JP5175078B2 - パッケージ - Google Patents

Description

本発明は、上方に別のパッケージが搭載されるパッケージであって、別のパッケージが搭載された状態でプリント基板に実装された該パッケージ自体が落下時などに受ける外部（別のパッケージを含む）からの衝撃または荷重に確実に耐え得るパッケージに関する。

全体が箱形状を呈し且つ内側にキャビティを有する下層側および上層側のセラミックパッケージを積層し、下層側のセラミックパッケージに搭載した回路素子と上層側のセラミックパッケージに搭載した水晶振動素子とを、互いに接続される両パッケージの各電極パッドを介して導通させた水晶発振器が用いられている。
かかる水晶発振器では、水晶振動素子を搭載した上層側の水晶振動子（セラミックパッケージ）を下層側のセラミックパッケージに実装する際に、両パッケージ間で生じるカップリング現象を防ぐため、水晶振動子側の電極パッドの位置を変更すると、かかる水晶振動子の実装に際して、方向性が制約されてしまう。

前記カップリング現象を防ぎ且つ水晶振動子（セラミックパッケージ）の実装時における方向性の制約を解消するため、上層側の水晶振動子の外部底面に水晶振動素子と導通した２つの電極パッド、ダミー電極パッド、および接地電極パッドを配置し、下層側のセラミックパッケージの上面に上記電極パッドに対応した２つの電極パッド、および接地電極パッドを配置した水晶発振器などが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００３−１５８４４１号公報（第１〜７頁、図１〜４）

ところで、上層側および下層側のセラミックパッケージ同士を、両パッケージの底面および上面の各コーナ付近に設けた対向する金属層同士をハンダ付けにより積層した２段積みなどのパッケージ積層体には、落下による衝撃試験や錘による荷重試験が施される。かかる試験を受けた際、下層側のパッケージでは、金属層が形成された各コーナ付近においては、衝撃や荷重に対抗できるが、一方で当該パッケージの各コーナ付近を除いた中間位置にクラックを生じるなど強度的に不十分となるおそれがあった。

本発明は、背景技術において説明した問題点を解決し、上方に別のパッケージが搭載されるパッケージであって、複数のパッケージを積み重ね、プリント基板などに実装された状態で、パッケージ自体がその落下時などに外部（別のパッケージを含む）から受ける衝撃または荷重に対し確実に耐え得るパッケージを提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、上方に別のパッケージが搭載されるパッケージの表面（上面）において、複数の金属層の間に凸部を形成する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明のパッケージ（請求項１）は、上方に別のパッケージが搭載されるパッケージであって、表面および裏面を有し、絶縁材からなるパッケージ本体と、かかるパッケージ本体の表面に開口するキャビティと、上記パッケージ本体の表面上に形成された複数の金属層と、かかる複数の金属層のうち、隣り合う金属層の間に設けられる凸部と、を含み、該凸部は、上記パッケージ本体における表面の少なくとも一部が突出したものである、ことを特徴とする。

これによれば、隣り合う前記複数の金属層間におけるパッケージ本体の表面に凸部が形成されているため、かかるパッケージの上方に別のパッケージを搭載した状態で、プリント基板などに実装され、ある高さからの落下による衝撃試験や錘による荷重試験を受けた場合、該パッケージにおける複数の金属層間の位置にクラックを生じることなく、パッケージ自体が衝撃荷重などに容易に耐えることが可能となる。従って、本パッケージ、別のパッケージ、およびこれらを積層し、且つ各パッケージのキャビティごとに実装した電子部品同士が導通可能とされたパッケージ積層体の信頼性を高めることが可能となる。
更に、パッケージ本体および凸部となるセラミック材料同士を一体に焼成するか、あるいは、上記パッケージ本体となる樹脂層の表面上に凸部となる樹脂を塗布などによって一体化することで、前記衝撃荷重などに容易に耐えられる凸部を含むパッケージ本体にすることができる。しかも、凸部とパッケージ本体とが一体であるため、異種材料による場合の熱膨張差に起因する応力によって、凸部がパッケージ本体から脱落することも防止できる。

尚、前記パッケージ本体を形成する絶縁材は、アルミナなどの高温焼成セラミックや、ガラス−セラミックなどの低温焼成セラミックである。
また、前記複数の金属層は、別のパッケージの底面に位置する外部電極と導通される電極パッドであり、前記パッケージの表面における各コーナ付近などに形成され、前記パッケージ本体の絶縁材が高温焼成セラミックの場合には、ＷまたはＭｏなどからなり、低温焼成セラミックの場合には、ＣｕまたはＡｇなどからなる。
更に、前記凸部は、セラミックからなる。
また、前記「隣り合う」金属層とは、前記パッケージ本体の表面において、互いに最接近している複数の金属層を指している。
更に、前記別のパッケージは、前記パッケージ本体の表面の上方に、前記各金属層、それらの上に配設したハンダ、および該別のパッケージの裏面に形成された各外部電極を介して、本パッケージと導通可能に積層・搭載される。かかる別のパッケージは、１個だけに限らず、互いに導通して積層される複数個の場合も含まれる。
加えて、前記キャビティには、ＩＣ素子、水晶振動子、圧電振動子などの電子部品が実装・収納される。

また、本発明には、前記凸部の高さは、前記金属層の高さよりも低い、パッケージ（請求項２）も含まれる。
これによれば、本パッケージの上方に別のパッケージを搭載するため、本パッケージの表面における金属層の上にハンダを印刷・形成する際に、前記凸部の高さが金属層の高さよりも低いため、印刷用メタルマスクが凸部に干渉されず、上記ハンダの印刷を確実に行うことができる。しかも、凸部の高さが低いため、本パッケージの形状の変化を抑制することも可能となる。
尚、上記凸部の高さは、パッケージ本体の表面に設けられる複数の凸部のうちで、最も高い部位を指し、上記金属層の高さは、複数の前記金属層のうちで、最も高い部位を指す。

更に、本発明には、前記凸部と前記金属層との間には、隙間が位置している、パッケージ（請求項３）も含まれる。
これによれば、製造時において隣接する凸部と金属層とが重複することで、過度の厚みを有する重複部が形成される事態を確実に予防できると共に、上方に別のパッケージを搭載する際に、両パッケージ間において対向する金属層と外部電極との間に形成するハンダを所定の厚みにできる。従って、本パッケージの上方に別のパッケージを水平姿勢にして搭載することが、容易となる。
しかも、前記凸部が導体からなる形態では、かかる凸部と金属層との重複あるいは接触による不用意な短絡を防止することもできる。

更に、本発明には、前記凸部は、前記パッケージ本体を形成するセラミックと焼成温度がほぼ同じセラミック、あるいは前記焼成温度よりも低いセラミックから形成されている、パッケージ（請求項４）も含まれる。

これによれば、パッケージ本体および凸部となるセラミック材料同士を同時焼成にて形成するか、あるいは焼成済みのパッケージ本体の表面に凸部となるセラミック材料を焼成することで、パッケージ本体と一体化した凸部を設けられる。
更に、凸部とパッケージ本体とが一体化しているので、前記熱膨張差に起因する応力による凸部の脱落を防止できる。しかも、凸部の焼成温度がパッケージ本体の焼成温度とほぼ同じか、これよりも低いので、凸部とパッケージ本体とを同時焼成することが可能となり、製造方法も容易となる。

加えて、本発明には、前記パッケージのキャビティは、その底面に電子部品が実装された後の内部に封止樹脂が充填されると共に、前記別のパッケージに形成されたキャビティは、その開口部を蓋板により封止される、パッケージ（請求項５）も含まれる。
これによれば、本パッケージのキャビティは、その底面に電子部品を実装・収納した後、残りの内部に封止樹脂が充填され、別のパッケージのキャビティは、その底面に電子部品を実装・収納した後、その開口部を蓋板により封止される。従って、各パッケージのキャビティごとに実装された複数の電子部品は、外部から確実に遮蔽されるため、所要の動作をそれぞれ正確に行うことが可能となる。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明による一形態のパッケージＰ１、その上方に搭載される別のパッケージＰ２、および、かかるパッケージＰ２のキャビティ５の開口部を封止する蓋板Ｌを示す斜視図、図２は、上記パッケージＰ１の平面図である。
パッケージＰ１は、図１，図２に示すように、セラミック（絶縁材）からなり、平面視が長方形の表面３および裏面４を有する全体がほぼ直方体のパッケージ本体２と、かかるパッケージ本体２の表面３に開口するキャビティ５と、平面視が矩形枠状を呈する上記表面３上の各コーナ付近に形成された複数（４個）の金属層（電極パッド）１０と、かかる複数の金属層１０のうち、隣り合う金属層１０，１０間の表面３に設けられた複数の凸部１２，１４とを備えている。

前記パッケージ本体２を形成するセラミックは、アルミナなどの高温焼成セラミックや、あるいはガラス−セラミックなどの低温焼成セラミックである。
また、前記キャビティ５は、平面視が長方形の底面６およびこれを囲む４辺の側面７からなる。該キャビティ５の底面６における四隅には、追って実装される電子部品と導通するための電極８がそれぞれ形成されている。
更に、前記パッケージ本体２の表面３上の各コーナ付近に形成された複数（４個）の金属層１０は、平面視がほぼＬ字形を呈し、後述するように、上記電極８の何れかと導通可能とされている。
加えて、前記パッケージ本体２の裏面４の各コーナ付近には、上記電極８の何れかと導通可能である外部電極９がそれぞれ形成されている。

図１，図２に示すように、互いに隣り合う金属層１０，１０間のパッケージ本体２の表面３上に設けられた一対ずつの凸部１２，１４は、平面視が細長い長円形を呈し、矩形枠状である表面３の各辺の長手方向に沿っており、かかる表面３の一部が上向きに突出したものである。即ち、かかる凸部１２，１４は、パッケージ本体２を形成する前記セラミックと組成がほぼ同じセラミック、もしくは焼成温度がほぼ同じセラミック、あるいは該焼成温度よりも低い焼成温度のセラミックからなっている。
そのため、凸部１２，１４は、パッケージ本体２の側壁となる枠形状のグリーンシートの表面に、該グリーンシートの組成と焼成温度とがほぼ同じセラミック粉末を含む絶縁性ペーストをスクリーン印刷した後、同時に焼成することで、容易に配設できる。
あるいは、凸部１２，１４は、上記組成が異なり上記焼成温度よりも低いセラミック粉末を含む絶縁性ペーストを、焼成されたパッケージ本体２の表面３に印刷し且つ再度焼成することでも、容易に配設することができる。

パッケージ本体２の表面３において、凸部１２，１４の高さ（積層方向の厚み：ｔ）は、各金属層１０の高さよりも低いと共に、各凸部１２，１４と各金属層１０との間には、パッケージ本体２の表面３が露出する隙間１１，１５が形成されている。
尚、電極８、外部電極９、金属層１０、および後述するビア導体は、パッケージ本体２のセラミックが高温焼成セラミックの場合には、ＷまたはＭｏなどからなり、パッケージ本体２のセラミックが低温焼成セラミックの場合には、ＣｕまたはＡｇなどからなる。
図１に示すように、前記パッケージＰ１の上方に搭載される別のパッケージＰ２も、前記同様のパッケージ本体２、キャビティ５、電極８、および外部電極９を有している。別のパッケージＰ２のパッケージ本体２における表面３には、平面視が矩形枠状である封止用金属帯１６が各辺に沿って形成されている。かかる封止用金属帯１６は、上記キャビティ５内に電子部品を実装した後、金属製の蓋板Ｌと後述するハンダを介して接合され、該キャビティ５の開口部を封止する。

尚、前記蓋板Ｌは、４２アロイ（Ｆｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ）、コバール（Ｆｅ−２９ｗｔ％Ｎｉ−１７ｗｔ％Ｃｏ）、１９６合金（Ｃｕ−２．３ｗｔ％Ｆｅ−０．０３ｗｔ％Ｐ）などからなり、平面視がほぼ矩形の平板である。
図３の垂直断面図で示すように、パッケージＰ１において、パッケージ本体２の裏面４のコーナ付近ごとにおける外部電極９と、キャビティ５の底面６における四隅の各電極８との間は、裏面４と底面６との間を貫通するビア導体ｖを介して、それぞれ導通可能とされている。また、パッケージ本体２の表面３のコーナ付近ごとにおける各金属層１０と、上記各電極８との間も、パッケージ本体２の側壁を垂直に貫通するビア導体ｖを介して、それぞれ導通可能とされている。

前記のようなパッケージＰ１，Ｐ２は、以下のようにして積層される。
図３に示すように、パッケージＰ１のキャビティ５内に、例えば、ＩＣなどの電子部品Ｃ１を各電極８とハンダ付けして実装した後、かかるキャビティ５内にエポキシ系などの封止樹脂Ｒを充填し固化させて、上記電子部品Ｃ１を外部から封止する。一方、別のパッケージＰ２のキャビティ５内に、例えば、水晶振動子などの電子部品Ｃ２を上記同様に実装する。
次いで、図３に示すように、電子部品Ｃ１が実装され且つ封止樹脂Ｒにて封止されたキャビティ５を有する前記パッケージＰ１の金属層１０ごとの上に、ハンダ１７を載置した後、電子部品Ｃ２が実装されたキャビティ５を有する前記別のパッケージＰ２を搭載する。更に、別のパッケージＰ２の封止用金属帯１６の上に、ハンダ１８を載置し、且つその上に前記蓋板Ｆを載置する。
次に、上記ハンダ１７，１８を、所定の温度で溶融した後、凝固させる。

その結果、図３に示すように、パッケージＰ１の上に別のパッケージＰ２が搭載され、これらのキャビティ５に個別に実装された電子部品Ｃ１，Ｃ２が外部から封止されたパッケージ積層体Ｕが製作される。
かかるパッケージ積層体Ｕにおいて、電子部品Ｃ１，Ｃ２は、パッケージＰ１，Ｐ２の各電極８、各ビア導体ｖ、金属層１０、および各外部電極９を介して、当該積層体Ｕが実装される図示しないプリント基板などとの導通が可能となっている。
しかも、下層側のパッケージＰ１のパッケージ本体２の表面３には、コーナ付近ごとの金属層１０，１０間で且つ隙間１１，１５を介して、金属層１０の高さよりも高さ（ｔ）が低い凸部１２，１４が当該表面３の一部として突出している。

そのため、パッケージ積層体Ｕに対し、図３中の垂直方向に沿った矢印で示すように、ある高さからの落下させる衝撃試験を受けたり、所定重量の錘による荷重試験を受けた際に、前記凸部１２，１４により、下層側のパッケージＰ１において、各金属層１０から離れた位置で、荷重や衝撃荷重を集中的に受けても、これらに十分対抗できるため、従来のようなクラックなどの発生を確実に阻止することが可能となる。
従って、前記パッケージＰ１，Ｐ２およびこれらを含む前記パッケージ積層体Ｕによれば、電子部品Ｃ１，Ｃ２の動作を正確に成さしめ得るので、信頼性を高めることが可能となる。

図４は、前記同様のパッケージＰ１を示す平面図であって、パッケージ本体２における一対の長辺の表面３において、各コーナ付近の金属層１０，１０間に、隙間１１，１５と共に中間にも隙間１１ａを置いて、かかる表面３の一部が突出し、各金属層１０の高さよりも低い一対の凸部１２ａを各長辺の長手方向に沿って設けた形態を示す。
また、図５は、前記同様の平面図であって、パッケージ本体２の表面３における各辺に、隣り合う金属層１０との間に隙間１１，１５を置いて、内外一対ずつの細長い凸部１２ｂ，１２ｃ，１４ａ，１４ｂを該辺の長手方向に沿って設けた形態のパッケージＰ１を示す。
上記凸部１２ｂ，１２ｃ，１４ａ，１４ｂの高さも、前記表面３の一部が突出し、金属層１０の高さよりも低い。また、パッケージ本体２の表面３の各辺のうち、キャビティ５から離れた外側の凸部１２ｂ，１４ａを、キャビティ５寄りの内側の凸部１２ｃ，１４ｂよりも長くしたり、あるいは高くしても良い。
以上のような凸部１２ａ〜１２ｃ，１４ａ，１４ｂをパッケージ本体２の表面３に設けている図４，図５に示したパッケージＰ１によっても、前記図１〜図３で示した形態のパッケージＰ１と同様な効果を奏することが可能である。

一方、図６は、参考形態のパッケージＰ１を示す平面図であって、パッケージ本体２の表面３における各辺に、隣り合う金属層１０との間に隙間１１，１５を置いて、Ｗなどの導体からなる細長い凸部１３ａ，１３ｂを各辺の長手方向に沿って設けた形態を示す。かかる凸部１３ａ，１３ｂは、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、あるいはＡｇなどからなり、隙間１１，１５を置いて隣接する金属層１０と同じ金属または同種の金属材料から形成され、且つ各金属層１０の高さよりも低い。
上記導体からなる凸部１３ａ，１３ｂは、パッケージ本体２の側壁となる枠形状のグリーンシートの表面における所定の位置に、Ｗ粉末などを含む導電性ペーストを、各金属層１０と同時に、あるいは別途にスクリーン印刷した後、パッケージ本体２となる複数層のグリーンシートと共に焼成することで形成される。
尚、各金属層１０と同時にスクリーン印刷して形成される凸部１３ａ，１３ｂは、予め高さ方向に沿って圧縮した後に、焼成される。

また、図７は、前記同様の平面図であって、パッケージ本体２の表面３における図示で下側の長辺に、前記同様の導体からなる一対の凸部１３ｃを該辺の長手方向に沿って、金属層１０との間に隙間１１を置き、且つ互いに隙間１１ａを挟んで形成し、図７で上側の長辺に、前記同様の導体からなる長短一対の凸部１３ｄ，１３ｅを内外に平行に形成した異なる参考形態のパッケージＰ１を示す。

更に、図７に示すように、パッケージ本体２の表面３における図示で右側の短辺に、前記同様の導体からなる平面視が細長い長円形の凸部１３ｆを、左側の短辺に、前記同様の導体からなる平面視が細長い楕円形の凸部１３ｇを、それぞれ金属層１０と隙間１５を置き、且つ短辺の長手方向に沿って形成した形態のパッケージＰ１を示す。
以上のような凸部１３ａ〜１３ｇをパッケージ本体２の表面３に設けている図６，図７に示したパッケージＰ１によっても、前記形態のパッケージＰ１と同様な効果を奏することが可能である。
尚、図７で示したパッケージＰ１において、パッケージ本体２の表面３における各辺に、互いに同じ形態の凸部を形成しても良い。

本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、前記パッケージ本体２の表面３上に形成される金属層は、かかる表面３のコーナ付近ごとに限らず、表面３における任意の位置に、平面視がほぼ矩形（正方形または長方形）、円形、長円形、あるいは楕円形などを呈する形態として形成しても良い。
また、本発明によるパッケージおよび別のパッケージのパッケージ本体を、エポキシ系などの樹脂からなるものとし、その表面に形成する金属層をＣｕやＡｇなどによって形成し、かかる金属層の間に、上記樹脂と同様の樹脂からなる凸部、あるいは上記金属層と同じ金属からなる凸部を設けた形態としても、前記同様の効果を奏することが可能である。
更に、本発明によるパッケージおよび別のパッケージのパッケージ本体は、平面視がほぼ正方形を呈し、その表面に開口するキャビティも前記正方形と相似形とした形態としても良い。

本発明による一形態のパッケージや別のパッケージなどを示す斜視図。 上記パッケージを示す平面図。 上記パッケージに別のパッケージを搭載した積層体を示す垂直断面図。 異なる形態の凸部を設けたパッケージを示す平面図。 更に異なる形態の凸部を設けたパッケージを示す平面図。 別なる形態の凸部を設けた参考形態のパッケージを示す平面図。 別異な形態の凸部を設けた異なる参考形態のパッケージを示す平面図。

符号の説明

２…………………………パッケージ本体
３…………………………表面
４…………………………裏面
５…………………………キャビティ
６…………………………底面
１０………………………金属層
１１，１５………………隙間
１２，１２ａ〜１２ｃ…凸部
１４，１４ａ，１４ｂ…凸部
Ｐ１………………………パッケージ
Ｐ２………………………別のパッケージ
ｔ…………………………高さ
Ｃ１，Ｃ２………………電子部品
Ｒ…………………………封止樹脂
Ｌ…………………………蓋板

Claims (5)

1. 上方に別のパッケージが搭載されるパッケージであって、
   表面および裏面を有し、絶縁材からなるパッケージ本体と、
   上記パッケージ本体の表面に開口するキャビティと、
   上記パッケージ本体の表面上に形成された複数の金属層と、
   上記複数の金属層のうち、隣り合う金属層の間に設けられる凸部と、を含み、
   上記凸部は、上記パッケージ本体における表面の少なくとも一部が突出したものである、
   ことを特徴とするパッケージ。
2. 前記凸部の高さは、前記金属層の高さよりも低い、
   ことを特徴とする請求項１に記載のパッケージ。
3. 前記凸部と前記金属層との間には、隙間が位置している、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のパッケージ。
4. 前記凸部は、前記パッケージ本体を形成するセラミックと焼成温度がほぼ同じセラミック、あるいは前記焼成温度よりも低いセラミックから形成されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のパッケージ。
5. 前記パッケージのキャビティは、その底面に電子部品が実装された後の内部に封止樹脂が充填されると共に、前記別のパッケージに形成されたキャビティは、その開口部を蓋板により封止される、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のパッケージ。

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