JP7207192B2 - センサー用パッケージ基板及びこれを備えるセンサーモジュール、並びに、センサー用パッケージ基板の製造方法 - Google Patents

センサー用パッケージ基板及びこれを備えるセンサーモジュール、並びに、センサー用パッケージ基板の製造方法 Download PDF

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Description

本発明はセンサー用パッケージ基板及びこれを備えるセンサーモジュールに関し、特に、空気の振動、圧力、温度又は組成を検出するセンサーを搭載するためのセンサー用パッケージ基板及びこれを備えるセンサーモジュールに関する。また、本発明は、このようなセンサー用パッケージ基板の製造方法に関する。
マイクロフォンなどのセンサーチップを備えるセンサーモジュールとしては、特許文献１に記載されたセンサーモジュールが知られている。特許文献１に記載されたセンサーモジュールは、貫通孔を有する基板と、貫通孔と重なるよう基板に搭載されたセンサーチップを有しており、貫通孔を介して進入する空気の振動（音）がセンサーチップによって検出される。
特開２０１０－１８７２７７号公報
しかしながら、特許文献１に記載されたセンサーモジュールにおいては、１つのセンサーチップに対して径の大きな単一の貫通孔が割り当てられていることから、貫通孔を介してゴミや埃などの異物が侵入しやすいだけでなく、基板の強度が不足しやすいという問題があった。
したがって、本発明は、貫通孔を有するセンサー用パッケージ基板及びこれを備えるセンサーモジュールにおいて、貫通孔を介した異物の侵入を抑制するとともに、基板の強度低下を抑制することを目的とする。また、本発明は、このようなセンサー用パッケージ基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明によるセンサー用パッケージ基板は、センサーチップを搭載するためのセンサーチップ搭載領域と、平面視でセンサーチップ搭載領域と重なる位置に設けられ、一方の表面から他方の表面に亘って貫通する複数の貫通孔を有するセンサー用パッケージ基板であって、複数の貫通孔は第１及び第２の貫通孔を含み、第１の貫通孔は第１の深さ位置において最も内径が小さく、第２の貫通孔は第２の深さ位置において最も内径が小さく、第１の深さ位置と第２の深さ位置が互いに異なることを特徴とする。
また、本発明によるセンサーモジュールは、上記のセンサー用パッケージ基板と、センサーチップ搭載領域に搭載されたセンサーチップとを備えることを特徴とする。
本発明によれば、センサーチップ搭載領域と重なる位置に複数の貫通孔が設けられていることから、それぞれの貫通孔の径を小さく設計することができる。これにより、貫通孔を介した異物の侵入が生じにくくなるが、基板の強度低下が懸念される。しかしながら、第１の貫通孔が最小径となる第１の深さ位置と第２の貫通孔が最小径となる第２の深さ位置が互いに異なることから、第１の貫通孔と第２の貫通孔の間に位置する基板の強度を確保することが可能となる。
本発明において、第１の貫通孔は、第１の深さ位置から一方及び他方の表面に近づくにつれて内径が拡大する形状を有し、第２の貫通孔は、第２の深さ位置から一方及び他方の表面に近づくにつれて内径が拡大する形状を有していても構わない。これによれば、第１及び第２の貫通孔を介して空気が流通しやすくなる。
本発明において、一方の表面における第１及び第２の貫通孔の径が互いに異なっていても構わない。これによれば、例えばブラスト法によって第１及び第２の貫通孔を形成することにより、第１の深さ位置と第２の深さ位置を互いに異ならせることが可能となる。
本発明において、複数の貫通孔の内壁が保護膜で覆われていても構わない。これによれば、基板に含まれるフィラーやガラスクロスの貫通孔からの脱落を防止することが可能となる。この場合、保護膜は絶縁材料からなるものであっても構わないし、金属材料からなるものであっても構わない。前者によれば、貫通孔の内壁に基板内部の配線パターンが露出している場合であってもショート不良が生じることがない。また、後者によれば、音響特性を高めることが可能となる。
本発明において、センサーチップは、空気の振動、圧力、温度又は組成を検出するセンサーであっても構わない。これによれば、複数の貫通孔を介して空気の振動、圧力、温度又は組成を検出することが可能となる。
本発明の一側面によるセンサー用パッケージ基板の製造方法は、センサーチップを搭載するためのセンサーチップ搭載領域を有する基板を用意し、平面視でセンサーチップ搭載領域と重なる位置に開口部を有するメタルマスクを形成する工程と、メタルマスクを介してレーザー加工、ブラスト加工またはその両方を行うことにより、基板の一方の表面から他方の表面に亘って貫通する第１及び第２の貫通孔をメタルマスクの開口部と重なる位置に形成する工程とを備え、第１の貫通孔に対応するメタルマスク開口部の径は、第２の貫通孔に対応するメタルマスク開口部の径と異なることを特徴とする。
本発明の他の側面によるセンサー用パッケージ基板の製造方法は、センサーチップを搭載するためのセンサーチップ搭載領域を有する基板を用意し、平面視でセンサーチップ搭載領域と重なる位置にレーザービームを照射することによって、基板の一方の表面から他方の表面に亘って貫通する複数の貫通孔を形成する工程を備え、複数の貫通孔は第１及び第２の貫通孔を含み、第１の貫通孔を形成する際におけるレーザービームの強度は、第２の貫通孔を形成する際におけるレーザービームの強度と異なることを特徴とする。
いずれの方法によっても、第１の貫通孔が最小径となる第１の深さ位置と第２の貫通孔が最小径となる第２の深さ位置が互いに異なる構造を得ることが可能となる。
本発明によるセンサー用パッケージ基板の製造方法は、複数の貫通孔の内壁を保護膜で覆う工程をさらに備えるものであっても構わない。これによれば、基板に含まれるフィラーやガラスクロスの貫通孔からの脱落を防止することが可能となる。この場合、保護膜で覆う工程は、ＣＶＤ法によって絶縁材料を成膜することにより行っても構わないし、メッキ法によって金属材料を成膜することにより行っても構わない。前者によれば、貫通孔の内壁に基板内部の配線パターンが露出している場合であってもショート不良が生じることがない。また、後者によれば、音響特性を高めることが可能となる。
このように、本発明によれば、センサー用パッケージ基板及びこれを備えるセンサーモジュールにおいて、貫通孔を介した異物の侵入を抑制することができるとともに、基板の強度低下を抑制することが可能となる。また、本発明によれば、このようなセンサー用パッケージ基板の製造方法を提供することが可能となる。
図１は、本発明の一実施形態によるセンサー用パッケージ基板１００の構造を説明するための略断面図である。 図２は、センサー用パッケージ基板１００を用いた第１の実施形態によるセンサーモジュール１００Ａの構造を説明するための略断面図である。 図３は、センサー用パッケージ基板１００の製造方法を説明するための工程図である。 図４は、センサー用パッケージ基板１００の製造方法を説明するための工程図である。 図５は、センサー用パッケージ基板１００の製造方法を説明するための工程図である。 図６は、センサー用パッケージ基板１００の製造方法を説明するための工程図である。 図７は、センサー用パッケージ基板１００の製造方法を説明するための工程図である。 図８は、センサー用パッケージ基板１００の製造方法を説明するための工程図である。 図９は、センサー用パッケージ基板１００の製造方法を説明するための工程図である。 図１０は、センサー用パッケージ基板１００の製造方法を説明するための工程図である。 図１１は、センサー用パッケージ基板１００の製造方法を説明するための工程図である。 図１２は、第２の実施形態によるセンサーモジュール１００Ｂの構造を説明するための略断面図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。なお、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。さらに、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。さらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。
図１は、本発明の一実施形態によるセンサー用パッケージ基板１００の構造を説明するための略断面図である。
図１に示すように、本実施形態によるセンサー用パッケージ基板１００は、４層の絶縁層１１１～１１４と、絶縁層１１１～１１４の各表面に位置する配線層Ｌ１～Ｌ４を有している。特に限定されるものではないが、最下層に位置する絶縁層１１１及び最上層に位置する絶縁層１１４は、ガラス繊維などの芯材にガラスエポキシなどの樹脂材料を含浸させたコア層であっても構わない。これに対し、絶縁層１１２，１１３は、ガラスクロスなどの芯材を含まない樹脂材料からなるものであっても構わない。特に、絶縁層１１１，１１４の熱膨張係数は、絶縁層１１２，１１３の熱膨張係数よりも小さいことが好ましい。
最上層に位置する絶縁層１１４及びその表面に形成された配線層Ｌ４の一部は、ソルダーレジスト１２１によって覆われている。一方、最下層に位置する絶縁層１１１及びその表面に形成された配線層Ｌ１の一部は、ソルダーレジスト１２２によって覆われている。ソルダーレジスト１２１はセンサー用パッケージ基板１００の一方の表面１０１を構成し、ソルダーレジスト１２２はセンサー用パッケージ基板１００の他方の表面１０２を構成する。
配線層Ｌ１～Ｌ４には、それぞれ配線パターン１３１～１３４が形成されている。配線パターン１３１のうち、ソルダーレジスト１２２によって覆われていない部分には、外部端子１３０が形成されている。外部端子１３０は、後述するマザーボードへの接続端子である。また、配線パターン１３４のうち、ソルダーレジスト１２１によって覆われていない部分は、ボンディングパッドとして用いられる。配線パターン１３１～１３４は、絶縁層１１１～１１４を貫通するスルーホール導体１４１～１４４を介して相互に接続されている。
本実施形態においては、センサー用パッケージ基板１００の一方の表面１０１にセンサーチップ搭載領域Ａ及びＢが定義されている。さらに、平面視でセンサーチップ搭載領域Ａと重なる位置には、センサー用パッケージ基板１００を一方の表面１０１から他方の表面１０２に亘って貫通する複数の貫通孔Ｖ１，Ｖ２が設けられている。貫通孔Ｖ１，Ｖ２は閉塞されることなく、一方の表面１０１及び他方の表面１０２の両方に開口しており、このため、貫通孔Ｖ１，Ｖ２を介した空気の流通が可能である。尚、図１には２つの貫通孔Ｖ１，Ｖ２のみが示されているが、センサーチップ搭載領域Ａと重なる位置に３つ以上の貫通孔を形成しても構わない。このように、本実施形態によるセンサー用パッケージ基板１００は、センサーチップ搭載領域Ａと重なる位置に径の大きな単一の貫通孔を設けるのではなく、より径の小さい複数の貫通孔を設けていることから、貫通孔を介した異物の侵入が生じにくくなり、貫通孔Ｖ１，Ｖ２の径が最も小さくなる深さ位置が互いに異なるよう加工することにより、基板の強度低下が抑制される。
図１に示すように、貫通孔Ｖ１の一方の表面１０１における径はφ１１であり、貫通孔Ｖ１の他方の表面１０２における径はφ１２である。また、貫通孔Ｖ１は、所定の深さ位置Ｄ１にて内径が最も小さくなる。深さ位置Ｄ１における貫通孔Ｖ１の径はφ１０である。深さ位置Ｄ１は、基板の厚み方向における中心位置ではなく、他方の表面１０２側にオフセットしている。ここで、径φ１０～φ１２の関係は、
φ１１＞φ１２＞φ１０
である。そして、貫通孔Ｖ１は、深さ位置Ｄ１から一方及び他方の表面１０１，１０２に近づくにつれて内径が拡大するテーパー形状を有している。
同様に、貫通孔Ｖ２の一方の表面１０１における径はφ２１であり、貫通孔Ｖ２の他方の表面１０２における径はφ２２である。また、貫通孔Ｖ２は、所定の深さ位置Ｄ２にて内径が最も小さくなる。深さ位置Ｄ２における貫通孔Ｖ２の径はφ２０である。深さ位置Ｄ２は、基板の厚み方向における中心位置ではなく、一方の表面１０１側にオフセットしている。ここで、径φ２０～φ２２の関係は、
φ２２＞φ２１＞φ２０
である。そして、貫通孔Ｖ２は、深さ位置Ｄ２から一方及び他方の表面１０１，１０２に近づくにつれて内径が拡大するテーパー形状を有している。
特に限定されるものではないが、本発明においては、
φ１１＞φ２１、且つ、φ２２＞φ１２
である。また、
φ１１＝φ２２、且つ、φ１２＝φ２１
であっても構わない。
図１に示すように、貫通孔Ｖ１の径が最も小さくなる深さ位置Ｄ１と、貫通孔Ｖ２の径が最も小さくなる深さ位置Ｄ２は、互いに相違している。図１に示す例では、
Ｄ１＞Ｄ２
である。これにより、貫通孔Ｖ１，Ｖ２がテーパー形状を有しているにもかかわらず、貫通孔Ｖ１と貫通孔Ｖ２の間に位置するセンサー用パッケージ基板１００の肉厚（ｘ方向における幅）の厚み方向（ｚ方向）に対する変化が小さくなる。
つまり、深さ位置Ｄ１と深さ位置Ｄ２が一致している場合、貫通孔Ｖ１と貫通孔Ｖ２の間に位置するセンサー用パッケージ基板１００の肉厚（ｘ方向における幅）が厚み方向（ｚ方向）に大きく変化するため、センサー用パッケージ基板１００の強度が不足するおそれがある。特に、表面１０１，１０２の近傍における肉厚が非常に薄くなり、この部分においてセンサー用パッケージ基板１００に割れや欠けが生じる可能性がある。これに対し、本実施形態においては、深さ位置Ｄ１と深さ位置Ｄ２をずらしているため、センサー用パッケージ基板１００の強度を十分に確保することが可能となる。
本実施形態によるセンサー用パッケージ基板１００は、絶縁層１１２と絶縁層１１３の間にコントローラチップ１５０が埋め込まれている。コントローラチップ１５０は、センサーチップ搭載領域Ａ，Ｂに搭載されるセンサーチップに接続される電子部品である。当然ながら、コントローラチップ１５０は貫通孔Ｖ１，Ｖ２を避けて配置される。しかしながら、コントローラチップ１５０とセンサーチップ搭載領域Ａ，Ｂは、平面視で一部重なりを有していても構わない。本発明において、コントローラチップ１５０などの電子部品の種類は特に制限されず、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）のように動作周波数が非常に高いデジタルＩＣであっても構わないし、Ｆ－ＲｏｍやＳＤＲＡＭ等のメモリ系ＩＣであっても構わないし、増幅器、アンテナスイッチ、高周波発振回路といったアナログＩＣ等の能動素子であっても構わないし、バリスタ、抵抗、コンデンサ等の受動素子であっても構わない。
なお、本明細書において、「センサー用パッケージ基板」とは、電子部品が内蔵又は搭載された単位基板である個別基板（個片、個品）のみを指すのではなく、その個別基板を複数有する集合基板（ワークボード、ワークシート）であっても構わない。
図２は、センサー用パッケージ基板１００を用いた第１の実施形態によるセンサーモジュール１００Ａの構造を説明するための略断面図である。
図２に示すセンサーモジュール１００Ａは、センサー用パッケージ基板１００のセンサーチップ搭載領域Ａにセンサーチップ１６０が搭載され、センサーチップ搭載領域Ｂにセンサーチップ１７０が搭載された構成を有している。
センサーチップ１６０は、例えば空気の振動、圧力、温度又は組成を検出するセンサー、つまりマイクロフォン、圧力センサー、温度センサー、ガスセンサーなどであり、センサー用パッケージ基板１００に形成される貫通孔Ｖ１，Ｖ２と対向する位置に検出部１６１が設けられている。センサーチップ１６０が例えばマイクロフォンである場合、検出部１６１はメンブレン構造を有する振動板を含む。センサーチップ１６０内における検出部１６１の位置は特に限定されないが、検出部１６１の少なくとも一部は、貫通孔Ｖ１，Ｖ２に露出している。これにより、センサーチップ１６０の検出部１６１が貫通孔Ｖ１，Ｖ２を介して雰囲気中に晒されることから、空気の振動、圧力、温度又は組成を検出することが可能となる。
センサーチップ１７０も空気の振動、圧力、温度又は組成を検出するセンサー、つまりマイクロフォン、圧力センサー、温度センサー、ガスセンサーなどであり、センサーチップ１６０とは異なる物理量を測定するセンサーを選択することができる。
センサーチップ１６０，１７０の出力信号は、ボンディングワイヤ１８１を介して配線パターン１３４に接続される。また、センサーチップ１６０とセンサーチップ１７０は、ボンディングワイヤ１８２を介して直接接続されていても構わない。但し、センサー用パッケージ基板１００とセンサーチップ１６０，１７０の接続方法がこれに限定されるものではなく、フリップチップ接続を用いても構わない。図２に示す例では、センサーチップ１６０，１７０がダイアタッチフィルム１８３によってセンサー用パッケージ基板１００の表面１０１に接着されている。また、センサーチップ１６０，１７０は、平面視でコントローラチップ１５０と重なりを有している。
さらに、センサー用パッケージ基板１００の表面１０１は、キャップ１９０で覆われている。キャップ１９０は、センサーチップ１６０，１７０を保護するとともに、センサーチップ１６０，１７０による検出特性を高める役割を果たす。特に、センサーチップ１６０，１７０の少なくとも一方がマイクロフォンである場合、キャップ１９０によって形成される空間１９１の体積は、音響特性に大きな影響を与える。
図２に示すように、本実施形態によるセンサーモジュール１００Ａは、マザーボード２００に搭載することができる。図２に示すように、マザーボード２００には貫通孔Ｖ３が形成されており、平面視で貫通孔Ｖ１，Ｖ２と貫通孔Ｖ３が重なるよう、マザーボード２００にセンサーモジュール１００Ａが搭載される。これにより、センサーチップ１６０の検出部１６１は、貫通孔Ｖ１～Ｖ３を介して雰囲気中に晒される。その結果、矢印Ｓで示すように、空気の振動、圧力、温度又は組成がセンサーチップ１６０に伝わることから、これらの物理量を検出することが可能となる。また、本実施形態においては、センサーモジュール１００Ａの裏面に電子部品などが搭載されていないことから、センサーモジュール１００Ａとマザーボード２００の隙間を非常に小さくすることができる。これにより、センサーの感度を高めることが可能となる。尚、センサーモジュール１００Ａとマザーボード２００の隙間をアンダーフィルなどで埋めても構わない。
次に、本実施形態によるセンサー用パッケージ基板１００の製造方法について説明する。
図３～図１１は、本実施形態によるセンサー用パッケージ基板１００の製造方法を説明するための工程図である。
まず、図３に示すように、ガラス繊維などの芯材を含む絶縁層１１１の両面にＣｕ箔等の金属膜１３１ａ，１３２ａが貼合されてなる基材（ワークボード）、すなわち両面ＣＣＬ（Copper Clad Laminate）を準備する。その後の工程における貫通孔Ｖ１，Ｖ２の形成を容易にするとともに、ハンドリングを容易にするための適度な剛性を確保するため、絶縁層１１１に含まれる芯材の厚みは４０μｍ以下であることが望ましい。なお、金属膜１３１ａ，１３２ａの材質については特に制限されず、上述したＣｕの他、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｗ、Ｆｅ、Ｔｉ、ＳＵＳ材等の金属導電材料が挙げられ、これらの中でも、導電率やコストの観点からＣｕを用いることが好ましい。後述する他の金属膜についても同様である。
また、絶縁層１１１に用いる樹脂材料は、シート状又はフィルム状に成形可能なものであれば特に制限されず使用可能であり、ガラスエポキシの他、例えば、ビニルベンジル樹脂、ポリビニルベンジルエーテル化合物樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂（ＢＴレジン）、ポリフェニレエーテル（ポリフェニレンエーテルオキサイド）樹脂（ＰＰＥ，ＰＰＯ）、シアネートエステル樹脂、エポキシ＋活性エステル硬化樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂（ポリフェニレンオキサオド樹脂）、硬化性ポリオレフィン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリイミド樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、芳香族液晶ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、若しくはベンゾオキサジン樹脂の単体、又は、これらの樹脂に、シリカ、タルク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ホウ酸アルミウイスカ、チタン酸カリウム繊維、アルミナ、ガラスフレーク、ガラス繊維、窒化タンタル、窒化アルミニウム等を添加した材料、さらに、これらの樹脂に、マグネシウム、ケイ素、チタン、亜鉛、カルシウム、ストロンチウム、ジルコニウム、錫、ネオジウム、サマリウム、アルミニウム、ビスマス、鉛、ランタン、リチウム及びタンタルのうち少なくとも１種の金属を含む金属酸化物粉末を添加した材料を用いることができ、電気特性、機械特性、吸水性、リフロー耐性等の観点から、適宜選択して用いることができる。さらに、絶縁層１１１に含まれる芯材としては、ガラス繊維、アラミド繊維等の樹脂繊維等を配合した材料を挙げることができる。
次に、図４に示すように、例えばフォトリソグラフィー法など公知の手法を用いて金属膜１３２ａをパターニングすることにより、配線パターン１３２を形成する。このとき、最終的に貫通孔Ｖ１，Ｖ２が形成される位置においては、金属膜１３２ａが全て削除される。さらに、配線パターン１３２を埋め込むよう、絶縁層１１１の表面に例えば未硬化（Ｂステージ状態）の樹脂シート等を真空圧着等によって積層することにより、絶縁層１１２を形成する。
次に、図５に示すように、絶縁層１１２上にコントローラチップ１５０を載置する。コントローラチップ１５０は、例えば、ベアチップ状態の半導体ＩＣであり、略矩形板状をなす主面１５１が上側を向くよう、フェースアップ方式で搭載される。コントローラチップ１５０の主面１５１には、図示しない多数の外部端子が設けられている。コントローラチップ１５０は、裏面を研磨する事により通常の半導体ＩＣに比して薄くされている。具体的には、コントローラチップ１５０の厚さは、例えば２００μｍ以下、より好ましくは５０～１００μｍ程度とされる。この場合、コスト的にはウエハーの状態で多数のコントローラチップ１５０に対して一括して加工する事が望ましく、加工順序は裏面を研削し、その後ダイシングにより個別のコントローラチップ１５０に分離することができる。その他の方法として、研磨処理によって薄くする前にダイシングによって個別のコントローラチップ１５０に裁断分離又はハーフカット等する場合には、熱硬化性樹脂等によってコントローラチップ１５０の主面１５１を覆った状態で裏面を研磨することもできる。従って、絶縁膜研削、電子部品裏面研削、ダイシングの順序は多岐に亘る。さらに、コントローラチップ１５０の裏面の研削方法としては、エッチング、プラズマ処理、レーザー処理、ブラスト加工、グラインダーによる研磨、バフ研磨、薬品処理等による粗面化方法が挙げられる。これらの方法によれば、コントローラチップ１５０を薄型化することができるだけでなく、絶縁層１１２に対する密着性を向上させることも可能となる。
ある。
次に、図６に示すように、コントローラチップ１５０を覆うように絶縁層１１３及び金属膜１３３ａを形成する。絶縁層１１３の形成は、例えば、未硬化又は半硬化状態の熱硬化性樹脂を塗布した後、未硬化樹脂の場合それを加熱して半硬化させ、さらに、プレス手段を用いて金属膜１３３ａとともに硬化成形することが好ましい。絶縁層１１３は、コントローラチップ１５０の埋め込みを妨げる繊維が含まれない樹脂シートが望ましい。これにより、絶縁層１１３と、金属膜１３３ａ、絶縁層１１２及びコントローラチップ１５０との密着性が向上する。
次に、図７に示すように、例えばフォトリソグラフィー法など公知の手法を用いて金属膜１３３ａの一部をエッチングにより除去した後に、金属膜１３３ａが除去された所定の箇所に対して公知のレーザー加工やブラスト加工を行うことにより、絶縁層１１２，１１３にスルーホールを形成する。その後、無電解メッキ及び電解メッキを施し、さらに、金属膜１３３ａを公知の手法によってパターニングすることにより、配線パターン１３３、スルーホール導体１４２，１４３を形成する。このとき、最終的に貫通孔Ｖ１，Ｖ２が形成される位置においては、金属膜１３３ａを削除することが好ましい。スルーホール導体１４２は、絶縁層１１３，１１２を貫通することによって配線パターン１３２と配線パターン１３３を接続するものであり、スルーホール導体１４３は、絶縁層１１３を貫通することによって配線パターン１３３とコントローラチップ１５０を接続するものである。
次に、図８に示すように、配線パターン１３３を埋め込むよう、絶縁層１１４と金属膜１３４ａが積層されたシートを真空熱プレスする。絶縁層１１４に用いる材料及び厚みは、絶縁層１１１と同じであっても構わない。
次に、図９に示すように、例えばフォトリソグラフィー法など公知の手法を用いて金属膜１３１ａ，１３４ａの一部をエッチングにより除去した後に、金属膜１３１ａ，１３４ａが除去された所定の箇所に対して公知のレーザー加工やブラスト加工を行うことにより、絶縁層１１１，１１４にスルーホールを形成する。その後、無電解メッキ及び電解メッキを施すことにより、スルーホール導体１４１，１４４を形成する。スルーホール導体１４１は、絶縁層１１１を貫通することによって配線パターン１３１と配線パターン１３２を接続するものであり、スルーホール導体１４４は、絶縁層１１４を貫通することによって配線パターン１３３と配線パターン１３４を接続するものである。その後、金属膜１３１ａ，１３４ａの表面に感光性のドライフィルム１７１，１７２を形成する。
次に、図１０に示すように、フォトリソグラフィー法により、貫通孔Ｖ１，Ｖ２を形成すべき平面位置のドライフィルム１７１，１７２を除去するとともに、ドライフィルム１７１，１７２から露出する金属膜１３１ａ，１３４ａを除去することによって開口部Ａ１１，Ａ１２，Ａ２１，Ａ２２を形成する。開口部Ａ１１，Ａ１２，Ａ２１，Ａ２２が形成されたドライフィルム１７１，１７２及び金属膜１３１ａ，１３４ａは、メタルマスクを構成する。
このとき、上面側に位置するドライフィルム１７２については、貫通孔Ｖ１に対応する開口部Ａ１１の径をφ１１とし、貫通孔Ｖ２に対応する開口部Ａ２１の径をφ２１（＜φ１１）とする。また、下面側に位置するドライフィルム１７１については、貫通孔Ｖ１に対応する開口部Ａ１２の径をφ１２とし、貫通孔Ｖ２に対応する開口部Ａ２２の径をφ２２（＞φ１２）とする。これにより、金属膜１３４ａに形成される開口径もφ１１，φ２１となり、金属膜１３１ａに形成される開口径もφ１２，φ２２となる。また、ドライフィルム１７１，１７２の開口径は、後述するブラスト加工を経ることによって拡大することから、ブラスト加工を行う前の初期状態においては設計値よりもやや小さくしておき、ブラスト加工を経ることによって設計値となるよう、調整しても構わない。
この状態で、図１１に示すように、表裏からレーザー加工、ブラスト加工又はその両方を施すことにより、絶縁層１１１～１１４を貫通する貫通孔Ｖ１，Ｖ２を形成する。ブラスト加工においては、開口部の径が大きいほど加工速度が速くなる傾向があるとともに、表面１０１，１０２からの深さ位置が深くなるにつれて加工径が縮小する傾向がある。このため、表面１０１側からのブラスト加工においては、開口部Ａ１１に対応する部分の加工速度の方が開口部Ａ２１に対応する部分の加工速度よりも若干速くなる。また、表面１０２側からのブラスト加工においては、開口部Ａ２２に対応する部分の加工速度の方が開口部Ａ１２に対応する部分の加工速度よりも若干速くなる。これにより、貫通孔Ｖ１において最も内径が小さくなる深さ位置Ｄ１と貫通孔Ｖ２において最も内径が小さくなる深さ位置Ｄ２は、互いに異なる深さに位置することになる。尚、貫通孔Ｖ１，Ｖ２の形成は、ドライフィルムを剥離した後に行っても構わない。
次に、ドライフィルム１７１，１７２を除去した後、公知のフォトリソグラフィー法等によって金属膜１３１ａ，１３４ａをパターニングすることにより、配線パターン１３１，１３４を形成する。そして、図１に示すように、絶縁層１１４，１１１の表面にそれぞれソルダーレジスト１２１，１２２を形成し、ソルダーレジスト１２１，１２２から露出する配線パターン１３４，１３１に対して部品実装用の表面処理を行う。表面処理は、例えばＣｕ－ＯＳＰ処理、Ｎｉ／Ａｕめっき処理、ＥＮＥＰＩＧ処理、はんだレベラー処理等が挙げられ、配線パターンの酸化膜防止及び後工程の部品実装への品質を目的としたものであれば、これに限らない表面処理方法でも可能である。
以上により、本実施形態によるセンサー用パッケージ基板１００が完成する。
このように、本実施形態においては、ドライフィルム１７１の開口部Ａ１１，Ａ２１の径を互いに異なるサイズとし、ドライフィルム１７２の開口部Ａ１２，Ａ２２の径を互いに異なるサイズとした状態でブラスト加工を行っていることから、貫通孔Ｖ１において最も内径が小さくなる深さ位置Ｄ１と、貫通孔Ｖ２において最も内径が小さくなる深さ位置Ｄ２が互いに異なる構造を得ることが可能となる。
但し、本発明において、貫通孔Ｖ１，Ｖ２を形成するための開口径を上記のように設定することは必須でなく、レーザー加工によって貫通孔Ｖ１，Ｖ２を形成する場合、開口部Ａ１１に照射するレーザービームの強度を開口部Ａ２１に照射するレーザービームの強度よりも強く設定し、開口部Ａ２２に照射するレーザービームの強度を開口部Ａ１２に照射するレーザービームの強度よりも強く設定しても構わない。これによれば、レーザービームの強度の差に応じて加工深さが変化するため、深さ位置Ｄ１とＤ２が互いに異なる構造を得ることが可能となる。
図１２は、第２の実施形態によるセンサーモジュール１００Ｂの構造を説明するための略断面図である。
第２の実施形態によるセンサーモジュール１００Ｂは、貫通孔Ｖ１，Ｖ２の内壁が保護膜Ｃで覆われている点において、第１の実施形態によるセンサーモジュール１００Ａと相違している。保護膜Ｃは、ＳｉＮなどの無機絶縁材料又はポリイミドなどの有機絶縁材料からなるものであっても構わないし、金属材料からなるものであっても構わない。このように、貫通孔Ｖ１，Ｖ２の内壁を保護膜Ｃコーティングすれば、貫通孔Ｖ１，Ｖ２の内壁に露出したフィラーやガラスクロスなどの脱落を防止することが可能となる。特に、保護膜Ｃの材料として絶縁材料を用いれば、貫通孔Ｖ１，Ｖ２に内壁に配線パターンの一部が露出している場合であっても、ショート不良の発生を防止することが可能となる。一方、保護膜Ｃの材料として金属材料を用いれば、貫通孔Ｖ１，Ｖ２の音響特性を向上させることが可能となる。
保護膜Ｃの形成方法としては、ＳｉＮなどの無機絶縁材料を選択する場合にはＣＶＤ法を用いることが可能であり、金属材料を選択する場合にはメッキ法を用いることが可能である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
１００ センサー用パッケージ基板
１００Ａ，１００Ｂ センサーモジュール
１０１ 一方の表面
１０２ 他方の表面
１１１～１１４ 絶縁層
１２１，１２２ ソルダーレジスト
１３０ 外部端子
１３１～１３４ 配線パターン
１３１ａ～１３４ａ 金属膜
１４１～１４４ スルーホール導体
１５０ コントローラチップ
１５１ 主面
１６０，１７０ センサーチップ
１６１ 検出部
１７１，１７２ ドライフィルム
１８１，１８２ ボンディングワイヤ
１８３ ダイアタッチフィルム
１９０ キャップ
１９１ 空間
２００ マザーボード
Ａ，Ｂ センサーチップ搭載領域
Ａ１１，Ａ１２，Ａ２１，Ａ２２ 開口部
Ｃ 保護膜
Ｄ１，Ｄ２ 深さ位置
Ｌ１～Ｌ４ 配線層
Ｖ１～Ｖ３ 貫通孔

Claims (13)

  1. センサーチップを搭載するためのセンサーチップ搭載領域と、平面視で前記センサーチップ搭載領域と重なる位置に設けられ、一方の表面から他方の表面に亘って貫通する複数の貫通孔を有するセンサー用パッケージ基板であって、
    前記複数の貫通孔は、空気の流通が可能な第１及び第２の貫通孔を含み、
    前記第１の貫通孔は、第１の深さ位置において最も内径が小さく、前記第１の深さ位置から前記一方及び他方の表面に近づくにつれて内径が拡大するテーパー形状を有し、
    前記第２の貫通孔は、第２の深さ位置において最も内径が小さく、前記第２の深さ位置から前記一方及び他方の表面に近づくにつれて内径が拡大するテーパー形状を有し、
    前記第１の深さ位置と前記第２の深さ位置が互いに異なることを特徴とするセンサー用パッケージ基板。
  2. 前記一方の表面における前記第１及び第２の貫通孔の径が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載のセンサー用パッケージ基板。
  3. 前記一方の表面における前記第１の貫通孔の径は、前記一方の表面における前記第２の貫通孔の径よりも大きく、
    前記他方の表面における前記第１の貫通孔の径は、前記他方の表面における前記第２の貫通孔の径よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載のセンサー用パッケージ基板。
  4. 前記複数の貫通孔の内壁が保護膜で覆われていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のセンサー用パッケージ基板。
  5. 前記保護膜が絶縁材料からなることを特徴とする請求項４に記載のセンサー用パッケージ基板。
  6. 前記保護膜が金属材料からなることを特徴とする請求項４に記載のセンサー用パッケージ基板。
  7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のセンサー用パッケージ基板と、前記センサーチップ搭載領域に搭載されたセンサーチップとを備えることを特徴とするセンサーモジュール。
  8. 前記センサーチップは、空気の振動、圧力、温度又は組成を検出するセンサーであることを特徴とする請求項７に記載のセンサーモジュール。
  9. センサーチップを搭載するためのセンサーチップ搭載領域を一方の表面に有する基板を用意し、前記一方の表面のうち平面視で前記センサーチップ搭載領域と重なる位置に第１及び第２の開口部を有する第１のメタルマスクを形成し、前記基板の他方の表面のうち平面視で前記センサーチップ搭載領域と重なる位置に第３及び第４の開口部を有する第２のメタルマスクを形成する工程と、
    前記第１及び第２のメタルマスクを介してレーザー加工、ブラスト加工またはその両方を行うことにより、前記基板の前記一方の表面から前記他方の表面に亘って貫通し、空気の流通が可能な第１の貫通孔を前記第１のメタルマスクの前記第１の開口部及び前記第２のメタルマスクの前記第３の開口部と重なる位置に形成するとともに、前記基板の前記一方の表面から前記他方の表面に亘って貫通し、空気の流通が可能な第２の貫通孔を前記第１のメタルマスクの前記第２の開口部及び前記第２のメタルマスクの前記第４の開口部と重なる位置に形成する工程と、を備え、
    前記第１のメタルマスクの前記第１の開口部の径は、前記第１のメタルマスクの前記第２の開口部の径よりも大きく、且つ、前記第２のメタルマスクの前記第３の開口部の径は、前記第２のメタルマスクの前記第４の開口部の径よりも小さく、これにより、前記第１の貫通孔は、前記基板の第１の深さ位置から前記一方及び他方の表面に近づくにつれて内径が拡大するテーパー形状を有し、前記第２の貫通孔は、前記基板の前記第１の深さ位置とは異なる第２の深さ位置から前記一方及び他方の表面に近づくにつれて内径が拡大するテーパー形状を有することを特徴とするセンサー用パッケージ基板の製造方法。
  10. センサーチップを搭載するためのセンサーチップ搭載領域を一方の表面に有する基板を用意し、前記一方の表面のうち平面視で前記センサーチップ搭載領域と重なる位置にレーザービームを照射するとともに、前記基板の他方の表面のうち平面視で前記センサーチップ搭載領域と重なる位置にレーザービームを照射することによって、前記基板の前記一方の表面から前記他方の表面に亘って貫通する複数の貫通孔を形成する工程を備え、
    前記複数の貫通孔は、第１及び第２の貫通孔を含み、
    前記第１の貫通孔を形成する際に前記一方の表面に照射する前記レーザービームの強度は、前記第２の貫通孔を形成する際に前記一方の表面に照射する前記レーザービームの強度よりも強く、前記第１の貫通孔を形成する際に前記他方の表面に照射する前記レーザービームの強度は、前記第２の貫通孔を形成する際に前記他方の表面に照射する前記レーザービームの強度よりも弱く、これにより、前記第１の貫通孔は、前記基板の第１の深さ位置から前記一方及び他方の表面に近づくにつれて内径が拡大するテーパー形状を有し、前記第２の貫通孔は、前記基板の前記第１の深さ位置とは異なる第２の深さ位置から前記一方及び他方の表面に近づくにつれて内径が拡大するテーパー形状を有することを特徴とするセンサー用パッケージ基板の製造方法。
  11. 前記複数の貫通孔の内壁を保護膜で覆う工程をさらに備えることを特徴とする請求項９又は１０に記載のセンサー用パッケージ基板の製造方法。
  12. 前記保護膜で覆う工程は、ＣＶＤ法によって絶縁材料を成膜することにより行うことを特徴とする請求項１１に記載のセンサー用パッケージ基板の製造方法。
  13. 前記保護膜で覆う工程は、メッキ法によって金属材料を成膜することにより行うことを特徴とする請求項１１に記載のセンサー用パッケージ基板の製造方法。
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