JP4777616B2

JP4777616B2 - 電子部品用パッケージの製造方法

Info

Publication number: JP4777616B2
Application number: JP2004017357A
Authority: JP
Inventors: 正隆青木
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 2004-01-26
Filing date: 2004-01-26
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2024-01-26
Also published as: JP2005210619A

Description

本発明は、積層セラミック技術を用いた電子部品用パッケージの製造方法および当該製造方法によって得られた電子部品用パッケージを用いた水晶発振器等の圧電発振器に関するものである。

近年、モバイルコンピュータ等の情報機器や、携帯電話、自動車電話、ページングシステム等の移動体通信機器にあっては、装置の小型化が急速に進んでいる。このため、これらに用いられる水晶発振器などの電子部品にも更なる小型化が要求されている。

小型化に対応した水晶発振器の例としては、例えば特開２００１−１１９２４４号に示す構成をあげることができる。本構成による水晶発振器は、上部が開口した直方体形状のセラミックパッケージ内部に集積回路素子（ＩＣ素子）と水晶振動板の収納部を設け、当該収納部に各部品を収納するとともに、金属フタ（リッド）によりセラミックパッケージの開口を閉塞することよりこれら各部品を気密収納するものである。

上記水晶発振器においては、パッケージ内下方に集積回路素子等のための収納部を設け、その上方に水晶振動板を保持するための段差部を有する搭載領域を設けている。このような構成はセラミック積層技術により各層の幅、厚さ等を調整することにより適宜設計される。具体的には集積回路素子および水晶振動板の収納領域においては、枠状のセラミック層を積層することにより構成するが、図７に示すように長辺方向の両端部分すなわち短辺側においては、集積回路素子部分の枠については枠幅が広く、水晶振動板部分の枠については相対的に枠幅が狭くかつその枠の内径が大きい構成となっている。このような構成により段差部を形成し、当該段差部９３ａに電極パッドを設けることにより励振電極形成された水晶振動板と電気的機械的接続を行っている。なお、図７，図８において、９０はセラミックパッケージ、９３ａは段差部、９６は集積回路素子、９７は水晶振動板、９８は金属フタである。これに対して図８に示すように短辺方向の両端部分すなわち長辺部分においては、上述のような段差部は形成されていない。これはセラミック各層の積層面積を大きくすることにより、焼成成形後のパッケージ強度を確保するねらいがある。

しかしながらセラミック積層技術を用いたセラミックパッケージは、その製造誤差による積層ズレの問題が生じる。このような積層ズレが生じ、ズレた層がパッケージの内側に張り出した場合、パッケージの容積を狭小化してしまうことがある。図９は図８において、枠状セラミック９３に対してその上部に形成された枠状セラミック９４がズレた例を示している。このズレが生じたことにより、セラミックパッケージの開口面積が図中ｅで示す寸法分減少し、寸法ｆに減少していることを示している。このようなズレの発生は、パッケージ内部への集積回路素子あるいは水晶振動板の搭載に支障が生じることがある。例えば、集積回路素子等をパッケージに搭載する際、マウンターのチップ保持ツールがパッケージと干渉したり、あるいは搭載位置のバラツキを許容することができず、例えば水晶振動板とパッケージが接触し、正常な特性を得ることができなくなる場合があった。また枠状セラミック９３と枠状セラミック９４の積層面積が減少することにより、パッケージ強度が低下することがあった。
特開２００１−１１９２４４号

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、積層ズレが生じた場合でも、パッケージ強度の低下が生じることがなく、またパッケージの容積が減少することのない電子部品用パッケージを得ることを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明は、請求項１に示すように、シート状のセラミックグリーンシートに、複数の下枠体が連結状態に形成された第１の枠体セラミックグリーンシートを積層し、当該第１の枠体セラミックグリーンシート上に前記下枠体に対応した上枠体を形成した第２枠体セラミックグリーンシートを積層し、当該積層したシートを一体的に焼成成形した後、小割切断することにより、上部が開口した積層セラミックからなる直方体形状の電子部品用パッケージを製造する方法であって、前記上枠体の幅は下枠体の幅よりも小さく、かつ上枠体の内枠サイズは下枠体のサイズより大きくすることにより幅寸法差を形成し、前記幅寸法差は前記枠体の長辺部分全体と短辺部分全体に形成した構成であり、かつ当該前記幅寸法差がセラミック積層ズレの規格値以上とし、さらに相互に隣接する上枠体の中間部分に小割用溝が形成され、前記焼成成形後当該小割用溝に従って各電子部品用パッケージに小割することを特徴としている。

請求項１によれば、各上枠体の幅は下枠体の幅に対して小さく形成され、また隣接する下枠体および上枠体はそれぞれが背合わせ状態で連結状態に形成されている。従って内枠側に前記幅寸法差が形成され、当該幅寸法差を設けたことにより、積層ズレが生じた場合でも上枠体が下枠体からはみ出す等の問題を生じることが無くなる。また、積層ズレが生じた場合でも、上枠体の背合わせ状態の隣接部分の中間部分にて切断を行うことにより、下枠体と上枠体の積層面積は必ず上枠体の面積分確保することができる。また、上記幅寸法差を有することにより、下枠体に較べて上枠体が相対的に柔構造となるので、パッケージの気密封止時等に生じる熱的機械的応力を吸収することができ、パッケージの破損を抑制することができる。

なお、当該切断部分においては、相互に隣接する上枠体の中間部分に小割用溝（ブレイク溝）が形成され、前記焼成成形後当該小割用溝に従って各電子部品用パッケージに小割するようにしている。中間部分の小割用溝を上枠体に形成することにより、当該上枠体の小割用溝を基点にして小割を行うことができ、これにより内枠側に前記幅寸法差が形成され、当該幅寸法差を設けたことにより、積層ズレが生じた場合でも上枠体が下枠体からはみ出す等の問題を生じることが無くなる。また、積層ズレが生じた場合でも、上枠体の背合わせ状態の隣接部分の中間部分にて切断を行うことにより、下枠体と上枠体の積層面積は必ず上枠体の面積分確保することができる。

上部が開口した直方体形状の電子部品用パッケージは、その構造から長辺部分に破損の生じることが多い。請求項１に示すように前記幅寸法差は前記枠体の長辺部分全体と短辺部分全体に形成した構成とすることにより、上枠体の面積部分が必ず下枠体と接合させることができ、上枠体と下枠体の接合力が安定し、パッケージ強度を確保することができる。また積層ズレに起因してパッケージの開口面積が減少することもなく、パッケージ内部への電子部品素子の搭載を安定して行うことができる。

また、前記幅寸法差は、セラミック積層ズレの規格値以上にすることが好ましい。セラミック積層ズレの規格値以上にすることにより、最大限の積層ズレが生じた場合でも上枠体は下枠体の幅寸法内に位置させることができ、上枠体とした枠体の積層面積が減少することがなく、電子部品用パッケージの強度を低下させることはない。

本発明によれば、積層ズレが生じた場合でも、パッケージ強度の低下が生じることがなく、またパッケージの容積が減少することのない電子部品用パッケージを得ることができ、また積層ズレが生じても所望のパッケージの容積が確保できるので、パッケージ内に収納される圧電振動板等の電子部品素子の外形サイズにマージンを持たせることができ、これにより特性の良好な電子部品を得ることができる。

以下、本発明による好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。
本発明の実施例について、圧電振動デバイスとして水晶発振器を例にとり、図面を参照して説明する。図１は水晶発振器の開蓋状態の平面図、図２は図１において閉蓋した状態のＡ−Ａ断面図、図３は同じく図１において閉蓋した状態のＢ−Ｂ断面図である。また図４、図５は電子部品用パッケージの製造方法を示す図である。

本発明に適用される水晶発振器は電子部品用パッケージであるセラミックパッケージ１と、当該セラミックパッケージ内部に収納される集積回路素子２および水晶振動板３と、セラミックパッケージを気密封止するリッド４とからなる。

セラミックパッケージ１はアルミナ等のセラミックスを主材料とし、内部に導体配線パターンが形成された構成で、第１層１１，第２層１２はセラミック平板構成であり、その上方に下枠体を有する第３層、上枠体を有する第４層の順で積層された構成であり、全体として上部に開口した、断面が凹形の収納部１０を有する構成である。第４層の枠幅は第３層の枠幅より小さく形成され、かつ内枠サイズは第３層より第４層の枠体の内枠を大きくしている。これにより上枠体の幅は下枠体の幅よりも小さく、かつ上枠体の内枠サイズは下枠体のサイズより大きくすることにより幅寸法差を形成している。

収納部１０は下部収納部１０ａと上部収納部１０ｂを有している。両収納部は空間的につながっているが、それぞれ配置される電子部品素子が異なっており、下部収納部１０ａには集積回路素子２が、上部収納部１０ｂには水晶振動板３がそれぞれ配置されている。下部収納部１０ａの底面には所定の電極配線による複数の電極パッド（図示せず）が形成されており、当該電極パッド上に前記集積回路素子２が搭載されている。電極パッドと集積回路素子の外部接続電極との接合は、周知のフェイスダウンボンディング技術により電気的機械的な接合が行われるが、必要に応じて集積回路素子２と下部収納部１０ａの底面間には、絶縁性樹脂材によるアンダーフィル２１が形成されている。当該アンダーフィル２１により集積回路素子２の機械的接合強度を向上させている。

上部収納部１０ｂは水晶振動板を配置する領域である。上部収納部１０ｂは段差部１３ａの上面に形成されており、当該段差部上には電極パッド１３ｂ、１３ｃが形成されている。当該電極パッド１３ｂ、１３ｃはセラミックパッケージ内の配線により、集積回路素子およびセラミックパッケージ外表面に形成された接続端子電極（例えば１６，１７で図示）と適宜接続されている。また当該電極パッドは前述の底面に形成された集積回路素子接続用の電極パッドと同様の手法にて形成するもので、例えばメタライズによるタングステン層上にニッケル層、金層の順にメッキ等の手段により形成するものである。なお、段差部１３ａと電極パッド１３ｂの合計高さは下に配置する集積回路素子を設置した状態の高さより高くすることが好ましい。

このようなセラミックパッケージは次のような手順にて製造が行われる。図４および図５はセラミックパッケージの製造方法を示す図であり、セラミックパッケージの短辺方向の断面を示している。通常、セラミックパッケージは多数個のパッケージを一括して焼成成形し、その後これらを切断分離して、個々のセラミックパッケージを得る。

図４に示している、第１層シート５１、第２層シート５２、第３シート５３、第４シート５４はそれぞれ複数個のセラミックパッケージに対応した焼成前のアルミナあるいは結合材等からなるセラミックグリーンシートである。第１層シート５１は平板形状であり、下面には個々のセラミックパッケージに対応してそれぞれ複数の接続端子電極５６が形成されている。これら接続端子電極５６はペースト状のタングステン層を印刷形成してなる。

第１層シート５１上面には第２層シート５２が積層形成されており、図示していないがこれらシート間には導電接合する導電材料（タングステン）が形成されている。第２層シート５２上に形成される第３シート５３は前記下部収納部に対応した下枠体５３ａがマトリクス状に形成された構成であり、当該下枠体はその内枠形状がほぼ矩形形状であり、内枠寸法ｃを有している。第３層シート５３上に形成される第４層シート５４は前記上部収納部に対応した上枠体５４ａがマトリクス状に形成された構成である。当該上枠体はその内枠形状がほぼ矩形形状を有しているとともに、内枠サイズが前記下枠体５３ａの内枠サイズよりも大きく形成しており、図４に示すａ＋ｂ＋ｃの内枠寸法を有している。従って、前記上枠体５４ａの枠幅は下枠体５３ａの枠幅よりも小さく構成されており、これにより幅寸法差ａ及びｂを有している。なお、図４はセラミックパッケージの短辺方向に対応する断面図であるが、本実施の形態においては図２に示すように長辺方向においても幅寸法差を有している。第４層シート上面すなわち上枠体上面にはペースト状のタングステンからなる導電層５４ｂが形成されており、これら導電層５４ｂは前記各シートに形成された導電材料を介して電気的に第１層シートに形成された接続端子電極の一つに接続されている。また隣接する上枠体の中間点には分割溝５４ｃが形成され、従って平面で見て第４層シート上面に縦横に当該分割溝５４ｃが形成されている。これら各シートを積層した状態で焼成成形を行い一体成形体をつくる。その後前記端子電極及び前記導電層に対しニッケル、金の順でメッキ層（本実施の形態ではメッキ層も含めて導電層と称している場合もある）を形成し、さらにメッキ層上にコバールを主体とするシールリング５５（リング状導体）を取着する。

シールリング５５は各枠体毎に取着され、例えば母材がコバールからなり、その上面にニッケル層等が形成された構成であり、前記導電層５４ｂ上に銀ろう等を用いたろう付け手段により取着されている。

そしてこの一体成形体を個々のセラミックパッケージに小割分割する。分割する際は上枠体の中央部分に形成された分割溝５４ｃに沿って分割を行う。このように上枠体に形成された分割溝５４ｃに沿って小割分割を行うことにより、セラミックパッケージの強度を低下させることなく、またバラツキを減少させることができる。すなわち、上枠体は下枠体に対して枠幅が小さく、このためセラミックの積層ズレが生じたとしても上枠体は下枠体からはみ出すことはない。また隣接する上枠体間の中央部分に沿って分割溝を設けているために、必ず上枠体は幅方向の中央部分で分割され、分割後の上枠体の幅は等しくなる。従って、上枠体は必ず下枠体全面と積層接合されることになり、適切な上枠体と下枠体の接合強度を確保することができる。

例えば図５に示すように、第１層シート５１、第２層シート５２、第３層シート５３の順にセラミックグリーンシートを積層した後、第４層シート５４が第３層シート５３に対してズレて形成された場合、すなわち下枠体に対して上枠体がズレて積層され、幅寸法差ａ＜ｂになった場合を考える。この場合においても、隣接する上枠体の中間部分に形成された分割溝５４ａに沿って分割を実行することにより、分割溝を起点として第１層シートに向かって分割が行われる。従ってこのように隣接するパッケージに形成された幅寸法差が異なる場合でも、上枠体と下枠体の接合面積は等しい状態が確保され、セラミックパッケージの強度が確保される。ちなみに図４は幅寸法差ａ＝ｂの例について例示している。

なお、前記分割溝は必ずしも必要とするものではない。例えば、前記一体成形体をダイシングにより個別分割する場合は、ダイシング装置により上枠体の中央部分を切断するように設定する切断を実行してもよい。なお、中央部分を切断する方法としては、一体成形物に切断のためのマーキングを行っておき、当該マーキングを基点として切断を実行してもよいし、この切断の制御は、画像認識による数値化処理により行う等、ＮＣ制御を用いてもよい。

ところで、セラミックは積層処理時、あるいは焼成成型時にどうしてもバラツキが生じるが、これを許容するための規格値が定められている。前記上枠体の枠幅は下枠体の枠幅よりも小さく構成され、これにより幅寸法差を有しているが、当該幅寸法差はセラミック積層ズレの規格値以上に設定しておくとよい。これにより最大ズレが生じた場合でも、このズレを許容する幅寸法差を予め設けておくことにより、上枠体が下枠体からはみ出して形成されることがなくなるとともに、隣接する上枠体をその中間部分で切断した場合も、上枠体と下枠体の接合面積が低下することがなく、所望のパッケージ強度を得ることができる。

以上のようにして得られたセラミックパッケージに、集積回路素子等を搭載する。下部収納部に設置される集積回路素子２は、一面に複数の接続電極が形成された直方体形状であり、水晶振動板とともに発振回路を構成する回路構成が集積形成された１チップ集積回路である。また当該集積回路素子２には、必要に応じて、温度補償回路あるいは電圧制御回路あるいはＰＬＬ出力回路等の回路が組み込まれている。前述のとおり下部収納部１０ａの底面には所定の電極配線による電極パッド（図示せず）が形成されており、当該電極パッド上に前記集積回路素子２が搭載され、当該電極パッドと集積回路素子２が導電接合される。電極パッドと集積回路素子との接合は、周知のフェイスダウンボンディング技術により電気的機械的な接合が行われるが、必要に応じて集積回路素子２と下部収納部１０ａの底面間には、絶縁性樹脂材によるアンダーフィル２１が形成されている。

また、上部収納部に配置される水晶振動板は矩形状のＡＴカット水晶振動板からなり、その中央部分には表裏面に対向した励振電極３１，３２（裏面の励振電極３２は図示せず）が形成されている。当該励振電極３１，３２は水晶振動板の長辺方向の一端で短辺方向の両端部分に形成された接続電極３１ｂ、３２ｂにそれぞれ引き出されている。また当該励振電極と接続電極は引出電極３１ａ，３２ａにより接続されている。これら電極形成は励振電極と引出電極と接続電極に対応した開口パターン形状を有する成膜マスクにより水晶振動板を被覆し、真空蒸着法あるいはスパッタリング法等により電極膜形成を行う。

前述のとおり上部収納部１０ｂには段差部１３ａの上面が位置し、当該段差部上には電極パッド１３ｂ、１３ｃが形成されている。これら電極パッド上に水晶振動板を搭載し、前記各電極パッドと各接続電極がそれぞれ電気的に独立した状態で導電接合される。導電接合に用いる接合材Ｓは例えば導電樹脂を含有したシリコーン系樹脂接着剤であり、接続電極と電極パッドを接合する。なお、水晶振動板の他の部位を絶縁性接着剤で接合する等の補助接合を行ってもよい。

本発明は上記実施の形態に示したものに限定されるものではなく、例えば表面実装型水晶振動子にも適用することができる。図６は表面実装型水晶振動子を示す断面図であり、セラミックパッケージ６と金属フタ８の接合は、セラミックパッケージの開口上面に形成された導電層と金属フタを直接接合する構成を示している。表面実装型水晶振動子は、セラミックパッケージ６と当該セラミックパッケージ内に収納された水晶振動板７と当該水晶振動板を気密封止する金属フタ８とからなる。

セラミックパッケージ１はアルミナ等のセラミックスを主材料とし、内部に導体配線パターンが形成された構成で、第１層６１はセラミック平板構成であり、その上方に下枠体を有する第２層６３、上枠体を有する第３層６４の順で積層された構成であり、全体として上部に開口した断面が凹形の収納部６０を有する構成である。また第４層の枠幅は第３層の枠幅より小さく形成され、かつ内枠サイズは第３層より第４層の枠体の内枠を大きくしている。これにより上枠体の幅は下枠体の幅よりも小さく、かつ上枠体の内枠サイズは下枠体のサイズより大きくすることにより幅寸法差ｄを形成している。この幅寸法差ｄにより上枠体６４と下枠体６３との積層ズレが生じたとしても、セラミックパッケージの開口面積を減少させることがなくなる。

収納部６０の底面には電極パッド６６，６７（６７は図示せず）が形成され、当該電極パッド６６，６７はそれぞれセラミックパッケージ下面に形成された接続端子電極６８，６９と接続されている。電極パッド６６，６７には水晶振動板７が導電接合材Ｓにより接合されている。

なお、上記実施例においては、真空封止を行う表面実装型の水晶発振器を例示したが、例えばＡＴカット水晶振動板をセラミックパッケージ格納した水晶振動子や水晶フィルタに適用すること可能であるし、屈曲振動等の振動モードの水晶振動子や弾性表面波装置に適用することも可能であるし、さらには他の電子素子の気密封止に適用することも可能である。

水晶振動子、水晶発振器等の圧電振動デバイスあるいは他の気密封止を必要とする電子部品の量産に適用できる。

水晶発振器の開蓋状態の平面図。閉蓋した状態の断面図。閉蓋した状態の断面図。製造方法を示す断面図。製造方法を示す断面図。他の実施の形態を示す断面図。従来構成を示す図。従来構成を示す図。従来構成を示す図。

１セラミックパッケージ
１１第１層シート
１２第２層シート
１３第３層シート
１４第４層シート
１５シールリング
１３ａ段差部
１３ｂ，１３ｃ電極パッド
２集積回路素子
３水晶振動板
３１，３２励振電極
３１ａ，３２ａ引出電極
３１ｂ，３２ｂ接続電極
４リッド

Claims

シート状のセラミックグリーンシートに、複数の下枠体が連結状態に形成された第１の枠体セラミックグリーンシートを積層し、当該第１の枠体セラミックグリーンシート上に前記下枠体に対応した上枠体を形成した第２枠体セラミックグリーンシートを積層し、当該積層したシートを一体的に焼成成形した後、小割切断することにより、上部が開口した積層セラミックからなる直方体形状の電子部品用パッケージを製造する方法であって、
前記上枠体の幅は下枠体の幅よりも小さく、かつ上枠体の内枠サイズは下枠体のサイズより大きくすることにより幅寸法差を形成し、前記幅寸法差は前記枠体の長辺部分全体と短辺部分全体に形成した構成であり、かつ前記幅寸法差がセラミック積層ズレの規格値以上とし、さらに相互に隣接する上枠体の中間部分に小割用溝が形成され、前記焼成成形後当該小割用溝に従って各電子部品用パッケージに小割することを特徴とする電子部品用パッケージの製造方法。