JP2010514172A - 低い熱膨張係数を有するアンダーフィル剤を用いるマイクロフォン組立品 - Google Patents

Abstract

マイクロフォン組立品は、キャリヤと、シリコンベースのトランスデューサと、導電素子と、アンダーフィル剤とを備える。キャリヤは、電気的接触要素を保持する第１の面を有している。シリコンベースのトランスデューサは、置換可能なダイアフラムおよび電気的接触要素を備える。トランスデューサは、キャリヤの第１の面上に一定間隔で配置される。導電材料は、キャリヤの電気的接触要素とシリコンベースのトランスデューサとの間に電気的接触を得るように配置される。アンダーフィル剤は、シリコンベースのトランスデューサとキャリヤとの間の空隙に配置される。アンダーフィル剤は、４０ｐｐｍ／℃を下回るアンダーフィル熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャリヤの上に配置されるシリコンベースのトランスデューサを有するマイクロフォン組立品に関するものであり、シリコンベースのトランスデューサとキャリヤとの間の少なくとも空隙の一部を充填するために供給される、好都合に低い熱膨張係数を有するアンダーフィル剤を用いるものである。

電子実装の分野、特に集積回路（ＩＣ）チップの相互接続の分野において、高い入出力（Ｉ／Ｏ）機能と短いＩＣ相互接続とを統合することが望ましいことから、典型としてＩＣチップ相互接続に関してフリップチップ技術が採用されるようになった。一般的に、フリップチップ技術は、ＩＣチップと基板との間に配置されるはんだ接続を使用して、ＩＣチップと基板とを電気的に相互接続することを含む。

ＩＣチップと基板との間に残っている空隙または間隙を、はんだによってではなく、アンダーフィル合成物または封入剤によって充填することは先行技術にも知られている。封入剤は、ＩＣチップと基板との間のはんだ接続の物理的および機械的性質を補強するようにはたらく接着剤でもよい。通常、封入剤は、実装システムの疲労寿命の増強のみならず、ＩＣチップの電気的相互接続を湿気から封止することによりＩＣチップの腐食保護をも与える。

特許文献１は、ＩＣチップや超小型電子機械デバイスチップのような超小型素子用に種々の実装に係る解決策を開示している。

特許文献２は、単結晶シリコンのマイクロマシニングによる静電容量型マイクロフォンを開示している。単結晶シリコンマイクロフォンの静電容量素子は、２つのエピタキシャル単結晶シリコン層で構成されている。

非特許文献１は、オンボードフリップチップ（ＦＣＯＢ）技術を使用して低コストのプリント回路基板にＩＣチップを電気的に相互接続することに関する。

特許文献３は、いわゆる“チップスケールパッケージ”として形成されたシリコンマイクロフォン組立品を開示している。シリコンマイクロフォン組立品は、超小型電子機械（ＭＥＭＳ）トランスデューサダイ、別個のＩＣダイおよびその中に形成された貫通穴を有するシリコンキャリヤ基板とを備える。ＭＥＭＳトランスデューサダイおよびＩＣは、近接して配置され、個々の接着パッド群を介したフリップチップ結合により、どちらもシリコンキャリヤ基板の上面に取り付けられる。また、特許文献３は、チップスケールパッケージの例も開示する。そこでは、アンダーフィルまたは接着剤が、トランスデューサダイとシリコンキャリヤ基板との間、およびＩＣとシリコンキャリヤ基板との間の空隙または間隙を充填するように供給される。

国際公開第２００５／０８６５３２号 米国特許出願公開第２００６／０００８０９８号明細書 米国特許第６５２２７６２号明細書

グオ−ウェイ・シャオ等（Ｇｕｏ−Ｗｅｉ Ｘｉａｏ ｅｔ ａｌ），「低コストのプリント回路基板上での微細ピッチソルダーバンプフリップチップの信頼性の研究および不良解析（Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ｆａｉｌｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｆｉｎｅ ｐｉｔｃｈ ｓｏｌｄｅｒ ｂｕｍｐｅｄ ｆｌｉｐ ｃｈｉｐ ｏｎ ｌｏｗ−ｃｏｓｔ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」２００１年，電子部品および技術学会の予稿集（ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ），ニューヨーク（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ），ニューヨーク州（Ｎｙ）：ＩＥＥＥ，ＵＳ，ＩＳＢＮ ０−７８０３−７０３８−４

しかしながら、シリコンの熱膨張係数（ＣＴＥ）は３ｐｐｍ／℃であり、商業的に入手できるアンダーフィル剤は、約４０ｐｐｍ／℃またはこれよりも高いＣＴＥを有するので、それらのアンダーフィル剤は、シリコンまたはＭＥＭＳベースのトランスデューサからなるマイクロフォン組立品での使用にうまく適合していない。アンダーフィル剤とマイクロフォン組立品のシリコンベースコンポーネントとの間のＣＴＥの差により、下記の多くの重要な問題に至る。
（ｉ）ＣＴＥにより誘起された応力による基板ウェーハのそりから生じる、基板ウェーハ上に個々のＭＥＭＳマイクロフォンパッケージを組立てた後のウェーハ切断に関する問題、
（ｉｉ）マイクロフォン組立品それ自身の材料の熱的不整合により生じる歪疲労のような信頼性の問題、
（ｉｉｉ）未完了の硬化工程によるマイクロフォンの性能の変化、
（ｉｖ）マイクロフォン組立品の加熱の間−例えば、ＳＭＴ組立てにおけるリフローはんだづけの間、または通常使用時に高温にさらされていたことに関連して−材料の熱的不整合により生ずる、周波数応答、および感度のような電気音響的なマイクロフォンの性能の変化。

したがって、マイクロフォン組立品内蔵のシリコンまたはＭＥＭＳベースのトランスデューサのＣＴＥとより良く整合するＣＴＥを有し、好適に配置されたアンダーフィル剤を含む改良されたマイクロフォン組立品を提供する必要性がある。

本発明によると、マイクロフォン組立品は、キャリヤと、シリコンベースのトランスデューサと、導電素子と、アンダーフィル剤とを備える。キャリヤは、電気的接触要素を保持する第１の面を有している。シリコンベースのトランスデューサは、置換可能なダイアフラムおよび電気的接触要素を備える。トランスデューサは、キャリヤの第１の面上に一定間隔で配置される。導電材料は、キャリヤの電気的接触要素とシリコンベースのトランスデューサとの間の電気的接触を得るように配置される。アンダーフィル剤は、シリコンベースのトランスデューサとキャリヤとの間の空隙に配置される。アンダーフィル剤は、４０ｐｐｍ／℃よりも低いアンダーフィル熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。

キャリヤがシリコンベースであることは、本発明の実施形態の範囲に含まれる。

アンダーフィル剤は、少なくとも第１のＣＴＥを有する第１の材料または材料合成物および、第１のＣＴＥよりも低い第２のＣＴＥを有する第２の材料または材料合成物を含むことが好ましい。この点で、第２の材料または材料合成物は、ＣＴＥ低減充填剤材料または材料合成物であってよい。好適には、第１の材料または材料合成物は、有機ポリマーベースの接着成分を含む。

アンダーフィル剤の第１の材料が有機ポリマーベースの接着成分、触媒および硬化剤を含む第１の材料合成物であり、アンダーフィル剤の第２の材料または材料合成物が１つまたは複数の充填剤材料を含むことは、本発明の１つまたは複数の実施形態の範囲に含まれる。

本発明の１つまたは複数の実施形態によると、第１の材料または材料合成物に使用される材料は、第１のＣＴＥが５０ｐｐｍ／℃以上であるように選択される。第２のＣＴＥが約１５ｐｐｍ／℃よりも低い、または約１ｐｐｍ／℃よりも低いように第２の材料または材料合成物に使用される材料が選択されることも、本発明の１つまたは複数の実施形態の範囲に含まれる。

第１および第２の材料または材料合成物に使用される、材料および材料の量は、アンダーフィル剤が２５ｐｐｍ／℃よりも低いか、または約２０ｐｐｍ／℃よりも低い全体熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するように選択されることが望ましい。また、第１および第２の材料または材料合成物に使用される材料は、アンダーフィル剤が非導電性のアンダーフィル剤であるように選択されることが望ましい。

好適には、第１および第２の材料または材料合成物に使用される材料は、アンダーフィル剤のガラス転移温度（Ｔｇ）が、例えば１２５℃を上回るかまたは１５０℃を上回るなど、８０℃を上回るように選択される。

第１の材料または材料合成物が有機ポリマーベースの接着成分を含む本発明の実施形態について、第１の材料のこの有機ポリマーベースの接着成分は、シアネートエステル樹脂、エポキシベースの樹脂、またはこれらの材料の混合物を含みうる。

第２の材料または材料合成物がＣＴＥ低減充填剤として溶融石英を含むことは、本発明の１つまたは複数の実施形態の範囲に含まれる。

第２の材料または材料合成物が負のＣＴＥを有する充填剤を含むこともまた本発明の１つまたは複数の実施形態の範囲に含まれる。この点で、第２の材料または材料合成物は、タングステン酸ジルコニウムを含みうる。

また、本発明は、第２の材料または材料合成物が正のＣＴＥを有する充填剤および負のＣＴＥを有する充填剤を含む、１つまたは複数の実施形態を範囲として含む。この点で、第２の材料または材料合成物は、溶融石英およびタングステン酸ジルコニウムを含みうる。

アンダーフィルがシリコンベースのトランスデューサの低い側の面とキャリヤの第１の面との間の間隙を充填することを可能にするため、充填剤の粒径は間隙の高さに合わせて調整、または適合させるべきである。したがって、充填剤は、トランスデューサの低い側の面と第１のキャリヤ面との間の垂直距離に等しい間隙の１／２または１／３以下の粒径を有することが好適である。トランスデューサとキャリヤの第１面との間隙は、好適には１５〜１００μｍの大きさまたは高さを有する。したがって、充填剤に使用される材料は、例えば３５μｍ以下、１０μｍ以下、５μｍ以下等のように、５０μｍ以下の粒径を有することが多くの場合好適である。

アンダーフィルのＣＴＥは、アンダーフィルに使用されるＣＴＥ低減充填剤の材料の量により調整されうる。第２のＣＴＥ低減充填剤の材料または材料合成物がアンダーフィル剤の約５ないし約７０ｗｔ％の範囲内にあることは、本発明の実施形態の範囲に含まれる。

また、本発明は、ポリマーベースの接着成分がアンダーフィル剤の約１０ないし約７０ｗｔ％である実施形態を範囲として含む。

本発明は、キャリヤとトランスデューサ要素の配置に係る別の実施形態を範囲として含む。好適には、トランスデューサ要素の少なくとも１つの接触要素は、キャリヤ部材の少なくとも１つの接触要素に位置合わせされ、導電材料が前述の位置合わせされた接触要素の間に備え付けられる。

アンダーフィル剤が、トランスデューサと、第１の面領域の一部に対応するキャリヤの第１の面との間の空隙を充填することは、１つまたは複数の好適な実施形態の範囲に含まれる。

下記において、本発明は図面を参照して記載される。

本発明の実施形態に係る、シリコンベースのトランスデューサを有するマイクロフォン組立品の一般的な使用例を示す図である。 正のＣＴＥのシリカ充填剤材料を有するアンダーフィルと負のＣＴＥのタングステン酸ジルコニウム充填剤粒子を有するアンダーフィルとの差異を示す概略図である。

マイクロフォン組立品
本発明に係るマイクロフォン組立品の種々の要素を製造するための工程は、超小型技術分野における多くの公知技術を含む。

本発明の実施形態に係るマイクロフォン組立品１は、図１に示されている。ここで、マイクロフォン組立品１は、バルク結晶性シリコンでありうるマイクロフォン基板のキャリヤ２を備え、キャリヤ２は電気的接触要素を保持する第１の面３を有する。置換可能なダイアフラム５を備えかつ（示されない）電気的接触要素を有しうるシリコンベースのトランスデューサ４またはマイクロフォンは、キャリヤ２の第１の面３の上方に間隔をあけて配置される。また、ＡＳＩＣ６の形態の電子デバイスはキャリヤの第１の面３の上方に配置され、はんだバンプ７の形態の導電材料は、キャリヤの電気的接触要素とＡＳＩＣ６との間に電気的接触を得るように配置される。はんだシーリングリング８は、シリコンベースのトランスデューサ４の感圧部に対して音響的封止をし、さらにシリコンベースのトランスデューサ４とキャリヤ２の第１の面または上面３との間に電気的接触路を設ける。アンダーフィルまたはアンダーフィル剤９は、シリコンベースのトランスデューサ４とキャリヤ２との間のはんだシーリングリング８外側の空隙に配置され、ＡＳＩＣ６とキャリヤ２の第１の面３との間の空隙にも配置される。キャリヤ２は、例えばＰＣＢ上方に、マイクロフォン組立品全体の表面実装のためのはんだバンプが配置されうる第１の面３の反対側に、第２の下側の面１０を備える。

シリコンベースのトランスデューサが、コンデンサマイクロフォンの一部を形成する静電容量型トランスデューサを含むことは好ましい。ここでは、マイクロフォン組立品は、トランスデューサ部に形成されるフロントチャンバおよびダイアフラムと、組立品のキャリヤ部に形成されるバックチャンバを有しうる。

本発明によると、マイクロフォン組立品のキャリヤ部に対して種々の基板材料が使用されうる。そのような基板材料は、下記を含みうる。
（ｉ）バルク結晶性シリコン、
（ｉｉ）ＬＴＴＣ（低温焼成セラミック）技術により製造された基板、
（ｉｉｉ）ＨＴＴＣ（高温焼成セラミック）技術により製造された基板、
（ｉｖ）ＳＴＡＢＬＣＯＲ（登録商標）（Ｔｈｅｒｍａｌｗｏｒｋｓ、ＣＴＥ＝０〜３ｐｐｍ／℃）およびＴｈｅｒｍｏｕｎｔ（登録商標）（Ｄｕｐｏｎｔ、ＣＴＥ＝８〜１２ｐｐｍ／℃）のような低ＣＴＥのＰＣＢ、
（ｖ）ＦＲ２のＯＰＣＢ、高ＴｇのＦＲ４のＰＣＢ、ＦＲ４のＰＣＢ、ＦＲ５のＰＣＢ、ＢＴ樹脂ＰＣＢ、ポリイミドＰＣＢ、シアネートエステル樹脂ベースＰＣＢ等の標準のＰＣＢ、および
（ｖｉ）アルミナ基板技術。

アンダーフィル
本発明の実施形態によると、アンダーフィルは、有機ポリマーベースの接着成分を有する第１の材料または材料合成物と、ＣＴＥ低減充填剤の材料または材料合成物を有する第２の材料または材料合成物とを含む。

ＣＴＥ低減充填剤の材料または材料合成物は、１ｐｐｍ／℃よりも低いような、かなり低い正のＣＴＥを有する充填剤および／または負のＣＴＥを有する充填剤を含みうる。

シリコンベースのトランスデューサを有するマイクロフォン組立品に使用されるアンダーフィル剤の一部として、低い正のＣＴＥおよび／または負のＣＴＥの充填剤の材料を使用することにより、マイクロフォン組立品を作り上げる材料の個々のＣＴＥ間の大きな差異を低減することが可能である。

低ＣＴＥまたは負のＣＴＥを有する充填剤材料は、すべての結晶方向（等方性）において、または単一方向もしくは２つの直交結晶方向（異方性）において、低ＣＴＥまたは負のＣＴＥを有しうる。

低ＣＴＥまたは負のＣＴＥを有する充填剤材料は、ポリマーのような正のＣＴＥを有する別の合成物の母材に配合されてもよいし、正のＣＴＥを有する別の充填剤材料、または２つを組み合わせたもの、すなわち、（正のＣＴＥを有するかもしれない）他の充填剤材料と、エポキシ化合物でありうる別の化合物の母材との混合物と配合されてもよい。

低い正のＣＴＥを有する充填剤材料は、０．５ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有する溶融石英であってよい。正のＣＴＥを有する他の材料であって、ＣＴＥ低減充填剤材料として使用されうるものは、
（ｉ）シリカ粒子ガラス繊維、
（ｉｉ）炭素繊維、
（ｉｉｉ）ダイヤモンド（ＣＴＥ＝０．８）、
（ｉｖ）窒化ほう素（ＢＮ）（ＣＴＥ＝＜１）、
（ｖ）窒化アルミニウム（ＣＴＥ＝４．４）、
（ｖｉ）炭化ケイ素、
（ｖｉｉ）アルミナ（Ａ_２Ｏ_３）（ＣＴＥ＝６．６）、
（ｖｉｉｉ）シリコンコート窒化アルミニウム、
である。

負のＣＴＥを有する充填剤材料を使用することにより、混合されたアンダーフィル母材のＣＴＥを２５ｐｐｍ／℃に、またはそれよりも低くすることは可能である。

混合アンダーフィル母材の物理的形態には、液状物、糊状物または固体の薄膜フォイルがありうる。液状物の形態は、噴霧、スピン塗布または針による投与やジェットディスペンシングにより、付着されうる。糊状物は、ウェーハにスクリーン印刷技法で付着可能であり、キャリヤ基板に使用でき、固体の薄膜フォイルは、ウェーハの積層により付着可能である。３つの形態すべてについて、混合アンダーフィル材料は、好都合にも、付着後の加熱により硬化可能であり、この加熱中にキャリヤ基板とシリコンベースのトランスデューサとの接着が起こりうる。

負のＣＴＥを有する充填剤材料は、タングステン酸ジリコニウム（ＺｒＷ_２Ｏ_８）であってよい。それは、結晶構造の相転移が生じる１５７℃までは−９．１ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有する。新しい相は、−５．４ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有する。タングステン酸ジリコニウムと正のＣＴＥを有するポリマーベースの接着材料の所定の割合による混合物を使用することにより、混合アンダーフィル母材のＣＴＥを、４００℃までかなり低い正の値に、またさらには低い負の値に調整することができる。圧縮応力はタングステン酸ジリコニユム結晶の、熱による負の成長によって吸収されるので、標準的に混合されたアンダーフィル母材において見られる圧縮応力を、温度に応じて低い値に調整することもまた可能である。

負のＣＴＥを有し、かつＣＴＥ低減充填剤材料として使用されうる他の材料は、ベクトラン繊維（液晶ポリマー）またはケブラー繊維（アラミドポリマー）である。それらの材料は、２０〜１４５℃の温度範囲内で、それぞれ−４．８ｐｐｍ／℃および−４．９ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有している。高性能超高モジュラスポリエチレン樹脂（ＵＨＭＰＥまたはＨＰＰＥ）もまた小さな負のＣＴＥを有する。カーボンナノチューブでさえ、一方向に負のＣＴＥを有する。

図２は、正のＣＴＥの充填剤粒子を有するアンダーフィルと負のＣＴＥの充填剤粒子を有するアンダーフィルとの相違を示す概略図である。アンダーフィルは、エポキシ母材２２内に充填剤粒子２１を包含する。符号２３で示されるとおり充填剤粒子２１に対しシリカ充填剤材料を使用するときは、温度に応じて混合アンダーフィル母材の比較的大きな純膨張があるが、符号２４で示されるとおり充填剤粒子２１に対しタングステン酸ジルコニウム材料を使用するときは、温度に応じて比較的小さな純膨張または材料の比率に応じた負の膨張がある。

本発明に係るアンダーフィルは下記の成分を含みうる。
（ｉ）エポキシ樹脂またはウレタン樹脂またはシアネートエステル樹脂またはシアネートエステル／エポキシ樹脂の混合物、
（ｉｉ）硬化剤または架橋剤
（ｉｉｉ）触媒、
（ｉｖ）正の低ＣＴＥの充填剤および／または負のＣＴＥの充填剤、
（ｖ）添加剤。

さらに、本発明に係るアンダーフィルは下記の成分を含んでよい。
（ｉ）難燃剤、
（ｉｉ）充填カップリング剤（添加剤）。

本発明に係る好適な実施形態によると、アンダーフィルはエポキシ樹脂からなる。

正の低ＣＴＥの充填剤材料として、０．５ｐｐｍ／℃のＣＴＥの溶融石英が使用されうる。エポキシ樹脂、硬化剤、触媒および添加剤は、協働して５０ｐｐｍ／℃〜２００ｐｐｍ／℃の範囲内にある比較的高い正のＣＴＥの材料を創出する。溶融石英のようなＣＴＥ低減充填剤の添加により、アンダーフィルの全体のＣＴＥは、４０ｐｐｍ／℃未満の有利な値に、より好適には２０ｐｐｍ／℃のように３０ｐｐｍ／℃を下回る値に低減する。

本発明に係る好適な実施形態によると、４０ｐｐｍ／℃を下回るＣＴＥのアンダーフィル剤は、次のものを包含する。

本発明に係る他の実施形態は、上記で特定したアンダーフィル混合のバリエーションによって得られる。

１セットの実施形態は、粒子の大きさが１０μｍのＺｒ_２ＷＯ_４をそれぞれ６０ｖｏｌ％、５０ｖｏｌ％、４０ｖｏｌ％、３０ｖｏｌ％、２０ｖｏｌ％、１０ｖｏｌ％含む。

別のセットの実施形態は、溶融石英の添加物を含み、これは、１０〜７０％の範囲内で総容量パーセントが異なる比率での、Ｚｒ_２ＷＯ_４と溶融石英充填剤粒子の混合物である。

大きな正のＣＴＥのアンダーフィル混合物の製造および配合の例は、下記のような種々の先行技術文献に開示されている。
（１）参考文献１：ジョン・ラウ（Ｊｏｈｎ Ｌａｕ），Ｃ．Ｐ．ワン（Ｃ．Ｐ．Ｗｏｎｇ），ジョン・Ｌ・プリンス（Ｊｏｈｎ Ｌ．Ｐｒｉｎｃｅ），なかやまわたる（Ｗａｔａｒｕ Ｎａｋａｙａｍａ），「電子実装、デザイン、材料、工程および信頼性（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ，Ｄｅｓｉｇｎ，Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ）」，ｐ．４２８〜４４２。
（２）参考文献２：「フリップチップ用途の新規で高性能な、非流動かつリワーカブル型アンダーフィル（Ｎｏｖｅｌ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｎｏ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｒｅｗｏｒｋａｂｌｅ ｕｎｄｅｒｆｉｌｌｓ ｆｏｒ ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」，Ｍａｔ ＲＥｓ Ｉｎｎｏｖａｔ（１９９９），２：２３２−２４７。

エポキシ樹脂に基づく非流動アンダーフィルのための配合表は、各種の混合物について実験が実施された上述の参考文献から得られる。この配合表から、１５０℃を上回るＴｇを有するアンダーフィルが得られる。一般に、石英は、エポキシ樹脂のＣＴＥを低減するためにアンダーフィルの構築において充填剤として広く使用されてきた。（充填剤の重量に基づいて）７０％までの充填は、商品に使用されてきている。

エポキシ樹脂は、ＥＲＬ−４２２１Ｄという商標名でユニオンカーバイド社から提供されている３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキシルカルボキシレートであり、受け入れたままの状態で使用された。エポキシ樹脂の分子量およびエポキシ当量（ＥＥＷ）は、それぞれ２５２．３ｇ／ｍｏｌと１３３ｇである。硬化剤または架橋剤は、アルドリッチケミカル社のヘキサヒドロ−４−メチルフタリック無水物（ＨＭＰＡ）であり、受け入れたままの状態で使用された。ＨＭＰＡの分子量は１６８．２ｇ／ｍｏｌであり、その純度は９７％以上である。硬化触媒に関していえば、ビスフェノールＡ／無水物系の硬化反応を促進するのに効果的と知られている別の金属アセチルアセトネート塩が使用された。触媒の名称は、コバルト（ＩＩ）アセチルアセトネート〔ＣＨ３ＣＯＯＨ＝Ｃ（Ｏ−）ＣＨ３〕２Ｃｏ、コバルト（ＩＩＩ）アセチルアセトネート〔ＣＨ３ＣＯＯＨ＝Ｃ（Ｏ−）ＣＨ３〕３Ｃｏ、鉄（ＩＩＩ）アセチルアセトネート〔ＣＨ３ＣＯＯＨ＝Ｃ（Ｏ−）ＣＨ３〕３Ｆｅによって与えられる。

ナトリウム、カリウムおよびランタニドのアセチルアセトネートもまた、潜伏性触媒としての役割をも果たしうる。

化学物質の名称 使用量（重量の割合）
脂環式エポキシ樹脂 １００
硬化剤 ３０〜１００
硬化触媒（上述参照） ０．１〜１

所定の量の硬化剤がエポキシ樹脂に加えられ、次にその混合物は約６０〜７０℃で２時間以上、触媒が均質に溶解するまで撹拌された。

大きな正のＣＴＥを有するアンダーフィル混合物の製造および合成の代替例は、先行技術文献である参考文献３にある。この参考文献において、３つの異なるエポキシ樹脂が研究された。すなわち、ＥＲＬ４２２１（脂環型）、ＥＰＯＮ８６２（ビスフェノールＦ型）およびＥＰＯＮ８２８１（ビスフェノールＡ型）が、コバルトアセチルアセトネート（ＣＡＡ）、イミダゾール誘導体および第三級アミンの異なる触媒を使用する硬化剤として酸無水物により硬化された。この研究において使用されたすべての材料は、下記の製造業者および調達先から受け入れた状態のまま使用されたとのことである。１３４ｇ／ｅｑｖ．のエポキシ当量（ＥＥＷ）を有する脂環式エポキシ樹脂ＥＲＬ４２２１は、ユニオンカーバイド製である。１８７ｇ／ｅｑｖ．のＥＥＷを有するビスフェノールＡエポキシＥＰＯＮ８２８１と、１７１ｇ／ｅｑｖ．のＥＥＷを有するビスフェノールＦエポキシＥＰＯＮ８６２は、シェルケミカル製である。硬化剤４−メチルヘキサヒドロフタル無水物（ＭＨＨＰＡ）は、アルドリッチケミカルズ製である。触媒である、コバルト（ＩＩ）アセチルアセトネート（ＣＡＡ）、ジメチルベンジルアミン（ＤＭＢＡ）および１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）−ウンデク−７−エン（ＤＢＵ）もまたアルドリッチケミカル製である。イミダゾール誘導体である２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ（１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール）と２ＰＨＺ（２−フェノール−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール）は、四国化成工業製である。
（３）参考文献３：シジアン・ルオ（Ｓｈｉｊｉａｎ Ｌｕｏ），やましたつよし（Ｔｓｕｙｏｓｈｉ Ｙａｍａｓｈｉｔａ），Ｃ．Ｐ．ワン（Ｃ．Ｐ．Ｗｏｎｇ），「フリップチップ用途の酸無水物により硬化されるエポキシベースのアンダーフィルの特性の研究（Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｐｏｘｙ ｃｕｒｅｄ ｗｉｔｈ ａｃｉｄ ａｎｈｙｄｒｉｄｅ ｆｏｒ ｆｌｉｐ ｃｈｉｐ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）」，電子マニュファクチャリングジャーナル（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ），Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．３（２０００）１９１−２９９

まず、エポキシ樹脂が下記の重量比率にしたがい硬化剤と混合された。重量比率は、ＥＲＬ４２２１／ＭＨＨＰＡは１．０／１．０、ＥＰＯＮ８２８１／ＭＨＨＰＡは１．０／０．７２、ＥＰＯＮ８６２／ＭＨＨＰＡは１．０／０．７９である。次に、所望の量の触媒が混合物に加えられた。ＣＡＡが触媒として使用されたとき、その濃度は樹脂および硬化剤の全重量の０．４％であった。第三級アミンが触媒として使用されたとき、それらの濃度は樹脂および硬化剤の全重量の１％であった。イミダゾール誘導体が触媒として使用されたとき、それらの濃度は樹脂および硬化剤の全重量の０．４％であった。

化学物質の名称 使用量（重量の割合）
ＥＲＬ４２２１脂環式エポキシ樹脂 １００
ＭＨＨＰＡ硬化剤 １００
または
ＥＰＯＮ８２８１ビスフェノールＡエポキシ樹脂 １００
ＭＨＨＰＡ硬化剤 ７２
または
ＥＰＯＮ８６２ビスフェノールＦエポキシ樹脂 １００
ＭＨＨＰＡ硬化剤 ７９
下記硬化触媒とともに使用
硬化触媒（上述参照）
ＣＡＡ ０．４ｗｔ％
第三級アミン １．０ｗｔ％
イミダゾール誘導体 ０．４ｗｔ％

充填剤用カップリング剤は、充填剤を有機系の中でより容易に分散可能にする添加剤、または、さらに充填剤を強化材にする添加剤である。

オルガノシランは、充填剤用カップリング剤として使用されうる。

オルガノシランの一般的な化学式ＲｎＳｉＸ（４−ｎ）は、２種類の官能価類、を示す。シリコーン（Ｓｉ）は、有機官能基（Ｒ）（例えば、ビニル基、アミノ基、クロロ基、エポキシ基、メルカプト基など）を含み、第２の官能基（Ｘ）（例えば、メトキシ基、エトキシ基など）を有するシラン分子の中心である。官能基（Ｒ）は有機樹脂に結合し、一方アルコキシ基（Ｘ）は、無機材（充填剤）または基板に結合し、“カップリング”効果を達成する。

シランカップリング剤を使用するための２つの基本的な手法がある。シランは、有機樹脂と混合する前に無機材（充填剤）の表面を処理するのに使用されるか、または有機樹脂に直接的に加えてもよい。また、後者の方法において、シランカップリング剤は接着剤としてシリコン基板表面に接着し、アンダーフィルの機械的な補強が行われる。

充填剤用カップリング剤を含む、高いＣＴＥ充填剤の材料または合成物のための配合表が下記の参考文献４に開示されている。上述の参考文献において、充填剤用カップリング剤によって処理されるナノ粒子を有するアンダーフィルの配合表の例が記載されている。シリカのナノ粒子（ＳｉＯ２、平均直径１００ｎｍ）は、商業的に利用可能であり、受け入れたままの状態で使用されたか、またはシラン添加物で処理された。比較のために、平均直径３μｍの従来のシリカもまた充填剤として使用された。使用されたエポキシはビスフェノールＡ型（平均分子量３７７を有する、シェルケミカル製のＥＰＯＮ８２８）のジグリシジルエーテルであった。硬化剤はヘキサヒドロ−４−メチル無水フタル酸（ＨＭＰＡ、リンドウケミカル製）であった。四国化成工業製のポリマー封入型イミダゾール誘導体が潜伏性触媒として使用された。ｇ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（ＧＰＴＭＳ）および表面活性化添加剤のテトラ−ｎ−ブチルチタネート（ＴｎＢＴ）は、アンダーフィル内のシリカ修正化合物として使用された。これらすべての化合物は受け入れたままの状態で使用された。
（４）参考文献４：ヤンヤン・スン（Ｙａｎｇｙａｎｇ Ｓｕｎ），ズキン・ザン（Ｚｈｕｑｉｎｇ Ｚｈａｎｇ），Ｃ．Ｐ．ワン（Ｃ．Ｐ．Ｗｏｎｇ），「フリップチップ用途のためのナノコンポジットアンダーフィルにおける研究と特性決定（Ｓｔｕｄｙ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ ｆｏｒ Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」，コンポーネントと実装技術に関するＩＥＥＥ研究論文（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ），Ｖｏｌ．２９，ＮＯ：１，ｐ．１９０〜１９７，２００６年３月。

ベースポリマーの配合物は、１：０．７５の重量比率でＥＰＯＮ８２８およびＨＰＭＡを混合することにより準備された。ポリマー混合物を１０分間撹拌した後、ポリマー混合物を基本として１ｗｔ％の触媒がポリマー液に加えられ、さらに約３０分間、均質のポリマー溶液ができるまで撹拌される。充填剤の所定量が基剤ポリマーに加えられ、混合物は４５０Ｗの電力でソニケータ（Ｍｉｓｏｎｉｘ３０００）を使用して３０分間音波処理された。ナノシリカの表面を処理するために、シリカ充填剤の重量に基づく３ｗｔ％のシランＧＰＴＭＳと１ｗｔ％ＴｎＢＴが加えられ、混合物はさらに５分間音波処理された。合成物を装填する充填剤は、重量％において５％、１０％、２０％、３０％および４０％であった。

化学物質の名称 使用量（重量の割合）
ＥＰＯＮ８２８（ビスフェノールＡ型）エポキシ樹脂 １００
ＨＭＰＡ硬化剤 ７５
硬化触媒（上述参照） １ｗｔ％
充填剤含有率 ５、１０、２０、３０ｗｔ％
充填剤用カップリング剤
ＧＰＴＭＳ （充填剤の）３ｗｔ％
ＴｎＢＴ （充填剤の）１ｗｔ％

充填剤の粒子の大きさに対する間隙の高さの制約条件は、参考文献５に記載されている。本参考文献によると、撓みのある基板上の熱圧着結合チップのために、フリップチップの間隙の大きさは、上は（ソルダーバンプＰＣＢのため）１２ｍｉｌｓ（３００μｍ）から、下は、約１５μｍまでの範囲にあってよい。実験テストは、間隙が充填剤粒子の直径の２倍以上でないかぎり流量はかなり制限されることを示している。間隙の高さが最大粒子の直径の２．１倍であるとき、アンダーフィルは理想の環境下でチップと基板との間を流れる。しかしながら、スライドガラスがＰＣＢ上に置かれているならば、表面粗さが影響するようになり、充填剤の大きさに対する間隙の大きさは３：１が推奨される。
（５）参考文献５：ケン・ジレオ博士（Ｄｒ．Ｋｅｎ Ｇｉｌｌｅｏ），「アンダーフィルの化学と物理（Ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ＆ ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ）」，アルファメタル クレンストン，ロードアイランド州（Ａｌｐｈａ Ｍｅｔａｌｓ Ｃｒａｎｓｔｏｎ，ＲＩ），インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ／ｗｗｗ．ｃｏｏｋｓｏｎ．ｃｏｍ＞

本発明に使用するために好適なマイクロフォン組立品は、多くの場合１５〜１００ミクロンの範囲内のキャビティを備え、それゆえ充填剤の粒子の大きさは７〜５０μｍの範囲内またはそれよりも小さい方がよい。

ナノサイズの粒子の充填剤をアンダーフィルに使用することにより、粘度や充填剤の充填の範囲に関して利点が認められる（参考文献５参照）。１００ｎｍの大きさの単分散ナノシリカ充填剤が本研究に使用された。

したがって、充填剤に使用される材料の粒子の大きさが例えば１〜１０μｍなど１ｎｍないし５０μｍの範囲内にあることは、本発明に係る１つまたは複数の好適な実施形態の範囲に含まれる。

Claims (23)

1. 電気的接触要素を保持する第１の面を有するキャリヤと、
   置換可能なダイアフラムおよび電気的接触要素から構成されるシリコンベースのトランスデューサであって、前記トランスデューサは前記キャリヤの第１の面上に一定間隔で配置される、トランスデューサと、
   前記キャリヤの前記電気的接触要素と前記シリコンベースのトランスデューサとの間に電気的接触を得るように配置される導電材料と、
   前記シリコンベースのトランスデューサと前記キャリヤとの間の空隙に配置されるアンダーフィル剤とを備え、
   前記アンダーフィル剤は４０ｐｐｍ／℃を下回るアンダーフィル熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する、
   マイクロフォン組立品。
2. 前記アンダーフィル剤は、少なくとも、第１のＣＴＥを有する第１の材料または材料合成物および、前記第１のＣＴＥよりも低い第２のＣＴＥを有する第２の材料または材料合成物を含む、請求項１に記載のマイクロフォン組立品。
3. 前記第２の材料または材料合成物はＣＴＥ低減充填剤の材料または材料合成物である、請求項２に記載のマイクロフォン組立品。
4. 前記第１の材料または材料合成物は有機ポリマーベースの接着成分を含む、請求項２または３に記載のマイクロフォン組立品。
5. 前記アンダーフィル剤の前記第１の材料は、有機ポリマーベースの接着成分、触媒および硬化剤を含む第１の材料合成物であり、前記アンダーフィル剤の前記第２の材料または材料合成物は１つまたは複数の充填剤材料を含む、請求項２ないし４のいずれか１項に記載のマイクロフォン組立品。
6. 前記第１の材料または材料合成物に使用される１または複数の材料は、前記第１のＣＴＥが少なくとも約５０ｐｐｍ／℃であるように選択される、請求項２ないし５のいずれか１項に記載のマイクロフォン組立品。
7. 前記第２の材料または材料合成物に使用される１または複数の材料は、前記第２のＣＴＥが約１５ｐｐｍ／℃未満または約１ｐｐｍ／℃未満であるように選択される、請求項２ないし６のいずれか１項に記載のマイクロフォン組立品。
8. 前記アンダーフィル剤は非導電性のアンダーフィル剤である、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のマイクロフォン組立品。
9. 前記第１の材料または材料合成物および前記第２の材料または材料合成物に使用される、材料および材料の量は、前記アンダーフィル剤が２５ｐｐｍ／℃を下回るかまたは約２０ｐｐｍ／℃を下回る熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するように選択される、請求項１ないし８のいずれか１項に記載のマイクロフォン組立品。
10. 前記第１の材料または材料合成物および前記第２の材料または材料合成物に使用される、材料および材料の量は、前記アンダーフィル剤のガラス転移温度（Ｔｇ）が８０℃を上回るかまたは１２５℃を上回るように選択される、請求項１ないし９のいずれか１項に記載のマイクロフォン組立品。
11. 前記第１の材料または材料合成物および前記第２の材料または材料合成物に使用される、材料および材料の量は、前記アンダーフィル剤のガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０℃を上回るように選択される、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のマイクロフォン組立品。
12. 前記第１の材料の前記有機ポリマーベースの接着成分は、エポキシベースの樹脂および／またはシアネートエステル樹脂を含む、請求項４ないし１１のいずれか１項に記載のマイクロフォン組立品。
13. 前記第２の材料または材料合成物は溶融石英を含む、請求項３ないし１２のいずれか１項に記載のマイクロフォン組立品。
14. 前記第２の材料または材料合成物は負のＣＴＥを有する充填剤を含む、請求項３ないし１２のいずれか１項に記載のマイクロフォン組立品。
15. 前記第２の材料または材料合成物はタングステン酸ジルコニウムを含む、請求項１４に記載のマイクロフォン組立品。
16. 前記第２の材料または材料合成物は正のＣＴＥを有する充填剤および負のＣＴＥを有する充填剤を含む、請求項３ないし１２のいずれか１項に記載のマイクロフォン組立品。
17. 前記第２の材料または材料合成物は溶融石英およびタングステン酸ジルコニウムを含む、請求項１６に記載のマイクロフォン組立品。
18. 前記充填剤に使用される１または複数の材料は、前記トランスデューサと前記キャリヤの第１の面との間の距離の１／２または１／３以下の粒径を有する、請求項３ないし１７のいずれか１項に記載のマイクロフォン組立品。
19. 前記充填剤に使用される１または複数の材料は、５０μｍ以下または３５μｍ以下の粒径を有する、請求項３ないし１８のいずれか１項に記載のマイクロフォン組立品。
20. 前記第２のＣＴＥ低減充填剤の材料または材料合成物は、前記アンダーフィル剤の約５ないし約７０ｗｔ％である、請求項３ないし１９のいずれか１項に記載のマイクロフォン組立品。
21. 前記ポリマーベースの接着成分は、前記アンダーフィル剤の約１０ないし約７０ｗｔ％である、請求項４ないし２０のいずれか１項に記載のマイクロフォン組立品。
22. 前記トランスデューサ要素の少なくとも１つの接触要素は、前記キャリヤ部材の少なくとも１つの接触要素に整列し、前記導電材料は前記整列した接触要素の間に備え付けられる、請求項１ないし２１のいずれか１項に記載のマイクロフォン組立品。
23. 前記アンダーフィル剤は、前記トランスデューサと、第１の面領域の一部に対応する前記キャリヤの前記第１の面との間の空隙を充填する、請求項１ないし２２のいずれか１項に記載のマイクロフォン組立品。

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