JP2007243474A

JP2007243474A - 弾性表面波素子実装用コレット及び弾性表面波素子実装方法

Info

Publication number: JP2007243474A
Application number: JP2006061698A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Yokouchi; 義雄横内; Yoichi Kurata; 要一倉田; Shunsuke Fujii; 俊介藤井
Original assignee: Miyazaki Epson Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】ＳＡＷ素子をパッケージに片持ち支持されるように実装する際に、接着剤がＩＤＴ側に流れないようにし、パッケージ等との熱膨張率の差に起因してＳＡＷ素子に生じ得る応力の影響をより確実に解消し、周波数特性の温度安定性を向上させる。
【解決手段】ボンディング装置１１のコレット１５は、略四角錐形状の凹部からなりかつ全体的に水平面に関して或る僅少角度θ、好ましくは約０．６°で傾斜させた吸着面２０を有する。ＳＡＷ素子４をコレットにより吸着保持して搬送し、その一方の長手方向端部４ａでパッケージ２の実装面３に接着剤８で片持ちに実装する。これにより、ＳＡＷ素子は反対側の長手方向端部４ｂを僅かに持ち上げた状態で支持固定されるので、接着剤がＳＡＷ素子のＩＤＴ６側にはみ出して熱膨張率の差による応力の影響を受ける虞が解消される。
【選択図】図２

Description

本発明は、弾性表面波（surface accoustic wave：ＳＡＷ）デバイスの製造に関し、特にＳＡＷ素子をパッケージに実装するための技術に関する。

従来から携帯電話等の情報通信機器などの技術分野において、共振子、フィルタ、発振器などの回路素子としてＳＡＷデバイスが広く使われている。一般にＳＡＷデバイスは、圧電単結晶または多結晶基板の表面にＩＤＴ（すだれ状トランスデューサ）からなる励振電極を形成し、該ＩＤＴによりＳＡＷを励振するＳＡＷ素子をパッケージに実装する。多くのＳＡＷデバイスは、ＳＡＷ素子の下面全面に接着剤を塗布して、パッケージの実装面に固定する（例えば、特許文献１を参照）。このとき、ＳＡＷ素子とパッケージとの熱膨張率の差を吸収するために、加熱硬化後に常温まで冷却したときにそれほど硬くならないシリコン系接着剤を使用することが知られている（例えば、特許文献２を参照）。

一般にＳＡＷデバイスは、その共振周波数が温度変化と共に微妙に変化する温度特性を有する。また、半導体素子は一般に動作周波数が高くなるほど発熱量が増加するから、これを同一パッケージ内に収容したＳＡＷ発振器などの場合、その発熱により接着剤が収縮してＳＡＷ素子に応力が生じる。更にＳＡＷデバイスの使用条件によって、外部温度の変動により同様にＳＡＷ素子に応力が発生し、その結果ＳＡＷデバイスの共振周波数を変動させる虞がある。特に、ＳＡＷデバイスの高周波化が進むと、かかる熱膨張率の差異に起因する応力がＳＡＷデバイスの周波数特性に与える影響が大きくなる。

そこで、ＳＡＷ共振子をＩＤＴの存在しない領域で片持ちに支持固定することにより、パッケージとの熱膨張率の差異に起因する応力が作用する虞を解消したＳＡＷデバイスが知られている（例えば、特許文献３〜５を参照）。図５は、このようなＳＡＷデバイスの典型例を示している。同図において、ＳＡＷデバイス１は、例えばセラミック材料の矩形箱型をなすベース２からなるパッケージを備える。ベース２内部には、その実装面３にＳＡＷ素子４とこれを駆動する発振回路などのＩＣチップ５とが実装されている。ＳＡＷ素子４は、圧電基板の主面中央に１対の櫛型電極からなるＩＤＴ６と、その長手方向の両側に反射器７とが形成されている。ＳＡＷ素子４は、長手方向の一方の端部４ａにおいて接着剤８により、全体を実装面３から僅かに浮かせた状態で片持ち式に接着固定される。接着剤８は、ＳＡＷ素子４の長手方向端部４ａ下面の反射器７を設けた領域に塗布される。このパッケージは、図示しない蓋をベース２の上端に接合することにより気密に封止される。また、特許文献４又は５に記載されるように、ＳＡＷ伝搬方向又はその直交方向に延設した圧電基板の下面でＳＡＷ素子を接着固定することもできる。

他方、ＳＡＷ素子をパッケージに実装するために、ＩＣチップなどの他の電子素子と同様に、コレットを有するボンディング装置を使用するのが一般的である。コレットはその下端に、ＩＣチップの表面を押圧せず、その側縁のみを押圧するようにテーパ面からなる四角錐形状の凹部からなる吸着面を有する（例えば、特許文献６〜８を参照）。ＳＡＷ素子は、コレットの吸着面に真空吸引して保持搬送し、接着剤を予め付着させたパッケージの実装面に上方から押圧して接着固定する。

特開２０００−２７８０８２号公報特開２００３−１４２９８５号公報特開２００２−２６６５６号公報特開２００５−１３６９３８号公報特開２００３−３０９４４７号公報特開平１１−８７３７２号公報特開２００２−３５３４０１号公報特許第３５３４０４５号公報

しかしながら、ＳＡＷ素子はパーケージの実装面に直接固定するので、ＳＡＷ素子下面と実装面との隙間が非常に狭い。そのため、接着剤が毛細管現象により、これを塗布した長手方向端部から内側へ、図５に想像線で示すように、ＩＤＴ６を設けた領域まではみ出し易いという問題がある。接着剤のはみ出し部分９がＩＤＴ６の領域にまで至ると、上述したように同一パッケージに搭載したＩＣチップの発熱や外部温度の変動により、ＳＡＷ素子とパッケージとの熱膨張率の差に起因してＳＡＷ素子に応力が発生し、ＳＡＷデバイスの周波数特性に大きな影響を与えるという問題が生じる。

特に、最近はＳＡＷデバイスの小型化、低背化が要求されていることから、パッケージの実装面にボンディングパッドなどを設けて大きな隙間を確保しようとすると、低背化の要求に反することとなり、製造コストも増大する。また、接着剤の量を多くすれば、実装面との隙間を大きくできるが、接着剤がよりＩＤＴの領域にはみ出し易くなり、またパッケージ内で所望の位置からずれ易くなる。逆に、接着剤の量が少ないと、接着剤のはみ出しはなくなるが、ＳＡＷ素子を確実にかつ堅固に固定することが困難になり、ＳＡＷ素子の反対側の長手方向端部が下がって実装面に接触する虞がある。

本発明は、上述した従来の様々な問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＳＡＷ素子をその一方の端部でパッケージに接着剤で片持ちに支持固定するＳＡＷデバイスにおいて、接着剤がＩＤＴの領域にはみ出すことがないようにＳＡＷ素子を実装し得るコレットを提供することにある。

更に本発明の目的は、かかるＳＡＷ素子実装用コレットを用いることにより、パッケージ等との熱膨張率の差に起因してＳＡＷ素子に生じ得る応力の影響を確実に解消し、周波数特性の温度安定性を向上させ得るＳＡＷ素子の実装方法を提供することにある。

本発明によれば、上記目的を達成するために、圧電基板の主面に形成したＩＤＴを有するＳＡＷ素子を一方の端部で接着剤により片持ちにパッケージの実装面に接着固定するために、ＳＡＷ素子を真空吸着して保持するための吸着面を有し、該吸着面が、ＳＡＷ素子の外郭より大きい矩形開口を有し、ＳＡＷ素子の対向する長手方向の各側辺がそれぞれ接する２つのテーパ面と、ＳＡＷ素子の対向する幅方向の各側辺がそれぞれ接する２つのテーパ面とからなる凹部により形成され、ＳＡＷ素子の長手方向の側辺に接する２つのテーパ面及び幅方向の側辺に接する２つのテーパ面が、それぞれ同一の寸法を有する等辺台形又は２等辺三角形をなし、かつそれら等辺台形の下辺又は２等辺三角形の底辺を水平面に対して微小角度θをもって傾斜させたＳＡＷ素子実装用コレットが提供される。

上述したようにコレットの吸着面を全体として傾斜させて構成することにより、ＳＡＷ素子は、反対側の端部を持ち上げるように、圧電基板の主面を水平面に対して角度θで傾斜させた状態で吸着保持し、かつ実装面に押圧することができる。従って、ＳＡＷ素子の下面とパッケージの実装面との隙間が狭くなっても、接着剤が確実にＩＤＴの領域にはみ出すことがないようにＳＡＷ素子を実装することができる。

本発明の別の側面によれば、上述した本発明のＳＡＷ素子実装用コレットを使用し、その吸着面にＳＡＷ素子を微小角度θをもって傾斜させた状態で吸着保持し、ＳＡＷ素子の一方の端部に対応する実装面の部分に接着剤を予め塗布し、該コレットによりＳＡＷ素子を実装面に対して角度θで傾斜させて押圧することにより、ＳＡＷ素子をその一方の端部で接着剤により実装面に片持ちに接着固定するＳＡＷ素子実装方法が提供される。

これにより、ＳＡＷ素子は、常に接着剤がＩＤＴの領域にはみ出すことがないように片持ちに実装されるので、パッケージ等との熱膨張率の差に起因してＳＡＷ素子に生じ得る応力の影響を確実に解消でき、周波数特性の温度安定性を向上させることができる。従って、ＳＡＷデバイスの製造歩留まりが向上し、高性能かつ高品質のＳＡＷデバイスを低コストで製造することができる。

以下に、添付図面を用いて本発明の好適な実施態様を詳細に説明する。
図１は、本発明を適用してＳＡＷデバイスのパッケージにＳＡＷ素子を実装するためのボンディング装置の実施例を示している。本実施例のボンディング装置１１は、下方に延出する２本の垂直ロッド１２の下端に固定されて上下に駆動されるコレット取付板１３を有する。コレット取付板１３には、コレット取付ブロック１４を用いて本発明によるコレット１５が一体に固定される。コレット１５は、その下端に後述するＳＡＷ素子の吸着面を有する。

ボンディング装置１１は、水平方向のガイドレール１６に沿って、図１において実線で示す実装位置と、想像線で示す取出位置との間で移動させることができる。前記実装位置において、ボンディング装置１１の下方にはパッケージホルダ１７が設けられ、その上面には前記パッケージのベース２が位置決めして配置される。前記取出位置では、ボンディング装置１１の下方にトレーセット台１８が設けられ、その上には、複数のＳＡＷ素子４を載置したトレー１９が配置される。

ＳＡＷ素子の実装工程において、ボンディング装置１１を前記取出位置に移動させ、コレット１５を下降させて、トレー１９上から１個のＳＡＷ素子４を吸着した後、上昇させて取り出す。このようにＳＡＷ素子４を保持した状態で、ボンディング装置１１を前記取出位置から移動させ、前記実装位置に搬送する。次に、コレット１５を下降させ、ＳＡＷ素子４をベース２に実装する。別の実施例では、図示しない別個のピックアップコレットを用いてＳＡＷ素子４をトレー１９から取り出し、一旦チップセット台（図示せず）上に載置して位置決めした後、コレット１５に吸着させることができる。これにより、ＳＡＷ素子をより正確にかつ確実に吸着保持することができる。

図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、コレット１５は、その下端にＳＡＷ素子の吸着面２０を有する。吸着面２０は、全体としてＳＡＷ素子４の外形より幾分大きい矩形の開口を有する略四角錐形状の浅い凹部からなる。前記凹部は、４つのテーパ面２１，２２により形成される。長手方向の稜線２１ａを挟んで山形に接する２つのテーパ面２１は、同一寸法の等辺台形をなす。テーパ面２１の両側辺を稜線として接する長手方向両端の２つのテーパ面２２は、同一寸法の２等辺三角形をなす。更に、前記凹部の各隅部には、テーパ面２１とテーパ面２２とが接する稜線に沿って小溝２３が形成されている。

テーパ面２１は、対向する平行な２辺２１ａ，２１ｂが水平面ｈに対して僅かな角度θをなすように形成する。これにより、吸着面２０を全体として水平面に対して角度θで傾斜させることができる。角度θは、例えば後述するように０．６°程度の微小な値に設定する。

また、コレット１５には、吸着面２０の中央に開口する上下方向の吸気孔２４が貫設されている。吸気孔２４は、図示しない真空吸引装置に接続される。コレット１５の吸着面２０をトレー１９上のＳＡＷ素子４に被せて前記真空吸引装置を作動させると、該ＳＡＷ素子は吸着面２０に吸着される。上述したように吸着面２０を構成したことにより、ＳＡＷ素子４は、図３に示すように、長手方向端部４ｂを持ち上げるように、その主面を水平面に対して角度θで傾斜させて吸着保持することができる。

このとき、ＳＡＷ素子４は吸着面２０に、長手方向の両側辺が各テーパ面２１に接し、かつ幅方向の両側辺が各テーパ面２２にそれぞれ接するように吸着されるので、ＳＡＷ素子表面のＩＤＴ又は反射器を損傷する虞がない。また、ＳＡＷ素子４の各角部は、小溝２３が逃げとなるので、破損する虞がない。

このようにＳＡＷ素子４を吸着保持した状態で、コレット１５をベース２の実装面３に向けて下降させる。実装面３には、ＳＡＷ素子４の一方の長手方向端部４ａに対応する部分に接着剤８が予め塗布されている。コレット１５は、所定の押圧荷重でＳＡＷ素子４を実装面３に押圧し、その下面で接着剤８を押し広げる。接着剤８は、ＳＡＷ素子４の反対側の長手方向端部４ｂが傾斜角度θをもって持ち上げられているので、ＩＤＴ６の領域まではみ出す虞がない。また、接着剤８の硬化前に、ＳＡＷ素子４の長手方向端部４ｂが自重により下がったとしても、せいぜい実装面３と平行になるだけで、それ以上下がることはない。

コレット１５は、実装面３に所定時間押圧してＳＡＷ素子４の姿勢が安定すると、前記真空吸引装置を停止させてＳＡＷ素子４を吸着面２０から解放し、かつ元の位置まで上昇させる。この後、約１５０℃の温度で約３０分加熱して前記接着剤を仮硬化させ、更に真空中で約２４５℃の温度で５時間アニールすることにより、本硬化させる。

本実施例では、ＳＡＷ素子４の実装後における接着剤８の広がりを半径１．５〜１．８mmとし、実装面３とＳＡＷ素子４下面との隙間を約５０μｍとし、角度θを０．６°に設定した。その結果、接着剤のはみ出しを生じることなく、ＳＡＷ素子を良好に接着固定することができた。

図４は、本発明の第２実施例を示している。第２実施例では、従来のコレットと同様に水平な吸着面２６を有するコレット２５を使用する。コレット２５を一体に保持するコレット取付ブロック２７は、コレット取付板１３に形設した位置決め用の突起２８を長孔２９に嵌合させ、締付ボルト３０により固定する。このとき、締付ボルト３０の締付位置を調整することにより、吸着面２６が水平面に対して微小角度θで傾斜するように、斜めに取り付けることができる。本実施例でも、このように吸着面２６を傾斜させることによって、図２の実施例と同様に、ＳＡＷ素子４を角度θで傾斜させた状態に吸着保持しかつベースの実装面に接着固定することができる。

以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明はその技術的範囲内において上記実施例に様々な変形・変更を加えて実施することができる。例えば、コレットの吸着面は、それぞれ２等辺三角形をなす４つのテーパ面からなる四角錐形状の凹部で形成することができる。また、ＳＡＷ素子の圧電基板をＳＡＷ伝搬方向又はその直交方向に延設し、圧電基板の該延設部分下面に接着剤を塗布してＳＡＷ素子をパッケージに接着固定することもできる。

本発明に使用するボンディング装置の構成全体を示す概略図。（Ａ）図は本発明のコレットを示す断面図、（Ｂ）図はその底面図。コレットを用いてＳＡＷ素子をパッケージに実装する状態を示す断面図。本発明の第２実施例によるボンディング装置を示す部分拡大図。本発明を適用するＳＡＷデバイスの平面図。

符号の説明

１…ＳＡＷデバイス、２…パッケージ、３…実装面、４…ＳＡＷ素子、４ａ，４ｂ…長手方向端部、５…ＩＣチップ、６…ＩＤＴ、７…反射器、８…接着剤、９…はみ出し部分、１１…ボンディング装置、１２…垂直ロッド、１３…コレット取付板、１４，２７…コレット取付ブロック、１５，２５…コレット、１６…ガイドレール、１７…パッケージホルダ、１８…トレーセット台、１９…トレー、２０，２６…吸着面、２１，２２…テーパ面、２１ａ…稜線、２１ｂ…辺、２３…小溝、２４…吸気孔、２８…突起、２９…長孔、３０…締付ボルト。

Claims

圧電基板の主面に形成したＩＤＴを有する弾性表面波素子を一方の端部で接着剤により片持ちにパッケージの実装面に接着固定するために、前記弾性表面波素子を真空吸着して保持するための吸着面を有し、
前記吸着面が、前記弾性表面波素子の外郭より大きい矩形開口を有し、前記弾性表面波素子の対向する長手方向の各側辺がそれぞれ接する２つのテーパ面と、前記弾性表面波素子の対向する幅方向の各側辺がそれぞれ接する２つのテーパ面とからなる凹部により形成され、前記弾性表面波素子の長手方向の側辺に接する前記２つのテーパ面及び前記弾性表面波素子の幅方向の側辺に接する前記２つのテーパ面が、それぞれ同一の寸法を有する等辺台形又は２等辺三角形をなし、かつ前記等辺台形の下辺又は２等辺三角形の底辺が水平面に対して微小角度θをもって傾斜していることを特徴とする弾性表面波素子実装用コレット。
請求項１に記載の弾性表面波素子実装用コレットの前記吸着面に弾性表面波素子を微小角度θをもって傾斜させた状態で吸着保持し、前記弾性表面波素子の前記一方の端部に対応する実装面の部分に接着剤を予め塗布し、前記コレットにより前記弾性表面波素子を前記実装面に対して前記角度θで傾斜させて押圧することにより、前記弾性表面波素子を前記一方の端部で前記接着剤により前記実装面に片持ちに接着固定することを特徴とする弾性表面波素子実装方法。