JP2012227482A - Electronic component mounting package and electronic device using the same - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to an electronic component mounting package for mounting and storing an electronic component such as an optical semiconductor element used in the field of optical communication, for example, and an electronic apparatus using the same.
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。 In recent years, for example, the demand for high-speed communication at a transmission distance of 40 km or less is rapidly increasing, and research and development on high-speed and large-capacity information transmission is being advanced. In particular, increasing speed of electronic devices such as semiconductor devices that receive and transmit optical signals using optical communication devices has been attracting attention, and the issue of increasing the output and speed of optical signals by electronic devices to improve transmission capacity It has been researched and developed as being.
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。 As a package on which an electronic component such as an optical semiconductor element used in the field of optical communication or the like is mounted, a base having a through hole, a sealing material filled in the through hole, a sealing material penetrating the sealing material, and fixed to the base Some of them have terminals. The electronic component is mounted on the upper surface of the base and is covered with, for example, a lid.
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てパッケージの気密性が損なわれる可能性がある。 With respect to the above-described package, a part of the sealing material is attached to the terminal so as to spread out on the terminal at the joint portion of the sealing material with the terminal, and a meniscus portion may be formed. This meniscus part is from the terminal surface of the sealing material adhering to the periphery of the terminal as it goes toward the upper end if it is on the upper surface side of the substrate and toward the lower end portion if it is on the lower surface side of the substrate. Since the thickness of the package becomes small, for example, the stress caused by the difference in the thermal expansion coefficient between the substrate and the sealing material may cause a crack, thereby impairing the airtightness of the package.
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形成された凹部を有していることを特徴とするものである。 According to one aspect of the present invention, the electronic component mounting package has an upper surface and a lower surface, and an electronic component mounting portion provided on the upper surface and a through hole provided from the upper surface to the lower surface A base material including a sealing material filled in the through-hole, an upper end projecting upward from the top surface of the base material, and being fixed to the base material through the sealing material, and the base material A lower end projecting downward from the lower surface, and a terminal to which the electronic component is electrically connected, and the sealing material has a recess formed to surround the terminal. It is characterized by that.
本発明の他の態様によれば、前記凹部は、前記端子から離間して形成されていることを特徴とするものである。 According to another aspect of the present invention, the recess is formed apart from the terminal.
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ことを特徴とするものである。 According to another aspect of the present invention, an electronic device includes the electronic component mounting package of the present invention having the above-described configuration, the electronic component mounted on the mounting portion of the electronic component mounting package, the electronic component, and the electronic component. And a lid joined to the upper surface of the base so as to cover the through-hole.
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形成された凹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により、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ったとしても、凹部の壁面でクラックの進行が抑制されてクラックが拡がらないものとなり、信頼性が高いものとなる。 According to one aspect of the present invention, an electronic component mounting package includes a sealing material filled in a through-hole provided in a base, and a terminal that passes through the sealing material and is fixed to the base. The sealing material has a recess formed so as to surround the terminal, and due to the stress applied to the sealing material from the inner wall of the through hole due to the difference in thermal expansion coefficient between the base and the sealing material, Even if a crack is generated at the end of the joint portion with the terminal in the sealing material, the progress of the crack is suppressed on the wall surface of the recess, and the crack does not spread, and the reliability is high.
本発明の他の態様によれば、上記構成の電子部品搭載用パッケージは、凹部が端子から離間して形成されていることによって、封止材の端子周辺が端子を取り囲んだ突出形状となり、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、より信頼性が高いものとなる。 According to another aspect of the present invention, the electronic component mounting package having the above-described configuration has a protruding shape in which the periphery of the terminal of the sealing material surrounds the terminal because the recess is formed apart from the terminal. The position of the stress applied to the sealing material from the inner wall of the through-hole due to the difference in thermal expansion coefficient between the sealing material and the sealing material shifts from the end of the joining portion with the terminal of the sealing material, and the joint portion with the terminal in the sealing material It becomes difficult for cracks to enter the end portions of the, and the reliability becomes higher.
本発明の他の態様によれば、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、信頼性が高いものとなる。 According to another aspect of the present invention, an electronic device includes an electronic component mounted on the mounting portion of the electronic component mounting package having the above configuration, and a lid bonded to the upper surface of the base so as to cover the electronic component and the through hole. By having the body, it becomes highly reliable.
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。 An electronic component mounting package and an electronic apparatus using the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1〜図8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に形成された凹部、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。
1 to 8, 1 is a base, 1a is a mounting portion, 1b is a through hole, 1c is a lid joint portion, 2 is a sealing material, 2a is a recess formed in the sealing
図1、図5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。
In the example shown in FIGS. 1 and 5, the
図1、図5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。
In the example shown in FIGS. 1 and 5, an example in which the main
なお、図1、図5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、図6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。
In FIGS. 1 and 5, the lid 5 is shown removed so that the state where the
なお、図1および図2、図5および図6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。
In the example shown in FIGS. 1, 2, 5, and 6, one
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8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1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を取り囲むように形成された凹部2aを有していることを特徴とするものである。
As shown in FIGS. 1 to 8, the electronic component mounting package in the present embodiment has an upper surface and a lower surface, and is provided from the upper surface to the lower surface of the electronic component mounting portion 1a provided on the upper surface. The
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に加わる応力により、封止材2における端子3との接合部分の端部にクラックが入ったとしても、凹部2aの壁面でクラックの進行が抑制されてクラックが拡がらないものとなり、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。
With such a configuration, due to the stress applied to the sealing
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8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を各々取り囲むように形成された複数の凹部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、凹部2aを形成す
ると、上記同じ原理で、凹部2aの壁面でクラックの進行が抑制されてクラックが拡がらないものとなり、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の凹部2aを有さない構造の場合には、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って封止材のクラックの進行が抑制されず、パッケージの気密性が損なわれる可能性がある。
Further, in the electronic component mounting package of the present embodiment, as in the example shown in FIGS. 1 to 8, the through hole 1b is formed in an oval shape, and a plurality of
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、凹部2aは、端子3から離間して形成されていることを特徴とするものである。
Further, in the electronic component mounting package of the present embodiment, the recess 2 a is formed away from the
このような構成により、封止材2の端子周辺が端子3を取り囲んだ突出形状となり、基体1と封止材2の熱膨張係数の違いによって貫通孔1bの内壁から封止材2に加わる応力の位置が封止材2の端子3との接合部分の端部からずれて、封止材2における端子3との接合部分の端部にクラックが入り難くなり、より高信頼性の電子部品搭載用パッケージとなる。
With such a configuration, the periphery of the terminal of the sealing
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5〜図8に示された例のように、図1〜図4に示された例と同様に、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を各々取り囲むように端子3から離間して複数の凹部2aが形成され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、端子3から離間して凹部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、より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、図1〜図4に示された例と同様に、3本以上の端子3を貫通孔1b内に固定しても良い。
Further, in the electronic component mounting package of the present embodiment, as in the example shown in FIGS. 5 to 8, the through hole 1 b is formed in an oval shape as in the example shown in FIGS. 1 to 4. Then, a plurality of
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、信頼性が高いものとなる。
The electronic device according to the present embodiment has high reliability because the
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ものとなる。
In the electronic device according to the present embodiment, when the
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。
The
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。
The
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。
The thickness of the
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、図5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。
A plurality of through holes 1b having a diameter of 0.6 to 2.6 mm formed from the upper surface to the lower surface of the
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。
Further, the surface of the
It is preferable that the Ni layer of m and the Au layer having a thickness of 0.5 to 5 μm are sequentially deposited by plating. Thereby, it is possible to effectively prevent the
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。
The
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。
The signal terminal 3a and the DC terminal 3b are fixed via the sealing
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。
The ground terminal may be connected to the lower surface of the
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。
The sealing
The one having a relative dielectric constant of 6.8 may be used. Alternatively, when the outer diameter of the signal terminal 3a is 0.25 mm, the inner diameter of the through hole 1b is 2.2 mm, and the relative permittivity of the sealing
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。
As the relative dielectric constant of the sealing
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。
The sealing
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は、端子3を取り囲むように凹部2aが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は、端子3を取り囲むように円環状の突起部を形成しておく。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を取り囲むように形成された凹部2aを有している構造となり、さらに円環状の突起部の内径を端子3の直径より大きいものとすることにより、封止材2の凹部2aは、端子3から離間して形成され、封止材2の端子3周辺が端子3を取り囲んだ突出形状(突出部2b)の構造となる。このときに、突出部2bの高さは凹部2a底面から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。
When the sealing
なお、図3(a)、図7(a)においては、全ての端子3の封止材2の上下面に凹部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、凹部2aがあるためインピーダンスが大きくなりやすいことで、信号端子3aの基体1の凹部2aが形成され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)、図7(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の上面方向には凹部2aを形成せず、下面方向にだけ凹部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。この場合には、基体1の下面側の封子材2と端子3の接続端部にだけメニスカスが形成されるので、全ての端子3の封止材2の下面に凹部2aを形成している。
In FIGS. 3A and 7A, the recesses 2a are formed on the upper and lower surfaces of the sealing
また、図3(c)、図7(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だけに凹部2aを形成しても良い。
Further, as shown in FIGS. 3C and 7C, when one signal terminal 3a is fixed to the center of the circular through hole 1b with the sealing
ここで、図9を参照して説明するように、端子3を同心円状に取り囲む凹部2aと突出部2bにおいては、凹部深さ(H)および凹部の底面と内側の壁面の間の曲率半径(r)、突出高さ(T)と突出径(D)が重要である。凹部深さ(H)とは、凹部2aの外側から凹部の底面までの距離のことをいう。曲率半径(r)とは、凹部2aの底面と内側の壁面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。突出高さ(T)とは、凹部2aの底面から突出部2bの上端までの距離のことをいう。突出径(D)とは、突出部2bの直径のことをいう。突出高さ(T)と凹部の内側の壁面との曲率半径(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に加わる応力が凹部2aの底面から曲率半径(r)に沿って突出部2b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/r1が2より大きくなると、凹部2aの底面から曲率半径によって、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/r1がより好ましい。また、突出径(
D)は端子3の径をDtとすれば、D−Dt>0.05mmを満足するような突出径(D)が好ましい。D−Dt≦0.05mmとなると、突出部2bの封止材2の厚みが薄くなるので、突出部2b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。また、フレキシブル基板によって信号端子3aを外部端子に接続することが一般的に行われているが、この場合にフレキシブル基板を封子材2とできるだけ隙間無く接続したほうがインピーダンスの不整合を小さくでき信号伝達の劣化が少なくなるが、図7(c)に示されている封子材2の接合端部に形成されるメニスカスによってフレキシブル基板と封子材2の間に隙間が形成されやすくなるため、図9の例に示すように、突出高さ(T)を封子材2のメニスカスが形成される高さだけ凹部深さ(H)より低くすることで、例えメニスカスが形成されたとしても封子材2とフレキシブル基板との隙間を小さくできる構造とすればよい。また凹部深さ(H)は突出高さ(T)より大きいと、突出部2bが取り扱い時に他の部品とぶつかったりして欠けることが無いのでその点でも好ましい。凹部深さ(H)を突出高さ(T)より大きく形成するには、封止材2を貫通孔1bに加熱接合するときのカーボンジグに形成する円環状の突起部の内径の内側の高さを突起部の外側より高く形成すると、出来上がりの封止材2の突出部2bが凹部2aの周囲より低く形成することができる。
Here, as will be described with reference to FIG. 9, in the recess 2 a and the protrusion 2 b that concentrically surround the
D) is preferably a protruding diameter (D) that satisfies D−Dt> 0.05 mm, where Dt is the diameter of the
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。
The
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、信頼性が高いものとなる。
The electronic device according to the present embodiment has high reliability because the
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。
As the
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:Al2O3)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(Al2O3)やシリカ(SiO2),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。
The insulating substrates of the circuit board 4a and the
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。
By forming the wiring conductor on the upper surface of the insulating substrate by using the vapor deposition method and the photolithography method, the circuit substrate 4a and the
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(Ta2N)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。
From the viewpoint of improving the adhesion with an insulating substrate made of ceramics or the like, the adhesion metal layer is made of titanium (Ti), chromium (Cr), tantalum (Ta), niobium (Nb), nickel-chromium (Ni- It is preferable that at least one kind of metal having a coefficient of thermal expansion close to that of ceramics, such as a Cr) alloy and tantalum nitride (Ta 2 N), and the thickness thereof is preferably about 0.01 to 0.2 μm. If the thickness of the adhesion metal layer is less than 0.01 μm, it tends to be difficult to firmly adhere the adhesion metal layer to the insulating substrate. If the thickness exceeds 0.2 μm, the adhesion metal layer is insulated by the internal stress during film formation. It tends to become easy to peel off.
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。 In addition, the diffusion preventing layer is made of platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), nickel (Ni), Ni—Cr alloy, from the viewpoint of preventing mutual diffusion between the adhesion metal layer and the main conductor layer. It is preferably made of at least one metal having good thermal conductivity such as Ti—W alloy, and the thickness is preferably about 0.05 to 1 μm. If the thickness of the diffusion preventing layer is less than 0.05 μm, defects such as pinholes tend to be generated and it becomes difficult to perform the function as the diffusion preventing layer. If the thickness exceeds 1 μm, the diffusion preventing layer is caused by internal stress during film formation. There is a tendency to easily peel from the adhesion metal layer. When a Ni—Cr alloy is used for the diffusion preventing layer, the adhesion metal layer can be omitted because the Ni—Cr alloy has good adhesion to the insulating substrate.
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。
Furthermore, the main conductor layer is preferably made of at least one of gold (Au), Cu, Ni, and silver (Ag) having a low electric resistance, and the thickness is preferably about 0.1 to 5 μm. If the thickness of the main conductor layer is less than 0.1 μm, the electric resistance tends to be large and the electric resistance required for the wiring conductor of the circuit board 4a tends not to be satisfied. Therefore, the main conductor layer tends to be easily separated from the diffusion preventing layer. Since Au is a noble metal and expensive, it is preferably formed as thin as possible in terms of cost reduction. Further, since Cu is easily oxidized, a protective layer made of Ni and Au may be coated thereon.
図1、図5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。
In the case of the example shown in FIGS. 1 and 5, for example, the circuit board 4 a and the
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、図5および図6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。
When a high-power LD element is mounted as the
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。
The lid body 5 has an outer shape along the shape of the lid joint portion 1c in the outer peripheral area of the upper surface of the
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。
The lid 5 is made of a metal such as an Fe—Ni—Co alloy, an Fe—Ni alloy, or an Fe—Mn alloy, and is produced by subjecting these plate materials to a known metal working method such as press working or punching. . The lid 5 preferably has the same thermal expansion coefficient as that of the material of the
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。
The lid body 5 is joined to the lid joint portion 1c of the
1・・・・・基体
1a・・・・搭載部
1b・・・・貫通孔
1c・・・・蓋体接合部
2・・・・・封止材
2a・・・・凹部
2b・・・・突出部
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
DESCRIPTION OF
9: Reflector
10 ... Temperature monitor element
Claims (3)
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形成された凹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。 A base including an upper surface and a lower surface, the electronic component mounting portion provided on the upper surface, and a through hole provided from the upper surface to the lower surface;
A sealing material filled in the through hole;
The electronic device is fixed to the base body through the sealing material, and has an upper end projecting upward from the upper surface of the base body and a lower end projecting downward from the lower surface of the base body. And a terminal to which the component is electrically connected,
The electronic component mounting package, wherein the sealing material has a recess formed so as to surround the terminal.
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。 The electronic component mounting package according to claim 1 or 2,
An electronic component mounted on the mounting portion of the electronic component mounting package;
An electronic apparatus comprising: a lid body joined to the upper surface of the base so as to cover the electronic component and the through hole.
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CN112585743A (en) * | 2018-12-26 | 2021-03-30 | 京瓷株式会社 | Wiring substrate, package for housing electronic component, and electronic device |
-
2011
- 2011-04-22 JP JP2011096263A patent/JP2012227482A/en not_active Withdrawn
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