CN102904539A - 电子器件、振荡器以及电子器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供使盖基板（2）和基底基板（3）的对位变得容易而使不良发生率下降的电子器件。本发明的电子器件（1）具备盖基板（2）、与该盖基板（2）接合并在与盖基板（2）之间构成对外部气体密闭的腔（4）的基底基板（3）、收纳于该腔（4）的电子元件（5）以及设置于盖基板（2）或基底基板（3）的外表面的模制件（6），因而盖基板（2）或基底基板（3）的翘曲降低。
Description
技术领域
本发明涉及在构成于2个基板间的腔安装有电子元件的电子器件、振荡器以及电子器件的制造方法。
背景技术
在近些年普及的便携电话等便携信息终端，大多使用采用表面安装型的小型封装件的电子器件。例如振动器或MEMS、陀螺仪传感器、加速度传感器等具有在中空的腔构造的封装件收纳电子元件的构造。中空的腔构造的封装件，已知例如将基底基板和盖基板经由金属膜阳极接合而构成的封装件。在例如专利文献1中记载了阳极接合的方法。
图10示出同时形成许多个这种电子器件50的方法。首先，准备基底基板51和盖基板52。接着，在基底基板51形成多个贯通孔，将导电材料埋入该贯通孔以作为贯通电极56。在基底基板51的背面，形成与贯通电极56电连接的电极端子58。另外，在基底基板51的表面，安装许多电子元件55。在电子元件55安装时，将电子元件55和贯通电极56电连接。
在盖基板52，形成许多凹部59。然后，将基底基板51和盖基板52叠合而接合。接合通过粘接剂或阳极接合进行。由盖基板52的凹部59构成腔54，将电子元件55收纳于该腔54内。随后，分割成各个电子器件。
专利文献1：日本特开平9－2845号公报。
发明内容
然而，如图10所示，如果形成贯通电极56和凹部59，则基底基板51和盖基板52发生变形。因此，盖基板52和基底基板51的对位精度下降。在基底基板51和盖基板52的接合后，如图10所示，也发生翘曲。尤其是，如果欲增大基底基板51和盖基板52的外径而增加加工个数，则基板的翘曲变得显著，基底基板51和盖基板52的对位变得困难。另外，存在这样的课题：由于周围温度变化导致施加至所安装的电子元件55的应力变化，伴随该应力变化，电子元件55的特性变动。
本发明是鉴于上述课题而做出的，其目的在于，提供使基板的变形降低的电子器件及其制造方法。
本发明的电子器件，具备：盖基板；基底基板，与所述盖基板接合，在与所述盖基板之间构成对外部气体密闭的腔；电子元件，收纳于所述腔；以及模制件，设置于所述盖基板或所述基底基板的外表面。
另外，所述盖基板具有凹部，所述凹部构成所述腔。
另外，所述基底基板具有从所述腔侧的内表面贯通至与所述腔侧相反的一侧的外表面的贯通电极，所述电子元件与所述贯通电极电连接。
另外，所述盖基板和所述基底基板经由含有金属材料的接合件而接合。
另外，所述电子元件是以悬臂状态安装于所述基底基板的内表面的石英（水晶）振动器。
另外，所述模制件由环氧树脂构成。
本发明的振荡器具备上述任一个所记载的电子器件和将驱动信号供给至所述电子器件的驱动电路。
本发明的电子器件的制造方法，具备：凹部形成工序，在盖基板形成凹部；安装工序，在基底基板安装电子元件；模制件设置工序，将模制件设置于所述盖基板或所述基底基板的外表面；以及接合工序，将所述电子元件收纳于所述凹部，将所述盖基板和所述基底基板接合。
另外，所述模制件设置工序在所述接合工序之前进行。
另外，所述模制件设置工序在所述接合工序之后进行。
另外，还包括在所述基底基板形成贯通电极的贯通电极形成工序，所述模制件设置工序是使所述贯通电极露出于所述基底基板的与安装所述电子元件的一侧相反的一侧的外表面而设置所述模制件的工序。
另外，所述凹部形成工序是在所述盖基板形成多个凹部的工序，所述安装工序是在所述基底基板安装多个所述电子元件的工序，具备将由接合后的所述盖基板和所述基底基板构成的层叠体切断分离的分离工序。
本发明的电子器件，具备：盖基板；基底基板，接合于该盖基板，在与盖基板之间构成腔；电子元件，收纳于腔；以及模制件，设置于盖基板或基底基板的外表面。通过将模制件设置于盖基板或基底基板的外表面，从而基板的翘曲降低，盖基板和基底基板的对位变得容易，能够使不良发生率下降。而且，从盖基板或基底基板施加至电子元件的应力变动减少，能够使电子元件的特性稳定。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式所涉及的电子器件的纵剖面示意图。
图2是本发明的第二实施方式所涉及的电子器件的纵剖面示意图。
图3是本发明的第三实施方式所涉及的电子器件的纵剖面示意图。
图4是本发明的第三实施方式所涉及的电子器件的分解立体图。
图5是本发明的第四实施方式所涉及的振荡器的俯视示意图。
图6是表示本发明的第五实施方式所涉及的电子器件的制造方法的工序图。
图7是用于说明本发明的第五实施方式所涉及的电子器件的制造方法的图。
图8是用于说明本发明的第五实施方式所涉及的电子器件的制造方法的图。
图9是用于说明本发明的第五实施方式所涉及的电子器件的制造方法的图。
图10示出同时地形成许多个在现有技术中众所周知的电子器件的方法。
附图标记说明
1 电子器件；2 盖基板；3 基底基板；4 腔；5 电子元件；6 模制件；7 贯通电极；8 金属材料；9 凹部；10 电极端子；11 压电振动片；12 激振电极；13 连接电极；14 安装部；15 迂回电极；16 贯通孔；17 金属膜。
具体实施方式
<电子器件>
本发明的电子器件具备盖基板、接合于该盖基板并在与盖基板之间构成腔的基底基板、收纳于该腔的电子元件以及设置于盖基板或基底基板的外表面的模制件。
通过本发明的该构成，从而盖基板或基底基板的翘曲降低，盖基板与基底基板之间的对位变得容易，能够使不良的发生率降低。另外，基板的翘曲降低，由此，能够使用大的玻璃基板，能够加工许多个，因而能够谋求电子器件的成本降低。另外，基板的翘曲降低，由此，相对于周围的温度变化而施加至电子元件的应力变动减少，电子元件的特性稳定化。
在此，作为盖基板和基底基板，能够使用玻璃、陶瓷、合成树脂、其他材料。如果使用玻璃材料，则加工容易，而且，能够防止水分或其他杂质部分的浸透，因而能够廉价地构成高可靠性的封装件。腔也可以由形成于盖基板侧的凹部构成，也可以由形成于基底基板侧的凹部构成。电子元件也可以安装于盖基板的内表面，也可以安装于基底基板的内表面。
模制件也可以形成于盖基板的外表面，也可以形成于基底基板的外表面，也可以分别形成于盖基板和基底基板的两个基板的外表面。作为模制件，能够使用将填充材料添加至例如环氧树脂的树脂材料而成的材料。作为填充材料，能够使用二氧化硅、氧化铝、氧化铝粉末等。能够根据填充材料的种类和量来调节模制件的线膨胀系数。另外，由于模制件成为电子器件的外周面，因而如果预先将识别号码等刻印于该模制件，则能够可靠地特定制品。
能够使用粘接剂来将盖基板和基底基板接合，或者，使金属材料介入而阳极接合。如果进行阳极接合，则能够构成高气密性的腔。另外，从封闭于腔内的电子元件取出电极，也可以通过在盖基板和基底基板的接合面形成的电极而取出至外部，也可以通过贯通基底基板或盖基板的贯通电极而取出至外部。
（第一实施方式）
图1是本发明的第一实施方式所涉及的电子器件1的纵剖面示意图。电子器件1具备：盖基板2，由碱石灰玻璃构成；基底基板3，接合于盖基板2，在与盖基板2之间构成对外部气体密闭的腔4，由碱石灰玻璃构成；电子元件5，收纳于腔4，面安装于基底基板3；以及模制件6，设置在盖基板2的与腔4相反的一侧的外表面。盖基板2和基底基板3经由金属材料8而接合。腔4由形成于盖基板2的凹部9构成。
盖基板2，在成形凹部9之后，容易使凹部9侧凸起而翘曲。于是，在盖基板2的与凹部9侧相反的一侧的表面设置模制件6。在这种情况下，碱石灰玻璃的线膨胀系数是9~11（ppm/℃），使模制件6的线膨胀系数比碱石灰玻璃更小。将模制材料涂敷于盖基板2的表面，使模制材料在温度100℃以上热固化，形成模制件6。在冷却返回至室温时，盖基板2的线膨胀系数比模制件6的线膨胀系数更大，因而压缩应力施加至盖基板2的外表面，盖基板2在凹部9侧成为凸起的翘曲得以修正而平坦化。模制件6的线膨胀系数能够根据填充至模制件6的填充材料和填充量而调节。在作为模制材料使用将二氧化硅填充至环氧树脂而成的材料的情况下，通过增多二氧化硅的填充量，能够使模制件6的线膨胀系数下降。
这样，由于将模制件6设置于盖基板2的外表面，因而盖基板2的翘曲降低，盖基板2与基底基板3之间的对位变得容易。另外，由于能够使用大型基板来加工许多个，因而能够谋求电子器件的成本降低化。另外，电子器件1的翘曲降低，由此，相对于周围的温度变化而施加至电子元件的应力变动减少，能够使电子元件的特性稳定化。
（第二实施方式）
图2是本发明的第二实施方式所涉及的电子器件1的纵剖面示意图。电子器件1具备：盖基板2，由碱石灰玻璃构成；基底基板3，接合于盖基板2，在与盖基板2之间构成对外部气体密闭的腔4，由碱石灰玻璃构成；电子元件5，收纳于腔4，面安装于基底基板3；以及模制件6a、6b，设置在盖基板2和基底基板3的外表面。
电子器件1还具备：贯通电极7a、7b，贯通基底基板3；和电极端子10a、10b，形成于模制件6b的外表面，贯通模制件6b，与贯通电极7a、7b分别电连接。电子元件5经由未图示的电极而与贯通电极7a、7b电连接，安装于基底基板3上。所以，经由电极端子10a、10b，电子元件5从外部被供给电力，另外，能够向外部发送信号。
在本实施方式中，由于也将模制件6b设置于基底基板3的外表面，因而能够使基底基板3的翘曲降低。模制件6b，根据基底基板3的翘曲或将盖基板2和基底基板3接合时的翘曲来调节模制件6b的线膨胀系数即可。例如，在基底基板3单独或将盖基板2和基底基板3接合之后容易使电子元件5侧凸起而翘曲的情况下，使模制件6b的线膨胀系数比碱石灰玻璃的线膨胀系数更小即可。
而且，模制件6b作为将电子器件1安装于基板等时的缓冲部件而起作用。即，在不存在模制件6b的情况下，在将电子器件1安装于基板等时，贯通电极7a、7b与基板等的安装电极直接接合。伴随电子器件1的安装时或其他环境变化，大的应力施加至贯通电极7a、7b，在贯通电极7a、7b附近的基底基板3，发生例如玻璃基板出现缺口或龟裂而破损的不良。与此相对，在本实施方式中，模制件6b和电极端子10a、10b介于安装基板的电极与贯通电极7a、7b之间，因而施加至贯通电极7a、7b附近的基底基板3的应力得以缓和，能够防止在基底基板3发生破裂或缺口。
这样，将模制件6a、6b设置于盖基板2和基底基板3的外表面，因而盖基板2和基底基板3各自的翘曲降低，对电子元件5施加的应力减少，特性稳定。另外，相对于周围的温度变化而施加至电子元件的应力变动减少，能够使电子元件的特性稳定。而且，由于模制件6a、6b作为应力缓和层而起作用，因而能够防止相对于环境变化而发生基底基板3的破裂或缺口。这样，能够提供特性稳定且可靠性高的高品质的电子器件。
（第三实施方式）
图3和图4是本发明的第三实施方式所涉及的电子器件1的纵剖面示意图和分解立体图。与第二实施方式不同的点是电子元件5以悬臂状态安装于基底基板3上这点，其他构成与第二实施方式大致相同。以下，主要对不同的部分进行说明。对相同的部分或具有相同的功能的部分标记相同的符号。
盖基板2和基底基板3以金属材料8作为接合材料在基板外周部阳极接合。电子元件5由下列部件构成：压电振动片11，由单晶石英（水晶）构成；激振电极12，形成于压电振动片11的两面；以及连接电极13a、13b，与激振电极12电连接。电子元件5，一个端部以悬臂状态安装于2个安装部14a、14b。2个连接电极13a、13b互相电分离地经由安装部14a、14b、迂回电极15a、15b、贯通电极7a、7b而与电极端子10a、10b（或10c）连接。在将盖基板2和基底基板3接合之后容易使盖基板2侧凸起地翘曲的情况下，使模制件6b的线膨胀系数比盖基板2和基底基板3的线膨胀系数、例如碱石灰玻璃的线膨胀系数更小即可。另外，在将盖基板2和基底基板3接合之后容易使基底基板3侧凸起地翘曲的情况下，使模制件6b的线膨胀系数比碱石灰玻璃的线膨胀系数更大即可。
此外，在本实施例中，作为压电振动片11，使用AT切割石英振动片。在此，盖基板2和基底基板3的外径分别是大致2mm×大致1mm，盖基板2和基底基板3的厚度分别是大致0.2mm，模制件6a、6b的厚度分别是大致50μm，形成于盖基板2的凹部9的深度是大致0.1mm。另外，腔4内维持真空，压电振动片11的振动未受到空气的阻力。
这样，通过将模制件6a、6b设置于盖基板2和基底基板3的外表面，从而盖基板2或基底基板3的翘曲降低，将盖基板2和基底基板3接合时的对位变得容易，并且，施加至压电振动片11的应力降低，压电振动片11的振动频率的偏差降低。此外，相对于周围的温度变化，频率特性稳定。另外，模制件6b作为缓冲部件而起作用，因而能够防止电子器件1的安装时或伴随其他环境变化的基底基板3的破裂或缺口。而且，模制件6a、6b成为电子器件1的外周面，因而如果预先将识别号码等刻印于该模制件6a或6b，则能够可靠地特定制品。
<振荡器>
（第四实施方式）
图5是本发明的第四实施方式所涉及的振荡器40的俯视示意图。本振荡器40组装入有第三实施方式所示的使用由单晶石英构成的压电振动片11的电子器件1。如图5所示，振荡器40具备基板43、设置于该基板上的电子器件1、集成电路41以及电子零件42。电子器件1基于施加至电极端子10a、10b的驱动信号而生成一定频率的信号，集成电路41和电子零件42处理从电子器件1供给的一定频率的信号，生成时钟信号等基准信号。本发明所涉及的电子器件1，能够高可靠性且小型地形成，因而能够紧凑地构成振荡器40的整体。
<电子器件的制造方法>
本发明所涉及的电子器件的制造方法具备在盖基板形成凹部的凹部形成工序、在基底基板安装电子元件的安装工序、在盖基板或基底基板的任一个或两个的外表面设置模制件的模制件设置工序以及将电子元件收纳于凹部并将盖基板和基底基板接合的接合工序。
通过将模制件设置于盖基板或基底基板的任一个或两个的外表面，从而盖基板或基底基板的翘曲降低，盖基板与基底基板之间的对位变得容易。而且，在将模制件设置于基底基板时，安装工序中的电子零件的安装变得容易，能够降低不良发生。另外，基板的翘曲降低，由此，能够使用大的基板来加工许多个，能够谋求电子器件的成本降低。同时地，相对于环境变化，电子元件的特性变动变小，能够谋求电子器件的高品质化。
（第五实施方式）
图6~图9是用于说明本发明的第五实施方式所涉及的电子器件的制造方法的图。图6是表示电子器件的制造方法的工序图，图7、图8以及图9是各工序的说明图。在本实施方式中，作为盖基板2和基底基板3，使用碱石灰玻璃，电子元件5作为石英振动器。
使用图6和图7来说明盖基板2的制造方法。首先，在盖基板准备工序S10中，准备板状的盖基板2。接着，通过模具成形法将盖基板2设置于成形模具，一边加热一边按压，同时形成多个凹部9。例如，在外径为4英寸、厚度为大致0.2mm的碱石灰玻璃板同时形成许多深度为大致0.1mm的凹部9。此外，对于凹部9，代替通过模具成形而形成，也可以在盖基板2的表面设置掩模，通过喷砂法或蚀刻法而同时形成许多凹部9。
接着，在金属膜形成工序S2中，在盖基板2的凹部9侧的表面通过溅射法来沉积由含有非晶硅的铝构成的金属膜17。金属膜17在后续工序中作为盖基板2与基底基板3之间的接合件使用。此外，也可以通过蒸镀法或电镀法来沉积金属膜17。另外，能够根据需要而使用其他金属材料。
接着，在模制件设置工序S3中，在盖基板2的与凹部9侧相反的一侧的外表面，设置模制件6a。作为模制材料使用将二氧化硅填充至环氧树脂材料而成的材料，将该材料涂敷于盖基板2的外表面，加热至温度约150℃使该材料固化，形成模制件6a。模制件6a形成为20μm~100μm的厚度，优选形成为50μm的厚度。
使用图6和图8来说明基底基板3的制造方法。首先，准备板状的基底基板3，在贯通孔形成工序S40中，在基底基板3形成多个贯通孔16。与凹部9的形成同样，能够通过模具成形法而总括形成多个贯通孔16。另外，代替模具成形法，也可以在表面设置掩模，通过喷砂法或蚀刻法而同时形成多个贯通孔16。例如，将直径为50μm~0.3mm的贯通孔16沿纵方向和横方向以大致0.5μm~2mm的间距形成于外径为4英寸、厚度为大致0.2mm的碱石灰玻璃板。
接着，在贯通电极形成工序S4中，将金属材料填充至贯通孔16以作为贯通电极7。例如，能够将金属棒***贯通孔16并将玻璃和金属棒热熔接或经由粘接剂而气密地粘接。随后，研削或研磨基底基板3的表面以平坦化。
接着，在模制件设置工序S5中，使贯通电极7的端面露出于基底基板3的下表面而设置模制件6b。作为模制材料使用将二氧化硅填充至环氧树脂材料而成的材料，将该材料涂敷于基底基板3的外表面，加热至温度约150℃使该材料固化，形成模制件6b。模制件6b形成为20μm~100μm的厚度，优选形成为50μm的厚度。此外，对于模制件6b的线膨胀系数，考虑到基底基板3的翘曲的状态或与盖基板2接合之后的翘曲的状态，调节填充材料的种类或填充量。更具体而言，在基底基板3使电子元件5的安装侧凸起地翘曲的情况下或在与盖基板2接合之后使盖基板2侧凸起地翘曲的情况下，使模制件6b的线膨胀系数比碱石灰玻璃的线膨胀系数更小。相反，在基底基板3使模制件6b侧凸起地翘曲的情况下或在盖基板2和基底基板3的接合之后使基底基板3侧凸起地翘曲的情况下，使模制件6b的线膨胀系数比碱石灰玻璃的线膨胀系数更大。
接着，在电极端子形成工序S6中，在模制件6b的表面和贯通电极7的模制件6b侧的露出面形成电极端子10。电极端子10也可以通过蒸镀法、溅射法或电镀法等而在模制件6b的外表面沉积金属膜，通过光刻法和蚀刻法而构图，也可以印刷由导电材料构成的图案并进行热处理以作为电极端子10。
接着，在安装工序S7中，将电子元件5经由安装部14以悬臂状安装于基底基板3的上表面。由此，在电子元件5的表面形成的未图示的连接电极经由安装部14和贯通电极7而与电极端子10电连接。此外，在本实施方式中，电子元件5是石英振动器，为了将一端固定于安装部14并使另一端振动，使电子元件5从基底基板3悬浮起。
使用图6和图9来说明盖基板2和基底基板3的接合工序S8和分割工序S9。在接合工序S8中，以安装于基底基板3的电子元件5收纳于盖基板2的凹部9的方式，介入金属膜17而将盖基板2和基底基板3层叠。该接合工序S8在真空中进行。由于模制件6a和6b设置于盖基板2和基底基板3的各个的外表面，因而各基板的翘曲量小，能够容易地进行对位。接着，加热盖基板2和基底基板3，将高电压施加至盖基板2与基底基板3之间，将两基板的抵接部阳极接合。例如，加热至温度200℃~250℃，将500V的电压施加至盖基板2和基底基板3，进行阳极接合。由此，电子元件5被与外部气体隔断，保持于真空中。接着，在分割工序S9中，由切割机分离成各个电子器件1。
这样，各基板的翘曲量减少，对位变得容易，由此，能够使用更大的基板来同时形成许多电子器件1，能够谋求成本降低。另外，相对于周围的温度变化而施加至电子元件的应力变动减少，电子元件的特性稳定化，能够谋求电子器件的高品质化。
此外，在本实施方式中，将金属膜17形成于盖基板2侧，但也可以将金属膜17形成于基底基板3侧。另外，在上述实施方式中，金属膜17还形成于盖基板2的凹部9的侧面和底面，但由于金属膜17作为接合件而起作用即可，因而也可以除去凹部9的底面和侧面的金属膜17。另外，在本发明中，阳极接合不是必须条件，也可以例如将盖基板2和基底基板3经由粘接剂而接合。
另外，在上述实施方式中，在将盖基板2和基底基板3接合之前将模制件6a、6b设置于各基板的外表面，但本发明不限定于此，也可以在将盖基板2和基底基板3接合之后将模制件6a、6b设置于盖基板2或基底基板3的外表面。此外，这种情况限于能够进行盖基板2和基底基板3的对位的情况。另外，在上述实施方式中，将模制材料涂敷于基板表面而形成模制件6，但本发明不限定于此。例如，也可以通过将盖基板2和基底基板3设置于模具并使模制材料流入模具而成型的传递成形来形成模制件6。
Claims (12)
1. 一种电子器件，具备：
盖基板；
基底基板，与所述盖基板接合，在与所述盖基板之间构成对外部气体密闭的腔；
电子元件，收纳于所述腔；以及
模制件，设置于所述盖基板或所述基底基板的外表面。
2. 如权利要求1所述的电子器件，其中，所述盖基板具有凹部，所述凹部构成所述腔。
3. 如权利要求1或2所述的电子器件，其中，所述基底基板具有从所述腔侧的内表面贯通至与所述腔侧相反的一侧的外表面的贯通电极，所述电子元件与所述贯通电极电连接。
4. 如权利要求1~3的任一项所述的电子器件，其中，所述盖基板和所述基底基板经由含有金属材料的接合件而接合。
5. 如权利要求1~4的任一项所述的电子器件，其中，所述电子元件是以悬臂状态安装于所述基底基板的内表面的石英振动器。
6. 如权利要求1~5的任一项所述的电子器件，其中，所述模制件由环氧树脂构成。
7. 一种振荡器，具备：
权利要求5所述的电子器件；以及
将驱动信号供给至所述电子器件的驱动电路。
8. 一种电子器件的制造方法，具备：
凹部形成工序，在盖基板形成凹部；
安装工序，在基底基板安装电子元件；
模制件设置工序，将模制件设置于所述盖基板或所述基底基板的外表面；以及
接合工序，将所述电子元件收纳于所述凹部，将所述盖基板和所述基底基板接合。
9. 如权利要求8所述的电子器件的制造方法，其中，所述模制件设置工序在所述接合工序之前进行。
10. 如权利要求8所述的电子器件的制造方法，其中，所述模制件设置工序在所述接合工序之后进行。
11. 如权利要求8~10的任一项所述的电子器件的制造方法，其中，
还包括在所述基底基板形成贯通电极的贯通电极形成工序，
所述模制件设置工序是使所述贯通电极露出于所述基底基板的与安装所述电子元件的一侧相反的一侧的外表面而设置所述模制件的工序。
12. 如权利要求8~11的任一项所述的电子器件的制造方法，其中，
所述凹部形成工序是在所述盖基板形成多个凹部的工序，
所述安装工序是在所述基底基板安装多个所述电子元件的工序，
具备将由接合后的所述盖基板和所述基底基板构成的层叠体切断分离的分离工序。
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