(57)【要約】【課題】絶縁性材料からなり、気密性を有する内部のキャビティ内に電子部品が収納され、内部と外部を貫通電極で電気的に接続されているパッケージを提供する。【解決手段】絶縁性材料により形成される少なくとも２枚の基板が接合され、内部に構成されるキャビティ１２に電子部品４が収納されるパッケージ１であって、電子部品がキャビティ外部と電気的に接続されるために、基板を貫通する貫通電極５が設けられ、貫通電極は、基板のキャビティが存在する側とは反対側の表面である基板外部表面に対して凹部２８を有していることを特徴とする。【選択図】図１
2014086963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性材料により形成される少なくとも２枚の基板が接合され、内部に構成されるキャビティに電子部品が収納されるパッケージにおいて、
前記電子部品が前記キャビティの外部と電気的に接続されるための前記基板を貫通する貫通電極が設けられ、
前記貫通電極は、前記基板の前記キャビティが存在する側とは反対側の表面である基板外部表面に凹部を有していることを特徴とするパッケージ。
【請求項２】
前記凹部に埋め込まれる金属である外部金属を有し、前記外部金属の少なくとも一つが前記基板外部表面に外部電極として形成されることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ。
【請求項３】
前記貫通電極は、前記外部側の断面積が前記キャビティの存在する側の断面積より小さく形成されることを特徴とする請求項２に記載のパッケージ。
【請求項４】
前記凹部と前記外部金属との間に形成される接続金属を有し、前記接続金属は、前記貫通電極の前記外部側の断面積より大きい面積を有する面により前記外部金属と接続されていることを特徴とする請求項２または３に記載のパッケージ。
【請求項５】
前記外部金属がスズを含む接合剤であることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載のパッケージ。
【請求項６】
前記絶縁性材料がガラスまたはセラミックスを含む絶縁性脆性材料であることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ。
【請求項７】
絶縁性材料の第１の基板の上下何れかの一方の面に窪みを形成する工程と、
前記第１の基板の他方の面側の前記窪み内部に空隙を有するように、前記窪みに第１の金属部材を充填する工程と、
前記第１の基板の前記一方の面側に電子部品を搭載する工程と、
前記第１の基板の前記一方の面に、第２の基板を接合することでキャビティを形成する工程と、
前記第１の基板の前記他方の面を研磨し、前記第１の金属部材の前記空隙を露出させることで凹部を形成する工程と、
前記凹部に第２の金属部材を充填することで外部電極を形成する工程を含むことを特徴とする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、電子部品を搭載し、貫通電極を有するパッケージとそのパッケージの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動子や加速度等の力学量を測定するためのセンサ等の電子部品を搭載、封入、収納するためのパッケージとして、二体かされた基板からなるものが広く使用されている。
【０００３】
これらの基板は、電子部品を搭載するためのベース基板とこのベース基板に蓋として封止するためのリッド基板と呼ばれるもので、セラミックスやガラスといった絶縁性材料を加工し、電極等が形成されているが、特にベース基板には搭載される電子部品と外部の回路基板等と電気的な接続を行うための電極が設けられている。
【０００４】
これらの電極は、金属ペーストの焼成や薄膜技術等により作製されるが、ベース基板に貫通孔を開け、この貫通孔に金属を埋め込むことにより貫通電極と呼ばれる構造をとったものが提案されている。例えば、ベース基板として貫通孔を形成したガラス基材を用い、貫通孔を銀ペーストにより埋め、貫通電極として用いている例（特許文献１）やガラス基材に貫通孔を設け、金属ピンを低融点ガラスとともに貫通孔に打ち込み、低融点ガラスを溶融することにより金属ピンとガラス基材を一体化することにより貫通孔を塞ぎ貫通電極を形成する方法が採用されている（特許文献２）。さらに、テーパー状の貫通孔を基材であるガラスの軟化点以上の温度に加熱し、カーボン材からなる成形型により加圧成形することにより作製し、金属ピンをこの貫通孔に振込み、全体をガラス基材の軟化点以上のとすることによりガラス基材と金属ピンを一体化する方法も提案されている（特許文献３）。
【０００５】
しかしながら、近年における電子部品の小型化およびパッケージの小型化に伴い、貫通電極の小型化と近接化が望まれていることは周知のことである。また、雰囲気の影響を受ける振動子や力学量測定センサ等では、貫通電極の封止性という点においても、その厳密さが要求されている。
【０００６】
前記の銀ペースト等の金属ペーストを用いる貫通電極の製造方法では、基板としてガラス基材を用いる場合、ガラス基材の耐熱性から銀ペーストの焼成温度をガラス基材の軟化点以上とする必要があるため、基材の変形を起こすおそれがあった。
【０００７】
また、金属ピンを低融点ガラスにより貫通孔に埋め込む方法では、貫通孔の大きさを金属ピンの太さと低融点ガラスを埋め込むだけの大きさとする必要があるため、複数の貫通電極を形成する場合、貫通電極間の距離や微細化を阻害するおそれがあった。
【０００８】
このため、貫通電極の位置を搭載、封入すべき電子部品の電極近傍に設置することが出来ず、離れた部分に形成する必要があり、電子部品の搭載にあたり、内部で複雑な配線を施す必要が生じるおそれがあった。
【０００９】
また、金属ピンを貫通孔に振込み、ガラス基材を軟化することにより一体化する方法は、軟化中における金属ピンの動きによる精度やテーパー貫通孔の口径が大きな方の径により、その微細化、近接性が決められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１２４８４５号公報
【特許文献２】特開２００３−２０９１９８号公報
【特許文献３】特開２０１１−１６６３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、微細性に優れた貫通電極を有するパッケージおよびパッケージの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係わるパッケージは、絶縁性材料により形成される少なくとも２枚の基板が接合され、内部に構成されるキャビティに電子部品が収納されるパッケージであって、前記電子部品が前記キャビティの外部と電気的に接続されるために、前記基板を貫通する貫通電極が設けられ、前記貫通電極は、前記基板の前記キャビティが存在する側とは反対側の表面である基板外部表面に対して凹部を有していることを特徴とする。
このパッケージは、２枚以上の絶縁性基板が接合してなるパッケージにおいて、パッケージ内部に実装された電子部品を外部と電気的に接続する貫通電極が形成された基板が用いられており、当該貫通電極のうち外部側に凹部を設けることにより、当該貫通電極の外部側に接続される部材との接続強度をその小さな露出面積により確保できるようになる。よって、貫通電極の微細性を確保できるようになる。
【００１３】
また、本発明に係わるパッケージは、前記凹部に埋め込まれる金属である外部金属を有し、前記外部金属の少なくとも一つが前記基板外部表面に外部電極として形成されることを特徴とする。
このパッケージは、外部基板との接続部となる貫通電極外部に凹部を有しており、この凹部内部に貫通電極とは異なる金属が埋め込まれており、この金属を介して外部基板と接続されるが、この金属がアンカー効果の役目を果たすので、外部基板との接続強度を高めることができる。
【００１４】
また、本発明に係わるパッケージは、前記貫通電極が、前記外部側の断面積が前記キャビティが存在する側の断面積より小さく形成されることを特徴とする。
よって、この貫通電極が電子部品を実装する側であるパッケージ内部で面積が、このパッケージを外部の回路基板等と接続する側であるパッケージ外部での面積に対して広くなっていることから、内部における貫通電極の電極間距離を外部における貫通電極間距離より小さくすることが出来るので、より小型の電子部品をパッケージ内部に実装することが出来ると同時に、パッケージ外部の電極間距離を離すことが出来るので、外部基板への実装において、流動性が高く、近接した電極間で電気的にショートを起こしやすいはんだや金属ペーストによる接合を容易に行うことができる。
【００１５】
また、本発明に係わるパッケージは、前記凹部と前記外部金属との間に形成される接続金属を有し、前記接続金属は、前記貫通電極の前記外部側の断面積より大きい面積を有する面により前記外部金属と接続されていることを特徴とする。
このパッケージは、この接続金属がアンカー効果の役目を果たすことに加え接続面積を大きくするので、貫通電極と外部電極との接続強度を高めることができ、また外部電極と外部基板との接続強度も高めることができる。
【００１６】
また、本発明に係わるパッケージは、前記外部金属がスズを含む接合剤であることを特徴とする。
このパッケージは、外部基板との接続時に溶融するスズを含む接合剤からなる金属を凹部にも形成されていることから、この金属がより強いアンカー効果の役目を果たすので、外部基板との接続強度を高めることができる。
【００１７】
また、本発明に係るパッケージは、前記絶縁脆性材料がガラスまたはセラミックスを含むことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係わるパッケージの製造方法は、絶縁性材料の第１の基板の上下何れかの一方の面に窪みを形成する工程と、前記第１の基板の他方の面側の前記窪み内部に空隙を有するように、前記窪みに第１の金属部材を充填する工程と、前記第１の基板の前記一方の面側に電子部品を搭載する工程と、前記第１の基板の前記一方の面に、第２の基板を接合することでキャビティを形成する工程と、  前記第１の基板の前記他方の面を研磨し、前記第１の金属部材の前記空隙を露出させることで凹部を形成する工程と、前記凹部に第２の金属部材を充填することで外部電極を形成する工程を含むことを特徴とする。
このパッケージの製造方法は、貫通電極となる第１の金属部材のうちパッケージの外側となる部分に凹部となる未充填部（空隙）をもって形成され、第１の基板と第２の基板を接合した後、第１の基板を研磨することを備えているので、第１の基板のみを薄くすることなく、その外表面部に第１の金属部材の未充填部を露出することができるので、容易に外部に凹部を有する貫通電極形成することができ、さらに、この凹部に外部基板との接続時にアンカー効果を発揮し接続強度を高める第２の金属部材を充填したパッケージを提供することができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、貫通電極の外部側に接続される部材との接続強度をその小さな露出面積により確保できるようになるので、貫通電極の微細性を確保できるパッケージおよびパッケージの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係わるパッケージの概要を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係わるパッケージを作製するための工程のうち、リッド基板成形工程を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係わるパッケージを作製するための工程のうち、ベース基板成型工程を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係わるパッケージを作製するための工程のうち、穴埋めめっき工程を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係わるパッケージを作製するための工程のうち、内部電極形成工程を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係わるパッケージを作製するための工程のうち、内部突起電極形成工程を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係わるパッケージを作製するための工程のうち、電子部品搭載工程を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係わるパッケージを作製するための工程のうち、リッド基板とベース基板の接合による接合封止工程を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係わるパッケージを作製するための工程のうち、外部電極形成工程を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係わるパッケージにおいて、外部電極形成工程の別の形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係る実施形態について、図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るパッケージに音叉型水晶振動子を搭載し真空封止したものの概要を示す図であり、図１（ａ）は、上面より透視した図であり、図１（ｂ）は主要分の断面方向における概要を示す図であり、図１（ｃ）は裏面より透視した図である。
【００２２】
このパッケージ１の主要分は、シリコン単結晶ウエハとほぼ同じ熱膨張係数を有するホウケイ酸ガラスからなるベース基板２と単結晶シリコンからなるリッド基板３とこれらの内部に搭載された音叉型水晶振動子４から構成されている。
【００２３】
また、ベース基板２には、音叉型水晶振動子４が図示しない外部基板と接続するための貫通電極５上に設けられた電極６上の突起電極７を介して搭載、接続されており、さらに、ベース基板２には、外部基板との接続性を高めるためにダミー貫通電極８が備えられている。
リッド基板３は、音叉型水晶振動子４を封入し、真空を保つためのキャビティ９を有し、ベース基板２と直接接合されている。
【００２４】
このような音叉型水晶振動子４を搭載したパッケージ１を作製するための工程は、図２に示したシリコンウエハを用いたリッド基板成型工程と図３に示したガラス基板を用いたベース基板成形工程と、図４に示したベース基板の穴埋めめっきおよび研磨工程と、図５に示した内部電極形成工程と、図６に示した内部突起電極形成工程と、図７に示した電子部品搭載工程と、図８に示したリッド基板とベース基板の接合による接合封止工程と、図９に示した外部電極形成工程から構成されている。なお、図２から図９において、便宜的に１チップでの工程を示しているが、複数のチップを大型基板上にて作製できることは言うまでもない。
【００２５】
図２に示したリッド基板成型工程では、図２（ａ）に示したごとく、シリコン製集積回路を作製できるレベルに研磨されたシリコンウエハ１０（第２の基板）の表面にドライフィルムフォトレジストを用いてパターニングしたレジスト層１１を形成し、図２（ｂ）のごとく、サンドブラストによりキャビティ１２を形成し、さらに、レジスト層１１を剥離することにより図２（ｃ）示したリッド基板１３を作製する。
【００２６】
図３に示したベース基板成形工程では、図３（ａ）に示したごとく、熱膨張係数がシリコンウエハに近いホウケイ酸ガラスウエハ１４（第１の基板）の表面にドライフィルムフォトレジストを用いてパターニングしたレジスト層１５を形成し、図３（ｂ）のごとく、サンドブラストにより、内部に進むにつれて径が小さくなるテーパー孔１６を形成し、さらに、レジスト層１５を剥離することにより図３（ｃ）示したベース基板１７を作製する。
【００２７】
穴埋めメッキ工程では、図４（ａ）に示した如く、スパッタリング法によりクロムと金の薄膜からなる導電層１８を形成し、図４（ｂ）に示した如く、テーパー孔１６の開口部付近から外部をめっきマスクするための絶縁性樹脂からなるマスキング層１９を形成し、次いで、図４（ｃ）に示した如く湿式電気めっき法によりテーパー孔１６内のうち底部付近に空隙２０を有するニッケル鉄合金からなるめっき層２１を形成した後、マスキング層１９を剥離し（図４（ｄ））、めっき層２１のうちテーパー孔１６の開口部から突出した部分と導電膜１８を研磨により除去し、さらに、後工程において、リッド基板１３と陽極接合をおこなうことができるために必要な平坦度を持たせるための研磨を行うことにより、ベース基板２２を作製する（図４（ｅ））。
【００２８】
なお、めっき層２１内の空隙２０は、穴埋め性が低い。本実施形態においては、この空隙２０を完全には埋めずに、空隙が残るようにめっき層２１が形成されている。つまり、このベース基板における底部が閉じた窪みの開口する上方からめっき層２１を成膜し形成することにより、窪みの底部側に空隙が残るようにしている。このように、先端側が閉じられた形状の孔にめっき層を形成することで、そのめっき層内部の先端側の内径側に空隙を残している。
【００２９】
内部電極形成工程では、図５に示したごとく、ベース基板２２のうち、研磨を行った面、すなわち、めっき層２１が表面に現れている面に、所望とするパターンが形成できる開口部を有するメタルマスクによりマスキングを行いクロム膜（５０ｎｍ）、金膜（１５０ｎｍ）の順にスパッタリング法により成膜を行うことにより内部電極２３を形成する。
【００３０】
内部突起電極形成工程では、図６に示したごとく、ベース基板２２表面に形成した内部電極２３の表面に、搭載されるべき電子部品が搭載、接続されるべき位置に金ワイヤーのボンディングと切断による金バンプ形成することにより突起電極２４を形成するが、このとき、電子部品が接続されない貫通電極２１はダミー貫通電極２５として残される。
【００３１】
電子部品搭載工程では、図７（ａ）ベース基板２２内側表面と図７（ｂ）ベース基板主要分断面に示したように、突起電極２４に音叉型水晶振動子２６を図示しない音叉型水晶振動子２６の表面に形成されている金膜を押し付けながら超音波をかけることにより、所謂、金−金接合をおこなうことにより、音叉型水晶振動子２６をベース基板２２に搭載する。
【００３２】
接合封止工程では、図８に示す如く、図２に示したリッド成形工程により成形されたシリコンウエハからなるリッド基板１３と、音叉型水晶振動子２６が搭載されたベース基板２２とを真空中で位置あわせし（図８（ａ））、加圧しながら、両基板に電圧を印加することにより、所謂、陽極接合をおこない、接合一体化をおこないウエハ状態のパッケージ２７を作製する（図７（ｂ））。
【００３３】
外部電極形成工程では、図９（ａ）に示す如く、まず、ウエハ状態のパッケージ２７のうち、ベース基板２２側の外面をめっき層２５の一部と空隙２０が表面に現れるまで研磨を行い、パッケージ２７の内部と外部を電気的に接続でき、かつ、外部に外部基板との接続時に接続強度を高めるアンカー効果を発揮する凹部２８を有する貫通電極２９を形成し、さらに、外部に露出した貫通電極２９の表面とその近傍に外部基板との接続を容易にするための電極３０（接続電極）を形成する。
【００３４】
この電極３０は、メタルマスク蒸着により所望とする部分にクロム膜（５０ｎｍ）、銅膜（５００ｎｍ）を順次形成し、ついで、この銅膜上に選択的に無電解ニッケルめっき膜を２μｍ形成することにより作製される。
【００３５】
次に、ハンダベースト層３１をスクリーン印刷により電極３０とその近傍に形成し、このハンダペースト層３１（外部金属）を形成するハンダが溶融する温度以上に加熱する、所謂、リフロー処理を行い、ハンダペースト層３１を溶融、球状化することにより接合用外部電極３２を形成する（図９（ｂ））。なお、貫通電極２９の凹部２８の発揮するアンカー効果とは、接合用外部電極３２（外部金属３１）が凹部２８に入りこんで接続されることによる、貫通電極２９と接合用外部電極３２との接触面積を大きく確保できる効果となる。これにより、貫通電極２９の断面積を十分に確保できない場合においても、その外部との接続における安定した導通状態や耐久性を確保することができるようになる。
【００３６】
最後に、以上の工程により作製されたウエハをダイシング装置やレーザー切断機等でチップ状に切断・加工することによりパッケージに封止された水晶振動子が封入されたパッケージ１が作製される。
【００３７】
本実施の形態によるパッケージ１は、貫通電極２９の外部との接続部が小さいので電極３０の間隔を幅広く設定することができるので、図示しない外部基板との取り付けにおいて、微細化された配線・電極に対して有効に働くとともに、接続部の面積が小さくなった場合においても、凹部２８がアンカー効果を発揮するので相互の接続強度が十分取れるため、優れた接続性を有するものとなる。
【００３８】
また、電子部品の電極間距離を狭く、微細化が進んだ電子部品を搭載・封入することが出来るようになり、パッケージ外部との接続において電極間距離に余裕を持たせ、ショート等の障害無く行うことができるとともに、熱および力学的な衝撃等に対して優れた耐久性を有するパッケージおよびパッケージの製造方法を提供することができる。
【００３９】
また、パッケージ外側に比べ内側の断面積が広い貫通電極が設けられたガラス、シリコン、セラミックス等の絶縁性脆性材料からなるベース基板とし、貫通電極の外部側に凹部を設けることにより、電極間距離が狭い電子部品を内部に収納することができると同時に外部との接続を強固に且つ広いピッチで行えることができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、貫通電極２９と接合用外部電極３２との間に電極３０を設けたが、微細化や電極数が増えた場合には、図１０に示したように、電極３０を形成せずに、ハンダペースト層３３（外部金属）を形成し、本実施の形態と同じようにリフロー処理により接合用外部電極３４を形成すれば、接合部の面積、間隔を小さくすることができ、工程数も減るのでコスト面でも有利となる。
【００４１】
さらに、この場合、貫通電極２９の外部に出ている部分のみを、無電解ニッケルめっき等で選択的にめっき膜を形成すれば、貫通電極２９と接合用外部電極３４との間のハンダ拡散防止バリア層として働くこととなり、信頼性を向上することができる。
【００４２】
また、基板材料として、シリコンウエハと熱膨張率がシリコンと近いガラスを用いたが、接合上支障をきたさなければ、シリコン、ガラス、セラミックス等の基板の何れの組み合わせについても幅広く適用でき、ベース基板とリッド基板の接合を陽極接合により行ったが、はんだ材、溶融による相互拡散等種々の方法により行える。
【符号の説明】
【００４３】
１、２７          パッケージ
２、１７、２２    ベース基板
３、１３          リッド基板
４、２６          音叉型水晶振動子（電子部品）
５、２９          貫通電極
６                電極
３０              接続電極
７、２４          突起電極
８、２５          ダミー貫通電極
９                キャビティ
１０              シリコンウエハ
１１、１５        レジスト層
１２              キャビティ
１４              ホウケイ酸ガラス
１６              テーパー孔（窪み）
１８              導電層
１９              マスキング層
２０              空隙
２１              めっき層（第１の金属部材）
２３              内部電極
２８              凹部
３１、３３        ハンダペースト層（外部金属）（第２の金属部材）
３２、３４        接合用外部電極
【図１】
2014086963.tif 000003
【図２】
2014086963.tif 000004
【図３】
2014086963.tif 000005
【図４】
2014086963.tif 000006
【図５】
2014086963.tif 000007
【図６】
2014086963.tif 000008
【図７】
2014086963.tif 000009
【図８】
2014086963.tif 000010
【図９】
2014086963.tif 000011
【図１０】
2014086963.tif 000012