JP4714214B2 - 弾性表面波デバイス - Google Patents

Description

本発明は、各種移動体通信端末機器等に用いられる弾性表面波デバイスに関するものである。

以下、従来の弾性表面波デバイスについて説明する。

近年、弾性表面波デバイスは、各種移動体通信端末機器（例えば携帯電話）等の電子機器に多く使用されているが、機器の小型化に対応して、弾性表面波デバイスの更なる小型化、低背化への要望が強くなってきている。これに対して図６のように、櫛型電極１を設けた素子２を配線基板３にバンプ４を用いてフリップチップ実装し、樹脂フィルム５で素子２を覆うことにより弾性表面波デバイスの小型化および低背化を図ることが提案されている。

しかしながら、機器のモジュール化が進み、弾性表面波デバイスを実装した後に、モールドすることが行われるようになり、モールドするときに素子に大きな力が加わり、時にはバンプが破壊に至るという課題があった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
特開２００１−１７６９９５号公報

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、モールド等の外力に対して強い弾性表面波デバイスを提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために本発明は、主面に櫛型電極およびパッド電極が設けられる圧電基板と、この圧電基板の主面に対向して配置され、前記圧電基板側と反対側の面に外部端子が設けられる蓋体と、前記パッド電極と前記外部端子とを電気的に接続する接続電極と、前記圧電基板の主面および前記パッド電極の少なくとも一方と前記蓋体との間に介在する絶縁体とを備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、圧電基板の主面およびパッド電極の少なくとも一方と蓋体との間に絶縁体が介在しているので、例えばモールド時に圧電基板に圧力がかかっても、その圧力は圧電基板から絶縁体に直接的にまたはパッド電極を介して間接的に伝わるようになるため、接続電極に加わる力が小さくなる。従って、モールド等の外力による接続電極の破壊に強い弾性表面波デバイスを得ることができる。

以下、本発明の第１実施形態を説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る弾性表面波デバイス１０Ａの断面図である。図１に示すように、弾性表面波デバイス１０Ａは、互いに所定の間隔（本実施形態では約５μｍ）を隔てて対向する圧電基板１１と蓋体１５とを備えている。

前記圧電基板１１は、厚さ約０．２５ｍｍのタンタル酸リチウムからなり、蓋体１５側の主面には、櫛型電極１２やパッド電極１３等が設けられている。また、圧電基板１１の主面における櫛型電極１２や反射電極（図示せず）等が配置されて弾性表面波を伝播するためのアクティブ領域１１ａは、空気中に開放されているが、その外側の領域は、パッド電極１３が存する部分ではパッド電極１３の上からその他の部分は直接的に酸化シリコンからなる絶縁体１４で覆われている。換言すれば、絶縁体１４は、圧電基板１１のアクティブ領域１１ａを取り囲むように圧電基板１１の主面と蓋体１５との間およびパッド電極１３と蓋体１５との間に介在している。なお、絶縁体１４の最大厚みは、前記所定の間隔と同じで約５μｍである。

前記蓋体１５は、厚さ約０．２ｍｍのガラスからなっている。また、蓋体１５は、絶縁体１４に接合されていて、これらの間が封止されている。すなわち、前記圧電基板１１のアクティブ領域１１ａ、前記絶縁体１４、および蓋体１５で囲繞される空間１８は、気密に保たれている。さらに、蓋体１５の圧電基板１１側と反対側の面には、パッド電極１３と対応する位置に外部端子１７が設けられている。この外部端子１７は、絶縁体１４および蓋体１５を貫通する穴の中に設けられたチタン、銅、ニッケルからなる接続電極１６によってパッド電極１３と電気的に接続されている。

前記絶縁体１４の弾性率は約７０ＧＰａ、前記圧電基板１１の弾性率は約１３５ＧＰａ、前記蓋体１５の弾性率は約６４ＧＰａである。すなわち、絶縁体１４は、圧電基板１１の弾性率と蓋体１５の弾性率の間の弾性率を有している。

従来の弾性表面波デバイスでは、素子裏面の方から力が加わった場合、バンプに直接力が加わることになるが、上述した構成の弾性表面波デバイス１０Ａでは、圧電基板１１の主面と蓋体１５との間およびパッド電極１３と蓋体１５との間に絶縁体１４が介在しているので、例えばモールド時に圧電基板１１に圧力がかかっても、その圧力は圧電基板１１から直接的に絶縁体１４に伝わるとともにパッド電極１３を介して間接的に絶縁体１４に伝わるようになるため、力が分散されて接続電極１６に加わる力が小さくなる。従って、外力への耐久性を向上させることができ、モールド等の外力による接続電極１６の破壊に強い弾性表面波デバイスを得ることができる。

さらに、接続電極１６の周囲がすべて絶縁体１４で覆われているため、圧電基板１１に局所的に圧力がかかった場合でも、接続電極１６の破壊を効果的に防止することができる。

また、前記圧電基板１１のアクティブ領域１１ａが臨む空間１８を圧電基板１１、蓋体１５、絶縁体１４で囲むことによって空間１８を気密に保っているので、通常の弾性表面波素子に必要な、付加的な封止がなくても良い。

一方、従来の弾性表面波デバイスでは、素子の周りに封止するための領域が必要になることから、デバイスのサイズが素子のサイズよりも大きくなるが、弾性表面波デバイス１０Ａでは封止するための領域を別途設ける必要がないため、デバイスの小型化を図ることができる。

また、いくつかの弾性表面波共振子を接続したラダー型弾性表面波フィルタ等の場合、それぞれの共振子を別々に絶縁体１４で囲むことが望ましい。このようにすることにより、アクティブ領域１１ａ以外の広い面で蓋体１５を支えることができ、さらに外力への耐久性を向上させることができる。この場合の具体的な構成は第２実施形態として後述する。

なお、さらにアクティブ領域１１ａが臨む空間１８を大きく確保するために、図３に示す変形例の弾性表面波デバイス１０Ｂのように、蓋体１５のアクティブ領域１１ａに対向する領域を窪ませて凹部１５ａを設けても良い。前記絶縁体１４は、圧電基板１１と蓋体１５との間に所定の空間を確保して、蓋体１５が櫛型電極１２に接触しないようにする役割も果たしているが、蓋体１５が１５ａ凹部を有していれば、凹部１５ａによって蓋体１５と櫛型電極１２との接触を防ぐ空間を確保することができる。このため、絶縁体１４の厚みを薄く設定することが可能になり、デバイスの低背化を図ることができる。

次に、弾性表面波デバイス１０Ａの製造方法について説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、ウェハ状の厚さ約０．２５ｍｍのタンタル酸リチウムからなるウエハ状圧電基板２１を準備する。このウエハ状圧電基板２１は、当該ウエハ状圧電基板２１を縦横に切断することにより複数の前記圧電基板１１を切り出し可能なものである。そして、ウエハ状圧電基板２１の主面に、厚さ約０．２μｍのアルミニウムを主体とする金属膜による櫛型電極１２、反射電極（図示せず）、パッド電極１３等の弾性表面波デバイスパターンをフォトリソグラフィー技術を用いて形成する。その後に、ウエハ状圧電基板２１における櫛型電極１２、反射電極等の弾性表面波が伝播するアクティブ領域１１ａ以外の全面に、厚さ約５μｍの酸化シリコンからなる絶縁層２４を形成する。この絶縁層２４は、後述するダイシング工程で切断されて、前記絶縁体１４となるものである。ここで、絶縁体１４のパターンを形成するためには、ウエハ状圧電基板２１の主面の全体にスパッタ蒸着により絶縁層２４を形成した後に、レジストパターンを形成してドライエッチングによりアクティブ領域１１ａの絶縁層２４を取り除く方法であっても良いし、リフトオフによってパターンを形成する方法であっても良い。また、あとの接合工程のためには、絶縁層２４の上面はフラットであることが望ましいが、通常の蒸着ではパッド電極１３等の電極厚みにより段差が生じやすい。これに対し、絶縁層２４をスパッタ蒸着によって形成するときにバイアス電圧をかけながら行うことにより、絶縁層２４を削りながら膜を形成することができるため、絶縁層２４の上面を接合工程に支障がない程度に平坦化することができる。

次いで、図２（ｂ）に示すように、厚さ約０．２ｍｍのガラスからなるウエハ状蓋基板２５を準備する。このウエハ状蓋基板２５は、当該ウエハ状蓋基板２５を縦横に切断することにより複数の前記蓋体１５を切り出し可能なものである。そして、ウエハ状蓋基板２５を絶縁層２４の上面に接合する。絶縁層２４の上面とウエハ状蓋基板２５とを接合する方法としては、直接接合、あるいは水ガラスを用いた接着等の方法を用いることができる。

ウエハ状蓋基板２５にはパッド電極１３と対向する部分に、接続電極１６を設けるための貫通穴２８が設けられている。貫通穴２８は必ずしも接合前に設ける必要はなく、ウエハ状蓋基板２５を絶縁層２４の上面と接合した後、貫通穴２８を形成しても良いが、加工性の点から、先に設けておくことが望ましい。

ウエハ状蓋基板２５を絶縁層２４に接合した後に貫通穴２８を設ける場合には、その手段として、サンドブラスト、レーザ加工等の方法を用いることができる。通常貫通穴を埋めて気密封止している場合、貫通穴の壁面を滑らかにしないと気密性を保つことができないが、第１実施形態では貫通穴２８が気密封止領域に接していないため、サンドブラスト、レーザ加工のような簡易な方法であっても、気密封止に影響を与えることはない。

次いで、図２（ｃ）に示すように、Ｃ_２Ｆ_６のようなフッ素系エッチングガスを用いて、ドライエッチングにより、貫通穴２８を利用して、パッド電極１３に達するように絶縁層２４に穴２４ａを形成する。フッ素系エッチングガスは、アルミニウムを主体とするパッド電極１３をほとんどエッチングしないため、ウエハ状蓋基板２５の方から見て、貫通穴２８および穴２４ａを通してパッド電極１３が剥き出しの状態となる。あらかじめウエハ状蓋基板２５に貫通穴２８を設けていない場合は、レジストでパターニングした後、パッド電極１３に達するまでドライエッチングを行う。

次いで、図２（ｄ）に示すように、ウエハ状蓋基板２５の方から、チタン、銅をスパッタにより蒸着し、外部端子層２７のパターニングを行うとともに貫通穴２８の内面にメタライズを施した後、それらの上にニッケルをメッキすることにより、貫通穴２８を埋めて、パッド電極１３と外部端子層２７とを電気的に接続する接続電極１６を形成する。前記外部端子層２７は、後述するダイシング工程で切断されて、前記外部接続端子１７となるものである。なお、本発明の効果を得るためには、貫通穴２８の内部は接続電極１６で完全に埋められていなくても構わない。

その後、ウエハ状圧電基板２１、絶縁層２４、ウエハ状蓋基板２５、および外部端子層２７をダイシングにより所定の寸法に切断することにより、圧電基板１１および蓋体１５を個片化すれば、個々の弾性表面波デバイス１０Ａを得ることができる。これにより、複数の弾性表面波デバイス１０Ａを同時に製造することができる。

弾性率が大きく異なる材料を張り合わせたものを同時にダイシングすると、その境界面でチッピングが発生し易いが、第１実施形態のように絶縁層２４がウエハ状圧電基板２１の弾性率とウエハ状蓋基板２５の弾性率の間の弾性率を有していれば、隣接する材料同士の弾性率の差を小さくすることができるため、弾性表面波デバイスを製造する際のダイシングによるチッピングの発生を減らすことができる。

なお、前記ウエハ状圧電基板２１とウエハ状蓋基板２５とを絶縁層２４を介して接合した後、ウエハ状圧電基板２１の主面と反対側を研削することによってデバイスの厚みを薄くしても良い。第１実施形態では、絶縁層２４によってウエハ状圧電基板２１がアクティブ領域１１ａ以外の広い面で支えられているため、研削してもウエハ状圧電基板２１が割れにくく、弾性表面波デバイスの低背化が図れる。さらに、研削によって、ウエハ状圧電基板２１のアクティブ領域１１ａと反対側の面を荒らすことができ、これにより不要なバルク波の反射による特性の劣化を抑えることができるという効果も得られる。

前記ダイシングを行う際には、前記接続電極１６を分断する線に沿って前記ウエハ状圧電基板２１およびウエハ状蓋基板２５を切断するようにしてもよい。このようにすれば、図４に示すように、接続電極１６が蓋体１５の端面に配置された弾性表面波デバイス１０Ｃを得ることができる。この弾性表面波デバイス１０Ｃでは、接続電極１６が蓋体１５を貫通している図１に示す弾性表面波デバイス１０Ａに比べ、蓋体１５の接続電極１６よりも外側に位置する部分の面積分デバイスの小型化を図ることができる。

次に、図５（ａ）および図５（ｂ）を参照して、本発明の第２実施形態に係る弾性表面波デバイス１０Ｄについて説明する。

この弾性表面波デバイス１０Ｄでは、圧電基板１１が２つ以上のアクティブ領域１１ａを有しており、絶縁体１４は、各アクティブ領域１１ａを個別に取り囲むように設けられている。すなわち、圧電基板１１の主面の２つのアクティブ領域１１ａ以外の領域は、絶縁体１４で覆われている。なお、圧電基板１１は、少なくとも２つのアクティブ領域１１ａを有していればよく、３つ以上アクティブ領域１１ａを有していてもよい。さらに、前記圧電基板１１の主面と反対側の面には、樹脂層１９が全面に亘って設けられている。

第２実施形態では、絶縁体１４は、酸化シリコン層１４ａと樹脂層１４ｂの２層で構成されている。この樹脂層１４ｂに採用可能な樹脂としては、例えばエポキシやポリイミド等が挙げられる。なお、絶縁体１４は、少なくとも樹脂層１４ｂを含んでいればよく、全面的に２層で構成されている必要はなく部分的に２層で構成されていてもよい。また、絶縁体１４は、樹脂層１４ｂを含む３層以上の構成となっていてもよい。

このように、絶縁体１４が各アクティブ領域１１ａを個別に取り囲むように設けられていれば、圧電基板１１と絶縁体１４との接触面積を大きく確保することができ、接続電極１６に加わる力をさらに低減させることができる。

また、圧電基板１１の主面と反対側の面には樹脂層１９が設けられているので、圧電基板１１内を主面から反対側の面に向かって伝わるバルク波が樹脂層１９で吸収され、当該反対側の面で反射されて主面に戻る割合が小さくなるため、バルク波の反射による周波数特性の劣化を低減させることができる。

さらに、絶縁体１４が樹脂層１４ｂを含んでいるので、モールド時や熱衝撃時等に各部に発生する応力のピーク値を絶縁体１４の樹脂層１４ｂの弾性変形によって緩和することができる。

なお、前記の第１実施形態および第２実施形態では、圧電基板１１のアクティブ領域１１ａを除く領域が全て絶縁体１４で覆われる形態を示したが、絶縁体１４は、圧電基板１１の主面およびパッド電極１３の少なくとも一方と蓋体１５との間に介在していれば、接続電極１６に加わる力を小さくすることができる。

上述したように、本発明に係る弾性表面波デバイスは、主面に櫛型電極およびパッド電極が設けられる圧電基板と、この圧電基板の主面に対向して配置され、前記圧電基板側と反対側の面に外部端子が設けられる蓋体と、前記パッド電極と前記外部端子とを電気的に接続する接続電極と、前記圧電基板の主面および前記パッド電極の少なくとも一方と前記蓋体との間に介在する絶縁体とを備えることを特徴とするものである。

この構成によれば、圧電基板の主面およびパッド電極の少なくとも一方と蓋体との間に絶縁体が介在しているので、例えばモールド時に圧電基板に圧力がかかっても、その圧力は圧電基板から絶縁体に直接的にまたはパッド電極を介して間接的に伝わるようになるため、接続電極に加わる力が小さくなる。従って、モールド等の外力による接続電極の破壊に強い弾性表面波デバイスを得ることができる。

前記弾性表面波デバイスにおいて、前記絶縁体は、少なくとも前記パッド電極と前記蓋体との間に介在していて、前記接続電極は、前記絶縁体および前記蓋体を貫通していることが好ましい。

この構成によれば、接続電極の周囲に絶縁体が存しているので、圧電基板に局所的に圧力がかかった場合でも、接続電極の破壊を効果的に防止することができる。

前記弾性表面波デバイスにおいて、前記絶縁体は、前記櫛型電極が設けられる圧電基板の主面のアクティブ領域を取り囲むように前記パッド電極と前記蓋体との間および前記圧電基板の主面と前記蓋体との間に介在することが好ましい。

この構成によれば、絶縁体を利用して圧電基板の主面のアクティブ領域と蓋体との間の空間を気密にすることができる。

さらに、前記圧電基板は、少なくとも２つ以上のアクティブ領域を有し、前記絶縁体は、各アクティブ領域を個別に取り囲むように設けられていることが好ましい。

この構成によれば、圧電基板と絶縁体との接触面積を大きく確保することができ、接続電極に加わる力をさらに低減させることができる。

ここで、前記絶縁体は、前記圧電基板と前記蓋体との間に所定の空間を確保して、蓋体が櫛型電極に接触しないようにする役割も果たしているが、蓋体が、前記櫛型電極が設けられる圧電基板の主面のアクティブ領域と対向する領域が窪む凹部を有していれば、凹部によって蓋体と櫛型電極との接触を防ぐ空間を確保することができる。このため、絶縁体の厚みを薄く設定することが可能になり、デバイスの低背化を図ることができる。

前記弾性表面波デバイスにおいて、前記絶縁体は、前記圧電基板の弾性率と前記蓋体の弾性率の間の弾性率を有することが好ましい。

弾性率が大きく異なる材料を張り合わせたものを同時にダイシングすると、その境界面でチッピングが発生し易いが、前記の構成によれば、隣接する材料同士の弾性率の差を小さくすることができるため、弾性表面波デバイスを製造する際のダイシングによるチッピングの発生を減らすことができる。

前記弾性表面波デバイスにおいて、前記弾性表面波デバイスにおいて、前記圧電基板の主面と反対側の面には樹脂層が設けられていることが好ましい。

この構成によれば、圧電基板内を主面から反対側の面に向かって伝わるバルク波が樹脂層で吸収され、当該反対側の面で反射されて主面に戻る割合が小さくなるため、バルク波の反射による周波数特性の劣化を低減させることができる。

前記弾性表面波デバイスにおいて、前記接続電極は、前記蓋体の端面に配置されていることが好ましい。

この構成によれば、接続電極が蓋体を貫通している構成に比べ、蓋体の接続電極よりも外側に位置する部分の面積分デバイスの小型化を図ることができる。

前記弾性表面波デバイスにおいて、前記絶縁体は、少なくとも樹脂層を含むことが好ましい。

この構成によれば、モールド時や熱衝撃時等に各部に発生する応力のピーク値を絶縁体の樹脂層の弾性変形によって緩和することができる。

また、本発明に係る弾性表面波デバイスの製造方法は、圧電基板の主面に櫛型電極およびパッド電極を形成する工程と、前記圧電基板の主面における前記櫛型電極が配置されるアクティブ領域を除く領域を絶縁体で覆う工程と、前記絶縁体に蓋体を接合する工程と、前記絶縁体の前記パッド電極に対応する位置に穴を形成する工程と、前記絶縁体に形成した穴に接続電極を形成する工程とを備えることを特徴とするものである。

この構成によれば、モールド等の外力による接続電極の破壊に強い弾性表面波デバイスを製造することができる。

例えば、前記絶縁体に穴を形成する工程は、ドライエッチングを行って穴を形成する工程を含むことができる。

前記弾性表面波デバイスの製造方法において、前記絶縁体に蓋体を接合する工程は、接続電極を形成するための貫通穴が形成された蓋体を準備する工程を含むことが好ましい。

この構成によれば、蓋体に形成された貫通穴を利用して、絶縁体に接続電極を形成するための穴を容易に形成できるようになる。

前記弾性表面波デバイスの製造方法において、前記圧電基板の主面に櫛型電極およびパッド電極を形成する工程は、ウエハ状圧電基板を準備する工程を含むとともに、前記絶縁体に蓋体を接合する工程は、ウエハ状蓋基板を準備する工程を含み、前記接続電極を形成する工程の後に、前記ウエハ状圧電基板および前記ウエハ状蓋基板を切断して、圧電基板および蓋体を個片化する工程をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、複数の弾性表面波デバイスを同時に製造することができる。

さらに、前記ウエハ状圧電基板および前記ウエハ状蓋基板を切断する工程は、前記接続電極を分断する線に沿ってウエハ状圧電基板およびウエハ状蓋基板を切断する工程を含むことが好ましい。

この構成によれば、接続電極が蓋体の端面に配置された小型の弾性表面波デバイスを製造することができる。

本発明は、弾性表面波デバイスを小型化、低背化し、外力に対する強度を向上させるものであり、産業上有用である。

図１は、本発明の第１実施形態に係る弾性表面波デバイスの断面図である。 図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１実施形態に係る弾性表面波デバイスの製造方法を説明する図である。 図３は、第１実施形態の変形例の弾性表面波デバイスの断面図である。 図４は、第１実施形態の変形例の弾性表面波デバイスの断面図である。 図５（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る弾性表面波デバイスの下面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶＢ−ＶＢ線断面図である。 図６は、従来の弾性表面波デバイスの断面図である。

Claims (9)

1. 主面に櫛型電極およびパッド電極が設けられる圧電基板と、この圧電基板の主面に対向して配置され、前記圧電基板側と反対側の面に外部端子が設けられる蓋体と、前記パッド電極と前記外部端子とを電気的に接続する接続電極と、前記圧電基板の主面および前記パッド電極の少なくとも一方と前記蓋体との間に介在する絶縁体とを備え、前記絶縁体は、前記圧電基板の弾性率と前記蓋体の弾性率の間の弾性率を有することを特徴とする弾性表面波デバイス。
2. 前記絶縁体は、少なくとも前記パッド電極と前記蓋体との間に介在していて、前記接続電極は、前記絶縁体および前記蓋体を貫通していることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。
3. 前記接続電極は、前記絶縁体と前記蓋体とを貫通する電極を分断することによって、前記蓋体の端面に形成したことを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。
4. 前記圧電基板と前記絶縁体と前記蓋体とを、外周端に露出させたことを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。
5. 前記絶縁体は、前記櫛型電極が設けられる圧電基板の主面のアクティブ領域を取り囲むように前記パッド電極と前記蓋体との間および前記圧電基板の主面と前記蓋体との間に介在することを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。
6. 前記圧電基板は、少なくとも２つ以上のアクティブ領域を有し、前記絶縁体は、各アクティブ領域を個別に取り囲むように設けられていることを特徴とする請求項５記載の弾性表面波デバイス。
7. 前記蓋体は、前記櫛型電極が設けられる圧電基板の主面のアクティブ領域と対向する領域が窪む凹部を有することを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。
8. 前記圧電基板の主面と反対側の面には樹脂層が設けられていることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。
9. 前記接続電極は、前記蓋体の端面に配置されていることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。

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