WO2021070375A1 - パッケージ - Google Patents

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間瀬　淳
陽彦 伊藤
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NGK Electronics Devices Inc
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NGK Insulators Ltd
NGK Electronics Devices Inc
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors

Definitions

  • the present invention relates to a package, particularly to a package for electronic components.
  • Patent Document 1 discloses a solid-state image sensor.
  • the solid-state image sensor has an image sensor mounted in a concave ceramic package.
  • As the size of the package a size of 10 mm square is exemplified.
  • the image pickup device is, for example, a charge coupling element (CCD) type or a complementary type / metal / oxide / semiconductor (CMOS) type. Since the size of the package is 10 mm square, the image sensor mounted inside the package is considerably smaller than 10 mm on the long side.
  • the opening of the package is sealed with a translucent window member.
  • the window member mounting surface of the package is polished and flattened in order to improve the adhesion and airtightness of the window member and to serve as a reference surface for mounting the image sensor.
  • Some electronic components mounted on the package have a size that includes a rectangle having a long side of 10 mm or more.
  • a high-performance solid-state image sensor for a large camera needs to form a large image sensor as compared with a solid-state image sensor for a small camera, and specifically, it is configured as a semiconductor chip of about 10 to 50 mm square. Often done.
  • the package in which the solid-state image sensor is mounted requires a large mounting surface.
  • the effect of warpage due to the difference in firing shrinkage of the ceramic package is larger than the size, so the frame (sealing surface), back surface (mounting surface on the substrate), and cavity bottom (image sensor mounting surface). ), And the parallelism between them is likely to be disturbed.
  • the flatness of the mounting surface is low, the airtightness between the mounting surface of the package and the lid will be low. Further, when the electronic component is a solid-state image sensor, the optical axis must be taken into consideration, so that the parallelism between the solid-state image sensor and the lid is also a concern. Therefore, conventionally, the flatness of the mounting surface has been improved by polishing to, for example, about 30 to 50 ⁇ m.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a package capable of preventing malfunction of electronic components due to dust generation.
  • the package according to the embodiment of the present invention has a mounting surface on which electronic components are mounted, a cavity located on the mounting surface, and a mounting surface on which a lid for sealing the cavity is mounted. And have.
  • the package includes a base made of ceramics and having a cavity and a wiring portion extending from the cavity of the base and penetrating the base.
  • the base includes a bottom and a frame.
  • the bottom has a mounting surface having a size including a rectangle having a long side of 10 mm or more.
  • the frame portion is provided on the bottom portion on the outside of the mounting surface so as to surround the cavity, and has an as-fired surface of ceramics as a mounting surface.
  • the mounting surface to which the lid is mounted is the fired surface of the ceramics.
  • dust generation from the mounting surface is suppressed as compared with the case where the mounting surface is a polished surface. Therefore, it is possible to prevent malfunction of the electronic component due to foreign matter in the cavity.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows typically the structure of the electronic apparatus in one Embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows the structure of the package of FIG. 1 schematicly. It is an electron micrograph of the mounting surface of the package of the comparative example. It is an electron micrograph of the mounting surface which the package of an Example has. It is an image of the electron micrograph of the fracture surface of the package of the example. It is a figure which shows the image which performed the binarization process with respect to the image of FIG. It is a figure explaining the example of the cutting method which is the method of calculating the average particle diameter from the electron micrograph of the mounting surface which the package of an Example has.
  • FIGS. 1 and 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the electronic device 900 in the present embodiment and the configuration of the package 800 used for manufacturing the electronic device 900.
  • Package 800 (FIG. 2) includes a mounting surface SM on which the electronic component 902 (FIG. 1) is mounted, a cavity CV located on the mounting surface SM, and a lid 907 for sealing the cavity CV. It has a mounting surface SF to be mounted.
  • the package 800 has a base portion 810 and a wiring portion 820.
  • the base 810 is made of ceramics.
  • the ceramic is substantially made of an insulator so that the base 810 can function as an insulating member. As long as this function can be ensured, the ceramics do not necessarily have to be completely made of an insulator. For example, a small amount of non-insulator particles are dispersed in the insulator grains which occupy the majority in volume. May be.
  • the base 810 has a cavity CV.
  • the base 810 includes a bottom 811 and a frame 812.
  • the bottom 811 has a mounting surface SM.
  • the mounting surface SM has a mounting surface SM having a size including a rectangle having a long side of 10 mm or more.
  • the mounting surface SM is a rectangle having a long side of 10 mm or more.
  • the mounting surface SM may have a mounting surface SM having a size including a square having a side of 10 mm or more.
  • a rectangle is a kind of square by definition in geometry.
  • the frame portion 812 is provided on the bottom portion 811 on the outside of the mounting surface SM so as to surround the cavity CV.
  • the frame portion 812 has a fired surface of ceramics as a mounting surface SF.
  • the word "fired” (as-fired) means a state in which the surface is not processed as it is sintered. Therefore, the "firing surface” is a surface having a “firing” (as-fired) state. In other words, the "fired surface” means the outer surface of the ceramic product after sintering after sintering. Therefore, the polished surface is not a fired surface.
  • the ceramics which is the material of the base portion 810, preferably has an average particle size of 1 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less, more preferably 1.5 ⁇ m or less on the mounting surface SF.
  • This average particle size can be calculated from the electron microscope image of the mounting surface SF by using a cutting method. Specifically, a line segment of a known length completely crossing 10 to 50 crystal grains is drawn on a microscope image or a photograph, and this known length is divided by the number of these crystal grains. The average particle size may be calculated by.
  • the base portion 810 has a side surface SS extending from the outer edge of the mounting surface SF.
  • the side surface SS may have a non-fracture surface SSa and a fracture surface SSb.
  • a green laminate in which a plurality of products are arranged is subjected to a half-cut (grooving) treatment with a knife. After firing, each product is individualized by a break process using the portion where the grooving treatment has been performed. In that case, the non-fracture surface SSa becomes an as-fired surface that is fired after being grooved, and has a substantially 0% porosity.
  • the fracture surface SSb is a surface that is broken by a break after firing, and preferably has a porosity of 3% or less.
  • the side surface SS has a non-fracture surface SSa having substantially no pores and a fracture surface SSb having pores, and the porosity of the latter is preferably 3% or less, more preferably 1.5% or less. Is. This porosity can be calculated by binarizing the image of the electron micrograph of the surface to be evaluated.
  • the fracture surface SSb may be located on the side surface of the bottom portion 811 as shown in FIG. 2, and as a modification, it is located on the side surface of the frame portion 812 or on the side surface straddling the bottom portion 811 and the frame portion 812. You can do it.
  • the ceramics preferably contain Al 2 O 3 , SiO 2 and Mn O as essential components, and at least one of molybdenum (Mo) atoms and Cr 2 O 3 as optional components.
  • the content of Al 2 O 3 is 82.0% by mass or more and 95.0% by mass or less.
  • the content of SiO 2 is 3.0% by mass or more and 8.0% by mass or less.
  • the content of MnO is 2.0% by mass or more and 6.0% by mass or less.
  • the total of the Mo atom content and the Cr 2 O 3 content in terms of MoO 3 is 4.0% by mass or less.
  • At least a part of the Mo atom may be contained as Mo oxide. Further, at least a part of Mo atoms may be contained as metal Mo.
  • the content of the balance other than the above-mentioned components in the composition of the ceramics is less than 0.1% by mass, more preferably less than 0.05% by mass.
  • the wiring portion 820 extends from the cavity CV and penetrates the base portion 810. Specifically, the wiring portion 820 has an external electrode terminal 821 provided outside the cavity CV, an internal wiring 822 penetrating the base portion 810, and an internal electrode terminal 823 facing the cavity CV.
  • the internal wiring 822 may be composed of at least one of the internal electrode layer and the via wiring.
  • the material of the wiring portion 820 is substantially made of a conductor so that the wiring portion 820 can function as a wiring member. As long as this function can be ensured, the material does not necessarily have to be entirely composed of conductors, for example, a small amount of non-insulator region is dispersed in the conductor region which occupies the majority in volume. You may be.
  • the electronic component 902 (FIG. 1) is bonded on the internal electrode terminal 823 by a bonding layer 901. As a result, the electronic component 902 is mounted on the mounting surface SM via the bonding layer 901 and the internal electrode terminal 823.
  • the electronic component 902 may have a size including a rectangle having a long side of 10 mm or more, and has a size including, for example, a square having a side of 10 mm or more.
  • the electronic component 902 may be a solid-state image sensor.
  • the solid-state image sensor is, for example, a CMOS image sensor.
  • a CMOS image sensor is particularly excellent as a solid-state image sensor having a large image pickup unit as required for a single-lens reflex camera, some surveillance cameras, an industrial camera, and the like.
  • the planar shape of the solid-state image sensor may be a rectangle having a long side of 10 mm or more, or a substantially square shape having a side of 10 mm or more.
  • the lid body 907 is mounted on the mounting surface SF of the frame portion 812 via the adhesive layer 906. As a result, the cavity CV of the package 800 is sealed.
  • the adhesive layer 906 is made of, for example, a resin adhesive.
  • the adhesive layer 906 may be in direct contact with each of the mounting surface SF and the lid 907.
  • the electronic component 902 is a solid-state image sensor
  • at least a portion of the lid 907 is substantially transparent with respect to the light being imaged, and typically the entire lid 907 is substantially with respect to the light being imaged. Is transparent.
  • the wiring portion 820 penetrates the bottom portion 811.
  • the wiring portion penetrating between the bottom portion 811 and the frame portion 812 or the wiring portion penetrating the frame portion 812 may be provided.
  • a wiring portion to be connected to the electronic component 902 by a bonding wire may be provided.
  • the attachment surface SF to which the lid body 907 (FIG. 1) is attached is a fired surface of ceramics.
  • dust generation from the mounting surface is suppressed as compared with the case where the mounting surface is a polished surface. Therefore, it is possible to prevent the electronic component 902 from malfunctioning due to foreign matter in the cavity CV.
  • FIG. 3 is an electron micrograph of the polished surface as the mounting surface of the package of the comparative example
  • FIG. 4 is an electron micrograph of the fired surface as the mounting surface SF of the package of the example.
  • the unevenness of the surface state is large as compared with the example, and shedding tends to occur.
  • the internal pores are surfaced as defects (holes) by polishing, and foreign substances (ceramics, abrasive grains, etc.) generated during processing and various foreign substances in the process are contained in the defects. Easy to get in. Therefore, there is a risk of dust generation due to the detachment of this foreign matter.
  • the polishing process is machining, and due to this, ceramic particles having a low sintering bond force to the surrounding ceramic particles and ceramic particles that are simply attached to the surrounding ceramic particles are generated. Cheap. Therefore, there is a concern that the ceramic particles are easily shed.
  • the ceramics of the base 810 have a porosity of 3% or less, particularly 1% or less in the fracture surface SSb, and have an average particle size of 1 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less, particularly 1.5 ⁇ m or less on the mounting surface SF. It is preferable to have. Since the fracture surface SSb is not a fired surface (as-fired surface) unlike the non-fragmented surface SSa and the mounting surface SF, it is usually difficult to set the porosity to 0%. However, it is possible to suppress the porosity to 3% or less, particularly 1% or less, whereby foreign matter is suppressed from being taken into the pores in the cleaning process or the like in manufacturing. Therefore, the risk of dust generation from the pores is reduced.
  • the average particle size on the mounting surface SF is 1 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less, particularly 1.5 ⁇ m or less, the denseness can be ensured. As a result, the sintering and bonding force is enhanced, so that the degranulation of the ceramic particles from the mounting surface SF is suppressed. Therefore, the risk of dust generation due to shedding is reduced. From the above, dust generation from the entire base 810 can be suppressed more reliably.
  • FIG. 5 is an image of an electron micrograph of the ceramic surface on the fracture surface SSb of the package of the example
  • FIG. 6 is a binarization process for the purpose of calculating the average particle size with respect to the image of FIG. It is a figure which shows the image which gave.
  • the stomata were observed as areas that were significantly darker than their surroundings. Therefore, as shown in FIG. 6, it was easy to perform the binarization process at a concentration threshold value such that only the above-mentioned dark region is extracted.
  • a porosity of 0.98% was obtained by calculating the ratio of the regions extracted in this way.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a cutting method which is a method of calculating the average particle size from an electron micrograph of the mounting surface SF of the package of the example.
  • the length of the line segment was divided by the number of crystal grains that each line segment crossed. Then, the numerical values obtained by it were averaged with respect to the three line segments. From the above, an average particle size of 1.22 ⁇ m was obtained.
  • the electronic component 902 may be a solid-state image sensor having a size including a rectangle having a long side of 10 mm or more. As a result, the size of the image pickup unit of the solid-state image pickup device can be sufficiently secured.
  • the ceramics at the base 810 preferably contain Al 2 O 3 , SiO 2 and Mn O as essential components, and at least one of Mo atoms and Cr 2 O 3 as optional components.
  • the content of Al 2 O 3 is 82.0% by mass or more and 95.0% by mass or less.
  • the content of SiO 2 is 3.0% by mass or more and 8.0% by mass or less.
  • the content of MnO is 2.0% by mass or more and 6.0% by mass or less.
  • the total of the Mo atom content and the Cr 2 O 3 content in terms of MoO 3 is 4.0% by mass or less.
  • the content of the balance is less than 0.1% by mass, more preferably less than 0.05% by mass.
  • the ceramics have such a composition, it becomes easy to obtain the dimensional accuracy of the base portion 810 made of the ceramics. Therefore, it becomes easy to secure the flatness of the mounting surface SF without polishing. Further, it becomes easy to secure the parallelism of the mounting surface SF.
  • each component is uniformly sintered in a dispersed state without segregation. As a result, dimensional variation of the base 810 is suppressed. Therefore, it becomes easy to secure the flatness of the mounting surface SF without polishing. Further, it becomes easy to secure the parallelism of the mounting surface SF.
  • each component is uniformly sintered in a dispersed state without segregation, so that the timing at which the glass component of the base 810 melts is on the side facing the firing setter and on the opposite side. And, it will be almost at the same time. Therefore, it is possible to prevent the base portion 810 from warping in the thickness direction due to this timing shift. Therefore, it becomes easy to secure the flatness and parallelism of the mounting surface SF without polishing.
  • the content of the balance is more preferably less than 0.05% by mass. As a result, dimensional variation can be further suppressed.
  • the content of the balance is particularly preferably 0% by mass. Thereby, the dimensional variation can be further suppressed.
  • the ceramics at the base 810 include a crystalline phase and a glass phase.
  • the crystal phase includes not only the Al 2 O 3 crystal phase as the main crystal phase but also the Mo crystal phase as the sub crystal phase.
  • the crystal phase may include a crystal phase other than the Al 2 O 3 crystal phase and the Mo crystal phase (hereinafter, referred to as “remaining crystal phase”).
  • the main peak intensity of the remainder of the crystalline phase, the main peak intensity of Al 2 O 3 crystal phase 0. It is preferably 5% or less.
  • the bending strength of the ceramics can be improved.
  • Table 1 below shows the experimental results of investigating the relationship between the composition of the ceramics represented by the composition numbers 1 to 25, the firing temperature suitable for the composition, and the characteristics of the ceramic plate obtained by the composition.
  • each raw material powder was mixed at the ratio shown in Table 1 to obtain a mixed powder.
  • Polyvinyl butyral, tertiary amine and phthalate ester (diisononyl phthalate: DINP) are mixed as organic components with the obtained mixed powder, and IPA (isopropyl alcohol) and toluene are further mixed as solvents to prepare a slurry. did.
  • IPA isopropyl alcohol
  • toluene are further mixed as solvents to prepare a slurry.
  • a green sheet having a thickness of 50 to 400 ⁇ m was prepared by the doctor blade method.
  • the obtained ceramic green sheet was cut into a length of 50 mm and a width of 50 mm, arranged on a firing setter made of Mo, and fired at the firing temperature (maximum temperature) shown in Table 1 above for 2 hours. As a result, 100 ceramic plates having each composition number were produced.
  • the dimensional variation of the obtained ceramic plate was measured. Specifically, the external dimensions of the ceramic plate were measured using a dimension measuring device. The mean and standard deviation were calculated. The value obtained by dividing the standard deviation by the average value was defined as the dimensional variation. As a result, among the composition numbers 1 to 25, the dimensional variation of the composition numbers 1 to 17 was small, and the dimensional variation of the composition numbers 1 to 8 and 12 to 17 was particularly small.
  • the number of ceramic plates with surface defects caused by sticking to the firing setter during the firing process was counted. As a result, among the composition numbers 1 to 25, the numbers of composition numbers 1 to 17 were small, and the numbers of composition numbers 1 to 5 and 12 to 17 were particularly small.
  • the average value of the amount of warpage of the ceramic plate was measured using a three-dimensional shape measuring device. As a result, among the composition numbers 1 to 25, the warpage of the composition numbers 1 to 17 was small, and the warpage of the composition numbers 1 to 9 and 12 to 17 was particularly small.
  • the bending strength of the ceramic plate was measured at room temperature according to a three-point bending strength test based on JIS R 1601.
  • the relative permittivity of the ceramic plate was measured at room temperature and a frequency of 10 GHz according to the cavity resonance method based on JIS R1641.
  • composition numbers 1 to 17 suppressed dimensional variation, sticking to the setter, and warpage as compared with composition numbers 18 to 25. This is because the content of the balance other than Al 2 O 3 , SiO 2 , MnO and the colorant (Mo atom and / and Cr 2 O 3 ) was suppressed to less than 0.1% by mass, so that each component was segregated. It is probable that this was because they were uniformly sintered in a dispersed state. It has been experimentally confirmed that the same result can be obtained even when additives other than MgO, ZrO 2, CaO and BaO are added.
  • composition numbers 1 to 9 and 12 to 17 in which the content of the balance was 0.07% by mass or less, the warp was further suppressed. Further, in the compositions Nos. 1 to 8 and 12 to 17 in which the content of the balance was less than 0.05% by mass, the dimensional variation was further suppressed. Further, in the composition numbers 1 to 5 and 12 to 17 in which the content of the balance was 0% by mass, not only the dimensional variation was further suppressed, but also the sticking to the setter was further suppressed.
  • composition Nos. 1 to 15 are suitable for ceramic packages requiring strength (for example, those for encapsulating an oscillator or a semiconductor element).
  • composition numbers 15 to 17 in which the ratio of the content of SiO 2 to the content of MnO is 1.9 or more and 3.5 or less, the relative permittivity of 8.0 or more and 9.0 or less and the bending resistance of 390 MPa or more are obtained. It was possible to achieve both strength and strength. Therefore, it was found that the composition numbers 15 to 17 are suitable for ceramic packages (for example, those for encapsulating an optical semiconductor element) that require a relatively low relative permittivity.

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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

パッケージ（８００）は、電子部品（９０２）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、セラミックスからなりキャビティ（ＣＶ）を有する基部（８１０）と、基部（８１０）のキャビティ（ＣＶ）から延びて基部（８１０）を貫通する配線部（８２０）とを含む。基部（８１０）は、底部（８１１）と、枠部（８１２）とを含む。底部（８１１）は、１０ｍｍ以上の長辺を有する長方形を包含する大きさを有する実装面（ＳＭ）を有している。枠部（８１２）は、底部（８１１）上において実装面（ＳＭ）の外側にキャビティ（ＣＶ）を囲むように設けられており、取付面（ＳＦ）としてセラミックスの焼成面を有している。

Description

パッケージ
　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。
　特開２００６－３４４８３８号公報（特許文献１）は固体撮像装置を開示している。固体撮像装置は、凹状のセラミックスパッケージ内に搭載された、撮像素子を有している。パッケージのサイズとしては、１０ｍｍ四方のサイズが例示されている。撮像素子は、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）型または相補型・金属・酸化物・半導体（ＣＭＯＳ）型である。パッケージのサイズが１０ｍｍ四方であるため、その内部に搭載される撮像素子は、長辺でも１０ｍｍよりもかなり小さくなる。パッケージの開口部は透光性窓部材で封止されている。パッケージの窓部材搭載面は、窓部材の密着性およびそれによる気密性を高めるべく、また撮像素子を搭載する際の基準面とするべく、研磨されて平坦化されている。
特開２００６－３４４８３８号公報
　パッケージに実装される電子部品としては、１０ｍｍ以上の長辺を有する長方形を包含する大きさを有するものもがある。例えば、高性能の大型カメラ用の固体撮像素子は、小型カメラ用の固体撮像素子に比して、大きな撮像部を構成する必要があり、具体的には１０～５０ｍｍ四方程度の半導体チップとして構成されることが多い。これに対応して、固体撮像素子が実装されるパッケージは、大きな実装面を必要とする。その結果、セラミックスパッケージの焼成収縮差等による反りの影響が、サイズに比して大きくなるため、枠部（封止面）、裏面部（基板への実装面）、キャビティ底部（撮像素子搭載面）の各平面度、および、相互の平行度が乱されやすい。特に取付面の平坦度が低いと、パッケージの取付面と蓋体との間の気密性が低くなってしまう。さらに電子部品が固体撮像素子の場合は、光軸を考慮しなければならないので固体撮像素子と蓋体との平行度も懸念される。そこで従来は取付面の平坦度を、例えば３０～５０μｍ程度にまで、研磨によって向上させていた。
　しかしながら本発明者らの検討によれば、研磨された取付面からはパッケージのキャビティ内への発塵が生じやすい。この発塵が電子部品の動作に悪影響を及ぼすことがある。特に、電子部品が固体撮像素子の場合は、発塵が画素欠陥を引き起こすことがあり、高性能を求められることが多い大型の固体撮像素子の場合はこの問題は特に深刻である。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、発塵に起因しての電子部品の動作不良を防止す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、セラミックスからなりキャビティを有する基部と、基部のキャビティから延びて基部を貫通する配線部とを含む。基部は、底部と、枠部とを含む。底部は、１０ｍｍ以上の長辺を有する長方形を包含する大きさを有する実装面を有している。枠部は、底部上において実装面の外側にキャビティを囲むように設けられており、取付面としてセラミックスの焼成面(as-fired surface)を有している。
　本発明の一実施の形態におけるパッケージによれば、蓋体が取り付けられることになる取付面はセラミックスの焼成面である。これにより、取付面が研磨面である場合に比して、取付面からの発塵が抑制される。よって、キャビティ内の異物に起因しての電子部品の動作不良を防止することができる。
　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。
本発明の一実施の形態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。 比較例のパッケージが有する取付面の電子顕微鏡写真である。 実施例のパッケージが有する取付面の電子顕微鏡写真である。 実施例のパッケージが有する破断面の電子顕微鏡写真の画像である。 図５の画像に対して二値化処理を施した画像を示す図である。 実施例のパッケージが有する取付面の電子顕微鏡写真から平均粒子径を算出する方法である切断法の例を説明する図である。
　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。
　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、電子装置９００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。
　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はキャビティＣＶを有している。基部８１０は、底部８１１と、枠部８１２とを含む。
　底部８１１は実装面ＳＭを有している。実装面ＳＭは、１０ｍｍ以上の長辺を有する長方形を包含する大きさを有する実装面ＳＭを有している。例えば、実装面ＳＭは、１０ｍｍ以上の長辺を有する長方形である。実装面ＳＭは、１０ｍｍ以上の辺を有する正方形を包含する大きさを有する実装面ＳＭを有していてもよい。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。
　枠部８１２は、底部８１１上において、実装面ＳＭの外側に、キャビティＣＶを囲むように設けられている。枠部８１２は、取付面ＳＦとしてセラミックスの焼成面を有している。ここで「焼成」（アズファイアード:as-fired）の文言は、焼結したままの、表面加工を行わない状態のことを意味する。よって「焼成面」は、「焼成」（アズファイアード:as-fired）の状態を有する面のことである。言い換えれば、「焼成面」は、焼結後のセラミックス製品の外面(external surface of a ceramic product after sintering)のことを意味する。よって、研磨された表面は焼成面ではない。
　基部８１０の材料である上記セラミックスは取付面ＳＦ上において、１μｍ以上３μｍ以下、さらに好ましくは１．５μｍ以下の平均粒子径を有していることが好ましい。この平均粒子径は、取付面ＳＦの電子顕微鏡画像から切断法を用いて算出され得る。具体的には、顕微鏡の映像または写真上で、１０～５０個の結晶粒を完全に横切る既知の長さの線分が描かれ、この既知の長さをこれら結晶粒の数で割り算することによって平均粒子径が算出されてよい。
　基部８１０は、取付面ＳＦの外縁から延びる側面ＳＳを有している。側面ＳＳは、非破断面ＳＳａと、破断面ＳＳｂとを有していてよい。セラミックスパッケージ製品の一般的な製造方法において、複数の製品が配置されたグリーン積層体に、ナイフによるハーフカット（溝加工）処理が施される。焼成後、上記溝加工処理が施されていた箇所を利用してのブレイク工程によって各製品が個片化される。その場合、非破断面ＳＳａは、溝加工された後に焼成された焼成面(as-fired surface)となり、実質的に０％気孔率を有する。破断面ＳＳｂは、焼成後にブレイクによって破断された面となり、３％以下の気孔率を有していることが好ましい。言い換えれば、側面ＳＳは、実質的に気孔を有しない非破断面ＳＳａと、気孔を有する破断面ＳＳｂとを有し、後者の気孔率は好ましくは３％以下、さらに好ましくは１．５％以下である。この気孔率は、評価される面の電子顕微鏡写真の画像を二値化処理することによって算出され得る。なお破断面ＳＳｂは、図２に示されたように底部８１１の側面上に位置してよく、変形例として、枠部８１２の側面上、または、底部８１１および枠部８１２にまたがる側面上に位置してよい。
　上記セラミックスは、好ましくは、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２およびＭｎＯを必須成分として含み、モリブデン（Ｍｏ）原子およびＣｒ２Ｏ３の少なくとも一方を任意成分として含む。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、８２．０質量％以上９５．０質量％以下である。ＳｉＯ２の含有量は、３．０質量％以上８．０質量％以下である。ＭｎＯの含有量は、２．０質量％以上６．０質量％以下である。ＭｏＯ３換算でのＭｏ原子の含有量とＣｒ２Ｏ３の含有量との合計は、４．０質量％以下である。Ｍｏ原子の少なくとも一部は酸化Ｍｏとして含まれていてよい。またＭｏ原子の少なくとも一部は金属Ｍｏとして含まれていてよい。セラミックスの組成のうち上述した成分以外の残部の含有量は、０．１質量％未満であり、より好ましくは０．０５質量％未満である。
　配線部８２０は、キャビティＣＶから延びて基部８１０を貫通している。具体的には、配線部８２０は、キャビティＣＶの外側に設けられた外部電極端子８２１と、基部８１０を貫通する内部配線８２２と、キャビティＣＶに面する内部電極端子８２３とを有している。内部配線８２２は、内部電極層およびビア配線の少なくともいずれかによって構成され得る。配線部８２０の材料は、配線部８２０が配線部材として機能することができるように、実質的に導体からなる。この機能が確保できる限りにおいては、この材料は、必ずしも全体が完全に導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導体領域の中に微量の非絶縁体領域が分散されていてもよい。
　電子部品９０２（図１）は、内部電極端子８２３上に接合層９０１によって接合されている。これにより電子部品９０２は、接合層９０１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、１０ｍｍ以上の長辺を有する長方形を包含する大きさを有していてよく、例えば、１０ｍｍ以上の辺を有する正方形を包含する大きさを有している。電子部品９０２は固体撮像素子であってよい。固体撮像素子は、例えばＣＭＯＳイメージセンサである。一眼レフ、一部の監視用カメラ、および産業用カメラ等に求められるような大きな撮像部を有する固体撮像素子としては、一般に、ＣＭＯＳイメージセンサが特に優れている。固体撮像素子の平面形状は、１０ｍｍ以上の長辺を有する長方形であってよく、１０ｍｍ以上の辺を有する略正方形であってもよい。
　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。接着層９０６は、取付面ＳＦおよび蓋体９０７の各々に直接接していてよい。電子部品９０２が固体撮像素子である場合、蓋体９０７の少なくとも一部は、撮像される光に関して実質的に透明であり、典型的には蓋体９０７の全体が、撮像される光に関して実質的に透明である。
　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。
　本実施の形態のパッケージ８００（図２）によれば、蓋体９０７（図１）が取り付けられることになる取付面ＳＦはセラミックスの焼成面である。これにより、取付面が研磨面である場合に比して、取付面からの発塵が抑制される。よって、キャビティＣＶ内の異物に起因しての電子部品９０２の動作不良を防止することができる。
　図３は、比較例のパッケージが有する取付面としての研磨面の電子顕微鏡写真であり、図４は、実施例のパッケージが有する取付面ＳＦとしての焼成面の電子顕微鏡写真である。実施例に比して比較例においては、表面状態のむらが大きく、脱粒が生じやすい。また、比較例では、研磨加工によって内部の気孔を欠陥（穴）として表面化させており、この欠陥中へ、加工時に発生する異物（セラミックスや砥粒等）、および、工程内の様々な異物が入りこみやすい。よって、この異物が脱離することに起因しての発塵のおそれがある。また、研磨加工は機械加工であり、これに起因して、周囲のセラミックス粒子への焼結結合力が低いセラミックス粒子、および、周囲のセラミックス粒子に単に付着しているだけのセラミックス粒子を発生させやすい。よって、セラミックス粒子の脱粒が容易に生じることが懸念される。
　基部８１０のセラミックスは、破断面ＳＳｂにおいて３％以下、特に１％以下の気孔率を有しており、取付面ＳＦ上において１μｍ以上３μｍ以下、特に１．５μｍ以下の平均粒子径を有していることが好ましい。破断面ＳＳｂは、非破断面ＳＳａおよび取付面ＳＦと異なり焼成面（as-fired面）ではないので、その気孔率を０％とすることは通常困難である。しかしながら、気孔率を３％以下、特に１％以下に抑えることは可能であり、これにより、製造における洗浄工程等において気孔内に異物が取り込まれることが抑制される。よって、気孔からの発塵のおそれが低減される。また、取付面ＳＦ上における平均粒子径が１μｍ以上３μｍ以下、特に１．５μｍ以下であることから、緻密性を確保できる。これにより焼結結合力が高められるので、取付面ＳＦからのセラミックス粒子の脱粒が抑制される。よって、脱粒に起因しての発塵のおそれが低減される。以上から、基部８１０全体からの発塵を、より確実に抑制することができる。
　図５は、実施例のパッケージが有する破断面ＳＳｂでのセラミックス表面の電子顕微鏡写真の画像であり、図６は、図５の画像に対して、平均粒子径を算出する目的で二値化処理を施した画像を示す図である。図５に示されているように、気孔が、その周囲に比して際立って濃い領域として観察された。よって、図６に示されているように、おおよそ上記の濃い領域のみが抽出されるような濃度しきい値で二値化処理を行うことは容易であった。本例においては、このようにして抽出された領域の割合を算出することによって、気孔率０．９８％を得た。
　図７は、実施例のパッケージが有する取付面ＳＦの電子顕微鏡写真から平均粒子径を算出する方法である切断法の例を説明する図である。この例においては、各線分が横切る結晶粒の数によって、線分の長さが割り算された。そして、それによって得られた数値が、３つの線分に関して平均化された。以上により、平均粒子径１．２２μｍを得た。
　電子部品９０２は、１０ｍｍ以上の長辺を有する長方形を包含する大きさを有する固体撮像素子であってよい。これにより、固体撮像素子の撮像部の大きさを十分に確保することができる。
　基部８１０のセラミックスは、好ましくは、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２およびＭｎＯを必須成分として含み、Ｍｏ原子およびＣｒ２Ｏ３の少なくとも一方を任意成分として含む。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、８２．０質量％以上９５．０質量％以下である。ＳｉＯ２の含有量は、３．０質量％以上８．０質量％以下である。ＭｎＯの含有量は、２．０質量％以上６．０質量％以下である。ＭｏＯ３換算でのＭｏ原子の含有量とＣｒ２Ｏ３の含有量との合計は、４．０質量％以下である。残部の含有量は、０．１質量％未満であり、より好ましくは０．０５質量％未満である。セラミックスがこのような組成を有することによって、セラミックスからなる基部８１０の寸法精度を得やすくなる。よって、研磨なしに取付面ＳＦの平坦度を確保しやすくなる。また取付面ＳＦの平行度を確保しやすくなる。
　具体的には、上記残部の含有量が０．１質量％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ている。これにより、基部８１０の寸法ばらつきが抑制される。よって、研磨なしに取付面ＳＦの平坦度を確保しやすくなる。また取付面ＳＦの平行度を確保しやすくなる。
　また上記のように、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とによって、基部８１０のガラス成分が溶融するタイミングが、焼成セッターに面する側と、その反対側とで、ほぼ同時となる。よって、このタイミングのずれに起因して基部８１０が厚み方向において反ることが抑制される。よって、研磨なしに取付面ＳＦの平坦度および平行度を確保しやすくなる。
　残部の含有量は、０．０５質量％未満がより好ましい。これによって寸法ばらつきをさらに抑制できる。残部の含有量は、０質量％であることが特に好ましい。これによって、寸法ばらつきをさらに抑制できる。
　基部８１０のセラミックスは結晶相とガラス相とを含む。セラミックスが着色剤としてＭｏ原子を含有している場合は、結晶相は、主結晶相としてのＡｌ２Ｏ３結晶相に加えて、副結晶相としてのＭｏ結晶相も含む。結晶相は、Ａｌ２Ｏ３結晶相およびＭｏ結晶相以外の結晶相（以下、「残部の結晶相」という。）を含んでいてもよい。ここで、基部８１０を粉砕することによって得た試料のＸ線回折パターンが測定される場合、残部の結晶相のメインピーク強度は、Ａｌ２Ｏ３結晶相のメインピーク強度に対して、０．５％以下であることが好ましい。これにより、残部の結晶相の存在によりガラス相に歪みが生じることを抑制できる。これにより、セラミックスの曲げ強度（いわゆる、抗折強度）を向上させることができる。
　下記の表１は、組成番号１～２５で表されたセラミックスの組成と、当該組成に適した焼成温度と、当該組成によって得られたセラミックス板の特性との関係を調べた実験結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　セラミックス板を作製するために、まず、各原料粉末を表１に示す割合で混合して混合粉末を得た。得られた混合粉末に、ポリビニルブチラール、３級アミンおよびフタル酸エステル（フタル酸ジイソノニル：ＤＩＮＰ）を有機成分として混合し、さらに、溶剤としてＩＰＡ（イソプロピルアルコール）およびトルエンを混合して、スラリーを調製した。調製したスラリーを用いて、ドクターブレード法にて厚さ５０～４００μｍのグリーンシートを作製した。得られたセラミックスグリーンシートを縦５０ｍｍ×横５０ｍｍにカットし、Ｍｏ製の焼成セッター上に並べて、上記表１に示す焼成温度（最高温度）で２時間焼成した。これによって、各組成番号のセラミックス板を１００枚ずつ作成した。
　得られたセラミックス板の寸法ばらつきを測定した。具体的には、寸法測定装置を用いてセラミックス板の外形寸法を測定した。その平均値および標準偏差を算出した。標準偏差を平均値で割った値を寸法ばらつきとした。結果、組成番号１～２５のうち、組成番号１～１７の寸法ばらつきが小さく、特に組成番号１～８および１２～１７の寸法ばらつきがより小さかった。
　焼成セッターに焼成工程において貼り付いてしまったことによって表面に欠損が生じたセラミックス板の数を数えた。結果、組成番号１～２５のうち、組成番号１～１７の数が小さく、特に組成番号１～５および１２～１７の数が小さかった。
　セラミックス板の反り量の平均値を、三次元形状測定器を用いて測定した。結果、組成番号１～２５のうち、組成番号１～１７の反りが小さく、特に組成番号１～９および１２～１７の反りが小さかった。
　セラミックス板の曲げ強度を、ＪＩＳ　Ｒ　１６０１に準拠した３点曲げ強度試験に従って室温で測定した。またセラミックス板の比誘電率を、ＪＩＳ　Ｒ　１６４１に準拠した空洞共振法に従って、室温、周波数１０ＧＨｚで測定した。
　組成番号１～１７では、組成番号１８～２５に比べて、寸法ばらつき、セッターへの貼り付き、および反りが抑制された。これは、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｎＯおよび着色剤（Ｍｏ原子または／およびＣｒ２Ｏ３）以外の残部の含有量を０．１質量％未満に抑えたため、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したため、と考えられる。なお、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＣａＯおよびＢａＯ以外の添加物を添加した場合においても同様の結果が得られることが実験的に確認されている。
　また、残部の含有量を０．０７質量％以下とした組成番号１～９および１２～１７では、反りがさらに抑制された。また、残部の含有量を０．０５質量％未満とした組成番号１～８および１２～１７では、寸法ばらつきがさらに抑制された。また、残部の含有量を０質量％とした組成番号１～５および１２～１７では、寸法ばらつきがさらに抑制されただけでなく、セッターへの貼り付きもさらに抑制された。
　また、ＭｎＯの含有量に対するＳｉＯ２の含有量の比を０．８以上２．１以下とした組成番号１～１５では、曲げ強度が７００ＭＰａ以上であった。従って組成番号１～１５は、強度を要するセラミックスパッケージ（例えば、振動子または半導体素子を封止するもの）に好適であることが分かった。
　また、ＭｎＯの含有量に対するＳｉＯ２の含有量の比を１．９以上３．５以下とした組成番号１５～１７では、８．０以上９．０以下の比誘電率と３９０ＭＰａ以上の抗折強度とを両立することができた。従って、組成番号１５～１７は、比較的低い比誘電率を要するセラミックスパッケージ（例えば、光半導体素子を封止するもの）に好適であることが分かった。
　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　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 (5)

  1. 　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り、前記キャビティを有する基部と、
    　前記基部の前記キャビティから延びて前記基部を貫通する配線部と、
    を備え、
    　前記基部は、１０ｍｍ以上の長辺を有する長方形を包含する大きさを有する前記実装面を有する底部と、前記底部上において前記実装面の外側に前記キャビティを囲むように設けられ前記取付面として前記セラミックスの焼成面を有する枠部と、を含む、パッケージ。
  2. 　前記基部は、前記取付面の外縁から延びる側面を有しており、前記側面は破断面を含み、
    　前記セラミックスは、前記取付面上において１μｍ以上３μｍ以下の平均粒子径を有しており、前記破断面において３％以下の気孔率を有している、請求項１に記載のパッケージ。
  3. 　前記電子部品は、１０ｍｍ以上の長辺を有する長方形を包含する大きさを有する固体撮像素子である、請求項１または２に記載のパッケージ。
  4. 　前記セラミックスは、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２およびＭｎＯを必須成分として含み、モリブデン原子およびＣｒ２Ｏ３の少なくとも一方を任意成分として含み、
    　Ａｌ２Ｏ３の含有量が、８２．０質量％以上９５．０質量％以下であり、
    　ＳｉＯ２の含有量が、３．０質量％以上８．０質量％以下であり、
    　ＭｎＯの含有量が、２．０質量％以上６．０質量％以下であり、
    　ＭｏＯ３換算でのモリブデン原子の含有量と、Ｃｒ２Ｏ３の含有量との合計が、４．０質量％以下であり、
    　残部の含有量が、０．１質量％未満である、
    請求項１から３のいずれか１項に記載のパッケージ。
  5. 　前記セラミックスは、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２およびＭｎＯを必須成分として含み、モリブデン原子およびＣｒ２Ｏ３の少なくとも一方を任意成分として含み、
    　Ａｌ２Ｏ３の含有量が、８２．０質量％以上９５．０質量％以下であり、
    　ＳｉＯ２の含有量が、３．０質量％以上８．０質量％以下であり、
    　ＭｎＯの含有量が、２．０質量％以上６．０質量％以下であり、
    　ＭｏＯ３換算でのモリブデン原子の含有量と、Ｃｒ２Ｏ３の含有量との合計が、４．０質量％以下であり、
    　残部の含有量が、０．０５質量％未満である、
    請求項１から３のいずれか１項に記載のパッケージ。
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