(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板と、前記ベース基板に対向させた状態で該ベース基板に接合される蓋基板と、前記ベース基板と前記蓋基板との間に複数形成されたキャビティ内のそれぞれに収納されるとともに前記ベース基板上に実装された電子デバイスと、を備えた電子デバイスパッケージの製造方法において、
前記蓋基板の一方の面に前記キャビティとなる凹部を形成する工程と、
前記蓋基板の他方の面全面に前記蓋基板よりも線膨張係数の小さい材料からなる第一の金属膜を形成する工程と、
前記蓋基板の一方の面全面に第二の金属膜を形成する工程と、
前記ベース基板と前記蓋基板とを前記第二の金属膜を介して接合する工程と、
を備えた電子デバイスパッケージの製造方法。
【請求項２】
前記第二の金属膜よりも前に前記第一の金属膜を形成する請求項１に記載の電子デバイスパッケージの製造方法。
【請求項３】
前記第一の金属膜と前記第二の金属膜とが互いに異なる材料からなる請求項１または請求項２に記載の電子デバイスパッケージの製造方法。
【請求項４】
前記第一の金属膜がシリコン、クロム、タングステン、またはこれらの組み合わせである請求項１に記載の電子デバイスパッケージの製造方法。
【請求項５】
前記第二の金属膜が前記蓋基板よりも線膨張係数の大きい材料からなる請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電子デバイスパッケージの製造方法。
【請求項６】
前記第二の金属膜がアルミ、銅、金、ニッケル、スズ、またはこれらの組み合わせである請求項５に記載の電子デバイスパッケージの製造方法。
【請求項７】
前記第一及び第二の金属膜の膜厚が、２００Å〜２０００Åの範囲に設定されている請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電子デバイスパッケージの製造方法。
【請求項８】
前記蓋基板が、ガラス材料からなる絶縁物である請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の電子デバイスパッケージの製造方法。
【請求項９】
ベース基板と、
一方の面に凹部が形成されるとともに第二の金属膜が形成され、他方の面に第一の金属膜が形成され、前記凹部を前記ベース基板に対向させた状態で前記第二の金属膜を介して前記ベース基板に接合されることにより前記ベース基板との間にキャビティを形成する蓋基板と、
前記キャビティ内に収納されるとともに前記ベース基板上に実装された電子デバイスと、
を備え、
前記第一の金属膜は、前記蓋基板の他方の面全面に前記蓋基板よりも線膨張係数の小さい材料を用いて形成され、
前記第二の金属膜は、前記蓋基板の一方の面全面に形成される電子デバイスパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合された２枚の基板の間に形成されたキャビティ内に電子デバイスが封止された表面実装型（ＳＭＤ）のパッケージに関するものである。特に２枚の基板を接合するための構造について提案する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や携帯情報端末機器には、表面実装型の小型パッケージを用いた電子デバイスが多く用いられている。この中で、振動子やＭＥＭＳ、ジャイロセンサ、加速度センサなど、中空のキャビティ構造のパッケージが必要な部品も多い。中空のキャビティ構造のパッケージには、ベース基板と蓋基板とが金属膜を介して接合された構造が知られている。また接合方法も、共晶結合やシーム接合、陽極接合が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
ここで従来のベース基板と蓋基板とが金属膜を介して接合されたパッケージの製造方法について説明する。特に、複数のパッケージ要素が１枚のシート状のベース基板上にアレイ状に形成され、蓋基板をベース基板に接合した後に１つ１つのパッケージに分割する製法について説明する。
【０００４】
図７に示すように従来の電子デバイスパッケージは、電子デバイス４７と、平板状のベース基板４１と、凹部が形成された蓋基板４２と、ベース基板４１と蓋基板４２とを接合するための接合膜である金属膜４９と、から構成されている。蓋基板４２には凹部が形成され、蓋基板４２でベース基板４１を封止することでキャビティ４６が構成される。電子デバイス４７はキャビティ４６内に収納される。
【０００５】
ベース基板４１は、絶縁物、半導体、あるいは金属で構成され、平板状に形成されている。ベース基板４１の表面には電子デバイス４７を実装するための配線４３が実装される電子デバイス４７の数に応じて形成され、ベース基板４１の対応する裏面には外部電極４５が形成されている。ベース基板４１の表面の配線４３と裏面の外部電極４５とを接続するために、パッケージの任意の場所に貫通孔及びこれを埋める貫通電極４４が形成され、貫通電極４４を介して配線４３と外部電極４５とが接続されている。
【０００６】
蓋基板４２は、絶縁物、半導体、あるいは金属で構成され、凹部を有するように形成されている。ベース基板４１と蓋基板４２とが接合されてキャビティ４６を形成する際、ベース基板４１と蓋基板４２とが接する部分には接合膜としての金属膜４９が形成されている。本来はベース基板４１と蓋基板４２とが接する部分のみに金属膜４９を形成すればよいが、工程の簡素化を考慮した場合、図７（Ｂ）に示すように蓋基板４２の片面全面に金属膜４９を形成する。
【０００７】
製造方法について説明する。ウェハ状の蓋基板４２に複数の電子デバイス４７が実装できるように凹型のキャビティ４６を複数形成し（図７（Ａ））、その後、蓋基板４２の片面に接合膜としての金属膜４９を形成する（図７（Ｂ））。この金属膜４９として適しているのは、アルミ、クロム、シリコン、銅などである。ウェハ状のベース基板４１に複数の電子デバイス４７を実装するための配線４３と外部電極４５と貫通電極４４とを形成する（図７（Ｃ））。次にベース基板４１上に電子デバイス４７を実装し、電子デバイス４７と配線４３とをワイヤボンディングによるワイヤ４８で接続する（図７（Ｄ））。
【０００８】
そして、ベース基板４１と蓋基板４２とをアライメントして重ね合せ、接合を行う。接合では図７（Ｅ）に示すように、アライメントされたベース基板４１と蓋基板４２とをヒータ兼電極の基板５０、５１で挟み込む。そして金属膜４９に接触するように正極プローブ５２をセットし、ヒータ兼電極の基板５０、５１の温度を上昇させて、正極プローブ５２とヒータ兼電極の基板５０との間に電圧を印加することにより、ベース基板４１と蓋基板４２とが金属膜４９を介して接合される。後はダイシング装置等でパッケージ要素を個別に切断し、個々の電子デバイスパッケージが完成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０９−００２８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の電子デバイスパッケージの製造方法には、以下の課題が残されている。まず、蓋基板４２の一方の面にはキャビティ４６となる凹部が複数個形成されているが、蓋基板４２を薄くしていったとき、蓋基板４２の一方の面と他方の面の形状が異なるため、蓋基板４２が大きく反ってしまうという課題があった。そのため、蓋基板４２における凹部が形成された面に成膜される金属膜４９の膜厚を厚くして、反りを抑えるという対策を採用したりしている。しかし金属膜４９の膜厚を厚くしてしまうと、金属膜４９とベース基板４１との接合強度が低下してしまうという課題がある。
【００１１】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、基板の一方の面と他方の面とで表面形状が異なる基板を薄くした場合でも基板の反りを最小限に抑え、ベース基板と蓋基板とが金属膜を介して安定的に接合される電子デバイスパッケージを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る電子デバイスパッケージの製造方法は、ベース基板と、前記ベース基板に対向させた状態で該ベース基板に接合される蓋基板と、前記ベース基板と前記蓋基板との間に複数形成されたキャビティ内のそれぞれに収納されるとともに前記ベース基板上に実装された電子デバイスと、を備えた電子デバイスパッケージの製造方法において、前記蓋基板の一方の面にキャビティとなる凹部を形成する工程と、前記蓋基板の他方の面に第一の金属膜を形成する工程と、前記蓋基板の一方の面に第二の金属膜を形成する工程と、前記ベース基板と前記蓋基板とを前記第二の金属膜を介して接合する工程と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る電子デバイスパッケージの製造方法によれば、蓋基板における凹部が形成された面とは反対の面にも金属膜を形成している。そのため蓋基板が非常に薄くなっても、この金属膜が蓋基板の反りを防止する役目を果たし、ベース基板と蓋基板とを接合するときには蓋基板の反りを非常に小さく抑えることができるという効果がある。さらに、蓋基板におけるベース基板に接合される面とは反対の面に金属膜が形成されているため、製品の識別番号をこの金属膜に刻印することができるという効果がある。これまで蓋基板が絶縁物の場合、蓋基板におけるベース基板に接合される面とは反対の面に製品の識別番号を刻印するのには多大な困難があった。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る電子デバイスパッケージの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る電子デバイスパッケージの一実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明に係る電子デバイスパッケージの製造方法の一実施形態を示すフロー工程図である。
【図４】本発明に係る電子デバイスパッケージの製造方法の一実施形態を示す断面工程図である。
【図５】本発明に係る電子デバイスパッケージの製造方法の一実施形態を示す断面工程図である。
【図６】本発明に係る発振器の一実施形態を示す図である。
【図７】従来の電子デバイスパッケージの断面工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施形態を、図１から図５を参照して説明する。本実施形態の電子デバイスパッケージ１は、図１及び図２に示すように、ベース基板２と蓋基板３とが２層に積層された箱状に形成されており、内部のキャビティ５内に電子デバイス４が収納された表面実装型パッケージである。電子デバイス４とは、ＬＳＩやＭＥＭＳ、センサ、圧電振動子、あるいはその複合体である。
【００１６】
ベース基板２及び蓋基板３は共に絶縁物、半導体、金属、あるいはその複合材料からなり、本実施形態では例えばソーダガラスからなる絶縁物である。図１及び図２に示す例では、蓋基板３におけるベース基板２が接合される接合面側に、電子デバイス４が収納されるキャビティ５となる矩形状の凹部が形成され、ベース基板２は平板状に形成されている。凹部５は、両基板２、３が重ね合わされたときに、電子デバイス４を収納するキャビティ５となる凹部である。そして、蓋基板３は、この凹部５をベース基板２側に対向させた状態で該ベース基板２に対して接合膜である金属膜７を介して接合されている。
【００１７】
図２に示すように電子デバイス４と外部電極１１とを電気的に接続するために貫通電極１０がベース基板２に形成されている。貫通電極１０を通すための貫通孔は、キャビティ５内に開口するように形成されている。図２では、貫通孔は略一定の径を維持しながらベース基板２を真っ直ぐに貫通した貫通孔を例に挙げて説明するが、この場合に限られず、例えばベース基板２の下面に向かって漸次径が縮径あるいは拡径するテーパー状に形成しても構わない。いずれにしても、ベース基板２を貫通していれば良い。
【００１８】
そして貫通孔には、該貫通孔を埋めるように貫通電極１０が形成されている。この貫通電極１０は、貫通孔を完全に塞いでキャビティ５内の気密を維持していると共に、外部電極１１と電子デバイス４とを電気的に導通させる役割を担っている。貫通孔と貫通電極１０との隙間は無機材料や有機材料などベース基板２と熱膨張係数を合わせた材料を用いて完全に塞がれている。
【００１９】
次に本発明に係る一実施形態の電子デバイスパッケージの製造方法について図３のフロー工程図、図４及び図５を参照して説明する。
【００２０】
まず、ベース基板２については、ウェハ状の絶縁基板を研磨、エッチングして目的の厚みにし、洗浄を行う（Ｓ１０）。次に、ベース基板２に貫通孔を形成する（Ｓ１１）。貫通孔の形成方法については、フォトリソグラフィによるエッチングでの形成やプレス加工による形成など、方法は問わない。そして、ベース基板２上に電子デバイス４を実装するための配線９を形成する（Ｓ１２）。次にベース基板２に形成された貫通孔に貫通電極１０を形成する（Ｓ１３）。さらにベース基板２上の配線９を形成した面とは反対の面に外部電極１１を形成する（Ｓ１４）。外部電極１１まで形成されたベース基板２が図４（Ｅ）に示されている。
【００２１】
一方、蓋基板３については図４（Ａ）に示すように、ウェハ状の絶縁基板を研磨、エッチングして目的の厚みにし、洗浄を行う（Ｓ２０）。次に図４（Ｂ）に示すように平板状の蓋基板３にキャビティ５となる凹部を形成する（Ｓ２１）。凹部の形成方法については、フォトリソグラフィによるエッチングでの形成やプレス加工による形成など、方法は問わない。次に図４（Ｃ）に示すように蓋基板３における凹部が形成された面とは反対の面全面にウェハの反りを防止するための第一の金属膜６を形成する（Ｓ２２）。第一の金属膜６の形成方法としては、蒸着法やスパッタリング法、ＣＶＤ法などが用いられる。第一の金属膜６には、蓋基板３に用いられる材料よりも線膨張係数の小さい材料を用いる。例えば、蓋基板３にソーダガラスが用いられた場合、第一の金属膜６にはＳｉ、Ｃｒ、Ｗ、またはこれらの組み合わせなどが用いられ、その厚さは２００Å〜２０００Åの範囲に設定されている。ソーダガラスの線膨張係数は９〜１０×１０-6／℃、対してＳｉは２．８〜７．３×１０-6／℃、Ｃｒは６．２×１０-6／℃、Ｗは４．３×１０-6／℃である。
【００２２】
次に図４（Ｄ）に示すように、蓋基板３における凹部が形成された面全面に接合膜としての第二の金属膜７を形成する（Ｓ２３）。形成する方法としては、同様に蒸着法やスパッタリング法、ＣＶＤ法などを用いて形成する。第二の金属膜７には、できる限り蓋基板３に用いられる材料よりも線膨張係数の大きい材料を用いる。例えば、蓋基板３にソーダガラスが用いられた場合、第二の金属膜７にはＡｌ、Ｎｉ、Ａｕ−Ｓｎ、Ｃｕなどが用いられ、その厚さは２００Å〜２０００Åの範囲に設定されている。しかし、必ずしも第二の金属膜７は蓋基板３に用いられる材料よりも線膨張係数の大きい材料にこだわらず、ソーダガラスの蓋基板３に対してＳｉ、Ｃｒ、Ｗを用いても良い。Ａｌの線膨張係数は２３．９×１０-6／℃、Ｎｉは１３×１０-6／℃、Ａｕは１４．２×１０-6／℃、Ｓｎは２３×１０-6／℃、Ｃｕは１３×１０-6／℃である。ここで、蓋基板３における凹部が形成された面に形成される第二の金属膜７の材料は、蓋基板３とベース基板２との接合方法によって選択することを優先する。仮に第二の金属膜７が蓋基板３に用いられる材料よりも線膨張係数が小さい場合、蓋基板３における凹部が形成された面とは反対の面に形成される第一の金属膜６の厚みを厚くしていき、ウェハとしての蓋基板３の反りを低減していく。
【００２３】
そして、図４（Ｆ）に示すように、電子デバイス４をベース基板２上に実装する（Ｓ３０）。図４ではワイヤ８を用いたワイヤボンディングで配線９と電子デバイス４とを接続しているが、必ずしもこの工法に限定されるわけではなく、フリップチップボンディングや半田接合など、電気の導通が確保される接続工法であればいずれでも良い。
【００２４】
金属膜６、７の膜厚を２００Å〜２０００Åの範囲とするのは膜形成の安定性及び接合強度との関係によるものである。膜厚２００Å以下では、蓋基板３の材料と金属膜６、７との密着強度が弱いため、接合強度を確保するためには２００Å以上の膜厚が必要である。一方、２０００Å以上の膜厚にした場合、ベース基板２と蓋基板３の接合強度が膜の分子間結合力によって左右されてしまうため、接合強度が低下してしまう。
【００２５】
次に、電子デバイス４が実装された状態のベース基板２と第一の金属膜６が形成された蓋基板３とを、第二の金属膜７を介した状態で接合する（Ｓ３１）。ここで、図４及び図５に示す例では、ベース基板２は蓋基板３に対して重ね合わせ可能な大きさに形成されている。
【００２６】
ベース基板２と蓋基板３との接合方法は、ベース基板２及び蓋基板３のそれぞれの構成材料と第二の金属膜７の種類とによって選択される。例えば、ベース基板２及び蓋基板３が共にソーダガラスで構成されている場合、適する接合方法として陽極接合が挙げられる。図５（Ａ）は陽極接合でベース基板２と蓋基板３とを接合した場合を示す。陽極接合では、まず蓋基板３とベース基板２とをアライメントして重ね合せる。次にベース基板２における蓋基板３と接合される面とは反対の面全面にカーボン等で形成された負電極板２１を接触させ、蓋基板３におけるベース基板２と接合される面とは反対の面全面にカーボン等で形成された正電極板２２を接触させる。さらに正電極板２２と負電極板２１との間に一定の荷重を印加する。この状態で正電極板２２、負電極板２１、ベース基板２、及び蓋基板３をヒータ等で２００〜３００℃に加熱し、正電極板２２と負電極板２１との間に５００〜１０００Ｖの電圧を印加してベース基板２と蓋基板３とを陽極接合する。
【００２７】
図５（Ａ）の状態では、ウェハ状のベース基板２とウェハ状の蓋基板３とが接合されてなる１枚のウェハ内に複数の電子デバイスパッケージ要素が存在している。そこで図５（Ｂ）に示すように、ダイシングソーやワイヤーソーを用いて、電子デバイスパッケージ１を個別に切断する（Ｓ３２）。電子デバイスパッケージ１を個別に切断した状態の断面図が図２に示されている。その後、内部の電気特性検査を行うことで電子デバイスパッケージ１が製造される（Ｓ３３）。
【００２８】
ここでベース基板２と蓋基板３とを陽極接合する効果について説明する。これまでセラミック基板を用いたベース基板では電子デバイス１つ１つに蓋を接合する必要があった。そのため、ベース基板と蓋との接合時にベース基板に大きな圧力が掛かり、接合面の幅が小さいと圧力に耐えることができず、割れや欠けを生じるという課題があった。本実施形態の電子デバイスパッケージ１は、ベース基板２と蓋基板３との接合に陽極接合を用いているため、複数の電子デバイス４を同時に接合することができる。このため、接合時に１つ１つのベース基板に印加される圧力は小さくなり、接合面が小さくても割れや欠けを生じることはない。このため、小型化のパッケージを作るには非常に有効である。
【００２９】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。上述した例では、ベース基板２及び蓋基板３が共にソーダガラスから構成され、陽極接合でベース基板２と蓋基板３とを接合する例を説明したが、必ずしもこれに限定されるわけではなく、例えば、ベース基板２と蓋基板３とを金属膜７を介して溶接により接合する場合や共晶接合する場合でも構わない。
【００３０】
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図６を参照しながら説明する。本実施形態の発振器１００は、図６に示すように、電子デバイス４として例えば水晶からなる圧電振動片を用いた電子デバイスパッケージ１（圧電振動子）を、集積回路１０１に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器１００は、コンデンサ等の電子部品１０２が実装された基板１０３を備えている。基板１０３には、発振器用の上記集積回路１０１が実装されており、この集積回路１０１の近傍に、電子デバイスパッケージ１（圧電振動子）が実装されている。これら電子部品１０２、集積回路１０１及び電子デバイスパッケージ１（圧電振動子）は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。
【００３１】
このように構成された発振器１００において、圧電振動子に電圧を印加すると、該圧電振動子内の圧電振動片が振動する。この振動は、圧電振動片が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路１０１に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路１０１によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。これにより、圧電振動子が発振子として機能する。また、集積回路１０１の構成を、例えば、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１…電子デバイスパッケージ
２…ベース基板
３…リッド基板
４…電子デバイス
５…キャビティ
６…第一の金属膜（反り防止）
７…第二の金属膜（接合膜）
８…ワイヤ
９…配線
１０…貫通電極
１１…外部電極
２１…負電極板
２２…正電極板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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