JP2013211441A - パッケージ、パッケージの製造方法、電子デバイスおよび電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】パッケージは、ベース基板210と、ベース基板210の主面の周囲に配置されていて、複数の金属膜からなる接合層250と、接合層250を介してベース基板210に接合されている蓋部230とを有し、複数の金属膜は、その融点が蓋部230側からベース基板210側へ向けて順に高くなっていて、複数の金属膜のうちの最もベース基板210側の金属膜は、パラジウムを触媒として形成されている。
【選択図】図5
Description
このような圧電デバイスでは、パッケージの内部空間を気密的に封止するために、リッドをベース基板に気密的に接合しているが、この接合方法として、例えば、レーザー溶接が用いられている。このようなレーザー溶接による接合は、例えば、ベース基板上に接合層(メタライズ層)を形成し、この接合層にリッドを重ね、この状態にてリッド側からレーザーを照射して接合層を溶融し、これにより、接合層を介してリッドをベース基板に接合するものである(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、このようなレーザー溶接では、接合層の溶融によって、接合層がベース基板から剥離し、接合層とベース基板との間に隙間が生じてしまい、凹部内の気密性を確保することが困難であるという問題が生じる。
[適用例1]
本発明のパッケージは、ベース基板と、
前記ベース基板の主面の周囲に配置されていて、複数の金属膜からなる接合層と、
前記接合層を介して前記ベース基板に接合されている蓋部と、を有し、
前記複数の金属膜は、その融点が前記蓋部側から前記ベース基板側へ向けて順に高くなっていて、
前記複数の金属膜のうちの最も前記ベース基板側の金属膜は、パラジウムを触媒として形成されていることを特徴とする。
これにより、ベース基板からの接合層の剥離を抑制し、内部空間の気密性を保持することのできるパッケージが得られる。
本発明のパッケージでは、前記蓋部と前記接合層と間にろう材があり、
前記複数の金属膜のうちの最も前記蓋部側の金属膜は、前記ろう材の融点に対して−100℃以上+100℃以内の融点を有する材料を含むことが好ましい。
これにより、ろう材と最も蓋部側の金属膜とを、ほとんど同じ温度で溶融させることができるため、これらをより確実に接合することができる。
本発明のパッケージでは、前記最もベース基板側の金属膜は、前記ろう材よりも融点が高い材料を含むことが好ましい。
これにより、最もベース基板側の金属膜の溶融をより確実に防止でき、ベース基板からの接合層の剥離をより効果的に防止することができる。
本発明のパッケージでは、前記複数の金属膜は、残留応力が圧縮応力である金属膜と、残留応力が引張応力である金属膜とが交互に積層している層を含むことが好ましい。
これにより、接合層の残留応力を低減することができる。そのため、ベース基板からの接合層の剥離をより効果的に防止することができる。
[適用例5]
本発明のパッケージでは、隣り合う一対の前記金属膜のうちの応力が大きい金属膜は、他方の金属膜よりも厚さが小さいことが好ましい。
これにより、接合層の残留応力をより低減することができる。
本発明のパッケージの製造方法は、電子部品を収容するパッケージの製造方法であって、
ベース基板を用意する工程と、
前記ベース基板の主面にパラジウムを含む環状の触媒層を配置する工程と、
前記触媒層上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜上に、前記金属膜よりも融点の低い材料を含む他の金属膜を積層する工程と、
前記積層している金属層を介して前記ベース基板に蓋部を配置する工程と、
前記積層している金属層の一部を溶融させて、前記蓋部を前記ベース基板に接合する工程と、
を含むことを特徴とする。
これにより、ベース基板からの接合層の剥離を抑制し、内部空間の気密性を保持することのできるパッケージが得られる。
本発明の電子デバイスは、本発明のパッケージと、
前記パッケージに収容されている電子部品と、を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子デバイスが得られる。
[適用例8]
本発明の電子機器は、本発明の電子デバイスを有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態にかかる電子デバイスの平面図、図2は、図1に示す電子デバイスの断面図、図3は、図1に示す電子デバイスが有する振動素子の平面図、図4は、図1に示す電子デバイスが有するパッケージの部分拡大断面図、図5は、図4に示す接合層の具体例を示す断面図、図6、図7および図8は、図1に示す電子デバイスの製造方法を説明するための図である。なお、以下では、説明の都合上、図2、図4〜7中の上側を「上」、下側を「下」として説明する。
まず、本発明の電子デバイスについて説明する。
図1に示すように、電子デバイス100は、パッケージ(本発明のパッケージ)200と、パッケージ200内に収容された電子部品としての振動素子(圧電素子)300とを有している。
図3(a)は、振動素子300を上方から見た平面図であり、同図(b)は、振動素子300を上方から見た透過図(平面図)である。
図3(a)、(b)に示すように、振動素子300は、平面視形状が長方形(矩形)の板状をなす圧電基板310と、圧電基板310の表面に形成された一対の励振電極320、330とを有している。
このような構成の圧電基板310は、その長手方向が水晶の結晶軸であるX軸と一致する。
一方、励振電極330は、圧電基板310の下面に形成された電極部331と、圧電基板310の下面に形成されたボンディングパッド332と、電極部331およびボンディングパッド332を電気的に接続する配線333とを有している。
電極部321、331は、圧電基板310を介して対向して設けられ、互いにほぼ同じ形状をなしている。すなわち、圧電基板310の平面視にて、電極部321、331は、互いに重なるように位置し、輪郭が一致するように形成されている。また、ボンディングパッド322、332は、圧電基板310の下面の図3中右側の端部に離間して形成されている。
このような振動素子300は、一対の導電性接着剤291、292を介してパッケージ200に固定されている。
図1および図2に示すように、パッケージ200は、板状のベース基板210と、下側に開放する凹部を有するキャップ状のリッド(蓋部)230と、ベース基板210とリッド230との間に介在しこれらを接合する接合層250とを有している。このようなパッケージ200では、凹部の開口がベース基板210で塞がれることにより、前述の振動素子300を収納する収納空間Sが形成されている。
ベース基板210およびリッド230は、共に、平面視形状が略長方形(矩形)をなしている。
また、複数の金属膜2501〜250nのうち、最もリッド230側に位置する金属膜250nは、ろう材235の融点と同程度の融点を有しているのが好ましい。具体的には、金属膜250nの融点は、ろう材235の融点に対して−100℃以上+100℃以内の範囲であるのが好ましい。金属膜250nの融点は、このような範囲のうちでも、特に、ろう材235の融点よりも低いことが好ましい。これにより、金属膜250nとろう材235とを同等の温度で溶融させることができるため、リッド230とベース基板210とをより確実に接合することができる。また、金属膜250nの融点をろう材235の融点よりも低くすることにより、金属膜250nおよびろう材235がともに溶融する温度をなるべく低くすることができる。そのため、例えば、レーザーの出力等を抑えることができ、接合層250のベース基板210側の領域(特に、金属膜2501)の溶融をより効果的に防止することができる。
複数の金属膜2501〜250nのうち、最もベース基板210側に位置する金属膜2501は、ろう材235よりも融点が高い材料で構成されている。金属膜2501の融点とろう材235の融点の差としては、特に限定されないが、300℃以上程度であるのが好ましい。これにより、レーザー照射によって、ろう材235を溶融させるための熱を与えたときに、その熱によって、金属膜2501が溶融してしまうことを効果的に防止することができる。そのため、接合層250のベース基板210からの剥離をより確実に防止することができる。
また、隣り合う金属膜、例えば金属膜2501と金属膜2502や、金属膜250n−1と金属膜250nの融点の差としては、特に限定されないが、150℃以上、400℃以下程度であるのが好ましい。これにより、金属膜250nに対して金属膜2501の融点を十分に高くするとこができる。そのため、接合層250のベース基板210側の領域(特に、金属膜2501)の溶融をより確実に防止でき、接合層250のベース基板210からの剥離をより確実に防止することができる。
また、接合層250の厚さとしては、特に限定されないが、10μm以上、20μm以下程度であるのが好ましい。これにより、リッド230とベース基板210とをより確実に接合することができるとともに、接合層250が厚くなることに伴う残留応力の増加を防止することができる。
図5(a)に示す接合層250は、ベース基板210側から、第1金属膜251、第2金属膜252および第3金属膜253が積層してなる積層体で構成されている。
第1金属膜251は、パラジウム(Pd)で構成されており、その融点は、1400℃程度である。また、第2金属膜252は、銅(Cu)で構成されており、その融点は、1100℃程度である。また、第3金属膜253は、ニッケル−リン系合金で構成されており、その融点は、860℃程度である。なお、第3金属膜253を構成するニッケル−リン系合金中のニッケルの含有量は、88〜96wt%程度であり、リンの含有量は、4〜12wt%程度であるのが好ましい。また、ニッケルーリン系合金には、ニッケル、リンの他に、コバルト(Co)やタングステン(W)、モリブテン(Mo)のような他の金属材料を含有していてもよい。
また、第1金属膜251の残留応力は、引張応力である。また、第2金属膜252の残留応力は、圧縮応力である。また、第3金属膜253は、例えば、構成材料中のリン(P)の含有量によって、その残留応力が引張応力であるか圧縮応力であるかが異なり、リンの含有量が8〜10wt%程度である場合には残留応力が圧縮応力となり、Pの含有量が10〜12wt%程度である場合には残留応力が引張応力となる。
第1金属膜251Aは、ニッケル−ボロン系合金で構成されており、その融点は、1400℃程度である。また、第2金属膜252Aは、ニッケル−リン系合金で構成されており、その融点は、860℃程度である。なお、第1金属膜251Aを構成するニッケル−ボロン系合金中のニッケルの含有量は、90〜99.7wt%程度であり、リンの含有量は、0.3〜10wt%程度であるのが好ましい。また、ニッケル−ボロン系合金には、ニッケル、ボロンの他に、コバルト(Co)やタングステン(W)、モリブテン(Mo)のような他の金属材料を含有していてもよい。第2金属膜252Aを構成するニッケル−リン係合金については、前述の第3金属膜253と同様である。
また、第1金属膜251Aの残留応力は、材料中のボロン(B)の含有量によっても異なるが、ボロンの含有量が0.3〜3wt%程度の場合には引張応力となる。また、第2金属膜252Aの残留応力は、前述したように、リンの含有量によって引張応力である場合と、圧縮応力である場合とを選択することができる。
第1金属膜251Bは、銅(Cu)で構成されており、その融点は、1100℃程度である。また、第2金属膜252Bは、ニッケル−リン系合金で構成されており、その融点は、860℃程度である。また、第1金属膜251Bの厚さは、5μm以上、15μm以下程度であるのが好ましく、第2金属膜252Bの厚さは、2μm以上、10μm以下程度であるのが好ましい。
また、第1金属膜251Bの残留応力は、圧縮応力である。また、第2金属膜252Bの残留応力は、前述したように、Pの含有量によって引張応力を有する場合と、圧縮応力を有する場合とを選択することができる。
第1金属膜251Cは、銅(Cu)で構成されており、その融点は、1100℃程度である。また、第2金属膜252Cは、パラジウム−リン系合金で構成されており、その融点は、900℃程度である。なお、第2金属膜252Cを構成するパラジウムーリン系合金には、パラジウム、リンの他に、コバルト(Co)やタングステン(W)、モリブテン(Mo)のような他の金属材料を含有していてもよい。
また、第1金属膜251Cの残留応力は、圧縮応力であり、第2金属膜252Cの残留応力は、圧縮応力である。
次に、電子デバイス100の製造方法について説明する。電子デバイス100の製造方法は、ベース基板210を用意する工程と、ベース基板210の主面にパラジウムを含む環状の触媒層900を配置する工程と、触媒層900上に金属膜を形成する工程と、この金属膜上にそれよりも融点の低い材料を含む他の金属膜を積層する工程と、積層している金属層を介してベース基板210に蓋部230を配置する工程と、積層している金属層の一部を溶融させて、蓋部230をベース基板210に接合する工程と、を含んでいる。
まず、図6(a)に示すように、板状のベース基板210を用意する。ベース基板210は、セラミックスやガラスを有する原料粉末、有機溶剤およびバインダーの混合物をドクターブレード法等によってシート状に形成してセラミックグリーンシートを得、得られたセラミックグリーンシートを焼成し、その後、必要箇所に貫通孔(ビアを形成する箇所)に貫通孔を形成することにより得られる。この際、セラミックグリーンシートを複数枚積層したものを焼成してもよい。
このような触媒液400としては、分子中にめっき触媒としてのパラジウムを担持可能な官能基であるアミノ基を有するシランカップリング剤、例えば、アルキル基上にN置換基(アミノ基)を有するアルキルトリアルコキシシラン類(いわゆるアミノ系シランカップリング剤)を用いることができる。また、触媒液400中のパラジウムの含有率としては、特に限定されないが、例えば、1.0wt%以上、3.0wt%以下程度であるのが好ましい。
なお、第1金属膜251の堆積成長における初期反応は、堆積材料とパラジウムとの置換反応であるため、触媒層900の厚みによっては、第1金属膜251の形成により触媒層900が実質的に消滅する場合がある。以下では、触媒層900が実質的に消滅したものとする。
なお、説明の便宜上、図6(e)では、めっき皮膜520がめっき皮膜510の上面を覆うように図示しているが、無電解めっき処理によりめっき皮膜520を形成したした場合には、めっき皮膜520は、めっき皮膜510の上面のみならず側面も(すなわち、外部に臨む表面全域を)覆うように形成される。そのため、例えば、めっき皮膜510の酸化等を効果的に抑制することができる。このことは、後に説明するめっき皮膜530および酸化防止膜800についても同様である。
ここで、めっき皮膜530のうち接合層250に対応する領域に形成されている部分は、第3金属膜253となる。これにより、第1〜第3金属膜251〜253からなる接合層250、接続電極271、272が得られる。
次に、図8(b)に示すように、リッド230の上方からフランジ233にレーザーを照射し、照射した部分を局所的に加熱する。これにより、レーザーが照射された部分のろう材235と、接合層250のリッド側の領域(言い換えれば、少なくとも第3金属膜253)を溶融させ、ろう材235と接合層250とを接合する。なお、この際、酸化防止膜800は、ろう材235や第3金属膜253へ拡散し、実質的に消滅する。このようなレーザー照射をフランジ233の全周にわたって行うことにより、フランジの全周にわたってろう材235と接合層250とを接合し、リッド230とベース基板210とを気密的に封止する。
以上によって、電子デバイス100が製造される。
また、接続電極271、272を、上述のように、3層のめっき皮膜510〜530で構成することにより、ビアを形成するための貫通孔(スルーホール)をより確実に気密封止することができる。そのため、収納空間S内の気密性をより確実に確保することができる。
次に、本発明の電子デバイスの第2実施形態について説明する。
図9は、本発明の第2実施形態にかかる電子デバイスの断面図である。
以下、第2実施形態の電子デバイスについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第2実施形態の電子デバイスは、パッケージの構成が異なる以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
このようなパッケージ200Aでは、凹部211A内に振動素子300が収納されている。
このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
次いで、本発明の電子デバイスを適用した電子機器(本発明の電子機器)について、図10〜図12に基づき、詳細に説明する。
図10は、本発明の電子デバイスを備える電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部2000を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する電子デバイス100が内蔵されている。
Claims (8)
- ベース基板と、
前記ベース基板の主面の周囲に配置されていて、複数の金属膜からなる接合層と、
前記接合層を介して前記ベース基板に接合されている蓋部と、を有し、
前記複数の金属膜は、その融点が前記蓋部側から前記ベース基板側へ向けて順に高くなっていて、
前記複数の金属膜のうちの最も前記ベース基板側の金属膜は、パラジウムを触媒として形成されていることを特徴とするパッケージ。 - 前記蓋部と前記接合層と間にろう材があり、
前記複数の金属膜のうちの最も前記蓋部側の金属膜は、前記ろう材の融点に対して−100℃以上+100℃以内の融点を有する材料を含む請求項1に記載のパッケージ。 - 前記最もベース基板側の金属膜は、前記ろう材よりも融点が高い材料を含む請求項2に記載のパッケージ。
- 前記複数の金属膜は、残留応力が圧縮応力である金属膜と、残留応力が引張応力である金属膜とが交互に積層している層を含む請求項1ないし3のいずれか一項に記載のパッケージ。
- 隣り合う一対の前記金属膜のうちの応力が大きい金属膜は、他方の金属膜よりも厚さが小さい請求項4に記載のパッケージ。
- 電子部品を収容するパッケージの製造方法であって、
ベース基板を用意する工程と、
前記ベース基板の主面にパラジウムを含む環状の触媒層を配置する工程と、
前記触媒層上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜上に、前記金属膜よりも融点の低い材料を含む他の金属膜を積層する工程と、
前記積層している金属層を介して前記ベース基板に蓋部を配置する工程と、
前記積層している金属層の一部を溶融させて、前記蓋部を前記ベース基板に接合する工程と、
を含むことを特徴とするパッケージの製造方法。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載のパッケージと、
前記パッケージに収容されている電子部品と、を有することを特徴とする電子デバイス。 - 請求項7に記載の電子デバイスを有することを特徴とする電子機器。
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