JP4554398B2

JP4554398B2 - 弾性表面波デバイス及び弾性表面波デバイスの製造方法

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Publication number: JP4554398B2
Application number: JP2005058616A
Authority: JP
Inventors: 祐一竹林
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2025-03-03
Also published as: US7436105B2; US20060207915A1; JP2006245994A; US8513862B2; US20120206871A1; US20080016665A1; US8191228B2

Description

本発明は弾性表面波デバイス及び弾性表面波デバイスの製造方法に係り、特に実装面の縮小化に好適な弾性表面波デバイス及び弾性表面波デバイスの製造方法に関する。

情報通信機器などに使用される圧電デバイスは、小型化・薄型化への要望が強く、開発側はそれに応じて小型化・薄型化を目的とした種々の圧電デバイスを開発してきた。

圧電デバイスは、圧電振動片と、前記圧電振動片の温度補償や振動制御等を行う電子部品（例えばＩＣ：integrated circuit）と、前記圧電振動片と前記ＩＣとを内部に実装するパッケージとを基本構成としたものである。

小型化を目的とした圧電デバイスの構成は、図３に示すように、階段状に形成したパッケージ４の底部にＩＣ３を配置し、ＩＣ３の上段に圧電振動片２を配置するものが普及している。しかし、このような構成の場合、圧電振動片２の振動空間を確保する必要があると共に、ＩＣ３を実装するワイヤボンディング用のワイヤ５と圧電振動片２とのクリアランスを確保する必要がある。このため、上記構成の圧電デバイス１では薄型化を図る上での問題が大きかった。

一方、薄型化を目的とした圧電デバイスとしては、特許文献１に開示されているようなものがある。特許文献１に開示されている圧電デバイスは、図４に示すように、パッケージ４の内部に支持部（特許文献１では突起部）６を形成し、これを圧電振動片２の支持部とし、圧電振動片２とＩＣ３とを並べて配置する構成としている。このような構成とすることで、圧電振動片２とＩＣ３との間の上下のクリアランスを考慮する必要が無くなり、低背化を図ることを可能としている。

特許文献１に開示されている圧電デバイスは、図３に示す圧電デバイスに比べると小型化の面では劣るが、薄型化の面では優れている。また、圧電振動片とＩＣとを同時に、又は連続してパッケージへ搭載することが可能となるため、搭載に使用する接着剤を硬化させる工程を共通の工程として１回で行うことができ、生産性の向上を図ることができる。さらに、実装後であっても、両者の実装状態を表面から確認することが可能となる。
特開平９−８３２４８号公報

図３に示す圧電デバイスも、特許文献１に開示された圧電デバイスも、圧電振動片としてＡＴカット等の水晶振動片を採用する場合には、小型化・薄型化を図る上で非常に有効であると考えられる。

しかし、一般的に、ＡＴカット等の水晶振動片に比べて厚さが厚く、重量の大きい弾性表面波素子片（ＳＡＷ：surface acoustic wave素子片）を振動片として採用する場合には不向きである。図３、図４に示す圧電デバイスでは双方とも、振動片の支持面積が小さい。このため、重量の大きなＳＡＷ素子片を搭載した場合、自重により振動片に歪みが生じるという虞がある。なお、図４に示す圧電デバイスを参考として、ＩＣと振動片を同一平面に配置することで振動片の支持面積を確保することも考えられるが、図４に示す圧電デバイスのパッケージ底面は薄底であるため、パッケージ自体に歪みが生じやすい。このため、パッケージ底面を支持面として搭載されたＳＡＷ素子片は、パッケージの歪みの影響を受ける可能性が大きい。

本発明では、小型化・薄型化を実現し、弾性表面波素子片の実装に適した弾性表面波デバイス及び弾性表面波デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る弾性表面波デバイスは、パッケージ内部に弾性表面波素子片と電子部品とを実装する弾性表面波デバイスであって、前記パッケージは、厚底部と薄底部とを備えるベースを有し、前記厚底部に前記弾性表面波素子片の中心部を接着して実装し、前記薄底部に前記電子部品を実装し、前記ベースを上面から見た場合に前記弾性表面波素子片の一部が前記薄底部に重なり、且つ前記電子部品の前記ベースに実装された面と反対の面に形成されたボンディングパッドと前記弾性表面波素子片とが重ならず、前記ボンディングパッドにボンディングワイヤの一端が接続されていることを特徴とする。

このような構成とすることにより、弾性表面波素子片を安定して搭載することが可能となる。また、弾性表面波素子片の配置面は、厚底であるため、パッケージ自体が歪みにくく、パッケージに生じた歪みも弾性表面波素子片に伝わり難くなる。また、弾性表面波素子片と電子部品とが上下に重ならないため、全部の部品をダイアタッチした後に実装（ワイヤボンディング）をすることができる。また、全部の部品を搭載して、接着剤の硬化用加熱やアニールをした後にワイヤボンディングができるため、ボンディングワイヤとパッドとの間での共晶を考慮する必要がなくなり、十分高い温度でアニールを行うことが可能となる。さらに、実装部品を厚底部と薄底部の２段に分けて実装することを可能としたことにより、部品搭載用の治具であるコレットが隣接部品に接触する虞が無くなる。このため、搭載面積における部品間のクリアランスを小さくすることができ、小型化を図ることができる。

また、上記のような弾性表面波デバイスにおいて、前記薄底部と前記厚底部との高低差は、前記電子部品の厚さ以上とすると良い。このような構成とすることにより、弾性表面波素子片の一部を電子部品に重ねることが可能となる。

また、上記目的を達成するための本発明に係る弾性表面波デバイスの製造方法は、ベースに厚底部と薄底部を有するパッケージに弾性表面波素子片と電子部品とを実装する弾性表面波デバイスの製造方法であって、前記パッケージの前記薄底部に電子部品を実装する部品実装工程と、前記パッケージを上面から見た場合に、前記電子部品に前記弾性表面波素子片の一部が重なる状態で、且つ前記電子部品の前記ベースに実装された面と反対の面に形成されたボンディングパッドと前記弾性表面波素子片とが重ならない状態で、前記パッケージの前記厚底部に対して前記弾性表面波素子片の中心部を接着して実装する素子片実装工程と、アニールする工程と、前記アニール工程の後に、前記電子部品の前記ボンディングパッドと前記パッケージとをワイヤボンディングする部品ボンディング工程および前記弾性表面波素子片と前記パッケージとをワイヤボンディングする素子片ボンディング工程とを有することを特徴とする。

このように、アニール工程の後にワイヤボンディングを行うことにより、ボンディングワイヤとボンディング先のパッドとの間での共晶が進行することがなくなり、十分高い温度でアニールを行うことが可能となる。

また、上記のような弾性表面波デバイスの製造方法において、前記部品実装工程は、前記電子部品を第１の接着剤にて前記パッケージに実装し、前記第１の接着剤を加熱硬化させる部品接着硬化工程であり、前記素子片実装工程は、前記弾性表面波素子片を第２の接着剤にて前記パッケージに実装し、前記第２の接着剤を加熱硬化させる素子片接着硬化工程とすると良い。

また、上記のような弾性表面波デバイスの製造方法において、前記部品接着硬化工程と前記素子片接着硬化工程は、同一工程とすることが望ましい。このように、搭載に使用する接着剤を硬化させる工程を共通の工程として１回で行うようにすれば、生産性の向上を図ることができる。

そして、上記いずれかに記載の弾性表面波デバイスの製造方法では、前記部品ボンディング工程と前記素子片ボンディング工程は、同一工程とすることができる。

以下、本発明の弾性表面波デバイス及び並びに弾性表面波デバイスの製造方法について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明に係る一部の実施形態にすぎない。
図１は本実施形態の圧電デバイスを示す図であり、図１（Ａ）は平面図を示し、図１（Ｂ）は正面断面図を示す。
本実施形態の弾性表面波デバイス１０は、弾性表面波素子片（ＳＡＷ：surface acoustic wave）１２（以下、「ＳＡＷ素子片１２」と書く）と、電子部品１４と、前記ＳＡＷ素子片１２と電子部品１４とを内部に実装するパッケージ１５とを基本構成としている。

パッケージ１５は、正面断面図を図１（Ｂ）に示すように、実装部品を搭載するベース１６とベース１６の開口部を封止するリッド１７とより構成される。

ベース１６は、実装部品の搭載面として薄底部１６ａと厚底部１６ｂとを備えている。本発明では、特に、薄底部１６ａを電子部品１４の搭載面とし、厚底部１６ｂをＳＡＷ素子片１２の搭載面とした。このようなパッケージ１５の構造によれば、次のような効果を得ることができる。

まず、電子部品１４とＳＡＷ素子片１２との搭載（配置）面を上下にずらしたことにより、部品搭載時における部品間の干渉を避けることができるため、平面に並べて配置するよりも部品間のクリアランスを狭めることが可能となる。このため、部品搭載時には、部品搭載用治具（コレット）と、ベース１６の枠部とのクリアランスのみを考慮すれば良いこととなる。

次に、ＳＡＷ素子片１２の搭載面を厚底部１６ｂとすることにより、パッケージ（ベース１６）１５の剛性が増し、搭載面に歪みが生じ難くなる。さらに、ＳＡＷ素子片１２のサイズに合わせた十分な搭載面積を確保することで、重いＳＡＷ素子片であっても自重で歪む虞が無くなる。

また、電子部品１４とＳＡＷ素子片１２との双方を実装したベース１６を上面から見た場合には（図１（Ａ）参照）、電子部品１４とＳＡＷ素子片１２との両方の実装端子（ボンディングパッド）を確認することができる。このため、生産工程として、ベース１６に電子部品１４とＳＡＷ素子片１２と搭載（接着）した後に、まとめて加熱を行い、接着剤２４の硬化とアニール処理を行うことができる。また、接着剤の硬化及びアニール処理の工程終了後には、まとめてワイヤボンディングを行うことにより実装を完了させることができる。

さらに、上述したように、接着剤２４の硬化及びアニール処理の工程の後にワイヤボンディングを行うことができるため、高温によりボンディングワイヤ１８とボンディングパッド２０との間に共晶が生じる虞が無い。

出願人の実験によれば、ワイヤボンディング用の金線と、アルミのボンディングパッドとの接続部は、２６０℃〜２７０℃程度の温度で加熱した場合、３０分程度で共晶が生じることが実証されている。これに対し、接着剤２４の硬化及びアニールのために行う弾性表面波デバイスの加熱は、２７０℃程度で３〜４時間もの間行われることとなる。このため、ワイヤとパッドとの間に生じた共晶は進行が進み、製品として重大な欠陥が生じる虞がある。しかし、上記構成のパッケージ１５を使用したＳＡＷデバイス１０であればこのような欠陥は避けることができる。

また、ＳＡＷ素子片１２の搭載面（厚底部１６ｂ）と電子部品１４の搭載面（薄底部１６ａ）との高低差を、搭載する電子部品の厚さ以上とすることにより、ＳＡＷ素子片１２の一部を電子部品１４に重ねて配置することが可能となる。この場合であっても、部品搭載後のベース１６を上面からみた際に、電子部品１４のボンディングパッド２０を確認することができれば、上記と同様な効果を得ることができる。これにより各部品の実装面積を縮小することが可能となり、より小型な弾性表面波デバイス１０を作成することが可能となる。

上記ＳＡＷ素子片１２は、水晶やタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料に櫛歯状電極（ＩＤＴ：interdigital transducer）や反射器等の金属パターンを施したものである。

電子部品１４は、ＳＡＷ素子片１２の発振制御を行うための集積回路（ＩＣ：integrated circuit）を指しているが、このＩＣの他に図示しないコンデンサ等を併設したとしても、本実施形態を逸脱するものでは無い。

上記のような構成要素から成る本実施形態のＳＡＷデバイス１０は、図２に示すような工程で製造される。
まず、焼結等によりパッケージ１５のベース１６を成形する。なお、ベース１６は、複数の基板を積層させ、それを焼結して構成することが普及しているが、他の手法で形成しても良い。また、ベース１６の内部には、成形の段階で内部パターン２２を施すようにすると良い（図２（Ａ）参照）。

次に、パッケージの薄底部１６ａに接着剤２４を塗布し、コレットを介して吸着保持したＩＣ１４を接着する。続いて厚底部１６ｂに接着剤２４を塗布し、コレットを介して吸着保持したＳＡＷ素子片１２を接着する。なお、ＳＡＷ素子片１２を接着する際には、ＳＡＷ素子片１２と前記ＩＣ１４の実装端子（ボンディングパッド）２０とが重ならない程度に近接配置するように設計することで、パッケージ寸法を小型化することが可能となる。ＩＣ１４とＳＡＷ素子片１２とをベース１６に接着した後、ベース１６ごとＩＣ１４及びＳＡＷ素子片１２を加熱して、接着剤２４を硬化させると共に、ＳＡＷ素子片１２に対してアニール処理を施す（図２（Ｂ）参照）。

加熱工程終了後、ＩＣ１４及びＳＡＷ素子片１２をワイヤボンディングによりベース１６に実装する（図２（Ｃ）参照）。
上記工程終了後、リッド２６でベース１６の開口部を封止してＳＡＷデバイス１０を完成させる。

なお、図１、図２においては、薄底部は電子部品であるＩＣを搭載する面（治具であるコレットのクリアランス面積を含む）のみとしているが、ＳＡＷ素子片を実装するための厚底部以外を全て薄底部とする構成としても良い。

本発明に係る弾性表面波デバイスの構成を示す図である本発明に係る弾性表面波デバイスの製造の流れを示す図である。小型化を目的とした従来の圧電デバイスの構成を示す図である。薄型化を目的とした従来の圧電デバイスの構成を示す図である。

符号の説明

１０………弾性表面波デバイス（ＳＡＷデバイス）、１２………弾性表面波素子片（ＳＡＷ素子片）、１４………電子部品（ＩＣ）、１５………パッケージ、１６………ベース、１７………リッド、１８………ワイヤ（金線）、２０………実装端子（ボンディングパッド）、２２………内部パターン、２４………接着剤。

Claims

パッケージ内部に弾性表面波素子片と電子部品とを実装する弾性表面波デバイスであって、
前記パッケージは、厚底部と薄底部とを備えるベースを有し、前記厚底部に前記弾性表面波素子片の中心部を接着して実装し、
前記薄底部に前記電子部品を実装し、
前記ベースを上面から見た場合に前記弾性表面波素子片の一部が前記薄底部に重なり、且つ前記電子部品の前記ベースに実装された面と反対の面に形成されたボンディングパッドと前記弾性表面波素子片とが重ならず、
前記ボンディングパッドにボンディングワイヤの一端が接続されていることを特徴とする弾性表面波デバイス。
前記薄底部と前記厚底部との高低差は、前記電子部品の厚さ以上としたことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
ベースに厚底部と薄底部を有するパッケージに弾性表面波素子片と電子部品とを実装する弾性表面波デバイスの製造方法であって、
前記パッケージの前記薄底部に電子部品を実装する部品実装工程と、
前記パッケージを上面から見た場合に、前記電子部品に前記弾性表面波素子片の一部が重なる状態で、且つ前記電子部品の前記ベースに実装された面と反対の面に形成されたボンディングパッドと前記弾性表面波素子片とが重ならない状態で、前記パッケージの前記厚底部に対して前記弾性表面波素子片の中心部を接着して実装する素子片実装工程と、
アニールする工程と、
前記アニール工程の後に、前記電子部品の前記ボンディングパッドと前記パッケージとをワイヤボンディングする部品ボンディング工程および前記弾性表面波素子片と前記パッケージとをワイヤボンディングする素子片ボンディング工程とを有することを特徴とする弾性表面波デバイスの製造方法。
請求項３記載の製造方法であって、
前記部品実装工程は、前記電子部品を第１の接着剤にて前記パッケージに実装し、前記第１の接着剤を加熱硬化させる部品接着硬化工程であり、
前記素子片実装工程は、前記弾性表面波素子片を第２の接着剤にて前記パッケージに実装し、前記第２の接着剤を加熱硬化させる素子片接着硬化工程であることを特徴とする弾性表面波デバイスの製造方法。
請求項４記載の製造方法であって、
前記部品接着硬化工程と前記素子片接着硬化工程は、同一工程であることを特徴とする弾性表面波デバイスの製造方法。
請求項３から請求項５のいずれかの請求項に記載の製造方法であって、
前記部品ボンディング工程と前記素子片ボンディング工程は、同一工程であることを特徴とする弾性表面波デバイスの製造方法。