JP2009533861A - 電子組立体を製造する方法、電子組立体、カバーおよび基板 - Google Patents

Abstract

本発明は、電子コンポーネント、キャビティおよび基板を備えた電子組立体（５０）の製造方法に関し、この方法は、・ほぼ閉じた構造の第１パターンを有する電子コンポーネント（１０）を設けるステップと、・カバーと電子コンポーネントの表面にカバー（１８）を設けるステップであって、このカバー（１８）が表面とともにキャビティ（２０）を画定し、第１パターンの閉じた構造が前記表面におけるカバーを包囲するようにする、該カバーを設けるステップと、・ほぼ閉じた構造の第２パターンを有する基板（３０）を設け、この閉じた構造は少なくとも部分的に第１パターンの閉じた構造に一致し、またはんだパッドを有する基板（３０）を設けるステップと、・はんだパッドにはんだ材料を配置するステップと、・第１および第２パターンにおけるほぼ閉じた構造の双方が互いに整列するよう、電子コンポーネントおよび基板を位置決めするとともに、基板がカバーの頂面（２８）を支持するように位置決めするステップと、・第１および第２パターンの間にはんだ接続（５２）を生ずるように、はんだ材料をリフローはんだ付けするステップと、を有する。さらに本発明は、電子組立体（５０）、カバー（１８）および基板（３０）に関する。

Description

本発明は、電子コンポーネント、キャビティおよび基板を有する電子組立体の製造方法に関する。

このような方法は、例えば、特許文献１（欧州特許第０９５１０６９号）から既知である。この特許文献１は、はんだリングによって電子コンポーネントを基板に組み立てることについて記載しており、電子コンポーネントの少なくとも一部にキャビティが存在するようにしている。電子コンポーネントは、キャビティ内に配置したＭＥＭＳ（micro-electronic-mechanical-system）要素などの微細構造を備えている。はんだリングを、電子コンポーネント上に設けるとともに、対応する金属パターンを基板上に設ける。はんだリングを金属パターンに整列させ、また結合することによってキャビティを形成する。ここでリングは閉じた構造を形成するとともに、コンポーネント、はんだリングおよび基板の組み合わせは密封構造を形成する。キャビティから不要なガスを除去できるようにするために、接合ステップの前にはんだリングにほぞ孔（インデント）を設ける。代案として、接合中に、ほぞ孔（インデント）を使用して、所望の圧力で所望のガスをキャビティ内に充填することもできる。この後のリフローはんだ付けステップによって、キャビティを最終的に閉止する。

上述の段落に記載した既知の方法の欠点は、適切なはんだ接続部を得るために、不要な酸化物を取り除くために一種のフラックスを使用することが不可避であることである。このフラックスが、例えば腐食性フラックスを移動させることによって、保護されておらずデリケートなＭＥＭＳ構造に容易に損傷を与えるおそれがあることが知られている。

特許文献１に記載されているはんだ付けステップに先立つステップ、例えば電子コンポーネントまたは基板上に金属化シード層を堆積しまたパターン形成するステップも、ＭＥＭＳ構造に損傷を与えるリスクがある。このことは、例えば基板および金属化デバイスまたはツールが適切に整列されないときに起こり得る。
欧州特許第０９５１０６９号明細書

したがって、本発明の目的は、上述の欠点がない電子組立体の他の製造方法を提供することである。

この目的を達成するために、本発明は、電子コンポーネント、キャビティおよび基板を有する電子組立体の製造方法を提供し、この方法は、
−ほぼ閉じた構造を持つ第１パターンを有する電子コンポーネントを設けるステップと、
電子コンポーネントの表面にカバーを設けるステップであって、このカバーは電子コンポーネントの表面とともにキャビティを画定し、前記第１パターンの閉じた構造が前記表面におけるカバーを包囲するように該カバーを設けるステップと、
−他のほぼ閉じた構造を持つ第２パターンを有する基板を設けるステップであって、前記他の閉じた構造が少なくとも部分的に第１パターンの閉じた構造に対応し、またはんだパッドを有する、該基板を設けるステップと、
−はんだ材料をはんだパッドに配置するステップと、
−第１パターンおよび第２パターンの双方におけるほぼ閉じた構造が互いに整列するとともに、基板がカバーの頂面を支持するように、電子コンポーネントおよび基板を相対位置決めするステップと、
−第１パターンと第２パターンとの間にはんだ接続部を生ずるように、はんだ材料をリフローはんだ付けするステップと、
を有することを特徴とする。

本発明による電子コンポーネント上にカバーを設けることによって、製造プロセスもしくは接合プロセスの初期において、キャビティのある種一時的保護を行うことができる。カバーがキャビティを密封すること自体は必要としない。カバーは、キャビティ内に収納したＭＥＭＳ構造または類似構造における後続の処理ステップ中に、一時的な保護として効率的に機能する。ここで、キャビティの密封は、はんだ材料のリフローはんだ付けによって達成される。ここで双方の閉じた構造によって画定され、カバーを完全に包囲する、はんだ付けした構造が得られる。

ウエハレベルに複数個のカバーを配置するとき、これらカバーは個々の電子コンポーネントのダイシングおよび輸送中適正な保護を行う。

さらに本発明は、電子コンポーネントと基板との間にはんだ接続部を設ける効率的で融通性のある方法を提供する。基板のはんだパッドに単に十分な量のはんだ材料を配置するだけで、以下に詳細に説明するように、双方のほぼ閉じた構造間に適切なはんだ接続部が得られる。

他の利点は、カバーの頂面を支持する基板に対して、電子コンポーネントと基板との間における距離がカバーの高さによって規定されることであり、このことにより、この距離が融通性をもって制御することができる。さらにカバーにより、整列および接合またははんだ付け中に、特許文献１に記載のこれらの処理ステップに比べ、より安定的でありかつ信頼性の高い電子コンポーネントの支持を行うことができる。

カバーは、以下に詳細に説明するように、例えば米国特許第６６２１１６３号に記載の方法によって製造することができる。特許文献は電子コンポーネント内にキャビティを有するカバーを設ける方法について記載しているが、このようなカバーを一時的なパッケージとして使用することについて、またはカバーを支持する電子コンポーネントに接続された基板を設けることについては記載していない。

本発明の好適な実施形態において、カバーを電子コンポーネントの表面上に設けるステップは、
−第１層が露出領域を残して、この露出領域をほぼ包囲するように、前記表面に第１層を配置するステップと、
−第２層が前記露出領域をカバーするように、第１層上に第２層を配置するステップと、
をを有するものとする。これにより、米国特許第６６２１１６３号に記載の方法に類似の、キャビティを有するカバーの簡単かつ効率的な製造方法が得られる。第１層は、スクリーン印刷などの一般的な技術によって設けることができる。第２層は、感光性有機フィルムなどの固体箔とすることができる。好適には、双方の層は、はんだをはじく物質によって構成する。ＭＥＭＳ要素または類似構造が、第１層に囲まれたこの領域にあることは明らかである。

本発明の他の実施形態においては、電子コンポーネントおよび基板を設けるステップは、それぞれ電子コンポーネントの電気接点に電気的に接続した接点領域を有する第１パターンを設けるステップと、基板の電気接点に電気的に接続する接点領域を有する第２パターンを設けるステップを有し、第１パターンの接点領域は第２パターンの接点領域に対応するものとし、はんだ材料を第２パターンの接点領域上にも設けるものとする。この方法において、双方のパターンの配置およびその後のはんだ付けステップは、密封構造を得るだけでなく、電子コンポーネントと基板との間で所望のあらゆる電気接続を行う。これにより、電子コンポーネントと基板との間における、例えばワイヤボンディングなどの他のより複雑な接続方法を不要とする。

本発明の他の好適な実施形態においては、キャビティを包囲する通気性壁を有するカバーを設け、リフローはんだ付けステップに先立ってまたはリフローはんだ付けステップ中に、少なくとも電子コンポーネントを保護環境下または真空環境下に配置する。これにより、例えば電子コンポーネントのキャビティ内を低圧力もしくは真空環境とすることが可能になる。このような環境は、互いに整列した通気性カバーを有する電子コンポーネントおよび基板を、はんだ付けステップに先立っておよび／またははんだ付けステップ中に真空環境下に置くことにより達成される。同様の原理は、キャビティ内に一種の保護雰囲気を充填したいときに使用することができる。例えばこの電子コンポーネントを窒素ガスもしくはアルゴンガス環境下にはんだ付けステップに先立っておよび／またははんだ付けステップ中に置くことができる。特許文献１（欧州特許０９５１０６９号）に記載の方法の場合、キャビティ内を特定環境にするために、予めはんだ層にほぞ孔（インデント）を設ける必要がある。

さらに本発明は、請求項５〜８に記載の電子組立体に関する。この場合、第１パターンおよび第２パターンのそれぞれにおけるほぼ閉じた構造間に、はんだ接続部を設け、キャビティを密封するだけでなく、電気的機能を付与するのが好ましい。とくに、電子コンポーネントの接地信号を伝送する機能は都合がよい。さらに、電子コンポーネントがキャビティ内に収納したＭＥＭＳ要素を備える場合に、これは都合がよい。ＭＥＭＳ要素は、このような電子コンポーネントの加工処理中、特に適切に保護しなくてはならないとともに、ＭＥＭＳ要素を適用する場合には、キャビティを真空にしたり保護ガスを充てんしたり、キャビティ内の環境に特別な要求がなされることが一般的である。最終的には、基板がさらなる電子コンポーネントを備える場合には、特別な機能を要求するより複雑な電子組立体を達成可能とすることが望ましい。これに相当するパッケージは、パッケージ内システムと称され、この用語は当業界では広く用いられている。

さらに本発明は、請求項９に記載のカバーおよび請求項１０に記載の基板に関する。このような基板により、本発明による電子組立体を常に簡単に直接的に得られる。
以下に、好適な実施例を示す添付図面につき本発明を説明する。
上述したように、図面における同一の参照符号は、同一部分に言及する。

図１Ａおよび１Ｂは、ほぼ閉じた構造１４の第１パターン１２を有する電子コンポーネント１０を示す。電子コンポーネントの表面１６上には、カバー１８を配置する。カバー１８は表面１６とともにキャビティ２０を画定する。キャビティ２０には、ＭＥＭＳ素子２２を収納する。第１パターンは、電子コンポーネントの電子接点（図示せず）に接続する接点領域２４を有する。

図１Ａおよび１Ｂに示すように、第１パターンの閉じた構造１４は、表面１６におけるカバー１８を囲んでいる。図示の実施例では、閉じた構造１４は、長方形形状である。しかし、円形、六角形または他の適当な形状とすることもできる。

好適には、電子コンポーネント１０の本体２６は、集積回路、および接点領域２４に接続すべきこのような集積回路の接着パッドを有する。ＭＥＭＳ素子２２は、集積回路の一部であり、例えばスイッチ、調整可能なキャパシタまたはセンサとしての機能することができる。ＭＥＭＳ素子の代わりに、バルク超音波フィルタ（ＢＡＷ）、表面音響波フィルタ（ＳＡＷ）、または他のタイプのセンサを適用することもできる。

接点領域は好適には閉じた構造の内側に位置するが、これら接点領域はこの構造の外側に位置することもできる。

図１Ｂは、電子コンポーネント１０の表面１６上にどのようにしてカバー１８を好適に製造するかを示す。まず、第１層１９を表面１６上に配置し、この場合、表面１６の露出領域２３を残して、この第１層１９が露出領域２３をほぼ囲むように配置する。つぎに、第２層２１が領域２３を覆うように、第２層２１を第１層１９上に配置する。第１層は、スクリーン印刷などの一般的な技術によって塗布することができる。第２層は、固体箔、例えば感光性有機フィルムとすることができる。好適には、双方の層は、はんだをはじく物質により構成する。カバー材料は、好適には、リフローはんだ付けの際に加わる温度および化学物質に対して耐性のあるポリマー材料とする。

図２Ａおよび２Ｂにつき説明すると、これら図面は、基板の表面４０上に配置した第２パターン３２を有する基板３０を示す。第２パターン３２は、ほぼ閉じた構造３４を有し、この閉じた構造３４にはんだパッド３６を接続する。さらに、第２パターン３２は、基板の電気接点（図示せず）に電気的に接続する接点領域３８を有する。このような電気接点は、基板の電子機器レイアウトの一部である。このようにして、例えばより大きな基板を適用するとき、第２パターンを基板の他の部分に接続した他の電子コンポーネントに接続することができる。基板は、例えばプリント基板とすることができる。しかし、コンポーネントと基板との熱膨張の違いに関して都合のよい半導体材料で作成した基板を使用することもできる。

図１Ａおよび２Ａから明らかなように、第２パターンは、少なくともそのジオメトリ（幾何学的構成配置）に関して第１パターンに対応する。このことは、閉じた構造１４，３４および接点領域２４，３８の双方について当てはまる。

電子コンポーネント１０および基板３０の構成に関して示した後に、電子組立体の製造方法を、図３Ａおよび３Ｂにつき説明する。

図３Ａにおいて、電子コンポーネント１０および基板３０を、第１および第２パターンのほぼ閉じた構造１４，３４の双方が互いに整列するように、互いに整列させる。この場合、それぞれ第１パターン１２および第２パターン３２の接点領域２４，３４も互いに整列する。はんだ材料５４のある量または液滴を、はんだパッド３６上および接点領域３８上にそれぞれ配置する。好適には、このことは電子コンポーネント１０と基板３０を整列させる前に行う。はんだ材料５４またははんだペーストは、以下に説明するように、はんだ接続を達成するのに十分な量にすべきである。

つぎのステップにおいて、まず基板３０および電子コンポーネント１０を相対位置決めし、基板３０がカバー１８の頂面２８を支持するようにする（図３Ｂ参照、ただしこの図はリフローはんだ付けした後の電子コンポーネントおよび基板を示している）。この整列した、支持位置において、基板３０および電子コンポーネント１０は、リフローはんだ付けを行うリフロー炉内に配置する。リフローはんだ付けにより、第１および第２パターン間、またはより詳細には閉じた構造１４，３４間および互いに対向する接点領域２４，３８間に、はんだ接続部５２が生じる。このようなはんだ付けの後に図３Ｂに示したような最終的な電子組立体５０が得られる。

一方では電子コンポーネント１０と基板３０との間における比較的狭い開口５６によって、また他方では閉じた構造１４，３４の材料間および表面１６，４０の材料間における濡れ性（ウェット特性）の違いによって、はんだ材料５４は、はんだ付けを行う際に閉じた構造間を自動的に流れる。ここにおいて、キャビティ２０を密封できる、はんだ付け構造が得られる。リフローはんだ付けに先立って、カバー１８はキャビティ２０を保護する。

必要であれば、キャビティ内を真空環境または保護環境にすることができる。この目的を達成するために、少なくとも電子コンポーネントをこのような雰囲気下に、はんだ付けの直前もしくは最中に配置することができる。例えば、通気性の壁を有するカバーを使用することにより、このことを容易にする。

とくに好適には、本発明の組立体に関連して、基板の頂面上の層として画定した可動電極を有するＭＥＭＳコンポーネントとする。可動電極は、主に金属により構成する、または圧電性材料有するものとする。このようなＭＥＭＳコンポーネントとしては、例えば国際公開第２００５／０４３５７３号から既知である。基板内に画定した可動電極を有するＭＥＭＳコンポーネントは、所定の低圧または相強化ＣＶＤ層、例えば窒化ケイ素、酸化ケイ素またはポリシリコンを堆積することによってカバーすることができるが、この堆積は、基板上に可動電極を有するＭＥＭＳコンポーネントに関しては不可能なように見える。しかし基板上に可動電極を有する好適なＭＥＭＳコンポーネントは、とくにＲＦアプリケーションにおいて調整可能なキャパシタ、またはとくにＲＦ用途のためのスイッチとして使用するのに好適である。都合のよいことに、可動電極に十分な厚さの金属層を設け、これによりＭＥＭＳコンポーネントとの低インピーダンスの相互接続を可能にする。最も適切には、他の受動コンポーネント、例えば不変キャパシタ、抵抗器および／またはインダクタ（誘導子）をＭＥＭＳに一体に統合する。これらはキャビティの外側に画定することができる。適切には、ＭＥＭＳコンポーネントの基板は、半導体基板である。基板の抵抗特性は、使用可能なコンポーネント、とくにインダクタ（誘導子）の品質係数を向上するように調整することができる。

図３Ｂには示さいないが、基板は、好適には、基板の電気接点に接続する他の電子コンポーネントを有する。このような他のコンポーネントとしては、能動コンポーネント、例えばＭＥＭＳ素子をも有することができる集積回路、または受動コンポーネントとすることもできる。

各部分の寸法間における比例関係は図面から導き出すことは、図面は単に線図的な説明図であるから、勿論できない。図１Ｂにつき説明すると、第１層１９は、約４０マイクロセンチメートルの厚さを有する。第２層２１は、約６０マイクロセンチメートルの厚さを有する。したがって、カバーの厚さは最大で約４０マイクロセンチメートルである。

リフローはんだ付け中の温度は、約２８０±１０℃である。好適には、９０−１０ＰｂＳｎなどの高い融点を有するはんだ合金を使用する。好適には、例えば基板に付加的なコンポーネントをはんだ付けするステップなどの、あり得る後続の結合ステップ中には、２８０℃±１０℃以下の温度を使用する。これは、このようなステップにおいて、はんだ付け接続部５２が溶融するのを防ぐためである。これは、例えば２５０〜２６０℃のはんだとする。

第１および第２パターンには、好適には金仕上げをするニッケル層を適用する。

基板の電子機器レイアウトは、導電材料の複数の層を有し、表面４０から基板の他の部分に電気信号を伝達する。このような信号は、電子コンポーネントから接点領域２４、３８およびはんだ付け接続部５２をそれぞれ経てこの表面に伝達される。必要であれば、この目的のため、例えば接地信号を伝達するために、閉じた構造１４，３４間にはんだ接続部を使用することもできる。

上述の実施形態は、本発明を限定するものではなく、添付の特許請求の範囲によって定義した発明の範囲を逸脱することなく、当業者によって代替の実施形態を設計することができるものであることに留意されたい。特許請求の範囲において、カッコ内に示した参照符号は、特許請求の範囲を限定するものと解すべきではない。用語「備える（有する）」およびその活用形は、特許請求の範囲または明細書において記載した要素もしくはステップを除外するものではない。単一の要素に言及したことは、そのような要素が複数存在することを除外するものではなく、逆もまたしかりである。

電子コンポーネントの頂面図である。 図１ＡのＩ−Ｉ線上における電子コンポーネントの断面図である。 基板の頂面図である。 図２Ａの線II−II線上における基板の断面図である。 互いに整列させた電子コンポーネントおよび基板を示す。 電子組立体の断面を示す。

Claims (10)

1. 電子コンポーネント、キャビティおよび基板を有する電子組立体の製造方法において、
   −ほぼ閉じた構造を持つ第１パターンを有する電子コンポーネントを設けるステップと、
   −電子コンポーネントの表面にカバーを設けるステップであって、このカバーは電子コンポーネントの表面とともにキャビティを画定し、前記第１パターンの閉じた構造が前記表面におけるカバーを包囲するように該カバーを設けるステップと、
   −他のほぼ閉じた構造を持つ第２パターンを有する基板を設けるステップであって、前記他の閉じた構造が少なくとも部分的に第１パターンの閉じた構造に対応し、またはんだパッドを有する、該基板を設けるステップと、
   −はんだ材料を前記はんだパッドに配置するステップと、
   前記第１パターンおよび第２パターンの双方におけるほぼ閉じた構造が互いに整列するとともに、前記基板が前記カバーの頂面を支持するように、前記電子コンポーネントおよび基板を相対位置決めするステップと、
   −第１パターンと第２パターンとの間にはんだ接続部を生ずるように、前記はんだ材料をリフローはんだ付けするステップと、
   を有することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、カバーを電子コンポーネントの表面に設けるステップは、
   −第１層が露出領域を残して、この露出領域をほぼ包囲するように、前記表面に前記第１層を配置するステップと、
   −第２層が前記露出領域をカバーするように、前記第１層上に前記第２層を配置するステップと、
   を有するものとした、方法。
3. 請求項１に記載の方法において、電子コンポーネントおよび基板を設けるステップは、それぞれ電子コンポーネントの電気接点に電気的に接続する接点領域を有する第１パターンを設けるステップと、基板の電気接点に電気的に接続する接点領域を有する第２パターンを設けるステップを有し、前記第１パターンの接点領域は第２パターンの接点領域に対応するものとし、はんだ材料を前記第２パターンの接点領域上にも設けるものとした、方法。
4. 請求項１に記載の方法において、キャビティを包囲する通気性壁を有するカバーを設け、またリフローはんだ付けステップに先立ってまたははリフローはんだ付けステップ中に、少なくとも電子コンポーネントを保護環境下または真空環境下に配置する、方法。
5. 電子組立体において、
   −電子コンポーネントの表面上に配置したカバー、前記表面と前記カバーとの間に位置したキャビティ、および前記表面に配置した第１パターンを有し、この第１パターンは、ほぼ閉じた構造および電子コンポーネントの電気接点に接続する接点領域（２４）を有し、前記閉じた構造が前記表面における前記カバーをほぼ包囲する電子コンポーネントと、
   −前記カバーの頂面を支持し、また基板の表面に配置した第２パターンを有し、この第２パターンは、ほぼ閉じた構造、および基板の電気接点に電気的に接続する接点領域を有するものとした基板であって、第２パターンの閉じた構造は、少なくとも部分的に前記第１パターンの閉じた構造に対応し、またはんだパッドを有する該基板と、
   −前記第１パターンおよび第２パターン間に設けたはんだ接続部と、
   を備えたことを特徴とする電子組立体。
6. 請求項５に記載の電子組立体において、第１パターンおよび第２パターンのそれぞれにおけるほぼ閉じた構造間のはんだ接続部は、接地機能などの電気的機能を提供するものとした、電子組立体。
7. 請求項５に記載の電子組立体において、前記電子コンポーネントは、キャビティ）内に収納したＭＥＭＳ要素（２２）を有するものとした、電子組立体。
8. 請求項５に記載の電子組立体において、前記基板は、他の電子コンポーネントを有するものとした、電子組立体。
9. 請求項５に記載の電子組立体に使用するカバー。
10. 請求項５に記載の電子組立体に使用する基板において、前記基板は、ほぼ閉じた構造を有する第２パターンを備え、この第２パターンは、前記ほぼ閉じた構造に接続したはんだパッドおよび前記基板の電気接点に電気的に接続する接点領域を備え、また前記基板は、前記はんだパッドおよび前記接点領域に配置されたある量のはんだ材料（５４）を有する基板。

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