(57)【要約】【課題】基板が低コストな脆性材料で構成され、変形等の応力に強く、且つ、耐候性が高い、信頼性の良い電子デバイス及び当該電子デバイスの製造方法を提供する。【解決の手段】電子デバイス１を、ガラス基板１０と、ガラス基板１０の上面に設けられた内部配線３０と、ガラス基板１０上に実装され、内部配線３０と導通された電子部品５０と、一端が内部配線３０と連接された貫通電極２０と、ガラス基板１０の下面において、貫通電極２０の他端と離間する位置に形成された絶縁樹脂層７０と、絶縁樹脂層７０の周囲を覆い且つ貫通電極２０の他端と連接するように積層された導電樹脂層８０と、を備えて構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材料により形成された基板と、
前記基板の上下何れか一方の面に設けられた内部電極と、
前記基板上に実装され、前記内部電極と導通された電子部品と、
前記基板を上下に貫通し、一端が前記内部電極と連接された貫通電極と、
前記基板の前記内部電極の設けられた面と対抗する面において、前記貫通電極の他端と離間する位置に形成された絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層の周囲を覆い且つ前記貫通電極の他端と連接するように積層された導電樹脂層と、
を備えたことを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
前記導電樹脂層は、導電性のめっき層で覆われてな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】
前記めっき層は金めっきの層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】
前記基板に接合され、当該基板との接合面に前記電子部品を内部に収納するための凹部を有するカバー部を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電子デバイス。
【請求項５】
脆性材料により形成された基板に、当該基板を上下に貫通する貫通電極を形成する工程と、
前記貫通電極の一端と連接するように前記基板の上下何れか一方の面に内部電極を配置する工程と、
前記内部電極と導通するように前記基板へ電子部品を実装する工程と、
前記基板の前記内部電極が配置された面と対抗する面において、前記貫通電極の他端と離間する位置に絶縁樹脂層を形成する工程と、
前記絶縁樹脂層の周囲を覆い且つ前記貫通電極の他端と連接するように導電樹脂層を積層する工程と、
を備えたことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記導電樹脂層を、導電性のめっき層で覆う工程を備えることを特徴とする請求項５に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記めっき層は金めっきの層であ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】
１つの前記基板上に複数の電子デバイスを一括形成した後、前記電子デバイスを個片化する工程を備えることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記基板へ電子部品を実装した後、前記基板との接合面に前記電子部品を内部に収納するための凹部を有するカバー部を前記基板に接合する工程を備えることを特徴とする請求項５〜８の何れか一項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。ここで、上記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必要があるので、密封容器に入れることが望ましい。このようなパッケージ構造の例としては、後述の「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」などが知られている（特許文献１）。
【０００３】
この特許文献１に記載のパッケージは、ベースに水晶振動子片を納め、キャップを被せてなる電子デバイスにおいて、水晶振動子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、パッケージが構成されることを特徴とする。しかし、このパッケージは、ガラス−セラミック複合体であるため、１個のベースに水晶振動子片を載せ、キャップを被せることによる単品生産によってなるため、生産性が著しく低い。加えて、このパッケージは、ガラス−セラミック複合体の加工が難しいため、生産コストが嵩む。
【０００４】
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、一例として、後述の「電子部品パッケージ」などが知られている（特許文献２）。
【０００５】
図３を用いて特許文献２記載の電子部品パッケージの概要を説明する。図３によれば、本電子部品パッケージは、ガラス基板１００に貫通電極２００が形成され、貫通電極２００の周囲に開口部３００を有した絶縁樹脂層４００が形成される。さらに、本電子部品パッケージは、絶縁樹脂層４００に導電樹脂層５００が積層され、その導電樹脂層５００の外面に外部電極６００が積層された構造を備えるというものである。これにより、低コストであるガラス材を用いた基板で電子部品パッケージが構成されるので、電子回路基板に実装しても変形等の応力に強い電子部品を実現することができる。そのため、電子部品パッケージは、柔軟性があり優れた応力緩和特性をもつことができ、また、応力を緩和することによって、電子回路基板にはんだ付けした状態でも、ガラス基板に亀裂等が発生することを防止できるため、信頼性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３０２０３４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０３４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の電子部品パッケージには、絶縁樹脂層４００が周辺環境にさらされている（一部が外部へ露出している）ため、吸湿や乾燥が生じる結果、絶縁樹脂層４００が膨張収縮することで劣化するという課題がある。
【０００８】
本発明の課題は、基板が低コストな脆性材料で構成され、変形等の応力に強く、且つ、耐候性が高い、信頼性の良い電子デバイス及び当該電子デバイスの製造方法を提供することである。
【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。
請求項１に記載の発明は、電子デバイスであって、脆性材料により形成された基板と、前記基板の上下何れか一方の面に設けられた内部電極と、前記基板上に実装され、前記内部電極と導通された電子部品と、前記基板を上下に貫通し、一端が前記内部電極と連接された貫通電極と、前記基板の前記内部電極の設けられた面と対抗する面において、前記貫通電極の他端と離間する位置に形成された絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層の周囲を覆い且つ前記貫通電極の他端と連接するように積層された導電樹脂層と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子デバイスであって、前記導電樹脂層は、導電性のめっき層で覆われてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電子デバイスであって、前記めっき層は金めっきの層であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の電子デバイスであって、前記基板に接合され、当該基板との接合面に前記電子部品を内部に収納するための凹部を有するカバー部を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、電子デバイスの製造方法であって、脆性材料により形成された基板に、当該基板を上下に貫通する貫通電極を形成する工程と、前記貫通電極の一端と連接するように前記基板の上下何れか一方の面に内部電極を配置する工程と、前記内部電極と導通するように前記基板へ電子部品を実装する工程と、前記基板の前記内部電極が配置された面と対抗する面において、前記貫通電極の他端と離間する位置に絶縁樹脂層を形成する工程と、前記絶縁樹脂層の周囲を覆い且つ前記貫通電極の他端と連接するように導電樹脂層を積層する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の電子デバイスの製造方法であって、前記導電樹脂層を、導電性のめっき層で覆う工程を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の電子デバイスの製造方法であって、前記めっき層は金めっきの層であることを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項５から７のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法であって、１つの前記基板上に複数の電子デバイスを一括形成した後、前記電子デバイスを個片化する工程を備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、請求項５〜８の何れか一項に記載の電子デバイスの製造方法であって、前記基板へ電子部品を実装した後、前記基板との接合面に前記電子部品を内部に収納するための凹部を有するカバー部を前記基板に接合する工程を備えることを特徴とする。
【００１８】
ここで、脆性材料としてはシリコン、ガラスを採用する。これらは、セラミックス、特にパッケージとして頻繁に使用されるアルミナ、プラスチック、金属に比べて、低コストであるという利点がある。また、絶縁樹脂層と導電樹脂層とはスクリーン印刷法で形成される。また、基板に多数の電子部品と多数の外部電極とを一括に形成して、形成された電子デバイスを個片に分割することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電子デバイスは、貫通電極の他端側に絶縁樹脂層が形成される。つまり、本発明に係る電子デバイスは、柔軟性があり応力緩和特性を有するという絶縁樹脂の特性により、基板へ作用する応力に対して当該基板の破壊を抑制することができる。さらに、本発明に係る電子デバイスは、絶縁樹脂層が外部へ露出しないように、その絶縁樹脂層の周囲が導電樹脂層で覆われている。そのため、絶縁樹脂層に吸湿や乾燥が生じることを防止できるので、膨張収縮による劣化を防ぐことができる。
【００２０】
したがって、本発明は、基板が低コストな脆性材料で構成され、変形等の応力に強く、且つ、耐候性が高い、信頼性の良い電子デバイス及び当該電子デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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】従来例の電子デバイスの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施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、ガラス基板１０（基板）及びカバー６０（カバー部）で囲まれた外気と遮断された空洞部９０に電子部品５０が搭載されている。そして、電子部品５０は、実装部４０、内部配線３０（内部電極）、貫通電極２０を介して、絶縁樹脂層７０を覆うように形成された導電樹脂層８０と電気的に接続されている。
【００２３】
電子デバイス１は、電子部品５０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。なお、電子デバイス１は、水晶振動子に限らず、ＡＴカット水晶振動子、半導体回路、ＬＥＤ、各種センサなど、ガラス基板１０上に各種の電子部品５０を搭載可能な電子デバイスを含む。また、電子デバイス１は、電子部品５０としてＬＥＤなどを搭載する場合、カバー６０を有しなくてもよい。
【００２４】
ガラス基板１０は、ガラス材等の脆性材料で形成された板状の部材である。なお、脆性材料は、ガラス材に限らず、例えば、コンクリート、セラミックス、鋳鉄等であってよい。
【００２５】
カバー６０は、ガラス基板１０との対向面に凹部が形成されたガラス材である。そして、カバー６０の凹部とガラス基板１０の上面とは、カバー６０がガラス基板１０と接合された状態で、空洞部９０を形成する。ここで、カバー６０としては、ガラス製に限らず、例えば、電子デバイス１が圧力センサなどのＭＥＭＳデバイスの場合はシリコン製のもの等を用いることができる。また、カバー６０はアルミ製のものを用いることもできる。
【００２６】
内部配線３０は、金属膜で形成された空洞部９０内に配設された配線部材であり、金、銀、白金等の貴金属を使用して表面層が形成される。ここで、貴金属は、イオン化傾向が小さく、耐腐食性があるため、長期的劣化を抑えることができるので、電子デバイス１の信頼性を向上させることができる。また、内部配線３０は、金属拡散を防ぐための拡散防止層として、貴金属で形成された表面層の下地にニッケル等の金属層を形成しても良い。内部配線３０の形成方法には、スパッタ法が一般的な方法である。また、内部配線３０の形成方法にはめっき法を用いることもできる。
【００２７】
実装部４０は、内部配線３０と電子部品５０とを電気的に接続して、電子部品５０を支持する部材である。当該実装部４０は、例えば銀ペースト等の導電接着剤を用いることができる。ここで、内部配線３０と電子部品５０とは、実装部４０である銀ペースト等の導電接着剤を焼成して接合される。ただし、電子部品５０の構成によっては、実装部４０として導電接着剤を用いなくても良い。例えば、内部配線３０の最表面に金を使用した場合、電子部品５０上に形成した金バンプ（図示省略）を実装部４０として用いることができる。この場合、導電接着剤による接合の替わりに、電子部品５０上に形成した金バンプ（実装部４０）と内部配線３０の金膜とを熱圧着によって接合する金−金接合などを用いることができる。
【００２８】
貫通電極２０は、ガラス基板１０を上下にわたって貫通する貫通孔に形成された電極である。当該貫通電極２０は、Ａｇや、Ａｇ−Ｐｄ系の金属合金、ガラス・フリットで形成した厚膜ペーストを充填して焼成した厚膜電極、Ｆｅ−Ｎｉ合金、コバール合金、ジュメット線などの金属リードをガラス・フリットで封止した気密封止電極、あるいは、はんだやめっきなどにより金属封止したものなどで構成される。
【００２９】
絶縁樹脂層７０は、ガラス基板１０の表面（ガラス基板１０の内部配線３０の設けられた面と対抗する面）において、貫通電極２０の端部と離間する位置に形成された絶縁樹脂の層である。導電樹脂層８０は、絶縁樹脂層７０の周囲を覆うように且つ貫通電極２０の端部と連接するように積層された導電樹脂の層である。また、導電樹脂層８０の表面に積層される金めっきなどのめっき層（金属膜）は、ガラス基板１０に実装される端子としての外部電極９５として機能する。なお、絶縁樹脂層７０の絶縁樹脂と導電樹脂層８０の導電樹脂とは、ともにエポキシ樹脂を含んでいる。
【００３０】
ここで、絶縁樹脂は、柔軟性があり応力緩和特性を有するので、各種応力に対して、ガラス基板１０の破壊を抑制する利点がある。しかし、絶縁樹脂にはめっきで外部電極が形成できないという欠点がある。一方、導電樹脂は、めっきで外部電極が形成できる利点をもつ。ただし、導電樹脂は、絶縁樹脂より堅くて応力緩和特性が劣るという欠点を持つ。また、導電樹脂は、絶縁樹脂に比べて樹脂含有量が少ないため、ガラスとの密着性も劣る。
【００３１】
そこで、上記の通り、ガラス基板１０上に絶縁樹脂層７０を形成することで、絶縁樹脂層７０が、絶縁樹脂の高い応力緩和効果とガラス基板１０への密着性を発揮する。さらに、当該絶縁樹脂層７０を覆う導電樹脂層８０上に外部電極９５を形成しているので、導電樹脂のめっきで外部電極９５を容易に形成できる。また、絶縁樹脂層７０と導電樹脂層８０とは、上述の通りエポキシ樹脂を含んでいるため、強固に密着することができる。
【００３２】
以上により、絶縁樹脂と導電樹脂の密着性も利用できて、かつ、応力緩和効果と密着性にも優れた電極形成構造が得られる。なお、絶縁樹脂・導電樹脂共に、吸湿や乾燥によって膨張収縮する懸念があるが、本構造のように、外部電極９５として金めっきなどのめっきにより形成される金属膜を用いることで、吸湿や乾燥による膨張収縮を防ぐことができる。
【００３３】
ここで、絶縁樹脂層７０と導電樹脂層８０の層の厚さは、各樹脂層をスクリーン印刷で形成する場合、各々１０〜３０μｍ程度が望ましい。例えば、層の厚さが１０μｍ以下では、ガラス基板１０の応力を緩和することが難しくなる。また、各樹脂の層の厚さを３０μｍ以上に形成することは容易ではないので、生産コストが増加してしまう。以上示したように、絶縁樹脂層７０と導電樹脂層８０の層の厚さを各々１０μｍ〜３０μｍ程度にすることで、それぞれの樹脂層を安価に製造でき、かつ、応力緩和の効果の高い構造が得られる。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態に示す絶縁樹脂層と導電樹脂層との２層構造を有する構成は、絶縁樹脂単層、または、導電樹脂単層の構成に比べて、応力緩和特性が優れ、しかもガラス基板との密着性が非常に高い。さらに、導電樹脂を構成する合成樹脂と絶縁樹脂とがさまざまな組み合わせをとり得るため、本発明の２層構造を有する電極をもつ電子デバイス１は、高温多湿の環境や温度サイクルに対する信頼性が高い。
【００３５】
特に、一般的には、ガラスとの接着や温度サイクルなどを考慮した場合、導電樹脂に採用できる樹脂には制約がある。しかし、本実施形態の絶縁樹脂と導電樹脂の２層構造を採用することにより、さまざまな導電樹脂が使用できるようになる。
【００３６】
（電子デバイスの製造方法）
次に、電子デバイス１の製造方法について、図２を用いて説明する。図２は、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電子デバイスの製造方法を示す。なお、本願発明は、これに限定されず、はじめから個別パッケージで形成されてもよい。
【００３７】
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。
図２（ａ）は、ガラス基板１０に貫通孔を形成する工程を説明するための図である。ここで、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。
【００３８】
図２（ｂ）は、先の工程で形成した貫通孔へ貫通電極２０を形成する工程を説明するための図である。貫通電極２０には、Ａｇや、Ａｇ−Ｐｄ系の金属合金、ガラス・フリットで形成した厚膜ペーストを充填して焼成した厚膜電極、Ｆｅ−Ｎｉ合金、コバール合金、ジュメット線などの金属リードをガラス・フリットで封止した気密封止電極、あるいは、はんだやめっきなどにより金属封止したものなどが利用できる。
【００３９】
図２（ｃ）は、ベース基板１０の上下一方の面（図２（ｃ）の上面）に、貫通電極２０と電気的に導通するように内部配線３０を形成する工程を説明するための図である。ここで、内部配線３０は、スパッタ法、めっき法等を用いて形成する。
【００４０】
図２（ｄ）は、内部配線３０と電子部品５０とを実装部４０を介して、接続する電子部品接続工程を説明するための図である。ここで、内部配線３０と電子部品５０とを接続する実装部４０は、例えば銀ペースト等の導電接着剤を用いることができる。その場合、内部配線３０と電子部品５０とは、接続部である銀ペースト等の導電接着剤を焼成して接合される。また、電子部品５０の構成によっては、接続部として導電接着剤を用いなくても良い。例えば、内部配線３０の最表面に金を使用した場合、電子部品５０上に形成した金バンプを実装部４０として用いることができる。その場合、電子部品４０上に形成した金バンプと内部配線３０の金膜と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て接合することができる。
【００４１】
図２（ｅ）は、ガラス基板１０に搭載された電子部品５０を保護するため、凹部を設けたカバー６０をガラス基板１０と接合するキャップ接合工程を説明するための図である。この工程において、ガラス基板１０のカバーの凹部と対抗する面（上面）とカバー６０の凹部とで空洞部９０を形成する。これにより、空洞部９０に電子部品が設けられる。また、カバー６０の材質は、例えばシリコン、ガラス、アルミニウム等を用いることができ、接合方法や、真空度やコスト等などの電子部品５０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５０が水晶振動子片であり、ガラス基板１０とカバー６０との接合後に周波数調整をする場合には、カバー６０にはガラス製の部材を選択することが望ましい。また、接合方法として、例えば接着や陽極接合、金−金接合等を用いることができる。なお、ガラス基板１０側に凹部が形成されている場合、カバー６０に凹部を形成する必要はない。この場合、ガラス基板１０の凹部とカバー６０の当該凹部と対向する面とで空洞部が形成されるので、電子部品５０を当該空洞部に設ければよい。
【００４２】
図２（ｆ）は、ガラス基板１０の表面（内部配線３０を形成した面と対向する面）に絶縁樹脂層７０を形成する工程を説明するための図である。絶縁樹脂層７０は、スクリーン印刷によって形成する。このとき、絶縁樹脂層７０は、貫通電極２０の端部を蓋うと電気的に導通しなくなるため、貫通電極２０の端部上は開口するように（端部から間隔を隔てて）形成する。
【００４３】
図２（ｇ）は、絶縁樹脂層７０を覆うように導電樹脂層８０を形成し、導電樹脂層８０にめっきする工程を説明するための図である。ここで、導電樹脂層８０は、スクリーン印刷によって形成する。そして、導電樹脂層８０は、加熱して固化させた後、無電解めっきにより、ガラス基板１０との実装部となる外部電極９５を形成する。無電解めっきによる金属膜の最表面は金、銀、白金等の貴金属を使用する。
【００４４】
図２（ｈ）は、パッケージを個片化する工程を説明するための図である。すなわち、１つのガラス基板１０上に複数の電子デバイス１を一括形成した後、電子デバイス１を個片化する工程である。この工程において、カバー６０の材質によって個片化する方法は異なるが、例えば、ダイシング、またはレーザーカット法を用いることができる。
【００４５】
本発明の電子デバイスは、例えば、本発明の電子デバイスを発振子として用いた発振器又は時計、本発明の電子デバイスを計時部に備えた携帯情報機器、本発明の電子デバイスを時刻情報などの電波を受信部に備えた電波時計等の電子機器に用いることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１      電子デバイス
１０    ガラス基板
２０    貫通電極
３０    内部配線
４０    実装部
５０    電子部品
６０    カバー
７０    絶縁樹脂層
８０    導電樹脂層
９０    空洞部
９５    外部電極
１００  ガラス基板
２００  貫通電極
３００  開口部
４００  絶縁樹脂層
５００  導電樹脂層
６００  外部電極
【図１】
2013058689.tif 000003
【図２】
2013058689.tif 000004
【図３】
2013058689.tif 000005