JP2009054982A - 電子部品搭載用パッケージおよびそれを用いた電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 特性インピーダンスを大きくするために信号端子を固定する貫通孔を大きくしても気密不良が発生しない電子部品搭載用パッケージおよび電子装置を提供すること。
【解決手段】 上面の外周領域に蓋体６を溶接またはろう接により接合する接合部１ｂおよびその内側に電子部品５の搭載部１ａを有するとともに上面から下面にかけて複数の貫通孔１ｃを有する基体１と、貫通孔１ｃに充填された封止材２を貫通して固定された信号端子３とを具備した電子部品搭載用パッケージであって、貫通孔１ｃは、基体１の上面側の開口が基体１の下面側の開口より基体１の中心側に位置するように基体１を斜めに貫通している。基体１の上面側において貫通孔１ｃが接合部１ｂから離れることにより、封止材２にクラックや剥がれが発生せず、気密性が損なわれることがないので、高信頼性の電子装置を得ることのできる電子部品搭載用パッケージとなる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光通信分野等に用いられる光半導体素子等の電子部品を収納するための電子部品搭載用パッケージおよびそれを用いた電子装置に関する。

近年、40ｋｍ以下の伝送距離における高速通信に対する需要が急激に増加しており、高速大容量の情報伝送に関する研究開発が進められている。とりわけ、光通信装置を用いて光信号を受発信する半導体装置等の電子装置の高速化が注目されており、電子装置による光信号の高出力化と高速化が伝送容量を向上させるための課題として研究開発されている。

従来の半導体装置に代表される電子装置の光出力は0.2〜0.5ｍＷ程度であり、電子部品として用いられる半導体素子の駆動電力は５ｍＷ程度であった。しかし、より大出力の半導体装置では、光出力が１ｍＷのレベルになってきており、また、半導体素子の駆動電力も10ｍＷ以上が要求されている。さらに、従来の半導体装置による伝送速度は2.5〜10Ｇｂｐｓ程度であったが、近年では25〜40Ｇｂｐｓ程度まで向上してきており、半導体装置をより高出力化させ、高速化させることが要求されている。

光通信装置に用いられているＬＤ（Laser Diode:レーザダイオード）やＰＤ（Photo Diode:フォトダイオ−ド）等の光半導体素子を含む電子部品を従来の電子部品搭載用パッケージに搭載した電子装置の断面図を図12に示す。

従来の電子部品搭載用パッケージは、円板状の金属製の基体11に、基体11の上面から下面にかけて貫通する貫通孔11ｃを設け、この貫通孔11ｃに充填された絶縁性ガラスから成る封止材12を貫通して信号端子13が固定されているものである。また、基体11の下面には、２つの貫通孔11ｃ・11ｃの間に接地端子14が接続されている。この電子部品搭載用パッケージの上面に電子部品15を搭載し、電子部品搭載用パッケージの信号端子13の上端部と電子部品15の端子とをボンディングワイヤ17を介して電気的に接続し、基体11の上面の外周領域に、電子部品15を覆うように金属製の蓋体16を溶接またはろう接により接合部11ｂに接合して気密封止することにより電子装置としていた。また、蓋体16の電子部品15と対向する部分に光ファイバを固定したり、電子部品15と対向する部分に光を透過させる窓を設けたりしたものもある（例えば、特許文献１，特許文献２を参照。）。

また、伝送速度が2.5Ｇｂｐｓ以下の場合は、周辺部品のインピーダンスは25Ωで形成されていたが、高周波化が進むにつれ、周辺部品のインピーダンスが50Ωで形成されるようになっている。ここで、高周波の通る信号端子13のインピーダンスを50Ωにマッチングさせようとすると、貫通孔11ｃの径が、インピーダンスを従来の25Ωで設計した場合に対してほぼ２倍となることがわかっている。そして、貫通孔11ｃの径が大きくなった場合に、貫通孔11ｃ内の信号端子13を電子部品15が搭載された側へ偏心させて固定し、ボンディングワイヤ17の長さを減少させることで伝送損失を少なくすることが行なわれている（例えば、特許文献３を参照。）。
特開2006−179775号公報 特開平８−130266号公報 特開平５−343117号公報

しかしながら、25ＧＨｚ以上の高周波信号で駆動される電子部品15を搭載し、インピーダンスを50Ωにマッチングさせるために、信号端子13の通る貫通孔11ｃの径を大きくすると、蓋体16をＹＡＧレーザ溶接，シーム溶接またはロウ付け等の溶接で気密封着した場合に、気密不良が発生しやすくなるという問題点があった。

これは、貫通孔11ｃの径が大きくなることで蓋体16の接合部と貫通孔11ｃとの距離が近付いたので、例えばシーム溶接の場合は主に機械的衝撃が、ろう付けの場合は基体11と蓋体16との熱膨張係数の差による熱応力が接合部11ｂに加わり、これが貫通孔11ｃへ伝わることにより、貫通孔11ｃ内の封止材12にクラックが発生したり、貫通孔11ｃの内壁と封止材12との間や信号端子13と封止材12との間に剥がれが発生してしまうためであると考えられる。また、シーム溶接やＹＡＧレーザ溶接の場合は急激に高温に加熱され、接合部11ｂから貫通孔11ｃまでの距離が短いとその間で熱が拡散しないので貫通孔11ｃの内面もすぐに高温になるのに対して、金属製の基体11に対して熱伝導率の小さいガラス製の封止材12は温度が上昇するのに時間がかかり、両者の間で熱膨張差が生じて貫通孔11ｃの内壁と封止材12との間や信号端子13と封止材12との間に剥がれが発生してしまうと考えられる。

また、接合部11ｂから離すために貫通孔11ｃを基体11の中心側に設けようとすると、２つの貫通孔11ｃ・11ｃの間に接地端子14を設けることができなくなったり位置をずらして設けたりしなければならず、また外部回路と接続される信号端子13・13の下端の間隔が小さくなってしまい、外部回路との接続性が低下してしまうものであった。逆に基体11を大きくして接合部11ｂを貫通孔11ｃ・11ｃから離すと、電子部品搭載用パッケージおよび電子装置が大型化してしまい、小型化した電子機器に使用することができなくなってしまう。

従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、特性インピーダンスを大きくして高周波信号を伝送するために信号端子を固定する貫通孔を大きくしても、気密不良が発生しない電子部品搭載用パッケージおよびそれを用いた電子装置を提供すること。

本発明の電子部品搭載用パッケージは、上面の外周領域に蓋体を溶接またはろう接により接合する接合部およびその内側に電子部品の搭載部を有するとともに上面から下面にかけて複数の貫通孔を有する基体と、前記貫通孔に充填された封止材を貫通して固定された信号端子とを具備した電子部品搭載用パッケージであって、前記貫通孔は、前記基体の上面側の開口が前記基体の下面側の開口より前記基体の中心側に位置するように前記基体を斜めに貫通していることを特徴とするものである。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージは、上記構成において、前記信号端子は、前記貫通孔の中心を通っていることを特徴とするものである。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージは、上記各構成において、前記搭載部は、前記基体の上面から突出した突出部の側面に搭載面を有するとともに、前記信号端子の前記上面から突出した端部は前記搭載面に沿っていることを特徴とするものである。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージは、上記各構成において、前記貫通孔は、前記基体の下面から上面にかけて内径が小さくなっていることを特徴とするものである。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージは、上記各構成において、前記信号端子は、前記貫通孔内において前記基体の下面から上面にかけて径が小さくなっていることを特徴とするものである。

本発明の電子装置は、上記構成のいずれかの本発明の電子部品搭載用パッケージの前記搭載部に電子部品を搭載するとともに、前記基体の前記接合部に蓋体を接合したことを特徴とするものである。

本発明の電子部品搭載用パッケージは、貫通孔が基体の上面側の開口が基体の下面側の開口より基体の中心側に位置するように基体を斜めに貫通していることから、貫通孔の径を大きくしても、基体の上面では貫通孔は蓋体の接合部から離れているので、蓋体を基体の上面の外周部に溶接またはろう接により接合したとしても、接合時の衝撃や接合後の熱応力が基体の接合部と貫通孔との間の部分によって緩和され、また、この部分により接合部で発生した熱が拡散し、貫通孔内の封止材にクラックが入ったり封止材と信号端子や貫通孔の内壁面との間で剥がれが生じたりすることがなく、気密性が損なわれることのない高信頼性の電子装置を得ることができる電子部品搭載用パッケージとなる。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、上記構成において、信号端子が貫通孔の中心を通っている場合には、基体の下面から上面にかけての全ての領域で信号端子と貫通孔の内壁面との距離が同じになるので、この領域においてインピーダンスの変動がなく一定となり、伝送損失が少なくより高周波信号の通過特性が良好なものとなる。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、上記各構成において、搭載部が基体の上面から突出した突出部の側面に搭載面を有するとともに、信号端子の上面から突出した端部が搭載面に沿っている場合には、信号端子の端部が搭載部に搭載された電子部品や電子部品が搭載された回路基板の主面に沿うこととなり、ろう接による信号端子の端部と電子部品の電極や回路基板の主面上の配線との接続を行なうのが容易となるので、信号端子の端部と電子部品や回路基板の主面上の配線との接続をワイヤボンディング等で行なう場合に比較して、信号線路と接地面である搭載面との間の浮遊容量を小さくすることができるので、より電気特性に優れた電子部品搭載用パッケージとなる。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、上記各構成において、貫通孔が基体の下面から上面にかけて内径が小さくなっている場合には、基体の上面で貫通孔を蓋体の接合部からより離すことができるので、接合時の衝撃や接合後の熱応力がより緩和され、また、接合部で発生した熱がより拡散しやすくなり、より高信頼性の電子装置を得ることができる電子部品搭載用パッケージとなる。また、基体の上面における蓋体の接合部から貫通孔までの距離が、貫通孔の内径が基体の上面側と下面側とで等しい（一定である）場合と同じであるときには、基体の上面および下面に対する貫通孔の傾きが小さくなることから、貫通孔に充填された封止材を貫通して固定された信号端子の屈曲する角度が小さくなるので、高周波信号の損失がより小さい電子部品搭載用パッケージとなる。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、上記各構成において、信号端子が貫通孔内において基体の下面から上面にかけて径が小さくなっている場合には、基体の上面側の内径を小さくした場合であっても、貫通孔内の信号端子の特性インピーダンスを容易に整合させることができる。貫通孔の内径を基体の下面から上面にかけて小さくした場合は、信号端子の径が一定であると、貫通孔の上部において信号端子と貫通孔の内面との距離が小さくなるので特性インピーダンスが小さくなってしまうが、信号端子の径が下面から上面にかけて小さくなっていると、貫通孔の内径とともに信号端子の径も小さくなっているので、貫通孔の上部における特性インピーダンスが小さくならず、特性インピーダンスを整合させることができる。また、貫通孔の上部における特性インピーダンスが小さくなった分、基体の下面側の内径を大きくして貫通孔の下部における特性インピーダンスを大きくすることにより、貫通孔内における平均の特性インピーダンスを所定の値に整合させてもよい。この場合は、信号端子の径が下面から上面にかけて小さくなっていると、基体の上面側の内径をより小さくすることができるので、基体の上面で蓋体の接合部から貫通孔までの距離をより大きくしたり、信号端子の屈曲角度をより小さくしたりすることができる。あるいは、貫通孔の上部における特性インピーダンスの低下が抑えられるので、貫通孔内における平均の特性インピーダンスを整合させるために基体の下面側の内径をあまり大きくする必要がなく、２つの貫通孔の間に接地端子を設けるスペースを確保することができる。また、貫通孔の内径が基体の上下面で同じ場合には、貫通孔内における平均の特性インピーダンスを所定の値に整合させるために貫通孔の内径をより小さくすると、基体の上面で蓋体の接合部から貫通孔までの距離をより大きくすることができる。

本発明の電子装置は、上記構成のいずれかの本発明の電子部品搭載用パッケージの搭載部に電子部品を搭載するとともに、基体の接合部に蓋体を接合したことから、貫通孔の径が大きい場合であっても、基体の上面では貫通孔が蓋体の接合部から離れていることにより、蓋体を基板の上面の外周部に溶接またはろう接により接合したときの衝撃や接合後の熱応力により気密性が損なわれることのないので、気密性に優れた高信頼性の電子装置となる。

本発明の電子部品搭載用パッケージおよびそれを用いた電子装置について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１および図３は本発明の電子搭載用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２および図４はそれぞれ図１および図３におけるＡ−Ａ線で切断した断面の一例を示す断面図であり、また、図５は図４におけるＢ−Ｂ線で切断した断面の一例を示す断面図である。

図１〜図４において、１は基体、１ａは搭載部、１ｂは接合部、１ｃは貫通孔、２は封止材、３は信号端子、４は接地端子、５は電子部品、５ａは電子部品を搭載する回路基板、６は蓋体、７はボンディングワイヤ、８は接合材である。

図１に示す例では基体１の上面に直接電子部品５が搭載されてボンディングワイヤ７で信号端子３・３の上端部と電子部品５とが接続されている。また、図３に示す例では基体１の上面から突出した突出部を搭載部として、その側面に回路基板５ａを介して電子部品５が搭載され、電子部品５はボンディングワイヤ７で回路基板５ａ上の配線に接続され、さらに信号端子３・３の端部と回路基板５ａ上の配線とはろう材等の接合材８で接続されている。さらに、図２、図４および図５に示すように、破線で示すような蓋体６を接合部１ｂに接合することにより、本発明の電子装置が基本的に構成される。

本発明の電子部品搭載用パッケージは、上面の外周領域に蓋体６を溶接またはろう接により接合する接合部１ｂおよびその内側に電子部品５の搭載部１ａを有するとともに上面から下面にかけて複数の貫通孔１ｃ・１ｃを有する基体１と、貫通孔１ｃに充填された封止材２を貫通して固定された信号端子３とを具備した電子部品搭載用パッケージであって、貫通孔１ｃは基体１の上面側の開口が基体１の下面側の開口より基体１の中心側に位置するように基体１を斜めに貫通していることを特徴とするものである。

このことから、貫通孔１ｃ・１ｃの径を大きくしても、基体１の上面では貫通孔１ｃは蓋体６の接合部１ｂから離れているので、蓋体６を基体１の上面の外周部の接合部１ｂに溶接またはろう接により接合したとしても、接合時の衝撃や接合後の熱応力が基体１の接合部１ｂと貫通孔１ｃとの間の部分によって緩和され、また、この部分により接合部１ｂで発生した熱が拡散し、貫通孔１ｃ内の封止材２にクラックが入ったり封止材２と信号端子３や貫通孔１ｃの内壁面との間で剥がれが生じたりすることがなく、気密性が損なわれることのない高信頼性の電子装置を得ることができる電子部品搭載用パッケージとなる。

また、図１〜図５に示す例のように、本発明の電子部品搭載用パッケージは、上記構成において、信号端子３は貫通孔１ｃの中心を通っていることが好ましい。このことにより、基体１の下面から上面にかけての全ての領域で信号端子３と貫通孔１ｃの内壁面との距離が同じになるので、この領域においてインピーダンスの変動がなく一定となり、伝送損失が少なく高周波信号の通過特性がより良好なものとなる。

図６は本発明の電子部品搭載用パッケージの一例を示す断面図であり、図７は図６におけるＢ−Ｂ線で切断した断面の一例を示す断面図である。図６に示す例は、図３に示す例が回路基板５ａの主面上の配線の延びる方向に合わせて基体１の上面から突出した信号端子３の端部が基体１の上面に対してほぼ垂直になるように基体１の上面付近で屈曲しているのに対して、図６に示す例は、信号端子３の端部は基体１の上面付近では屈曲せず、貫通孔１ｃと平行に延びて基体１の上面から突出している例である。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージは、図５および図７に示す例のように、上記構成において、搭載部１ａは、基体１の上面から突出した突出部の側面に搭載面を有するとともに、信号端子３の上面から突出した端部は搭載面に沿っていることが好ましい。これにより、信号端子３の端部が搭載部１ａに搭載された電子部品５や電子部品５が搭載された回路基板５ａの主面に沿うこととなり、ろう接による信号端子３の端部と電子部品５の電極や回路基板５ａの主面上の配線との接続を行なうのが容易となるので、信号端子３の端部と電子部品５や回路基板５ａの主面上の配線との接続をワイヤボンディング等で行なう場合に比較して、信号線路と接地面である搭載面との間の浮遊容量を小さくすることができるものとなり、より電気特性に優れた電子部品搭載用パッケージとなる。

図５および図７で示す例では、２つの信号端子３・３の基体１の上面から突出した端部を結ぶ線が搭載部１ａの搭載面に平行で、貫通孔１ｃ・１ｃの傾斜する方向（２つの貫通孔１ｃ・１ｃで傾斜する方向は反対向きである）も搭載部１ａの搭載面にほぼ平行となるように形成することで、信号端子３の上面から突出した端部が搭載面に沿うようにしている。

図８は、本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。図８に示す例のように、貫通孔１ｃ・１ｃの傾斜する方向が搭載部１ａの搭載面に対して大きい角度をなす場合は、図８に示す例のように、基体１の上面から突出した信号端子３の端部を搭載面に沿うような向きに屈曲させればよい。

図９は、本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。また、図10（ａ）は、図９のＡ部を拡大した断面図であり、図10（ｂ）および（ｃ）は、図10（ａ）と同様に他の例を示す拡大した断面図である。図10（ａ）〜（ｃ）においては、図４に示す例のような、内径が基体の上面と下面とで等しい（一定である）貫通孔１ｃを２点鎖線で示している。

本発明の電子部品搭載用パッケージは、図９および図10に示す例のように、上記構成において、貫通孔１ｃは基体の下面から上面にかけて内径が小さくなっていることが好ましい。このことから、貫通孔１ｃの内径が一定である場合に比較して、図10（ａ）および（ｃ）に示す例のように、２つの貫通孔１ｃ・１ｃ間の距離を短くすることなく、基体１の上面で貫通孔１ｃを蓋体６の接合部１ｂからより離すことができるので、接合時の衝撃や接合後の熱応力がより緩和され、また、接合部１ｂで発生した熱がより拡散しやすくなり、より高信頼性の電子装置を得ることができる電子部品搭載用パッケージとなる。また、図10（ｂ）に示す例のように、基体１の上面における蓋体６の接合部１ｂから貫通孔１ｃまでの距離が、貫通孔１ｃの内径が一定である場合と同じであるときには、基体１の上面および下面に対する貫通孔１ｃ（の中心を通る線）の傾斜角度が小さくなることから、貫通孔１ｃに充填された封止材２を貫通して固定された信号端子３の屈曲する角度（図10に示すθｓ）が小さくなるので、高周波信号の損失がより小さい電子部品搭載用パッケージとなる。

図11は、本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。

本発明の電子部品搭載用パッケージは、図11に示す例のように、上記構成において、信号端子３は貫通孔１ｃ内において基体１の下面から上面にかけて径が小さくなっていることが好ましい。このようにすると、基体１の上面側の内径を小さくした場合であっても、貫通孔１ｃ内の信号端子３の特性インピーダンスを容易に整合させることができる。貫通孔１ｃの内径を基体１の下面から上面にかけて小さくした場合には、信号端子３の径が一定であると、貫通孔１ｃの上部おいて信号端子３と貫通孔１ｃの内面との距離が小さくなるので特性インピーダンスが小さくなってしまうが、信号端子３の径が下面から上面にかけて小さくなっていると、貫通孔１ｃの内径とともに信号端子３の径も小さくなっているので、貫通孔１ｃの上部における特性インピーダンスが小さくならず、特性インピーダンスを整合させることができる。また、貫通孔１ｃの上部における特性インピーダンスが小さくなった分、基体１の下面側の内径を大きくして貫通孔１ｃの下部における特性インピーダンスを大きくすることにより、貫通孔１ｃ内における平均の特性インピーダンスを所定の値に整合させてもよい。この場合は、信号端子３の径が下面から上面にかけて小さくなっていると、基体１の上面側の内径をより小さくすることができるので、基体１の上面で蓋体６の接合部１ｂから貫通孔１ｃまでの距離をより大きくしたり、信号端子３の屈曲角度θｓをより小さくしたりすることができる。あるいは、貫通孔１ｃの上部における特性インピーダンスの低下が抑えられるので、貫通孔１ｃ内における平均の特性インピーダンスを整合させるために基体１の下面側の内径をあまり大きくする必要がなく、２つの貫通孔１ｃ・１ｃの間に接地端子４を設けるスペースを確保することができる。また、貫通孔１ｃの内径が基体１の上下面で同じ場合には、貫通孔１ｃ内における平均の特性インピーダンスを所定の値に整合させるために貫通孔１ｃの内径をより小さくすると、基体１の上面で蓋体６の接合部１ｂから貫通孔１ｃまでの距離をより大きくすることができる。

本発明の電子装置は、上記構成のいずれかの本発明の電子部品搭載用パッケージの搭載部１ａに電子部品５を搭載するとともに、基体１の接合部１ｂに蓋体６を接合したことを特徴とするものである。このことにより、貫通孔１ｃの径が大きい場合であっても、基体１の上面では貫通孔１ｃが蓋体６の接合部１ｂから離れていることにより、蓋体６を基体１の上面の外周部の接合部１ｂに溶接またはろう接により接合したときの衝撃や接合後の熱応力により気密性が損なわれることがないので、気密性に優れた、高信頼性の電子装置となる。

基体１は、上面の中央部に電子部品５の搭載部１ａを有するとともに搭載された電子部品５が発生する熱をパッケージの外部に放散する機能を有する。このため、基体１は、熱伝導性の良い金属から成り、搭載される電子部品５やセラミック製の回路基板５ａの熱膨張係数に近いものやコストの安いものとして、例えば、Ｆｅ99.6質量％−Ｍｎ0.4質量％系のＳＰＣ（Steel Plate Cold）材や、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｍｎ合金等から選ばれる。例えば基体１がＦｅ−Ｍｎ合金から成る場合は、このインゴット（塊）に圧延加工や打ち抜き加工等の周知の金属加工方法を施すことによって所定形状に製作され、貫通孔１ｃはドリル加工や金型による打ち抜き加工により形成される。また、基体１が搭載部１ａとして突出部を有する形状の場合は、切削加工やプレス加工することにより形成することができる。

基体１の形状は、通常は厚みが0.5〜２ｍｍの平板状であり、その形状は特に制限はないが、例えば直径が３〜10ｍｍの円板状，半径が1.5〜８ｍｍの円周の一部を切り取った半円板状，一辺が３〜15ｍｍの四角板状等であり、上面から下面にかけて形成された直径が0.6〜2.65ｍｍの貫通孔１ｃを複数有する。図１〜図８に示す例では、２つの貫通孔１ｃを有する基体１に１個の電子部品５を搭載しているが、複数の電子部品５を搭載したり、電子部品５の数や電子部品５の端子の数に応じて信号端子３を固定する貫通孔１ｃを２つ以上形成したりしても構わない。

基体１の厚みは0.5ｍｍ以上２ｍｍ以下が好ましい。厚みが0.5ｍｍ未満の場合は、電子部品５を保護するための金属製の蓋体６を金属製の基体１の上面に接合する際に、接合温度等の接合条件により基体１が曲がったりして変形し易くなり、厚みが２ｍｍを超えると、電子部品搭載用パッケージや電子装置の厚みが不要に厚いものとなり、小型化し難くなる。

貫通孔１ｃは基体１を斜めに貫通しているが、基体１の上面および下面に対する貫通孔１ｃの傾斜角度（図２に示すθｈ）は、基体１の平面視の大きさや厚み、また貫通孔１ｃの径により適宜設定すればよい。上記のような寸法の基体１および貫通孔１ｃであれば、貫通孔１ｃの傾斜角度θｈは、斜めに貫通させることで得られる基体１の上面側の開口の位置と基体１の下面側の開口の位置との差や貫通孔１ｃの形成のしやすさを考慮すると、概ね120°〜150°とすればよい。例えば、基体１は直径が７ｍｍで厚さが1.75ｍｍのものを用い、基体１の上面における２つの貫通孔１ｃ・１ｃの開口の間隔を0.3ｍｍとして直径1.75ｍｍの貫通孔１ｃを形成する場合は、傾斜角度θｈを120°とする。このようにすると、基体１の上面側の開口は基体１の下面側の開口の位置より約１ｍｍ基体１の中心側へ位置することとなる。

さらに、貫通孔１ｃの上側の径を1.35ｍｍとして下側の径より小さくすると、基体１の上面において貫通孔１ｃを蓋体６の接合部１ｂから最大でさらに約0.45ｍｍ離すことができる。また、信号端子３が貫通孔１ｃの中心を通る場合には、信号端子３の屈曲角度θｓは30°であったのを約23°まで小さくすることができる。

なお、ここでいう貫通孔１ｃの径とは、開口部の径ではなく、図２に記号Ｄで示すような、貫通孔１ｃが基体１を貫通している方向（貫通孔１ｃの長さ方向）に対して直角方向に測定するものである。

また、基体１の表面には、耐食性に優れ、電子部品５や回路基板５ａあるいは蓋体６を接合し固定するためのろう材との濡れ性に優れた、厚さが0.5〜９μｍのＮｉ層と厚さが0.5〜５μｍのＡｕ層とをめっき法により順次被着させておくのがよい。これにより、基体１が酸化腐食するのを有効に防止できるとともに電子部品５や回路基板５ａあるいは蓋体６を基体１に良好にろう付けすることができる。

基体１に形成された貫通孔１ｃには、封止材２が充填されており、この封止材２を貫通して信号端子３が固定されている。信号端子３は、一方の端部（上端部）は基体１の上面と面一とするか、あるいは２ｍｍ程度まで突出させ、他方の端部（下端部）は基体１の下面から１〜20ｍｍ程度突出させて固定される。例えば、図１および図２に示す例のように、信号端子３の上端部と電子部品５（または電子部品５が搭載された回路基板５ａ）とをボンディングワイヤ７を介して電気的に接続する場合は、信号端子３の上端部は必ずしも基体１の上面から突出していなくてもよい。一方、信号端子３の下端部は、外部電気回路（図示せず）に接続するために基体１の下面から突出しているのが好ましい。例えば、図１または図３に示す例のように、信号端子３の上端部と電子部品５とを電気的に接続するとともに、信号端子３の下端部を外部電気回路（図示せず）に電気的に接続することにより、信号端子３は電子部品５と外部電気回路との間の入出力信号を伝送する機能を果たす。

封止材２は、ガラスやセラミックスなどの絶縁性の無機材料から成り、信号端子３と基体１との絶縁間隔を確保するとともに、信号端子３を基体１の貫通孔１ｃ内に固定する機能を有する。このような封止材２の例としては、ホウケイ酸ガラス，ソーダガラス等のガラスおよびこれらのガラスに封止材２の熱膨張係数や比誘電率を調整するためのセラミックフィラーを加えたものが挙げられ、インピーダンスマッチングのためにその比誘電率を適宜選択する。比誘電率を低下させるフィラーとしては、酸化リチウム等が挙げられる。例えば、特性インピーダンスを50Ωとするには、貫通孔１ｃの内径が1.75ｍｍで信号端子３の外径が0.2ｍｍの場合、あるいは貫通孔１ｃの内径が2.2ｍｍで信号端子３の外径が0.25ｍｍの場合であれば、封止材２の比誘電率が6.8であるものを用いればよい。また、貫通孔１ｃの内径が1.65ｍｍで信号端子３の外径が0.25ｍｍの場合であれば、封止材２の比誘電率が５であるものを用いればよい。

また、同じく外径が0.25ｍｍで一定である信号端子３と比誘電率が５である封止材２とを用いて、基体１の上面側の貫通孔１ｃの内径を1.35ｍｍと小さくした場合は、下面側の貫通孔１ｃの内径を1.95ｍｍとすれば、特性インピーダンスは上面側で45Ω、下面側で55Ωとなり、貫通孔１ｃ内における平均の特性インピーダンスを50Ωとすることができる。

信号端子３は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えば信号端子３がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合は、このインゴット（塊）に圧延加工や打ち抜き加工、切削加工等の周知の金属加工方法を施すことによって、長さが1.5〜22ｍｍで直径が0.1〜１ｍｍの線状に製作される。信号端子３の強度を確保しながらより高いインピーダンスでのマッチングを行ないつつ小型にするには、信号端子３の直径は0.15〜0.25ｍｍが好ましい。信号端子３の直径が0.15ｍｍより細くなると、電子部品搭載用パッケージを実装する場合の取り扱いで信号端子３が曲がりやすくなり、作業性が低下しやすくなる。また、直径が0.25ｍｍより太くなると、インピーダンス整合させた場合の貫通孔１ｃの径が信号端子３の径に伴い大きくなるので、製品の小型化に向かないものとなってしまう。

信号端子３の径を貫通孔１ｃ内で下面から上面にかけて小さくする場合は、貫通孔１ｃの下側での直径を上記の好ましい0.15〜0.25ｍｍとした場合であれば、貫通孔１ｃの上側での直径はそれより小さくするが、0.1ｍｍ程度までとするのが好ましい。貫通孔１ｃの上側での直径が0.1ｍｍより細くなると、信号端子３の強度が不足するようになって、回路基板５ａを実装する場合の取り扱いで回路基板５ａと接続する側の信号端子３が曲がりやすくなり、作業性が低下しやすくなる。

貫通孔１ｃの内径が、基体１の上面側は0.65ｍｍで、下面側は1.65ｍｍであり、封止材２の比誘電率が５であるものを用いた場合は、信号端子３の上側での外径を0.1ｍｍとし、下側での外径を0.25ｍｍとすれば、上面側および下面側ともに特性インピーダンスを50Ωとすることができる。

また、信号端子３の上側での外径が0.1ｍｍで、下側での外径が0.25ｍｍであり、封止材２の比誘電率が５である場合は、貫通孔１ｃの内径を、基体１の上面側は１ｍｍとし、下面側は1.05ｍｍとすると、特性インピーダンスは貫通孔１ｃの上面側が62Ω、下面側が38Ωとなり、貫通孔１ｃ内における特性インピーダンスを平均で50Ωとすることができる。

また、貫通孔の内径が上下とも1.07ｍｍで封止材の比誘電率が５である場合は、信号端子３の上側での外径を0.11ｍｍとし、下側での外径を0.25ｍｍとすると、特性インピーダンスは貫通孔１ｃの上面側が61Ω、下面側が39Ωとなり、貫通孔１ｃ内における特性インピーダンスを平均で50Ωとすることができる。そして、上記の貫通孔１ｃの内径が上下とも1.65ｍｍで、信号端子３の外径が上下とも0.25ｍｍであり、封止材２の比誘電率が５である例に対して、同様の特性インピーダンスとしながら、基体１の上面側において蓋体６の接合部１ｂから貫通孔１ｃまでの距離を0.29ｍｍ離すことができる。

信号端子３を貫通孔１ｃに充填された封止材２を貫通して固定するには、例えば、封止材２がガラスから成る場合は、周知の粉体プレス法や押し出し成形法を用いてガラス粉末を成形して、内径を信号端子３の外径に合わせ、外径を貫通孔１ｃの内径に合わせた筒状の成形体を作製し、この封止材２の成形体を貫通孔１ｃに挿入し、さらに信号端子３をこの封止材２の孔に挿通し、しかる後、所定の温度に加熱して封止材２を溶融させた後、冷却して固化させることにより行なうことができる。これにより、封止材２により貫通孔１ｃが気密に封止されるとともに、封止材２によって信号端子３が基体１と絶縁されて固定され、同軸線路が形成される。

この後に、基体１の下面側に突出した信号端子３の下端部と、必要に応じて基体１の上面側に突出した信号端子３の上端部とを所望の形状に屈曲させればよい。なお、信号端子３を屈曲させた際の応力により封止材２にクラックが発生する場合があるので、このような場合は、封止材２を再度溶融させてクラックをなくしておけばよい。

接地端子４は、信号端子３と同じ様にして製作され、基体１の下面にロウ材等を用いて接合される。図２に示す例のように、位置決めの容易性と接合強度の向上のために、予め基体１の下面に穴を形成しておき、その穴に接地端子４を挿入して接合してもよい。また、同様の理由で、図２に示す例のように、基体１の下面に当接するように接地端子４に鍔をつけて、接合面積をより大きくしてもよい。このようにして基体１に接地端子４を接合することにより、接続端子４を外部電気回路に接続した際には、基体１が接地導体としても機能する。

このような本発明の電子部品搭載用パッケージの搭載部１ａに電子部品５を搭載するとともに、基体１の接合部１ｂに蓋体６を接合することにより、本発明の電子装置となる。

電子部品搭載用パッケージに電子部品５を搭載して電気的に接続するには、上述したように、図１に示す例のように基体１の上面に直接電子部品５を搭載して接続する方法や、図３に示す例のように回路基板５ａを介して電子部品５を搭載して接続する方法などがある。

電子部品５としては、ＬＤ（レーザーダイオード）やＰＤ（フォトダイオ−ド）等の光半導体素子，半導体集積回路素子を含む半導体素子，水晶振動子や弾性表面波素子等の圧電素子，圧力センサー素子，容量素子，抵抗器等が挙げられる。

回路基板５ａは、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体等のセラミックス絶縁材料等から成る絶縁基板に配線導体が形成されたものである。絶縁基板が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、まずアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やシリカ（ＳｉＯ_２），カルシア（ＣａＯ），マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して泥漿状とし、これを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を得る。その後、グリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに必要に応じて複数枚積層し、これを約1600℃の温度で焼成することにより製作される。

配線導体は、例えば、図６に示す例の回路基板５ａでは、絶縁基板の上面には信号端子３・３を接続するための端子用導体と、電子部品５を搭載するとともに電子部品５の下面の接地電極を接続するための接地用導体とが形成され、下面には基体１に搭載して接続するための搭載用導体が形成され、接地用導体と搭載用導体とは、絶縁基板の側面に形成された、または絶縁基板を貫通して形成された接続導体により接続される。このような配線導体は、電子部品５によりその接続が異なるので、それに応じて形成されるものである。また、電子部品５と配線導体とは例えばボンディングワイヤにより接続されるが、このボンディングワイヤを短くすることで信号の伝送損失を少なくするために、例えば図６に示すように端子用導体を屈曲した形状として、ボンディングワイヤの接続位置が電子部品５にできるだけ近くなるようにするのが好ましい。

なお、端子用導体を屈曲させる場合には、例えば図９に示すように、屈曲角度が90°より大きくなるように段階的に屈曲させたり、屈曲部の角の部分に丸みをつけたりすると、屈曲部での反射による高周波の損失を少なくすることができるので好ましい。段階的に屈曲させる場合は、屈曲角度を120°以上とすると損失がより少なくなるので好ましい。また、図９に示す例では屈曲部の外側だけを段階的に屈曲させているが、屈曲部の内側も同様に段階的に屈曲させたり丸みをつけたりするのがより好ましい。

配線導体の形成方法は、絶縁基板と同時焼成で、あるいは絶縁基体を作製した後に金属メタライズを形成する周知の方法や、絶縁基板を作製した後に蒸着法やフォトリソグラフィ法により形成する方法がある。電子装置が小型であり、それに搭載される回路基板５ａはさらに小さいので、配線導体は微細なものとなり、また配線導体と信号端子３・３との位置合わせ精度を高めるためには蒸着法やフォトリソグラフィ法により形成する方法が好ましく、この場合は、必要に応じて絶縁基板の主面に研磨加工を施す場合もある。

以下、配線導体を蒸着法やフォトリソグラフィ法により形成する場合について詳細に説明する。配線導体は、例えば密着金属層，拡散防止層および主導体層が順次積層された３層構造の導体層から成る。

密着金属層は、セラミックス等から成る絶縁基板との密着性を良好とするという観点からは、チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），タンタル（Ｔａ），ニオブ（Ｎｂ），ニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金，窒化タンタル（Ｔａ_２Ｎ）等の熱膨張率がセラミックスと近い金属のうちの少なくとも１種より成るのが好ましく、その厚みは0.01〜0.2μｍ程度が好ましい。密着金属層の厚みが0.01μｍ未満では、密着金属層を絶縁基板に強固に密着することが困難となる傾向があり、0.2μｍを超えると、成膜時の内部応力によって密着金属層が絶縁基板から剥離し易くなる傾向がある。

拡散防止層は、密着金属層と主導体層との相互拡散を防ぐという観点からは、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ），ニッケル（Ｎｉ），Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｔｉ−Ｗ合金等の熱伝導性の良好な金属のうち少なくとも１種より成ることが好ましく、その厚みは0.05〜１μｍ程度が好ましい。拡散防止層の厚みが0.05μｍ未満では、ピンホール等の欠陥が発生して拡散防止層としての機能を果たしにくくなる傾向があり、１μｍを超えると、成膜時の内部応力により拡散防止層が密着金属層から剥離し易く成る傾向がある。なお、拡散防止層にＮｉ−Ｃｒ合金を用いる場合は、Ｎｉ−Ｃｒ合金は絶縁基板との密着性が良好なため、密着金属層を省くことも可能である。

主導体層は、電気抵抗の小さい金（Ａｕ），Ｃｕ，Ｎｉ，銀（Ａｇ）の少なくとも１種より成ることが好ましく、その厚みは0.1〜５μｍ程度が好ましい。主導体層の厚みが0.1μｍ未満では、電気抵抗が大きなものとなり回路基板５ａの配線導体に要求される電気抵抗を満足できなくなる傾向があり、５μｍを超えると、成膜時の内部応力により主導体層が拡散防止層から剥離し易く成る傾向がある。また、Ｃｕは酸化し易いので、その上にＮｉおよびＡｕからなる保護層を被覆してもよい。

電子部品５の電子部品搭載用パッケージや回路基板５ａへの搭載、あるいは回路基板５ａの電子部品搭載用パッケージへの搭載は、低融点ろう材により固定することにより行なえばよい。例えば、回路基板５ａを基体１上に搭載した後に電子部品５を回路基板５ａ上に搭載する場合は、回路基板５ａの固定には金−錫（Ａｕ−Ｓｎ）合金や金−ゲルマニウム（Ａｕ−Ｇｅ）合金をろう材として用い、電子部品５の固定には、これらより融点の低い錫−銀（Ｓｎ−Ａｇ）合金や錫−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）合金のろう材や、融点より低い温度で硬化可能な、Ａｇエポキシ等の樹脂製の接着剤を用いればよい。また、電子部品５を回路基板５ａ上に搭載した後に回路基板５ａを基体１上に搭載してもよく、その場合は上記とは逆に、回路基板５ａを基体１上に搭載する際に用いるろう材の融点の方を低くすればよい。いずれの場合であっても、回路基板５ａ上や基体１の搭載部１ａ上にろう材ペーストを周知のスクリーン印刷法を用いて印刷したり、フォトリソグラフィ法によってろう材層を形成したり、低融点ろう材のプリフォームを載置するなどすればよい。

蓋体６は、平面視で基体１の上面の外周領域の接合部１ｂの形状に沿った外形で、基体１の上面の搭載部１ａに搭載された電子部品５を覆うような空間を有する形状のものである。電子部品５と対向する部分に光を透過させる窓を設けてもよいし、窓に換えて、または窓に加えて光ファイバおよび戻り光防止用の光アイソレータを接合したものでもよい。

蓋体６は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｍｎ合金等の金属から成り、これらの板材にプレス加工や打ち抜き加工等の周知の金属加工方法を施すことによって作製される。蓋体６は、基体１の材料と同程度の熱膨張係数を有するものが好ましく、基体１の材料と同じものを用いるのがより好ましい。蓋体６が窓を有する場合は、電子部品５と対向する部分に孔を設けたものに、平板状やレンズ状のガラス製の窓部材を低融点ガラスなどにより接合する。

蓋体６の基体１の接合部１ｂへの接合は、シーム溶接やＹＡＧレーザ溶接等の溶接またはＡｕ−Ｓｎろう材等のろう材によるろう付け等のろう接により行なわれる。

本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図である。 本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図である。 本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である 本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である 本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。 （ａ）は、図９のＡ部を拡大した断面図であり、（ｂ）および（ｃ）は（ａ）と同様に他の例を示す拡大した断面図である。 本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。 従来の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。

符号の説明

１・・・・・基体
１ａ・・・・搭載部
１ｂ・・・・接合部
１ｃ・・・・貫通孔
２・・・・・封止材
３・・・・・信号端子
４・・・・・接地端子
５・・・・・電子部品
５ａ・・・・回路基板
６・・・・・蓋体
７・・・・・ボンディングワイヤ
８・・・・・接合材

Claims (6)

1. 上面の外周領域に蓋体を溶接またはろう接により接合する接合部およびその内側に電子部品の搭載部を有するとともに上面から下面にかけて複数の貫通孔を有する基体と、前記貫通孔に充填された封止材を貫通して固定された信号端子とを具備した電子部品搭載用パッケージであって、前記貫通孔は、前記基体の上面側の開口が前記基体の下面側の開口より前記基体の中心側に位置するように前記基体を斜めに貫通していることを特徴とする電子部品搭載用パッケージ。
2. 前記信号端子は、前記貫通孔の中心を通っていることを特徴とする請求項１記載の電子部品搭載用パッケージ。
3. 前記搭載部は、前記基体の上面から突出した突出部の側面に搭載面を有するとともに、前記信号端子の前記上面から突出した端部は前記搭載面に沿っていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子部品搭載用パッケージ。
4. 前記貫通孔は、前記基体の下面から上面にかけて内径が小さくなっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子部品搭載用パッケージ。
5. 前記信号端子は、前記貫通孔内において前記基体の下面から上面にかけて径が小さくなっていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電子部品搭載用パッケージ。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電子部品搭載用パッケージの前記搭載部に電子部品を搭載するとともに、前記基体の前記接合部に蓋体を接合したことを特徴とする電子装置。

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