(57)【要約】【課題】この発明は、簡易な構成で、接合部位の剥離防止を図り得るようにして、信頼性の高い高品質な封止接合を実現することにある。【解決手段】基板１０に対してキャップ１２を、中間部に幅狭部１３３を設けた中間部材１３を介在して封止接合するように構成した物である。【選択図】図１
2009038285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
この基板上に被着されて封止空間を形成するキャップと、
一端に前記基板上に接合される第１接合部が設けられ、他端に前記キャップに接合される第２接合部が設けられ、中間部に前記第１および第２接合部に付与される外力を吸収する緩衝部が設けられた筒状の中間部材と、
を具備することを特徴とする封止構造体。
【請求項２】
前記緩衝部は、前記第１および第２接合部に比して幅狭に形成されることを特徴とする請求項１記載の封止構造体。
【請求項３】
前記緩衝部は、中間部材の内壁の周方向に凹部を形成してなることを特徴とする請求項２記載の封止構造体。
【請求項４】
前記緩衝部は、中間部材の外壁の周方向に凹部を形成してなることを特徴とする請求項２記載の封止構造体。
【請求項５】
前記基板と前記キャップは、熱膨張係数が異なる材料で形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の封止構造体。
【請求項６】
前記中間部材は、前記基板あるいは前記キャップの一方と一体的に形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の封止構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばＭＥＭＳ（マイクロ  エレクトロ  メカニカル  システム）デバイスや電子デバイス等の封止構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この封止構造体である中空気密封止パッケージとしては、セラミック等の絶縁基体の上面に平面矩形状の金属枠を接合して配置し、この金属枠の上端開口端部に金属蓋を溶接することにより、絶縁基体上に実装した半導体素子を気密封止する構成のものが提案されている。この中空気密封止パッケージは、その金属蓋と絶縁基体との熱膨張係数の差による熱応力による絶縁基体の割れを防止するために、金属枠を絶縁基体で形成して、その側壁に金属メッキを施し、その側壁に金メッキ無し部を設けることで、金属蓋の溶接による取り付けを実現したうえで、金属枠の絶縁基体への半田接続時における半田這い上がりを防止するように構成されている。
【特許文献１】特開２００５−２６８３０１号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記中空気密封止パッケージでは、その構成上、絶縁基体と金属蓋との熱膨張係数の差により、例えば使用温度環境が大きく変化したりして、外部からの応力が加わると、その応力が接合部位に集中し、接合部位が剥離される虞を有する。
【０００４】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、熱・圧力などに起因して発生する接合部位の剥離防止を図り得るようにして、信頼性の高い高品質な封止接合を実現した封止構造体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】
【０００５】
この発明は、基板と、この基板上に被着されて封止空間を形成するキャップと、一端に前記基板上に接合される第１接合部が設けられ、他端に前記キャップに接合される第２接合部が設けられ、中間部に前記第１および第２接合部に付与される外力を吸収する緩衝部が設けられた筒状の中間部材とを備えて封止構造体を構成した。
【０００６】
上記構成によれば、外力が基板、キャップ、中間部材に加わると、該外力が、中間部材の緩衝部で吸収されることにより、中間部材と基板との間の第１接合部、およびキャップとの間の第２接合部に付与される力が軽減される。従って、外力による中間部材の第１および第２接合部の剥離防止が実現されて、基板とキャップの高品質な封止接合を維持することができる。
【発明の効果】
【０００７】
以上述べたように、この発明によれば、簡易な構成で、熱・圧力などに起因して発生する接合部位の剥離防止を図り得るようにして、信頼性の高い高品質な封止接合を実現した封止構造体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】
【０００８】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、この発明の第１実施形態に係る封止構造体を示すもので、四辺形状の基板１０は、例えばアルミナで形成され、その上部には、例えば可変形状鏡を構成するデバイス１１が図示しないはんだ材を用いてダイボンディングされている。そして、この基板１０上には、例えば石英ガラス製のキャップ１２が、例えばコバール製の四辺形をしたリング状の中間部材１３（図２参照）を介在して封止接合されて封止空間１４が形成され、このキャップ１２を通してデバイス１１と外界との光線の入出力が可能に構成される。また、基板１０には、図示しない貫通配線が設けられ、この貫通配線によりデバイス１１が外界１５と電気的に接続される。
【００１０】
上記基板１０上には、上記デバイス１１を囲んだ接合面に接合部を構成する基板金属膜１０１が形成され、この基板金属膜１０１上には、上記中間部材１３の第１接合部を構成する一方端に形成された金属膜１３１が、例えばはんだ材１６を用いて接合される。この中間部材１３の他方端には、第２接合部を構成する金属膜１３２が形成され、この金属膜１３２には、上記キャップ１２に形成された接合部であるキャップ金属膜１２１が、例えばはんだ材１６を用いて接合される。この中間部材１３の金属膜１３１，１３２は、基板１０あるいはキャップ１２に対して十分な強度、封止性を確保可能な幅寸法Ｙに設定される。
【００１１】
上記はんだ材１６は、気密封止することが可能であれば、その種類は問わないが、鉛フリーはんだが環境に配慮する上で好ましい。また、デバイス１１が熱で機能劣化する可能性がある場合には、鉛共晶はんだよりも融点が低い鉛フリーはんだを用いるほうが好ましい。これにより、デバイス１１が熱で性能が劣化する可能性があり低温で接合する必要がある電子デバイスやMEMSデバイスなどの場合、接合時の熱により性能を劣化させずに接合できる。
【００１２】
なお、はんだ材１６は、アウトガスが発生しにくく封止空間を形成する接合材として好ましいが、例えば熱硬化型接着剤、フリットガラス、金属の固相拡散接合などによって相互間を接合するようにしてもよい。
【００１３】
このうち熱硬化型接着剤を用いる場合は、金属膜１３１，１３２、基板金属膜１０１、キャップ金属膜１２１を形成する必要がない。そして、フリットガラスの場合は、必要に応じて気密封止できるに十分なフリットガラスによる接合ができる金属膜を形成する。フリットガラスは、アウトガスが発生しにくく気密封止に適している。
【００１４】
また、金属の固層拡散接合の場合は、必要に応じて気密封止できるに十分な金属の固相拡散接合による接合ができる金属膜を形成する。さらに、金属の固相拡散の場合は、アウトガスが発生しにくく気密封止に適しており、さらに別途接合材を用いないので、製造時の当該接合材の供給方法や適切な供給量、また保管方法などを考慮する必要がなくなる。
【００１５】
また、上記中間部材１３には、その両方端の金属膜１３１，１３２の間に緩衝部を構成する、例えば幅狭部１３３が設けられる。この幅狭部１３３は、例えば基板面とキャップ面との間に略平行な凹状部を形成することで設けられ、外力が中間部材１３に加わると、弾性変形することで、該中間部材１３の両端に付与される力を吸収する。この幅狭部１３３としては、例えばその側部の内壁および外壁に凹部が、切削加工、モールド加工、エッチング加工等の手法により形成されて構成される。
【００１６】
この中間部材１３の幅狭部１３３としては、例えば図２に示すように幅寸法Ｗが、例えばキャップ１２を基板１０上で支え、所望の機械的強度が確保可能に設定され、その金属膜１３１，１３２の幅寸法Ｙに対して、Ｗ＜Ｙに設定される。これにより、中間部材１３は、外力が付与されると、その幅狭部１３３が弾性変形して吸収することで、両端に付与される外力が軽減される。なお、この中間部材１３の金属膜１３１、ｌ３２は、その幅寸法Ｙを、異なるように構成してもよい。
【００１７】
上記構成により、例えば外界温度等が上昇したりして、熱が加わると、基板１０とキャップ１２の材質の相違による熱膨張係数の差により、例えば図３に示すようにキャップ１２の膨張量が基板１０に比して小さいと、相互間に熱応力が発生される。すると、この熱応力は、基板１０とキャップ１２との間に配置された中間部材１３に付与される。
【００１８】
ここで、中間部材１３は、その幅狭部１３３が基板１０とキャップ１２の膨張量の差に対応して、図３に示すように弾性変形され、その応力を吸収する。これにより、中間部材１３の金属膜１３１と基板金属膜１０１、金属膜１３２とキャップ金属膜１２１との間に付与される応力が軽減され、基板１０およびキャップ１２は、熱応力に影響されることなく、初期の封止結合が維持される。
【００１９】
また、基板１０およびキャップ１２に加わる応力としては、熱応力に限るものでなく、例えば外力がキャップ１２に作用した場合や、外界１５の圧力が変化したりした場合においても、中間部材の緩衝部が弾性変形して力を吸収することができる。これにより、同様に中間部材１３の金属膜１３１と基板金属膜１０１、金属膜１３２とキャップ金属膜１２１との間に付与される応力が軽減され、基板１０およびキャップ１２は、該応力に影響されることなく、初期の封止結合が維持される。この結果は、基板１０とキャップ１２の熱膨張係数差にかかわらず得られる。
【００２０】
このように、上記封止構造体は、基板１０に対してキャップ１２を、中間部に幅狭部１３３を設けた中間部材１３を介在して封止接合するように構成した。
【００２１】
これによれば、熱応力を含む外力が基板１０、キャップ１２に加わると、該外力が、中間部材１３の幅狭部１３３で吸収されて、中間部材１３と基板１０およびキャップ１２との間の接合部位に付与される力が軽減されることで、熱応力を含む外力の影響を受けることなく、基板１０およびキャップ１２との接合部位の剥離を、確実に防止することができ。この結果、基板１０とキャップ１２の材料限定を行ったりすることなく、高品質な封止接合を容易に実現することができる。
【００２２】
（第２実施形態）
図４は、この発明の第２実施の形態に係る封止構造体を示すものである。但し、この図４においては、上記図１と同一部分について同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００２３】
即ち、第２実施形態では、上記中間部材１３の中間部に緩衝部として、その内側を凹状に形成した幅狭部１３３ａを設けて構成した。これによれば、中間部材１３は、内側に変形し易くなることで、例えば実使用環境において、低温側になる環境にさらされる割合が高い場合、機械的強度を保ちつつ基板１０とキャップ１２との信頼性の高い封止接合を実現することが可能となる。
【００２４】
また、これによれば、幅狭部１３３ａを切削等で形成する場合、その加工数の簡略化が図れることで、さらに製造性の向上を図ることが可能となる。さらに、これによれば、中間部材１３の外側のみに幅狭部を形成するよりも封止空間１４の体積が大きくなるため、封止空間１４内で発生するアウトガスによる影響を低減することができ、ひいてはデバイス１１の動作の信頼性を向上させることができる。
【００２５】
（第３実施形態）
図５は、この発明の第３実施の形態に係る封止構造体を示すものである。但し、この図５においては、上記図１と同一部分について同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００２６】
即ち、第３実施形態では、上記中間部材の中間部に緩衝部として、その外側を凹状に形成した幅狭部１３３ｂを設けて構成した。これによれば、中間部材１３は、外側に変形し易くなることで、例えば実使用環境において、高温側になる環境にさらされる割合が高い場合、機械的強度を保ちつつ基板１０とキャップ１２との信頼性の高い封止接合を実現することが可能となる。
【００２７】
また、これによれば、幅狭部１３３ｂを切削等で形成する場合、その加工数の簡略化が図れ、しかも、外側を加工することとなるため、加工自由度が高く、さらに製造性の向上を図ることが可能となる。
【００２８】
（第４実施形態）
図６および図７は、この発明の第４実施の形態に係る封止構造体を示すものである。但し、この図６および図７においては、上記図１と同一部分について同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
即ち、図６では、中間部材１３ａを上記基板１０と一体的に形成し、その他端に上記金属膜１３２を形成して、この金属膜１３２を上記キャップ１２のキャップ金属膜１２１とはんだ材１６を用いて封止接合するように構成した。この場合には、中間部材１３は、基板１０と同一材料で形成される。
【００３０】
また、図７では、中間部材１３ｂを上記キャップ１２と一体的に形成し、その一端に上記金属膜１３１を形成し、この金属膜１３１を上記基板１０の基板金属膜１０１とはんだ材１６を用いて封止接合するように構成した。この場合には、中間部材１３ｂは、キャップ１２と同一材料で形成される。
【００３１】
この第４実施形態によれば、接合工程の削減が図れることにより、さらに製造性の向上を図ることが可能となる。
【００３２】
なお、この発明は、上記第１乃至第４実施形態に限定されるものでなく、その他、下記の如く、変形も構成可能である。
【００３３】
（１）上記幅狭部１３の機械的強度としては、キャップ１２を支え、その他、例えばひずむことに対する耐久性などについても加えて考慮して設定することが好ましい。この場合、例えば図８に示すように、幅狭部１３３として凹状底面の角にＲを付けるように構成したり、図９に示すように幅狭部１３３として断面湾曲をした凹形状に形成して構成することにより、さらに応力集中が低減されて耐久性の向上を図ることが可能となる。
【００３４】
また、中間部材１３，１３ａ，１３ｂの内および外側に形成する凹状形状としては、双方で異なる形状のものを設けるようにしてもよい。この幅狭部１３３，１３３ａ，１３３ｂの凹部の形状としては、例えば要求される機械的強度等に応じて、その他、Ｖ状等各種形状のものを設けて構成するようにしてもよい。
【００３５】
なお、図８および図９における幅狭部１３３の形状構成は、上記第２および第３実施形態においても、適用可能であり、同様の効果が期待される。
【００３６】
（２）上記幅狭部１３３，１３３ａ，１３３ｂとしては、凹状を複数重、中間部材の中間部に設けるように構成することも可能である。
【００３７】
（３）上記基板１０としては、複数の部材が組み合わせて構成してもよい。例えば複数のセラミックが重ね合わせられたセラミックパッケージなどが挙げられる。また、上記キャップ１２も複数の部材が組み合わせられて構成してもよい。
【００３８】
（４）上記封止空間１４の形状や、上記中間部材１３，１３ａ，１３ｂの形状としては、四辺形状に限定されものでなく、例えば、六角形など四角形以外の多角形形状、円形状、楕円形状など、各種の形状に形成することが可能である。また、封止空間１４としては、１つ配置するだけに限るものでなく、例えば１つの基板に対して２組の中間部材とキャップを組合わせて、２つ配置するように構成することも可能である。
【００３９】
（５）上記デバイス１１の個数は、封止空間１４に対して２個以上配置するように構成してもよい。
【００４０】
（６）上記デバイス１１としては、可変形状鏡に限るものでなく、その他、光偏向器、加速度センサなどのＭＥＭＳデバイスや、ＣＣＤなどの固体撮像素子やフラッシュメモリなどの電子デバイスなどを配するようにしてもよい。
【００４１】
（７）上記キャップ１２としては、石英ガラスに限るものでなく、その他、例えばホウケイ酸ガラスなどのその他のガラス、コバールやステンレスなどの金属、または、シリコンなどを用いて構成することが可能である。
【００４２】
（８）上記中間部材１３，１３ａ，１３ｂとしては、コバールに限るものでなく、その他、例えばアルミニウム、アルミ合金、ステンレスなどの金属や、シリコンなどを用いて構成することが可能である。
【００４３】
（９）上記基板１０の材質は、アルミナに限るものでなく、その他、例えば石英やホウケイ酸ガラスなどのガラスや、シリコンなどでもよい
また、上記各実施形態では、中間部材１３に設ける緩衝部として、幅狭部を設けて構成した場合で説明したが、これに限ることなく、その他、例えば中間部材の中間位置に端部に比して弾性変形し易い材料を配して構成するようにすることも可能である。
【００４４】
よって、この発明は、上記各実施形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各実施形態により種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００４５】
また、上記各実施形態を適宜組み合わせるようにしても良い。これにより、単独の場合に比べて更なる効果を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の第１実施形態に係る封止構造体の要部を示した断面図である。
【図２】図１の中間部材を取出して上面から見た状態を示した平面図である。
【図３】図１の動作を説明するために示した断面図である。
【図４】この発明の第２実施形態に係る封止構造体の要部を示した断面図である。
【図５】この発明の第３実施形態に係る封止構造体の要部を示した断面図である。
【図６】この発明の第４実施形態に係る封止構造体の要部を示した断面図である。
【図７】この発明の第４実施形態の他の変形例の要部を示した断面図である。
【図８】この発明の第１実施形態に係る封止構造体の変形例を説明するために示した断面図である。
【図９】この発明の第１実施形態に係る封止構造体の他の変形例を説明するために示した断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０…基板、１０１…基板金属膜、１１…デバイス、１２…キャップ、１２１…キャップ金属膜、１３，１３ａ，１３ｂ…中間部材、１３１，１３２…金属膜、１３３，１３３ａ，１３３ｂ…幅狭部、１４…封止空間、１５…外界、１６…はんだ材。
【図１】
2009038285.tif 000003
【図２】
2009038285.tif 000004
【図３】
2009038285.tif 000005
【図４】
2009038285.tif 000006
【図５】
2009038285.tif 000007
【図６】
2009038285.tif 000008
【図７】
2009038285.tif 000009
【図８】
2009038285.tif 000010
【図９】
2009038285.tif 000011