JP2015204426A

JP2015204426A - 電子部品収納用パッケージ

Info

Publication number: JP2015204426A
Application number: JP2014084300A
Authority: JP
Inventors: 小阪田　明義; Akiyoshi Kosakata; 明義小阪田; 佐藤　正和; Masakazu Sato; 正和佐藤; 賢治永瀬; Kenji Nagase
Original assignee: NGK Electronics Devices Inc
Current assignee: NGK Electronics Devices Inc
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2015-11-16
Anticipated expiration: 2034-04-16
Also published as: JP6328475B2

Abstract

【課題】大型化された電子部品であっても、フィレットへの乗り上がりを防止できる電子部品収納用パッケージを提供する。【解決手段】電子部品１１ら発生する熱を放散させるためのヒートシンク板１２と、この長手方向中央部上面を囲繞するようにしてろう付け接合されるセラミック枠体１３を有する電子部品収納用パッケージ１０において、セラミック枠体１３は、上、下層シート１６、１５接合体の額縁状からなりその内周側の下層シート１５の先端が上層シート１６の先端より額縁状外周側に引き下がる段差部１９と、下層シート１５下面にメタライズ膜１７及びその上面にめっき被膜１８を有し、間にろう材２０を介して接合するヒートシンク板１２を上面視して、セラミック枠体１３の額縁状内周側の上層シート１６先端の位置から露出するヒートシンク板１２上面がろう流れのない表面を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子等の電子部品を搭載する電子部品収納用パッケージに係り、より詳細には、電子部品から発生する高熱の熱放散性に優れる電子部品収納用パッケージに関する。

上記の電子部品収納用パッケージは、携帯電話基地局用のパワーアンプであるＬＤＭＯＳ（ＬａｔｅｒａｌｌｙＤｉｆｆｕｓｅｄＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等のような高熱を発生する半導体素子等の電子部品を搭載させるのに使用されている。
図２(Ａ）、（Ｂ）に示すように、従来の電子部品収納用パッケージ５０は、略長方形状の長手方向中央部上面に半導体素子等の電子部品５１を直接搭載してこの電子部品５１から発生する熱を放散させるための金属板からなるヒートシンク板５２を有している。また、この電子部品収納用パッケージ５０は、電子部品５１が載置される部位であるヒートシンク板５２の長手方向中央部上面を囲繞するようにしてろう付け接合される額縁状のセラミック枠体５３を有している。そして、電子部品収納用パッケージ５０は、ヒートシンク板５２の上面と、セラミック枠体５３の内周側壁面とで電子部品５１を収納するためのキャビティ部５４が形成されるようになっている。

この電子部品収納用パッケージ５０のセラミック枠体５３は、セラミック基板を刳り抜いたような１層シートの額縁状からなっている。そして、セラミック枠体５３は、メタライズ膜５５及びこの上にめっき被膜５６を設けた額縁状の下面全面と、ヒートシンク板５２との間をろう材５７で接合させている。また、セラミック枠体５３には、外部接続用リード端子５８の一方の端部側の大きさに対応するパターンからなるメタライズ膜５５ａ及びこの上にめっき被膜５６ａを設けた額縁状の上面に、外部接続用リード端子５８をろう材５７ａを介して接合させている。この外部接続用リード端子５８は、セラミック枠体５３の上面に一方の端部側をろう付け接合し、他方の端部側を水平に外側方向に延設させている。そして、電子部品収納用パッケージ５０は、キャビティ部５４に電子部品５１を搭載させ、電子部品５１と外部接続用リード端子５８との間をボンディングワイヤで電気的に接続状態とした後、蓋体でキャビティ部５４を塞ぐことで電子部品５１を気密に封止するようになっている。

上記の電子部品収納用パッケージ５０は、ヒートシンク板５２にセラミック枠体５３をろう材５７を介して接合させる時にろう材５７がセラミック枠体５３の接合部からキャビティ部５４底面であるヒートシンク板５２上に流れ出してろう流れ５９を形成している。そして、電子部品収納用パッケージ５０は、ろう流れ５９をエッチングで、セラミック枠体５３内壁近傍のろう材５７厚みの比較的厚い（約２０μｍ以上）部分であるフィレットの飛び出しがセラミック枠体５３の内周側壁面から０．２〜０．３ｍｍ程度になるくらいまで除去している。更に、電子部品収納用パッケージ５０には、外部に露出する金属部分に最終のＮｉめっき被膜、及びＡｕめっき被膜が形成されるが、めっき被膜を形成する時に、ろう材５７厚みの比較的薄い（約２０μｍを下回る）部分にろう材５７のエッチング除去残り滓を核として成長する小瘤であるめっき被膜のノジュールが形成されるようになっている。従来の電子部品収納用パッケージ５０は、搭載される電子部品５１がフィレットや、ノジュールに乗り上げて接合強度が低下する接合信頼性の低下を防止するためにフィレットや、ノジュール部分を避けるように電子部品５１が搭載されるようになっている。上記の電子部品収納用パッケージ５０は、キャビティ部５４が広い上に、搭載される電子部品５１が比較的小さいので、ヒートシンク板５２上のフィレットや、ノジュールに乗り上がらないようにして電子部品５１を搭載することができた。

しかしながら、近年、上記の電子部品収納用パッケージ５０に収納される電子部品５１自体は、性能向上のために大型化となっている。また、電子部品５１を収納する電子部品収納用パッケージ５０自体は、装置の小型化のために大型化が制限されている。従って、電子部品収納用パッケージ５０には、電子部品５１がセラミック枠体５３の内周側壁面近傍まで近接して搭載されるようになり、搭載される電子部品５１がフィレットや、ノジュールに乗り上げて接合信頼性の低下を引き起こしている。

そこで、従来の電子部品用パッケージ（上記の電子部品収納用パッケージに相当）には、電子部品を搭載するための電子部品搭載部を上面に有する放熱用金属板（上記のヒートシンク板に相当）と、この放熱用金属板の上面に接合され、電子部品を収容するための空間を内側に有する絶縁枠部材（上記のセラミック枠体に相当）と、この絶縁枠部材の放熱用金属板側の端部に設けられ、ろう材により放熱用金属板に接合される接合部と、この接合部と放熱用金属板との間に形成され、ろう材を溜めるためのろう材溜まり部と、を備えるものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。これによると、電子部品搭載部にろう材が流れ込むのを防止し、電子部品の接合強度が向上する電子部品収納用パッケージを提供できるとしている。

特開２０００−２３６０３４号公報

しかしながら、前述したような従来の電子部品収納用パッケージは、次のような問題がある。
特開２０００−２３６０３４号公報で開示される電子部品収納用パッケージは、セラミック枠体側から上面視して、セラミック枠体の額縁状内周側先端の位置から露出するヒートシンク板上面に大きなメニスカス形状からなるろう流れが発生してエッチングでは除去できない大きなフィレットや、めっき被膜にノジュールを形成し、大型化された電子部品では、フィレットや、ノジュールを避けて搭載させることが難しくなっている。また、この電子部品収納用パッケージは、セラミック枠体の額縁状内周側に段差部を設け、段差部端面にもメタライズ膜を設けたとしても、セラミック枠体側から上面視して、ヒートシンク板上面にはセラミック枠体の額縁状内周側の段差部先端位置から露出するろう流れが発生して大型化された電子部品をフィレットや、ノジュールを避けて搭載させることが難しくなっている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、大型化された電子部品であっても、フィレットや、ノジュールを避けて搭載させることができる電子部品収納用パッケージを提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る電子部品収納用パッケージは、実質的に長方形状金属板の長手方向中央部上面に電子部品を搭載して電子部品から発生する熱を放散させるためのヒートシンク板と、電子部品が載置される部位であるヒートシンク板の長手方向中央部上面を囲繞するようにしてろう付け接合される額縁状のセラミック枠体を有する電子部品収納用パッケージにおいて、セラミック枠体は、上、下層シート接合体の額縁状からなり額縁状内周側の下層シートの先端が上層シートの先端より額縁状外周側に引き下がる段差部と、下層シート下面にメタライズ膜及びメタライズ膜の上面にめっき被膜を有し、セラミック枠体の下層シート下面をめっき被膜との間にろう材を介して接合するヒートシンク板をセラミック枠体側から上面視して、セラミック枠体の額縁状内周側の上層シート先端の位置から露出するヒートシンク板上面がろう流れのない表面を有する。

ここで、上記の電子部品収納用パッケージは、セラミック枠体の額縁状内周側の下層シートの先端が上層シートの先端より額縁状外周側に０．１ｍｍを超えて引き下がる段差部を有するのがよい。

また、上記の電子部品収納用パッケージは、セラミック枠体の上、下層シート接合体の額縁状外周側の先端に面一からなる壁部を有し、額縁状内周側の下層シートの先端が上層シートの先端より上層シートの枠幅の２／３以下で引き下がる段差部を有するのがよい。

上記の電子部品収納用パッケージは、この電子部品収納用パッケージにおいて、セラミック枠体は、上、下層シート接合体の額縁状からなり額縁状内周側の下層シートの先端が上層シートの先端より額縁状外周側に引き下がる段差部と、下層シート下面にメタライズ膜及びメタライズ膜の上面にめっき被膜を有し、セラミック枠体の下層シート下面をめっき被膜との間にろう材を介して接合するヒートシンク板をセラミック枠体側から上面視して、セラミック枠体の額縁状内周側の上層シート先端の位置から露出するヒートシンク板上面がろう流れのない表面を有するので、大型化された電子部品をセラミック枠体の額縁状内周側の上層シート壁面に近接させてヒートシンク板上に接合させても、電子部品をフィレットや、ノジュールを避けて搭載できる電子部品収納用パッケージを提供することができる。

特に、上記の電子部品収納用パッケージは、セラミック枠体の額縁状内周側の下層シートの先端が上層シートの先端より額縁状外周側に０．１ｍｍを超えて引き下がる段差部を有するので、ヒートシンク板をセラミック枠体側から上面視して、セラミック枠体の額縁状内周側の上層シート先端の位置から露出するヒートシンク板上面がろう流れのない表面とする電子部品収納用パッケージを提供することができる。

また、特に、上記の電子部品収納用パッケージは、セラミック枠体の上、下層シート接合体の額縁状外周側の先端に面一からなる壁部を有し、額縁状内周側の下層シートの先端が上層シートの先端より上層シートの枠幅の２／３以下で引き下がる段差部を有するので、ヒートシンク板をセラミック枠体側から上面視して、セラミック枠体の額縁状内周側の上層シート先端の位置から露出するヒートシンク板上面がろう流れのない表面とすると共に、下層シート下面とヒートシンク板上面との接合強度を確保して気密信頼性の高い電子部品収納用パッケージを提供することができる。

（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る電子部品収納用パッケージの平面図、Ａ−Ａ’線縦断面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来の電子部品収納用パッケージの平面図、Ｂ−Ｂ’線縦断面図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施するための形態について説明し、本発明の理解に供する。
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る電子部品収納用パッケージ１０は、実質的に長方形状金属板の長手方向中央部上面にＬＤＭＯＳ等のような高熱を発生する半導体素子等の電子部品１１を搭載して、この電子部品１１から発生する熱を速やかに放散させるためのヒートシンク板１２を有している。また、この電子部品収納用パッケージ１０は、電子部品１１が載置される部位であるヒートシンク板１２の長手方向中央部上面を囲繞するようにしてろう付け接合される額縁状のセラミック枠体１３を有している。そして、電子部品収納用パッケージ１０は、ヒートシンク板１２と、セラミック枠体１３とで電子部品１１を収納するためのキャビティ部１４が形成されるようになっている。

上記のヒートシンク板１２は、熱伝導率が高く、放熱特性に優れるＣｕ系からなり、セラミック枠体１３とのろう付け接合時の熱膨張係数差によるパッケージの反りを緩和できる金属板を用いている。このヒートシンク板１２には、例えば、ポーラス状の熱膨張係数がセラミックと近似するタングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）の高融点金属からなる金属板に、熱伝導率に優れるＣｕを含浸させるＣｕ−Ｗ系、Ｃｕ−Ｍｏ系の複合金属板等がある。また、このヒートシンク板１２には、ＣｕとＭｏからなるＣｕ−Ｍｏ系の合金金属板等がある。更には、ヒートシンク板１２には、Ｍｏ板の両面にＣｕ板をクラッドしたＣｕ−Ｍｏ−Ｃｕの接合金属板や、あるいは、Ｃｕ−Ｍｏ系複合金属板の両面にＣｕ板をクラッドしたＣｕ／Ｃｕ−Ｍｏ／Ｃｕの接合金属板からなる金属板等がある。

一方、上記のセラミック枠体１３は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックからなる下層シート１５と、上層シート１６用のセラミックグリーンシートを用いている。このセラミックグリーンシートは、個片体のセラミック枠体１３が複数個配列する集合体として形成するために大型のセラミックグリーンシートとなっている。下層シート１５用のセラミックグリーンシートの下面には、スクリーン印刷機を用いてタングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属からなる導電性ペーストで個片体用のメタライズ膜１７とするためのリング状のパターンからなるメタライズ印刷膜を形成している。また、上層シート１６用のセラミックグリーンシートの上面には、同様に、スクリーン印刷機を用いてＷや、Ｍｏ等の高融点金属からなる導電性ペーストで個片体用のメタライズ膜１７ａとするための所望のパターンからなるメタライズ印刷膜を形成している。次に、上、下層シート１６、１５用のそれぞれのセラミックグリーンシートには、キャビティ部１４用に額縁状内周側のパターン形状になるように貫通孔を設けている。

上記の貫通孔は、下層シート１５用のセラミックグリーンシートに設ける貫通孔の大きさが、上層シート１６用のセラミックグリーンシートに設ける貫通孔の大きさより大きくなっている。この上、下層シート１６、１５用のそれぞれのセラミックグリーンシートは、上、下に重ね合わせて温度と圧力を掛けて貼り合わせ、積層体に形成している。次に、この個片体が多数個集合する集合体の積層体には、焼成後に分割して個片体のセラミック枠体１３が得られるように、個片体の外周となる位置の縦、横方向に分割溝用の押圧溝を設けている。そして、集合体の積層体は、還元性雰囲気中の１５００℃〜１７００℃程度の高温でセラミックグリーンシートと、メタライズ印刷膜を同時焼成して下層シート１５側にメタライズ膜１７と、上層シート１６側にメタライズ膜１７ａを有する個片体が分割溝で区分されて複数個配列する焼成体を形成している。更に、個片体が複数個配列する焼成体には、それぞれのメタライズ膜１７、１７ａにＮｉの電解めっきによってめっき被膜１８、１８ａを設けた後、分割溝で分割することで、複数個の個片体のセラミック枠体１３を形成している。

上記のセラミック枠体１３は、下層シート１５と、上層シート１６の接合体の額縁状からなり、この額縁状内周側の上層シート１６の先端が下層シート１５の先端より額縁状外周側に引き下がる段差部１９を有している。また、セラミック枠体１３は、下層シート１５の下面全面にメタライズ膜１７及びその上面にＮｉからなるめっき被膜１８と、上層シート１６の上面にパターン形状からなるメタライズ膜１７ａ及びその上面にＮｉからなるめっき被膜１８ａを有している。そして、上記の電子部品収納用パッケージ１０は、ヒートシンク板１２の長手方向中央部上面を囲繞するように、間にＡｇＣｕろう等のろう材２０を介してセラミック枠体１３の下層シート１５下面のめっき被膜１８を当接させ、非酸化性雰囲気中の７８０℃程度で加熱することでヒートシンク板１２上にセラミック枠体１３をろう付け接合している。

この電子部品収納用パッケージ１０は、セラミック枠体１３の下層シート１５の額縁状内周側壁面にメタライズ膜１７及びその上面にＮｉからなるめっき被膜１８が形成されていない。これによって、この電子部品収納用パッケージ１０は、ろう付け接合時の裾野形状であるメニスカスが小さくなり、ヒートシンク板１２と、セラミック枠体１３の接合部からキャビティ部１４内に流れ出すろう材２０のろう流れ２１が小さくなっている。また、この電子部品収納用パッケージ１０は、ろう流れ２１をエッチングしてろう材２０厚みが比較的厚い（約２０μｍ以上）部分であるフィレット（図示せず）や、最終の仕上げめっき被膜を形成する時のろう材２０厚みの比較的薄い（約２０μｍを下回る）部分に成長するめっき被膜のノジュール（図示せず）が非常に小さい状態となっている。従って、この電子部品収納用パッケージ１０は、ヒートシンク板１２をセラミック枠体１３側から上面視して、セラミック枠体１３の額縁状内周側の上層シート１６先端の位置から露出するヒートシンク板１２上面にろう流れ２１自体が確認できない表面となっている。

また、上記の電子部品収納用パッケージ１０は、セラミック枠体１３の上層シート１６の額縁状上面の外部接続用リード端子２２の一方の端部側が余裕を持って接合できるパターンからなるメタライズ膜１７ａ及びこの上面にＮｉのめっき被膜１８ａを設けた上面に、外部接続用リード端子２２を上記と同じろう材２０を介して接合している。この外部接続用リード端子２２は、セラミックと熱膨張係数が近似するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金や、Ｆｅ−Ｎｉ系合金等を用いた金属板からなり、セラミック枠体１３の上層シート１６の上面に一方の端部側をろう付け接合し、他方の端部側を水平に外側方向に延設させている。外部接続用リード端子２２のセラミック枠体１３へのろう付け接合は、通常、セラミック枠体１３のヒートシンク板１２へのろう付け接合時に同時に行っている。

上記の電子部品収納用パッケージ１０は、外部に露出する金属部分に最終の仕上げめっき被膜であるＮｉめっき被膜（図示せず）、及びＡｕめっき被膜（図示せず）を形成した後、キャビティ部１４のヒートシンク板１２上に電子部品１１をセラミック枠体１３の上層シート１６の額縁状内周側壁面に近接して搭載させたとしても、電子部品１１の当接部にはろう流れ２１自体がないので、電子部品１１の接合強度が高く接合信頼性に優れるパッケージを提供できる。従って、この電子部品収納用パッケージ１０は、パッケージの形状を大きくすることなく、電子部品１１の搭載エリアが広く、接合信頼性の高いパッケージを提供できる。

なお、上記の電子部品収納用パッケージ１０は、絶縁性のセラミック枠体１３によって外部接続用リード端子２２とヒートシンク板１２との間の電気的導通を遮断し、キャビティ部１４に電子部品１１を搭載させた後、電子部品１１と外部接続用リード端子２２との間をボンディングワイヤで電気的に接続状態としている。そして、電子部品収納用パッケージ１０は、キャビティ部１４を蓋体で塞ぐことで電子部品１１を気密に封止するようになっている。

上記の電子部品収納用パッケージ１０は、セラミック枠体１３の額縁状内周側の下層シート１５の先端が上層シート１６の先端より額縁状外周側に０．１ｍｍ程度引き下がる段差部１９の場合には、ヒートシンク板１２をセラミック枠体１３側から上面視して、ヒートシンク板１２上面のフィレットの飛び出しが０．１５ｍｍ程度あることと、ノジュールの発生率が０．２７％程度あることが確認されている。また、上記の電子部品収納用パッケージ１０は、セラミック枠体１３の額縁状内周側の下層シート１５の先端が上層シート１６の先端より額縁状外周側に０．２ｍｍ程度引き下がる段差部１９の場合には、ヒートシンク板１２をセラミック枠体１３側から上面視して、ヒートシンク板１２上面のフィレットの飛び出しがないことと、ノジュールの発生率が０％であることが確認されている。従って、上記の電子部品収納用パッケージ１０は、セラミック枠体１３の額縁状内周側の下層シート１５の先端が上層シート１６の先端より額縁状外周側に０．１ｍｍを超えて引き下がる段差部１９を有するのがよく、好ましくは、０．２ｍｍ以上引き下がる段差部１９を有するのがよい。

なお、上記の電子部品収納用パッケージ１０は、セラミック枠体１３の額縁状内周側の下層シート１５の先端が上層シート１６の先端より額縁状外周側に０．１ｍｍ以下で引き下がる段差部１９の場合には、フィレットや、ノジュール上に電子部品１１が乗り上がるのを防止できなく、電子部品１１の接合信頼性を確保することができなくなる。

上記の電子部品収納用パッケージ１０は、セラミック枠体１３の上層シート１６と、下層シート１５の接合体の額縁状外周側の先端に面一からなる壁部を有し、下層シート１５の枠幅が上層シート１６の枠幅の１／３以上あれば、ヒートシンク板１２とセラミック枠体１３で形成されるキャビティ部１４の気密信頼性を確保できる。従って、上記の電子部品収納用パッケージ１０は、セラミック枠体１３の上層シート１６と、下層シート１５の接合体の額縁状外周側の先端に面一からなる壁部を有し、額縁状内周側の下層シート１５の先端が上層シート１６の先端より上層シート１６の枠幅の２／３以下で引き下がる段差部１９を有するのがよい。

本発明の電子部品収納用パッケージは、シリコンや、ガリウム砒素電界効果トランジスタ等の、高出力の半導体素子等の電子部品を実装させて、例えば、ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）基地局用等の電子装置とするのに用いることができる。

１０：電子部品収納用パッケージ、１１：電子部品、１２：ヒートシンク板、１３：セラミック枠体、１４：キャビティ部、１５：下層シート、１６：上層シート、１７、１７ａ：メタライズ膜、１８、１８ａ：めっき被膜、１９：段差部、２０：ろう材、２１：ろう流れ、２２：外部接続用リード端子

Claims

実質的に長方形状金属板の長手方向中央部上面に電子部品を搭載して該電子部品から発生する熱を放散させるためのヒートシンク板と、前記電子部品が載置される部位である前記ヒートシンク板の前記長手方向中央部上面を囲繞するようにしてろう付け接合される額縁状のセラミック枠体を有する電子部品収納用パッケージにおいて、
前記セラミック枠体は、上、下層シート接合体の額縁状からなり該額縁状内周側の前記下層シートの先端が前記上層シートの先端より前記額縁状外周側に引き下がる段差部と、前記下層シート下面にメタライズ膜及び該メタライズ膜の上面にめっき被膜を有し、前記セラミック枠体の前記下層シート下面を前記めっき被膜との間にろう材を介して接合する前記ヒートシンク板を前記セラミック枠体側から上面視して、前記セラミック枠体の前記額縁状内周側の前記上層シート先端の位置から露出する前記ヒートシンク板上面が前記ろう流れのない表面を有することを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
請求項１記載の電子部品収納用パッケージにおいて、前記セラミック枠体の前記額縁状内周側の前記下層シートの先端が前記上層シートの先端より前記額縁状外周側に０．１ｍｍを超えて引き下がる前記段差部を有することを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
請求項１、又は２記載の電子部品収納用パッケージにおいて、前記セラミック枠体の前記上、下層シート接合体の前記額縁状外周側の先端に面一からなる壁部を有し、前記額縁状内周側の前記下層シートの先端が前記上層シートの先端より前記上層シートの枠幅の２／３以下で引き下がる前記段差部を有することを特徴とする電子部品収納用パッケージ。