JP4795891B2 - 立体配線を有する実装構造体 - Google Patents
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Description
(1)空構造を有する素子のパッケージに於いて、多層配線或いはある配線を跨いで別の配線を形成出来るため配線自由度を確保することが出来る。更に、本実装構造体では、線長を短縮することが出来、高速伝送信号を効率よく通すことが出来る。
(2)有機絶縁樹脂を用いて、これらの工程をウェハ単位で形成することが可能である。本発明の採用によって、ウェハレベルCSP(Chip Size Package Chip Scale Package)、工数を削減することが可能となる。
(1)基板表面に空間を必要とする素子部分と電極以外の部分に樹脂層を形成する。
(2)少なくとも基板表面の電極を除く部分を樹脂フィルムで覆う。
(3)これらの工程をウェハ単位で形成する。
本発明は、素子上に空隙部を必要とする実装構造体或いはパッケージ全般に適用することが可能である。従って、本説明では、SAWフィルタを例として記述するが、素子上に空隙部を必要とするいずれの素子に対しても、同様な工程を適用することが可能である。素子を形成する基板1は、SAWフィルタを形成するために用いられている圧電基板(リチウムタンタレート)とした。SMRフィルタやMEMSでは、シリコンウェハ、セラミクス、有機基板、絶縁を施した金属基板など、それぞれの素子に最適な基板を用いる必要がある。SAWフィルタのウェハレベルパッケジングプロセスを図1から図6を用いて説明する。ここでは、リチウムタンタレート上に形成された1つの櫛歯電極(IDT(Inter Digital Transducer)とも記す)と2つの電極について拡大記載するが、SAWフィルタ全体は、図15として写真になる図面に示すようなパターン複数個から成り、リチウムタンタレート上には同様の形状の素子群41が複数個形成されている(図16)。
図1(a)より図1(g)までの工程は素子形成工程である。
(1−1)ウエハ準備工程:
基板1を準備する。ここでは、基板1は、リチウムタンタレートとした(図1(a))。
(1−2)IDT電極形成工程:
リチウムタンタレート1上に、アルミニウム膜(又は、アルミ銅合金膜、例えばAl05Cu膜)2をスパッタ法によって成膜した(図1(b))。ここで、膜厚は0.2マイクロメートルとした。
(1−3)レジスト膜形成工程:
前述のアルミニウム膜2の上に、レジスト3を塗布した(図1(c))。尚、ここで、図1(c)には、レジスト3の下部に反射防止膜4が設けるように図示されている。反射防止膜4は、必ずしも必要でないが、加工上の観点から有利で、必要に応じて設けられる。ここで用いるレジストは、図1(f)工程で用いるエッチング工程(ドライエッチング又は、ウェットエッチング)に耐性があれば、その種類について制約を設けるものではない。この例では、レジストは感光性樹脂を用いた。
(1−4)UV露光工程:
こうして準備された基板1に、フォトマスク6を介して、所定のパターンに紫外光5を照射した(図1(d))。
(1−5)現像・ベーク工程:
レジスト現像液を用いて、レジスト膜3を現像し、次いで、通例のベーキングを行って、所定のパターンを形成した(図1(e))。
(1−6)エッチング工程:
図1(c)に示す工程で成膜したアルニウム膜2を、図1(e)に示す工程で形成したレジスト膜3をマスクとしてエッチング除去した(図1(f))。ここでは、ドライエッチング、ウェットエッチングを用いることが可能であり、反射防止膜4もアルミニウム膜2とともに除去される。この例では、精度を必要とする理由により、エッチングガス(三塩化ホウ素、塩素、窒素の混合ガス)7によるドライエッチングを用いた。
(1−7)レジスト除去工程:
図1(d)に示す工程で形成したレジスト膜3を剥離した(図1(g))。一般的に、レジスト剥離は、有機溶剤による溶解、アルカリによる溶解、ドライプロセス工程を用いることが可能である。ここでは、電極材料にアルミニウムを用いたため、アルカリを用いることは不可であるが、有機溶剤による溶解、ドライプロセスを選択することが可能であった。ここでは、工程の簡便な理由により、有機溶剤により溶解した。用いる有機溶剤は、レジストを溶解しかつアルミニウムの腐食を防止できれば、制約を設けるものではない。ここでは、アセトンを用いた。形成された櫛歯電極9の例を図15に示す。図15は平面図で、断面図(図1(g))において、符号9として櫛歯状部分を例示するものである。ここでの櫛歯1本あたりの線幅は、1〜5マイクロメートル程度である。前記断面図、図1(g)において、符号8の部分はクロス配線部の基板側配線を示す。
次に、図2(a)より図2(c)を用いて、クロス配線用の絶縁層の形成の工程を説明する。
(2−1)絶縁材料膜形成工程:
これまで準備した基板(リチウムタンタレート)1には、クロス配線部8を跨ぐ配線を形成されている。この配線により、設計の自由度を持たせることができる。感光性絶縁樹脂(例えば、有機絶縁樹脂)10を塗布する(図2(a))。ここでは、ワニス状感光性ポリイミドを用いた。この工程での、感光性絶縁樹脂に対する要求特性として、この樹脂のパターニングに用いる薬剤によって、櫛歯電極9(材質:アルミニウム(または、アルミ銅合金))を浸食しなければ、特に制約を設けるものではない。また、本工程は、MEMSパッケージやFBARフィルタ、SMRフィルタのパッケージとして用いる事が可能である。そして、この場合も、感光性絶縁樹脂に対する要求特性として、それら各素子の構成材料を浸食しなければ、特に制約を設ける物ではない。
(2−2)UV露光工程:
これまで準備した基板(リチウムタンタレート)1に対して、フォトマスク6を介して、所定のパターンに紫外光5を照射した(図2(b))。
(2−3)現像・ベーク工程:
現像液を用いて、前記感光性樹脂層10を所定のパターン11を形成した(図2(c))。ここでは、感光性樹脂層10は、図2(a)の工程で感光性ポリイミドを用いたため、N−メチル−2−ピロリドンを主成分とする感光性ポリイミド専用現像液を用いた。現像後は、イソプロピルアルコールでリンス処理を行い、所定のベークを行った。
次に、図3(a)より図3(i)を用いて、クロス配線用配線の形成の工程を説明する。
(3−1)レジスト膜形成工程:
これまで準備した基板(リチウムタンタレート)1上に、レジスト膜3を形成した。この層3は、後に説明するように、クロス配線20を接続するためのクロス配線電極21以外の部分を覆うためである。(図3(a))。ここで用いるレジストは、(1)図3(c)工程で用いるエッチング工程(ドライエッチングまたは、ウェットエッチング)に耐性があり、(2)図3(d)工程でのアルミニウム(または、アルミ銅合金)2成膜時の温度に対する耐性があり、(3)図3(g)工程でのレジスト剥離工程で剥離することが可能であれば、その種類について制約を設けるものではない。
(3−2)UV露光工程:
基板1上に、フォトマスク6を介して、所定のパターンに紫外光5を照射した(図3(b))。
(3−3)現像・ベーク工程:
レジスト現像液を用いて、前記レジスト膜3を、所定のパターンに形成した(図3(c))。
(3−4)クロス配線形成工程:
アルミニウム(又は、アルミ銅合金)2をスパッタ法により成膜した(図3(d))。このアルミニウム膜2は0.8マイクロメートルの厚みとした。この膜厚は、電気的特性をもって決定されるものである。
(3−5)レジスト膜形成工程:
この上部に、レジスト膜3’を塗布した(図3(e))。ここで用いるレジストは、図3(h)の工程で用いるエッチング工程(ドライエッチング又は、ウェットエッチング)に耐性があれば、その種類について制約を設けるものではない。
(3−6)UV露光工程:
フォトマスク6を介して、前記レジスト膜3’に対して、所定のパターンに紫外光5を照射した(図3(f))。
(3−7)現像・ベーク工程:
レジスト現像液を用いて、前記レジスト膜3’を所定のパターンに形成した(図3(g))。必要に応じて、現像後にベーク工程を行う。
(3−8)クロス配線パターン・エッチング工程:
図3(d)で成膜したアルミニウム層2を、レジスト膜3’をマスクとして、エッチング除去した(図3(h))。ここでは、ドライエッチング、ウェットエッチングを用いることが可能であったが、精度を必要とする理由により、エッチングガス(三塩化ホウ素、塩素、窒素の混合ガス)によるドライエッチングを用いた。
(3−9)レジスト除去工程:
レジスト3、3’を剥離した(図3(i))。レジスト剥離は、有機溶剤による溶解、アルカリによる溶解、ドライプロセス工程を用いることが可能である。ここでは、電極材料にアルミを用いたため、アルカリを用いることは不可であるが、有機溶剤による溶解、ドライプロセスを選択することが可能であった。ここでは、工程の簡便な理由により、有機溶剤により溶解した。用いる有機溶剤は、レジストを溶解しかつアルミの腐食を防止できれば、制約を設けるものではない。
次に、図4(a)より図4(g)を用いて側壁形成の工程を説明する。尚、ここで、「側壁」とは、本発明の前提となる素子が要求する空間的可動部分を確保する空間を構成する部材を指す。この側壁部材によって、前記空間が確保される。
(4−1)櫛歯電極保護レジスト膜形成工程:
これまで準備した基板(リチウムタンタレート)1上に、櫛歯電極を保護するためのレジスト3’’を塗布した(図4(a))。ここで用いたレジストは、ノボラック系のポジ形レジストを用いた。ここで用いるレジストには以下の特性が必要である。
(A)図4(f)で形成するパッケージ側壁パターニング用現像液に耐性があること。
(B)図4(f)で形成するパッケージ側壁を仮硬化させる温度で、分解等の変質が起こらないこと。
(C)図4(f)で形成するパッケージ側壁を仮硬化させた後、図4(g)の保護膜除去工程で取り除くことが可能であること。
ここで用いたノボラック系レジストの塗布後ベーク温度は90℃/30分とした。
(4−2)UV露光工程:
基板1上に、フォトマスク6を介して、所定のパターンに紫外光5を照射した(図4(b))。
(4−3)現像・ベーク工程:
レジスト現像液を用いて、レジスト膜3’’を所定のパターンを形成した(図4(c))。必要に応じて、現像後にベーク工程を行う。ここでは、140℃/30分とした。
(4−4)第1絶縁層ラミネート工程:
感光性絶縁樹脂(フィルム形状が望ましい)12を用いて、パッケージの側壁の為の層を形成した(図4(d))。この樹脂は、ワニス状でも使用可能であるが、シート状の材料の方が、厚く形成できること、また、前工程までに形成したレジスト3を浸食しない理由により、シート状の感光性耐熱樹脂が適当と判断し、ラミネータを用いて貼り付けた。
(4−5)UV露光工程:
フォトマスク6を介して、所定のパターンに紫外光5を照射した(図4(e))。
(4−6)現像・ベーク工程:
前記感光性絶縁樹脂膜12の照射されない部分を溶解除去した(図4(f))。パターン形成後、140℃で仮硬化した。
(4−7)レジスト除去工程:
レジスト膜3’’を除去し、パッケージ側壁の形成および電極材料を露出した(図4(g))。ここで、パッケージ側壁の形成を形成した樹脂へのダメージを少なくするため酸素プラズマによるドライプロセスを用いた。その後、本ベークを行った。例えば、パッケージ側壁および電極を形成した感光性絶縁樹脂12の仮硬化条件を140℃とすると、レジストの剥離液(アセトン、酢酸ブチルなどの溶剤)を用いることも可能である。
次に、図5(a)よりより図5(c)を用いて天井形成の工程を説明する。尚、ここで、「天井」とは、本発明の前提となる素子が要求する空間的可動部分を確保する空間の上部を覆う部材を指す。この天井部材は、実装方法によって、外部用パッケージを兼用することも可能である。
(5−1)第2絶縁層形成工程:
これまで準備した基板(リチウムタンタレート)1上に、素子を保護するための感光性絶縁樹脂(フィルム形状)13を貼り付けた(図5(a))。ここで用いる天井用材料は、前述のパッケージ側壁と必ずしも同じである必要はなく、また、厚さについても適宜変更することが出来る。ここでの天井用樹脂は、ラミネータを用いて貼り付けた。
(5−2)UV露光工程:
基板1上に、フォトマスク6を介して、所定のパターンに紫外光5を照射した(図5(b))。
(5−3)現像・ベーク工程:
前記感光性絶縁樹脂膜13の照射されない部分を除去した。パターン形成後、140℃で仮硬化した。その後、本ベークを行った。
次に、図6(a)よりより図6(h)を用いて電極形成の工程を説明する。
(6−1)給電膜形成工程:
これまで準備した基板(リチウムタンタレート)1上に、電気めっきで、はんだバンプを形成するための給電膜(Ti/Cu)14をスパッタで形成した(図6(a))。ここでの給電膜用の金属膜の構成は、チタン(50ナノメートル)/銅(1マイクロメートル)とした。ここでの下層部のチタンの機能は、その下に位置する感光性樹脂材料との接着を確保することにあり、その膜厚はそれらの接着を維持する最低限でかまわない。所要膜厚は、スパッタエッチング及びスパッタの条件、チタンの膜質などによっても変動する。
(6−2)レジスト・ラミネート工程:
レジスト(光硬化型フィルム形状が望ましい)15を用いて、基板1上に、はんだバンプ形成用のレジストを貼り付けた(図6(b))。ここで用いるレジストは、図6(e)に記述する、錫めっき(はんだめっき)に対する耐性が有ればよい。しかし、図6(d)に示すとおり、基板1上に形成されるパターン形状は、深い凹部30を有する。この為、その部分にレジスト15が埋め込まれるとレジスト剥離工程で剥離残りが発生する可能性がある。本発明では、フィルム状のレジストを用い、深い凹部30に埋め込まれないようにした。
(6−3)UV露光工程:
基板1に、フォトマスク6を介して、所定のパターンに紫外光5を照射した(図6(c))。
(6−4)現像・ベーク工程:
レジスト現像液を用いて、前記レジスト15を、所定のパターンに形成した(図6(d))。必要に応じて、現像後にベーキングを行う。
(6−5)Snめっき工程:
基板1上に、錫または、錫を主成分とする、はんだ16をめっき手法により形成した(図6(f))。ここで図示したメタライズ構成は、給電膜(Ti/Cu)14とし、はんだ16を錫又は、錫を主成分とする、はんだとしたが、より実際的には、給電膜(Ti/Cu)14上にニッケルを形成し、その上に錫を主成分とする、はんだ16を形成することで、接合信頼性の向上を図ることができる。
(6−6)レジスト膜除去工程:
はんだめっき後に、図6(d)で形成したレジスト15を剥離す(図6(f))。レジストの剥離は液状のレジスト、フィルム状のレジスト共、アルカリ、有機溶剤を用いることが出来る。ここでは、フィルム状のレジストを用い、剥離液には水酸化ナトリウムの3%溶液を40℃に加熱して用いた。
(6−7)給電膜除去工程:
次いで、給電膜14を、所望形状に加工する(図6(g))。給電膜14は複合膜であるので、各層毎、個別に加工した。給電膜14として用いた銅をウェットエッチングの手法を用いてパターニングした。銅のエッチングには、塩化鉄、アルカリ系エッチング液等の種類があるが、本実施例では硫酸/過酸化水素水を主成分とするエッチング液を用いた。ここでのエッチングでは、10秒以上のエッチング時間がないと制御が困難となって実用的観点では不利であるが、余りに長い時間エッチングを行うと、例えば5分を越えてエッチングするような場合には、サイドエッチングが大きくなり、タクトが長くなるという問題も生じる。そのため、エッチング液及びエッチング条件は、適宜実験により求めるのがよい。その後、ウェットエッチング手法を用いて、チタン膜をエッチングした。チタンのエッチングには、過酸化水素を主成分とするエッチング液、又は、フッ化水素を含有するエッチング液があるが、いずれを用いても良い。
(6−8)フラックス塗布・リフロー工程:
錫または錫を主成分とする、はんだ16の表面にフラックスを塗布し、リフローを行うことで、球形のはんだバンプ16’を形成した。
実施の形態2は、実施の形態1において言及したように、レジスト膜の形成に先立って、反射防止膜を設けておく例である。工程図は、実施の形態1で用いた図と同様である。従って、反射防止膜を設けることによって、変更される工程がある場合について図示することとする。
(1−1)ウエハ準備工程、櫛歯電極形成工程:
実施の形態1と同様であるので、図1(a)より図1(b)に示されるように、アルミニウム膜2を形成する。
(1−2)反射防止膜/レジスト膜形成工程:
これまで準備した基板(リチウムタンタレート)1に、反射防止膜4を塗布し、その上に、レジスト3を塗布した。反射防止膜4の役割は、図1(d)でのUV露光工程での、紫外線光5の反射によるレジスト3パターン変形を防止する事にある。ここで用いるレジストは、図1(f)工程で用いるエッチング工程(ドライエッチング又は、ウェットエッチング)に耐性があれば、その種類について制約を設けるものではない。
(1−3)〜(1−5)UV露光工程、現像・ベーク工程、エッチング工程:
各工程は、実施の形態1と同様である(図1(d)、(e)、(f))。
(1−6)反射防止膜及びレジストを剥離:
図1(c)で形成した反射防止膜及びレジストを剥離した(図1(g))。一般的に、レジスト剥離は、有機溶剤による溶解、アルカリによる溶解、ドライプロセス工程を用いることが可能である。ここでは、電極材料にアルミを用いたため、アルカリを用いることは不可であるが、有機溶剤による溶解、ドライプロセスを選択することが可能であった。ここでは、工程の簡便な理由により、有機溶剤により溶解した。用いる有機溶剤は、レジストを溶解しかつアルミの腐食を防止できれば、制約を設けるものではない。なお、本工程では、反射防止膜を完全に除去するため、有機溶剤による溶解を選択した場合でも、仕上げ工程としてドライプロセスを採用することが望ましい。
実施の形態1での工程、図2(a)より図2(c)と同様である。
本例では、図7(a)より図7(j)を実施する。図7(i)までの工程は、実施の形態1での工程と同様である。
図8(a)より図8(g)を実施する。図8(f)までの工程は、反射防止膜4を有する以外、実施の形態1での工程と同様である。
図9(a)より図9(c)を実施する。この工程は、反射防止膜4を有する以外、実施の形態1での工程と同様である。
図10(a)より図10(h)を実施する。これまでの工程は、反射防止膜4を有する以外、実施の形態1での工程と同様である。
[素子形成工程]、[クロス配線用絶縁膜形成工程]、[クロス配線用配線形成工程]:
各工程は、実施の形態2と同様である。各々、図1、図2、図7に示される。
本例では、図4(a)より図4(c)及び図8(a)より図8(c)で、用いていた櫛歯電極保護のためのレジストの役割を、図7(j)のクロス配線用配線の形成工程で形成した反射防止膜4に担わせることで、工程の簡略化を図る。
図12(a)より図12(c)に示すように、反射防止膜4を有する以外、これまでの例と同様である。
図13(a)より図13(h)を実施する。これまでの工程は、反射防止膜4を有する以外、これまでの工程と同様である。
図17及び図19、及び図20を用いて、本発明により作製したパッケージを実装基板に搭載する方法について説明する。
Claims (2)
- 実装用基板と、前記実装用基板の上部に形成され、空間的可動部分を有する素子部材と、前記実装用基板の上部に形成され、前記素子部材と電気的に接続される多層配線部と、実装用基板との間に空間を保持する有機絶縁樹脂層と、前記多層配線部の凹部に形成される電極膜とを少なくとも備え、
前記素子部材は、前記実装用基板と前記有機絶縁樹脂層との間の空間部分に配置され、
前記有機絶縁樹脂層の側壁内に、前記多層配線部の前記凹部が配置されることを特徴とする実装構造体。 - 実装用基板と、前記実装用基板の上部に形成され、機械的可動部を有する機能素子と、前記実装用基板の上部に形成され、前記機能素子と電気的に接続される多層配線部と、前記機能素子を配置する空間を保持する第1の有機絶縁層と、前記機能素子を配置する空間を覆う第2の有機絶縁層と、前記多層配線部の凹部に形成される電極膜とを少なくとも備え、
前記第1の有機絶縁層内に、前記多層膜配線部の凹部が配置されることを特徴とする実装構造体。
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