(57)【要約】【課題】絶縁基板２に形成した貫通電極６の導電率及び熱伝導率を向上させる。【解決手段】電子デバイス１は、表面に窪み４を有し、この窪み４の底面から裏面に貫通する貫通孔３が形成された絶縁基板２と、貫通孔３に充填され、ナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーを混合した金属ペーストの熱処理により形成された貫通電極６と、窪み４に収納され、貫通電極６に電気的に接続される電子部品７と、この電子部品７を封止する封止部９とを備えており、貫通電極６の導電率及び熱伝導率を向上させた。【選択図】図１
2011187588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に窪みを有し、前記窪みの底面から裏面に貫通する貫通孔が形成された絶縁基板と、
前記貫通孔に充填され、ナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により形成された貫通電極と、
前記窪みに収納され、前記貫通電極に電気的に接続される電子部品と、
前記電子部品を封止する封止部と、を備える電子デバイス。
【請求項２】
前記金属ペーストは、ナノ銀粒子と銀フィラーとを含む請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記貫通孔の側壁面には導電性膜が形成され、前記貫通電極は前記導電性膜に接して充填されている１または２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
絶縁基板の表面に窪みを形成し、前記窪みの底面から前記絶縁基板の裏面に貫通する貫通孔を形成する準備工程と、
前記貫通孔にナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストを充填し、熱処理を施して貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、
電子部品を前記窪みの底面に実装する実装工程と、
前記電子部品を封止する封止部を形成する封止工程と、を備える電子デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記貫通電極形成工程の前に、前記貫通孔の側壁面に無機材料と金属材料とを混合した混合材料を塗布し、熱処理を施して前記側壁面に導電性膜を形成する導電性膜形成工程を更に備える請求項４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】
本発明は貫通電極を形成した絶縁基板上に電子部品が実装された電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光素子、特にＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）は、近年、発光輝度等の改善が図られて、用途拡大への期待が高い。従来はプラスチックケースにＬＥＤを実装し、マイクロレンズなどを光路の途中において集光させたり、ＬＥＤ及びＬＥＤを実装した基板全体を、透明な樹脂でモールドし、樹脂の表面を滑らかな球面などに仕上げることで、樹脂をレンズとして使用して集光させたりしている。このようなＬＥＤを実装した発光デバイスは、例えば液晶表示装置のバックライト、信号機の光源、大型電光掲示板や映像画面、その他イルミネーション用の光源として利用されている。ＬＥＤは、低電圧、低消費電力で駆動でき、発光輝度や発光寿命が改善されたことから室内灯や自動車照明、液晶表示画面のバックライトなどの幅広い分野への適用が期待されている。
【０００３】
特許文献１には、表面に導体膜を印刷したセラミックグリーンシートを成形加工してキャビティーを形成し、このキャビティーの底部にＬＥＤを実装したＬＥＤパッケージが記載されている。また、キャビティーの底部にはスルーホール（貫通孔）が形成され、このスルーホールを介してＬＥＤパッケージの裏面側に配線が引き出されている。このスルーホール及びスルーホール内の電極は次のように形成される。まず、アルミナを主成分とするグリーンシートを所定のサイズに切り出し、パンチングマシーンを使用して０．２５ｍｍφのスルーホールを形成する。次に、ＬＥＤを搭載しない側から、スクリーン印刷法によりタングステン導体ペーストを印刷し、スルーホールの穴を埋め、同時に配線部分を形成する。次に、グリーンシートをプレス機に装着してプレスし、キャビティーを形成する。その後、グリーンシートを焼成して導体ペースト中の有機物を燃焼除去し、貫通電極及び配線電極を形成し、グリーンシートをセラミックス化する。
【０００４】
しかし、タングステン導体ペーストを焼結して貫通電極を形成すると、導体抵抗が高く信号の伝播速度が遅くなる、また、熱伝導性が低いために放熱効果が低下する。そのため、高周波信号により駆動される電子部品や、放熱特性が求められる電子部品のパッケージには必ずしも適さない。そこで、貫通電極としてタングステン等の高融点金属に代えて、銅、銀、金等の導体抵抗が低く熱伝導性が高い材料が使用される。例えば、ガラスやセラミックスからなる無機物フィラーを含有する銅、銀または金の混合材料を８００℃から１０００℃の温度で焼成して、貫通電極や配線電極が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０４２７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、例えばパッケージとしての絶縁基板をアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）とする場合には、グリーンシートの焼成温度が１０００℃以上であるために、無機物フィラーを含有した導電ペーストをグリーンシートと同時に焼成することができない。また、例えば絶縁基板として温度８００℃〜１０００℃で焼成するガラスセラミックスを使用し、無機物フィラーを含有した導電ペーストを同時に焼成して貫通電極を形成すると、ガラスセラミックス側から貫通電極側にガラス成分が入り込んで導電性や熱伝導性が低下する、という課題があった。
【０００７】
また、貫通電極を高温処理なしで形成する方法として、貫通孔に金属メッキ処理を施す方法が知られている。しかし、メッキ処理による金属析出速度が遅く、生産性が悪い、という課題があった。更に、メッキ処理により金属を析出して貫通電極を形成すると、貫通電極の内部に空洞が生成されて密閉性が低下し、外部から水分や不純物が侵入して素子の信頼性を低下させる、という課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電子デバイスは、表面に窪みを有し、前記窪みの底面から裏面に貫通する貫通孔が形成された絶縁基板と、前記貫通孔に充填され、前記ナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により形成された貫通電極と、前記窪みに収納され、前記貫通電極に電気的に接続される電子部品と、前記電子部品を封止する封止部と、を備えることとした。
【０００９】
また、前記ナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストは、銀ペーストであることとした。また、前記ナノ金属粒子の粒子径は１００ｎｍ以下を用い、１０ｎｍ以下の導電性フィラーの配合比率を３０〜５０％とした。また、前記金属ペーストとして、金属含有率が９０％以上の金属ペーストを用いた。
【００１０】
また、前記貫通孔の側壁面には導電性膜が形成され、前記貫通電極は前記導電性膜に接して充填されていることとした。
【００１１】
本発明の電子デバイスの製造方法は、絶縁基板の表面側に窪みと、前記窪みの底面から前記絶縁基板の裏面に貫通する貫通孔を形成する準備工程と、前記貫通孔に前記ナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーを混合した金属ペーストを充填し、熱処理して貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、電子部品を前記窪みの底面に装着するダイマウント工程と、前記電子部品と前記貫通電極と電気的に接続する接合工程と、前記電子部品を封止する封止部を形成する封止工程と、を含むこととした。
【００１２】
また、前記貫通電極形成工程の前に、前記貫通孔の側壁面に無機材料と金属材料とを混合した混合材料を塗布し、熱処理して前記側壁面に導電性膜を形成する導電性膜形成工程を更に有し、前記貫通電極形成工程は、前記貫通孔に前記前記ナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーを混合した金属ペーストを充填し、熱処理して貫通電極を形成する工程であることとした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電子デバイスは、表面に窪みを有し、この窪みの底面から裏面に貫通する貫通孔が形成された絶縁基板と、貫通孔に充填され、ナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により形成された貫通電極と、窪みに収納され、貫通電極に電気的に接続される電子部品と、電子部品を封止する封止部とを備えている。貫通電極をナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により形成したので、貫通電極の電気伝導率や熱伝導率を高くすることができる。そのために、高周波電子部品や発熱性電子部品を絶縁材料の内部に密封し、高性能で高信頼性を維持できる電子デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一実施形態に係る電子デバイスの模式的な縦断面図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る電子デバイスの模式的な縦断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る電子デバイスの製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の電子デバイスは、絶縁基板の表面に窪みが形成され、この窪みに電子部品が収納され、封止部により封止されている。絶縁基板には、窪みの底面から裏面に貫通する貫通孔が形成され、この貫通孔にはナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により形成された貫通電極が充填されている。窪みに収納された電子部品は貫通電極と電気的に接続され、外部から電力が供給でき、また、電子部品が発熱する場合は貫通電極を介して外部に放熱されるように構成されている。
【００１６】
ナノ金属粒子とは、粒子径が１ｎｍ〜１００ｎｍのＡｕ（金）、Ａｇ（銀）、またはＣｕ（銅）等からなる金属粒子をいう。ナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストを印刷法やインクジェット法により貫通孔に充填し、例えば温度１００℃〜６００℃で焼成して貫通電極を形成する。また、１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーを混合することにより、金属含有率を９０％以上にすることができ、焼成後の収縮を最小限に抑えることができる。ナノ金属粒子は反応性が高いので上記のような低温度焼成でも、焼結が完了し、１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーを結合する役割を担い、低抵抗、高熱伝導性を有している。例えばナノ金粒子から形成した電極は４μΩｃｍ以下のシート抵抗を得ることができる。貫通電極の熱伝導率は６０Ｗ／（ｍＫ）以上が好適である。例えばナノ銀粒子から形成した貫通電極は３００Ｗ／（ｍＫ）以上の熱伝導率を得ることができる。
【００１７】
即ち、ナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストを貫通孔に充填し、低温度で焼成して貫通電極を構成することにより、貫通電極の抵抗を低く、また熱伝導率を高くすることができる。そのため、高周波駆動の電子部品では信号遅延を低減できる。また、ＬＥＤのような発熱する電子部品では放熱特性が向上し、電子部品の高温化による発光効率の低下を防止することができる。
【００１８】
また、貫通孔の側壁面には導電性膜が形成され、ナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により形成される貫通電極がこの導電性膜に接して充填されるように構成することができる。例えば、貫通孔の側壁面に無機物フィラーと金属材料とを混合した混合部材を塗布し、例えば温度１００℃〜６００℃で焼成して導電性膜を形成することができる。導電性膜は、貫通孔の側壁のアンカー特性を向上させるとともに、ナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理から形成される貫通電極とも密着性がよい。従って、導電性膜は貫通孔の側壁面と貫通電極との間の密着性、気密性を向上させる機能を有する。また、貫通孔の側壁面にスパッタ法、蒸着法、メッキ法、インクジェット法、印刷法またはディスペンス法などにより金属膜を形成し、これを導電性膜とすることができる。また、貫通孔の側壁面と貫通電極との密着性を向上させるために、貫通孔の側壁面を予めプラズマ法、エッチング法、サンドブラスト法等による粗面処理を行い、側壁表面に凹凸を形成することができる。
【００１９】
本発明の電子デバイスの製造方法においては、絶縁基板の表面側に窪みを形成するとともに、窪みの底面から絶縁基板の裏面に貫通する貫通孔を形成する準備工程と、貫通孔にナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストを充填し、熱処理を行って貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、窪みの底面に電子部品をダイマウントし、貫通電極と電気的に接続する実装工程と、電子部品を封止する封止部を絶縁基板に設置する封止工程と、を備えている。
【００２０】
ナノ金属粒子は反応性が高いので、例えば温度１００℃〜６００℃の低温で焼成してもバルク金属に近い特性の電極を形成することができる。ナノ金属粒子として、例えばナノ金粒子、ナノ銀粒子、ナノ銅粒子の材料を使用すれば、抵抗が小さく熱伝導率が高い貫通電極を形成することができる。更に、電極形成工程の前に、貫通孔の側壁面に無機材料と金属材料とを混合した混合材料を塗布し、熱処理してその側壁面に導電性膜を形成する導電性膜形成工程を備えることができる。この導電性膜を形成することにより、貫通電極と貫通孔の側壁面との密着性、気密性を向上させることができる。以下、本発明の実施形態を具体的に説明する。
【００２１】
（第一実施形態）
図１は本発明の第一実施形態に係る電子デバイス１の模式的な縦断面図である。電子デバイス１は、表面に窪み４が形成された絶縁基板２と、窪み４の底面から絶縁基板２の裏面に貫通する２つの貫通孔３ａ、３ｂに充填された貫通電極６ａ、６ｂと、窪み４に収納され、ダイボンディング材１０を介して実装された電子部品７と、絶縁基板２の裏面に形成された裏面電極８ａ、８ｂと、窪み４を外部から密閉する封止部９と、から構成されている。
【００２２】
絶縁基板２及び封止部９はガラス材料やセラミックス材料を使用することができる。貫通孔３ａ、３ｂの側壁面には導電性膜５ａ、５ｂが形成されている。貫通孔３ｂの導電性膜５ｂは、窪み４の底面まで延設されている。貫通孔３ａ、３ｂ内には、導電性膜５ａ、５ｂに接するようにして、ナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により形成された貫通電極６ａ、６ｂが充填されている。電子部品７は貫通電極６ａの上部にダイボンディング材１０を介して実装されている。電子部品７の表面には図示しない電極が形成され、この電極と窪み４の底面に延設された導電性膜５ｂとは金線からなるワイヤー１５により電気的に接続されている。封止部９は絶縁基板２の窪み４の上面に接合材１１を介して接着されている。窪み４の内部は、例えば、真空に引かれているまたは不活性ガスが充填されている。
【００２３】
電子部品７には、裏面電極８ａ、貫通電極６ａ、ダイボンディング材１０を介して、また、裏面電極８ｂ、貫通電極６ｂ、導電性膜５ｂ、ワイヤー１５を介して電力が供給される。電子部品７が駆動状態で発熱する場合には、貫通電極６ａ、裏面電極８ａを介して熱が外部に放熱される。例えば、ナノ金属粒子としてナノ銀粒子を使用した場合には熱伝導率が３００Ｗ／（ｍＫ）以上であり、優れた放熱特性を得ることができる。
【００２４】
ここで、導電性膜５は、１μｍ〜３μｍのガラスフリットを混入したナノ金属ペーストまたは金属ペーストまたはナノ金属と金属とを混合したペーストを貫通孔３ａ、３ｂの側壁面に塗布し、温度１００℃〜６００℃で焼成することにより、ガラス材料を０．１ｗｔ％〜３ｗｔ％含有する銀電極とした。また、ナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合し高分子材料にて分散した金属ペーストを貫通孔３ａ、３ｂに充填し、温度１００℃〜６００℃で焼成して貫通電極６ａ、６ｂとした。これにより、貫通電極６と貫通孔３ａ、３ｂの側壁面との密着性、気密性を向上させることができる。絶縁基板２と封止部９とはＡｕＳｎの合金材料からなる接合材１１を使用して接合することができる。裏面電極８ａ、８ｂは、例えば銀パラジウムまたはガラスフリット含有させたナノ金属ペーストまたは金属ペーストまたはナノ金属と金属を混合したペーストを印刷し、焼成して形成することができる。
【００２５】
なお、上記第一実施形態において、２つの貫通孔３ａ、３ｂ、２つの貫通電極６ａ、６ｂを形成したがこれに限定されず、貫通孔３ａ、３ｂ及び貫通電極６ａ、６ｂは必要に応じて２個以上であってもよい。また、電子部品７をワイヤー１５を介して接続したが、これに変えて、電子部品７を複数の貫通電極６ａ、６ｂの上に導電材料を介して面実装により設置してもよい。また、ワイヤー１５に代えて金属製リボン、たとえば、短冊状金製部材または金製リボンを介してハンダにより接続することにより、接合強度が大きく、長期間に渡り、接合不良及び断線がない高い信頼性を得ることができる。
【００２６】
（第二実施形態）
図２は本発明の第二実施形態に係る電子デバイス１の模式的な縦断面図である。本第二実施形態では電子部品７としてＬＥＤを用い、ＬＥＤから発光した光を基板上方向への指向性を有する光として射出することができる。図１と同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００２７】
電子デバイス１は、表面に窪み４を有し、窪み４の底面から裏面に貫通する貫通孔３ａ、３ｂを有する絶縁基板２と、貫通孔３ａ、３ｂに充填された貫通電極６ａ、６ｂと、貫通電極６ａの上にダイボンディング材１０を介して実装されている電子部品７と、絶縁基板２の裏面に形成され、貫通電極６ａ、６ｂに電気的に接続する裏面電極８ａ、８ｂと、窪み４に充填された封止部９などから構成されている。
【００２８】
絶縁基板２は、ガラス材料またはセラミック材料を使用することができる。貫通孔３ａ、３ｂの側壁面には導電性膜５ａ、５ｂが形成され、貫通孔３ａ、３ｂ内には、導電性膜５ａ、５ｂの表面に接するようにして貫通電極６ａ、６ｂが充填されている。導電性膜５ｂは窪み４の底面に延設されている。電子部品７は貫通電極６ａの上にダイボンディング材１０を介して実装されている。電子部品７の表面に形成される図示しない電極と、導電性膜５ｂとはワイヤー１５により電気的に接続されている。従って、電子部品７には、裏面電極８ａ、貫通電極６ａ、ダイボンディング材１０を介して、また、裏面電極８ｂ、貫通電極６ｂ、導電性膜５ｂ、ワイヤー１５を介して電力が供給される。
【００２９】
貫通電極６ａ、６ｂは、ナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により形成されている。貫通孔３ａ、３ｂの側壁面と貫通電極６ａ、６ｂとは、その間に導電性膜５ａ、５ｂを介在させることにより、貫通孔３ａ、３ｂの側壁面と貫通電極６ａ、６ｂとの間が強固に接着される。貫通電極６ａ、６ｂ、導電性膜５ａ、５ｂ、裏面電極８ａ、８ｂの材料は第一実施形態において説明したと同様なので説明を省略する。また、裏面電極８ａ、８ｂと貫通電極６ａ、６ｂとは、ナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により同時に形成することができる。即ち、ナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストを印刷法またはインクジェット法により貫通孔３ａ、３ｂと絶縁基板２の裏面とに塗布し、温度１００℃〜６００℃で焼成して形成することができる。
【００３０】
なお、真空に引くまたは不活性ガスを充填する必要の無い第二実施形態においては、貫通孔３ａ、３ｂの側壁面と貫通電極６ａ、６ｂとの間に導電性膜５ａ、５ｂを介在させないで、ガラフリットを０．１ｗｔ％〜３ｗｔ％含有させたナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストを貫通孔３ａ、３ｂに塗布し熱処理することにより、側壁面と貫通電極との界面にガラスフリットを介在させて密着させても良い。第一実施形態において説明したワイヤー１５による接続に用いた導電性膜５ｂの代わりに、貫通電極６ａ、６ｂ形成した後に接続電極をスパッタ法、蒸着法、メッキ法、インクジェット法、印刷法またはディスペンス法などにより金属膜を形成し、これを導電性膜とすることができる。また、ワイヤー１５による接続に代えて、電子部品７の裏面側に電極を集約的に形成し、面実装を行って貫通電極６ａ、６ｂと電気的に接続してもよい。また、ワイヤー１５に代えて金属製リボン、たとえば、短冊状金製部材または金製リボンを介してハンダにより接続することにより、接合強度が大きく、長期間に渡り、接合不良及び断線がない高い信頼性を得ることができる。
【００３１】
なお、窪み４の傾斜面や底面に金属薄膜または誘電体多層膜からなる反射面を形成することができる。封止部９は、透明合成樹脂や無機材料を使用することができる。封止部９として、金属アルコキシドまたは金属アルコキシドから形成されるポリメタロキサンを硬化させたシリコン酸化物とすることができる。絶縁基板２としてガラス材料を使用し、封止部９としてシリコン酸化物を使用すれば、互いに熱膨張係数が近似するので気密性の信頼性を向上させることができる。
【００３２】
ナノ金属粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により形成した貫通電極６ａ、６ｂを使用したことにより、貫通電極６ａ、６ｂの熱伝導率を例えば６０Ｗ／（ｍＫ）以上とすることができる。例えば、ナノ銀粒子を１００℃〜６００℃で熱処理した貫通電極６ａ、６ｂを使用すれば、熱伝導率を３００Ｗ／（ｍＫ）以上とすることができる。これにより、ＬＥＤからなる電子部品７の発熱を貫通電極６ａ及び裏面電極８ａを介して放熱させることができ、ＬＥＤが温度上昇して発光効率が低下することを防止することができる。また、窪み４の傾斜面及び底面に金属膜または誘電体多層膜を形成して反射面を構成すれば、電子部品７から放射される光の指向性をより強くすることができる。
【００３３】
図３は、本発明の第一実施形態の電子デバイス１の製造方法を説明するための図である。図３（ａ）は、絶縁基板２の表面に窪み４を形成し、窪み４の底面から絶縁基板２の裏面にかけて貫通孔３ａ、３ｂを形成した準備工程終了後の絶縁基板２の断面図である。絶縁基板２としてセラミックス材料やガラス材料を使用することができる。セラミックス材料を使用する場合は、板状のグリーンシートをプレス機により押圧して窪み４と貫通孔３ａ、３ｂとを形成し、次に温度１０００℃以上で焼成してセラミックス材料からなる絶縁基板２を形成することができる。絶縁基板２としてガラス材料を使用する場合は、板状のガラス材料を軟化点または軟化点以上の温度に加熱して成型法により窪み４と貫通孔３ａ、３ｂとを形成することができる。また、板状のガラスと中央部が開口する枠形状のガラスとを張り合わせて窪み４を形成し、窪み４の底面から裏面にかけて貫通孔３ａ、３ｂを形成してもよい。
【００３４】
図３（ｂ）は、貫通孔３ａ、３ｂの側壁面に導電性膜５ａ、５ｂを形成した導電性膜形成工程終了後の絶縁基板２の断面図である。導電性膜５ａ、５ｂは、長さが１μｍ〜３μｍのガラスフリットを０．１ｗｔ％〜３ｗｔ％含有するナノ金属ペーストまたは金属ペーストまたはナノ金属と金属とを混合したペーストをディスペンサ法または印刷法により貫通孔３ａ、３ｂの側壁面及び窪み４の底面の一部に塗布し、温度１００℃〜６００℃で加熱焼成して形成する。ナノ金属ペーストまたは金属ペーストまたはナノ金属と金属とを混合したペーストに含まれるガラスフリットは、好ましくは０．５ｗｔ％〜１ｗｔ％とする。ガラスフリットの量を多くすると、例えばセラミックス材料の絶縁基板２に対する密着強度は向上するが、後に充填するナノ金属粒子の凝集拡散が進まず、導電性膜５ａ、５ｂと貫通電極６ａ、６ｂとの接合が不十分となり、空隙層が形成されて気密性を保つことができなくなる。ガラスフリットの量を少なくすると、後に充填する貫通電極６ａ、６ｂとの間の接合は十分であっても、貫通孔３ａ、３ｂの側壁面との間の密着強度が低下し、貫通孔３ａ、３ｂと導電性膜５ａ、５ｂとの界面において気密性を保つことができなくなるおそれがる。
【００３５】
導電性膜５ａ、５ｂとして、ナノ金属ペーストまたは金属ペーストまたはナノ金属と金属とを混合したペーストの焼成による形成に代えて、金属膜をスパッタリング法、蒸着法、メッキ法、インクジェット法、印刷法、またはディスペンス法などを用いて形成することができる。この場合に、金属膜を形成する前にプラズマ洗浄やサンドブラスト法、エッチング法等を用いて貫通孔３ａ、３ｂの側壁面に０．１μｍ〜５μｍの凹凸を形成し、アンカー効果が発生するようにしておく。側壁面の凹凸を、好ましくは０．５μｍ〜２μｍの範囲とする。スパッタリング法等を用いた導電性膜５ａ、５ｂの形成は絶縁基板２の高温処理が不要であることから、絶縁基板２として絶縁性樹脂材料またはガラス材料を用いる場合に好適である。
【００３６】
図３（ｃ）は、貫通孔３ａ、３ｂに貫通電極６ａ、６ｂを形成した貫通電極形成工程終了後の絶縁基板２の断面図である。貫通電極６ａ、６ｂは、ナノ銀粒子と１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した銀ペーストを貫通孔３ａ、３ｂに印刷法、インクジェット法またはディスペンス法により充填し、温度１００℃〜６００℃で焼成して形成した。また、ナノ銀粒子に代えてナノ金粒子やナノ銅粒子を使用することができる。
【００３７】
図３（ｄ）は、絶縁基板２の裏面に裏面電極８ａ、８ｂを形成した裏面電極形成工程終了後の絶縁基板２の断面図である。裏面電極８ａ、８ｂは、銀パラジウムまたはガラスフリット含有させたナノ金属ペーストまたは金属ペーストまたはナノ金属と金属とを混合したペーストをスクリーン印刷法により印刷し、焼成して形成した。裏面電極８ａ、８ｂは、印刷法に代えてまたは印刷法に加えて、メッキ法により金属膜を堆積させてもよい。また、蒸着法やスパッタリング法により金属膜を堆積し、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を通して金属膜をパターニングし、裏面電極８ａ、８ｂとしてもよい。
【００３８】
図３（ｅ）は、貫通電極６ａの上に電子部品７を実装した実装工程終了後の断面図である。電子部品７の裏面及び表面には図示しない電極が形成されている。電子部品７をダイボンディング材１０を介して貫通電極６ａの上に実装し、電子部品７の裏面に形成した電極と貫通電極６ａとを電気的に接続する。更に電子部品７の表面に形成した図示しない電極と導電性膜５ｂとを金線であるワイヤー１５により電気的に接続する。ダイボンディング材１０として、ＡｕＳｎ、銀ペースト、またはナノ金属ペーストまたはナノ金属と金属とを混合したペーストを使用することができる。なお、実装方法は図３（ｅ）に示す方法に限定されない。例えば、電子部品７の下面に電極を集約的に形成し、この電極と貫通電極６ａ、６ｂとを面実装により電気的に接続してもよい。また、ワイヤー１５に代えて金属製リボン、たとえば、短冊状金製部材または金製リボンを介してハンダにより接続することにより、接合強度が大きく、長期間に渡り、接合不良及び断線がない高い信頼性を得ることができる。
【００３９】
図３（ｆ）は、絶縁基板２の上に封止部９からなる蓋を接合した封止工程終了後の断面図である。封止部９は絶縁基板２と同じ材料を使用している。封止部９と絶縁基板２とは接合材１１を介して接着し、電子部品７を外部環境から遮断するように封止する。封止の際には窪み４に不活性ガスを導入する、または内部を真空にする。接合材１１としてアルミニウムを使用し、封止部９と絶縁基板２とを陽極接合により接着することができる。また、接合材１１として、ＡｕＳｎ合金、低融点ガラス、エポキシ樹脂を用いて接合または接着することができる。
【００４０】
なお、上記第三実施形態では、準備工程→導電性膜形成工程→貫通電極形成工程→裏面電極形成工程→実装工程→封止工程の順で電子デバイス１を製造したが、本発明ではこの順番に限定されず、準備工程の後に、貫通電極形成工程→裏面電極形成工程→導電性膜形成工程→実装工程→封止工程としてもよいし、貫通電極形成工程→導電性膜形成工程→裏面電極形成工程→実装工程→封止工程としてもよいし、貫通電極形成工程→導電性膜形成工程→実装工程→封止工程→裏面電極形成工程としてもよい。
【００４１】
以上のとおり、ナノ金属粒子はバルク金属に近い電気特性を有する。また、１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラーを混合することにより、金属含有率を９０％以上にすることができ、焼成後の収縮を最小限に抑えることができる。ナノ金属粒子は反応性が高いので上記のような低温度焼成でも、焼結が完了し、１０μｍ以下の平均粒径導電性フィラー結合する役割を担うため、抵抗が小さく熱伝導率が高い貫通電極を形成することができる。更に、電極形成工程の前に、貫通孔の側壁面に無機材料と金属材料とを混合した混合材料を塗布し、熱処理してその側壁面に導電性膜を形成することにより、貫通電極と貫通孔の側壁面との密着性、気密性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  電子デバイス
２  絶縁基板
３ａ、３ｂ  貫通孔
４  窪み
５ａ、５ｂ  導電性膜
６ａ、６ｂ  貫通電極
７  電子部品
８ａ、８ｂ  裏面電極
９  封止部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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