JP4105968B2 - 電子部品搭載用基板およびそれを用いた電子装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を搭載するための電子部品搭載用基板およびそれを用いた電子装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
圧電振動子や半導体素子等の電子部品は、これらの電子部品を気密に収容するための電子部品収納用パッケージ内に収容されて使用される。
【0003】
このような電子部品を気密に収容する電子部品収納用パッケージにおいて、最も信頼性の高いとされるものは、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから成る絶縁基体の上面中央部に電子部品が搭載される凹状の搭載部を設けるとともに前記絶縁基体の搭載部内から外表面にかけて導出する複数のメタライズ配線導体および前記絶縁基体の上面に前記搭載部を取り囲むように被着された枠状の封止用メタライズ層を形成して成る電子部品搭載用基板と、この電子部品搭載用基板の封止用メタライズ層に搭載部を取り囲むようにしてろう付けされた鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金から成る封止用金属枠体と、この封止用金属枠体にシーム溶接により直接、接合される鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金から成る金属蓋体とから構成されるタイプにものである。
【0004】
このタイプの電子部品収納用パッケージの場合には、電子部品搭載用基板の搭載部に電子部品を搭載するとともに電子部品の電極とメタライズ配線導体とを電気的に接続した後、封止用メタライズ層にろう付けされた封止用金属枠体に金属蓋体を載置し、この金属蓋体の外周縁にシーム溶接機の一対のローラー電極を接触させながら転動させるとともに、このローラー電極間に溶接のための大電流を流して金属枠体と金属蓋体とを直接、シーム溶接することによって内部に電子部品が気密に収容されて製品としての電子装置となる。
【0005】
しかしながら、このタイプの電子部品収納用パッケージでは、電子部品搭載用基板に封止用金属枠体をろう付けする必要があり、そのため封止用金属枠体の分だけ電子装置の高さが高いものとなってしまい、近時の電子装置に要求される薄型化が困難であった。また、封止用金属枠体の分だけ高価なものとなってしまうという問題点も有していた。
【0006】
そこで、上述のような問題点を解消するために、下面に銀ろう等のろう材が被着された金属枠体を、前記電子部品搭載用基板の封止用メタライズ層に、金属蓋体下面のろう材を介してシーム溶接することにより電子部品搭載用基板と金属蓋体とを接合し、それらの内部に電子部品を気密に封止するようになした電子部品収納用パッケージが提案されている。このように、電子部品搭載用基板の封止用メタライズ層に金属蓋体を銀ろう等のろう材を介してシーム溶接により接合させることによって内部に電子部品を気密に収容するようになした電子部品収納用パッケージは、電子部品搭載用記板に溶接用の金属枠体をろう付けしておく必要がなく、その分、電子装置の高さを低くすることができ、かつ安価である。
【0007】
なお、上述のような電子部品搭載用基板は通常、セラミックグリーンシート積層法により形成されており、具体的には、適当な打ち抜き加工が施された絶縁基体用の複数枚のセラミックグリーンシートを準備するとともに、これらのセラミックグリーンシートにメタライズ配線導体や封止用メタライズ層用の金属ペーストをスクリーン印刷法により所定厚みに印刷し、しかる後、これらのセラミックグリーンシートを積層するとともに高温で焼成することによって製作されており、封止用メタライズ層は、その高さが全周にわたって略同じとなっていた。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−298105号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の電子部品搭載用基板においては、封止用メタライズ層の高さが全周にわたって同じであることから、封止用メタライズ層上に金属蓋体をその下面に被着されたろう材を介してシーム溶接により接合する際に、封止用メタライズ層と金属蓋体との間に隙間が形成されにくく、そのため溶接により溶融したろう材が封止用メタライズ層と金属蓋体との間から押し出されて搭載部に流れ出たり飛び散ったりして内部に収容する電子部品に付着して電子部品の正常な作動を妨げてしまうとともに、封止用メタライズ層と金属蓋体との間に十分な大きさのろう材の溜まりが形成されず、封止用メタライズ層と金属蓋体との接合強度が弱いという問題点を有していた。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子部品搭載用基板は、絶縁基体の上面に電子部品が搭載される搭載部および該搭載部を取り囲む四角枠状の封止用メタライズ層を形成して成る電子部品搭載用基板であって、前記四角枠状の封止用メタライズ層は、外側領域において、角部の上面の高さが、辺部の上面の高さよりも低く、内側領域において、前記角部の上面および前記辺部の上面が、連続した平面であることを特徴とするものである。また、好ましくは、前記外側領域における前記角部と前記辺部との間の段差部分は、上端縁部分が円弧状である。
【0011】
また、本発明の電子装置は、上記本発明の電子部品搭載用基板の前記搭載部に電子部品を搭載するとともに、前記封止用メタライズ層に、下面にろう材が被着された金属蓋体を前記ろう材を介してシーム溶接により接合させて成ることを特徴とするものである。
【0012】
本発明の電子部品搭載用基板によれば、四角枠状をなす封止用メタライズ層は、角部における上面の高さが、辺部における上面の高さに対して低いことから、封止用メタライズ層上に金属蓋体をろう材を介してシーム溶接により接合する際に、封止用メタライズ層の角部分と金属蓋体との間に隙間が形成されるので、シーム溶接により溶融したろう材はその隙間内に収容されて搭載部に流れ出したり、飛び散ったりすることがないとともに、特に絶縁基体と金属蓋体との熱膨張係数の差に起因する熱応力等の応力が集中しやすい封止用メタライズ層の角部において封止用メタライズ層と金属蓋体との間にろう材の溜まりが大きく形成されて、封止用メタライズ層と金属蓋体との接合強度が極めて強いものとなる。
【0013】
また、本発明の電子装置によれば、上記電子部品搭載用基板の前記搭載部に電子部品を搭載するとともに前記封止用メタライズ層に、下面にろう材が被着された金属蓋体を前記ろう材を介してシーム溶接により接合させたことから、内部に収容する電子部品にろう材の付着がなく、電子部品を正常に作動させることができるとともに、封止用メタライズ層と金属蓋体との間にろう材の溜まりが大きく形成されて封止用メタライズ層と金属蓋体とが強固に接合された気密信頼性に優れた電子装置となる。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の電子部品搭載用基板およびそれを用いた電子装置を添付の図面を基に説明する。
【0015】
図1は本発明の電子部品搭載用基板およびそれを用いた電子装置の実施の形態の一例を示した断面図であり、同図において1は電子部品搭載用基板、2は金属蓋体、3は電子部品である。そして、電子部品搭載用基板1と金属蓋体2とから成るパッケージの内部に例えば圧電振動子や半導体素子等の電子部品3が気密に封止されることによって電子装置となる。
【0016】
電子部品搭載用基板1は、上面中央部に電子部品3を収容するための凹状の搭載部Aを有する絶縁基体4に、搭載部A内から下面に導出する複数のメタライズ配線導体5および搭載部Aを取り囲む枠状の封止用メタライズ層6を被着形成して成る。そして、搭載部Aの底面は電子部品3が搭載され、この電子部品3の電極とメタライズ配線導体5とが導電性接着剤8を介して接続される。また、封止用メタライズ層6には、金属蓋体2がろう材7を介してシーム溶接により接合される。
【0017】
絶縁基体4は、電子部品3を支持するための支持体であり、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから成る。このような絶縁基体4は、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、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カル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となすとともに、これ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を採用してシート状とすることによって絶縁基体4用のセラミックグリーンシートを得、しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに複数枚積層し、高温で焼成することによって製作される。
【0018】
また、絶縁基体4の搭載部A内から下面にかけて導出するように被着されたメタライズ配線導体5は、電子部品3の各電極を外部に電気的に導出するための導電路として機能し、タングステンやモリブデン等の金属粉末焼結体から成り、通常であれば、その露出する表面に1〜20μm程度の厚みのニッケルめっきと0.1〜3μm程度の厚みの金めっきとが施されている。そして、メタライズ配線導体5の搭載部A底面部位には電子部品3の電極が導電性接着剤8を介して電気的に接続され、メタライズ配線導体5の絶縁基体4下面部位は、外部電気回路基板(図示せず)の配線導体に例えば半田を介して電気的に接続される。
【0019】
このようなメタライズ配線導体5は、例えばタングステン粉末焼結体から成る場合であれば、タングステン粉末に適当な有機バインダー、溶剤を添加混合して得たタングステンペーストを絶縁基体4用のセラミックグリーンシートに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、これを絶縁基体4用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって、絶縁基体4の搭載部A底面から下面にかけて所定のパターンに被着形成される。
【0020】
さらに、絶縁基体4の上面に搭載部Aを取り囲むように被着された封止用メタライズ層6は、タングステンやモリブデン等の金属粉末焼結体から成り、幅が0.4mm程度で厚みが10〜50μm程度の枠状であり、図3および図4に示すように、その角部における上面の高さが、辺部における上面の高さよりも低くなっている。封止用メタライズ層6は、絶縁基体4に金属蓋体2を接合させるための下地金属として機能し、通常であれば、その露出する表面に1〜20μm程度の厚みのニッケルめっきと0.1〜3μm程度の厚みの金めっきとが施されている。そして、その上には金属蓋体2がろう材7を介してシーム溶接により接合される。なお、封止用メタライズ層6上に金属蓋体2をろう材7を介してシーム溶接により接合するには、図2に断面図で示すように、下面にろう材7が被着された金属蓋体2を絶縁基体4の封止用メタライズ層6上に載置し、この金属蓋体2の外周縁にシーム溶接機の一対のローラー電極Rを接触させながら転動させるとともに、このローラー電極R間に溶接のための大電流を流し、ローラー電極Rと金属蓋体2との接触部をジュール発熱させ、この熱を金属蓋体2の下面側に伝達させてろう材7の一部を溶融させることにより行なわれる。このとき、封止用メタライズ層6に施されたニッケルめっきは、その厚みが5μm以上であると、封止用メタライズ層6に金属蓋体2をろう材7を介してシーム溶接により接合する際に、シーム溶接の熱により絶縁基体4に印加される熱衝撃をニッケルめっきにより良好に吸収して絶縁基体4に熱衝撃による割れやクラックが発生するのを有効に防止することができる。したがって、封止用メタライズ層6に施されたニッケルめっきはその厚みを好ましくは5μm以上、更に好ましくは8μmとしておくことが望ましい。
【0021】
このような封止用メタライズ層6は、例えばタングステン粉末焼結体から成る場合であれば、タングステン粉末に適当な有機バインダー、溶剤を添加混合して得たタングステンペーストを絶縁基体4用のセラミックグリーンシート上に従来周知のスクリーン印刷法を採用して予め所定厚み、所定パターンに印刷塗布し、これを温風乾燥機や赤外線乾燥機により乾燥して溶剤を除去するとともに、プレス機により角部分をプレスし、角部における上面の高さが辺部における上面の高さよりも低くなるようにした後、絶縁基体4用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって絶縁基体4の上面に搭載部Aを取り囲むようにして被着形成される。
【0022】
そして、本発明においては、封止用メタライズ層6の角部における上面の高さが、辺部における上面の高さよりも低くなっていることが重要である。このように封止用メタライズ層6の上面の高さが、角部において低くなっていることから、その上面に金属蓋体2をろう材7を介してシーム溶接する際に、封止用メタライズ層6の角部において、封止用メタライズ層6と金属蓋体2との間に隙間が形成されるので、シーム溶接の際に溶融したろう材7は、この隙間内に効果的に収容され、封止用メタライズ層6と金属蓋体2との間から押し出されることがなく、封止用メタライズ層6と金属蓋体2との間の隙間内に留まって搭載部A内に流れ出たり飛び散ったりすることはない。したがって、本発明の電子部品搭載用基板およびそれを用いた電子装置によれば、搭載部Aに搭載された電子部品3にろう材7が付着することはなく、電子部品3を正常に作動させることが可能である。また、特に、熱応力封止用メタライズ層6と金属蓋体2との特に絶縁基体4と金属蓋体2との熱膨張係数の差に起因する熱応力等の応力が集中しやすい封止用メタライズ層6の角部において封止用メタライズ層6と金属蓋体2との間にろう材7の溜まりが大きく形成されて、金属蓋体2が封止用メタライズ層6に強固に接合される。
【0023】
なお、前記封止用メタライズ層6の上面の高さを低くする角部は、図3に示すように、封止用メタライズ層6の内辺を延長した線6aと、封止用メタライズ層6の外辺6bとで囲まれる部分程度の領域Bであり、特に、一般的な、幅が0.4mm程度で1辺の長さが3mm〜10mm程度の封止用メタライズ層6において、この角部Bの辺部に対する上面の高さの差は5μm〜15μmとしておくことが好ましい。
【0024】
この高さの差が5μm未満の場合、封止用メタライズ層6に金属蓋体2をろう材7を介してシーム溶接する際に、封止用メタライズ層6と金属蓋体2との間に形成される隙間が小さくなり、溶融したろう材7が封止用メタライズ層6と金属蓋体2との間から押し出されて搭載部A内に流れ出たり、飛び散ったりして内部に収容する電子部品3に付着して電子部品3の作動を阻害してしまう危険性が大きくなる傾向にあり、他方、15μmを超えると、封止用メタライズ層6と金属蓋体2との間に形成される隙間が大きくなりすぎて、そのような大きな隙間をろう材7を介して良好に埋めることが困難となる傾向にある。
【0025】
この場合、封止用メタライズ層6は、図5(a)に示すように、角部Bのうち内側のコーナー部等の一部における高さを辺部と同じ高さとして、この内側コーナー部等で連続した平面を形成するようにしておき、この連続した平面部分で金属蓋体2を支持させて、シーム溶接のためのローラー電極の接触・転動の際、封止用メタライズ層6上に載置した金属蓋体2が、がたついたり、ずれたりすることをより効果的に防止し、より位置精度良く、金属蓋体2を封止用メタライズ層6に接合できるようにしてもよい。また、この際、図5(b)(c)に示すように、封止用メタライズ層の幅を、この角部Bで円弧状に張り出させる等の手段で、大きく取るようにして、金属蓋体2の支持をより確実とするようにしてもよい。
【0026】
また、前記封止用メタライズ層6の上面の角部Bと辺部との間の段差部分は、図6に示すように、その上端縁部分を円弧状に成形しておくことが好ましく、このように成形しておくと、溶融したろう材7をより一層確実に、効果的に吸収させることができる。
【0027】
また、電子部品搭載用基板1の封止用メタライズ層6にろう材7を介してシーム溶接により接合される金属蓋体2は、鉄−ニッケル合金板あるいは鉄−ニッケル−コバルト合金板から成る厚みが0.1mm程度の平板であり、その下面の全面には、銀−銅共晶ろう等のろう材7が10〜30μm程度の厚みに被着されている。そして、電子部品搭載用基板1の封止用メタライズ層6にろう材7を介してシーム溶接により接合されることにより電子部品搭載用基板1との間で電子部品3を気密に封止する。
【0028】
なお、金属蓋体2の下面に被着されたろう材7は、その厚みが10μm未満であると、金属蓋体2を電子部品搭載用基板1の封止用メタライズ層6にろう材7を介してシーム溶接により接合する際に、ろう材7が不足して金属蓋体2と封止用メタライズ層6との間に形成された隙間をろう材7で良好に埋めることができずにパッケージの気密信頼性が低いものとなってしまう危険性が大きなものとなり、他方、30μmを超えると、ろう材7が過多となって溶融したろう材7が搭載部A内に流れ出したり、飛び散ったりして、搭載する電子部品3の機能を阻害してしまう危険性が大きなものとなる。したがって、金属蓋体2の下面に被着させたろう材7の厚みは10〜30μmの範囲としておくことが好ましい。
【0029】
このような金属蓋体2は、鉄−ニッケル合金板あるいは鉄−ニッケル−コバルト合金板の下面に銀−銅ろう等のろう材箔を重ねて圧延することによって鉄−ニッケル合金板あるいは鉄−ニッケル−コバルト合金板の下面に厚みが10〜30μmのろう材が圧着された複合金属板を得るとともに、この複合金属板を打ち抜き金型により打ち抜くことによって下面に厚みが10〜30μmのろう材7が被着された所定の形状に製作される。
【0030】
かくして、本発明の電子部品等採用基板によれば、絶縁基体4の搭載部Aに電子部品3を搭載するとともに電子部品3の電極とメタライズ配線導体5とを電気的に接続し、しかる後、封止用メタライズ層6に金属蓋体2をろう材7を介してシーム溶接により接合することによって本発明の電子装置となる。
【0031】
なお、本発明は、上述の実施の形態の一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、種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【0032】
【発明の効果】
本発明の電子部品搭載用基板によれば、四角枠状をなす封止用メタライズ層は、角部における上面の高さが、辺部における上面の高さに対して低いことから、封止用メタライズ層上に金属蓋体をろう材を介してシーム溶接により接合する際に、封止用メタライズ層の角部分と金属蓋体との間に隙間が形成されるので、シーム溶接により溶融したろう材はその隙間内に収容されて搭載部に流れ出したり、飛び散ったりすることがないとともに、特に絶縁基体と金属蓋体との熱膨張係数の差に起因する熱応力等の応力が集中しやすい封止用メタライズ層の角部において封止用メタライズ層と金属蓋体との間にろう材の溜まりが大きく形成されて、封止用メタライズ層と金属蓋体との接合強度が極めて強いものとなる。
【0033】
また、本発明の電子装置によれば、上記電子部品搭載用基板の前記搭載部に電子部品を搭載するとともに前記封止用メタライズ層に、下面にろう材が被着された金属蓋体を前記ろう材を介してシーム溶接により接合させたことから、内部に収容する電子部品にろう材の付着がなく、電子部品を正常に作動させることができるとともに、封止用メタライズ層と金属蓋体との間にろう材の溜まりが大きく形成されて封止用メタライズ層と金属蓋体とが強固に接合された気密信頼性に優れた電子装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電子部品搭載用基板およびそれを用いた電子装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図2】図1に示す電子部品搭載用基板1と金属蓋体2とのろう材7を介したシーム溶接による接合を説明するための断面図である。
【図3】図1に示す電子部品搭載用基板の上面図である。
【図4】図3に示す電子部品搭載用基板のX−X´線における拡大断面図である。
【図5】(a)〜(c)は、本発明の電子部品搭載用基板の他の実施例を示す要部拡大上面図である。
【図6】本発明の電子部品搭載用基板の他の実施例を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
1・・・・・電子部品搭載用基板
2・・・・・金属蓋体
3・・・・・電子部品
4・・・・・絶縁基体
6・・・・・封止用メタライズ層
7・・・・・ろう材
A・・・・・搭載部
Claims (3)
- 絶縁基体の上面に電子部品が搭載される搭載部および該搭載部を取り囲む四角枠状の封止用メタライズ層を形成して成る電子部品搭載用基板であって、
前記四角枠状の封止用メタライズ層は、外側領域において、角部の上面の高さが、辺部の上面の高さよりも低く、内側領域において、前記角部の上面および前記辺部の上面が、連続した平面であることを特徴とする電子部品搭載用基板。 - 前記外側領域における前記角部と前記辺部との間の段差部分は、上端縁部分が円弧状であることを特徴とする請求項1に記載の電子部品搭載用基板。
- 請求項1または請求項2記載の電子部品搭載用基板の前記搭載部に電子部品を搭載するとともに、前記封止用メタライズ層に、下面にろう材が被着された金属蓋体を前記ろう材を介してシーム溶接により接合させて成ることを特徴とする電子装置。
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