(57)【要約】      （修正有）【課題】外部電極を有するガラスよりなるベース部材をもつ表面実装部品パッケージのガラスとして使用するガラスの強化を化学強化以外の方法で実現し、低コストなガラスを構成要素とする表面実装部品パッケージとその製造方法の提供。【解決手段】ガラス製のベース１にガラスまたは金属製の蓋２が接合材３で接合されており、これらベース１と蓋２とによって気密状態の密閉空間が構成されている。ベース１の外側の面に形成された外部電極４とベース１の内側の面に形成されて密閉空間内に収容された内部電極６とは、蓋２とベース１の接合面を経由する層間電極１２により接続されている。内部電極６には接続材７により水晶振動片８が接続されている。ベース１の外側の面、すなわち外部電極形成面には、厚膜印刷用ガラス・ペーストを用いた印刷法により厚膜層を形成し焼成することによりガラス化してなる厚膜絶縁体層（厚膜ガラス層）１３が形成されている。【選択図】図１
2009141234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電極を形成したベース部材を有するパッケージにおいて、前記ベース部材が、その少なくとも外部電極が形成された面に厚膜絶縁体層が形成されたガラスよりなることを特徴とする表面実装部品パッケージ。
【請求項２】
前記表面実装部品パッケージが、前記ベース部材と蓋部材により密閉空間を構成した中空気密パッケージであることを特徴とする請求項１に記載の表面実装部品パッケージ。
【請求項３】
前記表面実装部品パッケージが、前記密閉空間に水晶振動片を有する水晶振動子パッケージであることを特徴とする請求項２に記載の表面実装部品パッケージ。
【請求項４】
前記厚膜絶縁体層が厚膜ガラス層であることを特徴とする請求項１に記載の表面実装部品パッケージ。
【請求項５】
前記厚膜ガラス層が結晶化ガラスよりなることを特徴とする請求項４に記載の表面実装部品パッケージ。
【請求項６】
前記厚膜ガラス層が透明ガラスであることを特徴とする請求項４に記載の表面実装部品パッケージ。
【請求項７】
前記厚膜絶縁体層がガラスと無機物の複合体であることを特徴とする請求項１に記載の表面実装部品パッケージ。
【請求項８】
前記厚膜絶縁体層がパターン化されていること特徴とする請求項１に記載の表面実装部品パッケージ。
【請求項９】
前記ガラスが、フロート法により製造された薄板ソーダガラスであることを特徴とする請求項１に記載の表面実装部品パッケージ。
【請求項１０】
外部電極を形成したガラスからなるベース部材を有するパッケージにおいて、前記ベース部材の少なくとも外部電極が形成された面に厚膜ペースト印刷法により厚膜絶縁体層を形成し焼成することによりなる厚膜絶縁体層を形成する工程を有することを特徴とする表面実装部品パッケージの製造方法。
【請求項１１】
前記ガラスは、フロート法により製造された薄板ソーダガラスであることを特徴とする請求項１０に記載の表面実装部品パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスを構成部材としてもつ表面実装部品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】
半導体、ＩＣ、ＭＥＭＳセンサー、圧電振動子・発信器、光部品、高周波部品、マルチ・チップ・モジュール等の多彩な分野の表面実装部品パッケージとしては、従来、セラミックスの容器に金属製あるいはガラス製の蓋を接合した表面実装部品パッケージが多く利用されている。
【０００３】
しかし、このセラミックスを用いたパッケージは高価なため、ガラスを利用したパッケージが考案されている（特許文献１）。図７に、このようなガラスを用いた表面実装部品パッケージの例として水晶振動子パッケージを断面図に示す。この図では、回路基板にはんだにより水晶振動子パッケージを接続した状態で示している。
【０００４】
ガラス製のベース１にガラスまたは金属製の蓋２が接合材３で接合されており、外部電極４と内部電極６とは貫通電極５により接続されている。内部電極６には接続材７により水晶振動片８が接続されている。このような水晶振動子パッケージは、はんだ９により回路基板１１のランド１０と接続・固定され実装される。このような表面実装部品パッケージは極めて小型化しており、そのためベース１の厚みは０．３ｍｍあるいは０．２ｍｍ更にはそれ以下というようなものとなっている。
【０００５】
フロート法により製造されたソーダガラスの薄板ガラスは、極めて低コストという特徴をもち、このような表面実装部品パッケージに有利である。またガラスは、ガラス基板上に多数のパッケージ領域を形成することにより、水晶振動片、半導体、ＩＣのような電子デバイスチップとの接合や蓋とベースの接合を多数一括して行えるという利点もある。更にガラスをパッケージの部材として利用した水晶振動子パッケージは、水晶振動片を気密封止後にレーザーにより周波数調整が可能であるという大きな利点をもつ。
【０００６】
しかしながら、このソーダガラスはガラスのうちでも最も強度が低いという欠点がある。このような端子がないタイプの表面実装パッケージは、金属端子のような応力の緩和機構をもたないため、基板との熱膨張差による熱応力や基板の変形応力の影響を直接受けることとなり、回路基板上にはんだ付けされた表面実装パッケージは、基板の変形、落下衝撃、熱衝撃等に耐えることが要求される。
【０００７】
そのため回路基板の変形等により亀裂が入り水晶振動子の発信停止に至ることがある。この亀裂は特にベースと回路基板のはんだ接合部付近のガラスの切断部付近から発生しやすい。この傾向は水晶振動子のようなパッケージのような中空気密パッケージで特に著しい。またこの亀裂発生は融点が高くかつクリープ強度が高く熱応力緩和が起こりにくいＰｂフリーはんだでおこりやすい。
【０００８】
そこで、この欠点を改善する方法として、ガラスを化学強化することが考案されている（特許文献２）。あるいはガラスの代わりのガラス・セラミックス（結晶化ガラス）を利用することが考案されている（特許文献３）。
【特許文献１】特開２００２−１２４８４５号公報
【特許文献２】特開平７−２１２１５９号公報
【特許文献３】特開平１０−３３５９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
化学強化したソーダガラスでは、強度は向上するがその切断に際してかえって亀裂が発生して切断部から破壊を生じやすいという欠点を生じる。また、化学強化後、数百°Ｃの熱を受けると化学強化の効果が損なわれるというような欠点もある。また、結晶化ガラスは、高強度ではあるが極めて高価であるという欠点をもつ。
【００１０】
そこで本発明は、結晶化ガラスあるいは化学強化以外の方法でガラスの強度を向上し、低コストなガラスを構成要素とする表面実装部品パッケージを実現することを目的とするものである。
【００１１】
なお、本発明における表面実装部品パッケージとは、単なるパッケージのみを意味しているわけではなく、その内部に水晶振動子などの各種の電子デバイスを収容した状態のものをいう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の表面実装部品パッケージでは、外部電極を形成したベース部材の少なくとも外部電極の形成面に厚膜絶縁体層が形成されたものとする。
【００１３】
前記表面実装部品パッケージは、前記ベース部材と蓋部材により密閉空間を構成した中空パッケージとする。
【００１４】
前記表面実装部品パッケージは、前記密閉空間に水晶振動片を有する水晶振動子パッケージとする。
【００１５】
前記厚膜絶縁体層は厚膜ガラス層とする。
【００１６】
前記厚膜ガラス層は結晶化ガラスとする。
【００１７】
前記厚膜ガラス層が透明ガラスとする。
【００１８】
前記厚膜絶縁体層はガラスと無機物の複合体とする。
【００１９】
前記厚膜絶縁体層はパターン化する。
【００２０】
前記外部電極は、スパッタにより形成した金属層の上にめっきにより形成した金属層よりなる。
【００２１】
前記ガラスは、フロート法により製造された薄板ソーダガラスとする。
【００２２】
また本発明の表面実装部品パッケージの製造方法は、ベース部材を構成するガラスの少なくとも外部電極が形成された面に厚膜ペースト印刷法により厚膜絶縁体層を形成し焼成することによりなる厚膜絶縁体層を形成する工程を有する。
【００２３】
前記表面実装部品パッケージの製造方法でのガラスは、フロート法により製造された薄板ソーダガラスとする。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１の発明による表面実装部品パッケージは、厚膜ペーストに混入する成分を適当なものに選択することによりソーダガラスの欠点である低破壊強度という欠点、特に外部電極部への応力集中を原因とする表面からの亀裂発生を改善する。
【００２５】
請求項２の発明による表面実装部品パッケージは、密閉空間を構成した中空気密パッケージであることで電池あるいは水晶振動子、ＭＥＭＳセンサー、光スイッチのような可動部分を有する電子デバイスの実装を可能とする。
【００２６】
請求項３の発明による表面実装部品パッケージは、水晶振動子パッケージにおいて気密封止後のレーザーによる周波数調整が可能となる。
【００２７】
請求項４の発明による表面実装部品パッケージは、厚膜絶縁体層が厚膜ガラス層であることにより低温焼成が可能となる。
【００２８】
請求項５の発明による表面実装部品パッケージは、厚膜ガラス層が結晶化ガラスよりなることにより低コストで高強度な結晶化ガラスを利用したガラス強化ができる。
【００２９】
請求項６の発明による表面実装部品パッケージは、厚膜ガラス層が透明ガラスであることにより水晶振動子パッケージにおいて気密封止後のレーザーによる周波数調整が可能となる。
【００３０】
請求項７の発明による表面実装部品パッケージは、厚膜絶縁体層がガラスと無機物の複合体であることによりガラスと酸化物のような無機物の複合体による強化が可能となる。
【００３１】
請求項８の発明による表面実装部品パッケージは、前記厚膜絶縁体層がパターン化されていることにより、水晶振動子パッケージにおいて厚膜絶縁体層の形成されていない部分すなわち開口部を設けることにより非透明な厚膜絶縁体層を形成しても開口部を通して気密封止後のレーザーによる周波数調整が可能となる。
【００３２】
請求項９による発明による表面実装部品パッケージは、ガラスがフロート法により製造された薄板ソーダガラスであることにより低コスト化が可能となる。
【００３３】
請求項１０による発明による表面実装部品パッケージの製造方法によると、ガラスの欠点である低破壊強度という欠点を改善した表面実装部品パッケージの製造が可能となる。
【００３４】
請求項１１による発明による表面実装部品パッケージの製造方法によると、低コスト化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
【００３６】
図１は、本発明の第１の実施例の表面実装部品パッケージの実装状態の断面図である。
【００３７】
ガラス製のベース１にガラスまたは金属製の蓋２が接合材３で接合されており、これらベース１と蓋２とによって気密状態の密閉空間が構成されている。ベース１の外側の面に形成された外部電極４とベース１の内側の面に形成されて密閉空間内に収容された内部電極６とは、蓋２とベース１の接合面を経由する層間電極１２により接続されている。内部電極６には接続材７により水晶振動片８が接続されている。
【００３８】
ベース１の外側の面、すなわち外部電極形成面には、厚膜印刷用ガラス・ペーストを用いた印刷法により厚膜層を形成し焼成することによりガラス化してなる厚膜絶縁体層（厚膜ガラス層）１３が形成されている。厚膜印刷用ガラス・ペーストは、ガラス粉末とビヒクルと呼ばれる樹脂ないし高分子成分と溶剤等よりなり、スクリーン印刷などの印刷法により基板等に印刷し焼成するものである。
【００３９】
厚膜ガラス層の熱膨張率とベースを構成するガラス材料すなわちソーダガラスの熱膨張率とを合わせれば、厚膜ガラス層の形成は片側の面だけでよい。ソーダガラスと厚膜ガラス層の熱膨張率を異ならせて、表面に圧縮内部応力を発生させガラス強化の効果をもたせようとするときは、ベースの変形を防止するため両方の面に厚膜ガラス層を形成することが好ましい。
【００４０】
この厚膜印刷用ガラス・ペーストの主成分となるガラス粉末の成分としてはホウケイ酸ガラスがあり、なかでも、アルカリあるいはアルカリ土類金属を含むホウケイ酸ガラスは融点が低く、また熱膨張率が大きくガラス強化の効果をもたせるのに都合がよい。本発明の厚膜印刷用ガラス・ペーストは低融点であるほうが工程上都合がよい。また環境への影響等を考慮すると有害な鉛を含まない無鉛のものが望ましい。
【００４１】
その他無鉛の低融点系のものとしては、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、ＢａＯ、ＳｎＯなどを含むガラスがある。たとえばＺｎＯを含むものとしては、Ｂ2Ｏ3・ＺｎＯ系、ホウケイ酸・ＺｎＯ系、アルカリケイ酸・ＺｎＯ系などがある。Ｂｉ２Ｏ３系としては、Ｂｉ２Ｏ３・Ｂ2Ｏ3系、ホウケイ酸・Ｂｉ２Ｏ３系、Ｂｉ２Ｏ３・Ｂ2Ｏ3・ＺｎＯ・系などがある。Ｐ２Ｏ５系としては、Ｐ２Ｏ５・ＺｎＯ系、Ｐ２Ｏ５・ＺｎＯ・Ｂ2Ｏ3系、Ｐ２Ｏ５・ＺｎＯ・ＳｎＯ系、Ｐ２Ｏ５・ＳｎＯ系、Ｐ２Ｏ５・ＳｎＯ・Ｂ2Ｏ3系、Ｐ２Ｏ５・ＣｕＯ系などがある。ＢａＯ系としては、ホウケイ酸・ＢａＯ系、ＢａＯ・ＺｎＯ・Ｂ2Ｏ3系などがある。Ｖ２Ｏ５系としては、Ｖ２Ｏ５・ＺｎＯ・ＢａＯ系などがある。ＳｎＯ系としては、上記以外にＢ2 Ｏ3 −ＺｎＯ−ＢａＯ−ＳｎＯ系などがある。
【００４２】
もちろん各系ともアルカリ成分やそれ以外の成分を少量添加していてもかまわない。また熱膨張率の調整等のため、結晶質の無機物、主に酸化物等が添加されてもよく、この場合は透明性を失うこととなる。
【００４３】
また結晶化ガラスも利用可能である。結晶化ガラスは、ガラスの熱処理により微細な結晶相を析出させたもので、Ｌｉ２Ｏ、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３やＢａＯを含むものが代表的である。Ｌｉ２Ｏ系は、Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・ケイ酸系が代表的である。ＺｎＯ系としては、ＺｎＯ・ホウケイ酸系、アルカリケイ酸・ＺｎＯ系、ＺｎＯ・Ｂ2 Ｏ3系、ＺｎＯ・Ａｌ２Ｏ３・ケイ酸系などがあり、Ａｌ２Ｏ３としては、Ａｌ２Ｏ３・アルカリケイ酸系、Ａｌ２Ｏ３・ＭｇＯ・ケイ酸系などがあり、ＢａＯ系としては、ＢａＯ・ホウケイ酸系、ＢａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ケイ酸系などがある。
【００４４】
さらに酸化物のような結晶質無機物とガラスの複合効果をもたせるためには、前記ガラスを結合剤的に使用し、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ケイ酸アルミニウム類、ケイ酸マグネシウム類、ケイ酸アルミニウム・マグネシウム類などの酸化物を混合した厚膜ペーストが利用できる。
【００４５】
ベースと蓋の接合は、蓋が金属の場合は接合材としてＡｇろう材などを使用しレーザーや電子ビームなどで行う、接合材にＡｕ−２０重量％Ｓｎはんだを使用する、有機接着剤を使用するなどが可能である。蓋が金属の場合は、ベースに形成された厚膜ガラス層を透明とすることで気密封止後のレーザーによる周波数調整が可能となる。本発明で透明とは、ＣＯ２レーザーやＹＡＧレーザーなどのレーザーでガラス越しに水晶振動子の電極を除去し周波数調整が可能な状態をいう。
【００４６】
蓋がガラスの場合は、陽極接合や接合材にＡｕ−２０重量％Ｓｎはんだを使用する、有機接着剤を使用する、ガラス・ペーストを使用するなどが可能である。蓋がガラスの場合、ガラスに空間を形成するために凹部を形成するにはガラスのプレス成形を利用する、エッチングを利用する、サンドブラストを利用する、厚膜法により蓋またはベースに側壁を形成する、側壁としてガラスプリフォームを接合するなどの方法がある。
【００４７】
水晶振動片と内部電極の接続には、接続材として有機導電性接着剤を使用する、Ａｕ−２０重量％Ｓｎはんだを使用する、その他の高温はんだを使用する、Ａｕバンプによる超音波接合を利用する、前記方法とワイヤボンディングを併用するなどが可能である。
【００４８】
外部電極としては、厚膜ガラス層にスパッタでＴｉまたはＣｒなどガラスと接合性のよい金属を形成し、更にその上にめっき形成用にＣｕやＮｉを形成する。このスパッタにより形成された金属層の上に、めっきによりＣｕをたとえば１０μｍ以上、またはＮｉをたとえば２μｍ以上、あるいはＣｕの上にＮｉを形成するなどし、更にその上に保護層としてＳｎ、Ａｕなどの単層、ＰｄとＡｕの２層などを形成する。めっきは電解めっき、無電解めっきが可能であるが、給電用の配線が必要ない無電解めっきが好ましい。Ｎｉの無電解めっきには、Ｎｉ−Ｐ系、Ｎｉ−Ｂ系の無電解めっきが利用できる。このような外部電極の構成により、特に反応性の強いＰｂフリーはんだとの反応に十分耐え、接合強度、信頼性の優れた外部電極とすることができる。
【００４９】
外部電極としては、そのほかに厚膜電極を形成し、その上のめっき電極を形成してもよい。この場合、厚膜絶縁体層の軟化点温度等を考慮して熱処理温度の低い厚膜電極を使用する必要がある。厚膜電極としてはＡｇ／Ｐｄ系などがある。
【００５０】
ベースあるいは蓋用の薄板ガラスにはフロート法で製造した薄板のソーダガラスを利用すると低コスト化が可能である。フロート法では平滑度の良好な薄板ソーダガラスの製造が容易である。またこのソーダガラスは研磨性が良好で０．３ｍｍあるいは０．２ｍｍの厚みの平滑な薄板ガラスが比較的容易に得られる。
【００５１】
図２は本発明の第２の実施例の表面実装部品パッケージの断面図であり、第１の実施例と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００５２】
この第２の実施例では、ソーダガラスと厚膜ガラス層の熱膨張率を異ならせて圧縮内部応力を発生させガラス強化の効果をもたせるため、それに伴うベース１の変形を防止するためにベース１の両方の面に厚膜絶縁体層（厚膜ガラス層）１３を形成している。
【００５３】
この場合、ベースの外部電極を形成しない面側の厚膜ガラス層を研磨などにより除去しても良い。この場合は、結果的に本発明の第１の実施例の表面実装部品パッケージの断面図と同じ構造となる。
【００５４】
また内部電極６と外部電極４の接続は、ベースにスルーホールを形成した貫通電極５を通して行われる。貫通電極は、厚膜導電ペースト、有機導電性接着剤、金属端子の封入、高温はんだによる封止などにより行われる。本発明の第２の実施例でも、内部電極６と外部電極４の接続は層間電極でも可能である。なお、本発明の第１の実施例でも貫通電極構造をとることは可能である。また内部電極６と外部電極４の接続は、貫通電極５を通して行う場合でもベースの外部電極形成面にだけ厚膜ガラス層を形成することも可能である。
【００５５】
図３は本発明の第３の実施例の表面実装部品パッケージの断面図であり、図４はその底面図であり、第１〜２の実施例と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００５６】
ベース１に形成した厚膜絶縁体層１３と外部電極４は、パターン開口部１４をもつ。これにより水晶振動子パッケージ場合、厚膜絶縁体層が不透明であっても、パターン開口部を介して封止後レーザーにより周波数調整が可能である。
【００５７】
なお上記では水晶振動片を搭載した水晶振動子パッケージを例に述べたが、受・発光デバイスのような半導体、ＩＣなどのチップやＭＥＭＳセンサー、光部品、高周波部品、マルチ・チップ・モジュールなどの複数のチップや要素からなる電子デバイスを封止した形態の表面実装パッケージ等であっても、同様に本発明は適用できるのは勿論である。
【００５８】
この場合、たとえば電子デバイスの電極とパッケージの内部電極との接続はワイヤボンディングやバンプ電極なども利用できる。外部電極には、はんだボールのようなボール電極やバンプ電極なども利用可能である。あるいは電池、キャパシターのような電解液を内部に封入するようなパッケージ形態にも本発明は適用できる。
【００５９】
更に封止方法としては、中空封止だけでなく、ＬＥＤなどの半導体を封入し樹脂あるいはガラスを充填したような中実表面実装部品パッケージ形態にも本発明は適用できる。この場合、ベースに側壁を形成し樹脂あるいはガラスを充填したような表面実装部品パッケージ形態、あるいはベースにチップ素子を搭載し樹脂封止ないし樹脂コートしたようなパッケージ形態にも本発明は適用できる。
【００６０】
図５は本発明の第４の実施例の表面実装部品パッケージの断面図であり、第１〜３の実施例と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００６１】
ＬＥＤのような電子デバイスチップ１５が、ベース１上の内部電極６にワイヤボンディング１７により接続されている。気密封止は、樹脂、ガラスなどの封止剤１６によりなされている。
【００６２】
図６は本発明の第５の実施例の表面実装部品パッケージの断面図であり、第１〜４の実施例と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００６３】
ベース１上の周囲に側壁１８が形成され、この側壁１８に囲まれた領域に封止剤１６が充填されている。
【００６４】
以上のような表面実装部品パッケージは、ガラスをベースあるいはベースと蓋に使用しても、回路基板に接続・固定し実装した状態でセラミック製のパッケージと同等な各種信頼性を保持していた。また熱応力緩和の起こりにくいＰｂフリーはんだで実装した場合でも問題はなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施例の表面実装部品パッケージの断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例の表面実装部品パッケージの断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例の表面実装部品パッケージの断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例の表面実装部品パッケージの底面図である。
【図５】本発明の第４の実施例の表面実装部品パッケージの断面図である。
【図６】本発明の第５の実施例の表面実装部品パッケージの断面図である。
【図７】従来の表面実装部品パッケージの実装状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１    ベース
２    蓋
３    接合材
４    外部電極
５    貫通電極
６    内部電極
７    接続材
８    水晶振動片
９    はんだ
１０  ランド
１１  回路基板
１２  層間電極
１３  厚膜絶縁体層
１４  パターン開口部
１５  電子デバイスチップ
１６  封止剤
１７  ワイヤボンディング
１８  側壁
【図１】
2009141234.tif 000003
【図２】
2009141234.tif 000004
【図３】
2009141234.tif 000005
【図４】
2009141234.tif 000006
【図５】
2009141234.tif 000007
【図６】
2009141234.tif 000008
【図７】
2009141234.tif 000009