JP5642436B2 - 電子デバイス、電子機器及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動子や圧電素子に代表される電子デバイス及びその製造方法に関する。

水晶振動子は周波数特性に優れているため、デバイス、具体的にプリント基板実装部品の一つとして多用されている。ただし、水晶振動子の特性を安定させるには、外気の影響を遮断するため、密封容器に入れることが望ましく、このようなパッケージ構造の例は、「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」などで提案されている（特許文献１）。

このパッケージは、ベースに水晶片を納め、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、パッケージを構成することを特徴としている。

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個のベースに水晶片を載せ、キャップを被せるところは単品生産になっており、生産性が著しく低い。加えて、ガラス−セラミック複合体は加工が難しく、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、「電子部品パッケージ」などが提案されている（特許文献２）。

図４を用いて従来例の概要を説明する。従来例では、図４（ａ）に示すベース１１０に貫通孔を作製する工程、図４（ｂ）に示す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、図４（ｃ）に示す金属ピン１２０を押し込む共に、ガラス板を凹状に加工する工程、図４（ｄ）に示す電極１３０を印刷によって形成する工程、図４（ｅ）に示す水晶振動子等の部品を金属ピンに搭載する工程、図４（ｆ）に示す封止材１５０を介してキャップ１６０とベース１１０を封止接合する工程を経て、電子デバイス１００を製造する方法が提案されている。この中で図４（ｃ）の工程において、加熱温度をガラスの軟化点温度（約１０００℃）以上にすることで、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、図４（ｆ）の工程で確実に機密性を保つことができ、低コストで製造できるというものである。

特開平１１−３０２０３４号公報 特開２００３−２０９１９８号公報

上述の電子デバイス１００の製造において、ベース１１０は多数個取りにしており、量産性が改善されるかのようになっているが、封止接合する図４（ｆ）の工程ではキャップ１６０を個々に封止接合することで単品生産になっており、生産性が著しく低く、生産コストが嵩むという課題がある。また、封止材１５０が金属で形成された場合、露出部分が腐食する課題がある。

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。
本発明の電子デバイスは、ガラス、またはシリコン、またはアルミニウムで形成されたベースと、前記ベースの第１の面から前記第１の面と反対の面まで貫通する貫通電極と、前記ベースの前記第１の面及び前記貫通電極の前記第１の面側の面に形成された回路パターンと、前記ベースの前記第１の面と反対の面及び前記貫通電極の前記反対の面側の面に形成された電極パターンと、前記回路パターンに電気的に接続する電子部品と、前記ベースと接合し、前記ベースの前記第１の面との間に空洞部を形成するリッドと、前記ベースの端部に備えられ、前記ベースと前記リッドとを接合し、露出部を有する接合部と、前記回路パターンを覆う金属膜で形成された外部電極と、前記接合部の露出部を覆う金属膜から形成される腐食防止部と、を備えることを特徴とする。

また、前記外部電極と前記腐食防止部とが、無電解めっきによって形成されることを特徴とする。
また、前記外部電極と前記腐食防止部とが、少なくともニッケル、金のいずれかを含有する金属膜で形成されることを特徴とする。

また、前記外部電極と前記腐食防止部とが同一の物質で形成されることを特徴とする。
また、前記回路パターン、前記電極パターン、及び前記接合部が同一の物質で形成されることを特徴とする。

また、前記回路パターン、前記電極パターン、及び前記接合部が、アルミニウムで形成されることを特徴とする。
また、前記電子部品が水晶振動子片であることを特徴とする。さらに、電子機器において、本発明の電子デバイスを用いたことを特徴とする。

また、本発明の電子デバイスの製造方法はベースに貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔に貫通電極を挿入して溶着する貫通電極形成工程と、前記ベースの第１の面及び前記貫通電極の前記第１の面側の面に回路パターン及び接合部を形成する工程と、前記ベースの前記第１の面と反対の面及び前記貫通電極の前記反対の面側の面に電極パターンを形成する工程と、前記回路パターンと電子部品とを電気的に接続する電子部品接続工程と、前記ベースと凹状に加工されたリッドとを前記接合部で接合する接合工程と、接合された前記ベースと前記リッドを切断して個片化する個片化工程と、前記電極パターンを金属膜で形成された外部電極で覆う外部電極形成工程と、前記接合部の露出部を金属膜で形成された腐食防止部で覆う腐食防止部形成工程と、を備えることを特徴とする。

また、前記外部電極形成工程、及び前記腐食防止部形成工程は、無電解めっき法により同一工程で行うことを特徴とする。
また、前記接合工程において、前記リッドの前記接合部と接合する部分に前記接合部と拡散接合する金属膜が形成された前記リッドを用いることを特徴とする。

本発明によれば、外部電極と接合部の腐食防止部とを同時に、且つ、多量に形成することが可能なため、量産性が高く、信頼性が高く、構成素材の少ない電子デバイスが提供でき、低コストで製造できるという効果を奏する。

本発明に係る電子デバイスの断面図である。 本発明に係る電子デバイスの製造工程を示す図である。 本発明に係る電子デバイス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、本発明の実施の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デバイスの断面図である。電子デバイス１は、ガラス製のベース１０の第１の面とリッド７０とで囲まれた空洞部、すなわちパッケージ内部に電子部品６０が搭載され、電子部品６０は、回路パターン３０、貫通電極２０、電極パターン５０を介して、基板（図示しない）に実装される端子である外部電極８０と電気的に接続されている。ベース１０としては、これに限らず、例えば、シリコン製のものでよく、圧力センサなどのＭＥＭＳデバイスの場合に用いることができる。また、放熱性と加工性を考慮して、アルミニウム製のものでもよい。また、ベース１０がシリコン製及びアルミニウム製の場合には回路パターン３０のショートを防止するためにそれぞれ酸化膜を表層に形成する。

図１では、電子デバイス１は、電子部品６０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、電子デバイスは、これに限らず、ＡＴカット水晶振動子、半導体回路、ＬＥＤ、各種センサなど、ベース１０上に搭載可能な電子デバイスを含む。

貫通電極２０は、鉄−ニッケル合金、コバール合金、鉄−ニッケル−クロム合金等が望ましい。ここで、この鉄ニッケル合金には、例えば３６％ Ｎｉ−Ｆｅ 合金、４２％ Ｎｉ−Ｆｅ 合金、４５％ Ｎｉ−Ｆｅ 合金、４７％ Ｎｉ−Ｆｅ 合金、５０％ Ｎｉ−Ｆｅ 合金、５２％ Ｎｉ−Ｆｅ 合金等が使用できる。またこの鉄ニッケルクロムとしては、例えば、４２Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅがあげられる。しかし、これら以外の金属でもよく、例えば、熱履歴による破壊を防ぐことができるベース１０と熱膨張係数が近いものを用いることができる。

回路パターン３０は、ベース１０の第１の面及び貫通電極の該第１の面側の面に形成され、貫通電極２０と電子部品６０とを電気的に接続する。また、回路パターン３０は導電接着剤を焼成したものでも、フォトリソ法やメタルマスクを用いて形成した金属薄膜でもよい。また、金属微粒子を焼成して形成してもよい。また、回路パターン３０はベース１０の該第１の面において少なくとも貫通電極２０と電子部品６０とを電気的に接続することができる部分に形成されていればよい。

接合部４０は、ベース１０の第１の面のうち、例えば回路パターンを形成する部分と異なる部分に形成され、ベース１０とリッド７０とを接続する。また、接合部４０はフォトリソ法を用いて形成した金属薄膜である。このとき接合部４０は、ベース１０の端部に形成され、露出している側面を有している。また、接合部４０、ベース１０及びリッド７０の側面が同一面を形成していてもよい。

電極パターン５０は、ベース１０の第１の面と反対の面（第２の面）に形成される。また、電極パターン５０は導電接着剤を焼成したものでも、フォトリソ法を用いて形成した金属薄膜でもよい。また、金属微粒子を焼成して形成してもよい。

回路パターン３０、接合部４０、電極パターン５０は同じ物質でもよく、例えば安価なアルミニウムなどを用いる。こうすることで、使用材料を少なくすることができ、更には、回路パターン３０、接合部４０を同時に形成可能なり、低コストでの提供が可能となる。

また、回路パターン３０と電子部品６０とを接続する接続部（図示しない）を形成する場合、接続部は、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、回路パターン３０と電子部品４０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。しかし、電子部品４０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、電子部品６０上に形成した金バンプ（図示しない）を回路パターン３０と超音波接合することで、導電接着剤を用いずに接合することができる。

外部電極８０は、電極パターン５０を覆う金属膜であり、基板に実装される部分である。外部電極８０の材質としては、ニッケル等があり、更に最表面に金、白金、等の貴金属の膜を形成してもよい。このようにイオン化傾向の小さい金属膜で覆うことで、より安定した外部電極が形成できる。

腐食防止部９０は接合部４０を覆う金属膜であり、腐食防止部９０の材質としては、ニッケル等があり、更に最表面に金、白金、等の貴金属の膜を形成してもよい。このようにイオン化傾向の小さい金属膜で覆うことで、より安定した腐食防止部９０が形成できる。

次に、製造方法を図２、図３を用いて説明する。図２、図３は、ウェハーレベルで作製され、ダイシング等で切断されて得られる電子デバイスの製造方法を示す。

図２は、本発明に係る電子デバイス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。ここで、ベース１０がシリコンの場合、ベース１０の熱酸化処理等により、酸化膜を形成する。また、ベース１０がアルミニウムの場合、ベース１０の化成処理、陽極酸化処理等により、酸化膜を形成する。これにより、シリコン、アルミニウムで形成したベース１０部分に酸化膜が形成され、回路パターンを含む接続部がショートせず、電子デバイスとして使用することが可能になる。

図２（ｂ）は、貫通電極２０を挿入し、溶着する工程である。このとき、貫通孔に図示しない低融点ガラスを塗布し、溶着してもよい。

図２（ｃ）は、ベース１０上面に回路パターン３０及び接合部４０を、ベース１０下面に電極パターン５０を形成する工程である。回路パターン３０及び接合部４０及び電極パターン５０はフォトリソ法やメタルマスクを用いるスパッタ法で形成する。なお、形成方法は、この限りではなく、例えば、金属微粒子を焼成することで形成してもよい。この方法では、金属微粒子は、インクジェット装置で塗布できるように溶液中に分散している。このとき、予め、貫通電極２０の位置をマッピングしておくことで、回路パターン３０及び接合部４０及び電極パターン５０のみに金属微粒子を塗布でき、塗布された金属微粒子を焼成して、回路パターン３０及び接続合部４０及び電極パターン５０を形成することができる。このようにすることで、回路パターン３０及び接合部４０を同時に形成することができる。

図２（ｄ）は、電子部品６０を搭載する工程である。回路パターン３０と電子部品６０とを接続する接続部（図示しない）を形成する場合、接続部は、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、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、電子部品６０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、電子部品６０上に形成した金バンプ（図示しない）を接続部として用いることができる。その場合、電子部品６０上に形成した金バンプとベース１０上の金属膜とを超音波接合法によって接合でき、導電接着剤を用いずに接合することができる。

図２（ｅ）は、ベース１０に搭載された電子部品６０を保護するため、凹上に加工したリッド７０をベース１０と接合する工程である。リッド７０の材質は、例えばシリコン、ガラス等を用いることができ、接合方法や、真空度やコスト等などの電子部品６０に要求される仕様を考慮して選択すればよい。例えば、電子部品６０が水晶振動子片であり、ベース１０とリッド７０との接合後に周波数調整をする場合には、リッド７０にはガラス製の部材を選択することが望ましい。また、接合方法としては、陽極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である。具体的には、リッド７０の材質によって．個片化する方法は変わるが、ダイシング、またはレーザーカットによって行うことができる。

図２（ｇ）は個片化したパッケージに外部電極８０、腐食防止部９０を形成する工程である。腐食防止部９０は、接合部４０のアルミニウムを保護するために形成する。外部電極８０、及び、腐食防止部９０は無電解ニッケルめっきを行うことで、同時に形成することもできる。さらに、多数のパッケージを同時に処理することが可能なため、量産性が高く、低コストでの提供が可能となる。また、無電解ニッケルめっきを施した後に、更に無電解金めっきをすることで、信頼性を高めた製品を提供できる。なお、外部電極８０及び腐食防止部９０は、必ずしも同時に形成される必要はない。また、図２（ｃ）において、接合部４０を形成しない場合、図２（ｅ）においてリッド７０のベースと接合する部分に接合部を形成することができる。この形成方法は、例えば回路パターン３０と接合部４０とが別の物質で形成する場合に用いることができる。この場合においても、本実施形態と同様の効果を得られる。

図３は、本発明に係る電子デバイスの別の製造工程を示す図である。図３（ａ）から図３（ｄ）の工程は、それぞれ図２（ａ）から図２（ｄ）の工程と同様であるため、説明を省略する。

図３（ｅ）は、リッド７０のベース１０と接合する部分、すなわち接合部４０と接合する部分に金属膜４１を形成する工程である。接合補助部４１は、接合部４０と拡散接合可能な金属膜である。例えば、接合部４０がアルミニウムである場合、接合補助部４１には、アルミニウム、金などが用いることができる。

図３（ｆ）は、ベース１０に搭載された電子部品６０を保護するため、凹上に加工したリッド７０をベース１０と接合する工程である。図２（ｅ）の工程と同様の工程であるが、接合補助部４１があるため、接合方法として、金属拡散を起こす超音波接合、加熱加圧接合等を用いることが可能になる。

図３（ｇ）及び図３（ｈ）の工程は、それぞれ図２（ｆ）及び図２（ｇ）の工程と同様であるため、説明を省略する。

本発明の電子デバイスは、例えば、本発明の電子デバイスのうち、水晶振動子を発振子として用いた発振器又は時計、本発明の電子デバイスを計時部に備えた携帯情報機器、本発明の電子デバイス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 電子デバイス
１０ ベース
２０ 貫通電極
３０ 回路パターン
４０ 接合部
４１ 接合補助部
５０ 電極パターン
６０ 電子部品
７０ リッド
８０ 外部電極
９０ 腐食防止部
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

Claims (10)

1. ガラス、またはシリコン、またはアルミニウムで形成されたベースと、
   前記ベースの第１の面から前記第１の面と反対の面まで貫通する貫通電極と、
   前記ベースの前記第１の面及び前記貫通電極の前記第１の面側の面に形成された回路パターンと、
   前記ベースの前記第１の面と反対の面及び前記貫通電極の前記反対の面側の面に形成された電極パターンと、
   前記回路パターンに電気的に接続する電子部品と、
   前記ベースと接合し、前記ベースの前記第１の面との間に空洞部を形成するリッドと、
   前記ベースの前記第１の面の端部に備えられ、前記ベースと前記リッドとを接合するとともに、露出部を有する接合部と、
   前記電極パターンを覆う金属膜で形成された外部電極と、
   前記接合部の露出部を覆う金属膜から形成される腐食防止部と、
   を備え、
   前記外部電極と前記腐食防止部とが、無電解めっきによって形成されることを特徴とする電子デバイス。
2. 前記外部電極と前記腐食防止部とが、少なくともニッケル、金のいずれかを含有する金属膜で形成されることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
3. 前記外部電極と前記腐食防止部とが同一の物質で形成されることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
4. 前記回路パターン、前記電極パターン、及び前記接合部が同一の物質で形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電子デバイス。
5. 前記回路パターン、前記電極パターン、及び前記接合部が、アルミニウムで形成されることを特徴とする請求項４に記載の電子デバイス。
6. 前記電子部品が水晶振動子片であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電子デバイス。
7. 請求項６に記載の電子デバイスを用いた電子機器。
8. ベースに貫通孔を形成する工程と、
   前記貫通孔に貫通電極を挿入して溶着する貫通電極形成工程と、
   前記ベースの第１の面及び前記貫通電極の前記第１の面側の面に回路パターン及び接合部を形成する工程と、
   前記ベースの前記第１の面と反対の面及び前記貫通電極の前記反対の面側の面に電極パターンを形成する工程と、
   前記回路パターンと電子部品とを電気的に接続する電子部品接続工程と、
   前記ベースと凹状に加工されたリッドとを接合部で接合する接合工程と、
   接合された前記ベースと前記リッドを切断して個片化する個片化工程と、
   前記電極パターンを金属膜で形成された外部電極で覆う外部電極形成工程と、
   前記接合部の露出部を金属膜で形成された腐食防止部で覆う腐食防止部形成工程と、
   を備えることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
9. 前記外部電極形成工程、及び前記腐食防止部形成工程は、無電解めっき法により同一工程で行うことを特徴とする請求項８に記載の電子デバイスの製造方法。
10. 前記接合工程において、前記リッドの前記接合部と接合する部分に前記接合部と拡散接合する金属膜が形成された前記リッドを用いることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の電子デバイスの製造方法。

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