JP2012221992A - 電子部品パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】高周波回路部品の電磁シールドの役割を果たしつつ、パッケージ内部の結露を防止する通気穴の形状の安定化を図った電子部品パッケージを得ること。
【解決手段】フラックスレスはんだに濡れ、パターン開口部６ａ以外の部分が半導体素子４の実装領域を囲んで回路基板１の実装面上に形成されたリッド搭載用はんだ付けパターン２と、リッド搭載用はんだ付けパターン２との接合面が環状であってフラックスレスはんだに濡れるリッドと、リッド搭載用はんだ付けパターン２の上にフラックスレスはんだで形成されたはんだプリコート３ａを加熱して形成され、リッド搭載用はんだ付けパターン２とリッド８とを接合するはんだ接合部と、パターン開口部６ａにおいて露出していた実装面が、はんだ接合部の形成後も露出することによって形成された通気穴と、を備え、リッド搭載用はんだ付けパターン２は、パターン開口部６ａと隣接する部分の近傍が部分的に幅細である。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波半導体素子やその他の電子部品を内蔵した高周波デバイスにおいて、回路基板とシールド部品とをはんだ接合する構造の電子部品パッケージに関する。

通信機器、人工衛星、レーダ等に用いられる高周波デバイスは、信頼性が高いことが不可欠であるが、適用製品の拡大に伴い、低コスト化も重要な要素となっている。

高周波デバイスで用いられる半導体素子は、一般に湿気に弱く、高温高湿下で使用すると水分の浸入によって部品が冒されて特性が劣化することから、通常は気密パッケージに収納することによって水分の浸入を防ぐ措置がとられる。なお、半導体素子のみならず、抵抗素子やコンデンサ等の電子部品を収納するパッケージを電子部品パッケージという。

電子部品パッケージの気密性を確保することは、部品コスト・製造コストの高騰や品質管理の負担増加などに繋がることから、低コスト化の妨げとなる。

近年では、高周波半導体素子の表面に保護膜（窒化膜など）を形成して、耐湿性を向上させる方法が用いられている。保護膜を形成することによってパッケージの気密構造は不要となるものの、保護膜を追加することで高周波特性が劣化するため、保護膜の厚さは半導体素子の特性への影響を許容できる範囲に止める必要がある。したがって、結露などによる水分付着に耐えられるほどのバリア効果は期待できず、パッケージには結露防止用の通気穴が必要となる。

また、高周波デバイス用の電子部品パッケージの役割として、外部への電磁波の漏洩及び外部からの電磁波の干渉を遮断するという目的があるため、パッケージは金属又は導電性表面を有した電磁シールド構造であることが必要である。したがって、パッケージに設ける通気穴は、電磁波が通過しないサイズに抑える必要があり、例えば、７７ＧＨｚのミリ波帯の場合は、許容穴径は１ｍｍ以下程度となる。

通気穴の形成方法としては、パッケージのシールド部品（リッド）に必要なサイズの貫通穴を設けることが最も容易であるが、通気穴はゴミの浸入経路ともなるため、穴サイズは極力小さくする必要がある。浸入したゴミがパッケージ内の配線パターンに付着しても問題が発生しないようにするためには、通気穴の径は０．１ｍｍ程度まで微細化する必要がある。このサイズの径の穴をリッドに設ける加工は困難であり、リッドに貫通穴を設ける方法は有効な方法とは言えない。

そのため、別の方法として、回路基板とシールド部品との接合層に非接合部を設ける方法がある。特許文献１には、はんだで接合する構造において、回路基板のリッド接合用のはんだパターンの一部を切り欠いてパターンが無い部位を設け、部分的にはんだ接合しないことで通気穴（非接合部）を形成し、通気を行う構成が示されている。この場合、接合部の厚さは数十μｍオーダに薄くできるため、ゴミの浸入を防止できる。

なお、シールド部品をはんだで接合する場合、パッケージ内にフラックスの残渣が残ると半導体素子や電子部品を腐食させる可能性があるため、フラックスを含まないはんだ（はんだプリコート）を用いる必要がある。よって、はんだの活性力が弱い状態で接合することになるため、接合部品の表面は、酸化の影響が少なく、フラックスを含まないはんだ（フラックスレスはんだ）であっても濡れ性を確保できる金めっき面とする必要がある。

フラックスレスはんだのプリコートの形成は、フラックス入りはんだのはんだペーストを部品に供給し、溶融させることで行える。フラックス入りはんだのペーストを溶融させた際に、比重の軽いフラックスは溶融はんだに押し出されて外へ流れ出るため、はんだの中はフラックスが無い状態となる。流れ出たフラックスを洗浄により除去することで、フラックスの無いはんだプリコートを得られる。

特開２００９−３０２２４８号公報

しかしながら、特許文献１は、リッドに金めっきを施し、回路基板にはんだプリコートを形成して、はんだプリコートが無い切り欠き位置を通気穴とした構成であるが、はんだプリコートは、一度溶融したはんだを固化させたものであるため、同じパターン内でもはんだの流動性によってはんだ量及びはんだ高さが場所ごとに異なる特徴があり、パターンが太い箇所や交差部にはんだが集まりやすく、パターンの端部でははんだが逃げやすい。したがって、パターンが太い箇所や交差部でははんだ量が増えて高くなり、パターンの端部でははんだ量が減少して低くなる傾向にある。

特許文献１の通気穴の場合は、パターンの端部となるために、はんだ量が少なくなる箇所であり、通気穴の形状を安定して構成できない問題が生じる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高周波回路部品の電磁シールドの役割を果たしつつ、パッケージ内部の結露を防止する通気穴の形状の安定化を図った電子部品パッケージを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電子部品を納めるためのキャビティを有する電子部品パッケージであって、フラックスを含まないフラックスレスはんだに対して濡れ性を示さない実装面を有し、電子部品が実装された回路基板と、フラックスレスはんだに対して濡れ性を示すとともに、実装面が露出した不連続部を有し、不連続部以外の部分が電子部品が実装された実装領域を連続的に取り囲むように実装面上に形成された接合パターンと、回路基板との間にキャビティが形成されるような形状を有し、接合パターンとの接合面が環状であってフラックスレスはんだに対して濡れ性を示すリッドと、接合パターンの上にフラックスレスはんだで形成されたはんだプリコートを加熱することによって形成され、接合パターンとリッドの接合面とを接合するはんだ層と、接合パターンの不連続部において露出していた実装面が、はんだ層の形成後もフラックスレスはんだに濡れずに露出することによって形成された通気穴と、を備え、接合パターンは、不連続部と隣接する部分の近傍が部分的に幅細であることを特徴とする。

本発明によれば、パッケージ内部の結露を防止するための通気穴の形状の安定化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる電子部品パッケージの実施の形態１のリッド接合前の構成を示す図である。 図２は、実施の形態１にかかる電子部品パッケージのリッド接合後の構成を示す図である。 図３は、従来の電子部品パッケージのリッド接合前の構成を示す図である。 図４は、従来の電子部品パッケージのリッド接合後の構成を示す図である。 図５は、本発明にかかる電子部品パッケージの実施の形態２のリッドの構成を示す図である。 図６は、実施の形態２にかかる電子部品パッケージのリッド接合前の構成を示す図である。 図７は、実施の形態２にかかる電子部品パッケージのリッド接合後の構成を示す図である。

以下に、本発明にかかる電子部品パッケージの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる電子部品パッケージの実施の形態１のリッド接合前の構成を示す図である。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）における矢印Ｉｂ方向から見た側面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＩｃ−Ｉｃ線に沿った断面図である。回路基板１に搭載された半導体素子４は、金ワイヤ５ａを介して接続パッド５ｂに接続されている。半導体素子４が搭載された領域や接続パッド５ｂが形成された領域を覆うように接合パターンとしてのリッド搭載用はんだ付けパターン２が形成されており、その上にはフラックスレスはんだによってはんだプリコート３ａが形成されている。

リッド搭載用はんだ付けパターン２は、パターン開口部６ａの部分でとぎれた不完全な環状となっている。リッド搭載用はんだ付けパターン２は、パターン開口部６ａの近傍に切り欠き１１が形成されており、この部分で幅細になっている。切り欠き１１が設けられた部分でリッド搭載用はんだ付けパターン２が幅細になっていることにより、はんだプリコート３ａの形成時に溶融したはんだは幅細部からパターン開口部６ａに隣接した端部へ移動しやすくなる。よって、パターン開口部６ａに隣接したリッド搭載用はんだパターン２の端部では、はんだプリコート３ａの高さは高くなる。

図２は、実施の形態１にかかる電子部品パッケージのリッド接合後の構成を示す図である。図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）における矢印ＩＩｂ方向から見た側面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＩＩｃ−ＩＩｃ線に沿った断面図である。回路基板１側に形成したはんだプリコート３ａを溶融し、リッド８の接合面にはんだが濡れ広がることで、回路基板１とリッド８とがはんだ接合部３ｂで接合された状態となり、パターン開口部６ａの部分に通気穴７が形成される。なお、上記のようにはんだプリコート３ａはフラックスレスはんだであるため、リッド８側の接合面には金めっきが施されている。リッド８を回路基板１に接合することにより、キャビティ１０が形成される。

切り欠き１１を設けたことにより、通気穴７を形成するはんだプリコート３ａのはんだ量が局所的に増えるため、リッド８を接合する際に通気穴７に隣接する部分のはんだが他の部分へ流出することを抑えることができ、通気穴７の幅を安定させることが可能となる。すなわち、図２に示す通気穴７の幅ａは、パターン開口部６ａの幅と略同一である。

比較のために、図３に従来の電子部品パッケージのリッド接合前の構成を示す。図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は図３（ａ）における矢印ＩＩＩｂ方向から見た側面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＩＩＩｃ−ＩＩＩｃ線に沿った断面図である。回路基板２１に搭載された半導体素子２４は、金ワイヤ２５ａを介して接続パッド２５ｂに接続されている。半導体素子２４が搭載された領域や接続パッド２５ｂが形成された領域を覆うようにリッド搭載用はんだ付けパターン２２が形成されており、その上にはフラックスレスはんだによってはんだプリコート２３ａが形成されている。リッド搭載用はんだ付けパターン２２は、パターン開口部２６ａの部分でとぎれた不完全な環状となっている。切り欠きが設けられていないリッド搭載用はんだパターン２２上にはんだプリコート２３ａを形成すると、はんだプリコート２３ａ形成時に溶融したはんだは角部に集中し、パターン開口部２６ａに隣接する部分でははんだプリコート２３ａの高さが低くなる。

図４は、従来の電子部品パッケージのリッド接合後の構成を示す図である。図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）における矢印ＩＶｂ方向から見た側面図、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＩＶｃ−ＩＶｃ線に沿った断面図である。回路基板２１側に形成したはんだプリコート２３ａを溶融し、リッド２８の接合面にはんだが濡れ広がることで、回路基板２１とリッド２８とがはんだ接合部２３ｂで接合された状態となり、パターン開口部２６ａの部分に通気穴２７が形成される。また、リッド２８を回路基板２１に接合することにより、キャビティ２０が形成される。パターン開口部２６ａに隣接する部分のはんだプリコート２３ａが低い状態でリッド２８を接合すると、パターン開口部２６ａの近傍ではリッド２８がはんだに濡れず、通気穴２７の幅が広くなる。すなわち、図４に示す通気穴２７の幅ｂは、パターン開口部２６ａの幅よりも広い。これにより、通気穴２７の幅が許容範囲外になる不具合が発生する可能性がある。

このように、本実施の形態においては、パッケージ内部の結露を防止するための通気穴の形状の安定化を図ることができる。したがって、電子部品パッケージの製品歩留まりを向上させることができる。

実施の形態２．
図５は、本発明にかかる電子部品パッケージの実施の形態２のリッドの構成を示す図である。図５（ａ）は下面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線に沿った断面図である。図６は、実施の形態２にかかる電子部品パッケージのリッド接合前の構成を示す図である。図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂ線に沿った断面図である。本実施の形態においては、ニッケルめっきが施されたリッド９にはんだプリコート３ａが設けられており、はんだ供給位置を制御することで、はんだプリコート３ａが連続していない開口部６ｂが設けられている。開口部６ｂの近傍にははんだの幅が部分的に狭い切り欠き１１が設けられており、開口部６ｂと隣接する部分のはんだプリコート３ａは高くなっている。また、回路基板１上のリッド搭載用はんだ付けパターン２はパターン開口部が設けられておらず、閉じた環状となっている。この他については実施の形態１と同様である。

ところで、金ワイヤ５ａの接続は、一般的には超音波接合によって行われるが、超音波によって接合面の部材同士が拡散する作用を用いて接合する工法であることから、両部材の表面は接合性の面から金同士であることが必要となる。そのため、回路基板１には金めっき処理が施されており、金ワイヤ５ａの接続パッド５ｂに加え、リッド搭載用はんだ付けパターン２にも金めっきが施されている。リッド搭載用はんだ付けパターン２は、フラックスレスはんだに対する濡れ性を有する。

図７は、実施の形態２にかかる電子部品パッケージのリッド接合後の構成を示す図である。図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）は図７（ａ）における矢印ＶＩＩｂ方向から見た側面図、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＶＩＩｃ−ＶＩＩｃ線に沿った断面図である。リッド９側に形成したはんだプリコート３ａが溶融し、回路基板１側のリッド搭載用はんだ付けパターン２に濡れ広がることで、回路基板１とニッケルめっき付きのリッド９とがはんだ接合部３ｂで接合された状態となる。はんだプリコート３ａは、フラックスが無い状態であるため、溶融してもニッケルめっき面であるリッド９側では濡れ広がらないことから、はんだプリコート３ａの開口部６ｂは、回路基板１とリッド９とを接合した後でも通気穴７として保たれる。

このように、切り欠き１１を設けることによって開口部６ｂに隣接する部分のはんだ量を増やし、はんだプリコート３ａを高くすることによって、通気穴７の幅を安定させることが可能となる。したがって、電子部品パッケージの製品歩留まりを向上させることができる。

また、本実施の形態においては、リッド９側に金めっきを施す必要がないため、高周波回路部品の電磁シールド性能と、パッケージ内の結露防止性能とを兼ね備えたパッケージ構造を低コストで実現可能である。

１、２１ 回路基板
２ リッド搭載用はんだ付けパターン
３ａ、２３ａ はんだプリコート
３ｂ、２３ｂ はんだ接合部
４ 半導体素子
５ａ 金ワイヤ
５ｂ 接続パッド
６ａ、２６ａ パターン開口部
６ｂ 開口部
７、２７ 通気穴
８、９、２８ リッド
１０、２０ キャビティ
１１ 切り欠き

Claims (3)

1. 電子部品を納めるためのキャビティを有する電子部品パッケージであって、
   フラックスを含まないフラックスレスはんだに対して濡れ性を示さない実装面を有し、前記電子部品が実装された回路基板と、
   前記フラックスレスはんだに対して濡れ性を示すとともに、前記実装面が露出した不連続部を有し、該不連続部以外の部分が前記電子部品が実装された実装領域を連続的に取り囲むように前記実装面上に形成された接合パターンと、
   前記回路基板との間に前記キャビティが形成されるような形状を有し、前記接合パターンとの接合面が環状であって前記フラックスレスはんだに対して濡れ性を示すリッドと、
   前記接合パターンの上に前記フラックスレスはんだで形成されたはんだプリコートを加熱することによって形成され、前記接合パターンと前記リッドの接合面とを接合するはんだ層と、
   前記接合パターンの不連続部において露出していた前記実装面が、前記はんだ層の形成後も前記フラックスレスはんだに濡れずに露出することによって形成された通気穴と、
   を備え、
   前記接合パターンは、前記不連続部と隣接する部分の近傍が部分的に幅細であることを特徴とする電子部品パッケージ。
2. 電子部品を納めるためのキャビティを有する電子部品パッケージであって、
   フラックスを含まないフラックスレスはんだに対して濡れ性を示さない実装面を有し、前記電子部品が実装された回路基板と、
   前記フラックスレスはんだに対して濡れ性を示すとともに、前記電子部品が実装された実装領域を取り囲むように前記実装面上に形成された環状の接合パターンと、
   前記回路基板との間に前記キャビティが形成されるような形状を有し、前記接合パターンとの接合面が環状であって前記フラックスレスはんだに対して濡れ性を示さないリッドと、
   前記リッドの接合面が露出した不連続部が形成され該不連続部以外の部分が連続的となるように前記リッドの接合面上に前記フラックスレスはんだで形成されたはんだプリコートを加熱することによって形成され、前記接合パターンと前記リッドの接合面とを接合するはんだ層と、
   前記はんだプリコートの不連続部において露出していた前記リッドの接合面が、前記はんだ層の形成後も前記フラックスレスはんだに濡れずに露出することによって形成された通気穴と、
   を備え、
   前記はんだプリコートは、前記不連続部と隣接する部分の近傍が部分的に幅細であることを特徴とする電子部品パッケージ。
3. 前記リッドの接合面はニッケルめっき膜であり、前記接合パターンの表面は金めっき膜であることを特徴とする請求項２記載の電子部品パッケージ。

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