JP2004296724A - 電子部品封止用基板およびそれを用いた電子装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体基板の主面の微小電子機械機構を気密封止して電子装置を製造する際の生産性に優れた電子部品封止用基板、および電子装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】一方主面から他方主面または側面に導出された配線導体２が形成された絶縁基板１と、絶縁基板１の一方主面に形成された、配線導体２と接続された接続パッド３と、絶縁基板１の一方主面に、接続パッド３を取り囲むようにして接合された枠部材４と、接続パッド３上に形成された、枠部材４と同じ高さの接続端子５とから成り、半導体基板７の主面に微小電子機械機構８およびこれに接続された電極９が形成された電子部品１０が、電極９を接続端子５に接合し、半導体基板７の主面を枠部材４の主面に接合されることによって、枠部材４の内側に微小電子機械機構８を気密封止する電子部品封止用基板６である。電子装置の生産性を優れたものとすることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】一方主面から他方主面または側面に導出された配線導体２が形成された絶縁基板１と、絶縁基板１の一方主面に形成された、配線導体２と接続された接続パッド３と、絶縁基板１の一方主面に、接続パッド３を取り囲むようにして接合された枠部材４と、接続パッド３上に形成された、枠部材４と同じ高さの接続端子５とから成り、半導体基板７の主面に微小電子機械機構８およびこれに接続された電極９が形成された電子部品１０が、電極９を接続端子５に接合し、半導体基板７の主面を枠部材４の主面に接合されることによって、枠部材４の内側に微小電子機械機構８を気密封止する電子部品封止用基板６である。電子装置の生産性を優れたものとすることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板の主面に、微小電子機械機構およびこれに電気的に接続された電極が形成されて成る電子部品領域を形成して成る電子部品を封止するための電子部品封止用基板、およびそれを用いて電子部品の微小電子機械機構を封止することにより形成される電子装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、シリコンウェーハ等の半導体基板の主面に、半導体集積回路素子等の微細配線を形成する加工技術を応用して、極めて微小な電子機械機構、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を形成した電子部品が注目され、実用化に向けて開発が進められている。
【０００３】
このような微小電子機械機構としては、加速度計・圧力センサ・アクチュエータ等のセンサや、微細な鏡面体を可動式に形成したマイクロミラーデバイス、光デバイス、あるいはマイクロポンプ等を組み込んだマイクロ化学システム等、非常に広い分野にわたるものが試作・開発されている。
【０００４】
そのような微小電子機械機構を形成した電子部品を用いて電子装置を構成するための従来の電子部品封止用基板およびそれを用いて成る電子装置の一例を図４に断面図で示す。図４に示す例では、微小電子機械機構２２が形成された半導体基板２１の主面には、微小電子機械機構２２に電力を供給したり、微小電子機械機構２２から外部の電気回路に電気信号を送り出したりするための電極２３が微小電子機械機構２２と電気的に接続されて形成されており、これら半導体基板２１・微小電子機械機構２２および電極２３により、１つの電子部品２４が構成される。
【０００５】
なお、このような電子部品２４は、通常、後述するように、半導体基板２１の主面に多数個が縦横に配列形成された多数個取りの形態で形成した後、個々の半導体基板２１に切断することにより製作されるので、この切断の際に切削粉等の異物が微小電子機械機構２２に付着して作動の妨げになることを防止するために、ガラス板２５等で覆われて保護されている。
【０００６】
そして、この電子部品２４を、電子部品収納用の凹部Ａを有するパッケージ３１の凹部Ａ内に収納するとともに、電子部品２４の電極２３をパッケージ３１の電極パッド３２にボンディングワイヤ３３等の導電性接続材を介して接続した後、パッケージ３１の凹部Ａを蓋体３４で覆って電子部品２４を凹部Ａ内に気密封止することにより、電子装置として完成する。この場合、電子部品２４は、微小電子機械機構２２の動作を妨げないようにするため、中空状態で気密封止する必要がある。
【０００７】
この電子装置について、あらかじめパッケージ３１の電極パッド３２から外表面に導出するようにして形成しておいた配線導体３５の導出部分を外部電気回路に接続することにより、気密封止された微小電子機械機構２２が、電極２３・ボンディングワイヤ３３・電極パッド３２および配線導体３５を介して外部の電気回路と電気的に接続される。
【０００８】
また、このような電子部品２４は、通常、広面積の半導体基板の主面に多数個を縦横に配列形成させることにより製作されており、この場合の電子装置の製造方法は、従来、以下のようなものであった。すなわち、
▲１▼半導体基板の主面に、微小電子機械機構２２およびこれに電気的に接続された電極２３が形成されて成る電子部品領域を多数個、縦横に配列形成した電子部品を準備する工程と、
▲２▼各電子部品の微小電子機械機構２２を、その周囲が中空状態となるようにして、ガラス板２５等で覆って封止する工程と、
▲３▼半導体基板にダイシング加工等の切断加工を施して、個々の電子部品２４に分割する工程と、
▲４▼個々の電子部品２４を、電子部品収納用パッケージ３１内に気密封止する工程と、により製作される。
【０００９】
このような従来の製造方法においては、半導体基板の主面に配列形成された多数の電子部品領域の１個ずつをガラス板２５等で封止して保護しておく必要があること、また、一旦ガラス板２５で封止した電子部品を、個片の電子部品２４に分割した後、改めてパッケージ３１内に気密封止するとともに、その電極２３をパッケージ３１の電極パッド３２等に接続して外部接続させる必要があること、等のため、生産性が悪く、実用化が難しいという問題があった。
【００１０】
この問題に対し、半導体基板の主面に配列形成された多数個の機構微小電子機械を一括して覆い、封止するような基板が提案されている。
【００１１】
このような封止用の基板としては、半導体基板を材料とするものや導電性の金属板等を材料にするもの等が知られている。
【００１２】
半導体基板を材料とする場合は、例えば、主面に多数個の電子部品領域が配列形成された第１の半導体基板とは別に、この電子部品領域の配列に対応させて多数の凹部を配列形成した封止用の第２の半導体基板を準備し、第１の半導体基板の主面上に第２の半導体基板を、第２の半導体基板の凹部が第１の半導体基板の電子部品領域を覆うようにして接合し、第２の半導体基板に内側に第１の半導体基板の電子部品領域（特に微小電子機械機構）を封止するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１３】
また、導電性を有する基板を材料とする場合には、導電性を有するカバー用の基板にパターン溝を形成するとともに、このパターン溝をガラスやセラミック材料で充填して平坦化させた後、その上にボンディングパターン（電極パッド等）を形成し、このボンディングパターンに電子部品の電極を接続するとともに導電性のカバー用基板を半導体基板の主面に接合し、その後、電子部品領域をセラミックやガラス等で封着するとともに、ボンディングパターンを外部に導出するための外部配線用電極パターンを形成するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１４】
〔特許文献１〕
特開２００１−１４４１１７号公報
〔特許文献２〕
特開２００２−４３４６３号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の封止用基板を用いて半導体基板の主面の電子部品領域を封止する場合は、多数個の電子部品領域を一括して封止することはできるものの、例えば、半導体基板を材料とした封止用基板の場合であれば、半導体基板の内部に３次元状の配線導体を形成することができないため、封止用の（第２の）半導体基板の、電子部品領域が配列形成された（第１の）半導体基板に接合される主面から対向する他方主面にかけて配線導体を導出することができず、電子部品の電極は、第１の半導体基板の主面に形成された電極の一部を封止部の外側に延出させるとともに、この延出部をボンディングワイヤを介して電子部品収納用パッケージの電極パッドや外部の電気回路に接続する必要があり、実装工程（電子部品領域の封止から電子装置として完成させて外部電気回路に接続するまでの工程）が長く、また、個々の電子装置のサイズが大きくなってしまうという問題が残る。また、電子装置を組み込んだ電子システムの小型化に有利な、表面実装ができないという問題もある。
【００１６】
また、導電性の金属板等を材料とした封止用基板の場合であれば、金属板に電極パッド等の導体パターンを形成することができるように、一旦ガラスやセラミックスで金属板の表面に形成したパターン溝等を埋めて絶縁部を形成したり、その絶縁部の表面に、実装工程の途中で導体部を形成したりする必要があるため、この場合も、電子部品の実装工程を短くすることが困難であるという問題がある。
【００１７】
本発明は上記従来の技術における諸問題に鑑みて完成されたものであり、その目的は、半導体基板の主面に形成された微小電子機械機構を容易かつ確実に封止することができるとともに、この微小電子機械機構と接続された半導体基板の主面に形成されている電極を容易かつ確実に、例えば表面実装が可能な形態で、外部接続させることが可能な電子部品封止用基板を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、このような微小電子機械機構および電極から成る電子部品領域が半導体基板の主面に多数個、縦横に配列形成されていたとしても、これらを容易かつ確実に封止することが可能な封止用基板を提供するとともに、このような封止用基板を用いて、微小電子機械機構が封止されて成る多数個の電子装置を、例えば表面実装が可能な形態で、一括して形成することが可能な、電子装置の製造方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子部品封止用基板は、一方主面から他方主面または側面に導出された配線導体が形成された絶縁基板と、この絶縁基板の前記一方主面に形成された、前記配線導体と電気的に接続された接続パッドと、前記絶縁基板の前記一方主面に、前記接続パッドを取り囲むようにして接合された枠部材と、前記接続パッド上に形成された、前記枠部材と同じ高さの接続端子とから成り、半導体基板の主面に微小電子機械機構およびこれに電気的に接続された電極が形成されて成る電子部品が、前記電極を前記接続端子に接合し、前記半導体基板の前記主面を前記枠部材の主面に接合されることによって、前記枠部材の内側に前記電子部品の前記微小電子機械機構を気密封止することを特徴とするものである。
【００２０】
また本発明の電子部品封止用基板は、上記構成において、前記接続パッドおよび前記接続端子が内側に形成された前記枠部材が多数個、縦横に配列形成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
また本発明の電子装置の製造方法は、半導体基板の主面に、微小電子機械機構およびこれに電気的に接続された電極が形成されて成る電子部品領域を多数個、縦横に配列形成した電子部品を準備する工程と、一方主面から他方主面または側面に導出された配線導体が形成された絶縁基板と、この絶縁基板の前記一方主面に形成された、前記配線導体と電気的に接続された接続パッドと、前記絶縁基板の前記一方主面に前記接続パッドを取り囲むようにして接合された枠部材と、前記接続パッド上に形成された、前記枠部材と同じ高さの接続端子とから成る電子部品封止領域を多数個、前記電子部品の電子部品領域に対応させて配列形成した電子部品封止用基板を準備する工程と、前記電子部品を、前記電極を前記接続端子に接合するとともに、前記微小電子機械機構の周囲の前記半導体基板の前記主面を前記枠部材の主面に接合して、前記微小電子機械機構を前記枠部材の内側に気密封止する工程と、互いに接合された前記電子部品および前記電子部品封止用基板を前記電子部品封止領域毎に分割して、前記電子部品封止領域に前記電子部品領域が接合されて成る個々の電子装置を得る工程とを具備することを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の電子部品封止用基板によれば、一方主面から他方主面または側面に導出された配線導体が形成された絶縁基板と、絶縁基板の一方主面に形成された、配線導体と電気的に接続された接続パッドと、絶縁基板の一方主面に、接続パッドを取り囲むようにして接合された枠部材と、接続パッド上に形成された、枠部材と同じ高さの接続端子とから成り、半導体基板の主面に微小電子機械機構およびこれに電気的に接続された電極が形成されて成る電子部品を、電極を接続端子に接合し、半導体基板の主面を枠部材の主面に接合させることによって、枠部材の内側に電子部品の微小電子機械機構を気密封止するようにしたことから、枠部材の主面を半導体基板の主面に接合させるだけで、電子部品の微小電子機械機構を、枠部材と絶縁基板とにより容易かつ確実に封止することができる。
【００２３】
また、枠部材の主面の高さが、接続パッド上に形成された接続端子の高さと同じであるので、枠部材の主面を半導体基板の主面に接合するときに、半導体基板の主面に形成されている電極を接続端子に容易かつ確実に接続することができる。また、この接続端子から接続パッドおよび配線導体を介して、電子部品の電極を外部に導出することもできる。
【００２４】
また、本発明の電子部品封止用基板は、例えば、セラミック多層配線基板等の絶縁基板を用いて形成したものとすることにより、配線導体を、接続パッドや枠部材が形成・接合されている一方主面から他方主面や側面にかけて、基板の内部や表面に自由に形成して導出させることができ、この導出された端部に外部接続用の金属バンプを取着させること等により、容易に表面実装することが可能な電子装置として完成させることができる。
【００２５】
また、本発明の電子部品封止用基板において、接続パッドおよび接続端子が内側に形成された枠部材を多数個、縦横に配列形成した場合には、半導体基板の主面に多数の電子部品領域が縦横に配列形成されていたとしても、これらを一括して、外部接続が可能なようにして封止することができる。
【００２６】
また本発明の電子装置の製造方法によれば、上記各工程を具備することから、縦横に配列形成された多数個の電子部品領域について、それぞれの電極の外部接続のための接続と微小電子機械機構の封止とを同時に行なうことができるため、互いに接合された電子部品および電子部品封止用基板から成る電子装置を、容易かつ確実に、多数個製造することができる。
【００２７】
また、互いに接合された電子部品および電子部品封止用基板を電子部品封止領域毎に分割することにより、電子部品封止領域に電子部品領域が接合されて成る個々の電子装置を多数個、同時に製造することができる。
【００２８】
この分割の際、電子部品領域の微小電子機械機構は封止用基板により封止されているので、ダイシング加工等による分割で発生するシリコン等の半導体基板の切削粉が微小電子機械機構に付着するようなことはなく、分割後の電子装置において微小電子機械機構を確実に作動させることができる。
【００２９】
また、分割して得られた電子装置は、絶縁基板の他方主面や側面に配線導体が導出されているので、この導出された端部に金属バンプ等の端子を取着するだけで、表面実装等により外部電気回路基板に実装することができるものとなり、実装の工程を非常に短く、かつ容易なものとすることができる電子装置となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の電子部品封止用基板およびそれを用いた電子装置の製造方法について以下に詳細に説明する。
【００３１】
図１は本発明の電子部品封止用基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【００３２】
図１において、１は絶縁基板、２は配線導体、３は接続パッド、４は枠部材、５は接続端子である。これら絶縁基板１・配線導体２・接続パッド３・枠部材４および接続端子５により電子部品封止用基板６が形成される。
【００３３】
この電子部品封止用基板６を用いて、半導体基板７の主面（この図１の例では下面）に、微小電子機械機構８と電極９とを互いに電気的に接続するようにして形成して成る電子部品１０を封止することにより、微小電子機械機構８が外部接続可能な状態で封止されてなる電子装置が形成される。
【００３４】
絶縁基板１は、微小電子機械機構８を封止するための蓋体として機能するとともに、配線導体２・接続パッド３・枠部材４および接続端子５を形成するための基体として機能する。
【００３５】
この絶縁基板１は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・炭化珪素質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラスセラミックス焼結体等のセラミックス材料や、ポリイミド・ガラスエポキシ樹脂等の有機樹脂材料、セラミックスやガラス等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合して成る複合材等により形成される。
【００３６】
絶縁基板１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウムとガラス粉末等の原料粉末をシート上に成形して成るグリーンシートを積層し、焼成することにより形成される。なお、絶縁基板１は、酸化アルミニウム質焼結体で形成するものに限らず、用途や気密封止する電子部品１０の特性等に応じて適したものを選択することが好ましい。
【００３７】
例えば、絶縁基板１は、後述するように、枠部材４を介して半導体基板７と機械的に接合されるので、半導体基板７との接合の信頼性、つまり微小電子機械機構８の封止の気密性を高くするためには、ムライト質焼結体や、例えばガラス成分の種類や添加量を調整することにより熱膨張係数を半導体基板７に近似させるようにした酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系等のガラスセラミックス焼結体等のような半導体基板７との熱膨張係数の差が小さい材料で形成することが好ましい。
【００３８】
また、絶縁基板１は、配線導体２により伝送される電気信号の遅延を防止するような場合には、ポリイミド・ガラスエポキシ樹脂等の有機樹脂材料、セラミックスやガラス等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合して成る複合材、または、酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系や酸化リチウム系等のガラスセラミックス焼結体等のような比誘電率の小さい材料で形成することが好ましい。
【００３９】
また、絶縁基板１は、封止する微小電子機械機構８の発熱量が大きく、この熱の外部への放散性を良好とするような場合には、窒化アルミニウム質焼結体等のような熱伝導率の大きな材料で形成することが好ましい。
【００４０】
また、絶縁基板１の一方主面に、電子部品１０の微小電子機械機構８を内側に収めるような凹部１ａを形成しておいてもよい。凹部１ａ内に微小電子機械機構８の一部を収めるようにしておくと、微小電子機械機構８を取り囲むための枠部材４の高さを低く抑えることができ、電子装置の低背化に有利なものとなる。
【００４１】
絶縁基板１の一方主面（微小電子機械機構８を封止する側）からは、他方主面または側面に配線導体２が導出されている。
【００４２】
また、この絶縁基板１の一方主面側の枠部材４の内側の部位には、配線導体２と接続された接続パッド３が形成されている。
【００４３】
これらの配線導体２および接続パッド３は、接続パッド３上に形成される接続端子５を介して電子部品１０の電極９と電気的に接続され、これを絶縁基板１の他方主面や側面に導出する機能を有する。
【００４４】
これらの配線導体２および接続パッド３は、銅・銀・金・パラジウム・タングステン・モリブデン・マンガン等の金属材料により形成される。この形成の手段としては、メタライズ層・めっき層・蒸着等の金属を薄膜層として被着させる手段を用いることができる。例えば、タングステンのメタライズ層から成る場合であれば、タングステンのペーストを絶縁基板１となるグリーンシートに印刷してこれをグリーンシートとともに焼成することにより形成される。
【００４５】
接続端子５は、錫−銀系・錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう等の低融点ろう材、銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材、導電性有機樹脂、あるいはシーム溶接・電子ビーム溶接等の溶接法による接合を可能とするような金属材料等により形成されている。
【００４６】
この接続端子５を電子部品１０の電極９に接合することにより、電子部品１０の電極９が、接続端子５・接続パッド３および配線導体２を介して、絶縁基板１の他方主面または側面に導出される。そして、この導出された端部を外部の電気回路に錫−鉛半田等を介して接合することにより、電子部品１０の電極９が外部の電気回路と電気的に接続される。
【００４７】
また、絶縁基板１の一方主面には、接続パッド３を取り囲むようにして枠部材４が接合されている。
【００４８】
枠部材４は、電子部品１０の微小電子機械機構８をその内側に気密封止するための側壁として機能する。
【００４９】
この枠部材４の主面（図１の例では上面）を電子部品１０の主面（図１の例では下面）に接合させることにより、枠部材４の内側に微小電子機械機構８が気密封止される。なお、この場合、半導体基板７が底板となり、絶縁基板１が蓋体となる。
【００５０】
枠部材４は、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の鉄−ニッケル系合金・無酸素銅・アルミニウム・ステンレス鋼・銅−タングステン合金・銅−モリブデン合金等の金属材料や、酸化アルミニウム質焼結体・ガラスセラミックス焼結体等の無機系材料、あるいはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）・ガラスエポキシ樹脂等の有機樹脂系材料等により形成される。
【００５１】
また、枠部材４の主面を電子部品１０の半導体基板７の主面に接合する方法としては、錫−銀系等の半田，金−錫ろう等の低融点ろう材，銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材，導電性有機樹脂等の接合材を介して接合する方法、あるいはシーム溶接・電子ビーム溶接等の溶接法を用いることができる。
【００５２】
そして、半導体基板７の主面に微小電子機械機構８およびこれに電気的に接続された電極９が形成されて成る電子部品１０について、電極９を接続端子５に接合し、半導体基板７の主面を枠部材４の主面に接合させることによって、枠部材４の内側に電子部品１０の微小電子機械機構８が気密封止された電子装置が形成される。
【００５３】
この電子装置のうち配線導体２の導出部分を、半田ボール等の外部端子１１を介して外部の電気回路に接続することにより、微小電子機械機構８が外部電気回路と電気的に接続される。
【００５４】
なお、図１に示すように、枠部材４が接合される絶縁基板１の主面に、接続パッド３と同様の材料により導体層３ａを形成しておき、この導体層３ａから絶縁基板１の他方主面にかけて配線導体２の一部を導出させるようにしてもよい。この導体層３ａから導出された配線導体２の導出部分は、上述の外部端子１１等を介して外部電気回路の接地用端子等に接続することができる。
【００５５】
この場合、接続端子５と電極９との接合、および枠部材４の主面と半導体基板７の主面との接合を一つの工程で確実かつ容易に行なうことを可能とするために、接続端子５の高さと枠部材４の高さとは同じ高さとしておく必要がある。
【００５６】
また、本発明の電子部品封止用基板６は、図２に実施の形態の他の例を断面図で示すように、このような接続パッド３および枠部材４を広面積の母基板の一方主面に縦横に配列形成した、いわゆる多数個取りの形態としておくことが好ましい。なお、図２において、図１と同じ部位には同じ符号を付してある。
【００５７】
このような多数個取りとしておくと、通常は、半導体基板７の主面に、微小電子機械機構８およびこれに電気的に接続された電極９が多数個配列形成された、多数個取りの形態で製作される電子部品１０を、多数個、同時に気密封止することができ、生産性を優れたものとすることができる。
【００５８】
また、このように、半導体基板７の主面に、微小電子機械機構８およびこれに電気的に接続された電極９が多数個配列形成された、多数個取りの形態で製作される電子部品１０を一括して封止しておくと、この半導体基板７（および電子部品封止用基板６）にダイシング加工等の切断加工を施して、個々の電子部品１０（電子装置）に分割する際に、切断に伴って発生する切削粉等が微小電子機械機構８に付着してその作動を妨害する、という不具合の発生を効果的に防止することができる。
【００５９】
次に、このような電子部品封止用基板６を用いた、電子装置の製造方法について、図３（ａ）〜（ｅ）に基づいて説明する。図３は本発明の電子装置の製造方法の実施の形態の一例をそれぞれ工程順に示した断面図であり、図３において図１および図２と同じ部位には同じ符号を付してある。
【００６０】
まず、図３（ａ）に示すように、半導体基板７の主面に、微小電子機械機構８およびこれに電気的に接続された電極９が形成されて成る電子部品領域１０ａを多数個、縦横に配列形成した多数個取りの電子部品１０ｂを準備する。
【００６１】
半導体基板７は、例えば単結晶や多結晶等のシリコン基板から成る。
【００６２】
このシリコン基板の表面に酸化シリコン層を形成するとともに、フォトリソグラフィ等の微細配線加工技術を応用して、微小な振動体等の微小電子機械機構８および円形状パターン等の導体から成る電極９が形成された電子部品領域１０ａを多数個配列形成することにより多数個取りの電子部品１０ｂが形成される。なお、この例においては、微小電子機械機構８と電極９とは、それぞれ半導体基板７の主面に形成された微細配線（図示せず）を介して電気的に接続されている。
【００６３】
次に、図３（ｂ）に示すように、一方主面から他方主面または側面に導出された配線導体２が形成された絶縁基板１と、この絶縁基板１の一方主面に形成された、配線導体２と電気的に接続された接続パッド３と、絶縁基板１の一方主面に接続パッド３を取り囲むようにして接合された枠部材４と、接続パッド３上に形成された、枠部材４と同じ高さの接続端子５とから成る電子部品封止領域６ａを多数個、電子部品の電子部品領域１０ａに対応させて配列形成した多数個取りの電子部品封止用基板６ｂを準備する。
【００６４】
一方主面から他方主面または側面に導出された配線導体２が形成された絶縁基板１は、例えば、絶縁基板１が酸化アルミニウム質焼結体から成り、配線導体２がタングステンのメタライズ層から成る場合であれば、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化カルシウム等の原料粉末を、有機樹脂・バインダとともに混練してスラリーを得て、このスラリーをドクターブレード法やリップコータ法等によりシート状に成形して複数のグリーンシートを形成し、このグリーンシートの表面に、および必要に応じてグリーンシートにあらかじめ形成しておいた貫通孔内に、タングステンのメタライズペーストを印刷塗布・充填し、その後、これらのグリーンシートを積層して焼成することにより形成することができる。
【００６５】
なお、これらのグリーンシートのうち、一部のものに打ち抜き加工を施して四角形状等の開口部を形成しておき、これを一方主面側の最表層に配置し、または最表層から内部に向かって数層積層するようにして、焼成後の絶縁基板１の一方主面に、電子部品領域１０ａの配列に対応する凹部１ａが配列形成されるようにしておいてもよい。このように凹部１ａを形成しておくと、この凹部１ａの内側に微小電子機械機構８を収めることができるので、微小電子機械機構８を取り囲むための枠部材４の高さを低く抑えることができ、電子装置の低背化に有利なものとなる。
【００６６】
また、接続パッド３は、通常、配線導体２と同様の材料から成り、例えば、タングステンのペーストを絶縁基板１となるグリーンシートのうち最表面に、配線導体２となる印刷されたタングステンペーストと接続されるようにして、かつ多数個が縦横に配列形成されるようにして、スクリーン印刷法等により印刷しておくことにより形成される。
【００６７】
また、枠部材４は、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金から成る場合であれば、鉄−ニッケル−コバルト合金の金属板に圧延加工や金型による打ち抜き加工またはエッチング加工を行ない、枠状に成形することにより製作される。
【００６８】
枠部材４と絶縁基板１との接合は、錫−銀系等の半田，金−錫ろう等の低融点ろう材や銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材，導電性有機樹脂等の接合材を介して接合する方法、あるいはシーム溶接・電子ビーム溶接等の溶接法により行なうことができる。
【００６９】
この枠部材４と同じ高さとなるようにして、接続端子５が接続パッド３上に形成される。接続端子５は、例えば、錫−銀系等の半田から成る場合であれば、この半田のボールを接続パッド３上に位置決めして加熱・溶融・接合させることにより形成される。
【００７０】
接続端子５の高さを枠部材４の高さと同じとする方法としては、例えば、接続端子５となる錫−銀半田を溶融させて接続パッド３上に取着形成する際に、その上面を枠部材４と同じ高さとなるようにしてセラミックス製の治具等で押さえておく等の方法を用いることができる。
【００７１】
次に、図３（ｃ）に示すように、電子部品１０ｂを電子部品封止用基板６ｂに対し各電子部品領域１０ａと各電子部品封止領域６ａとを対応させて重ね合わせ、電極７を接続端子５に接合するとともに、微小電子機械機構８の周囲の半導体基板７の主面を枠部材４の主面に接合して、微小電子機械機構８を枠部材４の内側に気密封止する。
【００７２】
ここで、電極７と接続端子５との接合は、例えば、接続端子５が錫−銀系半田から成る場合であれば、電極７上に接続端子５を位置合わせして載せ、これらを約２５０℃〜３００℃程度の温度のリフロー炉中で熱処理すること等により行なわれる。
【００７３】
また、微小電子機械機構８の周囲の半導体基板７の主面と枠部材４の主面との接合は、例えば、この接合面に、接続端子５と同様の錫−銀系の半田を挟んでおき、上述の電極７と接続端子５との接合と同時にリフロー炉中で熱処理することにより行なうことができる。
【００７４】
この場合、接続端子５の高さを枠部材４の高さと同じとしていることから、電極７と接続端子５との接合と、枠部材４の主面と半導体基板７の主面との接合を容易かつ確実に、同時に行なうことができる。
【００７５】
このように、本発明の電子装置の製造方法によれば、電子部品領域１０ａの電極７の外部導出のための接合と、微小電子機械機構８の気密封止のための接合とを同時に行なうことができるため、数時間程度を要する半田（ろう）付け等の接合の工程を、従来の製造方法に比べて、確実に少なくとも１工程減らすことができるので、電子装置の生産性を非常に高めることができる。
【００７６】
そして、図３（ｄ）に示すように、互いに接合された多数個取りの形態の電子部品１０ｂおよび電子部品封止用基板６ｂを電子部品封止領域６ａ毎に分割して、電子部品封止領域６ａが分割された電子部品封止用基板６に電子部品領域１０ａが分割された電子部品１０が接合されて成る個々の電子装置を得る。
【００７７】
互いに接合された、それぞれ多数個取りの形態の電子部品１０ｂおよび電子部品封止用基板６ｂの接合体の切断は、この接合体に対して、ダイシング加工等の切断加工を施すことにより行なうことができる。
【００７８】
本発明の電子装置の製造方法においては、このダイシング加工等の切断加工の際に、各微小電子機械機構８は枠部材４の内側でこの枠部材４と半導体基板７と絶縁基板１とにより気密封止されているので、半導体基板７や絶縁基板１等の切断に伴って発生するシリコンやセラミックス等の切削粉等が微小電子機械機構８に付着することはなく、完成した電子装置において、微小電子機械機構８を確実に正常に作動させることができる。
【００７９】
このように、本発明の電子装置の製造方法によれば、従来のように、半導体基板７の主面に多数個を縦横に配列形成した電子部品領域１０ａを切断する際に、その微小電子機械機構８をガラス板等で覆って保護するような工程を別途追加する必要はなく、この、保護のためだけという工程を確実に削除することができるので、電子装置の生産性を非常に高いものとすることができる。
【００８０】
また、このようにして製造された電子装置は、すでに気密封止されているとともに、その電極が配線導体２を介して外部に導出された状態であるので、これを別途パッケージ内に実装するような工程を追加する必要はなく、配線導体２の導出された部分を外部の電気回路に半田ボール等の外部端子１１を介して接続するだけで、外部電気回路基板に実装して使用することができる。
【００８１】
また、この場合、配線導体２は、絶縁基体１の他方主面または側面に導出されているので、外部電気回路に表面実装の形態で接続することができ、高密度に実装することや、外部電気回路の基板を効果的に小型化することができる。
【００８２】
なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば、種々の変形は可能である。
【００８３】
例えば、上述の実施の形態の例では一つの電子装置内に一つの微小電子機械機構を気密封止したが、一つの電子装置内に複数の微小電子機械機構を気密封止してもよい。
【００８４】
また、図１に示した例では、配線導体２は絶縁基板１の他方主面側に導出しているが、これを、側面に導出したり、側面および他方主面の両方に導出したりしてもよい。また、この導出された部分の外部電気回路への電気的な接続は、外部端子として半田ボールを介して行なうものに限らず、リード端子や導電性接着剤等を介して行なってもよい。
【００８５】
【発明の効果】
本発明の電子部品封止用基板によれば、一方主面から他方主面または側面に導出された配線導体が形成された絶縁基板と、絶縁基板の一方主面に形成された、配線導体と電気的に接続された接続パッドと、絶縁基板の一方主面に、接続パッドを取り囲むようにして接合された枠部材と、接続パッド上に形成された、枠部材と同じ高さの接続端子とから成り、半導体基板の主面に微小電子機械機構およびこれに電気的に接続された電極が形成されて成る電子部品を、電極を接続端子に接合し、半導体基板の主面を枠部材の主面に接合させることによって、枠部材の内側に電子部品の微小電子機械機構を気密封止するようにしたことから、枠部材の主面を半導体基板の主面に接合させるだけで、電子部品の微小電子機械機構を、枠部材と絶縁基板とにより容易かつ確実に封止することができる。
【００８６】
また、枠部材の主面の高さが、接続パッド上に形成された接続端子子の高さと同じであるので、枠部材の主面を半導体基板の主面に接合するときに、半導体基板の主面に形成されている電極を接続端子に容易かつ確実に接続することができる。また、この接続端子から接続パッドおよび配線導体を介して、電子部品の電極を外部に導出することもできる。
【００８７】
また、本発明の電子部品封止用基板は、例えば、セラミック多層配線基板等の絶縁基板を用いて形成したものとすることにより、配線導体を、接続パッドや枠部材が形成・接合されている一方主面から他方主面や側面にかけて、基板の内部や表面に自由に形成して導出させることができ、この導出された端部に外部接続用の金属バンプを取着させること等により、容易に表面実装することが可能な電子装置として完成させることができる。
【００８８】
また、本発明の電子部品封止用基板において、接続パッドおよび接続端子が内側に形成された枠部材を多数個、縦横に配列形成した場合には、半導体基板の主面に多数の電子部品領域が縦横に配列形成されていたとしても、これらを一括して、外部接続が可能なようにして封止することができる。
【００８９】
また本発明の電子装置の製造方法によれば、上記各工程を具備することから、縦横に配列形成された多数個の電子部品領域について、それぞれの電極の外部接続のための接続と微小電子機械機構の封止とを同時に行なうことができるため、互いに接合された電子部品および電子部品封止用基板から成る電子装置を、容易かつ確実に、多数個製造することができる。
【００９０】
また、互いに接合された電子部品および電子部品封止用基板を電子部品封止領域毎に分割することにより、電子部品封止領域に電子部品領域が接合されて成る個々の電子装置を多数個、同時に製造することができる。
【００９１】
この分割の際、電子部品領域の微小電子機械機構は封止用基板により封止されているので、ダイシング加工等による分割で発生するシリコン等の半導体基板の切削粉が微小電子機械機構に付着するようなことはなく、分割後の電子装置において微小電子機械機構を確実に作動させることができる。
【００９２】
また、分割して得られた電子装置は、絶縁基板の他方主面や側面に配線導体が導出されているので、この導出された端部に金属バンプ等の端子を取着するだけで、表面実装等により外部電気回路基板に実装することができるものとなり、実装の工程を非常に短く、かつ容易なものとすることができる電子装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子部品封止用基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の電子部品封止用基板の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の電子装置の製造方法の実施の形態の一例をそれぞれ工程順に示した断面図である。
【図４】従来の電子部品封止用基板およびそれを用いて成る電子装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基板
２：配線導体
３：接続パッド
４：枠部材
５：接続端子
６：電子部品封止用基板
６ａ：電子部品封止領域
６ｂ：電子部品封止用基板
７：半導体基板
８：微小電子機械機構
９：電極
１０：電子部品
１０ａ：電子部品領域
１０ｂ：電子部品
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板の主面に、微小電子機械機構およびこれに電気的に接続された電極が形成されて成る電子部品領域を形成して成る電子部品を封止するための電子部品封止用基板、およびそれを用いて電子部品の微小電子機械機構を封止することにより形成される電子装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、シリコンウェーハ等の半導体基板の主面に、半導体集積回路素子等の微細配線を形成する加工技術を応用して、極めて微小な電子機械機構、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を形成した電子部品が注目され、実用化に向けて開発が進められている。
【０００３】
このような微小電子機械機構としては、加速度計・圧力センサ・アクチュエータ等のセンサや、微細な鏡面体を可動式に形成したマイクロミラーデバイス、光デバイス、あるいはマイクロポンプ等を組み込んだマイクロ化学システム等、非常に広い分野にわたるものが試作・開発されている。
【０００４】
そのような微小電子機械機構を形成した電子部品を用いて電子装置を構成するための従来の電子部品封止用基板およびそれを用いて成る電子装置の一例を図４に断面図で示す。図４に示す例では、微小電子機械機構２２が形成された半導体基板２１の主面には、微小電子機械機構２２に電力を供給したり、微小電子機械機構２２から外部の電気回路に電気信号を送り出したりするための電極２３が微小電子機械機構２２と電気的に接続されて形成されており、これら半導体基板２１・微小電子機械機構２２および電極２３により、１つの電子部品２４が構成される。
【０００５】
なお、このような電子部品２４は、通常、後述するように、半導体基板２１の主面に多数個が縦横に配列形成された多数個取りの形態で形成した後、個々の半導体基板２１に切断することにより製作されるので、この切断の際に切削粉等の異物が微小電子機械機構２２に付着して作動の妨げになることを防止するために、ガラス板２５等で覆われて保護されている。
【０００６】
そして、この電子部品２４を、電子部品収納用の凹部Ａを有するパッケージ３１の凹部Ａ内に収納するとともに、電子部品２４の電極２３をパッケージ３１の電極パッド３２にボンディングワイヤ３３等の導電性接続材を介して接続した後、パッケージ３１の凹部Ａを蓋体３４で覆って電子部品２４を凹部Ａ内に気密封止することにより、電子装置として完成する。この場合、電子部品２４は、微小電子機械機構２２の動作を妨げないようにするため、中空状態で気密封止する必要がある。
【０００７】
この電子装置について、あらかじめパッケージ３１の電極パッド３２から外表面に導出するようにして形成しておいた配線導体３５の導出部分を外部電気回路に接続することにより、気密封止された微小電子機械機構２２が、電極２３・ボンディングワイヤ３３・電極パッド３２および配線導体３５を介して外部の電気回路と電気的に接続される。
【０００８】
また、このような電子部品２４は、通常、広面積の半導体基板の主面に多数個を縦横に配列形成させることにより製作されており、この場合の電子装置の製造方法は、従来、以下のようなものであった。すなわち、
▲１▼半導体基板の主面に、微小電子機械機構２２およびこれに電気的に接続された電極２３が形成されて成る電子部品領域を多数個、縦横に配列形成した電子部品を準備する工程と、
▲２▼各電子部品の微小電子機械機構２２を、その周囲が中空状態となるようにして、ガラス板２５等で覆って封止する工程と、
▲３▼半導体基板にダイシング加工等の切断加工を施して、個々の電子部品２４に分割する工程と、
▲４▼個々の電子部品２４を、電子部品収納用パッケージ３１内に気密封止する工程と、により製作される。
【０００９】
このような従来の製造方法においては、半導体基板の主面に配列形成された多数の電子部品領域の１個ずつをガラス板２５等で封止して保護しておく必要があること、また、一旦ガラス板２５で封止した電子部品を、個片の電子部品２４に分割した後、改めてパッケージ３１内に気密封止するとともに、その電極２３をパッケージ３１の電極パッド３２等に接続して外部接続させる必要があること、等のため、生産性が悪く、実用化が難しいという問題があった。
【００１０】
この問題に対し、半導体基板の主面に配列形成された多数個の機構微小電子機械を一括して覆い、封止するような基板が提案されている。
【００１１】
このような封止用の基板としては、半導体基板を材料とするものや導電性の金属板等を材料にするもの等が知られている。
【００１２】
半導体基板を材料とする場合は、例えば、主面に多数個の電子部品領域が配列形成された第１の半導体基板とは別に、この電子部品領域の配列に対応させて多数の凹部を配列形成した封止用の第２の半導体基板を準備し、第１の半導体基板の主面上に第２の半導体基板を、第２の半導体基板の凹部が第１の半導体基板の電子部品領域を覆うようにして接合し、第２の半導体基板に内側に第１の半導体基板の電子部品領域（特に微小電子機械機構）を封止するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１３】
また、導電性を有する基板を材料とする場合には、導電性を有するカバー用の基板にパターン溝を形成するとともに、このパターン溝をガラスやセラミック材料で充填して平坦化させた後、その上にボンディングパターン（電極パッド等）を形成し、このボンディングパターンに電子部品の電極を接続するとともに導電性のカバー用基板を半導体基板の主面に接合し、その後、電子部品領域をセラミックやガラス等で封着するとともに、ボンディングパターンを外部に導出するための外部配線用電極パターンを形成するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１４】
〔特許文献１〕
特開２００１−１４４１１７号公報
〔特許文献２〕
特開２００２−４３４６３号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の封止用基板を用いて半導体基板の主面の電子部品領域を封止する場合は、多数個の電子部品領域を一括して封止することはできるものの、例えば、半導体基板を材料とした封止用基板の場合であれば、半導体基板の内部に３次元状の配線導体を形成することができないため、封止用の（第２の）半導体基板の、電子部品領域が配列形成された（第１の）半導体基板に接合される主面から対向する他方主面にかけて配線導体を導出することができず、電子部品の電極は、第１の半導体基板の主面に形成された電極の一部を封止部の外側に延出させるとともに、この延出部をボンディングワイヤを介して電子部品収納用パッケージの電極パッドや外部の電気回路に接続する必要があり、実装工程（電子部品領域の封止から電子装置として完成させて外部電気回路に接続するまでの工程）が長く、また、個々の電子装置のサイズが大きくなってしまうという問題が残る。また、電子装置を組み込んだ電子システムの小型化に有利な、表面実装ができないという問題もある。
【００１６】
また、導電性の金属板等を材料とした封止用基板の場合であれば、金属板に電極パッド等の導体パターンを形成することができるように、一旦ガラスやセラミックスで金属板の表面に形成したパターン溝等を埋めて絶縁部を形成したり、その絶縁部の表面に、実装工程の途中で導体部を形成したりする必要があるため、この場合も、電子部品の実装工程を短くすることが困難であるという問題がある。
【００１７】
本発明は上記従来の技術における諸問題に鑑みて完成されたものであり、その目的は、半導体基板の主面に形成された微小電子機械機構を容易かつ確実に封止することができるとともに、この微小電子機械機構と接続された半導体基板の主面に形成されている電極を容易かつ確実に、例えば表面実装が可能な形態で、外部接続させることが可能な電子部品封止用基板を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、このような微小電子機械機構および電極から成る電子部品領域が半導体基板の主面に多数個、縦横に配列形成されていたとしても、これらを容易かつ確実に封止することが可能な封止用基板を提供するとともに、このような封止用基板を用いて、微小電子機械機構が封止されて成る多数個の電子装置を、例えば表面実装が可能な形態で、一括して形成することが可能な、電子装置の製造方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子部品封止用基板は、一方主面から他方主面または側面に導出された配線導体が形成された絶縁基板と、この絶縁基板の前記一方主面に形成された、前記配線導体と電気的に接続された接続パッドと、前記絶縁基板の前記一方主面に、前記接続パッドを取り囲むようにして接合された枠部材と、前記接続パッド上に形成された、前記枠部材と同じ高さの接続端子とから成り、半導体基板の主面に微小電子機械機構およびこれに電気的に接続された電極が形成されて成る電子部品が、前記電極を前記接続端子に接合し、前記半導体基板の前記主面を前記枠部材の主面に接合されることによって、前記枠部材の内側に前記電子部品の前記微小電子機械機構を気密封止することを特徴とするものである。
【００２０】
また本発明の電子部品封止用基板は、上記構成において、前記接続パッドおよび前記接続端子が内側に形成された前記枠部材が多数個、縦横に配列形成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
また本発明の電子装置の製造方法は、半導体基板の主面に、微小電子機械機構およびこれに電気的に接続された電極が形成されて成る電子部品領域を多数個、縦横に配列形成した電子部品を準備する工程と、一方主面から他方主面または側面に導出された配線導体が形成された絶縁基板と、この絶縁基板の前記一方主面に形成された、前記配線導体と電気的に接続された接続パッドと、前記絶縁基板の前記一方主面に前記接続パッドを取り囲むようにして接合された枠部材と、前記接続パッド上に形成された、前記枠部材と同じ高さの接続端子とから成る電子部品封止領域を多数個、前記電子部品の電子部品領域に対応させて配列形成した電子部品封止用基板を準備する工程と、前記電子部品を、前記電極を前記接続端子に接合するとともに、前記微小電子機械機構の周囲の前記半導体基板の前記主面を前記枠部材の主面に接合して、前記微小電子機械機構を前記枠部材の内側に気密封止する工程と、互いに接合された前記電子部品および前記電子部品封止用基板を前記電子部品封止領域毎に分割して、前記電子部品封止領域に前記電子部品領域が接合されて成る個々の電子装置を得る工程とを具備することを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の電子部品封止用基板によれば、一方主面から他方主面または側面に導出された配線導体が形成された絶縁基板と、絶縁基板の一方主面に形成された、配線導体と電気的に接続された接続パッドと、絶縁基板の一方主面に、接続パッドを取り囲むようにして接合された枠部材と、接続パッド上に形成された、枠部材と同じ高さの接続端子とから成り、半導体基板の主面に微小電子機械機構およびこれに電気的に接続された電極が形成されて成る電子部品を、電極を接続端子に接合し、半導体基板の主面を枠部材の主面に接合させることによって、枠部材の内側に電子部品の微小電子機械機構を気密封止するようにしたことから、枠部材の主面を半導体基板の主面に接合させるだけで、電子部品の微小電子機械機構を、枠部材と絶縁基板とにより容易かつ確実に封止することができる。
【００２３】
また、枠部材の主面の高さが、接続パッド上に形成された接続端子の高さと同じであるので、枠部材の主面を半導体基板の主面に接合するときに、半導体基板の主面に形成されている電極を接続端子に容易かつ確実に接続することができる。また、この接続端子から接続パッドおよび配線導体を介して、電子部品の電極を外部に導出することもできる。
【００２４】
また、本発明の電子部品封止用基板は、例えば、セラミック多層配線基板等の絶縁基板を用いて形成したものとすることにより、配線導体を、接続パッドや枠部材が形成・接合されている一方主面から他方主面や側面にかけて、基板の内部や表面に自由に形成して導出させることができ、この導出された端部に外部接続用の金属バンプを取着させること等により、容易に表面実装することが可能な電子装置として完成させることができる。
【００２５】
また、本発明の電子部品封止用基板において、接続パッドおよび接続端子が内側に形成された枠部材を多数個、縦横に配列形成した場合には、半導体基板の主面に多数の電子部品領域が縦横に配列形成されていたとしても、これらを一括して、外部接続が可能なようにして封止することができる。
【００２６】
また本発明の電子装置の製造方法によれば、上記各工程を具備することから、縦横に配列形成された多数個の電子部品領域について、それぞれの電極の外部接続のための接続と微小電子機械機構の封止とを同時に行なうことができるため、互いに接合された電子部品および電子部品封止用基板から成る電子装置を、容易かつ確実に、多数個製造することができる。
【００２７】
また、互いに接合された電子部品および電子部品封止用基板を電子部品封止領域毎に分割することにより、電子部品封止領域に電子部品領域が接合されて成る個々の電子装置を多数個、同時に製造することができる。
【００２８】
この分割の際、電子部品領域の微小電子機械機構は封止用基板により封止されているので、ダイシング加工等による分割で発生するシリコン等の半導体基板の切削粉が微小電子機械機構に付着するようなことはなく、分割後の電子装置において微小電子機械機構を確実に作動させることができる。
【００２９】
また、分割して得られた電子装置は、絶縁基板の他方主面や側面に配線導体が導出されているので、この導出された端部に金属バンプ等の端子を取着するだけで、表面実装等により外部電気回路基板に実装することができるものとなり、実装の工程を非常に短く、かつ容易なものとすることができる電子装置となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の電子部品封止用基板およびそれを用いた電子装置の製造方法について以下に詳細に説明する。
【００３１】
図１は本発明の電子部品封止用基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【００３２】
図１において、１は絶縁基板、２は配線導体、３は接続パッド、４は枠部材、５は接続端子である。これら絶縁基板１・配線導体２・接続パッド３・枠部材４および接続端子５により電子部品封止用基板６が形成される。
【００３３】
この電子部品封止用基板６を用いて、半導体基板７の主面（この図１の例では下面）に、微小電子機械機構８と電極９とを互いに電気的に接続するようにして形成して成る電子部品１０を封止することにより、微小電子機械機構８が外部接続可能な状態で封止されてなる電子装置が形成される。
【００３４】
絶縁基板１は、微小電子機械機構８を封止するための蓋体として機能するとともに、配線導体２・接続パッド３・枠部材４および接続端子５を形成するための基体として機能する。
【００３５】
この絶縁基板１は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・炭化珪素質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラスセラミックス焼結体等のセラミックス材料や、ポリイミド・ガラスエポキシ樹脂等の有機樹脂材料、セラミックスやガラス等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合して成る複合材等により形成される。
【００３６】
絶縁基板１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウムとガラス粉末等の原料粉末をシート上に成形して成るグリーンシートを積層し、焼成することにより形成される。なお、絶縁基板１は、酸化アルミニウム質焼結体で形成するものに限らず、用途や気密封止する電子部品１０の特性等に応じて適したものを選択することが好ましい。
【００３７】
例えば、絶縁基板１は、後述するように、枠部材４を介して半導体基板７と機械的に接合されるので、半導体基板７との接合の信頼性、つまり微小電子機械機構８の封止の気密性を高くするためには、ムライト質焼結体や、例えばガラス成分の種類や添加量を調整することにより熱膨張係数を半導体基板７に近似させるようにした酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系等のガラスセラミックス焼結体等のような半導体基板７との熱膨張係数の差が小さい材料で形成することが好ましい。
【００３８】
また、絶縁基板１は、配線導体２により伝送される電気信号の遅延を防止するような場合には、ポリイミド・ガラスエポキシ樹脂等の有機樹脂材料、セラミックスやガラス等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合して成る複合材、または、酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系や酸化リチウム系等のガラスセラミックス焼結体等のような比誘電率の小さい材料で形成することが好ましい。
【００３９】
また、絶縁基板１は、封止する微小電子機械機構８の発熱量が大きく、この熱の外部への放散性を良好とするような場合には、窒化アルミニウム質焼結体等のような熱伝導率の大きな材料で形成することが好ましい。
【００４０】
また、絶縁基板１の一方主面に、電子部品１０の微小電子機械機構８を内側に収めるような凹部１ａを形成しておいてもよい。凹部１ａ内に微小電子機械機構８の一部を収めるようにしておくと、微小電子機械機構８を取り囲むための枠部材４の高さを低く抑えることができ、電子装置の低背化に有利なものとなる。
【００４１】
絶縁基板１の一方主面（微小電子機械機構８を封止する側）からは、他方主面または側面に配線導体２が導出されている。
【００４２】
また、この絶縁基板１の一方主面側の枠部材４の内側の部位には、配線導体２と接続された接続パッド３が形成されている。
【００４３】
これらの配線導体２および接続パッド３は、接続パッド３上に形成される接続端子５を介して電子部品１０の電極９と電気的に接続され、これを絶縁基板１の他方主面や側面に導出する機能を有する。
【００４４】
これらの配線導体２および接続パッド３は、銅・銀・金・パラジウム・タングステン・モリブデン・マンガン等の金属材料により形成される。この形成の手段としては、メタライズ層・めっき層・蒸着等の金属を薄膜層として被着させる手段を用いることができる。例えば、タングステンのメタライズ層から成る場合であれば、タングステンのペーストを絶縁基板１となるグリーンシートに印刷してこれをグリーンシートとともに焼成することにより形成される。
【００４５】
接続端子５は、錫−銀系・錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう等の低融点ろう材、銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材、導電性有機樹脂、あるいはシーム溶接・電子ビーム溶接等の溶接法による接合を可能とするような金属材料等により形成されている。
【００４６】
この接続端子５を電子部品１０の電極９に接合することにより、電子部品１０の電極９が、接続端子５・接続パッド３および配線導体２を介して、絶縁基板１の他方主面または側面に導出される。そして、この導出された端部を外部の電気回路に錫−鉛半田等を介して接合することにより、電子部品１０の電極９が外部の電気回路と電気的に接続される。
【００４７】
また、絶縁基板１の一方主面には、接続パッド３を取り囲むようにして枠部材４が接合されている。
【００４８】
枠部材４は、電子部品１０の微小電子機械機構８をその内側に気密封止するための側壁として機能する。
【００４９】
この枠部材４の主面（図１の例では上面）を電子部品１０の主面（図１の例では下面）に接合させることにより、枠部材４の内側に微小電子機械機構８が気密封止される。なお、この場合、半導体基板７が底板となり、絶縁基板１が蓋体となる。
【００５０】
枠部材４は、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の鉄−ニッケル系合金・無酸素銅・アルミニウム・ステンレス鋼・銅−タングステン合金・銅−モリブデン合金等の金属材料や、酸化アルミニウム質焼結体・ガラスセラミックス焼結体等の無機系材料、あるいはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）・ガラスエポキシ樹脂等の有機樹脂系材料等により形成される。
【００５１】
また、枠部材４の主面を電子部品１０の半導体基板７の主面に接合する方法としては、錫−銀系等の半田，金−錫ろう等の低融点ろう材，銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材，導電性有機樹脂等の接合材を介して接合する方法、あるいはシーム溶接・電子ビーム溶接等の溶接法を用いることができる。
【００５２】
そして、半導体基板７の主面に微小電子機械機構８およびこれに電気的に接続された電極９が形成されて成る電子部品１０について、電極９を接続端子５に接合し、半導体基板７の主面を枠部材４の主面に接合させることによって、枠部材４の内側に電子部品１０の微小電子機械機構８が気密封止された電子装置が形成される。
【００５３】
この電子装置のうち配線導体２の導出部分を、半田ボール等の外部端子１１を介して外部の電気回路に接続することにより、微小電子機械機構８が外部電気回路と電気的に接続される。
【００５４】
なお、図１に示すように、枠部材４が接合される絶縁基板１の主面に、接続パッド３と同様の材料により導体層３ａを形成しておき、この導体層３ａから絶縁基板１の他方主面にかけて配線導体２の一部を導出させるようにしてもよい。この導体層３ａから導出された配線導体２の導出部分は、上述の外部端子１１等を介して外部電気回路の接地用端子等に接続することができる。
【００５５】
この場合、接続端子５と電極９との接合、および枠部材４の主面と半導体基板７の主面との接合を一つの工程で確実かつ容易に行なうことを可能とするために、接続端子５の高さと枠部材４の高さとは同じ高さとしておく必要がある。
【００５６】
また、本発明の電子部品封止用基板６は、図２に実施の形態の他の例を断面図で示すように、このような接続パッド３および枠部材４を広面積の母基板の一方主面に縦横に配列形成した、いわゆる多数個取りの形態としておくことが好ましい。なお、図２において、図１と同じ部位には同じ符号を付してある。
【００５７】
このような多数個取りとしておくと、通常は、半導体基板７の主面に、微小電子機械機構８およびこれに電気的に接続された電極９が多数個配列形成された、多数個取りの形態で製作される電子部品１０を、多数個、同時に気密封止することができ、生産性を優れたものとすることができる。
【００５８】
また、このように、半導体基板７の主面に、微小電子機械機構８およびこれに電気的に接続された電極９が多数個配列形成された、多数個取りの形態で製作される電子部品１０を一括して封止しておくと、この半導体基板７（および電子部品封止用基板６）にダイシング加工等の切断加工を施して、個々の電子部品１０（電子装置）に分割する際に、切断に伴って発生する切削粉等が微小電子機械機構８に付着してその作動を妨害する、という不具合の発生を効果的に防止することができる。
【００５９】
次に、このような電子部品封止用基板６を用いた、電子装置の製造方法について、図３（ａ）〜（ｅ）に基づいて説明する。図３は本発明の電子装置の製造方法の実施の形態の一例をそれぞれ工程順に示した断面図であり、図３において図１および図２と同じ部位には同じ符号を付してある。
【００６０】
まず、図３（ａ）に示すように、半導体基板７の主面に、微小電子機械機構８およびこれに電気的に接続された電極９が形成されて成る電子部品領域１０ａを多数個、縦横に配列形成した多数個取りの電子部品１０ｂを準備する。
【００６１】
半導体基板７は、例えば単結晶や多結晶等のシリコン基板から成る。
【００６２】
このシリコン基板の表面に酸化シリコン層を形成するとともに、フォトリソグラフィ等の微細配線加工技術を応用して、微小な振動体等の微小電子機械機構８および円形状パターン等の導体から成る電極９が形成された電子部品領域１０ａを多数個配列形成することにより多数個取りの電子部品１０ｂが形成される。なお、この例においては、微小電子機械機構８と電極９とは、それぞれ半導体基板７の主面に形成された微細配線（図示せず）を介して電気的に接続されている。
【００６３】
次に、図３（ｂ）に示すように、一方主面から他方主面または側面に導出された配線導体２が形成された絶縁基板１と、この絶縁基板１の一方主面に形成された、配線導体２と電気的に接続された接続パッド３と、絶縁基板１の一方主面に接続パッド３を取り囲むようにして接合された枠部材４と、接続パッド３上に形成された、枠部材４と同じ高さの接続端子５とから成る電子部品封止領域６ａを多数個、電子部品の電子部品領域１０ａに対応させて配列形成した多数個取りの電子部品封止用基板６ｂを準備する。
【００６４】
一方主面から他方主面または側面に導出された配線導体２が形成された絶縁基板１は、例えば、絶縁基板１が酸化アルミニウム質焼結体から成り、配線導体２がタングステンのメタライズ層から成る場合であれば、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化カルシウム等の原料粉末を、有機樹脂・バインダとともに混練してスラリーを得て、このスラリーをドクターブレード法やリップコータ法等によりシート状に成形して複数のグリーンシートを形成し、このグリーンシートの表面に、および必要に応じてグリーンシートにあらかじめ形成しておいた貫通孔内に、タングステンのメタライズペーストを印刷塗布・充填し、その後、これらのグリーンシートを積層して焼成することにより形成することができる。
【００６５】
なお、これらのグリーンシートのうち、一部のものに打ち抜き加工を施して四角形状等の開口部を形成しておき、これを一方主面側の最表層に配置し、または最表層から内部に向かって数層積層するようにして、焼成後の絶縁基板１の一方主面に、電子部品領域１０ａの配列に対応する凹部１ａが配列形成されるようにしておいてもよい。このように凹部１ａを形成しておくと、この凹部１ａの内側に微小電子機械機構８を収めることができるので、微小電子機械機構８を取り囲むための枠部材４の高さを低く抑えることができ、電子装置の低背化に有利なものとなる。
【００６６】
また、接続パッド３は、通常、配線導体２と同様の材料から成り、例えば、タングステンのペーストを絶縁基板１となるグリーンシートのうち最表面に、配線導体２となる印刷されたタングステンペーストと接続されるようにして、かつ多数個が縦横に配列形成されるようにして、スクリーン印刷法等により印刷しておくことにより形成される。
【００６７】
また、枠部材４は、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金から成る場合であれば、鉄−ニッケル−コバルト合金の金属板に圧延加工や金型による打ち抜き加工またはエッチング加工を行ない、枠状に成形することにより製作される。
【００６８】
枠部材４と絶縁基板１との接合は、錫−銀系等の半田，金−錫ろう等の低融点ろう材や銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材，導電性有機樹脂等の接合材を介して接合する方法、あるいはシーム溶接・電子ビーム溶接等の溶接法により行なうことができる。
【００６９】
この枠部材４と同じ高さとなるようにして、接続端子５が接続パッド３上に形成される。接続端子５は、例えば、錫−銀系等の半田から成る場合であれば、この半田のボールを接続パッド３上に位置決めして加熱・溶融・接合させることにより形成される。
【００７０】
接続端子５の高さを枠部材４の高さと同じとする方法としては、例えば、接続端子５となる錫−銀半田を溶融させて接続パッド３上に取着形成する際に、その上面を枠部材４と同じ高さとなるようにしてセラミックス製の治具等で押さえておく等の方法を用いることができる。
【００７１】
次に、図３（ｃ）に示すように、電子部品１０ｂを電子部品封止用基板６ｂに対し各電子部品領域１０ａと各電子部品封止領域６ａとを対応させて重ね合わせ、電極７を接続端子５に接合するとともに、微小電子機械機構８の周囲の半導体基板７の主面を枠部材４の主面に接合して、微小電子機械機構８を枠部材４の内側に気密封止する。
【００７２】
ここで、電極７と接続端子５との接合は、例えば、接続端子５が錫−銀系半田から成る場合であれば、電極７上に接続端子５を位置合わせして載せ、これらを約２５０℃〜３００℃程度の温度のリフロー炉中で熱処理すること等により行なわれる。
【００７３】
また、微小電子機械機構８の周囲の半導体基板７の主面と枠部材４の主面との接合は、例えば、この接合面に、接続端子５と同様の錫−銀系の半田を挟んでおき、上述の電極７と接続端子５との接合と同時にリフロー炉中で熱処理することにより行なうことができる。
【００７４】
この場合、接続端子５の高さを枠部材４の高さと同じとしていることから、電極７と接続端子５との接合と、枠部材４の主面と半導体基板７の主面との接合を容易かつ確実に、同時に行なうことができる。
【００７５】
このように、本発明の電子装置の製造方法によれば、電子部品領域１０ａの電極７の外部導出のための接合と、微小電子機械機構８の気密封止のための接合とを同時に行なうことができるため、数時間程度を要する半田（ろう）付け等の接合の工程を、従来の製造方法に比べて、確実に少なくとも１工程減らすことができるので、電子装置の生産性を非常に高めることができる。
【００７６】
そして、図３（ｄ）に示すように、互いに接合された多数個取りの形態の電子部品１０ｂおよび電子部品封止用基板６ｂを電子部品封止領域６ａ毎に分割して、電子部品封止領域６ａが分割された電子部品封止用基板６に電子部品領域１０ａが分割された電子部品１０が接合されて成る個々の電子装置を得る。
【００７７】
互いに接合された、それぞれ多数個取りの形態の電子部品１０ｂおよび電子部品封止用基板６ｂの接合体の切断は、この接合体に対して、ダイシング加工等の切断加工を施すことにより行なうことができる。
【００７８】
本発明の電子装置の製造方法においては、このダイシング加工等の切断加工の際に、各微小電子機械機構８は枠部材４の内側でこの枠部材４と半導体基板７と絶縁基板１とにより気密封止されているので、半導体基板７や絶縁基板１等の切断に伴って発生するシリコンやセラミックス等の切削粉等が微小電子機械機構８に付着することはなく、完成した電子装置において、微小電子機械機構８を確実に正常に作動させることができる。
【００７９】
このように、本発明の電子装置の製造方法によれば、従来のように、半導体基板７の主面に多数個を縦横に配列形成した電子部品領域１０ａを切断する際に、その微小電子機械機構８をガラス板等で覆って保護するような工程を別途追加する必要はなく、この、保護のためだけという工程を確実に削除することができるので、電子装置の生産性を非常に高いものとすることができる。
【００８０】
また、このようにして製造された電子装置は、すでに気密封止されているとともに、その電極が配線導体２を介して外部に導出された状態であるので、これを別途パッケージ内に実装するような工程を追加する必要はなく、配線導体２の導出された部分を外部の電気回路に半田ボール等の外部端子１１を介して接続するだけで、外部電気回路基板に実装して使用することができる。
【００８１】
また、この場合、配線導体２は、絶縁基体１の他方主面または側面に導出されているので、外部電気回路に表面実装の形態で接続することができ、高密度に実装することや、外部電気回路の基板を効果的に小型化することができる。
【００８２】
なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば、種々の変形は可能である。
【００８３】
例えば、上述の実施の形態の例では一つの電子装置内に一つの微小電子機械機構を気密封止したが、一つの電子装置内に複数の微小電子機械機構を気密封止してもよい。
【００８４】
また、図１に示した例では、配線導体２は絶縁基板１の他方主面側に導出しているが、これを、側面に導出したり、側面および他方主面の両方に導出したりしてもよい。また、この導出された部分の外部電気回路への電気的な接続は、外部端子として半田ボールを介して行なうものに限らず、リード端子や導電性接着剤等を介して行なってもよい。
【００８５】
【発明の効果】
本発明の電子部品封止用基板によれば、一方主面から他方主面または側面に導出された配線導体が形成された絶縁基板と、絶縁基板の一方主面に形成された、配線導体と電気的に接続された接続パッドと、絶縁基板の一方主面に、接続パッドを取り囲むようにして接合された枠部材と、接続パッド上に形成された、枠部材と同じ高さの接続端子とから成り、半導体基板の主面に微小電子機械機構およびこれに電気的に接続された電極が形成されて成る電子部品を、電極を接続端子に接合し、半導体基板の主面を枠部材の主面に接合させることによって、枠部材の内側に電子部品の微小電子機械機構を気密封止するようにしたことから、枠部材の主面を半導体基板の主面に接合させるだけで、電子部品の微小電子機械機構を、枠部材と絶縁基板とにより容易かつ確実に封止することができる。
【００８６】
また、枠部材の主面の高さが、接続パッド上に形成された接続端子子の高さと同じであるので、枠部材の主面を半導体基板の主面に接合するときに、半導体基板の主面に形成されている電極を接続端子に容易かつ確実に接続することができる。また、この接続端子から接続パッドおよび配線導体を介して、電子部品の電極を外部に導出することもできる。
【００８７】
また、本発明の電子部品封止用基板は、例えば、セラミック多層配線基板等の絶縁基板を用いて形成したものとすることにより、配線導体を、接続パッドや枠部材が形成・接合されている一方主面から他方主面や側面にかけて、基板の内部や表面に自由に形成して導出させることができ、この導出された端部に外部接続用の金属バンプを取着させること等により、容易に表面実装することが可能な電子装置として完成させることができる。
【００８８】
また、本発明の電子部品封止用基板において、接続パッドおよび接続端子が内側に形成された枠部材を多数個、縦横に配列形成した場合には、半導体基板の主面に多数の電子部品領域が縦横に配列形成されていたとしても、これらを一括して、外部接続が可能なようにして封止することができる。
【００８９】
また本発明の電子装置の製造方法によれば、上記各工程を具備することから、縦横に配列形成された多数個の電子部品領域について、それぞれの電極の外部接続のための接続と微小電子機械機構の封止とを同時に行なうことができるため、互いに接合された電子部品および電子部品封止用基板から成る電子装置を、容易かつ確実に、多数個製造することができる。
【００９０】
また、互いに接合された電子部品および電子部品封止用基板を電子部品封止領域毎に分割することにより、電子部品封止領域に電子部品領域が接合されて成る個々の電子装置を多数個、同時に製造することができる。
【００９１】
この分割の際、電子部品領域の微小電子機械機構は封止用基板により封止されているので、ダイシング加工等による分割で発生するシリコン等の半導体基板の切削粉が微小電子機械機構に付着するようなことはなく、分割後の電子装置において微小電子機械機構を確実に作動させることができる。
【００９２】
また、分割して得られた電子装置は、絶縁基板の他方主面や側面に配線導体が導出されているので、この導出された端部に金属バンプ等の端子を取着するだけで、表面実装等により外部電気回路基板に実装することができるものとなり、実装の工程を非常に短く、かつ容易なものとすることができる電子装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子部品封止用基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の電子部品封止用基板の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の電子装置の製造方法の実施の形態の一例をそれぞれ工程順に示した断面図である。
【図４】従来の電子部品封止用基板およびそれを用いて成る電子装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基板
２：配線導体
３：接続パッド
４：枠部材
５：接続端子
６：電子部品封止用基板
６ａ：電子部品封止領域
６ｂ：電子部品封止用基板
７：半導体基板
８：微小電子機械機構
９：電極
１０：電子部品
１０ａ：電子部品領域
１０ｂ：電子部品
Claims (3)
- 一方主面から他方主面または側面に導出された配線導体が形成された絶縁基板と、
該絶縁基板の前記一方主面に形成された、前記配線導体と電気的に接続された接続パッドと、
前記絶縁基板の前記一方主面に、前記接続パッドを取り囲むようにして接合された枠部材と、
前記接続パッド上に形成された、前記枠部材と同じ高さの接続端子とから成り、
半導体基板の主面に微小電子機械機構およびこれに電気的に接続された電極が形成されて成る電子部品が、前記電極を前記接続端子に接合し、前記半導体基板の前記主面を前記枠部材の主面に接合されることによって、
前記枠部材の内側に前記電子部品の前記微小電子機械機構を気密封止することを特徴とする電子部品封止用基板。 - 前記接続パッドおよび前記接続端子が内側に形成された前記枠部材が多数個、縦横に配列形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品封止用基板。
- 半導体基板の主面に、微小電子機械機構およびこれに電気的に接続された電極が形成されて成る電子部品領域を多数個、縦横に配列形成した電子部品を準備する工程と、
一方主面から他方主面または側面に導出された配線導体が形成された絶縁基板と、該絶縁基板の前記一方主面に形成された、前記配線導体と電気的に接続された接続パッドと、前記絶縁基板の前記一方主面に前記接続パッドを取り囲むようにして接合された枠部材と、前記接続パッド上に形成された、前記枠部材と同じ高さの接続端子とから成る電子部品封止領域を多数個、前記電子部品の前記電子部品領域に対応させて配列形成した電子部品封止用基板を準備する工程と、
前記電子部品を、前記電極を前記接続端子に接合するとともに、前記微小電子機械機構の周囲の前記半導体基板の前記主面を前記枠部材の主面に接合して、前記微小電子機械機構を前記枠部材の内側に気密封止する工程と、
互いに接合された前記電子部品および前記電子部品封止用基板を前記電子部品封止領域毎に分割して、前記電子部品封止領域に前記電子部品領域が接合されて成る個々の電子装置を得る工程と
を具備することを特徴とする電子装置の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2003086192A JP3842751B2 (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | 電子部品封止用基板およびそれを用いた電子装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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