(57)【要約】【課題】本発明は、弾性表面波素子の気密封止を維持しつつ吸引搬送可能な小型の高周波モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】弾性表面波素子１がモジュール基板１０の表面に搭載され熱硬化性樹脂２で封止されるとともに、脚部３１と天板３２とからなる樹脂ケース３の脚部３１をモジュール基板１０表面に固着することによりモジュール基板１０の表面が樹脂ケース３で覆われてなり、弾性表面波素子１の封止と脚部３１のモジュール基板１０表面への固着とが同一の熱硬化性樹脂２でなされたことを特徴とする高周波モジュールである。【選択図】  図１
2007096519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板の一方主面に励振電極と入出力電極と環状接地電極とが形成されてなる弾性表面波素子が、モジュール基板の表面にフリップチップ実装され、樹脂で封止されるとともに、
脚部と天板とからなる樹脂ケースが前記モジュール基板の表面に樹脂で固着されることにより、前記モジュール基板の表面が前記樹脂ケースで覆われてなり、
前記弾性表面波素子の封止と前記樹脂ケースの前記モジュール基板表面への固着とが同一の熱硬化性樹脂でなされたことを特徴とする高周波モジュール。
【請求項２】
圧電基板の一方主面に励振電極と入出力電極と環状接地電極とが形成されてなる弾性表面波素子を、モジュール基板の表面にフリップチップ実装し、樹脂で封止するとともに、
脚部と天板とからなる樹脂ケースを前記モジュール基板の表面に樹脂で固着することにより、前記モジュール基板の表面を前記樹脂ケースで覆う高周波モジュールの製造方法であって、
前記弾性表面波素子の封止と前記樹脂ケースの前記モジュール基板表面への固着とを同一の熱硬化性樹脂で同時に行なうことを特徴とする高周波モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話、移動体通信、無線通信等に適用される高周波モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、無線ＬＡＮの市場は右肩上がりの成長が想定されており、第３世代の携帯電話の生産数は、急激に増加している。携帯電話の機能は第３世代に進歩するに従って、カメラ内蔵、テレビの受信、他の無線通信（ブルーツース、無線ＬＡＮ、WiMAX）との併用化も進んでおり、高周波回路の占有面積は年々減少している。その為、携帯電話の部品は小形軽量化、複合化がめざましく、個々の性能をアップしつつ、部品点数の削減、低消費電力化への要求に対応する必要がある。このような要求を実現するため、チップセットの集積化、性能向上が進んでおり、同様に周辺の高周波部品も集積化した高周波モジュールが提案されている。
【０００３】
ここで、高周波モジュールに搭載される部品として、弾性表面波フィルタとしての弾性表面波素子が挙げられる。このものは、励振電極、入出力電極および接地電極を圧電板上に形成したもので、励振電極に水分、塵埃等の異物が付着しないようにかつ表面波の伝搬を妨げないように中空状態で気密封止する必要がある。
【０００４】
そこで、図５に示すように、励振電極６２および入出力電極６３の周囲に環状接地電極６４を圧電基板６１の一方主面上に設け、この圧電基板６１の励振電極６２等が形成された面をモジュール基板７表面に対向させるように弾性表面波素子６を配置し、モジュール基板７表面の配線層にそれぞれの電極を半田接続することによって、励振電極６２接続部および入出力電極６３接続部を弾性表面波素子６の圧電基板６１とモジュール基板７表面と環状接地電極６４接続部とで囲まれる空間が気密に封止するようにされた構造が知られている。そして、モジュール基板７表面に実装された弾性表面波素子６はこれを保護するために封止樹脂８で封止されている（例えば、特許文献１参照）。この封止樹脂の材料選択によっては、弾性表面波素子６を構成する圧電基板６１とモジュール基板７との熱膨張差によりかかる半田接続部への応力が緩和されるという効果も得られる。
【０００５】
しかしながら、上記の弾性表面波素子６をモジュール基板７上に搭載してなる高周波モジュールをマザーボードに２次実装する際、弾性表面波素子６とモジュール基板７とを接合している入出力電極６３接続部や環状接地電極６４接続部の半田が再溶融することがある。しかも、封止樹脂８はある程度吸湿してしまうものであり、２次実装の際、吸湿した水分や未反応性生成物が気化，脱ガスすることによって、弾性表面波素子６の環状接地電極６４接続部の内外で圧力差が生じることがある。その結果、溶融した半田が気密空間４３側に移動し、弾性表面波素子６における気密空間の気密破壊、入出力電極６３と環状接地電極６４の接続部が半田によって短絡するなどの問題があった。したがって、封止樹脂の量は、熱膨張差による半田接続部の応力緩和という目的を果たしつつ、できるだけ少ない方が望ましいのである。
【０００６】
一方、製造時の利便性から、上側からの吸引搬送ができるのが望ましい。しかしながら、図５に示すように、封止樹脂８を表面全体に設けて平坦な面を形成しようとすると、封止樹脂８の量が多くなり、前述のような気密破壊等の問題が発生する。そこで、封止樹脂８の量を少なくするとともに、金属ケース（図示しない）でモジュール基板７表面を覆うような構造が知られている。
【０００７】
しかしながら、モジュール基板７の表面を金属ケースで覆うためには、モジュール基板７の表面に形成された導体パターンの短絡などの問題を考慮して、モジュール基板７の表面に固定用のスペースを設けるか、もしくは側壁に固定しなければならなかった。このことは、高周波モジュールの目的である小型化に逆行してしまうこととなる。
【特許文献１】特開２００４−２０７６７４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、弾性表面波素子の気密封止を維持しつつ吸引搬送可能な小型の高周波モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、圧電基板の一方主面に励振電極と入出力電極と環状接地電極とが形成されてなる弾性表面波素子が、モジュール基板の表面にフリップチップ実装され、樹脂で封止されるとともに、脚部と天板とからなる樹脂ケースが前記モジュール基板の表面に樹脂で固着されることにより、前記モジュール基板の表面が前記樹脂ケースで覆われてなり、前記弾性表面波素子の封止と前記樹脂ケースの前記モジュール基板表面への固着とが同一の熱硬化性樹脂でなされたことを特徴とする高周波モジュールである。
【００１０】
また本発明は、圧電基板の一方主面に励振電極と入出力電極と環状接地電極とが形成されてなる弾性表面波素子を、モジュール基板の表面にフリップチップ実装し、樹脂で封止するとともに、脚部と天板とからなる樹脂ケースを前記モジュール基板の表面に樹脂で固着することにより、前記モジュール基板の表面を前記樹脂ケースで覆う高周波モジュールの製造方法であって、前記弾性表面波素子の封止と前記樹脂ケースの前記モジュール基板表面への固着とを同一の熱硬化性樹脂で同時に行なうことを特徴とする高周波モジュールの製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、弾性表面波素子を封止する熱硬化性樹脂の量を減らすことが出来るため、２次実装の際における弾性表面波素子の実装に用いる半田の接続信頼性を向上することができる。また、平坦な天板を有する樹脂ケースでモジュール基板の表面を覆うことで、高周波モジュールの吸引搬送が実現できる。さらに、弾性表面波素子の封止と樹脂ケースの固着とを同一の熱硬化性樹脂で行なうことによって、封止する樹脂を硬化させる工程と樹脂ケースを固着させる工程を同時にすることができ、工程数を削減できる。またさらに、樹脂ケースはモジュール基板上の電子部品の搭載部以外なら熱硬化性樹脂を用いて接続することが出来るため、高周波モジュールの小型化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
本発明の高周波モジュールは、図１および図２に示すように、圧電基板の一方主面に励振電極と入出力電極と環状接地電極とが形成されてなる弾性表面波素子１が、モジュール基板１０の表面にフリップチップ実装され、樹脂で封止されるとともに、脚部３１と天板３２とからなる樹脂ケース３がモジュール基板１０の表面に樹脂で固着されることにより、モジュール基板１０の表面が樹脂ケース３で覆われてなり、弾性表面波素子１の封止と樹脂ケース３のモジュール基板１０表面への固着とが同一の熱硬化性樹脂２でなされたものである。
【００１４】
図１に示すモジュール基板１０の表面には、弾性表面波フィルタを構成する弾性表面波素子１がフリップチップ実装されているとともに、半導体チップ（パワーアンプＩＣ）４がワイヤ４１によって実装されている。また、この他にも、図２に示すようにチップコンデンサ５１やチップインダクタ５２などの表面実装部品が、モジュール基板１０の表面に搭載されている。さらに、モジュール基板１０の表面や内部には、整合回路パターンなどの高周波回路パターン１０１が導体材料によって形成されている。またさらに、モジュール基板１０の内部には、半導体チップ４から発生した熱を放熱するためのサーマルビア１０２が形成されている。
【００１５】
弾性表面波素子１は、送信フィルタ、受信フィルタ、デュプレクサ等としての弾性表面波フィルタを構成する部品であり、図３に示すように、例えばタンタル酸リチウム単結晶、ランガサイト型結晶構造を有するランタン−ガリウム−ニオブ系単結晶、四ホウ酸リチウム単結晶等からなる圧電基板１１の一方主面に、励振電極１２と、入出力電極１３と、励振電極１２および入出力電極１３を取り囲むように環状接地電極１４とが形成されてなるものである。これらの電極は銀、銅、金等の導電材料で形成され、これらの電極の表面には必要に応じてシリコンや酸化シリコン等の半導電性もしくは絶縁性の保護膜が形成される。一方、アルミナ、ガラスセラミックス等からなるモジュール基板１０の表面には、弾性表面波素子１の入出力電極１３に対応する部分に銀、銅、金等の導体から成る電極１０３が形成され、また、弾性表面波素子１の環状接地電極１４に対応する部分に接地電極１０４が形成されている。そして、弾性表面波素子１は、モジュール基板１０の表面に載置され、半田や導電性樹脂などの導電性接着剤６によって電気的に接続される。
【００１６】
かかる接続構造によれば、励振電極１２が形成された部分は、圧電基板１１、モジュール基板１０、環状接地電極１４と接地電極１０４との接続部（導電性接着剤）によって形成された空間内に封止される。
【００１７】
そして、弾性表面波素子１と半導体チップ４は、熱硬化性樹脂２で被覆され封止されている。このように、弾性表面波素子１を熱硬化性樹脂２で封止することで、この弾性表面波素子１の実装部分においては圧電基板１１とモジュール基板１０との熱膨張差を緩和することができる。また、半導体チップ４を熱硬化性樹脂２で封止することで、ワイヤボンディング４１の接続性や半導体チップ４の動作保証を高めることができる。
【００１８】
本発明によれば、弾性表面波素子１と半導体チップ４の実装される必要最小限の領域を熱膨張差等の緩和可能な量の熱硬化性樹脂で被覆・封止することで、熱硬化性樹脂２が吸湿する水分量を低減できる。その結果、高周波モジュールを２次実装する際に、溶融半田に影響を及ぼす水分は半田が溶融する直前までに外部に放出することができるため、半田によって弾性表面波素子が短絡、断線が抑止出来る。
【００１９】
なお、本発明においては、熱硬化性樹脂２で少なくとも弾性表面波素子１を封止すればよいが、図１に示すように半導体チップ４も樹脂封止が必要な形態の場合には、弾性表面波素子の封止に用いたのと同一の熱硬化性樹脂２で封止するのが好ましい。
【００２０】
ここで、熱硬化性樹脂２としては、ガラス転移温度が２０〜８０℃であること、ガラス転移温度以下の温度における熱膨張係数が８〜１８×１０−６／℃であることが望ましい。これは、ガラス転移温度が８０℃を超えると、熱硬化性樹脂２とモジュール基板１０との間に発生する応力が大きくなる為、モジュール基板１０の破損や熱硬化性樹脂２の剥離が発生しやすくなる傾向があり、熱硬化性樹脂２のガラス転移温度が２０℃未満であると、常温付近において樹脂の曲げ弾性率、熱膨張係数が急激に変動するため、モジュール基板１０との密着性が低下し熱硬化性樹脂２の剥離が発生しやすくなる傾向があるからである。また、熱硬化性樹脂２のガラス転移温度以下の温度における熱膨張係数が１８×１０−６／℃を超えると、モジュール基板１０（熱膨張係数は、例えばＬＴＣＣ基板の場合、７〜９×１０−６／℃程度）との密着性が低下して熱硬化性樹脂２の剥離が発生しやすくなる傾向があり、モジュール基板１０をマザーボードに２次実装して温度サイクル試験を行なうと、低温時に熱硬化性樹脂２は弾性表面波素子１の収縮を抑制する効果がないため、半田接続部で疲労破壊が発生してしまう可能性がある。また、熱硬化性樹脂２の熱膨張係数が８×１０−６／℃未満であると、弾性表面波素子１（熱膨張係数は縦横の方向によって異なるが、例えば７〜１４×１０−６／℃程度）と熱硬化性樹脂２との熱膨張係数差が大きくなる為、モジュール基板１０と弾性表面波素子１とを半田等で接続した接続部で疲労破壊（クラック）が発生し、弾性表面波素子１の気密性を破壊する為である。
【００２１】
上記熱硬化性樹脂のガラス転移点、熱膨張係数は、熱硬化性樹脂の種類や分子量によって制御でき、熱硬化性樹脂に対して無機フィラーを添加含有せしめることによっても制御することができる。また、無機フィラーの添加によって封止樹脂の熱伝導率を高めることもできる。これによって半導体素子等から発生する熱を放散させ熱抵抗を低減できる。
【００２２】
なお、熱膨張係数の測定方法については、セラミックスの場合はＪＩＳ  Ｒ  １６１８に従えばよく、樹脂の場合はＡＳＴＭ  Ｄ  ６９６に従えばよい。
【００２３】
一方、本発明においては、上述の熱硬化性樹脂２を樹脂ケース３のモジュール基板１０への固着のための接着剤として利用している。
【００２４】
図１に示すように、モジュール基板１０の表面は、脚部３１と天板３２とからなる樹脂ケース３で覆われている。ここで、樹脂ケース３の天板３２はモジュール基板１０の表面を覆うような面積を有している。また、樹脂ケース３には複数本（本実施形態は５本）の脚部３１が設けられており、この樹脂ケース３の脚部３１はモジュール基板１０の表面における表面実装部品（弾性表面波素子１、半導体チップ４、チップコンデンサ５１、チップインダクタ５２等）の存在しない部位に固着されている。
【００２５】
具体的には、図２に示すように、モジュール基板１０の表面上における弾性表面波素子１や半導体チップ４の封止以外の部分に塗布された熱硬化性樹脂２上に脚部３１が配置されるようにして搭載される。そして、熱硬化性樹脂２を硬化させることで、樹脂ケース３はモジュール基板１０上に固着される。さらに具体的には、熱硬化性樹脂２をモジュール基板１０上に、ディスペンサーまたはマスク印刷にて塗布した後、樹脂ケース３をモジュール基板１０上の熱硬化樹脂２面に搭載し、真空に吸引しながら加熱硬化することで、ＳＡＷベアチップ１や半導体チップ４の樹脂封止と樹脂ケース３の固着とを同時に行なうことが可能となる。
【００２６】
このように、樹脂ケース３の固着される部位は、樹脂ケース３および熱硬化性樹脂２が導電性を有しないことから、モジュール基板１０の表面に形成された高周波回路パターン１０１上であってもよい。したがって、高周波モジュールの小型化に貢献できる。
【００２７】
また、弾性表面波素子１や半導体チップ４の封止と樹脂ケース３のモジュール基板１０への固着とを同一の熱硬化性樹脂２で同時に行なうことができるため、時間的、コスト的にも有利な製造が可能となる。
【００２８】
なお、本発明に用いる樹脂ケース３は、２次実装時の際、耐熱性に優れた材料であればよく、熱硬化性のエポキシ樹脂や、熱可塑性の液晶ポリマー、ＬＣＰなどが望ましい。また、固着に用いる熱硬化性樹脂２の密着性を高めるため、モジュール基板１０との熱膨張差を小さくする必要があり、樹脂ケース３の熱膨張係数は２０℃から５０℃の範囲において２０×１０−６／℃以下であることが望ましく、これによりモジュール基板１０から樹脂ケース３の剥離を抑制することが出来る。
【００２９】
次に、本発明に係る高周波モジュールの作製例について具体的に説明する。    
０．９５モルＭｇＴｉＯ３−０．０５モルＣａＴｉＯ３で表される主成分１００質量部に対して、ＢをＢ２Ｏ３換算で１０質量部、ＬｉをＬｉＣＯ３換算で５質量部添加したセラミック粉末組成物を用いてスラリーを調製し、ドクターブレード法によって厚さ１００μｍのグリーンシートを形成した。
【００３０】
そして、このグリーンシートの表面に、Ａｇペーストを用いて厚さ２０μｍの導体パターンをスクリーン印刷法によって形成した。必要に応じて、直径が２００ミクロンのスルーホールを形成し、上記のＡｇペーストを充填してスルーホール導体を形成した。その後、このグリーンシートを積層後、大気中で３００℃、４時間脱バインダ処理をした後、９００℃大気中で６時間焼成を行い、熱膨張係数が８．５×１０−６／℃のモジュール基板を作製した。
【００３１】
次に圧電基板（タンタル酸リチウム単結晶の４２°Ｙカット、熱膨張係数１４〜１６×１０−６／℃）上にＡｌ−Ｃｕ（２重量％）合金から成る電極を成膜した。その後、レジスト塗布、パターンニング、剥離を繰り返し、励起電極、入出力電極と接地電極、保護膜を形成し、弾性表面波素子を作製した。
【００３２】
完成した弾性表面波素子は、モジュール基板にフェースダウン実装（フリップチップ実装）した。この実装には、環状接地電極及び入出力電極に、高温半田をスクリーン印刷法にて塗布し、リフローにて実装を行った。上記弾性表面波素子の実装構造によれば、励振電極の周囲を環状接地電極で取り囲こむようにしており、樹脂封止前の段階で気密性を確保することができた。また、これと同時にコンデンサチップなどのチップ部品の実装を行い、リフローにて半田を固着させた。最後に銀ペーストにて半導体チップを接着した後、金線を用いてワイヤボンディングした。
【００３３】
上記の方法によって、各種表面実装部品、半導体チップ、弾性表面波素子を搭載した高周波モジュールを得た。
【００３４】
次に、エポキシ樹脂に対してフィラーとして溶融シリカを添加した熱硬化性樹脂を、ディスペンサーを用いて、ガラスセラミックス基板のＳＡＷベアチップ上、半導体チップ上、および樹脂ケースの脚部固着箇所に塗布した。そして、樹脂ケースを部品実装機でガラスセラミック基板上に搭載した。その後、０．０１ＭＰａ以下に減圧した真空機内にて１５０℃に加熱し、封止のための熱硬化性樹脂のベーク処理と樹脂ケースの固着とを同時に行なった。
【００３５】
最後に、ダイシング装置を用いてガラスセラミック基板を分割し、本発明の高周波モジュールを得た。
【００３６】
このようにして作製された高周波モジュールは、かかる構造にて携帯用電話機、通信端末用カードなどの小型の携帯用電子機器などに組み込まれる。
【００３７】
なお、図３に示す弾性表面波素子１は、励振電極１２としてラダー型のものを使用したものであるが、共振器型や伝搬型の弾性表面波素子やこれを用いたデュプレクサで封止が必要な励振電極を有するものであれば、本発明に適用できる。
【００３８】
また、本実施形態では、高周波モジュールとしてフロントエンドモジュールの場合を説明したが、高周波モジュールとしては、フリップチップ実装される弾性表面波素子１と他の表面実装部品とを備え、弾性表面波素子１が熱硬化性樹脂２によって封止される構造のものであれば特に限定されない。
【００３９】
さらに、表面実装部品は、半導体チップ４やチップ部品に限定されずに、ＦＢＡＲ（Ｆｉｌｍ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）やＭＥＭＳのスイッチ、光半導体素子等のチップ等であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の高周波モジュールの概略断面図である。
【図２】図１に示す高周波モジュールの上面透視図である。
【図３】図１に示す弾性表面波素子１の一方主面の説明図である。
【図４】図１に示すモジュール基板１０上の弾性表面波素子１に対応する部位の説明図である。
【図５】従来のＳＡＷチップを用いた高周波モジュールである。
【符号の説明】
【００４１】
１０・・・・モジュール基板
１・・・・・弾性表面波素子
１１・・・・圧電基板
１２・・・・励振電極
１３・・・・入出力電極
１４・・・・環状接地電極
２・・・・・熱硬化性樹脂
３・・・・・樹脂ケース
３１・・・・脚部
３２・・・・天板
４・・・・・半導体チップ
４１・・・・ワイヤ
５１・・・・チップコンデンサ
５２・・・・チップインダクタ
１０１・・・高周波回路パターン
１０２・・・サーマルビア
１０３・・・電極
１０４・・・接地電極
【図１】
2007096519.tif 000003
【図２】
2007096519.tif 000004
【図３】
2007096519.tif 000005
【図４】
2007096519.tif 000006
【図５】
2007096519.tif 000007