JP3872400B2 - 電子部品収納用パッケージ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や圧電振動子等の電子部品を収容するための電子部品収納用パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子や圧電振動子等の電子部品を収容するための電子部品収納用パッケージは、一般に、略四角板状のセラミックス材料から成り、上面に電子部品を搭載収容する凹状の収納部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の収納部内に一端が、側面に他端が導出されている複数個の配線導体と、前記絶縁基体の上面で、前記電子部品の収納部を取り囲むように形成されている枠状の金属層と、前記絶縁基体の下面外周部に形成されている複数個の接続パッドと、前記絶縁基体の側面に形成されるとともに内壁面に導体が被着され、該導体（キャスタレーション導体）により各配線導体と各接続パッドとを電気的に接続する複数個の溝状の凹部と、前記枠状の金属層に接合され、前記絶縁基体の収納部を気密に封止する蓋体とにより構成されており、絶縁基体の凹状の収納部に電子部品を収容するとともに、電子部品の信号用、接地用等の各電極を各配線導体にボンディングワイヤ等の導電性接続部材を介して電気的に接続し、しかる後、絶縁基体上面の枠状の金属層に鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等から成る金属製の蓋体をロウ材等を介して接合し、電子部品を気密に封止することによって電子装置となる。
【０００３】
かかる電子装置は、絶縁基体下面の外周部に形成した接続パッドを外部電気回路基板の配線層に錫−鉛半田等の半田を介して接続することによって外部電気回路基板に実装され、同時に電子部品の各電極は配線導体と凹部内壁面の導体（キャスタレーション導体）と接続パッドとを介して外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【０００４】
なお、前記凹部内壁面の導体（キャスタレーション導体）のうち、少なくとも電子部品の接地用の電極が接続されるもの（通常、全接続パッド中約２０〜５０％）は、一部が絶縁基体上面に形成されている枠状の金属層にまで導出されており、枠状の金属層を接地できるようになっている。
【０００５】
また、前記導体が被着される溝状の凹部は、絶縁基体の側面に、通常は半円形の横断面で、ほぼ同一の内径で垂直方向に形成されており、枠状の金属層と接続される導体が被着されるものは絶縁基体の側面で下面部から上面部にかけて形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近時、各種電子装置は環境、人体に対する悪影響を防止するため従来使用されている錫−鉛半田に代わり、錫−銀−ビスマス系、錫−銀−銅−ビスマス系等の鉛を含有しない、いわゆる鉛フリー半田を用いて外部電気回路に接続されるようになってきており、かかる鉛フリー半田は、従来の錫−鉛半田に比べて溶融時に流れやすいため電子装置を外部電気回路基板に実装するとき、半田が導体の被着された凹部内壁面を伝って絶縁基体上面の枠状の金属層や枠状の金属層に取着されている金属製蓋体にまで這い上がり、その結果、絶縁基体の接続パッドと、外部電気回路基板の配線層との間に介在する半田の量が極めて少量となり、電子装置を外部電気回路基板に強固に実装することができないという欠点を有していた。
【０００７】
また、近年、電子機器は小型化が急激に進み、この電子機器に搭載される各種電子装置も小型化が要求され、これに伴って電子部品収納用パッケージも極めて小さなものとなってきている。そのためこの従来の電子部品収納用パッケージでは枠状の金属層の幅が狭く、かつ絶縁基体の外縁近くにまで形成されるようになってきており、特に溝状の凹部が形成されている部位での枠状の金属層の幅は極めて狭いものとなり、その結果、枠状の金属層に金属製の蓋体を、ロウ材等を介して接合させた場合、溝状の凹部が形成されている部位における枠状の金属層と金属製の蓋体との間に介在するロウ材の量が不足し、電子部品の気密封止の信頼性が低下するという問題もあった。
【０００８】
本発明は、上記欠点に鑑み案出されたものであり、その目的は、接続パッドを外部電気回路基板の配線層に鉛フリー半田を介して強固に接合し、それにより外部電気回路基板に強固にかつ高信頼性で実装することが可能で、かつ電子部品の気密封止の信頼性に優れた電子部品収納用パッケージを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上面に電子部品を収容するための凹状の収納部を有する絶縁基体と、前記絶縁基体の上面に形成され、前記収納部を取り囲む枠状の金属層と、前記絶縁基体に形成され、一端が収納部内に、他端が側面に導出されている複数個の配線導体と、前記絶縁基体の下面外周部に形成されている複数個の接続パッドと、前記絶縁基体の側面で、前記配線導体の隣接する一端間に対向する領域に前記接続パッドと前記枠状の金属層とを接続するようにして形成され、内壁面に導体が被着されている溝状の凹部と、前記枠状の金属層に接合され、前記絶縁基体の収納部を気密に封止する蓋体とからなる電子部品収納用パッケージであって、前記溝状の凹部の一部に、内径が他の部分より小さい小径部が形成されており、かつ前記絶縁基体は収納部内壁面で隣接する配線導体の一端間の領域に膨出部を有するとともに、該膨出部の上面に前記枠状の金属層が延出していることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の電子部品収納用パッケージによれば、絶縁基体の側面に形成され、枠状の金属層と接続パッドとを電気的に接続する導体（キャスタレーション導体）が内壁面に被着された溝状の凹部の一部に小径部が形成されていることから、接続パッドと外部電気回路基板の配線層とを鉛フリー半田を用いて接合し、鉛フリー半田が凹部内壁面を伝って這い上がろうとしたとしても、この鉛フリー半田は前記小径部で遮られ、枠状の金属層や金属製蓋体にまで多量に這い上がることはなく、その結果、接続パッドと外部電気回路基板の配線層との間に十分な量の半田を介在させることができ、接続パッドを外部電気回路基板の配線層に極めて強固に接合させることができる。
【００１１】
また本発明の電子部品収納用パッケージによれば、絶縁基体は収納部内壁面で隣接する配線導体の一端間の領域に膨出部を形成するとともに、該膨出部の上面に枠状の金属層を延出させたことから配線導体の隣接する一端間に対向する領域に位置し、溝状の凹部が形成されている部位での枠状の金属層の幅を確保することができ、その結果、枠状の金属層に金属製の蓋体を、ロウ材等を介して接合させた場合、枠状の金属層と金属製の蓋体との間に十分な量のロウ材を介在させることができ電子部品の気密封止の信頼性を確保することができる。
【００１２】
また本発明の電子部品収納用パッケージによれば、前記絶縁基体の膨出部は隣接する配線導体の一端間の領域に形成されていることから、膨出部を設けるために余分なスペースを凹部内に確保する必要はなく、電子装置の小型化を容易なものとすることもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の電子部品収納用パッケージを半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージに適用した場合の一実施例を示し、１は絶縁基体、２は配線導体、３は枠状の金属層、４は接続パッド、５は絶縁基体１の側面に形成され、内壁面に導体６が形成された溝状の凹部である。この絶縁基体１、配線導体２、枠状の金属層３、接続パッド４、溝状の凹部５および導体６により半導体素子７を収容するための半導体素子収納用パッケージ８が形成される。
【００１４】
前記絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミック焼結体等の電気絶縁材料から成り、その上面に半導体素子７を収容するための凹状の収納部１ａを有し、該収納部１ａ底面に半導体素子７がガラス、樹脂、ロウ材等の接着材を介して接着固定される。
【００１５】
前記絶縁基体１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤を添加混合して泥漿状のセラミックスラリーとなし、次に前記セラミックスラリーを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のシート成形技術によりシート状となして所定形状のセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得る、最後に前記セラミックグリーンシートを複数枚積層するとともに還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００１６】
また前記絶縁基体１はその上面の半導体素子７が収容される収納部１ａ内に一端が、側面に他端が導出されるようにして複数個の配線導体２が形成されており、該配線導体２は半導体素子７の信号用、接地用の各電極を接続パッド４に接続するための導電路として作用し、収納部１ａ側の一端には半導体素子７の信号用、接地用等の電極がボンディングワイヤ９を介して電気的に接続される。
【００１７】
前記配線導体２はタングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、パラジウム等の金属粉末から成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダーや溶剤を添加混合して得た金属ペーストを絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって絶縁基体１の収納部１ａ内に一端が、側面に他端が導出されるようにして被着形成される。
【００１８】
また前記絶縁基体１はその上面で、半導体素子７が収容される収納部１ａを取り囲むようにして枠状の金属層３が被着されており、該枠状の金属層３は後述する金属製の蓋体１０を絶縁基体１に取着させる際の下地金属層として作用し、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、パラジウム等の金属粉末により形成されている。
【００１９】
前記枠状の金属層３には金属製の蓋体１０がロウ材を介してロウ付け取着され、これによって絶縁基体１の収納部１ａに収容されている半導体素子７は大気から気密に封止されることとなる。
【００２０】
なお、前記枠状の金属層３は前述の配線導体２と同様の方法によって絶縁基体１の上面で、収納部１ａを取り囲むように形成される。
【００２１】
更に前記絶縁基体１の下面外周部には複数個の接続パッド４が形成されており、該接続パッド４は外部電気回路基板の配線層に鉛フリー半田を介して接続され、半導体素子７の信号用、接地用の各電極を外部電気回路に電気的に接続する作用をなす。
【００２２】
前記接続パッド４は、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、パラジウム等の金属粉末より成り、前述の配線導体２と同様の方法によって絶縁基体１の下面外周部に所定形状に形成される。
【００２３】
また更に前記絶縁基体１はその側面に複数個の溝状の凹部５（通常は、断面半円状）が形成されているとともに、その内壁面に導体（キャスタレーション導体）６が被着されており、該凹部５内壁面の導体（キャスタレーション導体）６は配線導体２と接続パッド４とを電気的に接続する作用をなす。
【００２４】
前記凹部５内壁面の導体６はタングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、パラジウム等の金属粉末より成り、絶縁基体１となるセラミックグリーンシートの側面に打ち抜き加工法により半円形の凹部５を形成するとともに該凹部５内にタングステン等の金属粉末に適当な有機バインダーや溶剤を添加混合して得た金属ペーストを予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって絶縁基体１の側面に所定形状に形成される。
【００２５】
前記凹部５内壁面の導体（キャスタレーション導体）６はまた半導体素子７の接地用の電極と導通する配線導体２に接続されるものについては一部が絶縁基体１上面の枠状の金属層３にまで導出されており、枠状の金属層３を接地するようになっており、また、このような半導体素子７の接地用の電極と導通する配線導体２に接続される導体６が被着される溝状の凹部５は絶縁基体１の下面から上面にかけて、接続パッド４と枠状の金属層３とを接続するようにして形成されている。
【００２６】
前記配線導体２、枠状の金属層３、接続パッド４及び（キャスタレーション）導体６は、その露出する表面に、ニッケル、金等の耐蝕性やボンディングワイヤ９のボンディング性、半田の濡れ性等が良好な金属から成るめっき層を被着させておくと配線導体２や枠状の金属層３等の酸化腐食を有効に防止することができるとともに枠状の金属層３への金属製の蓋体１０の取着、接続パッド４の外部電気回路基板への接続が確実、強固となる。従って、前記配線導体２、枠状の金属層３、接続パッド４及び凹部５内壁面の導体（キャスタレーション導体）６は、その露出する表面に、ニッケル、金等の耐蝕性やボンディング性、半田の濡れ性等が良好な金属をめっき法により被着させておくことが好ましく、特に、例えば、厚さ１〜１０μｍのニッケルめっき層、０．０５〜３μｍの厚さの金めっき層を順次被着させておくことが好ましい。
【００２７】
この場合、金めっき層の厚みは、被着する部位や金めっき層の結晶配向等に応じて異なる厚みとしてもよく、例えば、金めっき層のＸ線回折における結晶配向を極力（１１１）面に揃えるようにするとともに、ボンディングワイヤ９が接続される領域も含め、全域で約０．３〜１μｍとするようにしてもよく、半田付け用の領域のみ約０．３μｍ以下の薄いものとし、錫−金の脆い金属間化合物の生成を抑えて半田付けの信頼性を高めるようにしてもよい。
【００２８】
かくして本発明の半導体素子収納用パッケージ８によれば、絶縁基体１上面の収納部1ａに半導体素子７を収容固定するとともに半導体素子７の信号用、接地用の各電極を配線導体２にボンディングワイヤ９を介して接続し、しかる後、絶縁基体１上面の枠状の金属層３に鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等からなる金属製の蓋体１０をロウ材等を介して接合させ、金属製の蓋体１０で半導体素子７を気密に封止することによって製品としての電子装置（半導体装置）が完成する。
【００２９】
なお、この半導体装置は絶縁基体１下面外周部の接続パッド４を外部電気回路基板の配線層に鉛フリー半田を介して接合することによって外部電気回路基板上に実装され、同時に半導体素７の信号用、接地用の各電極が外部電気回路基板の配線層に電気的に接続される。
【００３０】
本発明の電子部品収納用パッケージ（半導体素子収納用パッケージ）８においては、図２および図３に示すように、凹部５のうち枠状の金属層３と接続パッド４とを接続している導体６が被着された凹部５ａについて、内径が他の部分より小さい小径部５ｂを設けておくことが重要である。
【００３１】
前記枠状の金属層３と接続パッド４とを接続している導体６が内壁面に被着された凹部５ａについて、他の部分よりも内径の小さい小径部５ｂを設けておくと、接続パッド４と外部電気回路基板の配線層とを鉛フリー半田を用いて接合し、鉛フリー半田が凹部５ａの内壁面を伝って這い上がろうとしたとしても、この鉛フリー半田は前記小径部５ｂで遮られて、枠状の金属層３や金属製の蓋体１０にまで多量に這い上がることはなく、その結果、接続パッド４と外部電気回路基板の配線層との間に十分な量の半田を介在させることができ、電子装置（半導体装置）を外部電気回路基板に極めて強固に接合することができる。
【００３２】
この場合、前記小径部５ｂは、その内径が０．７５ｍｍを超えると鉛フリー半田の這い上がりを遮ることが難しくなり、接続パッド４と外部電気回路基板の配線層との間に十分な量の半田を介在させることが困難となる。従って、溝状の凹部５ａの小径部５ｂは、深さおよび幅を０．７５ｍｍ以下としておくことが好ましく、生産性を考慮すれば、０．２５μｍ〜０．７５μｍの範囲とすることがより一層好ましい。
【００３３】
また前記小径部５ｂは、溝状の凹部５ａの中央部よりも上側に設けた場合、鉛フリー半田の凹部５ａ内への這い上がり量が多くなり、接続パッド４と外部電気回路基板の配線層との間に介在する半田量が少なくなり、電子装置（半導体装置）の外部電気回路基板への接合強度が低下する傾向がある。従って、前記小径部５ｂは、凹部５ａの中央部より下部側に設けることが好ましい。
【００３４】
また前記小径部５ｂは、その幅を絶縁基体１の厚みに対し１０〜２０％の範囲としておくと鉛フリー半田の這い上がりを効果的に遮断して、かつ接続パッド４と外部電気回路基板の配線層との間に介在する半田量が適量となって外部電気回路基板の配線層に対する電子装置（半導体装置）の接合強度を強くすることができる。従って、前記小径部５ｂは、その幅を絶縁基体１の厚みに対し１０〜２０％の範囲としておくことが好ましい。
【００３５】
また本発明の電子部品収納用パッケージ（半導体素子収納用パッケージ）８においては、図４に示すように、絶縁基体１の凹部１ａ内壁面で隣接する配線導体２の一端間の領域に膨出部１１を設けるとともに、該膨出部１１の上面に枠状の金属層３を延出させておくことが重要である。
【００３６】
このように絶縁基体１の凹部１ａ内壁面で隣接する配線導体２の一端間の領域に膨出部１１を設けるとともに、該膨出部１１の上面に枠状の金属層３を延出させておくと配線導体２の隣接する一端間に対向する領域に位置し、溝状の凹部５が形成されている部位での枠状の金属層３の幅を確保することができ、その結果、枠状の金属層３に金属製の蓋体１０を、ロウ材等を介して接合させた場合、枠状の金属層３と金属製の蓋体１０との間に十分な量のロウ材を介在させることができ電子部品の気密封止の信頼性を確保することができる。
【００３７】
また、前記絶縁基体１の膨出部１１は隣接する配線導体２の一端間の領域に形成されていることから、膨出部１１を設けるために余分なスペースを収納部１ａ内に確保する必要はなく、電子部品収納用パッケージ（半導体素子収納用パッケージ）８の小型化を容易なものとすることができる。
【００３８】
前記膨出部１１は、枠状の金属層が上面に被着形成されるセラミックグリーンシートを、一部に膨出部１１となるような部分が形成されるようにして打ち抜き加工することにより形成することができる。
【００３９】
なお、前記膨出部１１は、溝状の凹部５ａの形状とほぼ同一形状となるようにして形成しておくと、枠状の金属層３の幅を全周でほぼ均一とすることができ、気密封止の信頼性をより一層確実に確保することができる。したがって、前記膨出部１１は、溝状の凹部５ａの形状とほぼ同一形状となるようにして形成しておくことが好ましい。
【００４０】
更に前記膨出部１１の膨出する最大寸法が０．５ｍｍを超えるようになると、収納部１ａ内に対する膨出距離が大きくなり、電子部品収納用パッケージ（半導体素子収納用パッケージ）８の小型化が難しくなるおそれがある。従って、前記膨出部１１は、膨出する最大寸法を０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００４１】
また更に前記凹部５、５ａは、図５に示すように、その内側に突出する突出部１２を形成しておくとともに、突出部１２の表面にも導体６を延在させるようにしておけば接続パッド４を外部電気回路基板の配線層に半田を介して接合するとき、前記突出部１２が半田の中に食い込むようにして接合されて接合強度がより一層強固となる。従って、前記凹部５、５ａは、図５に示すように、その内側に突出する突出部１２を形成しておくことが好ましい。
【００４２】
なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例では本発明の電子部品収納用パッケージを半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージに適用したが、圧電振動子等の電子部品を収容するパッケージに適用してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の電子部品収納用パッケージによれば、絶縁基体の側面に形成され、枠状の金属層と接続パッドとを電気的に接続する導体（キャスタレーション導体）が内壁面に被着された溝状の凹部の一部に小径部が形成されていることから、接続パッドと外部電気回路基板の配線層とを鉛フリー半田を用いて接合し、鉛フリー半田が凹部内壁面を伝って這い上がろうとしたとしても、この鉛フリー半田は前記小径部で遮られ、枠状の金属層や金属製蓋体にまで多量に這い上がることはなく、その結果、接続パッドと外部電気回路基板の配線層との間に十分な量の半田を介在させることができ、接続パッドを外部電気回路基板の配線層に極めて強固に接合させることができる。
【００４４】
また本発明の電子部品収納用パッケージによれば、絶縁基体は収納部内壁面で隣接する配線導体の一端間の領域に膨出部を形成するとともに、該膨出部の上面に枠状の金属層を延出させたことから配線導体の隣接する一端間に対向する領域に位置し、溝状の凹部が形成されている部位での枠状の金属層の幅を確保することができ、その結果、枠状の金属層に金属製の蓋体を、ロウ材等を介して接合させた場合、枠状の金属層と金属製の蓋体との間に十分な量のロウ材を介在させることができ電子部品の気密封止の信頼性を確保することができる。
【００４５】
また本発明の電子部品収納用パッケージによれば、前記絶縁基体の膨出部は隣接する配線導体の一端間の領域に形成されていることから、膨出部を設けるために余分なスペースを凹部内に確保する必要はなく、電子装置の小型化を容易なものとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の電子部品収納用パッケージの一実施例を示す側面図、平面図、底面図である。
【図２】本発明の電子部品収納用パッケージの要部拡大側面図である。
【図３】本発明の電子部品収納用パッケージの要部拡大底面図である。
【図４】本発明の電子部品収納用パッケージの要部拡大平面図である。
【図５】本発明の電子部品収納用パッケージの他の実施例の要部拡大図である。
【符号の説明】
１・・・・・絶縁基体
１ａ・・・・収納部
２・・・・・配線導体
３・・・・・枠状の金属層
４・・・・・接続パッド
５・・・・・凹部
５ａ・・・・接続パッドと枠状の金属層とを接続している導体が被着された凹部
５ｂ・・・・小径部
６・・・・・導体
７・・・・・半導体素子
８・・・・・電子部品収納用パッケージ
９・・・・・ボンディングワイヤ
１０・・・・蓋体
１１・・・・膨出部
１２・・・・突出部

Claims (2)

1. 上面に電子部品を収容するための凹状の収納部を有する絶縁基体と、前記絶縁基体の上面に形成され、前記収納部を取り囲む枠状の金属層と、前記絶縁基体に形成され、一端が収納部内に、他端が側面に導出されている複数個の配線導体と、前記絶縁基体の下面外周部に形成されている複数個の接続パッドと、前記絶縁基体の側面で、前記配線導体の隣接する一端間に対向する領域に前記接続パッドと前記枠状の金属層とを接続するようにして形成され、内壁面に導体が被着されている溝状の凹部と、前記枠状の金属層に接合され、前記絶縁基体の収納部を気密に封止する蓋体とからなる電子部品収納用パッケージであって、
   前記溝状の凹部の一部に、内径が他の部分より小さい小径部が形成されており、かつ前記絶縁基体は収納部内壁面で隣接する配線導体の一端間の領域に膨出部を有するとともに、該膨出部の上面に前記枠状の金属層が延出していることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
2. 前記小径部の内径が７５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の電子部品収納用パッケージ。

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