JP2015039133A - パッケージ - Google Patents

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和重 秋田
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Abstract

【課題】水晶振動子を表面実装でき且つ電子部品をもキャビティ内に実装可能であって、パッケージ本体の薄肉化(低背化)、および該薄肉化を含む全体の小型化が確実に行えるパッケージを提供する。【解決手段】セラミック(絶縁材)c1,c2からなり、平面視が矩形状の表面3および裏面4を有するパッケージ本体2と、該パッケージ本体2の表面3の周辺部に沿って形成された平面視が枠状の金属層12と、該金属層12の上にロウ材13を介して接合された平面視が枠状の金属枠15と、上記金属層12に囲まれたパッケージ本体2の表面3に形成された水晶振動子を搭載するための一対の電極パッド14と、上記金属層12に囲まれたパッケージ本体2の表面3のうち、上記一対の電極パッド14を除いた位置に開口するキャビティ7の開口部と、を備え、上記金属層12、一対の電極パッド14、およびキャビティ7の開口部が同一平面である上記表面3に位置している、パッケージ1a。【選択図】 図2

Description

本発明は、パッケージ本体の表面に水晶振動子を実装できると共に、前記パッケージ本体に設けたキャビティ内に電子部品を実装できるパッケージに関する。
例えば、水晶片を表面実装でき且つICチップの搭載を可能とするため、3層のセラミック板を積層して容器本体を形成し、比較的薄肉で且つ最上層のセラミック板の表面における周辺部に沿ってシールリング(金属枠)をロウ付けし、比較的厚肉で且つ中層のセラミック板の表面に水晶片の端部を接着して支持すると共に、該水晶片の接着部を除いた上記中層のセラミック板の表面に開口し、且つ最下層のセラミック板の表面を底面とするキャビティ内に、ICチップを実装可能とした表面実装用水晶発振器が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかし、前記水晶発振器によれば、容器本体を3層のセラミック板を積層して形成するので、該容器本体全体の厚みが厚くなり易い、という問題があった。
更に、例えば、前記シールリングの最上層のセラミック板に対して接合すべき位置がズレたり、あるいは、最上層と中層とのセラミック板同士の間における積層ズレが生じた場合、中層のセラミック板の表面において、前記水晶片の端部を接着するための接着部用のスペースが確保しにくくなる、という問題もあった。
従って、前記水晶発振器では、容器本体の薄肉化を含む全体の小型化の要請に応えることが困難であった。
特開2012−129775号公報(第1〜7頁、図1〜7)
本発明は、背景技術において説明した問題点を解決し、水晶振動子を表面実装でき且つ電子部品をもキャビティ内に実装可能であって、パッケージ本体の薄肉化(低背化)、および該薄肉化を含む全体の小型化が確実に行えるパッケージを提供する、ことを課題とする。
課題を解決するための手段および発明の効果
本発明は、前記課題を解決するため、シール用の金属枠をロウ付けするための金属層と、水晶振動子を支持するための電極と、電子部品を実装するためのキャビティの開口部とを、絶縁材からなるパッケージ本体における同じ平面に形成する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明のパッケージ(請求項1)は、絶縁材からなり、平面視が矩形状の表面および裏面を有するパッケージ本体と、該パッケージ本体の表面の周辺部に沿って形成された平面視が枠状の金属層と、該金属層の上にロウ材を介して接合された平面視が枠状の金属枠と、上記金属層に囲まれたパッケージ本体の表面に形成された水晶振動子を搭載するための一対の電極パッドと、上記金属層に囲まれたパッケージ本体の表面のうち、上記一対の電極パッドを除いた位置に開口するキャビティの開口部と、を備え、上記金属層、一対の電極パッド、およびキャビティの開口部が同一平面に位置している、ことを特徴とする。
これによれば、前記パッケージ本体の表面の周辺部に沿って形成された枠状の金属層、上記パッケージ本体の表面に形成された水晶振動子を搭載するための一対の電極パッド、および、上記金属層に囲まれたパッケージ本体の表面のうち、上記一対の電極パッドを除いた位置に開口するキャビティの開口部の3つの部位が、同一平面である上記パッケージ本体の表面に位置している。そのため、パッケージ本体は、後述するように少なくとも2層の絶縁層によって形成可能であるので、該パッケージ本体の厚み全体を容易に薄肉化(低背化)することができる。
しかも、前記キャビティを形成するための打ち抜き時に、前記パッケージ本体の表面に打ち抜き位置のズレが生じていても、水晶振動子を搭載するための一対の前記電極パッドの配置に必要となるスペースを容易に確保することができる。更に、上下の絶縁層間に積層ズレが生じていても、上記金属層に囲まれたパッケージ本体の表面において、前記水晶振動子を搭載するための一対の電極パッドについて、これに必要とするスベースを確保することも容易である。
従って、水晶振動子を表面実装でき且つ電子部品も実装であって、パッケージ本体が薄肉で且つ全体が小型化されたパッケージを提供することが可能となる。
換言すれば、本発明のパッケージにおいては、前記キャビティを内設するパッケージ本体における複数の絶縁層のうち、最上層の絶縁層の表面上に、前記金属層および一対の電極パッドが形成されている、ことも特徴である。
尚、前記パッケージ本体を構成する絶縁材は、後述するように、2層のセラミック層あるいは2層の樹脂層を積層したものである。これらのうち、下層側のセラミック層または樹脂層は、前記キャビティの底面およびパッケージ本体の強度を維持するために必要な最小限の厚みとすることが推奨される。
また、前記金属層および一対の電極は、前記パッケージ本体の絶縁材がセラミックからなる場合には、該セラミックと同時焼成が可能なW、Mo、Cu、Agなどが用いられる。一方、パッケージ本体の絶縁材が樹脂からなる場合には、導電性ペーストを印刷した後、光(UV)照射または加熱による硬化処理されたCu、Agなどが用いられる。
更に、前記ロウ材には、例えば、Agロウが用いられる。
また、前記金属枠は、例えば、42アロイ(Fe−42%Ni)、コバール(Fe−29%Ni−17%Co)、194合金(Cu−2.3%Fe−0.03%P)、あるいは各種のステンレス鋼などからなる。
更に、前記枠状の金属層および枠状の金属枠は、平面視で矩形状、楕円形状、長円形状、あるいは、五角形以上の正多角形または変形多角形を呈する。
加えて、前記枠状の金属枠の表面上には、前記パッケージ本体の表面上に搭載された水晶振動子などを外部から封止するための金属蓋が追って取り付けられる。
また、本発明には、前記金属層と一対の電極パッドとの間に位置する前記パッケージ本体の表面には、上記金属層と一対の電極パッドとの間に沿った溝が形成されている、パッケージ(請求項2)も含まれる。
これによれば、前記金属層の印刷ズレや、該金属層上にロウ付けした際に金属枠の位置がパッケージ本体の表面上でズレていたことに起因して、あるいは、上記接合に用いるロウ材が局部的に過剰となったことに起因して、該ロウ材の一部が前記金属層に囲まれたパッケージ本体の表面上に流れ出ても、かかるロウ材が、前記溝によって、一対の電極パッドに不用意に接触する事態を確実に防ぐことができる。従って、水晶振動子の誤動作を防げると共に、前記パッケージ本体の同じ表面において、前記金属層と一対の電極パッドとを比較的接近した位置に配置できるので、パッケージ本体を小型化したパッケージとすることが容易となる。
尚、前記溝は、上層側のセラミック層、該セラミック層となるグリーンシート、あるいは樹脂層に対し、レーザ加工、金型の押し込み加工、またはナイフの挿入操作などによって形成される。このうち、上記レーザ加工による場合は、前記金属枠のロウ付け後に行っても良い。
また、前記溝の断面形状は、矩形状、V字形状、逆台形状などを呈すると共に、かかる溝全体の平面視における形状は、コ字形状、一対の対称なL字形状、あるいは単数または複数のI字形状を呈する。
更に、本発明には、前記パッケージ本体は、上下2層の絶縁層を積層してなり、前記キャビティは、上層側の絶縁層を貫通する貫通孔と、該貫通孔の底面を塞ぐ下層側の絶縁層の表面とから形成されている、パッケージ(請求項3)も含まれる。
これによれば、前記金属層、一対の電極パッド、およびキャビティの開口部をパッケージ本体の同じ表面に配置できると共に、上記キャビティの底面となる下層側の絶縁層の表面に実装すべき電子部品の実装用電極と接合すべき複数の端子を配置することができる。従って、厚み全体が可及的に薄肉化され、積層ズレによる悪影響の少ないパッケージ本体を備えたパッケージとすることができる。
尚、前記上下2層の絶縁層は、枠状のグリーンシートと平板のグリーンシートを積層し、前記金属層、一対の電極パッドなどと同時に焼成した2層のセラミック層、あるいは、下層側の樹脂板またはセラミック板の上に枠状の樹脂層を印刷形成した2層の樹脂層、あるいはセラミック層および樹脂層の積層体からなる。
加えて、本発明には、前記上層側の絶縁層を貫通する貫通孔の深さは、前記キャビティに実装される電子部品の厚みと、前記下層側の絶縁層の表面に形成される複数の実装用電極の厚みとの合計値よりも大である、パッケージ(請求項4)も含まれる。
これによれば、前記キャビティ内に電子部品を実装しても、該電子部品の上面(天井面)は、上記キャビティの開口部には達しない。そのため、該キャビティが開口する前記パッケージ本体の表面に水晶振動子の一端部を接合して支持した際において、上記水晶振動子の底部に対し上記電子部品の上面が接触しにくいので、該水晶振動子の正確な性能ないし動作を容易に保証することが可能となる。
尚、前記電子部品は、ICチップや半導体素子が例示される。
本発明による一形態のパッケージを示す平面図。 図1中のX−X線の矢視に沿った垂直断面図。 上記パッケージのキャビティに電子部品を実装した状態を示す概略図。 上記パッケージの応用形態のパッケージを示す平面図。 図4中のY−Y線の矢視に沿った垂直断面図。 上記パッケージの更なる応用形態を示す平面図。 上記パッケージの異なる変形形態を示す平面図。
以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
図1は、本発明による一形態のパッケージ1aを示す平面図、図2は、図1中のX−X線の矢視に沿った垂直断面図である。
上記パッケージ1aは、図1,図2に示すように、上下2層のセラミック層(絶縁層)c1,c2からなり、平面視が長方形状(矩形状)の表面3および裏面4を有するパッケージ本体2と、該パッケージ本体2の表面3の周辺部に沿って形成された平面視が矩形枠状の金属層12と、該金属層12の上にロウ材13を介して接合された平面視が矩形枠状の金属枠15と、を備えている。
尚、上記セラミック層c1,c2は、例えば、アルミナ(絶縁材)を主成分とし、上記金属層12は、W、Mo、またはそれらの何れか一方のベースとする合金からなり、該金属層12の表面にはNiおよびAuメッキ膜(何れも図示せず)が順次被覆されている。また、上記ロウ材13は、例えば、Agロウからなり、上記金属枠15は、例えば、コバールからなる。
上記金属層12に囲まれたパッケージ本体2の表面3における図1中の左側には、追って実装される図示しない水晶振動子の一端部側を接合して実装するための一対の電極14が形成されている。更に、該一対の電極14が形成された領域を除く上記表面3には、キャビティ7が開口している。上記一対の電極14もW、Mo、またはそれらの何れか一方のベースとする合金からなり、その表面にはNiおよびAuメッキ膜が順次被覆されている。
前記キャビティ7は、下層のセラミック層c2の表面である底面8と、上層のセラミックc1を貫通する平面視が矩形状の貫通孔の内面である四辺の側面9とからなり、上記底面8には、追って実装されるICチップやサーミスタ素子などの電子部品を実装するための複数の実装用電極10が配設されている。該実装用電極10も、前記金属層12と同様に、W、Mo、またはそれらの何れか一方のベースとする合金からなり、その表面にはNiおよびAuメッキ膜が順次被覆されている。尚、上記実装用電極10の総数は、2個以上の複数であれば、任意である。
更に、図1に示すように、パッケージ本体2の四辺の側面5,5間における各コーナ部には、平面視で中央側に凹む円弧形の凹部6が位置しており、該凹部6ごとの表面には、前記表面3と裏面4との間において凹部導体11が個別に形成されている、該凹部導体11は、前記複数の実装用電極10、あるいは前記一対の電極14の何れかと、図示しない内部配線を介して導通可能とされている。
尚、上記凹部導体11も、W、Mo、またはそれらの何れか一方のベースとする合金からなり、その上端部は、前記ロウ材13には接触していないが、何れかの凹部導体11では、接触していても良い。
図3は、前記パッケージ1aのキャビティ7内にICチップ(電子部品)16を追って実装した状態を示す前記図2と同様な垂直断面図である。
図3に示すように、キャビティ7の底面8に形成された複数の前記実装用電極10ごとの上には、前記同様のハンダ17を介して、ICチップ16の底面に位置する複数の電極(図示せず)が個別に接合される。この際、ICチップ16の上面は、パッケージ本体2の表面3よりも低い位置にある。
即ち、上記キャビティ7の深さ7dは、ICチップ16の厚みt1と、実装用電極10の厚みt2の合計値よりも大とされている(7d>(t1+t2))。厳密には、キャビティ7の深さ7dは、上記厚みt1,t2と、ハンダ17の厚みとの3つ厚みの合計値よりも大である。そのため、キャビティ7が開口する前記パッケージ本体2の表面3に形成された一対の電極パッド14に、追って水晶振動子の一端部を接合して実装された場合において、該水晶振動子の底部にICチップ16の上面が接触しにくいので、該水晶振動子の正確な性能を保証することができる。
前記のようなパッケージ1aは、以下のようにして製造される。
予め、多数個取り用である大判のグリーンシートを2枚用意し、それぞれの中央側に前記パッケージ本体2の上層側または下層側となる複数のパッケージ領域を平面視で縦横に沿って複数箇所ずつ設定し、該パッケージ領域ごとの内部に複数のビアホールを形成し、且つ隣接する4つのパッケージ領域間のコーナ部、および2つのパッケージ領域間と周辺の耳部とのコーナ部に貫通孔を形成した。更に、前記上層側のセラミック層c1となる複数のパッケージ領域を有するグリーンシートにおけるパッケージ領域ごとに平面視で矩形状の貫通孔を打ち抜いた。
次いで、上記2枚のグリーンシートごとに形成した上記ビアホーおよび貫通孔ごとに、WまたはMo粉末を含む導電性ペーストを充填あるいは表面印刷した。
次に、追って上層側のセラミック層c1となるパッケージ領域ごとにおける前記貫通孔の周囲の表面に対し、上記同様の導電性ペーストを、スクリーン印刷することにより、未焼成の一対の電極14と、これを囲み平面視が矩形枠状である未焼成の金属層12とを形成した。
更に、追って下層側のセラミック層c1となるパッケージ領域ごとの表面に、上記同様の導電性ペーストをスクリーン印刷して、未焼成である複数の実装用電極10を形成した。次に、前記2枚のグリーンシートを積層および圧着した後、得られたグリーンシート積層体を焼成した。次いで、焼成後のセラミック積層体を電解Niメッキ槽および電解Auメッキ槽に順次浸漬して、焼成後における複数の前記実装用電極10、金属層12、一対の電極14、および前記貫通孔ごとの内面に沿って形成された円筒形状の導体ごとの表面に対し、Niメッキ膜およびAuメッキ膜を順次被覆した。
そして、上記セラミック積層体を前記複数のパッケージ領域を区画する境界線に沿って、分割して個片化することで、複数の前記パッケージ1aが得られた。
前記のようなパッケージ1aによれば、前記パッケージ本体2の表面3の周辺部に沿って形成された矩形枠状の金属層12、パッケージ本体2の表面3に形成された水晶振動子を搭載するための一対の電極パッド14、および、金属層12に囲まれたパッケージ本体2の表面3のうち、上記一対の電極パッド14を除いた位置に開口するキャビティ7の開口部の3つの部位が、同一平面である上記パッケージ本体2の表面3に位置している。そのため、パッケージ本体2は、2層のセラミック層(絶縁層)c1,c2のみにより形成可能できるので、該パッケージ本体2の厚み全体を容易に薄肉化(低背化)することができる。
しかも、前記金属層12の上に接合すべき金属枠15の位置が、パッケージ本体2の表面3で横方向に沿ってズレが生じていたり、上下のセラミック層c1,c2間に積層ズレが生じていても、上記金属層12に囲まれたパッケージ本体2の表面3において、前記一対の電極パッド14の配置に必要となるスベースを容易に確保できる。
従って、水晶振動子を表面実装でき且つICチップ16も実装可能であって、パッケージ本体2が薄肉で且つ全体が小型化されたパッケージ1aが得られる。
図4は、前記パッケージ1aの応用形態のパッケージ1bを示す平面図、図5は、図4中Y−Y線の矢視に沿った垂直断面図である。
該パッケージ1bは、図4,図5に示すように、前記同様のパッケージ本体2、金属層12、金属枠15、一対の電極パッド14、、キャビティ7、および複数の実装用電極10を備え、上記金属層12、一対の電極パッド14、およびキャビティ7の開口部の3つの部位が同一平面であるパッケージ本体2の表面3に位置している。
更に、上記パッケージ1bは、上記金属層12と一対の電極パッド14との間に位置するパッケージ本体2の表面3に、該金属層12と一対の電極パッド14との間に沿って、平面視で全体がコ字形状を呈する溝18が形成されている。該溝18は、図4で縦に長い溝部21と、該溝部21の両端から横向きに延びた一対の短い溝部22とからなり、図5に示すように、断面がU字形状を呈している。
前記溝18を構成する溝部21,22は、追って前記上層側のセラミック層c1となるパッケージ領域を有するグリーンシートにおけるパッケージ領域ごとの表面に対し、レーザ加工を施すか、底面視でコ字形状の凸条が突設された金型を押圧するか、あるいは、1回または複数回にわたるナイフの挿入などによって形成される。尚、前記溝部21,22の断面形状は、V字形状、矩形状、あるいは逆台形状などであっても良い。
以上のようなパッケージ1bによれば、前記パッケージ1aによる効果に加えて、例えば、図5中における左側の金属層12の上に金属枠15を接合する際に、ロウ材13における一部のロウ材13aが上記金属層12の内側におけるパッケージ本体2の表面3上に流れ出ても、前記溝18によって、該ロウ材13aが一対の電極パッド14に不用意に接触する事態を確実に防止できる。従って、該電極パッド14に一端部が接合されて実装される図示しない水晶振動子の正確な動作を保証できる、という効果を更に奏することができる。
上記ロウ材13aの流れ出しは、ロウ材13が局部的に過剰となった場合や、前記金属層12の印刷ズレ、あるいは金属枠15の接合ズレなどにより生じるが、これらによっても、前記溝18により電極パッド14への接触を阻止できる。
図6は、前記パッケージ1bの応用形態であるパッケージ1b1を示す平面図である。
該パッケージ1b1は、図6に示すように、前記金属層12と一対の電極パッド14との間に位置するパッケージ本体2の表面3において、該金属層12と一対の電極パッド14との間に沿って、平面視で全体がヨ字形状を呈する溝19が形成されている。該溝19は、前記溝部21,22に加えて、縦の溝部21の中間から一対の電極パッド14間に位置するパッケージ本体2の表面3に横向きの溝部23を更に追加して形成したものである。
上記溝部23を加えることで、図6に示すように、一対の電極パッド14同士が互いに接近して形成されていても、該電極パッド14,14間におけるパッケージ本体2の表面3にも溝部23が形成されている。そのため、本パッケージ1b1によれば、前記パッケージ1bによる効果に加えて、前記一対の電極パッド14同士間における不用意なショートを確実に防ぐことが可能となる。
図7は、前記パッケージ1bの異なる変形形態であるパッケージ1b2を示す平面図である。
該パッケージ1b2は、図7に示すように、前記金属層12と一対の電極パッド14との間に位置するパッケージ本体2の表面3において、該金属層12と一対の電極パッド14ごととの間に沿って、平面視で全体がL字形状を呈する一対の溝20が対称に形成されている。該溝20は、何れも縦の短い溝部21aと、その一端から横向きに延びた溝部22とから構成されている。
上記一対の溝20を有する上記パッケージ1b2によっても、前記パッケージ1bと同様な効果を奏することができる。
尚、前記溝18〜20は、これらを構成する溝部21,21a,22,23を、互いに接続せずに、前記パッケージ本体2の表面3に個別に形成した形態としても良い。また、溝部21,21a,22の何れかのみからなる形態としても良い。
本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、前記パッケージ本体は、平面視で正方形状を呈する形態としても良い。
また、上記パッケージ本体を形成する絶縁材は、例えば、ポリイミドやエポキシなどの樹脂としても良い。かかる樹脂からなる上下2層の樹脂絶縁層は、例えば、下層側に銅箔張り樹脂板を適用し、該樹脂板の表面上に上層側の樹脂絶縁層となる絶縁性ペーストをスクリーン印刷やロール塗装などにて形成しても良い。
更に、前記金属層や金属枠は、平面視が前記矩形枠状を呈する形態に限らず、平面視が楕円枠形状、長円枠形状、あるいは、五角形以上の正多角形または変形多角形の枠形状を呈する形態としても良い。
また、前記ロウ材13は、前記Agロウに限らず、Auロウ、黄銅ロウ、あるいはAlロウなどを用いても良い。
更に、前記パッケージ本体2は、前記側面5,5間のコーナ部ごとに設けた前記凹部6や凹部導体11の一部あるいは全部を省略した形態としても良い。
加えて、前記キャビティは、前記パッケージ本体の同じ表面に個別に開口する2個以上を併設した形態としても良い。
本発明によれば、水晶振動子を表面実装でき且つ電子部品をもキャビティ内に実装可能であって、パッケージ本体の薄肉化(低背化)、および該薄肉化を含む全体の小型化が確実に行えるパッケージを確実に提供することができる。
1a,1b,1b1,1b2…パッケージ
2…………………………………パッケージ本体
3…………………………………表面
4…………………………………裏面
7…………………………………キャビティ
7d………………………………キャビティの深さ
8…………………………………キャビティの底面/下層の絶縁層の表面
9…………………………………キャビティの側面/貫通孔
10………………………………実装用電極
12………………………………金属層
13………………………………ロウ材
14………………………………一対の電極パッド
15………………………………金属枠
16………………………………ICチップ(電子部品)
18〜20………………………溝
c1,c2………………………セラミック層(絶縁層)
t1………………………………ICチップ(電子部品)の厚み
t2………………………………実装用電極の厚み

Claims (4)

  1. 絶縁材からなり、平面視が矩形状の表面および裏面を有するパッケージ本体と、
    上記パッケージ本体の表面の周辺部に沿って形成された平面視が枠状の金属層と、
    上記金属層の上にロウ材を介して接合された平面視が枠状の金属枠と、
    上記金属層に囲まれたパッケージ本体の表面に形成された水晶振動子を搭載するための一対の電極パッドと、
    上記金属層に囲まれたパッケージ本体の表面のうち、上記一対の電極パッドを除いた位置に開口するキャビティの開口部と、を備え、
    上記金属層、一対の電極パッド、およびキャビティの開口部が同一平面に位置している、
    ことを特徴とするパッケージ。
  2. 前記金属層と一対の電極パッドとの間に位置する前記パッケージ本体の表面には、上記金属層と一対の電極パッドとの間に沿った溝が形成されている、
    ことを特徴とする請求項1に記載のパッケージ。
  3. 前記パッケージ本体は、上下2層の絶縁層を積層してなり、前記キャビティは、上層側の絶縁層を貫通する貫通孔と、該貫通孔の底面を塞ぐ下層側の絶縁層の表面とから形成されている、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のパッケージ。
  4. 前記上層側の絶縁層を貫通する貫通孔の深さは、前記キャビティに実装される電子部品の厚みと、前記下層側の絶縁層の表面に形成される複数の実装用電極の厚みとの合計値よりも大である、
    ことを特徴とする請求項3に記載のパッケージ。
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