(57)【要約】【課題】封止性が改善され、単体の半導体デバイスや、ＩＣ内部の特定領域のみでのシールドや封止を可能とし、十分な耐湿性、耐サージ性を有する電子部品を提供する。【解決手段】この発明における電子部品は、基板１上に複数の回路素子２が設けられた電子部品において、上記基板上の特定の所望の部位に、金属ナノ微粒子を含む導電性インクを例えばインクジェット方式によって塗布した後、焼成して金属薄層からなるシールド部材１１を設けるようにして、上記課題を解消したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に回路素子が設けられた電子部品において、上記基板上の所望の部位に、金属ナノ微粒子を含む導電性インクを塗布して焼成した金属薄層からなるシールド部材が設けられてなることを特徴とする電子部品。
【請求項２】
上記シールド部材は、上記回路素子に対して樹脂封止部材を介して設けられてなることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項３】
上記シールド部材は、高周波的な接地部と電気的に接続されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子部品。
【請求項４】
上記シールド部材は、メッシュ状に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の電子部品。
【請求項５】
上記シールド部材は、インクジェット方式の印刷技術により塗布されたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の電子部品。
【請求項６】
基板上に回路素子が設けられ、該基板上の所望の部位を覆うように設けられたキャップ部材がハーメチックシールされた電子部品において、上記キャップ部材のハーメチックシールは、金属ナノ微粒子を含む導電性インクをシール箇所に塗布して焼成したものであることを特徴とする電子部品。
【請求項７】
上記キャップ部材として、樹脂キャップを用いると共に、この樹脂キャップの表面に上記金属ナノ微粒子を含む導電性インクを塗布して焼成した金属薄層を設けることにより、封止部位のハンドリング履歴を残せるようにしたことを特徴とする請求項６に記載の電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板上に例えばトランジスタ、ダイオード、抵抗素子、容量素子、記憶素子など何らかの回路素子が１つ以上設けられた半導体素子、ＩＣ、ＬＳＩ、ハイブリッド回路などを含む高周波デバイス、半導体デバイス等の電子部品に関し、特にシールド手段の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体デバイス等の電子部品として、例えばＧａＡｓ等の半導体基板上にトランジスタを形成し、アセンブリ工程完了後に、必要な所望の封止部位に樹脂を用いて封止したもの、あるいは封止部位に金属キャップを被せてハーメチックシールしたものなどがある。一方、このような電子部品の配線の接続、部品相互の接合等に好ましく用いられるものとして、金属核の平均粒径が１００ｎｍ程度以下の複合型金属ナノ微粒子を有機溶媒に分散させた接合材料がある（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１０７７２８号公報（第７頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来の電子部品は、製造に非常に複雑な工程を要し、工程簡略化、低コスト化の大きな障害になっていた。また、これらの樹脂封止やハーメチックシール手法は、ＩＣ等の比較的大規模な領域の封止（シールド）に適しており、単体の半導体デバイスや、ＩＣ内部の微小な特定領域のみを封止するには不適な手法であった。更に、封止部位の耐湿性、耐サージ性についても、頻繁に問題になっていた。
【０００５】
この発明は、上記のような従来技術の問題点を解消するためになされたものであり、封止性ないしはシールド性が改善され、単体の半導体デバイスや、ＩＣ内部の微小な特定領域のみでの封止ないしはシールドを可能とし、十分な耐湿性、耐サージ性を有する信頼性の高い電子部品を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明における電子部品は、基板上に回路素子が設けられた電子部品において、上記基板上の所望の部位に、金属ナノ微粒子を含む導電性インクを塗布した後、焼成して金属薄層からなるシールド部材を設けるようにして、課題を解消したものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、封止性ないしはシールド性が改善され、また範囲を限定した特定部位での封止が可能であり、十分な耐湿性、耐サージ性を有する信頼性の高い電子部品が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電子部品としての高周波デバイスを模式的に示す要部断面図である。図において、例えばＧａＡｓ等からなる基板としての半導体基板１上には、回路素子としてのトランジスタ２が設けられている。トランジスタ２はこの例では詳細図示を省略しているゲート電極３とドレイン電極４を有するＦＥＴであり、ソースは同様に図示を省略しているビアホール等により半導体基板１の裏面部に接地されている。上記ゲート電極３とドレイン電極４には、Ａｕ配線からなる信号線５がそれぞれ接続され、図の左方及び右方に引き出されている。
【０００９】
上記トランジスタ２の上面部を含む周囲は、樹脂封止部材（樹脂封止ベース）８によって包囲されている。そして、信号線５の引き出し部分の絶縁を保つために、例えばスパッタ等による表面処理によって疎水性領域９が設けられ、さらに、樹脂封止部材８の上面部には、例えばスパッタ等の表面処理により親水性領域１０が設けられ、その上に、金属ナノ微粒子を含む導電性インクを塗布後、焼成して形成された金属薄層からなるシールド部材１１が被せられ、封止されている。
【００１０】
なお、上記疎水性領域９は封止領域の被覆性能を向上させ、封止領域での耐湿性向上を目的としている。また、親水性領域１０は金属ナノ微粒子の安定的な塗布のために設けられたものである。何れもスパッタによる表面処理に限定されるものではない。例えば親水性化の他の手段として、基板上の塗布部位にレーザー光、紫外線、イオンビーム等を予め照射する表面改質、ポーラスシリカによる受理層形成、化学薬品によるエッチング処理等を用いても良い。
【００１１】
この発明に用いられる上記金属ナノ微粒子は、平均粒径が１００ｎｍ以下の例えば金、銀、銅、白金、ニッケルなどの金属微粒子であり、水性溶剤、有機溶剤などの溶剤（分散剤）と沈殿することなく混合された導電性インクなどの液状体の状態で使用されるものである。上記平均粒径は特に限定されるものではないが、数１０ｎｍ程度の金属ナノ微粒子は好ましく、数ｎｍ程度の金属ナノ微粒子はさらに好ましい。上記平均粒径が数ｎｍ程度と細かい場合、例えばＡｇ（銀）ナノ微粒子では、金属ナノ微粒子同士が融着して形成されるＡｇ膜の抵抗率が約３μΩ・ｃｍ程度と、バルク状のＡｇの抵抗率１．５μΩ・ｃｍに近いのに対して、上記平均粒径が大きくなるほど抵抗率が高くなり、しかも粒子同士の融着温度は平均粒径が大きくなるほど高くなることから、金属ナノ微粒子の平均粒径は小さい方が望ましい。
【００１２】
上記金属ナノ微粒子を含む導電性インクは、例えば市販されているものを好ましく用いることができる。そして、この発明においては、上記シールド部材１１を形成するために上記導電性インクを例えば印刷に用いられるインクジェット方式等の方法で位置制御された細孔から目的物に微小液滴として噴射させることにより、特定部位に所望の厚さで均一に塗布される。塗布後には、用いた金属ナノ微粒子の種類や平均粒径、溶剤の種類などにもよるが、例えば水性系溶媒で平均粒径５ｎｍ程度のＡｇ金属ナノ微粒子の場合、１５０℃程度の加熱によって溶剤が蒸発し、混合されていた金属ナノ微粒子は、お互いに融着することによりＡｇ金属の薄膜状の金属薄層からなるシールド部材１１が形成され、安定化する。融着させるのに必要な温度はバルク状の金属（Ａｇ）の融点約９６１℃よりもはるかに低い１５０℃で十分である。融着した金属薄層からなるシールド部材１１は、バルク状の金属と同程度の抵抗率を示し、蒸着やメッキによって形成される金属薄膜に比べてはるかに抵抗率が低い。
【００１３】
以下、製造方法を含めて更に具体的に説明する。封止対象であるトランジスタ２を従来技術と同様の樹脂材料で覆うことで、樹脂封止部材８を設ける。次に、封止したトランジスタ２ヘの信号線５の引き出し部分の絶縁を保つために、スパッタ等による表面処理によって疎水性領域９を作り、導電性インクが滲み出て、引き出した信号線５に接触することが無いようにする。また、樹脂封止部材８の上面部について、スパッタ等の表面処理により親水性領域１０を作り、金属ナノ微粒子の安定的な塗布が出来るようにする。その後、樹脂封止部材８上に図示を省略しているインクジェット装置を用いて金属ナノ微粒子（ここでは平均粒径５ｎｍ程度のＡｇを用いた）を含む導電性インクを均一に塗布した後、１５０℃程度の加熱を行うことにより溶剤を蒸発させて金属ナノ微粒子によるＡｇ金属薄層からなるシールド部材１１を形成させる。
【００１４】
上記のようにして設けられたシールド部材１１は、バルク状の金属Ａｇと同程度の抵抗率を示し、蒸着やメッキによって形成される金属薄膜に比べてはるかに抵抗率が低く、気密性も十分に保持されて封止されており、シールド性、耐湿性に優れ信頼性が向上した電子部品が得られる。
なお、金属ナノ微粒子は銀に限定されないことは言うまでもない。また、導電性インクはインクジェット方式により所望の領域、例えば微小領域に限定的に塗布することもできるので、単体の回路素子を設けた電子部品はもとより、ＩＣ上の特定デバイスのみを部分的に気密封止（シールド）するような電子部品においても、好ましく適用することができる。
【００１５】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による電子部品としての高周波デバイスを模式的に示す要部断面図である。図において、半導体基板１には接地用のビアホール１２が設けられており、上記実施の形態１と同様のトランジスタ２の周りには樹脂封止部材８が設けられている。この樹脂封止部材８上に実施の形態１と同様の導電性インクをインクジェット方式により塗布する。このとき、導電性インクは樹脂封止部材８上にメッシュ状に塗布され、かつ樹脂封止部材８の側面部からビアホール１２の上面部に露出した導体に跨って塗着されている。その後、１５０℃程度の加熱を行うことにより、溶剤を蒸発させて金属ナノ微粒子が相互に結合したメッシュ状の金属薄層からなるシールド部材１１を完成させる。なお、図示を省略しているが、信号線５がシールド部材１１を通過する部分は公知の適宜の方法により電気的に絶縁されていることは言うまでもない。なお、各図を通じて同一符号は同一もしくは相当部分を示している。
【００１６】
上記のように構成された電子部品においては、回路素子としてのトランジスタ２上に金属ナノ微粒子を用いて形成されたメッシュ状の金属薄層からなるシールド部材１１を被せ、このシールド部材１１をビアホール１２を介して半導体基板１の裏面に接地させることにより、封止領域の帯電現象を抑制し、高周波デバイスの耐サージ性が向上される。金属ナノ微粒子は融着によってバルク金属と同程度の抵抗が得られ、通常の蒸着、メッキ等で形成される金属薄膜での抵抗に比べて遥かに低いことから、シールド部材１１部分での高周波損失は少なく、高周波デバイスの性能への影響はほとんど無視できる信頼性の向上した電子部品を得ることができる。
【００１７】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３による電子部品としての高周波デバイスを模式的に示す要部断面図、図４は図３の変形例を模式的に示す要部断面図である。図３において、回路素子としてのトランジスタ２の上面部封止領域には金属キャップ１３が被せられ、この金属キャップ１３と半導体基板１との間に、ハーメチックシールによる封止手法として、金属ナノ微粒子を含む導電性インクを塗布した後、加熱することによって、該金属キャップ１３と半導体基板１とが接着シールされている。なお、１４は金属ナノ微粒子を用いて形成された封止材である。
【００１８】
上記電子部品においては、金属キャップ１３と、半導体基板１との接着を司り、気密を保持する材料として金属ナノ微粒子が融着した封止材１４を用いたものであり、半導体基板１上の、金属キャップ１３との接着部分に金属ナノ微粒子を含む導電性インクを塗布した後に、金属キャップ１３を該当箇所に合わせ込んで、該金属キャップ１３を加熱することにより、金属ナノ微粒子が相互に融着、結合した封止材１４が形成され、半導体基板１と金属キャップ１３との接着が完成する。従来の例えばＡｕＳｎ半田等を用いた接合では、半田金属の融点（ＡｕＳｎで２５０℃程度）までの加熱が必要であり、高周波デバイスヘの熱ストレスが高周波特性、及びパッケージ自体に悪影響を与える可能性があった。しかしながら、この実施の形態３では、１５０℃程度の加熱により接着が実現できることから、上記の問題点を回避することが出来る。
【００１９】
一方、図４に示す上記実施の形態３の変形例では、封止部位を金属枠１５で囲い、その上部に金属ナノ微粒子を含む導電性インクを用いて金属カバー１６を接着することにより封止を行ったものである。金属枠１５と金属カバー１６の接着面積は非常に小さいが、インクジェット方式によって形成される最小線幅は２０ｎｍ程度であり、それと同様の位置制御性があることから、金属枠１５上に金属ナノ微粒子を含む導電性インクを選択的に滴下することは容易である。
【００２０】
上記のようにして得られた実施の形態３による図３、図４に示す電子部品は、上記実施の形態１と同様、封止性ないしはシールド性が改善され、十分な耐湿性、耐サージ性を有する信頼性が高いものである。
【００２１】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４による高周波デバイスを模式的に示す要部断面図、図６は、実施の形態４の変形例による高周波デバイスを模式的に示す要部断面図である。図５において、１３ａは図３に示す金属キャップ１３を樹脂キャップに替えたもの、１７は樹脂キャップ１３ａの表面部に、上記実施の形態３と同様にして導電性インクを用いて形成された金属ナノ微粒子による金属薄層である。また、図６において、１５ａ及び１６ａは、図４に示す金属枠１５と金属カバー１６を、それぞれ樹脂枠及び樹脂カバーに材質を変えたもの、１７はこれら樹脂枠１５ａ及び樹脂カバー１６ａの表面部に、同様にそれぞれ導電性インクを用いて形成された金属ナノ微粒子による金属薄層である。この実施の形態４では、上記実施の形態３に示した方法を用いて封止された半導体デバイスについて、封止領域のハンドリングに関する履歴を残せるようにしたものである。
【００２２】
従来のハーメチックシールによる封止では、加熱等によって金属キャップを容易に開封できた。これに対し、この実施の形態４によれば、図のように、樹脂製のキャップ類を用いてハーメチックシールされた封止領域全体を金属ナノ微粒子による薄膜状の金属薄層１７で被覆することによって、封止領域を開封した場合には、開封時に金属薄層１７上に何らかの痕跡が残るようになる。この痕跡の有無を調べることにより、封止領域のハンドリングに関する履歴を明らかにすることが出来るという利点が得られる。
【００２３】
ところで、上記各実施の形態の説明では半導体基板上１のトランジスタ２部分に金属薄層からなるシールド部材１１で封止（シールド）する場合を例に挙げたが、この発明の適用対象はトランジスタに限定されるものでないことは勿論であり、例えばダイオード、抵抗素子、コンデンサ、誘導素子、信号線、これらを含むＩＣ等、基板上に形成され、あるいは実装される能動素子、受動素子のあらゆる回路素子における所望の特定部位の封止に適用できる。なおこの場合、シールド領域または封止領域は基板の全体でも、特定の１箇所以上の領域、部分でも同様の効果が得られる。
【００２４】
また、基板としてＧａＡｓ等の半導体基板１を用いたが、基板の種類はＧａＡｓに限定されず、例えばＳｉ等の他の半導体基板や、アルミナ等の誘電体基板などでも同様に適用可能である。また、この発明は高周波デバイス、例えば数ＧＨｚ、あるいはそれを超えるクロックで動作させる高周波デバイス等の電子部品に用いることができるものであるが、動作周波数は特にこのような例に限定されるものではなく、例えば低周波で動作させるものは勿論、ＤＣで動作させる電子部品などであっても同様の効果が期待できる。さらに、シールド部材１１は気密封止のほか、電磁シールドの作用も有しているものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施の形態１による電子部品としての高周波デバイスを模式的に示す要部断面図である。
【図２】実施の形態２による電子部品としての高周波デバイスを模式的に示す要部断面図である。
【図３】実施の形態３による電子部品としての高周波デバイスを模式的に示す要部断面図である。
【図４】図３の変形例を模式的に示す要部断面図である。
【図５】実施の形態４による電子部品としての高周波デバイスを模式的に示す要部断面図である。
【図６】図５の変形例を模式的に示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  基板（半導体基板）、  ２  回路素子（トランジスタ）、  ３  ゲート電極、  ４  ドレイン電極、  ５  信号線、  ８  樹脂封止部材、  ９  疎水性領域、  １０  親水性領域、  １１  シールド部材、  １２  ビアホール、  １３  金属キャップ、  １３ａ  樹脂キャップ、  １４  封止材、  １５  金属枠、  １５ａ  樹脂枠、  １６  金属カバー、  １６ａ  樹脂カバー、  １７  金属薄層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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