JP2000286662A - 弾性表面波素子、その製造方法、及びｓａｗデバイスの構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造工程の複雑化等を招くことなく、アルミ
ニウムによりパッドを構成して金バンプ等との接合性を
高め、更にＩＤＴ電極をＡｌ−Ｃｕ合金により構成する
ことによりその耐久性を高めることを可能とした弾性表
面波素子、その製造方法、ＳＡＷデバイスの構造を提供
する。 【解決手段】 弾性表面波素子３４を、圧電素板３５
と、圧電素板の電極形成面上に形成され且つ金との接合
性が良好な金属を用いた厚肉の電極パッド３６と、該電
極パッドと接続されたＡｌ−Ｃｕ合金からなるＩＤＴ電
極４０と、から構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電デバイスとして
の弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスの構造の改良に関し、
例えばセラミックパッケージの内底面に形成した電極
と、弾性表面波素子のＩＤＴ電極形成面に配置した電極
パッドとの間を金バンプを用いてフリップチップ接続す
るタイプのＳＡＷデバイスの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４(a) は従来の表面実装用の弾性表面
波（ＳＡＷ）デバイスの構造を説明する為の内部斜視
図、(b) はその縦断面図である。このＳＡＷデバイス１
は、表面実装用の構成を備えた３層構造のセラミックパ
ッケージ２と、セラミックパッケージ２の上面に形成さ
れた凹陥部３内に配置された弾性表面波素子４と、凹陥
部３の外枠上面に固定されて凹陥部を閉止する金属蓋５
とを有する。凹陥部３内の２つの対向し合う段差１０上
には夫々ワイヤボンディング用端子１１、アースパター
ン１２等が形成され、凹陥部３の内底面には接地用電極
面１３がほぼ全面的に形成されている。セラミックパッ
ケージ２の外枠上面には図示しない金属蓋をシーム溶接
等によって溶着固定する際に使用するシームリング１５
が予め形成されている。凹陥部３内にフェースアップ
（ＩＤＴ電極が開口側を向いている）状態で収納される
弾性表面波素子４は、圧電素板２０上に少なくともＩＤ
Ｔ電極２１と、パッケージ側の段差１０上の電極１１と
ワイヤ接続されるボンディング用電極２２とを備えてい
る。この弾性表面波素子４の底面を接着剤等を用いて凹
陥部３の内底面に設けた接地用電極面１３と接続するこ
とにより、弾性表面波素子は凹陥部内に固定される。

【０００３】ところで、このようなパッケージ構造を備
えたＳＡＷデバイスにあっては、弾性表面波素子４の上
面よりも上方に突出するワイヤＷが金属蓋５の下面と接
触してショートすることを防止する為に、ワイヤＷと金
属蓋５の下面との間に十分な空間を確保しておく必要が
あり、そのためパッケージ２の高さ方向寸法が大型化
（高背化）することは不可避であった。しかし、ＳＡＷ
デバイスを搭載する各種機器に対する小型化の要請に対
応してＳＡＷデバイス自体についても低背化が強く要求
されている。このような低背化の要請を満たすパッケー
ジ構造として、最近では図５(a) (b) に示した如きフェ
ースダウン（ＩＤＴ電極が底面を向くようにＳＡＷ素子
を配置する）方式のパッケージ構造が採用されている。
このタイプのパッケージ３１は、上面の凹陥部３２の内
底面に通電用の電極３３を有し、この凹陥部３２内に弾
性表面波素子３４をフェイスダウン方式でフリップチッ
プ接続する構造を備えている。即ち、弾性表面波素子３
４はその圧電素板３５の下面にＩＤＴ電極と電極パッド
３６と、電極パッド３６上に予め固着した金バンプ３７
を有し、電極３３と電極パッド３６とを一対一で対応さ
せた状態で、バンプ３７と電極３３との間を半田、或は
熱圧着により接合することにより、弾性表面波素子３４
の組付けが完了する。その後、金属蓋３８を凹陥部３２
の外枠上面に気密的に固定することによりＳＡＷデバイ
スが完成する。このパッケージ構造によれば、ワイヤと
金属蓋との間のショート発生を防止する為の空間を設け
る必要がない分だけ低背化が可能であり、またパッケー
ジの内壁にワイヤボンディング用の端子を配置する為の
段差を設ける必要がなくなる分だけ平面形状も小型化す
る。

【０００４】ところで、図６に示すようにバンプ３７
は、ＩＤＴ電極（電極指）４０から引き出されたパッド
３６上に超音波を併用した熱圧着等により固着される金
製の小突起であり、純粋アルミニウムと金との接合強度
が高いことから、従来のパッド３６及びＩＤＴ電極４０
は純粋アルミニウムから構成されている。なお、パッド
３６とＩＤＴ電極４０は、通常フォトリソグラフィ技術
により一括して製造される為、同一材料により構成され
る。ＩＤＴ電極によって圧電素板表面に励起される弾性
表面波の大きな定在波によりパッド３６及びＩＤＴ４０
は大きなストレスを受けることになるが、アルミニウム
だけを使用した場合には、この応力によってパッド及び
ＩＤＴ電極を構成するアルミ膜にひび割れ等の破損が発
生する。そこで、最近ではアルミニウムに数％の銅を含
有させたＡｌ−Ｃｕ合金を用いてパッド及びＩＤＴ電極
膜の強化を図っているが、Ａｌ−Ｃｕ合金膜と金バンプ
との接合強度が著しく低いという不具合がある。つま
り、金バンプ３７とパッド３６とが容易に剥離してしま
い、機器の落下等によって発生する衝撃に耐えられなく
なるという問題が発生している。

【０００５】また、パッド３６とＩＤＴ電極４０は同一
プロセスにて製造されるため、両者の肉厚が３１００〜
４０００Åと薄くなるが、パッドを純粋アルミニウムに
て構成したとしても、パッドの肉厚がこのように薄過ぎ
る場合には、バンプを形成する為の熱圧着等の工程で、
パッド自体が破損し、圧電素板面から剥離し易い為、金
バンプがパッド諸共剥離し易くなるという欠点を有して
いる。このような事情から、従来は金バンプとの接合強
度を犠牲にしてもパッドの強度を保持するために、パッ
ド及びＩＤＴ電極の材料としてＡｌ−Ｃｕ合金を用いて
いた。更に、パッド材料としてＡｌ−Ｃｕ合金を用いる
場合の上記不具合を解決する為に、図６(c) に示すよう
にパッド３６と金バンプ３７との接合強度を十分に確保
すべく、Ａｌ−Ｃｕ合金部分（パッド基部）３６ａの表
面に純粋のアルミニウム膜４１を積層形成することが行
われており、これによれば金バンプを介した弾性表面波
素子の接合強度を所望のレベルに保持することができ
る。しかし、このような２層構造のパッドを実現する為
には、Ａｌ−Ｃｕ合金から成るＩＤＴ電極４０とパッド
基部３６ａとを一括して製造した後に、別のプロセス
（リフトオフ工程）によってアルミニウム膜４１を積層
する作業が必須となり、工程数の増加による生産性の低
下、コストアップという問題をもたらす。

【０００６】また、図６(d) はＡｌ−Ｃｕ合金にてＩＤ
Ｔ電極４０とパッド基部３６ａを形成した後に、パッド
基部３６ａ上にＴｉ，或はＣｒ等から成るバリア層４２
を形成するパッド構造を示しており、バリア層４２とし
てのＴｉ膜、或はＣｒ膜は、膜厚が薄くても十分な強度
を有するのみならず、金バンプとの接合強度も十分であ
る。しかし、このパッド構造も図６(c) の場合と同様に
リフトオフ工程の追加が必須となるため、生産性の低
下、コストアップという問題をもたらす。なお、参考の
為に上記リフトオフ工程と、それに伴う問題点について
図７に基づいて説明する。即ち、図７(a) (b) 及び(c)
は図６(c) に示した構造のパッドを製造するリフトオフ
工程を示しており、このリフトオフ工程では、図４(a)
に示した如く圧電素板３５上にＡｌ−Ｃｕ合金から成る
ＩＤＴ電極４０とパッド３６を形成した後で、図７(b)
のようにフォトリソグラフィ技術と同様にパッド３６の
上面を回避した圧電素板全面にフォトレジスト５０を被
覆し、更に図７(c)のように全面にアルミニウム５１を
真空蒸着し、最後にフォトレジスト５０とその上のアル
ミニウム５１を除去することにより、図６(c) に示した
パッドを得ることができる。弾性表面波素子を製造する
工程に、このようなリフトオフ工程が付加されることは
製造工数の増大によるコストアップ等の不具合をもたら
すことは明らかであるが、更に図７(c) にてアルミニウ
ムを真空蒸着する際に、真空蒸着装置の成膜室（真空チ
ャンバ）内がフォトレジストから発生するガスによって
汚損され、成膜室の内壁にガス成分から成る不純物が付
着し、成膜室を頻繁に清掃する必要をもたらすという不
具合がある。なお、図６に示した如く、フェイスアップ
状態で弾性表面波素子をパッケージ凹陥内部に搭載し、
弾性表面波素子上のパッドとパッケージ側のボンディン
グパッドとの間を金ワイヤにて接続する場合にも、弾性
表面波素子上のパッドをＡｌ−Ｃｕ合金にて構成する場
合には金ワイヤとの接続不良の問題が同様に発生する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにＩＤＴ電
極とパッドとをＡｌ−Ｃｕ合金にて構成した従来の弾性
表面波素子にあっては、金バンプ及び金ワイヤと、パッ
ドとの接合強度が低下することを防止する為に、リフト
オフ工程を増設することによりパッド表層に純粋アルミ
ニウム膜、バリヤ層を積層形成していたが、工程の増大
による生産性低下、コストアップ、真空蒸着装置の成膜
室内の汚損という不具合があった。そこで本発明は、製
造工程の複雑化等を招くことなく、アルミニウムにより
パッドを構成して金バンプ等との接合性を高め、更にＩ
ＤＴ電極をＡｌ−Ｃｕ合金により構成することによりそ
の耐久性を高めることを可能とした弾性表面波素子、そ
の製造方法、ＳＡＷデバイスの構造を提供することを目
的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明は、圧電素板と、圧電素板の電極形
成面上に形成され且つ金との接合性が良好な金属を用い
た厚肉の電極パッドと、該電極パッドと接続されたＡｌ
−Ｃｕ合金からなるＩＤＴ電極と、からなることを特徴
とする。請求項２の発明は、上面に凹陥部を有すると共
に凹陥部内底面に電極を有したパッケージと、該凹陥部
内にフェイスダウン状態で収納される請求項１記載の弾
性表面波素子と、から成るＳＡＷデバイスであって、上
記パッケージの凹陥部内底面に電極形成面を対向させた
状態で、電極パッドと凹陥部内底面の電極との間を金バ
ンプを用いて接続したことを特徴とする。請求項３の発
明は、上面に凹陥部を有すると共に凹陥部内壁にワイヤ
ボンディング端子を有したパッケージと、該凹陥部内に
フェイスアップ状態で収納される請求項１記載の弾性表
面波素子と、から成るＳＡＷデバイスであって、上記パ
ッケージの凹陥部内に電極形成面を上向きにした状態
で、上記ワイヤボンディング端子と電極パッドとの間を
金ワイヤにて接続したことを特徴とする。請求項４の発
明は、上記電極パッドの材料として、アルミニウム、Ｎ
ｉ，Ｔｉ，或はＣｒを用いたことを特徴とする。請求項
５の発明は、圧電素板上に金との接合性の良好な材質か
らなる厚肉の電極パッドを形成する工程と、該電極パッ
ドを含む圧電素板面にＡｌ−Ｃｕ合金膜を形成する工程
と、電極パッド上面のＡｌ−Ｃｕ合金膜の一部又は全て
を除去する工程と、圧電素板上のＡｌ−Ｃｕ合金膜の適
所を除去してＩＤＴ電極を形成する工程と、からなるこ
とを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
の形態により詳細に説明する。図１(a) 及び(b) は本発
明のＳＡＷデバイスに使用する弾性表面波素子の平面
図、及びＡ−Ａ断面図であり、図５、図６を併せて参照
しつつ説明する。従って、図５、図６と同一部分につい
ては同一符号を用いて説明する。図１には圧電素板３５
上にＡｌ−Ｃｕ合金から成るＩＤＴ電極４０と、接続部
４５と、アルミニウムから成る厚肉のパッド３６を形成
し、更にパッド３６上に金バンプ３７を固定した弾性表
面波素子３４が示されている。図２(a) 乃至(g) は図１
のパッド及びＩＤＴ電極を形成する工程を説明する図で
あり、図２(a) に示す第１の工程では水晶素板等の圧電
素板３５上の所要箇所に例えば１μｍ程度の比較的厚肉
のアルミニウム製パッド（厚膜ボンディングパッド）３
６を予め蒸着等により形成しておき、(b) に示す第２の
工程ではパッド３６を含む圧電素板３５上面全体に均一
な厚みでＡｌ−Ｃｕ膜６０を蒸着形成する。続いて、
(c) に示す第３工程ではＡｌ−Ｃｕ膜６０の全面にフォ
トレジスト膜６１を均一塗布し、(d) に示す第４工程で
は図示しないマスクを用いてフォトレジスト膜６１を露
光、現像し、ＩＤＴ電極４０に相当する部分のみに現像
されたフォトレジスト膜６１を残しておく。次いで、
(e) に示す第５工程で残留したフォトレジスト膜６１を
マスクとしてＡｌ−Ｃｕ膜６０をエッチングしてから、
(f) に示す第６工程で残留フォトレジスト膜６１を除去
する。この結果、圧電素板３５上にはアルミニウムパッ
ド３６の他に、Ａｌ−Ｃｕ合金から成るＩＤＴ電極４０
が形成される。最後に(g) に示す第７工程において、パ
ッド３６の平坦な上面に金バンプ３７を形成することに
より、バンプを備えた弾性表面波素子３４が完成する。

【００１０】このようにして製造した弾性表面波素子３
４を図５に示した如きパッケージ３１内にフェイスダウ
ン状態で載置し、パッド３６上の金バンプ３７をパッケ
ージ内の電極３３上に載置して半田或は熱圧着等によっ
て固定することにより、弾性表面波素子３４の組付けが
完了する。なお、パッケージ内底面の電極３３上に予め
金バンプを固定しておく場合には、弾性表面波素子のパ
ッド上には金バンプを固定する必要はない。また、弾性
表面波素子３４をパッケージ内にフェイスアップ状態で
収納するタイプのＳＡＷデバイスにおいては、パッド上
にボンディング用の金ワイヤの一端を固定することとな
るので、この場合もパッド上にバンプを形成する必要は
ない。また、パッド３６の使用材料としては、金バンプ
との接合性の良好な材質であればアルミニウムでなくて
もよく、例えばＮｉ，Ｃｒ，Ｔｉ等を使用することがで
きる。また、上記工程では、図２(d) (e) に示すように
ＩＤＴを形成する工程と、パッド３６上のＡｌ−Ｃｕ膜
６０を除去する工程とを一括して実施したが、これらの
作業を別工程にて行ってもよい。ところで、図２(f) 、
(g) に示したパッド３６にはＡｌ−Ｃｕ合金膜の一部６
０ａ（接続部４５の端部）がオーバーラップしており、
このようにオーバーラップさせることにより、パッド３
６とＩＤＴ接続部４５との断線を防止することができ
る。即ち例えば図２(d) の露光・現像工程において使用
するマスクの開口形状に従って形成されるレジスト６１
がパッド上にオーバーラップしない場合には、パッド３
６と接続部４５との境界部の膜厚が薄くなり易い為、図
２(e) の工程において使用するエッチング液やエチング
ガスがこの部分に回り込むことにより断線が発生し易く
なる。このような断線を防止する為には、図１、図２に
示した如くパッド３６の上面一部にＩＤＴ接続部４５を
オーバーラップするように構成することが有効である。

【００１１】次に、図３(a) 及び(b) は夫々本発明の他
の実施の形態に係る弾性表面波素子の要部構成図であ
る。図３(a) に示したパッド３６は、圧電素板３５上に
固定した薄肉バリア層６５と、バリア層６５上に積層し
た厚肉アルミニウム膜６６とから構成されている。バリ
ア層６５は圧電素板３５との接合性が良好なＮｉ，Ｃ
ｒ，Ｔｉ等からなり、バリア層６５上に積層したアルミ
ニウム膜６６は金バンプ、或は金ワイヤとの接合性が良
好なため、弾性表面波素子３４をフェイスダウン、或は
フェイスアップにてパッケージ内に搭載した場合の金材
料との接続強度を高めることができる。図３(a) のパッ
ド３６を備えた弾性表面波素子を製造する場合には図２
(b) 乃至(g) に示した工程をそのまま利用することがで
きる。即ち、図２(a) の段階でバリア層６５とアルミニ
ウム層６６との積層構造を有したパッド３６を形成して
おき、その後の各工程を順次実施すればよい。図３(b)
はＩＤＴ電極４０をバリア層７０と、Ａｌ−Ｃｕ合金７
１とから構成した点が特徴的であり、パッド３６は厚肉
アルミニウムにて構成してもよいし、図３(a) に示した
積層構造体のパッドとしてもよい。図３(b) の弾性表面
波素子を製造する方法は図２の工程を流用することがで
き、図２(b) においてＡｌ−Ｃｕ合金膜６０を形成する
前にバリア層７０となる膜を圧電素板及びパッド上に形
成しておけば良い。このように本発明では、圧電素板上
に金バンプ等との接合性の良好なパッドを予め形成して
おいてから、通常のフォトリソグラフィ技術によってＡ
ｌ−Ｃｕ合金膜等から成るＩＤＴ電極を形成するように
したので、リフトオフ工程を付加することによる工程の
複雑化、真空蒸着室内の汚損等といった不具合を生じる
ことなく、金バンプ、金ワイヤとの接合性が良好な材質
から成るパッドと、耐久性の高い材質から成るＩＤＴ電
極を形成することができる。

【００１２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、製造工程
の複雑化等を招くことなく、アルミニウム、Ｎｉ，Ｔ
ｉ，Ｃｒ等，金との節剛性の良好な材料によりパッドを
構成して金バンプ、金ワイヤ等との接合性を高め、更に
ＩＤＴ電極をＡｌ−Ｃｕ合金により構成することにより
その耐久性を高めることを可能とした弾性表面波素子、
その製造方法、ＳＡＷデバイスの構造を提供することが
できる。即ち、ＩＤＴ電極とパッドとをＡｌ−Ｃｕ合金
にて構成した従来の弾性表面波素子にあっては、金バン
プ及び金ワイヤと、パッドとの接合強度が低下すること
を防止する為に、リフトオフ工程を増設することにより
パッド表層に純粋アルミニウム膜、バリヤ層を積層形成
していたが、工程の増大による生産性低下、コストアッ
プ、真空蒸着装置の成膜室内の汚損という不具合があっ
た。これに対して、本発明では、圧電素板上に金バンプ
等との接合性の良好なパッドを予め形成しておいてか
ら、通常のフォトリソグラフィ技術によってＡｌ−Ｃｕ
合金膜等から成るＩＤＴ電極を形成するようにしたの
で、リフトオフ工程を付加することによる工程の複雑
化、真空蒸着室内の汚損等といった不具合を生じること
なく、金バンプ、金ワイヤとの接合性が良好な材質から
成るパッドと、耐久性の高い材質から成るＩＤＴ電極を
形成し、ＳＡＷデバイスの信頼性を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) 及び(b) は本発明のＳＡＷデバイスに使用
する弾性表面波素子の平面図、及びＡ−Ａ断面図。

【図２】(a) 乃至(g) は図１のパッド及びＩＤＴ電極を
形成する工程を説明する図。

【図３】(a) 及び(b) は夫々本発明の他の実施の形態の
パッドの構成図。

【図４】(a) は従来の表面実装用の弾性表面波（ＳＡ
Ｗ）デバイスのパッケージ構造を説明する為の内部斜視
図、(b) はその縦断面図。

【図５】(a) 及び(b) は他の従来例の説明図。

【図６】(a) 及び(d) は従来の弾性表面は素子の表面斜
視図、及びＸ−Ｘ断面図。

【図７】(a) (b) 及び(c) はリフトオフ工程を説明する
為の図。

【符号の説明】

１ ＳＡＷデバイス、２ セラミックパッケージ、３
凹陥部、４ 弾性表面波素子、５ 金属蓋、１０ 段
差、１１ ワイヤボンディング用端子、１２ アースパ
ターン、１３ 接地用電極面、１５ シームリング、２
０ 圧電素板、２１ＩＤＴ電極、２２ ボンディング端
子、３１ パッケージ、３２ 凹陥部、３３ 電極、３
４ 弾性表面波素子、３５ 圧電素板、３６ 電極パッ
ド、３７金バンプ、３８ 金属蓋、４０ ＩＤＴ電極
（電極指）、４５ 接続部、６０Ａｌ−Ｃｕ膜、６１
フォトレジスト膜、６５ 薄肉バリア層、６６ 厚肉ア
ルミニウム膜、７０ バリア層、７１ Ａｌ−Ｃｕ合
金。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素板と、圧電素板の電極形成面上に
   形成され且つ金との接合性が良好な金属を用いた厚肉の
   電極パッドと、該電極パッドと接続されたＡｌ−Ｃｕ合
   金からなるＩＤＴ電極と、からなることを特徴とする弾
   性表面波素子。
2. 【請求項２】 上面に凹陥部を有すると共に凹陥部内底
   面に電極を有したパッケージと、該凹陥部内にフェイス
   ダウン状態で収納される請求項１記載の弾性表面波素子
   と、から成るＳＡＷデバイスであって、 上記パッケージの凹陥部内底面に電極形成面を対向させ
   た状態で、電極パッドと凹陥部内底面の電極との間を金
   バンプを用いて接続したことを特徴とするＳＡＷデバイ
   ス。
3. 【請求項３】 上面に凹陥部を有すると共に凹陥部内壁
   にワイヤボンディング端子を有したパッケージと、該凹
   陥部内にフェイスアップ状態で収納される請求項１記載
   の弾性表面波素子と、から成るＳＡＷデバイスであっ
   て、 上記パッケージの凹陥部内に電極形成面を上向きにした
   状態で、上記ワイヤボンディング端子と電極パッドとの
   間を金ワイヤにて接続したことを特徴とするＳＡＷデバ
   イス。
4. 【請求項４】 上記電極パッドの材料として、アルミニ
   ウム、Ｎｉ，Ｔｉ，或はＣｒを用いたことを特徴とする
   請求項１、２又は３記載の弾性表面波素子又はＳＡＷデ
   バイス。
5. 【請求項５】 圧電素板上に金との接合性の良好な材質
   からなる厚肉の電極パッドを形成する工程と、該電極パ
   ッドを含む圧電素板面にＡｌ−Ｃｕ合金膜を形成する工
   程と、電極パッド上面のＡｌ−Ｃｕ合金膜の一部又は全
   てを除去する工程と、圧電素板上のＡｌ−Ｃｕ合金膜の
   適所を除去してＩＤＴ電極を形成する工程と、からなる
   ことを特徴とする弾性表面波素子の製造方法。