JPH10294392A - パッケージ部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面実装時のリフロー作業などで高温に曝さ
れても、ベースとフタとを気密に封止する封止材が融点
の低下により再溶融せずに、気密性が損なわれないパッ
ケージ部材の構造を提供すること。 【解決手段】 電子部品素子を収納保持し、電子部品素
子を保持する保持電極層と、外部回路との接続を行う配
線電極層と、封止部である周縁部に接合層とを有するベ
ースと、ベースを蓋するフタと、これらのベースとフタ
とを気密に封止するための鉛（Ｐｂ）を含む高温ハンダ
からなる封止材とを有し、ベースの保持電極および配線
電極の厚さを０．５μｍ以上の金（Ａｕ）とし、ベース
の接合層の厚さを０．３μｍ以下の金（Ａｕ）の構成と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパッケージ部材の構
造にかんし、さらに詳しくは、高温ハンダからなる封止
材を用いてベースとフタとを気密に封止するパッケージ
部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧電体やＩＣチップなどの電子部
品素子を収納するためのベースは、通常、アルミナ焼結
体などの電気絶縁材料からなり、電子部品素子の収納保
持部から外部回路へ導出する配線部ならびに封止材でフ
タと気密に封止を行う封止部にそれぞれメタライズ層を
有し、メタライズ層はタングステン（Ｗ）など高融点金
属からなる下地層と、この下地層の表面のニッケル（Ｎ
ｉ）メッキによる密着層と、さらにこの密着層の表面の
配線部には保持電極層および配線電極層、封止部には接
合層で構成される。

【０００３】これら保持電極層、配線電極層、接合層は
金（Ａｕ）メッキにより形成され、配線電極層のＡｕの
厚さは、外部回路との接続に用いるハンダとの濡れ性や
接合強度を考慮して０．５μｍ以上であり、保持電極層
および接合層のＡｕの厚さも配線電極層とほぼ同様の厚
さである。

【０００４】フタはおもに金属やベースと同様なアルミ
ナ焼結体などのセラミックスからなり、封止材をフタの
周縁部に有する構造になっている。封止材はプリフォー
ムの加熱融着、あるいは封止材をフタ上にスクリーン印
刷した後に加熱融着することによって、フタの周縁部に
形成している。

【０００５】パッケージ部材はベースと封止材を有する
フタで構成される。これらのベースとフタとを重ね合わ
せた後、封止材を加熱溶融すると、ベースの封止部に設
けられた接合層であるＡｕメッキ層が溶融している封止
材の中に溶融拡散し、ベースとフタは封止材を介して接
合され、気密封止されたパッケージ部材が得られる。

【０００６】パッケージ部材は、主に表面実装用部品と
して用いられ、表面実装作業では、パッケージ部材と外
部回路との接続するハンダ付けのためにリフローを行う
必要があり、気密封止されたパッケージ部材は、通常、
温度２６０℃程度に加熱される。

【０００７】このため、封止材を加熱溶融して気密に封
止されたパッケージ部材を得るために表面実装部品用の
封止材としては、融点が温度２８０℃程度で表面実装時
のリフロー温度より高いＡｕ−Ｓｎ合金が主に用いられ
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、Ａｕ−Ｓｎ合
金の封止材は、Ａｕを用いるためコスト的に高く、さら
にスクリーン印刷法などでフタの周縁部に形成するのが
困難である。そこで、フタ周縁部への形成の作業性なら
びにコストの面からＰｂなどを主成分とする融点が２６
０℃以上の高温ハンダの利用も考えられているが、ベー
スのように封止部の接合層にＡｕメッキ層が０．５μｍ
以上設けられている場合、ベースとフタとをフタの周縁
部に有するＰｂを主成分とする封止材を用いて溶融接合
すると、接合層のＡｕが封止材である高温ハンダに溶け
込み、高温ハンダの成分であるＰｂと、融点が封止材自
身よりも低いＡｕとＰｂとの合金相を形成してしまう。

【０００９】このため、ＡｕとＰｂの合金相が形成され
ると、封止材の融点が表面実装時に行われるリフローの
温度以下に低下し、Ａｕの溶け込んだ封止材がリフロー
時に再度溶融してしまい、パッケージ部材の気密性が損
なわれるという問題点が発生する。

【００１０】〔発明の目的〕そこで、本発明の目的は、
上記課題を解決して、表面実装時のリフロー作業などで
高温に曝されても気密性が損なわれないパッケージ部材
の構造を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のパッケージ部材は、下記記載の構成を採用
する。

【００１２】本発明のパッケージ部材は、電子部品素子
を収納保持し、電子部品素子を保持する保持電極層と、
外部回路との接続を行う配線電極層と、封止部である周
縁部に接合層とを有するベースと、ベースを蓋するフタ
と、ベースとフタとを気密に封止する鉛（Ｐｂ）を主成
分とする高温ハンダからなる封止材とを有し、ベースの
保持電極および配線電極の厚さを０．５μｍ以上の金
（Ａｕ）とし、ベースの接合層の厚さが０．３μｍ以下
の金（Ａｕ）とする。

【００１３】〔作用〕ベースの周縁部に有する接合層の
Ａｕの厚さを０．３μｍ以下にすることで、高温ハンダ
の融点低下を招く原因となるＡｕとＰｂの合金相の発生
を抑制でき、表面実装時に２６０℃程度の温度でリフロ
ーを行っても、封止材が再度溶融することはなく、パッ
ケージ部材の気密性を良好に保つことが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下図面により本発明のパッケー
ジ部材を実施するための最適な形態を説明する。図１は
本発明の実施形態におけるパッケージ部材を示す断面図
である。図１に示すように、本発明のパッケージ部材１
０は、電子部品素子を保持する保持電極層５、外部回路
との接続を行う配線電極層６および封止部である周縁部
に接合層７を有するベース１と、ベース１とフタ２とを
接合する封止材３と、封止材３を周縁部に有するフタ２
とで構成する。

【００１５】図１（ｂ）に示すように、本発明の実施形
態におけるベース１は圧電体やＩＣチップなど電子部品
素子を収納するためのキャビティ部８を有し、キャビテ
ィ部８内の電子部品素子の保持部に保持電極層５と、外
部回路との接続部に配線電極層６と、封止材３でベース
１とフタ２とを気密に封止を行う封止部に接合層７とを
有する構造となっている。図１にはキャビティ部８に収
納する電子部品素子は示していない。

【００１６】なお、図１には示していないが、保持電極
層５、配線電極層６および接合層７は、図２に示すよう
にタングステン（Ｗ）など高融点金属からなる下地層２
１、この下地層２１の表面のニッケル（Ｎｉ）メッキな
どによる密着層２２のさらに表面に形成する。このと
き、保持電極層５および配線電極層６は、厚さ０．５μ
ｍ以上のＡｕとし、接合層７は厚さ０．３μｍ以下のＡ
ｕとする。図２はベース１の封止部の接合層７における
場合を示している。また、図１には示していないが、保
持電極層５と配線電極層６とは、タングステン（Ｗ）な
ど高融点金属からなる下地層などを通して導通する構造
になっている。

【００１７】保持電極層５および配線電極層６はメッキ
処理により形成し、接合層７はメッキあるいは真空蒸着
法やスパッタリング法などの薄膜形成方法により形成す
る。

【００１８】メッキにより所望の厚さの接合層７を得る
ためには、保持電極層５および配線電極層６と、接合層
７とをべつべつに形成するか、あるいはメッキ時に接合
層７における電流密度を保持電極層５および配線電極層
６における電流密度より小さくして、保持電極層５およ
び配線電極層６の形成と同時に接合層７を形成すればよ
い。

【００１９】また、図１（ａ）に示すように、本実施形
態におけるフタ２は平板状であり、フタ２の周縁部に封
止材３を有する構造となっている。なお、図１（ａ）に
は示していないが、フタ２の表面の少なくとも封止材３
を設ける部分には封止材３との密着を得るための金属層
を有しており、封止材３には融点が温度３００℃程度の
Ｐｂ−Ｓｎ−Ａｇ系の高温ハンダを用いる。

【００２０】本発明の実施形態において、図１（ｃ）に
示すようなパッケージ部材１０を得るためには、ベース
１と周縁部に封止材３を有するフタ２とを重ね合わせた
後、真空中、あるいは窒素など不活性なガス中で加熱を
施し、封止材３を溶融させることにより、ベース１とフ
タ２とを封止材３を介して気密に封止する。なおこのと
き接合層７を構成するＡｕは封止材３に溶け込むため、
図１（ｃ）に示すように、気密に封止されたパッケージ
部材１０では、封止材３と接合層７とは、相互に拡散し
て、接着層９となる。

【００２１】図１に示す実施形態においては、封止材３
に融点が温度３００℃程度のＰｂ−Ｓｎ−Ａｇ系の高温
ハンダの場合を示したが、ベース１が有する接合層７の
Ａｕの厚さをほぼ０．２〜０．３μｍとした場合、ベー
ス１とフタ２との気密封止を行った後の接着層９の融点
は温度２７０℃程度を維持でき、接合層７のＡｕの厚さ
をさらに薄くして０．１μｍ程度にした場合、ベース１
とフタ２との気密封止を行った後の接着層９の融点は２
９０℃以上に維持することが可能となる。なお、接合層
７のＡｕの厚さが０．５μｍ以上ある場合には、ベース
１とフタ２との気密封止を行った後の接着層９の融点は
２３０℃以下に大きく低下する。接合層７のＡｕの厚さ
とベース１とリッド２とを気密に封止した後の接着層９
の融点との関係を図３に示す。

【００２２】また、ベース１に収納保持する電子部品素
子が移動体通信機に用いる水晶などの圧電体である場
合、パッケージ部材は圧電振動子として使用されるが、
この場合には、圧電体をパッケージ部材の内部に気密に
封止した後に周波数の変化がほとんど生じないことが要
求される。このとき表面実装時のリフロー前後での周波
数の変化率はプラスマイナス１ｐｐｍ以内であることが
要求される。

【００２３】従来技術のように、接合層７のＡｕの厚さ
が０．５μｍ以上あると、図３に示すようにベース１と
リッド２とを気密に封止した後の接着層９の融点が２３
０℃以下になってしまい、２６０℃の温度に加熱される
リフローのときにこの接着層９が溶融してしまうことに
なる。接着層９が溶融すると接着層９からの脱ガスなど
により、圧電振動子の周波数が変化してしまい、リフロ
ー前後の圧電振動子の周波数の変化率がプラスマイナス
１ｐｐｍの範囲を越えるのはもちろんのこと、周波数が
激変して、その変化率がプラスマイナス１００ｐｐｍを
越えてしまうのも少なくない。

【００２４】この点、本発明では、接合層７のＡｕの厚
さを０．３μｍ以下として、接着層９の融点の低下を抑
制し、融点をリフローでの加熱温度である２６０℃以上
に維持できるので、リフローのときに接着層９が溶融す
ることがない。このため、リフロー前後における圧電振
動子の周波数の変化はほとんど発生せず、周波数の変化
率をプラスマイナス１ｐｐｍ以内に抑えられるという効
果も有する。

【００２５】なお、図１に示す実施形態では、封止材３
がＰｂ−Ｓｎ−Ａｇ系の高温ハンダの場合で説明した
が、封止材３は例えばＰｂ−Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ系あるい
はＰｂ−Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ−Ｂｉ系など、錫（Ｓｎ）、
銀（Ａｇ）、ビスマス（Ｂｉ）あるいはインジウム（Ｉ
ｎ）の少なくとも１種類と、鉛（Ｐｂ）とを組合わせた
合金からなる高温ハンダであってもよい。

【００２６】また、図１ではベース１が電子部品素子を
収納するためのキャビティ部８を有する場合を示した
が、フタがキャビティ部を有する構造、あるいは、ベー
スとフタの双方がキャビティ部を有する構造であっても
よい。

【００２７】また、図１の実施形態では特に記載しなか
ったが、ベース１の主体はセラミックス、ガラスセラミ
ックスあるいはガラスのいずれかで構成し、フタ２の主
体は金属、セラミックス、ガラスセラミックスあるいは
ガラスのいずれかで構成することが可能である。

【００２８】

【発明の効果】上記のように本発明によれば、ベースが
周縁部に有する接合層を０．３μｍ以下の厚さのＡｕに
することで、ベースとフタとを封止材で気密に封止した
後に、封止材に接合層のＡｕが溶け込み形成される接着
層の融点低下が発生せず、表面実装時のリフローで温度
２６０℃程度の高温に曝されても、気密性を損なうこと
のないパッケージ部材得ることが可能となる。

【００２９】さらに、本発明のパッケージ部材を圧電振
動子に用いる場合には、表面実装時のリフロー処理にて
温度２６０℃程度の高温に曝されても、接着層が溶融す
ることがない。このため、リフロー前後の周波数変化を
ほとんど発生しないという効果もあわせもつ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施形態におけるパッケージ部材
を示す断面図である。

【図２】本発明による実施形態におけるパッケージ部材
を示し、一部領域を拡大して示す断面図である。

【図３】本発明実施形態におけるパッケージ部材による
効果を説明するためのグラフである。

【符号の説明】

１ ベース ２ フタ ３ 封止材 ５ 保持電極層 ６ 配線電極層 ７ 接合層 ８ キャビティ部 ９ 接着層 １０ パッケージ部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品素子を収納保持し、電子部品素
   子を保持する保持電極層と、外部回路との接続を行う配
   線電極層と、封止部である周縁部に接合層とを有するベ
   ースと、ベースを蓋するフタと、ベースとフタとを気密
   に封止するための鉛（Ｐｂ）を含む高温ハンダからなる
   封止材とを有し、ベースの保持電極および配線電極の厚
   さが０．５μｍ以上の金（Ａｕ）であり、ベースの接合
   層の厚さが０．３μｍ以下の金（Ａｕ）であることを特
   徴とするパッケージ部材。
2. 【請求項２】 電子部品素子は、圧電体あるいはＩＣチ
   ップであることを特徴とする請求項１記載のパッケージ
   部材。
3. 【請求項３】 ベースはセラミックス、ガラスセラミッ
   クスあるいはガラスからなることを特徴とする請求項１
   記載のパッケージ部材。
4. 【請求項４】 フタは金属、セラミックス、ガラスセラ
   ミックスあるいはガラスからなることを特徴とする請求
   項１記載のパッケージ部材。
5. 【請求項５】 封止材は錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、ビス
   マス（Ｂｉ）あるいはインジウム（Ｉｎ）のすくなくと
   も１つと、鉛（Ｐｂ）とを組合わせた合金からなる融点
   が２６０℃以上の高温ハンダであることを特徴とする請
   求項１記載のパッケージ部材。