JP2015008219A - 電子部品収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】 メタライズ層に接合された金属枠体について、位置ずれの低減等が可能な電子部品収納用パッケージを提供すること。【解決手段】 電子部品４の搭載部１ａを含む上面を有する絶縁基板１と、絶縁基板１の上面に平面視で搭載部１ａを囲むように設けられた四角枠状のメタライズ層２と、メタライズ層２に接合された、平面視で四角枠状の金属枠体３とを含んでおり、メタライズ層２は、その各辺部において金属枠体３が接合された位置よりも内側および外側の少なくとも一方に凸部２ａを有しており、凸部２ａは、メタライズ層３の互いに対向し合う辺部同士の間では、内側同士および外側同士の少なくとも一方に位置しているものを含む電子部品収納用パッケージである。【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子および圧電素子等の電子部品を気密に収容するための電子部品収納用パッケージに関するものである。

従来、半導体素子および圧電素子等の電子部品を搭載するための電子部品収納用パッケージとして、セラミック焼結体等からなる絶縁基板の上面に電子部品収納用の凹部を設けたものが用いられている。凹部に電子部品が収容され、凹部を塞ぐように蓋体が絶縁基板の上面に接合されて、凹部と蓋体との間の容器内に電子部品が気密に収容される。

また、絶縁基板の上面には、平面視で凹部を囲む金属枠体が接合される場合がある。金属枠体に金属製の蓋体が溶接等の手段で接合されることにより、気密封止の信頼性が向上する。この場合には、平面視で凹部を囲む四角枠状のメタライズ層が絶縁基板の上面に設けられ、このメタライズ層に金属枠体がろう付けされる。枠状のメタライズ層に対する金属枠体のろう付けは、例えば、ろう材のシートを挟んでメタライズ層上に金属枠体を位置合わせしてセットし、ろう材を加熱していったん溶融させた後に冷却して固化させることにより行なわれる。

特開2001−308212号公報

しかしながら、上記電子部品収納用パッケージにおいては、枠状のメタライズ層に対して金属枠体が位置ずれする場合があるという問題点があった。このような位置ずれが生じると、例えば気密封止の信頼性の低下、または凹部内への電子部品の収納が妨げられること等の不具合を生じる可能性がある。

本発明の一つの態様による電子部品収納用パッケージは、電子部品の搭載部を含む上面を有する絶縁基板と、絶縁基板の上面に平面視で搭載部を囲むように設けられた四角枠状のメタライズ層と、メタライズ層に接合された、平面視で四角枠状の金属枠体とを備えている。また、メタライズ層は、その各辺部において金属枠体が接合された位置よりも内側および外側の少なくとも一方に凸部を有している。これらの凸部は、メタライズ層の互いに対向し合う辺部同士の間では、内側同士および外側同士の少なくとも一方に位置しているものを含んでいる。

本発明の一つの態様による電子部品収納用パッケージによれば、ろう付け時の金属枠体のずれが凸部によって抑制されているため、枠状のメタライズ層と金属枠体との間で位置ずれが生じる可能性が低減されている。したがって、気密封止の信頼性等の向上が容易な電子部品収納用パッケージを提供することができる。なお、凸部の分、ろう材の絶縁基体（メタライズ層および凸部を含む実際の接合部）に対する接合面積を従来よりも大きくすることができるため、ろう材を介した金属枠体とメタライズ層（絶縁基板）との接合強度を従来よりも向上させて、気密封止の信頼性をより高くすることも容易である。

（ａ）は本発明の実施形態の電子部品収納用パッケージを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１に示す電子部品収納用パッケージの変形例における要部を示す断面図である。 図１に示す電子部品収納用パッケージの他の変形例を示す分解斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１に示す電子部品収納用パッケージの他の変形例を示す上面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１に示す電子部品収納用パッケージの他の変形例を示す上面図である。

本発明の電子部品収納用パッケージについて、添付の図面を参照して説明する。なお、以下の説明における上下の区別は説明のための便宜的なものであり、実際に電子部品収納用パッケージが使用される際の上下を規定するものではない。

図１（ａ）は本発明の実施形態の電子部品収納用パッケージを示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。上面に凹状の搭載部１ａを有する絶縁基板１と、絶縁基板１の上面に平面視で搭載部１ａを囲んで設けられた四角枠状のメタライズ層２と、メタライズ層２に接合された金属枠体３とによって電子部品４を収納する電子部品収納用パッケージが基本的に形成されている。搭載部１ａに電子部品４が搭載され、絶縁基板１の上面に蓋体５が接合されて搭載部１ａが封止されれば、電子装置が形成される。なお、図１（ａ）において蓋体５は省略している。

絶縁基板１は、例えば、四角板状（直方体状）であり、上面の中央部に電子部品を搭載するための凹状の搭載部１ａを有している。図１に示す例において、絶縁基板１は、平板状の絶縁層（符号なし）と、この絶縁層の上面の外周部に積層された枠状の絶縁層（符号なし）とを含んでいる。

各絶縁層は、例えば酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム焼結体、ムライト質焼結体またはガラス−セラミック焼結体等の絶縁材料からなり、例えば同様のセラミック材料からなる各絶縁層が同時焼成されて絶縁基板１が作製されている。

このような絶縁基板１は、平板状の絶縁層および枠状の絶縁層がいずれも酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダおよび溶剤等を添加混合して作製したスラリーを、ドクターブレード法等のシート成形法によりシート状にすることにより複数枚のセラミックグリーンシートを成形し、これらを積層した後に、その積層体を高温で焼成することにより製作される。この場合、一部のセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施して枠状に成形して、これを他の平板状のセラミックグリーンシートの上に積層すれば、凹状の搭載部１ａを有する絶縁基板１を製作することができる。

搭載部１ａは、上記のように電子部品４を収容し、気密封止するための容器の一部となる部分であり。搭載部１ａは、例えば平面視で長方形状等の四角形状であり、四角板状等の電子部品４が効率よく収容できるようになっている。

絶縁基板１の上面に設けられた四角枠状のメタライズ層２は、金属枠体３の絶縁基板１に対する接合のための下地金属層となる。金属枠体３は、例えば金属製の蓋体５を溶接法等の接合手段で絶縁基体１に対して接合するときの下地金属材料となる。メタライズ層２
に接合された金属枠体３に蓋体５が溶接等の手段で接合されて、搭載部１ａが蓋体５により封止される。これにより、搭載部１ａ内に電子部品４が気密封止される。

搭載部１ａ内に封止される電子部品４の外部電気回路に対する電気的な接続は、例えば搭載部１ａから絶縁基板１の下面または外側面等の外表面にかけて導出された配線導体等の導体（図示せず）を介して行なわれる。配線導体は、例えば一端が搭載部１ａに位置し、他端が絶縁基板１の下面に位置する電気回路であり、絶縁基板１の厚み方向の少なくとも一部を貫通する貫通導体（いわゆるビア導体）が含まれていてもよい。

メタライズ層２および配線導体は、例えばタングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、パラジウム、金、白金等の金属材料、もしくはこれらの金属材料の合金によって形成されている。配線導体は、例えばタングステン等の金属材料の粉末を有機溶剤およびバインダ等とともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁基板１となるセラミックグリーンシートに塗布し、同時焼成することによって形成することができる。メタライズ層２および配線導体の露出表面には、ニッケル、銅および金等を含むめっき層が被着されていてもよい。

メタライズ層２に対する金属枠体３の接合は、例えば銀ろう（ＪＩＳ規格のＢＡｇ−８等）等のろう材６を介して行なわれている。メタライズ層２上に銀ろうのプレフォームを挟んで金属枠体３を位置合わせしてセットし、これらを電気炉中で所定温度および時間の条件で加熱することにより、メタライズ層２の上面に金属枠体３をろう付けすることができる。

平面視において四角枠状のメタライズ層２は、その各辺部において金属枠体３が接合された位置よりも内側および外側の少なくとも一方に凸部２ａを有している。これらの凸部２ａは、メタライズ層２の互いに対向し合う辺部同士の間では、内側同士および外側同士の少なくとも一方に位置している。

凸部２ａが、メタライズ層２の対向し合う辺部同士の間で内側同士または外側同士に位置していれば、その対向し合う方向における金属枠体３のずれが抑制され得る。このような凸部２ａがメタライズ層２の各辺部にあること、言い換えれば、互いに対向し合う二対の辺部の両方にあることにより、これらの対向し合う二つの方向の金属枠体３のずれが抑制される。これらの二つの方向は、いわゆる縦横方向であり、これにより水平方向の金属枠体３のずれが抑制される。

凸部２ａが設けられていることにより、この凸部２ａの分、ろう材６のメタライズ層２に対する接合面積が大きくなり、これに応じて金属枠体３とメタライズ層２とのろう付けの強度も向上し得る。

なお、図１に示す例においては、メタライズ層２および金属枠体３がいずれも平面視において長方形状（長方形枠状）であり、凸部２ａは、これらのメタライズ層２および金属枠体３の内側および外側の両方において全周にわたって設けられている。この場合には、金属枠体３とメタライズ層２との接合強度を向上させる効果がより大きく得られる。

また、凸部２ａは、これらのメタライズ層２および金属枠体３の内側および外側のいずれか一方において、全周にわたって設けられている場合にも、金属枠体３とメタライズ層２との接合強度を大きくする効果を、より効果的に得ることができる。

凸部２ａは、例えばメタライズ層２（本体）と同じ材料からなる。凸部２ａとなる金属ペーストを絶縁基板１となるセラミックグリーンシートに塗布する際に、その印刷厚みを
、凸部２ａが設けられる位置において部分的に厚くしておけば、凸部２ａを形成することができる。言い換えれば、凸部２ａは、メタライズ層２と同じ材料からなるものであれば、その形成が容易である。

ただし、凸部２ａは、メタライズ層２と同じ材料に限らず、メタライズ層２とは異なる金属材料等の、他の材料からなるものであっても構わない。この場合、先に枠状のメタライズ層２を有する絶縁基板１を作製しておいて、その後、ろう材、接着剤またはガラス等の接合材（図示せず）を介した接合法等によって凸部２ａをメタライズ層２に接合するようにしてもよい。メタライズ層２および凸部２ａを含む接合部に対するろう材６の接合面積の増加のためには、凸部２ａが、ろう材６が接合可能な金属材料からなるものであることが望ましい。このような金属材料としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、銅等が挙げられる。また、凸部２ａが、ニッケルめっき層等のめっき層の被着が可能な材料であれば、その表面にめっき層が被着されることにより、ろう材６の接合が可能になる。

凸部２ａの高さ（メタライズ層２本体の上面に対する凸部２ａの高さ）は、金属枠体３の厚みよりも小さいものであることが好ましい。凸部２ａの高さが金属枠体３の厚みよりも大きい場合には、凸部２ａの上端部分が金属枠体３の上面よりも上側に出てしまう。そのため、例えば凸部２ａがメタライズ層２の辺部の内側に設けられているときに、金属枠体３に対する蓋体５の接合が凸部２ａにより妨げられる可能性が高い。

また、凸部２ａの高さは、金属枠体３のろう付け時の位置ずれの抑制、および凸部２ａ自体の機械的な強度等を考慮すれば、約100μｍ程度以上であることが好ましい。また、
凸部２ａの高さは、凸部２ａの長さ方向の全長にわたって同じである必要はなく、例えば凸部２ａとなる金属ペーストの塗布時の都合等に応じて、一部において他の部分と高さが異なっていても構わない。

また、図１の例において、凸部２ａおよび金属枠体３は、その縦方向（高さ方向）の断面における外形が長方形状であるが、これに限らず他の形状でも構わない。例えば図２（ａ）に示すように、凸部２ａおよび金属枠体３の縦断面における形状が、角部を円弧上に成形した四角形状（長方形状）でもよく、図２（ｂ）に示すように台形状であっても構わない。また、例えば円弧状（半球状または扇形状）でもよく、複数の図形が組み合わされた形状等の他の形状（図示せず）でも構わない。なお、図２（ａ）および（ｂ）は、図１に示す電子部品収納用パッケージにおける要部（メタライズ層２の凸部２ａおよび金属枠体３の部分）を拡大して示す断面図である。図２において図１と同様の部位には同様の符号を付している。

凸部２ａおよび金属枠体３の少なくとも一方の角部分が円弧状に成形されていれば、これらの角部分から凸部２ａまたは金属枠体３の一部にクラック等が生じる可能性が低減される。また、凸部２ａと金属枠体３との間隔が狭いときに、金属枠体３をメタライズ層２の上面に位置決めする作業がより容易になる。

図３は、図１に示す電子部品収納用パッケージの変形例を示す斜視分解図である。図３において図１と同様の部位には同様の符号を付している。なお、図３においては、わかりやすくするために、金属枠体３と絶縁基体１とを互いに離して示し、ろう材６等は省略している。

図３の例において、凸部２ａは、メタライズ層２の各辺部の長さ方向の一部のみにおいて設けられている。また、メタライズ層２は平面視（上面視）において短辺側の辺部（短辺部）および長辺側の辺部（長辺部）を有する長方形枠状であり。凸部２ａは、メタライズ層２の互いに対向し合う一対の短辺部においては外側同士に設けられ、長辺部において
は内側同士に設けられている。

このような場合でも、金属枠体３の長辺方向の位置ずれが、メタライズ層２の短辺部に設けられた凸部２ａにより抑制され、短辺方向の位置ずれが、メタライズ層２の長辺部に設けられた凸部２ａにより抑制される。そのため、金属枠体３の位置ずれが効果的に抑制され得る。

また、凸部２ａの分、凸部２ａおよびメタライズ層２を含む絶縁基体における接合部に対するろう材６の接合面積がより大きくなるため、ろう材６を介した絶縁基体１に対する金属枠体３の接合強度の向上も可能になっている。

凸部２ａが、メタライズ層２の辺部の長さ方向の一部のみにおいて設けられている場合には、メタライズ層２の上面のうち凸部２ａが設けられている範囲がより小さいため、電子部品収納用パッケージの小型化の点では有利である。また、凸部２ａがメタライズ層２とは異なる材料からなるときに、凸部２ａをメタライズ層２の上面に接合する作業性、および経済性等においても有利である。

図３の例において、メタライズ層２の上面のうち凸部２ａが設けられていない辺部では、例えばその辺部の縁まで金属枠体３が接合され得る。つまり凸部２ａのためのスペースが不要になる。その分、メタライズ層２の幅を小さく抑えることができ、平面視における絶縁基板１の小型化、つまりは電子部品収納用パッケージとしてのより一層の小型化が容易になる。

なお、メタライズ層２の辺部の一部のみに凸部２ａが設けられている場合、各辺部に複数の凸部（図示せず）が設けられていても構わない。また、各辺部に複数の凸部が設けられている場合、の個数が辺部毎に異なっていても構わない。

また、複数の凸部２ａについて、その高さが互いに同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。また、個々の凸部２ａにおいて、その高さが他の部分と異なる部位が含まれていてもよい。

図４（ａ）、（ｂ）および図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１に示す電子部品収納用パッケージの他の変形例を示す上面図である。図４および図５において図１と同様の部位には同様の符号を付している。なお、図４および図５は断面図ではないが、見やすくするために凸部２ａにハッチングを施している。

図４（ａ）および図４（ｂ）の例は、それぞれ、凸部２ａが図３の例と同様に辺部の中央部にあるが、図３とは内外異なる位置に凸部２ａが設けられている。図４（ａ）の例において凸部２ａは、メタライズ層２ａの互いに対向し合う一対の短辺部においては内側同士に設けられ、長辺部においては外側同士に設けられている。図４（ｂ）の例において凸部２ａは、メタライズ層２ａの互いに対向し合う一対の短辺部および長辺部の両方において外側同士に設けられている。

また、図５（ａ）の例は、凸部２ａがメタライズ層２の辺部の両端部それぞれにある例を示している。また、図５（ａ）の例において凸部２ａは、メタライズ層の長辺部および短辺部の両方において内側同士に設けられている。また、隣り合う凸部２ａ同士が互いにつながって、上面視において「Ｌ」字状になっている。また、図５（ｂ）の例は、それぞれの辺部に複数の凸部２ａが設けられた例を示している。

このような場合でも、金属枠体３の長辺方向の位置ずれが、メタライズ層２の短辺部（
内側同士）に設けられた凸部２ａにより抑制され、短辺方向の位置ずれが、メタライズ層２の長辺部（内側同士）に設けられた凸部２ａにより抑制される。そのため、金属枠体３の位置ずれが効果的に抑制され得る。

また、凸部２ａによる、ろう材６を介した絶縁基体１に対する金属枠体３の接合強度の向上の効果も上記の各例と同様に可能になっている。

なお、凸部２ａがメタライズ層２の辺部の長さ方向の一部のみに設けられている場合でも、例えば図３および図４（ａ）の例にようにメタライズ層２の内側（同士）に配置されていれば、ろう材６が搭載部１ａ内への広がりが凸部２ａにより抑制される可能性がより高い。そのため、ろう材６の凹部内への広がりによる電子部品収納用パッケージとしての特性の低下等がより効果的に抑制される。

また、例えば図４（ｂ）に示すように各凸部がメタライズ層２の外側のみに配置されている場合には、例えば凸部２ａの上端部等が金属枠体３の上面よりも上側に突出していたとしても、蓋体５の金属枠体３に対する接合が凸部２ａにより妨げられるような可能性がより低い。そのため、金属枠体３の絶縁基体１に対する接合工程を含む電子部品収納用パッケージの生産性等において有利である。

また、各凸部２ａがメタライズ層２の外側同士のみに配置されている場合（図４（ｂ）の例等）、および内側同士のみに配置されている場合（図示せず）には、凸部２ａが配置されていない側（外側または内側）では、メタライズ層２の縁まで金属枠体３が接合され得る。そのため、上記のように電子部品収納用パッケージの平面視における小型化の点においてより有利である。

また、メタライズ層２の角部分に平面視で「Ｌ」字状の凸部２ａが設けられている場合（図５（ａ）の例等）には、四つの角部分で金属枠体３の位置ずれを抑えることができるので、金属枠体３が回転する方向への位置ずれ（いわゆるθずれ）が、より効果的に抑制できる。

また、絶縁基体１と金属枠体３との熱膨張率の差による熱応力が最も大きく作用する角部で、凸部２ａおよびメタライズ層２を含む絶縁基体１に対する金属枠体３の接合強度が高められ、気密封止の信頼性がさらに高くなる。なお、メタライズ層２の外側の角部で熱応力がより大きく作用するため、「Ｌ」字状の凸部２ａがメタライズ層２の外側に設けられていれば、上記のような接合強度および気密封止の信頼性向上の効果がより高い。

また、図５（ｂ）の例のように、メタライズ層２の辺部に複数の凸部２ａが設けられている場合には、複数の凸部２ａに熱応力が分散される。また、一部の凸部２ａにおいて欠け等の機械的な破壊が生じても、他の凸部２ａによって金属枠体３の位置ずれを抑制することができる。そのため、金属枠体３の接合強度の向上、および位置ずれの抑制等の効果を高めることができる。

なお、図５（ｂ）の例において、凸部２ａは、平面視において、メタライズ層２の短辺部では円形状であり、長辺部では楕円形状になっている。平面視において凸部２ａに角部分がないため、その角部分から凸部２ａに欠け等が生じる可能性が低減されている。

なお、凸部２ａがメタライズ層２の辺部の一部のみに設けられている場合において、各凸部は、メタライズ層２の互いに対向し合う辺部同士において内側同士または外側同士に設けられていれば、その位置は、上記の例以外であっても構わない。例えば、各凸部２ａが、メタライズ層２の互いに対向し合う二対の辺部の両方において、長さ方向の中央部等
で、内側同士に設けられていても構わない。また、各凸部２ａが、メタライズ層の互いに対向し合う二対の辺部の両方において、長さ方向の端部で、外側同士に設けられていても（外側において「Ｌ」字状であっても）構わない。

また、凸部２ａがメタライズ層２の辺部の内側および外側のいずれか一方においてその辺部の全長にわたるものであるとともに、他方において長さ方向の一部のみに設けられたものであっても構わない。このような配置は、例えば凸部２ａを設ける際の作業性およびメタライズ層２の寸法（幅）、ろう材６の種類（ろう付け時の広がりやすさ）等の条件、および経済性等を考慮して適宜設定しても構わない。

なお、本発明は上記の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、メタライズ層２の上面から凸部２ａにかけての露出表面が、ニッケルおよび金等のめっき層によって一体的に被覆されていてもよい。

１・・・絶縁基板
１ａ・・・搭載部
２・・・メタライズ層
２ａ・・・凸部
３・・・金属枠体
４・・・電子部品
５・・・蓋体
６・・・ろう材

Claims (4)

1. 電子部品の搭載部を含む上面を有する絶縁基板と、
   該絶縁基板の前記上面に平面視で前記搭載部を囲むように設けられた四角枠状のメタライズ層と、
   該メタライズ層に接合された、平面視で四角枠状の金属枠体とを備えており、
   前記メタライズ層は、その各辺部において前記金属枠体が接合された位置よりも内側および外側の少なくとも一方に凸部を有しており、
   該凸部は、前記メタライズ層の互いに対向し合う前記辺部同士の間では、前記内側同士および前記外側同士の少なくとも一方に位置しているものを含むことを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
2. 前記凸部が、前記枠状メタライズ層の全周にわたって設けられ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. 前記凸部が、前記内側および前記外側に両方において、前記凸部の全周にわたって設けられていることを特徴とする請求項２記載の電子部品収納用パッケージ。
4. 前記凸部が、前記メタライズ層と同じ材料で形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の電子部品収納用パッケージ。

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