JP6329238B2 - 素子収納用パッケージおよび実装構造体 - Google Patents

Description

本発明は、素子収納用パッケージおよび素子収納用パッケージを備える実装構造体に関する。

従来から、電子部品等の素子を枠体で取り囲んで封止するとともに、枠体の内側と枠体の外側とを電気的に接続するための入出力端子を備えた素子収納用パッケージが提案されている（例えば、特開平５−９０４３３号公報および特開２０１０−６２１８１号公報参照）。なお、入出力端子および枠体には、互いに電気的に絶縁する関係の材料が選択されている。

ところで、素子収納用パッケージは、素子が熱を大量に発生させることで、入出力端子と枠体とが熱膨張係数の違いに起因して枠体内の封止性が破壊される虞があり、如何にして枠体内の封止性を良好に維持できるかが課題となっている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、封止性に優れた素子収納用パッケージ、およびこの素子収納用パッケージを備える実装構造体を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る素子収納用パッケージは、上面に素子の実装領域を有する基板と、前記基板の上面に前記実装領域の外周を取り囲むように配置された、切欠きを有する枠体と、前記枠体の前記切欠きに挿通された、前記枠体の内外を電気的に接続する入出力端子とを備え、前記枠体は、４枚の板体からなり、４枚の前記板体は、それぞれの両端に、前記板体の外側主面、内側主面および端面を切り欠いた形状の凹部または前記板体の端面から外側主面および内側主面に沿った方向に突出した形状の凸部である嵌合部を有するとともに、それぞれの前記嵌合部同士の前記凹部および前記凸部が嵌合しており、前記凹部および前記凸部は接合材を介して接合され、嵌合された前記凹部および前記凸部の間には段差部が設けられ、該段差部に前記接合材のメニスカスが形成されており、４枚の前記板体のうち中央部に前記切欠きを有する前記板体は、両端において前記切欠きの側方を除いた部分に前記嵌合部を有し、前記嵌合部は前記凹部であることを特徴とする。

本発明の実施形態に係る実装構造体の一方向から見た斜視図である。 本発明の実施形態に係る実装構造体の他方向から見た斜視図である。 図２のＡ１部分を拡大した斜視図である。 本発明の実施形態に係る実装構造体の内部を示した平面図である。 本発明の実施形態に係る素子収納用パッケージの分解斜視図である。 図５の枠体の分解斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る素子収納用パッケージの要部を示す斜視図である。 図７のＡ２部分を拡大した拡大斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る素子収納用パッケージの要部を示す斜視図である。 図９のＡ３部分を拡大した拡大斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る素子収納用パッケージを示す斜視図である。 図１１の素子収納用パッケージからシールリングおよび入出力端子を外した状態の斜視図である。 図１２のＡ４部分を拡大した拡大斜視図である。

以下に図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態に係る素子収納用パッケージおよび実装構造体について説明する。

＜実装構造体＞
図１および図２は、本実施形態に係る実装構造体１を示す斜視図であって、両図面は見る方向が異なるものである。図３は、図２のＡ１部分である枠体の角部を拡大した図である。図４は、実装構造体の平面図であって、蓋体を取り外して枠体の内側を示した平面図である。図５は、素子収納用パッケージの分解斜視図であって、基板、入出力端子、枠体およびシールリングを示している。図６は、枠体の分解斜視図である。

実装構造体１は、例えば、テレビ等の家電機器、携帯電話またはコンピュータ機器、パワーデバイス等の電子機器、光通信機器や無線通信機器等の通信機器に搭載されるものである。特に、マイクロ波またはミリ波等の高周波で用いられる電子機器の高周波回路に適している。

図１および図２に示すように、実装構造体１は、素子収納用パッケージ２と、この素子収納用パッケージ２に実装される素子３とを備えている。

素子収納用パッケージ２は、例えば、半導体素子、光半導体素子、トランジスタ、ダイオードもしくはサイリスタ等の能動素子、または抵抗器、コンデンサ、太陽電池、圧電素子、水晶振動子もしくはセラミックス発振子等の受動素子からなる素子３が実装されている。

素子収納用パッケージ２は、上面に素子３の実装領域Ｒを有する基板４と、基板４の上面の実装領域Ｒの外周を取り囲む枠体５と、枠体５の内外に配置された入出力端子６とを備えている。

基板４は素子３および枠体５を支持する機能を有する。本実施形態の基板４は、平面視したときの形状が、長方形状である。基板４は、四隅に位置して外方に向かい延在した延在部４ａと、延在部４ａに設けられた上下方向を貫通した螺子孔４ｂと、基板４の長辺方向における延在部４ａ同士の間に位置し、基板４の上面の高さを低くした段差４ｃとが設けられている。

基板４は、外部の部材に対して、螺子孔４ｂにボルトや螺子を締めて固定することができる。また、段差４ｃの形状は、入出力端子６の下部のリード端子10が取着されない領域の形状と対応しており、入出力端子６を段差４ｃに対してろう材を介して強固に接続することができる。

基板４は、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケルまたはコバルト等の金属材料、もしくはこれらの金属材料を含有する合金材料、またはこれらの複合材料で形成できる。基板４は、熱伝導率を良好にして、実装領域Ｒに実装した素子３から発生する熱を効率良く基板４を介して外部に放散させることができる。なお、基板４の熱伝導率は、例えば、15Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上450Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。基板４のヤング率は、例えば、100ＧＰａ以上500ＧＰａ以下に設定されている。基板４の熱膨張係数は、例えば、５×10^−６／℃以上25×10^−６／℃以下に設定されている。

また、基板４は、溶融した金属材料を型枠に鋳込んで固化させたインゴットに対して、従来周知の圧延加工または打ち抜き加工等の金属加工法を用いることで、例えば板状等の
所定形状に製作される。なお、延在部４ａを除く基板４の長さは、例えば、長辺が10ｍｍ以上100ｍｍ以下であって、短辺が10ｍｍ以上100ｍｍ以下に設定されている。また、基板４の厚みは、例えば、0.3ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されている。

基板４の表面は、酸化腐食を抑制するために、電気めっき法または無電解めっき法を用いて、ニッケルまたは金等の金属層が形成されている。基板４の実装領域Ｒは、基板４の上面に枠体５を接続したときに、枠体５と接続されない領域である。すなわち、基板４の実装領域Ｒは、平面視して枠体５に重ならない領域である。

なお、本実施形態では、基板４の形状を長方形状としているが、素子３を実装することが可能であれば、長方形状に限らず、正方形状、多角形状または楕円形状等であってもよい。

素子３は、台座３ａ上に実装される。台座３ａは、素子収納用パッケージ２の内部の実装領域Ｒに配置されている。台座３ａは、素子３を実装するものであって、素子３の高さ位置を調整することができる。台座３ａは、絶縁材料からなり、台座３ａの上面に素子３と電気的に接続される電気配線が形成されている。

枠体５は、基板４の実装領域Ｒの外周を取り囲むように配置され、実装領域Ｒに実装する素子３を外部から保護する機能を有する。また、枠体５は、側面の一部に入出力端子６が挿通される切欠きＣが形成されている。すなわち、枠体５を構成する板体に切欠きＣが形成されている。この切欠きＣは、板体の上辺および下辺の一方にかかって形成されている。本実施形態では、切欠きＣは板体の下辺にかかっている。

枠体５は外形が矩形状、具体的には長方形状である。すなわち、枠体５は、平面視したときの形状が矩形形状、具体的には長方形状であるが、これには限定されない。すなわち、多角形状、円形状、楕円形状などであってもよい。

枠体５は、ろう材等の接合材を介して基板４にろう付けされる。なお、ろう材は、例えば、銀、銅、金、アルミニウムまたはマグネシウム等で形成され、ニッケル、カドミウムまたは燐等の添加物を含有させてもよい。

図５および図６に示すように、枠体５は４枚の板体からなる。４枚の板体は、それぞれの両端に嵌合部５ａ，５ｂを有している。４枚の板体のそれぞれの嵌合部５ａ，５ｂが互いに嵌合されることで、枠体５を形成している。

具体的には、嵌合部５ａ，５ｂは、４枚の板体のうち対向する２枚の板体の両端のそれぞれが凹部５ａであり、４枚の板体のうち対向する残りの２枚の板体の両端のそれぞれが凸部５ｂである。そして、４枚の板体は凹部５ａおよび凸部５ｂが嵌合している。そして、凹部５ａおよび凸部５ｂは、接合材を介して嵌合した状態で接合されている。すなわち、凹部５ａおよび凸部５ｂの間には接合材が介在しており、この接合材を介して凹部５ａおよび凸部５ｂは嵌合している。

また、枠体５は、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケルまたはコバルト等の金属材料、またはこれらの金属材料を含有する合金材料、もしくはこれらの複合材料で形成できる。

枠体５は、実装領域Ｒに素子３が実装されている状態で、素子３から発生する熱を効率良く枠体５の外部に発散させることができる。なお、枠体５の熱伝導率は、例えば、15Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上450Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。また、枠体５のヤング率は
、例えば、100ＧＰａ以上500ＧＰａ以下に設定されている。枠体５の熱膨張係数は、例えば、５×10^−６／℃以上25×10^−６／℃以下に設定されている。

平面視したときの枠体５の一辺の長さは、例えば、長辺が10ｍｍ以上100ｍｍ以下であ
って、短辺が10ｍｍ以上100ｍｍ以下に設定されている。また、平面視したときの枠体５
の内側から外側までの厚み幅は、例えば、0.3ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている。さ
らに、枠体５の上下方向の厚みは、例えば、４ｍｍ以上20ｍｍ以下に設定されている。

ここで、凹部５ａおよび凸部５ｂを接続する接合材のヤング率が、基板４のヤング率または枠体５のヤング率よりも小さくなるように、接合材の材料を選択できる。

入出力端子６にマイクロ波、ミリ波等の高周波を信号線路に伝送させた場合には、高周波に起因して信号線路から熱が発生することがある。また、実装構造体１を作動する際に素子３から熱が発生することがある。この熱によって基板４および枠体５が熱膨張を起こそうとする。

そこで、接合材のヤング率を、基板４または枠体５のヤング率よりも小さくすることで、基板４または枠体５の熱膨張による応力を接合材が変形することで緩和できる。その結果、基板４または枠体５から入出力端子６に加わる応力を低減することができ、入出力端子６にクラックが発生することを抑制することができる。なお、接合材のヤング率は、例えば、50ＧＰａ以上95ＧＰａ以下に設定されている。

ここで、枠体５の凹部５ａおよび凸部５ｂについて説明する。凹部５ａは、板体の端において、板体の外側主面、内側主面および端面を切り欠いた形状である。凹部５ａは、板体の端において、上下方向の中央部分に設けられている。また、凹部５ａは、枠体５を構成する４枚の板体のうち短辺に位置する板体に設けられている。凹部５ａの枠体５の長辺に沿った方向の大きさは、凸部５ｂの枠体５の長辺方向の大きさに相当し、例えば、0.3
ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている。また、凹部５ａの枠体５の短辺に沿った方向の大きさは、例えば0.3ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている。さらに、凹部５ａの上下方向
の大きさは、例えば、２ｍｍ以上18ｍｍ以下に設定されている。

また、凸部５ｂは、板体の端において、板体の端面から板体の外側主面および内側主面に沿った方向に突出した形状である。また、凸部５ｂは凹部５ａに嵌まるものである。凸部５ｂは、板体の端において、上下方向で中央部分に設けられている。また、凸部５ｂは、枠体５を構成する４枚の板体のうち長辺に位置する板体に設けられている。凸部５ｂの枠体５の長辺方向に沿った大きさは、凹部５ａの枠体５の長辺方向に沿った大きさに相当し、例えば、0.3ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている。凸部５ｂの枠体５の短辺方向に沿った大きさは、凹部５ａの枠体５の短辺方向の大きさに相当し、例えば0.3ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている。さらに、凸部５ｂの上下方向の大きさは、凹部５ａの上下方向の大きさに相当し、例えば、２ｍｍ以上18ｍｍ以下に設定されている。

凹部５ａおよび凸部５ｂは、枠体５の上下方向の中央部分に位置することで、枠体５としての強度を良好に維持することができる。仮に、凹部５ａおよび凸部５ｂが、枠体５の上部分または下部分に位置していた場合には、枠体５が外部からの力や熱応力を受けると、凹部５ａおよび凸部５ｂの嵌まり方に偏りが発生するため、凸部５ｂが凹部５ａから外れやすい。そこで、凹部５ａおよび凸部５ｂを枠体５の上下方向の中央部分に設けることで、凸部５ｂが凹部５ａから外れることを抑制し、枠体５が破壊されるのを抑制することができる。

また、凸部５ｂは枠体５の長辺に位置する板体に設けられ、凹部５ａは枠体５の短辺に
位置する板体に設けられることで、入出力端子６と基板４および枠体５との熱膨張差によって枠体５の長辺の端において上下方向に作用する力を、凹部５ａと凸部５ｂとの嵌合部５ａ，５ｂに沿って分散できる。すなわち、凸部５ｂを凹部５ａに嵌合することによって、枠体５の長辺の端における上下方向の移動が凹部５ａで拘束され、枠体５の長辺および短辺の接合部において上下方向に作用する力が低下する。その結果、枠体５の長辺と短辺との接合部における剥がれやクラックが抑制される。さらに、枠体５の長辺に位置する板体の端面は、凸部５ｂを挟んで上側および下側に位置する２箇所で、枠体５の短辺に位置する板体に接合されることから、枠体５の長辺に位置する板体と短辺に位置する板体との接合強度が確保され、反りや変形が大きくなりやすい枠体５の長辺方向の膨張や収縮による接合部のクラックや剥がれを抑制できる。

また、凹部５ａおよび凸部５ｂを接合する接合材の材料に、枠体５（板体）の材料に比べて高い熱伝導率を有する材料を選択できる。接合材の材料は、板体の材料に対応させて適宜選択すればよく、例えば、金、銀または銅などの金属材料で形成できる。

高周波に起因して信号線路から発生する熱および実装構造体１を作動する際に発生する素子３の熱は、枠体５の内側に籠りやすくなる。熱が枠体５の内側に籠ると素子３が高温になり、素子３が誤作動したり、破損したりする可能性がある。

そこで、凹部５ａおよび凸部５ｂを接合する接合材に、枠体５の材料に比べて高い熱伝導率を有する材料を採用してもよい。これによって、枠体５の内側に籠った熱が接合材を介して外部に放散されやすくなり、枠体５の内側の温度を低下させることで、素子３が誤作動したり、破損したりすることを低減することができる。

また、凹部５ａの内面および凸部５ｂの外面の間に接合材が介在していてもよい。

枠体５は４枚の板体を嵌合させてなるので、高周波に起因して信号線路から発生する熱および実装構造体１を作動する際に発生する素子３の熱によって、板体が熱膨張し、凹部５ａおよび凸部５ｂに応力が加わる可能性がある。応力が加わると、凹部５ａおよび凸部５ｂの間に隙間が発生したり、または凹部５ａおよび凸部５ｂの嵌合が外れ、素子収納用パッケージ２の封止性が低下する可能性がある。

そこで、凹部５ａの内面および凸部５ｂの外面の間に接合材を介在させることで、接合材によって凹部５ａの内面および凸部５ｂの外面に隙間が発生すること、ならびに凹部５ａおよび凸部５ｂの嵌合が外れることを低減でき、素子収納用パッケージ２の封止性の低下を抑制できる。

枠体５は、上面の高さ位置が同じ高さになるように、すなわち、上面の高さが一様になるように形成されている。枠体５は、４枚の板体からなり、凹部５ａおよび凸部５ｂを嵌めて接合材を介して固定されている。そして、別体の４枚の板体が一体となって枠体５として機能するが、さらに上下方向の厚みが全て同じになるように設定されることで、枠体５（板体）の上面でシールリング７を位置合わせしやすくなる。

また、枠体５では、枠体５の短辺に位置する板体に、外部に位置する光ファイバからの光を枠体５で囲まれる領域にまで通す光透過性部材５ｃが配置されている。光透過性部材５ｃは、例えば、レンズ、プラスチック、ガラスまたはサファイア基板等の透光性材料からなる。

枠体５は、枠体５の長辺に位置する板体に、切欠きＣが設けられている。本実施形態の切欠きＣは、枠体５の下部分から枠体５の中央部分にかけて形成されている。そして、切
欠きＣは段差４ｃと位置が対応するように設けられている。

切欠きＣは、上下方向の大きさは、例えば、１ｍｍ以上20ｍｍ以下に設定されている。切欠きＣは、枠体５の長辺に沿った方向の長さが、例えば、１ｍｍ以上20ｍｍ以下に設定されている。切欠きＣの枠体５の長辺に直交する方向の長さは、枠体５の内側から外側までの厚み幅に相当し、例えば、0.3ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている。

切欠きＣに挿通され、下部が段差４ｃに嵌められる入出力端子６は、複数の積層された誘電体層８と、誘電体層８内を通る信号線路９と、最下層に位置する誘電体層８の下面に延在された信号線路９と電気的に接続されるリード端子10とを備えている。そして、誘電体層８には、信号線路９に対応してグランド層が設けられており、信号線路９とグランド層とで高周波伝送路として機能する。

信号線路９は、所定の電気信号を伝達する機能を有している。信号線路９は、例えば、マイクロストリップ線路またはコプレーナ線路として用いる。信号線路９は、例えば、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケルまたはクロム等の金属材料からなる。信号線路９の線路幅は、信号線路９に伝わる信号の波長の４分の１以下であって、例えば、0.05ｍｍ以上0.5ｍｍ以下に設定されている。

信号線路９には、例えばろう材を介して、外部と接続するためのリード端子10が形成される。なお、リード端子は、外部の電子機器等と素子３とを電気的に接続するための部材である。

また、グランド層は、誘電体層８の下面の一部に形成されている。グランド層は、グランドなどの一定電位に設定されている。また、グランド層は、例えば、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケルまたはクロム等の金属材料からなる。基板４は、金属材料からなり、グランド層と基板４とは電気的に接続されている。

誘電体層８は、絶縁性の基板であって、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは窒化珪素等の無機材料、もしくはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはエチレン樹脂等の有機材料、もしくはアルミナまたはムライト等のセラミックス材料、もしくはガラスセラミックス材料などで形成できる。または、誘電体層８は、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料で形成できる。なお、誘電体層８の上下方向の厚みは、信号線路９に伝わる信号の波長の２分の１以下であって、例えば、１ｍｍ以上20ｍｍ以下に設定されている。

また、誘電体層８には、多数のフィラーが含有されていてもよい。誘電体層８が有機材料からなる場合には、誘電体層８にフィラーが含有されていることによって、誘電体層８の硬化前の粘度を調整することができ、誘電体層８の厚み寸法を所望の値に近づけることができる。フィラーは、球状であって、例えば、酸化珪素、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは水酸化アルミニウム等からなり、フィラーの径は、例えば、0.05μｍ以上６μｍ以下に設定されており、なお、入出力端子６の熱膨張係数は、例えば４×10^−６／℃以上10×10^−６／℃以下に設定されている。

また、誘電体層８に含有されるフィラーの比誘電率は、誘電体層８を構成する材料の比誘電率よりも小さく設定することができる。このように、誘電体層８の比誘電率よりも小さい低誘電率のフィラーとすることで、誘電体層８全体をさらに低誘電率化することができ、信号線路９に伝送される信号の伝送効率を向上させることができる。なお、フィラーは、絶縁性のフィラーとすることができる。フィラーを絶縁性とすることで、信号線路９に伝わる信号の特性インピーダンスへの影響を低減することができる。

リード端子10は、外部の電子機器等と素子３とを電気的に接続する機能を有する。リード端子10は、ろう材を介して入出力端子６の下面に形成された信号線路９と接続される。そして、信号線路９およびリード端子10が電気的に接続される。また、入出力端子６の下面には、複数の信号線路９が形成されており、複数の信号線路９同士は間を空けて配置されている。そして、隣接する信号線路９同士が電気的に絶縁されている。そして、それぞれのリード端子10をそれぞれの信号線路９に配置することで、隣接するリード端子10同士は、電気的に絶縁されている。なお、リード端子10は、導電材料からなり、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケルまたはコバルト等の金属材料、もしくはこれらの金属材料を含有する合金材料で形成できる。

リード端子10は、リード端子10の一端とリード端子10の他端との間でクランク状に折れ曲がっている。すなわち、リード端子10の下面の高さ位置が、入出力端子６を段差４ｃに嵌めた状態で基板４の下面の高さ位置と同じになるように、リード端子10が折れ曲がっている。そして、基板４とリード端子10の両方が、外部の基板に対して、平坦に実装することができる。そして、素子収納用パッケージ２は、外部の基板に対して固定する面積を増やしつつ、外部の基板に対して傾斜しないように接続することができる。その結果、素子収納用パッケージ２は、外部の基板に対して安定して強固に接続することができる。

枠体５の上面には、ろう材等の接合材を介してシールリング７がろう付けされる。なお、ろう材は、例えば、銀、銅、金、アルミニウムまたはマグネシウム等からなり、ニッケル、カドミウムまたは燐等の添加物を含有させてもよい。

シールリング７は、平面視したとき、基板４上に設けた枠体５と重なる枠状部材である。シールリング７は、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケルまたはコバルト等の熱伝導性の優れた緩衝材料からなる。

固形の接合材は、枠体５の上面に沿ってシールリング７と重なる箇所に設けられている。そして、接合材上にシールリング７を重ねて、シールリング７に熱を加えることで、接合材が溶けて、シールリング７と接続される。さらに、溶融した接合材が冷やされて固化することで、シールリング７が枠体５に固定される。このとき、溶融した接合材の一部は、枠体５の上面から枠体５の端に沿って流れ、４枚の板体の繋ぎ目にまで流れ込む。そして、枠体５の４つの角部において凹部５ａおよび凸部５ｂの境界に沿って流れ、凸部５ｂを凹部５ａに接続することができ、さらに流れた接合材が固化して凸部５ｂが凹部５ａに嵌合された状態で固定される。このように、別体としての４枚の板体からなる枠体５を凹部５ａおよび凸部５ｂの隙間に接合材を流し込んで、凹部５ａおよび凸部５ｂの隙間を塞ぐことで、枠体５の封止性を良好に維持することができる。

また、シールリング７上には、蓋体11が配置されている。蓋体11は、実装領域Ｒに素子３が実装された状態で、シールリング７上に配置されている。蓋体11は、基板４および枠体５で囲まれる空間を封止する機能を備えている。蓋体11は、例えばろう材を介して枠体５の上面にろう付けされる。なお、蓋体11は、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケルまたはコバルト等の金属材料、あるいはこれらの金属材料を含有する合金材料から成る。

実装構造体１では、素子収納用パッケージ２に、素子３を半田等のバンプを介してフリップチップ実装されている。ＩＣまたはＬＳＩ等の半導体素子を実装する場合、半導体素子の原料としては、例えば、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム砒素リン、窒化ガリウムまたは炭化珪素等から成るものを用いることができる。

本実施形態に係る素子収納用パッケージ２および実装構造体１では、両端に嵌合部５ａ，５ｂを有する４枚の板体がそれぞれの嵌合部５ａ，５ｂ同士で嵌合して枠体５を形成している。これによって、高周波に起因して信号線路から発生する熱および実装構造体１を作動する際に発生する素子３の熱で、基板４、枠体５および入出力端子６が熱膨張した場合でも、枠体５の上下方向に作用する力を嵌合部５ａ，５ｂに沿って分散できるので、枠体５および基板４の接合部に加わる応力を緩和でき、枠体５が基板４から剥離することを抑制することができる。その結果、枠体５内の封止性を良好に維持することができる。

また、入出力端子６の熱を、入出力端子６と直接接続される熱伝導性の優れた基板４に伝達することで、入出力端子６の温度が高温になるのを抑制できる。

本実施形態によれば、枠体５が破壊されるのを抑制することができ、ひいては枠体５内の封止性を良好に維持することができる。このようにして、封止性に優れた素子収納用パッケージ２および実装構造体１を提供することができる。

本発明は上述の実施の形態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において種々の変更、改良等が可能である。なお、上述した実施形態では、枠体５を構成するそれぞれの板体の両端の嵌合部５ａ，５ｂとしては、凹部５ａまたは凸部５ｂのどちらかしか存在しない構造としたが、これに限られない。枠体５は、板体の一端には凹部５ａが形成され、さらに板体の他端には凸部５ｂが形成されたものが４枚嵌合した構造であってもよい。

また、上記実施形態では、１枚の板体が一端に１つの嵌合部５ａ，５ｂを有しているが、これには限定されない。図７および図８は、本発明の参考例の実施形態に係る素子収納用パッケージ２を示している。この素子収納用パッケージ２では、４枚の板体がそれぞれの両端に複数の嵌合部５ａ，５ｂを有しており、４枚の板体は複数の嵌合部５ａ，５ｂ同士で嵌合している。嵌合部５ａ，５ｂを増やすことによって、板体同士の接合面積が増加するので、４枚の板体をより強固に固定することができ、枠体５の強度が向上する。

なお、４枚全ての板体の両端に複数の嵌合部５ａ，５ｂを設けなくてもよい。すなわち、４枚の板体のうち隣接する２枚の板体の少なくとも一端に複数の嵌合部５ａ，５ｂを設ければよい。

図９および図10は、本発明の他の実施形態に係る素子収納用パッケージ２を示している。本実施形態では、入出力端子６が挿通される切欠きＣが中央部に形成された板体は、凹部５ａを有している。この凹部５ａは、板体の両端における切欠きＣの側方を除いた部分に位置している。

入出力端子６が挿通される切欠きＣが板体に形成されることで、板体における切欠きＣの両側に位置する部分が変形しやすくなる。これに対して、板体の両端において、切欠きＣの側方を除いた部分に凹部５ａを形成することで、高周波に起因して信号線路から発生する熱および実装構造体１を作動する際に発生する素子３の熱によって、基板４、枠体５および入出力端子６が熱膨張し、板体における切欠きＣの側方の部分に応力が加わった場合でも、板体が変形することを低減できる。

また、図10に示すように、嵌合された凸部５ｂおよび凹部５ａの間に段差部を設けている。すなわち、嵌合される凹部５ａおよび凸部５ｂにおいて、凸部５ｂの一部が凹部５ａの外側に位置してもよいし、凹部５ａの大きさが凸部５ｂに比べて大きくてもよい。このようにして、段差部が形成されることで、嵌合された凸部５ｂおよび凹部５ａの間に、段差に沿って連続的に接合材のメニスカスが形成され、接合面積が増加し、嵌合部５ａ，５
ｂの接合強度を向上できる。

図11、図12および図13は、本発明の他の実施形態に係る素子収納用パッケージ２を示している。本実施形態では、４枚の板体のうち１枚の板体は、隣接する２枚の板体に向かって折れ曲がった複数の屈曲部５ｄを有している。さらに、この屈曲部５ｄは、矩形状の枠体５の角部に位置している。

高周波に起因して信号線路から発生する熱および実装構造体１を作動する際に発生する素子３の熱によって、基板４および枠体５が熱膨張した場合に、枠体５の４個の角部には応力が集中しやすい傾向にある。さらに、枠体５の角部に入出力端子６が配置されると、枠体５および入出力端子６の熱膨張差によって生じる応力も加わるので、枠体５の角部に応力がさらに集中しやすくなる。

これに対して、板体が隣接する板体に向かって折れ曲がった屈曲部５ｄを有しているとともに、屈曲部５ｄが枠体５の角部に位置することで、板体の嵌合部５ａ，５ｂが枠体５の角部となることを避け、板体の嵌合部５ａ，５ｂに応力が集中することを抑制できる。

さらに、図11、図12および図13に示すように、入出力端子６が挿通される切欠きＣを有する板体に屈曲部５ｄを設けることで、板体の嵌合部５ａ，５ｂが、入出力端子６が配置された枠体５の角部となることを避け、板体の嵌合部５ａ，５ｂに応力が集中することを抑制できる。

加えて、屈曲部５ｄを有する板体は、基板４の上面に安定して配置することができる。すなわち、屈曲部５ｄを有する板体は、板体の端部で屈曲部５ｄが支えとしても機能するので、基板４の上面に対して倒れにくくなることから、屈曲部５ｄを有する板体に他の板体の嵌合部５ａ，５ｂを安定して嵌合できる。

なお、本実施形態では、１枚の板体は両端部に１つずつ２つの屈曲部５ｄを有しているが、１つの屈曲部５ｄだけでもよい。また、１枚の板体が屈曲部５ｄを有しているが、複数の板体が屈曲部５ｄを有していてもよい。

また、図13に示すように、嵌合部５ａ，５ｂは、凹凸の当接面である凸部５ｂの外面および凹部５ａの内面に傾斜部５ｅを有していることが好ましい。これによって、嵌合部５ｂ，５ｃに加わる応力を傾斜部５ｅで分散することができる。

＜実装構造体の製造方法＞
ここで、図１または図２に示す実装構造体１および素子収納用パッケージ２の製造方法を説明する。

まず、基板４、枠体５、シールリング７、リード端子10および蓋体11のそれぞれを準備する。基板４、４枚の板体、シールリング７、リード端子10および蓋体11のそれぞれは、溶融した金属材料を型枠に鋳込んだ固化させたインゴットに対して、打抜き加工法および切削加工法などの金属加工法を用いることで、所定形状に製作される。ここで、枠体５の型枠は、凹部５ａまたは凸部５ｂが設けられる形状に製作するとともに、型枠から取り出す枠体５が所定形状となるように予め設定しておく。

次に、入出力端子６を準備する。ここでは、誘電体層８の材料が、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体またはムライト質焼結体等の場合の、入出力端子６の作製方法について説明する。

具体的には、誘電体層８の材料が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、先ず、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムまたは酸化カルシウム等の原料粉末に有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して泥漿状とする。そして、泥漿状の酸化アルミニウム質の材料をグリーンシートに成型して加工することで、焼結前の誘電体層８を作製することができる。

また、タングステンまたはモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して金属ペーストを得る。そして、準備した焼結前の誘電体層８に対して、例えばスクリーン印刷法を用いて、所定箇所に信号線路９となる金属ペーストパターンを形成する。次に、複数の前駆体の誘電体層８を積層して、約1600℃の温度で焼成した後に、誘電体層８の下面の信号線路９にリード端子10をろう材で接合することにより、セラミックスからなる入出力端子６を作製することができる。

そして、準備した基板４にろう材を介して枠体５を配置し、段差４ｃにろう材を介して入出力端子６を配置するとともに、枠体５の切欠きＣに入出力端子６を嵌める。さらに、枠体５の上面にろう材を介してシールリング７を配置する。そして、ろう材を溶融して、基板４、枠体５、入出力端子６およびシールリング７の間にろう材を流すとともに、枠体５の４個の角部の凹部５ａおよび凸部５ｂの隙間にろう材を流し込む。

そして、ろう材を冷却して基板４、枠体５、入出力端子６、シールリング７のそれぞれを接合するとともに、枠体５における４個の角部の隙間をろう材で塞いで枠体５の封止性を良好に維持する。このようにして、素子収納用パッケージ２を作製することができる。次に、素子収納用パッケージ２に半田を介して素子３を実装し、シールリング７に蓋体11をシーム溶接によって接合することで、実装構造体１を作製することができる。

１ 実装構造体
２ 素子収納用パッケージ
３ 素子
３ａ 台座
４ 基板
４ａ 延在部
４ｂ 螺子孔
４ｃ 段差
５ 枠体
５ａ 凹部（嵌合部）
５ｂ 凸部（嵌合部）
５ｃ 光透過性部材
５ｄ 屈曲部
５ｅ 傾斜部
６ 入出力端子
７ シールリング
８ 誘電体層
９ 信号線路
１０ リード端子
１１ 蓋体
Ｒ 実装領域
Ｃ 切欠き

Claims (7)

1. 上面に素子の実装領域を有する基板と、
   前記基板の上面に前記実装領域の外周を取り囲むように配置された、切欠きを有する枠体と、
   前記枠体の前記切欠きに挿通された、前記枠体の内外を電気的に接続する入出力端子とを備え、
   前記枠体は、４枚の板体からなり、４枚の前記板体は、それぞれの両端に、前記板体の外側主面、内側主面および端面を切り欠いた形状の凹部または前記板体の端面から外側主面および内側主面に沿った方向に突出した形状の凸部である嵌合部を有するとともに、それぞれの前記嵌合部同士の前記凹部および前記凸部が嵌合しており、
   前記凹部および前記凸部は、接合材を介して接合され、
   嵌合された前記凹部および前記凸部の間には段差部が設けられ、該段差部に前記接合材のメニスカスが形成されており、
   ４枚の前記板体のうち中央部に前記切欠きを有する前記板体は、両端において前記切欠きの側方を除いた部分に前記嵌合部を有し、前記嵌合部は前記凹部であることを特徴とする素子収納用パッケージ。
2. 請求項１に記載の素子収納用パッケージであって、
   前記嵌合部は、４枚の前記板体のうち対向する２枚の前記板体の両端において前記凹部であり、４枚の前記板体のうち対向する残りの２枚の前記板体の両端において前記凸部であることを特徴とする素子収納用パッケージ。
3. 請求項２に記載の素子収納用パッケージであって、
   前記枠体は外形が長方形状であって、前記凸部は前記枠体の長辺に位置する前記板体に設けられ、前記凹部は前記枠体の短辺に位置する前記板体に設けられていることを特徴とする素子収納用パッケージ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の素子収納用パッケージであって、
   前記枠体の上面に沿って連続したシールリングが配置されていることを特徴とする素子収納用パッケージ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の素子収納用パッケージであって、
   ４枚の前記板体のうち隣接する２枚の前記板体は少なくとも一端に複数の前記嵌合部を有しているとともに複数の前記嵌合部同士で接合していることを特徴とする素子収納用パッ
   ケージ。
6. 請求項１に記載の素子収納用パッケージであって、
   前記枠体は外形が矩形状であり、
   ４枚の前記板体のうち少なくとも一枚の前記板体は、隣接する前記板体に向かって折れ曲がった屈曲部を有し、
   前記屈曲部は、前記枠体の角部に位置していることを特徴とする素子収納用パッケージ。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の素子収納用パッケージと、
   前記素子収納用パッケージの前記実装領域に実装された素子とを備えたことを特徴とする実装構造体。

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