(57)【要約】【課題】  セラミック基板等の絶縁部材と、半導体基板等の部材との封止を、信頼性高くかつ簡易に行なうことができる複合構造体および電子部品封止用基板を提供すること。【解決手段】  絶縁体から成る第１の部材１と、第１の部材１の主面に一主面が対向するようにして配置された第２の部材２と、第１および第２の部材１，２を接合するための接合材３とを具備している複合構造体であって、第１の部材１内部の第２の部材２との接合部３に、接合材３を加熱して第１および第２の部材１，２を接合させるための発熱体４が形成されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体から成る第１の部材と、該第１の部材の主面に一主面が対向するようにして配置された第２の部材と、前記第１および第２の部材を接合するための接合材とを具備している複合構造体であって、前記第１の部材内部の前記第２の部材との接合部に、前記接合材を加熱して前記第１および第２の部材を接合させるための発熱体が形成されていることを特徴とする複合構造体。
【請求項２】
前記第１の部材はセラミックスから成ることを特徴とする請求項１記載の複合構造体。
【請求項３】
前記第１の部材は、主面の前記第２の部材との接合部に接合導体が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の複合構造体。
【請求項４】
前記発熱体は、平面視で前記接合導体よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の複合構造体。
【請求項５】
前記発熱体は、前記第１の部材の表面に貫通導体を介して電気的に導出されているとともに導出端に入力端子が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項６】
前記発熱体は、前記第１の部材の内部に電気的にとともに、前記電子部品と前記配線導体および他の電子部品の少なくとも一方とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の複合構造体から成る電子部品封止用基板。独立して形成されており、誘導加熱により発熱することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項７】
前記第１の部材は、電子部品の搭載部を有するとともにセラミックスから成る配線基板であり、前記第２の部材によって前記搭載部が覆われ封止されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の複合構造体から成る電子部品封止用基板。
【請求項８】
前記第１の部材は、電子部品の搭載部を有するとともにセラミックスから成る配線基板であり、前記第２の部材は、配線導体および他の電子部品の少なくとも一方が設けられており、前記第２の部材によって前記搭載部が覆われ封止されている
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁体から成る第１の部材と、第１の部材に一主面が対向するようにして配置された第２の部材と、それぞれの部材を接合するための接合材とを具備している複合構造体を、絶縁体内に形成された発熱体を加熱することで接合を行う複合構造体、およびその複合構造体から成る電子部品封止用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＣチップやシリコンウェーハ等の半導体基板の主面に、半導体集積回路素子等に用いられる微細配線を形成する加工技術を応用して、極めて微小な電子機械機構、所謂ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ：ＭＥＭＳ）を形成した電子部品が注目されており、実用化に向けて開発が進められている。このような電子部品用の半導体デバイスとしては、加速度計、圧力センサ、アクチュエータ等のセンサや、微細な鏡面体を可動式に形成したマイクロミラーデバイス、光デバイス、あるいはマイクロポンプ等を組み込んだマイクロ化学システム等、非常に広い分野にわたるものが試作、開発されている。
【０００３】
そのようなＩＣやＭＥＭＳを形成した電子部品を用いて電子装置を構成するための従来の電子部品封止用基板およびそれを用いて成る電子装置の一例を、図１に断面図で示す。図１に示す例では、半導体デバイス２２が形成された半導体基板２１の主面には、半導体デバイス２２に電力を供給したり、半導体デバイス２２から外部の電気回路に電気信号を出力するための電極２３が半導体デバイス２２に電気的に接続されて形成されており、これら半導体基板２１、半導体デバイス２２および電極２３により、１つの電子部品２４が構成される。
【０００４】
そして、この電子部品２４を、電子部品収納用の凹部Ａを有する電子部品収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）３１の凹部Ａ内に収納するとともに、電子部品２４の電極２３をパッケージ３１の電極パッド３２にボンディングワイヤ３３等の導電性接続材を介して接続した後、パッケージ３１の凹部Ａを蓋体３４で覆って電子部品２４を凹部Ａ内に気密封止することにより、電子装置として完成する。この場合、半導体デバイス２２がＭＥＭＳである場合、電子部品２４は、半導体デバイス２２の動作を妨げないようにするため、中空状態で気密封止する必要がある。
【０００５】
この電子装置について、予めパッケージ３１の電極パッド３２から外表面に導出するように形成した配線導体３５の導出部分を外部電気回路に接続することにより、気密封止された半導体デバイス２２が、電極２３、ボンディングワイヤ３３、電極パッド３２および配線導体３５を介して外部の電気回路に電気的に接続される。
【０００６】
また、この電子部品２４は、通常、広面積の半導体母基板の主面に多数個を縦横に配列形成させることにより製作されており、この場合の電子装置の製造方法は、従来、以下のようなものであった。
【０００７】
（１）平板状の半導体基板２１の主面に、半導体デバイス２２およびこれに電気的に接続された電極２３が形成されて成る電子部品領域を多数個縦横に配列形成した多数個取りの形態の電子部品２４を準備する工程と、
（２）各電子部品２４の半導体デバイス２２を、その周囲が中空状態となるようにして、ガラス板２５等で覆って封止する工程と、
（３）半導体基板２２にダイシング加工等の切断加工を施して、個々の電子部品２４に分割する工程と、
（４）個々の電子部品２４を、パッケージ３１内に気密封止する工程と、により製作される。
【０００８】
このような従来の製造方法においては、半導体基板２１の主面に配列形成された多数の電子部品領域の１個ずつをガラス板２５等で封止して保護しておく必要があること、また、一旦ガラス板２５で封止した電子部品２４を個片の電子部品２４に分割した後、改めてパッケージ３１内に気密封止するとともに、その電極２３をパッケージ３１の電極パッド３２等に接続して電気的に外部に接続させる必要があること等のため、生産性が悪いという問題があった。
【０００９】
この問題に対し、半導体母基板２１の主面に配列形成された多数個の半導体デバイス２２を一括して覆い、封止するような基板が提案されている。このような封止用の基板としては、半導体を材料とするものや導電性の金属板等を材料にするもの等が知られている。
【００１０】
封止用の基板が半導体基板から成る場合、例えば、主面に多数個の電子部品領域が配列形成された第１の半導体基板とは別に、この電子部品領域の配列に対応させて多数の凹部を配列形成した封止用の第２の半導体基板を準備し、第１の半導体基板の主面上に第２の半導体基板を、第２の半導体基板の凹部が第１の半導体基板の電子部品領域を覆うようにして接合し、第２の半導体基板の内側に第１の半導体基板の電子部品領域（特にＭＥＭＳ）を封止する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
また、封止用の基板が導電性を有する金属板から成る場合、導電性を有するカバー用の金属板に所定パターンの溝を形成し、この溝をガラスやセラミック材料で充填して平坦化させた後、その上にボンディング用の導体パターン（電極パッド等）を形成し、この導体パターンに電子部品の電極を接続するとともに金属板を半導体基板の主面に接合し、その後、電子部品領域をセラミックやガラス等で封着し、導体パターンを外部に導出するための外部配線用電極パターンを形成するようにした構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１２】
また、最近では、絶縁基板の主面に接続用のパッドを形成した電子部品封止用基板（キャップ）を用いた電子装置も提案されている。例えば、セラミック材料から成る絶縁基板の下面および上面に接続用のパッドを互いに電気的に接続させて形成しておき、下面側のパッドを電子部品（デバイス）の電極（パッド）に導電材料を介して電気的に接続する。その際、導電材料の他に、接合材を絶縁基板と半導体基板との間に介在させて封止領域を形成しておくことにより、その封止領域に電子部品の半導体デバイス等のデバイス部分を気密封止することができる。この場合、電子部品封止用基板となる領域を広面積の絶縁母基板に多数個縦横に配列形成することにより、半導体母基板に電子部品領域が多数個縦横に配列形成された多数個取り電子部品を一括して封止することができる（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−１４４１１７号公報
【特許文献２】特開２００２−４３４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記従来の電子装置において、半導体基板とガラスやセラミックスから成る封止用基板とを封着する際に、封止用基板となる絶縁基板領域が多数個取りの形態で形成されてアレイ状に整列しているため、１次実装を行う際に高温下にさらすと半導体基板あるいはガラスやセラミックスはそれぞれ熱膨張率が異なるので、接合が難しく、異種材料を接合したときにそれぞれの材料の基板内部に残留応力が発生する。そのため、半導体基板が反って所望の電子装置の電気特性が劣化し、誤動作の原因になるなどの問題があった。
【００１４】
また、実装の際にリフローやウエハーボンダーなどを用いた実装装置を用意しなければならず、高価な装置の購入や、製品形態が変化したときの条件出しの時間がかかるなどの問題があった。
【００１５】
また、基板接合の際、特にＭＥＭＳとその他の部材を接合する際には、ＭＥＭＳに熱が加わり駆動部の運動に影響が出る、共振特性に影響が出るなどの問題があった。
【００１６】
また、半導体デバイスがＭＥＭＳの場合、特に接合の際に接合材に含まれる有機成分などから発生するアウトガスによって特に共振器系のＭＥＭＳ（所謂Ｑ−ＭＥＭＳ）などの特性の変化や特性の劣化などが問題となっていた。
【００１７】
また、上記の諸問題を解決するために、従来はシームウエルドや電子ビーム封止などの手法がとられていたが、生産性が悪く量産での採用が難しいなどの問題があった。
【００１８】
本発明は、上記従来の技術における諸問題に鑑みて完成されたものであり、その目的は、封止用基板のような絶縁部材と、この絶縁部材に一主面が対向するようにして配置された半導体素子のような部材と、これらの部材を接合するための接合材とを具備している複合構造体および電子部品封止用基板において、絶縁部材と部材との封止をより信頼性高く、かつ簡易に行なうことができる複合構造体および電子部品封止用基板を提供することである。その結果、ＩＣチップおよびＭＥＭＳ領域の封止を、より信頼性高くかつ簡易に行うことができるものを提供することにある。
【００１９】
また、例えば半導体基板の主面に形成されたＭＥＭＳを容易かつ確実に封止することができるとともに、ＩＣチップおよびＭＥＭＳに接続された半導体基板の主面に形成されている電極を容易かつ確実に、例えば表面実装が可能な形態で外部接続させることができるものとすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の複合構造体は、絶縁体から成る第１の部材と、第１の部材の主面に一主面が対向するようにして配置された第２の部材と、第１および第２の部材を接合するための接合材とを具備している複合構造体であって、第１の部材内部の第２の部材との接合部に、接合材を加熱して第１および第２の部材を接合させるための発熱体が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の複合構造体は好ましくは、第１の部材はセラミックスから成ることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の複合構造体は好ましくは、第１の部材は、主面の第２の部材との接合部に接合導体が形成されていることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の複合構造体は好ましくは、発熱体は、平面視で接合導体よりも大きいことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の複合構造体は好ましくは、発熱体は、第１の部材の表面に貫通導体を介して電気的に導出されているとともに導出端に入力端子が形成されていることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の複合構造体は好ましくは、発熱体は、第１の部材の内部に電気的に独立して形成されており、誘導加熱により発熱することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の電子部品封止用基板は第１の部材は、電子部品の搭載部を有するとともにセラミックスから成る配線基板であり、第２の部材によって搭載部が覆われ封止されていることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の電子部品封止用基板は、第１の部材は、電子部品の搭載部を有するとともにセラミックスから成る配線基板であり、第２の部材は、配線導体および他の電子部品の少なくとも一方が設けられており、第２の部材によって搭載部が覆われ封止されているとともに、電子部品と配線導体および他の電子部品の少なくとも一方とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の複合構造体は、絶縁体から成る第１の部材と、第１の部材の主面に一主面が対向するようにして配置された第２の部材と、第１および第２の部材を接合するための接合材とを具備している複合構造体であって、第１の部材内部の第２の部材との接合部に、接合材を加熱して第１および第２の部材を接合させるための発熱体が形成されていることから、接合材近傍のみを加熱することができるので第１および第２の部材の熱膨張差があっても発熱が局所的に行われるので、部材のずれや実装後のそりなどを効果的に防止することができる。
【００２９】
また、第２の部材に半導体素子が搭載されていた場合、熱履歴が加わることを阻止することができ、半導体素子の特性劣化を防ぐことができる。
【００３０】
本発明の複合構造体は好ましくは、第１の部材はセラミックスから成ることから、セラミックスは一般的に半導体素子や金属部材に比べて、熱伝導率が小さく、そのセラミックス内部に形成された発熱体に熱エネルギーを加え、温度上昇が起こるときに周辺部材の温度上昇が抑制され、より部材のずれや実装後のそりを効果的に防止することができる。
【００３１】
また、本発明の複合構造体は好ましくは、第１の部材は、主面の第２の部材との接合部に接合導体が形成されていることから、局所的に発熱された熱量が他の部材に伝わる前に接合導体内部は温度が均一になり、例えば接合導体がＡｇロウ材や半田などの溶融して接合を行うものである場合、ロウ材の溶融状態が均一になるのでより強固な接合状態を実現することができる。
【００３２】
また、本発明の複合構造体は好ましくは、発熱体は、平面視で接合導体よりも大きいことから、発熱体近傍の発熱領域が接合導体全体を覆うので、より効果的に接合導体内部の温度分布の緩和を行なうことができる。
【００３３】
また、本発明の複合構造体は好ましくは、発熱体は、第１の部材の表面に貫通導体を介して電気的に導出されているとともに導出端に入力端子が形成されていることから、外部より電気エネルギーなどを与えて発熱体を非常に効率的かつ簡便に加熱することができ、別途複雑な装置等を用意しなくてもよい。
【００３４】
また、本発明の複合構造体は好ましくは、発熱体は、第１の部材の内部に電気的に独立して形成されており、誘導加熱により発熱することから、発熱の際に大電流を用いて電気エネルギーを発熱体に供給しても、第１の部材内部を電流によって損傷することなく発熱を行なうことができる。
【００３５】
本発明の電子部品封止用基板は、第１の部材は、電子部品の搭載部を有するとともにセラミックスから成る配線基板であり、第２の部材によって搭載部が覆われ封止されていることから、封止のときに発生する熱エネルギーがＩＣチップやＭＥＭＳ等の電子部品まで伝播する前に封止工程が完了するので、封止の際に電子部品にかかる熱履歴などによって特性の変化、劣化を起こすことなく封止を行うことができ、より高精度、高信頼性の電子部品が封止、搭載されたものを提供することができる。
【００３６】
また、本発明の電子部品封止用基板は、第１の部材は、電子部品の搭載部を有するとともにセラミックスから成る配線基板であり、第２の部材は、配線導体および他の電子部品の少なくとも一方が設けられており、第２の部材によって搭載部が覆われ封止されているとともに、電子部品と配線導体および他の電子部品の少なくとも一方とが電気的に接続されていることから、電子部品封止用基板の電極部や、第２の部材などの高温化では酸化する部材の熱エネルギーによる特性劣化や電気伝導率の劣化などを効果的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明の複合構造体および電子部品封止用基板について以下に説明する。図２は本発明の複合構造体の実施の形態の一例を示す断面図である。図２において、１は第１の部材、２は第２の部材、３は接合材、４は発熱体、５は電子部品である。
【００３８】
第１の部材１と第２の部材は接合材３を介して接合され、接合の際に必要な熱エネルギーは発熱体４を発熱させることによって接合材３を溶融させて第１の部材１と第２の部材２を接合させ、複合構造体を得る。
【００３９】
本発明の第１の部材１は例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム，ガラス粉末等の原料粉末，樹脂バインダー，溶剤等を混合して成るガラスセラミックスラリーをシート状に成形して成るガラスセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を作製するとともにその複数枚を積層し、焼成することにより形成される。なお、第１の部材１は、酸化アルミニウム質焼結体で形成するものに限らず、用途や気密封止する第２の部材２の特性等に応じて適したものを選択することが好ましい。
【００４０】
例えば、第１の部材１は、接合材３を介して第２の部材２と機械的に接合されるので、第２の部材２との接合の信頼性、つまり第１の部材１と第２の部材２との間に形成される内部空間の外部に対する遮蔽性、またマイクロ化学チップやＭＥＭＳ等の電子部品５の長期間の使用に耐える長期信頼性を高くするためには、ムライト質焼結体または例えばガラス成分の種類や添加量を調整することにより、熱膨張係数を第２の部材２に近似させるようにした酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系等のガラスセラミックス焼結体等のような第２の部材２との熱膨張係数の差が小さい材料で形成することが好ましい。
【００４１】
また、第１の部材１は、内部に導体層を作製し、そこに伝送される電気信号の遅延を防止する場合、ポリイミド，ガラスエポキシ樹脂等の有機樹脂材料、セラミックスやガラス等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合して成る複合材、または酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系や酸化リチウム系等のガラスセラミックス焼結体等のような誘電率の小さい材料で形成することが好ましい。
【００４２】
また、第１の部材１は、複合構造体内部に液体等の被処理流体を満たし、その被処理流体に対する保温性を高めて、電子部品５で施される処理、例えば化学反応等の処理の安定性を高めるうえでは、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の熱伝導率の低い材料で形成することが好ましい。
【００４３】
本発明の第２の部材２は、シリコン，ポリシリコン等の半導体材料を板状に加工して成り、一主面の中央部に半導体集積回路素子、ＭＥＭＳまたはマイクロ化学チップなどから成る電子部品５が設けられている。例えば、電子部品５がＭＥＭＳの場合、シリコン，ポリシリコン等から成る第２の部材２の一主面に対してフォトリソグラフィー技術やレーザ加工などの所謂マスクレスエッチング技術、フッ酸エッチング，ドライエッチングなどのエッチング技術を用いて所望の構造を形成することにより作製され、１素子あたり１０μｍ〜数１００μｍ程度の寸法を有する。
【００４４】
ＭＥＭＳは、例えば、化学処理用のものであれば、その用途に応じてエッチング加工で所定の構造に成形した後、スピンコートやディップコートなどのコーティング技術を用いて表面状態を変化させ薬品の濡れ性や化学反応性などを制御して用いられ、化学分析やＤＮＡの同定、クロマトグラフィーなどの各種分析などを行なう。
【００４５】
接合材３は、錫−銀合金半田，錫−銀−銅合金半田等の半田、金−錫ろう材等の低融点ろう材、銀−ゲルマニウムろう材等の高融点ろう材、銀，銅等の導電性粉末を樹脂で結合して成る導電性樹脂接着剤、ＳｉＯ２等を主成分とするガラスやパイレックス（登録商標）ガラス、ナトリウム系ガラスなどにより形成されている。
【００４６】
また、接合材は発熱体４が発熱するときの温度上昇によって溶融し、接合が行われるので、接合材３と発熱体４は近接していることが良く、例えば５Ｗの電力を抵抗１０Ωの発熱体４に印加し接合材３近傍の領域で温度上昇を２００℃以上にしようとすると、接合材３と発熱体４との間にある絶縁体がアルミナセラミックスの場合、その厚みは３００μｍ以下であることが好ましい。
【００４７】
発熱体４は、銅，銀，金，パラジウム，タングステン，バナジウム，モリブデン，マンガン等の金属材料により形成される。この形成の手段としては、メタライズ層、めっき層、蒸着等の金属を薄膜層として被着させる手段を用いることができる。例えば、タングステンのメタライズ層から成る場合、タングステンのペーストを絶縁基板１となるグリーンシートに印刷してこれをグリーンシートとともに焼成することにより形成される。
【００４８】
特に、発熱体４に電力を印加し発熱させる場合、シート抵抗値が大きいことが好ましく、上記各種金属の中でも、金属ペーストを塗布し作製する金属層の焼成後の厚み１５μｍでの換算のシート抵抗が１０ｍΩ以上のような大きな抵抗値が必要な場合、タングステン，バナジウム，モリブデンが好ましい。
【００４９】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変形は可能である。例えば、上述の実施の形態では、一つの複合構造体内に一つの電子部品５を封止したが、一つの複合構造体内に複数の電子部品５を気密封止してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来の電子部品封止用基板およびそれを用いて成る電子装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の複合構造体について実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１：第１の部材
２：第２の部材
３：接合材
４：発熱体
５：電子部品
【図１】
2006100446.tif 000003
【図２】
2006100446.tif 000004