(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性パッドが形成された基板と、前記導電性パッドに外部端子が接続するようフリップチップ実装されたチップと、一端側が開放され他端側が閉じられた筒状体であり、前記チップを覆うように前記一端側の周辺部を前記基板に接着させて真空封止するキャップとを具備し、前記キャップの前記他端側は、前記キャップを真空中で前記基板に接着させた後に大気圧下に移した時の圧力差によって内側に撓んだ状態となり、この撓みによって前記チップを押圧してこれを前記基板に固定することを特徴とする真空封止型モジュール。
【請求項２】
前記チップの裏面には凹部が形成されており、前記キャップの撓み部分の頂部と前記凹部が合わさることで、前記凹部を基準として前記チップの位置決めがなされていることを特徴とする請求項１記載の真空封止型モジュール。
【請求項３】
前記基板の前記キャップで覆われた領域の中央部には光学レンズを有しており、前記光学レンズの光軸に対する前記チップの位置決めを、前記キャップの撓み部分の頂部と前記チップの前記凹部との位置決めで、行うことを特徴とする請求項２記載の真空封止型モジュール。
【請求項４】
導電性パッドが形成された基板に、当該導電性パッドに外部端子が接続するように、チップをフリップチップ実装する工程と、一端側が開放され他端側が閉じられた筒状体であるキャップを、前記チップを覆うように、前記一端側の周辺部を前記基板に接着させて真空封止する工程とを具備し、前記キャップの前記他端側は、前記キャップを真空中で前記基板に接着させた後に大気圧下に移した時の圧力差によって内側に撓んだ状態となり、撓み力によって前記チップを前記基板に押圧してこれを当該基板に固定することを特徴とする真空封止型モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサや音叉型の水晶振動子等の真空実装が必要な半導体チップ（以下、チップという）を収納する真空封止型モジュール及び当該モジュール内においてチップを固定する製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の真空封止型モジュールである。このモジュールは、配線パターンが形成された基板１００と、基板１００に固定され、赤外線センサなどが形成されたシリコン半導体からなるチップ１０１と、チップ１０１を真空封止するキャップ１０４とを備えている。チップ１０１は、銀ペーストなどに代表される樹脂系接着剤１０２によって基板１００に固定され、チップ１０１内部の回路は、ボンデイングワイヤ１０３によって、真空封止型モジュールの外部端子である導電性パッド（図示しない）に接続されている。
【０００３】
特許文献１は、真空封止型モジュールに赤外線センサを封止する技術が開示されている。即ち、チップを覆うキャップの内側面にガスを吸着除去するゲッターを取り付ける領域を十分に確保することを特徴とするものである。赤外線センサは、窓部が形成された半導体基板と、窓部を塞ぐようにして半導体基板に取り付けられ、赤外線を透過するレンズと、赤外線を検出可能な検出面を窓部の側に向けるようにして、電気的に接続した状態で半導体基板に取り付けられたセンサチップと、該センサチップを覆うキャップと、該キャップの内側面に設けられ、キャップと半導体基板とレンズとによって包囲される空間の真空度を低下させるガスを吸着して除去するゲッターとを備えるものである。
【０００４】
特許文献２には、真空封止型モジュールに表面波素子を封止する技術が開示されている。即ち、弾性表面波装置の表面実装化を容易にし、表面波素子支持構造の簡素化、装置製造工程の簡略化、装置の高性能化、高品質化、小型化、コスト低減化を図った弾性表面波装置を提供する。圧電性基板上に交叉指状電極（ＩＤＴ）を形成した表面波素子（チップ）を、表面実装容器の底面とＩＤＴ形成面とが向かい合うように配置する。このとき、これら両者間に、伸縮性を有する導電性パッドを介在させて挾み込み、電気的導通を得る。さらに、絞り加工したキャップによってチップに押付け力を与えた状態で、このキャップを容器に溶接接続し、容器を気密封止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１９７３３５号公報
【０００６】
【特許文献２】特開平７−１５４１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した従来例において、図６に示すように、チップ１０１は、樹脂系接着剤１０２によって、基板１００に固定されている。このような接着剤は、アウトガスを発生し、真空度の維持が困難であるという問題があった。また、チップ１０１を接着剤１０２で固定するためのダイボンデイング工程やチップ１０１と基板１００との電気的導通を得るためのワイヤボンデイング工程などが必要であり、製造工程が煩雑になるという問題があった。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、内部を必要とする真空度に容易に達成し、これを維持することができる真空封止型モジュール及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の真空封止型モジュールの一態様は、導電性パッドが形成された基板と、前記導電性パッドに外部端子が接続するようフリップチップ実装されたチップと、一端側が開放され他端側が閉じられた筒状体であり、前記チップを覆うように前記一端側の周辺部を前記基板に接着させて真空封止するキャップとを具備し、前記キャップの前記他端側は、前記キャップを真空中で前記基板に接着させたのちに大気圧下に移した時の圧力差によって内側にたわんだ状態となり前記センサ素子に押圧をかけていることを特徴としている。前記素子チップの裏面には凹部が形成されており、前記キャップのたわみ部分の頂部と前記凹部が合わさることで、前記凹部を基準として前記素子チップの位置決めがなされているようにしても良い。前記基板の前記キャップで覆われた領域の中央部には光学レンズを有しており、前記光学レンズの光軸に対する前記素子チップの位置決めを、前記キャップのたわみ部分の頂部と前記素子チップの前記凹部との位置決めにより行うようにしても良い。
【０００９】
また、本発明の真空封止型パッケージの製造方法の一態様は、導電性パッドが形成された基板に、当該導電性パッドに外部端子が接続するように、チップをフリップチップ実装する工程と、一端側が開放され他端側が閉じられた筒状体であるキャップを、前記チップを覆うように、前記一端側の周辺部を前記基板に接着させて真空封止する工程とを具備し、前記キャップの前記他端側は、前記キャップを真空中で前記基板に接着させた後に大気圧下に移した時の圧力差によって内側に撓んだ状態となり前記チップに押圧をかけてこれを前記基板に固定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、真空封止型モジュールの内部を必要とする１Ｐａ程度の真空度に容易に達成することができ、且つこの真空度を長期に渡って維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１に係る真空封止型モジュールの断面図。
【図２】図１のチップを固定する前の状態を示す真空封止型モジュール断面図。
【図３】図１に示す真空封止型モジュールの詳細を説明する断面図（ａ）及び平面図（ｂ）。
【図４】実施例２に係る真空封止型モジュールの断面図。
【図５】実施例３に係る真空封止型モジュールの断面図。
【図６】従来の真空封止型モジュールの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１乃至図３を参照して実施例１を説明する。
この実施例における真空封止型モジュールに搭載されるチップには、例えば、赤外線センサが形成されている。
この真空封止型モジュールは、図１に示されるように、導電性パッドが形成された基板２と、前記導電性パッドに外部端子３が接続するようフリップチップ実装されたチップ１と、一端側が開放され他端側４１が閉じられた筒状体であり、チップ１を覆うように前記一端側の周辺部を基板２に接着させて真空封止するキャップ４とを有している。キャップ４の他端側４１（閉じられた側）は、キャップ４を真空中で基板２に接着させた後に大気圧下に移した時の圧力差によって内側に撓んだ状態となり、この撓みによってチップ１を押圧してこれを基板２に固定する。この撓んだ状態の部分を撓み部４２という。
【００１４】
図３に示すように、真空封止されたモジュールは、チップ１の外部端子であるバンプ３が基板２の表面に形成された導電性パッド２３にフリップチップ接続されて、両者の電気的接合が行われる。そして、基板２の裏面には外部接続端子２１が設けられている。この外部接続端子２１は、基板２の内部に形成された内部配線２２によって導電性パッド２３と電気的に接続される。
【００１５】
また、チップ１は、キャップ４他端の閉じられた側４１の、モジュールの製造工程中に生じた圧力差によって形成された撓み部４２によって押圧されて基板２に固定される。
基板２に取り付けられるキャップ４は、上面から見て四辺形であり、チップ１は略同形の四辺形状である。チップ１を固定する撓み部４２は、キャップ４の前記四辺形の対角線６の交点がその最深部５となる。したがって、撓み部４２の押圧力を有効に利用するには、チップ１の中心部を最深部５に位置合わせをするのが最適である。キャップは、円筒状など他の形状でも良く、また、金属製でも良い。
【００１６】
次に、この実施例における真空封止型モジュールの製造方法を説明する。導電性パッド２３をガラスなどの基板４に形成し、この導電性パッド２３にバンプ（外部端子）３が接続するように、例えば、シリコンなどのチップ１をフリップチップ実装する。この工程は、通常の大気圧下で行う。次の工程で、一端側が開放され他端側４１が閉じられた筒状体のキャップ４を、チップ１を覆うようにして、キャップ４の一端側の周辺部を基板２に接着させて真空封止する。シリコンなどのキャップ４を基板２に接着する工程は、真空中で行われ、さらに次の工程で、キャップ４を真空中から大気圧下に移す。この時の圧力差によってキャップ４の他端側４１は、内側に撓んだ状態となり、チップ１は押圧されて基板２に固定される。
【００１７】
図２は、モジュールが真空中に置かれて、キャップ４を基板１に接合する工程を終えた状態を示している。これを大気圧下に移動させると、図３のようにキャップ４の他端側４１は、圧力差によって撓む。このような、圧力差を正確にチップ１を固定する力に変換するには、キャップ４の側面は倒れず動かないようにし、他端側４１から基板２の主面までの高さ（ａ）、他端側４１の厚さ（ｂ）、他端側４１からチップ１の裏面までの距離（ｃ）を適宜な値に設定すれば、図３に示すように撓み部４２の最深部５（ｄ）の深さを適切な値にすることができる。
【００１８】
この実施例では、基板２とキャップ４とを接続する手段として、陽極接合を利用することができる。ガラスと、結晶異方性エッチングを行ったシリコン基板の研磨面を重ねて加熱しながら電圧を掛けると、共有結合による強い接合ができる、というのが陽極結合である。
以上のように、チップは、基板に実装するために接着剤を用いないので、真空封止型モジュールの内部を必要とする真空度に容易に達成することができ、且つこの真空度を長期に渡って維持することができる。また、キャップからのチップの放熱が効率的に可能になる。
【実施例２】
【００１９】
次に、図４を参照して実施例２を説明する。
この実施例は、チップの形状に特徴がある。モジュールは、実施例１と同様に、導電性パッドが形成された基板２と、前記導電性パッドに外部端子３が接続するようフリップチップ実装されたチップ１と、一端側が開放され他端側４１が閉じられた筒状体であり、チップ１を覆うように前記一端側の周辺部を基板２に接着させて真空封止するキャップ４とを有している。他端側４１は、キャップ４を真空中で基板２に接着させた後に大気圧下に移した時の圧力差によって内側に撓んだ状態となり、この撓みによってチップ１を押圧してこれを基板２に固定する。フリップチップ実装は、通常の大気圧下で行い、次工程のキャップを基板に接続する工程は、真空封止装置内で行われる。
【００２０】
この実施例では、チップ１の裏面に撓み部４２と略相似の凹部１１が形成されている。そして、大気圧との圧力差によって生じたキャップ撓み部４２の頂部８とこの凹部１１の最深部１２が合わさることで、凹部１１を基準としてセルフアライメント効果によるチップ１の位置決めを行うことが可能である。
【実施例３】
【００２１】
次に、図５を参照して実施例３を説明する。
この実施例は、実施例２において用いられたチップを使用して赤外線センサとした構成に特徴がある。
モジュールは、実施例２と同様に、導電性パッドが形成された基板２と、前記導電性パッドに外部端子３が接続するようフリップチップ実装されたチップ１と、一端側が開放され他端側４１が閉じられた筒状体であり、チップ１を覆うように前記一端側の周辺部を基板２に接着させて真空封止するキャップ４とを有している。他端側４１は、キャップ４を真空中で基板２に接着させた後に大気圧下に移した時の圧力差によって内側に撓んだ状態となり、この撓みによってチップ１を押圧してこれを基板２に固定する。フリップチップ実装は、通常の大気圧下で行い、次の工程のキャップを基板に接着する工程は、真空装置内で行われる。
【００２２】
この実施例では、チップ１の裏面に撓み部４２と略相似の凹部が形成されている。そして、大気圧との圧力差によって生じたキャップ撓み部４２の頂部８とこの凹部の最深部が合わさることで、この凹部を基準としてセルフアライメント効果によるチップ１の位置決めを行うことが可能である。
また、この実施例では、基板２に窓部２１を有し、この窓部２１を覆うようにレンズ７が形成されている。基板２は、ガラスを素材とする。半導体パッケージに通常用いられるアルミナなどを用いても良い。窓部２１は、基板２の中央部を貫通して赤外線を導入するように構成されている。レンズ７は、赤外線を集光するためにあり、カルコゲナイドガラス、ゲルマニウム、シリコン、硫化亜鉛を素材に用いることができる。
【００２３】
レンズ７は、中心を通る線（光軸）がチップ１の中心を通るように、しかも、その焦点距離がチップ１までの距離と等しくなるように配置される。チップ１は、外部からの光エネルギーを熱エネルギーに変換することによって赤外線を検出するものである。キャップ４は、チップ１を真空封止するためにある。
以上、この実施例では、基板のキャップで覆われた領域の中央部には光学レンズを有しており、光学レンズの光軸に対するチップの位置決めを、キャップの撓み部の頂部とチップ裏面の凹部との位置決めで、行うことが可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１・・・チップ（半導体基板）
２・・・基板
３・・・バンプ（外部端子）
４・・・キャップ
５・・・撓み部の最深部
６・・・対角線
７・・・光学レンズ
８・・・撓み部の頂部
１１・・・凹部
１２・・・凹部の最深部
２１・・・外部接続端子
２２・・・内部配線
２３・・・導電性パッド
４１・・・キャップの他端側
４２・・・キャップの撓み部
【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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