JP2006279484A - Ｓａｗチップ、及び樹脂封止ｃｓｐ型ｓａｗデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 封止樹脂に吸湿材を含有させる等の手法を採用することなく、従来よりも耐湿性に優れたＳＡＷチップ、及び樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスを提供する。
【解決手段】 圧電基板１８、圧電基板の一面に形成したＩＤＴ電極１７、及び接続電極１６、を備えたＳＡＷチップ１５において、圧電基板の一面に、ＩＤＴ電極を被覆する電極保護用絶縁膜３０と、電極保護用絶縁膜よりも吸湿性が高く、且つ少なくともＩＤＴ電極を被覆しない水分吸湿用ＳｉＯ₂膜４０を配置した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、弾性表面波チップを実装基板上にフリップチップ実装してから弾性表面波チップを樹脂にて封止した構造の弾性表面波デバイスにおいて、耐湿性を大幅に向上させた樹脂封止ＣＳＰ型の表面実装型ＳＡＷデバイスに関するものである。

弾性表面波デバイス（ＳＡＷデバイス）は、水晶等の圧電基板上に櫛歯状の電極指から成るＩＤＴ（インターディジタルトランスジューサ）電極を配置した構成を備え、例えばＩＤＴ電極に高周波電界を印加することによって弾性表面波を励起し、弾性表面波を圧電作用によって高周波電界に変換することによってフィルタ特性を得るものである。
半導体部品においてＣＳＰ（Chip Size Package）と呼ばれる小型パッケージング技術が一般化するのに伴って、ＳＡＷデバイスにおいても、デバイス小型化の容易化と、バッチ式の製造方法による生産性の向上という観点から、ＣＳＰ技術を用いた生産方法が導入されるようになっている。ＣＳＰ技術では樹脂を用いた封止工法が多く使用されている。
ＣＳＰでは、弾性表面波素子（ＳＡＷチップ）の耐水性を高め、保護するために、樹脂を用いた封止構造が多用される。
例えば、特開２００２−１００９４５公報に開示された弾性表面波デバイスにあっては、弾性表面波素子の一面に形成した櫛形電極（ＩＤＴ電極）と実装基板の一方の面とが対向し合い且つ両者の間に空間が形成されるように実装基板上に弾性表面波素子をフェイスダウンボンディングにてフリップチップ実装している。また、前記空間を除いた弾性表面波素子全体を覆うように封止樹脂を被覆している。
しかし、特開２００２−１００９４５公報に開示されているような樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスは、封止に用いる樹脂が水分を透過させるため、耐湿性に難点があった。
一方、半導体デバイスにおいても樹脂を用いたパッケージング技術が用いられており、やはり樹脂の水分透過による耐湿性劣化が問題となっていた。その解決手投として、パッケージ内に吸湿材を設けることによって、半導体デバイスの耐湿性を向上させる技術が開示されている。この耐湿性向上のための技術を特開２００２−１００９４５に開示されているような樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスに応用することで、樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスの耐湿性を向上させることができないかどうか、検討を行った。

まず、樹脂を用いた半導体デバイス用パッケージの耐湿性向上に関する従来技術について説明する。
図４（ａ）及び（ｂ）は実開昭５９−６８４２号公報に開示された半導体デバイス用の樹脂封止用キャップであり、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、セラミックス等の電気絶縁材料１０１を基体とした樹脂封止用キャップには、吸湿材料を含有させた接着用樹脂材料１０２が設けられている（（ａ））。電気絶縁材料１０１として樹脂材料を用いる場合には、吸湿物質１０３をキャップの内部壁に層状に形成しておくことにより、吸湿材料や吸湿物質により内部への水分浸入を軽減することができ、半導体装置の耐湿性レベルを向上させることができる（（ｂ））。
次に、図５は、特開平６−２３２２９２号公報に開示された半導体素子収納用パッケージの断面図である。符号１１１は上面に凹部１１１ａを有したエポキシ樹脂等から成る絶縁基体、１１２は凹部１１１ａを閉止する蓋体であり、絶縁基体１１１と蓋体１１２とで半導体素子１１３を収容するための容器１１４が構成される。凹部１１１ａの底面には半導体素子１１３が樹脂製接着剤を介して接着固定される。絶縁基体１１１はその内部にシリカゲル、ゼオライト等の無機物、ポリアクリル酸塩系の高吸水性ポリマー等の有機物等から成る吸湿材が含有されている。絶縁基体内部に吸湿材が含有されていることから容器内部に半導体素子１１３を収容した後、大気中に含まれる水分が絶縁基体１１１を通して容器１１４内部に入り込もうとしても吸湿材により有効に阻止される。
本発明者は、実開昭５９−６８４２号公報、特開平６−２３２２９２号公報に開示された従来技術を、特開２００２−１００９４５公報に開示されているような樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスヘ応用することを検討した。
図４（ｂ）では、吸湿物質１０３を、電気絶縁材料１０１を基体とした樹脂封止用キャップの内部壁に層状に形成しているが、特開２００２−１００９４５公報に開示されている樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスはキャップを用いた構造ではないので、同図の構成を適用することができない。
先に説明した従来技術の中で、特開２００２−１００９４５公報に開示されている樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスヘ適用が可能なのは、特開平６−２３２２９２号公報に開示された封止樹脂に吸湿材を含有させる技術である。
しかし、特開２００２−１００９４５公報に開示されている樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスに対して、特開平６−２３２２９２号公報に開示された封止樹脂に吸湿材を含有させる技術を適用した場合、封止樹脂に含有される吸湿材の量が多くなると、封止樹脂と実装基板との密着性、接合性が悪くなる。すると、水分が封止樹脂と実装基板との接触界面伝いに樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスの内部空間へ浸入してしまう。つまり、封止樹脂自体の水分透過量が減少したとしても、封止樹脂と実装基板との接触界面からの水分浸入量が多くなってしまい、結果的に耐湿性が劣化するという不具合が生じる。
特開２００２−１００９４５公報 実開昭５９−６８４２号公報 特開平６−２３２２９２号公報

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、封止樹脂に吸湿材を含有させる等の手法を採用することなく、従来よりも耐湿性に優れたＳＡＷチップ、及び樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、請求項１の発明に係るＳＡＷチップは、圧電基板、該圧電基板の一面に形成したＩＤＴ電極、及び接続電極、を備えたＳＡＷチップにおいて、前記圧電基板の一面に、前記ＩＤＴ電極を被覆する電極保護用絶縁膜と、該電極保護用絶縁膜よりも吸湿性が高く、且つ少なくとも前記ＩＤＴ電極を被覆しない水分吸湿用ＳｉＯ₂膜を配置したことを特徴とする。
請求項２の発明に係る樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスは、絶縁基板、該絶縁基板の底部に配置した表面実装用の外部電極、及び該外部電極と導通し且つ前記絶縁基板の上部に配置された配線パターン、を備えた実装基板と、圧電基板、該圧電基板の一面に形成したＩＤＴ電極、及び前記配線パターンと導体バンプを介して接続される接続電極、を備えたＳＡＷチップと、前記ＳＡＷチップを前記実装基板上に前記導体バンプを用いてフリップチップ実装した状態で、前記ＳＡＷチップに形成されたＩＤＴ電極と前記実装基板との間に内部空間を形成しつつ前記ＳＡＷチップの外面と前記実装基板の上面とを覆う封止樹脂と、を備えた樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスであって、前記ＳＡＷチップの前記一面に、前記ＩＤＴ電極を被覆する電極保護用絶縁膜と、該電極保護用絶縁膜よりも吸湿性が高く、且つ少なくとも前記ＩＤＴ電極を被覆しない水分吸湿用ＳｉＯ₂膜を配置したことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２において、前記電極保護用絶縁膜がＳｉＯ₂からなり、前記水分吸湿用ＳｉＯ₂膜の重量密度が、前記電極保護用絶縁膜の重量密度よりも小さいことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項２、又は３において、前記電極保護用絶縁膜がＳｉＯ₂からなり、前記水分吸湿用ＳｉＯ₂膜の屈折率が、前記電極保護用絶縁膜の屈折率よりも小さいことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項２乃至４において、前記水分吸湿用ＳｉＯ₂膜が、前記ＳＡＷチップの前記一面に形成した凹凸部上に形成されていることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項２乃至５において、前記内部空間内に位置する前記実装基板の表面に水分吸湿用ＳｉＯ₂膜を設けたことを特徴とする。

本発明の樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスによれば、小型・薄型・低価格なＣＳＰ構造の樹脂封止型ＳＡＷデバイスを、耐湿性を向上させつつ実現することができる。
即ち、本発明のＳＡＷチップ、及び樹脂封止ＣＳＰＳＡＷデバイスは、圧電基板の一面上の少なくともＩＤＴ電極を絶縁膜（電極保護用絶縁膜）で被覆することによって、水分浸入によるＩＤＴ電極の腐食を低減することができる。
更に、ＩＤＴ電極を覆う電極保護用絶縁膜よりも吸湿性の高いＳｉＯ₂膜（水分吸湿用ＳｉＯ₂膜）を、少なくともＩＤＴ電極を被覆しないように、圧電基板の一面の他の領域に設けて乾燥剤として機能させるようにしたので、封止樹脂を経由して水分が内部空間に浸入したとしても、水分吸湿用ＳｉＯ₂膜の吸湿性により、内部空間内の湿度上昇を抑制することができる。
更に、水分吸湿用ＳｉＯ₂膜は、電極保護用絶縁膜よりも多孔質な構成とすることで吸湿性を高めることができ、シリカゲルと同様の原理で乾燥剤としての役割を果たすことができる。

以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイス（以下、ＳＡＷデバイス、という）の縦断面図である。
このＳＡＷデバイス１は、実装基板２上にＳＡＷチップ１５を搭載し、更にＳＡＷチップ１５の外面を封止樹脂２０にて被覆した構成を備えている。
実装基板２は、セラミック基板等からなる絶縁基板３、絶縁基板３の底部に設けた表面実装用の実装電極４、及び絶縁基板３の上面に設けられ且つ内部導体６を介して実装電極４と導通した配線パターン５、を備えている。
ＳＡＷチップ１５は、絶縁基板３の上面に設けた各配線パターン５と導体バンプ１０を介して電気的機械的に接続される接続パッド１６、及びＩＤＴ電極１７を夫々水晶等の圧電基板１８の下面に備えている。接続パッド１６は、ＩＤＴ電極１７の外周を包囲するように配置されている。ＩＤＴ電極１７は、高周波電界を印加されることによって弾性表面波を励起し、弾性表面波を圧電反作用によって高周波電界に変換することによってフィルタ特性を得ることができる。ＩＤＴ電極１７及び接続パッド１６は、フォトエッチング等の微細加工技術によって圧電基板１８の主面に形成される。
封止樹脂２０は、スクリーン印刷、或いはディスペンサを用いた充填によって、ＳＡＷチップ１５の下面を除いた外面と実装基板上面にかけて被覆されることにより実装基板２上にＳＡＷチップ１５を固定すると共に、ＳＡＷチップ１５の裾部（下面外周縁）と実装基板上面との間の空間に充填されることにより、ＳＡＷチップ１５下面と実装基板２上面との間に内部空間Ｓを形成する。

図２（ａ）及び（ｂ）は本発明による樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスに用いるＳＡＷチップの断面図、及び下面図である。
このＳＡＷチップ１は、圧電基板１８の一面上の少なくともＩＤＴ電極１７を絶縁膜（電極保護用絶縁膜）３０で被覆することによって、水分浸入によるＩＤＴ電極の腐食を低減するようにしている。
更に、ＩＤＴ電極を覆う電極保護用絶縁膜３０よりも吸湿性の高いＳｉＯ₂膜（水分吸湿用ＳｉＯ₂膜）４０を、少なくともＩＤＴ電極１７を被覆しないように、圧電基板１８の一面の他の領域に設けて乾燥剤として機能させる。この例では、水分吸湿用ＳｉＯ₂膜４０を圧電基板１８の一面の外周縁に沿った位置に配置している。
実際の製造に際しては、予め圧電基板１８面にフォトリソグラフィ技術によって接続パッド１６、リード端子１６ａ、及びＩＤＴ電極１７を夫々を形成してから、電極保護用絶縁膜３０及びＳｉＯ₂膜（水分吸湿用ＳｉＯ₂膜）４０を成膜し、その後各接続パッド１６上にＡｕバンプ１０を固着する手順が実施される。なお、図２（ｂ）の下面図と、図２（ａ）とは電極保護用絶縁膜３０の形成範囲が若干異なっている。即ち、図２（ａ）ではＩＤＴ電極１７と、その周辺の狭い範囲に極限して電極保護用絶縁膜３０を形成しているが、図２（ｂ）の例では接続パッド１６の一部からリード端子１６ａにかけて、更にはバスバー１７ａまでも被覆するように電極保護用絶縁膜３０を展開している。このため、図２（ｂ）の例では、ＩＤＴ電極１７のみならず、周辺の配線パターンまでも含めて電極保護用絶縁膜３０によって保護することができる。

上図のＳＡＷチップ１を用いて、特開２００２−１００９４５公報に開示されている樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスを構成すると図１に示した如き構成となり、封止樹脂２０を経由して水分が内部空間Ｓに浸入したとしても、水分吸湿用ＳｉＯ₂膜４０の吸湿性により、内部空間Ｓ内の湿度上昇を抑制することができる。水分吸湿用ＳｉＯ₂膜４０は、電極保護用絶縁膜３０よりも多孔質な構成とすることで吸湿性を高めることができ、シリカゲルと同様の原理で乾燥剤としての役割を果たすことができる。
電極保護用絶縁膜３０をＳｉＯ₂によって形成する場合は、電極保護用絶縁膜（電極保護用ＳｉＯ₂膜）３０よりも水分吸湿用ＳｉＯ₂膜４０の方の多孔質（多孔性）をより高める必要がある。電極保護用ＳｉＯ₂膜３０を水分吸湿用ＳｉＯ₂膜４０と同程度に高い多孔質にしてしまうと、膜中の孔の存在によってＳＡＷの散乱が発生し、ＳＡＷの伝搬損失が増大してしまう。よって、電極保護用ＳｉＯ₂膜３０は極力緻密、密実な膜（多孔性の低い膜）にする必要がある。
電極保護用ＳｉＯ₂膜３０よりも水分吸湿用ＳｉＯ₂膜４０の方をより高い多孔質にする、ということは、電極保護用ＳｉＯ₂膜よりも水分吸湿用ＳｉＯ₂膜の重量密度を小さくすることと等価である。
また、電極保護用ＳｉＯ₂膜３０よりも水分吸湿用ＳｉＯ₂膜４０の重量密度をより小さくするということは、電極保護用ＳｉＯ₂膜３０よりも水分吸湿用ＳｉＯ₂４０膜の光の屈折率を小さくすることと等価である。これについては膜の密度と屈折率との関係式、ローレンツ−ローレンツの式から明かである。。
即ち、光学技術ハンドブック第５刷（朝倉書店）２７０頁目には、ローレンツ−ローレンツの式として、比屈折率：ｒ＝（ｎ²−１）／ρ（ｎ²＋２）、分子屈折率：ｒ・Ｍ（ρは密度、Ｍは物質の分子量）が開示されている。
応用物理ハンドブック第２版（丸善株式会社）３７１頁目には、スパッタリング時の酸素分圧増加による多孔構造ＳｉＯ₂膜の形成方法について開示されている。
この開示内容に従えば、ＳｉＯ₂ターゲットをＡｒ−Ｏ₂混合ガス（成膜ガス）中でスパッタリングすれば、ＳＡＷチップ上にＳｉＯ₂膜を成膜することができるが、電極保護用ＳｉＯ₂膜３０よりも水分吸湿用ＳｉＯ₂膜４０の方をより多孔質にするには、例えば、水分吸湿用ＳｉＯ₂成膜時の成膜ガス酸素分圧を、電極保護用ＳｉＯ₂成膜時の酸素分圧よりも増加させれば良いことになる。

次に、図３（ａ）及び（ｂ）は図２のＳＡＷチップの変形例としての実施形態に係る樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスに用いるＳＡＷチップの断面図、及び下面図である。
この実施形態に係るＳＡＷチップ１が図２の実施形態と異なる点は、水分吸湿用ＳｉＯ₂膜３０の表面積を増やすために、圧電基板表面に形成した凹凸部５０上に水分吸湿用ＳｉＯ₂膜４０を形成している点である。
この実施形態では、水分吸湿用ＳｉＯ₂膜４０の下地となる凹凸部５０を、厚膜配線やボンディングパッドを形成するためのフォトリソグラフィ工程にて同時に形成しているため、水分吸湿用ＳｉＯ₂膜４０の下に凹凸部５０を形成するに際して、製造工程の増加は一切ない。
尚、凹凸部５０を形成する方法としては、成膜−露光−エッチングを伴うフォトリソグラフィ技術以外にも、リフトオフ法や、陽極酸化法も適用することができる。
また、凹凸部５０のある絶縁基板表面に水分吸湿用ＳｉＯ₂膜４０が形成されているので、水分吸湿用ＳｉＯ₂膜４０の表面積が増え、樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスの内部空間Ｓにおける乾燥剤としての機能がより向上する。
また、内部空間Ｓ内に位置する実装基板２の表面にも水分吸湿用ＳｉＯ₂膜４０を設ければ、内部空間Ｓにおける乾燥剤としての機能がさらに向上する。
図３においては凹凸部５０、及びその上に被覆される水分吸湿用ＳｉＯ₂膜４０の構成として、細幅帯状の突条５０ａを溝５０ｂを介して平行に配置した例を示したが、これは一例に過ぎず、凹凸部５０の形状、配置は種々のバリエーションを持たせることができる。例えば、エンボス状に小突起から成る凹凸部を配置してもよい。
なお、封止樹脂中に吸湿材を含有させる従来技術について先に説明したが、本発明は先に説明した従来技術との併用が可能である。即ち、封止樹脂２０中に適量（実装基板との密着性が低下しない程度の適量）の乾燥材を含有させると共に、上記各実施形態に係るＳＡＷチップの耐湿構造を併用することが有効である。
以上の構成を備えた本発明によれば、小型・薄型・低価格なＣＳＰ構造の樹脂封止型ＳＡＷデバイスを、耐湿性を向上させつつ実現することができる。

本発明の一実施形態に係る樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスの縦断面図。 （ａ）及び（ｂ）は本発明による樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスに用いるＳＡＷチップの断面図、及び下面図。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態による樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスに用いるＳＡＷチップの断面図、及び下面図。 （ａ）及び（ｂ）は従来例の構成説明図。 他の従来例の構成説明図。

符号の説明

１ 弾性表面波デバイス（ＳＡＷデバイス）、２ 実装基板、３ 絶縁基板、４ 実装電極、５ 配線パターン、６ 内部導体、１０ 導体バンプ、１５ ＳＡＷ（弾性表面波）チップ、１６ 接続パッド、１７ ＩＤＴ電極、１８ 圧電基板、２０ 封止樹脂、３０ 電極保護用絶縁膜、４０ 水分吸湿用ＳｉＯ₂膜、５０ 凹凸部。

Claims (6)

1. 圧電基板、該圧電基板の一面に形成したＩＤＴ電極、及び接続電極、を備えたＳＡＷチップにおいて、
   前記圧電基板の一面に、前記ＩＤＴ電極を被覆する電極保護用絶縁膜と、
   該電極保護用絶縁膜よりも吸湿性が高く、且つ少なくとも前記ＩＤＴ電極を被覆しない水分吸湿用ＳｉＯ₂膜を配置したことを特徴とするＳＡＷチップ。
2. 絶縁基板、該絶縁基板の底部に配置した表面実装用の外部電極、及び該外部電極と導通し且つ前記絶縁基板の上部に配置された配線パターン、を備えた実装基板と、
   圧電基板、該圧電基板の一面に形成したＩＤＴ電極、及び前記配線パターンと導体バンプを介して接続される接続電極、を備えたＳＡＷチップと、
   前記ＳＡＷチップを前記実装基板上に前記導体バンプを用いてフリップチップ実装した状態で、前記ＳＡＷチップに形成されたＩＤＴ電極と前記実装基板との間に内部空間を形成しつつ前記ＳＡＷチップの外面と前記実装基板の上面とを覆う封止樹脂と、を備えた樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイスであって、
   前記ＳＡＷチップの前記一面に、前記ＩＤＴ電極を被覆する電極保護用絶縁膜と、
   該電極保護用絶縁膜よりも吸湿性が高く、且つ少なくとも前記ＩＤＴ電極を被覆しない水分吸湿用ＳｉＯ₂膜
   を配置したことを特徴とする樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイス。
3. 前記電極保護用絶縁膜がＳｉＯ₂からなり、前記水分吸湿用ＳｉＯ₂膜の重量密度が、前記電極保護用絶縁膜の重量密度よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイス。
4. 前記電極保護用絶縁膜がＳｉＯ₂からなり、前記水分吸湿用ＳｉＯ₂膜の屈折率が、前記電極保護用絶縁膜の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項２又は３に記載の樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイス。
5. 前記水分吸湿用ＳｉＯ₂膜が、前記ＳＡＷチップの前記一面に形成した凹凸部上に形成されていることを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイス。
6. 前記内部空間内に位置する前記実装基板の表面に水分吸湿用ＳｉＯ₂膜を設けたことを特徴とする請求項２乃至５の何れか一項に記載の樹脂封止ＣＳＰ型ＳＡＷデバイス。

Images