JP2005212016A - 電子部品封止用基板および多数個取り用電子部品封止用基板ならびに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、電気応答性、ノイズカット性に優れた電子部品封止用基板を提供すること。
【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、そ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を取り囲んで接合された枠部材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、絶縁基板１の他方主面に形成された電子素子収納用の凹部１２と、凹部１２の内側に形成され、配線導体２と電気的に接続された素子接続用パッド１３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の電極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り、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。
【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、そ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を取り囲んで接合された枠部材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、絶縁基板１の他方主面に形成された電子素子収納用の凹部１２と、凹部１２の内側に形成され、配線導体２と電気的に接続された素子接続用パッド１３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の電極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り、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。
【選択図】 図１
Description
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、および多数個取り用電子部品封止用基板、ならびに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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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微小電子機械機構２２を一括して覆い、封止するような基板が提案されている。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。
封止用の基板が半導体基板から成る場合、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）。
また、封止用の基板が導電性を有する金属板から成る場合、導電性を有するカバー用の金属板に所定パターンの溝を形成するとともに、この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用の導体パターン（電極パッド等）を形成し、この導体パターンに電子部品の電極を接続するとともに金属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、導体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。）。
また、微小電子機械機構、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を成した電子部品においては、近年、微小電子機械機構の応答精度の上昇、長時間駆動などが行われることから、微小電子機械機構の低消費電力化、電力応答性の向上が求められてきている。
また、ＭＥＭＳ領域で消費される電力が供給不足になり、微小電子機械機構が正常に駆動しないため、微小電子機械機構の電気特性の変化や微小電子機械機構領域の破壊などが起こるものとなってきている。さらにこの問題点を解決するために、大容量のチップコンデンサを微小電子機械機構の近傍に実装する手法が取られており、実装面積が大きくなっている。
また、ＭＥＭＳ外部から配線導体を伝わり外部より伝播してきた高周波ノイズにより電気特性の変化やＭＥＭＳ領域の破壊などが起こると同時に、配線導体を伝播する信号に含まれる高調波ノイズが電子部品外部に放出されやすいものとなっている。さらにこの問題を解決するために、チップインダクタをＭＥＭＳの近傍に実装する手法が取られており、実装面積が大きくなっている。
特開２００１−１４４１１７号公報
特開２００２−４３４６３号公報
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、半導体を材料とした封止用の基板の場合であれば、基板の内部に３次元的に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。
また、導電性の金属板等から成る封止用の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。
さらに、微小電子機械機構（ＭＥＭＳ）を形成した電子部品においては、近年、微小電子機械機構の応答精度の上昇、長時間駆動などが行なわれることから、微小電子機械機構の低消費電力化、電力応答性の向上が求められてきている。また、また、ＭＥＭＳ領域で消費される電力が供給不足になり、微小電子機械機構が正常に駆動しないため、微小電子機械機構の応答時間の増加による駆動応答性能の減少や、電気特性の変化、微小電子機械機構領域の破壊などが起こるものとなっている問題点があり、さらにこの問題点を解決するために、大容量のチップコンデンサを微小電子機械機構の近傍に実装する手法が取られており、実装面積が大きくなるという問題点もあった。
また、ＭＥＭＳ外部から配線導体を伝わり外部より伝播してきた高周波ノイズにより電気特性の変化やＭＥＭＳ領域の破壊などが起こる。また、配線導体を伝播する信号に含まれる高調波ノイズが電子部品の外部に放出されやすいものとなってきていることから、電子部品の外部の近傍位置にノイズ発生源があると絶縁基板に被着形成された配線導体を伝播する信号に電磁波ノイズが入り込み、微小電子機械機構に伝播されて誤動作させてしまったり、あるいは電子部品の外部の近傍位置に電磁波ノイズに対して影響を受け易い電子機器があると電子部品より放出された電磁波ノイズがこの電子機器に悪影響を及ぼしてしまったりするという問題点があった。また、この問題を解決するために、チップインダクタをＭＥＭＳの近傍に実装したり、プリント板に導体パターンを用いて作製するなどの手法が取られており、その結果実装面積が大きくなるという問題点があった。
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できるものとすることにある。
また、ＭＥＭＳ領域で消費される電力が供給不足になり、微小電子機械機構が正常に駆動しないため、駆動応答性能の劣化や電気特性の変化や微小電子機械機構領域の破壊などが起こりにくく、ＭＥＭＳ外部から配線導体を伝わり外部より伝播してきた高周波ノイズによる電気特性の変化やＭＥＭＳの破壊などが起こりにくい小型化が可能な電子部品封止用基板を提供することにある。
さらに、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多数個取り用電子部品封止用基板を提供することにある。
また、このような多数個取り用電子部品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。
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、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、前記絶縁基板の前記他方主面に形成された、電子素子を収容するための凹部と、該凹部の内側に形成され、前記配線導体と電気的に接続された電子素子接続用パッドとを具備しており、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の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することによって、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が気密封止されることを特徴とするものである。
また本発明の電子部品封止用基板は、上記構成において好ましくは、前記凹部は、平面視で前記接続パッドよりも内側に形成されていることを特徴とするものである。
また本発明の電子部品封止用基板は、上記構成において好ましくは、前記凹部に収納される前記電子素子がデカップリングコンデンサもしくはチョークコイルであることを特徴とするものである。
また本発明の電子部品封止用基板は、上記構成において好ましくは、前記絶縁基板の前記一方主面に、前記凹部と平面視で重なるようにして他の凹部が形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の多数個取り用電子部品封止用基板は、絶縁母基板の一方主面に多数個縦横に配列形成された、前記一方主面から他方主面または側面に導出された複数の配線導体が形成された絶縁基板領域と、該各絶縁基板領域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、前記各絶縁基板領域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、前記絶縁基板の前記他方主面に形成された電子素子を収容するための凹部と、該凹部の内側に形成され、前記配線導体と電気的に接続された電子素子接続用パッドとを具備しており、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の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することによって、前記各絶縁基板領域の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それぞれ気密封止することを特徴とするものである。
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多数個取り電子部品を準備する工程と、絶縁母基板の一方主面に多数個縦横に配列形成された、前記一方主面から他方主面または側面に導出された複数の配線導体が形成された絶縁基板領域と、該各絶縁基板領域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、前記各絶縁基板領域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、前記絶縁基板の前記他方主面に形成された電子素子を収容するための凹部と、該凹部の内側に形成され、前記配線導体と電気的に接続された電子素子接続用パッドとを具備する多数個取り用電子部品封止用基板を準備する工程と、前記多数個取り電子部品の前記各電極を前記各接続端子に接合するとともに、前記各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各枠部材の主面に接合して、前記各微小電子機械機構を前記各枠部材の内側にそれぞれ気密封止する工程と、互いに接合された前記多数個取り電子部品および前記多数個取り用電子部品封止用基板を、前記電子部品領域および絶縁基板領域毎に分割して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。
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、絶縁基板の他方主面に形成された電子素子を収容するための凹部と、凹部の内側に形成され、配線導体と電気的に接続された電子素子接続用パッドとを具備しており、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の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。
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。
また、絶縁基板の他方主面に電子素子を収容するための凹部があるため、凹部に電子素子、例えばチップコンデンサやチップインダクタなどのチップ部品を実装することにより、消費電力が不足することによる駆動応答性能の劣化や、電気特性の変化や微小電子機械機構領域の破壊などが起こりにくく、消費電力が不足することによる駆動応答性能の劣化や、電気特性の変化や微小電子機械機構領域の破壊などが起こりにくく、ＭＥＭＳ外部から配線導体を伝わり外部より伝播してきた高周波ノイズによる電気特性の変化やＭＥＭＳの破壊などが起こりにくい。
また、電子素子は、絶縁基板の他方主面側に収容、実装されるので、ＭＥＭＳの近傍に電子素子を実装するスペースを確保する必要はなく、実装面積を小さく抑え、小型の電子部品封止用基板を提供することができる。
本発明において好ましくは、凹部は、平面視で接続パッドよりも内側に形成されているため、接続パットに実装された電子素子が外部から来るノイズなどにより強くなる。すなわち、この場合、電子部品封止用基板の小型化がより一層容易なものとなるとともに、ＭＥＭＳと、ＭＥＭＳに対する電力供給の安定化や外部ノイズの遮断等の機能を有する電子素子との間の距離が近くなるので接続パットに接続されたＭＥＭＳが外部から伝播して来るノイズなどにより強くなる。
また本発明において好ましくは、凹部に収納される電子素子がデカップリングコンデンサもしくはチョークコイルであるため、ＭＥＭＳの周囲に実装していたデカップリングコンデンサもしくはチョークコイルの実装面積を小さくすることができ、よりＭＥＭＳの保護の観点からは信頼性が向上することとなる。
また本発明において好ましくは、絶縁基板の一方主面に、凹部と平面視で重なるようにして他の凹部が形成されているため、絶縁体基板が作製中に反ることが少なくなりＭＥＭＳと絶縁基板間の１次実装面の信頼性がより増すことなる。すなわち、この場合、例えば、絶縁体基板を未焼結セラミック材料を焼成することにより形成したり、未硬化の有機樹脂を熱硬化させることにより形成したりするときに、焼成や硬化にともなう収縮が一方主面側と他方主面側とで同じような挙動となり、収縮にともなう応力を効果的に相殺させることができるため絶縁基板が作製中に反ることが少なくなりＭＥＭＳと絶縁基板間の１次実装面の信頼性がより増すことなる。
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。
本発明の多数個取り用電子部品封止用基板によれば、絶縁母基板の一方主面に多数個縦横に配列形成された、一方主面から他方主面または側面に導出された複数の配線導体が形成された絶縁基板領域と、各絶縁基板領域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、各絶縁基板領域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、絶縁基板の他方主面に形成された電子素子を収容するための凹部と、凹部の内側に形成され、配線導体と電気的に接続された電子素子接続用パッドとを具備し、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の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することによって、各絶縁基板領域の枠部材の内側に電子部品の微小電子機械機構をそれぞれ気密封止することから、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た多数個取り電子部品について各電子部品領域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。
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、互いに接合された多数個取り電子部品および多数個取り用電子部品封止用基板から成る多数個取りの電子装置を、容易かつ確実に製造することができる。
また、互いに接合された多数個取り電子部品および多数個取り用電子部品封止用基板を、電子部品領域および絶縁基板領域毎に分割することにより、電子部品封止用基板で電子部品を封止し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。この分割の際、電子部品領域の各微小電子機械機構は多数個取り用電子部品封止用基板によりそれぞれ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。
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伝記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。
本発明の電子部品封止用基板および多数個取り用電子部品封止用基板ならびに電子装置の製造方法について以下に詳細に説明する。
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。
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。
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。
本発明における微小電子機械機構８は、例えば電気スイッチ、インダクタ、キャパシタ、共振器、アンテナ、マイクロリレー、光スイッチ、ハードディスク用磁気ヘッド、マイク、バイオセンサー、ＤＮＡチップ、マイクロリアクタ、プリントヘッド、加速度センサ、圧力センサなどの各種センサ、ディスプレイデバイスなどの機能を有する電子装置であり、半導体微細加工技術を基本とした、いわゆるマイクロマシニングで作る部品であり、１素子あたり１０μｍ〜数１００μｍ程度の寸法を有する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
本発明の電子部品封止用基板６において、絶縁基板１の他方主面には凹部１２が形成されている。凹部１２は、内部にデカップリングコンデンサやチョークコイル、半導体集積回路素子、圧電振動子、チップ抵抗等の電子素子を収容するためのものである。
凹部１２の内側には、配線導体２と電気的に接続するようにして電子素子接続用パッド１３が形成されており、凹部１２内に収容した電子素子、例えばデカップリングコンデンサの電極が、半田等の接続材を介して電気的に接続される。
この電子素子は、配線導体２を介して微小電子機械機構８と電気的に接続され、微小電子機械機構８の電気特性を確保したり、ノイズを遮断したりし、電気的、機械的な作動を確実なものとする。
また、凹部１２はセラミックグリーンシートを打ち抜き金型やＮＣパンチャーなどを用いて穴加工し絶縁基板１に積層され、絶縁基板１と同時焼成される。
また、素子接続用パット１３は配線導体２と同様に形成される。
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、凹部内に電子素子を収容することにより電子装置が形成される。
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。
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。
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。
また、本発明の電子部品封止用基板６の凹部１２は、平面視で接続パッド３よりも内側に形成されていることが好ましい。こうすることにより、電子部品１０を２次実装する際に電子素子が外部の力学的な刺激より遮断されることとなり、凹部１２内に実装された電子素子の保護をより確実に行うことができる。
また、本発明の電子部品封止用基板６の凹部１２部に収納される電子素子がデカップリングコンデンサもしくはチョークコイルであることであることが好ましい。こうすることによりＭＥＭＳの保護を行うための電子素子を微小電子機械機構８の近くに実装することができ、ＭＥＭＳの信頼性をより強固なものとすることができる。
また、本発明の電子部品封止用基板６の絶縁基板１の一方主面に、凹部１２と平面視で重なるようにして第２凹部が形成されていることが好ましい。こうすることにより、絶縁基板１のそりを抑えることができ、さらにＭＥＭＳの封止性を向上することができる。
本発明の多数個取り用電子部品封止用基板は、図２に示すように、絶縁母基板の一方主面に多数個縦横に配列形成された、一方主面から他方主面または側面に導出された複数の配線導体２が形成された絶縁基板領域１ａと、各絶縁基板領域１ａ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、各絶縁基板領域１ａ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、各絶縁基板領域１ａの他方主面に形成された電子素子を収容するための凹部１２と、凹部１２の内側に形成され、配線導体２と電気的に接続された電子素子接続用パッド１３とを具備し、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の電極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の主面に接合することによって、各絶縁基板領域１ａの枠部材４の内側に電子部品１０の微小電子機械機構８をそれぞれ気密封止するものである。なお、図２は、本発明の多数個取り用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り、図２において図１と同じ部位には同じ符号を付している。
本発明の多数個取り用電子部品封止用基板６ａによれば、上記の構成としたことから、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。
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（および多数個取り用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。
次に、本発明の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。
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電子部品１０ｂを準備する。
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。
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。
次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁母基板の一方主面に多数個縦横に配列形成された、一方主面から他方主面または側面に導出された複数の配線導体２が形成された絶縁基板領域１ａと、各絶縁基板領域１ａ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、各絶縁基板領域１ａ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、絶縁母基板の他方主面に形成された電子素子（図示せず）を収容するための凹部１２と、凹部１２の内側に形成され、配線導体２と電気的に接続された電子素子接続用パッド１３とを具備する多数個取り用電子部品封止用基板６ａを準備する。
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が形成された絶縁母基板は、例えば、絶縁母基板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。
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縦横に配列形成しておき、これを他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、焼成後の絶縁母基板の他方主面の各絶縁基板領域１ａにそれぞれ凹部１２が形成される。
また、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、焼成後の絶縁母基板の一方主面に他の凹部が形成される。他の凹部を、平面視で凹部１２と重なるようにして形成しておくと、例えば、絶縁母基板をグリーンシートを焼成することにより形成するときに、焼成にともなう収縮が、一方主面側と他方主面側とで同じような挙動となり、収縮にともなう応力を効果的に相殺させることができるため絶縁母基板が作製中にそることが少なくなり絶縁母基板の各絶縁基板領域１ａとＭＥＭＳ間の１次実装面の信頼性がより増すことなる。
また、このように一方主面側に他の凹部を設けておくと、他の凹部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。
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母基板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。
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。
枠部材４と絶縁母基板との接合は、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。
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。
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。
次に、図３（ｃ）に示すように、多数個取り電子部品１０ｂを多数個取り用電子部品封止用基板６ａに対し各電子部品領域１０ａと各絶縁基板領域１ａ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。
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。
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。
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。
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。
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電子部品１０ｂおよび多数個取り用電子部品封止用基板６ａを電子部品領域１０ａおよび各絶縁基板領域１ａ毎に分割して、電子部品封止用基板６に電子部品電子部品１０が接合されて成る個々の電子装置を得る。
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６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。
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。
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装置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。
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。
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。
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。
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。
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。
また、凹部１２はデカップリングコンデンサやチョークコイル等の収容にのみ使用されるものではなく、その他半導体集積回路素子等の半導体素子などを実装してもよい。
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：多数個取り用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
１１：外部端子
１２：凹部
１３：電子素子接続用パット
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：多数個取り用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
１１：外部端子
１２：凹部
１３：電子素子接続用パット
Claims (6)
- 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、前記絶縁基板の前記他方主面に形成された電子素子を収容するための凹部と、該凹部の内側に形成され、前記配線導体と電気的に接続された電子素子接続用パッドとを具備しており、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の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することによって、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が気密封止されることを特徴とする電子部品封止用基板。
- 前記凹部は、平面視で前記接続パッドよりも内側に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品封止用基板。
- 前記電子素子は、デカップリングコンデンサまたはチョークコイルであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子部品封止用基板。
- 前記絶縁基板の前記一方主面に、前記凹部と平面視で重なるようにして他の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子部品封止用基板。
- 絶縁母基板の一方主面に多数個縦横に配列形成された、前記一方主面から他方主面または側面に導出された複数の配線導体が形成された絶縁基板領域と、該各絶縁基板領域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、前記各絶縁基板領域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、前記絶縁基板の前記他方主面に形成された電子素子を収容するための凹部と、該凹部の内側に形成され、前記配線導体と電気的に接続された電子素子接続用パッドとを具備しており、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の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することによって、前記各絶縁基板領域の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それぞれ気密封止することを特徴とする多数個取り用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多数個取り電子部品を準備する工程と、絶縁母基板の一方主面に多数個縦横に配列形成された、前記一方主面から他方主面または側面に導出された複数の配線導体が形成された絶縁基板領域と、該各絶縁基板領域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、前記各絶縁基板領域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、前記絶縁基板の前記他方主面に形成された電子素子を収容するための凹部と、該凹部の内側に形成され、前記配線導体と電気的に接続された電子素子接続用パッドとを具備する多数個取り用電子部品封止用基板を準備する工程と、前記多数個取り電子部品の前記各電極を前記各接続端子に接合するとともに、前記各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各枠部材の主面に接合して、前記各微小電子機械機構を前記各枠部材の内側にそれぞれ気密封止する工程と、互いに接合された前記多数個取り電子部品および前記多数個取り用電子部品封止用基板を、前記電子部品領域および絶縁基板領域毎に分割して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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