JP2006005019A - 電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子部品を実装したパッケージに気密に封止する電子デバイスにおいて、十分な気密封止を確保しつつ、リッドを接合するベースの平面寸法を小さくしてパッケージを小型化する。
【解決手段】 一方の面に開放されたキャビティ７と電極及び配線パターン５とをそれぞれ有する複数のベース１からなるベース板２を形成し、各ベースのキャビティ内に圧電振動片６を固定する。複数のリッド９からなるリッド板１０を形成し、その一方の面１１に低融点ガラス１２を付着する。ベース板とリッド板とを重ね合わせ、ハロゲンランプ１５で加熱して低融点ガラスを溶融させ、各ベースにリッドを気密に接合封止する。一体に接合されたベース板及びリッド板を各ベース及びリッドの外形１６に沿ってダイシングにより切断し、圧電振動子を個片化する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、圧電振動片や半導体集積回路（ＩＣ）チップなどの電子部品をパッケージに実装して気密に封止する圧電デバイス、半導体デバイス、その他の電子デバイスを製造する方法に関する。

従来より電子機器の小型化、薄型化に伴い、圧電デバイスなどの電子部品はより一層の小型化・薄型化が要求されると共に、回路基板等への実装に適した表面実装型のものが多用されている。一般に表面実装型の圧電デバイスは、セラミックなどの絶縁材料で形成したパッケージに圧電振動片を封止する構造が広く採用されている。

例えば、このようなパッケージとして、セラミック材料のシート材を積層した箱型ベースのキャビティに圧電振動片を実装し、該ベースにリッドを接合して気密に封止したものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。一般にベースとリッドとは、それらの間に低融点ガラスのようなろう材を配置し、これを加熱溶融させることによって気密に接合する。

また、半導体パッケージとして、その上部に凹設したキャビティに半導体チップを装着したセラミック基板にリッドを被せ、その間に介在させた封着ガラスを溶融させて気密封止したものが知られている（特許文献２を参照）。この半導体パッケージは、セラミック基板上面のリードフレームから上向きの立上がり片を突設し、リッドを接合する際にその裏面の段差を係合させて位置決めしている。

別の半導体装置は、アルミナからなる箱状ベースの内部空室に半導体チップを搭載し、ガラスリッドをシール材で接着する構造を採用している（特許文献３を参照）。この半導体装置では、シール材の接着性を確保するために、ガラスリッドの接着面を粗面に加工している。

更に、本願出願人は、上述した特許文献１に記載されるようなパッケージにおいて、ベースとリッドとの間に配置したろう材をハロゲンランプで加熱溶融させる方法を提案している（特許文献４を参照）。この方法によれば、前記ろう材を短時間で溶融させ、かつ多数のパッケージを同時に加熱、封止することができる。

特開２００２−１３５０７４号公報 特開平５−３２６２号公報 特開平７−１６１８５９号公報 特開２００４−６６８１号公報

しかしながら、上述した従来技術は、いずれも個片化されたベースとリッドとを個別に接合するものである。即ち、個々のベースの上端面にろう材を塗布しかつその上にリッドを個々に重ね合わせ、加熱してろう材を溶融させて接合している。そのため、ベース上端面には、確実に気密封止できるようにろう材の塗りしろを十分に設ける必要があるので、パッケージの小型化が要求されているにも拘わらず、ベースはその平面寸法において小型化が制限される、という問題がある。また、溶融したろう材がベース上端面から流れてキャビティ内に又はベース外壁面に垂れる虞があり、その結果、その部分はろう材の量が不足して十分に気密封止できなくなる虞がある。

また、個々のベースとリッドとを正確に整合させて並べるためには、それらを個別に位置決めするための治具を用いる必要がある。更に、そのような位置決めや搬送などの作業には多大の手間及び労力を要し、各ベース及びリッドの取り扱いは比較的面倒で、それらが小型化すればするほど、困難になる。その結果、生産性が低下しかつ製造コストが増大する、という問題がある。

そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、十分な気密封止を確保しつつ、リッドを接合するベースの平面寸法を小さくして、パッケージを小型化し得る電子デバイスの製造方法を提供することにある。

更に本発明の目的は、ベースにリッドを封止する作業が容易で、生産性の向上及び製造コストの低減を図ることができる電子デバイスの製造方法を提供することにある。

本発明によれば、上記目的を達成するために、その一方の面に開放されたキャビティと電極及び配線パターンとをそれぞれ有する複数のベースからなるベース板を形成し、各ベースのキャビティ内に、例えば圧電振動片などの電子部品を固定しかつ電気的に接続する工程と、所定の外形寸法を有する複数のリッドからなるリッド板を形成し、かつその一方の面に低融点ガラスを付着する工程と、ベース板の前記一方の面にリッド板の前記一方の面を、各ベースと各リッドとを整合させて重ね合わせ、加熱して低融点ガラスを溶融させることにより各ベースにリッドを気密に接合封止する工程と、ベース板及びリッド板を各ベース及びリッドの外形に沿って切断し、電子デバイスを個片化する工程とを有することを特徴とする電子デバイスの製造方法が提供される。

このようにリッドの接合面に低融点ガラスを塗布することによって、従来よりも小さい塗りしろでベースとリッドとを気密に接合封止することができる。これにより、ベースの平面寸法を従来よりも小さくでき、それによりパッケージをより一層小型化することができる。更に、複数のベースからなるベース板及び複数のリッドからなるリッド板を用いることによって、部品点数が少なくなりかつそのコストを低減できると共に、それらを重ねて一括して封止することによって、個々のベースとリッドとを個別に位置合わせする必要が無くなり、ベース及びリッドの取り扱い、封止作業が簡単になる。そのため、生産性が向上し、かつ製造コストを低減することができる。

本発明の別の側面によれば、その一方の面に開放されたキャビティと電極及び配線パターンとをそれぞれ有する複数のベースからなるベース板を形成し、各ベースのキャビティ内に電子部品を固定しかつ電気的に接続する工程と、所定の外形寸法を有する複数のリッドを形成し、かつその一方の面に低融点ガラスを付着する工程と、ベース板の前記一方の面にリッドの前記一方の面を、各ベースと各リッドとを整合させて重ね合わせ、加熱して低融点ガラスを溶融させることにより各ベースにリッドを気密に接合封止する工程と、ベース板をベースの外形に沿って切断し、電子デバイスを個片化する工程とを有することを特徴とする電子デバイスの製造方法が提供される。

同様に、リッドの接合面に低融点ガラスを塗布することによって、従来よりも小さい塗りしろでベースとリッドとを気密に接合封止することができるので、ベースの平面寸法を従来よりも小さくでき、パッケージをより一層小型化することができる。更に、複数のベースからなるベース板を用いて一括して封止することによって、各リッドをベース板の各ベースに位置合わせするだけでよく、ベース及びリッドの取り扱い、封止作業が簡単になる。そのため、生産性が向上し、かつ各部品の価格及び製造コストを低減することができる。また、電子デバイスを個片化する際には、ベース板のみを切断すればよいので、加工が容易である。

本発明の更に別の側面によれば、その一方の面に開放されたキャビティと電極及び配線パターンとを有する複数のベースを形成し、各ベースの前記キャビティ内にそれぞれ電子部品を固定しかつ電気的に接続する工程と、所定の外形寸法を有する複数のリッドからなるリッド板を形成し、かつその一方の面に低融点ガラスを付着する工程と、リッド板の前記一方の面に各ベースの前記一方の面を、各ベースと各リッドとを整合させて重ね合わせ、加熱して低融点ガラスを溶融させることにより各ベースにリッドを気密に接合封止する工程と、リッド板を各リッドの外形に沿って切断し、電子デバイスを個片化する工程とを有することを特徴とする電子デバイスの製造方法が提供される。

同様に、リッドの接合面に低融点ガラスを塗布することによって、従来よりも小さい塗りしろでベースとリッドとを気密に接合封止することができるので、ベースの平面寸法を従来よりも小さくでき、パッケージをより一層小型化することができる。更に、複数のリッドからなるリッド板を用いて一括して封止することによって、各ベースをリッド板の各ベースに位置合わせするだけでよく、ベース及びリッドの取り扱い、封止作業が簡単になる。そのため、生産性が向上し、かつ各部品の価格及び製造コストを低減することができる。また、電子デバイスを個片化する際には、最も薄いリッド板のみを切断すればよいので、加工が一層容易である。

リッド板を使用する場合には、その一方の面全面に低融点ガラスを付着させることができ、良好な接合状態及び十分な気密封止性を確保しつつ、封止作業を簡単にすることができる。

また、個片化したリッドを使用する場合には、その一方の面全面に付着させることができ、それにより良好な接合状態及び十分な気密封止性を確保しつつ、封止作業を簡単にすることができる。別の実施例では、個片化したリッド一方の面のベースとの接合部分にのみ、低融点ガラスを付着させることができ、それにより必要かつ十分な少量の低融点ガラスで同様の気密封止効果を得ることができる。

また、リッド板を使用する場合には、電子デバイスを個片化した後に、再加熱する工程を更に有することにより、リッド切断面において、固化した低融点ガラスを再溶融させ、そのチッピングを解消することができる。

また、ベース板を使用する場合には、各ベースとリッドとを整合させて重ね合わせる際に、各リッドをベースに向けて押圧することにより、それらを良好な状態で重ね合わせ、特にベース板をセラミックシート材料で形成した場合などに生じ得る平面内の撓みをベース毎に吸収して、ベース板全体について良好な接合状態、気密封止性を確実にすることができる。

或る実施例では、ハロゲンランプを用いて、低融点ガラスを加熱することによって、より短時間で溶融させることができる。

以下に添付図面を参照しつつ、本発明による方法の好適な実施例を用いて、電子デバイスとして圧電振動子を製造する工程を詳細に説明する。
本発明の第１実施例によれば、図１に示すように、多数のベース１からなるベース板２を形成する。ベース板２は、図２（Ａ）に示すように、２枚のセラミックシート３，４を積層して接着することにより形成される。下側のセラミックシート３には、図２（Ｂ）に良く示すように、圧電振動片を実装するために必要な所定数の電極及び配線パターン５が縦及び横方向に連続して予め形成されている。上側のセラミックシート４には、圧電振動片を収納するキャビティを画定するために必要な所定数の開口６が縦及び横方向に連続して予め形成されている。これらのセラミックシート３，４によって、その上面にキャビティ７を開放させた前記所定数のベース１を縦及び横方向に連続させて一体に形成したベース板２が形成される。ベース板２の各ベース１には、それぞれ圧電振動片８をキャビティ７内に実装し、前記電極に接続して固定する。

本実施例では、図３（Ａ）に示すように、ベース板２の各ベース１にそれぞれ対応する前記所定数のリッド９からなるリッド板１０を形成する。本実施例のリッド板１０は、所定厚さの金属板、セラミックシート又はガラス板で形成することができる。リッド板１０の一方の面１１には、図３（Ｂ）に示すように、少なくとも全てのリッド９を含むようにその略全面に低融点ガラス１２を概ね一様な厚さに塗布する。

図４に示すように、低融点ガラス１２を塗布した一方の面１１を上向きにしてリッド板１０を所定の治具１２に載置する。キャビティ７側を下向きにしたベース板２をリッド板１０の上に、各ベース１とリッド９とが整合するように位置合わせして重ね合わせる。このようにベース板２とリッド板１０とを位置合わせするだけで良く、従来のように個々のベース１とリッド９とを位置合わせする必要が無いので、取り扱いが簡単で作業が容易であり、有利である。

本実施例の治具１３は、各リッド９を上向きに付勢するばねからなる付勢手段１４を備える。セラミックシートの積層体からなるベース板２は、実際には全く平坦に製造することが困難で、平面内にその位置によって多少の撓みを有する。本実施例では、この撓みをベース１毎に付勢手段１４の作用によって吸収し、各ベース１にリッド９を概ね一様に押圧し接触させることができる。別の実施例において、付勢手段１４は、ゴムなどの弾性体や、空気などの流体圧力を用いた加圧手段に置き換えることができる。

このように重ね合わせた状態でベース板２及びリッド板１０を封止装置内に搬送する。前記封止装置内を真空に減圧しかつ窒素雰囲気に置換した後、上方に配置したハロゲンランプ１５で加熱する。これによりリッド板１０表面の低融点ガラス１２を溶融させて、ベース板２とリッド板１０とを一体に接合し、全てのベース１をリッド９で一括して気密封止する。また、リッド側に低融点ガラスを塗布するので、溶融した低融点ガラスの塗りしろを従来よりも小さくでき、ベースの平面寸法を小さくしてその小型化を図ることができる。更に、従来のように低融点ガラスが接合面からベースのキャビティ内や外壁面に垂れる虞もない。

ハロゲンランプ１５による加熱は、約３５０℃で約５分程度で十分である。別の実施例では、低融点ガラス以外のろう材を用いることができ、またハロゲンランプ以外の加熱手段を用いることができる。しかしながら、ハロゲンランプは短時間で低融点ガラスを溶融させることができる点で有利である。

このように一体に接合したベース板２及びリッド板１０は、図５に想像線で示すベース１及びリッド９の外形線１６に沿ってダイシングすることにより切断して個片化する。これにより、それぞれ気密に封止された前記所定数の圧電振動子が得られる。別の実施例では、ダイシング以外に、サンドブラスト法などの別の手段で個片化することもできる。リッド板１０は、切断を容易にするために、外形線１６に沿って予め溝を形成することもでき、それにより切断精度を高めることができる。

個片化された圧電振動子の切断面には、固化した低融点ガラスのチッピングが生じている虞がある。そこで、本実施例によれば、個片化された各圧電振動子を再加熱することにより、その切断面に露出する低融点ガラスを溶融させ、前記チッピングを解消する。この再加熱は、封止時の加熱温度より低い温度及び短時間で十分である。

本発明の第２実施例では、上記第１実施例のリッド板１０に代えて、予め所定の外形寸法に個片化されたリッドを使用する。本実施例では、図６（Ａ）に示すように、リッド１７の一方の面１８の略全面に低融点ガラス１２を概ね一様な厚さに塗布する。別の実施例では、図６（Ｂ）に示すように、ベース１のキャビティ７の開口に対応する想像線１９で画定されるベース１との接合面にのみ、低融点ガラス１２を塗布することができる。

各リッド１７は、図７に示すように、低融点ガラス１２を塗布した一方の面１８を上向きにして所定の治具２０に載置する。この上に図１のベース板２を、キャビティ７側を下向きにして、かつ各ベース１とリッド１７とが整合するように位置合わせして、重ね合わせる。治具２０は、第１実施例の場合と同様に、各リッド１７を上向きに付勢する付勢手段１４を備え、それによりベース板２の平面内での撓みを吸収することができる。

第１実施例と同様に、この状態でベース板２及びリッド１７を封止装置内に搬送し、窒素雰囲気に置換した後、ハロゲンランプ１５で加熱する。これにより各リッド１７表面の低融点ガラス１２を溶融させて、ベース板２の全てのベース１とリッド１７とを一体に接合し、一括して気密封止する。

図８は、このように一体に接合したベース板２及びリッド１７を示している。このベース板２を、想像線で示すベース１の外形線２１に沿ってダイシングすることにより切断して個片化する。これにより、それぞれ気密に封止された前記所定数の圧電振動子が得られる。本実施例も、ダイシング以外に、サンドブラスト法などの様々な手段で個片化することができる。

本発明の第３実施例では、上記第１実施例のベース板２に代えて、図９に示すように予め所定の外形寸法に個片化されたベース２２を使用する。ベース２２は、第１実施例のベース１と同様に、セラミックシート２２ａ，２２ｂの２層構造からなり、圧電振動片を実装するための電極及び配線パターン２３とキャビティ２４とが形成され、かつ上端面には金属めっき層が形成されている。ベース２２には、従来と同様にして、キャビティ２４内に圧電振動片２５が実装され、前記電極に接続して固定される。

本実施例では、第１実施例と同様に、所定数のリッド９を一体に形成したリッド板１０を使用する。リッド板１０は、その一方の面１１の略全面に低融点ガラス１２を概ね一様な厚さに塗布し、図１０に示すように、その塗布面を上向きにして所定の治具２６に載置する。リッド板１０の上に前記所定数のベース２２を、キャビティ２４側を下向きにして載置する。治具２６は、各ベースが個片化されているので、第１及び第２実施例のような付勢手段を備える必要がない。

この状態でベース２２及びリッド板１０を封止装置内に搬送し、窒素雰囲気に置換した後、ハロゲンランプ１５で加熱する。これによりリッド１０表面の低融点ガラス１２を溶融させて、全てのベース１とリッド板１０とを一体に接合し、一括して気密封止する。

図１１は、このように一体に接合したベース２２及びリッド板１０を示している。このリッド板１０を、想像線で示すリッドの外形線２７に沿ってダイシングすることにより切断して個片化する。これにより、それぞれ気密に封止された前記所定数の圧電振動子が得られる。本実施例においても、ダイシング以外に、サンドブラスト法などの様々な手段で個片化することができる。

本実施例においても、個片化された各圧電振動子を、封止時の加熱温度より低い温度及び短時間で再加熱する。これにより、リッド板１０の切断面から露出する低融点ガラスを溶融させ、そのチッピングを解消することができる。

以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明はその技術的範囲において上記実施例に様々な変形・変更を加えて実施することができる。例えば、上記各実施例のベースは、セラミックシートの２層構造からなるが、必要に応じて３層又はそれ以上の積層構造にすることができ、またセラミック材料以外に従来公知の様々な材料で形成することができる。

（Ａ）図は本発明による製造方法の第１実施例に使用するベース板を製造する工程を示す斜視図、（Ｂ）図はベース板を構成する第１層のセラミックシートを示す部分拡大図。 完成したベース板及びこれに圧電振動片を搭載する要領を示す斜視図。 （Ａ）図は第１実施例に使用するリッド板を示す斜視図、（Ｂ）図はその表面に低融点ガラスを塗布した状態を示す斜視図。 第１実施例においてベース板とリッド板とを接合する工程を示す断面図。 第１実施例においてベース板とリッド板とを接合した状態を示す斜視図。 （Ａ）図は本発明による製造方法の第２実施例に使用するリッドの全面に低融点ガラスを塗布した状態を示す斜視図、（Ｂ）図はリッドの接合部分にのみ低融点ガラスを塗布した状態を示す斜視図。 第２実施例においてベース板とリッドとを接合する工程を示す断面図。 第２実施例においてベース板とリッドとを接合した状態を示す斜視図。 本発明による製造方法の第３実施例に使用するベース及びこれに搭載した圧電振動片を示す一部破砕斜視図。 第３実施例においてベースとリッド板とを接合する工程を示す断面図。 第３実施例においてベースとリッド板とを接合した状態を示す斜視図。

符号の説明

１，２２…ベース、２…ベース板、３，４，２２ａ，２２ｂ…セラミックシート、５，２３…電極及び配線パターン、６…開口、７，２４…キャビティ、８，２５…圧電振動片、９，１７…リッド、１０…リッド板、１１，１８…面、１２…低融点ガラス、１３，２０，２６…治具、１４…付勢手段、１５…ハロゲンランプ、１６，２１，２７…外形線、１９…想像線

Claims (10)

1. その一方の面に開放されたキャビティと電極及び配線パターンとをそれぞれ有する複数のベースからなるベース板を形成し、前記各ベースの前記キャビティ内に電子部品を固定しかつ電気的に接続する工程と、
   所定の外形寸法を有する複数のリッドからなるリッド板を形成し、かつその一方の面に低融点ガラスを付着する工程と、
   前記ベース板の前記一方の面に前記リッド板の前記一方の面を、前記各ベースと前記各リッドとを整合させて重ね合わせ、加熱して前記低融点ガラスを溶融させることにより前記各ベースに前記リッドを気密に接合封止する工程と、
   前記ベース板及びリッド板を前記ベース及びリッドの外形に沿って切断し、電子デバイスを個片化する工程とを有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
2. その一方の面に開放されたキャビティと電極及び配線パターンとをそれぞれ有する複数のベースからなるベース板を形成し、前記各ベースの前記キャビティ内に電子部品を固定しかつ電気的に接続する工程と、
   所定の外形寸法を有する複数のリッドを形成し、かつその一方の面に低融点ガラスを付着する工程と、
   前記ベース板の前記一方の面に前記リッドの前記一方の面を、前記各ベースと前記各リッドとを整合させて重ね合わせ、加熱して前記低融点ガラスを溶融させることにより前記各ベースに前記リッドを気密に接合封止する工程と、
   前記ベース板を前記ベースの外形に沿って切断し、電子デバイスを個片化する工程とを有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
3. その一方の面に開放されたキャビティと電極及び配線パターンとを有する複数のベースを形成し、前記各ベースの前記キャビティ内にそれぞれ電子部品を固定しかつ電気的に接続する工程と、
   所定の外形寸法を有する複数のリッドからなるリッド板を形成し、かつその一方の面に低融点ガラスを付着する工程と、
   前記リッド板の前記一方の面に前記各ベースの前記一方の面を、前記各ベースと前記各リッドとを整合させて重ね合わせ、加熱して前記低融点ガラスを溶融させることにより前記各ベースに前記リッドを気密に接合封止する工程と、
   前記リッド板を前記リッドの外形に沿って切断し、電子デバイスを個片化する工程とを有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
4. 前記低融点ガラスを前記リッド板の前記一方の面全面に付着させることを特徴とする請求項１又は３に記載の電子デバイスの製造方法。
5. 前記低融点ガラスを前記リッドの前記一方の面全面に付着させることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイスの製造方法。
6. 前記低融点ガラスを前記リッドの前記一方の面の前記ベースとの接合部分にのみ付着させることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイスの製造方法。
7. 前記電子デバイスを個片化した後に、再加熱する工程を更に有することを特徴とする請求項１、３又は４のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。
8. 前記各ベースと前記各リッドとを整合させて重ね合わせる際に、前記各リッドを前記各ベースに向けて押圧することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子デバイスの製造方法。
9. ハロゲンランプを用いて加熱することにより、前記低融点ガラスを溶融させることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。
10. 前記電子部品が圧電振動片であることを特徴とする請求項１記載の電子デバイスの製造方法。

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