JP2015002381A - 弾性波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】チップ強度を高めること。
【解決手段】チップ１０と、前記チップの主面１１上に形成された弾性波素子１５と、前記チップの主面上に形成され、前記弾性波素子に電気的に接続された第１パッド１２と、前記チップの主面に対向する主面２１を有する基板２０と、前記基板の主面上に形成された第２パッド２２と、前記第１パッドと前記第２パッドとの間に形成され、前記第１パッドと前記第２パッドとを電気的に接続する第１バンプ３０と、前記チップと前記基板との間に形成され、前記基板と直接接触している第２バンプ３２と、を具備する弾性波デバイス。
【選択図】図８

Description

本発明は、弾性波デバイスに関し、例えば弾性波素子が形成されたチップをバンプを用い基板に実装した弾性波デバイスに関する。

弾性波デバイスは、携帯電話等の移動体通信機器に用いられている。近年、移動体通信機器等におけるシステムの多様化および高性能化に伴い、弾性波デバイスは、小型化および低背化が求められている。特許文献１および２には、チップを薄膜化する方法が記載されている。チップを薄膜化することにより、弾性波デバイスを小型化および低背化できる。

特開２００２−１００５８８号公報 特開２０１２−１８６７６１号公報

薄膜化したチップの下面と基板の上面とを対向させ、バンプを用いチップを基板にフリップチップ接合する実装方法がある。この実装方法を弾性波デバイスに適用する場合、基板の上面とチップに下面との間にアンダーフィルを形成することができない。チップの下面に弾性波を励振する励振電極が形成されているためである。励振電極がアンダーフィルに覆われると、弾性波を励振することができなくなる。弾性波デバイスでは、アンダーフィルが形成されていないため、チップが上方から押された場合のチップ強度が低い。

チップの強度を高めるため、フリップチップに用いるバンプの数を増やすことが考えられる。しかしながら、バンプ数が多くなると、チップ面積が大きくなる。また、バンプの接合の安定性が低くなる。さらに、特性に影響する。このように、バンプ数を増やすことなく、チップ強度を高めることが求められている。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、チップ強度を高めることを目的とする。

本発明は、チップと、前記チップの主面上に形成された弾性波素子と、前記チップの主面上に形成され、前記弾性波素子に電気的に接続された第１パッドと、前記チップの主面に対向する主面を有する基板と、前記基板の主面上に形成された第２パッドと、前記第１パッドと前記第２パッドとの間に形成され、前記第１パッドと前記第２パッドとを電気的に接続する第１バンプと、前記チップと前記基板との間に形成され、前記基板と直接接触している第２バンプと、を具備することを特徴とする弾性波デバイスである。

上記構成において、前記第２バンプと前記第２パッドとは電気的に接続されていない構成とすることができる。

上記構成において、前記第１バンプと前記第２バンプとの体積は実質的に同じである構成とすることができる。

上記構成において、前記基板の主面と反対側の面に形成され、前記第２パッドと電気的に接続するパッドを具備する構成とすることができる。

上記構成において、複数の前記チップを具備する構成とすることができる。

本発明によれば、チップ強度を高めることができる。

図１（ａ）から図１（ｃ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの平面図である。 図２は、比較例１に係る弾性波デバイスの断面図である。 図３（ａ）から図３（ｃ）は、比較例２に係る弾性波デバイスの平面図である。 図４は、比較例２に係る弾性波デバイスの断面図である。 図５は、実施例１に係る弾性波デバイスに用いるチップの平面図である。 図６（ａ）および図６（ｂ）は、共振器を示す平面図である。 図７（ａ）から図７（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図である。 図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの断面図である。 図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例１におけるバンプの寸法例を示す断面図である。 図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの平面図である。

図１（ａ）から図１（ｃ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの平面図である。図１（ａ）は、チップの平面図、図１（ｂ）は、基板の平面図、図１（ｃ）はチップを実装した基板の平面図である。パッドおよびバンプをチップを透過し破線で示している。図１（ａ）を参照すると、チップ１０の下面１１には、弾性波素子１５が形成されている。チップ１０の下面１１にパッド１２が形成されている。パッド１２上にバンプ３０が形成されている。パッド１２は弾性波素子１５と電気的に接続されている。

図１（ｂ）を参照すると、基板２０の上面２１にパッド２２および環状金属層２４が形成されている。図１（ｃ）を参照すると、弾性波デバイス１０６において、チップ１０が基板２０にフリップチップ実装される。バンプ３０は、パッド２２に接合する。

図２は、比較例１に係る弾性波デバイスの断面図であり、図１（ｃ）におけるＡ−Ａ断面図に相当する。基板２０は絶縁性基板であり、複数の絶縁層２０ａおよび２０ｂを含む。基板２０内に配線２５およびビア配線２６が形成されている。基板２０の上面２１には、パッド２２および環状金属層２４が形成されている。基板２０の下面には、フットパッド２８が形成されている。パッド２２とフットパッド２８とは、配線２５およびビア配線２６を介し電気的に接続されている。チップ１０は、基板２０にバンプ３０を用いフリップチップ接合されている。

チップ１０の下面１１には、弾性波素子１５が形成されている。弾性波素子１５は、弾性波を励振する励振電極を有している。励振電極は弾性波を励振するため、チップ１０の下面１１と基板２０の上面２１との間には空隙４６が形成される。このため、チップ１０の下面１１と基板２０の上面２１との間にアンダーフィル等の補強剤を形成することができない。よって、矢印５０のように、チップ１０の上面から衝撃に対し、チップ１０の割れまたは欠けが生じる。特に、弾性波デバイスの低背化のため、チップ１０を薄膜化すると、チップ１０の割れまたは欠けが発生し易くなる。

図３（ａ）から図３（ｃ）は、比較例２に係る弾性波デバイスの平面図である。図３（ａ）は、チップの平面図、図３（ｂ）は、基板の平面図、図３（ｃ）はチップを実装した基板の平面図である。図３（ａ）を参照すると、チップ１０の下面１１には、比較例１の図１（ａ）と比較し２個のパッド１２およびバンプ３１が追加して形成されている。その他の構成は、図１（ａ）と同じであり、説明を省略する。図３（ｂ）を参照すると、比較例２の基板２０は比較例１と同じであり説明を省略する。図３（ｃ）を参照すると、弾性波デバイス１０８において、追加したバンプ３１も含め全てのバンプ３０がパッド２２に接合される。その他の構成は、図１（ｃ）と同じであり、説明を省略する。

図４は、比較例２に係る弾性波デバイスの断面図であり、図３（ｃ）におけるＡ−Ａ断面図に相当する。追加したバンプ３１およびバンプ３０がパッド２２に接合されている。これにより、比較例２においては、チップ１０がバンプ３０に加えバンプ３１により補強されるため、チップ１０の強度が高くなる。

しかし、バンプ３０および３１は、フリップチップ接合により潰れる。このため、パッド１２、１３および２２の大きさはバンプ３０および３１の潰れた大きさを考慮して設定される。これにより、バンプ３１を追加すると、チップ１０のサイズが大きくなる。よって、比較例２は、比較例１に対し、小型化が難しくなる。また、バンプ３０の接合性はバンプ３０の数が少ない方がよい。よって、比較例２は比較例１に比べバンプ３０の接合性が悪い。さらに、比較例２において、金属が追加されることにより、各パッド間の容量性結合が増える等の電気的特性に影響する。

図５は、実施例１に係る弾性波デバイスに用いるチップの平面図である。図５を参照すると、チップ１０の下面１１（主面）には、パッド１２（第１パッド）および１３、配線１４並びに共振器１６が形成されている。チップ１０は、例えばタンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム等の圧電基板を含む。また、チップ１０は、サファイア等を主に含む支持基板と、支持基板下に貼り付けられた圧電基板と、を含んでもよい。パッド１２、１３および配線１４は、圧電基板の下面に形成された金属層であり、例えば圧電基板側からＡｌ（アルミニウム）膜、Ｔｉ（チタン）膜およびＡｕ（金）膜を有する。共振器１６は、ＩＤＴ（Interdigital Transducer）１８と反射器１９とを有する。ＩＤＴ１８および反射器１９は、圧電基板下面に形成された金属膜であり、例えばＣｕを含むＡｌである。共振器１６として、直列共振器Ｓ１からＳ５および並列共振器Ｐ１からＰ３が形成されている。

パッド１２および１３下にはそれぞれバンプ３０（第１バンプ）および３２（第２バンプ）が形成されている。バンプ３０および３２は、金属を主に含み、例えばＡｕスタッドバンプである。バンプ３０および３２は半田バンプでもよい。バンプ３０は、入力端子Ｉｎとして機能するバンプ、出力端子Ｏｕｔとして機能するバンプ、グランド端子Ｇｎｄとして機能するバンプがある。バンプ３２は、グランド端子Ｇｎｄとして機能する。バンプ３２はフローティングでもよい。入力端子Ｉｎと出力端子Ｏｕｔとの間に、直列共振器Ｓ１からＳ５が配線１４を介し直列に接続されている。入力端子Ｉｎと出力端子Ｏｕｔとの間に、並列共振器Ｐ１からＰ３が配線１４を介し並列に接続されている。並列共振器Ｐ１からＰ３の一端と、反射器はそれぞれグランド端子Ｇｎｄに接続されている。これにより、ラダー型フィルタが形成される。

図６（ａ）および図６（ｂ）は、共振器を示す平面図である。図６（ａ）を参照すると、図５においては、共振器１６のＩＤＴ１８および反射器１９を省略して図示している。図６（ｂ）を参照すると、ＩＤＴ１８および反射器１９は、圧電基板下面に形成された金属膜である。ＩＤＴ１８は、２つの櫛型電極を有する。反射器１９は、ＩＤＴの弾性波の伝搬方向の両側に形成されている。なお、電極指の対数は任意に設定できる。

図７（ａ）から図７（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図である。図７（ａ）は、チップの平面図、図７（ｂ）は、基板の平面図、図７（ｃ）はチップを実装した基板の平面図である。図７（ａ）を参照すると、チップ１０は、図５に図示したチップであり、比較例２の図３（ａ）と同じであり、説明を省略する。図７（ｂ）を参照すると、実施例１の基板２０は、パッド２２が形成されていない領域３４にバンプ３２が接合する。その他の構成は比較例２の図３（ｂ）と同じであり説明を省略する。図７（ｃ）を参照すると、弾性波デバイス１００において、チップ１０が基板２０にフリップチップ実装されている。その他の構成は、図３（ｃ）と同じであり、説明を省略する。

図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図８（ａ）は、図７（ｃ）のＡ−Ａ断面図である。図８（ａ）を参照すると、基板２０は、絶縁性基板であり、例えばセラミックまたは樹脂を主に含む。基板２０は、例えば複数の絶縁層２０ａおよび２０ｂを有する多層基板である。基板２０の上面２１（主面）とチップ１０の下面１１とが対向している。基板２０の上面２１にはバッド２２（第２パッド）および環状金属層２４が形成されている。パッド２２および環状金属層２４は、基板２０側から、例えばＴｉ膜およびＡｕ膜を含む。基板２０に、基板２０を構成する絶縁層２０ａおよび２０ｂを貫通するビア配線２６と、絶縁層２０ａおよび２０ｂの界面に形成された配線２５と、が形成されている。基板２０の下面（上面２１の反対側の面）には外部と電気的に接続されるフットパッド２８が形成されている。フットパッド２８は配線２５およびビア配線２５を介しパッド２２と電気的に接続されている。パッド２２、環状金属層２４、配線２５、ビア配線２６およびバッド２８は、ＡｕまたはＣｕ等の金属を主に含む。

バンプ３０は、パッド１２と２２との間に設けられ、パッド１２と２２とを電気的にかつ機械的に接続する。バンプ３２は、パッド２２が形成されていない基板２０の上面２１とチップ１０の下面１１との間に形成され、チップ１０と基板２０とを機械的に接続する。バンプ３０および３２の接合は、バンプ３０および３２がＡｕを主成分とする場合、チップ１０に加重をおよび超音波を加えることにより、バンプ３０および３２を基板２０に接合する。バンプ３０および３２が半田を主成分とする場合、チップ１０に加重および熱を加えることにより、バンプ３０および３２を基板２０に接合する。いずれの場合も、チップ１０に加重を加えるため、バンプ３０は潰れる。

図８（ｂ）を参照すると、基板２０上にチップ１０を囲むように封止部４０が形成されている。封止部４０は、チップ１０を封止する部材であり、例えば半田等の金属、または樹脂等の絶縁体である。封止部４０が半田の場合、環状金属層２４により封止部４０が基板２０に接合する。チップ１０上にリッド４２が配置されている。リッド４２は、金属板または絶縁板等の平板である。封止部４０およびリッド４２を覆うように保護膜４４が形成されている。保護膜４４は、金属膜または絶縁膜であり、例えばめっきされたＮｉ（ニッケル）膜である。封止部４０およびリッド４２により、チップ１０の下面１１と基板２０の上面２１との間に空隙４６が確保される。空隙４６により、ＩＤＴ１８および反射器１９の振動が妨げられない。

図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例１におけるバンプの寸法例を示す断面図である。図９（ａ）を参照すると、チップ１０を基板２０にフリップチップ実装する前において、バンプ３０および３２の高さＨ１および幅Ｌ１は、それぞれ４０μｍおよび７５μｍである。バンプ３０および３２はＡｕスタッドバンプである。パッド２２の膜厚Ｈ２は１０μｍである。チップ１０の厚さは例えば１００μｍである。

図９（ｂ）を参照すると、チップ１０を基板２０にフリップチップ実装した後において、バンプ３０の高さＨ３および幅Ｌ３は、それぞれ１５μｍおよび１２０μｍとなる。バンプ３２の高さＨ４および幅Ｌ４は、それぞれ２５μｍおよび９３μｍとなる。これにより、バンプ３２用のパッド１３は、バンプ３０用のパッド１２に対し面積を約６０％とすることができる。

図９（ａ）のように、フリップチップ工程前は、バンプ３０および３２の体積は実質的に同じである。図９（ｂ）のように、フリップチップ工程後は、バンプ３２に高さＨ４がバンプ３０の高さＨ３より大きくなる。このため、バンプ３２の幅Ｌ４はバンプ３０の幅Ｌ３より狭くなる。

実施例１によれば、バンプ３０と３２とがチップ１０と基板２０との間に設けられているため、図２の矢印５０のように、チップ１０の上面から衝撃に対し、チップ１０の強度が高くなる。バンプ３２は、機械的な補強のためのバンプであり、基板２０と電気的に接続されていなくともよい。そこで、バンプ３２の下にはパッド２２が形成されていない。すなわち、バンプ３２が基板２０に直接接触している。これにより、図９（ｂ）のように、バンプ３２の幅Ｌ４をバンプ３０より小さくできる。よって、弾性波デバイスの小型化が可能となる。または、チップ１０内の設計領域を広げることができる。また、フリップチップ工程において、バンプ３２にバンプ３０ほど潰れないため、バンプ３２の接合性にはほとんど影響しない。よって、実施例１は比較例２に比べバンプの接合性を高めることができる。さらに、パッド２２の面積が小さくなるため、パッド２２が電気的特性に影響することを抑制できる。

バンプ３２とパッド２２とが電気的に接続されていないことにより、バンプ３２を介した電気的結合が抑制される。よって、バンプ３２が電気的特性に影響することを抑制できる。

基板２０の上面２１と弾性波素子１５の振動領域との間に空隙４６が形成されている。これにより、ＩＤＴ等の振動の阻害を抑制できる。また、アンダーフィル等の補強剤が設けられていない場合でもチップ１０の強度を高めることができる。

スタッドバンプ等でバンプ３０および３２を形成した場合、バンプ３０と３２との体積は実質的に同じとなる。この場合も、図９（ｂ）のように、バンプ３２の幅Ｌ４を小さくできる。なお、実質的に同じ体積とは、例えば製造ばらつき等を含む範囲で同じという意味である。

実施例２は、弾性波デバイスが複数のチップを有する例である。図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの平面図である。図１０（ａ）は、チップの平面図、図１０（ｂ）は、基板の平面図、図１０（ｃ）はチップを実装した基板の平面図である。図１０（ａ）を参照すると、２つのチップ１０ａおよび１０ｂが準備される。２つのチップ１０ａおよび１０ｂは同じチップでもよいし、異なるチップでもよい。その他の構成は実施例１の図７（ａ）と同じであり、説明を省略する。

図１０（ｂ）を参照すると、実施例２の基板２０の上面２１には、チップ１０ａおよび１０ｂがそれぞれ実装されるパッド２２ａおよび２２ｂが形成されている。バンプ３２が接合する領域３４にはパッド２２が形成されていない。その他の構成は実施例１の図７（ｂ）と同じであり説明を省略する。図１０（ｃ）を参照すると、弾性波デバイス１０２において、チップ１０ａおよび１０ｂが基板２０にフリップチップ実装されている。その他の構成は、図７（ｃ）と同じであり、説明を省略する。

弾性波デバイス１０２は、例えば分波器である。チップ１０ａおよび１０ｂには、例えばそれぞれ受信フィルタおよび送信フィルタが形成されている。

チップ１０に形成される弾性波素子１５の例としてラダー型フィルタを例に説明したが、多重モードフィルタでもよい。弾性波素子１５は、共振器または分波器でもよい。弾性波素子１５の振動領域は、ＩＤＴの電極指を少なくとも含む。また、弾性波素子は圧電薄膜共振器を含んでもよい。弾性波素子が圧電薄膜共振器を含む場合、チップ１０は、絶縁基板または半導体基板として、ガラス基板、石英基板またはシリコン基板を含んでもよい。この場合、弾性波素子１５の振動領域は、共振領域を少なくとも含む。

本発明について実施例をもって詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ チップ
１１ 下面
１２、１３ パッド
１４ 配線
１６ 共振器
２０ 基板
２１ 上面
２２ パッド
２８ フットパッド
３０、３２ バンプ

Claims (5)

1. チップと、
   前記チップの主面上に形成された弾性波素子と、
   前記チップの主面上に形成され、前記弾性波素子に電気的に接続された第１パッドと、
   前記チップの主面に対向する主面を有する基板と、
   前記基板の主面上に形成された第２パッドと、
   前記第１パッドと前記第２パッドとの間に形成され、前記第１パッドと前記第２パッドとを電気的に接続する第１バンプと、
   前記チップと前記基板との間に形成され、前記基板と直接接触している第２バンプと、
   を具備することを特徴とする弾性波デバイス。
2. 前記第２バンプと前記第２パッドとは電気的に接続されていないことを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイス。
3. 前記第１バンプと前記第２バンプとの体積は実質的に同じであることを特徴とする請求項１または２記載の弾性波デバイス。
4. 前記基板の主面と反対側の面に形成され、前記第２パッドと電気的に接続するパッドを具備することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
5. 複数の前記チップを具備することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の弾性波デバイス。

Images