JP2016163005A - パッケージ用部品、電子部品および電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パッケージ内部を確実に気密封止できるとともに、接合状態の確認を容易に行えるパッケージ用部品を提供する。【解決手段】パッケージ用部品２は、重ね合わせて接合されるベース基板１１およびリッド基板１２と、ベース基板１１の角部に形成された切欠部１３と、ベース基板１１およびリッド基板１２の重ね合わせ方向から見て、ベース基板１１の外縁に沿うように配置されるとともに切欠部１３に対応する位置において分断される接合材１４と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、パッケージ用部品、電子部品および電子部品の製造方法に関するものである。

従来、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の素子をパッケージに収容した電子部品がある。パッケージとしては、キャビティ構造を有する中空パッケージがある。例えば特許文献１には、電子部品を納めるためのキャビティを有する電子部品パッケージであって、実装面を有し、電子部品が実装された回路基板と、電子部品が実装された実装領域を取り囲むように実装面上に形成された環状の接合パターンと、回路基板との間にキャビティが形成されるような形状を有するリッドと、接合パターンとリッドの接合面とを接合するはんだ層と、を備える電子部品パッケージが開示されている。

ところで、パッケージに収容される素子は、一般的に水分に弱く、高湿環境に曝されることで特性が劣化することがある。このため、通常のパッケージは、キャビティを気密封止することで、キャビティ内に水分が侵入することを防止している。キャビティの気密封止は、一対の基板の間に、環状に設けられた高融点はんだ等の接合材を挟んだ状態で、一対の基板を重ね合わせて接合することで実現される。

特許第５３７２１７５号公報

しかしながら、キャビティを気密封止する際に、接合材に含まれる成分の揮発により、キャビティの内圧が上昇することがある。これにより、一対の基板を接合する接合材には、パッケージ内外の差圧が作用する。特に、接合材が高融点はんだである場合には、接合材を溶融させるために一対の基板を加熱するため、接合材に含まれる成分の揮発に加え、キャビティ内のガスの膨張も発生し、パッケージ内外の差圧が大きくなる。このとき、接合材が流動性を有する状態であると、接合材にパッケージの内外を連通する隙間（以下、「リークパス」という。）が形成され、キャビティを気密封止できない場合がある。しかも、接合材に形成されるリークパスは微小であることが多く、リークパスが形成される位置も規則性がないため、一対の基板の接合状態を確認することは困難である。したがって、従来のパッケージにあっては、接合状態を確認しつつパッケージ内部を確実に気密封止するという点で課題がある。

そこで本発明は、パッケージ内部を確実に気密封止できるとともに、接合状態の確認を容易に行えるパッケージ用部品、電子部品および電子部品の製造方法を提供するものである。

本発明のパッケージ用部品は、重ね合わせて接合される第１基板および第２基板と、前記第１基板の角部に形成された切欠部と、前記第１基板および前記第２基板の重ね合わせ方向から見て、前記第１基板の外縁に沿うように配置されるとともに前記切欠部に対応する位置において分断される接合材と、を備えることを特徴とする。
ここで、第１基板と第２基板とを接合する過程において、第１基板と第２基板とを重ね合わせた状態を「接合初期状態」という。また、重ね合わせた第１基板と第２基板との間に介在する接合材が濡れ広がる状態を「接合後期状態」という。
本発明によれば、接合材が切欠部に対応する位置において分断されているため、パッケージを形成する際に、パッケージ用部品は、接合初期状態において、第１基板の切欠部と第２基板との間に接合材が存在しない隙間を有する。このため、接合初期状態において、切欠部と第２基板との隙間を通じてガスを通流させることにより、第１基板と第２基板との接合時に生じるパッケージ内外の差圧を解消して、接合材にリークパスが形成されることを防止できる。また、接合後期状態において、接合材を濡れ広がらせることで切欠部と第２基板との隙間を閉塞することができ、パッケージ内部を気密封止することができる。しかも、切欠部が第１基板の角部に形成されているため、作業者が第１基板の切欠部と第２基板との隙間の有無を容易に視認できる。これにより、作業者は、切欠部と第２基板との隙間が閉塞されているか否かの確認を容易に行うことができる。したがって、パッケージ内部を確実に気密封止できるとともに、接合状態の確認を容易に行えるパッケージ用部品が得られる。

上記のパッケージ用部品において、前記接合材は、高融点はんだであり、前記切欠部には、金属膜が形成されている、ことが望ましい。
本発明によれば、接合材が高融点はんだであり、切欠部には金属膜が形成されているため、金属膜に対する高融点はんだの濡れ性により、切欠部と第２基板との隙間を閉塞しつつ、接合材を切欠部の金属膜上に濡れ広がらせることができる。このため、作業者は、切欠部上を濡れ広がる接合材を観察することで、切欠部と第２基板との隙間が閉塞されているか否かの確認を容易に行うことができる。したがって、接合状態の確認を容易に行える。

本発明の電子部品は、上記のパッケージ用部品と、前記パッケージ用部品に収容された素子と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、上記のパッケージ用部品を備えることで、パッケージ内部を確実に気密封止できるとともに、接合状態の確認を容易に行える電子部品が得られる。

本発明の電子部品の製造方法は、上記の電子部品の製造方法であって、前記第１基板および前記第２基板のうち一方に前記素子を実装する実装工程と、前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合工程と、を備え、前記接合工程は、前記接合材を介在させて前記第１基板と前記第２基板とを重ね合わせる重ね合わせ工程と、前記接合材により前記切欠部と前記第２基板との隙間を閉塞させる封止工程と、前記切欠部と前記第２基板との隙間を閉塞した前記接合材を確認する接合状態確認工程と、を有する、ことを特徴とする。
本発明によれば、接合工程が重ね合わせ工程と封止工程とを有するため、封止工程を行う前に切欠部と第２基板との隙間を通じてガスを通流させることでパッケージ内外の差圧を解消できる。これにより、封止工程を行う際にリークパスが形成されることを抑制できる。また、第１基板の角部に形成された切欠部と第２基板との隙間が接合材により閉塞されているか否かの確認を接合状態確認工程において確認できる。したがって、切欠部と第２基板との隙間を閉塞してパッケージ内部を確実に気密封止できるとともに、接合状態の確認を容易に行うことができる。

本発明によれば、接合材が切欠部に対応する位置において分断されているため、パッケージを形成する際に、パッケージ用部品は、接合初期状態において、第１基板の切欠部と第２基板との間に接合材が存在しない隙間を有する。このため、接合初期状態において、切欠部と第２基板との隙間を通じてガスを通流させることにより、第１基板と第２基板との接合時に生じるパッケージ内外の差圧を解消して、接合材にリークパスが形成されることを防止できる。また、接合後期状態において、接合材を濡れ広がらせることで切欠部と第２基板との隙間を閉塞することができ、パッケージ内部を気密封止することができる。しかも、切欠部が第１基板の角部に形成されているため、作業者が第１基板の切欠部と第２基板との隙間の有無を容易に視認できる。これにより、作業者は、切欠部と第２基板との隙間が閉塞されているか否かの確認を容易に行うことができる。したがって、パッケージ内部を確実に気密封止できるとともに、接合状態の確認を容易に行えるパッケージ用部品が得られる。

電子部品の外観斜視図である。 電子部品の分解斜視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 電子部品の製造方法を示すフローチャートである。 電子部品を下側から見た斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（電子部品）
図１は、電子部品の外観斜視図である。図２は、電子部品の分解斜視図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
図１から図３に示すように、電子部品１は、内部に気密封止されたキャビティＣを形成するパッケージ用部品２と、パッケージ用部品２に収容された素子３と、を備えている。

（パッケージ用部品）
パッケージ用部品２は、重ね合わせて接合されるベース基板１１（請求項の「第１基板」に相当。）およびリッド基板１２（請求項の「第２基板」に相当。）と、ベース基板１１に形成された切欠部１３と、接合材１４と、を備えている。パッケージ用部品２は、接合材１４を介在させた状態でベース基板１１とリッド基板１２とを重ね合わせて接合することで、パッケージ１０となる。なお、図２は、ベース基板１１およびリッド基板１２（以下、「各基板１１，１２」という場合がある。）の接合前の状態を示しており、接合材１４が後述する加熱溶融される前の状態となっている。
また、以下の説明では、パッケージ１０の厚さ方向におけるベース基板１１側を下方といい、リッド基板１２側を上方という。

図２に示すように、ベース基板１１は、例えばアルミナを含む高温焼成セラミック等により形成された矩形状の板材である。なお、ベース基板１１は、例えばガラスセラミックスを含む低温焼成セラミック基板や、高耐熱ガラスエポキシ基板等であってもよい。

ベース基板１１の上面には、複数の内部電極１５が形成されている。ベース基板１１の下面には、複数の外部電極１６（図３参照）が形成されている。内部電極１５と外部電極１６とは、ベース基板１１を厚さ方向に貫通する不図示の貫通電極により接続されている。内部電極１５、外部電極１６および貫通電極（以下、「各電極」という場合がある。）は、電極下地膜と、電極下地膜上に形成された電極上地膜と、を有する。電極下地膜は、例えばタングステンやモリブデン等の金属膜であり、例えば印刷や焼成等により形成されている。電極上地膜は、例えばめっきによりニッケルおよび金をこの順に積層した積層膜や、スパッタリングや蒸着によりチタン、プラチナおよび金をこの順に積層した積層膜等により形成されている。

切欠部１３は、ベース基板１１の４箇所の角部のうち１箇所の角部に形成されている。切欠部１３は、平面視１／４円弧状を呈し、ベース基板１１の厚さ方向の全体に亘って一様に形成されている。切欠部１３は、ウエハ状のセラミック基板を格子状に切断してベース基板１１を形成する際の、切断位置の基準となるスルーホールが４分割されることで形成される。
切欠部１３の表面全体には、下地金属膜１７（請求項の「金属膜」に相当。）が形成されている。下地金属膜１７は、上述の各電極と同様に形成され、例えば最表面が金により形成されている。

ベース基板１１の上面には、接合下地膜１８が形成されている。接合下地膜１８は、下地金属膜１７と同様に形成されている。接合下地膜１８は、ベース基板１１の上面において、平面視でベース基板１１の外縁に沿うように所定幅で配置されるとともに切欠部１３において分断されて開口した矩形枠状に形成されている。接合下地膜１８の幅は、平面視における切欠部１３の曲率半径よりも小さくなっている。接合下地膜１８は、下地金属膜１７と連続して形成されている。

接合材１４は、接合下地膜１８上に形成されている。すなわち、接合材１４は、平面視でベース基板１１の外縁に沿うように配置されるとともに切欠部１３に対応する位置において分断されている。これにより、ベース基板１１の上面と切欠部１３とを接続する稜線上には、接合材１４が配置されていない部分が形成されている。接合材１４は、例えば鉛系や金系、亜鉛系の高融点はんだ等が好適である。接合材１４は、接合下地膜１８上に印刷により配置された後、リフローにより溶融されることで、接合下地膜１８に密着している。なお、接合材１４の表面には、後述するベース基板１１とリッド基板１２との接合時におけるリッド基板１２への接合材１４の濡れ性向上を図るために、フラックスが塗布されていてもよい。

図３に示すように、リッド基板１２は、下面が上方に凹となるように凹み形成された平面視矩形状の板材である。リッド基板１２は、線膨張率がベース基板１１を形成する材料に近い材料により形成されることが好ましく、例えばコバールや４２アロイ、パーマロイＢ等の金属材料が好適である。リッド基板１２は、例えばプレス加工やエッチング加工等により形成されている。リッド基板１２の外形形状は、平面視においてベース基板１１の外形形状と略一致している。リッド基板１２は、外周に沿って形成された平面視矩形枠状のフランジ部１２ａと、フランジ部１２ａに囲まれるとともに上方に向かって凹む凹部１２ｂと、を有する。

リッド基板１２のフランジ部１２ａは、リッド基板１２をベース基板１１に重ね合わせた状態で、平面視においてベース基板１１に配置された接合材１４に重なるとともに切欠部１３の全体と重なるように形成されている。フランジ部１２ａの幅は、接合下地膜１８および接合材１４の幅よりも大きく、かつ平面視における切欠部１３（図１参照）の曲率半径よりも小さくなっている。リッド基板１２の凹部１２ｂは、ベース基板１１とリッド基板１２とが重ね合わされることで、ベース基板１１の上面とともにキャビティＣを形成する。なお、リッド基板１２の下面には、リッド基板１２と接合材１４との接合性を高めるために、金や銀、パラジウム等の金属膜を形成してもよい。

（素子）
素子３は、各基板１１，１２が接合された状態において、キャビティＣ内に収容されている。素子３は、例えばＣＭＯＳ−ＩＣであって、より詳細には例えばボルテージレギュレータ等である。図２に示すように、素子３は、電子回路や電極パッド３２が形成された回路面３１を上方に向けた状態で、ベース基板１１の上面における中央部にダイボンディング実装されている。ダイボンディング用の接着剤としては、絶縁性材料であっても導電性材料であってもよく、例えば樹脂等を用いることができる。さらに、素子３の電極パッド３２は、ワイヤーボンディングによりベース基板１１上の内部電極１５に接続されている。ワイヤーボンディング用のワイヤーは、例えば金や金合金、銀、銀合金等が用いられる。

（電子部品の製造方法）
次に、電子部品１の製造方法について説明する。なお、以下の説明における電子部品１の各構成部品の符号については、図１から図３を参照されたい。
図４は、電子部品の製造方法を示すフローチャートである。
図４に示すように、本実施形態の電子部品１の製造方法は、ベース基板１１に素子３を実装する実装工程Ｓ１０と、ベース基板１１とリッド基板１２とを接合する接合工程Ｓ２０と、切欠部１３とリッド基板１２との隙間を閉塞した接合材１４を確認する接合状態確認工程Ｓ３０と、を備えている。

最初に実装工程Ｓ１０を行う。
実装工程Ｓ１０では、予め各電極、下地金属膜１７、接合下地膜１８等が形成されるとともに、接合材１４が配置されたベース基板１１に対して、素子３をダイボンディング実装する。このとき、素子３は、回路面３１がベース基板１１の上面とは反対側（上側）を向くように配置される。次いで、素子３の電極パッド３２とベース基板１１の内部電極１５とをワイヤーボンディングにより接続する。これにより、ベース基板１１への素子３の実装が完了する。

次に、接合工程Ｓ２０を行う。
接合工程Ｓ２０は、接合材１４を介在させてベース基板１１とリッド基板１２とを重ね合わせる重ね合わせ工程Ｓ２１と、接合材１４を加熱溶融させる加熱工程Ｓ２３と、接合材１４により切欠部１３とリッド基板１２との隙間を閉塞させる封止工程Ｓ２５と、を有する。

接合工程Ｓ２０では、最初に重ね合わせ工程Ｓ２１を行う。重ね合わせ工程Ｓ２１では、リッド基板１２を平面視でベース基板１１と重なるように重ね合わせる。これにより、リッド基板１２のフランジ部１２ａがベース基板１１上の接合材１４に重なるとともに、リッド基板１２の凹部１２ｂがベース基板１１上の素子３を覆う。このとき、接合材１４は、平面視で切欠部１３に対応する位置に置いて分断されているため、ベース基板１１の切欠部１３とリッド基板１２のフランジ部１２ａとの間には、接合材１４が介在していない隙間が形成されている。

続いて加熱工程Ｓ２３を行う。加熱工程Ｓ２３では、重ね合わせた各基板１１，１２を、加熱炉に入れる等して加熱し、ベース基板１１とリッド基板１２のフランジ部１２ａとの間に介在する接合材１４を加熱する。これにより接合材１４は溶融し、ベース基板１１とリッド基板１２とが接合される。

図５は、電子部品を下側から見た斜視図である。
続いて封止工程Ｓ２５を行う。封止工程Ｓ２５では、加熱工程Ｓ２３に続き、接合材１４の加熱を継続して行う。すると、図５に示すように、溶融した接合材１４が、ベース基板１１とリッド基板１２のフランジ部１２ａとの間からしみ出す。これにより接合材１４は、ベース基板１１の切欠部１３とリッド基板１２のフランジ部１２ａとの間を閉塞するように濡れ広がるとともに、切欠部１３上を濡れ広がる。このとき、切欠部１３の表面には、下地金属膜１７が形成されているため、溶融した接合材１４は切欠部１３上を容易に濡れ広がることができる。次いで、接合材１４の加熱を停止し、溶融した接合材１４を凝固させる。これにより、接合材１４がベース基板１１とリッド基板１２との間において各基板１１，１２の外縁全周に沿うように介在する状態となり、各基板１１，１２はキャビティＣを気密封止した状態で接合される。
なお、加熱工程Ｓ２３および封止工程Ｓ２５は、加熱炉内を真空雰囲気または窒素等の不活性ガス雰囲気として行ってもよい。

次に、接合状態確認工程Ｓ３０を行う。
接合状態確認工程Ｓ３０では、封止工程Ｓ２５においてベース基板１１の切欠部１３とリッド基板１２のフランジ部１２ａとの間を閉塞するように濡れ広がった接合材１４を目視確認する。
以上により、キャビティＣが気密封止された電子部品１の製造が完了する。

このように、本実施形態のパッケージ用部品２は、重ね合わせて接合される各基板１１，１２と、ベース基板１１の角部に形成された切欠部１３と、各基板１１，１２の重ね合わせ方向から見て、ベース基板１１の外縁に沿うように配置されるとともに切欠部１３に対応する位置において分断される接合材１４と、を備える。
ここで、各基板１１，１２を接合する過程において、ベース基板１１とリッド基板１２とを重ね合わせた状態を「接合初期状態」という。また、重ね合わせたベース基板１１とリッド基板１２との間に介在する接合材１４が濡れ広がる状態を「接合後期状態」という。
この構成によれば、接合材１４が切欠部１３に対応する位置において分断されているため、パッケージ１０を形成する際に、パッケージ用部品２は、接合初期状態において、ベース基板１１の切欠部１３とリッド基板１２との間に接合材１４が存在しない隙間を有する。このため、接合初期状態において、切欠部１３とリッド基板１２との隙間を通じてガスを通流させることにより、ベース基板１１とリッド基板１２との接合時に生じるパッケージ１０の内外の差圧を解消して、接合材１４にリークパスが形成されることを防止できる。また、接合後期状態において、接合材１４を濡れ広がらせることで切欠部１３とリッド基板１２との隙間を閉塞することができ、キャビティＣを気密封止することができる。しかも、切欠部１３がベース基板１１の角部に形成されているため、作業者がベース基板１１の切欠部１３とリッド基板１２のフランジ部１２ａとの隙間の有無を容易に視認できる。これにより、作業者は、切欠部１３とリッド基板１２との隙間が閉塞されているか否かの確認を容易に行うことができる。したがって、キャビティＣを確実に気密封止できるとともに、接合状態の確認を容易に行えるパッケージ用部品２が得られる。

また、接合材１４が高融点はんだであり、切欠部１３には下地金属膜１７が形成されている。このため、切欠部１３の表面がセラミックや樹脂により形成されている場合と比較して、下地金属膜１７に対する高融点はんだの濡れ性により、切欠部１３とリッド基板１２との隙間を閉塞しつつ、接合材１４を切欠部１３の下地金属膜１７上に濡れ広がらせることができる。このため、作業者は、切欠部１３上を濡れ広がる接合材１４を観察することで、切欠部１３とリッド基板１２との隙間が閉塞されているか否かの確認を容易に行うことができる。したがって、接合状態の確認を容易に行える。

また、本実施形態の電子部品１は、上記のパッケージ用部品２を備えている。このため、キャビティＣを確実に気密封止できるとともに、接合状態の確認を容易に行える電子部品１が得られる。

また、本実施形態の電子部品１の製造方法は、接合工程Ｓ２０が重ね合わせ工程Ｓ２１と封止工程Ｓ２５とを有するため、封止工程Ｓ２５を行う前に切欠部１３とリッド基板１２との隙間を通じてガスを通流させることでパッケージ１０の内外の差圧を解消できる。これにより、封止工程Ｓ２５を行う際にリークパスが形成されることを抑制できる。また、ベース基板１１の角部に形成された切欠部１３とリッド基板１２との隙間が接合材１４により閉塞されているか否かの確認を接合状態確認工程Ｓ３０において確認できる。したがって、切欠部１３とリッド基板１２との隙間を閉塞してキャビティＣを確実に気密封止できるとともに、接合状態の確認を容易に行うことができる。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態においては、切欠部１３がベース基板１１の１箇所の角部に形成されているが、これに限定されず、例えばベース基板１１の複数の角部に形成されてもよい。
また、上記実施形態においては、切欠部１３がベース基板１１に形成されていたが、これに限定されず、切欠部がリッド基板１２に形成されてもよい。

また、上記実施形態においては、接合材１４がベース基板１１上に配置されていたが、これに限定されず、接合材がリッド基板１２のフランジ部１２ａの下面に配置されてもよい。
また、上記実施形態においては、接合材１４は高融点はんだであったが、これに限定されず、接合材は低温焼成用の金属ペーストや低融点ガラス、接着剤等であってもよい。

また、上記実施形態においては、素子３はベース基板１１に対してダイボンディングおよびワイヤーボンディングにより実装されていたが、これに限定されず、例えば素子３はベース基板１１に対してフリップチップボンディングにより実装されてもよい。
また、上記実施形態においては、素子３としてボルテージレギュレータを例に挙げて説明したが、これに限定されず、例えば素子３はセンサや、センサおよびセンサ制御用回路を含む素子等であってもよい。

また、上記実施形態においては、切欠部１３は平面視１／４円弧状に形成されていたが、これに限定されず、切欠部は平面状に切り欠かれた形状であってもよい。この場合であっても、リッド基板のフランジ部および切欠部を、リッド基板をベース基板に重ね合わせた状態で、リッド基板のフランジ部と切欠部の全体とが平面視で重なるように形成することが望ましい。

また、上記実施形態においては、切欠部１３はベース基板１１の厚さ方向の全体に亘って一様に形成されていたが、これに限定されず、切欠部１３はベース基板１１の厚さ方向に対して傾斜したテーパ状に形成されてもよい。これにより、封止工程Ｓ２５を行う際に、溶融した接合材１４が切欠部上を濡れ広がる速度を調整することができる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１…電子部品 ２…パッケージ用部品 ３…素子 １１…ベース基板（第１基板） １２…リッド基板（第２基板） １３…切欠部 １４…接合材 Ｓ１０…実装工程 Ｓ２０…接合工程 Ｓ２１…重ね合わせ工程 Ｓ２５…封止工程 Ｓ３０…接合状態確認工程

Claims (4)

1. 重ね合わせて接合される第１基板および第２基板と、
   前記第１基板の角部に形成された切欠部と、
   前記第１基板および前記第２基板の重ね合わせ方向から見て、前記第１基板の外縁に沿うように配置されるとともに前記切欠部に対応する位置において分断される接合材と、
   を備えることを特徴とするパッケージ用部品。
2. 前記接合材は、高融点はんだであり、
   前記切欠部には、金属膜が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のパッケージ用部品。
3. 請求項１または２に記載のパッケージ用部品と、
   前記パッケージ用部品に収容された素子と、
   を備えることを特徴とする電子部品。
4. 請求項３に記載の電子部品の製造方法であって、
   前記第１基板および前記第２基板のうち一方に前記素子を実装する実装工程と、
   前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合工程と、
   を備え、
   前記接合工程は、
   前記接合材を介在させて前記第１基板と前記第２基板とを重ね合わせる重ね合わせ工程と、
   前記接合材により前記切欠部と前記第２基板との隙間を閉塞させる封止工程と、
   前記切欠部と前記第２基板との隙間を閉塞した前記接合材を確認する接合状態確認工程と、
   を有する、
   ことを特徴とする電子部品の製造方法。

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