JP2013093428A

JP2013093428A - 基板パッケージ

Info

Publication number: JP2013093428A
Application number: JP2011234249A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Koyama; 孝明小山
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2013-05-16

Abstract

【課題】ボンディングワイヤが接続されるボンディングパッドを備えた基板パッケージにおいて、歩留まりを向上可能な基板パッケージを提供する。
【解決手段】基板パッケージ１は、基板２上に下部電極３を成膜し、該下部電極３上にＰＺＴからなる圧電体膜を成膜した後、該膜を部分的に除去することで圧電素子４を形状加工するように製造され、下部電極３に電気的に接続されるボンディングパッド５にボンディングワイヤ６が接続される。ボンディングパッド５のボンディングワイヤ６が接続される部位と基板２との間には、圧電体膜を残して圧電素子４が形状加工されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＰＺＴ膜が成膜された基板パッケージに関する。

従来、ボンディングパッド（電極）にボンディングワイヤを接続する基板パッケージが知られている（特許文献１の図４参照）。

このような基板パッケージは、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型の光偏向器のように、基板の一部を屈曲変形させる用途に用いられることがある。この場合には、まず、基板上に電極を成膜した後、この電極上に圧電体膜を成膜する。そして、基板を屈曲変形させる部位のみ圧電体膜を残して、その他の部位はエッチング処理等により除去する。

そして、基板パッケージの外部からの給電のために、基板上に成膜された電極に通電するボンディングパッドを、基板上の圧電体が除去された部位に形成し、このボンディングパッドに対してボンディングワイヤを接続する加工を施す。このとき、圧電体には、良好な圧電特性を有するＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が用いられ、電極には、良好なＰＺＴ配向膜を得るために白金（Ｐｔ）が用いられ、ボンディングパッドには、アルミニウム（Ａｌ）が用いられることが一般的である。

特開２０１１−１８１８３９号公報

しかしながら、鉛の融点（３２７．４℃）に比べて高温（例えば、約５００℃）でＰＺＴ膜を成膜するので、ＰＺＴ膜を成膜する過程で、ＰＺＴに含まれる鉛が融け、基板上に成膜された白金の中に鉛が浸透してしまう。これにより、白金を材料とする電極と基板との間の結合力が低下してしまう。その上、ボンディングパッドにボンディングワイヤを接続するときの超音波による振動により、電極と基板との間の結合力が更に低下する。

また、ボンディングパッドの材料であるアルミニウムと電極の材料である白金は結合力が高い。このため、ボンディングワイヤの張力により、結合力が低下した電極と基板とが乖離しやすくなる。従って、基板パッケージの歩留まりが悪く、製造コストが増加する要因となっていた。

本発明は、基板上に電極を成膜し、この電極上にＰＺＴ膜を成膜した後、このＰＺＴ膜を部分的に除去することでＰＺＴ部材を形状加工するように製造され、電極に電気的に接続されるボンディングパッドにボンディングワイヤが接続される基板パッケージを改良して、歩留まりを向上させることを目的とする。

本発明は、基板上に電極を成膜し、該電極上にＰＺＴ膜を成膜した後、該ＰＺＴ膜を部分的に除去することでＰＺＴ部材を形状加工するように製造され、前記電極に電気的に接続されるボンディングパッドにボンディングワイヤが接続される基板パッケージにおいて、前記ボンディングパッドの前記ボンディングワイヤが接続される部位と前記基板との間には、前記ＰＺＴ膜を残して前記ＰＺＴ部材が形状加工されていることを特徴とする。

本発明によれば、ボンディングパッドのボンディングワイヤが接続される部位と基板との間にＰＺＴ部材が形状加工されている。これにより、ワイヤボンディングでボンディングワイヤが接続されるときの超音波による振動が、ＰＺＴ部材を介して電極に伝達される。このため、超音波による振動が緩和されて電極に伝達されるので、電極と基板とが乖離しづらくなる。従って、基板パッケージの歩留りを向上できる。これにより、製造コストを低減可能となる。

本発明において、前記ＰＺＴ部材は、前記基板を屈曲変形させるための圧電素子として使用されるものとし、前記ボンディングパッドは、当該ＰＺＴ部材上に形成することができる。

（ａ）は本発明の第１実施形態の基板パッケージの構成を示す模式的平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面図。（ａ）は本発明の第２実施形態の基板パッケージの構成を示す模式的平面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面図。本発明の第３実施形態の基板パッケージの構成を示す模式的断面図。本発明の第４実施形態の基板パッケージの構成を示す模式的断面図。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態の基板パッケージ１の構成について図１を参照して説明する。

基板パッケージ１が備える基板２は、シリコン基板であり、電子回路用の回路素子が実装される。なお、基板２上にはその全面に熱酸化膜ＳｉＯ_２（図示省略）が形成されている。

基板２上には、２層の金属薄膜として下部電極３が形成される。下部電極３の材料としては、１層目（下層）の金属薄膜にはチタン（Ｔｉ）を用い、２層目（上層）の金属薄膜には白金（Ｐｔ）を用いる。各金属薄膜は、例えば、スパッタ法、電子ビーム蒸着法等により成膜する。各金属薄膜の厚みは、例えば１層目のＴｉは３０〜１００［ｎｍ］、２層目のＰｔは１００〜３００［ｎｍ］程度とする。

本実施形態では、下部電極３は、当該基板パッケージ１の基準電位点に接続（接地）されている。

下部電極３上には、ＰＺＴを材料とした圧電膜を反応性アーク放電を利用したイオンプレーティング法により形成し、その後、必要な部位（圧電素子４）以外をエッチング処理により除去することで、圧電素子４が形成される。反応性アーク放電を利用したイオンプレーティング法については、具体的には、本願出願人による特開２００１−２３４３３１号公報、特開２００２−１７７７６５号公報、特開２００３−８１６９４号公報に記載された手法を用いる。なお、この形成時には、基板が５００℃前後の温度となる。また、本実施形態では、圧電膜（圧電素子４）の厚みを３［μｍ］程度とする。

そして、白金（Ｐｔ）の膜が成膜された後、エッチング処理により上部電極８として不要な箇所の白金が除去される。これにより後述する片持ち梁７の圧電素子４上に上部電極８が形成される。この後、アルミニウム（Ａｌ）の膜を成膜し、エッチング処理によりパターン配線を形成すると共に、パターン配線の一部としてボンディングパッド５が形成される。また、本実施形態では、ボンディングパッド５の厚みを０．５［μｍ］程度とする。更に、ボンディングパッド５は、下部電極３と導通するために、圧電素子４の外周を囲うように形成されている。ボンディングパッド５上には、ワイヤボンディングによりボンディングワイヤ６が接続される。

また、基板２は、その一辺に片持ち梁７が形成されている。片持ち梁７は、起歪体（片持ち梁本体）としての基板２上に、下部電極３、圧電素子４及び上部電極８を積層した構造の圧電カンチレバーである。片持ち梁７の上部電極８に電気的に接続する配線（図示省略）と下部電極３（もしくはボンディングパッド５）との間に電圧を印加することで、圧電駆動により圧電素子４が屈曲変形し、片持ち梁７を構成する基板２が屈曲変形する。

基板パッケージ１は、上記のように、基板２上に「下部電極３の膜」、「圧電体の膜」、「上部電極８の膜」の順にそれぞれの膜を成膜した後、エッチング処理により、必要な部分以外除去することで、圧電素子４等の各部材を形成している。その後、ボンディングパッド５等のパターン配線用のアルミニウム膜を成膜した後、エッチング処理によりパターン配線部分のみを残す。これにより、圧電素子４の外周を囲うようにボンディングパッド５が形成される。

なお、図１には図示していないが、ボンディングパッド５を形成した後、片持ち梁７を含む基板パッケージ１の表面全体に熱酸化膜としてＳｉＯ_２の膜を形成している。この熱酸化膜は、ワイヤボンディングによる超音波の振動により、ボンディングワイヤ６が接続されるボンディングパッド５の接続部分が除去され、ボンディングワイヤ６とボンディングパッド５とが電気的に接続される。

以上のように、第１実施形態の基板パッケージ１では、ボンディングワイヤ６が接続されるボンディングパッド５と基板２（もしくは下部電極３）との間には、エッチング処理で除去されずに圧電素子４が形成されている。これにより、ワイヤボンディングにより、ボンディングワイヤが接続されるときの超音波による振動が圧電素子４を介して下部電極３に伝達される。このため、圧電素子４を介さずに下部電極３上にボンディングパッドが成膜（もしくは形成）されているものと比較して、圧電素子４の厚みによって超音波の振動が緩和されて下部電極３に伝達されるので、下部電極３と基板２とが乖離しづらくなる。従って、基板パッケージ１１の歩留まりを向上可能となる。これにより当該基板パッケージ１の製造コストを低減できる。

また、基板２に設けられた圧電素子４は、圧電駆動させることを目的として残されたものではない。通常、圧電膜の圧電駆動させる部位（片持ち梁７の圧電素子４）以外は、エッチング処理により除去されるが、ワイヤボンディング時の振動による影響を緩和するために、ボンディングパッド５の圧電素子４を意図的に残している（圧電駆動させることを目的としない圧電素子４を形成している）。このため、このような圧電素子４が残されていないものに比べて、エッチングによって圧電素子４を除去する面積が減少するので、エッチングを施す装置のメンテナンスサイクルが長くなる。これによっても製造コストを低減可能となる。

なお、本実施形態では、圧電駆動させることを目的とする圧電素子４を利用したものとして片持ち梁７を例示したがどのような形状のものであってもよい。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態の基板パッケージについて説明する。図２に示されるように、基板パッケージ１１は、第１実施形態の基板パッケージ１と比較した際の相違点は、第１実施形態ではボンディングパッドをボンディングパッド５の１つのみで構成していたのに対し、第２実施形態では、ボンディングパッドが第１ボンディングパッド１５１〜第４ボンディングパッド１５４の４つで構成されている点のみである。以下、この相違点のみについて説明する。なお、成膜やエッチングについても第１実施形態と同様である。

第２実施形態の基板パッケージ１１では、基板２の中央に第１〜第４のボンディングパッド１５１〜１５４が設けられている。第１〜第４のボンディングパッド１５１〜１５４は、第１実施形態のボンディングパッド５と同様に、ボンディングワイヤ６が接続される第１〜第４のボンディングパッド１５１〜１５４と基板２（もしくは下部電極３）との間には、圧電素子４がそれぞれ形成されている。そして、ボンディングワイヤ６は、これらの第１〜第４のボンディングパッド１５１〜１５４の全てに接触するように接続されている。

ボンディングパッドを第２実施形態の基板パッケージ１１のように構成した場合であっても、第１〜第４のボンディングパッド１５１〜１５４と基板２（もしくは下部電極３）との間に圧電素子４が形成されているので、ワイヤボンディングにより、ボンディングワイヤが接続されるときの超音波による振動が圧電素子４を介して下部電極３に伝達される。このため、圧電素子４を介さずに下部電極３上にボンディングパッドが成膜（もしくは形成）されているものと比較して、圧電素子４の厚みにより超音波の振動が緩和されて下部電極３に伝達されるので、下部電極３と基板２とが乖離しづらくなる。従って、基板パッケージ１１の歩留まりを向上可能となる。これにより当該基板パッケージ１１の製造コストを低減できる。

また、第２実施形態の基板パッケージ１１においても、エッチングによって圧電素子４を除去する面積が減少するので、エッチングを施す装置のメンテナンスサイクルが長くなる効果が得られる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態の基板パッケージについて説明する。

図３に示されるように、第３実施形態の基板パッケージ２１は、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、全面に熱酸化膜ＳｉＯ_２（図示省略）が形成された基板２上に、下部電極３が形成されている。そして、下部電極３上にはＰＺＴを材料とする圧電膜が形成された後、エッチング処理により不要な部位が除去され、圧電素子４が形成される。

そして、白金（Ｐｔ）の膜が成膜された後、エッチング処理により上部電極２８として不要な箇所の白金が除去される。これにより圧電素子４の上部にのみ上部電極２８が形成される。この後、層間絶縁膜としてＳｉＯ_２を成膜し、その一部をエッチング処理により除去することで酸化膜２７を形成する。このとき、層間絶縁膜がエッチング処理により除去される部位は、その下の層に圧電素子４が形成されていない部位としている。すなわち、酸化膜２７を形成したときに、エッチング処理により下部電極３の表面の一部が露出する。

この状態で、アルミニウム（Ａｌ）の膜を成膜した後、エッチング処理によりパターン配線２５が形成される。これにより、パターン配線２５は、酸化膜２７を形成するときにエッチング処理により除去されてできた空隙２７ａにより露出した下部電極３と接触することで当該下部電極３と電気的に接続される。

また、パターン配線２５を形成するときに、圧電素子４が形成されている部位は、空隙２９により、「下部電極３に電気的に接続されたパターン配線２５（図３の右側）」と、「酸化膜２７に設けられた電極ビア２７ｂによって上部電極２８と電気的に接続されたパターン配線２５（図３の左側）」とが平面的に分離するように設けられている。これにより下部電極３に電気的に接続されたパターン配線２５と上部電極２８と電気的に接続されたパターン配線２５とは、電気的には非接続状態（絶縁状態）となっている。

また、パターン配線２５の下の層に圧電素子４が形成されている部位（以下、「ボンディングパッド」という）２５ａには、ボンディングワイヤ６が接続される。なお、図３には図示していないが、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、ボンディングパッド２５ａを形成した後、基板パッケージ２１の表面全体に熱酸化膜としてＳｉＯ_２の膜を形成しており、ワイヤボンディングによる超音波の振動により、ボンディングワイヤ６が接続されるボンディングパッド２５ａの接続部分が除去され、両者が電気的に接続される。当該基板パッケージ２１は、上部電極２８と下部電極３との間に電圧を印加することで、圧電素子４が屈曲変形するように構成されている。

第１実施形態及び第２実施形態では、圧電駆動により屈曲変形させるための圧電素子４（片持ち梁７の圧電素子４）とは別に、ボンディングパッド（５又は１５１〜１５４）と下部電極３との間に、圧電駆動させることのない圧電素子４を残していた。これに対して第３実施形態では、圧電駆動するための圧電素子４上に形成された上部電極２８上に絶縁体である酸化膜２７を形成し、空隙２７ａにより下部電極３の表面の一部を露出させた状態で、パターン配線２５を形成する。

第３実施形態の基板パッケージ２１のように、圧電駆動させるための圧電素子４上（詳細には、圧電素子４上の酸化膜２７上）にボンディングパッド２５ａを形成した場合であっても、ワイヤボンディングによる超音波の振動が圧電素子４を介して下部電極３に伝達される。このため、圧電素子４を介さずに下部電極３上にボンディングパッドが成膜（もしくは形成）されているものと比較して、圧電素子４の厚みにより超音波の振動が緩和されて下部電極３に伝達されるので、下部電極３と基板２とが乖離しづらくなる。従って、基板パッケージ２１の歩留まりを向上可能となる。これにより当該基板パッケージ２１の製造コストを低減できる。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態の基板パッケージについて説明する。

図４に示されるように、第４実施形態の基板パッケージ３１は、第１実施形態，第２実施形態及び第３実施形態と同様に、全面に熱酸化膜ＳｉＯ_２（図示省略）が形成された基板２上に、下部電極３が形成されている。そして、下部電極３上にはＰＺＴを材料とする圧電膜が形成された後、エッチング処理により不要な部位が除去され、圧電素子４が形成される。

圧電素子４の形成後、白金（Ｐｔ）の膜が成膜され、エッチング処理により上部電極８として不要な箇所の白金を除去される。これにより圧電素子４の上部にのみ上部電極８が形成される。このとき、圧電素子４の上部の一部は白金が除去される。そして、アルミニウム（Ａｌ）の膜を成膜した後、エッチング処理によりパターン配線３５が形成される。これにより、パターン配線３５は、当該下部電極３と電気的に接続される。

また、パターン配線３５を形成するときに、圧電素子４が形成されている部位（図４の左側）は、空隙３９によりパターン配線３５とは平面的に分離するように上部電極３８が設けられている。これによりパターン配線３５と上部電極３８とは、電気的には非接続状態（絶縁状態）となっている。また、パターン配線３５の下の層に圧電素子４が形成されている部位（以下、「ボンディングパッド」という）３５ａには、ボンディングワイヤ６が接続される。なお、図３には図示していないが、第１〜第３実施形態と同様に、ボンディングパッド３５ａを形成した後、基板パッケージ３１の表面全体に熱酸化膜としてＳｉＯ_２の膜を形成しており、ワイヤボンディングによる超音波の振動により、ボンディングワイヤ６が接続されるボンディングパッド３５ａの接続部分が除去され、両者が電気的に接続される。当該基板パッケージ３１は、上部電極３８と下部電極３との間に電圧を印加することで、圧電素子４が屈曲変形するように構成されている。

第４実施形態では、第３実施形態と同様に、ボンディングパッド３５ａと基板２との間に圧電駆動するための圧電素子４を配置している。これにより、第１〜第３実施形態と同様に、ワイヤボンディングによる超音波の振動が圧電素子４を介して下部電極３に伝達される。このため、圧電素子４を介さずに下部電極３上にボンディングパッドが成膜（もしくは形成）されているものと比較して、圧電素子４の厚みにより超音波の振動が緩和されて下部電極３に伝達されるので、下部電極３と基板２とが乖離しづらくなる。従って、基板パッケージ３１の歩留まりを向上可能となる。これにより当該基板パッケージ３１の製造コストを低減できる。

なお、本発明の基板パッケージにおいて、圧電素子の形状は、どのような形状であってもよい。同様に、本発明の基板パッケージにおいて、ボンディングパッドの形状は、下部電極３との電気的な接続を確保できるものであり、且つボンディングパッドと下部電極３との間に圧電素子が形成されていれば、どのような形状（例えば、直方体等）のものであってもよい。

１…基板パッケージ（第１実施形態の基板パッケージ）、２…基板、３…下部電極（電極）、４…圧電素子（ＰＺＴ部材）、５…ボンディングパッド、６…ボンディングワイヤ、１１…基板パッケージ（第２実施形態の基板パッケージ）、１５１〜１５４…第１〜第４のボンディングパッド（ボンディングパッド）、２１…基板パッケージ（第３実施形態の基板パッケージ）、２５ａ…ボンディングパッド、３１…基板パッケージ（第４実施形態の基板パッケージ）、３５ａ…ボンディングパッド。

Claims

基板上に電極を成膜し、該電極上にＰＺＴ膜を成膜した後、該ＰＺＴ膜を部分的に除去することでＰＺＴ部材を形状加工するように製造され、前記電極に電気的に接続されるボンディングパッドにボンディングワイヤが接続される基板パッケージにおいて、
前記ボンディングパッドの前記ボンディングワイヤが接続される接続部と前記基板との間には、前記ＰＺＴ膜を残して前記ＰＺＴ部材が形状加工されていることを特徴とする基板パッケージ。
請求項１に記載の基板パッケージにおいて、前記ＰＺＴ部材は、前記基板を屈曲変形させるための圧電素子として使用されるものであり、前記ボンディングパッドは、当該ＰＺＴ部材上に形成されていることを特徴とする基板パッケージ。