(57)【要約】【課題】長時間をかけず製造でき、基板の孔に充填された導体の縁が滑らかである絶縁性基板およびその製造方法を提供することにある。【解決手段】絶縁性基板は孔２１と孔２２と導体３２を備える。孔２１は基板１１の主面に形成されている。孔２２は基板１１の主面に形成されている。導体３２は孔２１，２２に充填されている。基板１１の主面に垂直な方向から見て、孔２２は孔２１の内部に位置する。孔２２は孔２１に比べて深い。孔２１は、孔２２と比較して、縁が滑らかな形状で形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面に形成される第１の孔と、
前記基板の主面に形成される第２の孔と、
前記第１の孔および前記第２の孔に充填される導体とを備え、
前記基板の主面に垂直な方向から見て、前記第２の孔は前記第１の孔の内部に位置し、
前記第２の孔は前記第１の孔に比べて深く、
前記第１の孔は、前記第２の孔と比較して、縁が滑らかな形状で形成される絶縁性基板。
【請求項２】
前記第２の孔は前記基板を貫通する、請求項１に記載の絶縁性基板。
【請求項３】
請求項１または２に記載の絶縁性基板を備える可変容量素子。
【請求項４】
第１の工法により、基板の主面から前記基板内に掘り込むように、第１の孔を形成する工程と、
第２の工法により、前記基板の主面から前記基板内に掘り込むように、第２の孔を形成する工程と、
前記第１の孔および前記第２の孔に導体を充填する工程とを備え、
前記基板の主面に垂直な方向から見て、前記第２の孔は前記第１の孔の内部に位置し、
前記第２の孔は前記第１の孔に比べて深く、
前記第１の工法では、前記第２の工法に比べて、孔の縁を滑らかに形成し、
前記第２の工法では、前記第１の工法に比べて、孔を短時間で形成する絶縁性基板の製造方法。
【請求項５】
前記第１の工法を行った後に、前記第２の工法を行う、請求項４に記載の絶縁性基板の製造方法。
【請求項６】
前記導体を充填した後、前記第１の孔が形成された主面と反対の前記基板の主面を研削し、前記導体を前記基板の外部に露出させる工程を備える、請求項４または５に記載の絶縁性基板の製造方法。
【請求項７】
請求項４ないし６のいずれかに記載の製造方法を用いて製造される可変容量素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の孔に充填された導体を備える絶縁性基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁性基板およびその製造方法は、パッケージ素子等を製造する上で基礎となるものである。従来の絶縁性基板として、例えば、図５に示すものがある。図５（Ａ）は、従来の絶縁性基板を示す断面図である。図５に示す貫通導体１Ｐは、絶縁性基板に形成された貫通導体の一例である。
【０００３】
貫通導体１Ｐは基板１１と孔２１Ｐと導体３２Ｐとを備える。孔２１Ｐは基板１１の主面に垂直な方向に基板１１を貫通している。孔２１Ｐは略円筒状の形状を有する。孔２１Ｐは導体３２Ｐにより充填されている。
【０００４】
従来の絶縁性基板の製造方法として、例えば、図６に示すものがある。図６は従来の絶縁性基板の製造方法を示す断面図である。図６（Ａ）に示す工程で、基板１１の第１の主面から基板１１内に掘り込むように孔２１Ｐを形成する。孔２１Ｐを形成する方法としては、例えば、サンドブラスト、レーザ加工、プラズマエッチング等が用いられる。図６（Ｂ）に示す工程で、基板１１の第１の主面と孔２１Ｐとに銅めっき膜３１Ｐを形成することにより、孔２１Ｐに銅を充填する。
【０００５】
図６（Ｃ）に示す工程で、基板１１の第１の主面が露出するまで、ＣＭＰ法（化学機械研磨法）により銅めっき膜３１Ｐを研磨する。基板１１の第１の主面上の銅めっき膜３１Ｐを取り除き、孔２１Ｐに充填された銅の表面を平坦にする。図６（Ｄ）に示す工程で、第２の主面（第１の主面と反対の基板１１の主面）を研削し、導体３２Ｐを基板１１の外部に露出させる。これにより、貫通導体１Ｐを備えた絶縁性基板を形成することができる。
【０００６】
他の絶縁性基板の製造方法として、例えば、特許文献１に記載のものがある。特許文献１に記載の絶縁性基板の製造方法では、まず、レーザ加工、サンドブラスト等により基板の主面に孔を形成する。次に、前工程と同様に、レーザ加工、サンドブラスト等により基板の主面に配線溝を形成する。そして、当該孔および配線溝に銅めっき膜を形成し、ＣＭＰ法を用いて銅めっき膜を研磨することにより、貫通導体を備えた絶縁性基板を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２０８６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
通常、貫通導体１Ｐを備えた絶縁性基板を有する部品等を製造するために、所定の工程（以下、後工程と称する）が貫通導体１Ｐを製造した後に行われる。ここで、後工程として、例えば、金属パターン形成等の薄膜プロセスがある。この薄膜プロセスの１つにレジスト液のスピンコート工程がある。このような薄膜プロセスにおいては、基板の全面に略均一な厚みの膜を形成するため、膜を形成する基板の面は平坦である必要がある。
【０００９】
しかしながら、レーザ加工、サンドブラスト等の工法では、孔を形成する速度（単位時間当たりに形成される孔の深さ）は速いが、形成された孔の表面が粗くなり、大きいチッピングが孔の縁に生じやすい。チッピングが生じた状態で、ＣＭＰ法により銅めっき膜３１Ｐを研磨すると、導体３２Ｐの縁の一部で基板１１が欠け、孔２１Ｐの縁に段差が生じる。このため、レーザ加工、サンドブラスト等の工法を用いて孔２１Ｐを形成すると、孔２１Ｐの縁は図５（Ｂ）および（Ｃ）に示すような形状となる。
【００１０】
図５（Ｂ）は従来の絶縁性基板を示す平面図である。図５（Ｃ）は孔２１Ｐの縁部分の拡大断面図である。孔２１Ｐの縁は不規則な形状となっており、平面視したとき、孔２１Ｐの縁を示す曲線の曲率半径が略不連続に変化している。また、孔２１Ｐの縁の一部で基板１１が欠け、数十μｍ程度の段差６５Ｐが生じている。
【００１１】
すなわち、貫通導体１Ｐでは、段差６５Ｐが孔２１Ｐの縁に生じ、基板１１の表面の平坦さが低下している。このため、後工程となる薄膜プロセスは困難なものとなり、延いては、貫通導体１Ｐを備えた絶縁性基板を有する部品等の歩留まりが低下する。なお、ウェットエッチング等の工法を用いて孔２１Ｐを形成すると、孔２１Ｐを緻密に形成することができる。しかし、ウェットエッチング等の工法では孔を形成する速度が遅く、孔２１を形成するために多くの時間を要し、製造コストが嵩んでしまう。
【００１２】
本発明の目的は、長時間をかけず製造でき、基板の孔に充填された導体の縁が滑らかである絶縁性基板およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る絶縁性基板は以下のように構成される。絶縁性基板は第１の孔と第２の孔と導体を備える。第１の孔は基板の主面に形成される。第２の孔は基板の主面に形成される。導体は第１の孔および第２の孔に充填される。基板の主面に垂直な方向から見て、第２の孔は第１の孔の内部に位置する。第２の孔は第１の孔に比べて深い。第１の孔は、第２の孔と比較して、縁が滑らかな形状で形成される。
【００１４】
本発明に係る絶縁性基板の製造方法は以下のように構成される。第１の工法により、基板の主面から基板内に掘り込むように、第１の孔を形成する。第２の工法により、基板の主面から基板内に掘り込むように、第２の孔を形成する。第１の孔および第２の孔に導体を充填する。基板の主面に垂直な方向から見て、第２の孔は第１の孔の内部に位置する。第２の孔は第１の孔に比べて深い。第１の工法では、第２の工法に比べて、孔の縁を滑らかに形成する。第２の工法では、第１の工法に比べて、孔を短時間で形成する。
【００１５】
この構成および方法では、第１の孔を形成する工法に比べて、孔を形成する速度が速い工法により、第２の孔は形成される。このため、第１の孔を形成する工法により第２の孔も形成する場合に比べて、絶縁性基板を短時間で形成することができる。
【００１６】
また、第１の孔を形成するとき、第１の孔の縁にチッピングがほとんど生じない。このため、充填した導体をＣＭＰ法により研磨しても、段差が第１の孔の縁に生じない。したがって、第１の孔の縁を滑らかに形成することができる。
【００１７】
したがって、長時間をかけず、導体の縁が滑らかである絶縁性基板を製造することができる。
【００１８】
本発明に係る可変容量素子は、本発明に係る絶縁性基板を備える。また、本発明に係る可変容量素子は、本発明に係る製造方法を用いて製造される。この構成では、絶縁性基板に形成された貫通電極の縁に段差が生じない。これにより、可変容量素子の気密性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、長時間をかけず、基板の孔に充填された導体の縁が滑らかである絶縁性基板を製造することができる。したがって、後工程を容易に行うことができ、歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１（Ａ）は第１の実施形態に係る絶縁性基板を示す断面図である。図１（Ｂ）は第１の実施形態に係る絶縁性基板を示す平面図である。
【図２】第１の実施形態に係る絶縁性基板の製造方法を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る可変容量素子を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る可変容量素子の製造方法の一部を示す断面図である。
【図５】図５（Ａ）は従来の絶縁性基板を示す断面図である。図５（Ｂ）は従来の絶縁性基板を示す平面図である。図５（Ｃ）は孔２１Ｐの縁部分の拡大断面図である。
【図６】従来の絶縁性基板の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の第１の実施形態に係る絶縁性基板について説明する。図１（Ａ）は、絶縁性基板を示す断面図である。図１に示す貫通導体１は本発明の絶縁性基板に形成される貫通導体の一例である。
【００２２】
貫通導体１は、基板１１と孔２１，２２と導体３２とを備える。基板１１は、例えば、ガラス基板である。孔２１は基板１１の第１の主面に形成されている。孔２２は、基板１１の第１の主面に垂直な方向に基板１１を貫通している。基板１１の第１の主面に垂直な方向から見て、孔２２は孔２１の内部に位置する。孔２１，２２は略円筒状の形状を有する。導体３２は孔２１，２２に充填されている。なお、第１の主面からの孔２２の深さが、第１の主面からの孔２１の深さに比べて深い限り、孔２２は基板１１を貫通しなくてもよい。また、孔２１は、好ましくは、孔２２に比べて十分浅い。
【００２３】
本発明の第１の実施形態に係る絶縁性基板の製造方法について説明する。図２は、絶縁性基板の製造方法を示す断面図である。まず、図２（Ａ）に示す工程で、第１の工法により、基板１１の第１の主面から基板１１内に掘り込むように孔２１を形成する。第１の工法は、好ましくは、ウェットエッチング等の等方性エッチングである。ここでは、ウェットエッチングを用いる。第１の工法を用いて孔を形成する場合、孔の縁が滑らかに形成されるが、孔を形成する速度が遅い。
【００２４】
次に、図２（Ｂ）に示す工程で、第２の工法により、基板１１の第１の主面から基板１１内に掘り込むように孔２２を形成する。基板１１の第１の主面に垂直な方向から見て、孔２２は孔２１の内部に位置する。第１の主面からの孔２２の深さは、第１の主面からの孔２１の深さに比べて深い。孔２２を形成する時、孔２１の縁が削られないように、孔２１の縁をレジストにより保護する。第２の工法は、好ましくは、サンドブラスト、レーザ加工、プラズマエッチング等の異方性エッチングである。ここでは、サンドブラストを用いる。第２の工法を用いて孔を形成する場合、孔を形成する速度は速いが、大きいチッピングが孔の縁に生じやすい。なお、孔２１は、好ましくは、孔２２に比べて十分浅い。
【００２５】
次に、図２（Ｃ）に示す工程で、基板１１の第１の主面と孔２１，２２とに銅めっき膜３１を形成することにより、孔２１，２２に銅を充填する。なお、孔２１，２２に充填するものは、導体である限り、銅に限定されない。また、孔２１，２２に導体を充填する方法は、めっきに限らず、スパッタリング等でもよい。
【００２６】
次に、図２（Ｄ）に示す工程で、基板１１の第１の主面が露出するまで、ＣＭＰ法により銅めっき膜３１を研磨する。そして、基板１１の第１の主面上の銅めっき膜３１を取り除き、孔２１，２２に充填された銅の表面を平坦にする。これにより、基板１１に埋め込まれた導体３２を形成することができる。
【００２７】
そして、図２（Ｅ）に示す工程で、第１の主面と反対の基板１１の主面（以下、第２の主面と称する）を研削し、導体３２を基板１１の外部に露出させる。これにより、貫通導体１を形成することができる。なお、基板１１の主面に配線構造等を形成した後、図２（Ｅ）に示す工程を行ってもよい。
【００２８】
第１の実施形態によると、第１の工法に比べて孔を形成する速度が速い第２の工法により、孔２２は形成される。このため、第１の工法により孔２２も形成する場合に比べて、孔２１，２２からなる孔を短時間で形成することができる。さらに、孔２１が孔２２に比べて十分浅い場合、孔２１，２２からなる孔を形成するためにかかる時間は、第２の工法のみで孔を形成するときにかかる時間とあまり変わらない。
【００２９】
また、基板１１の第１の主面に垂直な方向から見て、孔２２は孔２１の内部に位置する。このため、導体３２の縁の形状は孔２１の縁の形状により定まる。そして、孔の縁を滑らかに形成する第１の工法を用いて孔２１を形成するため、孔２１の縁にチッピングがほとんど生じない。この結果、銅めっき膜３１を形成した後、ＣＭＰ法により銅めっき膜３１を研磨しても、図５（Ｃ）に示すような段差が孔２１の縁に生じない。したがって、孔２１の縁は滑らかに形成される。
【００３０】
図１（Ｂ）は絶縁性基板を示す平面図である。孔２１の縁は滑らかに形成され、略円形状になっている。すなわち、平面視したとき、孔２１の縁を示す曲線の曲率半径は略一定となっている。
【００３１】
したがって、長時間をかけず、孔２１の縁が滑らかである貫通導体１を製造することができる。
【００３２】
また、上記のように、基板１１の第１の主面にパターニングを行うような場合、後工程として、金属パターン形成等の薄膜プロセスを行うことがある。この薄膜プロセスの一つにレジスト液のスピンコート工程がある。このような薄膜プロセスでは、基板１１の全面に略均一な厚みの膜を形成するため、膜を形成する基板１１の第１の主面は平坦である必要がある。
【００３３】
貫通導体１では、孔２１の縁が滑らかであるため、基板１１の第１の主面の平坦さが向上している。したがって、薄膜プロセスの信頼性を向上させ、薄膜プロセスを含む後工程を容易にすることができる。延いては、貫通導体１を備えた絶縁性基板を用いる部品等の歩留まりを上昇させることができる。
【００３４】
なお、上記の製造方法では、ウェットエッチング等を用いる第１の工法の後に、サンドブラスト等を用いる第２の工法を行ったが、工程はこれに限定されない。第２の工法を行った後に、第１の工法を行ってもよい。
【００３５】
次に、本発明の第１の実施形態に係る絶縁性基板を備える部品として、可変容量素子２について説明する。図３は、絶縁性基板を備える可変容量素子２を示す断面図である。可変容量素子２は、基板１１、貫通電極３６，３７，３８、可動側電極４１、駆動電極４２、容量電極４３、誘電膜５１、外部電極４７，４８，４９、筐体６１、アンカー部６２および可動部６３を備える。
【００３６】
ここで、貫通電極３６，３７，３８は貫通導体１の構造を有する。すなわち、貫通電極３６、３７、３８は、縁が滑らかな形状を有している。貫通電極３６，３７，３８は、基板１１の主面に垂直な方向に基板１１を貫通し、図１に示す導体３２に対応している。貫通電極３６，３８は、貫通電極３７を介して隣り合うように配置されている。
【００３７】
可動側電極４１は、基板１１の第１の主面に形成され、貫通電極３６に接続されている。駆動電極４２は、基板１１の第１の主面に形成され、貫通電極３７に接続されている。容量電極４３は、基板１１の第１の主面に形成され、貫通電極３８に接続されている。
【００３８】
誘電膜５１は、駆動電極４２および容量電極４３の表面を被覆するように形成されている。アンカー部６２の一端は基板１１の第１の主面に固定され、可動側電極４１に接続されている。可動部６３は駆動電極４２と容量電極４３とに対向するように配置されている。可動部６３の一端はアンカー部６２により支持され、可動部６３の他端は自由端となっている。可動部６３の主面のうち駆動電極４２と容量電極４３とに対向する面は、導体により形成されている。可動部６３の導体部分は可動側電極４１に接続されている。
【００３９】
筐体６１は基板１１の第１の主面に形成されている。筐体６１と基板１１とにより、気密封止された内部空間が形成されている。可動側電極４１、駆動電極４２、容量電極４３、誘電膜５１、アンカー部６２および可動部６３は内部空間内に配置されている。
【００４０】
外部電極４７，４８，４９は基板１１の第２の主面に形成されている。外部電極４７は貫通電極３６に接続されている。外部電極４８は貫通電極３７に接続されている。外部電極４９は貫通電極３８に接続されている。
【００４１】
外部電極４７はＲＦ信号入力端子と第１の電源端子とに接続されている。外部電極４８は第２の電源端子に接続されている。外部電極４９はＲＦ信号出力端子と第１の電源端子に接続されている。
【００４２】
第１および第２の電源端子に異なる大きさの電圧を印加することにより、可動部６３の導体部分と駆動電極４２との間に電位差が生じる。これにより、可動部６３の導体部分と駆動電極４２との間に駆動容量が形成され、この駆動容量による静電引力によって可動部６３が基板１１側に変位する。この結果、可動部６３と容量電極４３とが接近し、可動部６３の導体部分と容量電極４３との間の容量が大きくなる。すなわち、第１および第２の電源端子の間の電位差を変化させることにより、ＲＦ信号入力端子とＲＦ出力端子との間の容量を所望の値にすることができる。
【００４３】
第１の実施形態に係る絶縁性基板を備える可変容量素子２では、可変容量素子２の内部空間の気密性が低くなると、可変容量素子２の容量値が安定しない。このため、可変容量素子２は高い気密性を必要とする。一方、貫通電極３６，３７，３８は貫通導体１の構造を有する。すなわち、貫通電極３６，３７，３８の縁が滑らかに形成され、貫通電極３６，３７，３８の縁に図５（Ｃ）に示すような段差が生じない。これにより、気密封止の精度が高くなり、可変容量素子２の気密性を向上させることができる。
【００４４】
本発明の第１の実施形態に係る絶縁性基板を備える可変容量素子２の製造方法について説明する。図４は、可変容量素子２の製造方法の一部を示す断面図である。図４（Ａ）に示す工程の前に、図２（Ａ）から（Ｄ）までの工程を行う。これにより基板１１に導体３３，３４，３５が形成される。導体３３，３５は、導体３４を介して隣り合うように配置される。
【００４５】
まず、図４（Ａ）に示す工程で、リフトオフ等により可動側電極４１と駆動電極４２と容量電極４３とを基板１１の第１の主面に形成する。可動側電極４１は導体３３に接続されている。駆動電極４２は導体３４に接続されている。容量電極４３は導体３５に接続されている。それぞれの電極は、例えば、Ｃｒ／Ｃｕ／Ｃｒ構造を有する。
【００４６】
次に、図４（Ｂ）に示す工程で、スパッタリング等により駆動電極４２および容量電極４３の表面に誘電膜５１を形成する。誘電膜５１は、例えば、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等の誘電体から作られる。
【００４７】
次に、図４（Ｃ）に示す工程で、封止枠４５とアンカー電極４６とを形成する。封止枠４５は基板１１の第１の主面の縁に沿って形成されている。アンカー電極４６は可動側電極４１に接続されている。封止枠４５とアンカー電極４６とは、例えば、Ａｕ／Ｐｔ／Ｃｒ構造を有する。
【００４８】
そして、図４（Ｄ）に示す工程で、アンカー部６２と可動部６３と筐体６１とを形成する。アンカー部６２の一端はアンカー電極４６に固定されている。可動部６３の一端はアンカー部６２により支持されている。筐体６１の端面は封止枠４５と当接している。また、基板１１の第２の主面を研削し、導体３３，３４，３５を基板１１の外部に露出させる。これにより、貫通電極３６，３７，３８を形成する。そして、外部電極４７，４８，４９を基板１１の第２の主面に形成する。以上の工程により、可変容量素子２を製造することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１，１Ｐ…貫通導体
２…可変容量素子
１１…基板
２１，２２，２１Ｐ…孔
３１…銅めっき膜
３２，３２Ｐ，３３，３４，３５…導体
３６，３７，３８…貫通電極
４１…可動側電極
４２…駆動電極
４３…容量電極
４５…封止枠
４６…アンカー電極
４７，４８，４９…外部電極
５１…誘電膜
６１…筐体
６２…アンカー部
６３…可動部
６５Ｐ…段差
【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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