JP3947500B2 - パッケージの製造方法及びパッケージ用金型 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）およびマイクロマシン技術などのような微細加工技術を利用してパッケージを製造するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は、先行技術のパッケージ１の断面図である。パッケージ本体２の凹所３には、ＭＥＭＳストラクチャであるチップ状の半導体素子４が取付けられる。半導体素子は、たとえば電荷結合素子ＣＣＤ、またはＣ−ＭＯＳ（相補形金属酸化膜トランジスタ）などである。パッケージ本体２の図１４における上面および外側面には、微細な配線パターン５が形成される。半導体素子４の端子６と配線パターン５とは、ボンディングワイヤ７によって電気的に接続される。このような図１４に示される先行技術では、ワイヤボンダによって配線が行われるので、構成が、明らかに大形化するという問題がある。
【０００３】
図１５は、他の先行技術のパッケージ１１の製造工程を示す断面図である。パッケージ本体１２の凹所１３の底１４および側面１５には、配線パターン１６ａ，１６ｂが形成される。接続端子６を有する半導体素子４は、凹所１３に収納され、端子６は、底１４の配線パターン１６ａに接続され、内側面１５に形成された配線パターン１６ｂによって、外部と接続される。この底１４および内側面１５に形成された配線パターン１６ａ，１６ｂは、底１４および内側面１５の全面に金属メッキが施された後、余分な金属を、レーザ光の照射によって除去して形成される。
【０００４】
図１５に示される先行技術では、凹所１３の底１４および内側面１５に形成された配線パターン１６を形成するために、レーザ光１７を用いるので、明らかに製造工程が繁雑であり、高密度微細なパッケージの大量生産は、不可能である。また凹所１３が深くなると、チップマウント面となる底１４の面積が事実上レーザ光１７の入面面積となり、面積が小さいと、凹部１３の奥までレーザ光が届かず、レーザ光１７の前記内側面１５に向けて照射することが困難な場合が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、パッケージ本体の凹所または孔の内側面に、微細に配線パターンを、容易な製造工程で形成することができるようにしたパッケージの製造方法、パッケージ用金型およびパッケージを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体素子が搭載され、凹所または孔の内側面に配線パターンを形成するパッケージの製造方法において、
金型を準備し、この金型は、
両遊端部が相互に近接変位可能なＵ字状支持体と、
支持体の少なくとも一方の遊端部に、外側方に臨んで設けられ、前記配線パターンに対応する凸部を有するスタンパと、
スペーサであって、このスペーサは、支持体の両遊端部間に介在されて、両遊端部間を塞ぐとともに、両遊端部の相互の近接変位を阻止する介在状態と、前記両遊端部間から離脱されて前記両遊端部の相互の近接変位を可能にする離脱状態となるスペーサとを含み、
前記金型を用いて、前記凸部に対応する溝を有するパッケージ本体を、成形し、
前記溝に、導電材料のメッキを施し、
幅５〜３０μｍ、深さ５〜３０μｍの配線パターンを形成することを特徴とするパッケージの製造方法である。
【０００７】
本発明に従えば、Ｕ字状支持体の両遊端部の外側面に、配線パターンに対応した凸部を有するスタンパが固定され、トランスファ成形または射出成形などの成形時、金型キャビティから合成樹脂の成形材料が外部に排出されてしまわないように、また支持体の遊端部が相互に近接方向に変位することがないように、これらの両端部間には、離脱可能にスペーサが介在される。こうしてスペーサの介在状態で、パッケージ本体を合成樹脂によって成形する。パッケージ本体の凹所または孔の内側面に、幅５〜３０μｍ、好ましくはたとえば５〜１０μｍ、深さ５〜３０μｍ、好ましくはたとえば１０〜２０μｍの配線パターンを形成することができる。この成形後、スタンパの前記凸部に対応して形成された溝に、導電材料、たとえば銅などの金属メッキを施す。金属メッキを施す際、ＴＨ（すなわちスルーホール）用やビア用といった電解メッキ液を用いると、パッケージ本体の凹所または溝の内側面に形成された微細な前記溝には、導電材料が付着して堆積しやすく、凹所または孔の前記内側面における前記溝に連なる残余の表面には、導電材料のメッキによる堆積量がわずかであって、薄いという現象がある。したがって溝以外の不要な薄い金属メッキ層を、エッチングなどの手法によって、容易に除去することができる。このことによって、本発明のパッケージの製造が容易になる。
【０００８】
こうして成形機用の金型において、その表面に、幅および深さがそれぞれ５μｍ以上の凹凸があるパターンを持つ成形用の型を用いてパッケージの側面に配線を溝という形で成形転写させることにより、これらを成形後に銅メッキや研磨、エッチングを施して、パッケージの内側面に微細な配線パターンを持つ微細配線パッケージに仕上げることができる。
【０００９】
内側面成形のためのパターン面を持つスタンパを有する金型を用いることにより、パッケージ外観となる成形品の外面でなく、内側面に配線パターンを形成することが可能である。これにより、レーザによる加工や、セラミックのような積層張り合わせといった余計な工程は、必要なくなり、側面に微細配線を溝という形で持つ成形品を一度で得ることが可能となる。金型を用いて得られたパッケージ用成形品であるパッケージ本体が、その後の工程で銅メッキ、研磨を施すことによりたとえば１０μｍ以下５μｍ以上の線幅や直径１０μｍ以上３０μｍ以下の配線を持つＣＣＤ、Ｃ−ＭＯＳパッケージだけでなく、ＭＥＭＳ用パッケージの製作も可能にしている。たとえば、圧力センサのパッケージは、構造上複雑なデザインであるが、本件方法なら、１回の成形で、微細配線を溝という形で持つ成形品を得ることが可能である。本発明は樹脂型の工法を用いれば、材質を金属ではなく合成樹脂を選別して金型を作ることが可能となるので、直線平行面だけでなく、あらゆる形状の微細成形品およびそれに追従する溝形状を持つ配線を製作することが可能となる。
【００１０】
前記樹脂型の工法は、立体形状を有する原版を用いて高分子材料を成形し、該立体形状を転写する工程を含む製造方法であり、たとえば基板上にフォトレジストを塗布し、パターンを有するフォトマスクを用いて露光した後、現像する工程と、基板のレジスト面に金属膜を形成する工程と、金属膜を剥離した後、該金属膜を用いて高分子材料を成形する工程と、該成形物にレーザ加工を施して前記原版を形成する工程とを含む。成形用原版を作製する方法として、フォトリソグラフィ法を用いて基板上にレジストパターンを形成し、下地処理として、無電解めっき、スパッタリング、蒸着等の成膜法を用いて金属膜を形成し、その後電解めっきを施した後、基板上から剥離した金属膜を用いて高分子材料を成形した後、この成形物にレーザ加工を施している。
【００１１】
フォトリソグラフィ法は高精度のレジストパターンを実現でき、このレジストパターンを型として用いて金属膜を形成することによって、高精度の金属膜が得られる。この金属膜を型として成形した成形物も金属製型と比べて精度に遜色がない。レーザ加工も高精度の追加工が可能である。その結果、ミクロン単位の加工精度を有する成形用原版を作製できる。
【００１２】
前記樹脂型の他の工法は、高分子基板の表面に金属膜を形成する工程と、該金属膜の上にフォトレジストを塗布し、パターンを有するフォトマスクを用いて露光した後、現像する工程と、露出した部分について、金属膜および高分子基板を所定深さまで除去する工程と、高分子基板上に残存するレジストおよび金属膜を除去した後、該高分子基板にレーザ加工を施して前記原版を形成する工程とを含む。成形用原版を作製する方法として、高分子基板の表面をケミカル粗化またはドライエッチングなどの下地表面処理を行った後、無電解めっき、スパッタリング、蒸着等の成膜法を用いて金属膜を形成した後、金属膜上にレジストを塗布しフォトリソグラフィ法を用いて基板上にレジストパターンを形成し、ケミカルエッチング、レーザ加工等を用いて露出した部分について金属膜および高分子基板を所定深さまで除去する。残存するレジストおよび金属膜を除去した後、高分子基板にレーザ加工を施している。
【００１３】
フォトリソグラフィ法は高精度のレジストパターンを実現でき、このレジストパターンを用いて溝を形成することによって、高精度の立体形状が得られる。レーザ加工も高精度の追加工が可能である。その結果、ミクロン単位の加工精度を有する成形用原版を作製できる。
【００１４】
前記樹脂型のさらに他の工法は、高分子基板の表面に金属膜を形成する工程と、該金属膜の上にフォトレジストを塗布し、パターンを有するフォトマスクを用いて露光した後、現像する工程と、露出した部分について、金属膜および高分子基板を所定深さまで除去する工程と、高分子基板上に残存するレジストおよび金属膜を除去した後、該高分子基板を用いて高分子材料を成形する工程と、該成形物にレーザ加工を施して前記原版を形成する工程とを含む。成形用原版を作製する方法として、高分子基板の表面をケミカル粗化またはドライエッチングなどの下地表面処理を行った後、無電解めっき、スパッタリング、蒸着等の成膜法を用いて金属膜を形成した後、金属膜上にレジストを塗布しフォトリソグラフィ法を用いて基板上にレジストパターンを形成し、ケミカルエッチング、レーザ加工等を用いて露出した部分について金属膜および高分子基板を所定深さまで除去する。残存するレジストおよび金属膜を除去した後、今度はこの高分子基板を用いて高分子材料を成形した後、この成形物にレーザ加工を施している。
【００１５】
また本発明は、スタンパは、
フォトリソグラフィ法によって、基板上に前記凸部に対応する透孔を有するフォトレジスト層を形成し、
フォトレジスト層と、前記透孔から露出した基板との上に、金属メッキを施して、金属メッキ層を形成し、
この形成された金属メッキ層を、基板から剥離して製造することを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、支持体の遊端部に設けられるスタンパで、フォトリソグラフィ法を用いて微細な凸部を形成することができ、しかもそのアスペクト比を、大きくすることが容易である。こうして本発明によれば、金型を構成するスタンパの凸部は、たとえば５μｍ以上の高さを有し、したがってパッケージ本体の内側面に、スタンパの凸部を成形転写することができる。こうして内側面の溝に、金属メッキによって配線パターンを容易に形成し、微細配線を有するパッケージを仕上げることができる。スタンパの材料は、金属であってもよいが、熱可塑性または熱硬化性の合成樹脂が用いられてもよい。スタンパの全体の形状は、平面であってもよいが、球面または湾曲したそのほかの曲面などであってもよい。
【００１７】
また本発明は、両遊端部が相互に近接変位可能なＵ字状支持体と、
支持体の少なくとも一方の遊端部に、外側方に臨んで設けられ、配線パターンに対応する凸部を有するスタンパと、
スペーサであって、このスペーサは、支持体の両遊端部間に介在されて、両遊端部間を塞ぐとともに、両遊端部の相互の近接変位を阻止する介在状態と、前記両遊端部間から離脱されて前記両遊端部の相互の近接変位を可能にする離脱状態となるスペーサとを含み、
前記凸部は、形成される配線パターンの幅５〜３０μｍ、深さ５〜３０μｍに対応して形成されることを特徴とするパッケージ用金型である。
【００１８】
また本発明は、操作部材をさらに含み、
この操作部材は、
前記介在状態で支持体の連結部付近を保持する少なくとも一対の隆起部と、
この隆起部間に配置され、前記離脱状態で支持体の前記連結部付近に介在され、隆起部よりも薄い中間部とを有することを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、支持体は、
前記遊端部を有する一対の支持部材が、前記連結部で連なり、
支持部材の長尺方向に沿うスペーサの長さＬ６は、支持部材の遊端部と前記連結部との長尺方向の間で、金型キャビティを形成する金型部材から外方に突出した長さＬ１０よりも短く構成されることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、スタンパの凸部の幅は、５〜３０μｍであり、高さは５〜３０μｍであることを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、パッケージ用金型におけるＵ字状支持体の連結部付近に操作部材を配置し、この操作部材は、支持体の長尺方向にたとえば垂直に交差して延びる。操作部材には、前記交差方向に少なくとも一対の隆起部が形成され、この隆起部間に、薄い中間部が形成される。したがって、成形時、一方の隆起部を、支持体の連結部付近に介在することによって、前述のスペーサとともに支持体の遊端部が相互の近接方向に変位しないように、保持する。この成形完了後、前記中間部を支持体の連結部付近に介在することによって、支持体の両遊端部を相互の近接方向に変位することが容易となる。
【００２２】
操作部材は、前述のように少なくとも一対の隆起部が設けられているので、この操作部材が、支持体から、その操作部材の長尺方向に離脱するおそれをなくすことができる。したがって操作部材の紛失を防ぐことができる。
【００２３】
金型を離型する際に金型の根元にたとえば隆起部と中間部との凹凸５０μｍ以上の段差を持つ操作部材が挿入され、成形後、これを動かして、離型のためのクリアランスを確保する。これにより、内側面の成形をした後、金型を離型するためのたとえば５０μｍ以上の凹凸を持ったスペーサを金型の延長先、すなわち前記遊端部間に挟み、これを動かすことによって、金型の離型のクリアランスを確保できる。
【００２４】
スペーサの長さＬ６を前述のように適切に選択することによって、成形時に支持体の前記遊端部間に介在されたスペーサを、成形完了後に支持体から取外すことが可能になる。スペーサを支持体から取外すことによって、支持体の両遊端部の相互の近接方向の変位の操作が容易になり、スペーサを金型から取り外すことができる。
【００２５】
スペーサは、支持体の両遊端部から、その支持体の長尺方向に変位して遊端部から離脱するように構成され、すなわち支持体から取外し可能であってもよいが、支持体から分離しないように構成されてもよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態のパッケージ用金型２１の斜視図である。この金型２１は基本的に、Ｕ字状支持体２２と、このＵ字状支持体２２の遊端部２３，２４に配置されて設けられる一対のスタンパ２５，２６と、これらの遊端部２３，２４間に離脱自在に設けられるスペーサ２７と、支持体２２の連結部２８付近に設けられる操作部材２９とを含む。金型２１は、トランスファ成形または射出成形などのために用いられる。
【００２９】
図２は、図１に示されるパッケージ用金型２１を用いて成形されたパッケージ３１の一部切欠き斜視図である。パッケージ本体３２に形成された凹所３３の内側面３４に、配線パターン３５が形成される。凹所３３の底は、チップマウント面として働く取付面３６であり、この取付面３６に、半導体素子３７が取付けられる。この半導体素子３７は、たとえば電荷結合素子ＣＣＤ、相補形金属酸化膜トランジスタＣ−ＭＯＳであってもよく、また歪ゲージなどの半導体センサであってもよく、このような半導体チップが、パッケージ３１に収納される。取付面３６には、内側面３４に形成された配線パターン３５が連なる接続端子を含む配線パターン３８が形成される。配線パターン３８は、半導体素子３７のバンプなどの接続端子３９に接続される。
【００３０】
図３は、本発明の実施の他の形態のパッケージ３１ａを示す一部切欠き斜視図である。このパッケージ３１ａは、前述の図２に示されるパッケージ３１に類似し、対応する部分には同一の数字に添え字ａを付して示す。図３の実施の形態では、配線パターン３５ａを渦巻状の平面コイルデザインとし、コイルの半径方向外方端部を配線パターン３８に接続して外部の回路との無線通信を行うためのアンテナとしての働きを果たす渦巻状配線パターンを含む。このような実施の形態も、本発明の精神に含まれる。
【００３１】
図４は、図２および図３に示されるパッケージ本体３２，３２ａを成形するための金型装置４１の断面図である。金型装置４１は、パッケージ用金型２１と、この金型２１が着脱可能に装着される金型部材４２と、金型２１を部分的に囲んで金型キャビティ４３を形成する金型部材４４，４５とを含む。また、この図４では、成形品の外側の壁や頂上部分には配線が記載されていないが、金型部材４４，４５，４２の成形面に凸部を加工し、成形した際、電気的接続の取り出し用配線溝を同時に形成することも可能であり、さらに図１０〜図１３のようにスルーホール６８，７４を形成してもよい。
【００３２】
図５は、パッケージ用金型２１のＵ字状支持体２２を示す正面図である。支持体２２は、一対の細長い板状の支持部材４６，４７と、その支持部材４６，４７の基端部を連結する前述の連結部２８とを有する。支持部材４６，４７の前記遊端部２３，２４には、スタンパ２５，２６が固定される。支持体２２は、たとえばステンレス鋼などから成り、遊端部２３，２４が矢符４８のように相互の近接方向に変位することができ、自然状態では、図５に示されるように支持部材４６，４７がほぼ平行に延びる。このような遊端部２３，２４の相互の近接方向４８の変位は、支持部材４６，４７に力Ｆ１を作用することによって、達成される。
【００３３】
スタンパ２５，２６は、配線パターン３５，３５ａを形成するための溝に対応した凸部を有する。配線パターン３５，３５ａは、たとえば幅１０μｍ、深さ１０μｍ〜２０μｍであってもよい。
【００３４】
再び図１を参照して、スペーサ２７は、支持部材４６，４７の遊端部２３，２４間に介在されることができる介在片５１と、この介在片５１に連なる保持部５２と、保持部５２から介在片５１の外側方に延びるつまみ部５３とを有する。つまみ部５３は、操作者がたとえば親指と人差し指との間でつまんで操作することができる。
【００３５】
操作部材２９は、複数（たとえば３）の隆起部５４と、これらの隆起部５４間に形成される中間部５５とを有する。隆起部５４は、少なくとも一対設けられ、支持部材４６，４７の長手方向（図１の上下方向）に垂直な長尺方向に間隔をあけて配置される。中間部５５は、これらの隆起部５４相互間に配置される。中間部５５は、隆起部５４よりも薄く形成される。操作部材２９の長尺方向に対して隆起部５４はその両外側方に中間部５５から隆起して形成され、隆起部５４の両外側面は、平行である。
【００３６】
図６は、スペーサ２７の介在片５１が支持体２２の遊端部２３，２４間に配置された状態を示す断面図である。この状態では、金型部材４２に形成された装着孔５７の内面に、支持部材４６，４７が挿通して当接しており、スタンパ２５，２６の図６における下端面が、金型部材４２の上面に当接して配置される。
【００３７】
図７は、金型装置４１を用いてトランスファ成形を行う状態を示す断面図である。スペーサ２７の介在片５１が、前述のように支持体２２の遊端部２３，２４間に配置され、これによって金型キャビティ４３が密閉状態とされるとともに、遊端部２３，２４の相互の近接変位が阻止され、スペーサ２７の介在状態が保たれる。金型キャビティ４３には、たとえば、熱硬化性合成樹脂である成形材料が充填される。金型部材４５には、金型キャビティ４３に臨むスタンパ５８が固定されてもよい。スタンパ５８には、パッケージ本体３２，３２ａの底である取付面３６に形成されるべき配線パターンのための凸部が形成される。スタンパ５８には、ピン形状を持ったスタンパを使い、図１０に示されるような、キャビティ内に形成される配線パターン３８ａと接続するＴＨ（スルーホール）用孔６８を形成してもよい。
【００３８】
成形前に金型２１の間隔Ｗ１は、たとえば３００μｍのクリアランスが発生する。このまま成形するとクリアランスに合成樹脂が流れ込んでくるので、クリアランスの部分にたとえばＷ２＝３００μｍ厚のＮｉ製の成形時固定枠治具であるスペーサ２７を挟む。この状態で、金型温度を１５０℃程に上昇、温度を維持し、成形材料として三井化学製商品名エポックス（登録商標）などの成形材料を用いて、成形する。なお、成形材料が金型に入る位置は、便宜上記載しているが、実際はアプリケーション用に金型を設計する際に都度決定される。
【００３９】
この成形時、操作部材２９の隆起部５４は、支持体２２の連結部５８付近で支持部材４６，４７の基端部間に介在された状態とされる。これによって支持部材４６，４７をほぼ平行に正確に保持することができる。
【００４０】
パッケージ用金型２１の寸法を述べると、支持体２２の支持部材４６，４７の長尺方向の長さＬ１は、たとえば４〜５ｃｍであってもよく、支持部材４６，４７の遊端部２３，２４の長尺方向に垂直な幅Ｌ２は、スペーサ２７の介在片５１の幅Ｌ４に等しく（Ｌ２＝Ｌ４）、支持部材４６，４７の長尺方向に沿うスタンパ２５，２６の長さＬ３は、スペーサ２７の介在片５１の長さＬ５に等しく（Ｌ３＝Ｌ５）、成形時における自然状態の遊端部２３，２４間の間隔Ｗ１は、スペーサ２７の介在片５１の厚みＷ２に等しい（Ｗ１＝Ｗ２）。スペーサ２７は、介在片５１だけでなく、保持部５２およびつまみ部５３の厚みはいずれも同一である。
【００４１】
操作部材２９に関して、その操作部材２９の長尺方向に沿う隆起部５４の長さＬ８は、前記幅Ｌ２に等しく（Ｌ２＝Ｌ８）、中間部５５の長さＬ９は、前述の幅Ｌ２以上であり（Ｌ９≧Ｌ２）、隆起部５４の両外側面間の幅Ｗ３は、前述の間隔Ｗ１に等しく（Ｗ１＝Ｗ３）、中間部５５の幅Ｗ４は、前述の間隔Ｗ１未満である（Ｗ１＞Ｗ４）。操作部材２９の長尺方向に垂直であって、支持部材４６，４７の長尺方向の高さＬ７は、たとえば２〜３ｃｍであってもよい。
【００４２】
成形後、図７の状態からスペーサ２７を取外すことができるようにするために、スペーサ２７の長さＬ６は、支持部材４６，４７の遊端部と連結部２８との長尺方向（図７の上下方向）の間で、金型部材４２から図７の下方である外方に突出した長さＬ１０よりも短く構成される（Ｌ１０＞Ｌ６＞Ｌ７）。前記突出長さＬ１０は、連結部２８の長さをＤ２とし、金型部材４２の厚みをＤ３とするとき、Ｌ１０≧Ｌ１−（Ｄ２＋Ｄ３＋Ｌ３＋Ｌ７）で表される。
【００４３】
前述の図７の成形時、支持体２２の前記間隔Ｗ１の方向の厚みＤ１は、支持部材４６，４７の長尺方向に一様であり、支持部材４６，４７の厚みをＤ５とし、スタンパ２５，２６の厚みをＤ６とするとき、スペーサ２７を支持部材４６，４７間から離脱して遊端部２３，２４を相互に近接変位してスタンパ２５，２６とともに装着孔５７から金型キャビティ４３の外方（図７の下方）に取出すことを可能にするためには、Ｄ１≧２（Ｄ５＋Ｄ６）＋Ｗ１に選ばれる。
【００４４】
図８は、金型２１の成形完了後の操作を説明するための断面図である。スペーサ２７を支持体２２の遊端部２３，２４間から離脱して外部に取出し、操作部材２９の中間部５５を、支持部材４６，４７間に配置する。次に、支持部材４６，４７間に相互の近接方向に力Ｆ１を、金型部材４２の外方で作用し、これによって遊端部２３，２４を矢符４８のように近接変位する。この近接変位した状態を保ちながら、支持体５２を矢符６２に示されるように、金型部材４２の装着孔５７から取出す。さらに金型部材４４，４５を取出すことによって、パッケージ本体３２が得られる。スタンパ２５，２６によって、パッケージ本体３１の凹所３３の内側面３４には、配線パターン３５が形成されるべき溝６３が形成される。さらにスタンパ５８に対応して配線パターンが形成されるべき溝６４が、パッケージ本体３２の底に形成されてもよい。凹所３３の底である取付面３６には、レーザ光を照射して取付面３６に形成されるべき配線パターン３８に対応する溝６５をさらに形成してもよい。
【００４５】
こうして成形終了後に成形時固定枠治具であるスペーサ２７を金型から外し、凹凸が付いた操作部材２９を動かし、たとえば５０μｍ以上の段差のある中間部５５まで動かす。この時点で支持部材４６，４７と中間部５５との間に、５０μｍのクリアランスを得る。そして成形品側面から支持部材４６，４７の部分を力Ｆ１で押すことで、離型する。成形されたパッケージ本体３２を金型から外し、次の成形のため、金属の操作部材２９を元の位置に戻し、成形時固定枠治具であるスペーサ２７を挟む。
【００４６】
得られた成形品であるパッケージ本体３２は銅メッキのための下地処理を施し、スルーホール用銅メッキ液にてたとえば１０〜２０μｍ厚のメッキ層を得る。その後、たとえば、塩化第２鉄等で銅メッキ表面を浸し、溝以外の銅をエッチング後、電解銅メッキで溝の中だけを銅メッキする。実装が想定される接続面は、研磨液を使う研磨機によって研磨し、配線部と絶縁部を最大間隔Ｒｍａｘ＜３μｍ以下になるよう研磨する。これによって、凹所の内側面に微細配線パターンを持つパッケージが完成する。こうして銅メッキとエッチング研磨という簡単な工法を用いてたとえば１０μｍ以下の線幅やたとえば径１０μｍ以上３０μｍ以下のスルーホールという微細な配線パターンを持つアプリケーションを完成させることができる。
【００４７】
これらの溝６３，６４，６５には、たとえばＴＨ用（スルーホール）やビア用の電解メッキ液を用いて金属メッキを施し、銅などのメッキ金属を埋込む。その後、選択的なエッチングまたは研磨などの手法で、溝６３，６４，６５内にのみ、金属を埋込み、配線パターン３５，３８などを形成することができる。こうしてパッケージ本体３２に配線パターン３５などを形成することによって、パッケージ３１が完成する。
【００４８】
図９は、スタンパ２５，２６の製造方法を示す断面図である。まず図９（１）において、フォトマスク１１２を準備し、図９（２）において平面度および平行度のよいガラス基板１１０の上にフォトレジスト１１１を塗布した後、微細な隆起部５１のパターンが描写されたフォトマスク１１２をガラス基板１１０の上方に配置して、ＵＶ（紫外線）ランプ１１３を用いて露光する。そうすると、フォトレジスト１１１の紫外線照射部分１１１ａが硬化して、パターンが焼き付けられる。
【００４９】
次にフォトレジスト１１１を現像すると、図９（３）に示すように、紫外線照射部分１１１ａが除去され、パターンに対応した部分が残る。次に図９（４）において、現像された表面にスパッタまたは無電解メッキ等によってＮｉメッキ膜１１４を形成し、図９（５）のように厚くし、その後、次に図９（６）に示すように、Ｎｉメッキ膜１１４をガラス基板１１０から剥離し、残存したフォトレジスト１１１を除去することで、パターンに応じた凸凹形状を有するＮｉメッキ膜１１４が得られ、このＮｉメッキ膜１１４を金型取付用に外観加工を施すと、スタンパ２５，２６が得られる。
【００５０】
図１０は、本発明の実施の他の形態の断面図である。この図１０は、前述の図７に対応する。図１１は、図１０に示される金型装置４１によって成形されたパッケージ本体３２の断面図である。注目すべきは、この実施の形態では、スタンパ５８には、パッケージ本体３２にスルーホール６８を形成するための金型となるピン７２の図１０における上方の基端部が立設して固定される。ピン７２の図１０の下方の遊端部は、スタンパ２５，２６に形成された配線パターンのための凸部の図１０における上端部に連なる。そのほかの構成は、前述の実施の形態と同様である。溝６３，６４，６５内に、前述のようにメッキ金属を埋込む際、スルーホール６８にもメッキ金属が充填される。こうして取付面３６の配線パターン３８に、スルーホール６８のメッキ金属から成る導体を介して、外部と電気的な接続を行うことができる。
【００５１】
スルーホール６８を形成するためのピン７２を製造するにあたっては、たとえばエッチャーフレックス（三井化学（株）製商品名）などのスパッタが施されたポリイミドフィルムなどの合成樹脂製の基板であるフィルムの一表面に、ピン７２に対応してエキシマレーザ源からエキシマレーザ光を照射し、有底の細長い複数の溝を形成し、次に、その溝が刻設されたフィルムの前記一表面に、Ｎｉのメッキ処理を施し、フィルムからメッキ層を剥離し、フィルムの前記溝を充填したＮｉ金属は、その平坦部と、溝に対応する棒状部とから成り、レーザ源からのＦＳ（Femto Second）レーザ光を、棒状部の両側部で平坦部に照射して切断し、細長いピンを、メッキ層から切り出し、メッキ層から切り出されたピンの基端部を、外方に拡がった係止部と成るように塑性変形加工し、スタンパ５８に穿孔した取付孔にピンを挿入し、ピンの基端部を、取付孔内で係止し、金属メッキを施すことによってメッキ金属で固定し、こうしてスタンパ５８にピンが立設された金型の一部が構成される。
【００５２】
図１２は本発明の実施のさらに他の形態のパッケージ３１ａの一部を切欠いて簡略化して示す斜視図であり、図１３は図１２に示される実施の形態におけるパッケージ３１ａの断面図である。配線パッケージ３５ａは、たとえば渦巻状平面コイルであって、外部の回路との無線通信を行うためのアンテナまたはインダクタンス素子として用いることができる。パッケージ３１の凹所３３を形成する側壁には、スルーホール７４が形成され、このスルーホール７４の導体は、前述のようにメッキ金属であり、外部に臨む接続端子１１２に連なる。これらの配線パターン３５ａ，３８ａ、スルーホール７４および端子１１２は、メッキによって同時に形成することができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体素子、たとえば電荷結合素子ＣＣＤ、双方形金属酸化膜トランジスタＣ−ＭＯＳ、さらにＭＥＭＳストラクチャなどの微細な半導体素子を搭載するためのパッケージが、容易な製造工程で、大量生産することが可能になる。こうして本発明では、図１０に関連して述べた先行技術におけるワイヤボンダの手法が不要になり、また図１１に関連して前述したレーザ光による配線パターンの選択的な除去工程が不要となり、生産性が大きく向上される。製造されるパッケージは小形化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態のパッケージ用金型２１の斜視図である。
【図２】図１に示されるパッケージ用金型２１を用いて成形されたパッケージ３１の一部切欠き斜視図である。
【図３】本発明の実施の他の形態のパッケージ３１ａを示す一部切欠き斜視図である。
【図４】図２および図３に示されるパッケージ本体３２，３２ａを成形するための金型装置４１の断面図である。
【図５】パッケージ用金型２１のＵ字状支持体２２を示す正面図である。
【図６】スペーサ２７の介在片５１が支持体２２の遊端部２３，２４間に配置された状態を示す断面図である。
【図７】金型装置４１を用いてトランスファ成形を行う状態を示す断面図である。
【図８】金型２１の成形完了後の操作を説明するための断面図である。
【図９】スタンパ２５，２６の製造方法を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の他の形態の断面図である。
【図１１】図１０に示される金型装置４１によって成形されたパッケージ本体３２の断面図である。
【図１２】本発明の実施のさらに他の形態のパッケージ３１ａの一部を切欠いて簡略化して示す斜視図である。
【図１３】図１２に示される実施の形態におけるパッケージ３１ａの断面図である。
【図１４】先行技術のパッケージ１の断面図である。
【図１５】他の先行技術のパッケージ１１の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
２１ パッケージ用金型
２２ Ｕ字状支持体
２３，２４ 遊端部
２５，２６ スタンパ
２７ スペーサ
２８ 連結部
２９ 操作部材
３１ パッケージ
３２ パッケージ本体
３３ 凹所
３４ 内側面
３５ 配線パターン
４１ 金型装置
４２ 金型部材
４３ 金型キャビティ
４６，４７ 支持部材
５１ 介在片
５２ 保持部
５３ つまみ部
５４ 隆起部
５５ 中間部
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）およびマイクロマシン技術などのような微細加工技術を利用してパッケージを製造するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は、先行技術のパッケージ１の断面図である。パッケージ本体２の凹所３には、ＭＥＭＳストラクチャであるチップ状の半導体素子４が取付けられる。半導体素子は、たとえば電荷結合素子ＣＣＤ、またはＣ−ＭＯＳ（相補形金属酸化膜トランジスタ）などである。パッケージ本体２の図１４における上面および外側面には、微細な配線パターン５が形成される。半導体素子４の端子６と配線パターン５とは、ボンディングワイヤ７によって電気的に接続される。このような図１４に示される先行技術では、ワイヤボンダによって配線が行われるので、構成が、明らかに大形化するという問題がある。
【０００３】
図１５は、他の先行技術のパッケージ１１の製造工程を示す断面図である。パッケージ本体１２の凹所１３の底１４および側面１５には、配線パターン１６ａ，１６ｂが形成される。接続端子６を有する半導体素子４は、凹所１３に収納され、端子６は、底１４の配線パターン１６ａに接続され、内側面１５に形成された配線パターン１６ｂによって、外部と接続される。この底１４および内側面１５に形成された配線パターン１６ａ，１６ｂは、底１４および内側面１５の全面に金属メッキが施された後、余分な金属を、レーザ光の照射によって除去して形成される。
【０００４】
図１５に示される先行技術では、凹所１３の底１４および内側面１５に形成された配線パターン１６を形成するために、レーザ光１７を用いるので、明らかに製造工程が繁雑であり、高密度微細なパッケージの大量生産は、不可能である。また凹所１３が深くなると、チップマウント面となる底１４の面積が事実上レーザ光１７の入面面積となり、面積が小さいと、凹部１３の奥までレーザ光が届かず、レーザ光１７の前記内側面１５に向けて照射することが困難な場合が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、パッケージ本体の凹所または孔の内側面に、微細に配線パターンを、容易な製造工程で形成することができるようにしたパッケージの製造方法、パッケージ用金型およびパッケージを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体素子が搭載され、凹所または孔の内側面に配線パターンを形成するパッケージの製造方法において、
金型を準備し、この金型は、
両遊端部が相互に近接変位可能なＵ字状支持体と、
支持体の少なくとも一方の遊端部に、外側方に臨んで設けられ、前記配線パターンに対応する凸部を有するスタンパと、
スペーサであって、このスペーサは、支持体の両遊端部間に介在されて、両遊端部間を塞ぐとともに、両遊端部の相互の近接変位を阻止する介在状態と、前記両遊端部間から離脱されて前記両遊端部の相互の近接変位を可能にする離脱状態となるスペーサとを含み、
前記金型を用いて、前記凸部に対応する溝を有するパッケージ本体を、成形し、
前記溝に、導電材料のメッキを施し、
幅５〜３０μｍ、深さ５〜３０μｍの配線パターンを形成することを特徴とするパッケージの製造方法である。
【０００７】
本発明に従えば、Ｕ字状支持体の両遊端部の外側面に、配線パターンに対応した凸部を有するスタンパが固定され、トランスファ成形または射出成形などの成形時、金型キャビティから合成樹脂の成形材料が外部に排出されてしまわないように、また支持体の遊端部が相互に近接方向に変位することがないように、これらの両端部間には、離脱可能にスペーサが介在される。こうしてスペーサの介在状態で、パッケージ本体を合成樹脂によって成形する。パッケージ本体の凹所または孔の内側面に、幅５〜３０μｍ、好ましくはたとえば５〜１０μｍ、深さ５〜３０μｍ、好ましくはたとえば１０〜２０μｍの配線パターンを形成することができる。この成形後、スタンパの前記凸部に対応して形成された溝に、導電材料、たとえば銅などの金属メッキを施す。金属メッキを施す際、ＴＨ（すなわちスルーホール）用やビア用といった電解メッキ液を用いると、パッケージ本体の凹所または溝の内側面に形成された微細な前記溝には、導電材料が付着して堆積しやすく、凹所または孔の前記内側面における前記溝に連なる残余の表面には、導電材料のメッキによる堆積量がわずかであって、薄いという現象がある。したがって溝以外の不要な薄い金属メッキ層を、エッチングなどの手法によって、容易に除去することができる。このことによって、本発明のパッケージの製造が容易になる。
【０００８】
こうして成形機用の金型において、その表面に、幅および深さがそれぞれ５μｍ以上の凹凸があるパターンを持つ成形用の型を用いてパッケージの側面に配線を溝という形で成形転写させることにより、これらを成形後に銅メッキや研磨、エッチングを施して、パッケージの内側面に微細な配線パターンを持つ微細配線パッケージに仕上げることができる。
【０００９】
内側面成形のためのパターン面を持つスタンパを有する金型を用いることにより、パッケージ外観となる成形品の外面でなく、内側面に配線パターンを形成することが可能である。これにより、レーザによる加工や、セラミックのような積層張り合わせといった余計な工程は、必要なくなり、側面に微細配線を溝という形で持つ成形品を一度で得ることが可能となる。金型を用いて得られたパッケージ用成形品であるパッケージ本体が、その後の工程で銅メッキ、研磨を施すことによりたとえば１０μｍ以下５μｍ以上の線幅や直径１０μｍ以上３０μｍ以下の配線を持つＣＣＤ、Ｃ−ＭＯＳパッケージだけでなく、ＭＥＭＳ用パッケージの製作も可能にしている。たとえば、圧力センサのパッケージは、構造上複雑なデザインであるが、本件方法なら、１回の成形で、微細配線を溝という形で持つ成形品を得ることが可能である。本発明は樹脂型の工法を用いれば、材質を金属ではなく合成樹脂を選別して金型を作ることが可能となるので、直線平行面だけでなく、あらゆる形状の微細成形品およびそれに追従する溝形状を持つ配線を製作することが可能となる。
【００１０】
前記樹脂型の工法は、立体形状を有する原版を用いて高分子材料を成形し、該立体形状を転写する工程を含む製造方法であり、たとえば基板上にフォトレジストを塗布し、パターンを有するフォトマスクを用いて露光した後、現像する工程と、基板のレジスト面に金属膜を形成する工程と、金属膜を剥離した後、該金属膜を用いて高分子材料を成形する工程と、該成形物にレーザ加工を施して前記原版を形成する工程とを含む。成形用原版を作製する方法として、フォトリソグラフィ法を用いて基板上にレジストパターンを形成し、下地処理として、無電解めっき、スパッタリング、蒸着等の成膜法を用いて金属膜を形成し、その後電解めっきを施した後、基板上から剥離した金属膜を用いて高分子材料を成形した後、この成形物にレーザ加工を施している。
【００１１】
フォトリソグラフィ法は高精度のレジストパターンを実現でき、このレジストパターンを型として用いて金属膜を形成することによって、高精度の金属膜が得られる。この金属膜を型として成形した成形物も金属製型と比べて精度に遜色がない。レーザ加工も高精度の追加工が可能である。その結果、ミクロン単位の加工精度を有する成形用原版を作製できる。
【００１２】
前記樹脂型の他の工法は、高分子基板の表面に金属膜を形成する工程と、該金属膜の上にフォトレジストを塗布し、パターンを有するフォトマスクを用いて露光した後、現像する工程と、露出した部分について、金属膜および高分子基板を所定深さまで除去する工程と、高分子基板上に残存するレジストおよび金属膜を除去した後、該高分子基板にレーザ加工を施して前記原版を形成する工程とを含む。成形用原版を作製する方法として、高分子基板の表面をケミカル粗化またはドライエッチングなどの下地表面処理を行った後、無電解めっき、スパッタリング、蒸着等の成膜法を用いて金属膜を形成した後、金属膜上にレジストを塗布しフォトリソグラフィ法を用いて基板上にレジストパターンを形成し、ケミカルエッチング、レーザ加工等を用いて露出した部分について金属膜および高分子基板を所定深さまで除去する。残存するレジストおよび金属膜を除去した後、高分子基板にレーザ加工を施している。
【００１３】
フォトリソグラフィ法は高精度のレジストパターンを実現でき、このレジストパターンを用いて溝を形成することによって、高精度の立体形状が得られる。レーザ加工も高精度の追加工が可能である。その結果、ミクロン単位の加工精度を有する成形用原版を作製できる。
【００１４】
前記樹脂型のさらに他の工法は、高分子基板の表面に金属膜を形成する工程と、該金属膜の上にフォトレジストを塗布し、パターンを有するフォトマスクを用いて露光した後、現像する工程と、露出した部分について、金属膜および高分子基板を所定深さまで除去する工程と、高分子基板上に残存するレジストおよび金属膜を除去した後、該高分子基板を用いて高分子材料を成形する工程と、該成形物にレーザ加工を施して前記原版を形成する工程とを含む。成形用原版を作製する方法として、高分子基板の表面をケミカル粗化またはドライエッチングなどの下地表面処理を行った後、無電解めっき、スパッタリング、蒸着等の成膜法を用いて金属膜を形成した後、金属膜上にレジストを塗布しフォトリソグラフィ法を用いて基板上にレジストパターンを形成し、ケミカルエッチング、レーザ加工等を用いて露出した部分について金属膜および高分子基板を所定深さまで除去する。残存するレジストおよび金属膜を除去した後、今度はこの高分子基板を用いて高分子材料を成形した後、この成形物にレーザ加工を施している。
【００１５】
また本発明は、スタンパは、
フォトリソグラフィ法によって、基板上に前記凸部に対応する透孔を有するフォトレジスト層を形成し、
フォトレジスト層と、前記透孔から露出した基板との上に、金属メッキを施して、金属メッキ層を形成し、
この形成された金属メッキ層を、基板から剥離して製造することを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、支持体の遊端部に設けられるスタンパで、フォトリソグラフィ法を用いて微細な凸部を形成することができ、しかもそのアスペクト比を、大きくすることが容易である。こうして本発明によれば、金型を構成するスタンパの凸部は、たとえば５μｍ以上の高さを有し、したがってパッケージ本体の内側面に、スタンパの凸部を成形転写することができる。こうして内側面の溝に、金属メッキによって配線パターンを容易に形成し、微細配線を有するパッケージを仕上げることができる。スタンパの材料は、金属であってもよいが、熱可塑性または熱硬化性の合成樹脂が用いられてもよい。スタンパの全体の形状は、平面であってもよいが、球面または湾曲したそのほかの曲面などであってもよい。
【００１７】
また本発明は、両遊端部が相互に近接変位可能なＵ字状支持体と、
支持体の少なくとも一方の遊端部に、外側方に臨んで設けられ、配線パターンに対応する凸部を有するスタンパと、
スペーサであって、このスペーサは、支持体の両遊端部間に介在されて、両遊端部間を塞ぐとともに、両遊端部の相互の近接変位を阻止する介在状態と、前記両遊端部間から離脱されて前記両遊端部の相互の近接変位を可能にする離脱状態となるスペーサとを含み、
前記凸部は、形成される配線パターンの幅５〜３０μｍ、深さ５〜３０μｍに対応して形成されることを特徴とするパッケージ用金型である。
【００１８】
また本発明は、操作部材をさらに含み、
この操作部材は、
前記介在状態で支持体の連結部付近を保持する少なくとも一対の隆起部と、
この隆起部間に配置され、前記離脱状態で支持体の前記連結部付近に介在され、隆起部よりも薄い中間部とを有することを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、支持体は、
前記遊端部を有する一対の支持部材が、前記連結部で連なり、
支持部材の長尺方向に沿うスペーサの長さＬ６は、支持部材の遊端部と前記連結部との長尺方向の間で、金型キャビティを形成する金型部材から外方に突出した長さＬ１０よりも短く構成されることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、スタンパの凸部の幅は、５〜３０μｍであり、高さは５〜３０μｍであることを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、パッケージ用金型におけるＵ字状支持体の連結部付近に操作部材を配置し、この操作部材は、支持体の長尺方向にたとえば垂直に交差して延びる。操作部材には、前記交差方向に少なくとも一対の隆起部が形成され、この隆起部間に、薄い中間部が形成される。したがって、成形時、一方の隆起部を、支持体の連結部付近に介在することによって、前述のスペーサとともに支持体の遊端部が相互の近接方向に変位しないように、保持する。この成形完了後、前記中間部を支持体の連結部付近に介在することによって、支持体の両遊端部を相互の近接方向に変位することが容易となる。
【００２２】
操作部材は、前述のように少なくとも一対の隆起部が設けられているので、この操作部材が、支持体から、その操作部材の長尺方向に離脱するおそれをなくすことができる。したがって操作部材の紛失を防ぐことができる。
【００２３】
金型を離型する際に金型の根元にたとえば隆起部と中間部との凹凸５０μｍ以上の段差を持つ操作部材が挿入され、成形後、これを動かして、離型のためのクリアランスを確保する。これにより、内側面の成形をした後、金型を離型するためのたとえば５０μｍ以上の凹凸を持ったスペーサを金型の延長先、すなわち前記遊端部間に挟み、これを動かすことによって、金型の離型のクリアランスを確保できる。
【００２４】
スペーサの長さＬ６を前述のように適切に選択することによって、成形時に支持体の前記遊端部間に介在されたスペーサを、成形完了後に支持体から取外すことが可能になる。スペーサを支持体から取外すことによって、支持体の両遊端部の相互の近接方向の変位の操作が容易になり、スペーサを金型から取り外すことができる。
【００２５】
スペーサは、支持体の両遊端部から、その支持体の長尺方向に変位して遊端部から離脱するように構成され、すなわち支持体から取外し可能であってもよいが、支持体から分離しないように構成されてもよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態のパッケージ用金型２１の斜視図である。この金型２１は基本的に、Ｕ字状支持体２２と、このＵ字状支持体２２の遊端部２３，２４に配置されて設けられる一対のスタンパ２５，２６と、これらの遊端部２３，２４間に離脱自在に設けられるスペーサ２７と、支持体２２の連結部２８付近に設けられる操作部材２９とを含む。金型２１は、トランスファ成形または射出成形などのために用いられる。
【００２９】
図２は、図１に示されるパッケージ用金型２１を用いて成形されたパッケージ３１の一部切欠き斜視図である。パッケージ本体３２に形成された凹所３３の内側面３４に、配線パターン３５が形成される。凹所３３の底は、チップマウント面として働く取付面３６であり、この取付面３６に、半導体素子３７が取付けられる。この半導体素子３７は、たとえば電荷結合素子ＣＣＤ、相補形金属酸化膜トランジスタＣ−ＭＯＳであってもよく、また歪ゲージなどの半導体センサであってもよく、このような半導体チップが、パッケージ３１に収納される。取付面３６には、内側面３４に形成された配線パターン３５が連なる接続端子を含む配線パターン３８が形成される。配線パターン３８は、半導体素子３７のバンプなどの接続端子３９に接続される。
【００３０】
図３は、本発明の実施の他の形態のパッケージ３１ａを示す一部切欠き斜視図である。このパッケージ３１ａは、前述の図２に示されるパッケージ３１に類似し、対応する部分には同一の数字に添え字ａを付して示す。図３の実施の形態では、配線パターン３５ａを渦巻状の平面コイルデザインとし、コイルの半径方向外方端部を配線パターン３８に接続して外部の回路との無線通信を行うためのアンテナとしての働きを果たす渦巻状配線パターンを含む。このような実施の形態も、本発明の精神に含まれる。
【００３１】
図４は、図２および図３に示されるパッケージ本体３２，３２ａを成形するための金型装置４１の断面図である。金型装置４１は、パッケージ用金型２１と、この金型２１が着脱可能に装着される金型部材４２と、金型２１を部分的に囲んで金型キャビティ４３を形成する金型部材４４，４５とを含む。また、この図４では、成形品の外側の壁や頂上部分には配線が記載されていないが、金型部材４４，４５，４２の成形面に凸部を加工し、成形した際、電気的接続の取り出し用配線溝を同時に形成することも可能であり、さらに図１０〜図１３のようにスルーホール６８，７４を形成してもよい。
【００３２】
図５は、パッケージ用金型２１のＵ字状支持体２２を示す正面図である。支持体２２は、一対の細長い板状の支持部材４６，４７と、その支持部材４６，４７の基端部を連結する前述の連結部２８とを有する。支持部材４６，４７の前記遊端部２３，２４には、スタンパ２５，２６が固定される。支持体２２は、たとえばステンレス鋼などから成り、遊端部２３，２４が矢符４８のように相互の近接方向に変位することができ、自然状態では、図５に示されるように支持部材４６，４７がほぼ平行に延びる。このような遊端部２３，２４の相互の近接方向４８の変位は、支持部材４６，４７に力Ｆ１を作用することによって、達成される。
【００３３】
スタンパ２５，２６は、配線パターン３５，３５ａを形成するための溝に対応した凸部を有する。配線パターン３５，３５ａは、たとえば幅１０μｍ、深さ１０μｍ〜２０μｍであってもよい。
【００３４】
再び図１を参照して、スペーサ２７は、支持部材４６，４７の遊端部２３，２４間に介在されることができる介在片５１と、この介在片５１に連なる保持部５２と、保持部５２から介在片５１の外側方に延びるつまみ部５３とを有する。つまみ部５３は、操作者がたとえば親指と人差し指との間でつまんで操作することができる。
【００３５】
操作部材２９は、複数（たとえば３）の隆起部５４と、これらの隆起部５４間に形成される中間部５５とを有する。隆起部５４は、少なくとも一対設けられ、支持部材４６，４７の長手方向（図１の上下方向）に垂直な長尺方向に間隔をあけて配置される。中間部５５は、これらの隆起部５４相互間に配置される。中間部５５は、隆起部５４よりも薄く形成される。操作部材２９の長尺方向に対して隆起部５４はその両外側方に中間部５５から隆起して形成され、隆起部５４の両外側面は、平行である。
【００３６】
図６は、スペーサ２７の介在片５１が支持体２２の遊端部２３，２４間に配置された状態を示す断面図である。この状態では、金型部材４２に形成された装着孔５７の内面に、支持部材４６，４７が挿通して当接しており、スタンパ２５，２６の図６における下端面が、金型部材４２の上面に当接して配置される。
【００３７】
図７は、金型装置４１を用いてトランスファ成形を行う状態を示す断面図である。スペーサ２７の介在片５１が、前述のように支持体２２の遊端部２３，２４間に配置され、これによって金型キャビティ４３が密閉状態とされるとともに、遊端部２３，２４の相互の近接変位が阻止され、スペーサ２７の介在状態が保たれる。金型キャビティ４３には、たとえば、熱硬化性合成樹脂である成形材料が充填される。金型部材４５には、金型キャビティ４３に臨むスタンパ５８が固定されてもよい。スタンパ５８には、パッケージ本体３２，３２ａの底である取付面３６に形成されるべき配線パターンのための凸部が形成される。スタンパ５８には、ピン形状を持ったスタンパを使い、図１０に示されるような、キャビティ内に形成される配線パターン３８ａと接続するＴＨ（スルーホール）用孔６８を形成してもよい。
【００３８】
成形前に金型２１の間隔Ｗ１は、たとえば３００μｍのクリアランスが発生する。このまま成形するとクリアランスに合成樹脂が流れ込んでくるので、クリアランスの部分にたとえばＷ２＝３００μｍ厚のＮｉ製の成形時固定枠治具であるスペーサ２７を挟む。この状態で、金型温度を１５０℃程に上昇、温度を維持し、成形材料として三井化学製商品名エポックス（登録商標）などの成形材料を用いて、成形する。なお、成形材料が金型に入る位置は、便宜上記載しているが、実際はアプリケーション用に金型を設計する際に都度決定される。
【００３９】
この成形時、操作部材２９の隆起部５４は、支持体２２の連結部５８付近で支持部材４６，４７の基端部間に介在された状態とされる。これによって支持部材４６，４７をほぼ平行に正確に保持することができる。
【００４０】
パッケージ用金型２１の寸法を述べると、支持体２２の支持部材４６，４７の長尺方向の長さＬ１は、たとえば４〜５ｃｍであってもよく、支持部材４６，４７の遊端部２３，２４の長尺方向に垂直な幅Ｌ２は、スペーサ２７の介在片５１の幅Ｌ４に等しく（Ｌ２＝Ｌ４）、支持部材４６，４７の長尺方向に沿うスタンパ２５，２６の長さＬ３は、スペーサ２７の介在片５１の長さＬ５に等しく（Ｌ３＝Ｌ５）、成形時における自然状態の遊端部２３，２４間の間隔Ｗ１は、スペーサ２７の介在片５１の厚みＷ２に等しい（Ｗ１＝Ｗ２）。スペーサ２７は、介在片５１だけでなく、保持部５２およびつまみ部５３の厚みはいずれも同一である。
【００４１】
操作部材２９に関して、その操作部材２９の長尺方向に沿う隆起部５４の長さＬ８は、前記幅Ｌ２に等しく（Ｌ２＝Ｌ８）、中間部５５の長さＬ９は、前述の幅Ｌ２以上であり（Ｌ９≧Ｌ２）、隆起部５４の両外側面間の幅Ｗ３は、前述の間隔Ｗ１に等しく（Ｗ１＝Ｗ３）、中間部５５の幅Ｗ４は、前述の間隔Ｗ１未満である（Ｗ１＞Ｗ４）。操作部材２９の長尺方向に垂直であって、支持部材４６，４７の長尺方向の高さＬ７は、たとえば２〜３ｃｍであってもよい。
【００４２】
成形後、図７の状態からスペーサ２７を取外すことができるようにするために、スペーサ２７の長さＬ６は、支持部材４６，４７の遊端部と連結部２８との長尺方向（図７の上下方向）の間で、金型部材４２から図７の下方である外方に突出した長さＬ１０よりも短く構成される（Ｌ１０＞Ｌ６＞Ｌ７）。前記突出長さＬ１０は、連結部２８の長さをＤ２とし、金型部材４２の厚みをＤ３とするとき、Ｌ１０≧Ｌ１−（Ｄ２＋Ｄ３＋Ｌ３＋Ｌ７）で表される。
【００４３】
前述の図７の成形時、支持体２２の前記間隔Ｗ１の方向の厚みＤ１は、支持部材４６，４７の長尺方向に一様であり、支持部材４６，４７の厚みをＤ５とし、スタンパ２５，２６の厚みをＤ６とするとき、スペーサ２７を支持部材４６，４７間から離脱して遊端部２３，２４を相互に近接変位してスタンパ２５，２６とともに装着孔５７から金型キャビティ４３の外方（図７の下方）に取出すことを可能にするためには、Ｄ１≧２（Ｄ５＋Ｄ６）＋Ｗ１に選ばれる。
【００４４】
図８は、金型２１の成形完了後の操作を説明するための断面図である。スペーサ２７を支持体２２の遊端部２３，２４間から離脱して外部に取出し、操作部材２９の中間部５５を、支持部材４６，４７間に配置する。次に、支持部材４６，４７間に相互の近接方向に力Ｆ１を、金型部材４２の外方で作用し、これによって遊端部２３，２４を矢符４８のように近接変位する。この近接変位した状態を保ちながら、支持体５２を矢符６２に示されるように、金型部材４２の装着孔５７から取出す。さらに金型部材４４，４５を取出すことによって、パッケージ本体３２が得られる。スタンパ２５，２６によって、パッケージ本体３１の凹所３３の内側面３４には、配線パターン３５が形成されるべき溝６３が形成される。さらにスタンパ５８に対応して配線パターンが形成されるべき溝６４が、パッケージ本体３２の底に形成されてもよい。凹所３３の底である取付面３６には、レーザ光を照射して取付面３６に形成されるべき配線パターン３８に対応する溝６５をさらに形成してもよい。
【００４５】
こうして成形終了後に成形時固定枠治具であるスペーサ２７を金型から外し、凹凸が付いた操作部材２９を動かし、たとえば５０μｍ以上の段差のある中間部５５まで動かす。この時点で支持部材４６，４７と中間部５５との間に、５０μｍのクリアランスを得る。そして成形品側面から支持部材４６，４７の部分を力Ｆ１で押すことで、離型する。成形されたパッケージ本体３２を金型から外し、次の成形のため、金属の操作部材２９を元の位置に戻し、成形時固定枠治具であるスペーサ２７を挟む。
【００４６】
得られた成形品であるパッケージ本体３２は銅メッキのための下地処理を施し、スルーホール用銅メッキ液にてたとえば１０〜２０μｍ厚のメッキ層を得る。その後、たとえば、塩化第２鉄等で銅メッキ表面を浸し、溝以外の銅をエッチング後、電解銅メッキで溝の中だけを銅メッキする。実装が想定される接続面は、研磨液を使う研磨機によって研磨し、配線部と絶縁部を最大間隔Ｒｍａｘ＜３μｍ以下になるよう研磨する。これによって、凹所の内側面に微細配線パターンを持つパッケージが完成する。こうして銅メッキとエッチング研磨という簡単な工法を用いてたとえば１０μｍ以下の線幅やたとえば径１０μｍ以上３０μｍ以下のスルーホールという微細な配線パターンを持つアプリケーションを完成させることができる。
【００４７】
これらの溝６３，６４，６５には、たとえばＴＨ用（スルーホール）やビア用の電解メッキ液を用いて金属メッキを施し、銅などのメッキ金属を埋込む。その後、選択的なエッチングまたは研磨などの手法で、溝６３，６４，６５内にのみ、金属を埋込み、配線パターン３５，３８などを形成することができる。こうしてパッケージ本体３２に配線パターン３５などを形成することによって、パッケージ３１が完成する。
【００４８】
図９は、スタンパ２５，２６の製造方法を示す断面図である。まず図９（１）において、フォトマスク１１２を準備し、図９（２）において平面度および平行度のよいガラス基板１１０の上にフォトレジスト１１１を塗布した後、微細な隆起部５１のパターンが描写されたフォトマスク１１２をガラス基板１１０の上方に配置して、ＵＶ（紫外線）ランプ１１３を用いて露光する。そうすると、フォトレジスト１１１の紫外線照射部分１１１ａが硬化して、パターンが焼き付けられる。
【００４９】
次にフォトレジスト１１１を現像すると、図９（３）に示すように、紫外線照射部分１１１ａが除去され、パターンに対応した部分が残る。次に図９（４）において、現像された表面にスパッタまたは無電解メッキ等によってＮｉメッキ膜１１４を形成し、図９（５）のように厚くし、その後、次に図９（６）に示すように、Ｎｉメッキ膜１１４をガラス基板１１０から剥離し、残存したフォトレジスト１１１を除去することで、パターンに応じた凸凹形状を有するＮｉメッキ膜１１４が得られ、このＮｉメッキ膜１１４を金型取付用に外観加工を施すと、スタンパ２５，２６が得られる。
【００５０】
図１０は、本発明の実施の他の形態の断面図である。この図１０は、前述の図７に対応する。図１１は、図１０に示される金型装置４１によって成形されたパッケージ本体３２の断面図である。注目すべきは、この実施の形態では、スタンパ５８には、パッケージ本体３２にスルーホール６８を形成するための金型となるピン７２の図１０における上方の基端部が立設して固定される。ピン７２の図１０の下方の遊端部は、スタンパ２５，２６に形成された配線パターンのための凸部の図１０における上端部に連なる。そのほかの構成は、前述の実施の形態と同様である。溝６３，６４，６５内に、前述のようにメッキ金属を埋込む際、スルーホール６８にもメッキ金属が充填される。こうして取付面３６の配線パターン３８に、スルーホール６８のメッキ金属から成る導体を介して、外部と電気的な接続を行うことができる。
【００５１】
スルーホール６８を形成するためのピン７２を製造するにあたっては、たとえばエッチャーフレックス（三井化学（株）製商品名）などのスパッタが施されたポリイミドフィルムなどの合成樹脂製の基板であるフィルムの一表面に、ピン７２に対応してエキシマレーザ源からエキシマレーザ光を照射し、有底の細長い複数の溝を形成し、次に、その溝が刻設されたフィルムの前記一表面に、Ｎｉのメッキ処理を施し、フィルムからメッキ層を剥離し、フィルムの前記溝を充填したＮｉ金属は、その平坦部と、溝に対応する棒状部とから成り、レーザ源からのＦＳ（Femto Second）レーザ光を、棒状部の両側部で平坦部に照射して切断し、細長いピンを、メッキ層から切り出し、メッキ層から切り出されたピンの基端部を、外方に拡がった係止部と成るように塑性変形加工し、スタンパ５８に穿孔した取付孔にピンを挿入し、ピンの基端部を、取付孔内で係止し、金属メッキを施すことによってメッキ金属で固定し、こうしてスタンパ５８にピンが立設された金型の一部が構成される。
【００５２】
図１２は本発明の実施のさらに他の形態のパッケージ３１ａの一部を切欠いて簡略化して示す斜視図であり、図１３は図１２に示される実施の形態におけるパッケージ３１ａの断面図である。配線パッケージ３５ａは、たとえば渦巻状平面コイルであって、外部の回路との無線通信を行うためのアンテナまたはインダクタンス素子として用いることができる。パッケージ３１の凹所３３を形成する側壁には、スルーホール７４が形成され、このスルーホール７４の導体は、前述のようにメッキ金属であり、外部に臨む接続端子１１２に連なる。これらの配線パターン３５ａ，３８ａ、スルーホール７４および端子１１２は、メッキによって同時に形成することができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体素子、たとえば電荷結合素子ＣＣＤ、双方形金属酸化膜トランジスタＣ−ＭＯＳ、さらにＭＥＭＳストラクチャなどの微細な半導体素子を搭載するためのパッケージが、容易な製造工程で、大量生産することが可能になる。こうして本発明では、図１０に関連して述べた先行技術におけるワイヤボンダの手法が不要になり、また図１１に関連して前述したレーザ光による配線パターンの選択的な除去工程が不要となり、生産性が大きく向上される。製造されるパッケージは小形化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態のパッケージ用金型２１の斜視図である。
【図２】図１に示されるパッケージ用金型２１を用いて成形されたパッケージ３１の一部切欠き斜視図である。
【図３】本発明の実施の他の形態のパッケージ３１ａを示す一部切欠き斜視図である。
【図４】図２および図３に示されるパッケージ本体３２，３２ａを成形するための金型装置４１の断面図である。
【図５】パッケージ用金型２１のＵ字状支持体２２を示す正面図である。
【図６】スペーサ２７の介在片５１が支持体２２の遊端部２３，２４間に配置された状態を示す断面図である。
【図７】金型装置４１を用いてトランスファ成形を行う状態を示す断面図である。
【図８】金型２１の成形完了後の操作を説明するための断面図である。
【図９】スタンパ２５，２６の製造方法を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の他の形態の断面図である。
【図１１】図１０に示される金型装置４１によって成形されたパッケージ本体３２の断面図である。
【図１２】本発明の実施のさらに他の形態のパッケージ３１ａの一部を切欠いて簡略化して示す斜視図である。
【図１３】図１２に示される実施の形態におけるパッケージ３１ａの断面図である。
【図１４】先行技術のパッケージ１の断面図である。
【図１５】他の先行技術のパッケージ１１の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
２１ パッケージ用金型
２２ Ｕ字状支持体
２３，２４ 遊端部
２５，２６ スタンパ
２７ スペーサ
２８ 連結部
２９ 操作部材
３１ パッケージ
３２ パッケージ本体
３３ 凹所
３４ 内側面
３５ 配線パターン
４１ 金型装置
４２ 金型部材
４３ 金型キャビティ
４６，４７ 支持部材
５１ 介在片
５２ 保持部
５３ つまみ部
５４ 隆起部
５５ 中間部
Claims (6)
- 半導体素子が搭載され、凹所または孔の内側面に配線パターンを形成するパッケージの製造方法において、
金型を準備し、この金型は、
両遊端部が相互に近接変位可能なＵ字状支持体と、
支持体の少なくとも一方の遊端部に、外側方に臨んで設けられ、前記配線パターンに対応する凸部を有するスタンパと、
スペーサであって、このスペーサは、支持体の両遊端部間に介在されて、両遊端部間を塞ぐとともに、両遊端部の相互の近接変位を阻止する介在状態と、前記両遊端部間から離脱されて前記両遊端部の相互の近接変位を可能にする離脱状態となるスペーサとを含み、
前記金型を用いて、前記凸部に対応する溝を有するパッケージ本体を、成形し、
前記溝に、導電材料のメッキを施し、
幅５〜３０μｍ、深さ５〜３０μｍの配線パターンを形成することを特徴とするパッケージの製造方法。 - スタンパは、
フォトリソグラフィ法によって、基板上に前記凸部に対応する透孔を有するフォトレジスト層を形成し、
フォトレジスト層と、前記透孔から露出した基板との上に、金属メッキを施して、金属メッキ層を形成し、
この形成された金属メッキ層を、基板から剥離して製造することを特徴とする請求項１記載のパッケージの製造方法。 - 両遊端部が相互に近接変位可能なＵ字状支持体と、
支持体の少なくとも一方の遊端部に、外側方に臨んで設けられ、配線パターンに対応する凸部を有するスタンパと、
スペーサであって、このスペーサは、支持体の両遊端部間に介在されて、両遊端部間を塞ぐとともに、両遊端部の相互の近接変位を阻止する介在状態と、前記両遊端部間から離脱されて前記両遊端部の相互の近接変位を可能にする離脱状態となるスペーサとを含み、
前記凸部は、形成される配線パターンの幅５〜３０μｍ、深さ５〜３０μｍに対応して形成されることを特徴とするパッケージ用金型。 - 操作部材をさらに含み、
この操作部材は、
前記介在状態で支持体の連結部付近を保持する少なくとも一対の隆起部と、
この隆起部間に配置され、前記離脱状態で支持体の前記連結部付近に介在され、隆起部よりも薄い中間部とを有することを特徴とする請求項３記載のパッケージ用金型。 - 支持体は、
前記遊端部を有する一対の支持部材が、前記連結部で連なり、
支持部材の長尺方向に沿うスペーサの長さＬ６は、支持部材の遊端部と前記連結部との長尺方向の間で、金型キャビティを形成する金型部材から外方に突出した長さＬ１０よりも短く構成されることを特徴とする請求項４記載のパッケージ用金型。 - スタンパの凸部の幅は、５〜３０μｍであり、高さは５〜３０μｍであることを特徴とする請求項３〜５のうちの１つに記載のパッケージ用金型。
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