JP2820609B2 - 電子装置を大量に同時にシール及び電気接続する方法 - Google Patents
電子装置を大量に同時にシール及び電気接続する方法Info
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Description
にシール及び電気接続する方法に係り、より詳細には、
表面音波装置のための比較的安価なハーメチックシール
されたパッケージを形成する新規で且つ経済効率のよい
方法に係る。
り、環境中に存在する種々の潜在的にダメージを及ぼす
汚染物を含む苛酷な外界から保護する必要がある。ハー
メチックパッケージは、このような保護を与える非常に
効果的な手段であると分かっている。ハーメチックパッ
ケージのシールは気密のものである。公知のハーメチッ
クパッケージは、金属、ガラス又はセラミックや、半田
又は溶接のようなシール手段から形成されている。非ハ
ーメチックの構造体も、環境からの完全な分離を必要と
しない電子装置にある程度の保護を与えるために使用さ
れている。公知の非ハーメチックパッケージは、プラス
チックカプセル、モールド、ポッティング又はポリマシ
ールを使用している。これまで、コストは高いが最大の
保護を与えるハーメチックパッケージの使用と、コスト
は安いがある程度の保護しか与えない非ハーメチックパ
ッケージの使用との間で妥協をすることが必要であっ
た。ハーメチックパッケージのコストが高い理由は、こ
のような構造体を形成する公知方法の次の例示的な説明
から明らかとなろう。
置が最初に形成される。次いで、これらの電子装置は、
ハーメチックシールに適したパッケージであって、上記
したように金属及びガラス或いはセラミック部品で通常
形成されたパッケージの内部に取り付けられる。その
後、パッケージ内に配置された電気端子と電子装置自体
の端子との間で導電性ワイヤ又はリボンのボンディング
が実行される。このような接続により各電子装置をパッ
ケージ外部の領域と電気的に連通することができる。そ
の後、プロジェクション溶接又はシーム溶接のような金
属ボンディング技術によってパッケージがシールされ
る。最後に、各個々のパッケージ及び部品を電気的にテ
ストして電気的な仕様が判断される。このようなテスト
が必要な理由は、製造中に行われる種々の工程により通
常は各ユニットの収率が100%未満に低下するからで
ある。ハーメチックパッケージ化及び電気的なテストの
ためのこれらの段階は、一般に、各電子装置ごとに個々
に(即ち、1つ1つ)行われている。
を実行するコストに、パッケージ化のコストを加えたも
のが、電子装置自体のコストを遙かに越えることがしば
しばある。それ故、電子装置を外部環境からハーメチッ
クシールするあまり高価でない方法について認識された
必要性と、それらを経済効率のよい仕方で電気的にテス
トできる必要性とが長年にわたって存在している。更
に、組立体が複雑であるために、このような作業には不
所望にサイズの大きな装置を伴うことになる。
メチックパッケージされるのが好ましくそして上記した
ように一般にパッケージされている電子装置の一例は、
表面音波(SAW)装置である。SAW装置は公知であ
り、数十MHzないし1GHz以上で動作する非常に高
精度で且つ安定なバンドパスフィルタ及び発振器を含む
多数の種々の用途に非常に有用である。
された目的に対して役立たなくなるような点までしばし
ば著しく機能不良にすることがある。例えば、SAW装
置の汚染は、音波の伝播速度を変化させると共に、SA
W基板を通しての減衰を増大することがある。SAW装
置の場合に、速度が変化すると、周波数がシフトし、そ
して減衰が増大すると、挿入ロスが増加する。従って、
伝播する表面音波エネルギーを反射するか、さもなくば
それと干渉することのある汚染物がないように各装置の
表面を保つよう確保するために、各個々のSAW装置ご
とにハーメチックパッケージが定常的に使用されてい
る。
たように、電子装置(例えば、SAW装置)をハーメチ
ック式にカプセル化する公知の方法は、高価であると分
かっている上に、しばしば不所望にサイズの大きなユニ
ットが形成されることになる。
置、特に、表面音波装置をシールしそして電気的にテス
トする新規で効果的な方法を提供することである。
置に対してハーメチックパッケージ又は非ハーメチック
パッケージのいずれが所望されるかによってそのいずれ
かを形成することのできる非常にコスト効率のよい方法
を提供することである。
クトな表面取り付けに適合する装置を形成する方法を提
供することである。
量にシールし電気的に接続する方法であって、 (a)基板ウェハに複数の電子装置を設け、 (b)貫通して延びる複数の導電性経路を含むカバーウ
ェハを設け、 (c)上記複数の導電性経路が上記基板ウェハ上の上記
複数の電子装置と整列するようにして、上記カバーウェ
ハを上記基板ウェハと整列させ、 (d)次の両方を実行し、即ち、 (i)上記カバーウェハを上記基板ウェハに対してシー
ルするため上記整列されたカバーウェハを上記基板ウェ
ハに対して接合し、 (ii)上記カバーウェハの導電性経路と、上記基板ウ
ェハ上に支持された電子装置との間に電気的な連絡を形
成し、そして (e)上記複数のシールされた電子装置を個々にテスト
する、という段階を備え、上記段階(d)(i)、
(d)(ii)および(e)がウェハレベルで行われる
ようにした、ことを特徴とする方法を提供する。
組み立て手順中に行われるその後の半田取り付け作業に
対して都合よく準備されるようにするために、上記テス
ト段階の前に、上記カバーウェハの外側に任意の半田被
覆を設けることができる。
た表面音波装置用の比較的小さくて表面取り付けに適合
するハーメチックシールされたパッケージも提供する。
子装置を備えたウェハレベルのパッケージを提供する。
電子装置は基板ウェハによって支持される。電子装置の
上で基板ウェハに対してカバーウェハが接合される。基
板ウェハによって支持された電子装置の各1つを、基板
ウェハによって支持された電子装置の他のものから分離
するように、基板ウェハ及び/又はカバーウェハの上に
接合材料層(単独であるか又はバリア材料層のような1
つ以上の付加的な層を伴う)のグリッドがパターン化さ
れる。接合材料及びカバーウェハは、ウェハレベルにお
いて電子装置の実質的に各1つに対するシールを形成す
る上で助けとなる。カバーウェハには、複数の導電性経
路が設けられる。これらの導電性経路は、ウェハレベル
において電子装置と電気的に連通する。
シールされたパッケージを形成しそして各装置を電気的
にテストするコスト及びサイズは、ウェハレベルにおけ
る大量の同時のシール及び電気的接続を使用し、そして
基板をハーメチックシールされた導電性の経路穴と共に
使用することにより、公知技術に比して著しく低減され
る。更に、細分化の前にウェハプローブテスト技術での
最終の電気的テストを使用することにより、コストの低
減が果たされる。
を詳細に説明する。図1は、本発明の実施例によって構
成されたシールされたパッケージにおいて電子装置を示
している。図2は、カバー基板に取り付ける前の装置基
板を底部から見た図である。図3は、装置基板に取り付
ける前のカバー基板を上部から見た図である。
図面に示された電子装置を収容するハーメチックシール
されたパッケージは、電子装置13を支持する装置基板
ウェハ11を備えている。装置基板ウェハ11は水晶よ
り成るのが適当であり、電子装置13は、表面音波(S
AW)装置である。装置基板ウェハ11は、ハーメチッ
クシールを形成することのできるカバー基板ウェハ15
で覆われる。このようなカバー基板ウェハ15を形成す
るのに適した材料は、ある主のセラミック材料である
(特に適した材料はFOTOCERAM(コーニング・
ガラス社の商標)である)。これらの材料は本発明のパ
ッケージに用いるのに特に良好であるが、他の適当な材
料を使用してもよい。
材料を使用してもよい(例えば、基板ウェハを構成す
る)ことに注意されたい。ポリマはハーメチックシール
を形成するのに使用できると考えられていないが、一般
に安価であるので、特に魅力的である。ポリマ材料は、
ハーメチックシールされたパッケージを得ることができ
ないが、ある粒子に対して良好な保護を与えることがで
きる。従って、ハーメチックシールが必要とされない場
合にポリマ材料を使用するのが好ましい。
グリッド17によってカバー基板ウェハ15に取り付け
られる。半田ストリップ17は、図2及び3に各々示さ
れたように、装置基板ウェハ11及びカバー基板ウェハ
15に接合される。2つの基板11及び15を互いに接
合するのに加えて、半田ストリップ17は、図1に示す
ように、カバー基板ウェハ15の表面を、電子装置13
が配置された装置基板ウェハ11の表面から若干分離し
た状態に保つようにも機能する。このような分離を助成
するために(即ち、基板ウェハ間の距離を制御するため
に)基板と半田との間にセパレータ材料の層を使用する
こともできる。このセパレータ層はいかなる適当な材料
層で形成することもできる。分離の目的でセパレータの
みが使用され、他の特定の性能要件が課せられない場合
には、それを形成する材料の選択はかなり広いものとな
る。従って、セパレータ層をバリアとして作用させるこ
とが所望される他の場合には、セパレータ/バリア層1
8を図1に示すように使用することができる。本発明で
は、任意の既知の材料を使用してバリア層を形成しても
よい。例えば、バリア層を形成するのにタングステン又
はニッケルを使用することができる。又、2つ以上のセ
パレータ/バリア層を使用できることも注意されたい。
図1及び上記説明から明らかなように、いずれかの基体
上に多数の層を形成することが意図され、即ち所望の目
的を達成するのに受け入れられる適当な公知の層材料を
使用し、ここに特に説明しない付加的な層を必要に応じ
て使用することができる。
9がカバー基板ウェハ15を貫通して延びている。この
導電性経路19に関連した半田端子21は、電子装置1
3の半田端子(ボンディングパッドとも称する)23に
接合される。経路19に対する電子装置13のこのよう
な電気的接続は、シール作業が完了したときに2つの基
板ウェハ及び半田接合部により画成されたパッケージの
外部に電子装置を外部電気端子25により電気的に連通
できるようにするのが望ましい。ハーメチックシールさ
れた装置を形成するために、導電性経路19はハーメチ
ック性であるように構成される。図1に示す組み立てら
れた装置は、表面取付プロセスにおいてそのカバー側を
下にして回路板上に配置することにより回路板に取り付
けるのに適している。
元素(例えば、ガリウム又は水銀)がユニットの他部分
に達するのを防止するのに有用であることが注目され
る。
シールされた電子装置を形成する非常に効率的で且つ効
果的な方法を提供することが重要である。本発明により
意図された方法を、図4ないし9について以下に説明す
る。
は、最初に、装置基板ウェハ11に対して整列される。
(混同を避けるために、この点において、参照番号11
及び15は、ウェハ基板が個々のユニットに細分化され
る前(即ち、まだウェハレベルにある間)及びウェハ基
板が細分化されて、図1ないし3に示す単一の個々のパ
ッケージを形成した後の両方のウェハ基板に対する参照
文字として使用されることに注意されたい。)典型的
に、2枚の基板ウェハ11及び15の各々は、直径が3
インチである(が、それより小さくても大きくてもよい
ことを理解されたい)。装置基板ウェハ11は、複数の
SAWトランスジューサ31(又は他の適当な所望の電
子装置)を支持する。カバー基板ウェハ15には、複数
のハーメチック導電性経路19が設けられ、装置基板ウ
ェハ11のSAW装置31の各々に対応するように配列
される。このように、ウェハの整列は、SAW装置31
各々の接点が導電性経路19(図4)に整列されるか又
はこれら経路に接続されたパッドに整列されるように行
われる。
示すように、適当な手段により装置基板ウェハ11に接
合される。好ましくは、装置基板ウェハ11上でSAW
装置の周りに予め形成されている金の半田ストリップ3
3のグリッドと、カバー基板ウェハ15上で経路接点1
9の周りに予め形成されているインジウム半田ストリッ
プ35の同様にパターン化されたグリッドとの間に接合
が形成される。この接合は、金の層とインジウムの層の
間に形成されたハーメチック固体液体相互拡散(SLI
D)接合であるのが好ましい。この接合は、以下に詳細
に述べる。この接合により、SAW装置31のハーメチ
ックシールが行われる。
ハ11のSAW装置31と、カバー基板ウェハ15の隣
接する導電性経路19との間に電気的接続が行われる。
図6に示すように、これにより得られる「サンドイッ
チ」ウェハは、従来の自動ウェハプローブステーション
41により、カバーの側から、所望の電気的仕様に対し
て電気的にテストすることができる。このテストは、ウ
ェハレベルで(即ちウェハが個々のパッケージユニット
に細分化される前に)行われることに注意されたい。
は、その後、従来の基板細断ソー(図示せず)を用いて
細分化される。これで、SAW装置を各々含むハーメチ
ックシールされ、電気的にテストされそして細分化され
たハーメチックパッケージ45が完成し、図8に示すよ
うに運搬の準備ができる。3インチ直径のウェハ対11
及び15各々で、数百の装置を形成することができる。
組み立て手順の間に行われるその後の半田取り付け作業
に対して好都合に準備がなされるようにするために、テ
スト段階の前に、カバーウェハの外面に任意の半田被膜
(メッキ又は波半田)を形成してもよい。半田被膜を設
けることは、後でこのような次のレベルの組み立て手順
において個々のユニットを使用することが所望されると
きにパッケージのユーザが各個々のユニットに半田を設
けなければならないことを防止する。ウェハレベルにあ
る間にこのような半田被膜を設けることは、最終的に形
成された多数の個々にユニット各々に対して半田被膜を
付着する場合よりも相当に簡単であることが明らかであ
ろう。外部端子25の外側に半田層又はプレートが適宜
設けられる。
1の熱膨張特性に厳密に合致する熱膨張特性を有した非
導電性材料をカバー基板ウェハ15として選択するのが
重要である。例えば、STカットの水晶ウェハを用いた
SAW共振器は、結晶のX軸に13.7ppm/℃そし
てX軸に垂直に10.2ppm/℃の直線的な熱膨張係
数を有している。12ppm/℃の熱膨張係数をもつあ
る形式のガラス−セラミック製品は、STカットの水晶
ウェハに適度に合致する。このような適当な製品の1つ
は、例えば、FOTOCERAM(コーニング・ガラス
社の商標)である。
ジを形成することが必要な場合は、パッケージ内の電子
装置13を外部に電気的接続するために、カバー基板ウ
ェハ15がハーメチックシールされた導電性経路19を
もつよう確保することが重要である。
ハ11及び15の接合を比較的低い温度で行い、それら
の間の熱膨張特性の不一致により冷却時に生じる潜在的
な熱応力を最小に保つことが重要である。更に、高い溶
解温度で接合を形成し、いったん形成された接合がその
後の組み立てプロセス(例えば、プリント回路板におけ
るその後の表面取付プロセス)において後で溶解しない
ようにすることも重要である。
は、基板ウェハの一方にパターン化された金のグリッド
と、2枚の基板ウェハの他方にパターン化されたインジ
ウムのグリッドとの間で接合を行うことが意図される。
図9は、水晶の装置基板に整列されたセラミックのカバ
ー基板の断面を、それらにパターン化された半田グリッ
ドによりこれら2つの基板を接合する前の状態で示して
いる。好ましくは、処理の容易さのために、電子装置を
支持する基板ウェハに金のグリッドが形成され、そして
カバー基板ウェハにインジウムのグリッドがパターン化
される。これらの2枚の基板ウェハ11及び15が乾燥
ガス(例えば、水素又は窒素)又は真空のもとに一緒に
入れられて加熱されたときには、インジウムが155℃
で溶解し、金との混合を開始する。金の密度が充分に高
い場合には、溶解物が層転移を通って固体となる(ジャ
ーナル・オブ・ザ・エレクトロケミカル・ソサエティ、
第113巻、第12号(1966年12月)の第128
2ないし1288ページに掲載されたL.バーンスタイ
ン著の「固−液相互拡散(SLID)プロセスによる半
導体接合:1.システムAg−In、Au−In及びC
u−In(Semiconductor Joining by the Solid-Liquid
-Interdiffusion (SLID) Process: 1. The Systems Ag-
In, Au-In, and Cu-In) 」を参照されたい)。この固体
がアニールされた後に、金とインジウムを適当な比(例
えば、インジウムの30ないし40重量%)にすると、
接合は400℃未満では溶解しなくなる。このような接
合溶解温度は、250℃未満である通常のプリント回路
板半田付け温度よりもかなり高いものである。
必要のない電子装置まで拡張できることに注意された
い。このような場合には、更に処理が容易で及び/又は
安価な材料を使用することができ、例えば、非ハーメチ
ック経路を使用できると共に、ポリマ材料を基板に使用
することができる。又、電子的パッケージングの既存の
方法に代わって本発明を使用できることにも注意された
い。
実施例を例示するもので、本発明をこれに限定するもの
ではないことを理解されたい。従って、特許請求の範囲
に規定された本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、種
々の変更や修正がなされ得ることが明らかであろう。
パッケージにおいて電子装置を示した側面断面図であ
る。
部から見た図である。
から見た図である。
装置を経済的に形成するのに有用な本発明の方法の処理
段階を示す図である。
ある。
ある。
ある。
ールされたパッケージ内の比較的小さな電子装置を複数
個示した図である。
よりそれらにパターン化された半田グリッドにより接合
する前の状態で示した側部断面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 電子装置を大量にシールし電気的に接続
する方法において、 (a)基板ウェハに複数の電子装置を設け、 (b)貫通して延びる複数の導電性経路を含むカバーウ
ェハを設け、 (c)上記複数の導電性経路が上記基板ウェハ上の上記
複数の電子装置と整列するようにして、上記カバーウェ
ハを上記基板ウェハと整列させ、 (d)次の両方を実行し、即ち、 (i)上記カバーウェハを上記基板ウェハに対してシー
ルするため上記整列されたカバーウェハを上記基板ウェ
ハに対して接合し、 (ii)上記カバーウェハの導電性経路と、上記基板ウ
ェハ上に支持された電子装置との間に電気的な連絡を形
成し、そして (e)上記複数のシールされた電子装置を個々にテスト
する、 という段階を備え、 上記段階(d)(i)、(d)(ii)および(e)が
ウェハレベルで行われるようにした、ことを特徴とする
方法。 - 【請求項2】 上記段階(e)に続き、上記接合された
ウェハを、テストされた電子装置を各々含む複数のシー
ルされたパッケージに細分化するという段階を更に備え
た請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 上記カバーウェハは、上記複数の電子装
置の周りにパターン化された半田ストリップのグリッド
により上記基板ウェハに対してシールされる請求項1記
載の方法。 - 【請求項4】 基板ウェハ及び複数の電子装置を備え、
これら電子装置は上記基板ウェハによって支持され;更
に、上記電子装置の上で上記基板ウェハに対して接合さ
れたカバーウェハと;上記基板ウエハによって支持され
た上記電子装置の各1つを、上記基板ウェハによって支
持された上記電子装置の他のものから分離するように上
記ウェハの少なくとも一方の上にパターン化された接合
材料のグリッドとを備え;上記接合材料及び上記カバー
ウェハは、ウェハレベルにおいて上記電子装置の実質的
に各1つに対するシールを形成する助けをし;そして上
記カバーウェハを貫通して延びる複数の導電性経路を更
に備え、これらの導電性経路はウェハレベルにおいて上
記電子装置と整列し且つ電気的に連絡することを特徴と
するウェハレベルパッケージ。 - 【請求項5】 後で半田取り付け手順において使用する
ために上記ウェハの一方の外側に半田層を形成する段階
を、上記段階(e)の前に備えた請求項3に記載の方
法。
Applications Claiming Priority (2)
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US08/009530 | 1993-01-27 | ||
US08/009,530 US5448014A (en) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | Mass simultaneous sealing and electrical connection of electronic devices |
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KR (1) | KR100299415B1 (ja) |
CN (1) | CN1040385C (ja) |
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