(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品が搭載されたセラミック配線基板を、細幅の封着面を有するセラミックリッドにより封着するセラミック配線基板の封着方法であって、平面部材に塗布された金属ペースト層上に、前記封着面を下にして前記セラミックリッドを載置し、該封着面に金属ペーストを転写した後焼成し、前記封着面にメタライズ層を形成するメタライズ層形成工程と、別の平面部材に塗布された半田ペースト層上に、前記封着面を下にして前記セラミックリッドを載置し、前記メタライズ層上に半田ペーストを転写した後リフローさせ、前記メタライズ層上に半田層を形成する半田層形成工程とを含むことを特徴とするセラミック配線基板の封着方法。
【請求項２】
前記封着面の幅が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のセラミック配線基板の封着方法。
【請求項３】
前記平面部材として、メッシュスクリーンを用いることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のセラミック配線基板の封着方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミック配線基板の封着方法に関し、より詳細には水晶振動子、半導体素子等を搭載したセラミック配線基板をセラミックリッドで封着する際に用いられるセラミック配線基板の封着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水晶振動子は以下の方法によりパッケージに搭載されていた。まず、アルミナ等からなるセラミック配線基板の一主面に形成されたメタライズ層にコバールリングをろう付けし、さらに他の主面に形成されたメタライズ層に外部接続端子等をろう付けする。次に、上記処理が施されたセラミック配線基板のキャビティ部に水晶振動子を固定し、配線の接続等を行った後、コバール製のリッドを用いてシームウエルド封止を行い、水晶振動子のパッケージへの実装を終了する。シームウエルド封止とは、回転溶接電極を用いてコバールのような金属同士を溶接・接合する方法をいい、この方法によれば比較的低温で確実に封止を行うことができ、水晶振動子を高温にさらすことなく封止を行うことができる。しかし、上記方法においては、コバール等の高価な金属をシールリングやリッドとして用いるため、パッケージ自体が高価になるという問題点があった。
【０００３】
上記問題点を解決するため、最近ではセラミックリッドを用いたセラミック配線基板の封着方法が検討されている。
図５（ａ）はセラミックリッドを模式的に示した断面図であり、（ｂ）は底面図である。セラミックリッド１０には周辺部を除いてキャビティ１１が形成されており、この周辺部の封着面１２にガラス層、樹脂接着剤層、又は半田層（及びメタライズ層）等を形成し、前記ガラス層、前記樹脂接着剤層、又は前記半田層等を介してセラミック配線基板を封着する。
【０００４】
セラミックリッド１０の封着面１２に前記ガラス層、前記樹脂接着剤層、又は前記半田層（及び前記メタライズ層）等を形成する方法としては、従来よりスクリーン印刷法が用いられていた。
【０００５】
図６はスクリーン印刷に用いられるスクリーンを模式的に示した平面図である。
【０００６】
スクリーン２０は、例えばナイロン、テトロン等の樹脂や、ステンレス等の金属等からなるワイヤで網目状に織ったメッシュスクリーン２１が枠に支持されており、このメッシュスクリーン２１には感光性樹脂等からなる被膜２２が形成されている。スクリーン印刷を行う場合には、まず、スクリーン２０の印刷を行うパターンの部分に紫外光等を照射した後、現像処理を施し、紫外光等が照射された部分の被膜２２を溶解させることによりスクリーン２０に所定パターンの開口部（メッシュスクリーン２１のみが存在する部分）２３を形成する。次に、印刷用のペーストを保持させたスキージ等をスクリーン２０に押し当てながら移動させ、開口部２３から印刷用のペースト等を吐出させることにより、被印刷物の表面にペーストを塗布し、所定パターンのペースト層を形成する。
【０００７】
従来においては、上記スクリーン印刷法により、セラミックリッド１０の封着面１２（図５）に略均一なガラス層等を形成することができた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし最近では、水晶振動子等を搭載するためのパッケージの小型化が進行し、セラミックリッド１０に形成される封着面１２の幅が狭くなってきている。そのため、スクリーン印刷による方法では、以下に説明するような理由から、封着面１２にガラスペースト等を均一に塗布することが難しくなってきている。
【０００９】
メッシュスクリーン２１は被膜２２を支持する役割を果たすため、印刷パターンが微細になるとメッシュスクリーン２１の目開き（ワイヤとワイヤとの間の距離）も狭くする必要があるが、この場合、メッシュスクリーン２１を構成するワイヤの太さが印刷パターンに悪影響を与えるようになる。
【００１０】
図７は、８０メッシュのメッシュスクリーンが用いられたスクリーンを模式的に示した平面図であり、被膜は省略している。
【００１１】
メッシュスクリーン３１は、ワイヤの径が０．１ｍｍ、目開きが０．２ｍｍであり、このスクリーン３０に、その幅が０．５８ｍｍの開口部３３（スリット）を形成しようとすると、ワイヤの太さが最も影響する部分では、ワイヤの幅が０．２８ｍｍになり、全体の開口部３３の幅に対してワイヤの占める割合が４８％にも達する。そのため、このスクリーン３０を用いると、セラミックリッド１０の封着面１２（図５）に０．５８ｍｍの幅のガラスペースト層を形成しようとしても、ガラスペーストが塗布されない部分が発生することになる。
【００１２】
従って、セラミックリッド１０の細幅の封着面１２にスクリーン印刷法によりガラスペースト等を塗布した後焼成すると、封着面１２にガラス層が形成されない部分が発生し、このセラミックリッド１０を用いて、水晶振動子等が搭載されたセラミック配線基板を封着すると、気密不良が発生し易いという課題があった。
【００１３】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、水晶振動子等の電子部品が搭載されたセラミック配線基板を、細幅の封着面を有するセラミックリッドを用いて封着する場合に、前記封着面に均一で十分な厚みを有するガラスペースト層、樹脂接着剤層、又は半田層等を形成することができ、その結果、気密不良等を発生させずに良好にセラミックリッドによる封着を行うことができるセラミック配線基板の封着方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するために本発明に係るセラミック配線基板の封着方法（１）は、電子部品が搭載されたセラミック配線基板を、細幅の封着面を有するセラミックリッドにより封着するセラミック配線基板の封着方法であって、平面部材に塗布された金属ペースト層上に、前記封着面を下にして前記セラミックリッドを載置し、該封着面に金属ペーストを転写した後焼成し、前記封着面にメタライズ層を形成するメタライズ層形成工程と、別の平面部材に塗布された半田ペースト層上に、前記封着面を下にして前記セラミックリッドを載置し、前記メタライズ層上に半田ペーストを転写した後リフローさせ、前記メタライズ層上に半田層を形成する半田層形成工程とを含むことを特徴としている。
【００１８】
上記セラミック配線基板の封着方法（１）によれば、前記平面部材に均一な金属ペースト層（半田ペースト層）を形成することにより、前記金属ペースト層（前記半田ペースト層）が前記セラミックリッドの前記封着面（前記メタライズ層が形成された封着面）に転写されるため、該封着面（前記メタライズ層が形成された封着面）に均一な金属ペースト層（半田ペースト層）を形成することができる。その結果、まず、前記セラミックリッドの前記封着面全体にメタライズ層を均一に形成することができ、続いて前記メタライズ層上に所定形状の半田層を均一に形成することができる。上記方法により前記封着面にメタライズ層及び半田層が形成された前記セラミックリッドを用いることにより、セラミック配線基板を気密に封着することができる。
【００１９】
しかも、金属ペースト等が塗布された前記平面部材に前記セラミックリッドを載置するという簡単な方法で金属ペースト層等を形成することができるため、安価に前記封着を行うことができる。
【００２０】
また本発明に係るセラミック配線基板の封着方法（２）は、上記セラミック配線基板の封着方法（１）において、前記封着面の幅が１ｍｍ以下であることを特徴としている。
【００２１】
その幅が１ｍｍ以下の封着面を有するセラミックリッドにおいては、従来のスクリーン印刷法により前記封着面にガラスペースト層等を形成する方法を用いてセラミック配線基板を気密に封着することが難しかったが、上記セラミック配線基板の封着方法（２）によれば、気密に封着を行うことができる。
【００２２】
また本発明に係るセラミック配線基板の封着方法（３）は、上記セラミック配線基板の封着方法（１）又は（２）において、前記平面部材として、メッシュスクリーンを用いることを特徴としている。
【００２３】
上記セラミック配線基板の封着方法（３）によれば、前記平面部材として、メッシュスクリーンを用いるので、前記メッシュスクリーン上に均一なガラスペースト層等を形成することができる。また、転写時の前記メッシュスクリーンから前記封着面へのガラスペースト層等の離脱性（版離れ）も良好であるため、良好に前記ガラスペースト層等の転写を行うことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るセラミック配線基板の封着方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態に係るセラミック配線基板の封着方法における工程の一部（転写工程）を模式的に示した断面図である。
【００２６】
本実施の形態において、封着の対象となるセラミック配線基板は、水晶振動子、半導体素子等を搭載するためのアルミナ、ガラスセラミック、窒化アルミニウム、ムライト等からなる配線基板であり、通常、水晶振動子等との接続を図るため、及び外部基板との接続を図る等の目的のために、その表面や内部に導体層が形成されている。また、封着に使用されるセラミックリッドの形状は、特に限定されるものではないが、細幅の封着面を有する図５に示した形状のセラミックリッド１０が最も一般的であり、封着面１２にその幅が１ｍｍ以下の部分が存在するセラミックリッド１０の場合に主として用いられる。以下においては、封着剤としてガラスペーストを用いた場合を説明する。
【００２７】
実施の形態に係るセラミック配線基板の封着方法においては、まず、金属管やガラス管等の筒状体（バキュームピンセット）１８で空気を吸引しながら、筒状体１８をセラミックリッド１０のキャビティ１１が形成された面と対向する露出面１３に当接させ、筒状体１８にセラミックリッド１０を吸着させて持ち上げ、ガラスペースト層１６が形成された平面部材１５の上方まで運ぶ（図１（ａ））。セラミックリッド１０は、縦、横が数ｍｍ〜数十ｍｍ程度で軽量であるので、上記方法により簡単に持ち上げることができる。
【００２８】
次に、セラミックリッド１０をガラスペースト層１６のごく近傍まで近づけた後、筒状体１８の空気の吸引を止める。これにより、セラミックリッド１０は自重で落ち、ガラスペースト層１６の上に載置される（図１（ｂ））。
【００２９】
この状態で数秒〜数十秒置いた後、再び筒状体１８を用い、静かにセラミックリッド１０を持ち上げる（図１（ｃ））。上記操作により、セラミックリッド１０の封着面１２に、ガラスペースト層１６が転写される。封着面１２には、細かな凹凸が多数形成されているため、ガラスペースト層１６は接着し易く、平面部材１５として、ガラスペースト層１６の離脱性がよいものを使用すれば、比較的容易にガラスペースト層１６の大部分が封着面１２に転写される。転写されるガラスペースト層１６の厚さは、平面部材１５に形成するガラスペースト層の厚さ、及び上記転写工程の繰り返し回数により調整することができる。
【００３０】
その後、図示はしていないが、封着面１２にガラスペースト層１６が形成されたセラミックリッド１０の焼成処理を行って、ガラスペースト層１６中の有機物を分解、消失させ、封着面１２にガラス層を形成する。次に、封着面１２にガラス層が形成されたセラミックリッド１０を前記セラミック配線基板の所定の場所に載置し、仮止めを行った後、焼成炉に搬入して焼成処理を施すことにより、前記セラミック配線基板にセラミックリッドを封着することができる。
【００３１】
図１（ａ）〜（ｃ）に示した転写工程において、セラミックリッド１０を持ち上げる方法は種々考えられるが、（ｂ）、及び（ｃ）に示した工程で、セラミックリッド１０を載置したり、持ち上げたりする際に、セラミックリッド１０に余分な力が加わると、ガラスペースト層１６上でセラミックリッド１０が動き、ガラスペースト層１６の形状が崩れたり、封着面１２以外の部分にガラスペースト層１６が付着したりすると、このセラミックリッド１０を用いて気密な封着を行うことが難しくなる。
【００３２】
平面部材１５としては、ガラスペースト等の封着剤を均一に塗布することができ、しかも（ｃ）に示した工程で、平面部材１５より容易に離脱するものが好ましい。平面部材１５は特に限定されるものではないが、上記観点から、平面部材１５として、例えばスクリーン印刷に用いられるスクリーンが好ましい。スクリーンは、ベタ印刷に用いる状態、すなわちメッシュスクリーンのみが存在する状態で使用するのが、均一な封着剤層等を形成することができる点、及び封着剤の離脱性（版離れ）が良好な点から望ましい。使用するメッシュスクリーンの好ましいメッシュカウントは、塗布する封着剤の粘度等により変化するが、ガラスペーストの場合、ほぼ１６５メッシュ前後が好ましい。メッシュスクリーンの目開きが余り大きすぎると、前記メッシュスクリーン上に封着剤の層が形成されない部分が生じ、他方メッシュスクリーンの目開きが小さすぎると、均一な厚さの封着剤層が形成されなくなり、また封着剤の版離れが悪くなり、封着剤がセラミックリッド１０の封着面１２に転写されにくくなる。
【００３３】
上記転写工程の説明では、ガラスペーストを用いた場合を説明したが、樹脂接着剤を用いた場合にも同様の方法により、セラミックリッド１０の封着面１２に樹脂接着剤層を形成することができる。この場合には、転写工程の後に乾燥処理等を施し、溶剤等を除去する。その後は、封着面１２に樹脂接着剤層が形成されたセラミックリッド１０を前記セラミック配線基板の所定の場所に載置し、仮止めを行った後、加熱炉に搬入して加熱処理を施すことにより、前記セラミック配線基板にセラミックリッド１０を封着することができる。
【００３４】
また、半田層を介した封着を行おうとする場合には、先にセラミックリッド１０の封着面１２にメタライズ層を形成しておき、前記メタライズ層の上に半田層を形成する。従って、この場合には、図１に示した転写方法により、まず、封着面１２に金属ペースト層を転写し、その後焼成することにより封着面１２にメタライズ層を形成し、前記メタライズ層が形成された封着面１２に、同様の転写方法により半田ペースト層を形成し、該半田ペースト層をリフローさせることにより前記メタライズ層上に半田層を形成する。その後は上記した方法と同様にして、前記セラミック配線基板にセラミックリッド１０を封着することができる。セラミックリッド１０を製造する際に、同時焼成により封着面１２にメタライズ層を形成しておいてもよい。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明に係るセラミック配線基板の封着方法の実施例を説明する。以下の実施例においては、実施例に係るセラミック配線基板の封着方法により作製したリッド１０を用いてセラミック配線基板を封着し、気密不良発生率を測定した。
【００３６】
（１）  平面部材（メッシュスクリーン）１５の種類の検討、及びガラスペーストの粘度の検討
平面部材１５として、８０メッシュ、１６５メッシュ、２００メッシュの３種類のメッシュスクリーンを使用し、一方、ガラスペーストとして、３００ｃＰ、６００ｃＰ、９００ｃＰの粘度を有するガラスペーストを使用し、図１に示した転写方法により、ガラスペースト層１６をセラミックリッド１０の封着面１２に転写し、転写されたガラスペースト層１６の外観状態により転写の優劣を判断した。すなわち、転写されたガラスペースト層１６の外観を実体顕微鏡、及び走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察し、封着面１２に均一にガラスペースト層１６が形成されているものを◯、封着面１２の場所によりガラスペースト層１６の厚さが均一でない部分も認められるが、ガラスペースト層１６が形成されていない部分は存在しないものを△、封着面１２にガラスペースト層１６が形成されていない部分が存在するものを×とした。転写条件、及び評価結果を以下に示している。
【００３７】
▲１▼  転写条件
(i)   使用したセラミックリッド１０
構成材料：アルミナ
外形寸法：約６．８ｍｍ×約４．８ｍｍ×約０．６ｍｍ
キャビティ１１の深さ：約０．２ｍｍ
封着面１２の幅：約０．４５ｍｍ
(ii)  セラミックリッドを載置した時間：５〜１０秒
▲２▼  評価結果
【００３８】
【表１】
0003853900.tif 000002
【００３９】
▲３▼  評価
上記表１に示したように、１６５メッシュのメッシュスクリーンを使用することにより、封着面１２にほぼ均一なガラスペースト層１６を形成することができ、特に６００ｃＰの粘度を有するガラスペーストを使用することにより、封着面１２により均一にガラスペースト層１６を形成することができることがわかった。従って、以下の実施例においては、メッシュスクリーンとして１６５メッシュのものを用い、ガラスペーストとして、６００ｃＰの粘度を有するものを用いて、転写を行った。
【００４０】
（２）  ガラスペースト層１６の厚さの検討
▲１▼  転写条件
図１に示した転写の方法を用い、転写の回数を１回、２回、３回と変化させ、転写を重ねることにより、形成されるガラスペースト層１６の厚さがどのように変化するかを観察した。サンプル数は、いずれも２０個である。
【００４１】
▲２▼  結果、及び評価
図２は、転写、焼成を行った後、セラミックリッド１０の封着面１２を含む部分で切断し、形成されたガラス層１６’のＳＥＭ観察を行った際のＳＥＭ写真をスケッチしたものであり、（ａ）は転写回数が１回、（ｂ）は転写回数が２回、（ｃ）は転写回数が３回のものを示している。
【００４２】
また、図３は、転写回数と焼成後のガラス層の厚さとの関係を示したグラフである。
【００４３】
図２に示したスケッチ、及び図３のグラフより明らかなように、転写を重ねるに従いガラス層１６’の厚さが増大しており、１回の転写で約６０〜８０μｍ程度の厚さのガラス層１６’が形成され、２回転写を重ねることにより１５０〜１９０μｍ程度の厚さのガラス層１６’が形成され、３回転写を重ねることにより２００〜２６０μｍ程度の厚さのガラス層１６’が形成されている。
【００４４】
なお、いずれの場合もガラス層１６’の壁面１７ａ、１７ｂへのタレコミ等は観察されず、封着面１２に長さ方向にほぼ均一に図２（ａ）〜（ｃ）に示した形状のガラス層１６’が形成されていた。また、ガラス層１６’中にボイド等は観察されなかった。
【００４５】
（３）  封着性の評価
（２）において作製された封着面１２にガラス層１６’を有するセラミックリッド１０、及びメッシュスクリーン（平面部材）１５に形成するガラスペースト層１６の厚さを変化させて転写を行ったセラミックリッド１０を用い、水晶振動子を搭載するセラミック配線基板の封着を行った。なお、この場合、水晶振動子を実際には搭載していない。
【００４６】
▲１▼  封着の条件
封着温度：３２０℃
封着時間：１０分
雰囲気：大気雰囲気
▲２▼  気密性の評価方法
ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３、１０１４の方法に準ずる方法
▲３▼  評価結果
図４は、セラミックリッド１０の封着面１２に形成されたガラス層１６’の厚さと気密不良発生率との関係を示したグラフである。図４に示したグラフより明らかなように、ガラス層１６’の厚さを約１１０μｍとすることにより、気密不良発生率が０となっており、図１に示した転写方法を使用し、ガラス層１６’の厚さを約１１０μｍ以上とすることにより、良好にセラミックリッド１０によるセラミック配線基板の封着を行うことができることが実証された。
【００４７】
（４）  金属ペースト及び半田ペーストの転写
まず、金属ペーストとしてＡｇ−Ｐｔ合金ペーストを使用し、ガラスペースト層１６の転写の場合とほぼ同様の条件で、Ａｇ−Ｐｔ合金ペーストの転写を１回行い、焼成処理を施し、その厚さが２０μｍのメタライズ層を形成した。その後、Ｓｎが４．１ｗｔ％、Ａｇが１．０ｗｔ％、Ｉｎが１．１ｗｔ％、及びＢｉが８．２ｗｔ％で残部がＰｂの組成の半田を含有する半田ペーストを用いて、半田ペーストの転写を３回行い、リフローさせた。
【００４８】
この封着面１２にメタライズ層及び半田層が形成されたセラミックリッド１０を用い、セラミック配線基板の封着を行ったが、気密性は良好であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係るセラミック配線基板の封着方法における工程の一部を模式的に示した断面図である。
【図２】実施例に係るセラミック配線基板の封着方法において、転写、焼成を行った後、セラミックリッドを切断し、形成されたガラス層のＳＥＭ観察を行った際のＳＥＭ写真をスケッチしたものであり、（ａ）は転写回数が１回、（ｂ）は転写回数が２回、（ｃ）は転写回数が３回のものを示している。
【図３】実施例に係るセラミック配線基板の封着方法において、転写回数と焼成後のガラス層の厚さとの関係を示したグラフである。
【図４】実施例に係るセラミック配線基板の封着方法において、セラミックリッドの封着面に形成されたガラス層の厚さと気密不良発生率との関係を示したグラフである。
【図５】（ａ）はセラミックリッドを模式的に示した断面図であり、（ｂ）は底面図である。
【図６】スクリーン印刷に用いられるスクリーンを模式的に示した平面図である。
【図７】８０メッシュのメッシュスクリーンが用いられたスクリーンを模式的に示した平面図である。
【符号の説明】
１０  セラミックリッド
１２  封着面
１５  平面部材
１６  ガラスペースト層
【図１】
0003853900.tif 000003
【図２】
0003853900.tif 000004
【図３】
0003853900.tif 000005
【図４】
0003853900.tif 000006
【図５】
0003853900.tif 000007
【図６】
0003853900.tif 000008
【図７】
0003853900.tif 000009