JP2014067828A - 電子デバイスの製造方法および電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品と外部電極との導通を安定して保ち、且つ、容易に貫通電極を形成可能な薄型の電子デバイスの製造方法および電子デバイスを提供する。
【解決手段】電子デバイス１の製造方法において、ベース材１０の窪みＤに埋め込み金属２１を充填する工程と、ベース材１０に電子部品５０を実装する実装工程と、カバー材６０とベース材１０で囲まれる領域を密封接合する工程と、接合されたベース材１０を研磨することにより、ベース１１貫通電極２２を形成する工程と、外部電極６０を形成する工程と、を備えるように構成した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、水晶振動子や圧電素子に代表される電子デバイスの製造方法および電子デバイスに関する。

水晶振動子は周波数特性に優れているため、デバイス、具体的にプリント基板実装部品の一つとして多用されている。ここで、上記水晶振動子の特性を安定させるには、外気の影響を遮断する必要があるので、密封容器に入れることが望ましい。このようなパッケージ構造の例としては、後述の「ガラス−セラミック複合体およびそれを用いたフラットパッケージ型圧電部品」などが提案されている（特許文献１）。

この特許文献１に記載のパッケージは、ベースに水晶振動子片を納め、キャップを被せてなる電子デバイスにおいて、水晶振動子片とほぼ同じ熱膨張率の材料であるセラミックとガラス粉末とを混合したものを用いて、パッケージが構成されることを特徴とする。しかし、このパッケージは、ガラス−セラミック複合体であるため、１個のベースに水晶振動子片を載せ、キャップを被せることによる単品生産によってなるため、生産性が著しく低い。加えて、このパッケージは、ガラス−セラミック複合体の加工が難しいため、生産コストが嵩む。

これらの欠点を解消するべく、パッケージを加工容易なガラスで製造する方法が提案されており、一例として、後述の「電子部品パッケージ」などが知られている（特許文献２）。

図５を用いて特許文献２記載の電子部品パッケージの概要を説明する。当該電子部品パッケージでは、ベース１１０に貫通孔を作製する工程（ａ）、貫通孔に低融点ガラスを流し込み、金属ピン１２０をはめ込む工程（ｂ）、金属ピン１２０を押し込むと共に、ガラス板を凹状に加工する工程（ｃ）、電極１３０を印刷によって形成する工程（ｄ）、水晶振動子等の部品１４０を金属ピン１２０に搭載する工程（ｅ）、封止材１５０を介してキャップ１６０とベース１１０を封止接合する工程（ｆ）を経て、電子デバイス１００が製造されている。ここで、（ｃ）の工程において、加熱温度をガラスの軟化点温度（約１０００℃）以上にしてガラスを溶着させることで、ベース１１０に密着固定した金属ピン１２０を得ることができるため、（ｆ）の工程で確実に機密性を保つことが可能となり、低コストで電子デバイス１００を製造できるというものである。

特開平１１−３０２０３４号公報 特開２００３−２０９１９８号公報

しかしながら、図５を用いて説明した電子デバイス１００の製造方法は、工程（ｃ）において、図６に示すような事態が生じうる。ここで、図６は、工程（ｃ）の金属ピン部分の拡大図である。即ち、図６（ｃ−１）に示すように、金属ピン１２０が短い場合や、または、押し込み量が少ない場合には、金属ピン１２０が低融点ガラス１７０に包まれてしまう。このため、工程（ｄ）で形成する電極１３０と金属ピン１２０との電気的接続が確保できないという事態が生じうる。また、図６（ｃ−２）に示すように、仮に設計通りに金属ピン１２０を押し込めたとしても、ベース１１０が低融点ガラス１７０の軟化点以上の温度にさらされているため、低融点ガラス１７０が金属ピン１２０の先端をカバーする可能性がある。さらには、図６（ｃ−３）に示すように、金属ピン１２０が約１０００℃の温度にさらされる結果、金属ピン１２０の周囲で酸化膜１８０が成長し、電極１３０と電子部品１４０とが導通しなくなるという事態が生じうる。また、近年の電子部品の小型・薄型の要求（例2012サイズ、0.6mm）を低コストで提供するという要求もある。

本発明はこのような事情を考慮してなされるものであり、その目的は、外部電極と内部部品との電気的導通を安定して確保できる電子デバイスの製造方法および電子デバイスを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の電子デバイスの製造方法は、ガラス製のベース材に窪みを形成する窪み形成工程と、窪みに金属を充填することで窪みに埋め込まれる埋め込み金属を形成する充填工程と、ベース材に電子部品を実装し、埋め込み金属と電子部品とを電気的に接続する実装工程と、電子部品を覆うカバー材をベース材に接合する接合工程と、ベース材を電子部品が実装される側とは反対側から研磨することでベースを形成するとともに、埋め込み金属を露出させる研磨工程と、埋め込み金属の露出された下端部に外部電極を形成する外部電極形成工程とを備えることを特徴とする。

また、上述の充填工程は、ビアフィルめっき処理を施すことにより、埋め込み金属が形成されることを特徴とする。
また、上述の研磨工程は、カバー材を前記電子部品が収容される側とは反対側から研磨することを特徴とする。

また、上述のベースとカバーとを切断する個片化工程を更に有することを特徴とする。
また、上述の埋め込み金属は銅であることを特徴とする。また、上述の埋め込み金属は、銅に代わり、鉄―ニッケル系合金からなることを特徴とする。

また、本発明の電子デバイスは、電子部品が実装されるガラス製のベースと、ベースに接合され、電子部品を覆うカバーと、ベースに形成され、電子部品が実装される側とは反対の外部側に形成される外部電極と、電子部品と外部電極とを電気的に接続し、ベースを貫通する貫通電極とを有し、貫通電極は、外部側に形成される下端部と、電子部品が実装される側に形成され、下端部の断面積より大きな断面積を有する上端部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、貫通電極を形成する上で、ベース材に形成された窪みにビアフィルめっき処理を施す工程を用いており、金属ピンをはめ込む／押し込む工程を用いない。そのため、本発明では、金属ピンが低融点ガラスに包まれる事態や金属ピンの周囲に酸化膜が形成されるなどの事態を避けることができるので、電子部品と外部電極との電気的導通を安定して保つことができる。

以上により、本発明は、電子部品と外部電極との導通を安定して保ち、且つ、容易に貫通電極を形成可能な小型・薄型の電子デバイスの製造方法および電子デバイスを提供できるという効果を奏する。

本発明に係る実施形態の電子デバイスの断面図である。 本発明に係る実施形態の電子デバイスの製造工程を示す図である。 本発明に係る実施形態の電子デバイスの製造工程の一部を変形した例を示す図である。 本発明に係る実施形態の電子デバイスの製造工程の別の一部を変形した例を示す図である。 従来例の製造工程を示す図である。 従来例の金属ピン部の拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る電子デバイスの断面図である。電子デバイス１は、ガラス製のベース１１及びカバー６１で囲まれた、外気と遮断された空洞部に電子部品５０が搭載されている。そして、電子部品５０は、実装部４０、内部配線３０、貫通電極２２を介して、基板に実装される端子である外部電極７０と電気的に接続されている。ここで、カバー６１としては、ガラス製に限らず、例えば、電子デバイス１が圧力センサなどのＭＥＭＳデバイスの場合はシリコン製のもの等を用いることができる。また、カバー６１はアルミ製のものを用いることもできる。貫通電極２２は、電子部品５０が実装される側の上端部２２ａと外気側の下端部２２ｂとを有し、上端部２２ａの断面積が下端部２２ｂの断面積より大きく形成されている。

図１に示す電子デバイス１は、電子部品５０として音叉型の水晶振動子片を搭載した水晶振動子である。本願発明において、電子デバイス１は、これに限らず、圧電素子、ＡＴカット水晶振動子、半導体回路、各種センサなど、ベース１０上に搭載可能な各種の電子部品を搭載したものを含む。

貫通電極２２は、銅で形成される。貫通電極２２は、銅に限定されるものではなく、例えば、ベースとの熱膨張係数を考慮し、鉄−ニッケル合金、等を用いてもよい。

内部配線３０、外部電極７０は、それぞれ金属膜で形成され、最表面が金、銀、白金等の貴金属を使用した層状からなる。ここで、貴金属は、イオン化傾向が小さく、耐腐食性があるため、内部配線３０、外部電極７０の長期的劣化を抑えることができるので、本願発明を用いた電子デバイス１の信頼性を向上させることができる。なお、金属拡散を防ぐための拡散防止層として、貴金属で形成された表面層の下地にニッケル等の金属層を形成しても良い。

また、内部配線３０と電子部品５０とを接続する実装部４０は、例えば銀ペースト等の導電接着剤を用いることができる。その場合、内部配線３０と電子部品５０とは、接続部である銀ペースト等の導電接着剤（実装部４０）を焼成して接合される。しかし、電子部品５０の構成によっては、接続部として導電接着剤を用いなくても良い。例えば、内部配線３０の最表面に金の膜（金膜）を形成した場合、電子部品５０上に形成した金バンプ（図示しない）を実装部４０として用いることができる。その場合、電子部品５０上に形成した金バンプと内部配線３０の金膜とを熱圧着によって接合する金−金接合などを導電接着剤の代わりに用いて接合することができる。

また、外部電極７０は、基板実装時の応力を緩和する銀ペースト等の導電性接着剤で形成することもできる。また、外部電極７０は半田を塗布しておいてもよい。

（電子デバイスの製造方法）
次に、本実施形態に係る電子デバイス１の製造方法について、図２から図４を用いて説明する。図２は、ウェハーレベルで作製され、最後にダイシング等で切断されて得られる電子デバイスの製造方法を示す図である。なお、本実施形態に係る電子デバイス１は、これに限定されず、はじめから個別パッケージで形成されてもよい。

図２は、本発明に係る電子デバイスの製造工程を示す図である。
図２（ａ）は、ベース材１０にベース材１０を貫通しない有底の窪みＤを形成する工程である（窪み形成工程）。窪みＤは、上方に開口する開口部Ａとベース材１０内部に閉塞される底部Ｂを有する。窪みＤは、サンドブラスト、レーザー加工、ドリル加工、熱プレス加工等で製造する。開口部Ａの開口面積が底部Ｂの底面積より大きく形成される。

図２（ｂ）は、ベース材１０の窪みＤがある面に、ビアフィルめっき層２０を施す工程ある（充填工程）。めっき層２０を施すために、下地として、スパッタや無電解めっきによる薄膜を形成してもよい。ビアフィルめっきは銅であることが多いが、熱膨張を考慮し、鉄―ニッケル系合金でもよい。このとき図３に示すように、レジスト等を用いて窪みＤ周囲だけに形成してもよい。

図２（ｃ）は、ベース材１０からはみ出た部分のめっき層２０を除去する工程である。この除去工程により、窪みＤに充填された金属である埋め込み金属２１を形成する。この工程により、この後に行う、内部配線３０の形成や、カバー材６０との接合を容易にする。

図２（ｄ）は内部配線３０を形成する工程である。内部配線３０はメタルマスクを用いて、スパッタ膜により形成される。また、図4に示すように、予めフォトリソ等を用いてパターニングして後にめっき層２０を形成することで、内部配線一体型のめっき層２０ｉを形成してもよい。このようにすることで充填工程の後の図２（ｃ）の除去工程を省略できる。

図２（ｅ）は、電子部品５０を設置し、内部配線３０と電子部品５０とを実装部４０を介して電気的に導通するように接続する、電子部品接続工程を説明するための図である（実装工程）。

ここで、内部配線３０と電子部品５０とを接続する実装部４０は、例えば銀ペースト等の導電接着剤を用いることができる。その場合、内部配線３０と電子部品５０とは、接続部である銀ペースト等の導電接着剤を焼成して接合される。また、電子部品５０の構成によっては、接続部として導電接着剤を用いなくても良い。例えば、内部配線３０の最表面に金を使用した場合、電子部品５０上に形成した金バンプを実装部４０として用いることができる。その場合、電子部品５０上に形成した金バンプと内部配線３０の金膜とを熱圧着によって接合する金−金接合などを導電接着剤の代わりに用いて接合することができる。

図２（ｆ）は、ベース材１０に搭載された電子部品５０を保護するため、凹状に加工したカバー材６０をベース材１０と接合する工程を説明するための図である（接合工程）。この工程において、ベース材１０の上述した一の面とカバー材６０の凹状箇所とで外気と遮断された空洞部Ｃを形成する。これにより、空洞部Ｃに電子部品を密封した状態で配設できる。また、カバー材６０の材質は、接合方法や、真空度やコスト等などの電子部品５０に要求される仕様を考慮して、例えばシリコン、ガラス、アルミニウム等を、適宜に選択すればよい。例えば、電子部品５０が水晶振動子片であり、ベース材１０とカバー材６０との接合後に周波数調整をする場合には、カバー６０には透過性を有するガラス製の部材を選択することが望ましい。カバー６０の外からレーザー照射することで電子部品５０の一部を除去するなどにより周波数の調整を行うことができるようになる。また、カバー材６０とベース材１０との接合方法としては、例えば接着や陽極接合、金−金接合等を用いることができる。

図２（ｇ）は、ベース材１０及びカバー材６０を研磨する工程である（研磨工程）。この研磨により、ウェハ等の一括成型での製造ながら、小型・薄型の電子部品を提供する。同時に低コストでの製造を可能にする。この工程ではベース１１およびカバー６１とを形成すると共に、貫通電極２２を形成する。ベース材１０を空洞部Ｃが存在する側の反対側から研磨することで、窪みＤの底部Ｂに接する部分の埋め込み金属２１が除去され、貫通電極２２が形成される。このとき、貫通電極２２には、空洞部Ｃ側の上端部２２ａと外気側に露出する下端部２２ｂとが形成されている。この上端部２２ａの断面積が下端部２２ｂの断面積より大きく形成される。

図２（ｈ）は、貫通電極２２に外部電極７０をスパッタ法により形成する工程を説明するための図である（外部電極形成工程）。本工程により、上述の研磨工程で研磨された貫通電極２２の研磨面に外部電極７０が密着する。また、外部電極７０を、貫通電極２２の貫通軸に垂直な方向から見て、貫通電極２２の露出面を含む領域に形成することで、空洞部Ｃの気密性や防水性を更に向上することができる。ここで、外部電極７０はスパッタ法、蒸着法とフォトリソ法を組み合わせて形成してもよい。また基板実装を考慮してハンダバンプを形成してもよい。

図２（ｉ）は、パッケージを個片化する工程を説明するための図である（個片化工程）。すなわち、図２（ｉ）が示唆する工程は、１つのベース１０上に複数の電子デバイスを一括形成した後、電子デバイスをそれぞれ分離し個片化する工程である。ベース１１とカバー６１との接合面をその接合幅より小さな切断幅を有するように切断する。この工程において、カバー６０の材質によって．切断により個片化する方法は変わるが、一例として、ダイシング、またはレーザーカットによって電子デバイスの個片化を行うことができる。これにより、本発明に係る電子デバイスを一括で製造することができ、電子デバイスの大量生産における製造時間及び工程の短縮及び低コスト化が図れる。

以上、本実施形態に係る電子デバイスの製造方法によれば、貫通電極２２を形成する上で、ベース材１０に形成された有底の窪みＤにビアフィルめっき処理を施した後に窪みＤが開口する面の反対側から研磨工程を用いて形成しており、金属ピンをはめ込む／押し込む工程を用いない。そのため、電子デバイスでは、金属ピンが低融点ガラスに包まれる事態や金属ピンの周囲に酸化膜が形成されるなどの事態を避けることができるので、電子部品５０と外部電極７０との電気的導通を安定して保つことができる。

したがって、本発明は、電子部品と外部電極との導通を安定して保ち、且つ、容易に貫通電極を形成可能な電子デバイスの製造方法といえる。

また、本実施形態に係る電子デバイスの製造方法によれば、めっき層２０は、銅材や鉄―ニッケル系合金等の合金材、などからなる導電材で形成される。つまり、めっき層２０に銅材を用いた場合、低抵抗値からなる貫通電極を作製できる。そして、めっき層２０に合金を用いた場合、めっき層２０の堅さを変更することが可能となるので、貫通電極の強度を適宜に変更することが可能となる。さらに、合金として鉄―ニッケル系合金を用いた場合、貫通電極をベース１０の熱膨張係数に近づけることができるので、より安定した電子デバイスを製造できる。

本発明の電子デバイスは、例えば、本発明の電子デバイスを発振子として用いた発振器又は時計、本発明の電子デバイスを計時部に備えた携帯情報機器、本発明の電子デバイスを時刻情報などの電波を受信部に備えた電波時計等の電子機器に用いることができる。

１ 電子デバイス
１０ 窪みを形成したベース材
１１ ベース
２０ めっき層
２１ 窪みに充填された金属（埋め込み金属）
２２ 貫通電極
３０ 内部配線
４０ 実装部
５０ 電子部品
６０ 研磨前のカバー材
６１ カバー
７０ 外部電極
１００ 電子デバイス
１１０ ベース
１２０ 金属ピン
１３０ 電極
１４０ 電子部品
１５０ 封止材
１６０ キャップ
１７０ 低融点ガラス
１８０ 酸化膜

Claims (7)

1. ガラス製のベース材に窪みを形成する窪み形成工程と、
   前記窪みに金属を充填することで前記窪みに埋め込まれる埋め込み金属を形成する充填工程と、
   前記ベース材に電子部品を実装し、前記埋め込み金属と前記電子部品とを電気的に接続する実装工程と、
   前記電子部品を覆うカバー材を前記ベース材に接合する接合工程と、
   前記ベース材を前記電子部品が実装される側とは反対側から研磨することでベースを形成するとともに、前記埋め込み金属を露出させる研磨工程と、
   前記埋め込み金属の露出された下端部に外部電極を形成する外部電極形成工程と、
   を備えることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
2. 請求項１に記載の電子デバイスの製造方法において、
   前記充填工程は、ビアフィルめっき処理を施すことにより、前記埋め込み金属が形成されることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
3. 請求項２に記載の電子デバイスの製造方法において、
   前記研磨工程は、前記カバー材を前記電子部品が収容される側とは反対側から研磨することでカバーを形成することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
4. 請求項３に記載の電子デバイスの製造方法において、
   前記ベースと前記カバーとを切断する個片化工程を更に有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載の電子デバイスの製造方法において、
   前記埋め込み金属は銅であることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
6. 請求項１から４の何れか一項に記載の電子デバイスの製造方法において、
   前記埋め込み金属は鉄―ニッケル系合金からなることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
7. 電子部品が実装されるガラス製のベースと、
   前記ベースに接合され、前記電子部品を覆うカバーと、
   前記ベースに形成され、前記電子部品が実装される側とは反対の外部側に形成される外部電極と、
   前記電子部品と前記外部電極とを電気的に接続し、前記ベースを貫通する貫通電極とを有し、
   前記貫通電極は、前記外部側に形成される下端部と、前記電子部品が実装される側に形成され、前記下端部の断面積より大きな断面積を有する上端部とを備えることを特徴とする電子デバイス。

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