JP6330241B2 - Vacuum-sealed module and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、赤外線センサや音叉型の水晶振動子等の真空実装が必要な半導体チップ(以下、チップという)を収納する真空封止型モジュール及び当該モジュール内においてチップを固定する製造方法に関するものである。 The present invention relates to a vacuum-sealed module that houses a semiconductor chip (hereinafter referred to as a chip) that requires vacuum mounting, such as an infrared sensor or a tuning-fork type crystal resonator, and a manufacturing method for fixing the chip in the module. is there.
図6は、従来の真空封止型モジュールである。このモジュールは、配線パターンが形成された基板100と、基板100に固定され、赤外線センサなどが形成されたシリコン半導体からなるチップ101と、チップ101を真空封止するキャップ104とを備えている。チップ101は、銀ペーストなどに代表される樹脂系接着剤102によって基板100に固定され、チップ101内部の回路は、ボンデイングワイヤ103によって、真空封止型モジュールの外部端子である導電性パッド(図示しない)に接続されている。
FIG. 6 shows a conventional vacuum sealed module. This module includes a
特許文献1は、真空封止型モジュールに赤外線センサを封止する技術が開示されている。即ち、チップを覆うキャップの内側面にガスを吸着除去するゲッターを取り付ける領域を十分に確保することを特徴とするものである。赤外線センサは、窓部が形成された半導体基板と、窓部を塞ぐようにして半導体基板に取り付けられ、赤外線を透過するレンズと、赤外線を検出可能な検出面を窓部の側に向けるようにして、電気的に接続した状態で半導体基板に取り付けられたセンサチップと、該センサチップを覆うキャップと、該キャップの内側面に設けられ、キャップと半導体基板とレンズとによって包囲される空間の真空度を低下させるガスを吸着して除去するゲッターとを備えるものである。
特許文献2には、真空封止型モジュールに表面波素子を封止する技術が開示されている。即ち、弾性表面波装置の表面実装化を容易にし、表面波素子支持構造の簡素化、装置製造工程の簡略化、装置の高性能化、高品質化、小型化、コスト低減化を図った弾性表面波装置を提供する。圧電性基板上に交叉指状電極(IDT)を形成した表面波素子(チップ)を、表面実装容器の底面とIDT形成面とが向かい合うように配置する。このとき、これら両者間に、伸縮性を有する導電性パッドを介在させて挾み込み、電気的導通を得る。さらに、絞り加工したキャップによってチップに押付け力を与えた状態で、このキャップを容器に溶接接続し、容器を気密封止する。
前述した従来例において、図6に示すように、チップ101は、樹脂系接着剤102によって、基板100に固定されている。このような接着剤は、アウトガスを発生し、真空度の維持が困難であるという問題があった。また、チップ101を接着剤102で固定するためのダイボンデイング工程やチップ101と基板100との電気的導通を得るためのワイヤボンデイング工程などが必要であり、製造工程が煩雑になるという問題があった。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、内部を必要とする真空度に容易に達成し、これを維持することができる真空封止型モジュール及びその製造方法を提供する。
In the conventional example described above, as shown in FIG. 6, the
The present invention has been made under such circumstances, and provides a vacuum sealed module that can easily achieve and maintain the degree of vacuum that requires the inside, and a method for manufacturing the same.
本発明の真空封止型モジュールの一態様は、導電性パッドが形成された基板と、前記導電性パッドに外部端子が接続するようフリップチップ実装されたチップと、一端側が開放され他端側が閉じられた筒状体であり、前記チップを覆うように前記一端側の周辺部を前記基板に接着させて真空封止するキャップとを具備し、前記キャップの前記他端側は、前記キャップを真空中で前記基板に接着させたのちに大気圧下に移した時の圧力差によって内側にたわんだ状態となり前記センサ素子に押圧をかけていることを特徴としている。前記素子チップの裏面には凹部が形成されており、前記キャップのたわみ部分の頂部と前記凹部が合わさることで、前記凹部を基準として前記素子チップの位置決めがなされているようにしても良い。前記基板の前記キャップで覆われた領域の中央部には光学レンズを有しており、前記光学レンズの光軸に対する前記素子チップの位置決めを、前記キャップのたわみ部分の頂部と前記素子チップの前記凹部との位置決めにより行うようにしても良い。 One aspect of the vacuum-sealed module of the present invention includes a substrate on which a conductive pad is formed, a chip that is flip-chip mounted so that an external terminal is connected to the conductive pad, one end is opened, and the other end is closed. And a cap for vacuum-sealing the peripheral portion of the one end side to the substrate so as to cover the chip, and the other end side of the cap evacuates the cap. Among them, after being bonded to the substrate, the sensor element is bent inward due to a pressure difference when moved to atmospheric pressure, and the sensor element is pressed. A concave portion is formed on the back surface of the element chip, and the element chip may be positioned with reference to the concave portion by combining the top of the bent portion of the cap and the concave portion. The substrate has an optical lens at a central portion of the region covered with the cap, and positioning of the element chip with respect to the optical axis of the optical lens is performed with respect to the top of the bent portion of the cap and the element chip. You may make it carry out by positioning with a recessed part.
また、本発明の真空封止型パッケージの製造方法の一態様は、導電性パッドが形成された基板に、当該導電性パッドに外部端子が接続するように、チップをフリップチップ実装する工程と、一端側が開放され他端側が閉じられた筒状体であるキャップを、前記チップを覆うように、前記一端側の周辺部を前記基板に接着させて真空封止する工程とを具備し、前記キャップの前記他端側は、前記キャップを真空中で前記基板に接着させた後に大気圧下に移した時の圧力差によって内側に撓んだ状態となり前記チップに押圧をかけてこれを前記基板に固定することを特徴としている。 Further, one aspect of a method for manufacturing a vacuum-sealed package of the present invention includes a step of flip-chip mounting a chip on a substrate on which a conductive pad is formed so that an external terminal is connected to the conductive pad. A step of adhering a peripheral portion of the one end side to the substrate so as to cover the chip, and vacuum-sealing the cap, which is a cylindrical body having one end opened and the other end closed. The other end of the substrate is bent inward by a pressure difference when the cap is bonded to the substrate in a vacuum and then transferred to atmospheric pressure, and the chip is pressed against the substrate. It is characterized by fixing.
本発明は、真空封止型モジュールの内部を必要とする1Pa程度の真空度に容易に達成することができ、且つこの真空度を長期に渡って維持することができる。 The present invention can easily achieve a degree of vacuum of about 1 Pa that requires the inside of the vacuum-sealed module, and can maintain this degree of vacuum over a long period of time.
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to examples.
図1乃至図3を参照して実施例1を説明する。
この実施例における真空封止型モジュールに搭載されるチップには、例えば、赤外線センサが形成されている。
この真空封止型モジュールは、図1に示されるように、導電性パッドが形成された基板2と、前記導電性パッドに外部端子3が接続するようフリップチップ実装されたチップ1と、一端側が開放され他端側41が閉じられた筒状体であり、チップ1を覆うように前記一端側の周辺部を基板2に接着させて真空封止するキャップ4とを有している。キャップ4の他端側41(閉じられた側)は、キャップ4を真空中で基板2に接着させた後に大気圧下に移した時の圧力差によって内側に撓んだ状態となり、この撓みによってチップ1を押圧してこれを基板2に固定する。この撓んだ状態の部分を撓み部42という。
The first embodiment will be described with reference to FIGS.
For example, an infrared sensor is formed on the chip mounted on the vacuum sealed module in this embodiment.
As shown in FIG. 1, the vacuum-sealed module includes a
図3に示すように、真空封止されたモジュールは、チップ1の外部端子であるバンプ3が基板2の表面に形成された導電性パッド23にフリップチップ接続されて、両者の電気的接合が行われる。そして、基板2の裏面には外部接続端子21が設けられている。この外部接続端子21は、基板2の内部に形成された内部配線22によって導電性パッド23と電気的に接続される。
As shown in FIG. 3, in the vacuum-sealed module,
また、チップ1は、キャップ4他端の閉じられた側41の、モジュールの製造工程中に生じた圧力差によって形成された撓み部42によって押圧されて基板2に固定される。
基板2に取り付けられるキャップ4は、上面から見て四辺形であり、チップ1は略同形の四辺形状である。チップ1を固定する撓み部42は、キャップ4の前記四辺形の対角線6の交点がその最深部5となる。したがって、撓み部42の押圧力を有効に利用するには、チップ1の中心部を最深部5に位置合わせをするのが最適である。キャップは、円筒状など他の形状でも良く、また、金属製でも良い。
Further, the
The
次に、この実施例における真空封止型モジュールの製造方法を説明する。導電性パッド23をガラスなどの基板4に形成し、この導電性パッド23にバンプ(外部端子)3が接続するように、例えば、シリコンなどのチップ1をフリップチップ実装する。この工程は、通常の大気圧下で行う。次の工程で、一端側が開放され他端側41が閉じられた筒状体のキャップ4を、チップ1を覆うようにして、キャップ4の一端側の周辺部を基板2に接着させて真空封止する。シリコンなどのキャップ4を基板2に接着する工程は、真空中で行われ、さらに次の工程で、キャップ4を真空中から大気圧下に移す。この時の圧力差によってキャップ4の他端側41は、内側に撓んだ状態となり、チップ1は押圧されて基板2に固定される。
Next, a manufacturing method of the vacuum sealed module in this embodiment will be described. The
図2は、モジュールが真空中に置かれて、キャップ4を基板1に接合する工程を終えた状態を示している。これを大気圧下に移動させると、図3のようにキャップ4の他端側41は、圧力差によって撓む。このような、圧力差を正確にチップ1を固定する力に変換するには、キャップ4の側面は倒れず動かないようにし、他端側41から基板2の主面までの高さ(a)、他端側41の厚さ(b)、他端側41からチップ1の裏面までの距離(c)を適宜な値に設定すれば、図3に示すように撓み部42の最深部5(d)の深さを適切な値にすることができる。
FIG. 2 shows a state where the module is placed in a vacuum and the process of bonding the
この実施例では、基板2とキャップ4とを接続する手段として、陽極接合を利用することができる。ガラスと、結晶異方性エッチングを行ったシリコン基板の研磨面を重ねて加熱しながら電圧を掛けると、共有結合による強い接合ができる、というのが陽極結合である。
以上のように、チップは、基板に実装するために接着剤を用いないので、真空封止型モジュールの内部を必要とする真空度に容易に達成することができ、且つこの真空度を長期に渡って維持することができる。また、キャップからのチップの放熱が効率的に可能になる。
In this embodiment, anodic bonding can be used as means for connecting the
As described above, since the chip does not use an adhesive for mounting on the substrate, it can easily achieve the degree of vacuum that requires the inside of the vacuum-sealed module, and this degree of vacuum can be maintained for a long time. Can be maintained across. In addition, the chip can be efficiently dissipated from the cap.
次に、図4を参照して実施例2を説明する。
この実施例は、チップの形状に特徴がある。モジュールは、実施例1と同様に、導電性パッドが形成された基板2と、前記導電性パッドに外部端子3が接続するようフリップチップ実装されたチップ1と、一端側が開放され他端側41が閉じられた筒状体であり、チップ1を覆うように前記一端側の周辺部を基板2に接着させて真空封止するキャップ4とを有している。他端側41は、キャップ4を真空中で基板2に接着させた後に大気圧下に移した時の圧力差によって内側に撓んだ状態となり、この撓みによってチップ1を押圧してこれを基板2に固定する。フリップチップ実装は、通常の大気圧下で行い、次工程のキャップを基板に接続する工程は、真空封止装置内で行われる。
Next,
This embodiment is characterized by the shape of the chip. As in the first embodiment, the module includes a
この実施例では、チップ1の裏面に撓み部42と略相似の凹部11が形成されている。そして、大気圧との圧力差によって生じたキャップ撓み部42の頂部8とこの凹部11の最深部12が合わさることで、凹部11を基準としてセルフアライメント効果によるチップ1の位置決めを行うことが可能である。
In this embodiment, a
次に、図5を参照して実施例3を説明する。
この実施例は、実施例2において用いられたチップを使用して赤外線センサとした構成に特徴がある。
モジュールは、実施例2と同様に、導電性パッドが形成された基板2と、前記導電性パッドに外部端子3が接続するようフリップチップ実装されたチップ1と、一端側が開放され他端側41が閉じられた筒状体であり、チップ1を覆うように前記一端側の周辺部を基板2に接着させて真空封止するキャップ4とを有している。他端側41は、キャップ4を真空中で基板2に接着させた後に大気圧下に移した時の圧力差によって内側に撓んだ状態となり、この撓みによってチップ1を押圧してこれを基板2に固定する。フリップチップ実装は、通常の大気圧下で行い、次の工程のキャップを基板に接着する工程は、真空装置内で行われる。
Next, Example 3 will be described with reference to FIG.
This embodiment is characterized in that an infrared sensor is formed using the chip used in the second embodiment.
As in the second embodiment, the module includes a
この実施例では、チップ1の裏面に撓み部42と略相似の凹部が形成されている。そして、大気圧との圧力差によって生じたキャップ撓み部42の頂部8とこの凹部の最深部が合わさることで、この凹部を基準としてセルフアライメント効果によるチップ1の位置決めを行うことが可能である。
また、この実施例では、基板2に窓部21を有し、この窓部21を覆うようにレンズ7が形成されている。基板2は、ガラスを素材とする。半導体パッケージに通常用いられるアルミナなどを用いても良い。窓部21は、基板2の中央部を貫通して赤外線を導入するように構成されている。レンズ7は、赤外線を集光するためにあり、カルコゲナイドガラス、ゲルマニウム、シリコン、硫化亜鉛を素材に用いることができる。
In this embodiment, a concave portion substantially similar to the bending
In this embodiment, the
レンズ7は、中心を通る線(光軸)がチップ1の中心を通るように、しかも、その焦点距離がチップ1までの距離と等しくなるように配置される。チップ1は、外部からの光エネルギーを熱エネルギーに変換することによって赤外線を検出するものである。キャップ4は、チップ1を真空封止するためにある。
以上、この実施例では、基板のキャップで覆われた領域の中央部には光学レンズを有しており、光学レンズの光軸に対するチップの位置決めを、キャップの撓み部の頂部とチップ裏面の凹部との位置決めで、行うことが可能である。
The lens 7 is arranged so that a line (optical axis) passing through the center passes through the center of the
As described above, in this embodiment, the optical lens is provided at the center of the region covered with the cap of the substrate, and the chip is positioned relative to the optical axis of the optical lens. And positioning.
1・・・チップ(半導体基板)
2・・・基板
3・・・バンプ(外部端子)
4・・・キャップ
5・・・撓み部の最深部
6・・・対角線
7・・・光学レンズ
8・・・撓み部の頂部
11・・・凹部
12・・・凹部の最深部
21・・・外部接続端子
22・・・内部配線
23・・・導電性パッド
41・・・キャップの他端側
42・・・キャップの撓み部
1 ... chip (semiconductor substrate)
2 ...
DESCRIPTION OF
Claims (4)
A step of flip-chip mounting the chip on the substrate on which the conductive pad is formed so that an external terminal is connected to the conductive pad, and a cap that is a cylindrical body whose one end is opened and the other end is closed, A step of adhering a peripheral portion of the one end side to the substrate so as to cover the chip and vacuum-sealing, and the other end side of the cap adheres the cap to the substrate in a vacuum. A vacuum-sealed module characterized in that after being moved to atmospheric pressure, the chip is bent inward by a pressure difference, and the chip is pressed against the substrate by a bending force and fixed to the substrate. Manufacturing method.
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