JP2014060313A - 電子デバイス用容器の製造方法、電子デバイスの製造方法、電子機器及び移動体機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器用小型容器の気密不良率を改善する手段を得る。
【解決手段】電子デバイス用容器の製造方法は、ベース基板１ａと、蓋体１６とを備えた電子デバイス用容器の製造方法であって、ロウ材層を形成した蓋体１６を準備する工程と、絶縁基板にメッキ法によりメタライズ層１２を形成する工程と、メタライズ層１２と前記ロウ材層とが整合するように蓋体１６を配置する工程と、蓋体１６にホーンを当接してメタライズ層１２と前記ロウ材層とを接合する工程と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁基板の封止部（メタライズ層）の改良を図った電子デバイス用容器の製造方法と、それを用いた電子デバイスの製造方法、電子機器、及び移動体機器に関するものである。

電子部品を容器内に気密封止する構造としては、一面が開口したセラミック等から成る容器本体内に電子部品を配置し、導電性部材を用いて電子部品と容器本体側配線との電気的導通を図った後、容器本体の開口周縁部に形成した封止部（メタライズ層）と、金属製の蓋体とを、シーム溶接（抵抗溶接）、レーザー光、電子ビーム、超音波等を用いて溶接し、接合する手法等が一般的に用いられている。
特許文献１には、超音波封止装置を用いた電子部品の封止方法が開示されている。
電子部品の封止方法一例として、圧電振動素子の封止例が例示されている。容器は、圧電振動子を収納するための空間部が形成された箱状の容器本体と、空間部を密封する板状の蓋体を備えている。圧電振動素子は、容器本体の空間部内に設けた段部に配設されているパッド電極上に、その一端部を導電性の接着剤を介して接続固定されている。容器本体と蓋体は、封止材（ロウ材層）を介して接合されている。

容器本体は、アルミナ等のセラミック材から成る絶縁基板と、絶縁基板上に形成された封止部、電極等から構成されている。
絶縁基板は、グリーンシート等を用いて構成された板状の第１の絶縁シートの上に環状の第２、第３の絶縁シートを順次積層して焼成することにより、一面に凹陥部を有した構成とされる。絶縁基板の凹陥部周縁には、封止部（メタライズ層）が形成されている。この封止部（メタライズ層）は、下層から順次にタングステンメタライズ、ニッケルメッキ、金メッキ等が積層された構成を有している。
蓋体としては、絶縁基板の線膨張係数と近い金属等の材料が適しており、平板状に形成されている。金属材としては、例えば、コバール、４２アロイ、ステンレス（ＳＵＳ）等が用いられる。蓋体の一方の面には全面にロウ材層が形成され、他方の面には、ニッケルメッキ等が施されている。ロウ材層は、例えば、高温半田（溶融温度２７０℃程度）、銀ロウ、金ロウ、低融点ガラス等が用いられる。

容器本体（絶縁基板）と蓋体との接合には、超音波封止装置を用いる。蓋体に加重を掛けた状態で、発振体の超音波振動をホーンを介して蓋体に印加すると、封止部（メタライズ層）と蓋体の接合面との摩擦熱によりロウ材層が溶融して、両者が接合される。
超音波封止装置は、真空チャンバーと、真空チャンバー内を真空引きするための真空ポンプと、発振体を有したホーンと、封止対象を載置する支持台と、装置全体を制御する制御部を備えている。発振体は、圧電材料を用いた圧電体によって構成されている。ホーンは、発振体に接続されており、その先端が蓋体の上面に当接するように配置されている。更に、ホーンは、発振体を上下方向に加圧するシリンダ等の加圧手段により、下方に加重をかけることができる。

特許第３７３１３９１号

しかしながら、従来の容器本体の凹陥部周縁の封止部（メタライズ層）に蓋体を配置し、超音波封止装置を用いて封止すると、シーム溶接等の封止手法に比べて気密不良率が高くなるという問題があった。
その原因を調査すべく本出願人は、従来の容器本体のように、図２（ａ）に示すような三層のセラミック絶縁シート１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃを積層して、一面に凹陥部を有した絶縁基板を形成し、この凹陥部周縁上にタングステン層を印刷手法で形成した。このタングステン層の縦断面を拡大して観察すると、タングステン層は厚みが均一な平板状とはならず、印刷手法を用いるため両端部にかけて丸みを帯びている。更に、印刷したタングステン層を焼成して溶剤を蒸発させると、タングステン層が収縮し、断面形状は丸みが増すことが分かった。焼成して丸みを帯びたタングステン層にニッケルメッキ、金メッキの均一の厚を有するメッキ膜を積層すると、メタライズ層の断面形状は丸みを帯びた蒲鉾状となった。つまり、この容器本体の封止部（メタライズ層）の縦断面を、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察すると、図２（ｂ）に示すように、封止部（メタライズ層）１２１ｄは上面が蒲鉾状に膨出した湾曲形状を有しており、その平面度は２０μｍ程度であり、平面度が低いことが分かった。このため、蓋体との接合面積が小さくなり、超音波封止装置を用いた封止手段では、リークパスを形成し、気密不良が生じる虞があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、封止部（メタライズ層）の平面度、平滑度を高め、気密不良率を低減した容器の製造方法を提供すると共に、この製造方法を用いた電子デバイスの製造方法、電子デバイス、電子機器、移動体機器を提供することにある。

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］本発明に係る電子デバイス用容器の製造方法は、メッキ法により絶縁基板にメタライズ層を配置したベース基板と、接合部にロウ材層を配置している金属性の蓋体とを準備する工程と、前記メタライズ層と前記ロウ材層とが重なるように前記ベース基板に前記蓋体を配置する工程と、前記蓋体に超音波を与えて前記メタライズ層と前記ロウ材層とを接合する工程と、を含むことを特徴とする電子デバイス用容器の製造方法である。

この製造方法によれば、絶縁基板上にメタライズ層（封止部）を印刷によらないメッキ法により形成するため、表面が平坦化すると共に、その平面度が極めて高いものとなる。このメタライズ層（封止部）にロウ材層を一面に有した蓋体を整合させ、超音波封止装置のホーンを当接して超音波振動を印加することにより、気密性の高い電子デバイス用の容器が製造できるという効果がある。また、メタライズ層（封止部）の幅を、平面度を落とすことなく広げることが可能であり、超音波封止時の容器の気密不良率を大幅に低減できることができるという効果がある。

［適用例２］本発明に係る電子デバイスの製造方法は、メッキ法により絶縁基板にメタライズ層を配置したベース基板、接合部にロウ材層を配置している金属製の蓋体、および電子部品を準備する工程と、前記ベース基板の前記メタライズ層が配置されている側の面に前記電子部品を配置する工程と、前記メタライズ層と前記ロウ材層とが重なって、前記ベース基板と供に前記電子部品を収容するように、前記ベース基板に前記蓋体を配置する工程と、前記蓋体に超音波を与えて前記メタライズ層と前記ロウ材層とを接合する工程と、を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法である。

この製造方法によれば、メッキ法により絶縁基板にメタライズ層（封止部）を形成すると、その平坦度、平面度、平滑度は極めて高くなる。ベース基板の蓋体と対面する側に電子部品を配置し、メタライズ層（封止部）にロウ材層を配置した蓋体を整合させ、超音波封止装置のホーンを当接して超音波振動を印加することにより、気密性の高い電子デバイスが製造できるという効果がある。

［適用例３］また、電子デバイスの製造方法は、前記メタライズ層の平面度が５μｍ以下であることを特徴とする適用例２に記載の電子デバイスの製造方法である。

種々の平面度を備えたメタライズ層（封止部）を有した複数のベース基板を用い、これに凹状の蓋体を超音波封止した容器の気密度を試験した結果、メタライズ層（封止部）の平面度が５μｍ以下なら、超音波封止法による電子デバイスの気密度はほぼ一定値となり、エージング特性の良好な電子デバイスが得られるという効果が得られた。

［適用例４］また、電子デバイスの製造方法は、前記メタライズ層がセミアディテブ工法で形成されていることを特徴とする適用例２又は３に記載の電子デバイスの製造方法である。

この製造方法によれば、前記メタライズ層をセミアディテブ工法で形成するので、極めて平面度の高い多層のメタライズ層（封止部）を省資源で形成でき、エージング特性の良好な電子デバイスが得られるという効果がある。

［適用例５］また、電子デバイス用容器の製造方法は、前記メタライズ層がサブトラクティブ工法で形成されていることを特徴とする適用例２又は３に記載の電子デバイスの製造方法である。

この製造方法によれば、前記メタライズ層をサブトラクティブ工法で形成するので、極めて平面度の高い多層のメタライズ層（封止部）が形成できるという効果がある。
がある。

［適用例６］また電子デバイスの製造方法は、前記ベース基板が平板状であり、前記蓋体が凹状であることを特徴とする適用例２乃至５の何れか一項に記載の電子デバイスの製造方法である。

この製造方法によれば、平板状のベース基板と凹状の蓋体を用いて電子デバイスを製造すれば、電子デバイスの低背化と小型化ができると共に、コスト低減が可能であるという効果がある。

［適用例７］本発明に係る電子機器は、適用例２乃至６の何れか一項に記載の電子デバイスの製造方法により製造された電子デバイスを備えていることを特徴とする電子機器である。

この構成によれば、気密性が良く、周波数精度、エージング特性の良好な電子デバイスを用いて電子機器を構成するので、長期に亘って周波数の安定な電子機器が得られるという効果がある。

［適用例８］本発明に係る移動体機器は、適用例２乃至６の何れか一項に記載の電子デバイスの製造方法により製造された電子デバイスを備えていることを特徴とする移動体機器である。

この構成によれば、気密性が良く、小型且つ高精度で、エージング特性の良好な電子デバイスを用いて移動体機器を構成するので、移動体機器の小型化と、長期に亘って安定な移動体機器が得られるという効果がある。

（ａ）は本発明に係るベース基板の構造を示した概略斜視図であり、（ｂ）はベース基板と蓋体を備えた容器の断面図であり、（ｃ）は封止部の一部を拡大して示す断面ＳＥＭ写真図。 （ａ）は従来のベース基板の断面図であり、（ｂ）は封止部（メタライズ）の一部を拡大して示す断面ＳＥＭ写真図。 母基板の形成手順を示すフローチャート。 母基板の平面図。 セミアディテブ工法による封止部（メタライズ層）等の形成手順を示すフローチャート。 ウェハー絶縁基板の平面図。 （ａ）は電子部品の平面図であり、（ｂ）は電子デバイス（圧電振動子）の断面図。 電子デバイスの製造手順を示すフローチャート。 電子デバイス（圧電発振器）の断面図。 他の実施例の容器の構成を示す断面図。 他の実施例の電子デバイス（圧電振動子）の断面図。 他の実施例の電子デバイス（圧電発振器）の断面図。 （ａ）はジャイロセンサーの構成を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図であり、（ｃ）は動作を説明する模式図。 サブトラクティブ工法による封止部形成手順を示す製造フローチャート。 電子機器の概略ブロック図。 移動機器の説明図。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る電子デバイス用容器の製造方法に基づいて構成されたベース基板１ａの構成を示す概略斜視図である。図１（ｂ）は、同図（ａ）のＰ−Ｐ断面図と、蓋体１６の断面図である。
電子部品を収容する電子デバイス用容器１は、ベース基板１ａと、蓋体１６と、を備えている。ベース基板１ａは、絶縁基板３と、メタライズ層１２等を備えている。
本発明に係る電子デバイス用容器の製造方法の概略は次の通りである。即ち、セラミック製の絶縁基板３を備えたベース基板１ａと、金属を材料とする蓋体１６とを備えた電子デバイス用容器１の製造方法であって、ベース基板１ａとの接合面にロウ材層１６ｂを配置した蓋体１６を準備する工程と、焼成後の絶縁基板３にメッキ法によりメタライズ層（封止部）１２を形成する工程と、メタライズ層１２とロウ材層１６ｂとが整合するようにベース基板１ａに蓋体１６を配置する工程と、蓋体１６に超音波封止装置のホーンを当接してメタライズ層とロウ材層とを接合する工程と、を有する電子デバイス用容器の製造方法である。

ベース基板１ａは、平板状の絶縁基板３と、絶縁基板３の表面（電子部品搭載面）側にその周縁に沿って形成された封止用の封止部（メタライズ層）１２と、電子部品搭載用の素子搭載パッド１３と、を備えている。裏面側には外部配線と接続するための複数の実装端子１４を備えている。更に、素子搭載パッド１３と実装端子１４とを導通する貫通ビア１５を備え、必要に応じて封止部１２と、接地用の実装端子１４と、を導通する貫通ビアを設けてもよい。絶縁基板３と、封止部１２、素子搭載パッド１３、実装端子１４等は、ベース基板１ａを構成している。
図１（ａ）に示すベース基板１ａは、絶縁基板３の表面に形成した環状の封止部１２と、封止部１２内に露出した絶縁基板材表面の一端部寄りに配置した一対の素子搭載用パッド１３と、絶縁基板３の裏面に形成した複数の実装端子１４と、を備えている。絶縁基板３は、平板状の母基板の面上に所定のピッチで縦横に分割溝を形成したウェハー絶縁基板を、分割溝に沿って個片に分割した基板である。母基板は、例えば、アルミナ等のセラミックのグリーンシートを焼成して形成する。母基板の主面上に形成する封止部１２、素子搭載パッド１３、実装端子１４、及び貫通ビア１５は、後述するようにセミアディテブ工法、又はサブトラクティブ工法等を用いて形成する。

封止部１２は、複数層の金属膜で形成されており、絶縁基板３に接する第一層目は、密着度が高い、例えばクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）等であり、第２層目は電気伝導率の大きい銅（Ｃｕ）等であり、第三層目は酸化防止も兼ねて金（Ａｕ）等の金属膜で形成されている。
素子搭載パッド１３、実装端子１４、貫通ビア１５は、封止部１２と同様な金属膜で形成されている。
蓋体１６の構成の一例は、絶縁基板３の線膨張係数（７ｐｐｍ／℃）に近い線膨張係数を有した金属材料のコバール（５．５ｐｐｍ／℃）から成る蓋体用基材１６ａと、蓋体用基材１６ａの下面にクラッド法により積層されたロウ材層１６ｂ、例えば銀ロウと、蓋体用基材１６ａの上面にクラッド法により積層された酸化防止膜用のニッケル膜１６ｃと、から構成されている。蓋体１６は、コバール等の金属薄板（例えば０．１ｍｍ程度）を凹状に加工したものである。凹みの深さは、ベース基板１ａに配置した電子部品が蓋体１６の内側と接触しないように十分な深さを必要とする。また、ベース基板１ａの封止部１２と接する外周縁の鍔状部分は、平面度を十分に確保する必要がある。なお、蓋体用基材１６ａの材料としては、コバールの他に、４２ニッケル、ＳＵＳ等も使用することができる。

図１（ｃ）は、ベース基板１ａの断面を一部拡大したＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真であり、絶縁基板３の一部と、封止部（メタライズ層）１２の断面を示した写真である。写真の左下に２０μｍの目盛が示されており、封止部１２の平面度はおおよそ１μｍ程度である。これに対し従来の封止部（メタライズ層）は、図２に示すように、その断面形状が、中央部が高く両端部にかけて丸みを帯びた蒲鉾状（湾曲面状）であり、その平面度は２０μｍ程度である。両者を比較して、本発明の絶縁基板の封止部の平面度が大幅に改善されていることが分かる。超音波封止法の実施に必要とされる要件は、封止部１２の平面度が高く、その接合面積が大きいことである。封止部１２の平面度が１μｍから１０μｍ程度までのベース基板１ａを用い、超音波封止による封止実験を行ったところ、封止部１２の平面度が１μ〜５μｍ程度の範囲であれば、超音波封止法によって製造した容器１の気密度不良率が極めて小さくなることが判明した。

本発明に係るベース基板１ａの製造方法について図３、図４、図５、図６に基づいて説明する。図３は、母基板Ｍの製造手順を示すフローチャートである。始めに所定の寸法の矩形状のセラミック材（母基板）Ｍを用意し（Ｓ１０）、表面の平面度（平面度とは、JIS B0021-1998に基づくと、平面形体を幾何学的に正しい平行な二つの平面で挟んだとき、平行二平面の間隔が最小となる場合の二平面の間隔で表す）を調べる。平面度が所定の範囲内であれば次工程（Ｓ１２）に進み、範囲外の場合は、ラッピング等を行って、表面の平面化を行う（Ｓ１１）。所定の平面度を満たした母基板Ｍの所定の位置に、図４に示すように、複数の貫通孔１１ａと、複数の分割溝１１ｂとを、縦横に所定のピッチでレーザー光等を用いて形成する（Ｓ１２、Ｓ１３）。貫通孔１１ａは、金属材を充填して貫通ビアを形成するための孔である。分割溝１１ｂは母基板Ｍを縦横に分割してベース基板１ａを得るための溝である。次に貫通孔１１ａ、分割溝１１ｂが形成された母基板Ｍの洗浄を行う（Ｓ１４）。

図５は、母基板Ｍ上に環状体の封止部１２と、環状体内の一対の素子搭載パッド１３と、を縦横に所定のピッチで形成するための製造フローチャートである。左側にフローチャートを、右側に母基板Ｍ、金属薄膜２０、レジスト膜２４の断面図を示している。セミアディテブ工法（例えば金属パターンを形成したくない部分にレジストを形成し、レジストのない部分に電解または無電解メッキを施すことで金属パターンを形成する工法）の例を説明する。始めに、洗浄された母基板Ｍの表面にスパッタにより金属膜２０を成膜する（Ｓ２０）。金属膜２０は一層でもよいし、クロム（Ｃｒ）下地とし銅（Ｃｕ）を積層した金属膜（Ｃｕ／ｃｒ）であってもよい。次に金属膜２０上に全面にレジスト膜２４を塗布し、マスクを介して露光、現像を行い、露光した不要分のレジスト膜を剥離して、パターニングを行う（Ｓ２１）。次に、レジスト膜２４が剥離した部分に電解メッキを行い、ベースの金属膜２０の上に金属膜２２を積層する（Ｓ２２）。金属膜２２としては、導電率の高い銅（Ｃｕ）等が適している。銅（Ｃｕ）の薄膜の上に酸化防止用の金（Ａｕ）の金属膜を電解メッキしてもよい。次に、レジスト膜２４を剥離剤を用いて剥離すると、ベースの金属膜２０の上に金属膜２２が部分的に積層した金属膜（２０、２２）が得られる（Ｓ２３）。次にエッチングにより不要のベース金属膜２０を取り除くと、母基板Ｍ上の所定の位置に複数の封止部２２／２０（１２）と複数の素子搭載パッド２２／２０（１３）が形成されたウェハー絶縁基板１０が得られる。ウェハー絶縁基板１０を分割溝１１ｂに沿って分割すれば、図１に示す環状体の封止部１２と、封止部１２内に一対の素子搭載パッド１３とを有するベース基板１ａが得られる。

上記の例では、本発明の理解を容易にするため構造を単純化し、母基板Ｍの一方の主面（表面）のみに金属膜（２０、２２）を形成する場合を説明したが、実際は同様な手段を用いて、他方の主面（裏面）に金属膜２０、２２を成膜して、図１（ｂ）に示す実装端子１４を形成する必要がある。また、母基板Ｍの貫通孔１１ａに同様な手段で貫通ビア１５を形成する必要がある。
また、実装端子１４の平面度は、封止部の平面度程の高い平面度（５μｍ以下）を必要としないので、母基板Ｍにメタライズ用の金属材を印刷、焼成して構成する一般的なメタライズ層に、ニッケルメッキ膜、金メッキ膜を順次形成してもよい。また、貫通ビア１５の形成も貫通形成した穴内にビア材を充填し焼成して形成してもよい。

図６は、環状体の封止部１２と、封止部１２内の素子搭載パッド１３とが、縦横に所定のピッチで配列されたウェハー絶縁基板１０の一方の主面の平面図である。つまり、母基板Ｍの主面（表面）に、図５に示す製造フローチャートの手順により封止部等を形成したウェハー絶縁基板１０である。他方の主面には、実装端子１４が縦横に所定のピッチで構成されている。ウェハー絶縁基板１０を縦横に所定のピッチで形成した分割溝に沿って分割すれば、個片のベース基板１ａが得られる。なお、図５の右側に示す断面図は、図６のＰ−Ｐに沿った断面図を示している。
また、母基板Ｍの材料はセラミックに限定するものではなく、ガラス材、シリコン材、樹脂材であってもよい。

上記のベース基板１ａの製造方法によれば、図１に示すように、ベース基板１ａに環状体の封止部（メタライズ層）１２を、スパッタ法、電解メッキ法により形成すると、その平面度は極めて高く、１μｍ程度となる。この封止部（メタライズ層）１２に蓋体１６のロウ材層側の面を整合させ、超音波封止装置のホーンを当接して超音波振動を印加することにより、気密性の高い電子デバイス用の容器１が製造できるという効果がある。また、環状体の封止部（メタライズ層）１２をメッキ法により形成するので、封止部（メタライズ層）１２の幅を、平面度を維持したまま広くすることが可能であり、超音波封止時の容器の気密不良率を大幅に低減できることができるという効果がある。

また、封止部（メタライズ層）１２の平面度は１μｍ程度であるが、種々の平面度を有するメタライズ層（封止部）を有した複数のベース基板１ａを用い、これらに凹状の蓋体１６を超音波封止した容器の気密度を試験した結果、平面度が５μｍ以下なら、超音波封止法による容器の良品率は良好であった。
また、封止部（メタライズ層）１２をセミアディテブ工法で形成すると、メタライズの積層すべき部分のみに金属を積層できるので、極めて平面度の高い多層の封止部（メタライズ層）１２を、省資源で形成できるという効果がある。
また、封止部（メタライズ層）１２をサブトラクティブ工法で形成してもよく、セミアディテブ工法と同様に極めて平面度の高い多層のメタライズ層（封止部）が形成できるという効果がある。

図７（ａ）は、電子部品（水晶振動素子）３０の一例の平面図である。電子部品３０は、水晶基板３１と、水晶基板の両面に夫々形成された励振電極３２ａ、３２ｂと、各励振電極から延びるリード電極３３ａ、３３ｂと、各リード電極の端部に位置する電極パッド３４ａ、３４と、を概略備えている。
水晶基板３１は、ＡＴカット基板の場合、小型化を図るためメサ型構造とするのが一般的である。メサ型構造の水晶基板は、大型水晶ウェハーにフォトリソグラフィ技法と、エッチング手法とを適用することにより、同一品質の水晶基板を大量の製造することが可能である。水晶基板３１のメサ型構造は、電子デバイスの要求特性により、厚さ方向に対称な１段構造（図７（ａ）の例）でもよいし、２段、３段構造であってもよい。
励振電極３２ａ、３２ｂは、水晶基板のほぼ中央部に形成され、水晶基板３１の端部に形成された電極パッド３４ａ、３４に向けて夫々延在するリード電極３３ａ、３３ｂを形成する。励振電極３２ａ、３２ｂの一例は、スパッタ法、真空蒸着法等を用い、クロム（Ｃｒ）、又はニッケル（Ｎｉ）の電極膜を下地とし、その上に金（Ａｕ）の電極膜を積層した水晶振動素子を、フォトリソグラフィ技法にて所定の形状に形成する。この手法を用いると、励振電極３２ａ、３２ｂ、リード電極３３ａ、３３ｂ、電極パッド３４ａ、３４が一度に、所定の形状で形成することが可能である。
励振電極３２ａ、３２ｂの大きさは、要求される仕様により、メサ型構造の頂部、又は周縁の一部まで広がる場合がある。また、励振電極３２ａ、３２ｂの大きさは高次の屈曲モードを抑圧するように、その寸法を決めるのが一般的である。

図７（ｂ）は、本発明に係る電子デバイス（圧電振動子）５の実施形態例の構成を示す縦断面図である。電子デバイス５は、電子部品３０と、電子部品３０を収容する容器１とを備えている。容器１は、平板状のベース基板１ａと、金属製の凹状の蓋部材１６と、を備えている。蓋部材１６の、ベース基板１ａの封止部１２と正対する面には、ロウ材層が全面に形成されている。ベース基板１ａは、図１に示すように、単板の絶縁基板（絶縁シート）からなり、絶縁材料としての酸化アルミニウム質のセラミック・グリーンシートを焼結して形成される。環状体の封止部１２、一対の素子搭載用パッド１３は、ベース基板１ａの一方の主面（表面）に形成され、実装端子１４は、ベース基板１ａの外部底面（裏面）に複数形成されている。
ベース基板１ａの所定の位置には、貫通ビア１５が形成され、素子搭載パッド１３と実装端子１４とを電気的に導通している。素子搭載パッド１３の位置は、電子部品３０を載置した際にパッド電極３４ａ、３４ｂに対応するように配置されている。

ベース基板１ａに電子部品３０を固定する際にはまず、素子搭載パッド１３に導電性接着剤３５を塗布し、これに電子部品３０のパッド電極３４ａ、３４ｂが整合するように載置して所定の荷重をかける。導電性接着剤３５としては、シリコン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤等があるが、接着剤３５に起因する応力（∝歪）の大きさが小さく、経年変化を考慮して脱ガスの少ない接着剤を選ぶとよい。

ベース基板１ａに搭載された電子部品３０上の導電性接着剤３５を硬化させるために、所定の温度の高温炉に所定時間入れる。導電性接着剤３５を硬化させ、アニール処理を施した後、励振電極３２ａ、３２ｂに質量を付加するか、又は質量を減じて周波数調整を行う。ベース基板１ａの上面に形成した封止部１２上に、蓋体１６を載置し、超音波封止装置のチャンバー内で真空中、又は窒素Ｎ２ガスの雰囲気中で蓋体１６のロウ材層と、封止部１２とを超音波封止して密封し、電子デバイス５が完成する。

次に、図８は、本発明に係るベース基板１ａを用いて構成する電子デバイスの製造手順を示すフローチャートである。
本発明に係る電子デバイス５の製造方法の概略は次の通りである。即ち、セラミックから成る絶縁基板３を備えたベース基板１ａと、金属を材料とする蓋体１６と、電子部品３０と、を備えた電子デバイス５の製造方法であって、ベース基板１ａとの接合面にロウ材層１６ｂを配置した蓋体１６を準備する工程と、焼成後の絶縁基板にメッキ法によりメタライズ層（封止部）１２を形成する工程と、蓋体１６と接合する側のベース基板１ａに電子部品３０を配置する工程と、メタライズ層１２とロウ材層１６ｂとが整合するようにベース基板１ａに蓋体１６を配置する工程と、蓋体１６に超音波封止装置のホーンを当接してメタライズ層とロウ材層とを接合する工程と、を有する電子デバイスの製造方法である。
なお、図９、図１１、図１２に示すような電子デバイス６、７、８も、上記と同様な製造方法を用いて製造することが可能である。

以下、図８に基づいて説明する。まず、電子部品３０の準備（Ｓ３１ａ）と、ベース基板１ａの準備（Ｓ３１ｂ）と、蓋体１６の準備（Ｓ３１ｃ）と、を行う。ベース基板１ａ上の一対の素子搭載パッド１３に導電性接着剤３５を塗布し、その上に電子部品３０を搭載し（Ｓ３２）、所定の加重をかける。導電性接着剤３５を乾燥炉内で乾燥させた後、ベース基板１ａの環状体の封止部１２に整合するように、蓋体１６の一方の面に形成されたロウ材層が封止部１２と接合するように配置する（Ｓ３３）。なお、ロウ材層としては、銀（Ａｇ）ロウ、金（Ａｕ）ロウ、半田、金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）共晶合金、金（Ａｕ）−ゲルマニウム（Ｇｅ）共晶合金等がある。
次に、蓋体１６を配置したベース基板１ａを超音波封止装置のチャンバー内に入れ、チャンバー内を所定の真空度とする。次に、超音波封止装置の発振体の位置を調整し、発振体に接続するホーンを蓋体１６の鍔部に当接し、超音波振動を印加し、ベース基板１ａの封止部１２と、蓋体１６のロウ材層とを超音波封止する（Ｓ３５）。次に、仕様に基づき電子デバイス５の電気的諸検査を行う（Ｓ３６）。
超音波封止の特徴は、シーム溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接等に比べて、ベース基板１ａと蓋体１６との溶接を低温で行える点である。その結果、収容する電子部品３０に対する熱影響を抑えることができる。

上記の電子デバイスの製造方法によれば、ベース基板１ａの主面に環状体の封止部（メタライズ層）１２をメッキ法により形成すると、その平面度は極めて高く（１μｍ程度）なる。ベース基板１ａに電子部品３０を配置し、封止部（メタライズ層）１２に、ロウ材層を全面に形成した蓋体１６を整合配置し、超音波封止装置のホーンを当接して超音波振動を印加することにより、気密性の高い電子デバイス５が製造できる。
平板状のベース基板１ａと、凹状の蓋体１６とを用いて電子デバイス５を製造すれば、電子デバイス５の低背化と小型化ができると共に、コスト低減が可能であるという効果がある。

上の説明では個片のベース基板１ａに個片の電子部品３０を搭載する例を説明したが、図６の平面図に示すように、封止部１２、素子搭載パッド１３等が所定のピッチで縦横に形成された大面積のウェハー絶縁基板１０を用いる場合は、各素子搭載パッド１３に導電性接着剤３５を塗布し、この導電性接着剤３５の上に個片の電子部品３０を搭載し、導電性接着剤３５を乾燥させた後、各電子部品３０を覆うように各封止部１２に個片の蓋体１６を配置し、複数のホーンを有する超音波封止装置でウェハー絶縁基板１０の各蓋体１６に超音波を印加し溶接してもよい。この手法を用いることにより、生産効率が大幅に改善され、コストも下げられる。ウェハー絶縁基板１０を用いる場合は、図７のＳ３３の工程のように、ウェハー絶縁基板１０を縦横の分割溝に沿って分割し、個片の電子デバイスを得ることになる。

図９は、本発明に係る電子デバイス６の実施形態を示す縦断面図である。電子デバイス６は、例えば電子部品３０と、少なくとも１つの第２の電子部品３７と、これらを収容する平板状のベース基板１ａ及び凹状の蓋体１６を備えた容器１と、を概略備えている。ベース基板１ａの一方の主面（表面）に素子搭載用パッド１３と、部品搭載用パッド１３ａとが設けられ、両者とも貫通ビア１５で実装端子１４と導通接続されている。素子搭載用パッド１３に導電性接着剤３５を塗布し、電子部品３０のパッド電極３４ａ、３４ｂを載置し、所定の加重をかける。更に、部品搭載用パッド１３ａに電子部品３７を搭載し、超音波ボンディング等の手段で接合する。ベース基板１ａの主面上の封止部１２に整合するように、凹状の蓋体１６の鍔状周縁を配置し、超音波封止装置のチャンバーに入れ、振動体に接続するホーンを蓋体１６の鍔状周縁に当接させ、超音波振動を印加して溶接接合して、電子デバイス６を完成する。電子デバイス６の容器１（ベース基板１ａと蓋体１６）内は、真空であってもよいし、窒素（Ｎ_２）を充填してもよい。

以上の実施形態例では、容器１に収容する第２の電子部品３７としては、サーミスタ、コンデンサ、リアクタンス素子、半導体素子（可変容量ダイオード、発振回路、増幅器等を備えたＩＣ）のうち少なくとも一つを用いて電子デバイス６を構成することが望ましい。

図１０は、本発明の他の実施形態に係る容器２の構成を示す概略断面図である。容器２は、凹陥部（キャビティー）２７を有するベース基板２ａと、矩形平板状の蓋体１６とを備えている。ベース基板２ａの一例は、図１０の断面図に示すように、矩形平板状の第１の絶縁シート２ａａと、中空部を有する矩形状の第２の絶縁シート２ａｂと、を積層焼成して形成されている。つまり、第２の絶縁シート２ａｂは、中央部を中空とした環状体であり、環状囲繞部の上部周縁に封止部１２が形成されている。第１の絶縁シート２ａａの表部と、第２の絶縁シート２ａｂの中空部とで、電子部品３０を収容するためのキャビティー２７を形成している。
第１の絶縁シート２ａａの一方の主面（表面）には、図１０に示すように、端部寄りに、電子部品３０を搭載する一対の素子搭載用パッド１３が形成されている。また、他方の主面（裏面）には、複数の実装端子１４が形成され、貫通ビア１５により素子搭載用パッド１３と導通が図られている。また、図には示していないが、必要により封止部１２と、実装端子１４とを貫通ビア１５で導通接続してもよい。

ベース基板２ａの封止部１２は、図５で説明した封止部等の形成手順を示すフローチャートに基づいて形成される。また、複数の素子搭載用パッド１３と複数の実装端子１４とは、メタライズ材を印刷、焼成し、ニッケルメッキ、金メッキの方法で構成されている。また、複数の貫通ビア１５は、ビア材を貫通孔に充填し、焼成により構成されている。
封止部１２の形成には、スパッタ法と、セミアディテブ工法とが用いられているため、封止部１２の表面の平面度は、図１（ｃ）のＳＥＭ写真と同様に、１μｍ程度に仕上げられる。この高い平面度を有するため、超音波封止法を用いても溶接不良率は極めて低減された。超音波封止法を用いる利点は、接合部以外のベース基板２ａの温度の上昇を抑えることができる点である。

図１１は、本発明に係る容器２を用いて構成する電子デバイス（例えば圧電振動子）７の縦断面図である。始めに清浄なベース基板２ａを用意し、ベース基板２ａのキャビティー２７内の一対の素子搭載パッド１３に導電性接着剤を塗布し、その上に電子部品３０を片持ち状態となるように搭載し、所定の加重をかける。電性接着剤３５を乾燥炉内で乾燥させた後、第２の絶縁シート２ａｂの環状体の上部周縁に形成した封止部１２に整合するように、平板状の蓋体１６を配置する。この場合、蓋体１６の一方の面には全面にロウ材層１６ｂ、例えば銀ロウ、金ロウが形成されており、ロウ材層１６と封止部１２とが接するように配置する。次に、蓋体１６が搭載された容器２を超音波封止装置のチャンバーに中に入れ、チャンバー内を所定の真空度、又は窒素（Ｎ_２）で充満する。次に、超音波封止装置の発振体のホーンの位置を調整し、ホーンを蓋体１６の周縁に当接し、超音波振動を印加し、ベース基板２ａの封止部１２と、蓋体１６とを超音波封止して電子デバイス（圧電振動子）７を完成する。

図８、図９に基づいて説明した超音波封止法による電子デバイスの製造方法の利点は、溶接時の温度を低く抑えられる点である。このため電子部品３０の励振電極３２ａ、３２ｂへの熱の影響や、導電性接着剤３５の脱ガスを低く抑えることができるので、電子デバイス５、６の特性、例えば周波数精度、エージング特性等を改善できるという効果がある。
また、図１１の実施形態では、凹陥部（キャビティー）２７を有するベース基板２ａは、環状体の絶縁基板２ａｂの上部周縁に封止部（メタライズ層）１２を形成し、凹陥状の内底部に電子部品３０を固着するので、電子デバイス７の気密度不良率は極めて小さく、且つ低コストの平板状蓋体が使用できるという効果がある。

図１２は、本発明に係る電子デバイス８の実施形態を示す縦断面図である。電子デバイス８は、例えば電子部品３０と、少なくとも１つの第２の電子部品３７と、これらを収容するベース基板２ａ及び平板状の蓋体１６を備えた容器２と、を概略備えている。容器２ａの一方の主面（表面）に素子搭載用パッド１３と、部品搭載用パッド１３ａとが設けられ、両者とも貫通ビア１５で実装端子１４と導通接続されている。素子搭載用パッド１３に導電性接着剤３５を塗布し、そこに電子部品３０のパッド電極３４ａ、３４ｂを配置し、所定の加重をかける。更に、部品搭載用パッド１３ａに第２の電子部品を配置し、超音波ボンディング、又は熱圧接等の手段で接合する。第２の絶縁シート２ａｂの上部周縁に形成した封止部１２に整合するように、平板状の蓋体２ｂを、ロウ材層側が封止部１２に接合するように配置し、超音波封止装置のチャンバーに入れ、振動体に接続するホーンを蓋体２ｂの周縁に当接させ、超音波振動を印加して溶接接合して、電子デバイス８を完成する。電子デバイス８の容器２（ベース基板２ａと蓋体１６）内は、仕様のより真空であってもよいし、窒素（Ｎ_２）を充填してもよい。

以上の実施形態例では、容器２に収容する第２の電子部品としては、サーミスタ、コンデンサ、リアクタンス素子、半導体素子（可変容量ダイオード、発振回路、増幅器等を備えたＩＣ）のうち少なくとも一つを用いて電子デバイスを構成することが望ましい。

図１３（ａ）は、本発明に係る容器２を用いて構成したジャイロセンサー９の概略平面図であり、蓋体１６を取り除いて示している。図１３（ｂ）は、（ａ）のＰ−Ｐ断面図である。振動ジャイロセンサー９は、振動ジャイロ素子４０と、振動ジャイロ素子４０を収容する容器２と、を概略備えている。容器２は、ベース基板１ａと、ベース基板１ａのキャビティー２７を気密封止する図示しない蓋体１６と、を備えている。ベース基板１ａは、絶縁基板３と、封止部１２などを備えている。
振動ジャイロ素子４０は、基部４１と、基部４１の対向する２つの端縁から夫々同一直線上に突設された１対の検出用振動腕４５ａ、４５ｂと、を備えている。更に、振動ジャイロ素子４０は、基部４１の対向する他の２つの端縁から夫々検出用振動腕４５ａ、４５ｂと直交する方向に同一直線上に突設された１対の第１の連結腕４２ａ、４２ｂと、各第１の連結腕４２ａ、４２ｂの先部からそれと直交する両方向へ夫々突設された各１対の駆動用振動腕４３ａ、４３ｂ及び４４ａ、４４ｂと、を備えている。

振動ジャイロ素子４０は、基部４１の対向する他の２つの端縁から夫々検出用振動腕４５ａ、４５ｂと直交する方向に同一直線上に突設された各１対の第２の連結腕４１ａ、４１ｂ、及び４１ｃ、４１ｄと、各第２の連結腕４１ａ、４１ｂ、及び４１ｃ、４１ｄの先端部からそれと直交する両方向へ夫々突設され、検出用振動腕４５ａ、４５ｂと、駆動用振動腕４３ａ、４３ｂ及び４４ａ、４４ｂとの間に配置された各１対の支持腕４６ａ、４６ｂ及び４７ａ、４７ｂと、を備えている。
励振電極は、少なくとも１対の検出用振動腕４５ａ、４５ｂと、各１対の駆動用振動腕４３ａ、４３ｂ及び４４ａ、４４ｂと、に夫々形成されている。支持腕４６ａ、４６ｂ及び４７ａ、４７ｂには、複数の電極パッド（図示せず）が形成され、この電極パッドと励振電極との間は、夫々電気的に接続されている。
振動ジャイロセンサー９は、ベース基板２ａの内面の、圧振動ジャイロ素子４０の各検出用振動腕４５ａ、４５ｂ、及び各駆動用振動腕４３ａ、４３ｂ及び４４ａ、４４ｂの先部と対向する部位に金属、又は高分子材の緩衝材が設けられている。

図１３（ｃ）は振動ジャイロ素子の動作を説明する模式平面図である。振動ジャイロセンサー９は角速度が加わらない状態では、駆動用振動腕４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂが矢印Ｅで示す方向に屈曲振動を行う。このとき、駆動用振動腕４３ａ、４３ｂと、４４ａ、４４ｂとが、重心Ｇを通るＹ軸方向の直線に関して線対称の振動を行っているため、基部４１、連結腕４２ａ、４２ｂ、検出用振動腕４５ａ、４５ｂは、ほとんど振動しない。
振動ジャイロセンサー９にＺ軸回りの角速度ωが加わると、駆動用振動腕４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ及び第１の連結腕４２ａ、４２ｂにコリオリ力が働き、新たな振動が励起される。この振動は重心Ｇに対して周方向の振動である。同時に、検出用振動腕４５ａ、４５ｂは、この振動に応じて検出振動が励起される。この振動により発生した歪を検出用振動腕４５ａ、４５ｂに形成した検出電極が検出して角速度が求められる。

図１４は、図５に示すようなセミアディテブ工法ではなく、サブトラクティブ工法を用いて母基板Ｍ上に、環状体封止部１２、一対の素子搭載用パッド１３等を、縦横に所定のピッチで配列するように形成する例を示す。始めに、図３の製造フローチャートを用いて製造した母基板Ｍ上全面に、スパッタ法により所定の厚さの金属膜２０を成膜する（Ｓ４０）。次に電解メッキ法により所定の厚みの金属膜２２を全面に成膜する（Ｓ４１）。金属膜２２上全面にレジスト膜２４を塗布し、マスクを介して露光、現像し、剥離剤にて不要のレジスト膜を剥離する（Ｓ４２）。次に、エッチング液を用いて金属膜２２、２０をエッチングして除去する（Ｓ４３）。次に、残ったレジスト膜２４を剥離剤で剥離処理すれば、母基板Ｍ上に封止部２２／２０（１２）、素子搭載用パッド２２／２０（１３）が所定のピッチで縦横に配置された、図６の平面図に示されたようなウェハー絶縁基板１０が得られる（Ｓ４４、４５）。ウェハー絶縁基板１０を分割溝１１ｂに沿って分割すれば、図１（ａ）に示す個片のベース基板１ａが得られる。
なお、金属膜２０の一例としては、クロム（Ｃｒ）下地に銅（Ｃｕ）を積層し金属膜を用いる。金属膜２２の一例としては、銅（Ｃｕ）メッキの上に金（Ａｕ）を積層した金属膜を用いる。

図１５は、電子デバイス５、６、７、８の中少なくとも１つを用いるデジタル携帯電話１００の構成を示す概略ブロック図である。電子デバイス（例えば圧電デバイス）６を例にして説明する。図１５に示すデジタル携帯電話１００で音声を送信する場合、使用者が自分の音声をマイクロフォンに入力すると、信号はパルス幅変調・符号化の回路と変調器／復調器の回路を経てトランスミッター、アンテナスイッチを介しアンテナから送信される。一方、他者から送信された信号は、アンテナで受信され、アンテナスイッチ、受信フィルター＋アンプ回路等を経て、レシーバー回路に入り、このレシーバー回路から変調器／ 復調器回路に入力される。そして、復調器回路で復調された信号がパルス幅変調・符号化回路を経てスピーカーから音声として出力されるように構成されている。アンテナスイッチや変調器／復調器ブ回路等を制御するためにコントローラが設けられている。

このコントローラは、上述の機能の他に表示部であるＬＣＤや、数字等の入力部であるキー、さらにＲＡＭやＲＯＭ等も制御するため、用いられる圧電デバイスの周波数は、高精度、高安定度であることが求められる。この要求に応える電子デバイスが、図９に示す圧電デバイス６である。
以上の構成によれば、気密性が良く、周波数精度、エージング特性の良好な電子デバイスを用いて電子機器を構成するので、長期に亘って周波数の安定な電子機器が得られるという効果がある。

図１６は、一具体例として移動体機器を搭載した自動車１１０を概略的に示す。自動車１１０には、例えば図１６に示すようなジャイロセンサー素子４０を有するジャイロセンサー９が組み込まれる。ジャイロセンサー９は車体１１１の姿勢を検出することができる。ジャイロセンサー９の検出信号は車体姿勢制御装置１１２に供給されることができる。車体姿勢制御装置１１２は例えば車体１１１の姿勢に応じてサスペンションの硬軟を制御したり個々の車輪１１３のブレーキを制御したりすることができる。その他、こういった姿勢制御は二足歩行ロボットやラジコンヘリコプターで利用されることができる。姿勢制御の実現にあたってジャイロセンサー９が組み込まれる。
以上の構成によれば、気密性が良く、小型で且つ周波数精度、エージング特性の良好な電子デバイスを用いて移動体機器を構成するので、移動体機器の小型化と、長期に亘って周波数の安定な移動体機器が得られるという効果がある。

１、２…容器、１ａ、２ａ…ベース基板、２ａａ…第１の絶縁シート、２ａｂ…第２の絶縁シート、３…絶縁基板、５、６、７、８…電子デバイス、９…振動ジャイロセンサー、１０…ウェハー絶縁基板、１１ａ…貫通孔、１１ｂ…分割溝、１２…封止部（メタライズ層）、１３…素子搭載用パッド、１３ａ…部品搭載用パッド、１４…実装端子、１５…貫通ビア、１６…蓋体、１６ａ…蓋体用基材、１６ｂ…ロウ材、１６ｃ…ニッケル膜、２０、２２…金属膜、２４…レジスト、２７…キャビティー、３０…電子部品、３１…圧電基板、３２ａ、３２ｂ…励振電極、３３ａ、３３ｂ…リード電極、３４ａ、３４ｂ…パッド電極、３５…導電性接着剤、３７…第２の電子部品、４０…振動ジャイロ素子、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ…第２の連結腕、４２ａ、４２ｂ…第１の連結腕、４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ…駆動用振動腕、４５ａ、４５ｂ…検出用振動腕、４６ａ、４６ｂ、４７ａ、４７ｂ…支持腕、１００…デジタル携帯電話、Ｍ…母基板、Ｇ…重心

Claims (8)

1. メッキ法により絶縁基板にメタライズ層を配置したベース基板と、接合部にロウ材層を配置している金属性の蓋体とを準備する工程と、
   前記メタライズ層と前記ロウ材層とが重なるように前記ベース基板に前記蓋体を配置する工程と、
   前記蓋体に超音波を与えて前記メタライズ層と前記ロウ材層とを接合する工程と、
   を含むことを特徴とする電子デバイス用容器の製造方法。
2. メッキ法により絶縁基板にメタライズ層を配置したベース基板、接合部にロウ材層を配置している金属製の蓋体、および電子部品を準備する工程と、
   前記ベース基板の前記メタライズ層が配置されている側の面に前記電子部品を配置する工程と、
   前記メタライズ層と前記ロウ材層とが重なって、前記ベース基板と供に前記電子部品を収容するように、前記ベース基板に前記蓋体を配置する工程と、
   前記蓋体に超音波を与えて前記メタライズ層と前記ロウ材層とを接合する工程と、
   を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
3. 前記メタライズ層の平面度が５μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイスの製造方法。
4. 前記メタライズ層がセミアディテブ工法で形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の電子デバイスの製造方法。
5. 前記メタライズ層がサブトラクティブ工法で形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の電子デバイスの製造方法。
6. 前記ベース基板が平板状であり、前記蓋体が凹状であることを特徴とする請求項２乃至５の何れか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
7. 請求項２乃至６の何れか一項に記載の電子デバイスの製造方法により製造された電子デバイスを備えていることを特徴とする電子機器。
8. 請求項２乃至６の何れか一項に記載の電子デバイスの製造方法により製造された電子デバイスを備えていることを特徴とする移動体機器。

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