(57)【要約】【課題】高温処理による構造変化を抑制しつつ気密性に優れた貫通電極を有するパッケージを提供することを目的とする。【解決手段】絶縁性脆性材料の基板２，３が接合され、内部に構成されるキャビティに電子部品５が収納され、電子部品５がキャビティの外部と電気的に接続されるように基板の少なくとも一方に貫通電極６が設けられるパッケージであって、貫通電極６が銅を主成分とする金属により構成され、金属を構成する結晶粒１１の結晶粒界に所定の開口径を有するボイド１２が形成されることを特徴とするパッケージを提供する。【選択図】図４
2015119100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性脆性材料の基板が接合され、内部に構成されるキャビティに電子部品が収納され、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ように前記基板の少なくとも一方に貫通電極が設けられるパッケージであって、
前記貫通電極が銅または銅を主成分とする金属により構成され、前記金属を構成する結晶粒の結晶粒界に所定の開口径を有するボイドが形成されることを特徴とするパッケージ。
【請求項２】
前記開口径が、前記結晶粒の粒径の１／１０から１／１０００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３】
前記基板は、ガラス、表面に絶縁層を施したシリコン、セラミックスの絶縁性脆性材料のうちのいずれかにより構成されることを特徴とする請求項１から請求項２のいずれか１項に記載のパッケージ。
【請求項４】
前記結晶粒を成長させる成長工程と、前記ボイドを発生させる発生工程とからなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のパッケージの製造方法。
【請求項５】
前記成長工程と前記発生工程が、４００℃から６００℃の範囲で行う熱処理であることを特徴とする請求項４に記載の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、封入するための貫通電極を有するパッケージとそ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ー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、二体化された基板からなるものが広く使用されている。
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。
【０００３】
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）。
【０００４】
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ー等では、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。
【０００５】
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、銀を使うという観点から、コストがかかるという点に加え、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という課題があった。
【０００６】
また、金属ピンを貫通孔に埋め込む方法では、埋め込むピンの形状を自由にすることができないため、パッケージ内部側とパッケージ外側における平面形状が限定的となり、新たな電極をフォトリソグラフィー等の方法により作製し貫通電極であるピンと接続する必要があった。
【０００７】
さらに、この他、貫通孔を埋め込む方法として、めっき法が挙げられるが、貫通孔の埋め込みが不完全であったり、使われるめっき物が一般的にガスを吸蔵した微細組織構造を有する銅めっきであることから、微細結晶構造の変化を極力抑えるようにして吸蔵したガスを放出させるための熱処理を４００℃以下の温度で行っていた（非特許文献１）。
【０００８】
また、貫通電極にめっき法により作製される微細構造を有する銅めっきによる場合、基板であるセラミックスやガラス、シリコン等と熱膨張率に大きな差があるだけでなく、微細構造に起因する物性値のバルク材との違いにより、２枚の基板を接合する際等かけられる熱により変形、剥離、破壊といった問題を起こしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【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
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】エレクトロニクス実装学会誌９（２）１１３−１１８（２００６）
【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、高温処理による構造変化を抑制しつつ気密性に優れた貫通電極を有するパッケージ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。
本発明に関わるパッケージは、絶縁性脆性材料の基板が接合され、内部に構成されるキャビティに電子部品が収納され、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ように前記基板の少なくとも一方に貫通電極が設けられるパッケージであって、前記貫通電極が銅または銅を主成分とする金属により構成され、前記金属を構成する結晶粒の結晶粒界に所定の開口径を有するボイドが形成されることを特徴とする。
このパッケージによれば、貫通電極に延性、展性に優れた結晶粒を有する銅を主成分とする金属を用いると同時に結晶粒粒界にボイドを有しているため、温度変化、熱変化に伴う貫通電極と基板との間に生じる応力に対して、延性、展性に加え、ボイドによる緩和作用により、貫通電極およびその近傍における機械的強度を高めることができるのでパッケージの薄型化や小型化に加え高信頼性化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明に係わるパッケージは、前記開口径が、前記結晶粒の粒径の１／１０から１／１０００であることを特徴とする。
また、本発明に係わるパッケージは、前記基板は、ガラス、表面に絶縁層を施したシリコン、セラミックスの絶縁性脆性材料のうちのいずれかにより構成されることを特徴とする。
このパッケージによれば、貫通電極に延性、展性に優れた結晶粒を有する銅を主成分とする金属を用いると同時に結晶粒粒界に結晶粒の径に対して、１／１０から１／１０００ボイドを有しているため、温度変化、熱変化に伴う貫通電極と基板との間に生じる応力に対して、延性、展性に加え、ボイドによる緩和作用により、貫通電極およびその近傍における機械的強度を高めることができるのでパッケージの薄型化や小型化に加え高信頼性化を図ることができる。
【００１４】
また、本発明に係わるパッケージの製造方法は、前記結晶粒を成長させる成長工程と、前記ボイドを発生させる発生工程とを含む製造工程により上述のパッケージを製造することを特徴とする。
このパッケージの製造方法によれば、銅を主成分とする金属からなる貫通電極を結晶欠陥を多数有する微細結晶粒を形成することができる電気めっき法等により形成し、熱処理を施すことにより結晶粒成長とボイドを発生させるので、貫通電極およびその近傍における機械的強度が高められたパッケージの製造方法を提供することができる。
【００１５】
また、本発明に係わるパッケージの製造方法は、前記成長工程と前記発生工程が、４００℃から６００℃の範囲で行う熱処理であることを特徴とする。
このパッケージの製造方法は、銅を主成分とする金属からなる貫通電極を結晶欠陥を多数有する微細結晶粒を形成することができる電気めっき法等により形成し、４００℃から６００℃の範囲で熱処理を行うので、基板に影響を及ぼさずに電極内に残存するガス成分を放出し、さらに、結晶粒を粗大化すると同時に結晶粒界に多数のボイドを発生させることができるので、貫通電極およびその近傍における機械的強度が高められたパッケージの製造方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、気密性に優れた電子部品封入済みパッケージを安定的に提供できるだけでなく、薄型化や小型化に優れたものを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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、ベース基板形成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、ベース基板形成工程のうち貫通電極の形態を示す図である。
【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、ベース基板形成工程のうち内部電極を作製するための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、電子部品搭載、封止工程と外部電極作製工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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）は貫通電極部を拡大したものである。
【００１９】
このパッケージ１は、ホウケイ酸ガラスからなるベース基板２と同じ材質のガラスからなるリッド基板３とが接合層４により封止接合されることにより構成されている。
パッケージ１内には、電子部品の一例としての音叉型水晶振動子５が貫通電極６につながる内部電極７上に設けられた突起状電極８で接続された状態で封入されており、貫通電極６はベース基板２の外表面にて外部電極９と接続されている。
【００２０】
一方、図１（ｃ）に示したように貫通電極６は、導電膜１０と銅からなる多数の結晶粒１１と結晶粒１１が形成する結晶粒界との間にあるボイド１２から構成されている。ボイドは、微小な空洞、空間、気孔、または気泡等を意味する。
【００２１】
この音叉型水晶振動子５を搭載封入したパッケージ１は、パッケージ１となるベース基板２とリッド基板２を多数個取りするためのウエハ状態で作製し、搭載部品である音叉型水晶振動子５を実装、封止後、個別のパッケージに切断することによりされる。
【００２２】
このような音叉型水晶振動子５を搭載封入したパッケージ１を作製するための工程は、図２に示したリッド基板作製工程と、図３および図４、図５に示したベース基板作製工程と、図６に示した電子部品搭載、封止工程と外部電極作製工程から構成されている。
【００２３】
以下に、図１（ｂ）に示した、図１（ａ）の線ＡＢにおける断面により説明する。
図２に示したリッド基板作製工程では、図２（ａ）に示すように、ホウケイ酸ガラス基板１３の一表面に厚膜フォトレジストにより、ブラストマスク層１４を形成し、図２（ｂ）に示したように、サンドブラスト法によりキャビティ１５を形成する。
【００２４】
さらに、図２（ｃ）に示すようにブラストマスク層１４を除去した後、図２（ｄ）に示したごとく、ホウケイ酸ガラス基板１３のうちキャビティ１５が形成されている面にスパッタリング法によりアルミニウム膜からなる接合層１６を形成することにより、リッド基板１７を作製する。
【００２５】
ベース基板作製工程は、図３および図４に示したごとく、貫通電極６の作製と、貫通電極６を構成する銅の粗大化された結晶粒１１とボイド１２の作製、さらに、内部電極７の作製からなっている。
【００２６】
図３に示した貫通電極６の作製では、リッド基板１７として用いた材質と同じホウケイ酸ガラス基板１８の一面にサンドブラスト法により非貫通孔１９を作製し（図３（ａ））、非貫通孔１９が開口している面にクロム、銅の順にスパッタリング法により、それぞれ５０ｎｍ、５００ｎｍの膜厚の導電層２０を形成し（図３（ｂ））、この面にドライフィルムフォトレジストを貼付後、非貫通孔１９部にこの非貫通孔１９の径より小さい径を有するめっきレジスト層２１を形成し（図３（ｃ））、ついで、このめっきレジスト層２１のめっき開口部２２を通じて、湿式めっき法により銅めっき層２３を形成する（図３（ｄ））。
【００２７】
さらに、めっきレジスト層２１を剥離し（図３（ｅ））、ホウケイ酸ガラス１８の両面を研磨することにより、表裏に金属面を表した貫通電極２４を有するベース基板２５を作製する（図３（ｆ））。
【００２８】
次に、図４（ａ）に示した貫通電極２４を、これを構成する銅の結晶粒２５であって結晶粒を成長させる成長工程により形成される結晶粒２５をベース基板２５を真空炉内で５００℃にて３時間保持する（発生工程）ことにより、図４（ｂ）に示した粗大化した結晶粒２６とこの結晶粒２６に対して大きさ１／１０から１／１０００の開口径のボイド２７を有する貫通電極２８とする。真空炉内での保持においては、４００℃から６００℃の範囲内において熱処理されると大きさ１／１０から１／１０００のボイド２７が形成される。
【００２９】
次に、ベース基板２５の一表面に表面からクロム膜５０ｎｍ、銅膜２０００ｎｍの順にスパッタリング法で形成し、導電膜２９を形成し（図５（ａ））、ついで、貫通電極２８が現れるように所望とする開口部３０を有するめっきレジスト層３１をフォトレジストとフォトリグラフィーにより作製する（図５ｂ））。
【００３０】
図５は、ベース基板作製工程のうち内部電極の作製を示す図であり、電気めっき法により開口部３０にニッケルめっき１μｍ、金０．０５μｍを順次形成しめっき層３２（図５（ｃ））、めっきレジスト層３１を剥離し（図５（ｄ））、このめっき層をエッチングマスクとして、導電膜２９のうち不要部をエッチングにより除去することにより、内部電極３３を形成することにより、内部電極３３付きのベース基板３４を作製する。
【００３１】
電子部品搭載と封止工程では、図６に示したように、ベース基板３４上の内部電極３３上に金ワイヤーをワイヤーボンディングし、所望とする長さで切断することにより突起状電極３５を形成し（図６（ａ））、この突起電極３５に音叉型水晶振動子３６の金電極部搭載し、超音波により金と金の接合を行うことにより音叉型水晶振動子３６をベース基板３４に搭載する（図６（ｂ））。
【００３２】
次に、音叉型水晶振動子３６を搭載したベース基板３４にリッド基板１７を載せ、真空中でアルミニウムからなる接合層１６を介して陽極接合を行うことにより、音叉型水晶振動子３６を真空封止したパッケージをウエハ状態で複数作製する。
【００３３】
次に、貫通電極２８のうちベース基板３４の外面に出ている部分を含めた状態で所望とするパターンで導電性銀ペーストを印刷し、加熱硬化することにより外部電極３７を形成し、最後にウエハをダイシングにより機械的に分離することにより個変化し、チップ部品としての音叉型水晶振動子３６を真空封入したパッケージ３８を作製する。
【００３４】
本実施の形態では、ベース基板材に形成した非貫通孔に銅めっきを施したあとに研磨により表裏を電気的に導通可能とする貫通電極としたが、ベース基板材に最初から貫通孔を開けたものに銅めっきを施し、この貫通孔を封止する方法をとっても良い。
【００３５】
また、本実施の形態では、銅めっきにより貫通孔を完全に埋め込まず、中央部に空間を作る方法を採用したが、熱処理による結晶粒の粗大化とボイドの生成や接合時かかる熱による過度な応力を低減するためであり、強度的、変形量等に問題がなければ、完全に貫通孔を銅めっきで埋め込んでも良い。
【００３６】
このようにして作製されるパッケージは、貫通電極に結晶粒が粗大化されているため、延性展性に優れており、さらに、結晶粒界に適切な大きさのボイドが存在するので、熱や外力による変形により、基板であるガラスやシリコン、セラミックスといった脆性材料に与えるダメージを小さくするので信頼性等に優れたものとなる。
【００３７】
さらに、ベース基板およびリッド基板の各々の加工時における薄型化には、強度等により制約があったが、本発明では上述のように信頼性に優れたものとなっているので、両基板の接合後、または、貫通電極を形成するための銅めっき後、ベース基板およびリッド基板を研磨する際、貫通電極を含む基板へのダメージを抑えつつ総厚みを薄くすることが可能となりパッケージの薄型、小型化に大きな効果を奏することができる。
【００３８】
また、本実施の形態では、電子部品として音叉型水晶振動子を用いたが、ＬＳＩをはじめとする半導体装置や加速度センサーをはじめとする力学量センサー等、真空封止や雰囲気気密封止が必要とされる電子部品であれば如何なるものに対しても適用できることは言うまでもない。
【００３９】
以上、本願発明によれば、ウエハ状態で電子部品を気密封止した複数個の気密性の高いパッケージを同時に作製することができると同時に、小型化、薄型化に優れたものとすることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１、３８          パッケージ
２、３４          ベース基板
３、１７          リッド基板
４、１６          接合層
５、３６          音叉型水晶振動子
６、２４、２８    貫通電極
７、３３          内部電極
８、３５          突起状電極
９、３７          外部電極
１０、２９        導電膜
１１、２５        結晶粒
１２、２７        ボイド
１３、１８        ホウケイ酸ガラス基板
１４              ブラストマスク層
１５              キャビティ
１９              非貫通孔
２０              導電層
２１、３１        めっきレジスト層
２２              めっき開口部
２３              銅めっき層
２６              粗大化した結晶粒
３０              開口部
３２              めっき層
【図１】
2015119100.tif 000003
【図２】
2015119100.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015119100.tif 000006
【図５】
2015119100.tif 000007
【図６】
2015119100.tif 000008