JP2007250969A - 封止電子部品 - Google Patents
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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
【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。
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。
<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、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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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