JP2022046921A - 電子デバイスの製造方法 - Google Patents

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cap
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lead
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雅隆 數野
Masataka Kazuno
哲也 大槻
Tetsuya Otsuki
仁 上野
Hitoshi Ueno
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Abstract

【課題】低コスト化を図ることのできる電子デバイスの製造方法を提供すること。【解決手段】電子デバイスの製造方法は、第１電子部品が実装され、かつ、リードが接合されている基板を準備する準備工程と、基板にキャップを配置した状態でモールド金型に載置し、モールド金型内にモールド材を充填することによりモールド部を形成するモールド工程と、を含む。モールド金型は、キャップが載置されるキャップ載置部を備える第１金型と、リードを押圧して弾性変形させるリード押圧部を備える第２金型と、を有し、モールド工程では、キャップ載置部にキャップを載置するステップと、キャップ上に基板を載置するステップと、リードをリード押圧部で押圧して弾性変形させ、リードに生じる復元力によって基板をキャップ側に付勢するステップと、モールド金型内にモールド材を充填するステップと、を有する。【選択図】図１０

Description

本発明は、電子デバイスの製造方法に関する。
特許文献１に記載の角速度検出装置は、メタルコア基板と、メタルコア基板に実装された角速度を検出するための半導体素子と、半導体素子を収容するようにメタルコア基板に接着剤を介して接合されたキャップと、メタルコア基板およびキャップをモールドするモールド部と、を有する。
特開２０１１－１９１０７９号公報
しかしながら、上述の構成においては、メタルコア基板とキャップとの接合を接着剤で行っており、接着剤を使用する分、角速度検出装置の製造コストが増加するという課題がある。
本発明の電子デバイスの製造方法は、互いに表裏関係にある第１面および第２面を有する基板と、
前記基板の前記第１面に実装されている第１電子部品と、
前記基板に接合されているリードと、
前記第１面に配置され、前記基板との間に前記第１電子部品を収容するキャップと、
前記リードと前記基板との接合部分をモールドし、前記キャップと前記基板とを接合するモールド部と、を有する電子デバイスの製造方法であって、
前記第１電子部品が実装され、かつ、前記リードが接合されている前記基板を準備する準備工程と、
前記基板に前記キャップを配置した状態でモールド金型に載置し、前記モールド金型内にモールド材を充填することにより前記モールド部を形成するモールド工程と、を含み、
前記モールド金型は、
前記キャップが載置されるキャップ載置部を備える第１金型と、
前記リードを押圧して弾性変形させるリード押圧部を備える第２金型と、を有し、
前記モールド工程では、
前記キャップ載置部に前記キャップを載置するステップと、
前記キャップ上に前記基板を載置するステップと、
前記リードを前記リード押圧部で押圧して弾性変形させ、前記リードに生じる復元力によって前記基板を前記キャップ側に付勢するステップと、
前記モールド金型内に前記モールド材を充填するステップと、を有することを特徴とする。
第１実施形態に係る電子デバイスを示す斜視図である。 図１に示す電子デバイスのキャップ内を示す平面図である。 図２中のＡ－Ａ線断面図である。 図１に示す電子デバイスの製造工程を示すフローチャートである。 リードフレームを示す平面図である。 電子デバイスの製造方法を説明するための断面図である。 電子デバイスの製造方法を説明するための断面図である。 電子デバイスの製造方法を説明するための断面図である。 電子デバイスの製造方法を説明するための断面図である。 電子デバイスの製造方法を説明するための断面図である。 第２実施形態に係る電子デバイスを示す断面図である。 第３実施形態に係る電子デバイスを示す断面図である。
以下、本発明の一態様の電子デバイスを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図４を除く各図には、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸として図示している。Ｘ軸と平行な方向を「Ｘ軸方向」とも言い、Ｙ軸と平行な方向を「Ｙ軸方向」とも言い、Ｚ軸と平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、各軸を示す矢印の先端側を「プラス側」とも言い、反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｚ軸方向プラス側を「上」とも言い、Ｚ軸方向マイナス側を「下」とも言う。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る電子デバイスを示す斜視図である。図２は、図１に示す電子デバイスのキャップ内を示す平面図である。図３は、図２中のＡ－Ａ線断面図である。図４は、図１に示す電子デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図５は、リードフレームを示す平面図である。図６ないし図１０は、それぞれ、電子デバイスの製造方法を説明するための断面図である。なお、図２では、説明の便宜上、第１配線パターンの図示を省略している。
図１に示す電子デバイス１は、ＱＦＰ(Quad Flat Package)構造である。また、電子デバイス１は、図２および図３に示すように、基板２と、基板２の上面２１側に位置し、上面２１に接合された第１電子部品３と、基板２の下面２２側に位置し、下面２２に接合された第２電子部品４と、基板２の下面２２に接合された複数のリード７１を備えるリード群７と、第１電子部品３を覆うように基板２に被せられたキャップ８と、第２電子部品４をモールド封止すると共にキャップ８を基板２に接合するモールド部９と、を有する。また、電子デバイス１は、第１電子部品３として３つの角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚを含み、第２電子部品４として加速度センサー５および回路素子６を含む。
基板２は、平面視形状が略正方形の板状であり、互いに表裏関係にある第１面としての上面２１および第２面としての下面２２を有する。基板２は、セラミック基板であり、アルミナ、チタニア等の各種セラミック材料で構成されている。基板２をセラミック基板とすることにより、高い耐食性を有する基板２となる。また、優れた機械的強度を有する基板２となる。また、吸湿し難く、耐熱性にも優れるため、電子デバイス１の製造時に加わる熱によるダメージを受け難い。また、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚが有するベース３２と同じ材料とすることにより、これらの間に、線膨張係数差に起因する熱応力が生じ難くなる。したがって、長期信頼性に優れた電子デバイス１となる。なお、基板２としては、セラミック基板に限定されず、例えば、各種半導体基板、各種ガラス基板、各種プリント基板等を用いることもできる。
また、基板２の上面２１には、第１電子部品３と電気的に接続された第１配線パターン２８が配置されている。一方、基板２の下面２２には、第２電子部品４と電気的に接続された第２配線パターン２９が配置されている。第１配線パターン２８は、基板２に形成された図示しない貫通電極を介して第２配線パターン２９と電気的に接続されている。
第１電子部品３は、パッケージ化された表面実装部品である。これにより、素子が剥き出しの実装部品と比べて高い機械的強度を発揮することができる。また、第１電子部品３の基板２への実装も容易となる。第１電子部品３は、物理量センサーであり、特に本実施形態では、３つの角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚである。角速度センサー３ｘは、Ｘ軸まわりの角速度を検出するセンサーであり、角速度センサー３ｙは、Ｙ軸まわりの角速度を検出するセンサーであり、角速度センサー３ｚは、Ｚ軸まわりの角速度を検出するセンサーである。第１電子部品３を物理量センサーとすることにより、様々な電子機器、移動体に好適に搭載される電子デバイス１となる。そのため、電子デバイス１の利便性および需要が高まる。特に、電子デバイス１では互いに直交する３軸まわりの角速度を検出可能であるため、上述の効果がより顕著となる。
角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚの基本構成は、互いに同様であり、検出軸がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を向くように姿勢を変えて実装されている。図３に示すように、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚは、それぞれ、パッケージ３１と、パッケージ３１に収容された物理量検出素子３４と、を有する。また、パッケージ３１は、凹部３２１を有する箱型のベース３２と、凹部３２１の開口を塞ぐようにベース３２に接合されたリッド３３と、を有する。ベース３２は、アルミナ等のセラミック材料で構成され、リッド３３は、コバール等の金属材料で構成されている。
また、図３に示すように、下面３２０には、物理量検出素子３４と電気的に接続された複数の第１実装端子３９が配置されている。物理量検出素子３４は、例えば、駆動腕および振動腕を有する水晶振動素子である。このような水晶振動素子では、駆動信号を印加して駆動腕を駆動振動させた状態で検出軸まわりの角速度が加わると、コリオリの力によって検出腕に検出振動が励振される。検出振動により検出腕に発生する電荷を検出信号として取り出し、取り出した検出信号に基づいて角速度を求めることができる。
角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚは、それぞれ、下面３２０において導電性の第１接合部材Ｂ１を介して基板２の上面２１に接合されている。また、各角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚの第１実装端子３９は、第１接合部材Ｂ１を介して第１配線パターン２８と電気的に接続されている。第１接合部材Ｂ１は、半田であり、半田リフローによって角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚと基板２との機械的および電気的な接続を行っている。これにより、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚと基板２との接続を容易かつ精度よく行うことができる。また、経年劣化が少なく、信頼性の高い第１接合部材Ｂ１となる。ただし、第１接合部材Ｂ１としては、半田に限定されず、例えば、金ろう、銀ろう等の各種ろう材、金バンプ、銀バンプ等の各種金属バンプ、樹脂系接着剤に導電性フィラーを分散させた各種導電性接着剤等を用いることができる。
以上、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚについて説明したが、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚの構成としては特に限定されない。例えば、物理量検出素子３４が静電容量型のシリコン振動素子から構成され、静電容量の変化に基づいて角速度を検出する構成であってもよい。また、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚの少なくとも１つが他と異なる構成であってもよい。また、第１電子部品３は、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚの少なくとも１つを省略してもよい。また、第１電子部品３は、角速度以外の物理量を検出する物理量センサーであってもよいし、物理量センサーでなくてもよい。また、第１電子部品３は、パッケージ化された表面実装部品でなくてもよく、例えば、パッケージ３１を省略し、キャップ８内で物理量検出素子３４が剥き出しとなっていてもよい。
図３に示すように、キャップ８は、基板２に接合されており、基板２との間に角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚを収容する。キャップ８は、ハット型であり、上面２１側に開口する凹部８１１を有する基部８１と、基部８１の下端部から外周側に向けて突出する環状のフランジ部８２と、を有する。キャップ８は、凹部８１１内に角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚを収容するようにして基板２の上面２１に配置され、フランジ部８２が上面２１に当接している。そして、モールド部９によって、キャップ８と基板２とが接合されると共に、凹部８１１内が気密封止されている。
このように、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚを収容するキャップ８を設けることにより、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚを水分、埃、衝撃等から保護することができる。なお、本実施形態では、凹部８１１内は、大気封止されている。ただし、これに限定されず、例えば、減圧封止、陽圧封止してもよいし、窒素、アルゴン等の安定したガスに置換してもよい。
キャップ８は、導電性を有し、例えば、金属材料で構成されている。特に、本実施形態では、鉄－ニッケル系合金である４２アロイで構成されている。これにより、セラミック基板からなる基板２とキャップ８との線膨張係数差を十分に小さくすることができ、これらの線膨張係数差に起因する熱応力の発生を効果的に抑制することができる。したがって、環境温度に影響を受け難く、安定した特性を有する電子デバイス１となる。また、キャップ８は、電子デバイス１の使用時にグランド（ＧＮＤ）に接続される。これにより、キャップ８が外部からの電磁ノイズを遮断するシールドとして機能し、キャップ８の内部に収容された角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚの駆動が安定する。ただし、キャップ８の構成材料としては、４２アロイに限定されず、例えば、ＳＵＳ材等の金属材料、各種セラミック材料、各種樹脂材料、シリコン等の半導体材料、各種ガラス材料等を用いることもできる。
ここで、キャップ８と基板２との接合方法として、フランジ部８２と基板２との間に配置した接着剤、特に樹脂系接着剤等の有機成分を含む接着剤で行う方法があるが、本実施形態では、そのような方法を採用せず、モールド部９によってキャップ８と基板２とを接合している。これにより、フランジ部８２と基板２との間に接着剤を配置する方法と比べて、電子デバイス１の低背化を図ることができる。また、接着剤から発生するアウトガス（有機成分）によりキャップ８内が汚染されるおそれもない。また、接着剤の経年劣化に基づく信頼性の低下も抑制することができる。したがって、小型で高い信頼性を有する電子デバイス１となる。さらには、接着剤を用いない分、電子デバイス１の製造コストを削減することもできる。
電子デバイス１では、凹部８１１内は、空隙であり、モールド部９が充填されていない。つまり、キャップ８に収容された角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚは、モールド部９で覆われていない。
図２および図３に示すように、第２電子部品４は、加速度センサー５および回路素子６を有する。電子デバイス１が回路素子６を有することにより、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚおよび加速度センサー５と回路素子６とを電子デバイス１内で接続することができるため、これらを接続する配線長を短くすることができる。そのため、特に、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚおよび加速度センサー５から出力される検出信号にノイズが乗り難くなり、より精度よく、各軸まわりの角速度および各軸方向の加速度を検出することができる。
また、図３に示すように、加速度センサー５は、その上面５０において、第２接合部材Ｂ２を介して基板２の下面２２に接合され、回路素子６は、その上面６０において、第３接合部材Ｂ３を介して加速度センサー５の下面に接合されている。本実施形態では、加速度センサー５の平面視形状が回路素子６の平面視形状よりも大きいため、加速度センサー５を基板２に接合し、回路素子６を加速度センサー５に接合している。これにより、加速度センサー５および回路素子６を基板２にバランス良く配置することができる。
ここで、第２接合部材Ｂ２および第３接合部材Ｂ３は、電気的な接続を伴わない。そのため、第２接合部材Ｂ２および第３接合部材Ｂ３としては、導電性の有無を問わず、例えば、各種ダイアタッチ剤、各種ダイアタッチフィルム等を用いることができる。
加速度センサー５は、Ｘ軸方向の加速度、Ｙ軸方向の加速度およびＺ軸方向の加速度をそれぞれ独立して検出することができる３軸加速度センサーである。つまり、電子デバイス１は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸まわりの角速度および各軸方向の加速度を検出可能な６軸複合センサーである。このように、電子デバイス１を物理量センサーとして利用可能とすることにより、様々な電子部品に搭載可能で、利便性および需要の高い電子デバイス１となる。
加速度センサー５は、パッケージ５１と、パッケージ５１に収納されているセンサー素子５４、５５、５６と、を有する。パッケージ５１は、センサー素子５４、５５、５６と重なって形成された凹部５２１を有するベース５２と、ベース５２側に開口する凹部５３１を有し、凹部５３１にセンサー素子５４、５５、５６を収納するようにしてベース５２に接合されたリッド５３と、を有する。また、ベース５２の下面は、一部がリッド５３から露出し、当該露出部分にセンサー素子５４、５５、５６と電気的に接続された複数の実装端子５９が配置されている。
また、センサー素子５４は、Ｘ軸方向の加速度を検出する素子であり、センサー素子５５は、Ｙ軸方向の加速度を検出する素子であり、センサー素子５６は、Ｚ軸方向の加速度を検出する素子である。これらセンサー素子５４、５５、５６は、ベース５２に固定された固定電極と、ベース５２に対して可変な可動電極と、を有するシリコン振動素子である。検出軸方向の加速度を受けると可動電極が固定電極に対し変位し、固定電極と可動電極との間に形成された静電容量が変化する。そのため、センサー素子５４、５５、５６の静電容量の変化を検出信号として取り出し、取り出した検出信号に基づいて各軸方向の加速度を求めることができる。
以上、加速度センサー５について説明したが、加速度センサー５の構成としては、その機能を発揮することができれば特に限定されない。例えば、センサー素子５４、５５、５６は、シリコン振動素子に限定されず、例えば、水晶振動素子であり、振動により生じる電荷に基づいて加速度を検出する構成であってもよい。
回路素子６は、パッケージ化されていない半導体チップすなわちベアチップである。これにより、回路素子６の小型化と低コスト化を図ることができる。ただし、回路素子６としては、ベアチップに限定されず、パッケージ化された素子であってもよい。また、回路素子６は、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚおよび加速度センサー５の駆動を制御する制御回路６１と、外部との通信を行うインターフェース回路６２と、を有する。制御回路６１は、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚおよび加速度センサー５の駆動を独立して制御し、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚおよび加速度センサー５から出力される検出信号に基づいて、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸まわりの角速度および各軸方向の加速度を独立して検出する。インターフェース回路６２は、信号の送受信を行い、外部装置からの指令を受け付けたり、検出した角速度および加速度を外部装置に出力したりする。インターフェース回路６２の通信方法としては、特に限定されないが、本実施形態ではＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）通信である。ＳＰＩ通信は、複数のセンサーを接続するのに適した通信方法である。１つのリード７１から角速度および加速度に関する全ての信号を出力することができるため、電子デバイス１の省ピン化を図ることができる。
また、回路素子６は、その下面に配置された複数の第２実装端子６９を有する。そして、回路素子６は、ボンディングワイヤーＢＷを介して加速度センサー５および第２配線パターン２９と電気的に接続されている。これにより、回路素子６と、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚ、加速度センサー５およびリード７１とが、電気的に接続される。
リード群７は、基板２の下面２２側に位置し、導電性の第４接合部材Ｂ４を介して基板２に接合された複数のリード７１を有する。複数のリード７１は、基板２の四辺に沿ってほぼ均等に設けられている。また、複数のリード７１の少なくとも一部は、第４接合部材Ｂ４を介して第２配線パターン２９と電気的に接続され、第２配線パターン２９およびボンディングワイヤーＢＷを介して回路素子６と電気的に接続されている。第４接合部材Ｂ４は、半田（半田ペースト）であり、半田リフローによってリード７１と基板２との機械的な接続および電気的な接続を行っている。これにより、リード７１と基板２との接続を容易かつ精度よく行うことができる。また、経年劣化が少なく、信頼性の高い第４接合部材Ｂ４となる。ただし、第４接合部材Ｂ４としては、半田に限定されず、例えば、金ろう、銀ろう等の各種ろう材、金バンプ、銀バンプ等の各種金属バンプ、樹脂系接着剤に導電性フィラーを分散させた各種導電性接着剤等を用いることができる。
また、各リード７１は、その自由端部がモールド部９の外側に突出し、当該部分において外部装置に取り付けられる。本実施形態では、モールド部９から突出した各リード７１がその途中において下方に屈曲しているが、各リード７１の形状は、特に限定されず、例えば、真っ直ぐであってもよいし、上方に屈曲していてもよい。電子デバイス１は、ＱＦＰに限定されず、例えば、モールド部９から飛び出したリード７１を基板２の下側に折り返したＰＬＣＣ（Plastic leaded chip carrier）であってもよい。
モールド部９は、加速度センサー５および回路素子６をモールドし、これらを水分、埃、衝撃等から保護する。また、モールド部９は、基板２と各リード７１との接続部をモールドし、当該部分を水分、埃、衝撃等から保護する。また、モールド部９は、キャップ８と基板２とを接合している。モールド部９を構成するモールド材としては、特に限定されず、例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂、その他、硬化型の樹脂材料を用いることができる。また、モールド部９は、例えば、トランスファーモールド法によって形成することができる。
モールド部９は、基板２の下面２２側に位置し、第２電子部品４をモールドする基部９１と、基板２の側方に位置し、基板２とリード７１との接合部分をモールドすると共に基板２とキャップ８とを接合する固定部９２と、を有する。固定部９２は、断面形状が略Ｃ字状であり、基板２の下面２２から基板２の側方を迂回して上面２１側に回り込み、さらに、キャップ８のフランジ部８２をモールドすることにより、基板２とキャップ８とを接合している。
このような構成によれば、前述したように、基板２とキャップ８とを接合するのにこれらの間に接着剤を配置しなくてもよい。そのため、電子デバイス１の低背化を図ることができる。また、接着剤から発生するアウトガスによりキャップ８内が汚染されるおそれもない。したがって、小型で高い信頼性を有する電子デバイス１となる。さらには、接着剤を使用しない分、電子デバイス１の製造コストを削減することもできる。特に、フランジ部８２をモールドすることにより、モールド材によってキャップ８と基板２との隙間を塞ぐことができるため、より確実に、キャップ８内を気密封止することができる。
なお、モールド部９は、フランジ部８２の中央部から外周側端部にかけてだけをモールドし、それよりも内周側の部分についてはモールドしていない。つまり、フランジ部８２は、モールド部９で覆われたモールド領域８２１と、モールド部９で覆われていない非モールド領域８２２と、を有する。そして、モールド領域８２１は、非モールド領域８２２よりもフランジ部８２の外周側に設けられている。このように、フランジ部８２に非モールド領域８２２を形成することにより、後述するように、モールド部９を形成する際に、モールド金型によってキャップを支持し易くなり、電子デバイス１の製造が容易となると共に、その精度が向上する。
次に、電子デバイス１の製造方法について説明する。図４に示すように、電子デバイス１の製造工程は、第１電子部品３および第２電子部品４が実装され、リード７１が接合された基板２を準備する準備工程Ｓ１と、基板２にキャップ８を被せた状態でモールド部９を形成するモールド工程Ｓ２と、リード７１を整形するリード整形工程Ｓ３と、を有する。
［準備工程Ｓ１］
まず、上面２１に第１配線パターン２８が形成され、下面２２に第２配線パターン２９が形成され、これらが図示しない貫通電極によって電気的に接続された基板２を準備する。次に、図５に示すリードフレーム７０を準備する。このリードフレーム７０は、枠状のフレーム７３と、フレーム７３の内側に位置し、フレーム７３に支持された複数のリード７１と、これら複数のリード７１を接続するタイバー７４と、を有する。
次に、図６に示すように、第４接合部材Ｂ４を介して各リード７１を基板２の下面２２に接合する。具体的には、第４接合部材Ｂ４として洗浄用半田ペーストを用い、半田リフローにより各リード７１を基板２に接合する。なお、各リード７１の基板２との接合部分のすぐ先端側には幅狭のくびれ部が形成されている。これにより、半田リフロー時におけるリード７１先端側への第４接合部材Ｂ４の濡れ広がりを抑制することができる。
次に、半田リフローにより生じたフラックス残渣を洗浄除去する。これにより、当該部分にモールド材が充填され易くなるため、より精度のよいモールド部９を形成することができる。また、後の半田リフロー時におけるフラックス残渣の再溶融に起因した腐食等を効果的に抑制することもできる。
次に、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚを準備し、図７に示すように、第１接合部材Ｂ１を介して基板２の上面２１に実装する。具体的には、第１接合部材Ｂ１として無洗浄用半田ペーストを用い、半田リフローにより角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚを基板２に接合する。なお、リード７１の時とは異なり、ここでは、半田リフローにより生じたフラックス残渣を洗浄除去せず、半田実装面がフラックス残渣で覆われたままとしておく。これにより、当該部分と大気との接触を抑制することができ、当該部分の腐食を効果的に抑制することができる。
このように、リード７１を半田リフローにより基板２に接合した後に、各角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚを半田リフローにより基板２に接合することにより、各角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚの熱ダメージを低減することができる。そのため、各角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚの特性の劣化や変動を効果的に抑制することができる。
次に、加速度センサー５および回路素子６を準備し、図８に示すように、第２接合部材Ｂ２を介して加速度センサー５を基板２の下面２２に接合し、第３接合部材Ｂ３を介して回路素子６を加速度センサー５の下面に接合する。これにより、下面２２への第２電子部品４の実装が完了する。第２、第３接合部材Ｂ２、Ｂ３としては、ダイアタッチ剤、ダイアタッチフィルム等を用いることができる。
第２、第３接合部材Ｂ２、Ｂ３のキュアが終了した後、ボンディングワイヤーＢＷを形成して各部を電気的に接続する。ワイヤーボンディング工程は、例えば、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚとの干渉を防止する凹部を有するヒーターブロック１１００上に基板２を載置し、クランパー１２００によって基板２を固定した状態で行うことができる。また、基板２の加熱温度は、比較的低温、例えば１８０℃以上２００℃以下程度とされる。これにより、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚ、加速度センサー５および回路素子６の熱ダメージを低減することができる。
［モールド工程Ｓ２］
次に、基板２のキャップ８を被せた状態で基板２をモールドしてモールド部９を形成する。当該工程では、図９に示すモールド金型２０００を使用する。モールド金型２０００は、第１金型としての下型２１００と第２金型としての上型２２００とを有する。
下型２１００は、キャップ８が載置されるキャップ載置部２１１０と、キャップ載置部２１１０の外側に位置し、モールド材を充填する空間を形成するモールド材充填部２１３０と、モールド材充填部２１３０の外側に位置し、リード７１を支持するリード支持部２１４０と、を有する。
キャップ載置部２１１０は、下型２１００の上面側に開口し、キャップ８の基部８１の外形形状に倣った形状の凹部２１１１と、凹部２１１１の外側に位置し、キャップ８のフランジ部８２を下方から支持する支持部２１１２と、を有する。支持部２１１２は、キャップ載置部２１１０にキャップ８を載置した状態において、フランジ部８２の非モールド領域８２２すなわちフランジ部８２の中央部から内周側端部にかけた部分と当接し、当該部分を下方から支持する。このように、キャップ８の外縁部分に位置するフランジ部８２を支持することにより、キャップ８の姿勢が安定する。また、フランジ部８２は、基板２に当接する部分でもあるため、フランジ部８２を支持することにより、キャップ８上に載置される基板２の姿勢が安定する。そのため、キャップ８に対する基板２の位置決めを精度よく行うことができる。ここで大切なのは、支持部２１１２は、フランジ部８２のモールド領域８２１すなわちフランジ部８２の中央部から外周側端部にかけた部分には当接しない。
モールド材充填部２１３０は、支持部２１１２から凹没した凹部で構成され、平面視で、フランジ部８２のモールド領域８２１すなわちフランジ部８２の中央部から外周側端部にかけた部分と重なっている。このようなモールド材充填部２１３０は、フランジ部８２のモールド領域８２１と下型２１００との間にモールド材を流し込むための隙間を形成する。リード支持部２１４０は、リード７１の下方に位置し、リード７１を上型２２００との間で挟み込んで支持する。基板２を下型２１００に載置しただけの状態すなわち上型２２００がセットされていない状態では、リード支持部２１４０は、リード７１と非接触であり、これらの間には空隙Ｇが形成される。
一方、上型２２００は、第２電子部品４の周囲にモールド材を充填する空間を形成するモールド材充填部２２１０と、モールド材充填部２２１０の外側に位置し、リード７１をリード支持部２１４０側に押圧するリード押圧部２２２０と、を有する。モールド材充填部２２１０は、下面側に開口する凹部で構成され、上型２２００を下型２１００にセットした状態では、この凹部内に第２電子部品４や各リード７１の基端部が収容される。また、モールド材充填部２２１０は、その外縁部においてモールド材充填部２１３０と接続されており、モールド材充填部２２１０、２１３０によってモールド材が充填される１つの空間が形成されている。
本工程では、まず、キャップ載置部２１１０にキャップ８を載置し、次に、キャップ８上に基板２を載置する。ただし、キャップ８上に基板２を載置してから、キャップ８をキャップ載置部２１１０に載置してもよい。
次に、図１０に示すように、下型２１００に上型２２００をセットする。下型２１００に上型２２００をセットした状態では、リード７１がリード押圧部２２２０によってリード支持部２１４０側に押圧され、リード支持部２１４０に押さえ付けられる。リード７１とリード支持部２１４０との間には空隙Ｇが形成されているため、リード７１は、下方に弾性変形し、その状態においてリード支持部２１４０とリード押圧部２２２０との間に挟持される。したがって、リード７１には自然状態に戻ろうとする復元力Ｆが生じ、この復元力Ｆによって基板２がキャップ８側に付勢され、キャップ８に押し付けられる。これにより、キャップ８と基板２とが密着し、キャップ８内部へのモールド材の侵入を効果的に抑制することができると共に、より確実にキャップ８を気密封止することができる。
この状態でモールド材充填部２２１０、２１３０内に加熱軟化させたモールド材を充填し、冷却硬化させてモールド部９を形成する。これにより、第２電子部品４を覆うと共に、キャップ８と基板２とを接合するモールド部９が形成される。特に、モールド領域８２１が非モールド領域８２２よりもフランジ部８２の外周側に位置するため、キャップ８と基板２との接合およびキャップ８の気密封止を容易にかつより確実に行うことができる。
［リード整形工程Ｓ３］
次に、リードフレーム７０からフレーム７３を除去すると共に、リード７１を所定の形状に折り曲げる。次に、リード７１同士を接続するタイバー７４をレーザーやトリム金型等によって切断する。以上により、図１に示す電子デバイス１が製造される。
このような製造方法によれば、モールド材を用いてキャップ８と基板２とを接合しているため、接着剤が不要となる。そのため、キャップ８と基板２とを接着剤で接合する場合と比べて、電子デバイス１の低背化を図ることができる。また、接着剤から発生するアウトガスによりキャップ８内が汚染されるおそれもない。したがって、小型で高い信頼性を有する電子デバイス１となる。さらには、接着剤を用いない分、電子デバイス１の製造コストを削減することもできる。
以上、電子デバイス１の構成および製造方法について説明した。電子デバイス１の製造方法は、前述したように、互いに表裏関係にある第１面である上面２１および第２面である下面２２を有する基板２と、基板２の上面２１に実装されている第１電子部品３と、基板２に接合されているリード７１と、上面２１に配置され、基板２との間に第１電子部品３を収容するキャップ８と、リード７１と基板２との接合部分をモールドし、キャップ８と基板２とを接合するモールド部９と、を有する電子デバイス１の製造方法であり、第１電子部品３が実装され、かつ、リード７１が接合されている基板２を準備する準備工程Ｓ１と、基板２にキャップ８を配置した状態でモールド金型２０００に載置し、モールド金型２０００内にモールド材を充填することによりモールド部９を形成するモールド工程Ｓ２と、を含む。また、モールド金型２０００は、キャップ８が載置されるキャップ載置部２１１０を備える第１金型としての下型２１００と、リード７１を押圧して弾性変形させるリード押圧部２２２０を備える第２金型としての上型２２００と、を有する。そして、モールド工程Ｓ２では、キャップ載置部２１１０にキャップ８を載置するステップと、キャップ８上に基板２を載置するステップと、リード７１をリード押圧部２２２０で押圧して弾性変形させ、リード７１に生じる復元力Ｆによって基板２をキャップ８側に付勢するステップと、モールド金型２０００内にモールド材を充填するステップと、を有する。
このような製造方法によれば、モールド材を用いてキャップ８と基板２とを接合しているため、接着剤が不要となる。そのため、キャップ８と基板２とを接着剤で接合する場合と比べて、電子デバイス１の低背化を図ることができる。また、接着剤から発生するアウトガスによりキャップ８内が汚染されるおそれもない。また、接着剤の経年劣化に基づく信頼性の低下も抑制することができる。したがって、小型で高い信頼性を有する電子デバイス１となる。さらには、接着剤を用いない分、電子デバイス１の製造コストを削減することもできる。特に、復元力Ｆによって基板２をキャップ８に押し付けることにより、キャップ８と基板２とが密着し、キャップ８内部へのモールド材の侵入を効果的に抑制することができると共に、より確実にキャップ８を気密封止することができる。
また、前述したように、モールド部９は、基板２の下面２２側から側方を迂回して上面２１側まで形成され、上面２１側の部分においてキャップ８の少なくとも一部をモールドすることにより、キャップ８と基板２とを接合する。これにより、簡単な構成で、キャップ８と基板２とを接合することができる。
また、前述したように、キャップ８は、基板２側に開口し第１電子部品３を収容している凹部８１１を有する基部８１と、基部８１の基板２側の端部から外周側に突出し、上面２１と当接しているフランジ部８２と、を有する。そして、モールド部９は、上面２１側の部分においてフランジ部８２をモールドすることにより、キャップ８と基板２とを接合する。このように、フランジ部８２をモールドすることにより、モールド材によってキャップ８と基板２との隙間を塞ぐことができるため、より確実に、キャップ８内を気密封止することができる。
また、前述したように、キャップ載置部２１１０は、フランジ部８２を支持する。このように、キャップ８の外縁部分に位置するフランジ部８２を支持することにより、キャップ８の姿勢が安定する。また、フランジ部８２は、基板２に当接する部分でもあるため、フランジ部８２を支持することにより、キャップ８上に載置される基板２についてもその姿勢が安定する。
また、前述したように、キャップ載置部２１１０は、外周側端部を除くようにしてフランジ部８２を支持し、モールド部９は、上面２１側の部分においてフランジ部８２の外周側端部をモールドすることにより、キャップ８と基板２とを接合する。このように、外周側端部を除くようにしてフランジ部８２を支持することにより、モールド金型２０００と外周側端部との間にモールド材を充填するための隙間を容易に形成することができる。そのため、キャップ８と基板２とを容易に接合することができる。
また、前述したように、電子デバイス１は、下面２２に実装され、モールド部９によってモールドされている第２電子部品４を有する。これにより、第２電子部品４を水分、埃、衝撃等から保護することができる。
また、前述したように、第１電子部品３である角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚは、パッケージ化された表面実装部品である。これにより、機械的強度に優れ、基板２への実装が容易な角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚとなる。また、第２電子部品４は、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚと電気的に接続されている回路素子６を含む。これにより、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚと回路素子６とを電子デバイス１内で接続することができ、これらを接続する配線を短くすることができる。そのため、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚから出力される検出信号にノイズが乗り難くなり、各軸まわりの角速度を精度よく検出することができる。
また、前述したように、回路素子６は、ベアチップである。これにより、回路素子６の小型化と低コスト化を図ることができる。
また、前述したように、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚは、パッケージ３１と、パッケージ３１に収容されている物理量検出素子３４と、を有する物理量センサーであり、回路素子６は、外部と通信するインターフェース回路６２を有する。これにより、様々な電子部品に搭載可能で、利便性および需要の高い電子デバイス１となる。
また、前述したように、物理量センサーである第１電子部品３は、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚである。また、第２電子部品４は、回路素子６に加えて加速度センサー５を含み、下面２２に加速度センサー５が接合され、加速度センサー５に回路素子６が接合されている。また、回路素子６は、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚおよび加速度センサー５と電気的に接続されている。これにより、電子デバイス１を角速度と加速度とを独立して検出できる複合センサーとして利用することができる。そのため、様々な電子部品に搭載可能で、利便性および需要の高い電子デバイス１となる。また、加速度センサー５の平面視形状が回路素子６の平面視形状よりも大きいため、加速度センサー５を下面２２に接合し、回路素子６を加速度センサー５に接合することにより、これらをバランス良く配置することができる。
また、前述したように、基板２は、セラミック基板である。これにより、高い耐食性を有する基板２となる。また、優れた機械的強度を有する基板２となる。したがって、長期信頼性に優れた電子デバイス１となる。
＜第２実施形態＞
図１１は、第２実施形態に係る電子デバイスを示す断面図である。
本実施形態は、加速度センサー５と回路素子６との配置が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１１において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図１１に示すように、本実施形態の電子デバイス１では、回路素子６は、その上面６００において、第２接合部材Ｂ２を介して下面２２に接合され、加速度センサー５は、その上面５００において、第３接合部材Ｂ３を介して回路素子６の下面に接合されている。本実施形態では、回路素子６の平面視形状が加速度センサー５の平面視形状よりも大きいため、回路素子６を基板２に接合し、加速度センサー５を回路素子６に接合している。これにより、加速度センサー５および回路素子６を基板２にバランス良く配置することができる。
このように、本実施形態の電子デバイス１では、物理量センサーである第１電子部品３は、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚである。また、第２電子部品４は、回路素子６に加えて加速度センサー５を含み、下面２２に回路素子６が接合され、回路素子６に加速度センサー５が接合されている。また、回路素子６は、角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚおよび加速度センサー５と電気的に接続されている。これにより、電子デバイス１を角速度と加速度とを独立して検出できる複合センサーとして利用することができる。そのため、様々な電子部品に搭載可能で、利便性および需要の高い電子デバイス１となる。また、回路素子６の平面視形状が加速度センサー５の平面視形状よりも大きいため、回路素子６を下面２２に接合し、加速度センサー５を回路素子６に接合することにより、これらをバランス良く配置することができる。
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第３実施形態＞
図１２は、第３実施形態に係る電子デバイスを示す断面図である。
本実施形態は、ボンディングワイヤーＢＷに替えて第２接合部材Ｂ２を介して第２電子部品４が第２配線パターン２９と電気的に接続されている以外は、前述した第２実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１２において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図１２に示すように、本実施形態の回路素子６では、下面のみならず、上面６００にも複数の第２実装端子６９が配置されている。回路素子６は、上面６００において導電性の第２接合部材Ｂ２を介して基板２の下面２２に接合されている。また、第２実装端子６９は、第２接合部材Ｂ２を介して第２配線パターン２９と電気的に接続されている。第２接合部材Ｂ２は、金バンプ、銀バンプ等の各種金属バンプである。これにより、回路素子６と基板２との接続を容易かつ精度よく行うことができる。
第２接合部材Ｂ２は、第１接合部材Ｂ１である半田よりも高い融点を有する。より具体的には、第２接合部材Ｂ２は、電子デバイス１の製造工程中あるいは電子デバイス１を半田実装する際の半田リフロー時に加わる熱によっては溶融しない程の融点を有する。第２接合部材Ｂ２の融点としては、特に限定されないが、第１接合部材Ｂ１である半田の融点よりも５０℃以上高いことが好ましく、１００℃以上高いことがより好ましい。これにより、半田リフロー時における第２接合部材Ｂ２の溶融を効果的に抑制することができる。
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
以上、本発明の電子デバイスの製造方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、前述した実施形態では、キャップ８のうちフランジ部８２の一部だけがモールド部９によってモールドされているが、これに限定されず、例えば、フランジ部８２の全域がモールド部９によってモールドされていてもよいし、キャップ８の全域がモールド部９によってモールドされていてもよい。
１…電子デバイス、２…基板、２１…上面、２２…下面、２８…第１配線パターン、２９…第２配線パターン、３…第１電子部品、３ｘ，３ｙ，３ｚ…角速度センサー、３１…パッケージ、３２…ベース、３２０…下面、３２１…凹部、３３…リッド、３４…物理量検出素子、３９…第１実装端子、４…第２電子部品、５…加速度センサー、５０、５００…上面、５１…パッケージ、５２…ベース、５２１…凹部、５３…リッド、５３１…凹部、５４，５５，５６…センサー素子、５９…実装端子、６…回路素子、６０、６００…上面、６１…制御回路、６２…インターフェース回路、６９…第２実装端子、７…リード群、７０…リードフレーム、７１…リード、７３…フレーム、７４…タイバー、８…キャップ、８１…基部、８１１…凹部、８２…フランジ部、８２１…モールド領域、８２２…非モールド領域、９…モールド部、９１…基部、９２…固定部、１１００…ヒーターブロック、１２００…クランパー、２０００…モールド金型、２１００…下型、２１１０…キャップ載置部、２１１１…凹部、２１１２…支持部、２１３０…モールド材充填部、２１４０…リード支持部、２２００…上型、２２１０…モールド材充填部、２２２０…リード押圧部、Ｂ１…第１接合部材、Ｂ２…第２接合部材、Ｂ３…第３接合部材、Ｂ４…第４接合部材、ＢＷ…ボンディングワイヤー、Ｆ…復元力、Ｇ…空隙、Ｓ１…準備工程、Ｓ２…モールド工程、Ｓ３…リード整形工程

Claims (12)

  1. 互いに表裏関係にある第１面および第２面を有する基板と、
    前記基板の前記第１面に実装されている第１電子部品と、
    前記基板に接合されているリードと、
    前記第１面に配置され、前記基板との間に前記第１電子部品を収容するキャップと、
    前記リードと前記基板との接合部分をモールドし、前記キャップと前記基板とを接合するモールド部と、を有する電子デバイスの製造方法であって、
    前記第１電子部品が実装され、かつ、前記リードが接合されている前記基板を準備する準備工程と、
    前記基板に前記キャップを配置した状態でモールド金型に載置し、前記モールド金型内にモールド材を充填することにより前記モールド部を形成するモールド工程と、を含み、
    前記モールド金型は、
    前記キャップが載置されるキャップ載置部を備える第１金型と、
    前記リードを押圧して弾性変形させるリード押圧部を備える第２金型と、を有し、
    前記モールド工程では、
    前記キャップ載置部に前記キャップを載置するステップと、
    前記キャップ上に前記基板を載置するステップと、
    前記リードを前記リード押圧部で押圧して弾性変形させ、前記リードに生じる復元力によって前記基板を前記キャップ側に付勢するステップと、
    前記モールド金型内に前記モールド材を充填するステップと、を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
  2. 前記モールド部は、前記基板の前記第２面側から側方を迂回して前記第１面側まで形成され、前記第１面側の部分において前記キャップの少なくとも一部をモールドすることにより、前記キャップと前記基板とを接合する請求項１に記載の電子デバイスの製造方法。
  3. 前記キャップは、前記基板側に開口し前記第１電子部品を収容している凹部を有する基部と、前記基部の前記基板側の端部から外周側に突出し、前記第１面と当接しているフランジ部と、を有し、
    前記モールド部は、前記第１面側の部分において前記フランジ部をモールドすることにより、前記キャップと前記基板とを接合する請求項２に記載の電子デバイスの製造方法。
  4. 前記キャップ載置部は、前記フランジ部を支持する請求項３に記載の電子デバイスの製造方法。
  5. 前記キャップ載置部は、外周側端部を除くようにして前記フランジ部を支持し、
    前記モールド部は、前記第１面側の部分において前記フランジ部の前記外周側端部をモールドすることにより、前記キャップと前記基板とを接合する請求項４に記載の電子デバイスの製造方法。
  6. 前記電子デバイスは、前記第２面に実装され、前記モールド部によってモールドされている第２電子部品を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電子デバイスの製造方法。
  7. 前記第１電子部品は、パッケージ化された表面実装部品であり、
    前記第２電子部品は、前記表面実装部品と電気的に接続されている回路素子を含む請求項６に記載の電子デバイスの製造方法。
  8. 前記回路素子は、ベアチップである請求項７に記載の電子デバイスの製造方法。
  9. 前記表面実装部品は、パッケージと、前記パッケージに収容されている物理量検出素子と、を有する物理量センサーであり、
    前記回路素子は、外部と通信するインターフェース回路を有する請求項７または８に記載の電子デバイスの製造方法。
  10. 前記物理量センサーは、角速度センサーであり、
    前記第２電子部品は、前記回路素子に加えて加速度センサーを含み、
    前記第２面に前記加速度センサーが接合され、前記加速度センサーに前記回路素子が接合され、
    前記回路素子は、前記角速度センサーおよび前記加速度センサーと電気的に接続されている請求項９に記載の電子デバイスの製造方法。
  11. 前記物理量センサーは、角速度センサーであり、
    前記第２電子部品は、前記回路素子に加えて加速度センサーを含み、
    前記第２面に前記回路素子が接合され、前記回路素子に前記加速度センサーが接合され、
    前記回路素子は、前記角速度センサーおよび前記加速度センサーと電気的に接続されている請求項９に記載の電子デバイスの製造方法。
  12. 前記基板は、セラミック基板である請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の電子デバイスの製造方法。
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