JP4781098B2 - 電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板の主面に微小電子機械機構が形成されてなる電子部品を、電子部品封止用基板を用いて封止することにより形成される電子装置に関するものである。

近年、シリコンウェハ等の半導体基板の主面に、半導体集積回路素子等の微細配線を形成する加工技術を応用して、極めて微小な電子機械機構、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）を形成した電子部品が注目され、実用化に向けて開発が進められている。

このような微小電子機械機構としては、加速度センサ，圧力センサ，アクチュエータ等のセンサや、微細な鏡面体を可動式に形成したマイクロミラーデバイスや、光デバイスあるいはマイクロポンプ等を組み込んだマイクロ化学システム等の非常に広い分野にわたるものが試作、開発されている。

このような微小電子機械機構は、機械的な動作を妨げるような異物の付着の防止や、安定した機械的な動作環境の確保のために、中空状態の容器内に気密封止して電子装置とした後、各種機器に実装して使用する必要がある。

従来、このような容器は、微小電子機械機構が形成されている半導体基板の主面に他の半導体基板（封止用の半導体基板）を取着することにより形成されていた。この封止用の半導体基板には、例えば、微小電子機械機構を取り囲んで封止するような凹部が形成されている。

一方、上記従来技術で作製された電子装置の場合、各半導体基板は、その内部に３次元状の配線導体を形成することができないので、微小電子機械機構が実装されている容器の内側から、対向する露出側の主面にかけて配線導体を導出させることが難しい。そのため、配線導体の導出部位を外部電気回路の所定部位に対向させて直接接続する、いわゆる表面実装が難しいという問題を有していた。

このような問題に対し、表面実装が可能な形態で電子装置を形成することのできる技術として、本出願人は、以前、セラミック材料等の絶縁材料からなる絶縁基板を用いて形成した電子部品封止用基板、およびその電子部品封止用基板を用いた電子装置の製造方法（微小電子機械機構の封止方法）を提案した（特許文献１参照。）
特許文献１に記載の技術において、電子部品封止用基板は、絶縁基板に、微小電子機械機構を内側に収めるような枠部材と、電極に電気的に接続される接続パッドおよび接続端子が、それぞれ電子部品の微小電子機械機構および電極と対向して配設されている。

この電子部品封止用基板によれば、例えば、セラミック多層配線基板等の絶縁基板を用いて形成されたものとすることにより、微小電子機械機構が気密封止されている容器の内部から絶縁基板の露出する表面にかけて配線導体を導出させることができる。そのため、この導出された端部を実装パッドとして外部電気回路に接続させるようにすることにより、表面実装が可能な電子装置を作製することができる。

また、この電子部品封止用基板を用いた電子装置の製造方法によれば、電子部品封止用基板および電子部品をそれぞれ、複数が絶縁基板または半導体基板に縦横に配列された、いわゆる多数個取りとすることにより、表面実装が可能な電子装置を、生産性を高くして製造することができる。すなわち、半導体基板に配列された多数個の電子部品（微小電子機械機構等）に、この配列された各電子部品に対応して配列形成された電子部品封止用基板（電子部品封止用領域）をそれぞれ重ね合わせて接合することによって、多数の微小電子機械機構を一括して封止することができる。また、この封止の際、電子部品の電極と電子部品封止用基板の配線導体との電気的導通を一括して行なうこともできるので、互いに接合されたそれぞれ多数個取りの形態の電子部品および電子部品封止用基板を個片に分割することによって個々の電子装置を多数個同時に製造することができる。

製造された個々の電子装置は、例えば、実装パッドが半田等の導電性接合材を介して、外部電気回路基板の対応する端子等の所定部位に電気的，機械的に接続される。

なお、この電子部品封止用基板の下面に形成された実装パッドは、外部電気回路との接続を考慮して、通常は、電子部品封止用基板の下面の外周部に沿って形成されている。
特開２００４−２９６７２４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においては、微小電子機械機構の封止と、電極を外部に導出させるための電気的な接続とが同時に行なえること等により電子装置の生産性を高くすることができ、また、表面実装が可能な電子装置を容易に作製することができるものの、近年、光変調素子や周波数フィルタ用途等で使用される微小電子機械機構、特に、半導体基板の主面の中央部に柱状等の支持部を介して梁状等の振動部が配設された構造を有する微小電子機械機構を備える電子装置においては、次のような不具合を十分に抑制しきれない可能性が生じてきた。

すなわち、このような、動作の範囲が数１０μｍ以下の構造を有する微小電子機械機構では、わずかな支持部の歪みでも、振動部による振動等の機械的な作動に、例えば、磁界や電界のオン・オフに対する振動部の応答速度が一定にならない等の不具合を誘発し、電子装置としての特性や信頼性を十分に確保できない可能性が生じてしまう。

このような問題について研究した結果、本発明者は、上記の微小電子機械機構を形成した電子部品を封止して得られた電子装置を外部電気回路に半田等を用いて実装する際や電子部品の駆動などに伴って熱負荷が加えられたときに、セラミックス材料で形成した電子部品封止用基板と、エポキシ樹脂などで形成された外部電気回路との熱膨張差に起因して発生する応力、およびこの応力により生じる電子部品封止用基板（絶縁基板）の反り等の変形が微小電子機械機構の駆動に影響を与え、これにより上記の不具合が誘発されるということを見出した。

つまり、電子装置が加熱され、その後冷却する際に、上記の応力によって電子部品封止用基板は変形（反りなど）を生じ、この変形にともなって、電子部品封止用基板と枠部材を介して機械的に接合されている、微小電子機械機構を形成した半導体基板にも変形が生じる。この半導体基板の変形が、例えば、駆動電圧の印加によって振動する振動部を支持した構造の微小電子機械機構の支持部に応力として作用すると、振動部が変形したり、歪みが発生したりする。

振動部の形状、例えば、梁状の部分の長さや支持部との接点間の間隔等は、駆動電圧の大きさや信号の周波数などの電子装置の動作条件に応じて設定されているので、振動部に変形や歪みが生じると、振動部の応答速度が変化したり、振動部が正しく接点と接触しなくなったりすることによって、電子装置の誤動作を生じてしまう。また、変形や歪みを生じた部分等において、長期間にわたって高速で繰り返し振動する振動部にクラックなどが発生し信頼性が低下するなどの問題点もあることが分かってきた。

そこで、電子部品封止用基板と外部電気回路基板とを、リードフレームやボンディングワイヤなどのリード端子を用いて接続するという手法が考えられる。例えば、電子部品封止用基板と外部電気回路基板とがリードフレームを介して電気的、機械的に接続された場合には、電子部品封止用基板と外部電気回路基板との熱膨張差に起因して応力が発生したとしても、リードフレームが変形することでその応力が緩和される。

これによって、リード端子等による電気的な接続を確保して接続信頼性を向上させることができる。また、電子部品封止用基板を介して電子部品に作用する応力が緩和されるので、微小電子機械機構の歪みや変形を抑制することもできる。

しかし、この場合は、リード端子を設置した分だけ電子部品封止用基板の外形は大型化するので、電子装置としての小型化が阻害される。さらに外部電気回路基板にはリード端子と接続するためのスペースを確保する必要があるので、これに搭載される微小電子機械機構が形成された電子部品（電子装置）や、他の電子素子（例えばコンデンサや抵抗器等の受動部品など）の実装密度が低下するおそれがある。

本発明は、上記の問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、小型で、微小電子機械機構が封止された電子装置に熱が印加されても、微小電子機械機構の駆動精度が高く、信頼性の高い電子装置を提供することにある。

本発明の電子装置は、下面の中央部に微小電子機械機構が形成された電子部品が、上面に前記微小電子機械機構を取り囲む枠状の電子部品封止領域を有し、下面に、外部端子を介して外部電気回路基板に接合される実装パッドが配置された実装領域を有する電子部品封止用基板に、前記微小電子機械機構を前記枠状の電子部品封止領域の内側に封止して搭載されており、前記実装領域は、平面視で前記枠状の電子部品封止領域の中心を通る区分直線によって前記枠状の電子部品封止領域を４等分した４つの区分領域のうち３つ以下の前記区分領域に対向する領域に、複数の前記区分領域に対向する領域に跨がることなく配置されており、前記区分領域に対向する領域において、前記実装領域以外の領域が前記外
部電気回路基板に接合されないことを特徴とするものである。

本発明の電子装置は、下面の中央部に微小電子機械機構が形成された電子部品が、上面に前記微小電子機械機構を取り囲む枠状の電子部品封止領域を有し、下面に、外部端子を介して外部電気回路基板に接合される実装パッドが配置された実装領域を有する電子部品封止用基板に、前記微小電子機械機構を前記枠状の電子部品封止領域の内側に封止して搭載されており、前記実装領域は、平面視で前記枠状の電子部品封止領域の中心から外周に向かって伸び、前記枠状の電子部品封止領域を４等分する４つの区分半直線のうち３つ以下の前記区分半直線に対向する線に沿って配置されており、前記区分半直線に対向する領域において、前記実装領域以外の領域が前記外部電気回路基板に接合されないことを特徴とするものである。

本発明の電子装置によれば、電子部品封止用基板の実装パッドが配置された実装領域を、平面視で枠状の電子部品封止領域を４等分した４つの区分領域のうち３つ以下の区分領域に対向する領域に配置したことから、実装領域が配置されない部位、つまり電子部品封止用基板のうち実装パッドを介して外部電気回路基板と機械的に接続されない部位では応力が生じないので、少なくとも１つの区分領域において、電子部品封止用基板に作用する応力を低く抑えることができる。このような区分領域（低応力部）では歪みも小さいので、電子部品封止用基板と枠部材を介して機械的に接続されている半導体基板にも、歪みの小さい領域を少なくとも一つの区分領域に対向する領域で形成することができる。

熱膨張係数の差に起因する応力によって電子部品封止用基板が変形することで電子部品の半導体基板に発生する応力は、実装領域と対向する電子部品の領域で高く、実装領域と対向する電子部品の領域から離れた部位で低くなる。そのため、少なくとも１つの区分領域と平面視で対向する領域において半導体基板に低応力部を形成することができるとともに、微小電子機械機構はこの低応力部に形成することができるので、例えば振動部を備える微小電子機械機構にその応力に起因して歪みが生じることは効果的に防止され、微小電子機械機構の駆動精度を高くすることができる。

本発明の電子装置によれば、電子部品封止用基板の実装パッドが配置された実装領域を、平面視で枠状の電子部品封止領域の中心から外周に向かって伸び、枠状の電子部品封止領域を４等分する４つの区分半直線のうち３つ以下の区分半直線に対向する線に沿って配置したことから、実装領域が配置されない部位、つまり電子部品封止用基板のうち実装パッドを介して外部電気回路基板と機械的に接続されない部位では応力が生じないので、少なくとも１つの区分半直線に沿った、区分半直線が含まれる領域において、電子部品封止用基板に作用する応力を低く抑えることができる。このような区分半直線を含む領域（低応力部）では歪みも小さいので、電子部品封止用基板と枠部材を介して機械的に接続されている半導体基板にも歪みの小さい領域を少なくとも一つの区分半直線を含む領域に対向する領域で形成することができる。

熱膨張係数の差に起因する応力によって電子部品封止用基板が変形することで電子部品の半導体基板に発生する応力は、実装領域と対向する電子部品の領域で高く、実装領域と対向する電子部品の領域から離れた部位で低くなる。そのため、少なくとも１つの区分半直線を含む領域と平面視で対向する領域において半導体基板に低応力部を形成することができるとともに、微小電子機械機構はこの低応力部に形成することができるので、例えば振動部を備える微小電子機械機構にその応力に起因して歪みが生じることは効果的に防止され、微小電子機械機構の駆動精度を高くすることができる。

本発明の電子装置について以下に詳細に説明する。

（第１の構成）
図１は本発明の電子装置について、その第１の構成における実施の形態の一例を示す断面図である。

図１において、１１は下面の中央部に微小電子機械機構９が形成された電子部品であり、７は上面に微小電子機械機構９を取り囲む電子部品封止領域を有し、下面に実装パッド６が配置された実装領域を有する電子部品封止用基板である。電子部品封止用基板７を用いて、電子部品１１の下面に形成されている微小電子機械機構９を封止することにより、電子装置１２が基本的に形成される。

なお、図１において、１は絶縁基板、２は配線導体、３は接続パッド、４は接続端子、５は封止材、６は実装パッドである。本例においては、これら絶縁基板１，配線導体２，接続パッド３，接続端子４，封止材５および実装パッド６により電子部品封止用基板７が基本的に構成される。

また、本例において、微小電子機械機構９は半導体基板８の下面に形成されており、その下面には微小電子機械機構９と電気的に接続された電極１０が形成されている。電極１０が接続端子４を介して接続パッド３と電気的に接続されることにより、微小電子機械機構９が外部接続可能な状態で封止された電子装置１２が形成される。

半導体基板８は、例えば、単結晶や多結晶等のシリコン基板からなる。このシリコン基板の下面に酸化シリコン層を形成するとともに、その下面の中央部にフォトリソグラフィ等の微細配線加工技術を応用して、微小な振動部等の微小電子機械機構９が形成される。なお、この場合の中央部は、必ずしも中心部とは限らず、微小電子機械機構９を封止するための封止材５等を配置するスペースを確保するのに必要な部位の内側を意味する。例えば、微小電子機械機構９は、図示したように下面の外周側に若干偏って配置されていてもかまわない。

この半導体基板８の下面には、微小電子機械機構９と、例えば半導体基板８に微細配線技術を用いて形成された微細配線を介して電気的に接続された電極１０が、円形状パターン等で形成されている。この例において、電極１０は、微小電子機械機構９が形成されている中央部よりも外側の、外周部に形成されている。

なお、図１において微小電子機械機構９は、一対の柱状の支持部（符号なし）の間で梁状の振動部（符号なし）を支持する両持ち梁構造となっている。この両持ち梁構造の微小電子機械機構９は、振動部に形成された上部電極（図示せず）と半導体基板８に形成された下部電極（図示せず）との間に微小電圧を印加すると、静電現象によって振動部が下部電極に向かって接近し、また電圧の印加を停止すると離間して元の状態に戻る。そして、このような振動部の動作（振動）により、上部電極の高さを変えて反射する光の強度を変調し光変調素子として機能させたり、特定の周波数で振動部を振動させて周波数フィルタとして機能させることなどができる。

ただし、本発明における微小電子機械機構９はこれに限られず、例えば、電気スイッチ，インダクタ，キャパシタ，共振器，アンテナ，マイクロリレー，光スイッチ，ハードディスク用磁気ヘッド，マイク，バイオセンサー，ＤＮＡチップ，マイクロリアクタ，プリントヘッド，加速度センサ，圧力センサなどの各種センサ、ディスプレイデバイスなどの機能を有する電子装置１２であり、半導体微細加工技術を基本としたいわゆるマイクロマシニング法で作る部品であり、１素子あたり１０μｍ〜数百μｍ程度の寸法を有し、動作中に半導体基板８が変形することによって機能が損なわれるものであれば適用できる。

絶縁基板１は、微小電子機械機構９を封止するための蓋体として機能するとともに、配線導体２，接続パッド３，接続端子４，封止材５および実装パッド６を形成するための基体として機能する。

この絶縁基板１は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，炭化珪素質焼結体，窒化珪素質焼結体，ガラスセラミックス焼結体等のセラミックス材料により形成される。

絶縁基板１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、酸化アルミニウムとガラス粉末等との原料粉末をシート状に成形してなるセラミックグリーンシートを積層し、焼成することにより形成される。なお、絶縁基板１は、酸化アルミニウム質焼結体で形成するものに限らず、用途や気密封止する電子部品１１の特性等に応じて適したものを選択することが好ましい。

例えば、絶縁基板１は、後述するように、封止材５を介して半導体基板８と機械的に接合されるので、半導体基板８との接合の信頼性、つまり微小電子機械機構９の封止の気密性を高くするためには、ムライト質焼結体または例えばガラス成分の種類や添加量を調整することにより熱膨張係数を半導体基板８に近似させるようにした酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系等のガラスセラミックス焼結体等のような、半導体基板８との熱膨張係数の差が小さい材料で形成することが好ましい。

また、酸化アルミニウムフィラーにホウ珪酸ガラス系を含んだガラスを焼結したガラスセラミック焼結体は、電気抵抗の小さい銅や銀で配線導体２が形成できるため、また比誘電率が低く電気信号の遅延を防止することができるため、高周波信号を取り扱う絶縁基板１の材料として好ましい。

また、絶縁基板１の上面に、電子部品１１の微小電子機械機構９を内側に収めるような凹部１３を形成しておいてもよい。凹部１３内に微小電子機械機構９の一部を収めるようにしておくと、微小電子機械機構９を取り囲むための封止材５の高さを低く抑えることができ、電子装置１２の低背化に有利なものとなる。

絶縁基板１の上面の外周部には、微小電子機械機構９を取り囲むようにして封止材５が枠状に形成されている。この封止材５の内側が、微小電子機械機構９を取り囲む枠状の電子部品封止領域（符号なし）となる。電子部品封止領域の形状は、平面視で四角形や八角形等の多角形状、円形状、楕円形状等である。また、これらの形状の角部を円弧状に成形したり、辺部や円周部の一部に凹凸を設けたものであってもよい。

封止材５は、その内側に微小電子機械機構９を収めるような枠状の形状および寸法で形成され、電子部品１１の微小電子機械機構９をその内側に気密封止するための側壁として機能する。

封止材５は、錫−銀系，錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう等の低融点ろう材、銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材のような接合部材として知られる金属材料で形成される。

また、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の鉄−ニッケル系合金，無酸素銅，アルミニウム，ステンレス鋼，銅−タングステン合金，銅−モリブデン合金等の金属材料、あるいは酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミックス焼結体等の無機系材料にＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｐｄ等の金属層をめっき法等で形成した導電性被膜等を形成したものに、錫−銀系，錫−銀−銅系等の半田を塗布したものを使用することもできる。

封止材５は、例えば、錫−銀系の半田等の接合部材からなる場合であれば、封止材用パターン３ａを介して半田を絶縁基板１の上面の所定位置に所定の高さ（例えば微小電子機械機構９以上の高さ）になるようにして接合することにより、絶縁基板１の上面に形成される。

封止材用パターン３ａは、上記の半田やろう材との濡れ性の良い金属材料、例えば、少なくとも最表面が金で形成されているメタライズ層やめっき層等により形成される。

封止材用パターン３ａは、例えば、タングステンのメタライズ層にニッケルおよび金の各めっき層が順次被着されたものであれば、次のようにして形成することができる。まず、タングステンの粉末に適当な有機溶剤およびバインダを添加混練して金属ペーストを作製し、これを絶縁基板１となるセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法により所定の枠状等のパターンに印刷するとともに焼成して、タングステンのメタライズ層を形成する。次に、タングステンのメタライズ層に、電解ニッケルめっき浴（Watt浴など）や電解金めっき浴（Rinker浴など）を用いた電解めっき法により順次ニッケルおよび金めっき層を被着させる。また、外部からの電気を用いずにめっき層を被着形成できる無電解めっき法を用いてもよい。

この封止材５（枠部材）の絶縁基板１に接合されているのと反対側の主面（図１の例では上面）を電子部品１１の下面に接合させることにより、封止材５の内側に微小電子機械機構９が気密封止され、電子部品封止用基板７に電子部品封止領域が形成される。この場合、半導体基板８が底板となり、絶縁基板１が蓋体となる。

なお、封止材５が、鉄−ニッケル−コバルト合金等の、接合部材以外の材料から成る場合は、封止材５を絶縁基板１の上面や電子部品１１の半導体基板８の下面に接合する方法としては、例えば錫−銀系等の半田，金−錫ろう等の低融点ろう材，銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材の接合材を介して、枠状に成形された鉄−ニッケル−コバルト合金等の部材を封止材用パターン３ａに接合する等の方法を用いることができる。この封止材５の枠状への成形は、例えばエッチングや打ち抜き等の金属加工手段を用いることができる。

絶縁基板１の上面（微小電子機械機構９を封止する側）からは、下面または側面に配線導体２が導出されている。また、絶縁基板１の上面の外周部には、封止材用パターン３ａの内側に、配線導体２と接続された接続パッド３が形成されている。これらの配線導体２および接続パッド３は、接続パッド３上に形成される接続端子４を介して電子部品１１の電極１０と電気的に接続され、これを絶縁基板１の下面や側面に導出する機能を有する。

これら配線導体２、接続パッド３は、銅，銀，金，パラジウム，タングステン，モリブデン，マンガン等の金属材料により形成される。

これらの形成手段としては、例えば、配線導体２および接続パッド３が銅メタライズである場合、銅粉末およびガラス粉末に適当な有機バインダ，溶剤を添加混合した金属ペーストを、絶縁基板１となるグリーンシートにスクリーン印刷等により印刷してこれをグリーンシートとともに焼成すること、等の手段が挙げられる。

接続端子４は、錫−銀系，錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう等の低融点ろう材、銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材のような金属材料等により形成されている。

接続端子４は、封止材５が錫−銀系，錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう等の低融点ろう材、銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材のような金属材料等で形成されている場合には封止材５とともに一括形成してもよい。

この接続端子４を電子部品１１の電極１０に接合することにより、電子部品１１の電極１０が、接続端子４，接続パッド３および配線導体２を介して、絶縁基板１の下面または側面に導出される。

そして、この下面に導出された配線導体２の端部には実装パッド６が形成され、この実装パッド６を外部電気回路基板（図示せず）の外部電気回路に錫−鉛半田等からなる半田バンプなどの外部端子を介して接合することにより、電子部品１１の電極１０が外部電気回路と電気的に接続される。

外部電気回路と電子装置１２との接続を半田バンプなどの外部端子を用いて接続する場合には、電子部品１１と電子部品封止用基板７との接合温度以下で行なうことが電子部品１１と電子部品封止用基板７との接続信頼性を確保する観点で望ましい。

実装パッド６は、上記の接続パッド３と同様に、銅，銀，金，パラジウム，タングステン，モリブデン，マンガン等の金属材料により形成され、その形成手段としては、例えば、実装パッド６が銅メタライズである場合であれば、銅粉末およびガラス粉末に適当な有機バインダ，溶剤を添加混合した実装パッド用ペーストを、絶縁基板１となるグリーンシートにスクリーン印刷等により印刷して、これをグリーンシートとともに焼成することにより形成される。

ここで、この第１の構成において、電子装置１２は、図２に示すように、実装パッド６が配置された実装領域が、平面視で封止材５の内側の電子部品封止領域の中心を通る区分直線によって電子部品封止領域を４等分した４つの区分領域（一点鎖線で示す）のうち３つ以下の区分領域に対向する領域に配置されていることが重要である。

図２は、本発明の第１の構成の電子装置１２について、その実施の形態の一例を示す平面図であり、電子部品封止用基板７の実装パッド６が形成された側の面（図１における下面に相当）を示したものである。なお、図２において図１と同じ部位には同じ符号を付してある。ただし、図２は、本発明の構成をわかりやすくするために簡略化し、区分領域と実装領域（実装パッド６が配置された領域）とを主として描いた図であり、微小電子機械機構９等は省略している。また、封止材５は透視した状態で示している。

このように、４つの区分領域のうち３つ以下の区分領域に対向する領域に実装領域を配置することにより、電子部品封止用基板７のうち実装パッド６を介して外部電気回路基板と機械的に接続されない部位では応力が生じないので、少なくとも１つの区分領域において電子部品封止用基板７に作用する応力を低く抑えることができる。このような区分領域（低応力部）では歪みも小さいので、電子部品封止用基板７と封止材５を介して機械的に接続されている半導体基板８にも歪みの小さい領域を、少なくとも一つの区分領域に対向する領域で形成することができる。

詳細には、熱膨張係数の差に起因する応力によって電子部品封止用基板７が変形することで電子部品１１の半導体基板８に発生する応力は、実装領域と対向する電子部品１１の領域で高く、実装領域と対向する電子部品１１の領域から離れた部位で低くなる。そのため、少なくとも１つの区分領域と平面視で対向する領域において半導体基板８に低応力部を形成することができるとともに、微小電子機械機構９はこの低応力部に形成することができるので、例えば、振動部（図示せず）を備える微小電子機械機構９にその応力に起因して歪みが生じることは効果的に防止され、微小電子機械機構９の駆動精度を高くすることができる。

図２に示す例は、絶縁基板１の下面のうち、２つの区分領域に対向する領域に、それぞれ実装パッド６を形成して実装領域を配置させた例である。この場合、電子部品封止用基板７の下面には、それぞれ２個の実装パッド６が配置された実装領域に対向する２つの区分領域Ｋ１と、実装パッド６が配置されていない２つの区分領域Ｋ２とが存在する。この実装パッド６が配置されていない２つの区分領域Ｋ２に対向する半導体基板８の領域は、歪みの小さな低応力部となる。この低応力部に微小電子機械機構９（図２では図示せず）を形成しておくと、微小電子機械機構９に熱膨張係数の差による応力等に起因する歪みが生じることが効果的に防止され、微小電子機械機構９の駆動精度を高くすることができる。この例であれば、絶縁基板１（特に電子部品封止領域）の平面視した面積のうち、約１／２の領域に対向する領域において、半導体基板８に微小電子機械機構９を形成することができる。

なお、実装パッド６は、電子装置１２の実装のため最低１個は必要であり、区分領域のうち少なくとも１つに対向する領域に実装パッド６が配置されることになる。

４つの区分領域に対向する領域のうちいくつの領域にどのように実装パッド６を配置するかについては、微小電子機械機構９の形状や寸法、機能、および電子部品１１の平面寸法や外部電気回路基板に対する傾き等に応じて適宜調整する。これらの配置については、後に具体例を挙げて説明する。

（第２の構成）
また、本発明の電子装置は、その第２の構成において、図３に示すように、平面視で封止材５の内側の電子部品封止領域の中心から外周に向かって伸び、電子部品封止領域を４等分する４つの区分半直線（一点鎖線で示す）のうち３つ以下の区分半直線に対向する線に沿って配置されていることが重要である。

この第２の構成の電子装置１２は、実装領域の配置を、上記区分半直線に対向する線に沿って行なわせるようにした点が第１の構成の電子装置１２と異なり、他の部位やその機能については第１の構成の場合と同様である。

図３は、本発明の第２の構成の電子装置１２について、その実施の形態の一例を示す平面図であり、電子部品封止用基板７の実装パッド６が形成された側の面（図１における下面）を示したものである。なお、図３において図１および図２と同じ部位には同じ符号を付してある。ただし、図３は、図１に示す電子装置１２に対応した平面図ではなく、図２と同様に、本発明の構成をわかりやすくするために簡略化したものである。

このように、４つの区分半直線のうち３つ以下の区分半直線に対向する線に沿って実装領域を配置することにより、電子部品封止用基板７のうち実装パッド６を介して外部電気回路基板と機械的に接続されない部位では応力が生じないので、少なくとも１つの区分半直線に沿った、区分半直線を含む領域において、電子部品封止用基板７に作用する応力を低く抑えることができる。このような区分半直線を含む領域（低応力部）では歪みも小さいので、電子部品封止用基板７と封止材５を介して機械的に接続されている半導体基板８にも歪みの小さい領域を、少なくとも一つの区分半直線を含む領域に対向する領域で形成することができる。

このように、少なくとも１つの区分半直線を含む領域と平面視で対向する領域において半導体基板８に低応力部を形成することができるとともに、微小電子機械機構９はこの低応力部に形成することができるので、例えば振動部を備える微小電子機械機構９にその応力に起因して歪みや変形が生じることは効果的に防止され、微小電子機械機構９の駆動精度を高くすることができる。

さらに、微小電子機械機構９が、一対の柱状の支持部（図示せず）の先端間に梁状の振動部（図示せず）を配置したものであるような場合には、次のような効果を得ることもできる。

実装領域を区分半直線に沿って配置した場合には、この実装領域に対向する領域を跨ぐように、すなわち、絶縁基板１と半導体基板８との間に生じる応力が実装パッド６を介して絶縁基板１に伝わり高い応力が作用しやすい領域（高応力部）を避けて微小機械電子機構９の支持部を配置することができる。つまり、機械的な破壊が生じやすい支持部を低応力部に形成することができ、例えば、いわゆる両持ち梁構造（一対の支持部の間で梁状の振動部を支持する構造）の微小電子機械機構９の設計の自由度を高くすることもできる。

図３は、４つの区分半直線のうち一直線状に連なる２つの区分半直線に対向する線に沿って一列に実装領域が配置されている場合を示す。

この場合、電子部品封止用基板７の下面には、それぞれ２個の実装パッド６が配置されてなる２つの実装領域が配置された、一直線状に連なる２つの区分半直線Ｈ１と、それに直交する、実装パッド６が配置されていない２つの区分半直線Ｈ２とが存在する。半導体基板８の、この実装パッド６が配置されている２つの区分半直線に対向する線状の領域以外の領域は、歪みの小さな低応力部となる。したがって、この低応力部に微小電子機械機構９を形成しておくと、熱膨張係数の差による応力等に起因する微小電子機械機構９に歪みが生じることが効果的に防止され、微小電子機械機構９の駆動精度を高くすることができる。

図３の例であれば、実装領域が配置された区分半直線Ｈ１に対向する線状の領域を跨ぐように、例えば、２点の支持部で支持された梁状の振動部を有する両持ち梁構造の微小電子機械機構９を形成すれば、両持ち梁構造の微小電子機械機構９の支持部はそれぞれ低応力部に位置させることができる。そのため、支持部に歪みが生じることは効果的に防止され、電子装置１２が加熱、冷却された際においても駆動精度を高くすることができる。また、上記の実装パッド６が配置されていない区分半直線Ｈ２を含む領域に対向する半導体基板８の領域内に２点の支持部を形成することも可能であるため、微小電子機械機構９の配置位置等の設計の自由度が高くなる。

なお、本発明の電子装置１２は、図２および図３に示した実施の形態の例に限られるものではない。図４および図５に、本発明の電子装置１２の実施の形態の他の例を示す。

図４は、図２と同様に本発明の第１の構成について、実施の形態の他の例を示す平面図であり、４個または６個の実装パッド６を配置した例である。ここで図４（ａ）は実装領域を区分直線によって電子部品封止領域を４等分した４つの区分領域のうち１つの区分領域に対向する領域に配置したもの、（ｂ）は２つの区分領域に対向する領域に配置したもの、（ｃ）は３つの区分領域に対向する領域に配置したものの例である。

図４（ａ）に示したように、実装領域を、区分直線によって電子部品封止領域を４等分した４つの区分領域のうち１つの区分領域に対向する領域に配置したものは、半導体基板８に最も広い範囲で低応力部を形成することができる。したがって、微小電子機械機構９を形成する際の設計の自由度が高く、大型の微小電子機械機構９を形成する場合などに特に好ましい。

さらに、熱膨張係数の差に起因する応力によって電子部品封止用基板７が変形することで電子部品１１の半導体基板８に発生する応力は、実装領域と対向する電子部品１１の領域で高く、実装領域と対向する電子部１１の領域から離れた部位で低くなることから、対向する実装領域と最も離れた電子部品１１の領域（図４（ａ）では、左上の実装領域と対角の位置にある右下の領域）は、応力が一層低い領域となるので、特に高い駆動精度を要求される微小電子機械機構９や、寸法がより小さく繊細な微小電子機械機構９などを形成する場合などに好ましい。

図４（ｂ）は、図２に示した例と同様に、区分直線によって電子部品封止領域を４等分した４つの区分領域のうち２つの区分領域に対向する領域に配置した例の他の例である。このように実装パッド６は電子部品封止領域の外周部に沿って形成するようにすると、外部電気回路基板の外部電気回路と接続する際の自由度が高く、配線の展開が容易となるので好ましい。

図４（ｃ）に示したように、実装領域を、区分直線によって電子部品封止領域を４等分した４つの区分領域のうち３つの区分領域に対向する領域に配置したものは、実装パッド６を最も多く配置することが可能となる。したがって、微小電子機械機構９の構造がより高度に機能化され、例えば、複数の微小電子機械機構９を搭載する際のように、外部電気回路と接続するための配線導体２の数が増加したような場合に好ましい。また、実装パッド６の設計の自由度が高いため、例えば、電子装置１２の外形形状や寸法、厚さ（重さ）等に応じて、電子装置１２を傾かせないように実装パッド６を配置することがより容易に行なえるので、電子装置１２と外部電気回路基板との平行度を確保することが容易である。さらに、実装パッド６が多く形成されると、電子装置１２と外部電気回路基板との接合強度が増加し、落下等の衝撃に対する信頼性を高いものとすることもできる。

図５は、図３と同様に、本発明の第２の構成について、実施の形態の他の例を示す平面図であり、４個または６個の実装パッド６を配置した例である。ここで図５（ａ）は電子部品封止領域を４等分する４つの区分半直線のうち１つの区分半直線に対向する線に沿って配置したもの、（ｂ）は２つの区分半直線に対向する線に沿って配置したもの、（ｃ）は３つの区分半直線に対向する線に沿って配置したものの例である。

図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のそれぞれの場合において、上記の図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のそれぞれと同様な作用効果を得ることができる。

さらに、これらのように区分半直線に沿って実装領域を形成した場合には、例えば微小電子機械機構９が上記両持ち梁構造の場合に、次のような利点がある。すなわち、この実装領域に対向する領域を跨ぐように微小電子機械機構９を形成することが可能であり、設計の自由度が高く、種々の用途や機能を有した電子装置１２とすることができる。

なお、特に図示していないが、電子部品封止用基板７の実装パッド６が配置された下面には、電子部品封止用基板７と外部電気回路基板の間隔を一定とするための凸部を設けていることが好ましい。凸部は、例えば、電子装置１２の実装パッド６を外部電気回路基板に接合する外部端子と下端面が同じ高さになるようにして絶縁基板１に取着、または絶縁基板１と一体的に形成された部材である。凸部は、例えば、絶縁基板１の下面のうち実装パッド６が配置されない部位に設けられ、電子装置１２の下面と外部電気回路基板の上面との間の間隔を一定に保持するスペーサとして機能する。このような凸部を設けることで、電子装置１２を外部電気回路基板に実装する際に電子装置１２と外部電気回路基板との平行を容易に保つことができる。

この場合、実装パッド６が配置されない、実装領域以外の領域に凸部を設けると、凸部で電子装置を支えることができるので、電子装置１２の外部電気回路基板との平行を保つ上で効果的である。ただし、実装領域以外において、凸部は、外部電気回路基板に対して接合しないようにしておく必要がある。凸部を外部電気回路基板に接合してしまうと、凸部を介して電子装置１２の絶縁基板１に熱応力が加わり、従来の技術と同様に、微小電子機械機構９の歪み等の不具合を誘発するおそれがある。

さらに、例えば、実装パッド６の近くに、外部端子よりも弾性率（ヤング率）の低い材料からなる凸部を設けておくと、外部電気回路基板に実装した後に電子装置１２に外力が加わった場合において、凸部と電子装置１２の絶縁基板１との界面にも応力が分散されるとともに、その応力を凸部の変形により効果的に緩和することができるので、実装パッド６に応力が集中し、ここを起点として破壊が生じることなどを抑制することができる。

このような凸部は、外部電気回路と接合されず、かつ、半田バンプなどの外部端子の高さと同じまたは低いものであれば、セラミック材料，金属材料，樹脂材料など種々の部材を用いることができる。例えば、セラミック材料から成る絶縁基板１を形成する際に一括して凸部を形成したり、高融点半田から成る半田ボール等を用いて電子部品封止用基板７に予め凸部となる半田バンプを形成した後に外部端子となる半田バンプを形成するなどすれば、凸部を形成するための工程を別途必要とせずに容易に形成することができる。また、シリコーン等の弾性率が低い樹脂材料を用いて凸部を形成した場合には、電子装置１２に外力が加わった際に発生する応力を効果的に緩和することができ、機械的信頼性をより高くすることもできる。なお、この凸部は、上述したように実装パッド６の配置等に応じた所望の位置（実装パッド６が配置されていない領域や実装パッドに隣接する部位等）に形成すればよい。すなわち、例えば、実装パッド６の数が少ない場合に電子装置１２と外部電気回路基板との平行を保つことを重視するようなときには、実装領域以外の領域に、外部電気回路基板に対して接合されない凸部を設ければよく、実装パッド６の破壊を防止することを重視するようなときには、実装パッド６の近くに低弾性の実装パッド６を設ければよい。

また、図１には図示していないが、封止材５の外側において、電子部品１１の下面と電子部品封止基板７の上面との間に樹脂材料を充填してもよい。樹脂材料を充填した場合、電子部品１１と電子部品封止基板７との間の熱膨張係数の差による熱応力を充填された樹脂材料が分散し、過度の応力が接続端子４および封止材５にかかることを抑制することができる。さらに、水分の浸入を防止できることから、接続端子４および封止材５にクラックが発生したり腐食したりすることを効果的に抑制することができる。その結果、電子装置１２の信頼性をより高くすることが可能となる。

また、本発明の電子装置１２を形成する電子部品封止用基板７は、図６に断面図で示すように、接続パッド３および封止材５を備える電子部品封止領域が、広面積の母基板の一方主面に縦横に配列形成された、いわゆる多数個取りの形態としてもよい。

このような多数個取りの形態としておくと、半導体基板８の下面に微小電子機械機構９およびこれに電気的に接続された電極１０が多数個配列形成された形態で製作される電子部品１１を、多数個同時に気密封止することができ、電子装置１２としての生産性を優れたものとすることができる。

次に、このような多数個取りの形態による電子装置１２の製造方法について、図７（ａ）〜（ｄ）に基づいて説明する。図７（ａ）〜（ｄ）は本発明の電子装置１２の製造方法の実施の形態の一例をそれぞれ工程順に示した断面図であり、図７において図１〜図５と同じ部位には同じ符号を付してある。

まず、図７（ａ）に示すように、半導体母基板８ａに電子部品領域１１ａを多数個縦横に配列形成し、その各領域の下面の中央部に微小電子機械機構９を配置して多数個取り電子部品１１ｂを準備する。

次に、図７（ｂ）に示すように、上面から下面または側面に導出された配線導体２が形成された絶縁母基板１ａと、この絶縁母基板１ａの上面に形成された、配線導体２と電気的に接続された接続パッド３と、絶縁母基板１ａの上面に微小電子機械機構９に相当する領域を取り囲むように枠状にして接合された封止材用パターン３ａと、接続パッド３上に接続端子４を、封止材用パターン３ａ上に封止材５をそれぞれ形成した封止基板領域７ａを多数個、多数個取り電子部品１１ｂの電子部品領域１１ａに対応させて配列形成した多数個取りの電子部品封止用母基板７ｂを準備する。

次に、図７（ｃ）に示すように、多数個取り電子部品１１ｂを電子部品封止用母基板７ｂに対し各電子部品領域１１ａと各封止基板領域７ａとを対応させて重ね合わせ、電極１０を接続端子４に接合するとともに、微小電子機械機構９の周囲の半導体基板８の下面を封止材５の主面（図７における上面）に接合して、微小電子機械機構９を封止材５の内側に気密封止する。

ここで、電極１０と接続端子４との接合は、例えば、接続端子４が錫−銀系半田から成り、封止材５の高さと同じ場合には、電極１０上に接続端子４を位置合わせして載せ、これらを約２５０〜３００℃程度の温度のリフロー炉中で熱処理すること等により行なわれる。

また、微小電子機械機構９の周囲の半導体母基板８ａの下面と封止材５の上面との接合は、例えば、封止材５が鉄−ニッケル−コバルト合金からなる場合には、この接合面に接続端子４と同様の錫−銀系の半田を挟んでおき、上述の電極１０と接続端子４との接合と同時にリフロー炉中で熱処理することにより行なうことができる、
接続端子４および封止材５が錫−銀系半田から成り、接続端子４と封止材５との高さにバラツキがある、あるいは電子部品封止用母基板７ｂに反り等があるような場合には、電子部品１１ｂと電子部品封止用母基板７ｂとは２５０℃〜３００℃程度の温度で熱圧着することで接合することができる。

そして、図７（ｄ）に示すように、互いに接合された多数個取り電子部品１１ｂおよび電子部品封止用母基板７ｂを、ダイシング加工等の切断加工によって、封止基板領域７ａ毎に分割して、個々の電子装置１２を得る。

この個々の電子装置１２において、下面の実装パッド６は、例えば、実装パッド６が配置された実装領域が、平面視で封止材５の内側の電子部品封止領域の中心を通る区分直線によって電子部品封止領域を４等分した４つの区分領域のうち３つ以下の区分領域に対向する領域に配置されるようにして形成され、配置されている。

そして、この実装パッド６を外部電気回路に半田ボール等の外部端子を介して接続することにより、外部電気回路基板に実装される。この場合、電子部品封止用基板７のうち実装パッド６を介して外部電気回路基板と機械的に接続されない部位では応力が生じないので、少なくとも１つの区分領域において電子部品封止用基板７に作用する応力を低く抑えることができる。

したがって、あらかじめ半導体母基板８ａのうちその応力が低い区分領域に対向する領域に微小電子機械機構９を配列させておくようにすることにより、実装パッド６を外部電気回路に半田ボール等の外部端子を介して接続する際の熱によって応力が発生したとしても、その応力に起因して微小電子機械機構９に歪みが生じることが効果的に防止され、駆動精度の高い微小電子機械機構９が搭載された電子装置１２を生産性を高くして製造することができる。

実装パッド６は、平面視で枠状の電子部品封止領域の中心から外周に向かって伸び、枠状の電子部品封止領域を４等分する４つの区分半直線のうち３つ以下の区分半直線に対向する線に沿って実装領域が配置されるように形成してもよい。

なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形は可能である。例えば、上述の実施の形態の例では、１つの電子装置１２内に１つの微小電子機械機構９を気密封止したが、１つの電子装置１２内に複数の微小電子機械機構９を気密封止してもよい。また、電子部品封止用基板７は微小電子機械機構９を収容するための凹部１３、すなわちキャビティを形成した例を示したが、必ずしも凹部１３を形成する必要はなく、封止材５の高さを適切に設定して微小電子機械機構９が必要とする封止空間を形成してもよい。

本発明の電子装置の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の電子装置について、その第１の構成における実施の形態における実装パッドの配置の一例を示す平面図である。 本発明の電子装置について、その第２の構成における実施の形態における実装パッドの配置の一例を示す平面図である。 本発明の電子装置について、その第１の構成における実施の形態における実装パッドの配置の他の例を種々示す平面図である。 本発明の電子装置について、その第２の構成における実施の形態における実装パッドの配置の他の例を種々示す平面図である。 本発明の電子装置を多数個取りの形態とした場合の実施の形態の一例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の電子装置の製造方法の一例をそれぞれ工程順に示す断面図である。

符号の説明

１：絶縁基板
１ａ：絶縁母基板
２：配線導体
３：接続パッド
３ａ：封止材用パターン
４：接続端子
５：封止材
６：実装パッド
７：電子部品封止用基板
７ａ：封止基板領域
７ｂ：電子部品封止用母基板
８：半導体基板
８ａ：半導体母基板
９：微小電子機械機構
１０：電極
１１：電子部品
１１ａ：電子部品領域
１１ｂ：電子部品（多数個取り）
１２：電子装置
１３：凹部

Claims (2)

1. 下面の中央部に微小電子機械機構が形成された電子部品が、上面に前記微小電子機械機構を取り囲む枠状の電子部品封止領域を有し、下面に、外部端子を介して外部電気回路基板に接合される実装パッドが配置された実装領域を有する電子部品封止用基板に、前記微小電子機械機構を前記枠状の電子部品封止領域の内側に封止して搭載されており、前記実装領域は、平面視で前記枠状の電子部品封止領域の中心を通る区分直線によって前記枠状の電子部品封止領域を４等分した４つの区分領域のうち３つ以下の前記区分領域に対向する領域に、複数の前記区分領域に対向する領域に跨がることなく配置されており、前記区分領域に対向する領域において、前記実装領域以外の領域が前記外部電気回路基板に接合されないことを特徴とする電子装置。
2. 下面の中央部に微小電子機械機構が形成された電子部品が、上面に前記微小電子機械機構を取り囲む枠状の電子部品封止領域を有し、下面に、外部端子を介して外部電気回路基板に接合される実装パッドが配置された実装領域を有する電子部品封止用基板に、前記微小電子機械機構を前記枠状の電子部品封止領域の内側に封止して搭載されており、前記実装領域は、平面視で前記枠状の電子部品封止領域の中心から外周に向かって伸び、前記枠状の電子部品封止領域を４等分する４つの区分半直線のうち３つ以下の前記区分半直線に対向する線に沿って配置されており、前記区分半直線に対向する領域において、前記実装領域以外の領域が前記外部電気回路基板に接合されないことを特徴とする電子装置。

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