DE10118408B4

DE10118408B4 - Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements

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Publication number: DE10118408B4
Application number: DE10118408A
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Takata; Shuji Yamato; Norihiko Takada
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: US20010029650A1; CN1322059A; CN1167192C; US6557225B2; JP2001358550A; JP3435639B2; DE10118408A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements durch Verwenden eines Flip-Chip-Prozesses, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: (A) Bilden zumindest eines Interdigitalwandlers (2) und einer Mehrzahl von Elektrodenanschlußflächen (5, 6; 5A, 6A; 25A), die mit dem Interdigitalwandler (2) elektrisch verbunden sind, auf einem piezoelektrischen Substrat (1; 23) mit pyroelektrischen Eigenschaften; (B) Bilden einer Kurzschlußverdrahtung (7) zum Kurzschließen einer Signalanschlußseite mit einer Masseanschlußseite des zumindest einen Interdigitalwandlers (2); (C) Bilden von Höckern (11) auf den jeweiligen Elektrodenanschlußflächen (5, 6; 5A, 6A; 25A); (D) nach dem Bilden der Höcker (11), Schneiden der Kurzschlußverdrahtung (7); (E) Bilden eines isolierenden Films (12) auf einer gesam- ten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats; und (F) Entfernen eines Abschnitts des isolierenden Films zumindest auf den Höckern (11), so daß die Höcker (11) für eine Befestigung an einem Befestigungssubstrat freiliegen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements, wie z. B. eines Oberflächenwellenfilters oder eines anderen Bauelements, und insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements mit Höckern, die durch einen Flip-Chip-Prozeß gebildet sind.
In den letzten Jahren werden Mobilkommunikationsgeräte in Größe und Gewicht stark reduziert. Außerdem ist es erforderlich, die Größe von elektronischen Bauteilen für die Verwendung in den Mobilkommunikationsgeräten zu reduzieren. Folglich ist bei Oberflächenwellenbauelementen, die als Bandfilter in Mobilkommunikationsgeräten verwendet werden, Miniaturisierung dringend erforderlich.
Bei herkömmlichen Oberflächenwellenbauelementen sind Oberflächenwellenelemente in einem Gehäuse enthalten. Elektrodenanschlußflächen der Oberflächenwellenbauelemente sind mit Elektrodenstrukturen über Drähte elektrisch verbunden, die für das Gehäuse vorgesehen sind. Dementsprechend war die Miniaturisierung der Oberflächenwellenbauelemente beschränkt.
In den letzten Jahren ist der Flip-Chip-Prozeß häufiger verwendet worden, bei dem Höcker auf Elektrodenanschlußflächen auf einem Oberflächenwellenbauelement gebildet werden, und die Höcker sind angeordnet, um mit einer Elektrodenstruktur auf einem Gehäuse in Kontakt zu sein, und sind mit der Struktur verbunden, z. B. durch Anlegen von Überschallwellen.
Die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung JP09172341 A offenbart ein Beispiel eines Herstellungsver-fahrens eines Oberflächenwellenbauelements unter Verwendung des oben erwähnten Flip-Chip-Prozesses. Bei dem Oberflächenwellenbauelement, das als herkömmliche Technik beschrieben wird, ist ein Oberflächenwellenbauelement mit einer dielektrischen Schicht bedeckt, um die Antistaubeigenschaft und die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.
Insbesondere werden zunächst interdigitale Elektroden und planare Elektroden, die Elektrodenanschlußflächen definieren, auf einem piezoelektrischen Substrat gebildet. Dann wird eine dielektrische Schicht, die eine Schutzschicht definiert, auf dem piezoelektrischen Substrat gebildet. Darüber hinaus sind für die elektrische Verbindung zu den externen oberen Elektroden, die jeweils die gleichen Flächen umfassen wie die der planaren Elektroden in der Draufsicht, derart angeordnet, daß die oberen Elektroden die planaren Elektroden über die dielektrische Schicht überlappen. Darüber hinaus ist die dielektrische Schicht durch Verbinden von Metallhöckern mit den oberen Elektroden durch die oberen Elektroden unterbrochen, so daß die planaren Elektroden und die oberen Elektroden direkt elektrisch miteinander verbunden sind. Nachdem die Metallhöcker wie oben beschrieben mit den planaren Elektroden verbunden sind, werden dieselben in dem oben erwähnten Flip-Chip-Prozeß mit einem Gehäusesubstrat verbunden.
Andererseits offenbart die japanische Patentan- meldungsveröffentlichung JP10163789 A die Struktur, bei der Oberflächenwellenfilterelemente auf ein Schaltungssubstrat befestigt sein können, ohne daß das Element in einem Gehäuse enthalten ist. Insbesondere ist, wie in 8 gezeigt, ein Oberflächenwellenbauelement 52 direkt auf einem Schaltungssubstrat 51 befestigt. Zum Zweck der Ausführung der oben erwähnten Befestigung, ist das Oberflächenwellenbauelement 52 wie folgt gebildet.
Zunächst werden interdigitale Elektroden, ein Reflektor, eine Eingangselektrodenanschlußfläche und eine Ausgangselektrode auf einem piezoelektrischen Substrat gebildet. Dann wird ein Schutzfilm 53, der aus SiO₂ hergestellt ist und eine Filmdicke von 200 Å bis 15 μm aufweist, gebildet. Ferner werden die Mittelabschnitte der Eingang-Ausgang-Elektrodenanschlußflächen 52a von dem Schutzfilm 53 frei gelegt. Ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmittel 54 wird daran befestigt. Als leitfähiges Verbindungsmittel 54 wird eine Lötmetallkugel, ein Goldhöcker, oder ein elektrisch leitfähiges Harz verwendet. Das leitfähige Verbindungsmittel 54 ist angeordnet, um mit einer entsprechenden Elektrodenstruktur 51a des Schaltungssubstrats 51 in Kontakt zu sein. In dem Zustand, in dem das Oberflächenwellenbauelement 52 auf einem Schaltungssubstrat plaziert wird, wird das leitfähige Verbindungsmittel wie z. B. die Lötmetallkugel erhitzt und geschmolzen, wodurch das Oberflächenwellenbauelement direkt auf dem Schaltungssubstrat 51 befestigt wird.
Die japanische Patentveröffentlichung JP04371009 A offenbart ein Problem, daß ein Oberflächenwellenbau- element aufgrund eines potentiellen Unterschieds zwischen Elektroden wahrscheinlich einen pyroelektrischen Durchbruch erleidet, der durch Auftragen eines Passivierungsfilms auf ein piezoelektrisches Substrat und durch Wärme, die während der Bildung eines Fensters in dem Passivierungsfilm angelegt wird, bewirkt wird. Zu diesem Zweck offenbart die Veröffentlichung ein Verfahren, um eine Verbindung zwischen einem Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß über einen Verbindungsdraht vor der Bildung eines Passivierungsfilms herzustellen, und den Verbindungsdraht nach der Bildung des Passivierungsfilms abzutrennen, wodurch der Kurzschluß zwischen dem Eingangs- und Ausgangsanschluß den pyroelektrischen Durchbruch verhindert.
In dem Fall, in dem ein Oberflächenwellenbauelement mit einem Gehäusesubstrat oder einem Schaltungssubstrat unter Verwendung eines Höckers verbunden ist, ist es notwendig, ein piezoelektrisches Substrat während des Prozesses des Bildens des Höckers zu erwärmen, um die Interdiffusion von Metall zu fördern, so daß die Scherfestigkeit des Höckers erhöht werden kann.
Da jedoch in dem Fall, in dem ein piezoelektrisches Substrat, das pyroelektrische Eigenschaften aufweist, verwendet wird, zwischen den Elektroden des Interdigitalwandlers ein potentieller Unterschied erzeugt wird, während das Oberflächenwellenbauelement aufgrund der Temperaturänderungen, die durch die oben genannte Erwärmung verursacht werden, ausgeführt wird. Folglich tritt Entladung auf. Problematischerweise bewirkt diese Entladung, daß der Interdigitalwandler pyroelektrisch gebrochen wird, so daß die Akzeptanzrate reduziert ist.
Außerdem ist es unmöglich, Frequenzcharakteristika eines Bauelements vor der Bildung eines Passivierungsfilms zu messen, falls die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse vor der Bildung des Passivierungsfilms kurzgeschlossen werden, um einen pyroelektrischen Durchbruch zu verhindern. Als Folge ist es unmöglich, eine Betriebsfrequenz eines Bauelements durch Ändern einer Dicke eines Passivierungsfilms einzustellen. Selbst wenn es möglich ist, eine Betriebsfrequenz eines Bauelements durch Trennen eines Verbindungsdrahts nach Bildung eines Passivierungsfilms einzustellen, eine Betriebsfrequenz eines Bauelements zu messen und eine Dicke eines Passivierungsfilms zu ändern, bleibt danach nach wie vor das Problem eines pyroelektrischen Durchbruchs, da der Verbindungsdraht während einer Bildung von Höckern bzw. Bumps geschnitten wurde.
Die DE 198 54 729 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements, bei dem ein piezoelektrisches Substrat IDT-Elektroden aufweist, die mit einer Überzugsschicht überzogen werden, um eine Frequenz des Oberflächenwellenbauelements einzustellen. Bei dem Einstellungsprozeß wird die Frequenz des Oberflächenwellenbauelements vor dem Bilden der Überzugsschicht gemessen. Daraufhin wird die Frequenz eingestellt, indem die Dicke der Überzugsschicht abhängig von der gemessenen Frequenz reduziert wird.
Die EP 0794616 A2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils, welches ein Mehrschichtbauelement aufweist, in dem eine Mehrzahl von aktiven und passiven Bauelementen integriert sind.
Die GB 2 340 300 A beschreibt die Herstellung von Oberflä- chenwellenbauelementen, bei dem zunächst die SAW-Strukturen erzeugt werden und anschließend eine Schutzschicht erzeugt wird. Anschließend werden noch die erforderlichen Höcker aufgebracht, bevor eine Flip-Chip-Befestigung auf einem Substrat erfolgt.
US 6,121,859 A und EP 0 452 105 A2 beschreiben die Herstellung von Oberflächenwellenbauelementen, ähnlich wie in der GB 2 340 300 A , jedoch sind Kurzschlussleitungen vorgesehen, um die verschiedenen Anschlüsse der SAW-Struktur zu verbinden, um negative Auswirkungen des pyroelektrischen Effekts zu vermeiden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements zu schaffen, mit dem zuverlässige Oberflächenwellenbauelemente hergestellt werden können, ohne dass Probleme im Zusammenhang mit dem pyroelektrischen Effekt auftreten.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, schaffen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements, das unter Verwendung eines Flip-Chip-Prozesses auf einem Gehäusesubstrat oder einem Schaltungssubstrat befestigt werden kann, bei dem pyroelektrisches Brechen des Interdigitalwandlers, das durch Erwärmen während der Bildung eines Höckers verursacht wird, verhindert wird, und Schwankungen bei Charakteristika verhindert werden, und die Akzeptanzrate stark verbessert ist.
Bei dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel verbessert der isolierende Film die Staubwiderstandsfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei einem Oberflächenwellenbauelement erheblich. Ferner ist es möglich, eine elektronische Vorrichtung, wie z. B. eine Kommunikationsvorrichtung, zu miniaturisieren, bei der ein Oberflächenwellenbauelement als ein Oberflächenwellenbauelement verwendet wird und durch ein Flip-Chip-Verbindungsverfahren unter Verwendung der Höcker auf einer Schaltungsplatine befestigt werden kann.
Da die Abschnitte auf dem isolierenden Film auf den Höckern entfernt sind, ist es in diesem Fall möglich, das Oberflächenwellenbauelement durch ein Flip-Chip-Verbindungsverfahren leicht auf einer Schaltungsplatine zu befestigen.
Die Kurzschlußverdrahtung verhindert eine Entladung durch einen pyroelektrischen Effekt. Als Folge wird die Zerstörung von Elektrodenfingern in den Interdigitalwandlern ausgeschlossen, was eine Abweichung bei den Charakteristika des Oberflächenwellenbauelements verhindert.
Außerdem ist es möglich, die Frequenzcharakteristika vor dem Bilden eines isolierenden Films zu messen. Folglich ist es möglich, sicher ein Oberflächenwellenbauelement zu schaffen, das vorbestimmte Charakteristika aufweist. Ferner wird der pyroelektrische Durchbruch bei der Bildung der Höcker ebenfalls verhindert.
Das Verfahren kann ferner nach dem Schritt des Bildens eines isolierenden Films den Schritt des Ätzens einer Oberfläche der Elektroden umfassen.
In diesem Fall wird der Rückstand an der Schnittstelle zwischen den Elektrodenanschlußflächen und den Höckern entfernt. Daher ist es möglich, die Verbindungsstärke zwischen den Elektrodenanschlußflächen und den Höckern zu erhöhen. Da der Höckerbereich wegen des Drucks der Höcker während dem Verbinden durch Ultraschallenergieanlegung erhöht ist, kann der vergrößerte Abschnitt der Höcker das Verbinden weiter verbessern.
Das Verfahren kann ferner die Schritte des Bildens eines leitfähigen Films auf der Rückoberfläche des piezoelektrischen Substrats, das der Seite gegenüber liegt, an der der Interdigitalwandler gebildet ist, und des Kurzschließens der Elektroden an der vorderen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats zu dem leitfähigen Film auf der hinteren Oberfläche durch Verwenden eines leitfähigen Films oder einer leitfähigen Vorrichtung umfassen.
Diese Schritte verhindern Ladungen vom Anhäufen und Entladen an der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats. Folglich ist es möglich, eine Kurzschlußverdrahtung wegzulassen und die Anzahl der Herstellungsschritte zu reduzieren.
In dem ersten Schritt des Verfahrens können eine Mehrzahl von Interdigitalwandlern und eine Mehrzahl von Elektrodenanschlußflächen, die mit dem Interdigitalwandler elektrisch verbunden sind, auf dem piezoelektrischen Substrat gebildet werden, um eine Filterschaltung zu bilden, und eine leitfähige Struktur, die im wesentlichen die Filterschaltung umgibt, kann auf dem piezoelektrischen Substrat gebildet werden.
Eine solche leitfähige Struktur unterstützt die Ladung an der Vorderoberfläche des piezoelektrischen Substrats in Richtung der Rückoberfläche des piezoelektrischen Substrats wodurch die Ladungsübertragung weiter verbessert wird.
Die Höcker können aus dem gleichen Material hergestellt sein wie das der Metallanschlußflächen, welche die Höcker empfangen, um so die Interdiffusion zwischen den Elektrodenanschlußflächen und den Höckern zu verbessern.
Die Dicke des Isolationsfilms, der in dem fünften Schritt des Verfahrens gebildet wird, kann ausgewählt werden, um eine Frequenz des Oberflächenwellenbauelements einzustellen. In diesem Fall können die Herstellungsschritte reduziert werden.
Alternativ kann der fünfte Schritt des Verfahrens das Reduzieren einer Dicke des isolierenden Films, um eine Frequenz des Oberflächenwellenbauelements einzustellen, umfassen.
Ferner kann das Verfahren gemäß bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung den Schritt des Messens der Frequenz des Oberflächenwellenbauelements umfassen, vor dem Schritt des Einstellens der Frequenz des Oberflächenwellenbauelements.
In diesem Fall ist es möglich, sehr genaue Frequenzeinstellung zu realisieren, um dadurch den Herstellungsertrag zu erhöhen.
Andere Elemente, Merkmale, Charakteristika und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher werden von der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele derselben mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.
Zum Zweck der Darstellung der Erfindung sind in den Zeichnungen unterschiedliche Formen gezeigt, die derzeit bevorzugt werden, es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die genauen gezeigten Anordnungen und Einrichtungen beschränkt ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A bis 1D Draufsichten, die ein Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen;
2A bis 2D Querschnittsseitenansichten, die das Verfahren zum Herstellen des Oberflächenwellenbauelements gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen;
3 eine Graphik, die die Chipscherfestigkeiten des Oberflächenwellenbauelements, das bei dem Herstellungsverfahren des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels erhalten wird, eines Oberflächenwellenbauelements, das bei einem Herstellungsverfahren als ein modifiziertes Beispiel erhalten wird, und eines Oberflächenwellenbauelements, das zum Vergleich vorbereitet ist, zeigt;
4A ein Beispiel der Schaltungskonfiguration eines Oberflächenwellenbauelements gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4B eine schematische Draufsicht des Oberflächenwellenbauelements;
5A und 5B Querschnittsseitenansichten, die einen Prozeß des Reduzierens der Dicke eines isolierenden Films, um die Frequenz bei dem Verfahren des Herstellens des Oberflächenwellenbauelements des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung einzustellen, darstellen;
6 eine Graphik, die Änderungen bei der Frequenzcharakteristik darstellt, die verursacht werden, wenn die Frequenzeinstellung bei dem Herstellungsverfahren des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
7 eine perspektivische Ansicht, die ein modifiziertes Beispiel eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt; und
8 eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines herkömmlichen Oberflächenwellenbauelements darstellt.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung durch die folgende Beschreibung spezifischer bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen offensichtlicher werden.
1A bis 1D sind Draufsichten, die ein Herstellungsverfahren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen. 2A bis 2D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels zeigen.
Zunächst wird ein im wesentlichen rechteckiges plattenförmiges piezoelektrisches Substrat vorbereitet. Für dieses piezoelektrische Substrat können piezoelektrische Keramik wie z. B. Keramik eines Blei-Titanat-Zirkonat-Typs oder anderem geeigneten Material verwendet werden. Gemäß dem Herstellungsverfahren bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann pyroelektrisches Brechen wie später beschrieben, verhindert werden, selbst wenn ein piezoelektrisches Substrat 1 eine pyroelektrische Eigenschaft aufweist.
Ein elektrisch leitfähiges Material wie z. B. Al oder anderes geeignetes Material wird durch ein geeignetes Verfahren, wie z. B. Aufdampfen, Aufsprühen bzw. Sputtern, Plattieren, oder einen anderen geeigneten Prozeß auf die gesamte obere Oberfläche des piezoelektrischen Substrats aufgetragen, um einen elektrisch leitfähigen Film zu bilden. Darauffolgend wird auf dem leitfähigen Film eine positive Photolackschicht gebildet. Eine Maske, deren Abschirmungsabschnitte einem Interdigitalwandler (hier als IDT = inter-digital tranducer bezeichnet), einem Elektrodenabschnitt, wie z. B. einem Reflektor, usw. entsprechen, wird plaziert, um die Photolackschicht zu bedecken, gefolgt von einer Belichtung. Danach werden die Photolackabschnitte entfernt, wodurch die Photolackschicht strukturiert wird.
Danach wird Ätzen durchgeführt unter Verwendung eines Ätzmittels, das nicht in der Lage ist, den Photolack anzugreifen und in der Lage ist, den leitfähigen Film zu entfernen. Somit werden, wie in 1A gezeigt, auf einem piezoelektrischen Substrat 1 ein IDT 2, Reflektoren 3 und 4, Elektrodenanschlußflächen 5 und 6, Verdrahtungselektroden 9a und 9b und eine Kurzschlußverdrahtung 7 gebildet.
Hier umfaßt der IDT 2 ein Paar interdigitaler Elektroden, und die Reflektoren 3 und 4 sind auf beiden der Seiten des IDT 2 in der Ausbreitungsrichtung des Oberflächenwellenbauelements angeordnet. Die Elektrodenanschlußflächen 5 und 6 bilden Eingangs- und Ausgangselektrodenanschlußflächen, und sind jeweils mit den interdigitalen Elektroden des IDT 2 verbunden. Die Kurzschlußverdrahtung 7 verbindet jeweils die Elektrodenanschlußflächen 5 und 6 mit den Reflektoren 3 und 4. Das heißt, daß die Kurzschlußverdrahtung 7 die Eingangs-Ausgangsseiten des IDT 2 und die Seiten des IDT 2, die mit dem Massepotential verbunden sind, elektrisch miteinander verbindet. Verdrahtungselektroden 9a und 9b verbinden jeweils die Elektrodenanschlußflächen 5 und 6 mit dem IDT 2.
Bezugnehmend auf den obigen Ätzprozeß können sowohl Naßätzverfahren als auch Trockenätzverfahren verwendet werden. Ferner können die jeweiligen Elektroden über ein Abhebeverfahren oder andere geeignete Prozesse gebildet werden.
Nachfolgend wird ein positiver Photolack auf die gesamte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 1 aufgetragen. Danach wird die Maske, in der die Abschnitte, die die Sammelschienen 2a und 2b des IDT 2 überlappen, die Elektrodenanschlußflächen 5 und 6 und die Verdrahtungselektroden 9a und 9b in Öffnungen gebildet sind, an den Photolack laminiert, gefolgt durch eine Belichtung mit Licht. Danach werden die freigelegten Photolackabschnitte entfernt. Somit sind, wie in 1B gezeigt, Öffnungen 8a in der Photolackschicht 8 gebildet. Es wird angemerkt, daß die Elektroden, wie z. B. der IDT 2, die unter der Photolackschicht 8 liegen, verborgen sind, aber in 1B mit durchgezogenen Linien gezeichnet sind. Durch die Öffnungen 8a sind die Elektrodenanschlußflächen 5 und 6, die Sammelschienen 2a und 2b und die Verdrahtungselektroden 9a und 9b wie oben beschrieben freigelegt.
Nachfolgend wird die Photolackschicht 8 erwärmt, so daß die Haftung der Photolackschicht 8 an dem piezoelektrischen Substrat 1 und außerdem die Plasmawiderstandsfähigkeit desselben stark verbessert ist.
In diesem Fall sind die Elektrodenanschlußflächen 5 und 6 und die Reflektoren 3 und 4 über die Kurzschlußverdrahtung 7 kurzgeschlossen, und daher haben die jeweiligen Abschnitte das gleiche Potential. Selbst wenn das piezoelektrische Substrat eine pyroelektrische Eigenschaft aufweist, tritt dementsprechend keine Entladung auf, die durch pyroelektrische Effekte verursacht werden kann. Das heißt, es besteht keine Möglichkeit, daß der IDT 2 und das Resist 8 unterbrochen werden.
Danach wird ein zweiter elektrisch leitfähiger Film auf der gesamten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 1 gebildet. Der zweite leitfähige Film wird aufgetragen, damit die Sammelschienen 2a und 2b, die Eingangs-Ausgangs-Anschlußflächen 5 und 6 und die Verdrahtungselektroden 9a und 9b jeweils eine Zweischichtstruktur aufweisen, wie es später beschrieben wird. Das heißt, wenn der zweite leitfähige Film in den Öffnungen 8a gebildet ist, haben die Sammelschienen 2a und 2b, die Eingang-Ausgangs-Anschlußflächen 5 und 6 und die Verdrahtungselektroden 9a und 9b jeweils vorzugsweise eine Zweischichtstruktur.
Danach wird der Abschnitt des zweiten leitfähigen Films, der auf die Photolackschicht angelegt wurde, zusammen mit der Photolackschicht 8 abgehoben. Gleichartig dazu werden die Elektrodenanschlußflächen 5A und 6A und die Sammelschienen 2A und 2B, die jeweils eine Zweischichtstruktur aufweisen, auf dem piezoelektrischen Substrat 1 gebildet, wie es in dem Querschnitt von 2A schematisch gezeigt ist.
In 2A ist die Kurzschlußverdrahtung 7 nicht gezeigt, da 2A eine Querschnittansicht ist, die den Oberflächenwellenbauelementteil entlang der Linie A-A in 1C zeigt.
Wie oben beschrieben, liegt der Grund für die Bildung der Elektrodenfilme mit einer Zweischichtstruktur darin, daß das piezoelektrische Substrat 1 davon abgehalten wird, zu brechen, wenn Metallhöcker gebildet werden. Dementsprechend ist es vorzuziehen, daß die Elektrodenanschlußflächen gebildet werden, um eine Zweischichtstruktur aufzuweisen. Die Sammelschienen und die Verdrahtung müssen keine Zweischichtstruktur aufweisen.
Darauffolgend werden, wie in 2B gezeigt, auf den Elektrodenanschlußflächen 5A und 6A jeweils Metallhöcker 11 gebildet. Als Material für die Metallhöcker 11 können elektrisch leitfähige Materialien, wie z. B. Gold, Al, Al-Legierungen, oder andere geeignete Materialien verwendet werden.
Wenn die obigen Metallhöcker 11 gebildet werden, wird das piezoelektrische Substrat 1 erwärmt. Das Erwärmen des piezoelektrischen Substrats 1 fördert die Interdiffusion zwischen dem Metall in der zweiten Schicht und dem Metall, das die Metallhöcker 11 bildet, so daß die Metallhöcker 11 mit den Elektrodenanschlußflächen 5A und 6A jeweils fest verbunden sind. Da in diesem Fall die Elektrodenanschlußflächen 5 und 6 und die Reflektoren 3 und 4 kurzgeschlossen sind, weisen die jeweiligen Abschnitte das gleiche Potential ohne einen Potentialunterschied zwischen denselben auf. Daher tritt keine Entladung auf. Dementsprechend kann das Brechen des IDT 2 verhindert werden.
Nachfolgend wird, wie in 1C gezeigt, die Kurzschlußverdrahtung 7A in den Abschnitt derselben geschnitten, der durch Pfeil B angezeigt ist.
Darüber hinaus wird, wie in 1D und 2C gezeigt, ein isolierender Film 12 beinahe auf dem gesamten piezoelektrischen Substrat 1 gebildet. Der isolierende Film 12 wird vorzugsweise gebildet z. B. durch Sputtern eines isolierenden Materials wie z. B. SiO₂ oder eines anderen geeigneten Materials.
Die Dicke des isolierenden Films 12 ist vorzugsweise angeordnet, so daß die Frequenz des Oberflächenwellenbauelements einen gewünschten Wert aufweist.
Danach wird, wie in 2D gezeigt in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel der isolierende Film 12, der auf den Metallhöckern 11 und außerdem auf den Eingangs-Ausgangsanschlußflächen 5A und 6A liegt, entfernt, damit dieselben mit einer externen Schaltung verbunden werden können. Folglich kann eine hohe Chipscherfestigkeit erhalten werden.
Das Oberflächenwellenbauelement 13 dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels wurde mit einer Elektrodenstruktur verbunden, die aus Gold, Al, einer Al-Legierung oder einem anderen geeigneten Material auf einem Schaltungssubstrat hergestellt wurde, mit einer angelegten Ultraschallwelle, in einem Flip-Chip-Prozeß. Die Chipscherstärke der Probe B, die in diesem Fall erzeugt wurde, wurde ausgewertet. 3 zeigt die Ergebnisse.
Hinsichtlich des Oberflächenwellenbauelements, das für die Messung der Chipscherstärke verwendet wird, wurde Lithiumtantalat als ein piezoelektrisches Substratmaterial verwendet. Das Material, das für die Elektroden verwendet wird, ist vorzugsweise Al. Als Material für die Höcker wird vorzugsweise ein Material verwendet, das Au enthält. Darüber hinaus wird vorzugsweise SiO₂ als ein Isolationsfilmmaterial verwendet.
Ferner wird das Oberflächenwellenbauelement, das auf ähnliche Weise erhalten wurde wie die Probe B, außer daß keine Bildung des isolierenden Films 12 verwendet wurde wie in Probe A, und gleichartig dazu wurde die Chipscherstärke ausgewertet.
Darüber hinaus wurde die Probe, in der der isolierende Film 12, der über den Metallhöckern 11 liegt, nicht entfernt wurde, als Beispiel C vorbereitet, und gleichartig dazu wurde die Auswertung durchgeführt. Diese Ergebnisse sind jeweils in 3 gezeigt.
Wie aus 3 ersichtlich, ist die Chipscherstärke der Probe C niedrig. Außerdem wird gezeigt, daß die Probe B eine hohe Chipscherstärke aufweist, sowie auch die Probe A.
Ein Oberflächenwellenbauelement gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel und ein Verfahren zum Herstellen desselben werden mit Bezugnahme auf 4A bis 6 beschrieben.
4A stellt die Konfiguration der Schaltung des Oberflächenwellenbauelements gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel dar. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind fünf Oberflächenwellenbauelemente verbunden, um eine Leitertypschaltungskonfiguration zu definieren. Somit ist ein Leitertypfilter geschaffen. Insbesondere sind zwei Reihenarmresonatoren S1 und S2 zwischen einem Eingangsanschluß 21 und einem Ausgangsanschluß 22 verbunden. Parallelarmresonatoren P1 bis P3 sind zwischen dem Reihenarm und dem Massepotential verbunden.
Die Reihenarmresonatoren S1 und S2 und die in 4A gezeigten Parallelresonatoren P1 bis P3 weisen jeweils eine Elektrodenkonfiguration auf, die ähnlich ist wie die des Oberflächenwellenbauelements des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels. Das heißt jede derselben umfaßt einen IDT, der ungefähr in der Mitte des Oberflächenwellenbauelements in der Ausdehnungsrichtung desselben angeordnet ist, und Reflektoren, die auf beiden Seiten des IDT in der Ausdehnungsrichtung angeordnet sind, und Elektrodenanschlußflächen, die jeweils mit einem Paar der interdigitalen Elektroden des IDT verbunden sind.
4B ist eine schematische Draufsicht des Oberflächenwellenbauelements dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels. Die Reihenarmresonatoren S1 und S2 und die Parallelarmresonatoren P1 bis P3 sind auf einem im wesentlichen rechtwinkligen piezoelektrischen Substrat 23 angeordnet.
Ein Elektrodenhöcker 11 ist auf der Elektrodenanschlußfläche 25A vorgesehen, die mit einer Sammelschiene des IDT des Reihenarmresonators S1 verbunden ist. Gleichartig dazu ist ein weiterer anderer Höcker 11 auf der Elektrodenanschlußfläche 26A gebildet, die mit einer Sammelschiene des IDT des Reihenarmresonators S2 verbunden ist. Darüber hinaus sind die Reihenarmresonatoren S1 und S2 über eine Verdrahtungselektrode 26 elektrisch miteinander verbunden. Die Verdrahtungselektrode 26 verbindet die Reihenarmresonatoren S1 und S2 mit dem Parallelresonator P2.
Darüber hinaus ist ein Ende einer Verdrahtungselektrode 27 mit der Elektrodenanschlußfläche 25A verbunden und das andere Ende der Verdrahtungselektrode 27 ist mit einem Ende des Parallelarmresonators 21 verbunden.
Eine Verdrahtungselektrode 28 ist mit dem anderen Ende des Parallelarmresonators P1 verbunden, und das andere Ende der Verdrahtungselektrode 28 ist mit einer Elektrodenanschlußfläche 29 verbunden. Noch ein weiterer Höcker 11 wird auf der Elektrodenanschlußfläche 29 gebildet. Das Ende des Parallelarmresonators P2, das gegenüberliegend ist zu der Seite desselben, an der die Verdrahtungselektrode 26 mit der Elektrodenanschlußfläche 29 verbunden ist, und ein Ende des Parallelarmresonators 23. Das andere Ende des Parallelarmresonators P3 ist über eine Verdrahtungselektrode 31 mit der Elektrodenanschlußfläche 26A verbunden.
Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein isolierender Film (nicht gezeigt) gebildet, um das piezoelektrische Substrat und die Elektrodenstruktur, ausgenommen der Elektrodenanschlußflächen 25A, 26A und 29, zu bedecken.
Ferner kommen in 4B Sonden 41 bis 43 zum Einstellen der Frequenz in Kontakt mit den Elektrodenanschlußflächen 25A, 26A und 29. Der Kontakt der Sonden 41 bis 43 wird für Wafertesten hergestellt. In diesem Fall ist es wünschenswert, daß die Sonden 41 bis 43 nicht in direktem Kontakt mit den Höckern 11 sind. Um darüber hinaus eine Frequenz zu erhalten, die näher ist zu der eines fertigen Produkts, werden die Kurzschlußverdrahtungen 32 und 33 der Eingangs-Ausgangsseiten geschnitten, und eine Kurzschlußverdrahtung 34 mit dem Massepotential wird mit einem im wesentlichen rechtwinkligen Gitter 35 kurzgeschlossen, das alle der Schaltungen des Oberflächenwellenbauelements einschließt.
Wie in 7 gezeigt, ist ein leitfähiger Film, bestehend aus Gold, Al, einer Al-Legierung, oder anderem geeigneten Material auf der Rückoberfläche eines Wafers 61 gebildet. Der Wafer kann mit einer geeigneten Vorrichtung 63 wie z. B. einer Klemme oder einem anderen Werkzeug geklemmt werden, das zwischen der Vorder- und Rückoberfläche derselben zum elektrischen Kurzschließen vorgesehen ist. Bei diesem Vorgang ist das Gitter 35, das auf der Vorderoberfläche des Wafers 61 gebildet ist, mit einem leitfähigen Film 62 auf der Rückoberfläche des Wafers elektrisch kurzgeschaltet.
5A ist eine schematische Querschnittansicht, die das piezoelektrische Substrat 23 zeigt, auf dem der isolierende Film 31 gebildet ist. Die Reihenarmresonatoren S1 und S2 und die Verdrahtungselektrode 26 sind in der Fläche zwischen den Elektrodenanschlußflächen 25A und 26A gebildet, die durch den Pfeil X angezeigt sind, obwohl sie nicht gezeigt sind. In diesem Fall ist die Frequenzcharakteristik des Oberflächenwellenbauelements vor der Bildung des isolierenden Films 31 vorzugsweise höher als eine gewünschte Frequenz. Dann wird in dem in 5A gezeigten Zustand der dicke isolierende Film 31 gebildet, so daß die Frequenzcharakteristik niedriger ist als die gewünschte Frequenz.
Danach wird das Frequenzcharakteristikum des Oberflächenwellenbauelements unter Verwendung der Sonden 41 bis 43 gemessen. Auf der Basis der Meßergebnisse wird ein Einstellungsbetrag der Frequenzcharakteristik bestimmt. Das heißt, der Unterschied zwischen der Frequenz nach der Bildung des isolierenden Films und die gewünschte Frequenz werden bestimmt.
Danach wird auf der Basis der obigen Frequenzdifferenz der isolierende Film 31 geätzt, so daß die Dicke des isolierenden Films 31 reduziert ist. Der Dickereduzierungsbetrag des isolierenden Films 31 wird entsprechend zu der Frequenzdifferenz erhalten. Als Folge wird der isolierende Film 31A wie in 5B mit einer reduzierten Dicke entsprechend zu dem Freguenzeinstellungsbetrag gebildet. Für dieses Ätzen kann Naßätzen, Trockenätzen unter Verwendung von Plasma oder ein anderer geeigneter Prozeß verwendet werden.
Wie oben beschrieben kann bei dem Oberflächenwellenbauelement dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels die Dicke des isolierenden Films 31 reduziert werden, während die Frequenzcharakteristika des Oberflächenwellenbauelements, das praktischerweise erzeugt wurde, unter Verwendung der Sonden 41 bis 43 gemessen werden. Folglich kann das Oberflächenwellenbauelement mit einem gewünschten Frequenzcharakteristikum sicher erhalten werden.
6 ist eine Graphik, die Veränderungen bei den Frequenzcharakteristika des Oberflächenwellenbauelements dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels zeigt. In 6 stellt die durchgezogene Linie das Frequenzcharakteristikum des Oberflächenwellenbauelements vor der Bildung des isolierenden Films 31 dar. Die gestrichelte Linie stellt das Frequenzcharakteristikum des Oberflächenwellenbauelements, in dem der isolierende Film 31 mit einer Dicke von ungefähr 29 nm gebildet ist, dar. Darüber hinaus zeigt die Linie mit abwechselnden langen und kurzen Strichen das Frequenzcharakteristikum des Oberflächenschallwellenelements, nachdem die Frequenz eingestellt ist (die Dicke des isolierenden Films ist auf ungefähr 13 nm reduziert). Wie aus 6 ersichtlich, kann die Einstellung der Frequenz durch Ätzen des isolierenden Films 31 durchgeführt werden, der vorzugsweise aus SiO₂ hergestellt ist, um die Dicke zu reduzieren.
Die Oberflächenwellenbauelemente des ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels und das Verfahren zum Herstellen derselben können auf unterschiedliche Oberflächenwellenbauelemente, wie z. B. einen Leiterfilter, in dem eine Mehrzahl von Resonatoren verbunden sind, wie es in dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, oder auf andere geeignete Anordnungen angewendet werden. Das heißt, die vorliegende Erfindung kann bei unterschiedlichen Oberflächenwellenbauelementen, wie z. B. Oberflächenwellenresonatoren, Oberflächenwellenfiltern, Oberflächenwellenduplexern usw. angewendet werden. Zusätzlich können bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf Oberflächenwellenbauelemente ohne Reflektoren angelegt werden.
Darüber hinaus kann das piezoelektrische Substrat, das nicht auf Keramik eines Blei-Titanat-Zirkonattyps beschränkt ist, durch Verwendung eines piezoelektrischen Monokristalls, wie z. B. LiTaO₃, LiNbO₃, Quarz, Lithiumtetraborat, Langasit oder anderen geeigneten Materialien gebildet sein. Darüber hinaus kann ein piezoelektrisches Substrat, das einen piezoelektrischen Dünnfilm umfaßt, der aus ZnO oder einem anderen geeigneten Material auf einem isolierenden Substrat gebildet ist, das aus Aluminium oder einem anderen geeigneten Material besteht, verwendet werden.
Elektrodenmaterialien für die IDT, die Reflektoren, die kurzgeschalteten Verdrahtungen und andere Elemente können zusätzlich zu Al und einer Al-Legierung ein beliebiges elektrisch leitfähiges Material umfassen.
Darüber hinaus ist das Material zum Bilden des isolierenden Films, der für die Frequenzeinstellung verwendet wird, nicht auf SiO₂ beschränkt. SiN, ZnO oder andere geeignete Materialien können ebenfalls verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements durch Verwenden eines Flip-Chip-Prozesses, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: (A) Bilden zumindest eines Interdigitalwandlers (2) und einer Mehrzahl von Elektrodenanschlußflächen (5, 6; 5A, 6A; 25A), die mit dem Interdigitalwandler (2) elektrisch verbunden sind, auf einem piezoelektrischen Substrat (1; 23) mit pyroelektrischen Eigenschaften; (B) Bilden einer Kurzschlußverdrahtung (7) zum Kurzschließen einer Signalanschlußseite mit einer Masseanschlußseite des zumindest einen Interdigitalwandlers (2); (C) Bilden von Höckern (11) auf den jeweiligen Elektrodenanschlußflächen (5, 6; 5A, 6A; 25A); (D) nach dem Bilden der Höcker (11), Schneiden der Kurzschlußverdrahtung (7); (E) Bilden eines isolierenden Films (12) auf einer gesam- ten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats; und (F) Entfernen eines Abschnitts des isolierenden Films zumindest auf den Höckern (11), so daß die Höcker (11) für eine Befestigung an einem Befestigungssubstrat freiliegen.
Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements gemäß Anspruch 1, bei dem der Schritt (F) ein Ätzen einer Oberfläche der Elektroden umfaßt.
Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das Bilden der Kurzschlußverdrahtung (7) folgende Schritte umfaßt: Bilden eines leitfähigen Films auf der Rückoberfläche des piezoelektrischen Substrats, das der Seite gegenüber liegt, auf der der Interdigitalwandler gebildet ist; und Kurzschließen der Elektroden auf der Vorderoberfläche des piezoelektrischen Substrats mit dem leitfähigen Film auf der Rückoberfläche.
Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements gemäß Anspruch 3, bei dem in dem Schritt (A) eine Mehrzahl von Interdigitalwandlern und eine Mehrzahl von Elektrodenanschlußflächen, die elektrisch mit dem Interdigitalwandler verbunden sind, auf dem piezoelektrischen Substrat gebildet werden, um eine Filterschaltung zu bilden, wobei eine leitfähige Struktur, die die Filterschaltung im wesentlichen umgibt, auf dem piezoelektrischen Substrat gebildet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Höcker (11) aus dem gleichen Material hergestellt sind wie die Metallanschlußflächen, die die Höcker (11) aufnehmen.
Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Dicke des isolierenden Films (12) der in dem Schritt (E) gebildet ist, ausgewählt wird, um eine Frequenz des Oberflächenwellenbauelements einzustellen.
Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, mit fol- gendem Schritt: Reduzieren einer Dicke des isolierenden Films (12) um eine Frequenz des Oberflächenwellenbauelements einzustellen.
Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements gemäß Anspruch 6, das ferner vor dem Schritt des Einstellens der Frequenz des Oberflächenwellenbauelements einen Schritt des Messens der Frequenz des Oberflächenwellenbauelements umfaßt.
Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das piezoelektrische Substrat im wesentlichen rechtwinklig plattenförmig ist und aus piezoelektrischer Keramik hergestellt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der zumindest eine Interdigitalwandler ein Paar interdigitaler Elektroden und Reflektoren umfaßt, die auf beiden Seiten des Interdigitalwandlers angeordnet sind.
Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements gemäß Anspruch 10, bei dem eine Kurzschlußverdrahtung die Elektrodenanschlußflächen mit den Reflektoren verbindet.
Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, das ferner einen Schritt des Bildens von Verdrahtungselektroden umfaßt, um die Elektrodenanschlußflächen mit zumindest einem IDT zu verbinden.
Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, das ferner einen Schritt des Entfernens eines Abschnitts des isolierenden Films über entweder einen Naßätzprozeß oder einen Trockenätzprozeß umfaßt.
Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, das ferner einen zweiten elektrisch leitfähigen Film auf der gesamten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats umfaßt.
Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, das ferner einen Schritt des Bildens von Sammelschienen, Eingang-Ausgang-Anschlußflächen und Verdrahtungselektroden umfaßt.
Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements gemäß Anspruch 15, bei dem jede der Sammelschienen, der Eingangs-Ausgangs-Anschlußflächen und der Verdrahtungselektroden eine 2-Schicht-Struktur aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenwellenbauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem jede der Elektrodenanschlußflächen eine 2-Schicht-Struktur aufweist.