JP6859634B2 - 中空パッケージの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空パッケージの製造方法、特にＳＡＷフィルタ素子やＭＥＭＳ素子等を実装するため、素子表面上を空洞化させた中空パッケージの製造方法に関する。

近年、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）フィルタ素子やＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子等を実装基板上に搭載した電子部品が広く普及している。これらの電子部品は、素子（チップ）の表面上でメカニカルな動作が必要なデバイスであり、チップ表面上を空洞化させた中空パッケージが用いられている。

この種の中空パッケージは、従来から実装基板としてセラミックが多く用いられている。例えば、凹部を形成した基板上にチップを実装させた後、この基板の凹部を低融点ガラスにて封止する方法や、板状のセラミック基板にチップを実装させた後、金属製のリッドを半田接合させる方法等が採用されている（例えば特許文献１）。

一方、実装基板となるシリコン基板上にチップを形成しておき、更に別のシリコン基板等をリッドとして適した凹部と接合部を有する形状に加工し、これらのシリコン基板を貼り合わせ、その後で個片化することで一括して中空パッケージを有する電子部品を製造する方法も提案されている（例えば特許文献２）。

また本願出願人は、基板にチップをワイヤボンディング接続した後に、チップ表面に後工程で除去可能なシリコーンを塗布し、封止樹脂を用いてトランスファー成形した後、シリコーンを除去してチップ表面を開口する技術を開示している（特許文献３）。具体的には、図１０に示すようにＩＣチップ２０を基板２１に搭載した後に、ＩＣチップ２０と基板２１をワイヤ２２で電気的に接続し、このＩＣチップ２０の表面上にシリコーン樹脂を滴下することで、ゲル状に固化させたシリコーン塊２３を形成する。次にシリコーン塊２３の上面が金型内面に接触する状態で基板２１を金型にセットし、キャビティ内に封止樹脂２４を充填させてモールド成形する（図１０ａ）。その後図１０（ｂ）に示すように、シリコーン塊２３を溶解剤により除去して、ＩＣチップ２０の表面の一部を露出する空洞部２５を形成する。更に、空洞部２５を覆うように封止樹脂２４の上面にリッド２６を貼り合わせることにより、中空パッケージを形成することができる（図１０ｃ）。

特開２０１４−２４１４９５号公報 特開２０１２−８４６８１号公報 特開２００９−２６７２７２号公報

ところで、従来提案されている中空パッケージの製造方法では、金属製のリッドは１個ずつ個別に接合しなければならず、生産性の低い方法であった。

一方、実装基板となるシリコン基板とリッドとなるシリコン基板を貼り合せ個片化する方法は、リッドとなるシリコン基板を凹部状に加工したり、シリコン基板同士を接合するための接合部材を形成する必要があり製造工程が複雑になるという問題があった。また、シリコン基板同士を貼り合せる際に、特別な装置が必要となる等の問題があった。

更にまた、中空構造を形成するためにシリコーン塊を形成して、溶剤により除去することで中空構造を形成する方法では、製造工程が煩雑になると共に、小型化を実現することが難しいという問題があった。

本発明では上記問題点を解消し、ＳＡＷフィルタ素子やＭＥＭＳ素子等のチップを搭載する中空パッケージを形成する際、生産性向上と低コスト化を両立させる中空パッケージの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願請求項１に係る発明は、パッケージ内部にチップを搭載する中空パッケージの製造方法において、複数のチップ搭載部と、該チップ搭載部それぞれを取り囲む壁部と、該壁部の上面に隣り合う前記チップ搭載部に連通する凹形状の段差部とを備えた集合基板を用意する工程と、前記チップ搭載部それぞれに前記チップを実装する工程と、減圧雰囲気下で前記壁部上にシート状のリッドを、接着剤層を介して載置し、前記壁部の段差部及び上面と前記リッドとの間に接着剤からなる前記接着剤層を充填することにより、前記リッドと前記壁部の段差部及び上面とを前記接着剤層により隙間なく貼り合わせる工程と、ダイシングソーを用い、前記リッド、前記壁部及び前記集合基板の一部を切削除去して個片化する工程と、を含むことを特徴とする。

本願請求項２に係る発明は、請求項１記載の中空パッケージの製造方法において、前記リッドと前記壁部の段差部及び上面とを前記接着剤層により隙間なく貼り合わせる工程は、減圧雰囲気下で前記壁部上にシート状の接着剤付き前記リッドを載置し、前記集合基板の少なくとも外周部に隙間なく前記リッドを貼り合わせた後常圧として、各前記チップ搭載部の圧力と各該チップ搭載部の外部圧力との圧力差により、前記外周部に取り囲まれた前記壁部の段差部及び上面と前記リッドとの間に前記接着剤層を充填させることを特徴とする。

本発明の中空パッケージの製造方法によれば、集合基板を用い、シート状のリッドを壁部の上面に貼り合せて個片化するため、同時に複数の電子部品を簡便に形成することが可能となる。特に本発明では、壁部の上面に両側面側に連通する凹形状の段差部を備えているため、減圧雰囲気下で壁部の上面にリッドを載置する際、各チップ搭載部は、凹形状の段差部を通して集合基板全体にわたり圧力が等しくなる。そのため、その後常圧雰囲気下としたときに集合基板全体にわたり均一性良くリッドを壁部の上面に貼り合わせることができる。

ここで予め定めた所定の圧力まで減圧した状態でリッドを貼り合わせ、その後常圧とすることで、凹形状の段差部内へリッドに形成された接着剤を制御性良く入り込ませることが可能となり、気密構造を簡便に形成することができるという利点がある。

特に、集合基板に反り等が発生した場合であっても、確実に気密構造を形成することができ、生産性向上と低コスト化を両立させることができる。

本発明の中空パッケージの製造方法による中空パッケージの説明図である。 本発明の中空パッケージの製造方法の説明図である。 本発明の中空パッケージの製造方法の説明図である。 本発明の中空パッケージの製造方法の説明図である。 本発明の中空パッケージの製造方法の説明図である。 本発明の中空パッケージの製造方法の説明図である。 本発明の中空パッケージの製造方法の説明図である。 本発明の中空パッケージの製造方法の説明図である。 本発明の中空パッケージの製造方法の説明図である。 従来のこの種の中空パッケージの製造方法の説明図である。

本発明の中空パッケージの製造方法による中空パッケージは、チップ搭載部を取り囲む壁部の上面に凹形状の段差部を備え、この段差部内には接着剤が入り込んでいる。壁部の上面にも接着剤が形成されており、この接着剤層を介してリッドが取り付けられている。以下、本発明の実施例について、その製造工程に従い詳細に説明する。

まず、本発明の実施例について詳細に説明する。図１は本発明の中空パッケージの製造方法による中空パッケージの説明図で、図１（ａ）は、リッドと接着剤層を除去した状態の平面図を、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸＹ面における断面図で、リッドと接着剤層を取り付けた状態の断面図を、図１（ｃ）は側面図をそれぞれ示している。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、チップ搭載部１上に、ＳＡＷデバイス、ＭＥＭＳデバイス等のチップ２が実装されている。本実施例では、チップ搭載部１はリードフレームで形成しており、チップ搭載部１には４方向に延びる吊りピンが形成されている。チップ２が実装されたチップ搭載部１の周囲には、壁部３が形成されている。壁部３の上面には、壁部３の両側面側に連通する段差部４が形成されている。図１（ａ）に示す例では、段差部４はチップ搭載部１の周囲に形成された四辺の壁部３上にそれぞれ一か所ずつ形成されている。一例として、段差部４の幅は０．２ｍｍ程度、深さは０．０５ｍｍ程度とすることができる。チップ搭載部１に搭載されたチップ２は、ワイヤ５等の接続手段によってリード６に接続されている。チップ搭載部１とリード６の間、リード６と隣接するリード６との間には、例えばエポキシ系樹脂を充填し、リード間等が固定されている。

チップ搭載部１上に実装されたチップ２の表面側は、中空構造となっており、チップ搭載部１に対向するように、リッド７が取り付けられている。リッド７は、壁部３の上面に接着剤層８を介して取り付けられた構造となっている。本実施例では図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、接着剤層８が段差部４内に入り込み、気密構造が形成されている。

本発明の中空パッケージの製造方法による中空パッケージにおいて特徴的な構造となっている段差部４は、以下に示す本発明の中空パッケージの製造方法に従う場合、重要な構成要件となる。

次に本発明の中空パッケージの製造方法について説明する。図２（ａ）は裏面にバックテープ９を貼り合わせた集合基板１０の一部平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＸＹ面における断面図を示している。図２に示すように、集合基板１０は図１で説明したチップ搭載部１やリード６等が複数個連続した形状となっており、その周囲は外周部１１が形成されている。

集合基板１０は、半導体装置の製造工程で一般的に使用しているリードフレームを用い、チップ搭載部１とリード６の間やリード６と隣接するリード６との間を樹脂封止すると同時に、壁部３及び外周部１１を形成する。この封止樹脂は、たとえばトランスファーモールド金型内に、リードフレームをセッティングして樹脂を流し込んで硬化させることにより行われる。具体的には、チップ搭載部１形成予定領域には封止樹脂が流入させず、壁部３形成予定領域、チップ搭載部１とリード６の間、リード６と隣接するリード６との間、外周部１１に封止樹脂が流れ込むようにトランスファーモールド金型を設計する。また、段差部４の形成予定領域には、金型のオス側を凸形状に形成しておくことにより、一括封止した後、図２に示すように封止樹脂からなる壁部３とその上面に凹形状に切り欠かれた段差部４が形成される。一例として、壁部３の上面の幅は、リッド７が接着剤層８により十分に接着する必要があるために、０．４ｍｍ以上とすることが望ましい。また壁部３及び外周部１１の高さは、チップ２の高さより更に０．１５ｍｍ高いことが望ましい。また、チップ搭載部１とリード６の裏面に貼り付けたバックテープ９を一括封止後に剥離する。

段差部４は壁部３及び外周部１１の両側面側に連通して形成されている。このような構造とすることで、後述する製造工程において、減圧雰囲気下で集合基板１０の外周部１１にリッド７を接着剤層８を介して隙間なく貼り合わせたとき、各チップ搭載部１は壁部３上の段差部４で連通し、それぞれの空間を均一の減圧状態で保つことができる。なお、図２に示す例では、段差部４はチップ搭載部１を構成する４面に形成されているが、必ずしも４面に形成することは必須ではない。

また、外周部１１における段差部４の形状は、前述の形状に必ずしも限定はされず、他の形状をしていてもよい。具体的には、例えば外周部１１に形成された段差部４は、外周部１１の上面に両側面側に連通しないように形成してもよい。このような構造とすることで、後述する製造工程において、減圧雰囲気下で集合基板１０の外周部１１にリッド７を貼り合わせたときに、減圧雰囲気から常圧にしても、外周部１１の上面に形成した段差部４から接着剤層８が流れ出ることを防ぐことができる。一方、各チップ搭載部１は壁部３上の段差部４で連通し、それぞれの空間を均一の減圧状態で保つことができる。

次に、集合基板１０のチップ搭載部１にチップ２を実装し、ワイヤ５によりチップ２上に形成されている電極と集合基板１０のリード６とを電気的に接続する（図３）。以下の説明では、チップ搭載部１が３個つながった状態の集合基板１０の断面図を用いて説明する。またこのとき、ワイヤボンダー装置に用いられるキャピラリーは、封止樹脂からなる壁部３との接触を避けるために先端部が細いディープアクセス等を用いることで、チップ搭載部１の面積に近いチップを搭載することが可能である。

次に、片面に接着剤層８を形成し、反対面にダイシングシート１２を貼り合わせたリッド７を用意する。さらにこのリッド７は、ガラスエポキシ樹脂等の有機−無機薄膜の他、Ｆｅ−Ｎｉ系合金からなる金属膜を用いることができる。また接着剤層８は、エポキシ樹脂系の熱硬化型樹脂の他、熱硬化型での樹脂を用いることができ、例えばフェノール樹脂系やシリコーン樹脂系等を用いてもよい。接着剤層８の厚さは、段差部４内に十分に入り込むことができればよく、より好ましくは段差部４の深さより０．０５ｍｍ程度厚みがあればよい。ダイシングシート１２は、一般的に半導体装置の製造工程で使用するものを使用することができる。例えば、塩化ビニル（ＰＶＣ）やポリオレフィン（ＰＯ）等からなる基材を用いることができる。また、ダイシングシート１２は予めリング状の治具で保持させてから、リッド７の片面に貼り合わせる。上記構成からなるリッド７を、予め集合基板１０を覆いかつ外周部１１より小さくならない大きさに準備しておき、減圧装置１３内で接着剤層８を介して壁部３及び外周部１１の上にリッド７を載置する。このとき、集合基板１０は、ホットプレート１４の上に載置する（図４）。

次に、外周部１１とリッド７を貼り合わせる。具体的には、まず減圧装置１３内の空気を追い出し、減圧雰囲気（１．０×１０⁴Ｐａ程度）とする。また接着剤層８の接着剤としては、流動性の少ない樹脂を選択する。一例として、ナガセケムテックス株式会社製のＡ２０２９を用いることができる。このときは、ホットプレート１４を８０℃に加熱して、集合基板１０、接着剤層８及び全体を加熱する。接着剤層８が加熱され、軟化状態になったら、ダイシングシート１２の上からローラー１５を用いて、圧着させながら外周部１１の上面に接着剤層８を密着させ、段差部４内に接着剤層８を入り込ませる。また、接着剤層８は、他の接着剤からなる選ばれた接着剤を用いてもよい。その場合、使用する接着剤の軟化温度に応じてホットプレート１４の温度を、例えば、１５０℃に変更してもよい。本工程では、段差部４が外周部１１の上面において、両側面側に連通しているために、ホットプレート１４による集合基板１０、接着剤層８及び全体の加熱の後に、減圧装置１３内を減圧雰囲気としてもよい。

一方、先に述べた外周部１１の上面の段差部４が、両側面側まで連通せずに途中まで形成されている場合は、まず減圧装置１３内を減圧雰囲気としてから、接着剤層８を介して壁部３及び外周部１１の上にリッド７を載置した後に、ローラー１５を用いて圧着させながら、段差部４内に接着剤層８を入り込ませて貼り合わせてもよい。

ローラー１５を用いて、集合基板１０の片側にある一辺（図面右側）の外周部１１を圧着した後、ローラー１５を図５の左方向へ移動させ、外周部１１を圧着する（図５、６）。また図示しない別の外周部１１にも圧着して、外周部１１（四辺）とリッド７を隙間なく貼り合わせる。このときに、集合基板１０の反り等により、壁部３の上面の段差部４内に接着剤層８が入り込まない部分があっても構わない（図６）。本工程における目的は、減圧装置１３内で外周部１１とリッド７を接着剤層８により接着させて、集合基板１０内の中空構造部分を減圧状態にすることであるから、先述で説明した外周部１１における段差部４の構造に制限はない。

次に、減圧装置１３内に大気を入れて常圧に戻す（図７）。このとき集合基板１０内における各中空構造は、外周部１１とリッド７が接着層８により接着しているので、減圧状態である。また、各中空構造はそれぞ壁部３の上面の段差部４によって連通しているため、各中空構造の圧力は同じとなっている。このような状態で常圧に戻すと、中空構造の外側は常圧であることから、その圧力差によりリッド７は中空構造側に押し込まれる。このようにすると、集合基板１０の反り等によりローラー１５を用いても壁部３や壁部３の上面に形成された段差部４とリッド７を接着層８を用いて密着させることができなかったところでも、接着層８は加熱により軟化状態であるので、圧力差によりリッド７と段差部４を接着させることができる。このとき外周部１１の上面に形成された段差部４の長さは、接着剤層８の接着剤がパッケージ外側からの圧力差により中空構造側に押し流されない程度としておけばよい。

また、先に述べた段差部４が外周部１１の両側面側まで連通せずに途中まで形成されている場合は、外周部１１の外側面には段差部４が存在しないので、接着剤層８の接着剤が中空構造側に押し流されることはない。この後、減圧装置１３内から集合基板１０を取り出す（図８）。

次に、ダイシング装置を用いて、水をかけながらダイシングソー１６を回転させて切断させることにより個片化する（図９）。即ちダイシングシート１２側を下側にして、ダイシングソー１６を用いてダイシングシート１２と反対側から集合基板１０、外周部１１または壁部３、接着剤層８及びリッド７を切断することにより、個片化された中空パッケージとすることができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではないことは言うまでもない。例えば、段差部４は壁部３及び外周部１１一箇所につき、上面に一箇所ずつとしたが、二箇所以上設けてもよい。または、壁部３や外周部１１の上面ではなく、各々が交差する角の上であっても構わない。また、段差部４の形状を凹形状としたが、凸形状、Ｕ字形状またはＶ字形状でもよい。

１：チップ搭載部、
２：チップ、
３：壁部、
４：段差部、
５：ワイヤ、
６：リード、
７：リッド、
８：接着剤層、
９：バックテープ、
１０：集合基板、
１１：外周部、
１２：ダイシングシート、
１３：減圧装置、
１４：ホットプレート、
１５：ローラー、
１６：ダイシングソー。

Claims (2)

1. パッケージ内部にチップを搭載する中空パッケージの製造方法において、
   複数のチップ搭載部と、該チップ搭載部それぞれを取り囲む壁部と、該壁部の上面に隣り合う前記チップ搭載部に連通する凹形状の段差部とを備えた集合基板を用意する工程と、
   前記チップ搭載部それぞれに前記チップを実装する工程と、
   減圧雰囲気下で前記壁部上にシート状のリッドを、接着剤層を介して載置し、前記壁部の段差部及び上面と前記リッドとの間に接着剤からなる前記接着剤層を充填することにより、前記リッドと前記壁部の段差部及び上面とを前記接着剤層により隙間なく貼り合わせる工程と、
   ダイシングソーを用い、前記リッド、前記壁部及び前記集合基板の一部を切削除去して個片化する工程と、を含むことを特徴とする中空パッケージの製造方法。
2. 請求項１記載の中空パッケージの製造方法において、前記リッドと前記壁部の段差部及び上面とを前記接着剤層により隙間なく貼り合わせる工程は、減圧雰囲気下で前記壁部上にシート状の接着剤付き前記リッドを載置し、前記集合基板の少なくとも外周部に隙間なく前記リッドを貼り合わせた後常圧として、各前記チップ搭載部の圧力と各該チップ搭載部の外部圧力との圧力差により、前記外周部に取り囲まれた前記壁部の段差部及び上面と前記リッドとの間に前記接着剤層を充填させることを特徴とする中空パッケージの製造方法。

Images