JP2004017171A

JP2004017171A - 電子部品およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004017171A
Application number: JP2002171852A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Kubo; 久保　　竜一
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】封止が容易であり、フリップチップ実装が可能である小型の電子部品およびその製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも蓋と素子部とからなる電子部品において、複数個の電子部品を一体に形成したのちに、外部電極が構成されている孔を通る線で切断することにより、前記蓋の切り欠き部および素子形成基板の上面の露出している部分に外部電極が形成されている構成であることを特徴とする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、封止体によって封止された電子部品、特に赤外線センサ、加速度センサ、圧力センサ、圧電共振子等の電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の従来の技術として、特開平８−１３９３３９号公報に開示される技術がある。図１２に断面図を示す。単結晶シリコンからなり、上面にエッチングなどにより形成された凹部２５を有する素子形成基板２０と、素子形成基板２０上に形成された誘電体膜２１と、前記凹部２５上にあって、前記基板２０に振動可能に支持されている、単結晶シリコンからなる振動部本体２７、下部電極２２ａ、圧電体膜２３、上部電極２２ｂがあり、単結晶シリコンからなり裏面に凹部１２を有する蓋１１によって振動部本体２７が封止されている。蓋１１にはコンタクトホール１７が形成されており、コンタクトホール１７を通して外部回路と上部電極２２ｂおよび下部電極２２ａとの電気的接続をはかる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術では、封止体である蓋１１と素子形成基板２０の接合部分にコンタクトホール１７が設けられており、封止が難しいコンタクトホール１７部分での封止が必要で、製造コストが上昇する。また、外部回路との接続は、コンタクトホール１７を通して下部電極２２ａおよび上部電極２２ｂと直接行うため、フリップチップ実装ができない。さらに、電極一箇所につき一つのコンタクトホール１７をあける必要があるため、加工するコンタクトホール１７の数が多くなって製造コストが上昇し、また、部品の小型化にも限界がある。
【０００４】
本発明は、蓋材の側面に外部電極を形成することにより、前記従来技術よりも封止が容易で封止の信頼性も向上し、さらに、部品の小型化および部品のフリップチップ実装も可能となる電子部品を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために本発明は、素子部と蓋とからなる電子部品であって、前記素子部は素子形成基板を有し、前記蓋の側面には切り欠き部があり、前記切り欠き部では前記素子形成基板の上面が露出しており、前記切り欠き部と前記素子形成基板の上面が露出している部分とに外部電極が形成されていることを特徴とする。蓋の側面に切り欠き部を設けて素子形成基板の上面を露出させ、切り欠き部と素子形成基板の上面の露出している部分とに外部電極を形成することにより、素子部の電極と外部電極とが面と面とで接合して接合面が大きくなり、接合強度が大きくなる。
【０００６】
前記外部電極が、前記蓋の側面と上面に形成されていることが好ましい。外部との電気的接続が容易であり、フリップチップ実装も可能となるからである。
【０００７】
前記蓋と前記素子部とを接合する接合部材が、前記外部電極よりも内側に構成されていることが好ましい。孔によって外部電極を構成した場合、孔部分での封止は難しいからである。
【０００８】
前記素子部が少なくとも１層以上の圧電体膜を有する薄膜部の上面と下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の振動部を有することが望ましい。このような振動部を有する電子部品は、振動部を封止することが必要であり、本発明の構造によれば低コストかつ信頼性の高い封止と電子部品の小型化を実現できるからである。
【０００９】
前記素子形成基板に孔または凹部が設けられており、前記振動部が前記孔または前記凹部上に位置して前記素子形成基板に振動可能に支持されて形成されていることが望ましい。このようなダイヤフラム構造を有する電子部品に本発明は有効である。
【００１０】
本発明において、素子部が圧電共振子あるいは赤外線センサであることが望ましい。圧電共振子あるいは赤外線センサは素子部の封止が必要であり、本発明によれば、低コストかつ信頼性の高い封止と電子部品の小型化を実現できるからである。
【００１１】
前記素子部は、裏面基板を備えることが好ましい。該裏面基板によって、前記素子形成基板に形成された素子部の封止をするとともに、素子形成基板を補強する効果が得られる。
【００１２】
前記蓋の裏面に凹部が形成されていることをが望ましい。凹部が、前記振動部の振動を許すための振動空間となるからである。
【００１３】
前記接合部材の厚みが、前記振動部の厚みよりも厚いことが望ましい。接合部材の厚みによって形成される前記蓋と前記素子形成基板との間の空間が、前記振動部の振動を許すための振動空間となるからである。
【００１４】
本発明の製造方法は、複数の蓋を一体に形成する蓋材基板に孔を形成する工程と、前記蓋材基板と素子形成基板を接合して積層体を形成する工程と、前記素子部の電極と電気的に接続する外部電極を前記孔に形成する工程と、複数個分の電子部品が一体に形成された前記積層体を前記孔上を通る線で切断して個々の電子部品を切り出す工程と、を含むことを特徴とする。複数個分の電子部品が一体に形成された前記積層体を前記孔上を通る線で切断して個々の電子部品を切り出すことにより、一つの孔が複数個の電子部品の外部電極となるから、加工する孔の数を減らすことができ、加工時間の短縮化によりコストダウンを図ることができる。また、個々の電子部品に占める孔の面積が小さくなるため、部品の小型化を図ることができる。あるいは、従来よりも口径の大きな孔を用いることも可能であり、サンドブラスト処理によって孔を形成するときには孔の口径が大きくなるほど加工速度が速くなるため、電子部品の加工時間が短縮されて加工コストが低減される。
【００１５】
前記孔に導電材を充填してビアホールとし、前記ビアホールを外部電極とする工程を含むことが好ましい。
【００１６】
前記蓋材基板と前記素子形成基板を接合する工程において、前記蓋材基板と前記素子形成基板を接合する接合部材を前記孔よりも内側に形成することが好ましい。孔より内側で封止を行うことになるので、技術的に難しい孔部分での封止を避けることができる。
【００１７】
前記素子形成基板に裏面基板を接合する工程を含むことが好ましい。該裏面基板によって、前記素子形成基板に形成された素子部の封止をするとともに、素子形成基板を補強する効果が得られる。
【００１８】
以上のような構成および製造方法により、封止が容易で封止の信頼性も高く、従来よりも小型の電子部品を提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、図面を用いて以下に説明する。本実施例では、圧電薄膜共振子を例に挙げて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施例における電子部品として、圧電薄膜共振子を示す断面図であり、図２は蓋材基板の工程を示す断面図であり、図３は蓋材基板の平面図を示す。パイレックスガラス（登録商標）などからなる蓋材基板１０の裏面に、図２（ａ）に示すようにレジスト１５ａを形成し、このレジスト１５ａをマスクとして蓋材基板１０にエッチングなどの方法によって図２（ｂ）に示すように凹部１２を形成する。凹部１２は、素子部に形成される振動部の振動を許すための振動空間となる。次に、蓋材基板１０の表面に図２（ｃ）に示すようにレジスト１５ｂを形成し、サンドブラスト処理などの方法より孔１３を、図２（ｄ）および図３に示すように切断線４０をまたぐように形成する。この孔１３が蓋の側面に形成される切り欠き部となり、切り欠き部に外部電極が形成されるので、一つの孔１３が複数個分の圧電薄膜共振子の外部電極となるから、加工する孔１３の数を減らすことができ、加工時間の短縮によって製造コストが低減される。また、個々の圧電薄膜共振子に占める孔１３の面積が小さくなることから、圧電薄膜共振子の微細化が可能となる。あるいは、孔１３が複数個の電子部品に分割されることになるため、従来よりも口径の大きい孔を用いることも可能となり、サンドブラスト処理によって孔１３を形成する場合には加工する孔１３の口径が大きいほど加工速度が速くなるため、電子部品の加工時間が短縮されて加工コストが低減される。
【００２１】
図４は素子部の工程を示す断面図である。素子部は、素子形成基板２０上に複数形成され、誘電体膜２１、上部電極２２ｂ、下部電極２２ａ、圧電体膜２３からなる。まず、シリコンからなる素子形成基板２０に、酸化シリコンの誘電体膜２１を形成する。図４（ａ）は素子形成基板２０と誘電体膜２１を示す。次に、素子形成基板２０の予め定められた範囲を素子形成基板２０の裏面から誘電体膜２１に至るまでエッチングし、ダイヤフラム２４を形成する。図４（ｂ）はダイヤフラム２４が形成された状態を示している。図４（ｃ）に示すように、誘電体膜２１上に下部電極２２ａ、酸化亜鉛などからなる圧電体膜２３、上部電極２２ｂを積層して振動部を形成する。下部電極２２ａおよび上部電極２２ｂはアルミニウムなどの薄膜金属からなり、切断後には素子部の端部となる切断線４０近くまで伸長して形成される。
【００２２】
蓋材と素子部をそれぞれ形成した後、蓋材基板１０と素子部が形成された素子形成基板２０とを、例えばフリットガラスや接着剤などの接合部材１４を用いて接合する。孔１３が設けられている部分では、素子形成基板２０の上面は露出している。また、図２（ｅ）に示すように、蓋１１と素子形成基板２０とを接合する接合部材１４は、孔１３よりも内側に形成する。封止のための接合領域が孔１３よりも内側に形成されることによって、ペーストなどの気密埋め込みや成膜による孔１３部分での封止を行わずにすみ、封止が容易となり、また、封止の信頼性も向上する。図５（ａ）に素子形成基板と蓋材とを接合する前の状態を示す断面図を、図５（ｂ）に蓋材基板と素子形成基板とを接合した後の状態を示す断面図をそれぞれ示す。また、図６は、蓋の裏面を示す斜視図である。接合部材１４が、凹部１２を取り囲んで形成されている状態を示す。蓋１１は、蓋材基板１０に複数個分を一体に形成し、素子部と接合した後にダイシングするが、図６では、蓋１１一個分のみを図示している。孔１３が蓋１１の側面の切り欠き部となることがわかる。
【００２３】
蓋材基板１０と素子形成基板２０を接合した後、孔１３をすず半田などの導電材で充填してビアホールとし、素子部の上部電極２２ｂおよび下部電極２２ａと電気的に接続する外部電極１６を形成する。このとき、上部電極２２ｂおよび下部電極２２ａは切断線４０付近まで引き出されて形成されているため、上部電極２２ｂあるいは下部電極２２ａと外部電極１６との接合面が大きくなり、大きな接合強度が得られる。
【００２４】
次に、振動部を裏面から封止するための裏面基板３０を、素子形成基板２０の裏面に接合する。裏面基板３０は素子形成基板２０の補強ともなる。図５（ｃ）に孔１３が導電材で充填され、裏面基板３０が接合された状態の断面図を示す。蓋材基板１０と素子形成基板２０を形成する前、あるいは外部電極１６を形成する前に裏面基板３０を接合してもよい。
【００２５】
本実施例においては、素子部が封止されてから外部電極１６を形成するため、外部電極１６の形成にあたってウェットプロセスを用いることが可能である。すなわち、例えばめっきやフォトリソグラフィーによって外部電極１６を形成したり、ウェットエッチングによって外部電極１６をパターニングすることなどができる。
【００２６】
そして、ビアホール上を通っている切断線４０をダイシングなどによって切断し、個々の圧電薄膜共振子を切り出す。圧電薄膜共振子が切り出された状態を図１に示す。ビアホールを外部電極１６とし、ビアホール上を通る切断線でダイシングすることにより外部電極１６は蓋１１の側面より突出せずに形成され、外部電極１６の位置および形状の精度が高く形成される。また、外部電極１６は圧電薄膜共振子の表面にあり、蓋の側面と上面とに形成されているから、蓋１１側が実装面となり、外部回路との接続は、ワイヤボンディングによる接続だけではなく、フリップチップ実装が可能である。
【００２７】
以上、圧電薄膜共振子を例に挙げて実施の形態を説明してきたが、圧電薄膜共振子に限らず、封止を必要とする電子部品であればなんでもよく、例えば赤外線センサや加速度センサ、圧力センサ、デュプレクサなどであってもよい。
【００２８】
上記実施例では、蓋材基板１０にパイレックスガラス（登録商標）を用いているが、プラスチックやＡｌ_２Ｏ_３セラミックス基板、シリコン基板などを用いてもよい。凹部１２および孔１３のいずれを先に形成するかは問わない。凹部１２の形成方法は問わない。また、変形例として、図７に示したように、凹部１２を形成せず、接合部材１４の厚みによって振動部の振動を許す振動空間を確保する構造であってもよい。
【００２９】
上記実施例では孔１３はサンドブラスト処理によって形成しているが、ＣＯ_２レーザやエッチングなどの方法によって形成してもよい。また、図３では、個々の電子部品に形成される外部電極の数が四個になっているが、電子部品の種類にあわせて孔１３の数を変えることによって外部電極の数を変えることができる。例えば、図８に示すように孔１３を形成すれば、個々の電子部品に設けられる外部電極の数は六個となる。
【００３０】
素子部の上部電極２２ｂおよび下部電極２２ａは、アルミニウムのほかにニッケル、金、白金、チタン、クロム、モリブデン、銅などの導電性金属であればよい。圧電体膜２３は、酸化亜鉛やチタン酸ジルコン酸鉛、窒化アルミニウムなどの圧電性を有する材料であればよい。
【００３１】
素子形成基板２０にダイヤフラム２４を形成する方法及びダイヤフラム２４の形状は上記に限らず、例えば、図９に示すような工程であってもよい。図９（ａ）に示すように、素子形成基板２０にエッチングなどの方法で凹部２５を形成したのち、素子形成基板２０の表面に誘電体膜２１を形成する。次に、図９（ｂ）に示すように、凹部を燐石英ガラスなどの下地材料２６で埋める。そして、図９（ｃ）に示すように下部電極２２ａ、圧電体膜２３および上部電極２２ｂを積層して振動部を形成したのちにエッチングなどの方法で下地材料２６を除去してダイヤフラム２４を形成する。図９（ｄ）は、ダイヤフラム２４を形成した状態をしめす。そして、上記実施例に示した工程で作成した蓋材基板１０や裏面基板３０と接合し、外部電極１６を形成したのちに切断線４０で切断して個々の圧電薄膜共振子を切り出す。図１０はこの方法で製造した圧電薄膜共振子の断面図である。この方法でダイヤフラム２４を形成する場合、裏面基板３０は接合されないこともある。
【００３２】
裏面基板３０は、素子形成基板２０にダイヤフラム２４を形成する工程の後であり、かつ個々の電子部品を切り出す工程の前であれば、どの工程の間でも素子形成基板２０と接合してもよい。
【００３３】
素子部が封止されてから外部電極１６を形成するため、外部電極１６の形成にあたってウェットプロセスを用いることが可能である。すなわち、例えばめっきやフォトリソグラフィーによって外部電極１６を形成したり、ウェットエッチングによって外部電極１６をパターニングすることなどができる。
【００３４】
孔１３を充填する導電材には、すず半田のほかに銀、銅などのペーストを用いることもできる。
【００３５】
また変形例として、孔１３をペーストで充填せずに、図１１に示すようにスパッタや蒸着などの方法によって孔１３の側面に金属膜を成膜して外部電極１６とすることもできる。
【００３６】
蓋材基板１０と素子形成基板２０を接合する前に、ペースト埋め込みや金属膜の成膜によって孔１３に外部電極１６を形成してもよい。この場合には、導電性接着剤によって外部電極１６と上部電極２２ｂおよび下部電極２２ａとの電気的接続を図る。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、孔を複数の電子部品にまたがるように形成してあるから、一つの孔が複数個の電子部品の外部電極となり、加工する孔の数が少なくなって加工コストが低減される。また、電子部品に占める孔の面積が小さくなるから、電子部品のいっそうの小型化が可能となる。
【００３８】
孔を導電材で埋めてビアホールとし、ビアホール上を通る先で切断するため、外部電極が電子部品の側面および上面に形成されているから、フリップチップ実装が可能である。
【００３９】
また、蓋材と素子部の接合部分が孔よりも内側に設けられているため、孔部分での封止を行う必要がなく、封止が容易であり、封止の信頼性も向上する。
【００４０】
また、本発明において素子部を赤外線センサあるいは圧電共振子とすることにより、小型かつ製造コストが低く、封止の信頼性も高い赤外線センサあるいは圧電共振子を得ることができる。
【００４１】
裏面基板を接合することにより、振動部を封止するとともに、素子部の強度を増すことができる。
【００４２】
本発明の製造方法によれば、複数の電子部品が一体に形成された後に個々の電子部品を切り出すから、複数の電子部品を一度に多数製造することができ、小型でかつ封止の信頼性の高い電子部品を低コストで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である圧電薄膜共振子を示す断面図である。
【図２】本発明の蓋材基板の工程を示す断面図である。
【図３】本発明の蓋材基板を示す平面図である。
【図４】本発明の素子部の工程を示す断面図である。
【図５】本発明の工程を示す断面図である。
【図６】本発明の蓋を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施例の変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の蓋材基板を示す平面図である。
【図９】本発明の素子部の工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の電子部品を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施例の変形例を示す断面図である。
【図１２】従来の電子部品を示す断面図である。
【符号の説明】
１０　蓋材基板
１１　蓋
１２　　凹部
１３　　孔
１４　　　接合部材
１５ａ、１５ｂ　　　レジスト
１６　　　外部電極
１７　　　コンタクトホール
２０　　　素子形成基板
２１　　　誘電体膜
２２ａ　　下部電極
２２ｂ　　上部電極
２３　　　圧電体膜
２４　　　ダイヤフラム
２５　　　凹部
２６　　　下地材料
２７　　　振動部本体

Claims

素子部と蓋とからなる電子部品であって、前記素子部は素子形成基板を有し、前記蓋の側面には切り欠き部があり、前記切り欠き部では前記素子形成基板の上面が露出しており、前記切り欠き部と前記素子形成基板の上面が露出している部分とに外部電極が形成されていることを特徴とする電子部品。
前記外部電極が、前記蓋の側面と上面に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電子部品。
前記素子部と前記蓋とを接合する接合部材が、前記外部電極よりも内側に形成されていることを特徴とする、請求項１あるいは請求項２に記載の電子部品。
前記素子部が少なくとも１層以上の圧電体膜を有する薄膜部の上面と下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の振動部を有することを特徴とする、請求項１ないし請求項３に記載の電子部品。
前記素子形成基板に孔または凹部が設けられており、前記振動部が前記孔または前記凹部上に位置して前記素子形成基板に振動可能に支持されて形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の電子部品。
少なくとも素子部と、蓋とからなる電子部品であって、前記素子部は素子形成基板を有し、前記蓋の少なくとも側面および前記素子形成基板上に外部電極が形成され、前記素子形成基板上の電極と前記外部電極とが電気的に接続されており、
前記素子部は少なくとも１層以上の圧電体膜を有する薄膜部の上面と下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の振動部を有し、前記素子形成基板に孔または凹部が設けられており、前記振動部が前記孔または前記凹部上に位置して前記素子形成基板に振動可能に支持されて形成されている圧電共振子あるいは赤外線センサであることを特徴とする電子部品。
前記素子部の裏面に、裏面基板を備えることを特徴とする、請求項１ないし請求項６に記載の電子部品。
前記蓋の裏面に凹部が形成されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項７に記載の電子部品。
前記接合部材の厚みが、前記振動部の厚みよりも厚いことを特徴とする、請求項１ないし請求項７に記載の電子部品。
複数の蓋を一体に形成する蓋材基板に孔を形成する工程と、
前記蓋材基板と、複数の素子部が形成された素子形成基板とを接合して積層体を形成する工程と、
前記素子部の電極と電気的に接続する外部電極を前記孔に形成する工程と、
複数個分の電子部品が一体に形成された前記積層体を前記孔上を通る線で切断して個々の電子部品を切り出す工程と、
を含むことを特徴とする、電子部品の製造方法。
複数の蓋を一体に形成する蓋材基板に孔を形成する工程と、
前記孔に外部電極を形成する工程と、
前記蓋材基板と、複数の素子部が形成された素子形成基板とを接合して積層体を形成する工程と、
複数個分の電子部品が一体に形成された前記積層体を前記孔上を通る線で切断して個々の電子部品を切り出す工程と、
を含むことを特徴とする、電子部品の製造方法。
前記外部電極と、素子部の電極とを電気的に接続する工程を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の電子部品の製造方法。
前記外部電極は、前記孔に導電材を充填したビアホールで構成されていることを特徴とする、請求項１０ないし請求項１２に記載の電子部品の製造方法。
前記蓋材基板と前記素子形成基板とを接合する工程において、前記蓋材基板と前記素子形成基板とを接合する接合部材を前記孔よりも内側に形成することを特徴とする、請求項１０ないし請求項１３に記載の電子部品の製造方法。
前記素子形成基板に、少なくとも１層以上の圧電体膜を有する薄膜部の上面と下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の振動部を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１０ないし請求項１３に記載の電子部品の製造方法。
前記素子形成基板に裏面基板を接合する工程を含むことを特徴とする、請求項１０ないし請求項１５に記載の電子部品の製造方法。
前記蓋材基板の裏面に凹部を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１０ないし請求項１６に記載の電子部品の製造方法。
前記接合部材を、前記振動部の厚みよりも厚く形成することを特徴とする、請求項１０ないし請求項１６に記載の電子部品の製造方法。