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WO2017022504A1 - 電子部品及びその製造方法 - Google Patents

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WO2017022504A1
WO2017022504A1 PCT/JP2016/071415 JP2016071415W WO2017022504A1 WO 2017022504 A1 WO2017022504 A1 WO 2017022504A1 JP 2016071415 W JP2016071415 W JP 2016071415W WO 2017022504 A1 WO2017022504 A1 WO 2017022504A1
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WO
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electronic component
metal
lid member
component according
bonding material
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/071415
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English (en)
French (fr)
Inventor
石川　浩史
彰夫 勝部
豪人 石原
威 大野
Original Assignee
株式会社村田製作所
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Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
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    • H03H2009/155—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material using MEMS techniques

Definitions

  • the present invention relates to an electronic component and a manufacturing method thereof.
  • a piezoelectric lid is placed in an internal space by bonding a metal lid (lid member) to a ceramic substrate.
  • a hermetically sealed piezoelectric vibrator package is known. Piezoelectric vibration elements are easily affected by outside air. By sealing and sealing the piezoelectric vibration element in this way, it is possible to block the influence of outside air and suppress the characteristic fluctuation of the piezoelectric vibration element.
  • sealing with low melting point glass is used in addition to metal joining (see paragraph 0022 of Patent Document 1). According to this, the piezoelectric vibration element can be hermetically sealed at a low cost.
  • the bonding strength between the base member and the lid member is high in the conventional bonding mode using an insulating material such as low melting point glass.
  • an insulating material such as low melting point glass.
  • the lid member is made of a metal material, it is difficult to say that glass and metal are excellent in adhesion, and stable and good hermetic sealing may not be obtained.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an electronic component that can improve reliability by improving the bonding strength of the package and a method for manufacturing the same.
  • An electronic component includes an electronic element, a base member having an upper surface on which the electronic element is mounted, and a lid member bonded to the base member via a bonding material so as to hermetically seal the electronic element.
  • the bonding member is made of an insulating material containing the first metal
  • the lid member has at least an outermost layer formed on a surface facing the base member, and the outermost layer of the lid member is at least the outermost layer.
  • the outermost layer of the lid member has a solid solution layer of the same metal as the first metal contained in the bonding material and the second metal.
  • the solid solution layer may be formed by diffusing the first metal of the bonding material to the outermost layer.
  • the solid solution layer may be formed in a region in contact with the bonding material in the outermost layer of the lid member.
  • the electronic element may be a piezoelectric vibration element.
  • the internal space between the base member and the lid member is at a pressure lower than atmospheric pressure, and the piezoelectric vibration element may be hermetically sealed in the internal space on the base member.
  • the internal space between the base member and the lid member may be a vacuum, and the piezoelectric vibration element may be hermetically sealed in the internal space on the base member.
  • the bonding material may have a glass material as an insulating material.
  • the bonding material may be lead-free.
  • the bonding material may constitute a fillet.
  • the lid member may further include a base material and a buffer layer formed between the base material and the outermost layer.
  • the base material of the lid member may be made of metal.
  • the lid member may be formed in a concave shape that opens to face the upper surface of the base member.
  • the lid member may have a flange portion protruding from the opening edge from the opening center of the recess toward the opening edge.
  • the base member may be formed in a flat plate shape.
  • the first metal may be silver.
  • the second metal may be gold or palladium.
  • An electronic component manufacturing method includes: (a) preparing a base member on which an electronic element is mounted on an upper surface and a lid member; and (b) a base member through a bonding material. Mounting the electronic element in the internal space between the lid member and the base member by mounting on the upper surface of the substrate, and (c) bonding the lid member to the base member via the bonding material by curing the bonding material.
  • the bonding member is made of an insulating material including a first metal
  • the lid member has an outermost layer including a second metal formed on at least a surface facing the base member, and (c) is: Forming a solid solution layer on at least a portion of the outermost layer by diffusing the first metal of the bonding material into the second metal of the outermost layer of the lid member.
  • the solid solution layer is formed by diffusing the first metal component in the insulating material of the bonding material into the second metal of the outermost layer of the lid member, the bonding strength between the lid member and the bonding material is improved. Can be made. Therefore, the bonding strength of the package and the hermetic sealing property of the electronic element can be improved. Therefore, a highly reliable electronic component can be manufactured.
  • (c) may include forming a solid solution layer in a region of the outermost layer of the lid member that is in contact with the bonding material.
  • (c) may include curing the bonding material in a pressure state lower than atmospheric pressure.
  • (c) may include curing the bonding material in a vacuum state.
  • the reliability can be improved by improving the bonding strength of the package.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of an electronic component according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a method for manufacturing an electronic component according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows experimental data obtained by measuring the bonding strength of an electronic component according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of an electronic component according to a modification of one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 and 2 An electronic component according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • This electronic component is manufactured by applying an electronic component manufacturing method according to an embodiment of the present invention described later.
  • a piezoelectric vibrator will be described as an example of an electronic component according to the present invention.
  • This piezoelectric vibrator includes a piezoelectric vibrating element (Piezoelectric Resonator) as an example of an electronic element.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the piezoelectric vibrator
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. In FIG. 2, illustration of various electrodes of the piezoelectric vibration element is omitted.
  • the piezoelectric vibrator 1 includes a piezoelectric vibration element 100, a cap 200 that is an example of a lid member, and a substrate 300 that is an example of a base member.
  • the cap 200 and the substrate 300 are holders that hold the piezoelectric vibration element 100.
  • a case or package having a sealed space for accommodating the piezoelectric vibration element 100 is formed.
  • the piezoelectric vibration element 100 includes a piezoelectric substrate 110 and first and second excitation electrodes 120 and 130 formed on the piezoelectric substrate 110.
  • the first excitation electrode 120 is formed on the first surface 112 of the piezoelectric substrate 110
  • the second excitation electrode 130 is formed on the second surface 114 opposite to the first surface 112 of the piezoelectric substrate 110.
  • the piezoelectric substrate 110 is formed from a given piezoelectric material, and the material is not particularly limited.
  • the piezoelectric substrate (Piezoelectric Substrate) 110 is an AT-cut crystal piece (Quartz Crystal Blank).
  • the AT-cut crystal piece is 35 degrees 15 minutes ⁇ 1 in the direction from the Y-axis to the Z-axis around the X-axis among the X-axis, Y-axis, and Z-axis which are crystal axes of the artificial quartz.
  • the piezoelectric substrate 110 that is an AT-cut crystal piece includes a longitudinal direction parallel to the Z′-axis direction, a short direction parallel to the X-axis direction, and a thickness direction parallel to the Y′-axis direction. And has a substantially rectangular shape when the XZ ′ plane is viewed in plan.
  • Quartz crystal resonators using AT-cut quartz pieces have extremely high frequency stability over a wide temperature range, are excellent in time-varying characteristics, and can be manufactured at low cost. It is.
  • the AT-cut crystal resonator element often uses a thickness shear vibration mode as a main vibration.
  • the piezoelectric substrate according to the present embodiment is not limited to the above configuration.
  • an AT-cut crystal piece having a longitudinal direction parallel to the X-axis direction and a short direction parallel to the Z′-axis direction is used. It may be applied, may be a crystal piece with a different cut other than AT cut, or other piezoelectric material such as ceramic other than quartz may be applied.
  • the first excitation electrode 120 is formed on the first surface 112 of the piezoelectric substrate 110 (XZ ′ surface on the Y′-axis positive direction side), and the second excitation electrode 130 is the first excitation electrode 130 of the piezoelectric substrate 110.
  • the second surface 114 (that is, the XZ ′ surface on the Y′-axis negative direction side) opposite to the first surface 112 is formed.
  • the first and second excitation electrodes 120 and 130 are a pair of electrodes, and are arranged so as to substantially overlap each other on the XZ ′ plane.
  • the piezoelectric substrate 110 has a connection electrode 124 electrically connected to the first excitation electrode 120 via the extraction electrode 122, and a connection electrode 134 electrically connected to the second excitation electrode 130 via the extraction electrode 132. And are formed. Specifically, the extraction electrode 122 is extracted from the first excitation electrode 120 toward the short side on the Z′-axis negative direction side on the first surface 112 and further passes through the side surface of the piezoelectric substrate 110 on the Z′-axis negative direction side. The connection electrode 124 formed on the second surface 114 is connected.
  • the extraction electrode 132 is extracted from the second excitation electrode 130 toward the short side of the Z′-axis negative direction on the second surface 114, and is connected to the connection electrode 134 formed on the second surface 114.
  • the connection electrodes 124 and 134 are disposed along the short side on the Z′-axis negative direction side, and these connection electrodes 124 and 134 are electrically connected to the substrate 300 via conductive adhesives 340 and 342 described later. And mechanically held.
  • the arrangement and pattern shape of the connection electrodes 124 and 134 and the extraction electrodes 122 and 132 are not limited, and can be appropriately changed in consideration of electrical connection with other members.
  • Each of the electrodes including the first and second excitation electrodes 120 and 130 may be formed, for example, by forming a base with a chromium (Cr) layer and forming a gold (Au) layer on the surface of the chromium layer. It is not limited.
  • the cap 200 has a recess 204 that opens to face the first surface 302 of the substrate 300.
  • the recess 204 is provided with an edge 202 formed so as to rise from the bottom surface of the recess 204 over the entire circumference of the opening.
  • the edge 202 is an end face 205 facing the first surface 302 of the substrate 300.
  • the end surface 205 may be a tip surface of the edge 202 that protrudes substantially vertically from the bottom surface of the recess 204.
  • the material of the cap 200 is not particularly limited, but may be made of metal, for example. According to this, a shield function can be added by electrically connecting the cap 200 to the ground potential. The configuration of the cap 200 will be described later.
  • the piezoelectric vibration element 100 is mounted on the first surface 302 (upper surface) of the substrate 300.
  • the substrate 300 has a longitudinal direction parallel to the Z′-axis direction, a short direction parallel to the X-axis direction, and a thickness direction parallel to the Y′-axis direction. It has a substantially rectangular shape on the ′ surface.
  • the substrate 300 may be formed of, for example, an insulating ceramic, and may be formed, for example, by laminating and firing a plurality of insulating ceramic sheets.
  • the substrate 300 is made of a glass material (for example, silicate glass or a material mainly composed of materials other than silicate and having a glass transition phenomenon due to a temperature rise), a crystal material (for example, an AT-cut crystal) or You may form with a glass epoxy resin.
  • the substrate 300 is preferably made of a heat resistant material.
  • the substrate 300 may be a single layer or a plurality of layers. In the case of a plurality of layers, the substrate 300 may include an insulating layer formed on the outermost layer of the first surface 302.
  • the substrate 300 may have a flat plate shape, or may have a concave shape opened in a direction facing the cap 200. As shown in FIG.
  • both the cap 200 and the substrate 300 are bonded via a bonding material 350, so that the piezoelectric vibration element 100 is surrounded by an inner space (cavity) surrounded by the concave portion 204 of the cap 200 and the substrate 300. ) 206 is hermetically sealed.
  • the bonding material 350 is provided over the entire circumference of each of the cap 200 and the substrate 300, and is interposed between the end surface 205 of the edge 202 of the cap 200 and the first surface 302 of the substrate 300.
  • the bonding material 350 includes an insulating material.
  • a glass material for example, low-melting glass
  • a resin material for example, an epoxy resin
  • the bonding material 350 in this embodiment includes a metal component in the insulating material.
  • the piezoelectric vibration element 100 has one end (the end on the conductive adhesive 340, 342 side) as a fixed end and the other end as a free end.
  • the piezoelectric vibration element 100 may be fixed to the substrate 300 at both ends in the longitudinal direction.
  • the substrate 300 includes connection electrodes 320 and 322 formed on the first surface 302, and extraction electrodes 320 a and 322 a that are extracted from the connection electrodes 320 and 322 toward the outer edge of the first surface 302. Including.
  • the connection electrodes 320 and 322 are disposed on the inner side of the outer edge of the substrate 300 so that the piezoelectric vibration element 100 can be disposed substantially at the center of the first surface 302 of the substrate 300.
  • connection electrode 320 is connected to the connection electrode 124 of the piezoelectric vibration element 100 via the conductive adhesive 340, while the connection electrode 322 is connected to the piezoelectric vibration element 100 via the conductive adhesive 342.
  • the electrode 134 is connected.
  • the extraction electrode 320a is extracted from the connection electrode 320 toward any one corner portion of the substrate 300, while the extraction electrode 322a is extracted from the connection electrode 322 toward another corner portion of the substrate 300. Yes.
  • a plurality of external electrodes 330, 332, 334, and 336 are formed at each corner of the substrate 300.
  • the extraction electrode 320a is on the X axis negative direction side and the Z ′ axis negative direction side.
  • the lead electrode 322a is connected to the external electrode 332 formed at the corners on the X-axis positive direction side and the Z′-axis positive direction side. As shown in FIG.
  • external electrodes 334 and 336 may be formed at the remaining corners, and these external electrodes may be dummy electrodes that are not electrically connected to the piezoelectric vibration element 100. Good. By forming such a dummy electrode, it becomes easy to apply a conductive material for forming the external electrode, and the external electrode can be formed at all corners. A processing step of electrically connecting to the member is also facilitated.
  • the dummy electrode is a terminal provided on a mounting board (not shown) on which the piezoelectric vibrator is mounted, and may be electrically connected to a terminal that is not connected to any other electronic element mounted on the mounting board. Good. Further, the external electrodes 334 and 336 as dummy electrodes may be grounding electrodes that are electrically connected to the ground potential. When the cap 200 is conductive, a shield function can be added to the cap 200 by connecting the cap 200 to the external electrodes 334 and 336 that are grounding electrodes.
  • the corner portion of the substrate 300 has a cut-out side surface formed by cutting a part of the corner portion into a cylindrical curved surface shape (also called a castellation shape), and the external electrodes 330 and 332. , 334, 336 are formed continuously over such a cut-out side surface and the second surface 304.
  • the shape of the corner portion of the substrate 300 is not limited to this, and the shape of the cutout may be planar, or the corner of the corner portion may remain without being cutout.
  • substrate 300, an extraction electrode, and an external electrode is not limited to the above-mentioned example, It can apply in various deformation
  • the connection electrodes 320 and 322 are arranged on different sides on the first surface 302 of the substrate 300 such that one is formed on the Z′-axis positive direction side and the other is formed on the Z′-axis negative direction side. It may be.
  • the piezoelectric vibration element 100 is supported by the substrate 300 at both one end and the other end in the longitudinal direction.
  • the number of external electrodes is not limited to four, and may be two arranged on a diagonal, for example.
  • the external electrode is not limited to the one disposed at the corner portion, and may be formed on any side surface of the substrate 300 excluding the corner portion.
  • a cut-out side surface obtained by cutting a part of the side surface into a cylindrical curved surface may be formed, and the external electrode may be formed on the side surface excluding the corner portion.
  • the other external electrodes 334 and 336 which are dummy electrodes may not be formed.
  • a through hole penetrating from the first surface 302 to the second surface 304 may be formed in the substrate 300, and electrical conduction from the connection electrode formed on the first surface 302 to the second surface 304 may be achieved by the through hole. .
  • the piezoelectric vibrator 1 by applying an AC voltage between the pair of first and second excitation electrodes 120 and 130 in the piezoelectric vibration element 100 via the external electrodes 330 and 332,
  • the piezoelectric substrate 110 vibrates in a predetermined vibration mode such as a thickness shear vibration mode, and resonance characteristics associated with the vibration are obtained.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a bonding material 350 for bonding both the cap 200 and the substrate 300 in FIG.
  • the bonding material 350 is made of an insulating material containing a component of silver (Ag) which is an example of the first metal.
  • the bonding material 350 has a property of electrically insulating both the cap 200 and the substrate 300 when they are bonded.
  • the “insulating material” refers to a material having a resistivity of about 1 ⁇ 10 5 [ ⁇ ⁇ m] or more.
  • the insulating material of the bonding material 350 may be, for example, a glass material containing a first metal component, and specifically may be a vanadium-based low melting glass containing a silver component.
  • the resistivity may be about 1 ⁇ 10 6 [ ⁇ ⁇ m], for example.
  • the bonding material 350 may be lead-free.
  • the bonding material 350 may be an insulating material containing other metal components in addition to the first metal component.
  • the cap 200 includes a base material 210, a buffer layer 212 formed on the surface of the base material 210, and an outermost layer 214 formed on the surface of the buffer layer 212.
  • the base material 210 may be formed of, for example, an alloy (for example, 42 alloy) containing iron (Fe) and nickel (Ni).
  • a suitable metal can be used as a base for the outermost layer 214, and may be nickel (Ni), for example.
  • the outermost layer 214 has a solid solution layer 214a of the same first metal as the first metal component in the insulating material of the bonding material 350 and the second metal.
  • the solid solution layer 214 a is formed by diffusing the first metal component of the bonding material 350 into the outermost layer 214.
  • the solid solution layer 214 a is a part of the outermost layer 214 in the thickness direction, that is, the side of the end surface 205 facing the first surface 302 of the substrate 300 and the side surface of the edge 202 of the cap 200 (ie, bonding (Region in contact with the material 350).
  • the remaining part of the outermost layer 214 is made of the second metal.
  • the solid solution layer 214 a may be formed on the entire outermost layer 214 in the thickness direction.
  • the first metal component of the bonding material 350 includes the solid solution layer 214a formed by diffusing into the outermost layer 214 of the cap 200, the bonding of the cap 200 and the bonding material 350 is performed. Strength can be improved. This point will be further described in detail in the manufacturing method described later.
  • the bonding material 350 may constitute a fillet on the side surface of the edge 202 of the cap 200. According to this, since the contact area between the outermost layer 214 of the cap 200 and the bonding material 350 is expanded, the area of the solid solution layer 214a in the outermost layer 214 is increased, and the bonding strength between the cap 200 and the bonding material 350 is further improved. To do.
  • the materials of the first and second metals can be appropriately selected from those having a relationship in which diffusion from the first metal to the second metal is likely to occur (and a relationship in which a solid solution is easily formed).
  • the first metal is silver (Ag)
  • examples of the second metal include gold (Au) and palladium (Pd).
  • a cap 200 and a substrate 300 are prepared (S10).
  • the substrate 300 which is an example of the base member may be an insulating ceramic substrate, for example, and a predetermined electrode pattern such as the connection electrode and the extraction electrode described above is formed on the first surface 302.
  • the electrode pattern may be formed by applying a paste-like conductive material to a predetermined region and firing it. Moreover, you may form at least one part of an electrode pattern by combining a sputtering method, a vacuum evaporation method, or a plating method suitably.
  • the piezoelectric vibration element 100 that is an example of an electronic element is mounted on the first surface 302 of the substrate 300.
  • the piezoelectric resonator element 100 is a quartz resonator element
  • the piezoelectric resonator element 100 is cut out of a quartz material from an artificial quartz or a natural quartz ore into a wafer shape at a predetermined cut angle, and is diced or etched to form a predetermined rectangular outer shape.
  • various electrodes including the first and second excitation electrodes 120 and 130 are formed by sputtering or vacuum deposition.
  • the piezoelectric vibration element 100 can be electrically connected to the connection electrodes 320 and 322 of the substrate 300 via the conductive adhesives 340 and 342.
  • the piezoelectric vibration element 100 may be mounted on each substrate 300 obtained by dividing a wafer-like substrate, or may be mounted on each region of the wafer-like substrate.
  • the substrate 300 is separated into pieces for each piezoelectric vibration element 100 by dicing or the like in a subsequent process.
  • the cap 200 which is an example of a lid member, is formed in, for example, a concave shape that opens to face the first surface 302 of the substrate 300, and at least on the surface side (for example, the end surface 205) that faces the substrate 300. Is formed.
  • the outermost layer at this stage (that is, the precursor layer at the stage before the outermost layer 214a in FIG. 3 is formed) is formed of a second metal (for example, gold or palladium).
  • the buffer layer 212 made of nickel may be formed on the surface of the base material 210 of the cap 200 by nickel plating, and the outermost layer made of gold or palladium may be formed on the surface of the buffer layer 212 by gold plating or palladium plating.
  • the cap 200 is mounted on the substrate 300 via the bonding material 350 (S11).
  • a bonding material 350 is provided on either or both of the cap 200 and the substrate 300, and the cap 200 is mounted on the first surface 302 of the substrate 300 via the bonding material 350.
  • the piezoelectric vibration element 100 can be disposed in the internal space 206 formed by the cap 200 and the substrate 300.
  • the bonding material 350 is cured, and the solid solution layer 214a is formed on the cap 200 (S12).
  • the bonding material 350 is heated.
  • the bonding material 350 is a low-melting glass
  • the glass material is fired by heating at about 300 ° C. to 320 ° C. for about 10 minutes, for example.
  • the bonding material 350 can be cured and the piezoelectric vibration element 100 can be hermetically sealed in the internal space 206.
  • the first metal component contained in the insulating material of the bonding material 350 is diffused by heat into the second metal of the outermost layer of the cap 200, whereby the solid solution layer 214 a is formed on at least a part of the outermost layer 214 of the cap 200.
  • Such step (S12) may be performed in a vacuum environment or a pressure environment lower than atmospheric pressure. Accordingly, the piezoelectric vibration element 100 can be hermetically sealed in the internal space 206 having a pressure lower than a vacuum or atmospheric pressure.
  • the solid solution layer 214a is easily formed so that the diffusion of both the first and second metals easily occurs.
  • the ease of diffusion is indicated by the diffusion coefficient.
  • the larger the diffusion coefficient of the first metal with respect to the second metal the easier the solid solution layer 214a is formed.
  • the thickness of the solid solution layer 214a is proportional to the square root of the diffusion coefficient, the thickness of the solid solution layer 214a increases as the diffusion coefficient of the first metal with respect to the second metal increases, and the cap 200 and the bonding material 350 It is possible to increase the bonding strength.
  • the diffusion coefficient D [m 2 / s] can be derived from the following Arrhenius equation.
  • D D 0 ⁇ exp ( ⁇ Q / RT)
  • the frequency term D 0 [m 2 / s] the activation energy Q [kJ / mol] for the metal to be diffused, the gas constant R, and the temperature T [K] during diffusion.
  • the values of the diffusion coefficient D1 for silver gold and the diffusion coefficient D2 for silver nickel are as follows.
  • D1 6.93 ⁇ 10 ⁇ 6 [m 2 / s]
  • D2 9.72 ⁇ 10 ⁇ 8 [m 2 / s]
  • the diffusion coefficient D1 for silver gold is about 100 times larger than the diffusion coefficient D2 for silver nickel. That is, it can be seen that silver is about 100 times more likely to diffuse into gold than nickel, and therefore the solid solution layer 214a is more likely to be formed.
  • the graph in FIG. 5 is obtained by measuring the shear strength of each of the workpieces W1 to W3 manufactured using the electronic component manufacturing method according to the embodiment of the present invention. Specifically, three types of metals are used as the outermost layer before joining the cap, and each of the workpieces W1 to W3 obtained by thermosetting low melting point glass containing a silver component has a shear strength. Was measured. As the outermost layer metal before the cap is joined in each work, nickel is used in the work W1, gold is used in the work W2, and palladium is used in the work W3. The number of plots in the figure indicates the number (N) of each measured workpiece.
  • a workpiece W4 obtained by preparing gold using as the outermost layer before joining the cap and thermally curing a low melting point glass (vanadium-based low melting point glass) containing no silver component.
  • a low melting point glass vanadium-based low melting point glass
  • the shear strength is low (the average value of the workpieces W1 and W4). reference).
  • the outermost layer before joining of the cap 200 is gold or palladium, and the joint material 350 has a silver component in the insulating material, it can be seen that the shear strength is remarkably improved (work W2). And the average value of W3).
  • composition of the interface between the cap and the bonding material was separately analyzed by STEM (scanning transmission electron microscope) and EDX (energy dispersive X-ray), and the silver component in the insulating material of the bonding material was gold or It was confirmed that it was diffusing into palladium.
  • the first metal component contained in the insulating material of the bonding material 350 is changed to the second metal on the outermost layer of the cap 200.
  • the solid solution layer 214a is formed on at least a part of the outermost layer 214 of the cap 200, and as a result, it can be seen that the bonding strength between the cap 200 and the bonding material 350 is improved.
  • the outermost layer of the cap 200 has the solid solution layer 214a formed by diffusing the first metal component in the insulating material of the bonding material 350 into the second metal.
  • the bonding strength between the cap 200 and the bonding material 350 can be improved. Therefore, it is possible to improve the bonding strength of the package and the sealing performance of the electronic element while achieving a manufacturing process that is lower in cost and simpler than metal bonding (for example, Au—Sn alloy bonding). Therefore, it is possible to provide a highly reliable electronic component as compared with the prior art.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an electronic component according to this modification, and specifically, the configuration of the lid member is different from the above content.
  • the cap 220 that is an example of the lid member may have a flange portion 223 that protrudes from the opening edge 222 toward the opening edge 222 from the center of the recess opening, and the flange portion 223 is formed on the substrate 300.
  • You may have the end surface 225 which opposes the 1st surface 302. FIG. According to this, since the area where the outermost layer (including the end face 225) of the cap 200 is in contact with the bonding material 350 is increased, the area of the solid solution layer can be increased, and the bonding strength between the cap 220 and the bonding material 350 is further increased. improves.
  • Other configurations are as described above.
  • the quartz resonator element has been described as an example of the electronic element.
  • the present invention is not limited to this, and other piezoelectric materials such as a piezoelectric ceramic (for example, PZT) and zinc oxide may be used.
  • the piezoelectric vibration element may be, for example, a MEMS (MicroElectro-Mechanical-System).
  • MEMS MicroElectro-Mechanical-System
  • it is a piezoelectric MEMS using a given piezoelectric material such as Si-MEMS, AlN, LT, PZT or the like.
  • the piezoelectric vibration element has been described as an example of the electronic element.
  • the present invention is not limited to this. That is, as long as it is hermetically sealed by a package, it can be applied to electronic elements other than piezoelectric vibration elements, specifically SAW (Surface Acoustic Wave) filters, regardless of whether they are active elements or passive elements.
  • SAW Surface Acoustic Wave
  • the configuration in which the cap is made of a plurality of metals has been described as an example of the lid member.
  • the present invention is not limited to this. That is, for example, the buffer layer may be omitted, or a plurality of buffer layers may be formed.
  • the cap may be composed of a single layer of metal. Furthermore, it replaces with what was formed in concave shape like a cap, and a flat plate-shaped lid member is applicable. In this case, an internal space for arranging the electronic elements can be formed by forming the base member substrate in a concave shape.
  • each embodiment described above is for facilitating understanding of the present invention, and is not intended to limit the present invention.
  • the present invention can be changed / improved without departing from the spirit thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
  • those obtained by appropriately modifying the design of each embodiment by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
  • each element included in each embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be changed as appropriate.
  • each element included in each embodiment can be combined as much as technically possible, and combinations thereof are included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
  • Piezoelectric vibrator (electronic component) 100 Piezoelectric vibration element (electronic element) 200 Cap (lid member) 204 Concave 206 Internal space 210 Base material 212 Buffer layer 214 Outermost layer 214a Solid solution layer 220 Cap 224 Concave part 223 Flange part 300 Base member

Landscapes

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Abstract

電子素子（１００）と、電子素子（１００）が搭載された上面（３０２）を有するベース部材（３００）と、電子素子（１００）を密封封止するように接合材（３５０）を介してベース部材（３００）に接合されたリッド部材（２００）とを備え、接合材（３５０）は、第１金属を含む絶縁材料からなり、リッド部材（２００）は、少なくともベース部材（３００）に対向する面側に形成された最表層（２１４）を有し、リッド部材（２００）の最表層（２１４）は、少なくとも最表層（２１４）の一部において第１金属と同じ金属及び第２金属の固溶体層（２１４ａ）を有する。

Description

電子部品及びその製造方法
　本発明は、電子部品及びその製造方法に関する。
　発振装置や帯域フィルタなどに用いられる圧電振動子の一態様として、特許文献１に記載されているように、金属蓋（リッド部材）をセラミック基体に接合することによって、圧電振動素子を内部空間に密封封止した圧電振動子用パッケージが知られている。圧電振動素子は外気による影響を受けやすいが、このように圧電振動素子を密封封止することによって外気による影響を遮断し、圧電振動素子の特性変動を抑制することができる。ベース部材とリッド部材との接合態様としては、金属接合のほか、低融点ガラスによる封止が用いられている（特許文献１の段落００２２等参照）。これによれば、低コストで圧電振動素子を密封封止することが可能となる。
　しかしながら、低融点ガラスなどの絶縁材料による従来の接合態様では、ベース部材とリッド部材との接合強度が高いとはいえなかった。特に、リッド部材が金属材料からなる場合は、ガラスと金属は密着性に優れるとは言い難く、安定かつ良好な気密封止が得られない場合があった。
特開２００２－２６６７９号公報
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、パッケージの接合強度を向上させることによって信頼性の向上を図ることができる電子部品及びその製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係る電子部品は、電子素子と、電子素子が搭載された上面を有するベース部材と、電子素子を密封封止するように接合材を介してベース部材に接合されたリッド部材とを備え、接合材は、第１金属を含む絶縁材料からなり、リッド部材は、少なくともベース部材に対向する面側に形成された最表層を有し、リッド部材の最表層は、少なくとも最表層の一部において第１金属と同じ金属及び第２金属の固溶体層を有する。
　上記構成によれば、リッド部材の最表層は、接合材に含まれる第１金属と同じ金属と、第２金属との固溶体層を有する。これにより、リッド部材と接合材との接合強度を向上させることができる。したがって、パッケージの接合強度及び電子素子の密封封止性を向上させることができる。よって、高信頼性の電子部品を提供することができる。
　上記電子部品において、固溶体層は、接合材の第１金属が最表層へ拡散することによって形成されてもよい。
　上記電子部品において、固溶体層は、リッド部材の最表層のうち接合材と接する領域に形成されてもよい。
　上記電子部品において、電子素子は圧電振動素子であってもよい。
　上記電子部品において、ベース部材とリッド部材との内部空間は大気圧より低い圧力であり、圧電振動素子は、ベース部材上において内部空間に密封封止されてもよい。
　上記電子部品において、ベース部材とリッド部材との内部空間は真空であり、圧電振動素子は、ベース部材上において内部空間に密封封止されてもよい。
　上記電子部品において、接合材は、絶縁材料としてガラス材料を有してもよい。
　上記電子部品において、接合材は鉛フリーであってもよい。
　上記電子部品において、接合材はフィレットを構成してもよい。
　上記電子部品において、リッド部材は、母材と、母材と最表層との間に形成されたバッファ層とをさらに有してもよい。
　上記電子部品において、リッド部材の母材は金属からなるものであってもよい。
　上記電子部品において、リッド部材は、ベース部材の上面に対向して開口する凹状に形成されてもよい。
　上記電子部品において、リッド部材は、凹部の開口中心から開口縁に向かって、開口縁から突出するフランジ部を有してもよい。
　上記電子部品において、ベース部材は平板状に形成されてもよい。
　上記電子部品において、第１金属は銀であってもよい。
　上記電子部品において、第２金属は金又はパラジウムであってもよい。
　本発明の一側面に係る電子部品の製造方法は、（ａ）電子素子が上面に搭載されたベース部材と、リッド部材とを用意すること、（ｂ）リッド部材を接合材を介してベース部材の上面に搭載することによって、電子素子をリッド部材とベース部材との内部空間に配置すること、（ｃ）接合材を硬化させることによって、リッド部材を接合材を介してベース部材に接合することを含み、接合材は、第１金属を含む絶縁材料からなり、リッド部材は、少なくともベース部材に対向する面側に形成された、第２金属を含む最表層を有し、（ｃ）は、接合材の第１金属をリッド部材の最表層の第２金属に拡散させることによって、最表層の少なくとも一部に固溶体層を形成することを含む。
　上記構成によれば、接合材の絶縁材料中の第１金属成分をリッド部材の最表層の第２金属に拡散することによって固溶体層を形成するため、リッド部材と接合材との接合強度を向上させることができる。したがって、パッケージの接合強度及び電子素子の密封封止性を向上させることができる。よって、高信頼性の電子部品を製造することができる。
　上記電子部品の製造方法において、（ｃ）は、固溶体層を、リッド部材の最表層のうち接合材と接する領域に形成することを含んでもよい。
　上記電子部品の製造方法において、（ｃ）は、大気圧よりも低い圧力状態において前記接合材を硬化させることを含んでもよい。
　上記電子部品の製造方法において、（ｃ）は、真空状態において接合材を硬化させることを含んでもよい。
　本発明によれば、パッケージの接合強度を向上させることによって信頼性の向上を図ることができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る電子部品の分解斜視図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。 図３は、図２の部分拡大図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る電子部品の製造方法を示すフローチャートである。 図５は、本発明の一実施形態に係る電子部品の接合強度を測定した実験データを示すものである。 図６は、本発明の一実施形態の変形例に係る電子部品の断面図である。
　以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。
　図１及び図２を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る電子部品を説明する。この電子部品は、後述する本発明の一実施形態に係る電子部品の製造方法を適用して製造されたものである。以下、本発明に係る電子部品の一例として圧電振動子（Ｐｉｅｚｏｅｌｃｔｒｉｃ　ｕｎｉｔ）を説明する。この圧電振動子は、電子素子の一例として圧電振動素子（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を備える。
　ここで、図１は、圧電振動子の分解斜視図であり、図２は図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。なお、図２において、圧電振動素子の各種電極の図示は省略している。
　図１に示すように、本実施形態に係る圧電振動子１は、圧電振動素子１００と、リッド部材の一例であるキャップ２００と、ベース部材の一例である基板３００とを備える。キャップ２００及び基板３００は圧電振動素子１００を保持する保持器である。キャップ２００及び基板３００が後述する接合材３５０を介して接合されることにより、圧電振動素子１００を収容するための封止空間を有するケース又はパッケージが形成される。
　圧電振動素子１００は、圧電基板１１０と、圧電基板１１０に形成された第１及び第２励振電極１２０，１３０とを含む。第１励振電極１２０は、圧電基板１１０の第１面１１２に形成され、また、第２励振電極１３０は、圧電基板１１０の第１面１１２とは反対の第２面１１４に形成されている。
　圧電基板１１０は、所与の圧電材料から形成され、その材料は特に限定されるものではない。図１に示す例では、圧電基板（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）１１０は、ＡＴカットされた水晶片（Ｑｕａｒｔｚ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｂｌａｎｋ）である。ＡＴカットの水晶片は、人工水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の周りにＹ軸からＺ軸の方向に３５度１５分±１度３０分回転させた軸をそれぞれＹ´軸及びＺ´軸とした場合、Ｘ軸及びＺ´軸によって特定される面（以下、「ＸＺ´面」と呼ぶ。他の軸によって特定される面についても同様である。）と平行な面を主面として切り出されたものである。図１に示す例では、ＡＴカット水晶片である圧電基板１１０は、Ｚ´軸方向に平行な長手方向と、Ｘ軸方向に平行な短手方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向を有しており、ＸＺ´面を平面視したときにおいて略矩形形状をなしている。ＡＴカット水晶片を用いた水晶振動素子（Ｑｕａｒｔｚ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）は、広い温度範囲で極めて高い周波数安定性を有し、また、経時変化特性にも優れている上、低コストで製造することが可能である。また、ＡＴカット水晶振動素子は、厚みすべり振動モード（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　Ｓｈｅａｒ　Ｍｏｄｅ）を主振動として用いられることが多い。
　なお、本実施形態に係る圧電基板は上記構成に限定されるものではなく、例えば、Ｘ軸方向に平行な長手方向と、Ｚ´軸方向に平行な短手方向とを有するＡＴカット水晶片を適用してもよいし、ＡＴカット以外の異なるカットの水晶片であってもよいし、又は、水晶以外のセラミックなどのその他の圧電材料を適用してもよい。
　第１励振電極（Ｆｉｒｓｔ　Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１２０は、圧電基板１１０の第１面１１２（Ｙ´軸正方向側のＸＺ´面）に形成され、また、第２励振電極１３０は、圧電基板１１０の第１面１１２とは反対の第２面１１４（すなわち、Ｙ´軸負方向側のＸＺ´面）に形成されている。第１及び第２励
振電極１２０，１３０は一対の電極であり、ＸＺ´面において互いに略全体が重なり合うように配置されている。
　圧電基板１１０には、第１励振電極１２０に引出電極１２２を介して電気的に接続された接続電極１２４と、第２励振電極１３０に引出電極１３２を介して電気的に接続された接続電極１３４とが形成されている。具体的には、引出電極１２２は、第１面１１２において第１励振電極１２０からＺ´軸負方向側短辺に向かって引き出され、さらに圧電基板１１０のＺ´軸負方向側の側面を通って、第２面１１４に形成された接続電極１２４に接続されている。他方、引出電極１３２は、第２面１１４において第２励振電極１３０からＺ´軸負方向側短辺に向かって引き出され、第２面１１４に形成された接続電極１３４に接続されている。接続電極１２４，１３４は、Ｚ´軸負方向側の短辺に沿って配置され、これらの接続電極１２４，１３４は、後述する導電性接着剤３４０，３４２を介して基板３００に電気的導通を図るとともに機械的に保持される。なお、本実施形態において、接続電極１２４，１３４及び引出電極１２２，１３２の配置やパターン形状は限定されるものではなく、他の部材との電気的接続を考慮して適宜変更することができる。
　第１及び第２励振電極１２０，１３０を含む上記各電極は、例えば、下地をクロム（Ｃｒ）層で形成し、クロム層の表面に金（Ａｕ）層を形成してもよく、その材料は限定されるものではない。
　キャップ２００は、基板３００の第１面３０２に対向して開口した凹部２０４を有する。凹部２０４には、開口の全周に亘って、凹部２０４の底面から立ち上がるように形成された縁部２０２が設けられており、縁部２０２は、基板３００の第１面３０２に対向する端面２０５を有する。図２に示すように、この端面２０５は、凹部２０４の底面から略垂直に立ち上がるように突出する縁部２０２の先端面であってもよい。
　キャップ２００の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属で構成されていてもよい。これによれば、キャップ２００を接地電位に電気的に接続させることによりシールド機能を付加することができる。なお、キャップ２００の構成については後述する。
　基板３００の第１面３０２（上面）には、圧電振動素子１００が搭載される。図１に示す例では、基板３００は、Ｚ´軸方向に平行な長手方向と、Ｘ軸方向に平行な短手方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向を有しており、ＸＺ´面において略矩形形状をなしている。基板３００は、例えば絶縁性セラミックで形成されてもよく、例えば複数の絶縁性セラミックシートを積層して焼成することによって形成されてもよい。あるいは、基板３００は、ガラス材料（例えばケイ酸塩ガラス、又はケイ酸塩以外を主成分とする材料であって、昇温によりガラス転移現象を有する材料）、水晶材料（例えばＡＴカット水晶）又はガラスエポキシ樹脂などで形成してもよい。基板３００は耐熱性材料から構成されることが好ましい。基板３００は、単層であっても複数層であってもよく、複数層である場合、第１面３０２の最表層に形成された絶縁層を含んでもよい。また、基板３００は、平板な板状をなしてもよいし、あるいは、キャップ２００に対向する向きに開口した凹状をなしてもよい。図２に示すように、キャップ２００及び基板３００の両者が接合材３５０を介して接合されることによって、圧電振動素子１００が、キャップ２００の凹部２０４と基板３００とによって囲まれた内部空間（キャビティ）２０６に密封封止される。
　接合材３５０は、キャップ２００及び基板３００のそれぞれの全周に亘って設けられており、キャップ２００の縁部２０２の端面２０５と、基板３００の第１面３０２との間に介在している。接合材３５０は絶縁性材料を有する。絶縁性材料としては、例えばガラス材料（例えば低融点ガラス）であってもよく、あるいは、樹脂材料（例えばエポキシ系樹脂）であってもよい。これらの絶縁性材料によれば、金属接合に比べて低コストであり、また加熱温度を抑えることができ、製造プロセスの簡易化を図ることができる。なお、後述するように本実施形態における接合材３５０は絶縁材料中に金属成分を含んでいる。
　図２に示す例では、圧電振動素子１００は、その一方端（導電性接着剤３４０，３４２側の端部）が固定端であり、その他方端が自由端となっている。なお、変形例として、圧電振動素子１００は、長手方向の両端において基板３００に固定されていてもよい。
　図１に示すように、基板３００は、第１面３０２に形成された接続電極３２０，３２２と、接続電極３２０，３２２から第１面３０２の外縁に向かって引き出される引出電極３２０ａ，３２２ａとを含む。接続電極３２０，３２２は、圧電振動素子１００が基板３００の第１面３０２の略中央に配置することができるように、基板３００の外縁よりも内側に配置されている。
　接続電極３２０には、導電性接着剤３４０を介して、圧電振動素子１００の接続電極１２４が接続され、他方、接続電極３２２には、導電性接着剤３４２を介して、圧電振動素子１００の接続電極１３４が接続される。
　引出電極３２０ａは、接続電極３２０から基板３００のいずれか１つのコーナー部に向かって引き出され、他方、引出電極３２２ａは、接続電極３２２から基板３００の他の１つのコーナー部に向かって引き出されている。また、基板３００の各コーナー部には、複数の外部電極３３０，３３２，３３４，３３６が形成されており、図１に示す例では、引出電極３２０ａがＸ軸負方向及びＺ´軸負方向側のコーナー部に形成された外部電極３３０に接続され、他方、引出電極３２２ａがＸ軸正方向及びＺ´軸正方向側のコーナー部に形成された外部電極３３２に接続されている。また図１に示すように、残りのコーナー部には、外部電極３３４，３３６が形成されていてもよく、これらの外部電極は圧電振動素子１００とは電気的に接続されないダミー電極であってもよい。このようなダミー電極を形成することにより、外部電極を形成するための導電材料の付与が容易になり、また、全てのコーナー部に外部電極を形成することができるため、圧電振動子を他の部材に電気的に接続する処理工程も容易となる。ダミー電極は、圧電振動子が実装される実装基板（図示しない）に設けられた端子であって、実装基板に実装された他のいずれの電子素子とも接続されない端子に電気的に接続されてもよい。さらに、ダミー電極としての外部電極３３４，３３６は、接地電位に電気的に接続される接地用電極であってもよい。キャップ２００が導電性である場合、キャップ２００を接地用電極である外部電極３３４，３３６に接続することによって、キャップ２００にシールド機能を付加することができる。
　図１に示す例では、基板３００のコーナー部は、その一部が円筒曲面状（キャスタレーション形状とも呼ばれる。）に切断して形成された切り欠き側面を有しており、外部電極３３０，３３２，３３４，３３６は、このような切り欠き側面及び第２面３０４にかけて連続的に形成されている。なお、基板３００のコーナー部の形状はこれに限定されるものではなく、切り欠きの形状は平面状であってもよいし、切り欠きがなく、コーナー部の角が残っていてもよい。
　なお、基板３００の接続電極、引出電極及び外部電極の各構成は上述の例に限定されるものではなく、様々に変形して適用することができる。例えば、接続電極３２０，３２２は、一方がＺ´軸正方向側に形成され、他方がＺ´軸負方向側に形成されるなど、基板３００の第１面３０２上において互いに異なる側に配置されていてもよい。このような構成においては、圧電振動素子１００が、長手方向の一方端及び他方端の両方において基板３００に支持されることになる。また、外部電極の個数は４つに限るものではなく、例えば対角上に配置された２つであってもよい。また、外部電極はコーナー部に配置されたものに限らず、コーナー部を除く基板３００のいずれかの側面に形成されてもよい。この場合、既に説明したとおり、側面の一部を円筒曲面状に切断した切り欠き側面を形成し、コーナー部を除く当該側面に外部電極を形成してもよい。さらに、ダミー電極である他の外部電極３３４，３３６は形成しなくてもよい。また、基板３００に第１面３０２から第２面３０４へ貫通するスルーホールを形成し、このスルーホールによって第１面３０２に形成した接続電極から第２面３０４へ電気的導通を図ってもよい。
　図１に示すような圧電振動子１においては、外部電極３３０，３３２を介して、圧電振動素子１００における一対の第１及び第２励振電極１２０，１３０の間に交流電圧を印加することにより、厚みすべり振動モードなどの所定の振動モードで圧電基板１１０が振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。
　次に、図３を参照して、キャップ２００及び接合材３５０の各構成についてさらに詳述する。ここで、図３は、図２におけるキャップ２００と基板３００との両者を接合する接合材３５０の拡大図である。
　接合材３５０は、第１金属の一例である銀（Ａｇ）の成分を含む絶縁材料からなる。接合材３５０は、キャップ２００及び基板３００の両者が接合されたとき、両者を電気的に絶縁する性質を有する。ここで、本発明において「絶縁材料」とはその抵抗率が約１×１０5［Ω・ｍ］以上のものを指す。接合材３５０の絶縁材料は、例えば第１金属の成分を含むガラス材料であってもよく、具体的には、銀成分を含むバナジウム系低融点ガラスであってもよい。例えば、絶縁材料が低融点ガラスである場合、その抵抗率は例えば約１×１０6［Ω・ｍ］であってもよい。また、接合材３５０は、鉛フリーであってもよい。なお、接合材３５０は、第１金属の成分以外にその他の金属成分を含有した絶縁材料であってもよい。
　図３に示すように、キャップ２００は、母材２１０と、母材２１０の表面に形成されたバッファ層２１２と、バッファ層２１２の表面に形成された最表層２１４とを含む。母材２１０は、例えば、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む合金（例えば４２アロイ）で形成されていてもよい。バッファ層２１２は、最表層２１４の下地として適宜好適な金属を用いることができ、例えばニッケル（Ｎｉ）であってもよい。
　本実施形態においては、最表層２１４は、接合材３５０の絶縁材料中の第１金属成分と同じ第１金属と、第２金属との固溶体層２１４ａを有する。固溶体層２１４ａは、接合材３５０の第１金属の成分が最表層２１４へ拡散することによって形成されたものである。図３に示す例では、固溶体層２１４ａは、最表層２１４における厚さ方向の一部、すなわち、基板３００の第１面３０２に対向する端面２０５側及びキャップ２００の縁部２０２の側面（すなわち接合材３５０に接する領域）に形成されている。この場合、最表層２１４の残りの部分は、第２金属で構成されている。あるいは、図３に示す例とは異なり、最表層２１４における厚さ方向の全部に固溶体層２１４ａが形成されていてもよい。
　このように本実施形態によれば、接合材３５０の第１金属成分がキャップ２００の最表層２１４中に拡散することによって形成された固溶体層２１４ａを備えるため、キャップ２００と接合材３５０との接合強度を向上させることができる。なお、この点については、後述の製造方法においてさらに詳述する。
　また、図３に示すように、接合材３５０はキャップ２００の縁部２０２の側面にフィレットを構成してもよい。これによれば、キャップ２００の最表層２１４と、接合材３５０との接触面積が拡がるため、最表層２１４における固溶体層２１４ａの面積が大きくなり、キャップ２００と接合材３５０との接合強度がさらに向上する。
　第１及び第２金属の各材料は、第１金属から第２金属への拡散が起こりやすい関係（及び固溶体が形成されやすい関係）を有するものから適宜選択することができる。代表例としては、第１金属が銀（Ａｇ）である場合、第２金属としては金（Ａｕ）又はパラジウム（Ｐｄ）が挙げられる。
　次に、図４のフローチャートに基づいて本発明の一実施形態に係る電子部品の製造方法を説明する。以下、本発明に係る電子部品の製造方法の一例として圧電振動子の製造方法を説明する。
　まず、図４に示すように、キャップ２００及び基板３００を用意する（Ｓ１０）。
　ベース部材の一例である基板３００は、例えば絶縁セラミック基板であってもよく、第１面３０２には、既に説明した接続電極及び引出電極などの所定の電極パターンが形成されている。電極パターンは、ペースト状の導電材料を所定領域に塗布し、これを焼成することによって形成してもよい。また、電極パターンの少なくとも一部をスパッタ法、真空蒸着法又はメッキ法を適宜組み合わせることによって形成してもよい。
　このような基板３００の第１面３０２に、電子素子の一例である圧電振動素子１００を搭載する。圧電振動素子１００が水晶振動素子である場合、圧電振動素子１００は、水晶材料を人工水晶又は天然水晶の原石から所定のカット角でウエハ状に切り出し、ダイシング又はエッチングすることによって所定の矩形の外形形状に形成し、その後、スパッタ法又は真空蒸着法等によって第１及び第２励振電極１２０，１３０をはじめとする各種電極を形成する。圧電振動素子１００は、導電性接着剤３４０，３４２を介して基板３００の接続電極３２０，３２２に電気的に接続させることができる。
　なお、圧電振動素子１００は、ウエハ状の基板を個片化したそれぞれの基板３００に実装してもよいし、あるいは、ウエハ状の基板のそれぞれの領域に実装してもよい。ウエハ状の基板に圧電振動素子１００を実装した場合は、後工程において圧電振動素子１００ごとに基板３００がダイシングなどによって個片化される。
　他方、リッド部材の一例であるキャップ２００は、例えば、基板３００の第１面３０２に対向して開口する凹状に形成されており、少なくとも基板３００に対向する面側（例えば端面２０５）に最表層が形成されている。この段階における最表層（すなわち図３の最表層２１４ａが形成される前段階の前駆体層）は、第２金属（例えば金又はパラジウム）で形成されている。例えば、キャップ２００の母材２１０の表面にニッケルメッキによってニッケルからなるバッファ層２１２を形成し、バッファ層２１２の表面に金メッキ又はパラジウムメッキによって、金又はパラジウムからなる最表層を形成してもよい。
　次に、キャップ２００を接合材３５０を介して基板３００に搭載する（Ｓ１１）。
　具体的には、キャップ２００又は基板３００のいずれか又はその両方に接合材３５０を設け、キャップ２００を接合材３５０を介して基板３００の第１面３０２に搭載する。こうして、キャップ２００と基板３００とによって形成された内部空間２０６に圧電振動素子１００を配置することができる。
　その後、接合材３５０を硬化させるとともに、キャップ２００に固溶体層２１４ａを形成する（Ｓ１２）。
　具体的には、接合材３５０を加熱する。接合材３５０が低融点ガラスである場合、例えば約３００℃から３２０℃程度で１０分間ほど加熱することによってガラス材料を焼成する。これにより、接合材３５０を硬化させて内部空間２０６に圧電振動素子１００を密封封止することができる。また、熱によって、接合材３５０の絶縁材料中に含まれる第１金属成分がキャップ２００の最表層の第２金属へ拡散し、これによって、キャップ２００の最表層２１４の少なくとも一部に固溶体層２１４ａを形成する。かかるステップ（Ｓ１２）は、真空環境又は大気圧よりも低い圧力環境において行ってもよい。これによって圧電振動素子１００を真空又は大気圧よりも低い圧力の内部空間２０６に密封封止することができる。
　ここで、固溶体層についてさらに詳述する。固溶体層２１４ａは、第１及び第２金属の両者の拡散が起こりやすいほど形成されやすい。拡散の起こりやすさは拡散係数によって示され、第１金属の第２金属に対する拡散係数が大きいほど、固溶体層２１４ａは形成されやすい。また、固溶体層２１４ａの厚さは、拡散係数の平方根に比例するため、第１金属の第２金属に対する拡散係数が大きいほど、固溶体層２１４ａの厚さは厚くなり、キャップ２００と接合材３５０との接合強度を高めることができる。
　一般に、拡散係数Ｄ［ｍ2／ｓ］は、下記アレニウスの式より導くことができる。
　Ｄ＝Ｄ0×ｅｘｐ（－Ｑ／ＲＴ）
　ここで、振動数項Ｄ0［ｍ2／ｓ］、拡散される金属に対する活性化エネルギーＱ［ｋＪ／ｍｏｌ］、気体定数Ｒ、拡散時の温度Ｔ［Ｋ］である。
　上記式において、温度３００［℃］で算出した場合、例えば、銀の金に対する拡散係数Ｄ１と、銀のニッケルに対する拡散係数Ｄ２とのそれぞれの拡散係数の値を求めると以下のとおりである。
　Ｄ１＝６．９３×１０-6［ｍ2／ｓ］
　Ｄ２＝９．７２×１０-8［ｍ2／ｓ］
　そして、両者の拡散係数を比較すると、以下の関係が成立する。
　Ｄ１＞Ｄ２
　このことから、銀の金に対する拡散係数Ｄ１は、銀のニッケルに対する拡散係数Ｄ２よりも約１００倍大きいことがわかる。すなわち、銀は、ニッケルよりも金への拡散のほうが約１００倍起こりやすく、したがって固溶体層２１４ａが形成されやすいことがわかる。
　図５のグラフは、本発明の一実施形態に係る電子部品の製造方法を用いて製造した各ワークＷ１～Ｗ３のシェア強度を測定したものである。具体的には、キャップの接合前の最表層として３種類の金属を用いたもの用意し、それぞれ、銀成分を含む低融点ガラスを熱硬化させることによって得られた各ワークＷ１～Ｗ３についてシェア強度を測定した。各ワークにおける、キャップの接合前の最表層の金属は、ワークＷ１ではニッケル、ワークＷ２では金、及び、ワークＷ３ではパラジウムを用いている。なお、図中のプロット数は測定した各ワークの個数（Ｎ）を示している。
　各ワークＷ１～Ｗ３のシェア強度［Ｎ］の平均値は、以下のとおりであった。
　Ｗ１（銀あり／ニッケル）＝０．６９［Ｎ］
　Ｗ２（銀あり／金）＝１４．０８［Ｎ］
　Ｗ３（銀あり／パラジウム）＝２６．５２［Ｎ］
　また、上記とは別に、キャップの接合前の最表層として金を用いたものと用意し、銀成分を含まない低融点ガラス（バナジウム系低融点ガラス）を熱硬化させることによって得られたワークＷ４についてもシェア強度を測定した。ワークＷ４のシェア強度の平均値は、以下のとおりであった。なお、ワークＷ４について測定個数はＮ＝３であった。
　Ｗ４（銀なし／金）＝０．５４［Ｎ］
　そして、上記各ワークのシェア強度を比較すると、以下の関係が成立する。
　Ｗ３＞Ｗ２＞Ｗ１≒Ｗ４
　なお、シェア強度測定条件は以下のとおりである。
　測定機器：ボンドテスタ（Ｄａｇｅ製Ｓｅｒｉｅｓ４０００）
　ツール幅：２０００μｍ
　テストスピード：１００μｍ／ｓ
　このように、キャップ２００の接合前の最表層がニッケルの場合や、接合材３５０の絶縁材料中に銀成分を有しない場合においては、シェア強度は低いことがわかる（ワークＷ１及びＷ４の平均値参照）。他方、キャップ２００の接合前の最表層が金又はパラジウムの場合であって、接合材３５０として絶縁材料中に銀成分を有する場合は、シェア強度が格段に向上していることがわかる（ワークＷ２及びＷ３の平均値参照）。
　なお、キャップと接合材との界面の組成について、別途、ＳＴＥＭ（走査透過型電子顕微鏡）及びＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線）によって分析したところ、接合材の絶縁材料中の銀成分が、金又はパラジウムへ拡散していることが確認できた。
　以上のとおり、理論上及び実験データ上のいずれからも、本実施形態に係る電子部品においては、接合材３５０の絶縁材料中に含まれる第１金属成分がキャップ２００の最表層の第２金属へ拡散し、これによって、キャップ２００の最表層２１４の少なくとも一部に固溶体層２１４ａを形成され、結果的として、キャップ２００と接合材３５０との接合強度が向上していることがわかる。
　本実施形態によれば、キャップ２００の最表層は、第２金属に、接合材３５０の絶縁材料中の第１金属成分が拡散することによって形成された固溶体層２１４ａを有する。これにより、キャップ２００と接合材３５０との接合強度を向上させることができる。したがって、金属接合（例えばＡｕ－Ｓｎ合金接合）よりも低コストかつ簡易な製造プロセスを達成しつつ、パッケージの接合強度、及び、電子素子の密封封止性を向上させることができる。よって、従来にも増して高信頼性の電子部品を提供することができる。
　本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。なお、以下の説明においては上記内容と異なる点を説明することとし、上記内容と同じ構成については図中において同一の符号を付している。
　図６は、本変形例に係る電子部品を説明するための図であり、具体的には、リッド部材の構成が上記内容と異なっている。
　本変形例では、リッド部材の一例であるキャップ２２０は、凹部開口中心から開口縁２２２に向かって開口縁２２２から突出するフランジ部２２３を有してもよく、このフランジ部２２３が、基板３００の第１面３０２に対向する端面２２５を有してもよい。これによれば、キャップ２００の最表層（端面２２５を含む）と接合材３５０と接する面積が大きくなるため、固溶体層の面積を稼ぐことができ、キャップ２２０と接合材３５０との接合強度がさらに向上する。なお、その他の構成は既に説明したとおりである。
　また、上記実施形態では電子素子の一例として水晶振動素子を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧電セラミック（例えばＰＺＴ）や酸化亜鉛などのその他の圧電材料を用いてもよい。また、圧電振動素子は、例えばＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）であってもよい。例えば、Ｓｉ－ＭＥＭＳや、ＡｌＮ、ＬＴ、ＰＺＴなどの所与の圧電材料を用いた圧電ＭＥＭＳである。
　また、上記実施形態では電子素子の一例として圧電振動素子を説明した。しかし、本発明はこれに限定されない。すなわち、パッケージによって密封封止されるものであれば、能動素子・受動素子を問わず、圧電振動素子以外の電子素子、具体的にはＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ）フィルタ、に適用できる。
　また、上記実施形態ではリッド部材の一例としてキャップが複数の金属（母材、バッファ層及び最表層）からなる構成を説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えばバッファ層を省略してもよいし、あるいは、バッファ層を複数層形成してもよい。また、キャップは単層の金属から構成してもよい。さらに、キャップのような凹状に形成されたものに代えて、平板な板状のリッド部材を適用できる。この場合、ベース部材の基板を凹状に形成することによって電子素子を配置するための内部空間を形成できる。
　なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
　　　１　圧電振動子（電子部品）
　１００　圧電振動素子（電子素子）
　２００　キャップ（リッド部材）
　２０４　凹部
　２０６　内部空間
　２１０　母材
　２１２　バッファ層
　２１４　最表層
　２１４ａ　固溶体層
　２２０　キャップ
　２２４　凹部
　２２３　フランジ部
　３００　ベース部材
 

Claims (20)

  1. 　電子素子と、
    　前記電子素子が搭載された上面を有するベース部材と、
    　前記電子素子を密封封止するように接合材を介して前記ベース部材に接合されたリッド部材と
    を備え、
    　前記接合材は、第１金属を含む絶縁材料からなり、
    　前記リッド部材は、少なくとも前記ベース部材に対向する面側に形成された最表層を有し、
    　前記リッド部材の前記最表層は、少なくとも前記最表層の一部において前記第１金属と同じ金属及び第２金属の固溶体層を有する、電子部品。
  2. 　前記固溶体層は、前記接合材の前記第１金属が前記最表層へ拡散することによって形成された、請求項１記載の電子部品。
  3. 　前記固溶体層は、前記リッド部材の前記最表層のうち前記接合材と接する領域に形成された、請求項１又は２記載の電子部品。
  4. 　前記電子素子は圧電振動素子である、請求項１から３のいずれか一項に記載の電子部品。
  5. 　前記ベース部材と前記リッド部材との内部空間は大気圧より低い圧力であり、
    　前記圧電振動素子は、前記ベース部材上において前記内部空間に密封封止された、請求項１から４のいずれか一項に記載の電子部品。
  6. 　前記ベース部材と前記リッド部材との内部空間は真空であり、
    　前記圧電振動素子は、前記ベース部材上において前記内部空間に密封封止された、請求項１から５のいずれか一項に記載の電子部品。
  7. 　前記接合材は、前記絶縁材料としてガラス材料を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の電子部品。
  8. 　前記接合材は鉛フリーである、請求項１から７のいずれか一項に記載の電子部品。
  9. 　前記接合材はフィレットを構成する、請求項１から８のいずれか一項に記載の電子部品。
  10. 　前記リッド部材は、母材と、前記母材と前記最表層との間に形成されたバッファ層とをさらに有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の電子部品。
  11. 　前記リッド部材の前記母材は金属からなる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電子部品。
  12. 　前記リッド部材は、前記ベース部材の前記上面に対向して開口する凹状に形成された、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電子部品。
  13. 　前記リッド部材は、凹部の開口中心から開口縁に向かって、開口縁から突出するフランジ部を有する、請求項１２記載の電子部品。
  14. 　前記ベース部材は平板状に形成された、請求項１から１３のいずれか一項に記載の電子部品。
  15. 　前記第１金属は銀である、請求項１から１４のいずれか一項に記載の電子部品。
  16. 　前記第２金属は金又はパラジウムである、請求項１から１５のいずれか一項に記載の電子部品。
  17. 　（ａ）電子素子が上面に搭載されたベース部材と、リッド部材とを用意すること、
    　（ｂ）前記リッド部材を接合材を介して前記ベース部材の前記上面に搭載することによって、前記電子素子を前記リッド部材と前記ベース部材との内部空間に配置すること、
    　（ｃ）前記接合材を硬化させることによって、前記リッド部材を前記接合材を介して前記ベース部材に接合すること
    を含み、
    　前記接合材は、第１金属を含む絶縁材料からなり、
    　前記リッド部材は、少なくとも前記ベース部材に対向する面側に形成された、第２金属を含む最表層を有し、
    　前記（ｃ）は、前記接合材の前記第１金属を前記リッド部材の前記最表層の前記第２金属に拡散させることによって、前記最表層の少なくとも一部に固溶体層を形成することを含む、電子部品の製造方法。
  18. 　前記（ｃ）は、前記固溶体層を、前記リッド部材の前記最表層のうち前記接合材と接する領域に形成することを含む、請求項１７記載の電子部品の製造方法。
  19. 　前記（ｃ）は、大気圧よりも低い圧力状態において前記接合材を硬化させることを含む、請求項１７又は１８記載の電子部品の製造方法。
  20. 　前記（ｃ）は、真空状態において前記接合材を硬化させることを含む、請求項１７から１９のいずれか一項に記載の電子部品の製造方法。
     
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