JP2014160706A - パッケージ用部材、パッケージ用部材の製造方法およびパッケージ体 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的小型で信頼性が高く、かつ製造コストが低いパッケージ用部材およびパッケージ体を提供する。
【解決手段】
単結晶サファイアを主成分としベース部材５０の表面５２に当接する一方主面１２およびベース部材５０の反対側に位置する他方主面１４を有する本体１１と、本体１１の一方主面１２側に設けられた、空間１７を構成する内面１８を備えた凹部１６と、本体１１の他方主面１４に開口した第１の開口１４ａから内面１８に開口した第２の開口１８ａまで貫通した、電気信号の経路となる導電体２２を配置するための凹部領域貫通孔２０とを有することを特徴とするパッケージ用部材１０、およびパッケージ用部材１０を備えたパッケージ体１を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ベース部材の表面に配置された発光素子や回路素子等の機能素子部をベース部材との間に設ける空間に収容するとともに、この空間内部の機能素子部と外部との間で電気信号を入力または出力するためのパッケージ用部材とこのパッケージ用部材の製造方法およびこのパッケージ用部材を備えたパッケージ体に関する。

近年、携帯電話など電子機器の小型化に伴い、これらの電子機器に使われる電子デバイス等にも更なる小型化が要求されている。電子デバイスの小型化を実現するためには、電子デバイスに用いられる発光素子や回路素子等の機能素子部の小型化はもちろん、この機能素子部を収容するとともに機能素子部と外部との間で電気信号を入力または出力するためのパッケージ用部材の小型化も必要である。

例えば特許文献１には、このような小型化されたパッケージ用部材を備えて構成された従来のパッケージ体の例が記載されている。図８は、特許文献１に記載のパッケージ体１００の概略断面図である。

パッケージ体１００は、ベース部材であるシリコン基板１０１と、このシリコン基板１０１の表面に配置された機能素子部１０４と、機能素子部１０４をシリコン基板１０１との間に設ける空間に収容するとともに空間内部の機能素子部１０４と外部との間で電気信号を入力または出力するためのパッケージ用部材１０２とを備えている。機能素子部１０４はマイクロマシン技術で形成されたアクチュエータ素子であり、シリコン基板１０１の図中上側の表面１０１Ａに設けられた図示しない電気配線や電子回路と接続している。特許文献１には、パッケージ用部材１０２の材質として、シリコン、サファイア、ガラス等の無機材料、ガラスエポキシ、エポキシ樹脂等の有機樹脂材料、ステンレス鋼、銅等の金属材料やその他の材料を用いることができると記載されている。

パッケージ用部材１０２は、シリコン基板１０１の図中上側の表面１０１Ａと対向する一方主面１０２Ａおよびシリコン基板１０１の反対側に位置する他方主面１０２Ｂを有する本体１０３と、本体１０３の一方主面１０２Ａの側に設けられた、機能素子部１０４を収容するための空間を構成する内面を備えた凹部１０６とを備えている。

またシリコン基板１０１の表面１０１Ａには、機能素子部１０４と接続された電気配線（図示せず）や電子回路（図示せず）も作り込まれている。この電気配線や電子回路は、シリコン基板１０１の表面１０１Ａに配置された電極１３１とも接続している。パッケージ用部材１０２には凹部１０６に対応する領域の外側に貫通孔１１２が設けられており、この貫通孔１１２にビア導体１２６が充填されている。

図８に示すようにパッケージ用部材１０２は、接合部１３０を介してシリコン基板１０１の電極１３１と接合している。接合部１３０では、電極１３１とビア導体１２６の一方の端部とが金バンプ１２７を介して接合されている。これら電極１３１とビア導体１２６と金バンプ１２７とは、超音波接合によって接合されている。また、接合部１３０の外側には、接合部１３０を保護するエポキシ樹脂からなる保護体１３２が配置されている。

特開２００４−２０９５８５号公報

特許文献１のパッケージ用部材１０２では、貫通孔１１２に充填されたビア導体１２６を介して、上記空間内部の機能素子部１０４と外部との間で電気信号を入力または出力することができる構成となっている。このようなパッケージ用部材１０２を用いたパッケージ体１００では、機能素子部１０４から電極１３１まで繋がる電気配線や電子回路を、シリコン基板１０１の表面１０１Ａに形成する必要があるため、これら電気配線や電子回路の形成に多くの時間とコストが必要となり、パッケージ体１００が高価になってしまう課題があった。

また特許文献１記載のパッケージ用部材１０２では、機能素子部１０４が収容される空間を構成する内面を備える凹部１０６に対応する領域の外側部分に、ビア導体１２６が充填された貫通孔１１２を配置しているので、図８の上側から見た際の全体の面積が比較的大きいといった課題があった。

またビア導体１２６が充填された貫通孔１１２が配置された部分（凹部１０６に対応する領域の外側部分）は、図８中の上下方向に沿った厚さが比較的厚い。特許文献１のパッケージ体１００では、ビア導体１２６と接合した金バンプ１２７および電極１３１が、この比較的厚い領域に配置されているため、パッケージ体１００の図８の中の上下方向に沿った厚さも比較的大きいといった課題もあった。特許文献１に記載のパッケージ用部材およびパッケージ体は、比較的大型であるとともに製造コストが高いといった課題があった。本発明はこのような課題を解決することを目的とする。

本発明は、ベース部材の表面に配置された機能素子部を前記ベース部材との間に設ける空間に収容するとともに、前記空間内部の前記機能素子部と外部との間で電気信号を入力または出力するパッケージ用部材であって、単結晶サファイアを主成分とし前記ベース部材の前記表面に当接する一方主面および前記ベース部材の反対側に位置する他方主面を有する本体と、該本体の前記一方主面側に設けられた、前記空間を構成する内面を備えた凹部と、前記本体の前記他方主面に開口した第１の開口から前記内面に開口した第２の開口まで貫通した、前記電気信号の経路となる導電体を配置するための凹部領域貫通孔とを有することを特徴とするパッケージ用部材を提供する。

また、ベース部材の表面に配置された機能素子部を前記ベース部材との間に設ける空間に収容するとともに、前記空間内部の前記機能素子部と外部との間で電気信号を入力または出力するパッケージ用部材の製造方法であって、前記ベース部材の前記表面に当接する一方主面を有する単結晶サファイア基板を準備する工程と、前記単結晶サファイア基板の前記一方主面および前記ベース部材の反対側に位置する他方主面に開口を有して前記単結晶サファイア基板を貫通する基板貫通孔を形成する工程と、前記単結晶サファイア基板の前記基板貫通孔を含む領域を、前記一方主面側から前記他方主面側に向かってエッチングすることで、前記空間を構成する内面を備えた凹部を前記一方主面側に形成するとともに、前記他方主面に開口した第１の開口から前記凹部の内面に開口した第２の開口まで貫通した、前記電気信号の経路となる導電体を配置するための凹部領域貫通孔を形成する工程とを有することを特徴とするパッケージ用部材の製造方法も併せて提供する。

また、ベース部材と、該ベース部材の表面に配置された機能素子部と、該機能素子部を前記ベース部材との間に設ける空間に収容するとともに該空間内部の前記機能素子部と外部との間で電気信号を入力または出力するパッケージ用部材と、前記電気信号の経路となる導電体とを備えたパッケージ体であって、前記パッケージ用部材は、単結晶サファイア
を主成分とし前記機能素子部が配置された前記ベース部材の前記表面に当接した一方主面および前記ベース部材の反対側に位置する他方主面を有する本体と、該本体の前記一方主面の側に設けられた、前記空間を構成する内面を備えた凹部と、前記本体の前記他方主面に開口した第１の開口から前記内面に開口した第２の開口まで貫通した、前記導電体を配置するための凹部領域貫通孔とを有し、前記導電体は、前記凹部領域貫通孔に配置されるとともに前記第２の開口から一部が突出して前記機能素子部に電気的に接続していることを特徴とするパッケージ体も併せて提供する。

本発明のパッケージ用部材は、本体の一方主面側に設けられた機能素子部を収容する空間を構成する内面を備えた凹部と、本体の他方主面に開口した第１の開口から上記内面に開口した第２の開口まで貫通した、電気信号の経路となる導電体を配置するための凹部領域貫通孔とを有しているので、この凹部領域貫通孔に配置した導電体と機能素子部とを上記空間内で直接当接させることができる。このため機能素子部が配置されるベース部材の表面に電気配線や電気回路を形成する必要がなく、パッケージ体を少ない製造コストで製造することができる。また、電気信号の経路となる導電体が配置される凹部領域貫通孔が、機能素子部が収容される空間を構成する内面に開口しているので、凹部領域貫通孔を機能素子部に対応する領域に配置することができ、パッケージ用部の面積を比較的小さくすることができる。また、凹部領域貫通孔に配置した導電体と機能素子部とを上記空間内で直接当接させることができるので、パッケージ用部材とベース部材の表面との接合部分に電極や金バンプなど電気的な接合を確保するための構造を配置する必要がなくなり、パッケージ用部材の厚さも比較的小さくすることができる。また単結晶サファイアを主成分としているので、剛性が高く割れや欠け等が発生し難い。また単結晶サファイアを主成分としているので、通気性および通水性が低く、機能素子部に外気や水分が触れることを防止することができる。

また、本発明のパッケージ用部材の製造方法によれば、単結晶サファイア基板に基板貫通孔を形成した後、単結晶サファイア基板の基板貫通孔を含む領域をエッチングすることで、単結晶サフィア基板の一方主面に凹部を形成するともに凹部の内面に第２の開口を有する凹部領域貫通孔を形成するので、比較的厚さが薄い凹部に貫通孔を形成するための強度補強等の特別な処置を施すことなく凹部領域貫通孔を形成することができ、パッケージ用部材を少ない手間とコストで製造することができる。

また本発明のパッケージ体は、厚さや面積が比較的小さいパッケージ用部材を用いているので、パッケージ体全体の厚さや面積も比較的小さい。また機能素子部が配置されるベース部材の表面に電気配線や電気回路を形成する必要がないので、製造コストが低い。またパッケージ用部材の剛性が高いので、パッケージ体全体も割れや欠け等が発生し難い。またパッケージ用部材の通気性および通水性が低く、機能素子部への外気や水分の接触を良好に抑制することができるので、機能素子部の動作信頼性が高い。

本発明のパッケージ体の一実施形態について説明する図であり、(ａ)は概略斜視図を示し、（ｂ）は概略断面図を示している。 図１に示すパッケージ体の一部を構成する本発明のパッケージ用部材の一実施形態について説明する図であり、(ａ)は概略斜視図を示し、（ｂ）は概略断面図を示している。 本発明のパッケージ用部材の他の実施形態について説明する図であり、(ａ)は概略斜視図、（ｂ）は(ａ)に示すＡ−Ａ´で切断した場合の概略断面図を示している。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明のパッケージ用部材の製造方法の一例について説明する概略断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、パッケージ体の製造方法の一例について説明する概略断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、導電体を配置する工程の一例について説明する断面図である。 (ａ)および（ｂ）は、本発明の変形例について説明する概略断面図である。 従来のパッケージ体の概略断面図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明のパッケージ体の一実施形態について説明する図であり、図１(ａ)は概略斜視図を示し、図１（ｂ）は概略断面図を示している。図２は、図１に示すパッケージ体の一部を構成する本発明のパッケージ用部材の一実施形態について説明する図であり、図２(ａ)は概略斜視図を示し、図２（ｂ）は概略断面図を示している。

図１に示すパッケージ体１は、ベース部材５０と、ベース部材５０の表面５２（図１中上側の面）に配置された機能素子部５１と、機能素子部５１をベース部材５０との間に設ける空間１７に収容するとともに空間１７内部の機能素子部５１と外部との間で電気信号を入力または出力するパッケージ用部材１０と、電気信号の経路となる導電体２２とを備えている。ここで電気信号とは、機能素子部５１の動作を制御するための制御データ、機能素子部５１に処理させる入力データ、機能素子部５１で処理された後の出力データ、および機能素子部を駆動させるための駆動電力など、電力の形で入力または出力されるものであればよく、特に限定されない。

パッケージ用部材１０は、単結晶サファイアを主成分とし機能素子部５１が配置されたベース部材５０の表面５２に当接した一方主面１２およびベース部材５０の反対側に位置する他方主面１４を有する本体１１と、本体１１の一方主面１２の側に設けられた、上記空間１７を構成する内面１８を備えた凹部１６と、本体１１の他方主面１４に開口した第１の開口１４ａから内面１８に開口した第２の開口１８ａまで貫通した、導電体２２を配置するための凹部領域貫通孔２０とを有している。導電体２２は、凹部領域貫通孔２０に配置されるとともに第２の開口１８ａから一部が突出して機能素子部５１に電気的に接続している。単結晶サファイアを主成分とするとは、単結晶サファイア（すなわちアルミナの単結晶）が５０質量％以上であることをいう。

機能素子部５１は、半導体回路素子５４と半導体回路素子５４と電気的に接続した電極５６とを有する。ベース部材５０は例えばシリコン単結晶からなり、いわゆる半導体製造技術を用いてこの単結晶シリコンが加工されて、ベース部材５０の表面に半導体回路素子が形成されている。

凹部領域貫通孔２０の第１の開口１４ａの直径は約１００μｍであり、第２の開口１８ａの直径は約７０μｍである。第２の開口１８ａは、機能素子部５１の電極５６と対向する位置に配置されている。導電体２２は下側端部を含む一部が開口１８ａから突出しており、開口１８ａから突出した導電体２２の下端部が電極５６と物理的かつ電気的に接合している。

本体１１は、単結晶サファイアからなる基体部３０と、基体部３０の表面の一部を被覆するアルミナを主成分とする多結晶体からなる被覆部３２とを備え、被覆部３２は凹部領域貫通孔２２の内周面２４の一部が位置している。本実施形態では、被覆部３２には内周面２４の全体が位置している。本体１１は、第１の開口１４ａの周縁部に沿って連続した、他方主面１４から突出した環状突部１９を備えている。被覆部３２は環状突部１９も含んでいる。被覆部３２は、凹部領域貫通孔２２の内周面２４から環状突部１９まで連続している。本実施形態では、アルミナを主成分とする多結晶体からなる被覆部３２は、凹部領域貫通孔２２の内周面２４から環状突部１９に至る一部分のみに配置されており、本体１１の一方主面１２Ａは単結晶サファイアからなる基体部３０の表面となっている。

凹部領域貫通孔２０に充填された導電体２２の図中上側の端部は、第１の開口１４ａから凸状に突出した凸部２１を有している。凸部２１は環状突部１９によって囲まれた範囲内に形成されており、環状突部１９によって囲まれた範囲の外には凸部２１ははみ出していない。

単結晶サファイアからなる一方主面１２と、シリコン単結晶からなる表面５２とは、原子間力による固相接合によって接合する技術を用いて、接着剤を用いずに接合されている。例えば、一方主面１２と表面５２とを、真空中でイオンビームを照射することによって活性化した後に、活性化された一方主面１２と表面５２とを常温下で直接当接させて貼り合わせている。なお、このように固相接合によって接合する技術を用いることなく、一方主面１２と表面５２とを接着剤等を用いて接合してもよいが、接着剤からのアウトガスに起因する機能素子部５１の動作不良等を抑制する点で、接着剤を用いずに固相接合によって接合することが好ましい。

パッケージ用部材１０を用いることで、図１に示すパッケージ体のように、機能素子部５１と導電体２２とを空間１７内で電気的に接続することが可能であり、ベース部材５０やパッケージ用部材１０に余分な電気配線等を設ける必要がなく、パッケージ体１を安価に作製することができる。

本実施形態のパッケージ用部材１０の本体１１の一方主面１２から他方主面１４までの距離（すなわち、図１（ｂ）および図２（ｂ）中の上下方向の厚さ）は約１００μｍであり、凹部１６の一方主面１２からの深さは約５μｍ程度である。また、パッケージ用部材１０を図１(ａ)および図２(ａ)の上側から見た際の外周面の各辺の長さは、約５ｍｍ〜５ｃｍ程度である。パッケージ用部材１０は、凹部領域貫通孔２０が機能素子部５１に対応する領域に配置されており、図１(ａ)および図２(ａ)の上側から見た際の面積が比較的小さい。またパッケージ用部材１０を用いたパッケージ体１も面積が比較的小さい。またパッケージ体１は、パッケージ用部材１０の一方主面１２とベース部材５０の上側の主面５２との接合部分に電気的接続状態を確保するための電極やバンプ等が配置されていないので、図１（ｂ）および図２（ｂ）中の上下方向の厚さも比較的薄い。

また、単結晶サファイアは比較的強度も高いので、本体１１の基体部３０を単結晶サファイアで構成することで、本体１１を例えば１００μｍ程度まで薄くした場合も、パッケージ用部材１０は充分な機械的強度を確保できる。パッケージ用部材１０を備えて構成されたパッケージ体１は、剛性が高く衝撃が加わった場合も割れや欠け等が発生し難い。また本体１１が単結晶サファイアを主成分としているので、通気性および通水性が低く、機能素子部５１に外気や水分が触れることを防止することができる。なお、パッケージ用部材１０の図１（ｂ）および図２（ｂ）中の上下方向の厚さや凹部１６の深さ等の各寸法は特に限定されず、例えばパッケージ用部材１０の厚さを１ｃｍ以上とし、凹部１６の深さを１００μｍ以上としてもよい。

また凹部領域貫通孔２０は、第２の開口１８ａから第１の開口１４ａに近づくにつれて径が拡がっている。凹部領域貫通孔２０に配置された導電体２２も、第２の開口１８ａから第１の開口１４ａに近づくにつれて径が拡がっている。凹部領域貫通孔２０に配置された導電体２２は、第２の開口１８ａの側で、機能素子部５１の電極５６と物理的かつ電気的に接続している。導電体２２は例えばＡｕ等からなる導体であり熱伝導率も比較的高いので、導電体２２は機能素子部５１の回路素子５４が発生する熱の伝導経路としても機能
する。導電体２２は第２の開口１８ａから第１の開口１４ａに近づくにつれて径が拡がっているので、導電体２２は第１の開口１４ａ側の表面積が比較的大きくなっている。すなわちパッケージ体１では、導電体２２の放熱側の面積が比較的大きくなっており、機能素子部５１の回路素子５４で発生した熱を空間１７の外側へ効率的に排出することができる。

図３は、本発明のパッケージ用部材の他の実施形態について説明する図であり、図３(
ａ)は概略斜視図、図３（ｂ）は図３(ａ)に示すＡ−Ａ´線で切断した場合の概略断面図
を示している。図３では図１および図２に示す実施形態と同様の構成については図１と同じ符号で示している。図３に示すパッケージ用部材２では、本体１１は凹部１６および凹部領域貫通孔２０を複数備えている。パッケージ用部材２は、いわゆる半導体製造工程等を施すのに適した形状を持つ単結晶サファイアウエハが加工されて製造されており、本体１１の一方主面１２に複数の凹部１６が形成されるとともに、各凹部１６に凹部領域貫通孔２０が配置されている。図３に示す実施形態でも、単結晶サファイアからなる基体部３０と、基体部３０の表面の一部を被覆するアルミナを主成分とする多結晶体からなる被覆部３２とを備えるとともに、第１の開口１４ａの周縁部に沿って連続した、他方主面１４から突出した環状突部１９を備えている。例えばシリコン単結晶からなるベースウエハ５０（図３では図示せず）の表面に、公知の半導体製造工程によって複数の機能素子部５１（図３では図示せず）を形成した後、機能素子部５１が形成されたベースウエハ５０の表面に図３に示す第２の実施形態のパッケージ用部材２の一方主面１２を接合してその後に導電体２２（図３では図示せず）を形成し、機能素子部５１を含む領域毎に複数に切り分けることで、図１に示すパッケージ体１を複数作製することができる。図３に示す第２の実施形態のパッケージ用部材は、このようないわゆるウエハレベルパッケージングに好適に用いることができる。図３に示すパッケージ用部材２を用いて、図１に示すパッケージ体１を複数作製する工程については、以下に詳しく記載する。

図４は本発明のパッケージ用部材の製造方法の一例について説明する概略断面図であり、図５はパッケージ体の製造方法の一例について説明する概略断面図である。図４および図５は、図１〜図３に示す各実施形態と同様の構成については図１〜図３に示す符号と同じ符号で示している。

まず図４（ａ）に示すように、ベース部材５０の表面と当接する一方主面１２を有する単結晶サファイア基板６０を準備する。次に図４（ｂ）に示すように、単結晶サファイア基板６０の一方主面１２およびベース部材５０の反対側に位置する他方主面１４に開口を有し単結晶サファイア基板６０を貫通する基板貫通孔６２を形成する。基板貫通孔６２は、例えば短パルスレーザーの照射によって形成すればよい。例えばスポット系が０．１ｍｍ、パルス幅が０．２ｍｓ以下のＹＡＧレーザーを他方主面１４から連続照射することで、基板貫通孔６２を形成することができる。他方主面１４の側から短パルスレーザーを照射して基板貫通孔６２を形成することで、一方主面１２から他方主面１４に近づくにつれて径が拡がった形状の基板貫通孔６２を容易に形成することができる。

また、基板貫通孔６２の内周面は、単結晶サファイアが単パルスレーザーによって一度溶融した後に比較的短時間で降温して固化することで形成された、アルミナを主成分とする多結晶体が現れた状態となっている。また、溶融したサファイアの一部が他方主面１４の側に溢れ出ることで、基板貫通孔６２の他方主面１４側の開口１４ａの周縁部に沿って連続した、他方主面１４から突出した環状突部１９が形成される。この環状突部１９もアルミナを主成分とする多結晶体からなる。このように基板貫通孔６２をレーザーによって形成することで、アルミナを主成分とする多結晶体からなる被覆部３２が形成される。被覆部３２は基板貫通孔６２の内周面が位置するとともに、環状突部１９を含む。単結晶サファイアが一度溶融した後に比較的短時間で降温して固化することで形成された、アルミ
ナを主成分とする多結晶体からなる被覆部３２は複数の結晶粒の集合体であり、表面全体に微細な凹凸が形成されている。

次に図４（ｃ）〜（ｅ）に示すように、単結晶サファイア基板６０の基板貫通孔６２を含む領域を、一方主面１２の側から他方主面１４に向かってエッチングすることで、機能素子部を収容する空間１７を構成する内面１８を備えた凹部１６を一方主面１２側に形成するとともに、他方主面１４に開口した第１の開口１４ａから凹部１６の内面１８に開口した第２の開口１８ａまで貫通した、電気信号の経路となる導電体２２を配置するための凹部領域貫通孔２０を形成する。

具体的には、図４（ｃ）に示すように、単結晶サファイア基板６０の一方主面１２にパターニングされたレジスト膜７２を形成する。例えば一方主面１２にフィルムレジストを貼り付けた後、このフィルムレジストを露光した後に現像して、所定部分が開口したレジスト膜７２を形成する。その後、図４（ｄ）に示すように、例えば公知のＲＩＥドライエッチング装置を用いて、第１主面１２の側から単結晶サファイア基板６０を例えば５μｍ程度エッチングして複数の凹部１６を形成する。これにより、他方主面１４に開口した第１の開口１４ａから凹部１６の内面１８に開口した第２の開口１８ａまで貫通した凹部領域貫通孔２０も形成される。その後、図４（ｅ）に示すように、レジスト膜７２を除去する。このように単結晶サファイア基板６０に基板貫通孔６２を形成した後、単結晶サファイア基板６０の基板貫通孔６２を含む領域をエッチングすることで、単結晶サフィア基板６０の一方主面１２に凹部１６を形成するとともに凹部１６の内面１８に第２の開口１８ａを有する凹部領域貫通孔２０を形成することで、比較的厚さが薄い凹部１６に対応する領域に貫通孔を形成するための強度補強等の特別な処置を施すことなく凹部領域貫通孔２０を形成することができ、パッケージ用部材２を少ない手間とコストで製造することができる。

図４（ｅ）までの工程で、図３に示す実施形態のパッケージ用部材２が作製される。図４（ｅ）に示す状態の後、例えばいわゆるダイシングによって、パッケージ用部材２を複数の領域に分割することで、例えば図２に示す実施形態のパッケージ用部材１を複数作製することができる。

以降、図４(ｅ)に示す工程までで得られた図３に示す実施形態のパッケージ用部材２を用いて、図１に示すパッケージ体１を複数作製する工程について説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、上面５２に複数の機能素子部５１が配置されたベース部材５０を準備する。ベース部材５０はいわゆるシリコン単結晶ウエハであり、厚み（図５中の上下方向の厚み）は２５０μｍとなっている。公知の半導体製造技術によってこのベース部材５０の上面５２が加工されて、回路素子５４および電極５６を有する機能素子部５１が複数形成されている。

次に、図４(ｅ)までの工程で得られたパッケージ用部材２を用意し、図５（ｂ）に示すように、パッケージ用部材２の一方主面１２とベース用部材５０の上面５２とを接合する。接合には、上述の固相接合によって接合する技術を用いればよい。

次に、図５（ｃ）に示すように、パッケージ用部材２の凹部領域貫通孔２０に導電体２２を配置する。導電体２２は、例えば公知のボンディング技術を用いて凹部領域貫通孔２０に配置することができる。

図６（ａ）〜（ｃ）は、導電体２２を配置する工程の一例について説明する断面図である。導電体２２は、公知のボンディングマシンを用いて凹部領域貫通孔２０内に配置する
ことができる。まず図６(ａ)に示すように、キャピラリ４２に保持された例えば直径３０μｍのワイヤ４４を、第１の開口１４ａから第２の開口１８ａに向けて凹部領域貫通孔２０に通し入れて、機能素子部５１の電極５６にワイヤ４４を当接させる。その後、図６（ｂ）に示すように、公知の超音波併用による熱圧着ワイヤボンディング手法により、ワイヤ４４の先端部分を電極５６に押し付けて変形させながら、ワイヤ４４の先端部分と電極５６とを接合する。この際、ワイヤ４４の先端が変形して凹部貫通孔２０全体に充填されるように拡がる。この後、キャピラリ４２の上部にあるクランパ（図示せず）でワイヤ４４を挟み引っ張り上げて、凹部貫通孔２０に充填された部分を残してワイヤ４４を切断することで、図６(ｃ)に示すような、凸部２１を有する導電体２２が形成される。導電体２２の形成の際、このようにワイヤ４４の先端を一部溶融して変形させながらワイヤ４４を電極５６に接合することで、凹部領域貫通孔２０内にワイヤ４４をしっかりと充填させることができる。

パッケージ用部材２は第１の開口１４ａの周縁部に沿って連続した環状突部１９を備えているので、溶融して変形したワイヤ４４はこの環状突部１９によって堰き止められ、溶融したワイヤ４４が他方主面１４に必要以上に拡がり難い。また、アルミナを主成分とする多結晶体からなる被覆部３２は、凹部領域貫通孔２０の内周面２４と環状突部１９とを含んでいる。アルミナを主成分とする多結晶体は、単結晶サファイアに比べて溶融した金属との濡れ性がより高いことを本発明者は確認している。導電体２２を形成する際、溶融したワイヤ４４は内周面２４および環状突部１９にまず接触するので、溶融したワイヤ４４はこの内周面２４および環状突部１９から外側には濡れ拡がり難く、溶融したワイヤ４４が他方主面１４に必要以上に拡がってしまうことがより確実に抑制されている。また、アルミナを主成分とする多結晶体からなる被覆部３２は、複数の結晶粒の集合体であり、表面全体に微細な凹凸が形成されており、導電体２２がこの凹凸に食い込むように形成されているので、導電体２２とパッケージ用部材２とが比較的強固に接合されている。なお導電体２２を配置する手法は、例えばスキージ等を用いて金属ペーストを凹部貫通孔２０に充填させる公知の手法を用いてもよく、特に限定されない。

次に、ベース部材５０の図中下側の面を研磨して厚みを薄くする。例えば図５（ｃ）に示す状態の集合体を公知の研磨装置に設置し、ベース部材５０の図中下側の面を研磨して、ベース部材５０の厚みを２５０μｍから約１５０μｍとする（図５（ｃ）を参照）。単結晶サファイアを主成分とする本体１１を有するパッケージ用部材２は、厚さ１００μｍでも研磨に耐えられる充分な剛性を有しており、このパッケージ用部材２がベース部材１０を支持することで、ベース部材５０の厚みを１５０μｍ程度またはそれ以下の厚さまで薄くすることができる。

その後、例えば図５（ｅ）に示すように、ダイシング技術を用いて回路素子５４を含む領域毎に切り分けて、図１に示すようなパッケージ体１を複数得ることができる。このような工程を経ることで、比較的薄くコンパクトなパッケージ体１を少ない手間とコストで大量に作製することができる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではない。図７(ａ)および（ｂ）は、本発明の変形例について説明する概略断面図である。例えば図７(ａ)に示すように、凹部１６の内面１８が曲面であってもよい。例えば図５（ｄ）に示すエッチングの際に、ウエットエッチングを用いた等方性エッチングを行なった場合など内面１８が曲面となる場合があるが、内面１８がこのように曲面となってもよい。また、図７（ｂ）に示すように、第２の開口１８ａから第１の開口１４ａまで凹部領域貫通孔２０の径が一様であってもよく、また被覆部３２を有していなくともよい。例えば図４（ｂ）に示す基板貫通孔６２の形成の際、レーザーを用いずにドリル等を用いた機械加工を行なった場合など、図７（ｂ）に示すような、第２の開口１８ａから第１の開口１４ａまで凹部領域貫通孔２０の径が一様な凹部領域貫通孔２０を形成することができ、かつ被覆部３２が形成されていない基体１１を得ることができる。また例えば、ベース部材５０の材質や機能素子部の種類等も特に限定されない。例えばベース部材としてＧａＮ基板を用い、機能素子部としてＬＥＤ発光素子を用いてもよい。サファイアからなるパッケージ用部材１０は光透過性が高いので、機能素子部をＬＥＤ発光素子とした場合は、このＬＥＤ発光素子からの発光を少ない光損失で、広い範囲にわたって効率的に出射することができる。またサファイアは熱伝導性も優れているので、ＬＥＤ発光素子から発した熱を効率的にパッケージ体１の外側に放熱することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。

１ パッケージ体
２、１０ パッケージ用部材
１１ 本体
１２ 一方主面
１４ 他方主面
１４ａ 第１の開口
１６ 凹部
１８ 内面
１８ａ 第２の開口
１９ 環状突部
２０ 凹部領域貫通孔
２１ 凸部
２２ 導電体
２４ 内周面
３０ 基体部
３２ 被覆部
４２ キャピラリ
４４ ワイヤ
５０ ベース部材
５１ 機能素子部
５２ 表面
５４ 半導体回路素子
５６ 電極
６０ 単結晶サファイア基板
６２ 基板貫通孔
７２ レジスト膜

Claims (8)

1. ベース部材の表面に配置された機能素子部を前記ベース部材との間に設ける空間に収容するとともに、前記空間内部の前記機能素子部と外部との間で電気信号を入力または出力するパッケージ用部材であって、
   単結晶サファイアを主成分とし前記ベース部材の前記表面に当接する一方主面および前記ベース部材の反対側に位置する他方主面を有する本体と、
   該本体の前記一方主面側に設けられた、前記空間を構成する内面を備えた凹部と、
   前記本体の前記他方主面に開口した第１の開口から前記内面に開口した第２の開口まで貫通した、前記電気信号の経路となる導電体を配置するための凹部領域貫通孔とを有することを特徴とするパッケージ用部材。
2. 前記本体は、単結晶サファイアからなる基体部と、該基体部の表面の一部を被覆するアルミナを主成分とする多結晶体からなる被覆部とを備え、
   該被覆部は、前記凹部領域貫通孔の内周面の一部が位置していることを特徴とする請求項１記載のパッケージ用部材。
3. 前記本体は、前記第１の開口の周縁に沿って連続した、前記他方主面から突出した環状突部を備えていることを特徴とする請求項１または２記載のパッケージ用部材。
4. 前記本体は、単結晶サファイアからなる基体部と、該基体部の表面の一部を被覆するアルミナを主成分とする多結晶体からなる被覆部とを備え、
   該被覆部は、前記環状突部を含むことを特徴とする請求項２または３に記載のパッケージ用部材。
5. 前記凹部領域貫通孔は、前記第２の開口から前記第１の開口に近づくにつれて径が広がっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のパッケージ用部材。
6. 前記本体は、前記凹部および前記凹部領域貫通孔を複数備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のパッケージ用部材。
7. ベース部材の表面に配置された機能素子部を前記ベース部材との間に設ける空間に収容するとともに、前記空間内部の前記機能素子部と外部との間で電気信号を入力または出力するパッケージ用部材の製造方法であって、
   前記ベース部材の前記表面に当接する一方主面を有する単結晶サファイア基板を準備する工程と、
   前記単結晶サファイア基板の前記一方主面および前記ベース部材の反対側に位置する他方主面に開口を有して前記単結晶サファイア基板を貫通する基板貫通孔を形成する工程と、前記単結晶サファイア基板の前記基板貫通孔を含む領域を、前記一方主面側から前記他方主面側に向かってエッチングすることで、前記空間を構成する内面を備えた凹部を前記一方主面側に形成するとともに、前記他方主面に開口した第１の開口から前記凹部の内面に開口した第２の開口まで貫通した、前記電気信号の経路となる導電体を配置するための凹部領域貫通孔を形成する工程とを有することを特徴とするパッケージ用部材の製造方法。
8. ベース部材と、該ベース部材の表面に配置された機能素子部と、該機能素子部を前記ベース部材との間に設ける空間に収容するとともに該空間内部の前記機能素子部と外部との間で電気信号を入力または出力するパッケージ用部材と、前記電気信号の経路となる導電体とを備えたパッケージ体であって、
   前記パッケージ用部材は、単結晶サファイアを主成分とし前記機能素子部が配置された前記ベース部材の前記表面に当接した一方主面および前記ベース部材の反対側に位置する他
   方主面を有する本体と、該本体の前記一方主面の側に設けられた、前記空間を構成する内面を備えた凹部と、前記本体の前記他方主面に開口した第１の開口から前記内面に開口した第２の開口まで貫通した、前記導電体を配置するための凹部領域貫通孔とを有し、
   前記導電体は、前記凹部領域貫通孔に配置されるとともに前記第２の開口から一部が突出して前記機能素子部に電気的に接続していることを特徴とするパッケージ体。

Images