JP7049141B2

JP7049141B2 - 電子部品用パッケージとその製造方法

Info

Publication number: JP7049141B2
Application number: JP2018040517A
Authority: JP
Inventors: 美鈴待井
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2022-04-06
Anticipated expiration: 2038-03-07
Also published as: JP2019160824A

Description

本発明は、電子部品用パッケージとその製造方法に関する。

高度情報化社会の到来に伴い、携帯電話の基地局やデータセンタにおいて大容量の光通信が普及している。そのような光通信においては、通信用パッケージに収納された光素子等の電子部品で光信号を送受信する。

通信用パッケージは、電子部品用パッケージの一例であって、電子部品を収容した有底の箱状の形態を有しており、その外形サイズを小さくすることにより配線基板上に通信用パッケージや他の電子部品を高密度に実装することができる。

特開２０１２－０９４６４１号公報特開２０１６－０８６１２６号公報特開平１１－１４５３１７号公報特開２００４－２３５３７９号公報特開２００２－０１６１６３号公報

一側面によれば、本発明は、小型化が可能な電子部品用パッケージとその製造方法を提供することを目的とする。

一側面によれば、電子部品が搭載される電子部品搭載領域を備えた底板と、前記電子部品搭載領域を囲うように前記底板の上に立設された枠体と、前記枠体の一部であって、前記電子部品と電気的に接続される配線層を有すると共に、前記底板の法線方向に延びる溝が外周側面に形成され、かつ前記溝の内面に前記配線層の端面が位置する端子部と、前記溝の内面に形成され、前記配線層の端面と接続された導体層と、前記端子部の側方から前記法線方向に向かって屈曲し、該屈曲した部位を前記溝に嵌入して前記導体層と電気的に接続されたリードと、前記導体層と前記リードとを接続するロウ材と、を有し、前記溝の内面は、前記法線方向と垂直な方向に湾曲する曲面であり、前記導体層は前記曲面に沿って形成され、前記導体層と前記リードとが前記溝の内側で接続された電子部品用パッケージが提供される。

一側面によれば、端子部の外周側面に溝を形成し、その溝にリードを嵌入するため、リードを固定するための土台となる突出部を端子部に設ける必要がなくなり、電子部品用パッケージの小型化が可能となる。

図１は、検討に使用した電子部品用パッケージの斜視図である。図２は、検討に使用した電子部品用パッケージの断面図である。図３は、検討に使用した電子部品用パッケージの端子部の断面図である。図４は、端子部に第１の突出部を設けずに、端子部の外周側面にリード７を接続した場合の断面図である。図５は、端子部に第１の突出部を設けずに、端子部の外周側面にリード７を接続した場合の端子部の側面図である。図６は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの斜視図である。図７は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの端子部の側面図である。図８は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの断面図である。図９は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの端子部の断面図である。図１０（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの製造途中の断面図（その１）である。図１１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの製造途中の断面図（その２）である。図１２は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの製造途中の断面図（その３）である。図１３は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの製造途中の断面図（その４）である。図１４は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの製造途中の断面図（その５）である。図１５は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの製造途中の平面図（その１）である。図１６は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの製造途中の平面図（その２）である。図１７は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの製造途中の平面図（その３）である。図１８は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの製造途中の斜視図（その１）である。図１９は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの製造途中の斜視図（その２）である。図２０は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの製造途中の斜視図（その３）である。図２１は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの製造途中の斜視図（その４）である。図２２は、リードを固定したときの本実施形態に係る端子部の断面図である。

本実施形態の説明に先立ち、本願発明者が検討した事項について説明する。

図１は、検討に使用した電子部品用パッケージの斜視図である。

この電子部品用パッケージ１は、底板２とその上に立設された枠体３とを有する。

このうち、枠体３は、底板２の上に固着された電子部品４を囲う枠状の部材であって、前枠部５と端子部６とを備える。電子部品４の種類は特に限定されないが、光信号や高周波信号を送受信する通信用のデバイスを電子部品４として使用する。

また、端子部６は、アルミナのグリーンシートと配線層との積層体を焼結してなり、複数のリード７が固定される。この例では、端子部６に各リード７を固定する部位を確保するために、各リード７の延在方向に突出した第１の突出部６ａを端子部６に設ける。そして、その第１の突出部６ａの上面に設けられた導電性の接続パッド１５と各リード７とをロウ付けにより接続する。

一方、前枠部５は、穴あけ加工が容易な金属を材料としており、開口部５ａが形成される。その開口部５ａを光信号や高周波信号が通ることで、これらの信号が電子部品４によって送受信されることになる。

なお、枠体３の上には、電子部品４を封止する際のカバーが固着されるシールリング８が設けられる。

図２は、この電子部品用パッケージ１の断面図である。

図２に示すように、端子部６は、電子部品４に向かって突出した第２の突出部６ｂを有する。そして、底板２には電子部品４が搭載される電子部品搭載領域Rが画定されており、電子部品４と第２の突出部６ｂとがボンディングワイヤ１１により接続される。

このような電子部品用パッケージ１によれば、リード７に各種の信号を供給することにより、これらの信号が端子部６とボンディングワイヤ１１とを介して電子部品４に供給され、電子部品４において光信号や高周波信号の送受信が行われる。

次に、端子部６にリード７を固定する方法について説明する。

図３は、端子部６の断面図である。

端子部６は、アルミナを材料とする複数のグリーンシートを焼結してなり、その内部に配線層１３を備える。また、第１の突出部６ａと第２の突出部６ｂの各々の上面には、タングステンを材料とするボンディングパッド１４と接続パッド１５とが設けられる。

これらのうち、ボンディングパッド１４は、前述のボンディングワイヤ１１に接続されるパッドである。そして、接続パッド１５は、各リード７が接続されるパッドである。なお、これらのパッド１４、１５は、端子部６に埋め込まれたモリブデンを材料とする導電性ビア１６によって配線層１３に接続される。

端子部６にリード７を固定するには、リード７の先端を銀ロウ等のロウ材９で接続パッド１５に接続すればよい。この例では、第１の突出部６ａがリード７を固定する土台となり、第１の突出部６ａの上面にリード７を接続するエリアを広く確保できる。

しかしながら、このように第１の突出部６ａを設けると、その突出量ΔZだけ電子部品用パッケージ１が大きくなってしまい、電子部品用パッケージ１の小型化を図るのが困難となる。

このような不都合を回避するために、以下のように端子部６に第１の突出部６ａを設けないようにすることも考えられる。

図４は、端子部６に第１の突出部６ａを設けずに、端子部６の外周側面６ｃにリード７を接続した場合の断面図である。

この場合は、外周側面６ｃに印刷法により導電層１７を形成し、その導電層１７にL字型のリード７をロウ材９で固定する。このような構造によれば、端子部６に第１の突出部６ａを設けない分だけ電子部品用パッケージ１を小型化することができる。

図５は、この場合の端子部６の側面図である。

図５に示すように、外周側面６ｃには、各リード７と同じピッチで導電層１７が複数形成される。

しかしながら、表面積が小さい外周側面６ｃに印刷法で精度良く導電層１７を形成するのは極めて難しく、隣接する導電層１７同士が電気的に接続されてしまい、電子部品用パッケージ１の歩留まりが低下してしまう。

以下、本実施形態について説明する。

（本実施形態）
本実施形態では、通信用パッケージ等の電子部品用パッケージについて説明する。

図６は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの斜視図である。

本実施形態に係る電子部品用パッケージ２１は、底板２２とその上に立設された枠体２３とを有する。

このうち、枠体２３は、底板２２の上に固着された電子部品２４を囲う枠状の部材であって、前枠部２５と端子部２６とを備える。電子部品２４の種類は特に限定されない。例えば、光信号や高周波信号を送受信する通信用のデバイスを電子部品２４として使用し得る。

また、端子部２６は、絶縁性のセラミックスを含むグリーンシートと配線層との積層体を焼結してなり、複数のリード２７が固定される端子台として機能する。グリーンシートを形成する絶縁性のセラミックスは特に限定されないが、この例ではそのセラミックスとしてアルミナを採用する。

図１の例とは異なり、本実施形態では端子部２６の外周側面２６ａに突出部を設けず、外周側面２６ａに形成された溝２６ｂにL字型のリード２７をロウ付けで固定する。

リード２７は、例えば直線状のリードの先端を折り曲げてL字状とされる。また、リード２７は金属からなる。その金属として、例えば鉄－ニッケル合金や、鉄－ニッケル－コバルト合金等がある。

一方、前枠部２５は、端子部２６よりも穴あけ加工が用意な金属の部材であって、開口部２５ａを有する。その開口部２５ａを光信号や高周波信号が通ることで、これらの信号が電子部品２４によって送受信されることになる。

なお、枠体２３の上には、電子部品２４を封止する際のカバーが固着されるシールリング２９が設けられる。

また、底板２２、前枠部２５、及びシールリング２９はいずれも金属からなる。その金属として、例えば、鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルト、モリブデン、及びタングステン等の単体の金属や、銅－タングステン合金、銅－モリブデン合金、及び鉄－ニッケル－コバルト合金等の合金がある。

図７は、端子部２６の側面図である。

図７に示すように、溝２６ｂは、間隔をおいて複数形成される。また、各々の溝２６ｂは、底板２２の法線方向nに沿って延びるように形成される。

各部の寸法は特に限定されず、この例ではリード２７の幅W1を０．１５mm程度とし、溝２６ｂの幅W2をこれよりも広い０．３mm程度とする。また、溝２６ｂの長さLは、例えば１．５mm程度である。

図８は、この電子部品用パッケージ２１の断面図である。

図８に示すように、端子部２６は、電子部品２４に向かって突出した突出部２６ｃを有する。底板２２には電子部品２４が搭載される電子部品搭載領域Rが画定されており、電子部品２４と突出部２６ｃとがボンディングワイヤ３１により相互に接続される。

図９は、端子部２６の断面図である。

端子部２６は、アルミナを材料とする複数のグリーンシートを積層して焼結してなる。そして、そのグリーンシートの層間に配線層３２が形成されており、更に突出部２６ｃの上面にはボンディングパッド３３が設けられる。

配線層３２とボンディングパッド３３は、いずれもタングステンを含む導電性ペーストを焼結してなる厚さが１５μm～３０μm程度の導電層である。また、端子部２６にはモリブデンを材料とする導電性ビア３６が埋め込まれており、その導電性ビア３６の上端３６ａがボンディングパッド３３に接続され、かつ導電性ビア３６の下端３６ｂが配線層３２に接続される。

更に、溝２６ｂの内面には配線層３２の端面３２ａが位置する。また、溝２６ｂの内面にはタングステン等の導体層３５が形成されており、その導電層３５と端面３２ａとが接続される。

そして、リード２７は、端子部２６の側方から法線方向nに平行な方向に屈曲し、該屈曲した部位を溝２６ｂに嵌入して固定される。固定の方法は特に限定されず、この例では銀ロウ等のロウ材２８で溝２６内の導電層３５にリード２７を固定し、これによりリード２７と配線層３２とを電気的に接続する。

そのリード２７に各種の信号を供給することにより、これらの信号が端子部２６とボンディングワイヤ３１を介して電子部品２４に供給され、電子部品２４において光信号や高周波信号の送受信が行われることになる。

以上説明した本実施形態によれば、端子部２６の外周側面２６ａに溝２６ｂを形成し、その溝２６ｂにリード２７を嵌入する。これにより、図１のような第１の突出部６ａを設けなくても端子部２６にリード２７を安定的に固定でき、電子部品用パッケージ２１の小型化が可能となる。

しかも、外周側面２６ａに溝２６ｂを設けたことで、ロウ材２８が溝２６ｂから溢れ出にくくなり、隣接するリード２７同士がロウ材２８を介して電気的にショートする危険性を低減できる。更に、リード２７を固定するのに十分なメニスカスがロウ材２８に形成されるようになり、端子部２６にリード１７を更に安定して固定することができる。

また、ボンディングパッド３３を横に延長して溝２６ｂに表出させるのではなく、この例のように配線層３２の端面３２ａを溝２６ｂに位置させることで、領域Sに別の配線層を形成することも可能となる。しかも、配線層３２の高さ位置を変えることで、溝２６ｂにおける端面３２ａの高さを変えることもできるため、電子部品用パッケージ２１の設計の自由度を広げることも可能となる。

次に、本実施形態に係る電子部品用パッケージ２１の製造方法について説明する。

図１０～図１４は、本実施形態に係る電子部品用パッケージ２１の製造途中の断面図であり、図１５～図１７はその平面図である。また、図１８～図２１は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの製造途中の斜視図である。

まず、図１０（ａ）に示すように、アルミナ紛体とバインダとを混練してなるスラリをシート状に成型し、それを所定の平面形状に整形することでグリーンシート４１を形成する。

図１５は、そのグリーンシート４１の全体平面図である。

図１５に示すように、グリーンシート４１は概略矩形状であって、端子部２６を切り出すときの単位となる製品領域Qを複数備える。

次に、図１０（ｂ）に示すように、パンチング加工によりグリーンシート４１にビアホール４１ａを形成する。そして、モリブデンを含む導電性ペーストをビアホール４１ａ内に充填し、その導電性ペーストを導電性ビア３６とする。

続いて、図１１（ａ）に示すように、グリーンシート４１の表面に印刷法で配線層３２を形成する。その配線層３２として、例えばタングステンを含む導電性ペーストをグリーンシート４１の表面に形成する。

次に、図１１（ｂ）に示すように、パンチング加工でグリーンシート４１に開口部４１ｂを形成することにより、枠体２３の内側に相当する部分のグリーンシート４１を除去する。また、これと同時に、配線層３２に重なる部分のグリーンシート４１にパンチング加工によりスルーホール４１ｃを形成する。

そして、タングステンを含む導電性ペーストをスルーホール４１ｃの内面に印刷し、当該内面に導電層３５を形成する。

図１６は、本工程を終了した後のグリーンシート４１の全体平面図である。

図１６に示すように、開口部４１ｂは平面視で矩形状であり、一部が製品領域Qからはみ出るように形成される。一方、スルーホール４１ｃは平面視で楕円状の形状を有する。

なお、スルーホール４１ｃの形状は楕円状に限定されず、平面視で円形となるようにスルーホール４１ｃを形成してもよい。

続いて、図１２に示すように、複数のグリーンシート４１を用意し、これらの各々の導電性ビア３６やスルーホール４１ｃ同士を重ねる。そして、この状態で各グリーンシート４１の各々を有機溶剤で接着し、各グリーンシート４１の積層体４９を得る。

なお、これらのグリーンシート４１のうち、最上層の導電性ビア３６が形成されるグリーンシート４１には、配線層３２に代えてボンディングパッド３３が形成される。

次に、図１３に示すように、積層体４９を１５００℃程度の温度で焼結させることにより、各グリーンシート４１同士を一体化させてなる端子部２６を形成する。その焼結の後の各グリーンシート４１の厚さは０．１５mm程度となり、配線層３２やボンディングパッド３３の厚さは１５μm～３０μm程度となる。

そして、図１４に示すように、切断線Lに沿ってダイシングソーで端子部２６の不要部分を切断し、端子部２６を複数個に個片化する。

その切断線Lはスルーホール４１ｃを通るように設定されており、これによりスルーホール４１ｃを切り欠いてなる溝２６ｂを形成することができる。

図１７は、端子部２６における切断線Lの位置を示す平面図である。

図１７の点線円内に示すように、この例では切断線Lに垂直な方向Mを長軸とする楕円形にスルーホール４１ｃを形成する。これにより、ダイシングソーを当てる位置が方向Mに沿って多少ずれても、スルーホール４１ｃにダイシングソーが当たる可能性が高まり、溝２６ｂを確実に形成することができる。

また、切断線Lは、矩形状の開口部４１ｂに重なるようにも設定されるため、切断後の端子部２６は平面視でコの字型となる。

図１８は、本工程で得られた端子部２６の斜視図である。

図１８に示すように、端子部２６の外周側面２６ａには複数の溝２６ｂが形成される。

これ以降の工程について、図１９～図２１を参照しながら説明する。図１９～図２１は、本実施形態に係る電子部品用パッケージの製造途中の斜視図である。

まず、図１９に示すように、ロウ材等で端子部２６に金属製の前枠部２５を接合することにより枠体２３を得る。その後、枠体２３の表面の必要部分にニッケル層と金層とをこの順にめっき法で形成する。

続いて、図２０に示すように、複数のリード２７の各々の端部２７ｘ同士が接続されたリードフレーム４１を用意し、複数のリード２７の各々を複数の溝２６ｂの各々に同時に嵌入する。

図２２は、本工程を終了したときの端子部２６の断面図である。図２２に示すように、本工程では溝２６ｂの内部に銀ロウ等のロウ材２８が供給される。これにより、そのロウ材２８によって導電層３５にリード２７が固定され、リード２７と配線層３２とが電気的に接続される。

このとき、本実施形態のように複数のリード２７の各々を同時に各溝２６ｂに嵌入することにより、各リード２７を個別に溝２６ｂに嵌入する場合よりも短時間で本工程を終了することができる。

次に、図２１に示すように、銅とタングステンとの合金を材料とする底板２２とシールリング２９の各々を枠体２３にロウ付けする。その後に、各リード２７の端部２７ｘを切り落とし、図６に示した本実施形態に係る電子部品用パッケージ２１の基本構造を完成させる。

以上説明した本実施形態に係る電子部品用パッケージの製造方法によれば、図２２に示したように、溝２６ｂにリード２７を固定する。これにより、溝２６ｂの外にロウ材２８が溢れ出にくくなり、隣接するリード２７同士がロウ材２８で電気的に短絡される危険性を低減できる。

１、２１…電子部品用パッケージ、２、２２…底板、３、２３…枠体、４、２４…電子部品、５、２５…前枠部、５ａ、２５ａ…開口部、６、２６…端子部、６ａ…第１の突出部、６ｂ…第２の突出部、６ｃ、２６ａ…外周側面、７、２７…リード、８、２９…シールリング、９、２８…ロウ材、１１、３１…ボンディングワイヤ、１３…配線層、１４…ボンディングパッド、１５…接続パッド、１６…導電性ビア、１７…導電層、２６ｂ…溝、２６ｃ…突出部、３２…配線層、３２ａ…端面、３３…ボンディングパッド、３５…導体層、３６…導電性ビア、４１…グリーンシート、４１ａ…ビアホール、４１ｂ…開口部、４１ｃ…スルーホール。

Claims

電子部品が搭載される電子部品搭載領域を備えた底板と、
前記電子部品搭載領域を囲うように前記底板の上に立設された枠体と、
前記枠体の一部であって、前記電子部品と電気的に接続される配線層を有すると共に、前記底板の法線方向に延びる溝が外周側面に形成され、かつ前記溝の内面に前記配線層の端面が位置する端子部と、
前記溝の内面に形成され、前記配線層の端面と接続された導体層と、
前記端子部の側方から前記法線方向に向かって屈曲し、該屈曲した部位を前記溝に嵌入して前記導体層と電気的に接続されたリードと、
前記導体層と前記リードとを接続するロウ材と、
を有し、
前記溝の内面は、前記法線方向と垂直な方向に湾曲する曲面であり、前記導体層は前記曲面に沿って形成され、前記導体層と前記リードとが前記溝の内側で接続された電子部品用パッケージ。
前記端子部は、
ボンディングパッドと、
前記法線方向に延びるように形成され、かつ上端が前記ボンディングパッドに接続された導電性ビアとを有し、
前記導電性ビアの下端と前記配線層とが接続されたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品用パッケージ。
前記溝は、前記外周側面に間隔をおいて複数形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品用パッケージ。
絶縁性のセラミックスを含むグリーンシートを形成する工程と、
前記グリーンシートの上に配線層を形成する工程と、
前記配線層に重なるスルーホールを前記グリーンシートに形成する工程と、
前記スルーホールの内面に、前記配線層と接続される導体層を形成する工程と、
各々の前記スルーホール同士が重なるように複数の前記グリーンシートを積層することにより、複数の前記グリーンシートの積層体を形成する工程と、
前記積層体を焼結する工程と、
前記焼結の後、前記スルーホールを通る切断線に沿って前記積層体を切断することにより、複数の前記スルーホールを切り欠いてなる溝を外周側面に備えると共に、前記溝の内面に前記配線層の端面と接続された前記導体層が露出した端子部を形成する工程と、
前記端子部の側方から前記グリーンシートの積層方向に向かって屈曲したリードを前記端子部の前記溝に嵌入して、前記リードと前記導体層とをロウ材で電気的に接続する工程と、
電子部品搭載領域を備えた底板の上に、前記端子部を一部に含む枠体を立設し、前記枠体で前記電子部品搭載領域を囲う工程と、
を有し、
前記溝の内面は、前記積層方向と垂直な方向に湾曲する曲面であり、前記導体層は前記曲面に沿って形成され、前記導体層と前記リードとが前記溝の内側で接続される電子部品用パッケージの製造方法。
平面視において、前記スルーホールは、円形、又は前記切断線に垂直な方向を長軸とする楕円形であることを特徴とする請求項４に記載の電子部品用パッケージの製造方法。
前記スルーホールを前記グリーンシートに形成する工程において、複数のスルーホールを前記グリーンシートに形成し、
前記端子部を形成する工程において、前記外周側面に前記溝を間隔をおいて複数形成し、
前記リードと前記導体層とを電気的に接続する工程において、複数の前記リードの各々の端部同士が接続されたリードフレームを用いることにより、複数の前記リードの各々を複数の前記溝の各々に同時に嵌入することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の電子部品用パッケージの製造方法。