特開 2023-167035 ＭＥＭＳセンサーパッケージ及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023167035

(43)【公開日】2023-11-24

(54)【発明の名称】ＭＥＭＳセンサーパッケージ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H04R 1/02 20060101AFI20231116BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20231116BHJP

   B81C 3/00 20060101ALI20231116BHJP

   H04R 19/04 20060101ALN20231116BHJP

   H04R 31/00 20060101ALN20231116BHJP

【ＦＩ】

H04R1/02 108

B81B3/00

B81C3/00

H04R19/04

H04R31/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022077860

(22)【出願日】2022-05-11

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115738

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲頭 光宏

(74)【代理人】

【識別番号】100121681

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 和文

(72)【発明者】

【氏名】小林 豊隆

【テーマコード（参考）】

3C081

5D017

5D021

【Ｆターム（参考）】

3C081AA01

3C081AA18

3C081BA22

3C081BA31

3C081BA45

3C081BA48

3C081BA77

3C081CA32

3C081DA31

3C081EA03

3C081EA21

5D017BC15

5D021CC19

5D021CC20

(57)【要約】

【課題】作製時における作業効率に優れ、且つ、高い信頼性を得ることが可能なＭＥＭＳセンサーパッケージを提供する。
【解決手段】ＭＥＭＳセンサーパッケージ１は、基板１０と、基板１０の表面１１に接着された環状のドライフィルムパターン６１と、空洞部２４と重なるよう筒状の支持体２１に支持された検出部Ｓを含むＭＥＭＳセンサーチップ２０とを備える。ＭＥＭＳセンサーチップ２０は、支持体２１の環状の実装面がドライフィルムパターン６１に接着されることにより基板１０に固定されている。このように、環状のドライフィルムパターン６１を用いてＭＥＭＳセンサーチップ２０を基板１０に接着していることから、高い信頼性を得ることが難しい液状の接合材や、ハンドリングの難しいダイアタッチ材を用いる必要がない。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の一方の表面に接着された環状の第１のドライフィルムパターンと、
筒状の支持体と、前記支持体の空洞部と重なるよう前記支持体に支持された検出部とを含むＭＥＭＳセンサーチップと、を備え、
前記ＭＥＭＳセンサーチップは、前記支持体の環状の実装面が前記第１のドライフィルムパターンに接着されることにより、前記基板に固定されていることを特徴とするＭＥＭＳセンサーパッケージ。

【請求項2】

前記基板は貫通孔を有しており、前記第１のドライフィルムパターンは平面視で前記貫通孔を囲むように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳセンサーパッケージ。

【請求項3】

前記第１のドライフィルムパターンの弾性率は、１０ＭＰａ以上、１ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳセンサーパッケージ。

【請求項4】

前記基板の前記一方の表面に接着された第２のドライフィルムパターンと、
前記第２のドライフィルムパターンを介して前記基板の前記一方の表面に搭載されたコントローラＩＣと、をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサーパッケージ。

【請求項5】

基板の一方の表面に感光性ドライフィルムレジストを貼り付ける第１の工程と、
前記感光性ドライフィルムレジストに対して露光及び現像を行うことによって、環状の第１のドライフィルムパターンを形成する第２の工程と、
筒状の支持体と、前記支持体の空洞部と重なるよう前記支持体に支持された検出部とを含むＭＥＭＳセンサーチップを用意し、前記支持体の環状の実装面を前記第１のドライフィルムパターンに接着する第３の工程と、
前記第１のドライフィルムパターンを硬化させる第４の工程と、を備えることを特徴とするＭＥＭＳセンサーパッケージの製造方法。

【請求項6】

前記第２の工程においては、前記第１のドライフィルムパターンと同時に第２のドライフィルムパターンを形成することを特徴とする請求項５に記載のＭＥＭＳセンサーパッケージの製造方法。

【請求項7】

前記第２の工程を行った後、前記第４の工程を行う前に、前記第２のドライフィルムパターンにコントローラＩＣを接着する工程をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のＭＥＭＳセンサーパッケージの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はＭＥＭＳセンサーパッケージ及びその製造方法に関し、特に、基板にＭＥＭＳセンサーチップが搭載された構造を有するＭＥＭＳセンサーパッケージ及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、マイクロフォンなどのＭＥＭＳセンサーチップを備えたＭＥＭＳセンサーパッケージが実用化されている。通常のＭＥＭＳセンサーパッケージにおいては、基板にＭＥＭＳセンサーチップが搭載され、ボンディングワイヤなどを用いてＭＥＭＳセンサーチップと基板が相互に接続される。ここで、特許文献１に記載された例では、接合材によってＭＥＭＳセンサーチップが基板に固定されている。また、特許文献２に記載された例では、ダイアタッチ材によってＭＥＭＳセンサーチップが基板に固定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４５０５０３５号公報

【特許文献2】特開２０１２－０９０３３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、一般的なＩＣチップとは異なり、マイクロフォンなどのＭＥＭＳセンサーチップは、実装面である基材の裏面に空洞部が設けられていることから、基板との接着において種々の問題が生じる。例えば、液状の接合材を硬化させることにより接着する方法では、接合材を設計通りの厚さに調整することが困難であり、場合によっては基板に対してＭＥＭＳセンサーチップに傾きが生じてしまう。また、液状の接合材の量が過剰であると、流れ出した接合材が基板の表面上のボンディングパッドやランドパターンに達したり、基板に設けられた貫通孔の内部に接合材が流れ込んだりするおそれもある。このため、液状の接合材を用いて接着する方法では、高い信頼性を得ることが困難であった。一方、ダイアタッチフィルム（ダイアタッチ材）を用いて接着する方法では、ダイアタッチフィルムをあらかじめ環状に加工しておく必要があるとともに、ハンドリングの難しいダイアタッチフィルムを基板の表面の正確な位置に貼り付ける必要があり、作業効率が非常に低下してしまう。

【0005】

したがって、本発明は、作製時における作業効率に優れ、且つ、高い信頼性を得ることが可能なＭＥＭＳセンサーパッケージ及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によるＭＥＭＳセンサーパッケージは、基板と、基板の一方の表面に接着された環状の第１のドライフィルムパターンと、筒状の支持体及び支持体の空洞部と重なるよう支持体に支持された検出部を含むＭＥＭＳセンサーチップとを備え、ＭＥＭＳセンサーチップは、支持体の環状の実装面が第１のドライフィルムパターンに接着されることにより基板に固定されていることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、環状のドライフィルムパターンを用いてＭＥＭＳセンサーチップを基板に接着していることから、高い信頼性を得ることが難しい液状の接合材や、ハンドリングの難しいダイアタッチ材を用いることなく、ＭＥＭＳセンサーチップを基板に固定することが可能となる。

【0008】

本発明において、基板は貫通孔を有しており、第１のドライフィルムパターンは平面視で貫通孔を囲むように設けられていても構わない。これによれば、貫通孔を介して進入する音波などの物理量をＭＥＭＳセンサーチップによって検出することが可能となる。

【0009】

本発明において、第１のドライフィルムパターンの弾性率は、１０ＭＰａ以上、１ＧＰａ以下であっても構わない。これによれば、基板とＭＥＭＳセンサーチップの熱膨張係数差に起因する検出部の変形を防止することが可能となる。

【0010】

本発明によるＭＥＭＳセンサーパッケージは、基板の一方の表面に接着された第２のドライフィルムパターンと、第２のドライフィルムパターンを介して基板の一方の表面に搭載されたコントローラＩＣとをさらに備えていても構わない。これによれば、基板の表面にＭＥＭＳセンサーチップとコントローラＩＣを搭載することが可能となる。

【0011】

本発明によるＭＥＭＳセンサーパッケージの製造方法は、基板の一方の表面に感光性ドライフィルムレジストを貼り付ける第１の工程と、感光性ドライフィルムレジストに対して露光及び現像を行うことによって、環状の第１のドライフィルムパターンを形成する第２の工程と、筒状の支持体及び支持体の空洞部と重なるよう支持体に支持された検出部とを含むＭＥＭＳセンサーチップを用意し、支持体の環状の実装面を第１のドライフィルムパターンに接着する第３の工程と、第１のドライフィルムパターンを硬化させる第４の工程とを備えることを特徴とする。

【0012】

本発明によれば、感光性ドライフィルムレジストをフォトリソグラフィ法によってパターニングしていることから、高い作業効率を得ることができるとともに、第１のドライフィルムパターンの位置及び形状の精度を高めることができる。

【0013】

第２の工程においては、第１のドライフィルムパターンと同時に第２のドライフィルムパターンを形成しても構わない。これによれば、作業工程を増やすことなく、第２のドライフィルムパターンを形成することが可能となる。この場合、第２の工程を行った後、第４の工程を行う前に、第２のドライフィルムパターンにコントローラＩＣを接着する工程をさらに備えていても構わない。これによれば、基板の表面にＭＥＭＳセンサーチップとコントローラＩＣを搭載することが可能となる。

【発明の効果】

【0014】

このように、本発明によれば、作製時における作業効率に優れ、且つ、高い信頼性を得ることが可能なＭＥＭＳセンサーパッケージ及びその製造方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の一実施形態によるＭＥＭＳセンサーパッケージ１の構造を説明するための模式的な断面図である。

【図2】図２は、ドライフィルムパターン６１，６２の模式的な平面図である

【図3】図３は、ＭＥＭＳセンサーパッケージ１の製造方法を説明するための工程図である。

【図4】図４は、ＭＥＭＳセンサーパッケージ１の製造方法を説明するための工程図である。

【図5】図５は、ＭＥＭＳセンサーパッケージ１の製造方法を説明するための工程図である。

【図6】図６は、ＭＥＭＳセンサーパッケージ１の製造方法を説明するための工程図である。

【図7】図７は、ＭＥＭＳセンサーパッケージ１の製造方法を説明するための工程図である。

【図8】図８は、ＭＥＭＳセンサーパッケージ１の製造方法を説明するための工程図である。

【図9】図９は、ＭＥＭＳセンサーパッケージ１の製造方法を説明するための工程図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

【0017】

図１は、本発明の一実施形態によるＭＥＭＳセンサーパッケージ１の構造を説明するための模式的な断面図である。

【0018】

図１に示すように、本実施形態によるＭＥＭＳセンサーパッケージ１は、基板１０と、基板１０の表面１１に搭載されたＭＥＭＳセンサーチップ２０及びコントローラＩＣ３０と、ＭＥＭＳセンサーチップ２０及びコントローラＩＣ３０を覆う金属キャップ４０とを備えている。

【0019】

基板１０は多層配線構造を有しており、複数の絶縁層１０１～１０５と複数の導体層１１０～１１５を有している。絶縁層１０１はコア層であり、芯材に樹脂を含浸させたＦＲ４などの材料からなる。絶縁層１０１の上面及び下面には、それぞれ導体層１１０，１１１が設けられている。絶縁層１０１の上面に設けられた導体層１１０は、絶縁層１０２で覆われる。絶縁層１０２の表面には導体層１１２が設けられる。導体層１１２は絶縁層１０３で覆われ、絶縁層１０３の表面には導体層１１３が設けられる。一方、絶縁層１０１の下面に設けられた導体層１１１は、絶縁層１０４で覆われる。絶縁層１０４の表面には導体層１１４が設けられる。導体層１１４は絶縁層１０５で覆われ、絶縁層１０５の表面には導体層１１５が設けられる。絶縁層１０２～１０５については、芯材を含まない加工性に優れた樹脂材料によって構成することができる。ここで、最上層に位置する絶縁層１０３の表面は基板１０の表面１１を構成し、最下層に位置する絶縁層１０５の表面は基板１０の表面１２を構成する。基板１０の表面１１に設けられた導体層１１３には、コントローラＩＣ３０に接続されるボンディングパッドが含まれる。また、基板１０の表面１２に設けられた導体層１１４には、外部端子が含まれる。

【0020】

ＭＥＭＳセンサーチップ２０は、シリコンなどからなる支持体２１と、支持体２１に支持された検出部Ｓを有する。支持体２１は空洞部２４を形成する筒状構造を有しており、検出部Ｓは、空洞部２４と重なるよう支持体２１に支持されている。図１に示す例では、検出部Ｓがダイアフラム２２及びバックプレート２３を含んでおり、音波によってダイアフラム２２が振動可能に構成されている。本実施形態においては基板１０に貫通孔１２０が設けられており、貫通孔１２０と空洞部２４が重なるよう、ＭＥＭＳセンサーチップ２０が搭載されている。これにより、貫通孔１２０を介して進入する音波によってダイアフラム２２が振動し、これが電気信号に変換される。つまり、本実施形態においては、ＭＥＭＳセンサーチップ２０がマイクロフォンを構成する。但し、ＭＥＭＳセンサーチップ２０がマイクロフォンに限定されるものでなく、他の種類のセンサーであっても構わない。

【0021】

ＭＥＭＳセンサーチップ２０によって生成された電気信号は、ボンディングワイヤ５１を介してコントローラＩＣ３０に供給される。コントローラＩＣ３０は、ボンディングワイヤ５２を介して、基板１０の表面１１に設けられたボンディングパッドに接続される。基板１０の表面１１には、ＭＥＭＳセンサーチップ２０に直接接続されるボンディングパッドを設けても構わない。

【0022】

金属キャップ４０は、ＭＥＭＳセンサーチップ２０及びコントローラＩＣ３０を覆うよう、基板１０の表面１１に設けられている。金属キャップ４０は、ＭＥＭＳセンサーチップ２０及びコントローラＩＣ３０を保護するとともに、電磁界シールドとしても機能し、さらに、ＭＥＭＳセンサーチップ２０の音響特性を高める役割も果たす。基板１０に対する金属キャップ４０の固定は、例えばハンダなどの導電性接着材４１が用いられる。

【0023】

これに対し、基板１０に対するＭＥＭＳセンサーチップ２０及びコントローラＩＣ３０の固定には、それぞれドライフィルムパターン６１，６２が用いられる。ドライフィルムパターン６１は、模式的な平面図である図２に示すように、平面視で貫通孔１２０を囲む環状構造を有している。ドライフィルムパターン６１は、下面が基板１０の表面１１に接着され、上面がＭＥＭＳセンサーチップ２０の支持体２１の環状の実装面に接着されている。ドライフィルムパターン６２は平面視で矩形状であり、下面が基板１０の表面１１に接着され、上面がコントローラＩＣ３０の裏面に接着されている。ドライフィルムパターン６１，６２は、いずれも感光性ドライフィルムレジストを露光及び現像することによってパターニングされた膜であり、基板１０とＭＥＭＳセンサーチップ２０及びコントローラＩＣ３０を相互に接着するともに、両者の熱膨張係数差に起因する応力を緩和する役割を果たす。

【0024】

熱膨張係数差に起因する応力を十分に緩和するためには、ドライフィルムパターン６１，６２の弾性率が１０ＭＰａ以上、１ＧＰａ以下であることが好ましい。これは、ドライフィルムパターン６１，６２の弾性率が１ＧＰａを超える硬さを有していると、ドライフィルムパターン６１，６２の変形が不十分となり、応力が十分に緩和されないからである。一方、ドライフィルムパターン６１，６２の弾性率が１０ＭＰａ未満であると、基板１０に対するＭＥＭＳセンサーチップ２０及びコントローラＩＣ３０の固定が不十分となるおそれがある。高い信頼性を確保しつつ、熱膨張係数差に起因する応力を十分に緩和するためには、ドライフィルムパターン６１，６２の弾性率は、５００ＧＰａ以下であることがより好ましい。

【0025】

また、熱膨張係数差に起因する応力をより効果的に緩和するためには、ドライフィルムパターン６１，６２の厚さが２０μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましく、厚さの均一性が±２０％以下であることが好ましい。さらには、より高い信頼性を確保するためには、２０～８０℃の環境において、ドライフィルムパターン６１，６２が０．５Ｎ以上、３Ｎ以上の接着力を有していることが好ましい。

【0026】

このように、本実施形態によるＭＥＭＳセンサーパッケージ１は、ドライフィルムパターン６１，６２を用いて基板１０にＭＥＭＳセンサーチップ２０及びコントローラＩＣ３０を固定していることから、ＭＥＭＳセンサーチップ２０及びコントローラＩＣ３０を設計通りの高さ位置に水平に固定することが可能となる。

【0027】

次に、本実施形態によるＭＥＭＳセンサーパッケージ１の製造方法について説明する。

【0028】

図３～図９は、本実施形態によるＭＥＭＳセンサーパッケージ１の製造方法を説明するための工程図である。

【0029】

まず、図３に示すように、多層配線構造を有する基板１０を用意し、ドリル加工などの方法を用いて貫通孔１２０を形成する。次に、図４に示すように、基板１０の表面１１に感光性ドライフィルムレジスト６０を貼り付ける。感光性ドライフィルムレジスト６０としては、硬化後における弾性率が１０ＭＰａ以上、１ＧＰａ以下となる材料を用いることが好ましい。そして、図５に示すように、マスク７０を介して露光した後、現像を行うことによって、図６に示すようにドライフィルムパターン６１，６２を形成する。この段階では、ドライフィルムパターン６１，６２が未硬化であり、高い接着性を有している。また、露光及び現像によってドライフィルムパターン６１，６２を形成していることから、ダイアタッチ材を貼り付ける方法と比べると、ドライフィルムパターン６１，６２の位置や形状の精度は非常に高くなる。また、ドライフィルムパターン６１とドライフィルムパターン６２は同時に形成されることから、両者間の位置関係についても設計通りとすることが可能となる。ドライフィルムパターンの数については特に限定されず、３個以上のドライフィルムパターンを形成しても構わない。この場合であっても、ドライフィルムパターンをフォトリソグラフィ法によって形成していることから、工程数が増えることがない。

【0030】

次に、図７に示すように、コントローラＩＣ３０を用意し、ドライフィルムパターン６２上にコントローラＩＣ３０を載置することによって両者を接着する。次に、図８に示すように、ＭＥＭＳセンサーチップ２０を用意し、ドライフィルムパターン６１上にＭＥＭＳセンサーチップ２０を載置することによって両者を接着する。この時、ＭＥＭＳセンサーチップ２０は、支持体２１の環状の実装面が環状のドライフィルムパターン６１と接するよう載置する。

【0031】

次に、加熱によってドライフィルムパターン６１，６２を硬化させた後、図９に示すようにボンディングワイヤ５１，５２を形成する。加熱によってドライフィルムパターン６１，６２を硬化させると、室温に戻った際、基板１０とＭＥＭＳセンサーチップ２０及びコントローラＩＣ３０の熱膨張係数差によって応力が発生する。特に、ＭＥＭＳセンサーチップ２０は、薄いダイアフラム２２を有していることから、強い応力が加わるとダイアフラム２２にたわみが発生してしまう。しかしながら、本実施形態においては、硬化後におけるドライフィルムパターン６１，６２の弾性率がエポキシ樹脂などの一般的な接着材料に比べて低く、好ましくは１０ＭＰａ以上、１ＧＰａ以下であることから、熱膨張係数差に起因する応力がドライフィルムパターン６１，６２によって吸収される。これにより、ダイアフラム２２の変形を防止することが可能となる。

【0032】

そして、ハンダなどの導電性接着材４１を用いて基板１０の表面１１に金属キャップ４０を接着した後、破線で示すダイシングライン８０に沿って基板１０を個片化すれば、本実施形態によるＭＥＭＳセンサーパッケージ１が完成する。

【0033】

このように、本実施形態においては、感光性ドライフィルムレジスト６０を露光及び現像することによってドライフィルムパターン６１，６２を形成していることから、高い位置精度を得ることができるとともに、ハンドリングの難しい環状のダイアタッチ材などを用いる必要がないことから高い作業効率を得ることが可能となる。しかも、液状の接合材を用いた場合のように、過剰な接合材が基板１０の表面１１上のボンディングパッドやランドパターンに達したり、基板１０に設けられた貫通孔１２０の内部に流れ込んだりするおそれもない。これにより、高い作業効率を確保しつつ、信頼性の高いＭＥＭＳセンサーパッケージ１を作製することが可能となる。

【0034】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0035】

１ ＭＥＭＳセンサーパッケージ
１０ 基板
１１ 基板の一方の表面
１２ 基板の他方の表面
２０ ＭＥＭＳセンサーチップ
２１ 支持体
２２ ダイアフラム
２３ バックプレート
２４ 空洞部
３０ コントローラＩＣ
４０ 金属キャップ
４１ 導電性接着材
５１，５２ ボンディングワイヤ
６０ 感光性ドライフィルムレジスト
６１，６２ ドライフィルムパターン
７０ マスク
８０ ダイシングライン
１０１～１０５ 絶縁層
１１０～１１５ 導体層
１２０ 貫通孔
Ｓ 検出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】