JP4729795B2 - 電子デバイス素子の実装方法 - Google Patents
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- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイス素子の実装方法に関し、特に電子デバイス素子に超音波を印加しながら押圧して実装基板上に実装する電子デバイス素子の実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子部品の小型化、低背化に伴い、電子デバイス素子の実装方法としてフリップチップ工法が開発されている。フリップチップ工法とは、電子デバイス素子の素子電極が形成されている機能面を実装基板に対向させた状態で実装する工法であり、ボンディングツール底部の押圧面を電子デバイス素子の裏面に接触させて押圧することにより、電子デバイス素子の素子電極上に形成された金属バンプと実装基板上の実装電極を電気的機械的に接続する工法である。また、金属バンプと実装基板上の実装電極との接続強度を上げるためは、接続時にボンディングツールに超音波を印加する工法や超音波と熱を同時に印加する工法がしばしば用いられる。
【０００３】
このような超音波を用いたフリップチップ工法では、ボンディングツールの押圧面を電子デバイス素子の裏面に接触させて押圧しているだけであるため、ボンディングツールと電子デバイス素子との間ですべりが生じたり、超音波が電子デバイス素子に十分に伝わらないという問題が生じていた。ボンディングツールと電子デバイス素子との間ですべりが生じ電子デバイス素子が実装位置からずれた場合には、ボンディングツールから印加される超音波や荷重が電子デバイス素子の一部に局所的に集中し、電子デバイス素子にクラックが生じるという恐れがあった。また、超音波の伝達効率が低下した場合には、金属バンプと実装電極との接続強度が低下するという恐れがあった。
【０００４】
このような問題を解決し、金属バンプと実装電極との接続部の信頼性や接続強度を向上させる手法の例として、特開平１１−７４３１５号公報に開示されているものがある。この手法は、ボンディングツールの押圧面を粗面化することによってボンディングツールと電子デバイス素子との摩擦力を増大させ、ボンディングツールと電子デバイス素子との間のすべりを防ぐとともに、超音波の伝達効率を高めるものである。また、ボンディングツールの押圧面に加えて電子デバイス素子の裏面も粗面化することによって、この効果は一層高まるとされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のボンディングツールを用いた実装方法には次のような問題があった。すなわち上述の方法では、ボンディングツールを量産工程において繰り返し使用していると、その押圧面は徐々に摩耗していく。ボンディングツールを硬い材質で形成した場合であっても、摩耗の発生を完全に防ぐことはできない。押圧面が摩耗すれば押圧面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が次第に減少することになり、その結果ボンディングツールと電子デバイス素子との摩擦力が低下する。そのため、ボンディングツールと電子デバイス素子との間ですべりが生じたり、超音波の伝達効率が変化し、金属バンプと実装電極との接続状態が変化することで、素子間の特性上のばらつきが発生する。また、特開平１１−７４３１５号公報に記載のものでは、その電子デバイス素子裏面における表面粗さ自体が過度に大きい。
【０００６】
本発明の電子デバイス素子の実装方法は、上述の問題を鑑みてなされたものであり、これらの問題を解決し、ボンディングツールと電子デバイス素子との間のすべりを防ぐとともに超音波の伝達効率を高め、かつ、実装工程を多数回繰り返しても、ばらつきなく信頼性の高い接続が得られる電子デバイス素子の実装方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の電子デバイス素子の第１の実装方法は、水晶基板である基板表面に素子電極が形成された弾性表面波素子である電子デバイス素子と、底部に押圧面を有するボンディングツールと、実装電極が形成された実装基板とを用意する工程と、電子デバイス素子の基板裏面にボンディングツールの押圧面を接触させながら、ボンディングツールに超音波を印加して、電子デバイス素子を実装基板上に金属バンプを介して実装する工程とを有する電子デバイス素子の実装方法において、前記電子デバイス素子の基板裏面は粗面化処理されており、かつ、前記ボンディングツールの押圧面は粗面化処理されておらず、前記電子デバイス素子の基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が１．１μｍ以上かつ７．０μｍ以下であることを特徴とする。本発明の電子デバイス素子の第２の実装方法は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である基板表面に素子電極が形成された弾性表面波素子である電子デバイス素子と、底部に押圧面を有するボンディングツールと、実装電極の形成された実装基板とを用意する工程と、電子デバイス素子の基板裏面にボンディングツールの押圧面を接触させながら、ボンディングツールに超音波を印加して、電子デバイス素子を実装基板上に金属バンプを介して実装する工程とを有する電子デバイス素子の実装方法において、前記電子デバイス素子の基板裏面は粗面化処理されており、かつ、前記ボンディングツールの押圧面は粗面化処理されておらず、前記電子デバイス素子の基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍ以上かつ７．０μｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
このように本発明では、ボンディングツールの押圧面を粗面化処理しないため、実装工程を多数回繰り返しても押圧面が摩耗して表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が低下することもない。そのため、ボンディングツールと電子デバイス素子との間で常に一定の摩擦力を保つことができ、金属バンプと実装電極との間で安定した接続状態を得ることができる。
【０００９】
一方本発明では、電子デバイス素子の基板裏面を粗面化処理することで、ボンディングツールと電子デバイス素子との間で一定の摩擦力を生じさせることができるため、電子デバイス素子のすべりを防ぐとともに超音波の伝達効率を高めることができる。電子デバイス素子のすべりを防止できれば、電子デバイス素子が実装位置からずれることもなく、ボンディングツールから印加される超音波や荷重が電子デバイス素子の一部に局所的に集中して電子デバイス素子にクラックが生じるという恐れもない。また、超音波を有効に伝達することができるため、金属バンプと実装電極との接続強度を向上させることができる。なお、上記のように電子デバイス素子の基板裏面を粗面化処理するが、実装工程においては常に新しい電子デバイス素子が供給されるため、電子デバイス素子の基板裏面が摩耗して摩擦力が変化する場合を考慮する必要はない。
【００１０】
また、電子デバイス素子の基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）は０．６μｍ以上である。表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍより小さい場合には、ボンデイングツールの裏面と電子デバイス素子の基板裏面の間に生じる摩擦力が小さいため、ボンデイングツールから印加される超音波振動や荷重が弾性表面波素子に十分に伝わりにくく、また電子デバイス素子がすべりを起しやすいという問題が生じるためである。
【００１１】
さらに、電子デバイス素子の基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）は７．０μｍ以下である。例えば、電子デバイス素子の基板としてタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム、水晶等の圧電基板を用いる場合、これらの基板はクラックや割れを生じやすいという特徴を有する。したがって、基板にこれらの材料を用いた場合、基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が７．０μｍを超えるような、過度の粗面化処理を行うと、基板の割れが生じ易くなり歩留まりが低下するという問題が発生するためである。
【００１２】
本発明は、電子デバイス素子の基板にタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム、水晶等の圧電基板を用いた弾性表面波素子に適用される。
【００１３】
さらに、弾性表面波素子の基板に水晶基板を用いる場合には、基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）を１．１μｍ以上とする。水晶基板はタンタル酸リチウム基板やニオブ酸リチウム基板とは異なる機械的特性を有する。したがって、弾性表面波素子のすべりを十分に防止して、ボンディングツールから印加される超音波や荷重の局所的な集中による弾性表面波素子のクラック発生を防ぐためには、基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）を１．１μｍより大きくして、ボンデイングツールの裏面と弾性表面波素子の基板裏面の間に生じる摩擦力を大きくする必要がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例である電子デバイス素子の実装方法、および電子部品を、図１〜６に基づいて説明する。
以下の実施例では、弾性表面波装置を製造する場合について説明する。図１は本発明を用いて製造された弾性表面波装置の断面図を示し、図２は、本発明を用いて弾性表面波素子をパッケージ容器内に実装する際の断面図を示す。
【００１５】
本実施例における弾性表面波装置８は、図１に示すように、パッケージ容器５と、パッケージ容器内に実装された弾性表面波素子１と、パッケージ容器を気密封止するためのキャップ７とを有する。弾性表面波素子１は、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム、水晶等の圧電基板２と、その表面９（図２において、基板２の下面側）に形成されたＡｌからなる厚さ０．１〜０．２μｍ程度の薄膜で形成された櫛形電極等の素子電極（図示せず）、櫛形電極に電気的に接続された電極パッド３、および電極パッド３上に形成されたＡｕまたはＡｕを含む合金からなる金属バンプ４等から構成される。圧電基板２の裏面１０（図２において、基板２の上面側）は、ラップ加工やホーニング加工等の機械加工によって粗面化処理されている。パッケージ容器５はＡｌ2Ｏ3等のセラミック材料からなり、内底面にパッケージ容器５と弾性表面波素子１とを電気的に接続するための実装電極６が形成されている。
【００１６】
次に、上記弾性表面波装置８の製造方法を図２を用いて説明する。まず、弾性表面波素子１をパッケージ容器５内に実装するためのフリップチップ実装機を用意する。フリップチップ実装機はボンディングツール１１を有し、ボンディングツール１１はその底部に、弾性表面波素子１を押圧するための押圧面（図２において、ボンディングツール１１の弾性表面波素子１の裏面１０との接触部分）が形成されている。なお、ボンディングツール１１の押圧面は粗面化処理されていない。
【００１７】
弾性表面波素子１を、パッケージ容器５内の実装電極６に金属バンプ４を介して対向させた状態で配置し、弾性表面波素子１の裏面１０に上記ボンディングツール１１の押圧面を接触させながら、ボンディングツール１１に超音波を印加、押圧し、金属バンプ４と実装電極６を圧着して電気的機械的に接続する。この際、超音波と同時に熱を印加してもよい。最後に、弾性表面波素子１の実装されたパッケージ容器５をキャップ７で気密封止することにより、弾性表面波装置８が完成する。
【００１８】
このように本発明では、ボンディングツール１１の押圧面を粗面化処理していないため、実装工程を多数回繰り返しても押圧面が摩耗して表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が低下することはない。したがって、繰り返し多数の素子を実装しても、金属バンプ４と実装電極６との間で常に安定した接続状態を得ることができる。
一方、本発明では、弾性表面波素子１の基板裏面１０を粗面化処理することで、ボンディングツール１１と弾性表面波素子１との間に一定の摩擦力を生じさせることができるため、弾性表面波素子１のすべりを防ぐとともに超音波の伝達効率を高めることができる。弾性表面波素子１のすべりを防止できれば、弾性表面波素子１が実装位置からずれることもなく、ボンディングツール１１から印加される超音波や荷重が弾性表面波素子１の一部に局所的に集中して素子にクラックが生じるという恐れもない。また、超音波を有効に伝達することができるため、金属バンプ４と実装電極６との接続強度を向上させることができる。なお、実装工程においては常に新しい弾性表面波素子１が供給されるため、弾性表面波素子１の基板裏面１０が摩耗して摩擦力が変化することはない。
【００１９】
上述のように、弾性表面波素子１の基板裏面１０を粗面化処理することによって金属バンプ４と実装電極６との接続強度を向上させることができる。しかし、弾性表面波素子１の基板２として用いるタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム、水晶等の圧電基板はクラックや割れを生じやすいという特徴を有する。したがって、基板にこれらの材料を用いた場合は、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が７．０μｍを超えると、粗面化処理の際に基板２に割れが生じ易くなり、歩留まりが低下するという問題が発生する。ゆえに、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）は７．０μｍ以下であることが望ましいといえる。
（実施例１）上記方法を用いて製造した弾性表面波装置８について、弾性表面波素子１の基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）と弾性表面波素子１とパッケージ容器５との接続強度の関係を調べた。その結果を図３に示す。
【００２０】
弾性表面波素子１の基板２にはタンタル酸リチウム基板を用い、基板２の裏面１０はラップ加工により粗面化処理を行った。基板裏面１０の表面粗さはレーザフォーカス変位計を用いて測定し、レーザ波長は６７０ｎｍのものを用いた。接続強度は、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が２．２μｍのときの強度を１として規格化した値を示す。
【００２１】
図３からわかるように、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍ以上であるときに、弾性表面波素子１とパッケージ容器５との間で大きな接続強度が得られていることがわかる。表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍより小さい場合は、ボンデイングツール１１の裏面と弾性表面波素子１の基板裏面１０の間に生じる摩擦力が小さく、ボンデイングツール１１から印加される超音波振動や荷重が弾性表面波素子１に十分に伝わっていないためであると考えられる。
（実施例２）同じく上記方法を用いて製造した弾性表面波装置８について、弾性表面波素子１の基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）と、弾性表面波素子１のパッケージ容器５に対する接続位置ずれの発生率の関係を調べた。その結果を図４に示す。
【００２２】
実施例１の場合と同様に、弾性表面波素子１の基板２にはタンタル酸リチウム基板を用い、基板２の裏面１０はラップ加工により粗面化処理をした。基板裏面１０の表面粗さはレーザフォーカス変位計を用いて測定し、レーザ波長は６７０ｎｍのものを用いた。本実施例では、フリップチップ実装機の接続位置精度の保証値を大きく上回る位置ずれを起こしたものを位置ずれ発生とした。
【００２３】
図４からわかるように、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍ以上であるときに、弾性表面波素子１の位置ずれを抑制できていることがわかる。表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍより小さい場合には、ボンデイングツール１１の裏面と弾性表面波素子１の基板裏面１０の間に生じる摩擦力が小さく、弾性表面波素子１がボンデイングツール１１の押圧面に対してすべり、位置ずれが発生しているものと考えられる。
（実施例３）同じく上記方法を用いて製造した弾性表面波装置８について、弾性表面波素子１の基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）と、弾性表面波素子１のクラック発生率の関係を調べた。その結果を図５に示す。
【００２４】
実施例１の場合と同様に、弾性表面波素子１の基板２にはタンタル酸リチウム基板を用い、基板２の裏面１０はラップ加工により粗面化処理をした。基板裏面１０の表面粗さはレーザフォーカス変位計を用いて測定し、レーザ波長は６７０ｎｍのものを用いた。
【００２５】
図５からわかるように、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍ以上であるときに、弾性表面波素子１のクラック発生を抑制できていることがわかる。表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍより小さく、ボンデイングツール１１の裏面と弾性表面波素子１の基板裏面１０の間に生じる摩擦力が小さい場合には、実施例２から明らかなように、弾性表面波素子１がすべりを起しやすい。その結果、ボンディングツール１１から印加される超音波や荷重が弾性表面波素子１の一部に局所的に集中し、弾性表面波素子１にクラックが生じるものと考えられる。
【００２６】
以上の実施例１〜３より、弾性表面波素子１の基板２としてタンタル酸リチウム基板を用いた場合には、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）を０．６μｍ以上７．０μｍ以下とすることで、弾性表面波素子１とパッケージ容器５との間で、信頼性の高い接続を得ることができると考えられる。また、ニオブ酸リチウムはタンタル酸リチウムと類似の機械的特性を有すると考えられるため、弾性表面波素子１の基板２としてニオブ酸リチウム基板を用いた場合にも、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）を０．６μｍ以上７．０μｍ以下とすることで、信頼性の高い接続を得ることができると考えられる。
（実施例４）同じく上記方法を用いて製造した弾性表面波装置８について、弾性表面波素子１の基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）と、弾性表面波素子１のクラック発生率の関係を調べた。その結果を図６に示す。
【００２７】
本実施例では、弾性表面波素子１の基板２には水晶基板を用い、基板２の裏面１０はラップ加工により粗面化処理を行った。基板裏面１０の表面粗さはレーザフォーカス変位計を用いて測定し、レーザ波長は６７０ｎｍのものを用いた。
【００２８】
図６からわかるように、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が１．１μｍ以上であるときに、弾性表面波素子１のクラック発生を抑制できていることがわかる。さらに、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が１．３μｍ以上であるときに、弾性表面波素子１のクラック発生を完全に抑制できていることがわかる。
【００２９】
水晶基板はタンタル酸リチウム基板やニオブ酸リチウム基板とは異なる機械的特性を有する。したがって、弾性表面波素子１のすべりを十分に防止して、ボンディングツール１１から印加される超音波や荷重の局所的な集中による弾性表面波素子１のクラック発生を防ぐためには、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）を１．１μｍより大きくして、ボンデイングツールの裏面と弾性表面波素子の基板裏面１０の間に生じる摩擦力を大きくする必要があるものと考えられる。さらに、弾性表面波素子１のクラック発生を完全に抑制するには、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）を１．３μｍ以上とするのが望ましい。
【００３０】
実施例４より、弾性表面波素子１の基板２として水晶基板を用いた場合には、弾性表面波素子１の基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）を１．１μｍ以上、望ましくは１．３μｍ以上、かつ７．０μｍ以下とすることで、弾性表面波素子１とパッケージ容器５との間で信頼性の高い接続を得ることができると考えられる。
【００３１】
次に、本発明の通信機装置を図７に基づいて説明する。なお、図７は本発明の通信機装置のブロック図である。
図７に示すように本発明の通信機装置は、アンテナ３０およびアンテナ３０に接続されたデュプレクサ３１と、デュプレクサ３１に接続される送信用回路および受信用回路とから構成されている。送信用回路は、発振器３２から発振されディバイダ３３により分割された送信信号を濾波する段間フィルタ３４、送信信号を増幅するパワーアンプ３５や受信信号を送信側に通過させないためのアイソレータ３６などから構成されている。一方、受信用回路はアンテナ３０からの受信信号を増幅するローノイズアンプ３７や受信信号を濾波する段間フィルタ３８などから構成されている。そして、受信信号およびローカル信号を混合して、ミキサ３９よりＩＦ信号が出力される。
このような構成の通信機装置において、例えば受信用回路における段間フィルタ３７として、本発明の電子デバイス素子の実装方法により得られた電子デバイス素子または本発明の電子部品が用いられる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ボンディングツールの押圧面を粗面化処理しないため、実装工程を多数回繰り返しても押圧面が摩耗して表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が低下することもなく、金属バンプと実装電極との間で常に安定した接続状態を得ることができる。
【００３３】
一方本発明では、電子デバイス素子の基板裏面を粗面化処理することで、ボンディングツールと電子デバイス素子との間で一定の摩擦力を生じさせることができるため、電子デバイス素子のすべりを防ぐとともに超音波の伝達効率を高めることができる。電子デバイス素子のすべりを防止できれば、電子デバイス素子が実装位置からずれることもなく、ボンディングツールから印加される超音波や荷重が電子デバイス素子の一部に局所的に集中して電子デバイス素子にクラックが生じるという恐れもない。また、超音波を有効に伝達することができるため、金属バンプと実装電極との接続強度を向上させることができる。その結果、電子デバイス素子の歩留まりの向上や故障率の低減、信頼性の向上を達成することができることになる。特に、その電子デバイス素子裏面の粗面化処理を、表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍ以上かつ７．０μｍ以下となるようにすれば、クラックが発生せず、接続強度の安定した電子デバイス素子が得られる。
【００３４】
なお、本発明の実装工程においては常に新しい電子デバイス素子が供給されるため、電子デバイス素子の基板裏面の摩耗による摩擦力の変化を考慮する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いて製造された弾性表面波装置の断面図である。
【図２】本発明を用いて弾性表面波素子をパッケージ容器内に実装する際の断面図である。
【図３】本発明を用いて製造した弾性表面波装置について、弾性表面波素子の基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）と、金属バンプと実装電極との接続強度の関係を示すグラフである。
【図４】本発明を用いて製造した弾性表面波装置について、弾性表面波素子の基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）と、弾性表面波素子のパッケージ容器に対する接続位置ずれの発生率の関係を示すグラフである。
【図５】本発明を用いて製造した弾性表面波装置について、弾性表面波素子の基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）と、弾性表面波素子のクラック発生率の関係を示すグラフである。
【図６】本発明を用いて製造した弾性表面波装置について、弾性表面波素子の基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）と、弾性表面波素子のクラック発生率の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の通信機装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 弾性表面波素子
２ 基板
３ 素子電極
４ 金属バンプ
５ パッケージ容器
６ 実装電極
７ キャップ
８ 弾性表面波装置
１１ ボンディングツール
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイス素子の実装方法に関し、特に電子デバイス素子に超音波を印加しながら押圧して実装基板上に実装する電子デバイス素子の実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子部品の小型化、低背化に伴い、電子デバイス素子の実装方法としてフリップチップ工法が開発されている。フリップチップ工法とは、電子デバイス素子の素子電極が形成されている機能面を実装基板に対向させた状態で実装する工法であり、ボンディングツール底部の押圧面を電子デバイス素子の裏面に接触させて押圧することにより、電子デバイス素子の素子電極上に形成された金属バンプと実装基板上の実装電極を電気的機械的に接続する工法である。また、金属バンプと実装基板上の実装電極との接続強度を上げるためは、接続時にボンディングツールに超音波を印加する工法や超音波と熱を同時に印加する工法がしばしば用いられる。
【０００３】
このような超音波を用いたフリップチップ工法では、ボンディングツールの押圧面を電子デバイス素子の裏面に接触させて押圧しているだけであるため、ボンディングツールと電子デバイス素子との間ですべりが生じたり、超音波が電子デバイス素子に十分に伝わらないという問題が生じていた。ボンディングツールと電子デバイス素子との間ですべりが生じ電子デバイス素子が実装位置からずれた場合には、ボンディングツールから印加される超音波や荷重が電子デバイス素子の一部に局所的に集中し、電子デバイス素子にクラックが生じるという恐れがあった。また、超音波の伝達効率が低下した場合には、金属バンプと実装電極との接続強度が低下するという恐れがあった。
【０００４】
このような問題を解決し、金属バンプと実装電極との接続部の信頼性や接続強度を向上させる手法の例として、特開平１１−７４３１５号公報に開示されているものがある。この手法は、ボンディングツールの押圧面を粗面化することによってボンディングツールと電子デバイス素子との摩擦力を増大させ、ボンディングツールと電子デバイス素子との間のすべりを防ぐとともに、超音波の伝達効率を高めるものである。また、ボンディングツールの押圧面に加えて電子デバイス素子の裏面も粗面化することによって、この効果は一層高まるとされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のボンディングツールを用いた実装方法には次のような問題があった。すなわち上述の方法では、ボンディングツールを量産工程において繰り返し使用していると、その押圧面は徐々に摩耗していく。ボンディングツールを硬い材質で形成した場合であっても、摩耗の発生を完全に防ぐことはできない。押圧面が摩耗すれば押圧面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が次第に減少することになり、その結果ボンディングツールと電子デバイス素子との摩擦力が低下する。そのため、ボンディングツールと電子デバイス素子との間ですべりが生じたり、超音波の伝達効率が変化し、金属バンプと実装電極との接続状態が変化することで、素子間の特性上のばらつきが発生する。また、特開平１１−７４３１５号公報に記載のものでは、その電子デバイス素子裏面における表面粗さ自体が過度に大きい。
【０００６】
本発明の電子デバイス素子の実装方法は、上述の問題を鑑みてなされたものであり、これらの問題を解決し、ボンディングツールと電子デバイス素子との間のすべりを防ぐとともに超音波の伝達効率を高め、かつ、実装工程を多数回繰り返しても、ばらつきなく信頼性の高い接続が得られる電子デバイス素子の実装方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の電子デバイス素子の第１の実装方法は、水晶基板である基板表面に素子電極が形成された弾性表面波素子である電子デバイス素子と、底部に押圧面を有するボンディングツールと、実装電極が形成された実装基板とを用意する工程と、電子デバイス素子の基板裏面にボンディングツールの押圧面を接触させながら、ボンディングツールに超音波を印加して、電子デバイス素子を実装基板上に金属バンプを介して実装する工程とを有する電子デバイス素子の実装方法において、前記電子デバイス素子の基板裏面は粗面化処理されており、かつ、前記ボンディングツールの押圧面は粗面化処理されておらず、前記電子デバイス素子の基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が１．１μｍ以上かつ７．０μｍ以下であることを特徴とする。本発明の電子デバイス素子の第２の実装方法は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である基板表面に素子電極が形成された弾性表面波素子である電子デバイス素子と、底部に押圧面を有するボンディングツールと、実装電極の形成された実装基板とを用意する工程と、電子デバイス素子の基板裏面にボンディングツールの押圧面を接触させながら、ボンディングツールに超音波を印加して、電子デバイス素子を実装基板上に金属バンプを介して実装する工程とを有する電子デバイス素子の実装方法において、前記電子デバイス素子の基板裏面は粗面化処理されており、かつ、前記ボンディングツールの押圧面は粗面化処理されておらず、前記電子デバイス素子の基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍ以上かつ７．０μｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
このように本発明では、ボンディングツールの押圧面を粗面化処理しないため、実装工程を多数回繰り返しても押圧面が摩耗して表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が低下することもない。そのため、ボンディングツールと電子デバイス素子との間で常に一定の摩擦力を保つことができ、金属バンプと実装電極との間で安定した接続状態を得ることができる。
【０００９】
一方本発明では、電子デバイス素子の基板裏面を粗面化処理することで、ボンディングツールと電子デバイス素子との間で一定の摩擦力を生じさせることができるため、電子デバイス素子のすべりを防ぐとともに超音波の伝達効率を高めることができる。電子デバイス素子のすべりを防止できれば、電子デバイス素子が実装位置からずれることもなく、ボンディングツールから印加される超音波や荷重が電子デバイス素子の一部に局所的に集中して電子デバイス素子にクラックが生じるという恐れもない。また、超音波を有効に伝達することができるため、金属バンプと実装電極との接続強度を向上させることができる。なお、上記のように電子デバイス素子の基板裏面を粗面化処理するが、実装工程においては常に新しい電子デバイス素子が供給されるため、電子デバイス素子の基板裏面が摩耗して摩擦力が変化する場合を考慮する必要はない。
【００１０】
また、電子デバイス素子の基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）は０．６μｍ以上である。表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍより小さい場合には、ボンデイングツールの裏面と電子デバイス素子の基板裏面の間に生じる摩擦力が小さいため、ボンデイングツールから印加される超音波振動や荷重が弾性表面波素子に十分に伝わりにくく、また電子デバイス素子がすべりを起しやすいという問題が生じるためである。
【００１１】
さらに、電子デバイス素子の基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）は７．０μｍ以下である。例えば、電子デバイス素子の基板としてタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム、水晶等の圧電基板を用いる場合、これらの基板はクラックや割れを生じやすいという特徴を有する。したがって、基板にこれらの材料を用いた場合、基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が７．０μｍを超えるような、過度の粗面化処理を行うと、基板の割れが生じ易くなり歩留まりが低下するという問題が発生するためである。
【００１２】
本発明は、電子デバイス素子の基板にタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム、水晶等の圧電基板を用いた弾性表面波素子に適用される。
【００１３】
さらに、弾性表面波素子の基板に水晶基板を用いる場合には、基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）を１．１μｍ以上とする。水晶基板はタンタル酸リチウム基板やニオブ酸リチウム基板とは異なる機械的特性を有する。したがって、弾性表面波素子のすべりを十分に防止して、ボンディングツールから印加される超音波や荷重の局所的な集中による弾性表面波素子のクラック発生を防ぐためには、基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）を１．１μｍより大きくして、ボンデイングツールの裏面と弾性表面波素子の基板裏面の間に生じる摩擦力を大きくする必要がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例である電子デバイス素子の実装方法、および電子部品を、図１〜６に基づいて説明する。
以下の実施例では、弾性表面波装置を製造する場合について説明する。図１は本発明を用いて製造された弾性表面波装置の断面図を示し、図２は、本発明を用いて弾性表面波素子をパッケージ容器内に実装する際の断面図を示す。
【００１５】
本実施例における弾性表面波装置８は、図１に示すように、パッケージ容器５と、パッケージ容器内に実装された弾性表面波素子１と、パッケージ容器を気密封止するためのキャップ７とを有する。弾性表面波素子１は、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム、水晶等の圧電基板２と、その表面９（図２において、基板２の下面側）に形成されたＡｌからなる厚さ０．１〜０．２μｍ程度の薄膜で形成された櫛形電極等の素子電極（図示せず）、櫛形電極に電気的に接続された電極パッド３、および電極パッド３上に形成されたＡｕまたはＡｕを含む合金からなる金属バンプ４等から構成される。圧電基板２の裏面１０（図２において、基板２の上面側）は、ラップ加工やホーニング加工等の機械加工によって粗面化処理されている。パッケージ容器５はＡｌ2Ｏ3等のセラミック材料からなり、内底面にパッケージ容器５と弾性表面波素子１とを電気的に接続するための実装電極６が形成されている。
【００１６】
次に、上記弾性表面波装置８の製造方法を図２を用いて説明する。まず、弾性表面波素子１をパッケージ容器５内に実装するためのフリップチップ実装機を用意する。フリップチップ実装機はボンディングツール１１を有し、ボンディングツール１１はその底部に、弾性表面波素子１を押圧するための押圧面（図２において、ボンディングツール１１の弾性表面波素子１の裏面１０との接触部分）が形成されている。なお、ボンディングツール１１の押圧面は粗面化処理されていない。
【００１７】
弾性表面波素子１を、パッケージ容器５内の実装電極６に金属バンプ４を介して対向させた状態で配置し、弾性表面波素子１の裏面１０に上記ボンディングツール１１の押圧面を接触させながら、ボンディングツール１１に超音波を印加、押圧し、金属バンプ４と実装電極６を圧着して電気的機械的に接続する。この際、超音波と同時に熱を印加してもよい。最後に、弾性表面波素子１の実装されたパッケージ容器５をキャップ７で気密封止することにより、弾性表面波装置８が完成する。
【００１８】
このように本発明では、ボンディングツール１１の押圧面を粗面化処理していないため、実装工程を多数回繰り返しても押圧面が摩耗して表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が低下することはない。したがって、繰り返し多数の素子を実装しても、金属バンプ４と実装電極６との間で常に安定した接続状態を得ることができる。
一方、本発明では、弾性表面波素子１の基板裏面１０を粗面化処理することで、ボンディングツール１１と弾性表面波素子１との間に一定の摩擦力を生じさせることができるため、弾性表面波素子１のすべりを防ぐとともに超音波の伝達効率を高めることができる。弾性表面波素子１のすべりを防止できれば、弾性表面波素子１が実装位置からずれることもなく、ボンディングツール１１から印加される超音波や荷重が弾性表面波素子１の一部に局所的に集中して素子にクラックが生じるという恐れもない。また、超音波を有効に伝達することができるため、金属バンプ４と実装電極６との接続強度を向上させることができる。なお、実装工程においては常に新しい弾性表面波素子１が供給されるため、弾性表面波素子１の基板裏面１０が摩耗して摩擦力が変化することはない。
【００１９】
上述のように、弾性表面波素子１の基板裏面１０を粗面化処理することによって金属バンプ４と実装電極６との接続強度を向上させることができる。しかし、弾性表面波素子１の基板２として用いるタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム、水晶等の圧電基板はクラックや割れを生じやすいという特徴を有する。したがって、基板にこれらの材料を用いた場合は、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が７．０μｍを超えると、粗面化処理の際に基板２に割れが生じ易くなり、歩留まりが低下するという問題が発生する。ゆえに、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）は７．０μｍ以下であることが望ましいといえる。
（実施例１）上記方法を用いて製造した弾性表面波装置８について、弾性表面波素子１の基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）と弾性表面波素子１とパッケージ容器５との接続強度の関係を調べた。その結果を図３に示す。
【００２０】
弾性表面波素子１の基板２にはタンタル酸リチウム基板を用い、基板２の裏面１０はラップ加工により粗面化処理を行った。基板裏面１０の表面粗さはレーザフォーカス変位計を用いて測定し、レーザ波長は６７０ｎｍのものを用いた。接続強度は、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が２．２μｍのときの強度を１として規格化した値を示す。
【００２１】
図３からわかるように、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍ以上であるときに、弾性表面波素子１とパッケージ容器５との間で大きな接続強度が得られていることがわかる。表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍより小さい場合は、ボンデイングツール１１の裏面と弾性表面波素子１の基板裏面１０の間に生じる摩擦力が小さく、ボンデイングツール１１から印加される超音波振動や荷重が弾性表面波素子１に十分に伝わっていないためであると考えられる。
（実施例２）同じく上記方法を用いて製造した弾性表面波装置８について、弾性表面波素子１の基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）と、弾性表面波素子１のパッケージ容器５に対する接続位置ずれの発生率の関係を調べた。その結果を図４に示す。
【００２２】
実施例１の場合と同様に、弾性表面波素子１の基板２にはタンタル酸リチウム基板を用い、基板２の裏面１０はラップ加工により粗面化処理をした。基板裏面１０の表面粗さはレーザフォーカス変位計を用いて測定し、レーザ波長は６７０ｎｍのものを用いた。本実施例では、フリップチップ実装機の接続位置精度の保証値を大きく上回る位置ずれを起こしたものを位置ずれ発生とした。
【００２３】
図４からわかるように、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍ以上であるときに、弾性表面波素子１の位置ずれを抑制できていることがわかる。表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍより小さい場合には、ボンデイングツール１１の裏面と弾性表面波素子１の基板裏面１０の間に生じる摩擦力が小さく、弾性表面波素子１がボンデイングツール１１の押圧面に対してすべり、位置ずれが発生しているものと考えられる。
（実施例３）同じく上記方法を用いて製造した弾性表面波装置８について、弾性表面波素子１の基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）と、弾性表面波素子１のクラック発生率の関係を調べた。その結果を図５に示す。
【００２４】
実施例１の場合と同様に、弾性表面波素子１の基板２にはタンタル酸リチウム基板を用い、基板２の裏面１０はラップ加工により粗面化処理をした。基板裏面１０の表面粗さはレーザフォーカス変位計を用いて測定し、レーザ波長は６７０ｎｍのものを用いた。
【００２５】
図５からわかるように、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍ以上であるときに、弾性表面波素子１のクラック発生を抑制できていることがわかる。表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍより小さく、ボンデイングツール１１の裏面と弾性表面波素子１の基板裏面１０の間に生じる摩擦力が小さい場合には、実施例２から明らかなように、弾性表面波素子１がすべりを起しやすい。その結果、ボンディングツール１１から印加される超音波や荷重が弾性表面波素子１の一部に局所的に集中し、弾性表面波素子１にクラックが生じるものと考えられる。
【００２６】
以上の実施例１〜３より、弾性表面波素子１の基板２としてタンタル酸リチウム基板を用いた場合には、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）を０．６μｍ以上７．０μｍ以下とすることで、弾性表面波素子１とパッケージ容器５との間で、信頼性の高い接続を得ることができると考えられる。また、ニオブ酸リチウムはタンタル酸リチウムと類似の機械的特性を有すると考えられるため、弾性表面波素子１の基板２としてニオブ酸リチウム基板を用いた場合にも、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）を０．６μｍ以上７．０μｍ以下とすることで、信頼性の高い接続を得ることができると考えられる。
（実施例４）同じく上記方法を用いて製造した弾性表面波装置８について、弾性表面波素子１の基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）と、弾性表面波素子１のクラック発生率の関係を調べた。その結果を図６に示す。
【００２７】
本実施例では、弾性表面波素子１の基板２には水晶基板を用い、基板２の裏面１０はラップ加工により粗面化処理を行った。基板裏面１０の表面粗さはレーザフォーカス変位計を用いて測定し、レーザ波長は６７０ｎｍのものを用いた。
【００２８】
図６からわかるように、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が１．１μｍ以上であるときに、弾性表面波素子１のクラック発生を抑制できていることがわかる。さらに、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が１．３μｍ以上であるときに、弾性表面波素子１のクラック発生を完全に抑制できていることがわかる。
【００２９】
水晶基板はタンタル酸リチウム基板やニオブ酸リチウム基板とは異なる機械的特性を有する。したがって、弾性表面波素子１のすべりを十分に防止して、ボンディングツール１１から印加される超音波や荷重の局所的な集中による弾性表面波素子１のクラック発生を防ぐためには、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）を１．１μｍより大きくして、ボンデイングツールの裏面と弾性表面波素子の基板裏面１０の間に生じる摩擦力を大きくする必要があるものと考えられる。さらに、弾性表面波素子１のクラック発生を完全に抑制するには、基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）を１．３μｍ以上とするのが望ましい。
【００３０】
実施例４より、弾性表面波素子１の基板２として水晶基板を用いた場合には、弾性表面波素子１の基板裏面１０の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）を１．１μｍ以上、望ましくは１．３μｍ以上、かつ７．０μｍ以下とすることで、弾性表面波素子１とパッケージ容器５との間で信頼性の高い接続を得ることができると考えられる。
【００３１】
次に、本発明の通信機装置を図７に基づいて説明する。なお、図７は本発明の通信機装置のブロック図である。
図７に示すように本発明の通信機装置は、アンテナ３０およびアンテナ３０に接続されたデュプレクサ３１と、デュプレクサ３１に接続される送信用回路および受信用回路とから構成されている。送信用回路は、発振器３２から発振されディバイダ３３により分割された送信信号を濾波する段間フィルタ３４、送信信号を増幅するパワーアンプ３５や受信信号を送信側に通過させないためのアイソレータ３６などから構成されている。一方、受信用回路はアンテナ３０からの受信信号を増幅するローノイズアンプ３７や受信信号を濾波する段間フィルタ３８などから構成されている。そして、受信信号およびローカル信号を混合して、ミキサ３９よりＩＦ信号が出力される。
このような構成の通信機装置において、例えば受信用回路における段間フィルタ３７として、本発明の電子デバイス素子の実装方法により得られた電子デバイス素子または本発明の電子部品が用いられる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ボンディングツールの押圧面を粗面化処理しないため、実装工程を多数回繰り返しても押圧面が摩耗して表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が低下することもなく、金属バンプと実装電極との間で常に安定した接続状態を得ることができる。
【００３３】
一方本発明では、電子デバイス素子の基板裏面を粗面化処理することで、ボンディングツールと電子デバイス素子との間で一定の摩擦力を生じさせることができるため、電子デバイス素子のすべりを防ぐとともに超音波の伝達効率を高めることができる。電子デバイス素子のすべりを防止できれば、電子デバイス素子が実装位置からずれることもなく、ボンディングツールから印加される超音波や荷重が電子デバイス素子の一部に局所的に集中して電子デバイス素子にクラックが生じるという恐れもない。また、超音波を有効に伝達することができるため、金属バンプと実装電極との接続強度を向上させることができる。その結果、電子デバイス素子の歩留まりの向上や故障率の低減、信頼性の向上を達成することができることになる。特に、その電子デバイス素子裏面の粗面化処理を、表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍ以上かつ７．０μｍ以下となるようにすれば、クラックが発生せず、接続強度の安定した電子デバイス素子が得られる。
【００３４】
なお、本発明の実装工程においては常に新しい電子デバイス素子が供給されるため、電子デバイス素子の基板裏面の摩耗による摩擦力の変化を考慮する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いて製造された弾性表面波装置の断面図である。
【図２】本発明を用いて弾性表面波素子をパッケージ容器内に実装する際の断面図である。
【図３】本発明を用いて製造した弾性表面波装置について、弾性表面波素子の基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）と、金属バンプと実装電極との接続強度の関係を示すグラフである。
【図４】本発明を用いて製造した弾性表面波装置について、弾性表面波素子の基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）と、弾性表面波素子のパッケージ容器に対する接続位置ずれの発生率の関係を示すグラフである。
【図５】本発明を用いて製造した弾性表面波装置について、弾性表面波素子の基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）と、弾性表面波素子のクラック発生率の関係を示すグラフである。
【図６】本発明を用いて製造した弾性表面波装置について、弾性表面波素子の基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）と、弾性表面波素子のクラック発生率の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の通信機装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 弾性表面波素子
２ 基板
３ 素子電極
４ 金属バンプ
５ パッケージ容器
６ 実装電極
７ キャップ
８ 弾性表面波装置
１１ ボンディングツール
Claims (2)
- 水晶基板である基板表面に素子電極が形成された弾性表面波素子である電子デバイス素子と、底部に押圧面を有するボンディングツールと、実装電極が形成された実装基板とを用意する工程と、
電子デバイス素子の基板裏面にボンディングツールの押圧面を接触させながら、ボンディングツールに超音波を印加して、電子デバイス素子を実装基板上に金属バンプを介して実装する工程とを有する電子デバイス素子の実装方法において、
前記電子デバイス素子の基板裏面は粗面化処理されており、かつ、前記ボンディングツールの押圧面は粗面化処理されておらず、
前記電子デバイス素子の基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が１．１μｍ以上かつ７．０μｍ以下であることを特徴とする電子デバイス素子の実装方法。 - タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である基板表面に素子電極が形成された弾性表面波素子である電子デバイス素子と、底部に押圧面を有するボンディングツールと、実装電極が形成された実装基板とを用意する工程と、
電子デバイス素子の基板裏面にボンディングツールの押圧面を接触させながら、ボンディングツールに超音波を印加して、電子デバイス素子を実装基板上に金属バンプを介して実装する工程とを有する電子デバイス素子の実装方法において、
前記電子デバイス素子の基板裏面は粗面化処理されており、かつ、前記ボンディングツールの押圧面は粗面化処理されておらず、
前記電子デバイス素子の基板裏面の表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）が０．６μｍ以上かつ７．０μｍ以下であることを特徴とする電子デバイス素子の実装方法。
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