JP4920214B2 - 電子部品用パッケージとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は発光ダイオードやＦＥＴなどの高出力な電子素子が搭載される電子部品用パッケージとその製造方法に関するもので、特に放熱性と気密性の改善に関するものである。

従来の電子部品用パッケージとしては、内側に半導体素子を収容する空所を形成する為の金属枠体が取着された金属基体と、該金属枠体もしくは金属基体に取着された端子取り付け部材とから成り、前記端子取り付け部材は金属枠体の内側から外側にかけて導出する配線層と該配線層を金属枠体及び／又は金属基体から電気的に絶縁するセラミック部材とから形成されている（例えば、特許文献１参照）。

図３は、前記特許文献１に記載された従来の電子部品用パッケージを示すものである。

図３に示される電子部品用パッケージは、半導体素子を搭載する金属基体１０１と、それを内側に収容する空所１０２を形成する為の金属枠体１０３と、該金属枠体に取着された端子取付部材１０４から成る。各者はロー付けにより一体に接合されてパッケージを構成している。

端子取付部材１０４は、金属枠体１０３の内側から外側にかけて導出する配線層をセラミック部材で金属枠体１０３及び金属基体１０１から電気的に絶縁するように形成されている。

また、端子取付部材１０４は、その上下面にグランド層を設け、更にその側面には銀ろう付けする為のＭｏ-Ｍｎ金属層を設けて、金属枠体１０３と金属基体１０１とで端子取付部材１０４を挟み込んだ状態でろう付けし形成されている。
特開平１０−１１２５１３号公報

前記従来の構成では、セラミックから成る端子取付部材と金属枠体及び金属基体をロー付けにて接合されるが、変形・歪みを抑制する為、各素材間の熱膨張率を合わせる必要がある。このため放熱性を必要とされるパッケージにおいては、放熱部の金属材料は主にＣｕ-Ｗ合金がもちいられるが、その熱伝導率は、160Ｗ/Ｋ・ｍと低い。また、各部材のロー付け部の気密信頼性を確保する為には接合面精度が必要であるが、焼結体であるセラミックを用いた端子取り付け部材においてはその精度確保が困難である。同様に金属部品においても切削加工による面精度出しが必要であり材料コスト高となる。また、該端子取り付け部材に形成できる配線層素材はアルミナと同時焼結可能なタングステン、モリブデンが一般的であるが、導電率が低く薄膜で形成される為、電気的抵抗値が高くなり省電力を要求されるパッケージ用途には適していない。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、気密性、放熱性に優れる省電力対応の低価格の電子部品用パッケージを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電子部品用パッケージは、電子素子が実装される主面に金属被膜を形成した窒化アルミニウムからなる基体部と、基体部の外周部に硼珪酸ガラスにて形成されたガラス部と、前記基体部の主面上に中空部を設けるために前記ガラス部の外周に沿って一方端を埋設させ、該埋設部から上方に延在され、埋設された反対側の一方端に蓋体を装着できるようにした金属枠体部と、ガラス部内で基体部と金属枠体部との間を貫通したリード端子とからなり、その製造方法は金属枠体とリード端子とは金属薄板材にプレス加工を施し成形し、金属枠体とリード端子と基体部とガラスを組立治具に載置する工程と、窒素雰囲気中でガラスの軟化点以上の温度に組立治具を加熱し、金属枠体とリード端子と基体部とをガラスを介して接着する接着工程とを備えたものである。これによれば、放熱性の高い窒化アルミニウムを基体とし金属板材をプレス工法で形成された枠体及びリード端子をガラスで封着することにより気密性、放熱性に優れる省電力対応の低価格の電子部品用パッケージを提供することができる。

以上のように、本発明の電子部品用パッケージは、放熱性の高いチッ化アルミを基体とし金属板材をプレス工法で形成された枠体及びリード端子をガラスで封着することにより気密性、放熱性に優れる省電力対応の低価格の電子部品用パッケージを提供することができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１における電子部品用パッケージの正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。

図１（ａ）、（ｂ）において、１は電子素子（図示せず）が実装される基体部、２は基体部１の外周部に形成された環状ガラス部、３は基体部１の主面に中空部４を設ける為に環状ガラス部２にその一部を接着し形成された金属枠体、５は中空部４から環状ガラス部２を介して外部へ露出されたリード端子、６は中空部４に電子素子（図示せず）を実装後、取り付けられる蓋体であり、以上の構成により電子部品用パッケージ７を構成している。

詳細な構成を下記に説明する。

円柱に成形された窒化アルミニウムからなる基体部１は、外径が5ｍｍ、厚さ1.0ｍｍで熱膨張係数が40〜60×10^-7／℃である。基体部１の主面にはAu/Niからなる皮膜が0.1〜10μｍ施されている。

基体部１の外周部には硼珪酸ガラスからなる環状ガラス部２が形成されている。環状ガラス部２の熱膨張係数は、40〜60×10^-7／℃である。

基体部１と環状ガラス部２とは、濡れ性に優れるガラスのアンカー効果より接着しており、その界面は垂直方向に0.8ｍｍ以上有しており密着性に優れる。

環状ガラス部２の主面側には鉄-ニッケル系合金からなる金属薄板を成形加工した金属枠体３が一方端を環状ガラス部２に埋設された状態で接着されている。

金属枠体３は埋設部から上方に延在されており、基体部１の主面上に中空部４を形成している。

リード端子５の一方端は、中空部４に露出し、外部回路と接続される他方端は環状ガラス部２を貫通して外部に露出している。リード端子５は金属枠体３と環状ガラス部２で絶縁状態に形成されている。

電子素子（図示せず）を実装後、金属枠体３の環状ガラス部２に埋設した反対側の一方端に鉄-ニッケル系合金または銅-ニッケル系合金からなる蓋体６が接着されている。

かかる構成によれば、金属および窒化アルミニウムに対して濡れ性に優れるガラスを封着材に用いることにより気密性に優れる。また窒化アルミニウムを基体に用いることにより放熱性に優れる。さらに、電気抵抗値の低い鉄−ニッケル系合金のリード端子を用いることにより電気抵抗を低減することが可能であり、省電力に対応する。

尚、本実施の形態に係る電子部品用パッケージの平面形状は、特に限定されず、例えば、図１（ｃ）に示されるように、円形状であっても良い。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における電子部品用パッケージの工程フロー図である。

図２において、金属枠体３とリード端子５とは鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金などのからなる金属薄板材にプレス加工を施し所望の形状に成形する（図２（ａ））。例えば、金属枠体３はコバールである。また、リード端子５はコバールである。

所望の形状に成形された金属枠体３とリード端子５との表面に酸化皮膜を形成する（図２（ｂ））。コバールの熱膨張係数は40〜60×10^-7／℃である。酸化皮膜は、大気中またはＨ₂ＯとＮ₂との混合ガス中で６００〜９００℃で１０〜３０分間加熱処理を施し、各々の表面に形成している。

これによれば、後工程で接合するガラス材との接合が酸化皮膜を介しての拡散接合となり接合性に優れる。

なお、前述した酸化皮膜は拡散接合に有用であるが、必ずしも酸化皮膜を形成する必要は無い。

窒化アルミニウムに炭酸カルシウムからなる焼結用助剤を添加した窒化アルミニウムの粉体にプレス加工を施し所望の形状に成形し、高温焼結して基体部１を成形する（図２（ｃ））。高温焼結は例えば、１７００〜１９００℃に加熱して焼結する。尚、窒化アルミニウムの熱膨張係数は40〜60×10^-7／℃である

基体部１の主面に半導体素子および実装基板（図示せず）との接合に優れた金属皮膜を形成する（図２（ｄ））。金属皮膜としては例えば、Au/NiやAg/Niを0.1μｍ〜10μｍ施す形態が挙げられる。また、金属皮膜は蒸着やめっき工法により形成する。

これによれば、半導体チップのダイスボンド及び、基板へのはんだ実装性が良好である。

硼珪酸ガラスからなる粉体を仮焼結するためにバインダーを添加し顆粒状にする。この顆粒状ガラスにプレス加工を施し所望の形状に成形し、700〜750℃に加熱して焼結して環状ガラス部２を形成する（図２（ｅ））。

硼珪酸ガラスからなる環状ガラス部２の熱膨張係数は、40〜60×10^-7／℃である
セラミックやカーボングラファイトなどの耐熱性に優れた組立治具に基体部１と金属枠体３とリード端子５と環状ガラス部２とを載置する（図２（ｆ））。このとき、組立治具は各構成体が高精度に位置規制し載置される様に、加工されている。

各構成体を載置した組立治具を窒素雰囲気中で硼珪酸ガラスからなる環状ガラス部２の軟化点以上の温度に加熱し、環状ガラス部２を介してそれぞれを接合する（図２（ｇ））。本実施の形態の説明に用いた硼珪酸ガラスからなるガラス材は軟化点が720℃であり、この場合、900〜1000℃の加熱が好適である。このとき、硼珪酸ガラスからなる環状ガラス部２は粘性が低くなり、金属および窒化アルミニウムに対して十分な濡れ性が得られるため接合性に優れる。

これによれば、接合する各部材の表面精度を高めることなく気密信頼性に優れる接合を得ることが可能となる。また、各々選定した各部材の熱膨張係数の組合せが近似しており、温度変化による接合界面への応力が微小である為、耐熱性、耐環境性についても優れる。

組立治具を100℃以下に冷却し電子部品パッケージを取り出す（図２（ｈ））。

尚、基体部１の金属皮膜形成部、金属枠体３、リード端子５には、耐環境性、接続性を向上するためにニッケルおよび金などの金属皮膜を施しても良い。

以上、本発明による電子部品用パッケージについて説明したが、本発明の思想に逸脱しない限り適宜変更可能である。

本発明に係る電子部品用パッケージは、気密性、放熱性に優れるという特徴を有するので、例えば、省電力対応の低価格の電子部品用パッケージ等に有効である。

本発明の実施の形態における電子部品用パッケージの正面図および断面図 本発明の実施の形態における電子部品用パッケージの製造工程フロー 従来の電子部品用パッケージの断面図

符号の説明

１ 基体部
２ 環状ガラス
３ 金属枠体
４ 中空部
５ リード端子
６ 蓋体
７ 電子部品用パッケージ
１０１ 金属基体
１０２ 空所
１０３ 金属枠体
１０４ 端子取付部材
１０５ 端子
１０６ 蓋体

Claims (4)

1. 電子素子が実装される主面に金属被膜を形成させた窒化アルミニウムからなる基体部と、
   前記基体部の外周部に硼珪酸ガラスにて形成されたガラス部と、
   前記基体部の主面上に中空部を設けるために前記ガラス部の外周に沿って一方端を埋設させ、該埋設部から上方に延在され、埋設された反対側の一方端に蓋体を装着できるようにした金属枠体部と、
   前記ガラス部内で前記基体部と前記金属枠体部との間を貫通したリード端子とからなることを特徴とする電子部品用パッケージ。
2. 前記ガラス部が環状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品用パッケージ。
3. 前記リード端子に屈曲部を有したことを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品用パッケージ。
4. 前記屈曲部が前記ガラス部内部または突出した領域の何れか一方に設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子部品用パッケージ。
   

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