JP5894047B2 - 電子部品収納用パッケージ - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品が搭載される部位、および電子部品と電気的に接続される部位を有する電子部品収納用パッケージに関するものである。
半導体素子や容量素子等の電子部品が収容される電子部品収納用パッケージとして多用されているものは次のような構造である。
すなわち、セラミック焼結体等からなる絶縁基板の上面に、電子部品が収容される凹状の収納部が設けられ、この収納部内に、電子部品が電気的に接続される接続パッドが設けられている。絶縁基板は、電子部品の搭載部を有する平板状の部分と、平板状の部分の上面に搭載部を取り囲んで積層された枠状の部分とを含んでいる。平板状の部分と枠状の部分により、電子部品の収納部が形成されている。
この枠状部の上面に接続パッドが設けられている。電子部品と接続パッドとの電気的な接続は、通常、ボンディングワイヤを介して行なわれている。また、電子部品は、有機樹脂接着剤等の接合材を介して搭載部に接合されて固定されている。
接続パッドは、例えば絶縁基板の内部に設けられた配線導体を介して絶縁基板の下面等の外表面に電気的に導出されている。搭載部に搭載されて接続パッドと電気的に接続された電子部品は、配線導体を介して絶縁基板の外表面に電気的に導出される。
特開2000−260915号公報 特開2000−340896号公報
上記従来の技術においては、電子部品を搭載部に接合する接合材が、搭載部から枠状部の側面を経て枠状部の上面まで広がる可能性があるという問題点があった。接合材が枠状部の上面まで広がると、この上面に設けられた接続パッドの一部または全部が接合材で覆われて、接続パッドに対するボンディングワイヤ等の接続が妨げられる可能性がある。
本発明は上記従来の技術の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、電子部品を搭載部に接合する接合材が枠状部の上面まで広がることが効果的に抑制された電子部品収納用パッケージを提供することにある。
本発明の一つの態様の電子部品収納用パッケージは、電子部品の搭載部を含む上面を有する平板部と、該平板部の上面に、前記搭載部を取り囲むように積層された枠状部と、該枠状部の上面に設けられた接続パッドとを備えており、前記枠状部は、内側面に凹部を有しているとともに、前記枠状部の前記内側面の表面粗さが、前記枠状部の前記凹部内の表面粗さよりも大きいことを特徴とする。
本発明の一つの態様の電子部品収納用パッケージによれば、枠状部が内側面に凹部を有していることから、搭載部に電子部品が接合されるときに用いられる接合材が搭載部から
枠状部の内側面にかけて広がったとしても、その接合材が凹部内に溜まる。そのため、接合材が枠状部の上面にまで広がることは抑制される。そして、枠状部の内側面の表面粗さが、前記枠状部の前記凹部内の表面粗さよりも大きいことから、流動性を有する状態の接合材が枠状部の内側面に沿って濡れ広がることが効果的に抑制されるとともに、枠状部の内側面から凹部内に接合材が入り込んだときには、接合材が凹部の内側まで容易に広がるので、凹部内において、接合材の溜まりが容易に形成され、枠状部の上面への接合材の広がりがより効果的に抑制され得る。したがって、電子部品を搭載部に接合する接合材が枠状部の上面まで広がることが効果的に抑制された電子部品収納用パッケージを提供することができる。
(a)は本発明の実施形態の電子部品収納用パッケージを示す平面図であり、(b)は(a)のA−A線における断面図である。 図1に示す電子部品収納用パッケージの斜視図である。 図1に示す電子部品収納用パッケージの変形例における要部を拡大して示す断面図である。 図1に示す電子部品収納用パッケージの他の変形例を示す斜視図である。 図1に示す電子部品収納用パッケージの他の変形例における要部を拡大して示す斜視図である。
本発明の実施形態の電子部品収納用パッケージを、添付の図面を参照して説明する。図1(a)は本発明の実施形態の電子部品収納用パッケージを示す平面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A線における断面図である。また、図2は、図1に示す電子部品収納用パッケージの斜視図である。
電子部品の搭載部1aを含む上面を有する平板部1と、平板部1の上面に積層されて搭載部1aを取り囲む枠状部2と、枠状部2の上面に設けられた接続パッド3とにより電子部品収納用パッケージ10が基本的に構成されている。
図1に示す例においては、枠状部2の上面に、さらに他の枠状部(封止用枠状部)4が積層されている。平板部1の上面と、枠状部2および封止用枠状部4とによって、電子部品5が収容される凹状の収納部(符号なし)が形成されている。搭載部1aに搭載された電子部品5が、ボンディングワイヤ6等の導電性接続材を介して接続パッド3に電気的に接続される。封止用枠状部4の上面に蓋体7が接合されれば、収納部内に電子部品5が気密封止されて電子装置が形成される。なお、図1(a)においては蓋体7を省略している。図2においては、電子部品5、ボンディングワイヤ6および蓋体7を省略している。
電子部品5としては、例えば、ICやLSI等の半導体集積回路素子、およびLED(発光ダイオード)やPD(フォトダイオード),CCD(電荷結合素子)等の光半導体素子、半導体基板の表面に微小な電子機械機構が形成されてなるマイクロマシン(いわゆるMEMS素子)等の種々の半導体素子が挙げられる。また、電子部品5は、圧電素子や容量素子、抵抗器等であってもよい。
電子部品5は、例えば半導体素子の場合であれば、シリコン等の半導体基板(符号なし)に所定の電子回路(図示せず)と、電子回路と電気的に接続された複数の電極(符号なし)とが設けられた構造である。
平板部1および枠状部2は、電子部品5を搭載し、気密封止するための絶縁基板(符号なし)を形成している。平板部1および枠状部2は、例えば酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体,ムライト質焼結体,ガラスセラミック焼結体等のセラミック焼結体によって形成されている。
平板部1および枠状部2を含む絶縁基板は、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素等の原料粉末を適当な有機バインダお
よび有機溶剤とともにシート状に成形した複数のセラミックグリーンシートを積層した後に焼成することによって製作されている。この場合、複数のセラミックグリーンシートの一部を、打ち抜き加工等の方法で枠状に成形して、枠状部2となる枠状のセラミックグリーンシートを作製する。枠状のセラミックグリーンシートを平板状のセラミックグリーンシートの上面に積層すれば、上面に凹状の収納部を有する絶縁基板を製作することができる。
なお、封止用枠状部4についても、枠状部2と同様の材料を用い、同様の方法で設けることができる。この場合、枠状部2となる枠状のセラミックグリーンシートよりも開口寸法が大きい枠状のセラミックグリーンシートを作製して、これを、枠状部2となるセラミックグリーンシート上に積層した後に、一体焼成する。
上記セラミックグリーンシートおよび枠状のセラミックグリーンシートは、それぞれ、平板部1または枠状部2を形成する絶縁層(図示せず)になる。平板部1および枠状部2は、それぞれ、1層の絶縁層のみからなるものでもよく、複数層の絶縁層が積層されてなるものでもよい。
枠状部2の上面に設けられた接続パッド3には、電子部品5の電極が電気的に接続される。接続パッド3は、電子部品5をマザーボード等の外部電気回路(図示せず)に電気的に接続させる導電路の一部である。接続パッド3と電子部品5との電気的な接続は、例えばボンディングワイヤ6等の導電性接続材を介して行なわれている。ボンディングワイヤ6の一端部が接続パッド3に接続され、他端部が電子部品5(電極)に接続されて、接続パッド3と電子部品5との電気的な接続が行なわれる。
ボンディングワイヤ6は、例えば金、アルミニウムまたはこれらの金属材料を主成分とする合金材料からなる。ボンディングワイヤ6は、例えば直径が20〜30μm程度の金属線である。
接続パッド3は、例えばタングステンやモリブデン,マンガン,銅,銀,パラジウム,金,白金等の金属材料からなる。このような金属材料は、例えばタングステンの場合であれば、タングステンの粉末を有機溶剤および有機バインダと混合して作製した金属ペーストを枠状部2となるセラミックグリーンシートの上面の所定位置にスクリーン印刷法等の方法で印刷して焼成する方法で、枠状部2の上面に被着されている。
接続パッド3は、例えば、枠状部2の上面における接続パッド3が設けられた部分から、平板部1の下面等の、絶縁基板における外表面にかけて形成された接続導体8を介して、電子部品収納用パッケージ10の外表面に電気的に導出されている。接続導体8の電気的に導出された部分が外部電気回路と電気的に接続されれば、ボンディングワイヤ6、接続パッド3および接続導体8を介して、電子部品5が外部電気回路と電気的に接続される。
図1に示す例において、接続導体8は、枠状部2の上面から平板部1の下面の外周部にかけて設けられた貫通導体(符号なし)と、絶縁基板の下面において貫通導体の下端面に接続して設けられた配線導体(符号なし)とによって構成されている。接続導体8は、絶縁基板の外側面に形成された側面導体(いわゆるキャスタレーション導体等)(図示せず)や、絶縁基板の内部に設けられた内部配線導体(図示せず)等を含んでいてもよい。接続導体8は、例えば接続パッド3と同様の金属材料を用い、同様の方法で設けることができる。
平板部1の上面の搭載部1aに電子部品5が搭載され、電子部品5(電極)が接続パッド3とボンディングワイヤ6を介して電気的に接続されて、電子部品5が、絶縁基板と接
続パッド3とを含む電子部品収納用パッケージ10に実装される。電子部品5は、例えば上記のように封止用枠状部4の上面に蓋体7が接合されることによって気密封止される。これにより、電子部品5が気密封止されてなる電子装置が形成される。
蓋体7は、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金等の鉄系合金や、銅等の金属材料または酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料、ホウケイ酸系ガラス、シリカガラス等のガラス材料、アクリル樹脂等の樹脂材料等によって作製されている。蓋体7は、金−スズろう材やはんだ等のろう材、ガラスまたは樹脂接着剤等の接合手段によって、絶縁基板に接合されている。
金属材料からなる蓋体7がろう材を介して封止用枠状部4の上面に接合される場合には、封止用枠状部4の上面にメタライズ層等の金属層(図示せず)があらかじめ被着されていることが好ましい。
なお、封止用枠状部4は必ずしも必要ではなく、例えば、枠状部2の上面の外周部に蓋体(図示せず)が接合されていてもよい。この場合、例えばその蓋体を介して隣り合う接続パッド3同士が電気的に短絡することを防ぐために、ガラス等の電気絶縁材料によって蓋体を形成したり、蓋体の下面の外周部に沿って凸部を設けて蓋体と接続パッド3との接触を防いだりすることが好ましい。
電子部品5は、例えば、エポキシ樹脂等の有機樹脂接着剤等の接合材9を介して搭載部1aに接合される。有機樹脂接着剤は、例えば銀等の金属粒子、またはセラミック粒子等の粒子をフィラーとして含んでいてもよい。
例えば、あらかじめ、搭載部1aまたは電子部品5の下面に接合材9として有機樹脂接着剤を層状の塗布しておき、画像認識装置等によって電子部品5を搭載部1aに位置合わせして載せ、有機樹脂接着剤を硬化させれば、電子部品5を搭載部1aに接着し、固定することができる。
実施形態の電子部品収納用パッケージ10において、枠状部2は内側面に凹部2aを有している。そのため、搭載部1aに電子部品5が接合されるときに用いられる接合材9が搭載部1aから枠状部2の内側面にかけて広がったとしても、その接合材9が凹部2a内に溜まる。これにより、接合材9が枠状部2の上面にまで広がることは抑制される。したがって、電子部品5を搭載部1aに接合する接合材9が枠状部2の上面まで広がることが効果的に抑制された電子部品収納用パッケージ10を提供することができる。
凹部2aは、例えば、枠状部2を枠状の絶縁層が3層積層されてなるものとしておいて、そのうち中央の1層の枠状の絶縁層の開口寸法(枠の内周の大きさ)を、上下の枠状の絶縁層の開口寸法よりも大きくする。上下の絶縁層の内側面と中央の絶縁層の内側面との間に段差部分が生じ、この段差部分が凹部2aになる。この場合、凹部2aの開口部分における高さ(凹部2aの上下方向の寸法)は、中央の絶縁層の厚みに相当する。また、凹部2aの深さ(平面透視における、凹部2aの開口から底部(開口と反対側の端部)までの距離)は、上記中央の絶縁層と上下の絶縁層との開口寸法の差に相当する。
また、凹部2aは、例えば上記枠状の絶縁層の内周の一部を切り欠いて設けることもできる。この切り欠いた部分が、枠状部2の内周における凹部2aになる。
また、凹部2aは、枠状部2となる枠状のセラミックグリーンシートまたはその積層体の内側面の一部を加圧して窪ませることによって設けることもできる。
凹部2aは、図1および図2に示す例では、枠状部2の内側面の幅方向に延びる溝状のものが一つ(一段に)設けられている。この場合には、枠状部2の内側面の幅方向の全周にわたって、枠状部2の上面に流れようとする接合材9を溜めることが可能な凹部2aが存在する。そのため、より効果的に、枠状部2の上面への接合材9の広がりが抑制された電子部品収納用パッケージ10とすることができる。
凹部2aの縦断面形状は、図1および図2に示す例では四角形状であるが、円弧状または楕円弧状でもよく、三角形状等でもよい。また、これらの形状であって辺の一部に凹凸を有するものや、これらの形状を組み合わせた形状等でもよい。
凹部2aは、接合材9の広がりを抑制する効果を考慮すれば、深いほど好ましい。ただし、凹部2aが深くなり過ぎると、枠状部2の機械的な強度が低くなる可能性がある。特に、凹部2aが、枠状部2の内側面の全周にわたる溝状のもののような、広い範囲で設けられるものであるときには、凹部2aの深さを深くし過ぎないことが好ましい。このような条件を考慮すれば、例えば、凹部2aが、枠状部2の内側面の全面にわたる溝状のものであり、縦断面形状が四角形状のものであるときには、その深さを約0.1〜0.25mm程度
とする。
また、凹部2aの高さは、上記のような絶縁層の厚み等の条件、または用いる接合材9の未硬化時の粘度および表面張力等の条件(つまり接合材9の流れやすさ)等に応じて、適宜設定すればよい。例えば、枠状部2の高さ(上下方向の寸法)が0.2〜0.8mm程度であり、絶縁層の厚みが0.1〜0.25mm程度の場合であれば、凹部2aが図1および図2に
示すような溝状のものであるとき、凹部2aの高さは、0.1〜0.4mm程度に設定すればよい。
凹部2aは、例えば枠状部2の内側面において上下方向に延びるような形態のものであると、接合材9が、凹部2aの内側面に沿って枠状部2の上面方向に広がる(例えば未硬化で流動性を有するときの接合材9の毛管現象による這い上がり等)可能性もある。そのため、凹部2aとしては、枠状部2の内側面において上下方向に延びるようなもの、例えば枠状部2の下端部から上端部にかけて延びる溝状のもの等は、避けるようにすることが望ましい。
なお、例えば凹部2aが上記のように溝状のものであるときに、その開口部等における高さが部分的に異なっていても構わない。例えば、枠状部2の上面のうち接続パッド3が設けられている部分に近い部分で凹部2aの高さが他の部分よりも高くなっていてもよい。また、凹部2aの深さについても同様に、例えば接続パッド3に近い部分等の一部における深さが、他の部分における深さよりも深くなっていてもよい。
凹部2aは、例えば図3に示すように、枠状部2の内側面の幅方向に延びる枠状のものが、複数設けられていてもよい。なお、図3は、図1および図2に示す電子部品収納用パッケージ10の変形例における要部を示す断面図である。図3において図1および図2と同様の部位には同様の符号を付している。
図3に示すように、溝状の複数の凹部2aが、上下に並んで設けられている場合には、接合材9を溜める部分が増えるため、接合材9が枠状部2の上面に広がることが、より効果的に抑制され得る。
溝状の複数の凹部2aは、例えば上記のように、枠状部2を形成する枠状の複数の絶縁層間の開口寸法の差を利用して凹部2aを設ける場合であれば、凹部2aの数に応じて絶縁層の層数を増やせばよい。
また、溝状の複数の凹部2aを設けるときに、複数の凹部2a同士は、高さおよび深さの少なくとも一方が互いに異なるものであってもよい。また、凹部2a間で互いに縦断面形状が異なっていてもよい。
また、凹部2aは、上記のように溝状のものでなくてもよい。図4に、その一例を示す。この場合でも、枠状部2の上面への接合材9の広がりを抑制する効果を期待することができる。なお、図4は、図1に示す電子部品収納用パッケージ10の他の変形例を示す斜視図である。図4において図1と同様の部位には同様の符号を付している。
図4に示す例においては、開口が長方形状の複数の凹部2aが、平面視で四角枠状の枠状部2の上面のうち接続パッド3が設けられた辺部分において、枠状部2の内側面に設けられている。また、枠状部2の上面のうち接続パッド3が設けられていない辺部分には凹部2aは設けられていない。この場合には、凹部2aを設ける加工(例えば上記のように枠状のセラミックグリーンシートの内周の一部を切り欠く加工)を最小限に留めることができる。そのため、例えば電子部品収納用パッケージ10としての生産性等も考慮すれば、この図4に示すような形態も有効である。
この場合、例えば図5に示すように、枠状部2の内側面の下端または平板部1の上面のうち露出している部分の外周部から凹部2aにかけて、溝状の補助凹部2bを設けてもよい。なお、図5は、図1に示す電子部品収納用パッケージの他の変形例における要部を拡大して示す斜視図である。図5において図1および図2と同様の部位には同様の符号を付している。
補助凹部2bによって、枠状部2の上面に広がろうとする接合材9を凹部2aの方向に誘導することもできる。この補助凹部2bは、接合材9が、枠状部2の内側面のうち凹部2aが設けられていない部分を伝って広がることをより効果的に抑制する上でも有効である。
平面視で四角枠状の枠状部2の上面のうち接続パッド3が設けられている辺部分のみにおいて枠状部2の内側面に凹部2aを設けるようなときにも、凹部2aを溝状としてもよい。
上記各形態の電子部品収納用パッケージにおいて、枠状部2の内側面の表面粗さが、その枠状部2の凹部2a内における表面粗さよりも大きい。れによって、次のような効果が得られる。
すなわち、枠状部2の表面について、その表面粗さが大きいほど撥液性が大きい。そのため、接合材9となるものとして用いられる、流動性を有する状態の有機樹脂接着剤等が枠状部2の内側面に沿って濡れ広がることが、より効果的に抑制される。
また、凹部2a内において枠状部2の表面粗さが比較的小さいため、凹部2a内においては接合材9(有機樹脂接着剤等)の濡れ性が比較的大きい。そのため、枠状部2の内側面から凹部2a内に接合材9が入り込んだときには、接合材9が凹部2aの内側まで容易に広がる。これにより、凹部2a内において、接合材9の溜まりがより容易に形成される。したがって、枠状部2の上面への接合材9の広がりが、より効果的に抑制され得る。
接合材9となる有機樹脂接着剤等に対する有効な撥液性を得る上で、枠状部2の内側面の表面粗さは、接触針による機械的な測定または原子間力顕微鏡による測定において、算術平均粗さ(Ra)で約5μm程度以上であることが望ましい。また、電子部品収納用パ
ッケージの生産性および経済性等も考慮すれば、5〜10μm程度の表面粗さであることがより望ましい。
また、接合材9の濡れ性を高く確保する上で、枠状部2の凹部2a内における表面粗さは、約1μm以下であることが望ましい。
枠状部2の表面粗さを、上記のように内側面で比較的大きくするとともに、凹部2a内で比較的小さくするには、例えば次のようにすればよい。すなわち、枠状部2となるセラミックグリーンシートの打ち抜き加工を行なう際に、打ち抜かれるセラミックグリーンシートの枠状の部分の内側面の大部分が破断面となるように打ち抜く。この枠状のセラミックグリーンシートの内側面が枠状部2の内側面になるようにすれば、枠状部2の内側面の表面粗さを比較的大きくすることができる。セラミックグリーンシートの枠状の部分の内側面の大部分が破断面となるように打ち抜くには、例えば、打ち抜き加工用の金型のうちせん断加工に有効な厚みをより小さくする。これによって、セラミックグリーンシートのうち、打ち抜き用の金型によってせん断される厚みをより小さく抑えて、打ち抜かれる部分の大部分が破断面となるようにすることができる。
また、打ち抜き加工時の打ち抜き速度、この時のセラミックグリーンシートの温度またはセラミックグリーンシートの弾性率等によって、枠状のセラミックグリーンシートの内側面のより広い範囲が破断面となるようにしてもよい。
また、枠状部2となるセラミックグリーンシートについて、その主面の表面粗さをより小さく抑えるようにするには、例えば、セラミックグリーンシートを成形する時の、有機溶剤、有機バインダまたは他の添加材(可塑剤等)、有機溶剤の除去速度等の条件を適宜調整すればよい。
また、枠状部2の内側面に疎水性材料(図示せず)が付着していてもよい。この場合には、疎水性材料によって、枠状部2の内側面における接合材9をはじく作用がより高められる。そのため、接合材9として用いられる、流動性を有する状態の有機樹脂接着剤等が枠状部2の内側面に沿って濡れ広がることが、より効果的に抑制される。なお、この場合、用いられる有樹脂接着剤が親水性のエポキシ樹脂等を主成分として含むものであることから、上記の効果が得られる。
また、凹部2a内においては疎水性材料が付着されていないので、凹部2a内においては接合材9(有機樹脂接着剤等)の濡れ性が比較的大きい。そのため、枠状部2の内側面から凹部2a内に接合材9が入り込んだときには、接合材9が凹部2aの内側まで効率よく広がる。凹部2a内において、接合材9の溜まりがより容易に形成される。したがって、この場合にも、枠状部2の上面への接合材9の広がりが、より効果的に抑制され得る。
疎水性材料としては、例えば、シリコンオイル等のオイルが挙げられる。また、疎水性材料は、炭化水素等の疎水性部分と、水酸基やアミノ基等の親水性部分とを含む界面活性剤であってもよい。この場合、界面活性剤のうち親水性部分が枠状部2の表面(内側面)に付着し、疎水性部分が表面側に位置する。その結果、枠状部2の内側面に疎水性材料としての、界面活性剤の疎水性部分が付着することになる。
このような疎水性材料は、例えばシリコンオイルの場合であれば、シリコンゴム等の基材(図示せず)にシリコンオイルを含浸させておいて、このシリコンゴムの表面を、枠状部2の内側面に押し当てるようにすればよい。シリコンゴムが押し当てられた枠状部2の内側面には疎水性材料としてシリコンオイルが付着する。また、シリコンゴムが入り込まない凹部2a内においては、シリコンオイルが枠状部2の表面に付着しない。
なお、シリコンゴム等の基材は、例えば枠状としておいて、平板部1の上面のうち電子部品の搭載部1aを除く範囲にも付着させるようにしてもよい。この場合には、平板部1の上面において、搭載部1aよりも外側に接合材9が広がることも抑制できる。
なお、本発明の電子部品収納用パッケージは、上記実施の形態に限らず、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、側面透視において、凹部2aが円形状または楕円形状等の形状であってもよい。
1・・・平板部
1a・・搭載部
2・・・枠状部
2a・・凹部
2b・・補助凹部
3・・・接続パッド
4・・・封止用枠状部
5・・・電子部品
6・・・ボンディングワイヤ
7・・・蓋体
8・・・接続導体
9・・・接合材
10・・・電子部品収納用パッケージ

Claims (3)

  1. 電子部品の搭載部を含む上面を有する平板部と、
    該平板部の上面に、前記搭載部を取り囲むように積層された枠状部と、
    該枠状部の上面に設けられた接続パッドとを備えており、
    前記枠状部は、その内側面に凹部を有しているとともに、前記枠状部の前記内側面の表面粗さが、前記枠状部の前記凹部内の表面粗さよりも大きいことを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
  2. 前記凹部は、前記枠状部の前記内側面の幅方向に延びる溝状のものであることを特徴とする請求項1記載の電子部品収納用パッケージ。
  3. 前記枠状部の前記内側面に疎水性材料が付着していることを特徴とする請求項1または請求項2記載の電子部品収納用パッケージ。
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