JP4612567B2 - セラミックパッケージの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、キャビティ内に圧電振動子、ＳＡＷフィルタ、水晶振動子などの電子部品を搭載するためのセラミックパッケージの製造方法に関する。

内部に収納する圧電振動子を安定して振動させるため、直方体の凹部を有する直方体状の絶縁基体と、上記凹部の底面に形成され且つその上面に圧電振動子を電気的に接続しつつ片持ち状に接合する一対の電極と、を含む、圧電振動子収納用パッケージが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
上記一対の電極は、平面視が長方形を呈する凹部における一短辺の側壁の両内隅部に設けた一対の段差部の上面に露出すると共に、凹部の底面の外周部において、かかる電極の外周部側が、当該凹部の中央部側よりも厚くなるように形成される。このため、かかる電極に導電性樹脂を介して圧電振動子を電気的に接続する際に、かかる圧電振動子と各電極との隙間に、導電性樹脂の溜まりを容易に形成できるので、両者間の接合を強固にできる、という利点を有する。

特開２００５−２３６８９２号公報（第１〜９頁、図１〜３）

ところで、セラミックからなるパッケージのキャビティ内に当該キャビティの底面よりも高い位置に一対の電極を形成するため、例えば次のような製造方法が用いられている。先ず、キャビティの側壁を形成する中層のグリーンシートにおいて、溝を挟んで対向する一対の段部の上面ごとに、スクリーン印刷により、ＷまたはＭｏ粉末を含む導電性ペーストを印刷して、平面視でほぼ長方形を呈する一対のメタライズ層を形成する。次に、中層のグリーンシートを、平坦な下層のグリーンシートの上面に積層し、更に、上記中層のグリーンシートの周辺上に、予め矩形の貫通孔を打ち抜いた上層のグリーンシートを積層し、得られた箱形のグリーンシート積層体を所定の温度帯で焼成する、というプロセスからなる。
しかしながら、前記一対のメタライズ層を印刷で形成する際に、一対の段部を挟んだ溝の幅方向に沿って、印刷ズレが生じると、一方のメタライズ層が段部の上面とその側面とにまたがって形成され、他方のメタライズ層は段部の上面にのみ形成されてしまう。このため、かかる一対のメタライズ層を焼成した一対のパッドの高さが不揃いとなり易く、これらの上にハンダなどを介して接合する圧電振動子などの姿勢が傾くので、その性能が不安定になる、という問題があった。

本発明は、背景技術において説明した問題点を解決し、キャビティ内に位置する一対の段部に、高さが揃った一対のパッドを有するセラミックパッケージを確実に得るための製造方法を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、一対のパッドをキャビティ内に位置する一対の段部における上面だけでなく、これらの段部の側面にもまたがるように形成する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明のセラミックパッケージの製造方法（請求項１）は、最上層のグリーンシートに対し、その表面と裏面とを貫通する断面矩形の上側貫通孔を形成する工程と、中層のグリーンシートに対し、その表面と裏面とを貫通すると共に、上記貫通孔の矩形よりも対向する二辺が短く且つかかる二辺に挟まれた一辺に達する凹部を含む断面がほぼ矩形の下側貫通孔を形成する工程と、上記中層のグリーンシートに対し、上記凹部を挟んで位置する一対の段部ごとの上面および当該凹部に面する一対の段部ごとの側面にまたがって、一対のメタライズ層を印刷によって形成する工程と、平板状である最下層のグリーンシートの上に、上記一対のメタライズ層が形成された中層のグリーンシートと、上記最上層のグリーンシートと、を積層および圧着することにより、表面および裏面を有し、かかる表面に開口するキャビティと、かかるキャビティ内に溝を挟んで位置する一対の段部と、かかる一対の段部ごとの上面と上記溝に面する各側面とにまたがって形成される一対のメタライズ層と、を有するグリーンシート積層体を形成する工程と、を含む、ことを特徴とする。

これによれば、パッケージ本体の表面に開口するキャビティ内において、溝を挟んだ一対の段部ごとの上面と上記溝に面する各側面とにまたがる一対パッドを形成したセラミックパッケージを確実に製造することが可能となる。
尚、前記メタライズ層は、ＷまたはＭｏ粉末粒子を含む導電性ペーストを後述するグリーンシートの表面などに対し、１層または２層以上の印刷によって形成したものである。
また、前記一対の段部ごとの上面と前記溝に面する各側面とにまたがって前記一対のメタライズ層を印刷によって形成する工程は、溝を挟んだ一対の段部の上面と共に、かかる溝に面する各段部の側面にも、導電性ペーストが形成されるように、所要のパターンが形成されたメタルマスクやスクリーンなどが用いられる。

尚、前記パッケージのセラミックには、アルミナなどを主成分とするもののほか、低温焼成セラミックの一種であるガラス−セラミックも含まれる。
また、前記キャビティには、平面視で長方形または正方形（矩形）を呈する形態が含まれる。
更に、前記一対のメタライズ層から形成される一対のパッドに接合される電子部品には、前記圧電振動子や水晶振動子のほか、ＳＡＷフィルタなども含まれる。
加えて、前記パッケージのキャビティの開口部は蓋板によって閉塞され、かかる蓋板には、Ｆｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ（いわゆる４２アロイ）、Ｃｕ−２．３ｗｔ％Ｆｅ−０．０３ｗｔ％Ｐ（いわゆる１９４合金）、あるいはＦｅ−２９ｗｔ％Ｎｉ−１７ｗｔ％Ｃｏ（いわゆるコバール）などの金属製のほか、前記セラミック製のものも含まれる。

本発明には、前記一対のメタライズ層は、その水平部および垂直部の表面に金属メッキ層が被覆されている、セラミックパッケージの製造方法も含まれ得る。
上記金属メッキ層は、例えば、下地のＮｉメッキ層とその上に被覆するＡｕメッキ層との２層からなる。

付言すれば、本発明には、前記中層のグリーンシートは、前記下側貫通孔を形成する工程の前に、その表面に下層メタライズ層を形成する工程を有し、かかる下層メタライズ層は、上記下側貫通孔を形成する際に前記凹部によって一対の下層メタライズ層に分断されると共に、かかる一対の下層メタライズ層ごとの上に、前記上層メタライズ層の水平部が形成される、セラミックパッケージの製造方法も含まれ得る。
これによる場合、中層のグリーンシートにおける凹部を挟んだ一対の段部の上面ごとに同じ厚みの下層メタライズ層が確実に形成できるため、各水平部を所望の高さにした一対のパッドを容易に得ることが可能となる。

また、本発明には、前記グリーンシート積層体を形成する積層工程の後に、かかるグリーンシート積層体を焼成する工程を有する、セラミックパッケージの製造方法も含まれ得る。これによる場合、一対のメタライズ層を高さが揃った一対のパッドとし、且つ前記グリーンシート積層体をパッケージ本体としたセラミックパッケージを得ることが可能となる。
更に、本発明には、前記一対のメタライズ層が焼成された一対のパッドの水平部および垂直部の表面に対し、金属メッキ層を被覆する工程を有する、セラミックパッケージの製造方法も含まれ得る。これによる場合、高さが揃った一対のパッドの上方に、電子部品を強固に接合して支持することが可能となる。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明により得られるセラミックパッケージＰを示す平面図、図２は、図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った垂直断面図である。
セラミックパッケージＰは、図１，図２に示すように、表面２および裏面３を有するパッケージ本体１と、かかるパッケージ本体１の表面２に開口するキャビティ４と、かかるキャビティ４内に溝９を挟んで位置する一対の段部６と、かかる一対の段部６ごとの上面８および上記溝９に面する側面７にまたがって形成された一対のパッド１０と、を備えている。
パッケージ本体１は、アルミナなどのセラミックからなり、図１，図２に示すように、平面視が長方形で且つ全体が直方体を呈し、複数のセラミック層ｃ１〜ｃ３を一体に積層し且つ焼成したものである。因みに、かかるパッケージ本体１の外形寸法は、例えば、約３．２×１．５×０．５ｍｍである。

また、キャビティ４は、パッケージ本体１の表面２に長方形（矩形）の開口部を有すると共に、平面視が長方形の底面５、および図１で左側の短辺を形成する内壁と上下一対の長辺が形成する内壁とにまたがる一対の内隅部に位置する一対の段部６と、を有している。
上記一対の段部６は、中層のセラミック層ｃ２が張り出した板状の直方体であり、溝９を挟んで対称に形成されている。かかる一対の段部６は、図１，図２に示すように、平面視が長方形の上面８と、上記溝９に面する側面７と、をそれぞれ有している。

更に、一対のパッド１０は、ＷまたはＭｏからなり、一対の段部６の上面８ごとに位置する水平部１１、および上記溝９に面する側面７ごとと位置する垂直部１２からなる。水平部１１および垂直部１２からなる一対のパッド１０は、溝９を挟んで互いに対称となっている。水平部１１と垂直部１２との表面には、下地のＮｉメッキ層および表層のＡｕメッキ層（何れも図示せず）が被覆されている。
図２に示すように、一対のパッド１０における各水平部１１の表面（曲面）の頂点ｐは、互いに同じ高さであり、比較的接近して位置している。
以上のような一対のパッド１０は、後述するように、一対の段部６の上面８だけでなく、これらに挟まれた溝９に面する各段部６の側面７にもまたがるようにして、一対のメタライズ層が印刷により形成されたことに基づくものである。

以上のようなセラミックパッケージＰによれば、前記一対のパッド１０は、前記キャビティ４内に溝９を挟んで位置する一対の段部６ごとの上面８と溝９に面する各段部６の側面７とにまたがって形成されているため、それら水平部１１の高さ（頂点ｐ）が揃い易くなる。このため、一対のパッド１０ごとの上に図示しないハンダなどを介して接合される圧電振動子などの電子部品を、安定した姿勢で接合することができる。従って、キャビティ４内に電子部品を所要の姿勢にして容易に搭載することが可能となる。しかも、一対のパッド１０は、互いに接近して形成されているため、前記キャビティ４およびこれを内設するパッケージ本体１を小型化することも可能となる。

前記セラミックパッケージＰは、以下のような本発明によって製造した。
予め、アルミナ粉末の粒子、樹脂バインダ、可塑剤、および溶剤などからなる原料を混合して、セラミックスラリを製作した。かかるセラミックスラリにドクターブレード法を施して、３層のグリーンシートｓ１〜ｓ３を形成した。尚、かかるグリーンシートｓ１〜ｓ３は、多数個取り用である大版タイプとしても良い。
次に、図３の斜視図で示すように、中層のグリーンシートｓ２に対し、その表面と裏面との間を貫通する断面が長方形の下側貫通孔４ａと、かかる貫通孔４ａにおける一方の短辺に開口する凹部９ａと、をパンチおよび受入孔を有するダイを用いた打ち抜き加工で形成した。かかる打ち抜き加工は、下側貫通孔４ａと凹部９ａとを同時に打ち抜くように一回で形成するように行ったり、別々に打ち抜くように２回に分けて形成するように行っても良い。

次いで、図４の平面図で示すように、中層のグリーンシートｓ２において、平面視で凹部９ａを挟んで位置する一対の段部６ごとの上面８と、当該凹部９ａに面する各段部６ごとの側面７とにまたがるように、図４中の一点鎖線で示す一対のパターンＭを有するスクリーン（図示せず）を配置した。
かかる状態で、前記スクリーンの上方から、Ｗ粉末またはＭｏ粉末を含む導電性ペーストを、スキージ（何れも図示せず）を用いて、印刷した。

その結果、図５に示すように、中層のグリーンシートｓ２において、凹部９ａを挟んで位置する一対の段部６ごとの上面８と、当該凹部９ａに面する各段部６ごとの側面７とにまたがって、水平部１１および垂直部１２からなる一対のメタライズ層１０ａを、凹部９ａを挟んで対称に形成できた。この際、一対のメタライズ層１０ａの各水平部１１における表面（曲面）の高さ（頂点ｐ）は、ほぼ同一であった。
尚、前記一対のパターンＭを、凹部９ａの幅方向に沿って若干ズラした状態で、前記同様の印刷を行ったが、一対のメタライズ層１０ａは、垂直部１２の厚みが相違したものの、それらの各水平部１１における表面（曲面）の高さ（頂点ｐ）は、前記と同様にほぼ同じであった。

更に、図６に示すように、一対のメタライズ層１０ａが形成された中層のグリーンシートｓ２を、これと同じ外形で且つ平板状であり、表面５ａおよび裏面３を有する最下層のグリーンシートｓ１の上に積層して圧着した。
その結果、図７に示すように、グリーンシートｓ１，ｓ２からなり、浅いキャビティでもある貫通孔４ａと、その底面５の短辺に開口する溝９と、を備えた中間グリーンシート積層体が形成された。
次に、図８の上方に示すように、最上層のグリーンシートｓ３において、その表面２と裏面との間を貫通する断面長方形（矩形）の上側貫通孔４ｂを、前記同様の打ち抜き加工により形成した。かかる上側貫通孔４ｂに対して、前記中層のグリーンシートｓ２の下側貫通孔４ａは、上側貫通孔４ｂの長方形（矩形）よりも対向する二辺の長辺が短く、かかる二辺に挟まれた短辺の一辺に最奥部が達するように、前記凹部９ａを形成したものであった。

次いで、図８中の矢印で示すように、前記中間グリーンシート積層体の上に、上側貫通孔４ｂが形成された最上層のグリーンシートｓ３を積層して圧着した。
その結果、図９に示すように、表面２および裏面３を有し、かかる表面２に開口するキャビティ４と、かかるキャビティ４内において溝９を挟んで位置する一対の段部６と、かかる段部６ごとの上面８および上記溝９に面する各段部６ごとの側面７にまたがって、水平部１１および垂直部１２からなる一対のメタライズ層１０ａと、を備えたグリーンシート積層体Ｓが形成された。
尚、かかるグリーンシート積層体Ｓは、前記グリーンシートｓ１〜ｓ３を同時に積層して圧着することにより、形成することもできた。

そして、前記グリーンシート積層体Ｓを所定の温度帯に加熱して焼成した。この結果、前記グリーンシート積層体Ｓのグリーンシートｓ１〜ｓ３は、一体に焼成されたセラミック層ｃ１〜ｃ３となって、パッケージ本体１が形成された。
その後、前記一対のメタライズ層１０ａが焼成された一対のパッド１０の水平部１１および垂直部１２の表面に、電解メッキにより、下地のＮｉメッキ層と表層のＡｕメッキ層とを所要の厚みで形成した。
以上の各工程を経ることによって、前記図１，図２で示したセラミックパッケージＰを製造することができた。
以上のような本発明によるセラミックパッケージＰの製造方法によれば、パッケージ本体１の表面に開口するキャビティ４内において、溝９を挟んだ一対の段部６ごとの上面８と前記溝９に面する各側面７とにまたがる一対パッド１０が、対称に形成された前記セラミックパッケージＰを確実に製造することができた。

図１０〜図１３は、前記製造方法の応用形態に関する。
図１０の平面図で示すように、当初の平板状である中層のグリーンシートｓ２の表面に対し、ほぼ長方形のパターン孔を有するメタルマスクおよびスキージ（何れも図示せず）を用いて、前記同様の導電性ペーストを印刷した。その結果、図１１に示すように、中層のグリーンシートｓ２の表面における一方の短辺側に、平面視がほぼ長方形の下層メタライズ層１３がほぼ一定の厚みで形成された。
次に、図１２の平面図で示すように、下層メタライズ層１３の中央部と交差する凹部９ａと、これに一辺が連通する下側貫通孔４ａとを、前記同様の打ち抜き加工により形成した。その結果、中層のグリーンシートｓ２には、凹部９ａを挟んだ一対の段部６と、それらの上面８に形成された一対の下層メタライズ１４とが形成された。かかる一対の下層メタライズ１４は、上記下層メタライズ層１３が分断されたものである。

次いで、図１３中の一点鎖線で示す一対のパターンＭが、一対の下層メタライズ１４の上方、および各段部６の側面７の上方にまたがるように、かかるパターンＭを有するスクリーン（図示せず）をって配置した。
かかる状態で、上記スクリーンの上方から、Ｗ粉末またはＭｏ粉末を含む導電性ペーストを、スキージ（何れも図示せず）を用いて、前記同様に印刷した。
この結果、一対の下層メタライズ１４ごとの上に水平部と、凹部９ａに面する各段部６の側面７に垂直部とかなる前記同様のメタライズ層１０ａが形成された。これ以降は、前記図６〜図９で説明した積層工程、焼成工程、および前記メッキ工程を施した。
その結果、各水平部１１が下層金属層と上層金属層とからなる所要の厚みおよび高さを有する一対のパッド１０を備えた前記同様のセラミックパッケージＰを製造することができた。

本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
前記セラミックパッケージのパッケージ本体、またはそのキャビティの開口部を閉塞する蓋板を形成するセラミックは、低温焼成セラミックの一種であるガラス−セラミックとしても良い。
また、前記一対のパッドは、平面視が長方形のキャビティ内の長手方向における中間位置に設けた一対の段部の各上面および側面にまたがって形成することも可能である。
更に、本発明におけるセラミックパッケージの製造方法は、キャビティ内に位置する一対のパッドに圧電振動子などの電子部品を搭載した後、当該キャビティの開口部を蓋板で閉塞する工程を更に有する、ものとすることもできる。

本発明により得られるセラミックパッケージを示す平面図。 図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った拡大垂直断面図。 本発明のセラミックパッケージの製造法における一工程を示す斜視図。 図３に続く製造工程の概略を平面図。 図４の工程により得られた中層のグリーンシートを示す斜視図。 図５に続く製造工程を概略図。 図６の工程により得られた中間グリーンシート積層体を示す斜視図。 図７に続く製造工程を概略図。 図８の工程により得られたグリーンシート積層体を示す斜視図。 応用形態の製造方法における一工程を示す平面図。 図１０に続く製造工程の概略を平面図。 図１１に続く製造工程の概略を平面図。 図１２に続く製造工程の概略を平面図。

符号の説明

Ｐ……………セラミックパッケージ
１……………パッケージ本体
２……………表面
３……………裏面
４……………キャビティ
４ａ…………下側貫通孔
４ｂ…………上側貫通孔
６……………段部
７……………側面
８……………上面
９……………溝
９ａ…………凹部
１０…………パッド
１０ａ………メタライズ層
１１…………水平部
１２…………垂直部
ｓ１〜ｓ３…グリーンシート

Claims (1)

1. 最上層のグリーンシートに対し、その表面と裏面とを貫通する断面矩形の上側貫通孔を形成する工程と、
   中層のグリーンシートに対し、その表面と裏面とを貫通すると共に、上記貫通孔の矩形よりも対向する二辺が短く且つかかる二辺に挟まれた一辺に達する凹部を含む断面がほぼ矩形の下側貫通孔を形成する工程と、
   上記中層のグリーンシートに対し、上記凹部を挟んで位置する一対の段部ごとの上面および当該凹部に面する一対の段部ごとの側面にまたがって、一対のメタライズ層を印刷によって形成する工程と、
   平板状である最下層のグリーンシートの上に、上記一対のメタライズ層が形成された中層のグリーンシートと、上記最上層のグリーンシートと、を積層および圧着することにより、表面および裏面を有し、かかる表面に開口するキャビティと、かかるキャビティ内に溝を挟んで位置する一対の段部と、かかる一対の段部ごとの上面と上記溝に面する各側面とにまたがって形成される一対のメタライズ層と、を有するグリーンシート積層体を形成する工程と、を含む、
   ことを特徴とするセラミックパッケージの製造方法。

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