JP7316370B2

JP7316370B2 - パッケージ

Info

Publication number: JP7316370B2
Application number: JP2021553220A
Authority: JP
Inventors: 浩河野; 一起伊丹
Original assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Electronics Devices Inc
Current assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Electronics Devices Inc
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2023-07-27
Anticipated expiration: 2039-10-24
Also published as: WO2021079450A1; JPWO2021079450A1

Description

本発明は、パッケージに関し、特に、電子部品用のパッケージに関するものである。

電子部品と外部環境との間の電気的接続を確保しつつ電子部品を外部環境から保護するため、パッケージが広く用いられている。パッケージ上に電子部品が実装された後、パッケージに蓋体が取り付けられることによって、電子部品は外部環境から封止される。外部環境の影響を十分に避けるために、パッケージには、高い封止性能が求められる。

上記のようなパッケージの一種として、特開２００９－３４４８３８号公報（特許文献１）はセラミック配線基板を開示している。セラミック配線基板は、アルミナ基セラミックスからなる絶縁部と、該絶縁部の表面および／または内部のうちの少なくとも表面に配設されると共に該絶縁部と同時焼成されたモリブデン基導電材からなるメタライズ部と、を有している。上記アルミナ基セラミックスは、アルミナを主成分とすると共に、Ｍｎを副成分として含有し、該アルミナ基セラミックス全体を１００質量％（ｗｔ％）とし、ＭｎのＭｎＯ_２換算含有量をＣ１_Ｍｎとした場合に、０．５ｗｔ％≦Ｃ１_Ｍｎ≦１０ｗｔ％である。上記モリブデン基導電材は、モリブデンを主成分とすると共に、Ｎｉ、ＭｎおよびＡｌを副成分として含有し、該モリブデン基導電材全体を１００ｗｔ％とし、ＮｉのＮｉＯ換算含有量をＣ２_Ｎｉとし、ＭｎのＭｎＯ２換算含有量をＣ２_Ｍｎとし、ＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算含有量をＣ２_Ａｌとした場合に、０．２ｗｔ％≦Ｃ２_Ｎｉ≦５ｗｔ％、０．１ｗｔ％≦Ｃ２_Ｍｎ≦１０ｗｔ％、かつ１０ｗｔ％＜Ｃ２_Ａｌ≦３０ｗｔ％である。

上記公報によれば、絶縁部とメタライズ部との接合強度が優れ、かつ、高い気密性が得られる旨が主張されている。

特開２００９－３４４８３８号公報

パッケージの用途によっては、その寸法をかなり小さくすることが求められてきている。特に、水晶振動子用のパッケージとして、平面寸法１．６ｍｍ×１．２ｍｍおよび厚み寸法０．３ｍｍを有する小型パッケージが既に実用化されており、さらに、平面寸法および厚み寸法をより小さくすることが求められている。このような水晶振動子用のパッケージに比して、水晶発振器用のパッケージは若干大きいが、典型的な半導体素子用のパッケージに比べればかなり小さい。パッケージが、セラミックスからなる基部と、基部を貫通する配線部とを有する場合、基部の寸法が小さくなるほど、基部の剛性は小さくなる。よって、パッケージの製造工程において、基部と配線部との間での焼成収縮の差異に起因しての基部の反りが大きくなりやすい。この反りに起因しての応力は、基部と配線部との間の接合の信頼性を低下させる。パッケージの寸法が小さければ、パッケージの内側と外側との間での、基部と配線部との界面の長さも小さい。その場合、基部と配線部との間の接合の信頼性低下が局所的なものであっても、パッケージの内側と外側とをつなぐリークパスの発生につながりやすい。その結果、パッケージの封止信頼性が低下しやすい。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、封止信頼性を高めることができるパッケージを提供することである。

本発明の一実施の形態におけるパッケージは、電子部品が実装されることになる実装面と、実装面上に位置するキャビティと、キャビティを封止するための蓋体が取り付けられることになる取付面と、を有している。パッケージは、基部と、配線部とを有している。基部はセラミックスからなる。配線部は基部を貫通している。基部は、Ａｌ_２Ｏ_３と、ＳｉＯ_２と、ＭｎＯと、着色剤と、残部と、を含む。Ａｌ_２Ｏ_３は、８１．００ｗｔ％以上９６．４０ｗｔ％以下である。ＳｉＯ_２は、１．５０ｗｔ％以上８．００ｗｔ％以下である。ＭｎＯは、２．００ｗｔ％以上６．００ｗｔ％以下である。着色剤は、ＭｏおよびＣｒ_２Ｏ_３の少なくともいずれかを含み、Ｍｏの含有量とＣｒ_２Ｏ_３の含有量との合計が０．１０ｗｔ％以上５．００ｗｔ％以下である。基部の残部は、０．１０ｗｔ％以下である。配線部は、６０．００ｗｔ％以上の金属モリブデンを含む。

本発明の一実施の形態におけるパッケージによれば、基部と配線部との間でのリークの発生が防止される。これにより、パッケージの封止信頼性を高めることができる。

この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

本発明の実施の形態１における電子装置の構成を概略的に示す断面図である。図１のパッケージの構成を概略的に示す断面図である。本発明の実施の形態２におけるパッケージの構成を概略的に示す部分断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。

（実施の形態１）
図１および図２のそれぞれは、本実施の形態における電子装置９００の構成と、その製造のために用いられるパッケージ８００の構成とを概略的に示す断面図である。

パッケージ８００（図２）は、電子部品９０２（図１）が実装されることになる実装面ＳＭと、実装面ＳＭ上に位置するキャビティＣＶと、キャビティＣＶを封止するための蓋体９０７が取り付けられることになる取付面ＳＦと、を有している。パッケージ８００は、基部８１０と、配線部８２０とを有している。またパッケージ８００は、めっき層８６０を有していることが好ましい。

基部８１０はセラミックスからなる。このセラミックスは、基部８１０が絶縁部材として機能することができるように、実質的に絶縁体からなる。この機能が確保できる限りにおいてセラミックスは、必ずしも全体が完全に絶縁体からなる必要はなく、例えば、体積的に大多数の割合を占める絶縁体粒の中に、微量の非絶縁体粒が分散されていてもよい。基部８１０は、底部８１１と、枠部８１２とを含んでいてよい。基部８１０は、図２に示されているように、それ自体でキャビティＣＶを有していてよい。なお変形例として、基部としての底部８１１上に、セラミックスからなる枠部８１２に代わって、非セラミックスからなる枠部が取り付けられていてもよい。

底部８１１は実装面ＳＭを有している。実装面ＳＭは、２ｍｍ以下の長辺を有する長方形に包含される大きさを有していてよい。例えば、実装面ＳＭは、２ｍｍ以下の長辺を有する長方形である。なお長方形は、幾何学における定義上、正方形の一種である。底部８１１の厚みは、０．２ｍｍ以下であってよい。

配線部８２０は、基部８１０の底部８１１を貫通している。具体的には、配線部８２０は、キャビティＣＶから延びてパッケージ８００の外部に達するように底部８１１を貫通している。

配線部８２０は、外部電極端子８２１と、内部配線８２２と、内部電極端子８２３とを有していてよい。外部電極端子８２１は、パッケージ８００の外側に面するように、基部８１０の底部８１１上に配置されている。図２においては、外部電極端子８２１は、底部８１１の下面上に配置されている。内部配線８２２は、基部８１０の内部に配置されており、ビア配線を含む。また内部配線８２２は、ビア配線に接続された平面状の電極層を含んでいてよい。内部電極端子８２３は、パッケージ８００の内側に面するように、言い換えればキャビティＣＶに面するように、基部８１０の底部８１１上に配置されている。図２においては、内部電極端子８２３は、底部８１１の上面上に配置されている。

めっき層８６０は内部電極端子８２３上に配置されている。めっき層８６０は金属層である。ここで金属は純金属および合金のいずれであってもよい。めっき層８６０は、電解めっき層および無電解めっき層のいずれであってもよい。めっき層８６０は、内部電極端子８２３上に直接配置された下地層と、この下地層上に配置された表面層とを有していてよい。下地層は、例えば、純ニッケルまたはニッケル合金（例えばニッケルコバルト合金）からなる。表面層は、典型的には貴金属からなり、例えば金からなる。

電子部品９０２（図１）は、接合層９０１によってめっき層８６０に接合されている。これにより電子部品９０２は、接合層９０１、めっき層８６０および内部電極端子８２３を介して、実装面ＳＭ上に実装されている。電子部品９０２は、その平面形状として、２ｍｍ以下の長辺を有する長方形に包含される大きさを有していてよい。電子部品９０２は、例えば、水晶振動子または水晶発振器である。

蓋体９０７は枠部８１２の取付面ＳＦ上に接着層９０６を介して取り付けられている。これによりパッケージ８００のキャビティＣＶが封止されている。接着層９０６は、例えば樹脂接着剤からなる。

なお本実施の形態においては配線部８２０が底部８１１を貫通しているが、変形例として、底部８１１と枠部８１２との間を貫通する配線部、または、枠部８１２を貫通する配線部が設けられてもよい。また、変形例として、電子部品９０２とボンディングワイヤによって接続されることになる配線部が設けられてもよい。ただし、パッケージの小型化の観点では、図２に示されているように、底部８１１を貫通する配線部８２０上に電子部品９０２が表面実装によって取り付けられる形態が好ましい。

基部８１０は、Ａｌ_２Ｏ_３と、ＳｉＯ_２と、ＭｎＯと、着色剤と、残部と、を含む。なお基部８１０の残部は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｎＯ、および着色剤以外の成分のすべてを意味する。Ａｌ_２Ｏ_３は、８１．００ｗｔ％以上９６．４０ｗｔ％以下である。ＳｉＯ_２は、１．５０ｗｔ％以上８．００ｗｔ％以下である。ＭｎＯは、２．００ｗｔ％以上６．００ｗｔ％以下である。着色剤は、ＭｏおよびＣｒ_２Ｏ_３の少なくともいずれかを含み、Ｍｏの含有量とＣｒ_２Ｏ_３の含有量との合計が０．１０ｗｔ％以上５．００ｗｔ％以下である。基部８１０の残部は、０．１０ｗｔ％以下である。この残部はセラミックスの焼結助剤であってよく、焼結助剤は、例えば、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２、ＢａＯ、ＣａＯのいずれか、または、その２つ以上の組み合わせからなる。

着色剤は、ＭｏおよびＣｒ_２Ｏ_３の少なくともいずれかを含む。好ましくは、基部８１０の着色剤はＭｏを必須成分として含み、より好ましくは、基部８１０におけるＭｏの含有量が０．１０ｗｔ％以上５．００ｗｔ％以下である。Ｍｏを用いることにより、基部８１０の色を調整しやすくなる。

配線部８２０は、６０．００ｗｔ％以上の金属モリブデンを含む。それに加えて配線部８２０は、セラミックス成分を含むことが好ましい。具体的には、配線部８２０は、Ａｌ_２Ｏ_３を任意成分として含み、ＳｉＯ_２を任意成分として含み、ＭｎＯを任意成分として含み、Ｃｒ_２Ｏ_３を任意成分として含む。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、３０．００ｗｔ％以下である。ＳｉＯ_２の含有量は、６．００ｗｔ％以下である。ＭｎＯの含有量は、５．００ｗｔ％以下である。Ｃｒ_２Ｏ_３の含有量は、１．００ｗｔ％以下である。配線部８２０の残部の含有量は０．１０ｗｔ％未満である。なお配線部８２０の残部は、金属モリブデン、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｎＯ、およびＣｒ_２Ｏ_３以外の成分のすべてを意味する。

配線部８２０のセラミックス成分は、基部８１０の組成と同じ組成を有していてもよく、異なる組成を有していてもよい。前者の場合、配線部８２０中のセラミックス成分の存在によって、配線部８２０と基部８１０との接合を促進する作用が確実に期待される。また、製造時に材料を効率的に準備することができる。後者の場合、セラミックス成分の組成をより自由に最適化することができる。

下記の表１は、パッケージ８００（図２）の組成と信頼性との関係を調べた実験結果を示す。信頼性を検証するために、１．６ｍｍ×１．２ｍｍのパッケージが、１種類につき１０個作製され、これらについて、アルバック社製ＨＥＬＩＯＴ９０４を用いてＨｅリーク検査が実施された。リーク検査において、１．０×１０^－９Ｐａより高い圧力値を示したサンプルが、リークを有すると判定された。加速試験を意図して、リーク検査が、平山製作所製のＰＣ－ＸＤを使用して、パッケージを温度１２１℃かつ相対湿度９８％の環境下に、０ｈ、９６ｈ、１９２ｈおよび３８４ｈの間さらした後に行われた。下記表１における「リーク検査」における各結果は、１０個のサンプルのうち、リークを有すると判定された割合を示している。

本実施の形態のパッケージ８００（図２）によれば、基部８１０と配線部８２０との間でのリークの発生が防止される。これにより、パッケージ８００の封止信頼性を高めることができる。この理由は、基部８１０および配線部８２０の各々の組成が最適であるだけでなく、基部８１０の組成と、配線部８２０の組成との組み合わせが最適であるためと考えられる。

特に、基部８１０の残部の含有量が０．１ｗｔ％未満に抑えられていることから、各成分が、偏析することなく分散された状態で均一に焼結される。これにより、焼結時の基部８１０の反りが抑制される。よって、この反りに起因した基部８１０と配線部８２０との間の応力が低減される。よって基部８１０と配線部８２０との間でのリークの発生が防止される。基部８１０の残部の含有量は、０．０５ｗｔ％未満がより好ましく、０ｗｔ％であることが特に好ましい。実験番号１０１～１１２（実施例）に示すように、基部８１０と配線部８２０との組成の組み合わせが好適である場合には、１９２ｈの時点においてもリークが見られなかった。一方、実験番号１１３（比較例）に示すように、基部８１０と配線部８２０との組成の組み合わせが好適でない場合には、９６ｈの時点でリークが見られた。また、実験番号１０１～１０６および１０８～１１１（実施例）に示すように、配線部８２０の組成について、金属モリブデンの含有量が７４．６１ｗｔ％以上９２．０１ｗｔ％以下であり、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が７．０６ｗｔ％以上２３．０３ｗｔ％以下であり、ＳｉＯ_２の含有量が０．４６ｗｔ％以上６．００ｗｔ％以下であり、ＭｎＯの含有量が０．３５ｗｔ％以上５．００ｗｔ％以下である場合には、３８４ｈの時点においても、リークが発生したサンプルは１０個中５個以下であった。これは、基部８１０の組成と、配線部８２０の組成との組み合わせが特に最適であるためと考えられる。

また特に、配線部８２０の残部の含有量が０．１ｗｔ％未満に抑えられていることから、各成分が、偏析することなく分散された状態で均一に焼結される。これにより、焼結時の配線部８２０の反りが抑制される。よって、この反りに起因した基部８１０と配線部８２０との間の応力が低減される。よって基部８１０と配線部８２０との間でのリークの発生が防止される。配線部８２０の残部の含有量は、０．０５ｗｔ％未満がより好ましく、０ｗｔ％であることが特に好ましい。

（実施の形態２）
図３は、本実施の形態におけるパッケージ８００Ｍの構成を概略的に示す部分断面図である。パッケージ８００Ｍは、内部電極端子８２３（図２：実施の形態１）に代わって、内部電極端子８２３Ｍを有している。内部電極端子８２３Ｍは、基部８１０（図２参照）の底部８１１上に配置された第１配線層８２３ａと、第１配線層８２３ａ上に配置された第２配線層８２３ｂとを含む。第１配線層８２３ａは酸化物を必須成分として含む。第２配線層８２３ｂは酸化物を任意成分として含む。言い換えれば、第２配線層８２３ｂは、金属および酸化物の両方からなってもよく、あるいは金属のみからなってもよい。第１配線層８２３ａにおける酸化物の含有量に比して第２配線層８２３ｂにおける酸化物の含有量は小さい。なお第２配線層８２３ｂにおける酸化物の含有量はゼロであってもよい。

第１配線層８２３ａおよび第２配線層８２３ｂの各々の厚みは５μｍ以上であることが好ましい。

本実施の形態によれば、第１配線層８２３ａにおける酸化物の含有量に比して、第２配線層８２３ｂにおける酸化物の含有量が小さい。これにより、第２配線層８２３ｂとめっき層８６０との間の密着強度を十分に確保しやすくなる。それと同時に、第１配線層８２３ａの酸化物含有量を相対的に多くすることによって、第１配線層８２３ａと底部８１１との間の密着強度を高めることができる。よって、底部８１１と配線部８２０との間でのリークの発生を、より確実に防止することができる。

また、内部電極端子８２３（図２：実施の形態１）が、第１配線層８２３ａおよび第２配線層８２３ｂを有する内部電極端子８２３Ｍ（図３）に置き換えられるのと同様に、外部電極端子８２１（図２：実施の形態１）が、第１配線層および第２配線層を有する外部電極端子に置き換えれてよい。それにより同様の作用が得られる。よって、図２（実施の形態１）における内部電極端子８２３および外部電極端子８２１の各々が第１配線層および第２配線層を有する場合、リーク発生をより確実に防止することができる。

下記の表２は、パッケージ８００Ｍ（図３）の組成と、信頼性との関係を調べた実験結果を示す。なお信頼性の検証方法は、表１の実験の場合と同様である。

上記表２の結果によれば、３８４ｈの時点においてもリークが見られず、前掲した表１（実施の形態１、実験番号１０１～１１２）の場合に比して、より高い信頼性が得られた。なお表２に示された実験番号２０１～２１０の各々における基部８１０の組成は、表１における実験番号１０７～１１２の基部８１０の組成と同じである。

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

８００，８００Ｍパッケージ
８１０基部
８１１底部
８１２枠部
８２０配線部
８２１外部電極端子
８２２内部配線
８２３内部電極端子
９００電子装置
９０１接合層
９０２電子部品
９０６接着層
９０７蓋体
ＣＶキャビティ
ＳＦ取付面
ＳＭ実装面

Claims

電子部品が実装されることになる実装面と、前記実装面上に位置するキャビティと、前記キャビティを封止するための蓋体が取り付けられることになる取付面と、を有するパッケージであって、
セラミックスからなる基部と、
前記基部を貫通する配線部と、
を備え、
前記基部は、
８１．００ｗｔ％以上９６．４０ｗｔ％以下のＡｌ_２Ｏ_３と、
１．５０ｗｔ％以上８．００ｗｔ％以下のＳｉＯ_２と、
２．００ｗｔ％以上６．００ｗｔ％以下のＭｎＯと、
ＭｏおよびＣｒ_２Ｏ_３の少なくともいずれかを含み、Ｍｏの含有量とＣｒ_２Ｏ_３の含有量との合計が０．１０ｗｔ％以上５．００ｗｔ％以下である着色剤と、
０．１０ｗｔ％以下の残部と、
を含み、
前記配線部は、６０．００ｗｔ％以上の金属モリブデンを含み、
前記配線部は、前記基部上に配置された第１配線層と、前記第１配線層上に配置された第２配線層とを含み、前記第１配線層は酸化物を必須成分として含み、前記第２配線層は酸化物を任意成分として含み、前記第１配線層における酸化物の含有量に比して前記第２配線層における酸化物の含有量が小さく、
前記第２配線層上にめっき層をさらに備えるパッケージ。
前記めっき層は、純ニッケルまたはニッケル合金からなる下地層と、貴金属からなる表面層と、を含む請求項１に記載のパッケージ。
前記配線部は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｎＯ、およびＣｒ_２Ｏ_３を含み、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が３０．００ｗｔ％以下であり、ＳｉＯ_２の含有量が６．００ｗｔ％以下であり、ＭｎＯの含有量が５．００ｗｔ％以下であり、Ｃｒ_２Ｏ_３の含有量が１．００ｗｔ％以下であり、残部の含有量が０．１０ｗｔ％未満である請求項１または２に記載のパッケージ。
前記配線部について、金属モリブデンの含有量が７４．６１ｗｔ％以上９２．０１ｗｔ％以下であり、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が７．０６ｗｔ％以上２３．０３ｗｔ％以下であり、ＳｉＯ_２の含有量が０．４６ｗｔ％以上６．００ｗｔ％以下であり、ＭｎＯの含有量が０．３５ｗｔ％以上５．００ｗｔ％以下である請求項３に記載のパッケージ。
前記基部の前記着色剤はＭｏを含む請求項１から４のいずれか１項に記載のパッケージ。