JP2011187588A - Electronic device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は貫通電極を形成した絶縁基板上に電子部品が実装された電子デバイスに関する。 The present invention relates to an electronic device in which an electronic component is mounted on an insulating substrate on which a through electrode is formed.
面発光素子、特にLED(Light Emitting Diode)は、近年、発光輝度等の改善が図られて、用途拡大への期待が高い。従来はプラスチックケースにLEDを実装し、マイクロレンズなどを光路の途中において集光させたり、LED及びLEDを実装した基板全体を、透明な樹脂でモールドし、樹脂の表面を滑らかな球面などに仕上げることで、樹脂をレンズとして使用して集光させたりしている。このようなLEDを実装した発光デバイスは、例えば液晶表示装置のバックライト、信号機の光源、大型電光掲示板や映像画面、その他イルミネーション用の光源として利用されている。LEDは、低電圧、低消費電力で駆動でき、発光輝度や発光寿命が改善されたことから室内灯や自動車照明、液晶表示画面のバックライトなどの幅広い分野への適用が期待されている。 Surface light emitting elements, particularly LEDs (Light Emitting Diodes), have recently been improved in light emission luminance and the like, and are expected to expand their applications. Conventionally, LEDs are mounted on a plastic case, and a microlens or the like is focused in the middle of the optical path, or the entire substrate on which the LEDs and LEDs are mounted is molded with a transparent resin, and the surface of the resin is finished to a smooth spherical surface. Thus, the resin is condensed as a lens. Light emitting devices mounted with such LEDs are used, for example, as backlights for liquid crystal display devices, light sources for traffic lights, large electronic bulletin boards, video screens, and other light sources for illumination. LEDs can be driven with low voltage and low power consumption, and their light emission brightness and light emission life are improved, so that they are expected to be applied to a wide range of fields such as indoor lighting, automobile lighting, and backlights for liquid crystal display screens.
特許文献1には、表面に導体膜を印刷したセラミックグリーンシートを成形加工してキャビティーを形成し、このキャビティーの底部にLEDを実装したLEDパッケージが記載されている。また、キャビティーの底部にはスルーホール(貫通孔)が形成され、このスルーホールを介してLEDパッケージの裏面側に配線が引き出されている。このスルーホール及びスルーホール内の電極は次のように形成される。まず、アルミナを主成分とするグリーンシートを所定のサイズに切り出し、パンチングマシーンを使用して0.25mmφのスルーホールを形成する。次に、LEDを搭載しない側から、スクリーン印刷法によりタングステン導体ペーストを印刷し、スルーホールの穴を埋め、同時に配線部分を形成する。次に、グリーンシートをプレス機に装着してプレスし、キャビティーを形成する。その後、グリーンシートを焼成して導体ペースト中の有機物を燃焼除去し、貫通電極及び配線電極を形成し、グリーンシートをセラミックス化する。 Patent Document 1 describes an LED package in which a ceramic green sheet having a conductor film printed on its surface is molded to form a cavity, and an LED is mounted on the bottom of the cavity. Also, a through hole (through hole) is formed at the bottom of the cavity, and wiring is drawn out to the back side of the LED package through this through hole. The through holes and the electrodes in the through holes are formed as follows. First, a green sheet mainly composed of alumina is cut into a predetermined size, and a 0.25 mmφ through hole is formed using a punching machine. Next, from the side where the LED is not mounted, a tungsten conductor paste is printed by screen printing to fill the hole of the through hole, and at the same time, a wiring portion is formed. Next, the green sheet is mounted on a press and pressed to form a cavity. Thereafter, the green sheet is fired to burn and remove organic substances in the conductor paste, to form through electrodes and wiring electrodes, and the green sheet is made into ceramic.
しかし、タングステン導体ペーストを焼結して貫通電極を形成すると、導体抵抗が高く信号の伝播速度が遅くなる、また、熱伝導性が低いために放熱効果が低下する。そのため、高周波信号により駆動される電子部品や、放熱特性が求められる電子部品のパッケージには必ずしも適さない。そこで、貫通電極としてタングステン等の高融点金属に代えて、銅、銀、金等の導体抵抗が低く熱伝導性が高い材料が使用される。例えば、ガラスやセラミックスからなる無機物フィラーを含有する銅、銀または金の混合材料を800℃から1000℃の温度で焼成して、貫通電極や配線電極が形成される。 However, if a through electrode is formed by sintering a tungsten conductor paste, the conductor resistance is high and the signal propagation speed is slow, and the thermal conductivity is low, so the heat dissipation effect is reduced. Therefore, it is not necessarily suitable for an electronic component driven by a high-frequency signal or an electronic component package that requires heat dissipation characteristics. Therefore, instead of a refractory metal such as tungsten, a material having a low conductor resistance, such as copper, silver or gold, is used as the through electrode. For example, a through electrode or a wiring electrode is formed by firing a mixed material of copper, silver or gold containing an inorganic filler made of glass or ceramics at a temperature of 800 ° C. to 1000 ° C.
しかしながら、例えばパッケージとしての絶縁基板をアルミナ(Al2O3)とする場合には、グリーンシートの焼成温度が1000℃以上であるために、無機物フィラーを含有した導電ペーストをグリーンシートと同時に焼成することができない。また、例えば絶縁基板として温度800℃〜1000℃で焼成するガラスセラミックスを使用し、無機物フィラーを含有した導電ペーストを同時に焼成して貫通電極を形成すると、ガラスセラミックス側から貫通電極側にガラス成分が入り込んで導電性や熱伝導性が低下する、という課題があった。 However, for example, when the insulating substrate as a package is alumina (Al 2 O 3 ), since the firing temperature of the green sheet is 1000 ° C. or higher, the conductive paste containing the inorganic filler is fired simultaneously with the green sheet. I can't. For example, when glass ceramics fired at a temperature of 800 ° C. to 1000 ° C. are used as an insulating substrate and a conductive paste containing an inorganic filler is simultaneously fired to form a through electrode, a glass component is formed from the glass ceramic side to the through electrode side. There was a problem that the electrical conductivity and thermal conductivity were reduced.
また、貫通電極を高温処理なしで形成する方法として、貫通孔に金属メッキ処理を施す方法が知られている。しかし、メッキ処理による金属析出速度が遅く、生産性が悪い、という課題があった。更に、メッキ処理により金属を析出して貫通電極を形成すると、貫通電極の内部に空洞が生成されて密閉性が低下し、外部から水分や不純物が侵入して素子の信頼性を低下させる、という課題があった。 Further, as a method for forming a through electrode without a high temperature treatment, a method of performing metal plating treatment on the through hole is known. However, there is a problem that the metal deposition rate by the plating process is slow and the productivity is poor. Furthermore, when metal is deposited by plating to form a through electrode, a void is generated inside the through electrode, sealing performance is lowered, and moisture and impurities enter from the outside, reducing the reliability of the device. There was a problem.
本発明の電子デバイスは、表面に窪みを有し、前記窪みの底面から裏面に貫通する貫通孔が形成された絶縁基板と、前記貫通孔に充填され、前記ナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により形成された貫通電極と、前記窪みに収納され、前記貫通電極に電気的に接続される電子部品と、前記電子部品を封止する封止部と、を備えることとした。 The electronic device of the present invention has a depression on the front surface, an insulating substrate in which a through-hole penetrating from the bottom surface of the depression to the back surface is formed, the through-hole is filled, and the nano metal particles and an average particle of 10 μm or less A through electrode formed by heat treatment of a metal paste mixed with a diameter conductive filler, an electronic component housed in the recess and electrically connected to the through electrode, and a sealing portion for sealing the electronic component And so on.
また、前記ナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストは、銀ペーストであることとした。また、前記ナノ金属粒子の粒子径は100nm以下を用い、10nm以下の導電性フィラーの配合比率を30〜50%とした。また、前記金属ペーストとして、金属含有率が90%以上の金属ペーストを用いた。 Further, the metal paste in which the nano metal particles and the conductive filler having an average particle diameter of 10 μm or less are mixed is a silver paste. Moreover, the particle diameter of the nano metal particles was 100 nm or less, and the blending ratio of the conductive filler of 10 nm or less was 30 to 50%. In addition, a metal paste having a metal content of 90% or more was used as the metal paste.
また、前記貫通孔の側壁面には導電性膜が形成され、前記貫通電極は前記導電性膜に接して充填されていることとした。 Further, a conductive film is formed on the side wall surface of the through hole, and the through electrode is filled in contact with the conductive film.
本発明の電子デバイスの製造方法は、絶縁基板の表面側に窪みと、前記窪みの底面から前記絶縁基板の裏面に貫通する貫通孔を形成する準備工程と、前記貫通孔に前記ナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーを混合した金属ペーストを充填し、熱処理して貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、電子部品を前記窪みの底面に装着するダイマウント工程と、前記電子部品と前記貫通電極と電気的に接続する接合工程と、前記電子部品を封止する封止部を形成する封止工程と、を含むこととした。 The method for manufacturing an electronic device according to the present invention includes a step of forming a recess on a front surface side of an insulating substrate, a through hole penetrating from the bottom surface of the recess to the back surface of the insulating substrate, and the nano metal particles in the through hole. A through electrode forming step of filling a metal paste mixed with a conductive filler having an average particle size of 10 μm or less and heat-treating to form a through electrode; a die mounting step of mounting an electronic component on the bottom surface of the recess; and the electronic component And a bonding step of electrically connecting to the through electrode, and a sealing step of forming a sealing portion for sealing the electronic component.
また、前記貫通電極形成工程の前に、前記貫通孔の側壁面に無機材料と金属材料とを混合した混合材料を塗布し、熱処理して前記側壁面に導電性膜を形成する導電性膜形成工程を更に有し、前記貫通電極形成工程は、前記貫通孔に前記前記ナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーを混合した金属ペーストを充填し、熱処理して貫通電極を形成する工程であることとした。 Further, before the through electrode forming step, a conductive film is formed by applying a mixed material in which an inorganic material and a metal material are mixed to the side wall surface of the through hole, and heat-treating to form a conductive film on the side wall surface The through electrode forming step further includes a step of filling the through hole with a metal paste in which the nano metal particles and a conductive filler having an average particle size of 10 μm or less are mixed and heat-treating to form a through electrode. It was decided that.
本発明の電子デバイスは、表面に窪みを有し、この窪みの底面から裏面に貫通する貫通孔が形成された絶縁基板と、貫通孔に充填され、ナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により形成された貫通電極と、窪みに収納され、貫通電極に電気的に接続される電子部品と、電子部品を封止する封止部とを備えている。貫通電極をナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により形成したので、貫通電極の電気伝導率や熱伝導率を高くすることができる。そのために、高周波電子部品や発熱性電子部品を絶縁材料の内部に密封し、高性能で高信頼性を維持できる電子デバイスを提供することができる。 The electronic device of the present invention has a depression on the front surface, an insulating substrate in which a through-hole penetrating from the bottom surface to the back surface of the depression is formed, and the through-hole is filled with nanometal particles and an average particle size conductivity of 10 μm or less. A through electrode formed by heat treatment of a metal paste mixed with a conductive filler, an electronic component housed in a recess and electrically connected to the through electrode, and a sealing portion for sealing the electronic component . Since the through electrode is formed by heat treatment of a metal paste in which nano metal particles and a conductive filler having an average particle diameter of 10 μm or less are mixed, the electrical conductivity and thermal conductivity of the through electrode can be increased. Therefore, a high-frequency electronic component or a heat-generating electronic component can be sealed inside an insulating material, and an electronic device that can maintain high performance and high reliability can be provided.
本発明の電子デバイスは、絶縁基板の表面に窪みが形成され、この窪みに電子部品が収納され、封止部により封止されている。絶縁基板には、窪みの底面から裏面に貫通する貫通孔が形成され、この貫通孔にはナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により形成された貫通電極が充填されている。窪みに収納された電子部品は貫通電極と電気的に接続され、外部から電力が供給でき、また、電子部品が発熱する場合は貫通電極を介して外部に放熱されるように構成されている。 In the electronic device of the present invention, a recess is formed on the surface of the insulating substrate, and an electronic component is accommodated in the recess and sealed by a sealing portion. A through hole penetrating from the bottom surface of the recess to the back surface is formed in the insulating substrate, and the through hole is formed by heat treatment of a metal paste in which nano metal particles and an average particle size conductive filler of 10 μm or less are mixed. The electrode is filled. The electronic component housed in the recess is electrically connected to the through electrode, and can be supplied with electric power from the outside. When the electronic component generates heat, the electronic component is radiated to the outside through the through electrode.
ナノ金属粒子とは、粒子径が1nm〜100nmのAu(金)、Ag(銀)、またはCu(銅)等からなる金属粒子をいう。ナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストを印刷法やインクジェット法により貫通孔に充填し、例えば温度100℃〜600℃で焼成して貫通電極を形成する。また、10μm以下の平均粒径導電性フィラーを混合することにより、金属含有率を90%以上にすることができ、焼成後の収縮を最小限に抑えることができる。ナノ金属粒子は反応性が高いので上記のような低温度焼成でも、焼結が完了し、10μm以下の平均粒径導電性フィラーを結合する役割を担い、低抵抗、高熱伝導性を有している。例えばナノ金粒子から形成した電極は4μΩcm以下のシート抵抗を得ることができる。貫通電極の熱伝導率は60W/(mK)以上が好適である。例えばナノ銀粒子から形成した貫通電極は300W/(mK)以上の熱伝導率を得ることができる。 The nano metal particle means a metal particle made of Au (gold), Ag (silver), Cu (copper) or the like having a particle diameter of 1 nm to 100 nm. A through-hole is filled with a metal paste obtained by mixing nano metal particles and a conductive filler having an average particle diameter of 10 μm or less by a printing method or an ink jet method, and fired at a temperature of 100 ° C. to 600 ° C., for example, to form a through electrode. Further, by mixing a conductive filler having an average particle diameter of 10 μm or less, the metal content can be increased to 90% or more, and shrinkage after firing can be minimized. Since nano metal particles are highly reactive, sintering is completed even with low-temperature firing as described above, and the role of binding conductive fillers having an average particle diameter of 10 μm or less is achieved, and has low resistance and high thermal conductivity. Yes. For example, an electrode formed of nano gold particles can obtain a sheet resistance of 4 μΩcm or less. The thermal conductivity of the through electrode is preferably 60 W / (mK) or more. For example, a through electrode formed from nano silver particles can obtain a thermal conductivity of 300 W / (mK) or more.
即ち、ナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストを貫通孔に充填し、低温度で焼成して貫通電極を構成することにより、貫通電極の抵抗を低く、また熱伝導率を高くすることができる。そのため、高周波駆動の電子部品では信号遅延を低減できる。また、LEDのような発熱する電子部品では放熱特性が向上し、電子部品の高温化による発光効率の低下を防止することができる。 That is, by filling a through-hole with a metal paste mixed with nano metal particles and a conductive filler having an average particle size of 10 μm or less and firing at a low temperature to form the through-electrode, the resistance of the through-electrode is reduced, Thermal conductivity can be increased. Therefore, the signal delay can be reduced in the high frequency driving electronic component. In addition, heat dissipation characteristics of an electronic component that generates heat, such as an LED, can be improved, and a decrease in light emission efficiency due to a high temperature of the electronic component can be prevented.
また、貫通孔の側壁面には導電性膜が形成され、ナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により形成される貫通電極がこの導電性膜に接して充填されるように構成することができる。例えば、貫通孔の側壁面に無機物フィラーと金属材料とを混合した混合部材を塗布し、例えば温度100℃〜600℃で焼成して導電性膜を形成することができる。導電性膜は、貫通孔の側壁のアンカー特性を向上させるとともに、ナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理から形成される貫通電極とも密着性がよい。従って、導電性膜は貫通孔の側壁面と貫通電極との間の密着性、気密性を向上させる機能を有する。また、貫通孔の側壁面にスパッタ法、蒸着法、メッキ法、インクジェット法、印刷法またはディスペンス法などにより金属膜を形成し、これを導電性膜とすることができる。また、貫通孔の側壁面と貫通電極との密着性を向上させるために、貫通孔の側壁面を予めプラズマ法、エッチング法、サンドブラスト法等による粗面処理を行い、側壁表面に凹凸を形成することができる。 In addition, a conductive film is formed on the side wall surface of the through hole, and a through electrode formed by heat treatment of a metal paste in which nano metal particles and a conductive filler having an average particle size of 10 μm or less are in contact with the conductive film. And can be configured to be filled. For example, a conductive film can be formed by applying a mixed member in which an inorganic filler and a metal material are mixed to the side wall surface of the through hole and firing at a temperature of 100 ° C. to 600 ° C., for example. The conductive film improves the anchor property of the side wall of the through hole, and also has good adhesion to a through electrode formed by heat treatment of a metal paste in which nano metal particles and an average particle size conductive filler of 10 μm or less are mixed. Therefore, the conductive film has a function of improving the adhesion and airtightness between the side wall surface of the through hole and the through electrode. Further, a metal film can be formed on the side wall surface of the through hole by a sputtering method, a vapor deposition method, a plating method, an inkjet method, a printing method, a dispensing method, or the like, and this can be used as a conductive film. In addition, in order to improve the adhesion between the side wall surface of the through hole and the through electrode, the side wall surface of the through hole is subjected to a rough surface treatment in advance by a plasma method, an etching method, a sand blast method, or the like to form irregularities on the side wall surface. be able to.
本発明の電子デバイスの製造方法においては、絶縁基板の表面側に窪みを形成するとともに、窪みの底面から絶縁基板の裏面に貫通する貫通孔を形成する準備工程と、貫通孔にナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストを充填し、熱処理を行って貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、窪みの底面に電子部品をダイマウントし、貫通電極と電気的に接続する実装工程と、電子部品を封止する封止部を絶縁基板に設置する封止工程と、を備えている。 In the method for manufacturing an electronic device of the present invention, a step of forming a recess on the surface side of the insulating substrate and a through hole penetrating from the bottom surface of the recess to the back surface of the insulating substrate; and a nano metal particle in the through hole Filling a metal paste mixed with a conductive filler with an average particle size of 10 μm or less, and performing a heat treatment to form a through electrode; die mounting electronic components on the bottom of the depression; And a sealing step of installing a sealing portion for sealing the electronic component on the insulating substrate.
ナノ金属粒子は反応性が高いので、例えば温度100℃〜600℃の低温で焼成してもバルク金属に近い特性の電極を形成することができる。ナノ金属粒子として、例えばナノ金粒子、ナノ銀粒子、ナノ銅粒子の材料を使用すれば、抵抗が小さく熱伝導率が高い貫通電極を形成することができる。更に、電極形成工程の前に、貫通孔の側壁面に無機材料と金属材料とを混合した混合材料を塗布し、熱処理してその側壁面に導電性膜を形成する導電性膜形成工程を備えることができる。この導電性膜を形成することにより、貫通電極と貫通孔の側壁面との密着性、気密性を向上させることができる。以下、本発明の実施形態を具体的に説明する。 Since the nano metal particles have high reactivity, an electrode having characteristics close to that of a bulk metal can be formed even when fired at a low temperature of, for example, 100 ° C. to 600 ° C. For example, if a material of nano gold particles, nano silver particles, or nano copper particles is used as the nano metal particles, a through electrode having a low resistance and a high thermal conductivity can be formed. Furthermore, before the electrode forming step, a conductive film forming step is provided in which a mixed material in which an inorganic material and a metal material are mixed is applied to the side wall surface of the through-hole and heat-treated to form a conductive film on the side wall surface. be able to. By forming this conductive film, it is possible to improve the adhesion and airtightness between the through electrode and the side wall surface of the through hole. Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described.
(第一実施形態)
図1は本発明の第一実施形態に係る電子デバイス1の模式的な縦断面図である。電子デバイス1は、表面に窪み4が形成された絶縁基板2と、窪み4の底面から絶縁基板2の裏面に貫通する2つの貫通孔3a、3bに充填された貫通電極6a、6bと、窪み4に収納され、ダイボンディング材10を介して実装された電子部品7と、絶縁基板2の裏面に形成された裏面電極8a、8bと、窪み4を外部から密閉する封止部9と、から構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an electronic device 1 according to the first embodiment of the present invention. The electronic device 1 includes an insulating
絶縁基板2及び封止部9はガラス材料やセラミックス材料を使用することができる。貫通孔3a、3bの側壁面には導電性膜5a、5bが形成されている。貫通孔3bの導電性膜5bは、窪み4の底面まで延設されている。貫通孔3a、3b内には、導電性膜5a、5bに接するようにして、ナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により形成された貫通電極6a、6bが充填されている。電子部品7は貫通電極6aの上部にダイボンディング材10を介して実装されている。電子部品7の表面には図示しない電極が形成され、この電極と窪み4の底面に延設された導電性膜5bとは金線からなるワイヤー15により電気的に接続されている。封止部9は絶縁基板2の窪み4の上面に接合材11を介して接着されている。窪み4の内部は、例えば、真空に引かれているまたは不活性ガスが充填されている。
The insulating
電子部品7には、裏面電極8a、貫通電極6a、ダイボンディング材10を介して、また、裏面電極8b、貫通電極6b、導電性膜5b、ワイヤー15を介して電力が供給される。電子部品7が駆動状態で発熱する場合には、貫通電極6a、裏面電極8aを介して熱が外部に放熱される。例えば、ナノ金属粒子としてナノ銀粒子を使用した場合には熱伝導率が300W/(mK)以上であり、優れた放熱特性を得ることができる。
Electric power is supplied to the
ここで、導電性膜5は、1μm〜3μmのガラスフリットを混入したナノ金属ペーストまたは金属ペーストまたはナノ金属と金属とを混合したペーストを貫通孔3a、3bの側壁面に塗布し、温度100℃〜600℃で焼成することにより、ガラス材料を0.1wt%〜3wt%含有する銀電極とした。また、ナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合し高分子材料にて分散した金属ペーストを貫通孔3a、3bに充填し、温度100℃〜600℃で焼成して貫通電極6a、6bとした。これにより、貫通電極6と貫通孔3a、3bの側壁面との密着性、気密性を向上させることができる。絶縁基板2と封止部9とはAuSnの合金材料からなる接合材11を使用して接合することができる。裏面電極8a、8bは、例えば銀パラジウムまたはガラスフリット含有させたナノ金属ペーストまたは金属ペーストまたはナノ金属と金属を混合したペーストを印刷し、焼成して形成することができる。
Here, the conductive film 5 is coated on the side wall surfaces of the through
なお、上記第一実施形態において、2つの貫通孔3a、3b、2つの貫通電極6a、6bを形成したがこれに限定されず、貫通孔3a、3b及び貫通電極6a、6bは必要に応じて2個以上であってもよい。また、電子部品7をワイヤー15を介して接続したが、これに変えて、電子部品7を複数の貫通電極6a、6bの上に導電材料を介して面実装により設置してもよい。また、ワイヤー15に代えて金属製リボン、たとえば、短冊状金製部材または金製リボンを介してハンダにより接続することにより、接合強度が大きく、長期間に渡り、接合不良及び断線がない高い信頼性を得ることができる。
In the first embodiment, the two through
(第二実施形態)
図2は本発明の第二実施形態に係る電子デバイス1の模式的な縦断面図である。本第二実施形態では電子部品7としてLEDを用い、LEDから発光した光を基板上方向への指向性を有する光として射出することができる。図1と同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
(Second embodiment)
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the electronic device 1 according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, an LED is used as the
電子デバイス1は、表面に窪み4を有し、窪み4の底面から裏面に貫通する貫通孔3a、3bを有する絶縁基板2と、貫通孔3a、3bに充填された貫通電極6a、6bと、貫通電極6aの上にダイボンディング材10を介して実装されている電子部品7と、絶縁基板2の裏面に形成され、貫通電極6a、6bに電気的に接続する裏面電極8a、8bと、窪み4に充填された封止部9などから構成されている。
The electronic device 1 has a
絶縁基板2は、ガラス材料またはセラミック材料を使用することができる。貫通孔3a、3bの側壁面には導電性膜5a、5bが形成され、貫通孔3a、3b内には、導電性膜5a、5bの表面に接するようにして貫通電極6a、6bが充填されている。導電性膜5bは窪み4の底面に延設されている。電子部品7は貫通電極6aの上にダイボンディング材10を介して実装されている。電子部品7の表面に形成される図示しない電極と、導電性膜5bとはワイヤー15により電気的に接続されている。従って、電子部品7には、裏面電極8a、貫通電極6a、ダイボンディング材10を介して、また、裏面電極8b、貫通電極6b、導電性膜5b、ワイヤー15を介して電力が供給される。
The insulating
貫通電極6a、6bは、ナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により形成されている。貫通孔3a、3bの側壁面と貫通電極6a、6bとは、その間に導電性膜5a、5bを介在させることにより、貫通孔3a、3bの側壁面と貫通電極6a、6bとの間が強固に接着される。貫通電極6a、6b、導電性膜5a、5b、裏面電極8a、8bの材料は第一実施形態において説明したと同様なので説明を省略する。また、裏面電極8a、8bと貫通電極6a、6bとは、ナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により同時に形成することができる。即ち、ナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストを印刷法またはインクジェット法により貫通孔3a、3bと絶縁基板2の裏面とに塗布し、温度100℃〜600℃で焼成して形成することができる。
The through
なお、真空に引くまたは不活性ガスを充填する必要の無い第二実施形態においては、貫通孔3a、3bの側壁面と貫通電極6a、6bとの間に導電性膜5a、5bを介在させないで、ガラフリットを0.1wt%〜3wt%含有させたナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストを貫通孔3a、3bに塗布し熱処理することにより、側壁面と貫通電極との界面にガラスフリットを介在させて密着させても良い。第一実施形態において説明したワイヤー15による接続に用いた導電性膜5bの代わりに、貫通電極6a、6b形成した後に接続電極をスパッタ法、蒸着法、メッキ法、インクジェット法、印刷法またはディスペンス法などにより金属膜を形成し、これを導電性膜とすることができる。また、ワイヤー15による接続に代えて、電子部品7の裏面側に電極を集約的に形成し、面実装を行って貫通電極6a、6bと電気的に接続してもよい。また、ワイヤー15に代えて金属製リボン、たとえば、短冊状金製部材または金製リボンを介してハンダにより接続することにより、接合強度が大きく、長期間に渡り、接合不良及び断線がない高い信頼性を得ることができる。
In the second embodiment that does not need to be evacuated or filled with an inert gas, the
なお、窪み4の傾斜面や底面に金属薄膜または誘電体多層膜からなる反射面を形成することができる。封止部9は、透明合成樹脂や無機材料を使用することができる。封止部9として、金属アルコキシドまたは金属アルコキシドから形成されるポリメタロキサンを硬化させたシリコン酸化物とすることができる。絶縁基板2としてガラス材料を使用し、封止部9としてシリコン酸化物を使用すれば、互いに熱膨張係数が近似するので気密性の信頼性を向上させることができる。
A reflective surface made of a metal thin film or a dielectric multilayer film can be formed on the inclined surface or bottom surface of the
ナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により形成した貫通電極6a、6bを使用したことにより、貫通電極6a、6bの熱伝導率を例えば60W/(mK)以上とすることができる。例えば、ナノ銀粒子を100℃〜600℃で熱処理した貫通電極6a、6bを使用すれば、熱伝導率を300W/(mK)以上とすることができる。これにより、LEDからなる電子部品7の発熱を貫通電極6a及び裏面電極8aを介して放熱させることができ、LEDが温度上昇して発光効率が低下することを防止することができる。また、窪み4の傾斜面及び底面に金属膜または誘電体多層膜を形成して反射面を構成すれば、電子部品7から放射される光の指向性をより強くすることができる。
By using the through
図3は、本発明の第一実施形態の電子デバイス1の製造方法を説明するための図である。図3(a)は、絶縁基板2の表面に窪み4を形成し、窪み4の底面から絶縁基板2の裏面にかけて貫通孔3a、3bを形成した準備工程終了後の絶縁基板2の断面図である。絶縁基板2としてセラミックス材料やガラス材料を使用することができる。セラミックス材料を使用する場合は、板状のグリーンシートをプレス機により押圧して窪み4と貫通孔3a、3bとを形成し、次に温度1000℃以上で焼成してセラミックス材料からなる絶縁基板2を形成することができる。絶縁基板2としてガラス材料を使用する場合は、板状のガラス材料を軟化点または軟化点以上の温度に加熱して成型法により窪み4と貫通孔3a、3bとを形成することができる。また、板状のガラスと中央部が開口する枠形状のガラスとを張り合わせて窪み4を形成し、窪み4の底面から裏面にかけて貫通孔3a、3bを形成してもよい。
FIG. 3 is a view for explaining the method for manufacturing the electronic device 1 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3A is a cross-sectional view of the insulating
図3(b)は、貫通孔3a、3bの側壁面に導電性膜5a、5bを形成した導電性膜形成工程終了後の絶縁基板2の断面図である。導電性膜5a、5bは、長さが1μm〜3μmのガラスフリットを0.1wt%〜3wt%含有するナノ金属ペーストまたは金属ペーストまたはナノ金属と金属とを混合したペーストをディスペンサ法または印刷法により貫通孔3a、3bの側壁面及び窪み4の底面の一部に塗布し、温度100℃〜600℃で加熱焼成して形成する。ナノ金属ペーストまたは金属ペーストまたはナノ金属と金属とを混合したペーストに含まれるガラスフリットは、好ましくは0.5wt%〜1wt%とする。ガラスフリットの量を多くすると、例えばセラミックス材料の絶縁基板2に対する密着強度は向上するが、後に充填するナノ金属粒子の凝集拡散が進まず、導電性膜5a、5bと貫通電極6a、6bとの接合が不十分となり、空隙層が形成されて気密性を保つことができなくなる。ガラスフリットの量を少なくすると、後に充填する貫通電極6a、6bとの間の接合は十分であっても、貫通孔3a、3bの側壁面との間の密着強度が低下し、貫通孔3a、3bと導電性膜5a、5bとの界面において気密性を保つことができなくなるおそれがる。
FIG. 3B is a cross-sectional view of the insulating
導電性膜5a、5bとして、ナノ金属ペーストまたは金属ペーストまたはナノ金属と金属とを混合したペーストの焼成による形成に代えて、金属膜をスパッタリング法、蒸着法、メッキ法、インクジェット法、印刷法、またはディスペンス法などを用いて形成することができる。この場合に、金属膜を形成する前にプラズマ洗浄やサンドブラスト法、エッチング法等を用いて貫通孔3a、3bの側壁面に0.1μm〜5μmの凹凸を形成し、アンカー効果が発生するようにしておく。側壁面の凹凸を、好ましくは0.5μm〜2μmの範囲とする。スパッタリング法等を用いた導電性膜5a、5bの形成は絶縁基板2の高温処理が不要であることから、絶縁基板2として絶縁性樹脂材料またはガラス材料を用いる場合に好適である。
As the
図3(c)は、貫通孔3a、3bに貫通電極6a、6bを形成した貫通電極形成工程終了後の絶縁基板2の断面図である。貫通電極6a、6bは、ナノ銀粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した銀ペーストを貫通孔3a、3bに印刷法、インクジェット法またはディスペンス法により充填し、温度100℃〜600℃で焼成して形成した。また、ナノ銀粒子に代えてナノ金粒子やナノ銅粒子を使用することができる。
FIG. 3C is a cross-sectional view of the insulating
図3(d)は、絶縁基板2の裏面に裏面電極8a、8bを形成した裏面電極形成工程終了後の絶縁基板2の断面図である。裏面電極8a、8bは、銀パラジウムまたはガラスフリット含有させたナノ金属ペーストまたは金属ペーストまたはナノ金属と金属とを混合したペーストをスクリーン印刷法により印刷し、焼成して形成した。裏面電極8a、8bは、印刷法に代えてまたは印刷法に加えて、メッキ法により金属膜を堆積させてもよい。また、蒸着法やスパッタリング法により金属膜を堆積し、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を通して金属膜をパターニングし、裏面電極8a、8bとしてもよい。
FIG. 3D is a cross-sectional view of the insulating
図3(e)は、貫通電極6aの上に電子部品7を実装した実装工程終了後の断面図である。電子部品7の裏面及び表面には図示しない電極が形成されている。電子部品7をダイボンディング材10を介して貫通電極6aの上に実装し、電子部品7の裏面に形成した電極と貫通電極6aとを電気的に接続する。更に電子部品7の表面に形成した図示しない電極と導電性膜5bとを金線であるワイヤー15により電気的に接続する。ダイボンディング材10として、AuSn、銀ペースト、またはナノ金属ペーストまたはナノ金属と金属とを混合したペーストを使用することができる。なお、実装方法は図3(e)に示す方法に限定されない。例えば、電子部品7の下面に電極を集約的に形成し、この電極と貫通電極6a、6bとを面実装により電気的に接続してもよい。また、ワイヤー15に代えて金属製リボン、たとえば、短冊状金製部材または金製リボンを介してハンダにより接続することにより、接合強度が大きく、長期間に渡り、接合不良及び断線がない高い信頼性を得ることができる。
FIG. 3E is a cross-sectional view after the end of the mounting process in which the
図3(f)は、絶縁基板2の上に封止部9からなる蓋を接合した封止工程終了後の断面図である。封止部9は絶縁基板2と同じ材料を使用している。封止部9と絶縁基板2とは接合材11を介して接着し、電子部品7を外部環境から遮断するように封止する。封止の際には窪み4に不活性ガスを導入する、または内部を真空にする。接合材11としてアルミニウムを使用し、封止部9と絶縁基板2とを陽極接合により接着することができる。また、接合材11として、AuSn合金、低融点ガラス、エポキシ樹脂を用いて接合または接着することができる。
FIG. 3F is a cross-sectional view after completion of the sealing process in which a lid made of the sealing
なお、上記第三実施形態では、準備工程→導電性膜形成工程→貫通電極形成工程→裏面電極形成工程→実装工程→封止工程の順で電子デバイス1を製造したが、本発明ではこの順番に限定されず、準備工程の後に、貫通電極形成工程→裏面電極形成工程→導電性膜形成工程→実装工程→封止工程としてもよいし、貫通電極形成工程→導電性膜形成工程→裏面電極形成工程→実装工程→封止工程としてもよいし、貫通電極形成工程→導電性膜形成工程→実装工程→封止工程→裏面電極形成工程としてもよい。 In the third embodiment, the electronic device 1 is manufactured in the order of the preparation process → the conductive film forming process → the through electrode forming process → the back electrode forming process → the mounting process → the sealing process. It is not limited to, After the preparation process, the through electrode formation process → the back electrode formation process → the conductive film formation process → the mounting process → the sealing process, or the through electrode formation process → the conductive film formation process → the back electrode It is good also as a formation process-> mounting process-> sealing process, and it is good also as a penetration electrode formation process-> conductive film formation process-> mounting process-> sealing process-> back electrode formation process.
以上のとおり、ナノ金属粒子はバルク金属に近い電気特性を有する。また、10μm以下の平均粒径導電性フィラーを混合することにより、金属含有率を90%以上にすることができ、焼成後の収縮を最小限に抑えることができる。ナノ金属粒子は反応性が高いので上記のような低温度焼成でも、焼結が完了し、10μm以下の平均粒径導電性フィラー結合する役割を担うため、抵抗が小さく熱伝導率が高い貫通電極を形成することができる。更に、電極形成工程の前に、貫通孔の側壁面に無機材料と金属材料とを混合した混合材料を塗布し、熱処理してその側壁面に導電性膜を形成することにより、貫通電極と貫通孔の側壁面との密着性、気密性を向上させることができる。 As described above, the nano metal particles have electrical properties close to those of bulk metals. Further, by mixing a conductive filler having an average particle diameter of 10 μm or less, the metal content can be increased to 90% or more, and shrinkage after firing can be minimized. Since the nano metal particles have high reactivity, even when firing at a low temperature as described above, the sintering is completed and a role of bonding conductive filler with an average particle size of 10 μm or less is achieved, so that the through electrode has low resistance and high thermal conductivity Can be formed. Further, before the electrode forming step, a mixed material in which an inorganic material and a metal material are mixed is applied to the side wall surface of the through hole, and heat treatment is performed to form a conductive film on the side wall surface. Adhesiveness and airtightness with the side wall surface of the hole can be improved.
1 電子デバイス
2 絶縁基板
3a、3b 貫通孔
4 窪み
5a、5b 導電性膜
6a、6b 貫通電極
7 電子部品
8a、8b 裏面電極
9 封止部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記貫通孔に充填され、ナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストの熱処理により形成された貫通電極と、
前記窪みに収納され、前記貫通電極に電気的に接続される電子部品と、
前記電子部品を封止する封止部と、を備える電子デバイス。 An insulating substrate having a depression on the front surface and having a through hole penetrating from the bottom surface of the depression to the back surface;
A through electrode formed by heat treatment of a metal paste filled in the through hole and mixed with nano metal particles and a conductive filler having an average particle size of 10 μm or less;
An electronic component housed in the depression and electrically connected to the through electrode;
An electronic device comprising: a sealing unit that seals the electronic component.
前記貫通孔にナノ金属粒子と10μm以下の平均粒径導電性フィラーとを混合した金属ペーストを充填し、熱処理を施して貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、
電子部品を前記窪みの底面に実装する実装工程と、
前記電子部品を封止する封止部を形成する封止工程と、を備える電子デバイスの製造方法。 A step of forming a recess on the surface of the insulating substrate, and forming a through-hole penetrating from the bottom surface of the recess to the back surface of the insulating substrate;
A through electrode forming step of filling the through hole with a metal paste mixed with nano metal particles and a conductive filler having an average particle size of 10 μm or less, and performing heat treatment to form a through electrode;
A mounting step of mounting electronic components on the bottom surface of the recess;
And a sealing step for forming a sealing portion for sealing the electronic component.
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