電子部品とその製造方法
【課題】電子素子片とベース基板とを接合して構成される電子部品の外部電極への配線引出しと、両者の封止とを同時に一括作業で実現できるようにした電子部品とその製造方法を提供する。
【解決手段】ベース基板２４は、電子素子片２２に対向する位置に形成された貫通孔３２と、貫通孔３２を封止する封止部材３０とを有すると共に、封止部材３０が、貫通孔３２の電子素子片２２に対向する側の開口面を貫通して凸部３０Ａを形成する。電子素子片２２は、電子素子片２２の貫通孔３２に対向する主面に導電膜２８を有し、凸部３０Ａと導電膜２８とを接触させることによって接続しつつ、電子素子片２２とベース基板３０をその周囲でロウ材２６により接合する。ロウ材２６は予めその高さを貫通電極凸部３０Ａより高くしておき、貫通電極３０が素子側電極２８に接触するまでリフローによりロウ材２６を溶融し結合させる。
【解決手段】ベース基板２４は、電子素子片２２に対向する位置に形成された貫通孔３２と、貫通孔３２を封止する封止部材３０とを有すると共に、封止部材３０が、貫通孔３２の電子素子片２２に対向する側の開口面を貫通して凸部３０Ａを形成する。電子素子片２２は、電子素子片２２の貫通孔３２に対向する主面に導電膜２８を有し、凸部３０Ａと導電膜２８とを接触させることによって接続しつつ、電子素子片２２とベース基板３０をその周囲でロウ材２６により接合する。ロウ材２６は予めその高さを貫通電極凸部３０Ａより高くしておき、貫通電極３０が素子側電極２８に接触するまでリフローによりロウ材２６を溶融し結合させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子部品とその製造方法に係り、ウェハーとウェハー保持部材とをロウ材を用いて接合されてなる圧電振動子のような電子部品であって、ウェハーの端子電極と保持部材の端子との電気的接続の信頼性を向上させる構造を有する電子部品とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子として、振動片を形成する電子素子片とその保護部材とを積層構造として薄型化した構造のものが知られている。特許文献１には、従来例として、図１７にされるように、振動子用水晶１と保持用水晶２ａ、２ｂとを直接接合した構造の圧電振動子が提示されている。直接接合は鏡面研磨された水晶の主面を親水化（ＯＨ基化）して当接し、熱処理により原子間的結合で接合するようにしている。振動子用水晶１は平板として両主面に励振電極３ａ、３ｂを有すると共に、両端外周部に引出電極４ａ、４ｂを延出し、保持用水晶２ａ、２ｂは一部が振動子用水晶の両主面に対してそれぞれ対向する凹部を有するとともに、保持用水晶２ａ、２ｂの各々の前記凹部の薄肉部には貫通孔５ａ、５ｂを有し、当該貫通孔５ａ、５ｂに半田６などを埋設して封止するとともに、引出電極４ａ、４ｂに接続してこれを外表面に導出する構造が示されている。
【０００３】
しかし、特許文献１に示すような振動子用水晶１と保持用水晶２ａ、２ｂとを直接接合する構造のものでは、接合面を鏡面研磨して親水化処理する必要があるため生産効率が悪いという欠点がある。これを改善するために、特許文献２に示されるような圧電振動子が提案されている。
【０００４】
図１８−１９は特許文献２に提示されている圧電振動子の断面図と分解斜視図である。振動子用水晶１の両主面側に保持用水晶２ａ、２ｂを接合してなる三層構造の水晶振動子である。振動子用水晶１は中央領域の振動部８の周辺を厚肉の保持部９とし、保持部９の両端側には表裏面を貫く貫通孔１０ａ、１０ｂを形成する。振動部８の両主面には励振電極３ａ、３ｂを形成し、保持部９側に引出電極４ａ、４ｂを延出し、さらに貫通孔１０ａ、１０ｂの内周を経てそれぞれ反対面に延出する。両主面（保持部９）の外周には接合用下地電極１１ａ、１１ｂを形成する。これらは、クロム（Ｃｒ）を下地層として最表面層を金（Ａｕ）層とし、一体的に形成される。そして、保持部９の両主面の引出電極４ａ、４ｂ及び接合用下地電極１１ａ、１１ｂ上にはシリコン（Ｓｉ）及び金をスパッタしてＳｉ−Ａｕの共晶合金を形成する。引出電極４ａ、４ｂ部の共晶合金を第１電極接続部１２ａ、１２ｂとし、接合用下地電極１１ａ、１１ｂの共晶合金を第１接合部１３ａ、１３ｂとしている。
【０００５】
振動子用水晶の両主面外周の下地電極（Ｃｒ−Ａｕ）と、前記保持用水晶の対向する面の外周の下地電極（Ｃｒ−Ａｕ）とに形成した共晶合金（Ｓｉ−Ａｕ）１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄからなる接合部同士を当接させる。そして、前記共晶合金を３８５℃（水晶α−β転移温度５７３℃より低い温度）にて加熱溶融することにより接合する構造としたものである。下面側の保持用水晶２ｂには、振動子用水晶１の下面側の２箇所の第１電極接続部１２ｂに対応する両端側に貫通孔１４ａ、１４ｂを設け、この上面、内部、底面及び側面にクロム及び金の下地電極１５を形成し、例えば溶融ガラス１６を埋設して封止する。また、貫通孔１４ａ、１４ｂの上面側には、第１電極接続部１２ｂに対応してＳｉ−Ａｕの共晶合金を設けて、第２電極接続部１２ｃ、１２ｄとする。そして、側面及び底面の下地電極１５には、例えば金メッキをかけて実装電極７ａ、７ｂとした構造とされている。
【０００６】
このような特許文献２に記載の振動子では、振動子用水晶の両主面外周と保持用水晶の対向する面の外周に共晶合金を形成して、加熱溶融によってこれらを接合したので、生産性が良好となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１１９２６３号
【特許文献２】特開２００１−１１９２６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、先行文献１，２に開示の技術には、次のような問題があった。特許文献１に記載の技術では、外周部の直接接合部の接合と、貫通電極と引出電極４との接合とを同時に実施するため、接合信頼性を確保することは技術的に困難であるという問題があった。
【０００９】
特許文献２に記載の発明では、引出電極の電極接続部１２も共晶合金であるため、引出電極４への流れ込みが起こり、電極接続部１２において十分な接合強度が得られない問題があった。また、引出電極４の電極接続部１２と外周の接合用下地電極１１の第１接合部１３との高さが同じであるため、どちらかが接合不良となる可能性があるという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、上記課題を解決するためになされたものであって、接合型の圧電振動子のような電子機器において、積層される一方のウェハーと他方のウェハーとの間で貫通電極と引出電極との接合するに当たって、十分な接合強度が得られる構造を実現することを目的とする。また、ウェハー同士の接合と電極接続を一括加熱接合することで生産効率を向上させることができる電子機器の構造とその製造方法を提供することを目的とする。さらに、接合後、貫通電極とこれに接続される電極との接続信頼性の高い電子機器の構造と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】
【００１１】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
[適用例１] 電子素子片をベース基板上に搭載して形成される電子部品であって、前記ベース基板は、前記電子素子片に対向する位置に形成された貫通孔を有し、前記電子素子片は、前記電子素子片の前記貫通孔に対向する主面に導電膜を有し、前記貫通孔は封止部材により封止されると共に、当該封止部材が、前記貫通孔の前記電子素子片に対向する開口面を貫通して凸部を形成し、前記凸部と前記導電膜とが接触していることを特徴とする電子部品。
【００１２】
上記構成によれば、電子素子片をベース基板に搭載するに当たって、ベース基板に形成した貫通孔の封止部材凸部が電子素子片の導電膜に接触して外部端子に導くことができる。したがって、ベース基板に電子素子片を接合するだけで電子素子片の導電膜を外部端子へ引出すことができるので、外部端子への配線引き回しを接合と同時に行なわせることができるため、製造作業効率を向上させることができる。
【００１３】
[適用例２] 電子素子片の周縁部とベース基板の周縁部とをロウ材により接合したことを特徴とする適用例１に記載の電子部品。
この構成により、電子素子片とベース基板の接合後に、ロウ材の溶着後部分で両者同士が密着するように引っ張られるので、貫通孔の封止部材凸部は素子側導電膜に圧接され、電気的接続の信頼性が高い構造となる。
【００１４】
[適用例３] 電子素子片とベース基板との間に凸部の高さに相当するギャップを有していることを特徴とする適用例１または２に記載の電子部品。
ギャップの存在により、ウェハー同士の接合後に、ロウ材の溶着後部分でウェハー同士が密着するように引っ張られ、貫通電極凸部は素子側電極に圧接されて電気的接続の信頼性が向上する。
【００１５】
[適用例４] 前記貫通孔は電子素子片側の開口面の面積が他方の開口面に比べて大きくなるように断面がテーパー形状とされていることを特徴とする適用例１乃至３のいずれか１項に記載の電子部品。
【００１６】
貫通電極にテーパーを付すことにより、貫通孔の封止部材と素子側導電膜同士の接触で楔作用が働き、貫通孔の封止部材がベース基板から離脱分離することが防止されるので製品信頼性の高い構造とすることができる。素子側導電膜に接触される凸部を金バンプなどにより形成した場合でも、ロウ材の溶着力で金バンプ部分での接触状態を確保でき、電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００１７】
[適用例５] 前記ロウ材の受け側メタライズ面積をロウ材面積より広く形成してなることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
ロウ材の受け側の溶着面積をロウ材面積よりも大きくすることができるため、ロウ材溶着力が増大し、接合強度を確保できる上、導電膜接触部の電気的接続信頼性を高めることができる。
【００１８】
[適用例６] 前記凸部と電子素子片側電極との接触面には導電性接続層を介在させてなることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【００１９】
[適用例７] 電子素子片に導電膜を形成する工程と、ベース基板に貫通電極を形成する工程と、前記ベース基板の片面をエッチングすることにより前記貫通電極の他端側に電極凸部を露出形成する工程と、前記電子素子片またはベース基板の一方に接合用ロウ材を形成する工程と、前記電子素子片とベース基板とを接合して加熱し前記貫通電極を素子側導電膜に接触させた状態でロウ材を加圧溶着させる工程と、を含む電子部品の製造方法。
【００２０】
上記構成によれば、電子素子片とベース基板との積層構造に対し、ロウ材による封止と外部端子への引出しとを一括での加熱加圧接合により、同時に実現できるので、製造作業効率が向上する。
【００２１】
[適用例８] 前記ロウ材を形成する際、前記貫通電極凸部より高さを高く形成することを特徴とする適用例７に記載の電子部品の製造方法。
ロウ材の加熱を行なう際に、貫通電極凸部が素子側電極に突き当たるまで加圧すれば良く、過剰加圧がなく、ロウ材の余分な流出を防止できる。
【００２２】
[適用例９] 前記ロウ材の受け側には予めロウ材面積より広いメタライズ層を形成する工程を含むことを特徴とする適用例７に記載の電子部品の製造方法。
メタライズ層が広いため、ロウ材のフィレット面積を大きくでき、溶着力を確保することができる。これにより貫通電極凸部と素子側導電膜との接合強度を高く保つことができ、接続信頼性が増すものとなる。
【００２３】
[適用例１０] 電子素子片に導電膜を形成する工程と、ベース基板に貫通電極を形成する工程と、前記貫通電極の他端側に前記電子素子片側導電膜に対面する内部導電膜を形成するとともにこの内部導電膜にバンプを形成する工程と、前記電子素子片またはベース基板の一方に接合用ロウ材を形成する工程と、前記電子素子片とベース基板とを接合して加熱し前記バンプを素子側導電膜に接触させた状態でロウ材を加圧溶着させる工程と、を含む電子部品の製造方法。
【００２４】
貫通電極の位置と素子側電極の位置とが平面で変位していても、一括リフロー処理によりロウ材による封止と外部端子への配線引出しを同時に実現でき、製造作業効率を高くすることができる。
【００２５】
[適用例１１] 前記ロウ材を形成する際、前記バンプ高さより高く形成してなることを特徴とする適用例１０に記載の電子部品の製造方法。
当該構成により、バンプが素子側電極に突き当たるまで加圧すればよく、ロウ材の余分な流出が防止される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電子部品の積層前の状態を示す断面図である。
【図２】同第１実施形態に係る電子部品の積層工程を示す断面図である。
【図３】同第１実施形態のメタライズ部分の変形例に係る電子部品の積層工程を示す断面図である。
【図４】同第１実施形態のメタライズ部分のその他の変形例に係る電子部品の積層工程を示す断面図である。
【図５】本発明を適用した第２実施形態に係る三層積層型圧電振動子の積層前の状態を示す断面図である。
【図６】同第２実施形態に係る三層積層型電子部品の積層後の状態を示す断面図である。
【図７】第２実施形態に係る三層積層型圧電振動子の斜め上方から見た分解斜視図である。
【図８】第２実施形態に係る三層積層型圧電振動子の斜め下方から見た分解斜視図である。
【図９】第２実施形態に係る三層積層型圧電振動子の製造工程の説明図であり、第２カバーウェハーの製造工程である。
【図１０】同第１カバーウェハーの製造工程である。
【図１１】同振動子の製造工程とこれに続くカバーウェハーの積層工程である。
【図１２】本発明をＳＡＷ振動子に適用した第３実施形態に係る電子部品の断面図である。
【図１３】本発明を圧力センサーに適用した第４実施形態に係る電子部品の断面図である。
【図１４】本発明を絶対圧検出センサーに適用した第５実施形態に係る電子部品の断面図である。
【図１５】本発明を圧力センサーに適用した第６実施形態に係る電子部品の断面図である。
【図１６】電子素子片とベース基板との電気的接続をバンプにより接合する構造の電子部品に適用した電子機器の断面図である。
【図１７】従来例に係る積層型圧電振動子の断面図である。
【図１８】他の従来例に係る積層型圧電振動子の断面模式図である。
【図１９】図１２に示した従来例の積層型圧電振動子の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明に係る実施形態につき、図面を参照して、詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の一例に過ぎず、本願発明の要旨を逸脱しない範囲でそれらの構成要素を変更可能である。
【００２８】
図１〜２に本発明の原理図を示す。図は、本発明に係る電子部品の第１実施形態である積層型圧電振動子の接合部の要部断面図を示している。この例は、振動片を構成する電子素子片である素子ウェハーと、保護部材としてのベース基板であるカバーウェハーを積層した積層型圧電振動子として構成したものである。
【００２９】
図示のように、実施形態に係る積層型圧電振動子２０は、いずれも水晶からなる素子ウェハー２２とカバーウェハー２４を有し、カバーウェハー２４の周縁の枠部に形成された接合枠部にメタライズ層２５を形成した上で、そのメタライズ層２５に共晶合金からなるロウ材２６を設け、積層状態で加圧しつつ加熱することにより、このロウ材２６を融かしてウェハー同士を溶着接合するものとしている。これにより、カバーウェハー２４が薄い素子ウェハー２２の保護部材として機能する。
【００３０】
一方、素子ウェハー２２の表面部には、振動片部分を発振させるための励振電極に接続された導電膜としての引出し電極２８が延在し、カバーウェハー２４側にはカバーウェハー２４を貫通し上記引出し電極２８と電気的接続をなすと共に、カバーウェハー２４に設けた外部電極と電気的に接続された貫通電極３０が形成されている。貫通電極３０はカバーウェハー２４に穿設したスルーホール３２を封止するための封止部材であり、導電材料を埋め込んで形成している。この実施形態では、特に、カバーウェハー２４の片面（素子ウェハー２２との対面部側）を全体的にエッチングすることにより、カバーウェハー２４の一方の主面より突出した貫通電極凸部３０Ａを形成している。そして、図２に示しているように、この貫通電極凸部３０Ａの先端を素子ウェハー２２の引出し電極２８に突き当てるように接触させ（図２（ｂ））、加圧加熱処理することによりウェハー２２、２４同士をロウ材２６で溶着するのである（図２（ｃ））。
【００３１】
また、ロウ材２６は貫通電極３０の周囲に配置されるが、接合前のロウ材２６の高さ寸法Ｈは、前記貫通電極凸部３０Ａの高さｈよりも、高く設定している。これにより、ウェハー２２，２４を積層して加熱しつつ加圧することで、ロウ材２６が融けるが、貫通電極凸部３０Ａが引出し電極２８に当接することによりストッパーの役割をなさせるようにしている（図２（ｃ））。したがって、貫通電極３０の材料はロウ材２６の溶融温度では融けない材料を用いる。なお、ロウ材はＡｕ−Ｓｎなどの共晶金属で形成することができ、当該ロウ材は箔状であってもよい。
【００３２】
また、カバーウェハー２４の周縁の接合枠部には、前述したように、メタライズ層２５が形成されており、当該メタライズ層２５は、カバーウェハー２４との密着層となる下地層をＣｒ或いはＴｉで形成し、前記下地層の表面にロウ材との密着性に優れた密着層をＡｕで形成した積層構造となっている。更に、前記下地層と前記密着層との間に拡散防止層としてＰｔ、Ｐｄ或いはＮｉ、又はそれらの複合膜を形成すると下地層と密着層との拡散を防止することができる。
【００３３】
一方、前記ロウ材２６に対面している素子ウェハー２２のロウ材受け部にはメタライズ層３４が形成されている。このメタライズ層３４の面積は、前記ロウ材２６の断面積よりも広く形成している。これによりメタライズ層３４の領域までロウ材２６がフィレットを形成して接着面積が拡大した状態で溶着できるようにしている。
【００３４】
このように、導電材料を埋め込んでなる貫通電極３０が形成されたカバーウェハー２４において、片側の主面のみにフォトリソ・エッチング加工などを用いて、貫通電極３０の一部を突出させて凸部３０Ａを形成する。そして、カバーウェハー２４の外枠部のメタライズである接合面に形成されたロウ材２６を受ける側である素子ウェハー２２に形成すべきメタライズ層３４の面積は、ロウ材２６の断面積より広くしている。このような構成により、ウェハー同士の接合時に、ロウ材２６は融けて広がるとともに、ロウ材２６の高さは低くなるが、貫通電極凸部３０Ａが素子ウェハー２２の貫通電極受け側のメタライズ層３４と接触したところで、前記凸部３０Ａがストッパーの役目をするので、ロウ材２６の高さは凸部３０Ａの高さと同等になった時点で留まることになる。
【００３５】
したがって、この第１実施形態では、ウェハー２２，２４を一括して加熱加圧接合することにより、積層ウェハーの接合と外部端子への電極引出しとを同時に実現できるので、製造作業効率を向上させることができる。
【００３６】
また、貫通電極凸部３０Ａの高さｈに相当するギャップをウェハー２２，２４間に形成されている構成となっているため、ウェハー２２，２４同士の接合後に、ロウ材２６の溶着部分でウェハー同士が密着するように引っ張られた状態となるので、貫通電極凸部３０Ａを引出し電極２８に突き当てた状態で電気的接続を図っても、貫通電極凸部３０Ａは引出し電極２８に圧接され、電気的接続の信頼性が高い構造となる。
【００３７】
更に、メタライズ層が広いため、ロウ材のフィレット面積を大きくでき、溶着力を確保することができる。これにより貫通電極凸部と素子側電極との接合強度を高く保つことができ、接続信頼性が増すものとなる。
【００３８】
ここで、カバーウェハー２４の外枠部のメタライズ層２５の幅：Ｌｐ、素子ウェハー２２に形成すべきメタライズ層３４の幅：Ｌｓ、ロウ材の幅：Ｌａとしたとき、これらの関係が図２に示す実施形態では、Ｌｐ＜Ｌｓ、Ｌａ＜Ｌｓ、Ｌａ≦Ｌｐの関係を満足するように構成することによって、素子ウェハー２２のメタライズ層３４の領域一杯までロウ材２６がフィレットを形成して接着面積が拡大した状態で溶着できるが、図３に示す実施形態のように、Ｌｓ＜Ｌｐ、Ｌａ＜Ｌｐ、Ｌａ≦Ｌｓの関係を満足するように構成しても良いし、図４に示す実施形態のように、Ｌａ＜Ｌｓ、Ｌａ＜Ｌｐの関係を満足するように構成しても良い。
【００３９】
図５−８には、本発明に係る電子部品の第２実施形態を示している。なお、図５−６と図７−８とは電子部品の上下が反対に示されている。この第２実施形態は、三層積層型圧電振動子４０に適用したもので、中央に素子ウェハー４２を配置し、これを一対の第１カバーウェハー４４Ａおよび第２カバーウェハー４４Ｂにより挟み込み、振動片部分を内包させている。ウェハー４２，４４はいずれも水晶から形成されている。素子ウェハー４２は、図７−８に示されるように、中央領域に圧電振動片４６を形成し、その周囲を矩形枠部４８にて取り囲むように形成されている。圧電振動片４６は矩形枠部４８と一対の脚部５０を介して連結された薄肉片であり、両面に励振電極５２Ａ，５２Ｂが設けられている。そして、励振電極５２Ａ，５２Ｂの引出し配線５４Ａ，５４Ｂが脚部５０，枠部４８を利用して引き回され、図８に示されるように、裏面側における矩形枠部４８の対角線上の一対のコーナー部分の引出し電極５６Ａ，５６Ｂまでそれぞれ延在させている。
【００４０】
一方、素子ウェハー４２に積層される第１カバーウェハー４４Ａと、第２カバーウェハー４４Ｂは素子ウェハー４２と同サイズの矩形に形成された水晶ウェハーであり、素子ウェハー４２の矩形枠部４８との対面部に封止用の共晶金属からなるロウ材５８をメッキしている。素子ウェハー４２の矩形枠部４８側には、メタライズ層６０が形成され、ロウ材５８との溶着性を確保している。このとき、メタライズ層６０の面積は、図１に示した第１実施形態の場合と同様に、ロウ材５８の面積より大きく形成しておき、溶着後の結合強度が大きくなるように調整している。
【００４１】
ところで、前記素子ウェハー４２に形成された引出し電極５６（５６Ａ，５６Ｂ）に対面する側の第２カバーウェハー４４Ｂには、引出し電極５６との対面部にスルーホール６２を形成し、ここに導電性材量を埋め込んだ貫通電極６４を形成している（図５−６と図７−８では第２カバーウェハー４４Ｂは上下反対に示されている）。そして、この実施形態では、前記ロウ材５８をメッキする前に貫通電極６４を形成しておき、第２カバーウェハー４４Ｂの片面を全面的にエッチングすることにより、貫通電極６４の一部を突出状態としておき（貫通電極凸部６４Ａ）、その後にロウ材５８を周辺部にメッキ付けするようにしている。そのとき、接合前のロウ材５８の高さ寸法Ｈは、前記貫通電極凸部６４Ａの高さｈよりも、高く設定している。これにより、ウェハー４２，４４Ａ，４４Ｂを積層して加熱しつつ加圧することで、ロウ材５８が融けるが、貫通電極凸部６４Ａが引出し電極５６に当接することによりストッパーの役割をなさせるようにしているのは第１実施形態の場合と同様である。
【００４２】
また、第２カバーウェハー４４Ｂの外面には、前記貫通電極６４と電気的に接続される外部端子６６Ａ，６６Ｂが形成されている。
このように素子ウェハー４２，カバーウェハー４４に電極や配線パターン、ロウ付けなどを行なった上で、図５に示すように、素子ウェハー４２を間に挟んで上下両面からカバーウェハー４４により挟み込み、加圧しながら加熱することで、ロウ材５８は融けて広がるとともに、ロウ材５８の高さは低くなるが、貫通電極凸部６４Ａが素子ウェハー４２の貫通電極受け側のメタライズ層６０と接触したところで、前記凸部６４Ａがストッパーの役目をするので、ロウ材５８の高さは凸部６４Ａの高さと同等になった時点で留まることになる。したがって、この第２実施形態では、３枚のウェハー４２，４４を一括して加熱加圧接合することにより、積層ウェハーの接合と外部端子への電極引出しとを同時に実現できるので、製造作業効率を向上させることができる。
【００４３】
図９−１１に上記第２実施形態に係る三層積層型圧電振動子４０の製造工程を示す。図９は第２カバーウェハー４４Ｂの製造工程であり、図１０は第１カバーウェハー４４Ａの製造工程を示している。第２カバーウェハー４４Ｂは、素材の水晶基板を準備し（工程１）、スルーホール６２を形成する（工程２）。スルーホール６２はブラスト、レーザー、プラズマ、ウェットエッチングなどを用いて穿孔すればよい。また、スルーホール６２はテーパー形状に形成し、ウェハーの接合時に貫通電極６４が抜け落ちないように形成することが望ましい。次いで、スルーホール６２の内面に下地材を設ける（工程３）。下地材としてはＡｕ／ＣｒやＴｉなどを用い、スパッタで形成すればよい。その後、スルーホール６２内に導電性材料をメッキ充填し、貫通電極６４を形成する（工程４）。そして、ウェハー研磨を行なった後に、貫通電極６４の小径側が開口しているウェハー面に外部端子６６（６６Ａ、６６Ｂ）を形成する（工程５）。次に、貫通電極６４の大径側が露出しているウェハー片面の全面をエッチング処理し、ウェハー表面に貫通電極凸部６４Ａを突出形成する（工程６）。そして、接合部となるウェハー周縁の接合枠部はメタライズを形成し、当該メタライズは、前記ウェハーとの密着層となる下地層をＣｒ或いはＴｉで形成し、前記下地層の表面にロウ材との密着性に優れた密着層をＡｕで形成した積層構造とする。更に貫通電極凸部６４Ａの表面には下地膜としてＣｒやＴｉ、Ｎｉなどを密着層として形成し、必要に応じて最上層に酸化防止としてＡｕ膜を形成してもよい。Ａｕ／ＣｒやＴｉ等をスパッタにより下地材として膜形成する（工程７）。最終的に、ウェハー４４Ｂの周縁部の下地層の部分に共晶金属として前述のように例えばＡｕ／Ｓｎなどのロウ材５８を電解メッキして第２ウェハー４４Ｂとする（工程８）。一方、第１ウェハー４４Ａは、図８に示すように、素材水晶を準備し、その一方の面の周縁部にロウ材５８をメッキすればよい（工程１，２）。もちろん、ロウ材５８の形成部分には下地材を形成しておくのは第２カバーウェハー４４Ｂと同様である。尚、ロウ材の形成にあたっては、メッキに限らず箔状のものを貼り付けても良い。
【００４４】
図１１には素子ウェハー４２の製造工程と、これにカバーウェハー４４Ａ、４４Ｂを積層する工程を示している。すなわち、素材水晶を準備し（工程１）、圧電振動部となるように中央領域を薄肉化するエッチングを行なって逆メサを形成する（工程２）。そして素子の外形を形成すべく振動片４６と矩形枠部４８とを形成する（工程３）。そして、振動片４６の主面部に励振電極５２、引出し配線５４、引出し電極５６、並びにロウ材接合用のメタライズ層６０を形成する（工程４）。そして、振動片４６の周波数調整を行い（工程５）、図９、１０の工程で形成した第１カバーウェハー４４Ａ，第２カバーウェハー４４Ｂを積層し、加圧しつつ加熱することでロウ材５８を溶融し、貫通電極凸部６４Ａが素子側引出し電極５６Ａ、５６Ｂと当接させる（工程６）。このとき、第２カバーウェハー４４Ｂの貫通電極凸部６４Ａと引出し電極５６Ａ、５６Ｂとの接合性を向上させるために、貫通電極凸部６４Ａの表面をプラズマ活性化、ＵＶ活性化、あるいはオゾン活性化処理を予め行うようにしてもよい。また、これらの接合部に導電性接続層を介在させるようにしてもよい。このようにすることで、接続信頼性を確保することができる。そして、冷却することでロウ材５８の固化を行なって製品を完成させる（工程７）。
【００４５】
このように、本実施形態では、３枚接合振動子の封止部において、導電性材を埋め込んだ貫通電極付きベース基板の片側主面のみをフォトリソ・エッチング加工などを用いて、貫通電極凸部を形成し、ベース基板の接合枠部にロウ材をメッキする。ロウ材は貫通電極凸部より高く形成させる。そして、電子素子片のロウ材受け側メタライズの面積はロウ材面積よりも広くする。接合時に加熱加圧させるとロウ材が溶解し、凸部が当接して電気的接続が行われる。その後、冷却して封止と外部への配線の引き出しが同時に完了することとなる。
【００４６】
このため、本実施形態によれば、封止と外部端子への配線引出とを、ウェハー一括で加熱加圧接合により、同時に実現することができるので、作業効率が上がる。そして、接合後、貫通電極凸部は常にロウ材に引っ張られた状態になるので、接続信頼性が向上する。
【００４７】
図１２−１５には、本発明の応用例を示している。図１２はＳＡＷ振動子７０への応用例を示す第３実施形態に係る電子部品素子の断面図である。素子ウェハー７２はその主面にＩＤＴ電極７４が形成されたＳＡＷ振動片を備え、そのＩＤＴ電極形成面に対面するように、カバーウェハー７６を積層した二層積層型としたものである。カバーウェハー７６は第２実施形態に用いた第２カバーウェハー４４Ｂと同様な構造とすればよい。
【００４８】
図１３は本発明を圧力センサー８０に適用した第４実施形態に係る電子部品の断面図である。この応用例では、ダイアフラム８２とカバーウェハー８４とをロウ材接合する二層積層型として構成されている。ダイアフラム８２とベース基板８４の対面部に電極８６、８８を形成し、圧力を受けて撓むダイアフラムの変位を静電容量の変化として捉えるようにしたものである。内部空間に配置された電極８６、８８の引出し電極を外部に引き出すための貫通電極部分を本発明と同様に電極凸部と電極８６との突き当たり接合構造としている。
【００４９】
図１４は本発明を絶対圧検出センサーに適用した第５実施形態に係る電子機器の断面図である。図１３に示した二層積層型の圧力センサーを三層積層型圧力センサー９０として構成したものである。図１３の圧力センサーに第３のベース基板９２を積層したものである。
【００５０】
また、図１５に示すように、感圧素子としての双音叉振動子７０５の２本の柱状ビームに形成した励振電極７０１と、前記励振電極７０１に接続された引き出し電極（第１引き出し電極７０２、第２引き出し電極７０３）とを有する感圧素子片７７２を、ダイアフラム７０４の受圧面７０４ａとは反対側の内側の主面７０４ｂ上に形成した支持部７０６に搭載された圧力センサーにも適用できる。
【００５１】
図１６は第７実施形態を示しており、バンプ介在型の三層積層型圧電振動子１００として形成したものである。電子素子片１０２に形成した電極１０４と、ベース基板１０６側に形成した外部端子接続用の電極１０８とを設け、前記外部接続用電極１０８と素子側電極１０４とを金バンプ１１０を介在して突き当てによって接続している。外部接続用電極１０８はベース基板１０６に形成した貫通電極１１２で外部端子１１４に接続されているが、バンプ１１０と貫通電極１１２とは平面位置がずれており、両者を外部接続用電極１０８で接続している。そして、前記ウェハー１０２、１０６並びに上面ベース基板１１６同士をその周囲でロウ材１１８により接合している。
【００５２】
素子側電極に突き当てられる電極を金バンプなどにより形成した場合でも、ロウ材の溶着力で金バンプ部分での突き当て状態を確保でき、電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５３】
２０………積層型圧電振動子、２２………電子素子片、２４………ベース基板、２６………ロウ材、２８………引出し電極、３０………貫通電極、３０Ａ………貫通電極凸部、３２………スルーホール、３４………メタライズ層、４０………三層積層型圧電振動子、４２………電子素子片、４４Ａ、４４Ｂ………第１、第２ベース基板、４６………圧電振動片、４８………矩形枠部、５０………脚部、５２Ａ、５２Ｂ………励振電極、５４Ａ、５４Ｂ………引出し配線、５６Ａ、５６Ｂ………引出し電極、５８………ロウ材、６０………メタライズ層、６２………スルーホール、６４………貫通電極、６４Ａ………貫通電極凸部、６６Ａ、６６Ｂ………外部端子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子部品とその製造方法に係り、ウェハーとウェハー保持部材とをロウ材を用いて接合されてなる圧電振動子のような電子部品であって、ウェハーの端子電極と保持部材の端子との電気的接続の信頼性を向上させる構造を有する電子部品とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子として、振動片を形成する電子素子片とその保護部材とを積層構造として薄型化した構造のものが知られている。特許文献１には、従来例として、図１７にされるように、振動子用水晶１と保持用水晶２ａ、２ｂとを直接接合した構造の圧電振動子が提示されている。直接接合は鏡面研磨された水晶の主面を親水化（ＯＨ基化）して当接し、熱処理により原子間的結合で接合するようにしている。振動子用水晶１は平板として両主面に励振電極３ａ、３ｂを有すると共に、両端外周部に引出電極４ａ、４ｂを延出し、保持用水晶２ａ、２ｂは一部が振動子用水晶の両主面に対してそれぞれ対向する凹部を有するとともに、保持用水晶２ａ、２ｂの各々の前記凹部の薄肉部には貫通孔５ａ、５ｂを有し、当該貫通孔５ａ、５ｂに半田６などを埋設して封止するとともに、引出電極４ａ、４ｂに接続してこれを外表面に導出する構造が示されている。
【０００３】
しかし、特許文献１に示すような振動子用水晶１と保持用水晶２ａ、２ｂとを直接接合する構造のものでは、接合面を鏡面研磨して親水化処理する必要があるため生産効率が悪いという欠点がある。これを改善するために、特許文献２に示されるような圧電振動子が提案されている。
【０００４】
図１８−１９は特許文献２に提示されている圧電振動子の断面図と分解斜視図である。振動子用水晶１の両主面側に保持用水晶２ａ、２ｂを接合してなる三層構造の水晶振動子である。振動子用水晶１は中央領域の振動部８の周辺を厚肉の保持部９とし、保持部９の両端側には表裏面を貫く貫通孔１０ａ、１０ｂを形成する。振動部８の両主面には励振電極３ａ、３ｂを形成し、保持部９側に引出電極４ａ、４ｂを延出し、さらに貫通孔１０ａ、１０ｂの内周を経てそれぞれ反対面に延出する。両主面（保持部９）の外周には接合用下地電極１１ａ、１１ｂを形成する。これらは、クロム（Ｃｒ）を下地層として最表面層を金（Ａｕ）層とし、一体的に形成される。そして、保持部９の両主面の引出電極４ａ、４ｂ及び接合用下地電極１１ａ、１１ｂ上にはシリコン（Ｓｉ）及び金をスパッタしてＳｉ−Ａｕの共晶合金を形成する。引出電極４ａ、４ｂ部の共晶合金を第１電極接続部１２ａ、１２ｂとし、接合用下地電極１１ａ、１１ｂの共晶合金を第１接合部１３ａ、１３ｂとしている。
【０００５】
振動子用水晶の両主面外周の下地電極（Ｃｒ−Ａｕ）と、前記保持用水晶の対向する面の外周の下地電極（Ｃｒ−Ａｕ）とに形成した共晶合金（Ｓｉ−Ａｕ）１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄからなる接合部同士を当接させる。そして、前記共晶合金を３８５℃（水晶α−β転移温度５７３℃より低い温度）にて加熱溶融することにより接合する構造としたものである。下面側の保持用水晶２ｂには、振動子用水晶１の下面側の２箇所の第１電極接続部１２ｂに対応する両端側に貫通孔１４ａ、１４ｂを設け、この上面、内部、底面及び側面にクロム及び金の下地電極１５を形成し、例えば溶融ガラス１６を埋設して封止する。また、貫通孔１４ａ、１４ｂの上面側には、第１電極接続部１２ｂに対応してＳｉ−Ａｕの共晶合金を設けて、第２電極接続部１２ｃ、１２ｄとする。そして、側面及び底面の下地電極１５には、例えば金メッキをかけて実装電極７ａ、７ｂとした構造とされている。
【０００６】
このような特許文献２に記載の振動子では、振動子用水晶の両主面外周と保持用水晶の対向する面の外周に共晶合金を形成して、加熱溶融によってこれらを接合したので、生産性が良好となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１１９２６３号
【特許文献２】特開２００１−１１９２６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、先行文献１，２に開示の技術には、次のような問題があった。特許文献１に記載の技術では、外周部の直接接合部の接合と、貫通電極と引出電極４との接合とを同時に実施するため、接合信頼性を確保することは技術的に困難であるという問題があった。
【０００９】
特許文献２に記載の発明では、引出電極の電極接続部１２も共晶合金であるため、引出電極４への流れ込みが起こり、電極接続部１２において十分な接合強度が得られない問題があった。また、引出電極４の電極接続部１２と外周の接合用下地電極１１の第１接合部１３との高さが同じであるため、どちらかが接合不良となる可能性があるという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、上記課題を解決するためになされたものであって、接合型の圧電振動子のような電子機器において、積層される一方のウェハーと他方のウェハーとの間で貫通電極と引出電極との接合するに当たって、十分な接合強度が得られる構造を実現することを目的とする。また、ウェハー同士の接合と電極接続を一括加熱接合することで生産効率を向上させることができる電子機器の構造とその製造方法を提供することを目的とする。さらに、接合後、貫通電極とこれに接続される電極との接続信頼性の高い電子機器の構造と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】
【００１１】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
[適用例１] 電子素子片をベース基板上に搭載して形成される電子部品であって、前記ベース基板は、前記電子素子片に対向する位置に形成された貫通孔を有し、前記電子素子片は、前記電子素子片の前記貫通孔に対向する主面に導電膜を有し、前記貫通孔は封止部材により封止されると共に、当該封止部材が、前記貫通孔の前記電子素子片に対向する開口面を貫通して凸部を形成し、前記凸部と前記導電膜とが接触していることを特徴とする電子部品。
【００１２】
上記構成によれば、電子素子片をベース基板に搭載するに当たって、ベース基板に形成した貫通孔の封止部材凸部が電子素子片の導電膜に接触して外部端子に導くことができる。したがって、ベース基板に電子素子片を接合するだけで電子素子片の導電膜を外部端子へ引出すことができるので、外部端子への配線引き回しを接合と同時に行なわせることができるため、製造作業効率を向上させることができる。
【００１３】
[適用例２] 電子素子片の周縁部とベース基板の周縁部とをロウ材により接合したことを特徴とする適用例１に記載の電子部品。
この構成により、電子素子片とベース基板の接合後に、ロウ材の溶着後部分で両者同士が密着するように引っ張られるので、貫通孔の封止部材凸部は素子側導電膜に圧接され、電気的接続の信頼性が高い構造となる。
【００１４】
[適用例３] 電子素子片とベース基板との間に凸部の高さに相当するギャップを有していることを特徴とする適用例１または２に記載の電子部品。
ギャップの存在により、ウェハー同士の接合後に、ロウ材の溶着後部分でウェハー同士が密着するように引っ張られ、貫通電極凸部は素子側電極に圧接されて電気的接続の信頼性が向上する。
【００１５】
[適用例４] 前記貫通孔は電子素子片側の開口面の面積が他方の開口面に比べて大きくなるように断面がテーパー形状とされていることを特徴とする適用例１乃至３のいずれか１項に記載の電子部品。
【００１６】
貫通電極にテーパーを付すことにより、貫通孔の封止部材と素子側導電膜同士の接触で楔作用が働き、貫通孔の封止部材がベース基板から離脱分離することが防止されるので製品信頼性の高い構造とすることができる。素子側導電膜に接触される凸部を金バンプなどにより形成した場合でも、ロウ材の溶着力で金バンプ部分での接触状態を確保でき、電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００１７】
[適用例５] 前記ロウ材の受け側メタライズ面積をロウ材面積より広く形成してなることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
ロウ材の受け側の溶着面積をロウ材面積よりも大きくすることができるため、ロウ材溶着力が増大し、接合強度を確保できる上、導電膜接触部の電気的接続信頼性を高めることができる。
【００１８】
[適用例６] 前記凸部と電子素子片側電極との接触面には導電性接続層を介在させてなることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【００１９】
[適用例７] 電子素子片に導電膜を形成する工程と、ベース基板に貫通電極を形成する工程と、前記ベース基板の片面をエッチングすることにより前記貫通電極の他端側に電極凸部を露出形成する工程と、前記電子素子片またはベース基板の一方に接合用ロウ材を形成する工程と、前記電子素子片とベース基板とを接合して加熱し前記貫通電極を素子側導電膜に接触させた状態でロウ材を加圧溶着させる工程と、を含む電子部品の製造方法。
【００２０】
上記構成によれば、電子素子片とベース基板との積層構造に対し、ロウ材による封止と外部端子への引出しとを一括での加熱加圧接合により、同時に実現できるので、製造作業効率が向上する。
【００２１】
[適用例８] 前記ロウ材を形成する際、前記貫通電極凸部より高さを高く形成することを特徴とする適用例７に記載の電子部品の製造方法。
ロウ材の加熱を行なう際に、貫通電極凸部が素子側電極に突き当たるまで加圧すれば良く、過剰加圧がなく、ロウ材の余分な流出を防止できる。
【００２２】
[適用例９] 前記ロウ材の受け側には予めロウ材面積より広いメタライズ層を形成する工程を含むことを特徴とする適用例７に記載の電子部品の製造方法。
メタライズ層が広いため、ロウ材のフィレット面積を大きくでき、溶着力を確保することができる。これにより貫通電極凸部と素子側導電膜との接合強度を高く保つことができ、接続信頼性が増すものとなる。
【００２３】
[適用例１０] 電子素子片に導電膜を形成する工程と、ベース基板に貫通電極を形成する工程と、前記貫通電極の他端側に前記電子素子片側導電膜に対面する内部導電膜を形成するとともにこの内部導電膜にバンプを形成する工程と、前記電子素子片またはベース基板の一方に接合用ロウ材を形成する工程と、前記電子素子片とベース基板とを接合して加熱し前記バンプを素子側導電膜に接触させた状態でロウ材を加圧溶着させる工程と、を含む電子部品の製造方法。
【００２４】
貫通電極の位置と素子側電極の位置とが平面で変位していても、一括リフロー処理によりロウ材による封止と外部端子への配線引出しを同時に実現でき、製造作業効率を高くすることができる。
【００２５】
[適用例１１] 前記ロウ材を形成する際、前記バンプ高さより高く形成してなることを特徴とする適用例１０に記載の電子部品の製造方法。
当該構成により、バンプが素子側電極に突き当たるまで加圧すればよく、ロウ材の余分な流出が防止される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電子部品の積層前の状態を示す断面図である。
【図２】同第１実施形態に係る電子部品の積層工程を示す断面図である。
【図３】同第１実施形態のメタライズ部分の変形例に係る電子部品の積層工程を示す断面図である。
【図４】同第１実施形態のメタライズ部分のその他の変形例に係る電子部品の積層工程を示す断面図である。
【図５】本発明を適用した第２実施形態に係る三層積層型圧電振動子の積層前の状態を示す断面図である。
【図６】同第２実施形態に係る三層積層型電子部品の積層後の状態を示す断面図である。
【図７】第２実施形態に係る三層積層型圧電振動子の斜め上方から見た分解斜視図である。
【図８】第２実施形態に係る三層積層型圧電振動子の斜め下方から見た分解斜視図である。
【図９】第２実施形態に係る三層積層型圧電振動子の製造工程の説明図であり、第２カバーウェハーの製造工程である。
【図１０】同第１カバーウェハーの製造工程である。
【図１１】同振動子の製造工程とこれに続くカバーウェハーの積層工程である。
【図１２】本発明をＳＡＷ振動子に適用した第３実施形態に係る電子部品の断面図である。
【図１３】本発明を圧力センサーに適用した第４実施形態に係る電子部品の断面図である。
【図１４】本発明を絶対圧検出センサーに適用した第５実施形態に係る電子部品の断面図である。
【図１５】本発明を圧力センサーに適用した第６実施形態に係る電子部品の断面図である。
【図１６】電子素子片とベース基板との電気的接続をバンプにより接合する構造の電子部品に適用した電子機器の断面図である。
【図１７】従来例に係る積層型圧電振動子の断面図である。
【図１８】他の従来例に係る積層型圧電振動子の断面模式図である。
【図１９】図１２に示した従来例の積層型圧電振動子の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明に係る実施形態につき、図面を参照して、詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の一例に過ぎず、本願発明の要旨を逸脱しない範囲でそれらの構成要素を変更可能である。
【００２８】
図１〜２に本発明の原理図を示す。図は、本発明に係る電子部品の第１実施形態である積層型圧電振動子の接合部の要部断面図を示している。この例は、振動片を構成する電子素子片である素子ウェハーと、保護部材としてのベース基板であるカバーウェハーを積層した積層型圧電振動子として構成したものである。
【００２９】
図示のように、実施形態に係る積層型圧電振動子２０は、いずれも水晶からなる素子ウェハー２２とカバーウェハー２４を有し、カバーウェハー２４の周縁の枠部に形成された接合枠部にメタライズ層２５を形成した上で、そのメタライズ層２５に共晶合金からなるロウ材２６を設け、積層状態で加圧しつつ加熱することにより、このロウ材２６を融かしてウェハー同士を溶着接合するものとしている。これにより、カバーウェハー２４が薄い素子ウェハー２２の保護部材として機能する。
【００３０】
一方、素子ウェハー２２の表面部には、振動片部分を発振させるための励振電極に接続された導電膜としての引出し電極２８が延在し、カバーウェハー２４側にはカバーウェハー２４を貫通し上記引出し電極２８と電気的接続をなすと共に、カバーウェハー２４に設けた外部電極と電気的に接続された貫通電極３０が形成されている。貫通電極３０はカバーウェハー２４に穿設したスルーホール３２を封止するための封止部材であり、導電材料を埋め込んで形成している。この実施形態では、特に、カバーウェハー２４の片面（素子ウェハー２２との対面部側）を全体的にエッチングすることにより、カバーウェハー２４の一方の主面より突出した貫通電極凸部３０Ａを形成している。そして、図２に示しているように、この貫通電極凸部３０Ａの先端を素子ウェハー２２の引出し電極２８に突き当てるように接触させ（図２（ｂ））、加圧加熱処理することによりウェハー２２、２４同士をロウ材２６で溶着するのである（図２（ｃ））。
【００３１】
また、ロウ材２６は貫通電極３０の周囲に配置されるが、接合前のロウ材２６の高さ寸法Ｈは、前記貫通電極凸部３０Ａの高さｈよりも、高く設定している。これにより、ウェハー２２，２４を積層して加熱しつつ加圧することで、ロウ材２６が融けるが、貫通電極凸部３０Ａが引出し電極２８に当接することによりストッパーの役割をなさせるようにしている（図２（ｃ））。したがって、貫通電極３０の材料はロウ材２６の溶融温度では融けない材料を用いる。なお、ロウ材はＡｕ−Ｓｎなどの共晶金属で形成することができ、当該ロウ材は箔状であってもよい。
【００３２】
また、カバーウェハー２４の周縁の接合枠部には、前述したように、メタライズ層２５が形成されており、当該メタライズ層２５は、カバーウェハー２４との密着層となる下地層をＣｒ或いはＴｉで形成し、前記下地層の表面にロウ材との密着性に優れた密着層をＡｕで形成した積層構造となっている。更に、前記下地層と前記密着層との間に拡散防止層としてＰｔ、Ｐｄ或いはＮｉ、又はそれらの複合膜を形成すると下地層と密着層との拡散を防止することができる。
【００３３】
一方、前記ロウ材２６に対面している素子ウェハー２２のロウ材受け部にはメタライズ層３４が形成されている。このメタライズ層３４の面積は、前記ロウ材２６の断面積よりも広く形成している。これによりメタライズ層３４の領域までロウ材２６がフィレットを形成して接着面積が拡大した状態で溶着できるようにしている。
【００３４】
このように、導電材料を埋め込んでなる貫通電極３０が形成されたカバーウェハー２４において、片側の主面のみにフォトリソ・エッチング加工などを用いて、貫通電極３０の一部を突出させて凸部３０Ａを形成する。そして、カバーウェハー２４の外枠部のメタライズである接合面に形成されたロウ材２６を受ける側である素子ウェハー２２に形成すべきメタライズ層３４の面積は、ロウ材２６の断面積より広くしている。このような構成により、ウェハー同士の接合時に、ロウ材２６は融けて広がるとともに、ロウ材２６の高さは低くなるが、貫通電極凸部３０Ａが素子ウェハー２２の貫通電極受け側のメタライズ層３４と接触したところで、前記凸部３０Ａがストッパーの役目をするので、ロウ材２６の高さは凸部３０Ａの高さと同等になった時点で留まることになる。
【００３５】
したがって、この第１実施形態では、ウェハー２２，２４を一括して加熱加圧接合することにより、積層ウェハーの接合と外部端子への電極引出しとを同時に実現できるので、製造作業効率を向上させることができる。
【００３６】
また、貫通電極凸部３０Ａの高さｈに相当するギャップをウェハー２２，２４間に形成されている構成となっているため、ウェハー２２，２４同士の接合後に、ロウ材２６の溶着部分でウェハー同士が密着するように引っ張られた状態となるので、貫通電極凸部３０Ａを引出し電極２８に突き当てた状態で電気的接続を図っても、貫通電極凸部３０Ａは引出し電極２８に圧接され、電気的接続の信頼性が高い構造となる。
【００３７】
更に、メタライズ層が広いため、ロウ材のフィレット面積を大きくでき、溶着力を確保することができる。これにより貫通電極凸部と素子側電極との接合強度を高く保つことができ、接続信頼性が増すものとなる。
【００３８】
ここで、カバーウェハー２４の外枠部のメタライズ層２５の幅：Ｌｐ、素子ウェハー２２に形成すべきメタライズ層３４の幅：Ｌｓ、ロウ材の幅：Ｌａとしたとき、これらの関係が図２に示す実施形態では、Ｌｐ＜Ｌｓ、Ｌａ＜Ｌｓ、Ｌａ≦Ｌｐの関係を満足するように構成することによって、素子ウェハー２２のメタライズ層３４の領域一杯までロウ材２６がフィレットを形成して接着面積が拡大した状態で溶着できるが、図３に示す実施形態のように、Ｌｓ＜Ｌｐ、Ｌａ＜Ｌｐ、Ｌａ≦Ｌｓの関係を満足するように構成しても良いし、図４に示す実施形態のように、Ｌａ＜Ｌｓ、Ｌａ＜Ｌｐの関係を満足するように構成しても良い。
【００３９】
図５−８には、本発明に係る電子部品の第２実施形態を示している。なお、図５−６と図７−８とは電子部品の上下が反対に示されている。この第２実施形態は、三層積層型圧電振動子４０に適用したもので、中央に素子ウェハー４２を配置し、これを一対の第１カバーウェハー４４Ａおよび第２カバーウェハー４４Ｂにより挟み込み、振動片部分を内包させている。ウェハー４２，４４はいずれも水晶から形成されている。素子ウェハー４２は、図７−８に示されるように、中央領域に圧電振動片４６を形成し、その周囲を矩形枠部４８にて取り囲むように形成されている。圧電振動片４６は矩形枠部４８と一対の脚部５０を介して連結された薄肉片であり、両面に励振電極５２Ａ，５２Ｂが設けられている。そして、励振電極５２Ａ，５２Ｂの引出し配線５４Ａ，５４Ｂが脚部５０，枠部４８を利用して引き回され、図８に示されるように、裏面側における矩形枠部４８の対角線上の一対のコーナー部分の引出し電極５６Ａ，５６Ｂまでそれぞれ延在させている。
【００４０】
一方、素子ウェハー４２に積層される第１カバーウェハー４４Ａと、第２カバーウェハー４４Ｂは素子ウェハー４２と同サイズの矩形に形成された水晶ウェハーであり、素子ウェハー４２の矩形枠部４８との対面部に封止用の共晶金属からなるロウ材５８をメッキしている。素子ウェハー４２の矩形枠部４８側には、メタライズ層６０が形成され、ロウ材５８との溶着性を確保している。このとき、メタライズ層６０の面積は、図１に示した第１実施形態の場合と同様に、ロウ材５８の面積より大きく形成しておき、溶着後の結合強度が大きくなるように調整している。
【００４１】
ところで、前記素子ウェハー４２に形成された引出し電極５６（５６Ａ，５６Ｂ）に対面する側の第２カバーウェハー４４Ｂには、引出し電極５６との対面部にスルーホール６２を形成し、ここに導電性材量を埋め込んだ貫通電極６４を形成している（図５−６と図７−８では第２カバーウェハー４４Ｂは上下反対に示されている）。そして、この実施形態では、前記ロウ材５８をメッキする前に貫通電極６４を形成しておき、第２カバーウェハー４４Ｂの片面を全面的にエッチングすることにより、貫通電極６４の一部を突出状態としておき（貫通電極凸部６４Ａ）、その後にロウ材５８を周辺部にメッキ付けするようにしている。そのとき、接合前のロウ材５８の高さ寸法Ｈは、前記貫通電極凸部６４Ａの高さｈよりも、高く設定している。これにより、ウェハー４２，４４Ａ，４４Ｂを積層して加熱しつつ加圧することで、ロウ材５８が融けるが、貫通電極凸部６４Ａが引出し電極５６に当接することによりストッパーの役割をなさせるようにしているのは第１実施形態の場合と同様である。
【００４２】
また、第２カバーウェハー４４Ｂの外面には、前記貫通電極６４と電気的に接続される外部端子６６Ａ，６６Ｂが形成されている。
このように素子ウェハー４２，カバーウェハー４４に電極や配線パターン、ロウ付けなどを行なった上で、図５に示すように、素子ウェハー４２を間に挟んで上下両面からカバーウェハー４４により挟み込み、加圧しながら加熱することで、ロウ材５８は融けて広がるとともに、ロウ材５８の高さは低くなるが、貫通電極凸部６４Ａが素子ウェハー４２の貫通電極受け側のメタライズ層６０と接触したところで、前記凸部６４Ａがストッパーの役目をするので、ロウ材５８の高さは凸部６４Ａの高さと同等になった時点で留まることになる。したがって、この第２実施形態では、３枚のウェハー４２，４４を一括して加熱加圧接合することにより、積層ウェハーの接合と外部端子への電極引出しとを同時に実現できるので、製造作業効率を向上させることができる。
【００４３】
図９−１１に上記第２実施形態に係る三層積層型圧電振動子４０の製造工程を示す。図９は第２カバーウェハー４４Ｂの製造工程であり、図１０は第１カバーウェハー４４Ａの製造工程を示している。第２カバーウェハー４４Ｂは、素材の水晶基板を準備し（工程１）、スルーホール６２を形成する（工程２）。スルーホール６２はブラスト、レーザー、プラズマ、ウェットエッチングなどを用いて穿孔すればよい。また、スルーホール６２はテーパー形状に形成し、ウェハーの接合時に貫通電極６４が抜け落ちないように形成することが望ましい。次いで、スルーホール６２の内面に下地材を設ける（工程３）。下地材としてはＡｕ／ＣｒやＴｉなどを用い、スパッタで形成すればよい。その後、スルーホール６２内に導電性材料をメッキ充填し、貫通電極６４を形成する（工程４）。そして、ウェハー研磨を行なった後に、貫通電極６４の小径側が開口しているウェハー面に外部端子６６（６６Ａ、６６Ｂ）を形成する（工程５）。次に、貫通電極６４の大径側が露出しているウェハー片面の全面をエッチング処理し、ウェハー表面に貫通電極凸部６４Ａを突出形成する（工程６）。そして、接合部となるウェハー周縁の接合枠部はメタライズを形成し、当該メタライズは、前記ウェハーとの密着層となる下地層をＣｒ或いはＴｉで形成し、前記下地層の表面にロウ材との密着性に優れた密着層をＡｕで形成した積層構造とする。更に貫通電極凸部６４Ａの表面には下地膜としてＣｒやＴｉ、Ｎｉなどを密着層として形成し、必要に応じて最上層に酸化防止としてＡｕ膜を形成してもよい。Ａｕ／ＣｒやＴｉ等をスパッタにより下地材として膜形成する（工程７）。最終的に、ウェハー４４Ｂの周縁部の下地層の部分に共晶金属として前述のように例えばＡｕ／Ｓｎなどのロウ材５８を電解メッキして第２ウェハー４４Ｂとする（工程８）。一方、第１ウェハー４４Ａは、図８に示すように、素材水晶を準備し、その一方の面の周縁部にロウ材５８をメッキすればよい（工程１，２）。もちろん、ロウ材５８の形成部分には下地材を形成しておくのは第２カバーウェハー４４Ｂと同様である。尚、ロウ材の形成にあたっては、メッキに限らず箔状のものを貼り付けても良い。
【００４４】
図１１には素子ウェハー４２の製造工程と、これにカバーウェハー４４Ａ、４４Ｂを積層する工程を示している。すなわち、素材水晶を準備し（工程１）、圧電振動部となるように中央領域を薄肉化するエッチングを行なって逆メサを形成する（工程２）。そして素子の外形を形成すべく振動片４６と矩形枠部４８とを形成する（工程３）。そして、振動片４６の主面部に励振電極５２、引出し配線５４、引出し電極５６、並びにロウ材接合用のメタライズ層６０を形成する（工程４）。そして、振動片４６の周波数調整を行い（工程５）、図９、１０の工程で形成した第１カバーウェハー４４Ａ，第２カバーウェハー４４Ｂを積層し、加圧しつつ加熱することでロウ材５８を溶融し、貫通電極凸部６４Ａが素子側引出し電極５６Ａ、５６Ｂと当接させる（工程６）。このとき、第２カバーウェハー４４Ｂの貫通電極凸部６４Ａと引出し電極５６Ａ、５６Ｂとの接合性を向上させるために、貫通電極凸部６４Ａの表面をプラズマ活性化、ＵＶ活性化、あるいはオゾン活性化処理を予め行うようにしてもよい。また、これらの接合部に導電性接続層を介在させるようにしてもよい。このようにすることで、接続信頼性を確保することができる。そして、冷却することでロウ材５８の固化を行なって製品を完成させる（工程７）。
【００４５】
このように、本実施形態では、３枚接合振動子の封止部において、導電性材を埋め込んだ貫通電極付きベース基板の片側主面のみをフォトリソ・エッチング加工などを用いて、貫通電極凸部を形成し、ベース基板の接合枠部にロウ材をメッキする。ロウ材は貫通電極凸部より高く形成させる。そして、電子素子片のロウ材受け側メタライズの面積はロウ材面積よりも広くする。接合時に加熱加圧させるとロウ材が溶解し、凸部が当接して電気的接続が行われる。その後、冷却して封止と外部への配線の引き出しが同時に完了することとなる。
【００４６】
このため、本実施形態によれば、封止と外部端子への配線引出とを、ウェハー一括で加熱加圧接合により、同時に実現することができるので、作業効率が上がる。そして、接合後、貫通電極凸部は常にロウ材に引っ張られた状態になるので、接続信頼性が向上する。
【００４７】
図１２−１５には、本発明の応用例を示している。図１２はＳＡＷ振動子７０への応用例を示す第３実施形態に係る電子部品素子の断面図である。素子ウェハー７２はその主面にＩＤＴ電極７４が形成されたＳＡＷ振動片を備え、そのＩＤＴ電極形成面に対面するように、カバーウェハー７６を積層した二層積層型としたものである。カバーウェハー７６は第２実施形態に用いた第２カバーウェハー４４Ｂと同様な構造とすればよい。
【００４８】
図１３は本発明を圧力センサー８０に適用した第４実施形態に係る電子部品の断面図である。この応用例では、ダイアフラム８２とカバーウェハー８４とをロウ材接合する二層積層型として構成されている。ダイアフラム８２とベース基板８４の対面部に電極８６、８８を形成し、圧力を受けて撓むダイアフラムの変位を静電容量の変化として捉えるようにしたものである。内部空間に配置された電極８６、８８の引出し電極を外部に引き出すための貫通電極部分を本発明と同様に電極凸部と電極８６との突き当たり接合構造としている。
【００４９】
図１４は本発明を絶対圧検出センサーに適用した第５実施形態に係る電子機器の断面図である。図１３に示した二層積層型の圧力センサーを三層積層型圧力センサー９０として構成したものである。図１３の圧力センサーに第３のベース基板９２を積層したものである。
【００５０】
また、図１５に示すように、感圧素子としての双音叉振動子７０５の２本の柱状ビームに形成した励振電極７０１と、前記励振電極７０１に接続された引き出し電極（第１引き出し電極７０２、第２引き出し電極７０３）とを有する感圧素子片７７２を、ダイアフラム７０４の受圧面７０４ａとは反対側の内側の主面７０４ｂ上に形成した支持部７０６に搭載された圧力センサーにも適用できる。
【００５１】
図１６は第７実施形態を示しており、バンプ介在型の三層積層型圧電振動子１００として形成したものである。電子素子片１０２に形成した電極１０４と、ベース基板１０６側に形成した外部端子接続用の電極１０８とを設け、前記外部接続用電極１０８と素子側電極１０４とを金バンプ１１０を介在して突き当てによって接続している。外部接続用電極１０８はベース基板１０６に形成した貫通電極１１２で外部端子１１４に接続されているが、バンプ１１０と貫通電極１１２とは平面位置がずれており、両者を外部接続用電極１０８で接続している。そして、前記ウェハー１０２、１０６並びに上面ベース基板１１６同士をその周囲でロウ材１１８により接合している。
【００５２】
素子側電極に突き当てられる電極を金バンプなどにより形成した場合でも、ロウ材の溶着力で金バンプ部分での突き当て状態を確保でき、電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５３】
２０………積層型圧電振動子、２２………電子素子片、２４………ベース基板、２６………ロウ材、２８………引出し電極、３０………貫通電極、３０Ａ………貫通電極凸部、３２………スルーホール、３４………メタライズ層、４０………三層積層型圧電振動子、４２………電子素子片、４４Ａ、４４Ｂ………第１、第２ベース基板、４６………圧電振動片、４８………矩形枠部、５０………脚部、５２Ａ、５２Ｂ………励振電極、５４Ａ、５４Ｂ………引出し配線、５６Ａ、５６Ｂ………引出し電極、５８………ロウ材、６０………メタライズ層、６２………スルーホール、６４………貫通電極、６４Ａ………貫通電極凸部、６６Ａ、６６Ｂ………外部端子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子素子片をベース基板上に搭載して形成される電子部品であって、
前記ベース基板は、前記電子素子片に対向する位置に形成された貫通孔を有し、
前記電子素子片は、前記電子素子片の前記貫通孔に対向する主面に導電膜を有し、
前記貫通孔は封止部材により封止されると共に、当該封止部材が、前記貫通孔の前記電子素子片に対向する開口面を貫通して凸部を形成し、
前記凸部と前記導電膜とが接触していることを特徴とする電子部品。
【請求項２】
電子素子片の周縁部とベース基板の周縁部とをロウ材により接合したことを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項３】
電子素子片とベース基板との間に凸部の高さに相当するギャップを有していることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品。
【請求項４】
前記貫通孔は電子素子片側の開口面の面積が他方の開口面に比べて大きくなるように断面がテーパー形状とされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の電子部品。
【請求項５】
前記ロウ材の受け側メタライズ面積をロウ材面積より広く形成してなることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項６】
前記凸部と電子素子片側電極との接触面には導電性接続層を介在させてなることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項７】
電子素子片に導電膜を形成する工程と、ベース基板に貫通電極を形成する工程と、前記ベース基板の片面をエッチングすることにより前記貫通電極の他端側に電極凸部を露出形成する工程と、前記電子素子片またはベース基板の一方に接合用ロウ材を形成する工程と、前記電子素子片とベース基板とを接合して加熱し前記貫通電極を素子側導電膜に接触させた状態でロウ材を加圧溶着させる工程と、を含む電子部品の製造方法。
【請求項８】
前記ロウ材を形成する際、前記貫通電極凸部より高さを高く形成することを特徴とする請求項７に記載の電子部品の製造方法。
【請求項９】
前記ロウ材の受け側には予めロウ材面積より広いメタライズ層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の電子部品の製造方法。
【請求項１０】
電子素子片に導電膜を形成する工程と、ベース基板に貫通電極を形成する工程と、前記貫通電極の他端側に前記電子素子片側導電膜に対面する内部導電膜を形成するとともにこの内部導電膜にバンプを形成する工程と、前記電子素子片またはベース基板の一方に接合用ロウ材を形成する工程と、前記電子素子片とベース基板とを接合して加熱し前記バンプを素子側導電膜に接触させた状態でロウ材を加圧溶着させる工程と、を含む電子部品の製造方法。
【請求項１１】
前記ロウ材を形成する際、前記バンプ高さより高く形成してなることを特徴とする請求項１０に記載の電子部品の製造方法。
【請求項１】
電子素子片をベース基板上に搭載して形成される電子部品であって、
前記ベース基板は、前記電子素子片に対向する位置に形成された貫通孔を有し、
前記電子素子片は、前記電子素子片の前記貫通孔に対向する主面に導電膜を有し、
前記貫通孔は封止部材により封止されると共に、当該封止部材が、前記貫通孔の前記電子素子片に対向する開口面を貫通して凸部を形成し、
前記凸部と前記導電膜とが接触していることを特徴とする電子部品。
【請求項２】
電子素子片の周縁部とベース基板の周縁部とをロウ材により接合したことを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項３】
電子素子片とベース基板との間に凸部の高さに相当するギャップを有していることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品。
【請求項４】
前記貫通孔は電子素子片側の開口面の面積が他方の開口面に比べて大きくなるように断面がテーパー形状とされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の電子部品。
【請求項５】
前記ロウ材の受け側メタライズ面積をロウ材面積より広く形成してなることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項６】
前記凸部と電子素子片側電極との接触面には導電性接続層を介在させてなることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項７】
電子素子片に導電膜を形成する工程と、ベース基板に貫通電極を形成する工程と、前記ベース基板の片面をエッチングすることにより前記貫通電極の他端側に電極凸部を露出形成する工程と、前記電子素子片またはベース基板の一方に接合用ロウ材を形成する工程と、前記電子素子片とベース基板とを接合して加熱し前記貫通電極を素子側導電膜に接触させた状態でロウ材を加圧溶着させる工程と、を含む電子部品の製造方法。
【請求項８】
前記ロウ材を形成する際、前記貫通電極凸部より高さを高く形成することを特徴とする請求項７に記載の電子部品の製造方法。
【請求項９】
前記ロウ材の受け側には予めロウ材面積より広いメタライズ層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の電子部品の製造方法。
【請求項１０】
電子素子片に導電膜を形成する工程と、ベース基板に貫通電極を形成する工程と、前記貫通電極の他端側に前記電子素子片側導電膜に対面する内部導電膜を形成するとともにこの内部導電膜にバンプを形成する工程と、前記電子素子片またはベース基板の一方に接合用ロウ材を形成する工程と、前記電子素子片とベース基板とを接合して加熱し前記バンプを素子側導電膜に接触させた状態でロウ材を加圧溶着させる工程と、を含む電子部品の製造方法。
【請求項１１】
前記ロウ材を形成する際、前記バンプ高さより高く形成してなることを特徴とする請求項１０に記載の電子部品の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１０−２６３１１４（Ｐ２０１０−２６３１１４Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１３５５７（Ｐ２００９−１１３５５７）
【出願日】平成２１年５月８日（２００９．５．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月８日（２００９．５．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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