JP4026573B2 - 電子装置を収納するパッケージの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子装置を収納したパッケージ部材に、メッキ処理された蓋部材を取り付けてなる電子装置を収納するパッケージの製造方法に関する。

この種のパッケージとしては、電子装置として加速度センサチップ、角速度センサチップ、弾性表面波素子などをパッケージ部材に収納し、これに蓋部材を取り付けてふたをするようにしたものがある。

ここで、収納される電子装置は、マイクロマシニング技術等により加工された数μｍオーダーの微細構造物をチップ表面に形成した素子などからなる。

このような電子装置を収納するパッケージは、メッキ処理により表面にメッキ膜が形成された蓋部材を用意し、一側に開口部を有するパッケージ部材内に、当該開口部を介して電子装置を収納した後、当該開口部を覆うようにパッケージ部材に蓋部材を取り付けることにより、製造することができる。

このような、マイクロマシニング技術によりチップ表面に微細構造物を形成した電子装置を収納したパッケージとしては、櫛歯構造体を有する半導体力学量センサチップを収納したものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

このものは、センサチップをセラミックパッケージ部材に実装し、金属製の蓋部材（リッド）をパッケージ部材にシーム溶接する構造をとっている。ここで、蓋部材は溶接のために、その表面にＮｉ（ニッケル）メッキ処理が施されている。
特開２００２−００５９５１号公報

しかしながら、このようなパッケージおいて、蓋部材は、溶接性の向上などの目的でＮｉメッキ等のメッキ処理がなされるが、その表面には、大きさが数μｍから数十μｍのメッキ膜のバリ（ドロス）が成長・付着している。

そのバリの様子を図６に示す。この図６は、Ｎｉメッキ処理を施した蓋部材を顕微鏡観察した結果に基づいて模式的に表した一部断面斜視図である。

蓋部材７０の表面にメッキ膜７１が形成されており、そのメッキ膜７１の表面には、ささくれだったような状態でバリ７２が存在している。このバリ７２の発生については、メッキ槽の中に存在する金属屑などが、メッキの際に蓋部材７０の表面に付着し、その屑を核としてバリ７２が成長することによると考えられる。

ここで、上記特許文献１に記載されているようなパッケージ部材内に収納されているセンサチップは、その表面に数μｍオーダーの可動構造物を形成しており、蓋部材の溶接後に、蓋部材に付着しているバリが搬送時の衝撃などにより落下し、可動構造物に付着すると、それによってセンサチップの特性が劣化するという問題が発生する。

そして、このような問題は、同様な可動構造物を有している角速度センサ素子、弾性表面波素子などの電子装置にもあてはまる。

いずれにせよ、このバリによる問題は、電子装置を収納したパッケージ部材に、メッキ処理された蓋部材を取り付けてなるパッケージにおいては、共通した問題である。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、電子装置を収納したパッケージ部材に、メッキ処理された蓋部材を取り付けてなるパッケージにおいて、蓋部材に存在するメッキ膜のバリがパッケージ部材内の電子装置上に落下するのを防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、メッキ処理により表面にメッキ膜が形成された蓋部材（７０）を用意し、一側に開口部（１０ｃ）を有するパッケージ部材（１０）内に、この開口部（１０ｃ）を介して電子装置（５０）を収納した後、開口部（１０ｃ）を覆うようにパッケージ部材（１０）に蓋部材（７０）を取り付けるようにした電子装置を収納するパッケージの製造方法において、蓋部材（７０）の表面をメッキ処理した後、当該メッキ処理された表面を化学研磨処理することにより、メッキ膜によるバリを除去し、しかる後、蓋部材（７０）をパッケージ部材（１０）に取り付けることを特徴としている。

本発明は、本発明者らの行った実験検討の結果、見出されたものであり、メッキ処理された蓋部材（７０）の表面を化学研磨処理することにより、メッキ膜によるバリを除去し、当該バリを従来に比べて大幅に低減できることが、実験的に確認できている（図５参照）。

そして、メッキ膜のバリが大幅に低減された蓋部材（７０）を、電子装置（５０）が収納されたパッケージ部材（１０）に取り付けることにより、本発明において、電子装置を収納するパッケージができあがる。

よって、本発明によれば、電子装置を収納したパッケージ部材に、メッキ処理された蓋部材を取り付けてなるパッケージにおいて、蓋部材に存在するメッキ膜のバリがパッケージ部材内の電子装置上に落下するのを防止することができる。

ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の電子装置を収納するパッケージの製造方法においては、メッキ処理として、Ｎｉメッキを行うようにすることができる。

また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または請求項２に記載の電子装置を収納するパッケージの製造方法においては、蓋部材（７０）を、パッケージ部材（１０）に対して溶接により取り付けるようにすることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電子装置を収納するパッケージとしての加速度センサ装置１００の概略断面構成を示す図である。また、図２は、図１において蓋部材７０を外した状態で矢印Ａ方向からみた内部構成の概略平面図である。

パッケージ部材１０はセラミックからなるものである。このパッケージ部材１０には、後述する各部材を収納する凹部１０ｂが、パッケージ部材１０の一側から凹んだ形で形成されている。そして、この凹部１０ｂの開口部１０ｃが、すなわちパッケージ部材１０の開口部１０ｃとなる。

この凹部１０ｂの底面（以下、ダイアタッチ面という）上には、シリコン系樹脂等よりなる接着剤２０を介して、制御ＩＣチップ３０が搭載されている。この制御ＩＣチップ３０は、信号処理用回路チップとして構成されている。

そして、この制御ＩＣチップ３０の上には、フィルム状接着材（接着フィルム）や硬化型の接着剤からなる接着材４０を介して、電子装置としての半導体センサチップ５０が搭載されている。本例では、接着材４０はフィルム状接着材４０からなる。

また、パッケージ部材１０、制御ＩＣチップ３０及び半導体センサチップ５０には、それぞれ、アルミニウム（Ａｌ）等よりなるワイヤボンディング用のパッド１０ａ、３０ａ、５０ａが形成されている。

そして、パッケージ部材１０と制御ＩＣチップ３０とは、パッド１０ａと３０ａとをつなぐワイヤ６０ａによって電気的に接続され、制御ＩＣチップ３０と半導体センサチップ５０とは、パッド３０ａと５０とａをつなぐワイヤ６０ｂによって電気的に接続されている。なお、これらワイヤ６０ａ、６０ｂは金やアルミ等のワイヤボンディングにより形成される。

半導体センサチップ５０は、第１シリコン基板５１と第２シリコン基板５２とを酸化膜５３を介して貼り合わせてなるＳＯＩ（シリコン−オン−インシュレータ）基板により構成されたものであり、可動電極５４と固定電極５５との間の容量変化に基づいて加速度を検出する静電容量式加速度センサチップを構成している。

この静電容量式加速度センサチップは、周知のものであるため、ここではその概略を述べる。

第２シリコン基板５２には、互いに対向する櫛歯状の可動電極５４と固定電極５５とを備えた梁構造体５６が形成されている。そして、図中の矢印Ｘで示すＸ軸方向に加速度（力学量）が印加されると、可動電極（本発明でいう変位部）５４がこのＸ軸方向へ変位する。

この可動電極５４の変位量に基づいて可動電極５４と固定電極５５との間の静電容量信号が変化し、この容量信号は、ワイヤ６０ｂから制御ＩＣチップ３０へ取り出され、制御ＩＣチップ３０にて電圧等の信号に変換される。

この変換された信号は、ワイヤ６０ａからパッケージ部材１０へ伝達され、パッケージ部材１０に備えられた図示しない配線から外部へ出力される。このようにして、印加加速度が検出されるようになっている。

かかる半導体センサチップ５０の第１シリコン基板５１側の主表面は、本例においては、フィルム状接着材４０を介して、制御ＩＣチップ３０の一側の主表面に接合固定されている。

ここで、このフィルム状接着材４０としては、熱硬化性樹脂もしくは熱可塑性樹脂よりなるフィルムを採用することができる。たとえば、ポリイミド系樹脂やアクリル系樹脂が採用できる。

また、制御ＩＣチップ３０とパッケージ部材１０との間に介在する接着剤２０は、制御ＩＣチップ３０の他側の主表面の全域に配されていても良いが、本実施形態では、図２に示されるように、制御ＩＣチップ３０の他側の主表面の４隅部に配されている。

これにより、パッケージ部材１０におけるダイアタッチ面すなわち制御ＩＣチップ３０の搭載面は、制御ＩＣチップ３０の他側の主表面のうちの４隅部と部分的に接合固定されている。

また、パッケージ部材１０には、凹部１０ｂの開口部１０ｃを覆うように、鉄系金属等よりなる蓋部材７０が取付固定されている。この蓋部材７０は、金属材の表面にメッキ処理を施してなるものであり、具体的には、コバール材や４２アロイ等に対してＮｉメッキ処理等を施してなるものを採用することができる。

本例では、蓋部材７０は、コバール材に対してＮｉメッキ処理を施してなるものであり、メッキ膜の厚さは、たとえば１μｍ〜５μｍ程度である。そして、この蓋部材７０は、パッケージ部材１０にろう付けされたコバール等からなるリング状の金属部材８０に対して、シーム溶接されることにより、接合されている。

この蓋部材７０によって、パッケージ部材１０内に収納された制御ＩＣチップ３０および半導体センサチップ５０は、外部から覆われ保護される。たとえば、蓋部材７０の取り付けによって、パッケージ部材１０の内部は気密に封止され、たとえば窒素雰囲気となっている。

次に、図３および図４を参照して、加速度センサ装置１００の製造方法について説明する。

図３は、蓋部材７０の製造工程フローを示す工程図である。また、図４は、加速度センサ装置１００の製造方法の各工程を示す工程図であり、途中の各工程におけるワークの状態を上記図１の断面に沿った形状として示したものである。なお、図４中、パッド１０ａ、３０ａ、５０ａは省略する。

まず、図３を参照して、蓋部材７０の製造方法を説明する。蓋部材７０は、まず、素材をプレス加工することにより、その形状が形成される（プレス工程）。

次に、このプレス成形された蓋部材７０を、Ｎｉメッキするために前処理を行う（前処理工程）。この前処理としては、通常のＮｉメッキの前処理方法と同様の方法を採用することができ、たとえば、バレル処理や化学研磨処理等を行う。

次に、前処理がなされた蓋部材７０に対して、その表面に、電気メッキ法等により、Ｎｉメッキ処理を施す（Ｎｉメッキ工程）。そして、Ｎｉメッキ処理により表面にメッキ膜が形成された蓋部材７０を洗浄する（洗浄工程）。

続いて、本実施形態では、従来行われなかった新規な工程として、メッキされた蓋部材７０の表面に対して化学研磨処理を行う（化学研磨工程）。

化学研磨は、ワークを化学研磨材中に浸漬させることにより、ワーク表面のバリ等を除去するものである。それにより、蓋部材７０の表面に形成されているメッキ膜によるバリを除去する。

ここで、使用する化学研磨材は、通常メッキの前処理材として使用するコバール材や４２アロイ材用の研磨材（溶液）であり、Ｎｉを研磨する目的のものではないが、含有している酸の成分により、微弱な力で付着しているバリをＮｉメッキ面より引き剥がすことができると考えられる。

その後、化学研磨された蓋部材７０は、洗浄・乾燥工程に施され、後述するパッケージ部材１０への取り付けに供される。

次に、図４を参照して、加速度センサ装置１００の製造方法を説明する。図４（ａ）〜（ｃ）に示す様に、パッケージ部材１０の開口部１０ｃから、ディスペンサ等を用いて、接着剤２０をパッケージ部材１０のダイアタッチ面（凹部１０ｂの底面）における所望部位に配設する。

続いて、その上から制御ＩＣチップ３０を搭載することにより、接着剤２０を介して制御ＩＣチップ３０をパッケージ部材１０に接合する（信号処理用回路チップ搭載工程）。なお、パッケージ部材１０には、あらかじめ上記した溶接用の金属部材８０が、ろう付けされている。

そして、図４（ｄ）に示すスタック工程では、フィルム状接着材４０が貼り付いた状態の半導体センサチップ５０を、パッケージ部材１０の開口部１０ｃから、制御ＩＣチップ３０の上に搭載する（半導体センサチップ搭載工程）。

なお、フィルム状接着材４０が貼り付いた状態の半導体センサチップ５０の形成方法および当該センサチップ５０の搭載方法すなわちスタック工程の詳細については、ここでは述べないが、上記特許文献中に、これらの詳細が記載してあり、本実施形態においても、同様の方法を採用することができる。

そして、上記スタック工程が完了すると、半導体センサチップ５０がフィルム状接着材４０を介して制御ＩＣチップ３０と接合される。なお、半導体センサチップ５０の搭載については、接着材４０として通常の硬化型の接着剤を採用して行うことも、もちろん可能である。

続いて、図４（ｅ）に示すワイヤボンディング工程では、アルミや金等の一般的なワイヤボンディングにより、各パッド１０ａ、３０ａ、５０ａをワイヤ６０ａ、６０ｂにて結線する。

その後、上記図３に示される工程にて製造された蓋部材７０を、溶接（シーム溶接等）することにより、蓋部材７０をパッケージ部材１０に取り付ける。こうして、上記図１に示す加速度センサ装置１００が完成する。

かかる加速度センサ装置１００は、例えば、自動車のＥＣＵに搭載され、上述したように、印加加速度の検出を行うようになっている。

ところで、本実施形態によれば、メッキ処理により表面にメッキ膜が形成された蓋部材７０を用意し、一側に開口部１０ｃを有するパッケージ部材１０内に、この開口部１０ｃを介して電子装置としての半導体センサチップ５０を収納した後、開口部１０ｃを覆うようにパッケージ部材１０に蓋部材７０を取り付けるようにしたパッケージの製造方法において、蓋部材７０の表面をメッキ処理した後、当該メッキ処理された表面を化学研磨処理することにより、メッキ膜によるバリを除去し、しかる後、蓋部材７０をパッケージ部材１０に取り付けることを特徴とする製造方法が提供される。

ここで、メッキ処理された蓋部材７０の表面を化学研磨処理することにより、メッキ膜によるバリを除去し、当該バリを従来に比べて大幅に低減できることが、実験的に確認できている。

図５は、本実施形態の製造方法におけるバリの除去効果について、具体的に調査した結果を示す図である。

ここでは、蓋部材７０として、コバール材に対してＮｉメッキ処理を施し、メッキ膜の厚さを１μｍ〜５μｍ程度としたものを用い、この蓋部材７０について、上記化学研磨工程（図３参照）を行った。化学研磨材として、コバールや４２アロイ材用の過酸化水素系の研磨材である三菱ガス化学社製のＣＰＥ１０００を用いた。

また、メッキ後のバリを除去するという目的であれば、化学研磨の他に、電解研磨（メッキ槽中でメッキ時とは陽極と陰極を逆にする手法）やバレル処理などが別の手法として考えられる。

また、メッキ後のバリを落下させないようにするという目的であれば、シンター（焼き鈍し）処理やレーザ処理などにより、バリをＮｉめっき面に焼き付けるという手法も考えられる。

そこで、Ｎｉメッキ工程後に上記化学研磨を行った本実施形態の蓋部材７０に加えて、本実施形態の比較例として、Ｎｉメッキ工程後に電界研磨、シンター処理をそれぞれ行った蓋部材、さらに、ＮＩメッキ工程後に何も処理を行わない従来の蓋部材についても、調査を行った。

バリの除去効果の評価は、次のようにして行った。Ｎｉメッキされた蓋部材においては、その表面粗さを計測すると０．１μｍ以下である。しかし、走査型電子顕微鏡で表面観察すると、上記図６に示したように、数μｍから数十μｍの微小なメッキのバリ等が成長・付着している。

このような蓋部材をエタノール中で超音波洗浄すると、エタノール中に上記したメッキ膜のバリが混ざる。そのため、この超音波洗浄の後、エタノール中の異物量を測定すると、当該バリを異物としてカウントすることができ、異物量が少ないほどバリの除去効果が高いことになる。

このような異物カウントによる評価を、Ｎｉメッキ後に化学研磨処理した本実施形態の蓋部材７０、および、上記した比較例の蓋部材について行った。ここでは、２μｍ以上の大きさの異物をカウントすることとした。

図５には、本実施形態の蓋部材（化学研磨）、比較例である従来品、シンター、電界研磨といった各サンプルにおける異物量について、各サンプル間の相対的な値（異物発生割合）として示してある。

この図５に示される結果では、化学研磨処理を行った本実施形態の蓋部材７０では、従来品に比べて、異物量が１／１０以下にまで低減できている。また、実際にＳＥＭ（電子顕微鏡）にて表面観察を行ったところ、上記従来品、電解研磨、シンター、バレル、化学研磨の順に、だんだんと表面がなめらかになることが確認された。

つまり、本実施形態の製造方法によれば、メッキ工程後に化学研磨処理を行うという独自の方法を採用することによって、メッキ膜によるバリを除去し、当該バリを従来に比べて大幅に低減できることがわかる。

こうして、本実施形態では、メッキ膜のバリが大幅に低減された蓋部材７０を、電子装置としての半導体センサチップ５０が収納されたパッケージ部材１０に取り付けることによって、電子装置を収納するパッケージとしての上記加速度センサ装置１００ができあがる。

よって、本実施形態によれば、電子装置５０を収納したパッケージ部材１０に、メッキ処理された蓋部材７０を取り付けてなるパッケージ１００において、製品組付後に発生する搬送系での振動などにより、蓋部材７０に存在するメッキ膜のバリがパッケージ部材１０内の電子装置５０上に落下するのを防止することができる。

（他の実施形態）
なお、蓋部材に施されるメッキ処理は、Ｎｉメッキに限定されるものではなく、適宜、他のメッキを用いてもよい。また、蓋部材のパッケージ部材への取り付け方法は、溶接に限定されるものではない。

また、上記実施形態では、加速度センサ装置を例にとって説明したが、本発明の電子装置を収納するパッケージは、加速度センサ装置に限定されるものではない。

たとえば、電子装置として加速度センサチップ、角速度センサチップ、弾性表面波素子などをパッケージ部材に収納し、これに、メッキ処理された蓋部材を取り付けてふたをするようにしたものに対しても、適用することができる。

要するに、本発明は、パッケージ部材の開口部からパッケージ部材内に電子装置を収納した後、開口部を覆うように、メッキ処理された蓋部材をパッケージ部材に取り付けるようにしたパッケージの製造方法において、蓋部材の表面をメッキ処理した後、当該メッキ処理された表面を化学研磨処理することにより、メッキ膜によるバリを除去した後、蓋部材をパッケージ部材に取り付けることを主たる特徴とするものであり、他の部分は適宜設計変更可能である。

本発明の実施形態に係る電子装置を収納するパッケージとしての加速度センサ装置の概略断面図である。 図１において蓋部材を外した状態で加速度センサ装置を矢印Ａ方向からみたときの内部構成を示す概略平面図である。 上記実施形態に係るパッケージの製造方法における蓋部材の製造工程フローを示す工程図である。 図１に示される加速度センサ装置の製造方法を示す工程図である。 上記実施形態の製造方法におけるバリの除去効果について具体的に調査した結果を示す図である。 メッキ処理された蓋部材の表面におけるバリの様子を示す一部断面斜視図である。

符号の説明

１０…パッケージ部材、１０ｂ…凹部、
１０ｃ…パッケージ部材の開口部としての凹部の開口部、
５０…電子装置としての半導体センサチップ、７０…蓋部材。

Claims (3)

1. メッキ処理により表面にメッキ膜が形成された蓋部材（７０）を用意し、
   一側に開口部（１０ｃ）を有するパッケージ部材（１０）内に、前記開口部（１０ｃ）を介して電子装置（５０）を収納した後、
   前記開口部（１０ｃ）を覆うように前記パッケージ部材（１０）に前記蓋部材（７０）を取り付けるようにしたパッケージの製造方法において、
   前記蓋部材（７０）の表面を前記メッキ処理した後、当該メッキ処理された表面を化学研磨処理することにより、前記メッキ膜によるバリを除去し、
   しかる後、前記蓋部材（７０）を前記パッケージ部材（１０）に取り付けることを特徴とする電子装置を収納するパッケージの製造方法。
2. 前記メッキ処理として、Ｎｉメッキを行うことを特徴とする請求項１に記載の電子装置を収納するパッケージの製造方法。
3. 前記蓋部材（７０）を、前記パッケージ部材（１０）に対して、溶接により取り付けることを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置を収納するパッケージの製造方法。
   

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