JP2009247014A

JP2009247014A - 弾性表面波装置

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Publication number: JP2009247014A
Application number: JP2009174501A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Otsuka; 一弘大塚; Hirohiko Katsuta; 洋彦勝田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2009-10-22
Anticipated expiration: 2020-01-31
Also published as: JP4762333B2

Abstract

【課題】外形の占有面積の大きさが内蔵する弾性表面波素子とほぼ等しいまでに小型化が可能で、かつ、信頼性の高い表面実装可能な弾性表面波装置を提供すること、及びインピーダンス調整機能やより多機能な電気回路を複合することができる弾性表面波装置を提供すること。
【解決手段】
圧電基板１と、圧電基板上に配置される励振電極２と、前記圧電基板上に配置され、励振電極２に接続される配線電極３と、励振電極２の振動空間９を構成するとともに、外周縁が圧電基板１の直上領域内に位置するようにして前記圧電基板上に配置されるカバー体４と、カバー体４を覆う樹脂からなる絶縁性保護体６と、前記絶縁性保護体上に配置される外部電極７と、前記絶縁性保護体内に設けられ、配線電極３に接続されるインダクタ成分と、を備えた構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車電話及び携帯電話等の移動体無線機器に内蔵される共振器及び周波数帯域フィルタ用の弾性表面波装置に関する。

従来から、電波を利用する電子機器のフィルタ，遅延線，発振器等の素子として種々の弾性表面波装置が用いられている。

近年、特に小型・軽量でかつフィルタとしての急峻遮断性能が高い弾性表面波フィルタが、移動体通信分野における携帯端末装置のＲＦ段及びＩＦ段のフィルタとして多用されている。

そして、この携帯端末装置の小型・軽量化が進むとともに、部品点数の削減を図るため、回路基板に実装されてきたインダクタ成分や容量成分、または、平衡不平衡変換機能を弾性表面波装置に内蔵することと、表面実装可能な小型化が強く要望されている。

現在、弾性表面波装置はキャンパッケージ型やセラミックパッケージ型が実用化されおり、セラミックパッケージ型はキャンパッケージ型に比べ表面実装可能で小型化が実現可能なものとして広く用いられている。

第１世代のセラミックパッケージ型の弾性表面波装置は、パッケージ内に接着固定した弾性表面波素子とパッケージの内部電極とを、ワイヤーボンディングにより電気接続していたが、ワイヤーボンディングを用いることによりパッケージ外形が大きくなり、弾性表面波装置は内蔵する弾性表面波素子の５倍〜６倍の占有面積となっていた。

これを解決し小型化を図るために、第２世代のセラミックパッケージ型の弾性表面波装置は、例えば図６に示すように、圧電基板２１上に励振電極である櫛歯状電極２２及び配線電極２３が形成された弾性表面波素子を、パッケージ基体２５に配線された導電体２７（２７ａ，２７ｂ，２７ｃで構成）における弾性表面波素子載置面に形成した内部電極２７ａと配線電極２３とを電気的に接続するため、金属バンプ２４を用いてフェースダウンボンディングした弾性表面波装置Ｊが実用化されている。

このように、配線電極２３に接続された金属バンプ２４とパッケージ基体２５に形成された内部電極２７ａとを接続することにより電気的接続を行うため、ワイヤーボンディングを使用する必要がなく、そのため、第１世代のセラミックパッケージ型弾性表面波装置に比べ、約２分の１の小型化が図られている。なお、図中、２８はパッケージ蓋体、２６はパッケージ枠状体、２７ｂは側面電極、２７ｃは下面電極、２９は櫛歯状電極２２の振動空間である。

特開平９−１６２６８８号公報

しかしながら、上記第２世代のフェースダウン実装方式のセラミックパッケージ型弾性表面波装置においても、パッケージ外形の大きさは、内蔵する弾性表面波素子の約３倍もあり、十分に小型化されていないものであった。

さらに、弾性表面波素子のパッケージへの実装方法は、デバイスチップをウエハから切断した後に、個別のパッケージを用い組み立てを行うために、量産性に欠けるという問題があった。

また、第２世代のセラミックパッケージ型の弾性表面波装置では、弾性表面波素子とセラミックパッケージ上の配線電極のみの構成となり、回路基板に実装されてきたインピーダンス調整用としてのインダクタ成分や容量成分、または、平衡不平衡変換機能といった、外部回路調整用の電気回路を内臓することができない。

そこで、本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、外形の占有面積が内蔵する弾性表面波素子とほぼ等しいまでに小型化が可能で、かつ、信頼性の高い表面実装可能な弾性表面波装置を提供すること、及び多機能な電気回路を複合することが可能な弾性表面波装置を提供することを目的とする。

本発明の弾性表面波装置は、圧電基板と、前記圧電基板上に配置される励振電極と、前記圧電基板上に配置され、前記励振電極に接続される配線電極と、前記励振電極の振動空間を構成するとともに、外周縁が前記圧電基板の直上領域内に位置するようにして前記圧電基板上に配置されるカバー体と、前記カバー体を覆う樹脂からなる絶縁性保護体と、前記絶縁性保護体上に配置される外部電極と、前記絶縁性保護体内に設けられ、前記配線電極に接続されるインダクタ成分と、を備えたものである。

本発明の弾性表面波装置によれば、弾性表面波素子の配線電極と外部電極を接続する導電体に複数の分断部や屈曲部を設けることにより、インダクタンス成分や容量成分を持つ外部回路調整用電気回路を任意に構成させることが可能なため、従来、インピーダンス調整のために回路基板に実装されてきたインダクタや容量、またはバラン等の多機能な電子回路を内蔵可能な弾性表面波装置を提供できる。

また、前記導電体に複数の分断部や屈曲部を設けることにより、外部電極に加わる応力を十分に緩和できるため、温度変化等により劣化の生じない高信頼性の弾性表面波装置を提供できる。

また、圧電基板を下部筐体とし、樹脂モールドにより封止を行いそれを上部筐体とすることができ、従来のセラミックパッケージ等が不要となり、大幅な小型・軽量化が図れ、外形の占有面積の大きさが、内蔵する弾性表面波素子とほぼ等しい、究極的に小型化された表面実装可能な弾性表面波装置を提供できる。

さらに、全ての製造工程をウエハプロセスで行うことができ、ウエハ単位の加工で弾性表面波装置を多数個同時に形成できる、すなわち、樹脂封止まで完了したウエハをダイシング工程で個別の弾性表面波装置にカッティングすることにより完成品を得ることができるため、従来のダイシング工程以降、個別に弾性表面波素子を組み立てる必要が無く、しかも処理能力の小さいダイボンダー，ワイヤーボンダー，シーム溶接機等の組立装置が不要となり、大幅に工程を簡略化するとともに、量産性の高い弾性表面波装置を提供できる。

本発明に係わる弾性表面波装置の実施形態を説明する端面模式図である。本発明に係わる他の弾性表面波装置の実施形態を説明する端面模式図である。本発明に係わる弾性表面波装置の概略等価回路図である。本発明に係わる他の弾性表面波装置の概略等価回路図である。本発明に係わる他の弾性表面波装置の概略等価回路図である。従来の弾性表面波装置を説明する端面模式図である。

以下、本発明に係わる弾性表面波装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、同様な部材には同一符号を付すものとする。

図１及び図２に本発明に係る弾性表面波装置Ｓ１，Ｓ２の要部断面図を模式的に示す。弾性表面波装置Ｓ１，Ｓ２は、例えばタンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム単結晶、四ホウ酸リチウム単結晶、又はランガサイト型結晶構造を有する単結晶、またはＰＺＴやＺｎＯ等の圧電セラミックスその他の材料から成る圧電基板１上に、少なくとも１対の櫛歯状電極から成り弾性表面波を発生させる励振電極２と、これに接続される配線電極３とが配設され、励振電極２及び配線電極３を絶縁性保護体６で被覆したものである。

ここで、励振電極２はアルミニウムやその合金等の金属から成り、その両端に反射器電極が配設されたり、これらの複数が直列及び／又は並列に接続されていてもよい。また、配線電極３は励振電極２に接続され、励振電極２と同様な金属材料から構成される。また、絶縁性保護体６は熱硬化性樹脂（エポキシ系、シリコーン系、フェノール系、ポリイミド系、又はポリウレタン系等の樹脂）、熱可塑性樹脂（ポリフェニレンサルファイド等の樹脂）、紫外線硬化樹脂、又は低融点ガラス等から成るものとする。

絶縁性保護体６内には、絶縁性保護体６の部材を積層し、金属（銅，金，ニッケル等の単体や合金）や導電性樹脂等から成る柱状導電体５（外部回路調整用電気回路：弾性表面波装置Ｓ１においては、第１柱状部５ａ、第２柱状部５ｂ、平板状部５ｃ、第３柱状部５ｄ、平板状部で構成５ｅ、誘電体１２で構成。弾性表面波装置Ｓ２においては、第１柱状部５ａ、第２柱状部５ｂ、平板状部５ｃ、第３柱状部５ｄ、および平板状部５ｅで構成。）を配設している。この柱状導電体５は、励振電極２と同様な材質から成る配線電極３と、絶縁性保護体６の表面に形成された半田バンプ等の金属材料から成る外部電極７との双方に接続されている。

前記絶縁性保護体６の積層構造において、柱状導電体５に複数の分断部Ａや屈曲部Ｂを設けることにより、インピーダンス調整のためのインダクタ成分及び／又は容量成分を形成できる。
さらに、相互インダクタを利用した平衡不平衡変換機能部（バラン）も形成可能である。

すなわち、例えば、図１に示す弾性表面波装置Ｓ１のように、柱状導電体５をその一部Ａで分断し、柱状導電体５と平板間の誘電体１２によって並行平板型の容量成分が発生する回路を形成可能である。

図３に図１に示した構成の概略等価電気回路図を示す。回路図中では、信号線１３に並列に容量１５を図示したが、これを信号線１３に直列に接続されても構わない。なお、図中１７は弾性表面波素子であり、１４は接地線である。

また、図２に示すように、柱状導電体５を屈曲させ、絶縁性保護体６中を蛇行状（ミアンダ状）のパターンや渦巻状の導電パターンとして、インダクタ成分が発生する回路を形成可能である。

図４に図２に示した構成の概略等価電気回路図を示す。回路図中では、信号線１３に直列にインダクタ１６を図示したが、信号線１３に並列に接続されても構わない。また、接地線１４にインダクタ１６と容量１５とを並列に接続させた例を示したが、絶縁性保護体６中を柱状導電体の分断部Ａや屈曲部Ｂによって作製可能な電気回路であれば構わない。

図５に、他の実施形態の概略等価電気回路図を示す。回路図中では、平衡不平衡変換回路１８として相互インダクタを用いて変換を行っているが、前述したように絶縁性保護体６中を柱状導電体の分断部Ａや屈曲部Ｂによって作製可能な電気回路であれば構わない。

そして、励振電極２の振動空間１１を確保するために、金属，樹脂，またはガラス等から成るカバー体４を、絶縁性保護体６と励振電極２との間に配設している。

また、分断部や屈曲部を多数設けることにより、外部電極７に働く応力が柱状導電体に緩和されて伝達されるため、圧電基板１への影響を極力抑えることができる。これにより、弾性表面波装置を回路基板に半田等で実装して使用する際に、実装時の熱歪みや温度変化による応力が柱状の電極５を介して圧電基板１に伝わり、特性が著しく劣化したり、場合によっては圧電基板にクラックが発生するという問題を極力防止でき、高信頼性を有する弾性表面波装置を得ることができる。

いずれにせよ、屈曲部を複数設けることにより、プリント基板等に半田等で接続された外部電極７に加わる外部応力が柱状導電体を通じて圧電基板１に働くことによる緩和効果で破損を極力防止することができる。

また、励振電極２の対数は５０〜２００程度、電極指の幅は０．１〜１０．０μｍ程度、電極指の間隔は０．１〜１０．０μｍ程度、電極指の交差幅は１０〜８０μｍ程度、ＩＤＴ電極２の厚みは０．２〜０．４μｍ程度とすることが、共振器あるいはフィルタとしての所期の特性を得るうえで好適である。また、励振電極２上にＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3等の圧電材料を成膜すれば、ＳＡＷの共振効率が向上し好適である。

圧電基板１としては、４２°または３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ3結晶、６４°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ3結晶、４５°Ｘカット−Ｚ伝搬のＬｉＢ4Ｏ7結晶は電気機械結合係数が大きく且つ群遅延時間温度係数が小さいため好ましい。圧電基板１の厚みは０．１〜０．５mm程度がよく、０．１ｍｍ未満では圧電基板が脆くなり、０．５ｍｍ超では材料コストが大きくなる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更は何等差し支えない。

次に、本発明のより具体的な実施例について説明する。
実施例として図１に示した構成を例にとり、説明する。

作製の概略の流れは、カバー体をウエハ上に多数形成し、その後、別に用意した圧電性のウエハ上に弾性表面波素子領域を多数形成し、二つのウエハを重ねて接合し、ウエハを研磨等により除去した後に、絶縁性保護体で封止し、さらに、外部電極を絶縁性保護体上に形成して、最後に個々のチップに分離して弾性表面波装置を完成させる。

まず、図１に示すように、圧電基板１上に励振電極２と配線電極３を形成した。圧電基板１として厚さ３５０μｍの４２°Ｙカットタンタル酸リチウム基板を用い、励振電極２及び配線電極３の第１層目の配線電極３にはアルミニウム合金（銅含有率１％）を用いた。電極厚さは２０００〜４０００Åとした。第２層目の配線電極３にはニッケル，銅の２層電極を用い、それぞれの厚さは１０００Å，２０００Åとし、フォトリソグラフィーを用いて選択的に形成した。

ここで、カバー体４を別途作製する。

弾性表面波素子を形成する圧電基板のウエハと同サイズのシリコンウエハの主面にメッキ用のカバー体４を形成する。このウエハには圧電基板，シリコン基板，またはガラス基板を用いることができ、後工程で簡便に除去できる材質のものを使用する。カバー体４は例えば銅等の金属材料を用いスパッタ成膜により厚さ０．２μｍ〜１μｍ程度に形成する。

次に、カバー体４の振動空間部に相当する箇所のメッキ用ガイドをフォトリソグラフィーにより形成する。フォトレジストの厚さは５０μｍ〜１００μｍとする。

次に、銅の電解メッキによりカバー体の上部に相当する部分を形成する。この電解液には、硫酸銅０．５〜１．０×１０³ｍｏｌ／ｍ³と硫酸１．５〜２×１０³ｍｏｌ／ｍ³を用い、参照電極には塩化カリウム・塩化銀の標準電極を用いる。

次に、カバー体の壁部に相当する部分のメッキ用ガイドをフォトリソグラフィーにより形成する。フォトレジストの厚みは５０μｍ〜１００μｍ、また壁の厚さに相当する溝の幅は５０μｍ〜１００μｍ程度とする。

次に、銅の電解メッキによりカバー体の壁部に相当する部分を形成し、その後、カバー体の上にスクリーン印刷により低融点ガラス８を厚さ５〜１０μｍで形成する。
最後に、フォトレジストを除去しカバー体が配列された基板が完成する。

ここで、別途シリコン基板上に形成されたカバー体４を低融点ガラス８で、前記弾性表面波素子を作製した圧電基板ウエハに接着し、その後、研磨機を用いシリコン基板及びカバー体４の一部を除去した。このときの研磨液は水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ水溶液にコロイダルシリカを混入させたものを使用して行った。

次に、第１の柱状部５ａをメッキにて形成するためのガイドをフォトレジストで形成し、銅の電解メッキにて第１の柱状部５ａを形成した。
このときの第１柱状部５ａの直径は１００μｍ、高さは２００μｍとした。

次に、メッキガイド用のフォトレジストを除去した後、熱硬化性のモールド用樹脂を用い、トランスファーモールドによって絶縁性保護体６の一部を形成した。また、前記樹脂を上部から押えるダイに１００μｍ厚の耐熱樹脂フィルムを装着することにより、第１柱状部５ａの上部が前記第１樹脂層から露出させるようにした。第１樹脂層の厚みは約２００μｍとした。

同様にして、平板状部５ｃ，平板間の誘電体１２，平板状部５ｅ，柱状部５ｂを順次形成した。

平板状部には銅の単層電極及びニッケル，銅の２層電極を用い、それぞれの厚さは１μｍ，１０００Å，２０００Åとした。柱状部には銅メッキを用い、厚さは１００μｍとした。

次に、クリーム半田を１０μｍの厚さで、柱状導電体５の上部にスクリーン印刷した後、リフローを２７０℃で行い、外部電極７となる半田バンプを形成した。

最後に、基板をダイシングにより弾性表面波装置（チップ）を1 個ずつに分離し、弾性表面波装置を完成した。得られた弾性表面波装置は、櫛歯状電極がカバー体および絶縁性保護体である封止樹脂により保護されているとともに、柱状導電体に応力緩和用の分断部や屈曲部が設けられていることにより、−４０℃〜８５℃の温度サイクル試験においても、圧電基板の損傷は無く、しかも特性劣化は全く観測されなかった。また、弾性表面波フィルタ素子（１ｍｍ×１．５ｍｍ）とほぼ同じ占有面積の小型化及び、高さ０．８ｍｍの低背化が実現できた。

以上、詳細に述べたように、本発明の弾性表面波装置によれば、弾性表面波素子の配線電極と外部電極を接続する導電体に複数の分断部や屈曲部を設けることにより、インダクタンス成分や容量成分を持つ外部回路調整用電気回路を任意に構成させることが可能なため、従来、インピーダンス調整のために回路基板に実装されてきたインダクタや容量、またはバラン等の多機能な電子回路を内蔵可能な弾性表面波装置を提供できる。

１：圧電基板
２：励振電極（１対の櫛歯状電極）
３：配線電極
４：カバー体
５：柱状導電体（外部回路調整用電気回路）
５ａ：第１柱状部
５ｂ：第２柱状部
５ｃ：平板状部
５ｄ：第３柱状部
５ｅ：平板状部
６：樹脂層（絶縁性保護体）
７：外部電極
８：低融点ガラス
９：振動空間
１０：樹脂層
１１：第２配線電極
１２：平板間の誘電体
１３：信号線
１４：接地線
１５：容量
１６：インダクタ
１７：弾性表面波素子
１８：平衡不平衡変換回路
Ｓ１，Ｓ２：本発明に係る弾性表面波装置
Ｊ：従来の弾性表面波装置

Claims

圧電基板と、
前記圧電基板上に配置される励振電極と、
前記圧電基板上に配置され、前記励振電極に接続される配線電極と、
前記励振電極の振動空間を構成するとともに、外周縁が前記圧電基板の直上領域内に位置するようにして前記圧電基板上に配置されるカバー体と、
前記カバー体を覆う樹脂からなる絶縁性保護体と、
前記絶縁性保護体上に配置される外部電極と、
前記絶縁性保護体内に設けられ、前記配線電極に接続されるインダクタ成分と、を備えた弾性表面波装置。
前記圧電基板の裏面には樹脂層が設けられている請求項１に記載の弾性表面波装置。
前記カバー体が、金属、樹脂、ガラスのいずれかにより形成されている請求項１または２に記載の弾性表面波装置。
前記インダクタ成分は、メッキにより形成された柱状部を有する柱状導電体により形成されている請求項１乃至３のいずれかに記載の弾性表面波装置。
前記外部電極は、前記圧電基板の直上領域内に位置している請求項１乃至４のいずれかに記載の弾性表面波装置。