JP2005203539A - 電子デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フェースダウンボンディングによりチップが実装基板に搭載された電子デバイスにおいてバンプやチップ主面への封止樹脂の付着を防止する。
【解決手段】 素子基板の主面１１ａ上に所定の導体パターンが形成されたチップ１１と、チップ１１がバンプ１２を介してフェースダウンボンディングにより実装された実装基板１３と、チップ１１を包囲してこのチップ１１に密着するとともに実装基板１３の実装面と接触した熱収縮性の枠状部材１４と、バンプ１２および主面１１ａと非接触でチップ１１および枠状部材１４を覆って実装基板１３に接着され、チップ１１を気密封止するとともにチップ１１および枠状部材１４を実装基板１３に固定する樹脂１５とを有する構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は電子デバイスおよびその製造方法に関し、特にチップがフェースダウンボンディングで実装される電子デバイスに適用して有効な技術に関するものである。

所定の導体パターンにより回路素子が形成されたチップの実装形態として、当該チップが用いられる電子機器の小型化の要請から、実装面積を狭小化できるフェースダウンボンディングが用いられることがある。このフェースダウンボンディングは、チップの主面である素子形成面にバンプ（導体突起）を形成し、素子形成面が実装基板の実装面と対向するようにして、導体突起を介してチップを実装基板に電気的および機械的に接続するものである。

そして、チップ１１における主面（素子形成面）１１ａの保護と実装基板１３に対する接合強度のアップのために、図３に示すように、バンプ１２により形成されるチップ１１と実装基板１３との間の空隙に樹脂１５を流し込んで封止するＵｎｄｅｒ−ｆｉｌｌ処理が行われている。

ここで、ＭＭＩＣ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などの高周波デバイスでは、主面である素子形成面やバンプに付着した樹脂により周波数特性に悪影響が及ぶことがある。これは、素子の周囲は空気が存在するという前提で設計されているにも拘わらず、空気よりも誘電率の大きい樹脂が付着したためと考えられる。

チップをフェースダウンボンディングした電子デバイスにおけるＵｎｄｅｒ−ｆｉｌｌ処理の前後での周波数特性の変動を図４に示す。図４において、破線が樹脂封止前の周波数特性、実線が樹脂封止後の周波数特性である。図４に示すように、樹脂封止後では約５ＧＨｚ以上の周波数帯域において変動幅が大きくなり、樹脂封止後の周波数特性に比較して約３ＧＨｚ低くシフトしているのが分かる。

このような周波数特性の変動を防止するために、図５に示すように、フェースダウンボンディングにより実装基板１３に搭載されたチップ１１の周縁部に高粘度の樹脂１５を塗布し、主面１１ａである素子形成面には樹脂が付着しないようにしたＧｌｏｂ−ｔｏｐ処理が知られている。

しかしながら、この技術によっても、チップ周縁付近の電極パッドやバンプには樹脂が付着し、電極パッドやバンプはチップ上の回路素子よりも形状が大きいことから、図６に示すように、依然として特性変動を防止するには至っていない。

樹脂の付着による周波数特性の変動防止を目的として、たとえば特開平１１−２６０９４５号公報には、補強天板をチップに貼り付け、その周囲と実装基板との間に樹脂を充填する技術が開示されている。また、特開２００１−５３０９２号公報には、実装基板に搭載されたチップをフィルムシートで包み込む技術が開示されている。さらに、特開平１０−３２２７５号公報には、実装基板に搭載されたチップの周囲に接着樹脂を用いて枠材を固定し、枠材とチップとの空隙に樹脂材を充填する技術が開示されている。
特開平１１−２６０９４５号公報 特開２００１−５３０９２号公報 特開平１０−３２２７５号公報

しかしながら、特開平１１−２６０９４５号公報に記載の技術では、封止すべき間隙（つまり、補強天板と実装基板との間隙）が高く、しかも横から樹脂を注入するようになるので、樹脂の拡がり量が大きくなって実質的な実装面積が大きくなる。また、樹脂をチップに触れないようにするためには天板を十分に大きくする必要があり、小型化の要請に反する。

また、特開２００１−５３０９２号公報に記載の技術では、フィルムシートがチップを覆っているだけなので、チップの実装基板に対する機械的保持はバンプのみで行われるようになり、十分なシェア強度が確保されずに耐振動衝撃性に問題がある。

そして、特開平１０−３２２７５号公報に記載の技術では、枠材を実装基板に押し付けて固定する際に枠材を実装基板に固定するための封止樹脂が内側にはみ出してバンプや素子形成面に付着するおそれがある。

そこで、本発明は、フェースダウンボンディングによりチップが実装基板に搭載された電子デバイスにおいて導体突起やチップの主面への封止樹脂の付着を防止することのできる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る電子デバイスは、素子基板の主面上に所定の導体パターンが形成されたチップと、前記チップが導体突起を介してフェースダウンボンディングにより実装された実装基板と、前記チップを包囲して当該チップに密着するとともに前記実装基板の実装面と接触した熱収縮性の枠状部材と、前記導体突起および前記主面と非接触で前記チップおよび前記枠状部材を覆って前記実装基板に接着され、前記チップを気密封止するとともに前記チップおよび前記枠状部材を前記実装基板に固定する樹脂とを有することを特徴とする。

本発明の好ましい形態において、前記樹脂の粘度は１０〜８０Ｐａ・ｓであることを特徴とする。

本発明のさらに好ましい形態において、前記樹脂は熱硬化樹脂またはＵＶ硬化樹脂であることを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る電子デバイスの製造方法は、素子基板の主面上に所定の導体パターンが形成されたチップを用意し、導体突起を介して前記チップをフェースダウンボンディングにより実装基板に実装し、前記チップを取り囲むようにして前記実装基板上に熱収縮性の枠状部材を載置し、前記枠状部材を加熱、収縮させてこれを前記チップに密着させ、前記チップおよび前記枠状部材を覆って前記実装基板まで至るように樹脂を塗布してこれを硬化させることを特徴とする。

本発明の好ましい形態において、１０〜８０Ｐａ・ｓの粘度を有する樹脂を用いることを特徴とする。

本発明のさらに好ましい形態において、熱硬化性またはＵＶ硬化性の樹脂を用いることを特徴とする。

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。

すなわち、フェースダウンボンディングによりチップが実装基板に搭載された電子デバイスにおいて、熱収縮性の枠状部材を用いてこれをチップに密着させるとともに実装基板の実装面と接触させ、樹脂でチップと枠状部材とを覆うようにして実装基板に接着しているので、枠状部材とチップとの隙間が殆どなくなり、空気よりも誘電率の大きい封止樹脂が内部に浸入して導体突起および主面に付着することがなくなる。

これにより、誘電率の大きな封止樹脂の付着による周波数特性のシフトが防止できる。

また、枠状部材はチップに密着しているので、ワンチップ当たりの実装面積をセーブすることができ、実装効率の向上を図ることが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。

図１は本発明の一実施の形態における電子デバイスを示す断面図、図２は図１の電子デバイスにおける樹脂封止前後での周波数特性の変動を示すグラフである。

図１において、本実施の形態の電子デバイス１０は、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）単結晶などの素子基板の主面１１ａ上に所定の導体パターンにより回路素子が形成された高周波デバイスであるＭＭＩＣなどのチップ１１が、チップ１１の同じく主面１１ａに設けられたはんだバンプやスタッドバンプなどのバンプ（導体突起）１２を介してフェースダウンボンディングにより実装基板１３に実装されたものである。

実装基板１３には、熱収縮性を有する樹脂製の枠状部材１４が、チップ１１を包囲してこのチップに密着している。また、この枠状部材１４は実装基板１３の実装面とも接触している。なお、枠状部材１４を構成する熱収縮性樹脂としては、たとえばポリエステル系、ポリオレフィン系、ＰＴＦＥ系（フッ素）、ポリ塩化ビニル系等を用いることができる。但し、熱収縮性樹脂はこれらに限定されるものではない。

そして、バンプ１２や主面１１ａと非接触でチップ１１および枠状部材１４を覆って実装基板１３に接着した樹脂（封止樹脂）１５が塗布されている。このような樹脂１５によりチップ１１が気密封止されるとともに、チップ１１および枠状部材１４が実装基板１３に固定される。

なお、樹脂１５が主面１１ａと実装基板１３との間隙にまで流れ込んだりバンプ１２に付着しないようにするため、枠状部材１４の高さは少なくともバンプ１２の高さと同じ、望ましくはバンプ１２の高さよりも５０μｍ以上高くなっている。但し、チップ１１をハンドリングするためのコレット（図示せず）がチップ１１よりも大きい場合であって枠状部材１４を実装基板１３に載置した後にチップ１１を実装する場合には、コレットと枠状部材１４との干渉を防止するために、枠状部材１４の高さはチップ１１の高さよりも低くするのがよい。

以上に説明した電子デバイス１０における樹脂封止前後での周波数特性の変動を図２に示す。図示するように、空気よりも誘電率の大きい樹脂１５がバンプ１２および主面１１ａと接触しなくなり、周波数特性のシフトは殆ど発生していない。

次に、このような構成を有する電子デバイスの製造方法について説明する。

先ず、前述したチップ１１を用意し、これをフェースダウンボンディングによりバンプ１２を介して固相拡散接合技術を用いて実装基板１３の所定位置に実装する。

次に、チップ１１を取り囲むようにして実装基板１３上に熱収縮性の枠状部材１４を載置する。そして、たとえば１００〜１４０℃に調温されたリフロー炉に１分間投入することによりこれを加熱、収縮させてチップ１１に密着させる。

枠状部材１４をチップ１１に密着させたならば、チップ１１および枠状部材１４を覆って実装基板１３まで至るように樹脂１５を塗布する。最後に、たとえば樹脂１５がＵＶ硬化型であればＵＶ光を照射することにより、熱硬化型であれば加熱することにより、当該樹脂１５を硬化させる。

ここで、チップ１１および枠状部材１４を覆う樹脂１５の粘度について説明する。

本発明者は、樹脂粘度を７，１０，３０，５０，８０，１００，１２０Ｐａ・Ｓの７種類に異ならせた電子デバイスを各１０個ずつ、合計７０個作製し、それぞれについて周波数特性のシフト発生率、耐衝撃性、耐湿性、塗布性についての評価を行った。耐衝撃性試験は、高さ１ｍからコンクリート上に自重落下させてチップの剥離状態を見た。耐湿試験は温度８５℃、湿度８５％の雰囲気下に２００時間放置した後の特性変動の有無を見た。塗布性は、樹脂が塗布ムラなどが発生することなく規定の領域に塗布されているか否かを見た。

評価結果を表１に示す。

表１に示すように、樹脂粘度が約１０〜８０Ｐａ・ｓの範囲（実施例２〜５）では、樹脂の流動が適度に保たれ、バンプや導体パターンの形成された素子基板の主面に到達しない程度で固定できる。これにより、樹脂がバンプや素子基板の主面に接触することはないので、周波数特性のシフトは生じず、なおかつ耐湿性、耐衝撃性および塗布性に優れた電子デバイスを得ることができる。

一方、実施例１のように樹脂粘度が７Ｐａ・Ｓと１０Ｐａ・Ｓを下回ると、枠状部材とチップとの微小な隙間、あるいは枠状部材と実装基板との微小な隙間から極めて低粘度の樹脂がバンプや主面へ浸入して周波数特性がシフトするおそれが生じ、また耐衝撃性も劣化した。さらに、低粘度のため、塗布した樹脂が周辺にまで必要以上に拡がる傾向が認められ、塗布性がやや悪化した。

また、実施例６，７のように樹脂粘度が１００Ｐａ・ｓ以上では、高粘度のためにバンプや主面への樹脂の流れ込みによる周波数特性のシフトは生じないものの、固定のための樹脂流し込みが困難になるために、塗布ムラや気泡が発生し、塗布性が実施例１の場合以上に悪化した。また、このように固定そのものが不完全となることから、耐湿性と耐衝撃性が極めて劣化した。

以上のことから、１０〜８０Ｐａ・ｓの粘度の樹脂１５を用いるのがよい。なお、既に述べたように樹脂種は熱硬化型およびＵＶ硬化型の何れでもよいが、ＵＶ硬化性樹脂では硬化時の粘度低下が少なく、熱硬化性樹脂ではＵＶ光の照射が不要なために工程数が少なくなるので、これらの特性を考慮して使い分ければよい。

このように、本実施の形態によれば、フェースダウンボンディングによりチップ１１が実装基板１３に搭載された電子デバイス１０において、熱収縮性の枠状部材１４を用いることによりこの枠状部材１４をチップ１１に密着させるとともに実装基板１３の実装面と接触させておき、樹脂１５でチップ１１と枠状部材１４とを覆うようにして実装基板に接着しているので、枠状部材１４とチップ１１との隙間が殆どなくなる。よって、８０Ｐａ・Ｓという比較的高粘度の樹脂のみならず、ヌレ性が良好なために実装基板１３との密着性がアップして接着強度の向上を図ることのできる１０Ｐａ・Ｓ程度までの比較的低粘度の樹脂を用いても、空気よりも誘電率の大きい封止樹脂が内部に浸入してバンプ１２および主面１１ａに付着することはない。

これにより、誘電率の大きな樹脂の付着による周波数特性のシフトを防止することが可能になる。

また、枠状部材１４はチップ１１に密着しているので、ワンチップ当たりの実装面積をセーブすることができ、実装効率の向上を図ることが可能になる。

以上の説明においては、実装基板１３に実装されるチップ１１として高周波デバイスであるＭＭＩＣが適用されているが、本発明におけるチップの種類はＭＭＩＣに限定されるものではなく、素子基板上に導体パターンが形成された様々なチップを適用することが可能である。

本発明の一実施の形態における電子デバイスを示す断面図である。 図１の電子デバイスにおける樹脂封止前後での周波数特性の変動を示すグラフである。 従来の電子デバイスにおける封止形態の一例を示す断面図である。 図３の電子デバイスにおける樹脂封止前後での周波数特性の変動を示すグラフである。 従来の電子デバイスにおける封止形態の他の一例を示す断面図である。 図５の電子デバイスにおける樹脂封止前後での周波数特性の変動を示すグラフである。

符号の説明

１０ 電子デバイス
１１ チップ
１１ａ 主面
１２ バンプ（導体突起）
１３ 実装基板
１４ 枠状部材
１５ 樹脂

Claims (6)

1. 素子基板の主面上に所定の導体パターンが形成されたチップと、
   前記チップが導体突起を介してフェースダウンボンディングにより実装された実装基板と、
   前記チップを包囲して当該チップに密着するとともに前記実装基板の実装面と接触した熱収縮性の枠状部材と、
   前記導体突起および前記主面と非接触で前記チップおよび前記枠状部材を覆って前記実装基板に接着され、前記チップを気密封止するとともに前記チップおよび前記枠状部材を前記実装基板に固定する樹脂と、
   を有することを特徴とする電子デバイス。
2. 前記樹脂の粘度は１０〜８０Ｐａ・ｓであることを特徴とする請求項１記載の電子デバイス。
3. 前記樹脂は熱硬化樹脂またはＵＶ硬化樹脂であることを特徴とする請求項１または２記載の電子デバイス。
4. 素子基板の主面上に所定の導体パターンが形成されたチップを用意し、
   導体突起を介して前記チップをフェースダウンボンディングにより実装基板に実装し、
   前記チップを取り囲むようにして前記実装基板上に熱収縮性の枠状部材を載置し、
   前記枠状部材を加熱、収縮させてこれを前記チップに密着させ、
   前記チップおよび前記枠状部材を覆って前記実装基板まで至るように樹脂を塗布してこれを硬化させることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
5. １０〜８０Ｐａ・ｓの粘度を有する樹脂を用いることを特徴とする請求項４記載の電子デバイスの製造方法。
6. 熱硬化性またはＵＶ硬化性の樹脂を用いることを特徴とする請求項４または５記載の電子デバイスの製造方法。

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