JP2013232446A - 電子部品収納用パッケージおよび電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基体および側壁と、シールリングおよび蓋体との間に生じる熱膨張係数差に起因した熱応力を緩和し、パッケージの気密性能を向上すること。
【解決手段】 電子部品収納用パッケージは、上面に電子部品を収容するための凹部１ｃを有し、上面の凹部１ｃの周囲にメタライズ層２が形成された筐体１と、メタライズ層２の上面に接合材４を介して接合されたシールリング３とを具備し、メタライズ層２は、筐体１の上面側の第１層部分２ａと、第１層部分の上に位置する第２層部分２ｂとから成り、メタライズ層２の第１層部分２ａ、第２層部分２ｂ、およびシールリング３の順に幅が狭くなっている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子部品収納用パッケージに関し、特に、電子部品を気密に封止するためのシールリングが用いられた構成のものに関する。

従来の電子部品収納用パッケージ（以下、単にパッケージともいう）は、一般に上面に電子部品を収容するための凹部が形成されている。パッケージは、略直方体の凹部の底面を成す基体２１および凹部を囲む側壁２２を備えている。基体２１および側壁２２は、セラミックス等からなり、凹部の底面に半導体素子等の電子部品２６が載置される載置部２１ａを有している。

側壁２２部の一例を図３の断面図に示す（例えば、特許文献１参照）。同図に示すように、凹部の周囲の側壁２２の上面には、メタライズ層２３を介して、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等からなる枠状のシールリング２４が接合されている。

このようなパッケージを用い、基体の載置部２１ａに電子部品２６を載置固定するとともに、電子部品２６とパッケージ外部に導出される配線導体２７とをボンディングワイヤ２８を介して接続し、しかる後、シールリング２４の上面に鉄（Ｆｅ）−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金等からなる蓋体２５をシーム溶接することにより、製品としての電子装置が作製される。

このような電子装置は、外部電気回路基板に固定され、外部電気回路基板から供給される駆動信号により電子部品２６が作動し、電子部品２６によって処理された信号を外部に伝送できる電子装置として機能する。

特開平９−２９３７９９号公報

しかしながら、従来のパッケージにおいて、シールリング２４を側壁２２の上面に接合し、蓋体２５をシールリング２４を介して側壁２２の上面にシーム溶接法等により接合すると、基体２１と蓋体２５の熱膨張係数差に起因する熱応力が発生する。そして、基体２１および側壁２２と、シールリング２４、または蓋体２５との間に生じる熱膨張係数差に起因した熱応力によって、メタライズ層２３、側壁２２部分にクラックが生じたり、メタライズ層２３とシールリング２４とを接合するろう材等の接合材が剥離したりし、電子装置の気密性および信頼性を維持し難いという問題点があった。

従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたもので、その目的は、基体および側壁と、シールリングおよび蓋体との間に生じる熱膨張係数差に起因した熱応力が生じても、メタライズ層、接合材およびシールリング部の気密性を維持することができる電子装置を提供することにある。

本発明の一実施形態に係る電子部品収納用パッケージは、上面に電子部品を収容するた
めの凹部を有し、前記上面の前記凹部の周囲にメタライズ層が形成された筐体と、前記メタライズ層の上面に接合材を介して接合されたシールリングとを具備しており、前記メタライズ層は、前記筐体の上面側の第１層部分と、該第１層部分の上に位置する第２層部分とから成り、前記メタライズ層の前記第１層部分、前記第２層部分および前記シールリングの順に幅が狭くなっていることを特徴とする。

上記電子部品収納用パッケージにおいて、前記シールリングの幅方向の両側に前記メタライズ層の前記第１層部分および前記第２層部分の上面の両側部分がそれぞれ露出しており、前記第１層部分の上面の両側部分から前記第２層部分の上面の両側部分および前記シールリングの側面にかけてそれぞれ前記接合材が被覆しているのが好ましい。

また、本発明の一実施形態に係る電子装置は、上記の電子部品収納用パッケージと、前記凹部内に収容された電子部品と、前記シールリングの上面に接合された、前記凹部を封止する蓋体とを備えたことを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る電子部品収納用パッケージによれば、メタライズ層が、筐体の上面側の第１層部分と、この第１層部分の上に位置する第２層部分とから成り、メタライズ層の第１層部分、第２層部分およびシールリングの順に幅が狭くなっていることから、筐体からシールリングにむけて、水平方向の体積膨張または体積収縮が段階的・連続的に小さくなり、筐体とメタライズ層とシールリングと接合材との間に生じる熱膨張係数差に起因した熱応力の影響が緩和される。

また、シールリングの幅方向の両側において、メタライズ層の第１層部分および第２層部分の上面さらにシールリングの側面にかけて接合材が被覆している場合には、メタライズ層２の第２層部分の外周エッジ等に集中する熱応力が接合材によって分散されたり吸収されたりすることによって緩和される。

本発明の一実施形態に係る電子装置によれば、上記電子部品収納用パッケージと、凹部内に収容された電子部品と、シールリングの上面に接合されて凹部を封止する蓋体とを具備したことにより、長期にわたり封止性がよく、電子部品を正常かつ安定して作動させ得る信頼性の高い電子装置とできる。

本発明の電子部品収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図である。 図１の電子部品収納用パッケージの要部拡大断面図である。 従来の電子部品収納用パッケージの要部拡大断面図である。

以下、本発明の電子部品収納用パッケージについて図を用いつつ説明する。なお、図はいずれも模式的なものであって、実際の寸法関係とは異なることがある。また、以下の説明において上下左右という用語は、単に図面上の位置関係を説明するために用いるものであり、実際の使用時における位置関係を意味するものではない。

図１は、本発明の電子部品収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図である。図１において、１は、上面に電子部品を収容するための凹部１ｃを有した筐体を示す。筐体１は、凹部１ｃの底面を成す基体１ａ部分および凹部１ｃの側壁１ｂ部分とから成る。筐体１の上面の凹部１ｃの周囲（側壁１ｂの上面）には、メタライズ層２が形成されている（判りやすくするために図１のメタライズ導体部分にハッチングを付している。これら
ハッチング部分は断面を示すものではない）。そして、メタライズ層２の上面にはシールリング３がＡｕ−Ｓｎ合金などの低融点のろう材等の接合材４を介して接合されている。

なお、図１には、筐体１の凹部１ｃの底面から側壁１ｂの側面や基体１ａの下面まで電気的に導通された内部配線パターン６が形成される等、筐体１内外に配線パターン６が形成される場合を示している。この他にも、側壁１ｂを貫通して金属製の端子が取り付けられたり、基体１ａが側壁１ｂの外側まで延設されて、そこにねじ固定用の穴が形成されたりしている電子部品収納用パッケージ等、用途に応じて様々な形態のものが用いられる。

また、例えば、筐体１はセラミック製である例を用いているが、基体１ａが金属製であり、側壁１ｂがセラミック製であるような複合筐体１である場合であってもよい。

図２は、図１のＡ−Ａで示す断面を示す部分断面図である。図２に示すように、凹部１ｃの周囲の側壁１ｂの上面には、メタライズ層２が形成される。メタライズ層２は、側壁１ｂの上面側に形成された幅の広い第１層部分２ａと、その上に形成され、第１層部分２ａより幅の狭い第２層部分２ｂとの二つの部分を有した、凸の字形状の断面を有している。なお、幅とは、パッケージ内外方向においてのものであり、図２の左右方向の長さを意味する。また、第１層部分２ａの幅は、図２のように側壁１ｂの幅（または側壁１ｂの厚み）と同じ寸法でもよいし、側壁１ｂの幅より狭くてもよい。

メタライズ層２の上面には、メタライズ層２の第２層部分２ｂの幅よりも狭い幅のシールリング３が接合材４を介して接合される。すなわち、メタライズ層２の第１層部分２ａ、第２層部分２ｂ、シールリング３の順に幅が狭くなるように構成されている。

第１層部分２ａおよび第２層部分２ｂの上面は、それぞれシールリング３の幅方向両側において突出するように露出されているのがよく、第１層部分２ａの上面の両側から第２層部分２ｂの両側上面の外周部を経てシールリング３の側面にかけて接合材４に被覆されてメタライズ層２とシールリング３とが接合される。接合の際に、第２層部分２ｂの上面とシールリング３とを接合する際の余剰となった接合材４は、第２層部分２ｂの上面から第１層部分２ａの上面に流れ、第１層部分２ａの上面から第２層部分２ｂの外周、シールリング３の側面にかけて接合材４のメニスカスを形成する。

第１層部分２ａ、第２層部分２ｂ、シールリング３は、第１層部分２ａの幅をＷ１、第２層部分２ｂの幅をＷ２、シールリング３の幅をＷ３とする場合、（１／２）Ｗ１≦Ｗ２≦（４／５）Ｗ１、（１／２）Ｗ２＜Ｗ３＜（４／５）Ｗ２の関係となるように設けられる。また、第２層部分２ｂの高さをＴ１とする場合、Ｔ１≦（Ｗ１−Ｗ２）／２の関係となるように選ばれる。

このように構成することにより、電子部品収納用パッケージの製造工程において、側壁１ｂとメタライズ層２とシールリング３との間に生じる熱膨張係数差に起因した熱応力が抑制、緩和されるとともに、側壁１ｂとシールリング３との接合強度が向上される。すなわち、シールリング３の幅Ｗ３に応じて、第２層部分２ｂの幅Ｗ２が第１層部分２ａの幅Ｗ１より狭くなることにより、シールリング３との接合面積が小さくなり、また第２層部分２ｂとシールリング３との間の接合材４の量を少なくできることから、メタライズ層２とシールリング３との間の熱膨張係数差による熱応力は減少する。一方、メタライズ層２と接合材４との接合面積が大きくなることから、接合強度が向上する。

また、第１層部分２ａと第２層部分２ｂとの間に接合材４によるメニスカスが形成され、第２層部分２ｂとシールリング３の下端部の側面との間にも接合材４によるメニスカスが形成される。これによって、メタライズ層２とシールリング３との間に設けられる接合
材４の量が増え、メタライズ層２とシールリング３との接合強度の低下を抑制できる。

なお、第２層部分２ｂとシールリング３とを接合する接合材４のうち、余剰な接合材４が第２層部分２ｂの上面から第１層部分２ａの上面に流れるとともに、第１層部分２ａの上面と第２層部分２ｂの外周との間にメニスカスが形成されるので、第２層部分２ｂとシールリング３との間の接合材４の厚さを一定に保つのが容易である。

また、接合材４の表面が、第１層部分２ａ、第２層部分２ｂ、シールリング３の側方に凹凸のないなめらかなメニスカスを描くように形成されているのがよい。

さらに、側壁１ｂの上面には、側壁１ｂの上面の幅よりも狭い幅の第１層部分２ａ、第１層部分２ａの幅よりも狭い幅の第２層部分２ｂを介して、第２層部分２ｂの幅よりも狭い幅のシールリング３が接合材４を介して接合されるのが好ましい。すなわち、側壁１ｂの上面、メタライズ層２の第１層部分２ａ、第２層部分２ｂ、シールリング３の順に幅が狭くなるように構成されるのが好ましい。

このように構成することにより、シールリング３を接合する際の余剰な接合材４が、露出している側壁１ｂの上面を越えて流れることがない。よって、接合材４が凹部１ｃ内に流れ込んだり、パッケージの外側側面へ漏れ出たりすることを抑制でき、筐体１の内部に形成された配線パターンや端子６に接合材４が付着することによる電気的な接続不良を抑制することができる。

また、側壁１ｂとメタライズ層２（第１層部分２ａ，第２層部分２ｂ）およびシールリング３は、図２の断面図において幅方向における中心線がそれぞれ一致するように配置されるのが好ましい。この場合、接合材４は、中心線を軸対称として第１層部分２ａの上面、第２層部分２ｂの上面および外周エッジ、シールリング３の下端部の側面に対称に設けられやすくなり、側壁１ｂ、メタライズ層２、シールリング３および接合材４との熱膨張係数差に起因して生じる熱応力が中心線に関して対称に分散される。

本発明の基体１ａは、略直方体とされ、上面に形成された凹部１ｃの底面に半導体素子等の機能素子や、受動電子回路素子、中継回路基板等の電子部品を載置するための載置部が設けられ、対向する側壁１ｂの下部基体１ａ表面にメタライズ導体層から成る入出力用等の接続端子６がそれぞれ形成されている。基体１ａは、アルミナ系セラミックス、窒化珪素系セラミックス、炭化ケイ素系セラミックス、銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の良熱伝導性の金属材料等から成る。この基体１ａは、電子部品の作動時に発する熱を外部電気回路基板（図示せず）に伝熱する、所謂放熱板として機能するとともに、電子部品を支持する支持部材として、さらには外部電気回路基板に固定される固定用基板として機能する。

このような基体１ａの上面には、載置部１ａを囲繞するように側壁１ｂが配置され、基体１ａとともに筐体１を構成する。側壁１ｂには、貫通孔が形成され、そこにリード端子、同軸コネクタ、高周波回路基板等の接続端子等が取り付けられ、パッケージの内外を電気的に導通する接続端子が嵌着される場合もある。

側壁１ｂは、アルミナ系セラミックス、窒化珪素系セラミックス、炭化ケイ素系セラミックス等のセラミックスから成り、例えばセラミックグリーンシートを積層して枠状に成形し、これを焼結させて形成される。

側壁１ｂの上面には凹部１ｃの周囲を取り囲むような枠形状のメタライズ層２が形成される。メタライズ層２は、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）
，銅（Ｃｕ）等の金属粒子と樹脂バインダとをペースト状にしたものを側壁１ｂの上面に塗布し、焼結させて形成される。第１層部分２ａとなる部分を塗布した後に、第２層部分２ｂとなる部分を塗布する等の方法によってメタライズ層２の形状に形成される。また、真空蒸着等の他の方法を用いてもよい。

またシールリング３は、鉄（Ｆｅ）−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金や４２アロイ、５０アロイ、ステンレス鋼、鉄、銅等の金属材料から成り、これらの金属材料から成る板材を打抜き金型で打ち抜いたり、プレス加工，切削加工または板材の上下所定部（接合面２ａ，２ｂ）にマスキングを施してエッチング加工により枠形状に製作される。

なお、メタライズ層２の表面およびシールリング３の表面には、耐食性に優れかつろう材等の接合材４との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ０．５〜９μｍのニッケル（Ｎｉ）層と、厚さ０．５〜９μｍの金（Ａｕ）層とを順次メッキ法により被着して成る金属層を形成しておくことが好ましい。

接合材４には、Ａｕ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｇｅ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ａｇ等の高融点ろう材、低融点ろう材が用いられる。この他、樹脂接着剤，ガラス接合材等を用いてもよい。ろう接合材４を用いる場合は、例えば、メタライズ層２の第２層部分２ｂの上面の形状と同じ枠形状のろう材のプリフォームに成形しておき、メタライズ層２とシールリング３との間に挟んだ状態にしてろう材の接合に適した温度に設定した溶融炉中に投入する。そして、溶融炉中でろう材を溶融させ、後に徐冷する。これによって、第１層部分２ａからシールリング３の側面にかけて良好なろう材のメニスカスを形成し、シールリング３を側壁１ｂの上面に接合することができる。

上記電子部品収納用パッケージの凹部１ｃ内に、電子部品を樹脂系接着剤、ろう接合材などの接着剤を介して接着固定するとともに、電子部品の電極を中継回路基板やボンディングワイヤ等を介して接続端子６に接続し、しかる後、蓋体５をシールリング３の上面に接合することによって、電子装置となる。

蓋体５は、シールリング３と同様に、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金や４２アロイ、５０アロイ、ステンレス鋼、鉄、銅等の金属材料から成り、シールリング３とシーム溶接や低温溶融ろう接合材等によって接合される。

かくして、本発明の一実施形態に係る電子部品収納用パッケージでは、メタライズ層２が幅の広い第１層部分２ａと第１層部分２ａより幅の狭い第２層部分２ｂと第２層部分２ｂより幅の狭いシールリング３とを有し、シールリング３を接合材４を介して第２層部分２ｂの上面に接合することによって、側壁１ｂに加わる熱応力を緩和して側壁１ｂ、メタライズ層２等にクラック等が生じる可能性を少なくできる。そして、電子装置となったときに、パッケージに生じるクラック等により、電子装置の封止性能に問題が生じる可能性を少なくできる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことは何等支障ない。例えば、電子部品として、半導体レーザ（ＬＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）などの光信号により作動する光半導体素子であっても良い。この場合、光半導体素子を収納する容器は、光ファイバや光アイソレーターなどの光学部品も実装する光半導体パッケージということになる。

また、第１層部分２ａおよび第２層部分２ｂの断面形状は、図に示すように真四角である必要はなく、側面になだらかな傾斜面を有していたり、その傾斜面が曲面であったりしても良く、外周エッジの角部に曲面的な面取りが施されていても良い。この場合、接合材
４は、第２層部分２ｂの上面から外周エッジを経由して第１層部分２ａまでより流れやすくなり、第１層部分２ａと第２層部分２ｂとの間に接合材４から成るメニスカスを安定して設けることができる。それにより、接合材が一部に濡れ広がったり、濡れ広がらなかったりすることによる、応力分布の偏りとそれに応じて生じる特定箇所への応力集中を抑制することができる。

１：筐体
１ａ：基体
１ｂ：側壁
１ｃ：凹部
２：メタライズ層
２ａ：第１層部分
２ｂ：第２層部分
３：シールリング
４：接合材
５：蓋体

Claims (3)

1. 上面に電子部品を収容するための凹部を有し、前記上面の前記凹部の周囲にメタライズ層が形成された筐体と、前記メタライズ層の上面に接合材を介して接合されたシールリングとを具備しており、
   前記メタライズ層は、前記筐体の上面側の第１層部分と、該第１層部分の上に位置する第２層部分とから成り、
   前記メタライズ層の前記第１層部分、前記第２層部分および前記シールリングの順に幅が狭くなっていることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
2. 前記シールリングの幅方向の両側に前記メタライズ層の前記第１層部分および前記第２層部分の上面の両側部分がそれぞれ露出しており、前記第１層部分の上面の両側部分から前記第２層部分の上面の両側部分および前記シールリングの側面にかけてそれぞれ前記接合材が被覆していることを特徴とする請求項１記載の電子部品収納用パッケージ。
3. 請求項１または請求項２記載の電子部品収納用パッケージと、前記凹部内に収容された電子部品と、前記シールリングの上面に接合された、前記凹部を封止する蓋体とを備えた電子装置。
   

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