JP2001160731A - 弾性表面波装置 - Google Patents

弾性表面波装置

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JP2001160731A
JP2001160731A JP34249199A JP34249199A JP2001160731A JP 2001160731 A JP2001160731 A JP 2001160731A JP 34249199 A JP34249199 A JP 34249199A JP 34249199 A JP34249199 A JP 34249199A JP 2001160731 A JP2001160731 A JP 2001160731A
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acoustic wave
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saw
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Kazuhiro Otsuka
一弘 大塚
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 SAW装置の小型軽量化、薄型化が可能であ
り、且つ、従来のワイヤ接続法でのSAW装置と遜色の
ない電気特性が得られるSAW装置を提供すること。 【解決手段】 複数の接地用導体パターン6,7及び複
数の信号用導体パターン4が形成された基体5上に弾性
表面波素子1を実装して成る弾性表面波装置S1であっ
て、信号用導体パターン4は、所定距離を隔てた2つの
接地用導体パターン6,7の間に配設されているととも
に、2つの接地用導体パターン6,7間をインダクタ9
で接続させた弾性表面波装置S1とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話及び自動
車電話等の移動体無線機器に内蔵される共振器及び周波
数帯域フィルタ用の弾性表面波装置に関する。
【0002】
【従来技術とその課題】従来の弾性表面波(Surface Ac
oustic Wave 、以下SAWと略す)装置J1,J2の断
面図のそれぞれを図9,10に示す。
【0003】図9のSAW装置J1において、24は圧
電基板P上に形成された櫛歯状電極のIDT(Inter Di
gital Transducer)電極、21は圧電基板PにIDT電
極24を配したSAW素子、22はSAW素子21の入
出力電極パッド、25はセラミックスや樹脂等の絶縁性
材料からなるパッケージ基体、23はパッケージ基体2
5の内面に形成され、外部の駆動回路,共振回路,接地
回路等に電気的に接続される導体パターン、26はセラ
ミックス,金属(コバール,42合金,Al,Cu)等
からなる蓋体である。また、27は電極パッド22,2
3を接続するワイヤである。同図の構成では、パッケー
ジ基体25の内部にSAW素子21を接着剤により載置
固定し、電極パッド22と導体パターン23をAlやA
u等のワイヤ27により電気的に接続し、さらに蓋体2
6を半田,接着剤等により基体25上から接着して気密
を保持していた。
【0004】図10のSAW装置J2において、36は
圧電基板P上に形成されたIDT電極、31は圧電基板
PにIDT電極36を配したSAW素子、32はSAW
素子31の入出力電極パッド、35はセラミックス、樹
脂等の絶縁性材料からなるパッケージ基体、34はパッ
ケージ基体35の内面に形成され、外部の駆動回路,共
振回路,接地回路等に接続される導体パターン、33は
電極パッド32と導体パターン34を電気的に接続する
バンプ等の接続体、37はセラミックス,金属(コバー
ル,42合金,Al,Cu)等からなる蓋体である。こ
のように、SAW装置J2はIDT電極36が設けられ
た機能面が基板35に対面したフェースダウン構成であ
る。
【0005】ここで、接続体33はAu,Al等の金属
のワイヤをボールボンディング法によりバンプとなるよ
う形成するか、Au,はんだ等からなるバンプを蒸着
法,印刷法,転写法,無電解メッキ法又は電解メッキ法
等により、電極パッド32上に形成して得られる。そし
て、接続体33を設けた圧電基板Pを、接続体33と導
体パターン34とを位置合わせして、導電性接着剤の塗
布やはんだのリフロー溶融法により接続し、パッケージ
基体35上に固定する。
【0006】SAW装置J1では、ワイヤ27によるイ
ンダクタンス成分が電気特性に寄与し、通過帯域の拡張
され且つ定在波比が小さい特性であった。しかしなが
ら、ワイヤ27を使用しているため、ワイヤ27が素子
上に存在する空間とワイヤと蓋との空間の体積が大きく
なり、小型軽量化、薄型化に不利であるという問題点が
あった。
【0007】また、SAW装置J2においては、フリッ
プチップ実装技術にてSAW素子と基体を接続している
ため、小型軽量化、薄型化には有利であるが、電気特性
は前記従来例J1には劣った特性を呈していた。
【0008】SAW装置J1とJ2の電気特性差異は、
ワイヤ接続やフリップチップ実装といった実装形態によ
る電気回路網が少なからず起因している。
【0009】そこで、本発明は上記の事情に鑑みて完成
されたものであり、その目的はSAW装置の小型軽量化
や薄型化が可能であり、且つ、従来のワイヤ接続法での
SAW装置と遜色のない電気特性が得られるSAW装置
を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の弾性表面波装置は、複数の接地用導体パタ
ーン及び複数の信号用導体パターンが形成された基体上
に弾性表面波素子を実装して成るものであり、信号用導
体パターンは、所定距離を隔てた2つの接地用導体パタ
ーンの間に配設されているとともに、2つの接地用導体
パターン間をインダクタで接続させたことを特徴とす
る。また、弾性表面波素子が基体上にフリップチップ方
式で実装されていることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明に係わるSAW装置の実施
形態について、図面に基づき詳細に説明する。
【0012】図1はSAW装置S1の斜視透視図、図2
(a)はSAW装置S1の上面透視図、図2(b)は図
2(a)におけるA−A´線切断図、図2(c)はSA
W装置S1の下面図である。尚、図1及び図2におい
て、同様な部材には同一の符号を付す。
【0013】図1において、2は励振電極であるIDT
電極、1は圧電基板Pの下面にIDT電極2を配したS
AW素子、5はセラミックス,樹脂等からなる絶縁性基
板の基体、8aは圧電基板Pの下面に形成されIDT電
極に接続される接地用電極パッド、8bは同様にIDT
電極に接続される信号用電極パッド、6は基体5上に形
成され基体5の下面に形成された接地電極パッド41に
貫通導体18で接続されている接地用導体パターン、7
はSAW素子1側に接続される接地用導体パターン、4
は基体5上に形成され基体5の下面に形成された信号電
極パッド42に貫通導体18で接続されている信号用導
体パターン、3はSAW素子1と基体5を電気接続させ
るバンプ等であり、接地用電極パッド8aと接地用導体
パターン7,信号用電極パッド8bと信号用導体パター
ン4とを接続させる接続体、9は接地用導体パターンど
うし(間)を接続させるワイヤ(インダクタ)、10は
基体5及びSAW素子1を覆う絶縁性樹脂等の保護体、
11はIDT電極2の振動空間である。
【0014】このように、SAW装置S1は、複数の接
地用導体パターン6,7及び複数の信号用導体パターン
4が形成された基体5上に弾性表面波素子1を実装して
成り、信号用導体パターン4は、所定距離を隔てた2つ
の接地用導体パターン6,7の間に配設されているとと
もに、2つの接地用導体パターン6,7間をインダクタ
であるワイヤ9で接続させている。さらに、SAW素子
1が基体5上にフリップチップ方式で実装されている。
【0015】ここで、SAW素子1は、圧電基板P上に
互いに噛み合うように形成された少なくとも一対の櫛歯
状電極のIDT電極2を設けているが、このIDT電極
2は、所望の特性を得るために、複数対の櫛歯状電極を
直列接続,並列接続,ラダー接続,格子接続,従続接続
等の各種の方式で接続して構成するものとする。なお、
SAW素子1用の圧電基板Pとしては、36°Yカット
−X伝搬のLiTaO3 単結晶、64°Yカット−X伝
搬のLiNbO3 単結晶、45°Xカット−Z伝搬のL
iB4 7 単結晶は電気機械結合係数が大きく且つ群遅
延時間温度係数が小さいため好ましい。また、圧電基板
Pの厚みは0.1〜0.5mm程度がよく、0.1mm未
満では圧電基板が脆くなり、0.5mm超では材料コス
トが大きくなる。
【0016】また、IDT電極2は蒸着法,スパッタリ
ング法又はCVD法等の薄膜形成法により形成し、フォ
トリソグラフィ法により微細電極を作製する。IDT電
極2の対数は50〜200程度、電極指の幅は0.1〜
10.0μm程度、電極指の間隔は0.1〜10.0μ
m程度、電極指の交差幅は10〜80μm程度、IDT
電極2の厚みは0.2〜0.4μm程度とすることが、
共振器あるいはフィルタとしての所期の特性を得るうえ
で好適である。また、IDT電極2のSAW伝搬路の両
端に、SAWを反射し効率よく共振させるための反射器
を設けてもよく、さらには、電極指間にZnO、Al2
3 等の圧電材料を成膜すれば、SAWの共振効率が向
上し好適である。
【0017】基体5は、例えばセラミックス基板そのも
のやセラミックス,エポキシ樹脂,シリコン樹脂,また
はポリイミド樹脂等を積層することによって作製する
か、上記各種の樹脂やガラス等の基板の一主面を、エッ
チング法,フォトリソグラフィ法とエッチング法、機械
的研削法又はレーザー加工法等により加工し導体パター
ン等を形成して容易に作製が可能である。なお、この作
製において、図2(a)の接地用導体パターン6は、図
2(c)の基体5下面の接地電極パッド41と貫通導体
18にて接続されているが、接地用導体パターン7は基
体5下面の電極パッドとは接続しないようにしている。
【0018】また、接続体3は、Au,Al等の金属の
ワイヤをボールボンディング法によりバンプとなるよう
に形成するか、Au,はんだ等からなるバンプを蒸着
法,印刷法,転写法,無電解めっき法又は電解めっき法
により形成する、もしくは異方性導電膜を導電パターン
上に形成するようにしてもよい。
【0019】SAW素子1の電極パッドと基体5の導体
パターンとを、接続体3を介して各種の接合方法(導電
性接着剤や半田を用いた接合法、超音波併用熱圧着法
等)により電気的に導通させるように接続し、SAW素
子1を基体5に固定する。なお、電気的な接続体3は、
必ずしも基体上の導体パターン4,6,7上に形成しな
くともよく、SAW素子1の接続パッド8側に設けて接
合するようにしてもよい。
【0020】SAW素子1を基体5上に載置させた後も
しくは前に、基体5上に設けた一方の接地用導体パター
ン6と他方の接地用導体パターン間に信号電極パッド4
を通り越すようにして、Au材もしくはAl材のワイヤ
9で接続させる。
【0021】そして、SAW素子1が載置された基体5
に耐候性向上のため絶縁性樹脂等の保護体10を塗布す
ることにより接着固定され、SAW装置S1が完成す
る。なお、保護体10の材料としては、熱硬化性のエポ
キシ樹脂,シリコーン樹脂,フェノール樹脂,ポリイミ
ド樹脂,ポリウレタン樹脂,低融点ガラス,熱可塑性ポ
リフェニレンサルファイド等が用いられるが、特にこれ
らの材料を2種組み合わせて用いた方が好ましい。つま
り、内部に載置したSAW素子への応力緩和のためポリ
ウレタン樹脂を内皮に用い、接着性,低吸湿性,電気絶
縁性,機械的強度,耐薬品性,耐熱性の点で好ましいエ
ポキシ樹脂を外皮に用いることが望ましい。
【0022】次に、本発明の作用について図5に示す回
路図を用いて説明する。SAW装置S1にはSAW素子
1、ワイヤによるインダクタンス12、接地電極13、
入出力電極(信号用電極)14,15、SAWが励振さ
れる共振子16、及び基体5に形成した接地用導体パタ
ーン6,7間のワイヤ9と信号用導体パターン4とで形
成された擬似同軸構造17が回路構成されている。
【0023】ここで、並列に接続された共振子の共振点
の周波数は、IDT電極で発生する容量とインダクタン
ス量で決定されるが、もしここにワイヤなどのインダク
タンスが直列にあれば、この共振点が低周波側に移動す
る。そのため、図5に示すような回路構成により、共振
子の共振点が低周波側に移動するため、SAW装置S1
の通過帯域が拡大することが可能である。また、SAW
装置S1の電気特性は、ワイヤ9のインダクタンスによ
るところが大きいため、インダクタンスの調整は、接地
用導体パターン6,7間の距離やワイヤの径,高さ,打
ち方で行うことが望ましい。なお、図5において接地電
極13へのインダクタ配置を示したが、入出力電極1
4,15へのインダクタンス配置を行っても構わない。
【0024】また、図中の擬似同軸構造17の働きは、
SAW装置S1で通過させる周波数の信号波が伝搬する
伝送路が公称50Ωに近いインピーダンスのとき、SA
W装置S1に与えるワイヤ等のインダクタンスの効力を
発揮させ、帯域外の周波数の信号波が伝搬する伝送路で
はインピーダンスが公称50Ωより大きく異なるのでイ
ンダクタンスの効力を相殺させる。これにより、従来構
造に比較してインダクタンス成分を大きく取り込めるた
め通過帯域の拡大化が可能となる。
【0025】かくして、本発明は薄型化及び小型軽量化
が可能な構造であり、従来のSAW装置の電気特性に比
べ遜色のない電気特性が得られる効果を有する。
【0026】次に、本発明の他の実施形態について図3
に基づいて説明する。図3(a)に基体の上面透視図、
図3(b)に(a)におけるB−B´線断面図を示す。
図示されているように、基体5中に積層されたミアンダ
状(もしくは蛇行状)配線パターン9′によりインダク
タを形成しても、上記実施形態と同様な効果を期待する
ことができる。このミアンダ状配線パターン9′を基体
5中に形成することによりインダクタとすることで、よ
り低背化を実現させることができる。また、ミアンダ状
配線パターンを基体5の作製と同時に行う際に、大量に
作製可能な導体印刷技術の利用ができ、しかもワイヤ配
線を行う場合より、品質の安定した簡便な工程とするこ
とができる。なお、本発明は上記の実施形態に限定され
るものではなく、例えば、基体はパッケージ基体等に限
定されるものではなく、SAW素子を回路基板等に直接
実装する場合には、回路基板そのものを基体とみなして
もよく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更
は何等差し支えない。
【0027】
【実施例】以下に、図1に示すSAW装置のより具体的
な実施例について説明する。
【0028】本実施例では、SAW素子1用の圧電基板
Pとして42°Yカット−X伝搬のLiTaO3 単結晶
を用い、そのチップサイズは、0.6mm×0.8mm
とした。また、基体5として大きさ3.0mm×3.0
mm、高さ0.5m mのアルミナ製セラミックス基板を
使用した。導体パターン4,6,7を合計1μm膜厚の
Au及びNiを無電解めっきにて形成した。接続体3
は、Auのワイヤーをボールボンディング法によりバン
プとなるように導体パターン4上に形成した。その場合
のバンプ径は70μm、高さは50μmとした。
【0029】また、電極パッド6,7の間隔を1mmと
し、その間をAu材のワイヤにて高さ300μmで接続
した。
【0030】接続体3とSAW素子1の導体パターン8
との接続は、Agを含む熱硬化性のエポキシ系導電性接
着剤をバンプ3に転写塗布し、SAW素子1と絶縁性基
板7を窒素雰囲気中100℃で加熱接着した。最後に、
内皮樹脂にはポリウレタン樹脂を用いて樹脂を滴下し、
150℃で加熱膨張、固化させ、外皮樹脂にはエポキシ
樹脂を滴下し、150℃で加熱皮膜した。
【0031】このような工程で作製したSAW装置の高
さは1mmであった。以上のように、ワイヤ横方向の空
間及びワイヤ高さ方向のサイズを縮小でき、小型化・薄
型化を図ることができた。
【0032】図6〜8に、本発明のSAW装置S1と、
図4に示すように基体5上の信号用導体パターン4の位
置を接地用導体パターン6,7から外れたところに配設
しSAW素子をフリップチップ実装したSAW装置J3
における電気特性を示す。なお、本発明をSの線で、S
AW装置J3をJの線で示している。また、図6,7で
は横軸に周波数、縦軸に伝送量をとり、図8には入力側
からみた反射量を示した。
【0033】これらの図より、高域周波数2GHz〜6
GHzの減衰量において、最小減衰量では、本発明:1
8dB、SAW装置J3:5dBであり、本発明では従
来より3倍強もの減衰量であった。また通過帯域では、
本発明は2MHzの広帯域化が可能となった。さらに、
低在波比(Voltage Standing Wave Ratio :以下VSW
Rという)については、通過帯域内で本発明:1.7、
SAW装置J3:2.4であり0.7の向上がみられ
た。
【0034】このように、本発明で得られたインダクタ
ンス成分により、伝送量では高域周波数帯で減衰量の顕
著な増大と、通過帯域内では挿入損失の低下及び帯域幅
の増大、また、同様に通過帯域内における反射量におい
て原点からの距離が小さくなったことからVSWRを良
好にすることができた。
【0035】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の弾性表
面波装置によれば、弾性表面波素子を実装させる基体に
形成する信号用導体パターンを、所定距離を隔てた2つ
の接地用導体パターンの間に配設し、2つの接地用導体
パターン間をインダクタで接続させたことにより、従来
の弾性表面波装置より優れた電気特性のものを提供する
ことができる。
【0036】さらに、弾性表面波素子を基体上にフリッ
プチップ方式により実装することにより、薄型化及び小
型軽量化が可能な優れた弾性表面波装置を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る弾性表面波装置の一実施形態を模
式的に説明する斜視透視図である。
【図2】本発明に係る弾性表面波装置の一実施形態を模
式的に説明する図であり、(a)は上面透視図、(b)
は(a)のA−A′線断面図、(c)は下面図である。
【図3】本発明に係る弾性表面波装置の他の実施形態を
模式的に説明する図であり、(a)は上面透視図、
(b)は(a)のB−B′線断面図である。
【図4】本発明と比較するために、基体上に形成した導
体パターンの様子を示す平面図である。
【図5】本発明の作用を説明する回路構成図である。
【図6】本発明の実施例と比較例の電気特性を示した線
図である。
【図7】本発明の実施例と比較例の電気特性を示した線
図である。
【図8】本発明の実施例と比較例の電気特性を示した線
図である。
【図9】従来の弾性表面波装置の断面図である。
【図10】従来の弾性表面波装置の断面図である。
【符号の説明】
1:SAW素子 2:IDT電極 3:接続体 4:信号用導体パターン 5:基体 6,7:接地用導体パターン 8a:接地用電極パッド 8b:信号用電極パッド 9:ワイヤ(インダクタ) 10:保護体 11:振動空間 12:インダクタンス 13:接地電極 14:入力電極 15:出力電極 16:共振子 17:擬似同軸構造 P:圧電基板 S1:弾性表面波装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の接地用導体パターン及び複数の信
    号用導体パターンが形成された基体上に弾性表面波素子
    を実装して成る弾性表面波装置であって、前記信号用導
    体パターンは、所定距離を隔てた2つの接地用導体パタ
    ーンの間に配設されているとともに、前記2つの接地用
    導体パターン間をインダクタで接続させたことを特徴と
    する弾性表面波装置。
  2. 【請求項2】 前記弾性表面波素子が前記基体上にフリ
    ップチップ方式で実装されていることを特徴とする請求
    項1に記載の弾性表面波装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002017483A1 (fr) * 2000-08-21 2002-02-28 Murata Manufacturing Co.,Ltd. Dispositif de filtration d'ondes acoustiques de surface

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