JP2012079804A

JP2012079804A - 電子部品搭載用パッケージおよびそれを用いた電子装置

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Publication number: JP2012079804A
Application number: JP2010221583A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Taniguchi; 雅彦谷口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-04-19
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: JP5705491B2

Abstract

【課題】小型で設計の自由度が高く高信頼性の電子部品搭載用パッケージおよびそれを用いた電子装置を提供する。
【解決手段】電子部品搭載用パッケージは、上面に設けられた電子部品の搭載部１ａと上面から下面にかけて設けられた貫通孔１ｂとを含む基体１と、貫通孔１ｂに充填された封止材２と、封止材２を貫通して基体１に固定されており、基体１の上面から上方へ突出している上端と基体１の前記下面から下方へ突出している下端とを有しており、電子部品が電気的に接続される端子３とを備えている。封止材２は、端子３を取り囲むように円柱状に形成されているとともに上方または下方へ隆起している突起部２ａを有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば光通信分野等に用いられる光半導体素子等の電子部品を搭載して収納するための電子部品搭載用パッケージおよびそれを用いた電子装置に関する。

近年、例えば40ｋｍ以下の伝送距離における高速通信に対する需要が急激に増加しており、高速大容量な情報伝送に関する研究開発が進められている。とりわけ、光通信装置を用いて光信号を受発信する半導体装置等の電子装置の高速化が注目されており、電子装置による光信号の高出力化と高速化が伝送容量を向上させるための課題であるとして研究開発されている。

光通信分野等に用いられる光半導体素子等の電子部品が搭載されるパッケージとして、貫通孔を有する基体と、貫通孔に充填された封止材と、封止材を貫通して基体に固定された端子とを備えているものがある。電子部品は、基体の上面に搭載され、例えば蓋体によって覆われる。

特開平8−130266号公報

上述のパッケージに関して、封止材の端子との接合部分において、封止材の一部が端子に濡れ広がるように端子に付着しており、メニスカス部分が形成されていることがある。このメニスカス部分は、基体の上面側であれば上端部に向かうに伴って、基体の下面側であれば下端部に向かうに伴って、端子の周囲に付着している封止材の端子表面からの厚みが小さくなるため、例えば基体および封止材の熱膨張係数の違いによって生じる応力が原因となりクラックが生じる可能性がある。

本発明の一つの態様によれば、電子部品搭載用パッケージは、上面および下面を有しており、前記上面に設けられた電子部品の搭載部と前記上面から前記下面にかけて設けられた貫通孔とを含む基体と、前記貫通孔に充填された封止材と、該封止材を貫通して前記基体に固定されており、前記基体の前記上面から上方へ突出している上端と前記基体の前記下面から下方へ突出している下端とを有しており、前記電子部品が電気的に接続される端子とを備えており、前記封止材は、前記端子を取り囲むように円柱状に形成されているとともに上方または下方へ隆起している突起部を有している。

本発明の他の態様によれば、電子装置は、上記構成の本発明の電子部品搭載用パッケージと、該電子部品搭載用パッケージの前記搭載部に搭載された電子部品と、該電子部品および前記貫通孔を覆うように前記基体の前記上面に接合された蓋体とを備えている。

本発明の一つの態様によれば、電子部品搭載用パッケージは、基体に設けられた貫通孔に充填された封止材と、封止材を貫通して基体に固定されている端子とを備えており、封止材が、端子を取り囲むように円柱状に形成されているとともに上方または下方へ隆起している突起部を有していることによって、基体と封止材の熱膨張係数の違いによって貫通
孔の内壁から封止材に加わる応力の位置が封止材の端子との接合部分の端部からずれて、封止材における端子との接合部分の端部にクラックが入り難くなり、小型で設計の自由度が高く高信頼性の電子部品搭載用パッケージとなる。

本発明の他の態様によれば、電子装置は、電子部品搭載用パッケージの搭載部に搭載された電子部品と、電子部品および貫通孔を覆うように基体の上面に接合された蓋体とを備えていることによって、小型で設計の自由度が高く高信頼性の電子装置となる。

本発明の電子装置の実施の形態の一例を示す斜視図である。図１に示された電子装置のＡ−Ａ線における断面を示す断面図である。（ａ）は図２に示された電子装置のＡ部の拡大図であり、（ｂ）、(ｃ)は同様の電子装置の他の例の要部拡大図である。図１に示された本発明の電子装置の下面の一例を示す下面図である。図２に示された突起部の拡大図である。

本発明の一つの実施形態における電子部品搭載用パッケージおよびそれを用いた電子装置について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１〜図４において、１は基体、１ａは搭載部、１ｂは貫通孔、１ｃは蓋体接合部、２は封止材、２ａは封止材２の突起部、３は端子、３ａは端子３の中で高周波信号の流れる信号端子、３ｂは端子３の中で高周波信号の流れないＤＣ端子、４は電子部品、４ａは回路基板、４ｂは中継基板、５は蓋体、６は温度制御素子、７はボンディングワイヤ、８はモニタＰＤ素子、９は反射鏡、10は温度モニタ素子である。

図１に示す例では、基体１の上面の中央部を搭載部１ａとして、ペルチェ素子等の温度制御素子６および回路基板４ａを介して電子部品４が搭載されている。電子部品４の一方の端子はボンディングワイヤ７によって回路基板４ａ上の配線に電気的に接続されている。信号端子３ａの上端部と中継基板４ｂの信号線路とがろう材等の接合材によって電気的に接続され、中継基板４ｂの上面の信号線路と回路基板４ａの配線とがボンディングワイヤ７によって電気的に接続されることで、電子部品４と信号端子３ａとが電気的に接続されている。また、電子部品４の他方の端子は、回路基板４ａの配線を介して、グラウンドとして機能するＤＣ端子３ｂの一つに電気的に接続されている。これによって、信号端子３ａは電子部品４と外部電気回路（図示せず）との間の入出力信号を伝送する伝送路として機能する。

図１に示された例において、主となる電子部品４がＬＤ素子である例が示されており、回路基板４ａ上には、ＬＤ素子の発振状態をモニタするＰＤ素子８，ＬＤ素子から発振されたレーザー光を回路基板４ａの上面から垂直方向に反射させるための反射鏡９，および回路基板４ａ上の温度を測定して温度制御素子６へフィードバックするための温度モニタ素子10が搭載されている。そして、基体１には、信号端子３ａを固定するための貫通孔１ｂ以外に、３つの貫通孔１ｂが形成され、それぞれに２本ずつのＤＣ端子３ｂが封止材２によって基体１に固定され、第１の基体１に形成された第１の貫通孔１ｂからＤＣ端子３ｂの端部が突出している。ＤＣ端子３ｂは、上述したグラウンド用以外に、温度制御素子６，モニタＰＤ８，および温度モニタ素子10への電力供給用のもの等がある。

なお、図１において、電子部品４等が搭載された状態がわかるように蓋体５が外された状態で示されているが、図２に示された例のように、破線で示されたような蓋体５が溶接またはろう接によって蓋体接合部１ｃに接合される。図２に示された例において、反射鏡
９によって基体１の上面から垂直上方向に反射されたレーザー光が通るための透光性部材がはめられた窓部を有する蓋体５の例が示されている。

なお、図１および図２に示された例において、１個の電子部品４が回路基板４ａおよび温度制御素子６を介して基体１の搭載部１ａの上に搭載されているが、複数の電子部品４が搭載されてもよいし、回路基板４ａおよび温度制御素子６を介さずに基体１の搭載部１ａの上に直接搭載されてもよいし、ボンディングワイヤ７によって電子部品４と信号端子３ａとが直接接続されてもよい。また、信号端子３ａの数も、電子部品４の数や電子部品４の電極の数に応じて複数であっても構わない。そして、ＤＣ端子３ｂの数も、温度制御素子６、モニタＰＤ８、温度モニタ素子10等の数に応じて決まるものである。

本実施形態における電子部品搭載用パッケージは、図１〜図４に示されているように、上面および下面を有しており、上面に設けられた電子部品の搭載部１ａと上面から下面にかけて設けられた貫通孔１ｂとを含む基体１と、貫通孔１ｂに充填された封止材２と、封止材２を貫通して基体１に固定されており、基体１の上面から上方へ突出している上端と基体の下面から下方へ突出している下端とを有しており、電子部品が電気的に接続される端子３とを備えており、封止材２は、端子３を取り囲むように円柱状に形成されているとともに上方または下方へ隆起している突起部２ａを有していることを特徴とするものである。

このような構成により、基体１と封止材２の熱膨張係数の挙動の違いにより貫通孔１ｂの内壁から封止材２に加わる応力が集中する位置が、円柱状の突起部２ａが形成されることによって封止材２の端子３との接合端部からずれるために、封止材２にクラックが入り難くなり、小型で設計の自由度が高く高信頼性の電子部品搭載用パッケージとなる。これによって、高出力の素子を使用する場合に基体１に熱伝導率の高い材料を使用したいが封止材２の熱膨張係数と合わないことで使用できなかったり、50Ωでインピーダンスを整合させるために低誘電率の封止材２を使用したいが、熱伝導率の良い基体１の熱膨張係数と合わないことで使用できなかったりした場合に、多少の熱膨張係数の差であれば使用できるようになるので、設計の自由度が高くなる。

また、本実施形態の電子部品搭載用パッケージにおいては、図１〜図４に示された例のように、貫通孔１ｂを長円形に形成し、貫通孔１ｂ内に複数の端子３を封止材２で固定し、封止材２は、複数の端子３を取り囲むように円柱状に形成されているとともに各々の端子３の上方または下方へ隆起している突起部２ａを有していることによって、複数の端子を同一の貫通孔中に形成した場合には、基体１の貫通孔１ｂの内側面から複数の端子３に加わる応力が不均等となるために封止材２の強度の弱い部分が起点となって封止材２にクラックがより顕著に発生しやすくなるが、突起部２ａを形成すると、上記同じ原理で、封止材２に加わる応力が分散されることで、封止材２と端子３の接合端部に加わる応力が小さくなるために、封止材２にクラックが入り難くなり、小型で設計の自由度が高く高信頼性の電子部品搭載用パッケージとなる。例では２本の端子３を貫通孔１ｂ内に固定しているが、３本以上の端子３を貫通孔１ｂ内に固定しても良い。これによって、同じ面積の基体により多数の端子を気密に貫通させることができるようになるので、同じ寸法の基体１を使用した場合により多くの端子を形成することができるようになり、また、同じ端子３の数であれば、基体１を小さくすることができるようになるので、設計の自由度がより高くなる。一つの貫通孔１ｂ内に複数の端子３を設けられており、仮に本実施形態の電子部品搭載用パッケージにおける封止材２の突起部２ａを有さない構造の場合には、複数の端子のぞれぞれに対応する封止材のメニスカス部分に応力が集中してしまい、複数のメニスカス部分間にクラックが生じる可能性がある。

本実施形態の電子装置は、上記構成の電子部品搭載用パッケージの搭載部１ａに電子部
品４を搭載するとともに、蓋体接合部１ｃに蓋体５を接合したことから、小型で設計の自由度が高く高信頼性の電子装置となる。

本実施形態の電子装置は、上記構成において、電子部品４が温度制御素子６を介して搭載されているときには、温度制御素子６によって電子部品４の温度を一定に保つことができるようになり、温度変化によって発生する電子部品４の特性変化がなくなるので、より特性の安定した電子装置となる。

基体１は、上面の中央部に電子部品４の搭載部１ａを有するとともに、搭載された電子部品４が発生する熱をパッケージの外部に放散する機能を有する。このため、基体１は、熱伝導性の良い金属から成るものであることが好ましい。搭載される電子部品４やセラミック製の回路基板４ａの熱膨張係数に近いものが好ましく、またコストの安いものとして、例えば、Ｆｅ−Ｍｎ合金等の鉄系の合金や純鉄等の金属や、銅（Ｃｕ）や銅系の合金、発熱量が少ない場合にはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金が選ばれる。より具体的には、Ｆｅ99.6質量％−Ｍｎ0.4質量％系のＳＰＣ（Steel Plate Cold）材（熱伝導率：80Ｗ／ｍ・Ｋ）が
ある。例えば基体１がＦｅ−Ｍｎ合金から成る場合は、この合金のインゴット（塊）に圧延加工や打ち抜き加工等の金属加工方法を施すことによって所定形状に製作され、貫通孔１ｂはドリル加工や金型による打ち抜き加工によって形成される。また、基体１が搭載部１ａとして突出部を有する形状の場合は、切削加工やプレス加工することによって形成することができる。

基体１は厚みが0.5〜１ｍｍの平板状であり、その形状には特に制限はないが、例えば
直径が３〜６ｍｍの円板状，半径が1.5〜８ｍｍの円周の一部を切り取った半円板状，一
辺が３〜15ｍｍの四角板状等である。

基体１の厚みは0.5ｍｍ以上が好ましい。厚みが0.5ｍｍ未満の場合は、電子部品４を保護するための金属製の蓋体５を金属製の基体１の上面に接合する際に、接合温度等の接合条件によっては基体１が曲がったりして変形し易くなる。また、厚みが１ｍｍを超えると、電子部品搭載用パッケージや電子装置の厚みが不要に厚いものとなり、小型化し難くなるので、基体１の厚みは１ｍｍ以下であるのが好ましい。

搭載部１ａの周辺には基体１の上面から下面にかけて形成された直径が0.6〜2.6ｍｍの貫通孔１ｂを複数有する。信号端子３ａが通る貫通孔１ｂの直径は、中心に信号端子３ａが貫通することで特性インピーダンスが50Ωの同軸配線が形成されるような寸法とする。例えば、信号端子５の直径が0.2ｍｍ、封止材２の比誘電率が6.8の場合であれば、貫通孔１ｂの直径は1.75ｍｍとすればよい。ＤＣ端子３ｂが通る貫通孔１ｂについては、ＤＣ端子８は特性インピーダンスの影響を受けないので、ＤＣ端子８と基体１とがショートしない程度に、ＤＣ端子３ｂと貫通孔１ｂの内面との間に十分な厚み（0.2ｍｍ程度）の封止
材３が入る0.6ｍｍ程度の大きさに形成すればよい。また、逆に貫通孔１ｂを上記寸法よ
りも大きくして、図１に示す例のように複数のＤＣ端子３ｂを貫通させても構わない。この場合は、貫通孔１ｂの長径に沿ってφ0.2ｍｍのＤＣ端子３ｂ間に充分な間隔（0.3ｍｍ程度）をとってＤＣ端子３ｂ間のピッチを0.5ｍｍとして、貫通孔１ｂの寸法は長径は1.1ｍｍ短径を0.6ｍｍとして２本のＤＣ端子を形成できる。独立した貫通孔１ｂを２つ形成
する場合のＤＣ端子３ｂのピッチは0.9ｍｍ程度必要となるために複数のＤＣ端子３ｂを1つの貫通孔１ｂに形成することでＤＣ端子３ｂの密度を高く形成できるようになる。上述したように、電子部品４の数や電子部品４の端子の数に応じて信号端子３ａの数が、また電子部品４以外の他の素子等の数に応じてＤＣ端子３ｂの数が決まるので、それに応じて貫通孔１ｂも適宜形成すればよい。

また、基体１の表面には、耐食性に優れ、ろう材との濡れ性に優れた厚さが0.5〜９μ
ｍのＮｉ層と厚さが0.5〜５μｍのＡｕ層とをめっき法によって順次被着させておくのが
よい。これにより、基体１が酸化腐食するのを有効に防止することができるとともに、電子部品４や回路基板４ａあるいは蓋体５等を基体１に良好にろう付けすることができる。

信号端子３ａおよびＤＣ端子３ｂの端子３は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えば信号端子３ａがＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合は、この合金のインゴット（塊）に圧延加工や打ち抜き加工等の金属加工方法を施すことによって、長さが1.5〜22ｍｍ、直径が0.1〜0.5ｍｍの線状に製作される。

信号端子３ａおよびＤＣ端子３ｂは、少なくとも下端部が基体１の貫通孔１ｂから１〜20ｍｍ程度突出するように封止材２を介して固定され、上端部は基体１の貫通孔１ｂから０〜２ｍｍ程度突出させる。

グラウンド端子は基体１の下面にろう材等を用いて接続してもよい。

封止材２は、ガラスやセラミックスなどの無機材料から成り、信号端子３ａおよびＤＣ端子３ｂの端子３と基体１との絶縁間隔を確保するとともに、信号端子３ａおよびＤＣ端子３ｂを貫通孔１ｂに固定する機能を有する。このような封止材２の例としては、ホウケイ酸ガラス，ソーダガラス等のガラスおよびこれらのガラスに封止材２の熱膨張係数や比誘電率を調整するためのセラミックフィラーを加えたものが挙げられ、インピーダンスマッチングのためにその比誘電率を適宜選択する。比誘電率を低下させるフィラーとしては、酸化リチウム等が挙げられる。例えば、特性インピーダンスを50Ωとするには、信号端子３ａの外径が0.2ｍｍの場合であれば、貫通孔１ｂの内径を1.75ｍｍとして、封止材２
に比誘電率が6.8であるものを用いればよい。あるいは信号端子３ａの外径が0.25ｍｍの
場合であれば、貫通孔１ｂの内径を2.2ｍｍとして、封止材２の比誘電率が6.8であるものを用いればよい。また、同じく信号端子３ａの外径が0.25ｍｍの場合であれば、貫通孔１ｂの内径を1.65ｍｍとして、封止材２の比誘電率が５であるものを用いてもよい。封止材２の比誘電率が４であれば、同じ外径0.25ｍｍの場合で、貫通孔１ｂの内径を1.35ｍｍとすれば特性インピーダンスが50Ωとなる。

封止材２の比誘電率が小さいほど、貫通孔１ｂを小さくしてもインピーダンスを50Ωに整合することができるため、結果として基体１の大きさの小型化に効果的であり、より小型の電子部品収納用パッケージとすることができる。

ＤＣ端子３ｂを固定するための封止材２は、特にインピーダンスを考慮する必要はなく、気密に封止してＤＣ端子３ｂを固定できるものであればよいので、信号端子３ａを固定するための封止材２と同じものでなくても構わない。信号端子３ａの固定と同時にＤＣ端子３ｂの固定を行なうためには、信号端子３ａを固定するための封止材２と同じガラス、あるいは同程度の融点を有するガラスを用いるとよい。

封止材２がガラスから成る場合は、内径が信号端子３ａまたはＤＣ端子３ｂの外径よりも大きく、外径が貫通孔１ｂの内径よりも小さい筒状になるように粉体プレス法や押し出し成形法等で成形されたガラスの封止材２を貫通孔１ｂに挿入し、信号端子３ａまたはＤＣ端子３ｂをこの封止材２に挿通する。そして、所定位置に所定深さで端子３が配置される様に穴が形成された受けジグに上記で組み立てた部材を上面が下になるようにして配置し、上から、所定位置に端子３を挿通させる貫通穴を形成した重石ジグを乗せた。このときに、封止材２が円柱状の突起部を形成できるように少なくとも受けジグおよび重石ジグのどちらか一方に端子３と封止材２の接合端部となる部位に円筒形のザグリ部を形成しておく。しかる後、所定の温度に加熱して封止材２を溶融させることによって、信号端子３ａまたはＤＣ端子３ｂが封止材２に埋め込まれるとともに貫通孔１ｂに基体１と絶縁され
て気密に固定されると共に、封止材２は、端子３を取り囲むように円柱状に形成されているとともに上方または下方へ隆起している突起部２ａを有している構造となる。このときに、突起部２ａの高さは0.1ｍｍ以上あると、確実に貫通孔１ｂの内壁から封止材２に加
わる応力の位置は封止材２の端子３との接合端部からずれることで封止材２にクラックが入り難くなるので好ましい。

なお、図３（ａ）においては、全ての端子３の封止材２の上下面に突起２ａを形成しているが、信号端子３ａの中継基板４ｂとの接続部においては、突起２ａがあることで、信号端子３ａの基体１の上面に飛び出している部位では同軸構造からマイクロストリップ構造への変換にロスが発生しやすくなり、伝達特性が低下するため、図３（ｂ）の例に示すように、少なくとも信号端子３ａにおいては、基体１の上面方向には突起２ａを形成せず、下面方向にだけ突起２ａを形成するほうが信号の伝達特性上は好ましい。信号端子３ａと封止材２の接合端部を垂直に（ほぼメニスカスを発生させずに）接合するには、受けジグに形成する端子３の挿通用穴のクリアランスを小さく形成することで実施できるが、クリアランスを小さくすると作業性が低下するために、例えば以下のようにすれば作業性を低下させずにクリアランスを小さくできるようになるので良い。受けジグは、端子３の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を持つ材質で作製すると、常温で部品を組み立てるときには端子３を無理なく挿通できる穴でありながら、封止材２を溶融させる温度では端子３と各ジグの穴の隙間がほとんどなくなるようにできることで、封止材２が各ジグの穴と端子３の間の隙間に流れ込むことで形成されるメニスカスを小さくできるようになる。例えば信号端子３ａをＦｅ50Ｎｉ(熱膨張係数：9.9×10^-6／Ｋ)合金のように比較的低熱膨張の
材料を用いた場合でも、受けジグをカーボン(熱膨張係数：4×10^-6／Ｋ)で作製すること
で実現することができる。

また、図３（ｃ）に示されているように、円形の貫通孔１ｂの中心に１本の信号端子３ａを封止材２で固定している場合には、封止材２の接合端部にメニスカスが形成され封止材２の薄い層が端子３上に形成されたとしても、応力が基体の円形の貫通孔の内側面から端子に均等に加わるためにクラックは発生し難いために、複数のＤＣ端子３ｂを形成している貫通孔１ｂの封止材２だけに突起部２ａを形成しても良い。

ここで、図５を参照して説明するように、突起部２ａは突起高さ（Ｔ）と突起立ち上がり部の曲率半径（ｒ）の比率および、突起径（Ｄ）が重要である。突起高さ（Ｔ）とは、突起部２ａの下端から上端までの距離のことをいう。曲率半径（ｒ）とは、封止材２の上面と突起部２ａの側面との間に形成されている曲面部分の曲面度合いのことをいう。突起径（Ｄ）とは、突起部２ａの直径のことをいう。突起高さ（Ｔ）と突起立ち上がり部の曲率半径（ｒ）の比率は、２＜Ｔ／ｒが好ましい。Ｔ／ｒ≦２であると、基体１の貫通孔１ｂの内側面から封止材２に加わる応力が曲率半径（ｒ）に沿って突起部２ａの上端まで伝わるために、メニスカスの先端の封止材２の厚みの薄い部位まで応力が加わり封止材２の厚みの薄い部分でクラックが発生し易いが、Ｔ／ｒが２より大きくなると、曲率半径によって、応力の伝わる高さが制限されるために、メニスカスの先端の封止材２の厚みの薄い部位まで応力が伝わらなくなるために封止材２の厚みの薄い部分でもクラックが発生し難くなる。好ましくは、３＜Ｔ/ｒがより好ましい。また、突起径（Ｄ）は端子３の径をＤ
ｔとすれば、Ｄ−Ｄｔ＞0.05ｍｍを満足するような突起径（Ｄ）が好ましい。Ｄ−Ｄｔ≦0.05ｍｍとなると、突起部２ａの封止材２の厚みが薄くなるので、突起部２ａの封止材２の強度が小さくなり、クラックが発生しやすくなる傾向がある。

このような本実施形態の電子部品搭載用パッケージの搭載部１ａに電子部品４を搭載するとともに、基体１の蓋体接合部１ｃに蓋体５を接合することにより、本実施形態の電子装置となる。

本実施形態の電子装置は、上記構成の本実施形態の電子部品搭載用パッケージの搭載部に電子部品４を搭載するとともに、蓋体接合部１ｃに蓋体５を接合したことから、小型で設計の自由度が高く高信頼性の電子装置となる。

電子部品４としては、ＬＤ（レーザーダイオード）やＰＤ（フォトダイオ−ド）等の光半導体素子、あるいは半導体集積回路素子を含む半導体素子、あるいは水晶振動子や弾性表面波素子等の圧電素子、あるいは圧力センサー素子，容量素子，抵抗器等が挙げられる。

回路基板４ａおよび中継基板４ｂの絶縁基板は、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体等のセラミックス絶縁材料等から成り、絶縁基板が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、まずアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やシリカ（ＳｉＯ_２），カルシア（ＣａＯ），マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して泥漿状とし、これをドクターブレード法やカレンダーロール法等によってシート状に成形してセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を得る。その後、グリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに必要に応じて複数枚積層し、これを約1600℃の温度で焼成することによって製作される。また、その後、必要に応じて絶縁基板の主面に研磨加工を施す場合もある。

この絶縁基板の上面に配線導体を蒸着法およびフォトリソグラフィ法を用いて形成することで、回路基板４ａおよび中継基板４ｂとなる。なお、配線導体は、例えば密着金属層、拡散防止層および主導体層が順次積層された３層構造の導体層から成る。また、回路基板４ａおよび中継基板４ｂに形成される高周波信号の通る配線導体については、信号端子３ａの貫通孔１ｂ部分と同様に、例えば特性インピーダンスを50Ωに整合させた線路とする。

密着金属層は、セラミックス等から成る絶縁基板との密着性を良好とするという観点からは、チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），タンタル（Ｔａ），ニオブ（Ｎｂ），ニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金，窒化タンタル（Ｔａ_２Ｎ）等の熱膨張率がセラミックスと近い金属のうち少なくとも１種より成るのが好ましく、その厚みは0.01〜0.2μｍ程度が
好ましい。密着金属層の厚みが0.01μｍ未満では、密着金属層を絶縁基板に強固に密着することが困難となる傾向があり、0.2μｍを超えると、成膜時の内部応力によって密着金
属層が絶縁基板から剥離し易くなる傾向がある。

また、拡散防止層は、密着金属層と主導体層との相互拡散を防ぐという観点からは、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ），ニッケル（Ｎｉ），Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｔｉ−Ｗ合金等の熱伝導性の良好な金属のうち少なくとも１種より成ることが好ましく、その厚みは0.05〜１μｍ程度が好ましい。拡散防止層の厚みが0.05μｍ未満では、ピンホール等の欠陥が発生して拡散防止層としての機能を果たしにくくなる傾向があり、１μｍを超えると、成膜時の内部応力によって拡散防止層が密着金属層から剥離し易く成る傾向がある。なお、拡散防止層にＮｉ−Ｃｒ合金を用いる場合は、Ｎｉ−Ｃｒ合金は絶縁基板との密着性が良好なため、密着金属層を省くことも可能である。

さらに、主導体層は、電気抵抗の小さい金（Ａｕ），Ｃｕ，Ｎｉ，銀（Ａｇ）の少なくとも１種より成ることが好ましく、その厚みは0.1〜５μｍ程度が好ましい。主導体層の
厚みが0.1μｍ未満では、電気抵抗が大きなものとなって回路基板４ａの配線導体に要求
される電気抵抗を満足できなくなる傾向があり、５μｍを超えると、成膜時の内部応力によって主導体層が拡散防止層から剥離し易く成る傾向がある。なお、Ａｕは貴金属で高価であることから、低コスト化の点でなるべく薄く形成することが好ましい。また、Ｃｕは酸化し易いので、その上にＮｉおよびＡｕからなる保護層を被覆してもよい。

図１に示す例のような場合は、例えば、回路基板４ａおよび中継基板４ｂは、下面の接地導体層の表面に、200〜400℃の融点を有する半田や金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）等の低融点ろう材を、スクリーン印刷法を用いてろう材ペーストを印刷したり、フォトリソグラフィ法によって低融点ろう材膜を形成したり、低融点ろう材のプリフォームを配置したりして、200〜400℃の温度で加熱することによって第１の基体１に固定される。そして、電子部品４は、搭載部１ａに接合された回路基板４ａに200〜400℃の融点を有するＡｕ−Ｓｎ等のろう材によってろう付けされて固定され、その電極をボンディングワイヤ７を介して回路基板４ａの配線導体に接続してこの配線導体と信号端子３ａとをボンディングワイヤ７で接続することによって信号端子３ａに電気的に接続される。また、例えば、回路基板４ａを基体１上に搭載した後に電子部品４を回路基板４ａ上に搭載する場合は、回路基板４ａの固定には金−錫（Ａｕ−Ｓｎ）合金や金−ゲルマニウム（Ａｕ−Ｇｅ）合金をろう材として用い、電子部品４の固定には、これらより融点の低い錫−銀（Ｓｎ−Ａｇ）合金や錫−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）合金のろう材や、融点より低い温度で硬化可能なＡｇエポキシ等の樹脂製の接着剤を用いればよい。また、電子部品４を回路基板４ａ上に搭載した後に回路基板４ａを基体１上に搭載してもよく、その場合は上記とは逆に、回路基板４ａを基体１上に搭載する際に用いるろう材の融点の方を低くすればよい。いずれの場合であっても、回路基板４ａ上や基体１の搭載部１ａ上にろう材ペーストを周知のスクリーン印刷法を用いて印刷したり、フォトリソグラフィ法によってろう材層を形成したり、低融点ろう材のプリフォームを載置するなどすればよい。

高出力のＬＤ素子を電子部品４として搭載する場合は、電子部品４をより効果的に冷却して、電子部品４の温度変化によって特性が変化しないように、図１および図２に示す例のように、温度制御素子６を電子部品搭載用パッケージの搭載部１ａ上に搭載して、その上に電子部品４を搭載すればよい。搭載の方法は、上記と同様に、低融点ろう材によって固定すればよい。

蓋体５は、平面視で基体１の上面の外周領域の蓋体接合部１ｃの形状に沿った外形で、基体１の上面の搭載部１ａに搭載された電子部品４を覆うような空間を有する形状のものである。電子部品４と対向する部分に光を透過させる窓を設けてもよいし、窓に換えて、または窓に加えて光ファイバおよび戻り光防止用の光アイソレータを接合したものでもよい。

蓋体５は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｍｎ合金等の金属から成り、これらの板材にプレス加工や打ち抜き加工等の周知の金属加工方法を施すことによって作製される。蓋体５は、基体１の材料と同程度の熱膨張係数を有するものが好ましく、基体１の材料と同じものを用いるのがより好ましい。蓋体５が窓を有する場合は、電子部品４と対向する部分に孔を設けたものに、平板状やレンズ状のガラス製の窓部材を低融点ガラスなどによって接合する。

蓋体５の基体１の蓋体接合部１ｃへの接合は、シーム溶接やＹＡＧレーザー溶接等の溶接またはＡｕ−Ｓｎろう材等のろう材によるろう付け等のろう接によって行なわれる。

１・・・・・基体
１ａ・・・・搭載部
１ｂ・・・・貫通孔
１ｃ・・・・蓋体接合部
２・・・・・封止材
２ａ・・・・突起部
３・・・・・端子
３ａ・・・・信号端子
３ｂ・・・・ＤＣ端子
４・・・・・電子部品
４ａ・・・・回路基板
４ｂ・・・・中継基板
５・・・・・蓋体
６・・・・・温度制御素子
７・・・・・ボンディングワイヤ
８・・・・・モニタＰＤ
９・・・・・反射鏡
10・・・・・温度モニタ素子

Claims

上面および下面を有しており、前記上面に設けられた電子部品の搭載部と前記上面から前記下面にかけて設けられた貫通孔とを含む基体と、
前記貫通孔に充填された封止材と、
該封止材を貫通して前記基体に固定されており、前記基体の前記上面から上方へ突出している上端と前記基体の前記下面から下方へ突出している下端とを有しており、前記電子部品が電気的に接続される端子とを備えており、
前記封止材は、前記端子を取り囲むように円柱状に形成されているとともに上方または下方へ隆起している突起部を有していることを特徴とする電子部品搭載用パッケージ。
請求項１に記載された電子部品搭載用パッケージと、
該電子部品搭載用パッケージの前記搭載部に搭載された電子部品と、
該電子部品および前記貫通孔を覆うように前記基体の前記上面に接合された蓋体とを備えていることを特徴とする電子装置。