JP2010021429A

JP2010021429A - 電子機器およびその製造方法

Info

Publication number: JP2010021429A
Application number: JP2008181655A
Authority: JP
Inventors: Hajime Yamada; 一山田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2010-01-28

Abstract

【課題】電子部品を封止する樹脂部の熱膨張係数が効果的に抑制された電子機器およびその製造方法を提供する。
【解決手段】電子機器は、可動部分の変位により力を検出する機能を有する角速度センサである。電子機器は、電子部品１０と、電子部品１０を封止する樹脂部２０と、リードフレーム３０と、ワイヤ４０とを含む。樹脂部２０は、フィラー２１を含む。フィラー２１は、負の熱膨張係数を有する。フィラー２１は、マンガン窒化物、タングステン酸ジルコニウム、ならびにリチウム酸化粒、アルミニウム酸化物およびシリコン酸化物からなる三元系酸化物からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子機器およびその製造方法に関し、特に、電子部品を封止する樹脂部を含む電子機器およびその製造方法に関する。

特開平５−２１８４９３号公報（特許文献１）には、発光素子および受光素子が透光性樹脂で一次モールドされ、さらに遮光性樹脂で二次モールドされた光結合装置において、遮光性樹脂との熱膨張係数の差を緩和するために、透光請樹脂にフィラーを含有させることが記載されている。

特開２００６−１７９８０４号公報（特許文献２）には、半導体チップを封止するモールド樹脂部が、シリカガラスからなる透明フィラーを含有するフェノール系硬化樹脂を含むことを特徴とする光半導体素子が記載されている。当該文献では、モールド樹脂部の線膨張係数を低減できるとされている。
特開平５−２１８４９３号公報特開２００６−１７９８０４号公報

しかしながら、特許文献１，２では、正の熱膨張係数を有するフィラーを樹脂部に含有させているに過ぎない。したがって、フィラーを多く添加しても、効果的に熱膨張係数を低減できないという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電子部品を封止する樹脂部の熱膨張係数が効果的に抑制された電子機器およびその製造方法を提供することにある。

本発明に係る電子機器は、電子部品と、電子部品を封止する樹脂部とを備える。上記樹脂部は、負の熱膨張係数を有するフィラーを含む。なお、「負の熱膨張係数」とは、温度が上昇すると体積が小さくなる特性を意味する。

好ましくは、上記電子機器において、フィラーは、マンガン窒化物、タングステン酸ジルコニウム、ならびにリチウム酸化粒、アルミニウム酸化物およびシリコン酸化物からなる三元系酸化物からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む。

好ましくは、上記電子機器において、電子部品は、キャビティと、該キャビティ内に設けられた可動部分とを含む。

好ましくは、上記電子機器において、電子部品は、可動部分の変位により力を検出する機能を有する。

好ましくは、上記電子機器は、角速度センサである。
好ましくは、上記電子機器において、電子部品は、シリコン材料からなる第１の基板と、第１の基板の主面上および裏面上に設けられ、シリコン材料またはガラス材料からなる２枚の第２の基板とを含む三層構造を有する。

本発明に係る電子機器の製造方法は、電子部品を準備する工程と、電子部品をリードフレーム上に実装する工程と、リードフレーム上に実装された電子部品を、負の熱膨張係数を有するフィラーを添加した樹脂でモールドする工程と、樹脂を硬化させる工程とを備える。

本発明によれば、電子機器において、電子部品を封止する樹脂部の熱膨張係数を効果的に抑制することができるので、電子部品に発生する応力を効果的に緩和することができる。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係る電子機器に含まれる振動子の構造を示す平面図である。図２は、図１に示す振動子に含まれる振動子基板と保護基板とを接合した状態の一部を示す断面図である。

本実施の形態に係る電子機器は、角速度検出素子としての振動子１を備えている。この振動子１は、静電駆動／容量検出型で、かつ非共振型のものであって、たとえば単結晶または多結晶の低抵抗なシリコン材料からなる振動子基板２と、この振動子基板２の主面上および裏面上に設けられたたとえば高抵抗なシリコン材料またはガラス材料等からなる保護基板３とを含む三層構造を有する。そして、両基板２，３は、振動子基板２の可動部分を収納するためのキャビティ４が形成される箇所を除いてたとえば陽極接合等の接合方法により一体的に接合されている。また、キャビティ４内は振動ダンピングを低減するために真空状態あるいは低圧力状態に保たれている。

振動子基板２には、エッチング処理等の微細加工を施すことにより、第１〜第４の各質量部７１〜７４、駆動梁８、第１，第２モニター電極９１，９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、第１〜第４検出電極１６１〜１６４、および接地電極１８１，１８２などが形成されている。

ここで、図１において、振動子１の長手方向をＹ軸方向、これに直交する短手方向をＸ軸方向、両軸に共に直交する紙面に垂直な方向をＺ軸方向としたとき、第１〜第４の各質量部７１〜７４は、部分的に接地電極１８１，１８２に接続された駆動梁８によってＹ軸方向に沿って直列に支持されており、これによって第１〜第４の各質量部７１〜７４はＸ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。すなわち、第１〜第４の各質量部７１〜７４および駆動梁８が可動部分となっており、第１，第２モニター電極９１，９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、および接地電極１８１，１８２が固定部となっている。

上記の第１質量部７１においては、第１モニター電極９１および第１，第２の駆動電極１０１，１０２の櫛歯状部分に対向するように左右に突出形成された櫛歯状の可動側電極１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃが設けられている。

また、第２質量部７２は、駆動梁８により支持された四角形の第１駆動枠１２１と、第１駆動枠１２１の内側において上下の第１検出梁１３１により支持された２つの四角形を連接した形状の第１検出枠１４１とを有する。第１駆動枠１２１の外側には第１質量部７１に近接して上記の第１，第２駆動電極１０１，１０２の櫛歯状部分に対向した櫛歯状の可動側電極１５１ａ，１５１ｂが形成されている。また、第１検出枠１４１の２つの四角形部分の内側にはそれぞれ櫛歯状の第１，第２検出電極１６１，１６２にそれぞれ対向して櫛歯状の可動側電極１７１が形成されている。これにより、第１検出枠１４１は可動側電極１７１と共に第１検出梁１３１によってＹ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。

上記の第４質量部７４においては、第２モニター電極９２および第３，第４の駆動電極１０３，１０４の櫛歯状部分に対向するように左右に突出形成された櫛歯状の可動側電極１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃが設けられている。

また、第３質量部７３は、駆動梁８により支持された四角形の第２駆動枠１２２と、第２駆動枠１２２の内側において上下の第２検出梁１３２により支持された２つの四角形を連接した形状の第２検出枠１４２とを有する。第２駆動枠１２２の外側には第４質量部７４に近接して上記の第３，第４駆動電極１０３，１０４の櫛歯状部分に対向した櫛歯状の可動側電極１５２ａ，１５２ｂが形成されている。また、第２検出枠１４２の２つの四角形部分の内側にはそれぞれ櫛歯状の第３，第４検出電極１６３，１６４にそれぞれ対向して櫛歯状の可動側電極１７２が形成されている。これにより、第２検出枠１４２は可動側電極１７２と共に第２検出梁１３２によってＹ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。

上記の第１，第２モニター電極９１，９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、第１〜第４検出電極１６１〜１６４、および接地電極１８１，１８２は、振動子基板２上の保護基板３との接合箇所の上に形成されていて固定状態になっている。そして、これらの固定側の各電極９１，９２、１０１〜１０４、１６１〜１６４、１８１，１８２は、図２に示すように各電極パッド５にそれぞれ個別に接続されており、これらの各電極パッド５を介して後述する外部の電気回路と電気的接続が可能になっている。なお、振動子１の可動部分は、駆動梁８を介して接地電極１８１，１８２と機械的かつ電気的に接続されていて接地電位に保たれている。

図３は、本実施の形態に係る電子機器を示す断面図である。図３に示す電子機器は、図１，図２に示す振動子１に対応する。すなわち、本実施の形態に係る電子機器は、可動部分の変位により力を検出する機能を有する角速度センサである。

図３を参照して、本実施の形態に係る電子機器は、電子部品１０と、電子部品１０を封止する樹脂部２０と、リードフレーム３０と、ワイヤ４０とを含む構造を有する。樹脂部２０は、フィラー２１を含む。フィラー２１は、負の熱膨張係数を有する。リードフレーム３０は、リードフレーム３１，３２と、電子部品１０が搭載されるリードフレーム３３と備える。ワイヤ４０は、電子部品１０とリードフレーム３１とを電気的に接続するワイヤ４１と電子部品１０とリードフレーム３２とを電気的に接続するワイヤ４２とを含む。

フィラー２１は、マンガン窒化物、タングステン酸ジルコニウム、ならびにリチウム酸化粒、アルミニウム酸化物およびシリコン酸化物からなる三元系酸化物からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む。これにより、フィラー２１に負の熱膨張係数を与えることができる。すなわち、本実施の形態では、フィラー２１は、温度が上昇すると体積が小さくなる特性を有する。

このようにすることで、電子部品１０を封止する樹脂部２０の熱膨張係数を低減することができるので、電子部品１０に発生する応力が効果的に緩和されたSSOP（Shrink Small-Outline Package）を提供することができる。

ここで、本実施の形態に係る電子機器の構成について、さらに具体的に説明する。一例として、樹脂部２０を構成する樹脂は、エポキシ系の樹脂であり、その線膨張係数は、６０ｐｐｍ／℃程度である。リードフレーム３０は、たとえば銅などの金属により構成される。リードフレーム３０を銅で構成した場合、その線膨張係数は、１７ｐｐｍ／℃程度である。また、電子部品１０を構成するガラスやシリコンの熱膨張係数は、３ｐｐｍ／℃程度である。

フィラー２１を構成するマンガン窒化物は、たとえば、（Ｍｎ_0.96Ｆｅ_0.04）₃（Ｚｎ_0.5Ｇｅ_0.5）Ｎである。なお、マンガン窒化物の種類は、上記のものに限定されず、構成元素の種類や比率を変動させることにより、負の膨張係数の大きさを変動させることができる。

Ｍｎ₃ＸＮ系のフィラー２１を、たとえば６０ｐｐｍ／℃程度の線膨張係数を有する樹脂に対して６７ｗｔ％程度添加することで、樹脂部２０の線膨張係数を３ｐｐｍ／℃程度にすることができ、７０ｗｔ％程度添加することで、樹脂部２０の線膨張係数を０ｐｐｍ／℃程度とすることができる。

また、フィラー２１として、タングステン酸ジルコニウム（ＺｒＷ₂Ｏ₈）を用いた場合、フィラー２１を８３ｗｔ％程度添加することで、樹脂部２０の線膨張係数を３ｐｐｍ／℃程度にすることができ、８７ｗｔ％程度添加することで、樹脂部２０の線膨張係数を０ｐｐｍ／℃程度にすることができる。

また、フィラー２１を構成するリチウム酸化粒、アルミニウム酸化物およびシリコン酸化物からなる三元系酸化物は、たとえば、Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ｎＳｉＯ₂である。これを、８８ｗｔ％程度添加することで、樹脂部２０の線膨張係数を３ｐｐｍ／℃程度にすることができ、９２ｗｔ％程度添加することで、樹脂部２０の線膨張係数を０ｐｐｍ／℃程度にすることができる。

なお、フィラー２１を構成するマンガン窒化物、タングステン酸ジルコニウム、およびシリコン酸化には、それぞれ、表１に示すような負の熱膨張係数を与えることが可能である。

上記のように、負の熱膨張係数を有するフィラー２１を樹脂部２０に添加するにあたり、樹脂部２０の線膨張係数を、電子部品１０を構成するガラスやシリコンと略同じ線膨張係数に調整することが好ましい。たとえば、上記のように、電子部品１０を構成するガラスやシリコンの線膨張係数が３ｐｐｍ／℃程度であれば、樹脂部２０の線膨張係数も３ｐｐｍ／℃程度にすることが好ましく、近年開発されている低膨張係数のガラスを電子部品１０に用いる場合には、樹脂部２０の線膨張係数を０ｐｐｍ／℃程度にすることが好ましい。

なお、樹脂部を構成するエポキシ樹脂（６０ｐｐｍ／℃程度）に対して、正の線膨張係数を有するシリカ（３〜７ｐｐｍ／℃程度）やアルミナ（７〜８ｐｐｍ／℃程度）をフィラーとして用いた場合、樹脂部の線膨張係数を電子部品１０の線膨張係数に十分に近づけることができない。たとえば、フィラーとしてシリカを用いた場合、たとえば、７０ｗｔ％程度のフィラーを添加しても、樹脂部の線膨張係数を３０ｐｐｍ／℃程度にまでしか低減できない。このため、応力が敏感に作用するMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の特性が、樹脂部の熱変化によって劣化してしまうことが懸念される。

これに対し、本実施の形態によれば、樹脂部２０に負の熱膨張係数を有するフィラー２１を添加することにより、樹脂部２０内で熱膨張／熱収縮を相殺することができるので、電子部品１０と樹脂部２０との線膨張係数を近づけることができる。この結果、電子部品１０に発生する応力を緩和することができる。特に、電子部品１０が上述したキャビティ内に設けられた可動部分を有する角速度センサである場合、上記応力が計測結果に影響しやすい状態にあるため、フィラー２１を添加して当該応力を緩和することによる効果が顕著である。

次に、図４を用いて、本実施の形態に係る電子機器の製造方法について説明する。まず、ステップ１０（以下、「Ｓ１０」のように略す。）において、電子部品１０を準備する。次に、Ｓ２０において、電子部品１０をリードフレーム３１上に実装する。次に、Ｓ３０において、リードフレーム３１上に実装された電子部品１０を、負の熱膨張係数を有するフィラー２１を添加した樹脂でモールドして樹脂部２０を形成する。そして、Ｓ４０において、樹脂部２０を硬化させる。以上の工程により、図３に示す電子機器が得られる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の１つの実施の形態に係る電子機器に含まれる振動子の構造を示す平面図である。図１に示される振動子に含まれる振動子基板と保護基板とを接合した状態の一部を示す断面図である。本発明の１つの実施の形態に係る電子機器を示す断面図である。本発明の１つの実施の形態に係る電子機器の製造方法を示すフロー図である。

符号の説明

１振動子、２振動子基板、３保護基板、４キャビティ、５電極パッド、８駆動梁、１０電子部品、２０樹脂部、２１フィラー、３０，３１，３２，３３リードフレーム、４０，４１，４２ワイヤ、７１〜７４第１〜第４の各質量部、９１，９２第１，第２モニター電極、１０１〜１０４第１〜第４駆動電極、１６１〜１６４第１〜第４検出電極、１８１，１８２接地電極。

Claims

電子部品と、
前記電子部品を封止する樹脂部とを備え、
前記樹脂部は、負の熱膨張係数を有するフィラーを含む、電子機器。
前記フィラーは、マンガン窒化物、タングステン酸ジルコニウム、ならびにリチウム酸化粒、アルミニウム酸化物およびシリコン酸化物からなる三元系酸化物からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む、請求項１に記載の電子機器。
前記電子部品は、キャビティと、該キャビティ内に設けられた可動部分とを含む、請求項１または請求項２に記載の電子機器。
前記電子部品は、前記可動部分の変位により力を検出する機能を有する、請求項３に記載の電子機器。
前記電子機器は、角速度センサである、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電子機器。
前記電子部品は、シリコン材料からなる第１の基板と、前記第１の基板の主面上および裏面上に設けられ、シリコン材料またはガラス材料からなる２枚の第２の基板とを含む三層構造を有する、請求項１から請求項５のいずれかに記載の電子機器。
電子部品を準備する工程と、
前記電子部品をリードフレーム上に実装する工程と、
前記リードフレーム上に実装された前記電子部品を、負の熱膨張係数を有するフィラーを添加した樹脂でモールドする工程と、
前記樹脂を硬化させる工程とを備えた、電子機器の製造方法。