(57)【要約】【課題】  セラミック基板と樹脂製基板を多数のバンプで接続するＢＧＡ構造では、基板間の距離を離すことが出来ないため、線膨張差による熱応力を緩和できず、セラミック基板が割れる可能性が大きくなる。また、ピングリットアレイ構造では、ピンリードをセラミック基板にろう付けすると、熱負荷によりセラミック基板が割れ、熱負荷の少ないはんだ接合では接合強度が不足するという問題がある。【解決手段】  ピン接合に低温焼成金属を使用してセラミック基板に接合することで、ろう付けと同等の強度を実現し、セラミック基板への熱負荷も緩和することが出来る。【選択図】      図１
2011181659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板と、
前記セラミック基板に設けられてピングリッドアレイを構成する複数のピンリードとを備え、
前記複数のピンリードは、３００℃未満で焼結するナノ粒子またはマイクロ金属粒子によって、前記セラミック基板に焼結結合されたことを特徴とするセラミックパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子部品の実装されるセラミックパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
大型セラミックパッケージと樹脂製基板を多数配列されたバンプで接合するＢＧＡ（Ball Grid Array；ボールグリッドアレイ）実装では、線膨張係数差が２倍以上ある基板間を多数のバンプで接合するが、バンプは高さが低く、面方向の変位に弱い。このため、樹脂性基板の熱膨張によるセラミックパッケージへの応力により、セラミックパッケージの割れが発生する。
【０００３】
この熱応力割れを抑制するＢＧＡ実装構造として、アンダーフィルを充填、固定し、周囲温度変化により生じる熱応力を抑制し、バンプ接合部の破損を防止する技術（例えば、特許文献１参照）や、セラミックパッケージと樹脂基板の間に線膨張係数が中間値を持つ中間層を入れた２階建て構造により応力分散させる技術（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１７０４４号公報
【特許文献２】特開２００２−２３７５５３号公報
【０００５】
これらの方法は、熱応力抑制策を何も取らない場合に比べて、セラミック基板の寸法を大きくすることが出来る。しかし、バンプ接合により線膨張差が大きい２種の構成物を接合する以上は、セラミック基板寸法の制約は依然として残る。
【０００６】
また、アンダーフィルは誘電物質であるため、バンプに高周波電流が流れる高周波回路に特許文献１の技術を適用すると、電気的特性劣化が避けられず、製法としても液状樹脂を流しこむ方法しかないため、充填位置及び量のコントロールが非常に難しく、煩雑である。
【０００７】
また、特許文献２のように、線膨張中間層を設ける複雑な構成を採用すると、やはり高周波特性の劣化が避けられないだけでなく、高周波回路設計が非常に複雑であり、組立工数も増えて高価になる問題がある。
また、ＢＧＡ実装は立体的に回路接続が出来るため、回路基板や回路モジュールの小型化に大変有効な実装構成であるが、バンプによる接合のためセラミック基板と樹脂基板間の距離が短く、高さが調節できない。このため、ＢＧＡ実装ではセラミック基板を耐え得る寸法に限定しなければならず、必要な回路規模を構成することが出来ない場合が多いという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これに対し、バンプではなくピンリードを使用したピングリッドアレイを用いることで、基板間距離を離し、線膨張差による応力を緩和する方法が考えられている。ピンリードとセラミック基板の取付け方法はセラミック基板の耐熱性により異なり、１５００℃程度で焼成される高温焼成セラミック（Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ-ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ：略称ＨＴＣＣ）では、一般に９００℃程度の処理温度となるＡｇろう付けが可能なため堅牢なピン接合が可能であり、セラミックパッケージを樹脂基板に実装する際の熱に対してＡｇろう付けはなんら影響を受けないため、使い勝手が良いセラミックパッケージとして多用されてきた。
【０００９】
ＨＴＣＣはその焼成温度が高いため、回路導体として使用出来る金属がＷやＭｏなどの高融点及び高抵抗金属に限られることから、銅損が大きく、特に、高周波回路における銅損は回路出力の低下として影響が大きいという問題がある。
【００１０】
このことから、近年のセラミックパッケージでは、低抵抗金属を導体として適用出来る低温焼成セラミック（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ-ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ：以下、ＬＴＣＣと称する）を適用する場合が多くなっている。
ＬＴＣＣは、焼成温度が９００℃未満であるため、Ａｇ、Ｃｕ等の融点が１０００℃強の低抵抗金属を用いることが可能であり、銅損は最少に抑えることが出来る利点がある。
【００１１】
ＬＴＣＣの焼成温度はＡｇろうとほぼ同じ温度であるため、ピン取付けにＡｇろうを用いると、ＬＴＣＣ自体を構成するガラス成分が軟化して変形してしまうので、Ａｇろうを使うことができず、一般にピンの取付け部分には低温ろう材が用いられる。低温ろう材は各種あるが、安価かつＰｂフリーに適合するろう材は、ＳｎＡｇＣｕ系に代表されるＳｎ主成分で、融点２００〜２５０℃程度のはんだに限られる。
【００１２】
しかしながら、低温ろう材としてＳｎＡｇＣｕ系のはんだを用いる場合、セラミックパッケージを樹脂基板に実装する際のはんだ付け加熱により、ピン取付けはんだが再溶融し、破損するという課題があった。
【００１３】
なお、ピン取付けはんだと樹脂基板との接続はんだの溶融温度に差を付けることによりピン取付けはんだの再溶融を抑止するという考え方もあるが、安価なＳｎ主成分のはんだの種類の中ではほとんど温度差を付けられず、融点が若干違う程度では再溶融を完全に防止することは不可能であった。
【００１４】
この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、セラミックパッケージを樹脂基板に接合する際の加熱による、ピン取付け部の接合材の再溶融を防ぐことの出来る、セラミックパッケージを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明によるセラミックパッケージは、セラミック基板と、前記セラミック基板に設けられてピングリッドアレイを構成する複数のピンリードとを備え、前記複数のピンリードは、３００℃未満で焼結するナノ粒子またはマイクロ金属粒子によって、前記セラミック基板に焼結結合されたものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、ナノ粒子またはマイクロ金属粒子で焼結結合された接合材をピン取付け部に用いることで、安価かつＰｂフリーの接合材を使用しても、セラミックパッケージを樹脂基板に接合する際の加熱によるピン取付け部の再溶融を防止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明に係る実施の形態１によるセラミックパッケージの構成を示す図である。
【図２】この発明に係る実施の形態１のセラミックパッケージを樹脂基板に実装した様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１によるセラミックパッケージの構成を示す断面図である。図２は、実施の形態１のセラミックパッケージを樹脂基板に実装した様子を示す図である。図において、実施の形態１のセラミックパッケージは、複数のピンリード３の設けられたＬＴＣＣ基板２からなる、ピングリッドアレイパッケージ４を構成している。樹脂製基板１０は、表面に導体パターン１３が形成され、導体パターン１３に導通した貫通導体スルーホール１１が設けられている。樹脂製基板１０は表面に電子部品が実装される、プリント配線基板（printed wiring boad;以下、ＰＷＢと称する）を構成している。ピングリッドアレイパッケージ４の複数のピンリード３は、樹脂製基板１０の貫通導体スルーホール１１に嵌挿され、ＳｎＡｇＣｕ系のはんだからなる低温ろう材１２によって、導体パターン１３及び貫通導体スルーホール１１にはんだ付け接合されている。なお、ピンリード３は、樹脂製基板１０の表面に設けられた導体パターン１３に直接はんだ付け接合して、表面実装しても良い。
【００１９】
ＬＴＣＣ基板２は、基板表面または裏面（底面）の表層や内層に、複数の導体パターン１が形成されている。ＬＴＣＣ基板２の基板裏面は、複数個の矩形状または円形状の導体パターン１が島状に２次元配列されており、この基板裏面の導体パターン１はピンリード３のピン取付け部となっている。ＬＴＣＣ基板２は、基板裏面の導体パターン１に複数個のピンリード３が接合されており、所定の間隔で２次元配列されてピングリッドアレイを構成している。このピンリード３は、低温焼成金属５によって、導体パターン１に接合されている。
【００２０】
低温焼結金属５は、金属粒子からなるペースト状、または金属粒子からなる粉末を加圧成型したペレットを用いて構成される。低温焼結金属５を構成する金属粒子のサイズは、ナノレベル（数十〜１００ナノメートル：ｎｍ）、マイクロレベル（数マイクロメートル：μｍ）のいずれであっても良いが、ＬＴＣＣ基板２への熱負荷を抑えるために焼結温度が３００℃未満となるように調整したものを用いる。
【００２１】
低温焼結金属５は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕなど用いることが出来るが、未焼結の状態では個別に存在した金属粒子が拡散融着したものであるため、バルク金属と同等と考えて良く、緻密な組織を得られる。また、同一組成の金属バルクの溶融温度（例えばＡｕ：１０６３℃、Ａｇ：９６１℃、Ｃｕ：１０８４℃）にまで加熱されない限り再溶融しないため、はんだ付け温度程度でピン接合部が再溶融して破損するようなことが無く、ＬＴＣＣ基板への熱負荷（ダメージ）を最小限に抑えることが出来、ＨＴＣＣで用いられているＡｇろうに匹敵する堅牢な接合強度が得られる。
【００２２】
ピンリード３は、バンプと違って長さを自由に選ぶことが出来るので、ＬＴＣＣ基板２と樹脂基板の間隔を大きくすることが可能であり、ピンリード３同士の間隔を広げることによってＬＴＣＣ基板２と樹脂基板の線膨張差にから生じる応力を緩和することが出来る。このため、バンプがＢＧＡ実装されたＬＴＣＣ基板に比べて、ＬＴＣＣ基板２の大きさを拡大することが出来る。
【００２３】
以上説明した通り、実施の形態１によるセラミックパッケージは、セラミック基板２と樹脂製基板１０とを複数のピンリード３で接続するピングリッドアレイ型実装構造において、セラミックと複数のピンが３００℃未満で焼結するナノ粒子またはマイクロ金属粒子からなる低温焼結金属５で焼結結合されている、ピングリッド型セラミックパッケージ４から構成される。
【００２４】
このように構成することにより、ピンリード３とセラミック基板２とが低温焼結金属５によって接合されるため、セラミックパッケージをＰＷＢへはんだ実装する時に、ピン取り付け部のはんだが再融解してピンリード３が外れるようなことはない。
【００２５】
また、低温焼結金属５はＡｇろう付けのような高温接合でないため、セラミック基板２の信頼性に影響を及ぼすこともない。例えば、Ａｇろう付けのような高温接合を行う場合に、セラミック基板への熱負荷増大による基板割れが生じるが、実施の形態１のセラミックパッケージではこのような基板割れが生じない。
【００２６】
また、バンプを使用するボールグリッドアレイ型の実装構造とは異なり、ピンリードの高さによって、セラミック基板２と樹脂製基板１０間の距離（間隙）を大きく取ることが出来るので、セラミック基板２と樹脂製基板１０間の線膨張差により発生する応力を、より緩和することが出来るので、樹脂製基板１０上に実装出来るセラミック基板を大型化することが出来る。
【００２７】
なお、実施の形態１によるセラミックパッケージは、ＬＴＣＣ基板に堅牢なピン接合を得るものであるが、ＨＴＣＣ基板への適用しても良く、この場合、Ａｇろうのような高温処理が必要なくなるので、ＨＴＣＣ基板への熱ダメージも非常に小さく抑えることが出来る。
【符号の説明】
【００２８】
１  導体パターン、２  ＬＴＣＣ基板、３  ピンリード、４  ピングリッドアレイパッケージ、５  低温焼結金属、１０  樹脂製基板。
【図１】
2011181659.tif 000003
【図２】
2011181659.tif 000004