JP2004039945A - 電子デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路素子と基板との間に中空部を残して封止し、中空部への湿気の浸入を防止できる電子デバイスを提供する。
【解決手段】一主面に機能部１２とこの機能部と電気的に接続された電極１３とを有する回路素子１０と、素子搭載面に電極２を有する基板１とを、主面と素子搭載面とを対向させて配置し、回路素子１０の電極１３と基板１の電極２とを複数のバンプ１５により電気的に接続するとともに、回路素子１０の周囲に封止樹脂２０を塗布し、回路素子１０と基板１との間を中空封止する。封止樹脂２０には、回路素子１０と基板１との隙間の入口間隔δよりも大きな粒径を有する第１フィラー２１と、第１フィラーの粒径の０．１６〜０．５倍の粒径を持つ第２フィラー２２とが含まれ、封止樹脂２０はフィラー２１，２２によって回路素子１０の機能部１２への樹脂の流れ込みが阻止された状態で硬化されている。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回路素子を基板上にバンプを用いてフェイスダウン実装するとともに、回路素子と基板との間を封止樹脂で封止した電子デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子などの回路素子を基板上にバンプを用いてフェイスダウン実装するとともに、回路素子と基板との間を封止樹脂で封止した電子デバイスが提案されている。この封止樹脂（アンダーフィル剤）はフェイスダウン実装された回路素子の機械的強度の向上、信頼性向上のため、回路素子と基板間の全面で塗布されている。形成方法としては、フェイスダウン実装後に、その周囲の一部に点状もしくはいくつかの周囲の辺に線状に塗布し、封止樹脂を毛細管現象により素子下部へ流入させ、その後硬化を行う方法が一般的である。
【０００３】
しかしながら、この方法では、高周波を用いる半導体素子において、機能部分に誘電率の高い樹脂が付着するため、回路定数が変動したり、樹脂の誘電体損失により特性が劣化するという問題がある。また、圧電体を用いた振動子では、樹脂が振動を阻害するため、特性自体が発現しないという問題がある。
【０００４】
このような問題を解決するため、特開平８−２０４４９７号公報では、樹脂の表面張力を利用して回路素子と基板との間へ樹脂が充填されるのを防止し、回路素子の機能部と基板との間に中空部を設けたものが知られている。
図９は同公報に記載された電子デバイスの構造を示す。図において、３０は基板、３１は回路素子、３２はバンプ、３３は封止樹脂、３４は中空部である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように回路素子３１をバンプ３２を介して基板３０に接合することで、回路素子３１の主面と基板３０との間には、バンプ３２の高さに応じた隙間ができる。例えば、バンプ３２がはんだバンプであれば約６０μｍ、金バンプであれば約２０μｍの隙間ができる。外部から中空部３４への湿気の浸入を防ぐには、回路素子３１と基板３０との隙間をできるだけ小さくし、樹脂厚みをできるだけ薄くするのが望ましい。
【０００６】
図１０は封止樹脂の厚みと湿気浸入量との関係を示す図である。図１０に示すように、浸入する湿気の量は封止樹脂の厚みに比例しており、湿気の浸入を遮断するためには、樹脂の厚みが薄ければ薄いほど良いことがわかる。因に、湿気の浸入を実質的に防止しうる樹脂厚みとしては１０μｍ以下が理想的である。
しかし、上記のようにバンプ３２の高さによって隙間が規定されるため、樹脂３３の中を通って湿気が浸入し、中空部３４に湿気が溜まって回路素子３１の機能部の腐食を引き起こす原因となっていた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、回路素子と基板との間に中空部を残して封止するとともに、中空部への湿気の浸入を防止できる電子デバイスおよびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、一主面に機能部とこの機能部に電気的に接続された電極とを有する回路素子と、素子搭載面に電極を有する基板とを、上記主面と素子搭載面とを対向させて配置し、回路素子の電極と基板の電極とを複数のバンプにより電気的に接続するとともに、回路素子の周囲に封止樹脂を塗布し、回路素子と基板との間を中空封止した電子デバイスにおいて、上記封止樹脂には、回路素子と基板との隙間の入口間隔よりも大きな粒径を有する第１フィラーが含まれており、上記封止樹脂は、上記第１フィラーによって回路素子の機能部への樹脂の流れ込みが阻止された状態で硬化されていることを特徴とする電子デバイスを提供する。
【０００９】
請求項３に係る発明は、一主面に機能部とこの機能部に電気的に接続された電極とを有する回路素子と、素子搭載面に電極を有する基板とを、上記主面と素子搭載面とを対向させて配置し、回路素子の電極と基板の電極とを複数のバンプにより電気的に接続する工程と、上記回路素子と基板との隙間の入口間隔よりも大きな粒径を有する第１フィラーを含む封止樹脂を準備する工程と、上記封止樹脂を回路素子の周囲に塗布し、上記第１フィラーによって回路素子の機能部への樹脂の流れ込みを阻止する工程と、上記封止樹脂を硬化させ、回路素子と基板との間に中空部を残して封止する工程と、を有する電子デバイスの製造方法を提供する。
【００１０】
基板の素子搭載面に形成された電極と回路素子の電極とをバンプにより電気的に接続すると、回路素子の主面と基板との間に所定の隙間ができ、この隙間の寸法はバンプの高さによって決定される。次に、回路素子と基板との隙間の周囲に封止樹脂を塗布する。封止樹脂には回路素子と基板との隙間よりも大きな粒径を有する第１フィラーが含まれているため、第１フィラーは回路素子と基板との隙間に入り込めずに入口でせき止められ、第１フィラーの周囲に存在する樹脂成分も表面張力のために回路素子と基板との隙間に入り込めない。こうして封止樹脂を硬化させれば、回路素子と基板との間に中空部を作ることができる。また、回路素子の周囲を覆う封止樹脂に含まれた第１フィラーが湿気の浸入通路を狭めるので、湿気の浸入を遮断できる。
なお、湿気の浸入を効果的に遮断するには、第１フィラーの粒径は回路素子と基板との隙間の１〜３倍が望ましい。
【００１１】
請求項２のように、封止樹脂は、第１フィラーのほかに、第１フィラーの粒径の０．１６〜０．５倍の粒径を持つ第２フィラーを含むのがよい。
この場合は、第２フィラーが第１フィラーの隙間を埋めるので、フィラー間の隙間がさらに小さくなる。そのため、樹脂成分が回路素子と基板との隙間に入り込むのを阻止するとともに、湿気の浸入通路をさらに狭めるので、湿気の浸入を確実に遮断できる。
第２フィラーの粒径は、第１フィラーより小さければある程度の効果を有するが、特に第１フィラーの粒径の０．１６〜０．５倍とした場合に、湿気の浸入量が第１フィラーだけを用いた場合に比べて約１／２に低減されるので、効果的である。
【００１２】
請求項３のように、第２フィラーの含有率を、フィラー全体の１５〜８５％とするのがよい。
第２フィラーの含有率は全体のフィラーの１５〜８５％としたとき、第２フィラーが第１フィラーの隙間を埋めるので、湿気の浸入を効果的に抑制できる。より好ましくは、４０〜６０％がよい。
【００１３】
フィラーが含まれる封止樹脂は、塗布時の粘度が高くなり、回路素子の周囲に均一に樹脂を塗布しにくい。そのため、塗布時の封止樹脂の粘度は５００Ｐａ・ｓ以下とするのがよい。
バンプとしては、Ａｕバンプを使用するのがよい。Ａｕバンプを使用すれば、回路素子と基板との隙間を約２０μｍにでき、これに応じて第１フィラーの粒径を相対的に小さくできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１，図２は本発明にかかる電子デバイスの第１実施例を示す。
この電子デバイスは、基板１上に回路素子１０をフェースダウン実装したものである。
基板１は、アルミナなどのセラミック基板、セラミックからなる誘電体基板、多層セラミック基板、ガラス基板、結晶性の基板、ガラスエポキシ樹脂などの気密性を有する絶縁基板よりなる。この基板１の表面には、複数の電極２が形成され、これら電極２は基板１上に形成された配線パターン（図示せず）と接続されている。
【００１５】
この実施例の回路素子１０は弾性表面波チップであり、図２に示すように、水晶やＬｉＴａＯ_３　、ＬｉＮｂＯ_３　等からなる圧電基板１１の一主面に、Ａｌ等からなる２組のＩＤＴ電極１２とＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ等からなる４個の入出力電極１３とを形成したものである。機能部であるＩＤＴ電極１２と入出力電極１３とは相互に接続されている。入出力電極１３のそれぞれにはバンプ１５が固定されている。バンプ１５としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕを主成分とする金属バンプや、はんだバンプなどを用いることができる。バンプ１５は、めっき法、ワイヤボンディング法などを用いて形成されるが、ここではワイヤボンディング法によりＡｕバンプを形成した。
【００１６】
回路素子１０は、その機能部を形成した主面を下向きとし、バンプ１５を基板１の電極２に位置合わせした状態で、半田付け、熱圧着、超音波接合などの方法で接合し、フリップチップ装置を構成する。回路素子１０の主面と基板１の上面との間には、バンプ１５の高さによって所定の隙間δが形成される。
【００１７】
回路素子１０の外周面と基板１の上面との間の境界部には、封止樹脂２０が１点、多点、ライン状、全面塗布のいずれかの手法で塗布される。封止樹脂２０には、母材となる樹脂材料の中に、回路素子１０と基板１との隙間δよりも大きな粒径を有する第１フィラー２１と、第１フィラー２１の粒径の０．１６〜０．５倍の粒径を持つ第２フィラー２２とが含まれている。これらフィラー２１，２２が図１に示すように隙間δの入口に溜まり、ダムを形成する。そのため、封止樹脂２０の樹脂成分が回路素子１０と基板１との隙間に殆ど入り込まず、回路素子１０の機能部１２の周囲に中空部１６を形成できる。このようにして封止樹脂２０は硬化される。
【００１８】
樹脂２０としては、エポキシ系樹脂のような熱硬化性樹脂や、紫外線硬化樹脂などを使用できるが、これに限るものではない。樹脂２０の粘度は低ければ低いほど、樹脂２０が回路素子１０の周囲に短時間でゆきわたり、塗布作業が短時間で済むので好ましい。粘度の範囲は５００Ｐａ・ｓ以下がよい。また、フィラー２１，２２については特に限定されないが、形状は略球形がよく、アルミナ、シリカ、マグネシアなどの金属酸化物や、金属系の非透湿性のものが好ましい。
樹脂２０を硬化させると、第１フィラー２１と第２フィラー２２とによって、湿気の浸入通路が隙間δより狭められているので、外部の湿気を遮断でき、中空部１６に湿気が溜まるのを解消できる。樹脂２０の一部は、回路素子１０の外周面と基板１の上面との間にフィレットを形成するので、湿気遮断効果が一層高くなる。
【００１９】
図３は、フィラーと樹脂の浸入距離との関係を示すグラフである。
この図は、フィラーの粒径を変えて、毛細管現象による平板間の樹脂の浸入距離を測定したものである。フィラーなしの場合および小径フィラーを含む場合には、約５００μｍもの浸入距離があるのに対し、大径フィラーを含む樹脂および大小２種類のフィラーを含む樹脂では、約２０μｍとなり、樹脂の浸入距離が格段に減少したことがわかる。
なお、ここで使用した平板間の隙間は０．０２ｍｍ、樹脂の粘度は４０Ｐａ・ｓ、小径フィラーの平均粒径は４．８μｍ、大径フィラーの平均粒径は３０μｍとした。
【００２０】
図４は、フィラーと湿気浸入量との関係を示すグラフである。
この図は、フィラーの粒径を変えて、湿気の浸入量を測定したものである。フィラーなしの場合には０．１５μｇ／ｈ、小径フィラーを含む場合には０．０９μｇ／ｈであるのに対し、大径フィラーを含む樹脂では０．０４５μｇ／ｈであり、湿気の浸入量が減少したことがわかる。さらに、大小２種類のフィラーを含む樹脂では０．０２μｇ／ｈとなり、湿気遮断効果が最も優れていることがわかる。
なお、ここで使用した樹脂材料および各フィラーの粒径は図３と同様である。
【００２１】
図５は、２種類のフィラーのうち、大径フィラーの直径を１とし、小径フィラーの直径を変化させた場合の湿気浸入量との関係を示すグラフである。但し、大小フィラーの混合比は１：１である。
図から明らかなように、小径フィラーの直径を大径フィラーの直径の０．１６倍〜０．５倍としたとき、最も湿気を通しにくいことがわかる。これは、小径フィラーが大径フィラーの隙間に入り込み、大径フィラーの隙間を埋める役割を有するからであると考えられる。
なお、ここで使用した樹脂材料および大径フィラーの粒径は図３と同様である。
【００２２】
図６は小径フィラーの全フィラーに対する含有率を変化させたときの湿気浸入量の変化を示すグラフである。なお、平板間の隙間を２０μｍ、大径フィラーの直径を３０μｍ、小径フィラーの直径を４．８μｍとした。
図から明らかなように、小径フィラーの含有率を１５〜８５％としたとき、湿気浸入量を０．０４μｇ／ｈ以下にでき、湿気を通しにくいことがわかる。小径フィラーの含有率を４０〜６０％とした場合には、湿気浸入量を０．０３μｇ／ｈ以下にできるので、より好ましい。
【００２３】
図７は上記構造の電子デバイスの製造方法の一例を示す。
まず、図７の（ａ）のように、回路素子１０の裏面（ＩＤＴ電極１２を設けていない面）を熱圧着ツールＡで吸着し、基板１の電極２と回路素子１０のバンプ１５とが上下に対応するように位置決めし、バンプ１５を基板１の電極２に対して、熱圧着ツールＡによって熱と圧力とを加えて接合する。なお、熱圧着に限らず、超音波によって接合してもよく、さらには超音波と熱圧着とを併用してもよい。熱圧着によって、バンプ１５の一部が押し潰され、バンプ１５と基板１の電極２とが拡散接合される。接合状態で、基板１の上面と回路素子１０の下面との間に所定の隙間δが形成される。
次に、図７の（ｂ）のように、ディスペンサＢによって封止樹脂２０を回路素子１０の側面と基板１の上面との境界部に供給すると、樹脂２０は毛細管現象によって、回路素子１０の側面と基板１の上面との境界部に行き渡る。ところが、樹脂２０には回路素子１０と基板１との隙間δよりも大きな粒径を有する第１フィラー２１が含まれているので、回路素子１０と基板１との隙間には殆ど入り込まず、せき止められる。そのため、回路素子１０と基板１との間、つまり機能部１２の周囲には中空部１６が形成される。回路素子１０の外周部には樹脂フィレットが形成されるため、比較的少量の樹脂２０でも、接着面積が大きくなり、十分な封止性と固着強度を得ることができる。
封止樹脂２０を塗布した後、基板１を硬化炉に投入して封止樹脂２０を硬化させれば、図７の（ｃ）のように樹脂封止型の電子デバイスが完成する。硬化時、基板１と回路素子１０との間の中空部１６に閉じ込められた空気が膨張し、封止樹脂２０を突き破って外へ抜けることがあるが、フィレットにある柔らかな樹脂２０がこの通気穴を埋め戻すので、封止性が低下することがない。
また、封止樹脂に紫外線熱硬化併用型樹脂を用いれば、先に紫外線で樹脂のフィレット部分を固めてしまうので、その後の熱硬化で中に閉じ込められた空気が膨張しても樹脂を破って外へ抜け出すことがなく、リーク不良率を低減することができる。
【００２４】
図８は本発明にかかる電子デバイスの第２実施例を示す。
この実施例では、基板として、回路素子１０を収納しうる凹部４を有するパッケージ３が使用され、素子搭載面４ａは凹部４の底面に形成されている。封止樹脂２０は上記回路素子１０の上面（機能部１２を有する主面と対向する主面）を含む全周を覆うようにパッケージ３の凹部４に充填されている。
この場合も、樹脂２０には、回路素子１０と素子搭載面４ａとの隙間δよりも大きな粒径を有する第１フィラー２１と、第１フィラー２１の粒径の０．１６〜０．５倍の粒径を持つ第２フィラー２２とが含まれているため、フィラー２１，２２が隙間δの入口に溜まってダムを形成する。そのため、封止樹脂２０の樹脂成分が回路素子１０と素子搭載面４ａとの隙間に殆ど入り込まず、回路素子１０の機能部１２の周囲に中空部１６を形成できる。また、樹脂２０が回路素子１０の外周部だけでなく、上面をも覆っているので、中空部１６への湿気の浸入を確実に遮断できる。
【００２５】
本発明は上記実施例に限定されるものではない。
上記実施例では、バンプ１５を回路素子１０の電極１３に形成したが、バンプを基板１の電極２の上に形成してもよい。また、両者にバンプを形成し、両バンプを突き合わせて接合してもよい。
本発明の回路素子は弾性表面波素子に限るものではなく、一主面に機能部を持つ素子であれば、高周波素子や半導体素子など他の回路素子であってもよいことは勿論である。ただし、弾性表面波素子のように機能部がアルミニウムなどの腐食しやすい電極で構成された素子の場合には、中空部への湿気の浸入を遮断することが必須であるため、本発明の構造が有効である。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に係る発明によれば、回路素子の周囲を封止する封止樹脂に、回路素子と基板との隙間よりも大きな粒径を有する第１フィラーが含まれているため、第１フィラーは回路素子と基板との隙間に入り込めずに入口でせき止められ、第１フィラーの周囲に存在する樹脂成分も回路素子と基板との隙間に入り込めない。そのため、封止樹脂を硬化させれば、回路素子と基板との間に簡単に中空部を作ることができる。また、回路素子の周囲を覆う封止樹脂に含まれた第１フィラーが湿気の浸入通路を狭めるので、湿気の浸入を遮断でき、耐湿性に優れた封止型の電子デバイスを得ることができる。
また、請求項３に係る発明では、請求項１に記載の電子デバイスを、既存の方法を用いて簡単に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電子デバイスの第１実施例の断面図である。
【図２】図１に示す電子デバイスに用いられる回路素子の一例の斜視図である。
【図３】フィラーと樹脂の浸入距離との関係を示す図である。
【図４】フィラーと湿気浸入量との関係を示す図である。
【図５】小径フィラーの倍率と湿気浸入量との関係を示す図である。
【図６】小径フィラーの割合と湿気浸入量との関係を示す図である。
【図７】図１に示す電子デバイスの製造工程図である。
【図８】本発明にかかる電子デバイスの第２実施例の断面図である。
【図９】従来の電子デバイスの一例の断面図である。
【図１０】封止樹脂の厚みと湿気浸入量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　基板
２　　　　電極
１０　　　　　　回路素子
１２　　　ＩＤＴ電極（機能部）
１５　　　　　　バンプ
２０　　　封止樹脂
２１　　　第１フィラー（大径フィラー）
２２　　　第２フィラー（小径フィラー）

Claims (6)

1. 一主面に機能部とこの機能部に電気的に接続された電極とを有する回路素子と、素子搭載面に電極を有する基板とを、上記主面と素子搭載面とを対向させて配置し、回路素子の電極と基板の電極とを複数のバンプにより電気的に接続するとともに、回路素子の周囲に封止樹脂を塗布し、回路素子と基板との間を中空封止した電子デバイスにおいて、
   上記封止樹脂には、回路素子と基板との隙間の入口間隔よりも大きな粒径を有する第１フィラーが含まれており、
   上記封止樹脂は、上記第１フィラーによって回路素子の機能部への樹脂の流れ込みが阻止された状態で硬化されていることを特徴とする電子デバイス。
2. 上記封止樹脂には、第１フィラーのほかに、第１フィラーの粒径の０．１６〜０．５倍の粒径を持つ第２フィラーが含まれていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
3. 上記第２フィラーの含有率は、フィラー全体の１５〜８５％であることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
4. 一主面に機能部とこの機能部に電気的に接続された電極とを有する回路素子と、素子搭載面に電極を有する基板とを、上記主面と素子搭載面とを対向させて配置し、回路素子の電極と基板の電極とを複数のバンプにより電気的に接続する工程と、
   上記回路素子と基板との隙間の入口間隔よりも大きな粒径を有する第１フィラーを含む封止樹脂を準備する工程と、
   上記封止樹脂を回路素子の周囲に塗布し、上記第１フィラーによって回路素子の機能部への樹脂の流れ込みを阻止する工程と、
   上記封止樹脂を硬化させ、回路素子と基板との間に中空部を残して封止する工程と、を有する電子デバイスの製造方法。
5. 上記封止樹脂には、第１フィラーのほかに、第１フィラーの粒径の０．１６〜０．５倍の粒径を持つ第２フィラーが含まれていることを特徴とする請求項４に記載の電子デバイスの製造方法。
6. 上記第２フィラーの含有率は、フィラー全体の１５〜８５％であることを特徴とする請求項４に記載の電子デバイスの製造方法。

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