JP2009043957A - 電子部品パッケージおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機能素子上に中空部分を形成して封止してなる電子部品パッケージにおいて、パッケージの薄型化と高信頼化を両立できない課題に関し、新規なパッケージ構造および製造方法を提案するものである。
【解決手段】機能領域上に空間を設けた樹脂層と、金属層を積層し、金属層は、空間を覆いかつ外圧を支えるための突起を有する蓋を形成する部分と、外部端子を形成する部分に同材料が分離されて成るもので、空間部と貫通孔形成がなされた下層樹脂上に設けたパターン化された上部樹脂層が埋まるように全面めっきした後、所定の厚みまで切削することで容易に同構造が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波電子回路に使用される表面弾性波フィルタに代表される、機能素子上が中空状態で封止されてなる電子部品パッケージおよびその製造方法に関するものである。

表面弾性波フィルタに代表される、単結晶ウエハー表面に電極パターンや微細構造を形成して特定の電気的機能を発揮する素子のパッケージは、機能部表面を樹脂等で覆うと特性が変化するため、素子表面の特に機能的に重要な部分に他の物体が接触しないように、中空構造とされる。

一般的な表面弾性波フィルタ（以下ＳＡＷフィルタと記す）のパッケージ構造を図４に示す。

パッケージ寸法の縮小を目的として、回路基板１０１に表面弾性波素子（以下ＳＡＷ素子と記す）１０４を、機能面を基板側に向けて実装する、いわゆるフリップチップ実装が行われ、さらに樹脂等の材料１０７で封止された構造が一般的である。機能部表面上は封止材が覆わない中間部１０８となっている。

上記構造は、ＳＡＷ素子をウエハーから個片に切り出して後、個片素子を基板に実装した構造であるが、さらなる小型化を目的として、ウエハーのまま中空封止構造を形成した後、ダイシングにより個片化してパッケージ完成となる構造が提案されており、その例を図５に示す。

図５は、個片化された後の素子の断面図で、機能部１１１と電極１１２が表面に形成された単結晶材１１０上に、空間１１６を形成するための樹脂層１１３とその上に接着された回路基板１１４からなる構造であり、１１５は外部接続用端子である。

このような構造のパッケージは図４に示すパッケージに比べ、ＳＡＷ素子を囲む封止構造がないため、さらなる小型化が図れるものであり、ＳＡＷ素子を回路基板上に実装する工程を省略できるため、製造コスト面でも有利である。

この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
特表２００２−５３２９３４号公報

図５に示す、先行文献が開示するパッケージ構造では、実使用上の信頼性において課題があった。

ＳＡＷフィルタは、携帯電話に代表される小型通信機器に使用されることが多いが、最近は、予めＳＡＷフィルタを含む電子部品が実装された機能モジュールを作製し、それを機器のマザー基板に実装するという使用方法が一般的である。

機能モジュールは、小型の回路基板に高密度に電子部品を実装して、特定の機能を発揮するように形成された部品集合体であり、外部電極部を除いて、樹脂で封止されていることが一般的である。樹脂封止方法として、最もよく使用されるのがトランスファーモールド法であり、樹脂モールド工程において、１５０℃以上の高温と数ＭＰａ以上の高圧が電子部品に加わる。

特許文献１に開示された実装構造は、空間部分の蓋をプリント基板と称する回路基板が成すものである。前記回路基板は、繊維強化樹脂シートの表面が銅箔で被覆されたもので、高温中での外力に対し十分な剛性および耐力を持たない。

上記、トランスファーモールド工程において、高温高圧が加わると、空間部分の蓋を成す回路基板は容易に変形し、空間がつぶれ、ＳＡＷフィルタとしても特性が変化してしまうという課題があった。

また、高温高圧に耐えうるような回路基板とするには、厚みを大きくする必要があり、パッケージ全体の厚みが大きくなってしまうという課題があった。

前記課題を解決するために、本発明の電子部品パッケージ構造は、機能領域と電極を有する素子が表面に形成された基板に、少なくとも前記機能領域上に空間を設けた樹脂層と、金属層が積層された構造の電子部品パッケージであって、前記金属層は、前記機能領域を覆う蓋を形成する部分と、外部電極を形成する部分から成り、前記金属層の前記機能領域を覆う蓋を形成する少なくとも一部分が基板表面に接する突起を有するものである。

本発明の電子部品パッケージ構造は、空間を設けた樹脂層と、金属層が積層された構造であり、金属層により機能領域を覆う蓋が形成されているため高い剛性を持ち、かつ、金属蓋には基板表面に達する突起があり、トランスファーモールド等の高温高圧にさらされる場合においても、空間部分の変形が少なく、高信頼性が得られるという効果を有し、さらに、十分薄い構造でも高温高圧に耐えうるため、パッケージ全体の厚みを薄くすることができるという効果も有する。

また、本発明の電子部品パッケージの製造方法は、表面に機能領域と電極を有する素子が多数個形成された基板に、感光性樹脂層を用いて空間部および貫通孔部を形成後、樹脂層全面に銅箔等の膜材を積層し、空間部の蓋となる膜材が残るようにパターニングし、電極との接続用貫通孔および蓋部の突起となる貫通孔を露出させ、前記貫通孔に金属層をめっき堆積させると同時に、空間部上の膜材上に金属層を堆積させ、電極部と空間部蓋を同時形成する工程、めっき堆積された金属層を複数の部分に分割する工程、積層された各層を含めてダイシングして個片化する工程からなるもので、電極部と突起付きの空間部蓋が同時に形成でき、工程が簡略化されるという効果がある。

また、前記めっき堆積された金属層を複数の部分に分割する工程において、予め分割境界となる場所に樹脂からなる壁を形成し、金属層をめっき後、金属層を前記樹脂壁の高さ以下にまで除去することにより金属層の分割を行うという工法は、一般的に金属層を所定のパターンに分割する方法として用いられるフォトレジストエッチング法では不可能な、厚い金属層を微細なパターンに分割できるという効果があり、また、厚みばらつきがウエハー内で非常に少ない、すなわち均一な厚みのパッケージが得られると言う効果を有する。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における電子部品パッケージについて図面を参照しながら説明する。

図１は実施の形態における、ＳＡＷフィルタパッケージの断面図である。

図１において、機能領域であるＩＤＴ部２と電極３が形成されたリチウムタンタレート単結晶基板１の表面上に、空間部５を有する樹脂層４が形成され、さらに樹脂層４の表面にたとえば銅からなる金属層６が積層されている。

電極３から外部電極７への接続は、樹脂層４に設けられた接続孔８に銅などの金属が突起状に充填されて行われる。

また、金属層６にたとえば銅からなる突起１０が形成され、その先端は基板１の表面に接している。

外部電極７は、空間部５の蓋を形成する金属層６と同材の金属からなり、絶縁樹脂９によって他の電極や蓋部分と分離されている。

本発明において、電極および中間部蓋を形成する金属層が銅であれば、特にめっき成膜が容易であり、有底孔への充填めっきと蓋部分のめっきを同時に行うことができ、電気抵抗が低く良好な電気的特性を得ることができる。なお、同様の金属層が形成できれば、銅に限定するものではない。

このパッケージに外部静水圧が印加された場合、空間部蓋が大きな加圧力を受けるが、金属製の突起１０によって基板表面から支えられているために、空間部５の変形は小さく抑えられる。一般に銅と感光性樹脂材料の１５０℃以上の高温での弾性率を比較すると、銅の方が１０倍乃至１００倍以上大きく、樹脂だけで空間部を支える場合と比較して顕著な変形低減が可能である。

次に、このようなパッケージ構造を実現するための製造方法を説明する。

図２、図３は、工程を追って説明するためのＳＡＷフィルタパッケージの断面図である。

図２（ａ）に示すように、ＩＤＴ部２と電極３が複数個形成された単結晶基板１の表面上に、感光性樹脂層４を均一な厚みに形成する。この樹脂層の厚みが空間部の高さに相当するので、完成後のパッケージ高さおよび必要な耐圧力性を考慮して決定する。

本図では、ＩＤＴ部と電極のセットが２組形成された単結晶基板を図示している。

次に、図２（ｂ）に示すように、樹脂層４の感光性を利用して、ＩＤＴ部２上に空間部５を、電極３上に接続孔を形成する有底孔１８を、さらに、空間部上の蓋の突起１０を形成する有底孔２０を形成する。

次に、図２（ｃ）に示すように、膜材１１を樹脂層４上全面に接着する。

本実施の形態では膜材は厚み３μｍの銅箔を用いる。銅箔の接着面に薄いシート状の熱硬化性接着剤を積層した後、樹脂層４に加圧積層し加熱することで、容易に接着することができる。また、樹脂層４に未硬化のエポキシ樹脂を用いると、銅箔１１を樹脂層４に加圧した状態で樹脂層４を硬化させることにより、他の接着剤を用いることなく銅箔を接着できる。

次に、図２（ｄ）に示すように、銅箔１１を空間部５上の銅箔１２のみ残すようにフォトリソ法でエッチングすると、電極上の有底孔１８および２０が開口する。

このとき、銅箔１１は厚み３μｍと十分薄いため、高精度にパターニングが可能である。

また、前記銅箔１１を樹脂層４上に接着する際に、接着剤シートを用いた場合、銅箔１１をエッチング除去後、有底孔１８および２０上に接着シートが残存する。この場合、酸素プラズマ等を用いたアッシング工程を導入することにより、有底孔１８および２０を完全に開口させることができる。

この接着剤シートを用いた工法は、銅箔１１のエッチング時に、銅腐食液が有底孔１８に侵入することが無いため、電極３に対して腐食性のある腐食液を用いることができるという効果を有する。

次に、図３（ｅ）に示すように、パターン化された樹脂層１３を設ける。

樹脂層１３は、めっき銅層を分割する境界になるもので、少なくとも電極上の有底孔１８、空間部５上の銅箔１２、および突起用有底孔２０が露出するように設ける。

また、空間部５上の銅箔１２および突起用有底孔２０は、銅めっき後一連の金属部になる必要があるため、樹脂層１３によって分割されない同一の領域とする。

樹脂層１３の厚みは、空間部５上に必要な銅厚以上の値とする。

空間部５上に必要な銅厚は、完成後の電子部品パッケージに必要な耐圧力から決められる値とする。

次に、図３（ｆ）に示すように、次工程のめっき用電極となる金属薄膜１４を成膜する。本実施の形態では、スパッタ法により、チタン膜と銅膜を合計３００ｎｍ成膜した。

金属薄膜１４は、電極上の有底孔１８の内部および電極３の表面、さらに、突起用有底孔２０の内部にも成膜されることが必要である。

次に、図３（ｇ）に示すように、前工程で成膜した金属薄膜１４をめっき電極として、表面全体に銅層１５をめっき形成する。このときの銅層厚みとしては、少なくとも電極上の有底孔１８の内部および突起用有底孔２０の内部に充填されるとともに、空間部５上に最終必要な厚み以上の銅層が形成されることが必要である。

次に、図３（ｈ）に示すように、めっき形成された銅層１５表面を切削し、樹脂層１３上に堆積した銅を除去する。樹脂層１３が露出するまで切削を行う。

この結果、表面全体に形成されていためっき銅層は、樹脂層１３によって、複数の部分に分断される。この分断された部分は、複数の外部接続用電極１６と空間部５上の蓋１７に相当する。

この時、空間部５上の蓋１７と、突起用有底孔２０に充填めっきされた銅は一体化し、空間部５上の蓋１７は突起１０によって、基板表面に支えられた形となっている。

さらに、突起１０が接する基板表面に電極を設けておくと、電極と空間部５上の蓋１７は突起１０を介して電気的にも接続され、空間部５上の蓋１７を外部接続用電極を兼ねるものとすることもできる。

このように、めっき銅層１５は、空間部５を外圧から保護するための十分な厚みを持ちながら、微細なパターンに分断形成することが可能となる。

次に、図３（ｉ）に示すように、ダイシングを行い、個片化することにより、パッケージが完成する。

なお、本実施の形態では、表面弾性波フィルタ（ＳＡＷ）素子を用いたが、これに限らず、加速度センサ素子、角速度センサ素子等の、表面に機能的構造を有して他の物体が接することによって特性変化を来すために、素子表面が中空状態に保たれたパッケージに適用することができる。

以上のように、本発明の電子部品パッケージ構造は、素子表面が中空状態に保たれたパッケージに適用することができ、小型かつ高信頼性が得られるものである。

また、本発明の電子部品パッケージの製造方法は、外圧に耐えることができる十分な厚みの金属層を形成し、かつ微細な部分に金属層を分断して電極を形成することが可能で、高信頼かつ小型の電子部品パッケージを少ない工程で提供するものである。

本発明の実施の形態における電子部品パッケージを示す断面図 同実施の形態における電子部品パッケージの製造方法を示す工程断面図 同実施の形態における電子部品パッケージの製造方法を示す工程断面図 従来のパッケージの断面図 従来のパッケージの断面図

符号の説明

１ 単結晶基板
２ ＩＤＴ部
３ 電極
４ 樹脂層
５ 空間部
６ 金属層（蓋部分）
７ 金属層（外部電極部分）
８ 貫通孔
９ 絶縁樹脂層
１０ 突起

Claims (6)

1. 機能領域と電極を有する素子が表面に形成された基板に、少なくとも前記機能領域上に空間を設けた樹脂層と、金属層が積層された構造の電子部品パッケージであって、前記金属層は、前記機能領域を覆う蓋を形成する部分と、外部電極を形成する部分から成り、前記金属層の前記機能領域を覆う蓋を形成する少なくとも一部分が基板表面に接する突起を有することを特徴とする電子部品パッケージ。
2. 前記金属層の突起は、基板表面に形成された電極と接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品パッケージ。
3. 前記金属層が銅であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品パッケージ。
4. 機能領域と電極を有する素子が表面に多数個形成された基板に、感光性樹脂層を形成する工程と、現像により感光性を利用して前記機能領域および電極上の樹脂層を除去することで空間部および貫通孔部を作製する工程と、前記感光性樹脂層表面に膜材を積層する工程と、前記膜材を少なくとも前記空間部を覆う部分を残して除去することで前記貫通孔部を露出する工程と、前記貫通孔部にめっき法にて金属層を堆積させると同時に、前記貫通孔部以外の表面上にも金属層を堆積させる工程と、前記堆積させた金属層を少なくとも前記空間部上部分と一部の貫通孔部とを同時に含む領域と、他の貫通孔部を含む複数領域に分割する工程と、基板を前記積層された各層を含めてダイシングして個片化する工程からなることを特徴とする電子部品パッケージの製造方法。
5. 前記膜材が接着膜付きの銅箔であり、前記めっき形成する金属層が銅であることを特徴とする請求項４に記載の電子部品パッケージの製造方法。
6. 前記堆積させた金属層を少なくとも前記空間部上部分と一部の貫通孔部とを同時に含む領域と、他の貫通孔部を含む複数領域に分割する工程において、予め分割境界となる場所に樹脂からなる壁を形成し、金属層をめっき後、金属層を前記樹脂壁の高さ以下にまで除去することにより金属層の分割を行うことを特徴とする請求項４に記載の電子部品パッケージの製造方法。

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