JPH07212169A - 電子素子用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子素子を収納し、保護する、本体部と蓋部
とより成るパッケ−ジにおいて、素子を損傷する恐れの
少ない低温で封止できる樹脂接着剤を使用し、実用に供
し得る気密性を有するパッケ−ジを提供する。 【構成】 パッケ−ジの蓋部に金属箔を使用し、これを
耐熱性樹脂接着剤で本体部に接着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子素子（以下単に「素
子」と呼ぶことがある）を気密に封止するパッケ−ジに
おいて、従来より緩やかな条件下で容易に封止を行なう
方法を提供するものであり、広く素子のパッケ−ジ化に
利用できる。

【０００２】

【従来の技術】電子素子には多数の種類があるが、殆ん
どのものが素子そのままでは耐環境性は低い。具体的に
は素子がムキ出しのまま大気中に置かれると、大気中の
湿分、酸素その他腐食性物質によって劣化し、機能低下
が起きる。

【０００３】このような素子の例としてはＩＣ，ＬＳ
Ｉ，トランジスター、ダイオードなどの半導体素子類、
圧電素子、振動子、コンデンサー、抵抗体などが挙げら
れる。

【０００４】これらの素子は使用にあたっては、何らか
の対環境保護がなされなければ長期安定使用には耐え得
ない。保護の方法は、原理的には素子が直接大気に曝さ
れないようにすることであり、具体的には簡便に塗装を
ほどこす方法から、完全な気密シールであるパッケ−ジ
化まで、素子の種類、保護の内容や程度に応じていろい
ろな方法がある。

【０００５】これらの中でもパッケ−ジと呼ばれる保護
方法は重要なものである。単にパッケ−ジと呼ぶとかな
り広い概念を有するので、本発明でいうパッケ−ジとは
中空の容器状で、素子を収納する本体部と、この本体を
覆う蓋部とより成り、本体部と蓋部とを気密に封止する
ことから構成されるものをいうこととする。

【０００６】このようなパッケ−ジは本体部と蓋部が接
着（密着）部分を有するので、この部分の気密性がパッ
ケ−ジ全体の気密性に大きな影響を与える。

【０００７】このパッケ−ジの本体部と蓋部とを気密に
封止する方法として、広く使われているものは広義の接
着である。広義というのは、単に接着剤を用いる方法の
みならず、熔着、融着といった方法も意味するからであ
る。

【０００８】接着面の材質が金属であれば、熔着あるい
は銀ロウ付などの方法がとられることがある。また材質
がセラミックあるいはガラスであれば、ガラス質接着剤
で融着させることもある。また樹脂接着剤は材質にこだ
わらず広く使用し得るものである。

【０００９】しかしながら前２者の方法は、接着の段階
で素子が損傷する危険性がある温度まで上げる必要があ
る場合があり、高温に弱い素子には不向きであるし、封
止のコストも高い。

【００１０】樹脂系の接着剤は封止時の温度が低く、封
止のコストも低いので好ましい方法であるが、気密保持
性特に湿分の滲透防止性が低いという欠点があり、長期
信頼性を必要とするパッケ−ジには未だ広く使われてい
ない。

【００１１】

【本発明が解決しようとする課題】本発明が解決しよう
とする課題は、パッケ−ジの封止において、樹脂接着剤
を使用した場合の欠点を改善し、広く樹脂接着によるパ
ッケ−ジを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、パッケ−ジの
蓋部に金属箔を使用することにより、樹脂接着剤を使用
しても充分な気密封止性を得ることができ、技術課題を
解決することができた。

【００１３】本発明人は、先ず、従来技術による樹脂接
着パッケ−ジの気密性の評価を行なった。評価項目とし
ては耐透湿性としたが、パッケ−ジ内の湿度変化を測定
するのは容易ではないので、湿分による特性変化が顕著
に起きる水晶振動子を内部素子とし、プレッシャークッ
カーによる加速テストを行なった。

【００１４】具体的には次の如くである。先ず発信周波
数を事前に測定した水晶振動子をパッケ−ジに封止し
た。封止の前後での周波数の変動を測定し初期変動とし
た。封止したテストピースをプレッシャークッカー中で
１２１℃、２気圧の飽和水蒸気の条件下に保ち、適宜経
時的に取り出して発信周波数を測定し経時変化値とし
た。経時時間は最長４８時間とした。

【００１５】パッケ−ジは図１に示す従来技術で広く知
られ、使用されている９６％アルミナ製のものを使用し
た。このパッケ−ジは通常は低融点ガラス接着剤で封止
される。

【００１６】先ず常法により水晶振動子を搭載し、低融
点ガラスにより封止した。封止時の最高温度は４３０℃
である。テストピース１０ケを作成し、封止時の周波数
の初期変動を測定した後、プレッシャークッカーテスト
に供した。

【００１７】プレッシャークッカーテスト中の周波数の
変化は、周波数が低下する傾向を示し、４８時間経過後
の低下率は最大で５ppm、最小で１ppm、１０ケの平均は
３.５ppmであった。

【００１８】プレッシャークッカーテスト４８時間での
周波数変化率が１５ppm以内であれば、通常の用途では
問題ないとされているので、従来技術によるガラス封止
セラミックパッケ−ジは充分実用に耐える。

【００１９】しかしながら、このテストピースは封止時
の高温により、主として周波数が増加する初期変動が起
きて、変動率の最大値は５０ppmに達した。従って目標
周波数を大きくはずれるものが出て、歩留りが低下し
た。

【００２０】続いて、同じパッケ−ジを樹脂接着剤とし
て、耐熱性熱可塑性接着剤であるポリサルフォンと、ま
た熱硬化型接着剤であるエポキシ系樹脂とを使用して封
止した。封止時の温度はそれぞれ３１０゜および１９０
℃である。

【００２１】テストピースをそれぞれ１０ケ作成した。
封止による初期値の変動は、ポリサルフォン封止の場合
最大１８ppm、エポキシ系樹脂封止の場合最大５ppmであ
った。従って封止による周波数の変動はガラス封止の場
合より大巾に小さく、目標周波数のものの歩留りは向上
している。

【００２２】このテストピースをプレッシャークッカー
テストに供した。テスト２４時間経過後の周波数低下率
は、ポリサルフォン封止のもので５０ppmを超え、エポ
キシ樹脂封止のものでも３０ppmを超えていた。従って
これら樹脂封止のものは実用上の耐湿性は不充分であ
る。

【００２３】従来技術によるガラス封止と樹脂封止とを
比較すると、封止時の周波数の初期値の変動は、封止温
度が低いことにより樹脂封止の場合が小さいが、耐透湿
性についてはガラス封止の場合がはるかに優れている。

【００２４】この結果は樹脂の耐透湿性が不足している
ことを示している。従って樹脂の透湿性を小さくする改
良が樹脂封止を実現する一つの解決の道であるが、樹脂
の接着性、耐熱性、機械的強度などを損わずに透湿性を
改善することは決して容易なことではない。

【００２５】パッケ−ジの耐透湿性を改善する他の一つ
の方法は、湿分の滲透経路をできるだけ小さくすること
である。透湿量は外部条件が一定であれば、湿分の滲透
部の滲透方向長さと滲透方向断面積によって律速され
る。滲透方向長さとは具体的には接着部分の巾であり、
パッケ−ジの形状、寸法が決まればほぼ決まる値であ
る。

【００２６】しかしながら、浸透部の断面積すなわち接
着剤層の厚さは接着面の平面度により大きな影響を受け
る。従来のパッケ−ジは、その封止方法が透湿をほぼ完
全に防止できるものであるので、接着面の平面度は封止
が完全になされる程度であれば充分であり、平面度につ
いて特に厳しい要求はされない。従ってこれらパッケ−
ジの接着面は必らずしも密着しておらず間隙が生じてい
ることが多い。このような間隙は樹脂接着剤を使用した
封止の場合には大きな透湿を許すこととなる。

【００２７】例えば前述のテストに使用したアルミナ製
のパッケ−ジは、その製造工程中で焼結という段階があ
り、この時に全体的な収縮が起きる。収縮はミクロなレ
ベルでは決して均一なものではなく、パッケ−ジ全体は
変形していなくとも、細部では凹凸、ソリ、ウネリを生
じており、接着面の密着度は悪い。

【００２８】接着面の平面度、言い換えれば密着度を改
善すれば、樹脂接着剤によって封止しても耐透湿性を向
上させることが期待できるが、例えば上記アルミナ製の
パッケ−ジの接着面の平面度を改善するには平面研磨を
行なわねばならず、超硬物質の代表ともいえるアルミナ
を研磨することは非常に大きなコストを要し、低コスト
を目的とする樹脂封止パッケ−ジには採用し得ない。ま
たパッケ−ジの形状によっては研磨することすら困難な
場合がある。

【００２９】そこで本発明者は接着面の密着を高めるそ
の他の方法について鋭意研究した結果、本発明に至った
ものでる。

【００３０】本発明において、パッケ−ジの蓋部には金
属箔を使用する。ここで金属箔とは若干の柔軟性（変形
性）を有するものをいう。

【００３１】金属箔の蓋部は、樹脂接着剤を用いて本体
部と接着する際に適度の圧力を加えることにより、本体
部接着面の凹凸、ソリ、ウネリなどに追随して変形し、
接着面の間隙が小さくなり、透湿性が向上する。従って
本発明により、樹脂接着剤を使用しても、実用に耐え得
る気密性の高いパッケ−ジが得られる。

【００３２】以下に本発明の実施の具体的態様を述べる
が、本発明の実施はこれらのみに限定されるものではな
く、本発明と手法及び効果を一つにするものは全て含ま
れる。

【００３３】本発明でいうパッケ−ジとは、前述の如く
中空の容器状のもので、素子を収納する本体部と、この
本体部の開孔部分を覆う蓋部とより成るものであって、
素子を収納した後、本体部と蓋部とを接着して気密に封
止するものである。

【００３４】素子は本体部と電気的に非接続に保持され
ねばならず、従って本体部は電気絶縁体であることが好
ましい。本体部が金属など電気導体である場合は、素子
は本体部と電気的に非接続に保持されねばならない。

【００３５】また本体部には、素子が外部と電気接続さ
れるためのリードが設けられる。

【００３６】このような本体部の要件を考慮するなら
ば、本体部の材質はセラミック、ガラスあるいはプラス
チックが好ましく、なかでもアルミナ、ステアタイト、
フォルステライト、ムライト、コージェライトなどの酸
化物系セラミックがコスト、加工性、電気絶縁性、耐熱
性などに優れ、好適に使用できる。

【００３７】金属箔の蓋部の材質としては、若干の柔軟
性を有する箔が形成できる金属であればよく、単一の金
属のみならず合金も使用できる。これらの例として、単
一の金属ならば銅、鉄、アルミニウム、亜鉛、錫、金、
銀などが挙げられ、合金としては銅合金、アルミニウム
合金、ステンレス、コバールなどが挙げられる。

【００３８】これらの金属箔の中には、大気中で長期間
の間に水分あるいは酸素などにより腐食が起きるものも
あり、このような場合にはメッキ、塗装、酸化処理など
の表面保護処理を行なうことによって欠点を解決でき
る。また接着性を改善するため、金属箔の接着面を粗面
化することも有効である。

【００３９】これら金属箔の中で、入手が容易で、高価
格ではなく、長期に渉って品質が安定なものの代表例は
ステンレス製の箔であり本発明で好適に使用できる。

【００４０】金属箔の柔軟性の要求については、本体接
着面の平面度、蓋の大きさなどにより異なるが、本体接
着面に押し付けた場合、接着面の非平面性に傲ってある
程度変形するものである必要がある。

【００４１】樹脂接着剤としては、当然のことながら耐
湿性の高いものを選ぶべきである。またパッケ−ジは実
用に際しては、例えばプリント基板などに搭載され、熔
融半田で固定されることが多く、樹脂は少なくとも短時
間熔融半田温度（２５０゜〜２８０℃程度）に耐え得る
耐熱性が必要である。

【００４２】これらの要件を満たす樹脂接着剤として、
耐熱性熱可塑性樹脂接着剤ではポリサルフォン、ポリエ
ーテルサルフォン、フェノキシ樹脂などが挙げられる。

【００４３】これらの樹脂を接着剤として使用するに
は、有機溶剤の溶液とする。接着は溶液を接着面に塗布
し、接着性を失なわない程度まで溶剤を揮発させた後、
本体部と蓋部を合せて接着し、溶剤を完全揮発させる方
法、あるいは溶液を塗布後、一旦溶剤を完全に揮発さ
せ、本体部と蓋部の接着面を合せて樹脂の軟化温度まで
上昇させて接着する。

【００４４】もし溶剤蒸気が素子あるいはパッケ−ジの
要部に損傷を与える恐れがある場合は上記後者の方法を
とらねばならない。

【００４５】本発明で好適に使用し得る熱硬化性樹脂接
着剤としては、エポキシ系接着剤が挙げられる。エポキ
シ樹脂は金属を含む種々の材質への接着力が大きく、耐
湿性も良好であり、熱硬化性であるので耐熱性も高い。
更には種々のエポキシ系接着剤が既に上市されており、
選択の巾も広い。

【００４６】従ってエポキシ系接着剤は本発明の接着剤
として最適なものの一つである。

【００４７】これら接着剤には必要に応じて助剤、充填
剤といったものを添加してもよい。特に湿分不活性な鉱
物質、例えばガラス、酸化チタン、アルミナ、シリカな
どの微粉の添加は、接着部の耐透湿性を高めるに有効で
ある。

【００４８】封止の方法は常法に従って行なえばよい。
先ず樹脂接着剤を、本体部と蓋部の両方あるいはどちら
か一方の接着部に塗布する。塗布方法としてはスクリー
ン印刷法が必要部分に比較的均一な厚さで塗布できるの
で好ましいが、その他にロールで塗布する方法、刷毛塗
り方法なども行なえる。

【００４９】その後、接着剤層が接着可能な状態下で本
体部と蓋部との接着面を合わせ、蓋部を本体部に押し付
ける。この押し付けるという動作は本発明では重要であ
る。この押し付けによって接着剤の多くの部分は接着面
から押し出されて薄くなるとともに、金属箔の蓋は本体
部の接着面の凹凸、ソリ、ウネリなどに追随して変形
し、同様に接着剤を接着面から押し出し、薄い接着剤層
を形成する。

【００５０】従ってこの押し付けは、金属箔が接着面の
平面度に追随して変形を起す如き方法でなければならな
い。すなわちやや柔軟な物質で金属箔の接着面に均等な
圧力が掛かるような方法である。

【００５１】代表的な例としては、ゴム弾性を有するも
のから成る、ゴム板、ゴムローラ、スポンジ板、スポン
ジローラなどが好適である。その中でも、ゴム板あるい
はスポンジ板を接着面だけに当たるよう少なくも中心部
をくり抜いたものを使用すれば、蓋部の不要な変形を避
けることができるので好ましい。

【００５２】このように金属箔の蓋部を本体部とできる
だけ接着層を薄くした状態で接着剤を硬化させることに
より、パッケージの耐透湿性は格段に向上する。

【００５３】なお上記接着工程を、乾燥空気中あるいは
乾燥窒素中など不活性雰囲気下で行なうことは、必らず
しも必須ではないが、更に改善された素子の保護方法と
して有効である。

【００５４】以上述べた如く、本発明は従来耐透湿性の
点で不充分であった樹脂接着剤をパッケ−ジに使用可能
としたもので、その実用上の価値は非常に大きい。特に
湿分によって周波数変化を起し易い水晶振動子を、低温
封止で素子の損傷を避けながら低いコストでパッケ−ジ
化することができるので非常に有用である。

【００５５】以下に実施例を述べるが、本発明の実施は
これらのみに限定されるものではなく、本発明の目的と
手法を一つにするものは全て含まれる。

【００５６】比較例１ 本文中に記述した、図１に示される構成の９６％アルミ
ナ製セラミックパッケ−ジを水晶振動子のパッケ−ジに
使用した。図１において１はセラミック製パッケ−ジ本
体部、２は同じくセラミック製蓋部である。３は接着部
である。本体部には４で示されるリード部が設けられて
いる。

【００５７】図２は図１のＡ−Ａ’方向の断面を示す。
水晶振動子５は金属製ステム６に導電性接着剤７で固定
されている。

【００５８】このパッケ−ジを樹脂接着剤で封止したも
のは、前述の如くプレッシャークッカーテストで実用上
満足される耐透湿性を示さなかった。すなわち樹脂接着
剤としてポリサルフォンを使用した場合、プレッシャー
クッカーテスト２４時間後の周波数低下率は５０ppmを
超え、エポキシ樹脂を使用した場合でも３０ppmを超え
ており、実用に供し得る上限値である４８時間後で１５
ppmを満足しなかった。

【００５９】実施例１ 図１のパッケ−ジで、セラミック製蓋部に替えて０.０
５mmの厚さのステンレス箔を使用した。この図２と同様
の断面図を図３に示す。樹脂接着剤は比較例１と同じも
のを使用した。蓋部を接着する際に、図４で示す空孔率
の低い高弾性のスポンジゴム製の押え治具を使って接着
部に充分な圧力を加えた。

【００６０】樹脂接着剤としてポリサルフォンを使用し
た場合、封止時に３１０℃まで加温されることにより、
水晶振動子の発信周波数の変動は、１０ケのテストピー
スについて最大２０ppm、最小８ppmで、全平均値は１３
ppmであった。

【００６１】この１０ケのテストピースをプレッシャー
クッカーテストに供した。テスト４８時間後の周波数変
動は最大値１２ppm、最小値７ppm、平均値１０ppmであ
った。

【００６２】また樹脂接着剤としてエポキシ樹脂を使用
した場合、封止時に１９０℃まで加温されることによ
り、周波数変動は１０ケのテストピースについて最大で
５ppm、最小で３ppm、全平均で４ppmと非常に低い変動
値が得られた。

【００６３】この１０ケのテストピースのプレッシャー
クッカーテストでの周波数変動はテスト４８時間後で、
最大値１３ppm、最小値４ppm、平均値は７ppmであっ
た。

【００６４】前述の如くプレッシャークッカーテスト４
８時間後の周波数変動が１５ppm以下であれば、実用上
の長期信頼性があると判定されるので、本発明によるパ
ッケ−ジでは内部素子は充分に保護されている。

【００６５】また封止時の温度が低いため、封止時の素
子の損傷が小さいことも本発明のパッケ−ジの別の利点
である。

【００６６】

【発明の効果】本発明のパッケ−ジは、特別の材料を必
要とせず、素子が損傷する恐れのある高温も必要なく、
素子を実用的に問題ないレベルで保護できるので、その
実用上の意義は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】９６％アルミナ製パッケ−ジの斜視図を示す。

【図２】図１のパッケ−ジの断面図を示す。

【図３】本発明のパッケ−ジの断面図を示す。

【図４】スポンジゴム製の押え治具を示す。

【符号の説明】

１…セラミック製パッケ−ジ本体 ２…セラミック製蓋 ３…接着部 ４…リード ５…水晶振動子 ６…金属製ステム ７…導電性接着剤 ８…金属箔蓋

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子素子を収納し、気密に封止するパッ
   ケ−ジにおいて、パッケ−ジの蓋部が金属箔より成り、
   この蓋部と本体部とを樹脂系接着剤で封止することを特
   徴とする、電子素子用パッケ−ジ。
2. 【請求項２】 エポキシ系樹脂接着剤を使用する、請求
   項１の電子素子用パッケ−ジ。
3. 【請求項３】 電子素子が圧電素子である、請求項１乃
   至２の電子素子用パッケ−ジ。