JP6787797B2

JP6787797B2 - 電子デバイスの製造方法

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Publication number: JP6787797B2
Application number: JP2017007344A
Authority: JP
Inventors: 和明吉田; 義明矢野; 誠青柳
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2020-11-18
Anticipated expiration: 2037-01-19
Also published as: JP2018117267A

Description

本発明は電子デバイスの製造方法、特に移動体通信機器に用いられ、圧電体を用いた表面弾性波デバイス等のように中空構造を有する電子デバイスの製造方法に関する。

昨今、移動体通信機器に搭載される電子機器（電子デバイス）は、圧電体デバイス等を含む複数の電子部品をモジュール化して用いることが多くなってきている。このモジュール化とは、例えば通信機器の低コスト化を図るため、複数の電子部品を表面実装した後、全体を樹脂封止し、複数の通信機能を有する装置として製作することである。このモジュール化の際の樹脂封止は、例えばトランスファモールディング法で行われる。このトランスファモールディング法とは、１６０℃前後に融解した樹脂を６ＭＰａ前後の圧力で電子部品の周辺に流し込み硬化させることで樹脂封止する、電子部品の組み立て方法を示す。

電子デバイスには、例えば圧電体を用いた表面弾性波デバイス［以下、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）デバイスとする］があり、移動体通信機器に広く用いられるＳＡＷデバイスとして、例えば数十ＭＨｚから数ＧＨｚの周波数帯における通信機器に搭載される各種フィルタがあり、この各種フィルタの例としては、送信用バンドパスフィルタ、受信用バンドパスフィルタ、局部発振器用フィルタ、中間周波数フィルタ、アンテナ共用器等が挙げられる。移動体通信機器の小型・多機能化に伴い、これらのフィルタも小型・多機能化が望まれている。

図７に、従来のＳＡＷデバイス（フィルタ）の構成（下記特許文献１と同様の構成のもの）を示しており、符号の１は圧電体基板、２は櫛形電極［以下、ＩＤＴ（Inter-Digital Transducer）とする）、３は電極、４は保護膜、５は壁部、６は屋根部であり、この壁部５と屋根部６にて上記ＩＤＴ２の上方（図では下方）が中空部５０とされる。なお、８は外部端子である。
このようなＳＡＷデバイスによれば、圧電体基板１の圧電効果によってＩＤＴ２が振動することで、所定のフィルタ動作が行われる。

特開２００６−１０８９９３号公報特許４５８６８５２号公報特許５１１７０８３号公報特許５４２４９７３号公報特許５４２５００５号公報

ところで、ＳＡＷデバイスでは、上述のように、圧電体基板１上に形成されたＩＤＴ２が圧電効果により振動することで、所望のフィルタ動作が行われるため、ＩＤＴ２の上側に中空部５０を確保する必要があり、この中空部５０が確保されず、ＩＤＴ２と屋根部６が接触してしまう場合には、ＳＡＷデバイスの電気的特性が損なわる恐れがある。
一方、モジュール化で適用される上記トランスファモールディング法は、一般的に１６０℃前後に融解した封止用の樹脂を６ＭＰａ前後の圧力で電子部品の周辺に流し込むため、ＳＡＷデバイスに６ＭＰａ前後の圧力がかかることになる。

そのため、図７の構成のＳＡＷデバイスをモジュール基板に実装してトランスファモールドする際には、上記のトランスファモールド圧に耐えて中空を確保し、ＩＤＴ２が屋根部６と接触しない構造体にする必要がある。そのため、例えば屋根部６を形成する樹脂層を厚くしたり、或いは硬い材料で構成したりしなければならない。
しかし、屋根部６の樹脂層を厚くすると、電子デバイスの低背化・小型化が図れないし、最善の方法とはならない。

また、上記特許文献２及び３には、中空の屋根部に金属（内部導体や金属補強層）による補強構造を施し、耐モールド圧力性を向上させることが提案されており、また特許文献４では、引張強度の大きい有機若しくは無機材料を補強構造として屋根部に挟み込む構造が提案されている。
しかし、これら特許文献２乃至４に記載されているものにおいては、補強構造による耐モールド圧力性向上の効果が期待できる反面、補強構造の製作過程による製造工数及び材料費の増大は避けられず、またＳＡＷデバイスの高さの増加が懸念されるため、最善の方法とは言い難い。

更に、特許文献５には、中空を形成する外囲壁部と天井部にフィラーを添加して弾性率を向上させる構造が提案されているが、この場合は、脆性の高まりによる破損の危険性も潜んでおり、最善の方法ではない。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、補強構造の追加や材料の強化を行うことなく、汎用性の高い一般的な材料を用いて、中空の構造体が強固となり、耐モールド圧力性を向上させることができる電子デバイスの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る電子デバイスの製造方法は、基板に、電子部品を作製する工程と、上記基板上に第１有機レジストを形成し、この第１有機レジストのパターニングにより上記電子部品の上方に中空部を設けるための壁部を形成する工程と、上記壁部の上に上記中空部の屋根部を構成する第２有機レジストを配置する工程と、上記第２有機レジストを露光する工程と、上記第２有機レジストの加熱処理を行うことにより、上記屋根部をドーム状に形成する工程と、上記第２有機レジストの現像を行う工程と、少なくとも上記ドーム状の屋根部の外側をモールド樹脂により封止する工程と、含んでなることを特徴とする。

本発明によれば、中空部からドーム状に突出した形状の屋根部を設ける構成を採用することで、中空部の構造体が強固となり、耐モールド圧力性の向上した電子デバイスを得ることができる。また、補強構造の追加や材料の強化を行うことなく、汎用性の高い一般的な材料及び製造方法により中空部を形成することができるため、作業性の低下、製造コストの上昇、デバイスの大型化を招くことなく、安易な方法で優れた電子デバイスが提供可能になるという利点がある。

本発明の実施例に係る電子デバイスであるＳＡＷデバイスの構成を模式的に示した断面図である。実施例のＳＡＷデバイスにトランスファモールド成形を施した構成を模式的に示した断面図である。実施例のＳＡＷデバイスの製造工程の断面図である。実施例のＳＡＷデバイスの製造工程図である。実施例において中空領域の面積と屋根部の膨らみ量との関係を示すグラフである。実施例の屋根部のドーム型形状と従来の平型形状における中空領域の面積と屋根部のたわみとの関係を示すグラフである。従来のＳＡＷデバイスの構成を模式的に示した断面図である。

図１に、実施例のＳＡＷデバイスの構成、図２に、トランスファモールド成形後の構成、図３，４に、製造工程を示している。これらの図において、符号の１は圧電体基板、２は櫛形電極（ＩＤＴ）、３はＩＤＴ２に接続される電極、４は保護膜、５はＩＤＴ２を囲む壁部、７はドーム状の屋根部であり、この壁部５と屋根部７にて上記ＩＤＴ２の上方（図１，図２では下方）が中空部５０となる。なお、８は電極３に接続される外部端子である。
図２において、１０はトランスファモールディング法により成形された樹脂封止体であり、この封止体１０は、実施例では屋根部７の外側とＳＡＷデバイスの外周に形成される（少なくとも屋根部７の外側に配置されればよい）。

上記圧電体基板１は、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶等の圧電性基板、又は基板上に圧電体膜を形成したものを用いることができる。
上記ＩＤＴ２及び電極３は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉの内のいずれかを主成分とする材料、若しくはこれらの材料の合金、又は金属間化合物を多層に積層した化合物等から形成される。上記保護膜４は、ケイ素、酸素、窒素の内いずれかを主成分とする材料、若しくはこれらの材料の化合物を多層に積層した化合物から形成されている。

上記屋根部７としては、ヤング率２．６ＧＰａ程の汎用性の高い一般的な材料である有機レジストが用いられ、この有機レジストを中空部分を保持した状態で壁部５上に載置、接着させた後、加熱処理することで、ドーム状の屋根部７とする。
このＳＡＷデバイスの屋根部７のドーム形状は、トランスファモールディング法により樹脂封止する際にＳＡＷデバイスにかかる圧力（例えば６ＭＰａ）に十分耐え、中空部５０が潰されてＩＤＴ２に接触して電気的機能を損うことはない。図２の矢示に示されるように、ＳＡＷデバイスにトランスファモールド成形が施されると、ドーム状の屋根部７に残留圧縮応力ベクトルが生じ、この残留応力がトランスファモールド形成時の圧力に対する反力（又は抗力）となり、中空部５０の潰れを防ぐためである。

次に、図３及び図４により実施例のＳＡＷデバイスの製造工程について説明する。
最初に、図３（ａ）及び図４のステップ１０１に示されるように、ＩＤＴ２、電極３、保護膜４を形成した圧電体基板1上に、例えばラミネータ等の装置を用いて、第１有機レジスト１２を貼る。
図３（ｂ）及び図４のステップ１０２では、壁部５を形成するために露光する。この露光は、パターン精度、製造作業性、製造コスト等を考慮した上で、等倍露光若しくは縮小投影露光を選択する。

図３（ｃ）及び図４のステップ１０３，１０４では、第１有機レジスト１２に付着しているレジスト保護フィルムを剥し、酸の拡散及び架橋反応の促進を目的とした露光後の加熱処理を行う。なお、上記レジスト保護フィルムは、有機レジストを平板状に保つために設けられているものである。
その後、図３（ｄ）及び図４のステップ１０５では、壁部５を立体構造として形成する現像を行う。このとき、外部端子８に接続する電極３の一部を露出する。

この現像後、図３（ｅ）及び図４のステップ１０６のように、壁部５を完成させるための加熱処理を行う。上記の露光後及び現像後の加熱処理は、共に一定の温度とする又はステップ状に昇温する加熱処理であってもよいし、いずれかが一定温度又はステップ状に昇温しても構わない。これらの加熱の条件は、圧電体基板１、ＩＤＴ２の形状、壁部５のパターンによって適時選択可能なパラメータである。このパラメータの代表例は、露光後の加熱が９０℃で５分、現像後の加熱が２００℃で６０分である。

上記の工程で、ＳＡＷデバイスの中空部５０の壁部５が作製され、以下の工程にてドーム状の屋根部７が作製される。
図３（ｆ）及び図４のステップ１０７に示されるように、上記壁部５の上面に、例えばラミネータ等の装置を用いて第２有機レジスト１４を貼る。この第２有機レジスト１４は、壁部５を形成した上記第１有機レジスト１２と同一品若しくは異種品のどちらでも構わない。第２有機レジストは、パターン精度、製造作業性、製造コスト等を考慮したうえで選定する。

次に、図３（ｇ）及び図４のステップ１０８では、ドーム状の屋根部７を形成するため露光する。この露光は、パターン精度、製造作業性、製造コスト等を考慮したうえで、等倍露光もしくは縮小投影露光を選択する。
図３（ｈ）及び図４のステップ１０９，１１０では、第２有機レジスト１４に付着しているレジスト保護フィルムを剥がし、酸の拡散及び架橋反応の促進を目的とした露光後の加熱処理を行う。この露光後の加熱処理により、ドーム状の屋根部７が形成される。

このドーム状の屋根部７が形成されるメカニズムは、加熱時の中空内空気の膨張に伴う第２有機レジスト１４の膨張により理解できる。一般的に、有機レジストの線膨張係数は正の値を有するため、圧電体基板上に形成された壁部５の第１有機レジスト１２は、圧電体基板１との接触面を起点として膨張し、壁部５の上面に形成された屋根部７の第２有機レジスト１４は、壁部５と屋根部７の接触面を起点として図面上方へ膨張する。この時、壁部５と接触する第２有機レジスト１４の一部は壁部５と圧電体基板１とで固定されている一方、壁部間の第２有機レジスト１４の部分は自由であるため、境界条件に起因する線膨張係数の寄与に差が生じ、ドーム形状の屋根部７が形成されることになる。

その後、図３（ｉ）及び図４のステップ１１１では、外部端子８に接続する電極３の一部を露出する。
図３（ｊ）及び図４のステップ１１２では、現像後の加熱処理を行う。露光後及び現像後の加熱処理は、適切な一定温度で行うことが望ましい。これらの加熱条件は、圧電体基板１、ＩＤＴ２の形状、壁部５のパターン、屋根部７のパターンによって適時選択可能なパラメータである。このパラメータの代表例は、露光後の加熱が９０℃で５分、現像後の加熱が２００℃で６０分である。
特に、ドーム状の屋根部７を形成する加熱処理は、圧電体基板側をホットプレートに接するようにして加熱処理することが好ましい。一方、第２有機レジスト表面から加熱するＲＴＡ法は、加熱への初期において表面が硬化してしまうため避けるのが好ましい。

図３（ｋ）及び図４のステップ１１３では、電極３に接続される形で外部端子８の形成が行われる。
そして、このようにして作製されたＳＡＷデバイスは、他の回路部品と共に図示しない実装基板に実装された状態で、トランスファモールディング法により樹脂封止され、図２に示されるように、ＳＡＷデバイスの周囲が封止体１０によって樹脂封止される。このとき、トランスファモールド圧がかかることになるが、上記ドーム状の屋根部７は、トランスファモールド圧に十分耐え得る強固な構造となるので、中空構造体が潰れることもない。

図５に、中空面積（屋根部の面積）とドーム状の屋根部７の膨らみ量との関係を示しており、ドーム状の膨らみ量は屋根部７の面積に影響を受けることが確認されている。
図６に、中空面積とドーム状の屋根部７のたわみとの関係を示しており、実施例のドーム型（図の６０）は、従来の平型（図の６１）に比べたわみが小さくなり、実施例では耐モールド圧力性が向上することが確認されている。

ドーム状の屋根部７にてトランスファモールド耐性が向上するメカニズムは、両端固定梁と両端固定アーチにおける荷重に対して、梁若しくはアーチに生じる応力により理解できる。先ず、トランスファモールド時の樹脂は高温の流体の状態で屋根部７に荷重をかけるため、分布荷重の荷重条件となる。分布荷重が梁に加わるとき、梁に生じる応力の向きは荷重と同一方向であるため、中空に向かって梁がたわむ。一方、分布荷重がアーチに加わるとき、アーチにはその曲線に沿った圧縮力が先ず応力として生じるため、梁に比べてたわみが減少する。

上記実施例において、トランスファモールド成形による樹脂封止の前に、屋根部７の外側に弾性率が高い材料の膜、例えば金属膜を形成し、屋根部７と封止体１０の間に金属膜を配置することにより、屋根部７の強度を更に高めることも可能である。
以上、実施例を詳述したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形及び変更が可能である。

なお、本発明は、圧電体を用いた表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスだけでなく、ＩＤＴ以外の電子部品又は回路素子を設けたデバイス、圧電体を用いたその他の電子デバイス、バルク弾性波（ＢＡＷ：Bulk Acoustic Wave）や圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ：Film Bulk Acoustic Resonator）を用いたデバイス、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子等にも適用可能である。

１…圧電体基板、２…ＩＤＴ、
３…電極、４…保護膜、
５…壁部、６…屋根部、
７…屋根部、８…外部端子、
１０…封止体、１２…第１有機レジスト、
１４…第２有機レジスト、５０…中空部。

Claims

基板に、電子部品を作製する工程と、
上記基板上に第１有機レジストを形成し、この第１有機レジストのパターニングにより上記電子部品の上方に中空部を設けるための壁部を形成する工程と、
上記壁部の上に上記中空部の屋根部を構成する第２有機レジストを配置する工程と、
上記第２有機レジストを露光する工程と、
上記第２有機レジストの加熱処理を行うことにより、上記屋根部をドーム状に形成する工程と、
上記第２有機レジストの現像を行う工程と、
少なくとも上記ドーム状の屋根部の外側をモールド樹脂により封止する工程と、含んでなる電子デバイスの製造方法。