WO2020195018A1 - 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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WO2020195018A1
WO2020195018A1 PCT/JP2020/000775 JP2020000775W WO2020195018A1 WO 2020195018 A1 WO2020195018 A1 WO 2020195018A1 JP 2020000775 W JP2020000775 W JP 2020000775W WO 2020195018 A1 WO2020195018 A1 WO 2020195018A1
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conductor
electric element
element storage
storage package
bottom substrate
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PCT/JP2020/000775
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征憲 岡本
山元　泉太郎
洋二 古久保
井本　晃
亜紀 北林
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京セラ株式会社
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    • H05K2201/09854—Hole or via having special cross-section, e.g. elliptical

Definitions

  • This disclosure relates to a package for storing electric elements and an electric device.
  • the package for storing electric elements of the present disclosure has a bottom substrate, a bank portion, and a conductor portion.
  • the bottom substrate and the bank are an integral part of ceramics.
  • the area surrounded by the bank portion serves as a mounting portion for mounting the electric element.
  • the conductor portion has a first conductor, a second conductor, and a third conductor. A part of the first conductor is exposed on the surface of the mounting of the bottom substrate and is embedded in the bottom substrate. At least a part of the third conductor is exposed on the upper surface of the bank portion.
  • the second conductor exists inside the bottom substrate and the bank portion, and electrically connects the first conductor and the third conductor.
  • the electric device of the present disclosure includes an electric element on the bottom substrate of the above-mentioned electric element storage package.
  • FIG. 3 It is a perspective view of the electric element storage package shown as an example of an embodiment. It is a cross-sectional view of line ii-ii of FIG. It is sectional drawing which shows the other aspect of the electric element accommodating package. It is sectional drawing which shows the other aspect of the electric element accommodating package. It is an enlarged view of the P2 part of FIG. 3, and is the schematic diagram which shows the stress generated in the P2 part. It is an enlarged view of the P3 part of FIG. 4, and is the schematic diagram which shows the stress generated in the P3 part. It is sectional drawing which shows the other aspect of the electric element accommodating package. It is sectional drawing which shows the other aspect of the electric element accommodating package. It is sectional drawing which shows the other aspect of the electric element accommodating package. It is sectional drawing which shows the other aspect of the electric element accommodating package. It is sectional drawing which shows the other aspect of the electric element accommodating package.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the shape and size of the sample of the manufactured electric element accommodating package. It is sectional drawing which shows the shape and dimension of the XXvi-XXvi line cross section of FIG. It is an exploded perspective view of the sample for performing a deflection test in the package for storing an electric element. It is sectional drawing which shows the state which performs the bending test in the package for storing an electric element. This is the result of electromagnetic field analysis in the P4 part of the second conductor.
  • the package for storing electric elements disclosed in Patent Document 1 has a conductor (via conductor) penetrating the bottom substrate in the thickness direction.
  • a conductor via conductor
  • an interface formed with the conductor is present on the bottom surface of the bottom substrate. Therefore, moisture and gas easily enter the bottom substrate from the bottom surface side.
  • This disclosure exemplifies an electric element storage package in which moisture and gas do not easily enter from the bottom surface of the bottom substrate even if the size and thickness are reduced.
  • the electric element storage package A shown as an example of the embodiment has a bottom substrate 1, a bank portion 3, and a conductor portion 5.
  • the bottom substrate 1 and the bank 3 are one piece of ceramics.
  • the bottom substrate 1 has a mounting portion 1as for an electric element.
  • the mounting portion 1a of the electric element is a portion of the bottom substrate 1 surrounded by the bank portion 3.
  • the bank portion 3 is arranged on the peripheral edge portion 1b of the bottom substrate 1 so as to surround the mounting portion 1as of the bottom substrate 1.
  • FIG. 2 when the mounting portion 1as is flat, it may be referred to as a mounting surface 1a.
  • the conductor portion 5 has a first conductor 5a, a second conductor 5b, and a third conductor 5c.
  • a part of the first conductor 5a is exposed on the mounting surface 1a of the bottom substrate 1.
  • the first conductor 5a is embedded in the bottom substrate 1.
  • the second conductor 5b is provided inside the bottom substrate 1.
  • the second conductor 5b is electrically connected to the first conductor 5a inside the bottom substrate 1.
  • the second conductor 5b is arranged inside from the bottom substrate 1 to the bank portion 3.
  • the second conductor 5b faces in the height direction inside the bank portion 3.
  • the third conductor 5c is provided so as to be exposed on the upper surface 3a of the bank portion 3.
  • the third conductor 5c is electrically connected to the second conductor 5b near the upper surface 3a of the bank portion 3.
  • the second conductor 5b extends from the first conductor 5a in the direction along the mounting surface 1a inside the bottom substrate 1.
  • the first conductor 5a is a portion of the conductor 5 exposed on the mounting surface 1a of the bottom substrate 1.
  • the third conductor 5c is a portion of the conductor 5 exposed on the upper surface 3a of the bank portion 3.
  • the second conductor 5b is a portion of the conductor 5 provided between the first conductor 5a and the third conductor 5c.
  • the width of the second conductor 5b is 1/2 or less of the width of the first conductor 5a exposed on the mounting surface 1a of the bottom substrate 1 when the bottom substrate 1 is viewed in cross section.
  • the second conductor 5b is a portion whose width is 1 ⁇ 2 or less of the width of the third conductor 5c exposed on the upper surface 3a of the bank portion 3 when the bank portion 3 is viewed in cross section.
  • the width is the length in the direction along the mounting surface 1a.
  • the bottom substrate 1 is not provided with the conductor 5 penetrating in the thickness direction, electricity that is difficult for moisture and gas to enter from the bottom surface 1c even if the size and thickness are reduced.
  • a package for storing elements can be obtained.
  • the width of the second conductor 5b which occupies most of the thickness direction of the bottom substrate 1, is smaller than the width of the first conductor 5a in the same direction.
  • the influence of thermal stress generated between the bottom substrate 1 and the second conductor 5b can be reduced.
  • the bottom substrate 1 is formed of ceramics
  • the second conductor 5b is formed of metal
  • the coefficient of thermal expansion and Young's modulus differ greatly between the bottom substrate 1 and the second conductor 5b. Suitable for cases.
  • the first conductor 5a and the third conductor 5c are portions that function as terminal electrodes.
  • electric elements include electronic components such as capacitors, high-frequency filters, actuators, and inductors, as well as semiconductor elements and light-emitting elements. With respect to these terminal electrodes and electric elements, the same configuration or a configuration close to the same configuration is applied to the electric element storage packages B to D shown below.
  • the conductors (first conductor 5a and second conductor 5b) provided inside the bottom substrate 1 do not reach the bottom surface 1c of the bottom substrate 1.
  • the bottom surface 1c of the bottom substrate 1 is integrally formed of ceramics, which is the material of the bottom substrate 1. Even when the thickness of the bottom substrate 1 is thin, the bottom surface 1c and the portion close to the bottom surface 1c are only ceramics which is the material of the bottom substrate 1. That is, the portion between the conductor portion 5 and the bottom surface 1c of the bottom substrate 1 does not have a boundary where different materials such as ceramics and metal contact each other. As a result, the possibility of moisture and gas entering from the bottom surface 1c of the bottom substrate 1 can be further reduced.
  • the electric element storage package A shown in FIG. 2 has a structure in which the second conductor 5b extends from the lower surface 5ad of the first conductor 5a to the middle of the bottom substrate 1 in the thickness direction.
  • the second conductor 5b bends inside near the bottom surface 1c of the bottom substrate 1, and subsequently extends in the direction along the bottom surface 1c.
  • the distance from the position of the mounting surface 1a where the first conductor 5a is exposed to the bottom surface 1c is defined as the first distance t 0 .
  • the first interval t 0 corresponds to the thickness of the bottom substrate 1.
  • the surface of the first conductor 5a is the surface of the bottom substrate 1, that is, the position of the mounting surface 1a. In this case, the surface of the first conductor 5a should be flush with the surface of the bottom substrate 1, that is, the mounting surface 1a.
  • the second interval t1 is the distance from the position of the mounting surface 1a of the bottom substrate 1 of the first conductor 5a to the position closest to the bottom surface 1c of the second conductor 5b.
  • the position of the mounting surface 1a of the first conductor 5a are exposed in the second conductor 5b
  • the second interval t 1 to the position of the lower end 5 bb may occupy a large proportion. That is, in the case of the electric element storage package A, the t 1 / t 0 ratio is large.
  • the fact that the t 1 / t 0 ratio is large in the bottom substrate 1 means that the first interval t 0 corresponding to the thickness of the bottom substrate 1 is thinner than the second interval t 1 corresponding to the thickness of the conductor portion 5.
  • the t 1 / t 0 ratio is preferably 0.30 or more and 0.95 or less. If the t 1 / t 0 ratio is 0.30 or more and 0.95 or less, moisture and gas are unlikely to enter from the bottom surface 1c. In this case, the t 1 / t 0 ratio is preferably 0.40 or more and 0.90 or less, particularly 0.50 or more and 0.80 or less. In the case of the electric element storage package A, even if the bottom substrate 1 has the first conductor 5a and the second conductor 5b and the t 1 / t 0 ratio is in the above range, the bottom surface 1c of the bottom substrate 1 still remains.
  • the electric element storage package A can maintain high airtightness on the bottom surface 1c side of the bottom substrate 1.
  • the airtightness can be further increased.
  • the airtightness of the bank portion 3 can be further increased if the porosity is 1% or less.
  • the porosity of the bottom substrate 1 and the bank 3 is obtained by the Archimedes method. It may be difficult to cut out a portion of the electric element storage package A excluding the conductor portion 5. Alternatively, the size of the sample may be small.
  • the Archimedes method may not be available when determining the porosity of the bottom substrate 1 and the bank 3. In such a case, the cross sections of the sample pieces of the bottom substrate 1 and the bank portion 3 may be photographed with a scanning electron microscope, and the area ratio of the pores may be obtained from the photographed photographs.
  • the bottom substrate 1 and the bank 3 are preferably ceramics.
  • the ceramics include metal oxides such as alumina, mullite, silica, and forsterite, as well as non-oxide ceramics such as aluminum nitride and silicon nitride. Can be done. The use of ceramics leads to a dense sintered body, high insulation, high mechanical strength and high corrosion resistance.
  • FIG. 3 shows the electric element storage package B.
  • the second conductor 5b extends from the side surface 5ab of the first conductor 5a.
  • the second conductor 5b is electrically connected to the side surface 5ab of the first conductor 5a.
  • the second conductor 5b extends from the first conductor 5a in a direction along the mounting surface 1a or the bottom surface 1c.
  • the region P1 of the bottom substrate 1 there is no structure in which the ceramics which is the material of the bottom substrate 1 and the metal which is the material of the conductor portion 5 are arranged side by side in the plane direction of the bottom surface 1c.
  • the region P1 in the bottom substrate 1 is formed of the material of the bottom substrate 1. Therefore, the region P1 is an integral part of ceramics. As a result, even in the case of the electric element storage package B, moisture and gas are less likely to enter the bottom substrate 1 from the bottom surface 1c.
  • the ratio of the conductor portion 5 in the bottom substrate 1 can be reduced as compared with the electric element storage package A.
  • the electric element storage package B is less likely to be deformed than the electric element storage package A. If the elastic modulus of the bottom substrate 1 and the bank 3 formed of the ceramics is 400 GPa or more, the package for storing the electric element is less likely to be deformed.
  • the elastic modulus of the conductor portion 5 formed of metal is preferably 350 GPa or less. This is because the volume ratio of the ceramic portion having a high elastic modulus is large, so that even if the conductor portion 5 is present inside, the bottom substrate 1 is unlikely to crack. As a result, high airtightness can be maintained even in long-term use.
  • the second conductor 5b does not have a conductor at a portion where the bottom substrate 1 faces the thickness direction from the first conductor 5a.
  • the electric element storage package B has few portions where the second conductor 5b and the first conductor 5a appear to overlap when the electric element storage package B is viewed in a plan view.
  • the second conductor 5b formed in the electric element storage package B can have a shorter wiring length of the second conductor 5b than the second conductor 5b formed in the electric element storage package A. ..
  • the side surface 5ab includes not only the direction perpendicular to the mounting surface 1a of the bottom substrate 1 but also the case where the side surface 5ab is inclined with respect to the mounting surface 1a. More specifically, the direction of the surface connecting the second conductor 5b and the first conductor 5a is an angle within 45 ° from the reference surface when the mounting surface 1a is used as a reference surface. Also includes. This is because, in the structure of FIG. 3, the direction of the surface connecting the second conductor 5b and the first conductor 5a and the angle formed by the mounting surface 1a are at right angles or close to each other. Therefore, the angle formed by them may be 45 degrees or less.
  • the first conductor 5a may have a convex shape having one step S in the thickness direction.
  • the surface of the first conductor 5a on the mounting surface 1a side (referred to as the upper surface 5ac) and the surface of the lower end 5aa of the first conductor 5a (referred to as the lower surface 5ad) are both flat surfaces in the direction along the mounting surface 1a or the bottom surface 1c. ing. In other words, the upper surface 5ac and the lower surface 5ad of the first conductor 5a are substantially parallel.
  • the first conductor 5a has a cross-sectional structure as shown in FIG. 3, the upper surface 5ac and the lower surface 5ad of the first conductor 5a have different areas.
  • the area of the upper surface 5ac of the first conductor 5a is larger than the area of the lower surface 5ad with the step S as a boundary.
  • the area of the lower surface 5ad is smaller than the area of the upper surface 5ac with the step S as a boundary. That is, the volume of the first conductor 5a on the bottom surface 1c side is smaller than the volume on the mounting surface 1a side with the step S as a boundary. Therefore, the proportion of ceramics is high on the bottom surface 1c side of the bottom substrate 1.
  • the bottom substrate 1 is more difficult to be deformed under the condition that the ceramics, which is the material of the bottom substrate 1, has a higher elastic modulus than the metal, which is the material of the first conductor 5a. As a result, it is possible to obtain the electric element storage package B that can maintain higher airtightness in long-term use.
  • FIG. 4 shows the package C for storing the electric element.
  • the electric element storage package C has a shape in which the first conductor 5a is convexly curved toward the bottom surface 1c side. The entire first conductor 5a may be curved convexly toward the bottom surface 1c side. Further, a part of the first conductor 5a may be curved convexly toward the bottom surface 1c side.
  • the lower surface 5ad is curved. The radius of curvature of the lower surface 5ad may be 300 ⁇ m or more and 4000 ⁇ m or less.
  • the electric element storage package C is less likely to have defects such as cracks as compared with the electric element storage package A and the electric element storage package B described above. As a result, the electric element storage package C has high thermal shock resistance in addition to airtightness.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the P2 portion of FIG. 3, and is a schematic view showing the stress generated in the P2 portion.
  • FIG. 6 is an enlarged view of the P3 portion of FIG. 4, and is a schematic view showing the stress generated in the P3 portion.
  • the shape of the lower surface 5ad of the first conductor 5a is different between the electric element storage package A and the electric element storage package B and the electric element storage package C. In the case of the electric element storage package A and the electric element storage package B in which the first conductor 5a has a step S, the first conductor 5a has a corner Cp at the step S portion.
  • the main components of the material are different between the bottom substrate 1 whose main material is ceramics and the first conductor 5a whose main material is metal.
  • Young's modulus and thermal expansion coefficient are different between the bottom substrate 1 and the first conductor 5a.
  • stress in the horizontal direction is applied to Bo near the boundary between the first conductor 5a and the bottom substrate 1 due to the difference in Young's modulus and thermal expansion coefficient of the material between the bottom substrate 1 and the first conductor 5a.
  • SH1 , SH2 stresses in the vertical direction
  • S V1 , S V2 stresses in the vertical direction
  • the shape of the lower surface 5ad of the first conductor 5a is a convexly curved shape. Therefore, the corner portion Cp does not exist on the lower surface 5ad of the first conductor 5a.
  • the stresses (S V1 and S V2 ) in the vertical direction are in the same direction. .. Underside horizontal two stress 5ad (S H1, S H2) of the first conductor 5a comes shift direction at an angle toward.
  • the electric element storage package C Since the angles of the two horizontal stresses ( SH1 and SH2 ) are different from each other, it is difficult for the stresses to concentrate with the stresses in the vertical direction (S V1 and S V2 ). In this way, the electric element storage package C is less likely to have defects such as cracks than the electric element storage package A and the electric element storage package B. As a result, the electric element storage package C has high thermal shock resistance in addition to airtightness.
  • FIG. 7 shows the package D for storing the electric element.
  • the electric element storage package D has a shape in which the portion P4 of the second conductor 5b extending from the bottom substrate 1 to the bank portion 3 is curved.
  • the radius of curvature of the portion of P4 is preferably 30 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • the electric element storage package D in addition to the shape in which the lower surface 5ad of the first conductor 5a is convexly curved, the shape in which the second conductor 5b is also partially curved.
  • the concentration of stress generated between the bottom substrate 1 and the first conductor 5a can be suppressed.
  • the portion P4 extending from the bottom substrate 1 to the bank portion 3 of the second conductor 5b has a curved shape, it is possible to obtain an electric device having a small reflection characteristic with respect to a high frequency current.
  • the second conductor 5b preferably has an elongated shape.
  • FIG. 8 shows the package E for storing the electric element.
  • the portion P5 shown in FIG. 8 is different from the electric element storage package D in the electric element storage package E.
  • the lower surface 5ad of the first conductor 5a has a convexly curved shape.
  • the second conductor 5b has a structure that is electrically connected to the central region of the lower surface 5ad of the first conductor 5a.
  • the second conductor 5b is arranged on the lower surface 5ad of the first conductor 5a at a substantially constant interval from the lower surface 5ad of the first conductor 5a. Since the distance between the first conductor 5a and the second conductor 5b is equal to or close to the longitudinal direction of the second conductor 5b, it is possible to form an LC circuit capable of enhancing noise removal.
  • FIG. 9 shows the package F for storing the electric element.
  • the package for storing electric elements of the present disclosure includes not only the structure in which the mounting portion 1as is flat as described above, but also the structure shown in FIG.
  • the first conductor 5a has a portion embedded in the bottom substrate 1 and a portion protruding from the surface of the mounting portion 1as. That is, the electric element storage package F has a protruding portion 1d having a first conductor 5a on the mounting surface 1a.
  • the volume of the embedded portion of the first conductor 5a should be smaller than the volume of the portion protruding on the mounting surface 1a.
  • the width of the first conductor 5a should be larger than the width of the second conductor 5b.
  • the width of the first conductor 5a and the width of the second conductor 5b are, as shown in FIG. 9, the length in the direction along the mounting surface 1a when the electric element storage package F is viewed in cross section.
  • the second conductor 5b is the ratio of the length of the second conductor 5b to the thickness of the bottom substrate 1 rather than the first conductor 5a. Is big.
  • the width of the second conductor 5b which occupies most of the thickness direction of the bottom substrate 1, is smaller than the width of the first conductor 5a in the same direction.
  • the coefficient of thermal expansion and Young's modulus differ greatly between the bottom substrate 1 and the second conductor 5b. Even in such a state, the influence of the thermal stress generated between the bottom substrate 1 and the second conductor 5b can be reduced. Even when the thickness of the bottom substrate 1 is thin, a highly durable package F for storing electric elements can be obtained.
  • the first conductor 5a is embedded in both the protruding portion 1d and the bottom substrate 1 with the mounting surface 1a as a boundary.
  • the first conductor 5a is surrounded not only by the protruding portion 1d but also by the bottom substrate 1.
  • the connection reliability between the first conductor 5a and the second conductor 5b can be improved as compared with the case where the boundary between the first conductor 5a and the second conductor 5b is the mounting surface 1a.
  • a crystal oscillator is mounted on the protruding portion 1d of the electric element storage package F. In this case as well, it is difficult for water and gas to enter from the bottom surface 1c of the bottom substrate 1.
  • the second conductor 5b has a shape in which the second conductor 5b is bent at a substantially right angle in the bottom substrate 1 below the mounting portion 1as and the bank portion 3, but the present disclosure shows the second conductor. Not only does 5b apply to such a right-angled structure.
  • the shape in which the second conductor 5b is bent at a substantially right angle in the lower bottom substrate 1 of the mounting portion 1as and the bank portion 3 is, for example, the electric element storage packages B and C shown in FIGS. 3, 4 and 7. It can also be applied to various types of D.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the electric device G shown as an example of the embodiment.
  • the electric device G shown in FIG. 10 has a configuration in which the electric element 7 is mounted on the mounting portion 1as of the electric element storage package A shown in FIG.
  • an electronic component usually called a passive component such as a capacitor, a piezoelectric actuator, and an inductor can be exemplified.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the electrical device H shown as another aspect of the embodiment.
  • the electric device H shown in FIG. 11 has a configuration in which the electric element 7 is mounted on the mounting portion 1as of the electric element storage package F shown in FIG.
  • FIGS. 10 and 11 show the electric element storage packages A and F as examples. Needless to say, the electric devices G and H of the embodiment can also be applied to the above-mentioned electric element storage packages B, C, D and E.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing an arrangement when each pattern sheet shown in FIGS. 13 and 14 is applied to the manufacture of the electric element storage package A shown in FIG.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing each pattern sheet for manufacturing the electric element storage package A.
  • FIG. 14 is a schematic plan view showing each pattern sheet for manufacturing the electric element storage package A.
  • the electric element storage package A shown in FIG. 2 can be obtained by the following procedure. First, each pattern sheet shown in FIGS. 12 to 14 is prepared. These pattern sheets are stacked and pressed at a predetermined pressure to produce a laminate. Next, the produced laminate is fired under predetermined conditions.
  • the conductor 5 exposed on the bottom substrate 1 and the bank 3 is formed with at least one plating film selected from the group of nickel, gold, and tin, if necessary.
  • the pattern sheet is a ceramic green sheet formed with a conductor pattern. Further, the ceramic green sheet to be the pattern sheet is formed with through holes as needed. The through holes are filled with conductor paste. The through hole becomes a via conductor.
  • the ceramic green sheet is obtained by sheet-molding a slurry in which ceramic powder is dispersed in an organic vehicle.
  • the organic vehicle is a liquid in which an organic resin is dissolved in an organic solvent.
  • the raw material powder of the above-mentioned ceramics is the ceramic powder of the ceramic green sheet.
  • the raw material powder for ceramics include metal oxides such as alumina, mullite, silica and forsterite, and non-oxide ceramics such as aluminum nitride and silicon nitride.
  • the conductor pattern and the via conductor are formed by a conductor paste prepared by mixing the above-mentioned metal powder and an organic vehicle. Conductor patterns and via conductors are formed, for example, by screen printing.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing an arrangement when each pattern sheet shown in FIGS. 16 and 17 is applied to the manufacture of the electric element storage package B shown in FIG.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing each pattern sheet for manufacturing the electric element storage package B.
  • FIG. 17 is a schematic plan view showing each pattern sheet for manufacturing the electric element storage package B.
  • the electric element storage package B shown in FIG. 3 can be obtained by the following procedure. First, each pattern sheet shown in FIGS. 15 to 17 is prepared. Next, these pattern sheets are stacked and pressed at a predetermined pressure to form a laminated body. Next, the produced laminate is fired under predetermined conditions.
  • the conditions of the ceramic green sheet, the conductor pattern, the via conductor and the plating film for producing the laminate, and the pressurizing conditions and the firing conditions for producing the laminate are the same as those of the electric element storage package A.
  • the conditions may be the same.
  • changed conditions may be used as long as the structure and characteristics of the electric element storage package B are not impaired.
  • FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing an arrangement when each pattern sheet shown in FIGS. 19 and 20 is applied to the manufacture of the electric element storage package C shown in FIG.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing each pattern sheet for manufacturing the electric element storage package C.
  • FIG. 20 is a schematic plan view showing each pattern sheet for manufacturing the electric element storage package C.
  • the electric element storage package C shown in FIG. 4 can be obtained by the following procedure. First, each pattern sheet shown in FIGS. 18 to 20 is prepared. Next, these pattern sheets are stacked and pressed at a predetermined pressure to produce a laminate. Next, the produced laminate is fired under predetermined conditions.
  • the ceramic green sheet, conductor pattern, via conductor, plating film, and firing conditions for producing the laminate are the same as those for the electric element storage package A. May be good. Alternatively, changed conditions may be used as long as the structure and characteristics of the electric element storage package B are not impaired.
  • the lower surface 5ad may form a first conductor 5a having a convexally curved shape.
  • the surface of the conductor pattern portion 5ag of the portion to be the first conductor 5a formed on the ceramic green sheet is curved in advance. It is better to form it in.
  • the produced pattern sheet 15d can be pressurized and heated together with other pattern sheets.
  • the conductor pattern portion 5ag formed on the pattern sheet 15d is convex downward and the surface is curved.
  • FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing an arrangement when each pattern sheet shown in FIGS. 22 and 23 is applied to the manufacture of the electric element storage package D shown in FIG. 7.
  • FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing each pattern sheet for manufacturing the electric element storage package D.
  • FIG. 23 is a schematic plan view showing each pattern sheet for manufacturing the electric element storage package D.
  • the electric element storage package D shown in FIG. 7 can be obtained by the following procedure. First, each pattern sheet shown in FIGS. 22 to 23 is prepared. Next, these pattern sheets are stacked and pressed at a predetermined pressure to produce a laminate. Next, the produced laminate is fired under predetermined conditions.
  • the same conditions as in the case of the electric element storage package A are used for the pressurization conditions and firing when producing the ceramic green sheet, the conductor pattern, the via conductor, the plating film, and the laminate for producing the laminate. Be done.
  • the first conductor 5a having a shape in which the lower surface 5ad is curved in a convex shape is formed by the same method as in the case of the electric element storage package C described above.
  • the pattern sheet 18d shown in FIG. 22 is used for forming the second conductor 5b in which the portion extending from the bottom substrate 1 to the bank portion 3 is curved.
  • the curved portion of the second conductor 5b may be referred to as a curved portion.
  • the undulating portion Ud is formed on the ceramic green sheet of the portion corresponding to the curved portion of the second conductor 5b by using the ceramic paste.
  • a conductor pattern is formed on the upper side of the undulating portion Ud.
  • the ceramic paste should contain the same ceramic powder as the ceramic green sheet.
  • FIG. 24 is a schematic cross-sectional view of an electric element storage package (K) having a conductor penetrating the bottom substrate in the thickness direction.
  • FIG. 25 is a perspective view showing the shape and dimensions of the sample of the manufactured electric element storage package.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view showing the shape and dimensions of the XXii-XXii line cross section of FIG. 25.
  • FIG. 27 is an exploded perspective view of a sample for performing a deflection test on an electric element storage package.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view showing a state in which a deflection test is performed on the electric element storage package.
  • the electric element storage package was manufactured by the methods shown in FIGS. 12 to 23. Further, as shown in FIG. 24, the conductor 21 corresponding to the second conductor faces in the direction of the bottom surface 23a of the bottom substrate 23, and the electric element accommodating connected to the third conductor 25 provided on the bottom surface 23a of the bottom substrate 23.
  • Package K was prepared.
  • the ceramic green sheet was produced by sheet molding a slurry containing alumina powder and an organic vehicle.
  • the organic vehicle is a mixture of polyvinyl butyral-based organic resin and toluene.
  • As the conductor paste one prepared by mixing molybdenum powder and polyvinyl alcohol resin was used.
  • the firing conditions of the laminate were set so that the maximum temperature was 1550 ° C. and the holding time at the maximum temperature was 2 hours in a reducing atmosphere using a mixed gas of nitrogen and hydrogen.
  • the shape and size of the obtained electric element storage package, which is a sample, are shown in FIGS. 25 and 26.
  • the porosity of the bottom substrate and the bank of the obtained sample for storing the electric element was 0.9%.
  • the electric element storage package A is shown as an example in FIGS. 25 and 26, the electric element storage packages B to D are also manufactured so that the dimensions a to j are the same.
  • the dimensions excluding i and j were applied to the electric element storage package K shown in FIG. 24, which was produced for comparison with these.
  • the dimension of j in the electric element storage packages B, C, and D was 0.04 mm.
  • the deflection test was carried out by mounting the prepared package for storing electric elements on a substrate made of FR-4 using an adhesive and applying pressure by bending at three points.
  • the FR-4 substrate has a structure in which the portion corresponding to the mounting surface of the electric element storage package is open. Silicon nitride ceramics were installed on the electric element storage package as a contact member for the pressure jig.
  • the deflection test was performed using an autograph. The amount of deflection was set to 0.05 mm, 0.1 mm, and 0.15 mm on the scale of the autograph. When a load was applied to the sample, a method was adopted in which the load was held at each amount of deflection for 10 seconds, and then the load was released.
  • the sample subjected to the deflection test was subsequently immersed in a solution containing a penetrant flaw detector (red check solution).
  • the package for storing the electric element in the portion where the FR-4 substrate was opened was in a state where no adhesive was attached, and the penetration of the penetrant inspection agent from that portion was evaluated.
  • the cross section of the sample immersed in the solution containing the penetrant inspection agent (red check solution) was observed with a digital microscope to evaluate the presence or absence of penetration of the penetrant inspection agent.
  • a sample in which the penetrant inspection agent did not reach the second conductor or the via conductor even after being immersed in the solution containing the penetrant inspection agent (red check solution) was regarded as a good product ( ⁇ ).
  • a sample in which the penetrant was reached to the second conductor or the via conductor after being immersed in a solution containing the penetrant (red check solution) was regarded as a defective product (x).
  • the number of samples was 5 for each package for storing electric elements.
  • the penetrant state of the penetrant was the same after the deflection test.
  • the penetrant inspection agent did not permeate even under the condition of the deflection amount of 0.05 mm.
  • the penetrant flaw detectors did not permeate into the electrical element storage packages B, C, and D even under the condition that the amount of deflection was 0.1 mm.
  • the penetrant flaw detectors did not permeate into the electrical element storage packages C and D even under the condition that the amount of deflection was 0.15 mm. It was found that in the electric element storage packages A, B, C and D, the resistance to the amount of deflection given to the electric element storage package differs depending on the arrangement and shape of the second conductor.
  • FIG. 29 is the result of electromagnetic field analysis in the P4 part of the second conductor constituting the electric element storage package D shown in FIG. 7. It is shown in comparison with the case of the electric element storage package C in which the second conductor is at a right angle in the region extending from the bottom substrate to the bank.
  • the following parameters were used in this electromagnetic field analysis.
  • the relative permittivity of the material of the bottom substrate and the bank is 9.2.
  • the dielectric loss tangent is 0.0006. These values are the relative permittivity and dielectric loss tangent of the material used at 10 GHz.
  • the conductivity of the conductor (wiring) was set to 1.75 (S / m).
  • the width of the conductor (wiring) was set to 0.1 mm, and the thickness was set to 0.015 mm.
  • the radius of curvature of the P4 portion of the second conductor was set to 72 ⁇ m.
  • the electric element storage package D having a structure in which the second conductor is curved in the region extending from the bottom substrate to the bank portion has a structure in which the second conductor is perpendicular to the region extending from the bottom substrate to the bank portion. It was confirmed that the characteristics of the reflection loss were improved as compared with the package C for storing the electric element.
  • the electric element storage package C had a frequency of 3 GHz at ⁇ 10 dB of S11.
  • the electric element storage package D had a frequency of 4 GHz at ⁇ 10 dB of S11.

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Abstract

電気素子収納用パッケージは、底部基板１と堤部３と導体部５とを有し、底部基板１および堤部３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１ａｓとし、導体部５は、第１導体５ａ、第２導体５ｂおよび第３導体５ｃを有しており、第１導体５ａは、一部が底部基板１の搭載面１ａに露出し、かつ底部基板１内に埋設されており、第３導体５ｃは、少なくとも一部が堤部３の上面３ａに配置され、一部が露出しており、第２導体５ｂは、底部基板１および堤部３の内部において、第１導体５ａと第３導体５ｃとの間に存在し、第１導体５ａと第３導体５ｃとを電気的に接続している。電気装置Ｇ、Ｈは、上記の電気素子収納用パッケージＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの底部基板１上に電気素子７を備えている。

Description

電気素子収納用パッケージおよび電気装置
　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）。
特開２０１７－９８４００号公報
　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。
実施形態の一例として示す電気素子収納用パッケージの斜視図である。 図１のii-ii線断面図である。 電気素子収納用パッケージの他の態様を示す断面図である。 電気素子収納用パッケージの他の態様を示す断面図である。 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の他の態様を示す断面図である。 電気素子収納用パッケージの他の態様を示す断面図である。 電気素子収納用パッケージの他の態様を示す断面図である。 実施形態の一例として示す電気装置の断面図である。 実施形態の他の態様として示す電気装置の断面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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の断面模式図である。 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２５のXXvi－XXvi線断面の形状および寸法を示す断面図である。 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。 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。 第２導体のＰ４部における電磁界解析の結果である。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　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

Claims (8)

  1. 　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いる、電気素子収納用パッケージ。
  2. 　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、請求項１に記載の電気素子収納用パッケージ。
  3. 　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または２に記載の電気素子収納用パッケージ。
  4. 　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のうちいずれかに記載の電気素子収納用パッケージ。
  5. 　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１乃至４のうちいずれかに記載の電気素子収納用パッケージ。
  6. 　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５のうちいずれかに記載の電気素子収納用パッケージ。
  7. 　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のうちいずれかに記載の電気素子収納用パッケージ。
  8. 　請求項１乃至７のうちいずれか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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