专利名称：电子部件搭载用封装体以及利用了该封装体的电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于搭载并收纳在光通信领域等中使用的光半导体元件等的电子部件的电子部件搭载用封装体以及利用了该封装体的电子装置。
背景技术：
在现有的电子装置中使用的电子部件搭载用封装体包括在上表面具有电子部件的搭载部的基体、和设置于基体的信号端子，例如，基体具有贯通孔，密封材料被填充于贯通孔，信号端子贯通密封材料而固定于基体。电子部件被搭载于基体的上表面，例如被盖体覆盖。
在先技术文献
专利文献
专利文献I JP特开平8-130266号公报发明内容
发明要解决的课题
但是，虽然为了将通过较大输出来驱动的光半导体元件等的电子部件所产生的热充分发散，可以考虑在基体与电 子部件之间配置由热传导率高的例如铜构成的散热构件，但也存在电子部件与散热构件之间的热膨胀系数的差较大、电子部件与散热构件的接合强度不足的情况，有可能缺乏电子部件的安装可靠性。
本发明鉴于上述现有技术的问题点而作，其目的在于，提供一种能高效地发散电子部件所产生的热的电子部件搭载用封装体以及利用了该封装体的电子装置。
用于解决课题的手段
本发明的一个方式的电子部件搭载用封装体，包括:第I基体、第2基体、密封材料、和信号端子。第I基体具有上表面和设置于上下方向的第I贯通孔。第I基体包括多个第I金属构件和第2金属构件。第2金属构件被多个第I金属构件从上下方向夹着。第2基体与第I基体的下表面接合，设置于上下方向并按照与第I贯通孔重叠的方式配置。密封材料填充于第2贯通孔。信号端子按照贯通密封材料的方式固定于第2基体并通过第I贯通孔内。信号端子具有比第I基体的上表面更向上方突出的上端部。第I金属构件的热膨胀系数比第2基体的热膨胀系数大。第2金属构件的热传导率比第I金属构件的热传导率高。
本发明的其他方式的电子装置，包括:上述构成的电子部件搭载用封装体；搭载于电子部件搭载用封装体的电子部件；和与第I基体的上表面接合的盖体。
发明效果
在本发明的一个方式的电子部件搭载用封装体中，因为第I金属构件的热膨胀系数比第2基体的热膨胀系数大，所以能够通过第I金属构件来缓和第2基体与比第2基体热膨胀系数大的电子部件之间的热膨胀差，因此电子部件与电子部件搭载用封装体的接合强度变得牢固，能够使电子部件的安装可靠性较高。此外，因为第2金属构件的热传导率比第I金属构件的热传导率高，所以电子部件所产生的热能够经由第2金属构件高效地发散，能够稳定地驱动大输出的光半导体元件等电子部件。
图1是表示本发明的实施方式的电子装置的一例的立体图。图2是表示图1所示的电子装置的A-A线上的剖面的剖视图。图3是表示本发明的实施方式的电子部件搭载用封装体的一例的剖视图。图4是表示本发明的实施方式的电子部件搭载用封装体的另一例的剖视图。
图5(a)是表示图3所示的本发明的电子部件搭载用封装体的下表面的一例的底视图，(b)是表示同样的本发明的电子部件搭载用封装体的另一例的底视图。图6是表示本发明的实施方式的电子部件搭载用封装体的另一例的剖视图。图7是表示本发明的实施方式的电子部件搭载用封装体的另一例的剖视图。图8(a)是表示图7所示的本发明的电子部件搭载用封装体的第2基体的例子的底视图，(b)是表示同样的第2基体的另一例的底视图。图9(a)是表示本发明的实施方式的电子部件搭载用封装体的另一例的剖视图，(b)是表示(a)的A-A线上的剖面的剖视图。图10(a)是表示本发明的实施方式的电子部件搭载用封装体的另一例的剖视图，(b)是表示(a)的A-A线上的剖面的剖视图。图11(a)是表示本发明的实施方式的电子部件搭载用封装体的另一例的剖视图，(b)是表示(a)的A-A线上的剖面的剖视图。
具体实施例方式参照附图对本发明的例示性的实施方式进行说明。本发明的实施方式中的电子装置，如图1、图2所示，包括:电子部件搭载用封装体15 ;搭载于电子部件搭载用封装体15的电子部件6 ;电路基板6a ;温度控制元件11 ;^)元件12 ;反射镜13 ;温度监视元件14 ;以及与第I基体I的上表面接合的盖体9。另外，在图1中，电子装置设置于虚拟的xyz空间内，以下，为了方便，“上方向”是指虚拟的z轴的正方向。电子部件搭载用封装体15包括 第I基体I ;与第I基体I的下表面接合的第2基体2 ;按照贯通第I基体I和第2基体2的方式固定于第2基体2的信号端子5 ;中继基板6b;和DC端子8。第I基体I具有上表面和设置于上下方向的第I贯通孔Id。第I基体I包括多个第I金属构件Ia和第2金属构件lb。第I金属构件Ia的热膨胀系数比第2基体2的热膨胀系数大。第2金属构件Ib被多个第I金属构件Ia从上下方向夹着。第2金属构件Ib的热传导率比第I金属构件Ia的热传导率高。第2基体2与第I基体I的下表面接合，设置于上下方向并按照与第I贯通孔Id重叠的方式配置。信号端子5按照贯通填充于第2贯通孔2b的密封材料3的方式固定于第2基体2且通过第I贯通孔Id内。信号端子5具有比第I基体I的上表面更向上方突出的上端部。在图1所示的例子中，将第I基体I的上表面的中央部作为搭载部lc，经由珀耳帖(Peltier)元件等温度控制元件11以及电路基板6a而搭载了电子部件6。电子部件6的端子通过焊线7与电路基板6a上的布线电连接。中继基板6b对电路基板6a与信号端子5之间的电连接进行中继。信号端子5的第I基体I侧的上端部与中继基板6b的信号线路通过焊接材料等接合材料而被电连接，中继基板6b的上表面的信号线路与电路基板6a的布线通过焊线7而被电连接，由此电子部件6和信号端子5被电连接。第2基体2除了用于固定信号端子5的第2贯通孔2b以外，还形成有3个第2贯通孔2b。DC端子8是发挥接地的作用的端子，通过密封材料3在3个第2贯通孔2b的每一个中各固定2条，DC端子8的端部从形成于第I基体I的、对应的第I贯通孔Id突出。此外，电子部件6的端子，经由电路基板6a的布线，与DC端子8中的一个电连接。由此，信号端子5发挥对电子部件6与外部电气电路(未图示)之间的输入输出信号进行传输的传输路径的作用。
在图1所示的例子中，示出了主要的电子部件6为LD元件的例子,F1D元件12对LD元件的振荡状态进行监视，反射镜13使从LD元件振荡出的激光从电路基板6a (第I基体I)的上表面向垂直方向反射，温度监视元件14对电路基板6a上的温度进行测定并反馈给温度控制元件11。在电路基板6a上，搭载有H)元件12、反射镜13以及温度监视元件14。并且，对于DC端子8，除了上述的接地用以外，还存在用于向温度控制元件11、PD元件12、以及温度监视元件14供给电力的DC端子8等。
另外，在图1所示的例子中按照可知搭载了电子部件6等的状态的方式示出了去掉盖体9的状态，但如图2所示的例子那样，本发明的实施方式中的电子装置基本上通过如下方式构成:将虚线所示的盖 体9通过焊接或钎焊接而与盖体接合部Ie接合。图2所示的例子的盖体9，示出了设置有嵌入了透光性构件的窗部的例子，该窗部用于使通过反射镜13从第I基体I的上表面向垂直方向反射的激光通过。
另外，在图1以及图2所示的例子中，将I个电子部件6经由电路基板6a以及温度控制元件11搭载于第I基体I的搭载部Ic上，但也可以搭载多个电子部件6，也可以不经由电路基板6a以及温度控制元件11而直接搭载于第I基体I的搭载部Ic上，也可以通过焊线7将电子部件6和信号端子5直接连接。此外，信号端子5的数量也可以根据电子部件6的数量以及电子部件6的电极的数量而为多个。并且，DC端子8的数量也根据温度控制元件i1、ro元件12、温度监视元件14等的数量来决定。另外，通过经由中继基板6b将信号端子5和电子部件6通过焊线7连接，能够缩短焊线7的长度，因此能够更好地抑制阻抗的不匹配因而优选。
本发明的实施方式中的电子部件搭载用封装体15，具有:第I基体1，其具有包括电子部件6的搭载部在内的上表面和设置于上下方向的第I贯通孔Id ;第2基体2，其与第I基体I的下表面的外周部接合，具有设置于上下方向并且按照在俯视时与第I贯通孔Id重合的方式配置的第2贯通孔2b ;密封材料3，其填充于第2贯通孔2b ;和信号端子5，其按照贯通密封材料3的方式固定于第2基体2并且通过第I贯通孔Id内，具有比第I基体I的上表面更向上方突出的上端部，第I基体I包括多个第I金属构件Ia和第2金属构件lb，第2金属构件Ib被多个第I金属构件Ia从上下方向夹着，并且第I金属构件Ia的热膨胀系数比第2基体2的热膨胀系数大，第2金属构件Ib的热传导率比第I金属构件Ia的热传导率高。
电子部件搭载用封装体15通过这种构成，由于第I金属构件Ia的热膨胀系数比第2基体2的热膨胀系数大，第2金属构件Ib的热传导率比第I金属构件Ia的热传导率高，因此能够通过第I金属构件Ia来缓和第2基体2与比第2基体2热膨胀系数大的电子部件6之间的热膨胀差，电子部件6与电子部件搭载用封装体15的接合强度将会变得牢固。进而，能够成为电子部件6的安装可靠性高的电子部件搭载用封装体15，并且成为能够将电子部件6所产生的热经由第2金属构件Ib高效率地发散到外部的电子部件搭载用封装体15。此外，信号端子5与规定的阻抗相匹配地由填充在第2基体2的贯通孔2b中的密封材料3固定，因此信号端子5所通过的第I基体I的贯通孔lb，能够与信号端子5 —起设为空中同轴构造并为了使阻抗匹配而使其直径较小，因此能够增大电子部件6的搭载部Ic的面积。此外，本发明的实施方式中的电子部件搭载用封装体15，在上述构成中，由于第I金属构件Ia的热传导率比第2基体2的热传导率高，因此能够将电子部件6所产生的热高效地传导给第2金属构件lb，由于第2金属构件Ib的热传导率高，因此成为能够将电子部件6所产生的热比较高效地从第I基体I的侧面放出到外部的电子部件搭载用封装体15。此外，本发明的实施方式中的电子部件搭载用封装体15，在上述构成中，由于第2金属构件Ib的端部在第I基体I的侧面从第I金属构件露出即到达了第I金属构件，因此成为能够将传导给第2金属构件Ib的热比较高效地从第I基体I的侧面放出到外部的电子部件搭载用封装体15。此外，如图3 图7所示的例子那样，在上述构成中，当第I基体I的外形尺寸比第2基体2的外形尺寸大时，在第I基体I的侧面， 容易使例如收纳电子装置的框体等成为散热体的部件贴紧，因此成为更容易将电子部件6所产生的热经由第I基体I放出到外部的电子部件搭载用封装体15。此外，如图6 图8所示的例子那样，在上述构成中，当第I基体I以及第2基体2的至少一方，具有沿着第I基体I与第2基体2的接合部的槽10时，即使在所搭载的电子部件6中产生热从而产生基于第I基体I与第2基体2的热膨胀系数的差的热应力，该热应力也被槽10缓和，施加给第I基体I与第2基体2的接合部的热应力变小，因此成为能够得到气密可靠性更优异的高可靠性的电子装置的电子部件搭载用封装体15。此外，如图7所示的例子那样，在上述构成中，当第I基体I在下表面具有凹部If，第2基体2在凹部If内与第I基体I接合时，能够不改变封装体的厚度地增加第I基体I的侧面的面积，因此能够更高效地经由第I基体I的侧面放出热，成为更高散热的电子部件搭载用封装体15。此外，如图9 图11所示的例子那样，在上述各构成中，从第I基体I的下表面的与搭载部Ic对置的部分到外周部粘附有比第I金属构件Ia热传导率高的接合材料4，当第2基体2通过外周部的接合材料4与第I基体I接合时，电子部件6所产生的热经由第I基体I的下表面的接合材料4容易传导至第I基体I的侧面侧，因此成为能够更高效地将电子部件6所产生的热放出到外部的半导体元件收纳用封装体。另外，若在第I基体I与第2基体2对置的表面和侧面之间的拐角部形成R部或C面，则在第I基体I与第2基体2的接合部分的侧面能够按照堆积的方式形成接合材料4，因此更容易经由接合材料4将电子部件6所产生的热传导至第I基体I的侧面侧，因此成为能够更效率地将电子部件6所产生的热放出到外部的电子部件搭载用封装体15。
本发明的实施方式中的电子装置，具备上述构成中的任意一种的本发明的实施方式中的电子部件搭载用封装体15、搭载于该电子部件搭载用封装体15的所述搭载部Ic的电子部件6、和与所述第I基体I的上表面接合的盖体9，因此能够将电子部件6所产生的热经由热传导率大的第I基体I的第2金属构件Ib高效地从第I基体I的侧面放出到外部，因此成为小型且高输出的电子装置。
本发明的实施方式中的电子装置，在上述构成中，当在电子部件6与搭载部Ic之间具备温度控制元件11时，由于提高了散热性，因此能够通过温度控制元件11将发热大的电子部件6的温度保持固定，由于温度变化而产生的电子部件6的特性变化消失，成为特性更稳定的电子装置。
第I基体I由第I金属构件Ia和第2金属构件Ib构成，第2金属构件Ib被第I金属构件Ia夹着。第I金属构件Ia优选与所搭载的电子部件6或陶瓷制的电路基板6a的热膨胀系数接近的金属构件，此外作为成本低的金属构件，例如，选择Fe-Mn合金等铁系的合金或纯铁等金属、铜(Cu)或铜系的合金。更具体来说，存在Fe99.6质量％-Mn0.4质量％系的SPC(Steel Plate Cold，钢板冷加工)材料。此外，第2金属构件Ib优选热传导率高的金属构件。例如，优选铜(Cu)或铝(Al)等杨氏模量小的金属、像钨(W)或钥(Mo)这样热膨胀系数小的金属。第I基体I通过将第I金属构件Ia与第2金属构件Ib接合而形成，而作为接合的方法，既可以采用通过将构件之间重叠地进行轧制来进行接合的金属包层法，也可以采用银焊料等热传导率高的接合材料来进行接合。通过对像这样接合的接合材料实施轧制加工或冲压加工等 金属加工方法来制作成规定形状，贯通孔Ib通过钻孔加工或通过模具进行的冲压加工而形成。此外，在第I基体I作为搭载部Ic具有突出部的形状的情况下，可以通过切削加工或按压加工而形成。
第I基体I是厚度为0.25 Imm的平板状，其形状没有特别限制，但例如是直径为3 6mm的圆板状、切取了半径为1.5 8mm的圆周的一部分的半圆板状、一边为3 15mm的四角板状等。
第I基体I的厚度优选为0.5mm以上。在厚度不足0.5mm的情况下,在将用于保护电子部件6的金属制的盖体9接合于金属制的第I基体I的上表面时，根据接合温度等接合条件而第I基体I容易弯曲变形。此外，若厚度超过1_，则与第2基体2接合而得到的电子部件搭载用封装体15以及电子装置的厚度不必要地过厚，难以小型化，因此第I基体I的厚度优选为Imm以下。为了小型化，第I基体I的厚度和第2基体2的厚度加起来最好为2mm以下，因此如图7所示的例子那样，在第I基体I具有凹部lf，第2基体2在该凹部If内与第I基体I接合的情况下，第I基体I也可以为超过Imm并且2mm以下的厚度。
在第I金属构件Ia是SPC材料，第2金属构件Ib是铜的情况下，搭载部Ic侧的第I金属构件Ia的厚度优选为0.05mm以上。若搭载部Ic侧的第I金属构件Ia的厚度不足0.05mm,则在通过电沉积来进行盖体接合的情况下热传递到第2金属构件Ib且温度容易下降，由此存在盖体接合的效率容易下降的倾向。并且，第2金属构件Ib的厚度优选为0.05mm以上。若第2金属构件Ib的厚度不足0.05mm，则与用SPC材料单体制作了第I基体I的情况相比，存在将热传导至侧面侧的效果不显著的倾向。
此外，第I基体1，若在搭载部Ic部分如图4所示的例子那样去除了第I金属构件la，则能够抑制第I基体I的热膨胀系数，同时能够将电子部件6所产生的热不经由第I金属构件Ia地传导至热传导率大的第2金属构件lb，能够提高向第I基体I的侧面的热发散性，因而优选。为了设为在搭载部Ic部分去除了第I金属构件Ia的构成，只要在第2金属构件Ib被第I金属构件Ia夹着的第I基体I的搭载部Ic利用现有技术周知的切削加工等来切除第I金属构件la，或者对按照夹着第2金属构件Ib的方式进行接合的第I金属构件Ia的位于搭载部Ic的部分预先进行冲压来进行接合即可。在搭载部Ic的周边具有多个从第I基体I的上表面到下表面而形成的直径为
0.23 1.15mm的第I贯通孔Id。信号端子5所通过的第I贯通孔Id的直径，由于在中心贯通信号端子5因而设为形成特性阻抗为50Q的空中同轴的尺寸。例如，在信号端子5的直径为0.2mm的情况下，第I贯通孔Id的直径可以设为0.46mm。关于DC端子8所通过的第I贯通孔ld，由于DC端子8不受特性阻抗的影响，因此可以在DC端子8与第I基体I不短路的程度下，将第I贯通孔Id设为比上述尺寸更小来增大搭载部Ic的面积。此外，也可以反之将第I贯通孔Id设为比上述尺寸更大，如图1所示的例子那样使多个DC端子8贯通。在此情况下，例如如图1所示的例子那样，通过不设为圆形而设为椭圆形，能够增大搭载部Ic的面积。如上所述，由于信号端子5的数量根据电子部件6的数量以及电子部件6的端子的数量而决定，此外DC端子8的数量根据电子部件6以外的其他元件等的数量而决定，因此第I贯通孔Id也相 应地适当形成即可。此外，在第I基体I的表面，优选预先通过电镀法使耐蚀性优异、且与焊接材料之间的润湿性优异的厚度为0.5 9 ii m的Ni层和厚度为0.5 5 y m的Au层依次粘附。由此，能够有效防止第I基体I的氧化腐食，并且能够将电子部件6或电路基板6a或者盖体9等良好地焊接于第I基体I。第2基体2，不仅具有在第2贯通孔2b内通过密封材料3来对信号端子5以及DC端子8进行固定的功能，而且具有通过密封材料3以及接合材料4将电子部件6与盖体9一起气密地密封的功能。因此，第2基体2，按照第I基体I与第2基体2的接合部包围第I贯通孔Id的方式，在外周部与第I基体I接合。只要至少在外周部被接合则能够气密地密封，如图11所示的例子那样，也可以通过接合材料4将第2基体2的上表面的整个面与第I基体I的下表面接合。此外，第2基体2是与第I基体I同样的厚度为0.25 Imm的平板状，其形状没有特别限制，例如是直径为3 6mm的圆板状、切取了半径为1.5 8mm的圆周的一部分的半圆板状、一边为3 15_的四角板状等。第2基体2,其外周部与第I基体I的下表面接合，因此只要形成必要的大小的第2贯通孔2b，并且外周部比第I贯通孔Id大即可。例如，既可以如图3以及图5(a)所示的例子那样，通过将俯视的外形比第I基体I小一圈的第2基体2与第I基体I的下表面接合，从而将多个第I贯通孔Id —起进行密封，也可以如图5(b)所示的例子那样，将第2基体2设为比多个第I贯通孔Id的每一个大一圈的多个，来对多个第I贯通孔Id分别进行密封。此外，像这样若第2基体2较小，则在与第I基体I之间热膨胀系数存在差异的情况下，所产生的热应力变小，因而优选。若在I个第2基体2上固定了电子部件搭载用封装体15的所有的信号端子5，则当将第I基体I与第2基体2接合时，信号端子5的相对位置能够正确地定位，并且多个第I贯通孔Id和多个第2贯通孔2b (以及固定在这些第2贯通孔2b内的多个信号端子5)的位置对准可以一并进行，因此能够高效地得到组装精度良好的电子部件搭载用封装体15。
第2基体2的厚度优选为0.5mm以上。在厚度不足0.5mm的情况下，容易由于来自外部的应力而变形，难以通过密封材料3保持气密性。此外，若厚度超过1_，则与第I基体I接合而得到的电子部件搭载用封装体15以及电子装置的厚度不必要地过厚，难以小型化，因此第2基体2的厚度优选为Imm以下。
第2基体2，作为信号端子5的固定用，具有从上表面到下表面而形成的直径为0.53 2.65mm的第2贯通孔2b。第2基体2的位置按照如下方式配置:信号端子5固定用的第2贯通孔2b，与信号端子5所通过的第I贯通孔Id对应地位于同心圆状。此外，DC端子8的固定用的第2贯通孔2b，在当将第I基体I与第2基体2接合时在俯视下与DC端子8所通过的第I贯通孔Id重叠的位置，形成为在DC端子8与第2贯通孔2b的内面之间能放入足够的厚度(0.2mm程度)的密封材料3的程度的大小即可。
这样的第2基体2，作为与密封材料3的热膨胀系数接近的部件或成本便宜的部件，例如，优选由Fe-N1-Co合金或Fe-Ni合金等金属构成。例如在第2基体2由Fe-N1-Co合金构成的情况下，通过对该合金的块(ingot)实施轧制加工或冲压加工等金属加工方法来制作为规定形状。之后或者同时，第2贯通孔2b通过钻孔加工或利用模具进行冲压加工而形成。
此外，最好在第2基体2的表面与第I基体I同样地，通过电镀法依次粘附耐蚀性优异且与焊接材料之间的润湿性优异的厚度为0.5 9 μ m的Ni层和厚度为0.5 5 μ m的Au层。由此，能够有效防止第2基体2发生氧化腐食，并且能够通过钎焊将第2基体2良好地接合于第I基体I。
槽10的形成，不仅具有缓和被搭载的电子部件6所产生的热所导致的第I基体I与第2基体2之间的热应力的效果，而且还具有缓和盖体9的接合时的冲击或接合后的热应力，或者使盖体接合部Ie所产生的热容易发散的效果。为了起到这样的效果，只要形成在第I基体I以及第2基体2的至少一方即可。此外，因为还用于使得不会由于盖体9接合时的热而损坏第2贯通孔2b内 的信号端子5的密封性，所以在第2基体2形成槽10的情况下，第2基体2的槽10，最好形成在与第I基体I的接合部和第2贯通孔2b之间。
在图6所示的例子中，仅在第I基体I与第2基体2的接合部的内侧的、第2基体2的主面上形成有垂直的槽10，因此不会妨碍从第I基体I的搭载部Ic向侧面(外部)的热传导，因而优选。在第I基体I与第2基体2之间热膨胀系数的差较大的情况下，也可以在第I基体I的下表面的、第I基体I与第2基体2的接合部的内侧形成槽。
此外，如图7所示的例子那样，第I基体I在下表面具有凹部lf，当第2基体2在凹部If内(凹部If的侧面)与第I基体I接合的情况下，第I基体I的槽10，形成于凹部If的周围的突出的部分，如图7所示的例子那样，既可以形成于突出的部分的主面(顶面)，也可以形成于突出的部分的内侧面。若形成槽10的是突出的部分的主面，则容易通过按压加工等来形成，若形成槽10的是突出的部分的内侧面，则盖体接合部Ie所产生的热向第2基体2传导的路径变长，因而优选。
槽10，为了缓和在第I基体I与第2基体2之间由于热膨胀系数不同而产生的热应力，优选沿着第I基体I与第2基体2的接合部遍布全周地形成。例如，如图7所示的例子那样，当第2基体2在其侧面与第I基体I接合且在第2基体2的下表面设置槽的情况下，也可以不像图8(a)所示的例子那样形成连续的槽10，而是像图8(b)所示的例子那样，沿着第I基体I和第2基体2的接合部遍布全周地形成不连续的多个槽10，只要按照当从接合部来观察形成有槽10的方向时，I个槽10的不连续的部分与其他槽10重叠的方式形成，则能够遍布第2基体2的全周地缓和应力，因而优选。此外，既可以将连续的槽10形成为双层以上，也可以将例如第I基体I与第2基体2的接合部和第2贯通孔2b之间的距离较短的部分设为双层(例如，在图8(b)的内侧的槽10为连续的形状的情况)来使热不易传递给密封材料3。槽10的宽度以及深度，只要设为能够在该部分缓和热应力，能够使盖体接合部Ie所产生的热发散的尺寸即可，可以根据第I基体I以及第2基体2的材质来设定。第I金属构件Ia为0.2mm厚度的SPC材料、第2金属构件Ib为0.2mm厚度的铜，用第I金属构件Ia从上下对第2金属构件Ib进行金属包层而得到的第I基体I的热膨胀系数，与第I金属构件Ia的SPC材料的热膨胀系数相比增加控制在20%以下，因此与第I基体I为SPC材料的情况没有很大不同，在第2基体2为Fe-N1-Co合金，如图6所示的例子那样相对于第2基体2的主面垂直地形成的情况下，若将槽10的深度形成为比第I基体I以及第2基体2的厚度小0.1 0.25mm的厚度，即，形成为槽10的底部的厚度为0.1 0.25mm，则槽10的部分所产生的应力缓和的效果变大，并且气密性也高，因而优选。虽然槽10的底部的厚度越薄则应力缓和的效果越大，但若槽10的底部的厚度不足0.1mm，则在槽10的部分变形变大，当搭载电子部件6来使用时，由于反复施加热应力而在槽10的底部形成龟裂从而气密性容易降低。由于同样的理由，槽10的剖面形状优选为使底面与侧面所成的角部圆滑的形状、或U字形状。信号端子5以及DC端 子8由Fe-N1-Co合金或Fe-Ni合金等金属构成，例如在信号端子5由Fe-N1-Co合金构成的情况下,通过对该合金的块(ingot)实施轧制加工或冲压加工等金属加工方法，来制作成长度为1.5 22mm、直径为0.1 0.5mm的线状。信号端子5以及DC端子8，按照至少下端部从第2基体2的第2贯通孔2b突出I 20mm程度的方式通过密封材料3而被固定，使上端部从第I基体I的第I贯通孔Id突出0 2_程度。DC端子8，若为接地用的端子则也可以在第2基体2的下表面利用焊接材料等来连接。密封材料3，由玻璃以及陶瓷等无机材料构成，具有确保信号端子5以及DC端子8与第2基体2之间的绝缘间隔，并且将信号端子5以及DC端子8固定于第2贯通孔2b的功能。作为这样的密封材料3的例子，可以列举硼硅酸玻璃、钠玻璃等玻璃以及在这些玻璃中加入了用于调整密封材料3的热膨胀系数以及相对介电常数的陶瓷填料后的材料，为了阻抗匹配而适当选择其相对介电常数。作为使相对介电常数下降的填料，可以列举氧化锂等。例如，为了使特性阻抗为50Q，在信号端子5的外径为0.2mm的情况下，使用将成为空中同轴的第I贯通孔Id的内径设为0.46mm，将第2贯通孔2b的内径设为1.75mm，密封材料3的相对介电常数为6.8的部件即可。或者在信号端子5的外径为0.25mm的情况下，使用将第I贯通孔Id的内径设为0.57mm，将第2贯通孔2b的内径设为2.2_，密封材料3的相对介电常数为6.8的部件即可。此外，在相同的信号端子5的外径为0.25mm的情况下，也可以使用将第2贯通孔2b的内径设为1.65_，密封材料3的相对介电常数为5的部件。若密封材料3的相对介电常数为4，则在相同的外径0.25mm的情况下，若将第2贯通孔2b的内径设为1.35mm则特性阻抗成为50 Ω。
密封材料3的相对介电常数越小，则即使减小第2贯通孔2b也能够使阻抗与50 Ω匹配，因此结果在与第2基体2的上表面接合的第I基体I的大小的小型化中有效，能够成为更小型的电子部件收纳用封装体。
用于固定DC端子8的密封材料3，不需要特别考虑阻抗，只要为气密地密封且能够固定DC端子8的材料即可，因此也可以与用于固定信号端子5的密封材料3不是相同的材料。为了在信号端子5的固定的同时进行DC端子8的固定，也可以使用与用于固定信号端子5的密封材料3相同的玻璃、或者具有相同程度的融点的玻璃。
在密封材料3由玻璃构成的情况下，将通过粉体按压法或挤压成形法等而成形为内径比信号端子5或DC端子8的外径大、外径比第2贯通孔2b的内径小的筒状的玻璃的密封材料3插入第2贯通孔2b，将信号端子5或DC端子8插通于该密封材料3，接着，加热至规定的温度来使密封材料3熔融，由此信号端子5或DC端子8被埋入密封材料3中并且在第2贯通孔2b中与第2基体2绝缘地被气密地固定。信号端子5通过固定于第2贯通孔2b的中心而成为良好的同轴传输路径,能够良好地传输高频信号。
第I基体I与第2基体2的接合，利用焊接材料或焊锡或者玻璃等、能够接合并且气密地密封的接合材料4来进行即可。例如，将利用了金(Au)SO质量锡(Sn) 20质量％、金(Au) 88质量％-锗(Ge) 12质量％或锡(Sn) 96.5质量％-银(Ag) 3.5质量％等的合金焊锡的焊锡箔通过模具等冲压为接合面的形状而制作的接合材料4夹在第I基体I和第2基体2各自的接合面间，在氮中加热至合金焊锡的融点以上之后进行冷却，由此第I基体I与第2基体2被接合。作为焊接材料，使用例如银焊接材料，作为玻璃使用低融点玻璃即可。此外，也可以不使用箔而将接合材料4的膏剂涂敷于接合面并进行加热。
由于第I基体I的热传导率比第2基体2的热传导率高，因此，例如，在使用了用分别由0.2mm厚度的SPC材料构成的第I金属构件Ia从上下夹着由0.2mm厚度的铜构成的第2金属构件Ib的构造的第I基 体1、和由Fe-N1-Co合金构成的第2基体2的情况下，因为SPC材料的热传导率为80W/ (m.K)，铜的热传导率为393W/ (m.K)，所以第I基体I的侧面方向的热传导率约为130W/(m.K)，因为Fe-N1-Co合金的热传导率为30W/(m.K)，所以在热传导率高的第I基体I上搭载了电子部件6的电子装置，能够将其使用时电子部件6所发出的热通过热传导率高的第I基体I良好地散热到外部，所以成为可靠性高的电子装置。此外，盖体接合部Ie所产生的热容易在热传导率大的第I基体I内传导，而难以向热传导率小的第2基体2传导，不会由于该热而在密封材料3中产生破裂或剥离等，因此优选。如图2、图3、图6、图7、图9以及图10所示的例子那样，在第2基体2仅在外周部与第I基体I接合的情况下，由于这样的热向第2基体2的传导路径较小，因此更加不易产生密封材料3的破裂或剥离等。
此外，第I基体1，在采用了用分别由0.2mm厚度的SPC材料构成的第I金属构件Ia从上下夹着由0.2mm厚度的铜构成的第2金属构件Ib的构造的第I基体I的情况下，在搭载部Ic部分如图4所示的例子那样去除了由SPC材料构成的第I金属构件Ia时，通过不经由由SPC材料构成的第I金属构件Ia而对由铜构成的第2金属构件Ib直接传热，从而第I基体I的侧面方向的热传导率成为约230W/(m*K)，能够进一步提高向侧面的热发散性，因而优选。
此外，在用各层为0.2mm厚度的、由SPC材料构成的第I金属构件Ia从上下夹着由铜构成的第2金属构件Ib而得到的金属包层材料所构成的第I基体1、和由Fe-N1-Co合金构成的第2基体2的组合的情况下，由于由Fe-N1-Co合金构成的第2基体2的热膨胀系数为4X 10_6 6X 10_6/°C，因此，例如，相对介电常数小到4，热膨胀系数为3X 10_6/°C、与Fe-N1-Co合金的热膨胀系数接近，SiO2为72质量％，B2O3为25质量％，剩余为其他组成的玻璃适合作为密封材料3。因为密封材料3的相对介电常数较小，因此能够缩小第2贯通孔2b以及第2基体2，能够使电子部件搭载用封装体15小型化。此时，第I基体I也较小，而形成于第I基体I的第I贯通孔Id最好较小，因此可以提高搭载部Ic面积在第I基体I的上表面整体的面积中所占的比例，能够将电子部件6中产生的热高效地传递给第I基体I。此外，相对介电常数较小的玻璃，一般热膨胀系数小到2X10_6 5X10_6/°C，因此只要将相对于用SPC材料从上下夹着铜而得到的高热传导性金属包层材料(横方向的热膨胀系数:10X 10_6 12 X 10_6/。。)热膨胀系数比较小的(4 X 10_6 6 X 10—7°C ) Fe-N1-Co 合金用作第2基体2，则即使填充至第2贯通孔2b内，也不会由于与第2基体2的热膨胀差而剥离或破裂。本发明的实施方式中的电子部件搭载用封装体15，通过使搭载电子部件6的第I基体1、和通过密封材料3固定信号端子5的第2基体2，分别成为具有必要的特性的不同的材质，从而能够得到小型且可靠性优异的电子装置。在从第I基体I的下表面的与搭载部Ic对置的部分到外周部粘附比第I金属构件Ia热传导率高的接合材料4的情况下，接合材料4，如图10所示的例子那样，也可以在与搭载部Ic对置的部分与外周部之间设置多个热传导路径来进行粘附，但如图9所示的例子那样，若粘附于第I基体I的下表面的整 个面，则从与搭载部Ic对置的部分向外周部的热传导路径变得最大，能够更高效地散热，因而优选。此外，在通过接合材料4将第2基体2的上表面和第I基体I的下表面在整个面上进行接合的情况下，如图11所示的例子那样，优选:第2基体2的贯通孔2b，至少避开与固定信号端子5的贯通孔2b重叠的部分而使接合材料4粘附于第I基体I的下表面，使密封材料3与接合材料4不相接。这样一来，在接合材料4为导电性的焊接材料的情况下，能够抑制在第2贯通孔2b内的信号端子5与接合材料4之间产生浮动电容，而且，在接合材料4为玻璃等电介质的情况下能够抑制第2贯通孔2b内的信号端子5与第I基体I之间的浮动电容变大，因此特性阻抗根据浮动电容而变动，信号传输特性不会下降。作为比第I金属构件Ia热传导率高的接合材料4，例如，在第I金属构件Ia为SPC材料的情况下，以热传导率高的银为主要成分的银焊料，例如，可以列举Ag72质量％ -Cu28质量％合金(热传导率:374W/(m !())。该银焊料为JIS(日本工业标准)的BAg_8，但也可以为除此以外的银焊料，此外，根据需要为了使融点以及硬度下降也可以添加I质量％ 10质量％程度的铟(In)。另外，接合材料4的热膨胀率，利用市售的TMACThermo MechanicalAnalysis，热力分析)装置通过依据JISK7197-1991的测定方法，将接合材料4加工为依据JISK7197-1991的形状来进行测定。此外，在使第I基体I的下表面粘附接合材料4的情况下，如图10所示的例子那样，最好进一步延伸至第I基体I的侧面来进行粘附。这样一来，向外部的散热性进一步提高。进而，如图11所示的例子那样，也可以通过不仅延伸至第I基体I的侧面而且延伸至第2基体2的侧面来进行粘附从而进一步增大散热面积提高散热性。并且，如图11所示的例子那样，若在第I基体I和第2基体2的对置的表面与侧面之间的拐角部形成R部或C面，则在第I基体I和第2基体2的接合部分的侧面能够按照堆积的方式形成接合材料4，因此更容易通过接合材料4传导至第I基体I的侧面侧，因此能够更高效地放出到外部，因而优选。此外，在此情况下，若使用比第I基体I软的材料作为接合材料4，则使成为散热体的物体密接于第I基体I的侧面时的密接性提高，因此能够更高效地向散热体传热。
通过在这样的本发明的实施方式中的电子部件搭载用封装体15的搭载部Ic搭载电子部件6，并且将盖体9接合于第I基体I的盖体接合部le，从而成为本发明的实施方式中的电子装置。
作为电子部件6，可以列举LD (激光二极管)或H)(光电二极管)等光半导体元件、或者包括半导体集成电路元件的半导体元件、或者水晶振子或弹性表面波元件等压电元件、或者压力传感器元件、电容元件、电阻器等。
电路基板6a以及中继基板6b的绝缘基板，由氧化铝(氧化铝=Al2O3)质烧结体、氮化铝(AlN)质烧结体等陶瓷绝缘材料等构成，在绝缘基板由例如氧化铝质烧结体构成的情况下，首先在氧化铝(Al2O3)或二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)等原料粉末中添加混合适当的有机溶剂、溶媒使其成为泥浆状，并将其通过刮刀法或压延辊法等成形为片状来获得陶瓷生片(以下，也称作生片)。然后，通过将生片冲压加工为规定形状并且根据需要层叠多枚，并在约1600°C的温度对其进行烧结来制作。此外，也存在之后根据需要而对绝缘基板的主面实施研磨加工的情况。
通过在该绝缘基板的上表面利用蒸镀法以及光刻法而形成布线导体，从而成为电路基板6a以及中继基板6b。另外，布线导体，例如由依次层叠了密接金属层、扩散防止层以及主导体层的3层构造的导体层构成。此外，关于在电路基板6a以及中继基板6b中形成的高频信号所通过的布线导体，与信号端子5的第2贯通孔2b部分同样地，设为例如使特性阻抗与50 Ω匹配的线路。
密接金属层，从使得与由陶瓷等构成的绝缘基板的密接性良好的角度出发，优选由钛(Ti)、铬(Cr)、钽(Ta)、 铌(Nb)、镍-铬(N1-Cr)合金、氮化钽(Ta2N)等热膨胀率与陶瓷接近的金属中的至少I种构成，其厚度优选为0.01 0.2 μ m程度。若密接金属层的厚度不足0.01 μ m,则存在难以将密接金属层牢固地密接于绝缘基板的倾向，若超过0.2 μ m，则存在由于成膜时的内部应力密接金属层容易从绝缘基板剥离的倾向。
此外，扩散防止层从防止密接金属层与主导体层的相互扩散的角度出发，优选由钼(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、镍(Ni)、N1-Cr合金、T1-W合金等热传导性良好的金属中的至少I种构成，其厚度优选为0.05 I μ m程度。若扩散防止层的厚度不足0.05 μ m，则存在产生气孔等缺陷从而难以实现扩散防止层的功能的倾向，若超过I μ m，则存在由于成膜时的内部应力从而扩散防止层容易从密接金属层剥离的倾向。另外，在扩散防止层中使用N1-Cr合金的情况下，N1-Cr合金与绝缘基板4的密接性良好，因此还可以省略密接金属层。
进而，主导体层，优选由电阻小的金(Au)、Cu、N1、银(Ag)中的至少I种构成,其厚度优选为0.1 5μπι程度。若主导体层的厚度不足0.1 μ m，则电阻较大，存在无法满足电路基板6a的布线导体所要求的电阻的倾向,若超过5 μ m,则存在由于成膜时的内部应力从而主导体层容易从扩散防止层剥离的倾向。另外，Au是贵金属因而高价，因此在低成本化这一点上优选尽量薄地形成。此外，因为Cu容易氧化,所以也可以在其上包覆由Ni以及Au构成的保护层。在图1所示的例子那样的情况下，例如，电路基板6a以及中继基板6b，在下表面的接地导体层的表面，对于具有200 400°C的融点的焊锡或金(Au)-锡(Sn)等低融点焊接材料，利用丝网印刷法来印刷焊接材料膏剂，或者利用光刻法来形成低融点焊接材料膜，或者配置低融点焊接材料的雏形，并在200 400°C的温度进行加热，从而固定于第I基体
I。并且，电子部件6，在与搭载部Ic接合的电路基板6a上通过具有200 400°C的融点的Au-Sn等焊接材料被钎焊从而被固定，其电极经由焊线7与电路基板6a的布线导体连接，并通过焊线7将该布线导体与信号端子5连接，从而电连接于信号端子5。此外，例如，在将电路基板6a搭载于第I基体I上之后将电子部件6搭载于电路基板6a上的情况下，在电路基板6a的固定中将金-锡(Au-Sn)合金或金-锗(Au-Ge)合金作为焊接材料来使用，在电子部件6的固定中，利用比这些融点低的锡-银(Sn-Ag)合金或锡-银-铜(Sn-Ag-Cu)合金的焊接材料、或能够在比融点低的温度硬化的Ag环氧等树脂制的粘接剂即可。此外，也可以在将电子部件6搭载于电路基板6a上之后将电路基板6a搭载于第I基体I上，在此情况下与上述相反地，降低将电路基板·6a搭载于第I基体I上时所使用的焊接材料的融点即可。在任意一种情况下，只要在电路基板6a上或第I基体I的搭载部Ic上利用周知的丝网印刷法印刷焊接材料膏剂，或者利用光刻法形成焊接材料层，或者载置低融点焊接材料的雏形等即可。在搭载高输出的LD元件作为电子部件6的情况下，为了更有效地冷却电子部件6，使得特性不根据电子部件6的温度变化而变化，如图1以及图2所示的例子那样，只要将温度控制元件11搭载于电子部件搭载用封装体15的搭载部Ic上，并在其上搭载电子部件6即可。搭载的方法，与上述同样，只要通过低融点焊接材料来固定即可。另外，在图1、图2中示出了将来自LD元件的输出通过反射镜13向上方反射的例子，但也可以在温度控制元件11上形成L型的台座，并从LD元件直接向上方输出。盖体9，是在俯视下沿着第I基体I的上表面的外周区域的盖体接合部Ie的形状的外形，具有覆盖搭载于第I基体I的上表面的搭载部Ic的电子部件6的空间的形状。可以在与电子部件6对置的部分设置使光透过的窗，也可以取代窗、或者除了窗之外将光纤以及防返回光用的光隔离器进行接合。盖体9由Fe-N1-Co合金或Fe-Ni合金、Fe-Mn合金等金属构成,通过对这些板材实施按压加工或冲压加工等周知的金属加工方法而制作。盖体9优选具有与第I基体I的材料同等程度的热膨胀系数，更优选使用与第I基体I的材料相同的材料。在盖体9具有窗的情况下，在与电子部件6对置的部分设置孔，并在其上通过低融点玻璃等来接合平板状或透镜状的玻璃制的窗构件。盖体9向第I基体I的盖体接合部Ie接合，通过缝焊或YAG激光焊接等焊接或利用Au-Sn焊接材料等焊接材料进行的钎焊等钎焊接来进行。符号说明1.....第I基体Ia第I金属构件Ib第2金属构件Ic搭载部
Id... 第 I 贯通孔
Ie....盖体接合部
If....凹部
2.....第2基体
2b... 第 2 贯通孔
3.....密封材料
4.....接合材料
5.....信号端子
6.....电子部件
6a....电路基板
6b....中继基板
7.....焊线
8.....DC 端子
9.....盖体
10.....槽
11.....温度控制元件
12.....PD 元件
13.....反射镜
14.....温度监视元件
15.....电子部件搭载用 封装体
权利要求
1.一种电子部件搭载用封装体，其特征在于，具备: 第I基体，其具有包含电子部件的搭载部在内的上表面和设置于上下方向的第I贯通孔； 第2基体，其与该第I基体的下表面的外周部接合，具有设置于上下方向并且按照在俯视时与所述第I贯通孔重叠的方式配置的第2贯通孔； 密封材料，其填充于所述第2贯通孔；和 信号端子，其按照贯通该密封材料的方式固定于所述第2基体并且通过所述第I贯通孔内，具有比所述第I基体的上表面更向上方突出的上端部， 所述第I基体包含多个第I金属构件和第2金属构件，所述第2金属构件被所述多个第I金属构件从上下方向夹着，并且， 所述第I金属构件的热膨胀系数比所述第2基体的热膨胀系数大，所述第2金属构件的热传导率比所述第I金属构件的热传导率高。
2.根据权利要求1所述的电子部件搭载用封装体，其特征在于， 所述多个第I金属构件的热传导率比所述第2基体的热传导率高。
3.根据权利要求1或2所述的电子部件搭载用封装体，其特征在于， 所述第2金属构件的端部在所述第I基体的侧面从第I金属构件露出。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的电子部件搭载用封装体，其特征在于， 所述第I基体的外形尺寸比所述第2基体的外形尺寸大。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的电子部件搭载用封装体，其特征在于， 所述第I基体以及所述第2基体的至少一方，具有沿着所述第I基体与所述第2基体的接合部的槽。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的电子部件搭载用封装体，其特征在于， 所述第I基体在下表面具有凹部，所述第2基体在所述凹部内与所述第I基体接合。
7.根据权利要求1 5中任一项所述的电子部件搭载用封装体，其特征在于， 从所述第I基体的下表面的与所述搭载部对置的部分到外周部粘附有比所述多个第I金属构件热传导率高的接合材料，所述第2基体通过外周部的所述接合材料与所述第I基体接合。
8.一种电子装置，其特征在于，具备: 权利要求1至7中任一项所述的电子部件搭载用封装体；搭载于该电子部件搭载用封装体的所述搭载部的电子部件；和与所述第I基体的上表面接合，覆盖所述电子部件以及所述第I贯通孔的盖体。
9.根据权利要求8所述的电子装置，其特征在于， 在所述电子部件与所述搭载部之间具备温度控制元件。
全文摘要
提供一种即使搭载大输出的电子部件也能够将电子部件所产生的热有效地发散的小型的电子部件搭载用封装体。电子部件搭载用封装体具备具有上表面和设置于上下方向的第1贯通孔(1d)的第1基体(1)；具有按照在俯视时与第1贯通孔(1d)重叠的方式配置的第2贯通孔(2b)的第2基体(2)；填充于第2贯通孔(2b)的密封材料(3)；和按照贯通密封材料(3)的方式固定于第2基体(2)并且具有比第1基体(1)的上表面更向上方突出的上端部的信号端子(5)，第1基体(1)包含多个第1金属构件(1a)和第2金属构件(1b)，第2金属构件(1b)被多个第1金属构件(1a)从上下方向夹着，并且第1金属构件(1a)的热膨胀系数比第2基体(2)的热膨胀系数大，第2金属构件(1b)的热传导率比第1金属构件(1a)的热传导率高。
文档编号H01L23/04GK103222045SQ20118005578
公开日2013年7月24日 申请日期2011年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者谷口雅彦 申请人:京瓷株式会社