JP2010273200A

JP2010273200A - 圧電部品の製造方法及びこれにより製造した圧電部品

Info

Publication number: JP2010273200A
Application number: JP2009124240A
Authority: JP
Inventors: Toshimasa Tsuda; 田稔正津
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2010-12-02

Abstract

【課題】リフトオフ法により保護膜を圧電素子の表面全部またはその表面の任意の部位に形成して電気特性及び耐候性に優れた圧電部品を製造する。
【解決手段】本発明は、集合圧電基板と、該集合圧電基板の主面に形成された少なくとも１個の振動部と、該振動部に接続される配線電極とを有する圧電素子と、該圧電素子の表面に形成された保護膜と、前記圧電素子の電極部を除く前記圧電基板の主面上に形成された層間絶縁膜と、前記圧電素子の上面を囲むように設けた中空構造部を有し、かつ、前記配線電極に接続する端子電極、及び該端子電極上に形成したはんだボール電極を有する圧電部品の製造方法において、前記保護膜の形成の際に圧電素子の全面にフォトレジストを塗布した後、リソグラフィーによりパターニングしてから絶縁膜を形成し、所望の部位のフォトレジストと、その上に形成した絶縁膜とをリフトオフ法により除去（剥離）することを特徴とする圧電部品の製造方法及びこれにより製造される圧電部品に関する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば携帯電話機等の移動通信機器に使用される、ＳＡＷデュプレクサ、ＳＡＷフィルタに用いられる弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス及び圧電薄膜フィルタ等の圧電部品に関し、とくにウェハ・レベルでウェハに圧電素子をフリップチップ搭載し、チップサイズに切断されてパッケージングされた圧電部品の製造方法及びこれにより製造した圧電部品に関する。

携帯電話機に搭載される圧電部品（ＳＡＷデバイス）では、その櫛歯電極部（ＩＤＴ電極部）の周囲に所定の中空部が必要である。

従来ＳＡＷデバイスの小型化を図るため、ＳＡＷ素子チップを金（Ａｕ）バンプあるいは半田バンプを用いて、配線基板にフリップチップ・ボンディング（フェースダウン・ボンディング）し、樹脂等でＳＡＷ素子チップ全体を樹脂封止してから切断し、ＳＡＷデバイスの小型パッケージ・デバイスを構成している。

さらに、ＳＡＷデバイスの小型化・低背化を図るため、櫛歯電極部（ＩＤＴ電極部）の周囲に所定の中空部を形成し、この中空部を保持したまま、櫛歯電極側の集合圧電基板（ウェハ）全体を樹脂で封止し、外部接続電極を形成した後、ダイシングにより個々のＳＡＷデバイスに分割してなる超小型化されたチップサイズ・パッケージＳＡＷデバイスが提案されている。

例えば、特許文献１に記載されているＳＡＷデバイスでは、櫛歯電極が形成されているＳＡＷチップの表面に感光性樹脂からなる空隙（中空部）形成層を形成し、この空隙形成層の上にプリント基板を接着層を介して接着し、櫛歯電極の周囲に空隙を形成するとともに、封止を行う。ここで、櫛歯電極は、導電ビアホールを介して外部接続電極に電気的に接続され、また、ＳＡＷデバイスの気密性を向上させるために、金属膜または樹脂膜からなる密封層により、ＳＡＷデバイスの側面及び下面を覆うように構成されている。

また、特許文献２に記載されているＳＡＷデバイスでは、櫛歯電極が形成されているＳＡＷチップの表面に感光性樹脂からなる空隙形成層を形成し、この空隙形成層の上に感光性樹脂からなる封止層を形成し、櫛歯電極の周囲に空隙を形成するとともに、封止を行う。ここで、櫛歯電極は、バンプを介して外部接続電極に電気的に接続されている。さらに、このようにして構成されたパッケージ構造体に、セラミックまたはガラスエポキシ基板からなる実装基板を接続し、さらに封止樹脂によりＳＡＷチップの外面全体を被覆した構成となっている。

さらに、特許文献３に記載されているＳＡＷデバイスでは、圧電基板と、この圧電基板上に櫛歯電極を形成し、圧電基板の主面端部に載置した金属層に圧電基板と同じ材質よりなる蓋体を覆せて、この蓋体と圧電基板の主面との間に中空部を形成した構成となっている。

特表２００２−５３２９３４号公報特開２００４−１４７２２０号公報特開２００６−２４６１１２号公報

しかしながら、前述した従来のＳＡＷデバイスでは、ＳＡＷデバイスの小型化をする際、ＩＤＴ（櫛歯）同士あるいはＩＤＴと電極を接続する配線部の引き回しが、（ｉ）配線が細くなれば、抵抗成分の増加により、電気特性が悪くなり、かつ、（ii）配線の引き回しにより電極の配置等の自由度の制約を受ける、ため、困難であった。

また、ＩＤＴを覆うＳｉＯ₂保護膜は、その厚みが５００オングストローム前後と薄いため、層間絶縁層としては、電気特性的に寄生容量の影響が大きく、そのため電気特性を損なうおそれがあった。

さらに、ＳＡＷデバイスの封止層の下に配線層を形成して、スパッタリングにより薄いＳｉＯ₂膜を形成して保護した場合、配線部分の厚みが大きいと、側面部分にＳｉＯ₂が付着しないため、カバレッジが悪くなり、耐候性、とくに耐湿性、が悪化する。さらに、金属材料等に対して密着性の悪い有機材料で封止を行うと、耐候性の悪化、あるいは所望の構造の実現が困難であるという問題点があった。

またさらに、ＩＤＴ上の任意の部位あるいはＳＡＷチップ上の任意の部位からドライエッチングにより不要部分を除去すると、ＳＡＷ素子にダメージを与えるおそれがあった。

そこで、本発明は、従来の圧電部品（ＳＡＷデバイス）の有する、前述した問題点を解決するためになされたもので、ＳｉＯ₂膜を圧電素子の任意の部位に形成することにより、電気特性、耐候性等に優れた圧電部品及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するため、本発明は、集合圧電基板と、該集合圧電基板の主面に形成された少なくとも１個の振動部と、該振動部に接続される配線電極とを有する圧電素子と、該圧電素子の表面に形成された保護膜と、前記圧電素子の電極部を除く前記圧電基板の主面上に形成された層間絶縁膜と、前記圧電素子の上面を囲むように設けた中空構造部を有し、かつ、前記配線電極に接続する端子電極及び該端子電極上に形成したはんだボール電極を有する圧電部品及びその製造方法において、前記保護膜の形成の際に、前記圧電素子の全面に感光性レジストを塗布した後、リソグラフィー工法によりパターニングしてから絶縁膜を形成し、所望の部位の感光性レジストと該感光性レジスト上に形成した絶縁膜とをリフトオフ法により除去することを特徴とする。

電気特性及び耐候性に優れた圧電部品が得られる。

本発明の電子部品の実施例であるＳＡＷデバイスの図２に示すＩ−Ｉ矢視縦断面を示す。図１に示したＳＡＷデバイスの底面を示す。本発明の電子部品の製造方法の工程を示す。

以下、本発明の圧電部品及びその製造方法の実施の形態について、詳細に説明する。

圧電部品（ＳＡＷデバイス）
図１は、本発明の圧電部品の実施例であるＳＡＷデバイスの、図２に示すＩ−Ｉ矢視縦断面図である。

このＳＡＷデバイス１は、図１に示すように、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）あるいは水晶からなる圧電基板２と、この圧電基板２の主面に形成された櫛歯電極（振動部）３と、この櫛歯電極３の上に空隙（中空部）Ｃを形成する外囲壁４となる空隙形成層と、櫛歯電極３を封止する感光性樹脂シート材料からなり外囲壁４を覆う蓋状の天井部５を構成する封止層と、空隙形成層及び封止層を含む圧電基板の主面全面に形成された無機絶縁材料からなる表面絶縁保護層とからなる。ここで、中空部を構成する外囲壁４と天井部５とを中空構造部という。

さらに、空隙形成層と封止層とからなる外囲壁４と天井部５の任意の部位、例えば平面視四隅４ａに対応する圧電基板２上には、端子電極６がそれぞれ形成され、これらの端子電極６上には、４個のはんだボール電極７が形成され、実装基板の外部配線電極（図示なし）にそれぞれ接続されている。

そして、櫛歯電極３は、配線電極（素子配線部）３ａ及び端子電極６を介してはんだボール電極７に電気的に接続されている。ここで、櫛歯電極３と配線電極３ａが圧電素子を構成する。

本発明では、圧電基板２は、ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃あるいは水晶等の無機材料から形成されており、水分を浸透しないから、圧電基板２自体は、ＳＡＷデバイス１外部からの水分浸入経路になり得ず、十分な耐湿性が確保できる。

また、空隙形成層は、ベンゾサイクロブテン、熱硬化型ポリマー、感光性アクリルエポキシ系樹脂または感光性ポリイミド系樹脂等の感光性樹脂、あるいはそれらの組み合せからなる。なお、外囲壁４を絶縁層で覆い、この絶縁層をＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄あるいはダイヤモンドの薄膜等から構成してもよい。

さらに、配線電極等の素子配線は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎのうちのいずれかを主成分とする材料からなり、また、これらの材料の合金、または多層に積層した配線から構成されている。

さらに素子配線を、圧電基板の両面、主面または裏面に形成して、分布定数（浮遊容量、配線長）を用いて回路を形成し、インピーダンスのマッチングまたは位相のシフトを、あるいは圧電基板の櫛歯電極と組み合せて共振回路を形成する。

また、さらに、素子配線を圧電基板２の主面２上に複数形成し、かつ、すべての素子配線が同一電位になるように配線して、はんだボール電極７を形成する際、電解メッキに用いる。

また、外囲壁４と天井部５とから構成される中空部Ｃに、櫛歯電極３及びこれに接続された配線電極３ａからなる圧電素子を１個ずつ格納しても（例えば、圧電素子が２個の場合には、中空部Ｃを圧電基板２の主面２ａ上に２個形成する）、あるいは２個ずつ圧電素子をまとめて中空部Ｃに格納してもよい。

また、圧電基板２の主面２ａ及び裏面２ｂあるいは主面２ａまたは裏面２ｂに、圧電部品（ＳＡＷデバイス）１の保護のために、導電性材料あるいは非導電性材料（例えば、ポリイミドまたはエポキシ樹脂）からなる表面絶縁保護層を形成する。

圧電部品の製造方法
次に図１及び図２に示した圧電部品の製造方法を、その実施例であるＳＡＷデバイスの製造方法を、図３に基づいて説明する。

まず、図３に示すように、工程（１）で、ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃あるいは水晶からなる集合圧電基板（ウェハ）を準備する。

工程（２）で集合圧電基板の主面に、切断後に個片を形成する個々の圧電部品の圧電基板となる各ＳＡＷチップにそれぞれ対応する櫛歯（ＩＤＴ）電極及びこれに接続される配線・パット電極（以下、「配線電極」という）を、ＡｌまたはＡｌ−０．５％Ｃｕ等のＡｌ合金からなる金属膜をスパッタリングまたは蒸着により、所定の厚み（例えば、２０００〜４０００オングストローム）で成膜し、フォトリソグラフィー工法により、パターニングし、ドライエッチングにより不要な金属膜を除去して、櫛歯電極３及び配線電極３ａを形成する。

次いで、工程（３）で、櫛歯電極と配線電極の表面に、無機材料あるいは感光性の有機材料を組合せた（下地有機層と上層無機材料）保護膜をリフトオフ法により形成する。

すなわち、工程（３）では、予め形成した櫛歯電極あるいは配線電極（圧電素子）の表面に、感光性レジスト（フォトレジスト）を塗布し、フォトリソグラフィー工程により絶縁膜の形成が必要な部位を特定してパターニングし、ＳｉＯ₂等の無機材料からなる保護膜をスパッタリングでフォトレジスト上に形成する。

そして、溶媒（剥離液）により、櫛歯電極及び配線電極に塗布したフォトレジストとフォトレジスト上に形成した絶縁膜を全部あるいは部分的に除去（剥離）する。これにより、電気特性の調整が必要な部位にＳｉＯ₂膜を形成した保護膜が構成される。この選択的な保護膜の形成により、櫛歯電極及び配線電極の電気特性を容易に制御・調整できるようになる。

さらに、保護膜を有機材料により形成する場合には、まず、櫛歯電極等の金属材料との密着度が高いＳｉＯ₂等の誘電率が３．５以下の感光性材料からなる無機材料を下地密着層としてまず金属材料の表面に形成し、その上に有機材料からなる絶縁膜を形成することもできる。

また、前記有機材料からなる絶縁膜の上に、厚みが少なくとも２０００オングストロームの無機材料からなる保護膜を選択的に形成して保護膜を構成することも可能である。

さらに、リフトオフ法を繰り返して行って、部位によって異なった厚みの保護膜を櫛歯電極及び配線電極上に形成することもできる。

さらに、工程（４）で、保護膜の上に層間絶縁膜を形成する。そして、この層間絶縁膜の上面に櫛歯電極を覆う無機保護膜（厚さ１００〜５００オングストローム）を形成し、端子電極をドライエッチングで露出させた後、Ｃｒ／Ａｌメッキ配線を形成する。

工程（５）では、圧電基板の主面及び／または裏面に、後工程で端子電極（例えば、４個）が形成される部位を除いて、厚さ２００オングストローム以下の表面絶縁保護層を形成する。

ここで、この表面絶縁保護層は、スパッタリング、プラズマＣＶＤ、または液状ガラス（ＳＯＧ）塗布により形成されるＳｉＯ₂層またはＳｉ層からなる。

さらに、工程（６）で、ＩＤＴ電極及び配線電極が形成され、かつ、表面絶縁保護層が形成された集合圧電基板上に、感光性樹脂フィルムをラミネート（積層）して、外囲壁を構成する空隙形成層を形成する。この感光性樹脂フィルムとしては、感光性アクリルエポキシ系樹脂または感光性ポリイミド系樹脂からなる感光性樹脂材料を用いる。

そして、ラミネートした感光性樹脂フィルムから、フォトリソグラフィー工法により、ＩＤＴ電極、配線電極に対応する部位にある端子電極が形成される部分（例えば４個所、図２の凹み部分４ａ）をパターニング除去して空隙形成層に外囲壁に相当する部分を形成する。

ここで、空隙成形部と集合圧電基板との間に、両者の接着性を良好にするために密着層を形成してもよい。併せて、フォトリソグラフィー工法とドライエッチングにより、配線電極上に形成された絶縁膜（ＳｉＯ₂）を除去する。

次いで、工程（７）で、前工程（６）で形成した外囲壁を含む主面全面に相当する部分に感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィー工程により、天井部を構成する封止層を形成し、図１に示す中空部Ｃを、圧電基板の主面２ａ上にＩＤＴ電極３及び配線電極３ａを囲むように形成する。

さらに、このようにして形成した外囲壁及び天井部の外面に、感光性ポリイミド系樹脂等の有機材料、ＳｉＯ₂を含むガラスからなる絶縁材料または金属酸化膜等の絶縁材料からなる層を形成する。

さらに、工程（８）で、例えば、図２に示す凹み部分４ａの４個所に、端子電極７を電解メッキにより形成する。この端子電極形成工程（８）では、切断後に個々の圧電部品を構成する圧電基板上のＡｌ電極をZincate処理した後、無電解Ｎｉ−Ｐメッキ、無電解Ｐｄメッキ、あるいは無電解Ａｕメッキにより端子電極６を形成する。

次のはんだボール電極形成工程（工程（９））では、端子電極６上に、はんだボール電極７を形成する。

最後に、前出の工程（１０）で、はんだボール電極７を形成した集合圧電基板をダイシングソー等により個片（圧電部品）に切断する。

本発明の圧電部品の製造方法これから製造される圧電部品は、極めて高い電気特性及び耐候性が要求される、ＳＡＷデバイス、ＦＢＡＲ、ＭＥＭＳ等の圧電部品の製造方法これから製造される圧電部品に広く利用できる。

１圧電部品（ＳＡＷデバイス）
２集合圧電基板（ウェハ）
３櫛歯（ＩＤＴ）電極
４外囲壁
５天井部
６端子電極
７はんだボール電極

Claims

集合圧電基板と、該集合圧電基板の主面に形成された少なくとも１個の振動部と、該振動部に接続される配線電極とを有する圧電素子と、該圧電素子の表面に形成された保護膜と、前記圧電素子の電極部を除く前記圧電基板の主面上に形成された層間絶縁膜と、前記圧電素子の上面を囲むように設けた中空構造部を有し、かつ、前記配線電極に接続する端子電極、及び該端子電極上に形成したはんだボール電極を有する圧電部品の製造方法において、前記保護膜の形成の際に、前記圧電素子の全面に感光性レジストを塗布した後、リソグラフィー工程によりパターニングしてから絶縁膜を形成し、所望の部位の感光性レジストと該感光性レジスト上に形成した前記絶縁膜とをリフトオフ法により除去することを特徴とする電子部品の製造方法。
前記絶縁膜が、ＳｉＯ₂からなることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品の製造方法。
前記圧電素子の表面に形成した保護膜が、有機材料からなることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品の製造方法。
前記圧電素子の表面に形成した有機材料からなる保護膜の表面に、さらに厚さが２０００オングストローム以上の無機材料からなる絶縁膜を形成したことを特徴とする請求項３に記載の圧電部品の製造方法。
前記無機材料が、３．５以下の誘電率を有することを特徴とする請求項４に記載の圧電部品の製造方法。
前記中空構造部が、ベンゾサイクロブテン、熱硬化型フッ化ポリマー、感光性エポキシ樹脂またはポリイミドからなる有機材料、あるいはそれらの組み合せからなることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品の製造方法。
前記中空構造部に、１個あるいは２個以上の前記圧電素子を格納したことを特徴とする請求項１に記載の圧電部品の製造方法。
前記中空構造部が、感光性樹脂フィルムにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品の製造方法。
前記集合圧電基板が、ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃または水晶からなることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品の製造方法。
前記集合圧電基板の両面、あるいは主面または裏面に、前記集合圧電基板と前記振動部とを組み合せて分布定数を用いて共振回路を形成し、インピーダンスのマッチングまたは位相のシフトを行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の圧電部品の製造方法。
前記集合圧電基板の裏面に、導電性材料からなる層を形成したことを特徴とする請求項１に記載の圧電部品の製造方法。
前記集合基板の裏面に、非導電性材料からなる層を形成したことを特徴とする請求項１に記載の圧電部品の製造方法。
前記圧電素子が、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、またはＳｎのうちのいずれかを主成分とする材料、あるいはこれらの材料の合金または多層に積層した配線からなることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品の製造方法。
素子配線部が、前記集合圧電基板上に複数個形成され、かつ、すべての前記素子配線部が同一電位になるように配線されて、前記はんだボール電極を前記端子電極上に電解メッキにより形成したことを特徴とする請求項１に記載の圧電部品の製造方法。
前記集合基板の主面及び裏面に表面絶縁保護層を形成したことを特徴とする請求項１に記載の圧電部品の製造方法。
前記表面絶縁保護層が、スパッタリング、プラズマＣＶＤ、または液状ガラス塗布により形成されるＳｉＯ₂層またはＳｉ層であることを特徴とする請求項１５に記載の圧電部品の製造方法。
前記表面絶縁保護層が、低温ＣＶＤにより形成されたダイヤモンド薄膜からなることを特徴とする請求項１５に記載の圧電部品の製造方法。
前記表面絶縁保護層の厚さが、１０００オングストローム以上であることを特徴とする請求項１５に記載の圧電部品の製造方法。
請求項１から１８の圧電部品の製造方法により製造された圧電部品。
前記圧電部品が、ＳＡＷデバイスであることを特徴とする請求項１９に記載の圧電部品。
前記圧電部品が、ＦＢＡＲであることを特徴とする請求項１９に記載の圧電部品。
前記圧電部品が、ＭＥＭＳであることを特徴とする請求項１９に記載の圧電部品。