JP2017045980A - 電子部品パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電子部品パッケージに関する。【解決手段】上部に開放されたキャビティを有するパッケージ本体と、上記パッケージ本体上に配置されたリッドと、を含み、上記キャビティは、上記パッケージ本体と上記リッドの溶融接合によって密封されて形成され、上記リッドは、支持部材と、上記支持部材の一側に配置されて上記パッケージ本体との接合力を提供する第１金属層と、を含み、第１金属層は表面に形成された溝を有する電子部品パッケージを提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品パッケージに関する。

水晶振動子は、優れた圧電特性及び高精密特性によって高精密周波数が求められる携帯電話などの通信システムに主に用いられるが、このような水晶振動子は外部の環境的変化や汚染などによって動作効率及び品質に大きな影響を受けるため、これを防止するためにパッケージとして包装されて適用されるのが一般的である。

一般的に、このようなパッケージは、水晶振動子などを収容するためのキャビティを備えるパッケージ本体、及び上記パッケージ本体上に形成されたリッドで構成され、上記キャビティは、上記パッケージ本体と上記リッドのシーム（ｓｅａｍ）溶接などの溶融接合によって密封されて形成される。

一方、シーム溶接は、リッドの上部でリッドとパッケージ本体の接合面に電流を流しながら発生するジュール熱を用いて接合面を溶かし接合する方式である。しかし、従来のパッケージの場合、シーム溶接時にリッドの内部に向かう不要な電流が相当量発生し、パッケージの内部応力の発生を誘発してパッケージの長期信頼性が劣化するという短所があった。

特開２００３−１５８２１１号公報

本発明の目的のうちの一つは、長期信頼性に優れた電子部品パッケージ及びそれを製造する方法を提供することである。

上述の課題を解決するための方法として、本発明では、電子部品パッケージの新たな構造を提案しようとする。具体的には、パッケージ本体とリッドの溶融接合によって得られる電子部品パッケージにおいて、上記リッドに形成されてリッドとパッケージの間の接合力を提供する第１金属層に溝を形成することにより、長期信頼性が顕著に向上した電子部品パッケージの新たな構造を提案しようとする。

本発明の多様な効果のうちの一つとして、本発明の一実施例による電子部品パッケージは長期信頼性に優れるという長所がある。

但し、本発明の多様且つ有益な長所及び効果は、上述の内容に限定されず、本発明の具体的な実施形態を説明する過程でより容易に理解されることができる。

本発明の一実施例による電子部品パッケージの断面図である。 本発明の一実施例による電子部品パッケージの平面図である。 本発明の他の実施例による電子部品パッケージの断面図である。 本発明のさらに他の実施例による電子部品パッケージの断面図である。 発明例１のリッドの表面を観察した光学顕微鏡の写真である。 発明例１のリッドの表面に形成された溝の深さを測定した結果である。

以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施例について説明する。しかし、本発明の実施例は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施例に限定されない。また、本発明の実施例は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがあり、図面上において同一の符号で示される要素は同一の要素である。

一方、本明細書で用いられる「一実施例（ｏｎｅ ｅｘａｍｐｌｅ）」という表現は、互いに同一の実施例を意味せず、それぞれ互いに異なる固有の特徴を強調して説明するために提供されるものである。しかし、以下の説明で提示された実施例は他の実施例の特徴と結合して実現されることを排除しない。例えば、特定の実施例で説明された事項が他の実施例で説明されていなくても、他の実施例でその事項と反対であるか、矛盾する説明がない限り、他の実施例に関連する説明であると理解されることができる。

電子部品パッケージ
以下では、本発明の一実施例による電子部品パッケージを説明し、特にその一例として水晶振動子パッケージを説明するが、必ずしもこれに制限されない。

図１は本発明の一実施例による電子部品パッケージの断面図であり、図２は本発明の一実施例による電子部品パッケージの平面図である。

図１及び図２を参照すると、本実施例による電子部品パッケージは、上部に開放されたキャビティが形成されたパッケージ本体１０と、上記パッケージ本体１０上に形成されたリッド２０と、を含み、上記キャビティは、上記パッケージ本体１０と上記リッド２０の溶融接合によって密封されて形成される。

パッケージ本体１０とリッド２０を溶融接合するための好ましい工程の例として、シーム溶接（ｓｅａｍ ｗｅｌｄｉｎｇ）を用いることができる。シーム溶接は、互いに溶接部を重ねたり、くっ付けて貼った後、これを電極を成す一対のローラ電極の間に挿入し、上記一対のローラ電極に電流を通すとともに圧力を加え、電極を回転させながら接合線に沿って連続的に接合する溶接方法である。但し、必ずしもこれに制限されず、これと類似した効果を奏するものであれば当技術分野で知られている他の工程を用いることもできる。

パッケージ本体１０は、ベース部１１と、上記ベース部１１の周縁部上に位置して電子部品を収納するためのキャビティを形成する側壁部１２と、を含む。

ベース部１１と側壁部１２は絶縁セラミック材質で一体に形成されることができる。このように、ベース部１１と側壁部１２が一体に形成される場合、製作が容易であるだけでなく、構造変更が必要である場合に設計上の自由度が高いという長所がある。

これと異なり、ベース部１１及び側壁部１２はそれぞれ別に形成されて互いに接合されることができる。この場合、上記ベース部１１は絶縁セラミック材質で形成され、上記側壁部１２は絶縁セラミック材質または導電性金属合金材質で形成されることができる。

リッド２０は、支持部材２１と、上記支持部材２１の一側に配置される第１金属層２２と、を含む。

支持部材２１は、リッド２０に機械的剛性を与えて上記リッド２０の形態を支持する役割をし、機械的剛性に優れ、電気抵抗が高いため電気伝導性が低い材質からなることができる。

具体的な例として、上記支持部材２１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金であるコバール（Ｋｏｖａｒ）及びステンレス鋼（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ、ＳＴＳ）からなる群より選択された１種であることができるが、必ずしもこれに制限されない。

第１金属層２２は、溶融接合時にジュール熱によって溶融されてリッド２０とパッケージ本体１０の間の接合力を提供する役割をする。また、第１金属層２２は、溶融接合時に電流をリッドの上部からリッドとパッケージ本体の接合面に容易に流れるようにするために、電気伝導性に優れ、融点が比較的低い単一の金属またはこれらの合金からなることができる。

具体的な例として、上記第１金属層は、Ａｇ−Ｃｕ共晶合金またはＡｕ−Ｓｎ共晶合金を含むことができるが、必ずしもこれに制限されない。

第１金属層２２は支持部材２１の一側にクラッド化されて形成されることができる。クラッド（ｃｌａｄ）とは、金属板を積層したまま圧延して機械的に接着したもので、この場合、溶融接合時にガスの放出量が少ないためパッケージ内部への悪影響が少ないという長所がある。

図１を参照すると、第１金属層２２の表面には電流の流れを遮断するための溝２５が形成される。

もし上記第１金属層が支持部材２１の一側の全面に形成される場合、溶融接合時にリッドの上部からリッドとパッケージ本体の接合面に向かう電流の他にリッドの内部に向かう不要な電流が相当量発生して、溶融接合のために求められる電流以上の過度な電流を印加しなければならず、その結果、パッケージの内部に応力が誘発され、パッケージの長期信頼性が悪化するようになる。

これに対し、本実施例では、上述の通り、第１金属層２２に溝２５が形成されて溶融接合時にリッドの内部に向かう不要な電流を遮断することにより、パッケージの内部に応力が誘発されることを最小化することができ、これにより、パッケージの長期信頼性が向上するようになる。

図１を参照すると、溝２５はパッケージ本体とリッドの接合面に沿って一定の間隔離隔されて形成されることができる。

パッケージ本体１０のキャビティには電子部品が収容されることができ、上記電子部品は第１及び第２電極パッド３１ａ、３１ｂ、及び水晶片３３を含む水晶振動子であることができる。

図１及び図２には示されていないが、上記ベース部１１の下面には外部から電気信号の入力を受けるための複数の外部電極パッドが備えられることができ、上記複数の外部電極パッドのうちの一つは上記第１電極パッド３１ａと電気的に連結されることができ、上記複数の外部電極パッドのうちの他の一つは上記第２電極パッド３１ｂと電気的に連結されることができる。上記第１及び第２電極パッド３１ａ、３１ｂと外部電極パッドの電気的連結は上記ベース部１１に形成された導電性ビア孔（図示せず）などによって行われることができる。また、上記複数の外部電極パッドのうちの一部は接地される接地電極として用いられることができる。

第１及び第２電極パッド３１ａ、３１ｂは、水晶片３３の上下部の表面にそれぞれ形成された電極パターン３４ａ、３４ｂと電気的に連結されて、水晶片３３に電気信号を提供して水晶片３３に圧電効果を発生させ、上記水晶片３３の圧電効果による電気信号を出力する手段となり得る。上記第１及び第２電極パッド３１ａ、３１ｂは、導電性金属物質からなることができ、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）及びモリブデン（Ｍｏ）で構成された群より選択された少なくとも一つの金属物質を用いて形成されることができる。

上述の通り、上記水晶片３３は、水晶ウェハを切断加工して製造されることができ、電気的な連結のために水晶片３３の上下部の表面には電極パターン３４ａ、３４ｂが形成されることができる。上記水晶片３３の一側は水晶振動子パッケージ内に固定されることができる。具体的には、上記水晶片３３は、外部の電気的素子との電気的連結のために、上記ベース部１１上に形成された第１及び第２電極パッド３１ａ、３１ｂと上記水晶片３３の上下部の表面に形成された電極パターンがそれぞれ接触することができるように導電性接着剤３２によって固定されることができる。上記水晶片３３の上下部の表面に形成された電極パターンは、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などのような金属材料の蒸着によって形成されることができる。

図３は本発明の他の実施例による電子部品パッケージの断面図である。

ここで、上述の一実施例と同一の構造は、重複を避けるためにこれに対する具体的な説明を省略し、上述の実施例と異なる構造を有するリッド２０について具体的に説明する。

図３を参照すると、本実施例のリッド２０は、支持部材２１と、第１金属層２２と、を含み、上記支持部材２１と第１金属層２２の間に配置される第２金属層２３をさらに含む。

第２金属層２３は、リッドの熱伝導性を向上させることにより溶融接合時に熱による熱変形を吸収する緩衝機能を行うことができる。これにより、パッケージの内部に生じる応力の発生を最小化することができ、パッケージの長期信頼性をより向上させることができる。

第２金属層２３は、熱伝導性に優れた単一の金属またはこれらの合金からなることができる。具体的な例として、上記第２金属層は、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）及びモリブデン（Ｍｏ）からなる群より選択された１種以上を含むことができるが、必ずしもこれに制限されない。

第２金属層２３も表面に溝２５が形成され、図３を参照すると、溝２５はパッケージ本体とリッドの接合面に沿って一定の間隔離隔されて形成されることができる。

第１及び第２金属層２２、２３は、支持部材２１の一側に順にクラッド化されて形成されることができる。クラッド（ｃｌａｄ）とは、金属板を積層したまま圧延して機械的に接着したもので、この場合、溶融接合時にガスの放出量が少ないためパッケージの内部への悪影響が少ないという長所がある。

図４は本発明のさらに他の実施例による電子部品パッケージの断面図である。

ここで、上述の一実施例と同一の構造は、重複を避けるためにこれに対する具体的な説明を省略し、上述の実施例と異なる構造を有するリッド２０について具体的に説明する。

図４を参照すると、本実施例のリッド２０は、支持部材２１と、上記支持部材２１の一側に順に形成された第１及び第２金属層２２、２３と、を含み、上記支持部材２１の他側に形成された表面処理層２４をさらに含む。

表面処理層２４は、リッド２０の耐腐食性を向上させて信頼性を向上させる役割をすることができる。

表面処理層２４は、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びタングステン（Ｗ）などの化学的に安定的な金属を含むめっき層であることができる。

以下、実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。しかし、このような実施例の記載は、本発明の実施を例示するためだけのものであり、このような実施例の記載によって本発明が制限されるものではない。本発明の権利範囲は特許請求の範囲に記載された事項とこれから合理的に類推される事項によって決定されるためである。

支持部材であるコバール（Ｋｏｖａｒ）の一面に銅（Ｃｕ）を含む第２金属層とＡｇ−Ｃｕ共晶合金を含む第１金属層が順に形成され、他面にニッケル（Ｎｉ）めっき層が形成されたリッドを設けた（従来例１〜３）。その後、リッドとパッケージ本体の接合領域からパッケージ本体の内側に約２５０μｍ離隔された位置（溝の幅方向の中心を基準とする）に電流の流れを遮断するための溝（幅：約１００μｍ）を形成した（発明例１〜３）。

図５は発明例１のリッドの表面を観察した光学顕微鏡の写真である。図５の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ１００倍及び２００倍拡大した写真である。

図６は発明例１のリッドの表面に形成された溝の深さを３Ｄプロファイラを用いて測定した結果である。図６を参照すると、溝の深さは第１及び第２金属層の厚さとほぼ一致することが分かる。

その後、パッケージ本体の上端にリッドを位置させた後、電気溶接方式によって仮付けした。このとき、それぞれの実施例ごとに仮付け工程時に印加される電流だけを異ならせ、仮付け時間は３ｍｓで同一にした。仮付け後に、リッドが固定される場合は「ＧＯ」、リッドが固定されない場合は「ＮＧ」と評価し、その結果を下記表１に示した。

下記表１を参照すると、発明例の場合、仮付けのために印加しなければならない電流の強さが低減することが確認できる。これにより、パッケージ本体とリッドの仮付け時に不可避に受ける可能性がある熱衝撃が低減することを予想することができる。

その後、発明例２、発明例３及び従来例１によって得られた試片を対象に長期保存後の周波数変動量を測定し、これらの相対的な周波数変動量の結果（従来例１による試片の周波数変動量を１００とする）を下記表２に示した。

下記表２を参照すると、発明例の場合、長期保存後の周波数変動量が大きく低減したため、パッケージ本体とリッドの仮付け時に不可避に受ける熱衝撃が大きく低減することが確認できる。これにより、電子部品パッケージの長期信頼性が向上することを予想することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。

１０ パッケージ本体
１１ ベース部
１２ 側壁部
２０ リッド
２１ 支持部材
２２ 第１金属層
２３ 第２金属層
２４ 表面処理層
２５ 溝
３１ａ、３１ｂ 第１及び第２電極パッド
３２ 導電性接着剤
３３ 水晶片
３４ａ、３４ｂ 電極パターン

Claims (14)

1. 上部に開放されたキャビティを有するパッケージ本体と、
   前記パッケージ本体上に配置されたリッドと、を含み、
   前記キャビティは、前記パッケージ本体と前記リッドの溶融接合によって密封されて形成され、
   前記リッドは、支持部材と、前記支持部材の一側に配置されて前記パッケージ本体との接合力を提供する第１金属層と、を含み、
   前記第１金属層は、表面に形成された溝を有する、電子部品パッケージ。
2. 前記溝は、前記パッケージ本体と前記リッドの接合面に沿って一定の間隔離隔されて形成される、請求項１に記載の電子部品パッケージ。
3. 前記パッケージ本体と前記リッドは、シームシーリング（ｓｅａｍ ｓｅａｌｉｎｇ）によって溶融接合される、請求項１または２に記載の電子部品パッケージ。
4. 前記支持部材は、コバール（Ｋｏｖａｒ）及びステンレス鋼（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ、ＳＴＳ）からなる群より選択された１種である、請求項１から３のいずれか１項に記載の電子部品パッケージ。
5. 前記第１金属層はＡｇ−Ｃｕ共晶合金またはＡｕ−Ｓｎ共晶合金を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の電子部品パッケージ。
6. 前記リッドは、前記支持部材と前記第１金属層が接合されて形成されたクラッド材である、請求項１から５のいずれか１項に記載の電子部品パッケージ。
7. 前記支持部材と第１金属層の間に配置され、表面に溝が形成された第２金属層をさらに含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の電子部品パッケージ。
8. 前記第２金属層は、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）及びモリブデン（Ｍｏ）からなる群より選択された１種以上を含む、請求項７に記載の電子部品パッケージ。
9. 前記リッドは、前記支持部材、前記第２金属層、及び前記第１金属層が順に接合されて形成されたクラッド材である、請求項７または８に記載の電子部品パッケージ。
10. 前記支持部材の他側に配置された表面処理層をさらに含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の電子部品パッケージ。
11. 前記表面処理層は、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びタングステン（Ｗ）からなる群より選択された１種以上を含むめっき層である、請求項１０に記載の電子部品パッケージ。
12. 前記パッケージ本体は、
    ベース部と、
    前記ベース部の周縁部上に形成される側壁部と、を含む、請求項１から１１のいずれか１項に記載の電子部品パッケージ。
13. 前記ベース部はセラミック材質で形成され、前記側壁部はセラミック材質または導電性金属合金材質で形成される、請求項１２に記載の電子部品パッケージ。
14. 前記ベース部上に配置された第１及び第２電極パッドと、
    前記第１及び第２電極パッド上に配置され、前記第１及び第２電極パッドと電気的に連結される第１及び第２電極パターンが形成された水晶片をさらに含む、請求項１２または１３に記載の電子部品パッケージ。