JP4556568B2 - 弾性表面波装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に外部からの圧力に強い弾性表面波装置の製造方法に関するものである。

従来、この種の弾性表面波装置は、アルミナよりなる実装基板の上面に半田バンプを形成し、弾性表面波素子を表面波伝搬面が下となるように半田バンプにより接合し、弾性表面波素子の周囲を封止樹脂層で被覆しているものである。

図７（ａ）は従来の弾性表面波装置を示すものであり、封止樹脂１と、実装基板２と、半田バンプ３と、弾性表面波素子４とから構成されている。

しかしながら、前記従来の構成では、弾性表面波素子と実装基板との接続に用いているバンプは半田材料のみで形成されており、外装も樹脂層のみで構成されているため、外部から強い圧力が掛かると図７（ｂ）に示すようにバンプが大きく潰れ、ショート不良など電気特性に不具合を生じることがあるという課題を有していた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献としては、例えば特許文献１が知られている。
特開平８−２０４４９７号公報

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、外装構造に特別な強度がない場合であっても、外部から強い圧力が掛かった際のバンプの潰れが抑制され、ショート不良など電気特性の不具合を回避できる弾性表面波装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、実装基板のパッド電極上に柱状のコア材料を形成する工程と、実装基板上にパッド電極に対応した開口部を持つメタルマスクを用いてハンダ材料を印刷する工程と、実装基板をリフロー炉に通すことによってハンダ材料を溶融させてバンプを形成する工程と、ＬｉＴａＯ ₃ 単結晶を用いた弾性表面波素子をバンプ上に乗せリフロー炉に通すことで弾性表面波素子を実装基板に実装する工程と、を備え、コア材料をハンダ材料よりも固く、かつ弾性表面波素子よりも相対的に柔らかいものを用いたものである。

本発明の弾性表面波装置は、弾性表面波素子と実装基板を接続するバンプを、半田の内部にはんだ材料よりも相対的に固いコア材料を有する構成としたので、外部から強い圧力が掛かった際のバンプの潰れが抑制され、ショート不良など電気特性の不具合を回避することができる。

また、この弾性表面波装置を用いた電子部品モジュールは、高圧力での樹脂モールドが可能となり、小型化、低背化が可能で、かつ信頼性を高めることができるという効果が得られる。

さらに、この電子部品モジュールを用いた通信装置は、小型化および多機能化を可能にするという効果が得られる。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明における弾性表面波装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における弾性表面波装置の断面図である。

１１は弾性表面波素子である。弾性表面波素子１１にはＬｉＴａＯ₃単結晶を用いたが、水晶などの他の単結晶や圧電セラミックスなどを選択することができる。弾性表面波素子１１の主面には弾性表面波を励振するための櫛形電極１２ａ、ＰＡＤ電極１２ｂ、配線電極（図示なし）などが形成されている。これらの電極材料としては特に限定されないが、櫛形電極１２ａには軽量なＡｌあるいはＡｌ合金を用いることが望ましく、ＰＡＤ電極１２ｂには、はんだ材料との接続信頼性を高めるため、最表面にＡｕを含む材料を用いることが望ましい。弾性表面波素子１１の主面に形成する電極パターンは、特に限定されず、従来より周知の弾性表面波フィルタや弾性表面波共振子などを形成することができる。

１３は実装基板である。実装基板１３にはアルミナを用いたが、他のセラミックスやガラスセラミックス、樹脂基板などの絶縁性材料を選択することができる。実装基板１３は、表面および裏面にＰＡＤ電極１４ａ、１４ｂを備え、内部には再配線層１５とこれらを接続するためのビア電極１６ａ、１６ｂが形成されている。なお、ここでは再配線層として電極層を１層で構成したが、必要に応じて２層以上の電極層を有する実装基板を用いてもよい。

実装基板１３に使用される電極材料は基板材料の種類に応じて、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｕなど適合可能な材料を選択することができる。そして、ＰＡＤ電極１４ａ、１４ｂの表面には、はんだ材料との接続信頼性を高めるため、Ｎｉ／Ａｕめっきなどを施すことが望ましい。なお、表面のＰＡＤ電極１４ａについては、小径化を図るため、ビア電極の上面に直接Ｎｉ／Ａｕめっきなどを施しただけでもよい。

弾性表面波素子１１は、励振部となる櫛形電極１２ａが形成された主面が下側になるように、実装基板１３の上面に配置され、バンプ１７で両者のＰＡＤ電極１２ｂと１４ａが固定され、かつ電気的にも接続されている。

バンプ１７は外層がはんだ材料１８であり、内部にはＣｕからなる球形のコア材料１９が存在している。はんだ材料１８にはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕを用いたが、その他の成分のものでもよい。また、それらの組成比についても、接続信頼性などの観点から適当なものを選択することができる。コア材料１９の形状はここでは球形のものを用いたが、直方体や円柱状など他の形状でもよい。また、１つのバンプ内に存在するコア材料の数は限定はされない。

弾性表面波素子１１と実装基板１３の間に弾性表面波の励振を阻害しないための振動空間２０が形成された形で、弾性表面波素子１１を覆うように実装基板１３上に封止樹脂２１で封止されている。封止樹脂２１の材料は特に限定されるものではないが、不純物が少ない点からエポキシ樹脂が望ましい。

コア材料１９の大きさは、接続後のバンプ高さの方向に、そのバンプの４０％以上の高さであることが好ましい。これは外部からの圧力が掛かった際、バンプの潰れによって弾性表面波素子１１と実装基板１３との振動空間２０の高さが４０％未満になると、ショート不良が著しく増加するからである。コア材料１９の高さが接続後のバンプの高さの４０％以上であると、外部から圧力が掛かっても振動空間２０の高さを４０％以上に保つことができる。一方、コア材料１９の高さの上限は接続後のバンプ高さ以下であればよい。

コア材料１９は、弾性表面波素子１１よりも相対的に柔らかいことが好ましい。これは外部から強い圧力が掛かった際、弾性表面波素子１１にクラックが発生するのを防止するためである。コア材料１９や弾性表面波素子１１の種類は相対的な柔らかさを比較して選択することができる。

なお、ここではコア材料１９としてＣｕを用いたが、導電率が高く、はんだ材料よりも相対的に固い材料であればＡｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌなど他の金属材料でもよい。金属材料は導電率が高いので、コア材料に金属材料を選ぶことで、バンプの電気抵抗が高くなることがない。

コア材料１９に樹脂材料を用いることによっても、外部からの圧力が掛かった際のバンプの潰れを抑制し、振動空間２０の高さを確保することができる。樹脂材料は、高弾性率のものを用いることによって、高い圧力が加わった際のバンプ１７の潰れを防止しつつ、はんだ材料の変形による歪みを緩和することができる。

樹脂材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、スルホン重合体などが挙げられるが、弾性率や降伏点が高いものが好ましい。リフロー時の耐熱性の観点から架橋樹脂がより好ましい。

コア材料１９に無機材料を用いることによっても、外部からの圧力が掛かった際のバンプの潰れを抑制し、振動空間２０の高さを確保することができる。無機材料としては、例えばセラミックス、ガラス、単結晶などを挙げることができる。この無機材料は絶縁性であっても構わない。無機材料は降伏点が高いため、外部からの圧力が掛かった際のバンプの潰れの抑制に、より効果があり、振動空間２０の高さを確実に確保することができる。

はんだ材料と密着性の悪い材料をコア材料として用いる場合は、コア材料の表面に中間層として、はんだ材料と密着性のよい金属をめっき等で形成することで密着性を高めることができる。

図２は本発明の実施の形態１における弾性表面波装置の製造方法を説明する図である。

まず、図２（ａ）に示すように、実装基板１３のＰＡＤ電極１４ａにフラックスを塗布した後、Ｃｕからなるコア材料１９を内蔵したはんだボール２２を乗せ、リフロー炉に通すことによって、図２（ｂ）に示すようにバンプ２３が形成される。

次に、バンプ上にフラックスを塗布した後、図２（ｃ）に示すように、主面に櫛形電極１２ａやＰＡＤ電極１２ｂなどの電極パターンが形成された弾性表面波素子１１を、その励振部が下側になるようにバンプ２３上に乗せる。そして、リフロー炉に通すことによって図２（ｄ）に示すように実装基板１３と弾性表面波素子１１がバンプ１７によって接続され、バンプ１７は外層がはんだ材料で内部にはＣｕからなるコア材料１９を有する構造となる。

図２では、予め実装基板１３上にバンプ２３を形成したが、図３に示すように、予め弾性表面波素子１１上にバンプ２３を形成することによっても同様な構造の弾性表面波装置を製造することができる。

また、図２および図３では、はんだボール２２を用いてバンプ２３を形成したが、図４に示すような製造方法でも可能である。すなわち、図４（ａ）に示すように、実装基板のＰＡＤ電極上にＡｕからなる柱状のコア材料を形成する。Ａｕからなる柱状のコア材料２４は、例えばワイヤーボンダーなどを用いて、ＰＡＤ電極１４ａ上に形成する。

次に、図４（ｂ）に示すように、実装基板１３上にＰＡＤ電極１４ａに対応した開口部を持つメタルマスク２５を置き、図４（ｃ）に示すようにスキージ２６を用いてはんだペースト２７を印刷し、図４（ｄ）に示すようにメタルマスク２５を取り除いた後、リフロー炉に通すことによって、図４（ｅ）に示すようにバンプ２８ａが形成される。その後、図４（ｆ）に示すように弾性表面波素子１１をバンプ２８ａ上に乗せ、リフロー炉に通すことで図４（ｇ）に示すように実装され、バンプ２８ｂは外層がはんだ材料で内部にはＡｕからなるコア材料２４を有する構造となる。

最後に、図２〜４に示したような方法で弾性表面波素子１１が実装された実装基板１３の上に、弾性表面波素子１１を覆うように封止樹脂２１で封止することによって、本発明の弾性表面波装置が得られる。

樹脂封止の工法は特に限定はされず、既知の工法を用いて製造することができるが、例えば、エポキシ樹脂を軟化あるいは流動化させた状態で所定の形状になるように弾性表面波素子１１および実装基板１３上に形成し、熱硬化させることによって封止することができる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明における電子部品モジュールについて、図面を参照しながら説明する。

図５は、本発明の実施の形態２における電子部品モジュールの断面図である。

３１は回路基板である。回路基板３１にはガラスセラミックスを用いたがセラミックスや樹脂材料など他の材料でもよい。回路基板３１の内部には、内層電極３７によってインダクタやキャパシタなどの機能が形成されている。

内層電極３７の材料としては、導電率の高いＡｇやＣｕが望ましいが、回路基板の材料に適合したその他の電極材料を選択することができる。

回路基板３１に、はんだ材料の内部にはんだ材料よりも相対的に固いコア材料を有するバンプによりフリップチップ実装された弾性表面波装置１０１と半導体装置３３、チップインダクタ３４、チップコンデンサ３５、チップ抵抗３６などを表面実装し、これらの電子部品３９と回路基板３１の上面全体を封止樹脂３８で封止し、弾性表面波フィルタ内蔵型のアンテナスイッチフィルタとして電子部品モジュール１０２を構成している。

樹脂封止の方法としては、一般的にトランスファーモールドが用いられるが、この時、回路基板３１上に実装された電子部品には、例えば１００ｂａｒ程度の高圧力が掛かる。本発明の弾性表面波装置１０１を用いることによって、高圧力に耐えることができ、小型低背で信頼性の高い電子部品モジュールを得ることができる。

電子部品モジュールとしては、ここでは弾性表面波フィルタ内蔵型のアンテナスイッチフィルタについて説明したが、その他の弾性表面波装置を内蔵した電子部品モジュールを構成することもできる。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明における通信装置について、図面を参照しながら説明する。

図６は本発明の実施の形態３における通信装置１０３のブロック図の一部である。図６において、アンテナ４１にダイプレクサ４２が接続されており、２つの周波数帯域を分離している。ダイプレクサにはそれぞれアンテナスイッチ４３ａ、４３ｂが接続されており、さらにそれぞれのアンテナスイッチの受信側にバンドパスフィルタ４４ａ、４４ｂ、送信側にローパスフィルタ４５ａ、４５ｂが接続されている。それぞれのバンドパスフィルタにはＬＮＡ４６ａ、４６ｂが接続されており、それぞれのローパスフィルタにはカプラ４７ａ、４７ｂおよびパワーアンプ４８ａ、４８ｂが接続されている。

４９は弾性表面波フィルタ内蔵のアンテナスイッチフィルタとして１つの電子部品モジュールで構成されており、バンドパスフィルタとして本発明の弾性表面波装置が用いられている。

このように複数の部品を本発明の弾性表面波装置を内蔵した信頼性の高い小型、低背の電子部品モジュールで構成することによって、通信装置の小型化を実現している。

なお、電子部品モジュールとして、ここでは弾性表面波フィルタ内蔵のアンテナスイッチフィルタを用いたが、さらにその他の電子部品を電子部品モジュールに取り込んで使用することによって、通信装置の小型化や同サイズでの多機能化をより進めることができる。

以上のように本発明にかかる弾性表面波装置は、外部から強い圧力が掛かった際のバンプの潰れが抑制され、ショート不良など電気特性の不具合を回避することができるので、製造時に高い圧力が掛かる電子部品モジュールや、この電子部品モジュールを用いた通信装置等に有用である。

本発明にかかる弾性表面波装置は、外部から強い圧力が掛かった際のバンプの潰れが抑制され、ショート不良など電気特性の不具合を回避することができるので、耐圧力が必要な電子部品モジュールや通信装置等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における弾性表面波装置の断面図 本発明の実施の形態１における弾性表面波装置の製造方法を説明する図 本発明の実施の形態１における弾性表面波装置の製造方法を説明する図 本発明の実施の形態１における弾性表面波装置の製造方法を説明する図 本発明の実施の形態２における電子部品モジュールの断面図 本発明の実施の形態３における通信装置のブロック図 従来の弾性表面波装置の断面図

１１ 弾性表面波素子
１２ａ 櫛形電極
１２ｂ ＰＡＤ電極
１３ 実装基板
１４ａ、１４ｂ ＰＡＤ電極
１５ 再配線層
１６ａ、１６ｂ ビア電極
１７ バンプ
１８ はんだ材料
１９ コア材料
２０ 振動空間
２１ 封止樹脂
３１ 回路基板
３８ 封止樹脂
３９ 電子部品
１０１ 弾性表面波装置
１０２ 電子部品モジュール
１０３ 通信装置

Claims (2)

1. 実装基板のパッド電極上に柱状のコア材料を形成する工程と、前記実装基板上に前記パッド電極に対応した開口部を持つメタルマスクを用いてハンダ材料を印刷する工程と、前記実装基板をリフロー炉に通すことによって前記ハンダ材料を溶融させてバンプを形成する工程と、ＬｉＴａＯ ₃ 単結晶を用いた弾性表面波素子を前記バンプ上に乗せリフロー炉に通すことで前記弾性表面波素子を前記実装基板に実装する工程と、を備え、前記コア材料を前記ハンダ材料よりも固く、かつ前記弾性表面波素子よりも相対的に柔らかいものを用いたことを特徴とする弾性表面波装置の製造方法。
2. コア材料は、金属であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波装置の製造方法。

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