(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記絶縁基板がガラス成分を含有する第1セラミック材料からなり、前記台座部が、前記第1セラミック材料よりもガラス成分の含有率が大きい第2セラミック材料からなることを特徴とする請求項1に記載の電子部品収納用パッケージ。
前記第1セラミック材料が酸化アルミニウム質焼結体であり、前記第2セラミック材料がガラスセラミック焼結体であることを特徴とする請求項2に記載の電子部品収納用パッケージ。
前記第1セラミック材料よりもガラス成分の含有率が大きい第3セラミック材料からなり、前記絶縁基板の前記搭載部よりも下側に積層された補助層をさらに備えることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の電子部品収納用パッケージ。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の実施形態の電子部品収納用パッケージおよび電子装置を、添付の図面を参照して説明する。なお、以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際に電子部品収納用パッケージおよび電子装置が使用されるときの上下を限定するものではない。また、以下の説明において各部位および材料の熱伝導率として示す数値は、20℃のときの数値である。熱伝導率はレーザフラッシュ法等の方法で測定することができ、実際には市販の各種測定機器で測定することができる。
【0012】
図1は本発明の実施形態の電子部品収納用パッケージおよび電子装置を示す断面図である。上面に凹状の搭載部1aを有する絶縁基板1と、絶縁基板1の搭載部1aに配置された台座部2と、絶縁基板1の上面を含む外表面に設けられた配線導体3とによって電子部品収納用パッケージ10が基本的に構成されている。また、この電子部品収納用パッケージ10と、搭載部1aに搭載されるとともに配線導体3とボンディングワイヤ5等を介して電気的に接続された電子部品4と、搭載部1aを塞ぐように絶縁基板1に接合された蓋体6とによって、電子装置20が基本的に構成されている。
【0013】
なお、
図1では、電子部品収納用パッケージ10の搭載部1aの底面に台座部2が設けられ、その台座部2上に電子部品4が搭載された状態を示している。また、蓋体6と電子部品収納用パッケージ10とを分けて示している矢印の方向に蓋体6が移動して電子部品収納用パッケージ10の絶縁基板1に接合される。凹状の搭載部1aが蓋体6で塞がれ、搭載部1aおよび蓋体6によって構成される容器内に電子部品4が気密封止される。
【0014】
絶縁基板1は、電子部品4を搭載するための基体であり、電子部品4を気密封止する容器を形成するものである。絶縁基板1は、例えば四角形板状である。絶縁基板1の上面には、電子部品4を収容するための凹状の搭載部1aが設けられている。また、絶縁基板1の上面のうち搭載部1aを囲む部分は枠状になっている。
【0015】
絶縁基板1の上面のうち搭載部1aを囲む枠状の部分(蓋体接合部1b)は、上記の蓋体6が接合される部分であり、例えば四角枠状等の範囲である。絶縁基板1の枠状部に対する蓋体6の接合は、例えば、ガラス、樹脂接着剤またはろう材等の接合材7によって行なわれる。例えば、あらかじめ下面の外周部に接合材7が設けられた蓋体6を枠状部に位置合わせした後に、絶縁基板1の下面側からヒーターブロック等で接合材7を加熱して溶融させることによって、蓋体6と絶縁基板1とを接合することができる。
【0016】
このような接合材7による接合の場合、それぞれ複数の絶縁基板1と蓋体6とを互いに位置合わせした状態で、まとめて加熱することでそれぞれに接合することができる。そのため、蓋体6による電子部品4の封止の作業性を高くすることが容易であり、電子装置20の生産性の点では有利である。蓋体6および接合材7の具体例等の詳細については後述する。
【0017】
絶縁基板1は、例えば酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体またはガラスセラミック焼結体等のセラミック焼結体(セラミック材料)によって形成されている。絶縁基板1は、酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作することができる。すなわち、まず酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素等の原料粉末を適当な有機バインダおよび有機溶剤とともにシート状に成形して四角シート状の複数のセラミックグリーンシートを作製する。次に、これらのセラミックグリーンシートを積層して積層体を作製する。その後、この積層体を1300〜1600℃の温度で焼成することによって絶縁基板1を製作することができる。製作された絶縁基板1は、酸化ケイ素等を含むガラス成分を含有し、ガラス成分(ガラス相)を介して酸化アルミニウム等のセラミック成分の結晶が互いに焼結している。
【0018】
絶縁基板1となる複数のセラミックグリーンシートのうち上側に積層されるものの中央部を機械的な打抜き加工等で打ち抜いて枠状のシートに成形しておけば、搭載部1aを有する絶縁基板1を製作することができる。枠状のシートの中央の開口部分が、その下側に積層されているセラミックグリーンシート(絶縁層)の上面とともに搭載部1aを形成する。製作された絶縁基板1は、それぞれがセラミックグリーンシートの焼成されたものである複数の絶縁層(符号なし)が積層されてなる積層体である。
【0019】
配線導体3は、例えば
図1に示すように、絶縁基板1の搭載部1a内に位置する表面から絶縁基板1の内部を通り、下面にかけて設けられている。配線導体3のうち絶縁基板1の内部に設けられている部分は、いわゆるビア導体を含む内部配線の部分である。
図1では、見やすくするために内部配線の部分を省略している。
【0020】
配線導体3のうち搭載部1a内に設けられた部分に電子部品4がボンディングワイヤ5を介して電気的に接続される。電子部品4が配線導体3と電気的に接続された電子装置20について、配線導体3のうち絶縁基板1の下面に設けられた部分が外部電気回路(図示せず)とはんだ等の接続材を介して電気的に接続される。これによって、電子部品4と外部電気回路とが互いに電気的に接続される。
【0021】
配線導体3は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、パラジウム、金、白金、ニッケルまたはコバルト等の金属材料によって形成されてている。配線導体3は、これらの金属材料を含む合金材料からなるものでもよく、これらの金属材料からなる複数の層が互いに上下に積層されたものでもよい。
【0022】
配線導体3は、例えばタングステンからなる場合であれば、タングステンの粉末を有機溶剤およびバインダ等とともに混練して作製した金属ペーストを、スクリーン印刷法等の方法で絶縁基板1となるセラミックグリーンシートに所定パターンで塗布しておき、これらを同時焼成することによって、形成することができる。
【0023】
配線導体3がビア導体を含む場合であれば、例えば、機械的な打ち抜き加工等の方法で絶縁基板1となるセラミックグリーンシートに貫通孔を形成しておき、この貫通孔内に上記の金属ペースト充填した後に、これらを同時焼成することによって、形成することができる。
【0024】
電子部品4としては、例えば、半導体基板の表面に微小な電子機械機構が形成されてなるマイクロマシン(いわゆるMEMS素子)、IC(Integrated Circuit)等の半導体集積回路素子、LED(Light Emitting Diode、発光ダイオード)等の光半導体素子等の種々の半導体素子が挙げられる。また、電子部品4は、圧電素子、容量素子または抵抗器等の受動部品であってもよい。
【0025】
電子部品4は、例えばMEMS素子の場合であれば、シリコン等からなる板状の本体(符号なし)の上面等の表面に、所定の電子回路(図示せず)および微小機械が設けられている。微小機械としては、例えば加速度センサ素子等のセンサ素子、マイクロミラーおよびマイクロスイッチ機構等の機械的な動作を行なうものが挙げられる。
【0026】
電子部品収納用パッケージ10の搭載部1aに配置されている台座部2は、搭載部1aと電子部品4との間に介在する部分であり、電子部品4が実際に搭載される部分である。すなわち、電子部品4は、搭載部1aの底面ではなく台座部2の上面に載った形態で、搭載部1a内に収容される。
【0027】
台座部2は、絶縁基板1よりも熱伝導率が小さい。そのため、前述したように蓋体6を絶縁基板1に接合するときに、接合材7を加熱する熱が電子部品4に伝わることを効果的に抑制することができる。
【0028】
台座部2は、例えば絶縁基板1よりもガラス成分の含有率が大きいセラミック材料によって形成されている。ガラス成分は、例えば酸化ケイ素またはホウケイ酸ガラス等であり、熱伝導率が約1〜2W/(m・K)である。これに対して、セラミック材料に含まれているガラス成分以外の成分は、例えば酸化アルミニウムの熱伝導率が約30W/(m・K)である。そのため、ガラス成分の含有率がより大きいセラミック材料で形成された台座部2の熱伝導率を、絶縁基板1の熱伝導率よりも小さくすることができる。
【0029】
具体的な例としては、絶縁基板1が、酸化アルミニウムを約90〜95質量%程度含有し、残部がガラス成分を含有するものであるときに、台座部2を、ガラス成分を約50質量%以上含有するガラスセラミック焼結体からなるものとすればよい。この場合、絶縁基板1の熱伝導率は約12〜30W/(m・K)程度であり、台座部2の熱伝導率は約1〜3W/(m・K)程度である。すなわち、上記程度のガラス成分の差があれば、台座部2の熱伝導率を十分に(約1桁程度)小さく抑えることができる。
【0030】
なお、絶縁基板1の熱電伝導率に対して台座部2の熱伝導率をどの程度小さく設定すればよいかは、上記の例には限定されず、蓋体6の接合時に加えられる熱量、電子部品4の耐熱性、電子装置20に求められる信頼性、台座部2の作製および絶縁基板1への取り付けの容易さ、絶縁基板1の伝導率、後述の台座部2を絶縁基板1に接合する接合材および経済性等の条件に応じて適宜設定すればよい。
【0031】
上記の例は、絶縁基板1がガラス成分を含有する第1セラミック材料からなり、台座部2が、第1セラミック材料よりもガラス成分の含有率が大きい第2セラミック材料からなる場合である。この場合には、ガラス成分を絶縁基板1と台座部2との接合用の材料として用いることができる。これによって、絶縁基板1と台座部2との接合の強度を高めることができる。またこれらの接合の作業性を向上させることもできる。
【0032】
この場合、第1セラミック材料である酸化アルミニウム質焼結体のガラス成分の含有率は、上記例の通り約5〜10質量%程度である。また、第2セラミック材料であるガラスセラミック焼結体におけるガラス成分の含有率は約50質量%以上であり、約80質量%以下で
ある。また、この場合のガラス成分は、例えば、酸化ケイ素を主成分とするもの(石英ガラス等)、または酸化ケイ素と酸化ホウ素とを主成分とするもの(ホウケイ酸ガラス等)である。
【0033】
なお、絶縁基板1および台座部2は、上記の例には限定されない。つまり、絶縁基板1および台座部2の機械的な強度の確保、台座部2への電子部品4の接合の強度および信頼性等の電子部品収納用パッケージ10としての特性および信頼性の確保が可能であり、かつ絶縁基板1よりも台座部2の熱伝導率が小さいものであれば、適宜、材料を選択して用いることができる。例えば、絶縁基板1がチッ化アルミニウム質焼結体(熱伝導率が約70〜150W/(m・K))からなり、台座部2がチッ化ケイ素質焼結体(熱伝導率が約20〜50
W/(m・K))からなるものでもよい。
【0034】
また、上記の例において、第1セラミック材料が酸化アルミニウム質焼結体であり、第2セラミック材料がガラスセラミック焼結体であってもよい。この場合にも、絶縁基板1と台座部2との接合の強度および作業性の向上に対して有効である。また、絶縁基板1の機械的な強度の点でも有利である。
【0035】
台座部2は、ガラスセラミック焼結体からなる場合であれば、セラミック材料からなるときの絶縁基板1と同様に、次のような方法で製作することができる。まず、酸化酸化ケイ素および酸化アルミニウム等の原料粉末を用い、ガラス成分の含有率を絶縁基板1のときよりも多くして、セラミックグリーンシートを作製する。次に、セラミックグリーンシートを所定の形状および寸法に切断する。その後、この切断した材料を約900〜1000℃の
温度で焼成することによって、ガラスセラミック焼結体からなる台座部2用の部材を製作することができる。台座部2用の部材は、例えばガラス、樹脂接着剤またはろう材等の接合材(図示せず)によって絶縁基板1に接合することができ、これらの工程によって台座部2を絶縁基板1の所定位置に配置することができる。
【0036】
また、絶縁基板1と台座部2との間でガラス成分の含有率の差が小さく、焼成温度が近ければ、絶縁基板1用のセラミックグリーンシートに台座部2用のセラミックグリーンシートを積層して、これらを同時焼成する方法で台座部2および絶縁基板1を一体的に作製することもできる。
【0037】
台座部2は、平面視において例えば四角形状であり、電子部品4の下面の外周部において電子部品4と絶縁基板1との間に介在している。電子部品4の下面の外周部のうち台座部2に接する部分は、四角板状の電子部品4の下面の辺の全長にわたるものでもよく、コーナー部のみであってもよい。電子部品4に対する熱の伝導を抑制する上では、台座部2と電子部品4との互いに接し合う面積が小さいほどよい。また、電子部品4の台座部2を介した絶縁基板1に対する機械的な接続の強度を高める上では、台座部2と電子部品4との互いに接し合う面積が大きいほどよい。
【0038】
また、台座部2は、電子部品4の下面の外周部に限らず、中央部等にも配置されていてよい。中央部にも台座部(図示せず)を配置したときには、台座部2を介した電子部品4の絶縁基板1に対する機械的な接続の強度を高めることもできる。
【0039】
台座部2の高さ(搭載部1aから台座部2の上面までの上下方向の距離)は、電子部品4に伝わる熱量の低減の上では高い方がよい。また、台座部2に加わる力のモーメントの低減、つまり絶縁基板1からの剥がれにくさを考慮すれば、台座部2の高さは小さい方がよい。台座部2の高さは、このような条件を考慮して適宜設定する。例えば、絶縁基板1が酸化アルミニウム質焼結体からなり、台座部2がガラスセラミック焼結体からなる場合に、電子部品4が光学系のMEMS素子等であり、後述するように蓋体6がガラスを含む
接合材7によって絶縁基板1に接合されるようなときには、台座部2の高さは約0.1〜1.0mm程度に設定すればよい。
【0040】
なお、台座部2の高さは、上記のような熱的な要素以外の要素も考慮して設定するようにしてもよい。例えば、この電子部品収納用パッケージ10を含む電子装置20としての低背化の点では、台座部2の高さが小さいほどよい。この場合には、電子部品4に伝わる熱量を所望の程度に抑制できる範囲のうち最小の高さで、台座部2を設ければよい。
【0041】
また、台座部2は、平面視において搭載部1aに搭載される電子部品4の外周部のみに接するように配置されているものであって構わない。この場合には、例えば平面視において電子部品4の中央部に配置されている機能部分に伝導される熱量を低減することもできる。
【0042】
蓋体6は、前述したように絶縁基板1の枠状部に接合されて搭載部1aを塞ぐものであり、電子部品4を気密封止するための封止材として機能する。また、絶縁基板1の枠状部に対する蓋体6の接合の際には、接合材7を溶融させるために絶縁基板1の下面側から熱が加えられる。この熱は、絶縁基板1の内部を伝導によって移動し、枠状部に供給される。この熱によって、枠状部上に位置決めされた接合材7が溶融する。その後、溶融した接合材7が冷却固化して、蓋体6と絶縁基板1とが接合材7によって互いに接合される。
【0043】
蓋体6は、石英ガラス等のガラス材料、アクリル樹脂等等の透光性のものを含む樹脂材料、セラミック材料または鉄−ニッケル合金を含む鉄系合金等の金属材料によって形成されている。マイクロミラー等の光学素子を含む光学系のMEMS素子または光半導体素子が電子部品4として用いられる場合には、可視光または赤外線等の光の透過が可能な材料が蓋体6を形成する材料として用いられる。例えば光が可視光の場合であれば、石英ガラス等の透明なガラス材料が蓋体6を形成する材料として用いられる。電子部品4がマイクロミラー構造のMEMS素子の場合であれば、画像情報に応じて反射角度が設定されたマイクロミラーで反射された光が蓋体6を透過し、外部に画像を映す。
【0044】
接合材7は、あらかじめ蓋体6の下面の外周部(枠状部に対向する位置)に配置されていてもよい。例えば接合材7がガラスであるときには、ガラスおよび熱硬化樹脂等のペーストまたは板状のもの(フィルム等)が蓋体6の下面に塗布または融着等の方法で接合されて、配置される。
【0045】
接合材7は、例えば、絶縁基板1および蓋体6等を形成している材料の種類等の条件に応じて、適当な材料からなるものを適宜選んで用いる。例えば、蓋体6がガラス材料からなり、絶縁基板1がセラミック材料からなるときには、接合材7はガラス材料からなるものを用いるようにすればよい。
【0046】
接合材7用のガラス材料としては、例えば、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等のガラス材料が挙げられる。接合材7がガラスを含むものである場合には、接合材7を約400℃程
度まで加熱して溶融させる必要がある。このような場合でも、実施形態の電子部品収納用パッケージ10のように台座部2が設けられていれば、電子部品4に伝わる熱量を効果的に低減して、電子部品4の熱による破壊を抑制することができる。
【0047】
図2は、
図1に示す電子部品収納用パッケージ10および電子装置20の第1の変形例を示す断面図である。
図2において
図1と同様の部位には同様の符号を付している。
図2に示す例において、電子部品収納用パッケージ10および電子装置20は、金属材料を含有しており、絶縁基板1の蓋体接合部1bから下面にかけて絶縁基板1を貫通している貫通金属部8をさらに有している。
【0048】
この場合には、絶縁基板1の下面側から加えられる熱を、貫通金属部8によって蓋体接合部1bに効果的に伝導させることができる。この場合には、より小さい熱量でも蓋体接合部1bを効果的に加熱することができ、蓋体接合部1bに接合材7を介して蓋体6を容易に接合することができる。また、これによって、台座部2および電子部品4に伝わる熱量を効果的に低減することもできる。
【0049】
貫通金属部8は、例えば配線導体3(特にビア導体)と同様の金属材料を用い、同様の方法で形成することができる。例えば、まず、絶縁基板1の上面から下面にかけて貫通する貫通孔を絶縁基板1となる複数のセラミックグリーンシートに形成する。次に、これらの貫通孔内に上記と同様の金属ペーストを充填した後に複数のセラミックグリーンシートを、それぞれの貫通孔同士が互いに上下連続するように位置合わせして積層する。その後、この積層したものを同時焼成することによって、貫通金属部8と絶縁基板1とを一体的に製作することができる。
【0050】
また、
図2に示す例において、貫通金属部8の下端に下部金属層8aが設けられている。下部金属層8aは、複数の貫通金属部8の下端同士を互いにつなぐような形状および面積である。そのため、下部金属層8aは、これらの貫通金属部8の下端周辺の絶縁基板1の下面に延びている。下部金属層8aについても、配線導体3と同様の金属材料を用い、同様の方法で形成することができる。
【0051】
下部金属層8aが設けられている場合には、下部金属層8aと配線導体3との電気絶縁性を確保することができるように、配線導体3の位置を調整する。
図2に示す例では、絶縁基板1の下面の配線導体3の位置が、下部金属層8aよりも内側(絶縁基板1の下面の中央部に近い側)になっている。
【0052】
なお、貫通金属部8は、平面視において、例えば搭載部1aを囲むような複数の位置、つまり平面視で枠状の蓋体接合部1bの全周に、互いに一定の間隔あけて設けてもよい。この場合には、蓋体接合部1bの全周を効果的に加熱することができる。そのため、蓋体6の接合の作業性および強度等の向上において有利である。
【0053】
また、
図2のような縦断面視において、貫通金属部8は、3つが互いに隣り合うような形態に限らず、1つまたは2つでもよく、4つ以上でもよい。また、貫通金属部8の平面視における形状は、上記のような貫通金属部8用の貫通孔の形成のしやすさを考慮すれば円形状が好ましいが、これに限らず、楕円形状または四角形状を含む多角形状等でもよく、互いに異なる形状のものを含んでいてもよい。
【0054】
図3は、
図1に示す電子部品収納用パッケージ10および電子装置20の第2の変形例を示す断面図である。
図3において
図1と同様の部位には同様の符号を付している。
図3に示す例において、電子部品収納用パッケージ10および電子装置20は、第1セラミック材料よりもガラス成分の含有率が大きい第3セラミック材料からなり、絶縁基板1の搭載部1aよりも下側に積層された補助層9をさらに有している。
【0055】
この場合には、絶縁基板1の下面から搭載部1aの方向への熱の伝導が補助層9によって効果的に抑制される。そのため、台座部2および電子部品4に伝わる熱量を効果的に低減することができる。
【0056】
このような効果を得るために、補助層9は、平面透視で搭載部1aと重なる領域に配置されている。また、補助層9は、平面搭載で蓋体接合部1bと重なる領域には配置されていない。これによって、搭載部1aに伝導される熱量の低減と、蓋体接合部1bに伝送さ
れる熱量の確保とがあわせて可能になっている。
【0057】
第3セラミック材料は、例えば第2セラミック材料と同様のものでもよく、第2セラミック材料よりもさらにガラス成分の含有率が小さい材料でもよい。このような補助層9は、例えば第2セラミック材料からなる台座部2と同様の方法で所定位置に設けることができる。
【0058】
なお、補助層9の厚みは、
図3に示す例では、補助層9の下面が絶縁基板1の下面と同じ高さにになるような厚みに設定されている。これによって、例えば補助層9の下面が絶縁基板1の下面よりも下側に位置して、電子装置20と外部電気回路との電気的な接続が補助層9の下部で妨げられるような可能性が低減される。また、電子部品収納用パッケージ10に蓋体6を接合するときに、電子部品収納用パッケージ10の下側に配置されるヒータ等の熱源から絶縁基板1の下面に加えられる熱量が補助層9によって低減され、電子部品4に伝導される熱量も効果的に低減することができる。
【0059】
また、補助層9の厚みは、一部で他の部分と異なるようなものでもよい。例えば、平面透視で台座部2と重なる部分で他の部分よりも厚いものでもよい。この場合には、台座部2に伝わる熱量をより効果的に低減することができる。また、台座部2の下端まで補助層9の一部が延びて(絶縁層1を厚み方向に貫通して)いても構わない。つまり、台座部2と補助層9の一部とが一続きになって、台座部2に伝わる熱量を低減するようにしてもよい。
【0060】
図4は、
図1に示す電子部品収納用パッケージ10および電子装置20の第3の変形例を示す断面図である。
図4において
図1と同様の部位には同様の符号を付している。
図4に示す例においては、絶縁基板1の下面に凹部1cが設けられている。
【0061】
この場合には、絶縁基板1の下面から搭載部1aの方向への熱の伝導が凹部1c(つまり凹部1c内の空気等)によって効果的に抑制される。そのため、台座部2および電子部品4に伝わる熱量を効果的に低減することができる。
【0062】
凹部1cについても、上記のような熱量低減の効果を得るために、平面透視で搭載部1aと重なる領域に設けられている。また、凹部1cは、平面搭載で蓋体接合部1bと重なる領域には配置されていない。これによって、搭載部1aに伝導される熱量の低減と、蓋体接合部1bに伝送される熱量の確保とがあわせて可能になっている。
【0063】
凹部1cは、例えば次のようにして形成することができる。まず、絶縁基板1となるセラミックグリーンシートのうち最下層のものの中央部を打ち抜いて枠状に加工しておく。その後、この枠状のセラミックグリーンシートを他のセラミックグリーンシートと積層して同時焼成することによって、下面に凹部1cを有する絶縁基板1を製作することができる。
【0064】
図5は、
図1に示す電子部品収納用パッケージ10および電子装置20の第4の変形例を示す断面図である。
図5において
図1と同様の部位には同様の符号を付している。
図5に示す例においては、絶縁基板1の下面に補助層9が設けられているとともに、蓋体接合部1bから下面にかけて絶縁基板1を貫通している貫通金属部8をさらに有している。
【0065】
この場合には、貫通金属部8による蓋体接合部1bへの熱の伝導を容易とする効果と、補助層9による熱伝導の抑制の効果とをあわせて得ることができる。したがって、台座部2および電子部品4に伝わる熱量を効果的に低減することができる。
【0066】
この例においても、貫通金属部8の下端には下部金属層8aが接続されている。また、絶縁基板1の下面に設けられた配線導体3についても、下部金属層8aから離れた位置にある。