JP2021052359A - 電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】リッドの撓みを低減すること。【解決手段】支持基板と、前記支持基板上に設けられた圧電層と、前記圧電層の表面上に設けられた電極を含む機能素子と、平面視して、前記圧電層及び前記機能素子を囲んで前記支持基板上に設けられた金属製の枠体と、前記支持基板とで空隙を挟み前記枠体上に設けられ、前記機能素子を前記空隙内に封止する金属製のリッドと、前記空隙内において前記支持基板と前記リッドとの間に設けられた柱状体と、を備える電子デバイス。【選択図】図１

Description

本発明は、電子デバイスに関する。

基板上に設けられた弾性波素子等の機能素子との間に空隙が形成されるようにリッド（蓋）を設け、空隙内に機能素子を封止する電子デバイスが知られている（例えば、特許文献１から５）。

特開２０１３−５８９１１号公報 特開２０１４−９０３４０号公報 特開２０１４−１４３６４０号公報 国際公開第２００９／０９０８９５号 特開２０１６−２０１７８０号公報

空隙上に金属製のリッドが設けられる構造では、リッドに圧力が加わった場合にリッドが撓むことがある。リッドが撓むことで、リッドが機能素子等と接触し、特性が劣化してしまうことがある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、リッドの撓みを低減することを目的とする。

本発明は、支持基板と、前記支持基板上に設けられた圧電層と、前記圧電層の表面上に設けられた電極を含む機能素子と、平面視して、前記圧電層及び前記機能素子を囲んで前記支持基板上に設けられた金属製の枠体と、前記支持基板とで空隙を挟み前記枠体上に設けられ、前記機能素子を前記空隙内に封止する金属製のリッドと、前記空隙内において前記支持基板と前記リッドとの間に設けられた柱状体と、を備える電子デバイスである。

上記構成において、前記圧電層は、前記圧電層を貫通する貫通孔を有し、前記柱状体は、前記貫通孔において前記支持基板と前記リッドとの間に設けられる構成とすることができる。

上記構成において、前記柱状体の高さは、前記支持基板の上面から前記機能素子の前記電極の上面までの距離よりも大きい構成とすることができる。

上記構成において、前記柱状体は前記圧電層から離れて設けられる構成とすることができる。

上記構成において、前記柱状体の一方の端面は前記支持基板に接し、他方の端面は前記リッドに接する構成とすることができる。

上記構成において、前記圧電層は、底面に前記圧電層が存在する凹部を有し、前記柱状体は、前記凹部において前記支持基板と前記リッドとの間に設けられる構成とすることができる。

上記構成において、前記リッドはグランドに接続され、前記柱状体は、金属製で、前記リッドから前記支持基板に向かって幅が狭まる形状をしている構成とすることができる。

上記構成において、前記柱状体は、前記リッドの前記枠体よりも内側に位置する領域の重心に位置して前記支持基板と前記リッドとの間に設けられる構成とすることができる。

上記構成において、前記支持基板は、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、又はシリコン基板であり、前記圧電層は、単結晶タンタル酸リチウム層又は単結晶ニオブ酸リチウム層であり、前記機能素子は、前記電極として前記圧電層上に設けられた櫛型電極を含む弾性波素子である構成とすることができる。

上記構成において、前記機能素子は、前記電極として前記圧電層を挟む下部電極及び上部電極を含む圧電薄膜共振子である構成とすることができる。

本発明によれば、リッドの撓みを低減することができる。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの断面図及び平面図である。 図２は、実施例１における弾性波素子の平面図である。 図３（ａ）はフィルタの回路図、図３（ｂ）はディプレクサの回路図である。 図４（ａ）から図４（ｄ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その１）である。 図５（ａ）から図５（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その２）である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、比較例に係る弾性波デバイスの断面図及び平面図である。 図７は、比較例に係る弾性波デバイスで生じる課題を説明する断面図である。 図８（ａ）から図８（ｃ）は、シミュレーションＡに用いたモデルの斜視図、平面図、及び断面図である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は、シミュレーションＡにおけるリッドの撓みを示す図である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、シミュレーションＢに用いたモデルの平面図及び断面図である。 図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、シミュレーションＢにおけるリッドの撓みを示す図である。 図１２は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスの平面図である。 図１３は、シミュレーションＣに用いたモデルの平面図である。 図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、シミュレーションＣにおけるリッドの撓みを示す図である。 図１５は、実施例１の変形例２に係る弾性波デバイスの平面図である。 図１６は、シミュレーションＤに用いたモデルの平面図である。 図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、シミュレーションＤにおけるリッドの撓みを示す図である。 図１８は、実施例２に係る弾性波デバイスの断面図である。 図１９は、実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。 図２０は、実施例４に係る弾性波デバイスの断面図である。 図２１は、実施例５に係る弾性波デバイスの断面図である。 図２２（ａ）から図２２（ｋ）は、柱状体の形状の例を示す平面図である。 図２３（ａ）から図２３（ｇ）は、柱状体の形状の例を示す側面図である。 図２４（ａ）及び図２４（ｂ）は、柱状体の配置の例を示す平面図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施例について、電子デバイスとして弾性波デバイスを例に説明する。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの断面図及び平面図である。図１（ｂ）は、リッド２４、枠体２０、圧電層１３、及び柱状体３０を主に示している。図１（ａ）及び図１（ｂ）のように、実施例１の弾性波デバイス１００は、支持基板１０の上面１１上に圧電層１３が接合されている。支持基板１０は、例えばサファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、又はシリコン基板である。サファイア基板は単結晶のＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする基板である。アルミナ基板は多結晶のＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする基板である。スピネル基板は単結晶又は多結晶のＭｇＡｌ_２Ｏ_４を主成分とする基板である。石英基板はアモルファスのＳｉＯ_２を主成分とする基板である。水晶基板は単結晶のＳｉＯ_２を主成分とする基板である。圧電層１３は、例えば単結晶タンタル酸リチウム層又は単結晶ニオブ酸リチウム層である。支持基板１０の線膨張係数は圧電層１３の線膨張係数より小さい。これにより、弾性波デバイス１００の周波数温度係数を低減できる。圧電層１３と支持基板１０との間に酸化シリコン又は窒化アルミニウム等の絶縁体層を設けてもよい。このように、圧電層１３は支持基板１０に直接又は間接的に接合されている。

圧電層１３の上面１４上に１又は複数の弾性波素子１５が設けられている。支持基板１０の周縁領域には圧電層１３が設けられていない。平面視において、圧電層１３及び弾性波素子１５を囲むように支持基板１０上に枠体２０が設けられている。枠体２０は圧電層１３から離れて支持基板１０上に設けられている。枠体２０は、環状金属層２１及び環状接合層２２を備える。環状金属層２１は支持基板１０の上面１１に接触している。環状接合層２２は環状金属層２１上に設けられている。

支持基板１０の下面１２上に端子１８が設けられている。端子１８は、弾性波素子１５を外部と電気的に接続するためのフットパッドである。支持基板１０を貫通するビア配線１６が設けられている。ビア配線１６の一端は端子１８に接続する。ビア配線１６の他端は圧電層１３の上面１４から支持基板１０の上面１１に延在する配線１７に接続する。これにより、弾性波素子１５は配線１７及びビア配線１６を介して端子１８に電気的に接続されている。支持基板１０を貫通するビア配線１６ａが設けられている。ビア配線１６ａは端子１８ａと枠体２０とを電気的に接続する。

枠体２０上に、支持基板１０との間に空隙２７を挟んでリッド２４が設けられている。リッド２４は枠体２０に接合されている。リッド２４及び枠体２０により弾性波素子１５は空隙２７に封止される。リッド２４は接合層２５及び本体２６を含む。接合層２５は環状接合層２２と接合する。本体２６は、接合層２５より厚く、リッド２４が潰れ難くなるように接合層２５より硬い材料で形成される。

配線１７、ビア配線１６及び１６ａ、端子１８及び１８ａ、並びに環状金属層２１は、例えば銅層、アルミニウム層、白金層、ニッケル層、又は金層等の金属層である。環状接合層２２は、例えば金錫、銀錫、錫、又は錫銀銅等のロウ材金属層である。接合層２５は、環状接合層２２と接合する金属層であり、例えば金層である。本体２６は、線膨張係数の小さい金属層であり、例えばコバール層である。枠体２０及びリッド２４が金属であるため、ビア配線１６ａにグランド電位を供給することにより、枠体２０及びリッド２４にシールド効果を付与することができる。また、枠体２０及びリッド２４が金属であることで、弾性波素子１５を空隙２７に気密性良く封止することができる。なお、枠体２０及びリッド２４は支持基板１０上では弾性波素子１５に電気的に接続されていない。

圧電層１３は、圧電層１３を上面１４から下面にかけて貫通する貫通孔４０を有する。貫通孔４０は、圧電層１３の一部に開口状に設けられている場合を例に示すが、圧電層１３を複数に分離するように設けられていてもよい。貫通孔４０では例えば支持基板１０の上面１１が露出している。貫通孔４０において支持基板１０とリッド２４との間に柱状体３０が設けられている。柱状体３０は空隙２７内に位置して設けられている。柱状体３０は圧電層１３から離れて設けられている。柱状体３０は、金属層３１及び接合層３２を備える。金属層３１は支持基板１０の上面１１に接触している。接合層３２は金属層３１上に設けられている。これにより、柱状体３０の一端は支持基板１０の上面１１に接触し、他端はリッド２４に接合している。

金属層３１は、例えば銅層、アルミニウム層、白金層、ニッケル層、又は金層等の金属層であり、一例として環状金属層２１と同じ材料で形成されている。接合層３２は、例えば金錫、銀錫、錫、又は錫銀銅等のロウ材金属層であり、一例として環状接合層２２と同じ材料で形成されている。柱状体３０は、金属で形成される場合に限られず、セラミック等の絶縁材料で形成されてもよい。

枠体２０は、圧電層１３の周りを略長方形の枠状に延在することで圧電層１３及び弾性波素子１５を囲んでいる。このため、リッド２４の枠体２０よりも内側に位置する内側領域２９の支持基板１０側の面は略長方形状をしている。略長方形状とは、製造誤差程度に頂点が丸みを帯びている場合及び／又は各辺が曲線となっている場合等も含む。リッド２４の内側領域２９は空隙２７に露出している。柱状体３０はリッド２４の内側領域２９の重心に位置して支持基板１０とリッド２４との間に設けられている。

支持基板１０は例えばサファイア基板であり、その厚さは例えば５０μｍから３００μｍである。圧電層１３は例えば４２°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層であり、その厚さは例えば０．５μｍから３０μｍであり例えば弾性波の波長以下である。枠体２０の高さは例えば１０μｍから３０μｍである。環状金属層２１は、例えば支持基板１０側から厚さが５μｍから２０μｍの銅層と厚さが２．５μｍのニッケル層との積層である。環状接合層２２は、例えば厚さが３．５μｍの金錫層である。リッド２４の接合層２５は、例えば厚さが２μｍの金層である。リッド２４の本体２６は、例えば厚さが３０μｍから１００μｍのコバール板である。ビア配線１６及び１６ａは、例えば直径が３０μｍから１００μｍの銅である。端子１８は、例えば支持基板１０側から厚さが２μｍの銅層と厚さが５μｍのニッケル層と厚さが０．３μｍの金層との積層である。

枠体２０の幅は例えば２０μｍから３０μｍである。支持基板１０の側面及びリッド２４の側面と枠体２０の側面との間の距離は例えば５μｍから１０μｍである。支持基板１０の大きさは、例えば１．２ｍｍ×１．０ｍｍである。支持基板１０の下面１２とリッド２４の上面との間の距離は例えば０．１５ｍｍである。

柱状体３０の高さは、枠体２０の高さと略同じであり、例えば１０μｍから３０μｍである。柱状体３０の長さ及び幅は２０μｍから３０μｍである。金属層３１は、例えば環状金属層２１と同じで支持基板１０側から厚さが５μｍから２０μｍの銅層と厚さが２．５μｍのニッケル層との積層である。接合層３２は、例えば環状接合層２２と同じで厚さが３．５μｍの金錫層である。柱状体３０と圧電層１３との距離Ｄは例えば１μｍから１０μｍである。

図２は、実施例１における弾性波素子の平面図である。図２のように、弾性波素子１５は弾性表面波共振子である。圧電層１３の上面１４上にＩＤＴ（Interdigital Transducer）５０と反射器５１が形成されている。ＩＤＴ５０は、互いに対向する一対の櫛型電極５２を有する。櫛型電極５２は、複数の電極指５３と、複数の電極指５３を接続するバスバー５４と、を有する。反射器５１は、ＩＤＴ５０の両側に設けられている。ＩＤＴ５０が圧電層１３に弾性表面波を励振する。一対の櫛型電極５２のうち一方の櫛型電極の電極指５３のピッチがほぼ弾性波の波長λとなる。すなわち、弾性波の波長λは、一対の櫛型電極５２の電極指５３のピッチの２倍にほぼ等しい。ＩＤＴ５０及び反射器５１は、例えばアルミニウム膜、銅膜、又はモリブデン膜等の金属膜により形成される。圧電層１３の上面１４上にＩＤＴ５０及び反射器５１を覆う保護膜又は温度補償膜が設けられていてもよい。

圧電層１３の上面１４上に形成された複数の弾性波素子１５によってフィルタが形成されていてもよいし、デュプレクサが形成されていてもよい。図３（ａ）はフィルタの回路図、図３（ｂ）はディプレクサの回路図である。図３（ａ）のように、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に１又は複数の直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に１又は複数の並列共振器Ｐ１からＰ３が並列に接続されている。直列共振器Ｓ１からＳ４及び並列共振器Ｐ１からＰ３が弾性波素子１５である。直列共振器及び並列共振器の個数等は適宜設定できる。フィルタとしてラダー型フィルタを例に説明したが、フィルタは多重モード型フィルタであってもよい。

図３（ｂ）のように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ６０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ６１が接続されている。送信フィルタ６０は、送信端子Ｔｘから入力された高周波信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ６１は、共通端子Ａｎｔから入力された高周波信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。なお、マルチプレクサとしてデュプレクサを例に示したがトリプレクサ又はクワッドプレクサであってもよい。

［製造方法］
図４（ａ）から図５（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図４（ａ）のように、支持基板１０の上面１１に例えばレーザ光を照射してビアを形成し、ビア内に銅等の金属層を例えばめっき法を用い形成する。その後、支持基板１０の上面１１が露出するように金属層の上面を例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用い平坦化する。これにより、支持基板１０にビア配線１６及び１６ａが形成される。

図４（ｂ）のように、支持基板１０の上面１１に圧電基板を例えば表面活性化法を用い常温接合する。支持基板１０と圧電基板とは数ｎｍのアモルファス層等を介し直接接合されてもよいし、絶縁層を介し間接的に接合されてもよい。その後、圧電基板の上面を例えばＣＭＰ法を用い研磨する。これにより、支持基板１０の上面１１に直接又は間接的に接合された圧電層１３が形成される。

図４（ｃ）のように、圧電層１３の一部を例えばエッチング法を用いて除去する。これにより、支持基板１０の周縁領域の圧電層１３が除去され、ビア配線１６及び１６ａが露出する。また、圧電層１３に貫通孔４０が形成される。貫通孔４０では例えば支持基板１０の上面１１が露出している。

図４（ｄ）のように、圧電層１３の上面１４上に弾性波素子１５を形成する。圧電層１３の上面１４からビア配線１６まで延在し、弾性波素子１５とビア配線１６を電気的に接続する配線１７を形成する。

図５（ａ）のように、圧電層１３及び弾性波素子１５を囲むように支持基板１０の上面１１上に、環状金属層２１及び環状接合層２２を形成する。これにより、枠体２０が形成される。環状金属層２１及び環状接合層２２の形成と同時に、圧電層１３の貫通孔４０で露出した支持基板１０の上面１１上に、環状金属層２１と同じ材料からなる金属層３１と、環状接合層２２と同じ材料からなる接合層３２と、を形成する。これにより、貫通孔４０に柱状体３０が形成される。

図５（ｂ）のように、枠体２０の環状接合層２２上にリッド２４を接合する。これにより、リッド２４及び枠体２０により弾性波素子１５が空隙２７に封止される。リッド２４は柱状体３０の接合層３２にも接合される。

図５（ｃ）のように、支持基板１０の下面１２を例えばＣＭＰ法を用い研磨する。これにより、ビア配線１６及び１６ａが支持基板１０の下面１２から露出する。支持基板１０の下面１２上にビア配線１６及び１６ａに接続する端子１８及び１８ａを形成する。以上により、実施例１の弾性波デバイス１００が製造される。

［比較例］
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、比較例に係る弾性波デバイスの断面図及び平面図である。図６（ｂ）は、リッド２４、枠体２０、及び圧電層１３を主に示している。図６（ａ）及び図６（ｂ）のように、比較例の弾性波デバイス１０００では、支持基板１０とリッド２４との間に柱状体３０が設けられていない。その他の構成は、実施例１の弾性波デバイス１００と同じであるため説明を省略する。

図７は、比較例に係る弾性波デバイスで生じる課題を説明する断面図である。例えば配線基板上に実装された弾性波デバイス１０００を含む複数の電子部品をモールド樹脂で封止するとき、配線基板を樹脂封止装置のキャビティ内に配置した後にキャビティ内に樹脂を流し込むことを行う。キャビティ内に樹脂を流し込むときに、弾性波デバイス１０００に圧力が加わる。空隙２７の気密性を向上させるために枠体２０及びリッド２４は金属製であることが好ましいが、リッド２４が金属製である場合では展延性が高くなる。このため、リッド２４に圧力が加わることによって、図７のように、リッド２４が撓むことがある。リッド２４が撓んだ場合、リッド２４が弾性波素子１５及び／又は配線１７に接触して特性が劣化してしまうことがある。

［シミュレーション］
リッドに圧力が加わった場合の撓みについて計算したシミュレーションについて説明する。シミュレーションは、枠体２０とリッド２４のみを考慮した簡易モデルを用いて行った。図８（ａ）から図８（ｃ）は、シミュレーションＡに用いたモデルの斜視図、平面図、及び断面図である。図８（ａ）から図８（ｃ）のように、リッド２４は、長さＸが１．２８４ｍｍ、幅Ｙが０．７８４ｍｍ、高さＺが３０μｍの直方体形状をしているとした。枠体２０の幅Ｄは２３μｍ、高さＨは２０μｍであるとした。リッド２４は、ヤング率が１３８ＧＰａ、ポワソン比が０．３１７のコバールで形成されているとした。枠体２０は、ヤング率が１１０ＧＰａ、ポワソン比が０．３４３の銅で形成されているとした。図８（ｃ）のように、枠体２０の下面２８を固定し、リッド２４の上面に圧力Ｆを加えたときのリッド２４の撓みについてシミュレーションした。圧力Ｆは、モールド樹脂形成時の圧力に相当する６ＭＰａとした。

図９（ａ）及び図９（ｂ）は、シミュレーションＡにおけるリッドの撓みを示す図である。図９（ａ）は、リッド２４が変形していない箇所を基準とし、この基準からの撓み量を示した側面図であり、図９（ｂ）は、等高線図である（以下のシミュレーション結果においても同様である）。撓み量は、枠体２０側への撓みをマイナスとして示している。図９（ａ）及び図９（ｂ）のように、リッド２４の内側領域２９の重心に近いほど撓み量が大きくなっている。最大撓み量は−１７．６μｍであった。

なお、圧力Ｆを静水圧試験に対応する１２ＭＰａ、１８ＭＰａとしたときについてもシミュレーションを行い、この場合でも、リッド２４は図９（ａ）及び図９（ｂ）と同様な形状で撓むことが確認された。圧力Ｆを１２ＭＰａとしたときの最大撓み量は−３５．２μｍであり、圧力Ｆを１８ＭＰａとしたときの最大撓み量は−５２．８μｍであった。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、シミュレーションＢに用いたモデルの平面図及び断面図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）のように、シミュレーションＢでは、リッド２４の内側領域２９の重心に柱状体３０が設けられているとした。柱状体３０は、長さ２３μｍ、幅２３μｍ、高さ２０μｍの直方体形状であるとした。柱状体３０は、ヤング率が１１０ＧＰａ、ポワソン比が０．３４３の銅で形成されているとした。その他については、シミュレーションＡと同じ構造とした。図１０（ｂ）のように、枠体２０の下面２８及び柱状体３０の下面３８を固定し、リッド２４の上面に６ＭＰａの圧力Ｆを加えたときのリッド２４の撓みについてシミュレーションした。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、シミュレーションＢにおけるリッドの撓みを示す図である。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）のように、柱状体３０を設けることで、最大撓み量は−６．４μｍとなった。

比較例の弾性波デバイス１０００は、図６（ａ）及び図６（ｂ）のように、柱状体３０が設けられていない。この場合、図９（ａ）及び図９（ｂ）のように、リッド２４に圧力Ｆが加わったときのリッド２４の撓みが大きくなる。このため、比較例の弾性波デバイス１０００では、図７のように、リッド２４が撓んで弾性波素子１５及び／又は配線１７に接触し、特性が劣化する恐れがある。

一方、実施例１の弾性波デバイス１００によれば、図１（ａ）及び図１（ｂ）のように、空隙２７内において支持基板１０とリッド２４との間に柱状体３０が設けられている。この場合、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）のように、リッド２４に圧力Ｆが加わった場合でも、リッド２４に生じる撓みを低減できる。よって、リッド２４が弾性波素子１５及び配線１７に接触することを抑制でき、特性の劣化を抑制できる。柱状体３０の長さ及び幅は、リッド２４の撓みを低減する点から、２０μｍ以上が好ましく、３０μｍ以上がより好ましく、４０μｍ以上が更に好ましい。一方、圧電層１３の面積の減少を抑制する点から、柱状体３０の長さ及び幅は、１００μｍ以下が好ましく、８０μｍ以下がより好ましく、６０μｍ以下が更に好ましい。

圧電層１３は圧電層１３を貫通する貫通孔４０を有し、柱状体３０は貫通孔４０において支持基板１０とリッド２４との間に設けられることが好ましい。これにより、リッド２４に圧力が加わって柱状体３０が押された場合でも圧電層１３に負荷が加わることが抑制される。よって、圧電層１３にクラックが発生することを抑制できる。

柱状体３０の高さは、支持基板１０の上面１１から弾性波素子１５を形成する櫛型電極５２の上面までの距離よりも大きいことが好ましい。これにより、リッド２４が撓んだ場合でも、リッド２４が弾性波素子１５に接することを抑制でき、特性の劣化を抑制できる。

圧電層１３は単結晶タンタル酸リチウム層又は単結晶ニオブ酸リチウム層である。この場合、圧電層１３は劈開性を有するために負荷が加わると割れ易い。よって、このような場合では、柱状体３０は、圧電層１３の貫通孔４０において支持基板１０とリッド２４との間に設けられることが好ましい。また、圧電層１３の厚さが弾性波の波長λ以下の場合、圧電層１３は負荷が加わると割れ易い。よって、このような場合においても、柱状体３０は、圧電層１３の貫通孔４０において支持基板１０とリッド２４との間に設けられることが好ましい。

リッド２４によって柱状体３０が押された場合において圧電層１３に負荷が加わることを抑制するために、柱状体３０は圧電層１３から離れて設けられることが好ましい。圧電層１３への負荷の抑制及び弾性波デバイスの大型化の抑制の点から、柱状体３０と圧電層１３との間の距離Ｄは、２μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、３μｍ以上８μｍ以下がより好ましく、４μｍ以上６μｍ以下が更に好ましい。

柱状体３０は支持基板１０又はリッド２４の一方に接触し、他方には接触せずに隙間が形成されている場合でもよいが、リッド２４の撓みを効果的に低減するために、柱状体３０の一方の端面は支持基板１０に接し、他方の端面はリッド２４に接することが好ましい。

柱状体３０は、リッド２４の内側領域２９の重心に位置して支持基板１０とリッド２４との間に設けられることが好ましい。これにより、リッド２４に圧力が加わった場合でも、リッド２４の撓みを効果的に低減できる。

弾性波デバイス１００の低背化のために、リッド２４の厚さは支持基板１０の厚さよりも小さい場合が好ましい。この場合、リッド２４は圧力が加わった場合に撓み易くなる。したがって、このような場合では、柱状体３０を設けることが好ましい。

柱状体３０の下には配線１７が設けられていない場合が好ましい。これにより、リッド２４に圧力が加わって柱状体３０が押された場合でも、配線１７を介した圧電層１３への応力の伝搬が抑制され、圧電層１３にクラックが発生することを抑制できる。

［実施例１の変形例１］
図１２は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスの平面図である。図１２は、リッド２４、枠体２０、圧電層１３、及び柱状体３０ａ、３０ｂを主に示している。図１２のように、実施例１の変形例１の弾性波デバイス１１０では、柱状体３０ａ及び３０ｂが、リッド２４の内側領域２９を平面視した場合における内側領域２９の長手方向に沿う仮想的な直線７０上に位置して支持基板１０とリッド２４との間に設けられている。柱状体３０ａ及び３０ｂは、例えばリッド２４の内側領域２９の重心７１に対して対称な位置に設けられている。例えば、枠体２０と柱状体３０ａとの間の距離Ａと、柱状体３０ａと３０ｂとの間の距離Ｂと、柱状体３０ｂと枠体２０との間の距離Ｃとは、略同じ大きさになっている。その他の構成は、実施例１の弾性波デバイス１００と同じであるため説明を省略する。

［シミュレーション］
図１３は、シミュレーションＣに用いたモデルの平面図である。シミュレーションＣでは、リッド２４の内側領域２９を平面視した場合における内側領域２９の長手方向に沿う仮想的な直線７０上に位置して柱状体３０ａ及び３０ｂが設けられているとした。柱状体３０ａ及び３０ｂは、リッド２４の内側領域２９の重心７１に対称に位置して設けられているとした。枠体２０と柱状体３０ａの中心との間の距離Ｘ１、柱状体３０ａと３０ｂとの中心間の距離Ｘ２、及び柱状体３０ｂの中心と枠体２０との間の距離Ｘ３は、全て同じ大きさの０．４４８ｍｍであるとした。柱状体３０ａ及び３０ｂは、シミュレーションＢと同様に、長さ２３μｍ、幅２３μｍ、高さ２０μｍの直方体形状をしていて、ヤング率が１１０ＧＰａ、ポワソン比が０．３４３の銅で形成されているとした。その他については、シミュレーションＡと同じ構造とした。枠体２０及び柱状体３０ａ、３０ｂの下面を固定し、リッド２４の上面に６ＭＰａの圧力を加えたときのリッド２４の撓みについてシミュレーションした。

図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、シミュレーションＣにおけるリッドの撓みを示す図である。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）のように、柱状体３０ａ及び３０ｂを設けることで、最大撓み量は−２．５μｍに低減された。

実施例１の変形例１のように、柱状体３０ａ及び３０ｂが、リッド２４の内側領域２９の長手方向に沿う仮想的な直線７０上に位置して支持基板１０とリッド２４との間に設けられていてもよい。これにより、リッド２４の撓みを低減できる。リッド２４の撓みを低減する点から、柱状体３０ａ及び３０ｂは、リッド２４の内側領域２９の重心７１に対して対称な位置に設けられることが好ましい。また、枠体２０と柱状体３０ａとの間の距離Ａと、柱状体３０ａと３０ｂとの間の距離Ｂと、柱状体３０ｂと枠体２０との間の距離Ｃと、が略同じになるように、柱状体３０ａと３０ｂが設けられることが好ましい。略同じとは製造誤差程度の異なる場合を含む。

［実施例１の変形例２］
図１５は、実施例１の変形例２に係る弾性波デバイスの平面図である。図１５のように、実施例１の変形例２の弾性波デバイス１２０では、柱状体３０ｃ及び３０ｄが、リッド２４の内側領域２９を平面視した場合における内側領域２９の対角線７２上に位置して支持基板１０とリッド２４との間に設けられている。柱状体３０ｃ及び３０ｄは、例えばリッド２４の内側領域２９の重心７１に対して対称な位置に設けられている。例えば、内側領域２９の角部と柱状体３０ｃとの間の距離Ａと、柱状体３０ｃと３０ｄとの間の距離Ｂと、柱状体３０ｄと内側領域２９の角部との間の距離Ｃとは、略同じ大きさになっている。その他の構成は、実施例１の弾性波デバイス１００と同じであるため説明を省略する。

［シミュレーション］
図１６は、シミュレーションＤに用いたモデルの平面図である。シミュレーションＤでは、リッド２４の内側領域２９を平面視した場合における内側領域２９の対角線７２上に位置して、柱状体３０ｃ及び３０ｄが設けられているとした。柱状体３０ｃ及び３０ｄは、リッド２４の内側領域２９の重心７１に対して対称に位置して設けられているとした。リッド２４の内側領域２９の角部と柱状体３０ｃの中心との間の距離Ｘ１、柱状体３０ｃと３０ｄとの中心間の距離Ｘ２、及び柱状体３０ｄの中心とリッド２４の内側領域２９の角部との間の距離Ｘ３は、全て同じ大きさで０．４７８ｍｍであるとした。柱状体３０ｃ及び３０ｄは、シミュレーションＢと同様に、長さ２３μｍ、幅２３μｍ、高さ２０μｍの直方体形状をしていて、ヤング率が１１０ＧＰａ、ポワソン比が０．３４３の銅で形成されているとした。その他については、シミュレーションＡと同じ構造とした。枠体２０及び柱状体３０ｃ、３０ｄの下面を固定し、リッド２４の上面に６ＭＰａの圧力を加えたときのリッド２４の撓みについてシミュレーションした。

図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、シミュレーションＤにおけるリッドの撓みを示す図である。図１７（ａ）及び図１７（ｂ）のように、柱状体３０ｃ及び３０ｄを設けることで、最大撓み量は−４．７μｍに低減された。

実施例１の変形例２のように、柱状体３０ｃ及び３０ｄが、リッド２４の内側領域２９の対角線７２上に位置して支持基板１０とリッド２４との間に設けられていてもよい。これにより、リッド２４の撓みを低減できる。リッド２４の撓みを低減する点から、柱状体３０ｃ及び３０ｄは、リッド２４の内側領域２９の重心７１に対して対称な位置に設けられることが好ましい。また、リッド２４の内側領域２９の角部と柱状体３０ａとの間の距離Ａと、柱状体３０ａと３０ｂとの間の距離Ｂと、柱状体３０ｂとリッド２４の内側領域２９の角部との間の距離Ｃが略同じになるように、柱状体３０ｃと３０ｄが設けられることが好ましい。

実施例１の変形例１及び変形例２では、２つの柱状体が設けられている場合を例に示したが、３つ以上の複数の柱状体が設けられていてもよい。

図１８は、実施例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図１８のように、実施例２の弾性波デバイス２００では、柱状体３０ｅがリッド２４から支持基板１０に向かって幅が狭まる形状をしている。柱状体３０ｅの側面と支持基板１０の上面１１との間の柱状体３０ｅ側の角度θは、例えば９０°より大きく１３０°以下であってもよいし、９５°以上１２０°以下であってもよいし、１００°以上１１０°以下であってもよい。その他の構成は、実施例１の弾性波デバイス１００と同じであるため説明を省略する。

実施例２によれば、柱状体３０ｅはリッド２４から支持基板１０に向かって幅が狭まる形状をしている。リッド２４は、シールドのためにグランドに接続されることが好ましい。柱状体３０ｅは、剛性を高めるために金属製であることが好ましい。この場合、柱状体３０ｅはグランド電位となる。このような場合に、弾性波素子１５及び配線１７と柱状体３０ｅとの間の寄生容量を低減するために、柱状体３０ｅをリッド２４から支持基板１０に向かって幅が狭まる形状とし、柱状体３０ｅと弾性波素子１５及び配線１７との間の距離を広くすることが好ましい。なお、柱状体３０ｅは支持基板１０上では弾性波素子１５に電気的に接続されていない。

図１９は、実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図１９のように、実施例３の弾性波デバイス３００では、貫通孔４０における圧電層１３ａの側面は、支持基板１０に向かって広がるように傾斜したテーパ形状となっている。圧電層１３ａの側面と支持基板１０の上面１１との間の圧電層１３ａ側の角度θは、９０°より小さく６５°以上であってもよいし、８５°以下７０°以上であってもよし、８０°以下７５°以上であってもよい。その他の構成は、実施例１の弾性波デバイス１００と同じであるため説明を省略する。

実施例３によれば、貫通孔４０における圧電層１３ａの側面は支持基板１０に向かって広がるように傾斜している。これにより、弾性波素子１５及び配線１７と柱状体３０との間の距離を広くすることができ、弾性波素子１５及び配線１７と柱状体３０との間の寄生容量を低減できる。

実施例３においても、実施例２のように、リッド２４から支持基板１０に向かって幅が狭まる形状の柱状体３０ｅを用いてもよい。

図２０は、実施例４に係る弾性波デバイスの断面図である。図２０のように、実施例４の弾性波デバイス４００では、圧電層１３ｂは、貫通孔４０を有さず、上面１４に凹部１９を有する。凹部１９の底面には圧電層１３ｂが存在する。柱状体３０は、凹部１９で支持基板１０とリッド２４との間に設けられている。例えば、柱状体３０の一方の端面は凹部１９の底面に接し、他方の端面はリッド２４に接している。凹部１９の深さは、例えば圧電層１３ｂの厚さの１／４以上３／４以下であってもよいし、１／３以上２／３以下であってもよい。その他の構成は、実施例１の弾性波デバイス１００と同じであるため説明を省略する。

実施例３によれば、柱状体３０は、圧電層１３ｂの凹部１９において支持基板１０とリッド２４との間に設けられている。これにより、リッド２４に圧力が加わって柱状体３０が押された場合、圧電層１３ｂの凹部１９の底面に負荷が加わるようになる。このため、圧電層１３ｂの上面１４にクラックが発生することを抑制でき、弾性波素子１５の特性劣化を抑制できる。

柱状体３０の高さは、凹部１９の底面から弾性波素子１５を形成する櫛型電極５２の上面までの距離よりも大きいことが好ましい。これにより、リッド２４が撓んだ場合でも、リッド２４が弾性波素子１５に接することを抑制でき、特性の劣化を抑制できる。

柱状体３０は圧電層１３ｂの凹部１９の底面又はリッド２４の一方に接し、他方には接してなく隙間が形成されていてもよいが、リッド２４の撓みを効果的に低減するために、柱状体３０の一方の端面は圧電層１３ｂの凹部１９の底面に接し、他方の端面はリッド２４に接することが好ましい。

実施例４においても、実施例２のように、リッド２４から支持基板１０に向かって幅が狭まる形状の柱状体３０ｅを用いてもよい。実施例３と同様に、凹部１９の内側面が支持基板１０に向かって広がるように傾斜していてもよい。また、実施例２から実施例４においても、実施例１の変形例１及び変形例２と同様に複数の柱状体が設けられていてもよい。

図２１は、実施例５に係る弾性波デバイスの断面図である。図２１のように、実施例５の弾性波デバイス５００では、弾性波素子１５ａが支持基板１０の上面１１上に設けられている。支持基板１０の上面１１上に圧電層８３が設けられている。圧電層８３を挟むように下部電極８２及び上部電極８４が設けられている。下部電極８２と支持基板１０との間に空隙８７が形成されている。圧電層８３の少なくとも一部を挟み下部電極８２と上部電極８４とが対向する領域が共振領域８６である。共振領域８６において、下部電極８２及び上部電極８４は圧電層８３内に厚み縦振動モードの弾性波を励振する。共振領域８６以外において、下部電極８２上に下部配線８１が設けられ、上部電極８４上に上部配線８５が設けられている。なお、圧電層８３の共振領域８６の外周領域にＱ値を高めるため又は温度補償のための挿入膜が挿入されていてもよい。

下部電極８２及び上部電極８４は例えばルテニウム膜等の金属膜である。下部配線８１及び上部配線８５は例えば銅等の金属膜である。圧電層８３は例えば窒化アルミニウム層又は酸化亜鉛層である。空隙８７の代わりに弾性波を反射する音響反射膜が設けられていてもよい。弾性波素子１５ａは一般的に知られている方向により製造される。

支持基板１０の周縁領域には圧電層８３等が設けられてなく、圧電層８３等を囲むように支持基板１０上に枠体２０が設けられている。枠体２０上にリッド２４が接合されている。これにより、弾性波素子１５ａは空隙２７に封止されている。

圧電層８３等を貫通する貫通孔９０が形成されている。貫通孔９０は、実施例１の貫通孔４０と同様に、圧電層８３等の一部に開口状に設けられていてもよいし、圧電層８３等を複数に分離するように設けられていてもよい。貫通孔９０では例えば支持基板１０の上面１１が露出している。貫通孔９０において支持基板１０とリッド２４との間に柱状体３０が設けられている。柱状体３０は、圧電層８３等から離れて設けられている。柱状体３０の一端は支持基板１０の上面１１に接触し、他端はリッド２４に接合している。

柱状体３０は、実施例１の変形例１及び変形例２と同様に、リッド２４の内側領域２９の重心に対して対称な位置に設けられている。なお、柱状体３０は、実施例１と同様に、リッド２４の内側領域２９の重心に位置して設けられていてもよい。

実施例１から実施例４のように、圧電層の表面上に設けられた電極を含む機能素子は、単結晶タンタル酸リチウム層又は単結晶ニオブ酸リチウム層である圧電層１３〜１３ｂの上面１４上に設けられた櫛型電極５２を含む弾性波素子の場合でもよい。実施例５のように、機能素子は、圧電層８３の上面及び下面上に設けられた下部電極８２及び上部電極８４を含む圧電薄膜共振子の場合でもよい。また、機能素子は、弾性波素子以外の場合でもよく、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）素子等の圧電素子の場合でもよい。なお、実施例５においても、実施例２のように、リッド２４から支持基板１０に向かって幅が狭まる形状の柱状体３０ｅを用いてもよい。

図２２（ａ）から図２２（ｋ）は、柱状体の形状の例を示す平面図である。図２２（ａ）から図２２（ｋ）は、図の明瞭化のためにクロスハッチングを付している。図２２（ａ）及び図２２（ｂ）のように、柱状体３０は平面視で正方形状であってもよいし、長方形状であってもよい、図２２（ｃ）及び図２２（ｄ）のように、正方形及び長方形の角部が丸みを帯びていてもよい。図２２（ｅ）及び図２２（ｆ）のように、辺が外側に膨らんだ矩形状であってもよいし、辺が内側に凹んだ矩形状であってもよい。図２２（ｇ）から図２２（ｉ）のように、円形状であってもよいし、楕円形状であってもよいし、菱形状であってもよい。図２２（ｊ）のように、十字型形状であってもよい。図２２（ｋ）のように、中空状であってもよい。

図２３（ａ）から図２３（ｇ）は、柱状体の形状の例を示す側面図である。図２３（ａ）から図２３（ｇ）では、図の明瞭化のためにクロスハッチングを付している。図２３（ａ）及び図２３（ｂ）のように、柱状体３０は側面視で正方形状であってもよいし、長方形状であってもよい。図２３（ｃ）のように、リッド２４から支持基板１０に向かって幅が狭まるような台形状であってもよいし、図２３（ｄ）のように、リッド２４から支持基板１０に向かって幅が広がるような台形状であってもよい。図２３（ｅ）及び図２３（ｆ）のように、台形を２つ重ねたような形状をしていてもよい。図２３（ｇ）のように、外側に膨らんだ辺を有する矩形状であってもよい。

図２４（ａ）及び図２４（ｂ）は、柱状体の配置の例を示す平面図である。図２４（ａ）のように、柱状体３０はリッド２４の内側領域２９の周縁部に配置されていてもよい。図２４（ｂ）のように、柱状体３０はリッド２４の内側領域２９の４隅に配置されていてもよい。

以上、本願発明の実施形態について詳述したが、本願発明はかかる特定の実施形態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願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 支持基板
１３、１３ａ 圧電層
１５、１５ａ 弾性波素子
１６、１６ａ ビア配線
１７ 配線
１８、１８ａ 端子
１９ 凹部
２０ 枠体
２１ 環状金属層
２２ 環状接合層
２４ リッド
２５ 接合層
２６ 本体
２７ 空隙
２９ 内側領域
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ 柱状体
３１ 金属層
３２ 接合層
４０ 貫通孔
５０ ＩＤＴ
５１ 反射器
５２ 櫛型電極
５３ 電極指
５４ バスバー
６０ 送信フィルタ
６１ 受信フィルタ
７０ 直線
７１ 重心
７２ 対角線
８１ 下部配線
８２ 下部電極
８３ 圧電層
８４ 上部電極
８５ 上部配線
８６ 共振領域
８７ 空隙
９０ 貫通孔
１００、１１０、１２０、２００、３００、４００、５００、１０００ 弾性波デバイス

Claims (10)

1. 支持基板と、
   前記支持基板上に設けられた圧電層と、
   前記圧電層の表面上に設けられた電極を含む機能素子と、
   平面視して、前記圧電層及び前記機能素子を囲んで前記支持基板上に設けられた金属製の枠体と、
   前記支持基板とで空隙を挟み前記枠体上に設けられ、前記機能素子を前記空隙内に封止する金属製のリッドと、
   前記空隙内において前記支持基板と前記リッドとの間に設けられた柱状体と、を備える電子デバイス。
2. 前記圧電層は、前記圧電層を貫通する貫通孔を有し、
   前記柱状体は、前記貫通孔において前記支持基板と前記リッドとの間に設けられる、請求項１に記載の電子デバイス。
3. 前記柱状体の高さは、前記支持基板の上面から前記機能素子の前記電極の上面までの距離よりも大きい、請求項２に記載の電子デバイス。
4. 前記柱状体は前記圧電層から離れて設けられる、請求項２または３に記載の電子デバイス。
5. 前記柱状体の一方の端面は前記支持基板に接し、他方の端面は前記リッドに接する、請求項２から４のいずれか一項に記載の電子デバイス。
6. 前記圧電層は、底面に前記圧電層が存在する凹部を有し、
   前記柱状体は、前記凹部において前記支持基板と前記リッドとの間に設けられる、請求項１に記載の電子デバイス。
7. 前記リッドはグランドに接続され、
   前記柱状体は、金属製で、前記リッドから前記支持基板に向かって幅が狭まる形状をしている、請求項１から６のいずれか一項に記載の電子デバイス。
8. 前記柱状体は、前記リッドの前記枠体よりも内側に位置する領域の重心に位置して前記支持基板と前記リッドとの間に設けられる、請求項１から７のいずれか一項記載の電子デバイス。
9. 前記支持基板は、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、又はシリコン基板であり、
   前記圧電層は、単結晶タンタル酸リチウム層又は単結晶ニオブ酸リチウム層であり、
   前記機能素子は、前記電極として前記圧電層上に設けられた櫛型電極を含む弾性波素子である、請求項１から８のいずれか一項に記載の電子デバイス。
10. 前記機能素子は、前記電極として前記圧電層を挟む下部電極及び上部電極を含む圧電薄膜共振子である、請求項１から８のいずれか一項記載の電子デバイス。

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