JP2010021429A - 電子機器およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電子部品を封止する樹脂部の熱膨張係数が効果的に抑制された電子機器およびその製造方法を提供する。
【解決手段】電子機器は、可動部分の変位により力を検出する機能を有する角速度センサである。電子機器は、電子部品10と、電子部品10を封止する樹脂部20と、リードフレーム30と、ワイヤ40とを含む。樹脂部20は、フィラー21を含む。フィラー21は、負の熱膨張係数を有する。フィラー21は、マンガン窒化物、タングステン酸ジルコニウム、ならびにリチウム酸化粒、アルミニウム酸化物およびシリコン酸化物からなる三元系酸化物からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む。
【選択図】図3
【解決手段】電子機器は、可動部分の変位により力を検出する機能を有する角速度センサである。電子機器は、電子部品10と、電子部品10を封止する樹脂部20と、リードフレーム30と、ワイヤ40とを含む。樹脂部20は、フィラー21を含む。フィラー21は、負の熱膨張係数を有する。フィラー21は、マンガン窒化物、タングステン酸ジルコニウム、ならびにリチウム酸化粒、アルミニウム酸化物およびシリコン酸化物からなる三元系酸化物からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む。
【選択図】図3
Description
本発明は、電子機器およびその製造方法に関し、特に、電子部品を封止する樹脂部を含む電子機器およびその製造方法に関する。
特開平5−218493号公報(特許文献1)には、発光素子および受光素子が透光性樹脂で一次モールドされ、さらに遮光性樹脂で二次モールドされた光結合装置において、遮光性樹脂との熱膨張係数の差を緩和するために、透光請樹脂にフィラーを含有させることが記載されている。
特開2006−179804号公報(特許文献2)には、半導体チップを封止するモールド樹脂部が、シリカガラスからなる透明フィラーを含有するフェノール系硬化樹脂を含むことを特徴とする光半導体素子が記載されている。当該文献では、モールド樹脂部の線膨張係数を低減できるとされている。
特開平5−218493号公報
特開2006−179804号公報
しかしながら、特許文献1,2では、正の熱膨張係数を有するフィラーを樹脂部に含有させているに過ぎない。したがって、フィラーを多く添加しても、効果的に熱膨張係数を低減できないという問題がある。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電子部品を封止する樹脂部の熱膨張係数が効果的に抑制された電子機器およびその製造方法を提供することにある。
本発明に係る電子機器は、電子部品と、電子部品を封止する樹脂部とを備える。上記樹脂部は、負の熱膨張係数を有するフィラーを含む。なお、「負の熱膨張係数」とは、温度が上昇すると体積が小さくなる特性を意味する。
好ましくは、上記電子機器において、フィラーは、マンガン窒化物、タングステン酸ジルコニウム、ならびにリチウム酸化粒、アルミニウム酸化物およびシリコン酸化物からなる三元系酸化物からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む。
好ましくは、上記電子機器において、電子部品は、キャビティと、該キャビティ内に設けられた可動部分とを含む。
好ましくは、上記電子機器において、電子部品は、可動部分の変位により力を検出する機能を有する。
好ましくは、上記電子機器は、角速度センサである。
好ましくは、上記電子機器において、電子部品は、シリコン材料からなる第1の基板と、第1の基板の主面上および裏面上に設けられ、シリコン材料またはガラス材料からなる2枚の第2の基板とを含む三層構造を有する。
好ましくは、上記電子機器において、電子部品は、シリコン材料からなる第1の基板と、第1の基板の主面上および裏面上に設けられ、シリコン材料またはガラス材料からなる2枚の第2の基板とを含む三層構造を有する。
本発明に係る電子機器の製造方法は、電子部品を準備する工程と、電子部品をリードフレーム上に実装する工程と、リードフレーム上に実装された電子部品を、負の熱膨張係数を有するフィラーを添加した樹脂でモールドする工程と、樹脂を硬化させる工程とを備える。
本発明によれば、電子機器において、電子部品を封止する樹脂部の熱膨張係数を効果的に抑制することができるので、電子部品に発生する応力を効果的に緩和することができる。
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。
図1は、本発明の1つの実施の形態に係る電子機器に含まれる振動子の構造を示す平面図である。図2は、図1に示す振動子に含まれる振動子基板と保護基板とを接合した状態の一部を示す断面図である。
本実施の形態に係る電子機器は、角速度検出素子としての振動子1を備えている。この振動子1は、静電駆動/容量検出型で、かつ非共振型のものであって、たとえば単結晶または多結晶の低抵抗なシリコン材料からなる振動子基板2と、この振動子基板2の主面上および裏面上に設けられたたとえば高抵抗なシリコン材料またはガラス材料等からなる保護基板3とを含む三層構造を有する。そして、両基板2,3は、振動子基板2の可動部分を収納するためのキャビティ4が形成される箇所を除いてたとえば陽極接合等の接合方法により一体的に接合されている。また、キャビティ4内は振動ダンピングを低減するために真空状態あるいは低圧力状態に保たれている。
振動子基板2には、エッチング処理等の微細加工を施すことにより、第1〜第4の各質量部71〜74、駆動梁8、第1,第2モニター電極91,92、第1〜第4駆動電極101〜104、第1〜第4検出電極161〜164、および接地電極181,182などが形成されている。
ここで、図1において、振動子1の長手方向をY軸方向、これに直交する短手方向をX軸方向、両軸に共に直交する紙面に垂直な方向をZ軸方向としたとき、第1〜第4の各質量部71〜74は、部分的に接地電極181,182に接続された駆動梁8によってY軸方向に沿って直列に支持されており、これによって第1〜第4の各質量部71〜74はX軸方向に沿って振動可能な状態になっている。すなわち、第1〜第4の各質量部71〜74および駆動梁8が可動部分となっており、第1,第2モニター電極91,92、第1〜第4駆動電極101〜104、および接地電極181,182が固定部となっている。
上記の第1質量部71においては、第1モニター電極91および第1,第2の駆動電極101,102の櫛歯状部分に対向するように左右に突出形成された櫛歯状の可動側電極111a,111b,111cが設けられている。
また、第2質量部72は、駆動梁8により支持された四角形の第1駆動枠121と、第1駆動枠121の内側において上下の第1検出梁131により支持された2つの四角形を連接した形状の第1検出枠141とを有する。第1駆動枠121の外側には第1質量部71に近接して上記の第1,第2駆動電極101,102の櫛歯状部分に対向した櫛歯状の可動側電極151a,151bが形成されている。また、第1検出枠141の2つの四角形部分の内側にはそれぞれ櫛歯状の第1,第2検出電極161,162にそれぞれ対向して櫛歯状の可動側電極171が形成されている。これにより、第1検出枠141は可動側電極171と共に第1検出梁131によってY軸方向に沿って振動可能な状態になっている。
上記の第4質量部74においては、第2モニター電極92および第3,第4の駆動電極103,104の櫛歯状部分に対向するように左右に突出形成された櫛歯状の可動側電極112a,112b,112cが設けられている。
また、第3質量部73は、駆動梁8により支持された四角形の第2駆動枠122と、第2駆動枠122の内側において上下の第2検出梁132により支持された2つの四角形を連接した形状の第2検出枠142とを有する。第2駆動枠122の外側には第4質量部74に近接して上記の第3,第4駆動電極103,104の櫛歯状部分に対向した櫛歯状の可動側電極152a,152bが形成されている。また、第2検出枠142の2つの四角形部分の内側にはそれぞれ櫛歯状の第3,第4検出電極163,164にそれぞれ対向して櫛歯状の可動側電極172が形成されている。これにより、第2検出枠142は可動側電極172と共に第2検出梁132によってY軸方向に沿って振動可能な状態になっている。
上記の第1,第2モニター電極91,92、第1〜第4駆動電極101〜104、第1〜第4検出電極161〜164、および接地電極181,182は、振動子基板2上の保護基板3との接合箇所の上に形成されていて固定状態になっている。そして、これらの固定側の各電極91,92、101〜104、161〜164、181,182は、図2に示すように各電極パッド5にそれぞれ個別に接続されており、これらの各電極パッド5を介して後述する外部の電気回路と電気的接続が可能になっている。なお、振動子1の可動部分は、駆動梁8を介して接地電極181,182と機械的かつ電気的に接続されていて接地電位に保たれている。
図3は、本実施の形態に係る電子機器を示す断面図である。図3に示す電子機器は、図1,図2に示す振動子1に対応する。すなわち、本実施の形態に係る電子機器は、可動部分の変位により力を検出する機能を有する角速度センサである。
図3を参照して、本実施の形態に係る電子機器は、電子部品10と、電子部品10を封止する樹脂部20と、リードフレーム30と、ワイヤ40とを含む構造を有する。樹脂部20は、フィラー21を含む。フィラー21は、負の熱膨張係数を有する。リードフレーム30は、リードフレーム31,32と、電子部品10が搭載されるリードフレーム33と備える。ワイヤ40は、電子部品10とリードフレーム31とを電気的に接続するワイヤ41と電子部品10とリードフレーム32とを電気的に接続するワイヤ42とを含む。
フィラー21は、マンガン窒化物、タングステン酸ジルコニウム、ならびにリチウム酸化粒、アルミニウム酸化物およびシリコン酸化物からなる三元系酸化物からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む。これにより、フィラー21に負の熱膨張係数を与えることができる。すなわち、本実施の形態では、フィラー21は、温度が上昇すると体積が小さくなる特性を有する。
このようにすることで、電子部品10を封止する樹脂部20の熱膨張係数を低減することができるので、電子部品10に発生する応力が効果的に緩和されたSSOP(Shrink Small-Outline Package)を提供することができる。
ここで、本実施の形態に係る電子機器の構成について、さらに具体的に説明する。一例として、樹脂部20を構成する樹脂は、エポキシ系の樹脂であり、その線膨張係数は、60ppm/℃程度である。リードフレーム30は、たとえば銅などの金属により構成される。リードフレーム30を銅で構成した場合、その線膨張係数は、17ppm/℃程度である。また、電子部品10を構成するガラスやシリコンの熱膨張係数は、3ppm/℃程度である。
フィラー21を構成するマンガン窒化物は、たとえば、(Mn0.96Fe0.04)3(Zn0.5Ge0.5)Nである。なお、マンガン窒化物の種類は、上記のものに限定されず、構成元素の種類や比率を変動させることにより、負の膨張係数の大きさを変動させることができる。
Mn3XN系のフィラー21を、たとえば60ppm/℃程度の線膨張係数を有する樹脂に対して67wt%程度添加することで、樹脂部20の線膨張係数を3ppm/℃程度にすることができ、70wt%程度添加することで、樹脂部20の線膨張係数を0ppm/℃程度とすることができる。
また、フィラー21として、タングステン酸ジルコニウム(ZrW2O8)を用いた場合、フィラー21を83wt%程度添加することで、樹脂部20の線膨張係数を3ppm/℃程度にすることができ、87wt%程度添加することで、樹脂部20の線膨張係数を0ppm/℃程度にすることができる。
また、フィラー21を構成するリチウム酸化粒、アルミニウム酸化物およびシリコン酸化物からなる三元系酸化物は、たとえば、Li2O−Al2O3−nSiO2である。これを、88wt%程度添加することで、樹脂部20の線膨張係数を3ppm/℃程度にすることができ、92wt%程度添加することで、樹脂部20の線膨張係数を0ppm/℃程度にすることができる。
なお、フィラー21を構成するマンガン窒化物、タングステン酸ジルコニウム、およびシリコン酸化には、それぞれ、表1に示すような負の熱膨張係数を与えることが可能である。
上記のように、負の熱膨張係数を有するフィラー21を樹脂部20に添加するにあたり、樹脂部20の線膨張係数を、電子部品10を構成するガラスやシリコンと略同じ線膨張係数に調整することが好ましい。たとえば、上記のように、電子部品10を構成するガラスやシリコンの線膨張係数が3ppm/℃程度であれば、樹脂部20の線膨張係数も3ppm/℃程度にすることが好ましく、近年開発されている低膨張係数のガラスを電子部品10に用いる場合には、樹脂部20の線膨張係数を0ppm/℃程度にすることが好ましい。
なお、樹脂部を構成するエポキシ樹脂(60ppm/℃程度)に対して、正の線膨張係数を有するシリカ(3〜7ppm/℃程度)やアルミナ(7〜8ppm/℃程度)をフィラーとして用いた場合、樹脂部の線膨張係数を電子部品10の線膨張係数に十分に近づけることができない。たとえば、フィラーとしてシリカを用いた場合、たとえば、70wt%程度のフィラーを添加しても、樹脂部の線膨張係数を30ppm/℃程度にまでしか低減できない。このため、応力が敏感に作用するMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の特性が、樹脂部の熱変化によって劣化してしまうことが懸念される。
これに対し、本実施の形態によれば、樹脂部20に負の熱膨張係数を有するフィラー21を添加することにより、樹脂部20内で熱膨張/熱収縮を相殺することができるので、電子部品10と樹脂部20との線膨張係数を近づけることができる。この結果、電子部品10に発生する応力を緩和することができる。特に、電子部品10が上述したキャビティ内に設けられた可動部分を有する角速度センサである場合、上記応力が計測結果に影響しやすい状態にあるため、フィラー21を添加して当該応力を緩和することによる効果が顕著である。
次に、図4を用いて、本実施の形態に係る電子機器の製造方法について説明する。まず、ステップ10(以下、「S10」のように略す。)において、電子部品10を準備する。次に、S20において、電子部品10をリードフレーム31上に実装する。次に、S30において、リードフレーム31上に実装された電子部品10を、負の熱膨張係数を有するフィラー21を添加した樹脂でモールドして樹脂部20を形成する。そして、S40において、樹脂部20を硬化させる。以上の工程により、図3に示す電子機器が得られる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 振動子、2 振動子基板、3 保護基板、4 キャビティ、5 電極パッド、8 駆動梁、10 電子部品、20 樹脂部、21 フィラー、30,31,32,33 リードフレーム、40,41,42 ワイヤ、71〜74 第1〜第4の各質量部、91,92 第1,第2モニター電極、101〜104 第1〜第4駆動電極、161〜164 第1〜第4検出電極、181,182 接地電極。
Claims (7)
- 電子部品と、
前記電子部品を封止する樹脂部とを備え、
前記樹脂部は、負の熱膨張係数を有するフィラーを含む、電子機器。 - 前記フィラーは、マンガン窒化物、タングステン酸ジルコニウム、ならびにリチウム酸化粒、アルミニウム酸化物およびシリコン酸化物からなる三元系酸化物からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む、請求項1に記載の電子機器。
- 前記電子部品は、キャビティと、該キャビティ内に設けられた可動部分とを含む、請求項1または請求項2に記載の電子機器。
- 前記電子部品は、前記可動部分の変位により力を検出する機能を有する、請求項3に記載の電子機器。
- 前記電子機器は、角速度センサである、請求項1から請求項4のいずれかに記載の電子機器。
- 前記電子部品は、シリコン材料からなる第1の基板と、前記第1の基板の主面上および裏面上に設けられ、シリコン材料またはガラス材料からなる2枚の第2の基板とを含む三層構造を有する、請求項1から請求項5のいずれかに記載の電子機器。
- 電子部品を準備する工程と、
前記電子部品をリードフレーム上に実装する工程と、
前記リードフレーム上に実装された前記電子部品を、負の熱膨張係数を有するフィラーを添加した樹脂でモールドする工程と、
前記樹脂を硬化させる工程とを備えた、電子機器の製造方法。
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