(57)【要約】【課題】絶縁性材料を用いるパッケージであって、温度変化により生じるひずみを抑制できるパッケージを提供することを目的とする。【解決手段】絶縁性材料を材料とし、電子部品５と接続される内部電極６が設けられ、前記内部電極と反対側の面に貫通電極を介して外部電極１２が設けられるベース基板２と、前記ベース基板に対して前記電子部品を挟んで配置され、絶縁性材料を材料とするリッド基板３と、前記ベース基板と前記リッド基板とを接続し、前記電子部品を囲むように形成され、金属材料を材料とする枠部４とを備えるパッケージを提供する。【選択図】図１
2015122413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性材料を材料とし、電子部品と接続される内部電極が設けられ、前記内部電極が設けられる面と反対側の面に貫通電極を介して外部電極が設けられるベース基板と、
前記ベース基板に対して前記電子部品を挟んで配置され、絶縁性材料を材料とするリッド基板と、
前記ベース基板と前記リッド基板とを接続し、前記電子部品を囲むように形成され、金属材料を材料とする枠部と、
を備えることを特徴とするパッケージ。
【請求項２】
前記枠部がニッケルを主成分とされ、前記ベース基板はガラス、セラミックス、およびシリコンのいずれかで形成され、前記リッド基板はガラス、セラミックス、およびシリコンのいずれかで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】
絶縁性材料を材料とするベース基板またはリッド基板の上に電気めっき法により枠部の主要部を形成する枠部形成工程と、
前記枠部を介して、前記ベース基板と前記リッド基板とを接合する接合工程とを備えた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、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、金属製パッケージやセラミックスが多用されている。
これらの金属製パッケージでは、金属基板に貫通電極を設け、電子部品を搭載し、金属製のキャップを溶接や半田付けすることにより気密封止を行っている。
【０００３】
また、セラミックスパッケージでは、キャビティ付きセラミックスと金属キャップから構成されており、その作製は、電子部品が搭載、封入されるキャビティ付きセラミックスを焼成により作製する際、同時にパッケージ内部と外部を結ぶ電気配線や金属キャップとの接続を行う金属層を形成する。
【０００４】
これらのパッケージは、通常、個別の状態で電子部品を搭載し、封入する方法が取られているが、近年、二枚の基板を用いて、多数個の電子部品の搭載、封止を一度に行い、切断により個片化することにより生産性を高めた方法が提案されている。
【０００５】
これらの基板は、電子部品を搭載し、外部との接続を行うための貫通電極等を形成した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ている基板から構成されており、これら基板はセラミックスやガラスといった絶縁性基板で作られている。
これらの二枚の基板から構成されるパッケージでは、ベース基板における貫通電極形成と電子部品を搭載封入するためのキャビティと呼ばれる空間を形成する必要がある。
【０００６】
このようなパッケージの製造方法として、ベース基板材料としてガラス基板を用い、ガラス基板を軟化することにより貫通孔とを開けると同時にキャビティを形成し、貫通孔を金属で埋め込み貫通電極を形成し、リッド基板に平板状の基板を用いている方法（特許文献１）や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により貫通電極を形成し、リッド基板にエッチングや研削といった方法でキャビティを作製する方法（特許文献２）や基板材料として焼成セラミックスを用いセラミックスにキャビティを形成している方法（特許文献３）が採用されている。
【０００７】
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り、電極精度、封止性の向上に加え、パッケージ本体の高強度化が望まれている。
【０００８】
ベース基板とリッド基板の両方をガラスで作製されたパッケージの場合、ガラスの脆さに伴う強度の低さが課題となり、さらに、ガラスを軟化、溶融して貫通電極やキャビティを作る場合、ガラスの流動性と熱膨張に伴う精度の低下が起こるという課題があった。
【０００９】
また、焼成セラミックスを使用する場合、焼成前に貫通孔やキャビティを形成すると、焼成に伴う変形、寸法変化により精度が十分得られないという課題があり、焼成後、貫通孔やキャビティの形成を行うと加工性の悪さに伴う精度の悪さとコスト高という課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−２０９１９８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６６３０７号公報
【特許文献３】特開２０１２−２２２３６８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、微細性を確保しつつ、温度変化により生じるひずみを抑制できるパッケージおよびそ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。
本発明に関わるパッケージは、絶縁性材料を材料とし、電子部品と接続される内部電極が設けられ、前記内部電極と反対側の面に貫通電極を介して外部電極が設けられるベース基板と、前記ベース基板に対して前記電子部品を挟んで配置され、絶縁性材料を材料とするリッド基板と、前記ベース基板と前記リッド基板とを接続し、前記電子部品を囲むように形成され、金属材料を材料とする枠部と、を備えることを特徴とする。
このパッケージによれば、枠部に金属を用いるため、高精度で、かつ、強度に優れるため、小型化や薄型化に対応でき、強度に劣る脆性材料であるガラス、セラミックス、絶縁層を施したシリコン等からなるベース基板とリッド基板を補強する役目を果たすので、高強度化を図ることができるので、小型で信頼性が高い電子部品を提供することができる。金属の枠部が、その上下から、相対的に熱膨張率の低い絶縁性材料により挟まれ固定される。よって、枠部の熱収縮が抑えられる構造となるので、内部に搭載される電子部品が受ける応力、ひずみが低減される。したがって、パッケージとしての信頼性が向上する。
【００１３】
また、本発明に係わるパッケージは、前記枠部がニッケルを主成分とされ、前記ベース基板はガラス、セラミックス、およびシリコンのいずれかで形成され、前記リッド基板はガラス、セラミックス、およびシリコンのいずれかで形成されることを特徴とする。
このパッケージによれば、枠部金属の材質をニッケルを主成分とする金属とするので、強度だけでなく耐食性についてもすぐれた特性を発揮することができる。
【００１４】
また、本発明に係わるパッケージの製造方法は、
絶縁性材料を材料とするベース基板またはリッド基板の上に電気めっき法により枠部主要部を形成する枠部形成工程と、前記枠部を介して、前記ベース基板と前記リッド基板とを接合する接合工程とを備えたことを特徴とする。
このパッケージの製造方法によれば、ベース基板上またはリッド基板上に電気めっき法による枠部を形成により精度が高い枠部を形成でき、さらにフォトリソグラフィー法を電気めっき法に取り入れればさらに高精度とすることができる。また、電気めっき法において、ニッケルめっきを用いれば、高速かつ安定的に作製することができると同時に高強度、高耐食性のニッケル枠部を形成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、微細性を確保しつつ、温度変化により生じるひずみを抑制できるパッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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、ベース基板成形工程のうち貫通電極を作製するための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のうち枠部を作製するための示す図である。
【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、リッド基板形成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、電子部品搭載と封止接合工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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電子部品としての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）は主要分である図１（ａ）におけるＡ−Ａ‘に断面方向における断面の概要を示す図である。
【００１８】
このパッケージ１は、９６％アルミナからなるベース基板２と同じ材質のアルミナからなるリッド基板３とニッケルからなる枠部４により音叉型水晶振動子５が封止された構造となっている。
【００１９】
音叉型水晶振動子５は、ベース基板２に形成されている貫通電極６および７につながる内部電極８、９上に形成されている突起状電極１０、１１を介してベース基板２上に固定されている。
【００２０】
貫通電極６および７は、それぞれ、ベース基板２の外面に形成されている外部電極１２および１３に接続されており、このパッケージ１と図示していない外部の回路基板と接続できるようになっている。
【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および３に示したベース基板作製工程と、図４に示したリッド基板作製工程と、図５に示した電子部品搭載と封止接合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Ａ−Ａ'における断面により説明する。
図２に示したベース基板作製工程のうち貫通電極を作製する工程では、まず、図２（ａ）に示すように、ベース基板となる９６％アルミナ基板１０１の所望とする位置にレーザーにより貫通穴１０２を作製する。
【００２４】
次に無電解銅めっき法により貫通穴１０２を含む基板１０１の表面に銅層１０３を形成し（図２（ｂ））、ドライフィルムフォトレジストを基板１０１の両表面に貼付し、露光現像により、第一の表面は全面硬化し、第二の表面のうち外部電極となるべき部分に開口部１０４を有するようにめっきレジスト層１０５を形成する（図２（ｃ））。
【００２５】
次に銅めっきにより銅層１０６を形成し貫通穴１０２を封止し、さらに、ニッケルめっきと金めっきを施すことにより表面めっき層１０７を形成し（図２（ｄ））、めっきレジスト層１０５を剥離し、貫通電極１０８と外部電極１０９の基本構造を作製する（図２（ｅ））。
【００２６】
さらに、再度ドライフィルムフォトレジストを基板１０１両表面に貼付し、露光現像により第一の表面に内部電極となるべき部分に開口部１１０を有し、第二の表面は全面硬化することによりめっきレジスト層１１１を形成する（図２（ｆ））。
【００２７】
さらに、開口部１１０にニッケルめっきと金めっきを施すことにより表面めっき層１１２を形成し（図２（ｇ））、めっきレジスト層１１１を剥離することにより、内部電極１１３の基本構造を形成し、ベース基板１１４の基本構造を作製する（図２（ｈ））。
【００２８】
図３に示したベース基板形成工程のうち枠部を作製する工程（枠部形成工程）では、ベース基板１１４の両面にドライフィルムフォトレジストを貼付し、露光現像を行うことにより枠部となるべき部分に開口部１１５を有するようにめっきレジスト層１１６を形成し（図３（b））、電気めっき法によりニッケルめっき１１７を形成する。
次にニッケルめっき１１７表面の凹凸を平坦化すると同時に所望の高さとなるように表面を研削と研磨を行うことにより枠部１１８を形成する（図３（ｄ））。
【００２９】
次にめっきレジスト層１１６を剥離し（図３（ｅ））、銅層１１９の不要部をエッチングすることにより外部電極１２０、内部電極１２１および枠部１１８を分離、独立させることにより、枠部１１８が形成され、外部電極１２０と内部電極１２１が貫通電極１２２で接続されたベース基板１２３が作製される（図３（ｆ））。このように、絶縁性材料のベース基板１２３に枠部１１８を直接形成するので、枠部１１８と内部電極１２１、枠部１１８と貫通電極１２２とを、絶縁状態を保ったまま、可能な限り近接させることができる。よって、微細性に優れた小型のパッケージを提供できる。
【００３０】
図４に示したリッド基板作製工程では、まず、図２（ａ）に示すように、９６％アルミナ基板１２４の一表面にクロム５０ｎｍ、銅２００ｎｍからなる導電膜１２５をスパッタリング法により形成する（図４（ａ））。
【００３１】
次に、ドライフィルムフォトレジストを導電膜１２５面に貼付し、露光現像により枠部１１８が接続されるべき部分に開口部１２６を有するようにめっきレジスト層１２７を形成し（図４（ｂ））、ニッケルめっき層３μｍ、金めっき層０．１μｍからなる下地層１２８を形成する（図４（ｃ）。
次に、めっきレジスト層１２７を剥離し（図４（ｄ）、導電膜１２５のうち不要部をエッチング除去することにより下地層１２９を完成する（図４（ｅ））。
【００３２】
最後に、金８０重量％−スズ２０重量％からなる金スズ合金ペーストをスクリーン印刷法により下地層１２９上に印刷し、金スズはんだベースト層１３０を形成し（図４（ｆ））、窒素雰囲気中３００℃でリフロー処理し、ペースト中に含まれているフラックスを洗浄除去することにより、下地層１２９上に均一な金スズはんだ層１３１を形成することによりベース基板１３２を作製する（図４（ｇ））。
【００３３】
電子部品搭載と封止接合工程では、まず、ベース基板１２３の内部電極１２１上に金ワイヤーをボンディングし切断することにより突起上電極１３３を作製し（図５（ａ））、音叉型水晶振動子１３４を超音波圧着することによりベース基板１２３に実装、固定する（図５（ｂ））。
【００３４】
次に、音叉型水晶振動子１３４を実装したベース基板１２３の枠部１１８とリッド基板１３２の金スズはんだ層１３１の位置を合わせ（図５（ｃ））、真空中で加圧、加熱し、金スズはんだ層１３１を溶融することにより、ベース基板１２３とリッド基板１３２を接合し（接合工程）、音叉型水晶振動子１３４を真空封止し、最後にウエハとして作製されたものをダイシング装置により切断することにより個片化されたパッケージ１３５を作製する。
【００３５】
本実施の形態では、ベース基板材およびリッド基板材として９６％アルミナを用いたが、ガラスや酸化膜により表面が絶縁化されたシリコンウエハ等でも適用できることは言うまでもない。
【００３６】
さらに、枠部をベース基板側に形成したが、これをリッド基板に作製しても何ら変わるものではなく、さらに、接合剤として金スズはんだ層をリッド基板側に形成したが、ベース基板側であってもよく、さらに、枠表面に形成しても問題はない。
【００３７】
また、本実施の形態では、銅めっきにより貫通穴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、完全に貫通穴を埋め込んでも構わず、貫通電極をめっき法で形成したが、これも別の方法、例えば、金属ペーストの焼成物等でも何ら問題はない。
【００３８】
このようにして作製されるパッケージは、ベース基板とリッド基板とを金属特にニッケルからなる枠部で締結しているので強度、耐食性等の耐環境性に対して非常に優れており、外力による変形による耐力に乏しいセラミックス、ガラスやシリコン等の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。また、絶縁性材料のベース基板とリッド基板により、相対的に熱膨張率が大きい金属による枠部を、両側から挟んで固定しているので、当該枠部の温度変化による熱膨張が抑制され、パッケージが作製された段階におけるベース基板やリッド基板がうけるひずみが抑えられる。よって、内部電極や、搭載される電子部品、貫通電極等がうけるひずみも抑制され、信頼性の高いパッケージが得られる。なお、ベース基板、リッド基板に用いられる絶縁性材料としてのガラス、セラミックス、シリコンの熱膨張率はおよそ１０（１０?6 ／Ｋ）以下であり、枠部に用いられる金属の熱膨張率はおよそ１０（１０?6 ／Ｋ）以上である。
【００３９】
さらに、金属枠部の作製に電気めっき法を用いるのでフォトリソグラフィー法を適用することができるので、非常に精度高く枠部を作ることができ、さらに研削、研磨を導入することにより高さを制御を行えば、薄型化にも対応できるので、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。
【００４０】
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。
【００４１】
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】
【００４２】
１、１３５                      パッケージ
２、１２３、１３２              ベース基板
３、１３２                      リッド基板
４、１１８                      枠部
５、１３４                      音叉型水晶振動子
６、７、１０８、１２２          貫通電極
８、９、１１３、１２１          内部電極
１０、１１、１３３              突起状電極
１２、１３、１０９、１２０      外部電極
１０１、１２４                  アルミナ基板
１０２                          貫通穴
１０３、１０６、１１９          銅層
１０４、１１０、１２６          開口部
１０５、１１１、１１６、１２７  めっきレジスト層
１０７、１１２                  表面めっき層
１１７                          ニッケルめっき
１２５                          導電膜
１２８、１２９                  下地層
１３０                          金スズはんだペースト層
１３１                          金スズはんだ層
【図１】
2015122413.tif 000003
【図２】
2015122413.tif 000004
【図３】
2015122413.tif 000005
【図４】
2015122413.tif 000006
【図５】
2015122413.tif 000007