(57)【要約】【課題】金属製底面部材と枠状セラミック基板のはんだ接合部の気密性が高い気密パッケージを安定的に製造する。【解決手段】金属製底面板１と、金属製底面板１に配設される枠状セラミック基板２と、枠状セラミック基板２の中空部を覆う金属製蓋３とを備え、枠状セラミック基板２の金属製底面板１との対向面に形成され下方へ向けて凸の曲面５ａを持つ枠状金属バンンプ５を設けるとともに、枠状金属バンンプ５と金属製底面板１とを接合するはんだ４を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製底面部材と、前記金属製底面部材に配設される枠状セラミック基板と、前記枠状セラミック基板の中空部を覆う金属製蓋体とを備え、前記枠状セラミック基板の前記金属製底面部材との対向面に形成され下方へ向けて凸の曲面を持つ枠状金属隆起部を設けるとともに、前記枠状金属隆起部と前記金属製底面部材とを接合するはんだ材を設けたことを特徴とする気密パッケージ。
【請求項２】
前記枠状金属隆起部が前記枠状金属隆起部と前記金属製底面部材とを接合するはんだ材よりも融点の高いはんだ材からなることを特徴とする請求項１に記載の気密パッケージ。
【請求項３】
金属製底面部材と、前記金属製底面部材に配設される枠状セラミック基板と、前記枠状セラミック基板の中空部を覆う金属製蓋体とを備えた気密パッケージを製造するにあたり、前記枠状セラミック基板の前記金属製底面部材との対向面に下方へ向けて凸の曲面を持つ枠状金属隆起部を予め形成した後、前記枠状金属隆起部と前記金属製底面部材とをはんだ材で接合することを特徴とする気密パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、気密パッケージとその製造方法、特に、金属製底板と、枠状セラミック基板と、金属製蓋とからなる容器の内部に、半導体素子を気密に収容する構成の気密パッケージとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術における気密パッケージでは、絶縁基板と、絶縁基板の上面にはんだ材で接合された金属枠体と、金属枠体の上面に取り付けられた金属製蓋体によって構成される気密パッケージがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１６２５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような気密パッケージにあっては、絶縁基板と金属枠体とをはんだ材で接合する際に発生するボイドが金属枠体の下部に溜まり、気密性が損なわれることがあるという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、はんだ材で接合する際のボイドがはんだ材の外部に排斥されやすく気密性の高い気密パッケージを安定的に製造できるようにしようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る気密パッケージは、金属製底面部材と、前記金属製底面部材に配設される枠状セラミック基板と、前記枠状セラミック基板の中空部を覆う蓋体とを備え、前記枠状セラミック基板の前記金属製底面部材との対向面に形成され下方へ向けて凸の曲面を持つ枠状金属隆起部を設けるとともに、前記枠状金属隆起部と前記金属製底面部材とを接合するはんだ材を設けたものである。
【０００７】
この発明に係る気密パッケージの製造方法は、金属製底面部材と、前記金属製底面部材に配設される枠状セラミック基板と、前記枠状セラミック基板の中空部を覆う蓋体とを備えた気密パッケージを製造するにあたり、前記枠状セラミック基板の前記金属製底面部材との対向面に下方へ向けて凸の曲面を持つ枠状金属隆起部を予め形成した後、前記枠状金属隆起部と前記金属製底面部材とをはんだ材で接合するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、はんだ材で接合する際のボイドがはんだ材の外部に排斥されやすく気密性の高い気密パッケージを安定的に製造できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１および図２について説明する。図１は実施の形態１における気密パッケージの構成を示す断面図である。図２は実施の形態１における気密パッケージの要部構成を示す拡大断面図である。
【００１０】
この発明による実施の形態１における気密パッケージの構成を示す図１および図２において、金属製底板１と枠状セラミック基板２とがはんだ４を介してはんだ付され、容器６が構成されている。枠状セラミック基板２の下面には予め枠状金属バンプ５が設けられている。容器６の内部に半導体素子（図示せず）が枠状セラミック基板２に装着した状態で取り付けられ、枠状セラミック基板２の上面に金属製蓋３が気密に取り付けられている。
金属製底板１としては、半導体素子の発する熱を拡散・放熱する役割を果たすため、熱伝導率の大きい材料が好ましい。例えば、銅，銅−タングステン合金，銅−モリブデン合金などが挙げられる。また、はんだ付を容易にするために、金属製底板１の表面にニッケルめっきが被着される。更に、はんだ付を容易にするためにニッケルめっきの上に金めっきを被着してもよい。
枠状セラミック基板２としては、半導体素子と外部とを金ワイヤ等（図示せず）を介して電気的に接続するための表層配線及び内層配線（図示せず）が同時焼成されたセラミック類が好ましい。例えば、酸化アルミニウム質焼成体、窒化アルミニウム質焼成体などの高温同時焼成セラミック類、ガラスセラミック焼成体などの低温同時焼成セラミック類などが挙げられる。また、はんだ付を容易にするために、表層配線の表面にニッケルめっきと金めっきが順次被着される。
金属製蓋３としては、熱応力によって枠状セラミック基板２に亀裂が発生することを避けるため、枠状セラミック基板２との線膨張係数差が小さい材料が好ましい。例えば、鉄−ニッケル合金，鉄−ニッケル−コバルト合金などが挙げられる。また、ろう付を容易にするために、表面にニッケルめっきが被着される。更にニッケルめっきの上に金めっきを被着してもよい。
枠状金属バンプ５は、はんだ４よりも高融点のはんだを枠状セラミック基板２の下面に溶融・固着されることで容易に形成することができる。はんだ４と枠状金属バンプ５の組み合わせとしては、例えば、６３ｗｔ％錫−鉛はんだと５ｗｔ％錫−鉛はんだ、錫−３ｗｔ％銀−０．５ｗｔ％銅はんだと錫−５ｗｔ％アンチモンはんだなどが挙げられる。
【００１１】
このような構成によれば、金属製底板１と枠状セラミック基板２とをはんだ４を介してはんだ付する際に発生するボイド７が、浮力によって枠状金属バンプの下に凸の曲面５ａに沿って浮上・移動し、はんだ４の外部に排斥される。
【００１２】
このような構成を具備する容器６を製造する工程においては、まず、金属製底板１の上面に枠状セラミック基板２が気密に取り付けられる。枠状セラミック基板２の下面には下方へ向かう凸状曲面５ａを形成している比較的高融点のはんだ材からなる枠状金属バンプ５が予め形成される。枠状セラミック基板２は枠状金属バンプ５の凸状曲面５ａを金属製底板１の上面に対向して金属製底板１の上方に配設され、はんだ４によって金属製底板１と枠状セラミック基板２とがはんだ付され、金属製底板１が枠状セラミック基板２に接合される。
次に、枠状セラミック基板２の上面に金属製蓋３がろう付により気密に取り付けられる。
はんだ４による金属製底板１と枠状金属バンプ５とのはんだ付の際には、図２に示すように、比較的低融点のはんだ４の内部に発生するボイド７が枠状金属バンプ５の凸状曲面５ａに沿って上方に移動し、はんだ４の外部へ排斥される。
前述の通り、枠状金属バンプ５は、はんだ４の融点よりも高い融点を持つはんだ材で形成され、比較的高温度で溶融状態となり高温度状態から急速に凝固して枠状セラミック基板２に付着し易いはんだ材によって枠状セラミック基板２へ枠状金属バンプ５を容易に形成できるものである。
【００１３】
このように、枠状セラミック基板２の下面に下に凸の曲面５ａを成すような枠状金属バンプ５を取り付けることにより、金属製底板１と枠状セラミック基板２をはんだ４を介してはんだ付する際に発生するボイド７をはんだ４の外部に排斥することができ、気密性の高いパッケージを安定的に製造することができる。
【００１４】
（１Ａ）この発明による実施の形態１によれば、金属製底板１からなる金属製底面部材と、前記金属製底板１からなる金属製底面部材の上面にに配設される枠状セラミック基板２と、前記枠状セラミック基板２の中空部を覆う金属製蓋１からなる金属製蓋体とを備え、前記枠状セラミック基板２の前記金属製底板１からなる金属製底面部材との対向面に形成され下方へ向けて凸の曲面を持つ枠状金属バンプ５からなる枠状金属隆起部を設けるとともに、前記枠状金属バンプ５からなる枠状金属隆起部と前記金属製底板１からなる金属製底面部材とを接合するはんだ４からなるはんだ材を設けたので、はんだ材で接合する際のボイド７がはんだ材の外部に排斥されやすく気密性の高い気密パッケージを安定的に製造できる。
すなわち、金属製底板１と枠状セラミック基板２と金属製蓋３とからなる容器６の内部に半導体素子を気密に収容する構成の気密パッケージであって、枠状セラミック基板２の下面に下に凸の曲面５ａを成すような枠状金属バンプ５を設けた後、金属製底板１と枠状セラミック基板２をはんだ付したものであり、以下の構成要件を満足する気密パッケージが構成されている。
（ａ）金属製底板１を備える。
（ｂ）枠状セラミック基板２を備える。
（ｃ）金属製蓋３を備える。
（ｄ）金属製底板１と枠状セラミック基板２をはんだ４で接合する。
（ｅ）枠状セラミック基板２の下面に下に凸の曲面５ａを成すように枠状金属バンプ５が予め設けられている。
したがって、この構成により、枠状セラミック基板２と金属製底板１をはんだ付する際に発生するボイド７が、浮力によって枠状金属バンプ５の下に凸の曲面５ａに沿って浮上・移動し、はんだ４の外部に排斥され、気密性の高いパッケージを安定的に製造することができる、といった従来にない顕著な効果を奏するものである。
【００１５】
（１Ｂ）この発明による実施の形態１によれば、前記（１Ａ）項における構成において、前記枠状金属バンプ５からなる枠状金属隆起部が前記枠状金属バンプ５からなる枠状金属隆起部と前記金属製底板１からなる金属製底面部材とを接合するはんだ材よりも融点の高いはんだ材からなるので、はんだ材で接合する際のボイド７がはんだ材の外部に排斥されやすく気密性の高い気密パッケージを安定的に製造でき、しかも、枠状セラミック基板２の下面に容易に枠状金属バンプ５を形成できる気密パッケージを得ることができる。
【００１６】
（１Ｃ）この発明による実施の形態１によれば、金属製底板１からなる金属製底面部材と、前記金属製底板１からなる金属製底面部材の上面に配設される枠状セラミック基板２と、前記枠状セラミック基板２の中空部を覆う金属製蓋１からなる金属製蓋体とを備えた気密パッケージを製造するにあたり、前記枠状セラミック基板２の前記金属製底板１からなる金属製底面部材との対向面に下方へ向けて凸の曲面５ａを持つ枠状金属バンプ５からなる枠状金属隆起部を予め形成した後、前記枠状金属バンプ５からなる枠状金属隆起部と前記金属製底板１からなる金属製底面部材とをはんだ４からなるはんだ材で接合することを特徴としているので、はんだ材で接合する際のボイド７がはんだ材の外部に排斥されやすく気密性の高い気密パッケージを安定的に製造できる気密パッケージの製造方法を得ることができる。
【００１７】
実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図３および図４について説明する。図３は実施の形態２における気密パッケージの構成を示す断面図である。図４は実施の形態２における気密パッケージの製造にシームシーリング法を適用する場合の説明図である。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１８】
この発明による実施の形態２における気密パッケージの構成を示す図３において、枠状セラミック基板２の上面に金属製枠体８が取り付けられ、枠状セラミック基板２と金属製蓋３との間に介在している。
金属製蓋３を枠状セラミック基板２にろう付する場合には、枠状セラミック基板２の上面に予め取り付けられた金属製枠体８と金属製蓋３との接合面をろう付することで、金属製蓋３を枠状セラミック基板２との気密が確保される。
【００１９】
この構成によれば、金属製蓋３と金属製枠体８とを気密にろう付する際に、工程が簡単で安価なシームシーリング法を用いることができる。
【００２０】
図４について、シームシーリング法を実施する場合の工程を説明する。まず、金属製蓋３を枠状セラミック基板２に予め設けられた金属製枠体８の上面に載置する。金属製蓋３の金属製枠体８と接合される部位の接合面側にはろう付用のろう材としての金属メッキ層が形成されている。
次に、図４に示すように、金属製蓋３の周縁外周部へ転動可能なローラ電極ＥＡおよびローラ電極ＥＢが圧接される。これらローラ電極ＥＡとローラ電極ＥＢとの間にはパルス電源ＰＳが電気的に接続され、ローラ電極ＥＡから金属製蓋３と金属製枠体８とを介してパルス電流を流通させる。このパルス電流によるジュール熱に基づく発熱によって、金属製蓋３と金属製枠体８との接合部位に介在するろう材としての金属メッキ層を溶融し、ろう付を行う。
ローラ電極ＥＡとローラ電極ＥＢとは金属製蓋３の周縁外周部に沿って転動し、金属製蓋３と金属製枠体８との接合部位に介在するろう材としての金属メッキ層を順次溶融し、金属製蓋３と金属製枠体８とのろう付けを連続的に行う。
【００２１】
（２Ａ）この発明による実施の形態２によれば、金属製底板１からなる金属製底面部材と、前記金属製底板１からなる金属製底面部材に配設される枠状セラミック基板２と、前記枠状セラミック基板２の中空部を覆う金属製蓋１からなる金属製蓋体とを備え、前記枠状セラミック基板２の前記金属製底板１からなる金属製底面部材との対向面に形成され下方へ向けて凸の曲面を持つ枠状金属バンプ５からなる枠状金属隆起部を設けるとともに、前記枠状金属バンプ５からなる枠状金属隆起部と前記金属製底板１からなる金属製底面部材とを接合するはんだ４からなるはんだ材を設け、かつ、前記枠状セラミック基板２の上面に金属製蓋３からなる金属製蓋体との間に介在する金属製枠体８を設けたので、はんだ材で接合する際のボイド７がはんだ材の外部に排斥されやすく気密性の高い気密パッケージを安定的に製造でき、かつ、金属製蓋３と金属製枠体８とを気密にろう付する際に、工程が簡単で安価なシームシーリング法を用いることができる。
【００２２】
（２Ｂ）この発明による実施の形態１によれば、金属製底板１からなる金属製底面部材と、前記金属製底板１からなる金属製底面部材に配設される枠状セラミック基板２と、前記枠状セラミック基板２の中空部を覆う金属製蓋１からなる金属製蓋体とを備えた気密パッケージを製造するにあたり、前記枠状セラミック基板２の前記金属製底板１からなる金属製底面部材との対向面に下方へ向けて凸の曲面５ａを持つ枠状金属バンプ５からなる枠状金属隆起部を予め形成した後、前記枠状金属バンプ５からなる枠状金属隆起部と前記金属製底板１からな金属製底面部材とをはんだ４からなるはんだ材で接合し、かつ、前記枠状セラミック基板２に設けられ前記金属製蓋１からなる金属製蓋体と前記枠状セラミック基板２との間に介在する金属製枠体８に前記金属製蓋１からなる金属製蓋体をシームシーリング法によってろう付することを特徴としているので、はんだ材で接合する際のボイドがはんだ材の外部に排斥されやすく気密性の高い気密パッケージを安定的に製造でき、かつ、工程が簡単で安価なシームシーリング法を用いて金属製蓋３と金属製枠体８とを気密にろう付することができる気密パッケージの製造方法を得ることができる。
【００２３】
実施の形態３．
この発明による実施の形態３を図５について説明する。図５は実施の形態３における気密パッケージの構成を示す断面図である。
この実施の形態３において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００２４】
この発明による実施の形態３における気密パッケージの構成を示す図５において、実施の形態２における図３に示す金属製蓋３と金属枠体８の代わりに、これら金属製蓋３と金属枠体８とを一体にしたような形状の縁付金属製蓋９が枠状セラミック基板２の上面に取り付けられている。
この縁付金属製蓋９は、平板状の蓋本体部９ａの周縁部に枠状セラミック基板２へ向け下方に突出する枠状突出部９ｂを一体に設けて形成される。
【００２５】
この構成によれば、枠状セラミック基板２を厚くすることなく、また金属製枠体８を必要とせずに、枠状セラミック基板２の中空部における気密パッケージの内部空間の高さを拡大できる。縁付金属製蓋９は工程が簡単で安価なプレス加工で製造できる。
【００２６】
（３Ａ）この発明による実施の形態３によれば、金属製底板１からなる金属製底面部材と、前記金属製底板１からなる金属製底面部材に配設される枠状セラミック基板２と、前記枠状セラミック基板２の中空部を覆う縁付金属製蓋９からなる金属製蓋体とを備え、前記枠状セラミック基板２の前記金属製底板１からなる金属製底面部材との対向面に形成され下方へ向けて凸の曲面を持つ枠状金属バンプ５からなる枠状金属隆起部を設けるとともに、前記枠状金属バンプ５からなる枠状金属隆起部と前記金属製底板１からなる金属製底面部材とを接合するはんだ４からなるはんだ材を設け、かつ、縁付金属製蓋９からなる金属製蓋体９に前記枠状セラミック基板２へ向け下方に突出する枠状突出部９ｂを設けたので、はんだ材で接合する際のボイド７がはんだ材の外部に排斥されやすく気密性の高い気密パッケージを安定的に製造でき、かつ、気密パッケージの内部空間の高さを容易に拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明による実施の形態１における気密パッケージの構成を示す断面図である。
【図２】この発明による実施の形態１における気密パッケージの要部構成を示す拡大断面図である。
【図３】この発明による実施の形態２における気密パッケージの構成を示す断面図である。
【図４】この発明による実施の形態２における気密パッケージの製造にシームシーリング法を実施する場合の説明図である。
【図５】この発明による実施の形態３における気密パッケージの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  金属製底板、２  枠状セラミック基板、３  金属製蓋、４  はんだ、５  枠状金属バンプ、６  容器、７  ボイド、８  金属製枠体、９  縁付金属製蓋。
【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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