(57)【要約】      （修正有）【課題】蓋体接合時に熱応力が生じた場合でも、クラック発生を抑制できる電子部品収納基板を提供する。【解決手段】電子部品３の搭載面１１を有する基板７と、基板上で搭載面を囲むように配置された堤部９とを備える。基板および堤部は、セラミックスで一体化しており、堤部は、搭載面付近の高さの位置に他の部位よりも厚みの薄い薄肉部１３を有する。堤部は、平面視したとき、４つの壁部材９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを含んだ矩形状であり、薄肉部が対向する壁部材９ｂ、９ｄの両方に設けられている。薄肉部は、堤部の搭載面側が一部欠損した欠損部１６によって形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の搭載面を有する基板と、該基板上で前記搭載面を囲むように配置された堤部とを備え、前記基板および前記堤部はセラミックスで一体化しており、
前記堤部は、前記搭載面付近の高さの位置に他の部位よりも厚みの薄い薄肉部を有する、電子部品収納用基板。
【請求項２】
前記堤部は、平面視したとき、４つの壁部材を含んだ矩形状であり、前記薄肉部が対向する前記壁部材の両方に設けられている、請求項１に記載の電子部品収納用基板。
【請求項３】
前記薄肉部が、４つの前記壁部材の全てに設けられている、請求項２に記載の電子部品収納用基板。
【請求項４】
前記薄肉部は、前記堤部の前記搭載面側が一部欠損した欠損部によって形成されている、請求項１乃至３のうちいずれかに記載の電子部品収納用基板。
【請求項５】
少なくとも一部が前記欠損部に入っている充填部材を有しており、該充填部材は、前記セラミックスよりもヤング率が小さい、請求項４に記載の電子部品収納用基板。
【請求項６】
前記充填部材が金属部材とガラス部材との複合体である、請求項５に記載の電子部品収納用基板。
【請求項７】
前記充填部材は、前記欠損部から前記搭載面および前記堤部の前記搭載面側の面のうちの少なくとも一方に沿って延びている、請求項５または６に記載の電子部品収納用基板。
【請求項８】
前記充填部材は、前記欠損部から前記搭載面の中央部および前記堤部の上面のうちの少なくとも一方に向かって厚みが次第に薄くなっている、請求項７に記載の電子部品収納用基板。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちいずれかに記載の電子部品収納用基板の前記搭載面に電子部品が搭載されている、パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電子部品収納用基板およびこれを用いたパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話などの携帯電子機器の小型化および高性能化に伴い、これに用いる水晶発振素子を搭載したパッケージの小型化が急速に進んでいる（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−２１２６２２号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示の電子部品収納用基板は、電子部品の搭載面を有する基板と、該基板上で前記搭載面を囲むように配置された堤部とを備え、前記基板および前記堤部はセラミックスで一体化しており、前記堤部は、前記搭載面付近の高さの位置に他の部位よりも厚みの薄い薄肉部を有する。
【０００５】
本開示のパッケージは、上記の電子部品収納用基板の前記搭載面に電子部品が搭載されている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本開示のパッケージの一実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】図１のii−ii線断面図である。
【図３】図１のiii−iii線断面図である。
【図４】図２に示したii−ii線断面図の状態から堤部が搭載面側に変形した状態を示す断面図である。
【図５】図３に示したiii−iii線断面図の状態から蓋体が収縮し、かつ堤部が搭載面側に変形した状態を示す断面図である。
【図６】実施形態の電子部品収納用基板の他の態様を示すものであり、図２と同じ位置での断面図であり、各壁部材に薄肉部を有する構造を示すものである。
【図７】実施形態の電子部品収納用基板の他の態様を示すものであり、図２と同じ位置での断面図であり、対向する２つの壁部材に複数の薄肉部を有する構造である。
【図８】本開示のパッケージのさらに他の態様を示す分解斜視図であり、図１に示したパッケージに対して、欠損部に充填部材を設けた構造を示すものである。
【図９】図８のix−ix線断面図である。
【図１０】図８のx−x線断面図である。
【図１１】本開示のパッケージのさらに他の態様を示す分解斜視図であり、図８に示したパッケージに対して、充填部材の形状が異なる態様を示したものである。
【図１２】図１１のxii−xii線断面図である。
【図１３】図１１のxiii−xiii線断面図である。
【図１４】実施形態の電子部品収納用基板の一製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
実施形態のパッケージは、電子部品収納用基板１と、電子部品３と、蓋体５とを有する。電子部品収納用基板１は基板７と堤部９とを有する。基板７は電子部品３の搭載面１１を有する。堤部９は基板７上で搭載面１１を囲むように配置されている。搭載面１１には
電子部品３を実装するための接続パッド１２が設けられている。基板７および堤部９はセラミックスで一体化している。
【０００８】
堤部９は平面視したときの形状が矩形状である。堤部９は、例えば、４つの壁部材９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが繋がり、４つの角部９ｆａ、９ｆｂ、９ｆｃ、９ｆｄを有する枠構造を成している。電子部品収納用基板１においては、４つの壁部材９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄのうち少なくとも１つの壁部材（図１では壁部材９ｂを例として示す。）は、搭載面１１付近の高さの位置に他の部位よりも厚みの薄い薄肉部１３を有する。ここで、搭載面１１付近の高さの位置とは、搭載面１１の高さの位置が薄肉部１３の範囲内であるか、もしくは薄肉部１３の搭載面１１からの高さの位置が、堤部９の高さの１／２以下であるか、もしくは薄肉部１３の同方向の長さよりも狭い範囲に在ることを言う。
【０００９】
電子部品収納用基板１によれば、電子部品収納用基板１に蓋体５を接合したときに、電子部品収納用基板１に熱応力が生じても、堤部９（例えば、壁部材９ｂ）が搭載面１１側に倒れるように変形しやすい。これにより電子部品収納用基板１に熱応力が生じた際に、電子部品収納用基板１にクラックが発生するのを抑制することができる。
【００１０】
この場合、薄肉部１３は、図１および図２に示しているように、壁部材９ｂの両端に位置する角部（図１では９ｆａ、９ｆｂとなる。）間に設けられているのが良い。薄肉部１３は、とりわけ、中央領域９ｂｃの位置に設けられるのが良い。角部（図１では９ｆａ、９ｆｂとなる。）間の中央領域９ｂｃは角部９ｆａ、９ｆｂに拘束され難く、最も変形しやすい箇所であるからである。ここで、角部９ｆａと角部９ｆｂとの間の中央領域９ｂｃとは、壁部材９ｂを角部９ｆａと角部９ｆｂとの間で３等分したときの中央の位置の領域のことである。
【００１１】
このことを、例えば、図３、図４および図５に示した電子部品収納用基板１の断面図を用いて説明する。図４および図５では、蓋体５および堤部９の元の状態を破線で示している。収縮または変形した後の状態を実線で表している。電子部品収納用基板１は、堤部９の上面に金属層１５を有する。蓋体５は、例えば、抵抗溶接によって金属層１５に接合される。蓋体５は金属または２種以上の金属からなる合金などの金属材料である。蓋体５を堤部９の金属層１５に接合すると、抵抗溶接の際に発生する熱によって蓋体５の温度が上昇する。このとき蓋体５は平面方向に伸びる。また、蓋体５は金属層１５に接合される。
【００１２】
次に、抵抗溶接が終了すると、蓋体５は温度が下がる。蓋体５の温度が下がると、蓋体５は抵抗溶接の前の状態に戻ろうとして縮む。このとき堤部９はＳ１の矢印が向く方向へ引っ張られる。また、堤部９の外側の部分（符号Ｓ２）および基板７の裏面（符号Ｓ３）には引張応力が発生する。
【００１３】
電子部品収納用基板１によれば、堤部９の特定の箇所に薄肉部１３を有するため、図４および図５に示したように、堤部９を構成している壁部材９ｂおよび壁部材９ｄが基板７の搭載面１１付近で傾斜し、それぞれの中央領域９ｂｃ、９ｄｃが搭載面１１側に凸になるように変形する。これにより電子部品収納用基板１に熱応力が生じても壁部材９ｂ、９ｄにクラックが発生するのを抑制することができる。
【００１４】
また、この電子部品収納用基板１では、薄肉部１３は対向する壁部材（例えば、９ｂ、９ｄ）の両方に設けられているのが良い。薄肉部１３が対向する壁部材（例えば、９ｂ、９ｄ）の両方に設けられていると、堤部９が変形することによって生じる応力をさらに低くすることができる。
【００１５】
また、薄肉部１３は、堤部９の中で角部（ここでは、符号９ｆａ、９ｆｂとなる。）間
の長さの長い壁部材（図２、図４の壁部材９ｂ、９ｄ）に設けられる方が良い。薄肉部１３が堤部９の中で角部（ここでは、符号９ｆａ、９ｆｂとなる。）間の長さの長い壁部材（図２、図４の壁部材９ｂ、９ｄ）に設けられる構造であると、薄肉部１３の設けられる位置が角部９ｆａ、９ｆｂから遠くなるため、壁部材９ｂ、９ｄが変形しやすくなるからである。なお、これに限らず、堤部９に生じる応力を低減できるという点からは、薄肉部１３は、角部（ここでは、符号９ｆａ、９ｆｄとなる。）間の長さの短い方の壁部材（図２、図４の壁部材９ａ、９ｃ）に設けた構造であっても良い。
【００１６】
さらには、薄肉部１３は、図６に示すように、４つの壁部材９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの全てに設けられているのが良い。この場合、蓋体５が平面的に中央に寄るように収縮しても、４つの壁部材９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの中央領域９ａｃ、９ｂｃ、９ｃｃ、９ｄｃがいずれも搭載面１１の中央部に向けて変形しやすくなる。これにより電子部品収納用基板１は、基板７の変形がより小さくなり、電子部品収納用基板１（符号Ｓ３の部分）にクラックが発生することを抑制することができる。また、搭載面１１に実装している電子部品３に対しても応力を低減することができる。これにより電子部品３は安定した駆動を持続することが可能になる。
【００１７】
以上、図１〜図６には、薄肉部１３を各壁部材９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄにそれぞれ１箇所設けた構造を例に説明したが、本開示の電子部品収納用基板１はこれに限らず、薄肉部１３は、図７に示すように、一つの壁部材（例えば、９ｂ）に複数個所設けられていても良い。
【００１８】
また、この電子部品収納用基板１では、薄肉部１３は壁部材９ｂの搭載面１１側が一部欠損した欠損部１６によって形成されているのが良い。搭載面１１側が欠損していると、壁部材９ｂは、搭載面１１側に倒れるように変形しやすくなるので、応力をより低減できる。この場合、欠損部１６は壁部材９ｂ側から基板７の搭載面１１の一部を含んで欠損した構造であっても良い。
【００１９】
また、欠損部１６は、堤部９（例えば、壁部材９ｂ）の厚みが他の部分から単調に変化している構造ではなく、堤部９（例えば、壁部材９ｂ）の厚みの変化が急峻な形状にしてもよい。例えば、図３に示したように、搭載面１１側に形成された開口部よりも幅の大きい空隙が堤部９の内部に形成されている構造のものがこれに該当する。薄肉部１３がこのような構造の欠損部１６であると、薄肉部１３とその周囲との厚み差が大きくなることから、壁部材９ｂ、９ｄをより搭載面１１側へ変形させることが可能となる。また、この電子部品収納用基板１では、欠損部１６に充填部材１７を有しているのが良い。この場合、充填部材１７は欠損部１６に少なくとも一部が入っている状態であっても良い。
【００２０】
また、充填部材１７は、基板７および堤部９を構成しているセラミックスよりもヤング率が低い方が良い。充填部材１７の材料としては、緻密化してもヤング率を低くできるという点から、金属部材およびガラス部材のうちの少なくとも一方、または、金属部材とガラス部材との複合体であるのが良い。この場合、基板７および堤部９のヤング率が２５０〜３００ＧＰａであるとき、充填部材１７のヤング率は基板７および堤部９のヤング率よりも１００Ｇｐａ以上低い方が良い。
【００２１】
欠損部１６に充填部材１７を充填した構造にすると、壁部材９ｂの変形能をあまり低下させずに、薄肉部１３に集中する応力を分散させることができる。その結果、薄肉部１３にクラックが生じにくくなり、また、破断し難くなる。
【００２２】
また、図８〜図１０には、特定の壁部材、例えば、壁部材９ｂおよび壁部材９ｄに形成された欠損部１６に充填部材１７を設けた構造しか示していないが、本開示はこれに限ら
ず、壁部材９ｂおよび壁部材９ｄに隣接する他の壁部材（壁部材９ａおよび壁部材９ｃ）に設けられた欠損部１６にも充填部材１７を設けても良いことは言うまでもない。つまり、堤部９を構成するすべての壁部材９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄに設けられた欠損部１６にそれぞれ充填部材１７が設けられても良い。
【００２３】
また、この電子部品収納用基板１では、図１１〜１３に示すように、欠損部１６に設けた充填部材１７は、欠損部１６から基板７の搭載面１１および堤部９の搭載面１１側の面のうちの少なくとも一方に沿って延びた構造であるのが良い。この場合、充填部材１７の延びた部分のことを、以下、被覆部１７ａと表記する。充填部材１７に被覆部１７ａを設けて、充填部材１７の裾野を基板７の搭載面１１および堤部９のうちの少なくとも一方に広げることで薄肉部１３に集中する応力をさらに低減することができる。
【００２４】
また、充填部材１７の被覆部１７ａは、欠損部１６から搭載面１１の中央部および堤部９の上面のうちの少なくとも一方側に沿って厚みが次第に薄くなっているのが良い。充填部材１７の被覆部１７ａがこのように次第に薄くなる形状であると、充填部材１７が被覆部１７ａによって基板７および堤部９に広い面積となって接合されても、これら基板７および堤部９と充填部材１７（および被覆部１７ａ）との間に生じる応力をさらに小さくすることができる。なお、充填部材１７および被覆部１７ａが耐候性の低い材料によって形成されている場合には、充填部材１７および被覆部１７ａの上面を、樹脂またはセラミックスなどでコートした形態としても良い。
【００２５】
電子部品収納用基板１を構成する基板７および堤部９は、上述したように、セラミックスで一体化されている構成であるが、高い熱伝導性を有し、かつ高強度であるという点で、セラミックスとしては、アルミナを主成分とし、これにＳｉおよびＭｇなどの添加剤を含有するものが良い。
【００２６】
金属層１５は、金属粉末のペーストを堤部９となるセラミック製の成形体の表面に印刷し同時焼結させたメタライズ膜であるのが良い。これは、基板７および堤部９がセラミックス製であり、これにメタライズ膜によって金属層１５を形成した場合に、金属層１５の内部あるいは堤部９と金属層１５との界面に形成されるボイドをより小さくすることが可能になるからである。これにより堤部９と蓋体５との間のシール性を向上させることができる。基板７の搭載面１１に設けられる接続パッド１２もメタライズ膜が良い。
【００２７】
金属層１５の材料としては、基板７および堤部９を構成するセラミックスがアルミナを主成分とするものであるときには、焼結温度に近い金属材料として、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）および銅（Ｃｕ）、あるいはこれらを複合化または合金化した金属材料が好適なものとなる。
【００２８】
こうした金属材料を用いると、基板７と堤部９とを一体的に焼結させて緻密化させることができる。また、堤部９の金属層１５と蓋体５との接合界面におけるシール性を高めることができる。
【００２９】
また、基板７と堤部９とは同じ材質であるのがよい。基板７と堤部９とが同じ材質であると、同時焼成される際に、基板７と堤部９との焼結速度が近いことから電子部品収納用基板１の反りや変形を低減することができる。その結果、蓋体５を接合した際の変形を小さくすることが可能になり、変形により発生する応力をより小さくすることができる。ここで、同じ材質というのは、基板７および堤部９に含まれる主成分のセラミック成分が同じであるという意味である。また、主成分とは、基板７および堤部９に含まれるセラミック成分のうち、最も含有量の多いもののことである。
【００３０】
電子部品３としては、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体素子、水晶発振素子、ＣＣＤおよびＣＭＯＳなどの撮像素子などを挙げることができる。
【００３１】
次に、電子部品収納用基板１およびパッケージの製造方法について説明する。図１４は、電子部品収納用基板１の製造工程を示す模式図である。
【００３２】
まず、図１４（ａ）に示すように、基板７および堤部９を形成するためのシート状成形体２１を準備する。その組成は、例えば、Ａｌ２Ｏ３粉末を主成分とし、これにＳｉＯ２粉末およびＭｇＯ粉末を所定量添加した混合粉末を用いる。この場合、混合粉末に対して、有機バインダーを溶媒とともに添加してスラリーまたは混練物を調製した後、これをプレス法、ドクターブレード法、圧延法、射出法などの成形方法を用いることによりシート状成形体２１を得る。
【００３３】
次に、図１４（ｂ）に示すように、一方の面に突出部２３ａを有する金型２３を用意し、この金型２３を用いてシート状成形体２１をプレス成形する。この工程により、凹部２７ａおよび凸部２７ｂを有する成形体２７を作成することができる。この場合、金型の突出部２３ａの下面に、例えば、棒状の樹脂体２５を置く。この場合、シート状成形体２１をプレス成形した後に金型２３を抜くと、図１４（ｃ）に示すように、凹部２７ａの幅ｗ２が金型２３の突出部２３ａの幅ｗ１よりも狭くなる。金型２７により圧縮されていた凸部２７ｂが、元に戻ろうとして、凹部２７ａ側にせり出してくるためである。これにより樹脂体２５は、その一部が凸部２７ｂに覆われることになる。この場合、成形後に残った樹脂体２５は成形体２７を焼成する際に消失する。こうして樹脂体２５に対応する部分が空隙部２７ｃとなり、焼成後に欠損部１６となる。電子部品収納用基板１の製造方法では、金型２３の突出部２３ａの下面に置く材料およびその形状を変化させることにより種々の形状の欠損部１６を形成することができる。
【００３４】
次に、欠損部１６に充填部材１７を充填する場合には、樹脂体２５の代わりに突出部２３ａの下面に金属体を置いて成形し、そのまま成形体２７と同時焼成を行う。その他、一旦、上述のように、成形体２７に空隙部２７ｃを形成しておき、焼成後に欠損部１６として形成し、その後、この欠損部１６に金属部材、ガラス部材、あるいはそれらの複合体を充填し、加圧して貼り付ける方法でも良い。
【００３５】
次に、図１４（ｄ）に示すように、成形体２７に形成された堤部となる凸部２７ｂの上面および搭載面１１に金属粉末ペーストの導体パターン２９を形成する。金属粉末ペーストとしては、Ｍｏ粉末、Ｗ粉末およびこれらの混合粉末のうちのいずれかを用いるのが良い。次に、作製した成形体２７を所定の温度条件で焼成することにより、電子部品収納用基板１を得ることができる。
【実施例】
【００３６】
Ａｌ２Ｏ３粉末９３質量％に対して、ＳｉＯ２粉末を５質量％、ＭｇＯ粉末を２質量％の割合で混合した後、さらに、有機バインダーとしてアクリル系バインダーを１９質量％、有機溶媒としてトルエンを混合してスラリーを調製した後、ドクターブレード法にて平均厚みが４００μｍのグリーンシートを作製した。
【００３７】
次に、作製したグリーンシートに対し、金型を用いて、８０℃の温度で加熱プレスを行い、切断して、図１４（ｄ）に示すような構造の成形体を作製した。導体パターンにはＭｏを主成分とする導体ペーストを適用した。
【００３８】
次に、還元雰囲気中、１４００℃、１時間の条件にて焼成を行った。焼成後の電子部品収納用基板の金属層（メタライズ層）にはニッケル、金めっきを順に施した。
【００３９】
得られた電子部品収納用基板は、平面の面積が３ｍｍ×３ｍｍ、基板の厚みが０．１ｍｍ、堤部の平均厚みが０．１５ｍｍ、堤部の搭載面からの高さが０．２ｍｍであった。欠損部は、開口の幅が０．０２ｍｍ、深さが０，０２ｍｍ、長さが０．５ｍｍであった、一部の試料には、欠損部に、表１に示した形状の充填部材を充填した。充填部材としては銅またはほうケイ酸ガラスの塊を用いた。塊の充填および接合には活性ロウ材を用いた。試料Ｎｏ．４、５については充填部材で被覆部を形成した。被覆部は、長さが０．５ｍｍで、内壁面および搭載面に広がった幅が０．０３ｍｍであった。試料Ｎｏ．４については、被覆部の厚みが一定のものを用い、試料Ｎｏ．５については、被覆部の厚みが、搭載面の中央部および堤部上面に向かって次第に薄くなったものを用いた。
【００４０】
次に、得られた電子部品収納用基板に対して蓋体を取り付ける接合試験を行った。蓋体には、厚みが０．２ｍｍのコバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）製の金属板を使用した。蓋体と金属層との間に塗布する接合材として銀ロウ（共晶Ａｇ−Ｃｕロウ）を用いた。接合試験はローラ式シーム溶接を採用した。接合試験では、試験後に試料である電子部品収納用基板を観察し、薄肉部（図９に示した符号１３の部分）および堤部（図９の符号Ｓ２の部分）にクラックが発生した個数割合を求めた。試料数は各試料２０個とした。比較例として、樹脂体を用いず、堤部に薄肉部を形成しなかった試料を作製し、同様の評価を行った（試料Ｎｏ．６）。ヤング率は、電子部品収納用基板が２８０ＧＰａ、金属部材が１３０ＧＰａ、ガラス部材が６５ＧＰａであった。
【００４１】
【表１】
2019133988.tif 000003
【００４２】
表１から明らかなように、堤部に薄肉部を形成しなかった試料（試料Ｎｏ．６）は、全数、堤部にクラックが発生していた。これに対し、堤部に薄肉部を形成した試料（試料Ｎｏ．１〜５）は、クラックの発生個数の割合が１０／２０個以下であった。
【００４３】
これらの中で、欠損部に金属部材またはガラス部材を充填した試料は、クラックの発生個数の割合が５／２０個以下であり、金属部材で被覆部を形成した場合には、クラックの発生個数の割合が１／２０個以下であり、金属部材で次第に薄くなる被覆部を形成した場合には、クラックの発生が見られなかった。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・・・・・・・・・・・・・・電子部品収納用基板
３・・・・・・・・・・・・・・・・電子部品
５・・・・・・・・・・・・・・・・蓋体
７・・・・・・・・・・・・・・・・基板
９・・・・・・・・・・・・・・・・堤部
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ・・・・・・壁部材
９ａｃ、９ｂｃ、９ｃｃ、９ｄｃ・・中央領域
９ｆａ、９ｆｂ、９ｆｃ、９ｆｄ・・角部
１１・・・・・・・・・・・・・・・搭載面
１３・・・・・・・・・・・・・・・薄肉部
１５・・・・・・・・・・・・・・・金属層
１６・・・・・・・・・・・・・・・欠損部
１７・・・・・・・・・・・・・・・充填部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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