JP2005167129A

JP2005167129A - 電子素子パッケージおよび電子素子パッケージの製造方法

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Publication number: JP2005167129A
Application number: JP2003407232A
Authority: JP
Inventors: Kazuji Azuma; 和司東; Shinji Ishitani; 伸治石谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2023-12-05
Also published as: CN1890801A; JP4134893B2; CN100440490C; CN101369560B; CN101369560A

Abstract

【課題】電子素子パッケージにおいて半導体素子を低温にて密閉空間に収納するとともに密閉空間の気密性を向上する。
【解決手段】電子素子パッケージ１は、平坦な基板９、基板９上に実装される半導体素子７１、並びに、半導体素子７１の側方および上方を囲むように基板９に取り付けられることにより半導体素子７１が収納される内部空間９０を基板９と共に形成するカバー部材２を備える。基板９とカバー部材２とが、熱硬化性樹脂を主成分とする接着剤３により低温にて接着されることにより、耐熱性の低い半導体素子７１を密閉された内部空間９０に収納することが実現される。また、接着剤３の外側の表面が無電解メッキにより形成される金属の被膜４により覆われるため、水分等が内部空間９０に浸入することが防止され、内部空間９０の気密性が向上される。
【選択図】図１

Description

本発明は、密閉された内部空間に電子素子を備える電子素子パッケージに関する。

従来より、半導体素子、弾性表面波素子、その他様々な電子素子を、大気中に存在する水分や酸素等の影響から守る一手法として、容器の内部に電子素子を収納し、容器内部を密閉して電子素子を封止する技術が知られている。

このような電子素子を内部空間に配置して封止した電子素子デバイスとして、特許文献１に例示されるように、容器の密閉に樹脂の接着剤が用いられることがある。特許文献１では、半導体加速度センサにおいて、端子板をハウジングの外部に導出するための切り欠き溝を接着剤で封止した後にハウジングの内部を脱気し、脱気用の封止孔を熱圧着してセンサチップを封止する技術が開示されている。なお、容器が金属製の場合には、容器を構成する部材同士の接合および封止にはんだが用いられることもある。

一方、フリップチップボンディングにより搭載された電子素子と基板との空隙を密閉して電子素子を封止する技術も利用されている。例えば、特許文献２では、弾性表面波装置の製造において、基板上の複数の弾性表面波素子に対して樹脂を２段階に分けて塗布することにより、気泡の噛み込みを抑制しつつ粘性の高い樹脂により弾性表面波素子を封止する技術が開示されている。特許文献３では、表面弾性波デバイスの製造において、パッケージ基板上にフリップチップ接続された表面弾性波チップを低融点ガラスにより封止する技術が開示されている。
特開平１１−２３７４０１号公報特開２００３−１４２９７２号公報特開２００３−１１０４０２号公報

ところで、樹脂は水分や酸素に対する気密性の程度が余り高くないため、封止材として樹脂を用いると電子素子の種類によっては適正な封止（または、パッケージ化）が実現されない場合がある。一方、特許文献３に開示されているように低融点ガラスにより封止したり、あるいは、容器を構成する部材をはんだにて接合する場合は、高い気密性（密閉性）を得ることができる反面、高温で低融点ガラスやはんだを溶融するための加熱処理が必要となり、耐熱性の低い電子素子の封止には適していない。特に、化合物半導体等の電子素子は耐熱性が低いため、高温加熱により損傷する可能性が高い。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電子素子パッケージにおいて電子素子を低温（好ましくは１５０℃以下）にて密閉空間に収納するとともに密閉空間の気密性を向上することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、電子素子パッケージであって、電子素子と、前記電子素子が収納される空間を形成する第１の容器部材および第２の容器部材と、樹脂を主成分とし、前記第１の容器部材と前記第２の容器部材とを接着して前記空間を密閉する接着剤と、前記接着剤の外側の表面を覆う金属膜とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子素子パッケージであって、前記金属膜がメッキ層である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電子素子パッケージであって、前記接着剤が、金属粒子を含む。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の電子素子パッケージであって、前記電子素子が半導体素子である。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の電子素子パッケージであって、前記電子素子が前記第１の容器部材に実装され、前記第２の容器部材が樹脂により形成される。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の電子素子パッケージであって、前記第２の容器部材の外側の表面も金属膜により覆われている。

請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の電子素子パッケージであって、前記第１の容器部材が平坦な部材であり、前記第２の容器部材が前記第１の容器部材を覆う凹部を備える。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の電子素子パッケージであって、前記第２の容器部材が、前記凹部の縁に前記接着剤を介して前記第１の容器部材に接着される鍔部をさらに備える。

請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の電子素子パッケージであって、前記空間内に吸湿剤をさらに備える。

請求項１０に記載の発明は、電子素子パッケージの製造方法であって、第１の容器部材に電子素子を実装する工程と、樹脂を主成分とする接着剤により前記１の容器部材と第２の容器部材とを接着し、前記電子素子が収納される密閉された空間を形成する工程と、前記接着剤の外側の表面を覆う金属膜を形成する工程とを備える。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の電子素子パッケージの製造方法であって、前記金属膜がメッキにより形成される。

請求項１２に記載の発明は、請求項１０または１１に記載の電子素子パッケージの製造方法であって、前記空間を形成する工程の前に、前記第２の容器部材の前記空間側の面に吸湿剤を設ける工程をさらに備える。

本発明では、低温にて第１の容器部材と第２の容器部材とを接着して電子素子を密閉空間に収納することができるとともに密閉空間の気密性を向上することができる。

請求項２および１１の発明では、金属膜を容易に形成することができる。

請求項３の発明では、金属膜をより容易に形成することができる。

請求項５ないし８の発明では、電子素子パッケージの製造コストを削減することができ、請求項６および８の発明では、密閉空間の信頼性を向上することができる。

請求項９および１２の発明では、電子素子パッケージの内部の空間を確実に除湿することができる。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る電子素子パッケージ１の構成を示す断面図である。電子素子パッケージ１は、内部に電子素子である半導体素子７１が封止されたパッケージ（すなわち、電子素子を密閉空間内に設けてパッケージ化したもの）であり、平坦な基板９、基板９上に実装される半導体素子７１、並びに、半導体素子７１の側方および上方（基板９とは反対側）を囲むように基板９に取り付けられることにより半導体素子７１が収納される空間（以下、「内部空間」という。）９０を基板９と共に形成するカバー部材２を備える。

基板９は、半導体素子７１が実装される側の主面、および、その裏面（内部空間９０とは反対側の面）に電極等が形成された多層基板であり、低温焼成セラミック（以下、「ＬＴＣＣ（Low Temperature Cofired Ceramics）」という。）により形成され、通常のセラミック（ＬＴＣＣと区別するために、以下、「ＨＴＣＣ（High Temperature Cofired Ceramics）」という。）製の基板とは形成プロセスを異にする。

半導体素子７１は、いわゆるベアＩＣチップであり、半導体素子７１の下面のランド上に形成された金属のバンプ７２が基板９上の電極に電気的に接合されることにより基板９に実装される。基板９の表裏両面の電極は適宜互いに電気的に接続されており、電子素子パッケージ１が基板９側から他の外部基板に実装されることにより、外部基板と半導体素子７１とが電気的に接続される。

カバー部材２はプラスチック等の樹脂により器状に形成され、カバー部材２の凹部２３が基板９を覆うようにして基板９に取り付けられることにより、内部空間９０が形成される。カバー部材２の凹部２３の縁には基板９に沿って内側に向かう鍔部２１が形成されている。

電子素子パッケージ１では、基板９とカバー部材２の鍔部２１とが、熱硬化性樹脂を主成分とするとともに銀（Ａｇ）の粒子（銅（Ｃｕ）等の他の金属粒子であってもよい。）を含む接着剤３（いわゆる、銀ペースト）を介して接着されて内部空間９０が密閉される。また、接着剤３およびカバー部材２の外側の表面は、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）（他の金属であってもよい。）の被膜４により覆われる。さらに、内部空間９０にはカバー部材２に取り付けられた吸湿剤２２（例えば、酸化マグネシウム）が設けられる。

図２は、電子素子パッケージ１の製造工程を示す図である。電子素子パッケージ１が製造される際には、まず、半導体素子７１が基板９上の所定の実装位置に載置され、バンプ７２と基板９の電極とが当接した状態で、半導体素子７１が基板９に向かって押圧されつつ超音波振動が付与されることにより、バンプ７２と電極とが接合されて基板９に実装される（ステップＳ１１）。半導体素子７１の実装は他の手法により行われてもよく、例えば、異方導電性樹脂フィルム（またはペースト）や非導電性樹脂フィルム（またはペースト）を介して行われてもよい。さらには、バンプ７２および基板９の電極にエネルギー波を照射して真空中で接合する、いわゆる、常温接合が採用されてもよい。なお、バンプ７２は基板９の電極上に形成されていてもよい。実装される半導体素子７１（後述のようにその他の電子素子であってもよい。）の個数は複数であってもよい。

続いて、カバー部材２の内側であって基板９に取り付けられた際に基板９と対向する面（すなわち、凹部２３の底面）に吸湿剤２２が取り付けられる（ステップＳ１２）。その後、基板９上のカバー部材２が接着される接着位置（および／または、カバー部材２の鍔部２１の基板９に対向する面）に接着剤３が塗布され、カバー部材２が接着剤３を介して基板９に取り付けられる。カバー部材２が取り付けられた基板９は比較的低温な１５０℃以下（好ましくは、約１２０℃〜１３０℃）にて加熱処理され、接着剤３が硬化し、基板９とカバー部材２とが接着されて内部空間９０が密閉される（ステップＳ１３）。これにより、内部空間９０が吸湿剤２２により確実に除湿され、耐湿信頼性が向上する。

また、カバー部材２の鍔部２１と基板９とが接着されるため、鍔部２１がない場合に比べて接着される面積が大きく、基板９とカバー部材２との接合がより安定する。その結果、内部空間９０の密閉の信頼性が向上される。なお、鍔部２１は凹部２３の外側を向くように形成されてもよい。

次に、基板９の裏面（内部空間９０とは反対側の主面）の少なくとも電極部分がマスク材により被覆された後、電子素子パッケージ１に無電解メッキが施され、ニッケルメッキ層および金メッキ層（以下、「メッキ層」と総称する。）が順次形成されて電子素子パッケージ１（およびマスク材）の表面が覆われる。電子素子パッケージ１では、無電解メッキを利用することメッキ層である金属膜を容易に形成することができる。さらに、接着剤３に銀粒子が含まれているため、接着剤３の外側の表面においてニッケルメッキ層が安定して成長しやすく（メッキが乗りやすく）、金属膜をより容易に形成することができる。

電子素子パッケージ１のメッキが終了すると、電子素子パッケージ１からマスク材が除去され、マスク材により被覆された部位以外の表面にのみメッキ層が残されることによりニッケルおよび金により形成される被膜４を有する電子素子パッケージ１の製造が完了する（ステップＳ１４）。

以上に説明したように、電子素子パッケージ１では、低温（通常のはんだやガラスパウダー接合に比べて低温であり、好ましくは、１５０℃以下）にて硬化する接着剤３により基板９とカバー部材２とが接着され、半導体素子７１が収納された内部空間９０が密閉される。その結果、耐熱性の低い半導体素子７１であっても熱による損傷を与えることなく低温にて密閉空間内に収納することができる。また、セラミックや金属等に比べて耐熱性の低い安価な樹脂製のカバー部材２を使用することができ、電子素子パッケージ１の製造コストを削減することができる。

電子素子パッケージ１では、接着剤３の外側の表面が金属の被膜４に覆われるため、水分等が接着剤３を通過して内部空間９０に浸入することが防止され、樹脂を主成分とする接着剤３の表面が外気中に露出している場合に比べて内部空間９０の気密性を向上することができる。また、樹脂製のカバー部材２の外側の表面も金属の被膜４にて覆われるため、ピンホールのない高い信頼性にて密閉された内部空間９０が実現される。

また、電子素子パッケージ１では、平坦な基板９上に実装された半導体素子７１が凹部２３を備える（凹状であることを含む。）カバー部材２により密封されるため、基板９にキャビティ（凹部）を形成する工程を省略することができ、電子素子パッケージ１の製造コストを削減することができる。特に、ＨＴＣＣに比べてキャビティの形成にコストを要するＬＴＣＣ製の基板９を用いる場合に、電子素子パッケージ１の製造コストを大きく削減することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、電子素子パッケージ１の製造終了時点において内部空間９０に存在するガスの水分含有量が十分に少ない場合には、吸湿剤２２は省略されてもよい。

カバー部材２は、製造コスト削減の観点からは樹脂により形成されることが好ましいが、金属やセラミック等の他の材料により形成されてもよい。基板９およびカバー部材２はそれぞれ、キャビティを有する基板（いわゆる、「キャビティ基板」）、および、キャビティの開口部を覆う平坦な蓋であってもよい。この場合であっても、基板９とカバー部材２とを接着剤３により接着し、接着剤３の外側の表面を金属の被膜４により覆うことにより、気密性の高い電子素子パッケージ１を低温にて製造することができる。

電子素子パッケージ１の製造工程において加熱処理を極力避けたい場合には、光硬化性樹脂等の加熱処理なしに硬化する接着剤３が、基板９とカバー部材２との接着に用いられる。この場合であっても、被膜４が無電解メッキにより接着剤３の外側の表面に形成されて、内部空間９０の気密性が向上される。

被膜４の形成は、作業の容易性および製造コストの削減という観点から無電解メッキにより行われることが好ましいが、接着剤３として導電性接着剤を使用している場合には電解メッキにより行うことも可能である。また、スパッタにより金属の被膜４が形成されてもよい。

本発明は、半導体素子以外の様々な種類の電子素子のパッケージに利用可能であり、耐熱性が低く、かつ、耐湿性も低い電子素子に対しても利用可能である。

一の実施の形態に係る電子素子パッケージの構成を示す断面図電子素子パッケージの製造工程を示す図

符号の説明

１電子素子パッケージ
２カバー部材
３接着剤
４被膜
９基板
２１鍔部
２２吸湿剤
２３凹部
７１半導体素子
９０内部空間
Ｓ１１〜Ｓ１４ステップ

Claims

電子素子パッケージであって、
電子素子と、
前記電子素子が収納される空間を形成する第１の容器部材および第２の容器部材と、
樹脂を主成分とし、前記第１の容器部材と前記第２の容器部材とを接着して前記空間を密閉する接着剤と、
前記接着剤の外側の表面を覆う金属膜と、
を備えることを特徴とする電子素子パッケージ。
請求項１に記載の電子素子パッケージであって、
前記金属膜がメッキ層であることを特徴とする電子素子パッケージ。
請求項２に記載の電子素子パッケージであって、
前記接着剤が、金属粒子を含むことを特徴とする電子素子パッケージ。
請求項１ないし３のいずれかに記載の電子素子パッケージであって、
前記電子素子が半導体素子であることを特徴とする電子素子パッケージ。
請求項１ないし４のいずれかに記載の電子素子パッケージであって、
前記電子素子が前記第１の容器部材に実装され、
前記第２の容器部材が樹脂により形成されることを特徴とする電子素子パッケージ。
請求項５に記載の電子素子パッケージであって、
前記第２の容器部材の外側の表面も金属膜により覆われていることを特徴とする電子素子パッケージ。
請求項５または６に記載の電子素子パッケージであって、
前記第１の容器部材が平坦な部材であり、前記第２の容器部材が前記第１の容器部材を覆う凹部を備えることを特徴とする電子素子パッケージ。
請求項７に記載の電子素子パッケージであって、
前記第２の容器部材が、前記凹部の縁に前記接着剤を介して前記第１の容器部材に接着される鍔部をさらに備えることを特徴とする電子素子パッケージ。
請求項１ないし８のいずれかに記載の電子素子パッケージであって、
前記空間内に吸湿剤をさらに備えることを特徴とする電子素子パッケージ。
電子素子パッケージの製造方法であって、
第１の容器部材に電子素子を実装する工程と、
樹脂を主成分とする接着剤により前記１の容器部材と第２の容器部材とを接着し、前記電子素子が収納される密閉された空間を形成する工程と、
前記接着剤の外側の表面を覆う金属膜を形成する工程と、
を備えることを特徴とする電子素子パッケージの製造方法。
請求項１０に記載の電子素子パッケージの製造方法であって、
前記金属膜がメッキにより形成されることを特徴とする電子素子パッケージの製造方法。
請求項１０または１１に記載の電子素子パッケージの製造方法であって、
前記空間を形成する工程の前に、前記第２の容器部材の前記空間側の面に吸湿剤を設ける工程をさらに備えることを特徴とする電子素子パッケージの製造方法。