JP2017120869A - セラミックパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、セラミックパッケージに関する。【解決手段】本発明の一実施例によるセラミックパッケージは、基板、及び上記基板上に配置され、キャビティを形成する側壁構造を有する支持部を含むパッケージベースと、支持部上に配置され、キャビティを覆うリッドと、リッドの表面に形成され、且つ、上記キャビティの内部に配置されたサーミスタと、を含み、サーミスタはリッドと絶縁されることで、信頼性及び気密性に優れ、製造原価競争力を確保することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、セラミックパッケージに関する。

最近、電子部品とともに温度によって電気抵抗値が変化する半導体を用いた抵抗体であるサーミスタ（ｔｈｅｒｍｉｓｔｅｒ）を含む高精度を有する複合型セラミックパッケージが開発されている。

一般的に、サーミスタの場合、積層型を用いており、積層型サーミスタは複数のサーミスタ特性層を積層して形成されたものである。

積層型サーミスタは、一定の高さを有し体積が大きいため、セラミックパッケージ内に実装することが困難である。これにより、セラミックパッケージの製造時に電子部品搭載部とサーミスタ搭載部が区分されるようにパッケージベースが製造される。これは、実際の製造時に製造方法が難しく、製造費用が多くかかる可能性があり、品質の一貫性を確保することが困難であるためである。

具体的には、従来のサーミスタを含むセラミックパッケージの場合、電子部品及びサーミスタが実装されることができるキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）をそれぞれ製作しなければならず、これにより、寸法精度を確保することが困難であるだけでなく、パッケージの平坦度の低下が発生するため組立不良が多数発生する可能性がある。上記キャビティ内部の寸法の不適合、及びリッドとパッケージベースを付着するための電極の充填密度の不均一によって付着力が低下しかねない。即ち、上記構造の場合、気密性（ｈｅｒｍｅｔｉｃ ｓｅａｌｉｎｇ）の低下によってキャビティの内部に水分及びその他汚染物質が浸透し、周波数の散布及び抵抗センサーの感度が低下するおそれがある。

したがって、パッケージの信頼性が強く、優れた平坦度を確保し、気密性に優れたセラミックパッケージが必要な実情である。

下記先行技術文献に記載された特許文献１は圧電デバイスに関する説明である。

特開２０１５−０８００４０号公報

一方、このような積層型サーミスタは、相対的に体積が大きいためセラミックパッケージ内に実装することが困難であるという問題がある。

本発明の多様な目的のうちの一つは、サーミスタと電子部品がキャビティの内部に位置することにより、信頼性が強く、優れた平坦度及び気密性を確保することができ、さらにパッケージ製造に必要な原価競争力を確保することができるセラミックパッケージを提供することである。

本発明を通じて提案する多様な解決手段のうちの一つは、基板、及び上記基板上に配置され、キャビティを形成する側壁構造を有する支持部を含むパッケージベースと、支持部上に配置され、キャビティを覆うリッドと、リッドの表面に形成され、且つ、上記キャビティの内部に配置されたサーミスタと、を含み、サーミスタがリッドと絶縁されることで、信頼性及び気密性に優れ、製造原価競争力を確保することができるようにする。

本発明の一実施例によるセラミックパッケージは、キャビティの内部に電子部品及びサーミスタを配置することにより、パッケージの信頼性及び気密性を確保するとともに製造原価競争力を確保することができる。

本発明の一実施例によるセラミックパッケージの断面図を概略的に示すものである。 本発明の一実施例によるパッケージベース及びサーミスタの斜視図を概略的に示すものである。

以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施例について説明する。しかし、本発明の実施例は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施例に限定されない。また、本発明の実施例は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがあり、図面上において同一の符号で示される要素は同一の要素である。

以下、本発明によるセラミックパッケージについて説明する。

図１は本発明の一実施例によるセラミックパッケージの断面図を概略的に示すものであり、図２は本発明の一実施例によるパッケージベース及びサーミスタの斜視図を概略的に示すものである。

図１及び図２を参照すると、本発明の一実施例によるセラミックパッケージは、基板、及び上記基板上に配置され、キャビティを形成する側壁構造を有する支持部を含むパッケージベースと、支持部上に配置され、キャビティを覆うリッドと、リッドの表面に形成され、且つ、キャビティの内部に配置されたサーミスタと、を含み、サーミスタは上記リッドと絶縁される。

上記基板２０はアルミナを含む絶縁セラミック材質であることができる。

上記基板２０は上下方向（厚さ方向）に互いに対向する一面及び他面を有することができ、上記基板の一面上には回路パターンが形成されることができる。

上記基板２０は単層の平らな（ｆｌａｔ）セラミックグリーンシートの焼結体であることができる。

上記基板は、側壁構造を有し、キャビティを形成することができる支持部（図示せず）を含むことができる。

上記支持部は、互いに異なる側壁の幅を有する側壁構造のセラミックグリーンシートを積層して形成されるか、単一のセラミックグリーンシートにレーザー（ｌａｓｅｒ）、金型などの方法で溝を作って開口部を形成することにより得ることができる。

上記パッケージベースは、上記基板に上記支持部を配置して接合した後、高温における焼成工程を行って形成されることができる。

上記基板２０と上記支持部は同一の物質であり、焼成工程後のその境界は肉眼で確認できないほど一体化されていることができる。

本発明のセラミックパッケージ１００は、キャビティ内に電子部品を実装することができ、これに限定されないが、上記基板上に水晶振動子を配置することができる。上記水晶振動子１０、１２は、基板の一面から間隔をおいて配置される。

上記水晶振動子１０、１２は、第１及び第２電極パッド３０と水晶振動子の下面の先端が電気的に連結されることができるように導電性接着剤４０によって接合されることができる。即ち、上記水晶振動子１０、１２は、電極パッド３０及び導電性接着剤４０の高さだけ上記基板２０の一面から間隔をおいて配置されることができる。

上記水晶振動子１０、１２は、水晶片と、上記水晶片の両面に形成された第１電極１２ａ及び第２電極１２ｂと、を含むことができる。

上記第１電極１２ａ及び第２電極１２ｂは水晶片の両面に形成され、導電性接着剤により、第１電極１２ａは第１電極パッドと、また、第２電極１２ｂは第２電極パッドと電気的に連結されるように形成されることができる。

上記基板２０の下面には外部から電気信号の入力を受けるための複数の電極部２２が備えられることができ、複数の電極部２２のうちの一方は第１電極パッドと電気的に連結されることができ、複数の電極部２２のうちの他方は第２電極パッドと電気的に連結されることができる。

第１及び第２電極パッド３０と電極部２２の電気的連結は、基板２０に形成された導電性ビア（図示せず）などによって行われることができる。

また、複数の電極部２２のうちの一部は接地される接地電極として用いられることができる。

第１及び第２電極パッド３０は、導電性金属物質からなることができ、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）及びモリブデン（Ｍｏ）で構成された群より選択された少なくとも一つの金属物質を用いて形成されることができる。

上記導電性接着剤４０は導電性フィラー及び樹脂を含むことができる。

上記導電性フィラーは、銀（Ａｇ）フィラー及び銀（Ａｇ）をめっきした銅（Ｃｕ）フィラーのうち選択された一つであることができ、上記樹脂はエポキシ系樹脂及びシリコン系樹脂のうち選択された一つであることができるが、これに限定されない。

上記リッド（ｌｉｄ）６０は、上記キャビティを覆うように上記支持部上に配置される。

上記リッド６０は、電子部品が実装される内部空間を仕切る形態で配置されることができ、接着層７０を通じて支持部に固定接合されることができる。

電子部品は、外部の環境的変化や汚染などによって動作効率及び品質に大きな影響を受けるため、セラミックパッケージ１００の外部環境及び汚染物質から電子部品を保護するためにパッケージの信号漏れが極めて低くなるように密封されなければならない。

このため、上記支持部と上記リッド６０の間に接着層７０を配置して上記キャビティを覆うように接合することができる。

セラミックパッケージ１００の内部は上記接着層７０によって上記支持部と上記リッド６０が接合されることにより気密密封され、真空状態であるか、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが封入されることができる。

上記リッド６０は、導電性金属、セラミック材料及びガラス材料のうち少なくとも一つを含むことができる。

上記リッド６０は、導電性金属であることができ、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）及びモリブデン（Ｍｏ）で構成された群より選択された少なくとも一つまたは二つ以上の金属の合金物質を用いて形成されることができるが、これに制限されない。

上記リッドと支持部の間に間隙が形成される場合、内部空間の真空が維持されることができない。このようにリッドと基板の間に隙が形成される原因としては、電子部品と基板の間の接着がきちんと行われない場合があげられる。上記内部空間の真空が維持されない場合、電子部品に振動が加えられる可能性があり、これにより、ＥＳＲ（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉａｌ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、等価直列抵抗）が増加するおそれがある。

上記基板２０と上記リッド６０の間に接着層７０を配置して上記リッドと上記基板の一面を付着することができる。

上記接着層７０は多層で積層された形態であることができる。

上記接着層７０は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、スズ（Ｓｎ）、銅（Ｃｕ）及びモリブデン（Ｍｏ）で構成された群より選択された少なくとも一つで形成された金属層が積層されたものであることができ、これに限定されないが、金（Ａｕ）−スズ（Ｓｎ）の金属合金層であることができる。

上記基板２０と上記接着層７０の間にガラス層（ｇｌａｓｓ ｌａｙｅｒ；図示せず）が配置されることができる。上記ガラス層は、上記接着層と上記基板２０の接着力を確保するために配置されることができる。上記接着層及び上記ガラス層を配置することにより、上記基板とリッドの接着力が向上することができ、これにより、基板とリッドの間の内部空間の真空が維持されることができる。

従来の複合型セラミックパッケージは、電子部品とともに積層型サーミスタを含む。上記積層型サーミスタは、相対的に体積が大きいためセラミックパッケージ内に実装することが困難である。したがって、基板内にキャビティを形成してキャビティ内に積層型サーミスタを実装することで複合型セラミックパッケージを実現した。

しかし、基板内に上記サーミスタを実装するためのキャビティを形成すべく、基板の厚さを増加させるために複数のセラミックグリーンシートが積層された焼結体を用いるが、これは原価競争力を減少させる可能性がある。

また、パッケージ内にサーミスタが実装されないと、回路パターンが形成された基板の一面とサーミスタの間の間隔が大きくなるため、サーミスタの熱感知精度が減少する可能性があり、これにより、サーミスタの効果が十分でなくなるおそれがある。

図１及び図２を参照すると、本発明の一実施形態によるセラミックパッケージ１００は、上記リッド６０の表面に形成され、且つ、上記キャビティの内部に配置されるサーミスタ５０を含む。即ち、上記サーミスタ５０は、パッケージの内部に形成されることができる。これにより、上記サーミスタは、回路パターンが形成された基板の一面から発生する熱を直接的に感知することができるため、高い熱感知精度を確保することができる。

上記サーミスタをパッケージの内部に形成すると、複数の基板を積層する必要がないため、従来のセラミックパッケージに比べてパッケージの厚さを２０〜３０％減少させることができる。

上記サーミスタ５０は、積層型であることができ、複数のサーミスタ特性層を積層して形成されることができる。

上記サーミスタ特性層は、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）及び鉄（Ｆｅ）のうち少なくとも一つを含むことができる。

上記サーミスタ特性層は、負の温度係数を有するＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタであることができる。

上記サーミスタ５０は、上記キャビティの内部のうち上記リッドと隣接して配置されることができる。

上記電子部品が水晶素子である場合、上記サーミスタ５０は水晶片の振動時に水晶片と接触しない領域に配置されることができる。

上記リッド６０が導電性材料である場合、上記リッド６０と上記サーミスタ５０の間に絶縁層（図示せず）が配置されることができる。

上記絶縁層は、上記リッドと上記サーミスタを絶縁する役割をすることができる。

上記絶縁層は、ガラス（ｇｌａｓｓ）またはその他のセラミック成分が含まれたペーストをリッドの表面に印刷して形成されることができる。

上記リッドの表面に印刷された絶縁層は、レーザー（ｌａｓｅｒ）工程により、上記絶縁層のうち上記電極部と連結される部分、及び上記サーミスタと連結される部分を除いた残りの領域が除去されることができる。

上記サーミスタが上記絶縁層に接合されることにより、接合容易性に優れるだけでなく、リッドの材料費も節減させることができるため、原価節減及び気密性を確保することができる。

上記サーミスタを外部と電気的に連結させるために、本発明のパッケージベースは、上記支持部の上面に形成された溝部５５と、上記溝部５５に配置された連結パッド５４と、を含むことができる。

上記溝部５５は上記支持部のうち上記キャビティの側壁の一部に形成されることができ、上記連結パッド５４は上記溝部の上面に配置されることができる。

上記溝部５５は、レーザー（ｌａｓｅｒ）または金型方法で形成されることができるが、これに限定されない。

上記サーミスタ５０は、導電性ワイヤ５２によって上記連結パッド５４と電気的に連結されることができる。

上記導電性ワイヤ５２及び上記連結パッド５４は、導電性材料を含むことができ、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）及びモリブデン（Ｍｏ）で構成された群より選択された少なくとも一つまたは二つ以上の金属の合金物質を用いて形成されることができるが、これに制限されない。

上記パッケージベースは、上記連結パッド５４と電気的に連結され、上記基板２０を貫通して形成されたビア５６を含むことができる。

上記ビア５６は、上記パッケージベースの外部に露出することができ、上記基板の下部に形成された電極部と連結されることができる。これにより、上記ビアは外部と電気的に連結されることができる。

上記ビア５６は、導電性材料を含むことができ、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）及びモリブデン（Ｍｏ）で構成された群より選択された少なくとも一つまたは二つ以上の金属の合金物質を用いて形成されることができるが、これに制限されない。

本発明の一実施例によるセラミックパッケージは、上記サーミスタがキャビティ内に配置されることができ、導電性ワイヤ、連結パッド及びビアによって外部と電気的に連結されることができる。これにより、パッケージの信頼性及び気密性を確保するとともに製造原価競争力を確保することができる。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。

２０ 基板
２２ 電極部
３０ 電極パッド
４０ 導電性接着剤
５０ サーミスタ
５２ 導電性ワイヤ
５４ 連結パッド
５５ 溝部
５６ ビア
６０ リッド
７０ 接着層

Claims (16)

1. 基板、及び前記基板上に配置され、キャビティを形成する側壁構造を有する支持部を含むパッケージベースと、
   前記支持部上に配置され、前記キャビティを覆うリッドと、
   前記リッドの表面に形成され、且つ、前記キャビティの内部に配置されたサーミスタと、を含み、
   前記サーミスタは前記リッドと絶縁される、セラミックパッケージ。
2. 前記パッケージベースは、前記支持部の上面に形成された溝部、及び前記溝部に配置された連結パッドを含む、請求項１に記載のセラミックパッケージ。
3. 前記サーミスタは、導電性ワイヤによって前記連結パッドと電気的に連結される、請求項２に記載のセラミックパッケージ。
4. 前記パッケージベースは、前記連結パッドと電気的に連結され、前記基板及び前記支持部を貫通して形成されたビアを含む、請求項２または３に記載のセラミックパッケージ。
5. 前記ビアは外部と電気的に連結される、請求項４に記載のセラミックパッケージ。
6. 前記リッドはセラミック材料または導電性材料からなる、請求項１から５のいずれか１項に記載のセラミックパッケージ。
7. 前記リッドが導電性材料からなり、前記リッドと前記サーミスタの間に配置された絶縁層を含む、請求項６に記載のセラミックパッケージ。
8. 前記リッドと前記支持部の間に配置された接着層を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載のセラミックパッケージ。
9. キャビティを形成する側壁構造を有するパッケージベースと、
   前記キャビティを覆うように配置されたリッドと、
   前記キャビティの内部のうち前記リッドと隣接して配置されたサーミスタと、を含む、セラミックパッケージ。
10. 前記パッケージベースは、前記側壁の上面に形成された溝部、及び前記溝部に配置された連結パッドを含む、請求項９に記載のセラミックパッケージ。
11. 前記サーミスタは、導電性ワイヤによって前記連結パッドと電気的に連結される、請求項１０に記載のセラミックパッケージ。
12. 前記パッケージベースは、前記連結パッドと電気的に連結され、前記側壁を貫通して形成されたビアを含む、請求項１０または１１に記載のセラミックパッケージ。
13. 前記ビアは前記パッケージベースの外部に露出する、請求項１２に記載のセラミックパッケージ。
14. 前記リッドはセラミック材料または導電性材料からなる、請求項９から１３のいずれか１項に記載のセラミックパッケージ。
15. 前記リッドが導電性材料からなり、前記リッドと前記サーミスタの間に配置された絶縁層を含む、請求項１４に記載のセラミックパッケージ。
16. 前記リッドと前記側壁の間に配置された接着層を含む、請求項９から１５のいずれか１項に記載のセラミックパッケージ。

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