JP2010056232A - 電子部品パッケージ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス製のベース材に搭載した電子部品と、ベース材の搭載した部品とは反対側に設けた外部電極と、ガラス軟化点温度以上の温度下で導電部材とベース材を溶着させる構造において、電子部品と外部電極との導通を安定して保ち、低コストで製造できる電子部品パッケージを提供する。
【解決手段】ベース材１０とベース材１０を貫通し、研磨によって表面の絶縁性物質を除去された導電部材２２と、導電部材２２の一方の面に接続部３０を介して設置された電子部品４０と、ベース材１０の電子部品４０を設置した面と反対の面に金属膜６０を介して設置された外部電極７０と、ベース材１０上の電子部品４０を保護するキャップ材５０を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は水晶振動子や圧電素子に代表される電子部品を収納するパッケージに関する。

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。ただし、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ため密封容器に入れることが望ましく、この様なパッケージ構造の例は、「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」（特許文献１）などで提案されている。

特許文献１によれば、ベース部材に水晶片を納め、キャップ部材を被せてなるパッケージにおいて、水晶片とほぼ同じ熱膨張率の材料でパッケージを構成することを特徴とし、セラミックスにガラス粉末を混合したものでパッケージを構成するというものである。

しかし、特許文献１におけるパッケージはガラス−セラミック複合体であるため、１個のベース部材に水晶片を載せ、キャップ部材を被せるところの単品生産によっており、生産性が著しく低い。加えて、ガラス−セラミック複合体は加工が難しく、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、「電子部品パッケージ」（特許文献２）などが提案されている。

図６を用いて特許文献２の概要を説明する。特許文献２によれば、ベース材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を金属ピンに搭載する肯定（ｅ）、封止材１５０を介してキャップ部材１６０とベース部材１１０を封止接合する工程（ｆ）を経て、電子部品パッケージ１００を製造する方法が提案されている。この中で（ｃ）の工程において、加熱温度をガラスの軟化点温度（約１０００℃）以上にすることで、ガラスを溶着させることで、ベース部材１１０に密着固定した金属ピン１２０を得ることができるため、工程（ｆ）で確実に機密性を保つことができ、低コストで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

上述の電子部品パッケージ１００の製造方法の工程（ｃ）において、図７に示す課題がある。即ち、（ｃ−１）に示すように金属ピン１２０が短い、あるいは、押し込み量が少ないと低融点ガラス１７０に包まれてしまうため、工程（ｄ）で形成する電極１３０と電気的接続が確保できない。また、（ｃ−２）に示すように、設計通りに金属ピン１２０を押し込めても、ベース部材１１０が軟化点以上の温度にさらされているため、ガラスが金属ピン１２０の先端をカバーすることが懸念される。さらには、（ｃ−３）に示すように、金属ピン１２０が約１０００℃の温度にさらされ、金属ピン１２０の周囲に酸化膜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課題がある。

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。
電子部品を載置するガラス製のベース材と、このベース材に被せるキャップ材と、ベース材に搭載させた電子部品並びにベース材の搭載した部品とは反対側に設けた外部電極を電気的に接続する導電部材とから構成し、ベース材と導電部材とを溶着された状態で研磨した後に、導電部材と電子部品を電気的に接続する接続部を形成し、外部電極側の導電部材表面に金属膜を設ける電子部品パッケージを提供する。このようにすることで、溶着時に生成した酸化膜を取り除いた後に、導電部材表面に酸化膜の成長を防ぐことができるため、電子部品と外部電極との導通を確保できる。

また、導電部材表面の金属膜は、最表面の物質が金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムの貴金属である電子部品パッケージを提供する。このようにすることで、イオン化傾向の小さい金属膜で覆うことで、より安定して外部電極が形成でき、電子部品と外部電極との導通を確保できる。

また、導電部材は、鉄-ニッケル合金、コバール合金、鉄-ニッケル-クロム合金のいずれかであり、金属膜はニッケル置換型の無電解めっきを用いて製造することを提供する。このようにすることで、導電部材に密着層やバリア層を設けずに、直接密着性良く貴金属膜を形成することができるため、電子部品パッケージを構成する、低融点ガラス等の他の部材へのダメージを最小に抑えることができ、少ない工程数で金属膜を形成できるため、また、通常のスパッタ法による膜形成では必要なマスクが不要になり、低コストで電子部品と外部電極との導通を確保できる。

また、金属膜は金属微粒子を焼成する方法で製造することを提供する。このようにすることで、金属微粒子をインクジェットを用いて描画後、焼成する方法が採用できるため、通常のスパッタ法による膜形成では必要なマスクが不要になり、低コストで電子部品と外部電極との導通を確保できる。

本発明によれば、ベース材と導電部材の溶着時に、導電部材に生成してしまう酸化膜を除去した後に、導電部材と電子部品との電気的接続を、導電部材と外部電極との電気的接続とを貴金属膜を導電部材表面にマスクを用いずに設けることで確保するため、電子部品と外部電極との導通を安定して保ち、低コストで製造できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図1は本発明に係る電子部品パッケージの断面図である。電子部品パッケージ１は、ガラス製のベース材１０とキャップ材５０で囲まれた内部に電子部品４０が搭載され、電子部品４０は、接続部３０、導電確保された導電部材２２、金属膜６０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。

接続部３０はベース材１０上の回路パターンを含むものであり、銀ペースト等の導電接着剤を焼成したものからなるが、電子部品４０の構成によっては、導電接着剤を用いなくても良い。

導電部材２２は、鉄-ニッケル合金、コバール合金、鉄-ニッケル-クロム合金等を用いる。これらの以外の金属でもよく、ベース材１０と熱膨張係数が近いものを用いて、熱履歴による破壊を防ぐ。

金属膜６０は最表面に金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム等の貴金属を使用する。貴金属は、イオン化傾向が小さく、耐腐食性があるため、外部電極形成までの時間での劣化や、基板実装後の過熱時による劣化を抑えることができ、製品として信頼性のあるものを提供する。金属膜６０は導電部材２２との密着性を確保するために、最表面の貴金属の下地として、クロム、チタン等の金属膜を形成しても良い。また、金属拡散を防ぐために拡散防止層として下地層と貴金属膜との間にニッケル等の金属膜を形成しても良い。金属膜の形成方法には、スパッタ法が一般的な方法であるが、めっき法でもよい。電電部材２２はニッケル成分を含むことで金属膜６０を形成する際に、ニッケル置換型の無電解めっきを直接用いることで、通常めっきによる処理を省くことが可能になり、めっきも導電部材上だけに形成するため、低コスト化が可能になる。

外部電極７０の材質は、スパッタ膜だけ良いが、ベース材１０が脆いため、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を用いる方が良い。

図１の電子部品パッケージ１は１個の断面図であるが、製造方法としては個別パッケージでなく、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、得られるものである。次に製造方法を図２−図５を用いて説明する。

図２は本発明に係る電子部品パッケージの製造工程を示す図である。

工程（ア）はベース材１０に貫通孔を形成する工程である。貫通孔は、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。

工程（イ）は貫通孔に図示しない低融点ガラスを塗布し、導電部材２０をいれ、溶着する工程である。導電部材２０は孔から落ちないようにT字型のものを用いる。このとき導電部材２０は図３に示すようになっていることがある。ガラス溶着させるためには、少なくとも低融点ガラスが溶ける温度である４００〜５００℃にする必要があり、低融点ガラスを用いない場合にはベース材１０のガラス軟化点温度以上（約１０００℃）にする必要があるため、ベース材１０及び低融点ガラス８０に覆われていない場所は、図３の（イー１）、（イー２）に示すように、酸化膜９０が生成され、導通が取れなくなる。

工程（ウ）は、導電部材２０のT字の頭部分と、図3で示したT字部分を覆う酸化膜９０及び、低融点ガラス８０を削除する工程であり、導電部材２０ごと、ベース材１０を薄く研磨することで得られる。このようにすることで図４に拡大図を示すように酸化膜９０、導電部材２０覆う低融点ガラスがなくなり、ベース材１０の上下で導電部材２１を介して導通が取れる状態になる。

工程（エ）は、回路パターンを含む接続部３０を介して電子部品４０を搭載する工程である。この時点で、電子部品４０が搭載される側の導電部材２１は接続部３０で覆われるため、酸化膜の成長等の懸念がなくなり、導通が確保される。

工程（オ）は、凹上に加工したキャップ材５０をベース材１０と接合する工程である。キャップ材５０の材質は、接合方法、電子部品４０に要求される仕様、例えば真空度等、コスト等を考慮して選択すればよい。例えば、電子部品４０が水晶振動子であり、ベース材１０とキャップ材５０の接合後に周波数調整をする場合には、キャップ材５０にはガラス製の部材を選択する。

工程（カ）は導電部材２２表面に金属膜６０を形成する工程である。工程（オ）で熱が掛かるため、選択した接合方法によっては、再度酸化膜が成長する可能性がある。図５に工程（カ）の拡大図を示す。（カー１）では、外部電極側にスパッタ膜６１を形成しているが、スパッタ膜を形成する前に、逆スパッタを行い、酸化膜を除去することで、ベース材１０をはさんで導通を確保する。（カー２）では、めっきによる膜を形成している。無電解めっきを行うことで導電部材２２の端面だけにめっき膜６２を形成する。また、工程（オ）で形成される酸化膜はめっき前に薬液洗浄することで、できれいに除去する。また、（カー３）では、金属微粒子を焼成した金属膜６３を形成する図である。金属微粒子はインクジェット装置で塗布できるように溶液中に分散しているため、予め導電部材２２の位置をマッピングしておくことで、導電部材２２の端面だけに金属微粒子を焼成した金属膜６３を形成する。工程（オ）で形成される酸化膜は塗布前に薬液洗浄することで除去する。（カー２）(カ−３)ではマスクが不要のため、スパッタ法に比べて低コストである。このように工程（カ）では薬液洗浄の使用有無によって、金属膜６０の形成方法を選択する。

工程（キ）は、外部電極７０を形成する工程である。外部電極７０はスパッタ法、或いは、導電性接着性を印刷し焼成することで、形成する。更に、導電樹脂上にスパッタ膜を形成しても良い。

工程（ク）は、個片化する工程である。具体的には、キャップ材５０の材質によって．個片化する方法は変わるが、ダイシングや、レーザーカットによって行う。

本発明に係る電子部品パッケージの断面図である。 本発明に係る電子部品パッケージの製造工程を示す図である。 本発明に係る電子部品パッケージの導電部材部の拡大断面図である。 本発明に係る電子部品パッケージの導電部材部の拡大断面図である。 本発明に係る電子部品パッケージの導電部材部の拡大断面図である。 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。

符号の説明

１ 電子部品パッケージ
１０ ベース材
２０ 導電部材
２１ 切削された導電部材
２２ 導電確保された導電部材
３０ 接続部
４０ 電子部品
５０ キャップ材
６０ 金属膜
６１ スパッタ膜
６２ めっき膜
６３ 金属微粒子を焼成して得られる金属膜
７０ 外部電極
８０ 低融点ガラス
９０ 酸化膜
１００ 電子部品パッケージ
１１０ ベース部材
１２０ 金属ピン
１３０ 電極
１４０ 電子部品
１５０ 封止材
１６０ キャップ部材
１７０ 低融点ガラス
１８０ 酸化膜

Claims (5)

1. ベース材と前記ベース材を貫通し、研磨によって表面の絶縁性物質を除去された導電部材と、前記導電部材の一方の面に接続部を介して設置された電子部品と、前記ベース材の前記電子部品を設置した面と反対の面に金属膜を介して設置された外部電極と、前記ベース材上の前記電子部品を保護するキャップ材が形成された、電子部品パッケージ。
2. ベース材に貫通孔を形成する工程と、
   前記貫通孔に低融点ガラスを塗布し、導電部材を挿入して溶着する工程と、
   前記ベース材から突出した前記導電部材の頭部分を含めて前記ベース材を薄く研磨して前記導電部材の頭部分を覆う酸化膜などの絶縁膜を削除する工程と、
   前記導電部材を、回路パターンを含む接続部を介して電子部品と電気的に接続する工程と、
   凹上に加工したキャップ材を前記ベース材と接合する工程と
   前記導電部材の前記接続部を形成した反対側の表面に金属膜を形成する工程と、
   前記金属膜を介して、前記導電部材と外部電極とを電気的に接続する工程と、
   からなる、電子部品パッケージの製造方法。
3. 前記金属膜は、最表面の物質が金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムのいずれかの物質である請求項１記載の電子部品パッケージ。
4. 前記導電部材は、鉄-ニッケル合金、コバール合金、鉄-ニッケル-クロム合金のいずれかであり、前記金属膜はニッケル置換型の無電解めっきを用いて製造する請求項２記載の電子部品パッケージの製造方法。
5. 前記金属膜は金属微粒子を焼成する方法で製造する請求項２記載の電子部品パッケージの製造方法。

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