JP4234088B2 - 電子部品及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明はパッケージされた電子部品及びその製造方法に関し、特に、弾性表面波デバイスに適用して好適なパッケージ技術に関する。
電子部品の一つとして、弾性表面波デバイス（ＳＡＷデバイス）が知られている。弾性表面波デバイスは、例えばテレビジョン、ビデオテープレコーダ、ＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）レコーダ、携帯電話機等のフィルタ素子や発振子に広く用いられている。現在、ＳＡＷデバイスは、例えば４５ＭＨｚ〜２ＧＨｚの周波数帯域における無線信号を処理する各種回路、例えば送信用バンドパスフィルタ、受信用バンドパスフィルタ、局部発信フィルタ、アンテナ共用器、中間周波フィルタ、ＦＭ変調器等に広く用いられている。
近年、これらの信号処理機器は小型化が進み、使用されるＳＡＷデバイスなどの電子部品も小型化の要求が強くなってきている。特に、携帯電話機等の携帯用電子機器には表面実装で且つ低背のＳＡＷデバイスが要求されるようになってきた。同時にＳＡＷデバイスの十分な気密信頼性を確保することも要求されている。
これらの要求を満足するために特許文献1で提案されているような、パッケージ基板とＳＡＷデバイスチップと周辺部をはんだなどの金属材料によりロウ付け封止する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
図７を用いて特許文献１に記載されている構造を詳細に説明する。図７において、１０は圧電基板上の一主面にＳＡＷを励起・受信するための電極を形成したＳＡＷデバイスチップである。ＳＡＷデバイスチップの同一主面には電気信号を入出力するための電極パッドがあり、この電極パッドははんだ等の金属材料とロウ付けできる金属層が形成されている。更に、ＳＡＷデバイスチップの外周表面にははんだによりロウ付け封止を行うための封止部があり、前記電極パッド部と同様にはんだ等の金属材料とロウ付けできる金属層を含んでいる。
２０はパッケージ基板で、外部端子２２とその反対側の面に形成されたＳＡＷデバイスチップと電気的に接続するためのパッド部と、ＳＡＷデバイスチップの外周封止部と対向する封止部があり、共にはんだ等の金属材料とロウ付けできる金属層を含んで構成されている。外部端子２２とパッド部とはパッケージ基板内を貫通する貫通配線２１で接続されている。ＳＡＷデバイスチップ１０とパッケージ基板２０は金属バンプ４０を介して、いわゆるフリップチップ接合されている。更にそれぞれの周辺部は封止はんだ３により気密封止されている。
特開２００４−１２９１９３
特許文献１で提案されている構造では、パッケージとしてＳＡＷデバイスチップ１０の電極部を保護するための気密性を確保する点では優れている。しかしながら、一般に携帯電話の高周波段に用いられるＳＡＷデバイス用の圧電基板には４２゜ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ3基板が用いられ、パッケージ基板にはアルミナセラミックスが用いられる。それぞれの熱膨張係数はＬｉＴａＯ3基板のＸ方向で16ppm/deg、アルミナで7ppm/degと大きく異なる。ＳＡＷデバイスチップ１０とパッケージ基板２０とをはんだで周辺部を封止する場合、はんだが融着・固化して室温まで冷却すると約２００°Ｃの温度差を経るため、両者の熱膨張係数差でＳＡＷデバイスチップ１０とパッケージ基板２０は大きく反り、共にその内部に大きな応力が発生する。
図８は有限要素法によりＳＡＷデバイスチップ１０とパッケージ基板２０との間に発生する変位と応力を求めた結果を図示したものである。図８には図７の構造の左半分について計算結果を図示してある。解析に用いたパラメーターは次のとおりである。図８（ａ）は応力ゼロを仮定した場合を示し、図８（ｂ）は実際に作用する応力を計算で求めた結果を示す。
はんだ層厚み：60μm
チップ・パッケージ幅：1.0mm (図は半分の0.5mm)
チップ・パッケージ厚み： 0.2mm
ＳＡＷデバイスチップ１０の主表面の中心部では１０７ＭＰａ、はんだ封止部内側端部には２４３ＭＰａもの大きな引っ張り応力がかかっている。セラミックのパッケージ基板２０側には中心部で１１５ＭＰａ、はんだ封止部内側端部には２１４ＭＰａの圧縮応力がかかっている。それぞれの材料における破壊応力値は必ずしも明確ではないが、追加の熱応力などちょっとしたきっかけで特にＬｉＴａＯ3基板が割れてしまう現象が起こっている。このように、はんだ封止することによってＳＡＷデバイスチップ１０に発生する応力は、ＳＡＷデバイスの信頼性を低下する一つの要因になる。
従って、本発明は上記従来技術の課題を解決し、信頼性の高い電子部品及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、セラミックスで形成されたパッケージ基板と、この上に搭載されるデバイスチップと、前記パッケージ基板と前記デバイスチップとの間に設けられた気密封止用のはんだめっきフィルムとを有し、該はんだめっきフィルムは、樹脂で形成されたベースと、該ベース全体を覆うはんだ層とを有する電子部品である。はんだメッキフィルムの樹脂により、はんだメッキフィルムのはんだ層で封止される部分に発生する応力を緩和することができ、デバイスチップ１０に発生する応力を低減することができる。
前記はんだめっきフィルムは、前記デバイスチップの外周表面部分と前記パッケージ基板の外周表面部分とに接触している構成であることが好ましい。また、前記はんだめっきフィルムのヤング率が５ＭＰａ以下であることが好ましい。また、はんだめっきフィルムの厚みが２０μｍ以上であることが好ましい。前記ベースは熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂で形成することができる。前記はんだ層は、前記ベース上に形成された下地金属膜上に形成されていることが好ましい。
本発明はまた、多面取りが可能なセラミックスのパッケージ基板上に樹脂で形成されたベースと該ベース全体を覆うはんだ層とを有する気密封止用のはんだめっきフィルムを設ける工程と、デバイスチップの周辺部分と前記パッケージ基板の周辺部分とに接触するように、前記デバイスチップを前記パッケージ基板上に搭載する工程と、前記はんだめっきフィルムのはんだを加熱溶融させることで、前記デバイスチップと前記パッケージ基板とを密着させる工程と、前記パッケージ基板と前記はんだめっきフィルムとを同時に切断する工程とを有する電子部品の製造方法を含む。
本発明によれば、信頼性の高い電子部品及びその製造方法を提供することができる。
図１は、本発明の一実施例に係るＳＡＷデバイス１の断面図である。図中、図７に示す構成要素と同一のものには同一の参照番号を付してある。ＳＡＷデバイス１は、セラミックスで形成されたパッケージ基板２０と、この上に搭載される弾性波デバイスチップ１０と、パッケージ基板２０と弾性波デバイスチップ１０との間に設けられた気密封止用のはんだめっきフィルム３０とを有する。はんだめっきフィルム３０は、樹脂で形成されたベース３６と、ベース３６全体を覆うはんだ層３８とを有する。
ＳＡＷデバイスチップ１０は、ＬｉＴａＯ3などの圧電基板上の一主面にＳＡＷを励起・受信するための電極（ＩＤＴ：インターディジタルトランスデューサ）１１が形成されたものである。ＳＡＷデバイスチップ１０の同一主面には、電気信号を入出力するための電極パッド１２がある。この電極パッド１２は、ＩＤＴと電気的に接続されている。電極パッド１２は、はんだ等の金属材料とロウ付けできる金属層（例えば金層）を有する。更にＳＡＷデバイスチップ１０の外周表面にははんだによりロウ付け封止を行うための封止部１３があり、電極パッド１２と同様にはんだ等の金属材料とロウ付けできる金属層（例えば金層）を有する。封止部１３は、ＳＡＷデバイスチップ１０の各辺に沿う外周表面部分に形成されており、電極１１や電極パッド１２を取り囲むように設けられている。
パッケージ基板２０は、外部端子２２とその反対側の面に形成されたＳＡＷデバイスチップ１０と電気的に接続するためのパッド２３と、ＳＡＷデバイスチップ１０の外周封止部１３と対向する封止部２４があり、共にはんだ等の金属材料とロウ付けできる金属層（例えば金層）を有する。封止部２４は、パッケージ基板２０の各辺に沿う外周表面部分に設けられており、パッド２３を取り囲むように形成されている。外部端子２２とパッド２３とはパッケージ基板内を貫通する貫通配線２１で接続されている。
ＳＡＷデバイスチップ１０とパッケージ基板２０とは、金属バンプ４０を介して、いわゆるフリップチップ接合されている。ＳＡＷデバイスチップ１０の周辺部に形成された封止部１３とパッケージ基板２０の周辺部に形成された封止部２４との間にはんだめっきフィルム３０が挟み込まれ、フィルム３０のはんだ層３８により共に融着されている。この融着された部分がはんだ封止部となる。はんだ封止部により、ＳＡＷデバイスチップ１０とパッケージ基板２０とが作る空間は気密封止される。ＳＡＷデバイスチップ１０の外周全体は、封止樹脂５０で封止されている。封止樹脂５０は、はんだめっきフィルム３０に接している。
図２は、図１に示したＳＡＷデバイス１をはんだにより融着した後、室温まで冷却したときに発生するＳＡＷデバイスチップ１０とパッケージ基板２０内の応力の部分を有限要素法により解析した結果を示している。図２には、図１の構造の左半分について計算結果を図示してある。図２（ａ）は応力ゼロを仮定した場合を示し、図２（ｂ）は実際に作用する応力を計算で求めた結果を示す。
ポリイミド厚み： 20μm
はんだ厚み：表裏各20μm
チップ・パッケージ幅：1.0mm (図は半分の0.5mm)
チップ・パッケージ厚み： 0.2mm
はんだめっきフィルム３０のベース３６を形成する樹脂材料には、耐熱性に優れたポリイミド樹脂を用いた。ＳＡＷデバイスチップ１０の主表面の中心部では５６ＭＰａ、はんだ封止部内側端部には１４４ＭＰａの引っ張り応力がかかっている。パッケージ基板２０側には中心部で５８ＭＰａ、はんだ封止部内側端部には１６９ＭＰａの圧縮応力がかかっている。これらの値は従来構造において解析した図８における値のおおよそ半分の値である。
本発明のＳＡＷデバイス１では、はんだ封止部に樹脂のベース３６を挟み込んだことにより、柔らかい樹脂によりはんだ封止部に発生する応力を緩和することができ、ＳＡＷデバイスチップ１０内に発生する応力を低減することができる。これにより、ＳＡＷデバイス１の信頼性の低下を防ぐことができる。
なお、上記実施例では、はんだめっきフィルムのベース３６に用いる樹脂材料にポリイミドを用いたが、はんだ封止の加熱温度により分解などの劣化がなければ、他の樹脂材料、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化樹脂、液晶ポリマーなどの熱可塑性樹脂などを用いることができる。高温部で可塑性を有する熱可塑性樹脂ではより応力を緩和することが可能となりより好ましい。
図３及び図４を用いて、前記フィルムのベース３６に必要な条件について説明する。図３のグラフは、はんだめっきフィルム３０に使用するベース３６のヤング率をシミュレーションにより変化させて、ＳＡＷデバイスチップ１０の圧電基板内部に発生する応力値を示したものである。応力値は圧電基板中央表面と圧電基板内で応力が最大となるはんだ接合端部での２箇所の値を示した。前記ベース３６のヤング率がはんだのそれのおおよそ１０分の１（Ｅ＝５ＭＰａ）以下とすると、圧電基板内の発生応力がはんだのみで封止した場合に対して２／３以下となり、圧電基板内の応力を十分に下げることができる。なお、図３において、はんだめっきフィルム３０に使用するベース３６のヤング率が０となる値は、このベース３６がない状態、すなわちはんだ等の金属のみで空隙を介して封止されている状態である。この状態は図１に示す実施例の弾性表面波デバイスにおいて、ベース３６の樹脂を有機溶剤などにより取り除くことにより実現可能である。
図４のグラフは、はんだめっきフィルム３０に使用するベース３６の厚みをシミュレーションにより変化させて、ＳＡＷデバイスチップ１０の圧電基板内部に発生する応力値を示したものである。応力値は図３と同様に、圧電基板中央表面と圧電基板内で応力が最大となるはんだ接合端部での２箇所の値を示した。はんだめっきフィルム３０に使用するベース３６の厚みが厚ければ厚いほど、圧電基板内に発生する応力は小さくなることが分かる。ベース３６の厚みが２０μｍ以上であれば、圧電基板内の発生応力がはんだのみで封止した場合に対して２／３以下となり、圧電基板内の応力を十分に下げることができる。
次に、図５及び図６を用いて本発明のＳＡＷデバイス１の製造法を説明する。図５（ａ）において、２００はＳＡＷデバイスチップ１０を複数個多面取り状に配置したパッケージ基板である。３００は図６（ａ）に示すようなＳＡＷデバイスチップ１０を複数個多面取り状に配置したシート状のはんだめっきフィルムである。図６（ｂ）は、はんだめっきフィルム３００の中央部のメッシュ部拡大図である。メッシュ部はＳＡＷデバイスチップ１０の電極部を切り欠き、隣り合うＳＡＷデバイスチップ１０の封止部１３（図１）をつなぐ形の梁で構成されている。図６（ｃ）は、図６（ｂ）のＡ−Ａ部（梁部）の断面構造を示している。ベース３６は打ち抜きなどの加工されたポリイミドなどの樹脂フィルムで形成されている。この樹脂フィルムで形成されたベース３６上には、スパッタなどにより下地金属３７が成膜され、さらにめっきなどによりはんだ層３８が積層されている。
図５（ａ）において、ＳＡＷデバイスチップ１０は、はんだめっきフィルム３００を挟み込む形でパッケージ基板２００上にフリップ実装されている。はんだめっきフィルム３００を加熱融着した後に、ＳＡＷデバイスチップ１０の間と上面を封止樹脂５０で塗り込んでいる。ＳＡＷデバイス１同士の間（破線部の隙間）をダイシングなどの切断法により分離することにより、最終的に図５（ｂ）の様な個々のＳＡＷデバイスを完成する。
このようにして得られた図１のＳＡＷデバイス１のパッケージは、パッケージ基板２０、はんだメッキフィルム３０及び封止樹脂５０で形成される。そして、このパッケージの外界部とパッケージ内の電極１１やパッド１２、２３が形成された空間とははんだ等の金属材料により隔離されており、樹脂材料のみで封止された場合に比べて、従来例のはんだ封止と同等の耐湿性などの信頼性能を維持することができる。
上記説明では分離されたＳＡＷデバイスチップ１０を個々にパッケージ基板２００上に搭載する例を示したが、ＳＡＷデバイスチップ１０が複数個つながった状態でパッケージ基板２００上に搭載することも可能である。この場合には、ＳＡＷデバイスチップ１０とパッケージ基板２００、はんだめっきフィルム３００を同時に切断することにより、個々のＳＡＷデバイス１に分離することができる。更には、ＳＡＷデバイスチップ１０はウエハ単位でパッケージ基板２００上に搭載することも可能である。
本発明のデバイスの構造は弾性表面波フィルタに限定されるものではなく、デバイスチップとパッケージ基板の周辺部を、はんだを用いて中空に封止する場合において、デバイスチップとパッケージ基板との熱膨張係数が異なる場合にも適用することが可能である。本発明は、他の弾性波デバイス（例えばＦＢＡＲ）や、基板上に回路が形成された他の様々なデバイスチップを含むものである。
１ ＳＡＷデバイス
１０ ＳＡＷデバイスチップ
１１ 電極
１２ 電極パッド
１３ 封止部
２０ パッケージ基板
２２ 端子
２３ パッド
２４ 封止部
３０ はんだめっきフィルム
３６ ベース
３８ はんだ層
４０ 金属バンプ
１０ ＳＡＷデバイスチップ
１１ 電極
１２ 電極パッド
１３ 封止部
２０ パッケージ基板
２２ 端子
２３ パッド
２４ 封止部
３０ はんだめっきフィルム
３６ ベース
３８ はんだ層
４０ 金属バンプ
Claims (8)
- セラミックスで形成されたパッケージ基板と、前記パッケージ基板の上に搭載されるデバイスチップと、前記パッケージ基板と前記デバイスチップとの間に設けられた気密封止用のはんだめっきフィルムとを有し、該はんだめっきフィルムは、樹脂で形成されたベースと、該ベース全体を覆うはんだ層とを有することを特徴とする電子部品。
- 前記はんだめっきフィルムは、前記デバイスチップの外周表面部分と前記パッケージ基板の外周表面部分とに接触していることを特徴とする請求項１記載の電子部品。
- 前記はんだめっきフィルムのヤング率が５ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の電子部品。
- 前記はんだめっきフィルムの厚みが２０μｍ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の電子部品。
- 前記ベースは熱硬化性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の電子部品。
- 前記ベースは熱可塑性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の電子部品。
- 前記はんだ層は、前記ベース上に形成された下地金属膜上に形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の電子部品。
- 多面取りが可能なセラミックスのパッケージ基板上に樹脂で形成されたベースと該ベース全体を覆うはんだ層とを有する気密封止用のはんだめっきフィルムを設ける工程と、
デバイスチップの周辺部分と前記パッケージ基板の周辺部分とに接触するように、前記デバイスチップを前記パッケージ基板上に搭載する工程と、
前記はんだめっきフィルムのはんだを加熱溶融させることで、前記デバイスチップと前記パッケージ基板とを密着させる工程と、
前記パッケージ基板と前記はんだめっきフィルムとを同時に切断する工程と
を有することを特徴とする電子部品の製造方法。
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