JP5143497B2 - 電子部品収納用セラミックパッケージ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
上記セラミックパッケージに電子素子4を搭載し、配線導体5と電子素子4とをボンディングワイヤー6を介して通電して、電子素子4を作動可能とならしめて電子素子装置が得られる。
(1)塗布工程
ガラス粉末、有機バインダー、分散溶媒等からなるガラスペーストを、基体1若しくは枠体2のいずれかの接合面、又はその両方の接合面に塗布する。
(2)乾燥工程
上記ガラスペースト塗布した基体1若しくは枠体2、又はその両方を乾燥してガラスペースト中の溶媒を除去する。
(3)仮焼成工程
上記ガラスペースト乾燥物を固着させた基体1若しくは枠体2、又はその両方を接合する温度以下で仮焼成してガラスペースト中の有機バインダーを分解除去してガラス体とする。
(4)焼成接合工程
上記ガラス体を固着された基体1と枠体2とを接合面を合わせて重ね合わせ、仮焼成温度より高い温度で本焼成を行い、基体1と枠体2とを接合する。
基体1と枠体2とをガラスペーストで接合する際に、
基体1と枠体2との接合面が広い場合において、
(1)塗工工程でガラスペーストを基体1若しくは枠体2のいずれかの接合面に塗布した後、(2)乾燥工程及び(3)仮焼成工程を経ずに、基体1と枠体2とをガラスペーストの塗布層3を挟むようにして重ね合わせて、乾燥、焼成しても、
ガラスペーストのはじきが発生せず、有機バインダーの熱分解ガスが焼成して形成されたガラス層3(接合層3)中に残存せずに、
基体1と枠体2との間に信頼性の高い接合層3を形成することのできるセラミックパッケージの製造方法を提供することである。
即ち、本発明は、以下の通りである。
1.基体と、貫通孔を有する枠体をガラスペーストで接合するセラミックパッケージの製造方法であって、
該基体と該枠体との接合対象面は、該接合対象面の周縁までの最短距離が1.5mm以上である点を有し、
且つ、該基体若しくは該枠体のいずれかの接合対象面に、塗布層中のいずれの点も該塗布層の周縁までの最短距離が1.0mm以下である状態にガラスペーストを塗布する工程を含み、
該ガラスペーストの塗布面積が該接合対象面の30〜70%である
ことを特徴とする電子部品収納用セラミックパッケージの製造方法。
2.上記ガラスペーストの塗布形状が環状である前記1に記載の電子部品収納用セラミックパッケージの製造方法。
3.上記塗布する工程の後に、上記基体と枠体とを塗布されたガラスペーストの塗布層を挟んで重ね合せる工程、
該重ね合わせる工程の後に、重ね合わされた状態で塗布されたガラスペーストの塗布層を乾燥させる工程、
該乾燥させる工程の後に、焼成する工程
を含む
ことを特徴とする前記1又は前記2に記載の電子部品収納用セラミックパッケージの製造方法。
該基体と該枠体との接合対象面は、該接合対象面の周縁までの最短距離が1.5mm以上である点を有し、
且つ、該ガラス層中のいずれの点も該ガラス層の周縁までの最短距離が1.2mm以下であり、
該ガラス層の接合面積が該接合対象面の30〜85%である
ことを特徴とする電子部品収納用セラミックパッケージ。
5.上記ガラス層の平面形状が環状である前記4に記載の電子部品収納用セラミックパッケージ。
該基体と該枠体との接合対象面は、該接合対象面の周縁までの最短距離が1.5mm以上である点を有し、
且つ、該ガラス層中のいずれの点も該ガラス層の周縁までの最短距離が1.2mm以下であり、
該ガラス層の接合面積が該接合対象面の30〜85%である
セラミックパッケージに発光素子が搭載された発光装置。
7.上記ガラス層の平面形状が環状である前記6に記載の発光装置。
基体1と枠体2との接合面が広い場合において、
(1)塗工工程でガラスペーストを基体1若しくは枠体2のいずれかの接合面に塗布した後、(2)乾燥工程及び(3)仮焼成工程を経ずに、基体1と枠体2とをガラスペーストの塗布層3を挟むようにして重ね合わせて、乾燥、焼成しても、
ガラスペーストのはじきが発生せず、有機バインダーの熱分解ガスが焼成して形成されたガラス層3(接合層3)中に残存せずに、
基体1と枠体2との間に信頼性の高い接合層3を形成することができる。
上記基体1の接合対象面と、枠体2の接合対象面のそれぞれの形は接合層を対称面とした鏡面対称である。
「該接合対象面の周縁までの最短距離が1.5mm以上である点を有する接合対象面」である。
従来のように、上記の接合対象面の全ての部分にガラスペーストを塗布すると、
塗布層3の形状は、この場合は接合対象面の形状に同じであって、塗布層3の周縁までの最短距離が1.5mm以上である点を有するため、基体1と枠体2とをガラスペーストを挟むようにして重ね合わせて、乾燥、焼成すると、ガラスペーストのはじきが発生し、ガラスペーストの焼成によって発生したガスが抜けきらずにガスが焼成して形成されたガラス層3(接合層3)中に残存するので、基体1と枠体2との間の接合層3に信頼性が得られないため、該接合対象面に本発明のパッケージの製造方法における特定の形状にガラスペーストを塗布する製造方法が有効となる。
上記接合対象面の形状は、図1(b)の平面図で示された如く、太さが均一な環形状であって、点Aは環の1中心点で、最短の接合対象面の周縁は点B及び点Cであり、sはAB間、若しくはAC間の距離、即ち、点Aから該接合対象面の周縁までの最短距離を意味する。
最短距離sが1.5mm以上であれば本発明の接合対象面に該当し、1.5mm未満であれば本発明の接合対象面に該当しない。なお、本発明においてAは、接合対象面中の点であって、接合対象面の周縁までの最短距離が最大である点を意味するが、図1のばあいには、環の中心点のいずれの部分もAとなり得る。
上記の如く、本発明のセラミックパッケージの製造方法において、
基体1と枠体2との接合対象面は、該接合対象面の周縁までの最短距離が1.5mm以上である点を有し、最短距離が2.0mm以上である点を有すると更に効果的である。
塗布層3中のいずれの点も該塗布層3の周縁までの最短距離が1.0mm以下である形状である。塗布層3の周縁とは、ガラスペーストが塗布されている部分と塗布されていない部分との境界線であって、塗布がいくつかの部分に分かれている場合には、全ての塗布部分の塗布されている部分と塗布されていない部分との境界線を意味する。
塗布層3中のいずれかの点が、該塗布層3の周縁までの最短距離が1.0mmを超える状態にガラスペーストを塗布すると、ガラスペーストの塗布層3の周縁までの最短距離が1.0mmを超える点を有するため、基体1と枠体2とをガラスペーストの塗布層3を挟むようにして重ね合わせて乾燥、焼成すると、ガラスペーストのはじきが発生し、ガラスペーストの焼成によって発生したガスが抜けきらずにガスが接合層中に残存するので、基体1と枠体2との間の接合層に信頼性が得られない。
ガラスペーストを塗布する特定の形状が、塗布層3中のいずれの点も該塗布層3の周縁までの最短距離が0.6mm以下である形状であることが更に好ましい。
上記パッケージにおける枠体2の接合対象面は枠体底面2aであり、基体1の接合対象面はその底面2aに対応する位置の基体1の表面であり、均一な太さの環を有する環形状である。
上記環形状の環の一中心点Aから最短の接合対象面の周縁点B及び点Cまでの距離sは1.5mm以上である。
上記パッケージの基体1と枠体2との接合対象面は、それぞれ枠体2の底面2aとそれに対応する基体1の表面であって、該接合対象面の周縁までの最短距離が 1.5mm以上である点を有し、
且つ、該基体1若しくは該枠体2のいずれかの接合対象面に、ガラスペーストの塗布層3(乾燥焼成後はガラス層3)中のいずれの点も該塗布層3の周縁までの最短距離が1.0mm以下である状態にガラスペーストが塗布されているが、その塗布層3は、環形状の内環と、一部が切り欠かれた環形状の外環とからなる二重の環形状となっている。
上記のセラミックパッケージにおいては、ガラスペーストの塗布層3(乾燥焼成後はガラス層3)は一部が切断された、不均一な太さの環を有する環形状であり、該塗布層3の環形状の環の最も太い部分の中心点Dから最短の塗布層3の周縁点E及び点Fまでの距離tは1.0mm以下である。
上記点Dは環の最も太い部分の中心点であるため、点D以外の塗布層3中のいずれの点も該塗布層3の周縁までの最短距離は1.0mm以下である。
上記のセラミックパッケージにおいては、枠体2は四角形の柱状物で内部に円形の貫通孔を有する筒状であり、ガラスペーストの塗布層3(乾燥焼成後はガラス層3)は多数の同一形状の円面である。
上記パッケージの接合対象面の点Aから最短の接合対象面の周縁点B、点C及び点Gまでの距離sは1.5mm以上である。
また、ガラスペーストの塗布層3の1つの円の中心点Dから最短の接合対象面の周縁点、即ち円周上の点までの距離t(この場合は半径)は1.0mm以下である。
上記D点は1つの円形の塗布層3の中心点で、他のいずれの円形の塗布層3も同一の形状であるため点D以外の塗布層3中のいずれの点も該塗布層3の周縁までの最短距離は1.0mm以下である。
ガラスペーストが塗布される塗布面積の接合対象面の面積に対する割合が、上記下限値未満であれば、基体1と枠体2の接合強度が低下し、上記上限値を超えると接合対象面が狭くなるため、本発明の特徴が低下する。
基体1は、例えば酸化アルミニウム質焼結体(アルミナセラミックス)や窒化アルミニウム質焼結体,ムライト質焼結体,ガラスセラミックス等のセラミックスを使用することができる。
上記グリーンシート法による製造は公知の方法を使用することができ、また市販品として基板を入手することができる。
配線導体5は、W,Mo,Cu,Ag等の金属粉末のメタライズ層を使用することができ、W,Moの場合には電子素子4との接合のために配線導体5の表面にNiやAu等の金属を1〜20μm程度の厚みに被着させておくことが好ましい。
また、電子素子4として発光素子を搭載する場合には、上記貫通孔の内周面は、発光素子が発光する光を該内周面表面でパッケージの上方に満遍なく反射させて外部に効率よく放射させるために外側に向かって広がるように形成されていてもよい。
上記枠体2の製造方法は、特に制限はなく、前記グリーンシート法、粉体成型法により製造することができるが、複雑な形状に成型できる点から粉体成型法が好ましい。上記粉体成型法は公知の方法、あるいは本出願人の既存出願(PCT/JP2006/323233)に記載の粉体製造を用いることができる。
ガラスペースト中のガラス粉末の含有量は70〜90重量%が焼成時の体積収縮が少ないこと、基体1と枠体2との接着性の観点から好ましい。
上記ガラス粉末は、焼成により溶融して基体1と枠体2を接合するガラス層3の主要な接合成分となる。
基体1と枠体2のいずれかの接合対象面にガラスペーストを塗布後、ガラスペーストを乾燥した後基体1と枠体2とを重ね合わせて焼成してもよいし、
基体1と枠体2のいずれかの接合対象面にガラスペーストを塗布後、ガラスペーストを乾燥させずに基体1と枠体2とをガラスペースト塗布層3を挟んで重ね合わせて、乾燥、焼成してもよいが、より簡単で短い工程をとることができるという観点から、後者の塗布、重ね合せ、乾燥、焼成の順で接合する方法をとることが好ましい。
また、基体1の接合対象面上に配線導体5が存在する場合には、配線導体5上に塗布する。
焼成温度は、ガラスペースト中のガラス粉末の溶融温度より10〜100度高い温度が好ましい。焼成温度が、上記下限道未満であれば、ガラスの溶融が充分でないため強固な接合が得られにくく、上記上限値を超えるとガラスの溶融粘度が低くなり、塗布面3以外の部分まで流れてしまい、必要な塗布面3の厚みが不足し、充分な接合強度が得られない。
焼成はバッチ式焼成炉、連続式焼成炉等を使用して焼成することができる。
また、本発明のセラミックパッケージにおいて、ガラス層3中のいずれの点も該ガラス層3の周縁までの最短距離tが0.8mm以下であると更に好ましい。
接合面積の接合対象面の面積に対する割合が上記下限値未満であれば、基体1と枠体2の接合強度が低下し、上記上限値を超えると接合対象面が狭くなるため、本発明の特徴が低下する。
実施例1
図2の模式図に示した形状の配線導体5を配設した基体1を準備した。
具体的には、北陸セラミック社製の純度96%の厚み 0.3mm、縦横8.5mm×8.5mmのアルミナ基板を準備し、これにデュポン社のグレード名「5164」の導体ペーストを塗布して150℃の温度で10分間乾燥させた後、昇温して最高温度850℃で10分間保持することにより配線導体5を図2の状態に形成した。
枠体2は外径8.5mm、内径5.0mm、高さ2.0mmの貫通孔を有した円柱形状のアルミナ製セラミックであり、その底面2aが接合対象面であり、該対象面の面積は37mm2、図2(b)におけるsの値は1.75mmである
ガラスペーストの塗布層3の形状は環状であり、外径が8.0mm、内径が6.0mm、その線の幅は2.0mmで均一であり、図2(b)におけるtの値は1.0mm、塗布層3の面積は接合対象面の面積の59%であった。
ガラスペーストの塗布層3で仮接着された基体1と枠体2の積層物を150℃で20分間乾燥し、続いて850℃で10分で焼成を行った。
基体1として厚み3mm、縦横12.0mm×12.0mmの形状のアルミナ製のセラミック、
枠体2として外径11.0mm、内径6.0mm、高さ3.0mmの円柱の形状のアルミナ製セラミックを実施例1と同様の方法で準備した。上記枠体2の対象面の面積は67mm2、sの値は2.5mmである
ガラスペーストの塗布した形状は外環と内環の二重の環となっており、外環の外径が10.0mm、内径が8.8mm、内環の外径が7.7mm、内径が6.5mm、tの値は0.6mm、塗布層3広さは接合対象面の面積の43%であった。
得られたセラミックパッケージのガラス層3の接合面を実施例1と同様にして観察した。その結果、気泡は全く観察されず、ガラス層3におけるtの値は0.75mm、その面積は約41mm2で、接合対象面の面積の55%であった。
基体1として厚み3mm、縦横9.0mm×9.0mmの形状のアルミナ製のセラミック、枠体2として外径9.0mm、内径5.5mm、高さ1.5mmの円柱の形状のアルミナ製セラミックを実施例1と同様の方法で準備した。上記枠体2の対象面の面積は40mm2、sの値は1.75mmである。
ガラスペーストの塗布形状は、図4(b)における最も太い部分の中心点Dから最短の塗布層3の周縁点E及び点Fまでの距離tの値は0.9mm、塗布層3の面積は接合対象面の面積の35%であった。
得られたセラミックパッケージのガラス層3の接合面を実施例1と同様にして観察した。その結果、極めて微小な気泡が極わずかに観察されるのみで、ガラス層3におけるtの値は1.05mm、ガラス層3の面積は接合対象面の面積の48%であった。
実施例1と同一の条件で基体1と枠体2を準備し、基体1の接合対象面にガラスペーストを塗布し、該ガラスペーストを塗布した基体1を150℃で20分間乾燥した。ガラスペースト乾燥物が固着した基体1の上に、該ガラスペースト固着物を挟むようにして枠体2を重ね合せ、位置決め治具で基体1と枠体2を固定してした状態で850℃で10分で焼成を行った。
基体1として厚み5mm、縦横20mm×20mmの形状のアルミナ製のセラミック、
枠体2として、図5に示した形状の如く、厚み10mm、一辺が15mmの四角柱で中心部を内径10mmの円柱形の貫通孔を有する形状のアルミナ製セラミックを実施例1と同様の方法で準備した。上記枠体2の接合対象面の面積は146mm2、sの値は2.3mmである
ガラスペーストの塗布面3の1つの円の中心点Dから最短の塗布層3の周縁までの距離tの値は0.7mm、塗布層3の全面積は接合対象面の面積の34%であった。
得られたセラミックパッケージのガラス層3の接合面を実施例1と同様にして観察した。その結果、極めて微小な気泡が極わずかに観察されるのみで、ガラス層3におけるtの値は0.77mm、ガラス層3の面積は接合対象面の面積の41%であった。
実施例1と同一の基体1と枠体2を準備し、基体1の接合対象面の全面にガラスペーストを塗布し、以下例1と同一の方法でセラミックパッケージをえた。上記枠体2の対象面の面積は37mm2、s及びtの値は1.75mm、塗布層3の面積は接合対象面の面積の100%である
基体1として厚み3mm、縦横13.0mm×13.0mmの形状のアルミナ製のセラミック、
枠体2として外径13.0mm、内径7.0mm、高さ3.0mmの円柱の形状のアルミナ製セラミックを実施例1と同様の方法で準備した。上記枠体2の対象面の面積は94mm2、sの値は3.0mmである
ガラスペーストを塗布した形状は環状となっており、外径が11.5mm、内径が7.5mm、tの値は2.0mm、塗布層3の面積は接合対象面の面積の63%であった。
得られたセラミックパッケージのガラス層3の接合面を実施例1と同様にして観察した。その結果、多数の気泡が確認され、ガラス層3におけるtの値は2.2mm、その面積は約64mm2で、接合対象面の面積の68%であった。
2 枠体
2a 枠体の底面
3 ガラスペースト(接合剤)の塗布層、乾燥焼成後はガラス層(接合層)
4 電子素子
5 配線導体
6 ボンディングワイヤー
A 接合対象面中の点であって、接合対象面の周縁までの最短距離が最大である点
B、C、G 接合対象面の周縁上の点であって、点Aから最短距離である点
D 塗布層3(乾燥焼成後はガラス層3)中の点であって、塗布層3の周縁までの最短距離が最大である点
E、F 塗布層3の周縁上の点であって、点Dから最短距離である点
s
点Aから接合対象面の周縁までの最短距離
t
点Dから塗布層3の周縁までの最短距離
Claims (7)
- 基体と、貫通孔を有する枠体をガラスペーストで接合するセラミックパッケージの製造方法であって、
該基体と該枠体との接合対象面は、該接合対象面の周縁までの最短距離が1.5mm以上である点を有し、
且つ、該基体若しくは該枠体のいずれかの接合対象面に、塗布層中のいずれの点も該塗布層の周縁までの最短距離が1.0mm以下である状態にガラスペーストを塗布する工程を含み、
該ガラスペーストの塗布面積が該接合対象面の30〜70%である
ことを特徴とする電子部品収納用セラミックパッケージの製造方法。 - 上記ガラスペーストの塗布形状が環状である請求項1に記載の電子部品収納用セラミックパッケージの製造方法。
- 上記塗布する工程の後に、上記基体と枠体とを塗布されたガラスペーストの塗布層を挟んで重ね合せる工程、
該重ね合わせる工程の後に、重ね合わされた状態で塗布されたガラスペーストの塗布層を乾燥させる工程、
該乾燥させる工程の後に、焼成する工程
を含む
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電子部品収納用セラミックパッケージの製造方法。 - 基体と、貫通孔を有する枠体がガラス層で接合されたセラミックパッケージであって、
該基体と該枠体との接合対象面は、該接合対象面の周縁までの最短距離が1.5mm以上である点を有し、
且つ、該ガラス層中のいずれの点も該ガラス層の周縁までの最短距離が1.2mm以下であり、
該ガラス層の接合面積が該接合対象面の30〜85%である
ことを特徴とする電子部品収納用セラミックパッケージ。 - 上記ガラス層の平面形状が環状である請求項4に記載の電子部品収納用セラミックパッケージ。
- 基体と、貫通孔を有する枠体がガラス層で接合されたセラミックパッケージであって、
該基体と該枠体との接合対象面は、該接合対象面の周縁までの最短距離が1.5mm以上である点を有し、
且つ、該ガラス層中のいずれの点も該ガラス層の周縁までの最短距離が1.2mm以下であり、
該ガラス層の接合面積が該接合対象面の30〜85%である
セラミックパッケージに発光素子が搭載された発光装置。 - 上記ガラス層の平面形状が環状である請求項6に記載の発光装置。
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