JP4456503B2 - 電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は電子部品の製造方法に関し、特にパッケージ基板上にデバイスチップをフリップチップ実装してパッケージ化する技術に関する。

電子部品におけるチップと外囲器の電気・機械的な接続には古くからワイヤーボンディング工法が用いられてきた。ワイヤーボンディング工法ではデバイスチップと外囲器は機械的には接着剤で行われ、電気的な接続には金属ワイヤーが用いられてきた。しかし小型化，低コスト化がすすみ、近年ではチップと外囲器の接続にバンプを用いたフリップチップボンディング工法が主流となりつつある。

図１２に、特許文献１や２に記載された従来技術を示す。フリップチップボンディング工法での電子部品の代表的な構造を示している。基本構成としてはデバイスチップ１上に金属ワイヤーを利用して予めバンプ２を形成し、このバンプ付きチップをセラミックス製パッケージ基板３の表面に形成された配線パターン４上にフリップチップボンダーを用いて搭載する。この際、バンプ２と配線パターン４とが接合する。この接合により、デバイスチップ１とパッケージ基板３の電気・機械的な接続が完成する。その後、金属蓋１０にて封止を行う事により、最終的な電子部品が完成する。なお、５は封止はんだ、６はパッケージ側封止パターン、８は中空部、９は電極パターンを示す。

図１３に、特許文献３に記載の従来技術を示す。図１２に示す従来技術と同様にデバイスチップ１とパッケージ基板３の電気・機械的な接続を完成させ、その後、封止樹脂１１にて封止および外形形成を行うことにより、最終的な電子部品が完成する。

図１４に、特許文献４に記載の従来技術を示す。この従来技術も図１２に示すものと同様に、デバイスチップ１とパッケージ基板３の電気・機械的な接続を完成させるが、その際、パッケージ基板３の表面に封止ハンダ５を事前に形成しておき、封止も同時に行う。その後、封止樹脂１１にて外形形成を行うことにより、最終的な電子部品が完成する。

いずれの従来技術においても、フリップチップボンディング工法を用い、デバイスチップとパッケージ基板を接続した構造の電子部品、特に弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスや薄膜圧電共振器（ＦＢＡＲ）などの弾性波を用いた弾性波フィルタ等ではチップ表面に形成された電極パターン９に異物が接触したり、外部より水分等が進入する事により、デバイスとして機能しなくなる恐れがある。電極パターン９を外気から守るために中空気密封止は必須である。
特開２００１−５３５７７号公報 特開２００１−１１０９４６号公報 国際公開ＷＯ９７／０２５９６パンフレット 特開２００４−１２９１９３号公報

しかしながら、上記従来技術はいずれも次の問題点を有している。

図１２の実施例では金属蓋１０および封止はんだ５を用いることにより、高い気密性と強固な外形を保持しているが、パッケージ基板に側壁を形成する必要があり、小型化低背化、低コスト化の限界があった。

図１３の実施例では封止樹脂１１を用いることにより、小型化、低コスト化は狙えるが、気密性が劣り電子部品としての信頼性が劣る問題を有している。また、チップ全体が金属でシールドされていないため、外部からの電波の影響等を遮断しづらく高周波部品では性能の劣化にもつながる問題を有していた。

図１４の実施例は図１２及び図１３に示す従来技術の問題点の解決を狙うもので、封止はんだ５にて封止を行い、その後封止樹脂１１にて外形を形成する特徴を持つ。ただし、封止と外形形成に２種の材料と工法を用いるため、低コスト化の面で問題を有していた。また、パッケージ基板側に事前に封止はんだを形成するため、その形状ばらつきや加熱時間等の制約が大きい不具合があった。量産性を高めるために、シート状の多面取り基板上に個々のチップをフリップ実装すると同時にはんだ封止を行おうとすると、シート全体を３００℃以上に数分以上加熱する必要が生じる。この加熱によりデバイスチップ及びパッケージ基板に設けた、はんだになじむ金属層がはんだに溶け込んでしまい、封止信頼性が劣化してしまう事が確認されている。

本発明はこれらの問題点を解決し、小型、薄型、安価でかつ接合の信頼性が高い電子部品の製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、多面取り構造のパッケージ基板に複数のデバイスチップをフリップチップ実装する第１の工程と、はんだを前記パッケージ基板と複数のデバイスチップの各々の少なくとも一方に供給し、加熱することではんだを溶融させ、側部がはんだで形成される封止部を形成する第２の工程と、前記第２の工程の後に前記パッケージ基板を個片化する第３の工程と、を含み、前記第２の工程は、はんだシートを前記デバイスチップ上に供給し、かつ板状の金属層又は樹脂層を前記はんだシート上に供給し、前記金属層又は前記樹脂層の上から前記はんだシートを加熱・加圧し、前記第３の工程は前記パッケージ基板及び前記金属層又は前記樹脂層を個片化する電子部品の製造方法である。

前記製造方法は前記第2の工程の前に、前記パッケージ基板の切断予定部に貫通穴を形成する第３の工程を含む構成とすることができる。また、前記製造方法は前記第２の工程の後であって前記第３の工程の前に、隣り合うデバイスチップ間に形成されているはんだに溝を形成し、その後前記パッケージ基板に保護膜を形成する構成とすることができる。

本発明はこれらの問題点を解決し、小型、薄型、安価でかつ接合の信頼性が高い電子部品の製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施例を、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る電子部品を示す断面図である。所望の電気的特性を有するデバイスチップ２１と、樹脂またはセラミックスなどの絶縁物質で形成されるパッケージ基板２３の両者が、Ａｕもしくはその合金で形成されるバンプ２２で電気的及び機械的に接続されている。パッケージ基板２３の上面には配線パターン２４が形成され、デバイスチップ２１はバンプ２２を介して配線パターン２４にフェイスダウン状態でフリップチップ実装されている。デバイスチップ２１は電極パターン２９を有する。電極パターン２９は、例えば弾性表面波デバイスのインタディジタルトランスデューサ（くし型電極）である。デバイスチップ２１は図示を省略するパッドを有し、バンプ２２はこのパッド上に設けられる。デバイスチップ２１とパッケージ基板２３は、はんだで形成された封止部２５で封止されている。また、はんだ封止部２５はチップ全体を覆っており、電子部品の外形を形成している。はんだ封止部２５はパッケージ基板２３とともに電子部品のパッケージを構成している。はんだ封止部２５は、パッケージの側部２５Ａと上部２５Ｂを形成している。パッケージの側面及び上面は、はんだ封止部２５のはんだで形成されている。はんだ封止部２５はパッケージ内部にキャビティ（中空部）２８を形成している。デバイスチップ２１は、キャビティ２８内に気密封止されている。デバイスチップ２１の周辺部とパッケージ基板２３の周辺部には、それぞれオーバーラップする位置に、金属で形成されたチップ側封止パターン２７とパッケージ側封止パターン２６がそれぞれ形成されている。チップ側封止パターン２７は、パッケージ側封止パターン２６の一部（内側）にオーバーラップしている。これらの封止パターン２６、２７は製造時、はんだ封止部２５を形成するはんだを流動させるエリアとして機能する。この結果、はんだ封止部２５の端部は、パッケージ側封止パターン２６とチップ側封止パターン２７とに接合しており、キャビティ２８側に若干突出した形状となっている。パッケージ側封止パターン２６とチップ側封止パターン２７とは、はんだとの濡れ性が高い金属で形成される。また、封止パターン２６と２７は金属の単層構成又は、異なる金属の多層構成とすることができる。例えば、ＮｉとＡｕの２層構成を用いることができる。

このように、実施例１では、デバイスチップ２１全体を、パッケージ基板２３に接合されたはんだ封止部２５で封止するため、気密性が高く、電気的なシールド効果が大で、強固な接合及び外形を備えた薄型の電子部品を実現している。また、後述するように、製造プロセスが簡易なので、実施例１の電子部品は安価である。

なお、はんだ封止部２５を形成するはんだは例えばＳｎ−Ａｇはんだであるが、これに限らず任意のはんだを使用することができる。

図２は、本発明の実施例２に係る電子部品の断面図である。図１と同一の構成要素には同一の参照番号を付してある。はんだ封止部２５は、図１と同様にデバイスチップ２１全体を封止しているが、図２の構成では図１のチップ側封止パターン２７がなく、デバイスチップ２１の外寸とパッケージ側封止パターン２６の内寸がほぼ等しい形状となっている。このため、流動した封止はんだ２５はデバイスチップ２１の下側には流動する事が出来ずに、図２の形状で中空封止が完成する。実施例２では、デバイスチップ２１全体を、パッケージ基板２３に接合されたはんだ封止部２５で封止するため、気密性が高く、電気的なシールド効果が大で、強固な接合及び外形を備えた薄型かつ安価な電子部品を実現している。

図３は、本発明の実施例３に係る電子部品の断面図である。図１と同一の構成要素には同一の参照番号を付してある。実施例３は、デバイスチップ２１の側部に設けられたはんだ封止部２５上に、金属層３２を設けた構成である。つまり、はんだ封止部２５と金属層３２とでパッケージ基板２３上の封止部を形成している。金属層３２は例えばコバール合金で形成できる。金属層３２は電子部品全体の保護の役割と、はんだの構造補助材としての役割を持つ。コバール材は熱膨張係数がセラミックに近いため、例えばＳＡＷチップなどの圧電基板とセラミックとの熱膨張係数差を吸収する効果もある。このため、完成品のＳＡＷチップに無駄な応力がかからず、信頼性・電気特性とも大きな改善が可能となる。勿論、実施例３は前述した実施例１の効果を奏する。

図４は、本発明の実施例４に係る電子部品の断面図である。図１と同一の構成要素には同一の参照番号を付してある。実施例４は、デバイスチップ２１の側部に設けられたはんだ封止部２５上に、樹脂層３３を設けた構成である。つまり、はんだ封止部２５と樹脂層３３とでパッケージ基板２３上の封止部を形成している。樹脂層３３は例えば、シート状のポリイミド層（片面Ｃｕ配線あり）を利用している。ポリイミド片面配線フィルムの代わりに、ガラスエポキシ系のフィルム層を樹脂層３３として使用しても良い。

図５は、本発明の実施例５に係る電子部品の製造方法を示す図である。実施例５は、実施例１及び実施例２に係る電子部品の製造方法である。図５（ａ）において、多面取り用のパッケージ基板１４０上に、複数のデバイスチップ２１をマトリクス状に配置し、フリップチップボンディングをしたものを用意し、Ｓｎ−Ａｇ系のはんだシート１５０をデバイスチップ２１上に位置決めする。そしてはんだシート１５０の上側からはんだシート１５０を加熱・加圧する。この処理では、はんだの溶融に必要な温度かつパッケージの外形を形成するのに必要な圧力が与えられる。これにより、デバイスチップ２１間の間隙に充填されたはんだは、パッケージ側封止パターン２６及び図示を省略するチップ側封止パターン２７（実施例１の場合）を接合する。この接合は、例えば約２７０°Ｃの窒素雰囲気で行なわれる。これにより、図５（ｂ）に示すように、デバイスチップ２１の側面及び上面がはんだにより覆われたパッケージ基板１４０が形成される。そして、パッケージ基板１４０をダイサーなどで個片に切断することで、図５（ｃ）に示すように実施例１の電子部品が複数個得られる。

図６は、本発明の実施例６に係る電子部品の製造方法を示す図である。実施例６は、実施例１及び実施例２に係る電子部品の製造方法であって、実施例５とは異なり、パッケージ基板１４０を下方から予め加熱しておき、この状態ではんだシート１５０を上方から圧力を与えながらデバイスチップ２１上に位置決めする。図６（ｂ）及び（ｃ）に示す工程は、図５（ｂ）及び（ｃ）に示す工程と同様である。なお、実施例２の電子部品も同様にして製造することができる。

図７は、本発明の実施例７に係る電子部品の製造方法を示す図である。実施例７は、実施例１及び実施例２に係る電子部品の製造方法である。図７（ａ）に示すように、はんだペースト２５０をデバイスチップ２１間に塗布し、リフロー処理する。その後、図７（ｂ）に示すように、はんだペースト２５０を研削した後、パッケージ基板１４０をダイサーで個片に切断し、図７（ｃ）に示すように実施例１の電子部品が複数個得られる。

図８は、本発明の実施例８に係る電子部品の製造方法を示す図である。実施例８は、実施例１及び実施例２に係る電子部品の製造方法である。図８（ａ）に示すように、はんだを枠状にプリフォームしたワッシャ３５０を各デバイスチップ２１に嵌め込む。この場合、全てのデバイスチップ２１にワッシャ３５０を嵌め込む代わりに、Ｘ方向、Ｙ方向のいずれの方向にも１つおきになるように嵌め込んでもよい。その後の図８（ｂ）及び（ｃ）に示す工程はそれぞれ、図７（ｂ）及び（ｃ）に示す工程と同様である。なお、ワッシャ３５０に代えて、格子状に配置された開口を有するはんだシートを前記デバイスチップ２１に位置合わせした後にリフロー処理することでもよい。

図９は、本発明の実施例９に係る電子部品の製造方法を示す図である。実施例９は、図９（ａ）に示すように、実施例７のはんだペースト２５０に代えて、はんだボール４５０を用いる製造方法である。はんだボール４５０をデバイスチップ２１間に設け、リフロー処理する。リフロー処理後のパッケージ基板１４０を図９（ｂ）に示す。このパッケージ基板１４０をダイサーで個片に切断する。これにより、図９（ｃ）に示すように、はんだで形成された側部４５を有するパッケージでデバイスチップ２１を封止した電子部品が複数個得られる。このデバイスチップ２１の上面には、はんだで形成されたパッケージは設けられていない。

図１０は、本発明の実施例１０に係る電子部品の製造方法を示す図である。実施例１０は、実施例３に係る電子部品の製造方法である。図１０（ａ）において、はんだシート１５０の上に金属層１３２を重ね合わせ、この積層体をデバイスチップ２１上に位置決めする。そして、金属層１３２の上側から積層体を加熱・加圧する。この処理では、はんだの溶融に必要な温度かつパッケージの外形を形成するのに必要な圧力が与えられる。これにより、デバイスチップ２１間の間隙に充填されたはんだは、パッケージ側封止パターン２６及び図示を省略するチップ側封止パターン２７（実施例１の場合）を接合する。これにより、図１０（ｂ）に示すように、デバイスチップ２１の側面及び上面がはんだにより覆われ、かつデバイスチップ２１上にはんだを介して設けられた金属層１３２を有するパッケージ基板１４０が形成される。そして、パッケージ基板１４０をダイサーなどで個片に切断することで、図１０（ｃ）に示すように実施例３の電子部品が複数個得られる。なお、図１０（ａ）において、図６（ａ）に示すように、パッケージ基板１４０を予め加熱することでもよい。

図１１は、本発明の実施例１１に係る電子部品の製造方法を示す図である。実施例１１は、実施例４に係る電子部品の製造方法である。図１１（ａ）において、はんだシート１５０の上にポリイミドなどの樹脂層１３３を重ね合わせ、この積層体をデバイスチップ２１上に位置決めする。そして、樹脂層１３３の上側から積層体を加熱・加圧する。この処理では、はんだの溶融に必要な温度かつパッケージの外形を形成するのに必要な圧力が与えられる。これにより、デバイスチップ２１間の間隙に充填されたはんだは、パッケージ側封止パターン２６及び図示を省略するチップ側封止パターン２７（実施例１の場合）を接合する。これにより、図１１（ｂ）に示すように、デバイスチップ２１の側面及び上面がはんだにより覆われ、かつデバイスチップ２１上にはんだを介して設けられた樹脂層１３３を有するパッケージ基板１４０が形成される。そして、パッケージ基板１４０をダイサーなどで個片に切断することで、図１１（ｃ）に示すように実施例４の電子部品が複数個得られる。なお、図１１（ａ）において、図６（ａ）に示すように、パッケージ基板１４０を予め加熱することでもよい。

次に、実施例１から４に係る電子部品に保護膜を設けた構成を、実施例１２として説明する。

図１５は、図１に示す実施例１に保護膜３４を設けた電子部品を示す。保護膜３４は封止部２５の表面全体を覆うとともに、パッケージ側封止パターン２６及びパッケージ基板２３の表面を覆っている。つまり、保護膜３４はキャビティ２８を気密封止している。保護膜３４は金属膜や樹脂膜（絶縁膜）で形成することができる。金属膜の場合、電解めっきによりＮｉを１０〜２０μｍ析出させて、保護膜３４を形成する。Ｎｉの他、Ｃｕなどのメッキ膜や蒸着膜で保護膜３４を形成することもできる。保護膜３４を設けることで、保護膜３４の内側にあるはんだ封止部２５が外力や熱により変形してしまうことを防止することができ、電子部品の耐熱温度を改善することができる。Ｎｉめっきははんだを完全に覆い隠すため、はんだの融点以上のリフロープロファイルでも電子部品の機能と外観が損なわれることはない。保護膜３４を形成する樹脂としては、例えばエポキシ樹脂などを用いることができる。エポキシ樹脂をスプレー等で塗布することで、保護膜３４を形成することができる。

図１６は、図２に示す実施例２に保護膜３４を設けた電子部品を示す。図１６に示す保護膜３４の構成及び作用は、図１５に示す保護膜３４の構成及び作用と同じである。

図１７は、図３に示す実施例３に保護膜３４を設けた電子部品を示す。保護膜３４ははんだ封止部２５、金属層３２、パッケージ側封止パターン２６及びパッケージ基板２３を覆うように設けられている。図１７に示す保護膜３４の構成及び作用は、図１５に示す保護膜３４の構成及び作用と同じである。

図１８は、図４に示す実施例４に保護膜３４を設けた電子部品を示す。保護膜３４ははんだ封止部２５、樹脂層３３、パッケージ側封止パターン２６及びパッケージ基板２３を覆うように設けられている。図１８に示す保護膜３４の構成及び作用は、図１５に示す保護膜３４の構成及び作用と同じである。

図１９は、図１７に示す電子部品の製造方法を示す図である。図１９（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ前述した図５（ａ）及び（ｂ）に示す工程と同一である。次に、図１９（ｃ）に示すように、隣り合うデバイスチップ２１間のはんだに溝３９を形成する。次に、図１９（ｃ）に示すように、保護膜３４を形成する。そして、図５（ｃ）に示す工程と同様にして、ダイサーなどでパッケージ基板１４０を個片に切断する（図１９（ｄ））。このようにして、図１７に示す電子部品を一度に複数個製造することができる溝３９の形成は、図１７に示す電子部品の製造の他、図１５及び図１６に示す電子部品の製造においても図１７に示す構成と同様に用いることができる。

図２０は、実施例１３に係る電子部品を示す図である。この電子部品は、図３に示す電子部品の変形例である。図２０に示すように、はんだ封止部２５の内部に金属ボール３５を混在させている。図２０の構成では、はんだ封止部２５はパッケージの側部を形成しており、金属ボール３５ははんだ封止部２５のはんだで覆われている。金属ボール３５は、例えば直径０．１５ｍｍのＣｕボールである。Ｃｕの表面にはＳｎメッキを施し、はんだ材は例えばＳｎ−Ａｇである。金属ボール３５の界面では、Ｓｎ−Ｃｕ系の化合物が生成されて高融点の層となっており、金属ボール３５を使用しない場合よりも耐熱性が向上する。Ｃｕボールに代えてＮｉボールを用いた場合でも、Ｃｕボールと同様の作用効果を得られることが確認されている。金属ボール３５の使用は、はんだの体積を減らす効果もあり、Ａｕ−Ｓｎはんだ等の高価なはんだ材料を使用する際にはコストダウンの効果も大きい。

図２１は、金属ボール３５に代えて金属枠３６を用いた構成の電子部品を示す。金属枠３６は、はんだ封止部２５のはんだで覆われている。金属枠３６は、パッケージ側封止パターン２６上に位置決めされている。金属枠３６は、デバイスチップ２１を取り囲むように形成されている。金属枠３６は、はんだがなじみ易い材料（例えば、コバール材）を使用することが好ましい。はんだがなじみ難い材料を使用し、表面処理を行ってもよい。金属枠３６は金属ボール３５と同様の作用効果を奏する。

金属ボール３５や金属枠３６は図３に示す構成に適用する場合のみならず、図１、図２及び図４に示す電子部品や図１５〜図１８に示す電子部品にも適用することができる。

図２２は、図２１に示す電子部品の製造方法を示す図である。図２２（ａ）に示すように、多面取り用のパッケージ基板１４０には貫通穴３７が形成されている。貫通穴３７は、隣り合うデバイスチップ２１間に、１個又は複数個形成されている。貫通穴３７は、はんだシート１５０を金属層１３２とともにデバイスチップ２１上から供給して加熱・加圧する際に、余剰な気体を外部に排出し易くする作用を持つ。その後、図２２（ｂ）に示すように、ダイサーなどで個片に切断し、図２２（ｃ）に示す電子部品が複数個同時に得られる。貫通穴３７を設けることで、外形サイズ１．４ｍｍ×１．０ｍｍの電子部品の歩留を大幅に改善できることが確認できた。

以上、本発明の実施例を説明した。本発明は上記実施例に限定されず、その他の実施例や変形例を含むものである。

本発明の実施例１に係る電子部品置の断面図である。 本発明の実施例２に係る電子部品の断面図である。 本発明の実施例３に係る電子部品の断面図である。 本発明の実施例４に係る電子部品の断面図である。 本発明の実施例５に係る電子部品の製造方法を示す図である。 本発明の実施例６に係る電子部品の製造方法を示す図である。 本発明の実施例７に係る電子部品の製造方法を示す図である。 本発明の実施例８に係る電子部品の製造方法を示す図である。 本発明の実施例９に係る電子部品の製造方法を示す図である。 本発明の実施例１０に係る電子部品の製造方法を示す図である。 本発明の実施例１１に係る電子部品の製造方法を示す図である。 従来技術の電子部品の一例を示す断面図である。 別の従来技術の電子部品の一例を示す断面図である。 更に別の従来技術の電子部品の一例を示す断面図である。 本発明の実施例１２に係る電子部品であって、実施例１に示す電子部品の変形例を示す断面図である。 本発明の実施例１２に係る電子部品であって、実施例２に示す電子部品の変形例を示す断面図である。 本発明の実施例１２に係る電子部品であって、実施例３に示す電子部品の変形例を示す断面図である。 本発明の実施例１２に係る電子部品であって、実施例４に示す電子部品の変形例を示す断面図である。 図１７に示す電子部品の製造方法を示す図である。 実施例１３に係る電子部品の断面図である。 実施例１３に係る電子部品の変形例の断面図である。 図２１に示す電子部品の製造方法を示す図である。

符号の説明

２１ デバイスチップ
２２ バンプ
２３ パッケージ基板
２４ 配線パターン
２５ 封止部
２５Ａ 側部
２５Ｂ 上部
２６ パッケージ側封止パターン
２７ チップ側封止パターン
２８ キャビティ
２９ 電極パターン
３２ 金属層
３３ 樹脂層
３４ 保護膜
３５ 金属ボール
３６ 金属枠
３７ 貫通穴
３９ 溝

Claims (4)

1. 多面取り構造のパッケージ基板に複数のデバイスチップをフリップチップ実装する第１の工程と、はんだを前記パッケージ基板と複数のデバイスチップの各々の少なくとも一方に供給し、加熱することではんだを溶融させ、側部がはんだで形成される封止部を形成する第２の工程と、前記第２の工程の後に前記パッケージ基板を個片化する第３の工程と、を含み、
   前記第２の工程は、はんだシートを前記デバイスチップ上に供給し、かつ板状の金属層又は樹脂層を前記はんだシート上に供給し、前記金属層又は前記樹脂層の上から前記はんだシートを加熱・加圧し、前記第３の工程は前記パッケージ基板及び前記金属層又は前記樹脂層を個片化することを特徴とする電子部品の製造方法。
2. 前記製造方法は前記第2の工程の前に、前記パッケージ基板の切断予定部に貫通穴を形成する第４の工程を含むことを特徴とする請求項１記載の電子部品の製造方法。
3. 前記製造方法は前記第２の工程の後であって前記第３の工程の前に、隣り合うデバイスチップ間に形成されているはんだに溝を形成し、その後前記パッケージ基板に保護膜を形成することを特徴とする請求項１記載の電子部品の製造方法。
4. 前記保護膜はＣｕ又はＮｉからなることを特徴とする請求項３記載の電子部品の製造方法。

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