JP2003032071A

JP2003032071A - 弾性表面波デバイス

Info

Publication number: JP2003032071A
Application number: JP2001218134A
Authority: JP
Inventors: Akizo Tsuruta; 明三鶴田; Koji Morishima; 宏司森島; Hiroaki Sawada; 宏明澤田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2003-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】長期に渡って信頼性が高い弾性表面波デバイ
スを得る。【解決手段】弾性表面波デバイス１は、一面に複数の
電極３が設けられた圧電体２を有するフリップチップ４
と、フリップチップ４が収納され、内面に配線パターン
５が貼り付けられた容器部６及び容器部６に被せられて
接着した蓋部材７を有するパッケージ体８と、電極３及
び配線パターン５の間に介在して圧電体２の一面及び容
器部６の内面を離間させるとともに電極３及び配線パタ
ーン５を互いに接続する金製のバンプ９とを備え、電極
３は、圧電体２の一面に貼り付けられたアルミ製の第１
薄膜１１と、バンプ９に接続されたアルミ製の第２薄膜
１２と、第１薄膜１１及び第２薄膜１２の間に介在した
クロム製の拡散防止薄膜１３とを有し、拡散防止薄膜１
３によりバンプ９から第１薄膜１１に金が拡散して第１
薄膜１１に脆いＡｕ₂Ａｌが発生するのを防止してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、フリップチップ
の電極とパッケージ体の配線パターンとが金製のバンプ
で接続された弾性表面波デバイスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】フリップチップボンディングは、半導体
あるいは弾性表面波デバイス等の電子部品のパッケージ
ングにおける重要な技術のひとつとして登場してきてい
る。フリップチップボンディングは、フリップチップを
例えば基板のような被接続部材に接続する技術で、従来
から、例えば特開平８−４５９９４号公報に記載されて
いる方法が知られている。即ち、フリップチップの表面
に設けられた接続材料のバンプを基板に接触させ、加熱
するとともに超音波をフリップチップに印加することに
よりバンプを溶着させてフリップチップと基板とを接続
する方法である。

【０００３】例えば弾性表面波デバイスにおいては、フ
リップチップの表面を弾性表面波が伝搬するので、この
弾性表面波の特性を考慮してアルミニウム製の電極を用
いる必要があり、またフリップチップと基板等との間の
すべてに接続材料が介在すると、弾性表面波が効率的に
伝搬しないので、フリップチップと基板等との間に空間
が存在するようにしている。さらに、メッキ等による半
田のバンプ接続ではフラックスによる汚染あるいは接続
工程が煩雑になる等の欠点があるため、上述のように超
音波及び加熱により電極と基板とを接続する方法が採ら
れるが、化学的に安定であり、接続を阻害する酸化物が
生成されにくく、また加工性も良い等の理由のため、金
がバンプ用の材料として選択され、この金製のバンプが
アルミニウム製の電極に接続されている。

【０００４】このようにして、弾性表面波デバイスは、
フリップチップ表面に弾性表面波を伝搬させて表面の電
極でこの弾性表面波による起電力による電流を取り出
し、バンプを介して基板等側にこの電気信号を伝達する
ようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、この弾性表面
波デバイスの信頼性を確保するためには、フリップチッ
プの電極で弾性表面波による起電力を正確に取り出せる
ように、この電極が確実にフリップチップの圧電体２の
表面に貼り付けられていること、及びフリップチップか
ら基板等側に電気信号を伝達できるように、フリップチ
ップと基板等とが確実にバンプによって接続されている
ことが必要となる。そこで、弾性表面波デバイスの信頼
性を確保するために、各製造工程の製造条件を設定し、
その許容範囲内で弾性表面波デバイスを作製することに
よりこの接続状態を向上させている。

【０００６】ここで、アルミニウムと金との合金（Ａｌ
−Ａｕ合金）は、ＡｕＡｌ₂では電気的良導体で強度も
大きい性質を有するが、Ａｕ₂Ａｌとなると脆い性質を
有するようになる。即ち、アルミニウムの電極と金のバ
ンプとの接続によって金がアルミニウムの電極内に拡散
し金リッチとなると、Ａｕ₂Ａｌが形成されてこの部分
が脆くなる虞があるので、市場の要請から、さらに十分
な信頼性のある接続状態を確保する必要があり、弾性表
面波デバイスの長期信頼性の基準を十分に満たす必要が
あるという問題点があった。

【０００７】ここで、例えば、長期信頼性の基準とし
て、出荷後の市場においての不良が信頼水準６０％で数
百ｐｐｍという基準があり、この基準はバンプによるフ
リップチップと基板等との接続状態がかなり良好でなけ
れば達成できない基準である。

【０００８】そこでこの発明は、上記のような問題点を
解決することを課題とするもので、フリップチップと基
板等との接続状態が良く、長期に渡って信頼性が高い弾
性表面波デバイスを得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る弾性表面
波デバイスは、一面に複数の電極が設けられた圧電体を
有するフリップチップと、前記フリップチップが収納さ
れ、内面に配線パターンが貼り付けられたパッケージ体
と、前記フリップチップの前記電極及び前記配線パター
ンの間に介在して前記圧電体の一面及び前記パッケージ
体の内面を離間させるとともに前記電極及び前記配線パ
ターンを互いに超音波及び加熱により接続している金製
のバンプとを備え、前記電極は、前記圧電体の一面に貼
り付けられたアルミニウム又はアルミニウムを主成分と
する第１薄膜と、前記バンプが接続された第２薄膜と、
前記第１薄膜及び前記第２薄膜の間に介在した拡散防止
薄膜とを有し、前記拡散防止薄膜は、前記金製のバンプ
から前記第１薄膜に金が拡散することを遮蔽する材質か
らなる。

【００１０】また、前記拡散防止薄膜の材質は、クロ
ム、銅、白金、パラジウム、チタン、ニッケル及びタン
グステンの何れか１つを主成分とする材質である。

【００１１】また、前記第２薄膜の材質は、アルミニウ
ム又はアルミニウムを主成分とする材質である。

【００１２】また、前記第２薄膜の材質は、金又は金を
主成分とする材質である。

【００１３】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１に係る弾性表面波デバイスのフリップチ
ップの構成を示す正面図、図２は、この発明の実施の形
態１に係る弾性表面波デバイスの構成を示す断面図、図
３は、図２の圧電体２と容器部６との接続部分の拡大図
である。図１乃至図３において、弾性表面波デバイス１
は、圧電体２の一面に複数の電極３が貼り付けられたフ
リップチップ４と、このフリップチップ４が収納され、
内面に金メッキの配線パターン５が貼り付けられたアル
ミナを主成分とする容器部６及びこの容器部６に被せら
れて接合されたコバール等の合金製の蓋部材７を有する
パッケージ体８と、フリップチップ４の電極３及び容器
部６の配線パターン５の間に介在して、フリップチップ
４及び容器部６を互いに接続する金製のバンプ９とを備
えている。従って、フリップチップ４の電極３が設けら
れている面と容器部６の配線パターン５が設けられてい
る面とは互いに対向して配置され、これらの面の間には
空間が存在している。

【００１４】フリップチップ４は、さらに配線部１０を
有しており、配線部１０は圧電体２の電極３が設けられ
ている面にパターンニングされている。また、電極３
は、圧電体２の一面に貼り付けられたアルミニウム又は
アルミニウムを主成分とする金属膜の第１薄膜１１と、
バンプ９が接続されたアルミニウム又はアルミニウムを
主成分とする第２薄膜１２と、第１薄膜１１及び第２薄
膜１２の間に介在した拡散防止薄膜１３とを有してい
る。

【００１５】拡散防止薄膜１３は、クロム、銅、白金、
パラジウム、チタン、ニッケル及びタングステン（以
下、「クロム等」と呼ぶ）のいずれか１つを主成分とす
る材質で作製されている。

【００１６】パッケージ体８は、内部に水分あるいは塵
等が侵入することを防止するために、容器部６及び蓋部
材７は隙間無く半田あるいはシーム接合等により接合さ
れ、完全に密封した状態になっている。

【００１７】バンプ９は、互いに対向する電極３の第２
薄膜１２及び容器部６の配線パターン５の間に介在し
て、第２薄膜１２及び配線パターン５を接続している。

【００１８】配線パターン５は、容器部６の外面に貼り
付けられた外部電極１５に電気的に接続されている。

【００１９】このような構成の弾性表面波デバイス１
は、以下のようにして製造される。図４は、弾性表面波
デバイス１の製造工程を示すフローチャートである。図
４において、第１成膜工程（Ｓ１）で、圧電体２の一面
にスパッタリング、真空蒸着法あるいはＣＶＤ法等によ
り第１薄膜１１を成膜する。ここでは、例えば、アルミ
ニウムのターゲットあるいは０．５％の銅を含んだアル
ミニウムのターゲットを用いて、スパッタリング法によ
り第１薄膜１１を成膜しており、また、第１薄膜１１の
膜厚はフリップチップ４表面を伝搬する弾性表面波の帯
域中心周波数等に応じて０．１μｍから０．５μｍの間
で選択する。次に、パターンニング工程（Ｓ２）で、成
膜された第１薄膜１１が写真製版でパターンニングさ
れ、図５（ａ）に示すように、圧電体２の一面にパター
ンニングされた第１薄膜１１が形成される。次に、図５
（ｂ）に示すように、電極３になる部分を除いて、樹脂
であるレジスト膜１３を写真製版により圧電体２の一面
に成膜された第１薄膜１１及びパターンニングにより露
出した圧電体２の一面に積層する。

【００２０】その後、第１成膜工程（Ｓ１）と同様にス
パッタリング、真空蒸着法あるいはＣＶＤ法等により、
拡散防止薄膜成膜工程（Ｓ３）で、レジスト膜１４及び
露出している第１薄膜１１に拡散防止薄膜１３が重ねら
れて成膜され、第２成膜工程（Ｓ４）で、拡散防止薄膜
１３に重ねられて第２薄膜１２が成膜される（図５
（ｃ））。ここでは、例えば、クロムのターゲットを用
いてスパッタリング法により拡散防止薄膜成膜１３を成
膜し、アルミニウムのターゲットあるいは０．５％の銅
を含んだアルミニウムのターゲットを用いてスパッタリ
ング法により第２薄膜１２を成膜している。また、拡散
防止薄膜１３の膜厚は金の拡散を遮断できる程度の厚さ
でよいので、ここでは０．０２μｍとしているが、これ
に限定する必要はない。なお、ここでは第２薄膜１２の
膜厚は１μｍとしているが、後述するバンプボンディン
グ時における第２薄膜１２の損傷等のダメージを考慮し
て選択すればよいので、この厚さに限定する必要はな
い。それから、薬品で溶かす等の化学的方法でレジスト
膜１４をその接触している第１薄膜１１及び圧電体２の
一面から剥離させて、図５（ｄ）に示すように、圧電体
２の一面に第１薄膜１１、拡散防止薄膜１３及び第２薄
膜１２が順に積層された電極３、及び第１薄膜１１のみ
が形成された配線部１０を残す。

【００２１】図５（ｄ）の状態になった後、薄膜アニー
ル工程（Ｓ５）で、圧電体２に積層された第１薄膜１
１、拡散防止薄膜１３及び第２薄膜１２をアニールす
る。この薄膜アニール工程（Ｓ５）により、第１薄膜１
１、拡散防止薄膜１３及び第２薄膜１２の各薄膜間、及
び第１薄膜１１と圧電体２の一面との間の密着性が向上
する。

【００２２】その後、バンプボンディング工程（Ｓ６）
で、熱及び超音波を印加して金のバンプ９を電極３に第
２薄膜１２上に溶着させて形成、即ちバンプボンディン
グする。このとき、金のワイヤを第２薄膜１２に接触さ
せてバンプ９を形成するが、金のワイヤは直径２５μｍ
であり、超音波周波数は６０〜６５ｋＨｚ、バンプボン
ディング時間は４０ｍｓｅｃとしている。図５において
は、圧電体２は、１つ分のフリップチップ４のみが示さ
れているが、ここでは複数のフリップチップ分の電極３
及び配線部１０がパターンニングされた１枚の圧電体を
ダイシングして各フリップチップ４として作製してい
る。

【００２３】それから、フリップチップボンディング工
程（Ｓ７）で、フリップチップ４のバンプ９が形成され
た面を容器部６の配線パターン５が形成されている内面
６ａに対向させて、バンプ９を配線パターン５に接触さ
せ、熱及び超音波を印加して、バンプ９を配線パターン
５に溶着、即ちフリップチップボンディングさせる。バ
ンプ９がフリップチップ４と配線パターン５との間に介
在しているので、フリップチップ４と容器部６の内面６
ａとは互いに離間して接続されている。このとき、超音
波周波数は６０〜６５ｋＨｚ、フリップチップボンディ
ング時間は５００ｍｓｅｃとしている。

【００２４】最後に、パッケージ封止工程（Ｓ８）で、
蓋部材７を容器部６に被せて接触面６ｂに接触させ、溶
着材である半田あるいはシーム溶接等により蓋部材７及
び接触面６ｂの間に空間ができないように完全に蓋部材
７及び容器部６を接合し、フリップチップ４を収納して
密封されたパッケージ体８が形成される。

【００２５】ここで、これら薄膜アニール工程（Ｓ４）
からパッケージ封止工程（Ｓ８）までの各製造工程にお
いて、それぞれの製造パラメータの条件設定を実験計画
法によって行い、これにより導き出された製造パラメー
タの条件により、弾性表面波デバイス１の製造を行って
いる。

【００２６】即ち、薄膜アニール工程（Ｓ４）において
は、２７０℃の窒素雰囲気で、１２０分間アニールし、
バンプボンディング工程（Ｓ５）においては、１バンプ
当たり荷重が２５ｇｆ、超音波エネルギが３０ｍＷ、バ
ンプボンディング温度が１８０℃で、バンプボンディン
グしている。また、フリップチップボンディング工程
（Ｓ６）においては、１バンプ当たり荷重が９１ｇｆ、
超音波エネルギが８０ｍＷ、フリップチップボンディン
グ温度が１５０℃で、フリップチップボンディングして
いる。

【００２７】従って、このように構成された弾性表面波
デバイス１は、拡散防止薄膜１３が第１薄膜１１と第２
薄膜１２との間に介在しており、この拡散防止膜１３の
材質がクロム等を主成分とする材質であることから、ク
ロム等との反応性の小さい金が第２薄膜１２内を拡散し
てきても、この拡散防止薄膜１３で金の拡散を遮断する
性質がある。このため、この弾性表面波デバイス１は、
各製造パラメータの条件を設定し、電極３と配線パター
ン５との間のバンプ９による接続状態を向上させるとと
もに、拡散防止薄膜１３によってバンプ９から第１薄膜
１１への金の拡散を遮断することができる。

【００２８】ここで、圧電体２の表面を伝搬する弾性表
面波により電極３に正確に起電力を発生させるために
は、圧電体２と第１薄膜１１とが確実に接続されていな
ければならない。このため、この圧電体２と第１薄膜１
１との接続状態は弾性表面波デバイス１の信頼性に直接
大きな影響を及ぼす。上述のように、拡散防止薄膜１３
は、バンプ９からの金を遮断し、第１薄膜１１に金の拡
散させることを防止するので、第１薄膜１１は金リッチ
とならないで脆いＡｕ₂Ａｌが発生せず、圧電体２と第
１薄膜１１とが剥離せずに接続状態が維持でき、弾性表
面波デバイス１の信頼性を確保することができる。

【００２９】なお、薄膜アニール工程（Ｓ５）は、第１
薄膜１１、拡散防止薄膜１３及び第２薄膜１２の各薄膜
間、及び第１薄膜１１と圧電体２の一面との間の密着性
を向上させるための工程であるので、バンプボンディン
グ工程（Ｓ６）の後に行っても構わない。

【００３０】また、パッケージ体８が密封されていなく
ても、フリップチップ４と容器部６との接続が確実で弾
性表面波デバイス１の信頼性も確保できるので、板部材
等の配線パターン５が貼り付けることができる部材であ
れば構わない。

【００３１】実施の形態２．この発明の実施の形態２に
係る弾性表面波デバイス１は、第２薄膜１２の材質が金
であり、実施の形態１と同様の方法で成膜している。他
の構成及び製造方法は実施の形態１と同様である。

【００３２】この構成としたことにより、弾性表面波デ
バイス１は、第２薄膜１２及びバンプ９が同一材質の金
であり、第２薄膜１２とバンプ９との接続状態を安定に
保つことができる。従って、圧電体２と容器部６との接
続がさらに確実になされ、弾性表面波デバイス１の信頼
性を向上させることができる。

【００３３】また、拡散防止薄膜１３に直接金製のバン
プ９をバンプボンディングするとすれば、熱及び超音波
を印加するため、拡散防止薄膜１３のクロム等と反応性
の小さい金のバンプ９はこの拡散防止薄膜１３に溶着さ
れにくい。このため、スパッタリング、真空蒸着法等に
よって第２薄膜１２が拡散防止薄膜１３に成膜され、バ
ンプ９が拡散防止薄膜１３にバンプボンディングされる
ことにより、拡散防止薄膜１３、第２薄膜１２及びバン
プ９のそれぞれの間の接続が確実になされる。なお、容
器部６の配線パターン１０は金であるので、バンプ９と
配線パターン１０との接続は安定に確保されている。

【００３４】このように構成された弾性表面波デバイス
１の信頼性を検証するために、弾性表面波デバイス１の
サンプルをリフロー加熱試験を行った後、ヒートサイク
ル試験を行った。ただし、リフロー条件は、最高温度２
４５℃で３回、ヒートサイクル条件は、−４５℃〜９５
℃で低温／高温各３０分のサイクルを３００サイクル行
うこととしている。

【００３５】その結果、フリップチップ４と容器部６と
の接続不良による故障率は、従来の約１／１０程度とな
り、市場での品質を十分保証できる。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、この発明
に係る弾性表面波デバイスは、一面に複数の電極が設け
られた圧電体を有するフリップチップと、前記フリップ
チップが収納され、内面に配線パターンが貼り付けられ
たパッケージ体と、前記フリップチップの前記電極及び
前記配線パターンの間に介在して前記圧電体の一面及び
前記パッケージ体の内面を離間させるとともに前記電極
及び前記配線パターンを互いに超音波及び加熱により接
続している金製のバンプとを備え、前記電極は、前記圧
電体の一面に貼り付けられたアルミニウム又はアルミニ
ウムを主成分とする第１薄膜と、前記バンプが接続され
た第２薄膜と、前記第１薄膜及び前記第２薄膜の間に介
在した拡散防止薄膜とを有し、前記拡散防止薄膜は、前
記金製のバンプから前記第１薄膜に金が拡散することを
遮蔽する材質からなるので、前記金製のバンプから前記
第１薄膜に金が拡散せず、前記第１薄膜に拡散してきた
金によって脆いＡｕ₂Ａｌが発生することを防止し、前
記圧電体と前記第１薄膜との接続状態の信頼性を確保す
ることができる。

【００３７】また、前記拡散防止薄膜の材質は、クロ
ム、銅、白金、パラジウム、チタン、ニッケル及びタン
グステンの何れか１つを主成分とする材質であるので、
前記拡散防止薄膜が効率的に前記バンプからの金の拡散
を遮断することができる。

【００３８】また、前記第２薄膜の材質は、アルミニウ
ム又はアルミニウムを主成分とする材質であるので、容
易に材料が入手でき、コストを低減できる。

【００３９】また、前記第２薄膜の材質は、金又は金を
主成分とする材質であるので、前記第２薄膜に脆いＡｕ
₂Ａｌが発生せず、前記第２薄膜と前記バンプとの接続
状態の信頼性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る弾性表面波デ
バイスのフリップチップの構成を示す正面図である。

【図２】この発明の実施の形態１に係る弾性表面波デ
バイスの構成を示す断面図である。

【図３】図２の圧電体と容器部との接続部分の拡大図
である。

【図４】弾性表面波デバイスの製造工程を示すフロー
チャートである。

【図５】この発明の実施の形態１に係る弾性表面波デ
バイスを製造する過程を説明するフリップチップの断面
図であり、図５（ａ）は図１のＶ−Ｖ線に沿った断面に
おける圧電体の一面にパターンニングされた第１薄膜が
形成された図、図５（ｂ）は図５（ａ）の第１薄膜及び
圧電体の一面の所定部分にレジスト膜が積層された図、
図５（ｃ）は図５（ｂ）の第１薄膜及びレジスト膜に拡
散防止薄膜及び第２薄膜が順に積層された図及び図５
（ｄ）は図５（ｃ）のレジスト膜を取り去った図であ
る。

【符号の説明】

１弾性表面波デバイス、２圧電体、３電極、４
フリップチップ、５配線パターン、６容器部、７蓋
部、８パッケージ体、９バンプ、１１第１薄膜、１
２第２薄膜、１３拡散防止薄膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者澤田宏明神奈川県鎌倉市上町屋214番地三菱電機特機システム株式会社内Ｆターム(参考） 5J097 AA24 AA33 DD25 HA02 HA03 HA07 HA08 HA09 HB07 JJ09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一面に複数の電極が設けられた圧電体を
有するフリップチップと、前記フリップチップが収納され、内面に配線パターンが
貼り付けられたパッケージ体と、前記フリップチップの前記電極及び前記配線パターンの
間に介在して前記圧電体の一面及び前記パッケージ体の
内面を離間させるとともに前記電極及び前記配線パター
ンを互いに超音波及び加熱により接続している金製のバ
ンプとを備え、前記電極は、前記圧電体の一面に貼り付けられたアルミ
ニウム又はアルミニウムを主成分とする第１薄膜と、前
記バンプが接続された第２薄膜と、前記第１薄膜及び前
記第２薄膜の間に介在した拡散防止薄膜とを有し、前記拡散防止薄膜は、前記金製のバンプから前記第１薄
膜に金が拡散することを遮蔽する材質からなることを特
徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項２】前記拡散防止薄膜の材質は、クロム、
銅、白金、パラジウム、チタン、ニッケル及びタングス
テンの何れか１つを主成分とする材質であることを特徴
とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項３】前記第２薄膜の材質は、アルミニウム又
はアルミニウムを主成分とする材質であることを特徴と
する請求項１又は請求項２に記載の弾性表面波デバイ
ス。
【請求項４】前記第２薄膜の材質は、金又は金を主成
分とする材質であることを特徴とする請求項１又は請求
項２に記載の弾性表面波デバイス。