JP2012243845A - 電子部品を封止するために用いる高密度ltccパッケージ構造及びその高密度ltcc材料 - Google Patents
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Abstract
【課題】印刷方式により、セラミック基体の側壁の上表面に銀層を形成させることにより、コバールリングを用いて発生する位置合わせの問題を解決することができる上、パッケージ構造を小型化することができる電子部品を封止するために用いる高密度LTCCパッケージ構造及びその高密度LTCC材料を提供する。
【解決手段】高密度LTCCパッケージ構造は、セラミック基体20、銀層22及び金属蓋24を備える。セラミック基体20は、高密度LTCC材料により製作され、板体及び側壁を有する。側壁は、板体の周縁を取り囲むように板体上に設けられ、側壁と板体とにより凹部206が構成される。銀層22は、側壁の頂面に設けられ、外表面に形成された金属薄膜23を有する。金属蓋24は、銀層22に接合され、凹部206の上方に配置されて凹部206を覆う。
【選択図】図2
【解決手段】高密度LTCCパッケージ構造は、セラミック基体20、銀層22及び金属蓋24を備える。セラミック基体20は、高密度LTCC材料により製作され、板体及び側壁を有する。側壁は、板体の周縁を取り囲むように板体上に設けられ、側壁と板体とにより凹部206が構成される。銀層22は、側壁の頂面に設けられ、外表面に形成された金属薄膜23を有する。金属蓋24は、銀層22に接合され、凹部206の上方に配置されて凹部206を覆う。
【選択図】図2
Description
本発明は、LTCCのパッケージ構造及びそのLTCC材料に関し、特に、高機能電子部品を封止するために用いる高密度LTCCパッケージ構造(High Density Low−Temperature Cofired Ceramics Package Structure)及びその高密度LTCC材料(High Density LTCC Material)に関する。
図1を参照する。図1に示すように、従来のセラミックパッケージ構造100は、セラミック基体10、コバールリング(kоvar ring)12及び金属蓋14を有する。
セラミック基体10は、電子部品(例えば、通信技術に用いる電子部品、水晶振動子などの高機能電子部品)16を収納するために用いてもよい。従来のセラミックパッケージ構造100は、良好な密封性を得るために、金属を用いた共晶接合工程又は金錫封止工程により、外表面に金めっきを施したコバールリング12を介し、金属蓋14とセラミック基体10とを接合する。しかし、セラミック基体10は、接合するときの温度が800〜1000℃に達するため、耐熱性を有する高温焼成セラミックで製作する必要がある。
高温焼成セラミック基体は、高温焼成セラミック材料からなり、1400〜1600℃の温度で焼結され、全体の製造時間が20〜24時間に達し、耐衝撃強度が300MPAに達する。しかし、高温焼成セラミック基体は、高温焼成セラミック材料が酸化アルミニウムセラミックス材料を96〜99.6重量%含むため、製造コストが高く、製造に時間が多くかかるだけでなく、収率も低いため、高機能電子部品に対する要求を満たすことは困難である。
コストが低いLTCC材料(45〜50重量%の酸化アルミニウムセラミックス材料及び30〜35重量%のガラス材を含む)を、850〜870℃の温度で焼結し、LTCC基体を製造してもよいが、製造コストが低く、製造時間が6〜8時間と短いものの、耐衝撃強度が約200MPAしかなく耐熱性が低いため、金属蓋14を使用してLTCC基体を密封することができない。さらに、LTCC材料は、耐衝撃強度が十分ではないため、高機能電子部品に求められる密封性及び高い信頼性の要求を満たすことができない。
また、コバールリング12をセラミック基体10の側壁11に配置する際、精度良く位置合わせしなければならないが、高機能電子部品はパッケージの小型化が進んでいるため、コバールリング12の位置合わせ工程の難易度が高くて高機能電子部品の収率が低下し、最悪の場合、セラミックパッケージ構造100の気密性が下がる虞もある。これら従来技術の問題点を解決するために、高機能電子部品に対する要求を満たすことができるようなセラミック基体10の材料が研究開発されたり、セラミックパッケージ構造100の改良が行われたりしている。
本発明の第1の目的は、印刷方式により、セラミック基体の側壁の上表面に銀層を形成させることにより、コバールリングを用いて発生する位置合わせの問題を解決することができる上、パッケージ構造を小型化することができる電子部品を封止するために用いる高密度LTCCパッケージ構造及びその高密度LTCC材料を提供することにある。
本発明の第2の目的は、セラミック基体の側壁の上表面に形成された銀層を、低温で金属蓋に接合させることができるため、高密度LTCC材料を用いてセラミック基体を製造することができる電子部品を封止するために用いる高密度LTCCパッケージ構造及びその高密度LTCC材料を提供することにある。
本発明の第3の目的は、高密度LTCC材料が、約920〜940℃の範囲内で焼結を行い、高機能電子部品に対して求められる高い耐衝撃強度を得ることができる電子部品を封止するために用いる高密度LTCCパッケージ構造及びその高密度LTCC材料を提供することにある。
本発明の第2の目的は、セラミック基体の側壁の上表面に形成された銀層を、低温で金属蓋に接合させることができるため、高密度LTCC材料を用いてセラミック基体を製造することができる電子部品を封止するために用いる高密度LTCCパッケージ構造及びその高密度LTCC材料を提供することにある。
本発明の第3の目的は、高密度LTCC材料が、約920〜940℃の範囲内で焼結を行い、高機能電子部品に対して求められる高い耐衝撃強度を得ることができる電子部品を封止するために用いる高密度LTCCパッケージ構造及びその高密度LTCC材料を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の第1の形態によれば、セラミック基体、銀層及び金属蓋を備える高密度LTCCパッケージ構造であって、前記セラミック基体は、高密度LTCC材料により製作され、板体及び側壁を有し、前記側壁は、前記板体の周縁を取り囲むように前記板体上に設けられ、前記側壁と前記板体とにより凹部が構成され、前記銀層は、前記側壁の頂面に設けられ、外表面に形成された金属薄膜を有し、前記金属蓋は、前記銀層に接合され、前記凹部の上方に配置されて前記凹部を覆うことを特徴とする高密度LTCCパッケージ構造が提供される。
また、前記高密度LTCC材料は、60〜70重量%の酸化アルミニウムセラミックス材料と、20〜25重量%のガラス材と、を含むことが好ましい。
また、前記酸化アルミニウムセラミックス材料と前記ガラス材とが、920〜940℃の温度範囲で焼結され、前記セラミック基体が形成されることが好ましい。
また、前記酸化アルミニウムセラミックス材料と前記ガラス材とは、550〜700℃に昇温し、前記温度を所定時間維持した後、920〜940℃に昇温して焼結を行うことが好ましい。
また、前記銀層は、印刷方式により、前記側壁の前記頂面に形成されることが好ましい。
また、前記金属蓋は、共晶接合工程により、前記銀層上に形成された前記金属薄膜と接合し、前記金属蓋と前記金属薄膜とを接合させる温度は380〜420℃の温度範囲であることが好ましい。
また、前記金属蓋は、外層にニッケルめっきを施した鉄からなることが好ましい。
上記課題を解決するために、本発明の第2の形態によれば、酸化アルミニウムセラミックス材料及びガラス材を含む高密度LTCC材料であって、前記酸化アルミニウムセラミックス材料は60〜70重量%であり、前記ガラス材は20〜25重量%であることを特徴とする高密度LTCC材料が提供される。
また、前記酸化アルミニウムセラミックス材料と前記ガラス材とは、920〜940℃の温度範囲で焼結されることが好ましい。
また、前記酸化アルミニウムセラミックス材料と前記ガラス材とは、550〜700℃に昇温し、前記温度を所定時間維持した後、920〜940℃に昇温して焼結を行うことが好ましい。
本発明の電子部品を封止するために用いる高密度LTCCのパッケージ構造及びその高密度LTCC材料は、以下(1)〜(3)の効果を有する。
(1)コバールリングを用いて発生する位置合わせ問題を解決することができる上、パッケージ構造を小型化することができる。
(2)金属蓋とセラミック基体とを接合させる温度を下げ、高密度LTCC材料によりセラミック基体を製造することができる。
(3)高密度LTCC材料の組み合わせを調整することにより低温で焼結させることができるようにし、高機能電子部品に対する要求を満たすことができるセラミック基体を製造することができる。
(1)コバールリングを用いて発生する位置合わせ問題を解決することができる上、パッケージ構造を小型化することができる。
(2)金属蓋とセラミック基体とを接合させる温度を下げ、高密度LTCC材料によりセラミック基体を製造することができる。
(3)高密度LTCC材料の組み合わせを調整することにより低温で焼結させることができるようにし、高機能電子部品に対する要求を満たすことができるセラミック基体を製造することができる。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
図2及び図5を参照する。図2及び図5に示すように、本発明の一実施形態による電子部品を封止するために用いる高密度LTCCパッケージ構造200は、少なくともセラミック基体20、銀層22及び金属蓋24から構成される。
図5を参照する。図5に示すように、セラミック基体20は、板体202及び側壁204を有する。板体202は、セラミック基体20の底板として用いられ、側壁204が、板体202の上表面203の周縁を取り囲むように配置され、側壁204と板体202とにより構成された凹部206が設けられる。凹部206は、電子部品(例えば、通信技術に用いる電子部品、水晶振動子などの高機能電子部品)16を収納するために用いることができる。本実施形態の側壁204は、板体202の上表面203上に垂直に設けたり(図5参照)、板体202に対して傾斜角が形成されるように設けたり(図示せず)してもよい。
セラミック基体20は、高密度LTCC材料により製作される。高密度LTCC材料は、60〜70重量%の酸化アルミニウムセラミックスと、20〜25重量%のガラス材と、を含む。高密度LTCC材料は、LTCC材料と比べ、酸化アルミニウムの重量%が多くてガラス材の重量%が少ないため、焼成温度を550〜700℃に上昇させて、その温度を2時間維持し、その後、920〜940℃に昇温させてから降温させ、920〜940℃の温度内で焼結工程を行ってセラミック基体20を形成する。
高密度LTCC材料を用いて製造されたセラミック基体20は、高温で焼結されるため、耐熱性が高い上、耐衝撃強度が250MPAにまで高められ、製造時間が14〜16時間に延長されるが、依然として高温焼成セラミック基体の製造時間より短い。そのため、高密度LTCC材料を用いて製造されたセラミック基体20は、従来の高温焼成セラミック基体を代替することができる上、製造コストを下げて収率を向上させることもできる。
図3及び図5を参照する。図3及び図5に示すように、銀層22は、印刷方式により、セラミック基体20の側壁204の頂面205に形成されるため、高密度LTCCパッケージ構造200の体積を縮小させても、コバールリングを精度良く位置合わせする工程を行う必要がない。そのため、高機能電子部品に対する小型化の要求を満たすことができる。図4を参照する。図4に示すように、金属蓋24は、銀層22に直接接合させることができないため、電気めっき工程又は化学めっき工程により、銀層22の外表面に金属薄膜23を形成する必要がある。
図2及び図5を参照する。図2及び図5に示すように、金属蓋24は、銀層22に接合し、セラミック基体20の凹部206の上方に設置されると、凹部206が覆われる。金属蓋24は、外層にニッケルめっきを施した鉄からなる。銀層22の外表面に金属薄膜23がめっきされているため、金属蓋24は、金属を用いた共晶接合工程又は金錫封止工程により、銀層22の外表面の金属薄膜23に接合される。金属蓋24と金属薄膜23とが接合される温度は、380〜420℃の範囲内である。
上述したことから分かるように、本発明の電子部品を封止するために用いる高密度LTCCパッケージ構造及びその高密度LTCC材料は、高密度LTCC材料により、高密度で、高い耐衝撃強度を有し、高温下でも使用できるセラミック基体を製造し、印刷方式により、セラミック基体の側壁の頂面に銀層を形成させることができる。そのため、コバールリングを用いて発生する位置合わせの問題を解決することができる上、パッケージ構造を小型化することもできる。
当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
10 セラミック基体
11 側壁
12 コバールリング
14 金属蓋
16 電子部品
20 セラミック基体
22 銀層
23 金属薄膜
24 金属蓋
100 従来のセラミックパッケージ構造
200 高密度LTCCパッケージ構造
202 板体
203 上表面
204 側壁
205 頂面
206 凹部
11 側壁
12 コバールリング
14 金属蓋
16 電子部品
20 セラミック基体
22 銀層
23 金属薄膜
24 金属蓋
100 従来のセラミックパッケージ構造
200 高密度LTCCパッケージ構造
202 板体
203 上表面
204 側壁
205 頂面
206 凹部
Claims (10)
- セラミック基体、銀層及び金属蓋を備える高密度LTCCパッケージ構造であって、
前記セラミック基体は、高密度LTCC材料により製作され、板体及び側壁を有し、前記側壁は、前記板体の周縁を取り囲むように前記板体上に設けられ、前記側壁と前記板体とにより凹部が構成され、
前記銀層は、前記側壁の頂面に設けられ、外表面に形成された金属薄膜を有し、
前記金属蓋は、前記銀層に接合され、前記凹部の上方に配置されて前記凹部を覆うことを特徴とする高密度LTCCパッケージ構造。 - 前記高密度LTCC材料は、60〜70重量%の酸化アルミニウムセラミックス材料と、20〜25重量%のガラス材と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の高密度LTCCパッケージ構造。
- 前記酸化アルミニウムセラミックス材料と前記ガラス材とが、920〜940℃の温度範囲で焼結され、前記セラミック基体が形成されることを特徴とする請求項2に記載の高密度LTCCパッケージ構造。
- 前記酸化アルミニウムセラミックス材料と前記ガラス材とは、550〜700℃に昇温し、前記温度を所定時間維持した後、920〜940℃に昇温して焼結を行うことを特徴とする請求項2に記載の高密度LTCCパッケージ構造。
- 前記銀層は、印刷方式により、前記側壁の前記頂面に形成されることを特徴とする請求項1に記載の高密度LTCCパッケージ構造。
- 前記金属蓋は、共晶接合工程により、前記銀層上に形成された前記金属薄膜と接合し、前記金属蓋と前記金属薄膜とを接合させる温度は380〜420℃の温度範囲であることを特徴とする請求項1に記載の高密度LTCCパッケージ構造。
- 前記金属蓋は、外層にニッケルめっきを施した鉄からなることを特徴とする請求項1に記載の高密度LTCCパッケージ構造。
- 酸化アルミニウムセラミックス材料及びガラス材を含む高密度LTCC材料であって、
前記酸化アルミニウムセラミックス材料は60〜70重量%であり、
前記ガラス材は20〜25重量%であることを特徴とする高密度LTCC材料。 - 前記酸化アルミニウムセラミックス材料と前記ガラス材とは、920〜940℃の温度範囲で焼結されることを特徴とする請求項8に記載の高密度LTCC材料。
- 前記酸化アルミニウムセラミックス材料と前記ガラス材とは、550〜700℃に昇温し、前記温度を所定時間維持した後、920〜940℃に昇温して焼結を行うことを特徴とする請求項8に記載の高密度LTCC材料。
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