JP2019169675A - セラミック回路基板、パッケージおよび電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 信頼性に優れたセラミック回路基板等を提供すること。【解決手段】 セラミック基板１と、該セラミック基板１の表面に接合されており、電子部品が搭載される搭載金属回路板２ａおよび端子金属回路板２ｂを含む金属回路板２と、前記搭載金属回路板２ａを取り囲んで前記セラミック基板１の表面に接合されており、蓋体が接合される金属枠体３と、を備えており、該金属枠体３は、前記セラミック基板１に接合されている平板枠状の第１枠部３ａと、前記蓋体が接合される平板枠状の第２枠部３ｂと、前記第１枠部３ａと前記第２枠部３ｂとを接続している筒状の第３枠部３ｃと、を有しているセラミック回路基板。【選択図】 図１

Description

本発明は、蓋体が接合される金属枠体を有するセラミック回路基板、パッケージおよび電子装置に関するものである。

近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）等の発光素子をはじめ
とする電子部品は、高出力化に伴い発熱量が大きくなっている。発光装置からの熱を放熱するために、セラミック基板の表面に銅等の金属材料からなる金属回路板を接合したセラミック回路基板にＬＥＤ素子を搭載した発光装置がある（例えば、特許文献１を参照。）
搭載された電子部品を封止するために、金属枠体を備えているセラミック回路基板が知られている（例えば、特許文献２を参照。）。電子部品が搭載される金属回路板を囲むように金属枠体がセラミック基板上に接合されており、金属枠体を蓋体で塞ぐことで電子部品が気密封止される。

搭載される電子部品が上記のような発光素子等の光半導体素子である場合に、光を透過しつつ良好な気密封止を行なうための蓋体として、金属枠部材に透光性の窓部材（透光性部材）を接合した蓋体がある（例えば、特許文献３を参照。）。例えば、セラミック回路基板の金属枠体に蓋体の金属枠部材をシーム溶接で接合することで気密封止することができる。

特開２００９−２１２３６７号公報 特開２００７−２５８２９８号公報 特開２００５−９３６７５号公報

しかしながら、セラミック回路基板においては、セラミック基板と金属回路板との間の熱膨張差があり、金属回路板の面積および体積はセラミック基板の上下面で同一ではないため、セラミック回路基板はわずかではあるが反りを有するものである。この反りにより、蓋体が接合される金属枠体の上面もまた反っており、平坦ではない。このような金属枠体に蓋体の金属枠部材を押し当ててシーム溶接をすると、金属枠部材はこの押し当てでは変形し難い金属枠体の上面に沿って変形してしまうものであった。蓋体の金属枠部材が変形すると、金属枠部材と透光性部材との接合部に応力が加わるだけでなく、透光性部材にも応力が加わってしまう。この応力によって透光性部材にひずみが発生するので、光学特性に影響を与えてしまう場合があった。光学特性を向上させるために透光性部材に反射防止膜やフィルタ等の光学膜を設けている場合には、光学膜も歪んでしまい、所定の光学特性が得られ難くなりやすいものであった。

本発明の１つの態様のセラミック回路基板は、セラミック基板と、該セラミック基板の表面に接合されており、電子部品が搭載される搭載金属板および端子金属板を含む金属回路板と、前記搭載金属板を取り囲んで前記セラミック基板の表面に接合されており、蓋体が接合される金属枠体とを備えており、該金属枠体は、前記セラミック基板に接合されている平板枠状の第１枠部と、前記蓋体が接合される平板枠状の第２枠部と、前記第１枠部と前記第２枠部とを接続している筒状の第３枠部と、を有している。

本発明の１つの態様のパッケージは、上記構成のセラミック回路基板と、該セラミック回路基板の前記金属枠体の前記第２枠部に接合されている蓋体と、を備え、該蓋体は、前記金属枠体に接合される、窓部を有する板状の金属枠部材および前記窓部を塞いで前記金属枠部材に接合された透光性部材を有している。

本発明の１つの態様の電子装置は、上記構成のパッケージと、前記セラミック回路基板の前記金属板上に搭載された電子部品と、を備えている。

本発明の実施形態のセラミック回路基板によれば、金属枠体が変形しやすく、接合される蓋体が変形し難いので、気密封止性および光学特性に優れた電子装置を得ることができる。

本発明の実施形態のパッケージによれば、上記構成のセラミック回路基板を備えていることから、気密封止性および光学特性に優れた電子装置を得ることができる。

本発明の実施形態の電子装置によれば、上記構成のパッケージを備えていることから、気密封止性および光学特性に優れたものとなる。

（ａ）および（ｂ）はセラミック回路基板の実施形態の一例を示す斜視図である。 図１に示すセラミック回路基板を示し、(ａ)は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、（ｃ）は下面図である。 セラミック回路基板の他の一例を示し、(ａ)は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、（ｃ）は下面図である。 セラミック回路基板の他の一例を示し、(ａ)は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、（ｃ）は下面図である。 セラミック回路基板の他の一例を示し、(ａ)は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、（ｃ）は下面図である。 セラミック回路基板の他の一例を示し、(ａ)は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、（ｃ）は下面図である。 セラミック回路基板の他の一例を示し、(ａ)は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、（ｃ）は下面図である。 セラミック回路基板の他の一例を示し、(ａ)は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、（ｃ）は下面図である。 （ａ）および（ｂ）は、セラミック回路基板の他の一例を示す断面図である。 パッケージおよび電子装置の実施形態の一例を示す斜視図である。 図１０のパッケージおよび電子装置を示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。

本発明の実施形態のセラミック回路基板および電子装置について図面を参照して説明する。なお、以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際にセラミック回路基板および電子装置等が使用される際の上下を限定するものではない。

図１（ａ）および図１（ｂ）はセラミック回路基板１０の実施形態の一例を示す、異なる方向からの斜視図である。図２は図１に示すセラミック回路基板１０を示し、図２(ａ)
は上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、図２（ｃ）は下面図である。図３〜図８はセラミック回路基板１０の他の一例を示し、それぞれの図面の(
ａ)は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、（ｃ）は下面図である
。図９（ａ）および図９（ｂ）は、セラミック回路基板１０の他の一例を示す断面図である。図１０はパッケージ４０および電子装置１００の実施形態の一例を示す斜視図である。図１１は図１０のパッケージ４０および電子装置１００を示し、図１１（ａ）は上面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。

セラミック回路基板１０は、図１〜図８に示す例のように、セラミック基板１と、セラミック基板１の表面（第１面１ａ）に接合されており、電子部品２０が搭載される搭載金属回路板２ａおよび端子金属回路板２ｂを含む金属回路板２と、搭載金属回路板２ａを取り囲んでセラミック基板１の表面に接合されており、蓋体３０が接合される金属枠体３と、を備えている。そして、金属枠体３は、セラミック基板１に接合されている平板枠状の第１枠部３ａと、蓋体３０が接合される平板枠状の第２枠部３ｂと、第１枠部３ａと第２枠部３ｂとを接続している筒状の第３枠部３ｃと、を有している。

このようなセラミック回路基板１０によれば、金属枠体３が変形しやすく、接合される蓋体３０が変形し難いので、気密封止性および光学特性に優れたパッケージ４０および電子装置１００を得ることができる。金属枠体３は平板枠状の第１枠部３ａと、平板枠状の第２枠部３ｂと、第１枠部３ａと第２枠部３ｂとを接続している筒状の第３枠部３ｃとの３つの部分で構成されており、いずれの部分も従来の金属枠体と比較すると薄くて変形しやすいものである。第１枠部３ａはセラミック基板１に接合されて固定されているのでほとんど変形しないが、第２枠部３ｂおよび第３枠部３ｃは変形する。例えば、蓋体３０を枠体３に押し当てて接合する際には、筒状の第３枠部３ｃは外側あるいは内側に湾曲するように変形し、平板状の第２枠部３ｂは外側あるいは内側に傾斜するように変形する。

また、図１〜図８に示す例のように、金属枠体３の第１枠部３ａと第２枠部３ｂとは、平面視で重なる部分を有しているセラミック回路基板１０とすることができる。セラミック基板１上において、金属枠体３の内側には搭載金属回路板２ａがあり、金属枠体３の外側には端子金属回路板２ｂがある。平面視における金属枠体３の内側から外側までの幅Ｗが大きいと、セラミック回路基板１０が大きくなってしまう。金属枠体３の第１枠部３ａと第２枠部３ｂとが平面視で重なっていない場合には、金属枠体３の内側から外側までの幅Ｗは、第１枠部３ａの幅、第２枠部３ｂの幅および第３枠部３ｃの幅を加えた幅となる。第１枠部３ａと第２枠部３ｂとが重なる部分を有していると、金属枠体３の内側から外側までの幅Ｗが小さくなるので、セラミック回路基板１０を小型化することができる。

図４に示す例のセラミック回路基板１０における金属枠体３では、第１枠部３ａと第２枠部３ｂとは、これらを接続している第３枠部３ｃの幅の分だけ平面視で重なっている。この例における金属枠体３の内側から外側までの幅Ｗは、第１枠部３ａの内周から第２枠部３ｂの外周までの長さである。これに対して、図１〜図３および図５〜図７に示す例のセラミック回路基板１０においては、第１枠部３ａと第２枠部３ｂとは外寸および内寸が同じで平面視の位置も同じであるので、第１枠部３ａと第２枠部３ｂとは互いに全面が重なっている。この例における金属枠体３の内側から外側までの幅Ｗは、第１枠部３ａおよび第２枠部３ｂの幅に等しい。また、図８に示す例のセラミック回路基板１０においては、第１枠部３ａの外寸は第２枠部３ｂの外寸より小さく、第１枠部３ａの内寸は第２枠部３ｂの内寸より大きく、第１枠部３ａは第２枠部３ｂの幅内に位置しており、第１枠部材３ａは第２枠部３ｂと全面が重なっている。この例における金属枠体３の内側から外側までの幅Ｗは、第２枠部３ｂの幅に等しい。

図１〜図３および図５〜図８に示す例のように、第１枠部３ａと第２枠部３ｂのうちの
一方は、他方と全面が重なっているセラミック回路基板１０とすることができる。このような構成であると、上記したように金属枠体３の内側から外側までの幅Ｗは、第１枠部３ａまたは第２枠部３ｂの幅と同じになり、より小さくなるので、セラミック回路基板１０がより小型化する。

このとき、図１〜図３および図５〜図７に示す例のように、第１枠部３ａの幅と第２枠部３ｂの幅とが同じであるセラミック回路基板１０とすることができる。上記のように第１枠部３ａの幅と第２枠部３ｂとが全面が重なるようにして小型化したとき、第１枠部３ａの幅および第２枠部３ｂの幅を最も大きくすることができるので、第１枠部３ａのセラミック基板１との接合面積および第２枠部３ｂの蓋体３０との接合面積を大きくすることができる。また、第１枠部３ａの第３枠部３ｃからはみ出した部分の長さも大きくすることができるので、第１枠部３ａの変形性が高いものとなる。よって、気密封止性および光学特性がさらに優れたパッケージ４０および電子装置１００を得ることができる。また、図１〜図３に示す例のように、第１枠部３ａと第２枠部３ｂとが内端同士あるいは外端同士で第３枠部３ｃにより接続されている、言い換えれば金属枠体３の断面形状がコの字型（Ｃ字型）の場合には、金属枠体３の上下の区別がなくなるので、セラミック回路基板１０を作製する際に有利である。

図７および図８に示す例のセラミック回路基板１０では、第３枠部３ｃは第１枠部３ａおよび第２枠部３ｂのそれぞれの幅の中央部に接続されており、縦断面形状はＩ字（Ｈ字）型のようになっている。図１および図２に示す例のセラミック回路基板１０では、第３枠部３ｃは第１枠部３ａおよび第２枠部３ｂのそれぞれの内端に接続されている。図３に示す例のセラミック回路基板１０では、第３枠部３ｃは第１枠部３ａおよび第２枠部３ｂのそれぞれの外端に接続されている。そのため、図１〜図３に示す例の金属枠体３の断面形状はコの字型（Ｃ字型）となっている。図４に示す例のセラミック回路基板１０では、第３枠部３ｃは第１枠部３ａの外端に、第２枠部３ｂの内端に接続されている。そのため、図４に示す例の金属枠体３の断面形状はクランク型となっている。第３枠部３ｃが第１枠部３ａの内端に、第２枠部３ｂの外端に接続された、図４に示す例とは逆向きのクランク型とすることもできる。図５に示す例のセラミック回路基板１０では、第３枠部３ｃは第１枠部３ａの外端に、第２枠部３ｂの内端に接続されている。図６に示す例のセラミック回路基板１０では、第３枠部３ｃは第１枠部３ａの内端に、第２枠部３ｂの外端に接続されている。そのため、図５および図６に示す例の金属枠体３の断面形状は乙字型（Ｚ字型）となっている。

図１〜図６に示す例のように、第３枠部３ｃが、第１枠部３ａおよび第２枠部３ｂの内端または外端に接続されているセラミック回路基板１０とすることができる。図７および図８に示す例のような、第３枠部３ｃが第１枠部３ａおよび第２枠部３ｂのそれぞれの幅の中央部に接続されている場合には、第２枠部３ｂの幅が図１〜図６に示す例の第２枠部３ｂの幅と同じ場合であると、第３枠部３ｃとの接続部から第２枠部３ｂがはみ出る長さが短くなるので第２枠部３ｂが変形し難いものとなる。また、図１〜図６に示す例の第２枠部３ｂと同じだけはみ出させると、第２枠部３ｂの幅が約２倍になるので、金属枠体３およびセラミック回路基板１０が大型化してしまう。これに対して、第３枠部３ｃが、第１枠部３ａおよび第２枠部３ｂの内端または外端に接続されていると、第２枠部３ｂが変形しやすく小型の金属枠体３となるので、気密封止性および光学特性に優れた小型のパッケージ４０および電子装置１００を得ることができる回路基板１０となる。

図１〜図３に示す例の金属枠体３の断面形状は、いずれもコの字型（Ｃ字型）となっているが、図１および図２に示す例と図３に示す例とでは、その向きが異なっている。図１および図２に示す例の金属枠体３は、第３枠部３ｃが第２枠部３ｂの内端に接続されており、図３に示す例の金属枠体３は、第３枠部３ｃが第２枠部３ｂの外端に接続されている
。また、図５に示す例および図６に示す例の金属枠体３の断面形状は、いずれも乙字型（Ｚ字型）となっているが、図５に示す例と図６に示す例とでは、その向きが異なっている。図５に示す例の金属枠体３は、第３枠部３ｃが第２枠部３ｂの内端に接続されており、図６に示す例の金属枠体３は、第３枠部３ｃが第２枠部３ｂの外端に接続されている。第２枠部３ｂの変形は、第３枠部３が接続されている端部を中心として回転するような変形となる。

図９（ａ）および図９（ｂ）に示す例のように、セラミック回路基板１０はわずかではあるが反りを有するものである。この反りにより、蓋体３０が接合される金属枠体３の上面もまた反っており、平坦ではない。セラミック回路基板１０の反りの向きによって、金属枠体３に蓋体３０の金属枠部材３１を押し当ててシーム溶接をする際の、金属枠体３の変形のし易さが変わる。金属枠体３の変形のうち第２枠部３ｂの変形は、上述したように、第３枠部３が接続されている端部を中心として回転するような変形であり、第３枠部３ｃが接続されていない端部側が変形する。このような変形をさせるためには、蓋体３０を第２枠部３ｂの第３枠部３ｃが接続されていない端部に押し当てることで容易に行なうことができる。

そのため、図９（a）に示す例のようにセラミック回路基板１０が、金属枠体３が接合
されている第１面１ａ（上面）側に凸に反っている場合には、第２枠部３ｂの外端に第３枠部３ｃが接続されているセラミック回路基板１０とすることができる。一方、図９（ｂ）に示す例のようにセラミック回路基板１０が、金属枠体３が接合されている第１面１ａ（上面）とは反対側の第２面１ｂ（下面）側に凸に反っている場合には、第２枠部３ｂの内端に第３枠部３ｃが接続されているセラミック回路基板１０とすることができる。このようにすることで、第２枠部３ｂの第３枠部３ｃが接続されていない端部は、第３枠部３ｃが接続されている端部より上方に突出した状態となり、回路基板１０の上方から蓋体３０を押し当てて第２枠部３ｂを変形させやすくなる。また、第２枠部３ｂの変形と同時か、この変形の後に第３枠部３ｃが変形することとなる。図９は金属枠体３の断面形状がコの字型（Ｃ字型）の例であるが、金属枠体３の断面形状が乙字型（Ｚ字型）の例の場合も同様である。また、金属枠体３の断面形状がクランク型も同様である。セラミック回路基板１０の反りは、セラミック基板１の第１面１ａにおける、金属回路板２および金属枠体３が接合されず露出している部分で、表面粗さ計や３次元測定器等を用いて測定することができる。

セラミック回路基板１０の反りは、セラミック基板１の第１面１ａと第２面との間における、金属回路板２等の面積、厚みおよび形状等による、主に体積の違いで変わる。例えばアルミナからなるセラミック基板１の熱膨張係数より銅からなる金属回路板２等の熱膨張係数の方が大きいので、金属回路板２が多く接合されている側が凹となる反りになり易い。このようなセラミック回路基板１０の反りが小さい方が、蓋体３０を金属枠体３に接合する際の、金属枠体３の変形を小さくすることができ、蓋体３０の変形はより小さくなる。そのため、反りを小さくするために、セラミック基板１の第１面１ａと第２面１ｂとで金属回路板２の体積の差が小さいセラミック回路基板１０、あるいは金属回路板２以外の金属板を接合したセラミック回路基板１０とすることができる。

図１および図２に示す例の回路基板１００では、セラミック基板１の第１面１ａには９つの搭載金属板２ａおよび６つの端子金属板２ｂが接合されているのに対して、セラミック基板１の第２面１ｂには６つの配線金属板２ｃが接合されている。セラミック基板１の第１面１ａに接合されている金属回路板２の体積の方が第２面１ｂに接合されている金属回路板２の体積より大きいので、図９（ｂ）に示す例のように、セラミック回路基板１０の反りは、第２面１ｂ（下面）側に凸の反りとなりやすくなる。なお、図１および図２に示す例のセラミック回路基板１０においては、図１０および図１１に示す例のように、搭
載金属板２ａのうち中央の３つにはそれぞれ電子部品２０が搭載され、外側の６つの搭載金属板２ａと電子部品２０の電極とが電気的に接続される。外側の搭載金属板２ａと端子金属板２ｂとは、セラミック基板１の貫通孔内に配置されている貫通金属柱２ｄおよびセラミック基板１の第２面１ｂに接合されている配線金属板２ｃを介して電気的に接続されている。これにより、電子部品２０は金属枠体３の外側にある端子金属板２ｂと電気的に接続されている。

図３に示す例のセラミック回路基板１０では、セラミック基板１の第１面１ａに接合されている金属回路板２（搭載金属板２ａおよび端子金属板２ｂ）は同じであるのに対して、セラミック基板１の第２面１ｂには６つの配線金属板２ｃに加えて金属放熱板５が接合されている。金属放熱板５は、第１面１ａの中央部に配列されて接合されている３つの搭載金属板２ａのそれぞれに対向するように配列されている。搭載金属板２ａに搭載された電子部品２０で発生した熱は、搭載金属板２ａ、セラミック基板１および金属放熱板５を介して外部へ放出される。図１および図２に示す例に比較して、セラミック基板１の第１面１ａに接合されている金属回路板２の体積と第２面１ｂに接合されている金属回路板２の体積との差が小さいので、セラミック回路基板１０の反りが小さくなる。金属枠体３の熱膨張係数がセラミック基板１の熱膨張係数より大きければ、セラミック回路基板１０の反りは、第２面１ｂ（下面）側に凸の反りとなりやすくなる。

図４に示す例のセラミック回路基板１０では、図１〜図３に示す例に比較して、セラミック基板１が小さくなっており、セラミック基板１の第１面１ａに端子金属板２ｂが接合されていない。セラミック基板１の第２面１ｂにおける図１〜図３に示す例の配線金属板２ｃの位置に端子金属板２ｂが接合され、セラミック基板１から端子金属板２ｂの端部が突出している。また、図３に示す例では３つの金属放熱板５が接合されているのに対して、第１面１ａの中央部の３つの搭載金属板２ａに対向する大きさの１つの金属放熱板５が接合されている。この金属放熱板５は３つの搭載金属板２ａの外縁を結んだものより大きいので、電子部品２０で発生する熱はセラミック基板１の面方向にも拡散しながら金属放熱板５に伝わるので、放熱性がより高いものとなる。この例では、セラミック基板１の第１面１ａに接合されている金属回路板２の体積の方が第２面１ｂに接合されている金属回路板２の体積より小さいので、金属枠体３の熱膨張係数がセラミック基板１の熱膨張係数と同等であれば、図９（ａ）に示す例のように、セラミック回路基板１０の反りは、第１面１ａ（上面）側に凸の反りとなりやすくなる。

図５に示す例のセラミック回路基板１０では、図３に示す例に比較して大きい金属放熱板５が接合されている。金属放熱板５は、第１面１ａの中央部の３つの搭載金属板２ａに対向する大きさの部分とさらに金属枠体３の一部と対向する部分を有するＨ字型である。金属放熱板５がより大きいので放熱性もより高いものとなる。また、金属枠体３の熱膨張係数がセラミック基板１の熱膨張係数より大きい場合でも、セラミック回路基板１０の反りはより小さいものとなる。

図６に示す例のセラミック回路基板１０では、図３に示す例に対して、セラミック基板１の第２面１ｂだけでなく第１面１ａにも金属放熱板５が接合されている。第１面１ａに接合されている金属放熱板５は、搭載金属板２ａおよび端子金属板２ｂを取り囲むような形状で、これにより第１面１ａの大部分に金属板が接合されている。このときの金属枠体３は放熱板５の上に接合されており、放熱板５を介してセラミック基板１に接合されている。第２面１ｂの金属放熱板５は配線金属板２ｃを取り囲むような形状であり、金属放熱板５と配線金属板２ｃとで第２面１ｂのほぼ全面が覆われている。

図７および図８に示す例のセラミック回路基板１０では、図６に示す例と同様にセラミック基板１の第１面１ａに金属放熱板５が接合されている。図７（ａ）および図８（ａ）
に示すように、金属放熱板５は端子金属板２ｂの間にも配置されてより大きいものとなっており、これにより第１面１ａのほぼ全面に金属板が接合されている。図８に示す例の金属放熱板５は、図６に示す例の金属放熱板５と同様に１つの大きなものであり、回路導体２との間にクリアランスを設けるような貫通孔や切り欠きを有するものである。図７に示す例の金属放熱板５は、金属枠体３の内側と外側の２つに分かれている。この２つの間には金属枠体３が接合されている枠状の金属板（枠状金属板７）が接合されている。

図７および図８に示す例のセラミック回路基板１０においても、図６に示す例と同様の金属放熱板５がセラミック基板１の第２面１ｂに接合されている。そして、図７（ｂ）および図８（ｂ）に示すように、第２面１ｂの配線金属板２ｃおよび金属放熱板５（の下方）にさらに放熱部材が接合されている。この放熱部材は、セラミック放熱板６の上面に、セラミック基板１の第２面１ｂに接合されている配線金属板２ｃおよび金属放熱板５と同様の形状の金属放熱板５が接合され、セラミック放熱板６の下面にはセラミック放熱板６より一回り小さい金属放熱板５が接合されているものである。図７（ｃ）および図８（ｃ）に示すように、セラミック回路基板１０の下面に露出しているのはセラミック放熱板６および金属放熱板５である。配線金属板２ｃの外側（下側）に絶縁体であるセラミック放熱板６が存在しているので、セラミック回路基板１０を、金属等の導電性の表面を有する外部の放熱部材に、はんだやろう材等の金属接合材で接続することができる。

パッケージ４０は、図１０および図１１に示す例のように、上記セラミック回路基板１０と、セラミック回路基板１０の金属枠体３の第２枠部３ｂに接合されている蓋体３０と、を備える。蓋体３０は、金属枠体３に接合される、窓部を有する板状の金属枠部材３１および窓部を塞いで金属枠部材３１に接合された透光性部材３３を有している。このようなパッケージに４０よれば、上記構成のセラミック回路基板１０を備えていることから、気密封止性および光学特性に優れた電子装置１００を得ることができる。

このとき、蓋体３０が、金属枠部材３１と透光性部材３３との間に、セラミック枠部材３２を備えているパッケージ４０とすることができる。比較的剛性の高いセラミック枠部材３２を備えているので、透光性部材３３の歪みがより小さくなり、光学特性がより優れた電子装置１００を得ることができるパッケージ４０となる。

電子装置１００は、上記構成のパッケージ４０と、セラミック回路基板１０の金属回路板２（搭載金属回路板２ａ）上に搭載された電子部品２０と、を備えている。このような電子装置１００によれば、上記構成のパッケージ４０を備えていることから、気密封止性および光学特性に優れたものとなる。

セラミック基板１は、セラミック焼結体からなり、金属回路板２等を固定して支持するための基体部分である。また、セラミック基板１は、セラミック基板１の表面に接合された複数の金属回路板２の間を互いに電気的に絶縁させるための絶縁部材としても機能する。また、セラミック基板１の上下面間で熱を伝導する伝熱部材としても機能する。セラミック基板１の大きさは電子装置１００の用途等に応じて適宜設定されるものであるが、例えば、厚みが０．２５ｍｍ〜１．０ｍｍで、平面視の大きさは１辺の長さが１０ｍｍ〜２００ｍｍの矩形状とすることができる。

セラミック基板１のセラミックス焼結体としては、公知の材料を用いることができ、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体および窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）焼結体などを用いることができる。セラミック基板１は、公知の製造方法によって製造することができ、例えば、アルミナなどの原料粉末に焼結助剤を添加し、基板状に成形したのち、焼成することで製造することができる。

金属回路板２は、例えば銅または銅合金、あるいはアルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属材料によって形成されている。電気伝導および熱伝導の点では９９％以上の純銅を用いるとよく、さらに、金属回路板２における酸素の含有量が少ない方が、ボンディングワイヤ２１と金属回路板２との接合強度の向上に関して有利である。金属回路板２の大きさおよび形状もまた、電子装置１００の用途等に応じて適宜設定されるものであるが、例えば、厚みは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとすることができる。

図１〜図３および図５〜図１１に示す例のセラミック回路基板１０においては、セラミック基板１の上面（第１面１ａ）の中央部に接合された搭載金属板２ａ、この搭載金属板２ａを挟むように配置されて接合された一対の端子金属板２ｂおよびセラミック基板１の下面に接合された配線金属板２ｃを備えている。搭載金属板２ａは、電子部品２０が搭載される金属板と電子部品２０の電極と接続される金属板とを含んでいる。上述したように、搭載金属板２ａ（電子部品２０の電極と接続される金属板）と端子金属板２ｂとは、配線金属板２ｃで電気的に接続されている。搭載金属板２ａと配線金属板２ｃ、および配線金属板２ｃと端子金属板２ｂは、セラミック基板１の貫通孔内に配置されている貫通金属柱２ｄを介して電気的に接続されている。これにより、金属枠体３の内側にある電子部品２０と金属枠体３の外側にある端子金属板２ｂとが電気的に接続されており、端子金属板２と外部回路とを接続することで電子部品２０と外部回路とが電気的に接続される。図４に示す例のセラミック回路基板１０では、金属回路板２は配線金属板２ｃを備えておらず、搭載金属板２ａ（電子部品２０の電極と接続される金属板）とセラミック基板１の第２面１ｂに接合され、セラミック基板１から端部が突出している端子金属板２ｂとが、セラミック基板１の貫通孔内に配置されている貫通金属柱２ｄを介して電気的に接続されている。金属回路板２の数、形状、配置等はこの例に限られるものではない。

金属回路板２は、セラミック基板１の第１面１ａまたは第２面１ｂにろう材４を介して接合されている。ろう材４は、金属回路板２が銅または銅合金からなる場合であれば、例えばチタン、ハフニウムおよびジルコニウムのうち少なくとも１種の活性金属材料を含む、銀−銅（Ａｇ−Ｃｕ）系の活性ろう材を用いることができる。Ａｇ−Ｃｕ系ろう材としては、例えばＢ−Ａｇ８（ＪＩＳ Ｚ ３２６１−１９８５）を用いることができる。金属回路板２がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる場合であれば、アルミニウムろうを用いることができる。

あらかじめ打ち抜き加工やエッチング加工によって所定形状に加工した金属板をセラミック基板１に接合してもよいし、セラミック基板１と同等の大きさの金属板を接合した後にエッチング等で所定形状の金属回路板２としてもよい。以下、銅からなる金属回路板２をエッチングで形成する例について説明する。

まず、セラミック基板１の上にろう材ペーストを、金属回路板２の形状に塗布する。ろう材ペーストは、上記ろう材４（活性ろう材）となる粉末に溶剤やバインダー等を加えて混錬することで作製することができる。次に、ろう材ペーストの上にセラミック基板１と同等の大きさの銅からなる金属板を載置して、例えば、真空状態で８３０℃程度の加熱処理をすることによって金属板をセラミック基板１に接合する。次に、金属板の上面にエッチングマスクを形成する。エッチングマスクは、フィルム状のレジスト材を金属板の上面に貼り付ける、あるいは液状のレジスト材を金属板の上面に塗布するなどして、フォトリソ法によって金属回路板２に対応する部分以外を除去して形成することができる。液状の樹脂を金属回路板２の形状に印刷してエッチングマスクを形成することもできる。次に、金属板のエッチングマスクで覆われていない部分をエッチングによって除去し、所定形状の金属回路板２を形成する。そして、エッチングマスクを除去することでセラミック回路基板１０となる。

金属放熱板５は、金属回路板２と同様の金属で同様にして形成することができる。

図７および図８に示す例のような放熱部材を備える場合は、セラミック基板１と同様のセラミック放熱板６の上面および下面に金属放熱板５を接合して放熱部材を作製し、上面の金属放熱板５とセラミック基板１の下面（第２面１ｂ）の金属回路板２および放熱板５とをろう材４で接合することで作製することができる。この金属回路板２等とセラミック放熱板６の放熱板５とを接合するろう材４は、活性金属を含まないろう材、はんだ等を用いることができる。

金属枠体３は、搭載金属板２ａを取り囲む大きさの枠状である。金属枠体３は、セラミック基板１に接合されている平板枠状の第１枠部３ａと、蓋体３０が接合される平板枠状の第２枠部３ｂと、第１枠部３ａと第２枠部３ｂとを接続している筒状の第３枠部３ｃと、を有しており、これらは一体となっている。金属枠体３の大きさおよび形状は電子装置１００の用途等に応じて適宜設定されるものである。例えば、第１枠部３ａおよび第２枠部３ｂは、内寸が５ｍｍ〜１００ｍｍの矩形状、外寸が７ｍｍ〜１２０ｍｍの矩形状で、厚みは０．１ｍｍ〜２．０ｍｍとすることができる。第３枠部３ｃは厚みが０．１ｍｍ〜２．０ｍｍで外寸が５．１ｍｍ〜１２０ｍｍの矩形状で高さが１ｍｍ〜２０ｍｍとすることができる。

金属枠体３は、金属回路板２と同様の金属で形成してもよいし、他の金属であってもよい。金属枠体３は金属回路板２と比較して大きいので、セラミック基板１との熱膨張係数の差がより小さい、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の比較的低熱膨張の金属を用いることができる。金属枠体３の断面形状は上述したような形状とすることができるが、このような金属枠体３は、例えば、金属板を打ち抜き加工して作製した金属枠を切削加工するなどして作製することができる。例えばプレス加工で第１枠部３ａと第３枠部３ｃとを一体的に作製した後に打ち抜き加工で作製した第２枠部３ｂを溶接、ろう接等で接続して作製することができる。または、プレス加工で第２枠部３ｂと第３枠部３ｃとを一体的に作製した後に打ち抜き加工で作製した第１枠部３ａを溶接、ろう接等で接続して作製することができる。あるいは、第１枠部３ａ、第２枠部３ｂおよび第３枠部３ｃをそれぞれ別々に打ち抜き加工等で作製して、これらを溶接、ろう接等で接続して作製することができる。

金属枠体３もまたセラミック基板１にろう材４で接合されている。あらかじめ金属回路板２の形状に加工した金属板をセラミック基板１に接合する場合であれば、金属回路板２の接合と同時に、同じろう材４を用いて接合することができる。大きい金属板を接合してエッチング加工して金属回路板２を形成する場合には、金属回路板２を形成した後に再度金属枠体３を接合する。また、図６および図８に示す例のように、金属放熱板５を介して金属枠体３をセラミック基板１に接合する場合は、金属回路板２および金属放熱板５を接合した後に、金属放熱板５の上に金属枠体３を接合することができる。この場合のろう材４は、活性金属を含まないもの、低融点のものなど、金属回路板２等を接合するろう材とは異なるものを用いることができる。あるいは、図７に示す例のように、金属放熱板５ではなく、金属枠体３を接合するための枠状金属板７をセラミック基板１に接合しておき、この枠状金属板７の上に金属枠体３を接合することもできる。このときの枠状金属板７は、金属枠体３と同様の金属で形成することができる。上述したように、金属枠体３は金属回路板２と比較して大きく、枠状金属板７も大きいものとなるので、これらにはセラミック基板１との熱膨張係数の差がより小さい、例えば、鉄―ニッケル―コバルト（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）合金や鉄―ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金等の比較的低熱膨張の金属を用いることができる。

金属回路板２、金属枠体３、ろう材４および金属放熱板５の露出面には、金属皮膜（図
示せず）を設けることができる。この金属皮膜は、金属回路板２の腐食防止、電子部品２０の接合材（不図示）による金属回路板２への接合性、ボンディングワイヤ２１の接合性あるいは金属枠体３への蓋体３０の接合性を高めるための皮膜である。金属皮膜は、例えばめっき法によってセラミック基板１に接合された金属回路板２の上面に、ニッケルなどのめっき皮膜層として形成することができる。

上記のようなセラミック回路基板１０の金属枠体３の第２枠部３ｂに蓋体３０を接合することでパッケージ４０となる。金属枠体３の第２枠部３ｂと蓋体３０との接合は、セラミック回路基板１０の金属回路板２（搭載金属板２ａ）に電子部品２０が搭載されてから行なわれる。

蓋体３０の金属枠部材３１は、例えば、厚みが０．０５ｍｍ〜１ｍｍで外寸が金属枠体３の第２枠部３ｂの外寸と同程度で、内寸が金属枠体３の第２枠部３ｂの内寸以下であり、金属枠体３に接合した状態で平面視したときに、搭載される電子部品２０の少なくとも一部が見える大きさである。

金属枠部材３１は、金属枠体３と同様の金属、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属からなるものであり、このような金属の板材を打ち抜き加工あるいはエッチング加工することで作製することができる。金属枠体３と同程度の熱膨張係数を有するものであれば、接合後の熱応力を小さくすることができる。金属枠部材３１の表面には、腐食防止、金属枠体３との接合性のためにめっき被膜を設けることができる。従来周知の、電解めっき法あるいは無電解めっき法などによりめっき皮膜を形成することができる。

蓋体３０の透光性部材３３は、透光性材料すなわち光を透過する材料からなる板状体である。ここでいう光は、電子部品２０で発光するあるいは受光する光、例えば可視光である。例えばソーダガラスまたはホウケイ酸ガラス等の透明なガラス、またはサファイア等の板状の部材である。金属枠部材３１の窓部を塞いで接合することのできる寸法であり、金属枠部材３１の内寸より大きく、金属枠体３の第２枠部材３ｂの内寸より小さい。蓋体３０が、セラミック枠部材３２を備えている場合であれば、セラミック枠部材３２の窓部を塞いで接合することのできる寸法であり、セラミック枠部材３２の内寸より大きく、セラミック枠部材３２の透光性部材３３が接合される面の外寸より小さい。

透光性部材３３は、例えば、上記のような透光性材料からなる大型の板材を切断して所定の大きさの矩形状の板材（以下、矩形板体とも呼ぶ。）に加工することで作製される。例えば、大型の板材の主面に、レーザーやダイシング等で溝を形成し、溝に機械応力や熱応力を加えることで切断することができる。この切断により得た矩形板体の側面は、ほぼ平面で形成されたものとなる。このまま透光性部材３３として使用してもよいが、矩形板体の両主面と側面のなす直角の角部、側面同士のなす直角に対して４５°の角度で角部を研磨によってＣ面を形成した場合には、角部に欠けが発生し難くなり、透光性部材３３に応力が加わった場合にも割れ難くなる。

透光性部材３３は、上記のような材料の板材の表面に、反射防止膜、光学フィルター膜等の光学膜を備えるものとすることできる。このような光学膜は、例えば誘電体の薄膜で形成することができ、誘電体の種類や組み合わせ、層数を設定することで所定光学特性を有するものとなる。また、例えば光の入射あるいは出射角度を制限するための遮光膜を設けることもできる。金属枠部材３１またはセラミック枠部材３２の内寸を調節することで遮光膜として機能させることもできる。

蓋体３０が、セラミック枠部材３２を備えている場合のセラミック枠部材３２は、例え
ば、セラミック基板１と同様のセラミック材料からなるものである。セラミック枠部材３２の外寸は金属枠部材３１の内寸より大きく、内寸は金属枠部材３１の外寸より小さいものである。図１０および図１１に示す例のセラミック枠部材３２は、金属枠部材３１に接合されている面（上面）とは反対側の面（下面）と内側面との間の角部が切りかかれて段差面を有する、縦断面形状がＬ字型（かぎ型）の枠体であるが、断面形状が矩形の平板枠状のセラミック枠部材３２とすることもできる。縦断面形状がＬ字型であると、透光性部材３３とセラミック枠部材３２との接合面積を増やすことができる。

セラミック枠部材３２が、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、以下のようにして作製することができる。まず、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはシリカ（ＳｉＯ２）、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒等を添加混合して泥漿状とし、これを周知のスプレードライ法等を用いて顆粒を作製する。次に、この顆粒を周知の乾式プレス法を用いて、上記したような形状の成形体を得る。その後、この成形体を、例えば、約１６００（℃）の温度で焼成することによりセラミック枠部材３２が製作される。

蓋体３０がセラミック枠部材３２を備えていない場合には、金属枠部材３１と透光性部材３３とはガラスで接合することができる。

蓋体３０がセラミック枠部材３２を備えている場合には、例えば、金属枠部材３１とセラミック枠部材３２とは活性金属を含むろう材で接合し、セラミック枠部材３２と透光性部材３３とはガラスで接合することができる。

上記のようなパッケージ４０のセラミック回路基板１０に電子部品２０を搭載することで、図１０および図１１に示す例のような電子装置１００となる。

電子部品２０は、例えばＣＣＤ（Charged-Coupled Device）およびＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等の撮像素子、光スイッチおよびミラーデバイス等のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子、レーザーダイオード（ＬＤ；Laser Diode）およびＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子のような光学素子で
ある。電子部品２０が、ＬＤやＬＥＤ発光素子である場合には、プロジェクターや自動車のヘッドライト等の光源となる。図１０および図１１に示す例では、３つの電子部品２０が搭載されている。例えば、発光色がＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のように異なるものとすることができる。上記のようなセラミック回路基板１０は放熱性に優れているので、ハイパワーで発熱量の大きい電子部品２０を搭載するのに有利である。

電子部品２０は、接合材（不図示）によってセラミック回路基板１０の金属回路板２（中央の搭載金属板２ａ）に接合されて固定される。接合材は、例えば、はんだまたは銀ナノペーストを用いることができる。

電子部品２０は、電子部品２０の電極（不図示）と金属回路板２（外側の搭載金属板２ａ）とは接続部材で電気的に接続される。接続部材としては、図１０および図１１に示す例のような、ボンディングワイヤ２１が用いられ、例えば、銅もしくはアルミニウム製のものを用いることができる。

金属枠体３の内側の金属回路板２（搭載金属板２ａ）に電子部品２０が搭載された後、セラミック回路基板１０の金属枠体３（の第２枠部３ｂ）と蓋体３０（の金属枠部材３１）とが接合されて、金属枠体３の内側に収容された電子部品２０が気密に封止される。この接合は、例えばシームウエルドによって行なわれる。蓋体３０の金属枠部材３１を金属枠体３の第２枠部３ｂにローラーで押さえつけながら電流を印加して接合する。このとき
、金属枠体３が変形しやすく接合される蓋体３は変形し難いので、気密封止性および光学特性に優れた電子装置１００となる。

１・・・セラミック基板
１ａ・・・第１面
１ｂ・・・第２面
２・・・金属回路板
２ａ・・・搭載金属板
２ｂ・・・端子金属板
２ｃ・・・配線金属板
２ｄ・・・貫通金属柱
３・・・金属枠体
３ａ・・・第１枠部
３ｂ・・・第２枠部
３ｃ・・・第３枠部
４・・・ろう材
５・・・金属放熱板
６・・・セラミック放熱板
７・・・枠状金属板
１０・・・セラミック回路基板
２０・・・電子部品
２１・・・ボンディングワイヤ
３０・・・蓋体
３１・・・金属枠部材
３２・・・セラミック枠部材
３３・・・透光性部材
４０・・・パッケージ
１００・・・電子装置

Claims (8)

1. セラミック基板と、
   該セラミック基板の表面に接合されており、電子部品が搭載される搭載金属板および端子金属板を含む金属回路板と、
   前記搭載金属板を取り囲んで前記セラミック基板の表面に接合されており、蓋体が接合される金属枠体と、を備えており、
   該金属枠体は、
   前記セラミック基板に接合されている平板枠状の第１枠部と、
   前記蓋体が接合される平板枠状の第２枠部と、
   前記第１枠部と前記第２枠部とを接続している筒状の第３枠部と、
   を有しているセラミック回路基板。
2. 前記第１枠部と前記第２枠部とは、平面視で重なる部分を有している請求項１に記載のセラミック回路基板。
3. 前記第１枠部と前記第２枠部のうちの一方は、他方と全面が重なっている請求項２に記載のセラミック回路基板。
4. 前記第１枠部の幅と前記第２枠部の幅とが同じである請求項３に記載のセラミック回路基板。
5. 前記第３枠部は、前記第１枠部および前記第２枠部の内端または外端に接続されている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のセラミック回路基板。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のセラミック回路基板と、
   該セラミック回路基板の前記金属枠体の前記第２枠部に接合されている蓋体と、を備え、該蓋体は、前記金属枠体に接合される、窓部を有する板状の金属枠部材および前記窓部を塞いで前記金属枠部材に接合された透光性部材を有しているパッケージ。
7. 前記蓋体は、前記金属枠部材と前記透光性部材との間に、セラミック枠部材を備えている請求項６に記載のパッケージ。
8. 請求項６または請求項７に記載のパッケージと、
   前記セラミック回路基板の前記金属回路板上に搭載された電子部品と、を備えている電子装置。
   

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