CN116250178A - 弹性波装置 - Google Patents
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Abstract
弹性波装置(100)具备支承基板(110)、配置在支承基板(110)上的压电层(121)和配置在压电层(121)上的功能元件(130)。在从支承基板(110)的法线方向俯视的情况下,支承基板(110)以及压电层(121)具有大致矩形形状。压电层(121)的至少一个角部成为曲线状或者多边形状。
Description
技术领域
本公开涉及弹性波装置,更具体而言,涉及用于抑制具有WLP(Wafer LevelPackage,晶片级封装)构造或者CSP(Chip Size Package,芯片尺寸封装)构造的弹性波装置中的压电层的剥离的技术。
背景技术
近年来,在以便携式电话以及智能手机为代表的便携式终端等的通信装置中,进行使用了多个频带的高频信号的通信。在处理多个频带的信号的情况下,使用用于使各频带的信号选择性地通过的滤波器。
作为这种滤波器,例如,已知使用了声表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)谐振器的滤波器。在国际公开第2015/098679号说明书(专利文献1)中,公开了一种具有WLP构造或CSP构造并且被用作带通滤波器的弹性波装置。在国际公开第2015/098679号说明书(专利文献1)所公开的弹性波装置中,通过采用在与外部连接端子接合的焊盘电极部的下方不配置压电薄膜的结构,从而能够防止在外部连接端子接合时或者该弹性波装置安装时的压电薄膜从支承基板的剥离以及裂纹。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2015/098679号说明书
发明内容
发明要解决的问题
在上述那样的弹性波装置中,在将该弹性波装置安装于安装基板时,若施加回流焊或其他热冲击,则在之后的温度下降过程中,起因于支承基板与压电层的热膨胀系数之差而产生应力,可能产生压电层从支承基板剥离的情况。尤其是根据压电层的平面形状,有可能应力会集中于压电层的角部分,变得容易产生剥离。
本公开是为了解决这样的问题而完成的,其目的是在具有WLP构造或者CSP构造的弹性波装置中抑制配置在支承基板上的压电层的剥离。
用于解决问题的手段
本公开涉及的弹性波装置具备支承基板、配置在支承基板上的压电层和配置在压电层上的功能元件。在从支承基板的法线方向俯视的情况下,支承基板以及压电层具有大致矩形形状。压电层的至少一个角部成为曲线状或者多边形状。
发明效果
根据本公开涉及的弹性波装置,配置在支承基板上的大致矩形形状的压电层的角部成为曲线状或者多边形状。因此,即使在施加了热应力的情况下,也可以缓和向该角部的应力集中。因此,在弹性波装置中,能够抑制配置在支承基板上的压电层的剥离。
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是图1的弹性波装置的俯视图。
图3是用于说明电极焊盘的角部的形状的图。
图4是比较例涉及的弹性波装置的俯视图。
图5是用于说明图1的弹性波装置的制造工艺的图。
图6是变形例1的弹性波装置的剖视图。
图7是变形例2的弹性波装置的剖视图。
具体实施方式
以下,参照附图来详细地说明本公开的实施方式。另外,对于图中相同或相当的部分标注同一附图标记,不重复其说明。
(弹性波装置的结构)
使用图1以及图2来说明实施方式涉及的弹性波装置100的详细结构。图2是弹性波装置100的俯视图,图1是图2中的线I-I处的剖视图。
参照图1以及图2,弹性波装置100具备支承基板110、层叠膜120、功能元件130、电极焊盘140、布线电极145、支承体160、设置在支承体160内的连接电极150、焊料凸块170和树脂层180。层叠膜120包括压电层121、低声速层122和高声速层123。在以下的说明中,也将低声速层122以及高声速层123合在一起称为“中间层”。另外,在以后的说明中,有时将图中的层叠方向的Z轴的正方向称为上表面侧,将Z轴的负方向称为下表面侧。
支承基板110是由硅(Si)形成的半导体基板。支承基板110在从法线方向(Z轴方向)俯视的情况下具有大致矩形形状。在支承基板110上,朝向Z轴的正方向依次层叠有高声速层123、低声速层122以及压电层121。另外,支承基板110的材料不限于硅,也可以是碳化硅(SiC)或者石英。
压电层121例如由钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)以及石英这样的压电单晶材料、或者包括LiTaO3、LiNbO3或氮化铝(AlN)的压电层叠材料形成。
在压电层121的上表面(Z轴的正方向的面)配置有多个功能元件130。作为功能元件130,包括使用例如包含铝、铜、银、金、钛、钨、铂、铬、镍、钼中的至少一种的单体金属、或者以它们为主成分的合金等的电极材料而构成的一对IDT电极(InterdigitalTransducer,叉指换能器)以及反射器。通过压电层121和IDT电极而构成声表面波(SAW)谐振器。
低声速层122由在该低声速层122传播的体波(bulk wave)声速比在压电层121传播的体波声速低的材料形成。在弹性波装置100中,低声速层122由氧化硅(SiO2)形成。但是,低声速层122不限于氧化硅,例如,也可以由玻璃、氮氧化硅、氧化钽等其他电介质、或者在氧化硅中加入了氟、碳、硼等而得到的化合物等形成。
此外,高声速层123由在该高声速层123传播的体波声速比在压电层121传播的弹性波声速高的材料形成。在弹性波装置100中,高声速层123由氮化硅(SiN)形成。但是,高声速层123不限于氮化硅,也可以由氮化铝、氧化铝(矾土)、氮氧化硅、碳化硅、类金刚石碳(DLC)、金刚石等材料形成。
通过采用在压电层121的下方层叠低声速层122以及高声速层123的结构,从而低声速层122以及高声速层123作为反射层(镜面层)120而发挥功能。即,从压电层121向支承基板110的方向泄漏的声表面波,由于传播的声速之差在高声速层123被反射,被封闭在低声速层122内。如此,通过中间层而传播的声表面波的声能的损失被抑制,所以能够高效地传播声表面波。
另外,在图1中,针对作为中间层而将低声速层122以及高声速层123分别配置一层的例子进行了说明,但是中间层也可以是交替配置了多个低声速层122以及高声速层123的结构。此外,中间层不是必要的结构,也可以是作为层叠膜120而仅包括压电层121的情况。或者,也可以是作为中间层而设置低声速层122以及高声速层123中的任意一者的情况。在作为中间层而仅设置低声速层122的情况下,支承基板110作为高声速层而发挥功能。
包括压电层121以及中间层(低声速层122、高声速层123)的层叠膜120,在从支承基板110的法线方向(Z轴方向)俯视的情况下,具有大致矩形形状,配置在比支承基板110的外形更靠内侧。在支承基板110上,在未配置层叠膜120的部分(即,层叠膜120的周围),配置有使用了例如聚酰亚胺、聚苯并恶唑(PBO)、苯并环丁烯(BCB)或者环氧树脂等材料的树脂层180。另外,层叠膜120不需要一定配置在比支承基板110更靠内侧,如后所述,若角部不是直角而是具有曲线状,则也可以是相同的外形大小。
在压电层121中配置功能元件130的面,配置有多个电极焊盘140。电极焊盘140沿着大致矩形形状的支承基板110的周围而配置。此外,在压电层121的上表面,设置有用于将功能元件130彼此之间、以及功能元件130与电极焊盘140电连接的布线电极145。
连接电极150是从电极焊盘140向Z轴的正方向突出的柱状电极。连接电极150将焊料凸块170与电极焊盘140电连接。弹性波装置100通过焊料凸块170而安装于外部设备。
支承体160成为包围功能元件130的周围的壁状,从压电层121的上表面向Z轴的正方向突出。支承体160由环氧树脂或聚酰亚胺等绝缘性树脂以及/或者感光性树脂材料形成。支承体160的一部分覆盖连接电极150。通过支承体160,在功能元件130的周围形成空间。
在本实施方式的弹性波装置100中,如图2所示,层叠膜120的角部不是直角而成为曲线状,在图2的例子中成为具有给定曲率半径(例如,25~200μm)的圆弧状。或者,层叠膜120的角部也可以是多边形状。
此外,电极焊盘140的面向层叠膜120的角部的部分的形状也与压电层121的角部的形状同样地成为圆弧状(图3的(a))。或者,电极焊盘的角部的形状也可以如图3的(b)的电极焊盘140A那样是多边形状。
如上所述,弹性波装置100通过焊料凸块170而安装于外部设备(安装基板)。此时,在使焊料凸块170熔融的回流焊工序中,对弹性波装置100的整体施加热,支承基板110以及层叠膜120的温度上升。
之后,为了焊料凸块170的固化,弹性波装置100被冷却,但是由于构成安装基板以及支承基板110的各材料的热膨胀系数的差异,会在冷却过程中对弹性波装置100施加应力。例如,在安装基板为玻璃环氧树脂(glass epoxy)的情况下热膨胀系数为约5~15×10-5(1/K),另一方面,在支承基板110为硅的情况下热膨胀系数为约2.5~3×10-5(1/K),所以在弹性波装置100沿着图1的箭头AR1所示那样的方向施加力。
于是,在支承基板110与层叠膜120之间、配置层叠膜120的各层之间、以及/或者压电层121与电极焊盘140之间产生应力,在各要素之间有可能产生剥离。这里,如图4所示的比较例的弹性波装置100X那样,在层叠膜120X以及电极焊盘140X的角部是直角或者近似直角的形状的情况下,存在应力容易集中在该角部的顶点的倾向。因此,对于比较例那样的形状,容易从层叠膜120X或者电极焊盘140X的角部产生剥离。
另一方面,在本实施方式的弹性波装置100中,支承基板110上的层叠膜120的角部、以及电极焊盘140的面向该角部的部分成为曲线状(或者多边形状)。根据这样的结构,即使在施加了回流焊等的热应力的情况下,向该角部的应力集中也被缓和,所以能够抑制各要素间的剥离。
另外,也可以仅使层叠膜120的角部为曲线状,使电极焊盘140的角部保持直角,但在该情况下,需要将电极焊盘140配置在比层叠膜120的外缘部更靠内侧,所以能够配置功能元件130的区域的面积会变窄。通过使电极焊盘140的面向曲线状的层叠膜120的角部的部分为曲线状,从而能够靠近层叠膜120的端部来配置电极焊盘140,所以能够扩大功能元件130的可配置区域。
(制造工艺)
接下来,使用图5来说明本实施方式的弹性波装置100的制造工艺。另外,在图5中,为了容易进行说明而以一个弹性波装置为对象进行说明,但是实际上,在一片硅晶片(支承基板110)上同时形成多个弹性波装置,通过切割而分割为各个弹性波装置。
参照图5,首先在图5的(a)的工序中,在硅的支承基板110上依次层叠高声速层123、低声速层122以及压电层121,而形成层叠膜120。之后,如图5的(b)那样,通过蚀刻除去层叠膜120中相邻的弹性波装置间的部分(图5中的区域PG1)。此时,如图2中所示,在各弹性波装置中,进行图案化,使得层叠膜120的角部的部分成为曲线状或者多边形状。
接下来,在图5的(c)的工序中,在除去了层叠膜120的区域PG1的部分配置树脂层180。通过在该区域配置树脂层180,从而在通过切割而分割为各个弹性波装置时,能够抑制层叠膜120的端部处的剥离以及/或者裂纹。
树脂层的配置完成后,在图5的(d)的工序中,在压电层121上层叠铜等的导电层,通过图案化,配置功能元件130、电极焊盘140以及布线电极145。此时,如利用图2以及图3说明的那样,电极焊盘140的面向层叠膜120的角部的部分成为曲线状或者多边形状。
之后,在图5的(e)的工序中,配置支承体160,使得包围功能元件130以及电极焊盘140。然后,在图5的(f)中,使用激光等在支承体160的配置在电极焊盘140的上部的部分形成开口部V1。开口部V1形成至露出电极焊盘140的深度。
形成开口部V1后,在图5的(g)的工序中,通过在开口部V1内注入铜等的导电体从而形成连接电极150。然后,在连接电极150上配置焊料凸块170(图5的(h))。之后,通过切割与相邻的弹性波装置的边界部分(图5的(b)的区域PG1),从而分割为各个弹性波装置。
如此,在图5的(b)以及图5的(d)的工序中,使层叠膜120的角部、以及电极焊盘140的面向该角部的部分为曲线状或者多边形上,由此,能够抑制施加了热应力的情况下可能产生的层叠膜120以及电极焊盘140的剥离。
(变形例1)
在图1所示的弹性波装置100中,通过支承体160而在功能元件130的周围形成了空间,但在没有焊料凸块170的部分,成为该空间与装置外部连通的结构。因此,弹性波装置100的周围环境(例如,湿度、腐蚀性气体等)的变化有时对功能元件130造成影响。
在变形例1中,说明如下结构:通过在支承体160的上部设置盖部,从而在与装置外部隔绝的空间配置功能元件130,来减少周围环境的变化的影响。
图6是变形例1的弹性波装置100A的剖视图。在图6的弹性波装置100A中,成为在图1的弹性波装置100的结构中增加了盖部190的结构。在图6的说明中,不重复进行与图1重复的要素的说明。
参照图6,在弹性波装置100A中,在支承体160的上部配置有覆盖功能元件130的盖部190。盖部190由例如环氧树脂等绝缘构件形成,由支承体160支承。通过支承体160以及盖部190,在盖部190与压电层121之间形成中空空间200。中空空间200是密闭空间,与弹性波装置100A的周围环境隔绝。因此,即使在弹性波装置100A的周围环境发生了变化的情况下,也能够抑制对功能元件130的影响。
此外,在具有这样的盖部的结构中,通过使层叠膜120的角部以及电极焊盘140的面向该角部的部分的形状为曲线状或者多边形状,从而能够抑制施加了热应力的情况下可能产生的层叠膜120以及电极焊盘140的剥离。
(变形例2)
图7是变形例2的弹性波装置100B的剖视图。图7的弹性波装置100B是能够表面安装于电路基板等的所谓的CSP部件。
参照图7,弹性波装置100B大概成为将图1所示的弹性波装置100中的支承体160、连接电极150以及焊料凸块170的部分置换为外部连接端子175的结构。在图7中,不重复进行与图1的弹性波装置100相同的要素的说明。
外部连接端子175是由例如金(Au)这样的导电性构件形成的柱形凸块,与电极焊盘140电连接。另外,作为外部连接端子175的材料,也可以使用Au以外的金属材料。
向电路基板等安装时,外部连接端子175与电路基板上的端子连接。向电路基板安装后,根据需要用树脂等密封弹性波装置100B的周围。
在这样的作为CSP部件而形成的弹性波装置100B中,通过使层叠膜120的角部以及电极焊盘140的面向该角部的部分的形状为曲线状或者多边形状,从而也能够抑制施加了热应力的情况下可能产生的层叠膜120以及电极焊盘140的剥离。
另外,在上述的说明中,以使用SAW谐振器作为功能元件的情况为例进行了说明,但是只要是配置在中空空间内的功能元件,则也可以是体声波(BAW:Bulk Acoustic Wave)谐振器这样的其他弹性波器件。
应认为本次公开的实施方式在全部方面是例示而不是限制性的内容。本发明的范围由权利要求书示出而不是由上述的实施方式的说明示出,意在包含与权利要求书等同的意思以及范围内的全部变更。
附图标记说明
100、100A、100B、100X弹性波装置;110支承基板;120、120X层叠膜;121压电层;122低声速层;123高声速层;130功能元件;140、140A、140X电极焊盘;145布线电极;150连接电极;160支承体;170焊料凸块;175外部连接端子;180树脂层;190盖部;200中空空间;V1开口部。
Claims (12)
1.一种弹性波装置,具备:
支承基板;
压电层,其配置在所述支承基板上;以及
功能元件,其配置在所述压电层上,
在从所述支承基板的法线方向俯视的情况下,所述支承基板以及所述压电层具有大致矩形形状,
所述压电层的至少一个角部成为曲线状或者多边形状。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置,其中,
所述弹性波装置还具备电极焊盘,该电极焊盘设置在所述压电层上,并且与所述功能元件连接,
在从所述支承基板的法线方向俯视的情况下,所述电极焊盘中面向所述压电层的角部的部分成为曲线状或者多边形状。
3.根据权利要求1或2所述的弹性波装置,其中,
在从所述支承基板的法线方向俯视的情况下,所述压电层配置在比所述支承基板的外形更靠内侧。
4.根据权利要求3所述的弹性波装置,其中,
所述弹性波装置还具备树脂层,该树脂层在从所述支承基板的法线方向俯视的情况下设置在所述支承基板的外形与所述压电层的外形之间。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的弹性波装置,其中,
所述弹性波装置还具备中间层,该中间层配置在所述压电层与所述支承基板之间。
6.根据权利要求5所述的弹性波装置,其中,
所述中间层包括低声速层,该低声速层配置在所述支承基板上,并且传播比在所述压电层传播的体的速度低的弹性体波。
7.根据权利要求5所述的弹性波装置,其中,
所述中间层包括高声速层,该高声速层配置在所述支承基板上,并且传播比在所述压电层传播的体的速度高的弹性体波。
8.根据权利要求7所述的弹性波装置,其中,
所述中间层还包括低声速层,该低声速层配置在所述高声速层与所述压电层之间,并且传播比在所述压电层传播的弹性波的速度低的弹性体波。
9.根据权利要求5至8中的任一项所述的弹性波装置,其中,
所述中间层具有大致矩形形状,
所述中间层的至少一个角部成为曲线状或者多边形状。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的弹性波装置,其中,
所述弹性波装置还具备:
支承体;以及
盖部,其由所述支承体进行支承,
所述功能元件设置在由所述支承体和所述盖部构成的空间内。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的弹性波装置,其中,
所述功能元件包括声表面波元件。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的弹性波装置,其中,
所述支承基板包含硅。
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