JP2015095835A - 電子部品の製造方法および電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】電子素子と外部電極との導通を安定して保ち、且つ、容易に貫通電極を形成可能な薄型の電子部品の製造方法を提供する。【解決手段】電子素子３０を内蔵する電子部品１の製造方法において、ガラス製のベース１０に貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、ベースに前記電子素子が配置される側の内部と電子素子が配置される側とは反対側の外部とに共通の電極である内外部共通電極を一括して形成する電極形成工程と、内外部共通電極と電子素子とを電気的に接続する実装工程と、電子素子を覆うカバー４０をベースに接合する接合工程と、を備えることを特徴とする。【選択図】 図２

Description

本発明は、水晶振動子や圧電素子に代表される電子部品の製造方法および電子部品に関する。

ジャイロセンサ、圧電素子、水晶振動子、赤外線センサ等の電子部品は、特性を安定させるために、外気の影響を遮断する必要があるので、密封容器に入れることが望ましい。このようなパッケージ構造の例としては、後述の「ガラス−セラミック複合体およびそれを用いたフラットパッケージ型圧電部品」などが提案されている（特許文献１）。

この特許文献１に記載のパッケージは、ベースに水晶振動子片を納め、キャップを被せてなる電子デバイスにおいて、水晶振動子片とほぼ同じ熱膨張率の材料であるセラミックとガラス粉末とを混合したものを用いて、パッケージが構成されることを特徴とする。しかし、このパッケージは、ガラス−セラミック複合体であるため、１個のベースに水晶振動子片を載せ、キャップを被せることによる単品生産によってなるため、生産性が著しく低い。加えて、このパッケージは、ガラス−セラミック複合体の加工が難しいため、生産コストが嵩む。

これらの欠点を解消するべく、パッケージを加工容易なガラスで製造する方法が提案されており、一例として、後述の「電子部品パッケージ」などが知られている（特許文献２）。

図５を用いて特許文献２記載の電子部品パッケージの概要を説明する。当該電子部品パッケージでは、ベース１１０に貫通孔を作製する工程（ａ）、貫通孔に低融点ガラスを流し込み、金属ピン１２０をはめ込む工程（ｂ）、金属ピン１２０を押し込むと共に、ガラス板を凹状に加工する工程（ｃ）、電極１３０を印刷によって形成する工程（ｄ）、水晶振動子等の部品１４０を金属ピン１２０に搭載する工程（ｅ）、封止材１５０を介してキャップ１６０とベース１１０を封止接合する工程（ｆ）を経て、電子デバイス１００が製造されている。ここで、（ｃ）の工程において、加熱温度をガラスの軟化点温度（約１０００℃）以上にしてガラスを溶着させることで、ベース１１０に密着固定した金属ピン１２０を得ることができるため、（ｆ）の工程で確実に機密性を保つことが可能となり、低コストで電子デバイス１００を製造できるというものである。

このような従来の電子デバイスの製造方法においては、金属ピンをガラス板に設ける図５の工程（ｃ）において図６に示すような事態が生じる可能性がある。ここで、図６は、工程（ｃ）の金属ピン部分の拡大図である。即ち、図６（ｃ−１）に示すように、金属ピン１２０が短い場合や、または、押し込み量が少ない場合には、金属ピン１２０が低融点ガラス１７０に包まれうる。このため、工程（ｄ）で形成する電極１３０と金属ピン１２０との電気的接続が確保できないという事態が生じうる。また、図６（ｃ−２）に示すように、仮に設計通りに金属ピン１２０を押し込めたとしても、ベース１１０が低融点ガラス１７０の軟化点以上の温度にさらされているため、低融点ガラス１７０が金属ピン１２０の先端をカバーする可能性がある。さらには、図６（ｃ−３）に示すように、金属ピン１２０が約１０００℃の温度にさらされる結果、金属ピン１２０の周囲で酸化膜１８０が成長し、電極１３０と電子部品１４０とが導通しなくなるという事態が生じうる。また、近年の電子部品の小型・薄型の要求（例2012サイズ、0.6mm）を低コストで提供するという要求もある。

特開平１１−３０２０３４号公報 特開２００３−２０９１９８号公報

本発明はこのような事情を考慮してなされるものであり、その目的は、外部電極と内部部品との電気的導通を安定して確保できる電子部品の製造方法および電子部品を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の電子部品の製造方法は、電子素子を内蔵する電子部品の製造方法において、ガラス製のベースに貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記ベースに前記電子素子が配置される側の内部と前記電子素子が配置される側とは反対側の外部とに共通の電極である内外部共通電極を貫通孔を介して一括して形成する電極形成工程と、前記内外部共通電極と前記電子素子とを電気的に接続する実装工程と、前記電子素子を覆うカバーを前記ベースに接合する接合工程と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の電子部品の製造方法は、前記電極形成工程が、めっき処理を施すことにより、前記内外部共通電極が形成されることを特徴とする。また、本発明の電子部品の製造方法は、前記ベースと前記カバーとを切断する個片化工程を更に有することを特徴とする電子部品の製造方法。

また、本発明の電子部品は、電子素子を内蔵する電子部品において、ガラス製のベースと、前記ベースの前記電子素子が配置される側の内部と前記電子素子が配置される側とは反対側の外部とに形成される電極が前記ベースに形成された貫通孔を介して一体に形成される内外部共通電極とを備えることを特徴とする。

また、本発明の電子部品は、前記貫通孔の開口径がφ５０μｍ以下であることを特徴とする。また、本発明の電子部品は、前記貫通孔の開口径がφ１５μｍ以下であることを特徴とする。また、本発明の電子部品は、前記貫通孔が前記ベースの両面の開口径がほぼ同一のストレート状に形成されることを特徴とする。

本発明によれば、従来の貫通電極となる部分を、ベースに形成された微小な貫通孔に内外部共通電極を形成する工程を用いており、金属ピンをはめ込む／押し込む工程を用いない。そのため、本発明では、金属ピンが低融点ガラスに包まれる事態や金属ピンの周囲に酸化膜が形成されるなどの事態を避けることができるので、電子素子と外部電極との電気的導通を安定して保つことができる。

以上により、本発明は、電子部品と外部電極との導通を安定して保ち、且つ、容易に貫通電極を形成可能な小型・薄型の電子部品の製造方法を提供できるという効果を奏する。

本発明に係る実施形態の電子部品の断面図である。 本発明に係る実施形態の電子部品の製造工程を示す図である。 本発明に係る実施形態の電子部品の製造工程の変形例を示す図である。 本発明に係る実施形態の電子部品の製造工程の別の変形例を示す図である。 従来例の製造工程を示す図である。 従来例の金属ピン部の拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る電子部品の断面図である。電子部品１は、内外部共通電極１２を有するガラス製のベース１０及びカバー４０で囲まれた、外気と遮断された空洞部に電子素子３０が搭載されている。そして、電子素子３０は、接続部２０、内外部共通電極１２、を介して、基板に実装される端子である内外部共通電極１２と電気的に接続されている。ここで、カバー４０としては、ガラス製に限らず、例えば、電子部品１が圧力センサなどのＭＥＭＳデバイスの場合はシリコン製のもの等を用いることができる。また、カバー４０はアルミ製のものを用いることもできる。

図１に示す電子部品１は、電子素子３０として音叉型の水晶振動子片を搭載した水晶振動子である。本願発明において、電子部品１は、これに限らず、圧電素子、ＡＴカット水晶振動子、半導体回路、各種センサなど、ベース１０上に搭載可能な各種の電子部品を搭載したものを含む。

内外部共通電極１２は、銅で形成される。また、銅に限定されるものではなく、例えば、ベース１０との熱膨張係数を考慮し、鉄−ニッケル合金、等を用いてもよい。また、内外部共通電極１２の最表面は、金、銀、白金等の貴金属を使用した層状からなるものでもよい。ここで、貴金属は、イオン化傾向が小さく、耐腐食性があるため、内外部共通電極１２の長期的劣化を抑えることができるので、本願発明を用いた電子部品１の信頼性を向上させることができる。なお、金属拡散を防ぐための拡散防止層として、貴金属で形成された表面層の下地にニッケル等の金属層を形成しても良い。

また、内外部共通電極１２と電子素子３０とを接続する接続部２０は、例えば銀ペースト等の導電接着剤を用いることができる。その場合、内外部共通電極１２と電子素子３０とは、接続部である銀ペースト等の導電接着剤（接続部２０）を焼成して接合される。しかし、電子素子３０の構成によっては、接続部として導電接着剤を用いなくても良い。例えば、内外部共通電極１２の最表面に金の膜（金膜）を形成した場合、電子素子３０上に形成した金バンプ（図示しない）を接続部２０として用いることができる。その場合、電子素子３０上に形成した金バンプと内外部共通電極１２の金膜とを熱圧着によって接合する金−金接合などを導電接着剤の代わりに用いて接合することができる。

次に、本実施形態に係る電子部品１の製造方法について、図２から図４を用いて説明する。図２から図４は、多数の電子部品を共通のウェハ上で製作できるようにウェハーレベルで作製され、最後にダイシング等で切断されて得られる電子部品の製造方法を示す図である。なお、本実施形態に係る電子部品１は、これに限定されず、はじめから個別パッケージで形成されてもよい。

図２は、本発明に係る電子部品の製造工程を示す図である。
図２（ａ）は、ベース１０に貫通孔を形成する工程である（貫通孔形成工程）。貫通孔は、サンドブラスト、レーザー加工、ドリル加工、熱プレス加工等で製造する。貫通孔の少なくても一方の開口部サイズは、φ５０μｍ、望ましくは、φ１５μｍにする。貫通孔は、ベース１０に止まり孔を形成し、研磨により孔を開口させて、形成しても良い。

図２（ｂ）は、ベース１０に金属膜１１を形成する工程である（金属膜形成工程）。金属膜１１は、下地として、スパッタや無電解めっきによる薄膜を形成してもよい。金属膜１１は、内外部共通電極１２の元となるため、薄膜では配線抵抗が大きくなるため、電解めっきにより、厚みを持たせる。めっきは銅であることが多いが、熱膨張を考慮し、鉄―ニッケル系合金でもよい。このとき、ベース１０の少なくとも片方の貫通孔が金属膜11によって、埋め込まれるように形成する。貫通孔の開口径がφ５０μｍ以下である場合、貫通孔の微細性を確保しつつ金属膜１１をベース１０の表裏両面に確実に導通形成できる。貫通孔の開口径がφ５０μｍより大きい場合は、ベース１０の表裏面と貫通孔に一様に形成されるめっきの厚さを大きくしなければならず、場合によっては貫通孔が埋まらない事態が生じ得る。また、めっきをベース１０の表裏面全体にウェハレベルで形成するため、φ５０μｍより大きい貫通孔を埋めるほどのめっき厚とすると余計な製造コストが必要となりうる。さらに、貫通孔の開口径がφ１５μｍ以下である場合、貫通孔の面積に起因する実装の制限を更に緩和できるようになるとともに、貫通孔の金属膜１１による電子部品内部の密封性を確保することができる。なお、貫通孔の最小径はφ１μｍである。

図２（ｃ）は、金属膜１１をエッチングして、内外部共通電極１２を形成する工程である。図２（ｂ）の工程と併せて電極形成工程と称する。電極形成工程において、内外部共通電極１２の最表面を、金、銀、白金等の貴金属を無電解めっきにより、形成してもよい。このように、電極形成工程においては、ベース１０に対して電子素子３０が配置される側の内部と電子素子３０が配置される側とは反対側の外部とに共通の電極である内外部共通電極１２を同一の工程により一括して形成する。
図２（ｄ）は、内外部共通電極１２と電子素子３０とを接続部２０を介して電気的に導通するように接続する、電子部品接続工程を説明するための図である（実装工程）。

ここで、内外部共通電極１２と電子素子３０とを接続する接続部２０は、例えば銀ペースト等の導電接着剤を用いることができる。その場合、内外部共通電極１２と電子素子３０とは、接続部である銀ペースト等の導電接着剤を焼成して接合される。また、電子素子３０の構成によっては、接続部として導電接着剤を用いなくても良い。例えば、内外部共通電極１２の最表面に金を使用した場合、電子素子３０上に形成した金バンプを接続部２０として用いることができる。その場合、電子素子３０上に形成した金バンプと内外部共通電極１２の金膜とを熱圧着によって接合する金−金接合などを導電接着剤の代わりに用いて接合することができる。

図２（ｅ）は、ベース１０に搭載された電子素子３０を保護するため、凹状に加工したカバー４０をベース１０と接合する工程を説明するための図である（接合工程）。カバー４０の材質は、接合方法や、真空度やコスト等などの電子素子３０に要求される仕様を考慮して、例えばシリコン、ガラス、アルミニウム等を、適宜に選択すればよい。例えば、電子素子３０が水晶振動子片であり、ベース１０とカバー４０との接合後に周波数調整をする場合には、カバー４０には透過性を有するガラス製の部材を選択することが望ましい。カバー４０の外からレーザー照射することで電子素子３０の一部を除去するなどにより周波数の調整を行うことができるようになる。また、カバー４０とベース１０との接合方法としては、例えば陽極接合、金−金接合等を用いることができる。

図２（ｆ）は、パッケージを個片化する工程を説明するための図である（個片化工程）。すなわち、図２（ｆ）が示唆する工程は、１つのベース１０上に複数の電子部品を一括形成した後、電子部品をそれぞれ分離し個片化する工程である。ベース１０とカバー４０との接合面をその接合幅より小さな切断幅を有するように切断する。この工程において、カバー４０の材質によって．切断により個片化する方法は変わるが、一例として、ダイシング、またはレーザーカットによって電子部品の個片化を行うことができる。これにより、本発明に係る電子部品を一括で製造することができ、電子部品の大量生産における製造時間及び工程の短縮及び低コスト化が図れる。

次に、図３により本実施形態の変形例を説明する。本変形例は、図３（ａ）の貫通孔形成工程において、貫通孔が図２の貫通孔の形状に対して上下を入れ替えて形成される。それ以外の工程については上述と同様である。これにより、内外部共通電極の外部側の電極面積の狭小化の自由度を更に確保でき、微細化を向上できる。

次に、図４により本実施形態の別の変形例を説明する。本変形例は、図４（ａ）の貫通孔形成工程において、貫通孔が図２、図３の貫通孔の形状のようにベース１０の両面の開口径が異なるテーパー状ではなく、ベース１０の両面の開口径がほぼ同一のストレート状に形成される。それ以外の工程については上述と同様である。これにより、内外部共通電極の内部側の電極面積の狭小化の自由度も更に確保でき、更なる微細化を達成できる。貫通孔の作製を特にレーザーにより加工すると、貫通孔の形成精度と微細性とを容易に確保でき、内外部共通電極の形成精度の自由度を一層確保することができる。

以上、本実施形態に係る電子部品の製造方法によれば、ベースに形成された貫通孔に内外部共通電極を形成することにより、ベースの一方の面ともう一方の面の電気的導通を確保する工程を用いており、金属ピンをはめ込む／押し込む工程を用いない。そのため、本発明では、金属ピンが低融点ガラスに包まれる事態や金属ピンの周囲に酸化膜が形成されるなどの事態を避けることができるので、電子素子と外部電極との電気的導通を安定して保つことができる。
したがって、本発明により、電子部品と外部電極との導通を安定して保ち、且つ、容易に貫通電極を形成可能な電子部品を製造できる。

また、本実施形態に係る電子部品の製造方法によれば、内外部共通電極１２は、銅材や鉄―ニッケル系合金等の合金材、などからなる導電材で形成される。つまり、内外部共通電極１２に銅材を用いた場合、低抵抗値からなる貫通電極を作製できる。そして、内外部共通電極１２に合金として鉄―ニッケル系合金を用いた場合、電極をベース１０の熱膨張係数に近づけることができるので、より安定した電子部品を製造できる。

本発明の電子部品は、例えば、本発明の電子部品を発振子として用いた発振器又は時計、本発明の電子部品を計時部に備えた携帯情報機器、本発明の電子部品を時刻情報などの電波を受信部に備えた電波時計等の電子機器に用いることができる。

１ 電子部品
１０ 貫通孔を形成したベース
１１ 金属膜
１２ 内外部共通電極
２０ 接続部
３０ 電子素子
４０ カバー
１００ 電子デバイス
１１０ ベース
１２０ 金属ピン
１３０ 電極
１４０ 電子部品
１５０ 封止材
１６０ キャップ
１７０ 低融点ガラス
１８０ 酸化膜

Claims (7)

1. 電子素子を内蔵する電子部品の製造方法において、
   ガラス製のベースに貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
   前記ベースに前記電子素子が配置される側の内部と前記電子素子が配置される側とは反対側の外部とに共通の電極である内外部共通電極を前記貫通孔を介して一括して形成する電極形成工程と、
   前記内外部共通電極と前記電子素子とを電気的に接続する実装工程と、
   前記電子素子を覆うカバーを前記ベースに接合する接合工程と、を備えることを特徴とする電子部品の製造方法。
2. 請求項１に記載の電子部品の製造方法において、
   前記電極形成工程は、めっき処理を施すことにより、前記内外部共通電極が形成されることを特徴とする電子部品の製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の電子部品の製造方法において、
   前記ベースと前記カバーとを切断する個片化工程を更に有することを特徴とする電子部品の製造方法。
4. 電子素子を内蔵する電子部品において、
   ガラス製のベースと、
   前記ベースの前記電子素子が配置される側の内部と前記電子素子が配置される側とは反対側の外部とに形成される電極が前記ベースに形成された貫通孔を介して一体に形成される内外部共通電極とを備えることを特徴とする電子部品。
5. 前記貫通孔の開口径はφ１μｍ以上φ５０μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の電子部品。
6. 前記貫通孔の開口径はφ１μｍ以上φ１５μｍ以下であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電子部品。
7. 前記貫通孔は前記ベースの両面の開口径がほぼ同一のストレート状に形成されることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の電子部品。
   

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