特開 2024-154027 弾性波デバイス、及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024154027

(43)【公開日】2024-10-30

(54)【発明の名称】弾性波デバイス、及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/25 20060101AFI20241023BHJP

   H03H 3/08 20060101ALI20241023BHJP

【ＦＩ】

H03H9/25 A

H03H3/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023067605

(22)【出願日】2023-04-18

(71)【出願人】

【識別番号】518453730

【氏名又は名称】三安ジャパンテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098202

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 信彦

(72)【発明者】

【氏名】門川 裕

(72)【発明者】

【氏名】中村 博文

【テーマコード（参考）】

5J097

【Ｆターム（参考）】

5J097AA24

5J097BB02

5J097BB11

5J097HA04

5J097JJ06

5J097KK10

(57)【要約】

【課題】ＷＬＰ構造の弾性波デバイスにおいて、これを構成するデバイスチップの放熱性を合理的に向上可能な新しい構造、製法を提供する。
【解決手段】支持層３は、デバイスチップ２の一面２ａに接する下層部３ａと、カバー層４と下層部３ａとの間にあって両者に接する上層部３ｂとから構成されている。下層部３ａを、上層部３ｂを構成する樹脂より熱伝導率が高く、かつ、非感光性の樹脂から構成する。上層部３ｂを、感光性の樹脂から構成させる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一面にＩＤＴ電極を含んだ機能素子を形成させたデバイスチップの前記一面上に樹脂製の支持層を介して樹脂製のカバー層を支持させてこれら三者間に形成された内部空間に前記機能素子を位置させるようにしてなる弾性波デバイスであって、
前記支持層は、前記デバイスチップの前記一面に接する下層部と、前記カバー層と前記下層部との間にあって両者に接する上層部とから構成されていると共に、
前記下層部を、前記上層部を構成する樹脂より熱伝導率が高く、かつ、非感光性の樹脂から構成し、
前記上層部を、感光性の樹脂から構成させてなる、弾性波デバイス。

【請求項2】

前記カバー層及び前記支持層を貫通すると共に穴底に前記デバイスチップの前記一面に形成されて前記機能素子に接続されたバンプパッドを位置させる通過穴内にバンプを形成させてなる、請求項１に記載の弾性波デバイス。

【請求項3】

前記デバイスチップの前記一面に沿う向きの断面において、前記内部空間の断面積が、前記上層部の形成レベルに比し前記下層部の形成レベルにおいて大きくなるようにしてなる、請求項１に記載の弾性波デバイス。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項に記載の弾性波デバイスの製造方法であって、
前記デバイスチップとなるウエハの一面に前記機能素子、配線及び前記バンプパッドを形成する第１ステップと、
前記第１ステップを経た前記ウエハの前記一面に前記下層部となる第一樹脂層を形成させる第２ステップと、
前記第２ステップにより形成された前記第一樹脂層上に前記上層部となる第二樹脂層を形成させる第３ステップと、
前記第３ステップにより形成された第二樹脂層における前記機能素子の形成領域上に位置される領域以外の領域を露光させる第４ステップと、
前記第二樹脂層における前記露光された領域以外の領域を現像により取り除く第５ステップと、
前記第５ステップ後に前記第二樹脂層の前記露光された領域をマスクとして前記第一樹脂層をエッチングして前記下層部の形成レベルにおいて前記内部空間となる空間を形成させる第６ステップとを備えてなる、弾性波デバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、モバイル通信機器などにおいて周波数フィルタなどとして使用するのに適した弾性波デバイス、およびその製造方法の改良に関する。

【背景技術】

【0002】

ＷＬＰ（Wafer Level Package）構造を有する弾性波(Surface Acoustic Wave/SAW)デバイスは、特許文献１に示される構造を持つ。
この特許文献１のものは、デバイスチップの一面上にカバーを設けると共に、このカバーにより形成された内部空間内に前記一面に形成させたＩＤＴ電極が位置されるようになっている。
ここで、弾性波デバイスへの信号の入力によりデバイスチップには熱が生じるが、デバイスチップを構成する圧電体は熱伝導率が低く放熱性が悪い。圧電体として利用されるタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムの熱伝導率は約４から６Ｗ／ｍＫ程度である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－２１７６７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この発明が解決しようとする主たる問題点は、この種のＷＬＰ構造の弾性波デバイスにおいて、これを構成するデバイスチップの放熱性を合理的に向上可能な新しい構造、および、その製法を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

前記課題を達成するために、この発明にあっては、第一の観点から、弾性波デバイスを、
一面にＩＤＴ電極を含んだ機能素子を形成させたデバイスチップの前記一面上に樹脂製の支持層を介して樹脂製のカバー層を支持させてこれら三者間に形成された内部空間に前記機能素子を位置させるようにしてなる弾性波デバイスであって、
前記支持層は、前記デバイスチップの前記一面に接する下層部と、前記カバー層と前記下層部との間にあって両者に接する上層部とから構成されていると共に、
前記下層部を、前記上層部を構成する樹脂より熱伝導率が高く、かつ、非感光性の樹脂から構成し、
前記上層部を、感光性の樹脂から構成させてなる、ものとした。

【0006】

前記カバー層及び前記支持層を貫通すると共に穴底に前記デバイスチップの前記一面に形成されて前記機能素子に接続されたバンプパッドを位置させる通過穴内にバンプを形成させるようにすることが、この発明の態様の一つとされる。

【0007】

また、前記デバイスチップの前記一面に沿う向きの断面において、前記内部空間の断面積が、前記上層部の形成レベルに比し前記下層部の形成レベルにおいて大きくなるようにすることが、この発明の態様の一つとされる。

【0008】

また、前記課題を達成するために、この発明にあっては、第二の観点から、弾性波デバイスの製造方法を、
前記弾性波デバイスの製造方法であって、
前記デバイスチップとなるウエハの一面に前記機能素子、配線及び前記バンプパッドを形成する第１ステップと、
前記第１ステップを経た前記ウエハの前記一面に前記下層部となる第一樹脂層を形成させる第２ステップと、
前記第２ステップにより形成された前記第一樹脂層上に前記上層部となる第二樹脂層を形成させる第３ステップと、
前記第３ステップにより形成された第二樹脂層における前記機能素子の形成領域上に位置される領域以外の領域を露光させる第４ステップと、
前記第二樹脂層における前記露光された領域以外の領域を現像により取り除く第５ステップと、
前記第５ステップ後に前記第二樹脂層の前記露光された領域をマスクとして前記第一樹脂層をエッチングして前記下層部の形成レベルにおいて前記内部空間となる空間を形成させる第６ステップとを備えてなる、ものとした。

【発明の効果】

【0009】

この発明にあっては、前記支持層の下層部を利用して、前記デバイスチップの放熱性を合理的に向上させることができる。また、かかる支持層の下層部を備えた弾性波デバイスを容易且つ適切に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、この発明の一実施の形態にかかる弾性波デバイス（第一例）の平面構成図であり、バンプの記載を省略している。

【図2】図２は、図１におけるＡ－Ａ線位置での断面構成図であり、バンプを破線で示している。

【図3】図３は、前記第一例を構成するデバイスチップ上に形成される機能素子の一例を示した構成図である。

【図4】図４は、前記第一例のデバイスチップ上に形成される回路の一例を示した構成図である。

【図5】図５は、前記第一例の製造工程の要部を示した断面構成図である。

【図6】図６は、前記第一例の製造工程の要部を示した断面構成図である。

【図7】図７は、前記第一例の製造工程の要部を示した断面構成図である。

【図8】図８は、前記第一例の製造工程の要部を示した断面構成図である。

【図9】図９は、前記第一例の製造工程の要部を示した断面構成図である。

【図10】図１０は、前記第一例の製造工程の要部を示した断面構成図である。

【図11】図１１は、前記第一例の製造工程の要部を示した断面構成図である。

【図12】図１２は、前記第一例の製造工程の要部を示した断面構成図である。

【図13】図１３は、支持層の構成を前記第一例と異ならせる弾性波デバイスの第二例の断面構成図であり、バンプを破線で示している。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図１～図１３に基づいて、この発明の典型的な実施の形態について、説明する。この実施の形態にかかる弾性波デバイス１は、モバイル通信機器などにおいて周波数フィルタなどとして使用するのに適したものである。

【0012】

かかる弾性波デバイス１は、
デバイスチップ２と、
前記デバイスチップ２の一面２ａに形成されたＩＤＴ電極６ｂなどの機能素子６と、
前記一面２ａにおいて前記機能素子６を囲うように形成された支持層３（ウォール／Wall）と、
前記支持層３上に形成されて前記デバイスチップ２と前記支持層３と共働して前記機能素子６を気密封止する内部空間５（キャビティ、中空構造部）を形成するカバー層４（ルーフ／Roof）とを備えたものとなっている。

【0013】

典型的には、前記デバイスチップ２は、一辺を０．５ないし１ｍｍとし、厚さを０．１５ないし０．２ｍｍとする四角形（図示の例では長方形）の板状をなすように構成される。
また、典型的には、支持層３は、前記デバイスチップ２の一面２ａに直交する向きの厚さ（デバイスチップ２の一面２ａを基準とした支持層３の高さ）を１０ないし３０μｍとするように構成される。
また、典型的には、カバー層４は、厚さを１５ないし３５μｍとするように構成される。
これらから構成される弾性波デバイス１は、典型的には、厚さを０．２５ないし０．３５ｍｍ程度とする。

【0014】

図１に示されるように、かかる弾性波デバイス１は、前記デバイスチップ２の前記一面２ａに直交する向きから見た状態において正方形又は長方形の四角形状の輪郭を持つようなっている。
すなわち、かかる弾性波デバイス１は、前記四角形状の二つの面１ａ、１ｂと、この二つの面１ａ、１ｂ間に亘る四つの側面１ｃとを備えた扁平の六面体状を呈している。
なお、各図においては、弾性波デバイス１の構成を理解しやすいように、その構成要素の厚さは誇張して表している。

【0015】

弾性波デバイス１の断面構造を図２に示す。図中符号６は機能素子、符号５は内部空間、符号３は支持層、符号４はカバー層、符号７は機能素子６を配線９（図４参照）とバンプパッド１０とを介して外部に接続するためのバンプである。

【0016】

デバイスチップ２の一面２ａ上には複数の機能素子６が形成されている。デバイスチップ２の一面２ａにおける各機能素子６の形成領域はそれぞれ、支持層３で囲繞されると共に、この支持層３上に形成されるカバー層４で蓋がされた形態となっており、これにより弾性波デバイス１は複数の前記内部空間５を備えたものとなっている。
支持層３及びカバー層４は、絶縁性を備えた合成樹脂から構成される。

【0017】

デバイスチップ２は、弾性波を伝搬させる機能を持つ。デバイスチップ２には、典型的には、圧電体としてタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムが用いられ、また、デバイスチップ２は、これらにサファイア、シリコン、アルミナ、スピネル、水晶またはガラスなどを積層させて、構成される場合もある。

【0018】

図３に機能素子６の一例としての共振器６ａを示す。共振器６ａはＩＤＴ電極６ｂと、ＩＤＴ電極６ｂを挟むようにして形成される反射器６ｅとを有する。ＩＤＴ電極６ｂは、電極対からなり、各電極対は弾性波の伝搬方向ｘに長さ方向を交叉させるように平行配列された複数の電極指６ｃ同士をこれらの一端側においてバスバー６ｄで接続させてなる。反射器６ｅは、弾性波の伝搬方向ｘに長さ方向を交叉させるように平行配列された複数の電極指６ｆの端部間をバスバー６ｇで接続させてなる。
かかる機能素子６は、典型的には、フォトリソグラフィ技術により形成された導電性金属膜によって構成される。

【0019】

図４に一つのデバイスチップ２上に備えられる回路の一例の概念を示す。符号６ａａは入出力ポート間に直列に接続された共振器６ａ、符号６ａｂは入出力ポート間に並列に接続された共振器６ａ、符号８はグランドを示す。機能素子６の数や配置は必要に応じて変更される。すなわち、図４の回路によってラダー型フィルタが構成されるようになっている。
前記バンプパッド１０は前記回路を構成する配線９に接続される。かかる配線９、及び、前記バンプパッド１０も、典型的には、フォトリソグラフィ技術により形成された導電性金属膜によって、前記デバイスチップ２の一面２ａ上に形成される。

【0020】

この実施の形態にかかる弾性波デバイスにあっては、前記支持層３は、前記デバイスチップ２の前記一面２ａに接する下層部３ａと、前記カバー層４と前記下層部３ａとの間にあって両者に接する上層部３ｂとから構成されている。
それと共に、前記下層部３ａを、前記上層部３ｂを構成する樹脂より熱伝導率が高く、かつ、非感光性の樹脂から構成している。
一方、前記上層部３ｂを、感光性の樹脂から構成させている。

【0021】

弾性波デバイスへの信号の入力によりデバイスチップ２には熱が生じるが、デバイスチップ２を構成する圧電体は熱伝導率が低く放熱性が悪い。
前記支持層３の全体を熱伝導率の高い樹脂から構成すれば、デバイスチップ２の放熱性を向上させることができる。
こうした熱伝導率の高い樹脂としては、熱伝導率の高い物質からなるフィラーを、基材となる樹脂に対して７０ｗｔ％ないし９０ｗｔ％の範囲で含ませるようにしたものが用いられる。かかるフィラーは典型的には直径１０μｍ前後の粒状体として構成される。
しかるに、このように熱伝導率を高められた樹脂は感光性が低下する。このため、前記支持層３の全体を熱伝導率の高い樹脂から構成させた場合、デバイスチップ２における機能素子の形成領域上に前記内部空間５をフォトリソグラフィ技術を利用して形成し難くなる。
この実施の形態にかかる弾性波デバイスにあっては、デバイスチップ２の一面２ａ上に前記下層部３ａとなる後述の第一樹脂層１２を形成し、次いで、上層部３ｂとなる後述の第二樹脂層１３を形成させた後、この第二樹脂層１３を露光と現像とによりパターニングし、この後、パターニングされた第二樹脂層１３をいわばマスクとして第一樹脂層１２をエッチングすることで、前記内部空間５をフォトリソグラフィ技術を利用して形成可能としながら、デバイスチップ２の一面２ａに直接的に接する支持層３の下層部３ａの熱伝導率を高めてデバイスチップ２の放熱性を向上させることができる。

【0022】

前記下層部３ａを構成する樹脂としては、典型的には、フィラーを含有するエポキシ系樹脂や、フィラーを含有するフェノール系樹脂を用いることができる。フィラーとしては、典型的には、アルミナ、窒化アルミ、粉末ダイヤモンドを用いることができる。
一方、前記上層部３ｂを構成する樹脂としては、典型的には、感光性を持ったエポキシ系樹脂や、感光性を持ったフェノール系樹脂を用いることができる。

【0023】

また、この実施の形態にあっては、弾性波デバイス１は、前記カバー層４及び前記支持層３を貫通すると共に穴底に前記デバイスチップ２の前記一面２ａに形成されて前記機能素子６に接続されたバンプパッド１０を位置させる通過穴１１を備えている。そして、この通過穴１１内に金属製のバンプ７が形成されている。
図示の例では、通過穴１１は、弾性波デバイス１の四隅にそれぞれ形成されている。各通過穴１１はそれぞれ、その上側穴部１１ａは前記パターニングにより上層部３ｂの一部を取り除くことにより形成され、その下側穴部１１ｂは前記上側穴部１１ａを利用してなされたエッチングによって下層部３ａの一部を取り除くことで形成されている。
このように形成された通過穴１１内に形成されるバンプ７と、通過穴１１内でこのバンプ７に接する前記支持層３の下層部３ａにより、デバイスチップ２からの放熱経路が形成される。

【0024】

図１ないし図１２に示される第一例では、デバイスチップ２の一面２ａに直交する向きにおいて、いずれの位置で断面にしても、前記内部空間５の断面積は実質的に等しくなるようにしてある。
すなわち、第一例では、支持層３におけるデバイスチップ２の一面２ａに固着された下面３ｃとルーフ層に固着された上面３ｄとの間に亘る前記内部空間５に臨んだ側面３ｅは、デバイスチップ２の一面２ａに直交する仮想の一つの面ｙ（図２参照）上に位置するようになっている。

【0025】

対し、図１３に示される第二例では、前記デバイスチップ２の前記一面２ａに沿う向きの断面において、前記内部空間５の断面積が、前記上層部３ｂの形成レベルＬ１（図１３参照）に比し前記下層部３ａの形成レベルＬ２（図１３参照）において大きくなるようにしてある。
すなわち、第二例では、前記内部空間５の中心ｚ（図１３参照）を巡るいずれの位置においても、支持層３の上面３ｄと上層部３ｂにおける下層部３ａに対する固着部３ｆとの間に亘る上層側面３ｇが、支持層３の下面３ｃと前記固着部３ｆとの間に亘る下層側面３ｈよりも前記内部空間５の中心ｚ側に位置し、この上層側面３ｇと下層側面３ｈとの間にデバイスチップ２の一面２ａに向き合った段差面３ｉが形成されるようになっている。
この第二例のようにすることは、前記のようにパターニングされた第二樹脂層１３をいわばマスクとして第一樹脂層１２を時間や温度などのコンディションを調整してエッチングすることで可能となる。
この第二例のようにした場合、支持層３とカバー層４との固着面積を可及的に広く確保して両者の機械的一体性を高めつつ、その下方においては前記内部空間５の断面積、つまり、前記機能素子６の形成領域の面積を可及的に広く確保させることができる。

【0026】

以上に説明した弾性波デバイス１は、以下の各ステップを含む製造方法によって、適切且つ合理的に製造することができる。

【0027】

先ず、前記デバイスチップ２となるウエハ１４の一面に、前記機能素子６、配線９（図示は省略する。）及び前記バンプパッド１０を形成する（図５／第１ステップ）。

【0028】

次いで、前記第１ステップを経た前記ウエハ１４の前記一面に前記下層部３ａとなる第一樹脂層１２を形成させる（図６／第２ステップ）。
第一樹脂層１２は、前記ウエハ１４の一面上に、熱伝導率が高く、かつ、非感光性の樹脂よりなる面状体（フィルム）を積層し、両者を一体化させることで、形成させることができる。
あるいはまた、第一樹脂層１２は、前記ウエハ１４の一面に、熱伝導率が高く、かつ、非感光性で、しかも塗布可能な性状の樹脂を塗布することで、形成させることができる。

【0029】

次いで、前記第２ステップにより形成された前記第一樹脂層１２上に前記上層部３ｂとなる第二樹脂層１３を形成させる（図７／第３ステップ）。
第二樹脂層１３は、感光性の樹脂よりなる面状体（フィルム）を第一樹脂層１２上に積層し、両者を一体化させることで、形成させることができる。
あるいはまた、第二樹脂層１３は、前記第一樹脂層１２上に、感光性で、しかも塗布可能な性状の樹脂を塗布することで、形成させることができる。

【0030】

次いで、前記第３ステップにより形成された第二樹脂層１３における前記機能素子６の形成領域上に位置される領域以外の領域１６を露光させる（図８／第４ステップ）。図８中、符号１５は前記形成領域上に位置される領域を覆うマスクを示している。このとき、前記バンプ７の通過穴１１の形成箇所も露光対象から除外する。

【0031】

次いで、前記第二樹脂層１３における前記露光された領域１６以外の領域を現像により取り除く（図９／第５ステップ）。
すなわち、前記機能素子６の形成領域上にある第二樹脂層１３及び前記バンプパッド１０の直上（通過穴１１の形成箇所）にある第二樹脂層１３を現像液に溶解させて取り除く。

【0032】

次いで、前記第５ステップ後に前記第二樹脂層１３の前記露光された領域１６をマスクとして前記第一樹脂層１２をエッチングして前記下層部３ａの形成レベルにおいて前記内部空間５となる空間５ａを形成させる（図１０／第６ステップ）。

【0033】

第６ステップ後、リフロー処理などにより第一樹脂層１２及び第二樹脂層１３を硬化させて支持層３の形成が完了する。

【0034】

この後、支持層３上にカバー層４を形成させて前記内部空間５が形成される（図１１）。カバー層４は典型的には感光性の樹脂よりなる面状体（フィルム）を支持層３上に積層し、支持層３と一体化させることで、形成される。前記バンプ７の通過穴１１の形成箇所においてはフォトリソグラフィ技術によりカバー層４の一部が除去される。

【0035】

このように形成される通過穴１１内に、典型的には印刷機によりクリーム半田が塗布・充填され、その後のリフロー処理によりカバー層４の外面から突き出す高さの柱状のバンプ７が形成される（図１２）。

【0036】

この後、前記ウエハ１４に対しダイシングを施すことで、前記ウエハ１４から複数の前記の構造を備えた弾性波デバイス１が生成される。

【0037】

なお、当然のことながら、本発明は以上に説明した実施態様に限定されるものではなく、本発明の目的を達成し得るすべての実施態様を含むものである。

【符号の説明】

【0038】

１ 弾性波デバイス
１ａ、１ｂ 面
１ｃ 側面
２ デバイスチップ
２ａ 一面
３ 支持層
３ａ 下層部
３ｂ 上層部
３ｃ 下面
３ｄ 上面
３ｅ 側面
３ｆ 固着部
３ｇ 上層側面
３ｈ 下層側面
３ｉ 段差面
４ カバー層
４ａ 外面
４ｂ 内面
５ 内部空間
５ａ 空間
６ 機能素子
６ａ、６ａａ、６ａｂ 共振器
６ｂ ＩＤＴ電極
６ｃ 電極指
６ｄ バスバー
６ｅ 反射器
６ｆ 電極指
６ｇ バスバー
７ バンプ
８ グランド
９ 配線
１０ バンプパッド
１１ 通過穴
１１ａ 上側穴部
１１ｂ 下側穴部
１２ 第一樹脂層
１３ 第二樹脂層
１４ ウエハ
１５ マスク
１６ 領域
ｘ 伝搬方向
ｙ 仮想の一つの面
ｚ 内部空間の中心
Ｌ１、Ｌ２ 形成レベル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】