JP2005223641A - 表面実装型sawデバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 実装基板2と、圧電基板18、該圧電基板の一面に形成したIDT電極17、及び配線パターン5と導体バンプ10を介して接続される接続パッド16、を備えたSAWチップ15と、SAWチップを実装基板上にフリップチップ実装した状態でSAWチップ外面から実装基板上面にかけて被覆形成されることによりIDT電極と実装基板との間に気密空間Sを形成する封止樹脂21と、を備え、圧電基板の結晶構造がシェーンフリース記号でC1、C2、CS、C2V、C4、C4V、C3、C3V、C6、C6Vの何れかの点群に属している表面実装型SAWデバイスにおいて、圧電基板の導電性を高めることによって、封止樹脂の帯電を抑制した。
【選択図】 図1
Description
ところで、半導体部品においてCSP(Chip Size Package)と呼ばれる小型パッケージング技術が一般化するのに伴って、SAWデバイスにおいても、デバイスの小型化の容易化と、バッチ式の製造方法による生産性の向上という観点から、CSP技術を用いた生産方法が導入されるようになっている。
SAWデバイスについてのCSP関連技術は、例えば特開2002−100945公報に開示されている。
図2は特開2002−100945公報に開示されたSAWデバイスの構造を示す断面図であり、このSAWデバイスAは、絶縁基板101、絶縁基板101の底部に配置した表面実装用の外部電極102、及び絶縁基板101の上部に配置され且つ外部電極102と導通した配線パターン103、を備えた実装基板100と、圧電基板111、圧電基板111の一面に形成したIDT電極112、及び配線パターン103と導体バンプ115を介して接続される接続パッド113、を備えたSAWチップ110と、SAWチップ110を実装基板100上にフリップチップ実装した状態でSAWチップ110外面から実装基板100上面にかけて被覆形成されることによりIDT電極112と実装基板100との間に気密空間Sを形成する封止樹脂120と、を備える。
ところで、結晶構造がシェーンフリース記号で、C1、C2、CS、C2V、C4、C4V、C3、C3V、C6、C6Vの何れかの点群に属する圧電材料から成る圧電基板111は、焦電性を有することが知られている(例えば、応用物理ハンドブック、第2版 458頁 表7.9)。具体的には、例えば点群C3Vに属するタンタル酸リチウム(LiTaO3)やニオブ酸リチウム(LiNbO3)や、点群C4Vに属する四ホウ酸リチウム(Li2B4O7)は、焦電性を有するが、点群D3に属する水晶は焦電性を有しない。
図2に示したSAWデバイスにおいて、焦電性を有した材料から成る圧電基板111を使用すると、SAWデバイスに温度勾配がかかった際に、焦電効果によって電荷が圧電基板表面に出現し、その電荷によって封止樹脂120の表面が帯電する。
CSP型SAWデバイスが、機器の回路基板上に搭載された状態で帯電すると、当該SAWデバイスの周辺に搭載されている他の電子部品に悪影響を及ぼす不具合が発生する。
また、SAWデバイスを出荷する際の梱包形態は、図3に示すように、連続した長尺物であるエンボスキャリアテープ本体131(ポリスチレン製)の各ポケット131a内にSAWデバイスAを収納した後で各ポケットの開口部をPETから成るカバーテープ132により封止することによりエンボスキャリアテープ130を完成し、このキャリアテープ130をリールに巻き付ける、所謂テープ&リール梱包が一般的である。しかし、焦電性を有する圧電基板を用いて製作した図2のCSP型SAWデバイスAをエンボスキャリアテープ130によって梱包した状態で温度勾配を加えると、封止樹脂120の帯電によって、カバーテープ132を剥がす際に、SAWデバイスAがカバーテープ側に貼り付きを起こし、自動マウント装置により回路基板上に実装する際に移載不能、位置ずれ、脱落等の支障が生じている。
焦電性を有した圧電基板111としてタンタル酸リチウム(LiTaO3)、封止樹脂120としてエポキシを主材とした樹脂材料を用い、2.0×1.6mmサイズのCSP型SAWデバイスを製作して封止樹脂の帯電によるカバーテープ132への貼り付き発生の有無を実験的に確認した。封止樹脂としては、比誘電率3.2、体積抵抗率1×1016Ω・cmのものを用いた。SAWチップ上面の封止樹脂の厚みHは、0.12mmとした。
まず、CSP型SAWデバイスを85℃で5分間加熱し、その直後に25℃の雰囲気中に2分間放置した。このSAWデバイスをカバーテープ132に接触させた所、封止樹脂の帯電によるカバーテープへの貼り付きが確認された。
また、同様に、CSP型SAWデバイスを85℃で100時間加熱し、その直後に25℃の雰囲気中に2時間放置した場合も、封止樹脂の帯電によるカバーテープへの貼り付きが確認された。
更に、封止樹脂の体積抵抗率と比誘電率を下げることにより、カバーテープへの貼り付きを防止できる可能性を探るために、体積抵抗率5×1013Ω・cm、比誘電率3.0の封止樹脂を用いて同じ実験を行ったが、封止樹脂帯電によるカバーテープへの貼り付きを防止できなかった。
請求項2の発明は、請求項1において、酸素と結合し易い元素を前記圧電基板に接触させながら加熱することにより、前記圧電基板の導電性を高めたことを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1において、圧電基板中にFe、Zr、Al、Cr、Mn、Rh、Cu、V、W、U、Snの何れかの金属を少なくとも一種類不純物として含有させることにより、前記圧電基板の導電性を高めたことを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1乃至3において、前記圧電基板が、LiTaO3であることを特徴とする。
請求項5の発明は、絶縁基板、該絶縁基板の底部に配置した表面実装用の外部電極、及び該絶縁基板の上部に配置され且つ前記外部電極と導通した配線パターン、を備えた実装基板と、圧電基板、該圧電基板の一面に形成したIDT電極、及び前記配線パターンと導体バンプを介して接続される接続パッド、を備えたSAWチップと、前記SAWチップを実装基板上にフリップチップ実装した状態でSAWチップ外面から実装基板上面にかけて被覆形成されることにより前記IDT電極と前記実装基板との間に気密空間を形成する封止樹脂と、を備え、前記圧電基板の結晶構造がシェーンフリース記号でC1、C2、CS、C2V、C4、C4V、C3、C3V、C6、C6Vの何れかの点群に属している表面実装型SAWデバイスにおいて、前記封止樹脂が比誘電率3.2以下、且つ体積抵抗率1×1016Ω・cm以下であり、前記SAWチップ上面の封止樹脂の厚みHが0.02mm以上であり、前記圧電基板の導電性を高めることによって、封止樹脂の帯電を抑制したことを特徴とする。
更には、封止樹脂の上部の肉厚を帯電しにくい程度に厚く設定することにより、製品ロット番号をレーザにより封止樹脂面に刻印する際におけるレーザの貫通を防止できる。
図1は本発明の一実施形態に係る表面実装型弾性表面波デバイス(以下、SAWデバイス、という)の縦断面図である。
このSAWデバイス1は、ガラス、樹脂、セラミック、ガラスエポキシ、アルミナ等から成る絶縁基板3、絶縁基板3の底部に設けた表面実装用の外部電極4、及び、絶縁基板3の上面に設けられ且つ内部導体6を介して外部電極4と導通した配線パターン5、から成る実装基板2と、配線パターン5と導体バンプ10を介して電気的機械的に接続される接続パッド16、及び接続パッド16と導通したIDT電極17を夫々圧電基板18の下面に備えたSAWチップ15と、SAWチップ15の下面を除いた外面(上面、及び側面)を被覆することによりIDT電極17と実装基板上面との間に気密空間Sを形成する封止樹脂21と、を備えている。圧電基板18は、例えば、タンタル酸リチウム(LiTaO3)等の焦電性を有した圧電材料から構成する。導体バンプ10は、この例ではAuを用いるが、導電性接着剤、半田等から構成してもよい。
SAWチップ15を構成するIDT電極17は、給電側のリード端子から高周波電界を印加されることによって弾性表面波を励起し、弾性表面波を圧電作用によって高周波電界に変換することによってフィルタ特性を得ることができる。
封止樹脂21は、例えば樹脂シートを一旦軟化温度まで加熱昇温させてから加圧変形させてSAWチップ15外面と実装基板上面に密着させた後で、硬化温度まで加熱昇温させて形状を固定することにより形成され、SAWチップの気密性、及び実装基板に対するSAWチップの固定力を補強する。更に、封止樹脂21は、SAW伝搬を確保するためにIDT電極17と絶縁基板3の上面との間の空間を気密化された内部空間(気密空間S)とするための封止手段としても機能する。
圧電基板18としては、例えば上記各点群に属するタンタル酸リチウム(LiTaO3)や、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)や、四ホウ酸リチウム(Li2B4O7)を用いる。
圧電基板18の導電性を高める一つの手法として、酸素と結合し易い元素を圧電基板に接触させながら加熱する方法が挙げられる。
例えば、特開平11−92147号公報には、還元処理にてタンタル酸リチウム(LiTaO3)や、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)の導電性を高める技術が開示されており、ここに開示された技術を用いて導電性を高めた圧電基板を用いることにより、圧電基板の焦電性に起因した封止樹脂の帯電を防止できる。
また、圧電基板中にFe、Zr、Al、Cr、Mn、Rh、Cu、V、W、U、Snの何れかの金属を少なくとも一種類不純物として含有させることにより、前記圧電基板の導電性を高めることができる。
例えば、特開平6−305895号公報には、タンタル酸リチウムに多くの不純物が含まれていても、SAW素子の要求特性を満足する旨の記述があり、ここで挙げられている不純物のほとんどが金属であり、具体的にはFe、Zr、Al、Cr、Mn、Rh、Cu、V、W、U、Snが金属不純物として例示されている。
同公報には、含有する金属不純物と、タンタル酸リチウムの導電性の向上との関係については一切言及されていないが、本発明者の実験によれば、これらの何れの金属不純物も圧電基板の導電性を高めるために寄与することが確認されている。
なお、携帯電話等のモバイル端末のRF段において使用されるSAWフィルタやSAWデュプレクサに使用する圧電基板材料としては、SAWデバイスの小型化・低価格化に有利なタンタル酸リチウムが圧倒的に多く利用されているが、タンタル酸リチウムは、ニオブ酸リチウムや四ホウ酸リチウムに比して焦電性がかなり強いという欠点を有しており、これまでこの欠点を解決する手段が求められていた。
導電性を高めたタンタル酸リチウムの例としては、http://www.siliconlight.com/htmlpgs/glvtechframes/glvmainbody.htmlに開示されたSilicon Light Machines社の製品であるPyroFreeTM Lithium Tantalate を挙げることができる。
更に、本発明者は、封止樹脂の比誘電率、体積抵抗率、更には封止樹脂の厚みHとの関係においても、封止樹脂が帯電しにくくなる構成を案出した。
即ち、まず、導電性を高めるための処理を受けた圧電基板18の結晶構造が、シェーンフリース記号でC1、C2、CS、C2V、C4、C4V、C3、C3V、C6、C6Vの何れかの点群に属しているために焦電性を有している場合に、封止樹脂21が比誘電率3.2以下、且つ体積抵抗率1×1016Ω・cm以下であることにより、温度勾配の影響による封止樹脂の上面の帯電を有効に防止できることが判明した。
更に、SAWチップ上面の封止樹脂の厚みHを0.02mm以上とすることにより、封止樹脂の帯電を防止することができることが判明した。また、封止樹脂の厚みHが厚いことによって、製造ロット番号等をレーザマーカによってマーキングする場合にレーザが封止樹脂を貫通する不具合も防止することができる。
以下に、具体的実施例を示しながら、本発明を更に詳細に説明する。
このSAWデバイスを85℃で5分間加熱し、その直後に25℃の雰囲気中に2分間放置した後で、PET製のカバーテープにSAWデバイスの上面樹脂部分を接触させることにより静電吸着性を確認したところ、封止樹脂の帯電による貼り付きは確認されなかった。
しかし、封止樹脂21として、比誘電率が3.2を越え、且つ体積抵抗率が1×1016Ω・cmを越えるものを用いた場合、或いは、SAWチップ上面の封止樹脂厚みHが0.02mmを下回る場合には、夫々封止樹脂の帯電による貼り付きが発生した。
このことから、封止樹脂が比誘電率3.2以下、且つ体積抵抗率1×1016Ω・cm以下であり、前記SAWチップ上面の封止樹脂の厚みHが0.02mm以上であることが封止樹脂の帯電を防止する上で有効であることが判明した。
更に、圧電基板として導電性を高めたタンタル酸リチウムを用いたSAWデバイスを260℃で1分間加熱し、その直後に25℃の雰囲気中に2分間放置した場合にも、封止樹脂の帯電によるカバーテープへの貼り付きを確認することはできなかった。
実際に上記各実施例と同様の帯電確認実験を行ったところ、封止樹脂の帯電によるカバーテープへの貼り付きは全く発生しなかった。
なお、SAWチップ上の封止樹脂の厚みHは、厚い程、帯電防止効果は高まるが、必要以上に厚くし過ぎると、SAWデバイスに対する小型化・軽量化のニーズに逆行することになるので、適宜選定する必要がある。
なお、焦電性を有した圧電基板の導電性を高めることにより封止樹脂の帯電を防止できるため、SAWデバイスが回路基板上に搭載された状態での帯電も防止できることが確認された。このため、従来技術における欠点であった回路基板上の周辺電子部品への悪影響を防止できる。
Claims (5)
- 絶縁基板、該絶縁基板の底部に配置した表面実装用の外部電極、及び該絶縁基板の上部に配置され且つ前記外部電極と導通した配線パターン、を備えた実装基板と、圧電基板、該圧電基板の一面に形成したIDT電極、及び前記配線パターンと導体バンプを介して接続される接続パッド、を備えたSAWチップと、前記SAWチップを実装基板上にフリップチップ実装した状態でSAWチップ外面から実装基板上面にかけて被覆形成されることにより前記IDT電極と前記実装基板との間に気密空間を形成する封止樹脂と、を備え、前記圧電基板の結晶構造がシェーンフリース記号でC1、C2、CS、C2V、C4、C4V、C3、C3V、C6、C6Vの何れかの点群に属している表面実装型SAWデバイスにおいて、
前記圧電基板の導電性を高めることによって、封止樹脂の帯電を抑制したことを特徴とする表面実装型SAWデバイス。 - 酸素と結合し易い元素を前記圧電基板に接触させながら加熱することにより、前記圧電基板の導電性を高めたことを特徴とする請求項1に記載の表面実装型SAWデバイス。
- 圧電基板中にFe、Zr、Al、Cr、Mn、Rh、Cu、V、W、U、Snの何れかの金属を少なくとも一種類不純物として含有させることにより、前記圧電基板の導電性を高めたことを特徴とする請求項1に記載の表面実装型SAWデバイス。
- 前記圧電基板が、LiTaO3であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の表面実装型SAWデバイス。
- 絶縁基板、該絶縁基板の底部に配置した表面実装用の外部電極、及び該絶縁基板の上部に配置され且つ前記外部電極と導通した配線パターン、を備えた実装基板と、圧電基板、該圧電基板の一面に形成したIDT電極、及び前記配線パターンと導体バンプを介して接続される接続パッド、を備えたSAWチップと、前記SAWチップを実装基板上にフリップチップ実装した状態でSAWチップ外面から実装基板上面にかけて被覆形成されることにより前記IDT電極と前記実装基板との間に気密空間を形成する封止樹脂と、を備え、前記圧電基板の結晶構造がシェーンフリース記号でC1、C2、CS、C2V、C4、C4V、C3、C3V、C6、C6Vの何れかの点群に属している表面実装型SAWデバイスにおいて、
前記封止樹脂が比誘電率3.2以下、且つ体積抵抗率1×1016Ω・cm以下であり、
前記SAWチップ上面の封止樹脂の厚みHが0.02mm以上であり、
前記圧電基板の導電性を高めることによって、封止樹脂の帯電を抑制したことを特徴とする表面実装型SAWデバイス。
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