JP6368091B2 - モジュール - Google Patents

Description

本発明は、モジュールに関し、例えばモジュール基板の内部に弾性波デバイスが埋め込まれたモジュールに関する。

弾性波デバイスの小型化の要求に対して、パッケージ基板上に弾性波チップを実装した後、弾性波チップを封止部によって封止する構造が提案されている。また、高い気密性を確保するために、封止部にはんだ等の金属を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２０３１４９号公報

金属製の封止部によって弾性波チップを封止する場合、封止部がグランドに電気的に接続されていないと、弾性波チップやパッケージ基板に形成されたパターン同士が封止部を介して容量結合し、電気特性が劣化してしまう。封止部をグランドに電気的に接続させる方法として、例えばパッケージ基板にビア配線を設け、このビア配線を介して封止部を弾性波デバイスのグランド端子に電気的に接続させることが考えられる。しかしながら、この場合、ビア配線を設ける領域を確保するために、パッケージ基板が大型化し、その結果、弾性波デバイスが大型化してしまう。また、弾性波デバイスのグランド端子と封止部とがパッケージ基板を貫通するビア配線によって電気的に接続されているため、例えば弾性波チップの信号に繋がる配線パターンと封止部とが容量結合した場合、電気特性の劣化が生じてしまう。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、小型で且つ電気特性が良好な弾性波デバイスを得ることが可能なモジュールを提供することを目的とする。

本発明は、モジュール基板と、前記モジュール基板の内部に埋め込まれ、パッケージ基板の上面に実装された弾性波チップと、前記パッケージ基板上に設けられ、前記弾性波チップを封止する金属製の封止部と、前記パッケージ基板の下面に設けられ、前記弾性波チップに電気的に接続されたグランド端子と、を含む弾性波デバイスと、を備え、前記グランド端子と前記封止部とは、前記モジュール基板に設けられたビア配線を介してグランドに電気的に接続され、前記弾性波デバイス内では互いに電気的に接続されてなく、前記封止部は、前記弾性波チップに対して前記パッケージ基板とは反対側で前記弾性波デバイスと重なって前記モジュール基板に設けられた前記ビア配線を介して前記モジュール基板の表面に設けられたグランド用パッドに接続されることを特徴とするモジュールである。

上記構成において、前記パッケージ基板は、単層基板である構成とすることができる。

上記構成において、前記封止部は、複数の前記ビア配線を介して前記グランド用パッドに電気的に接続される構成とすることができる。

上記構成において、前記封止部は、前記弾性波チップの周りを囲んで設けられた半田封止部と、前記弾性波チップ上に設けられた金属リッドと、を含む構成とすることができる。

上記構成において、前記弾性波チップは、弾性表面波チップ又は圧電薄膜共振子チップを含む構成とすることができる。

本発明によれば、小型で且つ電気特性が良好な弾性波デバイスを得ることができる。

図１（ａ）は、比較例１に係る弾性波デバイスを示す断面図であり、図１（ｂ）は、パッケージ基板の上面図である。 図２（ａ）は、比較例２に係る弾性波デバイスを示す断面図であり、図２（ｂ）は、パッケージ基板の上面図である。 図３は、実施例１に係るモジュールを示す断面図である。 図４は、実施例１のモジュール内に内蔵された弾性波デバイスを示す断面図である。 図５（ａ）は、パッケージ基板の上面図であり、図５（ｂ）は、パッケージ基板の断面図であり、図５（ｃ）は、パッケージ基板の下面図である。 図６は、弾性波チップを実装する前のウエハを示す上面図である。 図７は、圧電薄膜共振子チップを示す断面図である。

まず、比較例に係る弾性波デバイスについて説明する。図１（ａ）は、比較例１に係る弾性波デバイスを示す断面図であり、図１（ｂ）は、パッケージ基板の上面図である。なお、図１（ａ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ間に相当する箇所の断面を示している。図１（ａ）及び図１（ｂ）のように、パッケージ基板７０の上面に、接続端子７６と金属製のシールリング８６とが設けられている。接続端子７６に、弾性波チップ７２がバンプ７４によってフリップチップ実装されている。シールリング８６は、弾性波チップ７２を囲むように設けられている。シールリング８６の上面に接合すると共に弾性波チップ７２の側面に接合された半田封止部８８と、弾性波チップ７２上に設けられた金属リッド９０と、を含む金属製の封止部９２によって、弾性波チップ７２は封止されている。封止部９２を覆うように金属膜９４が設けられている。

パッケージ基板７０の下面には、弾性波デバイスの外部端子として信号端子７８及びグランド端子８０が設けられている。接続端子７６と信号端子７８及びグランド端子８０とは、パッケージ基板７０を貫通するビア配線８２によって電気的に接続されている。つまり、弾性波チップ７２は、信号端子７８及びグランド端子８０に電気的に接続されている。封止部９２も、パッケージ基板７０を貫通するビア配線８４を介して、グランド端子８０に電気的に接続されている。

比較例１によれば、封止部９２をグランドに電気的に接続させるために、パッケージ基板７０にビア配線８４を設け、このビア配線８４を介して封止部９２をグランド端子８０に電気的に接続させている。この場合、ビア配線８４を設ける領域を確保するためにシールリング８６の幅を広げることになり、パッケージ基板７０が大型化し、その結果、弾性波デバイスが大型化してしまう。また、弾性波デバイス内でグランド端子８０と封止部９２とがビア配線８４を介して電気的に接続されているため、例えば封止部９２が弾性波チップ７２の信号に繋がるパターン等の他のパターンと容量結合した場合、高周波電気特性の劣化が生じてしまう。さらに、例えばパッケージ基板７０が単層基板である場合には、シールリング８６の直下にグランド端子８０がある場所でしかビア配線８４を介して封止部９２をグランド端子８０に電気的に接続させることができないとの制約がある。このため、封止部９２のグランドの強化が不十分となる恐れがある。

図２（ａ）は、比較例２に係る弾性波デバイスを示す断面図、図２（ｂ）は、パッケージ基板の上面図である。なお、図２（ａ）は、図２（ｂ）のＡ−Ａ間に相当する箇所の断面を示している。比較例１では、シールリング８６を外側に広げることでビア配線８４を設ける領域を確保していたが、比較例２では、図２（ｂ）のように、シールリング８６を内側に広げることでビア配線８４を設ける領域を確保している。これにより、パッケージ基板７０が大型化することを抑制できる。しかしながら、図２（ａ）のように、パッケージ基板７０の上面と弾性波チップ７２との間までシールリング８６が延在するようになり、封止部９２を構成する半田封止部８８がパッケージ基板７０の上面と弾性波チップ７２との間まで入り込むようになる。これは、半田封止部８８は、シールリング８６上を半田が濡れ広がることで形成されるためである。この結果、弾性波チップ７２に形成されているパターンに半田が付着し易くなり、電気特性が悪化してしまう。また、比較例２においても、比較例１で説明したような容量結合による高周波電気特性の劣化は生じる。

そこで、以下において、小型で且つ電気特性が良好な弾性波デバイスを得ることが可能なモジュールの実施例について説明する。

図３は、実施例１に係るモジュールを示す断面図である。図３のように、実施例１のモジュール１００は、弾性波デバイス２００がモジュール基板１０の内部に埋め込まれて配置されている。弾性波デバイス２００は、例えば高周波信号を処理するデバイスである。モジュール基板１０は、絶縁層１２と配線層１４とが複数積層された多層配線基板である。積層された複数の配線層１４は、絶縁層１２を貫通するビア配線１６によって互いに電気的に接続されている。配線層１４とビア配線１６とは、例えば銅等の金属で形成されている。絶縁層１２は、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、又は熱可塑性の液晶ポリマーシート等により形成されている。

ここで、モジュール１００内に収容・内蔵された弾性波デバイス２００について説明する。図４は、実施例１のモジュール内に内蔵された弾性波デバイスを示す断面図である。図４のように、弾性波デバイス２００は、セラミック、サファイア、又は窒化アルミニウム等の絶縁体からなるパッケージ基板２０の平坦上面に、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）チップ２２がバンプ２４によってフリップチップ実装されている。ＳＡＷチップ２２は、圧電基板２６と、圧電基板２６のパッケージ基板２０と向かい合う側の面に設けられたＩＤＴ（Interdigital Transducer）２８と、を含む。圧電基板２６は、例えばタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウム等の圧電材料からなる。ＩＤＴ２８は、例えば銅又はアルミニウム等の金属で形成されている。バンプ２４は、例えば銅、金、又は半田等の金属からなる。パッケージ基板２０の上面とＳＡＷチップ２２との間には空隙３０が形成されていて、ＩＤＴ２８は振動が抑制されないように空隙３０に露出している。バンプ２４も空隙３０に露出している。

ここで、パッケージ基板２０について説明する。図５（ａ）は、パッケージ基板の上面図であり、図５（ｂ）は、パッケージ基板の断面図であり、図５（ｃ）は、パッケージ基板の下面図である。なお、図５（ｂ）は、図５（ａ）及び図５（ｃ）のＡ−Ａ間の断面図である。図５（ａ）から図５（ｃ）のように、パッケージ基板２０の上面に、接続端子３２とシールリング３４とが設けられている。パッケージ基板２０の部材として、例えばセラミック、サファイア等を用いることができる。シールリング３４は、パッケージ基板２０の上面内の外周部分に、外周に沿って設けられている。接続端子３２は、シールリング３４よりも内側に設けられている。接続端子３２とシールリング３４とは、例えば銅等の金属で形成されている。

パッケージ基板２０の下面に、弾性波デバイス２００の外部接続用の端子である外部端子３６が設けられている。外部端子３６は、信号端子及びグランド端子を含む。外部端子３６は、例えば銅等の金属で形成されている。パッケージ基板２０の上面に設けられた接続端子３２と、下面に設けられた外部端子３６とは、パッケージ基板２０を貫通するビア配線３８を介して電気的に接続されている。ビア配線３８は、例えば銅等の金属で形成されている。パッケージ基板２０の上面に設けられたシールリング３４下にはビア配線は設けられてなく、シールリング３４は外部端子３６に電気的に接続されていない。パッケージ基板２０は、例えば単層基板からなり、内部にパッケージ基板２０の上面に平行な方向に延在する配線が設けられていない。

図４のように、バンプ２４は接続端子３２に接合されていることから、ＳＡＷチップ２２は外部端子３６に電気的に接続されている。シールリング３４は、ＳＡＷチップ２２よりも外側に、ＳＡＷチップ２２を囲んで設けられている。シールリング３４の上面に接合すると共にＳＡＷチップ２２の側面に接合した半田封止部４０と、ＳＡＷチップ２２上に設けられた平坦形状の金属リッド４２と、を含む金属製の封止部４４によって、ＳＡＷチップ２２は封止されている。金属リッド４２は、例えばコバール等の金属で形成されている。封止部４４を覆って、例えば銅等の金属膜４６が設けられている。

弾性波デバイス２００は、図６のように、多面取り構造を用いて製造することができる。図６は、弾性波チップを実装する前のウエハを示す上面図である。図６のように、ウエハ４８の上面に、図５（ａ）で説明した接続端子３２とシールリング３４とを含む複数のパターン４９がアレイ状に配置されている。また、図示はしないが、ウエハ４８の下面には、図５（ｃ）で説明した外部端子３６が設けられている。ウエハ４８の上面に設けられた接続端子３２と下面に設けられた外部端子３６とは、ウエハ４８を貫通するビア配線３８によって電気的に接続されている。ウエハ４８は、例えばサファイアである。サファイアを用いることで、温度特性の優れた弾性波デバイスを備えたモジュール基板を提供することができる。

複数のパターン４９それぞれにＳＡＷチップ２２をフリップチップ実装した後、例えばＳｎＡｇ系の半田シートとその上に重ね合わせた金属リッド４２との積層体を複数のＳＡＷチップ２２上に配置し、積層体を上側から加熱・加圧する。これにより、複数のＳＡＷチップ２２間の間隙に半田が充填される。半田は、シールリング３４上を濡れ広がった後に固化して、シールリング３４の上面とＳＡＷチップ２２の側面とに接合する。したがって、シールリング３４は、半田に対して濡れ性の良好な金属からなる場合が好ましい。これにより、ＳＡＷチップ２２の周囲を覆う半田封止部４０が形成される。また、複数のＳＡＷチップ２２上には、金属リッド４２が配置される。これにより、複数のＳＡＷチップ２２は、半田封止部４０と金属リッド４２とを含む封止部４４によって封止される。その後、ウエハ４８をダイシングによって切断して複数のＳＡＷチップ２２に個片化した後、金属膜４６を形成することで、弾性波デバイス２００が得られる。

図４のように、弾性波デバイス２００単体の状態では、封止部４４と外部端子３６とは、互いに独立していている。つまり、封止部４４と外部端子３６（例えば、グランド端子）とは、弾性波デバイス２００内で電気的に接続されていない。

図３のように、モジュール基板１０に内蔵された弾性波デバイス２００の外部端子３６は、配線層１４及びビア配線１６に電気的に接続されている。モジュール基板１０の上面に形成された配線層１４ａは、少なくともその一部が端子パッドとして用いられ、この端子パッドには、電子部品１８が実装されている。電子部品１８は、例えば抵抗素子、インダクタ、又はキャパシタ等のチップ部品である。電子部品１８は、パワーアンプ、アンテナスイッチ、又は高周波ＩＣ等の能動素子であってもよい。弾性波デバイス２００の外部端子３６のうちの信号端子３６ａは、例えば配線層１４及びビア配線１６を介して電子部品１８に電気的に接続されている。

弾性波デバイス２００及び電子部品１８は、モジュール基板１０の下面に形成された配線層１４ｂに対しても電気的に接続されている。モジュール基板１０の下面の配線層１４ｂは、モジュール１００の外部接続用端子パッドとして機能する。即ち、弾性波デバイス２００及び電子部品１８は、モジュール基板１０の下面の配線層１４ｂを介して、電子機器のマザーボードにおける端子等に電気的に接続される。

弾性波デバイス２００の外部端子３６のうちのグランド端子３６ｂは、図３では明示していないが、配線層１４及びビア配線１６を介して、グランド用の端子パッドとして機能する配線層１４ｂに電気的に接続されている。弾性波デバイス２００の封止部４４は、封止部４４の上面側（図３の紙面上では封止部４４の下側）に設けられたビア配線１６を介して、グランド用の端子パッドとして機能する配線層１４ｂに電気的に接続されている。グランド端子３６ｂが電気的に接続されている配線層１４ｂと封止部４４が電気的に接続されている配線層１４ｂとは、例えばそれぞれ独立した別々の配線層である。

実施例１によれば、弾性波デバイス２００のグランド端子３６ｂと封止部４４とは、モジュール基板１０に設けられたビア配線１６を介してグランドに電気的に接続され、弾性波デバイス２００内では互いに電気的に接続されていない。これにより、例えば、封止部４４がＳＡＷチップ２２の信号に繋がるパターン等の他のパターンと容量結合した場合であっても、良好な高周波電気特性を得ることができる。また、封止部４４は、モジュール基板１０に設けられたビア配線１６を介してグランドに電気的に接続されるため、比較例１のように、封止部４４をグランドに接続させるためのビア配線をパッケージ基板２０に設けなくて済む。よって、弾性波デバイス２００を小型化することができる。

パッケージ基板２０は、内部にパッケージ基板２０の上面に平行な方向に延在する配線が設けられた多層基板の場合でもよいが、弾性波デバイス２００の低背化のためには、単層基板である場合が好ましい。図４のように、パッケージ基板２０の内部には、上面の接続端子３２と下面の外部端子３６とを電気的に接続させるビア配線３８が設けられるだけであるため、パッケージ基板２０に単層基板を用いることができる。

図３のように、封止部４４は、ＳＡＷチップ２２に対してパッケージ基板２０と反対側でモジュール基板１０に設けられたビア配線１６を介してグランドに電気的に接続されることが好ましい。これにより、封止部４４と配線層１４ｂとの間のビア配線１６を短くできる。また、図３のように、封止部４４は、複数のビア配線１６を介してグランドに接続されることが好ましい。これにより、封止部４４のグランドを強化することができ、封止部４４による電磁シールド効果が得られる。また、熱伝導の経路が増えることから、ＳＡＷチップ２２で発生した熱を効果的に放熱させることができる。

弾性波デバイス２００の製造プロセスの簡略化の観点から、弾性波デバイス２００の外部端子３６と金属膜４６とは、同じ金属（例えば、銅）からなる場合が好ましい。

実施例１では、図３のように、モジュール１００内に内蔵された弾性波デバイス２００は、モジュール基板１０の電子部品１８が設けられた面側に外部端子３６が配置され、反対面側に封止部４４が配置されている場合を例に示したが、上下反転した場合でもよい。また、弾性波デバイス２００に備わる弾性波チップとしてＳＡＷチップ２２の場合を例に示したが、その他の弾性波チップの場合でもよく、例えばラブ波チップ、弾性境界波チップ、圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ：Film Bulk Acoustic Resonator）チップ等の場合でもよい。また、弾性波デバイス２００は、共振器の場合でもよいし、送信フィルタ、受信フィルタ、或いは分波器の場合でもよい。

図７は、圧電薄膜共振子チップを示す断面図である。図７のように、圧電薄膜共振子チップ５０は、例えばシリコン等の基板５２上に、下部電極５４、窒化アルミニウム膜等の圧電膜５６、及び上部電極５８がこの順に積層されている。圧電膜５６を挟み下部電極５４と上部電極５８とが重なる領域が共振領域６０となる。共振領域６０においては、圧電膜５６内で励振されて上下方向に伝搬する弾性波（厚み縦振動のバルク波）が共振する。共振領域６０の下方の基板５２には、空隙６２が形成されている。空隙６２は、基板５２を貫通して形成されていてもよいし、貫通せずに凹部となっていてもよい。また、空隙６２は、基板５２の上面と下部電極５４との間に形成されていてもよい。さらに、空隙６２の代わりに、弾性波を反射する音響反射膜が形成されていてもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、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 モジュール基板
１２ 絶縁層
１４、１４ａ、１４ｂ 配線層
１６ ビア配線
２０ パッケージ基板
２２ ＳＡＷチップ
３２ 接続端子
３４ シールリング
３６ 外部端子
３６ａ 信号端子
３６ｂ グランド端子
４０ 半田封止部
４２ 金属リッド
４４ 封止部
５０ 圧電薄膜共振子チップ
１００ モジュール
２００ 弾性波デバイス

Claims (5)

1. モジュール基板と、
   前記モジュール基板の内部に埋め込まれ、パッケージ基板の上面に実装された弾性波チップと、前記パッケージ基板上に設けられ、前記弾性波チップを封止する金属製の封止部と、前記パッケージ基板の下面に設けられ、前記弾性波チップに電気的に接続されたグランド端子と、を含む弾性波デバイスと、を備え、
   前記グランド端子と前記封止部とは、前記モジュール基板に設けられたビア配線を介してグランドに電気的に接続され、前記弾性波デバイス内では互いに電気的に接続されてなく、
   前記封止部は、前記弾性波チップに対して前記パッケージ基板とは反対側で前記弾性波デバイスと重なって前記モジュール基板に設けられた前記ビア配線を介して前記モジュール基板の表面に設けられたグランド用パッドに接続されることを特徴とするモジュール。
2. 前記パッケージ基板は、単層基板であることを特徴とする請求項１記載のモジュール。
3. 前記封止部は、複数の前記ビア配線を介して前記グランド用パッドに電気的に接続されることを特徴とする請求項１又は２記載のモジュール。
4. 前記封止部は、前記弾性波チップの周りを囲んで設けられた半田封止部と、前記弾性波チップ上に設けられた金属リッドと、を含む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モジュール。
5. 前記弾性波チップは、弾性表面波チップ又は圧電薄膜共振子チップを含む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モジュール。

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