JP2007250969A - 封止電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】封止体による特性劣化がない封止電子部品を提供することを目的とする。
【解決手段】封止フィルタ１は、機械的振動が励振される機能部１１１を有するフィルタ素子１１と、フィルタ素子１１が搭載される基板１４とを備える。フィルタ素子１１は、機能部１１１が形成されたフィルタ素子１１の機能部形成面１１ａとフィルタ素子が搭載される基板１４の素子搭載面１４ａとを向かい合わせ、フィルタ素子１１の側のパットＰ１１と基板１４の側のパットＰ１４との間を金バンプ１９を介してフリップチップ接合することにより基板１４へ実装される。フィルタ素子１１は、気中の浮遊物や水蒸気が機能部１１１に作用して特性が劣化することを防止するため、サイドフィル方式によって中空封止されている。フィルタ素子１１の機能部形成面１１ａには、硬化前の樹脂封止剤１７が機能部１１１へ到達することを防ぐ隔壁１８が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械的振動が励振される機能部を有する素子を基板にフリップチップ実装してサイドフィル方式で封止した封止電子部品に関する。

図８は、素子９１を基板９４にフリップチップ実装してサイドフィル方式で封止した従来の封止電子部品９の概略構成を示す模式図である。図８は、封止電子部品９を側面視した側面図となっている。

図８に示すように、封止電子部品９は、素子９１と基板９４とがバンプ９９によってフリップチップ接合された構造を有している。素子９１は、サイドフィル方式で中空封止され、素子９１の機能部９１１が形成された機能部形成面９１ａと基板９４の素子９１が搭載される素子搭載面９４ａとの間隙は樹脂封止剤９７によって気密に封止されている。

なお、特許文献１は、従来の封止に関する先行技術文献である。

特開２００１−０７７２４６号公報

しかし、従来の封止電子部品では、樹脂封止剤等の封止体が機能部まで到達することを防ぐことができない。このため、表面弾性波デバイスや圧電薄膜デバイスのような機能部に機械的振動が励振される素子をサイドフィル方式で封止した封止電子部品では、素子の特性が封止体によって劣化してしまうという問題があった。

本発明は、この問題を解決するためになされたもので、封止体による特性劣化がない封止電子部品を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、機械的振動が励振される機能部を有する素子と、前記素子が搭載される基板と、前記素子の前記機能部が形成された機能部形成面と、前記基板の前記素子が搭載される素子搭載面とを向かい合わせてフリップチップ接合するバンプと、前記機能部形成面に形成され、前記機能部を内包する第１領域と前記第１領域を取り囲む第２領域とを隔てる隔壁と、サイドフィル方式で前記素子を封止する封止体とを備える。

請求項２の発明は、前記隔壁が前記第１領域を隙間なく包囲することを特徴とする請求項１に記載の封止電子部品である。

請求項３の発明は、前記機能部形成面と前記素子搭載面との間隔より高さが低い前記隔壁を前記フリップチップ接合に先立って形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の封止電子部品である。

請求項４の発明は、前記隔壁の側面と上面との境界が丸められていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の封止電子部品である。

請求項５の発明は、前記隔壁の材質が感光性のポリイミドであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の封止電子部品である。

請求項６の発明は、前記隔壁の材質がフォトレジストであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の封止電子部品である。

請求項７の発明は、前記隔壁の幅が１５μｍ以上であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の封止電子部品である。

請求項１ないし請求項７の発明によれば、封止体が機能部へ到達することを防ぐことができるので、封止体による素子の特性の劣化を防ぐことができる。

請求項２の発明によれば、封止体による素子の特性の劣化をより確実に防ぐことができる。

請求項３の発明によれば、フリップチップ接合を行うときに隔壁が破壊されることがなくなる。

請求項４の発明によれば、隔壁のカケを防止することができる。

請求項５又は請求項６の発明によれば、フォトリソグラフィによる精密なパターニングが可能であるとともに、ハードベークにより隔壁を強固にすることができる。

請求項７の発明によれば、隔壁の破壊を防止することができる。

以下では、２個の圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ；Film Bulk Acoustic Resonator）を組み合わせたラダー型フィルタの素子（以下、「フィルタ素子」）を基板にフリップリップ実装してサイドフィル方式で封止した封止フィルタを例として、本発明の封止電子部品の望ましい実施形態について説明する。しかし、以下で説明する実施形態は、本発明の封止電子部品が封止フィルタのみに限定されることを意味するものではない、すなわち、本発明における封止電子部品とは、一般的に言えば、機械的振動が励振される機能部を有する素子を基板にフリップチップ実装してサイドフィル方式で封止した封止電子部品全般を意味しており、基板にフリップチップ実装された素子がサイドフィル方式で封止された表面弾性波デバイスや圧電薄膜デバイスを含んでいる。

＜１ 封止フィルタの構成＞
＜１．１ 全体概略構成＞
図１及び図２は、本発明の望ましい実施形態に係る封止フィルタ１の全体概略構成を示す模式図である。図１は、封止フィルタ１を側面視した側面図となっており、図２は、封止フィルタ１を上面視した平面図となっている。なお、図１及び図２には、便宜上、左右方向を±Ｘ軸方向、前後方向を±Ｙ軸方向、上下方向を±Ｚ軸方向とするＸＹＺ直交座標系が定義されている。このＸＹＺ直交座標系は、後述する各図で定義されているＸＹＺ直交座標系と共通になっている。

図１及び図２に示すように、封止フィルタ１は、機械的振動が励振される機能部１１１を有するフィルタ素子１１と、フィルタ素子１１が搭載される基板１４とを備える。フィルタ素子１１は、機能部１１１が形成されたフィルタ素子１１の機能部形成面１１ａとフィルタ素子１１が搭載される基板１４の素子搭載面１４ａとを向かい合わせ、フィルタ素子１１の側のパットＰ１１と基板１４の側のパットＰ１４との間を金バンプ１９を介してフリップチップ接合することにより基板１４へ実装される。なお、フィルタ素子１１の基板１４へのフリップチップ接合は、圧接接合、超音波接合、ハンダ接合又は導電性接着剤接合等により行うことができる。

フィルタ素子１１は、気中の浮遊物や水蒸気が機能部１１１に作用して特性が劣化することを防止するため、サイドフィル方式によって中空封止されている。すなわち、封止フィルタ１は、フィルタ素子１１の機能部形成面１１ａに垂直な側面１１ｂと基板１４の素子搭載面１４ａとにまたがる封止体となる樹脂封止剤１７によって、機能部形成面１１ａと素子搭載面１４ａとの間の間隙ＧＡＰが気密に封止されている。樹脂封止剤１７としては、例えば、エポキシ樹脂の封止剤を用いることができる。

さらに、フィルタ素子１１の機能部形成面１１ａには、硬化前の樹脂封止剤１７が機能部１１１へ到達することを防ぐ隔壁１８が設けられている。

＜１．２ 隔壁＞
隔壁１８は、機能部１１１を内包する矩形の領域Ｒ１を、領域Ｒ１を取り囲む領域Ｒ２から隔てるように機能部形成面１１ａに設けられている。封止フィルタ１では、樹脂封止剤１７の障壁となる隔壁１８により、硬化前の樹脂封止剤１７が機能部１１１へ到達することを防ぎ、樹脂封止剤１７によるフィルタ素子１１の特性劣化を防いでいる。

隔壁１８は、樹脂封止剤１７によるフィルタ素子１１の特性の劣化を確実に防ぐためには、図２に示すように、領域Ｒ１を隙間なく包囲していることが最も望ましいが、部分的に隙間があったとしても、樹脂封止剤１７の侵入を阻止する障壁の機能を妨げない程度のものであれば問題とはならない。

封止フィルタ１の製造にあたっては、機能部形成面１１ａと素子搭載面１４ａとの間隔gより高さhが低い隔壁１８をフリップチップ接合に先立って機能部形成面１１ａに形成しておくことが望ましい。なぜならば、高さhを間隔gより低くしておけば、フリップチップ接合を行うときに、隔壁１８が基板１４に衝突して破壊され、隔壁１８の破片が散乱してフィルタ素子１１に悪影響を与えることを防ぐことができるからである。なお、高さhを間隔g（典型的には、約２０μｍ）より１μｍ〜３μｍ低くしておけば、隔壁１８の基板１４への衝突を避けつつ、樹脂封止剤１７の侵入を有効に阻止することができる。

隔壁１８の幅wは、フィルタ素子１１を製造するときに隔壁１８が破壊しない程度の強度、特に、ダイシングソーで切断するときに水圧で隔壁１８が破壊しない程度の強度を有するように決定すればよい。なお、後述する感光性のポリイミドやフォトレジストによって隔壁１８を作製した場合、幅wを１５μｍ以上とすれば、十分な強度を確保することができる。

また、隔壁１８は、図３の断面図に示すように、カケの防止のため、上面１８ａと側面１８ｂとの境界が丸められ、チッピングの原因となる鋭利な角が排除されている。なお、図３には、上面１８ａと側面１８ｂとの境界において半径１０μｍのＲ面取りがなされた隔壁１８の断面形状が図示されている。このようなエッジの丸めは、フォトリソグラフィにより隔壁１８を形成する場合、ベーク（プリベークやポストベーク）及び露光の条件により実現することができる。

隔壁１８の材質は、特に制限されないが、フォトリソグラフィによる精密なパターニングが可能なフォトレジストとすることが望ましく、ハードベークにより強固なものとすることができる感光性のポリイミドやフォトレジストとすることがさらに望ましい。フォトレジストとしては、例えば、エポキシ系のフォトレジスト、望ましくは、エポキシ樹脂・シクロペンタノン・プロピレンカーボネート及びヘキサフルオロアンチモン酸塩の混合物であるＳＵ−８（化薬マイクロケム株式会社、東京都千代田区）を用いることができる。

＜１．３ フィルタ素子＞
図４は、フィルタ素子１１の概略構成を示す模式図であり、フィルタ素子１１の斜視図となっている。

図４に示すように、フィルタ素子１１は、支持基板１１３の上に、接着層１１４、キャビティ形成膜１１５、下面電極１１６、圧電体薄膜１１７及び上面電極１１８をこの順序で積層した構造を有している。

支持基板１１３は、圧電体薄膜１１７を支持する支持体としての役割を有している。支持基板１１３は、圧電体薄膜１１７を構成する圧電材料と同じ材料で構成されることが望ましく、支持基板１１３における結晶方位と圧電体薄膜１１７における結晶方位とが一致していることがさらに望ましい。

接着層１１４は、圧電体薄膜１１７を支持基板１１３に接着固定する役割を有している。接着層１１４の望ましい例としては、有機接着剤、望ましくは、充填効果を有し、接着対象が完全に平坦ではなくても十分な接着力を発揮するエポキシ接着剤（熱硬化性を利用するエポキシ樹脂の接着剤）やアクリル接着剤（光硬化性及び熱硬化性を併用するアクリル樹脂の接着剤）により形成された接着層をあげることができる。

キャビティ形成膜１１５は、二酸化ケイ素(SiO₂)等の絶縁材料を成膜することにより得られた絶縁体膜である。キャビティ形成膜１１５は、圧電体薄膜１１７の非励振領域Ｅ２の下面に形成され、圧電体薄膜１１７の励振領域Ｅ１を支持基板１１３から離隔させるキャビティを形成している。

圧電体薄膜１１７は、圧電体基板を除去加工することにより得られる。より具体的には、圧電体薄膜１１７は、単独で自重に耐え得る厚み（例えば、５０μｍ以上）を有する圧電体基板を、単独で自重に耐え得ない膜厚（例えば、１０μｍ以下）まで除去加工で薄肉化することにより得られる。

圧電体薄膜１１７を構成する圧電材料としては、所望の圧電特性を有する圧電材料を選択することができるが、水晶（SiO₂）、ニオブ酸リチウム(LiNbO₃）、タンタル酸リチウム（LiTaO₃）、四ホウ酸リチウム（Li₂B₄O₇）、酸化亜鉛（ZnO）、ニオブ酸カリウム（KNbO₃）及びランガサイト（La₃Ga₃SiO₁₄）等の粒界を含まない単結晶材料を選択することが望ましい。圧電体薄膜１１７を構成する圧電材料として単結晶材料を用いることにより、圧電体薄膜１１７の電気機械結合係数及び機械的品質係数を向上させ、広帯域かつ低挿入損失のフィルタ素子１１を実現することができるからである。

圧電体基板の除去加工は、切削、研削及び研磨等の機械加工並びにエッチング等の化学加工等により行う。ここで、複数の除去加工方法を組み合わせ、加工速度が速い除去加工方法から、加工対象に生じる加工変質が小さい除去加工方法へと除去加工方法を段階的に切り替えながら圧電体基板を除去加工すれば、高い生産性を維持しつつ、圧電体薄膜１１７の品質を向上し、フィルタ素子１１の特性を向上することができる。例えば、圧電体基板を固定砥粒に接触させて削る研削及び圧電体基板を遊離砥粒に接触させて削る研磨を順次行った後に、当該研磨によって圧電体基板に生じた加工変質層を仕上げ研磨により除去するようにすれば、圧電体基板を削る速度が早くなり、圧電薄膜フィルタの生産性を向上可能であるとともに、圧電体薄膜１１７の品質を向上することにより、フィルタ素子１１の特性を向上可能である。

このようなフィルタ素子１１では、圧電体薄膜１１７をスパッタリング等により成膜した場合と異なり、圧電体薄膜１１７を構成する圧電材料や圧電体薄膜１１７における結晶方位が下地の制約を受けないので、圧電体薄膜１１７を構成する圧電材料や圧電体薄膜１１７における結晶方位の選択の自由度が高くなっている。したがって、フィルタ素子１１では、所望の特性を実現することが容易になっている。

上面電極１１８及び下面電極１１６は、それぞれ、圧電体薄膜１１７の上面及び下面に導電材料を成膜することにより得られた導電体薄膜である。

上面電極１１８及び下面電極１１６を構成する導電材料は、特に制限されないが、アルミニウム（Al）、銀（Ag）、銅（Cu）、白金（Pt）、金（Au）、クロム（Cr）、ニッケル（Ni）、モリブデン（Mo）、タングステン(W)及びタンタル（Ta）等の金属から選択することが望ましい。もちろん、上面電極１１８及び下面電極１１６を構成する導電材料として合金を用いてもよい。また、複数種類の導電材料を重ねて成膜することにより、上面電極１１８及び下面電極１１６を形成してもよい。

下面電極１１６は、圧電体薄膜１１７の下面の略中央に形成される。

上面電極１１８１及び１１８２は、励振領域Ｅ１において圧電体薄膜１１７を挟んで下面電極１１６と対向して圧電薄膜共振子を形成する。上面電極１１８１は、励振領域Ｅ１から＋Ｘ方向へ引き出された後に延伸方向が−Ｙ方向に折り曲げられ、その先端は、フィルタ素子１１のフリップチップ接合用のパットＰ１１となっている。上面電極１１８２は、励振領域Ｅ１から−Ｘ方向へ引き出された後に伸延方向が±Ｙ方向に分割され、その先端は、リップチップ接合用のパットＰ１１となっている。

上面電極１１８３は、非励振領域Ｅ２において圧電体薄膜１１７を挟んで下面電極１１６と対向するとともに、＋Ｘ方向に引き出された後に延伸方向が＋Ｙ方向に折り曲げられ、その先端はパットＰ１１となっている。

圧電体薄膜１１７には、圧電体薄膜１１７の上面と下面との間を貫通し、非励振領域Ｅ２において圧電体薄膜１１７を挟んで対向する上面電極１１８３と下面電極１１６とを導通させる下面電極導通穴ＨＬが形成されている。下面電極導通穴ＨＬは、内側面に成膜された導電体薄膜により上面電極１１８３と下面電極１１６とを短絡して引き出すスルーホールとなっている。

フィルタ素子１１の励振領域Ｅ１は、機械的振動（厚み縦振動や厚みすべり振動）が励振される機能部１１１となっており、隔壁１８によって樹脂封止剤１７から保護されている。

＜２ フィルタ素子の実装＞
続いて、フィルタ素子１１の基板１４への実装の手順を図５及び図６を参照しながら説明する。

図５に示すように、隔壁１８の形成にあたって、最初に、多数の圧電薄膜フィルタが形成されたウエハ２１に２０μｍ〜５０μｍの膜厚のフォトレジスト膜（又は、感光性のポリイミド膜、以下同様）２２をスピンコートした（図５（Ａ））。フォトレジスト膜２２の膜厚は、ウエハの回転速度やフォトレジストの粘度によって制御することができるが、２０μｍ〜５０μｍの膜厚の均一なフォトレジスト膜２２を得るためには、フォトレジストの粘度は、３０００ｃＰ（３パスカル・秒）〜１００００ｃＰ（１０パスカル・秒）であることが望ましい。なぜならば、フォトレジストの粘度がこの範囲を下回ると、十分な膜厚を得ることが困難になるからであり、フォトレジストの粘度がこの範囲を上回ると、膜厚が不均一となるからである。

続いて、フォトリソグラフィにより、フォトレジスト膜２２のパターニングを行い、すなわち、露光、プリベーク、現像及びポストベークを順次行い、隔壁１８を形成した（図５（Ｂ））。

さらに、ダイシングソーでウエハ２１を切断することにより、機能部形成面１１ａに隔壁１８が形成されたフィルタ素子１１を得た（図５（Ｃ））。

このようにして得られたフィルタ素子１１を、フリップチップ実装機を用いて、機能部形成面１１ａを基板１４に向けてフェイスダウン方式でフリップチップ実装した（図６（Ａ））。

そして、フィルタ素子１１の側面１１ｂと基板１４の素子搭載面１４ａとの境界付近にディスペンサで樹脂封止剤１７を供給して硬化させることにより、フィルタ素子１１の周辺がサイドフィル方式で封止された封止フィルタ１を得た（図６（Ｂ））。この封止フィルタ１においては、隔壁１８によって流動性がある樹脂封止剤１７が機能部１１１まで到達することがなく、フィルタ素子１１の特性が樹脂封止剤１７によって劣化することはない。

＜３ 変形例＞
上述の説明では、フォトレジスト膜をフォトリソグラフィによりパターニングすることにより隔壁１８を形成したが、これ以外の方法で隔壁１８を形成してもよい。例えば、隔壁１８を形成すべき部分が開口となっている成膜マスクを用いて各種の成膜材料を成膜することにより隔壁１８を形成してもよい。

また、上述の説明では、一重の隔壁１８を例にあげて説明を行ったが、図７の平面図に示すような２重（図７（Ａ））又は３重（図７（Ｂ））の隔壁１８を設けてもよい。もちろん、４重以上の隔壁１８を設けることも妨げられない。

さらに、隔壁１８によって樹脂封止剤１７から保護される領域の形状は矩形に制限されず、図７（Ｃ）に示すような十字形等であってもよく、一般的には、樹脂封止剤１７が付着することにより特性が劣化する機能部１１１を内包する任意の形状とすることができる。

本発明の望ましい実施形態に係る封止フィルタ１の全体概略構成を示す側面図である。 本発明の望ましい実施形態に係る封止フィルタ１の全体概略構成を示す平面図である。 隔壁１８の断面形状を示す断面図である。 フィルタ素子１１の概略構成を示す斜視図である。 フィルタ素子１１の基板１４への実装の手順を示す図である。 フィルタ素子１１の基板１４への実装の手順を示す図である。 隔壁１８の例を示す平面図である。 従来の封止電子部品９の側面図である。

符号の説明

１ 封止フィルタ
１１ フィルタ素子
１１１ 機能部
１１ａ 機能部形成面
１４ 基板
１４ａ 素子搭載面
１９ 金バンプ
１７ 樹脂封止剤
１８ 隔壁
Ｐ１１、Ｐ１４ パット

Claims (7)

1. 機械的振動が励振される機能部を有する素子と、
   前記素子が搭載される基板と、
   前記素子の前記機能部が形成された機能部形成面と、前記基板の前記素子が搭載される素子搭載面とを向かい合わせてフリップチップ接合するバンプと、
   前記機能部形成面に形成され、前記機能部を内包する第１領域と前記第１領域を取り囲む第２領域とを隔てる隔壁と、
   サイドフィル方式で前記素子を封止する封止体と、
   を備えることを特徴とする封止電子部品。
2. 前記隔壁が前記第１領域を隙間なく包囲することを特徴とする請求項１に記載の封止電子部品。
3. 前記機能部形成面と前記素子搭載面との間隔より高さが低い前記隔壁を前記フリップチップ接合に先立って形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の封止電子部品。
4. 前記隔壁の側面と上面との境界が丸められていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の封止電子部品。
5. 前記隔壁の材質が感光性のポリイミドであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の封止電子部品。
6. 前記隔壁の材質がフォトレジストであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の封止電子部品。
7. 前記隔壁の幅が１５μｍ以上であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の封止電子部品。
   

Images