JP2011097247A

JP2011097247A - 高周波モジュールおよびその製造方法

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Publication number: JP2011097247A
Application number: JP2009247760A
Authority: JP
Inventors: Kazue Hatayama; 和重畑山
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2011-05-12

Abstract

【課題】気密性および信頼性が高く、かつ小型化が可能な高周波モジュールを提供すること。
【解決手段】本発明は、絶縁体からなり、キャビティ１４を有する基板１０と、キャビティ１４内に実装されたチップ部品２０と、キャビティ１４を覆うように基板１０の上面にフリップチップ実装されたＳＡＷデバイスチップ２４と、基板１０の上面に設けられ、ＳＡＷデバイスチップ２４とチップ部品２０とを封止する封止半田２８と、を具備する高周波モジュールである。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波モジュールおよびその製造方法に関し、特に、チップ部品が実装された基板にデバイスチップをフリップチップ実装する高周波モジュールおよびその製造方法に関する。

近年、電子部品の小型化、低コスト化、高機能化の要求に伴い、基板上にデバイスチップだけでなく、チップインダクタ、チップキャパシタ、およびチップ抵抗などのいわゆるチップ部品も実装し、高集積化を図った高周波モジュールが利用されている。こうした高周波モジュールに、異物付着や外部からの水分の浸入などがあると、デバイスチップの機能が損なわれることがある。特に、デバイスチップが、ＳＡＷデバイスチップ（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅ：弾性表面波）やＦＢＡＲ（ＦｉｌｍＢｕｌｋＡｃｏｕｓｔｉｃＲｅｓｏｎａｔｏｒ：薄膜圧電共振器）などの弾性波デバイスチップである場合は、特性が悪化しやすい。特性の悪化を抑制するために、デバイスチップを封止する技術が知られている。

例えば、特許文献１には、基板上にＳＡＷチップとはんだ部品とを混載し、かつ樹脂側壁および樹脂蓋により封止する技術が開示されている。

特開２００２−７６８３２号公報

しかしながら、特許文献１によれば、樹脂側壁および樹脂蓋による封止は、気密性が十分ではなく、また外部からの電波による影響などを遮断し難いことから、高周波モジュールの信頼性が低下するばかりでなく、特性悪化が発生する可能性もある。

また、ＳＡＷチップとはんだ部品とを基板の同一平面上に実装しているため、小型化が難しいという課題もある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、気密性および信頼性が高く、かつ小型化が可能な高周波モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、絶縁体からなり、キャビティを有する基板と、前記キャビティ内に実装されたチップ部品と、前記キャビティを覆うように前記基板の上面にフリップチップ実装されたデバイスチップと、前記基板の上面に設けられ、前記デバイスチップと前記チップ部品とを封止する封止半田と、を具備することを特徴とする高周波モジュールである。本発明によれば、気密性および信頼性が高く、かつ小型化が可能な高周波モジュールが得られる。

上記構成において、前記デバイスチップと前記封止半田との上に設けられたリッドを具備する構成とすることができる。この構成によれば、封止半田の形状が損なわれることを抑制できる。

上記構成において、前記封止半田および前記リッドの少なくとも一方を覆う保護膜を具備する構成とすることができる。この構成によれば、高周波モジュールの信頼性をより向上できる。

上記構成において、前記基板は多層セラミック基板である構成とすることができる。この構成によれば、キャビティを有する基板が容易に得られる。

上記構成において、前記基板の上面に設けられた金属からなる封止パターンを具備し、前記封止半田は前記封止パターンに接合するように設けられている構成とすることができる。この構成によれば、封止をより確実にでき、高い気密性を保つことができる。

上記構成において、前記デバイスチップは、弾性波デバイスチップである構成とすることができる。この構成によれば、弾性波デバイスチップの特性の悪化を抑制できる。

本発明は、絶縁体からなりキャビティを有する基板の前記キャビティ内にチップ部品を実装する工程と、前記キャビティを覆うように前記基板の上面にデバイスチップをフリップチップ実装する工程と、前記基板の上面に、前記デバイスチップと前記チップ部品とを封止する封止半田を形成する工程と、を有することを特徴とする高周波モジュールの製造方法である。本発明によれば、気密性および信頼性が高く、かつ小型化が可能な高周波モジュールが得られる。

上記構成において、前記封止半田を形成する工程は、前記デバイスチップと前記基板の上に前記封止半田を供給し、リッドにより前記封止半田を加圧しつつ前記封止半田を溶解させることで、前記フリップチップ実装する工程により実装された複数の前記デバイスチップのうち、隣接する前記デバイスチップの間に前記封止半田を供給することで、前記封止半田を形成する工程であり、前記隣接するデバイスチップの間に供給された前記封止半田に溝部を形成する工程と、前記溝部で露出された前記封止半田と前記リッドとを覆うように保護膜を形成する工程と、を有する構成とすることができる。この構成によれば、信頼性がより向上した高周波モジュールが得られる。

本発明によれば、気密性および信頼性が高く、かつ小型化が可能な高周波モジュールが得られる。

図１（ａ）は実施例に係る高周波モジュールの例を示す上面模式図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ間の断面模式図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ間の断面模式図である。図２（ａ）および図２（ｂ）は実施例の変形例に係る高周波モジュールの例を示す断面模式図である。図３（ａ）から図３（ｃ）は実施例に係る高周波モジュールの製造方法の例を示す断面模式図（その１）である。図４（ａ）から図４（ｃ）は実施例に係る高周波モジュールの製造方法の例を示す断面模式図（その２）である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１（ａ）は実施例に係る高周波モジュールの例を示す上面模式図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ間の断面模式図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ間の断面模式図である。なお、図１（ａ）においては、保護膜３２およびリッド２６を透視してＳＡＷデバイスチップ２４を図示しており、また、チップ部品２０、Ｃｕペースト１８、電極１６、およびバンプ２２は、ＳＡＷデバイスチップ２４を透視して図示している。

図１（ａ）から図１（ｃ）のように、基板１０は、例えばセラミックなどの絶縁体からなる層が４層積層された多層セラミック基板である。基板１０の各層間には内部配線１２が形成されている。基板１０には、凹部であるキャビティ１４が設けられている。キャビティ１４の底面には、例えばＡｕなどの金属からなる電極１６が設けられている。キャビティ１４内には、例えばＣｕペースト１８を用いて、３つのチップ部品２０が実装されている。チップ部品２０の上面は基板１０の上面より低い位置にある。Ｃｕペースト１８とキャビティ１４の底面に設けられた電極１６とは接続されている。

基板１０の上面に、例えばＡｕなどの金属からなるバンプ２２を用いて、ＩＤＴなどの電極パターンを有する２つのＳＡＷデバイスチップ２４がフリップチップ実装されている。ＳＡＷデバイスチップ２４はキャビティ１４の上方に設けられている。２つのＳＡＷデバイスチップ２４の間隔Ｔは狭く、２つのＳＡＷデバイスチップ２４によりキャビティ１４はほぼ覆われている。バンプ２２と基板１０の上面に設けられた例えばＡｕなどの金属からなる電極１６とは接続されている。

ＳＡＷデバイスチップ２４の周辺に、例えばＳｎ−Ａｇからなる封止半田２８が設けられている。封止半田２８は、基板１０の上面に設けられた、例えばＡｕなどの金属からなる封止パターン３０に接合されている。ＳＡＷデバイスチップ２４および封止半田２８の上面には、例えばコバールなどの金属からなるリッド２６が設けられている。封止半田２８およびリッド２６によりＳＡＷデバイスチップ２４とチップ部品２０とは封止されている。基板１０とリッド２６とは封止半田２８により接合されている。封止半田２８およびリッド２６の表面を覆うように、例えばＮｉなどの金属からなる保護膜３２が設けられている。

図２は、実施例の変形例に係る高周波モジュールの例を示す断面模式図である。図２（ａ）は、図１（ｂ）に相当する部分の断面模式図であり、図２（ｂ）は、図１（ｃ）に相当する部分の断面模式図である。図２（ａ）および図２（ｂ）のように、２つのＳＡＷデバイスチップ２４は、互いに接するように設けられている。つまり、２つのＳＡＷデバイスチップ２４の間に間隔はなく、キャビティ１４は、２つのＳＡＷデバイスチップ２４により完全に覆われている。ＳＡＷデバイスチップ２４の上面には封止半田２８が存在し、封止半田２８の上にリッド２６が設けられている。つまり、ＳＡＷデバイスチップ２４は封止半田２８により覆われている。その他の構成は実施例と同じであり、図１で説明しているためここでの説明は省略する。実施例の変形例では、ＳＡＷデバイスチップ２４とチップ部品２０とは、封止半田２８により封止されている。

次に、実施例に係る高周波モジュールの製造方法について説明する。図３（ａ）から図４（ｃ）は、実施例に係る高周波モジュールの製造方法の例を示す断面模式図である。図３（ａ）から図４（ｃ）は、図１（ｂ）に相当する部分を示す断面模式図である。

図３（ａ）のように、まず、例えば多層セラミック基板からなり、マトリクス状に複数のキャビティ１４が設けられた基板１０を準備する。Ｃｕペースト１８を用いてキャビティ１４の底面に設けられた電極１６にチップ部品２０を接続する。つまり、キャビティ１４内にチップ部品２０を実装する。

図３（ｂ）のように、次に、キャビティ１４を覆うように、バンプ２２を用いて基板１０の上面に設けられた電極１６にＳＡＷデバイスチップ２４を実装する。つまり、キャビティ１４を覆うように、基板１０の上面にＳＡＷデバイスチップ２４をフリップチップ実装する。

図３（ｃ）のように、基板１０およびＳＡＷデバイスチップ２４の上に封止半田２８を配置する。封止半田２８のさらに上にはリッド２６を配置する。封止半田２８を例えば２７０℃に加熱しながら、リッド２６を用い封止半田２８を基板１０側に加圧する。

図４（ａ）のように、溶解した封止半田２８が、隣接するキャビティ１４それぞれの上方に形成された隣接するＳＡＷデバイスチップ２４の間に供給され、封止パターン３０上に流動し接合する。リッド２６は、封止半田２８とＳＡＷデバイスチップ２４との上面に形成される。これにより、ＳＡＷデバイスチップ２４とチップ部品２０とは封止される。なお、図１（ａ）に示したような、１つのキャビティ１４上方に設けられた２つのＳＡＷデバイスチップ２４の間隔Ｔでは、間隔Ｔが狭いことから、図３（ｃ）の工程を実行しても、表面張力により封止半田２８が間隔Ｔからキャビティ１４内に供給されることはない。

また、実施例の変形例に係る高周波モジュールを製造する場合は、図３（ｃ）の工程で、ＳＡＷデバイスチップ２４の上面に封止半田２８が残存するようにリッド２６を加圧すればよい。これにより、図４（ａ）の工程で、ＳＡＷデバイスチップ２４の上部と側部とに封止半田２８が形成され、ＳＡＷデバイスチップ２４とチップ部品２０とが封止される。

図４（ｂ）のように、例えばダイシングブレード３６を用い、隣接するキャビティ１４それぞれの上方に設けられた隣接するＳＡＷデバイスチップ２４の間で、リッド２６と封止半田２８とを切断する。この工程により、隣接するＳＡＷデバイスチップ２４の間に、リッド２６と封止半田２８とが除去された溝部３４が形成される。

図４（ｃ）のように、例えばメッキ法を用いて、リッド２６の表面と溝部３４で露出した封止半田２８の表面とに、例えばＮｉからなる保護膜３２を形成する。その後、例えばダンシングブレード３６を用い、溝部３４で基板１０を切断する。以上の工程により、図１に示すような実施例に係る高周波モジュールが完成する。

以上説明してきたように、実施例および実施例の変形例によれば、基板１０に設けられたキャビティ１４内にチップ部品２０を実装し、キャビティ１４上方にキャビティ１４を覆うようにＳＡＷデバイスチップ２４をフリップチップ実装する。このように、チップ部品２０とＳＡＷデバイスチップ２４とを垂直方向で重ねて実装することで、高周波モジュールの小型化が実現できる。また、キャビティ１４を覆うようにＳＡＷデバイスチップ２４が実装されていることで、キャビティ１４内に封止半田２８が侵入することを抑制でき、チップ部品２０が封止半田２８に触れることを抑制できる。

実施例では、ＳＡＷデバイスチップ２４とチップ部品２０とは金属製のリッド２６と封止半田２８により封止され、実施例の変形例では、ＳＡＷデバイスチップ２４とチップ部品２０とは封止半田２８により封止されている。このように、ＳＡＷデバイスチップ２４とチップ部品２０とが、金属製のリッド２６および／または封止半田２８により封止されることで、樹脂で封止される場合に比べて気密性が向上する。また、金属製のリッド２６および／または封止半田２８により封止することで、ＳＡＷデバイスチップ２４とチップ部品２０とを外部の電波などから遮断できる。つまり、気密性および信頼性の向上が実現できる。なお、リッド２６は、樹脂の表面に金属膜が設けられている場合でもよい。この場合でも、気密性と信頼性とを向上できる。また、実施例の変形例のように、ＳＡＷデバイスチップ２４が封止半田２８により封止されている場合は、リッド２６は樹脂製である場合でもよい。

また、図３（ｃ）で示したように、基板１０とＳＡＷデバイスチップ２４の上に封止半田２８を配置し、その上にリッド２６を配置し、そして、リッド２６を用いて封止半田２８を基板１０側に加圧することで、封止半田２８の加圧が容易にできると共に、封止半田２８の形状が損なわれることを抑制できる。このような製造方法で製造されることで、図１（ｂ）から図２（ｂ）に示すように、ＳＡＷデバイスチップ２４と封止半田２８との上にリッド２６が設けられる構造となる。

リッド２６と封止半田２８とを覆うように保護膜３２が形成されていることで、外部からの衝撃や温度から高周波モジュールを保護することができ、信頼性をより向上できる。また、実施例および実施例の変形例では、保護膜３２は、リッド２６と封止半田２８との両方を覆うように形成されている場合を例に示したが、保護膜３２は、リッド２６と封止半田２８との少なくとも一方を覆うように形成されていればよい。この場合でも、信頼性を向上させることができる。なお、保護膜３２はＮｉなどの金属膜である場合の他に、例えばエポキシ樹脂などの樹脂膜である場合でもよい。

基板１０は、多層セラミック基板であることが好ましい。多層セラミック基板を用いることで、基板１０にキャビティ１４を容易に形成できる。

基板１０の上面に金属からなる封止パターン３０が設けられていて、封止半田２８は封止パターン３０に接合されている場合が好ましい。これにより、封止をより確実に行うことができ、高い気密性を保つことができる。封止パターン３０は、封止半田２８に対して濡れ性の高い金属により形成されることが好ましい。

図３（ａ）から図４（ａ）で説明したように、基板１０が有するキャビティ１４内にチップ部品２０を実装し、キャビティ１４を覆うように基板１０の上面にＳＡＷデバイスチップ２４をフリップチップ実装する。そして、ＳＡＷデバイスチップ２４と基板１０の上に封止半田２８を供給し、封止半田２８を加圧しつつ溶解させることで、基板１０の上面に、ＳＡＷデバイスチップ２４とチップ部品２０とを封止する封止半田２８を形成する。このような製造工程により、気密性と信頼性の向上、および小型化が可能な高周波モジュールが得られる。

また、図３（ｃ）から図４（ｃ）で説明したように、リッド２６を用いて封止半田２８を加圧しつつ封止半田２８を溶解して、隣接するＳＡＷデバイスチップ２４の間に封止半田２８を供給する。そして、隣接するＳＡＷデバイスチップ２４の間に供給された封止半田２８に溝部３４を形成した後、リッド２６と溝部３４で露出した封止半田２８とを覆うように保護膜３２を形成する。このような製造工程により、リッド２６と封止半田２８とを覆う保護膜３２を容易に形成でき、信頼性がより向上される高周波モジュールが得られる。

実施例および実施例の変形例においては、デバイスチップがＳＡＷデバイスチップである場合を例に示したが、デバイスチップは例えば弾性境界波デバイスやＦＢＡＲなどの弾性波デバイスであってもよい。また、デバイスチップは弾性波デバイスチップ以外のデバイスチップであってもよい。特に、高周波デバイスチップである弾性波デバイスチップの場合、気密封止と外部からの電波を遮断できることにより、特性の悪化が抑制される。また、キャビティ１４内に実装されるチップ部品２０の個数は３つに限らず、１つや２つ、あるいは４つ以上である場合でもよい。キャビティ１４を覆うように実装されるＳＡＷデバイスチップ２４の個数は２つに限らず、１つや３つ以上の場合でもよい。また、キャビティ１４は、ＳＡＷデバイスチップ２４で完全に覆われている場合が好ましいが、ＳＡＷデバイスチップ２４により大部分が覆われ、表面張力により封止半田２８が侵入できない程度の間隔がある場合でもよい。

また、チップ部品２０はＣｕペースト１８を用いて実装される場合を例に示したが、Ａｇペーストなどの導電性ペーストや半田を用いてもよい。チップ部品２０を実装した後、封止半田２８を用いて封止する工程が実行されるため、封止半田２８の融点よりも高い融点を有する材料を用いてチップ部品２０は実装されることが好ましい。

図１で示したように、キャビティ１４を覆うように設けられた２つのＳＡＷデバイスチップ２４の間に間隔Ｔがある場合でも、間隔Ｔが狭ければ、間隔Ｔ上に設けられた封止半田２８は表面張力によりキャビティ１４内に落ちないため、図２で示したような、ＳＡＷデバイスチップ２４の上面に封止半田２８が存在し、封止半田２８によりＳＡＷデバイスチップ２４が封止されている場合でもよい。また、図２で示したように、キャビティ１４を覆う２つのＳＡＷデバイスチップ２４が互いに接していて間隔がない場合、ＳＡＷデバイスチップ２４の側部に封止半田２８が、上面にリッド２６が設けられ、封止半田２８とリッド２６により封止されている場合や、ＳＡＷデバイスチップ２４の側部に封止半田２８が設けられて封止半田２８により封止されている場合でもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０基板
１２内部配線
１４キャビティ
１６電極
１８Ｃｕペースト
２０チップ部品
２２バンプ
２４ＳＡＷデバイスチップ
２６リッド
２８封止半田
３０封止パターン
３２保護膜
３４溝部
３６ダイシングブレード

Claims

絶縁体からなり、キャビティを有する基板と、
前記キャビティ内に実装されたチップ部品と、
前記キャビティを覆うように前記基板の上面にフリップチップ実装されたデバイスチップと、
前記基板の上面に設けられ、前記デバイスチップと前記チップ部品とを封止する封止半田と、
を具備することを特徴とする高周波モジュール。
前記デバイスチップと前記封止半田との上に設けられたリッドを具備することを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール。
前記封止半田および前記リッドの少なくとも一方を覆う保護膜を具備することを特徴とする請求項２記載の高周波モジュール。
前記基板は多層セラミック基板であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の高周波モジュール。
前記基板の上面に設けられた金属からなる封止パターンを具備し、
前記封止半田は前記封止パターンに接合するように設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の高周波モジュール。
前記デバイスチップは、弾性波デバイスチップであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の高周波モジュール。
絶縁体からなりキャビティを有する基板の前記キャビティ内にチップ部品を実装する工程と、
前記キャビティを覆うように前記基板の上面にデバイスチップをフリップチップ実装する工程と、
前記基板の上面に、前記デバイスチップと前記チップ部品とを封止する封止半田を形成する工程と、を有することを特徴とする高周波モジュールの製造方法。
前記封止半田を形成する工程は、前記デバイスチップと前記基板の上に前記封止半田を供給し、リッドにより前記封止半田を加圧しつつ前記封止半田を溶解させることで、前記フリップチップ実装する工程により実装された複数の前記デバイスチップのうち、隣接する前記デバイスチップの間に前記封止半田を供給することにより、前記封止半田を形成する工程であり、
前記隣接するデバイスチップの間に供給された前記封止半田に溝部を形成する工程と、
前記溝部で露出された前記封止半田と前記リッドとを覆うように保護膜を形成する工程と、を有することを特徴とする請求項７記載の高周波モジュールの製造方法。