(57)【要約】【課題】外部接続端子パッドでマザーボード基板に半田で接合しても、セラミック基体の外周辺部から広い範囲の半田にクラックが発生するのを防止できる電子部品収納用セラミックパッケージを提供する。【解決手段】略四角形状のセラミック基体１１の上面側に設けられる電子部品接続用端子パッド２１と、コーナー切り欠き部１６の壁面にこれと電気的に導通状態となるキャスタレーション導体１８を有し、セラミック基体１１の下面側のコーナー切り欠き部１６と離れた近傍にキャスタレーション導体１８を介して電気的に接続状態となる外部接続端子パッド２１を有する電子部品収納用セラミックパッケージ１０であって、キャスタレーション導体１８と外部接続端子パッド２１の間にキャスタレーション導体１８幅より小さい幅からなる繋ぎ配線パターン２２を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略四角形状のセラミック基体の上面側に設けられる電子部品と電気的に接続状態とするためのパターン形状からなる電子部品接続用端子パッドと、前記セラミック基体のコーナー切り欠き部の壁面に前記電子部品接続用端子パッドと配線パターンを介して電気的に導通状態となるキャスタレーション導体を有し、前記セラミック基体の下面側の前記コーナー切り欠き部と離れた近傍に前記キャスタレーション導体を介して電気的に接続状態となる外部接続端子パッドを有する電子部品収納用セラミックパッケージであって、
前記キャスタレーション導体と前記外部接続端子パッドの間を接続する前記キャスタレーション導体幅より小さい幅からなる繋ぎ配線パターンを有することを特徴とする電子部品収納用セラミックパッケージ。
【請求項２】
請求項１記載の電子部品収納用セラミックパッケージにおいて、前記外部接続端子パッドと、前記キャスタレーション導体を接続する前記繋ぎ配線パターンの接続長さが、該繋ぎ配線パターンの幅よりも大きい長さを有することを特徴とする電子部品収納用セラミックパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック基体の上面側外周部に枠体を設けて形成されるキャビティ部に半導体素子や、発光素子等の電子部品を収納し、基体の下面側に形成される外部接続用端子パッドでプリント配線基板等からなるマザーボード基板に半田で直接接合する電子部品収納用セラミックパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体素子や、発光素子や、水晶振動子等の電子部品を収納して気密に封止するためには、信頼性の高いセラミックからなる電子部品収納用セラミックパッケージが多く用いられている。そして、電子部品が搭載されたこのようなパッケージは、ＦＲ−４製等のプリント配線基板等からなるマザーボード基板に実装されて電子機能や、照明用等として各種電子機器装置や、照明機器等に組み込まれ使用されている。
【０００３】
図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら従来の電子部品収納用セラミックパッケージを説明する。ここに、図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来の電子部品収納用セラミックパッケージの上面側の平面図、下面側の平面図、図２（Ｃ）は従来の電子部品収納用セラミックパッケージに電子部品を実装した後、マザーボード基板に接合する時の模式的断面図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、従来の電子部品収納用セラミックパッケージ５０は、セラミック基体５１の上面に、例えば、セラミックや、金属等からなる枠体５２が設けられて形成されるキャビティ部５３に半導体素子や、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子や、水晶振動子等の電子部品５４が搭載されるようになっている。そして、電子部品５４は、キャビティ部５３の底面に設けられるメタライズ膜上にＮｉめっき被膜及びＡｕめっき被膜が施されて形成される電子部品接続用端子パッド５５と、ボンディングワイヤ５６等を介して電気的に接続状態とした後、枠体５２の上面に金属板や、セラミック板や、レンズ等からなる蓋体５７を接合することで気密に封止されるようになっている。
【０００４】
また、従来の電子部品収納用セラミックパッケージ５０は、セラミック基体５１のコーナー切り欠き部の壁面に電子部品接続用端子パッド５５と、ビア５８や、導体パターン５９等の配線パターン６０を介して電気的に導通状態となるキャスタレーション導体６１を有している。更に、この電子部品収納用セラミックパッケージ５０は、セラミック基体５１の下面側のコーナー部にキャスタレーション導体６１を介して電気的に導通状態となる外部接続用端子パッド６２を有している。そして、この電子部品収納用セラミックパッケージ５０は、外部接続用端子パッド６２でＦＲ−４製等のプリント配線基板等からなるマザーボード基板６３に形成された配線パターンに半田６４で直接接合されると共に、キャスタレーション導体６１との間にメニスカス６５を形成させて電子部品収納用セラミックパッケージ５０とマザーボード基板６３を強固に接合させるようになっている。なお、従来の電子部品収納用セラミックパッケージ５０には、上述した電子部品接続用端子パッド５５を含めて、キャスタレーション導体６１や、外部接続用端子パッド６２等の外部に露出するメタライズ膜上にＮｉめっき被膜及びＡｕめっき被膜が施されている。
【０００５】
従来の電子部品収納用セラミックパッケージには、マザーボード基板にセラミック基体を接合した時の両者の熱膨張係数差に伴って発生する塑性変形に起因する電子部品の特性変動を抑制できるものとして、セラミック基体の電子部品接合部と、半田接合部である外部接続端子パッドとの間にセラミック基体の厚さを薄くする部分を設けることで、塑性変形を吸収するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述したような従来の電子部品収納用セラミックパッケージは、次のような問題がある。
（１）マザーボード基板に半田を介して接合するための電子部品収納用セラミックパッケージは、外部接続用端子パッドを、セラミック基体のコーナー切り欠き部の壁面に設けるキャスタレーション導体と接続するために、セラミック基体の下面側コーナー部近傍に設けている。しかしながら、セラミック基体のセラミックが、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の場合には、熱膨張係数が５．５ｐｐｍ／℃（−６５℃〜１５０℃において）で、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の場合には、熱膨張係数が４．９ｐｐｍ／℃（４０℃〜５００℃において）であり、マザーボード基板であるプリント基板の樹脂が、例えば、ＦＲ−４の場合には、熱膨張係数が１４ｐｐｍ／℃であるので、セラミック基体とマザーボード基板は、両者の熱膨張係数に非常に大きな差が生じることとなり、両者を半田で接合する時の温度でセラミック基体の外周部の半田接合部に歪みが生じている。この歪みは、温度サイクル試験等の信頼性試験における半田接合部の疲労破壊によって、半田接合部のセラミック基体の外周辺部から内側の広い範囲の半田にクラックを発生させる原因となっている。これによって、従来の電子部品収納用セラミックパッケージは、半田接合部の導通抵抗が増加し、供給電流の低下による電子部品の機能の低下、例えば、電子部品がＬＥＤ等の発光素子の場合には発光量の減少というような機能の低下を引き起こしている。
（２）特開２００４−３８８６号公報に開示されるようなセラミック基体に厚さを薄くする部分を設ける電子部品収納用セラミックパッケージは、セラミック基体自体の強度の低下となり、セラミック基体にクラックを発生させる場合があり、電子部品搭載部の機密性に問題が発生する。
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、セラミック基体の外部接続端子パッドでマザーボード基板に半田で接合しても、半田接合部のセラミック基体の外周辺部から広い範囲の半田にクラックを発生させることを防止できる電子部品収納用セラミックパッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的に沿う本発明に係る電子部品収納用セラミックパッケージは、略四角形状のセラミック基体の上面側に設けられる電子部品と電気的に接続状態とするためのパターン形状からなる電子部品接続用端子パッドと、セラミック基体のコーナー切り欠き部の壁面に電子部品接続用端子パッドと配線パターンを介して電気的に導通状態となるキャスタレーション導体を有し、セラミック基体の下面側のコーナー切り欠き部と離れた近傍にキャスタレーション導体を介して電気的に接続状態となる外部接続端子パッドを有する電子部品収納用セラミックパッケージであって、キャスタレーション導体と外部接続端子パッドの間にキャスタレーション導体幅より小さい幅からなる繋ぎ配線パターンを有する。
【００１０】
ここで、電子部品収納用セラミックパッケージは、外部接続端子パッドと、キャスタレーション導体を接続する繋ぎ配線パターンの接続長さが、繋ぎ配線パターンの幅よりも大きい長さを有するのがよい。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１又はこれに従属する請求項２記載の電子部品収納用セラミックパッケージは、略四角形状のセラミック基体の上面側に設けられる電子部品と電気的に接続状態とするためのパターン形状からなる電子部品接続用端子パッドと、セラミック基体のコーナー切り欠き部の壁面に電子部品接続用端子パッドと配線パターンを介して電気的に導通状態となるキャスタレーション導体を有し、セラミック基体の下面側のコーナー切り欠き部と離れた近傍にキャスタレーション導体を介して電気的に接続状態となる外部接続端子パッドを有する電子部品収納用セラミックパッケージであって、キャスタレーション導体と外部接続端子パッドの間にキャスタレーション導体幅より小さい幅からなる繋ぎ配線パターンを有するので、マザーボード基板への半田接合時にセラミック基体のコーナー部に集中する歪みにより、温度サイクル試験等の信頼性評価試験を行った時の半田クラックが発生する場所に対して柔軟に対応できる繋ぎ配線パターンを設けることで、セラミック基体の外周辺部から広い範囲の半田にクラックが発生するのを防止して、外部接続端子パッドを十分に確保し、半田接合部の導通抵抗の増加を抑えて、供給電流の低下による電子部品の機能の低下、例えば、電子部品がＬＥＤ等の発光素子の場合には発光量の減少というような機能の低下を防止することができる。また、セラミック基体には、厚さを薄くする部分を設ける必要がないので、セラミック基体自体にクラックが発生するのを防止することができる。
【００１２】
特に、請求項２記載の電子部品収納用セラミックパッケージは、外部接続端子パッドと、キャスタレーション導体を接続する繋ぎ配線パターンの接続長さが、繋ぎ配線パターンの幅よりも大きい長さを有するので、マザーボード基板への半田接合時にセラミック基体のコーナー部に集中する歪みを分散することができ、例え、温度サイクル試験等の信頼性評価試験を行ったとしても、セラミック基体の外周辺部から広い範囲の半田にクラックが発生するのを防止して、外部接続端子パッドを十分に確保でき、半田接合部の導通抵抗の増加を抑えて、供給電流の低下による電子部品の機能の低下、例えば、電子部品がＬＥＤ等の発光素子の場合には発光量の減少というような機能の低下を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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の形態について説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１（Ａ）〜（Ｃ）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セラミックパッケージの上面側平面図、下面側平面図、電子部品収納用セラミックパッケージに電子部品を実装した後、マザーボード基板に接合する時の模式的断面図である。
【００１４】
図１（Ａ）〜（Ｃ）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セラミックパッケージ１０は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミック基材が用いられた略四角形状の１、又は複数枚のセラミック多層基板からなるセラミック基体１１を有している。また、この電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、セラミック基体１１の上面側に半導体素子や、発光素子や、水晶振動子等の電子部品１２を搭載し、電子部品１２を内周壁面で囲繞するためにセラミックや、金属等からなる枠体１３が設けられて形成されるキャビティ部１４を有している。このキャビティ部１４の底面であるセラミック基体１１の上面側には、電子部品１２と電気的に接続状態とするために、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の導体金属を用いてスクリーン印刷し、他のセラミックグリーンシートと重ね合わせて積層し、セラミックと導体金属を同時焼成して形成されるパターン形状からなる電子部品接続用端子パッド１５が設けられている。
【００１５】
また、電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、セラミック基体１１のコーナー部にコーナー切り欠き部１６を有している。そして、このコーナー切り欠き部１６の少なくとも最下層となるセラミック基体１１ａの壁面には、電子部品接続用端子パッド１５と、配線パターン１７を介して電気的に導通状態となるＷやＭｏ等の導体金属をスクリーン印刷して形成されるキャスタレーション導体１８を有している。配線パターン１７は、ビア１９をセラミックグリーンシートに貫通孔を形成しＷやＭｏ等の導体金属を充填し、導体パターン２０をセラミックグリーンシートの表面にＷやＭｏ等の導体金属をスクリーン印刷し、セラミックグリーンシートを積層してそれぞれを接続させた後、焼成して形成している。
【００１６】
一方、電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、セラミック基体１１の下面側のコーナー切り欠き部１６と離れた近傍に、キャスタレーション導体１８を介して電気的に接続状態となる電子部品接続用端子パッド１５を形成する場合と同様にして形成される外部接続端子パッド２１を有している。この電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、キャスタレーション導体１８と、外部接続端子パッド２１との間を結ぶためのキャスタレーション導体１８の幅より小さい幅からなる繋ぎ配線パターン２２を有している。電子部品収納用セラミックパッケージ１０には、キャビティ部１４に電子部品１２が搭載された後、電子部品１２と、電子部品接続用端子パッド１５間をボンディングワイヤ２３等で電気的に接続状態とし、セラミック板や、金属板や、レンズ等からなる蓋体２４が接合され、電子部品１２が気密に封止されるようになる。そして、電子部品１２が実装された電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、外部接続端子パッド２１と、ＦＲ−４等の樹脂板等からなるマザーボード基板２５が半田２６で直接接合されるようになっている。
【００１７】
上記の電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、外部接続端子パッド２１と、キャスタレーション導体１８を接続している繋ぎ配線パターン２２の幅ａが、キャスタレーション導体１８の幅ｂより小さい（ａ＜ｂ）と共に、繋ぎ配線パターン２２の接続長さｃが、繋ぎ配線パターン２２の幅ａよりも大きい長さ（ｃ＞ａ）を有するのがよい。電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、繋ぎ配線パターン２２の接続長さｃが、繋ぎ配線パターン２２の幅ａ未満の大きさとなる場合には、外部接続端子パッド２１と、キャスタレーション導体１８が近接しすぎるので、マザーボード基板２５への半田接合時にセラミック基体１１のコーナー部に集中する歪みを分散することができなくなる。従って、電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、例えば、温度サイクル試験等の信頼性評価試験を行った場合には、セラミック基体１１の外周辺部から広い範囲の半田にクラックが発生する。これにより、電子部品収納用セラミックパッケージ１０には、半田接合部の導通抵抗の増加が発生し、供給電流の低下による電子部品１２の機能の低下、例えば、電子部品１２がＬＥＤ等の発光素子の場合には発光量の減少というような機能の低下が発生することとなっている。
【実施例】
【００１８】
本発明者は、繋ぎ配線パターンの幅ａがキャスタレーション導体１８の幅ｂの１／２で、繋ぎ配線パターンの接続長さｃが、繋ぎ配線パターンの幅ａの２倍からなる実施例１と、繋ぎ配線パターンの幅ａがキャスタレーション導体１８の幅ｂの１／２で、繋ぎ配線パターンの接続長さｃが、繋ぎ配線パターンの幅ａの３倍からなる実施例２のサンプルを準備した。併せて比較例として、従来の繋ぎ配線パターンを設けないサンプルを準備した。これらのサンプルは、セラミック基体にアルミナ、マザーボード基板にＦＲ−４を用いた場合であり、これらのサンプルの外部接続端子パッドの半田接合部に発生する半田歪みを有限要素法によるシミュレーションで測定した。その比較結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
本発明の電子部品収納用セラミックパッケージは、実施例１が従来の比較例の半田歪みの７０％に抑えることができ、実施例２が従来の比較例の半田歪みの５６％に抑えることができ、半田歪みが大幅に改善されることが確認できた。
【００２１】
ここで、上記の電子部品収納用セラミックパッケージ１０の製造方法を簡単に説明する。電子部品収納用セラミックパッケージ１０に用いられるセラミック基材の製造方法は、セラミックが、例えば、酸化アルミニウムからなる場合であれば、先ず、酸化アルミニウム粉末にマグネシア、シリカ、カルシア等の焼結助剤を適当量加えた粉末に、ジオクチルフタレート等の可塑剤と、アクリル樹脂等のバインダー、及びトルエン、キシレン、アルコール類等の溶剤を加え、十分に混練して脱泡し、粘度２０００〜４００００ｃｐｓのスラリーを作製している。次に、ドクターブレード法等によって、例えば、厚み０．２５ｍｍのロール状のシートに形成し、適当なサイズの矩形状に切断したセラミックグリーンシートを作製している。次に、複数枚のセラミックグリーンシートには、上下層をビア１９で電気的に導通させるためのスルーホールや、キャスタレーション導体１８用等の貫通孔を穿孔して設けている。次に、高融点金属である、例えば、タングステンからなる導体金属ペーストを用いてスクリーン印刷で電子部品接続用端子パッド１５、外部接続端子パッド２１用や、ビア１９、導体パターン２０等の配線パターン１７用や、キャスタレーション導体１８用等の導体パターン印刷を行っている。次に、導体金属が印刷された複数枚のセラミックグリーンシートは、重ね合わせて積層を行い、還元雰囲気中の約１６００℃程度の高温で導体印刷パターンと同時焼成してセラミック基体１１（セラミック基体１１ａを含む、また、枠体１３がセラミックグリーンシートを積層して形成する場合には、これを含む）を作製している。
【００２２】
焼成されたセラミック基体１１に枠体１３を後から接合させる場合には、セラミック基体１１の上面側に予め枠体１３の載置部となる部分に導体金属からなる導体パターンが形成されており、この導体パターンにＮｉめっき被膜が形成され、例えば、内周壁面が上面側の開口を広くするリング状のセラミック製や、金属製からなる枠体１３が、間にＡｇ−Ｃｕろう等のろう材を介して載置され、加熱してセラミック基体１１と、枠体１３をろう付け接合している。また、セラミック基体１１と、枠体１３は、予めセラミック基体１１の枠体１２の載置部となる部分に導体金属からなる導体パターンを形成することを必要としないでガラスを溶融させて接合したり、樹脂接着剤を用いて接合したりすることもできる。次に、セラミック基体１１と枠体１３が接合された接合体には、外部に露出する金属部分に、電解Ｎｉめっき法によるＮｉめっき被膜、更にＮｉめっき被膜上に電解Ａｕめっき法によるＡｕめっき被膜を形成することで電子部品収納用セラミックパッケージ１０を作製している。なお、電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、通常、大きなセラミックグリーンシートに個片の電子部品収納用セラミックパッケージ１０が多数個配列する集合体からそれぞれを分割することで形成される。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の電子部品収納用セラミックパッケージは、各種半導体素子からなる電子部品を実装させて各種電子装置に用いることができる。また、本発明の電子部品収納用セラミックパッケージは、水晶振動子等からなる電子部品を実装させて携帯電話等に用いることができる。更に、本発明の電子部品収納用セラミックパッケージは、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子を実装させてパソコン等のバックライトや、一般照明用等に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）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セラミックパッケージの上面側平面図、下面側平面図、電子部品収納用セラミックパッケージに電子部品を実装した後、マザーボード基板に接合する時の模式的断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は従来の電子部品収納用セラミックパッケージの上面側の平面図、下面側の平面図、従来の電子部品収納用セラミックパッケージに電子部品を実装した後、マザーボード基板に接合する時の模式的断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０：電子部品収納用セラミックパッケージ、１１、１１ａ：セラミック基体、１２：電子部品、１３：枠体、１４：キャビティ部、１５：電子部品接続用端子パッド、１６：コーナー切り欠き部、１７：配線パターン、１８：キャスタレーション導体、１９：ビア、２０：導体パターン、２１：外部接続用端子パッド、２２：繋ぎ配線パターン、２３：ボンディングワイヤ、２４：蓋体、２５：マザーボード基板、２６：半田
【図１】
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【図２】
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