JP3800998B2

JP3800998B2 - 電子部品用パッケージと、それを用いた電子パッケージ部品及び電子機器

Info

Publication number: JP3800998B2
Application number: JP2001231635A
Authority: JP
Inventors: 榮松坂上
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2021-07-31
Also published as: JP2003046012A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品、例えば、水晶振動子、圧電素子、半導体素子等を収容する密閉構造の電子部品用パッケージと、それを用いた電子パッケージ部品及び電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信機器等には水晶振動子等の電子部品を実装するための電子部品用パッケージが使用されており、かかる電子部品用パッケージは、一般に、図１６、図１７に示すような構造となっている。図１６は従来の電子部品用パッケージの斜視図で、図１７は図１６のＤ−Ｄ線断面図である。
すなわち、従来の電子部品用パッケージは、セラミックスからなる箱型状のケース１００の中に電子部品１１０を収容し、ケース１００の上面に平板状の金属製蓋体１０２をろう材１０４等で接合して密閉構造としたものである。このような、本体がセラミックス製のセラミックパッケージについては、多くの提案があり、例えば、特開平１０−４１４３１号、特開平１１−１２６８３７号、特開平１１−３０２０３４号、特開平１１−４０６９０号、特開２０００−２２３６０６号、特開２０００−２３６０３５号、特開２０００−３４９１８１号等の公報に開示されている。
【０００３】
一方、本体および蓋ともに金属製からなるメタルパッケージは、特開２０００−２００８５７号公報に開示されている。同公報では、本体側が箱型状の金属製ケースとなっており、このケース上に平板状の金属製蓋体を気密に封着している。また、ケースが金属製であるため、ケース全体を絶縁膜のコーティングをしたのちに電子部品のリード端子を引き出すための電極を形成している。
【０００４】
上記のセラミックパッケージ、メタルパッケージはいずれも内部が真空処理または不活性ガス封入処理を施され、かつ、ケースと蓋体とを密閉接合する必要があることからその接合方法に様々な工夫が施されている。上にあげた各公報の技術の主な狙いは接合構造の改良やろう材、ケース材料の改良等にある。これは、ケースが箱型状に形成されていることと、ケースと蓋体との接合には専らレーザビームまたは電子ビームが用いられていることから、その際の熱影響、熱ひずみ等を極力低減することが背景となっている。
【０００５】
また、電子部品用パッケージはリフロー半田付けにより回路基板等に接続されるので、一般的にはケース材料をセラミックス等の絶縁材料で構成するのが通例である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、電子部品用パッケージはセラミックパッケージとメタルパッケージに大別されるが、セラミックパッケージは本体側のケースが箱型状となっており、そのケースを型抜きされたセラミックスシート（グリーンシート）のシート積層法により製作する必要があるため、製造工程が複雑となる結果、コスト低減が難しかった。これに加えて、上記セラミックスシートはポーラスな形状であり、薄くすると気密性を保つことができないため、薄型化するにも限界があった。また、気密性を保つために高密度にし、ＨＩＰ（熱間静水圧圧縮成形）を用いて製作する方法もあるが、コストが非常に高くなるという欠点があった。
【０００７】
一方、メタルパッケージは薄型化するうえではそれほど問題はないものの、電子部品の電極形成のため、ならびに回路基板とのリフロー半田付けの際の他の回路部分との導通を防ぐために金属製ケースを予め絶縁処理しなければならず、コスト低減が難しく、また電子部品への熱影響も大きくなることが問題であった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、従来のセラミックパッケージやメタルパッケージに比べて、更なるコスト低減および薄型化が可能で、さらにパッケージや電子部品等への熱影響を低減可能な、電子部品用パッケージを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電子部品用パッケージは、電子部品を収容する密閉構造のパッケージであって、絶縁材料からなる平板状のベースと、該ベースの外周に下面より浮き上がった状態で接合される箱型状の金属製蓋体とからなり、前記ベースは、その外周上に取り付けられた接合材のリングを介して前記金属製蓋体と接合してなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の電子部品用パッケージは、前記ベースと前記金属製蓋体との接合部の少なくとも一部がテーパ面を有してなるものである。
【００１２】
本発明では、ベースを平板状に形成し、ベースに接合される蓋体は金属製からなり、かつ、箱型状に形成したものである。したがって、ベースがセラミックスからなるものであっても、その製造は従来例に比較してはるかに容易であるため、大幅なコストダウンが可能である。また、ベース形状がシンプルなものであることから、金属製蓋体との接合時や回路基板とのリフロー半田付けの際における熱ひずみが残留することがなく、かかる熱影響を軽減することができる。さらに、電子部品用パッケージの薄型化が可能である。
【００１３】
本発明において、ベース材料は、セラミックスまたはガラスもしくは低融点ガラス、あるいはこれらの複合材料からなる。複合材料としては、セラミックスとガラスはどちらが主体となっても構わない。セラミックスまたはガラスの場合には金属製蓋体との接合のために接合材（またはろう材）が用いられる。また、低融点ガラスの場合には、接合材を用いなくてもよいが、熱変形等を防ぐために後述するようなカーボン製の治具を用いるとよい。本発明において低融点ガラスとは、融点が４５０℃以下のものを言う。
【００１６】
また、本発明では、ベースの外周に金属製蓋体を接合するものである。ただしこの場合には、金属製蓋体はベースの下面より浮き上がった状態で接合する必要がある。ベースを板厚の半分程度、金属製蓋体に挿入した形で接合するものである。これは、回路基板等とのリフロー半田付けの際に金属部分が他の回路部分と導通しないようにするためである。また、ベースと金属製蓋体のはめ込み代の部分である接合部をテーパ面とすることもできる。
【００１７】
接合のためのリングは、次の構成のどれか一つを用いることができる。
▲１▼低融点ガラスからなるリング
▲２▼内周側を低融点ガラス層、外周側を金属層とした複合リング
▲３▼内周側を低融点ガラス層、中間部を金属層、外周側を半田層とした複合リング
なお、金属層は低融点ガラス層と熱膨張係数が極力近いものを選定する必要がある。
【００１９】
本発明の電子部品用パッケージは小型・薄型に構成できることから、特に水晶振動子用のパッケージに用いて効果を発揮するものである。
近年における移動体通信機器に代表される携帯型デバイスの分野ではとみに小型・薄型化が要請されているところであり、この要請に本発明は低価格、高信頼性で応えることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの実施の形態を図面により説明するが、もちろん本発明は図示の例に限定されるものではない。図１は本発明の実施の形態１による電子部品用パッケージの斜視図、図２は図１の電子部品用パッケージの分解斜視図、図３は図１のＡ−Ａ線断面図である。
本発明の電子部品用パッケージは、基本的に、絶縁材料からなる平板状のベース１０と、ベース１０上に被着される箱型状の金属製蓋体２０とから構成される。ベース１０と金属製蓋体２０とは、この例では融点が４００℃の低融点ガラスを接合材１２として用い、レーザ溶接あるいは電子ビーム溶接により接合している。この電子部品用パッケージ内部に水晶振動子等の電子部品３０がベース１０上に取り付けられることにより電子パッケージ部品を構成している。
【００２１】
ベース１０を構成する絶縁材料は４５０℃以上に耐えられるものであれば何でも良いが、主に、セラミックスまたはガラス、あるいはこれらの複合材料が用いられる。セラミックスは、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等に代表される酸化物系、炭化シリコン（ＳｉＣ）系、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系等であり、ガラスは、例えばソーダ石灰ガラス、石英ガラス、ほうけい酸ガラス等である。また、他の材料、例えば無機質繊維等との複合ガラスでもよい。
また、蓋体２０を構成する金属材料は、例えばコバール等、接合する低融点ガラス等と熱膨張係数が同程度のものが好ましい。蓋体２０は、通常これらの金属板をプレス加工することによってつくられる。
【００２２】
ベース１０の厚みは０．１ｍｍ程度であり、また金属製蓋体２０の板厚は同じく０．１ｍｍ程度となっている。そして、この電子部品用パッケージの厚みは、携帯電話等に用いられる水晶振動子用パッケージの場合、１ｍｍ以内で、好ましくは０．７ｍｍ以下に薄型化される。
【００２３】
金属製蓋体２０をベース１０上に接合する方法は、次のようになっている。
まず、平板状のベース１０の上面に、金属製蓋体２０の接合面形状に合わせて閉ループ状に低融点ガラスの塗膜１４を形成する（図２参照）。低融点ガラスは印刷法等により塗布する。塗膜１４の厚みは、１０〜５０μｍである。
次に、塗膜１４の上に金属製蓋体２０の接合面（下面）を位置合わせして、真空チャンバ（図示せず）内でレーザビームまたは電子ビームを塗膜１４の外周縁に照射して塗膜１４の低融点ガラスを溶融させ、金属製蓋体２０とベース１０をシーム溶接する。これにより、金属製蓋体２０は内部が所定の真空下でベース１０上に封着される。なお、内部に窒素ガス等の不活性ガスを封入した状態で金属製蓋体２０を封着することもできる。また、接合面積を大きくする場合には、金属製蓋体２０の下面にフランジを設ければよい。また、内部の真空度を必要としない場合には、加熱炉内で融着することも可能である。
【００２４】
また、上記シーム溶接の前に、予め電子部品３０のリード端子１５を引き出す処理をしておく必要がある。図２、図３に示すように、この例では２つの貫通孔１６をベース１０に設け、水晶振動子のリード端子１５をこれらの孔１６を通して外部に引き出す。その後、貫通孔１６とリード端子１５の隙間を例えばハーメチックシール１７で封止する。封止材料は前述したように特に限定されない。また、以下に述べる他の実施形態についてもリード端子１５の引き出し処理は上記と同様に行われている。あるいは、これに限定されることなく、図１４に示すようにパターン印刷技術等により接続端子を形成しても良い。この例では、薄膜金属層からなる薄膜端子部１９がベース１０の表裏面および側面切欠き部に連続して形成されており、電子部品３０のリード端子はこの薄膜端子部１９の内部端子部に半田付けまたはボンディングで接続される。
以上のリード端子引き出し処理、およびその後に行われる金属製蓋体のシーム溶接により、電子部品用パッケージ内部は気密に保持される。
【００２５】
以上のような方法で、この電子部品用パッケージは製作される。その後、この電子部品用パッケージは回路基板等にリフロー半田付けされるが、ベース１０は高い耐熱性および電気絶縁性を有するセラミックス、あるいはガラス等でつくられているため、回路基板上の他の回路と導通するおそれは全くない。さらに、ベース１０は熱伝導率が非常に小さいので、電子部品用パッケージ内部の電子部品３０に与える熱影響も軽減することができる。しかも、ベース１０はシンプルな平板状の形状をなしているため、セラミックス製である場合でもその製作は従来の箱型状のものよりもはるかに容易であり、したがって製造コストを大幅に低減することができる。金属製蓋体２０との接合も容易であるうえに接合時における熱ひずみがベース１０に残留することがなく、シール性の信頼性が向上するものとなる。
また、金属製蓋体２０は箱型形状であるため、公知の塑性加工技術を用いて容易かつ安価につくることができる。
【００２６】
図４は本発明の実施の形態２を示す斜視図、図５は図４の電子部品用パッケージの分解斜視図、図６は図４のＢ−Ｂ線断面図である。
この実施形態は、ベース１０の形状を外周に段差部１１を持つ凸板状の形状としたものである。段差部１１の内法幅は金属製蓋体２０の板厚分位底板部より小さくすればよい。ベース１０は、実施形態１と同様に、セラミックスやガラス等からつくられている。従来の箱型状のベース形状に比べればはるかにシンプルなので、ベース１０の製作は容易かつ安価である。
【００２７】
このベース１０と金属製蓋体２０との接合は次のように実施している。
まず、図５に示すように、低融点ガラスのリング１３をベース１０の段差部１１の外周にはめ込み（できれば融着で）取り付けておく。ついで、そのベース１０の段差部１１に金属製蓋体２０を被せ、接合面（金属製蓋体２０の底面および内周縁部）は加熱炉内でリング１３を溶融させ融着する。これにより、溶融ガラスは段差部１１の全周にわたって断面Ｌ型状に流れ込み、溶融ガラスを介してベース１０と金属製蓋体２０が接合される。
【００２８】
この実施形態の接合構造によれば、接合のために金属製蓋体２０の形状を変えることなく実施形態１よりも接合面積を大きくできるので、接合強度を大きくすることができ、シール性が向上する。また、リング１３の厚み等を調整することにより、溶融ガラスのベース外周縁からの垂れ落ちが生じないようにすることができる。また、溝状の接合材溜まり部１８を段差部１１に設けてもよい。
【００２９】
図７は本発明の実施の形態３を示す斜視図、図８は図７の電子部品用パッケージの分解斜視図、図９は図７のＣ−Ｃ線断面図である。
この実施形態は、ベース１０を平板状に形成し、その板厚の半分位まで金属製蓋体２０の中に挿入し接合する構成としたものである。ベース１０のはめ込み代を金属製蓋体２０との接合部とするもので、ベース１０の外周に実施形態２で説明したような低融点ガラスのリング１３をはめ込み融着してから金属製蓋体２０に挿入し、その後加熱炉内で低融点ガラスのリングを溶融させて接合するか、またはレーザビームもしくは電子ビームにより溶融させて接合する。あるいは、より簡単な接合方法としては、ベース１０を低融点ガラスでつくり、はめ込み代の部分をレーザビームもしくは電子ビームにより溶融させて接合する。
【００３０】
また、加熱炉内で低融点ガラスのリングを溶融させる場合、図１０に示すようなカーボン製の治具４０を用い、その凹部４２内にベース部を載置して加熱すれば、垂れ落ちた溶融ガラスが治具４０に固着することがない。また、実施形態２あるいは３において、ベースそのものを低融点ガラス製とし加熱炉で加熱接合する場合にも、同様に治具４０を用いる。ベース部が治具４０の凹部４２により規制されるので熱変形を防ぐことができ、治具４０との固着も生じない。
【００３１】
この実施形態の構成によれば、金属製蓋体２０はベース１０の下面より浮いた状態で封着されるので、上記の各実施形態と同様の効果が得られるとともに、リフロー半田処理の際において回路基板の他の回路部分と導通するようなことはない。
【００３２】
図１１は本発明の実施の形態４を示す断面図である。この実施形態は、実施形態３の変形例であり、ベース１０と金属製蓋体２０の接合部を５°以下のテーパ形状とし、このテーパ面で両者を接合するものである。ベース１０は低融点ガラスでつくり、少し押し込み気味にベース１０を金属製蓋体２０に挿入し、はめ込み部分をレーザビームもしくは電子ビームにより溶融させて接合している。なお、図１１では金属製蓋体２０の内側面全体をテーパ形状としているが、図１２に示すように金属製蓋体２０におけるベース１０との接合部をテーパ面にするだけでもよい。また、図１３に示すようにベース１０の側面をテーパ面にして、金属製蓋体２０の内周部に押し込み金属製蓋体２０の弾性力を利用して固定させることもできる。
この実施形態でも、実施形態３と同様の効果が得られる。
【００３３】
以上の各実施形態で説明したベースと金属製蓋体との接合方法ないし接合構造はあくまでも一例であり、以下接合構造を図１５によりまとめて説明する。
【００３４】
（１）低融点ガラスの塗膜による接合（図１５（ａ）参照）
この方法は実施形態１で用いた。ベース上面の平坦面のみを接合面とする場合には、接合材として、例えば低融点ガラスの塗膜１４を形成しておき、これをレーザ等で溶融させて接合するものである。
【００３５】
（２）低融点ガラスのリングによる接合（図１５（ｂ）参照）
この方法は実施形態２〜４で用いることができる。ベースの外周面（段差部を含む）を接合面とする場合、この方法が用いられる。
【００３６】
（３）低融点ガラスと金属の複合リングによる接合（図１５（ｃ）参照）
接合材のリング１３は、内周側の低融点ガラス層１３ａと外周側の金属層１３ｂとからなる複合リングとすることもできる。この場合、金属層１３ｂは低融点ガラスと熱膨張係数が近いものが望ましく、例えばＦｅ＋Ｎｉ（４２％）やコバールがよい。実施形態３と４ではこの複合リングを用いることができる。この場合、事前に加熱炉内で低融点ガラス層１３ａを溶融させてその溶融ガラスを接合媒体としてベース１０と金属層１３ｂとを融着させておき、その後金属層１３ｂにレーザビームまたは電子ビームを照射することにより金属製蓋体２０と接合する。
【００３７】
（４）低融点ガラスと金属と半田の複合リングによる接合（図１５（ｄ）参照）上記リング１３はまた、内周側の低融点ガラス層１３ａと中間部の金属層１３ｂと外周側の半田層１３ｃとからなる複合リングとすることもできる。金属層１３ｂの材質は上記（３）と同じである。実施形態２〜４ではこの複合リングを用いることができる。この複合リングの場合も上記（３）と同様に、事前に加熱炉内で低融点ガラス層１３ａを介してベース１０と金属層１３ｂとを融着させておくが、半田層１３ｃは金属製蓋体２０との接合前に金属層１３ｂの外周面に形成する。その後レーザービームまたは電子ビームにより金属層１３ｂおよび半田層１３ｃを介して金属製蓋体２０と接合する。
【００３８】
（５）低融点ガラスによる接合（図１５（ｅ）参照）
この方法は、ベースそれ自体を低融点ガラスで構成するものであり、実施形態２、３、４で採用した方法である。金属製蓋体２０との接触面において、ガラス部分を加熱炉またはレーザビームもしくは電子ビームにより溶融させて接合するものである。
【００３９】
上述の各実施形態により得られた電子パッケージ部品は、以下の各種電子機器に適用可能であり、特に薄型化や小型化が求められる電子機器には有効である。
（１）携帯電話、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、ナビゲーションシステム、時計等の情報機器
（２）ハードディスクドライブ、ファクシミリ装置、コピー装置等のＯＡ機器
（３）デジタルカメラ、デジタルビデオ等の映像機器
（４）ラジカセ、コンパクトディスク、ミニディスク、デジタルビデオディスク等の音響機器
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電子部品用パッケージのベースを絶縁材料で平板状に形成し、これに接合される金属製蓋体を箱型状に形成するとともに、ベースの外周上に取り付けられた接合材のリングを介して金属製蓋体を接合したものであるので、大幅なコストダウンが可能であるとともに、ベース材料や内部の電子部品への熱影響を軽減することが可能で、かつ、電子部品用パッケージの薄型化が可能であるという効果が得られる。また、この電子部品用パッケージを用いることにより小型化された電子パッケージ部品を得ることができ、さらにその電子パッケージ部品を用いることにより、小型の電子機器を構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による電子部品用パッケージの斜視図である。
【図２】図１の電子部品用パッケージの分解斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２による電子部品用パッケージの斜視図である。
【図５】図４の電子部品用パッケージの分解斜視図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３による電子部品用パッケージの斜視図である。
【図８】図７の電子部品用パッケージの分解斜視図である。
【図９】図８のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１０】加熱炉にて用いる治具の説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態４による電子部品用パッケージの断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４による他の電子部品用パッケージの断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４によるさらに別の電子部品用パッケージの断面図である。
【図１４】パターン印刷技術により形成される薄膜端子部の説明図である。
【図１５】ベースと金属製蓋体の接合方法の説明図である。
【図１６】従来の電子部品用パッケージの構成を示す斜視図である。
【図１７】図１６のＤ−Ｄ線断面図である。
【符号の説明】
１０ベース
１１段差部
１２接合材
１３リング
１３ａ低融点ガラス層
１３ｂ金属層
１３ｃ半田層
１４塗膜
１５リード端子
１６貫通孔
１７ハーメチックシール
１８接合材溜まり部
１９薄膜端子部
２０金属製蓋体
３０電子部品
４０治具
４２凹部

Claims

電子部品を収容する密閉構造のパッケージであって、絶縁材料からなる平板状のベースと、該ベースの外周に下面より浮き上がった状態で接合される箱型状の金属製蓋体とからなり、
前記ベースは、その外周上に取り付けられた接合材のリングを介して前記金属製蓋体と接合してなることを特徴とする電子部品用パッケージ。
前記ベースと前記金属製蓋体との接合部の少なくとも一部がテーパ面を有してなることを特徴とする請求項１記載の電子部品用パッケージ。
前記ベースがセラミックスまたはガラスもしくは低融点ガラス、あるいはこれらの複合材料からなることを特徴とする請求項１または２記載の電子部品用パッケージ。
前記接合材が低融点ガラスからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子部品用パッケージ。
前記接合材のリングが、内周側の低融点ガラス層と、外周側の金属層とからなる複合リングであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子部品用パッケージ。
前記接合材のリングが、内周側の低融点ガラス層と、中間部の金属層と、外周側の半田層とからなる複合リングであることを特徴とする１〜３のいずれかに記載の電子部品用パッケージ。
請求項１〜６のいずれかに記載の電子部品用パッケージ内部に電子部品が封入されてなることを特徴とする電子パッケージ部品。
請求項７に記載の電子パッケージ部品を用いて構成したことを特徴とする電子機器。