JP2008153957A - 中空封止素子、その製造方法ならびに中空封止素子を用いた移動通信機器 - Google Patents

Abstract

【課題】耐湿信頼性に優れ、コストが安価で生産能率の高い中空封止素子を提供する。
【解決手段】機械的可動部を有する機能部20と、内部電極70と、機能部20と内部電極70を取り囲むスペーサ層40とを絶縁性基板10上に形成し、それらの上にカバー層50を設置して、機能部20とカバー層50の間に空隙90を形成するとともに封止する中空封止素子において、機能部20および内部電極70の全表面を、水分を透過しない保護膜30で覆ったことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば携帯電話機などの移動通信機器などに使用する表面弾性波デバイスなどの中空封止素子の小型化パッケージング技術に関する。

移動通信機器などに搭載される表面弾性波デバイスは表面弾性波の伝達効率を低下させないため、櫛歯電極の上方に空隙が必要である。従来は、セラミック筐体に表面弾性波チップをフェースアップでダイボンディングし、ワイヤボンディングで電気的に接続した後、金属製キャップを被せシーム溶接またははんだで封止してパッケージングしていた。

最近ではデバイスの小型化を図るために、表面弾性波チップをＡｕバンプまたははんだバンプで配線基板にフリップチップボンディング（フェースダウンダイボンディング）し、合成樹脂などで封止して小型パッケージデバイスを構成していた。
さらに小型低背化を図るために、個々の櫛歯電極の上方に空隙を保ったまま圧電基板ウェハ全体を合成樹脂などで封止し、外部電極を形成した後、ダイシングにより個別に分離した超小型のチップサイズパッケージデバイスが、特開２００４−１４７２２０号公報（特許文献１）に記載されている。

しかし、前述した樹脂による封止構造はゴミや異物から櫛歯電極を保護することはできても、樹脂を透過する水分の浸入を防ぐことはできない。このため、水分を透過しない保護膜で櫛歯電極を覆うデバイス構造が提案されている。

図６は、特開２００６−２１７２２６号公報（特許文献２）に記載されている前記デバイス構造の断面図である。同図に示すように表面弾性波デバイス２００の圧電基板１０の主要面に形成された櫛歯電極２０は水分を透過しないＳｉＮ保護膜３０で覆われ、さらに感光性樹脂からなるスペーサ層４０およびカバー層５０で、櫛歯電極２０の上部に空隙９０を形成して封止する構造となっている。この構造により、ゴミや異物の侵入はスペーサ層４０とカバー層５０で防止し、水分に対してはＳｉＮ保護膜３０で防ぐことができる。

なお、前記特開２００６−２１７２２６号公報（特許文献２）には図示されていないが、図６ではバンプ６０とそれに接続される内部電極７０を図示している。
特開２００４−１４７２２０号公報 特開２００６−２１７２２６号公報

しかし、図６に示す従来構造では、次のような問題点があった。
すなわち、この表面弾性波デバイスでは、水分の侵入を防ぐ保護膜３０は、空隙９０の下に形成されている櫛歯電極２０のみであり、スペーサ層４０の下にある内部電極７０を保護する構造になっていない。このため、通常、櫛歯電極２０と同じアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属材料で作製されている内部電極７０は、カバー層５０およびスペーサ層４０を透過して侵入した水分によって腐食するなど耐湿信頼性に問題があった。

また従来の表面弾性波デバイスの製造方法では、空隙９０の下に形成されている櫛歯電極２０の保護膜３０を形成するとき、何らかのパターンニング工程が必要であった。このパターンニング工程では保護膜３０のパターン形成用マスクが必要となり、その分製造コストが高くつくなどの問題がある。

さらに、保護膜３０で覆われていない部分はスペーサ層４０を形成するまで、ゴミなどで傷が付き、そこから腐食する恐れがあり、生産歩留まりが低下する要因となっていた。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、耐湿信頼性に優れ、コストが安価で生産能率の高い中空封止素子、その製造方法ならびに中空封止素子を用いた移動通信機器を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、機械的可動部を有する機能部と、その機能部と電気的に接続された内部電極と、前記機能部と内部電極を取り囲むスペーサ層とが絶縁性基板上に形成され、
前記機能部、内部電極ならびにスペーサ層の上に更にカバー層を有し、前記機能部とカバー層の間に空隙が形成され、前記スペーサ層の開口部が前記カバー層によって封止されている中空封止素子において、
前記機能部および内部電極の全表面が、水分を透過しない保護膜によって覆われていることを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記機能部および内部電極の表面から前記絶縁性基板の表面にかけて前記保護膜を連続して形成したことを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１または第２の手段において、前記機能部および内部電極がアルミニウムを主成分とする材料で構成されていることを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第１ないし第３の手段において、前記保護膜が酸化シリコン膜、窒化シリコン膜またはダイヤモンドライクカーボン膜から構成されていることを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第１ないし第４の手段において、前記絶縁性基板が圧電基板で、前記機械的可動部が櫛歯電極であることを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は、機械的可動部を有する機能部と、その機能部と電気的に接続される内部電極を一組にして絶縁性基板上に所定の間隔をおいて多数組形成する工程と、
前記機能部および内部電極が形成された前記絶縁性基板の上側全面を水分を透過しない保護膜で覆う工程と、
前記保護膜で覆われた前記絶縁性基板の上側全面に感光性樹脂層を形成し、前記機能部、内部電極の外部電極への接続部にあたるビアホール部およびダイシング部に相当する箇所をフォトリソグラフィー工法でパターンニング除去してスペーサ層を形成する工程と、
前記スペーサ層が形成された前記絶縁性基板の上側全面に感光性樹脂フィルムをラミネートし、前記ビアホール部およびダイシング部に相当する箇所をフォトリソグラフィー工法でパターンニング除去してカバー層を形成する工程と、
前記ビアホール部の底部およびダイシング部に相当する箇所にある前記保護膜を前記スペーサ層およびカバー層をマスクとして除去する工程と、
前記ビアホール部から前記カバー層上の外部電極形成部にかけてめっき工法により外部電極を形成する工程と、
前記ダイシング部をダイシングして個別のデバイスを分離する工程と
を含むことを特徴とするものである。

本発明の第７の手段は、機械的可動部を有する機能部と、その機能部と電気的に接続される内部電極を一組にして絶縁性基板上に所定の間隔をおいて多数組形成する工程と、
前記機能部および内部電極が形成された前記絶縁性基板の上側全面を水分を透過しない保護膜で覆う工程と、
前記保護膜で覆われた前記絶縁性基板の上側全面に感光性樹脂層を形成し、前記機能部および内部電極の外部電極への接続部にあたるビアホール部に相当する箇所をフォトリソグラフィー工法でパターンニング除去してスペーサ層を形成する工程と、
前記スペーサ層が形成された前記絶縁性基板の上側全面に感光性樹脂フィルムをラミネートし、前記ビアホール部に相当する箇所をフォトリソグラフィー工法でパターンニング除去してカバー層を形成する工程と、
前記ビアホール部の底部に相当する箇所にある前記保護膜を前記スペーサ層およびカバー層をマスクとして除去する工程と、
前記ビアホール部から前記カバー層上の外部電極形成部にかけてめっき工法により外部電極を形成する工程と、
前記ダイシング部をダイシングして個別のデバイスを分離する工程と
を含むことを特徴とするものである。

本発明の第８の手段は前記第６または第７の手段において、前記機能部および内部電極がアルミニウムを主成分とする材料で構成され、前記保護膜が酸化シリコン膜、窒化シリコン膜またはダイヤモンドライクカーボン膜から構成されることを特徴とするものである。

本発明の第９の手段は前記第６ないし第８の手段において、前記保護膜の除去工法として、逆スパッタ工法、ドライエッチング工法またはフッ化水素系薬剤によるエッチング工法を用いることを特徴とするものである。

本発明の第１０の手段は前記第６ないし第９の手段において、前記絶縁性基板が圧電基板で、前記機械的可動部が櫛歯電極であることを特徴とするものである。

本発明の第１１の手段は、高周波フィルタを搭載した移動通信機器において、前記高周波フィルタが請求項５記載の中空封止素子であることを特徴とするものである。

本発明は前述のような構成になっており、耐湿信頼性に優れ、コストが安価で生産能率の高い中空封止素子、その製造方法ならびに中空封止素子を用いた移動通信機器を提供することができる。

次に本発明の実施形態を図とともに説明する。図１は、第１実施形態に係る表面弾性波デバイスの断面図である。

同図において１０は表面弾性波デバイス１００の基材となるＬｉＴａＯ₃あるいはＬｉＮｂＯ₃などからなる圧電基板であり、その主要面上にＡｌを主成分とする櫛歯電極２０が形成されている。櫛歯電極２０にはこれと同時に同一材料で作られた内部電極７０が電気的に接続され、内部電極７０はビアホール部８１を通して外部電極８０に接続されている。外部電極８０は、給電膜８２とはんだ層８３から構成されている。

櫛歯電極２０は機械的に可動して表面弾性波を伝達する機能部（機械的可動部）であり、櫛歯電極２０の上方には表面弾性波の伝達効率を低下させないため、感光性樹脂からなるスペーサ層４０とカバー層５０で空隙９０が形成されており、スペーサ層４０の開口部はカバー層５０で封止されている。

Ａｌを主成分とする櫛歯電極２０と内部電極７０は耐湿性を確保するため、ビアホール部８１およびダイシング部（後述する）１２を除いて圧電基板１０、櫛歯電極２０、内部電極７０の全ての表面が保護膜３０で覆われている。保護膜３０は水分の侵入を阻止するのが目的であるが、表面弾性波の伝達効率を低下させないため可能な限り薄い防湿膜が要求される。本実施形態では、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜またはダイヤモンドライクカーボン膜などの無機絶縁膜を３ｎｍ〜３０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜１０ｎｍの厚さでコーティングされている。保護膜３０の膜厚が３ｎｍ未満ではピンホールの形成などによって防湿効果が不十分であり、一方、保護膜３０の膜厚が３０ｎｍを超えると表面弾性波の伝達効率が低下する傾向にあるから、膜厚を前述の範囲に規制した。

保護膜の材質として有機材料もあるが、有機材料からなる膜はそれ自体が微量の水分を含んでいるためＡｌを主成分とする櫛歯電極２０と内部電極７０の保護膜３０としては不適当である。これに対して前記酸化シリコン膜、窒化シリコン膜またはダイヤモンドライクカーボン膜からなる保護膜３０は、膜自体が緻密な構造を有し、前述のように薄い膜でも実質的に水分の透過を阻止するから、耐湿効果が十分に発揮できる。

次に図３〜図５を用いて、表面弾性波デバイス１００の製造方法について説明する。図中の縦の破線はダイシング部１２を示しており、破線間が表面弾性波デバイス１個分の領域であり、工程の最後にダイシングにより個々の表面弾性波デバイス１００に分離される。

まず、図３（１）において、ＬｉＴａＯ₃やＬｉＮｂＯ₃などからなる幅広の圧電基板ウェハ１１を準備する。

次に図３（２）において、圧電基板ウェハ１１上に櫛歯電極２０および内部電極７０となるＡｌを主成分とする櫛歯電極材料膜２１をスパッタ法または蒸着法で成膜する。

次に図３（３）において、前記櫛歯電極材料膜２１上にエッチングレジスト（図示せず）をスピンコートし、フォトリソグラフィー工法を使用して 櫛歯電極２０部および内部電極７０部以外をパターンニング除去する。続いてエッチングレジスト（図示せず）をマスクとして櫛歯電極材料膜２１をエッチング除去し、最後にエッチングレジスト（図示せず）を有機溶剤で溶解除去して、櫛歯電極２０と内部電極７０を一体に形成する。

次に図３（４）において、櫛歯電極２０および内部電極７０が形成されている圧電基板ウェハ１１の全面に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜またはダイヤモンドライクカーボン膜などの無機絶縁材料をスパッタ法あるいはケミカルべーパデポジション法で３ｎｍ〜３０ｎｍの厚さで成膜して保護膜３０とする。

次に図３（５）において、前記保護膜３０で覆われた圧電基板ウェハ１１の全面に例えばアクリル系樹脂あるいはエポキシ系樹脂などからなる感光性樹脂フィルム製のスペーサ材料４１をラミネートする。本実施形態ではスペーサ材料４１のラミネートフィルムを使用したが、感光性樹脂からなる液状のスペーサ材料を例えばスピンコート法などで塗布して、感光性樹脂層を形成しても構わない。

次に図３（６）において、ラミネートされた前記スペーサ材料４１の櫛歯電極２０部、ビアホール部８１およびダイシング部１２の対応部分をフォトリソグラフィー工法でパターンニング除去して、スペーサ層４０を形成する。

次に図３（７）において、スペーサ層４０が形成された圧電基板ウェハ１１の全面に感光性樹脂フィルムからなるカバー材料５１をラミネートする。本実施形態ではカバー材料５１は、スペーサ材料４１と同じ材質の物を使用した。

次に図４（８）において、ラミネートされた前記カバー材料５１のビアホール部８１およびダイシング部１２の対応部分をフォトリソグラフィー工法でパターンニング除去して、カバー層５０を形成する。このとき、ビアホール部８１の開口部およびダイシング部１２の樹脂除去領域が、スペーサ層４０におけるビアホール部８１の開口部およびダイシング部１２の樹脂除去領域より大きくオーバーハング状態にならないようにパターンニングする。このカバー層５０により、スペーサ層４０の開口部が封止される。

次に図４（９）において、前記ビアホール部８１の開口部およびダイシング部１２の樹脂除去部を通して、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスによる逆スパッタ工法、塩素（Ｃｌ）系ガスによるドライエッチング工法、フッ化水素（ＨＦ）系薬液によるエッチング工法３１などにより保護膜３０をエッチング除去する。このとき、スペーサ層４０およびカバー層５０のビアホール部８１の開口部およびダイシング部１２の樹脂除去部をセルアライメントマスクの開口部として保護膜３０をエッチングするから、保護膜専用のパターンニングマスクは不要となる。そのためコストの低減と生産能率の向上が図れる。

次に図４（１０）において、内部電極７０に電気的接続される外部電極８０を形成するため、前記図４（９）の工程を経た圧電基板ウェハ１１の全面にＴｉとＣｕまたはＣｒとＣｕを連続スパッタして積層膜からなる給電膜８２を形成する。前記ＴｉまたはＣｒは、下地材料との密着性を確保するための材料である。

次に図４（１１）において、給電膜８２が形成された圧電基板ウェハ１１上に感光性のめっきレジスト材料９１をラミネートする。

次に図４（１２）において、前記めっきレジスト材料９１の外部電極８０以外の部分を残すようにフォトリソグラフィー工法でパターンニング除去して、めっきレジスト９２を形成する。

次に図４（１３）において、前記めっきレジスト９２のパターンニング除去部に先ずはんだリフロー耐性を確保するためにＮｉを電気めっきし、次にＳｎ−Ａｇからなるはんだを連続して電気めっきしてはんだ層８３を形成して、給電膜８２とはんだ層８３の積層体からなる外部電極８０を構成する。

次に図５（１４）において、前記めっきレジスト９２を有機溶剤で溶解除去する。
次に図５（１５）において、前記はんだ層８３をマスクとして利用して前記給電膜８２の露出部分をエッチング除去する。

次に図５（１６）において、はんだ層８３にフラックスを塗布してリフローすることで、ビアホール部８１にできていた窪みをなくし、はんだ付け時のはんだボイドの発生を防ぐ。

最後に図５（１７）において、圧電基板ウェハ１１をダイシング部１２でダイシングし、個別の表面弾性波デバイス１００を得る。

なお図示していないが図３（６）の工程において、ラミネートされたスペーサ材料４１をフォトリソグラフィー工法でパターンニング除去する際、櫛歯電極２０部およびビアホール部８１だけを除去して、ダイシング部１２を残す方法もある。この方法ではさらに図４（８）の工程で、カバー材料５１をフォトリソグラフィー工法でパターンニング除去するとき、ビアホール部８１だけを除去し、ダイシング部１２を残すようにする。その他の工程は、前述した工程と同じである。

図２は、本発明の第２実施形態に係る表面弾性波デバイス１００の断面図である。本実施形態の場合、ダイシング部１２のスペーサ層４０およびカバー層５０は工程の途中でその都度除去するのではなく、図５（１７）の最後のダイシング工程で圧電基板ウェハ１１とともに一括分離して表面弾性波デバイス１００を得たものである。

従って、図２に示す本実施形態に係る表面弾性波デバイス１００と図１に示す第１実施形態に係る表面弾性波デバイス１００を比較すると明らかなように、図２に示す本実施形態に係る表面弾性波デバイス１００には、保護膜３０で覆われていないダイシング部１２は存在せず、圧電基板１０の全面が保護膜３０で覆われている。

本発明に係る表面弾性波デバイスは、携帯電話機などの移動通信機器に搭載される高周波フィルタとして利用される。

前記実施形態では表面弾性波デバイスについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、機能部に機械的可動部が存在する例えばスイッチや重力加速度センサーなどのＭＥＭＳ、バルク弾性波素子などの中空封止素子全般に適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る表面弾性波デバイスの断面図である。 本発明の第２実施形態に係る表面弾性波デバイスの断面図である。 その表面弾性波デバイスの製造方法を説明する図である。 その表面弾性波デバイスの製造方法を説明する図である。 その表面弾性波デバイスの製造方法を説明する図である。 従来提案された表面弾性波デバイスの断面図である。

符号の説明

１０：圧電基板、１１：圧電基板ウェハ、１２：ダイシング部、２０：櫛歯電極、２１：櫛歯電極材料、３０：保護膜、３１：エッチング工法、４０：スペーサ層、４１：スペーサ材料、５０：カバー層、５１：カバー材料、６０：バンプ、７０：内部電極、８０：外部電極、８１：ビアホール部、８２：給電膜、８３：はんだ層、９０：空隙、９１：めっきレジスト材料、９２：めっきレジスト、１００：表面弾性波デバイス。

Claims (11)

1. 機械的可動部を有する機能部と、その機能部と電気的に接続された内部電極と、前記機能部と内部電極を取り囲むスペーサ層とが絶縁性基板上に形成され、
   前記機能部、内部電極ならびにスペーサ層の上に更にカバー層を有し、前記機能部とカバー層の間に空隙が形成され、前記スペーサ層の開口部が前記カバー層によって封止されている中空封止素子において、
   前記機能部および内部電極の全表面が、水分を透過しない保護膜によって覆われていることを特徴とする中空封止素子。
2. 請求項１記載の中空封止素子において、前記機能部および内部電極の表面から前記絶縁性基板の表面にかけて前記保護膜を連続して形成したことを特徴とする中空封止素子。
3. 請求項１または２記載の中空封止素子において、前記機能部および内部電極がアルミニウムを主成分とする材料で構成されていることを特徴とする中空封止素子。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項記載の中空封止素子において、前記保護膜が酸化シリコン膜、窒化シリコン膜またはダイヤモンドライクカーボン膜から構成されていることを特徴とする中空封止素子。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項記載の中空封止素子において、前記絶縁性基板が圧電基板で、前記機械的可動部が櫛歯電極であることを特徴とする中空封止素子。
6. 機械的可動部を有する機能部と、その機能部と電気的に接続される内部電極を一組にして絶縁性基板上に所定の間隔をおいて多数組形成する工程と、
   前記機能部および内部電極が形成された前記絶縁性基板の上側全面を水分を透過しない保護膜で覆う工程と、
   前記保護膜で覆われた前記絶縁性基板の上側全面に感光性樹脂層を形成し、前記機能部、内部電極の外部電極への接続部にあたるビアホール部およびダイシング部に相当する箇所をフォトリソグラフィー工法でパターンニング除去してスペーサ層を形成する工程と、
   前記スペーサ層が形成された前記絶縁性基板の上側全面に感光性樹脂フィルムをラミネートし、前記ビアホール部およびダイシング部に相当する箇所をフォトリソグラフィー工法でパターンニング除去してカバー層を形成する工程と、
   前記ビアホール部の底部およびダイシング部に相当する箇所にある前記保護膜を前記スペーサ層およびカバー層をマスクとして除去する工程と、
   前記ビアホール部から前記カバー層上の外部電極形成部にかけてめっき工法により外部電極を形成する工程と、
   前記ダイシング部をダイシングして個別のデバイスを分離する工程と
   を含むことを特徴とする中空封止素子の製造方法。
7. 機械的可動部を有する機能部と、その機能部と電気的に接続される内部電極を一組にして絶縁性基板上に所定の間隔をおいて多数組形成する工程と、
   前記機能部および内部電極が形成された前記絶縁性基板の上側全面を水分を透過しない保護膜で覆う工程と、
   前記保護膜で覆われた前記絶縁性基板の上側全面に感光性樹脂層を形成し、前記機能部および内部電極の外部電極への接続部にあたるビアホール部に相当する箇所をフォトリソグラフィー工法でパターンニング除去してスペーサ層を形成する工程と、
   前記スペーサ層が形成された前記絶縁性基板の上側全面に感光性樹脂フィルムをラミネートし、前記ビアホール部に相当する箇所をフォトリソグラフィー工法でパターンニング除去してカバー層を形成する工程と、
   前記ビアホール部の底部に相当する箇所にある前記保護膜を前記スペーサ層およびカバー層をマスクとして除去する工程と、
   前記ビアホール部から前記カバー層上の外部電極形成部にかけてめっき工法により外部電極を形成する工程と、
   前記ダイシング部をダイシングして個別のデバイスを分離する工程と
   を含むことを特徴とする中空封止素子の製造方法。
8. 請求項６または７記載の中空封止素子の製造方法において、前記機能部および内部電極がアルミニウムを主成分とする材料で構成され、前記保護膜が酸化シリコン膜、窒化シリコン膜またはダイヤモンドライクカーボン膜から構成されることを特徴とする中空封止素子の製造方法。
9. 請求項６ないし８のいずれか１項記載の中空封止素子の製造方法において、前記保護膜の除去工法として、逆スパッタ工法、ドライエッチング工法またはフッ化水素系薬剤によるエッチング工法を用いることを特徴とする中空封止素子の製造方法。
10. 請求項６ないし９のいずれか１項記載の中空封止素子の製造方法において、前記絶縁性基板が圧電基板で、前記機械的可動部が櫛歯電極であることを特徴とする中空封止素子の製造方法。
11. 高周波フィルタを搭載した移動通信機器において、前記高周波フィルタが請求項５記載の中空封止素子であることを特徴とする移動通信機器。

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