JP4424591B2 - 電子部品収納用パッケージ - Google Patents

Description

本発明は、電子部品素子が搭載され、蓋体が接合されて電子部品素子を気密に封止することのできるセラミック製電子部品収納用パッケージに関する。

近年、半導体素子、水晶振動子、圧電素子等の電子回路部品素子を収納するための電子部品収納用パッケージは、電子部品素子を用いる小形装置、たとえば携帯電話やノート型パソコン等の高機能化に伴い、より一層の小型化および高信頼性化が要求されている。

このパッケージとは、導体パターンを持つ基体、基体に接合された枠体および上部の蓋体からなり、導体パターンと導電ワイヤーなどで接続された電子回路部品素子をその中に収納し、蓋体を枠体上部に接合して気密に封止するものである。導体パターンは、パッケージの基体底面の外部接続用端子パッドに接続されており、この端子パッドは、プリント配線板など外部回路基板のランドとはんだなどにより接合される。

通常のセラミック製パッケージの構造の典型例の一つを、図４に模式的に示す。これは上部の蓋体および電子部品素子を取り去ってあり、図４（Ａ）は上面側からの斜視図、図４（Ｂ）はひっくり返して下面を上に向けたときの斜視図である。このパッケージは素子接続用の導体パターン13などが形成されている底部の基体11と、蓋体接合用の導体パターン14を持つ枠体12から成っている。

図４（Ａ）におけるＹ−Ｙ’断面およびＺ−Ｚ’断面を図５に示す。図５のＹ−Ｙ’断面に示されるように、素子接続用導体パターン13aは、基体側壁面のキャスタレーション16aを介して基体底面の外部接続用端子パッド17aに接続されている。また、図５のＺ−Ｚ’断面に示されるように、枠体上面の蓋体接合用導体パターン14は、枠体中に設けられた層間導体ビア15によって基体上の導体パターン13bに接続し、この導体パターン13bは基体側壁面の凹部に設けられた膜状導電体配線（以下キャスタレーションと言うことにする）16bを経由して基体底面の外部接続用端子パッド17bに接続されている。

このようなパッケージの製造は、通常、次のようにしておこなわれる。まず、基体となるセラミックグリーンシートに、ビアとなるスルーホール、分割後キャスタレーションが形成されるスルーホール等を形成させ、上表面および要すれば下表面に焼成後金属になる導体ペーストにて導体パターンを印刷する。その際、シートの上面の導体パターンとシートの下面に来る導体とを接続するためのビアには導体ペーストを充填し、キャスタレーションとなるスルーホ−ルには内面に導体ペーストを印刷する。また、導体ペーストの、焼成後露出していても他との接続を要しない部分には、絶縁被膜となるペーストが印刷される。グリーンシート上には、通常、パッケージの１単位が前後左右に複数個配列されている。

導体パターンが印刷されたセラミックグリーンシートは、必要とする回路構成によっては複数枚積層され、枠体がセラミックの場合はこれも積層し、加圧密着後分割用溝等が形成され焼成される。グリ−ンシートと導電体ペーストとは同時に焼結がおこなわれ、それぞれセラミックと金属導体になる。セラミックにはアルミナ系、窒化アルミニウム系、あるいは低温焼成系が用いられるが、金属導体はセラミックの焼成温度にて溶融することなく焼結される必要があり、通常はタングステンやモリブデンの高融点金属が用いられ、低温焼成系のセラミックでは銀なども用いられる。枠体が金属の場合は、焼成後導体パターン上にろう付けされる。

焼成後、外部に露出している導体金属表面はすべてニッケルメッキがおこなわれ、さらにその上に金メッキが施される。枠体が金属の場合は、この後に導体パターン上にろう付けされる。次いで、あらかじめスルーホールを通って設けられた分割用溝に沿って折割され、個々のパッケージになる。その際にスルーホールの内面に印刷された導電体ペースト部分は、図４または図５に見られるように側壁面のキャスタレーション16、16aあるいは16bとなっている。

基体あるいは枠体など面上にある導体パターンの層間の電気的接続には、小径の導電体が充填されたスルーホールによるビアが多く用いられる。しかし、装置の小型化にともない、基体上の導体パターン形状が小さくなり、あるいは枠体など枠幅が小さくなったりして、ビアの形成が困難になってきて、層間の接続には側壁面のキャスタレーションが多く用いられる傾向にある。

基体の導体パターンに接続され、蓋体で封止された電子回路部品素子は、パッケージの基体底面の外部接続用端子パッドを通じて、プリント配線板などの上にある接続用ランドに接続される。その場合、図６（Ａ）または（Ｂ）の断面を模式的に示した図のように、パッケージの外部接続用端子パッド17が、はんだ20で接続用ランド19に接合される。はんだは電気的な接続と共にパッケージを接続ランドを介してプリント配線板18へ固定する機能も果たしており、この接続および固定をより確実にするために、パッケージ底面の外部接続用端子パッド17だけでなく、側壁面のキャスタレーション16にも同時にハンダぬれを生じさせ、メニスカスを形成させる。

このように、パッケージの外部接続用端子パッドと、プリント配線板などの上の接続用ランドとをはんだにて接合する場合、はんだにクラックが発生することがある。クラックの発生は、プリント配線板などの動作不良の原因となるので、極力抑止しなければならない。

本発明は、セラミック製電子部品収納用パッケージをプリント配線板などの上にはんだにて接続し固定する際の、はんだクラックの発生を抑止し、さらに金の使用量を削減して製造コストを低減できるパッケージを提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、「矩形状の基体上に、キャビティ部を形成する枠体およびキャビティ内に搭載される電子部品素子に接続する導体パターンが配備され、上記導体パターンが上記基体の側面に形成された導電膜、すなわちキャスタレーションに接続しており、上記導電膜が、基体下面の外部接続用端子パッドにはんだによって接合される電子部品収納用セラミックパッケージであって、
実装前の状態において、上記導電膜と上記外部接続用端子パッドとが分離していることを特徴とする電子部品収納用パッケージ」を要旨とする。

本発明のセラミック製電子部品収納用パッケージは、外部接続用端子パッドの金の使用量が少なく、その外部接続端子をプリント配線板などの上に接続しパッケージを固定する際の、はんだクラックの発生が抑止されるので、製造コストの低減およびパッケージを実装したプリント回路板の動作不良低減に効果的に活用できる。

本発明者らは、セラミック製電子部品収納用パッケージをプリント配線板などにはんだで接続する場合、はんだにクラックが発生することがあるという問題の対処のため、種々調査をおこなった。その結果、配線板の小型化とパッケージの小型化にあわせ、はんだの使用量も極力低減させていることから、はんだ量に対してその接合部の濡れ面積が増大しており、接合部表面の金のはんだへの溶解量が増加して、はんだ中に脆いＳｎ−Ａｕ金属間化合物量が増し、はんだクラック発生の危険性が大きくなっていると推定された。

そこで、はんだへの金の溶解量を低減する方法として、パッケージの外部接続用端子パッドやキャスタレーションの面積減少を検討した。しかし、パッケージ底面の外部接続用端子パッドは、図５および図６からわかるように側壁面のキャスタレーションによって内部の導体パターンに接続されており、これらの接続を確実にするためには端子パッド部分の面積減少は好ましくなく、さらに底面の端子パッドはビアで内部導体と接続させる場合があり、その面積を大きく低減することには限界があると考えられた。

また、パッケージ側壁面のキャスタレーションは、底面の端子パッドと共にはんだのぬれを生じさせ、メニスカスを形成させる。このメニスカスはパッケージ固定の目的もあって、キャスタレーションの面積減少も好ましくない。

ところが、これらの検討の中で、配線板のランドとパッケージのキャスタレーション間で形成されるはんだのメニスカスは、パッケージ底面の端子パッドが存在しなくても形成できることが見出された。これに基づきさらに調査の結果、キャスタレーションと底面の接続用端子パッドとは分離していても、ランド上のはんだをいずれにも回り込ませるのが可能であることが確認された。パッケージの外部接続用端子パッド、キャスタレーションおよびプリント配線板の接続用ランド部はいずれも表面には金メッキが施されており、はんだのぬれ性が良好であるためと思われる。

このように、パッケージにおいては側壁面のキャスタレーションと底面の端子とが接続せず分離していても、はんだで接合固定された状態では両者は電気的に接続し、内部の導体パターンが外部のプリント配線板などのランドと十分接続され得ることから、キャスタレーションと外部接続用端子パッドの形状を検討した結果、本発明に至った。

本発明のパッケージは、底部の外部接続用端子パッドを、図１（Ｂ）に示すように基体側壁面のキャスタレーションと分離した形状とする。このように分離させることにより端子パッドの面積を小さくすることができる。なお、側壁のキャスタレーションおよび底部の外部接続用用端子パッドの位置は、図１に示すようにパッケージのコーナー部のみに限らず、辺部にあってもよい

従来のパッケージの外部接続用端子パッドは、はんだにてプリント配線板上の接続用ランドに接合されるとき、その断面は図６に模式的に示したようにランド全面およびパッケージの端子パッド面は、はんだでぬれた状態にあり、ランドの面と基体側壁のキャスタレーションとの間には、はんだのメニスカスが形成される。

これに対し本発明のパッケージの場合、図６と同様、プリント配線板などの上にはんだで接合された状態の断面では、図２に示すようになる。なお、この図２および次の図３では、電子回路部品素子および蓋体の表示を省略して示してある。

図２（Ａ）は、図１（Ａ）のＷ−Ｗ’断面に対応する部分を示したもので、基体上面の内部に搭載する電子部品素子に接続する導体パターン13がキャスタレーション16に接続している例、図２（Ｂ）は同じくＸ−Ｘ’断面に対応し、枠体上面の導体パターン14がビア21および基体上の導体パターン13を介してキャスタレーション16に接続している例である。キャスタレーション16と底面の端子パッド17とはパッケージとしては分離しているが、いずれもはんだ20にてプリント配線板18上の接続用ランド19に接合される。

また、図３（Ａ）は、基体上面の導体パターン13がビア15により基体底面の外部接続端子パッド17に接続されている例である。この場合、基体側面のキャスタレーション16は、パッケージ内の導体パターン13とも、底面の接続端子パッド17とも接続していないが、はんだによるパッケージの固定のために必要であり、プリント配線板などに取り付けられたとき、底面の端子パッド17と共にランド19にはんだ20で接続される。また、図３（Ｂ）は枠体12の上面の導体パターン14が、キャスタレーション16により基体底面の端子パッド17に接続されていた例であるが、このようにキャスタレーションが長くなる場合、上方のランド接続用ためのはんだぬれを必要としない部分は絶縁膜21にて覆えばよい。

分離させる場合のキャスタレーションと底面の外部接続端子パッドとの間隔は、とくに限定するものではないが、端子の面積削減の目的からは、平均の幅が少なくとも0.05mm以上あることが望ましく、プリント配線板などのランドの形状にもよるが、離れすぎると接続や固定の確実性が低下するので、3mm程度までとするのが好ましい。

以上は、基体が単層の場合を例に説明したが、基体側壁面のキャスタレーションと、底面の接続用端子パッドとを備え、はんだにてプリント配線板などの接続用ランドに接続固定されるパッケージであれば、基体が多層である場合にも同様に適用できる。

セラミック基材にアルミナを用い、導体はタングステンとし、図１に示す形状の幅3.2mm、長さ5mm、高さ0.45mmのセラミックパッケージを作製した。基体の厚さは0.3mm、枠体の高さは0.15mmである。底面の端子パッドの形状は、従来の図４に示した基体側面のキャスタレーションと接続したものと、本発明の図１に示した分離させたものとした。

従来の端子パッドがキャスタレーションと接続したパッケージの場合、焼成後、ニッケルメッキおよび金メッキを施した後の端子パッドの大きさは、６ヶいずれも幅0.7mm、長さ0.7mmであり、キャスタレーションの凹部を除いた底面上の合計の面積は3.66mm²であった。

本発明のパッケージの場合、端子パッドはキャスタレーションとの接続が不要であることから、キャスタレーションとの間隔を0.15mm空けた結果、６ヶの端子パッドの合計面積は2.94mm²となった。

このパッケージを用い、水晶振動子を実装しプリント配線板に取り付けた結果、従来の形状のパッケージと全く変わらない作業にて取り付けが可能であり、同様に作動した。端子パッドの面積は、同じ形状の従来品に比して80％に減少しており、はんだクラックの発生も大きく低減させることができた。

本発明の一実施例である電子部品収納用パッケージを模式的に示した斜視図である。 本発明の一実施例である電子部品収納用パッケージを、図１のＷ−Ｗ’またはＸ−Ｘ’断面において、プリント配線板等のランドにはんだで取り付けた状態を示す模式図である。 内部構造が異なる他の例の、本発明による電子部品収納用パッケージを、図２と同様な断面において、プリント配線板等のランドにはんだで取り付けた状態を示す図である。 従来の電子部品収納用パッケージの例を模式的に示した斜視図である。 図４のＹ−Ｙ’断面およびＺ−Ｚ’断面を示す図である。 従来の電子部品収納用パッケージを、プリント配線板等のランドにはんだで取り付けた状態を示す断面図である。

符号の説明

１１ パッケージ基体 １２ パッケージ枠体
１３、１３ａ、１３ｂ 基体上の導体パターン
１４ 枠体上の導体パターン １５ ビア（導体充填スルーホール）
１６、１６ａ、１６ｂ キャスタレーション（側壁面の導体膜）
１７、１７ａ、１７ｂ 外部接続用端子パッド
１８ プリント配線基板 １９ プリント配線基板上の接続用ランド ２０ はんだ ２１ 絶縁皮膜
２２ パッケージ蓋体 ２３ 電子部品素子

Claims (1)

1. 矩形状の基体上に、キャビティ部を形成する枠体およびキャビティ内に搭載される電子部品素子に接続する導体パターンが配備され、上記導体パターンが上記基体の側面に形成された導電膜に接続しており、上記導電膜が、基体下面の外部接続用端子パッドにはんだによって接合される電子部品収納用セラミックパッケージであって、
   実装前の状態において、上記導電膜と上記外部接続用端子パッドとが分離していることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。

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