JP2017121030A - セラミックパッケージ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、セラミックパッケージ及びその製造方法に関する。【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、且つ、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、支持部とリッドの間に配置された接合部と、を含み、接合部はニッケル（Ｎｉ）を含む導電層及び金（Ａｕ）からなるめっき層を含み、気密密封性を向上させることができ、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及びその製造方法に関する。

セラミックパッケージは、基板の焼成温度によって低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ；Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）と高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ；Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）に分けられることができる。

低温同時焼成セラミックの場合は、焼成温度が９００℃〜１０００℃であるため接合部の強度を具現することが困難である。

高温同時焼成セラミックの場合は、１６００℃以上で焼成を行うため、接合部として酸化性が極めて強いモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）を用いなければならず、上記モリブデン及びタングステンは極めて強い還元雰囲気で焼成を行わなければならないため、雰囲気の制御が容易ではないという短所を有する。

金（Ａｕ）−スズ（Ｓｎ）を用いたシーリング（ｓｅａｌｉｎｇ）の場合、金（Ａｕ）−スズ（Ｓｎ）の製造単価が高いため製造原価の側面で効率が低い。

したがって、製造原価が低く、シーリング（ｓｅａｌｉｎｇ）特性が向上し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は水晶デバイスに関する説明である。

特開２００３−０４６００８号公報

一方、セラミックパッケージの場合、高温焼成をするため、製造原価が高い材料を用いるか、酸化性が強い材料を用いるため、焼成時に雰囲気の制御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、中温焼成が可能なセラミックパッケージを製作し、セラミックパッケージとリッドを接合する接合部としてニッケルを用いて製造原価競争力を確保するとともに、気密密封性が向上することができる。

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、且つ、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、上記キャビティを覆うリッドと、支持部とリッドの間に配置された接合部と、を含み、接合部は、ニッケル（Ｎｉ）を含む導電層及び金（Ａｕ）からなるめっき層を含むことにより、気密密封性を向上させることができ、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、セラミックパッケージとリッドを接合する接合部としてニッケルを用いて製造原価競争力を確保するとともに気密密封性を向上させることができる。

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接合部の実施例の断面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接合部の実施例の断面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１００は、基板２０、及び上記基板上に配置され、且つ、キャビティを形成する側壁構造を有する支持部２１を含むパッケージベースと、支持部２１上に配置され、キャビティを覆うリッド６０と、支持部２１と上記リッド６０の間に配置された接合部５０と、を含み、接合部は、ニッケル（Ｎｉ）を含む導電層及び金（Ａｕ）からなるめっき層を含む。

上記パッケージベースは、絶縁セラミック材質であることができ、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を含むことができる。上記絶縁セラミック材質は、１２５０〜１４００℃で焼成が可能な中温同時焼成セラミック（ＭＬＣＣ；Ｍｉｄｄｌｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）であることができる。

上記パッケージベースの製造時に、アルミナ粉末の粒径は０．３〜０．５μｍであることができ、好ましくは０．３μｍであることができる。従来の高温焼成（ＨＴＣＣ）に用いられたアルミナ粉末の粒径は１．５μｍと比較的粗大な粒径を有する。

上記アルミナ粉末の粒径が０．３〜０．５μｍであると、添加剤の割合を増加させることができ、これにより、上記パッケージベースの焼成温度を低くすることができるため製造工程の費用及び時間が減少することができる。

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。

上記支持部２１は、側壁構造を有し、上記基板の上面に配置されてキャビティを形成することができる。

上記支持部２１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ことができるか、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２１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１０と、上記水晶片１０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１０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。

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、接合部５０を通じて支持部２１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ようになるため、セラミックパッケージ１００の外部の環境及び汚染物質から電子部品を保護するためにセラミックパッケージ１００の漏れ率（ｌｅａｋ ｒａｔｅ）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２１と上記リッド６０の間に接合部５０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。

パッケージ１００の内部は、上記接合部５０によって上記支持部２１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、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、導電性金属材質であることができ、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の間隙が形成された場合、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間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ことがあり、これにより、ＥＳＲ（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉａｌ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、等価直列抵抗）が増加する可能性がある。

従来のセラミックパッケージは、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）からなる導電層上にニッケル（Ｎｉ）めっき層及び金（Ａｕ）めっき層が形成された構造を有する接合部及び電極部を含んでいた。高温同時焼成セラミックであるセラミックパッケージの場合、高温で焼成を行わなければならないため接合部として酸化性が極めて強いモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）を用いなければならなかった。しかし、モリブデン及びタングステンは極めて強い還元雰囲気で焼成が行われる必要があるため雰囲気の制御が容易ではないという短所を有する。

本発明の一実施形態による接合部５０は、ニッケル（Ｎｉ）を含む導電層５１及び金（Ａｕ）からなるめっき層５５を含む。

上記接合部５０及び電極部２２は製造時に同時に形成されることができ、これにより、上記電極部２２は上記接合部５０と同一の構造を有することができる。

上記接合部５０は、多層で積層された形態であることができ、２層以上であってよい。

上記接合部５０の場合、上記支持部の表面上に形成された導電層５１と、上記導電層上に形成されためっき層５５と、を含み、上記電極部の場合、上記基板の下面に形成された導電層と、上記導電層上に形成されためっき層と、を含む。

上記導電層５１は、ニッケルを含む導電性ペーストを印刷して形成されることができる。これにより、めっき工程を単純化することができ、製造単価を減らすことができる。

上記導電層５１の厚さは、これに限定されないが、１０〜１５μｍであることができる。

上記めっき層５１は、上記接合部及び上記電極部の電気伝導度を向上させることができるとともに、上記リッドと上記セラミックパッケージの間の気密性（ｈｅｒｍｅｔｉｃｉｔｙ）及び接合力を向上させる役割をすることができる。

上記接合部５０及び電極部２２は、上記導電層５１と上記めっき層５５の間に配置された中間層５３をさらに含むことができる。

上記中間層５３は、上記リッドと上記セラミックパッケージの気密性及び接合力を向上させる役割をすることができる。

上記中間層５３は、ニッケル（Ｎｉ）及び銅（Ｃｕ）のうち選択された一つからなるめっき層であることができる。

上記中間層がニッケル（Ｎｉ）からなるめっき層である場合、導電層と同一の材料を含むため、気密性及び接合力が向上することができる。

上記中間層が銅（Ｃｕ）からなるめっき層である場合、上記接合部及び電極部は上記導電層と上記中間層の間にニッケル−銅合金層が形成されることができる。これにより、導電層と中間層の間の接合力が向上することができ、上記リッドとセラミックパッケージの接合力も向上することができる。

本発明のセラミックパッケージ１００は、上記基板２０と上記支持部２１を貫通し、上記接合部５０と上記電極部２２を連結するように形成されたビア（図示せず）を含むことができる。

上記ビアはニッケル（Ｎｉ）を含むことができる。上記ビアはビア孔の内部にニッケル（Ｎｉ）を含むペーストで満たされることにより形成されることができる。

上記ビアにより、めっき工程の進行時に、上記接合部及び電極部のめっき層が同時に形成されることができるため、製造工程及び時間を減少させることができる。

以下、本発明によるセラミックパッケージの製造方法について説明する。

本発明の一実施例によるセラミックパッケージの製造方法は、基板、及び上記基板上に配置され、且つ、キャビティを形成する側壁構造を有する支持部を設ける段階と、上記支持部の上面及び上記基板の下面にニッケル（Ｎｉ）を含む導電性ペーストを印刷する段階と、上記基板、上記支持部、及び上記導電性ペーストを焼成して導電層を有するセラミックパッケージを形成する段階と、上記導電層上に金（Ａｕ）からなるめっき層を形成する段階と、上記キャビティを覆うように上記めっき層上にリッドを配置する段階と、を含む。

上記基板に上記支持部を配置して接合した後、上記支持部の上面及び上記基板の下面にニッケル（Ｎｉ）を含む導電性ペーストを印刷する。

上記導電性ペーストが印刷された基板及び支持部を焼成して導電層を有するセラミックパッケージを形成する。

本発明の上記セラミックパッケージは、接合部及び電極部として１３５０℃以下の中温焼成で耐えることができる電極材料を使用し、ニッケル（Ｎｉ）を含む導電層上にめっき層を形成することにより、リッドとセラミックパッケージの気密性及び接合力を向上させることができ、製造原価及び時間を減少させることができる。

上記焼成は、還元雰囲気（Ｈ_２濃度３％以下）の１４００℃以下の温度で行われることができる。

上記焼成工程で上記基板及び上記支持部は、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。

上記導電性ペーストを印刷する工程の前に、上記基板及び上記支持部を貫通するようにビア孔を形成する段階を含むことができる。

上記ビア孔に上記導電性ペーストを満たしてから焼成することにより、ビアが形成されたセラミックパッケージを得ることができる。

上記ビアは、その後のめっき工程で上記基板の下面に形成された導電層、及び上記支持部の上面に形成された導電層に同時めっきを行うことができるようにする役割をすることができる。

上記導電層上にはめっき工程を行って金（Ａｕ）からなるめっき層を形成する。

上記めっき層は、上記ビアを通じて、上記基板の下面に形成された導電層、及び上記支持部の上面に形成された導電層に同時めっきを行うことにより形成されることができる。

上記めっき層を形成する段階の前に、上記導電層上に中間層を形成する段階を含むことができる。

上記中間層はニッケル（Ｎｉ）及び銅（Ｃｕ）のうち選択された一つからなるめっき層であることができる。

上記中間層を形成する段階の後に、上記セラミックパッケージを熱処理する段階を含むことができる。

上記熱処理は、上記中間層が銅めっき層である場合に行われる。

上記熱処理は、中間層が銅めっき層であれば、ニッケル（Ｎｉ）と銅（Ｃｕ）の結合力を増加させることができる。上記熱処理する段階が８００℃以上で行われると、ニッケル−銅合金層を形成してニッケルと銅の結合力を向上させることができ、酸化性が高い銅の表面酸化を防止することができる。

上記中間層が銅（Ｃｕ）からなるめっき層である場合、８００℃未満で熱処理を行うと、ニッケル（Ｎｉ）を含む導電層と銅（Ｃｕ）からなる中間層の界面を区分することができ、８００℃以上で熱処理を行うと、ニッケル（Ｎｉ）を含む導電層と銅（Ｃｕ）からなる中間層の間にニッケル−銅合金層が形成されてニッケルと銅の界面を区分することができない。

上記ニッケル−銅合金層は、銅めっき層内にニッケルが拡散されて形成されることができ、製品の熱処理による銅めっき層の酸化を防止する役割をすることができる。

その後、上記リッドと上記セラミックパッケージは、上記導電層及びめっき層によって接合されることができる。これにより、上記リッドとセラミックパッケージの接合力が向上することができ、気密密封によって内部空間の真空が維持されることができる。

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
２１ 支持部
２２ 電極部
３０ 電極パッド
４０ 導電性接着剤
５０ 接合部
５１ 導電層
５３ 中間層
５５ めっき層
６０ リッド

Claims (16)

1. 基板、及び前記基板上に配置され、且つ、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、
   前記支持部と前記リッドの間に配置された接合部と、を含み、
   前記接合部は、ニッケル（Ｎｉ）を含む導電層及び金（Ａｕ）からなるめっき層を含む、セラミックパッケージ。
2. 前記接合部は前記導電層と前記めっき層の間に配置された中間層をさらに含む、請求項１に記載のセラミックパッケージ。
3. 前記中間層はニッケル（Ｎｉ）及び銅（Ｃｕ）のうち選択された一つからなるめっき層である、請求項２に記載のセラミックパッケージ。
4. 前記中間層が銅（Ｃｕ）からなると、前記接合部は前記導電層と前記中間層の間にニッケル−銅合金層を含む、請求項３に記載のセラミックパッケージ。
5. 前記基板の下面に配置された電極部を含み、
   前記電極部は、ニッケル（Ｎｉ）を含む導電層及び金（Ａｕ）からなるめっき層を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のセラミックパッケージ。
6. 前記基板及び支持部を貫通し、前記接合部と前記電極部を連結するように形成されたビアを含む、請求項５に記載のセラミックパッケージ。
7. 前記ビアはニッケル（Ｎｉ）を含む、請求項６に記載のセラミックパッケージ。
8. 前記セラミックパッケージはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる、請求項１から７のいずれか一項に記載のセラミックパッケージ。
9. 基板、及び前記基板上に配置され、且つ、キャビティを形成する側壁構造を有する支持部を設ける段階と、
   前記支持部の上面及び基板の下面にニッケル（Ｎｉ）を含む導電性ペーストを印刷する段階と、
   前記基板、前記支持部、及び前記導電性ペーストを焼成して導電層を有するセラミックパッケージを形成する段階と、
   前記導電層上に金（Ａｕ）からなるめっき層を形成する段階と、
   前記キャビティを覆うように前記めっき層上にリッドを配置する段階と、を含む、セラミックパッケージの製造方法。
10. 前記めっき層を形成する段階の前に、前記導電層上に中間層を形成する段階を含む、請求項９に記載のセラミックパッケージの製造方法。
11. 前記中間層はニッケル（Ｎｉ）及び銅（Ｃｕ）のうち選択された一つからなるめっき層である、請求項１０に記載のセラミックパッケージの製造方法。
12. 前記セラミックパッケージはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる、請求項９から１１のいずれか一項に記載のセラミックパッケージの製造方法。
13. 前記支持部を設ける段階は前記基板及び支持部を貫通するようにビア孔を形成する段階を含む、請求項９から１２のいずれか一項に記載のセラミックパッケージの製造方法。
14. 前記中間層を形成する段階の後に、前記セラミックパッケージを熱処理する段階を含む、請求項１０に記載のセラミックパッケージの製造方法。
15. 前記熱処理する段階は８００℃以上の温度で行われる、請求項１４に記載のセラミックパッケージの製造方法。
16. 前記焼成は１４００℃以下の温度で行われる、請求項９から１５のいずれか一項に記載のセラミックパッケージの製造方法。

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