JP2004087784A - Spherical semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spherical semiconductor device that can secure an etching performance and, in addition, the strength of a structural film through a small number of steps, and to provide a method of manufacturing the device. <P>SOLUTION: The spherical semiconductor device has a spherical semiconductor which is provided on a wiring board and electrically connected to the board and an outer shell section surrounding the semiconductor. The outer shell section has the structural film 20 and the film 20 is formed by thermally compressing a mixture of the spherical particles 20a and hollow porous spherical particles 20b of a synthetic resin. The hollow porous spherical particles 20b have through holes 20g communicating with the internal spaces 20h of hollow spherical bodies 20f to the outside in the spherical bodies 20f and are higher in hardness and melting temperature than the spherical particles 20a. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、球形状の球状半導体と、この球状半導体の周囲を囲む外殻部とを有する球状半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のものとしては、特開２０００−３４３４６３号公報に記載されたようなものがある。これは、球状半導体である球体の外側に所定の間隙を持って球殻部が設けられることにより球体センサ型計測装置が構成されている。
【０００３】
その球殻部には、外周部に熱硬化性樹脂により形成された構造膜が設けられ、この球殻部を球体の周囲に犠牲膜を介して設けた後に、その球殻部に多数の微細な孔を形成して、これらの孔を介してガスを導入して犠牲膜をエッチングするようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のものにあっては、熱硬化性樹脂を塗布して硬化させて球殻部の構造膜を形成した後に、別行程で犠牲膜のエッチング用の微小孔を形成するようにしていることから、微小孔を形成するための行程が増加すると共に、微細な孔が一部にしか形成されていないと、ガスを良好に導入できず、エッチング性能が低下する虞がある。また、球状半導体の周囲を覆う構造膜の強度を確保する必要もある。
【０００５】
そこで、この発明は、少ない工程数で、エッチング性能を確保でき、且つ、構造膜の強度を確保できる球状半導体装置及びその製造方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、配線基板上に配設されて電気的に接続される球形状の球状半導体と、該球状半導体の周囲を囲む外殻部とを有する球状半導体装置において、前記外殻部は、構造膜を有し、該構造膜は、合成樹脂製の球状粒子と、中空多孔球状粒子とが混合されて熱圧縮されることにより成形され、該中空多孔球状粒子は、中空の球状体に、内部空間と外部とを連通させる複数の貫通孔が形成され、前記球状粒子より硬度と溶融温度が高いものである球状半導体装置としたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成に加え、前記球状粒子は、熱圧縮されることにより、前記中空多孔球状粒子の貫通孔に、食い込んでいることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の球状半導体装置の製造方法において、前記球状半導体の周囲に犠牲膜を設け、該犠牲膜の周囲に前記外殻部の電極，絶縁膜，電極パターンを設けると共に、該球状半導体を前記配線基板上に電気的に接続して配設し、その後、該配線基板上に前記球状半導体が配設されたものを、成型用型枠内にセットし、該成形用型枠内で前記電極パターンの周囲に、合成樹脂製の球状粒子と中空多孔球状粒子との混合粒子を充填し、しかる後、該混合粒子を熱圧縮することにより、前記球状半導体の周囲を覆う構造膜を形成し、該構造膜は、外部から前記電路パターンまで連通する微細な孔を形成し、該孔を介してガスを導入して前記犠牲膜をエッチングにより除去した球状半導体装置の製造方法としたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１乃至図１４には、この発明の実施の形態を示す。
【００１１】
まず構成を説明すると、図中符号１１は球状半導体装置で、図示省略の回路が形成された「配線基板」としてのガラス配線基板１２と、このガラス配線基板１２上に電気的に接続されて配設された球状半導体１３と、この球状半導体１３の周囲を囲む外殻部１４とを有しており、この球状半導体装置１１は様々な用途及び分野に適用することができる。
【００１２】
例えば、球状半導体１３を浮上させた浮上球体型計測装置の例として、加速度計、ジャイロ等があり、球状半導体１３を浮上させない非浮上球体型計測装置の例として、傾斜計等がある。
【００１３】
その球状半導体１３の外径は直径数ミリメートル以下（例えば１ｍｍ）であり、外殻部１４の球状内面の内径より僅かに小さく、球状半導体１３と外殻部１４の球状内面との間には、数μｍ程度の間隙１５が形成される（図１参照）。
【００１４】
この間隙１５は、密閉空間又は開放空間であり、真空であっても良いが、適当な不活性ガス又は液体が充填されていても良い。
【００１５】
その外殻部１４は、最も内側に複数の電極１７が設けられ、この外側に絶縁膜１８が設けられ、この絶縁膜１８の外側にそれら電極１７に所定の位置関係で接続された電路パターン１９が設けられ、さらにこの電路パターン１９の外側に構造膜２０が設けられている。
【００１６】
そして、この外殻部１４の下部には、複数のバンプ２１が設けられ、これらバンプ２１が電路パターン１９に接続されて、構造膜２０の外側に突出し、これらバンプ２１がガラス配線基板１２に熱融着されて実装されている。
【００１７】
それら電極１７及び電路パターン１９は、導電体、例えば金属膜によって形成され、絶縁膜１８は、絶縁体、例えば、二酸化ケイ素ＳｉＯ_２によって形成されている。
【００１８】
また、構造膜２０は、絶縁体、例えば熱可塑性樹脂により形成され、微細な多数の孔を有している。そして、この構造膜２０は、所定の強度を有し、外殻部１４の形状を保持すると共に、内側の構成部材（球状半導体１２等）を保護する保護膜として機能している。
【００１９】
その構造膜２０は、図１に示すように、球体又は粉体の多数の球状粒子２０ａと中空多孔球状粒子２０ｂとの混合粒子が熱圧縮されることにより形成され、合成樹脂製で、球状半導体１３の周囲を覆う山形埋設部２０ｃと、この山形埋設部２０ｃの麓から周囲に延長されてガラス配線基板１２上に接着される周囲接着部２０ｄとを有している。
【００２０】
その山形埋設部２０ｃは、頂上がＲ形状の略円錐形状を呈し、この山形埋設部２０ｃの頂上までの傾斜面２０ｅは、４５°±１５°の傾斜角αを有しており、各球状粒子２０ａ，２０ｂにより各粒子２０ａ，２０ｂ間に微細な孔が形成され、これらの孔により、外部から電路パターン１９までガス通路が連通するように構成されている。
【００２１】
また、周囲接着部２０ｄは、山形埋設部２０ｃの麓から周囲に延長されてガラス配線基板１２上に略同じ厚みで設けられ、上面が押圧方向Ｐに対して垂直となっている（図１及び図１４参照）。
【００２２】
その球状粒子２０ａは直径４μｍ程度のアクリル樹脂製であり、又、中空多孔球状粒子２０ｂは、直径４μｍ程度の架橋アクリル樹脂製で、図３（ａ），（ｂ）に示すように、中空の球状体２０ｆに、内部空間２０ｈと外部とを連通させる多数の貫通孔２０ｇが形成され、球状粒子２０ａより硬度及び溶融温度が高く、変形し難くなっている。なお、その中空多孔球状粒子２０ｂは、ガラス、シリカ、セラミック等により形成することもできる。
【００２３】
次に、かかる球状半導体装置１１の製造工程について説明する。
【００２４】
図２に示すように、多結晶又は単結晶のケイ素Ｓｉ、好ましくは単結晶ケイ素Ｓｉからなる球体１３ａを用意し、その表面に導電体膜１３ｂ、例えば金属膜を形成する。この導電体膜１３ｂは例えば化学蒸着法（ＣＶＤ）により形成される。
【００２５】
次いで、このように形成された球状半導体１３の表面にケイ素Ｓｉからなる犠牲膜１６を例えば化学蒸着法（ＣＶＤ）により形成する。この犠牲膜１６は後工程で除去されることにより、間隙１５が形成される。
【００２６】
その後、この犠牲膜１６の周囲に金属膜である導電体膜を全面的に形成した後、エッチングにより、この導電体膜に電極パターン溝を形成することにより、所定の位置に電極１７を形成する。
【００２７】
次に、この周囲の全面に渡って絶縁膜１８を形成する。この絶縁膜１８は、例えば二酸化ケイ素ＳｉＯ_２の膜を全面に化学蒸着法（ＣＶＤ）により形成し、エッチングにより、所定位置に溝を形成する。この溝の位置では、電極１７が外部に露出することとなる。
【００２８】
そして、この絶縁膜１８の周囲に電路パターン１９を形成することにより、この電路パターン１９と電極１７とが絶縁膜１８の溝を介して接続されることとなる。
【００２９】
さらに、この電路パターン１９に半田等からなるバンプ２１を設けた後、このバンプ２１をガラス配線基板１２上に熱融着する。
【００３０】
この状態で、電路パターン１９，絶縁膜１８及び電極１７には、外部から犠牲膜１６まで貫通する多数の微細な孔を形成しておく。
【００３１】
次に、この周囲に構造膜２０を成形する場合について説明する。
【００３２】
まず、図２，図４に示すように、球体１３ａの周囲に電路パターン１９まで形成され、ガラス配線基板１２上に配置された中間品を、図５に示すように、下型２４上にセットすると共に、上型２５を下降させて、図６に示すように、ガラス配線基板１２の周囲を押さえる。
【００３３】
この上型２５には、開口部２５ａが形成されて、この開口部２５ａ内に、球体１３ａ及びその周囲（構造膜２０が形成される範囲）が位置している。換言すれば、球状半導体１３及びその周囲（構造膜２０が形成される範囲）が露出している。
【００３４】
そして、この上型２５は、球状粒子２０ａを軟化させるために一定の温度に昇温されている。
【００３５】
その後、図７に示すように、球状粒子２０ａと中空多孔球状粒子２０ｂをそれぞれ所定量混合させた状態で、上型２５の開口部２５ａから、球状半導体１３等に周囲に投入する。この投入状態では、球状粒子２０ａ及び中空多孔球状粒子２０ｂよりも、球状半導体１３の上部側が上方に露出している。
【００３６】
ここでは、中空多孔球状粒子２０ｂは、粒子２０ａ，２０ｂ全体の２０％程度混入されている。
【００３７】
次いで、その筒状の開口部２５ａに、「押圧駒」である押圧ピン２６を挿入して下降させる（図８参照）。その押圧ピン２６は、構造膜２０の山形埋設部２０ｃを形成するための山形凹部２６ａと、構造膜２０の周囲接着部２０ｄを形成するための周囲押圧部２６ｂとを有している。この押圧ピン２６も、球状粒子２０ａを軟化させるために一定温度に昇温されている。
【００３８】
そして、この押圧ピン２６により、図９に示す状態から球状粒子２０ａと中空多孔球状粒子２０ｂとの混合粒子を押して、これら混合粒子２０ａ，２０ｂに圧力を加えるのに伴って、これら微細粒子は液体と略同様の挙動を示し、各粒子２０ａ，２０ｂが低負荷側、つまり、押圧ピン２６の山形凹部２６ａ内側に移動し始める。厳密には、粒子間摩擦の存在により、液体ほど負荷が均一にはならない。これにより、その山形凹部２６ａ内に、図１０に示すように、流動した粒子２０ａ，２０ｂが移動して充填されることとなる。
【００３９】
この図１０に示す状態において、一定圧力、一定温度で、一定時間保持することで、球状粒子２０ａの可塑化が進行し、図３の（ａ）から（ｂ）に示すように、粒子２０ａ，２０ｂの互いに接触した部分が熱融着し、多数の微細な孔が形成された状態で、各粒子２０ａ，２０ｂが固着される。そして、必要箇所が可塑化及び多孔化状態になった時点で、図１１に示すように、押圧ピン２６及び上型２５を上昇させ、構造膜２０が形成された中間品を下型２４から取り出す。
【００４０】
この状態で、周囲接着部２０ｄは可塑化され、ガラス配線基板１２に固着される一方、山形埋設部２０ｃは、多孔化状態であるため、ガス透過が可能となっている。
【００４１】
次いで、成形用型２４，２５を外した後、外部からエッチング気体（例えば二フッ化キセノンＸｅＦ_２）を微小孔を介して導入することにより、犠牲膜１６を除去する。
【００４２】
この気相エッチングでは、除去する犠牲膜１６の材料とそれに最適なエッチング気体の選択が重要である。ここでは、犠牲膜１６にケイ素が使用され、エッチング気体として二フッ化キセノンＸｅＦ_２が使用される。この他にエッチング気体の二フッ化キセノンで除去できる犠牲膜１６の材料として、タングステン、チタン等も使用できる。
【００４３】
このようなものにあっては、合成樹脂の粒子２０ａ，２０ｂを投入した後、熱圧縮するだけで、所定の強度を有し、微細な孔が略球面全体に形成された多孔質の構造膜２０を容易に形成できるため、従来のように別途、微細孔を形成する作業が必要なく、外殻部１４を容易に成形できると共に、略球面全体の孔からガスを導入できるため犠牲膜１６のエッチング性能が向上することとなる。
【００４４】
また、押圧ピン２６による押圧時には、山形埋設部２０ｃに、図１３に示すように、傾斜面２０ｅが形成されているため、押圧力が矢印Ｐ１，Ｐ２に示すように分散されて、各粒子２０ａ，２０ｂを押圧する押圧力Ｐ１が小さくなる。このため、粒子２０ａの変形が小さく、熱伝達が遅く、可塑化の進行が遅くなる。
【００４５】
これに対して、周囲接着部２０ｄでは、ガラス配線基板１２上に略同じ厚みで設けられ、上面が押圧力Ｐの押圧方向と垂直な面となっているため、圧力が分散されることなく、図１４に示すように、大きな押圧力Ｐが直接粒子２０ａ，２０ｂに加わるため、粒子２０ａの変形が大きく、熱伝達が早く、可塑化の進行が早くなる。
【００４６】
従って、周囲接着部２０ｄは充分可塑化されて接着力が確保された状態となる一方、山形埋設部２０ｃでは、可塑化が遅れているため、多孔化状態とすることができ、ガス透過が可能となると同時に、各粒子２０ａ，２０ｂ間の接合強度を確保できて、各粒子２０ａ，２０ｂが分離するのを防止できる。
【００４７】
さらに、その山形埋設部２０ｃは、略円錐形状を呈しているため、傾斜面２０ｅに作用する圧力は、各カ所において一定であることから、可塑化も一定にでき、広範囲に均等な多孔状態を形成できる。しかも、各粒子２０ａ，２０ｂの融着強度も均等にでき、外力負荷に対して形状を維持する強度を確保することができる。
【００４８】
しかも、山形埋設部２０ｃは、頂上までの傾斜面２０ｅが４５°±１５°の傾斜角αを有しているため、所定の強度の多孔質体をより形成し易い。
【００４９】
さらにまた、球状粒子２０ａと中空多孔球状粒子２０ｂとを混合させたものを熱圧縮させて構造膜２０を形成することにより、以下のような利点がある。
【００５０】
すなわち、球状粒子２０ａのみの状態では、低圧力時には、図３の（ｃ）に示すように、粒子間の接合面積が狭く、温度の伝達率が低い。従って、粒子間の接合強度が低く、強度不足であるが、粒子間の空間が広いため、ガス透過性が良好である。
【００５１】
また、高圧力時には、図３の（ｄ）に示すように、粒子間の接合面積が広く、温度の伝達率が高い。従って、粒子間の接合強度が高いが、粒子間の空間が狭く、ガス透過性が悪い。
【００５２】
これに対して、球状粒子２０ａと中空多孔球状粒子２０ｂとを混合した状態では、低圧力時には、図３の（ａ）に示すように、粒子間の接合面積が狭く、温度の伝達率が低い。従って、粒子間の接合強度が低く、強度不足であるが、中空多孔球状粒子２０ｂの存在により、粒子間の空間が非常に広いため、ガス透過性が最も良い状態となっている。
【００５３】
また、高圧力時には、図３の（ｂ）に示すように、粒子間の接合面積が広く、温度の伝達率が高い。従って、粒子間の接合強度が高い。粒子間の空間は狭くなるが、中空多孔球状粒子２０ｂの存在により、ガス透過性が確保される。しかも、中空多孔球状粒子２０ｂの多数の貫通孔２０ｇに、球状粒子２０ａが食い込むため、強度が更に向上することとなる。従って、高圧力にて熱圧縮することにより、粒子間の接合強度を高くできると同時に、ガス透過性も確保できる。
【００５４】
すなわち、球状粒子２０ａに中空多孔球状粒子２０ｂを混入させることにより、▲１▼温度、圧力が一定の成形条件で、広い範囲の加熱時間内で多孔性が確認され、▲２▼外圧に対する強度が向上し、更に、▲３▼ガラス配線基板１２に対する周囲接着部２０ｄの接合力が増加するという、以上３つの利点が発生する。
【００５５】
上記▲１▼の理由としては、中空多孔球状粒子２０ｂの多孔構造により、球状粒子２０ａの溶融度が高い状態（長時間の加熱）まで、ガス透過性を確保できることによる。
【００５６】
▲２▼の理由としては、粒子２０ａ，２０ｂへの圧力が均一になることで、熱伝達時間が同等となり、粒子間の固着状態が同等に進行するため、均一の多孔状態を得ることができ、山形埋設部２０ｃの強度ばらつきが少なく強度が向上する。また、中空多孔球状粒子２０ｂは球状粒子２０ａより溶融温度と硬度が高いため、圧力と温度により、球状粒子２０ａが変形しても、中空多孔球状粒子２０ｂは変形しない。そのため、一定の圧力と温度を加えると、接合面積が増加すると共に、中空多孔球状粒子２０ｂの貫通孔２０ｇへの球状粒子２０ａの食い込みが発生し、粒子間の接合強度が向上することとなるためである。
【００５７】
▲３▼の理由としては、中空多孔球状粒子２０ｂが混入されていないものより、押圧力等を大きくすることができ、特に、周囲接着部２０ｄとガラス配線基板１２との接合面積が増加し、外力による、構造膜２０の離脱や剥がれ等を防止できるためである。
【００５８】
なお、上記実施の形態では、構造膜２０が山形埋設部２０ｃ及び周囲接着部２０ｄを有しているが、これに限らず、球状半導体を覆うものであれば、構造膜は如何なる形状でも良い。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載された発明によれば、配線基板上に配設されて電気的に接続される球形状の球状半導体と、球状半導体の周囲を囲む外殻部とを有する球状半導体装置において、外殻部は、構造膜を有し、構造膜は、合成樹脂製の球状粒子と、中空多孔球状粒子とが混合されて熱圧縮されることにより成形され、中空多孔球状粒子は、中空の球状体に、内部空間と外部とを連通させる複数の貫通孔が形成され、球状粒子より硬度と溶融温度が高いものであるため、中空多孔球状粒子により、ガス流通性を確保できると共に、球状粒子の可塑化を進行させることにより、構造膜の強度をより向上させることができる。
【００６０】
請求項２に記載された発明によれば、球状粒子が熱圧縮されることにより、中空多孔球状粒子の貫通孔に食い込むため、構造膜の強度を一層向上させることができる。
【００６１】
請求項３に記載された発明によれば、請求項１又は２に記載の球状半導体装置を容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る球状半導体装置の断面図である。
【図２】同実施の形態に係るガラス配線基板に球状半導体を取り付けた状態を示す断面図である。
【図３】同実施の形態に係る球状粒子と中空多孔球状粒子を示す拡大断面図で、（ａ）は熱圧縮前の状態、（ｂ）は熱圧縮後の状態を示す断面図である。
【図４】同実施の形態に係るガラス配線基板に球状半導体を取り付けた状態を示す概略図である。
【図５】同実施の形態に係る図４のものを上型と下型との間にセットする前の状態を示す断面図である。
【図６】同実施の形態に係る図４のものを上型と下型との間にセットした状態を示す断面図である。
【図７】同実施の形態に係る図６の状態から球状粒子と中空多孔球状粒子の混合物を投入した状態を示す断面図である。
【図８】同実施の形態に係る図７の状態から上型の空間部に押圧ピンを挿入した状態を示す断面図である。
【図９】同実施の形態に係る図８の状態から押圧ピンを下降させた、下降途中の状態を示す断面図である。
【図１０】同実施の形態に係る図９に示す状態から押圧ピンを更に下降させて、球状粒子を所定の押圧力で押圧している状態を示す断面図である。
【図１１】同実施の形態に係る図１０に示す状態から型開きした状態を示す断面図である。
【図１２】同実施の形態に係る図１１に示す状態から取り出された球状半導体装置を示す概略図である。
【図１３】同実施の形態に係る構造膜の山形埋設部の傾斜面を押圧している状態を示す説明図である。
【図１４】同実施の形態に係る構造膜の周囲接着部を押圧している状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１１　球状半導体装置
１２　ガラス配線基板（配線基板）
１３　球状半導体
１４　外殻部
１５　間隙
１６　犠牲膜
１７　電極
１８　絶縁膜
１９　電路パターン
２０　構造膜
２０ａ　球状粒子
２０ｂ　中空多孔球状粒子
２０ｃ　山形埋設部
２０ｄ　周囲接着部
２０ｅ　傾斜面
２０ｆ　球体
２０ｇ　貫通孔
２０ｈ　内部空間
２１　バンプ
２４　下型
２５　上型
２６　押圧ピン
２６ａ　山形凹部
２６ｂ　周囲押圧部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a spherical semiconductor device having a spherical semiconductor having a spherical shape and an outer shell surrounding the spherical semiconductor, and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
As this kind of conventional one, there is one described in JP-A-2000-343463. In this case, a spherical sensor type measuring device is configured by providing a spherical shell portion with a predetermined gap outside a spherical body which is a spherical semiconductor.
[0003]
The spherical shell portion is provided with a structural film formed of a thermosetting resin on the outer peripheral portion. After the spherical shell portion is provided around the sphere via a sacrificial film, a large number of fine particles are formed on the spherical shell portion. Such holes are formed, and a gas is introduced through these holes to etch the sacrificial film.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional device, a micro-hole for etching a sacrificial film is formed in a separate process after a thermosetting resin is applied and cured to form a structural film of a spherical shell portion. Therefore, if the process for forming the fine holes is increased, and if the fine holes are formed only partially, the gas cannot be satisfactorily introduced, and the etching performance may be deteriorated. It is also necessary to ensure the strength of the structural film covering the periphery of the spherical semiconductor.
[0005]
Therefore, the present invention provides a spherical semiconductor device capable of securing etching performance and securing the strength of a structural film with a small number of steps, and a method of manufacturing the same.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the invention according to claim 1 includes a spherical semiconductor which is provided on a wiring board and electrically connected thereto, and a shell surrounding the spherical semiconductor. In the spherical semiconductor device having, the outer shell portion has a structural film, and the structural film is formed by mixing a synthetic resin spherical particle and a hollow porous spherical particle and thermally compressing the mixture. The hollow porous spherical particles are characterized in that the hollow spherical body is formed with a plurality of through-holes communicating the internal space and the outside, and has a spherical semiconductor device having higher hardness and melting temperature than the spherical particles. I do.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the spherical particles bite into the through-holes of the hollow porous spherical particles by being thermally compressed.
[0008]
According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing a spherical semiconductor device according to the first or second aspect, a sacrificial film is provided around the spherical semiconductor, and the outer shell electrode and the insulating layer are provided around the sacrificial film. A film and an electrode pattern are provided, and the spherical semiconductor is electrically connected to and disposed on the wiring substrate. Thereafter, the spherical semiconductor disposed on the wiring substrate is placed in a mold for molding. Around the electrode pattern in the molding frame, filled with mixed particles of synthetic resin spherical particles and hollow porous spherical particles, and then, by thermally compressing the mixed particles, Forming a structural film covering the periphery of the spherical semiconductor, forming a fine hole communicating with the electric circuit pattern from the outside, and introducing a gas through the hole to remove the sacrificial film by etching; Method for manufacturing spherical semiconductor devices And wherein the door.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0010]
1 to 14 show an embodiment of the present invention.
[0011]
First, the configuration will be described. In the figure, reference numeral 11 denotes a spherical semiconductor device, a glass wiring board 12 as a “wiring board” on which a circuit (not shown) is formed, and a glass wiring board 12 which is electrically connected to the glass wiring board 12. The spherical semiconductor device 11 includes a provided spherical semiconductor 13 and an outer shell 14 surrounding the spherical semiconductor 13. The spherical semiconductor device 11 can be applied to various uses and fields.
[0012]
For example, there are an accelerometer, a gyro, and the like as examples of a floating sphere type measuring device in which the spherical semiconductor 13 is levitated, and an inclinometer and the like as an example of a non-floating sphere type measuring device in which the spherical semiconductor 13 is not levitated.
[0013]
The outer diameter of the spherical semiconductor 13 is several millimeters or less (for example, 1 mm) in diameter, slightly smaller than the inner diameter of the spherical inner surface of the outer shell portion 14, and between the spherical semiconductor 13 and the spherical inner surface of the outer shell portion 14, A gap 15 of about several μm is formed (see FIG. 1).
[0014]
The gap 15 is a closed space or an open space, and may be a vacuum, but may be filled with a suitable inert gas or liquid.
[0015]
The outer shell 14 is provided with a plurality of electrodes 17 on the innermost side, an insulating film 18 on the outer side, and an electric circuit pattern 19 connected to the electrodes 17 in a predetermined positional relationship on the outer side of the insulating film 18. Are provided, and a structural film 20 is provided outside the electric circuit pattern 19.
[0016]
A plurality of bumps 21 are provided below the outer shell portion 14, and these bumps 21 are connected to the electric circuit pattern 19 and protrude outside the structural film 20. Fused and mounted.
[0017]
The electrodes 17 and the electric circuit patterns 19 are formed of a conductor, for example, a metal film, and the insulating film 18 is formed of an insulator, for example, silicon dioxide SiO ₂ .
[0018]
The structural film 20 is formed of an insulator, for example, a thermoplastic resin, and has many fine holes. The structural film 20 has a predetermined strength, maintains the shape of the outer shell portion 14, and functions as a protective film for protecting the inner constituent members (such as the spherical semiconductor 12).
[0019]
As shown in FIG. 1, the structural film 20 is formed by heat-compressing a mixed particle of a large number of spherical particles 20a of a sphere or a powder and a hollow porous spherical particle 20b. 13 and a peripheral bonding portion 20 d extending from the foot of the mountain-shaped buried portion 20 c to the periphery and bonded to the glass wiring board 12.
[0020]
The mountain-shaped buried portion 20c has a substantially conical shape with an R-shaped top, and the inclined surface 20e up to the top of the mountain-shaped buried portion 20c has an inclination angle α of 45 ° ± 15 °. Fine holes are formed between the particles 20a and 20b by the holes 20a and 20b, and these holes are configured so that a gas passage communicates from the outside to the electric circuit pattern 19.
[0021]
The peripheral bonding portion 20d extends from the foot of the chevron buried portion 20c to the periphery and is provided on the glass wiring board 12 with substantially the same thickness, and the upper surface is perpendicular to the pressing direction P (FIG. 1 and FIG. 1). See FIG. 14).
[0022]
The spherical particles 20a are made of an acrylic resin having a diameter of about 4 μm, and the hollow porous spherical particles 20b are made of a cross-linked acrylic resin having a diameter of about 4 μm. As shown in FIGS. A large number of through-holes 20g are formed in the spherical body 20f for communicating the internal space 20h with the outside, and have a higher hardness and melting temperature than the spherical particles 20a, and are less likely to be deformed. Note that the hollow porous spherical particles 20b can also be formed of glass, silica, ceramic, or the like.
[0023]
Next, a manufacturing process of the spherical semiconductor device 11 will be described.
[0024]
As shown in FIG. 2, a sphere 13a made of polycrystalline or single crystal silicon Si, preferably single crystal silicon Si is prepared, and a conductive film 13b, for example, a metal film is formed on the surface thereof. The conductor film 13b is formed by, for example, a chemical vapor deposition method (CVD).
[0025]
Next, a sacrificial film 16 made of silicon Si is formed on the surface of the thus formed spherical semiconductor 13 by, for example, a chemical vapor deposition method (CVD). The gap 15 is formed by removing the sacrificial film 16 in a later step.
[0026]
Thereafter, a conductor film, which is a metal film, is entirely formed around the sacrificial film 16, and then an electrode pattern groove is formed in the conductor film by etching, thereby forming an electrode 17 at a predetermined position. .
[0027]
Next, an insulating film 18 is formed over the entire periphery. The insulating film 18 is formed by, for example, forming a film of silicon dioxide SiO _{2 on} the entire surface by a chemical vapor deposition method (CVD), and forming a groove at a predetermined position by etching. At this groove position, the electrode 17 is exposed to the outside.
[0028]
By forming the electric circuit pattern 19 around the insulating film 18, the electric circuit pattern 19 and the electrode 17 are connected via the groove of the insulating film 18.
[0029]
Further, after the bumps 21 made of solder or the like are provided on the electric circuit pattern 19, the bumps 21 are thermally fused onto the glass wiring board 12.
[0030]
In this state, a large number of fine holes penetrating from the outside to the sacrificial film 16 are formed in the electric circuit pattern 19, the insulating film 18, and the electrode 17.
[0031]
Next, a case where the structural film 20 is formed around the periphery will be described.
[0032]
First, as shown in FIGS. 2 and 4, the intermediate product formed up to the electric circuit pattern 19 around the sphere 13a and arranged on the glass wiring board 12 is set on the lower mold 24 as shown in FIG. At the same time, the upper mold 25 is lowered to hold down the periphery of the glass wiring board 12 as shown in FIG.
[0033]
An opening 25a is formed in the upper mold 25, and the sphere 13a and its periphery (the range in which the structural film 20 is formed) are located in the opening 25a. In other words, the spherical semiconductor 13 and its periphery (the range where the structural film 20 is formed) are exposed.
[0034]
The upper mold 25 has been heated to a certain temperature to soften the spherical particles 20a.
[0035]
Thereafter, as shown in FIG. 7, a predetermined amount of the spherical particles 20a and the hollow porous spherical particles 20b are mixed, and the spherical particles 20a and the like are introduced into the spherical semiconductor 13 and the like from the opening 25a of the upper die 25. In this state, the upper side of the spherical semiconductor 13 is exposed above the spherical particles 20a and the hollow porous spherical particles 20b.
[0036]
Here, the hollow porous spherical particles 20b are mixed in about 20% of the whole particles 20a, 20b.
[0037]
Next, the pressing pin 26, which is a "pressing piece", is inserted into the cylindrical opening 25a and lowered (see FIG. 8). The pressing pin 26 has a mountain-shaped concave portion 26a for forming a mountain-shaped buried portion 20c of the structural film 20, and a peripheral pressing portion 26b for forming a peripheral bonding portion 20d of the structural film 20. This pressing pin 26 is also heated to a certain temperature in order to soften the spherical particles 20a.
[0038]
The pressing pins 26 press the mixed particles of the spherical particles 20a and the hollow porous spherical particles 20b from the state shown in FIG. 9 and apply pressure to the mixed particles 20a and 20b, so that these fine particles become liquid. Each particle 20a, 20b starts to move toward the low load side, that is, inside the angled concave portion 26a of the pressing pin 26. Strictly speaking, the load is not as uniform as with liquids due to the presence of interparticle friction. As a result, as shown in FIG. 10, the flowing particles 20a and 20b are moved and filled in the mountain-shaped concave portion 26a.
[0039]
In the state shown in FIG. 10, the plasticization of the spherical particles 20 a proceeds by holding the particles 20 a at a constant pressure and a constant temperature for a certain period of time, and as shown in FIGS. Each of the particles 20a and 20b is fixed in a state where the contacting portions of the particles 20b are thermally fused to form a large number of fine holes. Then, at the point where the required portion is in a plasticized and porous state, the pressing pin 26 and the upper mold 25 are raised as shown in FIG. 11, and the intermediate product on which the structural film 20 is formed is taken out from the lower mold 24. .
[0040]
In this state, the peripheral bonding portion 20d is plasticized and fixed to the glass wiring substrate 12, while the mountain-shaped buried portion 20c is in a porous state, so that gas permeation is possible.
[0041]
Next, after removing the molding dies 24 and 25, the sacrificial film 16 is removed by introducing an etching gas (for example, xenon difluoride XeF ₂ ) from the outside through the minute holes.
[0042]
In this gas phase etching, it is important to select a material of the sacrificial film 16 to be removed and an optimum etching gas. Here, silicon is used for the sacrificial film 16, and xenon difluoride XeF ₂ is used as an etching gas. In addition, as a material of the sacrificial film 16 that can be removed with xenon difluoride as an etching gas, tungsten, titanium, or the like can be used.
[0043]
In such a material, a porous structural film having a predetermined strength and having fine pores formed substantially over the entire spherical surface is obtained only by inserting the synthetic resin particles 20a and 20b and then thermally compressing the particles. 20 can be easily formed, so that it is not necessary to separately form a fine hole as in the related art, the outer shell portion 14 can be easily formed, and the gas can be introduced from the hole of the substantially spherical surface. The etching performance is improved.
[0044]
Further, at the time of pressing by the pressing pin 26, since the inclined surface 20e is formed in the chevron buried portion 20c as shown in FIG. 13, the pressing force is dispersed as shown by arrows P1 and P2, and each particle 20a , 20b is reduced. Therefore, the deformation of the particles 20a is small, the heat transfer is slow, and the progress of plasticization is slow.
[0045]
On the other hand, since the peripheral bonding portion 20d is provided on the glass wiring substrate 12 with substantially the same thickness and the upper surface is a surface perpendicular to the pressing direction of the pressing force P, the pressure is not dispersed, As shown in FIG. 14, since a large pressing force P is directly applied to the particles 20a and 20b, the deformation of the particles 20a is large, the heat transfer is fast, and the progress of plasticization is fast.
[0046]
Therefore, while the surrounding adhesive portion 20d is sufficiently plasticized and the adhesive strength is ensured, the plasticization is delayed in the mountain-shaped buried portion 20c, so that the peripheral adhesive portion 20d can be in a porous state and gas permeation is possible. At the same time, the bonding strength between the particles 20a and 20b can be secured, and the particles 20a and 20b can be prevented from separating.
[0047]
Furthermore, since the chevron buried portion 20c has a substantially conical shape, the pressure acting on the inclined surface 20e is constant at each location, so that plasticization can be constant and a uniform porous state can be obtained over a wide range. Can be formed. Moreover, the fusion strength of each of the particles 20a and 20b can be made uniform, and the strength for maintaining the shape against external load can be secured.
[0048]
Moreover, in the mountain-shaped buried portion 20c, since the inclined surface 20e up to the top has the inclination angle α of 45 ° ± 15 °, it is easier to form a porous body having a predetermined strength.
[0049]
Furthermore, by forming the structural film 20 by thermally compressing a mixture of the spherical particles 20a and the hollow porous spherical particles 20b, there are the following advantages.
[0050]
That is, in the state of only the spherical particles 20a, at a low pressure, as shown in FIG. 3C, the bonding area between the particles is small, and the temperature transmission rate is low. Accordingly, although the bonding strength between the particles is low and the strength is insufficient, the gas permeability is good because the space between the particles is wide.
[0051]
In addition, at a high pressure, as shown in FIG. 3D, the bonding area between the particles is large and the temperature transmission rate is high. Therefore, although the bonding strength between the particles is high, the space between the particles is narrow, and the gas permeability is poor.
[0052]
On the other hand, in the state where the spherical particles 20a and the hollow porous spherical particles 20b are mixed, at low pressure, as shown in FIG. 3A, the bonding area between the particles is small, and the temperature transmission rate is low. . Therefore, although the bonding strength between the particles is low and the strength is insufficient, the space between the particles is very wide due to the existence of the hollow porous spherical particles 20b, and the gas permeability is in the best state.
[0053]
In addition, at a high pressure, as shown in FIG. 3B, the bonding area between the particles is large and the temperature transmission rate is high. Therefore, the bonding strength between the particles is high. Although the space between the particles becomes narrow, the gas permeability is ensured by the existence of the hollow porous spherical particles 20b. Moreover, since the spherical particles 20a bite into the large number of through holes 20g of the hollow porous spherical particles 20b, the strength is further improved. Therefore, by performing thermal compression at a high pressure, the bonding strength between the particles can be increased and, at the same time, gas permeability can be ensured.
[0054]
That is, by mixing the hollow porous spherical particles 20b with the spherical particles 20a, (1) the porosity is confirmed within a wide range of heating time under the molding conditions in which the temperature and the pressure are constant, and (2) the strength against the external pressure is increased. And (3) the bonding strength of the peripheral bonding portion 20d to the glass wiring board 12 is increased.
[0055]
The reason for the above (1) is that the porous structure of the hollow porous spherical particles 20b can ensure gas permeability until the spherical particles 20a have a high degree of melting (heating for a long time).
[0056]
The reason for (2) is that the pressure applied to the particles 20a and 20b becomes uniform, the heat transfer time becomes equal, and the state of adhesion between the particles proceeds equally, so that a uniform porous state can be obtained. In addition, the strength of the mountain-shaped buried portion 20c is small and the strength is improved. Further, since the hollow porous spherical particles 20b have a higher melting temperature and hardness than the spherical particles 20a, even if the spherical particles 20a are deformed by pressure and temperature, the hollow porous spherical particles 20b are not deformed. Therefore, when a certain pressure and temperature are applied, the bonding area increases, and the spherical particles 20a bite into the through holes 20g of the hollow porous spherical particles 20b, so that the bonding strength between the particles is improved. It is.
[0057]
The reason for (3) is that the pressing force and the like can be increased as compared with those in which the hollow porous spherical particles 20b are not mixed, and in particular, the bonding area between the peripheral bonding portion 20d and the glass wiring substrate 12 increases, This is because separation or peeling of the structural film 20 due to external force can be prevented.
[0058]
In the above embodiment, the structural film 20 has the chevron buried portion 20c and the peripheral adhesive portion 20d. However, the present invention is not limited to this, and the structural film may have any shape as long as it covers the spherical semiconductor.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, a spherical spherical semiconductor disposed on a wiring board and electrically connected thereto, and an outer shell surrounding the spherical semiconductor are provided. In the spherical semiconductor device having, the outer shell portion has a structural film, and the structural film is formed by mixing a synthetic resin spherical particle and a hollow porous spherical particle and thermally compressing the mixture, thereby forming a hollow porous member. The spherical particles have a plurality of through-holes formed in the hollow spherical body, which communicate the internal space and the outside, and have a higher hardness and melting temperature than the spherical particles. As well as ensuring the plasticization of the spherical particles, the strength of the structural film can be further improved.
[0060]
According to the second aspect of the present invention, since the spherical particles are thermally compressed to bite into the through holes of the hollow porous spherical particles, the strength of the structural film can be further improved.
[0061]
According to the third aspect, the spherical semiconductor device according to the first or second aspect can be easily manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a spherical semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state where a spherical semiconductor is mounted on the glass wiring board according to the embodiment.
FIGS. 3A and 3B are enlarged cross-sectional views showing the spherical particles and the hollow porous spherical particles according to the same embodiment. FIG. 3A is a cross-sectional view showing a state before thermal compression, and FIG.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which a spherical semiconductor is attached to the glass wiring board according to the embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state before the one of FIG. 4 according to the embodiment is set between an upper die and a lower die.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state where the one in FIG. 4 according to the embodiment is set between an upper die and a lower die.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state where a mixture of spherical particles and hollow porous spherical particles is charged from the state of FIG. 6 according to the same embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state where a pressing pin is inserted into a space of the upper die from the state of FIG. 7 according to the same embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which the pressing pin is lowered from the state of FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state in which the pressing pin is further lowered from the state shown in FIG. 9 according to the embodiment to press the spherical particles with a predetermined pressing force.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state where the mold is opened from the state shown in FIG. 10 according to the same embodiment.
FIG. 12 is a schematic diagram showing the spherical semiconductor device taken out of the state shown in FIG. 11 according to the same embodiment.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a state where the inclined surface of the chevron buried portion of the structural film according to the embodiment is pressed.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a state where a peripheral bonding portion of the structural film according to the embodiment is pressed.
[Explanation of symbols]
11 Spherical semiconductor device 12 Glass wiring board (wiring board)
13 Spherical semiconductor 14 Outer shell 15 Gap 16 Sacrificial film 17 Electrode 18 Insulating film 19 Electrical circuit pattern 20 Structural film 20a Spherical particle 20b Hollow porous spherical particle 20c Mountain buried portion 20d Peripheral bonding portion 20e Inclined surface 20f Spherical body 20g Through hole 20h Internal space 21 Bump 24 Lower mold 25 Upper mold 26 Press pin 26a Angle recess 26b Peripheral press section

Claims (3)

配線基板上に配設されて電気的に接続される球形状の球状半導体と、該球状半導体の周囲を囲む外殻部とを有する球状半導体装置において、
前記外殻部は、構造膜を有し、該構造膜は、合成樹脂製の球状粒子と、中空多孔球状粒子とが混合されて熱圧縮されることにより成形され、該中空多孔球状粒子は、中空の球状体に、内部空間と外部とを連通させる複数の貫通孔が形成され、前記球状粒子より硬度と溶融温度が高いものであることを特徴とする球状半導体装置。In a spherical semiconductor device having a spherical spherical semiconductor disposed on a wiring substrate and electrically connected thereto, and an outer shell surrounding the spherical semiconductor,
The outer shell has a structural film, and the structural film is formed by mixing a synthetic resin spherical particle and a hollow porous spherical particle and hot-pressing the hollow porous spherical particle. A spherical semiconductor device, wherein a plurality of through holes for communicating an internal space with the outside are formed in a hollow spherical body, and the hardness and the melting temperature are higher than the spherical particles. 前記球状粒子は、熱圧縮されることにより、前記中空多孔球状粒子の貫通孔に、食い込んでいることを特徴とする請求項１に記載の球状半導体装置。The spherical semiconductor device according to claim 1, wherein the spherical particles bite into the through holes of the hollow porous spherical particles by being thermally compressed. 請求項１又は２に記載の球状半導体装置の製造方法において、
前記球状半導体の周囲に犠牲膜を設け、該犠牲膜の周囲に前記外殻部の電極，絶縁膜，電極パターンを設けると共に、該球状半導体を前記配線基板上に電気的に接続して配設し、
その後、該配線基板上に前記球状半導体が配設されたものを、成型用型枠内にセットし、該成形用型枠内で前記電極パターンの周囲に、合成樹脂製の球状粒子と中空多孔球状粒子との混合粒子を充填し、
しかる後、該混合粒子を熱圧縮することにより、前記球状半導体の周囲を覆う構造膜を形成し、該構造膜は、外部から前記電路パターンまで連通する微細な孔を形成し、該孔を介してガスを導入して前記犠牲膜をエッチングにより除去したことを特徴とする球状半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a spherical semiconductor device according to claim 1 or 2,
A sacrificial film is provided around the spherical semiconductor, an electrode of the outer shell, an insulating film, and an electrode pattern are provided around the sacrificial film, and the spherical semiconductor is electrically connected to the wiring substrate. And
Then, the one on which the spherical semiconductor is disposed on the wiring substrate is set in a molding mold, and the synthetic resin spherical particles and the hollow porous material are formed around the electrode pattern in the molding mold. Fill mixed particles with spherical particles,
Thereafter, by thermally compressing the mixed particles, a structural film covering the periphery of the spherical semiconductor is formed, and the structural film forms fine holes communicating from the outside to the electric circuit pattern, and passes through the holes. Wherein the sacrificial film is removed by etching by introducing a gas.

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