JP3652320B2 - 電子部品収納用パッケージおよび電子装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックス等の絶縁基体と金属蓋体とから成るパッケージの内部に圧電振動子や半導体素子等の電子部品を気密に収容するようになした電子部品収納用パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧電振動子や半導体素子等の電子部品は、これらの電子部品を気密に収容するための電子部品収納用パッケージ内に収容されて使用される。
【０００３】
このような電子部品を気密に収容する電子部品収納用パッケージにおいて、最も信頼性の高いとされるものは酸化アルミニウム焼結体等のセラミックスから成り、上面に電子部品が搭載される搭載部およびこの搭載部を取り囲む枠状の封止用メタライズ層を有するとともに表面および内部に電子部品の電極が電気的に接続される複数のメタライズ配線導体を有する絶縁基体と、この絶縁基体の封止用メタライズ層上に搭載部を取り囲むようにしてろう付けされた鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金から成る封止用の金属枠体と、この金属枠体にシーム溶接により直接、接合される鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金から成る金属蓋体とから構成されるタイプのものであり、このタイプの電子部品収納用パッケージの場合には、絶縁基体の搭載部に電子部品を搭載するとともに電子部品の電極とメタライズ配線導体とを半田バンプやボンディングワイヤ等を介して電気的に接続した後、絶縁基体にろう付けされた封止用の金属枠体に金属蓋体を載置し、この金属蓋体の外周縁にシーム溶接機の一対のローラー電極を接触させながら転動させるとともにこのローラー電極間に溶接のための大電流を流し金属枠体と金属蓋体とを直接、シーム溶接することによって内部に電子部品が気密に収容されて製品としての電子装置となる。
【０００４】
しかしながら、このタイプの電子部品収納用パッケージでは、絶縁基体に金属蓋体をシーム溶接するための下地金属として封止用の金属枠体を封止用メタライズ層にろう付けしておく必要があり、そのため金属枠体の分だけ電子装置の高さが高いものとなってしまい、近時の電子装置に要求される薄型化が困難であった。また、金属枠体の分だけ高価なものとなってしまうという問題点も有していた。
【０００５】
そこで、上述のような問題点を解消するために、上面に電子部品を搭載する搭載部およびこの搭載部を取り囲む枠状の封止用メタライズ層を有するとともに表面および内部に電子部品の電極が電気的に接続される複数のメタライズ配線導体を有するセラミック製の絶縁基体と、下面に銀−銅共晶合金等のろう材が被着された金属蓋体とから構成され、絶縁基体の搭載部に電子部品を搭載するとともに電子部品の各電極をメタライズ配線導体に電気的に接続した後、封止用メタライズ層に金属蓋体をその下面に被着させたろう材を介してシーム溶接することにより絶縁基体と金属蓋体とを接合し、内部に電子部品を気密に封止するようになした電子部品収納用パッケージが提案されている。
【０００６】
この封止用メタライズ層に金属蓋体を銀ろう等のろう材を介してシーム溶接によって接合させることにより内部に電子部品を気密に収容するようになした電子部品収納用パッケージは、封止用メタライズ層と金属蓋体とをろう材を介してシーム溶接により接合させることから溶接のための下地金属としての金属枠体を必要とせず、その分、高さを低くすることができ、かつ安価である。
【０００７】
なお、このように下面にろう材が被着された金属蓋体を絶縁基体の封止用メタライズ層にろう材を介してシーム溶接により接合するようになした従来の電子部品収納用パッケージにおいては、封止用メタライズ層は、その厚みを１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上としており、また、その表面には厚みが５μｍ以上、好ましくは８μｍ以上の厚みのニッケルめっき層が被着されていた。これは封止用メタライズ層の厚みを１０μｍ以上と厚くするとともにその表面に厚みが５μｍ以上のニッケルめっき層を被着させることにより、封止用メタライズ層に金属蓋体をろう材を介してシーム溶接する際に封止用メタライズ層や絶縁基体に印加される溶接電流による熱衝撃を厚みの厚い封止用メタライズ層およびニッケルめっき層で吸収緩和して封止用メタライズ層や絶縁基体にクラックが発生するのを防止するという考えに基づくものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように絶縁基体の封止用メタライズ層の厚みを１０μｍ以上とし、その上に厚みが５μｍ以上のニッケルめっき層を被着させた電子部品収納用パッケージによると、封止用メタライズ層の厚みが厚いために封止用メタライズ層の電気抵抗が低いものとなり、そのため、下面にろう材が被着された金属蓋体を絶縁基体の封止用メタライズ層にろう材を介してシーム溶接により接合する際に、溶接のための電流が電気抵抗の低い封止用メタライズ層に多く流れてしまい金属蓋体に流れる電流が少なくなってしまう。したがって金属蓋体に被着させたろう材を溶接電流により良好に溶融させるためにはその分、極めて大きな溶接電流を印加しなければならず余分な電力が多く消費されるので封止の生産性が悪いとともにそのような溶接電流による熱応力も大きくなるので、絶縁基体が薄い場合、溶接後に絶縁基体と蓋体との間に残留する応力により封止用メタライズ層や絶縁基体にクラックが発生してしまいやすいという問題点を有していた。
【０００９】
本発明者は、かかる問題点に鑑み種々検討の結果、上述のように金属蓋体を絶縁基体の封止用メタライズ層にろう材を介してシーム溶接により接合するようになした電子部品収納用パッケージにおいては、封止用メタライズ層の電気抵抗を高いものとして溶接電流を金属蓋体により多く流すことにより、金属蓋体が有効に発熱し、より低い溶接電流にて気密封止を行うことが可能であるとともに、封止用メタライズ層と同等以上の厚みのニッケルめっき層を施すことにより封止用メタライズ層自体に流れる電流が少なくなり封止用メタライズ層自体の発熱が抑制されるとともに溶接の際に発生する熱応力が厚みの厚いニッケルめっき層で有効に緩和されるので、溶接後に封止用メタライズ層や絶縁基体にクラックが発生しにくいことをつきとめた。
【００１０】
本発明は、かかる知見に基づき案出されたものであり、その目的は、絶縁基板の封止用メタライズ層に金属蓋体をろう材を介してシーム溶接により接合した際、より低い溶接電流にて気密封止を行うことが可能であり、封止用メタライズ層や絶縁基体にクラックが発生したりすることのない、信頼性の高い電子部品収納用パッケージを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子部品収納用パッケージは、上面に電子部品が搭載される搭載部および該搭載部を取り囲むようにして被着された封止用メタライズ層を有する絶縁基体から成り、下面にろう材が被着された金属蓋体が、前記封止用メタライズ層に前記ろう材を介して接合される電子部品収納用パッケージにおいて、前記封止用メタライズ層は、その厚みが４〜８μｍであり、かつその表面に厚みが前記封止用メタライズ層の厚み以上のニッケルめっき層が被着されていることを特徴とするものである。また、本発明の電子部品収納用パッケージは、前記絶縁基体は、前記上面から外側面にかけて半径が５〜５０μｍの丸み部が形成されており、前記封止用メタライズ層は、前記丸み部の途中まで漸次薄くなるように延出していることを特徴とするものである。また、本発明の電子部品収納用パッケージは、前記封止用メタライズ層は、平均粒径が１μｍ以下の金属粉末が含有された金属ペーストを用いて形成されていることを特徴とするものである。また、本発明の電子装置は、本発明の電子部品収納用パッケージと、該電子部品収納用パッケージに搭載された電子部品と、前記封止用メタライズ層にろう材を介して接合された金属蓋体とを備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の電子部品収納用パッケージによれば、封止用メタライズ層は、その厚みを４〜８μｍと薄いものとしており、その上に厚みが８〜２０μｍのニッケルめっき層を被着させたことから、封止用メタライズ層の電気抵抗が高いものとなり、封止用メタライズ層に金属蓋体をろう材を介してシーム溶接する際に、溶接の電流は金属蓋体に多く流れるようになるので、その分、溶接電流を小さなものとして封止用メタライズ層が大きく発熱することを抑制できるとともに封止用メタライズ層と金属蓋体とをろう材を介して良好に溶接することができる。また、溶接の際に封止用メタライズ層や絶縁基体に印加される熱応力を封止用メタライズ層に被着させた厚みが８〜２０μｍのニッケルめっき層により良好に吸収することができ、その結果、封止用メタライズ層や絶縁基体に溶接の際の熱応力によるクラックが発生することを有効に防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の電子部品収納用パッケージを添付の図面を基に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の電子部品収納用パッケージの実施の形態の一例を示した断面図であり、同図において１は絶縁基体、２は金属蓋体、３は電子部品である。そして、絶縁基体１と金属蓋体２とから成るパッケージの内部に例えば圧電振動子や半導体素子等の電子部品３が気密に封止されることによって製品としての電子装置となる。
【００１５】
絶縁基体１は、電子部品３を支持するための支持体であり、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから成り、その上面中央部に電子部品３を収容するための凹部Ａを有している。そして凹部Ａの底面は電子部品３を搭載するための搭載部１ａを形成しており、この搭載部１ａに電子部品３が搭載される。
【００１６】
なお、絶縁基体１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等のセラミック原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤を添加混合して泥漿状となすとともに、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシートとなし、しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに複数枚積層し、高温で焼成することによって製作される。
【００１７】
また、絶縁基体１には、搭載部１ａの上面から絶縁基体１の下面にかけて導出するタングステンやモリブデン等の金属粉末焼結体から成るメタライズ配線層４が被着形成されている。
【００１８】
メタライズ配線層４は、電子部品３の各電極を外部に電気的に導出するための導電路として機能し、通常であれば、その露出する表面に１〜２０μｍ程度の厚みのニッケルめっき層と０．１〜３μｍ程度の厚みの金めっき層とが施されている。そして、その搭載部１ａの上面に導出した部位には電子部品３の電極が例えば導電性接着剤５を介して電気的に接続され、その絶縁基体１の下面に導出した部位は、外部電気回路基板の配線導体に例えば半田を介して電気的に接続される。
【００１９】
なお、メタライズ配線層４は、例えばタングステン粉末焼結体から成る場合であれば、タングステン粉末に適当な有機バインダー、溶剤を添加混合して得たタングステンペーストを絶縁基体１用のセラミックグリーンシートに従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布し、これを絶縁基体１用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって、絶縁基体１の搭載部１ａ上面から下面にかけて所定のパターンに被着形成される。
【００２０】
さらに、絶縁基体１の上面外周部には、タングステンやモリブデン等の金属粉末焼結体から成り、幅が０．４ｍｍ程度で厚みが４〜８μｍの枠状の封止用メタライズ層６が搭載部１ａを取り囲むようにして被着形成されている。
【００２１】
この封止用メタライズ層６は、絶縁基体１に金属蓋体２を接合させるための下地金属として機能し、その露出する表面に８〜２０μｍ程度の厚みのニッケルめっき層と０．１〜３μｍ程度の厚みの金めっき層とが施されている。そして、その上には金属蓋体２がろう材８を介してシーム溶接により接合される。
【００２２】
なお、封止用メタライズ層６は、例えばタングステン粉末焼結体から成る場合であれば、タングステン粉末に適当な有機バインダー、溶剤を添加混合して得たタングステンペーストを絶縁基体１用のセラミックグリーンシートに従来周知のスクリーン印刷法を採用して予め所定の厚みおよびパターンに印刷塗布し、これを絶縁基体１用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって絶縁基体１の上面に搭載部１ａを取り囲むようにして被着形成される。
【００２３】
他方、金属蓋体２は、鉄−ニッケル合金板あるいは鉄−ニッケル−コバルト合金板から成る厚みが０．１ｍｍ程度の平板であり、その下面の全面には、銀−銅共晶ろう等のろう材８が１０〜２０μｍ程度の厚みに被着されている。そして、図２に断面図で示すように、金属蓋体２を封止用メタライズ層６上にろう材８を挟んで載置し、この金属蓋体２の相対向する外周縁にシーム溶接機の一対のローラー電極Ｒを接触させながら転動させるとともにこのローラー電極Ｒ間に溶接のための電流を流し、その電流による発熱でろう材８の一部を溶融させることによって絶縁基体１の封止用メタライズ層６にろう材８を介して接合され、それにより絶縁基体１との間で電子部品３を気密に封止する。
【００２４】
このような金属蓋体２は、鉄−ニッケル合金板あるいは鉄−ニッケル−コバルト合金板の下面に銀−銅ろう等のろう材箔を重ねて圧延することによって鉄−ニッケル合金板あるいは鉄−ニッケル−コバルト合金板の下面にろう材が圧着された広面積の複合金属板を得るとともに、この複合金属板を打ち抜き金型により所定の形状に打ち抜くことによって製作される。
【００２５】
そして、本発明の電子部品収納用パッケージにおいては、封止用メタライズ層６の厚みを４〜８μｍと薄いものにするとともに、この封止用メタライズ層６の表面に被着させたニッケルめっき層の厚みを８〜２０μｍとしており、そのことが重要である。封止用メタライズ層６の厚みを４〜８μｍと薄いものとし、その上に厚みが８〜２０μｍのニッケルめっき層を被着させたことから、ニッケルめっき層が被着された封止用メタライズ層６の電気抵抗を高いものとすることができ、その結果、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接により溶接する際に、金属蓋体２側に大きな電流が流れるので、その分、溶接電流を小さくして封止用メタライズ層６が大きく発熱することを抑制できるとともに金属蓋体２に被着させたろう材８を溶接電流により良好に溶融させて封止用メタライズ層６と金属蓋体２とを良好に接合することができる。
【００２６】
なお、封止用メタライズ層６の厚みが４μｍ未満の場合、封止用メタライズ層６を絶縁基体１に強固に被着させることが困難となる傾向にあり、他方、８μｍを超えると、封止用メタライズ層６の電気抵抗が低いものとなって、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接により溶接する際に、金属蓋体２側に流れる電流が少なくなり、小さな溶接電流では金属蓋体２に被着させたろう材８を良好に溶融させることが困難となる傾向にある。したがって、封止用メタライズ層６の厚みは４〜８μｍの範囲に特定される。
【００２７】
さらに、絶縁基体１の上面から外周側面にかけて半径が５〜５０μｍ程度の丸みを形成しておくとともに、封止用メタライズ層６の外周縁を前記丸み部の途中まで漸次薄くなるように延出させておくと、封止用メタライズ層６が絶縁基体１から剥離するのを有効に防止することができる。したがって、絶縁基体１の上面から外周側面にかけて半径が５〜５０μｍ程度の丸みを形成しておくとともに、封止用メタライズ層６の外周縁をその丸み部の途中まで漸次薄くなるように延出させておくことが好ましい。
【００２８】
また、封止用メタライズ層６を形成するための金属ペーストは、これに含有される金属粉末の平均粒径を１μｍ以下としておくと、厚みが４〜８μｍと薄い封止用メタライズ層６を絶縁基体１の上面に緻密かつ強固に被着させることができる。したがって、封止用メタライズ層６用の金属ペーストは、これに含有される金属粉末の平均粒径を１μｍ以下としておくことが好ましい。
【００２９】
また、本発明の電子部品収納用パッケージによれば、封止用メタライズ層６の表面に被着させたニッケルめっき層の厚みを８〜２０μｍとしたことから、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接により溶接する際に、封止用メタライズ層６や絶縁基体１に印加される熱応力を封止用メタライズ層６に被着させたニッケルめっき層で良好に吸収緩和することができ、その結果、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接により溶接する際および溶接した後に封止用メタライズ層６や絶縁基体１にクラックが発生することを有効に防止することができる。なお、封止用メタライズ層６に被着させたニッケルめっき層は、その厚みが８μｍ未満の場合、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接により溶接する際に、封止用メタライズ層６や絶縁基体１に印加される熱応力を良好に吸収緩和することができなくなる危険性が大きくなり、他方、２０μｍを超えると、そのような厚みの厚いニッケルめっき層を被着する際に発生する応力により封止用メタライズ層６にクラックや剥離が発生しやすくなる傾向にある。したがって、封止用メタライズ層６に被着させたニッケルめっき層の厚みは８〜２０μｍの範囲に特定される。
【００３０】
かくして、本発明の電子部品収納用パッケージによれば、絶縁基体１の搭載部１ａに電子部品３を搭載するとともに、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接により接合することにより、メタライズ配線導体４に断線が発生したり絶縁基体１にクラックが発生したりすることのない信頼性の高い電子部品収納用パッケージを提供することができる。
【００３１】
なお、本発明は、上述の実施の形態の一例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【００３２】
【実験例】
上面中央部に幅が２．２０ｍｍ、長さが４．００ｍｍ、深さが０．３０ｍｍの四角形状の凹部を有する、幅が３．２０ｍｍ、長さが５．００ｍｍ、厚みが０．５５ｍｍの四角箱状のアルミナセラミックスから成る絶縁基体の上面外周部に、凹部を取り囲んで外周縁まで延在する幅が０．５０ｍｍのタングステンメタライズから成る四角枠状の封止用メタライズ層を１〜１１μｍの厚みに被着させるとともに、それらの封止用メタライズ層上に５〜２３μｍの厚みのニッケルめっき層および厚みが０．３μｍの金めっき層を被着させて実験用の試料をそれぞれ１０個ずつ得た。また、幅が２．９０ｍｍ、長さが４．７０ｍｍ、厚みが０．１０ｍｍの鉄−ニッケル−コバルト合金から成り、その下面に厚みが１５μｍの銀−銅共晶合金から成るろう材を被着させた金属蓋体を準備した。次に、各試料の封止用メタライズ層上に金属蓋体をろう材を下にして載置するとともに、金属蓋体の相対向する外周縁間にシーム溶接装置の一対のローラー電極を上方から２００ｇの荷重を印加しながら接触させて１０ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させながらローラー電極間に２３０Ａの溶接電流を印加して封止用メタライズ層と金属枠体とをろう材を介してシーム溶接した。次に、金属蓋体が溶接された各試料を１ヶ月間室温で放置した後、各試料を顕微鏡で観察して封止用メタライズ層や絶縁基体におけるクラックの発生の有無を確認した。その結果を表１に示す。なお、表１における試料番号１、２、６、７、１１、１２、１３の試料は本発明の範囲外の比較のための試料である。
【００３３】
【表１】
【００３４】
表１から分かるように、比較のための試料１、２、６、７、１２には１ヶ月放置後にクラックが発生するものの、本発明の試料３、４、５、８、９、１０ではクラックの発生はなかった。また、比較のための試料１１、１３ではクラックの発生は見られなかったものの、２３０Ａの溶接電流ではろう材が良好に溶融せずにろう材の溶融不足が発生した。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電子部品収納用パッケージによれば、封止用メタライズ層は、その厚みを４〜８μｍと薄いものとしており、その上に厚みが８〜２０μｍのニッケルめっき層を被着させたことから、封止用メタライズ層の電気抵抗が高いものとなり、封止用メタライズ層に金属蓋体をろう材を介してシーム溶接する際に、溶接の電流は金属蓋体に多く流れるようになるので、その分、溶接電流を小さなものとして封止用メタライズ層が大きく発熱するのを抑制できるとともに封止用メタライズ層と金属蓋体とをろう材を介して良好に溶接することができる。また、溶接の際に封止用メタライズ層や絶縁基体に印加される熱応力を封止用メタライズ層に被着させた厚みが８〜２０μｍのニッケルめっき層により良好に吸収することができ、その結果、封止用メタライズ層や絶縁基体に溶接の際の熱応力によるクラックが発生することを有効に防止することができる。したがって、封止作業の生産性にすぐれ、かつ気密信頼性の高い電子部品収納用パッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子部品収納用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す電子部品収納用パッケージの絶縁基体１と金属蓋体２とをろう材８を介してシーム溶接により接合する方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・絶縁基体
１ａ・・・・搭載部
２・・・・・金属蓋体
３・・・・・電子部品
４・・・・・メタライズ配線導体
６・・・・・封止用メタライズ層
８・・・・・ろう材
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックス等の絶縁基体と金属蓋体とから成るパッケージの内部に圧電振動子や半導体素子等の電子部品を気密に収容するようになした電子部品収納用パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧電振動子や半導体素子等の電子部品は、これらの電子部品を気密に収容するための電子部品収納用パッケージ内に収容されて使用される。
【０００３】
このような電子部品を気密に収容する電子部品収納用パッケージにおいて、最も信頼性の高いとされるものは酸化アルミニウム焼結体等のセラミックスから成り、上面に電子部品が搭載される搭載部およびこの搭載部を取り囲む枠状の封止用メタライズ層を有するとともに表面および内部に電子部品の電極が電気的に接続される複数のメタライズ配線導体を有する絶縁基体と、この絶縁基体の封止用メタライズ層上に搭載部を取り囲むようにしてろう付けされた鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金から成る封止用の金属枠体と、この金属枠体にシーム溶接により直接、接合される鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金から成る金属蓋体とから構成されるタイプのものであり、このタイプの電子部品収納用パッケージの場合には、絶縁基体の搭載部に電子部品を搭載するとともに電子部品の電極とメタライズ配線導体とを半田バンプやボンディングワイヤ等を介して電気的に接続した後、絶縁基体にろう付けされた封止用の金属枠体に金属蓋体を載置し、この金属蓋体の外周縁にシーム溶接機の一対のローラー電極を接触させながら転動させるとともにこのローラー電極間に溶接のための大電流を流し金属枠体と金属蓋体とを直接、シーム溶接することによって内部に電子部品が気密に収容されて製品としての電子装置となる。
【０００４】
しかしながら、このタイプの電子部品収納用パッケージでは、絶縁基体に金属蓋体をシーム溶接するための下地金属として封止用の金属枠体を封止用メタライズ層にろう付けしておく必要があり、そのため金属枠体の分だけ電子装置の高さが高いものとなってしまい、近時の電子装置に要求される薄型化が困難であった。また、金属枠体の分だけ高価なものとなってしまうという問題点も有していた。
【０００５】
そこで、上述のような問題点を解消するために、上面に電子部品を搭載する搭載部およびこの搭載部を取り囲む枠状の封止用メタライズ層を有するとともに表面および内部に電子部品の電極が電気的に接続される複数のメタライズ配線導体を有するセラミック製の絶縁基体と、下面に銀−銅共晶合金等のろう材が被着された金属蓋体とから構成され、絶縁基体の搭載部に電子部品を搭載するとともに電子部品の各電極をメタライズ配線導体に電気的に接続した後、封止用メタライズ層に金属蓋体をその下面に被着させたろう材を介してシーム溶接することにより絶縁基体と金属蓋体とを接合し、内部に電子部品を気密に封止するようになした電子部品収納用パッケージが提案されている。
【０００６】
この封止用メタライズ層に金属蓋体を銀ろう等のろう材を介してシーム溶接によって接合させることにより内部に電子部品を気密に収容するようになした電子部品収納用パッケージは、封止用メタライズ層と金属蓋体とをろう材を介してシーム溶接により接合させることから溶接のための下地金属としての金属枠体を必要とせず、その分、高さを低くすることができ、かつ安価である。
【０００７】
なお、このように下面にろう材が被着された金属蓋体を絶縁基体の封止用メタライズ層にろう材を介してシーム溶接により接合するようになした従来の電子部品収納用パッケージにおいては、封止用メタライズ層は、その厚みを１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上としており、また、その表面には厚みが５μｍ以上、好ましくは８μｍ以上の厚みのニッケルめっき層が被着されていた。これは封止用メタライズ層の厚みを１０μｍ以上と厚くするとともにその表面に厚みが５μｍ以上のニッケルめっき層を被着させることにより、封止用メタライズ層に金属蓋体をろう材を介してシーム溶接する際に封止用メタライズ層や絶縁基体に印加される溶接電流による熱衝撃を厚みの厚い封止用メタライズ層およびニッケルめっき層で吸収緩和して封止用メタライズ層や絶縁基体にクラックが発生するのを防止するという考えに基づくものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように絶縁基体の封止用メタライズ層の厚みを１０μｍ以上とし、その上に厚みが５μｍ以上のニッケルめっき層を被着させた電子部品収納用パッケージによると、封止用メタライズ層の厚みが厚いために封止用メタライズ層の電気抵抗が低いものとなり、そのため、下面にろう材が被着された金属蓋体を絶縁基体の封止用メタライズ層にろう材を介してシーム溶接により接合する際に、溶接のための電流が電気抵抗の低い封止用メタライズ層に多く流れてしまい金属蓋体に流れる電流が少なくなってしまう。したがって金属蓋体に被着させたろう材を溶接電流により良好に溶融させるためにはその分、極めて大きな溶接電流を印加しなければならず余分な電力が多く消費されるので封止の生産性が悪いとともにそのような溶接電流による熱応力も大きくなるので、絶縁基体が薄い場合、溶接後に絶縁基体と蓋体との間に残留する応力により封止用メタライズ層や絶縁基体にクラックが発生してしまいやすいという問題点を有していた。
【０００９】
本発明者は、かかる問題点に鑑み種々検討の結果、上述のように金属蓋体を絶縁基体の封止用メタライズ層にろう材を介してシーム溶接により接合するようになした電子部品収納用パッケージにおいては、封止用メタライズ層の電気抵抗を高いものとして溶接電流を金属蓋体により多く流すことにより、金属蓋体が有効に発熱し、より低い溶接電流にて気密封止を行うことが可能であるとともに、封止用メタライズ層と同等以上の厚みのニッケルめっき層を施すことにより封止用メタライズ層自体に流れる電流が少なくなり封止用メタライズ層自体の発熱が抑制されるとともに溶接の際に発生する熱応力が厚みの厚いニッケルめっき層で有効に緩和されるので、溶接後に封止用メタライズ層や絶縁基体にクラックが発生しにくいことをつきとめた。
【００１０】
本発明は、かかる知見に基づき案出されたものであり、その目的は、絶縁基板の封止用メタライズ層に金属蓋体をろう材を介してシーム溶接により接合した際、より低い溶接電流にて気密封止を行うことが可能であり、封止用メタライズ層や絶縁基体にクラックが発生したりすることのない、信頼性の高い電子部品収納用パッケージを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子部品収納用パッケージは、上面に電子部品が搭載される搭載部および該搭載部を取り囲むようにして被着された封止用メタライズ層を有する絶縁基体から成り、下面にろう材が被着された金属蓋体が、前記封止用メタライズ層に前記ろう材を介して接合される電子部品収納用パッケージにおいて、前記封止用メタライズ層は、その厚みが４〜８μｍであり、かつその表面に厚みが前記封止用メタライズ層の厚み以上のニッケルめっき層が被着されていることを特徴とするものである。また、本発明の電子部品収納用パッケージは、前記絶縁基体は、前記上面から外側面にかけて半径が５〜５０μｍの丸み部が形成されており、前記封止用メタライズ層は、前記丸み部の途中まで漸次薄くなるように延出していることを特徴とするものである。また、本発明の電子部品収納用パッケージは、前記封止用メタライズ層は、平均粒径が１μｍ以下の金属粉末が含有された金属ペーストを用いて形成されていることを特徴とするものである。また、本発明の電子装置は、本発明の電子部品収納用パッケージと、該電子部品収納用パッケージに搭載された電子部品と、前記封止用メタライズ層にろう材を介して接合された金属蓋体とを備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の電子部品収納用パッケージによれば、封止用メタライズ層は、その厚みを４〜８μｍと薄いものとしており、その上に厚みが８〜２０μｍのニッケルめっき層を被着させたことから、封止用メタライズ層の電気抵抗が高いものとなり、封止用メタライズ層に金属蓋体をろう材を介してシーム溶接する際に、溶接の電流は金属蓋体に多く流れるようになるので、その分、溶接電流を小さなものとして封止用メタライズ層が大きく発熱することを抑制できるとともに封止用メタライズ層と金属蓋体とをろう材を介して良好に溶接することができる。また、溶接の際に封止用メタライズ層や絶縁基体に印加される熱応力を封止用メタライズ層に被着させた厚みが８〜２０μｍのニッケルめっき層により良好に吸収することができ、その結果、封止用メタライズ層や絶縁基体に溶接の際の熱応力によるクラックが発生することを有効に防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の電子部品収納用パッケージを添付の図面を基に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の電子部品収納用パッケージの実施の形態の一例を示した断面図であり、同図において１は絶縁基体、２は金属蓋体、３は電子部品である。そして、絶縁基体１と金属蓋体２とから成るパッケージの内部に例えば圧電振動子や半導体素子等の電子部品３が気密に封止されることによって製品としての電子装置となる。
【００１５】
絶縁基体１は、電子部品３を支持するための支持体であり、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから成り、その上面中央部に電子部品３を収容するための凹部Ａを有している。そして凹部Ａの底面は電子部品３を搭載するための搭載部１ａを形成しており、この搭載部１ａに電子部品３が搭載される。
【００１６】
なお、絶縁基体１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等のセラミック原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤を添加混合して泥漿状となすとともに、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシートとなし、しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに複数枚積層し、高温で焼成することによって製作される。
【００１７】
また、絶縁基体１には、搭載部１ａの上面から絶縁基体１の下面にかけて導出するタングステンやモリブデン等の金属粉末焼結体から成るメタライズ配線層４が被着形成されている。
【００１８】
メタライズ配線層４は、電子部品３の各電極を外部に電気的に導出するための導電路として機能し、通常であれば、その露出する表面に１〜２０μｍ程度の厚みのニッケルめっき層と０．１〜３μｍ程度の厚みの金めっき層とが施されている。そして、その搭載部１ａの上面に導出した部位には電子部品３の電極が例えば導電性接着剤５を介して電気的に接続され、その絶縁基体１の下面に導出した部位は、外部電気回路基板の配線導体に例えば半田を介して電気的に接続される。
【００１９】
なお、メタライズ配線層４は、例えばタングステン粉末焼結体から成る場合であれば、タングステン粉末に適当な有機バインダー、溶剤を添加混合して得たタングステンペーストを絶縁基体１用のセラミックグリーンシートに従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布し、これを絶縁基体１用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって、絶縁基体１の搭載部１ａ上面から下面にかけて所定のパターンに被着形成される。
【００２０】
さらに、絶縁基体１の上面外周部には、タングステンやモリブデン等の金属粉末焼結体から成り、幅が０．４ｍｍ程度で厚みが４〜８μｍの枠状の封止用メタライズ層６が搭載部１ａを取り囲むようにして被着形成されている。
【００２１】
この封止用メタライズ層６は、絶縁基体１に金属蓋体２を接合させるための下地金属として機能し、その露出する表面に８〜２０μｍ程度の厚みのニッケルめっき層と０．１〜３μｍ程度の厚みの金めっき層とが施されている。そして、その上には金属蓋体２がろう材８を介してシーム溶接により接合される。
【００２２】
なお、封止用メタライズ層６は、例えばタングステン粉末焼結体から成る場合であれば、タングステン粉末に適当な有機バインダー、溶剤を添加混合して得たタングステンペーストを絶縁基体１用のセラミックグリーンシートに従来周知のスクリーン印刷法を採用して予め所定の厚みおよびパターンに印刷塗布し、これを絶縁基体１用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって絶縁基体１の上面に搭載部１ａを取り囲むようにして被着形成される。
【００２３】
他方、金属蓋体２は、鉄−ニッケル合金板あるいは鉄−ニッケル−コバルト合金板から成る厚みが０．１ｍｍ程度の平板であり、その下面の全面には、銀−銅共晶ろう等のろう材８が１０〜２０μｍ程度の厚みに被着されている。そして、図２に断面図で示すように、金属蓋体２を封止用メタライズ層６上にろう材８を挟んで載置し、この金属蓋体２の相対向する外周縁にシーム溶接機の一対のローラー電極Ｒを接触させながら転動させるとともにこのローラー電極Ｒ間に溶接のための電流を流し、その電流による発熱でろう材８の一部を溶融させることによって絶縁基体１の封止用メタライズ層６にろう材８を介して接合され、それにより絶縁基体１との間で電子部品３を気密に封止する。
【００２４】
このような金属蓋体２は、鉄−ニッケル合金板あるいは鉄−ニッケル−コバルト合金板の下面に銀−銅ろう等のろう材箔を重ねて圧延することによって鉄−ニッケル合金板あるいは鉄−ニッケル−コバルト合金板の下面にろう材が圧着された広面積の複合金属板を得るとともに、この複合金属板を打ち抜き金型により所定の形状に打ち抜くことによって製作される。
【００２５】
そして、本発明の電子部品収納用パッケージにおいては、封止用メタライズ層６の厚みを４〜８μｍと薄いものにするとともに、この封止用メタライズ層６の表面に被着させたニッケルめっき層の厚みを８〜２０μｍとしており、そのことが重要である。封止用メタライズ層６の厚みを４〜８μｍと薄いものとし、その上に厚みが８〜２０μｍのニッケルめっき層を被着させたことから、ニッケルめっき層が被着された封止用メタライズ層６の電気抵抗を高いものとすることができ、その結果、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接により溶接する際に、金属蓋体２側に大きな電流が流れるので、その分、溶接電流を小さくして封止用メタライズ層６が大きく発熱することを抑制できるとともに金属蓋体２に被着させたろう材８を溶接電流により良好に溶融させて封止用メタライズ層６と金属蓋体２とを良好に接合することができる。
【００２６】
なお、封止用メタライズ層６の厚みが４μｍ未満の場合、封止用メタライズ層６を絶縁基体１に強固に被着させることが困難となる傾向にあり、他方、８μｍを超えると、封止用メタライズ層６の電気抵抗が低いものとなって、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接により溶接する際に、金属蓋体２側に流れる電流が少なくなり、小さな溶接電流では金属蓋体２に被着させたろう材８を良好に溶融させることが困難となる傾向にある。したがって、封止用メタライズ層６の厚みは４〜８μｍの範囲に特定される。
【００２７】
さらに、絶縁基体１の上面から外周側面にかけて半径が５〜５０μｍ程度の丸みを形成しておくとともに、封止用メタライズ層６の外周縁を前記丸み部の途中まで漸次薄くなるように延出させておくと、封止用メタライズ層６が絶縁基体１から剥離するのを有効に防止することができる。したがって、絶縁基体１の上面から外周側面にかけて半径が５〜５０μｍ程度の丸みを形成しておくとともに、封止用メタライズ層６の外周縁をその丸み部の途中まで漸次薄くなるように延出させておくことが好ましい。
【００２８】
また、封止用メタライズ層６を形成するための金属ペーストは、これに含有される金属粉末の平均粒径を１μｍ以下としておくと、厚みが４〜８μｍと薄い封止用メタライズ層６を絶縁基体１の上面に緻密かつ強固に被着させることができる。したがって、封止用メタライズ層６用の金属ペーストは、これに含有される金属粉末の平均粒径を１μｍ以下としておくことが好ましい。
【００２９】
また、本発明の電子部品収納用パッケージによれば、封止用メタライズ層６の表面に被着させたニッケルめっき層の厚みを８〜２０μｍとしたことから、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接により溶接する際に、封止用メタライズ層６や絶縁基体１に印加される熱応力を封止用メタライズ層６に被着させたニッケルめっき層で良好に吸収緩和することができ、その結果、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接により溶接する際および溶接した後に封止用メタライズ層６や絶縁基体１にクラックが発生することを有効に防止することができる。なお、封止用メタライズ層６に被着させたニッケルめっき層は、その厚みが８μｍ未満の場合、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接により溶接する際に、封止用メタライズ層６や絶縁基体１に印加される熱応力を良好に吸収緩和することができなくなる危険性が大きくなり、他方、２０μｍを超えると、そのような厚みの厚いニッケルめっき層を被着する際に発生する応力により封止用メタライズ層６にクラックや剥離が発生しやすくなる傾向にある。したがって、封止用メタライズ層６に被着させたニッケルめっき層の厚みは８〜２０μｍの範囲に特定される。
【００３０】
かくして、本発明の電子部品収納用パッケージによれば、絶縁基体１の搭載部１ａに電子部品３を搭載するとともに、封止用メタライズ層６に金属蓋体２をろう材８を介してシーム溶接により接合することにより、メタライズ配線導体４に断線が発生したり絶縁基体１にクラックが発生したりすることのない信頼性の高い電子部品収納用パッケージを提供することができる。
【００３１】
なお、本発明は、上述の実施の形態の一例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【００３２】
【実験例】
上面中央部に幅が２．２０ｍｍ、長さが４．００ｍｍ、深さが０．３０ｍｍの四角形状の凹部を有する、幅が３．２０ｍｍ、長さが５．００ｍｍ、厚みが０．５５ｍｍの四角箱状のアルミナセラミックスから成る絶縁基体の上面外周部に、凹部を取り囲んで外周縁まで延在する幅が０．５０ｍｍのタングステンメタライズから成る四角枠状の封止用メタライズ層を１〜１１μｍの厚みに被着させるとともに、それらの封止用メタライズ層上に５〜２３μｍの厚みのニッケルめっき層および厚みが０．３μｍの金めっき層を被着させて実験用の試料をそれぞれ１０個ずつ得た。また、幅が２．９０ｍｍ、長さが４．７０ｍｍ、厚みが０．１０ｍｍの鉄−ニッケル−コバルト合金から成り、その下面に厚みが１５μｍの銀−銅共晶合金から成るろう材を被着させた金属蓋体を準備した。次に、各試料の封止用メタライズ層上に金属蓋体をろう材を下にして載置するとともに、金属蓋体の相対向する外周縁間にシーム溶接装置の一対のローラー電極を上方から２００ｇの荷重を印加しながら接触させて１０ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させながらローラー電極間に２３０Ａの溶接電流を印加して封止用メタライズ層と金属枠体とをろう材を介してシーム溶接した。次に、金属蓋体が溶接された各試料を１ヶ月間室温で放置した後、各試料を顕微鏡で観察して封止用メタライズ層や絶縁基体におけるクラックの発生の有無を確認した。その結果を表１に示す。なお、表１における試料番号１、２、６、７、１１、１２、１３の試料は本発明の範囲外の比較のための試料である。
【００３３】
【表１】
表１から分かるように、比較のための試料１、２、６、７、１２には１ヶ月放置後にクラックが発生するものの、本発明の試料３、４、５、８、９、１０ではクラックの発生はなかった。また、比較のための試料１１、１３ではクラックの発生は見られなかったものの、２３０Ａの溶接電流ではろう材が良好に溶融せずにろう材の溶融不足が発生した。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電子部品収納用パッケージによれば、封止用メタライズ層は、その厚みを４〜８μｍと薄いものとしており、その上に厚みが８〜２０μｍのニッケルめっき層を被着させたことから、封止用メタライズ層の電気抵抗が高いものとなり、封止用メタライズ層に金属蓋体をろう材を介してシーム溶接する際に、溶接の電流は金属蓋体に多く流れるようになるので、その分、溶接電流を小さなものとして封止用メタライズ層が大きく発熱するのを抑制できるとともに封止用メタライズ層と金属蓋体とをろう材を介して良好に溶接することができる。また、溶接の際に封止用メタライズ層や絶縁基体に印加される熱応力を封止用メタライズ層に被着させた厚みが８〜２０μｍのニッケルめっき層により良好に吸収することができ、その結果、封止用メタライズ層や絶縁基体に溶接の際の熱応力によるクラックが発生することを有効に防止することができる。したがって、封止作業の生産性にすぐれ、かつ気密信頼性の高い電子部品収納用パッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子部品収納用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す電子部品収納用パッケージの絶縁基体１と金属蓋体２とをろう材８を介してシーム溶接により接合する方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・絶縁基体
１ａ・・・・搭載部
２・・・・・金属蓋体
３・・・・・電子部品
４・・・・・メタライズ配線導体
６・・・・・封止用メタライズ層
８・・・・・ろう材
Claims (4)
- 上面に電子部品が搭載される搭載部および該搭載部を取り囲むようにして被着された封止用メタライズ層を有する絶縁基体から成り、下面にろう材が被着された金属蓋体が、前記封止用メタライズ層に前記ろう材を介して接合される電子部品収納用パッケージにおいて、前記封止用メタライズ層は、その厚みが４〜８μｍであり、かつその表面に厚みが前記封止用メタライズ層の厚み以上のニッケルめっき層が被着されていることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
- 前記絶縁基体は、前記上面から外側面にかけて半径が５〜５０μｍの丸み部が形成されており、前記封止用メタライズ層は、前記丸み部の途中まで漸次薄くなるように延出していることを特徴とする請求項１記載の電子部品収納用パッケージ。
- 前記封止用メタライズ層は、平均粒径が１μｍ以下の金属粉末が含有された金属ペーストを用いて形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子部品収納用パッケージ。
- 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された電子部品収納用パッケージと、該電子部品収納用パッケージに搭載された電子部品と、前記封止用メタライズ層にろう材を介して接合された金属蓋体とを備えていることを特徴とする電子装置。
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