JP4947618B2 - 電子部品用パッケージ - Google Patents

Description

本発明は、セラミック製ベースと金属製リッドとをその間に介在したろう接材を溶融して気密封着した電子部品用パッケージに関し、特に、ろう接材の所要量を適正化してセラミックベースと金属リッドを高い寸法精度で気密封着する電子部品用パッケージに関する。

水晶振動子・フィルタ・発振器などの電子部品デバイスは、所定のパッケージに水晶片・圧電デバイス片を収容するが、表面実装するパッケージとしてはベースおよびリッドの組み合わせで可及的な薄型化が追求されている。たとえば、特許文献１に示されるように、セラミック容器に金属製の蓋部材を溶接するに際し、蓋部材の周縁部に配設した封止部材のろう接材と、セラミック容器の外周枠の上面に形成したメタライズ部とを介してセラミック容器の一方の辺部のみに溶接用電極を当接しシーム溶接を施して気密封着した電子部品用パッケージが開示される。一方、特許文献２は、同様にセラミック基体と金属フタとを金属層を介してシーム溶接した電子部品用パッケージを開示する。ここでは、金属層はセラミック基体側に形成したタングステンを含むメタライズ層とその上の第１の金属膜層、および金属フタ側に形成した第２の金属膜層が使用される。そして、第１および／または第２の金属膜層が銀ろう等のろう接材を使用して各金属膜層の接合をシーム溶接により行うことを提案している。
特開２００５−１２９６１１号 特開２０００−２３６０３５号

また、従来の水晶振動子用電子部品は、図５（ａ）に示すように、セラミック筐体１に水晶振動子２を組み込み、セラミック筐体１の開口を金属蓋３で閉止したパッケージからなる。この場合、図５（ｂ）に示すように、容器本体であるセラミック筐体１と容器開口をカバーする金属蓋３とを気密封着するため、ろう接材としての合金めっき４を金属蓋３の周辺部分に額縁状に設けてセラミック筐体１と金属蓋３間に介在させ、加熱溶融して気密封着している。図６（ａ）〜図６（ｄ）は、気密封着部分を部分的に拡大して封着過程を示している。先ず、図６（ａ）は金属蓋３にろう接材の合金めっき４を設け、これをセラミック筐体１に組み込む前の状態を示すが、金属蓋３の合金めっき４はＡｕ_５ＳｎとＡｕＳｎの共晶組成を有する。Ａｕ−Ｓｎ合金は図７に示す組成対温度の関係を示す状態図から分かるように、Ｓｎが１９．８ｗｔ％の共晶組成の場合、２８０℃（共晶線）を少しでも越えれば全て液相になるが、組成が共晶組成をずれた場合には、２８０℃（共晶線）を少し越えても固相が残り、この固相と共晶組成の融液との混合物となる。また、２８０℃の共晶線は１０．７〜３７．６ｗｔ％Ｓｎの範囲にあり、この中で共晶組成以外の組成では、固相と液相の共存域が存在することが分かる。図６（ｂ）はセラミック筐体１と金属蓋３を所定位置に組立後、加熱溶融して正常な状態で気密封着された状態を示している。しかし、Ｓｎ濃度が高すぎる場合には、図６（ｃ）に示すように、固相が融け残り粘度が高く押し広げられない状態となる。また、合金めっき４の膜厚が厚すぎる場合には、図６（ｄ）に示すように、ろう接材のめっき量が多量になり側面側にろう接材がはみ出す状態となって気密封着の不具合となる。いずれの場合も所定の寸法精度が得られなくなり、パッケージの寸法精度にも悪影響を与える。

ところが、表面実装に用いられる電子部品は、ろう接材として溶融温度が３００℃近辺のろう接材が必要であり、最近は環境負荷の低減目的もあって鉛を用いないＡｕ−Ｓｎ合金であるＡｕ_５Ｓｎ−ＡｕＳｎ共晶のろう接材を使用することが多くなってきている。さらに、パッケージの組立方法は工数や平面方向の精度のよい合金めっきで対応することが多用されてきており、めっきでの予備成形をして、共晶温度以上の加熱で溶融されながら、めっき層が被接合物間に押し広げられて気密封着する工法が採用されつつある。しかしながら、Ａｕ―Ｓｎ合金めっきは、組成や膜厚の制御が困難でそれに起因するろう接の接合強度や寸法精度の気密信頼性が非常に変動するという問題があった。すなわち、組成が共晶組成からずれるとＡｕ−Ｓｎの組織が固相として融け残り、これの割合によって、流れ方や形状が著しく変わり、接合の幅、パッケージの高さが変動し表面実装に不具合を生ずる。

したがって、本発明は上記の欠陥に鑑みて提案されたものであり、セラミックベースと金属リッドとを気密封着する場合、環境対応のニーズに合うろう接材として、量産化容易なめっき手法が利用可能でかつ３００℃付近で接合可能なＡｕ−Ｓｎを使用するもので、湿式の合金めっきを採用しつつ適正な接合強度と寸法精度を得ることのできる新規かつ改良された電子部品用パッケージの提供を目的とする。

本発明によれば、側壁で囲繞される開口容器を形成し側壁端面にメタライズ層を有するセラミックベースと額縁状周辺部に共晶合金めっき層を設けた金属リッドとを具備し、前記メタライズ層と前記共晶合金めっき層を加熱溶融して固着したろう接材で前記セラミックベースと前記金属リッドを気密封着する電子部品用パッケージにおいて、隙間形成手段が前記側壁端面および前記額縁状周辺部の間に設けられ、この隙間形成手段の形成する微小隙間に前記ろう接材を配置したことを特徴とする電子部品用パッケージが提供される。
換言すると、側壁で囲繞される開口容器を形成し側壁端面にメタライズ層を有するセラミックベースと額縁状周辺部に共晶合金めっき層を設けた金属リッドとを具備し、前記ベースのメタライズ層に前記リッドの共晶合金めっき層を溶融したろう接材により前記ベースと前記リッドを気密封着する電子部品用パッケージにおいて、前記リッドおよび前記ベースの少なくとも一方の周辺に沿って設けた突起部分、または前記ベースの側壁端面側と前記リッドのめっき側との間に配置したスペーサにより、前記ベースと前記リッドの間に微小隙間を形成し、この微小隙間部分に加熱溶融状態の前記ろう接材を流入充填して前記ベースとリッドを固着したことを特徴とする電子部品用パッケージである。ここで、前記共晶合金めっき層はＡｕ−Ｓｎ合金からなり、前記ろう接材はＡｕ−Ｓｎ合金の加熱溶融固着体であり、前記微小隙間部分に前記Ａｕ−Ｓｎ合金を液相温度以上に加熱して所定量が流入充填される。さらに、Ａｕ−Ｓｎ合金めっき層の溶融固着体であるろう接材は、隙間形成手段が形成した微小空間に合金液相温度で溶融して所定量が流入充填され、セラミックベースと金属リッドとを気密封着する。金属リッドとセラミックベースの接合端面との間に微小空間または所定幅のスペースギャップを形成する隙間形成手段は、微小隙間に溶融して浸入させるろう接材を量的に規制して気密封着する電子部品用パッケージを提供する。隙間形成手段は金属リッドまたはセラミックベースの少なくとも一方の周辺に沿って形成した突起・凸部、あるいは、セラミックベースの側壁端面部と金属リッドの周辺部分との間に配置したスペーサであり、ろう接材となる共晶合金めっき層はＡｕ−Ｓｎ合金めっき層の溶融固着体であり、隙間形成手段が形成する微小空間に所定量のＡｕ−Ｓｎ合金めっき層が溶融状態になった時に毛管現象で充填される。この場合、共晶合金の組成変動に拘わらず合金液相温度で溶融封着し、セラミックベースと金属リッドとの接合強度と寸法精度を満足する電子部品用パッケージを開示する。

側壁で囲繞される開口容器を形成し側壁端面にメタライズ層を有するセラミックベースと、金属板の額縁状周辺部にＡｕ−Ｓｎ合金めっき層を設け、開口容器を閉止する金属リッドとを具備するパッケージであって、セラミックベースと金属リッド間に段差による所定の微小空間を形成する隙間形成手段を備え、この微小空間に前記Ａｕ−Ｓｎ合金めっき層が加熱溶融して流入充填したろう接材によりセラミックベースと金属リッドとを気密封着してろう接材の厚みを制御することを特徴とする電子部品用パッケージである。換言すると、側壁部により囲繞された開口を有するセラミックベースと、この側壁部の端面に配置したメタライズ層およびＡｕ−Ｓｎ合金めっき層の加熱溶融体を固着したろう接材と、このめっき層を有する金属リッドとを具備する電子部品用パッケージにおいて、セラミックベースと金属リッド間に隙間形成手段を形成してろう接材の厚みを規制し所定の接合強度と同時に寸法精度を向上することを特徴とするものである。本発明の金属リッドはコバール金属板の額縁状周辺部にＡｕ−Ｓｎ合金めっき層を設け、このめっき層の加熱溶融固着体をろう接材として用い、段差により形成された微小空間にこのろう接材を流入充填し固着し、その結果、所定の接合強度と同時に寸法精度を高め薄型化可能な電子部品用パッケージを提供する。

本発明の電子部品用パッケージは金属リッドに形成した共晶合金めっき層とセラミックベースの側壁端面に形成したメタライズ層とにより金属リッドとセラミックベースを気密封着するものであって、合金めっき層の加熱溶融体を流入充填させ固着させたろう接材を満たす微小空間を形成し、この隙間空間を所定幅とすることで溶融固着したろう接材の厚みを規制してパッケージの厚みを制御して所定の寸法精度で確保する。

図１は本発明の実施の形態である電子部品用パッケージ１０であり、セラミックベース１１は容器内に水晶振動子１２を収容し、容器の開口を金属リッド１３で気密封着して構成される。本発明の特徴はセラミックベース１１のメタライズ層と金属リッド１３の共晶合金めっき層からなり、共晶合金めっき層の加熱溶融体をろう接材として気密封着したシール部２０にある。図２（ａ）は組立前のセラミックベースと金属リッドを示す。セラミックベース１１は開口容器１４が側壁１５の囲繞により形成され、側壁１５の端面は、内側部分に突堤状の接合エリア１６と外側部分に切り込み段差の逃げエリア１７があり、接合エリア１６と段差部の表面にメタライズ層１８が形成されている。一方、金属リッド１３は、接合エリア１６の内側部分の対向する位置に、隙間形成手段である突起３０が一体に設けられ、これから離れた逃げエリア１７の対向する位置に、共晶合金めっき層２２が形成されている。図２（ｂ）に示すように、金属リッド１３がその突起３０をセラミックベース１１の接合エリア上に当接配置されると、隙間形成手段の微小空間２３が金属リッド１３とセラミックベース側壁１５の接合エリア１６上で形成される。セラミックベース１１と金属リッド１２は、組立後図２（ｃ）および図２（ｄ）の加熱工程での状態変化を経て図２（ｅ）に示すように気密封着されパッケージが完成する。なお、微小空間は、図３に示すように、セラミックベース１１の側壁１５の端面に設けた凸部３１でも良く、また、図４に示すように、スペーサ３２を用いてもよい。これらは、いずれも微小隙間形成手段として機能するものであり、図２の突起３０に替わるもので、構造の簡素化や組立ての容易化に役立ち、実用的効果が期待される。さらにまた、本発明に係る微小隙間形成手段は共晶合金めっき層との組合せにより安定した接合効果を発揮するものであり、Ａｕ−Ｓｎ共晶合金は勿論のこと、たとえば、低温用のＳｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｉｎ、高温用のＺｎ−Ａｌのほかに一般用のＳｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｃｕ、Ｎｉ−Ｐなどの共晶合金のめっき層を用いることもできる。

以下、本発明に係る実施例について図１および図２を参照して詳述する。本発明は薄型化に好適な電子部品用パッケージ１０であり、携帯電話機等の移動体通信機器に使用される圧電振動子やＳＡＷフィルタ等の圧電部品を含む電子デバイスに用いる電子部品用パッケージである。このパッケージ１０はセラミックベース１１と金属リッド１３がろう接材のシール部２０で接合されるが、セラミックベース１１の容器内には水晶振動子１２が収容され、容器の開口を金属リッド１３で気密封着して構成される。シール部２０は、工程毎の状態を拡大部分断面図として図２で示される。図２（ａ）は組立て前の状態を示し、セラミックベース１１は側壁１５により囲繞された開口する容器１４を形成する。側壁１５の端面は、内方部分に突出した接合エリア１６と外方部分に切り込み段差のある逃げエリア１７があり、接合エリア１６と段差表面にメタライズ層１８が形成されている。一方、金属リッド１３には突起３０が一体に設けられ、それにより段差が生じて対向面のセラミックベースの接合エリア１６との間には微小空間が形成される。突起３０から離れた逃げエリア１７の対向面にろう接材となるＡｕ−Ｓｎ合金めっき層２２が設けられ、その厚みは逃げエリアに納まる程度の厚さにできる。組立工程はセラミックベース１１の側壁１５の接合エリア１６に金属リッド１３の突起３０を当接配置して行われ、図２（ｂ）に示されるように、隙間形成手段による微小空間２３が形成される。図２（ｃ）および図２（ｄ）はセラミックベース１１と金属リッド１３の組立体を加熱炉に通炉して加熱した状態を示している。通常は、合金めっきの共晶温度の数℃ないし５０℃高い温度に加熱される。ここで合金めっき層２２が徐々に溶融して微小空間２３へ流入して充填がはじまる。その結果、図２（ｄ）に示すように、毛管現象で共晶合金めっき層２２の液相共晶組成分の溶融体２５が流体状態となって微小空間２３に流入するが、共晶合金めっき層２２の組成が共晶組成からずれており固相が融け残った場合、固相共晶組成分の濃縮部２７となって逃げエリア１７の比較的広い空間に滞ることになる。このような状態変化を経た後、図２（ｅ）に示すように、溶融状態の共晶合金は冷却されて固着したろう接材２６として微小空間２３が充満されセラミックベース１１と金属リッド１３は気密封着される。この場合に逃げエリア１７には、例えば、過共晶組成だった場合、専らＳｎ濃縮部２７がろう接材の一部として留まるが、微小空間２３には所望するＡｕ−Ｓｎ共晶合金の一定量が加熱溶融体の固着したろう接材２６として充填され強固な接合と所定の寸法精度を確実に得るろう付けが達成される。ここで、セラミックベース１１はアルミナのグリーンシートの積層体を焼結して作製され、メタライズ層１６はタングステンとガラス粉末のグリーンシートを焼結してタングステンＷ層を作製しその上にニッケルＮｉめっきして構成される。一方、金属リッド１３は周辺に突起３０を設けたコバールからなり、突起３０の外側周辺にＡｕ−Ｓｎ合金めっき層２２を形成して作製される。なお、パッケージは、容器内に収容する圧電部品の周波数安定化のためにその内部を高真空状態や不活性ガスを封入した状態にして気密封着される。

図３は本発明の別の実施例であり、図１に示すシール部２０に対応する部分の組立前の状態を示す拡大部分断面図である。なお、実施例１と同じ構成部分は同一符号を用いて示し詳細な説明を省略する。実施例２ではセラミックベース１１の接合エリア１６の内側部分に凸部３１を設け、図２に示す金属リッドの突起３０を置き換えたがそれ以外は実施例１と同様である。この場合にメタライズ層１８は内外の段状部分にも形成され、完成後に共晶合金めっき層の溶融体であるろう接材の固着の面を立体的にする。なお、めっき層の溶融体による接合は量産化による作業効率が図られ、電子部品用パッケージので生産性向上に寄与しローコスト化に役立つ。

図４は本発明に係るさらに別の実施例であり、図１に示すシール部２０に対応する部分として、組立前の状態の拡大部分断面図を図４に示す。ここで、実施例１と同じ構成部分は同一符号を用いて示し詳細な説明を省略するが、この実施例３では段差を形成するためにスペーサ３２が使用される。スペーサ３２は単独部品として準備されるが、これによりセラミックベースや金属リッドの段差加工を省くことができる。この場合にはセラミックベースおよび金属リッドの構造が簡素化され、それらの加工工程を容易にする。

本発明の実施態様である電子部品用パッケージの概要を示し、図１（ａ）はその断面図、図１（ｂ）は要部拡大断面図である。 同じく図１（ｂ）の要部のシール部について、封着工程における異なる状態を図２（ａ）乃至図２（ｅ）で示す部分拡大断面図である。 同じく図１（ｂ）のシール部に関する第２の実施例を示す部分拡大断面図である。 同じく図１（ｂ）のシール部に関する第３の実施例を示す部分拡大断面図である。 従来の製法による電子部品用パッケージの概要を示し、図５（ａ）は封着前の斜視図、図５（ｂ）は部分切欠き平面図、および図５（ｃ）は断面図である。 同じく図５のパッケージ封着工程におけるそれぞれ異なる状態を図６（ａ）乃至図６（ｄ）に示すシール部の部分拡大断面図である。 同じく図５の合金めっき層における共晶合金の状態を示す平衡状態図である。

符号の説明

１０…電子部品用パッケージ、 １１…セラミックベース、 １２…水晶振動子、
１３…金属リッド、 １４…容器、 １５…側壁、 １６…接合エリア、
１７…逃げエリア、 １８…メタライズ層、 ２０…シール部、
２２…共晶合金めっき層、 ２３…微小空間、 ２５…溶融体（液相共晶組成分）、
２６…ろう接材、 ２７…濃縮部（固相共晶組成分）、 ３０…突起、
３１…凸部、 ３２…スペーサ。

Claims (2)

1. 側壁で囲繞される開口容器の側壁端面にメタライズ層を設けたセラミックベースと、額縁状周辺部に共晶合金めっき層を設けた金属リッドとを具備し、前記ベースと前記リッドを前記メタライズ層に前記共晶合金めっき層を溶融したろう接材により気密封着した電子部品用パッケージにおいて、前記側壁端面の内側部分に接合エリアおよびその外側部分に切り込み段差の逃げエリアを形成した隙間形成手段を前記リッドおよび前記ベースの間に設け、前記接合エリアと前記段差部の表面にメタライズ層が形成され、前記隙間形成手段は、金属リッドに設けた突起、セラミックベースの側壁の端面に設けた凸部、またはスペーサのいづれかで形成し、前記ろう接材は、前記共晶合金めっき層を溶融した際に、共晶組成のろう接材が前記接合エリアの微小隙間部分に充填され、共晶組成からずれたろう接材が前記逃げエリアに充填されたことを特徴とする電子部品用パッケージ。
2. 側壁で囲繞される開口容器の側壁端面にメタライズ層を有するセラミックベースと、額縁状周辺部にＡｕ−Ｓｎ共晶合金めっき層を設けた前記開口容器を閉止する金属リッドとを具備するパッケージであって、前記セラミックベースと前記金属リッドとの間に、前記側壁端面の内側部分に微小空間を形成する接合エリア、その外側部分に切り込み段差の逃げエリアを有する隙間形成手段を設け、前記接合エリアと前記段差部の表面にメタライズ層が形成され、前記Ａｕ−Ｓｎ共晶合金めっき層を溶融した際に、Ａｕ−Ｓｎ共晶組成のろう接材が前記接合エリアの微小隙間部分に充填され、Ａｕ−Ｓｎ共晶組成からずれたろう接材が前記逃げエリアに充填され、ろう接材の厚みを規制して、前記セラミックベースと前記金属リッドとを気密封着したことを特徴とする電子部品用パッケージ。

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