JP6077335B2 - 電子部品収納用パッケージおよび電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、放熱性に優れ、形状の狂いが少ない半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置に関する。

電子部品を収容する電子部品収納用パッケージ（以下、単にパッケージともいう）として、ネジで外部基板に固定するタイプのパッケージがある（例えば、特許文献１参照）。このような従来の電子部品収納用パッケージは、図４に示すように、４隅にネジ固定用の孔１０１ｂを有したネジ取付部１０１ａが基板１０１から延出するように設けられている。基板１０１の上面には、金属，絶縁体，または金属と絶縁体から成る枠体１０３が接合されている。

従来のパッケージは、このネジ固定用の孔１０１ｂにネジを挿通してネジ取付部１０１ａを外部回路基板に固定して用いることができる。ところが、基板１０１および枠体１０３等の材質が異なると、熱膨張係数が異なるため、温度変化によって基板１０１が反る場合がある。例えば、基板１０１と枠体１０３とをろう付けする場合、基板１０１と枠体１０３とをろう材が溶融する温度まで加熱し、その後常温まで冷却する。すると、常温になるまでの間の枠体１０３と基板１０１との熱膨張差によって、基板１０１と枠体１０３との間に熱応力歪が生じ、基板１０１が上に凸または下に凸に反る場合がある。

基板１０１が反ってしまうと、パッケージを外部回路基板にネジ固定するときに、パッケージの反りが無理に矯正されて、パッケージの一部にクラック等が生じ、パッケージの気密性が破れてしまう場合がある。または、基板１０１全体が外部回路基板に密着せず、パッケージから外部回路基板への放熱性が損なわれる場合がある。

このような熱膨張差に伴う歪を吸収させるために、特許文献１においては、基板１０１の下に基板１０１よりもヤング率の大きい第２の底板１０２を固定している。そして、基板１０１に生じる変形を第２の底板１０２によって拘束することによって、基板１０１が反らないようにしている。また、ネジ取付部１０１ａの下面には金属製のブロック板１０４を固定することにより、外部回路基板への放熱性を改善している。

特開２００２−１５８３９１号公報

しかしながら、上記従来のパッケージでは、基板１０１の下に第２の底板１０２およびブロック板１０４を固定していることから、底板１０２およびブロック板１０４に伴って生じる熱抵抗が加わることにより、パッケージの放熱性が低下するという問題点があった。

従って、本発明は上記従来の問題点に鑑み為されたものであり、その目的は、製造工程で生じるパッケージの熱応力歪を小さくすることができ、パッケージの放熱性の低下を抑制することが可能な電子部品収納用パッケージおよび電子装置を提供することにある。

本発明の一実施形態に係る電子部品収納用パッケージは、略四角形板状の上側主面に電子部品を載置するための載置部を有し、一辺の両端から延出させて設けられた第１ネジ取付部を有する金属製の第１基板と、略長方形板状の両短辺から延出させて設けられた第２ネジ取付部を有し、長辺が前記第１基板の前記一辺に対向する他辺に沿うように並べて配置された第２基板と、前記載置部を取り囲み、前記第１基板と前記第２基板との境界を覆うように前記第１基板および前記第２基板の上面に接合された枠体とを備えていることを特徴とする。

上記電子部品収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記第１基板と前記第２基板との境界に間隙が設けられていることを特徴とする。

上記電子部品収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記第１基板の前記他辺の中央部に突出する凸部を設け、前記第２基板の前記長辺には前記凸部に対応する凹部を設け、前記第１基板の凸部と前記第２基板の凹部とを嵌合させて配置していることを特徴とする。

上記電子部品収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記第１基板の前記一辺の上方に、光信号の入出力部が設けられていることを特徴とする。

本発明の電子装置は、上記構成の電子部品収納用パッケージと、前記載置部に載置された電子部品と、前記枠体の上面に前記枠体の内側を塞ぐように接合された蓋体とを具備したことを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る電子部品収納用パッケージは、略四角形板状の上側主面に電子部品を載置するための載置部を有し、一辺の両端から延出させて設けられた第１ネジ取付部を有する金属製の第１基板と、略長方形板状の両短辺から延出させて設けられた第２ネジ取付部を有し、長辺が第１基板の一辺に対向する他辺に沿うように並べて配置された第２基板と、載置部を取り囲み、第１基板と第２基板との境界を覆うように第１基板および第２基板の上面に接合された枠体とを備えていることから、製造工程で生じる第１基板と、第２基板および枠体との間に生じる熱応力歪を小さくすることができる。

上記電子部品収納用パッケージにおいて、第１基板と第２基板との境界に間隙が設けられている場合は、第１基板と第２基板との間で生じる熱応力を緩衝することができる。

上記電子部品収納用パッケージにおいて、第１基板の前記他辺の中央部に突出する凸部を設け、前記第２基板の前記長辺には前記凸部に対応する凹部を設け、前記第１基板の凸部と前記第２基板の凹部とを嵌合させて配置している場合は、第１基板の面積を大きくして放熱性をよくすることができる。

上記電子部品収納用パッケージにおいて、前記第１基板の前記一辺の上方に、光信号の入出力部が設けられている場合は、電子部品収納用パッケージを外部回路基板に固定する際に、光信号の入出力部と載置部との位置変動を少なくすることができる。

本発明の一実施形態に係る電子装置は、上記構成の電子部品収納用パッケージと、載置部に載置された電子部品と、枠体の上面に枠体の内側を塞ぐように接合された蓋体とを具備していることから、内部を気密に封止でき、放熱性に優れる電子装置とできる。

本発明の一実施形態に係る電子部品収納用パッケージおよび電子装置の実施の形態の一例を示す斜視図である。 上記電子部品収納用パッケージの分解斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る電子部品収納用パッケージを示す下面図である。 従来の電子部品収納用パッケージの例を示す斜視図である。

本発明の電子部品収納用パッケージおよび電子装置について以下に説明する。図１は本発明の電子部品収納用パッケージおよび電子装置の実施の形態の一例を示す斜視図、図２は図１の電子部品収納用パッケージを分解斜視図で示すものである。また、図３は電子部品収納用パッケージの実施形態の他の例を示す下面図である。

これらの図において、１は上面に電子部品４を載置するための載置部を有する第１基板、２は第１基板１の側面Ｓ２に沿うように第１基板に並べて配置された第２基板である。３は第１基板１の載置部を取り囲むとともに、第１基板１と第２基板２とが対向する境界部分を塞ぐようにこれらの上面に接合されている枠体である。

これら第１基板１と第２基板２および枠体３とで電子部品４を収納する電子部品収納用パッケージが構成される。また、第１基板１の載置部に電子部品４を搭載した後に、枠体３の上面に蓋体５を第１基板１と第２基板２および枠体３とから成る凹部を塞ぐように取着して電子部品４を封止することにより、本発明の一実施形態に係る電子装置が構成される。

第１基板１は、鉄（Ｆｅ）板，銅（Ｃｕ）板，アルミニウム（Ａｌ）板，ステンレス（ＳＵＳ）板，Ｃｕ−タングステン（Ｗ）複合体，Ｃｕ−モリブデン（Ｍｏ）複合体，Ｃｕ−ダイヤモンド複合体，Ｆｅ−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属から成る。第１基板１は、熱伝導性の高い材料から選ぶのが好ましい。また、第２基板２に対して熱膨張係数が近似したものであればさらによい。このような第１基板１は、第１基板１となる素材に切削加工やプレス加工等の金属加工を施すことにより、四角形状，長方形状等の所定の多角形平板形状に作製される。

第１基板１が熱伝導性の高い材料で作製されることにより、電子部品４の作動時に発生する熱を、電子部品４の載置部から第１基板１の厚み方向および面方向に速やかに伝えることができる。

第１基板１は、その一辺Ｓ１の両端に外側へ延出するように設けられた張出部が設けられる。張出部は中央部に貫通孔が形成されて成る第１ネジ孔１ａを有する第１ネジ取付部１ａとなる。なお、第１ネジ取付部１ａは、一辺Ｓ１と一辺Ｓ１に隣接する隣接辺Ｓ３，Ｓ４との両方に跨って設けられていても良いし、一辺Ｓ１の両端の隣接辺Ｓ３，Ｓ４側に設けられても良い。第１基板１は、図３に示すように、一辺Ｓ１と対向する他辺Ｓ２の中央部に突出させた凸部１ｃを有するものでもよい。凸部１ｃを設けると、第１基板１の面積が大きくなる分、第１基板１の放熱性が向上する。このように、第１基板１は厳密には四角形ではないが、全体的に四角形状を有した板状のものである。

第２基板２は、鉄（Ｆｅ）板，銅（Ｃｕ）板，アルミニウム（Ａｌ）板，ステンレス（ＳＵＳ）板，Ｃｕ−タングステン（Ｗ）複合体，Ｃｕ−モリブデン（Ｍｏ）複合体，Ｃｕ−ダイヤモンド複合体，Ｆｅ−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属から成る。このような第２基板２は、第２基板２となる素材に切削加工やプレス加工等の金属加工を施すことにより、四角形状，長方形状等の所定の多角形平板形状に製作される。

第２基板２は、図２に示すような細長い長方形状を有した板状のものである。また、両側の短辺には、両短辺から外側に延出して設けられた張出部を有する。張出部は貫通孔が形成されて成る第２ネジ孔２ｂが設けられて、第２ネジ取付部２ａとなる。第２ネジ取付部２ａは、第２基板２のもう一つの長辺側に設けられてもよい。第２ネジ取付部２ａは、第２ネジ孔２ｂにネジを固定するのに支障がないように、第２ネジ孔２ｂが第１基板１の幅よりも外側になるように両側短辺から延出させた部分に設けられる。

そして、第２基板２は、第２基板２の一つの長辺を第１基板１の他辺Ｓ２に隣合わせて並べ、１枚の板状になるように配置される。また、第２基板２の第１基板１に面する長辺は、第１基板１の他辺Ｓ２に嵌合する形状に形成される。例えば、第１基板１の他辺Ｓ２の面が直線状の平面である場合は、第２基板２の第１基板１に接する長辺の面もこれと対応するように直線状の平面に形成される。そして、第２基板２の長辺と第１基板１の他辺Ｓ２とは平行に配置される。

また、図３に示すように、他辺Ｓ２に凸部１ｃが設けられる場合、第２基板２には、凸部１ｃと対応する形状の凹部２ｃが設けられる。このような凹部２ｃを設けた場合、第２基板２の長辺に沿った幅が狭くなるため、第２基板２の長辺方向における可撓性をよくすることができる。そのため、上面に接合される枠体３に応力が生じ難いものとすることができる。

そして、第１基板１の凸部１ｃを第２基板２の凹部２ｃの内側に嵌合させるように配置する。これによって、第２基板２の長辺と第１基板１の他辺Ｓ２とは平行に配置される。

枠体３は、載置部を取り囲むように第１基板１および第２基板２の上面に配置されたものであり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属やＡｌ_２Ｏ_３質焼結体，ＡｌＮ質焼結体，３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックスや樹脂等から成る枠状の部材である。

なお、金属から成る場合、枠体３となる素材に切削加工やプレス加工等の金属加工を施すことにより、四角枠状等の所定の形状に製作される。セラミックスから成る場合、セラミックグリーンシート積層法等により、四角枠状等の所定の形状に作製される。また、樹脂から成る場合は、金型を用いた射出成形法等により、四角枠状等の所定の形状に製作される。

枠体３が金属製であると、金属から成る第１基板１および第２基板２にロウ材を介して接合するのが容易である。また、電子部品４を取り囲むように配置することによって、電子部品４への電気信号の干渉を低減することができる。

枠体３がセラミックスから成る場合、ロウ材による取着に際しては、枠体３の第１基板１および第２基板２と接する面にＷ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ａｇ等から成るメタライズ層や、Ｎｉ，金（Ａｕ）等のメッキ層から成る金属層が形成されるのがよい。この構成により、枠体３と第１基板１および第２基板２とにロウ材を介した気密信頼性の高い接合を実現できる。

枠体３はロウ材等の接合材を介して第１基板１および第２基板２の上面に取着される。このとき、第１基板１と第２基板２との繋ぎ目が枠体３の一部によって覆われて、第１基板１と第２基板２との境界部分が枠体３によって塞がれるように枠体３を接合する。すなわち、第１基板１と第２基板２との繋ぎ目の部分が、枠体３の下面の内周面と外周面との間に配置されるように第１基板１，第２基板２，枠体３の形状が決定される。例えば、図
３に示すように、第１基板１に凸部１ｃを設け、第２基板２に凹部２ｃを設ける場合、凸部１ｃの幅が枠体３の内周面の幅よりも広くなるように設定する。

または、図１，図２に示すように、枠体３の入出力端子３ａを形成する部分の幅を広くし、その下部に第１基板１と第２基板２との継ぎ目部が収まるような形状にする。

枠体３には電気信号を枠体３の内外に導通させるための入出力端子３ａが設けられる場合がある。枠体３が金属製の場合は、入出力端子３ａはセラミックス等の絶縁体を用いて構成される。枠体３がセラミックス等の絶縁体から成る場合は、入出力端子３ａが枠体３と一体に形成されたり、別体で形成したものを接合して一体にしたりして構成される。

そして、このような第１基板１と第２基板２とを並べて配置し、枠体３を第１基板１と第２基板２の上面に接合したパッケージとすることによって、第１基板１と枠体３との接合面積が小さくなる。その結果、パッケージの製造工程や電子装置の作動時における温度変化によって、枠体３と第１基板１との間に生じる熱膨張差に起因する熱応力歪を小さくすることができる。

なお、第１基板１と第２基板２とを隙間なく合わせて配置するよりも、図２，図３に示すように、これら第１基板１と第２基板２との間に間隙を設けるように配置するのが好ましい。間隙を設けることによって、パッケージの製造工程や電子装置の作動時の温度変化によって、第１基板１および第２基板２の熱膨張または熱収縮に起因して生じる第１基板１と第２基板２との間の相互作用が緩衝される。

また好ましくは、第１基板１の下面が、第２基板２の下面より下側になるように第１基板１および第２基板２の厚みを調整しておくのがよい。この構成により、電子部品収納用パッケージを外部電気回路基板に固定する際に第１基板１を外部電気回路基板またはヒートシンク等に密着させ易くすることができ、第１基板１に搭載される電子部品４から発生する熱を外部電気回路基板等に熱伝達させて外部に熱放散させることができる。

かくして、上述のパッケージによれば、第１基板１の載置部上に電子部品４をガラス，樹脂，ロウ材等から成る接着材を介して接着固定するとともに、電子部品４の各電極をボンディングワイヤ等の電気的接続手段を介して入出力端子３ａに電気的に接続し、しかる後に、樹脂や金属，セラミックス等から成る蓋体５を枠体３の上面に凹部を覆って塞ぐ。このようにして電子部品４を封止することによって製品としての電子装置となる。

本発明の一実施形態に係るパッケージは、ダイオード，トランジスタ，サイリスタ，トライアック，集積回路，電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ），圧電素子等の半導体能動素子、抵抗，コンデンサ，フィルタ，コイル等の受動素子、その他の電子部品４を収納するパッケージとして好適である。

また、半導体能動素子としてレーザダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子、フォトダイオード等の受光素子を収納する光半導体収容用パッケージとしても好適に用いることができる。

光半導体素子収容用パッケージとして用いる場合は、例えば、枠体３の一側壁に光信号の入出力部６が設けられる。光信号の入出力部６は、筒状の金属から成り、筒の内部に透明なガラス材等を接合して光信号を通過させるとともに気密封止性を有するもので、これを枠体３の貫通孔等に接合して設けたものである。

入出力部６は、好ましくは、図１，図２に示すように、第１基板１の一辺Ｓ１の上方に
位置する枠体３部分に設けるのがよい。一辺Ｓ１の両端に設けられて外部回路基板に固定される第１ネジ取付部１ａの間に入出力部６を固定することにより、入出力部６の位置が安定する。また、入出力部６および電子部品４の載置部が第１基板１上に配置されるため、入出力部６と電子部品４との位置関係を安定させることができる。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態例の平面図において、枠体３の外周面が枠体３の下面に設けられる第１基板１および第２基板２を並設した基板の外周面と同じである例を示しているが、枠体３の外周面が基板の外周面より内側に設けられる、または、基板の外周面よりも大きいものであってもよい。

また、上記実施の形態の説明において上下左右という用語は、単に図面上の位置関係を説明するために用いたものであり、実際の使用時における位置関係を意味するものではない。

１：第１基板
１ａ：第１ネジ取付部
１ｂ：第１ネジ孔
１ｃ：凸部
Ｓ１：一辺
Ｓ２：他辺
Ｓ３，Ｓ４：隣接辺
２：第２基板
２ａ：第２ネジ取付部
２ｂ：第２ネジ孔
２ｃ：凹部
３：枠体
３ａ：入出力端子
４：電子部品
５：蓋体
６：光信号の入出力部

Claims (4)

1. 略四角形板状の上側主面に電子部品を載置するための載置部を有し、一辺の両端から延出させて設けられた第１ネジ取付部を有する金属製の第１基板と、
   略長方形板状の両短辺から延出させて設けられた第２ネジ取付部を有し、長辺が前記第１基板の前記一辺に対向する他辺に沿うように並べて配置された第２基板と、
   前記載置部を取り囲み、前記第１基板と前記第２基板との境界を覆うように前記第１基板および前記第２基板の上面に接合された枠体とを備えており、前記第１基板の前記他辺の中央部に突出する凸部を設け、前記第２基板の前記長辺には前記凸部に対応する凹部を設け、前記第１基板の凸部と前記第２基板の凹部とを嵌合させて配置していることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
2. 前記第１基板と前記第２基板との境界に間隙が設けられてい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. 前記第１基板の前記一辺の上方に、光信号の入出力部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品収納用パッケージ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の電子部品収納用パッケージと、前記載置部に載置された電子部品と、前記枠体の上面に前記枠体の内側を塞ぐように接合された蓋体とを具備したことを特徴とする電子装置。

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