JP2010272548A - 素子実装モジュール及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 特に、素子のゆがみを抑制でき、素子特性を良好に保つことが可能な素子実装モジュール及びその製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】 パッケージ１１と、前記パッケージ１１の収納部１４に実装されるＭＥＭＳ素子１２とを備える。前記パッケージ１１に形成された導電パッドと、前記ＭＥＭＳ素子に形成された電極部間がワイヤボンディングにて電気的に接続されている。そして、前記ワイヤボンディングによるワイヤ１８上を覆うとともに、前記収納部１４の壁面１４ｅから底面１４ｄにかけて前記ＭＥＭＳ素子１２との間にゲル状のポッティング材１７が充填されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、パッケージと、前記パッケージの収納部に実装される素子とを備える素子実装モジュールに係り、特に、素子のゆがみを抑制でき、素子特性を良好に保つことが可能な素子実装モジュール及びその製造方法に関する。
ＭＥＭＳ（微小電気機械システム：Micro ElectroMechanical System）素子として、例えば圧力センサ素子や加速度センサ素子などが知られている。
図１５は従来のＭＥＭＳ素子実装モジュールである。図１５に示すように、ＭＥＭＳ素子３は、パッケージ１に設けられた収納部２の底面２ａに、ダイボンディング接着剤４にて接着されている。
また図１５に示すように、前記ＭＥＭＳ素子３の電極部（図示しない）と前記パッケージ１に設けられた導電パッド間がワイヤボンディングされ、前記ＭＥＭＳ素子３と前記収納部２の壁面２ｂ間にはポッティング材５が充填されている。前記ポッティング材５は前記ワイヤボンディングによるワイヤ６上を覆っている。さらに前記収納部２上は蓋体７にて閉じられている。
図１５に示すように、前記ダイボンディング接着剤４を用いることで前記ＭＥＭＳ素子３を前記パッケージ１の収納部２内に適切に接着固定できるため、前記ワイヤボンディングを適切に行うことが可能である。前記ダイボンディング接着剤４の硬さはＪＩＳタイプＡ（硬度Ａ）にて評価される。
また図１５に示すように、前記ワイヤ６上を前記ダイボンディング接着剤４よりも軟らかいポッティング材で覆うことで、外力等が作用したときでも、前記ワイヤ６の断線を防止できる。
特開平６−１２０５２７号公報 特開平１１−３０４６１９号公報 特開平１１−２６６５４号公報 特開平５−１２９４７４号公報 特開２００７−４２７０２号公報
しかしながら、前記ＭＥＭＳ素子３とパッケージ材料との線膨張係数が大きく相違するために、前記ダイボンディング接着剤４の硬度が高いと、前記ダイボンディング接着剤４を加熱硬化したときに、前記ダイボンディング接着剤４を介した前記パッケージ１に対する前記ＭＥＭＳ素子３のゆがみが保持されてしまい、素子特性（素子感度）のばらつきの原因となったり、ＭＥＭＳ素子３の温度特性に影響を与えることがわかった。すなわちMEMS素子において、パッケージ１とＭＥＭＳ素子３の熱膨張係数に違いにより、高温領域または低温領域でのひずみの影響を受け素子特性が変化する。また、これらの影響はＭＥＭＳ素子３が小型化・薄型化するに伴い大きくなる傾向がある。
特に、上記したように微細加工によるＭＥＭＳ素子３を使用した場合、前記ＭＥＭＳ素子３をパッケージ１の収納部２内に硬度が高いダイボンディング接着剤４にて接着固定してしまうと、前記ＭＥＭＳ素子３が非常にゆがみやすくなった。
例えば上記した特許文献１では、シリコーン系ゲルから成る接着剤（２０）により半導体チップ（１０）をパッケージ（１２）内に固定している（括弧内の数字はいずれも特許文献１で付されている符号）。
しかし特許文献１に示す実装方法では、外力等に対して極めて不安定であり、特に、ワイヤ（特許文献１のリード１４）が断線しやすい。
また特許文献１では、どのようにしてワイヤボンディングを行ったか不明である。すなわち、非常に軟らかいシリコーン系ゲルの上に半導体チップ（１０）を載置した状態では、半導体チップ（１０）が極めて不安定であるため、半導体チップ（１０）とパッケージ（１２）間にワイヤボンディングを適切に行うことができないと考えられる。
また他の特許文献２〜５に記載された発明には、上記に記載した従来に対する課題認識が無く、当然、それを解決する手段も明記されていない。
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、素子のゆがみを抑制でき、素子特性を良好に保つことが可能な素子実装モジュール及びその製造方法を提供することを目的としている。
本発明における素子実装モジュールは、パッケージと、前記パッケージの収納部に実装される素子と、を備え、
前記パッケージに形成された導電パッドと、前記素子に形成された電極部間がワイヤボンディングにて電気的に接続されており、
前記ワイヤボンディングによるワイヤ上を覆うとともに、前記収納部の壁面から底面にかけて前記素子との間にゲル状のポッティング材が充填されていることを特徴とするものである。
これにより、素子実装モジュールに外力が作用しても、ワイヤや素子を外力から適切に保護できるとともに、加熱時に、従来に比べて前記素子に作用するストレス（応力）を緩和できることで、前記素子のゆがみを抑制でき、素子感度のばらつきを適切に抑制でき、また良好な温度特性を得ることができる。
本発明では、前記素子はＭＥＭＳ（微小電気機械システム）素子であることが好ましい。本発明では、前記素子にＭＥＭＳ素子を使用しても、従来に比べて加熱時に前記素子に作用するストレスを緩和でき、前記素子のゆがみを効果的に抑制できる。
また本発明では、前記素子は圧力センサ素子あるいは加速度センサ素子であることが好ましい。後述する実験によれば、常温使用時でのセンサ感度のばらつきを適切に抑制できる。また、後述する実験によれば、前記センサ素子の温度特性も良好であることがわかっている。
また本発明では、前記素子の上面も前記ポッティング材で覆われており、前記素子は前記ポッティング材内に前記収納部の底面から浮いた状態で埋設されていることが好ましい。前記素子の上面も前記ポッティング材で覆うことで、前記素子を前記ポッティング材内に完全に埋設でき、ワイヤ及び素子を外力等からより効果的に保護できる。
また本発明では、前記ポッティング材は、シリコーン系であることが好ましい。
また本発明は、パッケージに設けられた収納部内に素子を実装してなる素子実装モジュールの製造方法において、
少なくとも、前記収納部内に載置した素子の表面の電極部と前記パッケージの導電パッド間をワイヤボンディングするまでの間、所定の固定手段にて、前記素子を前記収納部内に固定する工程と、
前記ワイヤボンディング後に、加熱硬化によりゲル状となる加熱硬化前のポッティング材を、前記収納部の壁面と前記素子との間に流し込むとともに、加熱硬化前の前記ポッティング材にてワイヤ上を覆い、さらに、この工程と同じ工程時に、あるいは、前記素子を収納部に載置する段階で、前記収納部の底面と前記素子との間に加熱硬化前の前記ポッティング材を介在させ、その後、加熱硬化により前記ポッティング材をゲル状にする工程と、を有することを特徴とするものである。
本発明では、従来のように、ダイボンディング接着剤を使用しなくても、所定の固定手段により素子を収納部内に固定してワイヤボンディングを施すことができる。そして最終形態として、前記ワイヤボンディングによるワイヤ上を覆うとともに、前記収納部の壁面から底面にかけて前記素子との間にゲル状のポッティング材が充填されるので、素子実装モジュールに外力が作用しても、ワイヤ及び素子を外力から適切に保護できるとともに、従来に比べて前記素子に作用するストレス（応力）を緩和でき、加熱後においても前記素子のゆがみを抑制できる素子実装モジュールを簡単且つ適切に製造できる。
また本発明では、次の工程を備えることが好ましい。
（ａ） 前記収納部の底面に、加熱硬化前の前記ポッティング材（第１のポッティング材）を塗布し、前記第１のポッティング材上に前記素子を載置する工程、
（ｂ） 前記素子上を横断するように前記パッケージに設けられたダミーパッド間をワイヤボンディングして、前記素子を前記収納部内に固定する工程、
（ｃ） 前記素子の電極部と前記パッケージの導電パッド間をワイヤボンディングする工程、
（ｄ） 前記素子と前記パッケージの壁面間に加熱硬化前の前記ポッティング材（第２のポッティング材）を流し込むとともに、前記第２のポッティング材にて、前記（ｃ）工程によるワイヤ上を覆う工程、
（ｅ） 前記第１のポッティング材及び前記第２のポッティング材を加熱硬化してゲル状にする工程。
前記（ａ）工程時、前記第１のポッティング材を仮硬化することが好ましい。
上記（ｂ）工程に示すように、前記素子上を横断するように、パッケージのダミーパッド間をワイヤボンディングして、前記素子を前記収納部内に固定することで、従来のように、ダイボンディング接着剤を用いずとも、前記（ｃ）工程で、素子の電極部と前記パッケージの導電パッド間を適切にワイヤボンディングできる。この製造方法では、（ａ）工程で、前記収納部の底面に、加熱硬化前の前記ポッティング材（第１のポッティング材）を塗布し、前記第１のポッティング材上に前記素子を載置しているため、最終形態として、簡単に、前記収納部の底面と前記素子間に適切にゲル状のポッティング材を充填した状態にできる。また、前記第１のポッティング材を前記（ａ）工程で仮硬化しておくことで、素子の位置ずれを抑制できるとともに次工程でのパッド間のワイヤボンディングを簡単且つ適切に行うことが可能である。
あるいは本発明では、次の工程を備えることが好ましい。
（ｆ） 前記収納部の底面に前記素子を載置し、このとき押え治具を用いて前記素子を前記収納部内に固定する工程、
（ｇ） 前記押え治具による固定状態を維持しながら、前記素子の電極部と前記パッケージの導電パッド間をワイヤボンディングする工程、
（ｈ） 前記押え治具を外す工程、
（ｉ） 加熱硬化前の前記ポッティング材を、前記パッケージの壁面から底面にかけて素子との間に流し込むとともに、前記ポッティング材にて前記ワイヤ上を覆う工程、
（ｊ） 前記ポッティング材を加熱硬化してゲル状にする工程。
前記（ｆ）工程に示すように、押え治具を用いて、前記素子を前記収納部内に固定した状態にしているので、従来のように、ダイボンディング接着剤を用いずとも、前記（ｇ）工程で、素子の電極部と前記パッケージの導電パッド間を適切にワイヤボンディングできる。また前記（ｈ）工程で押え治具を外すと、若干、素子はワイヤの張力により上方に浮き上がる。よって、前記（ｉ）工程で、加熱硬化前のポッティング材を、前記パッケージの壁面と素子間に流し込むと、前記ポッティング材の一部は毛細管現象で、前記素子と前記収納部の底面間にも流れるので、最終形態として、簡単に、前記収納部の壁面から底面にかけて前記素子間に適切にゲル状のポッティング材を充填した状態にできる。
また本発明では、加熱硬化前の前記ポッティング材にて前記素子の上面も覆い、加熱硬化によりゲル状の前記ポッティング材にて前記素子の上面も覆うことも可能である。これにより例えば、加熱硬化前の前記ポッティング材が、前記素子の上面に流れないように突出する堰止め部材（ダム部材）を設ける必要がなく、ポッティング材の充填工程を簡単に行うことが可能になる。
また本発明では、前記素子にはＭＥＭＳ（微小電気機械システム）素子を用いることが好ましい。本発明では、このように微細加工によるＭＥＭＳ素子を用いたときに特に有効な製造方法である。
また本発明では、前記素子には圧力センサ素子あるいは加速度センサ素子を用いることが好ましい。
また本発明では、前記ポッティング材には、シリコーン系を用いることが好ましい。
本発明における素子実装モジュールによれば、素子実装モジュールに外力が作用しても、ワイヤ及び素子を外力から適切に保護できるとともに、加熱時に、従来に比べて前記素子に作用するストレス（応力）を緩和できることで、前記素子のゆがみを抑制でき、素子感度のばらつきを適切に抑制でき、また良好な温度特性を得ることができる。
図１（ａ）は、本実施形態におけるＭＥＭＳ素子実装モジュールの断面図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）に示すＭＥＭＳ素子実装モジュールをＡ−Ａ線から厚さ方向に切断し、その切断面を矢印方向から示した断面図であるので、実際にはワイヤ１８はポッティング材１７に隠れて見えないが、図１（ａ）では説明の便宜上、ワイヤ１８を図示することとした。図１（ｂ）は、前記ＭＥＭＳ素子実装モジュールの平面図（ただし蓋体１３及びポッティング材１７を図示していない）、図２は図１（ａ）とは別の実施形態におけるＭＥＭＳ素子実装モジュールの断面図、図３は図１（ａ）とは別の実施形態におけるＭＥＭＳ素子実装モジュールの断面図、である。
図１に示すＭＥＭＳ素子実装モジュール１０は、パッケージ１１とＭＥＭＳ素子１２、及び蓋体１３を有して構成される。
図１（ａ）（ｂ）に示すように前記パッケージ１１は直方体形の外観を備え、その中央に上面側が開口された収納部１４が形成されている。前記収納部１４は上面側に開口の大きい上方収納部１４ａと、前記上方収納部１４ａの下方に開口が一回り小さい下方収納部１４ｂとで構成される。前記上方収納部１４ａと下方収納部１４ｂとの段差部１４ｃの上面１４ｃ１には、例えばＭＥＭＳ素子１２に形成された電極部１６の数と同じか、もしくはそれ以上の数の導電パッド１５が形成されている。前記導電パッド１５は、前記パッケージ１１内の配線層（図示しない）を介してパッケージの表面から露出する外部端子（図示しない）に接続されている。
前記収納部１４内に収納されるＭＥＭＳ素子１２は、その幅寸法（Ｘ方向への寸法）Ｔ２及び長さ寸法（Ｙ方向への寸法）Ｌ２が、前記収納部１４の下方収納部１４ｂの幅寸法Ｔ１及び長さ寸法Ｌ１よりも小さい。
前記ＭＥＭＳ素子１２の「ＭＥＭＳ」とは「Micro ElectroMechanical Systems（微小電気機械システム）の頭文字を取ったものであり、Ｓｉ基板を微細加工してなるデバイスである。前記ＭＥＭＳ素子１２は、センサ、あるいはそれ以外の部品であってもよいが、前記ＭＥＭＳ素子１２がセンサ素子であるとき、圧力センサ素子あるいは加速度センサ素子であることが本実施形態の適用により適している。
図１（ａ）に示すように前記ＭＥＭＳ素子１２の上面１２ａには複数の電極部１６が形成されている。
そして前記ＭＥＭＳ素子１２の電極部１６と前記パッケージ１１の導電パッド１５間がワイヤボンディングされている。
図１（ａ）に示すように前記ＭＥＭＳ素子１２の下面１２ｂは、前記収納部１４の底面１４ｄに接しておらず、上方に若干、浮いている。そして、前記収納部１４の壁面１４ｅから前記底面１４ｄにかけて前記ＭＥＭＳ素子１２との間にゲル状のポッティング材１７が充填されている。前記ポッティング材１７はワイヤボンディングによるワイヤ１８上も適切に覆っている。
「ゲル状」とは液体的な柔軟性を持ちながら個体のような弾力性を発揮するゼリー状態のものを指し、硬さは針入度で表される。針入度はＪＩＳ Ｋ ２２２０により測定され、具体的な針入度は、４０〜１００（ｍｍ／１０）の範囲内であることが好適である。また前記ポッティング材１７の粘度は、０．５〜５０（Ｐａ・ｓ）程度である。
ゲル状のポッティング材１７は、上記の針入度を満たせば、シリコーン系、フッ素エラストマー系、アクリル系、フェノール系、エポキシ系等、特に限定されないが、扱いの良さや価格の面からシリコーン系ゲルを使用することが好適である。シリコーン系ゲルには、例えば東レ・ダウコーニング（株）のゲル・ポッティング材ＳＥ−１８８０を使用することができる。
図１（ａ）（ｂ）に示すように、前記ＭＥＭＳ素子１２の上面１２ａには、前記ポッティング材１７により前記上面１２ａの全域が覆われないようにするための堰止め部材（ダム部材）２０が形成されており、前記ポッティング材１７は前記堰止め部材２０よりも内側の前記上面１２ａには侵入できないようになっている。
図１（ａ）に示すように前記収納部１４の上面側の開口部は、前記蓋体１３により閉じられている。図１（ａ）（ｂ）に示すように前記パッケージ１１の側端部（収納部１４の周囲を囲む壁部）には、外部から収納部１４にまで通じる窓１９が形成されているが、この窓１９は、例えば前記ＭＥＭＳ素子１２が圧力センサ素子であるときの圧力導入口である。前記窓１９の形成の有無はＭＥＭＳ素子１２の種類等により決められる。
寸法について説明する。前記収納部１４の下方収納部１４ｂの幅寸法Ｔ１は、概ね１．０〜５．０ｍｍ、前記下方収納部１４ｂの長さ寸法Ｌ１は概ね、１．０〜５．０ｍｍ、前記ＭＥＭＳ素子１２の幅寸法Ｔ２は概ね１．０〜３．０ｍｍ、前記ＭＥＭＳ素子１２の長さ寸法Ｌ２は概ね１．０〜３．０ｍｍ、前記収納部１４の高さ寸法Ｈ１は概ね０．３〜２．５ｍｍ、ＭＥＭＳ素子１２の厚さ寸法Ｈ２は概ね０．２〜０．５ｍｍである。
本実施形態では、上記のように前記パッケージ１１に形成された導電パッド１５と、前記ＭＥＭＳ素子１２に形成された電極部１６間がワイヤボンディングにて電気的に接続されており、前記ワイヤボンディングによるワイヤ１８上を覆うとともに、前記収納部１４の壁面１４ｅから底面１４ｄにかけて前記ＭＥＭＳ素子１２との間にゲル状のポッティング材１７が充填されている。これにより、前記ＭＥＭＳ素子実装モジュール１０に外力が加わったときに、ワイヤ１８及びＭＥＭＳ素子１２を前記外力から適切に保護でき、前記ワイヤ１８の断線等を防止できる。しかも、例えば前記ポッティング材への加熱硬化時に、従来に比べて前記ＭＥＭＳ素子１２に作用するストレス（応力）を緩和できることで、前記ＭＥＭＳ素子１２のゆがみを抑制でき、素子特性のばらつきを適切に抑制でき、また、良好な温度特性を得ることが可能である。
図２に示す実施形態では、図１と異なって、前記ポッティング材が、前記ＭＥＭＳ素子１２の下面１２ｂと前記収納部１４の底面１４ｄ間に介在するゲル状の第１のポッティング材２１と、前記ＭＥＭＳ素子１２の側面１２ｃと前記収納部１４の壁面１４ｅとの間に介在するゲル状の第２のポッティング材２２とに分けられている。前記第２のポッティング材２２は前記ワイヤ１８上も覆っている。
前記第１のポッティング材２１と前記第２のポッティング材２２は別の材質であっても同じ材質であってもどちらでもよい。
図３に示す実施形態では、図１と異なって、ゲル状のポッティング材２３が、前記ＭＥＭＳ素子１２の上面１２ａの全面を覆っている。このため図３の実施形態には前記ＭＥＭＳ素子１２の上面１２ａに図１に示す堰止め部材２０は設けられていない。図３の実施形態では、前記ＭＥＭＳ素子１２を、ゲル状の前記ポッティング材２３内に前記収納部１４の底面１４ｄから浮いた状態で完全に埋設できる。よってＭＥＭＳ素子実装モジュールに外力が作用したときに、より効果的にワイヤ１８やＭＥＭＳ素子１２を前記外力から保護でき、前記ワイヤ１８の断線等を防止できる。しかも例えばＭＥＭＳ素子１２が圧力センサ素子の場合、前記ＭＥＭＳ素子１２の上面にあるダイヤフラムに均一な圧力をかけることができ、センサ感度のばらつきを小さくすることが可能である。
図４ないし図６は、本実施形態のＭＥＭＳ素子実装モジュールの第１の製造方法を示す工程図である。各図の（ａ）は、図１（ａ）や図２、図３で示したと同じ部分での断面図であり、（ｂ）は、平面図である。
図４に示す工程では、パッケージ１１に形成された収納部１４の底面１４ｄに、加熱硬化前の第１のポッティング材３０を塗布する。そして前記第１のポッティング材３０上にＭＥＭＳ素子１２を位置決めして載置する。
前記第１のポッティング材３０は加熱硬化によりゲル状となり、加熱硬化前では液体と同様に流動性に優れた状態となっている。加熱硬化前の前記第１のポッティング材３０の粘度は、０．５〜５０（Ｐａ・ｓ）程度であることが好適である。
前記第１のポッティング材３０は、加熱硬化前、流動性に優れ、加熱硬化によりゲル状となれば、特に材質を限定しないが、扱いの良さや価格の面からシリコーン系を使用することが好適である。
また図４に示すように前記ＭＥＭＳ素子１２を前記収納部１４内に位置決めして載置した後、前記第１のポッティング材３０を乾燥工程（８０℃前後)に付して、前記第１のポッティング材３０を仮硬化することが好適である。これにより前記ＭＥＭＳ素子１２を適切に前記収納部１４内に位置決めできる。
続いて図５に示す工程では、前記パッケージ１１に設けられたダミーパッド３１，３１間をワイヤボンディングする。
図５（ｂ）に示すように、前記パッケージ１１には、前記ＭＥＭＳ素子１２に形成された電極部１６とワイヤボンディングするための導電パッド１５の他に前記ダミーパッド３１が設けられている。
そして前記ＭＥＭＳ素子１２上を横断するように前記ダミーパッド３１，３１間をワイヤボンディングし、このとき、ワイヤ３２を前記ＭＥＭＳ素子１２の上面１２ａと側面との角部１２ａ１に下方向に押し当てながらワイヤボンディングすることで、前記ＭＥＭＳ素子１２を前記パッケージ１１内に適切に固定することができる。
このように前記ＭＥＭＳ素子１２を固定した状態にて、前記ＭＥＭＳ素子１２の電極部１６と前記パッケージ１１の導電パッド１５間をワイヤボンディングする。
次に図６に示す工程では、前記ＭＥＭＳ素子１２と前記パッケージ１１の壁面１４ｅ間に加熱硬化前の第２のポッティング材３３を流し込むとともに、前記第２のポッティング材３３にて前記電極部１６と導電パッド１５間のワイヤボンディングによるワイヤ１８上を覆う。
前記第２のポッティング材３３は第１のポッティング材３０と同じ材質でも違う材質でもどちらでもよいが、第１のポッティング材３０と同じように、加熱硬化前、流動性に優れた液体状で、加熱硬化によりゲル状となることが必要である。加熱硬化前の前記第２のポッティング材３３の粘度は、０．５〜５０（Ｐａ・ｓ）程度であることが好適である。
そして前記第１のポッティング材３０及び第２のポッティング材３３を加熱硬化（加熱温度は、１５０℃前後）してゲル状にする。
上記したＭＥＭＳ素子実装モジュールの第１の製造方法では、図５に示すように、前記ＭＥＭＳ素子１２上を横断するように、パッケージ１１のダミーパッド３１，３１間をワイヤボンディングして、前記ＭＥＭＳ素子１２を前記収納部１４内に固定することで、従来のように、ダイボンディング接着剤を用いずとも、ＭＥＭＳ素子１２の電極部１６と前記パッケージ１１の導電パッド１５間を適切にワイヤボンディングできる。この製造方法では、図４工程で、前記収納部１４の底面１４ｄに、加熱硬化前の第１のポッティング材３０を塗布し、さらに図６工程で、加熱硬化前の第２のポッティング材３３を、前記ＭＥＭＳ素子１２とパッケージ１１の壁面１４ｅ間に流し込むとともに前記第２のポッティング材３３にて前記ワイヤ１８上を覆うことで、加熱硬化により、前記ワイヤ１８上を覆うとともに、前記収納部１４の壁面１４ｅから底面１４ｄにかけて前記ＭＥＭＳ素子１２との間にゲル状のポッティング材を適切に充填することができる。
なお図５に示すダミーパッド３１，３１間のワイヤ３２を、ＭＥＭＳ素子１２の電極部１６と前記パッケージ１１の導電パッド１５間をワイヤボンディングした後、切断や除去してもよい。
また図５工程では、前記ダミーパッド３１，３１が図示Ｘ方向のみに設けられているが、可能であれば、例えばＸ方向と直交するＹ方向にも前記ダミーパッドを設けて、Ｘ方向及びＹ方向に固定用のワイヤボンディングを行うと、より強固に前記ＭＥＭＳ素子１２を固定できる。
図７ないし図１０は、本実施形態のＭＥＭＳ素子実装モジュールの第２の製造方法を示す工程図である。各図の（ａ）は、図１（ａ）や図２、図３で示したと同じ部分での断面図であり、（ｂ）は、平面図である。
図７に示す工程では、パッケージ１１に形成された収納部１４に第１の押え治具４０を配置する。図７に示すように、前記第１の押え治具４０を前記収納部１４の下方収納部１４ｂの壁面１４ｅに密接させる。前記第１の押え治具４０のＸ方向への厚さ寸法Ｈ３は、前記ＭＥＭＳ素子１２を前記第１の押え治具４０に当接した状態で、ＭＥＭＳ素子１２がＸ方向の実装位置となるように規制されている。そして前記ＭＥＭＳ素子１２を前記収納部１４内に収納する。このとき前記ＭＥＭＳ素子１２を前記第１の押え治具４０に当接させ前記ＭＥＭＳ素子１２を位置決め設置する。
さらに前記第２の押え治具４１を収納部１４内に配置し、前記第２の押え治具４１を前記ＭＥＭＳ素子１２の前記第１の押え治具４０と当接している側面１２ｃと反対側の側面１２ｃに当接させ、さらに前記第２の押え治具４１を前記第１の押え治具４０方向へ付勢させる。これにより前記ＭＥＭＳ素子１２を前記収納部１４内に固定することができる。
図７に示す固定状態を維持したまま、図８に示すように、前記ＭＥＭＳ素子１２に形成された電極部１６と前記パッケージ１１の導電パッド１５間をワイヤボンディングする。
次に図９に示す工程では、前記第１の押え治具４０及び前記第２の押え治具４１を前記収納部１４から外す。すると前記ＭＥＭＳ素子１２はワイヤ１８の張力により、前記収納部１４の底面１４ｄからやや上方に浮き上がる。
そして図１０に示す工程では、前記ＭＥＭＳ素子１２と前記パッケージ１１の壁面１４ｅ間に加熱硬化前のポッティング材４５を流し込む。前記ポッティング材４５は、加熱硬化によりゲル状となり、加熱硬化前では液体と同様に流動性に優れた状態となっている。加熱硬化前の前記ポッティング材４５の粘度は、０．５〜５０（Ｐａ・ｓ）程度であることが好適である。
前記ポッティング材４５は、加熱硬化前、流動性に優れ、加熱硬化によりゲル状となれば、特に材質を限定しないが、扱いの良さや価格の面からシリコーン系を使用することが好適である。
前記ポッティング材４５は、毛細管現象により、前記ＭＥＭＳ素子１２と前記収納部１４の底面１４ｄ間の微小な隙間にも入り込む。さらに前記ポッティング材４５にて前記ワイヤ１８上を覆う。
そして前記ポッティング材４５を加熱硬化（加熱温度は、１５０℃前後)してゲル状にする。
上記の図７工程に示すように、押え治具４０，４１を用いて、前記ＭＥＭＳ素子１２を前記収納部１４内に固定した状態にしているので、従来のように、ダイボンディング接着剤を用いずとも、図８工程で、ＭＥＭＳ素子１２の電極部１６と前記パッケージ１１の導電パッド１５間を適切にワイヤボンディングできる。また図９工程で押え治具４０，４１を外すと、ＭＥＭＳ素子１２はワイヤ１８の張力により若干、上方に浮き上がる。よって、図１０工程で、加熱硬化前のポッティング材４５を、前記パッケージ１１の壁面１４ｅとＭＥＭＳ素子１２間に流し込むと、前記ポッティング材４５の一部は毛細管現象で、前記ＭＥＭＳ素子１２と前記収納部１４の底面１４ｄ間にも流れるので、最終形態として、前記収納部１４の壁面１４ｅから底面１４ｄにかけて前記ＭＥＭＳ素子１２間に適切にゲル状のポッティング材を充填した状態にできる。
図７工程では、さらに図示Ｙ方向にも少なくとも一つ押え治具を設けて、前記Ｙ方向の押え治具に前記ＭＥＭＳ素子１２を当接させることで前記ＭＥＭＳ素子１２をＸ方向及びＹ方向の双方により高精度に位置決めできる。
上記した製造方法では図６及び図１０に示すように加熱硬化前のポッティング材が前記ＭＥＭＳ素子１２の上面１２ａの全域に流れ込まないように例えば図１に示す堰止め部材２０（図６及び図１０には図示していない）を設けて規制していたが、加熱硬化前の前記ポッティング材にて前記ＭＥＭＳ素子１２の上面１２ａも覆い、加熱硬化によりゲル状の前記ポッティング材にて前記ＭＥＭＳ素子１２の上面１２ａの全域を覆ってもよい。これにより前記堰止め部材（ダム部材）２０を設ける必要がなくなり、ポッティング材の充填工程を簡単に行うことが可能になる。また、これにより、前記ＭＥＭＳ素子１２をゲル状の前記ポッティング材内に完全に埋設でき、ワイヤ１８やＭＥＭＳ素子１２を外力等からより適切に保護できる。また、例えば前記ＭＥＭＳ素子１２を圧力センサ素子としたとき、ダイヤフラムに均一な圧力が作用しやすくなり、センサ感度のばらつきを小さくできる。
本実施形態では、前記収納部１４内に実装される素子はＭＥＭＳ素子１２以外であってもよいが、本実施形態は、ＭＥＭＳ素子１２のように微細加工された素子をパッケージ化した非常に小さい形態に好ましく適用できる。
（実施例１）
図１に示すＭＥＭＳ素子実装モジュールを作製した。すなわち、収納部１４の壁面１４ｅから底面１４ｄにかけてＭＥＭＳ素子１２との間にゲル状のポッティング材１７を充填した。ただし、前記ポッティング材１７はワイヤ１８上まで覆っていない。ゲル状のポッティング材１７には、東レ・ダウコーニング（株）のゲル・ポッティング材ＳＥ−１８８０を使用した。
（参考例１）
パッケージ１１の収納部１４にポッティング材１７を充填せずに、ＭＥＭＳ素子１２をパッケージ１１とワイヤボンディングしただけのもの、すなわち図１から前記ポッティング材１７を除いた構造のものを作製した。参考例ではＭＥＭＳ素子そのものの素子特性を比較するために準備したものであり、ＭＥＭＳ素子が保護・固定されていないため外力等による大きな衝撃に対し極めて不安定な構造となっている。
（従来例１）
図１５に示すダイボンディング接着剤４としてモメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ製のダイボンド樹脂ＴＳＪ３１５０（ゴム系、硬度Ａ １２）を使用した従来構造のＭＥＭＳ素子実装モジュールを作製した。ただし図１５に示すポッティング材５の充填は行っていない。
（従来例２）
図１５に示すダイボンディング接着剤４としてモメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ製のダイボンド樹脂ＴＳＪ３１５５Ｂ（ゴム系、硬度Ａ １０）を使用した従来構造のＭＥＭＳ素子実装モジュールを作製した。ただし図１５に示すポッティング材５の充填は行っていない。
上記の各試料に用いられたＭＥＭＳ素子はいずれも圧力センサ素子である。ここで用いられた圧力センサ素子は、圧力を検知するダイヤフラムがＭＥＭＳで形成されたシリコン製であり、ダイヤフラム上にピエゾ効果を有する抵抗体をブリッジ回路で接続し、圧力変位を検知するものである。
実験では、２５℃の環境下で、各試料に対して圧力と出力との関係を調べた。その実験結果を図１１に示す。
参考例１は、ダイボンディング接着剤もポッティング材も使用しない形態であるため、加熱工程を経ても、前記ＭＥＭＳ素子とパッケージとの線熱膨張係数の差に基づく前記ＭＥＭＳ素子のゆがみは生じず（あるいは生じたとしても極めて小さい）、よって参考例１のセンサ特性に近いほど好ましい。
図１１に示すように、実施例１は参考例１とほぼ同じセンサ特性であることがわかったが、ダイボンディング接着剤を用いた従来例１及び従来例２のセンサ特性はいずれも、実施例１に比べて参考例１のセンサ特性から離れており、センサ特性のばらつきが大きくなることがわかった。
次に、圧力を１１０ｋＰａに固定して、各試料に対して温度と出力変化率との関係を調べた。その実験結果を図１２に示す。この実験でも参考例１に近い温度特性を示すほど良好である。図１２の縦軸は、各試料において温度が２５℃のときの出力に対する変化量を変化率（％）（（変化量／２５℃のときの出力）×１００）で表したものである。
図１２に示すように、実施例１は参考例１とほぼ同じ温度特性であることがわかった。実施例１は参考例１と同様に温度変化があっても出力変化を小さくでき、具体的には出力変化を、ほぼ１０％以下に抑えることが可能であることがわかった。
一方、従来例１及び従来例２はいずれも、温度変化に対して大きく出力が変化することがわかった。従来例１及び従来例２はいずれも温度によって出力が２０％以上も変化してしまい、広い温度範囲で、圧力センサとして使用することが困難となり、例えば別途温度補償の手段等が必要となることがわかった。
（実施例２）
図１に示すＭＥＭＳ素子実装モジュールを作製した。ゲル状のポッティング材１７には、東レ・ダウコーニング（株）のゲル・ポッティング材ＳＥ−１８８０を使用した。実施例２では、ポッティング材１７がＭＥＭＳ素子１２の上面１２ａの全域を覆っていない。
（実施例３）
図３に示すＭＥＭＳ素子実装モジュールを作製した。ゲル状のポッティング材２３には、東レ・ダウコーニング（株）のゲル・ポッティング材ＳＥ−１８８０を使用した。実施例３では、ポッティング材２３がＭＥＭＳ素子１２の上面１２ａの全域を覆っている。
実施例２及び実施例３ともＭＥＭＳ素子には圧力センサ素子を用いた。よって、実施例３では、前記ポッティング材２３がダイヤフラム上を覆っている形態となっている。
実験では、２５℃の環境下で、各試料に対して圧力と出力との関係を調べた。その実験結果を図１３に示す。
また、圧力を１１０ｋＰａに固定して、各試料に対して温度と出力変化率との関係を調べた。その実験結果を図１４に示す。図１４の縦軸は、各試料において温度が２５℃のときの出力に対する変化量を変化率（％）（（変化量／２５℃のときの出力）×１００）で表したものである。
図１３及び図１４に示すようにＭＥＭＳ素子の上面（ダイヤフラム上）をポッティング材で覆っていない実施例３及び、ＭＥＭＳ素子の上面（ダイヤフラム上）をポッティング材で覆った実施例４の特性はいずれもほぼ同じになり、いずれもセンサ感度のばらつきを小さくできるとともに、良好な温度特性を得ることができるとわかった。
上記実験では、ＭＥＭＳ素子として圧力センサ素子を用いたが、例えば加速度センサ素子を用いた場合など、パッケージとＭＥＭＳ素子のひずみに影響されやすいＭＥＭＳ素子に本実施形態を有効に適用できる。
（ａ）は、本実施形態におけるＭＥＭＳ素子実装モジュールの断面図、（ｂ）は、前記ＭＥＭＳ素子実装モジュールの平面図、 図１（ａ）とは別の実施形態におけるＭＥＭＳ素子実装モジュールの断面図、 図１（ａ）とは別の実施形態におけるＭＥＭＳ素子実装モジュールの断面図、 本実施形態のＭＥＭＳ素子実装モジュールの第１の製造方法を示す工程図、 図４の次に行われる工程図、 図５の次に行われる工程図、 本実施形態のＭＥＭＳ素子実装モジュールの第２の製造方法を示す工程図、 図７の次に行われる工程図、 図８の次に行われる工程図、 図９の次に行われる工程図、 実施例１（図１と同じ形態）、参考例１（図１からポッティング材を除いた形態）、従来例１（図１５と同じ形態、ただしポッティング材５は充填していない）、従来例２（図１５と同じ形態、ただしポッティング材５は充填していない）の各試料における２５℃の環境下での圧力と出力との関係を示すグラフ、 図１１で使用した各試料における圧力を１１０ｋＰａに固定した状態での温度と出力変化率との関係を示すグラフ、 実施例２（図１と同じ形態）、及び実施例３（図３と同じ形態）の各試料における２５℃の環境下での圧力と出力との関係を示すグラフ、 図１３で使用した各試料における圧力を１１０ｋＰａに固定した状態での温度と出力変化率との関係を示すグラフ、 従来におけるＭＥＭＳ素子実装モジュールの断面図、
符号の説明
１０ ＭＥＭＳ素子実装モジュール
１１ パッケージ
１２ ＭＥＭＳ素子
１３ 蓋体
１４ 収納部
１４ｄ （収納部の）底面
１４ｅ （収納部の）壁面
１５ 導電パッド
１６ 電極部
１７、２２、２３ ゲル状のポッティング材
１８、３２ ワイヤ
３０ 加熱硬化前の第１のポッティング材
３１ ダミーパッド
３３ 加熱硬化前の第２のポッティング材
４０ 第１の押え治具
４１ 第２の押え治具
４５ 加熱硬化前のポッティング材

Claims (13)

  1. パッケージと、前記パッケージの収納部に実装される素子と、を備え、
    前記パッケージに形成された導電パッドと、前記素子に形成された電極部間がワイヤボンディングにて電気的に接続されており、
    前記ワイヤボンディングによるワイヤ上を覆うとともに、前記収納部の壁面から底面にかけて前記素子との間にゲル状のポッティング材が充填されていることを特徴とする素子実装モジュール。
  2. 前記素子はＭＥＭＳ（微小電気機械システム）素子である請求項１記載の素子実装モジュール。
  3. 前記素子は圧力センサ素子あるいは加速度センサ素子である請求項１又は２に記載の素子実装モジュール。
  4. 前記素子の上面も前記ポッティング材で覆われており、前記素子は前記ポッティング材内に前記収納部の底面から浮いた状態で埋設されている請求項１ないし３のいずれかに記載の素子実装モジュール。
  5. 前記ポッティング材は、シリコーン系である請求項１ないし４のいずれかに記載の素子実装モジュール。
  6. パッケージに設けられた収納部内に素子を実装してなる素子実装モジュールの製造方法において、
    少なくとも、前記収納部内に載置した素子の表面の電極部と前記パッケージの導電パッド間をワイヤボンディングするまでの間、所定の固定手段にて、前記素子を前記収納部内に固定する工程と、
    前記ワイヤボンディング後に、加熱硬化によりゲル状となる加熱硬化前のポッティング材を、前記収納部の壁面と前記素子との間に流し込むとともに、加熱硬化前の前記ポッティング材にてワイヤ上を覆い、さらに、この工程と同じ工程時に、あるいは、前記素子を収納部に載置する段階で、前記収納部の底面と前記素子との間に加熱硬化前の前記ポッティング材を介在させ、その後、加熱硬化により前記ポッティング材をゲル状にする工程と、を有することを特徴とする素子実装モジュールの製造方法。
  7. 次の工程を備える請求項６記載の素子実装モジュールの製造方法。
    （ａ） 前記収納部の底面に、加熱硬化前の前記ポッティング材（第１のポッティング材）を塗布し、前記第１のポッティング材上に前記素子を載置する工程、
    （ｂ） 前記素子上を横断するように前記パッケージに設けられたダミーパッド間をワイヤボンディングして、前記素子を前記収納部内に固定する工程、
    （ｃ） 前記素子の電極部と前記パッケージの導電パッド間をワイヤボンディングする工程、
    （ｄ） 前記素子と前記パッケージの壁面間に加熱硬化前の前記ポッティング材（第２のポッティング材）を流し込むとともに、前記第２のポッティング材にて、前記（ｃ）工程によるワイヤ上を覆う工程、
    （ｅ） 前記第１のポッティング材及び前記第２のポッティング材を加熱硬化してゲル状にする工程。
  8. 前記（ａ）工程時、前記第１のポッティング材を仮硬化する請求項７記載の素子実装モジュールの製造方法。
  9. 次の工程を備える請求項６記載の素子実装モジュールの製造方法。
    （ｆ） 前記収納部の底面に前記素子を載置し、このとき押え治具を用いて前記素子を前記収納部内に固定する工程、
    （ｇ） 前記押え治具による固定状態を維持しながら、前記素子の電極部と前記パッケージの導電パッド間をワイヤボンディングする工程、
    （ｈ） 前記押え治具を外す工程、
    （ｉ） 加熱硬化前の前記ポッティング材を、前記パッケージの壁面から底面にかけて素子との間に流し込むとともに、前記ポッティング材にて前記ワイヤ上を覆う工程、
    （ｊ） 前記ポッティング材を加熱硬化してゲル状にする工程。
  10. 加熱硬化前の前記ポッティング材にて前記素子の上面も覆い、加熱硬化によりゲル状の前記ポッティング材にて前記素子の上面も覆う請求項６ないし９のいずれかに記載の素子実装モジュールの製造方法。
  11. 前記素子にはＭＥＭＳ（微小電気機械システム）素子を用いる請求項６ないし１０のいずれかに記載の素子実装モジュールの製造方法。
  12. 前記素子には圧力センサ素子あるいは加速度センサ素子を用いる請求項６ないし１１のいずれかに記載の素子実装モジュールの製造方法。
  13. 前記ポッティング材には、シリコーン系を用いる請求項６ないし１２のいずれかに記載の素子実装モジュールの製造方法。
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