JP2018074124A - 電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】デバイスチップに加わる応力を低減すること。【解決手段】基板１０と、基板１０との間に空隙５２を有し、弾性波共振器２４が空隙５２に露出して基板１０上に実装されたデバイスチップ２０と、デバイスチップ２０の基板１０とは反対側の面を覆って設けられ、デバイスチップ２０の反対側の面に対して凹んでいてデバイスチップ２０の反対側の面に接していない凹部４６と、凹部４６よりもデバイスチップ２０側に突き出ていてデバイスチップ２０の反対側の面に接する凸部４８と、を有するリッド４０と、基板１０とリッド４０との間でデバイスチップ２０を囲んで設けられ、弾性波共振器２４を空隙５２内に封止する半田４２と、を備える電子デバイス。【選択図】図１

Description

本発明は、電子デバイスに関する。

電子デバイスの小型化、低背化のために、パッケージ基板上にデバイスチップを実装し、デバイスチップ上に配置されたリッドとデバイスチップを囲む封止部とでデバイスチップを封止した電子デバイスが知られている（例えば、特許文献１）。また、パッケージ基板に内包されたデバイスチップを封止するリッドの厚さをパッケージ基板のリッドの接合面の凹凸に追従した厚さにした電子デバイスが知られている（例えば、特許文献２）。さらに、誘電体多層基板上に実装されたデバイスチップを封止するリッドに波形状の凹凸を設けた電子デバイスが知られている（例えば、特許文献３）。

特開２０１５−１７０６６８号公報 特開２００６−１９６７９９号公報 特開２００６−２６１１５８号公報

電子デバイスを回路基板などに搭載するために、実装ツールで電子デバイスをピックアップすることが行われる。電子デバイスのピックアップは実装ツールがリッドに吸着することで行われるが、この際に、デバイスチップに応力が加わってクラックが発生することがある。また、電子デバイスをモールド封止する際にもデバイスチップに応力が加わってクラックが発生することがある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、デバイスチップに加わる応力を低減することを目的とする。

本発明は、基板と、前記基板との間に空隙を有し、機能部が前記空隙に露出して前記基板上に実装されたデバイスチップと、前記デバイスチップの前記基板とは反対側の面を覆って設けられ、前記デバイスチップの前記反対側の面に対して凹んでいて前記デバイスチップの前記反対側の面に接していない凹部と、前記凹部よりも前記デバイスチップ側に突き出ていて前記デバイスチップの前記反対側の面に接する凸部と、を有するリッドと、前記基板と前記リッドとの間で前記デバイスチップを囲んで設けられ、前記弾性波共振器を前記空隙内に封止する封止部と、を備える電子デバイスである。

上記構成において、前記凹部と前記デバイスチップの前記反対側の面との間は空隙が形成されている構成とすることができる。

上記構成において、前記リッドは前記デバイスチップの前記反対側の面より外側にも前記凹部と前記凸部を有し、前記封止部は前記凹部と前記凸部に接して設けられている構成とすることができる。

上記構成において、前記リッドは波板形状を有する構成とすることができる。

上記構成において、前記凸部は前記デバイスチップの前記反対側の面に平行な平坦形状を有し、前記凹部は島状に凹んでいる構成とすることができる。

上記構成において、前記リッドは金属板である構成とすることができる。

上記構成において、前記機能部は弾性波素子を含む構成とすることができる。

本発明によれば、デバイスチップに加わる応力を低減することができる。

図１（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ間の断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ間の断面図である。 図２（ａ）は、弾性波共振器の平面図、図２（ｂ）は、圧電薄膜共振器の断面図である。 図３（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その１）である。 図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その２）である。 図５（ａ）から図５（ｆ）は、リッドの製造方法を示す断面図である。 図６は、比較例に係る弾性波デバイスの断面図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、比較例に係る弾性波デバイスで生じる課題を説明するための図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの効果を説明するための図である。 図９（ａ）から図９（ｃ）は、リッドの他の例を示す断面図である。 図１０は、実施例２に係る弾性波デバイスの断面図である。 図１１（ａ）は、実施例３に係る弾性波デバイスの平面図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ−Ａ間及びＣ−Ｃ間の断面図、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）のＢ−Ｂ間及びＤ−Ｄ間の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイス１００の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ間の断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ間の断面図である。図１（ａ）から図１（ｃ）のように、実施例１の弾性波デバイス１００は、例えばパッケージ基板である基板１０と、デバイスチップ２０と、を含む。デバイスチップ２０は、バンプ５０によって基板１０の平坦上面にフリップチップ実装されている。基板１０とデバイスチップ２０との間には、デバイスチップ２０に設けられた弾性波共振器２４とバンプ５０とが露出する空隙５２が形成されている。弾性波共振器２４は弾性波を励振する機能部であり、弾性波共振器２４が空隙５２に露出することで弾性波の励振を確保できる。

基板１０は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）基板などのセラミック基板であるが、その他の絶縁基板であってもよい。基板１０の上面にパッド１２が設けられている。バンプ５０はパッド１２に接合している。パッド１２は、基板１０の内部に設けられた内部配線１４を介して、基板１０の下面に設けられたフットパッド１６に電気的に接続されている。

デバイスチップ２０は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）基板又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）基板などの圧電基板を含む基板２２と、基板２２の主面上に設けられた弾性波共振器２４と、を含む。基板２２は、サファイア基板、スピネル基板、アルミナ基板、又はシリコン基板などの支持基板の上面に圧電基板が接合された接合基板でもよい。基板２２の主面上には、さらにパッド２６が設けられている。バンプ５０はパッド２６に接合している。

パッド１２、内部配線１４、フットパッド１６、及びパッド２６は、例えば金（Ａｕ）で形成されているが、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）などのその他の金属で形成されていてもよい。バンプ５０は、例えば金（Ａｕ）バンプ又は銅（Ｃｕ）バンプであり、例えばスタッドバンプ又はめっきバンプである。

基板１０の上面であって、デバイスチップ２０の外側に金属パターン１８が設けられている。金属パターン１８はデバイスチップ２０を囲んで設けられている。金属パターン１８は、例えば金（Ａｕ）によって形成されている。デバイスチップ２０の基板１０とは反対側の面（以下、デバイスチップ２０の上面と称す）を覆ってリッド４０が設けられている。リッド４０は、例えばコバールなどの半田よりも融点の高い金属で形成された金属板である。

リッド４０は、デバイスチップ２０の上面に対して凹んだ凹部４６と凹部４６よりもデバイスチップ２０側に突き出た凸部４８とを有し、凹部４６と凸部４８とが繰り返された波板形状をしている。すなわち、凹部４６と凸部４８は、Ｘ方向で互いに繰り返し設けられ、Ｘ方向に交差するＹ方向に延在している。なお、Ｘ方向及びＹ方向は任意の方向であり、凹部４６と凸部４８の繰り返しは、周期的な場合に限られず、非周期的であってもよい。リッド４０は、凸部４８でデバイスチップ２０の上面に接し、凹部４６ではデバイスチップ２０の上面に接していない。凹部４６とデバイスチップ２０の上面との間は空隙３０が形成されている。リッド４０の厚さは例えば１０μｍ程度である。リッド４０の波形状の振幅Ａは例えば２５μｍ程度である。波形状の周期は適宜設定することができるが、例えば弾性波デバイス１００をピックアップする実装ツールの径の４分の１程度であることが好ましい。

基板１０とリッド４０との間でデバイスチップ２０を囲んで半田４２が設けられている。半田４２は、金属パターン１８の上面とリッド４０の下面とに接合している。リッド４０は、デバイスチップ２０の上面より外側においても凹部４６と凸部４８とを有する。半田４２はリッド４０の凹部４６と凸部４８とに接合している。弾性波共振器２４は、半田４２によって空隙５２内に封止されている。リッド４０及び半田４２の表面を覆って保護膜４４が設けられている。保護膜４４は、例えば金属膜であり、例えばニッケル（Ｎｉ）のメッキ膜である。

図２（ａ）は、弾性波共振器２４の平面図である。図２（ａ）のように、弾性波共振器２４は、例えば弾性表面波共振器である。弾性波共振器２４は、基板２２上に、ＩＤＴ（Interdigital Transducer）６０とその両側に位置する反射器６２とを備える。ＩＤＴ６０は、１対の櫛形電極６４を備える。櫛形電極６４は、複数の電極指６６と、複数の電極指６６が接続されたバスバー６８と、を備える。１対の櫛形電極６４は、電極指６６がほぼ互い違いに配列するように対向している。ＩＤＴ６０は、基板２２に弾性表面波を励振する。ＩＤＴ６０及び反射器６２は、アルミニウム（Ａｌ）などの金属で形成されている。ＩＤＴ６０及び反射器６２上に絶縁体からなる保護膜又は温度補償膜を設けてもよい。すなわち、機能部は、ＩＤＴ６０とその上に設けられた保護膜又は温度補償膜とを有していてもよい。

なお、実施例１では、弾性波共振器２４が弾性表面波共振器である場合を例に説明するが、弾性波共振器２４は圧電薄膜共振器であってもよい。図２（ｂ）は、圧電薄膜共振器の断面図である。図２（ｂ）のように、基板２２上に圧電膜７２が設けられている。基板２２は、例えばサファイア基板、スピネル基板、又はアルミナ基板などの絶縁基板、若しくはシリコン基板などの半導体基板である。圧電膜７２を挟んで下部電極７０と上部電極７４が設けられている。下部電極７０と基板２２との間に空隙７６が形成されている。下部電極７０及び上部電極７４は、圧電膜７２内に厚み縦振動モードの弾性波を励振する。下部電極７０及び上部電極７４は、例えばルテニウムなどの金属膜である。圧電膜７２は、例えば窒化アルミニウム膜である。

図３（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイス１００の製造方法を示す断面図である。図３（ａ）から図４（ｃ）で説明する製造方法は多面取りプロセスによる製造方法である。図３（ａ）のように、予め準備しておいた、パッド１２、内部配線１４、フットパッド１６、及び金属パターン１８が形成された基板１０の平坦上面に、複数のデバイスチップ２０をバンプ５０によってフリップチップ実装する。基板１０の上面とデバイスチップ２０との間には空隙５２が形成される。

図３（ｂ）のように、複数のデバイスチップ２０上に、波板形状のリッド４０と半田４２とを含む積層体を、半田４２がデバイスチップ２０側になるように配置する。

ここで、波板形状のリッド４０の製造方法について説明する。図５（ａ）から図５（ｆ）は、リッドの製造方法を示す断面図である。図５（ａ）のように、まず、ロール状に巻かれたリッド４０を準備する。

図５（ｂ）のように、リッド４０に対して圧延処理及び熱処理を施した後、リッド４０を金型７８に挿入して金型７８で押圧する。金型７８には、リッド４０を波板形状にするための凹凸８０が形成されている。金型７８でリッド４０を押圧することで、図５（ｃ）のように、波板形状のリッド４０が得られる。

図５（ｄ）のように、リッド４０を金型７８に更に挿入する。金型７８は、凹凸８０の後段側に段差が形成されている。図５（ｅ）のように、金型７８でリッド４０を押圧することで、図５（ｆ）のように、波板形状のリッド４０が所望の大きさに切断される。また、切断と同時に、ロール状に巻かれたリッド４０の先端部分は波板形状となる。

なお、波板形状のリッド４０は、このような機械的加工で作製する場合に限られず、例えばエッチング処理などの化学的加工によって作製する場合など、その他の方法によって作製してもよい。

図３（ｃ）のように、積層体を加熱して半田４２が溶融した状態とし、この状態でリッド４０をデバイスチップ２０側に押圧する。これにより、複数のデバイスチップ２０の間隙に半田４２が充填される。半田４２は、基板１０の上面に形成された金属パターン１８上を濡れ広がった後に固化して、金属パターン１８とリッド４０とに接合する。リッド４０は、凸部４８でデバイスチップ２０の上面に接する。リッド４０の凹部４６はデバイスチップ２０の上面に接してなく、凹部４６とデバイスチップ２０の上面との間には空隙３０が形成される。複数のデバイスチップ２０は、リッド４０と半田４２とによって、空隙５２を保ったまま封止される。

図４（ａ）のように、基板１０の下面に設けられたフットパッド１６を保護するために、基板１０の下面にレジスト膜８２を形成する。レジスト膜８２の下面に、後述するダイシングのためのダイシングテープ８４を貼り付ける。

図４（ｂ）のように、複数のデバイスチップ２０間で、リッド４０、半田４２、基板１０、及びレジスト膜８２を、ダイシングブレード８６を用いたダイシングによって切断し、複数のデバイスチップ２０を個片化する。複数のデバイスチップ２０を確実に個片化するために、ダイシングテープ８４の一部まで切断することが好ましい。

図４（ｃ）のように、ダイシングテープ８４を除去した後、個片化された複数のデバイス８８それぞれをバレル（不図示）に入れた後、バレルをめっき槽９０に投入してバレルめっきを施す。これにより、リッド４０及び半田４２を覆う保護膜４４が形成される。その後、レジスト膜８２を除去することで、実施例１の弾性波デバイス１００が形成される。

図６は、比較例に係る弾性波デバイスの断面図である。図６のように、比較例の弾性波デバイス５００では、リッド４０は平坦形状をしている。このため、デバイスチップ２０の上面全面にリッド４０が接して設けられている。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、比較例に係る弾性波デバイスで生じる課題を説明するための図である。図７（ａ）のように、比較例の弾性波デバイスを回路基板などに搭載するために、テフロン（登録商標）などの樹脂製の実装ツール９２で弾性波デバイスをピックアップすることが行われる。弾性波デバイスのピックアップは実装ツール９２がリッド４０側に真空吸着することで行われるが、この際に、実装ツール９２がリッド４０に対して傾いて当たる場合がある。この場合、リッド４０の全面がデバイスチップ２０に直接接しているためにデバイスチップ２０の一部に大きな応力が加わり、デバイスチップ２０にクラック９４が発生する場合がある。クラック９４は、基板１０とデバイスチップ２０との間が空隙５２となっていることで発生し易くなる。

図７（ｂ）のように、実装ツール９２がリッド４０に対して垂直に当たる場合、デバイスチップ２０に加わる応力は分散される。しかしながら、弾性波デバイスの小型化のために、デバイスチップ２０やリッド４０を薄くすることが進められており、この場合、デバイスチップ２０に加わる応力が分散されたとしてもデバイスチップ２０にクラック９４が発生する場合がある。実装ツール９２のリッド４０側の真空吸着面の大きさは例えば１００μｍφ〜１ｍｍφである。例えば、長さ１．５ｍｍ、幅１．１ｍｍ、高さ０．３６ｍｍの大きさのデバイスチップ２０に１ｍｍφの大きさで２０Ｎ（約２ｋｇ／ｃｍ^２）の荷重をリッド４０に加えると、デバイスチップ２０にクラックが発生した。

比較例の弾性波デバイス５００とは異なり、実施例１の弾性波デバイス１００では、図１（ｂ）のように、リッド４０は、デバイスチップ２０の上面に対して凹んだ凹部４６と凹部４６よりもデバイスチップ２０側に突き出た凸部４８とを有する。そして、リッド４０は、凸部４８でデバイスチップ２０の上面に接していて、凹部４６ではデバイスチップ２０の上面に接していない。この構造による効果を、図８（ａ）及び図８（ｂ）を用いて説明する。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの効果を説明するための図である。図８（ａ）のように、リッド４０が凸部４８でデバイスチップ２０の上面に接し且つ凹部４６ではデバイスチップ２０の上面に接していないと、実装ツール９２がリッド４０側に真空吸着する場合、リッド４０は変形する。リッド４０が変形することで、実装ツール９２による応力がリッド４０で吸収される。その結果、デバイスチップ２０に加わる応力が低減される。なお、リッド４０の変形は、加わる応力やその他の条件によって、バネのように変形する弾性変形の場合もあれば、塑性変形の場合もある。図８（ｂ）のように、リッド４０の変形が塑性変形であった場合でも、リッド４０が凸部４８でデバイスチップ２０の上面に接し、凹部４６ではデバイスチップ２０の上面に接しないことが維持されるため、実装ツール９２で真空吸着を再度行った場合でもデバイスチップ２０に加わる応力を低減できる。

実施例１によれば、図１（ｂ）のように、リッド４０は、デバイスチップ２０の上面に対して凹んでいてデバイスチップ２０の上面に接していない凹部４６と、凹部４６よりもデバイスチップ２０側に突き出てデバイスチップ２０の上面に接した凸部４８と、を有する。これにより、図８（ａ）及び図８（ｂ）で説明したように、実装ツール９２による応力がリッド４０で吸収されるため、デバイスチップ２０に加わる応力を低減させることができる。よって、デバイスチップ２０にクラックが発生することを抑制できる。また、デバイスチップ２０のクラックの発生を抑制できるため、デバイスチップ２０を薄くすることができ、弾性波デバイス１００を低背化することが可能となる。

また、実施例１によれば、リッド４０の凹部４６とデバイスチップ２０の上面との間は空隙３０が形成されている。このように、リッド４０の凹部４６とデバイスチップ２０の上面との間が空隙３０になっていることで、実装ツール９２による応力をリッド４０で効果的に吸収することができる。なお、リッド４０の凹部４６とデバイスチップ２０の上面との間に他の部材が埋め込まれている場合でもよい。この場合、埋め込まれる部材は、リッド４０によって応力を吸収する点から、半田４２などのようにリッド４０及びデバイスチップ２０よりも柔らかい部材である場合が好ましい。

また、実施例１によれば、リッド４０はデバイスチップ２０の上面より外側においても凹部４６と凸部４８とを有し、半田４２は凹部４６と凸部４８とに接して設けられている。これにより、リッド４０と半田４２との接合面積が大きくなるために接合力を大きくできる。

また、実施例１によれば、リッド４０は金属板である。リッド４０は絶縁板の場合でもよいが、実装ツール９２による応力を吸収するバネのような機能を発揮する点から、リッド４０は金属板である場合が好ましい。

実施例１では、図１（ｂ）のように、リッド４０は、正弦波の波形状をしている場合を例に示したが、その他の波形状の場合でもよい。図９（ａ）から図９（ｃ）は、リッドの他の例を示す断面図である。リッド４０は、図９（ａ）のように、三角波の波形状をしていてもよいし、図９（ｂ）のように、矩形波の波形状をしていてもよいし、図９（ｃ）のように、鋸波の波形状をしていてもよい。なお、実装ツール９２による応力を効果的に吸収する点から、リッド４０は正弦波又は三角波の波形状をしている場合が好ましい。

図１０は、実施例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図１０のように、実施例２の弾性波デバイス２００では、リッド４０は、デバイスチップ２０の上面上においては波形状をしているが、デバイスチップ２０の上面よりも外側においては平坦形状をしている。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。

実施例２のように、リッド４０は、デバイスチップ２０の上面よりも外側においては平坦形状であってもよい。これにより、平坦部分にチップを識別するための捺印をすることで捺印が認識し易くなる。

図１１（ａ）は、実施例３に係る弾性波デバイスの平面図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ−Ａ間及びＣ−Ｃ間の断面図、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）のＢ−Ｂ間及びＤ−Ｄ間の断面図である。図１１（ａ）から図１１（ｃ）のように、実施例３の弾性波デバイス３００では、リッド４０の凸部４８はデバイスチップ２０の上面に平行な平坦形状をしていて、凹部４６はデバイスチップ２０の上面に対して島状に凹んでいる。また、リッド４０はデバイスチップ２０の上面よりも外側において平坦形状をしている。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。

実施例１及び実施例２では、リッド４０は波板形状を有する場合を例に示したが、実施例３のように、リッド４０は平坦形状をした凸部４８と島状に凹んだ凹部４６とを有する場合でもよい。なお、島の形状は、円形状である場合に限られず、矩形状である場合でもよい。また、島は周期的に設けられている場合に限られず、非周期的に設けられていてもよい。

実施例１から実施例３では、基板１０とリッド４０との間でデバイスチップ２０を囲んで設けられた封止部として、半田４２の場合を例に示したが、樹脂膜であってもよい。

また、実施例１から実施例３では、基板１０はパッケージ基板である場合を例に示したが、上面に空隙５２に露出した弾性波共振器などの機能部が設けられた基板であってもよい。

また、実施例１から実施例３では、電子デバイスとして、機能部が弾性波素子である弾性波デバイスの場合を例に示したが、その他のデバイスの場合でもよい。例えば、機能部は、アンプ及び／又はスイッチのような能動素子でもよいし、インダクタ及び／又はキャパシタなどの受動素子でもよい。

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。

１０ 基板
１２ パッド
１４ 内部配線
１６ フットパッド
１８ 金属パターン
２０ デバイスチップ
２２ 基板
２４ 弾性波共振器
２６ パッド
３０ 空隙
４０ リッド
４２ 半田
４４ 保護膜
４６ 凹部
４８ 凸部
５０ バンプ
５２ 空隙
６０ ＩＤＴ
６２ 反射器
６４ 櫛形電極
６６ 電極指
６８ バスバー
７０ 下部電極
７２ 圧電膜
７４ 上部電極
７６ 空隙
９２ 実装ツール
９４ クラック
１００〜３００ 弾性波デバイス

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板との間に空隙を有し、機能部が前記空隙に露出して前記基板上に実装されたデバイスチップと、
   前記デバイスチップの前記基板とは反対側の面を覆って設けられ、前記デバイスチップの前記反対側の面に対して凹んでいて前記デバイスチップの前記反対側の面に接していない凹部と、前記凹部よりも前記デバイスチップ側に突き出ていて前記デバイスチップの前記反対側の面に接する凸部と、を有するリッドと、
   前記基板と前記リッドとの間で前記デバイスチップを囲んで設けられ、前記機能部を前記空隙内に封止する封止部と、を備える電子デバイス。
2. 前記凹部と前記デバイスチップの前記反対側の面との間は空隙が形成されている、請求項１記載の電子デバイス。
3. 前記リッドは前記デバイスチップの前記反対側の面より外側にも前記凹部と前記凸部を有し、
   前記封止部は前記凹部と前記凸部に接して設けられている、請求項１または２記載の電子デバイス。
4. 前記リッドは波板形状を有する、請求項１から３のいずれか一項記載の電子デバイス。
5. 前記凸部は前記デバイスチップの前記反対側の面に平行な平坦形状を有し、
   前記凹部は島状に凹んでいる、請求項１から３のいずれか一項記載の電子デバイス。
6. 前記リッドは金属板である、請求項１から５のいずれか一項記載の電子デバイス。
7. 前記機能部は弾性波素子を含む、請求項１から６のいずれか一項記載の電子デバイス。
   

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