JP2004152906A - 絶縁基板及びセラミックパッケージ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内部に電子素子4が実装されるキャビティ12が主面に、端子電極3が対向主面に設けられ、前記電子素子4と前記端子電極3とを電気的に接続するために配線導体2が形成されるとともに、蓋体を接合するためのメタライズ層が前記主面に備えられ、最小高さが0.5mm以下の絶縁基板において、平面的に投影した前記キャビティの形成領域が前記端子電極の形成領域と重なる部位の面積が、前記キャビティの全面積の10%以下であることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に電子素子及び/又は半導体素子が搭載され、蓋体などの蓋によって気密に封止するセラミックパッケージ、特に、高さが0.5mm以下、堤部幅が0.3mm以下の超小型・超薄型セラミックパッケージに関する。
【0002】
【従来技術】
近年、半導体素子の高集積化、電気部品の小型化に伴い、各種電子機器の小型化、高機能化が図られている。これに伴い、電子素子を収納する、あるいは半導体素子と同時に受動部品を搭載するセラミックパッケージの小型化が要求され、例えば、外形サイズ縦3mm、横2mm、高さ0.8mm程度まで小型化したセラミックパッケージが開示されている。
【0003】
ところが、さらなる小型化がパッケージに要求され、例えばICカードに代表される超小型・超薄型のものが求められている。このような超小型・超薄型セラミックパッケージでは、電子素子を大気中の水分から保護するため、蓋体で封止して使用されている。
【0004】
例えば、内部に水晶発振子を搭載し、蓋体で封止し、外気から水晶振動子を保護するためのセラミックパッケージが記載されている。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−237665号
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1に記載のセラミックパッケージは、水に対する耐食性が低く、製造直後では問題がないものの、特に梅雨時期のような高温多湿下では、時間と共に腐食が進み、パッケージにクラックが発生するという問題があった。
【0007】
従って、本発明は、高温多湿下でもクラックの発生しない絶縁基板及びセラミックパッケージを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、残留応力がセラミックパッケージの水腐食及びクラック発生に影響を及ぼすとの知見に基づくものであり、キャビティと、端子電極とを平面上に投影した時の重なる部位の面積を制御することによってクラック発生を抑制するものである。
【0009】
即ち、本発明の絶縁基板は、内部に電子素子が実装されるキャビティが主面に、端子電極が対向主面に設けられ、前記電子素子と前記端子電極とを電気的に接続するために配線導体が形成されるとともに、蓋体を接合するためのメタライズ層が前記主面に備えられ、最小高さが0.5mm以下の絶縁基板において、平面的に投影した前記キャビティの形成領域が前記端子電極の形成領域と重なる部位の面積が、前記キャビティの全面積の10%以下であることを特徴とするものである。
【0010】
特に、前記絶縁基板が4質量%以上の焼結助剤を含むアルミナ質焼結体からなり、該アルミナ質焼結体の強度が500MPa以上、ヤング率が320GPa以下、熱伝導率が15W/mK以上であることが好ましい。これにより、熱膨張差により応力が発生しても、速やかな放熱、変形により応力を緩和でき、且つ破壊を効果的に防止することが可能となる。
【0011】
また、前記アルミナ質焼結体が、Mnを酸化物換算で2〜8質量%、Siを酸化物換算で1〜6質量%の割合で含み、Al2O3を主結晶相とし、該主結晶相の粒界にMnAl2O4結晶を含むことが好ましい。これにより、強度を500MPa以上、熱伝導率が15W/mK以上まで高くすることが容易にできる。
【0012】
さらに、前記絶縁基板に対する前記メタライズ層の接着強度が49N以上であることが好ましい。これにより、蓋体とパッケージを接合する際にメタライズ層と絶縁基板との間で発生する剥離を効果的に抑制し、より高い信頼性を得ることができる。
【0013】
さらにまた、前記端子電極が、前記対抗主面の四隅にそれぞれ1個ずつ設けられていることが好ましい。これにより、接続構造を単純化でき、外部からの接続が容易になるとともに、応力集中を抑制できる。
【0014】
また、本発明のセラミックパッケージは、上記の絶縁基板の主面に蓋体を接合したことを特徴とするものである。これにより、高温多湿下におけるクラックを抑制し、パッケージの高気密性を実現することが可能となる。
【0015】
特に、前記基板底部の最大残留応力が250MPa以下であることを特徴とするものである。これにより、クラックの発生をより効果的に防止できる。
【0016】
さらに、前記セラミックパッケージの堤部の幅が0.1〜0.3mm、前記電子素子が実装される絶縁基板の基板底部の厚みが0.1〜0.3mmであることが好ましい。このような寸法に設定することにより、絶縁基板の熱応力破壊をより効果的に防止するとともに、パッケージの容積をより小さくすることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の絶縁基板を、図を用いて説明する。
【0018】
絶縁基板は、例えば図1(a)に示したように、基板底部1aと基板堤部1bとからなる絶縁基板1と、基板底部1aに設けられた配線導体2と、基板堤部1bの上にリング状に形成されたメタライズ層7とを具備し、絶縁基板1は、基板底部1aの外周に基板堤部1bが一体的に設けられてなるものである。
【0019】
配線導体2は、基板底部1aの表面に設けられた表面配線導体2aと、基板底部1aの内部に形成された内部配線導体2bとからなり、外部との電気接続のために裏面に設けられた端子電極3に接続されている。
【0020】
基板底部1aの表面には、図1(b)に示したように、端子電極3が四隅に設けられている。そして、図2(b)を拡大表示した図2(c)に示したように、基板底部1aと基板堤部1bで形成されるキャビティ12を基板と平行な面に投影した時、キャビティ12の形成領域が端子電極3の形成領域と重なる部位の面積が、キャビティ12の全面積の10%以下であることが重要である。
【0021】
即ち、図1(c)において、交差部15の面積をS0、キャビティ12の面積をScavとした時、S0はScavの10%以下であることが重要であり、面積比S0/Scavでは0.1以下に相当する。これは、端子電極3を構成するメタライズ金属と基板底部1aを構成するセラミックスの熱膨張率差によって残留応力が発生するため、交差部15の面積S0が小さいと交差部付近を起点とするクラックの発生を防止することができる。即ち、キャビティ12と端子電極3とを絶縁基板1と並行な面に投影した時、交差部15及びその近傍で応力が発生すると、キャビティに接する基板底部1aの肉厚の薄い部位が応力に耐え切れずクラックを発生するものと考えられる。
【0022】
従って、面積比S0/Scavが0.1以下であればクラックの発生を大幅に防止できる。特に0.07以下、更には0.05以下、より好適には0.03以下であるのが良い。最も好適であるのは面積比S0/Scavが0であり、交差する部位のないことである。
【0023】
端子電極3の形状は、図1(b)に示したように、四角形でも良いが、端子電極3の1辺の長さを大きくするために、図2に示したように、端子電極23が、四角形の一隅を三角形状に除去したような形状でも良く、さらには、残留応力を低減するために、四角形の一隅にアール(丸み)を設けた形状(図示せず)でも良い。
【0024】
絶縁基板1の最小高さが、0.5mm以下であることが重要である。0.5mmより大きいとセラミックパッケージの厚みが大きくなり、機器の低背化が図れなくなる。さらなる低背化と強度確保のため、基板底部1aの最小厚みは、特に0.4mm以下であることが好ましい。
【0025】
また、絶縁基板1を構成するアルミナ質焼結体の3点曲げ強度が500MPa以上であることが好ましい。500MPaよりも低くなると金属蓋体の封止時や2次実装の時に熱応力が加わって破壊する、または、ハンドリング時や使用時の衝撃等により破壊するためである。このような熱応力や衝撃力に強く、より高い信頼性を示すため、強度は、特に550MPa以上、更には600MPa以上であることが好ましい。
【0026】
また、熱伝導率は、封止時の熱を系外に放出するとともに、絶縁基板1内での温度差を小さくすることができるため、封止時の破壊をより効果的に防止する点で15W/mK以上、特に20W/mK以上、更には25W/mK以上であることが好ましい。
【0027】
また、ヤング率は、熱応力を変形によって吸収し、破壊をより効果的に防止する傾向がある点で、320GPa以下、特に310GPa以下、更には300GPa以下であることが好ましい。
【0028】
絶縁基板1に対するメタライズ層7の接着強度が49N以上であることが好ましい。これにより、蓋体とパッケージを接合する際にメタライズ層7と絶縁基板1との間で発生する剥離を効果的に抑制し、より高い信頼性を得ることができる。
【0029】
また、図1において、絶縁基板1の四隅にはそれぞれ1個の端子電極3が設けられている。これは、構造が単純化し、外部から端子電極3への接続が容易になるとともに、対称性を有するため、残留応力を分散するために効果があり、応力集中を防止することが容易となる。
【0030】
本発明によれば、蓋体を接合するためのメタライズ層7が絶縁基板1の主面に備えられていることが重要である。具体的には、基板堤部1bの少なくとも一部に、蓋体を接合するためのメタライズ層7が設けられていることが重要である。特に、同時焼成によってメタライズ層7が設けられるのが良い。これにより、メタライズ層形成工程を別途必要としないため、工程を短縮でき、製品コストを低減することができ、且つ密着力の高いメタライズ層7を得ることができる。
【0031】
メタライズ層7の表面には、ロウ材の拡散防止及び密着強度向上等を目的としてNi、Co、Cr、AuおよびCu等の金属からなるメッキ層を形成しても良い。例えば、メタライズ層7の表面にNiメッキ層とAuメッキ層とを順次形成することができる。
【0032】
絶縁基板1は、アルミナを主成分とし、焼結助剤が4質量%以上、特に6質量%以上、更には8質量%以上含むことが、配線導体2やメタライズ層7と同時焼成を可能とする点で好ましい。
【0033】
主成分のアルミナは、アルミナを90質量%以上、特に90〜96質量%、更には93〜96質量%の割合で含有することが好ましい。これにより、絶縁基板1の3点曲げ強度を500MPa以上、熱伝導率を15W/mK以上、ヤング率を320GPa以下とすることが容易となる。
【0034】
第2の成分として、MnをMn2O3換算で2〜8質量%、特に3〜8質量%、更には3〜6質量%の割合で含むことが好ましい。これは、Mn成分は焼結助剤として作用するものであり、上記の割合を選定することによって、焼結性が高まり、1250〜1400℃の焼成温度で緻密化の達成が容易になるとともに、MnAl2O4の析出が適度に行われ易い。このような適量のMnAl2O4結晶析出は、焼結体の曲げ強度を高める効果がある。
【0035】
また、第3の成分として、SiをSiO2換算で1〜6質量%、特に2〜5質量%、更には3〜5質量%の割合で含有することが好ましい。SiO2は、焼結時の液相生成に関与するため、上記の割合を選定することにより、緻密化が達成し易く、且つ非晶質相の残留も少なく、適度なMnAl2O4の結晶析出により高強度を維持し易い。
【0036】
また、所望により、第4の成分として、Mg、Ca、Sr、Baのうち少なくとも1種を配線導体との同時焼結性を高める上で、上記第3成分までの組成100質量%に対して、酸化物換算で3質量%以下の割合で含んでもよい。さらに、所望により、第5の成分として、W、Moなどの金属を焼結体を黒色化するための成分として、上記第3成分までの組成100質量%に対して2質量%以下の割合で含んでも良い。
【0037】
配線導体2及びメタライズ層7は、各種金属端子との接続或いは蓋体の封止を可能とし、絶縁基板との強固な接着力を保持するため、W及び/又はMoを主成分とし、アルミナを10質量%以下、特に8質量%以下含むことが好ましい。
【0038】
本発明のセラミックパッケージは、例えば図3に示すように、絶縁基板101のキャビティ112の内部に電気部品104aや半導体素子104b等の電子素子104を載置し、メタライズ層107を介して蓋体110を密封したものであり、絶縁基板101の基板底部101aに設けられた配線導体102と接続された電気部品104a及び半導体素子104bとを載置することができる。なお、搭載する電子素子104の数には特に制限はなく、1個以上であれば良い。
【0039】
電気部品104aとしては、水晶発振子、誘電体、抵抗体、フィルタ及びコンデンサのうち少なくとも1種を用いることができ、導電性接着剤105を用いて表面配線導体102aと電気的に接続することが可能である。また、半導体素子104bは、ワイヤボンディング106により配線導体102と接続される。
【0040】
蓋体110は、電気部品104aや半導体素子104b等の電子素子104を保護するためにメタライズ層107を介して基板堤部101bに接合されてなるものであり、その材質はアルミナに近い熱膨張率を有するFe−Ni−Co合金であることが好ましい。このような合金を用いることにより、封止時に発生する熱応力を小さくすることができ、封止時に絶縁基板101が破壊することをより効果的に防止できる。
【0041】
蓋体110を接合して得られたセラミックパッケージの絶縁基板101の基板底部101aには、接合時の熱収縮により残留応力が発生する。この残留応力が大きくなると基板底部101aにクラックが発生することがあり、これを防止するために最大の残留応力(最大残留応力)が250MPa以下になることが好ましい。そのためには、蓋体材料、ロウ材、接合条件等を適宜調整する必要がある。
【0042】
本発明によれば、基板堤部1b、101bの幅dを0.1〜0.3mmに、基板底部1a、101aの厚みDを0.1〜0.3mmに、またパッケージの高さTを0.3〜0.5mmにすることが好ましい。このような寸法に設定することにより、絶縁基板1、101であるアルミナ質焼結体の強度を考慮し、蓋体110の封止時の熱応力に対する破壊をより効果的に防止でき、また、パッケージの容積をより小さくすることができる。
【0043】
特に、絶縁基板の高さTを0.5mm以下とすることにより、電子素子及び/又は半導体素子を実装した超小型・超薄型セラミックパッケージとしてICカードなどに応用することができる。なお、蓋体は薄い方が低背化を改善できる点で好ましく、例えば、0.3mm以下、特に0.2mm以下、更には0.1mm以下であることが好ましい。
【0044】
次に、本発明のセラミックパッケージを製造する方法について、複数の絶縁基板を連結した連結基板を作製し、その一つを分離して用いる場合について具体的に説明する。
【0045】
まず、原料粉末として、平均粒子径が0.5〜2.0μm、特に1.0〜1.5μmのアルミナ粉末を準備する。これは、平均粒子径は0.5μm以上とすることにより、シート成形性を確保でき、粉末のコスト上昇を容易に防止できる。また、2.0μm以下とすることで、1400℃以下の焼成での緻密化を促進し、焼結を容易にすることができる。
【0046】
また、第2の成分として純度99%以上、平均粒子径0.5〜5μmのMn2O3粉末、第3の成分として純度99%以上、平均粒子径0.5〜3μmのSiO2粉末を準備する。なお、Mn及びSiは、上記の酸化物粉末以外に、焼成によって酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩等として添加してもよい。
【0047】
これらの成分は、アルミナ粉末に対して、Mn2O3粉末を2〜8質量%、特に3〜8質量%、更には3〜6質量%、SiO2粉末を1〜6質量%、特に2〜5質量%、更には3〜5質量%の割合で添加することが、焼結性を高め、緻密化を促進するために好ましい。
【0048】
なお、所望により、第4の成分として、Mg、Ca、Sr、Baのうち少なくとも1種を酸化物換算で3質量%以下、第5の成分として、W、Mo等の遷移金属の金属粉末や酸化物粉末を着色成分として金属換算で2質量%以下の割合で添加しても良い。
【0049】
さらに、強度、破壊靱性を向上させる周知の手法であるZr、Hfなどを適宜添加しても良い。
【0050】
上記の混合粉末に対して適宜有機バインダを添加した後、これをプレス法、ドクターブレード法、圧延法、射出法等の周知の成形方法によって、絶縁基板1を形成するためのグリーンシートを作製する。例えば、上記混合粉末に有機バインダや溶媒を添加してスラリーを調製した後、ドクターブレード法によってグリーンシートを形成する。或いはまた、混合粉末に有機バインダを加え、プレス成形、圧延成形等により所定の厚みのグリーンシートを作製できる。
【0051】
各絶縁基板は形状が小さいため、複数の絶縁基板を一つの連結基板に形成し、それを分離して用いることが生産性を高める上で好ましい。これに対応するように、グリーンシートに対して、配線導体ペーストをスクリーン印刷、グラビア印刷などの方法により各グリーンシート上に、配線導体2の形成のために配線パターン状に、或いはメタライズ層7の形成のためにリング状に印刷塗布する。
【0052】
また、所望により、あらかじめグリーンシートに対して、マイクロドリル、レーザー等により直径50〜250μmのビアホールを形成しておき、上記の配線導体ペーストをビアホール内に充填する。
【0053】
配線導体ペーストは、配線導体成分としてW及び/又はMoを用い、これにアルミナ粉末を10質量%以下、特に8質量%以下の割合で添加したものが良い。これは、配線導体2の導通抵抗を低く維持したままアルミナ焼結体と配線導体2の密着性を高め、メッキ欠けなどの不良の発生を容易に防止することができる。なお、密着性向上のため、アルミナ粉末の代わりに、絶縁基板を形成する酸化物セラミックス成分と同一の組成物粉末を加えても良く、さらにNi等の酸化物を0.05〜2体積%の割合で添加することも可能である。
【0054】
その後、配線導体ペーストを印刷塗布したグリーンシートを位置合わせして積層圧着後、絶縁基板を分離するための切欠き溝を複数形成する。切欠き溝の形成方法としては、カッター刃、金型、レーザー加工等の方法を用いることができ、これらの中でも特に金型、レーザー加工が低コストで量産出来る点で好ましい。
【0055】
この切欠き溝を形成した積層体を、少なくとも1000℃から焼成最高温度まで150℃/h以上の昇温速度で加熱し、1250〜1400℃の非酸化性雰囲気中で焼成し、1000℃までの冷却速度を250℃/h以下とする条件で焼成することが重要である。
【0056】
昇温速度が、1000℃から焼成最高温度までの間において、150℃/hより小さい場合、昇温時の低温液相領域での液相生成が不均一になり、アルミナの粒成長に偏りが生じるため曲げ強度が低下することがある。特に、強度をより高めるため、昇温速度を180℃/h以上、更には200℃/hとすることが好ましい。
【0057】
また、焼成温度は、充分に緻密化を促進し、500MPa以上の曲げ強度を容易に達成し、且つW及び/又はMo自体の焼結が進むことによるアルミナとの接着強度の低下及びアルミナの粒成長を抑制し、機械的及び電気的信頼性を改善する点で1250〜1400℃で焼成することが好ましい。
【0058】
焼成終了直後の保持温度から1000℃までの冷却速度は、250℃/h以下であることが好ましい。MnAl2O4を容易に結晶化させ、曲げ強度を改善することが容易に可能となる。また、冷却速度は、強度を高める点で、特に200℃/h以下が好ましい。
【0059】
また、焼成雰囲気は、金属が酸化されないように、非酸化性雰囲気であることが望ましい。具体的には、窒素、又は窒素と水素との混合ガスを用いることが望ましい。有機バインダの脱脂をする上では、水素及び窒素を含み、露点+30℃以下、特に25℃以下の非酸化性雰囲気であることが望ましい。なお、雰囲気中には、所望により、アルゴン等の不活性ガスを混入してもよい。
【0060】
配線導体2には、表面保護及び半田接合のためにNi、Co、Cr、AuおよびCuのうち少なくとも1種から成るメッキ層を形成しても良い。
【0061】
以上のような製法により、メタライズ層7との同時焼成が可能で、強度が500MPa以上の小型セラミックパッケージとして好適に用いることができる絶縁基板1を製造することができる。そして、さらに、得られた絶縁基板1の内部に電子素子4及び/又は半導体素子6を実装し、配線導体2との電気的に接続し、且つリング状のメタライズ層7の表面にメッキ層8を被覆し、蓋体10を共晶Ag−Cuロウ材9等によってシーム溶接等により接合する。このようにして、電子素子4が気密に封止された半配線導体装置を得ることができる。
【0062】
メッキ層8は、ロウ材の拡散を防止し、良好な密着性を得るために、Ni、Co、Cr、AuおよびCuのうち少なくとも1種からなることが好ましい。
【0063】
【実施例】
純度99%以上、平均粒子径1.5μmのアルミナ粉末に対して、純度99%以上、平均粒子径0.7μmのMn2O3粉末、純度99%以上、平均粒子径1.0μmのSiO2粉末、純度99.9%以上、平均粒子径1.2μmのW粉末、純度99.9%以上、平均粒子径1.2μmのMo粉末、純度99.9%以上、平均粒子径0.7μmのMgCO3粉末、純度99%以上、平均粒子径1.3μmのCaCO3粉末、純度99%以上、平均粒子径1.0μmのSrCO3粉末、BaCO3粉末、Cr2O3粉末及びCo3O4粉末を準備した。
【0064】
これらの原料粉末を表1に示す割合で混合した後、成形用有機樹脂(バインダ)としてアクリル系バインダと、トルエンを溶媒として混合してスラリーを調製し、しかる後に、ドクターブレード法にて厚さ150μmのグリーンシートを作製した。
【0065】
得られたグリーンシートを所定厚みに積層し、露点+25℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、引き続き、表2に示した昇温速度で1000℃から焼成最高温度まで昇温し、焼成最高温度にて露点+25℃の窒素水素混合雰囲気にて1時間焼成した後、1000℃までを表2に示した速度で冷却した。
【0066】
得られた焼結体の主結晶相は焼結体を粉砕し、X線回折により同定した。また、嵩密度はアルキメデス法によって測定し、理論密度との比率から相対密度を算出した。強度は厚み3mm、幅4mm、長さ40mmの梁状試料を作成し、JISR1601に基づいて室温にて測定した。
【0067】
一方、平均粒子径1.2μmのW粉末、平均粒子径1.2μmのMo粉末、平均粒子径1.5μmのアルミナ粉末に対して、Cu、Au及びAg(低抵抗金属)を添加して表1に示す組成に調製した後、アクリル系バインダとアセトンを溶媒として混合し、配線導体ペーストを調製した。
【0068】
そして、上記と同様にして作製したグリーンシートに対して、打抜き加工を施し、直径が100μmのビアホールを形成し、このビアホール内に、上記の配線導体ペーストをスクリーン印刷法によって、充填するとともに、配線パターン状(配線導体)及びリング状(メタライズ層)に印刷塗布した。この時、端子電極に対向する部位の総面積が、キャビティの面積の10%以下になるようにパターン形状を調節した。なお、リング状メタライズを形成したグリーンシートは、電子素子収納する部位を打抜き加工によって除去した。
【0069】
このようにして作製したグリーンシートを位置合わせして積層圧着して積層体を作製した。その後、この積層体に切欠き溝を形成し、成形体を露点+25℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、露点+25℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、引き続き、表2に示した昇温速度で1000℃から焼成最高温度まで昇温し、焼成最高温度にて露点+25℃の窒素水素混合雰囲気にて1時間焼成した後、1000℃までを表2に示した速度で冷却した。
【0070】
得られた焼結体の主結晶相は焼結体を粉砕し、X線回折により同定した。また、アルキメデス法によって嵩密度を測定し、気孔率を算出した。また、強度は厚み3mm、幅4mm、長さ40mmの梁状試料を作成し、JIS R1601に基づいて室温にて測定した。さらに、平均結晶粒子径は、インターセプト法により測定し、粒子径として表示した。
【0071】
ヤング率はJIS R1602に基づいて室温のヤング率を測定し、熱伝導率はレーザーフラッシュ法により室温で測定した。また、絶縁基板の寸法はマイクロメーターで測定してキャビティの大きさを算出し、端子電極3の大きさから交差部15の面積を算出した。この交差部15の面積をキャビティの面積で除し、面積比として百分率で表示した。
【0072】
次に、配線導体及びリング状に形成したメタライズ層の表面に電解Niメッキを施し、さらにその表面に0.2μmのAuメッキを施した。このようにメッキ層8を形成したリング状のメタライズ層に対して、共晶Ag−Cuロウ材を用いてFe−Co−Ni合金からなる厚み0.1mmの蓋体をシーム溶接によって接合し、気密に封止した。
【0073】
得られた試料は、接合テストとして、40倍の顕微鏡にてメタライズ剥れ、絶縁基板のクラックの確認を行い、クラックの無いものには○、あるものには×として評価した。
【0074】
次に、メタライズ剥れ、クラックのない試料について、−65℃にて5分、150℃にて5分保持を1サイクルとして100サイクルまでの熱サイクル試験を行い、気密封止性をHeリーク法によって封止状態を評価する封止テストを実施した。
【0075】
Heリーク法は、0.41MPaのHe加圧雰囲気中に2時間保持した後に取り出し、真空雰囲気中において検出されるHeガス量を測定し、1×10−10MPa・cm3/sec以下を○を5×10−9MPa・cm3/secを超えるものを×として評価し、その後、X線回折により、基板底部の残留応力を測定し、その結果を表2に示した。なお、残留応力は、X線回折によって測定された回折ピーク(2θ)152°から並傾法によって算出した。
【0076】
また、絶縁基板に対するリング状のメタライズ層の接着強度は、2mm×25mmの配線導体配線を形成し、無電解Niメッキを施した後、銀ロウを用いて金具を接合し、金具を引き剥がす際の引き剥がし荷重を測定した。さらに、ヤング率はJIS R1602に基づいて室温のヤング率を測定した。熱伝導率は、レーザーフラッシュ法により室温で測定した。結果を表1、2に示した。
【0077】
【表1】
【0078】
【表2】
【0079】
本発明の試料No.2、5、8、10、13〜33は、残留応力が190MPa以下、面積比が10%以下で、接合テスト及び封止テストでも異常は見られなかった。
【0080】
一方、面積比が11%以上と大きい本発明の範囲外の試料No.1、3、4、6、7、9、11及び12は、残留応力が200MPa以上、面積比が11%以上で、接合テスト及び/又は封止テストにおいてクラックが観察された。
【0081】
【発明の効果】
本発明は、端子電極とキャビティとの交差部面積を制御することにより、パッケージ裏面部の残留応力を250MPa以下と低減し、基板底部におけるクラック発生を防止することができ、さらに強度を500MPa以上、メタライズ層の接合強度を49N以上とすることで、絶縁基板基板堤部の肉厚が0.1〜0.3mm、電子素子が実装される絶縁基板の基板底部の厚みが0.1〜0.3mm、絶縁基板の高さが0.5mm以下であるセラミックパッケージが安価に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の絶縁基板の構造を示すもので、(a)は概略断面図、(b)は概略平面図、(c)はその部分拡大平面図である。
【図2】本発明の他の絶縁基板を示す概略平面図である。
【図3】本発明のセラミックパッケージの構造を示す概略平面図である。
【符号の説明】
1、101・・・絶縁基板
1a、101a・・・基板底部
1b、101b・・・基板堤部
2、102・・・配線導体
2a、102a・・・表面配線導体
2b、102b・・・内部配線導体
3、23、103・・・端子電極
7、107・・・メタライズ層
8、108・・・メッキ層
9、109・・・共晶Ag−Cuロウ材
12、32、112・・・キャビティ
15・・・交差部
104・・・電子素子
104a・・・電気部品
104b・・・半導体素子
105・・・導電性接着剤
106・・・ワイヤボンディング
110・・・蓋体
T・・・絶縁基板の高さ
D・・・基板底部の厚み
d・・・基板堤部の幅
Claims (8)
- 内部に電子素子が実装されるキャビティが主面に、端子電極が対向主面に設けられ、前記電子素子と前記端子電極とを電気的に接続するために配線導体が形成されるとともに、蓋体を接合するためのメタライズ層が前記主面に備えられ、最小高さが0.5mm以下の絶縁基板において、平面的に投影した前記キャビティの形成領域が前記端子電極の形成領域と重なる部位の面積が、前記キャビティの全面積の10%以下であることを特徴とする絶縁基板。
- 前記絶縁基板が4質量%以上の焼結助剤を含むアルミナ質焼結体からなり、該アルミナ質焼結体の強度が500MPa以上、ヤング率が320GPa以下、熱伝導率が15W/mK以上であることを特徴とする請求項1記載の絶縁基板。
- 前記アルミナ質焼結体が、Mnを酸化物換算で2〜8質量%、Siを酸化物換算で1〜6質量%の割合で含み、Al2O3を主結晶相とし、該主結晶相の粒界にMnAl2O4結晶を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の絶縁基板。
- 前記絶縁基板に対する前記メタライズ層の接着強度が49N以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の絶縁基板。
- 前記端子電極が、前記対抗主面の四隅にそれぞれ1個ずつ設けられていることを特徴とする前記1乃至4のいずれかに記載の絶縁基板。
- 前記1乃至5のいずれかに記載の絶縁基板の主面に蓋体を接合したことを特徴とするセラミックパッケージ。
- 前記基板底部の最大残留応力が250MPa以下であることを特徴とする請求項6記載のセラミックパッケージ。
- 前記セラミックパッケージの堤部の幅が0.1〜0.3mm、前記電子素子が実装される絶縁基板の基板底部の厚みが0.1〜0.3mmであることを特徴とする請求項6又は7記載のセラミックパッケージ。
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- 2002-10-29 JP JP2002314962A patent/JP2004152906A/ja active Pending
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WO2016098767A1 (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 日本碍子株式会社 | セラミック素地及びその製造方法 |
CN107001147A (zh) * | 2014-12-16 | 2017-08-01 | 日本碍子株式会社 | 陶瓷基体及其制造方法 |
JPWO2016098767A1 (ja) * | 2014-12-16 | 2017-09-28 | 日本碍子株式会社 | セラミック素地及びその製造方法 |
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