JP4454145B2 - 電子部品収納用セラミックパッケージ及び電子部品装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣチップや圧電振動子などを収容する電子部品収納用セラミックパッケージ及びその中に電子部品が収納してなる電子部品装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のセラミックパッケージを用いて構成された電子部品装置の一例である水晶発振器は、図７に示すような構造が既に知られていた。
図に示すように従来の水晶発振器５１は、セラミックパッケージ５２内の段差に導電性接着部材５８を介して接続された水晶振動子５３及びセラミックパッケージ５２内の底面にＩＣチップ５４が搭載されてなる。
セラミックパッケージ５２は、ＩＣチップ５４を搭載する長方形状の基板５２ａを有し、その上面外周には、リング状セラミック基板５２ｂ、５２ｃが順次積層されることにより、内部に水晶振動子５３を収容するキャビティ部５２０が形成されている。このキャビティ部５２０の段差部、即ち、リング状セラミック基板５２ｂ表面の内周面側に形成され、かつ基板５２ａの幅方向に分離して電極パッド５７、５７が形成されている。また、リング状セラミック基板５２ｃ上の外周には封止用導体膜（図示しない）が形成され、その封止用導体膜上にはシールリング５５がろう付けなどにより被着されている。
【０００３】
この電極パッド５７、５７の一端側には、接続支持用バンプ５７ａが形成されている。また、基板５２ａの水晶振動子５３の自由端側にも、保持用バンプ５９が形成されている。
【０００４】
基板５２ａ上には、ＩＣチップ５４が下面を導電性接着部材５８により固定され、ＩＣチップ５４の上面に形成された電極からは基板５２ａ上の電極とボンディングワイヤーなどにより電気的に接続されている。
そして、基板５２ｂと水晶振動子５３とは、電極パッド５７、５７上に硬化されて導電性接着部材５８となる導電性樹脂ペーストを塗布し、水晶振動子５３下面の一方の短辺側にて保持されるように配置し、この導電性樹脂ペーストを硬化することにより、機械的に接合し、かつ電気的に接続している。
また、水晶振動子５３は、図８に示すように、短冊状の水晶基板５３０の両主面に励振電極５３１、５３３が被着されている。また、水晶基板５３０の一方短辺側の両主面に、各励振電極５３１、５３３から延出する引出電極５３２、５３４が被着されている。尚、この水晶基板５３０の一方短辺側を固定端といい、他方の短辺側を自由端という。
【０００５】
また、図９に示すようにセラミックパッケージ５２の下面外周の４角近傍には４つの外部端子電極５２６が形成されている。外部端子電極５２６は水晶振動子５３の励振電極５３１、５３３が接続された電極パッド５７、５７と水晶振動子５３を発振させるＩＣチップ５４とがセラミック基板５２ａ、５２ｂの層間に形成された所定配線パターン及び貫通するビアホール導体等により基板５２ａ下面に引出されて接続された電源電圧供給用端子、グラウンド端子、クロック入出力端子である。
【０００６】
さらに、セラミックパッケージ５２のキャビティ５２０の開口周囲には、金属蓋５６をシーム溶接にて接続するためのシールリング５５を有しており、水晶振動子５３をキャビティ５２０に収容配置した後、水晶振動子５３を気密的に封止すべく、セラミックパッケージ５２上に蓋体５６が被着されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の水晶発振器５１は、図７のような構造では、セラミック基板５２ｃ上に接続するシールリング５５の表面の凹凸状態や、金属製蓋体５６の当接部にバリや反りがあると、金属製蓋体５６とシールリング５５双方の当接状態が均一化せず、このような状態でシーム溶接を行う場合に、電流を供給しても、金属製蓋体５６とシールリング５５の間隙で放電スパークや溶けた異物である金属成分の飛散（所謂、スプラッシュ）が発生することがあった。
特に、この飛散した金属成分は、キャビティ部５２０の内部に飛散すると、キャビティ部５２０の内部を汚染したり、水晶振動子５３に付着したりする。このように水晶振動子５３に金属成分が付着すると、発振特性が大きく変動してしまい、その結果、所定特性が得られず信頼性を悪くなり、量産の際の歩留まり増大するという問題があった。
【０００８】
一方、金属製蓋体５６とシールリング５５は外部からの不要な電磁波を遮断するためにアース電位になっているが、基体５２ａの裏面に形成した外部端子電極５２６のアース電極からセラミックパッケージ２の側面又は内部を介して金属製蓋体５６とシールリング５５に接続するだけでは広い面積の金属製蓋体５６とシールリング５５全体をアース電位に落とすのは困難であった。また、わざわざ積層されたセラミック基板５２ｂ、５２ｃ間に配線を形成してシームリング５５まで接続させなければならず、これからも金属製蓋体５６とシールリング５５全体をアース電位に落とすのは困難であった。
【０００９】
特に、１ＧＨｚ以上の高周波を利用した水晶振動子５３においては、アース電位が充分に落とせないと電磁的影響が受けやすく、特性が不安定になったり、逆に内部の発振回路が外部に電磁的影響を与えてしまい、周辺の回路の動作が不安定になる場合があった。
【００１０】
さらに、近年、電子部品装置の小型化と高機能化の要請に伴い、セラミックパッケージに複数の電子部品や大きな電子部品が搭載されても低背化できるような構造が求められていた。
【００１１】
本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、セラミック基板上に金属製蓋体を溶接する際、発生する金属成分が内部の電子部品に飛散することを有効に抑制して信頼性を上げて歩留まりを向上させることができると共に、金属製蓋体とシールリングをアース電位に確実に接続することにより外部へ電磁的影響を与えたり、外部から電磁的影響を受けたりすることを防ぎ、電気特性を損なうことを防いだ電子部品収納用パッケージ及び電子部品装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、内部に複数の電子部品を収納しても全体として厚みが増すことがなく、薄型化を可能にする電子部品装置及び該電子部品装置を構成する電子部品収納用セラミックパッケージを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの態様によれば、電子部品収納用セラミックパッケージは、セラミック基板の上面外周部に枠状の封止用導体を取着するとともに、該封止用導体に電子部品の搭載空間を封止する金属製蓋体を溶接してなる。電子部品収納用セラミックパッケージは、前記封止用導体の内周面に内接し、且つ封止用導体の厚みよりも厚いリング状セラミック基板が形成されている。前記リング状セラミック基板に、前記電子部品に電気的に接続されるビアホール導体が設けられている。
【００１７】
また、金属製蓋体の内壁面にリング状セラミック基板を当接させる構造にすることで、シーム溶接を行う際に発生する金属成分（異物）がセラミックパッケージ内部に飛散するのを確実に防止される。
【００１８】
さらに、上述のようにセラミック基板の上面外周部に直接シールリングが形成されており、しかも、セラミック基板の下面にシールリングの複数位置からセラミック基板を介して接続されるアース電極を形成しているので、シールリングの位置とアース電極との距離が極小化され、かつ複数の位置からアース電極の接続によりシールリングが確実にアース電位に落とすことが可能である。これにより、金属製蓋体の全面がアース電位に確実に落とすことが可能となるものである。
【００１９】
さらに、従来例ではリング状セラミック基板上に重ねてシールリングを載置しているため、厚みを薄くする点において制限があったが、本発明の構造ではリング状セラミック基板がシールリングに対して厚くしても、全体として従来と比べて薄型化できるようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電子部品装置を図面に基づいて詳説する。尚、説明では、電子部品装置として水晶振動子と発振回路とを備えた水晶発振器で説明する。
図１は、本発明にかかる電子部品装置である水晶発振器の側断面図であり、図２は金属製蓋体を省略した上面図であり、図３は金属製蓋体と水晶振動子を省略した上面図である。
【００２１】
水晶発振器１は、セラミックパッケージ２、水晶振動子３、ＩＣチップ４、導電性接着部材８及び金属製蓋体６とから構成されている。
【００２２】
セラミックパッケージ２は、矩形状の単板のセラミック基板２ａと、セラミック基板２ａの周囲に形成されたシールリング５と、このシールリング５の内周側に形成されたリング状セラミック基板２ｂとから構成されている。
【００２３】
シールリング５は、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏなどの金属からなり、封止用導体膜５０を介してセラミック基板２ａの外周上面とろう付け固定されている。そして、全体として、図２に示すように表面側に開口を有し、且つＩＣチップ４及び水晶振動子３が収容される矩形状のキャビティ部２０が形成される。
リング状セラミック基板２ｂの一方短辺側上面２１ｂには、水晶振動子３と電気的な接続を行う一対の電極パッド７、７が形成されている。この電極パッド７、７は、リング状セラミック基板２ｂの短辺側幅方向（図２では上下方向）に分かれて夫々形成されている。その形状は、概略矩形状となっている。
【００２４】
また、矩形状のセラミック基板２ａとリング状セラミック基板２ｂとの層間には所定配線パターンが形成され、また、セラミック基板２ａとリング状セラミック基板２ｂとを貫通するビアホール導体が形成されており、これらがＩＣチップ４や水晶振動子３と接続されて発振回路を構成している。また、セラミックパッケージ２の下面の外周には、発振回路に接続された電源電圧端子、グラウンド端子及びクロック出力端子などの４ヶ所の外部端子電極２６が形成されており、不図示であるが外部回路基板と接合する。
【００２５】
さらに、図５に示すように、外部端子電極２６が形成されていない部分には、概略十字状にアース電極２７が形成されている。このアース電極２７と外部端子電極２６が短絡しないように、その表面には絶縁性樹脂を形成しても良い。
【００２６】
アース電極２７はセラミック基板２ａを貫通するビアホール導体２７ａと内部配線２７ｂとで封止用導体膜５０を介してシームリング５に短絡させている。ここで特徴的なことは、このようなアース電極２７に短絡する経路が本発明では複数形成したことである。この複数個所形成することで、確実なシールリングへの短絡を実現している。
【００２７】
上述の電極パッド７、７や封止用導体膜５０やバンプ７ａ、９は、モリブデン、タングステンなどの金属から構成される。これらの導体（電極パッド７、７、導体膜５０、バンプ７ａ、９）は、セラミック基板２ａの表面に導電性ペーストの焼き付けにより形成した後、その表面にＮｉ、Ａｕメッキ処理される。
【００２８】
これらの導体（電極パッド７、７、導体膜５０）の厚みは、約１０〜３０μｍであり、これにより、バンプ５の高さは、セラミック基板２ａの表面から２０〜６０μｍの高さとなっている。
【００２９】
水晶振動子３は、図２に示すように、例えば所定結晶方位角に従ってカット（ＡＴカット）された矩形状の水晶基板３０と、水晶基板３０の両主面に被着形成された励振電極３１、３３と、一対の励振電極３１、３３から夫々水晶基板３０の短辺方向に延出された引出電極３２、３４とから構成される。例えば、水晶基板３０の上面側励振電極３１から延出する引出電極３２は、水晶基板３０の上面の短辺近傍に延出され、その短辺近傍の一方の長辺端面（図面では下側の端面）を介して下面側に延出されている。逆に、水晶基板３０の下面側の励振電極３３から延出する引出電極３４は、下面の短辺近傍に延出され、そして、水晶基板３０の短辺側近傍の他方長辺端面（図面では上側の端面）を介して上面側に延出されている。これより、引出電極３４は、水晶振動子３の固定端部側の両主面に形成されることになる。引出電極の形状は、水晶振動子３が所定位置に配置された時、電極パッド７、７に対応する形状となっている。
【００３０】
そして、水晶振動子３の固定端部の下面に延出された引出電極３４は、リング状セラミック基板２ｂの上面に形成された電極パッド７、７に対向するように配置され、導電性接着部材８により固定及び電気的に接続されている。
【００３１】
また、このような励振電極３１３３及び引出電極３２、３４は、水晶基板３０の上面及び下面に、所定形状のマスクを配置して、蒸着やスパッタ等の手段を用いてＡｕ、Ａｇ、Ｃｒなどの金属により形成されている。
【００３２】
セラミックパッケージ２のキャビティ部２０の底面には、水晶振動子３と組み合わせて発振回路を構成するＩＣチップ４が実装されている。ＩＣチップ４は、具体的には、シリコンチップに周知のＰＮドープにより、発振回路を構成する発振インバーター、負荷容量成分、帰還抵抗などから構成されている。このようなＩＣチップ４には、例えば、電源電圧が供給されるＶｃｃ端子、ＧＮＤ端子、水晶振動子４と接続される水晶接続端子、発振出力を行うＯＵＴ端子とを有している。
【００３３】
このようにセラミックパッケージ２を構成するセラミック基板２ａの電極パッド７、７と水晶振動子３の引出電極３２、３４とを電気的に接続し、機械的に固定する導電性接着部材８は、シリコン系、エポキシ系、ポリイミド系などのように硬化時に収縮する性質の樹脂とＡｇ粉末などとを混合した導電性樹脂ペーストから構成されている。そして、この導電性樹脂ペーストを硬化処理することにより、導電性接着部材８となる。
【００３４】
この導電性樹脂ペーストを用いて水晶振動子３とセラミック基板２ａとを接合する際には、まず、セラミック基板２ａ表面の電極パッド７、７上に、上述の導電性樹脂ペーストをディスペンサー等により供給する。その後、電極パッド７、７上の盛り上がった状態の導電性樹脂ペーストに、水晶振動子３の固定端部側の下面に延出された引出電極３２、３４が当接するように、水晶振動子３を載置する。続いて、導電性樹脂ペーストを硬化する。
【００３５】
金属製蓋体６は、図４に示すように上側が凸状に形成してあり、その周囲にはシールリング５と溶接される平面状の溶接部６ａと溶接部６ａから延びて上部に向かって略垂直に立ち上がる壁部６ｂと金属製蓋体６の中央部に底面と略平行に形成した上面部６ｃとで構成されている。この壁部６ｂの内側面がリング状セラミック基板２ｂ外周と内接するようになっている。
【００３６】
また、金属製蓋体６の材質は、実質的にコバールや４２アロイなどの金属材料の金属板と、その両面に被着したメッキ層から構成されている。例えば、金属板は５０〜１００μｍの厚みであり、また、表面メッキ層は、厚み５〜１５μｍのＮｉメッキ層などである。
この金属製蓋体６をセラミックパッケージ２の上に載置するのだが、この時、外周の６ａの部分がシールリング５上に配置されるようにする。そして、金属製蓋体６の外周の端部をシーム溶接等の方法にて気密封止を行なう。
【００３７】
本発明では、上記のように金属製蓋体６の平面状の溶接部６ａがシールリング５上に載置され、シーム溶接などにより接合されるのだが、この時、金属製蓋体６の壁部６ｂがリング状セラミック基板２ｂの外周壁と接するように配置された状態となる。このことにより、シールリング５の表面の凹凸状態や、金属製蓋体６の当接部、即ち平面状の溶接部６ａにバリや反りがあった場合でも、電流を供給して、シーム溶接を行う際に、金属製蓋体とシールリングの間隙で放電スパークや溶けた金属成分（異物）のキャビティ２０内部への飛散が発生することを防ぐことができるようになった。
【００３８】
また、前述のように、セラミックパッケージ２の底面、即ち、セラミック基板２ａには上面のシールリング５が載置される位置に、ビアホールを形成し、底面のアース電極と導通がとられている。このことにより、金属製蓋体６が平面状の溶接部６ａにおいてシールリング５と接合されることにより、水晶発振器１は全体として容易にシールドされた構造にすることができる。このことにより、外部の回路から電磁的影響を受けにくくなり、外部へも電磁的影響を与えにくくなり、水晶発振器として安定した電気特性が得られる。
【００３９】
また、リング状セラミック基板２ｂとシールリング５を重ねて配置していないため、リング状セラミック基板２ｂの厚みをシールリング５と比較して厚くしても、従来の水晶発振器に比べて、全体として薄型化が可能になる。
【００４０】
上述の水晶発振器は、以下のようにして形成される。
【００４１】
まず、水晶基板３０の両主面に励振電極３１、３３、固定端部の下面に引出電極３２、３４が形成された水晶振動子３を用意する。また、同時に、セラミック基板２ａとリング状のセラミック層２ｂ、封止用導体膜５０及びシールリング５が形成されたセラミックパッケージ２、及び、上側が凸状に形成してあり、その周囲にはシールリング５と溶接される平面状の溶接部６ａと溶接部６ａから延びて上部に向かって略垂直に立ち上がる壁部６ｂと金属製蓋体６の中央部に底面と略平行に形成した上面部６ｃとで構成された金属製蓋体６を用意する。
【００４２】
次に、前記セラミックパッケージ２内のキャビティ２０にＡｇペーストなどを塗布し、このＡｇペーストが塗布された位置にＩＣチップを搭載し、熱により硬化させ、固定する。その後、前記枠体状セラミック層上に形成された電極と前記ＩＣチップ上に形成された電極をワイヤーボンディングの手法などにて接続、固定する。
【００４３】
次に、セラミックパッケージ２の開口部上面、即ちリング状セラミック基板２ｂ上面に形成された電極パッド７、７上に硬化されて導電性接着部材となる導電性樹脂ペーストを塗布し、水晶振動子３の引き出し電極３２、３４の底面部が位置が対応するように載置し、熱処理により硬化される。
【００４４】
その後、金属製蓋体６の平面状の溶接部６ａをシールリング５上に凸部が上側に来るように配置し、電流を加え、シーム溶接を行い、気密的に封止する。この時、水晶発振器１内部はＮ２ガスや真空の雰囲気になるようにしておく。
【００４５】
上述のように、本発明の構成では、従来とは違い、リング状セラミック基板２ｂとシールリング５を重ねて形成していないため、水晶発振器１全体として、薄型化ができるようになる。
【００４６】
また、図６に本発明の他の実施例を示す。
【００４７】
前述の実施例ではセラミックパッケージ２は平板上のセラミック基板２ａ上にシールリング５よりも厚いリング状セラミック基板２ｂをシールリング５の内周に接するように配置していたが、他の実施例ではリング状セラミック基板２ｂの代わりに開口部の大きさの違う２枚のリング状セラミック基板１２ｂ、１２ｃを積層する。リング状セラミック基板１２ｃはその下部に積層されるリング状セラミック基板１２ｂよりも開港が大きく形成されており、そのことにより図６に示すようにセラミックパッケージ１２の長辺方向両端（図６ではキャビティ１２０の左右端部）に段差部を形成する。該段差部の一方（図６の左側）は上面に電極パッド１７及びその上部にバンプ１７ａを形成してあり、導電性接着部材１７を介して水晶振動子１３の引き出し電極下面が接続、固定され、他方の段差部表面は水晶振動子１３の先端部が搭載時に保持されるバンプ１９が形成されている。
【００４８】
また、リング状セラミック基板１２ｂ、１２ｃが積層されて前述の実施例のリング状セラミック基板２ｂと略同一の厚さに形成される。
【００４９】
この実施例では、前述の実施例に比べ、水晶振動子１３がセラミックパッケージ１２のキャビティ１２０内で保持される位置の高さを低くすることができ、さらに金属製蓋体１６の凹部の深さを低くすることを可能にできるため、水晶発振器１１全体としてはより薄型化することが可能になる。
【００５０】
上述の実施例では、圧電振動子に水晶基板を用いた振動子で説明したが、圧電セラミック基板・単結晶圧電基板を用いた振動子であっても構わない。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、セラミック基板の上面外周部に形成したシールリングの内周面に内接し、且つシールリングの厚みよりも厚いリング状セラミック基板を形成したために、シールリングの表面に凹凸があったり、金属製蓋体の当接部にバリや反りがあった場合でも、製造時にシーム溶接を行う際、電流を供給しても金属製蓋体とシールリングとの間隙で発生する放電スパークや溶けた金属成分（異物）がセラミックパッケージ内部に飛散するのをリング状セラミック基板で遮断することができ、これにより内部の電子部品に入り込むことがなく製品の信頼性を上げることができると共に量産時の歩留まりを向上させた電子部品収納用セラミックパッケージ及び電子部品装置を提供することができる。
【００５２】
また、金属製蓋体の内壁面にリング状セラミック基板を当接させる構造にすることで、シーム溶接を行う際に発生する金属成分（異物）がセラミックパッケージ内部に飛散するのを確実に防止される電子部品収納用セラミックパッケージ及び電子部品装置を提供することができる。
【００５３】
さらに、上述のようにセラミック基板の上面外周部に直接シールリングが形成されており、しかも、セラミック基板の下面にシールリングの複数位置からセラミック基板を介して接続されるアース電極を形成しているので、シールリングの位置とアース電極との距離が極小化され、かつ複数の位置からアース電極の接続によりシールリングが確実にアース電位に落とすことが可能である。これにより、金属製蓋体の全面がアース電位に確実に落とすことが可能となる電子部品収納用セラミックパッケージ及び電子部品装置を提供できるものである。
【００５４】
さらに、従来例ではリング状セラミック基板上に重ねてシールリングを載置しているため、厚みを薄くする点において制限があったが、本発明の構造ではリング状セラミック基板がシールリングに対して厚くしても、全体として従来と比べて薄型化できるようになる電子部品収納用セラミックパッケージ及び電子部品装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子部品装置である水晶発振器の側断面図である。
【図２】本発明の電子部品装置である水晶発振器の金属製蓋体を省略した上面図である
【図３】本発明の電子部品装置である水晶発振器の金属製蓋体と水晶振動子を省略した上面図である。
【図４】本発明の電子部品装置である水晶発振器に使用される金属製蓋体の斜視図である。
【図５】本発明の電子部品装置である水晶発振器の裏面から見た上面図である。
【図６】本発明の電子部品装置である水晶発振器の他の例の側断面図である。
【図７】従来の電子部品装置である水晶発振器の側断面図である。
【図８】従来の電子部品装置である水晶発振器の金属製蓋体を省略した上面図である。
【図９】従来の電子部品装置である水晶発振器の下面図である
【符号の説明】
１・・・水晶発振器
２・・・セラミックパッケージ
２０・・・キャビティ部
２ａ・・・セラミック基板
２６・・・外部端子電極
２ｂ・・・リング状セラミック層
３・・・水晶振動子
３０・・・水晶基板
３１、３３・・・励振電極
３２、３４・・・引出電極
４・・・ＩＣチップ
５・・・シールリング
６・・・金属製蓋体
５１・・・水晶発振器
５２・・・セラミックパッケージ
５２０・・・キャビティ部
５３・・・水晶振動子
５４・・・ＩＣチップ
５５・・・シールリング
５６・・・金属製蓋体
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣチップや圧電振動子などを収容する電子部品収納用セラミックパッケージ及びその中に電子部品が収納してなる電子部品装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のセラミックパッケージを用いて構成された電子部品装置の一例である水晶発振器は、図７に示すような構造が既に知られていた。
図に示すように従来の水晶発振器５１は、セラミックパッケージ５２内の段差に導電性接着部材５８を介して接続された水晶振動子５３及びセラミックパッケージ５２内の底面にＩＣチップ５４が搭載されてなる。
セラミックパッケージ５２は、ＩＣチップ５４を搭載する長方形状の基板５２ａを有し、その上面外周には、リング状セラミック基板５２ｂ、５２ｃが順次積層されることにより、内部に水晶振動子５３を収容するキャビティ部５２０が形成されている。このキャビティ部５２０の段差部、即ち、リング状セラミック基板５２ｂ表面の内周面側に形成され、かつ基板５２ａの幅方向に分離して電極パッド５７、５７が形成されている。また、リング状セラミック基板５２ｃ上の外周には封止用導体膜（図示しない）が形成され、その封止用導体膜上にはシールリング５５がろう付けなどにより被着されている。
【０００３】
この電極パッド５７、５７の一端側には、接続支持用バンプ５７ａが形成されている。また、基板５２ａの水晶振動子５３の自由端側にも、保持用バンプ５９が形成されている。
【０００４】
基板５２ａ上には、ＩＣチップ５４が下面を導電性接着部材５８により固定され、ＩＣチップ５４の上面に形成された電極からは基板５２ａ上の電極とボンディングワイヤーなどにより電気的に接続されている。
そして、基板５２ｂと水晶振動子５３とは、電極パッド５７、５７上に硬化されて導電性接着部材５８となる導電性樹脂ペーストを塗布し、水晶振動子５３下面の一方の短辺側にて保持されるように配置し、この導電性樹脂ペーストを硬化することにより、機械的に接合し、かつ電気的に接続している。
また、水晶振動子５３は、図８に示すように、短冊状の水晶基板５３０の両主面に励振電極５３１、５３３が被着されている。また、水晶基板５３０の一方短辺側の両主面に、各励振電極５３１、５３３から延出する引出電極５３２、５３４が被着されている。尚、この水晶基板５３０の一方短辺側を固定端といい、他方の短辺側を自由端という。
【０００５】
また、図９に示すようにセラミックパッケージ５２の下面外周の４角近傍には４つの外部端子電極５２６が形成されている。外部端子電極５２６は水晶振動子５３の励振電極５３１、５３３が接続された電極パッド５７、５７と水晶振動子５３を発振させるＩＣチップ５４とがセラミック基板５２ａ、５２ｂの層間に形成された所定配線パターン及び貫通するビアホール導体等により基板５２ａ下面に引出されて接続された電源電圧供給用端子、グラウンド端子、クロック入出力端子である。
【０００６】
さらに、セラミックパッケージ５２のキャビティ５２０の開口周囲には、金属蓋５６をシーム溶接にて接続するためのシールリング５５を有しており、水晶振動子５３をキャビティ５２０に収容配置した後、水晶振動子５３を気密的に封止すべく、セラミックパッケージ５２上に蓋体５６が被着されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の水晶発振器５１は、図７のような構造では、セラミック基板５２ｃ上に接続するシールリング５５の表面の凹凸状態や、金属製蓋体５６の当接部にバリや反りがあると、金属製蓋体５６とシールリング５５双方の当接状態が均一化せず、このような状態でシーム溶接を行う場合に、電流を供給しても、金属製蓋体５６とシールリング５５の間隙で放電スパークや溶けた異物である金属成分の飛散（所謂、スプラッシュ）が発生することがあった。
特に、この飛散した金属成分は、キャビティ部５２０の内部に飛散すると、キャビティ部５２０の内部を汚染したり、水晶振動子５３に付着したりする。このように水晶振動子５３に金属成分が付着すると、発振特性が大きく変動してしまい、その結果、所定特性が得られず信頼性を悪くなり、量産の際の歩留まり増大するという問題があった。
【０００８】
一方、金属製蓋体５６とシールリング５５は外部からの不要な電磁波を遮断するためにアース電位になっているが、基体５２ａの裏面に形成した外部端子電極５２６のアース電極からセラミックパッケージ２の側面又は内部を介して金属製蓋体５６とシールリング５５に接続するだけでは広い面積の金属製蓋体５６とシールリング５５全体をアース電位に落とすのは困難であった。また、わざわざ積層されたセラミック基板５２ｂ、５２ｃ間に配線を形成してシームリング５５まで接続させなければならず、これからも金属製蓋体５６とシールリング５５全体をアース電位に落とすのは困難であった。
【０００９】
特に、１ＧＨｚ以上の高周波を利用した水晶振動子５３においては、アース電位が充分に落とせないと電磁的影響が受けやすく、特性が不安定になったり、逆に内部の発振回路が外部に電磁的影響を与えてしまい、周辺の回路の動作が不安定になる場合があった。
【００１０】
さらに、近年、電子部品装置の小型化と高機能化の要請に伴い、セラミックパッケージに複数の電子部品や大きな電子部品が搭載されても低背化できるような構造が求められていた。
【００１１】
本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、セラミック基板上に金属製蓋体を溶接する際、発生する金属成分が内部の電子部品に飛散することを有効に抑制して信頼性を上げて歩留まりを向上させることができると共に、金属製蓋体とシールリングをアース電位に確実に接続することにより外部へ電磁的影響を与えたり、外部から電磁的影響を受けたりすることを防ぎ、電気特性を損なうことを防いだ電子部品収納用パッケージ及び電子部品装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、内部に複数の電子部品を収納しても全体として厚みが増すことがなく、薄型化を可能にする電子部品装置及び該電子部品装置を構成する電子部品収納用セラミックパッケージを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの態様によれば、電子部品収納用セラミックパッケージは、セラミック基板の上面外周部に枠状の封止用導体を取着するとともに、該封止用導体に電子部品の搭載空間を封止する金属製蓋体を溶接してなる。電子部品収納用セラミックパッケージは、前記封止用導体の内周面に内接し、且つ封止用導体の厚みよりも厚いリング状セラミック基板が形成されている。前記リング状セラミック基板に、前記電子部品に電気的に接続されるビアホール導体が設けられている。
【００１７】
また、金属製蓋体の内壁面にリング状セラミック基板を当接させる構造にすることで、シーム溶接を行う際に発生する金属成分（異物）がセラミックパッケージ内部に飛散するのを確実に防止される。
【００１８】
さらに、上述のようにセラミック基板の上面外周部に直接シールリングが形成されており、しかも、セラミック基板の下面にシールリングの複数位置からセラミック基板を介して接続されるアース電極を形成しているので、シールリングの位置とアース電極との距離が極小化され、かつ複数の位置からアース電極の接続によりシールリングが確実にアース電位に落とすことが可能である。これにより、金属製蓋体の全面がアース電位に確実に落とすことが可能となるものである。
【００１９】
さらに、従来例ではリング状セラミック基板上に重ねてシールリングを載置しているため、厚みを薄くする点において制限があったが、本発明の構造ではリング状セラミック基板がシールリングに対して厚くしても、全体として従来と比べて薄型化できるようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電子部品装置を図面に基づいて詳説する。尚、説明では、電子部品装置として水晶振動子と発振回路とを備えた水晶発振器で説明する。
図１は、本発明にかかる電子部品装置である水晶発振器の側断面図であり、図２は金属製蓋体を省略した上面図であり、図３は金属製蓋体と水晶振動子を省略した上面図である。
【００２１】
水晶発振器１は、セラミックパッケージ２、水晶振動子３、ＩＣチップ４、導電性接着部材８及び金属製蓋体６とから構成されている。
【００２２】
セラミックパッケージ２は、矩形状の単板のセラミック基板２ａと、セラミック基板２ａの周囲に形成されたシールリング５と、このシールリング５の内周側に形成されたリング状セラミック基板２ｂとから構成されている。
【００２３】
シールリング５は、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏなどの金属からなり、封止用導体膜５０を介してセラミック基板２ａの外周上面とろう付け固定されている。そして、全体として、図２に示すように表面側に開口を有し、且つＩＣチップ４及び水晶振動子３が収容される矩形状のキャビティ部２０が形成される。
リング状セラミック基板２ｂの一方短辺側上面２１ｂには、水晶振動子３と電気的な接続を行う一対の電極パッド７、７が形成されている。この電極パッド７、７は、リング状セラミック基板２ｂの短辺側幅方向（図２では上下方向）に分かれて夫々形成されている。その形状は、概略矩形状となっている。
【００２４】
また、矩形状のセラミック基板２ａとリング状セラミック基板２ｂとの層間には所定配線パターンが形成され、また、セラミック基板２ａとリング状セラミック基板２ｂとを貫通するビアホール導体が形成されており、これらがＩＣチップ４や水晶振動子３と接続されて発振回路を構成している。また、セラミックパッケージ２の下面の外周には、発振回路に接続された電源電圧端子、グラウンド端子及びクロック出力端子などの４ヶ所の外部端子電極２６が形成されており、不図示であるが外部回路基板と接合する。
【００２５】
さらに、図５に示すように、外部端子電極２６が形成されていない部分には、概略十字状にアース電極２７が形成されている。このアース電極２７と外部端子電極２６が短絡しないように、その表面には絶縁性樹脂を形成しても良い。
【００２６】
アース電極２７はセラミック基板２ａを貫通するビアホール導体２７ａと内部配線２７ｂとで封止用導体膜５０を介してシームリング５に短絡させている。ここで特徴的なことは、このようなアース電極２７に短絡する経路が本発明では複数形成したことである。この複数個所形成することで、確実なシールリングへの短絡を実現している。
【００２７】
上述の電極パッド７、７や封止用導体膜５０やバンプ７ａ、９は、モリブデン、タングステンなどの金属から構成される。これらの導体（電極パッド７、７、導体膜５０、バンプ７ａ、９）は、セラミック基板２ａの表面に導電性ペーストの焼き付けにより形成した後、その表面にＮｉ、Ａｕメッキ処理される。
【００２８】
これらの導体（電極パッド７、７、導体膜５０）の厚みは、約１０〜３０μｍであり、これにより、バンプ５の高さは、セラミック基板２ａの表面から２０〜６０μｍの高さとなっている。
【００２９】
水晶振動子３は、図２に示すように、例えば所定結晶方位角に従ってカット（ＡＴカット）された矩形状の水晶基板３０と、水晶基板３０の両主面に被着形成された励振電極３１、３３と、一対の励振電極３１、３３から夫々水晶基板３０の短辺方向に延出された引出電極３２、３４とから構成される。例えば、水晶基板３０の上面側励振電極３１から延出する引出電極３２は、水晶基板３０の上面の短辺近傍に延出され、その短辺近傍の一方の長辺端面（図面では下側の端面）を介して下面側に延出されている。逆に、水晶基板３０の下面側の励振電極３３から延出する引出電極３４は、下面の短辺近傍に延出され、そして、水晶基板３０の短辺側近傍の他方長辺端面（図面では上側の端面）を介して上面側に延出されている。これより、引出電極３４は、水晶振動子３の固定端部側の両主面に形成されることになる。引出電極の形状は、水晶振動子３が所定位置に配置された時、電極パッド７、７に対応する形状となっている。
【００３０】
そして、水晶振動子３の固定端部の下面に延出された引出電極３４は、リング状セラミック基板２ｂの上面に形成された電極パッド７、７に対向するように配置され、導電性接着部材８により固定及び電気的に接続されている。
【００３１】
また、このような励振電極３１３３及び引出電極３２、３４は、水晶基板３０の上面及び下面に、所定形状のマスクを配置して、蒸着やスパッタ等の手段を用いてＡｕ、Ａｇ、Ｃｒなどの金属により形成されている。
【００３２】
セラミックパッケージ２のキャビティ部２０の底面には、水晶振動子３と組み合わせて発振回路を構成するＩＣチップ４が実装されている。ＩＣチップ４は、具体的には、シリコンチップに周知のＰＮドープにより、発振回路を構成する発振インバーター、負荷容量成分、帰還抵抗などから構成されている。このようなＩＣチップ４には、例えば、電源電圧が供給されるＶｃｃ端子、ＧＮＤ端子、水晶振動子４と接続される水晶接続端子、発振出力を行うＯＵＴ端子とを有している。
【００３３】
このようにセラミックパッケージ２を構成するセラミック基板２ａの電極パッド７、７と水晶振動子３の引出電極３２、３４とを電気的に接続し、機械的に固定する導電性接着部材８は、シリコン系、エポキシ系、ポリイミド系などのように硬化時に収縮する性質の樹脂とＡｇ粉末などとを混合した導電性樹脂ペーストから構成されている。そして、この導電性樹脂ペーストを硬化処理することにより、導電性接着部材８となる。
【００３４】
この導電性樹脂ペーストを用いて水晶振動子３とセラミック基板２ａとを接合する際には、まず、セラミック基板２ａ表面の電極パッド７、７上に、上述の導電性樹脂ペーストをディスペンサー等により供給する。その後、電極パッド７、７上の盛り上がった状態の導電性樹脂ペーストに、水晶振動子３の固定端部側の下面に延出された引出電極３２、３４が当接するように、水晶振動子３を載置する。続いて、導電性樹脂ペーストを硬化する。
【００３５】
金属製蓋体６は、図４に示すように上側が凸状に形成してあり、その周囲にはシールリング５と溶接される平面状の溶接部６ａと溶接部６ａから延びて上部に向かって略垂直に立ち上がる壁部６ｂと金属製蓋体６の中央部に底面と略平行に形成した上面部６ｃとで構成されている。この壁部６ｂの内側面がリング状セラミック基板２ｂ外周と内接するようになっている。
【００３６】
また、金属製蓋体６の材質は、実質的にコバールや４２アロイなどの金属材料の金属板と、その両面に被着したメッキ層から構成されている。例えば、金属板は５０〜１００μｍの厚みであり、また、表面メッキ層は、厚み５〜１５μｍのＮｉメッキ層などである。
この金属製蓋体６をセラミックパッケージ２の上に載置するのだが、この時、外周の６ａの部分がシールリング５上に配置されるようにする。そして、金属製蓋体６の外周の端部をシーム溶接等の方法にて気密封止を行なう。
【００３７】
本発明では、上記のように金属製蓋体６の平面状の溶接部６ａがシールリング５上に載置され、シーム溶接などにより接合されるのだが、この時、金属製蓋体６の壁部６ｂがリング状セラミック基板２ｂの外周壁と接するように配置された状態となる。このことにより、シールリング５の表面の凹凸状態や、金属製蓋体６の当接部、即ち平面状の溶接部６ａにバリや反りがあった場合でも、電流を供給して、シーム溶接を行う際に、金属製蓋体とシールリングの間隙で放電スパークや溶けた金属成分（異物）のキャビティ２０内部への飛散が発生することを防ぐことができるようになった。
【００３８】
また、前述のように、セラミックパッケージ２の底面、即ち、セラミック基板２ａには上面のシールリング５が載置される位置に、ビアホールを形成し、底面のアース電極と導通がとられている。このことにより、金属製蓋体６が平面状の溶接部６ａにおいてシールリング５と接合されることにより、水晶発振器１は全体として容易にシールドされた構造にすることができる。このことにより、外部の回路から電磁的影響を受けにくくなり、外部へも電磁的影響を与えにくくなり、水晶発振器として安定した電気特性が得られる。
【００３９】
また、リング状セラミック基板２ｂとシールリング５を重ねて配置していないため、リング状セラミック基板２ｂの厚みをシールリング５と比較して厚くしても、従来の水晶発振器に比べて、全体として薄型化が可能になる。
【００４０】
上述の水晶発振器は、以下のようにして形成される。
【００４１】
まず、水晶基板３０の両主面に励振電極３１、３３、固定端部の下面に引出電極３２、３４が形成された水晶振動子３を用意する。また、同時に、セラミック基板２ａとリング状のセラミック層２ｂ、封止用導体膜５０及びシールリング５が形成されたセラミックパッケージ２、及び、上側が凸状に形成してあり、その周囲にはシールリング５と溶接される平面状の溶接部６ａと溶接部６ａから延びて上部に向かって略垂直に立ち上がる壁部６ｂと金属製蓋体６の中央部に底面と略平行に形成した上面部６ｃとで構成された金属製蓋体６を用意する。
【００４２】
次に、前記セラミックパッケージ２内のキャビティ２０にＡｇペーストなどを塗布し、このＡｇペーストが塗布された位置にＩＣチップを搭載し、熱により硬化させ、固定する。その後、前記枠体状セラミック層上に形成された電極と前記ＩＣチップ上に形成された電極をワイヤーボンディングの手法などにて接続、固定する。
【００４３】
次に、セラミックパッケージ２の開口部上面、即ちリング状セラミック基板２ｂ上面に形成された電極パッド７、７上に硬化されて導電性接着部材となる導電性樹脂ペーストを塗布し、水晶振動子３の引き出し電極３２、３４の底面部が位置が対応するように載置し、熱処理により硬化される。
【００４４】
その後、金属製蓋体６の平面状の溶接部６ａをシールリング５上に凸部が上側に来るように配置し、電流を加え、シーム溶接を行い、気密的に封止する。この時、水晶発振器１内部はＮ２ガスや真空の雰囲気になるようにしておく。
【００４５】
上述のように、本発明の構成では、従来とは違い、リング状セラミック基板２ｂとシールリング５を重ねて形成していないため、水晶発振器１全体として、薄型化ができるようになる。
【００４６】
また、図６に本発明の他の実施例を示す。
【００４７】
前述の実施例ではセラミックパッケージ２は平板上のセラミック基板２ａ上にシールリング５よりも厚いリング状セラミック基板２ｂをシールリング５の内周に接するように配置していたが、他の実施例ではリング状セラミック基板２ｂの代わりに開口部の大きさの違う２枚のリング状セラミック基板１２ｂ、１２ｃを積層する。リング状セラミック基板１２ｃはその下部に積層されるリング状セラミック基板１２ｂよりも開港が大きく形成されており、そのことにより図６に示すようにセラミックパッケージ１２の長辺方向両端（図６ではキャビティ１２０の左右端部）に段差部を形成する。該段差部の一方（図６の左側）は上面に電極パッド１７及びその上部にバンプ１７ａを形成してあり、導電性接着部材１７を介して水晶振動子１３の引き出し電極下面が接続、固定され、他方の段差部表面は水晶振動子１３の先端部が搭載時に保持されるバンプ１９が形成されている。
【００４８】
また、リング状セラミック基板１２ｂ、１２ｃが積層されて前述の実施例のリング状セラミック基板２ｂと略同一の厚さに形成される。
【００４９】
この実施例では、前述の実施例に比べ、水晶振動子１３がセラミックパッケージ１２のキャビティ１２０内で保持される位置の高さを低くすることができ、さらに金属製蓋体１６の凹部の深さを低くすることを可能にできるため、水晶発振器１１全体としてはより薄型化することが可能になる。
【００５０】
上述の実施例では、圧電振動子に水晶基板を用いた振動子で説明したが、圧電セラミック基板・単結晶圧電基板を用いた振動子であっても構わない。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、セラミック基板の上面外周部に形成したシールリングの内周面に内接し、且つシールリングの厚みよりも厚いリング状セラミック基板を形成したために、シールリングの表面に凹凸があったり、金属製蓋体の当接部にバリや反りがあった場合でも、製造時にシーム溶接を行う際、電流を供給しても金属製蓋体とシールリングとの間隙で発生する放電スパークや溶けた金属成分（異物）がセラミックパッケージ内部に飛散するのをリング状セラミック基板で遮断することができ、これにより内部の電子部品に入り込むことがなく製品の信頼性を上げることができると共に量産時の歩留まりを向上させた電子部品収納用セラミックパッケージ及び電子部品装置を提供することができる。
【００５２】
また、金属製蓋体の内壁面にリング状セラミック基板を当接させる構造にすることで、シーム溶接を行う際に発生する金属成分（異物）がセラミックパッケージ内部に飛散するのを確実に防止される電子部品収納用セラミックパッケージ及び電子部品装置を提供することができる。
【００５３】
さらに、上述のようにセラミック基板の上面外周部に直接シールリングが形成されており、しかも、セラミック基板の下面にシールリングの複数位置からセラミック基板を介して接続されるアース電極を形成しているので、シールリングの位置とアース電極との距離が極小化され、かつ複数の位置からアース電極の接続によりシールリングが確実にアース電位に落とすことが可能である。これにより、金属製蓋体の全面がアース電位に確実に落とすことが可能となる電子部品収納用セラミックパッケージ及び電子部品装置を提供できるものである。
【００５４】
さらに、従来例ではリング状セラミック基板上に重ねてシールリングを載置しているため、厚みを薄くする点において制限があったが、本発明の構造ではリング状セラミック基板がシールリングに対して厚くしても、全体として従来と比べて薄型化できるようになる電子部品収納用セラミックパッケージ及び電子部品装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子部品装置である水晶発振器の側断面図である。
【図２】本発明の電子部品装置である水晶発振器の金属製蓋体を省略した上面図である
【図３】本発明の電子部品装置である水晶発振器の金属製蓋体と水晶振動子を省略した上面図である。
【図４】本発明の電子部品装置である水晶発振器に使用される金属製蓋体の斜視図である。
【図５】本発明の電子部品装置である水晶発振器の裏面から見た上面図である。
【図６】本発明の電子部品装置である水晶発振器の他の例の側断面図である。
【図７】従来の電子部品装置である水晶発振器の側断面図である。
【図８】従来の電子部品装置である水晶発振器の金属製蓋体を省略した上面図である。
【図９】従来の電子部品装置である水晶発振器の下面図である
【符号の説明】
１・・・水晶発振器
２・・・セラミックパッケージ
２０・・・キャビティ部
２ａ・・・セラミック基板
２６・・・外部端子電極
２ｂ・・・リング状セラミック層
３・・・水晶振動子
３０・・・水晶基板
３１、３３・・・励振電極
３２、３４・・・引出電極
４・・・ＩＣチップ
５・・・シールリング
６・・・金属製蓋体
５１・・・水晶発振器
５２・・・セラミックパッケージ
５２０・・・キャビティ部
５３・・・水晶振動子
５４・・・ＩＣチップ
５５・・・シールリング
５６・・・金属製蓋体
Claims (3)
- セラミック基板の上面外周部に枠状の封止用導体を取着するとともに、該封止用導体に電子部品の搭載空間を封止する金属製蓋体を溶接してなる電子部品収納用セラミックパッケージにおいて、
前記封止用導体の内周面に内接し、且つ封止用導体の厚みよりも厚いリング状セラミック基板が形成されているとともに、
前記リング状セラミック基板に、前記電子部品に電気的に接続されるビアホール導体が設けられていることを特徴とする電子部品収納用セラミックパッケージ。 - 前記リング状セラミック基板が、段差部を含む上面を有しているとともに、前記ビアホール導体の上端が、前記段差部に位置していることを特徴とする請求項１記載の電子部品収納用セラミックパッケージ。
- 前記電子部品の搭載空間であって前記セラミック基板上面に複数の電極パッドを形成すると共に、請求項１記載の電子部品セラミックパッケージ内に電子部品に備えた複数の電極と前記各電極パッドとが接続して収納されていることを特徴とする電子部品装置。
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