JP7364197B2 - 弾性波デバイスおよびその弾性波デバイスを備えるモジュール - Google Patents

Description

本開示は、弾性波デバイスおよびその弾性波デバイスを備えるモジュールに関する。詳しくはＳＨ波を用いる弾性表面波デバイス、例えば、フィルタ、デュプレクサまたはマルチプレクサに関する。

スマートフォンを代表とする移動通信端末の高周波通信用システムにおいて、通信に使用する周波数帯以外の不要な信号を除去するために、高周波フィルタ等が用いられている。

高周波フィルタ等には、弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ）素子等を有する弾性波デバイスが用いられている。ＳＡＷ素子は、圧電基板上に一対の櫛型電極を有するＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を形成した素子である。

特許文献１は、弾性表面波デバイスおよびその製造方法を開示する。デバイスの小型化および高周波化したときの耐電力性を向上することができるＳＡＷデバイスおよびその製造方法を提供し得る。

特開２００３－７８３８４号公報

しかしながら、特許文献１に開示のＳＡＷデバイスにおいては、近年のさらなる高周波化、小型化の要請に対応したＩＤＴ電極の耐電力を確保できない。

このため、十分な耐電力を有する弾性波デバイスを提供することができない。

本開示は、上述の課題を解決するためになされた。本開示の目的は、耐電力が向上した弾性波デバイスおよびその弾性波デバイスを備えるモジュールを提供することである。

本発明にかかる弾性波デバイスは、
圧電基板と、
前記圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極と
を備え、
前記ＩＤＴ電極は、
濃度が９９重量％以上である第１金属からなる第１金属層と、
濃度が９５重量％以上９９重量％未満である前記第１金属と第２金属の合金からなる第２金属層を含み、
前記第１金属層と前記第２金属層は、それぞれ複数層形成され、
前記第１金属層と前記第２金属層は、交互に積層されており、
前記第１金属層と前記第２金属層の厚みの比率は、３：２～２９：３２である弾性波デバイスとした。

前記第１金属は、前記第２金属よりも電気抵抗率が高いことが、本開示の一形態とされる。

前記第２金属層の合計の厚みは、前記第１金属層の合計の厚みよりも厚いことが、本開示の一形態とされる。

前記第１金属と前記第２金属よりも電気抵抗率が高い第３金属からなるボトム層を含むことが、本開示の一形態とされる。

前記第１金属層と前記第２金属層の合計の厚みは、前記ＩＤＴ電極の厚みの半分以上４分の３以下であることが、本発明の一形態とされる。

前記第１金属は、アルミニウム、モリブデン、イリジウム、タングステン、コバルト、ニッケルまたはルテニウムからなることが、本発明の一形態とされる。

前記第３金属は、クロム、ストロンチウムまたはチタンからなることが、本開示の一形態とされる。

前記第２金属層は、前記第１金属の濃度が９５重量％以上９７．５重量％以下であることが、本開示の一形態とされる。

前記第２金属層は、前記第１金属がアルミニウムであり、前記第２金属が銅であることが、本開示の一形態とされる。

前記圧電基板は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムの単結晶からなる基板であることが、本開示の一形態とされる。

前記圧電基板の前記ＩＤＴ電極が形成された主面とは反対の主面に支持基板を備え、前記支持基板は、サファイア、シリコン、アルミナ、スピネル、水晶またはガラスからなる基板であることが、本開示の一形態とされる。

前記弾性波デバイスを備えるモジュールが、本発明の一形態とされる。

本開示によれば、機械的強度が向上した弾性波デバイスおよびその弾性波デバイスを備えるモジュールを提供できる。

実施の形態１における弾性波デバイスの縦断面図である。 実施の形態１における弾性波デバイスの弾性波素子の例を示す図である。 実施の形態１における試作内容を模式的に示す図である 実施の形態１の弾性波デバイス１の試作１から試作４の条件を示す図である。 試作１から試作４および比較例のフューズテストの結果である。 試作４と比較例のストレスライフテストの結果を示す図である。 実施の形態２の弾性波デバイスが適用されるモジュールの縦断面図である。

実施の形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略される。

実施の形態１．
図１は実施の形態１における弾性波デバイスの縦断面図である。

図１に示すように、弾性波デバイス１は、配線基板３、外部接続端子３１、デバイスチップ５、電極パッド９、バンプ１５および封止部１７を備える。

例えば、配線基板３は、樹脂からなる多層基板である。例えば、配線基板３は、複数の誘電体層からなる低温同時焼成セラミックス（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ－ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ：ＬＴＣＣ）多層基板である。

外部接続端子３１は、配線基板３の下面に複数形成される。

電極パッド９は、配線基板３の主面に複数形成される。例えば、電極パッド９は、銅または銅を含む合金で形成される。例えば、電極パッド９の厚みは、１０μｍから２０μｍである。

バンプ１５は、電極パッド９のそれぞれの上面に形成される。例えば、バンプ１５は、金バンプである。例えば、バンプ１５の高さは、１０μｍから５０μｍである。

配線基板３とデバイスチップ５の間は、空隙１６が形成されている。

デバイスチップ５は、バンプ１５を介して、配線基板３にフリップチップボンディングにより実装される。デバイスチップ５は、複数のバンプ１５を介して複数の電極パッド９と電気的に接続される。

デバイスチップ５は、弾性波素子５２が形成される基板である。例えば、デバイスチップ５の主面において、複数の弾性波素子５２を含む、送信用フィルタと受信用フィルタとが形成される。

送信用フィルタは、所望の周波数帯域の電気信号が通過し得るように形成される。例えば、送信用フィルタは、複数の直列共振器と複数の並列共振器からなるラダー型フィルタである。

受信用フィルタは、所望の周波数帯域の電気信号が通過し得るように形成される。例えば、受信用フィルタは、ラダー型フィルタである。

デバイスチップ５は、圧電基板１１を備える。また、デバイスチップ５は、支持基板２１を備えてもよい。

圧電基板１１は、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムまたは水晶などの圧電単結晶で形成された基板である。別の例では、圧電基板１１は、圧電セラミックスで形成された基板である。

圧電基板１１の主面上には、弾性波素子５２が形成されている。弾性波素子５２は、例えば、ＩＤＴ電極を含む共振器である。

圧電基板１１の他の主面に、支持基板２１が接合している。支持基板２１は、例えば、ファンデルワールス力により接合している。また、接着層（図示しない）を介して接合されてもよい。

支持基板２１は、例えば、サファイア、シリコン、アルミナ、スピネル、水晶またはガラスで形成された基板である。

封止部１７は、デバイスチップ５を覆うように形成される。例えば、封止部１７は、合成樹脂等の絶縁体により形成される。例えば、封止部１７は、金属で形成される。

封止部１７が合成樹脂で形成される場合、当該合成樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミドなどである。好ましくは、封止部１７は、エポキシ樹脂を用い、低温硬化プロセスを用いてエポキシ樹脂で形成される。

次に、図２を用いて、デバイスチップ５上に形成された弾性波素子５２の例を説明する。図２は実施の形態１における弾性波デバイスの弾性波素子の例を示す図である。

図２に示されるように、ＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）５２ａと一対の反射器５２ｂとは、デバイスチップ５の主面に形成される。ＩＤＴ５２ａと一対の反射器５２ｂは、弾性波（主にＳＨ波）を励振し得るように設けられる。

例えば、ＩＤＴ５２ａと一対の反射器５２ｂとは、アルミニウムと銅の合金で形成される。例えば、ＩＤＴ５２ａと一対の反射器５２ｂとは、アルミニウム、モリブデン、イリジウム、タングステン、コバルト、ニッケル、ルテニウム、クロム、ストロンチウム、チタン、パラジウム、銀などの適宜の金属もしくはこれらの合金で形成される。

例えば、ＩＤＴ５２ａと一対の反射器５２ｂとは、複数の金属層が積層した積層金属膜により形成される。例えば、ＩＤＴ５２ａと一対の反射器５２ｂとの厚みは、１５０ｎｍから４５０ｎｍである。

ＩＤＴ５２ａは、一対の櫛形電極５２ｃを備える。一対の櫛形電極５２ｃは、互いに対向する。櫛形電極５２ｃは、複数の電極指５２ｄとバスバー５２ｅとを備える。

複数の電極指５２ｄは、長手方向を合わせて配置される。バスバー５２ｅは、複数の電極指５２ｄを接続する。

一対の反射器５２ｂの一方は、ＩＤＴ５２ａの一側に隣接する。一対の反射器５２ｂの他方は、ＩＤＴ５２ａの他側に隣接する。

次に、本実施の形態における弾性波デバイス１についての試作および短電力の測定結果を説明する。発明者らは、以下の条件で、本実施の形態における弾性波デバイス１のＩＤＴ５２ａの耐電力の測定を行った。

図３は、実施の形態１における試作内容を模式的に示す図である。図３は、ＩＤＴ５２ａの電極指５２ｄの断面の模式図である。

図３に示すように、圧電基板１１上に、ＩＤＴを構成する第１層から第１１層までの金属層が積層されている。

図３に示すように、第１層としてボトムチタン層１ＢＴｉが形成されている。第２層としてアルミニウム層２Ａｌが形成されている。第３層としてアルミニウム銅層３ＡｌＣｕが形成されている。第４層としてアルミニウム層４Ａｌが形成されている。第５層としてアルミニウム銅層５ＡｌＣｕが形成されている。第６層としてアルミニウム層６Ａｌが形成されている。第７層としてアルミニウム銅層７ＡｌＣｕが形成されている。第８層としてアルミニウム層８Ａｌが形成されている。第９層としてアルミニウム銅層９ＡｌＣｕが形成されている。第１０層としてアルミニウム層１０Ａｌが形成されている。また、第１１層としてトップチタン層１１ＴＴｉが形成されている。

ここで、第２層、第４層、第６層、第８層および第１０層のアルミニウム層は、アルミニウムの濃度が９９重量％以上である。

第３層、第５層、第７層および第９層のアルミニウム銅層は、アルミニウムの濃度が９５重量％以上である。また、第３層、第５層、第７層および第９層のアルミニウム銅層は、銅の濃度が例えば１重量％以上とすることができる。また、第３層、第５層、第７層および第９層のアルミニウム銅層は、銅の濃度が例えば１．５重量％以上、２．０重量％以上、または、２．５重量％以上、５．０重量％未満とすることができる。

図４は、実施の形態１の弾性波デバイス１の試作１から試作４の条件を示す図である。

図４に示すように、試作１から試作４のいずれにおいても、第１層のボトムチタンを１０１ｎｍの厚み、第１１層のトップチタンを１５ｎｍの厚みとした。また、試作１から試作４のいずれにおいても、第２層から第１０層までの合計の厚みは、３０１ｎｍとなるようにした。

図４に示すように、試作１は、第２層、第４層、第６層、第８層および第１０層のアルミニウム層は、厚みがそれぞれ４８ｎｍ、４８ｎｍ、４８ｎｍ、４８ｎｍおよび４９ｎｍである。また試作１の第３層、第５層、第７層および第９層のアルミニウム銅層は、厚みがいずれも１５ｎｍである。

試作１は、第２層、第４層、第６層、第８層および第１０層のアルミニウム層の合計の厚みは、２４１ｎｍである。また試作１の第３層、第５層、第７層および第９層のアルミニウム銅層の合計の厚みは６０ｎｍである。

図４に示すように、試作２は、第２層、第４層、第６層、第８層および第１０層のアルミニウム層は、厚みがそれぞれ４４ｎｍ、４４ｎｍ、４４ｎｍ、４４ｎｍおよび４５ｎｍである。また試作２の第３層、第５層、第７層および第９層のアルミニウム銅層は、厚みがいずれも２０ｎｍである。

試作２は、第２層、第４層、第６層、第８層および第１０層のアルミニウム層の合計の厚みは、２２１ｎｍである。また試作２の第３層、第５層、第７層および第９層のアルミニウム銅層の合計の厚みは８０ｎｍである。

図４に示すように、試作３は、第２層、第４層、第６層、第８層および第１０層のアルミニウム層は、厚みがそれぞれ３６ｎｍ、３６ｎｍ、３６ｎｍ、３６ｎｍおよび３７ｎｍである。また試作３の第３層、第５層、第７層および第９層のアルミニウム銅層は、厚みがいずれも３０ｎｍである。

試作３は、第２層、第４層、第６層、第８層および第１０層のアルミニウム層の合計の厚みは、１８１ｎｍである。また試作３の第３層、第５層、第７層および第９層のアルミニウム銅層の合計の厚みは１２０ｎｍである。すなわち、第２層、第４層、第６層、第８層および第１０層のアルミニウム層の合計の厚みと第３層、第５層、第７層および第９層のアルミニウム銅層の合計の厚みの比率は、３：２以上である。

図４に示すように、試作４は、第２層、第４層、第６層、第８層および第１０層のアルミニウム層は、厚みがそれぞれ２８ｎｍ、２８ｎｍ、２８ｎｍ、２８ｎｍおよび２９ｎｍである。また試作４の第３層、第５層、第７層および第９層のアルミニウム銅層は、厚みがいずれも４０ｎｍである。

試作４は、第２層、第４層、第６層、第８層および第１０層のアルミニウム層の合計の厚みは、１４１ｎｍである。また試作２の第３層、第５層、第７層および第９層のアルミニウム銅層の合計の厚みは１６０ｎｍである。すなわち、第２層、第４層、第６層、第８層および第１０層のアルミニウム層の合計の厚みと第３層、第５層、第７層および第９層のアルミニウム銅層の合計の厚みの比率は、２９：３２以下である。

図５は、試作１から試作４および比較例のフューズテストの結果である。試作および比較例は、いずれもＢａｎｄ－５デュプレクサを製作した。また、比較例は、実施の形態１における第２層から第１０層まで金属層の代わりに、その合計の厚みと同じ３０１ｎｍの厚みのアルミニウムの濃度９８．５重量％、銅の濃度１．５重量％であるアルミニウム銅の合金の単層を用いた。その他の条件は、実施の形態１と同様である。

図５に示すように、試作時におけるＢａｎｄ－５デュプレクサの要求仕様は、３０ＤＢであるところ、いずれの試作および比較例も、フューズテストをクリアしている。ここで、ＩＤＴにおける銅の含有量は、多いほど耐電力が向上するが、挿入損失が増大する。挿入損失の増大は、高周波化するほど顕著になる。

試作１および試作２は、比較例ほどの耐電力を得ることはできなかったが、比較例よりも銅の含有量が少ないため、挿入損失が小さく、かつ、要求仕様を満たす耐電力を得ることができた。

試作３は、比較例に近い耐電力を得ることができ、また、比較例よりも銅の含有量が少ないため、挿入損失が小さく、かつ、要求仕様を満たす耐電力を得ることができた。

試作４は、比較例よりも高い耐電力を得ることができ、また、比較例よりも銅の含有量が少ないため、挿入損失が小さく、かつ、要求仕様を満たす耐電力を得ることができた。

図６は、実施の形態１における試作４と比較例のストレスライフテストの結果を示す図である。

図６に示すように、試作４と比較例のいずれも、要求仕様specを満たす耐電力が得られた。また、試作４は、印加電力が３２ｄＢｍ付近において、比較例の約１０倍も長いライフを実現できた。

以上で説明された実施の形態１によれば、耐電力が向上した弾性波デバイスを提供することができる。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２の弾性波デバイスが適用されるモジュールの縦断面図である。なお、実施の形態１の部分と同一又は相当部分には同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。

図７において、モジュール１００は、配線基板１３０と複数の外部接続端子１３１と集積回路部品ＩＣと弾性波デバイス１とインダクタ１１１と封止部１１７とを備える。

複数の外部接続端子３１は、配線基板１３０の下面に形成される。複数の外部接続端子１３１は、予め設定された移動通信端末のマザーボードに実装される。

例えば、集積回路部品ＩＣは、配線基板１３０の内部に実装される。集積回路部品ＩＣは、スイッチング回路とローノイズアンプとを含む。

弾性波デバイス１は、配線基板１３０の主面に実装される。

インダクタ１１１は、配線基板１３０の主面に実装される。インダクタ１１１は、インピーダンスマッチングのために実装される。例えば、インダクタ１１１は、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ（ＩＰＤ）である。

封止部１１７は、弾性波デバイス１を含む複数の電子部品を封止する。

以上で説明された実施の形態２によれば、モジュール１００は、弾性波デバイス１を備える。このため、耐電力が向上した弾性波デバイスを備えるモジュールを提供できる。

少なくとも一つの実施形態のいくつかの側面が説明されたが、様々な改変、修正および改善が当業者にとって容易に想起されることを理解されたい。かかる改変、修正および改善は、本開示の一部となることが意図され、かつ、本開示の範囲内にあることが意図される。

理解するべきことだが、ここで述べられた方法および装置の実施形態は、上記説明に記載され又は添付図面に例示された構成要素の構造および配列の詳細への適用に限られない。方法および装置は、他の実施形態で実装し、様々な態様で実施又は実行することができる。

特定の実装例は、例示のみを目的としてここに与えられ、限定されることを意図しない。

本開示で使用される表現および用語は、説明目的であって、限定としてみなすべきではない。ここでの「含む」、「備える」、「有する」、「包含する」およびこれらの変形の使用は、以降に列挙される項目およびその均等物並びに付加項目の包括を意味する。

「又は（若しくは）」の言及は、「又は（若しくは）」を使用して記載される任意の用語が、当該記載の用語の一つの、一つを超える、およびすべてのものを示すように解釈され得る。

前後左右、頂底上下、横縦、表裏への言及は、いずれも、記載の便宜を意図する。当該言及は、本開示の構成要素がいずれか一つの位置的又は空間的配向に限られるものではない。したがって、上記説明および図面は、例示にすぎない。

１ 弾性波デバイス
３ 配線基板
５ デバイスチップ、
１１ 圧電基板
２１ 支持基板
９ 電極パッド
１５ バンプ
１６ 空隙
１７ 封止部
３１ 外部接続端子
５２ 弾性波素子、 ５２ａ ＩＤＴ、 ５２ｂ 反射器、 ５２ｃ 櫛形電極、 ５２ｄ 電極指
１００ モジュール、 １１１ インダクタ、 １１７ 封止部、 １３０ 配線基板、 １３１ 外部接続端子、 ＩＣ 集積回路部品

Claims (12)

1. 圧電基板と、
   前記圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極と
   を備え、
   前記ＩＤＴ電極は、
   濃度が９９重量％以上である第１金属からなる第１金属層と、
   濃度が９５重量％以上９９重量％未満である前記第１金属と第２金属の合金からなる第２金属層を含み、
   前記第１金属層と前記第２金属層は、それぞれ複数層形成され、
   前記第１金属層と前記第２金属層は、交互に積層されており、
   前記第１金属層と前記第２金属層の厚みの比率は、３：２～２９：３２である弾性波デバイス。
2. 前記第１金属は、前記第２金属よりも電気抵抗率が高い請求項１に記載の弾性波デバイス。
3. 前記第２金属層の合計の厚みは、前記第１金属層の合計の厚みよりも厚い請求項１または２に記載の弾性波デバイス。
4. 前記第１金属と前記第２金属よりも電気抵抗率が高い第３金属からなるボトム層を含む請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
5. 前記第１金属層と前記第２金属層の合計の厚みは、前記ＩＤＴ電極の厚みの半分以上４分の３以下である請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
6. 前記第１金属は、アルミニウム、モリブデン、イリジウム、タングステン、コバルト、ニッケルまたはルテニウムからなる請求項１から５のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
7. 前記第３金属は、クロム、ストロンチウムまたはチタンからなる請求項４に記載の弾性波デバイス。
8. 前記第２金属層は、前記第１金属の濃度が９５重量％以上９７．５重量％以下である請求項１から７のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
9. 前記第２金属層は、前記第１金属がアルミニウムであり、前記第２金属が銅である請求項１から８のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
10. 前記圧電基板は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムの単結晶からなる基板である請求項１から９のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
11. 前記圧電基板の前記ＩＤＴ電極が形成された主面とは反対の主面に支持基板を備え、前記支持基板は、サファイア、シリコン、アルミナ、スピネル、水晶またはガラスからなる基板である請求項１から１０のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを備えるモジュール。