JP4174407B2 - 電子部品収納用パッケージ - Google Patents

Description

本発明は、セラミックス等の絶縁基体と金属蓋体とから成るパッケージの内部に圧電振動子や半導体素子等の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に関するものである。

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。

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り、上面に電子部品が搭載される搭載部およびこの搭載部を取り囲む枠状の封止用メタライズ層を有するとともに表面および内部に電子部品の電極が電気的に接続される複数のメタライズ配線導体を有する絶縁基体と、この絶縁基体の封止用メタライズ層上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の金属枠体と、この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のものであり、このタイプの電子部品収納用パッケージの場合には、絶縁基体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半田バンプやボンディングワイヤ等を介して電気的に接続した後、絶縁基体にろう付けされた封止用の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成る。

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、絶縁基体に金属蓋体をシーム溶接するための下地金属として封止用の金属枠体を封止用メタライズ層にろう付けしておく必要があり、そのため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、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。

そこで、上述のような問題点を解消するために、上面に電子部品を搭載する搭載部およびこの搭載部を取り囲む枠状の封止用メタライズ層を有するとともに表面および内部に電子部品の電極が電気的に接続される複数のメタライズ配線導体を有するセラミック製の絶縁基体と、下面に銀−銅共晶合金等のろう材が被着された金属蓋体とから構成され、絶縁基体の搭載部に電子部品を搭載するとともに電子部品の各電極をメタライズ配線導体に電気的に接続した後、封止用メタライズ層に金属蓋体をその下面に被着させたろう材を介してシーム溶接することにより絶縁基体と金属蓋体とを接合し、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って接合させることにより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、封止用メタライズ層と金属蓋体とをろう材を介してシーム溶接により接合させることから溶接のための下地金属としての金属枠体を必要とせず、その分、高さを低くすることができ、かつ安価である。

なお、このように下面にろう材が被着された金属蓋体を絶縁基体の封止用メタライズ層にろう材を介してシーム溶接により接合するようになした従来の電子部品収納用パッケージにおいては、封止用メタライズ層は、その厚みを１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上としており、また、その表面には厚みが５μｍ以上、好ましくは８μｍ以上の厚みのニッケル層が、電解めっき法や無電解めっき法等により被着されていた。これは封止用メタライズ層の厚みを１０μｍ以上と厚くするとともにその表面に厚みが５μｍ以上のニッケル層を被着させることにより、封止用メタライズ層に金属蓋体をろう材を介してシーム溶接する際に封止用メタライズ層や絶縁基体に印加される溶接電流による熱衝撃を厚みの厚い封止用メタライズ層およびニッケル層で吸収緩和して封止用メタライズ層や絶縁基体のクラックが発生するのを防止するという考えに基づくものである。

また、ニッケル層の露出表面には、通常、ニッケル層の酸化腐蝕を防止するために、金層が、電解めっき法や無電解めっき法等により被着されている。
特開２０００−２２３６０６号公報 特開２００３−３１７１３号公報

しかしながら、上述のように絶縁基体の封止用メタライズ層の厚みを１０μｍ以上とし、その上に厚みが５μｍ以上のニッケル層を被着させた電子部品収納用パッケージによると、封止用メタライズ層の厚みが厚いために封止用メタライズ層の電気抵抗が低いものとなり、そのため、下面にろう材が被着された金属蓋体を絶縁基体の封止用メタライズ層にろう材を介してシーム溶接により接合する際に、溶接のための電流が電気抵抗の低い封止用メタライズ層に多く流れてしまい金属蓋体に流れる電流が少なくなってしまう。したがって金属蓋体に被着させたろう材を溶接電流により良好に溶融させるためにはその分、極めて大きな溶接電流を印加しなければならず余分な電力が多く消費されるので、絶縁基体が薄い場合、溶接後に絶縁基体と蓋体との間に残留する応力により封止用メタライズ層や絶縁基体にクラックが発生してしまいやすいという問題点を有していた。

本発明者は、かかる問題点に鑑み種々検討の結果、上述のように金属蓋体を絶縁基体の封止用メタライズ層にろう材を介してシーム溶接により接合するようになした電子部品収納用パッケージにおいては、封止用メタライズ層の電気抵抗を高いものとして溶接電流を金属蓋体により多く流すことにより、金属蓋体が有効に発熱し、より低い溶接電流にて気密封止を行うことが可能であるとともに、封止用メタライズ層と同等以上の厚みのニッケル層を封止用メタライズ層に被着させておくことにより封止用メタライズ層自体に流れる電流が少なくなり封止用メタライズ層自体の発熱が抑制されるとともに溶接の際に発生する熱応力が厚みの厚いニッケル層で有効に緩和されるので、溶接後に封止用メタライズ層や絶縁基体にクラックが発生しにくいことをつきとめた。

本発明は、かかる知見に基づき案出されたものであり、その目的は、絶縁基体の封止用メタライズ層に金属蓋体をろう材を介してシーム溶接により接合した際、より低い溶接電流にて気密封止を行うことが可能であり、封止用メタライズ層や絶縁基体にクラックが発生したりすることのない、信頼性の高い電子部品収納用パッケージを提供することにある。

本発明の電子部品収納用パッケージは、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ようにして取着された封止用メタライズ層を有する絶縁基体と、下面にろう材が被着されており、前記封止用メタライズ層に前記ろう材を介してシーム溶接により接合される金属蓋体とから成る電子部品収納用パッケージにおいて、前記封止用メタライズ層は、その表面にニッケル層、ニッケル−コバルト層および金層が順次被着されており、かつ前記封止用メタライズ層の厚みが４〜８μｍ、ニッケル層とニッケル−コバルト層の合計厚みが８〜２０μｍであることを特徴とするものである。

また、本発明の電子部品収納用パッケージは、前記ニッケル−コバルト層のコバルト含有量が５〜３０質量％であることを特徴とするものである。

また本発明の電子部品収納用パッケージは、前記ニッケル−コバルト層の厚みが２μｍ〜１０μｍであることを特徴とするものである。

本発明の電子部品収納用パッケージによれば、封止用メタライズ層は、その厚みを４〜８μｍと薄いものとしており、その表面に、ニッケル層、ニッケル−コバルト層および金層を、ニッケル層とニッケル−コバルト層の合計厚みが８〜２０μｍとなるようにして順次被着させたことから、封止用メタライズ層の電気抵抗が高いものとなり、封止用メタライズ層に金属蓋体をろう材を介してシーム溶接する際に、溶接の電流は金属蓋体に多く流れるようになるので、その分、溶接電流を小さなものとして封止用メタライズ層が大きく発熱するのを抑制できるとともに封止用メタライズ層と金属蓋体とをろう材を介して良好に溶接することができる。また、溶接の際に封止用メタライズ層や絶縁基体に印加される熱応力を封止用メタライズ層に被着させた合計の厚みが８〜２０μｍのニッケル層およびニッケル−コバルト層により良好に吸収することができ、その結果、封止用メタライズ層や絶縁基体に溶接の際の熱応力によるクラックが発生することを有効に防止することができる。

また、本発明の配線基板によれば、ニッケル層およびニッケル−コバルト層の表面に被着させた金層によりニッケル層およびニッケル−コバルト層の酸化腐食を有効に防止することができるとともに、金層の直下にニッケル−コバルト層を形成してあり、このニッケル−コバルト層のコバルトの作用により、ニッケル成分の金層中への拡散が効果的に抑制されることから、ニッケル層やニッケル−コバルト層のニッケルの一部が金層中を拡散して表面に露出し、これが酸化されてろう材に対し濡れ性が悪いニッケル酸化物や水酸化ニッケルを生成することはほとんどなく、これによって封止用メタライズ層とろう材との接合が強固となり、封止用メタライズ層と金属蓋体とのろう材を介しての強固な接合がより確実なものとなる。

次に、本発明の電子部品収納用パッケージを添付の図面を基に説明する。

図１は、本発明の電子部品収納用パッケージ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は絶縁基体、２は金属蓋体、３は電子部品である。そして、絶縁基体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製品としての電子装置となる。

絶縁基体１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り、その上面中央部に電子部品３を収容するための凹部Ａを有している。そして凹部Ａの底面は電子部品３を搭載するための搭載部１ａを形成しており、この搭載部１ａに電子部品３が搭載される。

なお、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セラミック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することによってセラミックグリーンシートとなし、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。

また、絶縁基体１には、搭載部１ａの上面から絶縁基体１の下面にかけて導出するタングステンやモリブデン等の金属粉末焼結体から成るメタライズ配線導体４が被着形成されている。

メタライズ配線導体４は、電子部品３の各電極を外部に電気的に接続するための導電路として機能し、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層と０．１〜３μｍ程度の厚みの金めっき層とが施されている。そして、その搭載部１ａの上面に導出した部位には電子部品３の電極が例えば導電性接着剤５を介して電気的に接続され、その絶縁基体１の下面に導出した部位は、外部電気回路基板の配線導体に例えば半田を介して電気的に接続される。

なお、メタライズ配線導体４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１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１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１の搭載部１ａ上面から下面にかけて所定のパターンに被着形成される。

さらに、絶縁基体１の上面外周部には、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４〜８μｍの枠状の封止用メタライズ層６が搭載部１ａを取り囲むようにして被着形成されている。

この封止用メタライズ層６は、絶縁基体１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、その露出する表面に、図３に示すように、ニッケル層９、ニッケル−コバルト層１０および金層１１が順次被着されている。そして、その上には金属蓋体２がろう材８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１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を採用して予め所定の厚みおよびパターンに印刷塗布し、これを絶縁基体１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１の上面に搭載部１ａを取り囲むようにして被着形成される。

他方、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８が１０〜２０μｍ程度の厚みに被着されている。そして、図２に断面図で示すように、金属蓋体２を封止用メタライズ層６上にろう材８を挟んで載置し、この金属蓋体２の相対向する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間に溶接のための電流を流し、その電流による発熱でろう材８の一部を溶融させることによって絶縁基体１の封止用メタライズ層６にろう材８を介して接合され、それにより絶縁基体１との間で電子部品３を気密に封止する。

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ろう材が圧着された広面積の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所定の形状に打ち抜くことによって製作される。

そして、本発明の電子部品収納用パッケージにおいては、図３に示すように、封止用メタライズ層６の厚みを４〜８μｍと薄いものにするとともに、この封止用メタライズ層６の表面に被着させたニッケル層９およびニッケル−コバルト層１０の合計の厚みを８〜２０μｍの層としており、そのことが重要である。封止用メタライズ層６の厚みを４〜８μｍと薄いものとし、その上に合計の厚みが８〜２０μｍのニッケル層９およびニッケル−コバルト層１０を被着させたことから、ニッケル層９およびニッケルコバルト層１０が被着された封止用メタライズ層６の電気抵抗を高いものとすることができ、その結果、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接により溶接する際に、金属蓋体２側に大きな電流が流れるので、その分、溶接電流を小さくして封止用メタライズ層６が大きく発熱することを抑制できるとともに金属蓋体２に被着させたろう材８を溶接電流により良好に溶融させて封止用メタライズ層６と金属蓋体２とを良好に接合することができる。

なお、ニッケル層９およびニッケル−コバルト層１０は、電解めっき法や無電解めっき法等により形成することができ、例えば、電解めっき法による場合であれば、ニッケル層９は、硫酸ニッケルを主成分とするめっき液（ワット浴等）を用いる電解めっき法等により形成することができる。また、このニッケル用のめっき液中に適宜硫酸コバルト等のコバルト化合物を添加したニッケル−コバルトめっき液を用いることによりニッケル−コバルト層１０を形成することができる。

また本発明の配線基板によれば、封止用メタライズ層６の表面に、ニッケル層９、ニッケル−コバルト層１０および金層１１を順次被着させたことから、ニッケル層９およびニッケル−コバルト層１０の酸化腐食を有効に防止することができるとともに、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接する際に、ろう材８の流れ性が良くなって封止用メタライズ層６と金属蓋体２とのろう材８を介しての接合がより一層強固なものとなる。

このような金層１１は、電解めっき法や無電解めっき法等によりで形成することができ、例えば、電解めっき法による場合であれば、シアン系の金めっき液中に封止用メタライス層６（あらかじめニッケル層９およびニッケル−コバルト層１０が被着）を浸漬するとともに、所定の電流密度および時間でめっき用電力を供給することにより形成することができる。

この場合、金層１１は、その厚みが０．１μｍ未満ではニッケル層９やニッケル−コバルト層１０の酸化腐蝕を有効に防止することが困難となる傾向があり、３μｍを超えると、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接により接合する際、厚い金層１１に流れる電流が多くなり、金属蓋体２に流れる電流が少なくなるため、ろう材８の溶融が妨げられて接合の強度が劣化するおそれがある。したがって、前記金層１１は、その厚みを０．１μｍ〜３μｍの範囲とすることが好ましく、０．１μｍ〜２μｍの範囲がより一層好ましい。

更に本発明の配線基板によれば、金層１１の直下にニッケル−コバルト層１０を形成しており、コバルト成分がニッケル成分の拡散を抑制することから、ニッケル層９やニッケル−コバルト層１０のニッケルの一部が金層１１中を拡散して金層１１の表面に露出し、これが酸化されてろう材８に対し濡れ性が悪いニッケル酸化物や水酸化ニッケルを生成することはほとんどなく、これによって封止用メタライズ層６とろう材８との接合が強固となり、封止用メタライズ層６と金属蓋体２とのろう材８を介しての強固な接合がより一層確実なものとなる。

この場合、ニッケル−コバルト層１０中のコバルト含有量が５質量％未満ではニッケルの金層１１中への拡散を効果的に防止することが困難となり、３０質量％を超えるとニッケル−コバルト層１０の耐食性が低下する傾向があり、酸化しやすくなって金層１１のニッケル−コバルト層１０に対する被着の長期信頼性が低いものとなるおそれがある。したがって、前記ニッケル−コバルト層１０中のコバルト含有量は５〜３０質量％の範囲としておくことが好ましい。

また、前記ニッケル−コバルト層１０は、その厚みが２μｍ未満と薄いものとなると、ニッケル層９やニッケル−コバルト層１０のニッケルが金層１１中に拡散することを効果的に防止することが困難となる傾向があり、１０μｍを超えると、内在する応力によりニッケル層９等に対する被着の信頼性が低下する傾向がある。したがって、前記ニッケル−コバルト層１０は、その厚みを２μｍ〜１０μｍの範囲としておくことが好ましい。

なお、ニッケル−コバルト層１０中のコバルト含有量は、例えば、電解めっき法でニッケル−コバルト層１０を形成する場合であれば、めっき浴中のコバルト含有量を調節すること等により所定の範囲に制御することができる。

また、封止用メタライズ層６の厚みが４μｍ未満の場合、封止用メタライズ層６を絶縁基体１に強固に被着させることが困難となる傾向にあり、他方、８μｍを超えると、封止用メタライズ層６の電気抵抗が低いものとなって、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接により溶接する際に、金属蓋体２側に流れる電流が少なくなり、小さな溶接電流では金属蓋体２に被着させたろう材８を良好に溶融させることが困難となる傾向にある。したがって、封止用メタライズ層６の厚みは４〜８μｍの範囲に特定される。

さらに、絶縁基体１の上面から外周側面にかけて半径が５〜５０μｍ程度の丸みを形成しておくとともに、封止用メタライズ層６の外周縁を前記丸み部の途中まで漸次薄くなるように延出させておくと、封止用メタライズ層６が絶縁基体１から剥離するのを有効に防止することができる。したがって、絶縁基体１の上面から外周側面にかけて半径が５〜５０μｍ程度の丸みを形成しておくとともに、封止用メタライズ層６の外周縁をその丸み部の途中まで漸次薄くなるように延出させておくことが好ましい。

また更に、封止用メタライズ層６を形成するための金属ペーストは、これに含有される金属粉末の平均粒径を１μｍ以下としておくと、厚みが４〜８μｍと薄い封止用メタライズ層６を絶縁基体１の上面に緻密かつ強固に被着させることができる。したがって、封止用メタライズ層６用の金属ペーストは、これに含有される金属粉末の平均粒径を１μｍ以下としておくことが好ましい。

更にまた、本発明の電子部品収納用パッケージによれば、封止用メタライズ層６の表面に被着させたニッケル層９およびニッケル−コバルト層１０の合計の厚みを８〜２０μｍとしたことから、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接により溶接する際に、封止用メタライズ層６や絶縁基体１に印加される熱応力を封止用メタライズ層６に被着させたニッケル層９およびニッケル−コバルト層１０で良好に吸収緩和することができ、その結果、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接により溶接する際および溶接した後に封止用メタライズ層６や絶縁基体１にクラックが発生することを有効に防止することができる。

なお、封止用メタライズ層６に被着させたニッケル層９およびニッケル−コバルト層１０は、その合計の厚みが８μｍ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８を介してシーム溶接により溶接する際に、封止用メタライズ層６や絶縁基体１に印加される熱応力を良好に吸収緩和することができなくなる危険性が大きくなり、他方、２０μｍを超えると、そのような厚みの厚いニッケル層９およびニッケル−コバルト層１０を被着させる際に発生する応力により封止用メタライズ層６にクラックや剥離が発生しやすくなる傾向にある。したがって、封止用メタライズ層６に被着させたニッケル層９およびニッケル−コバルト層１０の合計の厚みは８〜２０μｍの範囲に特定される。

この場合、ニッケル層９およびニッケル−コバルト層１０は、ニッケル層９に対して７００℃〜９００℃程度の温度で熱処理を施し、封止用メタライズ層６に焼き付けるようにするとともに残留する内部応力を緩和するようにしておいてもよい。これにより、ニッケル層９を封止用メタライズ層６により強固に被着させることができるとともに、このニッケル層９を介してニッケル−コバルト層１０を封止用メタライズ層６により強固に被着させることができるので、より一層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とすることができる。

かくして、本発明の電子部品収納用パッケージによれば、絶縁基体１の搭載部１ａに電子部品３を搭載するとともに、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接により接合することにより、メタライズ配線導体４に断線が発生したり絶縁基体１にクラックが発生したりすることのない信頼性の高い電子部品収納用パッケージを提供することができる。

また、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。

本発明の電子部品収納用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。 図１に示す電子部品収納用パッケージの絶縁基体１と金属蓋体２とをろう材８を介してシーム溶接により接合する方法を示す断面図である。 図１に示す電子部品収納用パッケージの要部拡大断面図である。

符号の説明

１・・・・・絶縁基体
１ａ・・・・搭載部
２・・・・・金属蓋体
３・・・・・電子部品
４・・・・・メタライズ配線導体
６・・・・・封止用メタライズ層
８・・・・・ろう材
９・・・・・ニッケル層
１０・・・・ニッケル−コバルト層
１１・・・・金層

Claims (3)

1. 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ようにして取着された封止用メタライズ層を有する絶縁基体と、下面にろう材が被着されており、前記封止用メタライズ層に前記ろう材を介してシーム溶接により接合される金属蓋体とから成る電子部品収納用パッケージにおいて、
   前記封止用メタライズ層は、その表面にニッケル層、ニッケル−コバルト層および金層が順次被着されており、かつ前記封止用メタライズ層の厚みが４〜８μｍ、ニッケル層とニッケル−コバルト層の合計厚みが８〜２０μｍであることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
2. 前記ニッケル−コバルト層のコバルト含有量が５〜３０質量％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。
3. 前記ニッケル−コバルト層の厚みが２〜１０μｍ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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