JP2017011249A - 電子部品用パッケージの金属カバー - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、凹状の金属カバーとベース基板とを、最適な金属ロウ材量で溶融接合することが可能な電子部品用パッケージの金属カバー、及びそれを用いた電子部品パッケージを提供する。
【解決手段】金属ロウ材１２が濡れ広がるのを防止する流れ防止帯５を、金属カバー１の内周淵部へ電子ビームを照射し、金属ロウ材１２と濡れ性が悪い面を露出させてなる流れ防止帯５を設けたことによって、ベース基板１０と金属カバー１とを金属ロウ材１２を介して溶融接合した際、金属カバー１の内壁７に金属ロウ材１２が濡れ広がるのを防止されるため、最適な金属ロウ材によって接合されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品、例えば、圧電振動子、水晶振動子、半導体素子等が内部空間に具備されてなる電子部品パッケージに係り、電子部品が載置されたベース基板と凹状の金属カバーとを、金属ロウ材にて溶融接合する際に、溶融された金属ロウ材が金属カバーの内壁に濡れ広がるのを防止する電子部品用パッケージの金属カバーに関する。

電子部品用パッケージは、小型化と生産性向上により携帯型の電子機器として使用される。このような中のひとつに、セラミック素材等からなるベース基板に凹状の金属カバーで金属ロウ材を介して溶融接合される電子部品用パッケージがある。

特開２００６−２７９８７２

しかしながら、従来の電子部品用パッケージでは、図６に示すように凹状の金属カバーの開口端面と電子部品が載置されたベース基板とが金属ロウ材を介して溶融接合される際、ベース基板上の周淵部に配置される封止用導体部に金属ロウ材が濡れ広がると共に、金属カバーの全面にも金属ロウ材と濡れ性が良いニッケルメッキや金メッキが施されているため、図６（ｂ）に示すように金属ロウ材が溶融された際に、金属ロウ材１２は内側へ集まる性質により、ベース基板１０の封止用導体部１１と金属カバー１の内壁７とが近接する箇所に、金属ロウ材１２のフィレットが形成されるが、角型形状をした金属カバー１には、図１（ａ）に示すように、内壁７に４つの内壁角部７ａを有しているため、金属ロウ材１２は、内壁７のコーナー部からなる内壁角部７ａを伝わり天井角部７ｂへ金属ロウ材が濡れ広がってしまうため、本来、ベース基板１０と開口端面６との隙間が充満される金属ロウ材量に不足が生じてしまい、ベース基板１０と金属カバー１の開口端面６との接合面に隙間が発生することによって、接合強度不足や金属カバーの傾き及びリーク不良等、電子部品が保護出来なくなる大きな問題点がある。

また、金属カバー内壁への金属ロウ材の濡れ広がりによって、金属カバー内へのガス発生及び金属ロウ材の飛び散りが発生し電子部品特性への悪影響も発生する。

さらに、図６に示すように、電子部品用パッケージの小型化により、金属カバー１の内壁７と電子部品（水晶振動子）９とは近接しているため、溶融された金属ロウ材は、金属ハンダの特性と同じく、内壁角部や天井角部に金属ロウ材が集まり、電子部品と接触するという問題点もあった。

本発明は、金属カバーの開口端面と内壁との境界部にある内周淵部に電子ビームを照射することによって、金属カバーの表面に施されている金蔵ロウ材と濡れ性が良い下地層を剥離し、金属ロウ材が金属カバーの内壁へ濡れ広がるのを防止する流れ防止帯を設けてことを特徴とする電子部品用パッケージの金属カバーとする。

流れ防止帯の外周形状は、金属カバーの開口端面の外周輪郭形状に合わせ、金属カバーの開口端面の接合幅を全周均一としたことを特徴とする電子部品用パッケージの金属カバーとする。

以上の何れか１つの電子部品用の金属カバーを電子部品が載置されたベース基板に接合して成る電子部品パッケージとする。

本発明の電子部品用の金属カバーによれば、ベース基板に金属ロウ材を介して溶融接合する際、溶融された金属ロウ材は金属カバーに設けられた流れ防止帯によって金属カバー内壁に濡れ広がり流出を防止するので、金属カバーとベース基板との接合面に最適な金属ロウ材を安定して留めることを可能とし、ベース基板と金属カバーとが隙間なく溶融接合が成されるため、過剰な金属ロウ材を不要とし、品質と作業性が大きく向上する。

また、本発明の金属カバーによれば、集合状からなるベース基板シートに複数の金属カバーを配置し金属ロウ材で溶融接合するも、金属ロウ材の内壁への濡れ広がりが発生しないため、このような集合接合においても品質が安定し生産性が向上する。

さらに、金属ロウ材は金属カバー内への濡れ広がりが起こらないので、金属カバー内へのガス発生防止や金属ロウ材と電子部品との接触が無くなる。

またさらに、金属カバーの開口端面の接合面幅を均一化することによって、金属カバーとベース基板との溶融される金属ロウ材が最適なロウ材量で均一化されるので、複雑多様な封止装置や封止治具等の専用装置が無くても、汎用性の封止装置や簡易的な治具を用いても、封止接合が可能となるものである。

本発明による金属カバー１を示す図で、（ａ）開口端面６側より見た平面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ´断面図、（ｃ）（ｂ）中の破線で囲んだ部分を拡大した図 本発明による金属カバー１を用いた電子部品パッケージを示す図で、（ａ）電子部品パッケージの断面図、（ｂ）（ａ）中の破線で囲んだ部分を拡大した図 本発明による他の実施形態を示す図で、金属カバー１の接合面幅１４を均一にされた平面図 （ａ）（ｂ）本発明による金属カバー１の流れ防止帯形状の他の実施形態を示す拡大図 本発明による金属カバー１６の他の実施形態を示す図で、（ａ）金属カバーの断面図、（ｂ）金属カバー１６に金属ロウ材１２が溶着された断面図 従来の電子部品パッケージの概略構成図

以下、本発明の電子部品用パッケージを、１実施形態である表面実装水晶振動子について、添付した図面に基づいて説明する。

図１は、本発明による金属カバーを示す図で、（ａ）金属カバーを開口端面６側から見た平面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）（ｂ）の金属ロウ材接合面となる開口端面６近傍の拡大図である。ここに示す金属カバー１は、ベース基板１０をセラミック素材とした場合は、熱膨張係数が近い母材（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）を選び、厚さは０．０５ｍｍ〜０．２０ｍｍが選択され、凹状からなりフランジ部のある角型形状をした金属カバー１がプレス加工にて大量生産され、ベース基板１０と接合封止面となる金属カバー１の開口端面６の平坦性が求められるので、プレス金型にて開口端面６を圧接加工し内壁７より素材厚が薄くなっている。

さらに、金属カバー１の外形サイズは、電子部品の小型化に伴って３ｍｍ〜０．８ｍｍサイズ、高さは０．４ｍｍ〜０．１ｍｍと薄型化となっているが更なる超小型化も求められており、金属カバー１の内部空間を大きく保つために開口端面６は小さくする必要があるため、開口端面６の接合面幅は０．３ｍｍ〜０．０５ｍｍになるが、開口端面６の長さを０．２ｍｍ〜０．３ｍｍと長くすると、プレス加工での平坦面確保が難しくなると共に、後工程での取り扱いによる開口端面６の変形が起きやすいとの不具合要因となるため、金属カバー１の開口端面６は、幅方向の長さ０．０８ｍｍ〜０．２ｍｍに設定するのが望ましい。

またさらに、内周淵部８の形状は、開口端面６と内壁７との直交する領域面より０．０３ｍｍ〜０．１０ｍｍの窪みとなる凹状となっていることを特徴としている。

さらにまた、金属カバー１の表面には、金属ロウ材と濡れ性が良い下地層、例えば下地層２（Ｎｉメッキ）と、更に下地層２より濡れ性が良い下地層３（Ａｕメッキ）が必要に応じて順次積層されている。

またさらに、金属カバー１の金属ロウ材接合面である開口端面６と内壁７との境界面となる内周淵部８に向かって、対向方向から電子ビーム４を照射し下地層３（Ａｕメッキ）と下地層２（Ｎｉメッキ）とを剥離することによって、金属ロウ材との濡れ性が悪い金属カバー１の素材面を露出し金属ロウ材が濡れ広がるのを防止する流れ防止帯５を形成している。また、電子ビーム４の出力条件を調整することによって、Ａｕメッキ層３を剥離しＮｉメッキ層２を残しても、金属ロウ材の濡れ広がり防止として同様の効果があり、また、下地層２（Ｎｉメッキ）のみで電子ビーム４を照射し流れ防止帯５としても良い。

上述の金属カバー１の内周淵部８の大きさと電子ビーム４の照射スポット径は、金属カバー１の外形サイズに合わせた最適な大きさを選定するが、内周淵部８の長さ０．０３ｍｍ〜０．２０ｍｍ、電子ビーム径は内周淵部８に対して同等又は大きく設定され、直径０．０３ｍｍ〜０．３０ｍｍとなり、また、金属カバー１の内壁７より内側に電子ビームが照射されても、照射面に高低差や垂直面である場合は、電子ビームによる反応が鈍いため、金属カバー１の下地層を剥離させ金属カバー１の素材露出は起こらないが、内壁面を剥離したい場合は、電子ビームの出力調整により可能である。

図２（ａ）は、電子部品パッケージの一例とした水晶振動子の断面図、図２（ｂ）（ａ）の金属ロウ材１２接合部近傍の拡大図である。本発明による金属カバー１の開口端面６と、水晶振動素子９が載置されセラミック素材からなるベース基板１０の周淵部にＡｕメッキが施され、開口端面６より広く配置された封止用導体部１１と金属ロウ材１２を挟み込んで溶融し接合されるが、本発明の金属カバー１によれば、開口端面６と内壁７との境界部に位置し、且つ、直行する面より窪みとなる凹状であり、補足すれば、ベース基板１０の封止用導体部１１の内側まで金属ロウ材１２が濡れ広がっても、金属ロウ材１２と金属カバー１の内壁７表面の下地層２，３とが接しないようにする構造を、電子ビームの特性を活用し効率良く形成可能としたことを特徴とする流れ防止帯５によって、金属カバー１との溶融接合時において、金属カバー１の内側接合面に金属ロウ材１２のフィレット形成時の際も、内側フィレットが内壁７への濡れ広がりを流れ防止帯５で阻止するため、ベース基板１０と金属カバー１との接合に必要な計算された適正量である金属ロウ材１２が接合面に留まることによって良好な接合が実現出来るため、金属ロウ材１２を過剰に形成する必要性もなく、品質、生産性と価格パフォーマンスを兼ね備えている。上述した金属ロウ材としては、Ａｕ合金、ＡｕＳｎ合金、Ｓｎ合金、Ｃｕ合金等のペースト材を印刷リフロー形成しても良いし、金属箔を溶着しても良い。

前述した、金属ロウ材１２の溶融接合時に発生する金属カバー１への内外フィレットに伴う金属ロウ材１２の濡れ広がりに関する補足説明として、本構造の電子部品パッケージでは、特許文献 特開２００６−２７９８７２に開示される通り、ベース基板１０が複数個からなるベース基板シートとした状態で金属カバー１とを接合する接合工法が選択され、金属カバー１は小型化により開口端面６幅を大きくすることが出来ない制約があるため、ベース基板１０の封止用導体部１１のエリアも小さくしてしまうと、接合部の位置合せ精度が求められる共に、開口端面の接合面幅０．１ｍｍと封止用導体部０．１ｍｍ幅との組み合わせでは、金属カバー１の接合する両端にフィレットを形成することは出来なくなるため、封止用導体部１１エリアを開口端面６の接合面より大きくした方が接合条件は容易となる。

金属カバーの他の実施形態

図３は、本発明による金属カバー１の他の実施形態を示す図で、開口端面側から見た平面図である。前述の図１に示した本発明の実施例においては、金属カバー１の開口端面６と内壁７との境界部である凹状とした内周淵部８に電子ビーム４を照射して金属ロウ材の濡れ広がりを防止する流れ防止帯５として形成しているが、その他の形態として、金属カバー１のような角形形状にプレス加工を行なった場合、４つのコーナー部と直施状の４辺からなる開口端面６の幅は、各辺の幅より各コーナー部の幅が広く形成されてしまうため、金属ロウ材１２は開口端面６の接合面幅が広いコーナー部に金属ロウ材１２も集まりやすく、直線状の各辺は金属ロウ材１２が薄くなる現象が起こる。そこで、金属カバー１の外形輪郭形状１３と流れ防止帯５の外周形状を同一とし開口端面６の接合面幅１４を全周にわたり均一幅とすることによって、ベース基板１０上の接合パターン１１も均一幅とすれば、金属ロウ材１２は全周にわたって均一幅同士での金属ロウ材接合が可能となり、金属カバー１の接合はセルフアライメント効果が発揮され、ベース基板の中心位置に接合されると共に、低付加加圧又は無付加加圧条件下で、金属カバー１とベース基板１０との封止接合が可能となるので、汎用性の封止装置を用いても接合が可能である。また、角形形状をした金属カバー１では、流れ防止帯５を４箇所のコーナー部のみに形成しても、金属ロウ材１２は、前述の通り、コーナー部より内壁７へ濡れ広がる傾向があるため金属ロウ材の濡れ広がり防止としての効果がある。

図４は、さらに本発明による金属カバー１の他の実施形態を示す図で、前述の図１に示した金属カバー１の内周淵部８の形状を、図４（ａ）のようなＣ面形状や図４（ｂ）のような段付き形状とし、電子ビーム４を照射し金属ロウ材の濡れ広がりを防止する流れ防止帯５としても良い。

図５は、またさらに本発明による金属カバーの他の実施形態を示す図で、前述の図１に示した金属カバー１はツバ状のフランジを有するが、図５（ａ）のように、金属カバー１６のようにフランジを無くす形状にし、素材厚を０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ厚にすると、金属カバー１６の素材は厚くなってしまうが、プレス金型で金属カバー１６の開口端面６と天面とを潰し込むプレス成形加工が可能となるので、開口端面６の平坦性は更に改善すると共に、天井厚も潰されながら内壁７の角部も鋭角に加工されるため、金属カバー１６は、天井厚が薄く側壁が厚くなっても、電子部品が入る内部空間については、前述の図１のような金属カバー１と比較して、内部空間を広く確保出来る効果もあり、このようなフランジレスの金属カバー１６の内周淵部に電子ビームを照射し、金属ロウ材が内壁７に濡れ広がるのを防止する流れ防止帯５を設けたとしても良い。

図５（ｂ）は、さらにまた本発明による金属カバーの他の実施形態を示す図で、本発明による金属カバーによれば、流れ防止帯５によって開口端面６に溶着される金属ロウ材１２は、金属カバーの内壁７に濡れ広がらないため、金属カバーの封止接合面となる開口端面６に、金属ロウ材１２を保持形成することが容易に可能となる金属カバーである。金属カバー側に金属ロウ材１２を形成する効果は大きく、例えば、金属箔を挟みこむ手間が省ける効果や、また、ベース基板１０の封止用導体部に金属ロウ材を溶着させる場合は、電子部品が搭載される前に金属ロウ材１２を形成する必要があるため、製造工程が複雑化し、ベース基板への加熱や洗浄作業によって、電子部品が配置される配線パターンの劣化や汚れ付着等の悪影響を及ぼす要因となるので、金属カバー側に金属ロウ材が形成される効果は大きいものがある。

さらにまた、流れ防止帯５は金属カバー１の内周淵部に限定しているが、前述したように、金属ロウ材１２は内側に集まる性質があり、且つ、適正な金属ロウ材１２の量で接合が可能なため、金属カバー１の外側に向かって金属ロウ材が濡れ広がるには、過剰な金属ロウ材量でなければ濡れ広がることはないが、過剰な金属ロウ材で接合が必要な場合は、もう一つの流れ防止帯として、金属カバー１の開口端面６の外周淵部へ周回状に形成し、２つの流れ防止帯で囲われた開口端面６とベース基板１０とを、金属ロウ材１２を介して接合すれば、金属カバー１６の外側面への金属ロウ材１２の流出を防止することが出来る。

１ 金属カバー
２ 下地層（Ｎｉメッキ）
３ 下地層（Ａｕメッキ）
４ 電子ビーム
５ 流れ防止帯
６ 開口端面
７ 内壁、７ａ 内壁角部、７ｂ 天井角部
８ 内周淵部
９ 水晶振動子
１０ ベース基板
１１ 封止用導体部
１２ 金属ロウ材
１３ 外周淵
１４ 接合面幅
１５ ロウ材フィレット
１６ 金属カバー（フランジレス）
１７ ロウ濡れ広がり経路

Claims (3)

1. 電子部品が載置されたベース基板と、前記電子部品を覆う凹状の金属カバーの開口端面とが金属ロウ材を介して溶融接合される電子部品用パッケージの金属カバーにおいて、前記金属カバーの開口端面を上向きに置いた状態で、電子ビームを開口端面の対向方向より、前記金属カバーの開口端面と内壁との境界部にある内周淵部に照射し、前記金属カバーの表面に施された前記金属ロウ材と濡れ性の良い下地層を剥離させ、前記金属ロウ材と濡れ性が悪い前記下地層の下地を露出することによって、前記金属ロウ材が前記金属カバーの内壁に濡れ広がるのを防止する流れ防止帯を、前記金属カバーの内周淵部に設けたことを特徴とする電子部品用パッケージの金属カバー。
2. 前記金属カバーの前記金属ロウ材が溶着される開口端面には、前記金属カバーの外周淵の輪郭形状に合わせて、前記開口端面の接合幅が全周均一となるように前記金属カバーの内周淵部を含む開口端面へ電子ビームを照射し、前記内壁への前記金属ロウ材の濡れ広がりを防止する流れ防止帯を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品用パッケージの金属カバー。
3. 請求項１から２の何れか１つに記載の電子部品用パッケージの金属カバーを電子部品が載置されたベース基板に接合してなることを特徴とする電子部品パッケージ。

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