JP2017005199A - 電子部品および電子モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 接続部の接続の信頼性を向上する。【解決手段】 電子デバイスと、電子デバイスを収容する容器と、を備える電子部品であって、容器は、電子デバイスが搭載された第１面および第１面とは反対側の第２面を有する基部と、空間を介して電子デバイスに対向する対向部と、基部と対向部との間の空間を囲む枠部と、第２面の側において少なくとも電子デバイスの正射影領域に位置し、配線部材へはんだ付けされる複数の接続部と、を有しており、第２面が凹面を成すように、基部の厚さは電子デバイスの正射影領域のうちの周辺領域よりも中央領域において小さくなっている。【選択図】 図１

Description

本技術は、電子部品の実装に関する。

電子デバイスを実装部材に一次実装することで電子部品が製造される。さらに、この電子部品を配線部材に二次実装することで電子モジュールが製造される。特許文献１には、実装部材に電子デバイスを実装して電子デバイスを蓋体で気密に封止した電子部品が記載されている。この電子部品は、電子部品の裏面に設けられた外部端子（接続部）をリフローはんだ付けによって配線部材に接合して二次実装される。

特開２０１３−２４３３３９号公報

特許文献１のように電子部品内に気密な空間が存在すると、リフローはんだ付けの際に内部の空間が熱膨張し、電子部品の裏面が配線部材側に膨らむ場合がある。そうすると電子部品の裏面に設けられた端子と配線部材の端子との距離が端子毎に異なることになり、はんだ接合の信頼性が低下する可能性がある。

そこで本発明は、接続部の接続の信頼性を向上する電子部品および電子モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段は、電子デバイスと、前記電子デバイスを収容する容器と、を備える電子部品であって、前記容器は、前記電子デバイスが搭載された第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有する基部と、前記電子デバイスに対向する対向部と、前記基部と前記対向部との間の空間を囲む枠部と、前記第２面の側において少なくとも前記電子デバイスの正射影領域に配され、配線部材へ接合される複数の接続部と、を有しており、前記第２面が凹面を成すように、前記基部の厚さは前記電子デバイスの正射影領域のうちの周辺領域よりも中央領域において小さくなっていることを特徴とする。

本発明によれば、接続部の接続の信頼性を向上することができる。

電子部品の一例を説明する模式図。 電子部品および電子モジュールの製造方法の一例を説明する模式図。 比較例を説明する模式図。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。なお、以下の説明および図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。

図を用いて本発明を実施する為の形態について説明する。

図１（Ａ）〜（Ｃ）を用いて電子部品１００の一例を説明する。図１（Ａ）は電子部品１００の断面図、図１（Ｂ）は電子部品１００の上面図、図１（Ｃ）は電子部品１００の下面図である。なお、図１（Ａ）は図１（Ｂ）の線Ｓ−Ｓ’および図１（Ｃ）の線Ｔ−Ｔ’における断面図である。

電子部品１００は、電子デバイス１１０と、電子デバイスを収容する容器１１１１と、を備える。典型的な電子デバイス１１０は半導体デバイスであるがこれに限らない。電子デバイス１１０は撮像デバイス、表示デバイスあるいはＭＥＭＳデバイスでありうる。図１（Ｂ）に示すように、電子デバイス１１０は機能領域１１１を有する。機能領域１１１とは撮像デバイスであれば撮像領域であり、表示デバイスであれば表示領域である。機能領域１１１以外の領域には機能領域１１１のための駆動回路や信号処理回路などの周辺回路（不図示）、信号の入出力のための電極１１２が設けられている。電子デバイス１１０の主たる２面のうち機能領域１１１が位置する側の面を表面と呼び、表面とは反対側の面を裏面と呼ぶ。図１（Ｃ）には、電子デバイス１１０と機能領域１１１の輪郭を示している。電子デバイス１１０の輪郭は電子デバイス１１０の側面に対応する。

容器１１１１は、基部１２１と、対向部１２３と、枠部１２２と、を有する。基部１２１は、電子デバイス１１０が搭載された搭載面１６０および搭載面１６０とは反対側の接続面１７０を有する。電子デバイス１１０の裏面は、不図示の接合材を介して搭載面１６０に対向する。搭載面１６０のうち、電子デバイス１１０の正射影領域１５０内に位置する領域が搭載領域１６１である。搭載面１６０の外縁は枠部１２２で規定される。搭載面１６０には搭載領域１６１から外縁までの周縁領域１６２（図１（Ｂ）参照）を有することができる。対向部１２３は空間１４０を介して電子デバイス１１０の表面に対向する。電子デバイス１１０が撮像デバイスや表示デバイスである場合、対向部１２３は可視光に対して透過性を有する。対向部１２３は電子デバイス１１０側に位置し空間１４０に面する内面１３１と、内面１３１とは反対側の外面１３２と、を有する。枠部１２２は基部１２１と対向部１２３との間の空間１４０を囲む。空間１４０は気密空間でありうる。空間１４０内は真空（減圧空間）であるか、空気や不活性ガスなどの気体が充填されている。

容器１１１１は空間１４０の側において、複数の接続部１８１、１８２、１８３、１８４、１８５を含む内部接続部群１８０を有しうる。内部接続部群１８０の各接続部はワイヤボンディング接続やフリップチップ接続によって、電子デバイス１１０のボンディングパッドとしての電極１１２に接続されている。ワイヤボンディング接続が成される場合、内部接続部群１８０の各接続部は電子デバイス１１０の正射影領域１５０外に位置しうる。本例では、搭載面１６０から階段状の枠部１２２の段部に内部接続部群１８０が配されている。フリップチップ接続が成される場合、内部接続部群１８０の各接続部は電子デバイス１１０の正射影領域１５０内に位置しうる。その場合、内部接続部群１８０は基部１２１に設けられうる。

容器１１１１は空間１４０の側とは反対側において、複数の接続部１９１、１９２、１９３、１９４、１９５とを含む外部接続部群１９０を有しうる。外部接続部群１９０の各接続部は、内部接続部群１８０の各接続部と電気的に接続されている。例えば、接続部１９１は接続部１８１と、接続部１８２は接続部１９２と、接続部１９３は接続部１８３と、接続部１８４は接続部１９４と、接続部１８５は接続部１９５と、それぞれ電気的に接続される。複数の接続部１９１、１９２、１９５は、接続面１７０の側において電子デバイス１１０の正射影領域１５０内に位置し、電子部品１００とは別に用意される配線部材へはんだ付けされる。配線部材は、フレキシブル基板あるいはリジッド基板を用いた、プリント配線板などの回路基板である。

接続部１９１、１９５は正射影領域１５０のうちの中央領域１５１内に位置し、接続部１９２は正射影領域１５０のうちの周辺領域１５２内に位置する。なお、中央領域１５１を電子デバイス１１０の機能領域１１１に対応する領域として定義し、周辺領域１５２は電子デバイス１１０の機能領域１１１以外の領域として定義できるが、これに限ったものではない。他の定義の仕方としては、電子デバイス１１０の縁から、電子デバイス１１０の寸法の１／４までの範囲を周辺領域１５２と定義し、周辺領域１５２で囲まれた範囲を中央領域１５１と定義することもできる。容器１１１１は接続面１７０の側において電子デバイス１１０の正射影領域１５０の外の外側領域１５３に位置する接続部１９３、１９４を有しうる。なお、接続部１９１〜〜１９５は、電気的な接続に寄与する接続部でありうるが、電気的な接続には寄与せずに、機械的な接続を補強する接続部や放熱のための接続部であってもよい。例えば接続部１９４、１９５は他の接続部１９１、１９２、１９３より面積が大きく、機械的、熱的な接続を担うことができる。接続部１９１〜１９５の形式としては、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、ＰＧＡ（Ｐｉｎｇ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、ＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏ ｌｅａｄ ｐａｃｋａｇｅ）、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）などを採用できる。

本例では基部１２１と枠部１２２と内部接続部群１８０と外部接続部群１９０が実装部材１２０を構成する。枠部１２２は実装部材１２０のうち、電子デバイス１１０の外側領域１５３に位置する部分でありうる。対向部１２３は、実装部材１２０の枠部１２２に接着された蓋部材１３０のうち、電子デバイス１１０の正射影領域１５０内に位置する部分でありうる。蓋部材１３０は対向部１２３の周囲に周縁部１２４を有しており、この周縁部１２４が枠部１２２に接合されている。基部１２１と枠部１２２を実装部材１２０に設ける代わりに、対向部１２３と枠部１２２とを有する蓋部材を、基部１２１を有する実装部材に接着してもよい。本例において実装部材１２０の基部１２１と枠部１２２は同種の材料から一体的に構成されているが、異種の材料を接合して構成することもできる。基部１２１は樹脂またはセラミックなどの絶縁体からなる。枠部１２２は樹脂、セラミック、金属等からなる。実装部材１２０はセラミック製でもよいが、より低剛性なプラスチックである方がよい。実装部材１２０は実装部材１２０の基部１２１と枠部１２２は樹脂成型によって一体的に構成されうる。

ここで、接続面１７０が平坦面であると、電子部品１００の温度上昇に伴って空間１４０が膨張した場合に、接続面１７０が凸面を成すように変形する場合がある。このような温度上昇は、例えば電子部品１００を配線部材に実装して電子モジュールを製造する際の、リフローはんだ付け等の熱処理で生じうる。あるいは、電子部品１００を搭載した電子機器の使用中の電子デバイス１１０の発熱に伴って生じうる。製造時の温度上昇は、はんだのショートやオープンといった接合不良を招いて歩留まりを低下させる可能性がある。使用時の温度上昇ははんだ接合の劣化を招いて信頼性を低下させる可能性がある。

一方、本実施形態に係る電子部品１００では、接続面１７０は搭載面１６０側に凹んだ凹面を成している。予め接続面１７０を凹面にしておくことで、電子部品１００の温度上昇が生じた場合に、予め接続面１７０が平坦面である場合に比べて、接続面１７０の平坦性を高くすることが可能となる。その結果、製造時の熱処理や使用時の温度上昇に対して、はんだ接合の信頼性を向上することができる。なお、例えば容器１１１１や配線部材の剛性が非常に高い場合には、温度上昇に伴う接続面１７０の変形がそれほど大きくない可能性もある。そのような場合でも、接続面１７０が凹面を成すことは電子部品１００に生じる応力を低減する上で有利である。

以下、接続面１７０の形態について詳細に説明する。図１（Ａ）には基部１２１の形状に関して、中央領域１５１における厚さＴｃ、周辺領域１５２における厚さＴｐ、外側領域１５３における厚さＴｏを示している。基部１２１の厚さとは搭載面１６０と接続面１７０との距離である。基部１２１の厚さは電子デバイス１１０の正射影領域１５０内の周辺領域１５２よりも中央領域１５１において小さくなっている。すなわち、中央領域１５１における基部１２１の厚さＴｃは、周辺領域１５２における基部１２１の厚さＴｐよりも小さくなっている（Ｔｃ＜Ｔｐ）。このようにすることで、接続面１７０は搭載面１６０側に凹んだ凹面を成している。図１（Ａ）の例では基部１２１の厚さは周辺領域１５２から中央領域１５１に向かって連続的に小さくなっている。基部１２１の厚さは周辺領域１５２から中央領域１５１に向かって段階的に小さくなっていてもよい。本例では、正射影領域１５０の外側領域１５３における基部１２１の厚さＴｏは、周辺領域１５２における基部１２１の厚さＴｐよりも大きい（Ｔｐ＜Ｔｏ）。しかし、外側領域１５３における基部１２１の厚さＴｏは、周辺領域１５２における基部１２１の厚さＴｐと等しくてもよい（Ｔｐ＝Ｔｏ）。つまり、接続面１７０において、正射影領域１５０の中央領域１５１に対応する部分のみが他の部分に比べて凹んでいてもよい。また、接続面１７０の全面が凹面であってもよい。例えば、外側領域１５３に対応する部分の厚さが周辺領域１５２から徐々に大きくなってもよい。凹面の断面形状は階段状、円弧状（楕円弧も含む）、放物線状、懸垂線状などを適宜選択することができる。

搭載面１６０は接続面１７０よりも平坦でありうる。搭載面１６０は平坦面であってもよいし、凹面を成していてもよい。搭載面１６０は接続面１７０よりも平坦な凹面を成していてもよい。

電子部品１００の厚さは電子デバイス１１０の正射影領域１５０のうちの周辺領域１５２よりも中央領域１５１において小さくなっていてもよい。すなわち、中央領域１５１における電子部品１００の厚さＤｃは、周辺領域１５２における電子部品１００の厚さＤｐよりも小さくすることができる（Ｄｃ＜Ｄｐ）。電子デバイス１１０が撮像デバイスで有る場合、電子デバイス１１０の対向部１２３側の面は平坦もしくは凹形状となっていることが好ましい。このようにすることにより、レンズ光学系の収差のひとつである像面湾曲の影響を受けにくくなる。

図２に電子部品１００及び電子モジュール３００の製造方法の一例を示す。図２（Ａ）〜（Ｃ）は電子部品１００の製造工程を示し、図２（Ｄ）〜（Ｈ）は電子モジュール３００の製造工程を示す。

図２（Ａ）は、基部１２１と枠部１２２と接続部とを有する実装部材１２０を用意する工程を示す。実装部材１２０の基部１２１には電子デバイス１１０を搭載する略平坦な搭載面１６０が形成されている。搭載面１６０とは反対側の接続面１７０には接続部１９１、１９２、１９３、１９５を含む外部接続部群が形成されている。搭載面１６０は電子デバイスが搭載される搭載領域１６１を有している。搭載領域１６１の輪郭は搭載される電子デバイスの輪郭に一致する。基部１２１の厚さは、搭載領域１６１の正射影領域のうちの周辺領域よりも中央領域で小さくなっている。

図２（Ｂ）は、基部１２１の搭載面１６０の搭載領域１６１にダイボンドペースト等を塗布し、電子デバイス１１０を搭載領域１６１に接着する工程を示す。搭載面１６０が凸面を成す場合、平坦な電子デバイス１１０を凸面に貼ろうとすると安定しないために、傾きが発生し易いという問題がある。従って、搭載面１６０は平坦面であるか凹面であるとよい。ダイボンドペーストとして熱硬化性樹脂を用いた場合、ダイボンペーストを加熱硬化させたあと室温に下げたとき、電子デバイス１１０の表面が凸面を成すように反る場合がある。これは、電子デバイス１１０と実装部材１２０との線膨張係数の違いよるものである。電子デバイス１１０の材料として一般的なシリコンの線膨脹係数が約３ｐｐｍであるのに対し、実装部材１２０の材料としては比較的線膨脹係数の小さなアルミナセラミックスでも約７ｐｐｍである。実装部材１２０に好適な樹脂の線膨脹係数はセラミックよりもさらに大きいため、実装部材１２０の材料として樹脂を用いる場合には、搭載面１６０は凸面でないことが望ましい。

図２（Ｃ）は、光硬化性樹脂等の接着剤で蓋部材１３０を実装部材１２０に固定する工程を示す。この段階で、電子デバイス１１０は実装部材１２０と蓋部材１３０とに囲まれた空間１４０内に、気体とともに気密封止される。対向部材はガラスや水晶、光学プラスチックを使用できる。また、気体は空気でもよいしヘリウムや窒素等の不活性ガスを用いてもよい。

図２（Ｄ）は、配線部材２００を用意し、スクリーン印刷等で配線部材２００上の接続部２３０にクリームはんだ２１０を塗布する工程を示す。配線部材２００はフレキシブルケーブルやガラスエポキシ基板のようなプリント基板でもよいしセラミックス基板でも構わない。クリームはんだ２１０は融点が２００℃以上の高融点はんだでもよいし、１８０〜１９０℃の低融点はんだでも構わない。

図２（Ｅ）は、図２（Ｄ）で示した工程で用意した配線部材２００上に図２（Ｃ）で示す電子部品１００を配線部材２００に重ねる工程を示す。配線部材２００の接続部２３０と電子部品１００の接続部１９１〜１９５の位置が一致するように位置合わせされる。凹面を成す接続面１７０では、対になる接続部１９１〜１９５と接続部２３０がクリームはんだ２１０に接触しない場合があるが特に問題は無い。なお、クリームはんだ２１０を塗布する工程で、電子部品１００の接続部１９１〜１９５上にスクリーン印刷等でクリームはんだ２１０を塗布してもよい。

図２（Ｆ）は、はんだリフロー工程を示す。クリームはんだ２１０中のはんだの溶融温度以上に加熱することで、配線部材２００の接続部２３０と電子部品１００の接続部１９１〜１９５の間でクリームはんだ２１０を溶融させる。溶融したクリームはんだが溶融はんだ２１１である。はんだリフロー工程では、電子部品１００は炉内の高温雰囲気に曝される。加熱の方式は赤外線方式でもよいしＶＰＳ（Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）方式でもよいし、熱風法でも構わない。そのため、空間１４０内の気体が加熱され、ボイル・シャルルの法則に従って空間１４０の内圧が高まり膨張することで、対向部１２３及び実装部材１２０は外側に膨らみうる。このとき実装部材１２０の接続面１７０を凹面にしておくことで、膨らみが相殺される。その結果、実装部材１２０の接続面１７０は平面に近い形状となる。そして接続部１９１〜１９５と配線部材２００の接続部２３０が溶融はんだ２１１によって接続される。上述したように、はんだリフロー工程の加熱前に、クリームはんだ２１０に接触しない接続部１９１〜１９５が存在していても、本工程で接続面１７０が膨らむことで、クリームはんだ２１０に接触しない接続部１９１〜１９５は溶融はんだ２１１に接触する。

図２（Ｇ）、（Ｈ）ははんだリフロー工程後に室温に冷却する工程を示す。冷却されることで溶融はんだ２１１は固化し、はんだ２１２が形成され、電子部品１００と配線部材２００のとの接合が成される。これによって電子モジュール３００を製造できる。電子部品１００の冷却に伴って、空間１４０内の気体の圧力も下がり、実装部材１２０の反りも接合前の形状に戻ろうとする。

ここで図２（Ｇ）は、実装部材１２０の剛性が配線部材２００の剛性より高い場合を示している。この場合、冷却工程での配線部材２００の変形量は実装部材１２０の変形量よりも大きくなりうる。接合前の電子部品１００における電子デバイス１１０が対向部１２３に向かって凸形状に湾曲したのに比べると、同等もしくはやや凹形状に変形する為、レンズ光学系の収差のひとつである像面湾曲を打ち消す効果がある。

一方、図２（Ｈ）は、実装部材１２０の剛性が配線部材２００の剛性より低い場合を示している。この場合、冷却工程での配線部材２００の変形量は実装部材１２０の変形量よりも小さくなりうる。接合前の電子部品１００における電子デバイス１１０が対向部１２３に向かって凸形状に湾曲したのに比べると、凹形状に大きく変形する為、レンズ光学系の収差のひとつである像面湾曲を打ち消す効果が更に強くなる。実装部材１２０の剛性が配線部材２００の剛性より小さい組み合わせとしては、例えば実装部材１２０が樹脂製であり配線部材２００がガラスエポキシ製の場合がある。配線部材２００がセラミックス製であれば更に配線部材２００の剛性が上がるため好適である。

なお、電子デバイス１１０の湾曲形状が光学系の像面湾曲の湾曲面に沿っているのが最適だが、電子デバイス１１０の湾曲形状が凹形状であれば、像面湾曲の湾曲面に一致していなくてもある程度は許容できる。しかし、電子デバイス１１０の湾曲形状が凸形状であると、周辺部でボケが発生する等、画質面で不利である。

比較のために、接続面１７０の全体が平坦な場合を図３（Ａ−１）に示す。図３（Ａ−１）に示すように、加熱前には、リフローの配線部材２００の接続部２３０と電子部品１００の接続部１９１〜１９３がクリームはんだ２１０に接触している。しかし、図３（Ａ−２）に示すように、加熱時に空間１４０内の気体が加熱・膨張する為、対向部１２３及び基部１２１は外側に向けて膨らむ。その結果、図２（Ａ−２）のように中央領域１５１にある接続部１９１、１９５に接続されるはんだ２１０Ｂは潰れてショートする可能性がある。また、外側領域１５３に位置する接続部１９３では、配線部材２００と電子部品１００との距離が大きくなるためはんだ２１０Ｂでの接合が成されない可能性がある。

また、比較のために、接続面１７０の正射影領域１５０の全体が平坦で、かつ、外側領域１５３に対して凹んでいる場合を図３（Ｂ−１）に示す。図３（Ｂ−１）に示すように、加熱前には、配線部材２００の接続部２３０と電子部品１００の接続部１９３はクリームはんだ２１０に接触している。しかし、正射影領域１５０では接続部１９１、１９２、１９５はクリームはんだ２１０に接触していない。加熱時には空間１４０内の気体が加熱・膨張する為、基部１２１および対向部１２３は外側に向けて膨らむ。その結果、図３（Ｂ−２）のように中央領域１５１に位置する接続部１９１、１９５、および外側領域１５３に位置する接続部１９３ははんだ２１０Ｂによって接続される。しかし、周辺領域１５２に位置する接続部１９２では、配線部材２００と電子部品１００との距離が大きくなるためはんだ２１０Ｂでの接合が成されない可能性がある。

これに対して、接続面１７０が正射影領域１５０において凹面を成していれば、加熱時に電子部品１００が膨らんで接続面１７０が平坦に近くなることで、良好な接合を形成することが可能となる。

以上説明したように、本技術によれば、接続部の接続の信頼性を向上することができる。本発明は上述した事項に限られるものではなく、技術思想の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更することができる。

Claims (10)

1. 電子デバイスと、前記電子デバイスを収容する容器と、を備える電子部品であって、
   前記容器は、前記電子デバイスが搭載された第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有する基部と、空間を介して前記電子デバイスに対向する対向部と、前記基部と前記対向部との間の前記空間を囲む枠部と、前記第２面の側において少なくとも前記電子デバイスの正射影領域に位置し、配線部材へはんだ付けされる複数の接続部と、を有しており、
   前記第２面が凹面を成すように、前記基部の厚さは前記電子デバイスの正射影領域のうちの周辺領域よりも中央領域において小さくなっていることを特徴とする電子部品。
2. 前記第１面が前記第２面よりも平坦である、請求項１に記載の電子部品。
3. 前記第１面が凹面を成している、請求項１または２に記載の電子部品。
4. 前記基部の厚さは前記周辺領域から前記中央領域に向かって連続的に小さくなっている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子部品。
5. 前記基部は樹脂からなる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子部品。
6. 前記電子部品の厚さは前記電子デバイスの正射影領域のうちの周辺領域よりも中央領域において小さくなっている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子部品。
7. 前記電子デバイスは撮像デバイスまたは表示デバイスである、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子部品。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電子部品の前記複数の接続部と配線部材とを、リフローはんだ付けによって接合することを特徴とする電子モジュールの製造方法。
9. 前記接合の後の前記第２面は前記接合の前の前記第２面よりも平坦である、請求項８に記載の電子モジュールの製造方法。
10. 前記接合の後の前記第１面は凹面を成す、請求項８または９に記載の電子モジュールの製造方法。

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