JP3683032B2 - 弾性表面波デバイスの実装構造及び実装方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信機器の共振子やフィルタ等として用いられる弾性表面波デバイスの実装構造及び実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、例えば次の文献等に記載されるものがあった。
文献；小西良弘著“通信用フィルタ回路の設計とその応用”第１版
（１９９４−２）総合電子出版社発行
近年、携帯電話やＰＨＳ（Personal Handiphone System）の普及が著しく、電子機器のパーソナル通信化が進んでいる。これに伴い、無線通信の送受信機能を司る高周波のアナログ電子部品の重用度が増している。その中でも、弾性表面波を利用したデバイスは、機器の小型化と低コスト化等の面から非常に有望であり、共振子やフィルタ等として使用されている。
一般的に、弾性波を利用したデバイスでは、電気信号から弾性波への変換、或はその逆に、弾性波から電気信号への変換を行う変換器（トランスデューサ）を備えている。そのため、弾性波を利用したデバイスの材料は、圧電体が採用されることが多い。圧電体に電界を印加すると、歪みつまり変形が生じ、逆に、応力を圧電体に加えると、電界が変化する。つまり、圧電効果が発生する。トランスデューサはこの圧電効果を利用し、電気及びの弾性波間の変換を行っている。圧電体として用いられる圧電単結晶材料には、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、もしくはタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）等がある。
【０００３】
図２（ａ），（ｂ）は、従来の弾性表面波フィルタを示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図である。
このフィルタは、圧電効果を有する基板１の表面に形成されたＳＡＷ（Surface Acoustic Wave；表面弾性波またはレイリー波）トランスバーサル型フィルタであり、送信側ＩＤＴ（Interdigital Transducer；すだれ状電極トランスデューサ）２と、受信側ＩＤＴ３とで構成されている。各ＩＤＴ２，３においては、複数の電極指が周期ｄでそれぞれ配列されている。
入力信号ＩＮのＲＦ電圧が送信側ＩＤＴ２に与えられると、該ＩＤＴ２に発生する印加電界分布に対応して、基板１の表面近傍に周期的な歪みが生じ、ＳＡＷが励振される。ＳＡＷは、基板１の表面を伝搬してＩＤＴ３側に達する。ＩＤＴ３により、ＳＡＷは再び電気信号に変換されて出力信号ＯＵＴになる。ＳＡＷの波長λは、入力信号の周波数がＩＤＴ２の電極指周期ｄの２倍に一致する周波数ｆ０（＝Ｖ／２、Ｖ；表面波速度）のとき、各電極指から励振されたＳＡＷが同相に加わるので、送受間の感度が最も高い。
【０００４】
図３は、従来の弾性表面波デバイスの実装状態を示すパッケージの断面図である。
弾性表面波デバイスは、通常のＬＳＩ（大規模集積回路）と同様に、ワイヤボンド等でベース基板に実装される。図３の実装状態の例では、弾性表面波デバイスを搭載した基板１が、２段構造のキャビィティを有したベース基板４に収められる。つまり、基板１は、弾性表面波デバイスの搭載面を上にした状態で基板４のキャビティの底部に置かれ、その２段のキャビティの段差の部分５に設けられた図示しない電極に、弾性表面波デバイスがワイヤボンド６で接続されている。弾性表面波デバイスでは、基板１の表面をＳＡＷが伝搬するので、基板１の表面にエアギャップ７が必要である。そのため、基板１を収容したベース基板４の上部に、封止リッド８を配置してカバー９で封止する。この図３の実装状態が、現在最も一般的な弾性表面波デバイスのパッケージ構造である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の弾性表面波デバイスの実装構造及び実装方法では、次のような課題があった。
エアギャップ７を確保するための構造が必要であり、一般的なＬＳＩのパッケージに比較して、パッケージサイズの小型化が難しく、さらに、ベース基板４の構造や封止構造が複雑であり、パッケージコストを安価にできないという課題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の弾性表面波デバイスの実装構造では、弾性表面波デバイスと、基板と、半田と、封止材とを有している。
【０００７】
前記弾性表面波デバイスは、圧電基板と、前記圧電基板の主面上に形成されたすだれ状電極と、前記すだれ状電極に接続され、前記圧電基板の前記主面上に形成された入力端子及び出力端子と、前記圧電基板の側壁に形成された第１の金属パターンとを備えている。前記基板は、前記弾性表面波デバイスが搭載される主表面を有し、前記主表面上において、前記弾性表面波デバイスの前記入力端子及び前記出力端子に接続される電極が形成され、且つ、前記主表面上において、前記弾性表面波デバイスが搭載される領域の周辺領域に、前記第１の金属パターンの一端と対向するように第２の金属パターンとが形成されている。前記半田は、前記基板上にギャップを設けながら前記圧電基板の前記主面を前記基板の前記主表面に対向させて搭載された前記弾性表面波デバイスに形成された前記第１の金属パターンと、前記基板に形成された前記第２の金属パターンとを接続し、前記ギャップを密閉している。さらに、前記封止材は、前記弾性表面波デバイスを封止している。
【０００８】
又、本発明の弾性表面波デバイスの実装方法では、圧電基板と、前記圧電基板の表面上に形成されたすだれ状電極と、前記すだれ状電極に接続され、前記圧電基板の前記主面上に形成された入力端子及び出力端子と、前記圧電基板の側壁に形成された第１の金属パターンとを備えた弾性表面波デバイスを準備すると共に、前記弾性表面波デバイスが搭載される主表面を有し、前記主表面上において、前記弾性表面波デバイスの前記入力端子及び前記出力端子に接続される電極が形成され、且つ、前記主表面上において、前記弾性表面波デバイスが搭載される領域の周辺領域に、前記第１の金属パターンの一端と対向するように第２の金属パターンが形成された基板を準備する。
【０００９】
そして、前記すだれ状電極が形成された前記主面を前記基板の前記主表面に対向させて、前記弾性表面波デバイスを前記基板上にギャップを設けながら搭載し、前記第１の金属パターンと前記第２の金属パターンとを半田で接続して前記ギャップを密閉した後、前記基板上に搭載された前記弾性表面波デバイスを封止材によって封止している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施形態を示す弾性表面波デバイスのパッケージの断面図であり、同図（ａ）は全体の断面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ部分の拡大断面図である。
このパッケージは、弾性表面波デバイスが形成されたデバイス形成基板１１に対するパッケージであり、基板１１の一表面上に、共振子或いはフィルタ等の弾性表面波デバイスが形成されているものとする（以下、この面を機能面Ｆという）。基板１１は、圧電性材料の例えば水晶、ＬｉＮｂＯ３ 、もしくはＬｉＴａＯ３等で構成されている。
基板１１は、図１（ａ）のように、機能面Ｆを下向きにしてベース基板１２に搭載されている。基板１１の機能面Ｆには、弾性表面波デバイスに信号を入力又は出力する入出力端子１３が、図１（ｂ）のように設けられ、ベース基板１２の上面には、接続電極１４が設けられている。端子１３と接続電極１４とが接合部材１５で接続され、接続電極１４が、ベース基板１２に形成されたスルーホール１６に充填された導電材料を介して、該ベース基板１２の裏側に形成されたパターン１７に接続されている。スルーホール１６に充填された導電材料と該ベース基板１２の裏側に形成されたパターン１７とが、外部に対して信号を送受する機構を形成している。基板１１の機能面Ｆとベース基板１２の間には、エアギャップＡＧが形成されている。
基板１１の側壁とベース基板１２における基板１１を囲む領域とには、第１の金属パターン１８と第２の金属パターン１９が、それぞれ選択的に形成されている。金属パターン１８と金属パターン１９の間は半田２０で接続され、エアギャップＡＧの周囲が、その半田２０の接続で密閉されている。ベース基板１２上の基板１１の露出した部分は、封止材２１で封止されている。
【００１１】
図４（ａ），（ｂ）は、図１中の金属パターン１９を説明する図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図を示している。又、図４（ａ），（ｂ）の図１中と共通する要素には共通の符号が付されている。この図４（ａ），（ｂ）を参照しつつ、図１に対応する弾性表面波デバイスの実装方法を説明する。
共振子やフィルタ等の弾性表面波デバイスのＩＤＴと入出力端子１３とを機能面Ｆ上に形成したデバイス形成基板１１に対しては、全周の側壁に例えばＣｒ（クロム）／Ｎｉ（ニッケル）／Ａｕ（金）の膜等で構成された金属パターン１８を、無電解メッキで選択的に形成しておく。接続電極１４、スルーホール１６及びパターン１７の形成されたベース基板１２には、図４のように、該接続電極１４の形成表面に、基板１１の搭載予定領域を窓としてその周囲を囲む形状の金属パターン１９を形成しておく。
端子１３の形成された基板１１の機能面Ｆと接続電極１４の形成されたベース基板１２の表面とを対向させて、該ベース基板１２に基板１１を搭載する。ここで、端子１３と接続電極１４とは、接合部材１５の半田で接続される。半田は、一般的に入手可能なＰｂ／Ｓｎ系のものが比較的安価であり、後に、このパッケージは共晶半田で他の搭載基板に接続されるので、共晶半田以上の融点を有する高温半田（例えば９５Ｐｂ／５Ｓｎ等）が適当である。しかし、その他の金属系半田を用いても問題はない。
【００１２】
端子１３と接続電極１４の接続方法としては、端子１３にメッキ法やボール搭載法でバンプ状の接合部材１５を形成するか、もしくは、ボール搭載法や印刷法を用いて接続電極１４上にバンプ状の接合部材１５を形成しておき、端子１３と接続電極１４を当接した状態で加熱する。また、別の接続方法として、ボール状の半田を、端子１３と接続電極１４の間に挟んで加熱するようにしても、良好な接続が得られる。加熱は、ベルト炉によるリフローや、ホットプレートを用いて行う。
ベース基板１２に基板１１を搭載すると、基板１１とベース基板１２の間にギャップが形成される。このギャップがエアギャップＡＧを構成することになる。エアギャップＡＧを保護するために、第１の金属パターン１８と第２の金属パターン１９を半田２０で接続することで、エアギャップＡＧにおける基板１１の周囲を密閉する。
エアギャップＡＧの密閉が終了した後、露出した基板１１の外周を封止材２１である封止樹脂で封止する。このとき、エアギャップＡＧの周囲が半田２０で密閉されているので、封止樹脂がエアギャップＡＧに流入することが、防止される。
【００１３】
以上のように、この第１の実施形態では、基板１１の側壁に金属パターン１８を形成し、ベース基板１２に金属パターン１９を形成しておき、基板１１の機能面Ｆとベース基板１２の接続電極１４の形成面を対向させて、ベース基板１２に基板１１を搭載している。そして、金属パターン１８と金属パターン１９を半田２０で接続してエアギャップＡＧを保護した後、封止を行うようにしている。そのため、パッケージサイズの小型化が容易になると共に、エアギャップＡＧの密封性が向上する。その上、エアギャップＡＧの封止構造が単純化されるので、弾性表面波デバイスのパッケージコストを低減することができる。
【００１４】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態を示す弾性表面波デバイスのパッケージを示す断面図であり、図１（ｂ）に対応する部分拡大図が示されている。なお、図５における図１中と共通する要素には、共通の符号が付されている。
この第２の実施形態のパッケージの基本構造は、図１のパッケージと同じであるが、第１の実施形態とは異なり、図５のパッケージでは、デバイス形成基板１１の機能面Ｆに形成された端子１３とベース基板１２に形成された接続電極１４とが、Ａｕスタッドバンプ１５ａと導電性接着剤１５ｂで接続されている。即ち、Ａｕスタッドバンプ１５ａと導電性接着剤１５ｂとで、接合部材が構成されている。
【００１５】
このような構造のパッケージを実現するためには、端子１３にＡｕスタッドバンプ１５ａを形成しておく。さらに、そのＡｕスタッドバンプ１５ａ上に導電性接着剤１５ｂを転写しておくか、又は、ベース基板１２上の接続電極１４に印刷やディスペンス等の方法で該導電性接着剤１５ｂを塗布する。そして、端子１３と接続電極１４を対向させて導電性接着剤１５ｂを硬化させる。この他の処理は、第１の実施形態と同様である。
以上のように、この第２の実施形態では、デバイス形成基板１１の機能面Ｆに形成された端子１３とベース基板１２に形成された接続電極１４とを、Ａｕスタッドバンプ１５ａと導電性接着剤１５ｂとで接続し、他は第１の実施形態と同様にしているので、Ａｕスタッドバンプ１５ａによって、エアギャップＡＧの形成が確実になる共に、パッケージサイズの小型化と封止構造の単純化が容易になり、弾性表面波デバイスのパッケージコストを低減することができる。
【００１６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば次のようなものが考えられる。
（１） 各ベース基板１２における外部に対して信号を送受する機構は、スルーホール１６に充填された導電材料と該ベース基板１２の裏側にそれぞれ形成されたパターン１７とで構成しているが、このような機構に限定する必要はない。例えば、各端子１４に接続されたパターンをベース基板１２の該端子１４と同じ側の面に形成し、必要に応じてそのパターンを絶縁膜等で覆うことで、外部に対して信号を送受する機構を構成してもよい。
（２） 第１及び第２の実施形態では、基板１１の露出部分を封止しているが、ベース基板１２の裏面側も封止する構造にしてもよい。
【００１７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の弾性表面波デバイスの実装構造によれば、圧電基板の主面を基板の主表面に対向させて弾性表面波デバイスを基板上に搭載したことにより、パッケージサイズの小型化を図ることが可能となる。さらに、弾性表面波デバイスに形成された第１の金属パターンと、基板に形成された第２の金属パターンとを接続し、ギャップを密閉する半田を有することにより、ギャップの密閉性の向上を図ることができる。その上、弾性表面波デバイスを封止材で封止しているので、ギャップの封止構造が単純化され、弾性表面波デバイスのパッケージコストを低減することができる。
又、本発明の弾性表面波デバイスの実装方法によれば、すだれ状電極が形成された主面を基板の主表面に対向させて、弾性表面波デバイスを基板上に搭載することにより、パッケージサイズの小型化を図ることができる。さらに、第１の金属パターンと２の金属パターンとを半田で接続してギャップを密閉しているので、ギャップの密閉性の向上を図ることができる。その上、基板上に搭載された弾性表面波デバイスを封止材によって封止するようにしたので、実装工程が簡単になると共に、パッケージコストの低減化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態を示す弾性表面波デバイスのパッケージの断面図である。
【図２】 従来の弾性表面波フィルタを示す図である。
【図３】 従来の弾性表面波デバイスの実装状態を示すパッケージの断面図である。
【図４】 図１中の金属パターン１９を説明する図である。
【図５】 本発明の第２の実施形態を示す弾性表面波デバイスのパッケージの断面図である。
【符号の説明】
１１ デバイス形成基板
１２ ベース基板
１３ 入力端子又は出力端子
１４ 接続電極
１５ 接合部材
１６ スルーホール
１７ パターン
１８，１９ 第１、第２の金属パターン
２０ 半田
２１ 封止材
Claims (9)
- 圧電基板と、前記圧電基板の主面上に形成されたすだれ状電極と、前記すだれ状電極に接続され、前記圧電基板の前記主面上に形成された入力端子及び出力端子と、前記圧電基板の側壁に形成された第１の金属パターンとを備えた弾性表面波デバイスと、
前記弾性表面波デバイスが搭載される主表面を有し、前記主表面上において、前記弾性表面波デバイスの前記入力端子及び前記出力端子に接続される電極が形成され、且つ、前記主表面上において、前記弾性表面波デバイスが搭載される領域の周辺領域に、前記第１の金属パターンの一端と対向するように第２の金属パターンが形成された基板と、
前記基板上にギャップを設けながら前記圧電基板の前記主面を前記基板の前記主表面に対向させて搭載された前記弾性表面波デバイスに形成された前記第１の金属パターンと、前記基板に形成された前記第２の金属パターンとを接続し、前記ギャップを密閉する半田と、
前記弾性表面波デバイスを封止する封止材とを有することを特徴とする弾性表面波デバイスの実装構造。 - 請求項１記載の弾性表面波デバイスの実装構造において、
前記弾性表面波デバイスの前記入力端子又は前記出力端子と、前記基板上の前記電極とは、スタッドバンプ及び導電性接着剤を介して電気的に接続されていることを特徴とする弾性表面波デバイスの実装構造。 - 請求項２記載の弾性表面波デバイスの実装構造において、
前記スタッドバンプは、金を含んでおり、前記弾性表面波デバイスの前記入力端子又は前記出力端子上に形成されていることを特徴とする弾性表面波デバイスの実装構造。 - 請求項１記載の弾性表面波デバイスの実装構造において、
前記弾性表面波デバイスの前記入力端子又は前記出力端子と、前記基板上の前記電極とは、半田を含む接合部材を介して電気的に接続されていることを特徴とする弾性表面波デバイスの実装構造。 - 圧電基板と、前記圧電基板の表面上に形成されたすだれ状電極と、前記すだれ状電極に接続され、前記圧電基板の前記主面上に形成された入力端子及び出力端子と、前記圧電基板の側壁に形成された第１の金属パターンとを備えた弾性表面波デバイスを準備すると共に、
前記弾性表面波デバイスが搭載される主表面を有し、前記主表面上において、前記弾性表面波デバイスの前記入力端子及び前記出力端子に接続される電極が形成され、且つ、前記主表面上において、前記弾性表面波デバイスが搭載される領域の周辺領域に、前記第１の金属パターンの一端と対向するように第２の金属パターンが形成された基板を準備し、
前記すだれ状電極が形成された前記主面を前記基板の前記主表面に対向させて、前記弾性表面波デバイスを前記基板上にギャップを設けながら搭載し、
前記第１の金属パターンと前記第２の金属パターンとを半田で接続して前記ギャップを密閉し、
前記基板上に搭載された前記弾性表面波デバイスを封止材によって封止することを特徴とする弾性表面波デバイスの実装方法。 - 請求項５記載の弾性表面波デバイスの実装方法において、
前記第１の金属パターンは、クロム、ニッケル及び金によって形成されることを特徴とする弾性表面波デバイスの実装方法。 - 請求項５又は６記載の弾性表面波デバイスの実装方法において、
前記弾性表面波デバイスの前記入力端子又は前記出力端子と、前記基板上の前記電極とは、スタッドバンプ及び導電性接着剤を介して電気的に接続されることを特徴とする弾性表面波デバイスの実装方法。 - 請求項７記載の弾性表面波デバイスの実装方法において、
前記スタッドバンプは、金を含み、かつ前記弾性表面波デバイスの前記入力端子又は前記出力端子上に形成されることを特徴とする弾性表面波デバイスの実装方法。 - 請求項５又は６記載の弾性表面波デバイスの実装方法において、
前記弾性表面波デバイスの前記入力端子又は前記出力端子と、前記基板上の前記電極とは、半田を含む接合部材を介して電気的に接続されることを特徴とする弾性表面波デバイスの実装方法。
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