JP4706907B2

JP4706907B2 - 圧電デバイスとその製造方法

Info

Publication number: JP4706907B2
Application number: JP2005174943A
Authority: JP
Inventors: 敬岩本; 健一上坂
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2025-06-15
Also published as: JP2006352430A

Description

本発明は、圧電デバイスとその製造方法に関し、詳しくは、共振子やフィルタなどの圧電膜を用いた圧電素子を備えた圧電デバイスとその製造方法に関する。

従来、圧電素子サイズまでパッケージを小型化したＣＳＰ（チップサイズパッケージ）型圧電デバイスが開発されている。

例えば、圧電素子が形成された素子基板に蓋基板を接合して圧電素子を封止し、蓋基板に外部端子を設ける場合、蓋基板に貫通孔（ビアホール）を形成し、素子基板のパッド電極と外部端子とを略柱状の接続部材で電気的に接続することにより、パッケージを小型化することができる。しかし、この方法では、パッド電極の位置に対応して外部端子を設けるため、圧電デバイスの任意位置に外部端子を配設することができない。

そこで、スパッタリングや蒸着によって再配線リード電極を形成し、パッド電極の代わりに外部端子と接続することにより、所望の位置に外部端子を配設できるようにすることが、提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２７４５７４号公報

しかし、この方法では、配線を薄膜で形成するため、ビアホールの側壁や角などで断線しやすく、また絶縁層との熱収縮率の違いから信頼性の確保が容易でない。

本発明は、かかる実情に鑑み、強固で信頼性の高い配線構造を有する圧電デバイスとその製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するため、以下のように構成した圧電デバイスを提供する。

圧電デバイスは、ＩＤＴが形成された圧電基板の前記ＩＤＴが形成された側の面に、前記ＩＤＴの周囲に空間を残して前記ＩＤＴの周囲を覆う絶縁部材が配置されたタイプのものである。前記圧電基板は、前記ＩＤＴが形成された側の前記面に、前記ＩＤＴの複数の電極にそれぞれ電気的に接続され、前記絶縁部材により全部又は一部が覆われるパッド電極を有する。前記絶縁部材は、ａ）前記圧電基板とは反対側の面に形成された金属膜と、ｂ）前記絶縁部材の前記パッド電極を覆う部分から前記絶縁部材の前記圧電基板とは反対側の面まで前記絶縁部材を貫通する貫通孔と、ｃ）前記貫通孔を介して、前記パッド電極と前記金属膜とを電気的に接続する接続部材とを有する。前記接続部材は、前記パッド電極上から前記金属膜上まで、めっきにより金属を成長させることにより形成されている。前記接続部材に接する前記金属膜の表面の金属材料のイオン化傾向は、前記接続部材のめっき金属のイオン化傾向よりも小さい。

上記構成において、絶縁部材の圧電基板とは反対側の面に金属膜を形成し、金属膜上に形成された接続部材に、圧電デバイスの外部に露出する接続電極や外部端子などを形成する。金属膜及び接続部材を貫通孔から離れた位置に形成すれば、貫通孔から離れた任意の位置に、外部に露出する接続電極や外部端子などを配設することができる。

上記構成によれば、めっきにより形成した接続部材は、パッド電極および金属膜と一体化するので、強固で信頼性の高い配線を形成することができる。また、パッド電極と外部に露出する接続電極や外部端子などとの間を薄膜のみで電気的に接続する場合に比べ、配線の抵抗を小さくすることができるので、圧電デバイスの特性を良好にすることができる。さらに、めっきは、蒸着やスパッタリングに比べ、製造コストが低いので、厚付けしてもコスト高にならない。金属膜が接続部材のめっき液に溶け出すことを防止することができる。

好ましくは、前記金属膜は、２種類以上の層が積層されてなる。

上記構成によれば、金属層と絶縁部材や接続部材との密着強度を高め、圧電デバイスの信頼性を高めることできる。

好ましくは、前記金属膜の主材料の硬さが、前記接続部材より柔らかい。

上記構成によれば、接続部材と絶縁部材との熱膨張の違いなどによるひずみを、両者の間に介在する金属膜の柔らかさで緩和し、配線の信頼性を高めることができる。

好ましくは、前記接続部材に接する前記金属膜の前記表面は、Ａｕ、Ｐｔ又はＰｄの少なくとも一つを含む。

貴金属は化学的に安定で、酸化膜を作らないため、その上に密着性が良好な接続部材のめっき膜を形成することができる。

また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した圧電デバイス製造方法を提供する。

圧電デバイス製造方法は、第１ないし第５のステップを備える。前記第１のステップにおいて、圧電基板の一方の主面に、ＩＤＴと、前記ＩＤＴの複数の電極にそれぞれ電気的に接続された複数のパッド電極とを形成する。前記第２のステップにおいて、前記ＩＤＴの周囲に空間を残して前記ＩＤＴの周囲を覆い、少なくとも前記パッド電極の一部に接合するように、前記圧電基板の前記一方の主面に絶縁部材を接合する。前記第３のステップにおいて、前記絶縁部材の前記圧電基板とは反対側の主面に金属膜を形成する。前記第４のステップにおいて、前記金属膜の近傍に、前記絶縁部材を貫通して前記パッド電極に達する貫通孔を形成する。前記第５のステップにおいて、前記貫通孔を介して、前記パッド電極上から前記金属膜上まで、めっきにより金属を成長させることにより、前記パッド電極と前記金属膜とを電気的に接続する接続部材を形成する。前記接続部材に接する前記金属膜の表面の金属材料のイオン化傾向は、前記接続部材のめっき金属のイオン化傾向よりも小さい。

上記方法において、絶縁部材に金属膜を形成する第３ステップは、第１又は第２のステップより前であっても、第４のステップと第５のステップとの間であってもよい。また、絶縁部材に貫通孔を形成する第４ステップは、第１、第２又は第３のステップより前であってもよい。

上記方法の第５のステップにおいて、めっきにより形成した接続部材は、パッド電極および金属膜と一体化するので、強固で信頼性の高い配線を形成することができる。また、パッド電極と外部に露出する接続電極や外部端子などとの間を薄膜のみで電気的に接続する場合に比べ、配線の抵抗を小さくすることができるので、圧電デバイスの特性を良好にすることができる。さらに、めっきは、蒸着やスパッタリングに比べ、製造コストが低いので、厚付けしてもコスト高にならない。金属膜が接続部材のめっき液に溶け出すことを防止することができる。

本発明の圧電デバイスとその製造方法は、強固で信頼性の高い配線構造を有するようにすることができる。

以下、本発明の実施の形態として実施例を図１〜図１２を参照しながら説明する。

図１の断面図に示すように、圧電デバイス１０は、圧電膜を用いた圧電素子であるＳＡＷ（弾性表面波）フィルタであり、圧電基板１１の一方の主面である上面１１ａに、櫛歯状電極であるＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌＴｒａｓｄｕｃｅｒ）１２とパッド電極１３を含む導電パターンが形成されている。ＩＤＴ１２の周囲には、第１の絶縁層２０が形成されている。第１の絶縁層２０は、パッド電極１３上にも形成されている。第１の絶縁層２０により、圧電基板１１と間隔を設けて、第２の絶縁層２２が配置されている。第２の絶縁層２２は、大略、圧電基板１１に沿って延在する。絶縁部材である第１及び第２の絶縁層２０，２２によって、ＩＤＴ１２の周囲を覆う封止空間１９が形成される。圧電基板１１の上面１１ａのうち、封止空間１９に隣接する部分において、弾性表面波が自由に伝搬するようになっている。

さらに、外郭樹脂２４により、第２の絶縁層２２の上から圧電基板１１の外縁まで、全体的に覆われている。外郭樹脂２４からは、外部端子１８が露出している。詳しくは後述するが、外部端子１８は、第１の絶縁層２０、第２の絶縁層２２及び外郭樹脂２４に形成された貫通孔を介して、パッド電極１３に電気的に接続されている。外部端子１８は、圧電デバイス１０を実装する際に、回路基板の端子等に電気的に接続される。

次に、図２〜図１２を参照しながら、圧電デバイス１０の製造工程について説明する。図２〜図１２は、最終形状の圧電デバイス１０の略１個分に相当する部分を図示しているが、実際には、複数個の圧電デバイス１０に相当する部分を、例えば升目状に二次元配置した集合基板の状態で製造する。

図２に示すように、集合基板状の圧電基板１１の上面１１ａに、ＩＤＴ１２及びパッド電極１３を含む導電パターンを形成する。すなわち、蒸着リフトオフにより、ＩＤＴ１２及びパッド電極１３を含む導電パターンの部分にＡｌ膜を形成し、さらに、パッド電極１３の部分には、Ｔｉ、Ｃｕを順に成膜する。

次いで、図３に示すように、圧電基板１１の上面１１ａにスピンコートにより感光性ポリイミドを塗布し、フォトリソグラフィによるパターンニングを行い、ＩＤＴ１２上及び外周部分２０ｘのポリイミドを除去することにより、第１の絶縁層２０を形成する。

次いで、図４に示すように、第１の絶縁層２０上に、ロールラミネートや貼り合わせなどにより第２の絶縁層２２を形成する。これにより、ＩＤＴ１２を封止する封止空間１９が形成される。

次いで、図５に示すように、第２の絶縁層２２上に、蒸着リフトオフにより金属膜１４を形成する。後で用いるめっき液への耐性を考慮して、金属膜１４のイオン化傾向は、めっき金属のイオン化傾向より小さいものを選ぶ。Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのいずれかを含んだ金属膜１４にすると、表面に酸化膜ができにくいので、その上に密着性が良好なめっき膜を形成することができ、好ましい。また、めっき膜より柔らかい金属膜１４を形成すると、めっき膜と第２の絶縁層２２との界面に発生する熱収縮によるひずみを、柔らかい金属膜１４で緩和することができ、配線の信頼性を高めることができる。

次いで、図６に示すように、レーザあるいはドライエッチングなどで、第１及び第２の絶縁層２０，２２を貫通する貫通孔、すなわちビアホール３０を形成し、パッド電極１３を露出させる。第１の絶縁層２０は感光性であるため、フォトリソグラフィ技術を用いて、ビアホール３０を形成してもよい。

次いで、図７に示すように、ビアホール３０の底部、すなわちパッド電極１３上から、電解めっき、あるいは無電解めっきにより、金属を成長させ、接続部材１５を形成する。めっき金属が第２の絶縁膜２２上の金属膜１４に到達すると、めっきが金属膜１４上に形成される。めっきでビアホール３０を充填し、かつ第２の絶縁膜２２上の金属膜１４上にもめっき膜が形成されて一体化するので、強固な配線となり、断線しにくく、信頼性が向上する。また、薄膜配線に比べて膜厚が大きいため、配線の電気抵抗を小さくすることができる。第１及び第２の絶縁層２０，２２がめっき液に対して耐性があればよく、めっき金属は特に限定されない。

次いで、図８に示すように、第２の絶縁層２２について、１個の圧電デバイスの中心部が残るように、余分な部分２３を、レーザなどにより除去する。

次いで、図９に示すように、第１及び第２の絶縁膜２０，２２などを包み込み、圧電基板１１の上面１１ａに密着するように、外郭樹脂２４を印刷により形成し、熱処理により硬化させる。

次いで、図１０に示すように、フォトリソグラフィ技術やレーザを用いて、外郭樹脂２４にビアホール３４を形成し、接続部材１５のめっき膜面を露出させる。

次いで、図１１に示すように、電解めっきあるいは無電解めっきで、ビアホール３４を金属で充填し、アンダーバンプメタル１６を形成する。アンダーバンプメタル１６は、例えば、Ｃｕ/Ｎｉ/Ａｕの順に、あるいはＮｉ/Ａｕの順に成膜する。ＡｕはＮｉの酸化を防ぐために成膜するので、０．２〜０．３μｍ程度の膜厚があれば十分である。

次いで、図１２に示すように、アンダーバンプメタル１６上に、外部端子１８を印刷などにより形成した後、リフローする。外部端子１８の材料には、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕなどのはんだペーストを用いる。最後に、ダイシング装置のブレード５０により１個ずつに切断し、パッケージングされた圧電デバイス１０が完成する。

以上に説明したように、圧電デバイス１０は、めっきにより形成した接続部材１５により、ビアホール３０の底部のパッド電極１３から第２の絶縁層２２上の金属膜１４までを一体化し、強固で高信頼性の配線を形成することができる。さらに、例えばモジュール用プリント基板に実装した後、高圧のかかるトランスファーモールドを行うような場合には、この一体化金属に拠って圧電空間を保護することができる。また、この配線により、薄膜配線に比べて電気抵抗を小さくし、圧電デバイス１０の特性を良好にすることができる。また、接続部材１５を形成するために用いるめっきは、蒸着やスパッタリングに比べコストが安く、厚付けしてもコスト高にならない。

なお、本発明の圧電デバイスとその製造方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加え得て実施可能である。

例えば、絶縁部材、すなわち第１及び第２の絶縁層２０，２２を１部材で形成しても、逆に３部材以上で形成してもよい。また、ＳＡＷフィルタの代わりに、ＢＡＷ（バルク弾性波）フィルタなどの他の圧電素子を形成してもよい。

圧電デバイスの断面図である。（実施例）製造工程の説明図である。（実施例）製造工程の説明図である。（実施例）製造工程の説明図である。（実施例）製造工程の説明図である。（実施例）製造工程の説明図である。（実施例）製造工程の説明図である。（実施例）製造工程の説明図である。（実施例）製造工程の説明図である。（実施例）製造工程の説明図である。（実施例）製造工程の説明図である。（実施例）製造工程の説明図である。（実施例）

符号の説明

１０圧電デバイス
１１圧電基板（素子基板）
１２ＩＤＴ
１３パッド電極
１４金属膜
１５接続部材
１６アンダーバンプメタル
１８外部端子
１９封止空間
２０第１の絶縁層
２２第２の絶縁層
２４外郭樹脂
３０ビアホール（貫通孔）

Claims

ＩＤＴが形成された圧電基板の前記ＩＤＴが形成された側の面に、前記ＩＤＴの周囲に空間を残して前記ＩＤＴの周囲を覆う絶縁部材が配置された圧電デバイスであって、
前記圧電基板は、前記ＩＤＴが形成された側の前記面に、前記ＩＤＴの複数の電極にそれぞれ電気的に接続され、前記絶縁部材により全部又は一部が覆われるパッド電極を有し、
前記絶縁部材は、
前記圧電基板とは反対側の面に形成された金属膜と、
前記絶縁部材の前記パッド電極を覆う部分から前記絶縁部材の前記圧電基板とは反対側の面まで前記絶縁部材を貫通する貫通孔と、
前記貫通孔を介して、前記パッド電極と前記金属膜とを電気的に接続する接続部材とを有し、
前記接続部材は、前記パッド電極上から前記金属膜上まで、めっきにより金属を成長させることにより形成され、
前記接続部材に接する前記金属膜の表面の金属材料のイオン化傾向は、前記接続部材のめっき金属のイオン化傾向よりも小さいことを特徴とする圧電デバイス。
前記金属膜は、２種類以上の層が積層されてなることを特徴とする、請求項１に記載の圧電デバイス。
前記金属膜の主材料の硬さが、前記接続部材より柔らかいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
前記接続部材に接する前記金属膜の前記表面は、Ａｕ、Ｐｔ又はＰｄの少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一つに記載の圧電デバイス。
圧電基板の一方の主面に、ＩＤＴと、前記ＩＤＴの複数の電極にそれぞれ電気的に接続された複数のパッド電極とを形成する第１のステップと、
前記ＩＤＴの周囲に空間を残して前記ＩＤＴの周囲を覆い、少なくとも前記パッド電極の一部に接合するように、前記圧電基板の前記一方の主面に絶縁部材を接合する第２のステップと、
前記絶縁部材の前記圧電基板とは反対側の主面に金属膜を形成する第３のステップと、
前記金属膜の近傍に、前記絶縁部材を貫通して前記パッド電極に達する貫通孔を形成する第４のステップと、
前記貫通孔を介して、前記パッド電極上から前記金属膜上まで、めっきにより金属を成長させることにより、前記パッド電極と前記金属膜とを電気的に接続する接続部材を形成する第５のステップとを含み、
前記接続部材に接する前記金属膜の表面の金属材料のイオン化傾向は、前記接続部材のめっき金属のイオン化傾向よりも小さいことを特徴とする、圧電デバイスの製造方法。