JPH11251866A - チップ素子及びチップ素子の製造方法 - Google Patents

チップ素子及びチップ素子の製造方法

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JPH11251866A
JPH11251866A JP10064511A JP6451198A JPH11251866A JP H11251866 A JPH11251866 A JP H11251866A JP 10064511 A JP10064511 A JP 10064511A JP 6451198 A JP6451198 A JP 6451198A JP H11251866 A JPH11251866 A JP H11251866A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部電極の小型化、外形の小型化を図り、ひ
いては高密度実装を実現可能なチップ素子を提供する。 【解決手段】 基材21の実装主面21aに電極パター
ン25を設けるとともにフェースダウン実装用外部電極
としてのバンプ電極22を設けたチップ素子において、
電極パターン25の少なくとも一部を覆わずに残した縁
部が形成されるように実装主面21aの少なくとも一部
に重なる絶縁層31を設け、さらに絶縁層31に重なっ
て実装主面21aに対して間隙をおいて実装主面上を保
護する保護層32を設け、前記バンプ電極22が前記絶
縁層31及び保護層32の縁部に接しながら電極パター
ン25に接続された構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器の回路基
板や配線回路が形成されたパッケージ基板等の装着側基
板(実装対象基板)上にフェースダウン実装される表面
弾性波素子等のチップ素子及びチップ素子の製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体だけでなく、L,C,Rあ
るいは表面弾性波素子等の各種チップ素子のバンプ電極
(外部電極)を電子機器の回路基板上にフェースダウン
実装する高密度実装方式が普及しつつある。今後さらに
電子機器の軽薄短小化を図るためには、バンプ電極を一
段と微細化できるチップ素子やチップ素子の製造方法が
必要になる。以下、最近、移動体無線機器やナビゲーシ
ョンシステム等に広く用いられている表面弾性波素子を
例として従来技術を説明する。
【0003】図6は、実装対象基板としての回路基板1
0上にバンプ電極2を介してフェースダウン実装された
従来の表面弾性波素子1を示す断面図である。表面弾性
波素子1の実装主面には櫛形電極3を備えた活性領域4
が形成されており、櫛形電極3は表面弾性波素子の実装
主面上に形成された図示されぬ電極パターンを経由し、
バンプ電極2を介して回路基板10の導体パターン11
に接続されている。なお、電極バンプ2は、櫛形電極以
外にも表面弾性波素子のグランドパターン等も接続され
ている。このようにして、表面弾性波素子1は活性領域
4が回路基板10の導体パターン面に対面するように超
音波ボンディングや導電性樹脂、あるいはハンダ等を用
いてフェースダウン実装されている。
【0004】このようなチップ素子としての表面弾性波
素子1は、回路基板10上にフェースダウン実装された
のち、応力緩和と絶縁を兼ねたシリコーン樹脂等のバッ
ファ樹脂12や、機械的な保護や耐湿強化を主な目的と
するエポキシ樹脂等の外装樹脂13によって封止保護さ
れるのが通常である。
【0005】しかしながら、上記のように回路基板上に
フェースダウン実装したチップ素子を樹脂で封止する方
式によれば、チップ素子と回路基板の間に侵入したバッ
ファ樹脂が温度変化や膨潤等により膨張し、微細なバン
プ電極による接合を破壊して信頼性を悪くする。特に、
表面弾性波素子と回路基板の間に侵入した樹脂が活性領
域の表面に付着し、表面弾性波素子の性能を悪化させ
る。そこで、図7や図8に示すように、回路基板の上面
とチップ素子の実装主面との間に堰堤(ダム)を設けて
閉じた空間を形成し、樹脂の流れ込みを防ぐ工夫が図ら
れてきた。図7は表面弾性波素子1の実装主面にバンプ
電極2を設けるとともに活性領域4の周りを取り囲むよ
うにダム枠8を設ける例を示す平面図であり、図8は表
面弾性波素子1の実装主面に設けたバンプ電極2の間の
要所要所に不連続な防壁9を形成する例を示す平面図で
ある。なお、かかる表面弾性波素子の構造は、特開平5
−55303号公報等にも例を見ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チップ
素子をさらに小型化して信頼性の高いマルチチップオン
ボード等の高密度実装を実現するためには、上記の従来
技術によっても、依然、次のような未解決な問題点が残
されていた。
【0007】(1) 従来技術によれば、堰堤とバンプ電
極はチップ素子上に別々に形成されている。このため、
堰堤を設けるための面積がチップ素子上に必要になり、
十分な強度のダム枠や防壁を設けるには1〜数mm程度の
幅が必要なので、結果としてチップ素子の形状が大きく
なってしまうという欠点があった。
【0008】(2) また、堰堤とバンプ電極は別々に形
成されるので、両者のチップ素子上での高さが不揃いに
なり、回路基板上にチップ素子をフェースダウン実装し
た場合に、閉じた空間を形成できないという問題があっ
た。
【0009】(3) もちろん、不連続な防壁では樹脂の
流れ込みを完全には防ぐことができない。
【0010】(4) さらにまた、チップ素子の小型化を
一段と進めるには、バンプ電極も小型化する必要が有る
が、バンプ電極を小型化にすると強度的に弱くなる。
【0011】総じて、上記の従来技術によれば、一層の
小型化により高密度実装を図ることが可能なチップ素子
を提供することができないという課題が残されていた。
【0012】なお、別の従来技術として、表面弾性波素
子の活性領域を囲む包囲壁を設けるとともに包囲壁で囲
まれた上方空間を蓋体で覆う構造が特開平9−2469
05号で提案されている。しかし、この場合にも包囲壁
の外側にバンプ電極を配置するので素子の大型化を招
き、またバンプ電極は包囲壁から離れた位置で包囲壁等
によって補強されないため、バンプ電極はボンディング
時の応力に耐え、かつ所要の固着強度を得るために大き
くする必要があり、バンプ電極の小型化を進めることが
困難なきらいがある。
【0013】また、上記従来技術によると、主面上に複
数個ボンディング又はボール等によって形成しているの
で、複数のバンプ電極の高さを揃えることが困難であ
る。
【0014】この発明は、回路基板等の装着側基板にチ
ップ素子をフェースダウン実装する場合に、チップ素子
の実装主面と装着側基板との間に最小限、数μmの間隙
が残されておれば十分であるという知見に基づいてなさ
れたものであり、上記の課題を解決して、バンプ電極等
としての外部電極の小型化、外形の小型化を図り、ひい
ては高密度実装を実現可能なチップ素子及びチップ素子
の製造方法を提供することを目的とする。
【0015】本発明のその他の目的や新規な特徴は後述
の実施の形態において明らかにする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のチップ素子は、基材の実装主面に電極パタ
ーンを設けるとともにフェースダウン実装用の外部電極
を設けた構成において、前記電極パターンの少なくとも
一部を覆わずに残した縁部が形成されるように前記実装
主面の少なくとも一部に重なる少なくとも一層の絶縁層
を設け、前記外部電極が前記絶縁層の前記縁部に接しな
がら前記電極パターンに接続されていることを特徴とし
ている。
【0017】本発明のチップ素子によれば、チップ素子
の実装主面上に所定の厚さをもって重着された絶縁層の
縁部が外部電極を機械的に支える働きをするので、外部
電極の大きさを例えば直径で数μm乃至数十μmにまで
小型化することが可能になる。なお、絶縁層は無機系
(SiO2)やポリイミド等の有機系に限らず、絶縁層
をを構成していればよい。また、外部電極は独立して保
形できる必要はなく、薄膜形成や厚膜ペースト印刷等で
もよい。
【0018】前記チップ素子において、前記絶縁層は、
枠体を形成する第1の絶縁層と、該第1の絶縁層に重な
って前記実装主面に対して間隙をおいて前記実装主面上
を保護する第2の絶縁層とを有する構成とすることがで
きる。
【0019】これによれば、実装主面は空隙を置いて前
記第2の絶縁層によって覆われて保護されるので、チッ
プ素子の取り扱いが容易になり、異物の付着や汚染を防
ぐことができるのでチップ素子の信頼性を高めることが
できる。
【0020】また、前記チップ素子において、前記実装
主面は、前記電極パターンの一部として表面弾性波素子
用の櫛形電極が形成された活性領域を有しており、前記
絶縁層は前記活性領域を避けて前記実装主面と装着側基
板間に介在しかつ当該装着側基板に密着して前記活性領
域を囲む閉空間を形成する構成とすることもできる。
【0021】この構成によれば、活性領域を避けて形成
された例えば3μm乃至30μm程度の厚さの絶縁層が
堰堤となって封止樹脂が活性領域へ侵入するのを阻止す
るように働くので、例えば表面弾性波素子をベアチップ
のままで装着側基板上にフェースダウン実装したのちに
樹脂封止を行っても表面弾性波素子の特性が悪くなるこ
とが無い。
【0022】本発明のチップ素子の製造方法は、基材の
実装主面に電極パターンを設けた後、フェースダウン実
装用の外部電極を前記実装主面に設ける場合において、
前記電極パターンの少なくとも一部を覆わずに残した縁
部が形成されるように前記実装主面の少なくとも一部に
重なる少なくとも一層の絶縁層を所定厚さで設ける絶縁
層形成工程と、前記絶縁層の前記縁部に接しながら一端
が前記電極パターンに接続される外部電極を形成する外
部電極形成工程とを含むことを特徴としている。
【0023】本発明のチップ素子の製造方法によれば、
絶縁層形成工程により形成された縁部と、外部電極形成
工程によって形成される外部電極とは、互いに位置や形
状を規制しあう働きをする。
【0024】本発明のチップ素子の製造方法において、
前記外部電極形成工程後に、前記外部電極を装着側基板
にボンディングしてフェースダウン実装するフェースダ
ウン実装工程を有し、前記外部電極を前記装着側基板の
導体パターンに接続させるとともに、前記フェースダウ
ン実装工程において前記実装主面と前記装着側基板との
両面に前記絶縁層を密着させるとよい。
【0025】この場合、外部電極をボンディングする際
に外部電極と絶縁層の縁部が密接しているので、何れか
一方の変形に対して補強するように働き、外部電極と導
体パターンの接合強度を強める。しかも、接着性の樹脂
を用いた場合、絶縁層がチップ素子と装着側基板の間に
介在して収縮力を発揮し、両者を引き付け合って実装強
度を高める働きをする。
【0026】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るチップ素子及
びチップ素子の製造方法の実施の形態を図面に従って説
明する。
【0027】図1はチップ素子の一具体例としての表面
弾性波素子を装着側基板(実装対象基板)としての回路
基板にフェースダウン実装した場合の正断面図、図2は
表面弾性波素子の正断面図、図3は同平面図である。
【0028】これらの図において、表面弾性波素子20
は、ニオブ酸リチウム結晶やタンタル酸リチウム結晶等
の圧電基板(素子の基材)21の片側面である実装主面
21aに、アルミ蒸着等により櫛形電極23、図示しな
いグランドパターン等を含む電極パターン25を配した
構造を有し、実装主面21aには櫛形電極23を備えた
活性領域24が形成されている。前記櫛形電極23やグ
ランドパターン等から延びた電極パターン部分は図3の
如くパッド33を形成している。
【0029】表面弾性波素子20の実装主面上には、活
性領域24を避けて絶縁層31(第1の絶縁層)と保護
層32(第2の絶縁層)が積層して絶縁性樹脂を主成分
とする絶縁層として設けられている。すなわち、活性領
域24の周りを囲んで、厚さが5μm程度のポリイミド
樹脂からなる絶縁層31が実装主面上に枠状に設けられ
ている。絶縁層31はパッド33の一部からパッド外に
まで延びており、例えば感光性のポリイミド樹脂をパタ
ーンニングすることにより形成される。この枠体状の絶
縁層31をスペーサーとして活性領域24の上を覆う厚
さが20μm程度のポリイミド樹脂からなる保護層32
が設けられており、活性領域24上に閉じた空間を形成
している。この保護層32は例えば絶縁層31の上に感
光性ドライフィルムを重ねて貼ることによって形成され
る。保護層32は活性領域24の上では空間を隔てて活
性領域24を覆っており、活性領域24を覆う密閉空間
内は好ましくは清浄な非酸化性乃至不活性気体が封入さ
れている。
【0030】外部電極としてのバンプ電極22は、接合
用電極として機能するもので、絶縁層31と保護層32
からなる絶縁層の縁部(つまり活性領域24を囲む枠体
状部分)に配置されるもので、絶縁層31と保護層32
の縁部を貫通して開設された内径が10μm程度の穴3
4の内側に、穴34の内壁として形成される絶縁層31
と保護層32に密接して設けられている。このバンプ電
極22は銅やニッケル、金等の金属がスパッタリングや
蒸着又は電解スルーホールメッキ等により形成されてい
る。そして、バンプ電極22の一端は、表面弾性波素子
20の実装主面20aに形成されるパッド33に電気的
に接続し、パッド33を経由して櫛形電極23や図示さ
れぬグランドパターン等に接続されている。
【0031】次に、図1及び図3のチップ素子としての
表面弾性波素子20を回路基板上にフェースダウン実装
する過程を図4(A)〜(D)で説明する。
【0032】図4(A)の如く表面弾性波素子20は絶
縁層31と保護層32とからなる絶縁樹脂層の縁部を貫
通したバンプ電極22を有し、同図(B)の如く回路基
板10上には、表面弾性波素子20を実装するための導
体パターン11が設けられており、表面弾性波素子20
のバンプ電極22が導体パターン11の位置に合わせて
位置決めされる。その後、例えば超音波ボンダーにより
バンプ電極22に超音波と押圧力が加えられ、同図
(C)のようにバンプ電極22や絶縁層31、保護層3
2の一部が変形してバンプ電極22と回路基板10の導
体パターン11が密接して接合される。このとき、表面
弾性波素子20は絶縁層31あるいは保護層32が回路
基板10に密着してフェースダウンボンディングされ
る。なお、活性領域24は密閉された空間を隔てて保護
層32により保護されているのでボンディングによって
影響を受けることがない。
【0033】また、同図(D)のように、保護層32と
回路基板10との間に接着剤(新たな接着性樹脂層)3
5を介在させることにより、接着力と高分子に特有な収
縮力を利用して、表面弾性波素子20を回路基板上に補
強、固定することもできる。接着剤35を併用する場
合、保護層を省略する構成としてもよい。
【0034】図1のように、バンプ電極22を絶縁層3
1から保護層32の開口部を経て回路基板10の導体パ
ターン11にボンディングで接続した後、必要に応じて
フェースダウン実装した表面弾性波素子20の上を回路
基板上にまで延びたバッファ樹脂12と外装樹脂13に
よって封止保護する。バッファ樹脂12は応力緩和と絶
縁を兼ねたシリコーン樹脂等であり、外装樹脂13は機
械的な保護や耐湿強化を主な目的とするエポキシ樹脂等
である。
【0035】次に図5を参照して図1乃至図4に示した
チップ素子としての表面弾性波素子20の製造方法を説
明する。図5(A)の厚さが0.35mm乃至0.5mmの
タンタル酸リチウム単結晶基板である素子基板21上に
アルミ蒸着等により厚が500乃至2000オングスト
ロームの電極パターン(各種電極及び配線のためのパタ
ーン)25を形成した後、同図(B)のように厚さが5
μmの感光性ポリイミド樹脂をパターンニングして残し
た絶縁層31を形成し、同図(C)のように絶縁層31
をスペーサーとして厚さが25μmのポリイミド樹脂か
らなる保護層32を積層して活性領域上に閉じた空間を
形成する。その後、同図(D)の如く保護層32のポリ
イミド樹脂に上部開口径が20μmの穴34を開設す
る。そして、同図(E)のように上面を覆うように電解
メッキや蒸着等によりクロム、銅、ニッケル、金等の金
属層35(通常クロムが最下層、金が最上層となる)を
堆積する。なお、実装主面側の活性領域24の上面は保
護層32によって封止されているので、メッキを行うこ
とができるという特別な利点もある。その後、同図
(F)の如く金属層35をエッチング等によりパターン
除去して上部外径が40μm程度のバンプ電極22を形
成する。
【0036】この実施の形態によれば、次の通りの効果
を得ることができる。
【0037】(1) 外部電極としてのバンプ電極22は
絶縁層31と保護層32とからなる絶縁層(本実施の形
態では絶縁樹脂層)の縁部に設けるため、従来のダム枠
や防壁の外側にバンプ電極を配置する構造に比してチッ
プ素子の形状の小型化を図ることができる。
【0038】(2) バンプ電極22は絶縁層の縁部に接
した状態で形成され、絶縁層で補強されるから、バンプ
電極22の径を細くすることが可能である。また、バン
プ電極22による回路基板10へのフェースダウンボン
ディングの際に回路基板側に絶縁層が密着して接着する
構造とすることで、バンプ電極22と回路基板側導体パ
ターン11間の接合強度を強めることができる。
【0039】(3) 枠体状の絶縁層31で活性領域24
を囲むとともに、活性領域24の上方空間を保護層32
で閉じることで、活性領域24上に5μmの間隙を隔て
て外気に対して封止された密封空間が形成されている。
従来は表面弾性波素子がガラス容器やセラミックパッケ
ージ等によって封止されて外界から遮断されない場合に
は、僅かな湿度や異物が活性領域の表面に付着して特性
が劣化していたが、本実施の形態の構成によれば、活性
領域24は保護層32によって覆われて封止されるの
で、取り扱い上でも特性劣化等をきたさない。このこと
は、表面弾性波素子を例とした本実施の形態に限られ
ず、半導体チップに本発明を適用しても同様である。
【0040】(4) 複数のバンプ電極22を薄膜技術や
メッキ等の成膜技術で同時に形成することで、複数のバ
ンプ電極22の高さを揃えることができる。
【0041】上記実施の形態では、保護層を形成する方
法として、感光性のドライフィルムを用いる方法を例に
挙げたが、この方法以外にも、例えば、接着性のあるポ
リイミドフィルム等を用いたボンディングシートに予め
穴加工し、この加工済みのシートを絶縁層に貼り合わせ
ても良い。
【0042】また、穴加工していない接着性のあるポリ
イミドフィルム等を用いたボンディングシートを貼り合
わせた後にレーザーを用いて穴を加工しても良い。
【0043】また、保護層として異方性導電シートを用
いても良い。この場合には、絶縁層をパターンニングし
て形成し、更にバンプ電極を形成した後、絶縁層とバン
プ電極を覆って異方性導電シートを貼り合わせることに
より、保護層を形成する。このようなチップ素子を回路
基板に実装した場合には、異方性導電シートを全面で接
着させることができるため、気密の漏れの無いシール性
が得られる。
【0044】さらに、上記実施の形態において、バンプ
電極は、先端頭部が平坦面である場合を例示したが、中
央部が凹んだ形状等でもよい。また、バンプ電極として
基部に比して頭部が幅広の形状を例示したが、基部から
先端頭部まで同じ太さの形状等でもよい。
【0045】上記実施の形態で示した構造とすれば、チ
ップ素子の実装主面は保護層によって覆われることにな
るので、チップ素子のバンプ電極にははんだや金、導電
性樹脂等、多種類の異なるバンプ材料を用いることがで
き、しかも、クリームはんだや導電性樹脂、金による超
音波ボンディング等、多様な接続方式を使用できる。そ
の結果、同一回路基板上に各種のチップ素子を実装する
際に、あるチップ素子ははんだにより実装を行い、他の
チップ素子は導電性接着剤による実装を行う等、多様な
チップ素子を同一の回路基板上に同時に多様な接合方法
で実装することができる。しかも、接合時の雰囲気や温
度、リフロー条件、超音波ボンディング条件等も幅広く
選定することができる。すなわち、本発明によれば、同
一の回路基板上に複数の異なるチップ素子を自由にMC
M実装することが容易になるという優れた効果を生む。
【0046】なお、本実施の形態のチップ素子を回路基
板上にMCM実装した後に全体を外装樹脂で覆うことも
できるので、保護層を省略乃至簡易なものとし、最終的
に外側を樹脂封止すること等、多様な変形が可能であ
る。
【0047】以上本発明の実施の形態について説明して
きたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記
載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当
業者には自明であろう。
【0048】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
装着側基板上にフェースダウン実装されるチップ素子の
実装主面に設けた絶縁層の縁部に密接して外部電極を設
けるようにしたので、チップ素子を小型化でき、しかも
高い信頼性を備えた高密度実装が可能なチップ素子を提
供することができる。また、本発明を表面弾性波素子に
適用することにより、信頼性に優れた小型な表面弾性波
素子を提供することができる。
【0049】さらに、本発明の製造方法によれば、絶縁
層形成工程と絶縁層に接して外部電極を作製する外部電
極形成工程を設けるようにしたので、微小な外部電極を
有するチップ素子を形成することができるという効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態であってチップ素子を回路
基板にフェースダウン実装した状態を示す断面図であ
る。
【図2】実施の形態におけるチップ素子の正断面図であ
る。
【図3】同平面図である。
【図4】チップ素子に設けたバンプ電極周辺の構造及び
フェースダウンボンディングの手順を示す拡大断面図で
ある。
【図5】チップ素子の製造手順を示す説明図である。
【図6】チップ素子の従来例を示す断面図である。
【図7】同じく従来例を示す平面図である。
【図8】チップ素子の他の従来例を示す平面図である。
【符号の説明】 1,20 表面弾性波素子 2,22 バンプ電極 3,23 櫛形電極 4,24 活性領域 10 回路基板 11 導体パターン 12 バッファ樹脂 13 外装樹脂 21 圧電基板 21a 実装主面 25 電極パターン 31 絶縁層 32 保護層 33 パッド 34 穴

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基材の実装主面に電極パターンを設ける
    とともにフェースダウン実装用の外部電極を設けたチッ
    プ素子において、 前記電極パターンの少なくとも一部を覆わずに残した縁
    部が形成されるように前記実装主面の少なくとも一部に
    重なる少なくとも一層の絶縁層を設け、前記外部電極が
    前記絶縁層の前記縁部に接しながら前記電極パターンに
    接続されていることを特徴にするチップ素子。
  2. 【請求項2】 前記絶縁層は、枠体を形成する第1の絶
    縁層と、該第1の絶縁層に重なって前記実装主面に対し
    て間隙をおいて前記実装主面上を保護する第2の絶縁層
    とを有する請求項1記載のチップ素子。
  3. 【請求項3】 前記実装主面は、前記電極パターンの一
    部として表面弾性波素子用の櫛形電極が形成された活性
    領域を有しており、前記絶縁層は前記活性領域を避けて
    前記実装主面と装着側基板間に介在しかつ当該装着側基
    板に密着して前記活性領域を囲む閉空間を形成する請求
    項1又は2記載のチップ素子。
  4. 【請求項4】 基材の実装主面に電極パターンを設けた
    後、フェースダウン実装用の外部電極を前記実装主面に
    設けるチップ素子の製造方法において、 前記電極パターンの少なくとも一部を覆わずに残した縁
    部が形成されるように前記実装主面の少なくとも一部に
    重なる少なくとも一層の絶縁層を所定厚さで設ける絶縁
    層形成工程と、 前記絶縁層の前記縁部に接しながら一端が前記電極パタ
    ーンに接続される外部電極を形成する外部電極形成工程
    とを含むことを特徴にするチップ素子の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記外部電極形成工程後に、前記外部電
    極を装着側基板にボンディングしてフェースダウン実装
    するフェースダウン実装工程を有し、前記外部電極を前
    記装着側基板の導体パターンに接続させるとともに、前
    記フェースダウン実装工程において前記実装主面と前記
    装着側基板との両面に前記絶縁層を密着させる請求項4
    記載のチップ素子の製造方法。
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