JP5905264B2 - 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部品を実装した電子デバイス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。ここで、上記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３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１１５を作製する工程（ａ）、貫通孔１１５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。

特開平１１−３０２０３４号公報 特開２００３−２０９１９８号公報

しかしながら、図３を用いて説明した電子デバイス１００の製造方法は、工程（ｃ）において、図４に示す課題がある。ここで、図４は、工程（ｃ）の金属ピン部分の拡大図である。即ち、図４（ｃ−１）に示すように、金属ピン１２０がベース部材１１０の厚みに比べて短い場合や、または、金属ピン１２０の押し込み量が少ない場合には、金属ピン１２０の周面が低融点ガラス１７０に包まれてしまう。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課題がある。また、図４（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４（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課題がある。また、図５に示すように金属ピン１２０は、断面形状がＴ字形状であり、貫通孔１１５に押し込むことからある程度の太さが必要であるため、小型化するのが困難である。更には、貫通孔１１５は型を押し当てて作製しているため抜き角が必要となるので、この点からも小型化をすることは難しい。

そこで、本発明の目的は、電子部品と外部電極との導通性を確保できるとともに、小型化を図れる電子デバイスの製造方法を提供することである。

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。
請求項１に記載の発明は、電子デバイスの製造方法であって、ガラス製のベース材の上下何れか一方の面へ、底面近傍に二山形状の窪みを備えた凹部を形成する工程と、前記凹部のうち少なくとも前記窪みをめっき層で覆うようにめっき処理を施す工程と、少なくとも前記凹部の底面が外部へ露出するように前記ベース材を研磨する工程と、前記凹部の底面に電子部品を実装する工程と、前記窪みが二山に分離する位置まで前記凹部の開口部側から前記ベース材を研磨し、当該分離された二山それぞれのめっき層で貫通電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子デバイスの製造方法において、前記凹部全体をめっき層で覆うようにめっき処理が施されることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電子デバイスの製造方法において、前記めっき層はニッケル鉄合金の層からなることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法において、前記電子部品を実装する工程の後、前記ベース材と接合可能であり、接合した状態で前記ベース材とともに外気と遮断された空洞部を形成するカバーを、前記ベースに接合して前記電子部品を前記空洞部に密封するカバー接合工程と、前記貫通電極を形成する工程の後、前記ベース材の前記電子部品が実装された面と対向する面に、前記貫通電極と当接するように外部電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４に記載の電子デバイスの製造方法において、１つの前記ベース材上に複数の電子デバイスを一括形成した後、前記電子デバイスを個片化する工程を備えることを特徴とする。

また、請求項６記載の発明は、請求項１から請求項５に電子デバイスであって、ガラス製のベース材と、前記ベース材の上下を貫通する一対の貫通孔と、前記一対の貫通孔それぞれを覆うように充填されためっき層と、前記めっき層の上下何れか一方の面に実装される電子部品と、前記ベース材と接合され、接合状態で前記電子部品を外気から遮断する空洞部を形成するカバーと、前記めっき層の前記電子部品が実装される面と対向する面に形成された外部電極と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、貫通電極を形成する上で、ベース材に形成された窪みにめっき処理を施す工程を用いており、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、電子部品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。さらに、本発明では、二山形状の窪みにめっき処理を施して、ベース材を研磨するだけで容易に2つの貫通電極を同時に形成することができる。また、2つの貫通電極間は、金属ピンより狭く配置できるため、小型化が容易である。

以上により、本発明は、電子部品と外部電極との導通性を確保できるとともに、小型化を図れる電子デバイスの製造方法及び電子デバイスを提供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。 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。 従来例の電子デバイスの斜視図である。

以下、本発明に係る電子デバイス及びその製造方法の第１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１３及びカバー５０で囲まれた、外気と遮断された空洞部に電子部品５０が搭載されている。そして、電子部品４０は、実装部３０、貫通電極２１を介して、基板に実装される端子である外部電極６０と電気的に接続されている。ここで、カバー５０としては、ガラス製に限らず、例えば、電子デバイス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５０はアルミ製のものを用いることもできる。

図１に示す電子デバイス１は、電子部品４０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、ＬＥＤ、各種センサなど、ベース１３上に搭載可能な各種の電子部品を搭載したものを含む。また、電子デバイス１は、電子部品としてＬＥＤなどを搭載する場合、カバー５０を有しなくてもよい。

貫通電極２１は、銅や、ベース１３との熱膨張係数の差分量を考慮し、ニッケル鉄合金、等を用いてもよい。そして、貫通電極２１は、ベース１３の高さ方向に亘って当該ベース１３を上下に貫くように設けられ、両端部に連接された実装部３０と外部電極６０とを電気的に接続する。

外部電極６０は、金属膜で形成され、最表面が金、銀、白金等の貴金属を使用した層状からなる。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、外部電極６０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デバイス１の信頼性を向上させることができる。当該外部電極６０は、各々ベース１３（及び貫通電極２１）の端部に配設される。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。
ところで、外部電極６０の形成方法には、スパッタ法が一般的である。ただし、外部電極６０は、めっき法を用いて形成してもよい。

また、貫通電極２１と電子部品４０とを接続する実装部３０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、貫通電極２１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（実装部３０）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、貫通電極２１の最表面に金の膜（金膜）を形成した場合、電子部品４０上に形成した金バンプ（図示しない）を実装部３０として用いることができる。その場合、電子部品４０上に形成した金バンプと貫通電極２１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。
また、外部電極６０は、基板実装時の応力を緩和する銀ペースト等の導電性接着剤で形成することもできる。

（電子デバイスの製造方法）
次に、本実施形態に係る電子デバイス１の製造方法を図２を用いて説明する。図２は、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デバイスの製造方法を示す図である。なお、本実施形態に係る電子デバイス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（ａ）は、ベース材１０に凹形状の凹部７０を形成する工程を説明するための図である。当該凹部７０には、底面７１の中心近傍から開口部側へ向けて突出する凸部７２を備えた形状からなる。つまり、凹部７０の底面７１近傍は、凸部７２によって隔てられた二山形状の（二山が連なった形状からなる）窪み７３を備えて構成される。ここで、凹部７０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される。

図２（ｂ）は、ベース材１０における凹部７０の開口部側の表面にレジスト１１を形成する工程を説明するための図である。レジスト１１は、印刷処理によって形成する。また、レジスト１１は、ドライレジストをフォトリソグラフィー処理することによって形成してもよい。このようにレジスト１１を形成しておくことで、次工程のめっき処理で有効にめっき形成することが可能となる。また、このレジスト１１を形成する直前に、スパッタ処理による金属層をレジスト１１と開口部側の表面との間に形成しておいてもよい。

図２（ｃ）は、めっき処理により、ベース材１０の上記凹部７０にめっき層２０を形成し、レジスト１１を除去する工程を説明するための図である。ここで、めっき層２０はニッケル鉄合金の層からなる。図２（ｃ）では凹部７０の窪み７３を埋めるところまでめっき層２０を形成をしているが、ビアフィルめっきのように、凹部７０全体がめっき層２０で充填されるようにめっき層２０を形成してもよい。なお、レジスト１１は、有機溶剤に溶解するものであれば、除去時にめっき層２０に影響を与えないで除去可能である。

図２（ｄ）は、凹部７０の底面７１が露出するようにベース材１０を上方から研磨する研磨工程を説明するための図である。当該工程では、少なくとも凹部７０の底面７１が外部へ露出するようにベース材１０を研磨することにより、電子部品を実装できる状態にする。

図２（ｅ）は、露出させた凹部７０の底面７１上に電子部品４０を設置し、めっき層２０と電子部品４０とを実装部３０を介して接続する、電子部品接続工程を説明するための図である。ここで、めっき層２０と電子部品４０とを接続する実装部３０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、めっき層２０と電子部品５０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、電子部品５０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、前工程の研磨後にめっき層２０の最表面に金を使用した場合、電子部品４０上に形成した金バンプを実装部３０として用いることができる。その場合、電子部品４０上に形成した金バンプとめっき層２０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（ｆ）は、ベース材１０に搭載された電子部品４０を保護するため、凹状に加工したカバー５０をベース材１０と接合するキャップ接合工程を説明するための図である。この工程において、ベース材１０の研磨された側の表面とカバー５０の凹状箇所とで外気と遮断された空洞部を形成する。これにより、空洞部に電子部品４０を密封した状態で配設できる。また、カバー５０の材質は、接合方法や、真空度やコスト等などの電子部品４０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、電子部品４０が水晶振動子片であり、ベース材１０とカバー５０との接合後に周波数調整をする場合には、カバー５０にはガラス製の部材を選択することが望ましい。また、カバー５０とベース材１０との接合方法としては、例えば接着や陽極接合、金−金接合等を用いることができる。

図２（ｇ）は、ベース材１０を凹部７０の開口部側から更に研磨することで、ベース１３（研磨後のベース材１０）及び貫通電極２１を形成する工程を説明するための図である。当該工程では、図２（ｆ）に示す凸部７２の左右に形成された窪み７３の二山が分離されるところまで研磨することで、分離した各々のめっき層２０が貫通電極２１として機能する。このときベース１３は非常に薄くなるがカバー５０によって保持されるため、容易に加工ができる。なお、カバー５０と接合する前に加工することは可能であるが、実装時等での取扱に工夫が必要となる。

図２（ｈ）は、外部電極６０を、貫通電極２１上とベース１３上にスパッタ法を用いて形成する工程を説明するための図である。ここで、外部電極６０はそれぞれスパッタ法、蒸着法とフォトリソ法を組み合わせて形成してもよい。また、基板実装時の応力を緩和する銀ペースト等の導電性接着剤を印刷法により形成してもよい。なお、この工程後に図示しない、パッケージを個片化する工程を行う。すなわち、１つのベース１３上に複数の電子デバイスを一括形成した後、電子デバイスを個片化する工程である。この工程において、カバー５０の材質によって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デバイスの個片化を行うことができる。

以上、本実施形態に係る電子デバイス１の製造方法によれば、貫通電極２１を形成する上で、ベース材１０に形成された窪みにめっき処理を施す工程を用いており、金属ピンをはめ込む／押し込む工程を用いない。そのため、電子デバイス１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、電子部品４０と外部電極６０との電気的導通を安定して保つことができる。さらに、電子デバイス１では、窪みにめっき処理を施して、ベース材１０を研磨するだけで容易に貫通電極２１を形成することができる。
したがって、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電子デバイスの製造方法といえる。

また、本実施形態に係る電子デバイス１の製造方法によれば、めっき処理を施す工程において、少なくとも凹部７０の窪み７３を埋めるようにめっき層２０を形成してもよいが、凹部７０全体をめっき層２０で覆うようにすることも可能である。そのため、その後の研磨時に、窪み７３に空間のある場合には、めっき層２０の剥がれ等が懸念されるが、めっき層２０で満たされたベース材１０は剥がれ等の懸念がないため、容易に研磨できるようになる。

また、本実施形態に係る電子デバイス１の製造方法によれば、貫通電極２１を形成するめっき層としてニッケル鉄合金の層を用いることが出来る。そのため、ベース材の熱膨張係数と近づけることができ、より安定した製品となる。

また、本実施形態に係る電子デバイス１の製造方法によれば、１つのベース１３上に複数の電子デバイス１を一括形成した後、電子デバイス１を個片化することができる。そのため、本発明に係る電子デバイスを一括で製造することができ、電子デバイス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。

本発明の電子デバイスは、例えば、本発明の電子デバイス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 ベース材
１１ レジスト
１３ ベース
２０ めっき層
２１ 貫通電極
３０ 実装部
４０ 電子部品
５０ カバー
６０ 外部電極
７０ 凹部
７１ 底面
７２ 凸部
７３ 窪み
１００ 電子デバイス
１１０ ベース
１１５ 貫通孔
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 (5)

1. ガラス製のベース材の上下何れか一方の面へ、底面近傍に二山形状の窪みを備えた凹部を形成する工程と、
   前記凹部のうち少なくとも前記窪みをめっき層で覆うようにめっき処理を施す工程と、
   少なくとも前記凹部の底面が外部へ露出するように前記ベース材を研磨する工程と、
   前記凹部の底面に電子部品を実装する工程と、
   前記窪みが二山に分離する位置まで前記凹部の開口部側から前記ベース材を研磨し、当該分離された二山それぞれのめっき層で貫通電極を形成する工程と、
   を備えることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
2. 前記めっき処理を施す工程において、前記凹部全体をめっき層で覆うようにめっき処理が施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の製造方法。
3. 前記めっき層はニッケル鉄合金の層からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子デバイスの製造方法。
4. 前記電子部品を実装する工程の後、前記ベース材と接合可能であり、接合した状態で前記ベース材とともに外気と遮断された空洞部を形成するカバーを、前記ベースに接合して前記電子部品を前記空洞部に密封するカバー接合工程と、
   前記貫通電極を形成する工程の後、前記ベース材の前記電子部品が実装された面と対向する面に、前記貫通電極と当接するように外部電極を形成する工程と、を備え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の製造方法。
5. １つの前記ベース材上に複数の電子デバイスを一括形成した後、前記電子デバイスを個片化する工程を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法。

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