JP2003152486A - 弾性表面波デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弾性表面波素子間の設計寸法を小さくするこ
とが可能な弾性表面波デバイスの製造方法を提供する。 【解決手段】 まず、弾性表面波素子３の各電極パッド
上にＡｕまたはＡｕを主成分とした金属バンプをボール
ボンディング法により形成する。次に、弾性表面波素子
３をフリップチップ方式、すなわち、ＩＤＴ電極などが
形成された表面波伝播面１２をパッケージに対向させ
て、超音波、荷重、熱を同時に加えて、各電極パッド５
とこれに対応するパッケージ１５の各電極ランド１５ａ
とを金属バンプ４で接合して弾性表面波素子３をパッケ
ージ１５に接続・固定する。１パッケージに複数の弾性
表面波素子３を接合・固定する際には、弾性表面波素子
３の整列方向に対して垂直な方向に超音波を印加して、
パッケージに弾性表面波素子を接続・固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１つのパッケージ
に、複数の弾性表面波素子を接続・固定する弾性表面波
デバイスの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の弾性表面波デバイスの製造方法の
一例としては、特願平７−１３２２８１号公報に記載の
技術がある。この特願平７−１３２２８１号公報に記載
の技術では、まず、弾性表面波素子の各電極パッド上
に、ＡｕまたはＡｕを主成分とした金属バンプをボール
ボンディング法により形成する。次に、フリップチップ
方式、すなわち、ＩＤＴ電極などが形成された表面波伝
播面をパッケージに対向させて、弾性表面波素子の裏面
をボンディングツールによって超音波、荷重、熱を同時
に加えることにより、各電極パッドとこれに対応するパ
ッケージの各電極ランドとを金属バンプで接合して弾性
表面波素子をパッケージに接続・固定する。

【０００３】上述の手法においては、フリップチップボ
ンディングで、超音波印加時に弾性表面波素子の側面が
パッケージの壁面に接触する場合、超音波がロスして、
接合が阻害され接合不良の原因となる。

【０００４】そのため、弾性表面波素子の搭載精度を考
慮して、弾性表面波素子の側面とパッケージの壁面とが
接触しないように、余裕を持たせて、弾性表面波素子と
パッケージの寸法を決定している。

【０００５】また、フリップチップボンディングにおい
て、弾性表面波素子の入力のための金属バンプと出力の
ための金属バンプとを結ぶ方向に超音波を印加し、さら
に、入出力の金属バンプの外側にダミーの金属バンプを
設けることで、フリップチップボンディング時に、入出
力の電極にクラックが発生することを防止し、また、仕
上げ強度の増加を図っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、フリップチップ
ボンディングにおいて、１つのパッケージに１つの弾性
表面波素子を実装していたため、パッケージ設計公差お
よび弾性表面波素子の搭載精度を考慮して、弾性表面波
素子の側面とパッケージの壁面との間隔の寸法を決定し
ていた。その際、弾性表面波素子の搭載精度は、パッケ
ージの設計公差で対応できる範囲ではあるものの、弾性
表面波素子の側面とパッケージの壁面との間隔の寸法を
狭くしてパッケージの寸法を小さくすることによっては
弾性表面波デバイスを小型化することが困難であった。

【０００７】また、１つのパッケージに複数の弾性表面
波素子を実装することが望まれているが、上記従来の弾
性表面波素子の入力のための金属バンプと出力のための
金属バンプとを結ぶ方向に超音波を印加する弾性表面波
デバイスの製造方法では、入力の金属バンプの位置と出
力の金属バンプの位置とを結ぶ方向が複数通りある場合
には有効ではないという問題があった。

【０００８】また、１つのパッケージに複数の弾性表面
波素子を実装する場合には、従来のフリップチップボン
ディングでは、接合を阻害し接合不良の原因となる弾性
表面波素子の側面とパッケージの壁面の接触の他に、弾
性表面波素子同士の接触を防ぐ必要がある。弾性表面波
素子間の寸法は、隣り合う両方の弾性表面波素子の搭載
精度を考慮してマージンを取った寸法にする必要があ
る。

【０００９】また、フリップチップボンディングにおい
ては、塑性変形の助長と接合面での酸化物や付着物の除
去を目的として、超音波を接合面と平行に印加する。そ
のため、弾性表面波素子およびパッケージの寸法の精
度、ならびに、弾性表面波素子マウントの精度に加え
て、超音波を接合面と平行に印加してパッケージと弾性
表面波素子の接合する際に、弾性表面波素子が超音波印
加方向に振動することにより、弾性表面波素子とパッケ
ージとの接合開始部分が各弾性表面波素子ごとに異なる
ことで、弾性表面波素子が搭載精度に悪影響をもたらす
ことがある。

【００１０】また、荷重、超音波出力、表面粗さに起因
して、超音波が印加されるときに、ＵＳツールと弾性表
面波素子との間、金属バンプとパッケージとの間、パッ
ケージとワークとの間の摩擦力が、ずれに対して十分な
条件になっていない場合に、金属バンプとパッケージと
の間の結合が進む前に超音波印加方向にずれが起こり、
弾性表面波素子の搭載精度が悪化する。

【００１１】そのため、１つのパッケージに、複数の弾
性表面波素子を接続・固定する場合においては、弾性表
面波素子間の設計寸法を小さくすることができなかっ
た。

【００１２】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、１つのパッケージに、複数の弾
性表面波素子を接続・固定する場合において、弾性表面
波素子間の設計寸法を小さくすることが可能な弾性表面
波デバイスの製造方法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の弾性表面波デバ
イスの製造方法は、１つのパッケージに、複数の弾性表
面波素子を接続・固定する弾性表面波デバイスの製造方
法において、複数の弾性表面波素子が横方向および縦方
向を有するように配列され、かつ、横方向に配列される
弾性表面波素子数と縦方向に配列される弾性表面波素子
数とが異なる配置で、横方向および縦方向のうち弾性表
面波素子の配列数が多い方向に対して垂直な方向に超音
波を印加して、複数の弾性表面波素子を接続・固定する
ことを特徴とする。

【００１４】上記の構成によれば、超音波印加方向に対
して垂直な方向に比べて、超音波印加方向に弾性表面波
素子の搭載精度が悪くなることを考慮して、弾性表面波
素子の整列方向（長手方向）に対して垂直に超音波を印
加することで、弾性表面波素子間の寸法を小さく設計す
ることが可能となるため、パッケージおよび弾性表面波
デバイスの小型化を図ることが可能となるとともに、一
定サイズのパッケージのキャビティ内に実装できる複数
の弾性表面波素子の寸法の総和を大きくすることが可能
となる。

【００１５】また、本発明の弾性表面波デバイスの製造
方法においては、横方向の弾性表面波素子数と縦方向の
弾性表面波素子数とが異なる配置のうちに、複数の弾性
表面波素子が１列に配列された配置が含まれていてもよ
い。

【００１６】さらに、本発明の弾性表面波デバイスの製
造方法においては、複数の弾性表面波素子のうちに、互
いにサイズの異なるものが含まれていてもよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施の形態１） （構成）本発明の実施の形態は、図１に示すように、弾
性表面波素子３の電極パッド５とパッケージ１５の凹部
内上面の電極ランド１５ａとが金属バンプ４でバンプ接
合されて、弾性表面波素子３がパッケージ１５内に支持
固定されるとともに、電気的に接続されている。また、
弾性表面波素子３を覆うようにキャップ部材１がパッケ
ージ１５に高融点はんだからなるろう材２により接合さ
れて、弾性表面波素子３がパッケージ１５とキャップ部
材１とで形成されたパッケージ空間内に気密封止されて
いる。

【００１８】図２に示すように、弾性表面波素子３は、
圧電基板５０を備え、圧電基板５０の上面にはＩＤＴ電
極７、反射器電極、各ＩＤＴ電極７から引出された引出
電極（図示せず）、引出電極に接続した電極パッド５お
よび電極パターン８が形成されている。電極パターン８
は、アルミニウムや、アルミニウムを主成分とする合金
からなり、周知の薄膜形成法より形成される。圧電基板
５０としては、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウ
ム、水晶などの圧電性の材料が用いられる。

【００１９】パッケージ１５は、図３に示すように、複
数のセラミックを積層することにより、凹部形状に形成
され、下面、凹部の内面および内部に複数の電極ランド
１５ａを含む入出力パッド９およびのアースパッド１０
のパターンが形成されている。キャップ部材１は、Ｆｅ
−Ｎｉ合金やＦｅなどを含む合金からなる金属板であ
り、必要に応じてめっき処理される。

【００２０】（製造方法）次に、図４に示すように、弾
性表面波素子３の各電極パッド５上に、ＡｕまたはＡｕ
を主成分とした金属バンプ４をボールボンディング法に
より形成する。次に、弾性表面波素子３をフリップチッ
プ方式、すなわち、ＩＤＴ電極７などが形成された表面
波伝播面１２をパッケージ１５の底面に対向させて、超
音波、荷重、熱を同時に印加することにより、各電極パ
ッド５とこれに対応するパッケージ１５の各電極ランド
１５ａとを金属バンプ４で接合して弾性表面波素子３を
パッケージ１５に接続・固定する。１つのパッケージ１
５に複数の弾性表面波素子３を接合・固定する際に、複
数の弾性表面波素子３の整列方向に対して垂直な方向に
超音波を印加して、弾性表面波素子３の接合・固定を行
なう。

【００２１】（効果）本実施の形態の弾性表面波デバイ
スの製造方法によれば、超音波印加方向に対して垂直な
方向に比べて、超音波印加方向に弾性表面波素子３の搭
載精度が悪くなることを考慮して、弾性表面波素子３の
整列方向（長手方向）に対して垂直に超音波を加えるこ
とで、弾性表面波素子３間の寸法を小さく設計すること
が可能となり、パッケージ１５および弾性表面波デバイ
ス１００の小型化を図ることが可能となるとともに、一
定サイズのパッケージ１５のキャビティ内に実装できる
複数の弾性表面波素子３の寸法の総和を大きくすること
が可能となる。

【００２２】（効果が得られる理由）弾性表面波素子３
の同士の間隔は、図６に示すように、超音波印加方向で
は、０．０５０ｍｍ×２、超音波印加方向に対して垂直
な方向では０．０３０ｍｍ×２とする。弾性表面波素子
３を接続・固定する場合、図５に示すように、弾性表面
波素子３の側面とパッケージ１５の壁面との隙間はパッ
ケージ１５のキャビティ寸法の設計公差０．１００ｍｍ
とパッケージ積層ずれの設計補償値０．１００ｍｍ（図
５：ＡとＢとのずれ）の和、すなわち０．２００ｍｍと
する。

【００２３】この値は、搭載精度に比べて十分大きく、
最悪の状態を考慮した場合でも、弾性表面波素子３の側
面とパッケージ１５の壁面とが接触する確率がゼロに近
くなる値である。なお、この値は、弾性表面波素子３の
搭載精度を含める充分な余裕があるため、弾性表面波素
子３の搭載精度を一定としても問題はない。

【００２４】弾性表面波素子間の寸法は、パッケージ設
計公差、積層ずれの影響を受けないため、弾性表面波素
子３の搭載精度で決定される。そのため、仮に、弾性表
面波素子３の整列方向（長手方向）に超音波を印加する
とした場合、弾性表面波素子３間の寸法は、０．０５０
ｍｍの２倍の０．１００ｍｍが必要となる。

【００２５】しかしながら、図６に示すように、弾性表
面波素子３の整列方向に対して垂直な方向に超音波を印
加した場合には、０．０３０ｍｍの２倍の０．０６０ｍ
ｍとなり、弾性表面波素子３の整列方向に超音波を印加
した場合に比べて、弾性表面波素子３間の設計値を４０
％削減することが可能となる。その結果、パッケージ１
５を小型化することが可能となる。

【００２６】（実施の形態の補足）設計公差、設計補償
値はともに公差とし、設計公差はキャビティサイズの公
差、設計補償値は図５に示すとおりパッケージ１５の積
層ずれへの公差とする。これらを併せて、パッケージ１
５の壁面と弾性表面波素子３の側面との間隔を、最悪の
場合を考慮して、０．２００ｍｍとしてある。

【００２７】キャビティサイズの公差、パッケージ３の
積層ずれへの公差ともに０．１００ｍｍとしているが、
実際は両方を足して１００μｍ以内である。超音波印加
方向に対して垂直方向の搭載精度の差は、２０μｍであ
る。

【００２８】なお、弾性表面波素子は超音波印加方向と
完全に一致した直線方向に振動しているわけではなく、
超音波印加方向に対して垂直な方向の弾性表面波素子の
ずれはゼロではない。また、超音波の振動数は、本実施
の形態では６０ｋＨｚであるが、一般的には、６０〜１
２０ｋＨｚなどもある。

【００２９】（実施の形態２）（構成）本実施の形態の
弾性表面波デバイスの製造方法は、実施の形態１の弾性
表面波デバイスの製造方法と略同様であるが、図７に示
すように、フリップチップボンディングで、１つのパッ
ケージ１５に、互いにサイズが異なる複数の弾性表面波
素子３ａ，３ｂを接続・固定する場合に、弾性表面波素
子３ａ，３ｂの整列方向に垂直に超音波を印加して、接
続・固定を行なうことが特徴である。なお、本実施の形
態では、互いにサイズが異なる複数の弾性表面波素子を
示したが、本発明はサイズが異なるものに限定されるも
のではなく、サイズが同一であってもよい。

【００３０】（実施の形態３）本実施の形態の弾性表面
波デバイスの製造方法は、実施の形態１または２の弾性
表面波デバイスの製造方法と略同様であるが、図８に示
すように、フリップチップボンディングで、１つのパッ
ケージ１５に、同一寸法（または異なる寸法）の複数の
弾性表面波素子３を接続・固定する際、弾性表面波素子
３の数が、２×３のように、横方向と縦方向の弾性表面
波素子３の数が異なる場合に、弾性表面波素子３の数の
多い方向を整列方向として、弾性表面波素子３の整列方
向に対して垂直な方向に超音波を印加して、接続・固定
を行なうことが特徴である。

【００３１】弾性表面波素子３の同士の間隔は、図８に
示すように、超音波印加方向では、０．０５０ｍｍ×
２、超音波印加方向に対して垂直な方向では０．０３０
ｍｍ×２とする。弾性表面波素子３を接続・固定する場
合、図５に示すように、弾性表面波素子３の側面とパッ
ケージ１５の壁面との隙間はパッケージ１５のキャビテ
ィ寸法の設計公差０．１００ｍｍとパッケージ積層ずれ
の設計補償値０．１００ｍｍ（図５：ＡとＢとのずれ）
の和、すなわち０．２００ｍｍとする。

【００３２】この値は、搭載精度に比べて十分大きく、
最悪の状態を考慮した場合でも、弾性表面波素子３の側
面とパッケージ１５の壁面とが接触する確率がゼロに近
くなる値である。なお、この値は、弾性表面波素子３の
搭載精度を含める充分な余裕があるため、弾性表面波素
子３の搭載精度を一定としても問題はない。

【００３３】弾性表面波素子間の寸法は、パッケージ設
計公差、積層ずれの影響を受けないため、弾性表面波素
子３の搭載精度で決定される。そのため、仮に、弾性表
面波素子３の整列方向（長手方向）に超音波を印加する
とした場合、弾性表面波素子３間の寸法は、０．０５０
ｍｍの２倍の０．１００ｍｍが必要となる。

【００３４】しかしながら、図８に示すように、弾性表
面波素子３の整列数が多い方向に対して垂直な方向に超
音波を印加した場合には、弾性表面波素子３の整列数が
少ない方向では、０．０５０ｍｍの２倍必要であるが、
弾性表面波素子３の整列数が多い方向では、０．０３０
ｍｍの２倍の０．０６０ｍｍとなり、弾性表面波素子３
の整列方向に超音波を印加した場合に比べて、弾性表面
波素子３間の設計値を弾性表面波素子３の整列数が多い
方向では、４０％削減することが可能となる。その結
果、パッケージ１５を小型化することが可能となる。

【００３５】したがって、上記本実施の形態１〜３の弾
性表面波デバイス１００の製造方法によれば、２つの以
上の方式や周波数帯に対応するために、１つのパッケー
ジに複数の表面弾性波素子３をフリップチップボンディ
ング方式で搭載する弾性表面波デバイス１００におい
て、フリップチップでの超音波印加方向を適正化するこ
とで、弾性表面波素子３間の間隔を小さく設計すること
が可能となる。

【００３６】より詳細には、１つのパッケージに複数の
弾性表面波素子３を搭載する際には、その弾性表面波素
子３間の寸法を、パッケージの公差の影響を受けないた
め、弾性表面波素子３の搭載精度のみを考慮して決定す
ることができるので、超音波印加方向の搭載精度が悪く
なることを考慮して、弾性表面波素子３の整列方向に対
して垂直な方向に超音波を印加することで、弾性表面波
素子３間の間隔を小さく設計することが可能となる。

【００３７】さらに、本実施の形態の弾性表面波デバイ
ス１００によると、弾性表面波素子３の整列方向に対し
て垂直な方向に超音波を印加するので、弾性表面波素子
３の整列方向にずれは発生せず、弾性表面波素子３間を
狭くすることができる。実際には、超音波印加によるず
れは、パッケージ１５と弾性表面波素子３の間で発生す
るが、これはパッケージ１５の設計公差で対応できる範
囲であり、問題はない。

【００３８】その結果、パッケージ１５、弾性表面波デ
バイス１００の小型化が可能となるとともに、一定サイ
ズのパッケージ１５のキャビティ内に実装できる弾性表
面波素子３の寸法の総和を大きくすることが可能にな
る。

【００３９】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００４０】

【発明の効果】本発明の弾性表面波デバイスの製造方法
によれば、１つのパッケージに複数の表面弾性波素子を
フリップチップボンディング方式で搭載する弾性表面波
デバイスにおいて、超音波印加方向に対して垂直な方向
に比べて、超音波印加方向に弾性表面波素子の搭載精度
が悪くなることを考慮して、弾性表面波素子の整列方向
（長手方向）に対して垂直に超音波を印加することで、
弾性表面波素子間の寸法を小さく設計することが可能と
なる。そのため、パッケージおよび弾性表面波デバイス
の小型化を図ることが可能となるとともに、一定サイズ
のパッケージのキャビティ内に実装できる複数の弾性表
面波素子の寸法の総和を大きくすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 弾性表面波素子を搭載したパッケージの断面
を示す図である。

【図２】 搭載する弾性表面波素子の平面図である。

【図３】 パッケージを説明するための図であって、
（ａ）はパッケージの平面図であり、（ｂ）はパッケー
ジの断面図である。

【図４】 （ａ），（ｂ）は、本実施の形態の弾性表面
波デバイスの製造過程を説明するための図である。

【図５】 本実施の形態の弾性表面波デバイスにおける
パッケージ設計公差および積層ずれを説明するための図
である。

【図６】 実施の形態１の弾性表面波デバイスの製造方
法の超音波印加方向と弾性表面波素子の整列方向との関
係を説明するための図である。

【図７】 実施の形態２の弾性表面波デバイスの製造方
法の超音波印加方向と弾性表面波素子の整列方向との関
係を説明するための図である。

【図８】 実施の形態３の弾性表面波デバイスの製造方
法の超音波印加方向と弾性表面波素子の列数の多い方向
との関係を説明するための図である。

【符号の説明】

１ キャップ部材、２ はんだ（ろう材）、３，３ａ，
３ｂ 弾性表面波素子、４ 金属バンプ、５ 電極パッ
ド、７ ＩＤＴ電極、８ 電極パターン、９入出力パッ
ド、１０ アースパッド、１１ 電極端子、１２ 表面
波伝播面、１５ パッケージ、１６ ワーク。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つのパッケージに、複数の弾性表面波
   素子を接続・固定する弾性表面波デバイスの製造方法に
   おいて、 前記複数の弾性表面波素子が横方向および縦方向を有す
   るように配列され、かつ、前記横方向に配列される弾性
   表面波素子数と前記縦方向に配列される弾性表面波素子
   数とが異なる配置で、前記横方向および縦方向のうち前
   記弾性表面波素子の配列数が多い方向に対して垂直な方
   向に超音波を印加して、前記複数の弾性表面波素子を接
   続・固定することを特徴とする、弾性表面波デバイスの
   製造方法。
2. 【請求項２】 前記横方向の弾性表面波素子数と前記縦
   方向の弾性表面波素子数とが異なる配置のうちには、該
   複数の弾性表面波素子が１列に配列された配置が含まれ
   ることを特徴とする、請求項１に記載の弾性表面波デバ
   イスの製造方法。
3. 【請求項３】 前記複数の弾性表面波素子のうちには、
   互いにサイズの異なるものが含まれることを特徴とす
   る、請求項１または請求項２に記載の弾性表面波デバイ
   スの製造方法。