(57)【要約】【課題】メタライズ層との同時焼成が可能で、蓋体を絶縁基板の金属接合層に直接シーム溶接しても破壊しにくい超小型・超薄型のセラミックパッケージを提供する。【解決手段】電気素子を表面実装するための基板底部１ａ及び該基板底部１ａの外周に一体的に設けられた基板堤部１ｂからなる絶縁基板１と、該絶縁基板１の内部及び／又は表面に設けられた導体層２と、前記基板堤部１ｂの少なくとも一部に、蓋体を接合するために設けられた金属接合層３とを具備し、前記絶縁基板１が、４質量％以上の焼結助剤を含むアルミナ焼結体からなり、前記金属接合層３が、メタライズ層３ａと、該メタライズ層３ａよりも電気抵抗の低いメッキ層３ｂとから構成され、前記金属接合層３の単位面積当たりの導通抵抗が１．０〜１．３Ω／ｃｍ２であることを特徴とする【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気素子を表面実装するための基板底部及び該基板底部の外周に一体的に設けられた基板堤部からなる絶縁基板と、該絶縁基板の内部及び／又は表面に設けられた導体層と、前記基板堤部の少なくとも一部に、蓋体を接合するために設けられた金属接合層とを具備し、前記絶縁基板が、４質量％以上の焼結助剤を含むアルミナ焼結体からなり、前記金属接合層が、メタライズ層と、該メタライズ層よりも電気抵抗の低いメッキ層とから構成され、前記金属接合層の単位面積当たりの導通抵抗が１．０〜１．３Ω／ｃｍ２であることを特徴とするセラミックパッケージ。
【請求項２】
前記基板堤部の幅が０．１〜０．４ｍｍ、前記基板底部の厚みが０．１〜０．３ｍｍ、パッケージ高さが０．３〜０．６ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のセラミックパッケージ。
【請求項３】
前記メッキ層が、Ｎｉ及び／又はＡｕであることを特徴とする請求項１又は２記載のセラミックパッケージ。
【請求項４】
前記メッキ層の厚みが８〜２５μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のセラミックパッケージ。
【請求項５】
前記基板堤部に対する前記メタライズ層の接着強度が４９Ｎ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセラミックパッケージ。
【請求項６】
前記アルミナ焼結体が、Ｍｎを酸化物換算で２〜８質量％、Ｓｉを酸化物換算で１〜６質量％の割合で含み、Ａｌ２Ｏ３主結晶相の粒界にＭｎＡｌ２Ｏ４結晶を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のセラミックパッケージ。
【請求項７】
前記アルミナ焼結体の強度が５００ＭＰａ以上、ヤング率が３２０ＧＰａ以下、熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のセラミックパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に電子素子及び／又は半導体素子が搭載され、蓋体などの蓋によって気密に封止するセラミックパッケージ、特に、高さが０．６ｍｍ以下、堤部幅が０．４ｍｍ以下、底部厚みが０．３ｍｍ以下の超小型・超薄型セラミックパッケージに関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、半導体素子の高集積化、電子部品の小型化に伴い、各種電子機器の小型化、高機能化が図られている。これに伴い、電気素子を収納する、あるいは半導体素子と同時に受動部品を搭載するセラミックパッケージの小型化が要求され、例えば、外形サイズ縦３ｍｍ、横２ｍｍ、高さ０．８ｍｍ程度まで小型化したセラミックパッケージが商品化されている。
【０００３】
このような低背化を行うため、封止部の金属製リングを除き、金属製リングに代わって堤部にメタライズ層と金属膜とが積層されてなる金属接合層が形成され、ロウ材層を介してシーム溶接を行うことにより、低背化を図ることが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、安価に製造するために、同時焼成によって蓋体を接合するためのメタライズの形成が可能な絶縁基板が求められている。例えば、焼結助剤を加え、純度９６％以下となったアルミナを用いることによって、同時焼成によって低コストでメタライズを行うことが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
［特許文献１］
特開２００１−１９６４８５号公報
［特許文献２］
特開２００１−２７７６６２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載のセラミックパッケージでは、蓋体を絶縁基板の堤部に形成された金属接合層に直接シーム溶接をするが、機密性を高めるためには大電流を流して接合する必要があり、絶縁基板にクラックが発生するという問題があった。
【０００７】
一方、特許文献２に記載のセラミックパッケージの用いられているアルミナ焼結体は、メタライズが可能で安価に製造できるものの、抗折強度が４００ＭＰａ以下と低いため、超小型・超薄型セラミックパッケージにおいて気密封止のために蓋体とパッケージとを接合すると、絶縁基板が容易に破壊するという問題があった。
【０００８】
従って、本発明は、メタライズ層との同時焼成が可能で、蓋体を絶縁基板の金属接合層に直接シーム溶接しても破壊しにくい超小型・超薄型のセラミックパッケージを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来の金属接合層の電気抵抗が部位によって大きくばらつくため、大電流でロウ材を完全に溶融して接合せしめ、機密性を確保する必要があり、抵抗の低い部位において過剰の熱応力が生じてクラックが発生するという知見に基づき、金属接合層の単位面積当たりの導通抵抗を制御することによって、過剰加熱を防止し、クラック発生を低減したものであり、その結果、蓋体を直接パッケージにシーム溶接しても破壊しにくく、同時焼成が可能で安価な超薄型、超小型セラミックパッケージを実現することができる。特に、アルミナ原料粉末の平均粒径、昇温速度及び冷却速度を制御することによって、４質量％以上の焼結助剤を含んでも３点曲げ強度が５００ＭＰａ以上、ヤング率が３２０ＧＰａ以下、熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ以上のアルミナを実現し、さらに接合信頼性の高いセラミックパッケージを実現した。
【００１０】
即ち、本発明のセラミックパッケージは、電気素子を表面実装するための基板底部及び該基板底部の外周に一体的に設けられた基板堤部からなる絶縁基板と、該絶縁基板の内部及び／又は表面に設けられた導体層と、前記基板堤部の少なくとも一部に、蓋体を接合するために設けられた金属接合層とを具備し、前記絶縁基板が、４質量％以上の焼結助剤を含むアルミナ焼結体からなり、前記金属接合層が、メタライズ層と、該メタライズ層よりも電気抵抗の低いメッキ層とから構成され、前記金属接合層の単位面積当たりの導通抵抗が１．０〜１．３Ω／ｃｍ２であることを特徴とするものである。
【００１１】
特に、前記基板堤部の幅が０．１〜０．４ｍｍ、前記基板底部の厚みが０．１〜０．３ｍｍ、パッケージ高さが０．３〜０．６ｍｍであることが好ましい。このような寸法に設定することにより、絶縁基板の熱応力破壊をより効果的に防止するとともに、パッケージの容積をより小さくすることができる。
【００１２】
また、前記メッキ層が、Ｎｉ及び／又はＡｕであることが好ましい。これにより、密着性が高く、金属接合層の抵抗を低減することができる。
【００１３】
さらに、前記メッキ層の厚みが８〜２５μｍであることが好ましい。これにより、メッキ層を流れる主電流による発熱を安定させることが容易であり、発熱の均一性を高めることができる。
【００１４】
さらにまた、前記基板堤部に対する前記メタライズ層の接着強度が４９Ｎ以上であることが好ましい。これにより、蓋体とパッケージを接合する際にリング状メタライズ層と絶縁基板との間で発生する剥離を効果的に抑制し、より高い信頼性を得ることができる。
【００１５】
また、前記アルミナ焼結体が、Ｍｎを酸化物換算で２〜８質量％、Ｓｉを酸化物換算で１〜６質量％の割合で含み、Ａｌ２Ｏ３主結晶相の粒界にＭｎＡｌ２Ｏ４結晶を含むことが好ましい。これにより強度を５００ＭＰａ以上に高くすることが容易になる。
【００１６】
前記アルミナ焼結体の強度が５００ＭＰａ以上、ヤング率が３２０ＧＰａ以下、熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。これにより、熱膨張差により応力が発生しても、速やかな放熱、変形により応力を緩和でき、且つ破壊を効果的に防止することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明を、図を用いて説明する。
【００１８】
本発明のセラミックパッケージは、例えば図１に示したように、基板底部１ａと基板堤部１ｂとからなる絶縁基板１と、基板底部１ａに設けられた導体層２と、基板堤部１ｂの上に形成された金属接合層３とを具備する。
【００１９】
絶縁基板１は、基板底部１ａの外周に基板堤部１ｂが一体的に設けられてなり、基板底部１ａは電気素子を搭載し、基板堤部１ｂは蓋体がロウ材を用いて接合される。
【００２０】
また、導体層２は、基板底部１ａの表面に設けられた表面導体層２ａと、外部との電気接続のために裏面に設けられた裏面導体層２ｂと、表面導体層２ａ及び裏面導体層２ｂを接続するために基板底部１ａの内部に形成された内部導体層２ｃとからなっている。
【００２１】
本発明における金属接合層３は、メタライズ層３ａと、その上に設けられたメッキ層３ｂとで構成されたもので、金属接合層３の単位面積当たりの導通抵抗（以下、単に導通抵抗と言う）が１．０〜１．３Ω／ｃｍ２であることが重要である。導通抵抗が１．０Ω／ｃｍ２より小さくなるとシーム溶接時の電気抵抗熱が低下し、ロウ材の溶け不良が発生し、１．３Ω／ｃｍ２より大きくなると熱応力が増加し、パッケージにクラックが発生する。
【００２２】
なお、メタライズ層３ａとメッキ層３ｂは、基板堤部１ｂの端部に、蓋体を接合する目的でリング形状に形成され、封止の一部となるため、気体が流通するような欠陥がなく、均一な厚みで設けられていることが好ましいのは言うまでもない。
【００２３】
本発明における導通抵抗の測定は、メッキ層３ｂ表面の対角位置にミリオームテスター端子を当てて測定し、面積で除して面積あたりの電気抵抗を算出したものである。
【００２４】
絶縁基板１はアルミナを主成分とし、焼結助剤が４質量％以上のアルミナ質焼結体ことが重要である。このように焼結助剤を４質量％以上含有させることで、メタライズとの同時焼成を可能にして、コスト低減を図ることができる。特に、焼結助剤が６質量％以上、更には８質量％以上含まれることが好ましい。
【００２５】
主成分のアルミナは、アルミナを９０質量％以上、特に９０〜９６質量％、更には９３〜９６質量％の割合で含有することが好ましい。これにより、絶縁基板１の強度や熱伝導率をより向上することが容易となる。
【００２６】
第２の成分として、ＭｎをＭｎ２Ｏ３換算で２〜８質量％の割合で含むことが好ましい。これは、Ｍｎ成分は焼結助剤として作用するものであり、このＭｎ２Ｏ３量が２質量％よりも少ないと、１２５０〜１４００℃での緻密化が達成されず、また８質量％よりも多いと、ＭｎＡｌ２Ｏ４が多く析出される結果、緻密化が阻害され強度低下を招くためである。従って、焼結性を高めるため、Ｍｎ２Ｏ３量は、特に３〜８質量％、更には３〜６質量％が好ましい。
【００２７】
また、第３の成分として、ＳｉをＳｉＯ２換算で１〜６質量％の割合で含有することが好ましい。ＳｉＯ２量が１質量％より少ないと、焼結性に寄与する液相が生成されず緻密化されず、また、６質量％より多いと、ＭｎＡｌ２Ｏ４が結晶化されにくくなるとともに非晶質相が多くなり、曲げ強度が低下するる。緻密化及び結晶化の点で、ＳｉＯ２量は、特に２〜５質量％、更には３〜５質量％が好ましい。
【００２８】
また、所望により、第４の成分として、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１種を導体層２やメタライズ層３ａとの同時焼結性を高める上で酸化物換算で３質量％以下の割合で含んでもよい。さらに、所望により、第５の成分として、Ｗ、Ｍｏなどの金属を焼結体を黒色化するための成分として２質量％以下の割合で含んでもよい。
【００２９】
上記アルミナ結晶粒子の粒界には少なくとも前記第２、第３成分が存在するが、これらの成分の内第２成分であるＭｎは、ＭｎＡｌ２Ｏ４として存在することが重要である。焼結助剤として添加したＭｎ２Ｏ３がＭｎＡｌ２Ｏ４として析出することによって、焼結体の曲げ強度を高めることができる。
【００３０】
本発明によれば、絶縁基板１を構成するアルミナ焼結体は、３点曲げ強度が５００ＭＰａ以上、特に５５０ＭＰａ以上、更には６００ＭＰａ以上であることが好ましい。強度をこのように制御することで、蓋体の封止時や２次実装の時に発生する熱応力やハンドリング時や使用時の衝撃等によりクラック発生を防止することが容易となる。
【００３１】
絶縁基板１の熱伝導率は、封止時の熱を速やかに系外に放出するとともに、絶縁基板１内での温度差を小さくすることができるため、封止時の破壊をより効果的に防止する点で１５Ｗ／ｍＫ以上、特に２０Ｗ／ｍＫ以上、更には２５Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。
【００３２】
絶縁基板１のヤング率は、熱応力を変形によって吸収し、破壊をより効果的に防止する傾向がある点で、３２０ＧＰａ以下、特に３１０ＧＰａ以下、更には３００ＧＰａ以下であることが好ましい。
【００３３】
本発明によれば、基板堤部１ｂの幅ｄを０．１〜０．３ｍｍに、基板底部１ａの厚みＤを０．１〜０．３ｍｍに、また、パッケージの高さＴを０．３〜０．６ｍｍにすることが好ましい。このような寸法に設定することにより、絶縁基板１であるアルミナ質焼結体の強度を考慮し、蓋体の封止時の熱応力に対する破壊をより効果的に防止でき、また、パッケージの容積をより小さくすることができる。
【００３４】
特に、パッケージの高さＴを０．６ｍｍ以下とすることにより、電気素子及び／又は半導体素子を実装した超小型・超薄型セラミックパッケージとしてＩＣカードなどに応用することができる。
【００３５】
導電層２は、蓋体の封止あるいは各種金属端子との接続を可能とし、絶縁基板１との強固な接着力を有するメタライズ層３ａを形成するため、Ｗ及び／又はＭｏを主成分とし、アルミナを１０質量％以下、特に８質量％以下含むことが好ましい。
【００３６】
メタライズ層３ａは、絶縁基板１との同時焼成を実現できる材料であり、導電性を有し、例えば、Ｗ及び／又はＭｏを主成分とすることが可能である。
【００３７】
本発明によれば、メタライズ層３ａが同時焼成によって設けられるのが良い。これにより、メタライズ層３ａの形成工程を別途必要としないため、工程を短縮でき、製品コストを低減することができ、且つ密着力の高いメタライズ層３ａを得ることができる。
【００３８】
絶縁基板１に対するメタライズ層３ａの接着強度は、４９Ｎ以上であることが好ましい。これは、接着強度向上により、メタライズ層３ａの剥離を防止し、接合の信頼性や封止の信頼性をより高めることができる。
【００３９】
また、メッキ層３ｂは、メタライズ層３ａの保護及び金属接合層３の電気抵抗の調整のために設けられたものであり、メタライズ層３ａよりも低い電気抵抗を有することが重要である。このような関係を設けることで、所望のロウ材を用いてシーム溶接する際に発生する熱量を適正化し、絶縁基板１の破壊を効果的に防止することができる。
【００４０】
メッキ層３ｂの電気抵抗はメタライズ層３ａよりも小さいことが重要であり、特に、Ｎｉ及び／又はＡｕを用いることが好ましい。Ｎｉ及び／又はＡｕの電気抵抗はメタライズ層３ａに比べて１桁も小さくなることが有り、電流は主としてメッキ層３ｂを流れる。そのため、低電流で安定した発熱を容易に行い、均熱性を向上するため、メッキ層３ｂの厚みを８〜２５μｍ、特に９〜２０μｍ、更には１０〜１２μｍにすることが、クラック発生やロウ材の溶け残り等の不良発生を容易に防止する点で好ましい。
【００４１】
本発明のセラミックパッケージは、電子部品や半導体素子を内部に載置し、蓋をして密封して用いるものであり、例えば図２に示すように、絶縁基板１１の基板底部１１ａに設けられた導体層１２と接続された電子部品１４ａ及び半導体素子１４ｂとを載置することができる。
【００４２】
電子部品１４ａは、導電性接着剤１５ａを用いて導体層１２と電気的接続を行っている。電子部品１４ａとしては、水晶発振子、誘電体、抵抗体、フィルタ及びコンデンサのうち少なくとも１種を用いることができる。
【００４３】
また、半導体素子１４ｂは、ワイヤボンディング１５ｂにより導体層１２と接続されている。
【００４４】
蓋体１８は、基板底部１１ａに接合された電気素子１４を保護するため、セラミックパッケージに接合し、気密に封止される。蓋体１８は、基板堤部１１ｂの上面にリング形状に設けられたメタライズ層１３ａの表面にメッキ層１３ｂを形成し、さらにその上に共晶Ａｇ−Ｃｕロウ材１６を用いて、シーム溶接などの方法により接合される。
【００４５】
蓋体１８は、熱膨張がアルミナに近く、封止時に発生する熱応力が小さくなり、封止時に絶縁基板１１がより破壊しにくくなるため、金属製であることが好ましく、特にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金が良い。
【００４６】
次に、本発明のセラミックパッケージを製造する方法について具体的に説明する。
【００４７】
まず、原料粉末として、平均粒子径が０．５〜２．０μｍ、特に１．０〜１．５μｍのアルミナ粉末を主成分として準備する。これは、平均粒子径は０．５μｍ以上とすることにより、シート成形性を確保でき、粉末のコスト上昇を防ぐことができる。また、２．０μｍ以下とすることで、１４００℃以下の焼成での緻密化を促進し、焼結を容易にすることができる。
【００４８】
また、第２の成分として、純度９９％以上、平均粒子径０．５〜５μｍのＭｎ２Ｏ３粉末、第３の成分として、純度９９％以上、平均粒子径０．５〜３μｍのＳｉＯ２粉末を準備する。なお、Ｍｎ及びＳｉは、上記の酸化物粉末以外に、焼成によって酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩の少なくとも１種として添加してもよい。
【００４９】
これらの成分は、アルミナ粉末に対して、Ｍｎ２Ｏ３粉末を２〜８質量％、特に３〜８質量％、更には３〜６質量％、ＳｉＯ２粉末を１〜６質量％、特に２〜５質量％、更には３〜５質量％の割合で添加することが、焼結性を高め、緻密化を促進するために好ましい。
【００５０】
なお、所望により、第４の成分として、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒのうち少なくとも１種を、上記成分の合計１００質量％に対して、酸化物換算で３質量％以下の割合で添加しても良い。
【００５１】
さらに、第５の成分として、Ｗ、Ｍｏ等の遷移金属の金属粉末や酸化物粉末を着色成分として金属換算で２質量％以下の割合で添加しても良い。また、強度、破壊靱性を向上させる周知の手法であるＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆの第４ａ族元素を適宜添加しても良い。
【００５２】
上記の混合粉末に対して適宜有機バインダを添加した後、これをプレス法、ドクターブレード法、圧延法、射出法等の周知の成形方法によって、絶縁基板を形成するためのグリーンシートを作製する。例えば、上記混合粉末に有機バインダや溶媒を添加してスラリーを調製した後、ドクターブレード法によってグリーンシートを形成する。或いはまた、混合粉末に有機バインダを加え、プレス成形、圧延成形等により所定の厚みのグリーンシートを作製できる。
【００５３】
そして、所望により、グリーンシートに対して、マイクロドリル、レーザー等により直径５０〜２５０μｍのビアホールを形成することができる。
【００５４】
このようにして作製したグリーンシートに対して、導体ペーストをスクリーン印刷、グラビア印刷などの方法により各グリーンシート上に配線パターン状、あるいはリング状に印刷塗布するとともに、所望により、上記の導体ペーストをビアホール内に充填する。
【００５５】
導体ペーストは、導体成分としてＷ及び／又はＭｏを用い、これにアルミナ粉末を１０質量％以下、特に８質量％以下の割合で添加したものが好ましい。これは、導体層の導通抵抗を低く維持したままアルミナ焼結体と導体層の密着性を高め、メッキ欠けなどの不良の発生を防止することができる。なお、密着性向上のため、アルミナ粉末の代わりに、絶縁基板を形成する酸化物セラミックス成分と同一の組成物粉末を加えても良く、さらにＮｉ等の酸化物を０．０５〜２質量％の割合で添加することも可能である。
【００５６】
その後、導体ペーストを印刷塗布したグリーンシートを位置合わせして積層圧着した後、この積層体を、少なくとも１０００℃から焼成最高温度まで１５０℃／ｈ以上の昇温速度で加熱し、１２５０〜１４００℃の非酸化性雰囲気中で焼成し、１０００℃までの冷却速度を２５０℃／ｈ以下とする条件で焼成することが重要である。
【００５７】
昇温速度が、１０００℃から焼成最高温度までの間において、１５０℃／ｈより小さい場合、昇温時の低温液相領域での液相生成が不均一になり、アルミナの粒成長に偏りが生じるため曲げ強度が低下する。特に、強度をより高めるため、昇温速度を１８０℃／ｈ以上、更には２００℃／ｈとすることが好ましい。
【００５８】
また、１２５０〜１４００℃で焼成することも重要で、１２５０℃よりも低くなると緻密化が不充分で曲げ強度が５００ＭＰａに達せず、また、１４００℃よりも高くなると、Ｗ及び／又はＭｏ自体の焼結が進み、アルミナとの接着強度が弱くなり、同時にアルミナの焼結も進み、粒成長が促進され破壊靱性が上昇してしまう。焼成温度は、機械的及び電気的信頼性を高めるため、特に１３５０〜１４００℃であることが好ましい。
【００５９】
焼成終了直後の保持温度から１０００℃までの冷却速度は、２５０℃／ｈ以下であることも重要である。２５０℃／ｈを越えると、ＭｎＡｌ２Ｏ４が結晶化されにくく、非晶質として残存するため、曲げ強度が低下する。冷却速度は、強度を高める点で、特に２００℃／ｈ以下が好ましい。
【００６０】
また、焼成雰囲気は、金属が酸化されないように、非酸化性雰囲気であることが重要である。具体的には、窒素、又は窒素と水素との混合ガスを用いることが望ましい。有機バインダの脱脂をする上では、水素及び窒素を含み、露点＋３０℃以下、特に２５℃以下の非酸化性雰囲気であることが望ましい。なお、雰囲気中には、所望により、アルゴン等の不活性ガスを混入してもよい。
【００６１】
そして、リング状メタライズ層及び導体層には、Ｎｉ及び／又はＡｕから成るメッキ層を形成する。
【００６２】
このような方法で製造したセラミックパッケージは、メタライズとの同時焼成が可能で、超薄型、小型セラミックパッケージとして好適に使用できる。
【００６３】
なお、最終的には、絶縁基板内部に電子部品及び／又は半導体素子を実装し、導体層との電気的に接続し、且つリング状メタライズ層の表面にメッキ層を被覆し、蓋体をロウ材によってシーム溶接で接合することにより、電子部品及び／又は半導体素子が気密に封止された半導体装置を得ることができる。
【００６４】
【実施例】
純度９９％以上、平均粒子径１．５μｍのアルミナ粉末に対して、純度９９％以上、平均粒子径０．７μｍのＭｎ２Ｏ３粉末、純度９９％以上、平均粒子径１．０μｍのＳｉＯ２粉末、純度９９．９％以上、平均粒子径１．２μｍのＷ粉末、純度９９．９％以上、平均粒子径１．２μｍのＭｏ粉末、純度９９．９％以上、平均粒子径０．７μｍのＭｇＣＯ３粉末、純度９９％以上、平均粒子径１．３μｍのＣａＣＯ３粉末、純度９９％以上、平均粒子径１．０μｍのＳｒＣＯ３粉末を準備した。
【００６５】
これらの原料粉末を表１に示す割合で混合した後、成形用有機樹脂（バインダ）としてアクリル系バインダと、トルエンを溶媒として混合してスラリーを調製し、しかる後に、ドクターブレード法にて厚さ１５０μｍのグリーンシートを作製した。なお、第５成分及び第４ａ族元素は、アルミナ、酸化マンガン、酸化珪素、第３成分及び第４成分の合計を１００質量％に対して、表１に示す割合で添加した。
【００６６】
得られたグリーンシートを所定厚みに積層し、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、引き続き、表２に示した昇温速度で１０００℃から焼成最高温度まで昇温し、焼成最高温度にて露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて１時間焼成した後、１０００℃までを表１に示した速度で冷却した。
【００６７】
得られた焼結体の主結晶相は焼結体を粉砕し、Ｘ線回折により同定した。また、アルキメデス法によって嵩密度を測定し、気孔率を算出した。また、強度は厚み３ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ４０ｍｍの梁状試料を作成し、ＪＩＳ  Ｒ１６０１に基づいて室温にて測定した。さらに、平均結晶粒子径は、インターセプト法により測定し、粒子径として表示した。
【００６８】
ヤング率はＪＩＳ  Ｒ１６０２に基づいて室温のヤング率を測定し、熱伝導率はレーザーフラッシュ法により室温で測定した。
【００６９】
一方、平均粒子径１．２μｍのＷ粉末、平均粒子径１．２μｍのＭｏ粉末、平均粒子径１．５μｍのアルミナ粉末に対して、Ｃｕ、Ａｕ及びＡｇ（低抵抗金属）を添加して表１に示す組成に調製した後、アクリル系バインダとアセトンを溶媒として混合し、導体ペーストを調製した。
【００７０】
そして、上記と同様にして作製したグリーンシートに対して、打抜き加工を施し、直径が１００μｍのビアホールを形成し、このビアホール内に、上記の導体ペーストをスクリーン印刷法によって、充填するとともに、配線パターン状及びリング状に印刷塗布した。なお、リング状メタライズを形成したグリーンシートは、電気素子を収納する部位を打抜き加工によって除去した。
【００７１】
このようにして作製したグリーンシートを位置合わせして積層圧着して積層体を作製した。その後、この積層体に切り欠き溝を施し、成形体を露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行った後、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行った後、引き続き、表１に示した昇温速度で１０００℃から焼成最高温度まで昇温し、焼成最高温度にて露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて１時間焼成した後、１０００℃までを表１に示した速度で冷却した。
【００７２】
次に、連結基板表面の導体層及びリング状メタライズ層の表面に電解Ｎｉメッキを施し、さらにその表面にＡｕメッキを施した。Ａｕメッキ後、連結基板を切り欠き溝にそってブレークし、単一のセラミックパッケージを得た。
【００７３】
パッケージの寸法を測定し、基板底部をＤ、基板堤部をｄ、パッケージ高さをＴとして表２に示した。
【００７４】
各パッケージのリング状メタライズ層に対して、共晶Ａｇ−Ｃｕロウ材を用いてＦｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金からなる厚み０．１ｍｍの蓋体をシーム溶接によって接合し、気密に封止した。
【００７５】
得られた試料は、接合テストを行い、４０倍の顕微鏡にてメタライズ剥れ、絶縁基板のクラックを確認し、メタライズ剥れ及びクラックのないもの○、あるものを×として表示した。
【００７６】
また、メタライズ剥れ、クラックのない試料について、−６５℃にて５分、１５０℃にて５分保持を１サイクルとして１００サイクルまでの耐久テストを行い、気密封止性をＨｅリーク法によって評価した。Ｈｅリーク法は、０．４１ＭＰａのＨｅ加圧雰囲気中に２時間保持した後、取り出し、真空雰囲気中で検出されるＨｅガス量を測定し、１×１０−９ＭＰａ・ｃｍ３／ｓｅｃ以下を○を５×１０−８ＭＰａ・ｃｍ３／ｓｅｃを超えるものを×として評価し、その結果を表２に示した。
【００７７】
また、絶縁基板に対するリング状メタライズ層の接着強度は、２ｍｍ×２５ｍｍの導体配線を形成し、無電解Ｎｉメッキを施した後、銀ロウを用いて金具を接合し、金具を引き剥がす際の引き剥がし荷重を測定した。
【００７８】
最後に、接合テストに使用したパッケージを切断し、断面の走査型顕微鏡観察によりメッキ層の厚みを測定した。これらの結果を表１、２に示した。
【００７９】
【表１】
2004228533.tif 000003
【００８０】
【表２】
2004228533.tif 000004
【００８１】
本発明の試料Ｎｏ．２、５、７、９及び１１〜３１は、金属接続層の導通抵抗が１．０〜１．３Ω／ｃｍ２の範囲であり、接合テスト及び封止テストでも異常は見られなかった。
【００８２】
一方、焼結助剤量（主成分、第２成分、第３成分及び第４成分の合計）が４質量％に満たない本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１は、接合テストにおいてメタライズがセラミックスより剥離し、十分な封止をすることができなかった。
【００８３】
また、金属接合層の単位面積当たりの導通抵抗が１．０Ω／ｃｍ２より低い本発明の範囲外の試料Ｎｏ．３及び１０は封止テストにおいてロウ流れ不足による封止不良が発生した。
【００８４】
さらに、メッキ層を含むメタライズ層の面積当たりの導通抵抗が１．３Ω／ｃｍ２より高い本発明の範囲外の試料Ｎｏ．４、６及び８は接合テストにおいて、絶縁基板の底部にクラックが観察された。
【００８５】
【発明の効果】
本発明は、金属接合層の単位面積当たりの導通抵抗を制御することによって、同時焼成が可能で、蓋体を直接パッケージにシーム溶接しても破壊しにくいセラミックパッケージを安価に得ることができ、その結果、蓋体の接合に関与する基板堤部の幅が０．１〜０．４ｍｍ、電子素子が実装される基板低部の厚みが０．１〜０．３ｍｍ、パッケージの高さが０．３〜０．６ｍｍであるセラミックパッケージに好適に適応できる。
【００８６】
特に、アルミナ粉末の粉末平均粒径、昇温速度及び冷却速度を制御することによって、３点曲げ強度が５００ＭＰａ以上、ヤング率が３２０ＧＰａ以下、熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ以上、メタライズ強度を４９Ｎ以上とすることができ、さらに接合信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミックパッケージの一例を示す概略断面図である。
【図２】内部に電気素子を実装し、蓋体を接合した状態の本発明のセラミックパッケージの概略断面図である。
【符号の説明】
１、１１・・・絶縁基板
１ａ、１１ａ・・・基板底部
１ｂ、１１ｂ・・・基板堤部
２・・・導体層
２ａ、１２ａ・・・表面導体層
２ｂ、１２ｂ・・・裏面導体層
２ｃ、１２ｃ・・・内部導体層
３・・・金属接合層
３ａ、１３ａ・・・メタライズ層
３ｂ、１３ｂ・・・メッキ層
１４・・・電気素子
１４ａ・・・電子部品
１４ｂ・・・半導体素子
１５ａ・・・導電性接着剤
１５ｂ・・・ワイヤボンディング
１６・・・ロウ材
１８・・・蓋体
Ｄ・・・基板底部の厚み
ｄ・・・基板堤部の幅
Ｔ・・・パッケージ高さ
【図１】
2004228533.tif 000005
【図２】
2004228533.tif 000006