JP5903094B2 - 平坦構造の電子部品及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は平坦構造の電子部品及びその製造方法に関するものである。
電子部品に対しては,小型化やコスト削減等の要求が高まっている。最新の電子部品は,多面取りプロセスにより,及び/又はウエハを使用することにより,高い費用対効果をもって製造することができる。このような電子部品はマイクロフォン,例えばMEMSマイクロフォンとして使用可能である。
ウエハを使用する場合,多面取りでウエハ上に配置する電子部品数を増加させるほど,電子部品をより効率的に製造することができる。特に平坦な電子部品にあっては,1枚のウエハから製造可能な部品総数を増加させるために,薄く大口径のウエハが必要とされる。このようなウエハは,薄膜化又は大口径化するほど機械的に不安定となるため,一定の限度を超えた薄膜化は不可能である。特に,薄いウエハは,欠陥,凹凸及び破損を生じ易い。
特許文献1(米国特許第6781231号明細書)は,MEMSチップが基板上に支持され,キャップで覆われたMEMSマイクロフォンを開示している。
特許文献2(米国特許第6088463号明細書)及び特許文献3(米国特許第6522762号明細書)は,MEMSチップを備える電子部品を開示している。この電子部品においては,基板の両面にチップが配置されている。
特許文献4(米国特許出願公開第20080279407号公報)は,構造高さを減少させたMEMSマイクロフォンを開示している。
米国特許第6781231号明細書 米国特許第6088463号明細書 米国特許第6522762号明細書 米国特許出願公開第2008/0279407号公報
上記の特許文献に記載された電子部品の高さは,少なくとも,MEMSチップの高さと,そのMEMSチップを支持する基板の高さとの和に相当する。
既知の電子部品,特にMEMS素子の問題点は,しばしば構造高さが過大となることである。
従って本発明の課題は,平坦構造の電子部品を,優れた費用対効果をもって製造可能とすることである。特に,電子部品の製造は,部品単価を低減する上で合理的な多面取りプロセスと両立させる必要がある。
この課題は,本発明に従って,請求項1に記載の電子部品により,又は請求項8に記載の製造方法により解決される。なお,本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載したとおりである。
電子部品は,切欠と,第1チップと,第1コンタクト面とを有する基板を備える。切欠は基板を貫通し,チップは切欠内部に配置される。外部コンタクト面は,第1チップを外部スイッチ手段と接続するために設けられるものである。
電子部品が切欠を有する基板を備え,切欠内部にチップが配置される場合には,機械的安定性を相対的に高めると同時に構造高さを低減することが可能であることを確認した。すなわち,電子部品の全高を算出するために,基板の高さをチップ構成要素の高さに加える必要が無くなる。基板を貫通する切欠内部にチップを配置することにより,本発明に係る電子部品全体の構造高さは,基板及びチップの内,より高い構成要素の高さのみにより規定されるからである。
例えば,チップの構造高さが基板の構造高さより高い場合,電子部品の全高がチップの構造高さにより規定される。このような素子は,従来の素子と比較してより厚みのある基板を備えることが可能になる。基板の構造高さが増大しても,基板の全高がチップの全高を下回っている限り,基板の高さは電子部品の全高に対して悪影響を及ぼさないためである。従って,全高の低い構造形態にも関わらず,電子部品の機械的安定性を維持することができる。
原則的には,基板を貫通する切欠により,切欠の無い基板又は切欠が設けられているが貫通していない基板と比較して基板が脆弱化する。これを補償するために基板を厚くし,増加した基板の高さによって,切欠に起因する構造的脆弱性を補償し,電子部品の機械的安定性を高めることが可能である。製造過程における薄膜化工程に関しても,例えば基板及び/又はチップのエッチングにより基板素材が構造的に脆弱化する可能性があるが,このような薄膜化工程を大幅に,又は完全に省くことができる。これは,電子部品が可及的に平坦であるためである。
また,薄膜化工程が必要な場合でも,その工程を簡便かつ迅速に行うことが可能である。本発明に係る平坦な電子部品の場合には,初期厚がより厚いために構造的な脆弱化が問題とならず,これにより製造コストを低下させることが可能である。
外部コンタクト面は,チップ表面又は基板表面に配置することが可能である。
本発明の一実施形態において,電子部品は接着剤を備え,その接着剤は第1チップと切欠との間の開口部中に塗布されて第1チップを基板に接続する。
第1チップは,切欠内に隙間無く適合させることができる。しかし,切欠をチップより大きく形成し,基板とチップの間に開口部を配置しても差し支えない。その場合には,接着剤によって基板をチップに結合する。これにより,機械的な力がチップにより受け止められ,かつ,伝達可能となるため,原則的には基板における構造的弱点である切欠が,チップによって機械的に安定化される。従って,前述した構成に対応する電子部品は,切欠が貫通しているにも関わらず,驚くほど高い機械的安定性を有する。その場合にも,基板を特に厚く形成する必要がある訳ではない。
接着剤としては,重合後の最終的な素材特性及び接着特性が,固体の成形剤となる液体樹脂が適用可能である。この場合,硬化剤の添加,加温又は紫外線照射などによって硬化を開始させることも可能である。液体樹脂としては,エポキシ樹脂,シリコン樹脂,フェノール樹脂,ウレタン樹脂,アクリル樹脂などが適用可能である。基板をチップに接続する接着剤としては,ホットメルト接着剤を適用することも可能であるが,その場合には基板及びチップを十分な耐熱性を有する素材で構成する。更に,溶剤系接着剤も接着剤として適当である。
しかしながら,接着剤を使用せず,切欠を施した基板とチップとを機械的に安定した一個の構成素材として接続することも可能である。そのためには,接続前に基板をチップよりも高温に加熱し,熱膨張によって切欠をチップよりも拡げるか,又はチップをより低温に冷却し,同様に縮めるかする。いずれの場合でも,基板の温度をチップの温度よりも高めることとし,その後チップを切欠内部に挿入する。基板とチップの温度が同じになった時点で,切欠内部におけるチップの「座り」が機械的に安定する。
一実施形態において,電子部品の基板表面又は第1チップ表面の一部分には,コーティングが施される。コーティングは,表面でコーティングが施された部分に,接着剤の塗布が支援されるよう配置される。前述の表面の一部分とは,特に基板をチップに接続するための接着剤が塗布される表面部分が対象となる。
接着剤として,粘着剤を第1チップと基板の間の開口部に塗布してもよい。基板とチップとの間に配された開口部は,チップの周囲を環状に囲む。しかし,チップを一箇所又は二箇所以上で基板に接触させ,チップと基板との接触部分に開口部を配置し,該接触部分のみに接着剤を塗布してもよい。
チップはカバーを備えてもよい。カバーは基板側,即ち取り付け側に配置するか,又はチップの基板とは反対側に配置することもできる。このようなカバーは,MEMSチップのメンブレン又はバックプレートを保護する。特にMEMSチップの基板側に配されたカバーは,例えば接着剤と接触する前のメンブレン又はバックプレートなどのMEMS機構を保護する。
接着剤は,例えば直接塗布するか又は噴射してもよい。その際,接着剤をカニューレ又は管などを用いて貯蔵容器から押し出し,又は噴射して基板又はチップ表面の該当部分に塗布することができる。
電子部品はコーディングを施される。コーティングによって表面への接着剤の塗布が助長され,接着剤を開口部内で均一に配分することができる。接着剤の配分は,このようなプロセスにより促進する以外に,加熱によっても促進可能である。
追加の接着剤貯留部を,更なるチップの取り付け位置に設けてもよい。
一実施形態において電子部品は蓋を備えており,基板上側の一部分,特に切欠部分,又は第1チップ上側の一部分を覆う。蓋によって基板の上側全体を覆い,それにより第1チップの上側全体を覆うことも可能である。基板は更に,チップを囲んで突出する縁部を備え,蓋は該縁部の上に取り付けられる。従って,蓋と基板の縁部によって空洞が構成され,該空洞内部にチップが配置され,閉鎖される。これによりチップの上側はカプセル封入される。チップの下側も下蓋によって覆われるため,チップは完全にカプセル内部に封入される。
蓋は硬質のフィルムを備えてもよく,該フィルムは素子製造の際に,例えばシンプルパネルプロセスにおいて,ラミネート加工される。ハウジング体が平坦である場合,又はチップが基板より高い場合,基板又はチップ表面の該当部分を,キャップ状のカバーで覆うこともできる。
一実施形態においては,基板は2層又は複数の誘電体層及びその間に配置されたメタライジング層からなる多層構造とする。メタライジング層上には導体路又はインピーダンス素子を構成する。内部接続によって,第1チップ,インピーダンス素子又は導体路,及び外部コンタクト面が接続される。
誘電体層は,HTCC(高温共焼成セラミックス多層基板)又はLTCC(低温共焼成セラミックス多層基板)を備えることができる。
多層構造である基板は,更なるコンタクト面を備え,該コンタクト面を介して,導体路又は基板のインピーダンス素子はチップのコンタクト面と接続できる。1面,又は複数の外部コンタクト面を,外部のスイッチ環境との接続のために実装してもよい。
電子部品は,HF(高周波)信号用として構成することができる。その際,多層構造の基板内部におけるインピーダンス素子は,外部コンタクト面又は外部スイッチ手段と,第1チップにおけるその都度該当するスイッチング素子との間でインピーダンス整合又はインピーダンス変換を行うことができる。
この場合に内部接続は,導体路に加えてボンディングワイヤ,バンプ接続及びスルーコンタクトを含むことができる。
一実施形態において,電子部品は第1チップに加えて,少なくとも更なる1基のチップを備える。更なるチップは,例えばASICチップ(Application Specific Integrated Circuit)で構成してもよい。一実施形態において,電子部品は基板に固定されたASICチップを備え,内部接続により第1チップと接続する。更なるチップも,更なる切欠の内部に配置される。しかし,通常ICチップは構造高さが例えばMEMSチップよりも低いため,追加されたICチップの高さによって素子の全高が実際に高くなることはない。
第1チップは,MEMS素子構造を有するMEMSチップで構成することができる。この場合にASICチップは,素子構造調整のため,又は素子構造から発生するデータ信号の評価のための接続を実装できる。
一実施形態において,第1チップはメンブレン及びバックプレートを備えたMEMSチップである。基板又はMEMSチップの内部には,背面容積が配置される。電子部品はマイクロフォンすることが可能であり,従ってこのようなMEMSマイクロフォンは,メンブレンとバックプレートを備えることになり,メンブレンとバックプレートの間は,通常はバイアス電圧が印加される。ASICチップは,バイアス電圧を調整可能とした接続,又は音響信号をコード化する電気信号を評価可能な接続を有する。
通常MEMSマイクロフォンは,バックプレート又はメンブレンに隣接する背面容積を備えなければならない。通常は,このような背面容積によってMEMSマイクロフォンの構造形状が大型化してしまう。本発明においては,MEMSマイクロフォンの構造形状を平坦とし,例えば閉鎖された容積内部でMEMSチップに実質的に隣接して背面容積を配置するため,特に背面容積が存在することで,MEMSマイクロフォンの全高が必然的に高くなることはない。
三次元の成形体に導体路を設けたデバイス,いわゆるMID(Molded Interconnected Devices)には,素子に内部接続を配置するという更なる可能性がある。基板には,例えばFR4などの有機ラミネートを更に実装可能である。基板の下側又は上側には,例えばSMD(表面実装部品)はんだパッド又はボンディングワイヤパッドなどを外部コンタクト面として配置することができる。
第1チップ又は更なるチップは,例えばASICチップと同様に,ワイヤボンド技術又はフリップチップ技術により内部接続と接続可能である。第1チップを基板と接続する接着剤の残りの接着剤貯留部を基板上の位置に留めて更なるチップを受容可能とすることができる。
基板をサポートフィルム上に配置し,次に切欠部分にあってカバーされていないサポートフィルム部分に接着剤を塗布し,その後に切欠内部で接着剤上に第1チップを配置して,基板と第1チップの間の開口部を接着剤で埋めることも可能である。
平坦構造を有する電子部品を製造するための本発明に係る製造方法は,以下のステップを含む:
・基板を貫通する切欠を備える基板を提供するステップ,
・第1チップを提供するステップ,
・前記基板をサポートフィルム上に配置するステップ,
・前記第1チップを前記切欠内部に配置するステップ,及び
・前記第1チップを前記切欠内部に固定するステップ。
この方法の一実施形態において,フィルムは,基板及びチップに面した側に,連続するか又は必要に応じて構造化した接着剤層を備える。
これによって,基板及び第1チップをフィルム上で正確に配置し易くなり,特に配置後にずれを生じるリスクが低減される。
前記方法の一実施形態は,更に以下のステップを含む:
・カバーフィルムを提供するステップ,
・前記カバーフィルムから蓋を構成するステップ,及び
・前記蓋を,前記基板又は前記チップの一部の上に配置するステップ。
製造の際に使用されたサポートフィルムは,電子部品の製造後も残留させてもよいが,再び除去してもよい。
基板に適当な溝,貯留部,管又はそれらに類する構造を付与することにより,接着剤を開口部により容易に塗布することができ,開口部内で容易に分散せることができる。
マイクロフォンの音波入力開口部は,マスキングしたプラズマエッチングによって構成することが可能である。レーザ穴あけの場合,特に斜め方向に照射することでも,音波入力開口部を構成できる。斜め方向照射によって照射レーザが,破損しやすいメンブレンを貫通することを回避することができる。
電子部品の基本形状を示す略図である。 切欠が貫通する基板を示す略図である。 フィルム上に配置された電子部品の基板を示す略図であり,チップが切欠内へまさに挿入される状況を示す。 フィルム上の基板とチップの配置を示す略図であり,基板とチップの間には開口部が配置されている。 チップを基板に接続するために接着剤を塗布する状況を示した略図である。 チップが接着剤によって基板と接続された電子部品を示す略図である。 更なるチップが基板に接着された電子部品を示す略図である。 音波入力開口部を備えたMEMSマイクロフォンを示す略図であって,背面容積が蓋で覆われている。 基板が多層構造を有する電子部品の略図である。
以下に本発明に係る電子部品の具体的詳細を,実施形態及びその略図に基づいて詳説する。
図1は,基板TR及び第1チップCH1を備えた電子部品EBを示す。基板TRには切欠AUが設けられており,切欠AUは基板TRを貫通する。更に電子部品EBは,第1チップCH1を外部のスイッチ環境と接続するための外部コンタクト面EKを備える。図1の実施形態に示された第1チップCH1は,MEMSマイクロフォンチップである。第1チップが基板TRを貫通する切欠内部に配置されるため,既知の電子部品と比較して電子部品全体の構造高さが低減され,かつ機械的な安定性は低減されずに済む。
図2は,電子部品の基板TRを示し,基板TRには垂直方向に基板TRを貫通する切欠AUが施される。基板TRは表面OTを備える。特に切欠AUを囲む縁部分は,表面OTの垂直方向に屹立する一部によって限定される。切欠AUを限定する基板TRの表面の意義は以下の図において詳説されるものであり,基板TRとチップCH1とを結合する意味合いを持つ。
図3は基板TRを示し,基板TRはサポートフィルムHFO上に配置される。図3は,製造過程において第1チップCH1が切欠AU内部にまさに挿入される瞬間を示す。第1チップCH1はメンブレンME,バックプレートRPを備える。更にサポートフィルムHFO上には薄い接着剤層KSが配され,接着剤層KSは,基板TR及び第1チップCH1をサポートフィルムHF1上へ配置するのを補助する。第1チップは表面OCを備える。第1チップCHが切欠内部に配置される際,第1チップの表面OC及び基板TRの表面OTの平行部分が,切欠内部で互いに向かい合って屹立する。
図4は第1チップCH1を示し,第1チップは基板TRの切欠内部に配置する。第1チップCH1と基板TRとはサポートフィルムHFO上に配置する。第1チップCH1は,基板TRと第1チップCH1との間の開口部SPが,第1チップCH1を閉鎖パスに沿ってとり囲むよう,切欠内部に配置される。
図5は,基板TRをチップに接続する接着剤KLの塗布状況を示す。チップと基板TRは,サポートフィルムHFO上に配置する。チップと基板TRの表面の該当部分は,切欠内部で向かい合って屹立し,コーティングBEを備える。コーティングBEにより,基板TRとチップの表面の対応部分への接着剤KLの塗布が助長される。その際,接着剤KLの硬化後にチップが基板TRと摩擦結合するよう接着剤KLが塗布される。コーティングにより,表面の対応部分への接着剤の塗布が助長される。
図6の電子部品においては,チップを囲む閉鎖パスに沿って接着剤KLがチップを基板TRと接続している。電子部品の全構造高さが低減されており,チップが機械的な力を受け,それを伝達可能であるため,同時に機械的安定性も低減されずに済む。
カバーADは,チップの下側に配置されており,それによって,部品構成,又は例えばメンブレン,背面容積,又はバックプレートといったチップの他の部品が保護される。特に素子構成又は接着剤KLと接触する部品が保護される。また,チップの上側を保護カバーで覆うことも可能である。
図7は電子部品を示し,第1チップCH1の横に,更なるチップACが備わる。更なるチップACは,ASICチップである。ASICチップは,接着剤KLによって基板と接着する。第1チップCH1及びASICチップACは,ボンディングワイヤBDによって接続される。
図8に示した電子部品においては,MEMSチップ及び更なるチップの上側が蓋DEで覆われる。蓋DEは,背面容積RVも覆っている。背面容積RVは,蓋,基板,接着剤及び第1チップにより完全に包囲されているため,電子部品の周囲に対して密閉される。MEMSチップである第1チップは,その下側に音波入力開口部SEOを備える。第1チップCH1がメンブレンME及びバックプレートRPを有することにより,電子部品は,構造高さが平坦で,かつ機械的安定性に優れたMEMSマイクロフォンとなる。
図9に示した電子部品の配置において,基板TRは多層構造であり,誘電体層DSを備える。誘電体層の間にはメタライジング層MEを配置する。メタライジング層ME上にはキャパシタンス素子KE及びインダクタンス素子IEを構成する。第1チップのコンタクト面は,ボンディングワイヤBDにより基板TRのコンタクト面と接続する。基板TRの内部に配置されたインダクタンス素子IE及びキャパシタンス素子KEは,スルーコンタクトDK又は導体路LBにより,基板TRの下側で外部コンタクト面EKと接続し,ASICチップACとも接続する。多層構造の基板TR内部に配置されたボンディングワイヤBD,インピーダンス素子IE,KE,ASICチップACと基板TR間のバンプ接続と,更に備えられたメタライジングラインとによって電子部品の内部接続が実現される。
本発明に係る電子部品は,上述した実施形態に限定されるものではない。例えば,更なる接続素子,チップ又は切欠などを含む異なる特徴及び変形の組み合わせも,本発明の実施形態に含まれる。
AC: ASICチップ
AD: カバー
AU: 切欠
BD: ボンディングワイヤ
BE: コーティング
CH1: 第1チップ
DE: 蓋
DK: スルーコンタクト
DS: 誘電体層
EB: 電子部品
EK: 外部コンタクト面
HFO: サポートフィルム
IE: インダクタンス素子
KE: キャパシタンス素子
KL: 接着剤
KS: 接着剤層
LB: 導体路
ME: メンブレン
MS: メタライジング層
OC: チップ表面
OT: 基板表面
RP: バックプレート
RV: 背面容積
SEO: 音波入力開口部
SP: 開口部
TR: 基板

Claims (8)

  1. 平坦構造を有する電子部品(EB)であって,
    ・切欠(AU)を有する基板(TR)と,音波入力開口部(SEО)及びカバー(AD)を備える第1チップ(CH1)と,ASICチップ(AC)と,背面容積(RV)と,蓋(DE)と,外部コンタクト面(EK)とを備え,
    ・前記切欠(AU)が,前記切欠(AU)の前記基板の水平方向のサイズが前記第1チップ(CH1)の水平方向のサイズより大きくなるよう前記基板(TR)を貫通し,
    ・前記第1チップ(CH1)が前記切欠(AU)内部に配置され,
    ・前記音波入力開口部(SEO)は,前記カバー(AD)の一部に形成される穴であり,前記第1チップ(CH1)の下側に配置され,
    ・前記蓋(DE),前記基板(TR)及び前記第1チップ(CH1)は,前記背面容積(RV)を包囲し,
    ・前記ASICチップ(AC)が,前記基板(TR)に固定され,かつ,内部接続により前記第1チップ(CH1)と接続し,
    ・前記外部コンタクト面(EK)が,前記第1チップ(CH1)を外部スイッチ手段に接続するために設けられ,
    ・前記電子部品(EB)の高さは,前記基板(TR)の高さと,前記第1チップ(CH1)の高さとの和より低くなり,
    ・前記第1チップ(CH1)は,MEMSチップであり,
    ・前記電子部品(EB)は,MEMSマイクロフォンである電子部品。
  2. 請求項1に記載の電子部品であって,更に接着剤(KL)を備え,該接着剤(KL)が,前記第1チップ(CH1)と前記切欠(AU)との間の開口部(SP)内部に配置されて前記第1チップ(CH1)を前記基板(TR)に結合する電子部品。
  3. 請求項1又は2に記載の電子部品であって,更にコーティング(BE)を備え,該コーティング(BE)が,前記基板(TR)の表面(OT)又は前記第1チップの表面(OC)の一部に施されて,該表面(OT,OC)の前記一部に対する前記接着剤(KL)の塗布を支援する電子部品。
  4. 請求項1から3の何れか一項に記載の電子部品であって,
    ・前記基板(TR)が,2層の誘電体層(DS)と,これら誘電体層(DS)の間に配置されたメタライジング層(MS)とを有する多層構造であり,
    ・前記メタライジング層(MS)に導体路(LB)又はインピーダンス素子(IE,KE)が構造化され,
    ・前記第1チップ(CH1),前記インピーダンス素子(IE,KE)及び前記外部コンタクト面(EK)が内部接続により接続される電子部品。
  5. 請求項1から4の何れか一項に記載の電子部品であって,
    ・前記第1チップ(CH1)がメンブレン(ME)及びバックプレート(RP)を備えるMEMSチップである電子部品。
  6. 平坦構造を有する電子部品を製造する方法であって,
    ・切欠(AU)を貫通させた基板(TR)を準備するステップと,
    ・第1チップ(CH1)を準備するステップと,
    ・前記基板(TR)を支持フィルム(HFO)上に配置するステップと,
    ・前記第1チップ(CH1)を前記切欠(AU)内部に配置するステップと,
    ・前記第1チップ(CH1)を前記切欠(AU)内部に固定するステップと,
    ・前記支持フィルム(HFO)を除去するステップと,
    ・前記第1チップ(CH1)の下側のカバー(AD)に音波入力開口部(SEO)を構成するステップとを含み,
    前記切欠(AU)が,前記切欠(AU)の前記基板の水平方向のサイズが前記第1チップ(CH1)の水平方向のサイズより大きくなるよう前記基板(TR)を貫通し,前記音波入力開口部(SEO)は,前記カバー(AD)の一部に形成される穴である方法。
  7. 請求項6に記載の方法であって,
    前記支持フィルム(HFO)が,前記基板(TR)及び前記チップ(CH1)に対向する側に接着剤層(KS)を備える方法。
  8. 請求項7に記載の方法であって,更に,
    ・カバーフィルムを準備するステップと,
    ・該カバーフィルムから蓋(DE)を構造化するステップと,
    ・該蓋(DE)を,前記基板(TR)又は前記チップ(CH1)の一部の上に配置するステップとを含む方法。
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