JP4905968B2 - package - Google Patents
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Description
本発明は、例えば2枚のパッドに挟まれたはんだを溶融して再び凝固させることにより両パッドを接合するはんだ接合構造、及びこのはんだ接合構造を有する封止パッケージに関するものである。 The present invention relates to a solder joint structure in which, for example, solder sandwiched between two pads is melted and solidified again to join both pads, and a sealed package having the solder joint structure.
従来、低温焼成多層基板等の技術分野において、回路や電子部品が設けられたパッケージ本体に、蓋体をはんだで接合することにより回路や電子部品を気密に封止する封止パッケージが提案されている。この封止パッケージは、回路や電子部品とこれらを囲む第一のパッドが設けられたパッケージ本体と、このパッケージ本体を覆って配置され第一のパッドと対向する第二のパッドが設けられた蓋体とを有しており、第一のパッドと第二のパッドとに挟まれたはんだを溶融して再び凝固させることにより、パッケージ本体と蓋体とを接合して回路や電子部品を封止する。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a technical field such as a low-temperature fired multilayer substrate, a sealed package has been proposed that hermetically seals a circuit or electronic component by bonding a lid to the package body provided with the circuit or electronic component with solder. Yes. The sealed package includes a package body provided with a circuit and an electronic component and a first pad surrounding them, and a lid provided with a second pad disposed to cover the package body and facing the first pad. The package body and the lid are joined to melt the solder sandwiched between the first pad and the second pad and solidify again, thereby sealing the circuit and electronic components. To do.
このような封止パッケージによれば、輻射や結露等から回路や電子部品を保護するとともに、回路や電子部品の動作が、外部の回路や電子部品に影響を及ぼしたり及ぼされたりすることを防止する(例えば、特許文献1及び2参照)。 According to such a sealed package, the circuit and electronic components are protected from radiation and dew condensation, and the operation of the circuit and electronic components is prevented from being influenced or exerted on the external circuit or electronic components. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、従来、上記はんだの溶融工程において、溶融したはんだはパッド上を移動する(流れる)際、移動するはんだが特定の箇所にて滞ることがあった。はんだが特定の箇所にて滞ると、この箇所のはんだの量が増え、逆にこれに隣接する箇所のはんだの量は減る。このようにして本来均一となるべきはんだ量が各所で異なる量となると、はんだに空隙が生じて気密封止が損なわれることがある。そのため、このはんだの不均一性を解決すべく改善が望まれていた。 However, conventionally, in the solder melting step, when the molten solder moves (flows) on the pad, the moving solder may stagnate at a specific location. When the solder is stagnated at a specific location, the amount of solder at this location increases, and conversely, the amount of solder at the location adjacent thereto decreases. If the amount of solder that should be uniform in this way is different in various places in this way, voids may be formed in the solder and the hermetic sealing may be impaired. Therefore, an improvement has been desired to solve this solder non-uniformity.
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、はんだの滞りを減少させてはんだの量を均一なものとし空隙の発生を抑制するはんだ接合構造及びこのはんだ接合構造を有する封止パッケージを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. A solder joint structure that reduces solder stagnation, uniforms the amount of solder and suppresses the generation of voids, and a seal having the solder joint structure. The purpose is to obtain a stop package.
この発明のはんだ接合構造は、第1の回路及び第2の回路と、第1及び第2の回路を囲む四角形状の外縁部および第1の回路の設けられた領域と第2の回路の設けられた領域を分断する前記外縁部より幅大な分断部を有する日の字形状の第1のパッドとが上表面に形成され、前記分断部と前記外縁部がT字形状に交差する、平板状をなすパッケージ本体と、前記パッケージ本体を覆って配置され、前記第1の回路及び第2の回路に対応する部分に両者を収納する凹部が形成され、前記第1のパッドと対向する部分に前記第1のパッドと概略面対称な形状を有するはんだ案内部としての第2のパッドが設けられた蓋体とを備え、前記パッケージ本体の前記第1のパッドと前記蓋体の前記第2のパッドとがはんだを介して接合され、前記交差部分以外の外縁部の幅と同じ幅をもって前記分断部から外縁部に対して分岐するように、前記第1のパッドおよび第2のパッドにおける前記T字形状に交差する部分における前記外縁部の外側に、凹み形状が設けられている。The solder joint structure of the present invention includes a first circuit and a second circuit, a rectangular outer edge surrounding the first and second circuits, a region where the first circuit is provided, and the provision of the second circuit. A flat plate in which a first pad of a Japanese character having a dividing part wider than the outer edge part for dividing the formed region is formed on an upper surface, and the dividing part and the outer edge part intersect in a T-shape. A package main body having a shape, and a concave portion that is disposed so as to cover the package main body and accommodates both in the portion corresponding to the first circuit and the second circuit, and in a portion facing the first pad A lid provided with a second pad as a solder guide portion having a shape substantially symmetrical to the first pad, and the first pad of the package body and the second of the lid. The pads are joined via solder, and the intersection Outside the outer edge at the portion intersecting the T-shape of the first pad and the second pad so as to branch from the dividing portion to the outer edge with the same width as the width of the outer edge. A concave shape is provided.
この発明に係るはんだ接合構造及び封止パッケージによれば、はんだが特定の箇所にて滞ってしまうことが低減され、パッド上のはんだの量が均一なものとなり、空隙の発生が抑制されるので、封止構造の信頼性が向上する。 According to the solder joint structure and the sealing package according to the present invention, it is reduced that the solder stagnates at a specific location, the amount of solder on the pad becomes uniform, and the generation of voids is suppressed. The reliability of the sealing structure is improved.
実施の形態1.
図1は本発明に係る実施の形態1の封止パッケージの蓋体を開けた様子を示す斜視図である。図2は図1の封止パッケージの蓋体を除くパッケージ本体の上面図である。図1において、封止パッケージ40は、上表面に送信回路11及び受信回路12が設けられた平板状のパッケージ本体10と、このパッケージ本体10の上表面を覆って送信回路11及び受信回路12を封止する同じく矩形平板状の蓋体20とを有している。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a perspective view showing a state in which the lid of the sealed package of Embodiment 1 according to the present invention is opened. 2 is a top view of the package body excluding the lid of the sealed package of FIG. In FIG. 1, a sealed
図1及び図2において、パッケージ本体10は、セラミックを主な原料として矩形平板状に形成され、上表面には、送信回路11及び受信回路12と同一平面上に、線路状に延びる第一のパッド15が、送信回路11及び受信回路12をそれぞれ囲むようにして形成されている。詳細には、第一のパッド15は、まず矩形のパッケージ本体10の縁に沿って全体を一周するように四角形状に形成される外縁部と、さらに送信回路11の設けられた領域と受信回路12の設けられた領域とを分断するようにパッケージ本体10を横断して形成されている分断部とを有する。そして、この第一のパッド15の上には、全長に渡ってはんだ35が置かれている。はんだ35は、印刷工程によってパッド15上に形成され、所定の厚さで所定の幅の層を成している。
1 and 2, the
蓋体20は、金属材料にて、概略矩形平板状に作製され、パッケージ本体10と対向する下表面には、第二のパッド25(はんだ案内部)が形成されている。この第二のパッド25は、第一のパッド15に対向する位置に第一のパッド15と同じ形状に形成されている。すなわち、第二のパッド25は、第一のパッド15に対して面対称に形成されている。蓋体20の第二のパッド25の内側の部分、つまり送信回路11及び受信回路12と対向する部分は、所定の密閉空間が形成されるよう凹部(図示せず)とされている。この凹部においては、第二のパッド25以外の部分が凹むことにより形成されたり、或いは、第二のパッド25の部分にシーリング部材等のスペーサが配設されて他の部分より高くされることにより形成されたりする。
The
このような構成の封止パッケージ40は、パッケージ本体10に蓋体20を重ねた状態で、例えばリフロー工程により熱せられてパッド15上のはんだ35を溶融され、さらに冷却されることによりはんだ35を凝固されて、パッケージ本体10と蓋体20とが気密状態に接合される。
The sealed
図3はパッド15とパッド25との間ではんだ35が溶融する様子を示す図2のA−A線に沿う矢視断面図である。図3中(a)は、はんだ35が固相の状態を示し、図3中(b)は、はんだ35が溶融して液相となった状態を示す。はんだ35は、溶融して液相になった際、その濡れ性により、親和性のあるパッド15,25に吸い寄せられ、逆にその他の部分からははじかれる。さらに、はんだ35は、その界面張力により、自らの表面積が最小となるように保とうとする。そのため、液相となったはんだ35は、図3に示すように、2枚のパッド15,25間に留まって外に流れ出すことがない。そして、このとき2枚のパッド15,25の間隔は非常に狭いものとなるので、毛細管現象が働き、はんだ35はパッド15,25に沿って流れて流路を形成する。そしてこのとき、はんだ35は管路を流れる流体と同様の特性を示す。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2, showing how the
管路を流れる流体は、流体の圧力損失が管路内で一定でないとき、圧力損失が変化する箇所にて滞るという特性を有している。例えば、管路断面が拡大する位置では流体の圧力損失が減少して、この位置で流体が滞る。 The fluid flowing through the pipeline has a characteristic that it stagnates at a location where the pressure loss changes when the pressure loss of the fluid is not constant in the pipeline. For example, the pressure loss of the fluid decreases at a position where the pipe cross section expands, and the fluid stagnates at this position.
本実施の形態においては、はんだ35が特定の箇所にて滞ることを抑制する目的で、第一のパッド15と第二のパッド25の形状を、溶融したはんだ35の圧力損失が流路の全長に渡って一律となるような形状、すなわち、溶融したはんだ35の圧力損失が流路の全長に渡って変化しないような形状にしている。以下これについて説明する。
In the present embodiment, for the purpose of suppressing the stagnation of the
流量一定のとき、圧力損失ΔPは、水力学にて、次の(1)式にて表される。
ΔP=λ・(L/De)・(ρ/2)・v2 (1)
ΔP:圧力損失
Y:管摩擦係数比(管路のアスペクト比で決まる)
ρ:流体密度
ν:流体動粘性係数
L:管路長
V:流量
s:管路断面の周長
De:管路断面の等価直径
なお、等価直径とは円形断面に近似した直方体断面の擬似半径を言う。
ここで、λ=Y・(64/Re)
Re=(De・v/ν)
v=V/A
De=(4A)/s
であるので、上記(1)式は、次の(2)式のように変換される。
ΔP=128Y・ρ・ν・L・V/(s・De3) (2)
When the flow rate is constant, the pressure loss ΔP is expressed by the following equation (1) in hydraulics.
ΔP = λ · (L / De) · (ρ / 2) · v 2 (1)
ΔP: Pressure loss
Y: Pipe friction coefficient ratio (determined by the aspect ratio of the pipe)
ρ: Fluid density
ν: Fluid dynamic viscosity coefficient
L: Pipe length
V: Flow rate
s: Perimeter of pipe cross section De: Equivalent diameter of pipe cross section Note that the equivalent diameter refers to a pseudo radius of a rectangular parallelepiped cross section approximated to a circular cross section.
Where λ = Y · (64 / Re)
Re = (De · v / ν)
v = V / A
De = (4A) / s
Therefore, the above equation (1) is converted into the following equation (2).
ΔP = 128 Y · ρ · ν · L · V / (s · De 3 ) (2)
(2)式に示すように、圧力損失ΔPは、管路断面の等価直径Deの三乗、及び管路断面の周長sに反比例する。本実施の形態の封止パッケージ30は、これに基づいて、パッド15,25の形状を、流路の断面の等化直径及び周長が流路上で一律となるような形状にされている。
As shown in the equation (2), the pressure loss ΔP is inversely proportional to the cube of the equivalent diameter De of the pipe cross section and the circumferential length s of the pipe cross section. Based on this, the sealed package 30 of the present embodiment is configured such that the shape of the
図4ははんだ35が液相となった状態でパッド15とパッド25との間隔が図3のものより狭くなった状態を示す断面図である。はんだ35が液相となったときパッド15とパッド25との間隔が狭いとパッド側部から張り出ることがある。すなわち、はんだ35が液相となったとき、はんだ35の量とパッド15,25の間隔との関係により、図3の(b)のように側部が凹型にへこんだり、逆に図4のように側部が凸型に膨らんだりする。しかしながら、図3及び図4はパッド15,25間の間隙を誇張して示すものであり、実際にはパッドの幅Wに比してパッド15,25間の間隙Hは非常に小さく、流路断面積は殆どパッドの幅Wによって決まる。そのため、はんだ35がパッド側部から張り出るか出ないかは本実施の形態では問題とならない。
4 is a cross-sectional view showing a state in which the distance between the
以上のように、この実施の形態の封止パッケージ30においては、第一のパッド15と第二のパッド25とは、溶融したはんだ35が流体として両者間に流路を形成するときに、この流体の圧力損失が流路上で一律となる形状にされている。そのため、はんだが特定の箇所にて滞ってしまうことが抑制され、パッド15,25上のはんだ35の量が均一なものとなり、空隙の発生が抑制されるので、封止構造の信頼性が向上する。
As described above, in the sealed package 30 of this embodiment, the
なお、本実施の形態の封止パッケージ30は、送信回路11及び受信回路12を封止するものであるが、送信回路11や受信回路12に限らず他の回路や電子部品を封止するものであっても同様の効果を得ることができる。
The sealed package 30 of the present embodiment seals the
なお、本実施の形態のパッド上のはんだの量を均一にするという技術思想は、本実施の形態のような封止パッケージに限らず、他のはんだ接合構造にも適合することができる。パッド上のはんだの量が均一になることにより、接合力が向上して接合箇所の信頼性が向上する。 Note that the technical idea of uniforming the amount of solder on the pad according to the present embodiment is not limited to the sealed package as in the present embodiment, but can be applied to other solder joint structures. Since the amount of solder on the pad becomes uniform, the bonding force is improved and the reliability of the bonding portion is improved.
実施の形態2.
図5は封止パッケージのパッケージ本体の上面図である。図5において、第一のパッド16は、圧力損失がさらに一律となるように、屈折部Bや分岐部(T字形状交差部)C等の折れ曲がり部において外周部の角が円弧状に丸められている。すなわち、屈折部Bや分岐部C等の折れ曲がり部の外周形状が丸みを帯びた形状にされている。また図示しない蓋体に形成された第二のパッドも同様に折れ曲がり部において角が円弧状に丸められて、第一のパッド16に対して概略面対称な形状に形成されている。
Embodiment 2. FIG.
Figure 5 is a top view of the package body of the sealing package. 5 Te smell, the
さらには、第一のパッド16上に印刷によって配置されるはんだ36の形状も、第一のパッド16に伴って角が円弧状に丸められている。なお、単位断面当たりの流量が一定となるように、はんだ36は、パッド16の幅の大きい大幅部16cに配置される量が、幅の小さい小幅部16bに配置される量に比べて多くなるように配置されている。その他の構成は実施の形態1と同様である。
Furthermore, the shape of the
図6は図5の屈折部Bの部分のパッド16を拡大して示す図である。パッド16の直角に折れ曲がる部分の外周側の角が、パッド16の幅aに対して曲率半径R=aとなるよう円弧状に丸められている。このように屈曲部の外周側の角をパッドの幅aの曲率半径にて丸めることで、屈曲部の圧力損失をさらに正確に一律とすることができる。なお、圧力損失をさらに正確に一律とするために、屈曲部の外周側形状を幅aよりさらに大きな曲率半径によって丸めてもよいが、この場合、パッド16の幅が屈曲部で狭くならないように(一定に保たれるように)、内周側の角も丸められる必要がある(図7)。
FIG. 6 is an enlarged view showing the
図8は、参考図であり、図5の分岐部Cの部分のパッド16を拡大して示す図である。図8において、幅cの太さの大幅部16cが、左右に各々直角に、半分の幅bの2本の小幅部16bに分岐する分岐において、各々直角に折れ曲がる部分の外周形状が、小幅部16bの幅bに対して曲率半径R=bの円弧にされている。このように分岐部の外周側を小幅部16bの幅bの曲率半径の円弧とすることで、分岐部の圧力損失をさらに一律とすることができる。なお、図7の場合と同じように、分岐部の外周形状を幅bよりさらに大きな曲率半径Rにて丸めることにより、圧力損失をさらに正確に一律とすることができるが、この場合、パッド16の幅がbより狭くならないように(一定に保たれるように)、外周側の角も丸められる必要がある(図9)。図9は、実施の形態2のパッド16を拡大して示す図である。
FIG. 8 is a reference diagram, and is an enlarged view of the
図10は、参考図であり、図8のパッド16に対向して蓋体に形成された第二のパッド26(はんだ案内部)の分岐部を示す図である。本実施の形態の蓋体に形成された分岐部においては、外周に形成された2つの円弧部が接続することにより流路側に鋭く尖って形成された切れ込み部26dが、先端部を埋め込まれるようにして削除されている。これは以下の理由による。流路中に鋭角に尖った部分が形成されていると、この部分に大きな毛細管現象が働くことがある。そのため、この毛細管現象により、はんだ36が蓋体側に想定以上に吸い上げられる(移動する)ことを防止するためにされている。なお、同じ大きさの毛細管現象が、パッケージ本体側のパッド16に発生するが、予めはんだ36が置かれる第一のパッド16においては、このような形状にしなくてもよいことが検証等により解っている。
FIG. 10 is a reference view, and shows a branching portion of the second pad 26 (solder guide portion) formed on the lid so as to face the
本封止パッケージは、第一のパッド16と第二のパッド26とが、屈折部や分岐部等の折れ曲がり部において、外周形状が丸みを帯びる形状にされており、そしてさらには、外周形状は、幅寸法以上の曲率半径を有する円弧とされて丸みを帯びる形状にされているので、流体の圧力損失が流路上でさらに一律となり、はんだが特定の箇所にて滞ってしまうことがさらに抑制される。
This sealing package, a
実施の形態3.
図11は本発明に係る実施の形態3の封止パッケージの屈折部の部分のパッドを拡大して示す図である。図11において、本実施の形態の第一のパッド17は、直角に折れ曲がる屈折部の外周側の角が、直線部に対して45度傾く直線の切断線にて削除されるようにして丸められている。つまり、直角に折れ曲がる屈折部分の外周形状が、外方に凸の角部が直線の切断線により削除されるようにして丸みを帯びる形状にされている。図示しない分岐部の外周形状も同様に、45度傾く直線の切断線にて削除されるように丸められている。その他の構成は実施の形態2と同様である。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 11 is an enlarged view showing a pad at the portion of the refracting portion of the sealed package according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 11, the
上記においては、屈折部Bや分岐部C等の折れ曲がり部において外周側を円弧状に形成することにより圧力損失の一律性を向上させている。しかしながら、圧力損失の一律性の向上を若干犠牲にするならば、円弧によらず直線によって丸めてもよい。このような構成とすることにより、設計及び製造が容易となりコスト削減を図ることができる。 Oite above SL is to improve the uniform of the pressure loss by forming the outer peripheral side in an arc shape in the bent portion such as a refractive portion B and bifurcation C. However, if the improvement in the uniformity of pressure loss is sacrificed slightly, it may be rounded by a straight line regardless of the arc. With such a configuration, design and manufacture are facilitated and cost reduction can be achieved.
実施の形態4.
図12は本発明に係る実施の形態4の封止パッケージのはんだ接合部分の断面図である。図12において、本実施の形態においては、蓋体20の第一のパッド16に対向した位置に突起20a(はんだ案内部)が設けられている。金属材料にて作製された蓋体20においては、第一のパッド16に対向した位置の突起20aの頂面のみがはんだ36と親和性を持つようになる。そのため、溶融されたはんだ36は、濡れ性と界面張力によりパッド16と突起20aとの間に留まって流路を形成する。その他の構成は上記と同様である。このような構成とすることにより、蓋体20側にパッドを形成する必要が無くなるので作製工程が減りコスト削減を図ることができる。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a solder joint portion of the sealed package according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 12, in the present embodiment, a
実施の形態5.
図13は本発明に係る実施の形態5の封止パッケージのはんだ接合部分の断面図である。図13において、本実施の形態においては、蓋体20の第一のパッド16に対向した位置に溝20b(はんだ案内部)が設けられている。金属材料にて作製された蓋体20においては、第一のパッド16に対向した位置の溝20bの内面のみがはんだ36と親和性を持つようになる。そのため、溶融されたはんだ36は、濡れ性と界面張力によりパッド16と溝20bとの間に留まって流路を形成する。その他の構成は実施の形態2と同様である。このような構成としても概略実施の形態4と同様の効果を得ることができる。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a solder joint portion of the sealed package according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 13, in the present embodiment, a
本発明は、例えば2枚のパッドに挟まれたはんだを溶融して再び凝固させることにより両パッドを接合するはんだ接合構造に適用されて好適なものであり、特に、このはんだ接合構造を利用して、回路や電子部品が設けられたパッケージ本体に、蓋体をはんだで接合することにより回路や電子部品を気密に封止する封止パッケージに適用されて最適なものである。 The present invention is suitable for use in a solder joint structure in which, for example, the solder sandwiched between two pads is melted and solidified again to join both pads. Thus, the present invention is optimally applied to a sealed package that hermetically seals a circuit or an electronic component by joining a lid to the package body provided with the circuit or the electronic component with solder.
10 パッケージ本体
11 送信回路(回路)
12 受信回路(回路)
15,16,17 第一のパッド
20 蓋体
25,26 第二のパッド(はんだ案内部)
20a 対向する第一のパッドに沿って延びる突起(はんだ案内部)
20b 対向する第一のパッドに沿って延びる溝(はんだ案内部)
35,36 はんだ
40 封止パッケージ
10
12 Receiver circuit (circuit)
15, 16, 17
20a Protrusion (solder guide portion) extending along the opposing first pad
20b Grooves (solder guides) extending along the opposing first pads
35, 36
Claims (1)
前記パッケージ本体を覆って配置され、前記第1の回路及び第2の回路に対応する部分に両者を収納する凹部が形成され、前記第1のパッドと対向する部分に前記第1のパッドと概略面対称な形状を有するはんだ案内部としての第2のパッドが設けられた蓋体とを備え、
前記パッケージ本体の前記第1のパッドと前記蓋体の前記第2のパッドとがはんだを介して接合され、
前記交差部分以外の外縁部の幅と同じ幅をもって前記分断部から外縁部に対して分岐するように、前記第1のパッドおよび第2のパッドにおける前記T字形状に交差する部分における前記外縁部の外側に、凹み形状が設けられている
ことを特徴とするパッケージ。 The first circuit and the second circuit, a rectangular outer edge that surrounds the first and second circuits, and the outer edge that divides the area where the first circuit is provided and the area where the second circuit is provided A plate-shaped package main body formed on the upper surface with a first pad of a Japanese character having a divided part wider than the part, and the divided part and the outer edge part intersecting the T-shape;
The package body is disposed so as to cover the first circuit and the second circuit, and a recess is formed in the portion corresponding to the first circuit and the second circuit. A lid provided with a second pad as a solder guide having a plane-symmetric shape,
The first pad of the package body and the second pad of the lid are joined via solder,
To branch against the outer edge of the dividing portion has a width and the same width of the outer edge portion other than the crossing portion, said outer edge at a portion intersecting with the T-shape in the first pad and the second pad A package characterized in that a concave shape is provided on the outside of the part.
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