JP2010028639A - 圧電部品及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 圧電部品の小型化、高性能化及び低価格化である。
【解決手段】 本発明は、圧電基板２と、該圧電基板２の主面２ａに形成された櫛歯電極７と該櫛歯電極に隣接して配設された素子配線を有する配線電極８とからなる第１圧電素子と、前記圧電基板２に形成された端子電極９と、該端子電極９に接触するはんだ電極１１と、櫛歯電極７ａ及び配線電極８ａとを主面に有する複数の第２圧電素子４，５とからなり、該第２圧電素子４，５が前記第１圧電素子と前記第２圧電素子の主面とが対向して両主面間に中空部Ｃが形成されるように、感光性樹脂シートからなる樹脂封止層３により封止され、かつ、該樹脂封止層３を貫通して前記端子電極９とその上端部が接触する貫通電極６と、からなることを特徴とする圧電部品及びその製造方法に関する。
【選択図】 図１
【解決手段】 本発明は、圧電基板２と、該圧電基板２の主面２ａに形成された櫛歯電極７と該櫛歯電極に隣接して配設された素子配線を有する配線電極８とからなる第１圧電素子と、前記圧電基板２に形成された端子電極９と、該端子電極９に接触するはんだ電極１１と、櫛歯電極７ａ及び配線電極８ａとを主面に有する複数の第２圧電素子４，５とからなり、該第２圧電素子４，５が前記第１圧電素子と前記第２圧電素子の主面とが対向して両主面間に中空部Ｃが形成されるように、感光性樹脂シートからなる樹脂封止層３により封止され、かつ、該樹脂封止層３を貫通して前記端子電極９とその上端部が接触する貫通電極６と、からなることを特徴とする圧電部品及びその製造方法に関する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、例えば携帯電話機等の移動通信機器に使用される、ＳＡＷデュプレクサ、ＳＡＷフィルタに用いられる弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス及び圧電薄膜フィルタ等の圧電部品ならびにその製造方法に関し、とくにウェハ（圧電基板）レベルでウェハに圧電素子をフリップチップ搭載し、チップサイズにパッケージングされた圧電部品及びその製造方法に関する。
携帯電話機に搭載される圧電部品（ＳＡＷデバイス）では、その櫛歯電極部（ＩＤＴ電極部）の周囲に所定の中空部が必要である。
従来ＳＡＷデバイスの小型化を図るため、ＳＡＷ素子チップを金（Ａｕ）バンプあるいは半田バンプを用いて、配線基板にフリップチップ・ボンディング（フェースダウン・ボンディング）し、樹脂等でＳＡＷ素子チップ全体を樹脂封止して、ＳＡＷデバイスの小型パッケージ・デバイスを構成している（特許文献１参照）。
さらに、ＳＡＷデバイスの小型化・低背化を図るため、櫛歯電極部（ＩＤＴ電極部）の周囲に所定の中空部を形成し、この中空部を保持したまま、櫛歯電極側の集合圧電基板（ウェハ）全体を樹脂で封止し、外部接続電極を形成した後、所定のマーキングに沿ってダイシングにより個々のＳＡＷデバイスに分割してなる超小型化されたチップサイズ・パッケージＳＡＷデバイスが提案されている（特許文献２参照）。
しかしながら、上述した従来技術の圧電部品及びその製造方法では、圧電基板の２次元平面（主面）に圧電素子を形成している。そのため、圧電部品（ＳＡＷデバイス）の小型化を図るには、その小型化に伴って圧電素子の能動面が小さくなるため、所望の性能を保持したまま、小型化をするのは、極めて困難であった。
また、圧電基板（ウェハ）を単に貼り合せて圧電部品を製造する方法では、貫通電極を形成する必要があるが、貫通孔（ビアホール）の形成し、及びこの貫通孔を埋めて貫通電極を形成するためのメッキ工程、貫通孔の充填などの工程が必要であり、また、圧電基板の材料がそれぞれ異なると、全体として圧電基板に“そり”が生じるなどの問題点があった。
特開２００４−１４７２２０号公報
特開２００６−２４６１１２号公報
本発明が解決しようとする課題は、予め製造した圧電素子（ＳＡＷチップ）をフェースダウンで圧電基板（ウェハ）母材に搭載し、リフローにより圧電素子の電極と圧電基材母材の電極とを電気的に接続し、かつ、エポキシ樹脂に代えて感光性樹脂シートを用いて高温に加熱せずに圧電素子の樹脂封止を行うとともに、貫通電極形成用の貫通孔を同時に形成することにより、小型化・高性能化に適合した圧電部品（ＳＡＷデバイス）を安価で製造することである。
前記した課題を解決するため、本発明の圧電部品は、圧電基板と、該圧電基板の主面に形成された櫛歯電極と該櫛歯電極に隣接して配設された素子配線を有する配線電極とからなる第１圧電素子と、前記圧電基板に形成された端子電極と、該端子電極に接触するはんだ電極、櫛歯電極及び配線電極とを主面に有する複数の第２圧電素子とからなり、該第２圧電素子が、前記第１圧電素子と前記第２圧電素子の主面とが対向して両主面間に中空部が形成されるように感光性樹脂シートからなる樹脂封止層により封止され、かつ、該樹脂封止層を貫通して前記端子電極とその上端部が接触する貫通電極と、からなることを特徴とする。
また、同様に、本発明の圧電部品の製造方法は、圧電基板母材の主面に櫛歯電極及び配線電極とからなる複数組の第１圧電素子を形成する工程と、該第１圧電素子の表面に保護膜を形成する工程と、前記主面に端子電極形成用のシード層を形成する工程と、該シード層上にＣｕ電解メッキにより端子電極を形成する工程と、前記シード層をエッチングにより除去する工程と、別の圧電基板を用意し、該別の圧電基板の主面に櫛歯電極及び配線電極とからなる複数組の第２圧電素子を形成し、該主面に前記櫛歯電極及び配線電極に隣接して、はんだ電極を形成した後、ダイシングにより切断して個片の第２圧電素子を得る工程と、前記第２圧電素子の個片を前記圧電基板母材の主面に前記はんだ電極を前記圧電基板母材の主面の設けた前記端子電極に接触するようフェースダウンで搭載する工程と、リフローにより前記はんだ電極と前記端子電極とを接続する工程と、感光性樹脂フィルムを所定の軟化温度に加熱し、あるいは溶融させながら前記圧電基板母材の主面側にラミネートして、前記櫛歯電極及び配線電極の周囲に気密な中空部が形成するように樹脂封止する工程と、樹脂封止した前記感光性樹脂フィルムの上面の所定部位をフォトリソグラフィにより露光・現像して除去して貫通電極形成用の貫通孔を封止樹脂層に形成する工程と、前記端子電極上にＣｕメッキにより前記貫通孔を埋めて貫通電極を形成する工程と、及びダイシングにより、ダイシングラインに沿って前記圧電基板母材を切断して、圧電部品の個片を得る工程と、からなることを特徴とする。
圧電部品の小型化及び圧電素子数を増すことが可能になるとともに、圧電基板（ウェハ）単位で一括処理できるので、低価格化が実現できる。
以下、本発明の圧電部品及びその製造方法をＳＡＷデバイスの実施例について説明する。
圧電部品（ＳＡＷデバイス）
図１は、本発明の圧電部品の実施例であるＳＡＷデバイスを示す。
図１は、本発明の圧電部品の実施例であるＳＡＷデバイスを示す。
このＳＡＷデバイス１は、図１に示すように、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、水晶等の圧電性基板あるいは基板上に形成された圧電機能を有する圧電基板（ウェハ）２と、この圧電基板２の主面に蒸着あるいはスパッタリングにより形成されたアルミ膜からなるＩＤＴ電極７と、素子配線を有する配線電極８とからなる第１圧電素子と、感光性樹脂シートからなる封止樹脂３内に封止された主面に同じくＩＤＴ電極７ａと配線電極８ａを有し、かつ圧電基板２の主面に搭載された複数（例えば、２個）の第２圧電素子（ＳＡＷ素子）４，５と、からなり、圧電基板２の主面２ａと対向する圧電素子４，５の主面との間には、ＩＤＴ電極７，７ａと配線電極８，８ａとの周囲を囲む気密な中空部Ｃが、それぞれ形成されている。ここで、圧電素子４，５の材料を圧電基板２の材料と同じにしてもよい。
さらに、封止樹脂３の、例えば、その四隅に対向して、４本の貫通電極（電極ポスト）６が封止電極３に形成された貫通孔（ビアホール）６ａ中に電解メッキ等で形成され、各貫通電極６の上端は、圧電基板２の主面に形成された端子電極９を介して配線電極８，８ａと、また、その他端部は、はんだ電極（バンプ）１０にそれぞれ電気的に接続されている。また、圧電素子４，５の主面には、はんだ電極（バンプ）１１が複数設けられ、圧電基板２の端子電極９にそれぞれ電気的に接続されている。なお、はんだ電極１０は、実装基板の配線電極（図示なし）に、それぞれ接続されている。
また、配線電極８，８ａを構成する素子配線は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎのうちのいずれか一つを主成分とする材料、もしくは、これらの材料を混合し、あるいは無機絶縁膜あるいは有機材料からなる絶縁膜を介して多層化した配線から構成する。
さらに、素子配線が圧電基板２の主面２ａ上に複数形成され、かつ、すべての素子配線が同一電位になるように配線されていて、電解メッキにより貫通電極６を形成する際に、貫通電極６と素子配線とを電気的に接続できるようにしてある。
また、封止樹脂３の上面３ｂに、メッキ配線を形成し、さらに絶縁性の感光性材料を配設して端子電極と接続し、再度端子電極を形成した後に、はんだにより電極を形成することによって、分布定数による回路が形成されている。
さらに、端子電極１１が、金ボールボンディングあるいはメッキにより形成された金バンプであって、かつ、前記圧電基板２への前記圧電素子４，５の実装が超音波熱圧着あるいは加熱圧着によるフリップチップなどの方法により実装される。
またさらに、圧電基板または圧電基板の主面側、貫通電極、再配線層、あるいは絶縁層を用い、圧電基板の裏面側に配線を形成して、分布定数（浮遊容量、配線長）を用いて回路を形成し、インピーダンスのマッチングまたは位相のシフト、あるいは圧電基板の櫛歯電極と組合わせて共振回路を形成する。
圧電部品の製造方法
次に、本発明の圧電部品の製造方法を、その実施例であるＳＡＷデバイスの製造方法について説明する。
次に、本発明の圧電部品の製造方法を、その実施例であるＳＡＷデバイスの製造方法について説明する。
まず、図２に基づいて圧電基板母材の製造工程について説明する。
図２に示すように、工程（１）では、パターニング済の圧電基板（ウェハ）の主面に蒸着あるいはスパッタリングにより、所定の厚み（例えば、２０００〜４０００Å）の金属膜（例えばＡｌ膜）を形成する。
次いで、工程（２）で、金属膜上に感光性レジストを塗布し、工程（３）で、複数組（セット）ＩＤＴ電極及び配線電極が形成されるよう、フォトリソグラフィにより塗布したレジストを残すように露光・現像し、ドライエッチングにより不要な金属膜を除去して、ＩＤＴ電極及び配線電極からなる第１圧電素子を形成する。残存するレジストは除去する。
さらに、工程（４）で、形成したＩＤＴ電極及び配線電極の表面に保護膜として、スパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）、あるいはＰＶＤ（物理気相成長）等の技法により、ＳｉＯ2等の絶縁材料からなる絶縁層を形成し、その後、工程（５）で、この保護膜の上に、感光性フォトレジストをスピンコートし、フォトリソグラフィにより、露光・現像してＳｉＯ2等の絶縁材料のエッチング用のマスクを形成し、ドライエッチングにより不要な絶縁材料を除去する。
次いで、前工程でスピンコートした感光性レジストを除去した後、工程（６）で、電解メッキの際のシード層を、圧電基板母材の主面に、Ｔｉ／Ｗ，Ｃｒ，Ｎｃ，Ｃｕ等の金属材料をＰＶＤ等の成膜技法で成膜して形成する。
さらに、工程（７）で、シード層上の電極形成位置にＣｕ電解メッキにより端子電極を形成し、その後、工程（８）で残存する感光性レジストを除去し、シード層をエッチングにより除去する。これらの工程により圧電基板母材２が製造される。
次に、図３に基づいて、前記圧電基板母材の主面に搭載される第２圧電素子（ＳＡＷチップ）を製造する工程について説明する。
この圧電素子は、前述した圧電基板母材の製造工程と同じように、図３に示す工程（ａ）で、パターニング済の圧電基板（ウェハ）の主面に蒸着あるいはスパッタリングにより所定厚の金属膜（例えば、Ａｌ膜）を形成し、フォトリソグラフィにより金属膜上に塗布した感光性レジストを露光・現像し、ドライエッチングにより不要な金属膜を除去して、ＩＤＴ電極及び配線電極からなる第２圧電素子を形成する。
次いで、工程（ｂ）で、圧電基板の所定位置にバンプとして機能するはんだ電極を、Ｓｎを主成分とする電解メッキにより形成する。ここで、はんだ電極をＡｕ：８０％、Ｓｎ：２０％の組成により電解メッキで形成してもよく、また、Ｚｉ置換によりＮｉ／Ａｕメッキを圧電基板の主面に形成後、この上にはんだ電極を形成してもよい。
最後に、工程（ｃ）で、圧電基板の主面上に残存する感光性レジストを除去し、図３に点線で示すダイシングラインに沿って圧電基板をダイシングして第２圧電素子の個片に分割する。
次に、この第２圧電素子を図２の工程で製造した圧電基板母材の主面上に搭載する工程について説明する。
図３に工程（９）から（１６）で示すように、まず、先の圧電基板母材製造工程〔工程（１）〜（８）〕で製造した圧電基板母材を用意し、先の工程（ｃ）で個片に分割した第２圧電素子（ＳＡＷチップ）を圧電基板母材の主面に形成した端子電極の上に第２圧電素子を反転してフェースダウンでフリップチップ搭載する。〔工程（９）〕。この際、フリップチップ・マウンタあるいは反転機能付のダイボンダーを用いてもよい。
次いで、ギ酸あるいは水素等の還元雰囲気中もしくは窒素等の不活性ガス雰囲気中あるいは真空中でリフローにより第２圧電素子主面に形成したはんだ電極と圧電基板母材の主面に形成した端子電極とを接続する〔工程（１０）〕。このはんだ付け技法によれば、フラックスレスでの両電極のはんだ付けが可能となり、残渣が生じないので、洗浄が不要となる。
さらに、感光性樹脂フィルム（感光性ポリイミド樹脂、感光性エポキシ樹脂等）を所定の軟化温度（６０〜８０℃）に加熱し、あるいは溶融させながら圧電基材母材の主面側にローラ等によりラミネート（貼付け）し、ＩＤＴ電極及び配線電極の周囲に気密な中空部が形成されるように樹脂封止する〔工程（１１）〕。この際、貼付け温度（軟化温度）及び貼付け圧力（５ｋｇｆ／ｍｍ2）を調整することにより、圧電基板母材の主面上に、はんだ付けされた第２圧電素子（ＳＡＷチップ）４，５と圧電基板母材２との間隙に感光性樹脂フィルムが流入せずに両者の間に気密な中空部Ｃが形成された状態で感光性樹脂フィルムをラミネートすることができる。
次に、樹脂封止に用いた感光性樹脂フィルムが仮硬化した後、圧電部品の貫通電極となる部分をフォトリソグラフィにより露光・現像し、エキシマレーザ、ドライエッチングあるいはウエットエッチングとの組合せにより当該部分の封止樹脂を除去し、貫通電極用の貫通孔（ビアホール）６ａを形成する〔工程（１２）〕。これらの工程により、樹脂封止と貫通電極用の貫通孔の形成とが単一のプロセスでできるようにする。その後、封止樹脂を本硬化させる。
なお、感光性樹脂フィルムに代えて樹脂封止にそれ以外の樹脂（例えばシート状エポキシ樹脂）を用いてもよく、この場合には、中空部を残したまま貫通孔の形成に加圧プレス、成形等の技法を用いる。
さらに、前記工程（７）で、銅メッキにより形成された端子電極上に電解Ｃｕメッキ等の技法により、樹脂封止に用いた感光性樹脂の上面とほぼ同じ高さになるように、貫通孔６ａを埋めて貫通電極６を形成する〔工程（１３）〕。この際、貫通孔にメッキ、溶融はんだによる埋め込み、あるいは導電性ペーストによる埋め込み、もしくはナノーペーストを充填・加熱・溶融することにより貫通電極を形成する。さらに、感光性樹脂を用いて、感光性樹脂フィルムで形成された主面上に回路パターンを形成して、分布定数回路等を形成する。
次いで、貫通電極の上端面に、はんだペーストを印刷してリフローするなどの技法により、はんだ電極１０を形成する〔工程（１４）〕。
最後に、ダイシングラインに沿って圧電基板母材（ウェハ）をダイシングにより切断し、圧電部品（ＳＡＷデバイス）１の個片を得る〔工程（１５）〕。
検査後、製品（圧電部品）として出荷する〔（工程（１６））。
本発明の圧電部品及びその製造方法は、極めて高い信頼性及び高性能が要求されるＳＡＷデバイス、圧電薄膜フィルタ、ＦＢＡＲ、ＭＥＭＳ等の圧電素子・部品及びそれらの製造方法に広く利用できる。
１ 圧電部品（ＳＡＷデバイス）
２ 圧電基板（ウェハ）
３ 封止樹脂
４ 第２圧電素子（ＳＡＷ素子）
５ 第２圧電素子（ＳＡＷ素子）
６ 貫通電極
６ａ 貫通孔（ビアホール）
７ 櫛歯（ＩＤＴ）電極
８ 配線電極
９ 端子電極
１０ はんだ電極
１１ はんだ電極（バンプ）
Ｃ 中空部
２ 圧電基板（ウェハ）
３ 封止樹脂
４ 第２圧電素子（ＳＡＷ素子）
５ 第２圧電素子（ＳＡＷ素子）
６ 貫通電極
６ａ 貫通孔（ビアホール）
７ 櫛歯（ＩＤＴ）電極
８ 配線電極
９ 端子電極
１０ はんだ電極
１１ はんだ電極（バンプ）
Ｃ 中空部
Claims (15)
- 圧電基板と、該圧電基板の主面に形成された櫛歯電極と該櫛歯電極に隣接して配設された素子配線を有する配線電極とからなる第１圧電素子と、前記圧電基板に形成された端子電極と、該端子電極に接触するはんだ電極、櫛歯電極及び配線電極とを主面に有する複数の第２圧電素子とからなり、該第２圧電素子が、前記第１圧電素子と前記第２圧電素子の主面とが対向して両主面間に中空部が形成されるように感光性樹脂シートからなる樹脂封止層により封止され、かつ、該樹脂封止層を貫通して前記端子電極とその上端部が接触する貫通電極と、からなることを特徴とする圧電部品。
- 前記端子電極が、金ボールボンディングあるいはメッキにより形成された金バンプであって、かつ、前記圧電基板への前記圧電素子の実装が超音波熱圧着あるいは加熱圧着によるフリップチップ実装の方法によりなされることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
- 前記貫通電極の下端部に、はんだ電極が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
- 前記圧電素子が、弾性表面波素子であることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
- 前記圧電素子が、ＦＢＡＲであることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
- 前記圧電素子が、ＭＥＭＳであることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
- 前記素子配線が、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎのうちのいずれか一つを主成分とする材料、あるいはこれらの材料を混合し、多層化した配線であることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
- 前記圧電基板が、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂＯ3あるいは水晶等の圧電基板、もしくは前記圧電基板上に形成した圧電機能部を有する圧電基板であることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
- 前記圧電基板と前記第２圧電素子とが、同一材料からなることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
- 前記圧電基板または圧電基板の主面側、前記貫通電極、再配線層、あるいは絶縁層を用い、さらに前記圧電基板の裏面側に配線を形成して、分布定数（浮遊容量、配線長）を用いて回路を形成し、インピーダンスのマッチングまたは位相のシフト、あるいは前記圧電基板の前記櫛歯電極と組合わせて共振回路を形成したことを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
- 前記封止樹脂層の下面にインピーダンス回路及び端子電極が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
- 圧電基板母材の主面に櫛歯電極及び配線電極とからなる複数組の第１圧電素子を形成する工程と、
該第１圧電素子の表面に保護膜を形成する工程と、
前記主面に端子電極形成用のシード層を形成する工程と、
該シード層上にＣｕ電解メッキにより端子電極を形成する工程と、
前記シード層をエッチングにより除去する工程と、
別の圧電基板を用意し、該別の圧電基板の主面に櫛歯電極及び配線電極とからなる複数組の第２圧電素子を形成し、該主面に前記櫛歯電極及び配線電極に隣接してはんだ電極を形成した後、ダイシングにより切断して個片の第２圧電素子を得る工程と、
前記第２圧電素子の個片を前記圧電基板母材の主面に前記はんだ電極を前記圧電基板母材の主面の設けた前記端子電極に接触するようフェースダウンで搭載する工程と、
リフローにより前記はんだ電極と前記端子電極とを接続する工程と、
感光性樹脂フィルムを所定の軟化温度に加熱し、あるいは溶融させながら前記圧電基板母材の主面側にラミネートして、前記櫛歯電極及び配線電極の周囲に気密な中空部が形成するように樹脂封止する工程と、
樹脂封止した前記感光性樹脂フィルムの上面の所定部位をフォトリソグラフィにより露光・現像して除去して貫通電極形成用の貫通孔を封止樹脂層に形成する工程と、
前記端子電極上にＣｕメッキにより前記貫通孔を埋めて貫通電極を形成する工程と、及び
ダイシングにより、ダイシングラインに沿って前記圧電基板母材を切断して、圧電部品の個片を得る工程と、からなることを特徴とする圧電部品の製造方法。 - 前記貫通電極の下端に、はんだ電極を形成する工程とからなることを特徴とする請求項１２に記載の圧電部品の製造方法。
- 前記はんだ電極と前記端子電極とをリフローで接続する工程が、ギ酸あるいは水素の還元雰囲気中、窒素の不活性ガス雰囲気中もしくは真空中で行われることを特徴とする請求項１２に記載の圧電部品の製造方法。
- 前記貫通孔の形成が、エキシマレーザ、ドライエッチングあるいはウエットエッチングとの組合せによりなされることを特徴とする請求項１２に記載の圧電部品の製造方法。
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