JP2003086625A - 電子部品素子、電子部品装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 歩留りを改善できる電子部品素子及びそれを
用いた電子部品装置を提供する。 【解決手段】 圧電基板３上に、素子電極と、該素子電
極と電気的に接続された電極パッドとしてのアース電極
８とを形成する。アース電極８上に、Ａｕバンプ１０と
接続される上部電極１１と、アース電極８と上部電極１
１の間に形成された中間電極１２とを形成する。上部電
極１１は、中間電極１２と接し、Ａｌ合金からなる第一
層１１ａ、及び、Ａｕバンプ１０と接し、Ａｌからなる
第二層１１ｂの２層構造を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品素子の素
子基板上に形成された金属バンプをセラミック等からな
るパッケージや回路基板等の電極パターンに押し付けて
接続するフェースダウン実装に好適な電子部品素子及び
それを有する電子部品装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子部品装置の小型化、低背化に
伴い、電子部品装置に用いる電子部品素子の電極パッド
とパッケージの電極パターンとの接続方法として、ワイ
ヤによる接続に代えて、電子部品素子の機能面をパッケ
ージの接続面に対向させて直接実装するフェースダウン
方式による接続が開発されている。

【０００３】このようなフェースダウン方式による、電
子部品素子の電極パッドとパッケージの電極パターンと
の接続には、接続の容易性や寸法制御性から金（Ａｕ）
バンプが良く用いられている。このようにフェースダウ
ン方式により電子部品素子を接続したパッケージの開口
にキャップ部（蓋部）をはんだ等による気密封止により
取り付けて電子部品装置が作製されている。

【０００４】以下に、上記のようなＡｕバンプを用いた
フェースダウン実装による電子部品装置の一例としての
弾性表面波装置の一般的な構成について説明する。弾性
表面波装置に用いる弾性表面波素子においては、基板上
で、櫛形電極を０．１μｍ〜０．５μｍ程度の膜厚にて
形成する必要がある場合、櫛形電極に接続されている電
極パッドの膜厚も、櫛形電極の膜厚と同程度にしか形成
することができない。これは、電極パッドが、櫛形電極
と同時にフォトリソグラフィー法及びエッチング法或い
はリフトオフ法により形成されるからである。

【０００５】このように膜厚が０．１μｍ〜０．５μｍ
程度の電極パッド上に直接Ａｕバンプを形成し、Ａｕバ
ンプを介して弾性表面波素子をパッケージ上にフェース
ダウン実装すると、電極パッド部分の強度が弱く、電極
パッドが剥がれる等して、十分な接合強度を得ることが
できないという問題を生じている。

【０００６】そこで、特開２００１−１５５４０号公報
に記載の従来の弾性表面波素子は、図４に示すように、
圧電基板２１上に形成されたアース用電極及び入出力用
電極といった電極パッド２２上に対し、リフトオフ蒸着
法により、さらに膜厚１μｍ程度のＡｌ又は略Ａｌ−１
ｗｔ％Ｃｕ合金からなる上部電極２３をＡｌとの接着強
度の良いＮｉＣｒ合金やＴｉからなる中間電極２４と共
に有している。Ａｌは、純度がほぼ１００％のアルミニ
ウムを示し、Ａｌ−１ｗｔ％Ｃｕ合金は、アルミニウム
と銅とのＡｌＣｕ合金中に、１重量（ｗｔ）％のＣｕ
を、原子％にて言い換えると０．３原子％のＣｕを含む
ものを示す。

【０００７】これにより、上記弾性表面波素子では、電
極パッド２２上の厚さを、中間電極２４及び上部電極２
３によって確保することにより、電極パッド２２は、Ａ
ｕを主成分とするバンプ電極２６を介したパッケージ容
器２８のパッケージ電極２７に対する十分な接合強度を
得ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来では、上部電極２３がＡｌまたはＡｌＣｕ合金か
らなる単層の場合には、夫々以下の様な問題があった。

【０００９】ＡｌはＡｌＣｕ合金と比鮫して柔らかい
ため、バンプボンド工程において、バンプ電極２６の不
着不良は発生しない。硬さの指標であるビッカース硬度
はＡｌ（３０）＜Ａｕ（８０）＜Ａｌ−１ｗｔ％Ｃｕ
（２００）である（カッコ内が硬度を示す）。

【００１０】しかしながら、キャップ部封止中の熱によ
りＡｕ／Ａｌ相互拡散が進行しやすく、表１（上部電極
２３の膜厚が１μｍの時の不具合発生率（ｎ＝ 200 pc
s））に示すように、金属間化合物を形成しやすい。こ
のため、バンプ電極２６下に圧電基板２１にクラックが
発生することがあった。

【００１１】金属間化合物形成面は、表１に示すよう
に、電極パッド２２上の上部電極２３が、Ａｌ−Ｃｕ合
金の時に対して、Ａｌの場合は約２５％増加していた。

【００１２】ＡｌＣｕ合金は逆に圧電基板２１にクラ
ックが発生することはないが、バンプボンディング工程
において、表１に示すように、バンプ電極２６の不着不
良が１０％程度発生する。

【００１３】

【表１】

【００１４】上記表１中の＊はバンプ電極２６下に形成
されたAu/Al 金属間化合物を示す。 （１）バンプ電極２６下に形成されたＡｕ／Ａｌ金属間
化合物 金属間化合物形成→体積膨張［化合物Ａｌ₂ Ａｕの体積
は、（Ａｌ×２＋Ａｕ）の約２倍］→応力蓄積→クラッ
ク発生というメカニズムでクラックが発生している。従
って、金属間化合物の形成領域を小さくすることがクラ
ック防止に有効である。ただし、接合のためにある程度
の金属間化合物の形成は不可欠である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の電子部品素子
は、上記課題を解決するために、素子基板と、該素子基
板上に形成された素子電極と、該素子電極と電気的に接
続された電極パッドと、電極パッド上に形成され金属バ
ンプと接続される上部電極と、該電極パッドと該上部電
極の間に形成された中間電極とを有し、フェースダウン
実装される電子部品素子であって、前記上部電極は、中
間電極と接するＡｌ合金からなる第一層、及び、金属バ
ンプと接するＡｌからなる第二層の２層構造を有してい
ることを特徴としている。

【００１６】上記構成によれば、上部電極の最上層をＡ
ｌとし、中間電極との界面にＡｌ合金を配置したこと
で、電極パッド表面が、第二層により見かけ上、金属バ
ンプより柔らかくできるため、金属バンプとの密着性を
向上できる。

【００１７】また、上記構成では、Ａｌ合金層によっ
て、電極パッド内の金属バンプの金属の拡散が抑制され
るため、Ａｌと金属バンプの金属とにより形成される金
属間化合物の形成領域面積が小さくなり、上記金属間化
合物の体積変化による部分的な応力集中を緩和できる。

【００１８】上記電子部品素子においては、前記金属バ
ンプの材料はＡｕであり、該中間電極は、Ｔｉ、Ｃｒ、
ＮｉＣｒ合金の内の少なくとも一種類の金属であり、該
Ａｌ合金は、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｓｉからな
る群から少なくとも一つ選択されたマイグレーション抑
制性金属とＡｌとの合金であることが好ましい。

【００１９】上記構成によれば、金属バンプ、中間電極
及びＡｌ合金を上記のようにそれぞれ設定することによ
って、金属バンプとの密着性の向上、及び部分的な応力
集中の緩和を確実化できる。

【００２０】上記電子部品素子では、前記Ａｌ合金にお
けるマイグレーション抑制性金属の濃度は、０．１５原
子％から０．４５原子％までの範囲内であることが望ま
しい。

【００２１】上記構成によれば、マイグレーション抑制
性金属の濃度を、０．１５原子％から０．４５原子％ま
でに設定することによって、部分的な応力集中の緩和を
より確実化できる。

【００２２】上記電子部品素子においては、前記Ａｌ層
の膜厚は該上部電極膜厚の１％以上７５％以下であるこ
とが好ましく、５％以上５０％以下であることがより好
ましい。

【００２３】上記構成によれば、Ａｌ層の膜厚を上記の
ように設定することによって、金属バンプとの密着性の
向上、及び部分的な応力集中の緩和を確実化できる。

【００２４】上記電子部品素子では、前記素子基板及び
素子電極は、弾性表面波素子のためのものであってもよ
い。上記構成によれば、素子基板に対する部分的な応力
集中を緩和して、上記素子基板におけるクラック発生を
軽減できて、弾性表面波素子の特性劣化を低減できる。

【００２５】上記電子部品素子においては、前記上部電
極と中間電極はリフトオフ法で一括形成されていること
が望ましい。上記構成によれば、上部電極と中間電極は
リフトオフ法で一括形成することにより、上部電極及び
中間電極の形成を簡便化できる。

【００２６】本発明の電子部品装置は、前記課題を解決
するために、上記の何れかに記載の電子部品素子をパッ
ケージ内にフェースダウン実装で収納したことを特徴と
している。

【００２７】上記構成によれば、パッケージ内へのフェ
ースダウン実装に用いる金属バンプとの密着性の向上に
よる金属バンプの不着不良が軽減されると共に、部分的
な応力集中の緩和によって素子基板のクラック発生が抑
制された電子部品素子をパッケージ内にフェースダウン
実装で収納したので、特性に優れ、歩留りを改善でき
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態に係る電子部
品素子としての弾性表面波素子及びそれを有する電子部
品装置としての弾性表面波装置について図１ないし図３
に基づいて説明すれば、以下の通りである。図２は、上
記弾性表面波素子の平面図であり、図３は弾性表面波素
子をパッケージに収納した弾性表面波装置の断面図であ
り、図１は、上記弾性表面波装置のバンプ部拡大図であ
る。

【００２９】図１、３に示すように、弾性表面波装置１
は、セラミックからなるパッケージ９内に弾性表面波素
子２がフェースダウン実装されたものである。パッケー
ジ９は、弾性表面波素子２を収納できる内部空間を有す
る有底箱状のパッケージ本体９ｅを備えている。

【００３０】図２に示すように、弾性表面波素子２は、
タンタル酸リチウムの圧電基板３と、圧電基板３上にＡ
ｌからなる膜厚１００ｎｍ〜４００ｎｍ程度の薄膜によ
って弾性表面波フィルタ４、５のＩＤＴ４ａ、５ａ及び
反射器４ｂ、５ｂと、入力電極６及び出力電極７とアー
ス電極８上に中間電極１２を介して形成された上部電極
１１（図１）とで構成されている。

【００３１】これらの電極のうち、弾性表面波フィルタ
４、５のＩＤＴ４ａ、５ａ及び反射器４ｂ、５ｂは弾性
表面波素子２が機能するための素子電極であり、入力電
極６、出力電極７、アース電極８は、素子電極と、回路
基板やパッケージとを電気的かつ物理的に接続するため
の電極パッドである。

【００３２】出力電極７、アース電極８上に、膜厚が、
例えば２００ｎｍのＴｉ或いは、ＮｉＣｒ合金膜（Ｎｉ
Ｃｒ合金膜のＣｒ濃度は２５重量％）からなる中間電極
１２を挟んで、膜厚が１μｍ程度の上部電極１１が形成
されている。

【００３３】弾性表面波装置１においては、上部電極１
１は、パッケージ本体９ｅの内底面に形成されたＡｕか
らなる電極パターン９ａ、９ｂとそれぞれＡｕバンプ
（金属バンプ）１０により、電気的及び機械的に接続さ
れている。なお、パッケージ本体９ｅの外表面には、Ａ
ｕからなる外部電極９ｃ、９ｄが、電極パターン９ａ、
９ｂにそれぞれ接続されて設けられている。

【００３４】そして、上部電極１１は、中間電極１２に
当接しＡｌ合金からなる第一層１１ａと、Ａｕバンプ１
０に当接しpure（純）Ａｌからなる第二層１１ｂとが互
いに積層された２層構造を有している。よって、中間電
極１２、第一層１１ａ、及び第二層１１ｂは、この順に
て、電極パッドとしての例えばアース電極８上に積層さ
れていることになる。

【００３５】次に、本発明における実施の形態に係る弾
性表面波素子の製造方法を説明する。まず、図２に示す
ように、圧電基板３上に膜厚３００ｎｍ程度の膜厚から
なるＡｌまたはＡｌ合金の櫛型電極を真空蒸着あるいは
スパッタ法、フォトリソグラフィー法及びエッチング法
あるいはリフトオフ法を用いて所定の形状にパターニン
グすることによって、各弾性表面波フィルタ４、５の各
ＩＤＴ４ａ、５ａ及び反射器４ｂ、５ｂ、並びに電極パ
ッドである入力電極６、出力電極７及びアース電極８を
形成する。

【００３６】次に、入力電極６及び出力電極７とアース
電極８上に、図１に示すように、リフトオフ法を用いた
真空蒸着により膜厚２００ｎｍ程度でＣｒが２５重量％
含まれるＮｉＣｒからなる中間電極１２を形成し、続い
て、連続蒸着により中間電極１２上に、所定の膜厚のＡ
ｌ−１ｗｔ％Ｃｕ合金からなる上部電極１１の第一層１
１ａを形成し、更に連続蒸着により上記第一層１１ａの
上に所定の膜厚のＡｌからなる上部電極１１の第二層１
１ｂを形成する。よって、中間電極１２及び上部電極１
１は、リフトオフ法により一括に形成されている。この
とき、第一層１１ａと第二層１１ｂとからなる上部電極
１１の膜厚は１μｍ程度に設定されている。

【００３７】このようにして形成された上部電極１１上
にボールボンディング法によりＡｕバンプ１０を形成す
る。具体的には、上部電極１１上にＡｕワイヤの先端部
に形成されたボールを超音波を印加しながら圧着し、そ
の後、ボールの基端部分からＡｕワイヤを切断してＡｕ
バンプ１０を形成する。

【００３８】以上のような工程を経て形成された弾性表
面波素子２を、図３に示すように、その上部電極１１の
形成表面をパッケージ本体９ｅ内の内底面上に形成され
た各電極パターン９ａ、９ｂにＡｕバンプ１０を介して
対向させる。

【００３９】続いて、弾性表面波素子２に対し超音波及
び熱を加えながら、弾性表面波素子２をパッケージ本体
９ｅ内の内底面に向かって押圧して、弾性表面波素子２
と各電極パターン９ａ、９ｂとを互いに接続する（フェ
ースダウン実装、フリップチップ工法ともいう）。

【００４０】次いで、パッケージ本体９ｅの開口部をキ
ャップ部９ｆにより覆い、開口部とキャップ部９ｆとの
間をはんだ等を用いて気密封止することによって弾性表
面波装置１が完成する。このような気密封止時には、Ａ
ｕバンプ１０、上部電極１１、中間電極１２、アース電
極８等、それが形成された圧電基板３部分にも気密封止
のための熱が印加される。

【００４１】このような弾性表面波装置１において、表
２に示すように、上部電極１１における、ＡｌＣｕ合金
からなる第一層１１ａと、Ａｌからなる第二層１１ｂと
の膜厚比を種々代えた各弾性表面波装置１を、それぞれ
２００個（200 pcs ）作製した。

【００４２】

【表２】

【００４３】上記表２に記載の膜厚比は、Ａｌ膜厚/AlC
u 膜厚を示し、Ｋはクラック発生率（％）を示し、Ｂは
バンプ不着発生率（％）を示す。

【００４４】ＡｌＣｕ合金としては、ＡｌＣｕ合金中
に、１重量（ｗｔ）％（０．３原子％）のＣｕを含むも
のを用いた。ＡｌＣｕ合金中のＣｕ含量は、第二層１１
ｂとの親和性、及び硬度の点から、０．５ｗｔ％〜１．
５ｗｔ％の範囲内、原子％にて言い換えると０．１５原
子％から０．４５原子％までの範囲内が好ましい。

【００４５】それらの、圧電基板３でのクラック発生率
（％）、Ａｕバンプ１０（金属バンプ）不着発生率
（％）を測定し、表２に測定結果を示した。表２及び前
述の表１の結果から、明らかなように、上部電極１１
は、従来の単層だけよりも、ＡｌＣｕ合金とＡｌの２層
構造の方がよいことが判る。また、Ａｌ／ＡｌＣｕ合金
の全膜厚に対する、Ａｌの膜厚の割合は、１％〜７５％
が、より好ましくは５％〜５０％がよいことが判る。

【００４６】本発明では、上部電極１１の最上層である
第二層１１ｂをＡｌとし、中間電極１２との界面側の第
一層１１ａをＡｌ合金としたことで、電極パッドとして
のアース電極８の表面が、第二層１１ｂにより見かけ
上、Ａｕより柔らかくなったため、Ａｕバンプ１０との
密着性が向上し、また、Ａｌ合金層である第一層１１ａ
によって、電極パッドとしてのアース電極８内へのＡｕ
の拡散が抑制されるため、金属間化合物の形成領域面積
が小さくなり、部分的な体積変化による応力集中を緩和
できることが判った。

【００４７】その結果、本発明では、Ａｕバンプボンド
工程の歩留まりを９０％からほぼ１００％に改善できる
と共に、Ａｕバンプ１０下の圧電基板３のクラック発生
を完全に防止することができた。よって、製造工程にお
いて不具合のでない安定した条件で弾性表面波装置１を
製造することができ、信頼性の高い弾性表面波装置１を
提供できる。

【００４８】なお、上記の実施の形態では、素子基板と
してタンタル酸リチウムからなる圧電基板３を用いて説
明したが、これに限るものではなく、例えば、ニオブ酸
リチウムや酸化亜鉛膜を設けた絶縁基板、水晶、ランガ
サイト等の圧電基板でも同様の効果を得られるものであ
る。

【００４９】また、上記の実施の形態においては、第一
層１１ａのＡｌ合金としてＡｌＣｕ合金を用いた例を挙
げたが、Ａｌ合金に含まれるＡｌ以外の金属としては、
Ｃｕに限定されるものではなく、マイグレーション（mi
gration ）抑制性金属であればよく、例えば、Ｗ、Ｔ
ｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｓｉや、Ｃｕを含め、それらを組み合
わせた金属を用いることができる。

【００５０】さらに、上記の実施の形態では、中間電極
１２として、Ｃｒが２５重量％含まれるＮｉＣｒを用い
た例を挙げたが、上記に限定されるものではなく、他
に、Ｔｉ、Ｃｒを用いることができる。

【００５１】また、上記の実施の形態においては、電子
部品素子として、弾性表面波素子２を用いた例を挙げた
が、Ａｕバンプ１０等の金属バンプを使用してフェース
ダウン実装されるものであれば、本発明を適用して同様
な効果を発揮できる。

【００５２】

【発明の効果】本発明の電子部品素子は、以上のよう
に、フェースダウン実装される電子部品素子において、
素子基板の電極パッド上に中間電極と上部電極とが形成
され、上記上部電極が、中間電極と接するＡｌ合金から
なる第一層、及び、金属バンプと接するＡｌからなる第
二層の２層構造を有している構成である。

【００５３】それゆえ、上記構成では、上部電極の最上
層をＡｌとし、中間電極との界面にＡｌ合金を配置した
ことで、電極パッド表面が、第二層により見かけ上、金
属バンプより柔らかくできるため、金属バンプとの密着
性が向上し、また、Ａｌ合金層によって、電極パッド内
の金属バンプの金属の拡散が抑制されるため、金属間化
合物の形成領域面積が小さくなり、部分的な体積変化に
よる応力集中を緩和できる。

【００５４】その結果、上記構成においては、金属バン
プとの密着性の向上により金属バンプの不着発生を軽減
してバンプボンド工程の歩留まりを従来より改善できる
と共に、応力集中を緩和できることによって、金属バン
プ下の、素子基板におけるクラック発生を抑制すること
ができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る弾性表面波装置の要
部拡大断面図である。

【図２】上記弾性表面波装置の弾性表面波素子の概略平
面図である。

【図３】上記弾性表面波素子を有する弾性表面波装置の
概略断面図である。

【図４】従来の弾性表面波装置の要部拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

３ 圧電基板（素子基板） ８ 電極パッド １０ 金属バンプ １１ 上部電極 １１ａ 第一層 １１ｂ 第二層 １２ 中間電極

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】素子基板と、該素子基板上に形成された素
   子電極と、該素子電極と電気的に接続された電極パッド
   と、電極パッド上に形成され金属バンプと接続される上
   部電極と、該電極パッドと該上部電極の間に形成された
   中間電極とを有し、フェースダウン実装される電子部品
   素子であって、 前記上部電極は、中間電極と接するＡｌ合金からなる第
   一層、及び、金属バンプと接するＡｌからなる第二層の
   ２層構造を有していることを特徴とする電子部品素子。
2. 【請求項２】前記金属バンプの材料はＡｕであり、該中
   間電極は、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ合金の内少なくとも一
   種類の金属であり、該Ａｌ合金は、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃ
   ｒ、Ｔａ、Ｓｉからなる群から少なくとも一つ選択され
   たマイグレーション抑制性金属とＡｌとの合金であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の電子部品素子。
3. 【請求項３】前記Ａｌ合金におけるマイグレーション抑
   制性金属の濃度は、０．１５原子％から０．４５原子％
   までの範囲内であることを特徴とする請求項２記載の電
   子部品素子。
4. 【請求項４】前記Ａｌ層の膜厚は該上部電極膜厚の１％
   以上７５％以下であることを特徴とする請求項１ないし
   ３の何れか１項に記載の電子部品素子。
5. 【請求項５】前記Ａｌ層の膜厚は該上部電極膜厚の５％
   以上５０％以下であることを特微とする請求項１ないし
   ４の何れか１項に記載の電子部品素子。
6. 【請求項６】前記素子基板及び素子電極は、弾性表面波
   素子のためのものであることを特徴とする請求項１ない
   し５の何れか１項に記載の電子部品素子。
7. 【請求項７】前記上部電極と中間電極はリフトオフ法で
   一括形成されていることを特徴とする請求項１ないし６
   の何れか１項に記載の電子部品素子。
8. 【請求項８】前記請求項１ないし７の何れか１項に記載
   の電子部品素子をパッケージ内にフェースダウン実装で
   収納したことを特徴とする電子部品装置。