(57)【要約】【課題】凹部に電子部品が搭載されるパッケージに曲げ応力がかかったとしても凹部内周縁部からの破壊の発生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】セラミック平板１１と、セラミック枠体１２の積層体からなり、セラミック枠体１２の開口から露出するセラミック平板１１の上面と、セラミック枠体１１の開口が垂直状、又はテーパー状の壁面１３で電子部品を搭載するための凹部が設けられる電子部品収納用セラミックパッケージ１０において、セラミック枠体１２の上面にメタライズ膜１５を有すると共に、壁面１３に上下に連通する複数の切り欠き部１６を有し、しかも、切り欠き部１６の奥行き長さが壁面１３における切り欠き部１６の幅長さより大きい長さを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外形が略四角形のセラミック平板と、中央部の開口が略円形のセラミック枠体の積層体からなり、該積層体の前記セラミック枠体の前記開口から露出する前記セラミック平板の上面と、前記セラミック枠体の前記開口が垂直状、又は上方に向かって開口径を大きくするテーパー状の壁面で電子部品を搭載するための凹部が設けられる電子部品収納用セラミックパッケージにおいて、
前記セラミック枠体の上面にメタライズ膜を有すると共に、前記壁面に上下に連通する複数の切り欠き部を有し、しかも、該切り欠き部の奥行き長さが前記壁面における前記切り欠き部の幅長さより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。
【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、前記切り欠き部が前記セラミック枠体の４隅コーナー部の前記開口の前記壁面に設けられ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、セラミック平板とセラミック枠体とで形成される凹部に半導体素子や、発光素子等の電子部品を搭載し、基体の下面側に形成す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され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、発光素子等の電子部品を搭載させ、電子部品からの高発熱を効率よく放熱させるためには、耐熱性が高く、比較的熱伝導率が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電子部品収納用セラミックパッケージは、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装置や、照明機器等に組み込まれ使用されている。
【０００３】
図３（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３（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、Ｂ−Ｂ’線縦断面図である。図３（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搭載した時の模式的断面図である。図３（Ａ）、（Ｂ）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、外形が略四角形の平板状のセラミック平板５１と、中央部に略円形の開口を有するセラミック枠体５２の積層体からなっている。この電子部品収納用セラミックパッケージ５０には、セラミック枠体５２の開口から露出するセラミック平板５１の上面と、セラミック枠体５２の開口の壁面５３で凹部５４が設けられ、この凹部５４に電子部品５５（図３（Ｃ）参照）が搭載されるようになっている。
【０００４】
図３（Ｃ）に示すように、凹部５４に電子部品５５が搭載された電子部品収納用セラミックパッケージ５０は、外部接続端子パッド５６に電気的に導通状態となっている電子部品接続用端子パッド５７と、電子部品５５に形成されている、例えば、ボンディングワイヤ接続パッド（図示せず）とをボンディングワイヤ５８で接続している。そして、電子部品５５がＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子からなる場合には、電子部品５５の近傍に蛍光体（図示せず）が設けられて凹部５４の上方にレンズ５９等を接合している。このレンズ５９等の接合には、通常、セラミック枠体５２の上面に直接接合させるために、樹脂や、ガラス等の接着材が用いられている。
【０００５】
従来の電子部品収納用セラミックパッケージには、パッケージの外周部に切り欠き部を設け、この切り欠き部の壁面にメタライズ膜を形成して電気的導通のための配線に利用したり、マザーボード基板に半田で接合してメニスカスを形成することで強固に接合させるのに利用するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の電子部品収納用セラミックパッケージには、パッケージの外周部に切り欠き部を設け、この切り欠き部を電子部品を正確な位置に搭載させるために利用するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
更には、従来の電子部品収納用セラミックパッケージには、凹部のセラミック枠体壁面の電子部品の電極近傍部分に切り欠き部を設け、セラミック枠体の上面に金属蓋体をろう付け接合するときのろう材が電子部品の電極に飛散して生じるショート不良の発生を防止するのに利用するものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２８１９９４号公報
【特許文献２】特開２００４−１１１５５６号公報
【特許文献３】特開２００４−２８９４７０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）凹部に電子部品が搭載された電子部品収納用セラミックパッケージは、マザーボード基板であるプリント基板に接合されるが、電子部品からの高熱発生と冷却時のプリント基板の収縮によってパッケージに曲げ応力が発生し、セラミック枠体の内周周縁部から亀裂や、割れ等の破壊が発生する場合がある。この曲げ応力の発生は、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、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／℃であり、セラミックとマザーボード基板の熱膨張係数差が非常に大きく異なることから起こっている。特に、凹部に搭載される電子部品が発光素子からなり、セラミック枠体の上面にろう付け接合等で強固に接合されるような蓋体が存在しない場合には、セラミック枠体の上面の枠幅の狭い箇所に曲げ応力集中が生じ、破壊しやすくなる。
（２）特開２００４−２８１９９４号公報や、特開２００４−１１１５５６号公報で開示される様な、パッケージの外周部に切り欠き部を設ける電子部品収納用セラミックパッケージは、セラミック枠体の内周周縁部からの亀裂や、割れ等の破壊の発生に対する効果が少なく、セラミック枠体に曲げ応力がかかった場合には、セラミック枠体の枠幅の狭い箇所の応力集中の発生による破壊を防止することが難しい。
（３）特開２００４−２８９４７０号公報で開示される様な、パッケージの内周部に切り欠き部を設ける電子部品収納用セラミックパッケージは、セラミック枠体の上面にろう付け接合等で蓋体を強固に接合するためのシールパス幅を確保する必要から切り欠き奥行きの大きさが比較的小さく、しかも、必要部位に切り欠き幅を比較的大きくして設けるものであるので、セラミック枠体の内周周縁部からの亀裂や、割れ等の破壊の発生に対する効果が少なく、セラミック枠体に曲げ応力がかかった場合には、セラミック枠体の．応力集中の発生による破壊を防止することが難しい。
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、蓋体が接合されない凹部に電子部品が搭載されるパッケージに曲げ応力がかかったとしても凹部内周縁部からの破壊の発生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、外形が略四角形のセラミック平板と、中央部の開口が略円形のセラミック枠体の積層体からなり、積層体のセラミック枠体の開口から露出するセラミック平板の上面と、セラミック枠体の開口が垂直状、又は上方に向かって開口径を大きくするテーパー状の壁面で電子部品を搭載するための凹部が設けられる電子部品収納用セラミックパッケージにおいて、セラミック枠体の上面にメタライズ膜を有すると共に、壁面に上下に連通する複数の切り欠き部を有し、しかも、切り欠き部の奥行き長さが壁面における切り欠き部の幅長さより大きい長さを有する。
【００１０】
ここで、上記の電子部品収納用セラミックパッケージは、切り欠き部がセラミック枠体の４隅コーナー部の開口の壁面に設けられるのがよい。
【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、セラミック枠体の上面にメタライズ膜を有すると共に、壁面に上下に連通する複数の切り欠き部を有し、しかも、切り欠き部の奥行き長さが壁面における切り欠き部の幅長さより大きい長さを有するので、セラミック枠体の上面にメタライズ膜を設けることでセラミック自体の強度を向上させると共に、切り欠き部を設けることで曲げ応力の集中を分散させて凹部内周縁部からの破壊の発生を防止することができる。また、切り欠き部は、切り欠き奥行きが壁面部の切り欠き幅以上に設けられることで、セラミックの膨張、収縮の曲げ応力を容易に吸収することができる。
【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、切り欠き部がセラミック枠体の４隅コーナー部の開口の壁面に設けられるので、切り欠き部を設けるスペースを有すると共に、セラミック枠体の枠幅の狭い箇所に集中する曲げ応力を容易に分散させることができる。
【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）、（Ｂ）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、Ａ−Ａ’線拡大縦断面図、図２（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ同電子部品収納用セラミックパッケージの変形例の説明図である。
【００１４】
図１（Ａ）、（Ｂ）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、セラミックに酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等が用いられ、外形が略四角形の平板状のセラミック平板１１の上面側に、開口径が略円形で外形がセラミック平板１１と同等程度の大きさのセラミック枠体１２が重ね合わされ、焼成して形成される積層体からなっている。この電子部品収納用セラミックパッケージ１０には、セラミック枠体１２の開口から露出するセラミック平板１１の上面と、セラミック枠体１２の開口の壁面１３で半導体素子や、発光素子等の電子部品を搭載するための凹部１４が設けられている。
【００１５】
なお、図示しないが、この電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、凹部１４の底面であるセラミック平板１１の上面側に、電子部品と電気的に接続状態とするための、タングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）等の導体金属を用いてセラミック平板１１用のＡｌ２Ｏ３や、ＡｌＮ等からなるセラミックグリーンシートにスクリーン印刷し、セラミックグリーンシートと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、セラミック平板１１の下面側に、外部と電気的に導通状態とするための上記と同様な方法で形成されるパターン形状からなる外部接続端子パッドを有している。更に、この電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、電子部品接続用端子パッドと、外部接続端子パッドが電気的に導通状態となるように、上記と同様な方法で形成されるパターン形状からなる配線導体をセラミック平板１１に有している。そした、凹部１４に搭載される電子部品は、電子部品接続用端子パッドと、電子部品に形成されている接続用パッドとの間にボンディングワイヤ等で接続することで、外部接続端子パッドと電気的に導通状態となるようにしている。
【００１６】
上記の電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、セラミック枠体１２の上面に、上記と同様のタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の導体金属を用いてセラミック枠体１２用のセラミックグリーンシートにスクリーン印刷し、セラミックグリーンシートと同時焼成して形成されるメタライズ膜１５を有している。あるいは、上記の電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、焼成後のセラミック枠体１２の上面に、薄膜技法や、厚膜技法等による後付によって形成されるメタライズ膜１５を有している。また、上記の電子部品収納用セラミックパッケージ１０は、セラミック枠体１２の開口が垂直状からなる壁面１３に、壁面１３の上下に垂直状に連通する複数の切り欠き部１６を有している。しかも、この切り欠き部１６は、壁面１３の接線に対して直角方向に切り欠き奥行きが設けられ、この切り欠き奥行きの長さａの大きさが、壁面１３部の切り欠き幅の長さｂ以上（ａ≧ｂ）になるように設けられている。なお、この切り欠き部１６は、平面視する形状が半長円形や、半楕円形や、Ｖ字形や、Ｕ字形等からなり、特に形状を限定するものではないが、セラミックの膨張、収縮による曲げ応力による切り欠き部１６の先端部からの破壊を防止するために、曲げ応力に対抗できる形状であるのがよいことから、なだらかな曲線を有するものであるのが好ましい。
【００１７】
次いで、図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら、上記の電子部品収納用セラミックパッケージ１０の変形例の電子部品収納用セラミックパッケージ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを説明する。なお、図２（Ａ）〜（Ｃ）は図１（Ｂ）のＡ−Ａ’線拡大縦断面図に相当する図である。
図２（Ａ）に示すように、電子部品収納用セラミックパッケージ１０の変形例の電子部品収納用セラミックパッケージ１０ａは、電子部品収納用セラミックパッケージ１０の場合と同様に、セラミック平板１１と、セラミック枠体１２の積層体のセラミック枠体１２の上面にメタライズ膜１５有している。そして、電子部品収納用セラミックパッケージ１０ａは、セラミック枠体１２の開口が上方に向かって開口径を大きくするテーパー状からなる壁面１３ａに、壁面１３ａの上下に垂直状に連通する複数の切り欠き部１６を有している。この切り欠き部１６は、壁面１３ａの接線に対して直角方向に切り欠き奥行きが設けられ、この切り欠き奥行きのセラミック枠体１２の上方側の長さｃの大きさが、壁面１３ａの切り欠き幅の長さｂ以上（ｃ≧ｂ）になるように設けられている。電子部品収納用セラミックパッケージ１０ａは、凹部１４の壁面１３ａがテーパー状からなるので、例えば、凹部１４に発光素子等の電子部品を搭載した時に、壁面１３ａで発光素子からの光を前方に反射させて発光効率を向上させることができる。
【００１８】
図２（Ｂ）に示すように、電子部品収納用セラミックパッケージ１０の他の変形例の電子部品収納用セラミックパッケージ１０ｂは、電子部品収納用セラミックパッケージ１０の場合と同様に、セラミック平板１１と、セラミック枠体１２の積層体のセラミック枠体１２の上面にメタライズ膜１５有している。そして、電子部品収納用セラミックパッケージ１０ｂは、セラミック枠体１２の開口が垂直からなる壁面１３に、壁面１３の上下にテーパー状に連通する複数の切り欠き部１６ａを有している。この切り欠き部１６ａは、壁面１３の接線に対して直角方向に切り欠き奥行きが設けられ、この切り欠き奥行きがセラミック枠体１２の上方側から、下方側に小さくなるテーパー状となると共に、切り欠き幅の相対向する側面が垂直状に形成されている。電子部品収納用セラミックパッケージ１０ｂの切り欠き奥行きは、セラミック枠体１２の下方側の長さｄの大きさが、壁面１３の切り欠き幅の長さｂ以上（ｄ≧ｂ）になるように設けられている。
【００１９】
図２（Ｃ）に示すように、電子部品収納用セラミックパッケージ１０の更に他の変形例の電子部品収納用セラミックパッケージ１０ｃは、電子部品収納用セラミックパッケージ１０の場合と同様に、セラミック平板１１と、セラミック枠体１２の積層体のセラミック枠体１２の上面にメタライズ膜１５有している。そして、電子部品収納用セラミックパッケージ１０ｃは、セラミック枠体１２の開口が上方に向かって開口径を大きくするテーパー状からなる壁面１３ａに、壁面１３ａの上下にテーパー状に連通する複数の切り欠き部１６ａを有している。この切り欠き部１６ａは、壁面１３ａの接線に対して直角方向に切り欠き奥行きが設けられ、この切り欠き奥行きがセラミック枠体１２の上方側から、下方側に小さくなるテーパー状となると共に、切り欠き幅の相対向する側面が垂直状に形成されている。電子部品収納用セラミックパッケージ１０ｃの切り欠き奥行きは、セラミック枠体１２の上方側の長さｅ、及び／又は下方側の長さｆの大きさが、壁面１３ａの切り欠き幅の長さｂ以上（ｅ≧ｂ、及び／又はｆ≧ｂ）になるように設けられている。
【００２０】
上記の電子部品収納用セラミックパッケージ１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃに設けられる切り欠き部１６、１６ａは、外形が略四角形のセラミック枠体１２の４隅コーナー部の開口の壁面１３、１３ａに設けられるのがよい。セラミック枠体１２の４隅コーナー部は、切り欠き部１６、１６ａを設けるだけの面積的広さを有しているので、様々な形態、大きさの切り欠き部１６、１６ａを設けることができる。また、４隅コーナー部の切り欠き部１６、１６ａは、セラミック枠体１２の枠幅が最も狭くなるセラミック枠体１２の外形辺の中央部に集中する曲げ応力を最も効果的に分散させることができるように作用させている。
【００２１】
上記の電子部品収納用セラミックパッケージ１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、凹部１４に電子部品が実装された後、セラミックや、金属からなる蓋体を用いて凹部１４内を気密に封止することなく、セラミック平板１１の下面側に形成された外部接続端子パッドを介してマザーボード基板に形成された配線パターンに半田で接合されるようになっている。上記の電子部品収納用セラミックパッケージ１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃには、セラミック平板１１や、セラミック枠体１２に、例えば、Ａｌ２Ｏ３（熱膨張係数：５．５ｐｐｍ／℃（−６５〜１５０℃））や、ＡｌＮ（熱膨張係数：４．９ｐｐｍ／℃（４０〜５００℃））等からなるセラミック基板を用い、マザーボード基板に、例えば、ＦＲ−４（熱膨張係数：１４ｐｐｍ／℃）等からなるプリント基板を用いた場合には、両者の熱膨張係数の差が大きいので、半田接合時に大きな歪みが発生する。しかしながら、上記の電子部品収納用セラミックパッケージ１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、セラミック枠体１２に設ける切り欠き部１６、１６ａと、セラミック枠体１２の上面に設けるメタライズ膜１５によって、セラミック枠体１２の外形辺の中央部に集中する曲げ応力を分散させることができるので、凹部１４内周縁部からの破壊の発生を防止することができる。
【実施例】
【００２２】
ここで、本発明者は、セラミック枠体の上面に設けるメタライズ膜の効果の確認を、有限要素法を用いるシミュレーション解析で行い、マザーボード基板であるプリント基板を曲げた時にセラミック枠体の開口部に生じる応力と、セラミック強度の比を算出した。実施例は、セラミックがＡｌ２Ｏ３で、外形６．０ｍｍ□、開口径４．７ｍｍφのパッケージに２０μｍ厚のタングステンからなるメタライズ膜を設けたものを用い、併せて、比較例として、同一パッケージ形態で、メタライズ膜を設けないものを用いた。また、本発明者は、上記と同様の寸法のパッケージのセラミック枠体の４隅に半径０．５ｍｍの半円形の切り欠き部を設ける実施例と、切り欠き部を設けない比較例について、上記と同様のシミュレーション解析で効果の確認を行った。なお、解析は、メタライズ膜有無と、切り欠き部有無をそれぞれ単独にして別々で行った。その結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
メタライズ膜有無については、本発明による実施例が従来の比較例より、セラミックの曲げ強度が１５％向上することが確認できた。また、切り欠き部有無については、本発明による実施例が従来の比較例より、応力の集中の緩和が１０％向上することが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の電子部品収納用セラミックパッケージは、各種半導体素子を実装させ、マザーボード基板に半田接合し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、高熱を発生させる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】
【００２６】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）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、Ａ−Ａ’線拡大縦断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ同電子部品収納用セラミックパッケージの変形例の説明図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）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説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：電子部品収納用セラミックパッケージ、１１：セラミック平板、１２：セラミック枠体、１３、１３ａ：壁面、１４：凹部、１５：メタライズ膜、１６、１６ａ：切り欠き部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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