JP6123266B2 - 封止構造、電子デバイス、電子機器、及び移動体 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1では、キャビティーからパッケージの外部に貫く貫通孔に、外部から設けられた封止用金属体を溶融させ、貫通孔を封止するとともに、キャビティー内に設けられた配線と、封止用金属体とを接続させる封止構造が開示されている。
本適用例に係る封止構造は、第1基板と、第1基板上に設けられている第2基板と、を含むパッケージと、第2基板に設けられ、パッケージの内部空間へ貫通する穴と、第1基板に設けられ、第2基板側から平面視した場合に穴の内部空間側の開口面と少なくとも一部が重なる頂面を含む突起と、穴を塞いでいる封止部材と、を備えることを特徴とする。
また、本適用例に係る封止構造は、第1基板と、前記第1基板と対向するように設けられている第2基板と、を含むパッケージと、前記第2基板に設けられ、前記パッケージの内部空間へ貫通している穴と、前記第1基板に設けられ、前記第2基板側から平面視した場合に前記穴の前記内部空間側の開口面と少なくとも一部が重なっている突起と、前記穴を塞いでいる封止部材と、を備えることを特徴とする。
本適用例に係る封止構造は、第1基板と、前記第1基板と対向するように設けられている第2基板と、を含むパッケージと、前記第2基板に設けられ、前記パッケージの内部空間へ貫通している穴と、前記第1基板に設けられ、前記第2基板側から平面視した場合に
前記穴の前記内部空間側の開口面と少なくとも一部が重なっている突起と、前記穴を塞いでいる封止部材と、を備え、前記突起は、前記第1基板と一体であることを特徴とする。
また、本適用例に係る封止構造は、第1基板と、前記第1基板と対向するように設けられている第2基板と、を含むパッケージと、前記第2基板に設けられ、前記パッケージの内部空間へ貫通している穴と、前記第1基板に設けられ、前記第2基板側から平面視した場合に前記穴の前記内部空間側の開口面と少なくとも一部が重なっている突起と、前記穴を塞いでいる封止部材と、を備え、前記突起は、前記第1基板と一体であり、前記第2基板側から平面視した場合に、前記突起は、前記開口面と少なくとも一部が重なっている頂面を有し、前記頂面の外周縁に沿って前記突起と空隙を介して側壁が設けられ、前記第1基板と前記第2基板との間に第3基板が設けられ、前記第3基板に前記側壁が設けられていることを特徴とする。
上記適用例に係る封止構造は、封止部材は導電性を有し、第1基板には、突起が設けられている側の面に第1配線が設けられ、第1配線は、頂面に延設されるとともに、封止部材と接続されていることが好ましい。
また、上記適用例に係る封止部材は、 前記封止部材は導電性を有し、前記第1基板には、前記突起が設けられている側の面に第1配線が設けられ、前記第1配線は、前記突起に延設されるとともに、前記封止部材と接続されていることが好ましい。
上記適用例に係る封止構造は、穴の内壁に第2配線が設けられ、封止部材は、第2配線、及び頂面に延設されている第1配線と接続されていることが好ましい。
また、上記適用例に係る封止構造は、前記穴の内壁には、第2配線が設けられ、前記封止部材は、前記第2配線、及び前記突起に延設されている前記第1配線と接続されていることが好ましい。
上記適用例に係る封止構造は、第2基板側から平面視した場合に、頂面の外周縁に沿って突起と空隙を介して側壁が設けられていることが好ましい。
周縁に沿って突起と空隙を介して側壁が設けられている。これにより、封止部材は、側壁
に規制されて設けられ、所望の領域以外に飛散及び流出することを抑制することができる
。
また、本適用例に係る封止構造は、前記第2基板側から平面視した場合に、前記突起は
、前記開口面と少なくとも一部が重なっている頂面を有し、前記頂面の外周縁に沿って前
記突起と空隙を介して側壁が設けられていることが好ましい。
上記適用例に係る封止構造は、第1基板と第2基板との間に第3基板が設けられ、第3基板に側壁が設けられていることが好ましい。
上記適用例に係る封止構造は、頂面と対向して設けられている第2基板の面から頂面の方向に向かって側壁が延設されていることが好ましい。
また、上記適用例に係る封止構造は、前記突起と対向して設けられている前記第2基板の面から前記突起の方向に向かって前記側壁が延設されていることが好ましい。
上記適用例に係る封止構造は、第1基板、及び第2基板の間に、穴、突起、側壁、及び空間を囲む外周壁が設けられていることが好ましい。
これにより、第1基板、外周壁、及び第2基板が設けられた方向の空間を確保するとともに、外周壁の内側に設けられた内部空間の気密性を高めることができる。
本適用例に係る電子デバイスは、上述した封止構造を有することを特徴とする。
飛散が抑制された信頼度の高い電子デバイスを得ることができる。
また、上記適用例に係る封止構造は、前記突起は、頂面を含んでいることが好ましい。
また、本適用例に係る封止構造は、1基板と、前記第1基板と対向するように設けられ
ている第2基板と、を含むパッケージと、前記第2基板に設けられ、前記パッケージの内
部空間へ貫通している穴と、前記第1基板に設けられ、前記第2基板側から平面視した場
合に前記穴の前記内部空間側の開口面と少なくとも一部が重なっている突起と、前記穴を
塞いでいる封止部材と、を備え、前記第2基板側から平面視した場合に、前記突起は、前
記開口面と少なくとも一部が重なっている頂面を有し、前記頂面の外周縁に沿って前記突
起と空隙を介して側壁が設けられ、前記第1基板と前記第2基板との間に第3基板が設け
られ、前記第3基板に前記側壁が設けられていることを特徴とする。
本適用例に係る電子機器は、上述した電子デバイスが搭載されていることを特徴とする。
本適用例に係る移動体は、上述した電子デバイスが搭載されていることを特徴とする。
本適用例に係る封止構造を封止する封止方法は、突起が設けられた第1基板と、表裏を貫通する穴が設けられた第2基板とを用意する工程と、第2基板側から平面視した場合に、第2基板の穴の内部空間側の開口面と、第1基板の突起の頂面の少なくとも一部とを重なるように第1基板上に第2基板を載置して内部空間を形成する工程と、穴を封止部材で塞ぐ工程と、を含むことを特徴とする。
また、本適用例に係る封止方法は、突起が設けられた第1基板と、表裏を貫通する穴が設けられた第2基板と、を用意する工程と、前記第2基板側から平面視した場合に、前記第2基板の前記穴の前記内部空間側の開口面と、前記第1基板の前記突起の少なくとも一部とを重なるように前記第1基板上に前記第2基板を載置して内部空間を形成する工程と、前記穴を封止部材で塞ぐ工程と、を含むことを特徴とする。
た第2基板とを用意する工程と、第1基板上に第2基板を載置して内部空間を形成する工
程とを含む。また、第1基板に第2基板を載置する工程は、第2基板の穴の内部空間側の
開口面と、第1基板の突起の頂面の少なくとも一部とが重なる様におこなう。
これにより、突起の隆起に応じて穴を塞ぐ封止部材の量を抑制するとともに、封止部材
が内部空間内に流出することを抑制することができる。
また、本適用例に係る封止構造を封止する方法は、第1基板と、表裏を貫通する穴が設
けられた第2基板と、を用意する工程と、前記第1基板に前記第1基板からなる突起を形
成する工程と、前記第2基板側から平面視した場合に、前記第2基板の前記穴の前記内部
空間側の開口面と、前記第1基板の前記突起の少なくとも一部とを重なるように前記第1
基板上に前記第2基板を載置して内部空間を形成する工程と、前記穴を封止部材で塞ぐ工
程と、を含むことを特徴とする。
第1実施形態に係る封止構造について、当該封止構造が、角速度等を検出する機能素子が搭載された電子デバイスに設けられた態様について説明する。
図1は、第1実施形態に係る封止構造が設けられた電子デバイスを模式的に示す断面図である。図2は、本実施形態に係る封止構造が設けられた電子デバイスを模式的に示す平面図である。図1及び図2では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示し、Z軸は、X軸、Y軸と直交する方向で重力が作用する方向を示す軸である。
本実施形態の封止構造Sが設けられた電子デバイス100は、図1及び図2に示す様に、第1基板10と、第2基板20と、機能素子102とが設けられている。
第1基板10には、突起11が設けられているとともに、突起11に有する頂面11aに第1配線51(配線50)が延設されている。また、第2基板20には、穴40が設けられるとともに、穴40の内壁40aから第2基板20の外面20bに第2配線52(配線50)が延設されている。
第1基板10及び第2基板20は、機能素子102を収容するパッケージ30として機能するものである。また、封止構造Sは、穴40、突起11、及び後述する封止部材60などから構成されている。
なお、便宜上、図1及び図2では機能素子102を簡略化して図示している。また、図2では、封止部材60の図示を省略している。
第1基板10は、機能素子102を支持している。より具体的には、第1基板10には、凹形状をなした凹部12が形成されており、凹部12に有する頂面12aに機能素子102に設けられた外周壁103が接続されることで第1基板10に機能素子102が支持されている。後述するが、機能素子102は角速度等を検知するために一定の振動動作を伴っている。凹部12の上方(+Z軸方向)に機能素子102が設けられていることで第1基板10に干渉されることなく、所望の振動動作をすることができる。
また、第1基板10と第2基板20とが接続されることで、凹部12と凹部22とが対向して配置されることで生じる空間を、機能素子102が収容されるキャビティー32として用いることができる。
なお、図示は省略するが頂面12a,22aに外周壁103を収容する段差部(凹部)を設けることで、外周壁103を介することなく第1基板10と第2基板20を接続しても良い。換言すると、外周壁103を介することなく頂面12aと頂面22aと、を接続しても良い。
本実施形態においては、第1基板10、及び第2基板20としてガラス基板を用いるとともに、機能素子102としてシリコン基板を用いることが好適である。これにより、機能素子102(外周壁103)を介して第1基板10、及び第2基板20を陽極接合方法によって接続することが可能である。
なお、加速度等を検出するセンサーとして機能素子102を用いる場合、キャビティー32は、大気圧状態(より好ましくは、窒素等の不活性気体と置換された状態)であることが一般的である。例えば、不活性気体と置換された状態では、不活性気体の粘性がダンピング効果として感度特性に大きく寄与するためである。
第2基板20には、当該第2基板20の内面20aと外面20bとを貫く穴40が設けられている。換言すると、穴40は、キャビティー32に連通する様に設けられている。図1に示す例では、穴40は、第2基板20をZ軸方向に貫通している。
本実施形態の穴40は、内面20a(内部空間)側の第1開口41の面積よりも、第1開口41と反対側となる外面20b側の第2開口42の面積の方が大きい形状を有している。
なお、穴40の第1開口41、第2開口42の面積(大きさ)は、特に限定されず、例えば、第1開口41、第2開口42の面積が同じであっても良い。本実施形態においては、キャビティー32(空間)を封止し、気密性を保つためには第1開口41の面積は小さい方が好適であるため、第2開口42と比べて小さくした。
第1基板10、及び第2基板20には配線50としての第1配線51、及び第2配線52が設けられている。
第1基板10には、凹部12の底面12bに第1配線51が設けられている。また、第1配線51は、第1基板10に設けられている突起11の頂面11aに延設されている。
第2基板20には、穴40の内壁40aから外面20b側に第2配線52が延設されている。
配線50は、この様な導電性を有する材料を用いることで後述する導電性を有する封止部材60との密着性を向上させることができる。
なお、配線50の材質は、封止部材60の材質によって、適宜変更して良い。
封止部材60は、穴40に設けられ、キャビティー32を封止している。
ここで封止部材60は、穴40を塞ぐとともに、突起11に有する頂面11aに延設された第1配線51と接続されている。また、穴40の内壁40aに延設されている第2配線52とも接続されている。
ここで、図1に示す封止構造Sは、突起11が設けられているため、穴40の第1開口41からキャビティー32に流入される封止部材60の量を少なく(抑制)することができる。換言すると、封止部材60を突起11(頂面11a)で受け止めるため、第1基板10に設けられている凹部12の底面12bで受け止める場合と比べて、封止部材60の流入を少なくすることができる。
また、封止部材60の流入を抑制することができるため、封止部材60の飛散と、頂面11aから流出すること、を抑制することができる。また、飛散した封止部材60がキャビティー32内に収容されている機能素子102に付着することを抑制することができる。
従って、第1基板10に設けられた第1配線51と、第2基板20に設けられた第2配線52との接続を確実に行うことができ、接続に伴う損失抵抗を小さくすることができる。
また、機能素子102の動作を阻害することを抑制することができる。
また、第1配線51と、第2配線52とを同電位に保つことができ、例えば、接地することでシールド効果を得ることができる。また、例えば、封止部材60を介して第1配線51に流れる信号をキャビティー32の外部に設けられている第2配線52に伝達することができる。
機能素子102は、第1基板10上に搭載されている。機能素子102は、第1基板10、及び第2基板20によって設けられるキャビティー32に収容されている。機能素子102の形態としては、減圧状態や不活性ガス雰囲気で密閉されたキャビティー32内で動作するものであれば、特に限定されず、例えば、角速度(ジャイロ)センサー、加速度センサー、振動子、SAW(弾性表面波)素子、マイクロアクチュエーターなどの各種の機能素子を挙げることができる。
図3は、本実施形態の封止構造Sを有する電子デバイス100の機能素子102を模式的に示す平面図である。なお、便宜上、図3では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示している。このことは、後述する図4から図7でも同様である。
次に、機能素子102の動作について説明する。図4から図7は、本実施形態に係る封止構造が電子デバイス100に設けられている機能素子102の動作を説明するための図である。なお、便宜上、図4から図7では、機能素子102の各部分を、簡略化して図示している。
次に、本実施形態に係る封止構造Sの封止方法について図面を参照しながら説明する。
図8及び図9は、本実施形態に係る封止構造Sが設けられた電子デバイス100の製造工程を模式的に示す断面図である。また、便宜上、図8及び図9では、機能素子102を簡略化して図示している。
また、第2基板20に設けられた穴40の内壁から外面20bに延設される第2配線52を設ける。第2配線52は、例えば、スパッタリング技術によって設けることができる。本実施形態の第2配線52は、クロム(Cr)を下地として金(Au)をスパッタリングすることで第2基板20に設けている。
次に、第2基板20に、機能素子102となる第3基板としてのシリコン基板102aを接続させる。第2基板20とシリコン基板102a(機能素子102)との接合は、例えば、陽極接合法、又は接着剤を用いることができる。なお、本実施形態においては、ガラス基板である第2基板20と、機能素子102となるシリコン基板102aを陽極接合法によって接続している。
なお、図示を省略するが第2基板20の第1面20a側でシリコン基板102aと当接する部分に導電性の膜を形成すると好適である。当該導電性の膜を形成することで、第2基板20と接続するシリコン基板102aとを同電位とすることができる。第2基板20とシリコン基板102aとは同電位であるため、静電引力によってシリコン基板102aが凹部22に貼り付くことを抑制することができる。
シリコン基板102aのパターニングは、フォトリソグラフィー技術、及びエッチング技術によって行われる。これにより、第1基板10に機能素子102を搭載することができる。
また、第1基板10の凹部12に第1配線51を設ける。また、第1配線51は、突起11に有する頂面11aに延設されている。第1配線51は、例えば、上述した第2配線52と同様に、スパッタリング技術等によって設けることができる。
図示を省略するが封止部材60は、穴40に設けられる前の形状としては球状であり、いわゆる半田ボールである。なお、穴40の第1開口41と比べてその径(直径)が大きい半田ボール(封止部材60)が用いられている。
封止部材60を溶融させるレーザー光の種類としては、特に限定されず、例えばYAGレーザーやCO2レーザーを用いることができる。
また、例えば、加速度センサーとして機能素子102を設けた場合、キャビティー32は大気圧状態であることが望ましい。そこで、穴40を通してキャビティー32に不活性気体(具体的には窒素ガス)を充填した後に封止部材60を溶融させることができる。これにより、キャビティー32を大気圧状態(不活性気体雰囲気)にすることができる。機能素子102として加速度センサーを設けた場合は、不活性気体の粘性がダンピング効果として感度特性に大きく寄与するためである。
また、本実施形態では、1つの機能素子102が設けられたキャビティー32を封止する封止方法として説明をしたが、例えば、複数の機能素子102がそれぞれ複数のキャビティー32に設けられ、機能素子102に応じて減圧状態で封止するキャビティー32、大気圧状態で封止するキャビティー32、とする封止方法としても良い。
本実施形態の封止構造Sは、封止部材60を受け止める頂面11aを有する突起11が設けられている。これにより封止構造Sは、突起11の隆起に応じて封止部材60が流入する穴40の第1開口41から頂面11aの距離が短くなるため、キャビティー32内に流入する封止部材60の量を抑制することができる。
また、キャビティー32内に流入する封止部材60の量が抑制されるため、封止部材60が溶融された際に生じるスプラッシュを抑制し、キャビティー32内で封止部材60が飛散することを抑制することができる。
また、封止部材60を介して第1配線51と第2配線52とを同電位とすることができるとともに、これら配線50を接地することでシールド効果を得ることができる。また、封止部材60を介してキャビティー32内に設けられている第1配線51に流れる信号をキャビティー32の外部に設けられている第2配線52に伝達することができる。
図10は、第2実施形態に係る封止構造S1,S2が設けられた電子デバイス100を模式的に示す断面図である。図10では、機能素子102を簡略して図示している。また、図10では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示し、Z軸は、重力が作用する方向を示す軸である。
なお、側壁71は、第2基板20側から平面視した場合に、穴40の第1開口41と頂面11aとの一部が重なっていれば、第1開口41に沿って設けられていても良い。
側壁72は、第2基板20側から平面視した場合に、頂面11aの外周縁に沿って突起11と空隙を介して設けられている。
その他の点は、上述した封止構造Sと同様のため、説明を省略する。
本実施形態の封止構造S1,S2は、側壁70を備えることで、封止部材60の流動を規制してキャビティー32を封止することができる。
また、封止構造S2は、側壁72が第3基板としてのシリコン基板102aに設けられることで、封止部材60を介して第1基板10、第2基板20、及び機能素子102が設けられたシリコン基板102aを同電位に保つことが出来る。
従って、封止構造S1,S2は、封止部材60が溶融され時に側壁70で封止部材の流動を規制するとともに、スプラッシュを抑制し、キャビティー32内で封止部材60が飛散することを抑制することができる。
また、封止構造S2は、機能素子102(シリコン基板102a)が静電力によって、第1基板10又は第2基板20に吸引、吸着されることを抑制することができる。
次いで、本発明の一実施形態に係る封止構造が設けられたジャイロセンサー(角速度センサー)としての電子デバイス100適用した実施例について、図11から図14に基づき説明する。
先ず、本発明の一実施形態に係る封止構造が設けられた電子デバイス100を適用した電子機器について、図11から図13に基づき、詳細に説明する。
この図において、ノート型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1008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。この様なノート型パーソナルコンピューター1100には、そのノート型パーソナルコンピューター1100の姿勢を検知して表示部1008に表示される影像の表示方向を制御ためのセンサーとして機能する電子デバイス100が内蔵されている。
デジタルスチールカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部1308が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部1308は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCD等を含む受光ユニット1304が設けられている。
撮影者が表示部1308に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1310に転送・格納される。また、このデジタルスチールカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示される様に、ビデオ信号出力端子1312には液晶ディスプレイ1430が、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1310に格納された撮像信号が、液晶ディスプレイ1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。この様なデジタルスチールカメラ1300には、撮影時にデジタルスチールカメラ1300の姿勢(傾き)を検出して、姿勢を表示部1308に表示させるためのセンサーとして機能する電子デバイス100が内蔵されている。
図14は移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車1500には本発明の一実施形態に係る封止構造が設けられた電子デバイス100を備える。例えば、同図に示す様に、移動体としての自動車1500には、車体1507の傾きを検知するセンサーとしての電子デバイス100を内蔵して当該車体1507の傾きを制御する姿勢制御ユニット1508が搭載されている。また、電子デバイス100、他にも、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、に広く適用できる。
Claims (8)
- 第1基板と、前記第1基板と対向するように設けられている第2基板と、を含むパッケージと、
前記第2基板に設けられ、前記パッケージの内部空間へ貫通している穴と、
前記第1基板に設けられ、前記第2基板側から平面視した場合に前記穴の前記内部空間側の開口面と少なくとも一部が重なっている突起と、
前記穴を塞いでいる封止部材と、を備え、
前記突起は、前記第1基板と一体であり、
前記第2基板側から平面視した場合に、前記突起は、前記開口面と少なくとも一部が重なっている頂面を有し、前記頂面の外周縁に沿って前記突起と空隙を介して側壁が設けられ、
前記第1基板と前記第2基板との間に第3基板が設けられ、
前記第3基板に前記側壁が設けられていることを特徴とする封止構造。 - 請求項1に記載の封止構造であって、
前記封止部材は導電性を有し、
前記第1基板には、前記突起が設けられている側の面に第1配線が設けられ、
前記第1配線は、前記突起に延設されるとともに、前記封止部材と接続されていること、を特徴とする封止構造。 - 請求項2に記載の封止構造であって、
前記穴の内壁には、第2配線が設けられ、
前記封止部材は、前記第2配線、及び前記突起に延設されている前記第1配線と接続されていること、を特徴とする封止構造。 - 請求項1に記載の封止構造であって、
前記第1基板、及び前記第2基板の間には、前記穴、前記突起、前記側壁、及び前記内部空間を囲む外周壁が設けられていること、を特徴とする封止構造。 - 第1基板と、前記第1基板と対向するように設けられている第2基板と、を含むパッケージと、
前記第2基板に設けられ、前記パッケージの内部空間へ貫通している穴と、
前記第1基板に設けられ、前記第2基板側から平面視した場合に前記穴の前記内部空間側の開口面と少なくとも一部が重なっている突起と、
前記穴を塞いでいる封止部材と、を備え、
前記第2基板側から平面視した場合に、前記突起は、前記開口面と少なくとも一部が重なっている頂面を有し、前記頂面の外周縁に沿って前記突起と空隙を介して側壁が設けられ、
前記第1基板と前記第2基板との間に第3基板が設けられ、
前記第3基板に前記側壁が設けられていることを特徴とする封止構造。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の封止構造を有する電子デバイス。
- 請求項6に記載の電子デバイスが搭載された電子機器。
- 請求項6に記載の電子デバイスが搭載された移動体。
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