JP2010050539A

JP2010050539A - 圧電部品及びその製造方法

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Publication number: JP2010050539A
Application number: JP2008210788A
Authority: JP
Inventors: Toshimasa Tsuda; 田稔正津
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2008-08-19
Filing date: 2008-08-19
Publication date: 2010-03-04
Anticipated expiration: 2028-08-19
Also published as: US20110214265A1; JP4638530B2; US20100045145A1

Abstract

【課題】圧電部品の小型化、大容量化及び低価格化である。
【解決手段】本発明は、圧電基板２，３，４の主面に櫛歯電極５，５ａ，５ｂと該櫛歯電極に隣接して配設された素子配線を有する配線電極６，６ａ，６ｂ及び該配線電極に接続された電極端子８を形成した少なくとも２個以上の圧電素子を各圧電素子間に中空部Ｃが形成されるように接合して積層し、貫通電極７，７ａが前記各圧電基板３，４を貫通して形成され、該貫通電極７，７ａが前記電極端子８に接続され、かつ、前記圧電基板２，３，４が、樹脂封止層１０により封止されていることを特徴とする圧電部品及びその製造方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば携帯電話機等の移動通信機器に使用される、ＳＡＷデュプレクサ、ＳＡＷフィルタに用いられる弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス及び圧電薄膜フィルタ等の圧電部品ならびにその製造方法に関し、とくにウェハ（圧電基板）レベルでウェハに少なくとも２個以上の圧電素子をフリップチップ搭載し、かつ、これらの圧電素子を樹脂封止層及び端子電極を介して圧電素子間に中空部を形成するよう積層し、チップサイズにパッケージングされた圧電部品及びその製造方法に関する。

携帯電話機に搭載される圧電部品（ＳＡＷデバイス）では、その櫛歯電極部（ＩＤＴ電極部）の周囲に所定の中空部が必要である。

従来ＳＡＷデバイスの小型化を図るため、ＳＡＷ素子チップを金（Ａｕ）バンプあるいは半田バンプを用いて、配線基板にフリップチップボンディング（フェースダウンボンディング）し、樹脂等でＳＡＷ素子チップ全体を樹脂封止して、ＳＡＷデバイスの小型パッケージ・デバイスを構成している（特許文献１参照）。

さらに、ＳＡＷデバイスの小型化・低背化を図るため、櫛歯電極部（ＩＤＴ電極部）の周囲に所定の中空部を形成し、この中空部を保持したまま、櫛歯電極側の集合圧電基板（ウェハ）全体を樹脂で封止し、外部接続電極を形成した後、所定のマーキングに沿ってダイシングにより個々のＳＡＷデバイスに分割してなる超小型化されたチップサイズ・パッケージＳＡＷデバイスが提案されている（特許文献２参照）。

しかしながら、上述した従来技術の圧電部品及びその製造方法では、圧電基板の２次平面上（主面）に圧電素子を形成しているため、圧電部品（ＳＡＷデバイス）の小型化を図るためには、その小型化に伴って圧電素子の能動面が小さくなるため、所望の性能を保持したまま、その小型化をするのは、極めて困難であった。

また、圧電基板（ウェハ）を単に貼り合せて積層し圧電部品を製造する方法では（特許文献３参照）、貫通電極を形成する必要があるが、貫通孔（ビアホール）の形成し、及びこの貫通孔を埋めて貫通電極を形成するためのメッキ工程、貫通孔の充填などの工程が必要であり、また、圧電基板の材料がそれぞれ異なると、全体として圧電基板に“そり”が生じるなどの問題点があった。
特開２００４−１４７２２０号公報特開２００６−２４６１１２号公報特開２００２−１１１２１８号公報

本発明が解決しようとする課題は、圧電基板の主面に櫛歯電極と該櫛歯電極に隣接して配設された素子配線を有する配線電極及び該配線電極に接続された電極端子を形成した少なくとも２個以上の圧電素子を各圧電素子間に中空部が形成されるように接合して積層し、貫通電極が前記各圧電基板を貫通して形成され、該貫通電極が前記電極端子に接続され、かつ、前記圧電基板を樹脂封止層により封止することにより小型化かつ高機能化された圧電部品を安価に製造することである。

前記した課題を解決するため、本発明の圧電部品は、圧電基板の主面に櫛歯電極と該櫛歯電極に隣接して配設された素子配線を有する配線電極及び該配線電極に接続された電極端子を形成した少なくとも２個以上の圧電素子を各圧電素子間に中空部が形成されるように接合して積層し、貫通電極が前記各圧電基板を貫通して形成され、該貫通電極が前記電極端子に接続され、かつ、前記圧電基板が、樹脂封止層により封止されていることを特徴とする。

また、同様に、本発明の圧電部品の製造方法は、櫛歯電極及び配線電極を主面に形成した圧電基板を用意し、該主面に保護膜を形成する工程と、フォトリソグラフィ・ドライエッチングにより前記櫛歯電極及び前記配線電極部の表面の前記保護膜を除去して露出させる工程と、フォトリソグラフィにより前記配線電極部の表面にシード層を形成する工程と、前記シード層にＣｕ及びＳｎ電解メッキを施す工程と、前記電解メッキを施した面全体にカバーフィルムをラミネートする工程と、前記圧電基板の裏面を所定量研磨してその厚みを薄くした後、さらに該裏面にサンドブラストを施す工程と、フォトリソグラフィとサンドブラストにより前記圧電基板の裏面に貫通孔の一部を形成する工程と、ウエットエッチング、サンドブラスト、エキシマレーザーあるいはドライエッチングもしくはこれらの組合せにより完全な貫通孔を形成する工程と、前記圧電基板の裏面に残存するフォトレジストを除去した後、前記配線電極上にシード層を形成する工程と、フォトリソグラフィにより配線電極、電極端子及び貫通電極形成用のキャビティを形成し、該キャビティに電解Ｃｕメッキを施して、前記配線電極、前記電極端子及び貫通電極を形成する工程と、フォトレジストを除去し、前記シード層をエッチングにより除去する工程と、前記各工程により加工した少なくとも２個の圧電基板を圧電素子形成面を対向して積層して別のパターン済圧電基板に接合する工程と、前記接合済圧電基板の底面に耐熱性テープとダイシングフィルムを順次貼り付けた後、前記接合済圧電基板のみをダイシングにより個片に分割する工程と、前記ダイシングフィルムを除去した後、個片に分割した圧電基板を樹脂フィルムによりラミネートして樹脂封止する工程と、樹脂封止した圧電基板を個々の圧電部品にダイシングにより分割する工程と、からなることを特徴とする。

圧電部品の小型化及び圧電素子数を増す（高機能化）ことが可能になるとともに、圧電基板（ウェハ）単位で一括処理できるので、低価格化が実現できる。

以下、本発明の圧電部品及びその製造方法をＳＡＷデバイスの実施例について説明する。

圧電部品（ＳＡＷデバイス）
図１は、本発明の圧電部品の実施例であるＳＡＷデバイスを示す。

このＳＡＷデバイス１は、図１に示すように、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、水晶等の圧電基板あるいは基板上に形成された圧電機能を有する複数の、例えば３個のそれらの主面間に中空部Ｃを形成するように接合し、積層された圧電基板（ウェハ）２，３，４、これらの圧電基板２，３，４の主面に蒸着あるいはスパッタリングにより形成されたアルミ膜からなる櫛歯（ＩＤＴ）電極５，５ａ，５ｂと、素子配線を有し櫛歯電極５，５ａ，５ｂと端子電極８とを接続する配線電極６，６ａ，６ｂと、これらの配線電極６，６ａ，６ｂに接続された層間接続用電極１１を有し、少なくとも櫛歯電極５，５ａ，５ｂの外周を囲むように封止した封止樹脂１０と、からなる。さらに、圧電基板２，３，４のうち最上層の圧電基板２を除く他の圧電基板３，４を貫通して端子電極８に接続された貫通電極７，７ａ，を設け、封止樹脂１０により、圧電素子が形成された圧電基板２，３，４をそれらの主面間に中空部Ｃがそれぞれ形成されるように封止・積層する。ここで、封止樹脂１０の内壁面には、環状の外囲電極９が設けられている。また、圧電基板２，３，４の間には、層間接続用電極１１が、それぞれ設けられている。

また、ＳＡＷデバイス１には、貫通電極７，７ａを複数個設け、圧電素子能動面と圧電素子の裏面側に配線電極をそれぞれ設けてインダクタ成分とし、このインダクタ成分を用いてインピーダンス整合回路として圧電素子と組合せることができる。この回路構成により、線路長による分布定数回路が形成され、貫通孔で圧電基板の上面と下面にある配線で接続し、ミアンダ状に接続することで配線長の一部として用いることができる。

さらに、圧電基板の主面側、貫通電極、再配線層、あるいは絶縁層を用い、さらに重ね合わせる圧電基板の裏面側に配線を形成し、分布定数（浮遊容量、配線長）を用いて回路を形成し、インピーダンスのマッチングや位相の整合、及び圧電基板の櫛歯電極と組合わせて共振回路を形成する。

また、配線電極６を構成する素子配線は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎのうちのいずれか一つを主成分とする材料、もしくは、これらの材料を混合し、あるいは多層化した配線から構成する。

さらに、圧電基板２，３，４の端子面には、感光性エポキシ樹脂、あるいは感光性ポリイミド樹脂等の材料からなるインピーダンス回路、コンダクタンス回路、インダクタンス回路及び端子電極が設けられている。

また、素子配線が、圧電基板２，３，４の主面に複数形成され、すべての素子配線が同一電位になるように配線され、ついで、電解メッキにより貫通電極７，７ａを形成する際に、貫通電極７，７ａの形成部と素子配線とを電気的に接続できるようにしてある。

さらに、封止樹脂１０の外壁面及びＩＤＴ電極５、配線電極８の表面に、金を主成分とする金属層が形成されている。

また、圧電基板２，３，４のうちの少なくとも１つの圧電基板をガラス、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、カルド樹脂（フルオレン樹脂）、フッ素樹脂等の有機材料あるいはＳｉ等の一つからなる基材からなるようにしてもよい。

また、圧電部品１の表面の一部に、半導体素子からなる能動回路を積層する。

なお、本発明の圧電部品を構成する圧電素子は、弾性表面波（ＳＡＷ）素子のほかに、ＦＢＡＲ及びＭＥＭＳである。

圧電部品の製造方法
次に、本発明の圧電部品の製造方法を、その実施例であるＳＡＷデバイスの製造方法について、図２から図４に基づいて説明する。

まず、圧電基板（ウェハ）の主面に蒸着あるいはスパッタリングによりＡｌから形成されたＩＤＴ電極及び配線電極を有するパターン済ウェハを準備し〔工程（１）〕、絶縁膜としてのＳｉＯ₂、ＳｉＮ等からなるパッシベーション膜をＩＤＴ電極及び配線電極上に圧電基板の主面全面にわたって形成する〔工程（２）〕。

次に、フォトレジストをパッシベーション膜表面に塗布し〔工程（３）〕、フォトリソグラフィによる露光・現像によりパッシベーション膜面下の配線電極部を露出させ〔工程（４）〕、エッチングにより配線電極部表面のパッシベーション膜を除去する〔（工程５）〕。

さらに、フォトレジストを圧電基板全面に塗布し〔工程（６）〕、フォトリソグラフィによる露出・現像により後工程のＣｕ／Ｃｕ電解メッキ用のシード層を形成し〔工程（７）〕、配線電極部の上面のシード層にＣｕ及びＳｎ電解メッキを施す〔工程（８）〕。ここで、シード層は、Ｔｉ／Ｃｕ等で形成された場合には、Ｃｕ／Ｓｎ電解メッキとなり、また、Ｔｉ／Ａｌで形成された場合には、亜鉛酸塩処理と無電解Ｎｉ／Ｓｎメッキとなる。そして、電解メッキした面にカバーフィルムをラミネートした後〔工程（９）〕、圧電基板の裏面をダイヤモンド砥石等を用いたグラインダーにより研磨して、その厚みを所定の厚み（例えば、１５０μｍ）になるように薄くする〔工程（１０）〕。

さらに、前工程〔工程（１０）〕のバックグラインディングで、圧電基板の裏面を砥粒の粗さ２０００番程度のグラインダーで研磨したので、圧電基板の裏面に回転による切削痕が残っていて、この切削痕が圧電基板のクラックの原因となる。そこで、圧電基板のクラックを防止するために、図３に示すように、サンドブラストを圧電基板の裏面に施し、該裏面粗面を形成する〔工程（１１）〕。

次いで、圧電基板の裏面にフォトレジストを塗布し〔工程（１２）〕、フォトリソグラフィによる露光・現像により貫通電極を形成する孔の一部を形成する〔工程（１３）〕。

さらに、先のフォトレジストに形成された孔に沿ってサンドブラスト、エキシマレーザーあるいはドライエッチングにより、圧電基板をその裏面から荒削りし、ＨＦとＨＮＯ₃の溶液によるウエットエッチングにより完全な貫通孔（ビアホール）を形成し〔工程（１５）〕、圧電基板の裏面から残存するフォトレジストを除去する〔工程（１６）〕。

次いで、配線電極上にメッキによる貫通電極形成用のシード層を形成する。さらに、スプレーコートにより圧電基板の裏面にフォトレジストを塗布し〔工程（１８）〕、フォトリソグラフィによるドライエッチングにより配線電極、電極端子及び貫通電極形成用のキャビティを形成し〔工程（１９）〕、該キャビティに電解ＣｕメッキによりＣｕをメッキして、貫通電極、配線電極及び電極端子を形成する〔工程（２０）〕。その後、レジストを除去し、シード層をエッチングにより除去する〔工程（２１）〕。

次いで、図４に示すように、このように加工した圧電基板（ウェハ）を圧電素子形成面を互いに対向させて接合し〔工程（２２）〕、補強用の耐熱性テープ、例えばカプトン（登録商標）テープを、図に示すように、圧電基板の底面に貼付け、さらに、この耐熱性テープの裏面にダイシング用のテープを貼り付け〔工程（２３）〕、個片にダイシングにより圧電基板のみ分割した後、ダイシングフィルムを除去する〔工程（２４）〕。ここで、各個片（圧電部品）は耐熱性テープにより保持されているから、バラバラにはならない。

ここで、圧電基板（ウェハ）の接合は、Ａｕ−Ａｕ熱圧着、Ｃｕ−Ｓｎ−ＣｕあるいはＡｕ−Ｉｎ金属の固相拡散による接合、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｕ−Ｓｉ、あるいはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ付もしくはＣｕ、ＡｇあるいはＡｕを用いたイオンビーム活性化による常温接合のいずれか一つによりなされる。

そして、耐熱性シート上の圧電基板に感光性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の有機材料からなる絶縁樹脂等、樹脂フィルムをラミネートして樹脂封止〔工程（２５）〕、封止樹脂が仮硬化した後〔工程（２６）〕、（これまでの工程により圧電素子を例えば２段に積層した圧電基板が得られる）耐熱性テープの底面にダイシングテープを貼付し〔工程（２７）〕、ダイシングにより個々の圧電部品に分割する〔工程（２８）〕。

ダイシング後、圧電部品から耐熱性テープを剥してから特性テストを行い〔工程（２９）〕、テーピングして〔工程（３０）〕から出荷する。

本発明の圧電部品及びその製造方法は、極めて高い信頼性及び機能が要求されるＳＡＷデバイス、圧電薄膜フィルタ、ＦＢＡＲ、ＭＥＭＳ等の圧電素子、部品及びそれらの製造方法に広く利用できる。

本発明の圧電部品の実施例であるＳＡＷデバイスの縦断面図を示す。本発明の圧電部品の実施例であるＳＡＷデバイスの製造方法のうち、パターン済ウェハの準備工程〔工程（１）〕からバックグラインディング工程〔工程（１０）〕までを示す。同じくサンドブラスト工程〔工程（１１）〕からレジスト除去／シード層エッチング工程〔工程（２１）〕までを示す。同じくウェハ接合工程〔工程（２２）〕からテーピング工程〔工程（３０）〕を示す。

符号の説明

１圧電部品（ＳＡＷデバイス）
２，３，４圧電基板（ウェハ）
５，５ａ，５ｂ櫛歯（ＩＤＴ）電極
６配線電極
７，７ａ貫通電極
８端子電極
９外囲電極
１０封止樹脂
Ｃ中空部

Claims

圧電基板の主面に櫛歯電極と該櫛歯電極に隣接して配設された素子配線を有する配線電極及び該配線電極に接続された電極端子を形成した少なくとも２個以上の圧電素子を各圧電素子間に中空部が形成されるように接合して積層し、貫通電極が前記各圧電基板を貫通して形成され、該貫通電極が前記電極端子に接続され、かつ、前記圧電基板が、樹脂封止層により封止されていることを特徴とする圧電部品。
前記貫通電極の下端部に表面実装用の端子電極が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
前記貫通電極を複数個設け、前記圧電素子の能動面とその裏面側に配線電極をそれぞれ設けてインダクタ成分とし、該インダクタ成分を用いてインピーダンス回路を構成し、前記圧電素子と組合せることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
前記圧電基板の主面に感光性エポキシ樹脂あるいは感光性ポリイミド樹脂からなるインピーダンス回路、コンダクタンス回路、インダクタンス回路及び電極端子が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
前記圧電基板の主面に前記素子配線を複数形成し、すべての前記素子配線が同一電位になるよう配線されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
前記封止樹脂の外壁面ならびに櫛歯電極及び配線電極の表面に金を主成分とする金属層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
前記圧電基板のうち少なくとも１個の前記圧電基板をガラス、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、カルド樹脂、フッ素樹脂あるいはＳｉのいずれか一つから構成したことを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
前記圧電素子が、弾性表面波素子であることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
前記圧電素子が、ＦＢＡＲであることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
前記圧電素子が、ＭＥＭＳであることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
前記素子配線が、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎのうちのいずれか一つを主成分とする材料、あるいはこれらの材料を混合し、多層化した配線であることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
前記圧電基板が、ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃あるいは水晶等の圧電基板、もしくは前記圧電基板上に形成した圧電機能部を有する圧電基板であることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
櫛歯電極及び配線電極を主面に形成した圧電基板を用意し、該主面に保護膜を形成する工程と、
フォトリソグラフィ・ドライエッチングにより前記櫛歯電極及び前記配線電極部の表面の前記保護膜を除去して露出させる工程と、
フォトリソグラフィにより前記配線電極部の表面にシード層を形成する工程と、
前記シード層にＣｕ及びＳｎ電解メッキを施す工程と、
前記電解メッキを施した面全体にカバーフィルムをラミネートする工程と、
前記圧電基板の裏面を所定量研磨してその厚みを薄くした後、さらに該裏面にサンドブラストを施す工程と、
フォトリソグラフィとサンドブラストにより前記圧電基板の裏面に貫通孔の一部を形成する工程と、
ウエットエッチング、サンドブラスト、エキシマレーザーあるいはドライエッチングもしくはこれらの組合せにより完全な貫通孔を形成する工程と、
前記圧電基板の裏面に残存するフォトレジストを除去した後、前記配線電極上にシード層を形成する工程と、
フォトリソグラフィにより配線電極、電極端子及び貫通電極形成用のキャビティを形成し、該キャビティに電解Ｃｕメッキを施して、前記配線電極、前記電極端子及び貫通電極を形成する工程と、
フォトレジストを除去し、前記シード層をエッチングにより除去する工程と、
前記各工程により加工した少なくとも２個の圧電基板を圧電素子形成面を対向して積層して別のパターン済圧電基板に接合する工程と、
前記接合済圧電基板の底面に耐熱性テープとダイシングフィルムを順次貼り付けた後、前記接合済圧電基板のみをダイシングにより個片に分割する工程と、
前記ダイシングフィルムを除去した後、個片に分割した圧電基板を樹脂フィルムによりラミネートして樹脂封止する工程と、
樹脂封止した圧電基板を個々の圧電部品にダイシングにより分割する工程と、からなる圧電部品の製造方法。
前記貫通電極が、メッキ、溶融はんだによる埋め込み、あるいは導電性ペーストによる埋め込みのいずれか一つにより形成されることを特徴とする請求項１３に記載の圧電部品の製造方法。
前記圧電基板の接合が、Ａｕ−Ａｕ熱圧着、Ｃｕ−Ｓｎ−ＣｕあるいはＡｕ−Ｉｎ金属の固相拡散による接合、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｕ−Ｓｉ、あるいはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ付もしくはＣｕ、ＡｇあるいはＡｕを用いたイオンビーム活性化による常温接合のいずれか一つによりなされることを特徴とする請求項１３に記載の圧電部品の製造方法。
前記圧電基板の圧電素子能動面を保護テープで保護した後、前記圧電基板の裏面をダイヤモンド砥石などで研磨し、薄型化したことを特徴とする請求項１３に記載の圧電部品の製造方法。
前記圧電基板の裏面を研磨した後、サンドブラストにより該裏面を粗面化したことを特徴とする請求項１３に記載の圧電部品の製造方法。
前記圧電基板の接合後に、前記裏面を研磨して薄型化することを特徴とする請求項１３に記載の圧電部品の製造方法。
前記圧電基板の接合前に、前記裏面を研磨して薄型化することを特徴とする請求項１３に記載の圧電部品の製造方法。
前記貫通電極を、前記圧電基板を積層した後、メッキにより形成したことを特徴とする請求項１３に記載の圧電部品の製造方法。
前記ウエットエッチングにＨＦとＨＮＯ₃の溶液を用いることを特徴とする請求項１３に記載の圧電部品の製造方法。