JP4520801B2 - パッケージおよびその製造方法 - Google Patents
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かかるセラミックパッケージによれば、電子部品から発生する熱は、放熱板を介して外部に放熱される。また、厚肉の導体パターンによって当該パターンとセラミック製の枠体との間における界面応力を分散できると共に、金属粒子の間にガラスなどのセラミック成分が進入することによって、導体パターンと枠体との接合強度を高められる。
即ち、本発明のパッケージ(請求項1)は、金属製の放熱板と、係る放熱板の上面に形成されるロウ材層と、係るロウ材層の上方に形成されるセラミック製の枠体と、係る枠体の底面に形成され且つ上記ロウ材層と接してなるメタライズ層と、少なくとも係るメタライズ層の最外側の表面で且つ該メタライズ層の端縁に沿って形成される絶縁材と、を含む、ことを特徴とする。
これによる場合、上記絶縁材をメタライズ層の最外側に沿って確実に形成でき、且つ前記ロウ材層とメタライズ層とのロウ付けを保証することが可能となる。
因みに、前記ロウ材層の厚みは、約30〜50μm、前記メタライズ層の厚みは、約20〜30μmである。
更に、本発明には、前記各工程の後に、前記グリーンシート、メタライズ層、および絶縁材ペーストの積層体を、前記切断予定線に沿って切断する工程と、その後で、上記メタライズ層と金属製の放熱板とをロウ材を介して接合する工程と、を有する、パッケージの製造方法、を含めることも可能である。
これによる場合、放熱板の上面にロウ材層およびメタライズ層を介してセラミック製の枠体をロウ付けできると共に、係る枠体の底面側で上記メタライズ層の最外側に絶縁材を形成したパッケージを確実且つ効率良く製造することが可能となる。
図1は、本発明のパッケージ1を示す斜視図、図2は、図1中のX−X線の矢視に沿った部分断面図である。
パッケージ1は、図1,図2に示すように、金属製の放熱板2と、係る放熱板2の上面の中程に形成される四角枠形のロウ材層12と、係るロウ材層12の上方に配設されるセラミック製の枠体6と、係る枠体6の底面7c,8cに形成され且つ上記ロウ材層12と接するメタライズ層10と、係るメタライズ層10の最外側の表面11に形成される絶縁材14と、を備えている。
また、前記枠体6は、アルミナを主成分とし、図1に示すように、一対の長辺7と一対の短辺8とからなる平面視で長方形の枠形を呈し、内側には、長方形のキャビティ9を有している。因みに、枠体6の外形は、31.2mm×9.4mmであり、外側面7a,8a、内側面7b,8b、底面7c,8cを有する長・短辺7,8の断面寸法は、1.65mm×0.51mmである。
更に、前記メタライズ層10は、高融点金属、例えばWを主成分とし、枠体6の底面7c,8cのほぼ全面に厚みが約15〜35μmで形成される。上記Wからなる粒子の平均粒径は、約2〜4μmである。
更に、絶縁材14は、アルミナを主成分とし、図2に示すように、前記メタライズ層10の最外側でロウ材層12とは接しない表面11に、幅50μm以上で且つ厚み30μm以下にして形成される。
係る絶縁材14は、メタライズ層10の最外側の表面11に沿って、即ち、枠体6の長・短辺7,8の底面7c,8cにおける最外側に沿って四角枠形に連続して被覆されている。このため、メタライズ層10をその周辺部で拘束し、当該メタライズ層10の変形を抑制することができる。
絶縁材16は、アルミナを主成分とし、図3に示すように、枠体6の底面7c,8cの最外端に沿って形成されると共に、上記メタライズ層10の端面10aに接触している。係る絶縁材16は、メタライズ層10の全周の端面10aを拘束するため、当該メタライズ層10の変形を一層抑制することができる。
上記電子部品18は、枠体6と蓋材19との間を内外に貫通する図示しない接続端子により、外部と導通可能されると共に、キャビティ9内には、ヘリウムのような不活性ガスが充填されている。尚、蓋材19は、樹脂または低融点ガラスなどを介して、枠体6の上面に接合される。
ところで、放熱板2の凹溝5,5に図示しないボルトを貫通し且つ何らかの支持体に固定した際、当該放熱板2の長辺3の中央付近を上向きに持ち上げようとする曲げ応力が作用する。
また、前記図3に示した絶縁材16を含む異なる形態のパッケージ1′についても、前記同様に電子部品18を搭載し、且つ蓋材19で密封することができる。しかも、上記引張応力を受けた際には、絶縁材16がメタライズ層10を一層強固に拘束するため、枠体6とメタライズ層10との剥離を確実に防止することができる。
図5は、製品単位の前記枠体6となる製品部分wを平面方向に沿って、縦×横3個ずつ合計9個(複数)を有する大判のグリーンシートGの平面図である。係るグリーンシートGは、アルミナを主成分とする厚みが約0.62mmのシートで、複数の製品部分w,w間およびその周囲は、切断予定線Lによって区画されると共に、これらの外側には所要幅の耳部mが包囲している。
先ず、図6に示すように、グリーンシートGの表面(底面)における全ての製品部分wを囲む外周の切断予定線Lの外側を含めて、ほぼ全面に厚みが約30〜50μmのメタライズ層10を形成する。係るメタライズ層10は、平均粒径が2〜4μmのWを主成分とする金属粒子と樹脂バインダなどとからなる。
次いで、図9に示すように、製品部分wごとのメタライズ層10における内側寄りの部分を、図示しないプレスによって、縦6.1mm×横27.9mmの寸法で打ち抜き加工し、平面視が長方形のキャビティ9を形成する。
係る状態で、メタライズ層10、絶縁材14、および複数のキャビティ9を含むグリーンシートGの積層体を、約1540℃×24時間で加熱して焼成する。その結果、絶縁材14とグリーンシートGとは、焼成されて主にアルミナからなるセラミックになる。
そして、図11に示すように、短辺4,4の中央部にU字形溝5を有する放熱板2の上面に、予め厚み約30〜50μmで且つ四角枠形状に形成したAgロウからなるロウ材層12の上に、図中の矢印で示すように、枠体6をその底面7c,8cにおけるメタライズ層10を介して載置する。
係る状態で、ロウ材層12を約850℃に加熱し、隣接する枠体6側のメタライズ層10とロウ付けする。この結果、前記図1,図2に示したパッケージ1を得ることができる。
次に、図13,図14に示すように、各切断予定線Lに跨って、隣接するメタライズ層10,10間および外側の製品部分wにおけるメタライズ層10の外周に沿って、アルミナを主成分とするペースト状の絶縁材16を、格子枠形状にして形成する。尚、図14は、図13中のZ−Z線に矢視の沿った断面図である。
更に、焼成後における複数のメタライズ層10および絶縁材16備えたグリーンシートGからなる積層体を、切断予定線Lに沿った切断する。
その結果、図15に示すように、外側面7a,8a、内側面7b,8b、および底面7c,8cを有する長・短辺7,8からなり、内側面7b,8bに囲まれたキャビティ9を有する枠体6が形成される。係る枠体6における底面7c,8cの最外側部分を除いて、メタライズ層10が形成されると共に、その端面(10a)および底面7c,8cの最外側部に接する絶縁材16が形成される。
上記メタライズ層10および絶縁材16を備えた枠体6を、前記同様に放熱板2の上面にロウ材層12を介してロウ付けすることで、前記図3に示した部分断面を有する前記パッケージ1′を得ることができる。
Cu−W系合金からなり、長辺3の長さ:41.2mm、短辺4の長さ:10.2mm、厚み:1.6mmである放熱板2を20個用意した。各放熱板2の短辺4,4の中央部には、同じ寸法のU字形溝5が形成されている。
20個のうち、10個の放熱板2を実施例とし、残り10個を比較例とした。
実施例および比較例の各放熱板2の上面の同じ位置に対し、厚みが30μmで外形:30.7×8.9mmで且つ内形:29.0×7.2mmのAgロウからなるロウ材層12をそれぞれ形成した。
また、前記図5〜図10に示した方法によって、実施例用である10個の枠体6と、それらの底面7c,8cの全面に厚み25μmのメタライズ層10と、それらの最外側の表面11に幅:120μmで且つ厚み:15μmの絶縁材14とを形成した。
実施例の各放熱板2におけるロウ材層12の上に、上記メタライズ層10および絶縁材14を備えた枠体6を個別に載置し、約850℃に50分間加熱して、ロウ材層12をメタライズ層10にロウ付けして、前記図2に示すような断面を有する実施例のパッケージを10個得た。
比較例の各放熱板2におけるロウ材層12の上に、上記メタライズ層10を備えた枠体6を個別に載置し且つ前記同様に加熱することで、メタライズ層10にロウ材層12をロウ付けして、図16に示すような比較例のパッケージを10個得た。尚、図16は、放熱板2の長辺3,3および枠体6の長辺7,7に沿った矢視における断面図である。
以上のようにして得た10個ずつの実施例と比較例とのパッケージについて、各枠体6のキャビティ9内を同じ蓋材19で密閉した後、ヘリウム充填した加圧室に入れて加圧した。次いで、表1に示すように、フリー状態の各例のパッケージを液槽中に浸漬して、気泡の発生の有無からキャビティ9からのヘリウムの漏れの有無を測定し、漏れが生じた個数を表1に示した。
曲げ試験機20は、図17に示すように、鋼製のベース板21と、その表面22の中央に図示の前後方向に沿って突出する凸条(シム)24と、ベース板21を貫通する左右一対の雌ネジ孔23と、係る雌ネジ孔23に螺入するボルト26と、を備える。上記凸条24は、幅:2.54mmで、且つその厚みは、ベース板21を取り替えることにより、変更可能である。
例えば、図17中の矢印で示すように、比較的薄い凸条24を有するベース板21の表面22に、前記パッケージ1を載置し、その放熱板2のU字形溝5,5にボルト26の雄ネジを貫通させ、且つ係る雄ネジを雌ネジ孔23に螺入させる。
更に、図19に示すように、比較的厚い凸条(シム)25を有するベース板21の表面22に、前記パッケージ1を載置し、前記同様にボルト26を雌ネジ孔23に螺入させると、パッケージ1の放熱板2は、更に反ると共に、これに隣接するロウ材層12やメタライズ層10には、一層大きな引張応力が作用する。
そして、表1に示すように、凸条24,25の厚みを徐々に大きくしてボルト26で固定し、各厚みごとに各例のパッケージを液槽中に浸漬して、キャビティ9からの気泡の有無により、ヘリウムのキャビティ9からの漏れの有無とその個数とを測定した。その結果を表1に示した。
一方、比較例のパッケージでは、凸条24,25の厚みが50.8μmとなった際に、過半数の6個からヘリウムの漏れが確認された。
係る結果は、実施例のパッケージは、メタライズ層10の最外側の表面に絶縁材14を形成したため、放熱板2が反り且つロウ材12が引っ張られても、係る引張応力に対向してメタライズ層10の周辺を上記絶縁材14が拘束したことにより、枠材6とメタライズ層10との剥離を抑制したものと考えられる。
一方、比較例のパッケージは、上記絶縁材14がないため、放熱板2の反りに応じてロウ材12およびメタライズ層10が引っ張られたことにより、メタライズ層10の外端部にクラックが生じ、これに起因して枠材6とメタライズ層10とが剥離したもの考えられる。
以上のような実施例により、本発明のパッケージの効果が裏付けられた。
例えば、放熱板は、前記Cu−W系以外のCu合金またはAl合金としたり、一対のCu板の間にMo板を挟持したクラッド板としても良く、その形状も平面視で正方形としも良い。更に、前記U字形溝5に替えて、円形の貫通孔を長方形の短辺の中央付近に穿孔したり、正方形の各辺の中央付近または四隅付近に穿孔しても良い。
また、セラミック製の枠材は、平面視で対向する一対の長辺および一対の短辺の少なくとも1つの幅が、他方に比べて幅広の形態としても良い。係る枠材の素材は、前記アルミナに替えて、窒化珪素、窒化アルミニウム、ガラスセラミックなどにより形成しても良い。
図21は、更に異なる参考形態のパッケージ1aの部分断面である。図示のように、枠体6の短辺8における底面8cの外側面8a寄りを除く位置に形成したメタライズ層10に対し、係るメタライズ層10のカーブした端面10aおよび最外側の表面に接し且つ底面8cのうち外側面8a寄りの部分にも接する絶縁材16aを形成したパッケージ1aとしても良い。係る絶縁材16aの図示で下側の表面は、ロウ材層12に隣接した平坦面である。
2………………………放熱板
6………………………枠体
7c,8c……………底面
10……………………メタライズ層
11……………………メタライズ層の最外側の表面
12……………………ロウ材層
14……………………絶縁材
Claims (2)
- 金属製の放熱板と、
上記放熱板の上面に形成されるロウ材層と、
上記ロウ材層の上方に配設されるセラミック製の枠体と、
上記枠体の底面に形成され且つ上記ロウ材層と接してなるメタライズ層と、
少なくとも上記メタライズ層の最外側の表面で且つ該メタライズ層の端縁に沿って形成される絶縁材と、を含む、
ことを特徴とするパッケージ。 - 請求項1に記載のパッケージの製造方法の製造方法であって、
追って製品単位のセラミック製の枠体となる複数の製品部分を平面方向に有する大判のグリーンシートにおける少なくとも一方の表面のほぼ全面に金属粉末を含むメタライズ層を形成する工程と、
上記メタライズ層の上面で且つ上記複数の製品部分を区画する切断予定線に沿って、かかる切断予定線の両側にそれぞれ所定の幅をもってペースト状の絶縁材を形成する工程と、
上記メタライズ層が形成された上記グリーンシートにおける各製品部分ごとの内側部分を打ち抜いてキャビティを形成する工程と、
上記グリーンシート、メタライズ層、および絶縁材の積層体を焼成する工程と、を含む、
ことを特徴とするパッケージの製造方法。
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