(57)【要約】【課題】  シールリングに複雑な加工を施すことなく、かつ、溶融した半田が溶接部まで上昇することを防止しながら、気密封止の信頼性を向上させることができる気密封止パッケージを提供する。【解決手段】  シールリング１の横断面の構造は、突起部としての上部１１が下部１２の内側端から上方へ突出するＬ字型の形状を有している。上部１１は下部１２よりも幅が小さい。したがって、上部１１の溶接時に発生する熱が下部１２へ伝達され難い。そのため、下部１２に設けられた半田４が再溶融することが防止される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上面に半田によって接合されたシールリングと、
前記シールリングの上面に溶接された蓋とを備え、
前記シールリングは、相対的に幅が小さな上部と相対的に幅が大きな下部とを有する、気密封止パッケージ。
【請求項２】
前記シールリングの断面形状は、前記下部の中央部よりも内側において前記上部が前記下部から上方へ突出しているＬ字型である、請求項１に記載の気密封止パッケージ。
【請求項３】
前記シールリングの断面形状は、前記下部のほぼ中央部において前記上部が前記下部から上方へ突出する凸型である、請求項１に記載の気密封止パッケージ。
【請求項４】
前記シールリングの断面形状は、前記下部の中央部よりも外側において前記上部が前記下部から上方へ突出しているＬ字型である、請求項１に記載の気密封止パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体部品などの電子デバイスを収容する気密封止パッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より一般的に用いられている気密封止パッケージは、高い気密性を確保するために、次のような構造となっている。セラミック基板の上に電子デバイスが搭載されている。セラミックス基板の主表面の全周に沿うようにシールリングが設けられている。シールリングは、半田によってセラミックス基板にロー付けされている。さらに、シールリングの上に蓋が設けられている。シールリングの全周の上面と蓋とがシーム溶接によって接合されている。
【０００３】
なお、シールリングおよび蓋としては、セラミック基板の線膨張係数に近い線膨張係数を有するコバール（Ｒ）等の線膨張係数が低い材料が用いられることが多い。また、コバール（Ｒ）にはニッケルおよび金のメッキが施されていることが多い。
【０００４】
上述の気密封止パッケージの構造によれば、シーム溶接を行なうときに発生する熱によってシールリングの温度が上昇する。また、シーム溶接を行なうときの熱は、シールリングの下部にまで到達する。それにより、シールリングとセラミックス基板との間の半田が熱されてしまう。その結果、半田が再度溶融する。それによって、溶融した半田がシールリングの外側面に沿って上昇するという問題が発生する。
【０００５】
前述の問題を解決するために、たとえば、特開平７−０３０００７号公報または特開平２−２７０３５２号公報に示されるような技術が開発されている。
【特許文献１】特開平７−０３０００７号公報
【特許文献２】特開平２−２７０３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特開平７−０３０００７号公報に示される気密封止パッケージにおいては、半田フィレットが収縮する際にセラミック基板にかかる応力を抑制するために、シールリングの下端の近傍に浅い溝を設ける手法が用いられている。しかしながら、この手法においては、シーム溶接によって発生する熱は抑制されていない。そのため、半田の再溶融を防ぐことは困難である。また、この手法では、シールリングの側面に対して垂直な方向に沿った溝を形成するため、シールリングの外周側の側面部分の加工については容易であるが、シールリングの内周側の側面部分の加工については極めて困難である。そのため、溝の加工費が高いという問題がある。
【０００７】
一方、特開平２−２７０３５２号公報に示される気密封止パッケージにおいては、シールリングを上下２つの部品に分割することによって、上層のシールリングの表面上に比較して下層のシールリングの表面上において半田材が流れ易くなる手法が用いられている。この手法によれば、シールリングの側面に沿って半田が上昇することを防止することが可能である。
【０００８】
しかしながら、前述の手法によれば、２つに分割された構造のシールリング同士を接合する必要がある。ところが、２つのシールリングを正確に位置合せしたまま接合することは困難である。このための加工費は高い。また、２つのシールリングが接合された構造を用いる場合には、１つのシールリングからなる一体構造のリールリングを用いる場合に比較して、部材同士の接合部が増加する。そのため、パッケージの気密封止の信頼性が低下するという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シールリングに複雑な加工を施すことなく、かつ、半田が溶接部まで上昇することを防止しながら、気密封止の信頼性を向上させることができる気密封止パッケージを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の気密封止パッケージは、基板と、基板の上面に半田によって接合されたシールリングと、シールリングの上面に溶接された蓋とを備えている。シールリングは、相対的に幅が小さな上部と相対的に幅が大きな下部とを有している。
【発明の効果】
【００１１】
上記の構造によれば、シールリングの下部に比較してシールリングの上部の熱伝導抵抗が大きくなる。そのため、シールリングと蓋とを溶接するときに発生する熱が半田まで伝わり難くなる。また、前述の熱が半田に伝わったとしても、シールリングの下部は、シールリングの上部に比較して、熱容量が大きいため、温度の上昇の度合いは小さい。
【００１２】
また、上記の構造によれば、溶接部の近傍の上部に熱がこもり易い。そのため、溶接電極に与えられる電力が小さくても、すなわち、シールリングへ与えられる熱量が小さくても、適正な溶接を行なうことができる。したがって、上記の構造によれば、従来の構造に比較して、シールリングと蓋とを溶接するときに半田に与えられる熱量を小さくすることができる。そのため、半田が再度溶融してシールリングの外側面に沿って上昇する現象の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図に基づいて、本発明の実施の形態の気密封止パッケージを説明する。
【００１４】
実施の形態１．
まず、実施の形態１の気密密封パッケージを図１および図２を用いて説明する。
【００１５】
図１は、実施の形態１の気密封止パッケージの断面の模式図である。図２は、気密封止パッケージのシーム溶接の溶接点の近傍の構造を拡大して示す断面図である。
【００１６】
シールリング１は、図１に示すように、その横断面の構造においては、突起部としての上部１１が下部１２の中央部よりも内側の位置の下部１２から上方へ突出するＬ字型の形状を有している。その上部１１は下部１２よりも幅が小さい。
【００１７】
次に、本実施の形態の気密封止パッケージの組立て工程について述べる。まず、セラミック基板２とシールリング１とがロー材としての半田４によって接合される。次に、キャビティ２１に半導体部品などを実装する工程および配線工程が行なわれる。その後、パッケージの気密封止のために、蓋３がシールリング１の上面上に搭載される。最後に、図２に示すように、電極５によって蓋３とシールリング１とがシーム溶接される。
【００１８】
前述の組立工程は、従来の気密封止パッケージの組立工程と同様である。しかしながら、本実施の形態の気密封止パッケージにおいては、上部１１の幅が下部１２の幅に比較して小さくなっている。そのため、上部１１の熱伝導抵抗が下部１２の熱伝導抵抗に比較して大きくなっている。その結果、図２に示す溶接点３１で発生する熱量のうち、シールリング１内において上部１１から下部１２へ伝導される熱量が小さい。したがって、電極５に与える電力を小さくしても、すなわち、シールリング１における発熱量を従来よりも小さくしても、良好なシーム溶接が実現される。さらに、上部１１から下部１２へ伝わった熱は下部１２で拡散される。そのため、下部１２の温度は、急激に上昇しない。
【００１９】
次に、断面形状が異なる２つのシールリングの入熱量とはんだ部の温度上昇値との間の関係について考察する。本実施の形態の気密封止パッケージと従来の気密密封パッケージとを比較すると、次のような結果が得られる。
【００２０】
従来のシールリングの断面形状は、１.０×１.５ｍｍの縦長の長方形である。本実施の形態のシールリング１は、その全体の高さが１.５ｍｍであり、下部１２の幅が１.０ｍｍであり、上部１１の高さが０.８ｍｍであり、上部１１の幅が０.５ｍｍである。すなわち、シールリング１は、Ｌ字型の断面形状を有している。また、シールリング１の断面においては、下部１２の内側端から上部１１が上方に向かって延びている。そのため、溶接点３１から外側の半田４までの距離が長い。したがって、外側の半田４の再溶融が確実に防止されている。
【００２１】
また、本実施の形態の気密封止パッケージの溶接部(接合部)の温度と従来の気密封止パッケージの溶接部（接合部）の温度とが同一になるように入熱量が調整されている。溶接電極に０.１秒間のみ電圧が印加されるものとする。
【００２２】
図１０は、従来の気密封止パッケージの溶接部の内側および外側のそれぞれの温度と時間との関係を示すグラフである。図１１は、従来の気密封止パッケージの内側および外側の半田４のそれぞれの温度と時間との関係を示すグラフである。図６は、本実施の形態の気密封止パッケージの溶接部の内側および外側のそれぞれの温度と時間との関係を示すグラフである。図７は、内側および外側の半田４のそれぞれの温度と時間との関係を示すグラフである。
【００２３】
溶接部の内側および外側の最大温度は、図６および図１０のグラフのいずれにおいても、ほぼ同一の１３００℃である。一方、入熱量およびはんだ部の最大温度のそれぞれは、図７および図１１のグラフ同士の間に相違が存在する。
【００２４】
断面が長方形の従来の気密封止パッケージにおいては、図１１に示すように、入熱量が３３Ｗ（０.１ｓｅｃ）であるとともに、内側および外側の半田４のそれぞれの最大温度が２６１℃である。一方、断面がＬ字型の本実施の形態の気密封止パッケージは、図７に示すように、入熱量が１８Ｗ（０.１ｓｅｃ）であるとともに、内側の半田４の最大温度が１８６℃であり、かつ、外側の半田４の最大温度が１５１℃である。したがって、本実施の形態の気密封止パッケージにおいては、従来の気密封止パッケージとの比較において、入熱量のみならずはんだ部の最大温度もまた小さな値になっていることが分かる。
【００２５】
高温系の半田、すなわち比較的高い温度になるまで溶融しないタイプの半田材を用いる場合でさえも、シールリング１と蓋３とを溶接するときに半田４の近傍の温度が３００℃を超えてしまえば、半田４は再度溶融してしまう。しかしながら、シールリング１と蓋３とを溶接するときの半田４の近傍の温度が２００℃以下に抑制されるのであれば、高温系または中温系の半田材が用いられれば、半田４が再溶融してしまうことが防止される。
【００２６】
実施の形態２．
次に、実施の形態２の気密密封パッケージを図３および図４を用いて説明する。
【００２７】
本実施の形態においては、実施の形態１の本実施の形態の気密密封パッケージと同じ参照符号が付されている部位は、実施の形態１の本実施の形態の気密密封パッケージと同じ構造および機能であるため、その説明は繰り返さない。本実施の形態においては、図３に示すように、シールリング６の断面形状は、下部６２の中央部において上部６１が上方に突出する凸型である。
【００２８】
プレス加工によって成形されたシールリング６の断面の詳細な形状が図４に示されている。プレスの打ち抜き方向は、図４において矢印１０１を用いて示すように、シールリング６の下側から上側へ向いている。
【００２９】
プレス加工による打ち抜きによってシールリング６が形成されれば、シールリング６の側面に必ずバリが形成される。通常、バリは、半田付け面またはシーム溶接面に形成される。したがって、バリは、半田接合または溶接の支障となる。そのため、バリを除去する作業が必要となる。
【００３０】
しかしながら、本実施の形態のシールリング６においては、バリ６５は段部６３に形成される。段部６３は気密封止のための溶接または半田が形成される部分ではない。そのため、段部６３にバリ６５が残存していても、そのバリ６５は溶接または半田接合のための障害とはならない。したがって、バリ６５を除去する作業は不要である。
【００３１】
その結果、本実施の形態の気密封止パッケージによれば、シールリング６と蓋３とを溶接するときに半田４が再度溶融しかつシールリング６の側面を這い上がることが防された気密封止パッケージを安価に提供することができる。
【００３２】
本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、断面形状が異なる２つのシールリング６の入熱量とはんだ部の温度上昇値との間の関係について考察する。本実施の形態の気密封止パッケージと比較対象の気密密封パッケージとは次のようなものである。
【００３３】
本実施の形態のシールリング６は、全体の高さが１.５ｍｍであり、下部１２の幅が１.０ｍｍであり、上部６１の高さが０.８ｍｍであり、上部６１の幅が０.５ｍｍである。また、計算においては、本実施の形態の気密封止パッケージの溶接部(接合部)の温度と従来の気密封止パッケージの溶接部（接合部）の温度とが同一になるように入熱量が調整されている。溶接電極には０.１秒間のみ電圧が印加されるものとする。
【００３４】
図８は、本実施の形態の気密封止パッケージの溶接部の内側および外側のそれぞれの温度と時間との関係を示すグラフである。図９は、内側および外側の半田４のそれぞれの温度と時間との関係を示すグラフである。
【００３５】
溶接部の内側および外側の最大温度は、図８および図１０のグラフのいずれにおいても、１３００℃でほぼ同一になっている。一方、入熱量および内側および外側の半田４の最大温度に関しては、図９および図１１のグラフ同士の間に相違が存在する。断面が長方形の従来の気密封止パッケージにおいては、図１１に示すように、入熱量が３３Ｗ（０.１ｓｅｃ）であるとともに、内側および外側の半田４の最大温度はともに２６１℃である。一方、断面がＬ字型の本実施の形態の気密封止パッケージは、図９に示すように、入熱量が１８Ｗ（０.１ｓｅｃ）であるとともに、内側および外側の半田４の最大温度はともに１６６℃である。したがって、本実施の形態の気密封止パッケージは、従来の気密封止パッケージとの比較において、入熱量のみならず半田４の最大温度もまた小さな値になっていることが分かる。
【００３６】
実施の形態３．
次に、実施の形態３の気密密封パッケージを図５を用いて説明する。本実施の形態においては、実施の形態１および２の本実施の形態の気密密封パッケージと同じ参照符号が付されている部位は、実施の形態１および２の本実施の形態の気密密封パッケージと同じ構造および機能であるため、その説明は繰り返さない。
【００３７】
本実施の形態においては、気密封止パッケージにおいては、図５に示すように、シールリング７が、下部７２の外側端から上部７１が上方に向かって突出するＬ字型の断面形状を有している。
【００３８】
この構造によれば、実施の形態１の気密封止パッケージの構造に比較して、シーム溶接する際の溶接点３１とセラミック基板２のキャビティ２１との間の距離を大きくすることができる。つまり、シールリング７と蓋３とを溶接するときに、接触点３２でスパッタが発生したとしても、飛散したスパッタがキャビティ２１に付着することが抑制されている。
【００３９】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施の形態１の気密封止パッケージの断面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】実施の形態２の気密封止パッケージの断面図である。
【図４】図３の部分拡大図である。
【図５】実施の形態３の気密封止パッケージの部分を示す拡大断面図である。
【図６】実施の形態１の気密封止パッケージの溶接部の温度と時間との関係を示すグラフである。
【図７】実施の形態１の気密封止パッケージの半田の温度と時間との関係を示すグラフである。
【図８】実施の形態２の気密封止パッケージの溶接部の温度と時間との関係および半田部の温度と時間との関係を示すグラフである。
【図９】実施の形態２の気密封止パッケージの半田の温度と時間との関係を示すグラフである。
【図１０】従来の気密封止パッケージの溶接部の温度と時間との関係を示すグラフである。
【図１１】従来の気密封止パッケージの半田の温度と時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１，６，７  シールリング、２  セラミックス基板、３  蓋、４  半田、５  電極、１１，６１，７１  上部、１２，６２，７２  下部、１３，６３，７３  段部、３１  溶接点、３２  接触点、２１  キャビティ、６５  バリ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005268526.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005268526.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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