JP2015050260A - 配線基板および電子装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 電子装置の小型化を可能にしつつ、充分な量のゲッターを配置することを可能とすること。
【解決手段】 配線基板１は、上面に電子デバイス２が搭載される第１搭載部５ａと、下面にゲッター３が搭載される第２搭載部５ｂと、上面の第１搭載部５ａを含む領域から下面の第２搭載部５ｂを含む領域にかけて貫通する貫通孔５ｃとを有する絶縁基板５を含み、第１搭載部５ａにおける貫通孔５ｃの第１搭載部５ａ側の開口の幅Ｗ１１は、第１搭載部５ａの幅Ｗ１２より大きく、第２搭載部５ｂにおける貫通孔５ｃの第２搭載部５ｂ側の開口の幅Ｗ２１は、第２搭載部５ｂの幅Ｗ２２より大きい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、加速度センサ、赤外線センサ、ジャイロセンサおよび水晶振動子のような電子デバイスを真空封止する配線基板および電子装置に関するものである。
加速度センサ、赤外線センサ、ジャイロセンサ及び水晶振動子のような電子デバイスが内部に封止されたパッケージにおいては、上述の電子デバイスの特性を高めるため、パッケージ内部の内圧を小さくすることが求められている。パッケージ内の内圧を高めるため、特許文献１および特許文献２に開示されているように、パッケージ内にゲッター材を配設することが知られている。ゲッター材を配設することにより、パッケージ内に存在する気体分子がゲッター材に吸着されるので、パッケージ内の内圧を小さくすることができる。なお、配設したゲッターにおいては、パッケージ内に存在する気体分子に触れる面積を大きくすることが求められており、板状（膜状）のものが用いられていた。
特開2007−251239号公報 特開2007−324466号公報
しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示されているパッケージでは、気体分子を吸着するためのゲッターがパッケージの内面に被着されており、ゲッターの片面でしか気体分子に触れることができないものとなっているため、ゲッターによる気体分子の吸着が充分でないものとなる可能性があった。また、特許文献２に開示されているパッケージでは、気体分子を吸着するためのゲッターが、電子デバイスの直下に配置されており、赤外線を蓋体側から照射してゲッターを活性化させようとしても、電子デバイスによって赤外線がゲッターに照射されにくいものとなり、ゲッターが活性化しにくいため、ゲッターによる気体分子の吸着が充分でないものとなる可能性があった。
本発明の配線基板は、上面に電子デバイスが搭載される第１搭載部と、下面にゲッターが搭載される第２搭載部と、前記上面の前記第１搭載部を含む領域から前記下面の前記第２搭載部を含む領域にかけて貫通する貫通孔とを有する絶縁基板を含み、前記第１搭載部における前記貫通孔の前記第１搭載部側の開口の幅は、前記第１搭載部の幅より大きく、前記第２搭載部における前記貫通孔の前記第２搭載部側の開口の幅は、前記第２搭載部の幅より大きい。
本発明の電子装置は、上記構成の配線基板と、前記第１搭載部に搭載された前記電子デバイスと、前記第２搭載部に搭載された前記ゲッターと、前記第１搭載部および前記第２搭載部をそれぞれ封止した蓋体とを有している。
本発明の配線基板は、上面に電子デバイスが搭載される第１搭載部と、下面にゲッターが搭載される第２搭載部と、上面の第１搭載部を含む領域から下面の第２搭載部を含む領域にかけて貫通する貫通孔とを有する絶縁基板を含み、第１搭載部における貫通孔の第１搭載部側の開口の幅は、第１搭載部の幅より大きく、第２搭載部における貫通孔の第２搭
載部側の開口の幅は、第２搭載部の幅より大きい。これらによって、ゲッターの両面が気体分子に触れることが可能となるとともに、配線基板の下面側から赤外線を妨げずにゲッターに照射でき、ゲッターを活性化することが可能となって、封止空間の内圧を効果的に小さくすることが可能となるものである。
本発明の電子装置は、上記構成の配線基板と、第１搭載部に搭載された電子デバイスと、第２搭載部に搭載されたゲッターと、第１搭載部および第２搭載部をそれぞれ封止した蓋体とを有していることによって、封止空間の内圧が小さく、電子デバイスの動作が良好なものとすることが可能となるものである。
（ａ）は本発明の実施形態における電子装置を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す電子装置の下面図である。 図１（ａ）に示す電子装置のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態における電子装置の他の例を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す電子装置の下面図である。 図３（ａ）に示す電子装置のＡ−Ａ線における断面図である。 本発明の実施形態における電子装置の他の例を示す断面図である。 本発明の実施形態における電子装置の他の例を示す断面図である。
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、参照する図面において、電子装置は仮想のｘｙｚ空間に設けられており、以下、便宜的に、上方向とは仮想のｚ軸の正方向のことをいう。
図１〜６を参照して本発明の実施形態における電子装置について説明する。なお、便宜上図１（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）においては蓋体を除いた電子装置の平面図を示している。本実施形態における電子装置は、配線基板１と、電子デバイス２と、ゲッター３と、蓋体４とを有している。
配線基板１は絶縁基板５を含んでおり、絶縁基板５は上面に電子デバイス２が搭載される第１搭載部５ａと、下面にゲッター３が搭載される第２搭載部５ｂと、貫通孔５ｃとを有している。この貫通孔５ｃは、絶縁基板５の上面の第１搭載部５ａを含む領域から下面の第２搭載部５ｂを含む領域にかけて貫通するように設けられている。なお、図１〜図５に示される例では、絶縁基板５の上下面にそれぞれ凹部５ｄを有し、凹部５ｄの底面にそれぞれ第１搭載部５ａと第２搭載部５ｂとを有している。凹部５ｄの周囲の上面、下面には枠状の封止用金属層が設けられており、封止用金属層と蓋体４とがろう材６を介して接合されている。
絶縁基板５は、例えば、セラミックスからなる絶縁基板５の表面や内部に配線導体、外部端子が形成されたものである。また、絶縁基板５は、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体もしくはガラスセラミックス質焼結体等のセラミックスから成るものである。
封止用金属層、配線導体、外部端子は、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）等の金属粉末メタライズから成り、封止用金属層を凹部５ｄの周囲に枠状に、同様に、配線導体、外部端子を所定形状に形成する。
封止用金属層、配線導体、外部端子の露出する表面には、めっき層が被着される。めっき層は、ニッケルおよび金等の耐蝕性や接続部材等との接続性に優れる金属からなるもの
であり、例えば、厚さ１〜10μｍ程度のニッケルめっき層と厚さ0.1〜３μｍ程度の金め
っき層とが順次被着される。これによって、封止用金属層、配線導体、外部端子が腐食することを効果的に抑制することができるとともに、ろう材６を介して第１搭載部５ａと第２搭載部５ｂをそれぞれ封止する蓋体４との接合、接続部材７との接合および外部端子と外部電気回路基板の配線との接続を強固にすることができる。
電子デバイス２は、例えば加速度センサ、赤外線センサ、ジャイロセンサおよび水晶振動子であり、例えば、赤外線センサ用電子装置を作製する場合には、電子デバイス２として赤外線センサを絶縁基板５の上面の第１搭載部５ａに搭載すればよい。電子デバイス２として赤外線センサを第１搭載部５ａに搭載する場合には、赤外線センサは、上面に赤外線を受光するための受光部を有しており、絶縁基板５の第１搭載部５ａに、金属バンプ等の接合部材８を介して接合されて配置されることによって、電子デバイス２と第１搭載部５ａとの間に空間を有するものとなって、第１搭載部５ａ側の封止空間と貫通孔５ｃとが連通するものとなる。また、赤外線センサは例えばボンディングワイヤからなる接続部材７によって配線導体に電気的に接続されている。
ゲッター３は、絶縁基板５の下面の第２搭載部５ｂに、金属バンプ、ろう材等の接合部材８を介して接合されて搭載されている。なお、金属バンプのような点状の接合であると金属バンプ間を気体分子が流れるものとなり、気体分子がゲッター３に接触する面積を大にすることができ、好ましい。
ゲッター３の材料としては、化学的に活性な部材を用いる。具体的には、チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），鉄（Ｆｅ）およびバナジウム（Ｖ）を主成分とする金属を用いることができる。
また、図１〜図６に示される例のように、絶縁基板５の上面に電子デバイス２が搭載される第１搭載部５ａと、下面にゲッター３が搭載される第２搭載部５ｂを有している。これらによって、配線基板１の下面側から赤外線を妨げずにゲッター３に照射でき、ゲッター３を活性化することが可能となって、封止空間の内圧を効果的に小さくすることが可能となる。
また、図１、図３、図５に示される例のように、第１搭載部５ａにおける貫通孔５ｃの第１搭載部５ａ側の開口の幅Ｗ１１は、第１搭載部５ａの幅Ｗ１２より大きく、第２搭載部５ｂにおける貫通孔５ｃの第２搭載部５ｂ側の開口の幅Ｗ２１は、第２搭載部５ｂの幅Ｗ２２より大きくなっている。これらによって、貫通孔５ｃを完全に塞がないで電子デバイス２とゲッター３を搭載でき、配線基板１の上下空間が貫通孔５ｃで連通され、気体分子がゲッター３に接触することが可能となっており、封止空間の内圧を効果的に小さくすることが可能となる。図１に示される例では、上面視で電子デバイス２の幅方向（ｙ方向）の両側から貫通孔５ｃが露出しており、下面視でゲッター３の幅方向（ｙ方向）の両側から貫通孔５ｃが露出している。このような搭載ができるので配線基板１の上下空間が貫通孔５ｃで連通され、気体分子がゲッター３に接触することが可能となる。これらの構成によって、ゲッター３の両面が気体分子に接触することが可能となって、封止空間の内圧を効果的に小さくすることが可能となる。なお、電子装置内に存在する気体分子としては、電子装置の製造時及び使用時において、配線基板１、蓋体４、接合部材８およびろう材６のような電子装置を構成する部材から発生するガス等である。
図１、図２、図５、図６に示される例では、上面視で電子デバイス２のｙ方向の両側から、下面視でゲッター３のｙ方向の両側から貫通孔５ｃが露出しているが、図３、図４に示される例のように、上面視で電子デバイス２のｙ方向の両側から貫通孔５ｃが露出し、下面視でゲッター３のｘ方向の両側から貫通孔５ｃが露出していてもよい。この場合、電
子デバイス２が貫通孔５ｃの第１搭載部５ａ側の開口を跨ぐように搭載され、ゲッター３が貫通孔５ｃの第２搭載部５ｂ側の開口を跨ぐように搭載されており、電子デバイス２と配線基板１との接合部材８による接合部と、ゲッター３と配線基板１との接合部材８による接合部とが、平面透視で重ならないようにしている。このような構成とすることによって、第１搭載部５ａ側の気体分子が貫通孔５ｃを通ってゲッター３の上面に接触しやすいものとなり、封止空間の内圧を効果的に小さくすることが可能となる。
貫通孔５ｃは、図１〜図４、図６に示される例では、第１搭載部５ａ側の開口の幅Ｗ１１と第２搭載部５ｂ側の開口の幅Ｗ２１が同じ寸法となっているが、図５に示される例のように、第１搭載部５ａ側の開口の幅Ｗ１１と第２搭載部５ｂ側の開口の幅Ｗ２１が異なる寸法となっていてもよい。このような構成とすることによって、電子デバイス２またはゲッター３の寸法が異なっていても、電子デバイス２およびゲッター３をそれぞれ第１搭載部５ａの開口および第２搭載部５ｂの開口を塞がないで搭載することができ、配線基板１の上下空間を連通させることができる。
蓋体４は、第１搭載部５ａおよび第２搭載部５ｂをそれぞれ封止するように配線基板１上に配置されている。蓋体４としては、例えば、セラミックス，ガラス，シリコンならびに金属部材を用いることができる。また、上記の部材を組み合わせて接合したものであってもよい。なお、電子デバイス２がとして赤外線センサを用いる場合には、赤外線を透過するものであればよい。例えば、Ｇｅ，Ｓｉ，ＺｎＳまたはこれらの金属を含む合金を主成分とする部材を用いることができる。また、第２搭載部５ｂを封止する蓋体４は、ゲッター３を赤外線で加熱できるように赤外線を透過するものであればよい。例えば、Ｇｅ，Ｓｉ，ＺｎＳまたはこれらの金属を含む合金を主成分とする板状の部材を用いることができる。
蓋体４として、セラミックス及びガラスおよびシリコン等の部材を用いる場合には、配線基板１との接合箇所にメタライズ層が形成されたものを用いることが好ましい。これにより、配線基板１と蓋体４の接合性を高めることができるからである。蓋体４として上記の部材を用いる場合には、この部材の表面に特定の波長帯の光を透過するような金属がコーティングされていてもよい。また、蓋体４として上記の部材を用いる場合には、蓋体４がレンズ形状であってもよい。
また、配線基板１が凹部５ｄを有さない平板状である場合には、蓋体４として、配線基板１に搭載された電子デバイス２またはゲッター３が収容されるような凹部が形成されているもの、または図６に示される例のように、配線基板１と蓋体４とを枠体を介して封止するようにすればよい。
次に、本発明の電子装置の製造方法について詳細に説明する。
貫通孔５ｃおよび凹部５ｄ、封止用金属層、配線導体、外部端子を形成した絶縁基板５を準備する。具体的には、絶縁基板５が、例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる場合には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３），シリカ（ＳｉＯ２），カルシア（ＣａＯ），マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤および溶媒等を添加混合して泥漿状となすとともに、これをドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用してシート状に成形し、アルミナセラミックスのセラミックス材料を主成分とするセラミックグリーンシートを準備し、貫通孔５ｃおよび凹部５ｄの側壁となる部位の打ち抜き金型を用いた打ち抜き加工またはレーザー加工を施すとともに、セラミックグリーンシートにＷ，Ｍｏ，Ｍｎ，ＡｇまたはＣｕ等の金属粉末メタライズから成る封止用金属層用の導体ペーストを凹部５ｄとなる箇所の周囲に枠状に、同様に、配線導体、外部端子用の導体ペーストを所定形状に、スクリーン印刷法等によって印刷する。なお、配線導体のうち、セラミックグリーンシ
ートを厚み方向に貫通する貫通導体は、導体ペーストを印刷することによってセラミックグリーンシートに形成した貫通孔を充填しておけばよい。このような導体ペーストは、上記金属粉末に適当な有機溶剤および有機バインダーを加え、必要に応じて分散剤等を加えてボールミル，三本ロールミル，プラネタリーミキサー等の混練手段によって混合および混練することで適度な粘度に調整して作製する。また、セラミックグリーンシートの焼結挙動に合わせたり、焼成後の絶縁基板５との接合強度を高めたりするためにガラスやセラミックスの粉末を添加してもよい。貫通導体用の導体ペーストは、有機バインダーや有機溶剤の種類や添加量によって、配線導体層用の導体ペーストよりも充填に適した高い粘度に調整される。
その後、導体ペーストを印刷したセラミックグリーンシートを積層して、貫通孔５ｃおよび凹部５ｄを有するように積層体を作製する。そして、この積層体を高温（約1500〜1800℃）で焼成することによって、絶縁基板５を作製することができる。
また、封止用金属層、配線導体、外部端子の露出する表面には、電解めっき法や無電解めっき法等のめっき法によって、めっき層が被着される。
次に、絶縁基板５の上面に形成された凹部５ｄ内の第１搭載部５ａに、Ａｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｃｕおよびこれらの合金を主成分とする金属からなる、金属バンプ等の接合部材８を介して、赤外線センサ等の電子デバイス２を搭載する。また、電子デバイス２は、絶縁基板５上に形成された配線導体にワイヤボンディング、フリップチップ実装によって電気的に接続される。
次に、絶縁基板５の下面に形成された凹部５ｄ内の第２搭載部５ｂに、金属バンプ等の接合部材８を介して板状のゲッター３を搭載する。
ゲッター３は、チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），鉄（Ｆｅ）およびバナジウム（Ｖ）を主成分とする金属の粉末をニトロセルロース樹脂およびエチルセルロース樹脂等の有機溶剤と混合して導体ペーストを作製し、この導体ペーストをスクリーン印刷法等の印刷法によって、貫通孔が形成された鉄（Ｆｅ），タングステン（Ｗ），ニクロムまたはステンレス等からなる金属板の表面に所望の位置および厚さに印刷した後、不活性ガス雰囲気中（例えばアルゴン（Ａｒ）雰囲気中）や真空雰囲気中で250〜500℃で加熱して、有機溶剤を蒸発させて除去することによって作製され、ゲッター材料を金属板の両面に配置したものを得ることができる。なお、ゲッター材料を金属板の表面に配置する方法としては、一般的な蒸着法またはスパッタリング法で行ってもよい。
また、第２搭載部５ｂを封止する蓋体４は、ゲッター３を赤外線で加熱できるように赤外線を透過するとともに第２搭載部５ｂを封止することができるものであればよい。例えば、Ｇｅ，Ｓｉ，ＺｎＳまたはこれらの金属を含む合金を主成分とする板状の部材を用いることができる。
次に、ろう材６を用いて絶縁基板５と蓋体４とを接合する。ろう材６としては、例えば、プリフォームされたもの、蓋体４にクラッドされたものまたはペースト状のものを用いることができる。また、このようなろう材６は、絶縁基板５の封止用金属層と蓋体４のメタライズ層との接合面に配置してもよいし、ペースト状としたろう材６を用いて印刷法によって絶縁基板５と蓋体４との接合面に配置してもよい。そして、絶縁基板５と蓋体４との接合面に配置されたろう材６を、赤外線のランプヒータ，ヒータブロックまたはヒータープレート等を用いて加熱して溶融させることによって、絶縁基板５と蓋体４とをろう材６を介して接合することができる。
なお、蓋体４を用いて第１搭載部５ａおよび第２搭載部５ｂをそれぞれ封止する工程は、常圧よりも低い圧力の下で行なう。具体的には、真空チャンバー等の減圧装置を用いることにより、常圧よりも低い圧力の下で第１搭載部５ａおよび第２搭載部５ｂを封止する。このときの真空度は、減圧装置を用いることによって、要求される封止空間の内圧に応じて適宜設定すればよい。
なお、このようにして電子装置を製造する過程において、ゲッター３を加熱する工程を備えていることが好ましい。ゲッター３を加熱することによって、ゲッター３の表面に新しい活性面を形成できるので、ゲッター３による気体分子を吸着する効果を向上させることができる。
特に、蓋体４と絶縁基板５とを接合する工程においてゲッター３を加熱することによって、ゲッター３を活性化することが好ましい。蓋体４と絶縁基板５とを接合する工程においては、絶縁基板５および蓋体４を加熱することによって絶縁基板５と蓋体４とを接合するので、絶縁基板５および蓋体４ならびにろう材６からガスが発生しやすい。そのため、蓋体４と絶縁基板５とを接合する工程においてゲッター３を活性化させることによって、ゲッター３による気体分子を吸着する効果を高めることができるので、電子装置の封止空間の内圧をより小さくすることができるからである。
なお、本発明は、上記の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内で種々の変更を行うことは何ら差し支えない。
１・・・・配線基板
２・・・・電子デバイス
３・・・・ゲッター
４・・・・蓋体
５・・・・絶縁基板
５ａ・・・第１搭載部
５ｂ・・・第２搭載部
５ｃ・・・貫通孔

Claims (2)

  1. 上面に電子デバイスが搭載される第１搭載部と、
    下面にゲッターが搭載される第２搭載部と、
    前記上面の前記第１搭載部を含む領域から前記下面の前記第２搭載部を含む領域にかけて貫通する貫通孔とを有する絶縁基板を含み、
    前記第１搭載部における前記貫通孔の前記第１搭載部側の開口の幅は、前記第１搭載部の幅より大きく、
    前記第２搭載部における前記貫通孔の前記第２搭載部側の開口の幅は、前記第２搭載部の幅より大きいことを特徴とする配線基板。
  2. 請求項１に記載の配線基板と、
    前記第１搭載部に搭載された前記電子デバイスと、
    前記第２搭載部に搭載された前記ゲッターと、
    前記第１搭載部および前記第２搭載部をそれぞれ封止した蓋体とを有することを特徴とする電子装置。
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