JP2004104087A

JP2004104087A - 電子デバイスの製造方法

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Publication number: JP2004104087A
Application number: JP2003182407A
Authority: JP
Inventors: Hideki Shinkai; 新開　秀樹; Masato Higuchi; 日口　真人; Etsuo Nishikawa; 西川　悦生
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】塗布時間の短縮、封止性の向上を図りながら、回路素子と基板との間に安定した中空部を形成することができる電子デバイスの製造方法を提供する。
【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、上記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。回路素子１０の周縁部と基板１との間に放射線・熱硬化両用型の封止樹脂２０を塗布し、封止樹脂２０に放射線を照射して封止樹脂２０の外表面を硬化させ、回路素子１０と基板１との隙間への封止樹脂２０の流れを所定位置で停止させる。その後、封止樹脂２０を加熱して完全硬化させ、回路素子１０と基板１との間に中空部１６を形成する。
【選択図】　　　　図３

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する電子デバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００２−４３８８９号公報
【特許文献２】特開平１１−２２０１１５号公報
【特許文献３】特開平１１−２８４１０４号公報
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。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、表面波素子のような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、特許文献１には、機能部（表面パターン）を設けた回路素子の主面と基板とを対面させ、バンプを介してフェイスダウン実装するとともに、回路素子の周縁部と基板との間を封止樹脂で密封しかつ回路素子と基板との間に中空部を形成する電子デバイスの封止方法が開示されている。封止樹脂としては、加熱硬化性、紫外線硬化性の双方の性質を有する樹脂が用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では、封止樹脂が回路素子の周囲を隙間なく密封し、かつ封止樹脂が回路素子と基板との隙間に流れ込むのを規制するために、常温下での粘度が高い封止樹脂を用いている。しかし、粘度の高い封止樹脂を用いると、塗布方法が制限されたり、塗布時間が長くかかるという工法上の問題のほか、基板との密着性が悪く、安定した封止性が得られないという問題がある。一方、粘度が低い封止樹脂を用いると、塗布時間の短縮、封止性の向上という利点はあるが、その反面、毛細管現象のために封止樹脂が回路素子と基板との隙間に侵入しやすく、機能部に樹脂が付着する可能性がある。そのため、塗布時間の短縮、封止性の向上を図りながら、回路素子と基板との間に安定した中空部を形成するという相反する条件を満足する封止樹脂を選択することは難しい。
【０００６】
他の封止方法として、特許文献２には、基板の素子搭載面に開口部を設け、素子をフェイスダウン実装し、その周囲に紫外線・熱両用硬化型の封止樹脂を塗布した後、基板の開口部を介して紫外線を樹脂の先端に照射することで、樹脂の内側への流入を防ぎ、素子の下に空洞を形成したものが開示されている。
しかし、この場合には、基板の下側から紫外線を照射しなければならないので、基板に大きな開口部を設ける必要があり、素子の劣化を防止するため、この開口部を蓋などによって閉じなければならない。その結果、追加的な工程が必要になるとともに、封止性が低下する恐れがある。
【０００７】
また、特許文献３には、基板の素子搭載面に貫通穴を設け、素子をフェイスダウン実装し、その周囲に有機樹脂を塗布した後、基板の貫通穴から吸引することで、樹脂を引き込み、中空部を形成したものが開示されている。
しかし、この場合には、電子デバイス１個ずつ、個別に吸引しなければならないので、時間差や吸引力による樹脂の流入距離のばらつきが発生し、品質ばらつきの原因となるという問題がある。また、小型の電子デバイスに対し、貫通穴から吸引するため、設備が複雑になる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、塗布時間の短縮、封止性の向上を図りながら、回路素子と基板との間に安定した中空部を形成することができる電子デバイスの製造方法を提供することにある。
【０００９】
【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工程と、上記回路素子の周縁部と基板との間に放射線・熱硬化両用型の封止樹脂を塗布する工程と、上記封止樹脂に放射線を照射して封止樹脂の外表面を硬化させ、回路素子と基板との隙間への封止樹脂の流れを所定位置で停止させる工程と、上記封止樹脂を加熱して本硬化させ、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、回路素子の周縁部と基板との間に放射線・熱硬化両用型の封止樹脂を塗布する。封止樹脂を塗布した時点では、流動性を持った樹脂であり、表面張力によって回路素子の周縁部と基板との間にフィレットを形成するとともに、毛細管現象によって回路素子と基板との隙間にも流れ込もうとする。ここで、封止樹脂に対して放射線を照射し、封止樹脂の外表面を硬化させる。封止樹脂の内部まで硬化させる必要がないので、照射時間は１〜数秒程度の短時間でよい。外表面が硬化することで、内部の未硬化の封止樹脂はそれ以上、回路素子と基板との隙間に流れ込むことができなくなる。つまり、樹脂の侵入位置を所定位置で規定できるため、機能部のような部位への樹脂の付着が未然に防止される。
その後、封止樹脂を加熱して本硬化（完全硬化）させれば、回路素子と基板との間に中空部を残して封止することができる。放射線照射から本硬化までの間の時間が長くても、樹脂の外表面は既に硬化状態であるため、樹脂が内部へ流れ込むことはない。
【００１１】
本発明で使用される封止樹脂は、エポキシ系樹脂組成物が好ましいが、これに限るものではない。また、従来のように粘性の高い樹脂を用いる必要がなく、０．１〜５００Ｐａ・ｓ、望ましくは１〜１００Ｐａ・ｓの粘度の樹脂を用いることができる。したがって、塗布時間の短縮、封止性の向上、接着力の増大を図ることができる。
本発明では、封止樹脂の外表面を硬化させるため、紫外線ランプのような既存の装置を用いることができるので、設備が簡単になり、コスト上昇を招くことがない。
本発明でいう放射線とは、紫外線、電子線、可視光線、赤外線、遠赤外線などあらゆる放射線を含む。特に、紫外線、電子線、可視光線は、短時間で封止樹脂の外表面を硬化させることができる点で望ましい。
【００１２】
請求項２のように、バンプは回路素子の機能部より外周側に配置されており、封止樹脂への放射線の照射により、封止樹脂がバンプを覆い、かつ機能部に至らない位置で停止させるのがよい。
本発明では、放射線の照射によって、封止樹脂の停止位置を任意の位置に制御できる。封止樹脂がバンプを覆い、かつ機能部に至らない位置で停止させれば、封止樹脂の接着力により素子の固着強度を高めるとともに、バンプが封止樹脂で覆われるので、バンプの接合信頼性を高めることができる。
【００１３】
請求項３のように、封止樹脂の塗布から放射線の照射までの時間によって封止樹脂の停止位置を制御するのがよい。
例えば、次のような微小平板間の流れの式を用いて時間制御することが可能である。
Ｌ＝√（ｈｔγ_Ｌ　　ｃｏｓθ／３μ）
ここで、Ｌ：流動距離、ｈ：隙間、ｔ：時間、γ_Ｌ　：液体の表面張力、θ：濡れ角、μ：粘度である。
その他、封止樹脂の塗布から放射線の照射までの経過時間が異なる複数のサンプルを製作し、その時間と樹脂の侵入位置（停止位置）との関係を予め求めておき、この関係に基づいて封止樹脂の塗布から放射線の照射までの時間を制御すれば、封止樹脂の停止位置を高精度に制御できる。
【００１４】
請求項４のように、封止樹脂を回路素子の各辺に沿って塗布する度に、封止樹脂に放射線を照射してもよい。
すなわち、封止樹脂の回路素子の周囲に１辺ずつ塗布する場合には、残りの辺が外気に開口しているので、封止樹脂は毛細管現象により回路素子と基板との隙間に流れ込もうとする。そこで、１辺を塗布した後、その封止樹脂に放射線を照射して流れを止め、その後、次の１辺に塗布して放射線を照射するという作業を繰り返せばよい。
【００１５】
請求項５のように、基板の素子搭載面に通気穴を形成しておき、封止樹脂を回路素子の全周にほぼ同時に塗布した後、封止樹脂に放射線を照射するとともに、放射線の照射後に通気穴を接着剤で封止する方法を用いてもよい。
すなわち、封止樹脂を回路素子の全周にほぼ同時に塗布すると、その内部が密閉状態となるので、その時点で樹脂の流れが止まり、樹脂を所定位置で停止させることができない。そこで、基板の通気穴から内部の空気を抜くことにより、樹脂の流れを作ることができる。４辺同時にかつ同じ速度で樹脂が侵入してくるので、樹脂の位置制御がしやすいという利点がある。なお、通気穴を空けたままにすると、湿気などが中空部に浸入し、素子が劣化するので、放射線の照射後に通気穴を接着剤で封止する。通気穴は小さな穴でよいので、接着剤で簡単に封止できる。
【００１６】
【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、アルミナなどの単層セラミック基板、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。
【００１７】
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、はんだバンプ、導電性樹脂よりなる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。
【００１８】
回路素子１０は、その機能部１２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され、フェイスダウン実装されている。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が形成されている。
【００１９】
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、硬化されている。回路素子１０の周囲には封止樹脂２０によるフィレットが形成され、回路素子１０の下面と基板１の上面との隙間へ封止樹脂２０が所定位置まで侵入して停止している。具体的には、封止樹脂２０はバンプ１５を覆い、かつ機能部１２に至らない位置まで流れ込んで停止している。この実施例では、封止樹脂２０は、紫外線・熱硬化両用型樹脂であり、塗布時の粘度が０．１〜５００Ｐａ・ｓのエポキシ系樹脂組成物が用いられている。回路素子１０の機能部１２の周囲に中空部１６が形成され、電気的特性が良好な電子デバイスが構成される。
【００２０】
図３は上記構造よりなる電子デバイスの製造方法の一例を示す。
まず、図３の（ａ）のように、回路素子１０の上面（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３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１辺に沿ってライン状に塗布する。封止樹脂２０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した後、毛細管現象により回路素子１０の下面と基板１の上面との隙間に侵入し始める。
次に、図３の（ｃ）のように、封止樹脂２０がバンプ１５を覆った時点で、紫外線ランプＣによって紫外線ＵＶを封止樹脂２０に照射し、封止樹脂２０の外表面（フィレット部分）を硬化させる。このとき、封止樹脂２０の内部まで硬化させる必要はないので、照射時間は１〜数秒でよい。外表面の硬化によって、外部から隙間δに向かう樹脂圧力がなくなるので、未硬化の樹脂の流れが強制的に止められる。
なお、封止樹脂２０に対して紫外線ＵＶを照射するタイミングは、封止樹脂２０の塗布からの時間制御によって決定できる。例えば、前述の微小平板間の流れの式を用いて時間を求めることが可能である。
その後、（ｂ）と（ｃ）の工程を回路素子１０の４辺すべてに実施することで、図３の（ｄ）のように回路素子１０の全周が封止樹脂２０で包囲され、回路素子１０と基板１との間、特に機能部１２の周囲に中空部１６が形成される。
封止樹脂２０を塗布した後、回路素子１０を搭載した基板１を加熱硬化炉に投入して封止樹脂２０を本硬化させれば、図１に示される樹脂封止型の電子デバイスが完成する。紫外線の照射から本硬化までの間、時間が経過しても、封止樹脂２０は外表面の硬化によって内側への侵入が規制されているので、機能部１２に流れ込むのが防止される。加熱硬化時、中空部１６に閉じ込められた空気が熱膨張し、封止樹脂２０を突き破る懸念があるが、紫外線によって封止樹脂２０のフィレット部分はほぼ硬化した状態にあるので、空気が抜けることがなく、リーク不良率を低減できる。
【００２１】
上記実施例では、回路素子１０の１辺ずつ封止樹脂２０の塗布と紫外線照射とを繰り返したが、例えば回路素子１０の２辺あるいは３辺同時に封止樹脂を塗布し、紫外線を照射して封止樹脂２０を硬化させた後、残りの２辺または１辺に封止樹脂を塗布し、紫外線を照射してもよい。但し、後で封止樹脂を塗布する残りの２辺または１辺においては、封止樹脂の内部が密閉された後であるため、封止樹脂の侵入制御が難しい。そのため、一部だけ外部に開口させた状態で樹脂塗布、紫外線照射を行い、最後に開口部を樹脂で埋めてもよい。
【００２２】
図４は本発明にかかる電子デバイスの第２実施例を示す。なお、図１と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
第１実施例では、封止樹脂２０の一部が回路素子１０と基板１との隙間に侵入し、バンプ１５を覆った時点で紫外線を照射して封止樹脂２０の外表面を硬化させたが、第２実施例では、封止樹脂２０がバンプ１５の手前まで流れた時点で紫外線を照射し、封止樹脂２０の流れを止めたものである。
バンプ１５と機能部１２とが接近している場合には、この方法が好ましい。
【００２３】
図５は本発明にかかる電子デバイスの第３実施例を示す。なお、図１と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施例の電子デバイスは、基板１の素子搭載面に通気穴３を設け、封止樹脂２０を塗布した後、通気穴３を接着剤４によって封止したものである。この接着剤４は、封止樹脂２０と同様に紫外線・熱両用硬化型樹脂を用いてもよいし、熱硬化型など、封止性と耐熱性とを備えたものであれば、如何なる接着剤を用いてもよい。
この実施例では、封止樹脂２０の停止位置をバンプ１５と機能部１２との中間位置としたが、図４のようにバンプ１５より外側で停止させてもよい。
【００２４】
上記電子デバイスの製造方法を図６にしたがって説明する。
図６の（ａ）の工程は図３の（ａ）と同様である。
図６の（ｂ）では、複数のディスペンサＢによって、封止樹脂２０を回路素子１０の全周にほぼ同時に塗布する。樹脂２０の内側空間が密閉状態となるので、その時点で樹脂の流れが止まってしまうが、基板１に通気穴３が形成されているので、内部の空気が通気穴３を介して抜け、樹脂の流れを作ることができる。４辺同時にかつ同じ速度で樹脂２０が侵入してくるので、樹脂２０の位置制御が容易である。
樹脂の塗布から所定時間経過後、図６の（ｃ）のように封止樹脂２０に全周から放射線ＵＶを照射する。これにより、樹脂２０の流れが停止し、樹脂２０の侵入位置を全周でほぼ均一にすることができる。
次に、図６の（ｄ）のように、通気穴３に接着剤４を注入する。この接着剤４は通気穴３を封止する目的で用いられるものであり、接着剤４が中空部１６まで流れ込まないように注入量を制御する必要がある。
その後、第１実施例と同様に、基板１を硬化炉に投入して封止樹脂２０および接着剤４を本硬化させることで、図５に示される樹脂封止型の電子デバイスが完成する。
【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（表面パターンなど）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。
上記実施例では、封止樹脂２０として紫外線・熱両用硬化型樹脂を用いたが、光・熱硬化型樹脂や、電子線・熱硬化型樹脂を用いてもよい。
【００２６】
上記実施例では、時間制御によって封止樹脂の侵入位置を制御したが、これに限らず、樹脂の位置をセンサなどによって検出し、所定の位置まで流れ込んだ時に、放射線を照射して樹脂の流れを止めてもよい。例えば、図３のように１辺ずつ樹脂を塗布する方法では、樹脂の流れを外部から観察できるので、センサによる検出も容易である。
また、封止樹脂としては、放射線・熱両用硬化型樹脂のほか、例えば、反応加速剤・熱両用硬化性樹脂、湿気・熱両用硬化性樹脂、嫌気・熱両用硬化性樹脂などを用いることも可能である。しかし、これら材料では、封止樹脂の外表面を瞬時に硬化させるために、反応加速剤を噴霧したり、電子デバイスを湿気雰囲気や嫌気性雰囲気中に投入しなければならず、作業性が悪い。これに対し、放射線を照射する方法では、作業が簡単であり、他の部分に悪影響を及ぼさないという利点がある。
【００２７】
【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、回路素子の周縁部と基板との間に放射線・熱両用硬化型樹脂の封止樹脂を塗布し、封止樹脂に放射線を照射して封止樹脂の外表面を硬化させるようにしたので、回路素子と基板との隙間への封止樹脂の流れを即座に停止させることができる。封止樹脂の内部まで硬化させる必要がないので、照射時間は短時間でよく、侵入位置を高精度に制御することができる。その結果、回路素子と基板との間に安定した中空部を作ることができ、機能部のような部位への樹脂の付着を確実に防止できる。
また、本発明で使用される封止樹脂は、粘度の低い樹脂を用いることが可能であるため、塗布時間を短縮できるとともに、封止性の向上、接着力の増大が図れ、高品質な樹脂封止型の電子デバイスを得ることができる。
【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】図１に示す電子デバイスの製造工程図である。
【図４】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５】本発明にかかる電子デバイスの第３実施例の断面図である。
【図６】図５に示す電子デバイスの製造工程図である。
【符号の説明】
１　　　　基板
２　　　　電極
３　　　　通気穴
４　　　　接着剤
１０　　　　　　回路素子
１２　　　ＩＤＴ電極（機能部）
１５　　　　　　バンプ
２０　　　封止樹脂

Claims

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、
上記回路素子の周縁部と基板との間に放射線・熱硬化両用型の封止樹脂を塗布する工程と、
上記封止樹脂に放射線を照射して封止樹脂の外表面を硬化させ、回路素子と基板との隙間への封止樹脂の流れを所定位置で停止させる工程と、
上記封止樹脂を加熱して本硬化させ、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。
上記バンプは回路素子の機能部より外周側に配置されており、
上記封止樹脂への放射線の照射により、封止樹脂が上記バンプを覆い、かつ機能部に至らない位置まで流れ込んだ状態で停止させることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの製造方法。
上記封止樹脂の塗布から放射線の照射までの時間によって、封止樹脂の停止位置を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電子デバイスの製造方法。
上記封止樹脂を回路素子の各辺に沿って塗布する度に、封止樹脂に放射線を照射することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。
上記基板の素子搭載面には通気穴が形成されており、
上記封止樹脂を回路素子の全周にほぼ同時に塗布した後、封止樹脂に放射線を照射するとともに、
放射線の照射後に上記通気穴を接着剤で封止する工程を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。