JP7142792B2 - 電子装置用蓋体、パッケージ、電子装置及び電子モジュール - Google Patents
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Description
本開示は、電子装置用蓋体、パッケージ、電子装置及び電子モジュールに関する。
マイクロフォン、圧力センサ、ガスセンサなど、気体が接触して機能する電子部品を備える電子装置がある。このような電子装置は、一般に電子部品がパッケージに収容され、パッケージに外気を通す貫通孔が設けられる。特開２０１２－９０３３２号公報には、基板上の素子を収容するカバーの天面に貫通孔を有するマイクロフォンが開示されている。
本開示の電子装置用蓋体は、
第１面から第２面を貫通する貫通孔を有する電子装置用蓋体であって、
前記貫通孔の貫通軸を含む断面において、
前記貫通孔に面する内壁に、長手方向が前記貫通軸に沿っている複数の長形粒子を有している。
第１面から第２面を貫通する貫通孔を有する電子装置用蓋体であって、
前記貫通孔の貫通軸を含む断面において、
前記貫通孔に面する内壁に、長手方向が前記貫通軸に沿っている複数の長形粒子を有している。
本開示のパッケージは、
電子部品が搭載される基体と、
前記基体に組み合わされる上記の電子装置用蓋体と、
を備える。
電子部品が搭載される基体と、
前記基体に組み合わされる上記の電子装置用蓋体と、
を備える。
本開示の電子装置は、
上記のパッケージと、
前記基体に搭載された電子部品と、
を備える。
上記のパッケージと、
前記基体に搭載された電子部品と、
を備える。
本開示の電子モジュールは、
モジュール用基板と、
前記モジュール用基板に搭載された上記の電子装置と、
を備える。
モジュール用基板と、
前記モジュール用基板に搭載された上記の電子装置と、
を備える。
以下、本開示の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１Ａは、本開示の実施形態の電子装置及び電子モジュールを示す平面図、図１Ｂは図１ＡのＡ－Ａ線における断面図である。図中、Ｚ方向により蓋体１０の厚み方向を示す。本実施形態の電子装置６０は、装置内に外気又は外気圧を導いて機能する装置であり、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）マイクロフォン、圧力センサ、ガスセンサ等である。電子装置６０は、気体と接触して機能する電子部品６１と、電子部品６１が収容されるパッケージ６２と、を備える。パッケージ６２は、電子部品６１が搭載される基体６３と、基体６３と組み合わされる蓋体１０とを有する。
蓋体１０は、図１において板状の形態を有するが、断面Ｃ字状のキャップ状の形態であったり、天板と天板の縁から下方へ延びる壁体とを含んだトレー状の形態など、電子部品６１を取り囲むパッケージ６２の一部を担う形態であればよい。
蓋体１０は、例えば窒化アルミニウムセラミックス、酸化アルミニウムセラミックス等のセラミック材料から構成される。セラミック材料は、セラミックスの原料粒子がバインダーを介して結び付いたグリーンシートを焼成することで得られてもよい。この場合、焼成によりバインダーが除去され、原料粒子同士が結合する。セラミック材料の断面を電子顕微鏡等で観察すると、原料粒子だった要素が粒子Ｒ（図２及び図４を参照）として識別できる。セラミック材料において、粒子Ｒの形状は原料粒子を選定することで制御でき、粒子Ｒの配向は焼成前の原料粒子の配向により制御できる。
蓋体１０は、第１面（内面）１０ａと第２面（外面）１０ｂとの間を通る貫通孔１００、１００ａ～１００ｃを有する。蓋体１０は１つの貫通孔１００を有してもよいし、複数の貫通孔１００、１００ａ～１００ｃを有してもよい。貫通孔１００、１００ａ～１００ｃ（の貫通軸Ａ０）は、蓋体１０の第１面１０ａ、第２面１０ｂ又はこれら両方にほぼ直交していてもよい。貫通孔１００の孔径は、１０～５０μｍであってもよく、図３及び図４の孔径は２５μｍである。以下、１つの貫通孔１００について説明するが、他の貫通孔１００ａ～１００ｃについても同様であってよい。
図２は、蓋体の要部断面に含まれる粒子を模式的に示した図である。図３は、蓋体の要部断面を示す画像図である。図４は、長形粒子の分布の一例を示す画像図である。図２から図４の断面、並びに、後述する図５Ａ、図６から図９の断面は、図１ＡのＡ－Ａ線における貫通孔１００の断面、すなわち貫通孔１００の貫通軸Ａ０（図２）を含む断面に相当する。貫通軸Ａ０は、貫通孔１００の第１面１０ａにおける開口の中心と、貫通孔１００の第２面１０ｂにおける開口の中心とを結んだ直線（中心軸）である。貫通軸Ａ０を含む断面とは、直線としての貫通軸Ａ０を厳密に含んだ幾何学的に厳密な断面に限られず、上記厳密な断面から一面側と反対面側とに貫通孔１００の径（幅）の１０%の幅（総合の幅は貫通孔１００の径（幅）の１／５）を持たせた範囲内を切断した断面を含むものとする。
蓋体１０は複数の粒子が結合して構成されており、貫通軸Ａ０を含む断面において、貫通孔１００の第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２には複数の粒子Ｒ、Ｒ１が存在する。断面において貫通孔１００に面する２つの内面が、第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２である。粒子Ｒ、Ｒ１の粒径は、例えば、貫通孔１００の孔径が２５μｍの場合、２～２０μｍであってもよい。このときの粒径は、各粒子Ｒ、Ｒ１の最大径であり、断面観察により得られるものであってよい。
第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２の粒子Ｒ、Ｒ１には、長手方向が貫通軸Ａ０に沿っている複数の長形粒子Ｒ１が含まれている。長形粒子Ｒ１は、短軸（短径）と長軸（長径）とを有し、長手方向（長径方向）を有する形状であり、アスペクト比が、例えば１．５以上のものである。長形粒子Ｒ１のアスペクト比は、最大径を長径として、この長径に直交する方向の最大径（長さ）を短径とした場合の、長径と短径の比（長径／短径）のことである。また、貫通軸Ａ０に沿っているとは、貫通軸Ａ０に対する長径方向の傾斜角が４５°以内であるということである。第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２には、このような長形粒子Ｒ１が複数個含まれているため、断面における第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２の長さのうちある程度以上を長形粒子Ｒ１が占めている。
長形粒子Ｒ１は、アスペクト比が２以上、かつ、貫通軸Ａ０に対する長手方向の傾斜角が４５°以内であり、長形粒子Ｒ１が、断面における第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２の長さのうち２０％以上を占めていてもよい。割合は、貫通軸Ａ０に平行な方向の長さの比率を示す。断面において内壁の或る割合を占めると言ったときには、一方と他方の両方の第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２についての総合の割合を意味する。なお、長形粒子Ｒ１が第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２を占める割合は、例えば４０％以上、６０％以上、８０％以上としてもよい。長形粒子Ｒ１が占める割合が高いと、後述するように貫通孔１００に沿った気流の乱れを抑制できるという利点が得られる。一方、貫通孔１００の内壁の脱粒を抑制するという観点からは、長形粒子Ｒ１が第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２を占める割合は、８０%以下がよい。長形粒子Ｒ１以外の粒子Ｒには、傾斜角が大きく（４５°より大きく）、内壁への食い込みが大きいことで脱粒しにくい粒子Ｒが含まれ、このような粒子Ｒが内壁に含まれることで、それに接する傾斜角の小さな長形粒子Ｒ１の脱粒も抑制できる。
図５Ａは、実施形態の貫通孔を気体が移動する際の作用を示す図である。図５Ｂは、比較例の貫通孔を気体が移動する際の作用を示す図である。図５Ａ及び図５Ｂ中、矢印太線により気体の流れを示す。比較例の貫通孔２００は、アスペクト比が２未満の粒子Ｒ、又は、上記の傾斜角が４５°より大きい粒子Ｒが、内壁Ｓ１１、Ｓ１２をほぼ占める構成を示す。図５Ａに示すように、上記のような長形粒子Ｒ１の分布及び割合によれば、図５Ｂの比較例に比べて、貫通孔１００の内面がなめらかになり、気体が貫通孔１００を移動する際、気流の乱れが抑制される。したがって、例えば、パッケージ６２の内外の気圧差が速やかに均衡するため、あるいは、パッケージ６２の内部へ外気が安定的に移動するため、気体に接触して機能する電子部品６１の動作精度が向上し、電子装置６０の精度の向上を図れる。
＜長形粒子の分布パターン＞
実施形態の貫通孔１００において、長形粒子Ｒ１は、第１内壁Ｓ１にも存在し、第２内壁Ｓ２にも存在してもよい。第１内壁Ｓ１のみに着目したときに、長形粒子Ｒ１が第１内壁Ｓ１の２０％以上を占め、かつ、第２内壁Ｓ２のみに着目したときにも、長形粒子Ｒ１が第２内壁Ｓ２の２０％以上を占めてもよい。なお、長形粒子Ｒ１が第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２の各々を占める割合は、例えば４０％以上、６０％以上、８０％以上としてもよい。また、貫通孔１００の内壁の脱粒の抑制という観点から、長形粒子Ｒ１が第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２の各々を占める割合は、８０%以下としてもよい。
実施形態の貫通孔１００において、長形粒子Ｒ１は、第１内壁Ｓ１にも存在し、第２内壁Ｓ２にも存在してもよい。第１内壁Ｓ１のみに着目したときに、長形粒子Ｒ１が第１内壁Ｓ１の２０％以上を占め、かつ、第２内壁Ｓ２のみに着目したときにも、長形粒子Ｒ１が第２内壁Ｓ２の２０％以上を占めてもよい。なお、長形粒子Ｒ１が第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２の各々を占める割合は、例えば４０％以上、６０％以上、８０％以上としてもよい。また、貫通孔１００の内壁の脱粒の抑制という観点から、長形粒子Ｒ１が第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２の各々を占める割合は、８０%以下としてもよい。
さらに、本実施形態においては、第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２に複数の長形粒子Ｒ１が連続する範囲が存在してもよい（分布パターン１；図２、図４の範囲Ｈ１を参照）。また、貫通孔１００の内壁（Ｓ１、Ｓ２）には、第１内壁Ｓ１の長形粒子Ｒ１（本開示の第１長形粒子に相当）と、第２内壁Ｓ２の長形粒子Ｒ１（本開示の第２長形粒子に相当）とが対向する部分を有してもよい（分布パターン２；図２、図４の範囲Ｈ２を参照）。
このような分布パターン１又は分布パターン２により、貫通孔１００の第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２のなめらかさが増し、貫通孔１００を気体が移動する際の気流の乱れがより抑制されるので、電子装置６０の精度をより向上できる。分布パターン１及び分布パターン２の両方が組み合わさると、気流の乱れを抑制する作用をより高めることができる。
＜先細り形状を有する長形粒子＞
図６は、特定形状粒子とその分布例を示す図である。図７は、特定形状粒子の一例を示す画像図である。
図６は、特定形状粒子とその分布例を示す図である。図７は、特定形状粒子の一例を示す画像図である。
本実施形態の蓋体１０において、貫通孔１００の第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２に位置する長形粒子Ｒ１の中には、図６及び図７に示すように、特定形状粒子Ｒ２が含まれていてもよい。特定形状粒子Ｒ２とは、先細り形状を有する粒子である。先細り形状とは、粒子Ｒの長手方向において先端、中腹、後端と長さで三等分したときに、先端と後端とが端に向かって漸次細くなる形状を意味する。
第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２に特定形状粒子Ｒ２が含まれることで、図６に示すように、第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２のなめらかさが増す。例えば、図６の太破線で示す部分の凹凸量が小さい。したがって、気体が貫通孔１００を移動する際の気流の乱れがより抑制されるので、電子装置６０の精度をより向上できる。上述した分布パターン１、分布パターン２又はこれら両方と、特定形状粒子Ｒ２を含む構成とが組み合わさることで、気流の乱れを抑制する作用をより高めることができる。
＜長形粒子の重複領域＞
実施形態の蓋体１０の貫通孔１００において、第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２のうち同一の内壁において互いに隣り合う長形粒子Ｒ１ａ、Ｒ１ｂには、長さ方向に重複領域Ｈ３（図４、図６を参照）を有する。重複領域Ｈ３は、貫通孔１００の貫通軸Ａ０（図１）を含む断面において、高い方から、一方の長形粒子Ｒ１ａの上端、他方の長形粒子Ｒ１ｂの上端、一方の長形粒子Ｒ１ａの下端、他方の長形粒子Ｒ１ｂの下端が、この順で並ぶときに、一方の長形粒子Ｒ１ａの下端の高さから他方の長形粒子Ｒ１ｂの上端の高さまでの領域に相当する。ここで、貫通軸Ａ０に平行な方向を高さ方向（上下方向）と見なしている。重複領域Ｈ３により、電子装置の製造中又は使用中における貫通項１００の内壁の脱粒を抑制することができる。脱粒の抑止により、第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２のなめらかさを維持できるので、気体が貫通孔１００を移動する際の気流の乱れの抑制を維持でき、電子装置６０の精度の向上を維持できる。重複領域Ｈ３は、長形粒子Ｒ１ａ、Ｒ１ｂの長手方向の長さの半分未満であってもよい。この場合、第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２の重複領域Ｈ３のなめらかさをより向上できる。
実施形態の蓋体１０の貫通孔１００において、第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２のうち同一の内壁において互いに隣り合う長形粒子Ｒ１ａ、Ｒ１ｂには、長さ方向に重複領域Ｈ３（図４、図６を参照）を有する。重複領域Ｈ３は、貫通孔１００の貫通軸Ａ０（図１）を含む断面において、高い方から、一方の長形粒子Ｒ１ａの上端、他方の長形粒子Ｒ１ｂの上端、一方の長形粒子Ｒ１ａの下端、他方の長形粒子Ｒ１ｂの下端が、この順で並ぶときに、一方の長形粒子Ｒ１ａの下端の高さから他方の長形粒子Ｒ１ｂの上端の高さまでの領域に相当する。ここで、貫通軸Ａ０に平行な方向を高さ方向（上下方向）と見なしている。重複領域Ｈ３により、電子装置の製造中又は使用中における貫通項１００の内壁の脱粒を抑制することができる。脱粒の抑止により、第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２のなめらかさを維持できるので、気体が貫通孔１００を移動する際の気流の乱れの抑制を維持でき、電子装置６０の精度の向上を維持できる。重複領域Ｈ３は、長形粒子Ｒ１ａ、Ｒ１ｂの長手方向の長さの半分未満であってもよい。この場合、第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２の重複領域Ｈ３のなめらかさをより向上できる。
さらに、重複領域Ｈ３を有する長形粒子Ｒ１ａ、Ｒ１ｂは、前述の特定形状粒子Ｒ２であってもよい。この場合、第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２の重複領域Ｈ３のなめらかさをより向上できる。
＜長形粒子の中央配置＞
図８は、中央配置された長形粒子を含んだ蓋体の要部断面を示す画像図である。図９は、中央配置された長形粒子の作用を説明する図である。
図８は、中央配置された長形粒子を含んだ蓋体の要部断面を示す画像図である。図９は、中央配置された長形粒子の作用を説明する図である。
本実施形態の貫通孔１００においては、縦断面における第１内壁Ｓ１、第２内壁Ｓ２又はこれら両方に、各内壁のＺ方向中央（貫通孔１００の中央Ｏ１と同じ高さの部位）を占める長形粒子Ｒ１ｃが含まれてもよい。あるいは、長形粒子Ｒ１の連なりＳＱＲ１ｃが各内壁のＺ方向中央を占めてもよい。
図９は、貫通孔１００の内壁が、微細な凹凸のない理想的ななめらかな面とした場合を想定している。この場合、貫通孔１００に流れる気体は、Ｚ方向（厚み方向）の中央部分ＯＨで最も均一な流れとなり、貫通孔１００の端に近づくほど開口部の影響を受けて、流れの均一さが低下する。したがって、仮に、貫通孔１００の第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２のＺ方向の全域に粗さがあって、各部の粗さが気体の流れに影響を与えたとしても、この影響は、元々流れの均一さが低い端の部分では目立ちにくく、流れが均一な中央部分ＯＨで目立つことになる。よって、貫通孔１００の内壁をなめらかにする効果は、理想的には流れが均一となる中央部分ＯＨにおいて、顕著に現れる。
したがって、Ｚ方向の中央を占める長形粒子Ｒ１ｃ又はその連なりＳＱＲ１ｃにより、貫通孔１００の第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２のうち最も効果的な部位がなめらかになる。したがって、気体が貫通孔１００を移動する際の気流の乱れを効果的に抑制でき、電子装置６０の精度の向上を図ることができる。
以上のように、本実施形態の蓋体１０によれば、多くの粒子が結合されている上記のセラミック材料から構成されるので、鉄などを素材とした場合と比較して、軽量化、高い剛性、低い熱膨張率及びコストの低減を図れる。また、基体６３がセラミック材料から構成される場合、基体６３と蓋体１０との熱膨張の差を小さくできる。さらに、本実施形態の蓋体１０によれば、貫通軸Ａ０を含む断面において、長手方向が貫通軸Ａ０に沿っている複数の長形粒子Ｒ１が第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２に位置するので、第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２をなめらかにすることができる。また、貫通孔１００の第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２のうち、アスペクト比が２以上、かつ、貫通軸Ａ０に対する傾斜角が４５°以内である長形粒子Ｒ１が占める長さ比率を２０％以上とすることで、第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２をよりなめらかにすることができる。貫通孔１００の第１内壁Ｓ１及び第２内壁Ｓ２がなめらかになることで、貫通孔１００を通過する気体の乱れを抑制し、電子装置６０の動作精度を向上できる。
なお、長形粒子Ｒ１の割合、分布パターン、先細り形状、中央配置及び複数の長形粒子Ｒ１ａ、Ｒ１ｂの重複領域Ｈ３は、或る一つの断面において、前述した内容が該当すれば、その断面の向きにおいて、前述した効果が奏される。前述した内容が該当する断面の向きが多ければ多いほど、様々な向きにおいて前述した効果が奏され、高い効果が得られる。
さらに、蓋体１０を含んだ本実施形態の電子装置６０、並びに、電子装置６０を搭載した本実施形態の電子モジュール８０によれば、蓋体１０の貫通孔１００、１００ａ～１００ｃの特性の改善により、動作精度の向上を図れる。図１に示したように、電子装置６０は、電子部品６１が搭載された基体６３に蓋体１０が接合されて構成される。基体６３は、例えば窒化アルミニウムセラミックス、酸化アルミニウムセラミックス等のセラミック材料から構成され、蓋体１０は接合材を介して基体６３に接合されてもよい。電子モジュール８０は、モジュール用基板８１に電子装置６０が実装されて構成される。モジュール用基板８１には、電子装置６０に加えて、他の電子装置、電子素子及び電気素子などが実装されてもよい。モジュール用基板８１には、電極パッド８２が設けられ、電子装置６０は電極パッド８２に半田等の接合材８３を介して接合されてもよい。
以上、本開示の実施形態について説明した。しかし、本開示の電子装置用蓋体、パッケージ、電子装置及び電子モジュールは上記実施形態に限られるものでない。例えば、電子装置は蓋体に貫通孔を有すれば、どのような電子部品が搭載されてもよい。また、蓋体の材料は、表面に粒子が位置する材料であれば、どのような材料であってもよい。
本開示は、電子装置用蓋体、パッケージ、電子装置及び電子モジュールに利用できる。
１０ 蓋体（電子装置用蓋体）
１０ａ 第１面
１０ｂ 第２面
６０ 電子装置
６１ 電子部品
６２ パッケージ
６３ 基体
８０ 電子モジュール
８１ モジュール用基板
１００、１００ａ～１００ｃ 貫通孔
Ａ０ 貫通軸
Ｓ１ 第１内壁
Ｓ２ 第２内壁
Ｒ 粒子
Ｒ１ 長形粒子
Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ 一部が重なった長形粒子
Ｒ１ｃ 蓋体厚み方向の中央に位置する長形粒子
ＳＱＲ１ｃ 蓋体厚み方向の中央に位置する長形粒子の連なり
Ｒ２ 特定形状粒子
Ｈ１ 長形粒子が連続する範囲
Ｈ２ 長形粒子が対向配置された範囲
Ｈ３ 重複領域
１０ａ 第１面
１０ｂ 第２面
６０ 電子装置
６１ 電子部品
６２ パッケージ
６３ 基体
８０ 電子モジュール
８１ モジュール用基板
１００、１００ａ～１００ｃ 貫通孔
Ａ０ 貫通軸
Ｓ１ 第１内壁
Ｓ２ 第２内壁
Ｒ 粒子
Ｒ１ 長形粒子
Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ 一部が重なった長形粒子
Ｒ１ｃ 蓋体厚み方向の中央に位置する長形粒子
ＳＱＲ１ｃ 蓋体厚み方向の中央に位置する長形粒子の連なり
Ｒ２ 特定形状粒子
Ｈ１ 長形粒子が連続する範囲
Ｈ２ 長形粒子が対向配置された範囲
Ｈ３ 重複領域
Claims (11)
- 第１面から第２面を貫通する貫通孔を有する電子装置用蓋体であって、
前記貫通孔の貫通軸を含む断面において、前記貫通孔に面する内壁に、長手方向が前記貫通軸に沿っている複数の長形粒子を有している、
電子装置用蓋体。 - 前記長形粒子は、アスペクト比が２以上、かつ、前記貫通軸に対する傾斜角が４５°以内であり、
前記貫通孔に面する内壁の長さのうち、複数の前記長形粒子が占める長さ比率が２０％以上である、
請求項１記載の電子装置用蓋体。 - 前記内壁における第１内壁及び第２内壁の両方に前記長形粒子が位置する、
請求項１又は請求項２に記載の電子装置用蓋体。 - 前記第１内壁に位置する前記長形粒子である第１長形粒子と、前記第２内壁に位置する前記長形粒子である第２長形粒子とが、対向している部分を有する、
請求項３記載の電子装置用蓋体。 - 前記内壁において、前記長形粒子が連続している部分を有する、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電子装置用蓋体。 - 前記長形粒子が、前記内壁における蓋体厚み方向の中央に位置する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電子装置用蓋体。 - 前記内壁に位置する、隣り合う前記長形粒子において、長さ方向に重複領域を有している、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電子装置用蓋体。 - 前記重複領域は、前記長形粒子の長さの半分未満である、
請求項７に記載の電子装置用蓋体。 - 電子部品が搭載される基体と、
前記基体に組み合わされる請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電子装置用蓋体と、
を備えるパッケージ。 - 請求項９記載のパッケージと、
前記基体に搭載された電子部品と、
を備える電子装置。 - モジュール用基板と、
前記モジュール用基板に搭載された請求項１０記載の電子装置と、
を備える電子モジュール。
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