JP5884614B2 - セラミックス加工方法 - Google Patents
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Description
特許文献1の電子デバイスは、ベース基板とリッドとを接合してなるパッケージの収納空間(内部空間)に圧電素子を収納したものである。また、ベース基板には、上面に形成され、圧電素子と電気的に接続されている接続電極と、下面に形成された実装電極と、接続電極および実装電極を接続する貫通電極とが形成されている。
ここで、貫通電極は、ベース基板に形成された貫通孔に金属材料を充填することにより形成されているが、ベース基板に貫通孔を形成する方法として、例えば、所定のスポット径のレーザーをベース基板に照射する方法(レーザー加工)が知られている。
[適用例1]
本発明のセラミックス加工方法は、セラミックスで構成されている対象物を開孔するセラミックス加工方法であって、
レーザーを前記対象物に照射し、前記対象物の表面に開口する有底の凹部を形成する工程と、
前記凹部を形成する工程のレーザーよりもスポット径が小さいレーザーを前記凹部の底部に照射して孔を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
これにより、孔を形成する際に発生するバリを、凹部内で成長させることができるため、対象物表面から突出するバリの発生を抑制することができる。
本発明のセラミックス加工方法では、前記凹部の深さ方向での平面視において、前記凹部と少なくとも一部が重なっていて、裏面に開口する有底の凹部を形成する工程を、前記孔を形成する工程よりも前に含み、前記孔は貫通している孔であることが好ましい。
これにより、対象物のレーザーを照射する側の面と反対側の面へのバリの形成を抑制することができる。
本発明のセラミックス加工方法では、前記凹部の深さは、前記凹部の径よりも小さいことが好ましい。
これにより、凹部の深さを浅く抑えることができる。そのため、対象物の表面から突出するバリの形成をより効果的に抑制することができる。
本発明のセラミックス加工方法では、前記凹部の深さは、前記対象物の厚さの5%以上、15%以下の範囲であることが好ましい。
これにより、凹部の深さを、孔を形成する際に発生するバリを収納するのに十分な深さとすることができるとともに、凹部の深さを浅く抑えることができる。
本発明のセラミックス加工方法では、前記凹部の径をR1とし、前記貫通している孔の径をR2とし、前記貫通している孔の深さをTとしたとき、T/20≦(R1−R2)/2≦T/2の範囲であることが好ましい。
これにより、凹部の底面(底部)の縁部と側面とで構成される段差部の大きさを、孔を形成する際に発生するバリを収納するのに十分な大きさとすることができる。
本発明のセラミックス加工方法では、前記凹部を形成する工程よりもスポット径が大きいレーザーを前記対象物の表面であって前記凹部の周囲に照射する工程を含んでいることが好ましい。
これにより、凹部を形成する際に対象物の表面に形成されたバリを鞣すことができるため、このようなバリの高さをより低く、アスペクト比をより小さくすることができる。
本発明の電子デバイスは、本発明のセラミックス加工方法によって開孔されたセラミックス基板と、
前記セラミックス基板に接続している電子部品と、を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子デバイスが得られる。
[適用例8]
本発明の電子機器は、本発明の電子デバイスを有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
1.セラミックス加工方法
<第1実施形態>
まず、本発明のセラミックス加工方法の第1実施形態について説明する。
また、基板900は、セラミックスやガラスを有する原料粉末、有機溶剤およびバインダーの混合物をドクターブレード法等によってシート状に形成してセラミックグリーンシートを得、得られたセラミックグリーンシートを焼成することにより製造することができる。この際、セラミックグリーンシートは、単層とするのが好ましい。これにより、製造コストの低減を図ることができる。また、基板900の撓みや反りを抑制することができる。
[第1工程]
第1工程は、前述のように、基板900の上面901に開放する有底の凹部910を形成する工程である。
この凹部910は、第2工程にて孔920を形成する際に、レーザーLL2のエネルギーによって溶融(液化)した溶融物900aや、気化した気化物900bを付着させる領域として機能する。すなわち、凹部910の内面に溶融物900aや気化物900bを付着させることにより、凹部910内でバリ(デブリ)を成長させ、基板900の上面901に従来のような過度に突出するバリが形成されるのを防止または抑制している。
ここで、凹部910を形成する本工程によっても、基板900から溶融物900aや気化物900bが発生し、これらが凹部910の周囲に付着し固化することにより、図1に示すように、上面901にバリ810が発生(成長)する場合も考えられる。しかしながら、凹部910の深さを前述したように浅く設定しているため、溶融物900aや気化物900bの発生量を抑えることができる。そのため、仮に、バリ810が発生したとしても、その高さを従来と比較して確実に低く抑えることができる。そのため、バリ810の破損や、それに伴う基板900からの離脱を確実に防止することができる。
凹部910の深さT1としては、特に限定されないが、凹部910の径(最大幅)よりも小さいのが好ましい。このような大きさとすることにより、凹部910の深さを浅く抑えることができ、本工程での溶融物900aや気化物900bの発生量を抑えることができる。そのため、上面901にバリ810が形成されるのを効果的に抑制することができる。また、仮に、バリ810が形成されたとしても、その高さTをより低く抑えることができる。
第2工程は、前述のように、底面911と基板900の下面902とを貫通する孔920を形成する工程である。
本工程は、図2に示すように、基板900の上面側から凹部910の底面911にレーザーLL2を照射することにより行われる。レーザーLL2のスポット径φLL2は、レーザーLL1のスポット径φLL1よりも小さく設定されている。レーザーLL2のスポット径φLL2は、基板900に形成する貫通孔の目的の径φとほぼ等しく設定するのが好ましい。
レーザーLL2を照射することにより発生する溶融物900aおよび気化物900bが段差部913(底面911や側面912)に付着し固化することにより、段差部913にバリ820が成長する。前述したように、段差部913は、孔920の周方向全域にわたって等しく形成されているため、バリ820は、段差部913の周方向に均一に成長する。したがって、バリ820中に、他の部分よりも過度に高い部分や過度に幅が狭い部分が形成されてしまうことを抑制することができる。そのため、凹部910の開口からバリ820が突出したり、バリ820の一部が破損し、その欠片が基板900から離脱したりするのを効果的に抑制することができる。
凹部910の径をR1とし、孔920の径をR2としたとき、凹部910の底面911の幅Dを(R1−R2)/2で表すことができる。この幅Dは、孔920の深さをT2としたとき、T2/20≦D≦T2/2なる関係を満足するのが好ましい。幅Dをこのような数値範囲とすることにより、バリ820全体を収容するのに十分な大きさの段差部913を形成することができるとともに、段差部913が過度に大きくなるのを防止することができる。
なお、バリ820の頂点821の位置は、図2の構成に限定されず、例えば、図3(a)に示すように、側面912と離間していてもよい。また、バリ820は、図3(b)に示すように、側面912に接触していなくてもよい。
第3工程は、基板900の上面901に発生したバリ810を鞣す(すなわち、高さを低くする、アスペクト比を小さくする)工程である。本工程を行うことにより、バリ810の高さをより低くすることができるとともに、アスペクト比をより小さくすることができるため、バリ810の破損や剥離がより効果的に防止された基板900を得ることができる。本工程では、バリ810の高さをより0(ゼロ)に近づけ、バリ810を実質的に消滅させるのが好ましい。
以上、本発明のセラミックス加工方法について説明した。
次に、本発明のセラミックス加工方法の第2実施形態について説明する。
図5は、本発明の第2実施形態にかかるセラミックス加工方法の第1工程を説明する断面図、図6は、本発明の第2実施形態にかかるセラミックス加工方法の第2工程を説明する断面図である。
本発明の第2実施形態のセラミックス加工方法は、第1工程にて、基板の上面および下面に凹部を形成すること以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図5に示すうに、第1工程は、基板900の上面901に開口する有底の凹部910’と、下面902に開口する有底の凹部910”とを形成する工程である。基板900の厚さ方向(凹部910’、910”の深さ方向)の平面視にて、凹部910”は、凹部910’と少なくとも一部が重なっている。本実施形態では、凹部910”は、そのほぼ全域が凹部910’と重なっている。これら凹部910’、910”は、それぞれ、前述した第1実施形態の凹部910と同様にして形成することができ、その構成および機能も凹部910と同様である。したがって、凹部910’、910”については、その詳細な説明を省略する。
なお、凹部910”の形成は、凹部910’を形成する前に行ってもよいし、凹部910’を形成した後に行ってもよいし、凹部910’と同時に形成してもよい。
図6に示すように、第2工程は、凹部910’の底面911’と凹部911”の底面911”とを貫通する孔920’を形成する工程である。孔920’は、前述した第1実施形態の孔920と同様にして形成することができ、その構成および機能も孔920と同様である。したがって、凹部920’については、その詳細な説明を省略する。
第3工程は、基板900の上面901に発生したバリ810’と、下面902に発生したバリ810”とを鞣す工程である。本工程の効果は、前述した第1実施形態の第3工程と同様にして行うことができる。
このような本実施形態のセラミックス加工方法によれば、次のような効果を発揮することができる。すなわち、例えば、第1実施形態にて孔920を形成する際、溶融物900aや気化物900bが下面902側にも付着し、下面902から突出するバリが発生する可能性がある。したがって、下面902側にも凹部910”を形成しておくことにより、図6に示すようなバリ830が発生したとしても、そのバリ830を凹部910”内に収納することができる。そのため、上面901と同様に、下面902から突出するバリの発生を効果的に抑制することができる。
なお、バリ830が発生したとしても、その大きさ(高さ)は、レーザーLL2の照射側である上面901側に形成されるバリ820に対して比較的小さい。そのため、凹部910”の深さを凹部910’の深さよりも浅くしてもよい。これにより、バリ810”の発生をより効果的に抑制することができる。
次に、図7ないし図10に基づいて、本発明の電子デバイスについて説明する。
図7は、本発明の電子デバイスの一例を示す平面図、図8は、図7中のA−A線断面図、図9は、図7に示す電子デバイスが有する振動素子の平面図、図10は、図7に示す電子デバイスが有するベース基板の部分拡大断面図、図11は、図7に示す電子デバイスが有する貫通電極の部分拡大断面図、図12、図13および図14は、図7に示す電子デバイスの変形例を示す断面図である。なお、以下では、説明の都合上、図8、図10〜図14の上側を「上」、下側を「下」として説明する。
図7および図8に示すように、電子デバイス100は、パッケージ200と、パッケージ200内の収納空間Sに収納された電子部品としての圧電素子300とを有している。
図9(a)は、圧電素子300を上方から見た平面図であり、同図(b)は、圧電素子300を上方から見た透過図(平面図)である。図9(a)、(b)に示すように、圧電素子300は、平面視形状が長方形(矩形)の板状をなす圧電基板310と、圧電基板310の表面に形成された一対の励振電極320、330とを有している。
励振電極320は、圧電基板310の上面に形成された電極部321と、圧電基板310の下面に形成されたボンディングパッド322と、電極部321およびボンディングパッド322を電気的に接続する配線323とを有している。
電極部321、331は、圧電基板310を介して対向して設けられ、互いにほぼ同じ形状をなしている。すなわち、圧電基板310の平面視にて、電極部321、331は、互いに重なるように位置し、輪郭が一致するように形成されている。また、ボンディングパッド322、332は、圧電基板310の下面の図9中右側の端部に離間して形成されている。
このような圧電素子300は、一対の導電性接着剤291、292を介してパッケージ200に固定されている。
以上、圧電素子300について説明したが、圧電素子300の構成としては、これに限定されず、例えば、基部から複数の振動腕が延出した形状の振動子、ジャイロセンサー等であってもよい。
図7および図8に示すように、パッケージ200は、板状のベース基板210と、下側に開放する凹部221を有するキャップ状のリッド(蓋部)220とを有している。このようなパッケージ200では、リッド220の凹部221の開口がベース基板210で塞がれることにより、その内部に収納空間Sが形成されている。なお、リッド220とベース基板210とは、メタライズ層219を介して接合されている。
導電性接着剤291、292としては、圧電素子300をベース基板210に固定でき、かつ導電性を有するものであれば、特に限定されないが、例えば、銀ペーストを用いることができる。
以上、電子デバイス100について説明した。
次いで、本発明の電子デバイスを適用した電子機器(本発明の電子機器)について、図15〜図17に基づき、詳細に説明する。
図15は、本発明の電子デバイスを備える電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部2000を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する電子デバイス100が内蔵されている。
また、前述した実施形態では、基板(対象物)に貫通孔を形成する工程について説明したが、形成する孔は、貫通孔に限定されず、有底の孔であってもよい。すなわち、第2工程にて形成する孔を貫通孔とせずに、有底の孔としてもよい。
Claims (6)
- セラミックスで構成されている対象物を開孔するセラミックス加工方法であって、
レーザーを前記対象物に照射し、前記対象物の表面に開口する有底の凹部を形成する工程と、
前記凹部を形成する工程のレーザーよりもスポット径が小さいレーザーを前記凹部の底部に前記凹部を形成する工程のレーザーと同軸で照射して孔を形成する工程と、を含むことを特徴とするセラミックス加工方法。 - 前記凹部の深さ方向での平面視において、前記凹部と少なくとも一部が重なっていて、裏面に開口する有底の凹部を形成する工程を、前記孔を形成する工程よりも前に含み、前記孔は貫通している孔である請求項1に記載のセラミックス加工方法。
- 前記凹部の深さは、前記凹部の径よりも小さい請求項1または2に記載のセラミックス加工方法。
- 前記凹部の深さは、前記対象物の厚さの5%以上、15%以下の範囲である請求項1ないし3のいずれか一項に記載のセラミックス加工方法。
- 前記凹部の径をR1とし、前記貫通している孔の径をR2とし、前記貫通している孔の深さをTとしたとき、T/20≦(R1−R2)/2≦T/2の範囲である請求項1ないし4のいずれか一項に記載のセラミックス加工方法。
- 前記凹部を形成する工程よりもスポット径が大きいレーザーを前記対象物の表面であって前記凹部の周囲に照射する工程を含んでいる請求項1ないし5のいずれか一項に記載のセラミックス加工方法。
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