KR101336150B1 - 표면탄성파 소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표면탄성파 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 기판; 상기 기판 상에 형성되고 표면탄성파를 생성하는 IDT전극부; 상기 기판 상에 위치하고 상기 IDT전극부와 이격하여 형성된 외부접속 전극부; 상기 IDT전극부와 상기 외부접속 전극부 사이에 위치하며 상기 IDT전극부를 둘러싸는 기둥부; 상기 기둥부의 상단에 안착되어 상기 기둥부와 함께 중공을 갖는 돔을 형성하는 지붕부; 상기 기판 상에 형성된 전극 및 구조물 상에 형성된 시드금속부; 상기 시드금속부 상에 형성되어 상기 지붕부를 보호하며 상기 지붕부의 일부를 노출하는 제2개구부를 갖는 금속보호캡; 및 상기 외부접속 전극부에 형성된 패드 오픈부를 포함한다. 이에 의해, 표면탄성파 소자의 웨이퍼 레벨에 형성된 중공구조에 금속 보호캡을 추가함으로써 표면탄성파 소자를 웨이퍼 레벨 패키지로 모듈화하는 경우 중공구조가 변형되는 것을 방지하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 표면탄성파 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면탄성파 소자의 웨이퍼 레벨에 형성된 중공구조에 금속 보호캡을 추가함으로써 표면탄성파 소자를 웨이퍼 레벨 패키지로 모듈화하는 경우 중공구조가 변형되는 것을 방지하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 표면탄성파 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 전자 장치는 소형 및 경량화가 진행되고 있으며, 휴대 전화나 무선 전화 등의 이동 통신기기가 급속히 보급되고 있다. 이들 이동 통신기기는 무선 통신 회로의 고주파 회로부에 필터 소자가 탑재된 전자기기를 많이 사용하고 있다.
필터 소자로는 특히 소형 경량화 실현이 용이한 표면탄성파(SAW) 소자가 채용되고 있다. 일반적으로, 표면탄성파 소자는 희망 주파수는 통과시키고 불필요한 주파수는 제거시키는 역할을 하는 소자이다.
표면탄성파 소자에는 기판 상에 형성된 입력전극 및 출력전극이 포함된다. 표면탄성파 필터의 입력전극에 전기신호가 인가되면 기판의 표면에 표면탄성파가 발생하게 되고, 이 표면탄성파가 출력전극에 전달되고 이것이 다시 전기신호로 변환되어 출력되어 희망 주파수대 성분만 통과되고, 불필요한 성분은 도중에 차단되게 된다.
표면탄성파 소자는 웨이퍼레벨로 다양한 업체에서 시도되고 있는 상황이다. 표면탄성파 소자는 유해한 환경이나 이물질로부터의 악영향으로부터 내부의 전극을 보호하기 위한 에어캐비티(air cavity) 형상의 공동을 지닌 구조물로 내부의 전극패턴이 보호되어 있다.
종래의 표면탄성파 소자는 칩의 표면에 전기 접속패드가 있고 상부에 피복 플레이트가 존재한다. 칩과 피복 사이에는 중공구조가 형성되도록 폴리머 재료로 제작된 프레임 구조가 포함된다. 칩 및 피복 플레이트의 외측에는 전기적 접속구조가 배치되어 있고 최종적으로 외부와의 납땜 부착 또는 접합 가능한 전기접속부로 구성된다.
종래 표면탄성파 소자는 중공구조의 형성 및 보호를 위해 기판과 동일하거나 또는 유사한 열팽창계수를 갖는 피복 플레이트를 사용해야 한다. 그렇지 않으면 칩과 피복 플레이트를 본딩할 때, 두 물질 사이의 열팽창 차이로 인해 중공구조가 무너지거나 균열이 발생하는 현상이 나타날 수 있다. 즉, 종래 표면탄성파 소자는 피복 플레이트의 사용에 제한이 큰 문제가 있었다.
또한, 종래에는 적절한 칩 두께를 확보하기 위해서 피복 플레이트 전면에 대한 그라인딩 작업을 요구하기도 한다. 그런데, 이 방법은 공정의 난이도가 높고 복잡한 공정이 추가됨에 따라 기판 전체에 대한 수율과 원가 경쟁력을 떨어뜨리는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 웨이퍼 레벨에 형성된 중공구조에 금속 보호캡을 추가함으로써 표면탄성파 소자를 웨이퍼 레벨 패키지로 모듈화하는 경우 중공구조가 변형되는 것을 방지하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 표면탄성파 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 기술적 과제가 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 기판; 상기 기판 상에 형성되고 표면탄성파를 생성하는 IDT전극부; 상기 기판 상에 위치하고 상기 IDT전극부와 이격하여 형성된 외부접속 전극부; 상기 IDT전극부와 상기 외부접속 전극부 사이에 위치하며 상기 IDT전극부를 둘러싸는 기둥부; 상기 기둥부의 상단에 안착되어 상기 기둥부와 함께 중공을 갖는 돔을 형성하는 지붕부; 상기 기판 상에 형성된 전극 및 구조물 상에 형성된 시드금속부; 상기 시드금속부 상에 형성되어 상기 지붕부를 보호하며 상기 지붕부의 일부를 노출하는 제2개구부를 갖는 금속보호캡; 및 상기 외부접속 전극부에 형성된 패드 오픈부를 포함하는 표면탄성파 소자가 제공된다.
여기서, 상기 기둥부는 사각형 또는 직사각형으로 형성되고, 상기 지붕부의 크기는 상기 기둥부가 둘러싸고 있는 면적에 대응될 수 있다.
그리고, 상기 기둥부 및 상기 지붕부의 재료는 고분자 화합물인 것이 가능하다.
또한, 상기 기둥부 및 상기 지붕부의 재료는 감광성 물질인 것이 가능하다.
한편, 상기 시드금속부는 이종 금속의 복층으로 형성될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 기판 상에 표면탄성파를 생성하는 IDT전극부를 형성하는 단계; 상기 IDT전극부와 이격된 거리를 갖도록 상기 기판 상에 외부접속 전극부를 형성하는 단계; 상기 외부접속 전극부의 일부를 노출하는 제1개구부를 갖도록 상기 기판 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 IDT전극부를 둘러싸도록 상기 IDT전극부와 상기 외부접속 전극부 사이에 기둥부를 형성하는 단계; 상기 기둥부와 함께 중공을 갖는 돔을 형성하도록 상기 기둥부에 안착된 지붕부를 형성하는 단계; 상기 기판 상에 형성된 전극 및 구조물의 일부가 도금되도록 시드금속부를 형성하는 단계; 상기 기판 상에 상기 지붕부를 보호하며 상기 지붕부의 일부를 노출하는 제2개구부를 갖는 금속보호캡을 형성하는 단계; 및 상기 절연막의 일부 및 상기 제2개구부에 패드 오픈부를 형성하는 단계를 포함하는 표면탄성파 소자의 제조방법이 제공된다.
여기서, 상기 기둥부는 사각형 또는 직사각형으로 형성되고, 상기 지붕부의 크기는 상기 기둥부가 둘러싸고 있는 면적에 대응될 수 있다.
그리고, 상기 기둥부 및 상기 지붕부는 라미네이팅, 노광, 베이킹, 현상 및 경화 공정을 통해 형성될 수 있다.
또한, 상기 기둥부 및 상기 지붕부의 재료는 감광성 물질인 것이 가능하다.
한편, 상기 금속보호캡을 형성하는 단계는, 상기 기판의 외곽에 위치하는 절연막의 일부 및 상기 지붕부의 중앙영역 상에 필름 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 필름 레지스트 패턴에 의해 형성된 공간 내에 전기도금법으로 금속보호캡을 형성하는 단계와, 상기 필름 레지스트 패턴을 제거하는 단계와, 상기 시드금속부의 선택된 부분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 필름 레지스트 패턴의 재료는 건식 필름 레지스트인 것이 가능하다.
또한, 상기 필름 레지스트 패턴은 라미네이팅, 노광 및 현상 공정을 통해 형성될 수 있다.
그리고, 상기 시드금속부는 이종 금속의 복층으로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 중공구조의 상부를 덮고 있는 2중의 보호막에 의해 트랜스퍼몰딩 압력을 견딜 수 있는 고 신뢰성의 표면탄성파 소자 구현이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 표면탄성파 소자는 세라믹 패키지를 사용하지 않는 공법이므로 조립 공정의 단순화 및 원가 경쟁력 확보할 수 있는 표면탄성파 소자를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표면탄성파 소자의 단면도.
도 2 내지 도 10은 본 발명에 따른 표면탄성파 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 흐름도.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 표면탄성파 소자의 제조방법의 흐름도이다.
도 2 내지 도 10은 본 발명에 따른 표면탄성파 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 흐름도.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 표면탄성파 소자의 제조방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 기판의 기계적 진동을 이용한 통신용 필터인 표면탄성파 소자 및 그 제조방법을 제공한다. 표면탄성파 소자는 기판 상에 형성된 빗살무늬형의 금속을 이용한다.
표면탄성파 소자는 한쪽 방향에서 전기적 신호를 입력하면 기판 상에 표면탄성파(SAW: Surface Acoustic Wave)가 발생하게 된다. 표면탄성파라고 불리우는 기계적인 진동은 반대편에서 다시 전기적인 신호로 변환되게 되는데, 여기서 기판 자체의 표면탄성파 주파수와 입력된 전기적 신호의 주파수가 다르면 신호가 전달되지 않고 제거(사라지게) 된다. 즉, 표면탄성파 소자는 필터 자체가 가진 기계-물질적 주파수와 같은 주파수만 통과시키는 BPF(대역통과필터)가 된다.
표면탄성파 소자는 인위적인 코일콘덴서(LC) 공진의 원리를 이용한 필터에 비해 통과시키는 대역폭이 굉장히 좁아서, 필요 없는 주파수의 신호를 거의 완벽하게 걸러낸다. 따라서, 표면탄성파 소자는 이동 통신기기와 같은 무선 통신 회로의 고주파 회로부 또는 필터 소자가 탑재된 전자기기 등에 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 표면탄성파 소자 및 그 제조방법을 설명한다.
도 1과 같이, 본 발명에 따른 표면탄성파 소자에는 기판(100), 외부접속 전극부(110), 절연막(130), 기둥부(140), 지붕부(150), 시드금속부(160), 금속보호캡(180) 및 패드 오픈부(200)가 포함된다.
표면탄성파 소자는, 기판(100) 상에 형성되고 표면탄성파를 생성하는 IDT전극부(120), IDT전극부(120)와 이격하여 형성된 외부접속 전극부(110), 외부접속 전극부(110)의 일부를 노출하는 절연막(130), IDT전극부(120)와 외부접속 전극부(110) 사이에 위치하며 IDT전극부(120)를 둘러싸는 기둥부(140), 기둥부(140)의 상단에 안착되어 기둥부(140)와 함께 중공을 갖는 돔을 형성하는 지붕부(150), 기판(100) 상에 형성된 전극 및 구조물 상에 형성된 시드금속부(160), 시드금속부(160) 상에 형성되어 지붕부(150)를 보호하는 금속보호캡(180) 및 외부접속 전극부(110)에 형성된 패드 오픈부(200)를 포함한다.
표면탄성파를 생성하는 IDT(Inter-Digitated Transducer)전극부(120)는 빗살무늬형의 금속판 형태로 기판(100)의 중앙영역에 형성된다. IDT전극부(120)의 재료는 알루미늄(Al)이 선택될 수 있다. IDT전극부(120)는 0.3 ~ 0.5 um의 두께로 형성될 수 있다.
외부접속 전극부(110)는 IDT전극부(120)와 이격된 거리를 갖도록 기판(100)에 형성된다. 외부접속 전극부(110)는 기판(100)의 제1측과 제2측에서 상호 대향 하는 위치를 갖도록 각기 구분되어 형성된다. 외부접속 전극부(110)의 재료는 티타늄(Ti) 및 금(Au)이 선택될 수 있다. 외부접속 전극부(110)는 0.45 ~ 0.55um의 두께로 형성될 수 있다.
절연막(130)은 외부접속 전극부(110)의 일부를 노출하도록 기판(100) 상에 형성된다. 절연막(130)의 재료는 실리콘나이트라이드(SiNx) 등과 같은 유전체가 선택될 수 있다. 절연막(130)은 0.01 ~ 0.02um의 두께로 형성될 수 있다.
기둥부(140)는 IDT전극부(120)를 둘러싸도록 IDT전극부(120)와 외부접속 전극부(110) 사이에 위치하는 기판(100) 상에 형성된다. 기둥부(140)는 고분자 화합물 예컨대 감광성 물질(photosensitive material)로 선택될 수 있다. 기둥부(140)는 사각형 또는 직사각형 등 IDT전극부(120)의 형상에 대응하여 형성된다.
지붕부(150)는 기둥부(140)와 함께 중공(155)을 갖는 돔을 형성하도록 기둥부(140)에 안착되어 형성된다. 지붕부(150)는 기둥부(140)와의 접착력을 고려하여 동일한 감광성 물질로 선택될 수 있다. 지붕부(150)의 크기는 기둥부(140)가 둘러싸고 있는 면적에 대응될 수 있다.
시드금속부(160)는 기판(100) 상에 형성된 구성물(외부접속 전극, 절연막, 기둥부 및 지붕부의 일부 이상)를 전기적으로 도금하도록 형성된다. 시드금속부(160)는 이종 금속의 복층으로 형성될 수 있다. 시드금속부(160)의 재료는 티타늄(Ti) 및 구리(Cu)로 선택될 수 있다.
금속보호캡(180)은 지붕부(150)를 보호하며 지붕부(150)의 일부를 노출하는 제2개구부(190)를 갖도록 기판(100) 상에 형성된다. 금속보호캡(180)은 지붕부(150)를 보호하는 1차 보호막 역할을 한다. 금속보호캡(180)은 하부에 위치하는 전극과의 전기적인 패스를 형성한다. 금속보호캡(180)의 재료는 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 금(Au)가 선택될 수 있다. 금속보호캡(180)을 구성하는 구리의 두께는 대략 30um, 니켈의 두께는 1um, 금의 두께는 0.05um로 형성될 수 있다.
패드 오픈부(200)는 절연막(130)의 일부 및 제2개구부(190)에 형성된다. 패드 오픈부(200)는 2차 보호막 역할을 한다. 패드 오픈부(200)는 고분자 화합물 예컨대 감광성 솔더 레지스트(Photosensitive Solder Resist)로 선택될 수 있다.
한편, 표면탄성파 소자는 소자 모듈화 시 발생하는 고압 및 고압의 환경 조건에 중공구조의 변형은 하기와 같은 식에 의해 좌우된다.
W(중공구조 무너짐 변위)=α*p*a4/(E*h3)
α : 상수(중공구조 상부판의 가로/세로 길이 비율에 의한 상수)
P : 모듈화 시 가해지는 압력
a : 중공구조의 짧은 변, E : 중공구조 상부판의 영률, h: 중공구조 상부판의 두께
표면탄성파 소자에 포함된 중공구조를 안정적으로 형성하는 값은 주로 a값과 h값에 의해 결정된다. 따라서, 본 발명은 1차적으로 작은 a값을 갖도록 중공구조의 중간부분에 교각(Bridge)이 되는 기둥부(140) 및 지붕부(150)로 구성된 돔을 형성한다. 그리고 본 발명은 2차적으로는 큰 h 값을 갖도록 금속보호캡(180) 및 패드 오픈부(200)의 2층 구조를 형성한다.
이하, 앞서 설명된 표면탄성파 소자의 제조방법을 설명한다.
도 2와 같이, 기판(100) 상에 빗살무늬형의 금속판 형태로 IDT전극부(120)를 형성한다. IDT전극부(120)의 재료는 알루미늄(Al)이 선택될 수 있다. 기판(100) 상에 IDT전극부(120)를 형성하는 방법은 다음과 같다.
기판(100)의 전면에 0.3 ~ 0.5 um의 두께로 금속(예: Al)을 증착한다. 이후 포토레지스트를 이용한 포토리소그라피(Photolithography) 공정(코팅/노광/현상)을 통해 기판(100)의 중앙영역에 형성된 금속을 제외하고 모두 식각하여 IDT전극부(120)를 형성한다. 이 과정에서, 금속의 식각 방법은 염화붕소(BCl), 염소(Cl2) 가스 등을 이용한 건식 식각 방법이 선택될 수 있다. 이후 불필요한 포토레지스트 패턴은 스트립 공정을 통해 제거한다.
다음, IDT전극부(120)와 이격된 거리를 갖도록 기판(100) 상에 외부접속 전극부(110)을 형성한다. 외부접속 전극부(110)는 외부와의 전기적인 접속을 하기 위한 전극이다. 외부접속 전극부(110)의 재료는 티타늄(Ti) 및 금(Au)이 선택될 수 있다. 기판(100) 상에 외부접속 전극부(110)을 형성하는 방법은 다음과 같다.
포토레지스트를 이용한 포토리소그라피(Photolithography) 공정(코팅/노광/현상)을 통해 기판(100) 상에 IDT전극부(120)를 보호하는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이후 기판(100)의 전면에 0.45 ~ 0.55um의 두께로 금속(예: Ti/Au)을 증착한다. 이때, IDT전극부(120)는 포토레지스트 패턴에 의해 보호된다. 따라서, 외부접속 전극부(110)가 되는 금속은 IDT전극부(120)가 형성된 영역을 제외한 기판(100)의 전면에 형성된다. 이후 리프트오프(Lift-off) 공정을 통해 IDT전극부(120)와 이격된 거리를 갖도록 기판(100)의 표면에 증착된 금속을 벗겨낸다.
도 3과 같이, 외부접속 전극부(110)의 일부를 노출하는 제1개구부(135)를 갖도록 기판(100) 상에 절연막(130)을 형성한다. 절연막(130)은 외부접속 전극부(110)를 전기적으로 절연함과 동시에 그의 일부만을 노출하는 역할을 한다. 절연막(130)의 재료는 실리콘나이트라이드(SiNx) 등과 같은 유전체가 선택될 수 있다. 외부접속 전극부(110)를 절연하는 절연막(130)을 형성하는 방법은 다음과 같다.
기판(100) 전면에 0.01 ~ 0.02um의 두께로 유전체 물질(예: SiNx)을 증착한다. 이때, 유전체 물질의 증착 방법은 플라즈마 화학증착 장비(PECVD)를 이용할 수 있다. 그리고 장비의 챔버 내부는 모노실란(SiH4), 암모니아(NH3) 가스 등이 유입된 분위기로 설정될 수 있다. 이후 포토레지스트를 이용한 포토리소그라피(Photolithography) 공정(코팅/노광/현상)을 통해 제1개구부(135)가 형성될 영역을 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이후, 절연막(130)을 식각하면 절연막(130)의 일부에 제1개구부(135)가 형성된다. 이 과정에서, 절연막(130)의 식각 방법은 사불화탄소(CF4), 산소(O2) 가스 등일 이용한 건식 식각 방법이 선택될 수 있다. 이후, 불필요한 포토레지스트 패턴은 스트립 공정을 통해 제거한다.
도 4와 같이, IDT전극부(120)를 둘러싸도록 IDT전극부(120)와 외부접속 전극부(110) 사이에 기둥부(140)를 형성한다. 기둥부(140)는 사각형 또는 직사각형 등 IDT전극부(120)의 형상에 대응하여 형성된다. 기둥부(140)는 고분자 화합물 예컨대 감광성 물질(photosensitive material)로 선택될 수 있다. 기둥부(140)를 형성하는 방법은 다음과 같다.
IDT전극부(120)와 외부접속 전극부(110) 사이에 기둥부(140)를 라미네이팅, 노광, 베이킹(PEB; Post Exposure Bake), 현상 및 경화 공정을 통해 형성한다. 이 공정은 통상의 포토리소그라피 공정과 유사한 흐름으로 진행되므로 이하 공정 조건에 한하여 더욱 자세히 설명한다. 기둥부(140)를 라미네이팅하는 온도는 대략 80℃, 압력은 대략 0.5Mpa, 분당 라미네이팅 속도는 대략 0.4m/min로 설정될 수 있다. 또한 이 과정에서, 기둥부(140)의 노광 조건은 200mj, 베이킹 조건은 100℃/5분, 현상 조건은 PMA(Propylene glycol methyl ether acetate) 용액에서 대략 3분 30초로 설정될 수 있다. 그리고 기둥부(140)를 견고하게 형성하기 위해 대략 200℃/1시간 동안 오븐에서 기둥부(140)를 경화시킬 수 있다. 위의 설명에서, 라미네이팅, 노광, 베이킹, 현상 및 경화 공정의 조건은 기둥부(140)를 형성하기 위한 실시예의 조건을 기재한 것일 뿐 이에 한정되지 않는다.
도 5와 같이, 기둥부(140)와 함께 중공(155)을 갖는 돔을 형성하도록 기둥부(140)에 안착된 지붕부(150)를 형성한다. 지붕부(150)의 크기는 기둥부(140)가 둘러싸고 있는 면적에 대응될 수 있다. 지붕부(150)는 기둥부(140)와 같이 감광성 물질로 선택될 수 있다. 즉, 지붕부(150)와 기둥부(140)는 이들 간의 접착력을 고려하여 동일한 고분자 화합물로 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 지붕부(150)를 형성하는 방법은 다음과 같다.
지붕부(150)가 기둥부(140) 상에 안착되도록 라미네이팅, 노광, 베이킹(PEB), 현상 및 경화 공정을 통해 형성한다. 이 공정 또한 통상의 포토리소그라피 공정과 유사한 흐름으로 진행되므로 이하 공정 조건에 한하여 더욱 자세히 설명한다. 지붕부(150)를 라미네이팅하는 온도는 대략 80℃, 압력은 대략 0.5Mpa, 분당 라미네이팅 속도는 대략 0.4m/min로 설정될 수 있다. 또한 이 과정에서, 지붕부(150)의 노광 조건은 450mj, 베이킹 조건은 110℃/5분, 현상 조건은 PMA(Propylene glycol methyl ether acetate) 용액에서 대략 10분으로 설정될 수 있다. 그리고 지붕부(150)를 견고하게 형성하기 위해 대략 200℃/1시간 동안 오븐에서 지붕부(150)를 경화시킬 수 있다. 그러면, 지붕부(150)는 기둥부(140)와 함께 중공(155)을 갖는 돔을 형성하며 IDT전극부(120)를 보호하게 된다. 위의 설명에서, 라미네이팅, 노광, 베이킹, 현상 및 경화 공정의 조건은 지붕부(150)를 형성하기 위한 실시예의 조건을 기재한 것일 뿐 이에 한정되지 않는다.
도 6과 같이, 기판(100) 상에 형성된 전극(외부접속 전극) 및 구조물(절연막, 기둥부 및 지붕부)이 도금되도록 시드금속부(160)를 형성한다. 시드금속부(160)는 기판(100) 상에 형성된 구성물을 전기적으로 도금하는 금속이다. 시드금속부(160)는 이종 금속의 복층으로 형성될 수 있다. 시드금속부(160)의 재료는 티타늄(Ti) 및 구리(Cu)로 선택될 수 있다. 시드금속부(160)를 형성하는 방법은 다음과 같다.
기판(100)의 전면에 0.05um 및 0.3um의 두께로 금속(예: Ti/Cu)을 증착한다. 시드금속부(160)가 되는 금속의 증착 방법은 스퍼터링(Sputtering) 법이 선택될 수 있다. 시드금속부(160)를 형성하면 기판(100) 상에 형성된 전극(외부접속 전극) 및 구조물(절연막, 기둥부 및 지붕부)은 전기적으로 도통된 상태가 된다.
도 7과 같이, 기판(100)의 외곽에 위치하는 절연막(130)의 일부 및 지붕부(150)의 중앙영역 상에 필름 레지스트 패턴(170)을 형성한다. 이때, 필름 레지스트 패턴(170)은 금속보호캡(180)을 형성할 때 공간을 형성하도록 충분히 돌출된 두께(예: 40um)로 형성한다. 이를 위해 필름 레지스트 패턴(170)은 건식 필름 레지스트(DFR: Dry-Film Resist)를 사용할 수 있고, 라미네이팅, 노광 및 현상 공정을 통해 형성한다. 이 공정 또한 통상의 포토리소그라피 공정과 유사한 흐름으로 진행되므로 이하 공정 조건에 한하여 더욱 자세히 설명한다. 필름 레지스트 패턴(170)을 라미네이팅하는 온도는 대략 100℃, 압력은 대략 0.1Mpa, 분당 라미네이팅 속도는 대략 40초로 설정될 수 있다. 또한 이 과정에서, 필름 레지스트 패턴(170)의 노광 조건은 200mj, 필름 레지스트 패턴(170)의 현상 조건은 탄산나트륨(1wt%) 용액에서 4분으로 설정될 수 있다.
도 8과 같이, 기판(100) 상에서 시드금속부(160)로부터 일정 높이를 갖는 금속보호캡(180)을 형성한다. 이때, 금속보호캡(180)의 재료는 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 금(Au)가 선택될 수 있다. 금속보호캡(180)은 지붕부(150)를 보호하는 1차 보호막 역할을 한다. 금속보호캡(180)을 형성하는 방법은 다음과 같다.
필름 레지스트 패턴(170)에 의해 형성된 공간 내에 전기도금법으로 금속보호캡(180)을 형성한다. 앞서 언급된 금속이 선택된 경우, 구리의 전기도금 두께는 대략 30um, 니켈의 전기도금 두께는 1um, 금의 전기도금 두께는 0.05um로 설정될 수 있다.
위의 공정에 의해 필름 레지스트 패턴(170) 내에는 주변영역 대비 중앙영역이 돌출된 모자 형상(단면이 모자 또는 중절모 형상을 가짐)을 갖는 금속보호캡(180)이 형성된 것을 일례로 하였으나 이에 한정되지 않는다. 금속보호캡(180)이 형성된 이후 불필요한 필름 레지스트 패턴(170) 및 시드금속부(160)의 선택된 일부는 제거된다. 필름 레지스트 패턴(170) 및 시드금속부(160)의 선택된 일부를 제거하는 방법은 다음과 같다.
도 9와 같이, 포토레지스트 스트립 공정으로 필름 레지스트 패턴(170)을 제거하여 제2개구부(190)를 형성한다. 이 과정은 아세톤 대략 10분, 메탄올 대략 5분, DI 세정(DI: Deionize water) 대략 5분의 순서로 진행될 수 있다. 이후 시드금속부0(160)의 상층에 위치하는 금속(예: Cu)을 습식 식각하여 제거한다. 이 과정은 과수, 황산, DI 혼합용액에서 대략 3분 30초 동안 진행될 수 있다. 이후, 시드금속부(160)의 하층에 위치하는 금속(예: Ti)을 습식 식각하여 제거한다. 이 과정은 불산계 용액에서 대략 20초 동안 진행될 수 있다.
도 10과 같이, 절연막(130)의 일부 및 제2개구부(190)에 패드 오픈부(200)를 형성한다. 패드 오픈부(200)는 2차 보호막 역할을 한다. 패드 오픈부(200)는 외부와의 전기적인 접촉을 위한 범프(Bump) 형성을 위해 고분자 화합물 예컨대 감광성 솔더 레지스트(Photosensitive Solder Resist)로 선택될 수 있다. 패드 오픈부(200)를 형성하는 방법은 다음과 같다.
필름 레지스트 패턴(170)이 위치하던 자리에 감광성 솔더 레지스트로 이루어진 패드 오픈부(200)를 형성한다. 패드 오픈부(200)는 라미네이팅, 노광, 현상 및 경화 공정을 통해 형성한다. 이 공정 또한 통상의 포토리소그라피 공정과 유사한 흐름으로 진행되므로 이하 공정 조건에 한하여 더욱 자세히 설명한다. 패드 오픈부(200)를 라미네이팅하는 온도는 대략 65℃, 압력은 대략 0.1Mpa, 진공 라미네이팅 유지 시간은 대략 40초로 설정될 수 있다. 또한 이 과정에서, 패드 오픈부(200)의 노광 조건은 550mj, 패드 오픈부(200)의 현상 조건은 탄산나트륨(1wt%) 용액에서 2분 30초, 경화 조건은 오븐에서 150℃/1시간으로 설정될 수 있다.
이상 본 발명에 따른 표면탄성파 소자는 기판(100)의 표면에 형성된 외부 접속 전극부()가 중공구조의 벽면을 타고 중공구조 상부까지 시행되는 전기도금 공정에 의해 외부까지 연결된다. 그리고 소자 모듈화 시 발생하는 고압의 환경 조건이 중공구조의 상부를 덮고 있는 금속보호캡(180) 및 패드 오픈부(200)의 2중 보호막에 의해 극복될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 표면탄성파 소자는 중공구조의 상부를 덮고 있는 2중의 보호막에 의해 180℃의 온도 및 10MPa의 압력에 해당하는 트랜스퍼몰딩 압력을 견딜 수 있는 고 신뢰성의 소자 구현이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 표면탄성파 소자는 세라믹 패키지를 사용하지 않는 공법이므로 조립 공정의 단순화 및 원가 경쟁력 확보가 가능하다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 표면탄성파 소자 제조방법의 흐름도이다.
기판(100)상에 표면탄성파를 생성하는 IDT(Inter-Digitated Transducer)전극부(120)과 외부접속 전극부(110)를 형성한다(S110). IDT전극부(120)는 빗살무늬형의 금속판 형태로 기판(100)의 중앙영역에 형성되고, 외부접속 전극부(110)는 IDT전극부(120)와 이격된 거리를 갖도록 기판(100)에 형성된다.
이 후, 외부접속 전극부(110)의 일부가 노출되도록 절연막(130)을 형성한다(S120). 절연막(130)의 재료는 실리콘나이트라이드(SiNx) 등과 같은 유전체가 선택될 수 있다. 절연막(130)은 0.01 ~ 0.02um의 두께로 형성될 수 있다.
이 후, IDT전극부(120)와 외부접속 전극부(110) 사이에 IDT전극부(120)를 둘러싸도록 기둥부(140)를 형성한다(S130). 기둥부(140)는 고분자 화합물 예컨대 감광성 물질(photosensitive material)로 선택될 수 있다. 기둥부(140)는 사각형 또는 직사각형 등 IDT전극부(120)의 형상에 대응하여 형성된다.
기둥부(140)의 상단부에 기둥부(140)와 함께 중공(155)을 갖는 돔을 형성하도록 지붕부(150)를 접착한다(S140). 지붕부(150)는 기둥부(140)와의 접착력을 고려하여 동일한 감광성 물질로 선택될 수 있으며, 지붕부(150)의 크기는 기둥부(140)가 둘러싸고 있는 면적에 대응될 수 있다.
기판(100) 상에 형성된 구성물(외부접속 전극, 절연막, 기둥부 및 지붕부의 일부 이상) 상에 도금용 시드금속부(160)를 형성한다(S150). 시드금속부(160)는 티타늄(Ti) 및 구리(Cu)로 선택될 수 있으며, 이종 금속의 복층으로 형성하는 것도 가능하다.
시드금속부(160) 상에 금속보호캡(180)을 패터닝하고(S160), 전기 도금 방식으로 금속보호캡(180)을 형성한다(S170). 금속보호캡(180)은 지붕부(150)를 보호하는 1차 보호막 역할을 하는 한편, 하부에 위치하는 전극과의 전기적인 패스를 형성한다.
이 후, 포토레지스트 스트립 공정으로 시드금속부(160)의 상층에 위치하는 금속(예: Cu)을 습식 식각하여 제거하고(S180), 패드 오픈 공정을 수행한다(S160). 여기서, 패드 오픈부(200)는 2차 보호막 역할을 할 수 있다. 패드 오픈부(200)는 외부와의 전기적인 접촉을 위한 범프(Bump) 형성을 위해 고분자 화합물 예컨대 감광성 솔더 레지스트(Photosensitive Solder Resist)로 선택될 수 있다.
이상 본 발명에 따른 표면탄성파 소자는 기판(100)의 표면에 형성된 외부 접속 전극부()가 중공구조의 벽면을 타고 중공구조 상부까지 시행되는 전기도금 공정에 의해 외부까지 연결된다. 그리고 소자 모듈화 시 발생하는 고압의 환경 조건이 중공구조의 상부를 덮고 있는 금속보호캡(180) 및 패드 오픈부(200)의 2중 보호막에 의해 극복될 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 표면탄성파 소자의 웨이퍼 레벨에 형성된 중공구조에 금속 보호캡을 추가함으로써 표면탄성파 소자를 웨이퍼 레벨 패키지로 모듈화하는 경우 중공구조가 변형되는 것을 방지하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 표면탄성파 소자 및 그 제조방법을 제공하는 데에 이용할 수 있다.
100 : 기판 110 : 외부접속 전극부
120 : IDT 전극부 130 : 절연막
135 : 제1개구부 140 : 기둥부
150 : 지붕부 160 : 시드금속부
170 : 필름 레지스트 패턴 180 : 금속보호캡
190 : 제2개구부 200 : 패드 오픈부
120 : IDT 전극부 130 : 절연막
135 : 제1개구부 140 : 기둥부
150 : 지붕부 160 : 시드금속부
170 : 필름 레지스트 패턴 180 : 금속보호캡
190 : 제2개구부 200 : 패드 오픈부
Claims (13)
- 기판;
상기 기판 상에 형성되고 표면탄성파를 생성하는 IDT전극부;
상기 기판 상에 위치하고 상기 IDT전극부와 이격하여 형성된 외부접속 전극부;
상기 IDT전극부와 상기 외부접속 전극부 사이에 위치하며 상기 IDT전극부를 둘러싸는 기둥부;
상기 기둥부의 상단에 안착되어 상기 기둥부와 함께 중공을 갖는 돔을 형성하는 지붕부;
상기 기판 상에 형성된 전극 및 구조물 상에 형성된 시드금속부;
상기 시드금속부 상에 형성되어 상기 지붕부를 보호하며 상기 지붕부의 일부를 노출하는 제2개구부를 갖는 금속보호캡; 및
상기 외부접속 전극부에 형성된 패드 오픈부를 포함하는 표면탄성파 소자. - 제1항에 있어서,
상기 기둥부는 사각형 또는 직사각형으로 형성되고,
상기 지붕부의 크기는 상기 기둥부가 둘러싸고 있는 면적에 대응되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파 소자. - 제1항에 있어서,
상기 기둥부 및 상기 지붕부의 재료는 고분자 화합물인 것을 특징으로 하는 표면탄성파 소자. - 제1항에 있어서,
상기 기둥부 및 상기 지붕부의 재료는 감광성 물질인 것을 특징으로 하는 표면탄성파 소자. - 제1항에 있어서,
상기 시드금속부는 이종 금속의 복층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면탄성파 소자. - 기판 상에 표면탄성파를 생성하는 IDT전극부를 형성하는 단계;
상기 IDT전극부와 이격된 거리를 갖도록 상기 기판 상에 외부접속 전극부를 형성하는 단계;
상기 외부접속 전극부의 일부를 노출하는 제1개구부를 갖도록 상기 기판 상에 절연막을 형성하는 단계;
상기 IDT전극부를 둘러싸도록 상기 IDT전극부와 상기 외부접속 전극부 사이에 기둥부를 형성하는 단계;
상기 기둥부와 함께 중공을 갖는 돔을 형성하도록 상기 기둥부에 안착된 지붕부를 형성하는 단계;
상기 기판 상에 형성된 전극 및 구조물의 일부가 도금되도록 시드금속부를 형성하는 단계;
상기 기판 상에 상기 지붕부를 보호하며 상기 지붕부의 일부를 노출하는 제2개구부를 갖는 금속보호캡을 형성하는 단계; 및
상기 절연막의 일부 및 상기 제2개구부에 패드 오픈부를 형성하는 단계를 포함하는 표면탄성파 소자의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 기둥부는 사각형 또는 직사각형으로 형성되고,
상기 지붕부의 크기는 상기 기둥부가 둘러싸고 있는 면적에 대응되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파 소자의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 기둥부 및 상기 지붕부는 라미네이팅, 노광, 베이킹, 현상 및 경화 공정을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파 소자의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 기둥부 및 상기 지붕부의 재료는 감광성 물질인 것을 특징으로 표면탄성파 소자의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 금속보호캡을 형성하는 단계는,
상기 기판의 외곽에 위치하는 절연막의 일부 및 상기 지붕부의 중앙영역 상에 필름 레지스트 패턴을 형성하는 단계와,
상기 필름 레지스트 패턴에 의해 형성된 공간 내에 전기도금법으로 금속보호캡을 형성하는 단계와,
상기 필름 레지스트 패턴을 제거하는 단계와,
상기 시드금속부의 선택된 부분을 제거하는 단계를 포함하는 표면탄성파 소자의 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 필름 레지스트 패턴의 재료는 건식 필름 레지스트인 것을 특징으로 표면탄성파 소자의 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 필름 레지스트 패턴은 라미네이팅, 노광 및 현상 공정을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파 소자의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 시드금속부는 이종 금속의 복층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면탄성파 소자의 제조방법.
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