JP2002050652A - 電子部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＩＣチップが容器に強く接続され、さらに、Ｉ
Ｃチップの下部及び周辺に充填、硬化され、形成された
樹脂がその後の工程にて、加熱冷却される際にICにかか
る応力を低減し、動作異常並びに接続不良を削減した電
子部品を提供する。 【解決手段】下面に導電性バンプ３を有するＩＣ素子
を、該ＩＣ素子を収容し、底面２０に電極パッド６が形
成されたキャビティ２ｂを有する容器１に接合させると
ともに、キャビティ２ｂ内の残部空間に熱硬化性樹脂５
を充填・硬化させた電子部品１０において、容器１のキ
ャビティ底面２０と内壁面との角部に溝部１ｄを形成し
ていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キャビティを有す
る容器内にフリップチップＩＣ素子を収容した電子部
品、特に圧電振動子などと組み合わせた発振器などの圧
電デバイスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】容器の底面に形成したキャビティにバン
プを介してフェイスボンディング方式でフリップチップ
ＩＣ素子が実装され、このフリップチップＩＣ素子と容
器底面との間隙に樹脂が充填された構造の電子部品が知
られている。

【０００３】例えば、水晶振動子の温度補償を行うため
のフリップチップＩＣ素子（以下、単に「ＩＣチップ」
という）が実装された温度補償型水晶発振器において
は、図８に示すように、セラミック層を多層に積層して
なる容器５１のキャビティ５２内に、Ａｕバンプ５３を
形成したＩＣチップ５４を、Ａｕバンプ５３がキャビテ
ィ５２の底面の電極パッド（図示しない）と接するよう
に収容する。そして、ＩＣチップ５４は、Ａｇペースト
による接着又は超音波による融着等の手段でＡｕバンプ
５３及び電極パッドを介して容器５１のキャビティ５２
の底面に接合される。このようにフェイスボンディング
方式で実装されるのは、近年の電子部品の小型化、薄型
化の要請による。

【０００４】しかし、Ａｇペーストによる接着や超音波
による融着などの接合手段だけでは１バンプ当たり約６
ｇの重みで剥離してしまうほどに接合強度が乏しいの
で、接合後に、ＩＣチップ５４とキャビティ５２の底面
との間隙にアンダーフィル樹脂と称される収縮率の高い
熱硬化性樹脂５５が充填されて樹脂の硬化とともにＩＣ
チップ５４がキャビティ５２の底面に固定されていた。

【０００５】尚、水晶振動子は、容器５１のキャビティ
５２が形成された面と反対側の面に搭載され、気密的に
封止されているが、従来例では図示を省略する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、容器の薄型化
の要請は高まる一方、ＩＣチップ５４を搭載する部分の
裏側に存在する構成要素、特に、ＩＣチップ５４搭載前
に搭載、気密封止など組み立てを完了させる水晶振動子
へのＩＣチップ５４搭載の影響を考慮すると、Ａｇペー
ストの塗布量や超音波のパワーを小さくして接合するこ
とが必要になる。そのため、容器５１にＩＣチップ５４
のＡｕバンプ５３を設け、超音波などを加えることによ
り、接続した後、キャビティ５２内のＩＣチップ５４以
外の残部空間にアンダーフィルするための熱硬化性樹脂
５５を充填、硬化させていた。

【０００７】しかし、その後に温度補償型水晶発振器が
回路基板にはんだ接合する場合、部品全体を加熱させ、
冷却する工程を経るために、熱硬化性樹脂５５が膨張及
び収縮する。この時、ＩＣチップ５４の端面とキャビテ
ィ５２の容器内壁面５１ａの周囲で形成される領域５０
はキャビティ５２底面からその上部空間が開口している
図上上側に向けて合成応力Ｔがかかり、ＩＣチップ５４
を容器５１に押さえる応力Ｇを弱める方向に働く。これ
により、ＩＣチップ５４が歪み、接触が不安定となる場
合が起こり、その結果、動作が不安定になり、異常や動
作しなくなるという異常が起こることがあった。

【０００８】本発明は、上述の問題に鑑みて案出された
ものであり、その目的は、ＩＣチップの歪みを低減し、
ＩＣチップが容器に接合する強度を上げることができる
電子部品を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明は、下面に導電性バンプを有するＩＣ素子
を、容器のキャビティ内に収容し、前記ＩＣ素子の導電
性バンプをキャビティ底面に形成されている電極パッド
に接合させるとともに、キャビティ内の残部空間に熱硬
化性樹脂を充填・硬化させた電子部品において、前記容
器のキャビティ底面と内壁面との角部に溝部を形成した
ことを特徴とする電子部品を提供する。

【００１０】

【作用】本発明の構成によれば、容器の内壁面に前記キ
ャビティ底面と内壁面との角部に溝部を形成したため
に、熱が電子部品に加わった場合、キャビティ底面から
開口部の方向に生じる応力が溝部の上側壁面からキャビ
ティ底面に向かって生じる応力と打ち消しあう。そのた
め、最終的にキャビティ底面から開口部に向かって生じ
る合成応力を弱めることができ、ＩＣチップの湾曲を抑
えることができる。

【００１１】この場合、開口部の面積を従来に比べ、小
さくしておけば、結果として、樹脂膨張収縮時の合成応
力は大きさは小さくなり、従来の電子部品よりＩＣチッ
プを固定する応力を弱めずにすむ。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面とともに
説明する。図１は本発明の電子部品の中で温度補償型水
晶発振器の断面図であり、図２はそのＩＣチップ側から
見た平面図、図３は電子部品のＩＣチップを搭載したキ
ャビティ側を説明するためのＸ−Ｘ線一部断面図、図４
はその要部断面図である。

【００１３】本発明の温度補償型水晶発振器１０は上下
に２つのキャビティ２ａ、２ｂを有した断面がＨ型のセ
ラミック容器１と、その容器１の上側キャビティには水
晶振動子７が搭載された水晶発振器１１が、下側キャビ
ティには水晶振動子７の発振用ＩＣチップ４が収納され
ている発振部品収納部１２形成されている。

【００１４】発振部品収納部１２は、その容器１の構造
が各々配線パターンを有し、枠状のセラミック絶縁層１
ａ、１ｂと、平板状のセラミック絶縁層１ａが順次積層
して枠状のセラミック絶縁層１ａ、１ｂの内周と平板状
のセラミック絶縁層１ｃとで囲まれる空間が、ＩＣチッ
プ４を収容するキャビティ２ｂとなる。

【００１５】本発明では発振部品収納部１２において、
図２〜図４に示すように枠状のセラミック層１ａの開口
面積は１ｂの開口面積に比較して小さくなっている。こ
れにより、溝部１ｄがキャビティ２の底面２０と容器１
の内壁面（セラミック層１ａ〜１ｃの内壁面）との角部
に形成されている。なお、溝部１ｄはキャビティ２ｂの
外周に周回して形成しても良い。

【００１６】また、ＩＣチップ４の電極部４ａには予め
Ａｕバンプ３を形成し、ＩＣチップ４は、このＡｕバン
プ３がセラミック絶縁層１ｃ上の電極パッド６にＡｇペ
ーストによる接着又は超音波による融着により接合され
ることにより、容器１の底面に形成された電極パッド６
と電気的に接続される。ＩＣチップ４は、この接合によ
って機械的にも固定されるが、ＩＣチップ４以外のキャ
ビティ２ｂの残部空間にアンダーフィルするための熱硬
化性樹脂５を充填し、加熱し硬化させることに強度面で
補強され固定される。

【００１７】熱硬化性樹脂５としては、例えばエポキシ
系であって、粘度３０００ｃｐｓ、線膨張係数３０ｐｐ
ｍ、収縮率１．７％のものが用いられる。熱硬化性樹脂
５は、その表面がＩＣチップ４の上面を完全に覆う高さ
まで、しかもキャビティ２ｂの開口端縁よりも低い高さ
まで、隙間無く充填される。そして、充填後、一気に樹
脂の硬化温度まで昇温する。これにより表面が先に硬化
して収縮する応力Ｇが発生し、その応力ＧでＩＣチップ
４が容器１のキャビティ部１１の底面２０、即ちセラミ
ック絶縁層１ｃ側に押さえられる。

【００１８】更に熱硬化性樹脂５の充填量としては、図
４に示すように、ＩＣチップ４の端面と容器２の溝部１
ｄの最外周壁面１１０ｄとの距離をＢ、溝部１ｄのキャ
ビティ２の底面２０から上面１１１ｄまでの幅をＣとし
た場合、Ｂ＜Ｃであるのが好ましい。これは、ＩＣチッ
プ４を押さえる応力Ｇと距離Ｂとの関係を考えると、応
力Ｇは図５のようにＢが増すに連れて小さくなり、Ｂが
Ｃの値を超えると一定になるからである。この理由は、
Ｃ×Ｂの長方形の面積Ｓ部分を考えると、その形状がＣ
＞Ｂのときは縦長となり、縦方向の収縮力が大きくな
り、逆にＣ＜Ｂのときの面積Ｓ部分は横長となり、横方
向の収縮力が大きくなるだけで、ＩＣチップ４を押さえ
る応力Ｇは弱くなる。

【００１９】また、より好ましいのは、２×Ｂ＜Ｃとな
ることである。この条件を満足すると、図４に示す合成
応力の角度が垂直方向に近づき、即ち、合成応力の方向
もほぼ垂直となり、容器の内周壁面に凹部を形成したこ
とによる効果が充分得られるようになる。

【００２０】また、図６に示すようにＩＣチップの端面
と前記容器１のセラミック層１ａの内周壁面との距離を
Ａとした場合、Ｂ／２＜Ｂ−Ａ＜Ｂ−０．０５（ｍｍ）
であるのが好ましい。

【００２１】これは、ＩＣチップを押さえる応力Ｇを考
慮した場合は、上述のようにＢ＜Ｃであればよいのだ
が、Ｂ／２≧Ｂ−Ａであると、本発明の目的である、樹
脂部全体の合成応力の低減を達成しようとした場合、十
分な効果が発揮が困難となるため、Ｂ／２＜Ｂ−Ａであ
ることが必要だからである。また、Ｂ−Ａ＜Ｂ−０．０
５（ｍｍ）、即ち、Ａ＞０．０５（ｍｍ）については、
Ａが０．０５ｍｍより小さいと、現在のアセンブリ技術
では、キャビティ２内にＩＣチップ４を収容する際に、
ＩＣチップ４がキャビティ２の壁面に接触してＩＣチッ
プ４を安定して収容できず、またＩＣチップ４が欠ける
可能性があるからである。

【００２２】また、図７に示すように、ＩＣチップ４の
上面と熱硬化性樹脂５の表面との距離をＤ、ＩＣチップ
４とキャビティ２の底面との距離をＦとするとき、応力
Ｇは図４のようにＤが増すに連れて大きくなり、ＤがＦ
と同等のとき最大となる。これは、ＤがＦより大きくな
ると、ＩＣチップ４の上部にある樹脂の収縮力がＩＣチ
ップ４の下部にある樹脂の収縮力よりも大きくなるから
である。

【００２３】キャビティ２ｂ内には、ＩＣチップ４の他
にコンデンサなどの回路素子４ｂが収容される。例えば
電子部品１０が水晶振動子であって、ＩＣチップ４が水
晶振動子の温度補償に用いられるときは、ＩＣチップ４
に集積（ＩＣ）化された発振インバータに供給される電
源電圧に重畳する高周波ノイズをカットする必要があ
る。また、発振インバータの出力信号に直流成分が重畳
しないようにする必要もある。外部回路を複雑化するこ
となく、これらの目的を達成するために上記キャビティ
２内にコンデンサも実装される。この場合、コンデンサ
の方がＩＣチップ４よりも薄ければ、樹脂５がＩＣチッ
プ４を覆うと同時にコンデンサをも覆うこととなる。逆
にコンデンサの方が厚い場合でもキャビティ２の開口端
縁を超えない限り、コンデンサを覆う程度に熱硬化性樹
脂５を充填するとよい。

【００２４】水晶発振器１１は容器１の平板状セラミッ
ク基板１ｄにリング状のセラミック層１ｅが積層されて
おり、キャビティ部１１が形成されている。キャビティ
部１１の長手方向一端には電極パッド（不図示）が形成
され、その電極パッド上に水晶振動子搭載用バンプ１３
が形成されており、水晶振動子７が導電性接着部材８を
介して水晶振動子搭載用バンプ１３上に接合されてい
る。９はシーム溶接されて気密封止できる蓋体である。

【００２５】次に、本発明の電子部品の製造方法につい
て説明する。まず、容器１であるセラミックパッケージ
を用意し、その容器１のＩＣチップ４を搭載するキャビ
ティー２bと、反対側の面に形成されたキャビティー２a
の水晶振動子搭載用バンプ１３上に硬化して導電性接着
部材８となる導電性樹脂ペーストを供給し、水晶振動子
７の引き出し電極が水晶振動子搭載用バンプ１３と接続
するように、導電性樹脂ペーストに、水晶振動子７を載
置する。そして、導電性樹脂ペーストを硬化して、セラ
ミックパッケージに水晶振動子７を固定する。

【００２６】次に、水晶振動子７の周波数調整を行う。
具体的には、セラミックパッケージのＩＣチップ４を搭
載する側の開口周囲に形成した電極パッドにて電源電
圧、グラウンド及び測定用プローブを接続し、発振さ
せ、発振周波数を測定しながら、水晶振動子７の励振電
極にＡｇ蒸着させる方法やイオンビームを照射する方法
により、実質的に励振電極の質量を増加若しくは減少さ
せて、発振周波数の調整を行う。

【００２７】次に、１５０℃〜２５０℃の熱エージング
により、発振周波数の安定化を行い、その後、金属製蓋
体９により気密封止を行う。この時、金属製蓋体９をセ
ラミックパッケージの封止用導体上に載置し、Ｎ₂やＨ
ｅなどのガスや真空の雰囲気中にて、シーム溶接などの
溶接により、前記金属製蓋体９の周囲にローラヘッドを
当接させて溶接を行う。

【００２８】次に、ＩＣチップ４や電子部品４ａ、４ｂ
をキャビティ２ａ，２ｂ内に実装を行う。具体的には、
まずＩＣチップ４の実装は、ＩＣチップ４に形成した各
Ａｕバンプ３と各ＩＣ電極パッドとが合致するように、
ＩＣチップ４を位置決め載置し、その後、ＩＣチップ４
にＡｇペーストによる接着や超音波による融着などによ
り互いに接合させる。

【００２９】また、電子部品４ａ、４ｂの接合は、素子
電極パッドにＡｇ粉末などを含む導電性樹脂ペーストを
塗布し、電子部品４ａ、４ｂを載置し、導電性樹脂ペー
ストをキュアーして硬化する。

【００３０】次に、ＩＣチップ４、電子部品４ａ、４ｂ
を充填樹脂５で充填・被覆する。具体的には、キャビテ
ィ２ｂ内に配置されたＩＣチップ４や電子部品４ａ、４
ｂの全体を、一般にアンダーフィルと言われる方法で、
前述のように例えばエポキシ系の熱硬化性の樹脂にて完
全に覆い、加熱し、硬化する。これにより電子部品１０
が構成されることになる。

【００３１】上述のように、容器１のキャビティ２ｂを
形成しているセラミック絶縁層１ａと１ｂは開口面積が
１ａのほうが１ｂよりも小さくなっており、そのため、
図１に示すように、容器１の断面を見た場合、キャビテ
ィ部１１の底面２０に沿って溝部１ｄが形成されてい
る。

【００３２】従って、従来の容器１を使用した場合、硬
化後のアンダーフィル樹脂は、その後の工程にて加熱さ
れた場合、結局、その後再度冷却されるため、その際の
膨張収縮時に、図９に示すように、合成された応力は、
容器の形状により、容器の開口面に対して垂直で、しか
も大きな応力が加わることになる。このことにより、こ
の応力が大きくなった場合に、Ａｕバンプにより、それ
ぞれのバンプにつき約６ｇという弱い力で一旦接続され
たＩＣチップを歪ませＩＣの接着強度を弱めてしまい、
回路として動作異常をきたしたり、導通不良となってし
まう場合があった。

【００３３】しかし、本発明の容器を使用すると、図４
に示すように、容器１のキャビティ部１２の底面２０に
沿って溝部１ｄが形成されており、溝部１ｄの上面１１
１ｄからの応力が加わることになり、全体として合成さ
れた応力を低減させることができる。これにより、ＩＣ
チップを歪ませる応力も低減させることができ、動作異
常や接続不良を防ぐことができるようになる。

【００３４】また、この場合、容器を仕切りとしてキャ
ビティの反対側の水晶振動子搭載用バンプ１３に導電性
接着部材８により水晶振動子７が搭載され、金属製蓋体
９により気密封止されている。このような構成であり、
キャビティをマザーボード側に向けてマザーボードに実
装されるため、樹脂５をアンダーフィルするときに、同
時にコンデンサを覆うことによりコンデンサ電極とボー
ドの配線との短絡が防止されるという効果も得られる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ＩＣチ
ップに従来加わっていた応力による歪みを低減し、さら
に、容器に対するＩＣチップの実質的な接合強度を高め
ることができるので、電子部品の一層の薄型化を安定し
て達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子部品である温度補償型水晶発振器
の全体を示す中央断面図である。

【図２】本発明の電子部品である温度補償型水晶発振器
のＩＣチップ側から見た上面図である。

【図３】本発明の電子部品である温度補償型水晶発振器
の発振部品収納部を説明する図２のＸ−Ｘ線要部断面図
である。

【図４】本発明の電子部品である温度補償型水晶発振器
の発振部品収納部の溝部を拡大した要部断面図である。

【図５】熱硬化性樹脂によりＩＣチップと溝部の最外周
壁面との距離ＢとＩＣチップに働く応力Ｇとの関係を示
すグラフである。

【図６】熱硬化性樹脂によりＩＣチップと溝部の最外周
壁面との距離ＢとＩＣチップと容器の内周壁面との距離
Ａの差（Ｂ−Ａ）と合成応力との関係を示すグラフであ
る。

【図７】ＩＣチップを押さえる応力と熱硬化性樹脂が占
める距離Ｆ、Ｄとの関係を示すグラフである。

【図８】従来の電子部品である温度補償型水晶発振器の
発振部品収納部を説明する要部断面図である。。

【図９】従来の発振部品収納部の溝部を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１，５１ ・・・容器 ２，５２ ・・・キャビティ ３，５３・・・ バンプ ４，５４ ・・・ＩＣチップ ５，５５・・・ 樹脂 １０・・・ 電子部品

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下面に導電性バンプを有するＩＣ素子
   を、容器のキャビティ内に収容し、前記ＩＣ素子の導電
   性バンプをキャビティ底面に形成されている電極パッド
   に接合させるとともに、キャビティ内の残部空間に熱硬
   化性樹脂を充填・硬化させた電子部品において、 前記容器のキャビティ底面と内壁面との角部に溝部を形
   成したことを特徴とする電子部品。