(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動イオンを含む絶縁物からなるベース基板と、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可動イオンを含む絶縁物からなる蓋基板と、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、
前記蓋基板の厚み方向の側面の全面と、前記蓋基板の表裏面の全面とに金属膜を形成し、前記金属膜の前記蓋基板の表裏面に形成された部分を互いに導通する工程と、
前記蓋基板と前記ベース基板とをアライメントして重ね合せる工程と、
前記ベース基板における前記蓋基板に接合される面とは反対の面に一方の電極板を接触させ、前記蓋基板における前記ベース基板に接合される面とは反対の面に他方の電極板を接触させ、前記一方の電極板と前記他方の電極板との間に電圧を印加することで前記ベース基板と前記蓋基板とを前記金属膜を介して陽極接合する工程と、
前記ベース基板と前記蓋基板とを前記電子デバイス毎に切断し、前記蓋基板の厚み方向の側面を露出する工程と、
を備えた電子デバイスパッケージの製造方法。
【請求項２】
前記一方の電極板を前記ベース基板における前記蓋基板に接合される面とは反対の面全面に接触させ、前記他方の電極板を前記蓋基板における前記ベース基板に接合される面とは反対の面全面に接触させる請求項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】
前記金属膜がアルミ、クロム、シリコン、銅、またはこれらの組み合わせである請求項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】
前記金属膜の膜厚が、２００Å〜２０００Åの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１〜請求項３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。
【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枚の基板を陽極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、絶縁物のベース基板と絶縁物の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】
ここで従来の絶縁物のベース基板と絶縁物の蓋基板とが金属膜を介して陽極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８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、凹部が形成されたベース基板４１と、平板状の蓋基板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。ベース基板４１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、可動イオンを含む絶縁物、例えばガラス材料などで構成され、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、ベース基板４１と同様に可動イオンを含む絶縁物、例えばガラス材料などで構成され、平板状に形成されている。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８（Ｄ）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。ウェハ状のベース基板４１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、その後、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８（Ａ））。次にキャビティ４６内に電子デバイス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８（Ｂ））。平板状の蓋基板４２（図８（Ｃ））の片面に接合膜としての金属膜４９を形成する（図８（Ｄ））。この金属膜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。
【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、陽極接合を行う。陽極接合では図８（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、陽極接合を行うとき、正極プローブ５２を接合膜である金属膜４９の一部に接触させているが、金属膜４９のシート抵抗が高い場合、ウェハである蓋基板４２の全面を同じ電位に維持することが難しく、ウェハ面内で接合強度にバラツキを生じるという課題があった。シート抵抗を下げる対策として、金属膜４９の膜厚を厚くして抵抗値を下げる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。さらに蓋基板４２の片面に金属膜４９を形成するため、金属膜４９の膜厚が厚いと、蓋基板４２が反ってしまうという課題がある。
【００１１】
また、正極プローブ５２を金属膜４９の一部に接触させるために、図８（Ｅ）に示すようにベース基板４１と蓋基板４２とをずらして正極プローブ５２を接触させなければならない。このため、ベース基板４１と蓋基板４２とのアライメントには大きな制約があるという課題がある。特に、蓋基板４２側にパターンが形成されたパッケージの場合、アライメント時の制約はウェハからの製品取り個数に大きく影響するという課題がある。
【００１２】
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、絶縁物のベース基板と絶縁物の蓋基板とを金属膜を介して安定的に陽極接合できる電子デバイスパッケージの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る電子デバイスパッケージの製造方法は、可動イオンを含む絶縁物からなるベース基板と、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可動イオンを含む絶縁物からなる蓋基板と、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、前記蓋基板の両面に互いに導通する金属膜を形成する工程と、前記蓋基板と前記ベース基板とをアライメントして重ね合せる工程と、前記ベース基板における前記蓋基板に接合される面とは反対の面に一方の電極板を接触させ、前記蓋基板における前記ベース基板に接合される面とは反対の面に他方の電極板を接触させ、前記一方の電極板と前記他方の電極板との間に電圧を印加することで前記ベース基板と前記蓋基板とを前記金属膜を介して陽極接合する工程と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
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、蓋基板となるウェハの両面に互いに導通する金属膜を形成している。そのため、蓋基板におけるベース基板に対して接合される面とは反対の面に電極板を接触させることができ、接合部の電位を確実に維持することができるという効果がある。特に金属膜の材料としてシート抵抗の高い金属を用いたり、非常に薄い金属膜を用いたりする場合に有効である。また金属膜の材料としてシート抵抗の高い金属を用いた場合、金属膜の厚みを厚くする必要がなくなるため、金属膜による蓋基板の反りを抑えることができ、ベース基板と蓋基板のアライメント精度を向上させることができるという効果がある。また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電極を接触させればよいため、ベース基板と蓋基板とのアライメントに大きな制約がかかることもなくなる。
【００１５】
さらに陽極接合時、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全面に電極板を接触させると、蓋基板を覆っている金属膜の効果だけでなく、絶縁物である蓋基板の容量による電荷のやり取り効果もあるため、陽極接合時に移動する電荷量が増加し、より強固な接合強度を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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】本発明に係る電子デバイスパッケージの別の一実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明に係る発振器の一実施形態を示す図である。
【図８】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】
【００１７】
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。
【００１８】
ベース基板２及び蓋基板３は共に可動イオンを含む絶縁物、例えばソーダ石灰ガラスからなる絶縁基板である。図１及び図２に示す例では、ベース基板２に電子デバイス４が収まる矩形状の凹部（キャビティ）５が形成され、蓋基板３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、ベース基板２は、この凹部５を蓋基板３側に対向させた状態で該蓋基板３に対して接合膜である金属膜６を介して陽極接合されている。
【００１９】
図２に示すように電子デバイス４と外部電極１０とを電気的に接続するために貫通電極９がベース基板２に形成されている。貫通電極９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。
【００２０】
そして貫通孔には、該貫通孔を埋めるように貫通電極９が形成されている。この貫通電極９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１０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９との隙間はベース基板２のガラス材料と熱膨張係数を合わせたガラスフリット材を用いて完全に塞がれている。
【００２１】
上記実施の形態では貫通孔と貫通電極９との隙間をガラスフリット材で塞いでいるが、それに限定されるわけではなく、導電性接着剤や樹脂系の充填材を用いても構わない。しかし、長期的な信頼性を考慮すると、導電性接着剤や樹脂系の充填材は経時変化やアウトガスの発生を引き起こすため、貫通孔と貫通電極９の隙間を塞ぐにはガラスフリット材あるいはガラス材そのものが望ましい。
【００２２】
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。
【００２３】
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）。次に平板状の絶縁物であるベース基板２にキャビティ５となる凹部を形成する（Ｓ１１）。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、キャビティ５の底部に貫通孔を形成する。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（Ｓ１２）。そして、キャビティ５の底部表面に電子デバイス４を実装するための配線８を形成する（Ｓ１３）。次にキャビティ５の底部に形成された貫通孔に貫通電極９を形成する（Ｓ１４）。さらにキャビティ５の底部表面とは反対の面に外部電極１０を形成する（Ｓ１５）。外部電極１０まで形成されたベース基板２が図４（Ｄ）に示されている。
【００２４】
一方、蓋基板３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（Ｓ２０）。次に図４（Ｂ）に示すように平板状の蓋基板３の片方の表面全体と蓋基板３の厚み方向の側面とに接合膜としての金属膜６を形成する（Ｓ２１）。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。金属膜６には、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ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。次に図４（Ｃ）に示すように、蓋基板３の他方の表面全体と蓋基板３の厚み方向の側面とに接合膜としての金属膜６を形成する（Ｓ２２）。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。金属膜には、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ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。これにより、蓋基板３の表裏両面の全面に金属膜６が形成され、表面の金属膜６と裏面の金属膜６とが蓋基板３の側面の全面に形成された金属膜６を介して互いに導通した状態となる。つまり、蓋基板３が金属膜６によって覆われた状態となる。
【００２５】
そして、図４（Ｅ）に示すように、電子デバイス４をベース基板２のキャビティ５内に収納してベース基板２上に実装する（Ｓ３０）。図４ではワイヤ７を用いたワイヤボンディングで配線８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。
【００２６】
金属膜６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、絶縁物と金属膜６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以上の膜厚にすると、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、陽極接合としての効果が薄れてしまう。
【００２７】
次に図５（Ａ）に示すように、電子デバイス４が実装された状態のベース基板２と金属膜６が形成された蓋基板３とを、金属膜６を介した状態で陽極接合する（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。
【００２８】
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。
【００２９】
この状態では、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。個別に切断された電子デバイスパッケージ１では蓋基板３の厚み方向側面に金属膜６は形成されていない。これは、電子デバイスパッケージ１を個別に切断する前のウェハ状態のとき、蓋基板３の最外周部の厚み方向側面の全面に接合膜が形成されていて、蓋基板３におけるベース基板２との接合面側の金属膜６と接合面とは反対側の金属膜６とが外周部の側面で接続していたためである。これにより陽極接合時の金属膜６の電位固定や電荷の移動をスムーズに行うことができるが、陽極接合が終了した後では、蓋基板３の厚み方向側面の金属膜６は必要ないので、個別に切断された電子デバイスパッケージ１では蓋基板３の厚み方向側面に金属膜６は形成されていない。つまり、個別に切断された電子デバイスパッケージ１では、蓋基板３の両面の全面に形成された金属膜６は互いに導通していない。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）。
【００３０】
ここでベース基板２と蓋基板３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。
【００３１】
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。上述した実施形態では、ベース基板２における蓋基板３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ているが、これに限定されることはない。例えば、図６に示すように、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ていてもよい。ベース基板２にキャビティ５を形成する場合、ベース基板２上の電子デバイス４を実装するための配線８の形成が難しいことがあるため、図６に示すように蓋基板３にキャビティ５を形成する方がより簡便に配線８を形成できることがある。
【００３２】
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図７を参照しながら説明する。本実施形態の発振器１００は、図７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。
【００３３】
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】
【００３４】
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…金属膜（接合膜）
７…ワイヤ
８…配線
９…貫通電極
１０…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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【図８】
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