JP2004200956A - 圧電デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＳＰのような小型化に対応し且つ低コストの表面実装型多重モード圧電フィルタを提供する。
【解決手段】複数の絶縁基板となる部分を含む集合絶縁基板と複数の圧電基板とが対向し且つ両者の間に間隙が形成されるように電気的かつ機械的に接続する工程と、集合金属蓋を前記圧電基板の上面に載置する工程と、前記圧電基板と前記集合絶縁基板との間に形成される間隙を囲繞するように該圧電基板に周設し且つ前記金属蓋の一部を覆設するように封止部材を塗布する工程と、前記集合絶縁基板と前記集合金属蓋と前記封止部材とを所定の位置で切断する工程とを準拠する表面実装型多重モード圧電フィルタ。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は小型化及び低価格化するための圧電デバイス特に多重モード圧電フィルタおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】多重モード圧電フィルタは小型で高減衰量が得られること等の理由から、移動体通信機器のＩＦフィルタとして広く用いられている。
【０００３】例えば、図８（ａ）は特開２００１−１４４５７２公報で提案されたパッケージの構成を示す平面図、同図（ｂ）はその縦断面図である。
従来の表面実装型二重モード圧電フィルタは、上面の一部を凹陥し該凹陥の底部である薄板状の振動部１０２に配設された共通電極１０３から引き出すリード電極と下面に所定の間隙を開けて配設された２個の励振電極１０４から引き出す夫夫のリード電極とを有する二重モード圧電フィルタ素子１０１（以下「フィルタ素子」と記す。）と、上面に前記フィルタ素子１０１を収容する凹陥部１０６を有するセラミックパッケージ１０５と、前記凹陥部１０６の開口を封止するための金属蓋１０７と、を備えたものである。
前記フィルタ素子１０１のリード電極とセラミックパッケージ１０５の凹陥部１０６内底面の四隅に設けた内部端子電極１１１とはそれぞれ導電性接着剤１１０にて電気的接続すると共に固定されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１４４５７２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】近年の携帯電話機等の小型化の急激な進展により多重モード圧電フィルタに対して更なる小型化及び低価格化が要求されている。小型化の要望を満たす手段として、例えば半導体部品等の電子部品ではチップサイズと同等あるいはわずかに大きいパッケージであるチップサイズパッケージ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ。以下「ＣＳＰ」と記す。）が種々提案されている。
しかし前記フィルタ素子１０１はその表面に形成された前記励振電極１０４及び共通電極１０３に水分、塵埃等の異物が付着しないように封止し且つ該励振電極１０４及び該共通電極１０３との間で生じる音響結合に影響を与えないように前記振動部１０２に封止部材が接触しないようにする必要があるため表面実装型多重モード圧電フィルタではＣＳＰのような超小型パッケージは実現していない。
【０００６】従来の表面実装型多重モード圧電フィルタでは予め所定の形状に形成されたパッケージ部材を用いるためＣＳＰのような小型化は困難であり、またフィルタ素子を１個毎に封止処理を行うため生産効率が悪いという問題点がある。
【０００７】本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、小型化に対応し且つ低コストの表面実装型多重モード圧電フィルタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために本発明に係わる請求項１記載の発明は、
上面側に内部端子電極を下面側に外部端子電極を夫夫有しこれらの電極を適宜配線するための配線用導体を備えた絶縁基板の上面側に、励振電極と該励振電極と電気的に接続されたパッド電極とを有する圧電基板を配置して、前記絶縁基板の内部端子電極と前記圧電基板のパッド電極とを電気的且つ機械的に接続固定した圧電デバイスであって、前記圧電基板の上面に載置された金属蓋の周縁と前記絶縁基板の周縁との間に封止部材を充填して前記圧電基板の側面を包囲した構造を有することを特徴とする。
【０００９】また請求項２記載の発明は、請求項１において、前記圧電基板の少なくとも一方の主面に設けられた励振電極が複数に分割されており、モノリシックフィルタとして機能することを特徴とする。
【００１０】また請求項３記載の発明は、請求項１または２において、前記圧電基板の上面には凹陥部が形成されていることを特徴とする。
【００１１】また請求項４記載の発明は、請求項１乃至３において、前記圧電基板の凹陥部を有する主面のほぼ全面に電極を形成したことを特徴とする。
【００１２】また請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記圧電基板の下面の周縁部と前記絶縁基板との間の間隙に環状部材が配設されていることを特徴とする。
【００１３】また請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおける圧電デバイスの製造方法であって、
複数の絶縁基板を含む前記集合絶縁基板シート上面の内部端子電極と前記圧電基板のパッド電極との間を導体によって電気的かつ機械的に接続する工程と、
複数の金属蓋が細幅の連設部を介して連設してなる集合金属蓋シートを前記集合絶縁基板シートに固定された複数の圧電基板の上面に載置する工程と、
前記集合金属蓋シートの相隣接する金属蓋の隙間から、相隣接する圧電基板の間隙に前記封止部材を充填する工程と、
前記相隣接する圧電基板の間隙の所定位置において、前記集合回路基板シートと前記集合金属蓋シートと封止部材とを一括で切断して個片に分割する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１４】また請求項７記載の発明は、請求項６において、前記圧電基板の下面とこれに対応する位置の前記絶縁基板の上面の少なくとも一方に環状部材を形成する工程とを備えたことを特徴とする
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図示した本発明の実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
【００１６】図１（ａ）は本発明の実施の形態の表面実装型二重モード圧電フィルタの構成を示す平面図であって金属蓋及び封止部を省略したもので、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は表面実装型二重モード圧電フィルタの集合状態を示す縦断面図である。
同図（ａ）及び（ｂ）に示すように本実施形態は、圧電材料として水晶を用いたフィルタ素子１を絶縁基板８の上面に配置しフィルタ素子１の上に金属蓋１４を載置すると共に、該金属蓋１４の周縁部と絶縁基板８の周縁部との間隙にフィルタ素子１の側面を包囲するように封止部材１３を充填した構造となっている。
【００１７】絶縁基板８は少なくとも１層のセラミック絶縁層からなり、該絶縁基板８の一方の主面（上面）に形成された内部端子電極１０と他方の主面（下面）に形成された外部端子電極９とは該絶縁基板８を貫設する内部導体１１を介して電気的接続する。
【００１８】フィルタ素子１は、例えば水晶からなり、その一方の主面（上面）の一部が凹陥し該凹陥の底部である薄板状の振動部６と該振動部６の周縁を保持する厚肉の環状囲繞部１５とを覆うように共通電極４を形成し、その平坦な他方の主面（下面）は前記振動部６の略中央に所定の間隙を開けて配設された２つの励振電極、即ち入力電極２及び出力電極３と、これら夫夫から延在したリード電極１６を介して電気的接続する下面の一方対角の平面角部に形成されたパッド電極１７、１８と前記環状囲繞部１５と前記振動部６との境界近傍に貫設するスルーホール電極７を介して前記共通電極４と電気的接続する他方対角の平面角部のいずれか一方に形成されたパッド電極１９とを備えるものである。そしてフィルタ素子１は前記絶縁基板８の上面と対向し且つ両者の間に所望の間隙２０を形成するように該絶縁基板８に載置され、導電性接着剤１２によって前記パッド電極１７乃至１９と該絶縁基板８の内部端子電極１０とが電気的接続されると共に固定される。
また該共通電極４と前記パッド電極１９との電気的接続の方法として、例えば図４のフィルタ素子平面図に示すように、フィルタ素子２６の周端面の一部を貫設するスルーホール電極２５を介在させる方法でもよい。更に該フィルタ素子２６の周端面に被着させた導電材により電気的な接続をしてもよい。
【００１９】平板状の金属蓋１４は前記フィルタ素子１と同等又はほぼ同等の大きさを有し該金属蓋１４の各四辺夫々の略中央から延在する連結部４３を備えており、該金属蓋１４はフィルタ素子１の上面に有する前記環状囲繞部１５表面に載置されることで前記振動部６を外界から保護すると共に前記共通電極１３に接触することでシールド効果も有する。
【００２０】封止部材１３は前記間隙２０が埋没しないように前記フィルタ素子１の側面と前記絶縁基板８の上面に載置された金属蓋１４の周縁部と該金属蓋１４の連結部４３とを覆うように充填することでフィルタ素子１を外界から保護している。
封止部材１３には、例えば硬化処理前は流動性を有すると共に間隙２０内に潜入しないように適当な粘性を有し、硬化処理時に不純なガスを発生する等の不具合のない封止部材が好適である。
【００２１】図１乃至図３を斟酌して本実施の形態に係る表面実装型二重モード圧電フィルタの製造方法について説明する。図２（ａ）はフィルタ素子実装工程を示す平面破断図、図２（ｂ）は金属蓋載置工程に用いる集合状態の金属蓋平面破断図、図２（ｃ）は圧電ウェハ平面破断図、図３は封止部材塗布工程を示す縦断面破断図である。
【００２２】本実施形態に係る圧電フィルタの製造方法では複数のフィルタ素子の封止処理を同時に行うため、図１（ｃ）、図２（ａ）及び図３で示すように複数の絶縁基板８を含む集合絶縁基板シート４１を用い、該集合絶縁基板シート４１はセラミック絶縁層となる略矩形状セラミックグリーンシートに内部導体となる貫通孔を貫設しモリブデンやタングステンなどの高融点金属ペーストで貫通孔を充填すると共に、該集合絶縁基板シート４１の上面に絶縁基板８となる部分夫夫に外部端子電極とその対面に内部端子電極となる導体膜を高融点金属ペーストの印刷により形成する。そして、所定の雰囲気で焼成処理後、該集合絶縁基板シート４１の表面に露出する導体膜にＮｉメッキ、フラッシュ金メッキなどが施されている。
また図２（ｂ）で示す集合金属蓋シート４２は、本実施形態に係る圧電フィルタの製造方法では封止処理が施された前記集合絶縁基板シート４１と同時に切断するためその切断面に防錆処理を必要としない材料、例えばステンレス製シートに所定の大きさ及び間隔で複数の金属蓋１４と該金属蓋１４を連設する連結部４３との外形パターンがフォトマスクを用いてエッチング加工により形成されている。
さらに図２（ｃ）で示す所定の厚みを備える圧電ウェハ４４、即ち水晶ウェハの一方の主面にエッチングによって複数の凹陥部５及び該凹陥部５底部に複数の貫通孔４５を形成したのち蒸着によって両主面及び貫通孔内壁面に所定の電極を配設し、周波数調整後該圧電ウェハ４４を分断することで多数のフィルタ素子１が得られる。
【００２３】第１工程はフィルタ素子実装工程であって、前記集合絶縁基板シート４１の上面の内部端子電極１０と前記フィルタ素子１の下面のパッド電極１７、１８及び１９との間に所望の間隙２０が形成されるように導電性接着剤１２によって電気的かつ機械的に接続する。
【００２４】第２工程は周波数微調整工程であって、前記集合絶縁基板シート４１に固定された各フィルタ素子１の入力電極および出力電極夫夫の発振周波数を測定した結果に基づいて蒸着量やスパッタリング量を調整する手段により発振周波数を所定値に調整する。
【００２５】第３工程は金属蓋載置工程であって、前記集合金属蓋シート４２を前記集合絶縁基板シート４１に固定された複数のフィルタ素子１の上面に載置する。
【００２６】第４工程は封止部材充填工程であって、塗布装置５１によって封止部材５０を前記集合金属蓋シートの相隣接する金属蓋１４の隙間から、相隣接するフィルタ素子１の間隙と金属蓋１４の周縁部と前記連結部４３とを覆うように充填する。
【００２７】第５工程は封止部材硬化処理工程であって、充填された前記封止部材５０を加熱と紫外線照射の少なくとも一方を用いて硬化処理を施す。
【００２８】第６工程はマーキング工程であって、前記金属蓋１４の上面にレーザーと印刷の少なくとも一方を用いて方向識別用マーク等を加工する。
図１（ｃ）は第５若しくは第６工程終了後の状態、即ち表面実装型二重モード圧電フィルタ２１の集合状態を示している。
【００２９】第７工程は切断工程であって、前記相隣接する圧電基板の間隙の略中央となる図１（ｃ）に示す切断位置２２において、前記集合絶縁基板シート４１と前記封止部材１３と前記連結部４３とを一括で切断して個片に分割する。
【００３０】また第１工程においる前記パッド電極１７、１８及び１９と前記絶縁基板８の内部端子電極１０との電気的接続の手段は、該パッド電極に半田バンプを用いて溶着又は金バンプ等を用いてフリップチップボンディングによる拡散接合でもよい。
【００３１】また第３工程における金属蓋の載置は前記集合金属蓋シート４２を一括に載置するのではなく予め単体状態に加工しておいた金属蓋１４を１つ１つ載置してもよい。
【００３２】また第４工程での封止部材塗布工程において前記封止部材５０の硬化前における前記間隙２０への潜入を抑止できない場合、
例えば図５（ａ）はフィルタ素子に封止部材潜入対策を施す表面実装型二重モード圧電フィルタ縦断面、同図（ｂ）は絶縁基板に封止部材潜入対策施す表面実装型二重モード圧電フィルタ縦断面図であって、
少なくともフィルタ素子１の振動部６と絶縁基板８とで構成される間隙３３への封止部材５０の潜入を抑止するために、
該フィルタ素子１の下面とこれに対応する位置の該絶縁基板８の上面の少なくとも一方に感光性樹脂等で環状ダム３５、３６を形成する工程を含んでいてもよい。
又は封止部材塗布作業性の向上も併せて、
硬化処理前は流動性を有すると共に前記間隙２０に潜入しないように適当な粘性を有する第一の封止部材をフィルタ素子１の下面の周縁部とこれに対応する位置の絶縁基板８の上面との間隙に周設する第１の封止部材塗布工程と、
流動性に優れた第二の封止部材を前記集合金属蓋シートの相隣接する金属蓋１４の隙間から、第一の封止部材と相隣接するフィルタ素子１の間隙と金属蓋１４の周縁部と前記連結部４３とを覆うように充填する第２の封止部材塗布工程と、
該第１及び該第２の樹脂部材を硬化させる工程と、
を含んでいてもよい。
【００３３】また第４工程の封止部材５０の充填方法として印刷を採用してもよい。
【００３４】図７（ａ）は本発明の実施の第二の形態の表面実装型二重モード圧電フィルタの構成を示す平面図であって金属蓋及び封止部を省略したもので、図７（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
【００３５】平坦な上面のほぼ全面に配設された共通電極６３と平坦な下面の略中央に配設された入力電極６７と出力電極６８の夫夫に電気的接続されたパッド電極７０及び７１と該共通電極６３とスルーホール電極６９を介して電気的接続されたパッド電極７２とを有する略矩形状のフィルタ素子６１と、
凹陥部６４と該凹陥部６４の開口に周設する鍔部６５とを備える金属蓋６６と、を備え、
該フィルタ素子６１のパッド電極７０、７１、７２と絶縁基板８の上面の四隅に設けた内部端子電極１０とはそれぞれ導電性接着剤１２にて電気的且つ機械的に接続され、
該フィルタ素子６１の上面に前記鍔部６５を下向きに金属蓋６６を載置すると共に該鍔部６５の周縁部と絶縁基板８の周縁部との間隙にフィルタ素子１の側面を包囲するように封止部材１３を充填した構造となっている。
【００３６】以上では水晶を用いて本発明を説明したが、本発明は水晶のみに限定するものではなくランガサイト、四方酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料に適用できることは云うまでもない。
また励振電極に２行2列の４電極を用いた平衡型二重モードフィルタ、２行3列の６電極を用いた平衡型三重モードフィルタ、更により多数の振動モードを利用する多重モードフィルタにも適用することができる。
また一方の主面に備える凹陥部の底部に複数の励振電極を形成し平坦な他方の主面に共通電極を形成する多重モードフィルタにも適用することができる。
また図６に示すように振動部の周縁を保持する環状囲繞部の一辺８１が他の辺に比べて小さい多重モードフィルタにも適用することができる。
【００３７】このように構成することにより、小型化且つ低コスト化が実現可能な表面実装型多重モード圧電フィルタが得られる。
【００３８】
【発明の効果】請求項１乃至５のいずれかに記載の発明によれば、予め所定の形状に形成されたパッケージ部材を用いずにフィルタ素子を封止するのでパッケージ部材を用いる場合に比べて、多重モード圧電フィルタの実装面積及び高さを小さくなることから表面実装型多重モード圧電フィルタの小型化が可能になるという効果を奏する。
【００３９】請求項５の発明によれば、フィルタ素子と絶縁基板との間に形成される間隙を封止する封止部材の潜入を抑止できることから該封止部材に粘度を低いものを使用することで封止部材塗布工程の効率を向上することから表面実装型多重モード圧電フィルタの低コスト化が可能になるという効果を奏する。
【００４０】請求項６又は７記載の発明によれば、予め所定の形状に形成されたパッケージ部材を用いずにフィルタ素子を封止するのでパッケージ部材を用いる場合に比べて多重モード圧電フィルタの実装面積及び高さを小さくなることから、表面実装型多重モード圧電フィルタの小型化が可能になるという効果を奏する。
更に集合絶縁基板上に電気的及び機械的な接続された複数のフィルタ素子と該フィルタ素子上面に載置された金属蓋とを封止した後、該集合基板、該金属蓋及び該封止部材を所定の位置で切断することにより複数の圧電フィルタを形成する工程により生産効率を向上することから、表面実装型多重モード圧電フィルタの低コスト化が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態としての表面実装型二重モード圧電フィルタの構成図。
（ａ）金属蓋及び封止部を省略した状態の平面図。
（ｂ）Ａ−Ａ縦断面図。
（ｃ）集合状態における縦断面図。
【図２】本発明の実施の一形態における表面実装型二重モード圧電フィルタの製造方法説明図。
（ａ）フィルタ素子実装工程を示す平面破断図。
（ｂ）金属蓋載置工程に用いる集合金属蓋シート平面破断図。
（ｃ）圧電ウェハ平面破断図。
【図３】本発明の実施の一形態における封止部材塗布工程の縦断面破断図。
【図４】本発明の実施の一形態におけるフィルタ素子平面図。
【図５】本発明の実施の一形態における表面実装型二重モード圧電フィルタ構成図。
（ａ）環状部材をフィルタ素子下面に形成した場合の縦断面図。
（ｂ）環状部材を絶縁基板上面に形成した場合の縦断面図。
【図６】本発明の実施の一形態におけるフィルタ素子縦断面図。
【図７】本発明の実施の第二の形態の表面実装型二重モード圧電フィルタの構成図。
（ａ）金属蓋を省略した状態の平面図。
（ｂ）Ａ−Ａ縦断面図。
【図８】従来の表面実装型二重モード圧電フィルタの構成図。
（ａ）金属蓋を省略した状態の平面図。
（ｂ）Ａ−Ａ縦断面図。
【符号の説明】
１…フィルタ素子 ２…入力電極 ３…出力電極 ４…共通電極
５…凹陥部 ６…振動部 ７…スルーホール電極
８…絶縁基板 ９…外部端子電極 １０…内部端子電極
１１…内部導体 １２…導電性接着剤 １３…封止部
１４…金属蓋 １５…環状囲繞部
１６…リード電極 １７，１８、１９…パッド電極
２０…間隙 ２１…二重モード圧電フィルタ ２２…切断位置
２５…スルーホール電極 ２６…フィルタ素子
３５、３６…環状ダム
４１…集合絶縁基板シート ４２…集合金属蓋シート ４３…連結部
４４…圧電ウェハ ４５…貫通孔
５０…封止部材 ５１…塗布装置
６１…フィルタ素子 ６２…振動部 ６３…共通電極 ６４…凹陥部
６５…鍔部 ６６…金属蓋 ６７…入力電極 ６８…出力電極
６９…スルーホール電極
７０、７１、７２…パッド電極 ７３…間隙
８１…環状囲繞部の一辺
１０１…二重モード圧電フィルタ素子 １０２…振動部
１０３…共通電極 １０４…該励振電極 １０５…セラミックパッケージ
１０６…凹陥部 １０７…金属蓋
１１０…導電性接着剤 １１１…内部端子電極

Claims (7)

1. 上面側に内部端子電極を下面側に外部端子電極をそれぞれ有しこれらの電極を適宜配線するための配線用導体を備えた絶縁基板の上面側に、励振電極と該励振電極と電気的に接続されたパッド電極とを有する圧電基板を配置して、前記絶縁基板の内部端子電極と前記圧電基板のパッド電極とを電気的且つ機械的に接続固定した圧電デバイスであって、
   前記圧電基板の上面に載置された金属蓋の周縁と前記絶縁基板の周縁との間に封止部材を充填して前記圧電基板の側面を包囲した構造の圧電デバイス。
2. 前記圧電基板の少なくとも一方の主面に設けられた励振電極が複数に分割されており、モノリシックフィルタとして機能することを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
3. 前記圧電基板の上面には凹陥部が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の圧電デバイス。
4. 前記圧電基板の凹陥部を有する主面のほぼ全面に電極を形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電デバイス。
5. 前記圧電基板の下面の周縁部と前記絶縁基板との間の間隙に環状部材が配設されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の圧電デバイス。
6. 複数の絶縁基板を含む前記集合絶縁基板シート上面の内部端子電極と前記圧電基板のパッド電極との間を導体によって電気的かつ機械的に接続する工程と、
   複数の金属蓋が細幅の連設部を介して連設してなる集合金属蓋シートを前記集合絶縁基板シートに固定された複数の圧電基板の上面に載置する工程と、
   前記集合金属蓋シートの相隣接する金属蓋の隙間から、相隣接する圧電基板の間隙に前記封止部材を充填する工程と、
   前記相隣接する圧電基板の間隙の所定位置において、前記集合回路基板シートと前記集合金属蓋シートと封止部材とを一括で切断して個片に分割する工程と、
   を備えたことを特徴とする圧電フィルタの製造方法。
   で切断することで複数の前記圧電フィルタを形成する工程とを備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
7. 前記圧電基板の下面とこれに対応する位置の前記絶縁基板の上面の少なくとも一方に環状部材を形成する工程とを備えたことを特徴とする請求項６記載の圧電デバイスの製造方法。

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