JP2010245266A - Electronic component and method of manufacturing the same - Google Patents

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信也 青木
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electronic component which has superior airtight sealing properties and shock resistance, and a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: The electronic component is constituted by metallizing first joining portions 50 and second joining portions 60 as mutual joining surfaces of a vibration base 20, a first substrate 30 and a second substrate 40 as two or more members to be joined, and joining the joining surfaces sandwiching solder materials, wherein the solder materials are In, and the joining portions are formed of eutectic alloy by the metallization and diffusion with In. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子機器等に用いられる圧電振動子等の電子部品に関し、特に複数の基材を金属合金を用いて気密的に接合封止してなる電子部品およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an electronic component such as a piezoelectric vibrator used in an electronic device or the like, and more particularly to an electronic component formed by hermetically bonding and sealing a plurality of base materials using a metal alloy and a manufacturing method thereof.

従来、電子部品の実装に用いる半田材として、Sn(錫)とPb(鉛)の共晶合金がある。この共晶半田は62Sn−38Pb(wt%)組成からなり、共晶点の溶融温度が183度でリフロー用として電子部品の実装に用いられていた。しかし、このような共晶合金を用いた電子機器が廃棄された場合、有害な鉛が酸性雨などにより地下水又は河川へ溶出して汚染する土壌汚染及び水質汚染の問題が生じていた。   Conventionally, there is a eutectic alloy of Sn (tin) and Pb (lead) as a solder material used for mounting electronic components. This eutectic solder has a composition of 62Sn-38Pb (wt%), and has a melting temperature of eutectic point of 183 degrees and is used for mounting electronic components for reflow. However, when an electronic device using such a eutectic alloy is discarded, there has been a problem of soil contamination and water pollution in which harmful lead is eluted by acid rain into groundwater or rivers and contaminates.

そこで近年、環境保護の観点から鉛フリー半田としてAu−Sn共晶合金が着目されている。80Au−20Sn共晶合金(wt%)は、融点280度の共晶組成からなり、鉛などの有害物質を含まず、比較的低温度で熱処理を行なうことができ、耐食性にも優れるという利点から電子機器の分野で広く用いられるようになってきた。   Therefore, in recent years, Au—Sn eutectic alloys have attracted attention as lead-free solder from the viewpoint of environmental protection. 80Au-20Sn eutectic alloy (wt%) has an eutectic composition with a melting point of 280 degrees, does not contain harmful substances such as lead, can be heat-treated at a relatively low temperature, and has excellent corrosion resistance. Widely used in the field of electronic equipment.

特許文献1に開示された水晶振動子100は、図10に示すように平板形状の振動子基板120とベース基板130とリッド基板140とからなり、振動子基板120とベース基板130及びリッド基板140は、金と錫からなる共晶合金層(Au−Sn共晶合金)150の共晶接合により積層されて気密封止されている。   As shown in FIG. 10, the crystal resonator 100 disclosed in Patent Document 1 includes a plate-shaped resonator substrate 120, a base substrate 130, and a lid substrate 140, and the resonator substrate 120, the base substrate 130, and the lid substrate 140. Are laminated by eutectic bonding of a eutectic alloy layer (Au—Sn eutectic alloy) 150 made of gold and tin and hermetically sealed.

ところが図11のAuとSnの平衡状態図(金属データブック 日本金属学会編 発行元:丸善株式会社出版事業部より引用)に示すように、Au−Sn共晶合金の共晶点Aの組成比率(wt%)は、前述のようにAu:Sn=80:20であるため、錫よりも高価な金の含有率が高くなり、材料に係るコストが高くなってしまう問題があった。   However, as shown in the equilibrium diagram of Au and Sn in FIG. 11 (Metal Data Book edited by the Japan Institute of Metals, published by Maruzen Co., Ltd. Publishing Division), the composition ratio of the eutectic point A of the Au—Sn eutectic alloy. Since (wt%) is Au: Sn = 80: 20 as described above, there is a problem that the content of gold, which is more expensive than tin, is high, and the cost of the material is high.

更に、一般的に水晶振動子等の電子部品は他の回路部品と共にプリント配線基板へ表面実装されて機器装置へ組み込まれたり、或いは機器装置の補修解体のために再度、加熱処理がなされる。例えば、前記電子部品を表面実装して他の回路部品と共に機器装置用プリント配線基板に半田付けするためにリフローによる加熱処理工程を経て製品化される。この場合、リフロー温度において、電子部品が脱落したり、電子部品の各接合部位が溶融したりしないことが必要である。   Further, in general, an electronic component such as a crystal resonator is surface-mounted on a printed wiring board together with other circuit components and incorporated into an equipment device, or is subjected to a heat treatment again for repair and disassembly of the equipment device. For example, the electronic component is surface-mounted and soldered to a printed wiring board for an apparatus device together with other circuit components, and then commercialized through a heat treatment process by reflow. In this case, at the reflow temperature, it is necessary that the electronic component does not fall off and each joining portion of the electronic component does not melt.

従って、引用文献1で提案されているように、ロウ材としてAu−Sn共晶合金を用いた場合、共晶点である約280度の温度より高温にするとAu−Sn共晶合金からなる共晶合金層150が溶融してしまうので、気密封止された水晶振動子100の内部空間の気密信頼性が劣化してしまうおそれがある。   Therefore, as proposed in Cited Document 1, when an Au—Sn eutectic alloy is used as the brazing material, the eutectic alloy composed of the Au—Sn eutectic alloy is used when the temperature is higher than the temperature of about 280 degrees which is the eutectic point. Since the crystal alloy layer 150 is melted, the hermetic reliability of the internal space of the hermetically sealed crystal unit 100 may be deteriorated.

水晶振動子をプリント配線基板へリフロー方式により実装する場合、リフロー炉をAu−Sn共晶合金の共晶点の温度よりも高い温度に設定することができないという技術的な制約の問題があった。   When mounting a quartz resonator on a printed wiring board by the reflow method, there has been a technical limitation that the reflow furnace cannot be set to a temperature higher than the eutectic point temperature of the Au—Sn eutectic alloy. .

或いは、特許文献3〜5には、接合する2つの端子電極の間に配置した金属ロウ材やインサート金属を一時的に溶融・液化した後、前記端子電極の金属の中へ前記金属ロウ材を拡散させて等温凝固することにより接合させる方法、所謂、液相拡散接合法(以下、TLP(Transient Liquid Phase)接合と称す)が提案されている。即ち、2つの基板上に設けた夫々の電極(Au層)を接合する時、前記電極の少なくとも一方の電極上に金属ロウ材として低融点金属であるSn層を設けて積層膜を形成し、前記Snを溶融して、前記金属層(Au層)中へ拡散させてAu−Sn共晶合金を形成して2つの電極を接合する場合、Snの融点は約232度であるため、Snを少なくとも232度以上の温度で加熱することが必要となる。よって、基板や電極部の熱膨張係数の違いに起因した熱歪みや内部応力等を考慮すると、基板に対する加熱温度はできるだけ低い温度が望ましいため、加熱温度を低温度にすることによって、基板や電極の接合界面に生じる応力をできるだけ低減することができるので、接合部位を安定させるのに有利となる場合がある。   Alternatively, in Patent Documents 3 to 5, after temporarily melting and liquefying a metal brazing material or an insert metal disposed between two terminal electrodes to be joined, the metal brazing material is put into the metal of the terminal electrode. A method of bonding by diffusion and isothermal solidification, a so-called liquid phase diffusion bonding method (hereinafter referred to as TLP (Transient Liquid Phase) bonding) has been proposed. That is, when joining each electrode (Au layer) provided on two substrates, an Sn layer which is a low melting point metal is provided as a metal brazing material on at least one of the electrodes to form a laminated film, When the Sn is melted and diffused into the metal layer (Au layer) to form an Au—Sn eutectic alloy to join the two electrodes, the melting point of Sn is about 232 ° C. It is necessary to heat at a temperature of at least 232 degrees. Therefore, considering the thermal strain and internal stress due to the difference in the thermal expansion coefficient of the substrate and the electrode part, the heating temperature for the substrate is preferably as low as possible. Since the stress generated at the bonding interface can be reduced as much as possible, it may be advantageous to stabilize the bonding site.

またAu−Sn共晶合金を形成して接合を行なう場合、図12に示すように、振動体基板1及び基板2とAu層との密着性を良くするために下地層としてCr層(クロム層)3を形成し、ついでAu層(金層)4を形成する。ここで、前述のようにAu−Sn共晶合金の組成比率は80:20であるため、基板2のAu層4の上に形成するSn層5の膜厚は、Au層4に対して薄くなってしまう。故に、接合を行なう前に、常温下で放置しているだけでSn層5が下層のAu層4へ自然拡散してしまい共晶反応が進行することとなる。即ち、もともとSn層5は薄いので、Snが全て下層のAuに拡散してしまい、Snが消滅してしまう問題が生じる。故に、AuとSnの積層構造においてはAu層4の上にSn層5を形成した後、すぐに接合を開始しなければならない。従って、共晶金属の組成は、溶融して拡散させる金属の含有率が多いほうが望ましい。   When an Au—Sn eutectic alloy is formed and bonded, as shown in FIG. 12, a Cr layer (chromium layer) is used as an underlayer in order to improve the adhesion between the vibrator substrate 1 and the substrate 2 and the Au layer. ) 3 and then an Au layer (gold layer) 4 is formed. Here, since the composition ratio of the Au—Sn eutectic alloy is 80:20 as described above, the thickness of the Sn layer 5 formed on the Au layer 4 of the substrate 2 is thinner than that of the Au layer 4. turn into. Therefore, the Sn layer 5 naturally diffuses into the lower Au layer 4 just by allowing it to stand at room temperature before bonding, and the eutectic reaction proceeds. That is, since the Sn layer 5 is originally thin, all of Sn diffuses into the lower Au, causing a problem that Sn disappears. Therefore, in the laminated structure of Au and Sn, after the Sn layer 5 is formed on the Au layer 4, the bonding must be started immediately. Therefore, it is desirable that the composition of the eutectic metal has a higher content of the metal to be melted and diffused.

更に特許文献1においては、振動子基板120とベース基板130との接合(以下、第1の接合と称す)と、振動子基板120とリッド基板140との接合(以下、第2の接合と称す)にAu−Sn共晶合金のような同一の金属ロウ材を用いると、第1及び第2の接合を同時に行なわなければならない。   Further, in Patent Document 1, bonding between the vibrator substrate 120 and the base substrate 130 (hereinafter referred to as first bonding) and bonding between the vibrator substrate 120 and the lid substrate 140 (hereinafter referred to as second bonding). When the same metal brazing material such as Au—Sn eutectic alloy is used for the first and second bonding, the first and second bonding must be performed simultaneously.

即ち、同じ接合条件(金属ロウ材の融点が同じ)で第1の接合を行なった後に、第2の接合を行なうといった段階的な接合処理を行なうと、前述のように第2の接合を行なう際に第1の接合を行った接合部が溶融して振動子のパッケージの気密性が低下してしまうおそれがある。   That is, when the first bonding is performed under the same bonding conditions (the melting point of the metal brazing material is the same) and then the second bonding is performed, the second bonding is performed as described above. At this time, there is a possibility that the joint portion where the first joining is performed is melted and the hermeticity of the vibrator package is lowered.

このため、第1及び第2の接合を同時に行う必要があるので、中間層の振動子基板120の枠部121の両面に金属ロウ材をマスクを用いたスクリーン印刷等により塗布して振動子基板120の枠部121の両面に夫々ベース基板130とリッド基板140を貼り合わせる。或いは、中間層の振動子基板120の枠部121に対向するベース基板130及びリッド基板140の外周縁部に枠状にマスクを用いたスクリーン印刷等により金属ロウ材を塗布してベース基板130とリッド基板140を夫々振動子基板120の両面に貼り合わせなければならないといった煩雑性や貼り合わせる位置精度の確保や各部材の固定方法に困難性が生じる問題があった。   For this reason, since it is necessary to perform the first and second bondings simultaneously, the vibrator substrate is formed by applying a metal brazing material to both surfaces of the frame portion 121 of the vibrator substrate 120 of the intermediate layer by screen printing or the like using a mask. The base substrate 130 and the lid substrate 140 are bonded to both surfaces of the frame portion 121 of 120, respectively. Alternatively, a metal brazing material may be applied to the outer peripheral edge of the base substrate 130 and the lid substrate 140 facing the frame portion 121 of the vibrator substrate 120 of the intermediate layer by screen printing using a mask in a frame shape or the like. There is a problem in that the lid substrate 140 has to be bonded to both surfaces of the vibrator substrate 120, there is a difficulty in securing the bonding position accuracy and fixing each member.

これに対し、図13に示すような特許文献2に開示された圧電振動デバイスは、枠付き圧電振動板160と、この枠付き圧電振動板160の上下に接合される第1のケース162と第2のケース163から構成され、前記第2のケース163と前記枠付き圧電振動板160との接合では、前記第1のケース162と前記枠つき圧電振動板160との接合に用いた接合材(金属ロウ材)よりも融点が低い接合材を用いることが提案されている。これによれば、前記第2のケース163と前記枠付き圧電振動板160との接合を行うときに、既に接合が完了している前記第1のケース162との前記枠付き圧電振動板160との接合に用いられた接合材の有する融点と同等の温度に加熱することができないので、前記第1のケース162と前記枠付き圧電振動板160との接合部が溶融して気密性が低下するといった悪影響を与えることなく接合することができる。   On the other hand, the piezoelectric vibration device disclosed in Patent Document 2 as shown in FIG. 13 has a piezoelectric diaphragm 160 with a frame, a first case 162 joined to the top and bottom of the piezoelectric diaphragm 160 with a frame, In the bonding of the second case 163 and the framed piezoelectric diaphragm 160, a bonding material used for bonding the first case 162 and the framed piezoelectric diaphragm 160 (see FIG. It has been proposed to use a bonding material having a melting point lower than that of the metal brazing material. According to this, when the second case 163 and the framed piezoelectric diaphragm 160 are joined, the framed piezoelectric diaphragm 160 and the first case 162 that have already been joined, Since it cannot be heated to a temperature equal to the melting point of the bonding material used for bonding, the bonded portion between the first case 162 and the piezoelectric diaphragm 160 with the frame is melted to reduce the airtightness. It is possible to join without adverse effects such as.

特開2001−267875号公報JP 2001-267875 A 特開2007−243681号公報JP 2007-243681 A 特許第4136844号公報Japanese Patent No. 4136844 再公表WO2005/086221号公報Republished WO2005 / 086211 特開2007−19360号公報JP 2007-19360 A

しかしながら、前記第1のケース162と前記枠付圧電振動板160との接合164(第1の接合)に用いる金属ロウ材と、前記第2のケース163と前記枠つき圧電振動板160との接合165(第2の接合)に用いる金属ロウ材とが異なるので、金属ロウ材の熱膨張係数や、剛性率がそれぞれ異なり、上下に接合された前記第1のケース162及び前記第2のケース163と枠付き圧電振動板160との接合界面に生じた熱ひずみや内部応力が不均一に分布していることが予想される。このため、圧電振動デバイスの振動特性の劣化や、振動子基板とケースとの接合界面にクラックが生じてしまうおそれがある。更に、第1の接合164と第2の接合165では金属ロウ材の種類が異なるので、夫々、接合条件が異なってしまい、接合工程が設定の変更などによる煩雑性を伴うので生産性が悪くなってしまうという問題があった。   However, a metal brazing material used for joining 164 (first joining) between the first case 162 and the frame-attached piezoelectric diaphragm 160 and joining between the second case 163 and the frame-attached piezoelectric diaphragm 160. Since the metal brazing material used for 165 (second joining) is different, the thermal expansion coefficient and the rigidity of the metal brazing material are different, and the first case 162 and the second case 163 joined up and down. It is expected that the thermal strain and internal stress generated at the bonding interface between the frame and the framed piezoelectric diaphragm 160 are unevenly distributed. For this reason, there is a possibility that the vibration characteristics of the piezoelectric vibration device are deteriorated and cracks are generated at the bonding interface between the vibrator substrate and the case. Furthermore, since the types of the metal brazing material are different between the first bonding 164 and the second bonding 165, the bonding conditions are different, and the bonding process is complicated due to a change in setting, etc., so that the productivity is deteriorated. There was a problem that.

そこで本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、気密封止性や耐衝撃性に優れた電子部品及びその製造方法を提供することを目的としている。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide an electronic component excellent in hermetic sealing and impact resistance and a method for manufacturing the same.

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
〔適用例1〕本発明の電子部品は、2以上の被接合部材を、互いの接合面に金属メタライズを施すと共に、当該接合面をロウ材を挟んで接合してなる電子部品であって、前記ロウ材がInであり、接合部が前記金属メタライズと前記Inとの拡散により形成された共晶合金であることを特徴としている。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[Application Example 1] The electronic component of the present invention is an electronic component in which two or more members to be joined are subjected to metal metallization on each joint surface, and the joint surface is joined with a brazing material interposed therebetween, The brazing material is In and the joint is a eutectic alloy formed by diffusion of the metal metallization and the In.

Au−In共晶合金の共晶点は約500度となり、共晶合金に悪影響を与えることなく電子部品をリフローを用いてプリント配線基板上などに実装することができる。また、Inの融点は156度であり、従来のSnの融点(232度)よりも低い温度で溶融しAu中へ拡散させて共晶合金を形成し、接合を行うことができるので、接合界面での熱膨張係数の違いによる熱ひずみや内部応力を低減することができる。   The eutectic point of the Au—In eutectic alloy is about 500 degrees, and the electronic component can be mounted on a printed wiring board or the like by using reflow without adversely affecting the eutectic alloy. In addition, the melting point of In is 156 degrees, and it can be melted at a temperature lower than the melting point of conventional Sn (232 degrees) and diffused into Au to form a eutectic alloy, so that bonding can be performed. It is possible to reduce thermal strain and internal stress due to the difference in thermal expansion coefficient.

〔適用例2〕2つの被接合部材からなり、一方が電子素子を収容する容器であり、他方が当該容器の開口部を封止するリッドであることを特徴とする適用例1に記載の電子部品。
これによれば、Au−In共晶合金の共晶点は約500度となり、気密性の劣化のおそれがなく、高精度な2層積層構造の電子部品が得られる。
[Application Example 2] The electronic device according to Application Example 1, wherein the electronic device includes two members to be joined, one of which is a container that houses an electronic element, and the other is a lid that seals the opening of the container. parts.
According to this, the eutectic point of the Au—In eutectic alloy is about 500 degrees, and there is no fear of deterioration of hermeticity, and a highly accurate electronic component having a two-layer structure can be obtained.

〔適用例3〕3つの被接合部材からなり、第1の被接合部材が電子素子層であり、第2及び第3の被接合部材が前記電子素子層の上下面を夫々保持する第1のケースと第2のケースであることを特徴とする適用例1に記載の電子部品。   Application Example 3 The first application member includes three members to be bonded, the first member to be bonded is an electronic element layer, and the second and third members to be bonded hold the upper and lower surfaces of the electronic element layer. The electronic component according to Application Example 1, wherein the electronic component is a case and a second case.

これによれば、第1接合で形成された共晶結合は接合温度よりも高くなっているため、第2接合又はリフロー等の熱処理などの後工程を行う際、加熱により第1接合が溶解することがなく気密性の劣化のおそれがなく、高精度な3層積層構造の電子部品が得られる。   According to this, since the eutectic bond formed in the first bonding is higher than the bonding temperature, the first bonding is dissolved by heating when a subsequent process such as heat treatment such as second bonding or reflow is performed. Therefore, there is no risk of deterioration of airtightness, and a highly accurate electronic component having a three-layer structure can be obtained.

〔適用例4〕前記金属メタライズの少なくとも表面層がAuであることを特徴とする適用例1乃至3の何れか1例に記載の電子部品。
これによれば、Au−In共晶合金の共晶点は約500度となり、共晶合金に悪影響を与えることなく電子部品をリフローを用いてプリント配線基板上などに実装することができる。
Application Example 4 The electronic component according to any one of Application Examples 1 to 3, wherein at least a surface layer of the metal metallization is Au.
According to this, the eutectic point of the Au—In eutectic alloy is about 500 degrees, and the electronic component can be mounted on a printed wiring board or the like by using reflow without adversely affecting the eutectic alloy.

〔適用例5〕前記共晶合金のInの含有比率が36.8以上53.8wt%以下であることを特徴とする適用例4に記載の電子部品。
これによれば、Au−In共晶合金の結晶粒を極めて小さくした緻密な構造を実現できるので、接合信頼性を格段に向上させることができる。
Application Example 5 The electronic component according to Application Example 4, wherein the eutectic alloy has an In content ratio of 36.8 to 53.8 wt%.
According to this, since a dense structure in which the crystal grains of the Au—In eutectic alloy are extremely small can be realized, it is possible to significantly improve the bonding reliability.

〔適用例6〕前記共晶合金を構成するAuとInの組成比率がAu:In=46.2:53.8(wt%)であることを特徴とする適用例4又は5に記載の電子部品。
これによれば、Au−In共晶合金の結晶粒が極めて小さく緻密な構造を実現できるので、接合信頼性を高く安定化させることができる。
Application Example 6 The electron according to Application Example 4 or 5, wherein the composition ratio of Au and In constituting the eutectic alloy is Au: In = 46.2: 53.8 (wt%). parts.
According to this, since the crystal grains of the Au—In eutectic alloy are extremely small and a dense structure can be realized, the bonding reliability can be highly stabilized.

〔適用例7〕前記共晶合金がAu−Inであることを特徴とする適用例4乃至6の何れか1例に記載の電子部品。
これによれば、共晶合金が最も結晶的に安定化させることができる。
Application Example 7] The electronic component according to any one example of Application Example 4 to 6 wherein the eutectic alloy is characterized in that it is a Au-In 2.
According to this, the eutectic alloy can be most crystallized and stabilized.

〔適用例8〕本発明の電子部品の製造方法は、適用例1乃至7の何れか1例に記載の電子部品の製造方法であって、対向する何れか1つの被接合部材の金属メタライズの表層にロウ材からなる層を形成する工程と、被接合部材の互いの接合面を対向させて積層させる積層体を作る工程と、前記ロウ材が溶融する温度で前記積層体を加熱加圧し、前記ロウ材を前記メタライズ層の中へ拡散させることによって、互いの接合面同士を接合する工程と、を含むことを特徴としている。   Application Example 8 An electronic component manufacturing method according to the present invention is the electronic component manufacturing method according to any one of Application Examples 1 to 7, wherein the metal metallization of any one of the facing members to be bonded is performed. A step of forming a layer made of a brazing material on the surface layer, a step of making a laminated body in which the bonding surfaces of the members to be joined are opposed to each other, and heating and pressurizing the laminated body at a temperature at which the brazing material melts, A step of bonding the bonding surfaces to each other by diffusing the brazing material into the metallized layer.

これによれば、第2接合部を形成する工程では、第1接合部と同一材料、同一条件で行なうことができる。また第2基板の接合の前に振動体の発振周波数調整を行なうことができる。さらに第1接合で形成された共晶結合は接合温度よりも高くなっているため、第2接合又はリフロー等の熱処理などの後工程を行う際、加熱により第1接合が溶解することがなく気密性の劣化のおそれがなく、高精度な電子部品の製造が可能となる。   According to this, in the process of forming a 2nd junction part, it can carry out on the same material and the same conditions as a 1st junction part. Further, the oscillation frequency of the vibrating body can be adjusted before the second substrate is bonded. Further, since the eutectic bond formed in the first bonding is higher than the bonding temperature, when the subsequent process such as the second bonding or heat treatment such as reflow is performed, the first bonding is not dissolved by heating and is airtight. This makes it possible to manufacture highly accurate electronic components.

本発明に係る電子部品の一実施例である圧電振動子を第1基板の斜め上方から見た分解斜視図である。It is the disassembled perspective view which looked at the piezoelectric vibrator which is one Example of the electronic component which concerns on this invention from diagonally upward of the 1st board | substrate. 圧電振動子の第2基板の斜め下方から見た分解斜視図である。It is the disassembled perspective view seen from the slanting lower part of the 2nd board | substrate of a piezoelectric vibrator. 圧電振動子の変形例の断面図である。It is sectional drawing of the modification of a piezoelectric vibrator. 本発明に係る圧電振動子の製造方法の説明図であって、(a)は第1接合部の接合前の配置状態の断面図、(b)は周波数調整の説明図、(c)は積層体の断面図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the piezoelectric vibrator which concerns on this invention, Comprising: (a) is sectional drawing of the arrangement state before joining of a 1st junction part, (b) is explanatory drawing of frequency adjustment, (c) is lamination | stacking. It is sectional drawing of a body. Au−In共晶合金を形成するプロセスを示した部分拡大図である。It is the elements on larger scale which showed the process which forms Au-In eutectic alloy. AuとInの平衡状態図である。It is an equilibrium state diagram of Au and In. TLP接合により形成されたAu−In共晶合金の図である。It is a figure of the Au-In eutectic alloy formed by TLP joining. AuとInの平衡状態図である。It is an equilibrium state diagram of Au and In. 本発明に係る電子部品の変形例の説明図であって、(a)は第1の変形例を示す断面図、(b)は第2の変形例を示す断面図である。It is explanatory drawing of the modification of the electronic component which concerns on this invention, Comprising: (a) is sectional drawing which shows a 1st modification, (b) is sectional drawing which shows a 2nd modification. 従来の水晶振動子の構成概略図である。It is a structure schematic diagram of the conventional crystal oscillator. AuとSnの平衡状態図である。It is an equilibrium state diagram of Au and Sn. Au−Sn接合断面の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the Au-Sn junction cross section. 従来の圧電振動デバイスの構成概略図である。It is the structure schematic of the conventional piezoelectric vibration device.

本発明の電子部品及びその製造方法の実施形態を添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
図1は本発明に係る電子部品の一実施例である圧電振動子を第1基板の斜め上方から見た分解斜視図である。図2は前記圧電振動子の第2基板の斜め下方から見た分解斜視図である。
Embodiments of an electronic component and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view of a piezoelectric vibrator, which is an embodiment of an electronic component according to the present invention, viewed obliquely from above a first substrate. FIG. 2 is an exploded perspective view of the piezoelectric vibrator as viewed from obliquely below the second substrate.

本発明に係る圧電振動子10は、振動体基板20と、第1基板30と、第2基板40と、第1接合部50と、第2接合部60を主な構成要素としている。
被接合部材となる振動体基板20(電子素子層)は、振動体21と、この振動体21の外周と所定の間隔を隔てて振動体21を囲む枠体22とから構成されている。振動体21と枠体22とは連結部23A、23Bを介して一体形成されている。なお本実施形態の振動体21は、枠体22よりも薄肉に形成されており、連結部23A、23Bはテーパ状に形成している。連結部23Aと対角線上に位置する枠体には突出部24を形成している。連結部23Aと突出部24の裏面(第2基板40側)には、一対の接続電極25A、25Bが形成されている。振動体21の表裏面には、一対の励振電極26A、26Bが対向するように形成されている。励振電極26A、26Bは夫々引き回し電極27A、27Bを介して振動体基板の裏面に対角線上に形成した接続電極25A、25Bと電気的に接続している。
The piezoelectric vibrator 10 according to the present invention includes a vibrating body substrate 20, a first substrate 30, a second substrate 40, a first joint portion 50, and a second joint portion 60 as main components.
A vibrating body substrate 20 (electronic element layer) serving as a member to be joined includes a vibrating body 21 and a frame body 22 that surrounds the vibrating body 21 with a predetermined distance from the outer periphery of the vibrating body 21. The vibrating body 21 and the frame body 22 are integrally formed via connecting portions 23A and 23B. Note that the vibrating body 21 of the present embodiment is formed thinner than the frame body 22, and the connecting portions 23A and 23B are formed in a tapered shape. A projecting portion 24 is formed on the frame located diagonally to the connecting portion 23A. A pair of connection electrodes 25 </ b> A and 25 </ b> B are formed on the back surface (second substrate 40 side) of the connecting portion 23 </ b> A and the protruding portion 24. A pair of excitation electrodes 26 </ b> A and 26 </ b> B are formed on the front and back surfaces of the vibrating body 21 so as to face each other. Excitation electrodes 26A and 26B are electrically connected to connection electrodes 25A and 25B formed diagonally on the back surface of the vibration substrate through routing electrodes 27A and 27B, respectively.

なお実施形態に係る振動体基板20は、一例として平板状のATカット水晶基板を用いて説明するが、振動体基板20は水晶以外にもタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電材料、シリコン半導体などの半導体材料、またはその他絶縁体材料などを適用することが可能である。   The vibrator substrate 20 according to the embodiment will be described by using a flat AT-cut quartz substrate as an example, but the vibrator substrate 20 may be made of lithium tantalate, lithium niobate, lead zirconate titanate, etc. in addition to quartz. It is possible to apply a piezoelectric material, a semiconductor material such as a silicon semiconductor, or other insulator materials.

被接合部材となる第1及び第2基板30、40(第1及び第2のケース)は、材質に水晶、ガラス或いはセラミック基板を用いることができる。第1及び第2基板30、40は、熱膨張係数差による熱歪みや内部応力を回避するために振動体基板20と同質の材料を用いることが好ましい。第1基板30は、前記振動体基板20の上面を覆う平板基板である。第2基板40は、前記振動体基板20の下面を支持する平板基板である。第2基板40は、振動体基板20の下面に形成した接続電極25A、25Bと対向する位置に貫通孔42A、42Bが形成されている。貫通孔42A、42Bは内部に金属被膜が形成されている。第2基板40の下面には、外部電極44A、44Bが形成されている。外部電極44A、44Bは貫通孔42A、42Bを介して接続電極25A、25Bと電気的に接続させている。   For the first and second substrates 30 and 40 (first and second cases) to be bonded members, quartz, glass, or a ceramic substrate can be used as the material. The first and second substrates 30 and 40 are preferably made of the same material as that of the vibrator substrate 20 in order to avoid thermal distortion and internal stress due to a difference in thermal expansion coefficient. The first substrate 30 is a flat substrate that covers the upper surface of the vibrating body substrate 20. The second substrate 40 is a flat substrate that supports the lower surface of the vibrator substrate 20. In the second substrate 40, through holes 42 </ b> A and 42 </ b> B are formed at positions facing the connection electrodes 25 </ b> A and 25 </ b> B formed on the lower surface of the vibration substrate 20. The through holes 42A and 42B have a metal coating formed therein. External electrodes 44 </ b> A and 44 </ b> B are formed on the lower surface of the second substrate 40. The external electrodes 44A and 44B are electrically connected to the connection electrodes 25A and 25B through the through holes 42A and 42B.

第1及び第2接合部50、60は、TLP接合を用いてAu−In共晶合金を形成するために、接合用金属膜として金属メタライズを構成するAu層とし、少なくとも何れか一方の接合部はAu層の表面にロウ材となるIn層を積層した積層構造となっている。Au−In共晶合金は、Inの融点である約156度以上でInを加熱することによりInを溶融させて、当該InをAu中へ拡散させることにより共晶反応を引き起こさせて形成することができる。このとき形成されたAu−In共晶合金の共晶点は約500度となる。   The first and second bonding portions 50 and 60 are Au layers constituting metal metallization as a bonding metal film in order to form an Au—In eutectic alloy using TLP bonding, and at least one of the bonding portions Has a laminated structure in which an In layer as a brazing material is laminated on the surface of the Au layer. An Au-In eutectic alloy is formed by heating In at approximately 156 degrees or more, which is the melting point of In, causing In to melt and diffusing the In into Au to cause a eutectic reaction. Can do. The eutectic point of the Au—In eutectic alloy formed at this time is about 500 degrees.

ここで、従来の共晶合金として適用されていたAu−Sn共晶合金では、Snの融点となる約232度以上で加熱し、溶融させAu層へ拡散させることによりAuとSnの共晶反応を引き起こさせて共晶点が280度であるAu−Sn共晶合金を形成していた。前述のとおり、水晶振動子等の圧電振動子をプリント配線基板へリフロー方式により実装する場合、リフロー炉をAu−Sn共晶合金の共晶点の温度よりも高い温度に設定すると、Au−Sn共晶合金が溶融してしまうことになる。このため、リフロー炉(200度〜300度)をAu−Sn共晶合金の共晶点の温度よりも高い温度に設定することができないという技術的な制約の問題があった。しかし、本実施形態の圧電振動子においては、前記第1及び第2接合部50、60に形成されるAu−In共晶合金の融点はリフロー炉の温度よりも高い約500度である。このため、Au−In共晶合金に悪影響を与えることなく圧電振動子をリフローを用いてプリント配線基板上に実装することができる。また、Inの融点は156度であるため、Snの融点(232度)よりも低い温度で溶融しAu中へ拡散させて共晶合金を形成し、接合を行うことができるので、接合界面での熱膨張係数の違いによる熱ひずみや内部応力を低減することが可能である。   Here, in an Au—Sn eutectic alloy that has been applied as a conventional eutectic alloy, the eutectic reaction between Au and Sn is performed by heating at about 232 ° C. or higher, which is the melting point of Sn, and melting and diffusing into the Au layer. As a result, an Au—Sn eutectic alloy having a eutectic point of 280 degrees was formed. As described above, when a piezoelectric vibrator such as a crystal vibrator is mounted on a printed wiring board by the reflow method, if the reflow furnace is set to a temperature higher than the eutectic point temperature of the Au—Sn eutectic alloy, Au—Sn. The eutectic alloy will melt. For this reason, there existed the problem of the technical restrictions that a reflow furnace (200 degree | times-300 degree | times) cannot be set to the temperature higher than the temperature of the eutectic point of Au-Sn eutectic alloy. However, in the piezoelectric vibrator of this embodiment, the melting point of the Au—In eutectic alloy formed in the first and second joints 50 and 60 is about 500 degrees, which is higher than the temperature of the reflow furnace. Therefore, the piezoelectric vibrator can be mounted on the printed wiring board by using reflow without adversely affecting the Au—In eutectic alloy. In addition, since In has a melting point of 156 degrees, it can be melted at a temperature lower than the melting point of Sn (232 degrees) and diffused into Au to form a eutectic alloy, so that bonding can be performed. It is possible to reduce thermal strain and internal stress due to the difference in thermal expansion coefficient.

第1接合部50は、振動体基板20と第1基板30の間に形成される共晶合金(Au−In)の膜である。第2接合部60は、振動体基板20と第2基板40の間に形成される第1接合部50と同質の共晶合金(Au−In)の膜である。   The first bonding portion 50 is a eutectic alloy (Au—In) film formed between the vibrating body substrate 20 and the first substrate 30. The second bonding portion 60 is a film of a eutectic alloy (Au—In) that is the same quality as the first bonding portion 50 formed between the vibrating body substrate 20 and the second substrate 40.

図3は圧電振動子の変形例の断面図である。図示のように圧電振動子10aは、振動板基板20の振動体21と枠体22は同じ板厚に形成し、第1及び第2基板30、40は振動体21と対向する面を凹状に形成し、キャビティ空間を形成する構成としてもよい。   FIG. 3 is a cross-sectional view of a modification of the piezoelectric vibrator. As illustrated, in the piezoelectric vibrator 10a, the vibrating body 21 and the frame body 22 of the vibration plate substrate 20 are formed to have the same plate thickness, and the first and second substrates 30 and 40 have a concave surface facing the vibrating body 21. It is good also as a structure which forms and forms cavity space.

次に上記構成による圧電振動子の製造方法について以下説明する。図4は本発明に係る圧電振動子の製造方法を説明する図であって、(a)は第1接合部の接合前の配置状態の断面図、(b)は周波数調整の説明図、(c)は積層体の断面図を示す。図示するように本実施形態の製造方法は、ウェハ単位での製造例で説明する。振動体基板20は、振動体基板ウェハ(マザーウェハ)200上に複数個整列配置されている。振動体基板ウェハ200上の振動体基板20の形状及び電極は、フォトリソグラフィ技術とエッチング技法或いはサンドブラスト法とを用いて形成している。また図1、図2に示すような第1及び第2基板30、40についても同様にそれぞれ第1及び第2基板ウェハ300、400上に複数個整列配置されており、形状及び電極はフォトリソグラフィ技法とエッチング技法或いはサンドブラスト法とを用いて形成している。   Next, a method for manufacturing a piezoelectric vibrator having the above configuration will be described. 4A and 4B are views for explaining a method of manufacturing a piezoelectric vibrator according to the present invention, in which FIG. 4A is a cross-sectional view of the arrangement state of the first joint before joining, FIG. 4B is an explanatory view of frequency adjustment, c) shows a cross-sectional view of the laminate. As shown in the drawing, the manufacturing method of the present embodiment will be described with a manufacturing example in units of wafers. A plurality of vibrator substrates 20 are arranged and arranged on a vibrator substrate wafer (mother wafer) 200. The shape and electrodes of the vibrator substrate 20 on the vibrator substrate wafer 200 are formed by using a photolithography technique and an etching technique or a sand blast method. Similarly, a plurality of first and second substrates 30 and 40 as shown in FIGS. 1 and 2 are arranged in alignment on the first and second substrate wafers 300 and 400, respectively, and the shape and electrodes are photolithography. It is formed using a technique and an etching technique or a sandblasting method.

振動体基板ウェハ200と第1及び第2基板ウェハ300、400の接合箇所には、第1及び第2接合部50、60が形成されている。本実施形態に係る第1及び第2接合部50、60はAu−In共晶合金を用いている。   First and second bonding portions 50 and 60 are formed at bonding portions of the vibration substrate wafer 200 and the first and second substrate wafers 300 and 400. The first and second joint portions 50 and 60 according to the present embodiment use Au—In eutectic alloy.

ここで振動体基板ウェハ200と第1及び第2基板ウェハ300、400との接合部にAu−In共晶合金を形成する場合、高融点(1064度)金属のAu層を第1及び第2基板ウェハ300、400に形成した下地層のCr層の表面上に形成し、低融点金属のIn層を少なくとも何れか一方の基板上に形成した前記Au層の表面上に形成している。Au層を両方の基板に形成することによりAuとInとのTLP接合を促進させることができる。また、In膜は何れか一方の基板に形成することにより製造工程を軽減化することができる。   Here, when an Au—In eutectic alloy is formed at the joint between the vibrator substrate wafer 200 and the first and second substrate wafers 300 and 400, a high melting point (1064 degrees) metal Au layer is formed on the first and second Au layers. A low-melting-point metal In layer is formed on the surface of the Au layer formed on at least one of the substrates. By forming the Au layer on both substrates, TLP bonding between Au and In can be promoted. In addition, the manufacturing process can be reduced by forming the In film on one of the substrates.

図5はAu−In共晶合金を形成するプロセスを示した部分拡大図である。本実施形態では、Au−In共晶合金の組成比率(wt%)を共晶点の組成比率となるAu:In=59:41としている。振動体基板20は、フォトリソグラフィ技法とエッチング技法或いはサンドブラスト法等からなる複数の工程を経て、振動体21と、この振動体21の外周と所定の間隔を隔てて振動体21を囲む枠体22とを形成し、更に励振電極26A,26B並びに引き回し電極27A,27B等を形成しなければならないので、振動体基板ウェハ200に比べ構造が単純な第1及び第2基板ウェハ300、400上に形成することが望ましい。   FIG. 5 is a partially enlarged view showing a process of forming an Au—In eutectic alloy. In this embodiment, the composition ratio (wt%) of the Au—In eutectic alloy is Au: In = 59: 41, which is the composition ratio of the eutectic point. The vibrating body substrate 20 is subjected to a plurality of processes including a photolithography technique, an etching technique, a sandblasting method, and the like, and the vibrating body 21 and a frame body 22 that surrounds the vibrating body 21 with a predetermined interval from the outer periphery of the vibrating body 21. Further, the excitation electrodes 26A and 26B and the routing electrodes 27A and 27B must be formed. Therefore, the structure is formed on the first and second substrate wafers 300 and 400 having a simple structure as compared with the vibration substrate wafer 200. It is desirable to do.

第1及び第2接合部50、60の形成は、Au層の密着性を向上させるために、まず水晶基板と密着性の高いCr層51を第1及び第2基板ウェハ300、400上に形成し、その後、Auとの密着性が高いCr層51の上にAu層52を形成している。   In order to improve the adhesion of the Au layer, first, the Cr layer 51 having high adhesion with the quartz substrate is formed on the first and second substrate wafers 300 and 400 in order to form the first and second bonding portions 50 and 60. Thereafter, the Au layer 52 is formed on the Cr layer 51 having high adhesion with Au.

振動体基板ウェハ200(振動体基板20)の枠体22の表裏面に形成するAu層53は、矩形の枠体22に沿って形成し、まず下地層となるCr層54を形成し、ついでAu層53を形成した積層構造としている。Au層53は、接続電極25A,25B、引き回し電極27A,27Bと短絡しないように所定間隔を隔てて形成している。   The Au layer 53 formed on the front and back surfaces of the frame body 22 of the vibration body substrate wafer 200 (vibration body substrate 20) is formed along the rectangular frame body 22, and first, a Cr layer 54 as a base layer is formed, and then A laminated structure in which the Au layer 53 is formed. The Au layer 53 is formed at a predetermined interval so as not to short-circuit the connection electrodes 25A and 25B and the routing electrodes 27A and 27B.

次にIn層55の形成は、第1及び第2基板30、40のAu層52上に形成している。
図4(a)に示すように、振動体基板ウェハ200と第1基板ウェハ300をTLP接合により接合する。具体的には両ウェハの接合面を重ね合わせて積層体を形成すると、第1接合部50は、図5に示すように上からCr層51、Au層52、In層55、Au層53、Cr層54の積層構造となる。そしてIn層55の融点(約156度)以上の温度、例えば200度で加熱加圧することにより、Au層52、53間のIn層55を溶融して、InをAu層52、53中へ拡散させることにより共晶反応を引き起こし、共晶合金であるAu−Inを形成させる。このとき、Au層52のIn層55は拡散により共晶合金化されているので、振動体基板ウェハ200上のCr層54と第1基板ウェハ300上のCr層51との間にはAu−In共晶合金のみが存在する。
Next, the In layer 55 is formed on the Au layer 52 of the first and second substrates 30 and 40.
As shown in FIG. 4A, the vibrator substrate wafer 200 and the first substrate wafer 300 are bonded by TLP bonding. Specifically, when the laminated surfaces are formed by superimposing the bonding surfaces of both wafers, the first bonding portion 50 is formed from the top, as shown in FIG. 5, with a Cr layer 51, an Au layer 52, an In layer 55, an Au layer 53, A laminated structure of the Cr layer 54 is obtained. Then, by heating and pressing at a temperature equal to or higher than the melting point (about 156 degrees) of the In layer 55, for example, 200 degrees, the In layer 55 between the Au layers 52 and 53 is melted, and In is diffused into the Au layers 52 and 53. Thus, eutectic reaction is caused to form Au-In which is a eutectic alloy. At this time, since the In layer 55 of the Au layer 52 is eutectic alloyed by diffusion, there is no Au − between the Cr layer 54 on the vibrator substrate wafer 200 and the Cr layer 51 on the first substrate wafer 300. Only In eutectic alloys exist.

次に本願発明者は、接合信頼性に着目し接合強度の観点からAu−In共晶合金の最適な組成比率について、鋭意検討を試みた。
図6は学術論文「GOLD−INDIUM TRANSIENT LIQUID PHASE (TLP)WAFER BONDING FOR MEMS VACCUM PACKAGING (MEMS 2008、Tucson、AZ、USA、January 13−17、 2008)」に掲載されているAuとInの平衡状態図である。当該状態図に示すように、共晶点である500度付近には、共晶構造が三斜型のAu−Inと共晶構造が立方型のAu−Inとが存在する。Au−Inは共晶点に対して亜共晶組成領域にあり、Au−Inは共晶点に対して過共晶組成領域にある。この状態図からAu−Inの融点は509度、Au−Inの融点は540.7度であることがわかる。また夫々の融点における組成比率については、Au−InがAu:In=63.2:36.8wt%で、Au−InがAu:In=46.2:53.8wt%である。
Next, the inventor of the present application paid attention to the bonding reliability and tried diligently to study the optimal composition ratio of the Au—In eutectic alloy from the viewpoint of bonding strength.
FIG. 6 is published in the academic paper “GOLD-INDIUM TRANSIENT LIQUID PHASE (TLP) WAFER BONDING FOR MEMS VACCUM PACKAGING (MEMS 2008, Tucson, AZ, USA, January 13-17, In). FIG. As shown in the state diagram, in the vicinity of the eutectic point of 500 degrees, there are triclinic Au—In having a eutectic structure and cubic Au—In 2 having a eutectic structure. Au—In is in the hypoeutectic composition region with respect to the eutectic point, and Au—In 2 is in the hypereutectic composition region with respect to the eutectic point. From this phase diagram, it can be seen that the melting point of Au—In is 509 degrees and the melting point of Au—In 2 is 540.7 degrees. As for the composition ratio at each melting point, Au—In is Au: In = 63.2: 36.8 wt%, and Au—In 2 is Au: In = 46.2: 53.8 wt%.

次にTLP接合により形成された共晶合金の解析を行った。図7はTLP接合により形成されたAu−In共晶合金の図である。
図示のようにSEM分析によれば、接合部はAu−Inからなる固相とAu−Inからなる固相とが混在しており、断面観察の結果からAu−Inの方がAu−Inに比べて、結晶粒が極めて小さく緻密な構造になっていることが判明した。
Next, the eutectic alloy formed by TLP bonding was analyzed. FIG. 7 is a view of an Au—In eutectic alloy formed by TLP bonding.
As shown in the figure, according to the SEM analysis, a solid phase composed of Au—In 2 and a solid phase composed of Au—In are mixed in the joint, and from the result of cross-sectional observation, Au—In 2 is more Au— It has been found that the crystal grains have a very small and dense structure compared to In.

共晶合金を形成する過程で、組成比率を最適にコントロールしなければ、このように2つの固相からなるAu−In共晶合金が形成されてしまうことになるため、相分離が発生し接合部が剥離してしまう危険性があるという新たな問題に直面した。   If the composition ratio is not optimally controlled in the process of forming the eutectic alloy, an Au-In eutectic alloy consisting of two solid phases will be formed in this way, so phase separation occurs and bonding occurs. I faced a new problem that there was a risk of the part peeling off.

そこで、本願発明者は、実験並びに評価分析を重ねた結果、結晶粒が極めて小さく緻密な構造であるAu−In或いはそれに近い固相とするためにAu−In共晶合金のInの含有比率を少なくとも41以上55wt%以下とすることに想到した。 Therefore, as a result of repeated experimentation and evaluation analysis, the inventor of the present application has found that the content ratio of In in the Au—In eutectic alloy in order to obtain Au—In 2 having a very small crystal grain and a dense structure or a solid phase close thereto. Was conceived to be at least 41 and 55 wt%.

ここで、Inが41〜55wt%の範囲を外れた場合について考察する。
図6の状態図において、各組成比の成分Ca(Au−In共晶合金の成分)、Cb(Au−In共晶合金の成分)、Cc(温度T1の成分)、C0(CaとCbの間の領域)、C1(CbよりもInの組成が多い領域)について、それらの溶融状態における相の比率について検討する。
Here, a case where In is out of the range of 41 to 55 wt% will be considered.
In the state diagram of FIG. 6, components Ca (components of Au—In eutectic alloy), Cb (components of Au—In 2 eutectic alloy), Cc (components of temperature T1), C0 (Ca and Cb) of each composition ratio. ) And C1 (region having a higher In composition than Cb), the ratio of phases in the molten state is examined.

図中Aにおける成分C0において、Au−In相とAu−In相は下記の比率で混在していることになる。
Au−In:Au−In=(Cb−C0):(C0−Ca)
よって、Au−Inの組成比率に近い合金であればAu−In相の割合が多くなる。
In the component C0 in A in the figure, the Au—In phase and the Au—In 2 phase are mixed at the following ratio.
Au-In: Au-In 2 = (Cb-C0) :( C0-Ca)
Therefore, the ratio of Au-an In 2-phase increases if the alloy close to the composition ratio of Au-In 2.

また図中Bにおける成分C1において、温度T1におけるInの液相とInの固相の比率が、以下の比率となる。
In液相:In固相=(Cc−C1):(C1−Cb)
この場合、Au−In相とAu−In相は上記の比率で混在していることになる。
In the component C1 in B in the figure, the ratio of the In liquid phase to the In solid phase at the temperature T1 is as follows.
In liquid phase: In solid phase = (Cc-C1): (C1-Cb)
In this case, the Au—In phase and the Au—In 2 phase are mixed at the above ratio.

ここで、AuとInの原子量は、それぞれAuが197、Inが114.8であるから、Au−InとAu−Inの夫々におけるInの重量濃度(%)は、以下のように算出される。
Au−Inに対するInの比率=114.8/(197+114.8)=36.8%
Au−Inに対するInの比率=(114.8×2)/(197+114.8×2)=53.8%
Here, since the atomic weights of Au and In are 197 for Au and 114.8 for In, respectively, the weight concentration (%) of In in each of Au—In and Au—In 2 is calculated as follows. The
Ratio of In to Au-In = 11.4 / (197 + 114.8) = 36.8%
Ratio of In to Au—In 2 = (114.8 × 2) / (197 + 114.8 × 2) = 53.8%

従って、成分Cbにおける共晶合金はAu−Inであるので、その組成比率は
Au:In=46.2:53.8
となる。ここで、図6に示す平衡状態図を見ると、Inの組成比率が53.8%以上になると156度以上で固相と液相が混在することになり、つまり156度以上で融解するところが存在することになる。
Therefore, since the eutectic alloy in the component Cb is Au—In 2 , the composition ratio is Au: In = 46.2: 53.8.
It becomes. Here, in the equilibrium diagram shown in FIG. 6, when the In composition ratio is 53.8% or more, the solid phase and the liquid phase are mixed at 156 degrees or more, that is, the melting occurs at 156 degrees or more. Will exist.

一方、40wt%以下になると、Au−Inの固相がかなり少なくなり、Au−Inの固相が大部分を占めることなる。
一方、成分Caにおける共晶合金は、Au−Inであるので、そのInの組成比率が36.8%であることは前述の通りである。
On the other hand, when it becomes 40 wt% or less, the solid phase of Au—In 2 is considerably reduced, and the solid phase of Au—In occupies most.
On the other hand, since the eutectic alloy in the component Ca is Au—In, the composition ratio of In is 36.8% as described above.

ここで図8は、長崎 誠三、平林 眞 編著、「二元合金状態図集」、アグネ技術センターに掲載されているAuとInの平衡状態図である。Inの比率が36%より低下し逆にAuの比率が増加していくと、特に組成比率がAu:In=80:20においてAu−Inの相が存在するので、Inの比率が36%より低下してしまうと、Au−In相とAu−Inとが混在した領域となり、Au−In相はほとんど存在しない領域となってしまう。 FIG. 8 is an equilibrium diagram of Au and In published in Seizo Nagasaki and Satoshi Hirabayashi, “Binary Alloy Phase Diagrams”, Agne Technical Center. When the In ratio decreases from 36% and the Au ratio increases, the Au 7 -In 3 phase exists particularly at a composition ratio of Au: In = 80: 20, so the In ratio is 36 If it falls below%, it becomes a region where Au—In phase and Au 7 -In 3 coexist, and it becomes a region where there is almost no Au—In 2 phase.

即ち、100%のIn中へAuを拡散させ徐々にAuの組成比率を上げながら合金化が進行していくと、最初にAu−In相が形成される。さらに拡散が進行するとAu−In相が形成されていくことになる。そしてさらに拡散が進行していくと、Au−In相が形成されることとなる。 That is, when Au is diffused into 100% In and alloying proceeds while gradually increasing the composition ratio of Au, an Au—In 2 phase is first formed. As the diffusion further proceeds, an Au—In phase is formed. As the diffusion further proceeds, an Au 7 -In 3 phase is formed.

よって、Inの比率が36.8%より低下してしまうと、Au−In相の割合が増えていくことになる。
従って、接合部にAuが残っていると拡散が進行し組成比率が変化しながら共晶合金相を形成していくことになるので、Au−In相の組成比率でAuとInとの拡散が完了してAu−In相での組成比率よりAuの比率の高い合金相(図中のAu−Inよりも左側にある合金相)が形成されないようにすれば良いことになる。つまり、Auの全てが拡散したときにAu−Inの共晶合金相を形成するように組成比率を調整すれば良い。このときの組成比率がAu:In=46.2:53.8wt%となる。
Therefore, if the In ratio decreases from 36.8%, the Au 7 -In 3 phase ratio increases.
Therefore, if Au remains in the joint, diffusion proceeds and a eutectic alloy phase is formed while changing the composition ratio. Therefore, the diffusion of Au and In with the composition ratio of Au—In 2 phase. there will be completed and the Au-an in 2-phase at a high alloy phase than the composition ratio of the ratio of Au in the (alloy phase on the left side of the Au-an in 2 in the figure) may be so as not to be formed. That is, the composition ratio may be adjusted so that an Au—In 2 eutectic alloy phase is formed when all of Au diffuses. The composition ratio at this time is Au: In = 46.2: 53.8 wt%.

従って、Au−In共晶合金のInの含有比率を少なくとも36.8以上53.8wt%以下とすることによって、結晶粒を極めて小さくした緻密な構造を実現できるので、接合信頼性を格段に向上させることが可能となった。
そして、より好ましくは、AuとInとの共晶合金としてはAuとInの組成比率が46.2:53.8wt%のAu−Inが結晶的に安定していて好ましいことがわかった。
Therefore, by making the content ratio of In in the Au—In eutectic alloy at least 36.8 or more and 53.8 wt% or less, it is possible to realize a dense structure with extremely small crystal grains, thereby significantly improving the bonding reliability. It became possible to make it.
More preferably, as the eutectic alloy of Au and In, Au—In 2 having a composition ratio of Au and In of 46.2: 53.8 wt% was found to be preferable because it is crystallinely stable.

次に図4(b)に示すように、振動体基板20の発振周波数の調整を行なう。具体的には第2基板ウェハ400を接合させる面から励振電極26が露出するようにマスク500を配置する。そして励振電極26に対し、イオンエッチングによる金属膜の低減又は蒸着による質量付加によってモニタリングしながら周波数調整を行なっている。   Next, as shown in FIG. 4B, the oscillation frequency of the vibrator substrate 20 is adjusted. Specifically, the mask 500 is arranged so that the excitation electrode 26 is exposed from the surface to which the second substrate wafer 400 is bonded. Then, the frequency is adjusted while monitoring the excitation electrode 26 by reducing the metal film by ion etching or adding mass by vapor deposition.

次に図4(c)に示すように、周波数調整した後、振動体基板ウェハ200と第2基板ウェハ400を接合させる。具体的に両ウェハの接合面を重ね合わせて積層体を形成すると、第2接合部60は、第1接合部50と同様に上からCr層54、Au層53、In層55、Au層52、Cr層51の積層構造となる。   Next, as shown in FIG. 4C, after adjusting the frequency, the vibrator substrate wafer 200 and the second substrate wafer 400 are bonded. Specifically, when the laminated surface is formed by superimposing the bonding surfaces of the two wafers, the second bonding portion 60 is similar to the first bonding portion 50 in that the Cr layer 54, the Au layer 53, the In layer 55, and the Au layer 52 from above. , A layered structure of Cr layers 51 is formed.

第2接合部60の共晶合金の形成は、第1基板ウェハ300と同一の条件、即ちIn層55の融点である約156度以上の例えば200度で加熱加圧して行なう。また第2接合部60の接合は、例えば真空封止又は不活性ガス雰囲気で気密封止している。このとき第1接合部50はAu−In共晶合金により共晶点が約500度となるため、第2接合部60のIn層55を溶融させる加熱により溶融することがない。   The eutectic alloy of the second bonding portion 60 is formed by heating and pressing under the same conditions as the first substrate wafer 300, that is, at, for example, 200 degrees, which is about 156 degrees or more that is the melting point of the In layer 55. Moreover, the joining of the 2nd junction part 60 is airtightly sealed, for example by vacuum sealing or inert gas atmosphere. At this time, since the eutectic point of the first joint portion 50 is about 500 degrees due to the Au—In eutectic alloy, the first joint portion 50 is not melted by heating to melt the In layer 55 of the second joint portion 60.

このような共晶接合により積層されてなるウェハの積層体は、図中点線に示すよう切断(ダイシング)して個片にすると圧電振動子10が得られる。
このような本発明の電子部品の製造方法によれば、第2接合部を形成する工程では、第1接合部と同一材料、同一条件で行なうことができる。また第2基板の接合の前に振動体の発振周波数調整を行なうことができる。さらに第1接合で形成された共晶合金による第1接合部は接合温度よりも高くなっているため、第2接合又はリフロー等の熱処理などの後工程を行う際、加熱により前記第1接合部が溶解することがなく気密性の劣化のおそれがなく、高精度な電子部品の製造が可能となる
When the laminated body of wafers laminated by such eutectic bonding is cut (diced) as shown by a dotted line in the figure, the piezoelectric vibrator 10 is obtained.
According to such an electronic component manufacturing method of the present invention, the step of forming the second joint can be performed under the same material and under the same conditions as the first joint. Further, the oscillation frequency of the vibrating body can be adjusted before the second substrate is bonded. Furthermore, since the first joint portion formed by the eutectic alloy formed by the first joining is higher than the joining temperature, the first joint portion is heated by the second joint or heat treatment such as reflow. Does not dissolve, there is no risk of airtight deterioration, and high-precision electronic parts can be manufactured.

なお前記第1及び第2接合部を構成する共晶合金は、電子部品のリフロー等の熱処理の加熱温度よりも高い共晶点を有するものであればよく、Au−In共晶合金以外にもAg−In共晶合金(共晶点約880度)、Cu−In共晶合金(共晶点約650度)等を適用することができる。   The eutectic alloy constituting the first and second joints may have a eutectic point higher than the heating temperature of heat treatment such as reflow of electronic parts. An Ag—In eutectic alloy (eutectic point of about 880 degrees), a Cu—In eutectic alloy (eutectic point of about 650 degrees), or the like can be applied.

以上、本願発明に係るAu−In共晶合金を用いた接合からなる電子部品は、振動体基板20の上下面を第1基板30と第2基板40とで夫々サンドイッチしてなる三層構造の圧電振動子10を用いて説明したが、この他にも図9に示すような電子部品に適用できる。   As described above, the electronic component formed by bonding using the Au—In eutectic alloy according to the present invention has a three-layer structure in which the upper and lower surfaces of the vibration substrate 20 are sandwiched between the first substrate 30 and the second substrate 40, respectively. Although the piezoelectric vibrator 10 has been described, the present invention can be applied to an electronic component as shown in FIG.

図9は本発明に係る電子部品の変形例の説明図であって、(a)は第1の変形例を示す断面図、(b)は第2の変形例を示す断面図である。
図9(a)の第1の変形例に示すように、内部に水晶振動子70等のチップ部品(電子素子)を搭載した凹型のパッケージ(容器)72の額縁状封止面を金属やガラス、水晶等からなるリッド74で気密的に封止する際に、Au−In共晶合金76を形成することによって前記封止面を接合してもよい。
FIG. 9 is an explanatory view of a modification of the electronic component according to the present invention, in which (a) is a sectional view showing a first modification, and (b) is a sectional view showing a second modification.
As shown in the first modification of FIG. 9A, a frame-shaped sealing surface of a concave package (container) 72 in which a chip component (electronic element) such as a crystal resonator 70 is mounted is made of metal or glass. When sealing hermetically with a lid 74 made of quartz or the like, the sealing surface may be joined by forming an Au—In eutectic alloy 76.

また図9(b)の第2の変形例に示すように、複数のチップ部品77a,77b等を搭載した凹型のパッケージ72の額縁状封止面を金属やガラス、水晶等からなるリッド74で気密的に封止する際に、Au−In共晶合金76を形成することによって前記封止面を接合しても良いことは言うまでもない。   Further, as shown in the second modification of FIG. 9B, the frame-shaped sealing surface of the concave package 72 on which a plurality of chip parts 77a, 77b and the like are mounted is formed by a lid 74 made of metal, glass, crystal or the like. Needless to say, the sealing surface may be joined by forming the Au—In eutectic alloy 76 when sealing hermetically.

1………振動体基板、2………基板、3………Cr層、4………Au層、5………Sn層、10………圧電振動子、20………振動体基板、21………振動体、22………枠体、23………連結部、24………突出部、25………接続電極、26………励振電極、27………引き回し電極、30………第1基板、40………第2基板、42………貫通孔、44………外部電極、50………第1接合部、51………Cr層、52………Au層、53………Au層、54………Cr層、55………In層、60………第2接合部、70………水晶振動子、72………パッケージ、74………リッド、76………Au−In共晶合金、77………チップ部品、100………水晶振動子、120………振動子基板、121………枠部、130………ベース基板、140………リッド基板、150………共晶合金、160………枠付き圧電振動板、162………第1のケース、163………第2のケース、164………接合、165………接合、200………振動体基板ウェハ、300………第1基板ウェハ、400………第2基板ウェハ、500………マスク。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ......... Vibration body substrate, 2 ......... Board, 3 ......... Cr layer, 4 ......... Au layer, 5 ...... Sn layer, 10 ......... Piezoelectric vibrator, 20 ...... Vibration body substrate , 21... Vibrating body, 22... Frame, 23... Connecting part, 24... Projecting part, 25... Connection electrode, 26 ... Excitation electrode, 27. 30 ......... First substrate, 40 ......... Second substrate, 42 ......... Through hole, 44 ......... External electrode, 50 ...... First junction, 51 ......... Cr layer, 52 ......... Au layer, 53... Au layer, 54... Cr layer, 55... In layer, 60... ... Lid, 76 ......... Au-In eutectic alloy, 77 ......... Chip component, 100 ......... Quartz crystal, 120 ......... Vibrator substrate, 121 ...... Frame, 130 ... , ... Lid substrate, 150 ......... Eutectic alloy, 160 ......... Piezoelectric diaphragm with frame, 162 ......... First case, 163 ......... Second case, 164 ......... Bonding, 165... Bonding, 200... Vibrating substrate wafer, 300... First substrate wafer, 400 ... Second substrate wafer, 500.

Claims (8)

2以上の被接合部材を、互いの接合面に金属メタライズを施すと共に、当該接合面をロウ材を挟んで接合してなる電子部品であって、
前記ロウ材がInであり、
接合部が前記金属メタライズと前記Inとの拡散により形成された共晶合金であることを特徴とする電子部品。
An electronic component formed by joining two or more members to be joined together with metal metallization on each joint surface, and joining the joint surfaces with a brazing material interposed therebetween,
The brazing material is In;
An electronic component, wherein the joint is a eutectic alloy formed by diffusion of the metal metallization and the In.
2つの被接合部材からなり、一方が電子素子を収容する容器であり、他方が当該容器の開口部を封止するリッドであることを特徴とする請求項1に記載の電子部品。   2. The electronic component according to claim 1, wherein the electronic component comprises two members to be joined, one being a container for accommodating an electronic element and the other being a lid for sealing an opening of the container. 3つの被接合部材からなり、第1の被接合部材が電子素子層であり、第2及び第3の被接合部材が前記電子素子層の上下面を夫々保持する第1のケースと第2のケースであることを特徴とする請求項1に記載の電子部品。   The first case and the second case are composed of three members to be bonded, the first member to be bonded is an electronic element layer, and the second and third members to be bonded hold the upper and lower surfaces of the electronic element layer, respectively. The electronic component according to claim 1, wherein the electronic component is a case. 前記金属メタライズの少なくとも表面層がAuであることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の電子部品。   The electronic component according to any one of claims 1 to 3, wherein at least a surface layer of the metal metallization is Au. 前記共晶合金のInの含有比率が36.8以上53.8wt%以下であることを特徴とする請求項4に記載の電子部品。   5. The electronic component according to claim 4, wherein the eutectic alloy has an In content ratio of 36.8 to 53.8 wt%. 前記共晶合金を構成するAuとInの組成比率がAu:In=46.2:53.8(wt%)であることを特徴とする請求項4又は5に記載の電子部品。   6. The electronic component according to claim 4, wherein a composition ratio of Au and In constituting the eutectic alloy is Au: In = 46.2: 53.8 (wt%). 前記共晶合金がAu−Inであることを特徴とする請求項4乃至6の何れか1項に記載の電子部品。 The electronic component according to claim 4, wherein the eutectic alloy is Au—In 2 . 請求項1乃至7の何れか1項に記載の電子部品の製造方法であって、
対向する何れか1つの被接合部材の金属メタライズの表層にロウ材からなる層を形成する工程と、
被接合部材の互いの接合面を対向させて積層させる積層体を作る工程と、
前記ロウ材が溶融する温度で前記積層体を加熱加圧し、前記ロウ材を前記メタライズ層の中へ拡散させることによって、互いの接合面同士を接合する工程と、
を含むことを特徴とする電子部品の製造方法。
A method for manufacturing an electronic component according to any one of claims 1 to 7,
Forming a layer made of brazing material on the surface of the metal metallization of any one of the facing members to be joined;
A step of making a laminate in which the joining surfaces of the members to be joined are opposed to each other, and
Heating and pressurizing the laminate at a temperature at which the brazing material melts, and diffusing the brazing material into the metallized layer, thereby joining the joint surfaces to each other;
The manufacturing method of the electronic component characterized by including.
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