(57)【要約】【課題】基体と蓋体をシーム溶接して接合する際に、基体にクラックや、割れ等の発生のない安価で気密信頼性の高い電子部品収納用パッケージを提供する。【解決手段】上面に電子部品１２を収納するための凹部１３を有する基体１１と、金属からなる蓋体１６とからなり、凹部１３に電子部品１２を実装後、基体１１と蓋体１６をシーム溶接して電子部品１２を気密に封止する電子部品収納用パッケージ１０であって、基体１１の下面に電子部品１２と電気的に絶縁状態からなるタングステンメタライズ膜１７を有する。特に、タングステンメタライズ膜１７の厚さが１０〜４０μｍであり、しかも、タングステンメタライズ膜１７の面積が基体１１の下面総面積の２０％以上を占めるのがよい。また、タングステンメタライズ膜１７が少なくとも凹部１６の底稜線２２に対応する垂直下部部分の基体１１の下面に設けられているのがよい。【選択図】        図１
2004186616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に電子部品を収納するための凹部を有する基体と、金属からなる蓋体とからなり、前記凹部に前記電子部品を実装後、前記基体と前記蓋体をシーム溶接して前記電子部品を気密に封止する電子部品収納用パッケージであって、
前記基体の下面に前記電子部品と電気的に絶縁状態からなるタングステンメタライズ膜を有することを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
【請求項２】
請求項１記載の電子部品収納用パッケージにおいて、前記タングステンメタライズ膜の厚さが１０〜４０μｍであり、しかも、前記タングステンメタライズ膜の面積が前記基体の下面総面積の２０％以上を占めることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電子部品収納用パッケージにおいて、前記タングステンメタライズ膜が少なくとも前記凹部の底稜線に対応する垂直下部部分の前記基体の下面に設けられていることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体素子や、水晶振動子等の電子部品を収納するための電子部品収納用パッケージに関し、より詳細には、電子部品を収容した基体に蓋体をシーム溶接して電子部品を気密に封止する電子部品収納用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体素子や、水晶振動子等の電子部品を収納し、気密に封止するためには、セラミックや、樹脂や、金属等からなる電子部品収納用パッケージが多く用いられている。このような電子部品収納用パッケージの中でも特に信頼性の高いものが要求される場合には、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、例えば、上面に電子部品５１を収納するための凹部５２を設けるセラミックからなる基体５３と、電子部品５１を気密に封止するための金属からなる蓋体５４を用いる電子部品収納用パッケージ５０がある。この電子部品収納用パッケージ５０は、基体５３の凹部５２に、例えば、半導体素子からなる電子部品５１が接合された後、電子部品５１と基体５３のワイヤボンディングパッド５５とをボンディングワイヤ５６で接続し、電子部品５１と、ワイヤボンディングパッド５５と導体配線５７で繋がり基体５３の下面に設けられている外部接続用端子５８とを電気的に導通状態としている。そして、基体５３の凹部５２の壁部上面に設けられている鉄−ニッケル合金や、鉄−ニッケル−コバルト合金等からなる金属枠体５９や、環状のセラミックの上面にメタライズを施したセラミック枠体（図示せず）等に、鉄−ニッケル合金や、鉄−ニッケル−コバルト合金等からなる蓋体５４をろう材を介してシーム溶接して接合し、電子部品５１を気密に封止している。このように作製された電子部品収納用パッケージ５０は、基体５３の下面に設けられている外部接続用端子５８の間に半田等を介してボード等からなる外部回路基板に接合される。
【０００３】
図４（Ａ）に示すように、上記の電子部品収納用パッケージ５０は、セラミックからなる基体５３と金属からなる蓋体５４を、蓋体５４の外周部に沿って回転するシーム溶接機の対向する２つのローラ電極６０の間に電流を流して抵抗溶接で接合して作製される。溶接は、蓋体５４と基体５３に設けられている金属枠体５９や、メタライズ導体間で発生するジュール熱によって行われる。しかしながら、大型の電子部品収納用パッケージ５０の場合には、発生するジュール熱のパッケージに与える影響は小さかったが、近年の移動体通信等に用いられる小型の電子部品収納用パッケージ５０では、発生するジュール熱のパッケージに与える影響が大きくなっている。従って、図４（Ｂ）に示すように、加熱によって熱膨張した蓋体５４が冷却する過程で収縮して基体５３が椀状に変形し、基体５３の下面側に曲げ応力が生じ、クラック、割れ等を発生させることがある。
【０００４】
この問題に対応するために、金属枠体を接合するためのメタライズ幅を金属枠体幅より大きくして、基体と蓋体との熱膨張率の相違に起因する蓋体接合時の熱応力を緩和させてクラック等を防止するパッケージが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、基体の凹部を形成する壁部の厚みを大きくして基体の剛性を大きくして熱応力に耐えるようにしてクラック等を防止するパッケージが提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、基体と蓋体とを接合するためのろう材を厚くして、熱応力を吸収することでクラック等を防止するパッケージが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２０４３５２号公報（第１−６頁、第１図）
【特許文献２】
特開平８−６４７１４号公報（第１−４頁、第１図）
【特許文献３】
特開２００２−１６４４５６号公報（第１−５頁、第１−２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の電子部品収納用パッケージは、次のような問題がある。
（１）基体の下面側に発生する曲げ応力によるクラックや、割れ等の発生を防止するために、基体の凹部の壁部上面に形成する金属枠体を接合するためのメタライズ幅を金属枠体幅より大きくする方法は、電子部品収納用パッケージの小型化が要求されている中、パッケージが大型となるので、小型のパッケージに採り入れることに限界がある。
（２）基体に剛性を持たせてクラックや、割れ等の発生を防止するために、基体の凹部の壁部の厚みを大きくする方法は、電子部品収納用パッケージの薄型化が要求されている中、パッケージが厚型となるので、薄型のパッケージに用いることに限界がある。
（３）基体と蓋体の接合部の金属層で熱応力を吸収してクラックや、割れ等の発生を防止するために、金属製蓋体を薄くし、且つ、ろう材を厚くする方法は、銀−銅ろう等の高価なろう材を多く必要とするので、パッケージが高価なものとなる。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、基体と蓋体をシーム溶接して接合する際に、基体にクラックや、割れ等の発生のない安価で気密信頼性の高い電子部品収納用パッケージを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る電子部品収納用パッケージは、上面に電子部品を収納するための凹部を有する基体と、金属からなる蓋体とからなり、凹部に電子部品を実装後、基体と蓋体をシーム溶接して電子部品を気密に封止する電子部品収納用パッケージであって、基体の下面に電子部品と電気的に絶縁状態からなるタングステンメタライズ膜を有する。これにより、蓋体と基体のシーム溶接する際の蓋体の熱膨張及び熱収縮による熱応力で基体に曲げ応力が発生する電子部品収納用パッケージは、基体の下面に高強度で高靱性のタングステンの厚膜メタライズ膜を設けて基体の曲げ強度を向上させるので、クラックや、割れ等の発生を防止することができる。また、薄いタングステンメタライズ膜を設けるだけであるので、小型で、薄型で、しかも安価な電子部品収納用パッケージにすることができる。
【０００８】
ここで、電子部品収納用パッケージは、タングステンメタライズ膜の厚さが１０〜４０μｍであり、しかも、タングステンメタライズ膜の面積が基体の下面総面積の２０％以上を占めるのがよい。これにより、基体の下面に高強度で高靱性のタングステンの厚膜メタライズ膜を設けることができるので、基体の曲げ強度を向上でき、クラックや、割れ等の発生を防止することができる。
【０００９】
また、電子部品収納用パッケージは、タングステンメタライズ膜が少なくとも凹部の底稜線に対応する垂直下部部分の基体の下面に設けられているのがよい。これにより、基体の最もクラックや、割れ等が発生しやすい凹部の底稜線部の曲げ強度を向上することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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パッケージのＡ−Ａ’線縦断面図、下面側平面図である。
【００１１】
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、電子部品収納用パッケージ１０は、酸化アルミニウムや、窒化アルミニウム等のセラミックからなる基体１１と、この基体１１が電子部品１２を支持するための支持体であり、上面に電子部品１２を収納するための凹部１３を有し、この凹部１３の壁部の上面に、鉄−ニッケル合金や、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属からなる金属枠体１４を、銀−銅ろう等からなるろう材を介して接合して有している。電子部品収納用パッケージ１０は、基体１１の凹部１３に半導体素子や、水晶振動子等の電子部品１２を搭載し、ボンディングワイヤ１５や、導電性ペースト等で基体１１の導体配線と接続させた後、基体１１の金属枠体１４上に載置し、銀−銅ろう等からなるろう材を介してシーム溶接して電子部品１２を気密に封止するための鉄−ニッケル合金や、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属からなる蓋体１６を有している。そして、基体１１の下面には、電子部品１２と電気的に絶縁状態からなる高融点金属からなるタングステンメタライズ膜１７を有している。
【００１２】
この電子部品収納用パッケージ１０の基体１１の製造方法は、基体１１のセラミックが、例えば、酸化アルミニウムからなる場合であれば、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１８用の孔、及び、凹部１３を形成するための切り欠き部を穿設している。次に、高融点金属からなるタングステンペーストを用いてスクリーン印刷でスルーホール印刷や、導体配線印刷を行い、タングステンメタライズ導体配線１９を形成する。更に、基体１１の下面となる表面には、電子部品１２とタングステンメタライズ導体配線１９とが接続しないで絶縁状態となるようなタングステンメタライズ膜１７を有するように形成する。次に、タングステン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、還元雰囲気中で同時焼成して基体１１のセラミック部分を作製する。次に、この基体１１のセラミック部分の凹部１３の壁部上面に形成されているメタライズ導体には、銀−銅ろう等のろう材を介して金属枠体１４がろう付け接合され、基体１１を作製している。
【００１３】
なお、基体１１のセラミック部分の凹部１３の壁部上面に形成されているメタライズ導体は、タングステンメタライズ導体配線１９と接続状態にある場合と、接続状態にない場合がある。また、基体１１には、基体１１のセラミック部分の凹部１３の壁部上面に金属枠体１４を有さないで、凹部１３の壁部上面には、メタライズ導体のみが形成されて、このメタライズ導体に直接蓋体１６がシーム溶接される場合がある。
【００１４】
次に、電子部品収納用パッケージ１０の基体１１には、基体１１の凹部１６に、例えば、半導体素子からなる電子部品１２が接合された後、電子部品１２と基体１１のワイヤボンディングパッド２０とをボンディングワイヤ１５で接続している。電子部品１２と絶縁基体１１の下面に設けられている外部接続用端子２１とは、ボンディングワイヤ１５、ワイヤボンディングパッド２０，及び、タングステンメタライズ導体配線１９を介して電気的に導通状態となっている。なお、電子部品１２が水晶振動子等のような場合には、ボンディングワイヤ１５等の使用はなく、導電性接着剤を用いて接続し、電気的に導通状態としている。
【００１５】
次に、基体１１の凹部１３の壁部上面に設けられている金属枠体１４や、メタライズ導体にシーム溶接して接合され、電子部品１２を気密に封止するための蓋体１６は、鉄−ニッケル合金や、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属板を打ち抜き加工や、エッチング加工して形成している。そして、蓋体１６は、蓋体１６の外周部に沿って回転するシーム溶接機の対向する２つのローラ電極に電流を流して抵抗溶接してろう材を介してシーム溶接して接合し、電子部品１２を気密に封止することで、電子部品収納用パッケージ１０を作製している。このシーム溶接は、蓋体１６と基体１１に設けられている金属枠体１４や、メタライズ導体間で発生するジュール熱によって行われている。このジュール熱によって、蓋体１６が熱膨張し、基体１１に接合後冷却する過程で収縮して基体１１の下面側に曲げ応力が発生するが、基体１１の下面に形成したタングステンメタライス膜１７によって、曲げ強度が向上できるので、基体１１のクラックや、割れ等の発生をを防止することができる。
【００１６】
上記の電子部品収納用パッケージ１０のタングステンメタライス膜１７の厚さは、１０〜４０μｍであり、しかも、タングステンメタライス膜１７の面積は、基体１１の下面総面積の２０％以上を占めるのがよい。基体１１の下面に高強度で高靱性のタングステンの厚膜メタライズ膜を設けることで、基体の曲げ強度を向上でき、クラックや、割れ等の発生を防止することができる。なお、タングステンメタライス膜１７の厚さが１０μｍ未満になると、曲げ応力に対抗できる曲げ強度が低くなり、クラックや、割れ等の発生を防止することができなくなる。また、タングステンメタライス膜１７の厚さが４０μｍを超えると、セラミックとタングステンの焼成時の収縮度合いの違いによる反りの発生が大きくなり、基体１１の反りが大きくなる。更に、タングステンメタライス膜１７の面積が基体１１の下面総面積の２０％未満になると、曲げ応力に対抗できる曲げ強度が低くなり、クラックや、割れ等の発生を防止することができなくなる。
【００１７】
上記の電子部品収納用パッケージ１０のタングステンメタライス膜１７は、少なくとも基体１１の凹部１３の底稜線２２に対応する垂直下部部分の下面に沿って設けられているのがよい。この底稜線２２に沿って最も曲げ応力が集中するので、底稜線２２に対応する垂直下部部分の基体１１の下面にタングステンメタライス膜１７を設けることで基体１１の曲げ強度を向上させることができ、クラックや、割れ等の発生を防止することができる。なお、このタングステンメタライス膜１７は、底稜線２２に沿ってこれに対応する基体１１の垂直下部部分の下面に環状に設けられるものであってもよく、タングステンメタライス膜１７の形状は、特に限定されるものではない。
【００１８】
【実施例】
本発明者は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）セラミックからなり、大きさが５ｍｍ×３．２ｍｍの基体に蓋体をシーム溶接して接合した時に、クラックが発生した電子部品収納用パッケージと同サイズの電子部品収納用パッケージに、タングステンメタライズ膜の厚みと、基体の下面総面積に対するタングステンメタライス膜の面積比率を変化させた表１に示す４種類の実施例と、２種類の比較例のシミュレーションモデルを作製し、有限要素法によるシミュレーションを行い、発生する曲げ応力を比較した。なお、シミュレーションに用いるＡｌ２Ｏ３とタングステン（Ｗ）のそれぞれの材料物性値を表２に示す。また、測定モデルは、ＪＩＳのファインセラミックスの曲げ強さ試験方法（ＪＩＳ  Ｒ  １６０１）の４点曲げ強さを用いた。
【００１９】
【表１】
2004186616.tif 000003
【００２０】
【表２】
2004186616.tif 000004
【００２１】
図２（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら、測定結果を説明する。ここで、図２（Ａ）は、従来例に対する実施例と比較例の基体の曲げ応力の相対値であり、図２（Ｂ）は、基体の下面総面積に対するタングステンメタライス膜の面積比率が２０％の時のタングステンメタライズ膜の厚みの変化に対する基体の曲げ応力の相対値である。図２（Ａ）に示すように、タングステンメタライズ膜の厚みが１０μｍで、基体の下面総面積に対するタングステンメタライス膜の面積比率が２０％あれば、タングステンメタライズ膜がなく基体にクラックを有する従来品に比較して、約２０％程度の曲げ応力が低減できる。また、図２（Ｂ）に示すように、基体に発生する曲げ応力は、タングステンメタライズ膜の厚みの増加と共に、低減割合を増加することができる。しかしながら、タングステンメタライズ膜の厚みが４０μｍを超えると基体の反りが大きくなり、電子部品を実装するのに不具合がでる等の電子部品収納用パッケージとしての他の不具合が発生する。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１及びこれに従属する請求項２又は３記載の電子部品収納用パッケージは、上面に電子部品を収納するための凹部を有する基体と、金属からなる蓋体とからなり、凹部に電子部品を実装後、基体と蓋体をシーム溶接して電子部品を気密に封止する電子部品収納用パッケージであって、基体の下面に電子部品と電気的に絶縁状態からなるタングステンメタライズ膜を有するので、基体の下面に高強度で高靱性のタングステンの厚膜メタライズ膜を設けて基体の曲げ強度を向上させ、基体に曲げ応力が発生してもクラックや、割れ等の発生を防止することができる。また、薄いタングステンメタライズ膜を設けるだけで、小型で、薄型で、しかも安価な電子部品収納用パッケージにすることができる。
【００２３】
特に、請求項２記載の電子部品収納用パッケージは、タングステンメタライズ膜の厚さが１０〜４０μｍであり、しかも、タングステンメタライズ膜の面積が基体の下面総面積の２０％以上を占めるので、基体の下面に高強度で高靱性のタングステンの厚膜メタライズ膜を設けて基体の曲げ強度を向上し、クラックや、割れ等の発生を防止することができる。
【００２４】
また、請求項３記載の電子部品収納用パッケージは、タングステンメタライズ膜が少なくとも凹部の底稜線に対応する垂直下部部分の基体の下面に設けられているので、基体の最もクラックや、割れ等が発生しやすい凹部の底稜線部の曲げ強度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【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パッケージのＡ−Ａ’線縦断面図、下面側平面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来例に対する実施例と比較例の基体の曲げ応力の相対値を示す説明図、基体の下面総面積に対するタングステンメタライス膜の面積比率が２０％の時のタングステンメタライズ膜の厚みの変化に対する基体の曲げ応力の相対値を示す説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来の電子部品収納用パッケージのＢ−Ｂ’線縦断面図、下面側平面図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来の電子部品収納用パッケージの基体に蓋体を接合する説明図である。
【符号の説明】
１０：電子部品収納用パッケージ、１１：基体、１２：電子部品、１３：凹部、１４：金属枠体、１５：ボンディングワイヤ、１６：蓋体、１７：タングステンメタライズ膜、１８：キャスタレーション、１９：タングステンメタライズ導体配線、２０：ワイヤボンディングパッド、２１：外部接続用端子、２２：底稜線
【図１】
2004186616.tif 000005
【図２】
2004186616.tif 000006
【図３】
2004186616.tif 000007
【図４】
2004186616.tif 000008