JP2005064821A - 表面弾性波素子の実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面弾性波素子を高い信頼性で気密封止することができ、しかも薄型化に有利な実装構造を提供する。
【解決手段】 櫛歯電極を有する表面弾性波素子が基板上に実装されてなる表面弾性波素子の実装構造である。櫛歯電極が基板と対向するように表面弾性波素子が実装されるとともに、表面弾性波素子の基板対向面が基板上に形成された配線を覆うレジストの表面により支持され、表面弾性波素子の櫛歯電極が形成される面と基板の間に空間が形成されている。さらに、表面弾性波素子の外周端面に沿って封止樹脂がコーティングされている。表面弾性波素子の電極はバンプレスであり、半田、銀ペースト、異方導電性接着剤、異方導電性フィルムのいずれかにより基板の電極と電気的に接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表面弾性波素子の実装構造に関するものであり、特に、簡単な構造でありながら薄型化及び高信頼性を実現することが可能な新規な実装構造に関するものである。

表面弾性波素子は、実装に際して中空構造が必要であり、従来、セラミック製のパッケージ内に設置し、ワイヤーボンディングにより端子の取り出しを行い、さらにセラミックリッドや金属ケースを被せたセラミックパッケージ構造が広く採用されている。

従来の表面弾性波素子のセラミックパッケージ構造を説明すると、図５に示すように、表面に櫛歯電極等のチップ配線１０２や電極１０３が形成された表面弾性波素子１０１は、所定の凹部を備えたセラミックパッケージ１０４上にダイボンド樹脂１０５により接着固定されている。セラミックパッケージ１０４の底面には、これを貫通する表裏接続電極１０６が形成されるとともに、当該表裏接続電極１０６と接続される銅配線１０７及び外部端子１０８が、セラミックパッケージ１０４の内面及び外面に形成されている。そして、表面弾性波素子１０１の電極１０３は、ワイヤー１０９により銅配線１０７と接続され、外部電極１０８と電気的に接続されている。また、セラミックパッケージ１０４上には、例えばセラミックリッド１１０等が蓋体として被せられ、中空部分を有するパッケージ構造とされている。

しかしながら、このようなセラミックパッケージ構造を採用した場合、大幅なコスト増を招くばかりか、薄型化の妨げにもなっている。例えば、従来のパッケージ構造では、ワイヤーボンディング接続であるため、中空部分に２００〜４００ｎｍ程度の高さの空間が必要であり、パッケージ全体の部品高さもチップ厚＋１ｍｍ程度（すなわち約２ｍｍ程度）となる。薄型モジュールを開発する上で、部品高さは非常に重要なファクターであり、近年の薄型化への要求を考えると、部品高さは１ｍｍ程度に抑える必要がある。

このような状況から、いわゆるフェースダウンボンディングによる実装構造が提案されている（例えば、特許文献１〜特許文献３等を参照）。例えば、特許文献１には、表面弾性波素子をベアチップとして搭載した高周波モジュール部品が開示されており、表面弾性波素子は、セラミック多層基板の搭載電極上にフェースダウンボンディングされている。また、特許文献２には、フリップチップ接続用バンプを具備する表面弾性波フィルタが開示されており、表面弾性波フィルタをフリップチップ接続することが開示されている。さらに、特許文献３には、フェースダウン実装用外部電極としてのバンプ電極を設けた表面弾性波素子が開示されており、櫛形電極が形成された活性領域を囲む閉空間を形成するための技術が開示されている。
特開２００２−７６８３２号公報 特開平１０−７９６３８号公報 特開平１１−２５１８６６号公報

しかしながら、これら特許文献に記載される従来技術は、コストや薄型化、さらには信頼性等の点で十分とは言い難く、なお改善の余地がある。例えば、特許文献１記載の技術では、表面弾性波素子をベアチップとしてフェースダウンボンディングにより実装しているので、ワイヤーボンディング接続は不要であるが、側壁や蓋によって表面弾性波素子を気密封止する構造を採用しており、前述のセラミックパッケージ構造の場合と同様、コスト増の問題や薄型化の問題を解消することができない。

特許文献２記載の技術では、表面弾性波フィルタをフリップチップ接続しているので、薄型化という点ではある程度の効果が期待できるものの、表面弾性波フィルタの気密封止に関しては何ら考慮されておらず、信頼性の点で不安を残している。

特許文献３記載の技術では、活性領域を囲む閉空間を形成するための工夫が見られ、表面弾性波素子の気密封止という点では効果を有するものの、前記閉空間を形成するためには予め保護層を形成する必要があることから、製造に困難を伴うことが予想され、またコストの削減という点でも不利である。さらに、特許文献３記載の技術では、表面弾性波素子の全体を覆ってバッファ樹脂や外装樹脂により封止しているので、薄型化という点からも課題を残している。

本発明は、これら従来技術の有する欠点を解消するために提案されたものであり、簡単な構造でありながら、表面弾性波素子の表面に形成された櫛歯電極を高い信頼性で気密封止することができ、しかも薄型化に有利な表面弾性波素子の実装構造を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の表面弾性波素子の実装構造は、櫛歯電極を有する表面弾性波素子が基板上に実装されてなる表面弾性波素子の実装構造において、上記櫛歯電極が基板と対向するように表面弾性波素子が実装されるとともに、表面弾性波素子の基板対向面が基板上に形成された配線を覆うレジストの表面により支持され、表面弾性波素子の櫛歯電極が形成される面と基板の間に空間が形成されていることを特徴とする。

表面弾性波素子をフェースダウン実装する場合、櫛歯電極と基板の間の空間の確保、及び前記空間の密閉性の確保が大きな課題となる。本発明では、表面弾性波素子の基板対向面に、基板上に形成された配線を覆うレジストの表面を面接触させ、これを支持するようにしているので、表面弾性波素子の基板対向面と基板との間にレジスト厚さ分に相当する空間が確保される。また、レジスト表面を面接触させることで、前記空間の密閉性も確保される。

さらに、本発明の表面弾性波素子の実装構造においては、上記構成に加えて、表面弾性波素子の外周端面に沿って封止樹脂がコーティングされていること、表面弾性波素子の電極はバンプレスとされていること等の特徴を有する。表面弾性波素子の全体を覆うのではなく、外周端面に沿って封止樹脂をコーティングすることで、全体の高さの増加を抑えながら、上記空間の気密性が高められる。また、表面弾性波素子の電極をバンプの無いバンプレスとし、例えば銀ペースト等で接続するようにすれば、表面弾性波素子の基板対向面が速やかにレジスト表面と面接触され、良好な密着状態が得られる。

本発明によれば、表面弾性波素子をフェースダウン実装した際に、極めて簡単な構造で表面弾性波素子の櫛歯電極形成面と基板の間の空間を確保することができ、また前記空間の密閉性を確保することができる。したがって、低コスト、且つ薄型化に有利で、信頼性の高い表面弾性波素子の実装構造を提供することが可能である。

以下、本発明を適用した表面弾性波素子の実装構造について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、表面弾性波素子１のプリント基板２への実装構造の一例を示すものである。表面弾性波素子１は、基板１ａ上に櫛歯電極１ｂ及び外部接続用電極となるパッド電極１ｃを形成してなるものであり、電気信号を表面弾性波に変換して対向電極まで伝達し、再び電気信号として出力するという機能を有する。表面弾性波素子１は、入力信号を遅延させたり、特定の周波数の信号を取り出すことができることから、通信機器や放送機器等においてフィルタとして多用されている。

ここで、基板１ａとしては、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウム等の強誘電体材料や、水晶、酸化亜鉛薄膜等の圧電材料を使用することが可能である。さらには、基板１ａをガラス基板とし、アルミニウム等により形成される櫛歯電極１ｂを基板１ａと酸化亜鉛薄膜とにより挟み込んだ酸化亜鉛薄膜ＳＡＷフィルタとすることも可能である。酸化亜鉛薄膜ＳＡＷフィルタの場合、櫛歯電極１ｂやパッド電極１ｃ等を含めてアルミニウム配線パターンの全てが酸化亜鉛薄膜、ダンピング材、その他金属薄膜や絶縁膜等によりコーティングされるので、機械的、且つ湿度環境的に保護されることになる。本実施形態においても、この酸化亜鉛薄膜ＳＡＷフィルタの構成を採用しており、櫛歯電極１ｂの表面は、圧電薄膜（酸化亜鉛薄膜）１ｄにより覆われている。また、パッド電極１ｃには、いわゆるバンプが形成されておらず、バンプレスとされている。

本実施形態においては、表面弾性波素子１を実装する基板として、有機基板であるプリント基板２を使用しているが、プリント基板２は安価であり、また、回路基板として使用されるプリント基板２に表面弾性波素子１を直接実装するようにすれば、工程、寸法、コスト等の大幅な削減に繋がる。

上記表面弾性波素子１は、電気信号を表面弾性波に変換して伝達する必要があることから、櫛歯電極１ｂが形成された面上は、空間として開放する必要がある。そこで、本実施形態においては、表面弾性波素子１をプリント基板２にフェイスダウンボンディングを施すことにより部品高さの低減を図るととともに、表面弾性波素子１の周辺部分をプリント基板２上の銅配線３及び銅配線３を覆って形成されるソルダーレジスト４によって支え、いわゆるスタンドオフとすることにより、表面弾性波素子１の櫛歯電極１ｂ形成面とプリント基板２の表面の間に空間Ｃを確保するようにしている。

図２は、表面弾性波素子１とプリント基板２の接続部分を拡大して示すものである。プリント基板２の表面には、表面弾性波素子１と接続される銅配線３が形成されており、さらに、銅配線３の表面は、腐食等を防止するために、ソルダーレジスト４により被覆されている。また、銅配線３の表面弾性波素子１のパッド電極１ｃと対向する部分においては、ソルダーレジスト４が選択的に除去され、銅配線３が露呈され接続部３ａとされている。そして、この露呈する銅配線３の接続部３ａに、例えば半田、銀ペースト、異方導電性接着剤、異方導電性フィルム等の接続媒体５を充填することにより、表面弾性波素子１のパッド電極１ｃとプリント基板２の接続部３ａ間が電気的に接続される。本実施形態では、パッド電極１ｃをバンプレスとしているので、バンプ接続の場合と異なり、接続媒体５に対する接触面積をパッド電極１ｃ及び接続部３ａのいずれにおいても例えば６００μｍ×６００μｍ程度と大きくすることができ、接続信頼性を確保することが可能である。

ここで、表面弾性波素子１の周辺部分は、ソルダーレジスト４の表面４ａと面接触されており、ソルダーレジスト４上に密着して載置された状態となっている。これにより、表面弾性波素子１とプリント基板２の間に空間が形成され、キャビティ構造とされている。このキャビティ構造は、銅配線３とその上にコーティングされるソルダーレジスト４の段差により形成され、したがって銅配線３の厚さとソルダーレジスト４の厚さによってキャビティ構造における空間Ｃの高さが決まる。例えば銅配線３の厚さが約４０μｍ、ソルダーレジスト４の厚さが約２０μｍの場合、上記キャビティ構造における空間Ｃの高さは、約６０μｍということになる。

また、表面弾性波素子１の周囲には、外周端面１ｅに沿って封止樹脂６がコーティングされている。この封止樹脂６は、水分や酸素等の侵入を防止するものであり、通常の封止樹脂材料を使用することができる。封止樹脂６は、表面弾性波素子１の高さの範囲内でコーティングすることが好ましく、これにより、高さ寸法の増加を招くことがなく、薄型化の上で有利である。このように、上記ソルダーレジスト４の面接触による密閉に加え、封止樹脂６のコーティングを行うことで、上記キャビティ構造における空間において、より一層の密閉性が確保され、気密構造とすることができる。また、上記面接触により表面弾性波素子１とソルダーレジスト４が密着されているので、封止樹脂６をコーティングした際に、封止樹脂６が空間内に侵入することもなく、上記キャビティ構造を損なうこともない。

上述のキャビティ構造において、ソルダーレジスト４の開口形状は、キャビティ内の空間が１つの空間となるように、１つの開口とすることが好ましい。図３は、銅配線３やソルダーレジスト４の平面形状を示すものである。図３に示すように、表面弾性波素子１とプリント基板２の間の空間（キャビティ）は、ソルダーレジスト４の開口部４ｂの形状によって決まる。ここで、ソルダーレジスト４の開口部４ｂを、表面弾性波素子１の外形寸法より若干小さな開口径を有する単一の開口部とすれば、櫛歯電極１ｂが臨む単一の空間が形成される。

このとき、銅配線３は、表面弾性波素子１のパッド電極１ｃに対応して複数に分割する必要があり、完全なリング状にはなっていない。したがって、銅配線３間のギャップが大きいと、この部分でソルダーレジスト４に段差が生じ、表面弾性波素子１との密着性が部分的に損なわれる虞れがある。そこで、銅配線３をなるべく狭いギャップで分割し、ソルダーレジスト４表面の段差を無くし、良好な面接触状態を確保するようにする。

次に、表面弾性波素子１のプリント基板２への実装工程について説明する。表面弾性波素子１を実装するに際しては、先ず、図４（ａ）に示すように、表面弾性波素子１のパッド電極１ｃをプリント基板２の銅配線３の接続部３ａと対向させる。このとき、表面弾性波素子１のパッド電極１ｃやプリント基板２の銅配線３の接続部３ａの表面には、接続媒体５と電気的接続を確保できるように、表面処理を施しておくことが好ましい。表面処理としては、接続媒体５と相性の良いメタライズ処理が好ましく、一般的には金等の貴金属によるメタライズ処理が用いられる。また、その下地に拡散防止層を形成することが好ましく、拡散防止層としては、Ｎｉ等が一般的に用いられる。

接続に際しては、銅配線３の接続部３ａ上には銀ペースト等の接続媒体５をポッティングしておき、図４（ｂ）に示すように、表面弾性波素子１を圧接する。このとき、銀ペースト等の接続媒体５は、ペースト状であるが故に何ら圧接の妨げとならず、また表面弾性波素子１のパッド電極１ｃがバンプレスであるために、表面弾性波素子１の櫛歯電極１ｂ形成面は、ソルダーレジスト４の上面に押し付けられ、密着状態とされる。最後に、図４（ｃ）に示すように、表面弾性波素子１の外周端面１ｅに沿って表面弾性波素子１とソルダーレジスト４間の隙間を塞ぐ形で封止樹脂６をコーティングし、気密構造とする。

上述のようにして実施される実装構造においては、表面弾性波素子１を高さを抑えた状態でフェースダウンボンディングすることができ、気密状態とされたキャビティ（空間Ｃ）を確保することができる。

以上、本発明を適用した表面弾性波素子の実装構造の実施形態について説明したが、本発明がこの実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。

例えば、表面弾性波素子１とプリント基板２の間の空間Ｃの高さが銅配線３とソルダーレジスト４の厚みだけでは不足する場合等には、プリント基板２側に空間Ｃに対応して凹部を形成しておいてもよい。例えば、一部キャビティ構造を有する基板を用い、キャビティ部に中空構造部品、すなわち表面弾性波素子を実装し、その他の部分に一般部品を実装してモジュール部品とすることも可能である。あるいは、表面弾性波素子をインターポーザ基板に実装してパッケージ構造とすることも部品の汎用化を行う上で有効である。

本発明を適用した表面弾性波素子の実装構造の一例を示す概略断面図である。 プリント基板との接続部分を拡大して示す要部断面図である。 銅配線及びソルダーレジストの平面形状を示す概略平面図である。 表面弾性波素子の実装工程を示す要部断面図であり、（ａ）は表面弾性波素子対向配置工程、（ｂ）は表面弾性波素子圧接工程、（ｃ）は封止樹脂コーティング工程を示す。 セラミックパッケージ構造の一例を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 表面弾性波素子
１ｂ 櫛歯電極
１ｃ パッド電極
１ｄ 圧電薄膜
１ｅ 外周端面
２ プリント基板
３ 銅配線
４ ソルダーレジスト
５ 接続媒体
６ 封止樹脂

Claims (6)

1. 櫛歯電極を有する表面弾性波素子が基板上に実装されてなる表面弾性波素子の実装構造において、
   上記櫛歯電極が基板と対向するように表面弾性波素子が実装されるとともに、表面弾性波素子の基板対向面が基板上に形成された配線を覆うレジストの表面により支持され、表面弾性波素子の櫛歯電極が形成される面と基板の間に空間が形成されていることを特徴とする表面弾性波素子の実装構造。
2. 上記空間に対応して、上記レジストには表面弾性波素子の外形寸法よりも小さな開口部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の表面弾性波素子の実装構造。
3. 上記表面弾性波素子の外周端面に沿って封止樹脂がコーティングされていることを特徴とする請求項１記載の表面弾性波素子の実装構造。
4. 上記表面弾性波素子の電極は、バンプレスとされていることを特徴とする請求項１記載の表面弾性波素子の実装構造。
5. 上記表面弾性波素子の電極と基板上に形成された電極とは、半田、銀ペースト、異方導電性接着剤、異方導電性フィルムのいずれかにより電気的に接続されていることを特徴とする請求項３記載の表面弾性波素子の実装構造。
6. 上記基板は、有機基板であることを特徴とする請求項１記載の表面弾性波素子の実装構造。

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