なる接合材を使用することにより、熱応力を緩和する構造が採られている。

特開２００７−５４３９号公報

しかしながら、前記のようなＳｎ−Ｐｂ系はんだを用いた気密半導体デバイスの封止構造では、当該デバイスをはんだ付けによりプリント基板に２次実装する際に、プリント基板への部品実装として多く用いられているＳｎ−Ｐｂ系はんだを使用すると、低温焼成セラミック基板と金属フレームの接合部においてはんだが再溶融し、気密性が損なわれるため、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだを使用できないという問題があった。

従って、従来の気密半導体デバイスの２次実装時は、気密半導体デバイスの底部に金属キャリアを接合し、金属キャリアをプリント基板やシャシ等にねじ固定するという構成が採られていた。このため、金属キャリアのねじ固定部を設ける分だけ気密半導体デバイスの実装面積が大きくなる。また、金属キャリアには、セラミックと熱膨張係数が近い鉄ニッケルコバルト合金を用いるので、コストも高く付くという問題があった。

この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、低温焼成セラミック基板と金属フレームの接合部にＳｎ−Ｐｂ系はんだを用いなくても、気密性の損なわれない気密封止用パッケージを得ることを目的とする。

この発明による気密封止用パッケージは、厚膜導体の形成された低温焼成セラミック基板と、上記低温焼成セラミック基板の厚膜導体上に焼結により接合された高温焼成セラミック基板と、上記高温焼成セラミック基板の厚膜導体上にＡｕ−Ｓｎ系はんだにより接合された金属フレームとを備えたものである。

この発明によれば、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだのような低融点接合材を使用せずに、低温焼成セラミック基板を用いた気密半導体デバイスに金属フレームを接合できるため、当該気密半導体デバイスの２次実装時に、低融点接合材を使用することが可能となる。

この発明に係る実施の形態１による気密封止用パッケージの構成を示す図である。

実施の形態１．
以下、この発明に係る実施の形態１について図１を用いて説明する。
図１は実施の形態１による気密封止用パッケージの封止構造の構成を示す断面図である。この気密封止用パッケージ１０は、多層セラミック基板３と、シールリングを構成する金属フレーム４から構成される。気密封止用パッケージ１０は電子部品８が収納され、金属フレーム４の上面には、蓋体（リッド）である金属カバー７が接合される。

多層セラミック基板３は、ガラスセラミック基板を形成する低温焼成セラミック基板１と、低温焼成セラミック基板１の上面に接合されてアルミナセラミック基板を形成する高温焼成セラミック基板２によって構成される。低温焼成セラミック基板１の上部表面には厚膜導体８ａが形成されている。高温焼成セラミック基板２は厚膜導体８ａを介して低温焼成セラミック基板１の上面に接合されている。低温焼成セラミック基板１の上面は、低温焼成セラミック基板１が接合されて上面が覆われた高温焼成セラミック基板接合領域と、高温焼成セラミック基板２が接合されずに低温焼成セラミック基板１の表面が剥き出しになった高温焼成セラミック基板非接合領域からなる。すなわち、高温焼成セラミック基板２の上面は、低温焼成セラミック基板１の上面に対して高さの異なる段差を有しており、多層セラミック基板３の上面におけるこの段差部分に、空洞（キャビティ）１１が形成されている。

多層セラミック基板３の高温焼成セラミック基板２の上部表面には、厚膜導体８ｂが形成されている。高温焼成セラミック基板２の厚膜導体８ｂの表面には、金属フレーム４が取り付けられ、Ａｕ−Ｓｎ系はんだ５によって接合されている。また、多層セラミック基板３の低温焼成セラミック基板１における高温焼成セラミック基板非接合領域の表面には、高周波回路を構成する電子部品８が実装され、電子部品８は空洞１１内に収容される。電子部品８は半導体やセラミック基板等の回路素子で構成され、電子部品８と多層セラミック基板３の高温焼成セラミック基板２または低温焼成セラミック基板１とは、ボンディングワイヤ６によって電気的に接続される。また、金属カバー７は金属フレーム４の上面に対して気密接合され、気密半導体デバイスが構成されている。

次に、前記の気密半導体デバイス及び気密封止用パッケージ１０の製造工程について説明する。
まず、グリーンシートへの厚膜導体ペーストの印刷による回路印刷、及びグリーンシートの積層により、多層化された低温焼成セラミック基板１が形成される。低温焼成セラミック基板１を焼成した後、低温焼成セラミック基板１の最表面層には、厚膜導体８ａが印刷により形成される。

また、高温焼成セラミック基板２についても、焼成後に厚膜導体８ｂが印刷により形成される。

次に、前記の厚膜導体８ａが印刷された低温焼成セラミック基板１と高温焼成セラミック基板２を積み重ねてから、例えば２００℃〜４００℃の温度で低温焼成することにより、低温焼成セラミック基板１と高温焼成セラミック基板２とが、厚膜導体８ａを介して、後焼成により焼結結合された多層セラミック基板３が形成される。

更に、高温焼成セラミック基板２の表面に形成された厚膜導体８ｂの上に、Ａｕ−Ｓｎ系はんだ５を供給してその上に金属フレーム４を取り付け、Ａｕ−Ｓｎ系はんだ５を２８０℃以上の溶融温度で溶融し、金属フレーム４を厚膜導体８ｂに接合する。
かくして、気密封止用パッケージ１０が形成される。

その後、気密封止用パッケージ１０に電子部品５８をダイボンドにより実装し、電子部品５と多層セラミック基板３をボンディングワイヤ６により接続する。

更に、シーム溶接（抵抗溶接）によって、金属カバーを金属フレーム４に気密接合する。これにより、Ｓｎ（錫）−Ｐｂ（鉛）系はんだのような低融点（例えば、１８３℃）の接合材を使用せずに、低温焼成セラミック基板を用いた気密半導体デバイスを構成することができる。この気密半導体デバイスをＳｎ−Ｐｂ系はんだによりプリント基板に２次実装する際に、多層セラミック基板３と金属フレーム４の接合部においてＡｕ−Ｓｎ系はんだ５が再溶融することがないので、気密半導体デバイスの気密性が損なわれることはない。このため、気密封止用パッケージ１０の底部に金属キャリアを設けずとも、他の電気部品とともに、気密半導体デバイスをプリント基板上にはんだ付けで部品実装することができるようになる。

以上説明したとおり、実施の形態１による半導体気密デバイスは、低温焼成セラミック基板に金属フレームを取り付け、半導体部品のような電子部品を低温焼成セラミック基板上に実装し、金属フレームと金属カバーを気密接合して気密封止する気密半導体デバイスにおいて、低温焼成セラミック基板の表面に後焼成により厚膜導体を介して高温焼成セラミック基板を焼結接合させ、当該高温焼成セラミック基板の表面に形成された厚膜導体にＡｕ―Ｓｎ系はんだにより金属フレームを取り付け、これに電子部品を実装した後、金属カバーを気密接合することで構成されることを特徴とする。

また、実施の形態１による気密封止用パッケージは、厚膜導体の形成された低温焼成セラミック基板と、上記低温焼成セラミック基板の厚膜導体上に後焼成による焼結により接合された高温焼成セラミック基板と、上記高温焼成セラミック基板の厚膜導体上に金錫系はんだにより接合された金属フレームとを備えて構成されることを特徴とする。

これにより、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだ等の低融点の接合材を使用せずに、低温焼成セラミック基板を用いた気密半導体デバイスを構成できるため、当該気密半導体デバイスの２次実装時に低融点の接合材を使用することが可能となる。

１ 低温焼成セラミック基板、２ 高温焼成セラミック基板、３ 多層セラミック基板、４ 金属フレーム、５ Ａｕ−Ｓｎ系はんだ、７ 金属カバー、８ 電子部品、８ａ 厚膜導体、８ｂ 厚膜導体、９ ボンディングワイヤ、１０ 気密封止用パッケージ。

Claims (2)

1. 厚膜導体の形成された低温焼成セラミック基板と、
   上記低温焼成セラミック基板の厚膜導体上に焼結により接合された高温焼成セラミック基板と、
   上記高温焼成セラミック基板の厚膜導体上にＡｕ−Ｓｎ系はんだにより接合された金属フレームと、
   を備えた気密封止用パッケージ。
2. 上記高温焼成セラミック基板は低温焼成セラミック基板上に段差を有して接合されて、当該段差部分に電子部品が実装され、上記金属フレームの上面には金属蓋が接合されることを特徴とした請求項１記載の気密封止用パッケージ。

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