JP5114898B2 - パッケージ型電子部品及びパッケージ型電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、検出素子その他の素子が真空雰囲気のキャビティ内に実装された電子部品及び電子部品の製造方法に関し、電子部品の小型化とともに、ゲッタ搭載量の増量を図ることのできる電子部品及び電子部品の製造方法に関する。

素子が設けられた第１基板と、この基板に貼りあわされる第２基板とを有するパッケージ型の電子部品において、素子の入出力端子が、第２基板に設けられた貫通孔とその貫通孔に充填された導体とを含むように構成されたものが知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された技術によれば、第２基板に形成された貫通孔を利用して各入出力端子を構成したため、パッケージを小型にすることができる。

しかしながら、特許文献１のように第２基板側（上面側）から配線を引き出す構造では、基板を積み重ねるスタック構造とした場合、配線の長さが長くなってしまうという問題があった。配線の長さが長くなると、動作速度が遅くなり、高速動作において不利となる不都合があった。また、特許文献１のように第２基板側（上面側）から配線を引き出す構造では、第２基板側から引き出した配線をレイアウトするためのスペースが必要となり、その分だけパッケージサイズが大きくなってしまうという問題があった。

パッケージ型の電子部品は、デバイス素子やその駆動回路が高密度で配置されているため、そのダウンサイジングは一般に難しい。特に、素子が真空雰囲気乃至希ガス雰囲気で動作するものである場合、パッケージ内部表面から放出される放出ガス又はそのパッケージ外部から進入してくるリークガス等の不純ガスを除去するためのゲッタを多量に搭載するスペースが必要となるため、電子部品のダウンサイジングがより困難となる。さらに、素子が赤外線検出素子のように受光用の窓基板を備える場合、窓基板から入射する光を遮る位置にゲッタを配置することができないため、ゲッタ搭載スペースの配置位置が制限され、効率的なレイアウトが難しいという不都合があった。このように、ゲッタを搭載する必要のある真空パッケージ型に電子部品や、透過窓を有するパッケージ型の電子部品においては、パッケージサイズの小型化が難しいという問題があった。

特開２００５−５８７４４号公報

本発明は、ゲッタの搭載可能量を増加させつつ、電子部品自体の小型化を図ることのできるパッケージ型電子部品及びパッケージ型電子部品の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、パッケージの下側（底面側）から配線を引き出す構造を有するパッケージ型電子部品の製造方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、真空雰囲気のキャビティ内に検出素子が実装されたパッケージ型電子部品であって、検出素子が配設される素子基板と、素子基板の受光側に配置される窓基板と、ゲッタが搭載され、素子基板の受光側とは反対側に配置されるゲッタ基板と、素子基板と窓基板との間に形成される第１空間と素子基板とゲッタ基板との間に形成される第２空間とを連通させる連通路と、を備えたパッケージ型電子部品が提供される。

これにより、パッケージ内に搭載できるゲッタの量の増量化ととともに、電子部品の小型化を図ることができる。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図３は、本発明の第１実施形態に係る電子部品１００の構成を説明するための図である。図１は本実施形態の電子部品１００を斜視方向から透視した図、図２は図１に示すII−II断面を示した図、図３は本実施形態の電子部品１００の分解斜視図である。図１乃至図３に示すように、本実施形態の電子部品１００は、検出素子１が真空雰囲気、すなわち雰囲気圧よりも低い圧力状態にあるキャビティ内、又は希ガス雰囲気とされたキャビティ内に実装されたパッケージ型の電子部品１００であり、素子基板１１と、窓基板１３と、ゲッタ４を有するゲッタ基板１４とを備える。特に限定されないが、本実施形態の電子部品１００では、素子基板１１と窓基板１３との間にサイドウォール１２を介在させている。

本実施形態では、素子基板１１の受光側に窓基板１３を配置し、素子基板１１の受光側とは反対側にゲッタ基板１４を配置する。素子基板１１と窓基板１３、および素子基板１１とゲッタ基板１４は、略平行に対向している。これらの基板（１１〜１４）は、受光側から見ると、窓基板１３、サイドウォール１２、素子基板１１、ゲッタ基板１４の順でスタック（積層）され、真空雰囲気において互いに気密接合される。その結果、図２に示すように、電子部品１００内部にはキャビティＣが形成される。具体的に、素子基板１１と窓基板１３との間には真空状態に保たれた第１空間２が形成され、素子基板１１とゲッタ基板１４との間には真空状態に保たれた第２空間３が形成される。

素子基板１１には、検出素子１と電気的に接続する配線１５と、この配線１５と電気的に接続する埋め込み配線１６とが設けられている。ゲッタ基板１４には、導電性のあるゲッタ基板配線１７がその厚さ方向を貫通するように貫設されている。このゲッタ基板配線１７は、素子基板１１の埋め込み配線１６と電気的に接続されている。パッケージ型電子部品１００内部の検出素子１は、埋め込み配線１６及びゲッタ基板配線１７を介して外部と電気的信号を送受信することができる。図示しないが、ゲッタ基板配線１７は、電子部品１００の下側（受光側とは反対側）から引き出され、バンプを介するなどして、マイクロプロセッサやメモリ等を搭載した回路基板と接続する。外部との電気的接続手法は図示したものに限定されず、サイドウォール１２から配線１５を引き出し、ワイヤボンドにより回路基板と接続してもよい、この場合には、ゲッタ基板１４にゲッタ基板配線１７を設ける必要がない。

以下、本実施形態の電子部品１００が備える各基板の構成を説明する。

窓基板１３は、検出素子１に対向するように配置され、赤外線を含む検出対象光を透過させる。窓基板１３の母体材料は検出素子１の種類によって適宜選択できる。検出素子１が窓基板１３を透過して入射する光を検出するものである場合は、その検出対象となる光の波長帯によって材料を選択する。波長帯が可視光であれば、石英、ガラスを用いることが好ましい。本実施形態のように検出素子１が遠赤外線を検出する素子である場合は、遠赤外線を透過するシリコン、ゲルマニウム、硫化亜鉛、セレン化亜鉛などを用いることが好ましい。窓基板１３の全体をこれらの材料で形成してもよいし、窓基板１３の検出素子１に対向する所定領域に透過窓を設けてもよい。この場合、透過窓は低融点ガラス等により窓基板１３に気密接合する。なお、窓基板１３又は窓基板１３に形成された透過窓の外側には光の透過率を向上させるために、反射防止膜を形成してもよい。もっとも、検出素子がジャイロセンサ素子のように透過光が問題とならない素子であれば、シリコン、ガラス、セラミクス等、気密のとれる材料であれば良い。

サイドウォール１２は、素子基板１１と窓基板１３との間に配置される。サイドウォール１２は、素子基板１１の周囲を取り囲み、素子基板１１と窓基板１３との間に第１空間２を形成する。サイドウォール１２の態様は特に限定されず、素子基板１１と窓基板１３の接合方法に応じて態様を決定する。たとえば、素子基板１１と窓基板１３の接合をＡｕ−Ｓｉ共晶接合により行う場合、サイドウォール１２は素子基板１１や窓基板１３にパターニングされたＡｕとなる。本実施形態のように、サイドウォール１２を基板状の部品とし、素子基板１１、窓基板１３と直接接合、陽極接合、表面活性化接合などの方法で接合してもよい。サイドウォール１２を独立の部品とせずに、窓基板１３又は素子基板１１と一体として構成してもよい。

素子基板１１の母体材料は、シリコンなどの半導体材料である。素子基板１１の主面には検出素子１、その駆動回路１８、配線１５が形成・配置されている。配置される検出素子１は赤外線検出素子１であり、素子基板１１にアレイ状に配置又は装着される。検出素子１、駆動回路１８、配線１５は、各々所定の電気的な接続がされている。さらに、素子基板１１の裏面（主面とは反対側の面）には埋め込み配線１６が形成され、配線１５と埋め込み配線１６は電気的に接続されている。埋め込み配線１６は素子基板１１の裏面（検出素子１の形成された面の裏面）に引き出され、素子基板１１は外部とは電気信号の送受信を行うことができる。特に限定されないが、本実施形態の埋め込み配線１６は、一般的なメッキダマシン法にて形成する。

本実施形態の素子基板１１には連通路１０が設けられている。連通路１０は、素子基板１１と窓基板１３との間に形成される第１空間２と、素子基板１１とゲッタ基板１４との間に形成される第２空間３とを連通させる。この連通路１０を介して、電子部品１００のキャビティＣ（第１空間２及び第２空間３）の表面から放出される放出ガス又はその電子部品１００の外部から進入してくるリークガス等の不純ガスは第２空間３へと導入され、さらにこれらのガスが活性化処理されたゲッタ４の表面に到達すると、ゲッタ４の表面に物理的または化学的に吸着されて、除去される。このように、連通路１０を設けたことにより、窓基板１３、素子基板１１、及びゲッタ基板１４の間に分割して形成されたキャビティＣ内に発生する不純ガスをゲッタ４で除去し、キャビティＣ内の真空雰囲気あるいは希ガス雰囲気を長期間に渡り維持することができる。

設けられる連通路１０の数は限定されず、１又は複数設けることができる。連通路の配置位置は特に限定されないが、配置された検出素子１の間に設けてもよいし、アレイ状に配置された検出素子１の配置領域の周囲に設けてもよい。連通路１０の態様は限定されないが、本実施形態の連通路１０は、素子基板１１をその厚さ方向に貫通する孔である。具体的に、本実施形態の連通路１０は、その一端が（素子基板１１と窓基板１３との間に形成された）第１空間２に開口するとともに、他端が（素子基板１１とゲッタ基板１４との間に形成された）第２空間３に開口するように設けられている。

特に好ましい態様として、本実施形態の連通路１０は、検出素子１の周囲に形成された空隙部７と第２空間３とを連通させる。具体的な連通路１０の態様を図４に基づいて説明する。図４は、１つの検出素子１と１つの連通路１０とが設けられた素子基板１１の単位領域を示す図である。図４（A）は、図１に示した電子部品１００の素子基板１１にアレイ状に配置された検出素子（赤外線検出素子）１の平面を示す図であり、図４（B）は、連通路１０の設けられた同図（A）に示す検出素子１のIV−IV断面である。また、図４（C）は連通路１０のない場合の同図（A）に示す検出素子１のIV−IV断面である。

ここに示す検出素子１は、物体から発生される赤外線を窓基板１３を介して受光すると、そのエネルギー量に応じた熱起電力を発生し、赤外線を定量的に検出するサーモパイル型の赤外線検出素子１であるが、これに限定されるものではない。

図４（Ａ）に示すように、本実施形態の赤外線検出素子１は、検出対象となる赤外線を受光する受光部１ａと、この受光部１ａを支える支持梁１１０とを有する。受光部１ａの上面には赤外線吸収膜が形成されている。受光部１aはポリシリコンとアルミニウムからなる複数対のサーモカップル（温接点）と接続する。支持梁１１０と受光部１ａとは温点接合部６ａにおいて接続され、冷点接合部６ｂにおいて支持梁１１０と検出素子１とが接続されている。支持梁１１０の内部には、サーモパイルとしてP型ポリシリコン５ａと、Ｎ型ポリシリコン５ｂとが設けられ、温度検出部として機能する。P型ポリシリコン５ａとＮ型ポリシリコン５ｂとは、支持梁１１０の長手方向に沿って略平行に配置され、電気的にはＰＮＰＮの順で、受光部１ａ内のアルミ配線６ｃと基枠内のアルミ配線６ｄによって直列に接続されている。６ｅはポリシリコン５ａ,５ｂとアルミ配線をつなぐコンタクトである。

図４（Ｂ）に示すように、赤外線検出素子１の受光部１ａ、支持梁１１０の底面は、シリコン窒化膜８ｂであり、その上にサーモパイル５ａ，５ｂが形成され、これらと受光部１ａ内のアルミ配線６ｃを覆うようにシリコン酸化膜８ｃが形成され、その上面をシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などの保護膜８ｄが支持梁１１０、受光部１ａを覆っている。更に受光部１ａの表面には赤外線吸収材料として、赤外線吸収膜８ｅが形成されている。

検出素子（赤外線検出素子）１の周囲には空隙部７が形成されている。この空隙部７は、素子基板１１の受光部１ａと支持梁１１０に対向する部分に設けられている。空隙部７は、受光部１ａと他の部分を熱的に分離する機能を有する。空隙部７は、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）や、ヒドラジン等のウェットエッチングにより形成する。検出素子１が圧力センサなどの力学的変化を検出するものである場合も空隙部７を設けることが好ましい。

本実施形態の空隙部７の下方（ゲッタ基板１４側）には連通路１０が形成されている。この連通路１０は、その一端が空隙部７に開口するとともに他端が第２空間に開口する孔（１０）である。空隙部７は、素子基板１１と窓基板１３との間に形成される第１空間２の一部として形成され又は第１空間２と連通するように形成されているため、本実施形態の連通路（孔）１０は空隙部７と連通可能な第１空間２と第２空間３とを連通させる。本実施形態のように、連通路１０を、その一端が空隙部７に開口するように配置構成したことにより、連通路１０を設けるための領域を必要とせず、素子基板１１の表面を有効に利用することができるため、電子部品１００の表面積（受光面と平行方向の面の面積）を小さくすることができ、電子部品１００の小型化、検出素子１の高密度搭載が可能となる。

図５〜図７は、連通路１０を備えた本実施形態の赤外線検出素子１の製造方法を説明するための図である。まず、赤外線検出素子１を形成する素子基板１１を準備する。第１工程の赤外線検出素子１の上面を図５（Ａ）に示した。さらに、図５（Ａ）の連通路１０を形成する場合のＶ−Ｖ断面を図５（Ｂ）に示し、図５（Ａ）の連通路１０を形成しない場合のＶ−Ｖ断面を図５（C）に示した。図５（Ａ）（Ｂ）（C）に示すように、シリコン素子基板１１内の基枠に囲まれるエリアの全面にポリシリコンエッチング犠牲層８ａを蒸着する。素子基板１１やポリシリコンエッチング犠牲層８ａの中で空隙７を形成しない領域を選択可能とするため、所定の領域にＢ（ホウ素）を注入（インプランテーション）し、ストッパーポリシリコン８ａｓを形成する。また、連通路１０を形成しない部分については基板下側にストッパーポリシリコン８ａｓを形成する。

第２工程の赤外線検出素子１の上面を図６（Ａ）に示し、図６（Ａ）のVI−VI断面を図６（Ｂ）に示した。第２工程では、ポリシリコンエッチング犠牲層８ａの上（受光側）にシリコン窒化膜８ｂを形成後、サーモパイルとしてＰ型ポリシリコン５ａ,Ｎ型ポリシリコン５ｂを形成する。このポリシリコン５ａ,５ｂを覆うようにシリコン酸化膜８ｃを蒸着後、アルミ配線６ｃ、６ｄを形成し、コンタクト６ｅを介してＰ型ポリシリコン５ａ,Ｎ型ポリシリコン５ｂと直列につなぐ。そして保護膜、たとえばシリコン窒化膜８ｄを形成する。

第３工程の赤外線検出素子１の上面を図７（Ａ）に示した。さらに、連通路１０を形成する場合の図７（Ａ）のVII−VII断面を図７（Ｂ）に示し、連通路１０を形成しない場合の図７（Ａ）のVII−VII断面を図７（C）に示した。第３工程では、支持梁１１０と受光部１ａを分離するためのスリット９をＲＩＥ（reactive ion etching：反応性イオンエッチング）などの異方性エッチングによって形成し、ポリシリコンエッチング犠牲層８ａを露出させる。このスリット９を介して、ヒドラジンなどの強アルカリエッチング液を作用させ、ストッパーポリシリコン８ａｓが形成されていない領域のポリシリコンエッチング犠牲層６ａを等方的にエッチングする。ポリシリコンエッチング犠牲層８ａではエッチングは等方的に進むので、エッチング液に浸されると先ず、エッチングストッパー８ａｓ以外のポリシリコンエッチング犠牲層８ａが溶け、空隙部７が形成される領域の単結晶シリコン素子基板１１の（１００）表面が露出する。この（１００）表面が露出されたシリコン素子基板１１のエッチングをさらに進めると、（１１１）面が露出した四角錘状の空隙部７と連通路１０が形成される（破線７ａで断面を示した）。アルカリ系エッチング液によるエッチングにおいては、シリコン製素子基板１１の（１１１）面のエッチングレートがシリコン製素子基板１１の（１００）面のエッチングレートに比べて極めて遅いからである。

連通路１０を設けない場合には、図７（Ｃ）に破線７ｃで示した四角錘状の空隙部７が形成されるまでエッチングが行われる。シリコン素子基板１１の下側がストッパーポリシリコン８ａｓに覆われているためエッチングされず、上側のみエッチングされて空隙部７のみが形成され、受光部１ａと支持梁１１０は、共に素子基板１１から熱分離された構造となる。

受光部１ａの上面に赤外線吸収膜８ｅの層を蒸着する。これらの工程を行うと、図４に示した連通路１０が形成されるとともに赤外線検出素子１が実装された素子基板１１得ることができる。

なお、エッチング後の赤外線検出素子１は物理的ダメージに弱いため、埋め込み配線１６はエッチング工程以前に適宜、メッキダマシン法等により形成しておく。

図１〜３に戻り、ゲッタ基板１４について説明する。ゲッタ基板１４にはゲッタ４が搭載されている。ゲッタ基板１４の母体材料は特に限定されないが、各配線間において絶縁性を確保する必要から、製造工程の簡素化の観点からはガラス等の絶縁材料を採用することが好ましい。また、絶縁性が低いシリコンであっても、酸素雰囲気で高温過熱処理を行い、酸化絶縁膜を形成すれば採用することができる。

ゲッタ基板１４は、ゲッタ基板１４を貫通するゲッタ基板配線１７を有する。ゲッタ基板配線１７は、レーザーやサンドブラストを用いてゲッタ基板１４に形成された貫通孔に、ダマシンめっき法などを用いてCu,Ｎｉなどのめっき金属を充填することにより形成される。めっき金属は使用するゲッタの活性化温度よりも高い融点を有する金属を用いることが好ましい。形成されるゲッタ基板配線１７の断面形状は特に限定されず、断面円形であっても断面多角形であってもよい。

ゲッタ基板１４に搭載されるゲッタ４は、密閉されたパッケージ型の電子部品の内部の気体を吸着する機能を有する。ゲッタ４は、パッケージの内部表面より放出される放出ガス、又は外部から進入するリークガスなどの不純ガスといった、パッケージ内部の真空雰囲気又は希ガス雰囲気を劣化、電子部品の性能を劣化させる原因となるガスを吸着する。特に限定されないが、本実施形態のゲッタ４は、ジルコニア、バナジウム、鉄などによる多孔質合金を用いる。種類にもよるが３００℃から数百℃程度の温度で、活性化処理（加熱処理）を行うと、ゲッタとしての機能を発揮し、不活性ガスや水分の吸着を開始する。連通路１０は、素子基板１１と窓基板１３との間に形成される第１空間２と、素子基板１１とゲッタ基板１４との間に形成される第２空間３とを連通させるため、素子基板１１によって２つに区分されたパッケージ内の空間（第１空間２及び第２空間３）に存在する不純ガスをゲッタ４に吸着させることができる。

本実施形態では、素子基板１１の受光側とは反対側にゲッタ４を配置する。膜状乃至板状のゲッタ４は素子基板１１と略平行となるように配置されている。ゲッタ４の搭載手法は特に限定されないが、本実施形態では、ゲッタ基板１４の略中央部分をブラスト加工やエッチング等により掘り下げ、この掘り下げた部分にゲッタ４として機能する金属を蒸着させることによりゲッタ４をゲッタ基板１４に搭載する。ちなみに、ゲッタ４の活性化は真空中でゲッタ基板１４のみをヒーター加熱などすることにより行う。

図８は、図１〜図３に示した電子部品１００の製造方法の概要を示す。まず、窓基板１３、素子基板１１、及びゲッタ基板１４を準備する。窓基板１３と素子基板１１とをサイドウォール１２を介して接合する。接合手法は窓基板１３、素子基板１１、サイドウォール１２の材質や表面状態に合わせて、直接接合、陽極接合、表面活性化接合などの手法を用いることができる。

次にゲッタ基板配線１７が形成されたゲッタ基板１４と素子基板１１とを、真空乃至希ガス雰囲気下が保たれた減圧真空チャンバ内で直接接合、陽極接合、表面活性化接合などの手法等により接合し、図１〜３に示す電子部品１００を得る。

なお、本例では、窓基板１３とサイドウォール１２と素子基板１１を先に接合してから、素子基板１１とゲッタ基板１４とを真空中で接合する手法を説明したが、素子基板１１とゲッタ基板１４とを接合してから、ゲッタ基板１４と素子基板１１又はサイドウォール１２を真空中で接合してもよい。

本実施形態の電子部品１００は、第１空間２と第２空間３とを連通させる連通路１０を設けたことにより、素子基板１１の受光側に窓基板１３を対向配置し、素子基板１１の受光側とは反対側にゲッタ基板１４が対向配置された構造とすることができる。これにより、ゲッタ搭載量の増量化とともにダウンサイジングを実現した電子部品を提供することができる。

また、このような構成にすることにより、電子部品のパッケージの下面から配線を引き出すことができるため、チップスタック実装後の面積を小さくすることができ、電子部品１１０の小型化を図ることができる。特に受光面に沿う面の占有面積を小さくすることができる。受光窓側から配線を引き出す態様のパッケージ型電子部品に比べて、配線長を短くすることができ、高速動作に有利となる。またワイヤを配線する領域が不要となるため、サイズを小さくすることができる。これらの利点はチップスタック構成にしたときに特に顕著である。

本実施形態のゲッタ４は素子基板１１の受光側とは反対側に配置されているため、検出対象となる赤外線の入射を遮ることがなく、レイアウト制限を受けずに大量のゲッタを搭載することができる。つまり、電子部品１００の体積あたりの搭載可能なゲッタ量を従来のもの（例えば、素子基板と窓基板との間にゲッタが配置されたようなもの）よりも多くすることができる。また、本実施形態のゲッタ４は膜状乃至板状に配置されるため、搭載されるゲッタ量に対するゲッタ表面積を大きくすること、すなわちゲッタ４とキャビティＣ内の気体の接触面積（キャビティの容積あたりのゲッタ面積）を大きくすることができるため、不純ガスの吸着性能を向上させることができる。以上のことから、本実施形態の電子部品１００は、電子部品パッケージ内部に発生する不純ガスの吸着を効率良くかつ長時間継続することができ、電子部品の正常動作寿命を延長させることができる。

＜第２実施形態＞
本実施形態の電子部品１１０は、窓基板１３と素子基板１１とゲッタ基板１４とが第１実施形態の電子部品１００と同様にスタックされた構造を有するとともに、埋め込み配線１６とゲッタ基板配線１７との間に導電性のバンプ１９が配置される点を特徴とする。

第１の実施形態の電子部品１００では、素子基板１１に設けられた埋め込み配線１６と、ゲッタ基板１４に設けられたゲッタ基板配線１７を直接接続していた。めっきダマシン法によりこれらの配線を形成した場合、同手法のCMP（ケミカルメカニカルポリッシュ）の工程にて、基板材料と配線材料の機械的特性の違いによりポリッシング量が異なるため、それら基板材料と配線材料の高さを平坦にすることが難しく、例えば基板材料部分が窪む、或いは配線材料部分が窪むような形状となりがちであった。そのため、素子基板１１とゲッタ基板１７を接合する際に、素子基板１１とゲッタ基板１７の接合に支障が起きたり、埋め込み配線１６とゲッタ基板配線１７がうまく電気的接続ができないという問題がしばしば起きた。

本実施の形態はこのような問題を解決するものである。

本実施形態の電子部品１１０の構造は、第１実施形態の電子部品１００の構造と基本的に共通するため、第１実施形態と共通する部分については説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

図９（Ａ）は、素子基板１１と接合させる前に、ゲッタ基板配線１７の端部に導電性のバンプ１９が配置されたゲッタ基板１４を示し、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のゲッタ基板１４のIX−IX断面を示す図である。図９（Ｂ）に示すように、本実施形態のゲッタ基板１４には、ゲッタ基板配線１７がその厚さ方向に貫通するように貫設されている。ゲッタ基板配線１７の素子基板１１側の端部は、素子基板１１に設けられる埋め込み配線１６とバンプ１９を介して接続され、ゲッタ基板配線１７の他端（ゲッタ基板１４の底面側）の端部は外部と電気的に接続されている。これら埋め込み配線１６、バンプ１９、ゲッタ基板配線１７を介して検出素子１は外部と電気的信号の授受を行う。

バンプ１９には、柔らかく変形が容易である材料を用いることが好ましい。ＡｕやＳｎ、Ｉｎ等の金属あるいは導電性ペーストは、柔らかく変形が容易であるため、本実施形態のバンプ１９に適している。

ゲッタ基板１４と素子基板１１との接合前における、ゲッタ基板配線１７の素子基板１１側の端部の位置は、素子基板１１と面接触するゲッタ基板１４の表面の位置よりも素子基板１１から離隔した位置であることが好ましい。ゲッタ基板配線１７の端部は、素子基板１１と接するゲッタ基板１４の接合面よりも下側（ゲッタ基板１４側、素子基板１１とは反対側）に位置する。ゲッタ基板配線１７の端部がゲッタ基板１４の（素子基板１１との）接合面より下側に位置するため、ゲッタ基板配線１７の端部からゲッタ基板１４の（素子基板１１との）接合面までの間に空洞ができる。この空洞に金属バンプ１９を配置する。特に限定されないが、図９（Ｂ）に示すように、このゲッタ基板配線１７の素子基板１１側の端部の周囲には、バンプ１９を収容するバンプ収容凹部１９ａが形成されている
すなわち、図９（Ｂ）に示すように、ゲッタ基板配線１７の素子基板１１側の端部の位置（ｄ２）は、素子基板１１と面接触するゲッタ基板１４の表面の位置（ｄ１）よりも、ゲッタ基板１４側に離隔した位置であることが好ましい。つまり、ゲッタ基板配線１７の高さ（ゲッタ基板１４の厚み方向に沿う高さ（ｈ２）はゲッタ基板１４と素子基板１１との接合面の高さ（ゲッタ基板１４の厚み方向に沿う高さ（ｈ１）よりも低くすることが好ましい。

他方、ゲッタ基板１４と素子基板１１との接合前における、バンプ１９の素子基板１１側の端部の位置（ｄ３）は、素子基板１１と面接触するゲッタ基板１４の表面の位置（ｄ１）よりも、素子基板１1側に凸状であることが好ましい。これらの基板が接合される際に加圧されると、接合面よりも突出したバンプ１９は、押しつぶされて変形し、その弾性によって埋め込み配線１６とゲッタ基板配線１７とを確実に接続させる。

なお、図９ではバンプ１９がゲッタ基板１４に設けられている例を示したが、上述のバンプ１９、素子基板１１、ゲッタ基板１４の高さ関係を満足できるのであれば、素子基板１１とゲッタ基板１４の接合前に、バンプ１９が素子基板１１に設けられていてもよい。

第２実施形態の電子部品の製造方法を、図１０に基づいて説明する。

第１実施形態と同様に、窓基板１３を準備し、赤外線素子１が設けられるとともに、この赤外線素子１と電気的に接続可能な埋め込み配線１６が設けられた素子基板１１を準備する。準備された窓基板１３と素子基板１１とを直接接合、陽極接合、表面活性化接合などの手法等により接合する。

ゲッタ基板１４にゲッタ基板配線１７を形成する。第１実施形態と同様に、ゲッタ４の膜を形成する。レーザーやサンドブラストを用いてゲッタ基板１４にその厚さ方向に貫通する貫通孔を形成する。このとき、本実施形態では、ゲッタ基板配線１７が形成される貫通孔の接合面側（素子基板１１との接合面側）の端部の周囲にバンプ収容用の凹部１９ａを形成する。凹部１９aの形成手法は特に限定されないが、本実施形態ではレーザーやサンドブラストなどの微細加工技術、又はエッチング技術を用いる。形成した貫通孔にダマシンめっき法その他の手法を用いてＣｕ，Ｎｉなどのめっき金属を充填する。貫通孔の全部に金属を充填してゲッタ基板配線１７を形成してもよいが、本実施形態のゲッタ基板配線１７の素子基板１１側の端部の位置が、素子基板１１と面接触するゲッタ基板１４の表面の位置よりもゲッタ基板１４側に離隔した位置とする。特に限定されないが、先述した凹部１９aを設ける場合には、この凹部１９ａの底部の位置（高さ）と金属が充填されたゲッタ基板配線１７の端部の位置（高さ）とがほぼ同じ位置（高さ）とする。このように、ゲッタ基板配線１７の端部をゲッタ基板側に短くするとともに、ゲッタ基板配線１７の端部周囲に凹部１９ａを設けることにより、ゲッタ基板配線１７と素子基板１１の埋め込み配線１６との間に空間を設けることができる。

なお、図９では凹部１９aがゲッタ基板１４側に設けられている例を示したが、凹部１９aが素子基板１１側に設けられていてよい。

ゲッタ基板配線１７の素子基板１１側の端部にバンプ１９を配置する。バンプ１９は、ゲッタ基板配線１７と素子基板１１の埋め込み配線１６との間に形成される空間に配置される。

バンプ１９がゲッタ活性化温度より低い融点をもつ金属材料であったり、導電性ペーストのように熱により固化するものであれば、熱処理によるゲッタ活性化処理後にディスペンサによる塗布やボールボンダを用いてバンプ１９を形成する。活性化したゲッタ４の保護のため真空或いは希ガス雰囲気下で行う。

ゲッタ４が活性化され、バンプ１９が配置されたゲッタ基板１４と、窓基板１３と接合された素子基板１１とを直接接合、陽極接合、表面活性化接合などの手法等により接合する。

以上の工程により、図１０の下方に示す電子部品１１０を得ることができる。埋め込み配線１６とゲッタ基板配線１７との間にバンプ１９を配置することにより、素子基板１１の受光側に窓基板１３を配置し、素子基板１１の受光側とは反対側にゲッタ基板１４が配置された構造をとりながらも、素子基板１１の埋め込み配線１６とゲッタ基板１４のゲッタ基板配線１７との接続性を確保し、ゲッタ搭載量の増量化とともにダウンサイジングを実現した電子部品を提供することができる。

図１０に示すように、窓基板１３側及びゲッタ基板１４側から圧接されると、これらの間に配置されたバンプ１９は変形して横方向に広がるが、バンプ１９はゲッタ基板配線１７端部と素子基板１１の埋め込み配線１６との間に形成された空間及びバンプ収容凹部１９ａに収容されるため、バンプ１９がゲッタ基板１４と素子基板１１との接合面にまで拡がらない。これにより、接合面を汚染することを防止することができる。

このような構成にすることにより、電子部品のパッケージの下面から配線を引き出すことができるため、チップスタック実装後の面積を小さくすることができ、電子部品１１０の小型化を図ることができる。特に受光面に沿う面の占有面積を小さくすることができる。受光窓側から配線を引き出す態様のパッケージ型電子部品に比べて、配線長を短くすることができ、高速動作に有利となる。またワイヤを配線する領域が不要となるため、サイズを小さくすることができる。これらの利点はチップスタック構成とする際に特に顕著である。

＜第３実施形態＞
第３実施形態の電子部品１２０は、製造方法に特徴があり、ゲッタ基板配線１７の形成手法が、ゲッタ基板１４が窓基板１３と接合された素子基板１１と気密接合された後に、導電性材料（溶融金属、導電性ペースト）を充填することを特徴とする。

本実施形態も第２の実施形態と同様、第１の実施形態で起きた、素子基板１１とゲッタ基板１７を接合する際に、素子基板１１とゲッタ基板１７の接合に支障が起きたり、埋め込み配線１６とゲッタ基板配線１７がうまく電気的接続ができないという問題を解決するものである。

第３実施形態の電子部品１２０の構造は、図１〜図３に示した第１実施形態の電子部品１００の構造と共通するため、ここでは電子部品１２０の構造についての説明を省略し、製造方法を中心に説明する。

本実施形態の電子部品１２０の製造方法を図１１に基づいて説明する。

まず、第１実施形態と同様に、窓基板１３と、赤外線素子１が設けられるとともに、この赤外線素子１と電気的に接続可能な埋め込み配線１６が設けられた素子基板１１を準備する。準備された窓基板１３と素子基板１１とをサイドウォール１２を介して接合する。接合された窓基板１３及び素子基板１１を図１１（Ａ）の上側に示した。なお、本例では、窓基板１３と素子基板１１を先に接合し、その後に素子基板１１とゲッタ基板１４を接合する手法を示したが、接合の順序はこれに限定されず、ゲッタ基板１４と素子基板１１を先に接合し、その後に素子基板１１と窓基板１３を接合してもよい。

これと前後して、ゲッタ４の膜が形成されたゲッタ基板１４を準備する。ゲッタ４の形成手法は第１実施形態と同様である。ゲッタ基板１４には、その厚さ方向に貫通するゲッタ基板配線用貫通孔１７ａを形成する。ゲッタ基板配線用貫通孔１７ａの形成手法は特に限定されず、本実施形態ではレーザーやサンドブラストなどの微細加工技術や、エッチング技術を用いることができる。準備したゲッタ基板１４を図１１（Ａ）の下側に示した。

次に、図１１（Ｂ）に示すように、窓基板１３と接合した素子基板１１と、ゲッタ基板配線用貫通孔１７ａが形成されゲッタ４を活性化処理したゲッタ基板１４とを真空中で接合する。

図１１（Ｂ）に示した接合処理後のものを天地反転させ、図１１（Ｃ）に示すようにゲッタ基板配線用貫通孔１７ａの開口が上側に向くように配置する。図１１（Ｃ）及び図１１（Ｄ）に示すように貫設されたゲッタ基板配線用貫通孔１７ａの内側表面に金属めっきをめっき技術とパターニング技術や研磨技術により施し、その後ゲッタ基板配線用貫通孔１７ａ内に導電性材料である溶融金属あるいは導電性ペーストを充填する。導電性材料１７ｂは、ゲッタ４の活性温度よりも低い融点を有するものであってもよい。導電性材料１７ｂで充填されたゲッタ基板配線用貫通孔１７ａは、第１実施形態のゲッタ基板配線１７と同様の機能を有する。

これにより、第１実施形態の電子部品と同様に、素子基板１１の受光側に窓基板１３を配置し、素子基板１１の受光側とは反対側にゲッタ基板１４が配置された構造をとりながらも、素子基板１１の埋め込み配線１６とゲッタ基板１４のゲッタ基板配線１７との接続性を確保し、ゲッタ搭載量の増量化とともにダウンサイジングを実現した電子部品１２０を提供することができる。

また、本実施形態の電子部品１２０は、下側（受光方向と反対側）から配線を引き出すことができるため、電子部品１２０の実装後の表面積（受光側の表面積）を小さくすることができ、小型化することができる。また、第２実施形態のようにバンプ１９を形成する工程を設けなくてもゲッタ基板用配線１７を形成することができ、検出素子１に対する電気的信号の入出力を行うことができる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

図１は、第１実施形態の電子部品の斜視方向からの透視図である。 図２は、第１実施形態の電子部品の断面構成図である。 図３は、第１実施形態の電子部品の展開斜視図である。 図４（Ａ）は第１実施形態の電子部品に搭載される検出素子の平面図、図４（Ｂ）は（Ａ）のIV−IV断面図である。 図５（Ａ）は検出素子製造工程の第１工程の平面図、（Ｂ）は図５（Ａ）のＶ−Ｖ断面図である。 図６（Ａ）は検出素子製造工程の第２工程の平面図、（Ｂ）は図６（Ａ）のVI−VI断面図である。 図７（Ａ）は検出素子製造工程の第３工程の平面図、（Ｂ）は図７（Ａ）のVII−VII断面図である。 図８は、第１実施形態の電子部品の製造方法を説明するための図である。 図９（Ａ）は第２実施形態のゲッタ基板の斜視方向からの透視図、図９（Ｂ）は（Ａ）のIX−IX断面図である。 図１０は、第２実施形態の電子部品の製造方法を説明するための図である。 図１１（Ａ）〜（Ｄ）は、第３実施形態の電子部品の製造方法を説明するための図である。

符号の説明

１００，１１０，１２０…電子部品
１…素子,赤外線検出器
２…第１空間
３…第３空間
４…ゲッタ
５ａ…Ｐ型ポリシリコン
５ｂ…Ｎ型ポリシリコン
６ａ…温点接合部
６ｂ…冷点接合部
キャビティ
７…空隙部
９…スリット
１０…連通路
１１…素子基板
１２…サイドウォール
１３…窓基板
１４…ゲッタ基板
１５…配線
１６…埋め込み配線
１７…ゲッタ基板用配線
１７a…ゲッタ基板配線用孔
１７ｂ…導電性材料
１８…駆動回路
１９…バンプ
１９a…バンプ収容用凹部

Claims (6)

1. 真空雰囲気のキャビティ内に検出素子が実装されたパッケージ型電子部品であって、
   検出素子が配設される素子基板と、
   前記素子基板の受光側に配置される窓基板と、
   ゲッタが搭載され、前記素子基板の受光側とは反対側に配置されるゲッタ基板と、
   前記素子基板と前記窓基板との間に形成される第１空間と前記素子基板と前記ゲッタ基板との間に形成される第２空間とを連通させる連通路と、を備え、
   前記ゲッタ基板には、当該ゲッタ基板を厚さ方向に貫通し、外部と電気的に接続するゲッタ基板配線が設けられるとともに、前記素子基板には、当該素子基板に搭載される検出素子と電気的に接続する埋め込み配線とが設けられ、
   前記ゲッタ基板配線の素子基板側の端部と前記埋め込み配線との間に、導電性バンプが設けられたことを特徴とするパッケージ型電子部品。
2. 前記ゲッタ基板配線の素子基板側の端部の位置は、前記素子基板と面接触する前記ゲッタ基板の面の位置よりも、ゲッタ基板側に離隔した位置である請求項１に記載の電子部品。
3. 前記ゲッタ基板配線の素子基板側の端部の周囲には、前記導電性バンプを収容する凹部が形成されている請求項２に記載の電子部品。
4. 前記連通路は、前記素子基板に設けられ、その一端が前記第１空間に開口するとともに、他端が前記第２空間に開口する１又は２以上の孔である請求項１〜３の何れか一項に記載の電子部品。
5. 前記検出素子の周囲に空隙部が形成され、
   前記連通路は、前記空隙部と前記第２空間とを連通させる請求項１〜４の何れか一項に記載の電子部品。
6. 真空雰囲気のキャビティ内に検出素子が実装されたパッケージ型電子部品の製造方法であって、
   窓基板を準備するステップと、
   検出素子が設けられるとともに、当該設けられた検出素子と電気的に接続可能な埋め込み配線が形成された素子基板を準備するステップと、
   ゲッタが搭載されるとともに、外部と電気的に接続可能なゲッタ基板配線がその厚さ方向に貫設されたゲッタ基板を準備するステップと、
   前記ゲッタ基板配線の素子基板側の端部と前記埋め込み配線との間に、導電性バンプを配置するステップと、
   前記ゲッタ基板を真空あるいは不活性ガス雰囲気で加熱して前記ゲッタを活性化するステップと、
   前記導電性バンプが配置されたゲッタ基板と前記素子基板とを接合するステップと、
   前記ゲッタ基板と前記素子基板とを接合するステップに相前後して前記準備された窓基板と前記素子基板とを接合するステップと、
   を有するパッケージ型電子部品の製造方法。
   

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