JP2001267881A - 弾性表面波デバイス及びこれを用いた通信装置、並びにアンテナデュプレクサ - Google Patents
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Abstract
面波素子が形成された圧電素子をパッケージに搭載する
弾性表面波デバイスの小型化と高信頼化をはかる。 【解決手段】線膨張係数を有するパッケージと、弾性表
面波素子が形成され、前記パッケージにフリップチップ
ボンディングで搭載された圧電素子を有し、前記圧電素
子は、前記弾性表面波素子の櫛形電極により生成される
弾性表面波の進行方向とこれに垂直な方向の線膨張係数
が異なり、且つ前記パッケージの線膨張係数に近い線膨
張係数を持つ方向を長辺として有する。そして、一例と
して、前記圧電素子は、X、Y、Z結晶軸を有する単結
晶から切り出され、X結晶軸が前記弾性表面波の伝播方
向に一致することを特徴とする。
Description
ス及びこれを用いた通信装置に関する。特に、フリップ
チップボンディング技術を用い、装置の小型化を可能と
し、更に装置の高信頼化を有する弾性表面波デバイス及
びこれを用いた通信装置に関する。
の小型化は著しいものがある。かかる装置の小型化の傾
向に対し、それに使用される部品の小型化、低背化の要
求が高まっている。
振器、遅延線デバイスは不可欠の部品であり、フリップ
チップボンディング技術を用いたSAW(Surface Acou
sticWave:弾性表面波)デバイスによりこれらの小型化
を実現している。
ケージへの搭載方法を示す概略断面図である。
による弾性表面波デバイスのパッケージへの搭載方法で
ある。圧電素子(チップ)1に弾性表面波素子が形成さ
れている。
材料により形成される凹部を有するパッケージ2に搭載
され、導電性接着材3により張り付け固定される。パッ
ケージ2は、圧電素子1を搭載した後、キャップ5によ
り封止される。さらに、パッケージ2の外表面はキャッ
プ5を含め、裏面の接地端子4と接続する導体金属板あ
るいは金属メッキで形成されている。
ケージ2の対応する電極との間は、Alワイヤー6で接
続される。したがって、Alワイヤー6により高さ方向
に所定の大きさが必要である。
ンディング技術による場合は、低背化には限界がある。
図1(B)は、これを解決するための技術としてフリッ
プチップボンディング技術を用いる例である。
のフリップチップボンディング技術では、圧電素子1上
の適宜の電極とパッケージ2の対応する電極との間の接
続は、Auバンプ7を介して行われる。したがって、高
さ方向は、Alワイヤー6による場合に較べ、低背化が
可能である。
フリップチップボンディング技術では、圧電素子1とパ
ッケージ2との接続面がAuバンプ7の大きさで決ま
り、ワイヤーボンディング技術による場合より小さくな
る。一方、一般に使用されている圧電素子1とパッケー
ジ2には線膨張係数に差が存在する。
温度サイクル時にバンプ7に加わる応力負荷が大きくな
る。これがデバイスの信頼性が低下する要因(接続断線
等)となり、小型化のためにフリップチップボンディン
グ技術を採用することへの妨げ要因となっていた。
し、小型化、高信頼化を可能とする弾性表面波デバイス
及びこれを用いた通信装置を提供することにある。
決する弾性表面波デバイスの基本的特徴として、線膨張
係数を有するパッケージと、弾性表面波素子が形成さ
れ、前記パッケージにフリップチップボンディングで搭
載された圧電素子を有する。そして、前記圧電素子は、
前記弾性表面波素子の櫛形電極により生成される弾性表
面波の進行方向とこれに垂直な方向の線膨張係数が異な
り、且つ前記パッケージの線膨張係数に近い線膨張係数
を持つ方向を長辺として有する。
課題を解決する弾性表面波デバイスは、前記圧電素子に
電極パターンを有し、この電極パターンと前記パッケー
ジとをつなぐバンプの位置が前記圧電素子の中心と点対
称に配置されていることを特徴とする。
の課題を解決する弾性表面波デバイスは、前記電極パタ
ーンは、前記圧電素子の中心から距離が前記圧電素子の
短辺の1/2以下であることを特徴とする。
弾性表面波素子は、梯子型フィルタを構成する電極パタ
ーンを有することを特徴とし、前記電極パターンと前記
パッケージとをつなぐバンプの全ての位置が前記梯子型
フィルタの短辺側に配置される共振器より前記圧電素子
の中心に近い側に配置されることを特徴とする。
題を解決する弾性表面波デバイスは、線膨張係数を有す
るパッケージと、弾性表面波素子が形成され、前記パッ
ケージにフリップチップボンディングで搭載された二つ
の圧電素子を有する。そして、前記二つの圧電素子の各
々は、前記弾性表面波素子の櫛形電極により生成される
弾性表面波の進行方向とこれに垂直な方向の線膨張係数
が異なり、且つ前記パッケージの線膨張係数に近い線膨
張係数を持つ方向を長辺として有し、更にそれぞれの中
心周波数が異なるものであることを特徴とする。
て、前記二つの圧電素子のそれぞれに形成された弾性表
面波素子の接地電極が前記パッケージ上で共通にされて
いることを特徴とする。
電素子のそれぞれに形成された弾性表面波素子の接地電
極が前記パッケージ上でそれぞれ独立にされていること
を特徴とする。
表面波素子は、ダブルモード型フィルタであり、前記フ
ィルタの入力側接地電極と出力側接地電極が、前記パッ
ケージ上で分離されていることを特徴とする。
電素子のいずれか一方の圧電素子に形成された前記弾性
表面波素子は、カスケード接続されたダブルモード型フ
ィルタであり、該フィルタの入力側接地電極と出力側接
地電極が、前記パッケージ上で分離されていることを特
徴とする。
子は、X、Y、Z結晶軸を有する単結晶から切り出さ
れ、X結晶軸が前記弾性表面波の伝播方向に一致するこ
とを特徴とする。
Y軸回転角度40〜44度で切り出されたものであるこ
とを特徴とする。
される以下の実施の形態から明らかになる。
る。なお、図において、同一又は類似のものには同一の
参照数字又は参照記号を付して説明する。
ている圧電素子1を上面から見た図である。
を有する単結晶例えば、LiTaO3から所定角度で切り出さ
れた圧電体基板(ウエハー)を、更に複数の直方体チッ
プに分割して得られたものである。そして、圧電素子1
は結晶軸に沿う辺を有している。図2の例では長辺Lx
はX軸に沿う辺であり、短辺LzはZ軸に沿う辺であ
る。
は、櫛形電極10、12及び11を有し、櫛形電極1
0、12は並列共振器、櫛形電極11は直列共振器を構
成する様に入力電極パッドP1、出力電極パッドP2及
び、接地電極パッドP3に接続され、ラダー(梯子)型
フィルタを構成している。図3は、図2の弾性表面波素
子によるラダー型フィルタの等価回路であり、直列共振
回路11を2段、並列共振回路を3段有している。
Lxは弾性表面波素子の櫛形電極による弾性表面波(S
AW)の伝播方向に一致する。さらに、この圧電素子1
は、長辺Lx方向の線膨張係数と短辺Lz方向の線膨張係
数とが異なっている。
となる結晶軸及び、それぞれの辺方向における線膨張係
数は、圧電体基板が切り出される単結晶の種類及び切り
出し角度によって一義的である。
2度で切り出される圧電体基板は、弾性表面波の伝播方
向(X軸に沿う方向)の線膨張係数がαx=16.1ppm, 垂
直方向(Z軸に沿う方向)の線膨張係数がαz=9.5ppm
である。
ップボンディング技術により、パッケージに搭載する場
合は、それぞれの電極パッドP1、P2,P3に対応する
位置で、図1に示したようにバンプ7によりパッケージ
2上の電極に接続される。
有している。例えば、セラミックパッケージを用いる場
合は、その線膨張係数は、およそα=7〜8ppmであ
る。
性表面波の伝播方向の辺即ち、長辺Lxの線膨張係数に
おいて、パッケージ2の線膨張係数との差が大きいもの
となり、この場合はバンプ7に大きな応力が働き、接続
上信頼性に問題が生じる。
り、図4にその一実施例の構成を示し、図2におけると
同様に圧電素子1を上面から見た図である。図4の実施
例は、図2に例との比較において、圧電素子1の長辺と
短辺が反対になっている。すなわち、長辺LzはZ軸に
沿う辺であり、短辺LxはX軸に沿う辺である。
線膨張係数に近い方の辺Lzを長辺とするように構成す
る。これによりバンプ7に対する応力が図2に示す従来
例に比較し、小さくすることが可能である。
転角度が40度、42度、44度で切り出される圧電体
基板では、X軸に沿う方向の線膨張係数がαx=16.1ppm
で、それぞれZ軸に沿う方向の線膨張係数がαz=9.1pp
m、9.5ppm、9.9ppmであるので、いずれの回転角で切り
出した場合も、X軸に沿う方向に較べてセラミックパッ
ケージの線膨張係数α=7〜8ppmに近い。
は、Y軸回転角度が41度の場合、X軸方向の線膨張係
数αx=15.4ppm, Z方向はαz=10.9ppm,64度の場
合、X軸方向の線膨張係数αx=15.4ppm, Z方向はαz
=13.9ppmである。この場合もZ軸に沿う方向の線膨張
係数の方がX軸方向の線膨張係数に較べて、セラミック
パッケージの線膨張係数α=7〜8ppmに近い。
ジの線膨張係数に近い線膨張係数を持つZ軸に沿う方向
を長辺とすることによりバンプに対する応力負荷を減少
することが可能である。このように本発明はパッケージ
2の線膨張係数に近い線膨張係数を持つ結晶軸に沿う方
向を長辺とした圧電素子1を用い、この圧電素子1を図
5に示すようにセラミックパッケージ2に搭載し、バン
プ7を介してパッケージ2の対応する電極と接続する。
これにより信頼性の高い弾性表面波デバイスが得られ
る。
する。すなわち、図4において、電極パッドAとA’B
とB’CとC’はそれぞれ圧電素子1の中心に対し点対
称に配置されている。
称に電極パッドを配置することにより、それぞれ電極パ
ッド位置に対応するバンプにかかる応力負荷をバラし、
応力を分散させることが可能である。
成される弾性表面波素子が図4に示すラダー型の櫛形電
極構造を持つものに限定されるものではなく、他の櫛形
電極構造を持つ弾性表面波素子が形成される場合も当然
に含まれる。
造を持つ弾性表面波素子の例である。特に、図6に示す
例は、 IIDT(Interdigitated Interdigital Transduce
r)型フィルタの例であり、Z軸に沿う辺が長辺Lzとさ
れ、入出力電極パッドP1,P2の関係において、及び接
地電極パッドP3間の関係において、対象に配置されて
いる。
ド型フィルタの例であり、長辺をZ軸に沿う方向として
いる。図7において、第1のダブルモード型フィルタ1
01と第2のダブルモード型フィルタ102が接続電極
103,104でカスケード接続され、2段のダブルモ
ード型フィルタにより、より選択性の高いフィルタが構
成されている。
心点に対し、電極パッドは点対称に配置されている。
表面波フィルタを形成した圧電素子1の上面図である。
特に2つのダブルモード型フィルタ101,102をカ
スケード接続し、出力を2つの出力電極パッドP4から
取るバランス型としている例である。
ある。この実施例でも先に説明した本発明の第1の特徴
を有し、長辺Lzを線膨張係数がパッケージ2の線膨張
係数に近い結晶軸を持つ方向としている。さらに、図9
の実施例では、圧電素子1の中心位置から電極パッドP
50〜P54までの距離を、短辺Lxの長さの半分を超えな
い大きさとしている。
するバンプに与える応力負荷をより小さくすることが出
来る。
る実施例を示す図である。そして、図9の電極パッドの
位置を圧電素子1の中心位置に近い距離に置くという考
えの延長にある実施例である。
ィルタにおいて、直列共振器R1の接地電極パッドP6
及び、直列共振器R2の接地電極パッドP7は、それぞ
れ直列共振器R1、R2の外側にある。したがって、本
発明の図9の特徴の延長として、接地電極パッドP6及
びP7を図10(B)に示すように、それぞれ直列共振
器R1、R2の内側に配置している。
素子1の中心からの距離を小さくすることができ、従っ
て接地電極パッドP6、P7に対応するバンプに与える応
力負荷を小さくすることができる。
について考察する。図11は、無線通信装置、例えば携
帯電話の高周波回路を中心とするブロック図である。ア
ンテナ20に繋がるアンテナデュプレクサ21は、送信
用フィルタ210と受信用フィルタ211を有する。送
信用フィルタ210と受信用フィルタ211それぞれ所
定の通過帯域を有し、中心周波数が異なるものである。
送波を変調する。変調された搬送波は、逓倍器24によ
り局部発振器23からの送信周波数帯域信号に逓倍され
る。次いで段間フィルタ25を通り、電力増幅器26に
より電力増幅され、アンテナデュプレクサ21の送信用
フィルタ210を通り、アンテナ20から送出される。
は、アンテナデュプレクサ21の受信用フィルタ211
を通り、前置増幅器27により増幅される。前置増幅器
27の出力は、段間フィルタ28を通し、逓減器29に
導かれる。
のうちフィルタ30により送信周波数と異なる周波数信
号が抽出され、これにより受信信号は逓減器29により
IF信号に変換される。変換されたIF信号は、IFフ
ィルタ31により高調波成分が除去されて復調器32に
導かれ、復調される。
を中心とするブロック図である。特に、欧州において用
いられる携帯電話の高周波回路部の概略構成である。す
なわち、1つの電話機が2つのシステムに対応する様に
構成されたものである。900MHzの周波数帯域を有
するEGSM系と、1.8GHzの周波数帯域を有する
DCS系に対応するものである。
ュアルフィルタ40,41を有している。また、アンテ
ナ20に繋がるシステム及び送受信信号を分離する例え
ばダイプレクサモジュール30と増幅器31,32の間
に更にSAWフィルタを搭載する場合もある。
は、図11の構成と同様に変調、復調回路に接続される
が、本発明の説明において、直接関連しないので更なる
説明は省略する。
るように、通信装置には複数のフィルタが使用され、且
つ携帯電話のように小型化を要求される場合には、これ
らのフィルタを実現する、より小型の弾性表面波デバイ
スが必要である。
う弾性表面波デバイスの実装における実施例を説明する
図であり、図14は、実装後の状態を示す図である。か
かる実施例は、先に説明した本発明の特徴を有する圧電
素子1を2つ共通にパッケージ2に搭載し、キャップ5
により封止する例である。パッケージ2は凹部を有し、
接地端子及び入出力端子とAuバンプ7を介して圧電素
子1の対応する電極パッドと接続して固定する。
子1の長辺をパッケージ2の線膨張係数に近い軸方向に
選択し、且つ電極パッドの配置が圧電素子1の中心に対
し対象とされているものである。したがって、図14に
おいて、バンプ7に対する応力が低減されている。
極パッドが共通にパッケージ2の接地端子4に接続され
る例である。
ケージ2に搭載された2つの圧電素子1の接地電極パッ
ドをパッケージ2の接地端子4に分離して接続する例で
ある。これにより2つの圧電素子1間の干渉を防止する
ことが可能である。
電素子1に形成される2つの弾性表面波素子の入力用及
び出力用接地電極パッドを、互いに分離してパッケージ
2の接地端子4に接続する例である。これにより入出力
間の干渉を防止することが可能である。
電極103,104でカスケード接続された2段のダブ
ルモード型フィルタや、1段のダブルモード型フィルタ
等に適用可能である。
2つの圧電素子を共通のパッケージに搭載する例を説明
したが、本発明の適用は、かかる例に限られない。2つ
の圧電素子を共通のパッケージに搭載する場合は、例え
ば、図11におけるアンテナデュプレクサ21、あるい
は図12におけるデュアルフィルタ40,41として構
成することが出来る。
ッケージに搭載する場合は、例えば図11において、段
間フィルタ、IFフィルタあるいは、更なる他のシステ
ムに対するフィルタを含んで構成することが可能であ
る。
素子上に1つのフィルタを構成した場合について説明し
たが、本発明は、これに限定されず、1つの圧電素子上
に2つ以上のフィルタを構成してもかまわない。
うに、本発明によりフリップチップボンディング技術に
より弾性表面波素子が形成された圧電素子をパッケージ
に搭載する弾性表面波デバイスの小型化と高信頼化をは
かることが可能である。
を示す概略断面図である。
子1を上面から見た図である。
の等価回路である。
例構成を示す図である。
明する図である。
素子の例であり、IIDT(Interdigitated Interdigital
Transducer)型フィルタの例を示す図である。
ード型フィルタの例である。
成した圧電素子1の上面図である。
す図である。
を中心とするブロック図である。
ブロック図である。
発明に従う弾性表面波デバイスの実装における実施例を
説明する図である。
る。実装後の状態を示す図である。
載された2つの圧電素子1の接地電極パッドをパッケー
ジ2の接地端子4に分離して接続する例である。
成されるダブルモード型フィルタの入出力接地電極パッ
ドを、互いに分離してパッケージ2の接地端子4に接続
する例である。
Claims (14)
- 【請求項1】線膨張係数を有するパッケージと、 弾性表面波素子が形成され、前記パッケージにフリップ
チップボンディングで搭載された圧電素子を有し、 該圧電素子は、前記弾性表面波素子の櫛形電極により生
成される弾性表面波の進行方向とこれに垂直な方向の線
膨張係数が異なり、且つ前記パッケージの線膨張係数に
近い線膨張係数を持つ方向を長辺として有することを特
徴とする弾性表面波デバイス。 - 【請求項2】請求項1において、 さらに、前記圧電素子に電極パターンを有し、該電極パ
ターンと前記パッケージとをつなぐバンプの位置が前記
圧電素子の中心と点対称に配置されていることを特徴と
する弾性表面波デバイス。 - 【請求項3】請求項2において、 前記電極パターンは、前記圧電素子の中心から距離が前
記圧電素子の短辺の1/2以下であることを特徴とする
弾性表面波デバイス。 - 【請求項4】請求項1において、 前記弾性表面波素子は、梯子型フィルタを構成する電極
パターンを有することを特徴とする弾性表面波デバイ
ス。 - 【請求項5】請求項4において、 前記電極パターンと前記パッケージとをつなぐバンプの
全ての位置が前記梯子型フィルタの短辺側に配置される
共振器より前記圧電素子の中心に近い側に配置されるこ
とを特徴とする弾性表面波デバイス。 - 【請求項6】線膨張係数を有するパッケージと、 弾性表面波素子が形成され、前記パッケージにフリップ
チップボンディングで搭載された二つの圧電素子を有
し、 該二つの圧電素子の各々は、前記弾性表面波素子の櫛形
電極により生成される弾性表面波の進行方向とこれに垂
直な方向の線膨張係数が異なり、且つ前記パッケージの
線膨張係数に近い線膨張係数を持つ方向を長辺として有
し、更にそれぞれの中心周波数が異なるものであること
を特徴とする弾性表面波デバイス。 - 【請求項7】請求項6において、 前記二つの圧電素子のそれぞれに形成された弾性表面波
素子の接地電極が前記パッケージ上で共通にされている
ことを特徴とする弾性表面波デバイス。 - 【請求項8】請求項6において、 前記二つの圧電素子のそれぞれに形成された弾性表面波
素子の接地電極が前記パッケージ上でそれぞれ独立にさ
れていることを特徴とする弾性表面波デバイス。 - 【請求項9】請求項1において、 前記弾性表面波素子は、ダブルモード型フィルタであ
り、該フィルタの入力側接地電極と出力側接地電極が、
前記パッケージ上で分離されていることを特徴とする弾
性表面波デバイス。 - 【請求項10】請求項6において、 前記二つの圧電素子のいずれか一方の圧電素子に形成さ
れた前記弾性表面波素子は、カスケード接続されたダブ
ルモード型フィルタであり、該フィルタの入力側接地電
極と出力側接地電極が、前記パッケージ上で分離されて
いることを特徴とする弾性表面波デバイス。 - 【請求項11】請求項1乃至10のいずれかにおいて、 前記圧電素子は、X、Y、Z結晶軸を有する単結晶から
切り出され、X結晶軸が前記弾性表面波の伝播方向に一
致することを特徴とする弾性表面波デバイス。 - 【請求項12】請求項11において、 前記圧電素子は、LiTaO3単結晶からY軸回転角度40〜
44度で切り出されたものであることを特徴とする弾性
表面波デバイス。 - 【請求項13】線膨張係数を有するパッケージと、 弾性表面波素子が形成され、前記パッケージにフリップ
チップボンディングで搭載された圧電素子を有し、 該圧電素子は、前記弾性表面波素子の櫛形電極により生
成される弾性表面波の進行方向とこれに垂直な方向の線
膨張係数が異なり、且つ前記パッケージの線膨張係数に
近い線膨張係数を持つ方向を長辺として有する弾性表面
波フィルタを有する通信装置。 - 【請求項14】線膨張係数を有するパッケージと、 それぞれに弾性表面波フィルタが形成され、前記パッケ
ージにフリップチップボンディングで搭載された二つの
圧電素子を有し、 該二つの圧電素子の各々は、前記弾性表面波フィルタの
櫛形電極により生成される弾性表面波の進行方向とこれ
に垂直な方向の線膨張係数が異なり、且つ前記パッケー
ジの線膨張係数に近い線膨張係数を持つ方向を長辺とし
て有し、 更に前記二つの圧電素子に形成される弾性表面波フィル
タのそれぞれの中心周波数が異なるものであることを特
徴とするアンテナデュプレクサ。
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