JP6312256B2

JP6312256B2 - 電子部品収納用パッケージ

Info

Publication number: JP6312256B2
Application number: JP2014248647A
Authority: JP
Inventors: 清治阿野
Original assignee: NGK Electronics Devices Inc
Current assignee: NGK Electronics Devices Inc
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2018-04-18
Anticipated expiration: 2034-12-09
Also published as: JP2016111246A

Description

本発明は、半導体素子や、水晶振動子等の電子部品を収納するためのセラミック基体とセラミック枠体の多層構造からなる電子部品収納用パッケージに関する。

近年、半導体素子や、水晶振動子等の電子部品を収納させるための電子部品収納用パッケージは、これを搭載する、例えば、ハンドフォン、スマートフォン、タブレット、パソコン等の携帯型や、固定型の装置の小型化、高信頼性化等の要求に伴い、パッケージにもますます小型で、高信頼性を有する形態のものが求められている。これに対応するための電子部品収納用パッケージには、高温で焼成するセラミックと、セラミックと同時焼成ができる高融点金属のメタライズ膜で電気的導通状態を形成した多層構造の気密的信頼性、機械的信頼性、電気的信頼性等の高いパッケージが開発されている。この電子部品収納用パッケージは、凹部に電子部品を実装し、金属製や、セラミック製等の蓋体で凹部内を気密に封止した後、パッケージの下面側に形成されているメタライズ膜からなる外部接続端子パッドを半田等を介してボード等に接合して装置に組み込まれるようになっている。

図４（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら、半導体素子や、水晶振動子等の電子部品を収納するための代表的な従来の電子部品収納用パッケージ、変形例の電子部品収納用パッケージを説明する。
図４（Ａ）に示すように、従来の電子部品収納用パッケージ５０は、例えば、１又は複数枚で構成される四角形平板形状のセラミック基体５１と、この上面に１又は複数枚で構成される外形寸法がセラミック基体５１と同一で窓枠形状のセラミック枠体５２を積層してなる焼成体からなっている。あるいは、図４（Ｂ）に示すように、従来の変形例の電子部品収納用パッケージ５０ａは、例えば、上記のセラミック枠体５２とセラミック基体５１の間に、窓枠形状がセラミック枠体５２の窓枠形状と異なる他のセラミック枠体５２ａを積層してなる焼成体からなっている。

これらの電子部品収納用パッケージ５０、５０ａは、それぞれの焼成体の上面側中央部に電子部品を収納するための凹部５３を有している。また、電子部品収納用パッケージ５０は、凹部５３内のセラミック枠体５２と接するセラミック基体５１の上面の一部に電子部品の中の水晶振動子を片持ち状態で接合して水晶振動子と電気的導通状態とするためのメタライズ膜からなる導体パッド５４を有している。一方、電子部品収納用パッケージ５０ａは、凹部５３内の他のセラミック枠体５２ａの棚部上面に電子部品の中の水晶振動子を片持ち状態で接合して電子部品と電気的導通状態とするためのメタライズ膜からなる導体パッド５４を有している。これらの電子部品収納用パッケージ５０、５０ａを作製するには、焼成前のセラミックグリーンシートに高融点金属からなるメタライズペーストでスクリーン印刷して所望形状のメタライズパターンを形成している。次に、複数枚のセラミックグリーンシートは、重ね合わして積層し、セラミックグリーンシートと高融点金属を還元雰囲気中で同時焼成して焼成体にしている。次いで、焼成体の外部に露出する全ての金属表面には、Ｎｉめっき被膜、及びＡｕめっき被膜を施すことで、電子部品収納用パッケージ５０、５０ａを作製している。

図５（Ａ）に示すように、この導体パッド５４が設けられるセラミック基体５１、又は他のセラミック枠体５２ａの同一面上には、導体パッド５４からセラミック枠体５２との層間に延出し焼成体の外周端面まで設ける直線状の導体配線５５を有している。しかしながら、図５（Ｂ）に示すように、従来の電子部品収納用パッケージ５０、５０ａは、導体配線５５を形成するためのメタライズパターンの膜厚さが１０μｍを超えるようになると、セラミックグリーンシートを重ね合わせて加圧して積層した時に、メタライズペーストがセラミックグリーンシートに充分押さえ込むことができなくて、焼成体の導体配線５５の端部の際に空洞５６が発生する場合がある。しかも、最近の電子部品収納用パッケージ５０、５０ａは、携帯電話や、パソコン等の装置の小型化に伴いセラミック枠体５２の枠幅が狭くなっているので、空洞５６が枠幅を貫通することとなり、凹部５３内に電子部品を実装した後の気密的信頼性に問題が出てきた。

そこで、複数枚の積層体からなるセラミック多層基板の層間の少なくとも１つに電気的導通を形成するための層間メタライズパターンを有する電子部品収納用セラミックパッケージにおいて、層間メタライズパターンが第１の導体配線と第２の導体配線の接合体からなり、第１の導体配線のパターン大きさが第２の導体配線のパターンより大きいパターン大きさを有し、しかも、第１の導体配線の膜厚さが第２の導体配線と同等、又は薄い膜厚さを有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−５９９５８号公報

しかしながら、前述したような従来の電子部品収納用パッケージは、次のような問題がある。
特許文献１で開示される電子部品収納用パッケージは、層間メタライズパターンを膜厚の厚い第１の導体配線の上に膜厚の薄い第２の導体配線を被せたとしても導体配線の電気的信頼性に影響を及ぼすことがないものの、第１の導体配線の膜厚さが１０μｍを超えるようになると第１の導体配線端部の際に発生する空洞を抑えきれない場合が発生している。しかも、この電子部品収納用パッケージは、層間メタライズパターンの第１の導体配線がセラミック枠体の枠幅全体に設けられているので、第１の導体配線端部の際に発生する空洞が凹部内とパッケージの外部とを挿通こととなり、蓋体で封止した後の凹部内の気密的信頼性を確保することができなくなっている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、第１の導体配線端部の際に空洞が発生したとしても凹部内の気密的信頼性と、導体配線の電気的信頼性を確保することができる電子部品収納用パッケージを提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る電子部品収納用パッケージは、四角形平板形状のセラミック基体と窓枠形状のセラミック枠体で積層、又はセラミック基体とセラミック枠体との間に窓枠形状が異なる他のセラミック枠体を挟んで積層する焼成体からなり、焼成体の中央部に電子部品を収納するための凹部と、凹部内のセラミック枠体と接するセラミック基体、又は他のセラミック枠体の上面に電子部品を搭載するためのメタライズ膜からなる導体パッドを有する電子部品収納用パッケージにおいて、導体パッドが設けられる同一面上に導体パッドからセラミック枠体との層間に延出しセラミック枠体の枠幅の中間部位置まで設けるメタライズ膜からなる第１の導体配線と、第１の導体配線を層間内で覆うようにして延出しセラミック枠体の外形側端面位置まで設けるメタライズ膜からなる第２の導体配線を有し、第２の導体配線のメタライズ膜が第１の導体配線のメタライズ膜より薄い膜厚と、１．５倍以上の配線パターン幅を有する。

上記の電子部品収納用パッケージは、第２の導体配線が第１の導体配線をセラミック枠体の凹部側端面位置から覆うようにして延出しセラミック枠体の外形側端面位置までのセラミック枠体の枠幅全体に設けるメタライズ膜からなるのがよい。

上記の電子部品収納用パッケージは、導体パッドが設けられる同一面上に導体パッドからセラミック枠体との層間に延出しセラミック枠体の枠幅の中間部位置まで設けるメタライズ膜からなる第１の導体配線と、第１の導体配線を層間内で覆うようにして延出しセラミック枠体の外形側端面位置まで設けるメタライズ膜からなる第２の導体配線を有するので、セラミック枠体との層間に延出する第１の導体配線をセラミック枠体の外形側端面位置までの枠幅全体に設けるのではなく、枠幅の中間部位置までに設けており、メタライズ膜の膜厚さが厚い第１の導体配線端部の際に発生する空洞が枠幅の途中で塞がれることで、蓋体で封止した後の凹部内の気密的信頼性を確保することができる。また、この電子部品収納用パッケージは、第１の導体配線をセラミック枠体との層間内で覆うようにして延出しセラミック枠体の外形側端面位置まで設けるメタライズ膜からなる第２の導体配線のメタライズ膜が第１の導体配線のメタライズ膜より薄い膜厚を有することで第２の導体配線端部の際での空洞の発生を防止して、蓋体で封止した後の凹部内の気密的信頼性を確保することができる。更には、この電子部品収納用パッケージは、第１の導体配線をセラミック枠体との層間内で覆うようにして延出しセラミック枠体の外形側端面位置まで設けるメタライズ膜からなる第２の導体配線のメタライズ膜が第１の導体配線のメタライズ膜より１．５倍以上の配線パターン幅を有することで第２の導体配線のメタライズ膜厚の薄さによる電気導通抵抗の低下を防止して、導体パッドからセラミック枠体の外形側端面位置までの電気的信頼性を確保することができる。

特に、上記の電子部品収納用パッケージは、第２の導体配線が第１の導体配線をセラミック枠体の凹部側端面位置から覆うようにして延出しセラミック枠体の外形側端面位置までのセラミック枠体の枠幅全体に設けるメタライズ膜からなるので、セラミック枠体とセラミック基体との層間、又はセラミック枠体と他のセラミック枠体との層間の気密的信頼性、及び層間に設ける導体配線の電気的信頼性を確実に確保することができる。

（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る電子部品収納用パッケージの平面図、Ａ−Ａ’線縦断面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同電子部品収納用パッケージの変形例の電子部品収納用パッケージの平面図、Ｂ−Ｂ’線縦断面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同電子部品収納用パッケージ又は変形例の電子部品収納用パッケージの導体パッドが設けられる層の平面図、Ｃ−Ｃ’線拡大縦断面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来の電子部品収納用パッケージの斜視図、変形例の電子部品収納用パッケージの斜視図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同電子部品収納用パッケージ及び変形例の電子部品収納用パッケージの導体パッドが設けられる層の平面図、Ｄ−Ｄ’線拡大縦断面図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施するための形態について説明し、本発明の理解に供する。
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る電子部品収納用パッケージ１０は、例えば、１又は複数枚で構成される四角形平板形状のセラミック基体１１と、この上面に１又は複数枚で構成される外形寸法がセラミック基体１１と同一で窓枠形状のセラミック枠体１２を積層する多層基板構造の焼成体からなっている。この電子部品収納用パッケージ１０は、セラミック基体１１と、セラミック枠体１２の焼成体の上面側中央部に電子部品を収納するための凹部１３と、凹部１３内のセラミック枠体１２と接するセラミック基体１１の上面に電子部品の中の水晶振動子１４を片持ち状態で搭載するためのメタライズ膜からなる導体パッド１５を有している。この電子部品収納用パッケージ１０は、導体パッド１５から延出する配線導体を介して焼成体の下面側に設ける外部接続端子パッド１６と電気的導通状態となっている。

図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、上記の電子部品収納用パッケージ１０の変形例の電子部品収納用パッケージ１０ａは、例えば、上記のセラミック枠体１２とセラミック基体１１の間に、窓枠形状がセラミック枠体１２の窓枠形状と異なる１又は複数枚で構成される他のセラミック枠体１２ａを挟んで積層する多層基板構造の焼成体からなっている。この電子部品収納用パッケージ１０ａは、セラミック基体１１、セラミック枠体１２ａ、セラミック枠体１２と積み上げた焼成体の上面側中央部に電子部品を収納するための凹部１３と、凹部１３内のセラミック枠体１２と接するセラミック枠体１２ａの上面に電子部品の中の水晶振動子１４を片持ち状態で搭載するためのメタライズ膜からなる導体パッド１５を有している。これと共に、電子部品収納用パッケージ１０ａは、凹部１３に電子部品の中の半導体素子１７をフリップチップ方式や、ワイヤボンド方式で接続して搭載するためのメタライズ膜からなる導体パッド１５ａを有している。この電子部品収納用パッケージ１０ａは、導体パッド１５、１５ａから延出する配線導体や、導体パッド１５と導体パッド１５ａ間の配線導体を介して焼成体の下面側に設ける外部接続端子パッド１６と電気的導通状態となっている。

これらの電子部品収納用パッケージ１０、１０ａは、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックと、このセラミックと同時焼成が可能な例えば、タングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属を用いて、絶縁体表面に様々な機能のためのメタライズ膜を設ける多層基板構造の焼成体として形成している。この焼成体にするには、複数枚の焼成前のセラミックグリーンシートに高融点金属のメタライズペーストで様々な所望形状のメタライズパターンをスクリーン印刷で形成した後、それぞれのセラミックグリーンシートを重ね合わせて温度と圧力をかけて積層し、セラミックグリーンシートと高融点金属を還元雰囲気中で同時焼成して形成している。このメタライズパターンには、導体パッド１５、１５ａや、外部接続端子パッド１６や、これらを電気的に導通状態とするための様々な配線導体等用のパターン以外に、セラミック枠体１２の上表面に直接金属製蓋体（図示せず）を接合するための、あるいは、この金属製蓋体を接合するのに金属枠体（図示せず）を予め接合しておくための枠状導体１８用の枠状メタライズパターンがある。また、メタライズパターンには、多層基板構造の上、下層の配線導体を電気的に導通状態とするのに、予めセラミックグリーンシートに設けた貫通孔にメタライズペーストを充填して設けるビア導体（図示せず）や、多層基板構造の外周端面を介して上、下層の配線導体を電気的に導通状態とするのに、予めセラミックグリーンシートに設けた貫通孔の壁面にメタライズペーストを塗布して設けるスルーホール導体１９（図３（Ａ）、（Ｂ）参照）等がある。なお、このスルーホール導体１９は、電気的な導通状態を形成すると共に、外部接続端子パッド１６のボード等との半田等での接合において、良好なメニスカス形状を形成させて接合強度を強固なものにするためにも利用されている。

図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、電子部品収納用パッケージ１０は、導体パッド１５が設けられるセラミック基体１１の同一面上に導体パッド１５からセラミック枠体１２との層間に延出しセラミック枠体１２の枠幅の中間部位置まで設けるメタライズ膜からなる第１の導体配線２０を有している。また、電子部品収納用パッケージ１０ａは、導体パッド１５が設けられる他のセラミック枠体１２ａの同一面上に導体パッド１５からセラミック枠体１２との層間に延出しセラミック枠体１２の枠幅の中間部位置まで設けるメタライズ膜からなる第１の導体配線２０を有している。導体パッド１５からセラミック枠体１２との層間に延出する第１の導体配線２０の先端は、特に、その位置を限定するものではないが、上記のスルーホール導体１９とは離れた状態であることが必要である。また、第１の導体配線２０の先端は、後述する第２の導体配線２１との重なり部分を考慮してセラミック枠体１２の内周側端面位置から０．０５ｍｍ以上セラミック枠体１２との層間に延出するのがよい。第１の導体配線２０の厚みは、特に、その厚みを限定するものではないが、第１の導体配線２０が導体パッド１５と同時メタライズ印刷で設けられ、導体パッド１５のセラミックからのメタライズ膜剥がれと、第１の導体配線２０の電気的導通抵抗の増加とを防止することから、通常、導体パッド１５の厚みと同じの１０μｍを超える程度としている。なお、第１の導体配線２０は、特に、その配線パターンの形状を限定するものではないが、導体パッド１５から略一定の配線パターン幅で延設するのがよい。

電子部品収納用パッケージ１０は、セラミック枠体１２とセラミック基体１１との層間内で上記の第１の導体配線２０を覆うようにして延出しセラミック枠体１２の外形側端面位置まで設けるメタライズ膜からなる第２の導体配線２１を有している。また、電子部品収納用パッケージ１０ａは、セラミック枠体１２と他のセラミック枠体１２ａとの層間内で上記の第１の導体配線２０を覆うようにして延出しセラミック枠体１２の外形側端面位置まで設けるメタライズ膜からなる第２の導体配線２１を有している。この第２の導体配線２１は、第１の導体配線２０を覆うようにして延出しセラミック枠体１２の外形側端面位置まで設けられて上記のスルーホール導体１９と接続している。従って、導体パッド１５は、第１の導体配線２０、第２の導体配線２１、及びスルーホール導体１９を介して外部接続端子パッド１６と電気的導通状態を形成している。

上記の電子部品収納用パッケージ１０、１０ａの第２の導体配線２１は、メタライズ膜の膜厚が第１の導体配線２０のメタライズ膜の膜厚より薄いと共に、配線パターン幅が第１の導体配線２０の配線パターン幅より１．５倍以上有している。従って、第２の導体配線２１のメタライズ膜の膜厚は、第１の導体配線２０のメタライズ膜の膜厚が略１０μｍを超える程度となっているので、これを下まわる膜厚となっている。また、第２の導体配線２１の配線パターン幅は、特に、第２の導体配線２１の形状が限定されるものではないので、略一定の配線パターン幅で延設している第１の導体配線２０に対して層間におけるそれぞれのパターンの端部同士が、最も近接する部分における第１の導体配線２０の配線パターン幅より１．５倍以上であればよい。

上記の電子部品収納用パッケージ１０、１０ａは、第１の導体配線２０と、これよりも薄い膜厚であっても配線パターン幅の広いの第２の導体配線２１を繋ぎ合わせて導通抵抗の増加を抑える電気的導通状態を形成できる。また、この電子部品収納用パッケージ１０、１０ａは、メタライズ膜の膜厚が１０μｍを超え、セラミック枠体１２の枠幅の中間部位置まで先端が延設する第１の導体配線２０にこれよりも薄い膜厚で、且つ配線パターン幅の広いの第２の導体配線２１が覆っていることで、第１の導体配線２０の際の隙間を小さく抑えることができる。更には、この電子部品収納用パッケージ１０、１０ａは、例え、第１の導体配線２０の際の隙間があったとしても、導体パッド１５から延出する第１の導体配線２０の先端がセラミック枠体１２の枠幅の中間部位置までであるので、隙間がセラミック枠体１２の枠幅を貫通することがなく、凹部１３内に電子部品を実装した後の気密的信頼性を確保することができる。

電子部品収納用パッケージ１０、１０ａは、第２の導体配線２１が第１の導体配線２０をセラミック枠体１２の凹部１３側端面位置から覆うようにして延出し、セラミック枠体１２の外形側端面位置までのセラミック枠体１２の枠幅全体に設けるメタライズ膜からなるのがよい。電子部品収納用パッケージ１０、１０ａは、第２の導体配線２１をセラミック枠体１２の枠幅全体に設けることで、第１の導体配線２０との電気的断線を確実に防止することができる。なお、この電子部品収納用パッケージ１０、１０ａは、第２の導体配線２１のメタライズ膜をセラミック枠体１２の枠幅全体分に設ける場合には、通常、セラミック枠体１２用のセラミックグリーンシートの裏面側に第２の導体配線２１用のメタライズ印刷パターンを形成して凹部１３用の貫通孔を打ち抜いた後、裏面側を第１の導体配線２０用のメタライズ印刷パターンが形成されているセラミックグリーンシート上に載置して積層することで形成している。また、電子部品収納用パッケージ１０、１０ａは、個片体の電子部品収納用パッケージ１０、１０ａが縦横方向に多数個配列する集合体として形成し、焼成後に分割することで個片体としている。

本発明の電子部品収納用パッケージは、半導体素子や、水晶振動子等の電子部品を実装させて、小型で、高信頼性が要求される、例えば、ハンドフォン、スマートフォン、タブレット、パソコン等の電子装置に組み込まれて用いることができるセラミックパッケージとして利用することができる。

１０、１０ａ：電子部品収納用パッケージ、１１：セラミック基体、１２、１２ａ：セラミック枠体、１３：凹部、１４：水晶振動子、１５、１５ａ：導体パッド、１６：外部接続端子パッド、１７：半導体素子、１８：枠状導体、１９：スルーホール導体、２０：第１の導体配線、２１：第２の導体配線

Claims

四角形平板形状のセラミック基体と窓枠形状のセラミック枠体で積層、又は前記セラミック基体と前記セラミック枠体との間に前記窓枠形状が異なる他のセラミック枠体を挟んで積層する焼成体からなり、該焼成体の中央部に電子部品を収納するための凹部と、該凹部内の前記セラミック枠体と接する前記セラミック基体、又は前記他のセラミック枠体の上面に前記電子部品を搭載するためのメタライズ膜からなる導体パッドを有する電子部品収納用パッケージにおいて、
前記導体パッドが設けられる同一面上に前記導体パッドから前記セラミック枠体との層間に延出し前記セラミック枠体の枠幅の中間部位置まで設ける前記メタライズ膜からなる第１の導体配線と、該第１の導体配線を前記層間内で覆うようにして延出し前記セラミック枠体の外形側端面位置まで設ける前記メタライズ膜からなる第２の導体配線を有し、該第２の導体配線の前記メタライズ膜が前記第１の導体配線の前記メタライズ膜より薄い膜厚と、１．５倍以上の配線パターン幅を有することを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
請求項１記載の電子部品収納用パッケージにおいて、前記第２の導体配線が前記第１の導体配線を前記セラミック枠体の前記凹部側端面位置から覆うようにして延出し前記セラミック枠体の外形側端面位置までの前記セラミック枠体の前記枠幅全体に設ける前記メタライズ膜からなることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。