JP2013197634A - 電子部品及び発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板に実装後に回路基板の変形や落下衝撃等の応力に耐え得る電子部品１を提供する。
【解決手段】本発明の電子部品１は、ベース部材２の第一面Ｐ１から第二面Ｐ２にかけて貫通する貫通電極５が形成され、第一面Ｐ１に電子素子４が実装され、第二面Ｐ２に貫通電極５に導通する導電層７と、導電層７が設置される領域に設置される応力緩和層９と、応力緩和層９に設置され、応力緩和層９に形成される開口部１０を介して導電層７に電気的に接続する外部電極１１とを備える。導電層７と応力緩和層９が重なる積層領域ＳＲに、導電層７に形成される開口を介して応力緩和層９と第二面Ｐ２とが接触する接触領域ＣＲを形成する。これにより、応力緩和層９と導電層７との間の密着性を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベース部材に電子素子を実装した電子部品及びこれを使用した発振器に関する。

近年、水晶振動片や半導体チップをベース部材に実装し、ベース部材の実装面とは反対側に外部回路と接続用の外部電極を形成した電子部品が実用されている。この種の電子部品は、例えば回路基板にベース部材を平面実装することができるので、低背化して高密度に実装することができる。

この種の電子部品として、特許文献１には、ガラスやシリコンからなるパッケージ部材と蓋とを陽極接合し、パッケージ部材と蓋との間に水晶振動片を気密封止した電子部品が記載されている。水晶振動片に駆動信号を伝達するための配線電極は、パッケージ部材の封止領域から封止領域の外側に引き出され、更に封止領域の外側に形成したスルーホールの内面に電極を設置し、このスルーホールの電極を介してパッケージ部材の裏面側に引き出される。スルーホールは蓋により塞がれているので、パッケージ内雰囲気が安定し、信頼性が向上することが記載されている。

図４は、特許文献２（特許文献２の図２）に記載される電子部品１００の断面模式図である。電子部品１００は、ガラスから成るベース１０２と蓋１０５の間に空洞部１０９が構成され、この空洞部１０９に水晶振動片１０６が真空封止される。水晶振動片１０６は、蓋１０５側のベース１０２の上面に形成される内部配線１１１の上の支持部１０７により片持ち状に支持される。ベース１０２の水晶振動片１０６が設置される側とは反対側の底面には外部電極１１７、１１８が形成される。ベース１０２の上面に形成される内部配線１１１、１１２とベース１０２の底面に形成される外部電極１１７、１１８とは、貫通電極１１３、１１４及び貫通電極１１３、１１４の端面に形成される接続層１１５、１１６を介してそれぞれ電気的に接続される。内部配線１１１、１１２は水晶振動片１０６に形成される図示しない励振電極に支持部１０７を介して電気的に接続される。

ここで、ベース１０２の底面には応力緩和層１０３が形成される。応力緩和層１０３には貫通電極１１３、１１４に対応する位置に開口部１１９、１２０が形成される。応力緩和層１０３のベース１０２とは反対側の下面には外部電極１１７、１１８が形成され、外部電極１１７、１１８は開口部１１９、１２０に露出する接続層１１５、１１６を介して貫通電極１１３、１１４に電気的に接続される。応力緩和層１０３は、電子部品１００を回路基板等に平面実装したときに、回路基板に加わる応力により電子部品１００が変形し、或いは破壊されるのを防止するために設けられている。例えば、ベース１０２をガラスにより形成し、応力緩和層１０３を形成しないで電子部品１００をプリント基板に平面実装すると、プリント基板の撓みによりガラスにクラックが入り、損傷することがある。これに対して、ベース１０２と外部電極１１７、１１８との間に応力緩和層１０３を挿入すれば、プリント基板から加わる応力が応力緩和層１０３により緩和され、電子部品１００の損傷を防止することができる。

特許３６２１４３５号公報 特開２００９−１９４０９１号公報

特許文献２に記載される電子部品１００では、貫通電極１１３、１１４の位置に開口部１１９、１２０が形成され、貫通電極１１３、１１４の直径と開口部１１９、１２０の直径がほぼ同じ大きさである。貫通電極１１３、１１４は、ガラス銀ペーストを熱処理により固化する、また金属棒を埋め込む、或いは金属メッキ処理を行う等により形成される。貫通電極１１３、１１４の直径は０．１ｍｍ〜０．２ｍｍである。一方、応力緩和層１０３は、印刷法によりポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等が２０μｍ〜５０μｍの厚さで形成される。印刷の際には開口部１１９、１２０が形成される。あるいは、ポリイミド樹脂等の樹脂層が形成され、その上に感光性樹脂が塗布されて、フォトリソグラフィ法及びエッチング法により開口部１１９、１２０が形成される。接続層１１５、１１６は金属膜から成り、スパッタリング法、蒸着法或いはメッキ法により貫通電極１１３、１１４の端面に形成され、外部電極１１７、１１８との間の密着性や導電性を向上させるために設けられている。

しなしながら、応力緩和層１０３の開口部１１９、１２０を貫通電極１１３、１１４の位置にほぼ同じ大きさの直径で形成することが難しい。特に、開口部１１９、１２０をフォトリソグラフィ及びエッチング法に比べて製造工数の少ない印刷法で形成する場合は、貫通電極１１３、１１４に対して位置ずれが発生する、或いは開口部１１９、１２０の直径が縮小し、貫通電極１１３、１１４と外部電極１１７、１１８との間が導通不良となることがある。

また、この導通不良を解消するために接続層１１５、１１６の外形を貫通電極１１３、１１４の端面の外形よりも大きく形成することが考えられる。しかし、応力緩和層１０３と接続層１１５、１１６との間の密着性が低いことから、電子部品１００を回路基板等に平面実装すると、回路基板の変形、落下衝撃、振動等により応力緩和層１０３が接続層１１５、１１６の面から剥がれる、などの課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、回路基板に実装後の回路基板の変形や落下衝撃等の応力に耐え得る電子部品を提供することを目的とする。

本発明の電子部品は、第一面と前記第一面の反対側に第二面を有するベース部材と、前記第一面に設置される電子素子とを備え、前記ベース部材は、前記第一面から前記第二面にかけて貫通する貫通電極と、前記第一面に設置され、前記電子素子と前記貫通電極とを電気的に接続する内部電極と、前記第二面に設置され、前記貫通電極に電気的に接続する導電層と、前記導電層が設置される領域に設置される応力緩和層と、前記応力緩和層に設置され、前記応力緩和層に形成される開口部を介して前記導電層と電気的に接続する外部電極と、を備え、前記導電層が設置される領域と前記応力緩和層とが重なる積層領域において、前記導電層が開口し前記応力緩和層と前記第二面とが接触する接触領域を有することとした。

また、前記接触領域は、前記積層領域の単位面積当たり２０％〜８０％の割合を有することとした。

また、前記導電層は、平面視で網目又は櫛歯又は格子の形状を有することとした。

また、前記貫通電極の前記第二面における端面の位置は前記開口部が形成される位置とほぼ一致することとした。

また、前記ベース部材は平面視で略長方形を有し、前記導電層は前記略長方形の対向する２つの短辺の近傍であり短辺に沿って設置されることとした。

また、前記第一面に接合される蓋部材を備え、前記ベース部材と前記蓋部材により構成されるキャビティに前記電子素子が密封されることとした。

また、前記電子素子は水晶振動片であることとした。

本発明の発振器は、上記いずれかに記載の電子部品と、前記電子部品から供給される信号を処理する集積回路と、を備えることとした。

本発明の電子部品は、第一面と第一面の反対側に第二面を有するベース部材と、第一面に設置される電子素子とを備える。ベース部材は、第一面から第二面にかけて貫通する貫通電極と、第一面に設置され、電子素子と貫通電極とを電気的に接続する内部電極と、第二面に設置され、貫通電極に電気的に接続する導電層と、導電層が設置される領域に設置される応力緩和層と、応力緩和層に設置され、応力緩和層に形成される開口部を介して導電層と電気的に接続する外部電極と、を備える。導電層が設置される領域と応力緩和層とが重なる積層領域において、導電層が開口し応力緩和層と第二面とが接触する接触領域を有する。これにより、導電層と応力緩和層との間の密着力が向上し、回路基板等への実装後に印加される応力に耐えられる電子部品を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る電子部品の断面模式図である。 本発明の第一実施形態に係る電子部品のベース部材の第二面に形成する導電層のパターンを説明するための図である。 本発明の第二実施形態に係る発振器の上面模式図である。 従来公知の電子部品の断面模式図である。

（基本構成）
本発明に係る電子部品は、第一面と第一面の反対側に第二面を有するベース部材と、第一面に設置される電子素子とを備える。ベース部材は、第一面から第二面にかけて貫通する貫通電極と、第一面に設置され、電子素子と貫通電極とを電気的に接続する内部電極と、第二面に設置され、貫通電極に電気的に接続する導電層と、この導電層が設置される領域の上に設置される応力緩和層と、この応力緩和層の上に設置される外部電極とを備える。応力緩和層には開口部が形成され、この開口部を介して導電層と外部電極とが電気的に接続される。

更に、ベース部材の第二面において、導電層が設置される領域と応力緩和層とが重なる積層領域において、導電層は開口し、この開口を介して応力緩和層とベース部材の第二面とが接触する接触領域を有する。この接触領域を形成したことにより、導電層と応力緩和層との間の弱い密着力を第二面と応力緩和層との間の強い密着力により補強し、電子部品を回路基板等へ実装した後に印加される応力に耐えられるようにする。

導電層が設置される領域と応力緩和層との間の密着力が向上したことにより、導電層が設置される領域と応力緩和層とが積層する積層領域を広く形成することができる。応力緩和層に形成する開口部を第二面に露出する貫通電極の端面に正確に位置合わせする必要が無くなり、開口部の位置や大きさの形成精度が大幅に緩和される。そのため、応力緩和層を印刷法等により容易に形成することができる。

なお、ベース部材としてソーダ石灰ガラス、硼珪酸ガラス、無アルカリガラス、強化ガラス等を使用することができる。ベース部材の大きさは限定されないが、例えば、厚さが０．０５ｍｍ〜２ｍｍ、一辺が０．５ｍｍ〜５ｍｍの長方形である。ベース部材に埋め込まれる貫通電極は直径が０．１ｍｍ〜０．２ｍｍである。なお、ベース部材の外形は長方形に限定されず、他の多角形や円形であってもよい。

貫通電極は、鉄−ニッケル合金、コバール合金、鉄−ニッケル−クロム合金、ジュメット線等の金属棒を埋め込み低融点ガラスにより封止する構造とすることができる。また、ベース部材に形成した貫通孔に金や銀等の金属粒子を含む導電性ペーストを充填し焼成して固化する、或いはメッキ法により貫通孔の側面に金属を堆積し、その後、導電ペーストを充填して固化して貫通電極を形成することができる。

導電層は、チタン、クロム、タングステン等の下地層に、金、銀、銅、アルミニウム、白金等を積層した多層構造の金属電極とすることができる。また、上記金属の単層構造の金属電極としてもよい。スパッタリング法や蒸着法により形成することができる。また、メッキ法により銅、金、ニッケル、錫等の単層又は多層に形成することができる。なお、貫通電極の材質に応じて接触抵抗の小さい材料を選定する。また、導電層を金や銀等の金属粒子を含む導電ペーストを塗布し固化して形成してもよい。

応力緩和層は、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリアリルエーテル樹脂、シアネート樹脂あるいはそれらを変性した樹脂を主成分とし必要に応じて無機物等のフィラーを添加したものを使用することができる。応力緩和層の厚さは１０μｍ〜６０μｍ、好ましくは２０μｍ〜５０μｍとする。応力緩和層は、絶縁性であっても導電性であってもよい。導電性の応力緩和層としては、上記樹脂に導電フィラーを混入したものを使用することができる。導電フィラーとして、金、銀、銅、ニッケル、これら金属の合金からなるフィラーを使用することができる。
絶縁性樹脂は、導電性樹脂と比べて弾性係数が低く柔らかく、ベース部材であるガラス材料との密着性が良好であるため、応力緩和としての機能のみならず、強度・信頼性においても望ましい材料である。

外部電極は、電解メッキ法や無電解メッキ法によりニッケル−リン系、ニッケル−ボロン系の材料を堆積して形成することができる。その他、スパッタリング法、蒸着法、印刷法等により金属膜、例えば、チタン、ニッケル、クロム、アルミニウム、銅、金、銀、白金、錫等を単独又は合金で、単層又は多層に形成することができる。また、導電ペーストを用いることもできる。また、例えば、エポキシ樹脂にＡｇ粒子を含有した導電性樹脂を、スクリーン印刷を用いて形成しても良い。外部電極は０．１μｍ〜１００μｍの厚さに形成する。以下、実施形態に基づいて具体的に説明する。

（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る電子部品１の断面模式図である。図１（ａ）は電子部品１の断面模式図であり、図１（ｂ）及び（ｃ）は、導電層７の形成領域を拡大した断面模式図である。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、電子部品１は、ベース部材２と、ベース部材２の第一面Ｐ１に片持ち状に支持される水晶振動片からなる電子素子４と、内側に凹部を有し、この凹部により構成されるキャビティ１２に電子素子４を収納してベース部材２の第一面Ｐ１に接合される蓋部材３と、を備える。ベース部材２は、第一面Ｐ１から第二面Ｐ２にかけて貫通する２つの貫通電極５と、第一面Ｐ１及び貫通電極５の端面に設置され、貫通電極５に電気的に接続する内部電極６と、内部電極６の上に設置され、電子素子４を支持する支持部８とを備える。ベース部材２は、第二面Ｐ２に、貫通電極５に電気的に接続する導電層７と、第二面Ｐ２及び導電層７が設置される領域に設置される応力緩和層９と、応力緩和層９に設置され、応力緩和層９に形成される開口部１０を介して導電層７と電気的に接続する外部電極１１とを備える。

これにより、二つの外部電極１１は、導電層７、貫通電極５、内部電極６、図示しない配線電極及び支持部８を介して電子素子４と導通する。水晶振動片（電子素子４）はその上面及び下面に図示しない励振電極を備え、この励振電極が外部電極１１と導通する。

図１（ｂ）に示すように、導電層７は貫通電極５の第二面Ｐ２側の端面をカバーし、その周辺部の第二面Ｐ２に設置される。応力緩和層９はベース部材２の第二面Ｐ２及び導電層７が設置される領域に設置される。ここで、導電層７には多数の開口が形成され、この開口を介して応力緩和層９と第二面Ｐ２が接触し、接触領域ＣＲを形成する。なお、導電層７の多数の開口は、スパッタリング法や蒸着法により金属材料を堆積する際に第二面Ｐ２の表面に金属材料の堆積を遮るマスクを設置して容易に形成することができる。

このように、導電層７に多数の開口を形成し、この開口を介して第二面Ｐ２と応力緩和層９とを接触させることにより、導電層７と応力緩和層９との間の弱い密着力を第二面Ｐ２と応力緩和層９との間の強い密着力により補強し、電子部品１を回路基板等へ実装した後に印加される応力に耐えられるようにする。

図１（ｃ）は、貫通電極５の位置に対して応力緩和層９の開口部１０が位置ずれするとともに、開口部１０の直径が貫通電極５の端面の直径よりも縮径した場合を表す。このように、開口部１０が位置ずれし、かつ縮径する場合でも、外部電極１１と導電層７との間及び導電層７と貫通電極５の間は電気的に接続するので貫通電極５と外部電極１１との間の抵抗が大きく増加することが無い。その結果、応力緩和層９を高精度にパターニングする必要が無いので、応力緩和層９を印刷法等により容易に形成することができる。

ここで、ベース部材２及び蓋部材３はソーダ石灰ガラスを使用し、厚さが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであり、外形が０．６５ｍｍ×１．３ｍｍの長方形である。ベース部材２と蓋部材３とは陽極接合により接合する。貫通電極５は、予めベース部材２に形成した貫通孔に金属棒を埋め込みその周囲を低誘電ガラスにより封止して形成する。内部電極６はスパッタリング法や蒸着法により金属膜を堆積して形成する。支持部８は金属バンプ、例えば金バンプにより形成する。導電層７はスパッタリング法によりＡｕ／Ｃｒ層を形成する。応力緩和層９は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアリルエーテル樹脂、シアネート樹脂或いはそれらの変性樹脂のいずれかを使用する。なお、これらの材料は基本構成において説明した他の材料を使用することができる。外部電極１１は導電性樹脂で形成されている。その表面には、めっき等により表面電極１３を形成することが好ましい。外部電極１１のみで電子部品１を回路基板等へ実装する場合に比べて、例えばＡｕ／Ｎｉ又はＳｎ／Ｃｕよりなる表面電極１３を形成すれば半田付け性が良く、実装材料の選択の幅が広がり、扱いも容易となる。

ベース部材２としてソーダ石灰ガラスを使用し、樹脂膜から成る応力緩和層９をベース部材２の表面に形成したときのせん断応力に対する破壊強度（以下、せん断破壊強度という。）を１として、スパッタリング法により形成した金の表面に応力緩和層９を形成したときのせん断破壊強度は０．４３である。同様に、メッキ法により形成した金の表面に応力緩和層９を形成したときのせん断破壊強度は０．４６、メッキ法により形成した銀の表面に応力緩和層９を形成したときのせん断破壊強度は０．７５である。つまり、ソーダ石灰ガラスの表面の方が金属膜の表面よりも応力緩和層９のせん断応力に対する強度が大きい。

そこで、ベース部材２の第二面Ｐ２に設置される導電層７が設置される領域とその上に設置される応力緩和層９とが重なる積層領域ＳＲにおいて、導電層７が開口し応力緩和層９とベース部材２の第二面Ｐ２とが接触する接触領域ＣＲは、積層領域ＳＲの単位面積当たり２０％〜８０％の割合とする。２０％以下では応力緩和層９に対するせん断破壊強度が不十分となり、８０％以上では貫通電極５と導電層７との間の接合面積及び導電層７と外部電極１１との間の接合面積が減少し、接合抵抗が増大して信号の伝達が阻害される。

なお、上記実施形態では応力緩和層９を第二面Ｐ２に開口部１０を除いて全面に設置したが、本発明はこれに限定されず、第二面Ｐ２の一部に形成してもよい。例えば第二面Ｐ２の中央部から応力緩和層９を除去し、水晶振動片の振動特性を調整するレーザートリミング用の窓を形成することができる。また、導電層７として比抵抗の小さい材料を使用すれば、応力緩和層９に形成する開口部１０の位置を貫通電極５の位置に合わせる必要は無くなる。また、電子素子４として水晶振動片に限らず他の半導体素子を使用することができる。

図２はベース部材２の第二面Ｐ２に形成する導電層７のパターンを説明するための図である。図２（ａ）はベース部材２の第二面Ｐ２に導電層７を形成した状態を表す模式図であり、図２（ｂ）〜（ｄ）はベース部材２を第二面Ｐ２側から見る平面図である。図２（ａ）に示すように、ベース部材２は第二面Ｐ２側から見る平面視で長方形を有し、長方形の対角の位置に貫通電極５の端面が露出し、導電層７は長方形の対向する２つの短辺の近傍であり短辺に沿って、かつ貫通電極５の端面を覆うように設置される。

図２（ｂ）に示すように、２つの導電層７を網目パターンとする。網目パターンの導電層７は貫通電極５の端面を覆うように形成され、貫通電極５と電気的に接続される。応力緩和層はこの導電層７が形成される第二面Ｐ２に形成され、開口部は貫通電極５の端面に重なるように形成してもよいし、貫通電極５とは異なる位置に形成してもよい。なお、導電層７の網目パターンにおいても、導電層７が設置される領域の応力緩和層９が重なる積層領域ＳＲにおいて、導電層７が開口し応力緩和層と第二面Ｐ２とが接触する接触領域ＣＲは、積層領域ＳＲの単位面積当たり２０％〜８０％の割合を有する。これにより、応力緩和層９に設置される外部電極と貫通電極５との間の電気的接続を確保し、かつ、高いせん断破壊強度を実現することができる。

また、図２（ｃ）に示すように、２つの導電層７を櫛歯パターンとする。櫛歯の部分が導電層７であり、櫛歯と櫛歯の間の領域が応力緩和層と第二面Ｐ２が接触する接触領域ＣＲである。また、図２（ｄ）に示すように、２つの導電層７を格子パターンとする。格子の部分が導電層７であり、格子の間隙が接触領域ＣＲである。これらの場合も、接触領域ＣＲは積層領域ＳＲの単位面積当たり２０％〜８０％の割合を有するものとする。

なお、導電層７は長方形の対向する２つの短辺の近傍であり短辺に沿って形成することに代えて、貫通電極５の端面を覆う円形や楕円形であってもよいし、その他の形状とすることができる。以上の通り、導電層７と応力緩和層の積層領域ＳＲに接触領域ＣＲを形成したことにより、導電層７と応力緩和層との間の弱い密着力を第二面Ｐ２と応力緩和層との間の強い密着力により補強し、電子部品１を回路基板等へ実装した後に印加される応力に耐えられるようにする。

（第二実施形態）
図３は、本発明の第二実施形態に係る発振器１５の上面模式図である。本第二実施形態は上記第一実施形態の水晶振動片を密封した電子部品１を組み込んで発振器１５を構成する。図３に示すように、発振器１５は、基板１８と、この基板１８上に平面実装される電子部品１と、集積回路１６及び他の電子部品１７とを備えている。電子部品１は、外部端子に与えられる駆動信号に基づいて一定周波数の信号を生成し、集積回路１６及び他の電子部品１７は、電子部品１から供給される一定周波数の信号を処理して、クロック信号等の基準信号を生成する。本発明による発振器１５は、衝撃に強い高信頼性を有し、かつ小型に形成することができるので、発振器の全体を一層コンパクトに構成することができる。

１ 電子部品
２ ベース部材
３ 蓋部材
４ 電子素子
５ 貫通電極
６ 内部電極
７ 導電層
８ 支持部
９ 応力緩和層
１０ 開口部
１１ 外部電極
１２ キャビティ
１３ 表面電極
１５ 発振器
１６ 集積回路
１７ 電子部品
１８ 基板
Ｐ１ 第一面、Ｐ２ 第二面
ＳＲ 積層領域、ＣＲ 接触領域

Claims (8)

1. 第一面と前記第一面の反対側に第二面を有するベース部材と、前記第一面に設置される電子素子とを備え、
   前記ベース部材は、前記第一面から前記第二面にかけて貫通する貫通電極と、前記第一面に設置され、前記電子素子と前記貫通電極とを電気的に接続する内部電極と、前記第二面に設置され、前記貫通電極に電気的に接続する導電層と、前記導電層が設置される領域に設置される応力緩和層と、前記応力緩和層に設置され、前記応力緩和層に形成される開口部を介して前記導電層と電気的に接続する外部電極と、を備え、
   前記導電層が設置される領域と前記応力緩和層とが重なる積層領域において、前記導電層が開口し前記応力緩和層と前記第二面とが接触する接触領域を有する電子部品。
2. 前記接触領域は、前記積層領域の単位面積当たり２０％〜８０％の割合を有する請求項１に記載の電子部品。
3. 前記導電層は、平面視で網目又は櫛歯又は格子の形状を有する請求項１又は２に記載の電子部品。
4. 前記貫通電極の前記第二面における端面の位置は前記開口部が形成される位置とほぼ一致する請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子部品。
5. 前記ベース部材は平面視で略長方形を有し、前記導電層は前記略長方形の対向する２つの短辺の近傍であり短辺に沿って設置される請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子部品。
6. 前記第一面に接合される蓋部材を備え、
   前記ベース部材と前記蓋部材により構成されるキャビティに前記電子素子が密封される請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子部品。
7. 前記電子素子は水晶振動片である請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子部品。
8. 請求項１に記載の電子部品と、
   前記電子部品から供給される信号を処理する集積回路と、を備える発振器。

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