JP2009117730A - 樹脂封止を用いた中空構造ウェハレベルパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】表面に空間を必要とする素子のパッケージングを感光性耐熱樹脂を用いて行う際
に、感光性耐熱樹脂から成るパッケージ材料と基板の接着強度が小さいという課題がある
。
【解決手段】上記課題を解決するため本発明ではパッケージング材として用いる感光性耐
熱樹脂と基板の間に感光性ポリイミドを用いて接着層を形成する。この感光性ポリイミド
を用いた接着層は、立体配線用絶縁材を兼用して形成することで、工程を省略することが
可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明はＳＡＷ（surface acoustic wave)フィルタ、ＭＥＭＳ（micro-electro-mechan
ical systems）などの表面に空間を必要とする素子のウェハレベル小型化パッケジング技
術に関する。

シリコンウエハや化合物半導体上に形成された電子デバイスの表面は、それらが使用さ
れようとしている段階ではパッケージ材料であるＳｉＮなどの無機膜やモールド樹脂やポ
リイミド樹脂などが素子に接する形で形成されている。

一方、ＳＡＷフィルタやＭＥＭＳは、基板上に形成された素子が振動することや微細な
可動することで機能させる部品である。これら、素子は、何れも振動や駆動部分があり、
表面に空間を必要とする。これらのパッケージとして、従来の金属キャップによるパッケ
ージが用いられてきた。しかし、この実装形態では、金属キャップの厚さが厚いため、薄
形化が困難である。また組立ては、ウェハ状態から素子を個片化し、個々に組み立ててい
たため、工程数が多いといった課題があった。

これらの課題を解決するため、金属キャップに替わり、樹脂を用いて空隙を保持し、か
つパッケージするものとして、特許文献１から特許文献８に示された構造体が開示されて
いる。しかし、何れの文献においても基板と樹脂パッケージ構造体部分のとの接着強度確
保に関する記述が見られない。

また、本発明にあるように、基板上に感光性ポリイミドを形成する工程として、特許文
献９に示された構造体が開示されている。しかし、この感光性ポリイミドは、本発明で言
うところの側壁下の大部分に形成されるものではなく、積極的に側壁と基板の接着強度向
上に寄与するものではない。

本発明で言うところの側壁と基板の接着強度を側壁と異なる樹脂を用いて向上させる例
として、特許文献１０に示された構造体が開示されている。しかし、該発明は、本発明と
以下の部分で異なっている。
１．該発明による熱可塑性樹は、本発明で言うところの側壁と基板との接着強度確保のみ
に寄与しており、本発明で言うところの配線部材（３次元配線構造用絶縁層）として寄与
していない
２．素子上面を覆う蓋材は、感光性材料を用いたものでなく、機械的に貼り合わせたもの
である。

特表２００２−５３２９３４号 特開２００３−０３７４７３号 特開２００４−２５３９３７号 特開２００６−３２４８９４号 特開２００７−８８１８９号 特願２００６−１０５８２６号 特願２００６−３４０００２号 特願２００７−１６９３３３号 特願２００６−２１８６５０号 特開２００５−２８５８６４号

表面に空間を必要とする素子のパッケージングを感光性耐熱樹脂を用いて行う際に、感
光性耐熱樹脂から成るパッケージ材料と基板の接着強度が小さいという課題がある。

上記課題を解決するため本発明ではパッケージング材として用いる感光性耐熱樹脂と基
板の間に感光性ポリイミドを用いて接着層を形成する。この感光性ポリイミドを用いた接
着層は、立体配線用絶縁材を兼用して形成することで、工程を省略することが可能となる
。

前記課題に対し、本発明によればパッケージの信頼性向上を図ることができる。

以下に本発明の最良の実施形態について図面を用いて説明する。

本発明は、素子上に空隙部を必要とするパッケージ全般に適用することが可能である。
本説明では、ＳＡＷフィルタを例として記述するが、素子上に空隙部を必要とするいずれ
の素子に対しても、同様な工程を適用することが可能である。基板は、ＳＡＷフィルタを
形成するために用いられている圧電基板（リチウムタンタレート１）とした。ここでは、
リチウムタンタレート上に形成された１つのＩＤＴと２つの電極について拡大記載するが
、ＳＡＷフィルタ全体は、図６に示すようなパターン複数個から成り、リチウムタンタレ
ート上には同様の形状の素子群が複数個形成されている（図５）。
図１（１）
基板を準備する。ここでは、リチウムタンタレート１とした。
図１（２）
リチウムタンタレート１にアルミニウム（又は、アルミ銅合金 例えばＡｌ０５Ｃｕ）
２をスパッタ成膜した。ここでは、０．２マイクロメートル成膜した。
図１（３）
レジスト３を塗布した。ここで用いるレジストは、図１（４）工程で用いるエッチング
工程（ドライエッチング又は、ウェットエッチング）に耐性があれば、その種類について
制約を設けるものではない。フォトマスクを介して、所定のパターンに紫外光を照射した
。そして、レジスト現像液を用いて、所定のパターンを形成した。
図１（４）
（２）で成膜したアルミニウム（又は、アルミ銅合金 例えばＡｌ０５Ｃｕ）を（３）
で形成したレジストをマスクとしてエッチング除去した。ここでは、ドライエッチング、
ウェットエッチングを用いることが可能であったが、精度を必要とする理由により、エッ
チングガス（三塩化ホウ素、塩素、窒素の混合ガス）によるドライエッチングを用いた。
この後、（３）で形成したレジストを剥離した。一般的に、レジスト剥離は、有機溶剤に
よる溶解、アルカリによる溶解、ドライプロセス工程を用いることが可能である。ここで
は、電極材料にアルミを用いたため、アルカリを用いることは不可であるが、有機溶剤に
よる溶解、ドライプロセスを選択することが可能であった。ここでは、工程の簡便な理由
により、有機溶剤により溶解した。用いる有機溶剤は、レジストを溶解しかつアルミの腐
食を防止できれば、制約を設けるものではない。ここでは、アセトンを用いた。
図１（５）
ある配線（以下、配線Ａ３１と記す）を跨ぐための配線（以下、立体配線３２と記す）
を形成する。この配線により、設計の自由度を持たせることができる。感光性ポリイミド
で形成した立体配線用絶縁材４１の形成には、感光性ポリイミド４を用いた。ここでの工
程上の要求特性として、パターニングに用いる薬剤によって、ＩＤＴ（inter digital tr
ansducer）９（材質：アルミニウム（または、アルミ銅合金 Ａｌ０５Ｃｕ））を浸食し
なければ、特に制約を設ける物ではない。形成工程は、ワニス状の感光性ポリイミドをリ
チウムタンタレート１およびパターニングしたアルミニウム上に全面塗布し、仮ベーク、
フォトマスクを介して、所定のパターンに紫外光を照射した。そして、現像液を用いて、
所定のパターンを形成した。ここでは、感光性ポリイミドを用いたため、Ｎ−メチル−２
−ピロリドンを主成分とする感光性ポリイミド専用現像液を用いた。現像後は、イソプロ
ピルアルコールでリンス処理を行い、所定のベークを行い、パターンを形成した。この時
、立体配線３２以外の部分（電極５１およびＩＤＴ表面５２以外の部分（ＩＤＴに支障し
ないようにＩＤＴ部の周辺を含む））に感光性ポリイミド４を残す。ここで、感光性ポリ
イミドの性質について簡単に述べると、感光性ポリイミドは、酸化物、ニッケル、アルミ
ニウムなど、表面に薄い強固な酸化膜を作る物質との密着性がよい。また、有機樹脂であ
るため、他の樹脂との密着性も良い。一方、以下の工程で用いる側壁材料（感光性耐熱樹
脂５）は、必ずしもリチウムタンタレートとの密着性がよいということはないため、高信
頼性を持たせるためには、リチウムタンタレートと感光性耐熱樹脂５の間に感光性ポリイ
ミド材料を挟み込むことが有効である。
図２（６）
レジスト３を塗布した。ここで用いるレジストはフォトマスクを介して、所定のパター
ンに紫外光を照射した。そして、レジスト現像液を用いて、所定のパターンを形成した。
図２（６）
立体配線３２を形成するため、立体配線パターン３３と電極５１以外の部分を覆うため
のレジスト３を塗布した。ここで用いるレジストは、図２（７）工程以降で用いるいわゆ
るリフトオフ法に対する耐性があれば、その種類について制約を設けるものではない。
図２（７）
アルミニウム（又は、アルミ銅合金 例えばＡｌ０５Ｃｕ）２をスパッタ成膜した。こ
こでは、０．８マイクロメートル成膜した。この膜厚は、電気的特性をもって決定される
ものである。
図２（８）
（６）で形成したレジスト３を剥離した。レジスト剥離は、有機溶剤による溶解、アル
カリによる溶解が可能である。ここでは、電極材料にアルミを用いたため、アルカリを用
いることは不可であるため、工程の簡便な有機溶剤により溶解した。用いる有機溶剤は、
レジストを溶解しかつアルミの腐食を防止できれば、制約を設けるものではない。剥離す
ると同時に、（７）で形成したアルミニウム２を剥離する（いわゆるリフトオフ法）。こ
こでは、電極５１上にも２層目のアルミが形成されているが、この上の２層目のアルミニ
ウムは必ずしも必要というものではない。
図２（９）
ＩＤＴを保護するための無機膜９を形成した。ここで用いた無機膜９は、ＳｉＮ膜を用
いた。ここでは、図示していないが、無機膜を全面に成膜し、レジストを用いてパターン
を形成した。無機膜は、最小限はＩＤＴ表面５２に残す必要がある。
図３（１０）
感光性耐熱樹脂（フィルム形状が望ましい）５を用いて、側壁及び電極を形成した。こ
こで用いた感光性耐熱樹脂は、フィルム状のアクリル系樹脂を用い、ラミネータを用いて
貼り付けた。フォトマスクを介して、所定のパターンに紫外光５を照射した。照射されな
い部分を現像液（１％炭酸ナトリウム溶液）を用いて溶解除去した。パターン形成後、ベ
ークを１６０〜２００℃／６０分で行った。なお、この材料は、請求項２に記した様に、
感光性エポキシ系樹脂または感光性ポリイミド系樹脂などの耐熱樹脂を用いることが可能
であり、図１（５）で形成した感光性ポリイミドと密着することが可能であれば、樹脂の
分子骨核は問わない。
図３（１１）
素子を保護するための感光性耐熱樹脂５を貼り付けた。ここで用いる材料はパッケージ
側壁と必ずしも同じである必要はなく、また、厚さについても適宜変更することが出来る
。ここで用いた感光性耐熱樹脂は、フィルム状のアクリル系樹脂を用い、ラミネータを用
いて貼り付けた。フォトマスクを介して、所定のパターンに紫外光５を照射した。照射さ
れない部分を現像液（１％炭酸ナトリウム溶液）を用いて溶解除去した。パターン形成後
、ベークを１６０〜２００℃／６０分で行った。
図３（１２）
電気めっきで、はんだバンプを形成するための電気めっき用給電膜６（Ti／Cu）をスパ
ッタで形成した。ここでの金属膜の構成は、チタン（５０ナノメートル）／銅（１マイク
ロメートル）とした。ここでの下層部のチタンの機能は、その下に位置する感光性樹脂材
料との接着を確保することにあり、その膜厚はそれらの接着を維持する最低限でかまわな
い。所要膜厚は、スパッタエッチング及びスパッタの条件、チタンの膜質などによっても
変動する。
図３（１３）
レジスト（この工程では、光硬化型フィルム形状が望ましい）３を用いて、はんだバン
プ形成用のレジストを貼り付けた。フィルム状のレジストが好ましい理由として、本発明
のパターン形状には、深い凹部があるため、その部分にレジストが埋め込まれるとレジス
ト現像工程で残りが発生する可能性があるためである。本発明では、フィルム状のレジス
トを用い、深い凹部に埋め込まれないようにした。ここで用いるレジストは、図４（１４
）に記述する、電気錫めっきまたは電気錫銀合金めっき、図４（１４）に記述する電気
ニッケルめっきおよび電気錫めっきまたは電気錫銀合金めっきに対する耐性が有ればよい
。貼り付けたレジストに対し、フォトマスクを介して、所定のパターンに紫外光を照射し
、レジスト現像液を用いて、所定のパターンを形成した。必要に応じて、現像後にベーク
工程を行う。
図４（１４）（１４）
電気錫または電気錫銀合金８をめっき手法により形成した。ここで図示したメタライズ
構成は、電気めっき用給電膜６（Ti／Cu）上に、電気錫または電気錫銀合金８を形成した
。電極構造として、電気めっき用給電膜６上に電気ニッケル７を形成し、その上に電気錫
または電気錫銀合金８を形成することで、接合信頼性の向上を図ることができる。
図４（１５）
はんだめっき後に、図３（１３）で形成したレジストを剥離する。レジストの剥離は液
状のレジスト、フィルム状のレジスト共、アルカリ、有機溶剤を用いることが出来る。こ
こでは、フィルム状のレジストを用い、剥離液には水酸化ナトリウムの３％溶液を４０℃
に加熱して用いた。

電気めっき用給電膜として用いた銅をウェットエッチングの手法を用いてパターニング
した。銅のエッチングには、塩化鉄、アルカリ系エッチング液等の種類があるが、本実施
例では硫酸／過酸化水素水を主成分とするエッチング液を用いた。ここでのエッチングで
は、１０秒以上のエッチング時間がないと制御が困難となって実用的観点では不利である
が、余りに長い時間エッチングを行うと、例えば５分を越えてエッチングするような場合
には、サイドエッチングが大きくなり、タクトが長くなるという問題も生じる。そのため
、エッチング液及びエッチング条件は、適宜実験により求めるのがよい。その後、ウェッ
トエッチング手法を用いて、チタン膜をエッチングした。チタンのエッチングには、過酸
化水素を主成分とするエッチング液、又は、フッ化水素を含有するエッチング液があるが
、いずれを用いても良い。
図４（１６）
電気錫または電気錫銀合金８表面にフラックスを塗布し、リフローを行うことで、球形
のはんだバンプを形成した。

パッケージ形成方法（その１）。 パッケージ形成方法（その２）。 パッケージ形成方法（その３）。 パッケージ形成方法（その４）。 ＳＡＷフィルタが形成されたウエハ外観。 工程途中の斜視図（その１）。 工程途中の斜視図（その２）。

符号の説明

１…リチウムタンタレート、２…アルミニウム（又は、アルミ銅合金 例えばＡｌ０５
Ｃｕ）、３…レジスト、４…感光性ポリイミド、５…感光性耐熱樹脂、６…電気めっき用
給電膜、７…電気ニッケル、８…電気錫または電気錫銀合金、９…無機膜、２１…ＩＤＴ
（ｉｎｔｅｒ ｄｉｇｉｔａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）、３１…配線Ａ、３２…立体配線、３３…立体配線パター
ン、３４…配線、４１…感光性ポリイミドで形成した立体配線用絶縁材、５１…電極、５
２…ＩＤＴ（ｉｎｔｅｒ ｄｉｇｉｔａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）表面。

Claims (2)

1. 基板上に配置された弾性表面波、バルク弾性波などの振動または、電力を印加すること
   で可動する部分を有する素子、電極、配線、および、３次元配線構造を有する電子部品の
   パッケージにおいて、その素子上に空隙を形成する空隙形成層と、前記素子を封止する封
   止層とを備え、前記空隙形成層と基板の層間に前記空隙形成層と異なる材料でかつ、３次
   元配線構造を形成するために用いた絶縁材料と同一の材料を挟むことを特徴とするパッケ
   ージ構造。
2. 請求項１記載の電子部品において、前記空隙形成層及び封止層が感光性アクリル系樹脂
   、感光性エポキシ系樹脂または感光性ポリイミド系樹脂からなる感光性樹脂で構成され、
   前記３次元配線構造を形成するために用いた絶縁材料として、感光性ポリイミドを用いた
   ことを特徴とするパッケージ構造。

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