JP6253306B2 - 電子デバイス - Google Patents

Description

本発明は、電子デバイスに関し、例えばデバイスチップが金属封止部により封止された電子デバイスに関する。

小型化の要求に対して、デバイスチップを配線基板にフリップチップ実装し、デバイスチップを封止する技術が開発されている。封止部には、気密性を向上させるために、金属が用いられる場合がある。この場合、金属封止部を接地させることがなされる。

デバイスチップがモールド樹脂により封止された構成で、接地されたパッドに接続するワイヤがモールド樹脂上の導電層に接続することで導電層を接地させて、外部からの電磁干渉を抑える技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、放熱板上に実装された半導体素子を、放熱板上の回路基板にワイヤで接続させると共に、放熱板にもワイヤで接続させることで、回路基板の高密度化を図る技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特表２０１１−５２９６３８号公報 特開平１０−１３５３８２号公報

近年の更なる小型化の要求により、デバイスチップを封止する金属封止部の接地が不十分となる場合がある。金属封止部の接地が不十分であると、例えば電子デバイスの特性に悪影響を及ぼす。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、金属封止部の接地が不十分となることを抑制することが可能な電子デバイスを提供することを目的とする。

本発明は、第１配線基板上にフリップチップ実装されたデバイスチップと、前記第１配線基板上に前記デバイスチップを囲んで設けられ、前記第１配線基板に接合し、前記デバイスチップを封止する金属封止部と、前記金属封止部を覆って設けられたメッキ層と、前記第１配線基板の前記デバイスチップがフリップチップ実装された面とは反対の面側に位置し、前記第１配線基板が実装された第２配線基板と、前記第２配線基板上に設けられたグランド配線と前記メッキ層とに接続され、前記グランド配線と前記金属封止部とを電気的に接続させるワイヤと、前記第１配線基板を貫通して設けられ、前記グランド配線と前記金属封止部とを電気的に接続させるビア配線と、を備えることを特徴とする電子デバイスである。本発明によれば、金属封止部の接地が不十分となることを抑制できる。

上記構成において、前記ワイヤは、前記メッキ層のうちの前記デバイスチップの上面に重なる領域で前記メッキ層に接続している構成とすることができる。

上記構成において、前記デバイスチップ上に設けられ、前記メッキ層で覆われた金属製のリッド層を備える構成とすることができる。

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。

上記構成において、前記弾性波デバイスチップは、共通のアンテナ端子に接続される送信フィルタと受信フィルタとを含む構成とすることができる。

上記構成において、前記金属封止部は、半田からなる構成とすることができる。

本発明によれば、金属封止部の接地が不十分となることを抑制できる。

図１は、実施例１に係る弾性波デバイスを示す断面図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、実験に用いた弾性波デバイスの一部を示す上面図である。 図３は、第１弾性波デバイス及び第２弾性波デバイスのブロック図である。 図４（ａ）は、第１弾性波デバイス、第２弾性波デバイス、及び比較例の弾性波デバイスのアイソレーション特性の測定結果であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の一部を拡大した拡大図である。 図５（ａ）は、第３弾性波デバイス及び比較例の弾性波デバイスのアイソレーション特性の測定結果であり、図５（ｂ）は、第４弾性波デバイス及び比較例の弾性波デバイスのアイソレーション特性の測定結果である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、送信フィルタチップ及び受信フィルタチップの表面温度のシミュレーション結果である。 図７は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスを示す断面図である。

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は、実施例１に係る弾性波デバイスを示す断面図である。図１のように、実施例１の弾性波デバイス１００は、弾性波デバイスチップ１２を内包するパッケージ６０が、第２配線基板１６の上面に実装されている。弾性波デバイスチップ１２は、例えば圧電基板２０の一方の面に弾性波を励振する櫛型電極２２が設けられた弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）デバイスチップである。圧電基板２０は、例えばタンタル酸リチウム基板又はニオブ酸リチウム基板等である。第２配線基板１６は、例えばセラミック又は樹脂等の絶縁基板からなるモジュール基板である。

パッケージ６０は、第１配線基板１０の上面に、弾性波デバイスチップ１２がフリップチップ実装されている。第１配線基板１０は、例えばセラミック又は樹脂等の絶縁基板からなるパッケージ基板である。弾性波デバイスチップ１２に形成されたグランド端子２６は、第１配線基板１０の上面に形成されたグランド用パッド２８にバンプ２４によって接合されている。弾性波デバイスチップ１２に形成された信号端子３０は、第１配線基板１０の上面に形成された信号用パッド３２にバンプ２４によって接合されている。バンプ２４は、例えば半田バンプ又は金バンプを用いることができる。

第１配線基板１０の上面であって、弾性波デバイスチップ１２の外側に、金属パターン３４が設けられている。金属パターン３４は、弾性波デバイスチップ１２を囲むように、環状に設けられている。金属パターン３４に接続して、弾性波デバイスチップ１２を封止する金属封止部１４が設けられている。金属封止部１４は、例えば半田からなる。金属パターン３４は、金属封止部１４を構成する材料に対して濡れ性の良好な金属を用いることが好ましく、例えば半田濡れ性が良好な金属を用いることが好ましい。

この構造においては、弾性波デバイスチップ１２と第１配線基板１０との間に空隙が設けられるため、弾性波デバイスチップ１２の機能領域である櫛型電極２２が空隙に面し、振動が規制されることを抑制できる。また、弾性波デバイスチップ１２は金属封止部１４で封止されているため、水分等が櫛型電極２２に付着することを抑制でき、周波数特性が変化することを抑制できる。金属封止部１４を用いることで、樹脂封止部を用いた場合に比べて、空隙の気密性を向上させることができる。

弾性波デバイスチップ１２及び金属封止部１４上に、リッド３６が設けられている。リッド３６は、例えばコバール等の金属からなる。リッド３６及び金属封止部１４の表面を覆ってメッキ層３８が設けられている。メッキ層３８は、例えばニッケルメッキ層からなるが、その他のメッキ層の場合でもよい。

第１配線基板１０は、多層配線基板であり、内部に水平方向及び垂直方向に延在するビア配線が設けられている。第１配線基板１０の上面に形成されたグランド用パッド２８は、ビア配線４０ａを介して、第１配線基板１０の下面に形成されたグランド端子４２に電気的に接続されている。第１配線基板１０の上面に形成された信号用パッド３２は、ビア配線４０ｂを介して、第１配線基板１０の下面に形成された信号端子４４に電気的に接続されている。また、金属パターン３４は、ビア配線４０ｃを介して、グランド端子４２に電気的に接続されている。

第１配線基板１０は、第２配線基板１６の上面に実装されている。第１配線基板１０の下面に形成されたグランド端子４２は、第２配線基板１６の上面に形成されたグランド配線４６に導電性接着剤（不図示）によって接合されている。第１配線基板１０の下面に形成された信号端子４４は、第２配線基板１６の上面に形成された信号配線４８に導電性接着剤（不図示）によって接合されている。

第２配線基板１６の上面に、信号配線４８とグランド配線４６との間に接続されたチップ部品５０が設けられている。チップ部品５０は、例えばインダクタ又はキャパシタであり、弾性波デバイスチップ１２の入力又は出力の整合回路を形成する部品である。第２配線基板１６は、第１配線基板１０と同様に多層配線基板であり、内部に水平方向及び垂直方向に延在するビア配線５２が形成されている。第２配線基板１６の上面に形成されたグランド配線４６及び信号配線４８は、ビア配線５２を介して、第２配線基板１６の下面に形成された金属パターン（不図示）に電気的に接続されている。

メッキ層３８と第２配線基板１６の上面に形成されたグランド配線４６とは、ワイヤ１８によって接続されている。ワイヤ１８は、例えばアルミニウム又は金等の金属からなる。ワイヤ１８は、１本の場合でもよいが、複数本設けられていることが好ましい。

ここで、実施例１の弾性波デバイスに対して行った実験について説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、実験に用いた弾性波デバイスの一部を示す上面図である。図２（ａ）は、実験に用いた第１弾性波デバイスの一部を示す上面図であり、図２（ｂ）は、実験に用いた第２弾性波デバイスの一部を示す上面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）のように、弾性波デバイスチップとして送信フィルタチップ７０と受信フィルタチップ７２とがパッケージ６０に内包された第１弾性波デバイス及び第２弾性波デバイスを実験に用いた。パッケージ６０の大きさは、縦１．６ｍｍ（平均値）、横２．０ｍｍ（平均値）、高さ０．５０ｍｍ（最大値）である。送信フィルタチップ７０には、ラダー型フィルタからなり、送信帯域が８８０ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚである送信フィルタが形成されている。受信フィルタチップ７２には、ダブルモード型フィルタからなり、受信帯域が９２５ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚである受信フィルタが形成されている。

送信フィルタチップ７０は、送信信号配線４８ａとアンテナ信号配線４８ｃとに接続され、受信フィルタチップ７２は、受信信号配線４８ｂと共通のアンテナ信号配線４８ｃとに接続されている。なお、受信信号配線４８ｂが２本設けられていることから分かるように、受信フィルタを平衡出力型フィルタとしているが、不平衡出力型フィルタとする場合でもよい。図２（ａ）のように、第１弾性波デバイスは、３つの領域Ａ〜Ｃにおいて、５本のワイヤ１８が、メッキ層３８とグランド配線４６との間に接続されている。図２（ｂ）のように、第２弾性波デバイスでは、２つの領域Ａ、Ｂにおいて、５本のワイヤ１８が、メッキ層３８とグランド配線４６との間に接続されている。ワイヤ１８には、アルミニウムワイヤを用いた。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。

図３は、第１弾性波デバイス及び第２弾性波デバイスのブロック図である。図３のように、第１弾性波デバイス及び第２弾性波デバイスは、送信フィルタ８０、受信フィルタ８２、及び整合回路８４を備えた分波器である。送信フィルタ８０は、アンテナ端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に接続されている。受信フィルタ８２は、アンテナ端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘ１、Ｒｘ２との間に接続されている。送信フィルタ８０と受信フィルタ８２の少なくとも一方とアンテナ端子Ａｎｔとの間に整合回路８４が接続されている。

送信フィルタ８０と受信フィルタ８２とは、通過帯域が異なっている。送信フィルタ８０は、送信端子Ｔｘから入力された信号のうち送信帯域の信号を送信信号として通過させ、他の帯域の信号を抑圧する。受信フィルタ８２は、アンテナ端子Ａｎｔから入力された信号のうち受信帯域の信号を受信信号として通過させ、他の帯域の信号を抑圧する。整合回路８４は、送信フィルタ８０を通過した送信信号が、受信フィルタ８２側に漏れずにアンテナ端子Ａｎｔから出力するようにインピーダンスを整合させる回路である。

送信フィルタ８０は、図２（ａ）及び図２（ｂ）の送信フィルタチップ７０に形成された送信フィルタである。受信フィルタ８２は、図２（ａ）及び図２（ｂ）の受信フィルタチップ７２に形成された受信フィルタである。整合回路８４は、図１のチップ部品５０等により形成されたものである。

第１弾性波デバイス及び第２弾性波デバイスに対して、送信フィルタ８０と受信フィルタ８２との間のアイソレーション特性を測定した。また、比較のために、メッキ層３８とグランド配線４６とに接続されるワイヤ１８が設けられていない点を除いて、第１弾性波デバイス及び第２弾性波デバイスと同じ構成をした比較例の弾性波デバイスについても、送信フィルタと受信フィルタとの間のアイソレーション特性を測定した。

図４（ａ）は、第１弾性波デバイス、第２弾性波デバイス、及び比較例の弾性波デバイスのアイソレーション特性の測定結果であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の一部を拡大した拡大図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）の横軸は周波数で、縦軸は減衰量である。また、第１弾性波デバイスの測定結果を太実線で、第２弾性波デバイスの測定結果を細実線で、比較例の弾性波デバイスの測定結果を破線で示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）のように、第１弾性波デバイス及び第２弾性波デバイスは、比較例の弾性波デバイスに対して、送信帯域よりも低い周波数帯域及び受信帯域よりも高い周波数帯域であるフロアレベルの減衰量が約３ｄＢ程度改善している。また、送信帯域における減衰量が約１．５ｄＢ〜３ｄＢ程度改善している。

この実験結果から、メッキ層３８とグランド配線４６とをワイヤ１８で接続する（即ち、金属封止部１４をグランド配線４６にワイヤ１８で電気的に接続させる）ことで、アイソレーション特性が改善できることが分かる。

次に、第３弾性波デバイスと第４弾性波デバイスに対して行った実験について説明する。第３弾性波デバイスは、図２（ａ）の第１弾性波デバイスと比べて、領域Ａでのみ、１本のワイヤ１８がメッキ層３８とグランド配線４６との間に接続されている点で異なるが、その他の構成は第１弾性波デバイスと同じである。第４弾性波デバイスは、図２（ａ）の第１弾性波デバイスと比べて、領域Ａでのみ、３本のワイヤ１８がメッキ層３８とグランド配線４６との間に接続されている点で異なるが、その他の構成は第１弾性波デバイスと同じである。つまり、第３弾性波デバイス及び第４弾性波デバイスでは、領域Ｂ、Ｃにはワイヤ１８は設けられていない。

図５（ａ）は、第３弾性波デバイス及び比較例の弾性波デバイスのアイソレーション特性の測定結果であり、図５（ｂ）は、第４弾性波デバイス及び比較例の弾性波デバイスのアイソレーション特性の測定結果である。図５（ａ）及び図５（ｂ）の横軸は周波数で、縦軸は減衰量である。また、第３弾性波デバイス及び第４弾性波デバイスの測定結果を実線で、比較例の弾性波デバイスの測定結果を破線で示している。図５（ａ）及び図５（ｂ）のように、第３弾性波デバイス及び第４弾性波デバイスは、比較例の弾性波デバイスに対して、送信帯域よりも低い周波数帯域及び受信帯域よりも高い周波数帯域であるフロアレベルの減衰量が改善している。例えば、第３弾性波デバイスは、送信帯域よりも低い周波数帯域のフロアレベルの減衰量が１．５ｄＢ程度改善し、第４弾性波デバイスは、送信帯域よりも低い周波数帯域のフロアレベルの減衰量が２．２〜２．５ｄＢ程度改善している。

この実験結果から、ワイヤ１８の本数は、複数本の場合に限らず、１本の場合でも、フロアレベルの減衰量が低減し、アイソレーション特性が改善する効果が得られることが分かる。また、ワイヤ１８の本数が多いほど、フロアレベルの減衰量の低減効果が大きいことが分かる。なお、ワイヤ１８を設ける際の１本当りの配置（製造）時間は０．２秒程度である。したがって、生産効率の観点では、ワイヤ１８の本数が多いほど生産性は落ちる。

実施例１によれば、図１のように、第１配線基板１０上にフリップチップ実装された弾性波デバイスチップ１２を封止する金属封止部１４が、ワイヤ１８によって、第２配線基板１６に設けられたグランド配線４６に電気的に接続されている。これにより、ワイヤ１８を用いて、金属封止部１４を接地させることができ、パッケージ６０の小型化が進んだ場合でも、金属封止部１４の接地が不十分となることを抑制できる。このため、弾性波デバイスの特性の劣化を抑制することができる。例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）のように、弾性波デバイスチップ１２が、共通のアンテナ端子Ａｎｔに接続される送信フィルタ８０と受信フィルタ８２とを含む場合、アイソレーション特性の劣化を抑制することができる。

図１のように、金属封止部１４を覆ってメッキ層３８が設けられ、ワイヤ１８は、メッキ層３８とグランド配線４６とに接続することが好ましい。これにより、ワイヤ１８の接続強度を向上させることができる。

金属封止部１４の接地を十分なものとする観点から、図１のように、金属封止部１４を、第１配線基板１０を貫通するビア配線４０ｃを介して、グランド配線４６に電気的に接続させることが好ましい。

次に、発明者が行ったシミュレーションについて説明する。発明者は、メッキ層３８とグランド配線４６とをワイヤ１８で接続させた場合に、弾性波デバイスチップ１２の放熱性が、ワイヤ１８を接続させてない場合に比べて変化するかシミュレーションを行った。シミュレーションは、アイソレーション特性の測定と同様に、送信フィルタチップ７０と受信フィルタチップ７２とを有する分波器である弾性波デバイスに対して行い、ワイヤ１８には、直径２５μｍ、長さ１ｍｍの金ワイヤを用いた。また、環境温度２５℃、送信端子からの印加電力２９ｄＢｍ、印加周波数９１５ＭＨｚ（送信帯域のハイバンドエッジ）の条件の下で、送信フィルタチップ７０及び受信フィルタチップ７２の表面（圧電基板の櫛型電極が設けられた面とは反対側の面）の温度をシミュレーションにより評価した。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、送信フィルタチップ７０及び受信フィルタチップ７２の表面温度のシミュレーション結果である。図６（ａ）は、５６本のワイヤ１８を用いて、メッキ層３８とグランド配線４６とを接続させた場合のシミュレーション結果であり、図６（ｂ）は、ワイヤ１８を接続させていない場合のシミュレーション結果である。図６（ｂ）のように、ワイヤ１８を接続させていない場合、送信フィルタチップ７０の表面の最大温度は４６．０℃であったのに対し、５６本のワイヤ１８を接続させた場合、図６（ａ）のように、送信フィルタチップ７０の表面の最大温度は４３．１℃と、２．９℃低下する結果が得られた。また、送信フィルタチップ７０の共振器（機能領域）の温度も、ワイヤ１８を接続させていない場合は最大温度が６１．０℃であったのに対し、５６本のワイヤ１８を接続させた場合は５８．６℃と、２．４℃低下する結果が得られた。

このように、金属封止部１４をワイヤ１８によってグランド配線４６に電気的に接続させる構成とすることで、弾性波デバイスチップ１２の放熱性を向上させる効果も得られ、共振器の温度上昇を抑制することができる。これにより、温度依存による特性（フロアレベルの減衰）や共振器の破壊を抑制することができる。ワイヤ１８は、金ワイヤ以外の場合（例えばアルミニウムワイヤ）でもよいが、金はアルミニウムよりも熱伝導率が高い（金：３０２Ｗ／ｍ・Ｋ、アルミニウム：２３６Ｗ／ｍ・Ｋ）ため、金ワイヤである場合が好ましい。なお、弾性波デバイスチップ１２の放熱性を考慮すると、ワイヤ１８は、弾性波デバイスチップ１２上に位置する領域でワイヤボンディングされていることが好ましい。

また、弾性波デバイスチップ１２の放熱性の観点から、弾性波デバイスチップ１２上に、金属製のリッド３６が設けられていることが好ましい。リッド３６は、コバールからなることが好ましい。リッド３６が設けられることで、弾性波デバイスチップ１２の放熱性を向上できる。

図２（ａ）及び図２（ｂ）並びに図６（ａ）及び図６（ｂ）では、送信フィルタと受信フィルタとが、別々のチップ（送信フィルタチップ７０と受信フィルタチップ７２）に形成されている場合を例に示したが、１つのチップに形成されている場合でもよい。

図７は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスを示す断面図である。図７のように、実施例１の変形例１の弾性波デバイス２００は、弾性波デバイスチップ１２の上面に、圧電基板２０より低い誘電率を有する絶縁層９０が設けられている。また、金属封止部１４は、弾性波デバイスチップ１２の側面に接していない。その他の構成は、実施例１の図１と同じであるため説明を省略する。

実施例１の変形例１によれば、弾性波デバイスチップ１２の上面に、圧電基板２０よりも低い誘電率を有する絶縁層９０が設けられている。これにより、特開２０１０−７４４１８号公報に記載されているように、圧電基板２０と金属封止部１４のカップリングを抑制することで、挿入損失特性を改善することができる。圧電基板２０よりも低い誘電率を有する絶縁層９０の例として、樹脂、サファイア、シリコン、セラミック、及びガラス等が挙げられ、特に、エポキシ樹脂は、サファイアやセラミックよりも誘電率が小さいため有効である。また、特性の改善の観点から、金属封止部１４は、弾性波デバイスチップ１２の側面に接していないことが望ましい。

実施例１及び実施例１の変形例１では、弾性波デバイスチップ１２としてＳＡＷデバイスチップの場合を例に示したが、バルク弾性波（ＢＡＷ：Bulk Acoustic Wave）を利用したＢＡＷデバイスチップの場合でもよい。例えば、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Wave Resonator）等の圧電薄膜共振子デバイスチップの場合でもよい。また、弾性波デバイスチップの場合に限らず、例えば半導体デバイスチップ等、その他のデバイスチップの場合でもよい。金属封止部１４は、半田以外の金属からなる場合でもよいが、気密性を高くでき、形成が容易である点から、半田からなる場合が好ましい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかか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 第１配線基板
１２ 弾性波デバイスチップ
１４ 金属封止部
１６ 第２配線基板
１８ ワイヤ
２４ バンプ
３６ リッド
３８ メッキ層
４０ａ〜４０ｃ ビア配線
４６ グランド配線
７０ 送信フィルタチップ
７２ 受信フィルタチップ
８０ 送信フィルタ
８２ 受信フィルタ
１００、２００ 弾性波デバイス

Claims (6)

1. 第１配線基板上にフリップチップ実装されたデバイスチップと、
   前記第１配線基板上に前記デバイスチップを囲んで設けられ、前記第１配線基板に接合し、前記デバイスチップを封止する金属封止部と、
   前記金属封止部を覆って設けられたメッキ層と、
   前記第１配線基板の前記デバイスチップがフリップチップ実装された面とは反対の面側に位置し、前記第１配線基板が実装された第２配線基板と、
   前記第２配線基板上に設けられたグランド配線と前記メッキ層とに接続され、前記グランド配線と前記金属封止部とを電気的に接続させるワイヤと、
   前記第１配線基板を貫通して設けられ、前記グランド配線と前記金属封止部とを電気的に接続させるビア配線と、を備えることを特徴とする電子デバイス。
2. 前記デバイスチップ上に設けられ、前記メッキ層で覆われた金属製のリッド層を備えることを特徴とする請求項１記載の電子デバイス。
3. 前記ワイヤは、前記メッキ層のうちの前記デバイスチップの上面に重なる領域で前記メッキ層に接続していることを特徴とする請求項１または２記載の電子デバイス。
4. 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３のいずれか一項記載の電子デバイス。
5. 前記弾性波デバイスチップは、共通のアンテナ端子に接続される送信フィルタと受信フィルタとを含むことを特徴とする請求項４記載の電子デバイス。
6. 前記金属封止部は、半田からな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電子デバイス。

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