JP6629660B2 - セラミックパッケージおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
A.第1実施形態
B.第2実施形態
C.第3実施形態
D.実験例
E.変形例
[セラミックパッケージの構成]
図1は、本発明の第1実施形態におけるセラミックパッケージ10Aの構成を示す概略斜視図である。図1には、便宜上、セラミックパッケージ10Aに取り付けられるメタルリッド20が図示されている。また、図1には、互いに直交する三方向を示す矢印X,Y,Zが、セラミックパッケージ10Aを基準として図示されている。矢印Xは、セラミックパッケージ10Aの短辺に沿った方向を示し、矢印Yは長辺に沿った方向を示し、矢印Zは、厚み方向に沿った方向を示している。矢印X,Y,Zは、本明細書において参照される各図においても、適宜、図示されている。
図4は、セラミックパッケージ10Aの製造工程を示す工程フロー図である。工程1では、メタライズ層31が形成された基板部11が準備される。具体的には、まず、アルミナ粉末や、バインダ樹脂、溶剤などを配合したセラミックスラリーを、ドクターブレード法によってシート状に成形することによって、略長方形形状を有する同一サイズの複数枚のグリーンシートが作製される。
本発明の発明者は、ろう付け接合された接合部位について研究を重ねるうちに、以下のような知見を得た。ろう付け接合された接合部位が、高温多湿な環境下(例えば、気温60℃以上、かつ、相対湿度90%以上)に長時間曝された場合には、メタライズ層の金属成分の一部が外部に溶出してしまう場合がある。これは、ろう材層の主成分がメタライズ層の主成分よりも電気化学的に貴であるために、メタライズ層とろう材層とを電極とする局部電池が形成され、その電気的駆動力によって、メタライズ層の主成分の溶出が促進されてしまうためであると推察される。セラミックパッケージにおけるそのような金属成分の溶出は、電流の短絡や漏洩など、電気的絶縁性の低下を引き起こし、パッケージされている電子部品の電気的特性が劣化する原因となる。
図5は、本発明の第2実施形態におけるシールリング15周縁の接合部位16Bの構成を示す概略断面図である。第2実施形態のセラミックパッケージ10Bの構成は、シールリング15の接合部位16Bの構成が異なっている点以外は、第1実施形態のセラミックパッケージ10Aの構成とほぼ同じである。第2実施形態におけるシールリング15の接合部位16Bでは、ろう材層33の端部33tが、メタライズ層31の端部31tよりもシールリング15から離れた位置にあり、側壁部14の上端面14tに接している。また、第2めっき層34の端部は、第1めっき層32に接していない。また、ろう材層33の外周縁部18aおよび内周縁部18bの両方の輪郭線OLは、第1実施形態で説明したのと同様な端部部位OLfを有している。
図7は、第3実施形態におけるセラミックパッケージ10Cの構成を示す概略斜視図である。第3実施形態のセラミックパッケージ10Cの構成は、基板部11Cに側壁部14が設けられていない点以外は、第1実施形態のセラミックパッケージ10Aとほぼ同じである。第3実施形態の基板部11Cは、略長方形形状の平板なセラミック板によって構成されており、凹部を有していない。第3実施形態のセラミックパッケージ10Cでは、シールリング15の枠内にキャビティ12が構成されており、シールリング15がキャビティ12の周囲を囲む側壁部を構成している。
D1.実験例1
図8は、実験例1における環境試験の試験結果を示す説明図である。実験例1では、第1実施形態のセラミックパッケージ10Aの各サンプルS10〜S17に対して、恒温恒湿試験(HHT)をおこなった。各サンプルS10〜S17は、端部間距離ED(図3)をそれぞれ異ならせてある点以外はほぼ同様な構成を有するように作製した。各サンプルS10〜S17の主な構成材料は以下の通りである。
<各サンプルS10〜S17の主な構成材料>
・メタライズ層の主成分:W
・ろう材層の主成分:Ag
・第1めっき層および第2めっき層の主成分:Ni
・第3めっき層の主成分:Au
<恒温恒湿試験の試験条件>
温度60℃、相対湿度90%RH
図9は、実験例2における環境試験の試験結果を示す説明図である。実験例2では、以下に説明する種々のサンプルS20〜S25に対して、恒温恒湿試験をおこなった。各サンプルS20〜S25の概要は以下の通りである。
・サンプルS20:第2実施形態で説明したセラミックパッケージ10Bと同様な構成を有しており、第1めっき層32の厚みが1.2μmであり、第2めっき層34の厚みが2.5μmである。ただし、その製造工程において、工程7の加熱処理は実施されていない。
・サンプルS21:第1めっき層32の厚みが1.7μmである点以外は、サンプルS20と同様の構成を有している。
・サンプルS22:第2めっき層34の厚みが4.0μmである点以外は、サンプルS20と同様の構成を有している。
・サンプルS23:製造工程において、工程7の加熱処理が実施された点以外は、サンプルS21と同様の構成を有している。
・サンプルS24:第1実施形態で説明したセラミックパッケージ10Aと同様な構成を有しており、第1めっき層32の厚みが1.2μmであり、第2めっき層34の厚みが2.5μmである。また、端部間距離EDは0.024mmである。ただし、その製造工程において、工程7の加熱処理は実施されていない。
・サンプルS25:製造工程において、工程7の加熱処理が実施された点以外は、サンプルS24と同様の構成を有している。
<各サンプルS20〜S25の主な構成材料>
・メタライズ層の主成分:W
・ろう材層の主成分:Ag
・第1めっき層および第2めっき層の主成分:Ni
・第3めっき層の主成分:Au
<恒温恒湿試験の試験条件>
温度60℃、相対湿度93%RH
E1.変形例1:
上記第1実施形態では、ろう材層33の外周縁部18aと内周縁部18bの両方において、端部33tは、メタライズ層31の端部31tより内側に位置している。これに対して、ろう材層33の端部33tは、外周縁部18aと内周縁部18bの少なくとも一方において、メタライズ層31の端部31tより内側に位置していればよい。このような構成であっても、ろう材層33の端部33tがメタライズ層31の端部31tより内側に位置している側において、接合強度を高めることができる。
上記第1実施形態の製造工程では、工程6において第2めっき層34が形成された後に、工程7において加熱処理が実施されている(図4)。これに対して、第1実施形態の製造工程においては、工程7の加熱処理は省略されてもよい。この場合であっても、工程5において、ろう材層33の端部33tの位置が調整されているため、メタライズ層31からの金属成分の溶出が、少なからず抑制される。
上記各実施形態のセラミックパッケージ10A〜10Cでは、第1めっき層32に加えて、第2めっき層34および第3めっき層35が形成されている。これに対して、接合部位16Aを有する第1実施形態や第3実施形態のセラミックパッケージ10A,10Cでは、第2めっき層34および第3めっき層35の両方が省略されてもよいし、第3めっき層35のみが省略されてもよい。また、接合部位16Bを有する上記第2実施形態のセラミックパッケージ10Bでは、第3めっき層35が省略されてもよい。
上記の各実施形態の工程5では、エッチング処理によって、ろう材層33の端部33tの位置が調整されている。これに対して、工程5では、エッチング処理以外の処理によって、ろう材層33の端部33tの位置が調整されてもよい。例えば、切削加工や、研磨加工によって、ろう材層33の端部33tの位置が調整されてもよい。
上記第3実施形態のセラミックパッケージ10Cは、第1実施形態で説明したのと同様な接合部位16Aを有している。これに対して、セラミックパッケージ10Cは、第1実施形態の接合部位16Aの代わりに、第2実施形態で説明したのと同様な製造工程によって形成された接合部位16Bを有していてもよい。
上記の第1実施形態および第3実施形態においては、ろう材層33の端部33tは、外周縁部18aと内周縁部18bの両方において、シールリング15の下方領域の外側に位置している。これに対して、ろう材層33の端部33tは、外周縁部18aおよび内周縁部18bの少なくとも一方において、シールリング15の下方領域の外側に位置していればよい。このような構成であっても、ろう材層33の端部33tがシールリング15の下方領域の外側に位置している領域において、ろう材層33によるシールリング15の接合強度を少なからず高めることができる。
上記各実施形態では、ろう材層33は、その外周縁部18aおよび内周縁部18bの両方において、シールリング15の底面15tとその側面15sの下端とに接している。これに対して、ろう材層33が、その外周縁部18aおよび内周縁部18bの両方において、シールリング15の底面15tとその側面15sの下端とに接していなくてもよい。ろう材層33は、外周縁部18aおよび内周縁部18bの少なくとも一方において、シールリング15の底面15tとその側面15sの下端とに接している構成であればよい。このような構成であっても、シールリング15の接合強度を高めることができる。また、上記各実施形態では、ろう材層33とメタライズ層31の積層方向に沿った断面に現れるろう材層33の外周縁部18aおよび内周縁部18bの両方の輪郭線OLは、端部部位OLfを有している。これに対して、ろう材層33の外周縁部18aおよび内周縁部18bの少なくとも一方の輪郭線OLのみが端部部位OLfを有していてもよい。このような構成であっても、シールリング15の接合強度をさらに高めることができる。
11,11C…基板部
11a…第1の表面
11b…第2の表面
12…キャビティ
12b…底面
13…電極パッド
14…側壁部
14t…上端面
15…シールリング
16A,16B…接合部位
18a…外周縁部
18b…内周縁部
20…メタルリッド
31…メタライズ層
31t…端部
32…第1めっき層
33…ろう材層
33t…端部
34…第2めっき層
35…第3めっき層
Claims (7)
- 一対の表面を有するセラミック基板と、
前記セラミック基板の前記表面上における所定の領域の外周に沿って配置されているメタライズ層と、
前記メタライズ層の上に配置されているめっき層と、
前記めっき層を挟んで、前記メタライズ層の上に配置されているろう材層と、
前記ろう材層を介して、前記メタライズ層の上に接合されているシール部材と、
を備えるセラミックパッケージにおいて、
前記ろう材層の外周縁部および内周縁部において、前記ろう材層の端部は、前記シール部材の下方領域の外側の位置であって、前記メタライズ層の端部から、0.02mm以上、前記シール部材側の位置にある、セラミックパッケージ。 - 請求項1記載のセラミックパッケージにおいて、
前記めっき層の厚みは、少なくとも、前記メタライズ層と前記ろう材層とに挟まれた部位において、1.5μm以上、かつ、5μm以下である、セラミックパッケージ。 - 請求項1または請求項2記載のセラミックパッケージにおいて、
前記めっき層は、第1めっき層であり、
前記ろう材層の上には、さらに、第2めっき層が形成されており、
前記第2めっき層の外周側端部または内周側端部の少なくとも一方は、前記第1めっき層と接しており、
前記第2めっき層の厚みは、少なくとも、前記ろう材層の上に位置している部位において、1.5μm以上、かつ、5μm以下である、セラミックパッケージ。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のセラミックパッケージにおいて、
前記セラミック基板の前記表面には、前記領域を囲む壁部によって、一方向に開口するキャビティが形成されており、
前記メタライズ層は、前記キャビティを囲む前記壁部の上端面に形成されている、セラミックパッケージ。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のセラミックパッケージにおいて、
前記ろう材層の前記外周縁部および前記内周縁部において、前記ろう材層は、前記シール部材の底面と、前記シール部材の側面の下端と、に接している、セラミックパッケージ。 - 請求項5記載のセラミックパッケージにおいて、
前記ろう材層と前記メタライズ層の積層方向に沿った断面に現れている前記ろう材層の前記外周縁部および前記内周縁部の輪郭線は、前記シール部材の前記側面から下方に向かって延びる下に凸の曲線を構成する端部部位を有している、セラミックパッケージ。 - 一対の表面を有するセラミック基板を備えるセラミックパッケージの製造方法において、
前記セラミック基板の前記表面上における所定の領域の外周に沿ってメタライズ層を形成するメタライズ層形成工程と、
前記メタライズ層の上に第1めっき層を形成する第1めっき工程と、
前記第1めっき層を介して、前記メタライズ層の上にろう材層を形成するろう材層形成工程と、
シール部材を、前記ろう材層を介して、前記メタライズ層にろう付け接合する接合工程と、
前記接合工程の後に、前記ろう材層の上に、さらに、第2めっき層を形成する第2めっき工程と、
前記第2めっき工程の後に、前記セラミック基板を500℃以上の温度で加熱する加熱工程と、
を備え、さらに、
前記第2めっき工程の前に、前記ろう材層の外周端部および内周端部が、前記メタライズ層の外周端部または内周端部から、0.02mm以上、内側の位置になるように、前記ろう材層の端部を加工する端部調整工程を備える、製造方法。
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