JP2017054856A - 電子部品 - Google Patents

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Abstract

【課題】信頼性を向上させた電子部品を提供する。【解決手段】実施形態の電子部品は、基板と、前記基板に対向する蓋部であり、第1領域部と、前記第1領域部に隣接する第2領域部と、を有し、前記第2領域部は前記第1領域部に囲まれ、前記第1領域部の厚さは前記第2領域部の厚さよりも厚い蓋部と、前記第1領域部と前記基板との間に設けられた半田材と、前記半田材と前記基板との間に設けられた第1金属膜と、前記半田材と前記第1領域部との間に設けられた第2金属膜と、前記第2領域部と前記基板との間において、前記基板に設けられた配線と、前記第1金属膜と前記配線との間において、前記基板に設けられた第3金属膜と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、電子部品に関する。
素子、配線回路等が回路基板と蓋部とによって封止された電子部品がある。このような電子部品では、例えば、回路基板の外周部と蓋部の外周部とが対向し、回路基板の外周部と蓋部の外周部との間に、接合材としての半田材が設けられている。
しかし、回路基板と蓋部とを半田材によって接合するときに、半田材が回路基板の外周部と蓋部の外周部との間から電子部品の内部にはみ出ると、半田材が素子、配線回路等に接触する可能性がある。半田材が素子、配線回路等に接触すると、電子部品内で、例えば電気的短絡が起き、電子部品の信頼性が低下する。
特開2014−187354号公報
本発明が解決しようとする課題は、信頼性を向上させた電子部品を提供することである。
実施形態の電子部品は、基板と、前記基板に対向する蓋部であり、第1領域部と、前記第1領域部に隣接する第2領域部と、を有し、前記第2領域部は前記第1領域部に囲まれ、前記第1領域部の厚さは前記第2領域部の厚さよりも厚い蓋部と、前記第1領域部と前記基板との間に設けられた半田材と、前記半田材と前記基板との間に設けられた第1金属膜と、前記半田材と前記第1領域部との間に設けられた第2金属膜と、前記第2領域部と前記基板との間において、前記基板に設けられた配線と、前記第1金属膜と前記配線との間において、前記基板に設けられた第3金属膜と、を備える。
図1(a)は、第1実施形態に係る電子部品を表す模式的断面図である。図1(b)は、第1実施形態に係る電子部品の蓋部等を表す模式的下面図である。図1(c)は、第1実施形態に係る電子部品の基板等を表す模式的上面図である。 図2は、第1実施形態に係る電子部品の一部を表す模式的断面図である。 図3(a)〜図3(b)は、第1実施形態に係る電子部品の製造過程の一部を表す模式的断面図である。 図4(a)〜図4(b)は、第1実施形態に係る電子部品の製造過程の一部を表す模式的断面図である。 図5(a)〜図5(b)は、第1実施形態に係る電子部品の製造過程の一部を表す模式的断面図である。 図6(a)は、参考例の作用を表す模式的断面図である。図6(b)は、第1実施形態の作用を表す模式的断面図である。 図7(a)は、第2実施形態に係る電子部品を表す模式的断面図である。図7(b)は、第2実施形態に係る電子部品の蓋部等を表す模式的下面図である。図7(c)は、第2実施形態に係る電子部品の基板等を表す模式的上面図である。 図8は、第2実施形態に係る電子部品の一部を表す模式的断面図である。 図9(a)〜図9(c)は、第2実施形態に係る電子部品の製造過程の一部を表す模式図である。 図10(a)は、第3実施形態に係る電子部品を表す模式的断面図である。図10(b)は、第3実施形態に係る電子部品の蓋部等を表す模式的下面図である。図10(c)は、第3実施形態に係る電子部品の基板等を表す模式的上面図である。 図11は、第3実施形態に係る電子部品の一部を表す模式的断面図である。 図12(a)は、第4実施形態に係る電子部品を表す模式的断面図である。図12(b)は、第4実施形態に係る電子部品の蓋部等を表す模式的下面図である。図12(c)は、第4実施形態に係る電子部品の基板等を表す模式的上面図である。 図13(a)および図13(b)は、第4実施形態に係る電子部品の製造過程の一部を表す模式図である。 図14(a)は、第5実施形態に係る電子部品の蓋部等を表す模式的下面図である。図14(b)は、第5実施形態に係る電子部品の基板等を表す模式的上面図である。 図15は、第6実施形態に係る電子部品の一部を表す模式的断面図である。
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。各図には、XYZ座標が導入される場合がある。
(第1実施形態)
図1(a)は、第1実施形態に係る電子部品を表す模式的断面図である。図1(b)は、第1実施形態に係る電子部品の蓋部等を表す模式的下面図である。図1(c)は、第1実施形態に係る電子部品の基板等を表す模式的上面図である。
図1(a)には、図1(b)および図1(c)のA1−A2線に沿った位置における断面が表されている。図1(b)、(c)には、後述する半田材30は図示されず、半田材30が配置される領域が図示されている。
第1実施形態に係る電子部品1は、基板10と、蓋部20と、半田材30と、第1金属膜41と、第2金属膜42と、配線11と、第3金属膜43と、第4金属膜44と、素子100と、を備える。
実施形態において、基板10から蓋部20に向かう方向は、上方向、蓋部20から基板10に向かう方向は、下方向である。基板10から蓋部20に向かう方向に対して直交する方向は、横方向、または水平方向である。実施形態では、基板10から蓋部20に向かう方向は、Z方向である。基板10から蓋部20に向かう方向に対して直交する方向は、X方向またはY方向である。
基板10は、蓋部20に対向する。基板10は、例えば、シリコン(Si)結晶を含む。基板10は、例えば、シリコンウェーハから個片化されたシリコン板である。基板10は、シリコンのほか、化合物半導体、樹脂、セラミックのいずれかを含んでもよい。基板10のZ方向における厚さは、例えば、50μm〜100μmである。X−Y平面における基板10の外形は、一例として、矩形である。
基板10の下には、絶縁膜12を介して、配線13a、13bが設けられている。絶縁膜12は、窒化シリコンおよび酸化シリコンの少なくともいずれかを含む。配線13a、13bのそれぞれの一部は、基板10の下面10dから上面10uにまで達している。下面10dから上面10uにまで達する配線13a、13bのそれぞれの一部は、TSV(Through Silicon Via)と呼ばれる。配線13aには、例えば、外部端子14aが接続されている。配線13bには、例えば、外部端子14bが接続されている。配線13a、13bのそれぞれは、レジスト層15に覆われている。
配線11は、基板10の上に絶縁膜16を介して設けられている。配線11は、配線11a、11b、11c、11dを含む。図示された配線11の外形は一例であり、図示された形状に限らない。絶縁膜16は、窒化シリコンおよび酸化シリコンの少なくともいずれかを含む。図1(a)の例では、配線11aは、配線13aに接続されている。配線11cは、配線13bに接続されている。素子100は、配線11c上に実装されている。例えば、配線11cは、半田材17を介して、素子100の電極100eに接続されている。
電子部品1では、外部端子14bから素子100に電力、信号等が供給されたり、素子100から出力された信号が外部端子14bから取り出されたりする。素子100と配線11aとの間には、一例として、スペーサ部材18が設けられている。素子100と配線11aとの間に、スペーサ部材18が設けられていない構造も本実施形態に含まれる。素子100は、例えば、水晶振動子、センサ、トランジスタ、抵抗、コンデンサ等のいずれかの素子である。
蓋部20は、第1領域部20−1と、第2領域部20−2と、を有する。第1領域部20−1は、第2領域部20−2に隣接する。第2領域部20−2は、第1領域部20−1に囲まれている。第1領域部20−1の厚さd1は、第2領域部20−2の厚さd2よりも厚い。厚さd1は、例えば、80μm〜500μmである。厚さd2は、例えば、50μm〜300μmである。蓋部20は、例えば、シリコン(Si)結晶を含む。蓋部20は、例えば、シリコンウェーハから個片化されたシリコン部材である。蓋部20は、シリコンのほか、化合物半導体、樹脂、セラミックのいずれかを含んでもよい。
蓋部20においては、第1領域部20−1と第2領域部20−2とによって段差が形成される。蓋部20には、凹部(リセス部)20cが形成されている。X−Y平面における蓋部20の外形は、一例として、矩形である。蓋部20の外形は、一例として、基板10の外形と同じである。素子100および配線11は、第2領域部20−2(凹部20c)と基板10との間に位置する。素子100と蓋部20との間、および配線11と蓋部20との間には、隙間がある。図1(c)には、基板10と蓋部20とを合わせたときに、第1領域部20−1と第2領域部20−2との境界の直下に対応する位置が破線10pで表されている。
半田材30は、蓋部20の第1領域部20−1と、基板10と、の間に設けられている。Z方向から蓋部20を見た場合、半田材30は、環状である。Z方向から蓋部20を見た場合、半田材30の外形は、矩形である。Z方向から蓋部20を見た場合、半田材30は、第2領域部20−2(凹部20c)を囲む。Z方向から基板10を見た場合、半田材30は、素子100および配線11を囲む。
半田材30は、例えば、Au−Sn系半田、Cu−Sn系半田、Ag−Sn系半田、Sb−Sn系半田、Bi−Sn系半田、In−Sn系半田等の少なくとも1つを含む。半田材30は、Au−Sn系半田、Cu−Sn系半田、Ag−Sn系半田、Sb−Sn系半田、Bi−Sn系半田、In−Sn系半田等の少なくとも1つと、鉛(Pb)を含んだものでもよい。
第1金属膜41は、半田材30と基板10との間に設けられている。第1金属膜41は、絶縁膜16を介して基板10の上に設けられている。第1金属膜41は、半田材30に接合されている。Z方向から、基板10を見た場合、第1金属膜41は、環状である。Z方向から、基板10を見た場合、第1金属膜41の外形は、矩形である。Z方向から、基板10を見た場合、第1金属膜41は、素子100および配線11を囲む。第1金属膜41は、X方向に延在する2つの領域と、Y方向に延在する2つの領域と、を含む。
第2金属膜42は、半田材30と蓋部20の第1領域部20−1との間に設けられている。第2金属膜42は、絶縁膜25を介して、第1領域部20−1の下に設けられている。第2金属膜42は、半田材30に接合されている。Z方向から蓋部20を見た場合、第2金属膜42は、環状である。Z方向から蓋部20を見た場合、第2金属膜42の外形は、矩形である。Z方向から蓋部20を見た場合、第2金属膜42は、第2領域部20−2を囲む。第2金属膜42は、X方向に延在する2つの領域と、Y方向に延在する2つの領域と、を含む。Z方向から電子部品1を見た場合、配線11は、半田材30、第1金属膜41、および第2金属膜42に囲まれている。
第3金属膜43は、絶縁膜16を介して基板10の上に設けられている。第3金属膜43は、半田材30に対して高い濡れ性を持つ材料を含む。第3金属膜43は、X方向またはY方向において、第1金属膜41の横に設けられている。第3金属膜43は、第1金属膜41と平行に並んでいる。第3金属膜43は、第1金属膜41と配線11との間に設けられている。
第4金属膜44は、絶縁膜25を介して蓋部20の第1領域部20−1の下に設けられている。第4金属膜44は、半田材30に対して高い濡れ性を持つ材料を含む。第4金属膜44は、X方向またはY方向において、第2金属膜42の横に設けられている。第4金属膜44は、第2金属膜42と平行に並んでいる。第4金属膜44は、第2金属膜42と第2領域部20−2との間に設けられている。
第3金属膜43および第4金属膜44は、例えば、金(Au)を含む。金(Au)は、半田材30に対して高い濡れ性を有する。また、金(Au)は、耐酸化性が高い。図1(a)〜図1(c)の例では、基板に10に第3金属膜43が設けられているとともに、蓋部20の第1領域部20−1に第4金属膜44が設けられている。
第3金属膜43は、Z方向において、第4金属膜44に対向している。図1(a)〜図1(c)の例では、Z方向から見て、第3金属膜43および第4金属膜44は、環状になっている。Z方向から見て、第3金属膜43の外形および第4金属膜44外形は、矩形である。第3金属膜43は、X方向に延在する2つの領域と、Y方向に延在する2つの領域と、を含む。第4金属膜44は、X方向に延在する2つの領域と、Y方向に延在する2つの領域と、を含む。第3金属膜43および第4金属膜44のそれぞれは、部分的に途切れてもよく、周期的に分割されてもよい。第3金属膜43および第4金属膜44の一方を除いた構造も実施形態に含まれる。
電子部品1では、第1金属膜41、第2金属膜42、および半田材30によって、基板10と蓋部20とが接合される。電子部品1では、第1金属膜41、第2金属膜42、半田材30、基板10、および蓋部20によって囲まれた閉空間が形成される。閉空間には、素子100、配線11、第3金属膜43、または第4金属膜が設けられている。閉空間は、真空等の減圧下でもよい。また、閉空間には、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、窒素(N)等の不活性ガスが充填されてもよい。
電子部品1では、蓋部20の側面20w、第2金属膜42の外側面42ew、半田材30の外側面30ew、第1金属膜41の外側面41ew、および基板10の側面10wは、平坦になっている。半田材30は、第1金属膜41の内側面41iwおよび第2金属膜42の内側面42iwに接している。
図2は、第1実施形態に係る電子部品の一部を表す模式的断面図である。
図2には、半田材30の付近の断面が模式的に表されている。
第1金属膜41は、膜41a、膜41b、膜41c、膜41d、および膜41eを含む。膜41a、膜41b、膜41c、膜41d、および膜41eは、基板10の側からこの順に積層されている。膜41aは、例えば、チタン(Ti)を含む。膜41bは、例えば、銅(Cu)を含む。膜41cは、例えば、ニッケル(Ni)を含む。膜41dは、例えば、パラジウム(Pd)を含む。膜41eは、例えば、金(Au)を含む。
第2金属膜42は、膜42a、膜42b、および膜42cを含む。膜42a、膜42b、および膜42cは、蓋部20の側からこの順に積層されている。膜42aは、チタン(Ti)を含む。膜42bは、銅(Cu)を含む。膜42cは、ニッケル(Ni)を含む。
第3金属膜43は、膜43a、膜43b、膜43c、膜43d、および膜43eを含む。膜43a、膜43b、膜43c、膜43d、および膜43eは、基板10の側からこの順に積層されている。膜43aは、例えば、チタン(Ti)を含む。膜43bは、例えば、銅(Cu)を含む。膜43cは、例えば、ニッケル(Ni)を含む。膜43dは、例えば、パラジウム(Pd)を含む。膜43eは、例えば、金(Au)を含む。
第4金属膜44は、膜44a、膜44b、および膜44cを含む。膜44a、膜44b、および膜44cは、蓋部20の側からこの順に積層されている。膜44aは、チタン(Ti)を含む。膜44bは、銅(Cu)を含む。膜44cは、ニッケル(Ni)を含む。膜44cは、金(Au)を含んでもよい。
第1金属膜41の幅W41は、第2金属膜の幅W42と異なってもよい。一例として、第1金属膜41の幅W41は、第2金属膜の幅W42と同じである。ここで、幅W41は、第1金属膜41がX方向またはY方向において延在する方向およびZ方向に対して直交する方向における幅である。実施形態で「同じ」とは、完全に同一または実質的に同一を意味する。幅W42は、第2金属膜42がX方向またはY方向において延在する方向およびZ方向に対して直交する方向における幅である。
第3金属膜43の幅W43は、第4金属膜の幅W44と異なってもよい。一例として、第3金属膜43の幅W43は、第4金属膜の幅W44と同じである。幅W43は、第3金属膜43がX方向またはY方向において延在する方向およびZ方向に対して直交する方向における幅である。幅W44は、第4金属膜44がX方向またはY方向において延在する方向およびZ方向に対して直交する方向における幅である。
膜41a、膜41b、膜42a、膜42b、膜43a、膜43b、膜44a、および膜44bは、例えば、スパッタリング法により形成される。膜41c、膜41d、膜41e、膜43c、膜43d、および膜43eは、例えば、無電界鍍金により形成される。膜42cおよび膜44cは、例えば、電界鍍金により形成される。
図3(a)〜図5(b)は、第1実施形態に係る電子部品の製造過程の一部を表す模式的断面図である。
例えば、図3(a)には、蓋部20と基板10とがZ方向において対向した状態が表されている。ここで、蓋部20と基板10とは、個片化される前のウェーハ状になっている。例えば、蓋部20と基板10とは、ともに静電チャックなどのステージ(図示しない)に支持されている。
蓋部20には、基板10と対向させる側に凹部20cが形成されている。凹部20cは、例えば、RIE(Reactive Ion Etching)により形成される。蓋部20の第1領域部20−1には、基板10と対向させる側に、第2金属膜42と第4金属膜44とがパターニングされている。第2金属膜42と第4金属膜44とは、同じ製造工程で形成される。
第2金属膜42には、層状の半田材30Lが形成されている。半田材30Lは、例えば、電界鍍金により形成される。半田材30Lの材料は、半田材30の材料と同じである。
基板10には、絶縁膜16を介して配線11が形成されている。配線11cには、半田材17を介して素子100が実装されている。基板10の第1領域部20−1に対向する領域には、絶縁膜16を介して第1金属膜41と第3金属膜43とが形成されている。第1金属膜41と第3金属膜43とは、同じ製造工程で形成される。
第3金属膜43と第4金属膜44とについては、どちらかの一方を形成してもよい。
次に、図3(b)に表すように、半田材30Lを第1金属膜41に接触させる。図3(b)に表された雰囲気は、減圧雰囲気または不活性ガス雰囲気である。続いて、半田材30Lの温度が融点以上になるように半田材30Lを加熱する。続いて、上から圧力P1を、蓋部20に与えるとともに、下から圧力P1を、基板10に与える。具体的には、減圧雰囲気下において、ステージに支持された蓋部20と基板10とを接触させずに、半田材30Lと第1金属膜41との間の距離が100μm程度、離れた状態で蓋部20および基板10を加熱する。ここで、加熱温度は、半田材30Lの融点以上の温度である。この状態をしばらく保持することにより、半田材30Lに含まれるガスが排気され、または、半田材30Lに内包されているボイドが除去される。この後、半田材30Lと第1金属膜41とを接触させ、蓋部20と基板10とに荷重P1を与える。または、手順としては、上から圧力P1を、蓋部20に与えるとともに、下から圧力P1を、基板10に与えた後、半田材30Lの温度が融点以上になるように半田材30Lを加熱してもよい。この後、半田材30Lの温度が融点よりも低くなるまで半田材30Lが冷却される。
図4(a)には、第1金属膜41と第2金属膜42とが半田材30によって接合された後の状態が表されている。半田材30Lが溶融すると、半田材30Lは、上下からの圧力P1により凹部20c側にはみ出る。また、第1金属膜41および第2金属膜42は、半田材30に対して高い濡れ性を持つ。これにより、固化した半田材30は、第1金属膜41の内側面41iwおよび第2金属膜42の内側面42iwにまで広がる。半田材30の内側面30iwは、表面張力によって凸状の曲面になっている。
次に、図4(b)に表すように、基板10の下面10dを研磨し、基板10の厚さを薄くする。この後、基板10には、フォトリソグラフィおよびRIE等を利用して、TSVを形成するためのビアホールを形成する。ビアホールは、基板10の上下面を貫通する。さらに、基板10の下面10dに絶縁膜12を介して、配線13a、13bを形成する。配線13a、13bの一部は、ビアホール内を貫通する。この貫通した配線13a、13bの一部がTSVになる。
次に、図5(a)に表すように、蓋部20の上面20uを研磨し、蓋部20の厚さを薄くする。
次に、図5(b)に表すように、外部端子14a、14b、およびレジスト層15を形成する。次いで、ダイシングラインDLに沿って、蓋部20、絶縁膜25、第2金属膜42、半田材30、第1金属膜41、絶縁膜16、基板10、絶縁膜12、およびレジスト層15を切断する。これにより、電子部品1が形成される。
第1実施形態の作用を説明する。
図6(a)は、参考例の作用を表す模式的断面図である。図6(b)は、第1実施形態の作用を表す模式的断面図である。
図6(a)に表す参考例では、第3金属膜43および第4金属膜44が設けられていない。
第1金属膜41と第2金属膜42とを、半田材30によって接合するとき、半田材30Lは、例えば、溶融しつつ、減圧雰囲気で圧力P1が印加される。または、半田材30Lは、例えば、減圧雰囲気で圧力P1が印加されながら一旦、溶融する。
ここで、ウェーハ面内で圧力P1がばらついたり、または、半田材30Lの厚さがばらついたりしていると、特定の場所で圧力P1が相対的に高くなる場合がある。これにより、溶融した半田材30Lは、上下から過剰に押圧され、半田材30Lは、配線11の側に飛び出す可能性がある。また、半田材30Lには、空気が入り込んでいる場合がある。半田接合時、加熱とともに空気が膨張すると、半田材30Lは急激に膨張する。
これにより、例えば、膨張した半田材30Lが配線11にまで到達する可能性がある。配線11は、X−Y平面において複数、設けられている(図1(c))。隣り合う配線11間が半田材30Lを経由して電気的に繋がると、電子部品内で電気的な短絡が起きる。これにより、電子部品の信頼性が低下する。
また、参考例のように、半田材30Lが配線11にまで達すると、第1金属膜41と第2金属膜42との間の半田材の層厚が減る。これにより、第1金属膜41と第2金属膜42との間の接合が不十分になったり、蓋部20と基板10との間の距離が定格よりも極端に短くなったりする。
これに対し、図6(b)に表す第1実施形態では、半田材30Lが飛び出る先に、第3金属膜43または第4金属膜44が設けられている。第3金属膜43または第4金属膜44は、半田材30Lに対して高い濡れ性を持つ。これにより、半田材30Lが第3金属膜43または第4金属膜44によって捕捉される。第3金属膜43または第4金属膜44により半田材30Lの捕捉効果は、第3金属膜43の幅W43または第4金属膜44の幅W44が広くなるほど増す。つまり、半田材30Lは配線11にまで到達し難くなり、隣り合う配線11間において、電気的な短絡が起き難くなる。半田材30Lは、素子100にも付着し難くなる。これにより、電子部品1の信頼性は、向上する。
ここで、半田材30は、第3金属膜43または第4金属膜44のいずれか一方で捕捉される。つまり、第3金属膜43または第4金属膜44のいずれか一方を取り除いても、同じ効果が得られる。
また、第1実施形態では、半田材30Lが第1金属膜41または第2金属膜42によって確実に捕捉される。これにより、第1金属膜41と第2金属膜42との間の半田材の層厚が減り難くなる。つまり、電子部品1では、半田材30による第1金属膜41と第2金属膜42との間の接合が確実になる。また、電子部品1では、蓋部20と基板10との間の距離は、定格よりも短くなることなない。
(第2実施形態)
図7(a)は、第2実施形態に係る電子部品を表す模式的断面図である。図7(b)は、第2実施形態に係る電子部品の蓋部等を表す模式的下面図である。図7(c)は、第2実施形態に係る電子部品の基板等を表す模式的上面図である。
図7(a)には、図7(b)および図7(c)のA1−A2線に沿った位置における断面が表されている。図7(b)、(c)には、半田材30は図示されず、半田材30が配置される領域が図示されている。
図8は、第2実施形態に係る電子部品の一部を表す模式的断面図である。
図8には、半田材30の付近の断面が模式的に表されている。図8には、図7(b)および図7(c)のB1−B2線に沿った位置における断面が表されている。
第2実施形態に係る電子部品2は、電子部品1と同じ構成要素を有する。但し、電子部品2には、第3金属膜43と第4金属膜44とが設けられていない。また、電子部品2においては、蓋部20の第1領域部20−1は凸部20aを有する。凸部20aは、基板10に向かって延在する。凸部20aは基板10に接している。
凸部20aは、電子部品2における支柱である。凸部20aは、第1領域部20−1の一部である。凸部20aは、第1領域部20−1と同じ材料で構成されている。蓋部20において、リセス状の凹部20cと、突状の凸部20aと、は2段階のRIE、または2段階のサンドブラストによって形成される。
また、凸部20aの材料は、第1領域部20−1の材料と異なってもよい。例えば、凸部20aは、銅(Cu)等の金属を含んでもよい。この場合、凸部20aは、例えば、鍍金により形成される。鍍金後、凸部20aの高さは、サーフェスプレーナ等で高精度に調整される。
X−Y平面における蓋部20の外形は、矩形である。例えば、Z方向に対し直交する方向に第1領域部20−1および第2領域部20−2を切断した切断面は矩形である。図7(b)、(c)の例では、一例として、矩形の4角の全てに凸部20aが配置されている。矩形の4角の少なくともいずれかに配置されてもよい。
図8に表すように、半田材30は、第1領域部20−1と基板10との間に設けられている。例えば、半田材30は、凸部20aが設けられていない第1領域部20−1と基板10との間に設けられている。第1金属膜41は、半田材30と基板10との間に設けられている。第1金属膜41は、半田材30に接合している。第2金属膜42は、半田材30と第1領域部20−1との間に設けられている。第2金属膜42は、半田材30に接合している。半田材30、第1金属膜41、および第2金属膜42は、凸部20aと配線11との間に設けられている。凸部20aは、半田材30の外側に位置している。
第2実施形態では、半田接合時に凸部20aが基板10に接触する。これにより、第1金属膜41と第2金属膜42との間の距離は、凸部20aの高さ(Z方向における長さ)に応じて固定される。
半田接合時、上述した圧力P1がウェーハ面内の特定の場所で相対的に高くなったり、半田材30Lの厚さがばらついたりしても、この特定の場所では、第1金属膜41と第2金属膜42との間の距離は、凸部20aによって所望の距離に固定される。これにより、第1金属膜41と第2金属膜42との間に挟まれた半田材30Lには、過剰な圧力が印加されない。この結果、半田材30Lの過剰なはみ出しが抑制される。
図9(a)〜図9(c)は、第2実施形態に係る電子部品の製造過程の一部を表す模式図である。
図9(a)〜図9(c)には、蓋部20に、半田材30Lを電界鍍金により形成した後の様子が表されている。半田材30Lは、蓋部20に凹部20cを形成した後に形成される。図9(a)〜図9(c)には、ダイシングラインDLに沿ってウェーハ状の蓋部20等を切断する前の蓋部20等の様子が表されている。図9(a)には、図9(c)のA1−A2線に沿った位置での断面が表されている。図9(b)には、図9(c)のB1−B2線に沿った位置での断面が表されている。図9(c)は、ウェーハ状の蓋部20等の下面が模式的に表されている。
半田材30Lは、ウェーハ状の蓋部20に網目状に形成されている。例えば、X方向に延在する半田材30Lと、Y方向に延在する半田材30Lとは、凸部20aが設けられた位置で交差する。X方向に延在する半田材30Lは、凸部20aの角20acにおいて、Y方向に延在する半田材30Lに接続されている。
また、半田材30Lと蓋部20との間には、第2金属膜42が形成されている。第2金属膜42は、半田材30Lを鍍金形成するときの下地層である。第2金属膜42も、ウェーハ状の蓋部20に網目状に形成されている。例えば、X方向に延在する第2金属膜42と、Y方向に延在する第2金属膜42とは、凸部20aが設けられた位置で交差する。X方向に延在する第2金属膜42は、凸部20aの角20acにおいて、Y方向に延在する第2金属膜42に接続されている。
X方向に延在する複数の第2金属膜42と、Y方向に延在する複数の第2金属膜42とが互いに導通している。これにより、電界鍍金によって、網目状に形成された第2金属膜42の上に半田材30Lを形成することができる。
Z方向における、半田材30Lの厚さd4は、凸部20aの厚さd3以上である。これにより、第1金属膜41と第2金属膜42とを半田接合した後、第1金属膜41と第2金属膜42との間に隙間が形成されることなく、第1金属膜41と第2金属膜42との間に半田材30が形成される。
(第3実施形態)
図10(a)は、第3実施形態に係る電子部品を表す模式的断面図である。図10(b)は、第3実施形態に係る電子部品の蓋部等を表す模式的下面図である。図10(c)は、第3実施形態に係る電子部品の基板等を表す模式的上面図である。
図10(a)には、図10(b)および図10(c)のA1−A2線に沿った位置における断面が表されている。図10(b)、(c)には、半田材30は図示されず、半田材30が配置される領域が図示されている。
図11は、第3実施形態に係る電子部品の一部を表す模式的断面図である。
図11には、半田材30の付近の断面が模式的に表されている。図11には、図10(b)および図10(c)のB1−B2線に沿った位置における断面が表されている。
第3実施形態に係る電子部品3は、電子部品2と同じ構成要素を有する。さらに、電子部品3は、第3金属膜43または第4金属膜44を有する。電子部品3は、第3金属膜43と第4金属膜44とをともに有してもよい。
電子部品3では、凸部20aによって半田材30のはみ出しを抑制するほか、第3金属膜43または第4金属膜44の捕捉によっても、半田材30のはみ出しが抑制される。これにより、電子部品3の信頼性は、電子部品1、2に比べてさらに高くなっている。
(第4実施形態)
図12(a)は、第4実施形態に係る電子部品を表す模式的断面図である。図12(b)は、第4実施形態に係る電子部品の蓋部等を表す模式的下面図である。図12(c)は、第4実施形態に係る電子部品の基板等を表す模式的上面図である。
図12(a)には、図12(b)および図12(c)のA1−A2線に沿った位置における断面が表されている。図12(b)、(c)には、半田材30は図示されず、半田材30が配置される領域が破線で図示されている。
第4実施形態に係る電子部品4は、電子部品2と同じ構成を有する。但し、電子部品4は、電子部品2の凸部20aに代えて、凸部20bを有する。電子部品4には、第3金属膜43および第4金属膜44が設けられていない。
凸部20bは、蓋部20の第1領域部20−1に設けられている。凸部20bは、基板10に向かって延在する。凸部20bは基板10に接している。凸部20bは、配線11と、半田材30、第1金属膜41、および第2金属膜42との間に設けられている。凸部20bは、半田材30の内側に位置している。凸部20bは、X方向に延在している。凸部20bは、Y方向に延在している。Z方向から蓋部20をみた場合、凸部20bは、環状である。配線11は、凸部20bに囲まれている。
凸部20bは、第1領域部20−1の一部である。凸部20bは、第1領域部20−1と同じ材料で構成されている。蓋部20において、リセス状の凹部20cと、突状の凸部20bと、は2段階のRIE、または2段階のサンドブラストによって形成される。
また、凸部20bの材料は、第1領域部20−1の材料と異なってもよい。例えば、凸部20bは、銅(Cu)等の金属を含んでもよい。この場合、凸部20bは、例えば、鍍金により形成される。鍍金後、凸部20bの高さは、サーフェスプレーナ等で高精度に調整される。
半田材30は、凸部20bが設けられていない第1領域部20−1と基板10との間に設けられている。第1金属膜41は、半田材30と基板10との間に設けられている。第1金属膜41は、半田材30に接合している。第2金属膜42は、半田材30と第1領域部20−1との間に設けられている。第2金属膜42は、半田材30に接合している。凸部20bは、半田材30、第1金属膜41、および第2金属膜42と、配線11との間に設けられている。
第4実施形態では、半田接合時に凸部20bが基板10に接触する。これにより、第1金属膜41と第2金属膜42との間の距離は、凸部20bの高さ(Z方向における長さ)に応じて固定される。
半田接合時、上述した圧力P1がウェーハ面内の特定の場所で相対的に高くなっても、この特定の場所では、第1金属膜41と第2金属膜42との間の距離は、凸部20bによって固定される。これにより、第1金属膜41と第2金属膜42との間に挟まれた半田材30Lには、過剰な圧力が印加されない。この結果、半田材30Lの過剰なはみ出しが抑制される。
凸部20bは、柱状ではなく、環状になっている。これにより、電子部品4では、圧力P1に対する耐荷重性も向上している。
また、半田材30Lの内側には、凸部20bが設けられている。これにより、凸部20bが半田材30Lの遮蔽板となって、半田材30Lは凸部20bよりも内側にはみ出すことはない。
図13(a)および図13(b)は、第4実施形態に係る電子部品の製造過程の一部を表す模式図である。
図13(a)および図13(b)には、蓋部20に、半田材30Lを電界鍍金により形成した後の様子が表されている。半田材30Lは、蓋部20に凹部20cを形成した後に形成される。図13(a)および図13(b)には、ダイシングラインDLに沿ってウェーハ状の蓋部20等を切断する前の蓋部20等の様子が表されている。図13(a)には、図13(b)のA1−A2線に沿った位置での断面が表されている。図13(b)は、ウェーハ状の蓋部20等の下面が模式的に表されている。
半田材30Lは、ウェーハ状の蓋部20に網目状に形成されている。例えば、X方向に延在する半田材30Lと、Y方向に延在する半田材30Lとは交差する。
また、半田材30Lと蓋部20との間には、第2金属膜42が形成されている。第2金属膜42は、半田材30Lを鍍金形成するときの下地層である。第2金属膜42も、ウェーハ状の蓋部20に網目状に形成されている。例えば、X方向に延在する第2金属膜42と、Y方向に延在する第2金属膜42とは交差する。X方向に延在する複数の第2金属膜42と、Y方向に延在する複数の第2金属膜42とが互いに導通している。これにより、電界鍍金によって、網目状に形成された第2金属膜42の上に半田材30Lを形成することができる。
Z方向における、半田材30Lの厚さd4は、凸部20bの厚さd3以上である。これにより、第1金属膜41と第2金属膜42とを半田接合した後、第1金属膜41と第2金属膜42との間に隙間が形成されることなく、第1金属膜41と第2金属膜42との間に半田材30が形成される。
また、凸部20bと基板10とを接触させる前に、凸部20bおよび基板10のそれぞれの当接面に、Si表面を表出させる処理を行ってもよい。これにより、凸部20bと基板10とが接触すると、凸部20bと基板10とが直接接合する。これにより、素子100、配線11等は、蓋部20と基板10とが一体となったSi部材によって封止され、素子100、配線11等は、Si部材によって外部から保護される。
(第5実施形態)
図14(a)は、第5実施形態に係る電子部品の蓋部等を表す模式的下面図である。図14(b)は、第5実施形態に係る電子部品の基板等を表す模式的上面図である。
図14(a)、(b)には、半田材30は図示されず、半田材30が配置される領域が図示されている。
第5実施形態に係る電子部品5では、第4金属膜44は、第2金属膜42の角部42cn付近で分断されている。第4金属膜44は、角部42cn以外の箇所で分断されてもよい。第4金属膜44は、例えば、少なくとも4つ以上の金属膜を含む。第4金属膜44は、X方向に延在する2つの金属膜と、Y方向に延在する2つの金属膜と、を含む。X−Y平面において、第2領域部20−2は、X方向に延在する2つの金属膜の間に設けられている。X−Y平面において、第2領域部20−2は、Y方向に延在する2つの金属膜の間に設けられている。
第4金属膜44が角部42cn付近で分断されたことにより、第2金属膜42の角部42cnと第4金属膜44との間の間隔が広がる。これにより、第4金属膜44を、例えば、ウェット処理によってパターニングするとき、薬液が第2金属膜42の角部42cnと第4金属膜44との間に十分に行き渡る。その結果、角部42cn付近における第4金属膜44のエッチング不良が確実に防止される。
また、第3金属膜43は、第1金属膜41の角部41cn付近で分断されている。第3金属膜43は、例えば、少なくとも4つ以上の金属膜を含む。第3金属膜43は、X方向に延在する2つの金属膜と、Y方向に延在する2つの金属膜と、を含む。X−Y平面において、素子100および配線11は、X方向に延在する2つの金属膜の間に設けられている。X−Y平面において、素子100および配線11は、Y方向に延在する2つの金属膜の間に設けられている。
第3金属膜43が角部41cn付近で分断されたことにより、第1金属膜41の角部41cnと第3金属膜43との間の間隔が広がる。これにより、第3金属膜43を、例えば、ウェット処理によってパターニングするとき、薬液が第1金属膜41の角部41cnと第3金属膜43との間に十分に行き渡る。その結果、角部41cn付近における第3金属膜43のエッチング不良が確実に防止される。
第4金属膜44が角部42cn付近で分断されたことにより、第2金属膜42の角部42cnと第4金属膜44との間の間隔が広がる。これにより、第4金属膜44を、例えば、ウェット処理によってパターニングするとき、薬液が第2金属膜42の角部42cnと第4金属膜44との間に十分に行き渡る。その結果、角部42cn付近における第4金属膜44のエッチング不良が確実に防止される。
(第6実施形態)
図15は、第6実施形態に係る電子部品の一部を表す模式的断面図である。
第6実施形態に係る電子部品6においては、蓋部20に溝20trが設けられている。溝20trは、第4金属膜44と凹部20cとの間に位置する。溝20trを設けたことにより、半田材30Lが溝20trによっても捕捉し易くなる。これにより、半田材30Lの飛び出しがさらに抑制される。
上記の実施形態では、「AはBの上に設けられている」と表現された場合の「の上に」とは、AがBに接触して、AがBの上に設けられている場合の他に、AがBに接触せず、AがBの上方に設けられている場合との意味で用いられる場合がある。また、「AはBの上に設けられている」は、AとBとを反転させてAがBの下に位置した場合や、AとBとが横に並んだ場合にも適用される場合がある。これは、実施形態に係る半導体装置を回転しても、回転前後において半導体装置の構造は変わらないからである。
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、実施形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、実施形態の特徴を備えている限り、実施形態の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて複合させることができ、これらを組み合わせたものも実施形態の特徴を含む限り実施形態の範囲に包含される。その他、実施形態の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても実施形態の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1、2、3、4、5、6 電子部品、 10 基板、 10d 下面、 10p 破線、 10u、20u 上面、 10w 側面、 11、11a、11b、11c、11d、13a、13b 配線、 12、16、25 絶縁膜、 14a、14b 外部端子、 15 レジスト層、 17、30、30L 半田材、 18 スペーサ部材、 20 蓋部、 20−1 第1領域部、 20−2 第2領域部、 20a、20b 凸部、 20ac 角、 20c 凹部、 20tr 溝、 20w 側面、 30ew、41ew、42ew 外側面、 30iw、41iw、42iw 内側面、 41 第1金属膜、 41a、41b、41c、41d、41e、42a、42b、42c、43a、43b、43c、43d、43e、44a、44b、44c 膜、 41cn、42cn 角部、 42 第2金属膜、 43 第3金属膜、 44 第4金属膜、 100 素子、 100e 電極、 DL ダイシングライン

Claims (10)

  1. 基板と、
    前記基板に対向する蓋部であり、第1領域部と、前記第1領域部に隣接する第2領域部と、を有し、前記第2領域部は前記第1領域部に囲まれ、前記第1領域部の厚さは前記第2領域部の厚さよりも厚い蓋部と、
    前記第1領域部と前記基板との間に設けられた半田材と、
    前記半田材と前記基板との間に設けられた第1金属膜と、
    前記半田材と前記第1領域部との間に設けられた第2金属膜と、
    前記第2領域部と前記基板との間において、前記基板に設けられた配線と、
    前記第1金属膜と前記配線との間において、前記基板に設けられた第3金属膜と、
    を備えた電子部品。
  2. 第4金属膜をさらに備え、
    前記第4金属膜は、前記第1領域部に設けられ、前記第2金属膜と前記第2領域部との間に設けられている請求項1記載の電子部品。
  3. 基板と、
    前記基板に対向する蓋部であり、第1領域部と、前記第1領域部に隣接する第2領域部と、を有し、前記第2領域部は前記第1領域部に囲まれ、前記第1領域部の厚さは前記第2領域部の厚さよりも厚い蓋部と、
    前記第1領域部と前記基板との間に設けられた半田材と、
    前記半田材と前記基板との間に設けられた第1金属膜と、
    前記半田材と前記第1領域部との間に設けられた第2金属膜と、
    前記第2領域部と前記基板との間において、前記基板に設けられた配線と、
    前記第2金属膜と前記第2領域部との間において、前記第1領域部に設けられた第4金属膜と、
    を備えた電子部品。
  4. 基板と、
    前記基板に対向する蓋部であり、第1領域部と、前記第1領域部に隣接する第2領域部と、を有し、前記第2領域部は前記第1領域部に囲まれ、前記第1領域部の厚さは前記第2領域部の厚さよりも厚く、前記第1領域部は前記基板に向かって延在する凸部を有し、前記凸部は前記基板に接する蓋部と、
    前記凸部が設けられていない前記第1領域部と前記基板との間に設けられた半田材と、
    前記半田材と前記基板との間に設けられた第1金属膜と、
    前記半田材と前記第1領域部との間に設けられた第2金属膜と、
    を備えた電子部品。
  5. 配線をさらに備え、
    前記配線は、前記基板に設けられ、
    前記配線は、前記第2領域部と前記基板との間に位置し、
    前記凸部と前記配線との間に前記半田材、前記第1金属膜、および前記第2金属膜が設けられている請求項4記載の電子部品。
  6. 配線をさらに備え、
    前記配線は、前記基板に設けられ、
    前記配線は、前記第2領域部と前記基板との間に位置し、
    前記配線と、前記半田材、前記第1金属膜、および前記第2金属膜との間に、前記凸部が設けられている請求項4記載の電子部品。
  7. 第3金属膜をさらに備え、
    前記第3金属膜は、前記基板に設けられ、
    前記第3金属膜は、前記第1金属膜と前記配線との間に設けられている請求項4〜6のいずれか1つに記載の電子部品。
  8. 第4金属膜をさらに備え、
    前記第4金属膜は、前記第1領域部に設けられ、
    前記第4金属膜は、前記第2金属膜と前記第2領域部との間に設けられている請求項4〜7のいずれか1つに記載の電子部品。
  9. 前記基板から前記蓋部の方向に対し直交する方向に前記第1領域部および前記第2領域部を切断した切断面は矩形であり、
    前記凸部は、前記矩形の4角の少なくともいずれかに配置されている請求項4〜8のいずれか1つに記載の電子部品。
  10. 前記配線は、前記凸部に囲まれている請求項4〜9のいずれか1つに記載の電子部品。
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