(57)【要約】【課題】ボード等に接合された電子部品収納用セラミックパッケージに機械的な力が働いてもセラミックキャップが剥がれない小型化、高信頼性化、低価格化等の要求に対応できるセラミックキャップを提供する。【解決手段】セラミック基板１１の一方の主面の全外周部に封着用ガラス接合部１２領域を有し、電子部品２２がキャビティ部２３に搭載されるセラミック基体２１とガラス接合してキャビティ部２３を気密に封止するのに用いられるセラミックキャップ１０において、封着用ガラス接合部１２領域の内周側周縁部に沿ってセラミック基板１１の一方の主面に凹部１３を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板の一方の主面の全外周部に封着用ガラス接合部領域を有し、電子部品がキャビティ部に搭載されるセラミック基体とガラス接合して前記キャビティ部を気密に封止するのに用いられるセラミックキャップにおいて、
前記封着用ガラス接合部領域の内周側周縁部に沿って前記セラミック基板の前記一方の主面に凹部を有することを特徴とするセラミックキャップ。
【請求項２】
請求項１記載のセラミックキャップにおいて、前記凹部が溝体からなり、前記封着用ガラス接合部領域の内周側周縁部の全周に沿って連続して延設される連続溝体、又は前記封着用ガラス接合部領域の内周側周縁部の全周に沿って一部で断線する破断溝体で形成されていることを特徴とするセラミックキャップ。
【請求項３】
請求項１記載のセラミックキャップにおいて、前記凹部が穴体からなり、前記封着用ガラス接合部領域の内周側周縁部の全周に沿って飛び石状態で線状に配列される整配列穴体、又は前記封着用ガラス接合部領域の内周側周縁部の全周に沿って飛び石状態でジグザグ状に配列される千鳥配列穴体で形成されていることを特徴とするセラミックキャップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック基体のキャビティ部に半導体素子や、水晶振動子等の電子部品が搭載され、セラミック基板からなるセラミックキャップをセラミック基体にガラス接合して電子部品がキャビティ部内部で中空状態で気密に封止されるためのセラミックキャップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セラミック基体のキャビティ部に半導体素子、水晶振動子等の電子部品を搭載し、セラミックキャップを接合してキャビティ部内の電子部品を気密に封止して形成するための電子部品収納用セラミックパッケージは、例えば、これを搭載する携帯電話や、パソコン等の電子装置の小型化、高信頼性化、低価格化等の要求に伴い、ますます軽薄短小化、高信頼性化、コストダウン化等への対応が迫られている。
【０００３】
図４（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら、それぞれ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４（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部分拡大縦断面図である。図４（Ａ）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、平面視した場合に略矩形状からなる電子部品を搭載するための基体に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックからなる気密信頼性の高いセラミック基体５１が用いられている。そして、このセラミック基体５１には、上面外周部にＫＶ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、商品名「Ｋｏｖａｒ（コバール）」）や、４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）等の窓枠形状の金属枠体５２がＡｇ−Ｃｕろう等の高温ろう材でろう付け接合されている。また、従来の電子部品収納用セラミックパッケージ５０は、平面視した場合に略矩形状からなる電子部品を搭載させたセラミック基体５１のキャビティ部５３を気密に封止するためのキャップに、ＫＶや、４２アロイ等の金属からなる板状の金属キャップ５４が用いられている。この金属キャップ５４は、電子部品搭載後、金属枠体５２の上面にＡｕ−Ｓｕ等の高温ろう材を介してシーム溶接や、レーザー溶接等で強固に直接接合されることで電子部品をキャビティ部５３内に中空状態で気密に封止している。
【０００４】
しかしながら、上記の従来の電子部品収納用セラミックパッケージ５０は、高信頼性化には対応できているものの、厚さが厚く、重量があって高価な金属枠体５２を用い、これを用いて作製されるパッケージの工程が複雑で作製のためのコストが高くなることで、軽薄短小化、コストダウン化の対応には限界が発生している。
【０００５】
そこで、図４（Ｂ）に示すように、小型化、高信頼性化、低価格化等の要求に対応するための電子部品収納用セラミックパッケージ５０ａには、基体に金属枠体５２を接合しないセラミック基体５１を用い、キャップにアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等からなるセラミックを用いるセラミックキャップ５５とし、これらを３００〜５００℃程度の低温で接合できる低融点ガラスからなる封着用ガラス５６でガラス接合して電子部品をキャビティ部５３内に中空状態で気密に封止するパッケージが用いられるようになってきている。この電子部品収納用セラミックパッケージ５０ａに用いられるセラミックキャップ５５は、通常、Ａｌ２Ｏ３等からなるセラミック粉末とバインダーや可塑剤等を混ぜ合わせてスプレードライヤー等で造粒した後、粉末プレス成形して略矩形の板状に成形して成形体を形成している。そして、セラミックキャップ５５は、成形体を約１６００℃程度の高温で焼成することで焼成体として作製している。また、この電子部品収納用セラミックパッケージ５０ａに用いられる封着用ガラス５６は、通常、セラミックキャップ５５の焼成体の一方の主面の外周辺部に低融点ガラスからなるガラスペーストを枠状にスクリーン印刷し、ガラスの仮焼成を行って付着している。そして、封着用ガラス５６が仮付けされたセラミックキャップ５５は、キャビティ部５３に電子部品が搭載されたセラミック基体５１の外周辺部に封着用ガラス５６部を当接させてガラスの本焼成をすることでセラミック基体５１とガラス接合を行っている。
【０００６】
上記の電子部品収納用セラミックパッケージ５０、５０ａには、セラミック基体５１に形成された導通配線パターンで電子部品と電気的導通状態になるように外部接続端子パッド５７が設けられている。そして、電子部品が実装された電子部品収納用セラミックパッケージ５０、５０ａは、外部接続端子パッド５７で電子装置に組み込むためのボード５８等に半田５９を介して接合するようになっている。
【０００７】
従来のセラミックキャップには、セラミック基板の上面外周辺部に形成された切り取り部にも半田層が形成できるようにして、裏面に放熱板を接合して有するセラミック基体との接合時に接着面積を大きくさせることで、放熱板とセラミックとの熱膨張係数差から発生する撓みを抑制させることができるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１８９７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述したような従来のセラミックキャップは、次のような問題がある。
（１）セラミック基体とセラミックキャップを、ろう付け接合する場合のような狭い接合幅のままで封着用ガラスで接合する場合には、セラミック基体とセラミックキャップを接合している封着用ガラスの接合幅が小さく接合強度が低いので、電子部品が実装された電子部品収納用セラミックパッケージをボード等に接合した後に、ボード等に機械的な力が働いた時に、接合部からセラミック基体とセラミックキャップの剥がれが発生している。
（２）セラミック基体とセラミックキャップを封着用ガラスで接合するのに、接合強度を得るために接合幅をある程度広げることで対応する場合には、セラミック基体のキャビティ部の大きさを小さくすることができないので、セラミック基体とセラミックキャップの外形を大きくして接合幅を大きくしたり、セラミック基体を大きくしてセラミックキャップとのガラスメニスカスを大きくすることで対応する必要がでてくるが、セラミック基体や、セラミックキャップの大きさを大きくすることは、電子部品収納用セラミックパッケージの小型化に逆行することとなっている。
（３）特開平１０−１８９７９７号公報で開示されているようなセラミックキャップは、セラミック基体が十分に大きく、半田のような流動性の高い接合材の場合には接合面積を大きくして接合強度を大きくすることができるが、セラミック基体の大きさに制限があり、ガラスのような流動性の低い接合材の場合には接合面積を大きくすることができないので、接合強度を大きくすることができない。
【００１０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、ボード等に接合された電子部品収納用セラミックパッケージに機械的な力が働いてもセラミックキャップが剥がれない小型化、高信頼性化、低価格化等の要求に対応できるセラミックキャップ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】
【００１１】
前記目的に沿う本発明に係るセラミックキャップは、セラミック基板の一方の主面の全外周部に封着用ガラス接合部領域を有し、電子部品がキャビティ部に搭載されるセラミック基体とガラス接合してキャビティ部を気密に封止するのに用いられるセラミックキャップにおいて、封着用ガラス接合部領域の内周側周縁部に沿ってセラミック基板の一方の主面に凹部を有する。
ここで、セラミックキャップは、凹部が溝体からなり、封着用ガラス接合部領域の内周側周縁部の全周に沿って連続して延設される連続溝体、又は封着用ガラス接合部領域の内周側周縁部の全周に沿って一部で断線する破断溝体で形成されているのがよい。
【００１２】
また、セラミックキャップは、凹部が穴体からなり、封着用ガラス接合部領域の内周側周縁部の全周に沿って飛び石状態で線状に配列される整配列穴体、又は封着用ガラス接合部領域の内周側周縁部の全周に沿って飛び石状態でジグザグ状に配列される千鳥配列穴体で形成されているのがよい。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１又はこれに従属する請求項２又は３のいずれか一項記載のセラミックキャップは、封着用ガラス接合部領域の内周側周縁部に沿ってセラミック基板の一方の主面に凹部を有するので、セラミック基体とセラミックキャップを接合した後に機械的な力が働いたとしてもセラミックキャップに設けられた凹部によってセラミック基板の曲げ撓み性を向上させることができ、セラミック基体とセラミックキャップの接合後の剥がれを防止して、セラミック基体や、セラミックキャップの大きさを大きくすることなく小型化の電子部品収納用セラミックパッケージを提供することができる。また、セラミック基体と、セラミックキャップを用い、気密信頼性の高い封着用ガラスでの接合であるので、高い信頼性を有す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ができる。更に、比較的安価なセラミックキャップや、封着用ガラスを用い、パッケージを作製して行くための作業工程が容易であるので安価な電子部品収納用セラミックパッケージを提供することができる。
【００１４】
特に、請求項２記載のセラミックキャップは、凹部が溝体からなり、封着用ガラス接合部領域の内周側周縁部の全周に沿って連続して延設される連続溝体、又は封着用ガラス接合部領域の内周側周縁部の全周に沿って一部で断線する破断溝体で形成されているので、セラミック基板に凹部を容易に形成することができ、セラミック基板の曲げ撓み性を確実に向上させることができ、セラミック基体とセラミックキャップの接合後の剥がれを防止して、セラミック基体や、セラミックキャップの大きさを大きくすることなく小型化の電子部品収納用セラミックパッケージを提供することができる。
【００１５】
また、特に、請求項３記載のセラミックキャップは、凹部が穴体からなり、封着用ガラス接合部領域の内周側周縁部の全周に沿って飛び石状態で線状に配列される整配列穴体、又は封着用ガラス接合部領域の内周側周縁部の全周に沿って飛び石状態でジグザグ状に配列される千鳥配列穴体で形成されているので、セラミック基体とセラミックキャップを接合した後に機械的な力が働いたとしてもセラミックキャップに設けられた整配列穴体や、千鳥配列穴体によってセラミック基板の破断を防止しながらセラミック基板の曲げ撓み性を向上させることができ、セラミック基体とセラミックキャップの接合後の破壊や、剥がれを防止して、セラミック基体や、セラミックキャップの大きさを大きくすることなく小型化の電子部品収納用セラミックパッケージを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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するための最良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セラミックキャップの平面図、Ａ−Ａ’線拡大縦断面図、図２は同セラミックキャップを用いた電子部品収納用セラミックパッケージの説明図、図３（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ同セラミックキャップの凹部形状の説明図である。
【００１７】
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係るセラミックキャップ１０は、電子装置の軽薄短小化に対応するための小型化、電子装置の高性能化に対応するための高信頼性化、電子装置の低価格化等の要求に対応するための電子部品収納用セラミックパッケージ２０（図２参照）を構成するために形成されている。このセラミックキャップ１０には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等からなる平面視して略四角形板状のセラミック基板１１が用いられ、このセラミック基板１１の一方の主面の全ての外周部に封着用ガラス接合部１２領域が設けられている。このセラミックキャップ１０は、通常、Ａｌ２Ｏ３等からなるセラミック粉末と、樹脂や溶剤等のバインダーや、可塑剤等を混ぜ合わせて液状体を形成し、スプレードライヤー等で乾燥しながら略球形の造粒体にしてセラミック粉末原料を作製している。そして、このセラミック粉末原料は、上金型、下金型、及びダイスからなる粉体成形用金型を用いて粉末プレス成形して略四角形板状の成形体を形成している。更に、この成形体は、大気中約１６００℃程度の高温で焼成することで焼成体として作製している。このセラミックキャップ１０には、封着用ガラス接合部１２領域の内周側周縁部に沿ってセラミック基板１１の一方の主面に凹部１３が設けられている。この凹部１３は、通常、セラミックキャップ１０を作製する過程でセラミック粉末原料から粉末プレス成形して成形体を形成する時の粉体成形用金型の上金型、又は下金型に凹部１３形成用の凸部を設けることで容易に形成することができる。
【００１８】
このセラミックキャップ１０には、通常、セラミック基板１１の一方の主面の外周部の封着用ガラス接合部１２領域に低融点ガラスからなるガラスペーストを枠状にスクリーン印刷し、乾燥した後、ガラスの焼成温度である３００〜５００℃程度以下の温度で仮焼成を行って予め封着用ガラス１４を付着させている。なお、封着用ガラス１４の予めの付着は、セラミックキャップ１０に設ける場合以外に、後述するセラミック基体２１（図２参照）に設けることもできる。あるいは、封着用ガラス１４の予めの付着は、セラミックキャップ１０、及びセラミック基体２１の両方に設けることもできる。
【００１９】
図２に示すように、セラミックキャップ１０と組み合わせて電子部品収納用セラミックパッケージ２０とするためのセラミック基体２１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等からなるセラミックを用いて形成されている。このセラミック基体２１には、電子部品２２を搭載するためのキャビティ部２３が形成されており、このキャビティ部２３に電子部品２２が実装された後、セラミックキャップ１０の封着用ガラス１４がセラミック基体２１に当接され３００〜５００℃程度の温度で焼成してガラス接合がされ、キャビティ部２３が気密に封止されるようになっている。セラミック基体２１を作製するためには、通常、複数枚のセラミックグリーンシートが用いられている。
【００２０】
このセラミック基体２１を作製するためのセラミックグリーンシートは、セラミック基材として、例えば、アルミナや、窒化アルミニウムや、低温焼成セラミック等があげられるが、特に材料が限定されるものではない。例えば、セラミック基材にアルミナを用いる場合には、先ず、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、ドクターブレード法等によって焼成後所望の厚み、例えば、０．１２ｍｍになるようにシート状に乾燥させた後、所望の大きさの矩形状に切断している。
【００２１】
このセラミックグリーンシートには、ビア２４等を形成するための貫通孔をドリルマシン、パンチングマシーン、金型等を用いる打ち抜き加工や、レーザー光を用いるレーザー加工等で穿設して設けている。そして、貫通孔には、例えば、タングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属からなる導体ペーストを用いてスクリーン印刷で充填している。更に、セラミックグリーンシートの表面には、例えば、上記と同様の高融点金属からなる導体ペーストを用いてに電子部品と電気的に接続するための電子部品接続パッド２５用の導体パターンやセラミックグリーンシートが複数枚からなる場合には、その中間層となるセラミックグリーンシートの表面に導体配線パターン２６用の導体パターン等をスクリーン印刷で形成している。最下層となるセラミックグリーンシートの下面には、例えば、上記と同様の高融点金属からなる導体ペーストを用いて、ボード２７等に半田２８等の接合材を介して接合して外部と電気的に導通状態とするための外部接続端子接合パッド２９用の導体パターン等をスクリーン印刷して形成している。
一方、電子部品２２を収納するためのキャビティ部２３の電子部品２２を囲繞する部分を形成するためのセラミックグリーンシートには、キャビティ部２３の外周となるような貫通孔を穿設して形成している。
【００２２】
そして、それぞれのセラミックグリーンシートは、重ね合わせて温度をかけながら加圧することで積層して一体化し、積層体を形成している。積層体は、セラミックグリーンシートと導体パターンを還元雰囲気中の約１６００℃程度で同時焼成することでセラミックグリーンシートが約３０％程度収縮し、焼成体を形成している。この焼成体には、更に、外表面に露出する全ての導体パターン上にＮｉめっき被膜、及びＡｕめっき被膜を施こすことでセラミック基体２１を作製している。そして、このセラミック基体２１には、電子部品２２が実装された後、凹部１３側がセラミック基体２１側に当接するようにしたセラミックキャップ１０と封着用ガラス１４でガラス接合され、更にボード２７等に半田２８で半田接合されて、電子装置に組み込まれるようになっている。
【００２３】
図３（Ａ）に示すように、セラミックキャップ１０は、代表的な凹部１３の形状を有している。このセラミックキャップ１０は、凹部１３がＵ字型や、コ字型等の溝体からなり、封着用ガラス接合部１２領域の内周側周縁部の全周に沿って連続して延設される連続溝体３０で形成されている。図３（Ｂ）に示すように、変形例のセラミックキャップ１０ａは、凹部１３がＵ字型や、コ字型等の溝体からなり、封着用ガラス接合部１２領域の内周側周縁部の全周に沿って一部で断線する破断溝体３０ａで形成されている。また、図３（Ｃ）に示すように、異なる変形例のセラミックキャップ１０ｂは、凹部１３が底のある穴体からなり、封着用ガラス接合部１２領域の内周側周縁部の全周に沿って飛び石状態で線状に配列される整配列穴体３１で形成されている。図３（Ｄ）に示すように、更に異なる変形例のセラミックキャップ１０ｃは、凹部１３が底のある穴体からなり、封着用ガラス接合部１２領域の内周側周縁部の全周に沿って飛び石状態でジグザグ状にに配列される千鳥配列穴体３１ａで形成されている。
【実施例】
【００２４】
本発明者は、外形寸法がセラミック基体より若干小さく、０．３ｍｍの厚さのアルミナからなり、幅０．１ｍｍ×深さ０．１ｍｍのＵ字型の連続溝体からなる凹部を設けたセラミックキャップと、外形寸法が３．２ｍｍ×２．５ｍｍのセラミック基体とを封着用ガラスで接合した実施例を、ボードに半田で接合してボードに機械的な曲げ力を働かせ時の封着用ガラスにかかる応力をＦＥＭによるシミュレーション解析を行った。併せて、従来のセラミックキャップに凹部を設けない場合の比較例の封着用ガラスにかかる応力をＦＥＭによるシミュレーション解析を行った。その結果は、相対値として表１に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
比較例を１００％とした時の実施例については、７２、５％の値を示し、凹部を設けたセラミックキャップを用いた実施例は、応力低減の効果が大きいことを示している。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明のセラミックキャップを用いて形成される電子部品収納用セラミックパッケージは、半導体素子や、水晶振動子等の電子部品素子を実装させて、小型で、高信頼性が要求される、例えば、携帯電話や、ノートブック型のパソコン等の電子装置に組み込まれて用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係るセラミックキャップの平面図、Ａ−Ａ’線拡大縦断面図である。
【図２】同セラミックキャップを用いた電子部品収納用セラミックパッケージの説明図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ同セラミックキャップの凹部形状の説明図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来のキャップとセラミック基体を用いて形成される電子部品収納用セラミックパッケージの部分拡大縦断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：セラミックキャップ、１１：セラミック基板、１２：封着用ガラス接合部、１３：凹部、１４：封着用ガラス、２０：電子部品収納用セラミックパッケージ、２１：セラミック基体、２２：電子部品、２３：キャビティ部、２４：ビア、２５：電子部品接続パッド、２６：導体配線パターン、２７：ボード、２８：半田、２９：外部接続端子パッド、３０：連続溝体、３０ａ：破断溝体、３１：整配列穴体、３１ａ：千鳥配列穴体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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