(57)【要約】【課題】  実装基板の亀裂を防止し、歩留まり及び生産性の向上が可能な実装体を提供する。【解決手段】  表面側から裏面側に向かい開口断面面積が次第に広くなるようなテーパ形状の側壁を有する貫通孔３０を備え、少なくとも表面側がガラスからなる実装基板１０と、表面側で貫通孔３０上を覆う電極パッド１１と、電極パッド１１に接続された機能素子２０と、電極パッド１１に接続され、側壁を介して裏面に延在し、実装基板の厚さの１／２よりも薄い貫通電極配線とを備える【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面側から裏面側に向かう貫通孔を備え、少なくとも前記表面側がガラスからなる実装基板と、
前記表面側で前記貫通孔上を覆う電極パッドと、
前記電極パッドに接続された機能素子と、
前記電極パッドに接続され、前記貫通孔の側壁を介して前記裏面に延在し、前記裏面側での前記貫通孔の開口幅の１／２よりも薄い貫通電極配線
とを備えることを特徴とする実装体。
【請求項２】
前記貫通電極配線が、前記表面に対して垂直に切った断面において、前記貫通孔の互いに対向する側壁上を対称に延在し、且つ前記裏面において互いに逆方向に延在することを特徴とする請求項１に記載の実装体。
【請求項３】
前記貫通電極配線が、前記裏面において前記貫通孔の開口部を囲み、且つ前記側壁の全面を覆うことを特徴とする請求項１又は２に記載の実装体。
【請求項４】
前記表面上で前記機能素子を封止するように前記機能素子を収納する凹部を有する封止基板を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の実装体。
【請求項５】
前記実装基板が、ガラス基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の実装体。
【請求項６】
少なくとも表面側がガラスからなる実装基板に、前記表面側から裏面側に向かって貫通孔を形成する工程と、
前記表面側で前記貫通孔を塞ぐように前記実装基板に金属箔を接合して電極パッドを形成する工程と、
前記電極パッドに接続され、前記貫通孔の側壁を介して前記裏面に延在し、前記裏面側での前記貫通孔の開口幅の１／２よりも薄い貫通電極配線を形成する工程と、
前記電極パッドに機能素子を接続する工程と、
前記表面上で前記機能素子を封止するように前記機能素子を収納する凹部を有する封止基板を前記実装基板上に形成する工程
とを含むことを特徴とする実装体の製造方法。
【請求項７】
前記金属箔が、陽極接合により実装基板に接合されることを特徴とする請求項６に記載の実装体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能部品のパッケージ技術に関し、特に、貫通電極を有するガラス基板を用いる実装体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の電子機器の小型化、高機能化が進められている。電子機器の小型化、高機能化に応じて、電子機器に使用される機能部品の高密度、高信頼性の実装技術が開発されている。しかしながら、電子機器の小型化により、実装の設計寸法の更なる縮小にも限界がある。特に、二次元的な実装技術の開発は、設計寸法から限界に達しつつある。そのため、必然的に三次元的な実装技術やチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）の開発が急務となっている。
【０００３】
三次元実装技術の一つとして、半導体製造技術を応用した立体的微細加工技術であるマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術が注目されている。例えば、シリコン（Ｓｉ）基板とガラス製の実装基板を接合するＭＥＭＳパッケージ技術を応用した機能部品のパッケージングの研究開発が進められている。
【０００４】
このような三次元実装に用いられる実装基板表面に封止された機能部品に配線するため、実装基板に貫通電極が設けられる。貫通電極のための貫通孔の断面形状は、貫通孔加工技術に対応して逆メサ形状、矩形状、あるいはテーパ形状となる。通常、電解メッキ法等により、加工された貫通孔に銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）等の金属が埋め込まれて貫通電極が形成される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
電解メッキでは、厚い金属膜を形成することができ、電気的な接続だけでなく高い気密性を確保することが可能である。しかし、実装基板は、貫通孔加工によりダメージや熱歪を受ける。ダメージや熱歪を除去せずに貫通孔に厚い金属膜を埋め込むと、実装基板に亀裂が生じやすい。また、実装基板と埋め込まれた金属の熱膨張係数の違いにより、実装基板に応力がかかり亀裂が生じる。その結果、貫通電極形成工程の歩留まりが低下する。
【０００６】
また、電解メッキの堆積速度が遅く貫通孔に厚い金属膜を埋め込むのに長時間を要する。そのため、貫通電極形成工程の生産性に乏しい。
【特許文献１】特開２００６−１８４１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、実装基板の亀裂を防止し、歩留まり及び生産性の向上が可能な実装体及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、（イ）表面側から裏面側に向かう貫通孔を備え、少なくとも表面側がガラスからなる実装基板と、（ロ）表面側で貫通孔を覆う電極パッドと、（ハ）電極パッドに接続された機能素子と、（ニ）  電極パッドに接続され、貫通孔の側壁を介して裏面に延在し、裏面側での貫通孔の開口幅の１／２よりも薄い貫通電極配線とを備える実装体が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、（イ）少なくとも表面側がガラスからなる実装基板に、表面側から裏面側に向かって貫通孔を形成する工程と、（ロ）表面側で貫通孔を塞ぐように実装基板に金属箔を接合して電極パッドを形成する工程と、（ハ）電極パッドに接続され、貫通孔の側壁を介して裏面に延在し、裏面側での貫通孔の開口幅の１／２よりも薄い貫通電極配線を形成する工程と、（ニ）電極パッドに機能素子を接続する工程と、（ホ）表面上で機能素子を封止するように機能素子を収納する凹部を有する封止基板を実装基板上に形成する工程とを含む実装体の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、実装基板の亀裂を防止し、歩留まり及び生産性の向上が可能な実装体及びその製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る実装体は、図１〜図３に示すように、実装基板１０と、電極パッド１１と、貫通電極配線１５と、機能素子２０と、封止基板２２を備える。実装基板１０は、表面（第１主面）側に比べ、表面に対向する裏面（第２主面）側で開口幅が広くなるテーパ形状の側壁を有する貫通孔３０を備える。図３では、図３に示した実装基板１０の上面を表面、実装基板１０の下面を裏面と定義しているが、表面側に封止基板２２が配置されるようなトポロジーであれば、どちらの面を表面と定義するかは任意である。機能素子２０は、電極パッド１１上に配置される。封止基板２２は、実装基板１０の表面上で封止基板２２に設けられた凹部を空隙３２として、封止基板２２の内側に機能素子２０を封止する。
【００１３】
電極パッド１１は、第１金属膜１２及び第２金属膜１４を含む。第１金属膜１２は、実装基板１０の表面側で貫通孔３０の開口部を塞ぐように貫通孔３０上に設けられる。第２金属膜１４は、第１金属膜１２上に設けられる。
【００１４】
貫通電極配線１５は、第１導電膜１６及び第２導電膜１８を含む。第１導電膜１６は、貫通孔３０内に露出した電極パッド１１に電気的に接続される。第２導電膜１８は、第１導電膜１６上に設けられる。貫通電極配線１５は、貫通孔３０の側壁を介して実装基板１０の裏面に延在する。また、図３に示すように、実装基板１０の表面に対して垂直に切った断面において、一対の貫通電極配線１５の互いに対向する端部は、実装基板１０の裏面側で互いに離間して設けられる。
【００１５】
実装基板１０には、アルカリガラス等のガラス基板や、少なくとも表面側がガラスからなるセラミック基板等が用いられる。第１金属膜１２には、アルミニウム（Ａｌ）箔、Ｎｉ箔、コバール箔等の金属箔が用いられる。第２金属膜１４には、金（Ａｕ）等の金属膜や、チタン（Ｔｉ）−白金（Ｐｔ）−Ａｕ等の積層金属膜等が用いられる。
【００１６】
封止基板２２には、Ｓｉ基板等が用いられる。機能素子２０として、水晶共振素子、薄膜圧電共振素子（ＦＢＡＲ）、弾性表面波（ＳＡＷ）素子、ジャイロスコープ素子、加速度センサ素子等が用いられる。
【００１７】
実装基板１０表面側の貫通孔３０の直径（開口幅）Ｗａは、機能素子２０に対して望ましい接触抵抗を確保できる最小径以上であればよい。例えば、開口幅Ｗａは、約１μｍ〜約１００μｍ、望ましくは約５μｍ〜約５０μｍの範囲である。なお、図１及び図２では円形の貫通孔３０を示しているが、矩形であれば短辺を開口幅Ｗａと定義し、開口幅Ｗａを約１μｍ〜約１００μｍ、望ましくは約５μｍ〜約５０μｍの範囲とすればよい。また、楕円形であれば短径を開口幅Ｗａと定義し、開口幅Ｗａを約１μｍ〜約１００μｍ、望ましくは約５μ〜約５０μｍの範囲とすればよい。
【００１８】
開口幅Ｗａが１μｍより小さいと、貫通電極配線１５と電極パッド１１との間の接触抵抗が高くなる。開口幅Ｗａが１００μｍを越えると、第１金属膜１２による気密性の確保が困難となる。例えば、機能素子２０を不活性ガス中に封止する場合は、開口幅Ｗａは、約５０μｍ以下が望ましい。機能素子２０を約０．１Ｐａ以下の真空中に封止する場合は更に気密性が要求されるため、開口幅Ｗａは、約２０μｍ以下が望ましい。
【００１９】
また、実装基板１０裏面側の貫通孔３０の開口幅Ｗｂは、実装基板１０の厚さｔ１に対してｔ１／２〜ｔ１の範囲である。矩形の貫通孔３０であれば、短辺を開口幅Ｗｂと定義し、開口幅Ｗｂを実装基板１０の厚さｔ１に対してｔ１／２〜ｔ１の範囲にすればよい。楕円形の貫通孔３０であれば、短径を開口幅Ｗｂと定義し、開口幅Ｗｂを実装基板１０の厚さｔ１に対してｔ１／２〜ｔ１の範囲にすればよい。
【００２０】
第１導電膜１６には、窒化チタン（ＴｉＮ）−Ｃｕ等の積層膜が用いられる。第２導電膜１８には、Ａｕ等の金属が用いられる。第１及び第２導電膜１６、１８の総厚、即ち貫通電極配線１５の厚さｔ２は、実装基板１０の裏面側での貫通孔３０の開口幅Ｗｂの１／２よりも薄く選定される。好ましくは開口幅Ｗｂの１／３よりも薄く、更に好ましくは開口幅Ｗｂの１／４より薄くすればよい。実用的には、実装基板１０の厚さｔ１を約２００μｍ〜約１０００μｍとすれば、貫通孔３０の開口幅Ｗｂを約１００μｍ〜１０００μｍとし、貫通電極配線１５の厚さｔ２を約１μｍ〜約１００μｍとすればよい。
【００２１】
例えば、貫通孔に対する気密性を確保するため、通常は電解メッキ法等により貫通孔に金属を埋め込んで貫通電極が形成される。実装基板１０としてガラス基板を用いる場合、通常、サンドブラスト法によりガラス基板の裏面側から貫通孔の加工が行われる。サンドブラストの加工特性上、ガラス基板の裏面側の開口幅はガラス基板の厚さと同程度になる。このため、加工性を考慮して厚いガラス基板を用いると、貫通孔が大きくなる。したがって、ガラス基板を厚くするほど、メッキにより埋め込まれた貫通電極による貫通孔側壁への応力が増大する。その結果、ガラス基板に亀裂が生じ、気密性を確保することが困難となる。
【００２２】
図１〜図３に示した実装体では、貫通孔３０の側壁に第１導電膜１６及び第２導電膜１８を堆積して貫通電極配線１５を設けている。図３に示すように、貫通電極配線１５は、貫通孔３０の開口幅Ｗｂの１／２よりも薄いので貫通孔３０の内部は完全に埋め込まれず、空隙部を有する。このため、貫通電極配線１５に起因する応力も小さい。したがって、実装基板１０としてガラス基板を用いても、実装基板１０の亀裂を防止することができる。その結果、貫通電極配線１５形成の歩留まりを向上させることが可能となる。
【００２３】
また、実装基板１０の表面側の貫通孔３０の開口部は、陽極接合により実装基板１０に接合された第１金属膜１２により塞がれる。ここで、「陽極接合」とは、可動イオンを含むガラス材とＳｉ基板や金属箔とを重ね合わせ、常温又は加熱してＳｉ基板や金属箔を陽極として電圧を付加することにより接合させる方法である。貫通孔３０の開口幅Ｗｂは約１００μｍ以下と小さくしてあるため、接合された第１金属膜１２により気密性が確保される。更に、貫通孔３０の中に露出した第１金属膜１２面を補強するように、第１導電膜１６及び第２導電膜１８が堆積される。したがって、貫通孔３０に対する気密性を更に向上させることができる。
【００２４】
封止基板２２としては、例えばＳｉ基板が用いられる。Ｓｉ基板を用いた場合は、封止基板２２をガラス基板である実装基板１０に陽極接合により接合することができる。したがって、機能素子２０を気密性よく空隙３２に保持することが可能となる。
【００２５】
このように、図１〜図３に示した実装体によれば、実装基板１０の亀裂を防止して、機能素子２０を気密性よく封止することができる。その結果、実装体の製造歩留まりを向上させることが可能となる。
【００２６】
次に、図１〜図３に示した実装体の製造方法を、図４〜図９に示す断面図を用いて説明する。ここで、説明に使用する断面図には、図１に示したＡ−Ａ線に相当する断面が示されている。
【００２７】
（イ）図４に示すように、フォトリソグラフィ等によりガラス基板等の実装基板１０の裏面（図４において実装基板１０の下面）に直径が約１５０μｍの開口部を有するレジスト膜５０を形成する。レジスト膜５０をマスクとして、サンドブラスト等により裏面側の開口幅が約１５０μｍで、表面側の開口幅が約１０μｍのテーパ形状の側壁を有する貫通孔３０を形成する。テーパ角度θは、１０度〜３０度程度、好ましくは１５度〜２５度程度にするとよい。その後、レジスト膜５０を、剥離液等により除去する。
【００２８】
（ロ）図５に示すように、陽極接合等により実装基板１０の表面にＡｌ箔等の第１金属膜１２を接合する。陽極接合は、例えば、実装基板１０を約３００℃〜約４００℃に加熱して、第１金属膜１２に約４００Ｖ〜１０００Ｖの電圧を印加しながら真空中で実施される。
【００２９】
（ハ）図６に示すように、スパッタリングや化学気相成長（ＣＶＤ）等により、実装基板１０の裏面側から、例えばＴｉＮ膜及びＣｕ膜を順次堆積して第１導電膜１６を形成する。ＴｉＮ膜は、実装基板１０への密着性を向上させるために約１０ｎｍ〜約２０ｎｍの厚さで堆積される。Ｃｕ膜は、アンモニア（ＮＨ３）ガスをキャリアガスとして用いるＣＶＤにより、約２００ｎｍ〜約３００ｎｍの厚さで堆積される。
【００３０】
（ニ）図７に示すように、スパッタリング等により実装基板１０表面の第１金属膜１２上に、Ｔｉ、Ｐｔ、及びＡｕを順次堆積する。フォトリソグラフィ及び電解メッキ等により、第１金属膜１２上に堆積されたＡｕ膜及び第１導電膜１６それぞれの貫通孔３０を含む領域に、選択的にＡｕをメッキして第２金属膜１４及び第２導電膜１８を形成する。その後、フォトリソグラフィ及びエッチング等により第１金属膜１２及び第１導電膜１６を選択的に除去して、電極パッド１１及び貫通電極配線１５を形成する。
【００３１】
（ホ）図８に示すように、銀ペースト等の導電接着剤等により機能素子２０を第２金属膜１４上に実装する。なお、第２金属膜１４上に金バンプを設けて、機能素子２０を超音波を併用した熱圧着により、第２金属膜１４上に実装してもよい。
【００３２】
（ヘ）図９に示すように、凹部が設けられたＳｉ基板からなる封止基板２２を、真空中の陽極接合等により実装基板１０の表面に接合する。陽極接合の際に、封止基板２２の凹部を機能素子２０の位置にアライメントする。その結果、機能素子２０は、封止基板２２に設けられた凹部を空隙３２として、封止基板２２の内側に封止される。このようにして、図１〜図３に示した実装体が製造される。
【００３３】
上記の実装体の製造方法では、ＣＶＤ及びメッキ等により、貫通孔３０の側壁に総厚が貫通孔３０の裏面側の開口幅の１／２よりも薄い第１導電膜１６及び第２導電膜１８を堆積して貫通電極配線１５が形成される。貫通孔３０は埋め込まれていないので、貫通電極配線１５に起因する応力も小さい。したがって、実装基板１０としてガラス基板を用いても、実装基板１０の亀裂を防止することができる。また、貫通孔への埋め込みメッキに比べ、貫通電極配線１５の形成に要する時間を大幅に短縮することができる。その結果、貫通電極配線１５形成の歩留まり及び生産性を向上させることが可能となる。
【００３４】
また、実装基板１０の表面側の貫通孔３０の開口部は、陽極接合により実装基板１０に接合された第１金属膜１２により塞がれる。また、封止基板２２が、実装基板１０に陽極接合により接合される。したがって、機能素子２０を気密性よく空隙３２に封止することが可能となる。
【００３５】
このように、本発明の実施の形態に係る製造方法によれば、実装基板１０の亀裂を防止して、機能素子２０を気密性よく封止することができる。その結果、実装体の製造歩留まり及び生産性を向上させることが可能となる。
【００３６】
なお、封止基板２２としてＳｉ基板を用いて実装基板１０に陽極接合している。しかし、封止基板として、ガラス基板、セラミック基板等を用いてもよい。この場合、実装基板、あるいは封止基板のいずれかの接合面に、予めＡｌ等の金属膜を設けて陽極接合すればよい。
【００３７】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３８】
本発明の実施の形態においては、貫通孔３０として、表面側から裏面側に向かい開口断面面積が次第に広くなるようなテーパ形状の側壁を有する貫通孔を用いている。しかし、貫通孔３０として、実装基板１０の表面に垂直な断面において、任意の形状を有する貫通孔を用いてもよい。
【００３９】
例えば、図１０に示すように、表面側から裏面側に向かって垂直形状の側壁を有する貫通孔３０ａであってもよい。また、図１１に示すように、表面側から裏面側に向かって開口断面面積が狭くなるような逆テーパ形状の側壁を有する貫通孔３０ｂであってもよい。実装基板１０表面側の貫通孔３０の開口幅Ｗａは、垂直形状及び逆テーパ形状のいずれも、約１μｍ〜約１００μｍ、望ましくは約５μｍ〜約５０μｍの範囲が望ましい。
【００４０】
また、封止基板２２は、陽極接合により実装基板１０としてのガラス基板に接合される。しかし、封止基板にＡｕ等の金属接着層を設けて、熱圧着により実装基板に圧着してもよい。この場合、封止基板としてＳｉ基板に限定されず、Ｓｉ以外の半導体基板、セラミック等の絶縁基板等を用いてもよい。
【００４１】
また、本発明の実施の形態において、機能素子２０は、真空封止されているとして例示的に説明した。しかし、機能素子２０を不活性ガス等で封止してもよい。不活性ガスで封止する場合は、封止基板２２を不活性ガス中で陽極接合、あるいは熱圧着等により実装基板１０に接着すればよい。また、封止基板として樹脂基板や永久厚膜レジスト等を用いてもよい。
【００４２】
このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係る実装体の一例を示す上面概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る実装体の一例を示す底面概略図である。
【図３】図１に示した実装体のＡ−Ａ断面を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る実装体の製造方法の一例を示す断面図（その１）である。
【図５】本発明の実施の形態に係る実装体の製造方法の一例を示す断面図（その２）である。
【図６】本発明の実施の形態に係る実装体の製造方法の一例を示す断面図（その３）である。
【図７】本発明の実施の形態に係る実装体の製造方法の一例を示す断面図（その４）である。
【図８】本発明の実施の形態に係る実装体の製造方法の一例を示す断面図（その５）である。
【図９】本発明の実施の形態に係る実装体の製造方法の一例を示す断面図（その６）である。
【図１０】本発明のその他の実施の形態に係る実装体の一例を示す断面概略図である。
【図１１】本発明のその他の実施の形態に係る実装体の他の例を示す断面概略図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  実装基板
１１  電極パッド
１２  金属箔
１４  第１金属膜
１５  貫通電極
１６  導電膜
１８  第２金属膜
２０  機能素子
２２  封止基板
３０  貫通孔
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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