(57)【要約】【課題】生産性を低下させることなく、基板と電子部品との間隙の良好な中空状態と高い気密性とを両立することが可能な電子装置を実現すること。【解決手段】電子装置１０は、実装基板１１と、実装基板１１上に実装された電子部品１３と、電子部品１３を覆うように、実装基板１１の全面に渡って設けられた樹脂フィルム１５と、を備えている。樹脂フィルム１５は、１５０ｋＰａ・ｓ以上のずり粘度、および１００μｍ以上のフロー量を有している。【選択図】図１
2008108782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に実装された電子部品と、
前記電子部品を覆うように、前記基板の全面に渡って設けられた樹脂フィルムと、を備え、
前記樹脂フィルムは、１５０ｋＰａ・ｓ以上のずり粘度、および１００μｍ以上のフロー量を有することを特徴とする電子装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子装置において、
前記基板上には複数の前記電子部品が実装されており、
前記樹脂フィルムは、当該複数の前記電子部品を一括して覆っている電子装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電子装置において、
前記樹脂フィルムの上面は、前記電子部品上に位置する部分が盛り上がっている電子装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の電子装置において、
前記樹脂フィルム上に設けられた樹脂層を備える電子装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電子装置において、
前記樹脂層の上面は、平坦である電子装置。
【請求項６】
基板上に電子部品を実装する工程と、
前記電子部品を覆うように、前記基板の全面に渡って樹脂フィルムを配する工程と、を含み、
前記樹脂フィルムは、１５０ｋＰａ・ｓ以上のずり粘度、および１００μｍ以上のフロー量を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の電子装置の製造方法において、
前記電子部品を実装する工程においては、前記基板上に複数の前記電子部品を実装し、
前記樹脂フィルムを配する工程においては、当該複数の前記電子部品を一括して覆うように前記樹脂フィルムを配する電子装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の電子装置の製造方法において、
前記樹脂フィルムを配する工程よりも後に、前記複数の前記電子部品が互いに分離するように、前記基板を切断する工程を含む電子装置の製造方法。
【請求項９】
請求項６乃至８いずれかに記載の電子装置の製造方法において、
前記樹脂フィルム上に樹脂層を形成する工程を含む電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体装置に対する高性能・高品質・小型・低価格の要求は、素子自体の改良とともに素子を覆う容器の改良・改善が必須な状況を作っている。特に20GHzを超えるマイクロ波領域では、容器の電気的性能と気密性を高めることと、小型・低価格で容器を組み立てることの両立は非常に難しく、安価な樹脂材料を使った容器でマイクロ波の用途に耐える性能・品質を達成すれば、広くその用途を拡大するブレークスルーとなる。
【０００３】
一般に周波数が高くなると、物質中を電磁波が伝搬するとき減衰するエネルギーは増大するため、BS・CS放送、マイクロ波通信機、レーダー装置などの高周波機器では、半導体素子の電極部分とそこから引き出すワイヤボンディング部分を真空状態に気密封止する容器を用いることが主流である。この真空部分を小型に作り出す方法として、素子の電極部分を搭載基板側に向けて接続するフリップチップマウントが用いられる。また、気密性を安価な材料で実現するためにフィルム状の合成樹脂を、このフリップチップマウントされた半導体素子全体に被せて高温高圧下で硬化させる、容器とチップが一体となった装置が考案されている。
【０００４】
図６は、特許文献１に記載された電子装置を示す断面図である。この電子装置の製造においては、まず、フリップ・チップ技術により基板１０１にマウントされた電子部品１０２の裏面に対して、樹脂フィルム１０３のラミネート加工を施す。次に電子部品１０２の周りの閉じられたストライプ領域において樹脂フィルム１０３を除去する。その際ストライプ領域と電子部品１０２の周囲との間隔は、両者の間に必ずラミネート縁部が残り、そこで樹脂フィルム１０３が基板１０１に接続されるように選択される。次のステップにおいて合成樹脂材を流体の形で供給し、樹脂層１０４を形成する。
【０００５】
なお、本発明に関連する先行技術文献としては、特許文献１の他に、特許文献２が挙げられる。
【特許文献１】特表２００５−５０５９３９号公報
【特許文献２】特開２００３−２３４６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながらBS・CS放送、マイクロ波通信機、レーダー装置などの高周波機器では、チップ（電子部品）の大きさは０．３ｍｍ□程度の微小なものが多い。したがって、図６の電子装置のように、電子部品１０２の周囲に必ずラミネート縁部が残るように、当該電子部品１０２の周りの閉じられたストライプ領域において樹脂フィルム１０３を除去する作業は、非常に精度の高い微細加工であると言える。
【０００７】
さらにBS放送のような民生機器では、年間の生産数で数億個に達するため、生産性・経済性の面から装置の組立は大量に一括処理する必要がある。一度ラミネート加工した樹脂フィルムを基板から部分的に除去するためには、特別な工程と専用の加工機械が必要であり、生産数に伴って高額な投資が必須となるという問題が生じる。しかし、図６の電子装置では、ストライプ状にフィルムを除去した部分が無ければ、さらに流し込んだ合成樹脂材と支持板との密接なコンタクトが形成されず、湿気や汚れに対する完全なシールとならない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による電子装置は、基板と、上記基板上に実装された電子部品と、上記電子部品を覆うように、上記基板の全面に渡って設けられた樹脂フィルムと、を備え、上記樹脂フィルムは、１５０ｋＰａ・ｓ以上のずり粘度、および１００μｍ以上のフロー量を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による電子装置の製造方法は、基板上に電子部品を実装する工程と、上記電子部品を覆うように、上記基板の全面に渡って樹脂フィルムを配する工程と、を含み、上記樹脂フィルムは、１５０ｋＰａ・ｓ以上のずり粘度、および１００μｍ以上のフロー量を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、電子部品を覆う樹脂フィルムを、基板の全面に渡って設けている。これにより、樹脂フィルムを部分的に除去するための微細加工が不要となる。さらに、この樹脂フィルムは、１５０ｋＰａ・ｓ以上のずり粘度および１００μｍ以上のフロー量を有している。これにより、後に詳述するように、基板と電子部品との間隙の良好な中空状態、および高い気密性を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、生産性を低下させることなく、基板と電子部品との間隙の良好な中空状態と高い気密性とを両立することが可能な電子装置およびその製造方法が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明による電子装置およびその製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、本発明による電子装置の一実施形態を示す断面図である。電子装置１０は、実装基板１１と、実装基板１１上に実装された電子部品１３と、電子部品１３を覆うように、実装基板１１の全面に渡って設けられた樹脂フィルム１５と、を備えている。樹脂フィルム１５は、１５０ｋＰａ・ｓ以上のずり粘度、および１００μｍ以上のフロー量を有している。樹脂フィルム１５上には、外装樹脂１７（樹脂層）が設けられている。樹脂フィルム１５の上面は一部分（電子部品１３上に位置する部分）が盛り上がっている一方で、外装樹脂１７の上面は平坦である。
【００１４】
より詳細には、電子装置１０は、一方の面１１ａにおいて露出する接続電極を有する実装基板１１と、一方の面１３ａにおいて導体パターンを有し、この導体パターンを有する面１３ａが実装基板１１の一方の面１１ａに対向するように配置され、導体パターンが実装基板１１の接続電極１２に電気的に接続され且つ機械的に接合された電子部品１３と、電子部品１３の実装基板１１とは反対側の面１３ｂと電子部品１３の周辺の部分における実装基板１１の一方の面１１ａとに密着するように電子部品１３および実装基板１１を覆い、実装基板１１に接着された樹脂フィルム１５と、を備えている。さらに、樹脂フィルム１５の上に、樹脂フィルム１５を覆い、上部を平坦にした外装樹脂１７を備えている。
【００１５】
実装基板１１はアルミナセラミックス、LTCCのような誘電体材料や、テフロン（登録商標）、ガラスエポキシのような樹脂材料や、柔軟性の高いフレキシブル基板でも良い。実装基板１１の厚みは、例えば２００μｍである。電子部品１３は、例えばGaAs FET、振動子、高周波回路部品等であるが、その他の電子部品であってもよい。電子部品１３は、前述のように、導体パターンを有する面１３ａが実装基板１１に向くように配置されるフェースダウンボンディングによって、実装基板１１に実装されている。電子部品１３の一方の面１３ａと実装基板１１の一方の面１１ａとの間には空間１６が形成されている。
【００１６】
電子部品１３の実装基板１１とは反対側の面１３ｂは、樹脂フィルム１５によって隙間なく覆われている。実装基板１１の一方の面１１ａのうち、電子部品１３の周辺の部分も、隙間なく樹脂フィルム１５によって覆われている。また、樹脂フィルム１５は、電子部品１３の導体パターンと実装基板１１の接続電極との電気的接続部分を含めて、電子部品１３の全体を封止している。
【００１７】
樹脂フィルム１５は、例えば、エポキシ樹脂（エポキシ・フェノール・シリカ・アクリル酸エステル）等の熱硬化性の樹脂によって形成されている。樹脂フィルム１５の厚みは、例えば１５０μｍ、50℃におけるフロー量は１，２００μｍ以下である。外装樹脂１７は、例えば、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂によって形成されている。外装樹脂１７の厚みは、例えば４００μmである。
【００１８】
図２および図３を参照しつつ、本発明による電子装置の製造方法の一実施形態として、電子装置１０の製造方法の一例を説明する。概括すると、この製造方法は、実装基板１１上に電子部品１３を実装する工程と、電子部品１３を覆うように、基板１１の全面に渡って樹脂フィルム１５を配する工程と、を含む。
【００１９】
より詳細には、この製造方法は、はじめに複数の実装基板１１となる部分を含む集合基板１１ｃに対して、電子部品１３の一方の面１３ａが実装基板１１の一方の面１１ａに対向するように、電子部品１３と実装基板１１とを配置し、電子部品１３の導体パターンを実装基板１１の接続電極に電気的に接続し且つ機械的に接合する工程（図２（ａ））と、電子部品１３の実装基板１１とは反対側の面１３ｂと電子部品１３の周辺の部分における実装基板１１の一方の面１１ａとに密着して電子部品１３および実装基板１１を覆うように樹脂フィルム１５を配置し、樹脂フィルム１５を実装基板１１に接着する工程（図２（ｂ）、図２（ｃ））と、を備えている。
【００２０】
集合基板１１ｃの平面図を図４に示す。集合基板１１ｃ上には、複数の電子部品１３が実装され、当該複数の電子部品１３を一括して覆うように樹脂フィルム１５が配されている。この集合基板１１ｃには、各電子部品１３が配置される領域の周辺部において、複数の孔３１が形成されている。孔３１は、例えば、電子部品１３を中心として互いに反対側の２箇所に設けられていてもよいし、電子部品１３の４つの側部の外側の４個所に設けられていてもよい。孔３１は、たとえば金のような金属導体によって充填されている。上記各工程は、集合基板１１ｃを、平坦な上面を有する支持部材の上に載置して行われる。
【００２１】
本実施形態に係る製造方法では、例えば、樹脂フィルム１５の温度を、たとえば５０℃程度に上げて樹脂フィルム１５を軟化させた状態で、樹脂フィルム１５が電子部品１３の実装基板１１とは反対側の面１３ｂと電子部品１３の周辺の部分における実装基板１１の一方の面１１ａとに均一に密着して電子部品１３および実装基板１１を覆うように、樹脂フィルム１５の形状を変化させる。その際、樹脂フィルム１５と実装基板１１の間を５０Pa以下の陰圧状態で、中の気体を減圧しながら、樹脂フィルム１５の上部からゴム製の弾力を持った材質からなる圧着冶具を用いて、樹脂フィルム１５上から、樹脂フィルム１５が電子装置１０を含む実装基板１１に密着するように全体を０.５MPaで圧し付ける。そのまま樹脂フィルム１５が十分な粘度に低下するまで圧力と温度を保持し、再び常温・常圧まで雰囲気を戻す。
【００２２】
その後、樹脂フィルム１５の温度をたとえば１７０℃程度に上げて硬化させることによって、樹脂フィルム１５を実装基板１１に接着すると共に、樹脂フィルム１５の形状を固定する。樹脂フィルム１５が硬化する際には収縮力が発生する。この樹脂フィルム１５の収縮力は、電子部品１３を実装基板１１側に押し付けるように作用する。これにより、電子部品１３の導体パターンと実装基板１１の接続電極との機械的な接合がより確実に補強される。また、樹脂フィルム１５が収縮することにより、樹脂フィルム１５は、より緊密に電子部品１３および実装基板１１に密着する。
【００２３】
なお、樹脂フィルム１５が常温でも十分な柔軟性を有する場合には、常温において樹脂フィルム１５を変形させて、その形状を決定し、その後、樹脂フィルム１５の温度を上げて樹脂フィルム１５を硬化させてもよい。
【００２４】
また、ガラス転移温度以下の温度において樹脂フィルム１５を軟化させた状態で、樹脂フィルム１５の形状を決定し、その後、ガラス転移温度以下の温度において比較的長い時間をかけて樹脂フィルム１５を硬化させてもよい。
【００２５】
また、樹脂フィルム１５が紫外線によって軟化する樹脂によって形成されている場合には、樹脂フィルム１５の温度を上げて樹脂フィルム１５を軟化させる代わりに、樹脂フィルム１５に紫外線を照射して樹脂フィルム１５を軟化させてもよい。あるいは、樹脂フィルム１５の温度を上げると共に樹脂フィルム１５に紫外線を照射して樹脂フィルム１５を軟化させてもよい。
【００２６】
また、樹脂フィルム１５が紫外線によって硬化する樹脂によって形成されている場合には、樹脂フィルム１５の温度を上げて樹脂フィルム１５を硬化させる代わりに、樹脂フィルム１５に紫外線を照射して樹脂フィルム１５を硬化させてもよい。あるいは、樹脂フィルム１５の温度を上げると共に樹脂フィルム１５に紫外線を照射して樹脂フィルム１５を硬化させてもよい。
【００２７】
また、必要があれば樹脂フィルム１５を硬化させた後、再度、150℃に昇温し、樹脂フィルム１５の上部を、外装樹脂１７となるエポキシ系樹脂４１で覆い、上面より平坦な冶具９０にて圧し付けた後、熱硬化させることで、全体の機械強度を高め、電子部品１３による凹凸を平坦化して、自動機による実装を容易にする（図３（ａ））。最後に、複数の電子部品１３が互いに分離するように、集合基板１１ｃをダイシングソーやレーザーカッターなどにより切断する。以上により、図１に示す電子装置１０が得られる（図３（ｂ））。
【００２８】
本実施形態の効果を説明する。図６に示した電子装置の問題点である、一度貼り付けた樹脂フィルムをストライプ状に切り取る微細加工は、樹脂フィルム１５と実装基板１１との密着状態を高めることで不要となった。従来技術のラミネート加工は、フィルムと基板との間の接着強度を追求せず、その上から供給される流体の合成樹脂がストライプ状に切り取られて露出した基板上で硬化して、フィルムと基板を強く固定していた。しかし本実施形態では、樹脂フィルム１５上部を覆う外装樹脂１７は電子装置１０の形状を整え、機械強度を増すために必要に応じて用いるもので、樹脂フィルム１５自身が強力に実装基板１１に密着している。この十分な強度を確保するために、樹脂フィルム１５の厚みと材料の性質、実装基板１１に押し付ける圧力と温度を特定した。
【００２９】
ここで、樹脂フィルム１５の特性と電子装置１０の中空状態、気密性との関係について説明する。樹脂フィルムの性質は、ガラス転移点・チクソ性・粘度など各種物理定数とパッケージ形成の関係を調査した結果、フィルム→流動樹脂→熱硬化という状態変化では「ずり粘度」と「フロー量」が有効であることが分かった。「ずり粘度」はフィルム状の樹脂を２枚の平板ではさみ、一方の平板にモーメントを加えて回転のずりを発生させ、この運動で発生する力を計測する。ずり粘度の値が大きいと、フィルムが溶けて電子部品と基板の隙間に流れ込みにくく、中空部分を安定して作ることが出来る。しかしずり粘度が大きすぎると、溶けて基板に貼り付き剥がれ落ちなくなり、密着度が悪くなる。ある程度緩い粘り気でなければ、ミクロな隙間が発生してパッケージの気密性を低下させるからである。
【００３０】
この上限を抑える指標が「フロー量」になる。フロー量は定められた面積のフィルムを平板に挟んで潰したときに、初期の形状から変形してはみ出した距離を測定したものである。フロー量の小さいフィルムは、中空部分を形成した後でパッケージの気密性が劣ることが分かっている。気密性はパッケージを特殊な液体に入れて中への浸み込みを観察することで判断する。この蛍光Ｘ線浸漬による評価では、フロー量が１００μｍ以上で十分な気密性が保たれていることが分かった。したがって、完全な中空状態とパッケージ強度を確保するためには、１５０ｋＰａ・ｓ以上のずり粘度で、１００μｍ以上のフロー量を持ったフィルム樹脂を使う必要がある。ずり粘度およびフロー量の適域を示すグラフを図５に示す。
【００３１】
また、樹脂フィルム１５の厚みについては、大き過ぎると、電子部品１３どうしの間隔が狭い場合や電子部品１３の厚みが大きい場合に、当該電子部品１３を容易に覆えなくなる。逆に樹脂フィルム１５の厚みが小さ過ぎると、破れ易くなる。かかる観点から、例えば、電子部品１３の厚みが０．５〜１ｍｍ程度の場合、樹脂フィルム１５の厚みは０．１５ｍｍ程度であることが好ましい。
【００３２】
ところで、図７に示す特許文献２に記載された電子装置においては、基板２０１上に、バンプ２０２を用いたフリップ・チップ技術により電子部品２０３がマウントされている。基板２０１上のバンプ２０２周辺には樹脂層２０４が形成されている。さらに電子部品２０３および樹脂層２０４を覆うように樹脂層２０５が形成されている。樹脂層２０５の粘度は、樹脂層２０４のそれよりも小さい。この電子装置においては、相対的に粘度の高い樹脂層２０４が壁となって、電子部品２０３の電極部分と基板２０１との間隙２０６を気密封止している。この樹脂層２０４が配置されているため、後から流し込まれる粘度の低い樹脂（樹脂層２０５を構成する樹脂）が間隙２０６に入り込まず、気密状態を維持できる。
【００３３】
このようにフィルム状合成樹脂の替わりに粘度の高い樹脂層２０４を気密封止の壁として設ける構造では、特別な微細加工が無く樹脂の塗布についても特殊な加工機械を必要としない。しかし間隙２０６を気密封止するためには、樹脂層２０４が、当該間隙２０６に流れ込まない適当な硬さと、完全にシールするための密着性を発揮する適当な軟らかさとを有していることが必要である。これは樹脂層２０４の特性と塗布条件に強く依存し、安定して気密封止を実現する条件設定は非常に難しい。さらに、特性の異なる２種類の熱硬化樹脂を組立工程に使用すると、比較的１個当りの作業時間が長い上に、温度管理の厳格な樹脂硬化（キュア）作業が複数回発生し、加工のための手間が増大すると言う問題がある。
【００３４】
粘度の異なる２種類の熱硬化樹脂が作る気密封止状態が、素子と基板間の空間を安定的に確保することが難しいという問題点は、本実施形態においては、同じくフィルムの厚みと材料の性質、実装基板に押し付ける圧力と温度を特定することで解決されている。即ち、フィルムと実装基板の密着強度と、素子と基板間の空間の確保は製造条件でトレードオフの関係にある。フィルムを十分に軟化して密着を良くすると空間を塞ぐ心配があり、硬すぎれば密着強度が不足する。その最適条件を材料と加工方法で特定した。
【００３５】
以上述べたように、本実施形態によれば、一度に複数の電子装置を１枚の樹脂フィルムで覆うことで、短時間に大量の気密封止された電子装置を、安価な材料で作ることができる。また封止状態は、樹脂材料の特性、形状、組立条件を定めることで安定している。
【００３６】
本発明による電子装置およびその製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による電子装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明による電子装置の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、本発明による電子装置の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図４】複数の電子部品が実装された集合基板を示す平面図である。
【図５】樹脂フィルムのずり粘度およびフロー量の適域を示すグラフである。
【図６】従来の電子装置を示す断面図である。
【図７】従来の他の電子装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０    電子装置
１１    実装基板
１１ｃ    集合基板
１２    接続電極
１３    電子部品
１５    樹脂フィルム
１６    空間
１７    外装樹脂
３１    孔
４１    エポキシ系樹脂
９０    冶具
【図１】
2008108782.tif 000003
【図２】
2008108782.tif 000004
【図３】
2008108782.tif 000005
【図４】
2008108782.tif 000006
【図５】
2008108782.tif 000007
【図６】
2008108782.tif 000008
【図７】
2008108782.tif 000009