CN113243083A - 弹性波元件以及弹性波装置 - Google Patents
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Abstract
弹性波元件(100)具备压电膜(14)、形成在压电膜(14)的一个主面上的IDT(Interdigital Transducer，叉指换能器)电极(15)、以及形成在压电膜(14)的另一个主面侧的高声速构件(10)，高声速构件(10)的与压电膜(14)相反一侧的面、以及高声速构件(10)以及压电膜(14)的侧面被树脂(20)覆盖，高声速构件(10)的侧面的至少一部分与树脂(20)相接，在压电膜(14)的侧面的至少一部分与树脂(20)之间设置有与树脂(20)相接的空隙(50)。
Description
技术领域
本发明涉及包含多层膜的弹性波元件以及弹性波装置。
背景技术
以往，使用具备弹性波元件的弹性波装置，该弹性波元件包含多层膜，所述多层膜包括支承基板、高声速膜、低声速膜以及压电膜等(例如专利文献1)。根据专利文献1所公开的弹性波装置，可谋求声表面波的高声速化，能够实现弹性波装置的高频化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/086639号
发明内容
发明要解决的课题
然而，对于上述专利文献1所公开的弹性波装置，为了对其进行保护等而在用树脂进行了模制的情况下，在树脂因热而收缩或膨胀时，压电膜受到与树脂的收缩或膨胀对应的外力而产生应力，存在TCF(Temperature Coefficients of Frequency，频率温度系数)劣化的情况。
因此，本发明的目的在于，提供一种能够抑制由树脂模制引起的TCF的劣化的弹性波元件以及弹性波装置。
用于解决课题的手段
为了达成上述目的，本发明的一个方式涉及的弹性波元件具备：压电膜；IDT(Interdigital Transducer，叉指换能器)电极，形成在所述压电膜的一个主面上；以及高声速构件，形成在所述压电膜的另一个主面侧，所述高声速构件的与所述压电膜相反一侧的面、以及所述高声速构件以及所述压电膜的侧面被树脂覆盖，所述高声速构件的侧面的至少一部分与所述树脂相接，在所述压电膜的侧面的至少一部分与所述树脂之间设置有与所述树脂相接的空隙。
发明效果
根据本发明，能够抑制由树脂模制引起的TCF的劣化。
附图说明
图1是实施方式涉及的弹性波装置的剖视图。
图2是实施方式的变形例涉及的弹性波装置的剖视图。
图3是示出在压电膜的侧面未设置空隙时的压电膜中产生的应力的图。
图4是示出在压电膜的侧面设置有空隙时的压电膜中产生的应力的图。
图5是示出未设置树脂时的压电膜中产生的应力的图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，以下说明的实施方式均示出总括性或具体的例子。在以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置以及连接方式等是一个例子，其主旨并不在于限定本发明。关于以下的实施方式中的构成要素之中未记载于独立权利要求的构成要素，作为任意的构成要素而进行说明。此外，附图所示的构成要素的大小、或大小之比未必一定严谨。此外，在各图中，对于实质上相同的结构，标注相同的附图标记，存在省略或简化重复的说明的情况。
此外，在本说明书中，“上方”以及“下方”这样的用语不是指绝对的空间识别中的上方向(铅垂上方)以及下方向(铅垂下方)。此外，“上方”以及“下方”这样的用语不仅应用于两个构成要素相互隔开间隔地配置且在两个构成要素之间存在其他的构成要素的情况，而且还应用于两个构成要素相互密接地配置且两个构成要素相接的情况。
(实施方式)
以下，使用图1至图5对实施方式涉及的弹性波装置进行说明。
[结构]
图1是实施方式涉及的弹性波装置1的剖视图。弹性波装置1例如具有CSP(ChipSize Package，芯片尺寸封装)构造。
如图1所示，弹性波装置1具备：包含高声速构件10、低声速膜13、压电膜14以及IDT电极15的多层膜(以下，将它们也统称为弹性波元件100)；树脂20；凸块30；以及安装基板40。弹性波元件100安装在安装基板40的一个主面。具体地，弹性波元件100经由凸块30安装在设置于下方的安装基板40。此外，树脂20形成在安装基板40的一个主面。另外，将压电膜14的一个主面侧也称为下方，将另一个主面侧也称为上方。
压电膜14包含50°Y切割X传播LiTaO3压电单晶或压电陶瓷(是用将以X轴为中心轴从Y轴旋转了50°的轴作为法线的面进行了切断的钽酸锂单晶或陶瓷，是声表面波在X轴方向上传播的单晶或陶瓷)。压电膜14例如厚度为600nm。另外，可根据要求规格适当选择作为压电膜14使用的压电单晶的材料以及切割角。
IDT电极15将在压电膜14传播的弹性波变换为电信号，或将电信号变换为弹性波。IDT电极15是形成在压电膜14的一个主面上的电极，例如包含从Al、Cu、Pt、Au、Ti、Ni、Cr、Ag、W、Mo以及Ta等选择的金属、或包含它们中的两种以上的金属的合金或层叠体。IDT电极15的厚度例如为157nm。在俯视了压电膜14的情况下，IDT电极15具有相互对置的一对梳形电极。一对梳形电极各自包含相互平行的多个电极指和对该多个电极指进行连接的汇流条电极(未图示)。一方的梳形电极具有的多个电极指和另一方的梳形电极具有的多个电极指配置为沿着与主模弹性波传播方向正交的方向相互交替对插。此外，虽未图示，IDT电极15通过被保护膜覆盖而被保护。保护膜是除了保护IDT电极15以外，还以调整频率温度特性，或者提高耐湿性等为目的的层，例如是以二氧化硅为主成分的电介质膜。保护膜的厚度例如为20nm。
高声速构件10形成在压电膜14的另一个主面侧(上方)，包含支承基板11和高声速膜12。另外，高声速构件10也可以不分为支承基板11以及高声速膜12这两层，也可以是作为高声速支承基板而具有支承基板11以及高声速膜12的功能的一个构件。
支承基板11是对高声速膜12、低声速膜13、压电膜14以及IDT电极15进行支承的基板。作为支承基板11能够使用钽酸锂、铌酸锂、石英等压电体、矾土、氧化镁、氮化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锆、堇青石、莫来石、块滑石、镁橄榄石等各种陶瓷、蓝宝石、玻璃等电介质、或硅、氮化镓等半导体等。在此，支承基板11例如是散热性优异的硅基板。
高声速膜12是如下的层，即，配置在支承基板11的压电膜14侧，所传播的体波声速与在压电膜14传播的弹性波声速相比为高速。作为高声速膜12，例如能够使用氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、DLC(Diamond Like Carbon，类金刚石碳)膜或金刚石等各种各样的高声速材料。
低声速膜13是如下的层，即，配置在高声速构件10(具体地，高声速膜12)与压电膜14之间，所传播的体波声速与在压电膜14传播的体波声速相比为低速。作为低声速膜13，能够使用二氧化硅、玻璃、氮氧化硅或氧化钽等各种各样的材料。
这样，在弹性波装置1中，从安装基板40侧起向上方依次设置有IDT电极15、压电膜14、低声速膜13、高声速膜12、支承基板11。另外，可以在压电膜14与低声速膜13之间设置有其他构成要素，也可以在低声速膜13与高声速膜12之间设置有其他构成要素，还可以在高声速膜12与支承基板11之间设置有其他构成要素。
凸块30是包含高导电性金属的球状的电极，为了将IDT电极15等与安装基板40电连接而设置。凸块30例如是包含锡、银以及铜等的焊料凸块。另外，凸块30也可以以金为主成分构成。
树脂20覆盖高声速构件10的与压电膜14相反一侧的面(上表面)、以及高声速构件10以及压电膜14的侧面。所谓树脂20覆盖上述上表面以及上述侧面，意味着也可以在树脂20与上述上表面或上述侧面之间设置有其他构件。在此，高声速构件10的侧面的至少一部分与树脂20相接。此外，例如，树脂20作为高声速构件10的上表面而与支承基板11的上表面相接并覆盖该上表面，作为高声速构件10的侧面的至少一部分而与支承基板11的侧面的至少一部分相接。另外，也可以是支承基板11的侧面的整体与树脂20相接。树脂20例如由环氧树脂等树脂构成。另外，树脂20也可以包含含有二氧化硅等无机填料的热固化性的环氧树脂。通过树脂20的配置，弹性波元件100的机密性、耐热性、耐水性、耐湿性以及绝缘性等可靠性被强化。
以往，如上所述，从弹性波元件100的可靠性强化等观点出发，进行了树脂模制，使得树脂20与弹性波元件100的侧面整体相接。
然而，由于树脂一般会因热而进行收缩或膨胀，所以若树脂20与弹性波元件100相接，则对应于树脂20的收缩或膨胀，弹性波元件100从树脂20受到外力。由此，在弹性波元件100产生应力，也就是说，在压电膜14产生应力，TCF劣化。
因此，在压电膜14的侧面的至少一部分与树脂20之间设置有与树脂20相接的空隙50。所谓空隙50与树脂20相接，意味着在空隙50与树脂20之间没有设置其他构件。另外，如图1所示，也可以在压电膜14的侧面的整体与树脂20之间设置有空隙50。此外，如图1所示，空隙50不仅可以设置在压电膜14的侧面与树脂20之间，还可以设置在低声速膜13的侧面与树脂20之间、高声速膜12的侧面与树脂20之间以及支承基板11的侧面与树脂20之间。此外，如图1所示，虽然空隙50与压电膜14的侧面相接，但是也可以不相接。也就是说，在图1中，虽然空隙50与压电膜14的侧面之间未设置其他构件，但是也可以设置有其他构件。关于空隙50未与压电膜14的侧面相接的方式，在后述的图2中进行说明。
另外，在压电膜14的侧面与树脂20之间设置空隙50的方法没有特别限定。例如，用树脂膜覆盖弹性波元件100使得能够在包含压电膜14的弹性波元件100的侧面形成空间，并在维持该空间的状态下用树脂对被树脂膜覆盖的弹性波元件100进行模制。由此，能够在弹性波元件100的侧面设置空隙50。另外，树脂20也可以将树脂膜包含在结构的一部分，也可以是树脂20的内壁面成为树脂膜。
[效果等]
如以上说明的那样，弹性波元件100具备压电膜14、形成在压电膜14的一个主面上的IDT电极15、以及形成在压电膜14的另一个主面侧的高声速构件10。高声速构件10的与压电膜14相反一侧的面、以及高声速构件10以及压电膜14的侧面被树脂20覆盖。高声速构件10的侧面的至少一部分与树脂20相接，在压电膜14的侧面的至少一部分与树脂20之间设置有与树脂20相接的空隙50。
由此，通过在压电膜14的侧面与树脂20之间设置空隙50，即使树脂20收缩或膨胀，树脂20与压电膜14也不会直接相接，因此压电膜14不易从树脂20受到外力，不易产生大的应力，能够抑制TCF的劣化。此外，由于高声速构件10的侧面的至少一部分与树脂20相接，能够使热释放到树脂20，能够提高散热性。
此外，也可以是，高声速构件10包含支承基板11和配置在支承基板11的压电膜14侧且所传播的体波声速与在压电膜14传播的弹性波声速相比为高速的高声速膜12，作为高声速构件10的侧面的至少一部分，支承基板11的侧面的至少一部分与树脂20相接。
由此，高声速膜12能够将声表面波封闭在层叠有压电膜14以及低声速膜13的部分，使其不泄露到支承基板11的上方。
此外，也可以是，支承基板11的侧面的整体与树脂20相接。
由此，支承基板11的侧面与树脂20相接的部分变得越多，越能够使热有效地释放到树脂20，因此通过将支承基板11的侧面的整体与树脂20相接，能够进一步提高散热性。
此外，也可以是，空隙50设置在压电膜14的侧面的整体与树脂20之间。
由此，压电膜14与树脂20未相接的部分变得越多，压电膜14越变得更不易从树脂20受到外力，因此由于在压电膜14的侧面的整体与树脂20之间设置有空隙50，能够进一步抑制TCF的劣化。
此外，也可以是，弹性波元件100还具备：低声速膜13，配置在高声速构件10与压电膜14之间，所传播的体波声速与在压电膜14传播的体波声速相比为低速。
由此，通过该构造和弹性波的能量在本质上集中于低声速的介质这样的性质，声表面波能量向IDT电极15外的泄漏得到抑制。
此外，也可以是，空隙50与压电膜14的侧面相接。
由此，能够将本发明应用于具有CSP构造的弹性波元件100。
此外，弹性波装置1具备弹性波元件100、树脂20、以及安装基板40，弹性波元件100安装在安装基板40的一个主面，树脂20安装在安装基板40的一个主面。
由此，能够提供一种能够抑制由树脂模制引起的TCF的劣化的弹性波装置1。
[变形例]
接着，使用图2对在空隙50与压电膜14的侧面之间设置其他构件的情况进行说明。
图2是实施方式的变形例涉及的弹性波装置1a的剖视图。弹性波装置1a例如具有WLP(Wafer Level Package，晶片级封装)构造，能够比弹性波装置1小型化以及低高度化。关于弹性波装置1a，对于与图1所示的弹性波装置1实质上相同的结构标注相同的附图标记，并省略重复的说明。另外，在弹性波装置1中，俯视(顶视)下的支承基板11的大小与高声速膜12、低声速膜13以及压电膜14的大小相同，但是在弹性波装置1a中，俯视(顶视)下的支承基板11的大小比高声速膜12、低声速膜13以及压电膜14的大小大。
弹性波装置1a具备弹性波元件100a来代替弹性波元件100，作为在弹性波元件100中未说明的构成要素，弹性波元件100a具备端子电极16、布线电极17、支承构件18、覆盖层19以及柱状电极31。
支承构件18配置在支承基板11与覆盖层19之间，配置在压电膜14、低声速膜13以及高声速构件10的侧面与树脂20之间。空隙50设置在支承构件18与树脂20之间。即，在空隙50与压电膜14的侧面之间设置有支承构件18。支承构件18设置为在支承基板11的下方的面上覆盖高声速膜12、低声速膜13以及压电膜14的侧面，并对它们进行支承。构成支承构件18的材料没有特别限定。支承构件18例如由包含聚酰亚胺、环氧、苯并环丁烯(Benzocyclobutene：BCB)、聚苯并噁唑(Polybenzoxazole：PBO)、金属以及氧化硅中的至少一种的材料构成。
覆盖层19是如下的层，即，配置在支承构件18的下方，构成IDT电极15所面向的空间。覆盖层19从IDT电极15分离开而配置在与压电膜14的形成有IDT电极15的主面对置的位置。由此，如图2所示，在IDT电极15与覆盖层19之间形成空间。另外，通过支承构件18以及覆盖层19，能够液密地密封IDT电极15与覆盖层19之间的空间。即，能够抑制水等液体浸入到该空间。构成覆盖层19的材料没有特别限定，例如由包含聚酰亚胺、环氧、BCB、PBO、硅、氧化硅、LiTaO3以及LiNbO3中的至少一种的材料构成。
布线电极17是与IDT电极15连接的电极，也可以包含多个层叠体，该多个层叠体设置于IDT电极15的周围且包含金属或合金。
IDT电极15经由端子电极16、布线电极17、柱状电极31以及凸块30与安装基板40电连接。例如，布线电极17填埋于支承构件18，柱状电极31贯通覆盖层19，并填埋于支承构件18。
这样，在空隙50与压电膜14的侧面之间设置有支承构件18的情况下，支承构件18不会与树脂20直接相接，因此即使树脂20收缩或膨胀，也不易从树脂20受到外力。因此，与支承构件18直接相接的压电膜14不易经由支承构件18从树脂20受到外力，能够抑制TCF的劣化。
此外，能够与弹性波元件100相同地设置空隙50。例如，用树脂膜覆盖支承基板11以及支承构件18使得能够在支承构件18的侧面形成空间，并在维持该空间的状态下用树脂对被树脂膜覆盖的支承基板11以及支承构件18进行模制。由此，能够在支承构件18的侧面设置空隙50。
如以上那样，弹性波元件100a还具备配置在压电膜14以及高声速构件10的侧面与树脂20之间的支承构件18，空隙50也可以设置在支承构件18与树脂20之间。
由此，也能够将本发明应用于具有WLP构造的弹性波元件100a。
[应力的仿真结果]
接着，使用图3至图5，对将空隙50设置于压电膜14的侧面(或支承构件18的侧面)的情况下和不设置的情况下在压电膜14产生的应力的具体的仿真结果进行说明。
图3是示出在压电膜14的侧面未设置空隙50时在压电膜14产生的应力的图。也就是说，图3是示出以往的弹性波装置中的在压电膜14产生的应力的图。
图4是示出在压电膜14的侧面设置有空隙50时在压电膜14产生的应力的图。也就是说，图4是示出弹性波装置1中的在压电膜14产生的应力的图。另外，由于在弹性波装置1和弹性波装置1a中，在压电膜14产生的应力没有差异，所以在此省略关于弹性波装置1a的仿真结果的图示。
图5是示出未设置树脂20时在压电膜14产生的应力的图。也就是说，图5是示出包含压电膜14的弹性波元件100未被树脂20覆盖而成为露出的状态时在压电膜14产生的应力的图。在压电膜14产生的应力成为如图5所示的结果，由此可知不易在压电膜14产生大的应力。
如图3所示，在压电膜14的侧面未设置空隙50的情况下，在压电膜14的一个主面侧(IDT电极15侧)应力变大，压电膜14中的应力最大成为了大约27MPa。另一方面，如图4所示，在压电膜14的侧面设置有空隙50的情况下，与未设置空隙50的情况相比，整体上应力变小，压电膜14中的应力最大成为了大约24MPa。此外，在压电膜14的侧面设置有空隙50的情况下，成为了与图5所示的包含压电膜14的弹性波元件100未被树脂20覆盖的情况(最大应力大约22.5MPa)相同的结果。这样，可知通过在压电膜14的侧面设置空隙50，能够减小在压电膜14产生的应力。
此外，分别对在压电膜14的侧面未设置空隙50的情况以及在压电膜14的侧面设置有空隙50的情况计算了特定的发送频带以及接收频带中的TCF。相对于在压电膜14的侧面未设置空隙50的情况下的特定的发送频带中的TCF为4.6ppm/℃并且特定的接收频带中的TCF为3.9ppm/℃，在压电膜14的侧面设置有空隙50的情况下的该特定的发送频带中的TCF为4.3ppm/℃并且该特定的接收频带中的TCF为2.6ppm/℃。这样，可知通过在压电膜14的侧面设置空隙50，可抑制TCF的劣化。
(其他实施方式)
以上，虽然列举实施方式对本发明涉及的弹性波元件100、100a以及弹性波装置1、1a进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式。将上述实施方式中的任意的构成要素组合而实现的其他实施方式、在不脱离本发明的主旨的范围内对上述实施方式实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的变形例、内置了本发明涉及的弹性波元件100、100a或弹性波装置1、1a的各种设备也包含于本发明。
例如，在上述实施方式中，虽然弹性波元件100、100a具备了低声速膜13，但是也可以不具备。
此外，例如，在上述实施方式中，虽然在高声速膜12以及低声速膜13的侧面与树脂20之间设置了空隙50，但是并不限于此。例如，在高声速膜12的侧面与树脂20之间也可以不设置空隙50。也就是说，高声速膜12的侧面或设置在高声速膜12的侧面与树脂20之间的支承构件18也可以与树脂20相接。此外，在低声速膜13的侧面与树脂20之间也可以不设置空隙50。也就是说，低声速膜13的侧面或设置在低声速膜13的侧面与树脂20之间的支承构件18也可以与树脂20相接。此外，优选凸块30与空隙50相接。由此，压电膜14不易受到经由凸块30的来自树脂20的外力，不易产生大的应力，能够抑制TCF的劣化。
产业上的可利用性
本发明能够利用于包含多层膜且被进行树脂模制的弹性波装置。
附图标记说明：
1、1a：弹性波装置；
10：高声速构件；
11：支承基板；
12：高声速膜；
13：低声速膜；
14：压电膜；
15：IDT电极；
16：端子电极；
17：布线电极；
18：支承构件；
19：覆盖层；
20：树脂；
30：凸块；
31：柱状电极；
40：安装基板；
50：空隙；
100、100a：弹性波元件。
Claims (8)
1.一种弹性波元件，具备：
压电膜；
IDT电极即叉指换能器电极，形成在所述压电膜的一个主面上；以及
高声速构件，形成在所述压电膜的另一个主面侧，
所述高声速构件的与所述压电膜相反一侧的面、以及所述高声速构件和所述压电膜的侧面被树脂覆盖，
所述高声速构件的侧面的至少一部分与所述树脂相接，
在所述压电膜的侧面的至少一部分与所述树脂之间设置有与所述树脂相接的空隙。
2.根据权利要求1所述的弹性波元件，其中，
所述高声速构件包含：支承基板；以及高声速膜，配置在所述支承基板的所述压电膜侧，所传播的体波声速与在所述压电膜传播的弹性波声速相比为高速，
作为所述高声速构件的所述侧面的至少一部分，所述支承基板的侧面的至少一部分与所述树脂相接。
3.根据权利要求2所述的弹性波元件，其中，
所述支承基板的侧面的整体与所述树脂相接。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的弹性波元件，其中，
所述空隙设置在所述压电膜的侧面的整体与所述树脂之间。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的弹性波元件，其中，
所述弹性波元件还具备：低声速膜，配置在所述高声速构件与所述压电膜之间，所传播的体波声速与在所述压电膜传播的体波声速相比为低速。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的弹性波元件，其中，
所述空隙与所述压电膜的侧面相接。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的弹性波元件，其中，
所述弹性波元件具备配置在所述压电膜的侧面与所述树脂之间的支承构件，
所述空隙设置在所述支承构件与所述树脂之间。
8.一种弹性波装置，具备：
权利要求1～7中任一项所述的弹性波元件；
所述树脂；以及
安装基板，
所述弹性波元件安装在所述安装基板的一个主面，
所述树脂形成在所述安装基板的所述一个主面。
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