JP4295641B2 - 電子部品収納用パッケージの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品を収容するため電子部品収納用パッケージおよびその製造方法ならびに電子装置に関する。
従来の半導体素子など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(以下、単にパッケージともいう)としては、リードフレームなどに搭載した電子部品を樹脂モールドした樹脂封止型のパッケージや、金属またはセラミックスから成る中空の容器の内部に電子部品を気密封止した気密封止型のパッケージが知られている。その中でも、気密封止型のパッケージは、気密性に優れるため、高信頼性が要求される場合に多用されている。
従来の気密封止型のパッケージの一例を示す断面図を図4に示す。同図において、21は基体、21aは電子部品の載置部、22は枠体、23は放熱体、24は入出力端子、25は電子部品である。基体21は、例えば鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金などの金属から成り、基体21の上側主面の外周部には、載置部21aを囲繞するように接合されたFe−Ni−Co合金などの金属からなる枠体22が立設されている。この枠体22は、基体21に銀(Ag)ロウなどのロウ材を介してロウ付けされるか、あるいは基体21と一体成形されることにより設けられる。
また、基体21の中央部には貫通孔が形成されており、この貫通孔に熱伝導性の高い銅(Cu)系材料からなる放熱体23がAgロウなどのロウ材を介して接合されている。そして、この放熱体23の上面に電子部品25が載置される載置部21aが設けられている。
放熱体23は上下2枚の銅板23aからなり、この2枚の銅板23aの間にロウ材を挟み、加熱、冷却することにより2枚の銅板23aが互いに接合されている。そして、貫通孔の内面に2枚の銅板23aの各側面が全周にわたってAgロウなどのロウ材を介して接合されている。
そして、枠体22には側部に貫通孔から成る入出力端子24の取付部22aが形成されており、この取付部22a内に枠体22の内外を気密に封止するアルミナ(Al)質焼結体,窒化アルミニウム(AlN)質焼結体,ムライト(3Al・2SiO)質焼結体などのセラミックスからなる入出力端子24が嵌着されるとともに、基体21および枠体22にAgロウなどのロウ材を介して接合されている。
入出力端子24は、上面にメタライズ層からなる線路導体24aが形成された平板部とこの上面に線路導体24aの一部を間に挟んで接合された立壁部とからなり、枠体22の外側の露出した線路導体24a上には外部リード端子27がAgロウなどのロウ材を介して接合されている。
以上の基体21,枠体22,放熱体23,入出力端子24,リード端子27は、カーボン製の治具を用い、一括してロウ付けすることでパッケージが作製される。そして、これらがロウ付け接合された後で、酸化腐食の防止,電子部品25の載置固定を良好にするため,およびボンディングワイヤ26による電気的接続を良好にするために、パッケージの導体部分に厚さ0.5〜5μmの金(Au)めっき層を被着させる。
そして、このようなパッケージの載置部21aに電子部品25を載置固定するとともに線路導体24aと電子部品25の電極とをボンディングワイヤ26を介して電気的に接続し、枠体22の上面にFe−Ni−Co合金などの金属からなる蓋体28をAu−錫(Sn)などのロウ材を用いたロウ付け法やシームウエルド法などの溶接法で取着することにより、主にこれら基体21、枠体22、蓋体28、入出力端子24、放熱体23および電子部品25から成る製品としての電子装置が構成されている。
この電子装置は、外部電気回路から供給される電気信号によって電子部品25を駆動することで無線基地局などに用いられるパワーアンプモジュール用などの電子装置として機能する。
そして、この電子装置によれば、電子部品25を熱伝導性のよい銅板23aからなる放熱体23上に搭載するため、電子部品25が発する熱を放熱体23を介して外部に効率よく放熱することができ、電子部品25の温度上昇を抑制して電子部品25を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることが可能になるというものである(例えば、特許文献1参照)。
例えば、従来の構成において、電子部品として電界効果トランジスタ(FET)を用いる場合、載置部21aを基体21の上側主面から突出させ、載置部21aの上側主面を入出力端子24の線路導体24aの形成されている面とほぼ同じ高さとする場合がある。この場合、具体的には、放熱体23を大型化し基体21の上側主面から突出させる(例えば、特許文献2,3参照,図示せず)ように作製される。
放熱体23を大型化し基体21の上側主面から突出させ載置部21aの上側主面を入出力端子24の線路導体24aの形成されている面とほぼ同じ高さとすることによって、線路導体24aと電子部品25の距離を最短の長さとし、ボンディングワイヤ26の長さを最小限に抑え、電子部品25を入出力する高周波信号の伝送特性を良好に維持できる。また、電子部品25としてFETを用いる場合、作動時の発熱量が非常に多くなるが、この構成にすることによって、電子部品25から発生する熱を外部に効率よく放散させ、電子部品25の温度上昇を防止し、電子部品25を常に正常かつ安定に作動させることができる。
特開2001−217333号公報 特開2000−243877号公報 特開平7−183418号公報
しかしながら、上記従来の放熱体23を大型化し基体21の上側主面から突出させ載置部21aの上側主面を入出力端子24の線路導体24aの形成されている面とほぼ同じ高さとする構成においては、放熱体23の側面と入出力端子24の先端との間に隙間が生じ、線路導体24aと電子部品25の距離を短くしようとすると、この隙間がめっき液が毛細管現象で入り込む程度の大きさとなる。そして、その状態でパッケージにAuめっき層を被着させようとすると、放熱体23の側面と入出力端子24の先端との隙間にはめっき液が流れ込み難くなってこの隙間のめっき液の循環が困難となり、めっき層が被着され難くなるという問題点があった。そのため、この隙間において基体21および放熱体23にAuめっき層が被着されず、放熱体23が腐食し易いという問題点があった。
また、放熱体23の側面と入出力端子24の先端との隙間に流れ込んだめっき液が毛細管現象で放熱体23の側面と入出力端子24の先端との隙間に残留し易く、その残留しためっき液によって、基体21および放熱体23が腐食し易いという問題点があった。
そして、基体21および放熱体23に腐食が発生して腐食が進行すると、電子部品25を載置部21aに強固に固定できなくなったり、電子部品25が腐食するなどして、電子部品25の作動性が低下するという問題点があった。
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、電子部品の載置部の上側主面が突出したパッケージにおいて、パッケージ内部に腐食を発生させることなく、電子部品を長期にわたって常に正常かつ安定に作動させ得る電子部品収納用パッケージおよび電子装置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の製造方法は、金属製の第一の基体と、該第一の基体の上側主面の中央部にロウ付けされた、上面に電子部品が載置される金属製の第二の基体と、前記第一の基体の外周部に前記第二の基体を取り囲むようにロウ付けされるとともに、電気的に導通する線路導体を有する絶縁体から成る入出力端子を備えた枠体とを具備している電子部品収納用パッケージの製造方法であって、前記第一の基体および前記枠体を第一のロウ材で互いにロウ付けした後、それらの金属面が露出した部位の表面に金めっき層を被着させる工程と、前記第二の基体の表面に金めっき層を被着させる工程と、前記金めっき層が被着された第一の基体の上側主面に前記金めっき層が被着された前記第二の基体を前記第一のロウ材よりも融点の低い第二のロウ材でロウ付けする工程とを具備していることを特徴とする。
本発明の電子部品収納用パッケージの製造方法は、第一の基体、枠体および入出力端子を第一のロウ材で互いにロウ付けした後、それらの金属面が露出した部位の表面に金めっき層を被着させる工程と、第二の基体の表面に金めっき層を被着させる工程と、金めっき層が被着された第一の基体の上側主面に金めっき層が被着された第二の基体を第二のロウ材でロウ付けする工程とを具備していることから、入出力端子と第二の基体との間に隙間が生じた状態において金めっき層を被着させる必要はなく、その結果、非常に小さな隙間でも金めっき層の被着されない箇所が生じるのを防止できるとともに、めっき後に隙間にめっき液が残留することを防止でき、電子部品の作動性を良好に維持し得る電子部品収納用パッケージの製造方法となる。
本発明の電子部品収納用パッケージについて以下に詳細に説明する。図1は本発明のパッケージの実施の形態の一例を示す平面図、図2は図1のパッケージのA−A’線での断面図である。これらの図において、1は基体、2は枠体を示し、これら基体1、枠体2で、内部空間に電子部品5を収容する容器が基本的に構成される。
本発明のパッケージは、図1および図2に示すように、金属製の第一の基体1aと、第一の基体1aの上側主面の中央部にロウ付けされた、上面に電子部品5が載置される金属製の第二の基体1bと、第一の基体1aの外周部に第二の基体1bを取り囲むようにロウ付けされるとともに側部に貫通孔または切欠きから成る入出力端子の取付部2aが形成された枠体2と、取付部2aに嵌着された、枠体2の内外を電気的に導通する線路導体を有する絶縁体から成る入出力端子4とを具備しており、第一の基体1a、入出力端子4および枠体2は第一のロウ材11でロウ付けされており、第一および第二の基体1a,1bは、表面に金めっき層が被着されているとともに、第一のロウ材11よりも融点の低い金を含む第二のロウ材12によって互いにロウ付けされている。
本発明の基体1を構成する第一の基体1aおよび第二の基体1bは、ともに無酸素CuやCu−モリブデン(Mo)合金などのCu合金、Fe−Ni−Co合金、Fe−Ni合金などの金属から成る。特に、基体1の熱伝導性をよくして内部に収容する電子部品5から発生した熱を効率よく外部へ放散させるという観点からは、CuやCuの含有率が50質量%以上のCuを主成分とするCu合金が好ましい。
このような第一および第二の基体1a,1bは、それぞれ金属のインゴットに圧延加工や打ち抜き加工などの従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に製作される。そして、電解めっき法または無電解めっき法によって、第一および第二の基体1a,1bのそれぞれの表面に厚さ0.5〜5μmのAuめっき層を被着させ、Au−Snロウ,Au−ゲルマニウム(Ge)ロウなどのAuを含む融点が300〜500℃程度の低融点の第二のロウ材12を介して互いにロウ付け接合されて基体1となる。この製造方法については後で詳述する。ここで、第二の基体1bはその厚みが1.5〜3mm程度とされ、第一の基体1aはその厚さ0.3〜1.5mmとされている。
なお、第二のロウ材12は、Auを10質量%以上含む、融点が200〜400℃程度の合金であり、例えば、Auが80質量%とSnが20質量%とから成るAu−Snロウ(融点が280℃)やAuが88質量%とGeが12質量%とから成るAu−Geロウ(融点が356℃)等が挙げられる。第二のロウ材12のAuの含有量が10質量%未満であると、第一および第二の基体1a,1b同士の接合強度が弱くなるとともに腐食が生じやすくなって電子部品を良好に収納するのが困難になる。
また、第一のロウ材11は、第二のロウ材12よりも融点が高く、600〜1000℃程度である。このような第一のロウ材11としては、例えば、Agロウ(融点が760℃)やAg−Cuロウ(融点が780℃)等が挙げられる。
第二の基体1bの上側主面の中央部には、電子部品5を載置する載置部1cが設けられている。この第一および第二の基体1a,1bから成る基体1は、電子部品5が作動時に発する熱を外部に放熱させる放熱板の役割をも果たす。図1,2では、載置部1cに配線導体3aを有する回路基板3が載置され、入出力端子4と電子部品5とが配線導体3aを介して電気的に接続されている例を示す。載置部1cを入出力端子4の線路導体4aの形成されている面とほぼ同じ高さとすることによって、入出力端子4に形成された線路導体4aと電子部品5の距離を短くし、入出力端子4と回路基板3とを電気的に接続するための第一のボンディングワイヤ6aの長さおよび回路基板3と電子部品5とを電気的に接続するための第二のボンディングワイヤ6bの長さを最小限に抑え、電子部品5を入出力する高周波信号の伝送特性を良好に維持できるとともに、作動時の発熱量が非常に多いFETなどの電子部品5を載置する場合においても、電子部品5から発生する熱を外部に効率よく放散させ、電子部品5の温度上昇を防止することができる。
また、このような構成のパッケージにおいては、第二の基体1bの側面と入出力端子4の先端との間に隙間Aが生じるが、第一のボンディングワイヤ6aを短くし電子部品5を入出力する高周波信号の伝送特性を良好に維持するためには、隙間Aの寸法はめっき液が毛細管現象で入り込む程度の大きさであるのがよく、具体的には、A=0.02〜0.5mm程度とするのがよい。A<0.02mmとなると、製造時の基体1および入出力端子4のずれによって、第二の基体1bの側面と入出力端子4の先端が完全に接触して電気的短絡などの不具合が発生する場合があり、A>0.5mmとなると、第一のボンディングワイヤ6aの長さが長くなり、第一のボンディングワイヤ6aを伝送する高周波信号に発生する反射損失等の伝送損失が大きくなる場合がある。
基体1の表面には、酸化腐食の防止や電子部品5のロウ付けなどによる載置固定をさらに良好にするために、厚さ0.5〜9μmのNiめっき層を下地としてAuめっき層を被着させておくとよい。
また、第一の基体1aの上側主面の第二の基体1bの周囲には、第二の基体1bを囲繞するようにしてAgロウやAg−Cuロウなどの融点が600〜1000℃程度の高融点の第一のロウ材11を介して接合されるとともに、内外を導通させるための線路導体4aを有する入出力端子4を取り付けるための取付部2aを有する金属製の枠体2が設けられる。枠体2は基体1とともにその内側に電子部品5を収容する空所を形成する役割を果たす。
枠体2は、Fe−Ni−Co合金、Fe−Ni合金などの金属から成り、それぞれ金属のインゴットに圧延加工や打ち抜き加工などの従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に製作される。またその表面には、電解めっき法または無電解めっき法によって、Niめっき層とAuめっき層を順次被着させておくとよい。
回路基板3は、Al質焼結体,AlN質焼結体,3Al・2SiO質焼結体などのセラミックスから成り、例えばAl質焼結体から成る場合以下のようにして作製される。すなわち、アルミナ(Al),酸化珪素(SiO),酸化マグネシウム(MgO),酸化カルシウム(CaO)などの原料粉末に適当な有機バインダ,有機溶剤,可塑剤,分散剤などを添加混合してスラリー状となし、これを従来周知のドクターブレード法によってシート状となすことにより、複数枚のセラミックグリーンシートを得る。
次に、このセラミックグリーンシートに回路基板3の外側面となる適当な打抜き加工を施すとともに、タングステン(W),Mo,マンガン(Mn)などの金属粉末に適当なバインダ,溶剤を混合してなる導体ペーストを、セラミックグリーンシートにスクリーン印刷法などにより所定パターンに印刷塗布することによって、入出力端子4の線路導体4aや電子部品5の電極が電気的に接続される配線導体3aなどとなる導体層を形成する。また、回路基板3となるセラミックグリーンシートの下面にはロウ付け用の導体層が形成される。その後、これらのセラミックグリーンシートを所定の順序で積層した後、所定の寸法に切断し、最後に約1600℃の温度で焼成することによって、配線導体3aなどの導体層を有した回路基板3となる焼結体を作製することができる。
配線導体3aは、第一のボンディングワイヤ6aを介して入出力端子4の線路導体4aと電気的に接続され、第二のボンディングワイヤ6bを介して電子部品5の電極と電気的に接続される。配線導体3aは、外部電気回路(図示せず)から供給される電気信号を電子部品5に伝えて電子部品5を駆動させるとともに、電子部品5と外部電気回路との信号の入出力を行なう役割を果たす。配線導体3aの表面は、酸化腐食を防止するためやボンディングワイヤ6aおよびとの接合強度を高めるため、表面に厚さ0.5〜9μmのNi層や厚さ0.5〜5μmのAu層などの金属層がめっき法によって被着されているのがよい。この回路基板3はAu−シリコン(Si)などの導電性接着材を介して、基体1の載置部1cに載置固定される。
入出力端子4は、Al質焼結体,AlN質焼結体,3Al・2SiO質焼結体などのセラミックスから成り、例えばAl質焼結体から成る場合以下のようにして作製される。すなわち、Al,SiO,MgO,CaOなどの原料粉末に適当な有機バインダ,有機溶剤,可塑剤,分散剤などを添加混合してスラリー状となし、これを従来周知のドクターブレード法によってシート状となすことにより、複数枚のセラミックグリーンシートを得る。
次に、このセラミックグリーンシートに入出力端子4の内側面や外側面となる適当な打抜き加工を施すとともに、W,Mo,Mnなどの金属粉末に適当なバインダ,溶剤を混合してなる導体ペーストを、セラミックグリーンシートにスクリーン印刷法などにより所定パターンに印刷塗布することによって、電子部品5の電極が電気的に接続される線路導体4aなどとなる導体層を形成する。また、入出力端子4となるセラミックグリーンシートの上面および下面にはロウ付け用の導体層が形成される。その後、これらのセラミックグリーンシートを所定の順序で積層した後、所定の寸法に切断し、最後に約1600℃の温度で焼成することによって、線路導体4aなどの導体層を有した入出力端子4となる焼結体を作製することができる。
線路導体4aは、枠体2の内側となる部分で、第一のボンディングワイヤ6aを介して回路基板3の配線導体3aと電気的に接続されて、電子部品5と電気的に接続される。また、線路導体4aは、枠体2の外側となる部分で、AgロウやAg−Cuロウなどのロウ材を介して接合されたFe−Ni−Co合金などの金属から成るリード端子7を介して外部電気回路に電気的に接続される。そして、リード端子7は、外部電気回路(図示せず)から供給される電気信号を電子部品5に伝えて電子部品5を駆動させるとともに、電子部品5と外部電気回路との信号の入出力を行なう。線路導体4aの表面は、酸化腐食を防止するためやボンディングワイヤ6およびリード端子7との接合強度を高めるため、表面に厚さ0.5〜9μmのNi層や厚さ0.5〜5μmのAu層などの金属層がめっき法によって被着されているのがよい。
以上の構成により、本発明のパッケージが構成される。このようなパッケージは、第一の基体1aと入出力端子4と枠体2とを先に高融点の第一のロウ材11でロウ付けし、この状態のものにAuめっき層を被着させることができる。即ち、第一の基体1aに第二の基体1bのない状態でAuめっき層を被着させることができる。その後に、表面にAuめっき層が被着された第二の基体1bを第一の基体1aの上側主面にAuを含むとともに第一のロウ材11よりも低融点の第二のロウ材12でロウ付けし第二の基体1bを形成するので、この状態においてAuめっき層を被着させる必要がなくなる。従って従来のように、第二の基体1bの側面と入出力端子4の先端との間に隙間Aが生じた状態でAuめっき層を被着する必要がなくなる。
よって、パッケージ内にAuめっき層が被着されない箇所が生じるのを防止できるとともに、めっき後に隙間Aにめっき液が残留してしまうことを防止できる。その結果、電子部品5を載置部1cに強固に固定できなくなるのを防止するとともに、電子部品5が腐食するのを防止し、電子部品5の作動性を良好に維持できる。
そして、図2に示すように、上記構成のパッケージの載置部1cに回路基板3と電子部品5を載置固定した後、配線導体3aと線路導体4aの枠体2の内側の部位とを第一のボンディングワイヤ6aで電気的に接続し、電子部品5の電極と線路導体4aの枠体2の内側の部位とを第二のボンディングワイヤ6bで電気的に接続し、枠体2の上面にFe−Ni−Co合金などの金属やセラミックスなどから成る蓋体4を半田付け法や溶接法などにより取着し、電子部品5を気密に封止することで製品としての半導体装置となる。
本発明の半導体装置によれば、上記構成のパッケージを用いることによって電子部品5に入出力する高周波信号の伝送特性を良好に維持できるとともに、電子部品5の温度上昇を防止することができ、さらにはパッケージ内部に腐食を発生させることがなく、電子部品5を長期にわたって常に正常かつ安定に作動させ得る、電子部品の動作信頼性の高いものとなる。
次に、本発明の電子部品収納用パッケージの製造方法について図3(a),(b)を用いて説明する。本発明の電子部品収納用パッケージの製造方法は、まず、第一の基体1a、枠体2および入出力端子4を第一のロウ材11で互いにロウ付けした後、それらの金属面が露出した部位の表面に金めっき層を被着させる工程と、第二の基体1bの表面に金めっき層を被着させる工程と、金めっき層が被着された第一の基体1aの上側主面に金めっき層が被着された第二の基体1bを第二のロウ材12でロウ付けする工程とを具備している。
なお、回路基板3と載置部1cとの接合は第二のロウ材12を用いてもよく、このようにすることによって、第二の基体1bを第一の基体1aの上面にロウ付け接合するときに回路基板3も同時に接合することができ、回路基板3の接合作業の効率を改善できる。
このように、第一の基体1a、入出力端子4および枠体2が先に高融点の第一のロウ材11でロウ付けされ、図3(a)のような構成のものが作製され、この状態のものにAuめっき層を被着させることができる。即ち、第一の基体1aに第二の基体1bのない状態でAuめっき層を被着させることができる。その後に、表面にAuめっき層が被着された第二の基体1bを第一の基体1aの上側主面にAuを含む第二のロウ材12でロウ付けし第二の基体1bを形成するので、この状態においてAuめっき層を被着させる必要がなくなる。従って従来のように、第二の基体1bの側面と入出力端子4の先端との間に隙間が生じてしまった状態でAuめっき層を被着する必要がなくなる。
よって、この電子部品収納用パッケージの製造方法により、パッケージ内にAuめっき層が被着されない箇所が生じるのを防止できるとともに、めっき後に隙間にめっき液が残留してしまうことを防止できる。即ち、電子部品5を載置部1cに強固に固定できなくなるのを防止するとともに、電子部品5が腐食するのを防止し、電子部品5の作動性を良好に維持し得る電子部品収納用パッケージの製造方法となる。
なお、本発明は上記実施の形態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内で種々の変更を施すことは何等支障ない。
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平面図である。 図1の電子部品収納用パッケージのA―A’線での断面図である。 (a),(b)は本発明の電子部品収納用パッケージの製造方法の一例を示す断面図である。 従来の電子部品収納用パッケージの断面図である。
符号の説明
1:基体
1a:第一の基体
1b:第二の基体
2:枠体
2a:取付部
4:入出力端子
4a:線路導体
5:電子部品
11:第一のロウ材
12:第二のロウ材

Claims (1)

  1. 金属製の第一の基体と、該第一の基体の上側主面の中央部にロウ付けされた、上面に電子部品が載置される金属製の第二の基体と、前記第一の基体の外周部に前記第二の基体を取り囲むようにロウ付けされるとともに、電気的に導通する線路導体を有する絶縁体から成る入出力端子を備えた枠体とを具備している電子部品収納用パッケージの製造方法であって、前記第一の基体および前記枠体を第一のロウ材で互いにロウ付けした後、それらの金属面が露出した部位の表面に金めっき層を被着させる工程と、前記第二の基体の表面に金めっき層を被着させる工程と、前記金めっき層が被着された第一の基体の上側主面に前記金めっき層が被着された前記第二の基体を前記第一のロウ材よりも融点の低い第二のロウ材でロウ付けする工程とを具備していることを特徴とする電子部品収納用パッケージの製造方法。
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