(57)【要約】【課題】ガラス製のベース材に搭載した電子部品と、ベースの搭載した部品とは反対側に設けた外部電極と、ガラス軟化点温度以上の温度下で貫通電極とベースを溶着させる構造において、電子部品と外部電極との導通を確保することを課題とする。【解決手段】ベース１０とベース１０を貫通し、研磨によって表面の絶縁性物質を除去された後に両端面に金属膜２２を形成した貫通電極２１と、貫通電極２１の一方の面に接続部３０を介して設置された電子部品４０と、ベース１０の電子部品４０を設置した面と反対の面に設置された外部電極７０と、ベース１０上の電子部品４０を保護するキャップ５０とを形成した。【選択図】  図１
2011010143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス、またはシリコンにより形成されたベースと、
前記ベースを貫通するとともに、柱状の両端面が研磨され、かつ前記ベースと同一平面を形成する貫通電極と、
前記貫通電極の両方の前記端面を覆う金属膜と、
前記金属膜と電気的に接続し、かつ前記金属膜上に形成された接続部と、
前記接続部と電気的に接続して設置された電子部品と、
前記ベースの前記電子部品を設置した面と反対の面に設置された前記金属膜と電気的に接続した外部電極と、
前記ベースと接合されたキャップと、
を備えた電子デバイス。
【請求項２】
前記ベースと前記貫通電極との間に低融点ガラスを有することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記金属膜の最表面の物質が金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムのいずれかの物質であることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記貫通電極が、鉄−ニッケル合金、コバール合金、鉄−ニッケル−クロム合金のいずれかの物質であることを特徴とする請求項３に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記電子部品が水晶振動片である請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の電子デバイス。
【請求項６】
ベースに貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔に低融点ガラスを塗布し、貫通電極を挿入して溶着する貫通電極形成工程と、
前記貫通電極と前記ベースとが平滑な同一平面を形成するまで、前記貫通電極の端面を研磨する工程と、
前記貫通電極の研磨面に金属膜を形成する金属膜形成工程と、
前記貫通電極と電子部品とを電気的に接続する電子部品接続工程と、
前記貫通電極と外部電極とを電気的に接続する外部電極接続工程と、
を備えた電子デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記貫通電極形成工程が、大径部と小径部からなる断面Ｔ字型の金属ピンを貫通孔に挿入して溶着することを特徴とする請求項６に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記貫通電極研磨工程が、前記金属ピンの大径部と前記金属ピンを覆うように形成された酸化膜を研磨して除去することを特徴とする請求項７に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記金属膜形成工程は、前記貫通電極が鉄−ニッケル合金、コバール合金、鉄−ニッケル−クロム合金のいずれかであって、前記金属膜をニッケル置換型の無電解めっきによって製造する請求項６に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記金属膜形成工程は、前記貫通電極の両端面に金属微粒子を塗布して焼成する方法で製造する請求項６に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記電子部品接続工程は、前記貫通電極と前記電子部品とを回路パターンを含む接続部を介して電気的に接続することを特徴とする請求項６に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記電子部品接続工程の後に、凹上に加工したキャップを前記ベースと接合する工程を備えることを特徴とする請求項６から１１のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子片や圧電素子に代表される電子デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子は周波数特性に優れているため、デバイス、具体的にプリント基板実装部品の一つとして多用されている。ただし、水晶振動子の特性を安定させるには、外気の影響を遮断するため、密封容器に入れることが望ましく、このようなパッケージ構造の例は、「ガラス−セラミック複合体およびそれを用いたフラットパッケージ型圧電部品」（特許文献１）などで提案されている。
【０００３】
特許文献１によれば、ベースに水晶片を納め、キャップを被せてなる電子デバイスにおいて、水晶片とほぼ同じ熱膨張率の材料であるセラミックとガラス粉末とを混合したものを用いて、パッケージを構成することを特徴としている。
【０００４】
しかし、特許文献１におけるパッケージはガラス−セラミック複合体であるため、１個のベースに水晶片を載せ、キャップを被せるところの単品生産によっており、生産性が著しく低い。加えて、ガラス−セラミック複合体は加工が難しく、生産コストが嵩む。
【０００５】
これらの欠点を解消するべく、パッケージを加工容易なガラスで製造する方法が提案されており、「電子部品パッケージ」（特許文献２）などが提案されている。
【０００６】
図６を用いて特許文献２の概要を説明する。特許文献２によれば、ベース１１０に貫通孔を作製する工程（ａ）、貫通孔に低融点ガラスを流し込み、金属ピン１２０をはめ込む工程（ｂ）、金属ピン１２０を押し込む共に、ガラス板を凹状に加工する工程（ｃ）、電極１３０を印刷によって形成する工程（ｄ）、水晶振動子等の部品を金属ピンに搭載する工程（ｅ）、封止材１５０を介してキャップ１６０とベース１１０を封止接合する工程（ｆ）を経て、電子デバイス１００を製造する方法が提案されている。この中で（ｃ）の工程において、加熱温度をガラスの軟化点温度（約１０００℃）以上にすることで、ガラスを溶着させることで、ベース１１０に密着固定した金属ピン１２０を得ることができるため、工程（ｆ）で確実に機密性を保つことができ、低コストで製造できるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３０２０３４号公報
【特許文献２】特開２００３−２０９１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の電子デバイス１００の製造方法の工程（ｃ）において、図７に示す課題がある。図７は、工程（ｃ）の金属ピン部の拡大図である。即ち、（ｃ−１）に示すように、金属ピン１２０が短い場合や、または、押し込み量が少ない場合には、金属ピン１２０が低融点ガラス１７０に包まれてしまう。このため、工程（ｄ）で形成する電極１３０と金属ピン１２０との電気的接続が確保できない。また、（ｃ−２）に示すように、設計通りに金属ピン１２０を押し込めても、ベース１１０が軟化点以上の温度にさらされているため、ガラスが金属ピン１２０の先端をカバーする可能性がある。さらには、（ｃ−３）に示すように、金属ピン１２０が約１０００℃の温度にさらされ、金属ピン１２０の周囲に酸化膜１８０が成長し、電極１３０と電子部品１４０とが導通しなくなるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
電子部品を載置するガラス製のベースと、このベースに被せるキャップと、ベースに搭載させた電子部品並びにベースの搭載した部品とは反対側に設けた外部電極を電気的に接続する貫通電極とから構成し、ベースと貫通電極とを溶着された状態で研磨した後に、貫通電極の両端面に金属膜を設ける電子デバイスを提供する。このようにすることで、溶着時に生成した酸化膜を取り除いた後に、貫通電極表面に酸化膜の成長を防ぐことができるため、電子部品と外部電極との導通を確保できる。
【００１０】
また、貫通電極表面の金属膜は、最表面の物質が金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムの貴金属である電子デバイスを提供する。このようにすることで、イオン化傾向の小さい金属膜で覆うことで、より安定して外部電極が形成でき、電子部品と外部電極との導通を確保できる。
【００１１】
また、貫通電極は、鉄−ニッケル合金、コバール合金、鉄−ニッケル−クロム合金のいずれかである。さらに、金属膜はニッケル置換型の無電解めっきを用いて製造することを提供する。この方法により、貫通電極に密着層やバリア層を設けずに、直接密着性良く貴金属膜を形成することができるため、電子デバイスを構成する低融点ガラス等の部材へのダメージを最小に抑えることができる。また、少ない工程数で金属膜を形成できるため、スパッタ法による膜形成では必要なマスクが不要になり、低コストで電子部品と外部電極との導通を確保できる。
【００１２】
また、金属膜は金属微粒子を焼成する方法で製造することを提供する。この方法により、インクジェットを用いて、金属微粒子を描画した後、焼成する方法が採用できるため、通常のスパッタ法による膜形成では必要なマスクが不要になり、低コストで電子部品と外部電極との導通を確保できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ベースと貫通電極の溶着時に、貫通電極に生成してしまう酸化膜を除去した後に、貫通電極の両端面に、マスクを用いずに貴金属膜を形成することで、貫通電極と電子部品、及び外部電極との電気的接続を確保するため、電子部品と外部電極との導通を安定して保ち、低コストで製造できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る電子デバイスの断面図である。
【図２】本発明に係る電子デバイスの製造工程を示す図である。
【図３】本発明に係る電子デバイスの貫通電極部の拡大断面図である。
【図４】本発明に係る電子デバイスの貫通電極部の拡大断面図である。
【図５】本発明に係る電子デバイスの貫通電極部の拡大断面図である。
【図６】従来例の製造工程を示す図である。
【図７】従来例の金属ピン部の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る電子デバイスの断面図である。電子デバイス１は、ガラス製のベース１０とキャップ５０とで囲まれたパッケージ内部に電子部品４０が搭載され、電子部品４０は、接続部３０、貫通電極２１、金属膜２２を介して、基板に実装される端子である外部電極６０と電気的に接続されている。ベースとしては、これに限らず、例えば、シリコン製のものでよく、圧力センサなどのＭＥＭＳデバイスの場合に用いることができる。
【００１６】
図１では、電子デバイス１は、電子部品４０として音叉型の水晶振動子片を搭載した水晶振動子である。本願発明において、電子デバイスは、これに限らず、半導体回路、ＬＥＤ、各種センサなど、ベース上に搭載可能な電子デバイスを含む。
【００１７】
貫通電極２１は、鉄−ニッケル合金、コバール合金、鉄−ニッケル−クロム合金等が望ましい。ここで、この鉄ニッケル合金には、例えば36% Ni−Fe 合金、42% Ni−Fe 合金、45% Ni−Fe 合金、47% Ni−Fe 合金、50% Ni−Fe 合金、52% Ni−Fe 合金等が使用できる。またこの鉄ニッケルクロムとしては、例えば、42Ni−6Cr−Feがあげられる。しかし、これら以外の金属でもよく、例えば、熱履歴による破壊を防ぐことができるベース１０と熱膨張係数が近いものを用いることができる。
【００１８】
金属膜２２は、最表面に金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム等の貴金属を使用する。貴金属は、イオン化傾向が小さく、耐腐食性があるため、外部電極形成までの時間での劣化や、基板実装後の過熱時による貫通電極２１の酸化を抑えることができ、さらに、本願発明を用いた電子デバイスの信頼性を向上させることができる。
【００１９】
また、金属膜２２は、貫通電極２１との密着性を確保するために、最表面の貴金属の下地として、クロム、チタン等の金属膜を形成しても良い。さらに、金属拡散を防ぐために拡散防止層として下地層と貴金属膜との間にニッケル等の金属膜を形成しても良い。
【００２０】
金属膜２２の形成方法には、スパッタ法が一般的な方法であるが、めっき法でもよい。また、貫通電極２１としてニッケル成分を含むものを用いれば、金属膜２２を形成する際に、ニッケル置換型の無電解めっきを直接用いることができる。このめっき液としては、例えば、中性置換型の無電解金めっき液などを用いるとよい。無電解めっきにより形成した金属膜は、貫通電極との密着性が高い。また、めっきは貫通電極上だけに形成するため、通常のめっきによる処理を省くことが可能になる。そのため、スパッタ法、蒸着法に比べ、製造工程の無駄がなく、低コスト化が可能になる。
【００２１】
接続部３０は、ベース１０の上面の回路パターンを含むものであり、銀ペースト等の導電接着剤を焼成したものからなる。しかし、電子部品４０の構成によっては、導電接着剤を用いなくても良い。例えば、金属膜の最表面に金を使用した場合、電子部品４０上に形成した金バンプとベース１０上の金属膜を熱圧着によって接合する金−金接合などを導電接着剤の代わりに用いることができる。また、回路パターンは導電接着剤を焼成したものでも、フォトリソ法を用いて形成した金属薄膜でもよい
外部電極６０の材質は、スパッタ膜や蒸着膜による金属薄膜で形成する。もしくは、ベース１０が脆いため、基板実装時の応力を緩和する銀ペースト等の導電性接着剤で形成する。
【００２２】
図１は、１個の電子デバイス１の断面図であるが、これらの電子デバイスは、個別パッケージでなく、ウェハーレベルで作製され、最後にダイシング等で切断されて得られるものである。次に、製造方法を図２から図５を用いて説明する。
【００２３】
図２は、本発明に係る電子デバイスの製造工程を示す図である。
【００２４】
工程（Ａ）は、ベース１０に貫通孔を形成する工程である。貫通孔は、サンドブラスト、レーザー加工、ドリル加工、熱プレス加工、等で製造する。
【００２５】
工程（Ｂ）は、貫通孔に図示しない低融点ガラスを塗布し、貫通電極２０をいれ、溶着する工程である。図３に、工程（Ｂ）の貫通電極部を拡大した図を示す。貫通電極２０は孔から落ちないようにＴ字型のものを用いる。工程（Ｂ）では、ガラス溶着させるためには、少なくとも低融点ガラスが溶ける温度である４００〜５００℃にする必要がある。また、低融点ガラスを用いない場合には、ベース１０のガラス軟化点温度以上（約１０００℃）にする必要がある。そのため、ベース１０及び低融点ガラス７０に覆われていない場所は、図３の（Ｂ−１）、（Ｂ−２）に示すように、酸化膜８０が生成され、導通が取れなくなる場合がある。
【００２６】
工程（Ｃ）は、貫通電極２０のＴ字の頭部分と、図３で示したＴ字部分を覆う酸化膜８０、及び低融点ガラス７０を削除する工程である。図４は、工程（Ｃ）の貫通電極部を拡大した図である。図４に示す構造は、貫通電極２０、及びベース１０を薄く研磨することで得られる。この工程により、貫通電極２０を覆う酸化膜９０、及び低融点ガラス７０がなくなり、ベース１０の両面において、貫通電極２１を介して導通が取れる状態にできる。
【００２７】
工程（Ｄ）は、貫通電極２１の研磨面に金属膜２２を形成する工程である。図５に工程（Ｄ）の貫通電極部の拡大した図を示す。金属膜２２は、無電解めっきを行うことで、貫通電極２１の端面のみに、めっきによる金属膜２２を形成する。なお、工程（Ｃ）から工程（Ｄ）までに自然酸化膜が形成されるが、めっき前に薬液洗浄することで、きれいに除去することができる。無電解めっきにより、スパッタ法による膜形成では必要なマスクが不要になり、一度に貫通電極２１の両端面に金属膜２２を形成できる。そのため、バッチで処理でき、他の工法に比べて低コストで、量産性がよい。
【００２８】
また、金属膜２２は、金属微粒子を焼成することで形成してもよい。この方法では、金属微粒子は、インクジェット装置で塗布できるように溶液中に分散している。このとき、予め、貫通電極２２の位置をマッピングしておくことで、貫通電極２１の端面のみに金属微粒子を塗布でき、塗布された金属微粒子を焼成して、金属膜２２を形成することができる。なお、工程（Ｃ）から工程（Ｄ）までに形成される自然酸化膜は、塗布前に薬液洗浄することで除去する。金属微粒子を焼成して金属膜を形成することにより、マスクが不要になり、スパッタ法に比べて低コストで製造できる。
【００２９】
また、金属膜２２はスパッタ法、蒸着法とフォトリソ法を組み合わせて形成してもよい。このように金属膜２２を形成しておくことで、以降の工程で加熱等による貫通電極２１の酸化を防ぎ、導通を確保することができる。ここで、ベースがシリコンの場合、ベースに酸化膜を形成する。なお、貫通電極は、金属膜を形成しているため酸化しない。これにより、ベース部分のみに酸化膜が形成され、回路パターンを含む接続部がショートせず、電子デバイスとして使用可能になる。
【００３０】
工程（Ｅ）は、電子部品４０を搭載する工程である。金属膜２２を含むベースの一方の面に、回路パターンを含む接続部３０を形成して、接続部３０を介して電子部品４０を搭載する。
【００３１】
工程（Ｆ）は、凹上に加工したキャップ５０をベース１０と接合する工程である。キャップ５０の材質は、接合方法や、真空度やコスト等などの電子部品４０に要求される仕様を考慮して選択すればよい。例えば、電子部品４０が水晶振動子片であり、ベース１０とキャップ５０との接合後に周波数調整をする場合には、キャップ５０にはガラス製の部材を選択することが望ましい。
【００３２】
工程（Ｇ）は、外部電極６０を形成する工程である。外部電極６０はスパッタ法で形成する。または、外部電極６０は、導電性接着剤を印刷して焼成することで形成する。さらに、導電接着剤上にスパッタ法による金属膜を形成しても良い。
【００３３】
工程（Ｈ）は、パッケージを個片化する工程である。具体的には、キャップ５０の材質によって．個片化する方法は変わるが、ダイシング、またはレーザーカットによって行うことができる。
【符号の説明】
【００３４】
１      電子デバイス
１０    ベース
２０    貫通電極
２１    切削された貫通電極
２２    金属膜
３０    接続部
４０    電子部品
５０    キャップ
６０    外部電極
７０    低融点ガラス
８０    酸化膜
１００  電子デバイス
１１０  ベース
１２０  金属ピン
１３０  電極
１４０  電子部品
１５０  封止材
１６０  キャップ
１７０  低融点ガラス
１８０  酸化膜
【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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