JP2014072346A - 中空封止構造及び中空封止構造の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中空部に樹脂が漏れることなく中空封止された中空封止構造、及び中空封止構造の製造方法を提供する。
【解決手段】中空封止構造１は、基板１０と、該基板に配置されるキャップ３０と、前記キャップと前記基板との隙間を埋める第一樹脂層４０と、前記キャップの少なくとも一部に設けられ、前記第一樹脂層の樹脂が充填される樹脂溜り部３１と、前記キャップを覆うように形成された第二樹脂層５０と、を備える。中空封止構造の製造方法は、基板１０上に樹脂を供給または成型することによって前記基板とキャップ３０との隙間を埋める第一樹脂層４０を形成し、前記キャップと前記第一樹脂層を密着または固定し、トランスファーモールド法によって前記キャップを覆うように第二樹脂層５０を形成し、封止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体チップを中空封止する中空封止構造、及び中空封止構造の製造方法に関する。

電子装置の高性能化、高品質化、小型化、低価格化などの要求に対して、半導体チップの改良だけでなく、半導体素チップを覆う封止構造の改良が必要となってきている。しかしながら、特に２０ＧＨｚ以上の高周波（マイクロ波）領域においては、電気的性能、気密性、低コストの３つを満足する封止構造を実現することは困難である。

一般に、電磁波の周波数が高くなると、物質中を電磁波が伝播するときの減衰エネルギーが増大する。このため、ＢＳ・ＣＳ放送、マイクロ波通信機、レーダー装置などの高周波機器では、半導体チップの電極と、この電極から引き出されるワイヤーボンディングを中空状態に気密する構造（中空封止構造）が採用されている。

例えば特許文献１には、基板に形成された導体パターン上に、キャップの端部を接着樹脂層によって固定した後に、樹脂フィルムによってキャップを覆い、さらに熱硬化性樹脂によってキャップを覆う中空封止構造が開示されている。

特開２００９−２８３５５３号公報

ところで、基板上には導体パターンの凹凸が形成されており、この凹凸によって基板とキャップの間には、隙間が生じる。このような隙間がある場合、キャップの外方から内方に向けて上述した隙間から熱硬化性樹脂が侵入し、導体パターン上に樹脂が広がり、電子装置の電気特性に悪影響を及ぼすことがある。特に、高周波信号を用いる場合は、導体パターンの厚みを厚くする必要があり、隙間が大きくなり問題となりやすい。

特許文献１に記載の中空封止構造のように、接着樹脂層を形成しても上述の隙間を完全に埋めることは困難であり、さらなる改良が求められている。また、接着樹脂層の厚みを厚くするために、接着樹脂層となる樹脂の供給量を多くした場合、樹脂がキャップに押されてキャップの外側や中空部内へ樹脂がはみ出すという問題が生じる。

この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって、中空部に樹脂が漏れることなく中空封止された中空封止構造、及び中空封止構造の製造方法を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するため、本発明の中空封止構造は、基板と、該基板に配置されるキャップと、前記キャップと前記基板との隙間を埋める第一樹脂層と、前記キャップの少なくとも一部に設けられ、前記第一樹脂層の樹脂が充填される樹脂溜り部と、前記キャップを覆うように形成された第二樹脂層と、を備えることを特徴としている。
また、本発明の中空封止構造の製造方法は、基板上に樹脂を供給または成型することによって前記基板と前記キャップとの隙間を埋める第一樹脂層を形成し、前記キャップと前記第一樹脂層を密着または固定し、トランスファーモールド法によってキャップを覆うように第二樹脂層を形成し、封止することを特徴としている。

本発明によれば、中空部に樹脂が漏れることなく中空封止された中空封止構造、及び中空封止構造の製造方法を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る中空封止構造の平面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。 第一実施形態に係る中空封止構造の製造工程の説明図である。 第一実施形態に係る中空封止構造の製造工程の説明図である。 第一実施形態に係る中空封止構造の製造工程の説明図である。 第一実施形態に係る中空封止構造の製造工程の説明図である。 第一実施形態に係る中空封止構造の製造工程の説明図である。 第一実施形態に係る中空封止構造の製造工程の説明図である。 第一実施形態の中空封止構造の変形例を示す図である。 第二実施形態に係る中空封止構造の断面図である。 第三実施形態に係る中空封止構造の断面図である。 第四実施形態に係る中空封止構造の断面図である。 第五実施形態に係る中空封止構造の断面図である。 第六実施形態に係る中空封止構造の断面図である。 第六実施形態に係る中空封止構造を平面視方向から見た時の概略図である。

（第一実施形態）
以下に、本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
図１に本発明の第一実施形態に係る中空封止構造の平面図を示す。図２に図１のＡ−Ａ矢視断面図、図３に図１のＢ−Ｂ矢視断面図を示す。
第一実施形態に係る中空封止構造１は、半導体チップ６０が載置された基板１０と、基板１０上に配置されるキャップ３０と、第一樹脂層４０と、キャップ３０の底面に設けられた凹部３１（樹脂溜り部）と、キャップ３０を覆うように形成された第二樹脂層５０（熱硬化性樹脂層）とを備えている（図１及び図２参照）。

基板１０の上面には、配線パターン２０（導体パターン）が形成され、半導体チップ６０がＡｇペーストやワイヤーボンディング２１によって配線パターン２０上に実装されている。
キャップ３０は、半導体チップ６０を封止するためのものであり、一方向（図２において下方）に開口して半導体チップ６０を覆っている。このキャップ３０の内方は気密に封止されている。

第一樹脂層４０は、液状樹脂や低弾性樹脂によって構成されており、本実施形態においては、低弾性樹脂によって構成された低弾性樹脂層である。この第一樹脂層４０は、例えば樹脂の供給または成型によって設けることができる。
凹部３１（樹脂溜り部）はキャップ３０の厚み方向において、キャップ３０の底面の中央付近に形成されており、この凹部３１内は、第一樹脂層４０の樹脂によって埋められている。
第二樹脂層５０は、例えばエポキシ系の熱硬化性樹脂で構成されており、この第二樹脂層５０はトランスファーモールド法によって形成できる。具体的には、第二樹脂層５０は、キャップ３０の上面及び外周面を覆っている。

図３に示すように、基板１０上には配線パターン２０が形成されており、キャップ３０を配線パターン２０上にそのまま載せるだけでは、基板１０とキャップ３０との間に隙間が発生してしまう。このような隙間が存在すると、第二樹脂層５０を形成する際に、第二樹脂層５０の樹脂（熱硬化性樹脂）が中空部の内部へと侵入することがある。したがって、この隙間を埋めるために、本実施形態においては、第一樹脂層４０が形成されている。
しかしながら、このような第一樹脂層４０を形成した場合には、第一樹脂層４０の樹脂が、キャップ３０の底面からキャップ３０の外側や中空部に広がることがある。このため、本実施形態においては、樹脂が中空部に広がることを防止するために、凹部３１（樹脂溜り部）が設けられているのである。

次に、本実施形態に係る中空封止構造の製造方法について、図４から図９を用いて以下に詳細を説明する。

まず、図４に示すように、基板１０上の所定の位置に配線パターン２０（導体パターン）を形成し、さらにＡｇペースト塗布やワイヤーボンディング２１によって半導体チップ６０を基板１０上に搭載する。
次に、図５に示すように、ノズル７１を使用して、基板１０上の配線パターン２０に対応する位置に第一樹脂層４０を構成する樹脂４１（低弾性樹脂）を基板１０上に供給する。このとき、樹脂４１の供給量、供給高さを適宜調節する。具体的には、キャップ３０の凹部３１の大きさ、形状に対応するように樹脂４１が供給されれば良く、樹脂４１が中空部に漏れないように調節する。

次いで、図６に示すように、キャップ３０を吸着パッド７２によって吸着搬送し、キャップ３０の底面の凹部３１が樹脂の上側へ対応するように、キャップ３０を接近させ加圧していき、キャップ３０を図７に示すように、基板側へ密着させる。このとき、樹脂４１が基材と配線パターン２０との隙間（凹凸）を埋め、さらにキャップ３０の底面に設けられた凹部３１が樹脂と密着する。

次いで、樹脂４１を硬化させ第一樹脂層４０を形成し、基板１０に対するキャップ３０の密着強度をより強固にする。このとき、第一樹脂層４０を構成する樹脂４１の種類に応じて、樹脂を硬化させる温度及び時間を調節する。
そして、図８に示すように、トランスファーモールド法によって、金型７３、キャップ３０、基板１０とで囲まれたキャビティを形成し、このキャビティ内に熱硬化性樹脂５１を充填し、キャップ３０を覆うように熱硬化性樹脂５１で封止する。このとき、本実施形態においては、第一樹脂層４０が形成されているので、キャップ３０内に熱硬化性樹脂５１が漏れることが防止されている。

また、キャップ３０を覆う第二樹脂層５０をトランスファーモールド法により形成する際、キャップ３０には熱硬化性樹脂５１の圧力がかかるので、キャップ３０を加圧しながら封止することになる。そのため、キャップ３０と第一樹脂層４０の隙間（凹凸）をより埋めることが可能である。特に、第一樹脂層４０が低弾性樹脂の場合には、その樹脂自体が変形するため、さらに隙間（凹凸）を埋めることが可能である。

最後に、熱硬化性樹脂５１を硬化（ポストキュア）させて第二樹脂層５０を形成し、図９に示す中空封止構造１が得られる。このとき、熱硬化性樹脂５１の種類に応じて、硬化させる温度及び時間を調節する。
上記のようにして、本実施形態である中空封止構造１が得られ、中空封止構造１の製造が完了する。

本発明の中空封止構造１及び中空封止構造の製造方法によれば、基板１０上に第一樹脂層４０を形成しているので、基板１０とキャップ３０との隙間を埋めて、第二樹脂層５０の樹脂が中空部に漏れることを防止することができる。そして、中空封止構造１は、キャップ３０の底面に凹部３１（樹脂溜り部）が形成されているので、第一樹脂層４０の樹脂がキャップ３０の外側や中空部に漏れることも防止して中空封止することが可能である。このように、中空封止構造１は、中空部に樹脂が漏れることなく中空封止されているので、電子装置の性能及び信頼性を向上させることができる。

なお、図１０に示す第一実施形態の変形例である中空封止構造１のように、キャップ３０の凹部３１内に凸部３１ａが設けられる構成とされても良い。この凸部３１ａは、配線パターン２０の各配線間に突出するように設けられている。
この中空封止構造１０１においても、中空封止構造１と同様に、キャップ３０を固定する際に第一樹脂層４０を構成する樹脂が中空内部へ漏れる、あるいはキャップ３０の外側へ広がることを確実に防止できる。また、凸部３１ａが第一樹脂層４０の樹脂を押圧するので、配線パターン２０と基板１０との角部に樹脂を回り込ませることが可能である。

また、キャップ３０の底面の凹部３１を第一樹脂層４０の樹脂（低弾性樹脂）と密着させずに、硬化後の第一樹脂層４０（低弾性樹脂層）にキャップ３０の底面の凹部３１を嵌め込んで固定し、中空封止構造を形成することも可能である。

（第二実施形態）
次に、第二実施形態に係る中空封止構造について説明する。
なお、第一実施形態と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。

第一実施形態の中空封止構造１においては、キャップ３０の底面の厚み方向において、底面の中央付近に凹部３１を設ける場合について説明したが、第二実施形態の中空封止構造２０１においては、図１１に示すように、キャップ３０の底面の外周に段差３２（樹脂溜り部）が設けられている。そして、この段差３２と第一樹脂層４０（低弾性樹脂）が密着した構造とされている。この場合、第一樹脂層４０を構成する樹脂をキャップ３０の底面において、外周の段差３２のみに密着するように供給する。

第二実施形態に係る中空封止構造２０１によれば、キャップ３０を加圧して密着する際に、第一樹脂層４０を構成する樹脂が中空部へ漏れることを防止できる。
また、第一樹脂層４０の樹脂が硬化した後に、キャップ３０の段差３２に低弾性樹脂を嵌め込んで固定し、中空封止構造２０１を形成することも可能である。

（第三実施形態）
次に、第三実施形態に係る中空封止構造について説明する。
なお、第一実施形態と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。

第三実施形態の中空封止構造３０１においては、図１２に示すように、キャップ３０の外周面に突起部３３（樹脂溜り部）を設け、この突起部３３の底面と第一樹脂層４０が密着した中空封止構造３０１とされている。この場合、第一樹脂層４０の樹脂は、キャップ３０外周面の突起部３３において、底面のみに密着するように供給する。

第三実施形態の中空封止構造３０１によれば、キャップ３０を基板１０上に密着させる際に、第一樹脂層４０の樹脂が中空部へ漏れることなく中空封止構造３０１を形成することができる。
また、中空封止構造３０１は、第一樹脂層４０を硬化させて形成した後に、第一樹脂層４０にキャップ３０外周面の突起部３３を嵌め込んで固定し、中空封止構造３０１を形成することも可能である。

（第四実施形態）
次に、第四実施形態に係る中空封止構造について説明する。
なお、第一実施形態と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。

第四実施形態の中空封止構造４０１においては、図１３に示すように、キャップ３０の開口端の外周面に突起部３４（樹脂溜り部）を設け、さらにこの突起部３４の底面に穴３４ａを形成しており、この穴３４ａに第一樹脂層４０が充填されている。すなわち、穴３４ａと第一樹脂層４０が密着した構造とされている。この場合、第一樹脂層４０の樹脂は、キャップ３０外周面の突起部３４の穴３４ａのみに密着するように供給すると良い。

第四実施形態に係る中空封止構造４０１によれば、キャップ３０を基板１０上に密着させる際に、第一樹脂層４０の樹脂が中空部へ漏れる、またはキャップ３０の外側へ広がるということを防止することができる。
また、中空封止構造４０１は、第一樹脂層４０を硬化させて形成した後に、第一樹脂層４０にキャップ３０の外周面の突起部３４の穴３４ａを嵌め込んで固定し、中空封止構造４０１を形成することもできる。

（第五実施形態）
次に、第五実施形態に係る中空封止構造について説明する。
なお、第一実施形態と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。

第五実施形態の中空封止構造５０１においては、図１４に示すように、キャップ３０の外周面に突起部３５（樹脂溜り部）を設け、さらにこの突起部３５の上面及び外周面に第一樹脂層４０が被覆した構造とされている。より具体的には、キャップ３０の開口端の外周に設けられた突起部３５の上面及び外周面を覆うように第一樹脂層４０が設けられている。なお、ここで突起部３５の上面とは、突起部３５の底面とは反対側の面を意味している。

この場合、キャップ３０の底面と突起部３５の底面は同一平面にあるものとされ、第一樹脂層４０の樹脂がキャップ３０の上面を吸着パッドによって押さえつけながら塗布される。
第五実施形態に係る中空封止構造５０１は、キャップ３０を密着する際に、第一樹脂層４０が中空部へ漏れることなく中空封止構造５０１を形成することが可能である。

（第六実施形態）
次に、第六実施形態に係る中空封止構造について説明する。
なお、第一実施形態と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。

第六実施形態の中空封止構造６０１においては、図１５及び図１６に示すように、キャップ３０の底面の内周（半導体チップ６０側）から外周までの領域内にソルダーレジスト層を設けて基板１０表面を囲う枠体部３６（樹脂溜り部）を形成している。そして、中空封止構造６０１は、このソルダーレジストの枠体部３６の外周面に低弾性樹脂を供給し、キャップ３０を基板１０上に密着させた構造とされている。この場合、キャップ３０の底面にのみ第一樹脂層４０の樹脂が密着するように第一樹脂層４０を形成する。
第六実施形態の中空封止構造６０１によれば、キャップ３０を基板１０上に密着させる際に、第一樹脂層４０の樹脂が中空部へ漏れることがなく中空封止構造６０１を形成することが可能である。

以上、本発明の実施形態である中空封止構造及び中空封止構造の製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

なお、上記の実施形態においては、基板上に形成された配線パターン（導体パターン）と、キャップの底面との隙間を第一樹脂層で埋める場合について説明したが、これに限定されることはなく、基板とキャップとの間に形成される隙間を第一樹脂層によって埋める場合に本発明を適用することが可能である。例えば、基板に形成された凹部とキャップの底面との隙間を第一樹脂層によって埋める構成とされても良い。

その他の実施形態としてキャップ底面内周に段差をもうけ、その段差を樹脂溜まりとしても良い。この場合、キャップを加圧し基板上に固定すると、中空部へ第一樹脂層の樹脂がはみ出す可能性がある為、樹脂量の調整と加圧の調整とのうち、少なくとも一つが組み合わせて実施される。

１、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１ 中空封止構造
１０ 基板
３０ キャップ
３１ 凹部（樹脂溜り部）
３２ 段差（樹脂溜り部）
３３、３４、３５ 突起部（樹脂溜り部）
３４ａ 穴
３６ 枠体部（樹脂溜り部）
４０ 第一樹脂層
４１ 樹脂
５０ 第二樹脂層

Claims (10)

1. 基板と、
   該基板に配置されるキャップと、
   前記キャップと前記基板との隙間を埋める第一樹脂層と、
   前記キャップの少なくとも一部に設けられ、前記第一樹脂層の樹脂が充填される樹脂溜り部と、
   前記キャップを覆うように形成された第二樹脂層と、を備えることを特徴とする中空封止構造。
2. 前記樹脂溜り部は、前記キャップの底面に設けられた凹部であることを特徴とする請求項１に記載の中空封止構造。
3. 前記樹脂溜り部は、前記キャップの底面外周に設けられた段差であり、
   前記第一樹脂層が、前記段差と前記基板との隙間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の中空封止構造。
4. 前記樹脂溜り部は、前記キャップの外周面に設けられた突起部であり、
   前記第一樹脂層が、前記突起部の底面と前記基板との隙間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の中空封止構造。
5. 前記樹脂溜り部の底面は、前記第一樹脂層と密着していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の中空封止構造。
6. 前記突起部は前記キャップの開口端の外周面に設けられ、
   前記突起部の底面に穴が形成され、前記第一樹脂層が前記穴内に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の中空封止構造。
7. 前記樹脂溜り部は、前記キャップの外周面に設けられた突起部であり、
   前記突起部の上面及び外周面を被覆するように前記第一樹脂層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の中空封止構造。
8. 前記樹脂溜り部は、
   前記基板上、かつ前記キャップの底面内周から外周までの領域に、ソルダーレジスト層によって形成され基板表面を囲う枠体部であり、
   該枠体部の外周に前記第一樹脂層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の中空封止構造。
9. 前記第二樹脂層は、前記第二樹脂層の樹脂によってキャップを加圧しながら形成されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の中空封止構造。
10. 基板上に樹脂を供給または成型することによって前記基板とキャップとの隙間を埋める第一樹脂層を形成し、
    前記キャップと前記第一樹脂層を密着または固定し、
    トランスファーモールド法によって前記キャップを覆うように第二樹脂層を形成し、封止することを特徴とする中空封止構造の製造方法。

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