JP2010219505A - ガラス封止型パッケージの製造方法およびガラス基板 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板の反り量を低減し、後工程において薄膜が形成されたもう一枚のガラス基板とを貼り合わせる（陽極接合など）際の加工精度向上を可能にするガラス封止型パッケージの製造方法およびそのガラス封止型パッケージに用いられるガラス基板の提供。
【解決手段】ガラス基板前面に半導体ＩＣチップや水晶ブランクといった電子デバイスを収容することのできるキャビティーを形成せずに、キャビティーを形成しない箇所を設ける。そのキャビティーの形成されていない箇所をフレーム状に設けることでガラス基板の反り量を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置や水晶振動子などの電子デバイスに用いられるガラス封止型パッケージの製造方法およびガラス封止型パッケージに用いられるガラス基板に関する。

イメージセンサ等の半導体装置に使用されるガラス基板の製造方法においては、図６に示すように、特許文献１のものが公知である。

その特許文献１によれば、ガラス基板５０１上に溝５０２を設けることにより、個片化するためのダイシングなどでの切断前の薄膜付ガラス基板の反り量が、薄膜５０３付きガラス基板５０１を溝５０２の位置で切断してなる薄膜付ガラス基板の反り量と同程度に低減されるというものである。その結果、複数の半導体素子を有する半導体ウエハーに張り合わせる場合にその素子との貼り合わせの加工精度を向上することが可能である。

特開２００６−２８２４８０号公報

しかしながら、逆にこの溝のような空洞をガラス基板に多数、隙間無く形成すると、溝のある側を上にして凸形に基板が反ってしまう。このような基板の反り量が著しく大きいと基板を別の基板に貼り合わせる（陽極接合など）工程において、アライメントを行う場合に位置合わせの精度が落ちてしまう。すなわち加工精度が低下してしまう。そのため、場合によっては、貼り合わせができないなどの不具合が生じてしまう。

図４に半導体ＩＣチップや水晶ブランクといった半導体デバイスを入れるための溝いわゆるキャビティーを多数基板上に形成した際の概略図を示す。

図４（ａ）はガラス基板に関する図面である。略円形薄板状のウエハーであるガラス基板部４０１の上に、各電子デバイスを収納するために設けるキャビティー４０２を複数設置する。また、ガラス基板部４０１の端部には切り欠きであるオリエンテーションフラット４０３が形成されている。Ａ−Ａ切断線は、オリエンテーションフラット４０３の切断部の直線に平行でかつガラス基板部４０１に形成されている複数のキャビティー４０２を通過するように切断するものを示す。Ｂ−Ｂ切断線は、オリエンテーションフラット４０３の切断部の直線に垂直でかつガラス基板部４０１に形成されている複数のキャビティー４０２を通過するように切断するものを示す。図４（ｂ）は、ガラス基板部４０１のＡ−Ａ断面図と、ガラス基板部４０１のＢ−Ｂ断面図を表す。

ガラス基板部４０１の一面に隙間無くキャビティー４０２といった溝を形成すると、図４（ｂ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図のように、空洞のある側を上にして凸形に基板が反ってしまうことが実験で判明した。

本発明の目的は、このような基板の反り量を低減させることにより、基板を別の基板に貼り合わせる際の高安定度と高精度を実現することにある。

上述したような課題を解決するため、本発明ではガラス基板部にキャビティーを全面に亘って形成するのではなく、部分的にキャビティーのない部分を基板端から他の基板端にかけて直線的にかつフレーム状にストリート部（キャビティーの配列間隔が他の配列間隔よりも広くなっている領域）を設けることにより、基板の反り量を低減させる。

ストリート部を有することで、基板を別の基板に貼り合わせる（陽極接合など）重ね合わせ工程において、アライメントを行う場合に位置合わせの精度を安定的に保つことができる。すなわち、高精度と高安定度を同時に実現することができる。

本発明のガラス封止型パッケージの製造方法およびそのガラス基板であれば、前述の通りガラス基板の反り量が低減される。そのため、重ね合わせ工程において、アライメントなどの位置合わせの高精度化と高安定度化を実現することができ、良質なガラス封止型パッケージを提供することが出来る。

また、ストリート部の本数は、基板の大きさによって、最適な本数を設定することにより、製品の取れ個数の減少を最小限に設定することができる。その結果、製品のコスト対応力を最小限にとどめることが可能である。

本発明の実施例１に関わるガラス基板の概略図である。 本発明の実施例２に関わるガラス基板の概略図である。 本発明の実施例３に関わるガラス基板の概略図である。 フレーム状にキャビティーが形成されていない場合のガラス基板の概略図である。 本発明の実施例における圧電振動子を製造する際の流れを示すフローチャートである。 従来例のガラス基板の断面図を示す図である。

本発明の３種類の実施例を説明する。３種類の実施例において図示しないが、これらは例えば水晶振動子に用いられるガラス封止型パッケージ及びガラス基板に関するものである。

図１は、本発明のガラス基板の実施例１を示す図である。図１（ａ）に示すように本発明のガラス基板は、略円形薄板状のウエハーであるガラス基板部１０１と、半導体チップや水晶ブランクなどを実装し収納する略矩形の凹部であるキャビティー１０４と、ガラス基板部１０１の端部に形成された切り欠きであるオリエンテーションフラット１０５とにより構成されている。基板の反りを低減するためにキャビティー１０４が形成されている領域の一部に、キャビティー１０４が形成されないストリート部１０２および１０３を形成する。つまり、キャビティー１０４の配列間隔が他のキャビティー１０４の配列間隔よりも広くなっている領域であるストリート部１０２および１０３を設ける。

ストリート部１０２は、オリエンテーションフラット１０５に垂直でかつガラス基板部１０１の中心部を通過するように形成されている。ストリート部１０３は、オリエンテーションフラット１０５に平行でかつガラス基板部１０１の中心部を通過するように形成されている。ストリート部１０２および１０３は、ガラス基板部１０１の一方の端部から他方の端部まで直線状に形成されている。また、オリエンテーションフラット１０５に対して平行及び垂直に線で示されているＡ−Ａ切断線及びＢ−Ｂ切断線は、後述する図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図に相当するものである。

図１（ｂ）はＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図を示したものである。Ａ−Ａ断面図とＢ−Ｂ断面図では共にガラス基板部１０１上に複数のキャビティー１０４が形成されている。Ａ−Ａ断面図において、一部キャビティー１０４が形成されていないストリート部１０２が存在し、Ｂ−Ｂ断面図においても一部キャビティー１０４が形成されていないストリート部１０３が存在する。

ガラス基板１０１の製造方法は後述する図４のフローチャートの説明の項で詳しく説明を行なう。

本発明では、実施例１に示した図のようにストリート部１０２および１０３を設けることで、このストリート部１０２および１０３がフレーム（骨組み）の役割を果たし、ガラス基板１０１の反りを低減することが可能である。

以下、上述した実施例１によるガラス基板１０１を用いて、キャビティー１０４に電子デバイスとして圧電振動片を収納したガラス封止型パッケージである圧電振動子を製造する方法について説明する。

便宜上、キャビティー１０４が形成されたガラス基板１０１をリッド基板と記載し、キャビティーを形成しないガラス基板をベース基板と記載する。本発明の実施例のガラス封止型パッケージは、リッド基板とベース基板との間に対象物を設置し、貼り合わせることで実現する。

次に、図４に示すフローチャートを参照しながら、ベース基板とリッド基板とを利用して一度に圧電振動子を複数製造する製造方法について以下に説明する。

初めに、電子デバイス作製工程を行って電子デバイス（本実施例では圧電振動片）を作製する（Ｓ１０）。具体的には、まず水晶のランバート原石を所定の角度でスライスして一定の厚みのウエハーとする。続いて、このウエハーをラッピングして粗加工した後、場合によってはポリッシュなどの鏡面研磨加工を行って、一定の厚みのウエハーとする。続いて、ウエハーに洗浄などの適切な処理を施した後、該ウエハーをフォトリソグラフィ技術やメタルマスク等によって、金属膜の成膜及びパターニングを行って、圧電振動片に励振電極を、またキャビティーが形成されていないもう一方のガラス基板に圧電振動片を実装するための引き回し電極を形成する。これにより、複数の圧電振動片を作製する。

次に、ガラス基板１０１について、陽極接合を行う直前の状態まで作製するリッド基板作製工程を行う（Ｓ２０）。まず、ソーダ石灰ガラスからなるガラス基板１０１を所定の厚さまで研磨加工して洗浄した後に、エッチングなどにより最表面の加工変質層を除去した円板状のガラス基板１０１を形成する（Ｓ２１）。次いで、ガラス基板１０１の接合面に、エッチングや型押しなどの方法により行列方向にキャビティー１０４を複数形成する凹部形成工程を行う（Ｓ２２）。なお、リッド基板の表面には、ガラス基板１０１の剛性を確保するために、リッド基板の一方の端部から他方の端部まで直線状にキャビティー１０４が形成されないストリート部１０２および１０３を形成しておく。このストリート部１０２またはストリート部１０３はオリエンテーションフラット１０５に対してそれぞれ垂直に形成されているか、平行に形成されている。ストリート部１０２および１０３は、キャビティー１０４が形成されない直線状領域のことである。

次に、上記工程と同時或いは前後のタイミングで、キャビティー１０４が形成されていない圧電振動片を実装するもう一方のガラス基板であるベース基板を、陽極接合を行う直前の状態まで作製するベース基板作製工程を行う（Ｓ３０）。まず、ソーダ石灰ガラスを所定の厚さまで研磨加工して洗浄した後に、エッチングなどにより最表面の加工変質層を除去した円板状のベース基板用ウエハーを形成する（Ｓ３１）。次いで、ベース基板用ウエハーに圧電振動片と外部端子電極とを接続するための一対の貫通電極を複数形成する貫通電極形成工程を行う（Ｓ３２）。このとき、ガラス基板１０１と同様に、剛性を確保するために、ベース基板用ウエハーのガラス基板の中心に交わるようなストリート状に貫通電極形成しない非形成領域であるストリート部１０２および１０３が設けられている。

次に、ベース基板用ウエハーの上面に導電性材料をパターニングして、接合膜を形成する接合膜形成工程を行う（Ｓ３３）とともに、各一対の貫通電極にそれぞれ電気的に接続された引き回し電極を複数形成する引き回し電極形成工程を行う（Ｓ３４）。

特に、貫通電極は、上述したようにベース基板用ウエハーの上面に対して略面一な状態となっている。そのため、ベース基板用ウエハーの上面にパターニングされた引き回し電極は、間に隙間などを発生させることなく貫通電極に対して密着した状態で接する。これにより、一方の引き回し電極と一方の貫通電極との導通性、並びに、他方の引き回し電極と他方の貫通電極との導通性を確実なものにすることができる。この時点で第２のウエハー作製工程が終了する。

ところで、図４では、接合膜形成工程（Ｓ３３）の後に、引き回し電極形成工程（Ｓ３４）を行う工程順序としているが、これとは逆に、引き回し電極形成工程（Ｓ３４）の後に、接合膜形成工程（Ｓ３３）を行っても構わないし、両工程を同時に行っても構わない。いずれの工程順序であっても、同一の作用効果を奏することができる。よって、必要に応じて適宜、工程順序を変更して構わない。

次に、作製した複数の圧電振動片を、それぞれ引き回し電極を介してベース基板用ウエハーの上面に接合するマウント工程を行う（Ｓ４０）。まず、一対の引き回し電極上にそれぞれ金ワイヤを用いてバンプを形成する。

そして、圧電振動片の基部をバンプ上に載置した後、バンプを所定温度に加熱しながら圧電振動片をバンプに押し付ける。これにより、圧電振動片は、バンプに機械的に支持されるとともに、圧電振動片上に形成された電極と引き回し電極とが電気的に接続された状態となる。また、バンプ上に圧電振動片の電極をバンプ接合するとともに、バンプ上に圧電振動片の電極をバンプ接合すると、圧電振動子がベース基板と平行に保持された状態で支持されることとなる。結果として、圧電振動片は、ベース基板用ウエハーの上面から浮いた状態で支持される。また、この時点で圧電振動片の一対の励振電極は、一対の貫通電極に対してそれぞれ導通した状態となる。

圧電振動片のマウントが終了した後、ベース基板用ウエハーに対してリッド基板を重ね合わせる重ね合わせ工程を行う（Ｓ５０）。具体的には、図示しない基準マークなどを指標としながら、両ウエハーを正しい位置にアライメントする。これにより、マウントされた圧電振動片が、両ウエハーとで囲まれるキャビティー１０４内に収容された状態となる。重ね合わせ工程後、重ね合わせた２枚のウエハーを陽極接合装置に入れ、真空状態で所定の温度雰囲気で所定の電圧を印加して陽極接合する接合工程を行う（Ｓ６０）。

陽極接合では、接合膜とガラス基板との間に所定の電圧を印加する。すると、接合膜とガラス基板との界面に電気化学的な反応が生じ、両者がそれぞれ強固に密着して陽極接合される。

次に、接合されたウエハー体一個一個の圧電振動子に切断して個片化する切断工程を行う（Ｓ８０）。その結果、互いに陽極接合されたベース基板とリッド基板との間に形成されたキャビティー１０４部内に圧電振動片が封止された、２層構造式表面実装型の圧電振動子を一度に複数製造することができる。

その後、不良品かどうかを判断する検査工程を行う（Ｓ９０）。即ち、圧電振動片の共振周波数、共振抵抗値、ドライブレベル特性（共振周波数及び共振抵抗値の励振電力依存性）などを測定してチェックする。また、絶縁抵抗特性などを併せてチェックする。そして、圧電振動子の外観検査を行って、寸法や品質などをチェックする。全てのチェックが完了した時点で、圧電振動子の製造が終了する。

ここで、従来例として特許文献１に記載されている実施例として説明されている図５のように基板の反りを低減する為に溝５０２を形成することが提案されている。しかしながら、図５に示すように逆にこのような溝がガラス基板全面に形成されているとキャビティー３０２を上側にして弓なりに反ってしまう。さらに、研磨工程にて、表面を研磨するとさらに基板の反りが悪化してしまう。

本発明の実施例１に示した図のようにストリート部１０２および１０３を設けることで、このストリート部１０２および１０３がフレーム（骨組み）の役割を果たし、ガラス基板の反りを低減することが可能である。

図２は、本発明のガラス基板の実施例２を示す図である。図２（ａ）に示すように本発明のガラス基板は、略円形薄板状のウエハーであるガラス基板部２０１と、半導体チップや水晶ブランクなどを実装し収納する略矩形の凹部であるキャビティー２０４と、ガラス基板部２０１の端部に形成された切り欠きであるオリエンテーションフラット２０５とにより構成されている。基板の反りを低減するためにキャビティー２０４が形成されている領域の一部に、キャビティー２０４が形成されないストリート部２０２および２０３を形成する。つまり、キャビティー２０４の配列間隔が他のキャビティー２０４の配列間隔よりも広くなっている領域であるストリート部２０２および２０３を設ける。

ストリート部２０２は、オリエンテーションフラット２０５に垂直でかつ複数のキャビティー２０４ごとにこれらを分割するように複数本形成されている。ストリート部２０３は、オリエンテーションフラット２０５に平行でかつ複数のキャビティー２０４ごとにこれらを分割するように複数本形成されている。ストリート部２０２および２０３は、ガラス基板部２０１の一方の端部から他方の端部まで直線状に形成されている。また、オリエンテーションフラット２０５に対して平行及び垂直に線で示されているＣ−Ｃ切断線及びＤ−Ｄ切断線は、後述する図２（ｂ）のＣ−Ｃ断面図及びＤ−Ｄ断面図に相当するものである。

図２（ｂ）はＣ−Ｃ断面図及びＤ−Ｄ断面図を示したものである。Ｃ−Ｃ断面図とＤ−Ｄ断面図では共にガラス基板部２０１上に複数のキャビティー２０４が形成されている。Ｃ−Ｃ断面図において、一部キャビティー２０４が形成されていないストリート部２０２が複数存在し、Ｄ−Ｄ断面図においても一部キャビティー２０４が形成されていないストリート部２０３が複数存在する。

また、一枚あたりのチップの取れる個数を多くすることによりコストダウンを行うとする。その際には、ガラス基板を更に大型化を行うことになる。この大型化により、実施例１のストリート部１０２および１０３のようなオリエンテーションフラット１０５に水平と垂直に各１本ずつの形成では基板の反り低減が不十分なものになってしまう。

その際には、図２に示すようにストリート部２０３および２０４の本数を増やすことで、基板の反りを低減する。この際、キャビティー２０４の箇所の数が減ることになる。すなわち、一枚あたりにチップの取れ個数が少なくなってしまう。ストリート部２０３および２０４は、ガラス基板の大きさと一枚あたりの取れ個数といったコストを考慮し、最適な本数を設ける。

このように、大型化したガラス基板においても、ストリート部２０２および２０３を網の目状に形成することにより、ガラス基板の反りを軽減することが可能である。

その後の研磨工程などは、実施例１と同様な工程である。また、圧電振動子を複数製造する製造方法についても図４を用いて、実施例１で説明をした工程フローチャートにしたがって製造を行う。

図３は、本発明のガラス基板の実施例３を示す図である。図３（ａ）に示すように本発明のガラス基板は、略円形薄板状のウエハーであるガラス基板部３０１と、半導体チップや水晶ブランクなどを実装し収納する略矩形の凹部であるキャビティー３０４と、ガラス基板部３０１の端部に形成された切り欠きであるオリエンテーションフラット３０５とにより構成されている。基板の反りを低減するためにキャビティー３０４が形成されている領域の一部に、キャビティー３０４が形成されないストリート部３０２および３０３を形成する。つまり、キャビティー３０４の配列間隔が他のキャビティー１０４の配列間隔よりも広くなっている領域であるストリート部３０２および３０３を設ける。

さらに、ガラス基板部３０１の外周領域には、キャビティー３０４が形成されない外周ストリート部３０６が、オリエンテーションフラット３０５の領域を除く全周に亘って所定幅ｔ以上の幅が確保されるように設けられている。この外周ストリート部３０６の所定幅ｔは、例えば、１０ｍｍ≦ｔ≦２５ｍｍの範囲に設定されているか、または、略円形薄板状のガラス基板部１０１の場合にその直径Ｒに対して、０．１Ｒ≦ｔ≦０．４Ｒの範囲に設定されている。幅ｔが１０ｍｍより小さかったり、０．１Ｒより小さかったりすると、外周ストリート部３０６による基板の反り防止の機能が損なわれるおそれがあり、また、幅ｔが２５ｍｍより大きかったり、０．４Ｒより大きかったりすると、チップの取れ個数が少なくなってしまうおそれがある。

ストリート部３０２は、オリエンテーションフラット３０５に垂直でかつガラス基板部３０１の中心部を通過するように形成されている。ストリート部３０３は、オリエンテーションフラット３０５に平行でかつガラス基板部３０１の中心部を通過するように形成されている。ストリート部３０２および３０３は、ガラス基板部３０１の一方の端部から他方の端部まで直線状に形成されている。また、オリエンテーションフラット３０５に対して平行及び垂直に線で示されているＡ−Ａ切断線及びＢ−Ｂ切断線は、後述する図４（ｂ）のＥ−Ｅ断面図及びＦ−Ｆ断面図に相当するものである。

図３（ｂ）はＥ−Ｅ断面図及びＦ−Ｆ断面図を示したものである。Ｅ−Ｅ断面図とＦ−Ｆ断面図では共にガラス基板部３０１上に複数のキャビティー３０４が形成されている。Ｅ−Ｅ断面図において、一部キャビティー３０４が形成されていないストリート部３０２が存在し、Ｆ−Ｆ断面図においても一部キャビティー３０４が形成されていないストリート部３０３が存在する。さらに、ガラス基板部３０１の外周領域に、キャビティー３０４が形成されていない外周ストリート部３０６が存在する。

ここで、図３に示した実施例３は、図１のガラス基板に対して所定幅ｔが確保された外周ストリート部３０６を形成したものとなっているが、図２のガラス基板に対して所定幅ｔが確保された外周ストリート部３０６を形成したものとしてもよい。

なお、本発明は上述した実施例１〜３の形態に限ったことではない。オリエンテーションフラットを有した略円形基板のみではなく、四角形状といった多角形形状にしても良い。さらに、そして、ベース基板に導電性の基板を用いることにより、ガラス基板であるリッド基板と導電性基板とを貼り合わせる手法を採用しても良い。

また、リッド基板のみにキャビティー１０４を形成したが、ベース基板のみにキャビティーを形成してもよいし、リッド基板及びベース基板の両方にキャビティーを形成してもよい。

また、ストリート部１０２、１０３、２０２、２０３の幅は必ずしもキャビティー１つ分の幅である必要が無く、各種条件をもとにしてストリート部の幅を増減させても良く、複数のストリート部を作成する場合、各ストリート部の幅を異ならせても良い。例えば、図示しないがガラス基板中央部のストリート部の幅は太く、中心部から距離が離れるにつれてストリート部の幅が狭くなっていくような構造も本特許の意図するものである。

本発明のガラス基板は、半導体ＩＣチップ、水晶ブランク、センサ素子などの電子デバイスを実装し、パッケージングする部材として好適である。

１０１、２０１、３０１ ガラス基板部
１０２、１０３、２０２、２０３ ストリート部
１０４、２０４、３０２ キャビティー
１０５、２０５、３０３ オリエンテーションフラット
３０６ 外周ストリート部
５０１ ガラス基板
５０２ 溝
５０３ 薄膜

Claims (6)

1. 少なくともいずれか一方に複数のキャビティーが配列されて形成されたガラス材からなるリッド基板及びベース基板と、前記リッド基板と前記ベース基板との間に形成されたキャビティーに収納された電子デバイスと、を備えたガラス封止型パッケージの製造方法であって、
   少なくとも一部の前記キャビティーの配列間隔が他の前記キャビティーの配列間隔よりも広くなっているストリート部を有するリッド基板またはベース基板を作製し、
   前記リッド基板と前記ベース基板とを重ね合わせて、前記キャビティー内に電子デバイスを収納し、
   前記リッド基板とベース基板とを接合する
   ガラス封止型パッケージの製造方法。
2. 前記キャビティーは、前記リッド基板またはベース基板上に２次元状に配列され、
   前記ストリート部は、前記キャビティーの任意の１次元の方向に前記キャビティーが配列されていない所定の間隔を形成することによって構成されている請求項１に記載のガラス封止型パッケージの製造方法。
3. 前記ストリート部は、前記リッド基板または前記ベース基板の反りを抑制するために複数本形成されている請求項１に記載のガラス封止型パッケージの製造方法。
4. 基板上に複数のキャビティーが配列されて形成されたガラス基板において、
   少なくとも一部の前記キャビティーの配列間隔が他の前記配列間隔よりも広くなっているストリート部が形成されているガラス基板。
5. 前記キャビティーは、前記リッド基板またはベース基板上に２次元状に配列され、
   前記ストリート部は、前記キャビティーの任意の１次元の方向に前記キャビティーが配列されていない所定の間隔を形成することによって構成されている請求項４に記載のガラス基板。
6. 前記ストリート部は、前記リッド基板または前記ベース基板の反りを抑制するために複数本形成されている請求項４に記載のガラス基板。

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