JP7242832B2 - 電気素子収納用パッケージおよび電気装置 - Google Patents
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Description
本開示は、電気素子収納用パッケージおよび電気装置に関する。
近年、電気素子収納用パッケージは、例えば、水晶振動子などに代表されるように、電気素子の小型化に伴い、ますます小型化・薄型化が進んでいる（例えば、特許文献１を参照）。
本開示の電気素子収納用パッケージは、底部基板と堤部と導体部とを有する。底部基板および堤部はセラミックスの一体物である。前記底部基板は、前記堤部に囲まれた領域が電気素子を搭載するための搭載部となっている。前記導体部は、第１導体、第２導体および第３導体を有している。前記第１導体は、一部が前記底部基板の前記搭載の表面に露出し、かつ前記底部基板内に埋設されている。前記第３導体は、少なくとも一部が前記堤部の上面に露出している。前記第２導体は、前記底部基板および前記堤部の内部に存在し、前記第１導体と前記第３導体とを電気的に接続している。
本開示の電気装置は、上記の電気素子収納用パッケージの底部基板上に電気素子を備えている。
特許文献１に開示された電気素子収納用パッケージは、底部基板に厚み方向に貫通する導体（ビア導体）を有する。底部基板に厚み方向に貫通する導体（ビア導体）が設けられている場合には、底部基板の底面に、導体との間で形成される界面が存在することになる。このため底部基板は、底面側から水分、ガスが浸入しやすい。
本開示は、小型化・薄型化が進んでも底部基板の底面から水分、ガスが浸入しにくい電気素子収納用パッケージを例示する。
以下、本開示は、実施形態の種々の電気素子収納用パッケージについて、図１～図７を基にした説明である。なお、本開示の一態様は、以下に記述する特定の実施形態に限定されるものではない。本開示の一態様は、添付の特許請求の範囲によって定義される総括的な概念の精神または範囲に沿ったものであれば、様々な態様を含むものとなる。
実施形態の一例として示す電気素子収納用パッケージＡは、底部基板１と、堤部３と、導体部５とを有する。底部基板１および堤部３はセラミックスの一体物である。底部基板１は電気素子の搭載部１ａｓを有する。電気素子の搭載部１ａは、底部基板１において、堤部３に囲まれた部分である。堤部３は、底部基板１の搭載部１ａｓを囲むように、底部基板１の周縁部１ｂ上に配置されている。以下では、図２に示すように、搭載部１ａｓが平坦である場合には搭載面１ａという場合がある。
導体部５は、第１導体５ａ、第２導体５ｂおよび第３導体５ｃを有する。第１導体５ａは、一部が底部基板１の搭載面１ａに露出している。第１導体５ａは、底部基板１内に埋設されている。第２導体５ｂは、底部基板１の内部に設けられている。第２導体５ｂは、底部基板１の内部において、第１導体５ａと電気的に接続されている。第２導体５ｂは、底部基板１から堤部３にかけて内部に配置されている。第２導体５ｂは、堤部３の内部においては高さ方向に向いている。第３導体５ｃは、堤部３の上面３ａに露出するように設けられている。第３導体５ｃは、堤部３の上面３ａ付近において第２導体５ｂと電気的に接続されている。第２導体５ｂは、底部基板１の内部において、第１導体５ａから搭載面１ａに沿う方向に延びている。
第１導体５ａは、導体５の中で、底部基板１の搭載面１ａに露出した部分である。第３導体５ｃは、導体５の中で、堤部３の上面３ａに露出した部分である。第２導体５ｂは、導体５の中で、第１導体５ａと第３導体５ｃとの間に設けられた部分である。第２導体５ｂは、底部基板１を断面視したときに、その幅が、底部基板１の搭載面１ａに露出した第１導体５ａの幅の１／２以下となっている部分である。第２導体５ｂは、堤部３を断面視したときに、その幅が、堤部３の上面３ａに露出した第３導体５ｃの幅の１／２以下となっている部分である。ここで、幅とは、搭載面１ａに沿う方向の長さのことである。
本開示の電気素子収納用パッケージＡによれば、底部基板１に厚み方向に貫通する導体５が設けられていないため、小型化・薄型化が進んでも底面１ｃから水分、ガスが浸入しにくい電気素子収納用パッケージを得ることができる。
この場合、底部基板１の厚み方向の大部分を占める第２導体５ｂの幅は第１導体５ａの同じ方向の幅よりも小さい。これにより底部基板１と第２導体５ｂとの間に発生する熱応力の影響を小さくすることができる。そして、底部基板１の厚みが薄い場合でも耐久性の高い電気素子収納用パッケージを得ることができる。特に、底部基板１がセラミックスによって形成されており、第２導体５ｂが金属によって形成されており、底部基板１と第２導体５ｂとの間で熱膨張係数およびヤング率は大きく異なってくるような場合に適している。
この場合、第１導体５ａおよび第３導体５ｃは、端子電極として機能する部分となる。電気素子としては、コンデンサ、高周波フィルタ、アクチュエータ、インダクタなどの電子部品の他、半導体素子、発光素子などを挙げることができる。これら端子電極および電気素子については、以下に示す電気素子収納用パッケージＢ～Ｄにおいても同じ構成、または同じ構成に近い構成が適用される。
電気素子収納用パッケージＡは、底部基板１の内部に設けられた導体（第１導体５ａおよび第２導体５ｂ）が、底部基板１の底面１ｃに達していない。電気素子収納用パッケージＡでは、底部基板１の底面１ｃは面全体が底部基板１の材料であるセラミックスで一体化したものになっている。底部基板１の厚みが薄い場合でも、底面１ｃおよびこれに近い部分は、底部基板１の材料であるセラミックスだけである。つまり、底部基板１の導体部５と底面１ｃとの間の部分はセラミックスと金属と言うような異種材料同士が接する境界が存在しない。これにより底部基板１の底面１ｃから水分、ガスが浸入する可能性をより低くすることができる。
また、図２に示した電気素子収納用パッケージＡは、第２導体５ｂが第１導体５ａの下面５ａｄから底部基板１の厚み方向の途中まで延びた構造である。第２導体５ｂは底部基板１の底面１ｃに近い内部で曲がり、続いて、底面１ｃに沿う方向に延びている。
ここで、電気素子収納用パッケージＡにおいて、第１導体５ａが露出した搭載面１ａの位置から底面１ｃまでの間隔を第１間隔ｔ0とする。第１間隔ｔ0は底部基板１の厚みに相当する。また、第１導体５ａが露出した搭載面１ａの位置から第２導体５ｂの下端５ｂｂの位置までの間隔を第２間隔ｔ1とする。第１導体５ａの表面は底部基板１の表面、つまり搭載面１ａの位置となる。この場合、第１導体５ａの表面は底部基板１の表面、つまり搭載面１ａと面一であるのが良い。第２間隔ｔ１は、第１導体５ａの底部基板１の搭載面１ａの位置から第２導体５ｂの底面１ｃに最も近い位置までの距離である。
電気素子収納用パッケージＡでは、第１導体５ａが露出した搭載面１ａの位置から底面１ｃまでの第１間隔ｔ0において、第１導体５ａが露出した搭載面１ａの位置から第２導体５ｂの下端５ｂｂの位置までの第２間隔ｔ1が大きな割合を占めてもよい。つまり、電気素子収納用パッケージＡの場合、ｔ1／ｔ0比が大きい。底部基板１において、ｔ1／ｔ0比が大きいというのは、導体部５の厚みに相当する第２間隔ｔ1に対して底部基板１の厚みに相当する第１間隔ｔ0が薄いことを意味している。
電気素子収納用パッケージＡでは、例えば、ｔ1／ｔ0比は０．３０以上０．９５以下であるのが良い。ｔ1／ｔ0比が０．３０以上０．９５以下であれば、底面１ｃから水分、ガスの浸入が起こり難い。この場合、ｔ1／ｔ0比は０．４０以上０．９０以下、特に、０．５０以上０．８０以下が良い。電気素子収納用パッケージＡの場合、底部基板１が第１導体５ａおよび第２導体５ｂを有し、ｔ1／ｔ0比が上記範囲であっても、底部基板１の底面１ｃは、依然として、面全体が底部基板１の材料であるセラミックスの一体物である。このため電気素子収納用パッケージＡは、底部基板１の底面１ｃ側における高い気密性を維持できる。この場合、底部基板１は気孔率が１％以下であれば、気密性をより高くできる。また、堤部３についても、その気孔率が１％以下であれば、気密性をより高くできる。
ここで、底部基板１および堤部３の気孔率はアルキメデス法によって求める。なお、電気素子収納用パッケージＡから導体部５を除いた部分を切り出すことが困難な場合がある。あるいは試料のサイズが小さい場合がある。底部基板１および堤部３の気孔率を求める際に、アルキメデス法を用いることができない場合がある。このような場合には、底部基板１および堤部３の試料片の断面を走査型電子顕微鏡によって撮影し、撮影した写真から気孔の面積比率を求めても良い。
底部基板１および堤部３はセラミックスであるのがよい、セラミックスとしては、アルミナ、ムライト、シリカ、フォルステライトなどの金属酸化物の他、窒化アルミニウム、窒化珪素などの非酸化物セラミックスを例示することができる。セラミックスの使用は、緻密質の焼結体、高い絶縁性、高い機械的強度および高い耐食性を導く。
導体部５（第１導体５ａ、第２導体５ｂおよび第３導体５ｃ）の材料として、モリブデン、タングステンおよび銅の群から選ばれる少なくとも１種の金属を用いれば、上記したセラミックスとの同時焼成が可能となる。
図３は、電気素子収納用パッケージＢを示している。電気素子収納用パッケージＢでは、第２導体５ｂが第１導体５ａの側面５ａｂから延びている。電気素子収納用パッケージＢでは、第２導体５ｂが第１導体５ａの側面５ａｂに電気的に接続されている。第２導体５ｂは、第１導体５ａから搭載面１ａまたは底面１ｃに沿う方向に延びている。電気素子収納用パッケージＢには、第１導体５ａの下面５ａｄと底面１ｃとの間の領域Ｐ１において、底部基板１を厚み方向に向く導体が存在しない。つまり、底部基板１の領域Ｐ１には、底部基板１の材料であるセラミックスと導体部５の材料である金属とが底面１ｃの平面方向に隣り合って並ぶ構造が存在しない。底部基板１における領域Ｐ１は底部基板１の材料によって形成されている。そのため領域Ｐ１はセラミックスの一体物である。これにより、電気素子収納用パッケージＢの場合も、底部基板１にその底面１ｃから水分、ガスが浸入しにくいものとなる。
電気素子収納用パッケージＢの場合には、電気素子収納用パッケージＡよりも底部基板１の中に占める導体部５の割合を少なくすることができる。セラミックスが金属よりも弾性率が高い条件において、電気素子収納用パッケージＢは、電気素子収納用パッケージＡよりも変形し難いものとなる。セラミックスによって形成される底部基板１および堤部３の弾性率は４００ＧＰａ以上であれば、電気素子収納用パッケージが、より変形し難くなる。
金属によって形成される導体部５の弾性率は３５０ＧＰａ以下が良い。これは、弾性率の高いセラミックスの部分の体積割合が大きいため、内部に導体部５が存在しても、底部基板１にクラックが生じにくい。その結果、長期の使用においても、高い気密性を保つことが可能になる。
電気素子収納用パッケージＢは、上述したように、第２導体５ｂは、第１導体５ａから底部基板１を厚み方向に向く部分の導体を有しない。これに加えて、電気素子収納用パッケージＢは、当該電気素子収納用パッケージＢを平面視したときに、第２導体５ｂと第１導体５ａとが重なって見える部分が少ない。その結果、電気素子収納用パッケージＢに形成された第２導体５ｂは、電気素子収納用パッケージＡに形成された第２導体５ｂに比べて、第２導体５ｂの配線長を短くすることができる。
なお、以上の説明では、第１導体５ａにおいて、第２導体５ｂが電気的に接続されている部分を側面５ａｂと記した。ここで、側面５ａｂとは、底部基板１の搭載面１ａに垂直な方向だけではなく、側面５ａｂが搭載面１ａに対して傾斜している場合も含む。より具体的には、第２導体５ｂと第１導体５ａとが接続している面の向きが搭載面１ａを基準面としたときに、当該基準面から４５°以内の角度の向きであるものも含む。これは、図３の構造では、第２導体５ｂと第１導体５ａとが接続している面の向きと、搭載面１ａとの成す角度が直角かこれに近い角度になっているのに対して、それらの成す角度が４５度以下であってもよいということである。
また、図３に示すように、電気素子収納用パッケージＢにおいて、第１導体５ａは、厚み方向に１段の段差Ｓを有する凸状の形状であっても良い。第１導体５ａの搭載面１ａ側の表面（上面５ａｃという）と第１導体５ａの下端５ａａの表面（下面５ａｄという）とは、ともに搭載面１ａもしくは底面１ｃに沿う方向に平坦な表面となっている。言い換えると、第１導体５ａの上面５ａｃと下面５ａｄとは略平行である。第１導体５ａが図３に示すような断面の構造である場合には、第１導体５ａの上面５ａｃと下面５ａｄとは面積が異なる。この場合、第１導体５ａは、段差Ｓを境に上面５ａｃの面積が下面５ａｄの面積よりも大きい。言い換えると、第１導体５ａでは、段差Ｓを境に下面５ａｄの面積が上面５ａｃの面積よりも小さい。つまり、第１導体５ａは、段差Ｓを境にして、底面１ｃ側の体積が搭載面１ａ側の体積よりも小さい。そのため底部基板１の底面１ｃ側はセラミックスの割合が高くなる。第１導体５ａの材料である金属よりも底部基板１の材料であるセラミックスの方が、弾性率が高いという条件において、底部基板１はさらに変形し難くなる。これにより長期の使用において、さらに高い気密性を保つことのできる電気素子収納用パッケージＢを得ることができる。
図４は、電気素子収納用パッケージＣを示している。電気素子収納用パッケージＣは、第１導体５ａが底面１ｃ側に向けて凸状に湾曲した形状を有している。なお、第１導体５ａ全体が底面１ｃ側に向けて凸状に湾曲していてもよい。また、第１導体５ａの一部が底面１ｃ側に向けて凸状に湾曲していてもよい。図４においては、下面５ａｄが湾曲している。下面５ａｄの曲率半径としては、３００μｍ以上４０００μｍ以下を挙げることができる。電気素子収納用パッケージＣは、これにより上記した電気素子収納用パッケージＡおよび電気素子収納用パッケージＢに比べてクラックなどの欠陥がさらに生じにくいものとなる。その結果、電気素子収納用パッケージＣは、気密性に加えて、高い耐熱衝撃性を有するものとなる。
電気素子収納用パッケージＣが、電気素子収納用パッケージＡおよび電気素子収納用パッケージＢに比べて高い耐熱衝撃性を有する理由は以下に基づいている。図５は、図３のＰ２部の拡大図であり、Ｐ２部に発生する応力を示す模式図である。図６は、図４のＰ３部の拡大図であり、Ｐ３部に発生する応力を示す模式図である。電気素子収納用パッケージＡおよび電気素子収納用パッケージＢと、電気素子収納用パッケージＣとは、第１導体５ａの下面５ａｄの形状が異なっている。第１導体５ａが段差Ｓを有する電気素子収納用パッケージＡおよび電気素子収納用パッケージＢの場合、第１導体５ａは段差Ｓの部分に角部Ｃｐを有する。セラミックスを主材とする底部基板１と金属を主材とする第１導体５ａとは材料の主成分が異なる。その結果、底部基板１と第１導体５ａとの間ではヤング率および熱膨張率が異なる。このような場合には、底部基板１と第１導体５ａとの間における材料のヤング率および熱膨張率の違いから第１導体５ａと底部基板１との境界付近Ｂｏに、水平な方向の応力（ＳH1、ＳH2）および垂直な方向の応力（ＳV1、ＳV2）が発生しやすい。第１導体５ａの下面５ａｄの形状が凸状であり、底部基板１と第１導体５ａとの間に、図５に示すような角部Ｃｐが形成されている場合には、水平方向の応力（ＳH1、ＳH2）および垂直方向の応力（ＳV1、ＳV2）は、ともに角部Ｃｐに向くことになる。その結果、角部Ｃｐに応力（ＳH1、ＳH2、ＳV1、ＳV2）が集中する。
電気素子収納用パッケージＣの場合には、図６に示すように、第１導体５ａの下面５ａｄの形状が凸状に湾曲した形状である。このため、第１導体５ａの下面５ａｄには角部Ｃｐが存在しない。第１導体５ａの形状が図４および図６に示すような形状である場合には、図６に示すように、垂直な方向の応力（ＳV1、ＳV2）は方向が揃った状態である。第１導体５ａの下面５ａｄの水平方向の２つの応力（ＳH1、ＳH2）は向かう方向の角度がずれてくる。水平方向の２つの応力（ＳH1、ＳH2）の向かう方向の角度がずれているため、垂直な方向の応力（ＳV1、ＳV2）との間において応力は集中し難い。こうして、電気素子収納用パッケージＣは、電気素子収納用パッケージＡおよび電気素子収納用パッケージＢに比べてクラックなどの欠陥がさらに生じにくいものとなる。その結果、電気素子収納用パッケージＣは、気密性に加えて、高い耐熱衝撃性を有するものとなる。
図７は、電気素子収納用パッケージＤを示している。電気素子収納用パッケージＤは、第２導体５ｂが底部基板１から堤部３に亘る部位Ｐ４が湾曲した形状である。この場合、Ｐ４の部分の曲率半径は３０μｍ以上２００μｍ以下であるのが良い。
電気素子収納用パッケージＤでは、第１導体５ａの下面５ａｄが凸状に湾曲した形状であることに加えて、第２導体５ｂも部分的に湾曲した形状である。電気素子収納用パッケージＤの場合、底部基板１と第１導体５ａとの間に発生する応力の集中を抑えることができる。また、これに加えて、第２導体５ｂの底部基板１から堤部３に亘る部位Ｐ４においても応力が集中するのを抑えることができる。これにより電気素子収納用パッケージＤは、さらに高い耐熱衝撃性を有するものとなる。また、第２導体５ｂの底部基板１から堤部３に亘る部位Ｐ４が湾曲した形状である場合には、高周波の電流に対して反射特性の小さい電気装置を得ることが可能になる。この場合、第２導体５ｂは細長い形状であるのがよい。
図８は、電気素子収納用パッケージＥを示している。図８に示したＰ５の部分が電気素子収納用パッケージＥにおいて電気素子収納用パッケージＤと相違するところである。電気素子収納用パッケージＥにおいても、第１導体５ａの下面５ａｄは凸状に湾曲した形状である。第２導体５ｂは第１導体５ａの下面５ａｄの中央の領域に電気的に接続する構造となっている。第２導体５ｂは第１導体５ａの下面５ａｄにおいては、第１導体５ａの下面５ａｄにほぼ一定の間隔を開けた配置になっている。第１導体５ａと第２導体５ｂとの間隔が第２導体５ｂの長手方向に等しいかまたはそれに近いためノイズ除去を高めることのできるＬＣ回路を形成することができる。
図９は、電気素子収納用パッケージＦを示している。本開示の電気素子収納用パッケージは、上記したような搭載部１ａｓが平坦な構造だけでなく、図９に示した構造も含まれる。電気素子収納用パッケージＦでは、第１導体５ａは底部基板１に埋設された部分と搭載部１ａｓの表面から突出している部分とを有する。つまり、電気素子収納用パッケージＦは、搭載面１ａ上に第１導体５ａを有する突出部１ｄを有する。この場合、第１導体５ａの埋設された部分の体積は搭載面１ａ上に突き出だ部分の体積よりも小さい方がよい。また、第１導体５ａの幅は第２導体５ｂの幅よりも大きい方がよい。ここで、第１導体５ａの幅および第２導体５ｂの幅とは、図９に示すように、電気素子収納用パッケージＦを断面視したときに搭載面１ａに沿う方向の長さのことをいう。第１導体５ａと第２導体５ｂとを底部基板１の厚み方向だけの長さの割合で見たときに、第２導体５ｂは第１導体５ａよりも底部基板１の厚みに対する長さの割合が大きい。このとき、底部基板１の厚み方向の大部分を占める第２導体５ｂの幅は第１導体５ａの同じ方向の幅よりも小さい。底部基板１がセラミックスによって形成されており、第２導体５ｂが金属によって形成されている場合には、底部基板１と第２導体５ｂとの間で熱膨張係数およびヤング率は大きく異なってくる。このような状態においても、底部基板１と第２導体５ｂとの間に発生する熱応力の影響を小さくすることができる。底部基板１の厚みが薄い場合でも耐久性の高い電気素子収納用パッケージＦを得ることができる。
また、この電気素子収納用パッケージＦでは、第１導体５ａが搭載面１ａを境に突出部１ｄおよび底部基板１の両方に埋設されている。この場合、第１導体５ａは突出部１ｄだけではなく、底部基板１にも囲まれた状態にある。第１導体５ａと第２導体５ｂとの境界が搭載面１ａである場合よりも第１導体５ａと第２導体５ｂとの接続信頼性を高めることができる。
電気素子収納用パッケージＦの突出部１ｄには、電気素子として、例えば、水晶振動子が実装される。この場合も底部基板１の底面１ｃから水分、ガスが浸入し難いものとなる。
図９に示した電気素子収納用パッケージＦでは、第２導体５ｂが搭載部１ａｓおよび堤部３の下側の底部基板１内においてほぼ直角に曲がった形状であるが、本開示は第２導体５ｂがこのように直角に曲がった構造のものに適用されるだけではない。第２導体５ｂが搭載部１ａｓおよび堤部３の下側の底部基板１内においてほぼ直角に曲がった形状は、例えば、図３、図４および図７に示した電気素子収納用パッケージＢ、ＣおよびＤの各種にも適用できる。
図１０は、実施形態の一例として示す電気装置Ｇの断面図である。図１０に示した電気装置Ｇは、図２に示した電気素子収納用パッケージＡの搭載部１ａｓに電気素子７を実装した構成である。この場合の電気素子７としては、コンデンサ、圧電アクチュエータ、インダクタなど、通常、受動部品と呼ばれる電子部品を例示することができる。図１１は、実施形態の他の態様として示す電気装置Ｈの断面図である。図１１に示した電気装置Ｈは、図９に示した電気素子収納用パッケージＦの搭載部１ａｓに電気素子７を実装した構成である。この場合の電気素子７としては、水晶振動子を例示することができる。電気装置Ｇおよび電気装置Ｈによれば、当該電気装置の小型化・薄型化が進んでも底面１ｃから水分、ガスが浸入しにくくなるため、高信頼性化を図ることができる。なお、図１０および図１１は、電気素子収納用パッケージＡ、Ｆをそれぞれ一例として挙げて示したものである。実施形態の電気装置Ｇ、Ｈは、上述した電気素子収納用パッケージＢ、Ｃ、ＤおよびＥにも適用できることは言うまでもない。
次に、本出願人は、本開示の電気素子収納用パッケージＡ～Ｆのそれぞれの製造方法について説明する。図１２は、図１３および図１４に示した各パターンシートを図２に示した電気素子収納用パッケージＡの製造に適用する際の配置を示す断面模式図である。図１３は、電気素子収納用パッケージＡを製造するための各パターンシートを示す断面模式図である。図１４は、電気素子収納用パッケージＡを製造するための各パターンシートを示す平面模式図である。図２に示した電気素子収納用パッケージＡは、以下の手順によって得ることができる。まず、図１２～図１４に示した各パターンシートが用意される。これらのパターンシートは重ねられて、所定の圧力で加圧することにより積層体が作製される。次いで、作製した積層体は所定の条件で焼成される。底部基板１および堤部３に露出した導体５は、必要に応じて、ニッケル、金および錫の群から選ばれる少なくとも１種のめっき膜が形成される。パターンシートは、セラミックグリーンシートに導体パターンを形成したものである。また、パターンシートとなるセラミックグリーンシートは、必要に応じて、貫通孔が形成される。貫通孔には導体ペーストが充填される。貫通孔がビア導体となる。
セラミックグリーンシートは、セラミック粉末を有機ビヒクル中に分散させたスラリをシート成形することによって得られる。有機ビヒクルは有機樹脂を有機溶媒に溶解した液体状である。上記したセラミックスの原料粉末がセラミックグリーンシートのセラミック粉末である。セラミックスの原料粉末としては、アルミナ、ムライト、シリカ、フォルステライトなどの金属酸化物の他、窒化アルミニウムおよび窒化珪素などの非酸化物セラミックスが例示される。導体パターンおよびビア導体は、上記した金属粉末と有機ビヒクルとを混合して調製した導体ペーストによって形成される。導体パターンおよびビア導体は、例えば、スクリーン印刷することによって形成される。
図１５は、図１６および図１７に示した各パターンシートを図３に示した電気素子収納用パッケージＢの製造に適用する際の配置を示す断面模式図である。図１６は、電気素子収納用パッケージＢを製造するための各パターンシートを示す断面模式図である。図１７は、電気素子収納用パッケージＢを製造するための各パターンシートを示す平面模式図である。図３に示した電気素子収納用パッケージＢは、以下の手順によって得ることができる。まず、図１５～図１７に示した各パターンシートが用意される。次に、これらのパターンシートが重ねられて、所定の圧力で加圧することにより積層体が形成される。次いで、作製した積層体は所定の条件で焼成される。この場合、積層体を作製するためのセラミックグリーンシート、導体パターン、ビア導体およびめっき膜の条件、ならびに積層体を作製する際の加圧条件ならびに焼成条件は、電気素子収納用パッケージＡの場合と同じ条件であってもよい。もしくは電気素子収納用パッケージＢの構造および特性を損なわない範囲で変化させた条件が用いられてもよい。
図１８は、図１９および図２０に示した各パターンシートを図４に示した電気素子収納用パッケージＣの製造に適用する際の配置を示す断面模式図である。図１９は、電気素子収納用パッケージＣを製造するための各パターンシートを示す断面模式図である。図２０は、電気素子収納用パッケージＣを製造するための各パターンシートを示す平面模式図である。図４に示した電気素子収納用パッケージＣは、以下の手順によって得ることができる。まず、図１８～図２０に示した各パターンシートが用意される。次に、これらのパターンシートが重ねられて、所定の圧力で加圧することにより積層体が作製される。次いで、作製した積層体は所定の条件で焼成される。積層体を作製するためのセラミックグリーンシート、導体パターン、ビア導体、めっき膜および積層体を作製する際の加圧条件および焼成条件としては、電気素子収納用パッケージＡの場合と同じ条件を用いてもよい。もしくは電気素子収納用パッケージＢの構造および特性を損なわない範囲で変化させた条件が用いられてもよい。
電気素子収納用パッケージＣにおいて、下面５ａｄが凸状に湾曲した形状の第１導体５ａを形成する場合がある。このような場合には、図１９においてパターンシート１５ｄに示した導体パターンのように、セラミックグリーンシートに形成する第１導体５ａとなる部分の導体パターン部５ａｇを予め表面が湾曲した形状になるように形成しておくのがよい。次いで、作製したパターンシート１５ｄは、図１９に示すように、他のパターンシートと一緒に加圧加熱することもできる。パターンシート１５ａ～１５ｅが加圧加熱されると、パターンシート１５ｄに形成した導体パターン部５ａｇは下向きに凸状を成し、表面が湾曲した形状になる。
図２１は、図２２および図２３に示した各パターンシートを図７に示した電気素子収納用パッケージＤの製造に適用する際の配置を示す断面模式図である。図２２は、電気素子収納用パッケージＤを製造するための各パターンシートを示す断面模式図である。図２３は、電気素子収納用パッケージＤを製造するための各パターンシートを示す平面模式図である。図７に示した電気素子収納用パッケージＤは、以下の手順によって得ることができる。まず、図２２～図２３に示した各パターンシートが用意される。次いで、これらのパターンシートが重ねられて、所定の圧力で加圧することにより積層体が作製される。次いで、作製した積層体は所定の条件で焼成される。積層体を作製するためのセラミックグリーンシート、導体パターン、ビア導体、めっき膜および積層体を作製する際の加圧条件および焼成には、電気素子収納用パッケージＡの場合と同じような条件が用いられる。電気素子収納用パッケージＤにおいて、下面５ａｄが凸状に湾曲した形状の第１導体５ａは、上記した電気素子収納用パッケージＣの場合と同じような方法により形成される。底部基板１から堤部３に亘る部分が湾曲した第２導体５ｂの形成には、図２２に示したパターンシート１８ｄが用いられる。第２導体５ｂの湾曲した部分のことを湾曲部と記す場合がある。パターンシート１８ｄには、まず、第２導体５ｂの湾曲部に対応する部分のセラミックグリーンシート上にセラミックペーストを用いて起伏部Ｕｄが形成される。次いで、その起伏部Ｕｄの上側に導体パターンが形成される。セラミックペーストにはセラミックグリーンシートと同じセラミック粉末を含ませるのが良い。
図２４は、底部基板に厚み方向に貫通する導体を有する電気素子収納用パッケージ（Ｋ）の断面模式図である。図２５は、作製した電気素子収納用パッケージの試料の形状および寸法を示す斜視図である。図２６は、図２５のXXii－XXii線断面の形状および寸法を示す断面図である。図２７は、電気素子収納用パッケージにたわみ試験を行うための試料の分解斜視図である。図２８は、電気素子収納用パッケージにたわみ試験を行う状態を示す断面図である。電気素子収納用パッケージが図１２～図２３に示した方法により作製された。また、図２４に示すように、第２導体に相当する導体２１が底部基板２３の底面２３ａの方向に向い、底部基板２３の底面２３ａに設けられた第３導体２５と接続された電気素子収納用パッケージＫを作製した。
セラミックグリーンシートは、アルミナ粉末と有機ビヒクルとを含むスラリーをシート成形することによって作製した。有機ビヒクルは、ポリビニルブチラール系の有機樹脂とトルエンとを混合したものである。導体ペーストには、モリブデン粉末とポリビニルアルコール樹脂とを混合して調製したものを用いた。積層体の焼成条件は、窒素－水素の混合ガスを用いた還元雰囲気中、最高温度が１５５０℃、最高温度での保持時間を２時間として設定した。得られた試料である電気素子収納用パッケージの形状およびサイズは、図２５および図２６に示した。得られた試料である電気素子収納用パッケージの底部基板および堤部の気孔率はいずれも０．９％であった。図２５および図２６には、電気素子収納用パッケージＡを例にして示したが、電気素子収納用パッケージＢ～Ｄについてもａ～ｊの寸法は同じになるように作製した。
これらと対比するために作製した図２４に示した電気素子収納用パッケージＫについては、ｉおよびｊを除いた寸法を適用させた。図２５および図２６における各符号の寸法は以下のとおりである。ａ＝ｂ＝２．０ｍｍ、ｃ＝０．２６ｍｍ、ｄ＝ｉ＝０．１ｍｍ、ｅ＝１．６ｍｍ、ｆ＝０．２ｍｍ、ｇ＝０．１ｍｍ、ｈ＝０．６ｍｍ、ｊ＝０．０８ｍｍ。なお、電気素子収納用パッケージＢ、Ｃ、Ｄにおけるｊの寸法は０．０４ｍｍとした。
たわみ試験は、作製した電気素子収納用パッケージをＦＲ－４製の基板に接着剤を用いて実装し、３点曲げによって加圧する方法により行った。ＦＲ－４製の基板は、電気素子収納用パッケージの搭載面に対応する部分が開口した構造であるものを用いた。電気素子収納用パッケージ上には加圧冶具の当接部材として窒化珪素質セラミックスを設置した。たわみ試験はオートグラフを用いて行った。たわみ量は、オートグラフの目盛りで、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、および０．１５ｍｍに設定した。試料に荷重を印加したときには、各たわみ量のところで１０秒保持し、その後、荷重を開放する方法を採用した。たわみ試験を行った試料は、続いて、浸透探傷剤を含む溶液（レッドチェック液）中に浸漬した。ＦＲ－４製の基板が開口した部分の電気素子収納用パッケージには接着剤が付いていない状態であり、その部分からの浸透探傷剤の浸透を評価した。浸透探傷剤を含む溶液（レッドチェック液）中に浸漬した試料は、その断面をデジタルマイクロスコープによって観察して浸透探傷剤の浸透の有無を評価した。浸透探傷剤を含む溶液（レッドチェック液）中に浸漬した後にも、浸透探傷剤が第２導体またはビア導体の部分まで達していなかった試料を良品（〇）とした。浸透探傷剤を含む溶液（レッドチェック液）中に浸漬した後に、浸透探傷剤が第２導体またはビア導体の部分まで達していた試料は不良品（×）とした。試料数はいずれの電気素子収納用パッケージもそれぞれ５個とした。５個の同じ試料（例えば、電気素子収納用パッケージＡ）においては、たわみ試験後における浸透探傷剤の浸透の状態は同じであった。
表１の結果から明らかなように、参考例として作製した電気素子収納用パッケージＫでは、たわみ量が０．０５ｍｍの条件において、浸透探傷剤の浸透が見られた。
これに対して、電気素子収納用パッケージＡ、Ｂ、ＣおよびＤは、たわみ量が０．０５ｍｍの条件においても浸透探傷剤の浸透は見られなかった。電気素子収納用パッケージＢ、ＣおよびＤは、たわみ量が０．１ｍｍの条件においても、浸透探傷剤の浸透は見られなかった。電気素子収納用パッケージＣおよびＤは、たわみ量が０．１５ｍｍの条件においても、浸透探傷剤の浸透は見られなかった。電気素子収納用パッケージＡ、Ｂ、ＣおよびＤにおいては、第２導体の配置および形状の違いによって、電気素子収納用パッケージに与えたたわみ量に対する耐性が異なることが分かった。
図２９は、図７に示した電気素子収納用パッケージＤを構成する第２導体のＰ４部における電磁界解析の結果である。第２導体が底部基板から堤部に亘る領域で直角である電気素子収納用パッケージＣの場合と比較して示した。この電磁界解析では、以下のパラメータを用いた。底部基板および堤部の材料の比誘電率は９．２である。誘電正接は０．０００６である。これら値は使用する材料の１０ＧＨｚにおけるそれぞれの比誘電率および誘電正接である。導体（配線）の導電率は１．７５（Ｓ／ｍ）に設定した。導体（配線）の幅は０．１ｍｍ、厚みは０．０１５ｍｍに設定した。第２導体のＰ４部における曲率半径は７２μｍに設定した。図２９に示したように、第２導体が底部基板から堤部に亘る領域で湾曲した構造の電気素子収納用パッケージＤは、第２導体が底部基板から堤部に亘る領域で直角である構造の電気素子収納用パッケージＣに比べて反射損失の特性が向上することを確認した。図２５に示したように、電気素子収納用パッケージＣは、Ｓ１１の－１０ｄＢにおける周波数が３ＧＨｚであった。電気素子収納用パッケージＤは、Ｓ１１の－１０ｄＢにおける周波数が４ＧＨｚであった。
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ・・・・電気素子収納用パッケージ
Ｇ、Ｈ・・・・・・・・・・・・電気装置
１・・・・・・・・・・・・・・底部基板
１ａ・・・・・・・・・・・・・搭載面
１ａｓ・・・・・・・・・・・・搭載部
１ｂ・・・・・・・・・・・・・周縁部
１ｃ・・・・・・・・・・・・・底面
３・・・・・・・・・・・・・・堤部
３ａ・・・・・・・・・・・・・上面
５・・・・・・・・・・・・・・導体部
５ａ・・・・・・・・・・・・・第１導体
５ａｂ・・・・・・・・・・・・第１導体の側面
５ａｃ・・・・・・・・・・・・第１導体の上面
５ａｄ・・・・・・・・・・・・第１導体の下面
５ｂ・・・・・・・・・・・・・第２導体
５ｂｂ・・・・・・・・・・・・第２導体の下端
５ｃ・・・・・・・・・・・・・第３導体
７・・・・・・・・・・・・・・電気素子
Ｓ・・・・・・・・・・・・・・段差
Ｃｐ・・・・・・・・・・・・・角部
Ｂｏ・・・・・・・・・・・・・境界付近
ＳH1、ＳH2、ＳV1、ＳV2・・・応力
９ａ～９ｆ
１２ａ～１２ｅ
１５ａ～１５ｅ
１８ａ～１８ｅ
・・・・・・・・・・・・・・パターンシート
Ｇ、Ｈ・・・・・・・・・・・・電気装置
１・・・・・・・・・・・・・・底部基板
１ａ・・・・・・・・・・・・・搭載面
１ａｓ・・・・・・・・・・・・搭載部
１ｂ・・・・・・・・・・・・・周縁部
１ｃ・・・・・・・・・・・・・底面
３・・・・・・・・・・・・・・堤部
３ａ・・・・・・・・・・・・・上面
５・・・・・・・・・・・・・・導体部
５ａ・・・・・・・・・・・・・第１導体
５ａｂ・・・・・・・・・・・・第１導体の側面
５ａｃ・・・・・・・・・・・・第１導体の上面
５ａｄ・・・・・・・・・・・・第１導体の下面
５ｂ・・・・・・・・・・・・・第２導体
５ｂｂ・・・・・・・・・・・・第２導体の下端
５ｃ・・・・・・・・・・・・・第３導体
７・・・・・・・・・・・・・・電気素子
Ｓ・・・・・・・・・・・・・・段差
Ｃｐ・・・・・・・・・・・・・角部
Ｂｏ・・・・・・・・・・・・・境界付近
ＳH1、ＳH2、ＳV1、ＳV2・・・応力
９ａ～９ｆ
１２ａ～１２ｅ
１５ａ～１５ｅ
１８ａ～１８ｅ
・・・・・・・・・・・・・・パターンシート
Claims (8)
- 底部基板と堤部と導体部とを有し、
底部基板および堤部はセラミックスの一体物であり、
前記底部基板は、前記堤部に囲まれた領域を、電気素子を搭載するための搭載部とし、
前記導体部は、第１導体、第２導体および第３導体を有しており、
前記第１導体は、一部が前記底部基板の前記搭載部の表面に露出し、かつ前記底部基板内に埋設されており、
前記第３導体は、前記堤部の上面に配置され、一部が露出しており、
前記第２導体は、前記底部基板および前記堤部の内部において、前記第１導体と前記第３導体との間に存在し、前記第１導体と前記第３導体とを電気的に接続しており、
前記第２導体は、前記第１導体の側面から前記搭載部に沿う方向に延びている、電気素子収納用パッケージ。 - 前記第１導体の前記搭載部の前記表面における面積は、前記搭載部とは反対の底面における面積より大きい、請求項１に記載の電気素子収納用パッケージ。
- 前記第１導体は、前記底面に向けて凸状に湾曲した形状を有している、請求項２に記載の電気素子収納用パッケージ。
- 前記第１導体は、厚み方向に段差を有する、請求項１乃至３のうちいずれか１つに記載の電気素子収納用パッケージ。
- 前記第２導体は、前記底部基板から前記堤部に亘る領域で湾曲している、請求項１乃至４のうちいずれか１つに記載の電気素子収納用パッケージ。
- 底部基板と堤部と導体部とを有し、
底部基板および堤部はセラミックスの一体物であり、
前記底部基板は、前記堤部に囲まれた領域を、電気素子を搭載するための搭載部とし、
前記導体部は、第１導体、第２導体および第３導体を有しており、
前記第１導体は、一部が前記底部基板の前記搭載部の表面に露出し、かつ前記底部基板内に埋設されており、
前記第３導体は、前記堤部の上面に配置され、一部が露出しており、
前記第２導体は、前記底部基板および前記堤部の内部において、前記第１導体と前記第３導体との間に存在し、前記第１導体と前記第３導体とを電気的に接続しており、
前記第２導体は、前記底部基板から前記堤部に亘る領域で湾曲している、電気素子収納用パッケージ。 - 前記搭載部は、前記第１導体の部分が前記搭載部の前記表面から突出している、請求項１乃至６のうちいずれか１つに記載の電気素子収納用パッケージ。
- 請求項１乃至７のうちいずれか１つに記載の電気素子収納用パッケージの底部基板上に電気素子を備えている、電気装置。
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