JP2024042746A - 電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】表層がＡｌ層となっているボンディングパッド１３ａを有する半導体集積回路１３を備え、ボンディングパッドと所定端子とをＡｕ（金）ワイヤー２１によって接続している水晶発振器における、電気的接続の信頼性向上を図る。【解決手段】水晶発振器１０は、容器１１と、半導体集積回路１３と、水晶振動片１５と、中継基板１７と、導電性接着剤１９と、Ａｕワイヤー２１と、蓋部材２３と、を具える。中継基板は、第１面及び反対面である第２面を有し、第１面にボンディングパッドに対応する第１パターン１７ｘを有し、第２面にＡｕワイヤーを接続するための表層がＡｕである第２パターン１７ｙを有し、かつ、第１パターン及び第２パターンを接続する第３パターン１７ｚを有している。ボンディングパッドと第１パターンは、導電性接着剤１９で接続してあり、第２パターンと所定端子１１ｅとは、Ａｕワイヤーで接続してある。【選択図】図１

Description

本発明は、表層がＡｌ（アルミニウム）層となっているボンディングパッドを有する半導体集積回路を備えた電子部品であって、ボンディングパッドと電子部品内の所定端子とをＡｕ（金）ワイヤーによって接続している電子部品における、電気的接続の信頼性向上を図るものである。

電子部品の一種として、水晶発振器がある。さらにその一例として下記に示す構造のものがある。すなわち、容器と、容器内に実装された水晶振動片及び半導体集積回路と、容器を密閉する蓋部材と、を備え、かつ、半導体集積回路は、表層がＡｌ層となっているボンディングパッドを有し、かつ、ボンディングパッドと容器内の他の所定端子との電気的接続を、Ａｕワイヤーによって行っている、水晶発振器がある。従って、この水晶発振器では、Ａｕワイヤーと半導体集積回路のＡｌボンディングパッドとの界面に、Ａｕ／Ａｌ接合部が生じている。

一方、例えば非特許文献１に開示されているように、Ａｕ／Ａｌ接合部に、いわゆるカーケンダルボイドが生じることがある。カーケンダルボイドが進行するとＡｕとＡｌとの界面が破断し、導通不良という致命的な不具合につながることがある。カーケンダルボイドの生成はＡｕ／Ａｌ接合界面での化合物成長に起因すると考えられている。ＡｕとＡｌとの金属間接合を利用する以上、カーケンダルボイドの発生を皆無にすることは難しい。

溶接学会論文集 第１９巻第１号 Ｐ．１５６－１６６（２００１）

従って、表層がＡｌ層となっているボンディングパッドを有した半導体集積回路を用い、かつ、Ａｕワイヤーによるワイヤーボンディング技術を用いて製造される水晶発振器においても、カーケンダルボイドに起因する問題が生じる可能性があるため、対策が望まれる。特に、カーケンダルボイドは、電子部品が高温化に置かれる程、発生し易いため、例えば以下の（ａ）、（ｂ）のような懸念も生じている。
（ａ）水晶発振器の特性安定化を図るため、水晶発振器の製造工程では、半製品に対して熱処理が行われる。しかし、カーケンダルボイドを懸念して、熱処理温度を高温にできないという制約を受ける。
（ｂ）水晶発振器は、種々の環境下で使用される。例えば車のエンジンルーム等の高温環境で使用される。従って、使用環境を考慮した場合も、カーケンダルボイドの発生を防止できる構造が望まれる。
水晶発振器は、今後一層、高安定かつ種々の環境下で使用できるものが望まれるので、上記（ａ）、（ｂ）の対策は重要になる。
この問題を解決するため、半導体集積回路のボンディングパッドをＡｌ以外のものに変更する、及び又は、ワイヤーボンディングのワイヤーをＡｕ以外のものに変更する等の策も考えられるが、コスト高や製造プロセスの変更等が伴うため、それも難しい。
この発明は、上記の各点に鑑みなされたものであり、従ってこの出願の目的は、電子部品のカーケンダルボイドに起因する不具合を防止できる新規な構造を有した電子部品を提供することにある。

この目的の達成を図るため、この出願の電子部品の発明によれば、
表層がＡｌ層となっているボンディングパッドを有した半導体集積回路と、
中継基板であって、第１面に前記ボンディングパッドに対応する第１パターンを有し、第１面の反対面である第２面にＡｕ（金）ワイヤーを接続するための第２パターンを有し、かつ、第１パターン及び第２パターンを接続する第３パターンを有し、少なくとも第２パターンは表層がＡｕ膜となっている中継基板と、
前記ボンディングパッド及び前記第１パターンを接続している導電性接着剤と、
前記第２パターンに接続しているＡｕワイヤーと、
を具えたことを特徴とする。

この発明を実施するに当たり、導電性接着剤は、例えば、シリコーン樹脂系のもの、エポキシ樹脂系のもの、ポリイミド樹脂系のもの等から選択できる。しかし、電子部品をこれまで以上の高温で処理したり、高温環境下で使用する場合を考慮すると、高温での安定性が他のものより優れるポリイミド系のものが好ましい。

また、中継基板は、例えば、樹脂製のもの、水晶製のもの、ガラス製のもの、セラミック製のもの等、任意のものから選択できる。ただし、電子部品に高温が及ぶ場合を考慮すると、水晶製のもの、ガラス製のもの、セラミック製のものが、いずれも、高温においても安定であるので、好ましい。また、電子部品が水晶発振器である場合、水晶製の中継基板は、水晶発振器の製造メーカーが入手かつ加工し易いので好ましい。
また、中継基板は、半導体集積回路の平面形状と相似形であって、かつ、同等以上の大きさの基板であることが好ましい。こうしておくと、こうしない場合に比べ、中継基板を半導体集積回路上に安定に置くことができるので、ワイヤーボンディング用キャピラリーを中継基板に安定に接触できる等の効果が得られ、ワイヤーボンディングを良好に行い易い。

この発明の電子部品によれば、表層がＡｌ層となっているボンディングパッドは、中継基板の第１面に設けられた第１パターンに、導電性接着剤によって接続された構造となる。導電性接着剤は、バインダー樹脂と金属フィラーとを含み、当該金属フィラーの作用で電気的導通を実現しているため、ボンディングパッドの界面にＡｕ／Ａｌ接合の無い構造を実現できる。また、Ａｕワイヤーは、中継基板の第２面に設けられた表層がＡｕ膜となっている第２パターンに接続してあるので、中継基板に対しＡｕ間接合で接合される。
従って、本発明によれば、カーケンダルボイドが発生することがないので、電子部品のカーケンダルボイドに起因する不具合の発生を防止できる。

図１（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施形態の電子部品１０の概要を示す平面図、断面図及び一部拡大図である。 図２（Ａ）及び（Ｂ））は、実施形態の電子部品１０の内部平面図及び一部拡大図である。 図３（Ａ）は、第１実施形態の中継基板１７の第１面１７ａの概要を示す平面図であり、図３（Ｂ）は、第１実施形態の中継基板１７の第２面側を透視して示した平面図である。 図４（Ａ）は、第２実施形態の中継基板３０の第１面３０ａの概要を示す平面図であり、図４（Ｂ）は、第２実施形態の中継基板３０の第２面側を透視して示した平面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図は本発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明で述べる形状、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。

１．電子部品の実施形態
本発明を水晶発振器に適用した例により、本発明の実施形態を説明する。この説明を、図１及び図２を参照して行う。ここで、 図１（Ａ）は、実施形態の電子部品である水晶発振器１０の概要を示す平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中のＡ－Ａ線に沿った断面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）中のＰ部分の拡大図である。また、図２（Ａ）は、実施形態の電子部品１０の内部を上方から見て示した平面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）中のＱ部分の拡大図である。

実施形態の水晶発振器１０は、容器１１と、平面視で矩形状の半導体集積回路１３と、水晶振動片１５（図２（Ａ）では図中に破線で示す）と、平面視で矩形状の中継基板１７と、中継基板１７の一方の面及び半導体集積回路１３を接続している導電性接着剤１９と、中継基板１７の他方の面及び容器１１内の所定の端子１１ｅを接続しているＡｕワイヤー２１と、蓋部材２３と、を備えている。以下、各構成成分について具体的に説明する。

容器１１は、図１（Ｂ）に示すように、半導体集積回路１３、水晶振動片１５及び中継基板１７を収納する凹部１１ａと、凹部１１ａを囲っている土手部１１ｂと、水晶振動片１５が接続されている水晶用バンプ１１ｃと、水晶発振器１０を任意の外部装置と接続するための外部接続端子１１ｄと、半導体集積回路１３のボンディングパッド１３ａに接続される所定の端子１１ｅと、を備えている。
水晶用バンプ１１ｃ及び所定の端子１１ｅは、容器１１の凹部１１ａ内の設計に応じた適所に設けてあり、かつ、図示しない配線によって所定の関係で電気的に接続してある。外部接続端子１１ｄは、容器１１の外部底面に設けてあり、かつ、水晶用バンプ１１ｃ及び又は所定の端子１１ｅと、ビヤ配線等（図示せず）によって電気的に接続してある。この容器１１は、例えば周知のセラミック製容器で構成できる。

半導体集積回路１３は、この実施形態の場合は、少なくとも発振回路を含むものである。発振回路のみを含むものでも良いし、発振回路に加えて温度センサ及び温度補償回路を含むもの等、任意のものとできる。半導体集積回路１３は、複数個のボンディングパッド１３ａを備えている。これらボンディングパッド１３ａは表層がＡｌ層となっている。
半導体集積回路１３は、ボンディングパッド１３ａを設けた面とは反対の面を、容器１１の凹部１１ａの底面に、例えば接着剤によって固定してある。また、詳細は後述するが、半導体集積回路１３のボンディングパッド１３ａを設けた面側に、中継基板１７を、後述するように接続してある。

水晶振動片１５は、任意のもので良いが、この実施形態の場合は、ＡＴカット水晶片１５ａと、その表裏に設けた励振用電極１５ｂと、を備えたＡＴカットの水晶振動片としてある。水晶振動片１５は、この場合、励振用電極１５ｂから水晶片１５ａの１つの短辺側に引き出された引出電極（図示を省略）の位置で、容器１１の水晶用バンプ１１ｃに、導電性接着剤２５によって固定してある。水晶振動片１５は、半導体集積回路１３内の発振回路（図示せず）と協働して、水晶発振回路を構成する。

中継基板１７は、本発明の特徴的な構成成分である。この中継基板１７について、図１、図２に加えて図３を参照して説明する。ここで、図３（Ａ）は、第１実施形態の中継基板１７の第１面１７ａの概要を示す平面図であり、図３（Ｂ）は、第１実施形態の中継基板１７の第２面側の第２パターン１７ｙを透視して見た平面図である。図３（Ｂ）中に破線で示したものが第２パターン１７ｙである。
中継基板１７は、第１面１７ａに半導体集積回路１３のボンディングパッド１３ａに対応する第１パターン１７ｘを有し、第１面１７ａの反対面である第２面１７ｂにＡｕ（金）ワイヤーを接続するための第２パターン１７ｙを有し、かつ、第１パターン１７ｘ及び第２パターン１７ｙを接続する第３パターン１７ｚを有している。然も、少なくとも第２パターン１７ｙは、表層がＡｕ膜となっている。なお、第３パターン１７ｚは、例えば、中継基板１７の側面を利用した引き回し配線、又は、中継基板にスルーホールを設けて構成したスルーホール配線で実現できる。

なお、図３（Ａ）、（Ｂ）に示した中継基板１７の場合、中継基板の表裏で対向する第１パターン１７ｘと第２パターン１７ｙとは、同一機能を示すパターンとしてある。具体的には、第１パターンの１つであるパターンＡ（図３（Ａ）参照）と、第２パターンの１つであるパターンＢ（図３（Ｂ）参照）とは、例えば電源端子というように同一機能のパターンとなっている。しかし、詳細は後に図４を参照して説明するが、中継基板の表裏で対向する第１パターン１７ｘと第２パターン１７ｙとが、同一機能でない場合があっても良い。

中継基板１７の材質は、例えば、ガラス、水晶又はセラミックで良い。ガラス製、水晶製、セラミック製であると、耐熱性に優れること、基板自体からの出ガスが実質的に無いこと、比較的安価であること等の利点が期待できる。中継基板１７を水晶製基板とする場合、水晶発振器１０の製造メーカーであれば中継基板の入手及び製造が容易であるので、好ましい。
中継基板１７は、半導体集積回路１３の平面形状と相似形状が好ましく、かつ、大きさが半導体集積回路１３と同等以上が好ましい。中継基板の形状及び大きさを上記のように構成すると、そうしない場合に比べ、半導体集積回路１３上での中継基板の座りが良いので、ワイヤーボンディングを行い易い等の利点が得られる。中継基板１７の厚さは、必要とされる強度、水晶発振器１０の厚さの制約等を考慮して決めるのが良い。これに限られないが、例えば、０．１～０．３ｍｍの範囲から選ぶことができる。[MH1]
なお、第１パターン１７ｘ、第２パターン１７ｙ及び第３パターン１７ｚ各々は、例えば、クロム膜を下地膜とし、上層膜をＡｕ膜とする積層膜で構成するのが好ましい。第１パターン１７ｘ、第２パターン１７ｙ及び第３パターン１７ｚは、ガラス製基板又は水晶製基板に、例えば、メッキ枠及び成膜技術を用いる周知のパターン形成法、又は、成膜技術及びフォトリソグラフィ技術を用いる周知のパターン形成法によって、形成できる。

中継基板１７は、その第１面１７ａが半導体集積回路１３側となるように半導体集積回路１３上に対向配置してある。然も、中継基板１７の第１パターン１７ｘと半導体集積回路１３のボンディングパッド１３ａとを、導電性接着剤１９によって接続することで、中継基板１７は半導体集積回路１３に接続してある。従って、半導体集積回路１３のボンディングパッド１３ａは、中継基板１７の第１パターン１７ｘに対し導電性接着剤１９の金属フィラー、例えば銀フィラーによって電気的に接続される。
一方、中継基板１７の第２面１７ｂに設けた第２パターン１７ｙと、容器１１の所定の端子１１ｅとは、Ａｕワイヤー２１によるワイヤーボンディングによって、互いに接続してある。
また、蓋部材２３は、容器１１を封止密封するものである。蓋部材２３は、封止方式に応じた任意のもので構成できる。

この水晶発振器１０では、図１（Ｂ）に示すように、半導体集積回路１３のボンディングパッド１３ａは、導電性接着剤１９、第１パターン１７ｘ、第３パターン１７ｚ、第２パターン１７ｙ及びＡｕワイヤー２１という経路で、容器１１の所定の端子１１ｅに、電気的に接続される。よって、Ａｕ／Ａｌ接合の無い接続経路が構成できるので、カーケンダルボイドの発生を防止できるから、カーケンダルボイドに起因する不具合を防止できる。
然も、本発明の場合、中継基板１７を追加するのみで済み、かつ、既に確立されている半導体集積回路１３やＡｕワイヤーによるワイヤーボンディング技術をそのまま利用できるので、製造工程の負担も少なくて済む。

２．中継基板の変形例
図３（Ａ）、（Ｂ）に示した中継基板１７の場合、中継基板の表裏で対向する第１パターン１７ｘと第２パターン１７ｙとは、同一機能を示すパターンとしていた。
しかし、中継基板の表裏で対向する第１パターン１７ｘと第２パターン１７ｙとが、同一機能でない場合があっても良い。図４（Ａ）、（Ｂ）はその一例を説明する図である。
図４に示した第２実施形態の中継基板３０は、第１パターン３１ａ～３１ｆと、第２パターン３３ａ～３３ｆの、各々６個ずつのパターンを持つ例である。ただし、図４（Ａ）中の左上に在る第１パターン３１ａは、図４（Ｂ）中の右下にあるパターン３３ｆに、第３パターン３５ａ、３５ｂによって接続されている。また、図４（Ａ）中の右下に在る第１パターン３１ｆは、図４（Ｂ）中の左上に在るパターン３１ａに、第３パターン３５ｃ、３５ｄによって接続されている。残りの第１パターンは３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅは、それぞれ中継基板を挟んで対向するパターン３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅに電気的に接続してある。

この第２実施形態の中継基板３０の場合、例えば、ボンディングパッドの配置が異なる複数種類の半導体集積回路に対し中継基板の配線を工夫することによって、複数種類の半導体集積回路に対し１種類の容器１１を共通で利用できる等の効果が得られる。
上述においては、容器、半導体集積回路、水晶振動片、中継基板それぞれについて一例を挙げて説明したが、容器の形状・構造、半導体集積回路、水晶振動片の振動モード、中継基板の形状等は、上記の例に限られず、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変形ができる。

１０：実施形態の電子部品（水晶発振器） １１：容器
１３：半導体集積回路 １３ａ：ボンディングパッド
１５：水晶振動片 １７：第１実施形態の中継基板
１７ａ：第１の面 １７ｂ：第２の面
１７ｘ：第１パターン １７ｙ：第２パターン
１７ｚ：第３パターン １９：導電性接着剤
２１：Ａｕワイヤー ２３：蓋部材
３０：第２実施形態の中継基板

Claims (5)

1. 表層がＡｌ（アルミニウム）であるボンディングパッドを有する半導体集積回路と、
   第１面及びその反対面である第２面を有する中継基板であって、前記第１面に前記ボンディングパッドに対応する第１パターンを有し、前記第２面にＡｕ（金）ワイヤーを接続するための第２パターンを有し、かつ、これら第１パターン及び第２パターンを接続する第３パターンを有し、少なくとも前記第２パターンは表層がＡｕ膜となっている中継基板と、
   前記ボンディングパッド及び前記第１パターンを接続している導電性接着剤と、
   前記第２パターンに接続しているＡｕワイヤーと、
   を具えたことを特徴とする電子部品。
2. 前記電子部品は、水晶発振器であり、前記半導体集積回路は、少なくとも発振回路を内蔵するものであることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
3. 前記導電性接着剤は、ポリイミド系のものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品。
4. 前記中継基板は、水晶、ガラス又はセラミックス製であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品。
5. 前記中継基板は、前記半導体集積回路の形状と相似の形状であり、かつ、大きさが同等以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品。

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