WO2021010164A1

WO2021010164A1 - 電子部品および電子部品の製造方法

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Publication number: WO2021010164A1
Application number: PCT/JP2020/025797
Authority: WO
Inventors: 博史杣田
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2019-07-16
Filing date: 2020-07-01
Publication date: 2021-01-21

Abstract

電子部品（１００）は、基板（１１０）と、基板（１１０）上に形成された機能素子（１２０）と、基板（１００）から突出した柱状導体（１４０）と、柱状導体（１４０）によって支持されるカバー部（１３０）と、基板（１１０）を覆う封止部材（１６０）と、外部機器と電気的に接続される外部端子（１８０）とを備える。基板（１１０）、カバー部（１３０）および封止部材（１６０）によって中空空間（１５０）が形成される。柱状導体（１４０）は、カバー部（１３０）を貫通して、外部端子（１８０）に電気的に接続される。基板（１１０）において機能素子（１２０）が形成された面は中空空間（１５０）に面している。

Description

電子部品および電子部品の製造方法

　本開示は、電子部品および電子部品の製造方法に関し、より特定的には、中空空間に機能素子が形成された電子部品における機能素子の保護構造に関する。

　特開２００２－２６１５８２号公報（特許文献１）には、圧電基板上に櫛歯状（ＩＤＴ：Interdigital　Transducer）電極が配置された弾性表面波（ＳＡＷ：Surface　Acoustic　Wave）デバイスが開示されている。このような弾性波デバイスにおいては、圧電基板上でＩＤＴ電極が励振できるようにするために、デバイス内に中空空間が形成される。

特開２００２－２６１５８２号公報

　デバイス内に中空空間が形成される電子部品として、特開２００２－２６１５８２号公報（特許文献１）に示されるような弾性波デバイスの他に、いわゆる微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：Micro　Electro　Mechanical　System）と称される、小型のセンサあるいはアクチュエータがある。このような電子部品においては、中空空間内に配置された機能素子が適切に機能するように、一般的には、当該中空空間が樹脂等を用いて密閉状態とされる。

　このような電子部品が高湿度の環境下で使用された場合、周囲環境に含まれる水分が密閉用の樹脂部材を透過して中空空間内に浸入し得る。このとき、樹脂部材を透過する水分中に樹脂内の有機材料が溶出し、中空空間内に浸入する場合がある。中空空間内で水分が蒸発すると、水分中に溶解していた有機材料が固体として析出し、機能素子に付着することが考えられる。

　そうすると、たとえば、特開２００２－２６１５８２号公報（特許文献１）のようなＳＡＷデバイスの場合、析出した有機材料によってＩＤＴ電極の重量が変化し、それによってＩＤＴ電極の共振周波数が変動してＳＡＷデバイスの特性が変化する場合がある。また、ＭＥＭＳの場合では、アクチュエータあるいはセンサに有機材料が付着することによって、アクチュエータが適切に動作できなくなったり、センサの検出値が不正確になったりする可能性がある。

　本開示は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、中空空間内に機能素子が配置される電子部品において、機能素子の特性劣化を抑制することである。

　本開示のある局面に従う電子部品は、基板と、基板上に形成された機能素子と、基板から突出した柱状導体と、柱状導体によって支持されるカバー部と、基板を覆う封止部材と、外部機器と電気的に接続される外部端子とを備える。基板、カバー部および封止部材によって中空空間が形成される。柱状導体は、カバー部を貫通して、外部端子に電気的に接続される。基板において機能素子が形成された第１面は中空空間に面している。

　本開示の他の局面に従う電子部品は、基板と、基板上に形成された機能素子と、基板から突出した柱状導体と、柱状導体によって支持されるカバー部と、基板を覆う封止部材と、外部機器と電気的に接続される外部端子とを備える。基板、カバー部および封止部材によって中空空間が形成される。柱状導体は、カバー部を貫通して、外部端子に電気的に接続される。基板において機能素子が形成された第１面は上記中空空間に面している。上記第１面には、有機材料を含む樹脂部材が配置されていない。

　本開示のさらに他の局面に従う電子部品の製造方法は、（ａ）基板上に機能素子および柱状導体を形成する工程と、（ｂ）支持体上に剥離層を形成するとともに、形成された剥離層の上にカバー部を形成する工程と、（ｃ）基板上に形成された柱状導体をカバー部に圧入する工程と、（ｄ）封止部材を用いて基板およびカバー部を覆い、基板、カバー部および封止部材によって中空空間を形成する工程と、（ｅ）剥離層および支持体を除去する工程と、（ｆ）剥離層が除去されたカバー部の表面の一部を除去して、柱状導体を露出させる工程と、（ｇ）露出した柱状導体に電気的に接続される外部端子を配置する工程とを含む。基板において機能素子が形成された第１面は上記中空空間に面している。

　本開示による電子部品によれば、基板、カバー部および封止部材によって中空空間が形成され、当該中空空間に面する基板上に機能素子が形成される。これによって、樹脂部材を透過する水分によって、樹脂部材に含まれる有機材料が中空空間内に浸入することを抑制できる。これにより、機能素子の特性劣化を抑制することができる。

実施の形態に従う電子部品の一例の断面図である。比較例の電子部品の断面図の一例である。実施の形態に従う電子部品の製造プロセスを説明するための図である。

　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

　［電子部品の構成］
　図１は、実施の形態に従う電子部品１００の一例の断面図である。図１を参照して、電子部品１００は、基板１１０と、機能素子１２０と、カバー部１３０と、柱状導体１４０と、封止部材１６０とを備える。なお、本実施の形態においては、電子部品１００が弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスの場合について説明する。そのため、基板１１０として圧電性基板が使用され、機能素子１２０としてＩＤＴ電極を含む場合を例として説明する。以下、基板１１０を「圧電性基板１１０」と称する場合がある。なお、図１において、Ｚ軸の正方向を上面側、負方向を下面側と称する場合がある。

　圧電性基板１１０は、たとえば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、アルミナ、シリコン（Ｓｉ）、およびサファイアのような圧電単結晶材料、あるいは、ＬｉＴａＯ_３またはＬｉＮｂＯ_３からなる圧電積層材料により形成される。圧電性基板１１０の第１面１１１には、複数の機能素子１２０が配置されている。機能素子１２０として、たとえばアルミニウム、銅、銀、金、チタン、タングステン、白金、クロム、ニッケル、モリブデンの少なくとも一種からなる単体金属、またはこれらを主成分とする合金などの電極材を用いて形成された一対のＩＤＴ電極が含まれる。圧電性基板１１０と機能素子（ＩＤＴ電極）１２０とによって弾性表面波（ＳＡＷ）共振子が形成される。

　圧電性基板１１０の機能素子１２０が形成される第１面１１１には、機能素子１２０間、および、機能素子１２０と柱状導体１４０とを電気的に接続するための配線パターン１２５が形成されている。

　柱状導体１４０は、圧電性基板１１０の第１面１１１から下方（Ｚ軸の負方向）側に突出しており、圧電性基板１１０から所定の距離だけ離隔した位置にカバー部１３０を支持している。柱状導体１４０は、カバー部１３０を貫通し、後述する配線層１７０に配置される外部端子１８０に電気的に接続される。

　封止部材１６０は、圧電性基板１１０の第２面１１２および側面と、カバー部１３０の側面を覆うように配置される。封止部材１６０は、たとえば、ケイ素化合物、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、またはアクリル系樹脂などの撥水性の高い材料に金属などの無機フィラーを混入させた材料で形成される。このような材料で封止部材１６０を形成することで、耐湿性および耐衝撃性を高めることができる。圧電性基板１１０、カバー部１３０、および封止部材１６０によって中空空間１５０が形成される。

　カバー部１３０は、たとえば、エポキシ、ポリイミド、アクリル、ウレタン等を主成分とした樹脂により形成されている。また、カバー部１３０は、上記樹脂の他に一部金属を用いてもよい。カバー部１３０の中空空間１５０とは反対の面には配線層１７０が形成される。

　配線層１７０は、カバー部１３０の下面において、カバー部１３０および封止部材１６０にわたって形成されている。配線層１７０は、たとえば、ポリイミドおよび環オレフィン系樹脂、べンゾシクロブテン、ポリベンゾオキサゾールなどの材料で形成される絶縁層１７２と、絶縁層１７２内に配置された配線パターン１７５と、層間を貫通するビア１７６とを含んで構成される。配線パターン１７５の一部は、カバー部１３０を貫通する柱状導体１４０と接合される。ビア１７６は、配線パターン１７５と、配線層１７０の下面側に形成された外部端子１８０とを電気的に接続する。このように、配線層１７０をカバー部１３０に密着して形成することによって、電子部品１００の厚みを薄くして低背化することができる。

　図２は、比較例の電子部品１００＃の断面図の一例である。電子部品１００＃においては封止部材１６０が設けられておらず、圧電性基板１１０とカバー部１３０との間に支持層１５５が配置されている。なお、図２において、図１と重複する要素の説明は繰り返さない。

　図２を参照して、支持層１５５は、たとえば、ポリイミド、エポキシ系樹脂、環オレフィン系樹脂、ベンゾシクロブテン、ポリベンゾオキサゾール、フェノール系樹脂、シリコーン、あるいはアクリル樹脂などの有機材料を含む樹脂で形成されている。圧電性基板１１０の法線方向から平面視した場合に、支持層１５５は機能素子１２０を取り囲むように、圧電性基板１１０とカバー部１３０との間に配置されている。柱状導体１４０は、支持層１５５およびカバー部１３０を貫通して、配線層１７０内の配線パターン１７５に接合される。電子部品１００＃においては、圧電性基板１１０と、カバー部１３０と、支持層１５５とによって中空空間１５０が形成される。

　比較例の電子部品１００＃においては、圧電性基板１１０において機能素子１２０が形成される面に、アクリル系樹脂を含む有機材料で形成された支持層１５５が配置されている。支持層１５５としてアクリル系樹脂を含む有機材料を使用する理由は、支持層１５５とカバー部１３０との密着性を確保するためである。ここで、電子部品１００＃が高湿度の環境下で用いられた場合、周囲環境の空気に含まれる水分が支持層１５５を透過して中空空間１５０に浸入し得る。支持層１５５は有機材料を含んでいるため、周囲環境の空気中の水分が支持層１５５を透過する際に、当該水分中に支持層１５５内の有機材料が溶出し、有機材料を含んだ状態で中空空間１５０に浸入し得る。中空空間１５０において、有機材料を含んだ水分が蒸発すると、水分中に溶解していた有機材料が固体として析出し、機能素子１２０に付着することが考えられる。

　そうすると、付着した有機材料によって機能素子（ＩＤＴ電極）の重量が増加し、機能素子の共振周波数が所望の値から変化する場合がある。このように機能素子の共振周波数が変化することによって、電子部品の特性が変化する可能性がある。

　一方、実施の形態の電子部品１００においては、有機材料を多く含む支持層１５５が設けられておらず、それに代えて、圧電性基板１１０およびカバー部１３０を覆う封止部材１６０によって、中空空間１５０が形成されている。すなわち、機能素子１２０が形成されている圧電性基板１１０の第１面１１１には、有機材料を多く含む樹脂部材が配置されていない。

　ここで、封止部材１６０は、約９０％が金属などの無機フィラーであり、樹脂成分は１０％程度しか含まれていない。また、カバー部１３０は、エポキシ等の樹脂により形成されているが、その下面側を覆う配線層１７０には、配線パターン１７５などの金属部材が多く含まれている。そのため、カバー部１３０および封止部材１６０においては、比較例の支持層１５５と比較すると、含有される有機材料の割合が低く、透過する水分に有機材料が溶出する可能性はより低くなる。

　したがって、実施の形態のように、中空空間１５０が形成された電子部品１００において、圧電性基板１１０の機能素子１２０が配置される面に有機材料を含む樹脂部材（支持層１５５）を配置しない構成とすることによって、高湿度の環境下において周囲環境の水分が中空空間１５０に透過した場合でも、樹脂部材に含まれる有機材料が中空空間１５０に浸入することを抑制できる。これにより、有機材料による機能素子の汚損を防止できるので、機能素子の特性劣化を抑制することができる。

　また、カバー部１３０を支持するための支持層を別途設けないため、圧電性基板１１０の面積を低減することができ、電子部品１００の小型化にも寄与することができる。

　［製造プロセス］
　図３は、実施の形態に従う電子部品１００の製造プロセスを説明するための図である。製造プロセスは図３（ａ）から図３（ｉ）までの工程を含み、図３においては各工程における電子部品の断面図が示されている。

　まず、図３（ａ）においては、圧電性基板１１０上に、たとえばスパッタリングによって銅などの金属膜を形成し、当該金属膜にフォトリソグラフィー等の処理を施すことによって、機能素子１２０および配線パターン１２５を形成する。さらに、配線パターン１２５上に、ボールボンディングなどによって柱状導体１４０を形成し、中間部品１０１を形成する。

　図３（ａ）の工程の前または後、あるいは図３（ａ）の工程と並行して、図３（ｂ）に示される工程が実行される。図３（ｂ）においては、剥離層２１０が形成された支持体２００上に、たとえばフォトリソグラフィーによりカバー部１３０が形成される。

　次に図３（ｃ）の工程において、図３（ａ）で形成した中間部品１０１を上下反転させ、機能素子１２０とカバー部１３０とを対向させた状態で、中間部品１０１をカバー部１３０へ圧入する。このとき、カバー部１３０を加熱し軟化させることにより、中間部品１０１の柱状導体１４０がカバー部１３０内に埋め込まれた状態となる。柱状導体１４０の長さをカバー部１３０の厚みよりも長くしておくことにより、柱状導体１４０がカバー部１３０に圧入されたときに、図３（ｄ）に示されるように、圧電性基板１１０とカバー部１３０との間に隙間が形成される。なお、この圧入工程により、柱状導体１４０がカバー部１３０を貫通させることができればより好ましい。

　中間部品１０１の圧入後、図３（ｅ）の工程において、半硬化状態の封止部材１６０が、圧電性基板１１０の上面と側面およびカバー部１３０の側面を覆うように配置される。この工程により、圧電性基板１１０、カバー部１３０および封止部材１６０で囲まれた中空空間１５０が形成される（図３（ｆ））。

　図３（ｆ）の工程が完了すると、形成された電子部品を剥離層２１０から剥離させて、上下を反転させる（図３（ｇ））。この状態においては、柱状導体１４０は、カバー部１３０を貫通していない場合がある。そのため、レーザ加工、あるいは、酸素（Ｏ_２）またはアルゴン（Ａｒ）などを用いたプラズマ洗浄の処理を施し、カバー部１３０の表面を除去して柱状導体１４０をカバー部１３０から露出させる（図３（ｈ））。この工程により、図３（ｉ）の工程における配線層１７０の形成において、配線パターン１７５と柱状導体１４０との確実な電気的接続が可能となる。

　図３（ｉ）の工程においては、カバー部１３０および封止部材１６０上に、フォトリソグラフィーなどの技術により配線層１７０、および外部端子１８０を形成する。なお、配線層１７０は単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。

　以上の図３（ａ）から図３（ｉ）で示した工程を実行することによって、図１で示した構造を有する電子部品１００が形成される。

　なお、上記の説明においては、電子部品が表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスである場合を例として説明したが、部品内部に中空空間が形成され、当該中空空間内に機能素子が配置される構成であればＳＡＷデバイス以外の電子部品にも本開示の構造が適用可能である。たとえば、機能素子として小型のセンサあるいはアクチュエータが形成されたＭＥＭＳデバイスにも適用可能である。

　今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１００，１００＃　電子部品、１０１　中間部品、１１０　基板、１１１　第１面、１１２　第２面、１２０　機能素子、１２５，１７５　配線パターン、１３０　カバー部、１４０　柱状導体、１５０　中空空間、１５５　支持層、１６０　封止部材、１７０　配線層、１７２　絶縁層、１７６　ビア、１８０　外部端子、２００　支持体、２１０　剥離層。

Claims

　基板と、
　前記基板上に形成された機能素子と、
　前記基板から突出した柱状導体と、
　前記柱状導体によって支持されるカバー部と、
　前記基板を覆う封止部材と、
　外部機器と電気的に接続される外部端子とを備え、
　前記基板、前記カバー部および前記封止部材によって中空空間が形成され、
　前記柱状導体は、前記カバー部を貫通して、前記外部端子に電気的に接続されており、
　前記基板において前記機能素子が形成された第１面は、前記中空空間に面している、電子部品。
　前記第１面には、有機材料を含む樹脂部材が配置されていない、請求項１に記載の電子部品。
　前記封止部材は、前記基板および前記カバー部の側面を覆っている、請求項１または２に記載の電子部品。
　前記カバー部および前記封止部材にわたって形成された配線層をさらに備え、
　前記配線層における前記カバー部側とは反対の面には、前記外部端子が形成されており、
　前記配線層は、
　　絶縁部材で形成された絶縁層と、
　　前記絶縁層に形成され、前記柱状導体と接続される配線パターンと、
　　前記配線パターンと前記外部端子とを接続するビアとを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の電子部品。
　前記基板は、圧電性基板により形成されており、
　前記機能素子は、櫛歯状（ＩＤＴ：Interdigital　Transducer）電極を含み、
　前記圧電性基板および前記ＩＤＴ電極によって、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface　Acoustic　Wave）共振子が形成される、請求項１～４のいずれか１項に記載の電子部品。
　前記電子部品は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：Micro　Electro　Mechanical　System）を構成する、請求項１～４のいずれか１項に記載の電子部品。
　基板と、
　前記基板上に形成された機能素子と、
　前記基板から突出した柱状導体と、
　前記柱状導体によって支持されるカバー部と、
　前記基板を覆う封止部材と、
　外部機器と電気的に接続される外部端子とを備え、
　前記基板、前記カバー部および前記封止部材によって中空空間が形成され、
　前記柱状導体は、前記カバー部を貫通して、前記外部端子に電気的に接続されており、
　前記基板において前記機能素子が形成された第１面は前記中空空間に面しており、前記第１面には有機材料を含む樹脂部材が配置されていない、電子部品。
　電子部品の製造方法であって、
　基板上に機能素子および柱状導体を形成する工程と、
　支持体上に剥離層を形成するとともに、形成された前記剥離層の上にカバー部を形成する工程と、
　前記基板上に形成された前記柱状導体を前記カバー部に圧入する工程と、
　封止部材を用いて前記基板および前記カバー部を覆い、前記基板、前記カバー部および前記封止部材によって中空空間を形成する工程と、
　前記剥離層および前記支持体を除去する工程と、
　前記剥離層が除去された前記カバー部の表面の一部を除去して、前記柱状導体を露出させる工程と、
　露出した前記柱状導体に電気的に接続される外部端子を配置する工程とを含み　前記基板において前記機能素子が形成された第１面は前記中空空間に面している、電子部品の製造方法。
　前記第１面には有機材料を含む樹脂部材が配置されていない、請求項８に記載の電子部品の製造方法。
　前記柱状導体を露出させる工程に引き続き、前記カバー部の表面に配線層を形成する工程をさらに含み、
　前記配線層は、
　　絶縁部材で形成された絶縁層と、
　　前記絶縁層に形成され、前記柱状導体と接続される配線パターンと、
　　前記配線パターンと前記外部端子とを接続するビアとを含む、請求項８または９に記載の電子部品の製造方法。