JP2006210530A

JP2006210530A - 機能素子体及びその製造方法並びに回路モジュール

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Publication number: JP2006210530A
Application number: JP2005018821A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Oya; 洋一大矢
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2025-01-26
Also published as: JP4403977B2

Abstract

【課題】チップサイズ実装による小型化を図り、ハーメチックシール構造により可動子を高気密空間部に封装し、寄生容量の低減と生産性、歩留まり向上を図る。
【解決手段】相対する可動子電極１１と外部接続用電極１２とが絶縁層１０内に引き回した迂回配線パターン１５によってそれらの間に形成された枠状のシールド部材接合用導体部１３を迂回して接続される。可動子電極１１と外部接続用電極１２との間でシールド部材接合用導体部１３にハーメチック接合されたシールド部材７の空間部９内に配線層５上に形成された可動子６を封装する。
【選択図】図１

Description

本発明は、機能面に可動部が設けられた、例えば表面弾性波素子（SAW・Device：Surface Acoustic Wave・Device）やバルク弾性波素子（BAW・Device：Bulk Acoustic Wave・Device）或いは微小電子機械部品（MEMS:Micro Electro Mechanical Systems）や圧電薄膜共振素子（FBAR：Film Bulk Acoustic Resonator・Device ）等の機能素子体（機能ディバイス）及びその製造方法並びにこの機能素子体を備える回路モジュールに関する。

パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ビデオ機器、オーディオ機器等の各種モバイル電子機器においては、近年小型軽量化や多機能化、高機能化、高速処理化等が図られている。各種モバイル電子機器においては、このために微細な配線パターンを有する配線層を多層に形成して高密度配線化を図った実装用基板を用い、この実装用基板に小型で多機能化が図られた集積回路素子や電子部品或いは各種の半導体ディバイス部品をフリップチップ実装法等の表面実装法によって実装した回路モジュールが備えられる。

回路モジュールとしては、例えば半導体ディバイスが、樹脂モールドやセラミックパッケージから突出した端子を介する実装方法から、非パッケージ状態のいわゆるベアチップを実装用基板に直接実装することによってチップサイズ化を図った実装方法も採用されている。回路モジュールは、実装用基板に形成した多数個の素子実装用ランド上に予めバンプを設け、実装用基板に対して位置決めして組み合わせたベアチップをその入出力電極と素子実装用ランドとをバンプによって固定することにより実装する。

回路モジュールにおいては、実装用基板が素子実装領域をチップと同等のサイズとして実装面積の狭域化や多ピン化の対応を図ることにより、電子部品や半導体ディバイス等の実装部品を高密度に実装することを可能とする。また、回路モジュールは、実装用基板に実装したベアチップを絶縁樹脂によって封止することにより、他の実装部品との絶縁や機械的保護が図られるようにする。

ところで、回路モジュールにおいては、機能面に可動子や振動子を有するＳＡＷ素子やＭEＭＳ素子等の機能素子を備える場合に、上述した一般的な実装部品と同様に実装後に絶縁樹脂によって封装する構造を採用することができない。また、これら機能素子は、微細な可動子や振動子が機能面に露出された状態のままにある場合に、パッケージ化工程や製品化工程等において可動子や振動子の変形や破損を防止するために細心の注意を必要とさせて効率を低下させるといった問題があった。機能素子体は、製造工程中での加熱或いはエッチング液等の影響を受け、また製品化後においても温度変化或いは酸化によって特性が大きく変化するといった問題がある。したがって、回路モジュールは、上述した機能素子を有する場合に、チップを樹脂製キャップ体によって気密パッケージングしたものを用いて実装用基板の表面に実装していた。

従来の機能素子１００は、図１０に示すように中空部１０２を有するセラミック基板からなる素子基板１０１が用いられ、中空部１０２内にベアチップ１０３を機能面１０３ａを上側にして実装する。機能素子１００は、ベアチップ１０３の機能面１０３ａに形成した入出力電極１０４と素子基板１０１の中空部１０２に形成した電極とをワイヤ１０５によって接続する。機能素子１００は、中空部１０２を被覆するようにして例えばセラミックプレートや金属プレートからなるカバー体１０６を組み合わせ、このカバー体１０６を半田銀ロー等の接続層１０７を介して素子基板１０１に接合することにより、ベアチップ１０３を中空部１０２内に封装して形成される。

回路モジュール１１０は、図１１に示すように上述した機能素子１００を、実装用基板１１１の主面１１１ａ上に実装する。回路モジュール１１０は、実装用基板１１１の主面１１１ａに、素子基板１０１側に形成した接続用電極１０８に対応して実装用ランド１１２が形成されている。回路モジュール１１０は、各実装用ランド１１２上に半田ペースト１１３を設けた実装用基板１１１に対して、機能素子１００が相対する各実装用ランド１１２と各接続用電極１０８とを位置合わせされる。回路モジュール１１０は、例えばリフロー加熱処理が施されることによって半田ペースト１１３を介して相対する実装用ランド１１２と接続用電極１０８とが固定されて、実装用基板１１１の主面１１１ａ上に機能素子１００を実装する。

上述した従来の回路モジュール１１０においては、素子基板１０１に対してベアチップ１０３をワイヤボンディング法によって実装して機能素子１００を構成することから、実装用基板１１１に対する機能素子１００の実装領域がベアチップ１０３を直接実装する場合に比べて大きくなってしまう。したがって、回路モジュール１１０は、実装用基板１１１の主面１１１ａ上における部品実装効率が悪くなり、小型軽量化を保持して多機能化や高機能化或いは高速処理化を実現することが困難であった。

図１２に示した従来の回路モジュール１２０は、上述した回路モジュール１１０の問題点を解決するために提案されたものであり、実装用基板１２１の主面１２１ａ上に例えばフリップチップ法等によってベアチップ１０３を実装してなる。実装用基板１２１には、主面１２１ａ上にベアチップ１０３の入出力電極１０４と対応して実装用ランド１２２が形成され、これら実装用ランド１２２がビア１２３を介して内層の配線層と適宜接続される。実装用基板１２１には、主面１２１ａ上に実装用ランド１２２を囲んで枠状の導体部１２４が形成されている。

回路モジュール１２０は、入出力電極１０４上にバンプ１２５を設け実装用基板１２１に対して、ベアチップ１０３が機能面１０３ａを実装面として相対する各実装用ランド１２２に各入出力電極１０４を位置合わせされる。回路モジュール１２０は、例えばベアチップ１０３を実装用基板１２１に対して加熱しながら押圧するフリップチップボンディング法によってバンプ１２５を介して相対する実装用ランド１２２と入出力電極１０４とが固定され、実装用基板１２１の主面１２１ａ上にベアチップ１０３を実装する。

回路モジュール１２０においては、ベアチップ１０３を被冠するようにしてキャップ部材１２６が実装用基板１２１の主面１２１ａ上に組み合わされる。回路モジュール１２０は、キャップ部材１２６が金属材によってその開口縁１２６ａを全周に亘って導体部１２４と対向された略キャップに形成される。回路モジュール１２０は、キャップ部材１２６がその開口縁１２６ａを半田１２７を設けた導体部１２４上に突き当てた状態で、例えばリフロー加熱処理を施す。回路モジュール１２０は、キャップ部材１２６が開口縁１２６ａを半田１２７を介して導体部１２４に全周に亘って固定されることによってハーメチックシールド構造を構成し、気密化した中空空間部１２８内にベアチップ１０３を封装する。

回路モジュール１２０においては、上述したように実装用基板１２１の導体部１２４とキャップ部材１２６の開口縁１２６ａとをハーメチックシールド構造によって一体化することで、各実装用ランド１２２と主面１２１ａ上の配線パターン１２９とがビア１２３を介して内層の配線層を経由する迂回配線路によって接続される。したがって、回路モジュール１２０においては、ビアや迂回配線路によって配線長が長くなることで、寄生容量が発生して線路損失による特性低下やノイズの重畳或いは高速化を困難とさせる等の問題が生じる。また、回路モジュール１２０においては、ベアチップ１０３を実装用基板１２１に実装する際に、微細な可動部に変形や破損が生じないように細心の注意が必要とされ作業効率が低下される。回路モジュール１２０においては、ベアチップ１０３の可動部の損傷等によって歩留りが低くなるといった問題があった。

図１３に示した機能素子体１３０は、ウエハー１３１上で、可動部１３２を被覆するキャップ部材１３３を取り付けるようにすることで、後工程における可動部１３２の損傷が防止されるようにする。機能素子体１３０は、キャップ部材１３３がウエハー１３１上に形成された電極１３４上に接着剤１３５によって接合される。機能素子体１３０においては、このため接着剤１３５として例えば絶縁性を有するエポキシ系樹脂等の樹脂接着剤が用いられるが、上述した金属材によるハーメチックシールド構造と比較して中空空間部１３６を充分な気密性に保持し得ないといった問題がある。

上述した従来の機能素子や回路モジュールの問題を解決するために、ベアチップを絶縁層内に形成した中空部に封装することによって、実装効率と特性の安定化を図るようにした試みが提案されている。例えば、特許文献１には、機能素子のアクティブ面を囲んで接着層を構成する絶縁樹脂枠と接続用バンプとを設け、アクティブ面を実装面として機能素子を実装用基板に表面実装したマイクロパッケージが開示されている。マイクロパッケージは、機能素子のアクティブ面と実装用基板の主面との間に絶縁樹脂枠によって中空部が構成される。

また、特許文献２には、後工程の効率化を図るために、ウエハー上で接合部や中空部を形成したキャップ基板を、電極や可動部を形成した素子形成ウエハー上に実装してハーメチックシーリングを行い、各ウエハーを切断して個々に分割する機能素子体が開示されている。

特許第３５１４３４９号公報特開２００２−２４６４８９号公報

ところで、上述した特許文献１に開示されたマイクロパッケージは、薄型化に有効であるが、チップ素子に接続バンプを形成する領域と枠状の絶縁樹脂層を形成する領域とを設けることから機能素子体自体が大型化する。マイクロパッケージは、実装用基板に対して機能素子体をその外形と同等の実装領域に実装することを可能とするが、大きな機能素子体の構成から全体としての小型化にさほど貢献し得ない。また、マイクロパッケージは、機能素子体が実装用基板に開放された状態で実装されることから、外部環境の影響を受けて安定した動作が行われない虞や酸化等による経時劣化や製品寿命の低下といった問題がある。

また、特許文献２に開示された機能素子体は、後工程におけるハンドリング性の向上が図られることで、生産性が向上するとともに微細な可動部の損傷が防止されて歩留りも向上する。機能素子体は、ウエハー上で高精度に形成されるが、例えば配線層にビアホール等を形成したり多層化するには適していない。機能素子体は、単体として小型化が図られるようになるが、実装用基板に実装する構造が複雑となって小型化や薄型化に貢献し得ないといった問題がある。機能素子体は、中空部を高度の気密性を保持することが困難であり、上述した特許文献１のマイクロパッケージと同様に外部環境の影響による動作不良や酸化等の問題もある。

したがって、本発明は、チップサイズ実装による小型化を図り、ハーメチックシールド構造により機能素子体を空間部に高気密状態で封装するとともに寄生容量の発生を低減し、生産性と歩留りの向上とを図る機能素子体及びその製造法並びに回路モジュールを提供することを目的とする。

上述した目的を達成する本発明にかかる機能素子体は、素子基板と、配線層と、可動子と、シールド部材とから構成される。機能素子体は、素子基板をウエハーを切り分けて形成する。機能素子体は、配線層が、素子基板の主面上に形成された絶縁層と、この絶縁層の主面に形成された多数個の可動子電極と、これら可動子電極を囲む外周領域に形成された多数個の外部接続用電極と、これら各可動子電極と各外部接続用電極との間の枠状領域に全周に亘って形成された枠状のシールド部材接合用導体部と、絶縁層の内層にシールド部材接合用導体部を横切るパターンとして形成されビアによってそれぞれの一端部が相対する各可動子電極と接続されるとともに他端部が相対する各外部接続用電極と接続されることによりこれら可動子電極と外部接続用電極とを絶縁層内においてシールド部材接合用導体部を迂回して接続する迂回配線パターンとから構成される。機能素子体は、可動子が、配線層の主面上に形成される。機能素子体は、シールド部材が、金属薄板によって可動子を被覆する空間部を有する略キャップ状に形成され、配線層の主面上において各可動子電極の形成領域と外部接続用電極の形成領域との間に形成されたシールド部材接合用導体部に対して開口縁部が全周に亘ってハーメチック接合されることにより、可動子をシールドして配線層上に固定される。

以上のように構成された機能素子体は、可動子が配線層上に形成されるとともに、配線層の相対する各可動子電極と各外部接続用電極とが枠状のシールド部材接合用導体部に対して絶縁層内に引き回した迂回配線パターンによって迂回接続され、各可動子電極と各外部接続用電極との間において枠状に形成されたシールド部材接合用導体部に対してシールド部材が開口縁部を全周に亘って接合されることで可動子を空間部内に封装する。機能素子体においては、ウエハーの主面上に例えば薄膜技術によって高精度にかつごく薄厚に成膜形成した配線層上に可動子を設けることによって小型化が図られる。機能素子体は、外部接続用電極によってモジュール基板等に対して他の部品等と同様に表面実装法によって同時にかつ簡易に実装され、短縮化された迂回配線パターンにより寄生容量の影響が回避されるとともにノイズの重畳を抑制して高速処理化も図られるようになる。機能素子体は、金属製のシールド部材の開口縁部とシールド部材接合用導体部とを半田等によりハーメチック接合することで可動子が高気密な空間部内に封装されるようになり、微細な可動子が安定した状態で動作して信頼性の向上が図られるとともに酸化等の発生を抑制されて長寿命化が図られるようになる。機能素子体は、可動子がいわゆるウエハー工程においてシールド部材によって被覆されることから、モジュール基板への実装工程等の後工程において微細な可動子の損傷が防止されて歩留りと生産性の向上が図られるようになる。

また、上述した目的を達成する本発明にかかる機能素子体の製造方法は、ウエハーの主面上に配線層を形成する配線層形成工程と、配線層の主面上に可動子を形成する可動子形成工程と、配線層上にシールド部材を接合して可動子を封装するシールド部材接合工程とを有する。機能素子体の製造方法は、配線層形成工程が、素子基板の主面上に絶縁層を形成し、この絶縁層の主面に多数個の可動子電極と、これら可動子電極を囲む外周領域に形成された多数個の外部接続用電極と、これら各可動子電極と各外部接続用電極との間の枠状領域に全周に亘って形成された枠状のシールド部材接合用導体部とを形成するとともに絶縁層の内層にシールド部材接合用導体部を横切るパターンとして形成されビアによってそれぞれの一端部が相対する各可動子電極と接続されるとともに他端部が相対する各外部接続用電極と接続されることによりこれら可動子電極と外部接続用電極とを絶縁層内においてシールド部材接合用導体部を迂回して接続する迂回配線パターンとを有する配線層を形成する。機能素子体の製造方法は、可動子形成工程が、配線層上に微細な可動子を形成する。機能素子体の製造方法は、シールド部材接合工程が、金属薄板によって可動子を被覆する空間部を有する略キャップ状に形成されたシールド部材を、配線層の主面上において各可動子電極の形成領域と各外部接続用電極の形成領域との間においてシールド部材接合用導体部に対して開口縁部が全周に亘ってハーメチック接合されることにより可動子をシールドする。

以上の工程を有する本発明にかかる機能素子体の製造方法は、可動子を配線層上に設けるとともに、相対する各可動子電極と各外部接続用電極とを配線層の層内に引き回し形成した迂回配線パターンによって枠状のシールド部材接合用導体部を迂回して接続し、各可動子電極と各外部接続用電極との間において枠状に形成されたシールド部材接合用導体部に対してシールド部材が開口縁部を全周に亘って接合することで可動子を空間部内に封装した機能素子体を製造する。機能素子体の製造方法は、ウエハーの主面上に薄膜技術によって形成した配線層上に可動子を形成することから小型でかつ迂回線路も短縮化されて寄生容量の影響が回避され、またノイズの重畳を抑制して高速処理化も図られる機能素子体を製造する。機能素子体の製造方法は、外部接続用電極を介してモジュール基板等に対して他の部品等と同様に表面実装法により簡易に実装することが可能であり、取り扱いを簡便化した機能素子体を効率よく製造する。機能素子体の製造方法は、金属製のシールド部材の開口縁部とシールド部材接合用導体部とを半田等によりハーメチック接合することで、可動子を高気密空間部内に封装して微細な可動子が安定した状態で動作して信頼性の向上を図りかつ酸化の発生を抑制して長寿命化が図られる機能素子体を製造する。機能素子体の製造方法は、微細な可動子をウエハー工程でシールド部材によって被覆することで、モジュール基板等に実装する後工程において可動子の損傷を防止して歩留りと生産性の向上を図る。

さらに、上述した目的を達成する本発明にかかる回路モジュールは、機能素子体と、この機能素子体を主面上に実装したモジュール基板とを備える。回路モジュールは、機能素子体が、ウエハーを切り分けた素子基板と、配線層と、可動子と、シールド部材とから構成される。機能素子体は、配線層が、素子基板の主面上に形成された絶縁層と、この絶縁層の主面に形成された多数個の可動子電極と、これら可動子電極を囲む外周領域に形成された多数個の外部接続用電極と、これら各可動子電極と各外部接続用電極との間の枠状領域に全周に亘って形成された枠状のシールド部材接合用導体部と、絶縁層の内層にシールド部材接合用導体部を横切るパターンとして形成されビアによってそれぞれの一端部が相対する各可動子電極と接続されるとともに他端部が相対する各外部接続用電極と接続されることによりこれら可動子電極と外部接続用電極とを絶縁層内においてシールド部材接合用導体部を迂回して接続する迂回配線パターンとから構成される。機能素子体は、可動子が配線層上に形成される。機能素子体は、シールド部材が、金属薄板によって可動子を被覆する空間部を有する略キャップ状に形成され、配線層の主面上において各可動子電極の形成領域と外部接続用電極の形成領域との間においてシールド部材接合用導体部に対して開口縁部が全周に亘ってハーメチック接合されることにより可動子をシールドして配線層の主面上に固定される。回路モジュールは、モジュール基板が、主面に開口する凹陥部と、この凹陥部の周辺部位に機能素子体の各外部接続用電極に対応して多数個の実装用ランドが形成される。回路モジュールは、機能素子体が、シールド部材を凹陥部内に臨ませるとともに各外部接続用電極を電気・機械接合子を介して相対する各実装用ランドに接合することによって、モジュール基板上に表面実装する。

以上のように構成された回路モジュールにおいては、ウエハーの主面上に、多数個の可動子電極と外部接続用電極及びシールド部材接合用導体部とを形成するとともに、相対する各可動子電極と外部接続用電極とを配線層の層内に引き回した迂回配線パターンによって接続し、各可動子電極と各外部接続用電極との間において枠状に形成されたシールド部材接合用導体部に対してシールド部材が開口縁部を全周に亘って接合されることで構成された高気密な空間部内に配線層上に形成した可動子を封装した機能素子体を備える。回路モジュールにおいては、小型で信頼性の向上が図られた機能素子体を、モジュール基板に対して他の部品等と同様に表面実装法による簡易な工程で、実装スペースと作業性を効率化して実装することで、小型化、高密度実装化が図られる。回路モジュールは、金属製のシールド部材の開口縁部とシールド部材接合用導体部とを半田等の電気的かつ機械的接合子によりハーメチック接合して可動子を高気密な空間部内に封装しかつ配線層内に短縮化された迂回配線パターン路を形成することで、寄生容量の影響を回避し、微細な可動子が安定した状態で動作して信頼性の向上が図られ、酸化の発生を抑制して長寿命化が図られた機能素子体を備えることで、特性の向上が図られる。回路モジュールは、可動子がいわゆるウエハー工程でシールド部材によって被覆された機能素子体をモジュール基板に実装することから、機能素子体実装工程までの取り扱いが容易となり生産性の向上が図られるとともに微細な可動子の損傷が防止されて歩留りの向上も図られるようになる。

本発明によれば、ウエハーを切り分けた素子基板の主面上に、多数個の可動子電極と、多数個の外部接続用電極と、これら可動子電極と外部接続用電極との間の枠状領域に全域に亘って形成されたシールド部材接合用導体部と、相対する可動子電極と外部接続用電極とをビアを介して層内において迂回接続してなる内層に形成された迂回配線パターンとを有し、高精度かつ薄厚に形成された配線層上に微細な可動子を形成するとともに、この可動子をシールド部材によって高気密状態で封装することで、小型化或いは高密度実装化が図られるようになり、また安定した動作と寄生容量の抑制とにより信頼性及び特性の向上と長寿命化も図られるようになる。本発明によれば、微細な可動子の損傷が防止されるとともに簡易な実装工程とにより、生産性と歩留りの向上が図られるようになる。

以下、本発明の実施の形態として示す機能素子体１及びこの機能素子体１をモジュール基板３に実装した回路モジュール２について、図面を参照して詳細に説明する。機能素子体１は、図１に示すように素子基板４と、配線層５と、可動子６と、シールド部材７とを備えている。機能素子体１は、詳細を後述するように半導体プロセス等で用いられる大判のシリコン基板（ウエハー）８上で多数個が一括して形成され、ウエハー８の切断工程を経て１個ずつに切り分けられて製造される。機能素子体１は、配線層５の主面５ａ上に形成された微細な可動子６を、配線層５の主面５ａ上に固定されたシールド部材７の空間部９内に封装してなるＳＡＷ素子、ＢＡＷ素子、ＦＢＡＲ素子或いはＭＥＭＳである。機能素子体１は、後述する実装工程によってモジュール基板３に実装されて図２に示した回路モジュール２を構成する。

機能素子体１は、詳細を後述する薄膜技術工程によって素子基板４の主面４ａ上に配線層５を形成する。配線層５は、素子基板４の主面４ａ上に感光性を有する例えばベンゾシクロブテンやポリイミド等の低誘電率特性、耐熱性或いは耐薬品性に優れた誘電絶縁材によって誘電絶縁層１０を形成し、この誘電絶縁層１０にスパッタ法等によって例えば銅薄膜層を形成し、この銅薄膜層に対して所定のパターニング処理を施して導体パターンや配線パターンを形成する。なお、配線層５は、絶縁層１０を上述した誘電絶縁材によって形成することに限定されず、例えばエポキシ樹脂やフェノール樹脂等の適宜の絶縁樹脂材を用いて形成するようにしてもよいことは勿論である。配線層５は、この工程を適宜繰り返すことによってそれぞれに所定の配線パターンが形成された多層配線層であってもよい。

配線層５は、絶縁層１０の主面１０ａ上に、多数個の可動子電極１１と、多数個の外部接続用電極１２と、シールド部材接合用導体部１３とが形成される。配線層５は、絶縁層１０の内層に多数個のビア１４と、迂回配線パターン１５とが形成される。各可動子電極１１は、詳細を省略するが可動子６が一体化されるグランド電極や、可動子６と対向して形成されて駆動信号が印加される駆動電極或いは可動子６を所定位置に保持するバイアス電極等の電極群からなる。

各外部接続用電極１２は、各可動子電極１１にそれぞれ相対するとともに、これら可動子電極１１を囲む外周領域に位置して絶縁層１０の主面１０ａ上に形成される。各外部接続用電極１２は、詳細を省略するが可動子６を駆動させる駆動信号の入力電極や可動子６の動作による出力信号の出力電極を構成するとともに、機能素子体１をモジュール基板３に実装する際の実装用ランドを構成する。

シールド部材接合用導体部１３は、絶縁層１０の主面１０ａ上において、各可動子電極１１の形成領域とこれら可動子電極１１を囲む外周領域に形成された各外部接続用電極１２との間の枠状領域に位置してその全域に亘って枠状に形成される。シールド部材接合用導体部１３は、後述するようにシールド部材７をハーメチック接合する部位であることから、所定の幅を以って形成される。勿論、シールド部材接合用導体部１３は、可動子電極１１や外部接続用電極１２と絶縁を保持されて形成される。

配線層５は、絶縁層１０の内層に多数の迂回配線パターン１５が形成される。各迂回配線パターン１５は、それぞれの一端部が相対する可動子電極１１と対向されるとともに他端部が相対する外部接続用電極１２と対向され、絶縁層１０を挟んでシールド部材接合用導体部１３を横切って絶縁層１０内に形成されている。各迂回配線パターン１５は、両端部が絶縁層１０を挟んで対向する可動子電極１１及び外部接続用電極１２とそれぞれビア１４によって接続される。したがって、各迂回配線パターン１５は、相対する可動子電極１１と外部接続用電極１２とを絶縁層１０内においてシールド部材接合用導体部１３を迂回して接続する。

配線層５は、詳細を後述するように高精度の平坦性を有するウエハー８上に薄膜技術によって形成されることで、厚みが１０μｍ程度の絶縁層１０内に各迂回配線パターン１５を形成することが可能である。したがって、配線層５は、線路長を抑制した各迂回配線パターン１５によって相対する可動子電極１１と外部接続用電極１２とを接続することで、機能素子体１の特性に影響を与えるレベルの寄生容量の発生が抑制される。なお、配線層５は、各迂回配線パターン１５が絶縁層１０内に形成されるように説明したが、詳細には後述するようにウエハー８上に直接形成される。

シールド部材７は、金属薄板によって開口縁部７ａが全周に亘って上述したシールド部材接合用導体部１３と対向する開口形状を有するとともに、内部に可動子６が動作することが可能な大きさを有する空間部９を構成して全体略キャップ状に形成される。シールド部材７は、配線層５の主面５ａ上に、開口縁部７ａをシールド部材接合用導体部１３上に全周に亘って突き合わせることによって可動子６を被覆して組み合わされる。シールド部材７は、突き合わせた開口縁部７ａとシールド部材接合用導体部１３とを全域に亘って半田等による金属接合材１６によって配線層５の主面５ａ上にハーメチック接合される。

機能素子体１は、配線層５の主面５ａ上にシールド部材７をハーメチック接合することによって空間部９を高気密空間部に構成し、その内部に可動子６を封装する。機能素子体１は、シールド部材７の配線層５上への接合工程を後述するように真空槽内や不活性ガス槽内において行うことによって、空間部９を真空或いは不活性ガス雰囲気の空間部として構成する。

したがって、機能素子体１は、適宜の金属材によって微細に形成された可動子６が、空間部９内において外部環境の影響を抑制して安定した状態で動作して信頼性の向上を図りかつ酸化の発生を抑制して長寿命化が図られるようになる。機能素子体１は、可動子６がシールド部材７の空間部９内に封装されることによって、モジュール基板３への実装等の後工程において取り扱いを容易にするとともに破損の発生が防止されるようにする。

機能素子体１は、配線層５の主面５ａを実装面として、モジュール基板３の主面３ａ上に実装される。モジュール基板３は、例えばガラスエポキシ基板の両面に銅箔層が形成された一対の両面基板が用いられ、これら両面基板の各銅箔層に対して周知のパターニング処理を施してそれぞれ配線パターンを形成し、プリプレグによって一体に積層した積層基板からなる。モジュール基板３は、各両面基板或いはプリプレグを貫通するビアを形成して各層の配線パターンを適宜接続する。なお、モジュール基板３は、両面基板をコア基板として、絶縁層と配線パターン層とを順次積層形成する等の従来実施されている種々の多層配線基板技術によって製作してもよく、また両面基板や片面基板であってもよい。

モジュール基板３には、主面３ａに例えばルータ加工等を施して底面に銅箔層をベタ状に残したアースパターン２０を全体に露出させて凹陥部２１が形成される。モジュール基板３は、凹陥部２１が、上述した機能素子体１の配線層５の主面５ａから突出するシールド部材７を収納するに足る開口寸法と深さ寸法とを以って形成される。モジュール基板３は、凹陥部２１の底面にベタのアースパターン２０を形成することによって、機能素子体１が電磁遮蔽空間部内に配置されて安定した動作が行われるようになる。

モジュール基板３には、凹陥部２１の開口縁を取り囲むようにして、上述した機能素子体１の各外部接続用電極１２と対向する多数個の実装用ランド２２が形成されている。モジュール基板３は、第２主面３ｂが実装ボード等に対する実装面を構成し、この第２主面３ｂに実装用ランド等を有する配線パターン２３が形成されている。

機能素子体１は、配線層５の主面５ａに形成した各外部接続用電極１２上にそれぞれバンプ１７が設けられ、各外部接続用電極１２を相対する実装用ランド２２に位置決めするとともにシールド部材７を凹陥部２１に臨ませてモジュール基板３に組み合わされる。機能素子体１は、モジュール基板３に対して所定温度に加熱しながら押圧処理が施されることによって、バンプ１７を介してモジュール基板３に実装されて回路モジュール２を完成させる。

回路モジュール２は、モジュール基板３の主面３ａ上に表面実装法によって機能素子体１を実装することで、簡易な工程で他の半導体チップや実装部品とともに実装することを可能として実装工程の合理化が図られる。回路モジュール２は、小型で信頼性の高い機能素子体１を表面実装することで小型化、高機能化或いは多機能化が図られるとともに高密度実装化も図られるようになる。回路モジュール２は、上述したように可動子６をウエハー工程でシールド部材７によって被覆した機能素子体１をモジュール基板３に実装することから、取り扱いが容易となり生産性の向上が図られるとともに微細な可動子６の損傷も防止されて歩留りの向上が図られるようになる。

上述した機能素子体１は、大判のウエハー８を用いて薄膜技術により多数個を一括して製作した後に、ウエハー８に切断工程を施して１個ずつに切り分けられて製造される。機能素子体１の製造工程は、ウエハー８の主面上に配線層５を形成する配線層形成工程と、可動子６を形成する可動子形成工程と、配線層５の主面５ａ上に可動子６を被覆してシールド部材７を接合するシールド部材接合工程とを有する。機能素子体１の製造工程を以下に説明するが、かかる工程に限定されるものでは無いことは勿論である。

配線層形成工程は、高精度の平坦面とされたウエハー８の主面８ａ上に、各機能素子体１の形成領域に対応してそれぞれ配線層５を形成する。なお、以下の説明においては、１個の機能素子体１について代表して説明する。配線層形成工程は、ウエハー８の主面８ａ上に、迂回配線パターン１５を形成する工程と、絶縁層１０を形成する工程と、ビア１４を形成する工程と、絶縁層１０の主面１０ａ上に可動子電極１１と外部接続用電極１２及びシールド部材接合用導体部１３を形成する工程とを有する。

迂回配線パターン形成工程は、例えばシードメタル層を形成する工程と、めっきレジスト層を形成する工程と、めっきレジスト層にパターニングを施す工程と、電解銅めっきを施す工程と、エッチング処理工程と、シードメタル層除去工程を有する。シードメタル層形成工程は、ウエハー８の主面８ａ上に、例えばスパッタ法等によってウエハー８との密着性を向上させる均一な膜厚を有するチタン、窒化チタン、クロム等の下地金属薄膜層を成膜するとともに、この下地金属薄膜層上に電解銅めっき処理を施す際にシードメタルとして機能する均一な膜厚の銅薄膜層を形成する。

めっきレジスト層形成工程は、銅薄膜層上に例えばスピンコート法等により全面に亘って均一な膜厚を有するめっきレジスト層を形成する。めっきレジスト層パターニング工程は、めっきレジスト層にフォトリソグラフ処理を施すことによって、上述した構成の各迂回配線パターン１５に対応する形状の開口部を形成する。電解銅めっき工程は、めっきレジスト層の開口部からシードメタル層に通電して電解銅めっき処理を施すことによって、開口部に所定の厚みを有する銅めっき層を選択的に形成する。エッチング処理工程は、例えばアセトン等のレジスト除去液によって不要なめっきレジスト層を除去する。なお、エッチング処理工程は、例えば酸素プラズマ処理を施して不要なめっきレジスト層を除去するようにしてもよい。

シードメタル層除去工程は、ウエハー８の主面８ａ上に形成されたシードメタル層の不要部位を除去する工程である。シードメタル層は、上述したようにウエハー８の主面８ａ上に全面に亘って形成されることから、めっきレジスト層が除去されることによって迂回配線パターン１５を構成する銅めっき層の非形成領域に不要な部位として露出する。シードメタル層除去工程は、例えば硝酸と酢酸及び硫酸の混合溶液によって銅薄膜層を除去するとともに希フッ酸水溶液によって下地金属薄膜層を除去する。迂回配線パターン形成工程は、上述した各工程を経て、ウエハー８の主面８ａ上に図３に示すように多数個の迂回配線パターン１５を形成する。

なお、迂回配線パターン形成工程は、上述した工程に限定されるものでは無い。迂回配線パターン形成工程は、例えばウエハー８の主面８ａ上に所定の厚みで金属層を形成する工程と、この金属層に対して感光性のエッチングレジスト層を形成する工程と、このエッチングレジスト層に対してパターニングマスクを介して感光・現像処理を施して開口部を形成する工程と、開口部に露出された金属層を除去する工程と、エッチングレジスト層を除去する工程等を経て迂回配線パターン１５を形成するようにしてもよい。

絶縁層形成工程は、例えばベンゾシクロブテン等の絶縁樹脂材を厚みを精密に制御可能なスピンコート法等の塗布方法によってウエハー８の主面８ａ上に全面に亘って均一な厚みで塗布することによって絶縁層１０を形成する。絶縁層１０は、上述したように１０μｍ程度の厚みを以って、迂回配線パターン１５を覆ってウエハー８の主面８ａ上に形成される。

ビア形成工程は、絶縁層１０に多数個のビアホールを形成する工程と、各ビアホールに導通処理を施す工程とを有する。ビアホール形成工程は、絶縁層１０に対して、各迂回配線パターン１５の両端部に対向する所定位置に例えば反応性イオンエッチング法やレーザ照射によるドライエッチング法等を施して、図４に示すように各迂回配線パターン１５の両端部を外方に臨ませるビアホール３０を形成する。各ビアホール３０には、例えば得簿記樹脂等の樹脂が充填されて孔埋めが行われる。ビアホール導通処理工程は、電解銅めっき処理を施して絶縁層１０に形成された各ビアホール３０に導通処理を施してビア１４を形成する。

電極形成工程は、絶縁層１０の主面１０ａ上に、上述したように可動子電極１１と外部接続用電極１２とシールド部材接合用導体部１３とを形成する。電極形成工程も、絶縁層１０の主面１０ａ上に、上述した迂回配線パターン形成工程と同様に、シードメタル層を形成する工程と、めっきレジスト層を形成する工程と、めっきレジスト層にパターニングを施す工程と、電解銅めっき処理を施す工程と、エッチング処理工程と、シードメタル層除去工程を施す。

シードメタル層形成工程は、絶縁層１０の主面１０ａ上にスパッタ法等によって全面に亘って薄膜のシードメタル層を形成する。めっきレジスト層形成工程は、スピンコート法等によってシードメタル層上に全面に亘って所定の厚みでめっきレジストを塗布することによってめっきレジスト層を形成する。パターニング工程は、めっきレジスト層にフォトリソグラフ処理を施して、このめっきレジスト層に可動子電極１１と外部接続用電極１２とシールド部材接合用導体部１３にそれぞれ対応する形状の開口部を形成する。なお、パターニング工程は、ビア１４の対応部位にも開口部を形成する。

電解銅めっき工程は、めっきレジスト層に形成した各開口部からシードメタル層に通電して電解銅めっき処理を施すことによって、各開口部の内部に所定の厚みを有する銅めっき層を選択的に形成する。電解銅めっき工程は、各ビア１４の開口部位にも銅めっき層を形成して蓋閉めを行い、この銅めっき層によって各可動子電極１１及び各外部接続用電極１２と相対するビアとを一体化する。

エッチング処理工程は、例えばアセトン等のレジスト除去液によって不要なめっきレジスト層を除去する。シードメタル層除去工程は、銅めっき層の非形成領域に不要な部位として露出したシードメタル層を除去することによって、絶縁層１０の主面１０ａ上に図５に示すように多数個の可動子電極１１と、これら可動子電極１１を囲む多数個の外部接続用電極１２と、各可動子電極１１と各外部接続用電極１２との間に位置する枠状のシールド部材接合用導体部１３とを有する配線層５を形成する。

機能素子体製造工程は、上述した各工程を経て形成した配線層５の主面５ａ上に、犠牲層３１を形成する工程と可動子６を形成する工程と犠牲層３１を除去する工程とを有する可動子形成工程が施されて可動子６が形成される。犠牲層形成工程は、配線層５の主面５ａ上に、図６に示すように例えば酸化膜やシリコン或いは有機膜等によって所定の厚みを有する犠牲層３１を形成する。犠牲層形成工程は、犠牲層３１に対して所定の可動子電極を外方に臨ませるパターニングを施す。

可動子形成工程は、犠牲層３１上に金属層を形成し、この金属層にパターニング処理を施して、図７に示すように所定の可動子電極と一体化された可動子６を形成する。犠牲層除去工程は、例えばフッ酸系溶剤やアルカリ系溶剤等の所定の犠牲層除去剤によって犠牲層３１を除去することにより、図８に示すように配線層５の主面５ａ上に３次元構造の可動子６を形成した中間体３２を形成する。なお、可動子形成工程は、上述したように真空或いは不活性ガス雰囲気において行うことによって、高精度の可動子６を形成する。

機能素子体製造工程は、シールド部材接合工程において、上述した中間体３２に対して配線層５の主面５ａ上にシールド部材７を接合することによって可動子６を空間部９内に封装する。シールド部材接合工程は、例えば真空槽内において、上述したシールド部材接合用導体部１３に対してシールド部材７を半田等の金属接合材によりハーメチック接合する。シールド部材接合工程は、シールド部材７が、その開口縁７ａをシールド部材接合用導体部１３に突き当てられて全周に亘って半田処理を施されることによって強固に固定する。シールド部材接合工程は、シールド部材７をシールド部材接合用導体部１３にハーメチック接合することによって空間部９を真空雰囲気の高気密空間部に構成し、この空間部９内に可動子６を封装する。

機能素子体製造工程は、上述した工程を経て図９に示すように、大判のウエハー８の主面８ａ上に多数個の機能素子体１を一括して製作する。機能素子体製造工程は、ダイサー等によってウエハー８を各機能素子体１の形成領域毎に１個ずつ切り分けることによって機能素子体１を製造する。機能素子体製造工程においては、ウエハー状態で微細な可動子６をシールド部材７によって被覆した状態で切り分け工程を施すことから、冷却水の水圧によって可動子６が変形したり破損したりすることが防止される。

機能素子体製造工程においては、切り分けられた機能素子体１がモジュール基板３への実装工程に供給されるが、取り扱い時にシールド部材７によって封装された可動子６が破損するといった事態の発生が防止されて歩留りの向上が図られるようになる。機能素子体製造工程においては、シールド部材７とシールド部材接合用導体部１３とをハーメチック接合することで、可動子６を高気密状態の空間部９内に封装し、この微細な可動子６が安定した状態で動作して信頼性の向上を図りかつ酸化を抑制して長寿命化が図られる機能素子体１を製造する。

なお、機能素子体製造工程においては、ウエハー８の主面８ａ上に上述した工程を経て多数個の機能素子体１を一括して形成するが、例えば各機能素子体１の配線層５の形成工程において個々の形成領域を区分するとともにダイサー等による切り分けに際してガイドとなる高さ方向のスリット部が形成されるようにしてもよい。

本発明の実施の形態として示す機能素子体の縦断面図である。機能素子体を実装した回路モジュールの要部縦断面図である。配線槽の製造工程説明図であり、ウエハー上に迂回配線パターンを形成した要部立て断面図である。同絶縁層を形成した要部縦断面図である。同各電極を形成した要部縦断面図である。同犠牲層を形成した要部縦断面図である。同可動子を形成した要部縦断面図である。同犠牲層を除去した中間体の要部縦断面図である。機能素子体の切り分け工程の説明図である。従来の機能素子体の縦断面図である。従来の機能素子体を実装した回路モジュールの縦断面図である。他の機能素子体を実装した回路モジュールの縦断面図である。他の機能素子体の縦断面図である。

符号の説明

１機能素子体、２回路モジュール、３モジュール基板、４素子基板、５配線層、６可動子、７シールド部材、８ウエハー、９空間部、１０絶縁層、１１可動子電極、１２外部接続用電極、１３シールド部材接合用導体部、１４ビア、１５迂回配線パターン、１６金属接合材、１７バンプ、２０アースパターン、２１凹陥部、２２実装用ランド、２３配線パターン、３０ビアホール、３１犠牲層、３２中間体

Claims

ウエハーを切り分けてなる素子基板と、
上記素子基板の主面上に形成された絶縁層の主面に形成された多数個の可動子電極と、これら可動子電極を囲む外周領域に形成された多数個の外部接続用電極と、これら各可動子電極と各外部接続用電極との間の枠状領域に全周に亘って形成された枠状のシールド部材接合用導体部と、上記絶縁層の内層において上記シールド部材接合用導体部を横切るようにして形成されるとともにビアによって一端部が相対する上記各可動子電極と他端部が相対する上記各外部接続用電極とそれぞれ接続されることによりこれら可動子電極と外部接続用電極とを上記シールド部材接合用導体部を絶縁層内で迂回して接続する迂回配線パターンとを有する配線層と、
上記配線層の主面上に形成された可動子と、
金属薄板によって上記可動子を被覆する空間部を有する略キャップ状に形成され、上記シールド部材接合用導体部に対して開口縁部が全周に亘ってハーメチック接合されることによって上記可動子を上記配線層の主面上でシールドするシールド部材と
から構成されることを特徴とする機能素子体。
上記配線層が、絶縁層上に金属薄膜層を成膜するとともにこの金属薄膜層にパターニング処理を施して導体パターンを形成する薄膜技術によって形成された薄膜配線層であることを特徴とする請求項１に記載の機能素子体。
上記各外部接続用電極上にそれぞれ電気・機械接続子が設けられ、上記配線層の主面を実装面として実装基板に対して表面実装されることを特徴とする請求項１に記載の機能素子体。
素子基板の主面上に形成された絶縁層の主面に形成された多数個の可動子電極と、これら可動子電極を囲む外周領域に形成された多数個の外部接続用電極と、これら各可動子電極と各外部接続用電極との間の枠状領域に全周に亘って形成された枠状のシールド部材接合用導体部と、上記絶縁層の内層において上記シールド部材接合用導体部を横切るようにして形成されるとともにビアによって一端部が相対する上記各可動子電極と他端部が相対する上記各外部接続用電極とそれぞれ接続されることによりこれら可動子電極と外部接続用電極とを上記シールド部材接合用導体部を迂回して接続する迂回配線パターンとを有する配線層を形成する配線層形成工程と、
上記配線層の主面上に可動子を形成する可動子形成工程と、
金属薄板によって上記可動子を被覆する空間部を有する略キャップ状に形成されたシールド部材を、上記配線層の主面上において上記各可動子電極の形成領域と上記各外部接続用電極の形成領域との間の枠状領域上に、上記シールド部材接合用導体部に対して開口縁部を全周に亘ってハーメチック接合することにより上記可動子をシールドするシールド部材接合工程と
を有することを特徴とする機能素子体の製造方法。
ウエハーの主面上に、上記配線層形成工程と、上記可動子形成工程と、上記シールド部材接合工程とを経て多数個の中間体を形成し、
上記各中間体の間において上記ウエハーを切り分けるウエハー切断工程を有することを特徴とする請求項４に記載の機能素子体の製造方法。
上記配線層形成工程が、素子基板の主面上に全面に亘って絶縁層を形成する工程と、上記絶縁層上に金属薄膜層を成膜する工程と、上記金属薄膜層にパターニング処理を施して導体パターンを形成する工程とからなる薄膜配線層形成技術によって薄膜配線層を形成する工程であることを特徴とする請求項５に記載の機能素子体の製造方法。
ウエハーを切り分けてなる素子基板と、この素子基板の主面上に形成された絶縁層の主面に形成された多数個の可動子電極とこれら可動子電極を囲む外周領域に形成された多数個の外部接続用電極とこれら各可動子電極と各外部接続用電極との間の枠状領域に全周に亘って形成された枠状のシールド部材接合用導体部及び上記絶縁層の内層において上記シールド部材接合用導体部を横切るようにして形成されるとともにビアによって一端部が相対する上記各可動子電極と他端部が相対する上記各外部接続用電極とそれぞれ接続されることによりこれら可動子電極と外部接続用電極とを上記シールド部材接合用導体部を迂回して接続する迂回配線パターンとを有する配線層と、この配線層の主面上に形成された可動子と、金属薄板によって上記可動子を被覆する空間部を有する略キャップ状に形成され上記シールド部材接合用導体部に対して開口縁部が全周に亘ってハーメチック接合されることによって上記可動子を上記配線層の主面上でシールドするシールド部材とから構成される機能素子体と、
主面に開口する凹陥部と、この凹陥部の周辺部位に上記機能素子体の各外部接続用電極に対応して多数個の実装用ランドが形成されたモジュール基板とから構成され、
上記機能素子体が、上記シールド部材を上記凹陥部内に臨ませるとともに上記各外部接続用電極を電気・機械接続子を介して相対する上記各実装用ランドに接合されて上記モジュール基板の主面上に表面実装されることを特徴とする回路モジュール。
上記機能素子体が、上記配線層を、上記素子基板の主面上に成膜形成した有機絶縁層上に金属薄膜層を成膜するとともにこの金属薄膜層にパターニング処理を施して導体パターンを形成する薄膜技術によって形成した薄膜配線層によって構成したことを特徴とする請求項７に記載の回路モジュール。
上記機能素子体の上記素子チップが、表面弾性波素子やバルク弾性波素子或いは微小電子機械部品（MEMS:Micro Electro Mechanical Systems）や圧電薄膜共振素子であることを特徴とする請求項８に記載の回路モジュール。