JP2007214440A - 電子装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】貫通ビア14を介してアクティブ面13と反対側の面にバンプ15を有するMEMSセンサー11を、バンプ15が異方性導電層5またはスプリングコネクターを介してプリント配線基板2の端子に接続するように実装した構造の電子装置とする。
【選択図】図2
Description
このようなMEMSセンサーをプリント配線基板上に実装した電子装置が使用されている。従来の電子装置は、接着剤を介してMEMSセンサーをプリント配線基板上に固着し、ワイヤーボンディングがなされた構造であった(特許文献1)。このような電子装置では、プリント配線基板とMEMSセンサーの熱収縮率の差があっても、接着層が収縮応力を吸収するため、MEMSセンサーの信頼性が損なわれることがなかった。
このため、貫通ビアを介してアクティブ面と反対側の面にはんだボールバンプを設けたMEMSセンサーをボールボンディング方式により実装することが考えられる。しかし、これにより高密度化、小型化は達成されるものの、プリント配線基板とMEMSセンサーの熱収縮率の差による応力がMEMSセンサーに作用することを防止できず、信頼性が低下するという問題があった。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、小型で信頼性が高い電子装置を提供することを目的とする。
本発明の他の態様として、前記MEMSセンサーを前記プリント配線基板方向に付勢するための規制用部材を備えるような構成とした。
また、本発明の電子装置は、プリント配線基板上に少なくともMEMSセンサーを備え、該MEMSセンサーは貫通ビアを介してアクティブ面と反対側の面にバンプを有し、該バンプはスプリングコネクターを介して前記プリント配線基板の端子に接続されており、前記MEMSセンサーと前記プリント配線基板との間隙部には樹脂部材が配設されているような構成とした。
図1は、本発明の電子装置の一実施形態を示す部分平面図であり、図2は図1のA−A線における拡大断面図である。図1および図2において、本発明の電子装置1は、プリント配線基板2上に異方性導電層5を介してMEMSセンサー11を実装して備えている。実装されるMEMSセンサー11は、貫通ビア14を介してアクティブ面13と反対側の面にバンプ15を有しており、このバンプ15は異方性導電層5を介してプリント配線基板2の所望の端子3に電気的に接続されている。
異方性導電層5は、絶縁樹脂、絶縁ゴム、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂等のような、プリント配線基板2とMEMSセンサー11の熱収縮率の差による応力を微小な変形により吸収可能な材料中に、導電性粒子を分散させたものである。導電性粒子としては、例えば、銅、銀、金、錫等の金属粒子、あるいは、プラスチック等の樹脂粒子の表面に金、銀、ニッケル、銅、錫、白金等の導電性めっき膜を形成した導電めっき樹脂ボール等であってよい。このような異方性導電層5の厚みは、3〜50μm程度の範囲で適宜設定することができる。
本発明の電子装置に実装するMEMSセンサーは、特に制限はなく、CCD、CMOS等のイメージセンサーや、加速度センサー、圧力センサー、ジャイロセンサー等の各種MEMS(Micro Electro Mechanical System)センサー等であってよい。このようなMEMSセンサーは、アクティブ面(センサーの所望の検知機能を発現する領域)を保護したり、センサーの稼動を確保するために、アクティブ面に空隙部を設けるように保護材が配設され気密封止されたパッケージ構造であってよい。
貫通ビア14の材質は、銅、銀、金、錫等の導電材料、あるいは、これらの導電材料を含有する導電ペーストとすることができる。また、バンプ15の材質は、銅、銀、金、錫等の導電材料とすることができる。
また、接合部材17は、例えば、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の絶縁樹脂であってよく、また、これらにガラス、セラミックス等のビーズを含有したものであってもよい。さらに、接合部材17は、ろう材層を金属層で挟持したような多層構造であってもよい。この場合、ろう材層は、融点が450℃以下である、いわゆる「軟ろう」であり、例えば、Sn−Au合金、Sn−Ag合金、Sn−Bi合金、Sn−Zn合金のいずれかからなる層とすることができる。また、金属層は、例えば、Au/Ti積層、Au/Cr積層、Cu/Ti積層、Cu/Cr積層等とすることができる。
この電子装置21を構成するプリント配線基板22は、規制用部材を装着するための貫通孔を備えていない他は、上述のプリント配線基板2と同様である。また、MEMSセンサー11は、上述の電子装置2を構成するMEMSセンサー11と同様である。
また、プリント配線基板22とMEMSセンサー11との間隙部には樹脂部材26が配設されている。この樹脂部材26は、MEMSセンサー11を支持するためのものであり、かつ、スプリングコネクター25の微小な変形を許容しつつ、プリント配線基板22とMEMSセンサー11の熱収縮率の差による応力を吸収するものである。このような樹脂材料26としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を挙げることができる。
上述の電子装置は、例示であり、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。したがって、MEMSセンサーは例示のような構成に限定されるものではない。また、プリント配線基板上に実装されるMEMSセンサーの個数に制限はなく、また、複数のMEMSセンサーを備える場合には、各MEMSセンサーの機能が異なるものであってもよい。
[実施例1]
(プリント配線基板の作製)
まず、公知の手法によりプリント配線を形成したプリント配線基板を作製した。プリント配線には、4mm×4mmの正方形の線上に20個(1辺5個)の端子を形成した。このプリント配線基板のXY方向(シリコンウエハの表面に平行な平面)の熱膨張係数は17ppmであった。
また、上記の20個の端子が位置するMEMSセンサー実装部位の4隅(5.5mm×5.5mmの正方形領域の4隅)に該当するプリント配線基板に、ドリルを用いて直径1mmの貫通孔をそれぞれ形成した。
まず、厚み625μmのシリコンウエハを準備し、一辺5mmである正方形で多面付けに区画した。このシリコンウエハの両面に、プラズマCVD法により酸化珪素膜(厚み5μm)を成膜した。このシリコンウエハのXY方向(シリコンウエハの表面に平行な平面)の熱膨張係数は3ppmであった。
次に、このシリコンウエハの両面にポジ型フォトレジスト(東京応化工業(株)製 OFPR−800)を塗布し、貫通ビア形成用フォトマスクを介して露光、現像することによりレジストパターンを形成した。次いで、レジストパターンをマスクとし、ウエットエッチングにより、各面付け毎に4mm×4mmの正方形の線上に20個(1辺5個)の微細貫通孔を形成した。この微細貫通孔の開口径は、シリコンウエハの表面で70μm、中央部で50μmであった。
次いで、このシリコンウエハの各面付け毎に、従来の手法によりセンサー本体(アクティブ面寸法:3500μm×3500μm、凹部寸法:4000μm×4000μm、深さ200μm)を作製した。各センサー本体は、アクティブ面の周囲に20個(1辺5個)の端子を備えるものであった。その後、各端子と所望の貫通ビアを接続する配線を形成した。また、各貫通ビアの他方の端部には、金線を用いてスタッドバンプ法によりバンプ(直径100μm)を形成した。
次に、上記の多面付けのシリコンウエハをダイシングして、5mm×5mmのセンサー本体を得た。
一方、厚み550μmのガラス基板を保護材として準備し、多面付けに区画(1辺7mmである正方形)した。このガラス基板のXY方向(シリコンウエハの表面に平行な平面)の熱膨張係数は4ppmであった。次に、ガラス基板の各面付け毎に、センサー本体を、接合部材がガラス基板面に当接し、バンプが貫通ビアに接続されるように位置合せして固着した。
次に、上述の多面付けのガラス基板をダイシングして、センサー本体とガラス基板(保護材)が一体化されたMEMSセンサーを得た。このMEMSセンサーは、厚みが約0.2mmであり、寸法は5mm×5mmであった。
まず、直径0.5mmのSUS材を用いて、図2に示されるような両端に鉤部を備えた規制用部材を作製した。この規制用部材の両端の鉤部の距離は1mmであった。尚、この規制用部材の表面には、感光性ポリイミドを用いてフォトリソグラフィーにより絶縁層(厚み3μm)を形成した。
次に、厚み30μmの異方性導電フィルム(サンユレック(株)製 ACI)を5mm×5mmの寸法に切断し、この異方性導電フィルムを介して上記のMEMSセンサーの20個のバンプと、プリント配線基板の20個の端子を位置合わせして圧着した。次いで、プリント配線基板の貫通孔に上記の規制用部材を挿入し、図2に示されるように、プリント配線基板とMEMSセンサーを挟持するように装着した。
これにより、本発明の電子装置が得られた。
(プリント配線基板の作製)
規制用部材を挿入するための貫通孔を形成しない他は、実施例1と同様にして、プリント配線基板を作製した。
(MEMSセンサーの作製)
実施例1と同様にして、MEMSセンサーを作製した。
まず、MEMSセンサーの20個のバンプ上に、直径100μm、高さ100μmのコイル形状のスプリングコネクターを固着した。
一方、プリント配線基板のMEMSセンサー実装部位に、樹脂組成物(協立化学産業(株)製 ワールドロック)をスクリーン印刷で5mm×5mmの正方形状に印刷し、150℃、20分間の乾燥を行った。これにより厚み10μmの樹脂部材層を形成した。
次いで、20個のバンプ上のスプリングコネクターと、プリント配線基板の20個の端子を位置合わせして圧着し、樹脂部材層を貫通してスプリングコネクターをプリント配線基板の端子に当接させた。次に、樹脂部材に対して200℃、60分間の硬化処理を施して、図3に示されるような本発明の電子装置が得た。
(プリント配線基板の作製)
規制用部材を挿入するための貫通孔を形成しない他は、実施例1と同様にして、プリント配線基板を作製した。
(MEMSセンサーの作製)
バンプとして半田バンプを形成した他は、実施例1と同様にして、MEMSセンサーを作製した。
(MEMSセンサーの実装)
上記のMEMSセンサーの20個のバンプと、プリント配線基板の20個の端子を位置合わせして圧着し、240℃で5分間加熱してMEMSセンサーを実装した。これにより、比較例の電子装置が得られた。
下記の条件で加熱・冷却を繰り返した後の接続抵抗を測定した。
その結果、実施例1、2の電子装置は、接続抵抗の変化が5%以内であった。しかし、比較例の電子装置は、接続抵抗の変化が10%以上であった。
(加熱・冷却条件)
−55℃と125℃とでそれぞれ15分間保持する加熱・冷却サイクルを
1000回行う。
2,22…プリント配線基板
5…異方性導電層
7…規制用部材
25…スプリングコネクター
26…樹脂部材
11…MEMSセンサー
12…センサー本体
13…アクティブ面
14…貫通ビア
15…バンプ
16…保護材
Claims (3)
- プリント配線基板上に少なくともMEMSセンサーを備え、該MEMSセンサーは貫通ビアを介してアクティブ面と反対側の面にバンプを有し、該バンプは異方性導電層を介して前記プリント配線基板の端子に接続されていることを特徴とする電子装置。
- 前記MEMSセンサーを前記プリント配線基板方向に付勢するための規制用部材を備えることを特徴する請求項1に記載の電子装置。
- プリント配線基板上に少なくともMEMSセンサーを備え、該MEMSセンサーは貫通ビアを介してアクティブ面と反対側の面にバンプを有し、該バンプはスプリングコネクターを介して前記プリント配線基板の端子に接続されており、前記MEMSセンサーと前記プリント配線基板との間隙部には樹脂部材が配設されていることを特徴する電子装置。
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