JP2004023201A

JP2004023201A - Ｓａｗデバイスの製造法

Info

Publication number: JP2004023201A
Application number: JP2002172194A
Authority: JP
Inventors: Yasuhide Onozawa; 小野澤　康秀
Original assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Current assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】ＳＡＷデバイスの環境特性、例えば耐湿特性を改善する手段を得る。
【解決手段】圧電基板上に少なくとも１つのＩＤＴ電極と、必要に応じてグレーティング反射器とを配置して形成したＳＡＷデバイスデバイスであり、前記圧電基板上に厚さ１０ｎｍから１５ｎｍの二酸化珪素（ＳｉＯ_２）膜を形成すると共に、３００℃以上の雰囲気温度にて１０分間以上の熱処理を行う。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＳＡＷデバイスの製造法に関し、特に耐環境特性を改善したＳＡＷデバイスの製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＳＡＷデバイスは通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を有することから、特に携帯電話機等に多く用いられている。ＳＡＷデバイスは圧電基板の主表面上に表面波の伝搬方向に沿って、互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対のくし形電極からなるＩＤＴ電極と、必要に応じてグレーティング反射器等を配置して構成する。そして、高周波のＳＡＷデバイスの場合、ＩＤＴ電極にはアルミニウム合金膜が主として用いられている。
【０００３】
例えば、特開平５−２２０６７、７−３２６９４２号公報には、ＳＡＷデバイス素子（ＳＡＷチップ）の電極パターン上に二酸化珪素（ＳｉＯ_２）等の絶縁膜を付着し、該絶縁膜の膜厚ｈを所定の範囲に限定することにより、耐環境特性、例えば耐湿性が改善されたＳＡＷデバイスが開示されている。特開平５−２２０６７号公報よると、絶縁膜ＳｉＯ_２の膜厚ｈはｈ＝１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲、特開平７−３２６９４２号公報よると、ｋｈ≦０．１５（ただしｋ＝２π／λ、λは表面波の波長）の範囲で良好な特性が得られたと記述されている。
例えば圧電基板に４２度回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ_３を用いて、北米のＰＣＳ方式や日本のＷ−ＣＤＭＡ方式等の端末機に使われる１．８〜２ＧＨｚ帯のＳＡＷフィルタを構成する場合、前記絶縁膜ＳｉＯ_２の厚さは、特開平７−３２６９４２号公報の膜厚を適用すると、４０ｎｍ以下となり、特開平５−２２０６７号公報を適用すると１０ｎｍ以上とする必要がある。
【０００４】
そこで、ラダー型ＳＡＷフィルタを試作し、該フィルタの電極パターン上に前記絶縁膜ＳｉＯ_２を付着して、前記効果を確かめることにした。図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれラダー型ＳＡＷフィルタに用いるＳＡＷ共振素子の構成を示す平面図、及び断面図であって、圧電基板１１の主表面上に表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極１２とその両側にグレーティング反射器１３ａ、１３ｂとを配置してＳＡＷ共振素子１４を構成する。ＩＤＴ電極１２は互いに間挿し合う複数の電極指を有する一対のくし形電極より形成され、その電極膜材料としてはアルミニウム合金が用いられる。
ラダー型ＳＡＷフィルタの構成は図７（ａ）に示したようなＳＡＷ共振素子を圧電基板上に複数個形成し、これらを直列、並列、直列、・・と梯子状に接続して構成する共振子型のＳＡＷフィルタである。
また、図７（ｃ）はラダー型ＳＡＷフィルタ素子１５をセラミックパッケージ１６の凹陥部に収容し、ラダー型ＳＡＷフィルタ素子１５の底面と凹陥部内底面とを接着剤１７を用いて固定し、ラダー型ＳＡＷフィルタ素子１５上に形成したボンディングパッドと、パッケージの段差部に形成した端子電極とをボンディングワイヤ１８等を用いて接続して電気的導通を図ると共に、パッケージ１６の上部周縁部に設けたメタライズ部１９と金属蓋（図示せず）を抵抗溶接等の手段を用いて密封封止してラダー型ＳＡＷフィルタを完成する。
【０００５】
図８は実際に試作したラダー型ＳＡＷフィルタの回路構成を示す図である。フィルタの中心周波数を１．９ＧＨｚ帯とし、図７（ｂ）に示したように圧電基板上にアルミニウム合金膜の電極パターンを形成したＳＡＷ共振子を用いたものと、図９に示すようにアルミニウム合金膜の電極パターンを形成した上に、絶縁膜ＳｉＯ_２を付着して構成したＳＡＷ共振子を用いたものとを試作し、両フィルタの電気的特性を評価することとした。後者についてはＳｉＯ_２膜の膜厚を２０ｎｍとし、特開平５−２２０６７と特開平７−３２６９４２の何れも満足する膜厚を採用した。ここで、比較の基準としてフィルタの急峻度Ｓｆを用い、図１０に示すように１０ｄＢ帯域幅Ｂ_１０に対する４ｄＢ帯域幅Ｂ_４の比、Ｓｆ＝Ｂ_４／Ｂ_１０で評価することにした。急峻度Ｓｆが大きいほど（１に近いほど）急峻なフィルタ特性を有していることになる。
【０００６】
まず、電極パターンがアルミニウム合金膜のみのラダー型ＳＡＷフィルタの急峻度Ｓｆを測定したところ、急峻度Ｓｆは０．８５であった。また、アルミニウム合金膜の上に絶縁膜ＳｉＯ_２を２０ｎｍの厚さで付着した場合の急峻度Ｓｆは、０．８３とＳｉＯ_２膜が無いときよりも劣化していることが分かった。
【０００７】
そこで、本願発明者は絶縁膜ＳｉＯ_２を薄くすれば急峻度Ｓｆの劣化が防げるものと推測し、ＳｉＯ_２膜を５ｎｍに設定してラダー型ＳＡＷフィルタを試作し、急峻度Ｓｆを測定したところ、アルミニウム合金膜のみのラダー型ＳＡＷフィルタの急峻度Ｓｆが０．８２であったの対し、ＳｉＯ_２膜を付着した後のフィルタの急峻度Ｓｆは０．８１と劣化していた。
ただ、特開平５−２２０６７号公報では耐湿性を確保する上では、ＳｉＯ_２膜の厚さを１０ｎｍ以上にする必要があると記述されているので、ＳｉＯ_２膜が５ｎｍ、２０ｎｍの厚さの場合で耐湿性に優劣があるかを調べるた。図７（ｃ）に示すように未封止の状態で、温度８５℃、相対湿度８５％の雰囲気中に置き、ラダー型ＳＡＷフィルタの中心周波数と挿入損失値がどのように変化するかを測定した。
【０００８】
測定の結果、ＳｉＯ_２膜の厚が２０ｎｍの場合、上記雰囲気の中に１２５時間経過した後で、フィルタの中心周波数の変化量は−２８４ｐｐｍ、挿入損失の変化量は＋０．１ｄＢと良好な耐湿性であることが確認された。これに対し、ＳｉＯ_２膜の厚が５ｎｍの場合、６０時間経過した時点で中心周波数の変化量は−６８３０ｐｐｍ、挿入損失の変化量は＋４．５ｄＢと著しくフィルタ特性が劣化しており、１２５時間経過後では中心周波数の変化量は−６９６４ｐｐｍ、挿入損失の変化量は＋４．９ｄＢと変動量も増加していることが判明した。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上説明したように特開平５−２２０６７、７−３２６９４２号公報の効果を実験にて検証したところ、絶縁膜ＳｉＯ_２の厚さが２０ｎｍの場合、フィルタの急峻度が劣化し、ＳｉＯ_２膜厚が５ｎｍの場合、耐湿性が劣化するという問題があった。本願発明はこれらの課題を解決するためになされたものであり、フィルタ特性の劣化を招くことなく、耐湿特性を改善したＳＡＷデバイスの製造法を提供することを目的とする。
【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に係るＳＡＷデバイスの製造法の請求項１記載の発明は、圧電基板の主表面上に少なくとも１つのＩＤＴ電極を配置して形成したＳＡＷデバイスにおいて、
前記ＳＡＷデバイスの上面に厚さ１０ｎｍから１５ｎｍの二酸化珪素（ＳｉＯ_２）膜を形成した後に、３００℃以上の雰囲気温度にて１０分間以上の加熱処理を行うことを特徴としたＳＡＷデバイスの製造方法である。
請求項２記載の発明は、大きめの圧電基板上に少なくとも１つのＩＤＴ電極を備えたＳＡＷデバイスを複数個形成し、該ＳＡＷデバイスの上面に厚さ１０ｎｍから１５ｎｍの二酸化珪素膜を形成し、前記ＳＡＷデバイスを個片チップに切り分けるべく圧電基板を切断した後、３００℃以上の雰囲気温度にて１０分間以上の加熱処理を行うことを特徴とするＳＡＷデバイスの製造方法である。
請求項３記載の発明は、複数のＳＡＷチップを搭載可能な配線を有する実装基板に１０ｎｍから１５ｎｍの二酸化珪素膜を上面に付着した複数のＳＡＷチップをバンプを介して接続する工程と、前記ＳＡＷチップ間の間隙に第１の樹脂を充填し該樹脂を硬化させる工程と、前記第１の樹脂と前記ＳＡＷチップを覆うように第２の樹脂を充填し硬化させる工程と、前記実装基板を前記第１および第２の樹脂と共に個片に切り分ける工程とを含むＳＡＷデバイスの製造方法であって、
前記ＳＡＷチップをバンプを介して接続した後に３００℃以上の雰囲気温度で１０分以上の加熱処理を行うことを特徴とするＳＡＷデバイスの製造方法である。
請求項４記載の発明は、請求項３のＳＡＷデバイスの製造方法において、前記電極端子部（ボンディングパッド）が３層の積層膜構造を備えており、圧電基板面から順に１層目がアルミニウム（Ａｌ）膜またはＡｌを主成分とした合金膜、２層目がＴｉ、Ｃｒ、Ｎｉの何れかの膜、あるいはいずれかの金属を主成分とする合金膜、３層目がＡｌ膜またはＡｌを主成分とした合金膜としたことを特徴とするＳＡＷデバイスの製造方法である。
【００１１】
【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基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係るＳＡＷデバイスの構成を示す断面図であって、圧電基板１の主表面上に表面波の伝搬方向に沿って少なくとも１つのＩＤＴ電極２と、必要に応じてグレーティング反射器２とを配置し、これらの電極を含んで主表面上に全面に絶縁膜３を付着して構成したＳＡＷデバイスである。ＩＤＴ電極２は互いに間挿し合う複数の電極指からなり、その電極材料はアルミニウム合金等を用いる。そして、絶縁膜３はＩＤＴ電極２と同様に、真空装置の中で蒸着、あるいはスパッター等の手段を用いて形成される。
【００１２】
本発明の特徴はＳＡＷデバイスの製造法であり、電極パターン２上に形成する絶縁膜３の厚さと、該絶縁膜３の熱処理法に関するものである。即ち、電極パターン２を含む圧電基板１上に絶縁膜３として１０ｎｍ〜１５ｎｍの厚のＳｉＯ_２膜を付着形成した後、３００℃以上の雰囲気の温度中にて１０分以上の加熱処理を行ってＳＡＷデバイスを製造する。
図２は、圧電基板上に電極パターンのみの場合、該電極パターン上に付着形成する絶縁膜ＳｉＯ_２の厚さを５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍとした場合、該絶縁膜ＳｉＯ_２を３１５℃の雰囲気の中で１０分間の加熱処理した場合のラダー型ＳＡＷフィルタの急峻度Ｓｆを測定し、一覧表にまとめたものである。
この図から該絶縁膜ＳｉＯ_２の厚さが１０ｎｍから１５ｎｍの範囲であれば、３１５℃に雰囲気中で１０分間の加熱処理を行うことにより、圧電基板上にアルミニウム合金膜のみの場合と同等な急峻度Ｓｆ特性を示すことが実験の結果から判明した。
【００１３】
図３、４はラダー型ＳＡＷフィルタ素子の電極パターン上に５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍの厚さの絶縁膜ＳｉＯ_２を付着形成し、３１５℃の雰囲気中で１０分間の加熱処理を行った後、図７（ｃ）に示したようにセラミックパッケージの凹陥部に収容し、未封止状態のフィルタを、温度８５℃、相対湿度８５％の雰囲気中に放置し、フィルタの中心周波数と、挿入損失との変化量を測定した結果を図示もので、図３が中心周波数の変化量を、図４が挿入損失の変化量を示す図である。これらの図からＳｉＯ_２膜厚が１０ｎｍ以上の場合、周波数化量は±３５０ｐｐｍ以内であり、挿入損失の変化量は±０．２ｄＢ以内であることが判明した。一方、ＳｉＯ_２膜厚が５ｎｍの場合は中心周波数、挿入損失の変化量とも著しく変化していることが分かる。
このことより、電極パターン上に付着形成するＳｉＯ_２膜の厚は１０ｎｍから１５ｎｍの範囲とし、ＳｉＯ_２膜を付着した後、３１５℃の雰囲気中で１０分間の加熱処理を行うことで、フィルタの急峻度は劣化が生ずることなく耐湿性の優れたＳＡＷデバイスを製造できることが分かった。
なお、加熱処理をする雰囲気の温度は３００℃まで下げても、３１５℃の場合と同様の効果があることが実験的に確認できた。
【００１４】
図７（ｃ）の工程まで進んだ後、金属蓋を抵抗溶接して密封し、２６０℃から２７０℃の雰囲気の温度が２０秒程度続く温度プロファイルのリフロー工程に、計７サイクルほど通してみた。しかしながら、雰囲気温度が３００℃より低いこと、加熱時間の合計が足りないこと等のためにフィルタの急峻度改善の効果は得られなかった。
以上の実験結果より、これまでのＳＡＷ製造工程では本願発明のような効果が得られないことが確認できた。
【００１５】
そこで、絶縁膜ＳｉＯ_２の加熱処理工程を一連の工程のどの工程間に入れるのが望ましいかについて考慮する。φ３インチまたはφ４インチのウェハ状の圧電基板に複数のＳＡＷデバイス用電極と配線パターンを形成し、ＳｉＯ_２膜を付着した後にダイシングソーにて個片のＳＡＷチップに切断する際、ウェハ上に切削水等を流しながら切断するので、ダイシング工程後の水分の残留が懸念される。これを除去するために加熱処理工程はダイシング工程以降に入れるのが望ましい思われる。
【００１６】
また、本発明は図５に断面図を示すような樹脂製のパッケージに収容するＳＡＷデバイスの場合についても適用できる。即ち、樹脂製の実装基板５の上面に形成した被接続部（メタライズ部）６に導電性のバンプ７を載置し、ＳＡＷチップ４を下向きに搭載する際に加重をかけつつ加熱処理することによりメタライズ部６、バンプ７、ＳＡＷチップ上のボンディングパッド８とが接合され、電気的導通が図られる。このとき実装基板５の上面とＳＡＷチップ４との間には空間９が確保されるようにする。なお、実装基板５の上面の被接続部（メタライズ部）６は裏面の外部接続用端子１０と実装基板５内で導通している。そして、実装基板５の周縁に第１の封止樹脂にて筒状壁面１１を形成した後、この筒状壁面に第２の封止樹脂にて蓋１２を形成しＳＡＷチップ４を密封する。
【００１７】
図６はＳＡＷチップを実際の樹脂パッケージに収容する手順説明する図であって、同図（ａ）は実装基板５上に絶縁膜ＳｉＯ_２を付着形成した複数のＳＡＷチップ４をフリップチップ実装した後の断面図、同図（ｂ）はＳＡＷチップ４の表面波振動を妨げないように、内部空間９を確保するため比較的粘度の高い第１の封止樹脂を滴下し、これを硬化させて筒状側壁１１を形成した後の断面図、同図（ｃ）は第２の封止樹脂をＳＡＷチップ裏面及び第１の封止樹脂１１の上面に滴下し、樹脂を硬化させて、蓋１２を形成した後の断面図であり、同図（ｃ）の破線にて個片に切断すれば図５に示したのＳＡＷデバイスが完成する。尚、第２の封止樹脂は比較的粘度の低いものであってもよい。図６に示すＳＡＷデバイスの製造方法では、同図（ａ）の工程後、つまりＳＡＷチップをフリップチップ実装後に絶縁膜ＳｉＯ_２の加熱処理を行うことが望ましい。同図（ｂ）や同図（ｃ）の後に加熱処理を行うと樹脂からのアウトガスの影響により、絶縁膜ＳｉＯ_２に覆われていない部分の電極が腐食するおそれがあるからである。
【００１８】
また、図５において導電性のバンプが金（Ａｕ）の場合、加熱処理によりＡｕがアルミニウム（Ａｌ）膜へ拡散して、Ａｕバンプの接合強度を劣化させるおそれがある。これを防ぐためＳＡＷチップ上に形成したボンディングパッド部の膜構成を圧電基板側から１層目をＡｌ膜またはＡｌを主成分とした合金膜、２層目をＴｉ，Ｃｒ，Ｎｉの何れかの膜、あるいはこれらの金属の何れかを主成分とした、例えばＮｉＣｒのような合金膜、３層目をＡｌ膜またはＡｌを主成分とした合金膜とした３層構造の積層膜とすればよい。２層目にＡｕとＡｌの反応や合金化を抑制し得る金属材料を用いることで、固くてもろいＡｌ−Ａｕ合金層が厚くなることを防ぐことができる。
【００１９】
以上の説明ではラダー型ＳＡＷフィルタを用いて説明したが、本発明はこれのみに限定するものではなく、ＳＡＷ共振子、縦結合多重モードＳＡＷフィルタあるいは横結合多重モードフィルタ等の共振子型フィルタ、トランスバーサル型ＳＡＷフィルタのＳＡＷデバイス全般に適用できることは言うまでもない。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成したので、請求項１に記載の発明はＳＡＷデバイスの特性の劣化を招くことなく耐湿性が確保されるという優れた効果を表す。請求項２に記載の発明は具体的に加熱処理工程を示したものである。請求項３、４に記載の発明は樹脂パッケージに本発明を適用したもので、低コストのＳＡＷデバイスが得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＳＡＷデバイスの構成を示す断面図である。
【図２】アルミニウム合金電極膜のみの場合と、アルミニウム合金電極膜に５ｎｍから２０ｎｍの厚さの絶縁膜ＳｉＯ_２を付着形成して加熱処理前後とにおける急峻度を比較した図である。
【図３】湿度試験における中心周波数の変化と放置時間との関係を、絶縁膜ＳｉＯ_２の厚さをパラメータとして示した図である。
【図４】湿度試験における挿入損失の変化と放置時間との関係を、絶縁膜ＳｉＯ_２の厚さをパラメータとして示した図である。
【図５】樹脂パッケージを用いたＳＡＷデバイスの構成を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は樹脂パッケージ製ＳＡＷデバイスの製造工程を説明する図である。
【図７】（ａ）はＳＡＷ共振子の構成を示す平面図、（ｂ）はラダー型ＳＡＷフィルタ素子の模式的断面図、（ｃ）はラダー型ＳＡＷフィルタ素子をセラミックパッケージに収容した断面図である。
【図８】実験に用いたラダー型ＳＡＷフィルタの回路図である。
【図９】ラダー型ＳＡＷフィルタ素子の電極面に絶縁膜ＳｉＯ_２を付着した場合の模式的断面図である。
【図１０】急峻度Ｓｆを説明する図である。
【符号の説明】
１・・圧電基板
２・・ＩＤＴ電極、グレーティング反射器
３・・絶縁膜ＳｉＯ_２
４・・ＳＡＷデバイス素子
５・・樹脂製の実装基板
６・・被接続部（メタライズ部）
７・・バンプ
８・・ボンディングパッド
９・・空間
１０・・外部接続用端子（メタライズ部）
１１・・第１の樹脂筒状壁面
１２・・第２の樹脂蓋

Claims

圧電基板の主表面上に少なくとも１つのＩＤＴ電極を配置して形成したＳＡＷデバイスにおいて、
前記ＳＡＷデバイスの上面に厚さ１０ｎｍから１５ｎｍの二酸化珪素（ＳｉＯ_２）膜を形成した後に、３００℃以上の雰囲気温度にて１０分間以上の加熱処理を行うことを特徴としたＳＡＷデバイスの製造方法。
大きめの圧電基板上に少なくとも１つのＩＤＴ電極を備えたＳＡＷデバイスを複数個形成し、該ＳＡＷデバイスの上面に厚さ１０ｎｍから１５ｎｍの二酸化珪素膜を形成し、前記ＳＡＷデバイスを個片チップに切り分けるべく圧電基板を切断した後、３００℃以上の雰囲気温度にて１０分間以上の加熱処理を行うことを特徴とするＳＡＷデバイスの製造方法。
複数のＳＡＷチップを搭載可能な配線を有する実装基板に１０ｎｍから１５ｎｍの二酸化珪素膜を上面に付着した複数のＳＡＷチップをバンプを介して接続する工程と、前記ＳＡＷチップ間の間隙に第１の樹脂を充填し該樹脂を硬化させる工程と、前記第１の樹脂と前記ＳＡＷチップを覆うように第２の樹脂を充填し硬化させる工程と、前記実装基板を前記第１および第２の樹脂と共に個片に切り分ける工程とを含むＳＡＷデバイスの製造方法であって、
前記ＳＡＷチップをバンプを介して接続した後に３００℃以上の雰囲気温度で１０分以上の加熱処理を行うことを特徴とするＳＡＷデバイスの製造方法。
請求項３のＳＡＷデバイスの製造方法において、前記電極端子部（ボンディングパッド）が３層の積層膜構造を備えており、圧電基板面から順に１層目がアルミニウム（Ａｌ）膜またはＡｌを主成分とした合金膜、２層目がＴｉ、Ｃｒ、Ｎｉの何れかの膜、あるいはいずれかの金属を主成分とする合金膜、３層目がＡｌ膜またはＡｌを主成分とした合金膜としたことを特徴とするＳＡＷデバイスの製造方法。