JP2015130601A - module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モジュールに関し、例えばモジュール基板の内部に弾性波デバイスが埋め込まれたモジュールに関する。 The present invention relates to a module, for example, a module in which an acoustic wave device is embedded in a module substrate.
弾性波デバイスの小型化の要求に対して、パッケージ基板上に弾性波チップを実装した後、弾性波チップを封止部によって封止する構造が提案されている。また、高い気密性を確保するために、封止部にはんだ等の金属を用いることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In response to the demand for downsizing of acoustic wave devices, a structure in which an acoustic wave chip is mounted on a package substrate and then the acoustic wave chip is sealed by a sealing portion has been proposed. Moreover, in order to ensure high airtightness, using metal, such as a solder, for a sealing part is proposed (for example, refer patent document 1).
金属製の封止部によって弾性波チップを封止する場合、封止部がグランドに電気的に接続されていないと、弾性波チップやパッケージ基板に形成されたパターン同士が封止部を介して容量結合し、電気特性が劣化してしまう。封止部をグランドに電気的に接続させる方法として、例えばパッケージ基板にビア配線を設け、このビア配線を介して封止部を弾性波デバイスのグランド端子に電気的に接続させることが考えられる。しかしながら、この場合、ビア配線を設ける領域を確保するために、パッケージ基板が大型化し、その結果、弾性波デバイスが大型化してしまう。また、弾性波デバイスのグランド端子と封止部とがパッケージ基板を貫通するビア配線によって電気的に接続されているため、例えば弾性波チップの信号に繋がる配線パターンと封止部とが容量結合した場合、電気特性の劣化が生じてしまう。 When the acoustic wave chip is sealed by the metal sealing part, if the sealing part is not electrically connected to the ground, the patterns formed on the acoustic wave chip and the package substrate pass through the sealing part. Capacitive coupling causes electrical characteristics to deteriorate. As a method for electrically connecting the sealing portion to the ground, for example, a via wiring is provided on the package substrate, and the sealing portion is electrically connected to the ground terminal of the acoustic wave device via the via wiring. However, in this case, the package substrate is enlarged in order to secure a region for providing the via wiring, and as a result, the acoustic wave device is enlarged. In addition, since the ground terminal of the acoustic wave device and the sealing portion are electrically connected by via wiring penetrating the package substrate, for example, the wiring pattern connected to the signal of the acoustic wave chip and the sealing portion are capacitively coupled. In this case, the electrical characteristics are deteriorated.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、小型で且つ電気特性が良好な弾性波デバイスを得ることが可能なモジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a module capable of obtaining an elastic wave device that is small and has good electrical characteristics.
本発明は、モジュール基板と、前記モジュール基板の内部に埋め込まれ、パッケージ基板の上面に実装された弾性波チップと、前記パッケージ基板上に設けられ、前記弾性波チップを封止する金属製の封止部と、前記パッケージ基板の下面に設けられ、前記弾性波チップに電気的に接続されたグランド端子と、を含む弾性波デバイスと、を備え、前記グランド端子と前記封止部とは、前記モジュール基板に設けられた配線を介してグランドに電気的に接続され、前記弾性波デバイス内では互いに電気的に接続されていないことを特徴とするモジュールである。本発明によれば、小型で且つ電気特性が良好な弾性波デバイスを得ることができる。 The present invention provides a module substrate, an acoustic wave chip embedded in the module substrate and mounted on an upper surface of the package substrate, and a metal seal provided on the package substrate and sealing the acoustic wave chip. An elastic wave device including a stop portion and a ground terminal provided on a lower surface of the package substrate and electrically connected to the elastic wave chip, and the ground terminal and the sealing portion include: The module is electrically connected to the ground via wiring provided on the module substrate, and is not electrically connected to each other in the acoustic wave device. According to the present invention, it is possible to obtain an elastic wave device that is small and has good electrical characteristics.
上記構成において、前記パッケージ基板は、単層基板である構成とすることができる。 In the above configuration, the package substrate may be a single layer substrate.
上記構成において、前記封止部は、前記弾性波チップに対して前記パッケージ基板とは反対側で前記モジュール基板に設けられた前記配線を介してグランドに電気的に接続される構成とすることができる。 In the above configuration, the sealing portion is configured to be electrically connected to the ground via the wiring provided on the module substrate on the side opposite to the package substrate with respect to the acoustic wave chip. it can.
上記構成において、前記封止部は、複数の前記配線を介してグランドに電気的に接続される構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The said sealing part can be set as the structure electrically connected to a ground through the said some wiring.
上記構成において、前記封止部は、前記弾性波チップの周りを囲んで設けられた半田封止部と、前記弾性波チップ上に設けられた金属リッドと、を含む構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The said sealing part can be set as the structure containing the solder sealing part provided surrounding the said acoustic wave chip | tip, and the metal lid provided on the said acoustic wave chip | tip.
上記構成において、前記弾性波チップは、弾性表面波チップ又は圧電薄膜共振子チップを含む構成とすることができる。 In the above configuration, the acoustic wave chip may include a surface acoustic wave chip or a piezoelectric thin film resonator chip.
本発明によれば、小型で且つ電気特性が良好な弾性波デバイスを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an elastic wave device that is small and has good electrical characteristics.
まず、比較例に係る弾性波デバイスについて説明する。図1(a)は、比較例1に係る弾性波デバイスを示す断面図であり、図1(b)は、パッケージ基板の上面図である。なお、図1(a)は、図1(b)のA−A間に相当する箇所の断面を示している。図1(a)及び図1(b)のように、パッケージ基板70の上面に、接続端子76と金属製のシールリング86とが設けられている。接続端子76に、弾性波チップ72がバンプ74によってフリップチップ実装されている。シールリング86は、弾性波チップ72を囲むように設けられている。シールリング86の上面に接合すると共に弾性波チップ72の側面に接合された半田封止部88と、弾性波チップ72上に設けられた金属リッド90と、を含む金属製の封止部92によって、弾性波チップ72は封止されている。封止部92を覆うように金属膜94が設けられている。
First, an acoustic wave device according to a comparative example will be described. FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating an acoustic wave device according to Comparative Example 1, and FIG. 1B is a top view of the package substrate. Note that FIG. 1A shows a cross section of a portion corresponding to A-A in FIG. As shown in FIGS. 1A and 1B, a
パッケージ基板70の下面には、弾性波デバイスの外部端子として信号端子78及びグランド端子80が設けられている。接続端子76と信号端子78及びグランド端子80とは、パッケージ基板70を貫通するビア配線82によって電気的に接続されている。つまり、弾性波チップ72は、信号端子78及びグランド端子80に電気的に接続されている。封止部92も、パッケージ基板70を貫通するビア配線84を介して、グランド端子80に電気的に接続されている。
On the lower surface of the
比較例1によれば、封止部92をグランドに電気的に接続させるために、パッケージ基板70にビア配線84を設け、このビア配線84を介して封止部92をグランド端子80に電気的に接続させている。この場合、ビア配線84を設ける領域を確保するためにシールリング86の幅を広げることになり、パッケージ基板70が大型化し、その結果、弾性波デバイスが大型化してしまう。また、弾性波デバイス内でグランド端子80と封止部92とがビア配線84を介して電気的に接続されているため、例えば封止部92が弾性波チップ72の信号に繋がるパターン等の他のパターンと容量結合した場合、高周波電気特性の劣化が生じてしまう。さらに、例えばパッケージ基板70が単層基板である場合には、シールリング86の直下にグランド端子80がある場所でしかビア配線84を介して封止部92をグランド端子80に電気的に接続させることができないとの制約がある。このため、封止部92のグランドの強化が不十分となる恐れがある。
According to the comparative example 1, in order to electrically connect the
図2(a)は、比較例2に係る弾性波デバイスを示す断面図、図2(b)は、パッケージ基板の上面図である。なお、図2(a)は、図2(b)のA−A間に相当する箇所の断面を示している。比較例1では、シールリング86を外側に広げることでビア配線84を設ける領域を確保していたが、比較例2では、図2(b)のように、シールリング86を内側に広げることでビア配線84を設ける領域を確保している。これにより、パッケージ基板70が大型化することを抑制できる。しかしながら、図2(a)のように、パッケージ基板70の上面と弾性波チップ72との間までシールリング86が延在するようになり、封止部92を構成する半田封止部88がパッケージ基板70の上面と弾性波チップ72との間まで入り込むようになる。これは、半田封止部88は、シールリング86上を半田が濡れ広がることで形成されるためである。この結果、弾性波チップ72に形成されているパターンに半田が付着し易くなり、電気特性が悪化してしまう。また、比較例2においても、比較例1で説明したような容量結合による高周波電気特性の劣化は生じる。
2A is a cross-sectional view showing an acoustic wave device according to Comparative Example 2, and FIG. 2B is a top view of the package substrate. FIG. 2A shows a cross section of a portion corresponding to A-A in FIG. In Comparative Example 1, the region where the
そこで、以下において、小型で且つ電気特性が良好な弾性波デバイスを得ることが可能なモジュールの実施例について説明する。 Therefore, an embodiment of a module capable of obtaining an elastic wave device that is small and has good electrical characteristics will be described below.
図3は、実施例1に係るモジュールを示す断面図である。図3のように、実施例1のモジュール100は、弾性波デバイス200がモジュール基板10の内部に埋め込まれて配置されている。弾性波デバイス200は、例えば高周波信号を処理するデバイスである。モジュール基板10は、絶縁層12と配線層14とが複数積層された多層配線基板である。積層された複数の配線層14は、絶縁層12を貫通するビア配線16によって互いに電気的に接続されている。配線層14とビア配線16とは、例えば銅等の金属で形成されている。絶縁層12は、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、又は熱可塑性の液晶ポリマーシート等により形成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the module according to the first embodiment. As illustrated in FIG. 3, the
ここで、モジュール100内に収容・内蔵された弾性波デバイス200について説明する。図4は、実施例1のモジュール内に内蔵された弾性波デバイスを示す断面図である。図4のように、弾性波デバイス200は、セラミック、サファイア、又は窒化アルミニウム等の絶縁体からなるパッケージ基板20の平坦上面に、弾性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)チップ22がバンプ24によってフリップチップ実装されている。SAWチップ22は、圧電基板26と、圧電基板26のパッケージ基板20と向かい合う側の面に設けられたIDT(Interdigital Transducer)28と、を含む。圧電基板26は、例えばタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウム等の圧電材料からなる。IDT28は、例えば銅又はアルミニウム等の金属で形成されている。バンプ24は、例えば銅、金、又は半田等の金属からなる。パッケージ基板20の上面とSAWチップ22との間には空隙30が形成されていて、IDT28は振動が抑制されないように空隙30に露出している。バンプ24も空隙30に露出している。
Here, the
ここで、パッケージ基板20について説明する。図5(a)は、パッケージ基板の上面図であり、図5(b)は、パッケージ基板の断面図であり、図5(c)は、パッケージ基板の下面図である。なお、図5(b)は、図5(a)及び図5(c)のA−A間の断面図である。図5(a)から図5(c)のように、パッケージ基板20の上面に、接続端子32とシールリング34とが設けられている。パッケージ基板20の部材として、例えばセラミック、サファイア等を用いることができる。シールリング34は、パッケージ基板20の上面内の外周部分に、外周に沿って設けられている。接続端子32は、シールリング34よりも内側に設けられている。接続端子32とシールリング34とは、例えば銅等の金属で形成されている。
Here, the
パッケージ基板20の下面に、弾性波デバイス200の外部接続用の端子である外部端子36が設けられている。外部端子36は、信号端子及びグランド端子を含む。外部端子36は、例えば銅等の金属で形成されている。パッケージ基板20の上面に設けられた接続端子32と、下面に設けられた外部端子36とは、パッケージ基板20を貫通するビア配線38を介して電気的に接続されている。ビア配線38は、例えば銅等の金属で形成されている。パッケージ基板20の上面に設けられたシールリング34下にはビア配線は設けられてなく、シールリング34は外部端子36に電気的に接続されていない。パッケージ基板20は、例えば単層基板からなり、内部にパッケージ基板20の上面に平行な方向に延在する配線が設けられていない。
図4のように、バンプ24は接続端子32に接合されていることから、SAWチップ22は外部端子36に電気的に接続されている。シールリング34は、SAWチップ22よりも外側に、SAWチップ22を囲んで設けられている。シールリング34の上面に接合すると共にSAWチップ22の側面に接合した半田封止部40と、SAWチップ22上に設けられた平坦形状の金属リッド42と、を含む金属製の封止部44によって、SAWチップ22は封止されている。金属リッド42は、例えばコバール等の金属で形成されている。封止部44を覆って、例えば銅等の金属膜46が設けられている。
As shown in FIG. 4, since the
弾性波デバイス200は、図6のように、多面取り構造を用いて製造することができる。図6は、弾性波チップを実装する前のウエハを示す上面図である。図6のように、ウエハ48の上面に、図5(a)で説明した接続端子32とシールリング34とを含む複数のパターン49がアレイ状に配置されている。また、図示はしないが、ウエハ48の下面には、図5(c)で説明した外部端子36が設けられている。ウエハ48の上面に設けられた接続端子32と下面に設けられた外部端子36とは、ウエハ48を貫通するビア配線38によって電気的に接続されている。ウエハ48は、例えばサファイアである。サファイアを用いることで、温度特性の優れた弾性波デバイスを備えたモジュール基板を提供することができる。
The
複数のパターン49それぞれにSAWチップ22をフリップチップ実装した後、例えばSnAg系の半田シートとその上に重ね合わせた金属リッド42との積層体を複数のSAWチップ22上に配置し、積層体を上側から加熱・加圧する。これにより、複数のSAWチップ22間の間隙に半田が充填される。半田は、シールリング34上を濡れ広がった後に固化して、シールリング34の上面とSAWチップ22の側面とに接合する。したがって、シールリング34は、半田に対して濡れ性の良好な金属からなる場合が好ましい。これにより、SAWチップ22の周囲を覆う半田封止部40が形成される。また、複数のSAWチップ22上には、金属リッド42が配置される。これにより、複数のSAWチップ22は、半田封止部40と金属リッド42とを含む封止部44によって封止される。その後、ウエハ48をダイシングによって切断して複数のSAWチップ22に個片化した後、金属膜46を形成することで、弾性波デバイス200が得られる。
After the
図4のように、弾性波デバイス200単体の状態では、封止部44と外部端子36とは、互いに独立していている。つまり、封止部44と外部端子36(例えば、グランド端子)とは、弾性波デバイス200内で電気的に接続されていない。
As shown in FIG. 4, in the state of the
図3のように、モジュール基板10に内蔵された弾性波デバイス200の外部端子36は、配線層14及びビア配線16に電気的に接続されている。モジュール基板10の上面に形成された配線層14aは、少なくともその一部が端子パッドとして用いられ、この端子パッドには、電子部品18が実装されている。電子部品18は、例えば抵抗素子、インダクタ、又はキャパシタ等のチップ部品である。電子部品18は、パワーアンプ、アンテナスイッチ、又は高周波IC等の能動素子であってもよい。弾性波デバイス200の外部端子36のうちの信号端子36aは、例えば配線層14及びビア配線16を介して電子部品18に電気的に接続されている。
As shown in FIG. 3, the
弾性波デバイス200及び電子部品18は、モジュール基板10の下面に形成された配線層14bに対しても電気的に接続されている。モジュール基板10の下面の配線層14bは、モジュール100の外部接続用端子パッドとして機能する。即ち、弾性波デバイス200及び電子部品18は、モジュール基板10の下面の配線層14bを介して、電子機器のマザーボードにおける端子等に電気的に接続される。
The
弾性波デバイス200の外部端子36のうちのグランド端子36bは、図3では明示していないが、配線層14及びビア配線16を介して、グランド用の端子パッドとして機能する配線層14bに電気的に接続されている。弾性波デバイス200の封止部44は、封止部44の上面側(図3の紙面上では封止部44の下側)に設けられたビア配線16を介して、グランド用の端子パッドとして機能する配線層14bに電気的に接続されている。グランド端子36bが電気的に接続されている配線層14bと封止部44が電気的に接続されている配線層14bとは、例えばそれぞれ独立した別々の配線層である。
The
実施例1によれば、弾性波デバイス200のグランド端子36bと封止部44とは、モジュール基板10に設けられたビア配線16を介してグランドに電気的に接続され、弾性波デバイス200内では互いに電気的に接続されていない。これにより、例えば、封止部44がSAWチップ22の信号に繋がるパターン等の他のパターンと容量結合した場合であっても、良好な高周波電気特性を得ることができる。また、封止部44は、モジュール基板10に設けられたビア配線16を介してグランドに電気的に接続されるため、比較例1のように、封止部44をグランドに接続させるためのビア配線をパッケージ基板20に設けなくて済む。よって、弾性波デバイス200を小型化することができる。
According to the first embodiment, the
パッケージ基板20は、内部にパッケージ基板20の上面に平行な方向に延在する配線が設けられた多層基板の場合でもよいが、弾性波デバイス200の低背化のためには、単層基板である場合が好ましい。図4のように、パッケージ基板20の内部には、上面の接続端子32と下面の外部端子36とを電気的に接続させるビア配線38が設けられるだけであるため、パッケージ基板20に単層基板を用いることができる。
The
図3のように、封止部44は、SAWチップ22に対してパッケージ基板20と反対側でモジュール基板10に設けられたビア配線16を介してグランドに電気的に接続されることが好ましい。これにより、封止部44と配線層14bとの間のビア配線16を短くできる。また、図3のように、封止部44は、複数のビア配線16を介してグランドに接続されることが好ましい。これにより、封止部44のグランドを強化することができ、封止部44による電磁シールド効果が得られる。また、熱伝導の経路が増えることから、SAWチップ22で発生した熱を効果的に放熱させることができる。
As shown in FIG. 3, the sealing
弾性波デバイス200の製造プロセスの簡略化の観点から、弾性波デバイス200の外部端子36と金属膜46とは、同じ金属(例えば、銅)からなる場合が好ましい。
From the viewpoint of simplifying the manufacturing process of the
実施例1では、図3のように、モジュール100内に内蔵された弾性波デバイス200は、モジュール基板10の電子部品18が設けられた面側に外部端子36が配置され、反対面側に封止部44が配置されている場合を例に示したが、上下反転した場合でもよい。また、弾性波デバイス200に備わる弾性波チップとしてSAWチップ22の場合を例に示したが、その他の弾性波チップの場合でもよく、例えばラブ波チップ、弾性境界波チップ、圧電薄膜共振子(FBAR:Film Bulk Acoustic Resonator)チップ等の場合でもよい。また、弾性波デバイス200は、共振器の場合でもよいし、送信フィルタ、受信フィルタ、或いは分波器の場合でもよい。
In the first embodiment, as shown in FIG. 3, the
図7は、圧電薄膜共振子チップを示す断面図である。図7のように、圧電薄膜共振子チップ50は、例えばシリコン等の基板52上に、下部電極54、窒化アルミニウム膜等の圧電膜56、及び上部電極58がこの順に積層されている。圧電膜56を挟み下部電極54と上部電極58とが重なる領域が共振領域60となる。共振領域60においては、圧電膜56内で励振されて上下方向に伝搬する弾性波(厚み縦振動のバルク波)が共振する。共振領域60の下方の基板52には、空隙62が形成されている。空隙62は、基板52を貫通して形成されていてもよいし、貫通せずに凹部となっていてもよい。また、空隙62は、基板52の上面と下部電極54との間に形成されていてもよい。さらに、空隙62の代わりに、弾性波を反射する音響反射膜が形成されていてもよい。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a piezoelectric thin film resonator chip. As shown in FIG. 7, the piezoelectric thin
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
10 モジュール基板
12 絶縁層
14、14a、14b 配線層
16 ビア配線
20 パッケージ基板
22 SAWチップ
32 接続端子
34 シールリング
36 外部端子
36a 信号端子
36b グランド端子
40 半田封止部
42 金属リッド
44 封止部
50 圧電薄膜共振子チップ
100 モジュール
200 弾性波デバイス
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記モジュール基板の内部に埋め込まれ、パッケージ基板の上面に実装された弾性波チップと、前記パッケージ基板上に設けられ、前記弾性波チップを封止する金属製の封止部と、前記パッケージ基板の下面に設けられ、前記弾性波チップに電気的に接続されたグランド端子と、を含む弾性波デバイスと、を備え、
前記グランド端子と前記封止部とは、前記モジュール基板に設けられた配線を介してグランドに電気的に接続され、前記弾性波デバイス内では互いに電気的に接続されていないことを特徴とするモジュール。 A module board;
An acoustic wave chip embedded in the module substrate and mounted on the upper surface of the package substrate; a metal sealing portion provided on the package substrate for sealing the acoustic wave chip; and the package substrate An elastic wave device including a ground terminal provided on a lower surface and electrically connected to the elastic wave chip;
The module, wherein the ground terminal and the sealing portion are electrically connected to the ground via wiring provided on the module substrate, and are not electrically connected to each other in the acoustic wave device. .
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