(57)【要約】【課題】パッケージ内の気密性が確保できる通信用デバイスパッケージの提供。【解決手段】樹脂材料からなり箱状に形成されたベース部材１１と、金属材料からなりベース部材１１の内部から外部に貫通固定される導電性端子１５と、金属材料からなりベース部材１１に固定される枠部材１２と、枠部材１２に溶接されるカバー部材１３で通信用デバイスパッケージ構成した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する箱状に形成された樹脂材料からなるベース部材と、
前記ベース部材の前記凹部の内側から外側に貫通する導電性端子と、
前記ベース部材と接合された金属材料からなる枠部材と、
当該枠部材と重なる金属材料からなるカバー部材と
を有する通信用デバイスパッケージ。
【請求項２】
前記ベース部材が開口する前記凹部の上端面から前記枠部材の全周が突出し、前記ベース部材の底部から前記枠部材の少なくとも一部が突出することを特徴とする請求項１記載の通信用デバイスパッケージ。
【請求項３】
前記ベース部材がエポキシ系、ポリイミド系、ポリフェニレンサルファイド系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリエーテル系の何れかからなる材料で構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の通信用デバイスパッケージ。
【請求項４】
前記カバー部材と前記枠部材とが溶接されていることを特徴とする請求項１から３記載の通信用デバイスパッケージ。
【請求項５】
金属材料からなる導電性端子及び枠部材とをベース部材成形型内に配置する工程と、
ベース部材成形型内に樹脂材料を注入して凹部を有する箱状にベース部材を成形するとともに前記導電性端子及び前記枠部材とを組み立てる工程と、
通信用デバイスを前記ベース部材に配置する工程と、
前記枠部材とカバー部材とを重ね合わせ、加熱手段を用いて前記枠部材と前記カバー部材とを溶接する工程とを有する通信用デバイスパッケージの製造方法。
【請求項６】
前記導電性端子もしくは前記枠部材の少なくとも一方が金属箔に複数個連続して成形され、金属箔のフレームと当該導電性端子もしくは当該枠部材の一部がブリッジを有し、金属箔のフレームにガイド穴を設け、前記通信用デバイスを配置する工程、もしくは、前記枠部材と前記カバー部材とを溶接する工程の後に、金属箔のフレームからブリッジを切り離すことを特徴とする請求項５記載の通信デバイスパッケージの製造方法。
【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、弾性表面波素子、磁気素子、キャパシタ等の通信用デバイスを収納するための通信用デバイスパッケージおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子や水晶振動子、弾性表面波素子、等を収納するための通信用デバイスパッケージは、一般にセラミックスがベース部材として用いられていた。図６に従来の通信デバイスパッケージを説明する断面図を示す。通信デバイスを収納するための上面側が開口した凹部６１ａを有するセラミックスベース部材６１と、セラミックスベース部材６１上端面に積層されるセラミックス枠部材６２ｂと、セラミックス枠部材６２ｂにロー付けされる金属枠部材６２ａと、金属枠部材６２ａに溶接されるカバー部材６３で構成されている。また、通信用デバイス６７は、端子６５ａに配置固定されているとともに、配線６４を介して６５ｂと導通する。ここで、端子６５ａ、６５ｂに用いられる導電材料はタングステンＷ、モリブデンＭｏなどの高融点の金属が用いられている。また、セラミックス枠部材６２ｂと金属枠部材６２ａとをロー付けするため、セラミックス枠部材６２ｂはニッケルＮｉ、金Ａｕでメタライズされている。また、金属枠部材６２ａとしては、セラミックスベース部材６１と熱膨張をあわせるため、低熱膨張の金属が用いられる。また、金属枠部材６２ａと溶接されるカバー部材６３に熱膨張の大きい金属材料を用いるとセラミックスベース部材６１のクラックなどの不具合が生じるため、低熱膨張の金属材料のコバールが一般的に用いられている。これら構成の通信用デバイスパッケージは、セラミックスベース部材６１とセラミックス枠部材６２ｂとは２０００℃に近い温度での積層焼結が必要であり、セラミックス枠部材６２ｂと金属枠部材６２ａとは１０００℃に近い温度でのロー付けが必要である。このような高温で各部材を接合し、金属枠部材６２ａとカバー部材６３とを溶接することで気密封止がなされていた。
【０００３】
【特許文献】
特開平１１−６７９５０
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構造および製造方法において、ベース部材に配置される通信用デバイスに通電するための端子は、セラミックスの成形、導電性金属の印刷の繰り返しと焼成のプロセスが必要であるため、加工費、設備費が高価である。また、セラミックスのグリーンシートに端子を形成する導電性金属（Ｗ、Ｍｏなど高融点の金属）を高精度に印刷するためには治具費も高価となる。また、金属枠部材はセラミックスとロー付けをするため、熱膨張率差の少ない金属であることが望ましい。また、カバー部材にコバールを用いることが一般におこなわれているが、コバールは磁性をもつため、通信用デバイスパッケージに磁気素子を内装する際にはコバールの枠部材からの距離を離す必要があり、パッケージサイズを小型に出来ない弊害が生じる。また、ロー付けする際にセラミックス枠部材と金属枠部材にはＡｕめっきが必要となるため、材料費も高価となる。また、キャパシタを内装する場合、端子や金属枠部材、カバー部材には電解液と反応しない金属材料を用いる必要があるが、従来の通信用デバイスパッケージの構成では、Ｗ、Ｍｏ、コバール以外の金属材料を選択すると、熱膨張差が大きい不具合が生じ、充分な気密性が確保できない課題を有していた。
【０００５】
したがって、セラミックスをベース部材とする通信用デバイスパッケージは、加工費、設備費、治具費、材料費ともに高価なものとなっていた。また、磁気素子を内装する場合には、パッケージの小型化を困難にしていた。また、キャパシタを内装する場合には、充分な気密性を確保できなかった。
【０００６】
本発明の目的は、安価で気密性が高い通信用デバイスパッケージおよびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の通信用デバイスパッケージは、凹部を有する箱状に形成された樹脂材料からなるベース部材と、ベース部材の凹部の内側から外側に貫通する導電性端子と、ベース部材と接合された金属材料からなる枠部材と、枠部材と重なる金属材料からなるカバー部材とを有することを特徴とする。
【０００８】
すなわち、ベース部材に樹脂材料を用いることでベース部材の成形を容易とし、金属材用の導電性端子と枠部材を型内で組み立てることを可能とした。ここで、予めプレス、切削などの機械加工をした導電性端子と枠部材を型内に配置した後に樹脂材料を注入する方法で簡便に、いわゆるインサート成形することが含まれる。また、導電性端子は、ステンレス、鉄合金、銅、銅合金、アルミニウムなどの金属材料が用いられる。また、枠部材およびカバー部材は、ステンレス、鉄合金、銅、銅合金、アルミニウムなどの金属材料が用いられる。従来の通信用デバイスパッケージでは導電性端子をタングステン粉末に有機溶剤を混合して作製した金属ペーストをセラミックスグリーンシートに印刷した後に２０００℃に近い高温で焼結して形成していたのに対し、導電性端子をプレス成形することで安価に製作することが可能となる。
【０００９】
また本発明の通信デバイスパッケージは、前記ベース部材が開口する凹部の上端面から前記枠部材１２の全周が突出し、ベース部材の底部から枠部材のすくなくとも一部が突出することを特徴とする。
【００１０】
ここで、ベース部材の底部から枠部材の全周を突出させることも可能であるが、ベース部材から外部に導出される導電性端子との干渉を回避するため、枠部材の所定箇所を切り取り、ベース部材の底部から枠部材の一部を突出される構造が含まれる。
【００１１】
すなわち、樹脂材料のベース部材は枠部材によっても剛性が高められ、ベース部材の側壁の薄肉化が可能となり、小型の通信用デバイスパッケージが構成できる。また、枠部材とカバー部材との接合にかかる荷重に対しては、ベース部材の底部から突出させた枠部材を保持することで、枠部材とカバー部材に充分な接合荷重を掛けることができるため、樹脂材料のベース部材の変形を防ぐことができる。
【００１２】
また本発明の通信用デバイスパッケージは、前記ベース部材がエポキシ系、ポリイミド系、ポリフェニレンサルファイド系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリエーテル系の何れかからなる材料で構成されていることを特徴とする。
すなわち、これらの樹脂を用いることで、導電性端子に通信デバイスからの配線をワイヤーボンド、はんだ接合、抵抗溶接、導電接着剤の加熱接着、等を可能とする剛性と耐熱性を有し、通信デバイスパッケージと実装ボードとの接合の際の加熱においても充分な耐熱性が確保できる。
【００１３】
また本発明の通信用デバイスパッケージは、前記カバー部材と前記枠部材とが溶接されていることを特徴とする。
【００１４】
すなわち、また、ベース部材と金属材料からなる枠部材とを接合することで、カバー部材は気密性良く枠部材と溶接することができる。
【００１５】
また本発明の通信用デバイスパッケージの製造方法は、金属材料からなる導電性端子と枠部材とをベース部材成形型内に配置する工程と、ベース部材成形型内に樹脂材料を注入して凹部を有する箱状にベース部材を成形するとともに導電性端子と枠部材とを組み立てる工程と、通信用デバイスをベース部材に配置する工程と、枠部材とカバー部材とを重ね合わせ、加熱手段を用いて枠部材とカバー部材とを溶接する工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
ここで、予めプレス、切削などの機械加工をした導電性端子と枠部材を型内に配置した後に樹脂材料を注入する方法でベース部材と導電性端子、および、ベース部材と枠部材とを接合し、ベース部材１１が硬化した際には充分な封止がなされる。また、導電性端子は、ステンレス、鉄合金、銅、銅合金、アルミニウムなどの金属材料が用いられる。また、枠部材およびカバー部材は、ステンレス、鉄合金、銅、銅合金、アルミニウムなどの金属材料が用いられる。また、加熱手段としては、ＹＡＧレーザの基本波長、第２高調波、第３高調波や、半導体レーザなどの光吸熱を用いる、圧電振動子で発振される超音波振動で各々の部材の摩擦熱を用いる、各々の部材に通電する抵抗加熱、カバー部材に通電して加熱する、等が含まれる。
【００１７】
すなわち、導電性端子と枠部材とをベース部材成形型内に配置し、いわゆるインサート成形することで、枠部材１２と導電性端子１５とベース部材１１は簡便に組み立てられるとともに、パッケージとしての気密性も充分に確保される。
【００１８】
従来の通信用デバイスパッケージでは導電性端子としてタングステン粉末に有機溶剤を混合して作製した金属ペーストをセラミックスグリーンシートに印刷した後に２０００℃に近い高温での焼結を必要としていたこと、セラミックスベース部材と枠部材とのロー付けに１０００℃に近い高温でのロー付けを必要としていたことに比べ、低温で安価にパッケージを作製することが可能となる。また、通信用デバイスをベース部材内に配置固定した後に加熱手段を用いて枠部材とカバー部材とを溶接することで気密性の高い通信用デバイスパッケージが実現できる。また、ベース部材の成形が低温であるため、導電性端子と枠部材は低熱膨張の材料に限定されない。したがって、加工費、設備費、治具費、材料費ともに安価で通信用デバイスパッケージを製作することが可能となる。
【００１９】
また本発明の通信用デバイスパッケージの製造方法は、前記導電性端子もしくは前記枠部材の少なくとも一方が金属箔に複数個連続して成形され、金属箔のフレームと該導電性端子もしくは該枠部材の一部がブリッジを有し、枠部材とカバー部材とを重ね合わせ、加熱手段を用いて枠部材とカバー部材とを溶接する工程の後に、金属箔のフレームからブリッジを切り離すことを特徴とする。
【００２０】
ここで、導電性端子もしくは枠部材が金属箔に複数個連続して成形される構成とする、いわゆるフープ成形が含まれる。
【００２１】
すなわち、ベース部材の成形後の通信デバイスを配置固定する工程、カバー部材と枠部材との溶接工程まで、フープで組み立てることによって、フープのフレームに設けたガイド穴を使うことができるため、小型の通信デバイスパッケージの位置決めを容易にできる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の通信用デバイスパッケージの第１の実施形態の構成を示す。また、図２に本発明の通信用デバイスパッケージの第１の実施形態の断面図を示す。
【００２３】
本発明の通信用デバイスパッケージは、通信用デバイス１７を収納するための樹脂材料から成るベース部材１１と、ベース部材１１に接合され、金属材料から成る枠部材１２と、枠部材１２に重ね合わせて溶接される金属材料から成るカバー部材１３で構成される。ベース部材１１は通信用デバイス１７を収納するための上面側が開口した凹部１１ａが設けられ、凹部１１ａの上端面から全周が突出する枠部材１２がベース部材１１と接合される。また、ベース部材１１内に配置される通信デバイス１７とベース部材１１外部との導通をとるための導電性端子１５は、ベース部材１１の凹部１１ａの底面に露出し、通信用デバイス１７を配置固定する導電性端子１５ａと通信用デバイス１７と配線１４を介して導通する導電性端子１５ｂを構成し、ベース部材１１の凹部１１ａ内から側壁を貫通して外部に導出した。導電性端子１５ａと１５ｂはベース部材１１の側壁と充分に接合され、これら接合部からの外気、湿気の進入はない。ここで、ベース部材１１の材質としては、絶縁性の樹脂であれば適用できるが、エポキシ系、ポリイミド系の耐熱性を有する熱硬化性樹脂や、ポリフェニレンサルファイド系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリエーテル系の熱可塑性樹脂が、剛性、耐熱性の面から適している。ここで、ポリスチレン系としてはシンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド系としてはリニア型および架橋型ポリフェニレンサルファイド、ポリエステル系としては液晶ポリマーの呼称の全芳香族ポリエステル、ポリアミド系としてはナイロン、ポリエーテル系としてはポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、などが含まれる。また、導電性端子１５の材質としては、ステンレス、鉄合金、銅、銅合金、アルミニウムなどの金属材料が用いられる。また、表面処理として、ニッケル、金、銅、錫などを施してもよい。また、枠部材１２およびカバー部材１３の材質としては、ステンレス、鉄合金、銅、銅合金、アルミニウムなどの金属材料が用いられる。
【００２４】
本実施形態では、ベース部材１１はエポキシを、導電性端子１５は銅を、枠部材１２とカバー部材１３はステンレスを用いた。
【００２５】
導電性端子１５と枠部材１２は金属箔で連続的に形成する、いわゆるフープ成形を適用し、ベース部材１１の成形型内に配置し、型内に樹脂を注入する、いわゆるインサート成形によりベース部材１１に一体的に固定されている。具体的には、送りガイド穴を有する銅箔にプレス機で導電性端子１５を成形したフープと、送りガイド穴を有するステンレス箔にプレス機で枠部材１２を成形したフープとを用意した。導電性端子１５は送りガイド穴があるフレームと１体でベース部材１１の成形型内に配置し、枠部材１２は送り穴ガイドがあるフレームからインサート成形型内に配置する直前で切断してベース部材１１の成形型内に配置し、エポキシをインサート成形して複数個のベース部材１１を連続して作製した。この後、送りガイド穴があるフレームと導電性端子１５を切り離した。これらの手段で構成したベース部材１１内に通信用デバイス１７を収納した。通信用デバイス１７を導電性接着剤で導電性端子１５ａに配置固定した後、ワイヤーボンドを用いて通信用デバイス１７と導電性端子１５ｂとを配線１４で接続した。この時点で、通信用デバイス１７の特性を測定したうえで、枠部材１２と予めステンレス箔からプレス成形で切り離したカバー部材１３とを重ね合わせて基本波長のＹＡＧレーザを用いてシーム溶接し、通信用デバイスパッケージを作製した。
【００２６】
通信用デバイスパッケージの気密性を評価するため、フッ素系液体に浸漬してリークテストをおこなったところ、１０−５ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以上の気密性であった。また、カバー部材１３の溶接前と溶接後において、通信用デバイス１７の特性に変化はなかった。
【００２７】
また、通信用デバイス１７として磁気素子を内装する場合、ベース部材１１に用いたエポキシ、導電性端子１５の銅、枠部材１２とカバー部材１３のステンレスは磁性を持たないため、磁気素子の駆動に障害は生じなかった。
【００２８】
また、通信用デバイス１７としてキャパシタを内装する場合、バース部材１１にエポキシ、導電性端子１５と枠部材１２、カバー部材にステンレスを用いたところ、電解液に反応することなく、充分な封止性が確保できた。
【００２９】
図３に本発明の通信用デバイスパッケージの第２の実施形態の構成を示す。図３の３１０は通信用デバイスパッケージの側面図、３２０は、３１０に記したＡ−Ａ’位置で切り取った断面図を表しており、ベース部材３１が開口する凹部３１ａの上端面から枠部材３２の全周が突出し、ベース部材３１の底部３１ｂから枠部材３２の少なくとも一部が突出する構造である。また、通信用デバイス３７が配置固定される導電性端子３５ａと通信用デバイス３７から配線３４で接続される導電性端子３５ｂとをベース部材３１から導出するため、枠部材３２は導電性端子３５ａ、３５ｂとの干渉を回避する窓３２ａ、３２ｂを有する。窓３２ａはベース部材３１内部にあるため、側面図３１０では破線で示した。窓３２ｂと導電性端子３５ｂは接することなく、ベース部材３１の樹脂材料で絶縁性が確保できていることを断面図３２０で示した。
【００３０】
本実施形態では、ベース部材３１はエポキシを、導電性端子３５ａ、３５ｂは銅を、枠部材３２とカバー部材３３はステンレスを用いた。第１の実施形態と同様に導電性端子３５ａ、３５ｂおよび枠部材３２をプレス成形し、ベース部材３１の成形型内に配置してベース部材３１をインサート成形した。
【００３１】
これらの手段で作製したベース部材３１内に通信用デバイス３７を収納した。通信用デバイス３７を導電性接着剤で導電性端子３５ａに配置固定した後、ワイヤーボンドを用いて通信用デバイス３７と導電性端子３５ｂとを配線３４で接続した。この時点で、通信用デバイス３７の特性を測定したうえで、枠部材３２と予めステンレス箔からプレス成形で切り離したカバー部材３３とを重ね合わせて基本波長のＹＡＧレーザを用いてシーム溶接し、通信用デバイスパッケージを作製した。
【００３２】
また、別の溶接方法として、枠部材３２とカバー部材３３とを溶接電極で挟み込み抵抗加熱で接合した。この際、枠部材３２とカバー部材３３との間に隙間が無くなるまで荷重をかける必要があるが、ベース部材１１は変形することなく溶接することができた。
【００３３】
これらの方法で溶接した通信用デバイスパッケージの気密性を評価するため、フッ素系液体に浸漬してリークテストをおこなったところ、１０−５ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以上の気密性であった。また、カバー部材１３の溶接前と溶接後において、通信用デバイス１７の特性に変化はなかった。
【００３４】
図４に本発明の通信用デバイスパッケージの製造方法を説明するフロー図を示す。銅箔をプレス成形した導電性端子１５とステンレス箔をプレス成形した枠部材１２とをベース部材１１の成形型内に配置する（工程４０１）。次にベース部材１１の成形型内にエポキシ樹脂を注入して冷却硬化する（工程４０２）。次に通信用デバイス１７を導電性端子１５ａに導電性接着剤で固定するとともに、通信用デバイス１７と導電性端子１５ｂとを導通するため、ワイヤーボンダで配線１４を接続する（工程４０３）。その後、カバー部材１３と枠部材１２とを重ね合わせ、全周を基本波長のＹＡＧレーザで溶接する（工程４０４）。
【００３５】
カバー部材１３と枠部材１２とを溶接する方法としては、基本波長のＹＡＧレーザの他に、第二高調波、第三高調波のＹＡＧレーザ、半導体レーザ、などの光吸熱を用いる方法、カバー部材１３に超音波振動子を押し当てて枠部材１２との間を擦り合わせる摩擦熱を用いる方法、カバー部材１３もしくはカバー部材１３と枠部材１２に通電して加熱する抵抗加熱を用いる方法が用いられる。
【００３６】
この工程で作製した通信用デバイスパッケージの封止状態を確認するため、フッ素系液体に浸漬してリークテストをおこなったところ、１０−５ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以上の気密性であった。また、カバー部材１３の溶接前と溶接後において、通信用デバイス１７の特性に変化はなかった。このほか、ベース部材にポリフェニレンサルファイドを用いて導電性端子と枠部材をインサート成形したところ、導電性端子および枠部材とベース部材の封止性、および、基本波長のＹＡＧレーザで溶接した枠部材とカバー部材との封止性を確認できた。
【００３７】
図５に本発明の通信用デバイスパッケージの製造方法を説明する外観図を示す。
【００３８】
ここで、導電性端子５５ａ、５５ｂはフープにブリッジ５８ａ、５８ｂでつながっている。フープで連続した複数個の導電性端子５５ａ、５５ｂと枠部材５２をベース部材成形型内に配置し、ベース部材５１を成形して作製した。通信用デバイス５７は導電性端子５５ａに配置固定され、通信用デバイスと導電性端子５５ｂとはワイヤーボンド配線５４を施した。この後に図示しないカバー部材を枠部材５２に重ね合わせて溶接した。これらの工程を経て、ブリッジ５８ａ、５８ｂを切り離した。通信用デバイスの配置固定、および、カバー部材と枠部材５２との重ね合わせ、カバー部材の溶接は、すべてフープのフレームに設けたガイド穴５９にガイドピンを挿入して位置決めし、組み立てをおこなった。この結果、ベース部材５１に位置決め用のガイド穴を設ける必要がないこと、ベース部材５１の外形形状にばらつきがあった場合でも導電性端子５５ａ、５５ｂとフープのフレームに設けたガイド穴の位置が精度良く加工されているため、通信用デバイス５７と導電性端子５５ａの配置固定、および、通信用デバイス５７と導電性端子５５ｂとの配線５４が高精度に組み立てることができる。この方法は、通信デバイスや通信デバイスパッケージを小型化する際に有効であることが確認できた。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、樹脂材料からなり箱状に形成されたベース部材と、金属材料からなりベース部材の内部から外部に貫通固定される導電性端子と、金属材料からなりベース部材に固定される枠部材と、枠部材に溶接されるカバー部材で通信用デバイスパッケージ構成した。導電性端子と枠部材はベース部材の成形とともに組み立てられ、生産性が高められる。また、枠部材とカバー部材とを溶接することで内部への外気や湿度の侵入を防ぐことができ、高気密・高信頼性の通信用デバイスパッケージおよびその製造方法を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の通信用デバイスパッケージの構成図である。
【図２】本発明の通信用デバイスパッケージの断面図である。
【図３】本発明の通信用デバイスパッケージの第２の実施形態の側面図および断面図である。
【図４】本発明の通信用デバイスパッケージの製造方法を説明するフロー図である。
【図５】本発明の通信用デバイスパッケージの製造方法を説明する外観図である。
【図６】従来の通信用デバイスパッケージの断面図である。
【符号の説明】
１１、３１、５１  ベース部材
１２、３２、５２  枠部材
１３、３３、５３  カバー部材
１５、１５ａ、１５ｂ  導電性端子
３５、３５ａ、３５ｂ  導電性端子
５５ａ、５５ｂ  導電性端子
５８ａ、５８ｂ  ブリッジ
【図１】
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【図２】
2004335638.tif 000004
【図３】
2004335638.tif 000005
【図４】
2004335638.tif 000006
【図５】
2004335638.tif 000007
【図６】
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