JP2012004150A - 基板、基板の製造方法及び電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】加工工数が削減されることにより、生産性が向上し、製造コストを低減することができる基板、この基板の製造方法及びこの基板を用いた電子デバイスの提供。
【解決手段】パッケージ１０の構成要素の１つである基板１１は、ガラスセラミックスを含んで絶縁性を有するベース部１４と、ベース部１４を厚み方向（一方の主面１５と他方の主面１６とを結ぶ方向）に貫通し、ベース部１４に支持されるリード端子１７と、を備え、リード端子１７は、少なくともベース部１４との接触面１９が、ＣｕまたはＡｇであることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板、この基板の製造方法及びこの基板を用いた電子デバイスに関する。

特許文献１には、少なくとも２本のリード端子が植設された絶縁性基板に、この基板の外周形状と略等しい内周の穴を有する金属枠をはめ込み、ろう接（ろう付け）により一枚板化した一体基板と、この一体基板の金属枠部分とを金属融接されるフランジ部を有し、かつ全体として凸形である蓋体とからなる表面実装用パッケージ（以下、パッケージという）が開示されている。

特開平３−１４０００７号公報

上記パッケージの一体基板の構成要素である絶縁性基板へのリード端子の植設に関しては、実施形態において、ろう付けや金属ペーストによる接合で行われていることから、ろう材のセットや金属ペーストの充填などの作業に相当程度の加工工数が必要となり、生産性が悪化し、製造コストの低減に対して大きな阻害要因となり得る。
これにより、上記パッケージを用いた、例えば、水晶振動子などの電子デバイスは、製造コストの更なる低減が、極めて困難な状況にあるといえる。

本発明は、上記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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる基板（リード端子が植設された上記絶縁性基板に相当）は、ガラスセラミックスを含んで絶縁性を有するベース部と、前記ベース部を厚み方向に貫通し、前記ベース部に支持されるリード端子と、を備え、前記リード端子は、少なくとも前記ベース部との接触面がＣｕまたはＡｇであることを特徴とする。

これによれば、基板は、ガラスセラミックスを含んで絶縁性を有するベース部と、ベース部を厚み方向に貫通し、ベース部に支持されるリード端子と、を備え、リード端子の少なくともベース部との接触面がＣｕまたはＡｇである。
このことから、基板は、リード端子がベース部に支持される際に、例えば、焼成によりベース部のガラスセラミックスの酸化物と、リード端子のＣｕまたはＡｇの酸化物とが、拡散結合することによって気密性が保持される。
これにより、基板は、リード端子のベース部への固定（植設）に際して、ろう付けや金属ペーストによる接合が不要なことから、従来と比較して、加工工数が削減され、生産性が向上し、製造コストを低減することができる。

［適用例２］上記適用例にかかる基板において、前記リード端子が、前記ベース部の前記ガラスセラミックスの内壁面を有する貫通孔に挿入された金属製の固体であることが好ましい。

これによれば、基板は、リード端子が、ベース部のガラスセラミックスの内壁面を有する貫通孔に挿入された金属製の固体であることから、ベース部のガラスセラミックスの酸化物と、リード端子のＣｕまたはＡｇの酸化物との拡散結合がより強固なものとなる。
この結果、基板は、ベース部とリード端子との気密性を更に向上させることができる。

［適用例３］上記適用例にかかる基板において、前記リード端子は、前記ベース部の一方の主面側の平面サイズが、他方の主面側の平面サイズより大きい段付き形状であることが好ましい。

これによれば、基板は、リード端子におけるベース部の一方の主面側の平面サイズが、他方の主面側の平面サイズより大きい段付き形状であることから、ベース部の一方の主面側を、例えば、外部部材に確実に実装することが可能となる。
加えて、基板は、リード端子が段付き形状であることから、段部をベース部の一方の主面に当接させることで、リード端子のベース部に対する厚み方向の位置決めを容易に行うことができる。

［適用例４］本適用例にかかる電子デバイスは、適用例１ないし適用例３のいずれか一例に記載の基板と、前記基板上に載置される電子部品と、を備え、前記電子部品の端子電極が、前記リード端子と導通するように、前記電子部品の端子電極と、前記リード端子とが固定されていることを特徴とする。

これによれば、電子デバイスは、適用例１ないし適用例３のいずれか一例に記載の基板を備えることから、製造コストを低減するなどの適用例１ないし適用例３のいずれか一例に記載の効果を奏することができる。

［適用例５］本適用例にかかる基板の製造方法は、ガラスセラミックスを含んで絶縁性を有し、かつ表裏主面間を貫通した貫通孔を備えたベース部を準備する工程と、表面がＣｕまたはＡｇである金属製の固体からなるリード端子を準備する工程と、前記貫通孔に前記リード端子を挿入して前記貫通孔内のガラスセラミックス面と前記リード端子の表面とを接触させて前記貫通孔を塞ぐ工程と、前記貫通孔に前記リード端子を挿入後、前記ベース部を焼成する工程と、を含むことを特徴とする。

これによれば、基板の製造方法は、貫通孔にリード端子を挿入して貫通孔内のガラスセラミックス面とリード端子の表面とを接触させて貫通孔を塞ぎ、その後ベース部を焼成することから、ベース部のガラスセラミックスの酸化物と、リード端子のＣｕまたはＡｇの酸化物とが拡散結合することによって、気密性が保持された状態でベース部とリード端子とを接合することができる。

本実施形態の電子デバイスの概略構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図。 基板の主要な製造工程を示すフローチャート。 （ａ）〜（ｃ）は、各製造工程を説明する模式断面図。 変形例１の電子デバイスの概略構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図。 変形例２の電子デバイスの概略構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図。 変形例３の電子デバイスの概略構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。

（実施形態）
図１は、本実施形態の電子デバイスの概略構成を示す模式図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。なお、図１（ａ）では、便宜的に蓋体を省略してある。

図１に示すように、電子デバイスとしての水晶振動子１は、パッケージ１０と、パッケージ１０内に収容される電子部品としての水晶振動片２０と、を備えている。
パッケージ１０は、基板１１と、蓋体１２と、基板１１と蓋体１２とを接合する接合材１３と、を備えている。

基板１１は、ガラスセラミックスを含んで絶縁性を有する矩形平板状のベース部１４と、ベース部１４を厚み方向（一方の主面１５と他方の主面１６とを結ぶ方向）に貫通し、ベース部１４に支持される２本のリード端子１７と、を備えている。
リード端子１７は、金属製の固体であり、少なくともベース部１４のガラスセラミックスの内壁面を有する貫通孔１８との接触面１９がＣｕまたはＡｇである。本実施形態では、リード端子１７にＣｕまたはＡｇのムク材を用いている。
なお、リード端子１７は、芯材に他の金属（Ｎｉ、Ｃｒなど）を用いて、表面にＣｕまたはＡｇの被膜を設ける構成としてもよい。

リード端子１７は、ベース部１４の一方の主面１５側の平面サイズが、他方の主面１６側の平面サイズより大きい段付きの円柱形状に形成されている。
リード端子１７は、ベース部１４の一方の主面１５側から貫通孔１８に挿入され、段部がベース部１４の一方の主面１５に当接することで、ベース部１４に対する厚み方向の位置決めが行われている。
リード端子１７の、ベース部１４の他方の主面１６側の先端部１７ａは、ベース部１４の他方の主面１６より突出するように形成されている。これにより、基板１１は、ベース部１４と後述する水晶振動片２０との間に隙間が設けられ、両者の干渉が回避されている。

基板１１は、ベース部１４の貫通孔１８にリード端子１７が挿入された状態で、ベース部１４が焼成されることにより、ベース部１４のガラスセラミックスの酸化物と、リード端子１７のＣｕまたはＡｇの酸化物とが拡散結合することによって、気密性が保持された状態でベース部１４とリード端子１７とが接合されている。

蓋体１２は、平面形状が矩形に形成され、パッケージ１０の内部空間を形成するための凹部１２ａを有している。なお、蓋体１２には、ベース部１４と同じガラスセラミックスなどのセラミックス系材料や、コバール（４２アロイ）、ＮＳ（洋白）などの金属材料、ガラスなどが用いられている。

水晶振動片２０は、水晶の原石などから所定の角度で切り出されたウエハー状の水晶基板を基材とし、外形形状がフォトリソグラフィ技術を用いたウエットエッチングなどによって矩形平板状に形成されている。
本実施形態では、水晶振動片２０は、厚みすべり振動をするＡＴカット水晶振動片である。
水晶振動片２０は、中央の振動部２１の両主面２８，２９に略矩形の励振電極２２，２３が形成され、振動部２１を挟んだ両端部２４，２５に励振電極２２，２３から引き出された端子電極２６，２７が、励振電極２２，２３に沿って帯状に形成されている。
端子電極２６，２７は、水晶振動片２０の側面に回り込むことによって水晶振動片２０の一方の主面２８側と他方の主面２９側とが繋がって形成されている。

励振電極２２，２３及び端子電極２６，２７は、Ｃｒを下地膜とし、その上にＡｕ膜が積層されて構成されている。なお、励振電極２２，２３及び端子電極２６，２７は、Ａｕ膜に代えてＡｌ膜、Ｃｕ膜などを用いてもよい。

水晶振動子１は、水晶振動片２０が、平面視において、端子電極２６，２７とリード端子１７とが重なるように基板１１上の所定の位置に載置されている。
そして、水晶振動子１は、水晶振動片２０の端子電極２６，２７が、リード端子１７と導通するように、水晶振動片２０の端子電極２６，２７とリード端子１７とが、金属フィラーなどの導電性物質が混合された、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系などの導電性接着剤３０を介して固定されている。
なお、端子電極２６，２７とリード端子１７との固定には、導電性接着剤３０に代えて、はんだ、バンプなどの接合材を用いてもよい。

水晶振動子１は、水晶振動片２０の基板１１上への載置後、蓋体１２が低融点ガラスや樹脂などからなる接合材１３を用いて基板１１に気密に接合される。
この際、パッケージ１０の内部は、真空状態（真空度の高い状態）または、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填された状態となっている。
水晶振動子１は、外部からの駆動信号が、リード端子１７から端子電極２６，２７を経由して励振電極２２，２３に印加されることにより、所定の周波数で発振（共振）する。

ここで、基板１１の製造方法について説明する。
図２は、基板の主要な製造工程を示すフローチャートであり、図３（ａ）〜図３（ｃ）は、各製造工程を説明する模式断面図である。

図２に示すように、基板１１の製造方法は、ベース部準備工程Ｓ１と、リード端子準備工程Ｓ２と、リード端子挿入工程Ｓ３と、ベース部焼成工程Ｓ４とを、含んでいる。

［ベース部準備工程Ｓ１］
まず、図３（ａ）に示すように、ガラスセラミックスを含んで絶縁性を有し、かつ表裏主面（一方の主面１５及び他方の主面１６）間を貫通した貫通孔１８を備えた、矩形平板状のベース部１４を準備する。

［リード端子準備工程Ｓ２］
ついで、表面（貫通孔１８との接触面１９（図１参照））が、ＣｕまたはＡｇである金属製の固体からなるリード端子１７（ここでは、ＣｕまたはＡｇのムク材を用いた段付きの円柱形状に形成されている（図１参照））を準備する。

［リード端子挿入工程Ｓ３］
ついで、図３（ｂ）に示すように、ベース部１４の貫通孔１８にリード端子１７を一方の主面１５側から挿入し、段部を一方の主面１５に当接させ、貫通孔１８内の内壁面であるガラスセラミックス面とリード端子１７の表面（接触面１９）とを接触させて、貫通孔１８を塞ぐ。

［ベース部焼成工程Ｓ４］
ついで、図３（ｃ）に示すように、ベース部１４の貫通孔１８にリード端子１７を挿入後、ベース部１４を加熱炉などの焼成装置４０を用いて焼成する。
この焼成により、基板１１は、ベース部１４のガラスセラミックスの酸化物と、リード端子１７のＣｕまたはＡｇの酸化物とが拡散結合することによって、気密性が保持された状態でベース部１４とリード端子１７とが接合される。

以上の工程などを経ることにより、図１に示すような、パッケージ１０の構成要素となる基板１１が得られる。

上述したように、本実施形態の水晶振動子１は、基板１１がガラスセラミックスを含んで絶縁性を有するベース部１４と、ベース部１４を厚み方向に貫通し、ベース部１４に支持されるリード端子１７と、を備え、リード端子１７は、少なくともベース部１４との接触面１９がＣｕまたはＡｇである。
このことから、基板１１は、リード端子１７がベース部１４に支持される際に、例えば、焼成によりベース部１４のガラスセラミックスの酸化物と、リード端子１７のＣｕまたはＡｇの酸化物とが、拡散結合することによって気密性が保持される。

これにより、基板１１は、リード端子１７のベース部１４への固定に際して、ろう付けや金属ペーストによる接合が不要なことから、従来の、リード端子が植設された絶縁性基板と比較して、加工工数が削減され、生産性が向上し、製造コストを低減することができる。
この結果、水晶振動子１は、パッケージ１０に従来の、リード端子が植設された絶縁性基板を用いた構成と比較して、加工工数が削減され、生産性が向上し、製造コストを低減することができる。

また、水晶振動子１は、基板１１のリード端子１７が、ベース部１４のガラスセラミックスの内壁面を有する貫通孔１８に挿入された金属製の固体としてのＣｕまたはＡｇのムク材を用いた段付きの円柱形状であることから、ベース部１４のガラスセラミックスの酸化物と、リード端子１７のＣｕまたはＡｇの酸化物との拡散結合がより強固なものとなる。
これにより、水晶振動子１は、基板１１の、ベース部１４とリード端子１７との気密性を更に向上させることができる。

また、水晶振動子１は、基板１１のリード端子１７におけるベース部１４の一方の主面１５側の平面サイズが、他方の主面１６側の平面サイズより大きい段付き形状であることから、ベース部１４の一方の主面１５側を、例えば、外部部材に確実に実装することが可能となる。
加えて、水晶振動子１は、基板１１のリード端子１７が段付き形状であることから、段部をベース部１４の一方の主面１５に当接させることで、リード端子１７のベース部１４に対する厚み方向の位置決めを容易に行うことができる。

また、基板１１の製造方法は、ベース部１４の貫通孔１８にリード端子１７を挿入して貫通孔１８内の内壁面であるガラスセラミックス面とリード端子１７の表面（接触面１９）とを接触させて貫通孔１８を塞ぎ、その後ベース部１４を焼成することから、ベース部１４のガラスセラミックスの酸化物と、リード端子１７のＣｕまたはＡｇの酸化物とが拡散結合することによって、気密性が保持された状態でベース部１４とリード端子１７とを接合することができる。

ここで、上記実施形態の変形例について説明する。
（変形例１）
図４は、変形例１の電子デバイスの概略構成を示す模式図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。なお、図４（ａ）では、便宜的に蓋体を省略してある。
なお、上記実施形態との共通部分については、同一符号を付して詳細な説明を省略し、上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図４に示すように、変形例１の電子デバイスとしての水晶振動子２は、パッケージ１０の基板１１のリード端子１１７が、段部（段差）のないストレートな円柱形状に形成されている。
また、リード端子１１７は、ベース部１４の貫通孔１８への挿入に関して両主面１５，１６のどちら側からでも挿入できる形状（紙面において上下の判別が不要な形状）となっている。

これにより、水晶振動子２は、上記実施形態と比較して、リード端子１１７の加工が容易となることから、製造コストをより低減することができる。
また、水晶振動子２は、上記実施形態と比較して、ベース部１４の貫通孔１８へのリード端子１１７の挿入方向、挿入姿勢（上下判別）に制約がないことから、組み込み工数（加工工数）を削減し、生産性を向上させることができる。

なお、図４において、リード端子１１７は、ベース部１４の一方の主面１５から突出した状態となっているが、一方の主面１５と面一（段差がない状態）となっていてもよい。
なお、上記構成は、以下の各変形例にも適用できる。

（変形例２）
図５は、変形例２の電子デバイスの概略構成を示す模式図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図である。なお、図５（ａ）では、便宜的に蓋体を省略してある。
なお、上記実施形態との共通部分については、同一符号を付して詳細な説明を省略し、上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図５に示すように、変形例２の電子デバイスとしての水晶振動子３は、基板２１１のベース部２１４が、パッケージ１０の内部空間を形成するための凹部２１４ａを有している。
一方、水晶振動子３は、蓋体２１２が平板状に形成されている。
これにより、水晶振動子３は、周囲の枠状部分によって基板２１１の強度が向上すると共に、水晶振動片２０載置後の基板２１１搬送時などに、上記実施形態と比較して、水晶振動片２０と外部部材との干渉を回避しやすい。
なお、上記構成は、他の各変形例にも適用できる。

（変形例３）
図６は、変形例３の電子デバイスの概略構成を示す模式図であり、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線での断面図である。なお、図６（ａ）では、便宜的に蓋体を省略してある。
なお、上記実施形態との共通部分については、同一符号を付して詳細な説明を省略し、上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図６に示すように、変形例３の電子デバイスとしての水晶振動子４は、基板３１１のベース部３１４の貫通孔１８が４つ設けられ、各貫通孔１８にリード端子１７が挿入されている。
これにより、水晶振動子４は、外部端子が４端子タイプの従来製品との互換性を有することができる。
なお、上記構成は、他の各変形例にも適用できる。

また、上記実施形態及び各変形例では、水晶振動片２０をＡＴカット水晶振動片としたが、これに限定するものではなく、音叉型水晶振動片、ＳＡＷ（弾性表面波）振動片などとしてもよい。

なお、上記実施形態及び各変形例では、電子部品を水晶振動片としたが、これに限定するものではなく、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体を用いた振動片、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体を被膜として備えたシリコン振動片などであってもよい。

また、上記実施形態及び各変形例では、電子デバイスを水晶振動子としたが、これに限定するものではなく、水晶振動片または他の上記各種振動片と、これらの振動片を発振させる発振回路素子（ＩＣ）とを備えた発振器としてもよい。
また、電子部品は、振動ジャイロなどの角速度感知素子、加速度感知素子、圧力感知素子、重量感知素子などの各種センサー素子類や、ＩＣ、抵抗、コンデンサーなどの各種回路素子類であってもよい。

１，２，３，４…電子デバイスとしての水晶振動子、１０…パッケージ、１１…基板、１２…蓋体、１２ａ…凹部、１３…接合材、１４…ベース部、１５…一方の主面、１６…他方の主面、１７…リード端子、１７ａ…先端部、１８…貫通孔、１９…接触面、２０…水晶振動片、２１…振動部、２２，２３…励振電極、２４，２５…端部、２６，２７…端子電極、２８…一方の主面、２９…他方の主面、３０…導電性接着剤、４０…焼成装置、１１７…リード端子、２１１…基板、２１２…蓋体、２１４…ベース部、２１４ａ…凹部、３１１…基板、３１４…ベース部。

Claims (5)

1. ガラスセラミックスを含んで絶縁性を有するベース部と、
   前記ベース部を厚み方向に貫通し、前記ベース部に支持されるリード端子と、を備え、
   前記リード端子は、少なくとも前記ベース部との接触面がＣｕまたはＡｇであることを特徴とする基板。
2. 請求項１に記載の基板において、前記リード端子が、前記ベース部の前記ガラスセラミックスの内壁面を有する貫通孔に挿入された金属製の固体であることを特徴とする基板。
3. 請求項１または請求項２に記載の基板において、前記リード端子は、前記ベース部の一方の主面側の平面サイズが、他方の主面側の平面サイズより大きい段付き形状であることを特徴とする基板。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の基板と、
   前記基板上に載置される電子部品と、を備え、
   前記電子部品の端子電極が、前記リード端子と導通するように、
   前記電子部品の端子電極と、前記リード端子とが固定されていることを特徴とする電子デバイス。
5. ガラスセラミックスを含んで絶縁性を有し、かつ表裏主面間を貫通した貫通孔を備えたベース部を準備する工程と、
   表面がＣｕまたはＡｇである金属性の固体からなるリード端子を準備する工程と、
   前記貫通孔に前記リード端子を挿入して前記貫通孔内のガラスセラミックス面と前記リード端子の表面とを接触させて前記貫通孔を塞ぐ工程と、
   前記貫通孔に前記リード端子を挿入後、前記ベース部を焼成する工程と、を含むことを特徴とする基板の製造方法。

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