JP2003168951A - 弾性表面波素子、弾性表面波装置及びその製造方法、通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 歩留りを維持しながら、接合強度を高めて、
特性を安定化できる弾性表面波素子、弾性表面波装置及
びその製造方法、通信装置を提供する。 【解決手段】 第一面と第一面の反対面である第二面と
を有する圧電基板１１上における第一面上に、入力され
た電気信号により弾性表面波を発生し、検出するくし型
電極部を設ける。上記第一面上に、くし型電極部を外部
と電気的に接続するためのバンプ部３ａを設ける。上記
第二面上に、接触抵抗を増大させるための金属膜６を設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弾性表面波素子
を、パッケージの電極ランドに対し金属バンプを用いた
フリップチップボンディング法により接合してなる弾性
表面波装置及びその製造方法、通信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話などの通信装置では、使
用周波数の高周波化に伴い、小型化を図れる弾性表面波
装置がフィルタ等に使用されるようになってきた。ま
た、弾性表面波装置の小型化にしたがって、弾性表面波
素子を、パッケージの電極ランドに対し金属バンプのフ
リップチップボンディング法により接合してなる弾性表
面波装置が多く用いられるようになってきた。

【０００３】次に、このような弾性表面波装置の製法に
ついて以下に説明する。まず、弾性表面波素子の各電極
パッド上に、金（Ａｕ）またはＡｕを主成分とした金属
バンプをボールボンディング法により形成する。次に、
上記弾性表面波素子をフリップチップ方式、すなわち、
くし型電極部（以下、ＩＤＴという）等が形成された弾
性表面波伝播面（表面側）をパッケージの内底面に対向
させて、金属バンプを介して上記パッケージに置く。続
いて、弾性表面波素子の裏面（表面の反対面）にボンデ
ィングツールによって超音波、荷重、熱を同時に印加す
ることにより、各電極パッドとこれに対応するパッケー
ジの各電極ランドとを金属パンプで接合して弾性表面波
素子をパッケージに接続・固定する。

【０００４】フリップチップボンディング法では、ボン
ディングツールとチップ裏面間の滑りを抑制し、電極ラ
ンドと金属バンプの接合性を向上させるため、ウエハ
（圧電基板）の裏面はラップ加工（粗面加工）されるこ
とが多い。また、上記ラップ加工により、バルク波によ
って生じる悪影響を軽減できる。

【０００５】裏面ラップ処理されたウエハでは、ラップ
加工により発生した加工歪み・クラックが存在し、ウエ
ハ加工中に割れやすいという問題がある。

【０００６】また、裏面に形成した反射防止膜を利用し
たリフトオフ工法でＩＤＴを形成する場合、裏面ラップ
の凹部の最奥部に反射防止膜の未成膜部が生じるため、
露光プロセスにおいて露光光の裏面乱反射が発生し、加
工精度・微細化に悪影響を及ぼす。

【０００７】その解決策として、裏面を鏡面仕上げした
裏面鏡面ウエハを使用することが考えられた。裏面鏡面
ウエハは、裏面ラップ加工がないため加工歪み・クラッ
クなどなく、かつ、反射防止膜の未成膜部の発生が防止
されている。

【０００８】これにより、露光光の裏面からの乱反射を
ほぼ完全に解消でき、加工精度向上・微細化が実現でき
る。また本ウエハ採用によりウエハ割れ不良も低減でき
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、裏面鏡面ウエ
ハを使用した場合、ボンディングツールとの接触抵抗が
裏面ラップ加工されたウエハに比べて減少し、超音波振
動がボンディングツールとチップ裏面間の滑りにより伝
達ロスが発生し、電極ランドと金属バンプの接合状態が
悪化する問題がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の弾性表面波素子
は、上記課題を解決するために、第一面と第一面の反対
面である第二面とを有する圧電基板が設けられ、上記第
一面上に、入力された電気信号により弾性表面波を発生
し、検出するくし型電極部が設けられ、上記第一面上
に、くし型電極部を外部と電気的に接続するためのバン
プ部が設けられ、上記第二面上に、接触抵抗を増大させ
るための薄膜が設けられていることを特徴としている。

【００１１】上記構成によれば、くし型電極部を有する
圧電基板を、例えばパッケージに対してフリップチップ
ボンディング法によるバンプ部を介して接合するとき、
上記第二面上に、接触抵抗を増大させるための薄膜を設
けたので、ボンディングツールと圧電基板との間の滑り
を抑制し、パッケージとパンプ部との接合性を向上でき
る。

【００１２】上記弾性表面波素子においては、上記第二
面と薄膜との間に、反射防止膜が設けられていてもよ
い。上記構成によれば、反射防止膜を設けたので、くし
型電極部を、例えばフォトリソグラフィー法により形成
するときに、第二面側からの露光光の乱反射を抑制でき
て、上記くし型電極部の作製を安定化できる。

【００１３】上記弾性表面波素子では、上記第二面が、
鏡面仕上げされていてもよい。上記構成によれば、第二
面を鏡面仕上げしたので、従来のようなラップ加工品と
比べて、割れやクラックの発生を低減できて、歩留りを
向上できる。

【００１４】上記弾性表面波素子においては、上記薄膜
が、金属膜であることが好ましい。上記弾性表面波素子
では、上記薄膜が、チタン膜であってもよい。上記構成
によれば、チタン膜などの金属膜の形成に、従来からの
スパッタリング装置を利用できる上、パンプ部による接
合性の向上を容易化できる。

【００１５】本発明の弾性表面波装置は、前記の課題を
解決するために、上記の何れかに記載の弾性表面波素子
をフリップチップボンディング法によりパッケージに接
合してなることを特徴としている。

【００１６】本発明の通信装置は、前記の課題を解決す
るために、上記の何れかに記載の弾性表面波素子を有し
ていることを特徴としている。

【００１７】本発明の弾性表面波装置の製造方法は、前
記の課題を解決するために、第一面と第一面の反対面で
ある第二面とを有する圧電基板の第一面上に、くし型電
極部、及び、くし型電極部を外部と電気的に接続するた
めのバンプを備える弾性表面波素子をパッケージに対し
てフリップチップボンディング法により接合する弾性表
面波装置の製造方法において、上記フリップチップボン
ディング法により接合する前に、第二面上に、接触抵抗
を増大させるための薄膜を形成することを特徴としてい
る。

【００１８】前記問題点を解決する方策として、裏面鏡
面ウエハを使用したフリップチップ方式の場合、ウエハ
（チップ）等の形状に形成された圧電基板の第二面（裏
面）に金属膜等の薄膜を設けることで、上記フリップチ
ップボンディング法により接合するとき、ボンディング
ツールと圧電基板との間の滑りを抑制し、パッケージと
パンプが変形してなるバンプ部との接合性を向上でき
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の弾性表面波装置における
実施の形態について図１ないし図４に基づいて説明すれ
ば、以下の通りである。

【００２０】本発明に係る弾性表面波装置では、図３
（ｄ）に示すように、弾性表面波素子１の電極パッド１
ａと、パッケージ本体２の凹部２ａ内上面の電極ランド
２ｂとが金バンプ３で互いにパンプ接合されて、弾性表
面波素子１がパッケージ本体２に支持固定されるととも
に電気的に接続されている。

【００２１】また、弾性表面波素子１を覆うようにキャ
ップ部材４がパッケージ本体２に高融点半田からなる、
ろう材により接合されて、弾性表面波素子１がパッケー
ジ本体２とキャップ部材４とで形成されたパッケージ５
内（空間内）に気密封止されている。

【００２２】弾性表面波素子１は、図２に示すように、
圧電基板１１を備え、圧電基板１１の上面（第一面）に
はＩＤＴ１２、反射器１３、各ＩＤＴ１２から引き出さ
れた引出電極１４、引出電極１４に接続された電極パッ
ド１５からなる電極パターンが形成されている。

【００２３】電極パターンは、アルミニウムやアルミニ
ウムを主成分とする合金からなり、周知の薄膜形成法、
例えばフォトリソグラフィー法（ドライエッチング法又
はリフトオフ法）により形成される。圧電基板１１とし
ては、タンタル酸リチウム（ＬＴ）、ニオブ酸リチウム
（ＬＮ）、水晶等の圧電性の材料が用いられる。

【００２４】上記ＩＤＴ１２は、入力した電気信号（交
流）をＳＡＷ（弾性表面波、弾性エネルギー）に変換し
て圧電基板１１上に伝搬させ、伝搬したＳＡＷを電気信
号に変換して出力するＳＡＷ変換部として機能するもの
である。上記反射器１３は、伝搬してきたＳＡＷを来た
方向に反射する機能を有するものである。

【００２５】このようなＩＤＴ１２では、各くし型電極
指の長さや幅、交叉して互いに隣り合う各くし型電極指
の間隔、互いのくし型電極指間での入り組んだ状態の対
面長さを示す交叉幅を、それぞれ設定することにより信
号変換特性や、通過帯域の設定が可能となっている。ま
た、反射器１３においては、各反射器電極指の幅や間隔
を調整することにより反射特性の設定が可能となってい
る。

【００２６】パッケージ本体２は、板状のアルミナ等の
セラミックを複数積層することにより凹部形状を有する
ように形成され、下面、凹部２ａの内面及び内底面部に
複数の電極ランド２ｂを含む入出力用、アース用の電極
パターンを有している。キャップ部材４はＦｅ−Ｎｉ合
金やＦｅ等を含む合金からなる金属板であり、必要に応
じてメッキ処理されている。

【００２７】そして、圧電基板１１の裏面上には、図１
に示すように、チタン等の金属膜６が露出して、膜厚２
００ｎｍ以下にて設けられている。上記膜厚としては、
好ましくは１０ｎｍ以上、より好ましくは２０ｎｍ以上
であり、また、望ましくは１００ｎｍ以下、より望まし
くは８０ｎｍ以下である。

【００２８】上記圧電基板１１の裏面は、表面粗さＲａ
が０．１μｍ以下に鏡面仕上げされていることが好まし
い。表面粗さＲａは、粗さ曲線から、その平均線の方向
に基準長さＬだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線
から、測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した
値で、算術平均粗さという。

【００２９】また、上記圧電基板１１の裏面と金属膜６
との間に、ＺｎＯ等の非金属からなる反射防止膜が、フ
ォトリソグラフィー法により電極を形成するために設け
られていてもよい。

【００３０】本発明の弾性表面波装置は以下のように製
造される。まず、図３（ａ）に示すように、後に分割し
て圧電基板１１となる、ウエハ厚み０．１ｍｍ〜０．５
ｍｍのＬＴ基板又はＬＮ基板のウエハ２１の裏面（第二
面）を鏡面仕上げする。続いて、ウエハ２１の裏面に非
金属の反射防止膜（図示せず）をイオンプレーティン
グ、または蒸着、或いはスパッタリングで形成する。

【００３１】その後、上記裏面の反射防止膜（図示せ
ず）上にさらに金属膜６としてのＴｉ膜をイオンプレー
ティング、または蒸着、或いはスパッタリングで形成す
る。その次に、弾性表面波素子１の各電極パッド１ａ上
にＡｕまたはＡｕを主成分とした金属バンプ３ａをボー
ルボンディング法により形成する。

【００３２】次に、図３（ｂ）に示すように、ウエハ２
１をダイシングにより、個々の弾性表面波素子１に分割
する。

【００３３】続いて、図３（ｃ）に示すように、弾性表
面波素子１をフリップチップ方式、すなわちＩＤＴ１２
等が形成された弾性表面波伝播面（第一面）をパッケー
ジ本体２に対向させて（フェイスダウン）、ボンディン
グツール８により裏面側から超音波、荷重、熱を同時に
印加する。

【００３４】これにより、各電極パッド１ａとこれに対
応するパッケージ本体２の各電極ランド２ｂとを、金属
バンプ３ａが軟化して変形し上記両者と密着した金属バ
ンプ部３で接合して弾性表面波素子１をパッケージ本体
２に接続・固定する。

【００３５】その後、図３（ｄ）に示すように、弾性表
面波素子１を覆うようにキャップ部材４をパッケージ本
体２に高融点半田からなる、ろう材により接合して、弾
性表面波素子１をパッケージ本体２とキャップ部材４と
で形成されたパッケージ５内（空間内）に気密封止す
る。

【００３６】次に、上記弾性表面波装置は、レーザー捺
印、ファインリーク、ヒートショック、グロスリーク、
特性選別、テーピング、出荷検査、梱包が順次、行なわ
れ、出荷される。

【００３７】このような本発明の弾性表面波装置、金属
膜無しで裏面鏡面仕上げの第一比較用弾性表面波装置、
裏面にラップ加工を施した第二比較用弾性表面波装置に
ついて、ＵＳ（超音波）出力を徐々に大きくして接合強
度であるダイシェア強度をそれぞれ調べた結果を図４に
示す。

【００３８】本発明の弾性表面波装置におけるフェイス
ダウンボンドの接合強度（ダイシェア強度）が裏面鏡面
品に比べ増加しており、従来の裏面ラップ加工あり品と
ほぼ同等の強度が得られた。

【００３９】従来の裏面ラップ加工ありウエハに比べ、
裏面鏡面ウエハでは、ボンディングツール８との接触抵
抗が減少し、ボンディングツール８とチップ状の圧電基
板１１の裏面間で滑り振動が大きく、ボンディングツー
ル８からの超音波振動の伝達がその間でロスし、Ａｕ等
の金属バンプ部３と電極ランド２ｂとの接合には寄与し
なくなる。

【００４０】しかし、裏面鏡面ウエハでも裏面に金属膜
６を設けることで、ボンディングツール８間との接触抵
抗を確保し、従来の裏面ラップ加工あり品と同等の接合
強度を得ることができた。

【００４１】次に、弾性表面波素子における各裏面状態
と、ボンディングツール８とそれとの当接面との間にお
ける振動伝達率との関係を調べた。振動伝達率の測定
は、レーザードップラー計を用いて、超音波印加時のボ
ンディングツール８とそれとの当接面の振幅とをそれぞ
れ測定し、当接面の振幅／ボンディングツール８の振幅
＝ツール−チップ間振動伝達率として算出した。

【００４２】上記各裏面状態としては、裏面が鏡面（Ｒ
ａ＝０．１μｍ以下）、裏面が鏡面（Ｒａ＝０．１μｍ
以下）であり金属膜６を設けたもの、裏面の粗さがＲａ
＝０．１２μｍのもの、裏面の粗さがＲａ＝０．３μｍ
（モニター）のものをそれぞれ用いた。

【００４３】それらのツール−チップ間振動伝達率の結
果を図５に示した。また、それらの実測値は、裏面が鏡
面（Ｒａ＝０．１μｍ以下）が４４．４０％、裏面が鏡
面（Ｒａ＝０．１μｍ以下）であり金属膜６を設けたも
のが７６．８１％、裏面の粗さがＲａ＝０．１２μｍの
ものが６９．４３％、裏面の粗さがＲａ＝０．３μｍの
ものが７１．７７％であった。

【００４４】ツールの振幅がチップに伝達している割合
が多いほど、伝達ロスが少ない安定した接合状態が得ら
れる。裏面が鏡面（Ｒａ＝０．１μｍ以下）であり金属
膜６を設けたものが、その他のものと比べて、伝達率が
良く、安定した接合が可能となっていることが分かる。

【００４５】続いて、図６を参照しながら、本発明の弾
性表面波装置を搭載した通信装置１００について説明す
る。上記通信装置１００は、受信を行うレシーバ側（Ｒ
ｘ側）として、アンテナ１０１、アンテナ共用部／ＲＦ
Ｔｏｐフィルタ１０２、アンプ１０３、Ｒｘ段間フィル
タ１０４、ミキサ１０５、１ｓｔＩＦフィルタ１０６、
ミキサ１０７、２ｎｄＩＦフィルタ１０８、１ｓｔ＋２
ｎｄローカルシンセサイザ１１１、ＴＣＸＯ（temperat
ure compensated crystal oscillator（温度補償型水晶
発振器））１１２、デバイダ１１３、ローカルフィルタ
１１４を備えて構成されている。Ｒｘ段間フィルタ１０
４からミキサ１０５へは、図６に二本線で示したよう
に、バランス性を確保するために各平衡信号にて送信す
ることが好ましい。

【００４６】また、上記通信装置１００は、送信を行う
トランシーバ側（Ｔｘ側）として、上記アンテナ１０１
および上記アンテナ共用部／ＲＦＴｏｐフィルタ１０２
を共用すると共に、ＴｘＩＦフィルタ１２１、ミキサ１
２２、Ｔｘ段間フィルタ１２３、アンプ１２４、カプラ
１２５、アイソレータ１２６、ＡＰＣ（automatic powe
r control （自動出力制御））１２７を備えて構成され
ている。

【００４７】そして、上記アンテナ共用部／ＲＦＴｏｐ
フィルタ１０２、Ｒｘ段間フィルタ１０４、１ｓｔＩＦ
フィルタ１０６、２ｎｄＩＦフィルタ１０８、ＴｘＩＦ
フィルタ１２１には、上述した本実施の形態に記載の弾
性表面波装置が好適に利用できる。

【００４８】よって、上記通信装置は、用いた弾性表面
波装置が多機能化や小型化されており、さらに歩留りが
改善されているので、コストダウンと共に小型化を図れ
るものとなっている。

【００４９】

【発明の効果】本発明の弾性表面波素子は、以上のよう
に、第一面と第一面の反対面である第二面とを有する圧
電基板が設けられ、上記第一面上に、入力された電気信
号により弾性表面波を発生し、くし型電極部が設けら
れ、上記第一面上に、くし型電極部を外部と電気的に接
続するためのバンプ部が設けられ、上記第二面上に、接
触抵抗を増大させるための薄膜が設けられている構成で
ある。

【００５０】それゆえ、上記構成は、くし型電極部を有
する圧電基板を、例えばパッケージに対してフリップチ
ップボンディング法によるバンプ部を介して接合すると
き、上記第二面上に、接触抵抗を増大させるための薄膜
を設けたので、ボンディングツールと圧電基板との間の
滑りを抑制し、パッケージとパンプ部との接合性を向上
できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる弾性表面波素子及
びボンディングツールの概略正面図である。

【図２】上記弾性表面波素子の概略平面図である。

【図３】図３（ａ）〜図３（ｄ）は、上記弾性表面波素
子をパッケージに接合してなる弾性表面波装置の各製造
工程を示す概略正面図である。

【図４】上記弾性表面波装置と、第一及び第二比較用弾
性表面波装置とにおける接合強度を示すグラフである。

【図５】弾性表面波素子における各裏面状態と、ボンデ
ィングツールとそれとの当接面との間における振動伝達
率との関係を示すグラフである。

【図６】本発明の通信装置の要部回路ブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ 弾性表面波素子 ３ 金属バンプ部 ３ａ 金属バンプ ６ 金属膜（薄膜） ８ ボンディングツール １１ 圧電基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 越戸 義弘 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 5J097 AA24 AA31 AA34 BB15 EE08 EE10 FF08 HA02 HA03 JJ09 KK09 KK10

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第一面と第一面の反対面である第二面とを
   有する圧電基板が設けられ、 上記第一面上に、入力された電気信号により弾性表面波
   を発生し、検出するくし型電極部が設けられ、 上記第一面上に、くし型電極部を外部と電気的に接続す
   るためのバンプ部が設けられ、 上記第二面上に、接触抵抗を増大させるための薄膜が設
   けられていることを特徴とする弾性表面波素子。
2. 【請求項２】上記第二面と薄膜との間に、反射防止膜が
   設けられていることを特徴とする請求項１記載の弾性表
   面波素子。
3. 【請求項３】上記第二面が、鏡面仕上げされていること
   を特徴とする請求項１または２記載の弾性表面波素子。
4. 【請求項４】上記薄膜が、金属膜であることを特徴とす
   る請求項１、２または３記載の弾性表面波素子。
5. 【請求項５】上記薄膜が、チタン膜であることを特徴と
   する請求項４記載の弾性表面波素子。
6. 【請求項６】上記請求項１ないし５の何れか１項に記載
   の弾性表面波素子をフリップチップボンディング法によ
   りパッケージに接合してなることを特徴とする弾性表面
   波装置。
7. 【請求項７】上記請求項１ないし５の何れか１項に記載
   の弾性表面波素子を有することを特徴とする通信装置。
8. 【請求項８】第一面と第一面の反対面である第二面とを
   有する圧電基板の第一面上に、くし型電極部、及び、く
   し型電極部を外部と電気的に接続するためのバンプを備
   える弾性表面波素子をパッケージに対してフリップチッ
   プボンディング法により接合する弾性表面波装置の製造
   方法において、 上記フリップチップボンディング法により接合する前
   に、第二面上に、接触抵抗を増大させるための薄膜を形
   成することを特徴とする弾性表面波装置の製造方法。