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