JP2004297385A - 弾性表面波装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＢＯ基板の電極パッドにウェーハプロービングを施してもダイシング時の水の影響をコンタクト部のみに止め、接続部における電極剥離を発生させることがなく、また防水保護膜形成などの特別な工程を使うことなく、小型で安価な弾性表面波素子を作成し、接続信頼性の高い弾性表面波装置を提供する。
【解決手段】四ホウ酸リチウムから成る圧電基板１の一主面に振動電極２と該振動電極２に電気的に接続された電極パッド３とが被着されている弾性表面波素子１０を、前記電極パッド３に接続材を介して電気的に接続される配線導体を有した配線基板上に搭載してなる弾性表面波装置において、前記弾性表面波素子１０の電極パッド３は、前記接続材の接続部３２に窓部３４を有した保護膜５で被覆されているとともに、該保護膜５の被覆領域に測定プローブを接触させるコンタクト部３１が設けられており、該コンタクト部３１及び前記接続部３２間に両者を電気的に接続する導通領域を残しつつ両者を区画するスリット３３を形成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば携帯電話等の移動体通信機器や車載用機器、医療用機器等に用いられる四ホウ酸リチウム基板を用いた弾性表面波装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波共振器や弾性表面波フィルタ等の弾性表面波装置は、マイクロ波帯を利用する各種無線通信機器や車載用機器、医療用機器等に幅広く用いられている。
【０００３】
かかる従来の弾性表面波装置としては、図６に示すように、セラミックパッケージ１０６の底面に弾性表面波素子１１０を固定し、弾性表面波素子１１０の電極パッド１０３とセラミックパッケージ内部の電極とを、接続部材１０７のワイヤボンディングなどで接続するとともに、蓋体１０８をシーム溶接法などで封止した構造のものが知られている。
【０００４】
弾性表面波素子１１０は、圧電基板１０１の一主面上に、蒸着法やスパッタリングによりアルミなどの金属薄膜層を形成し、フォトリソグラフィー手法を用いて櫛歯状電極を対向配置させてなるＩＤＴ（インタデジタル・トランスデューサ）電極やその両側に反射器電極等からなる振動電極１０２をパターン形成した構造を有し、前記ＩＤＴ電極に電極パッド１０３を通して所定の信号電圧を印加し、圧電性基板の一主面上でＩＤＴ電極の電極指ピッチに対応した所定の弾性表面波を発生させることによって弾性表面波素子として機能するようになっている。
【０００５】
このような弾性表面波素子１１０は圧電基板の上に多数の振動電極１０２を一括的に形成したあと、ダイシングにより分割して得られる。圧電基板として、電気機械結合係数が大きく、かつ温度特性の良好な材料として近年採用が進んでいる四ホウ酸リチウム（以下、単にＬＢＯという）基板を用いた場合、ＬＢＯ基板は水溶性であるため、ダイシング工程で使用される冷却水により溶解し、特性が変化したり、或いは、ＩＤＴ電極や反射器電極及びそれらに連なる電極パッドが剥離する恐れがある。
【０００６】
そこで上述の問題を解決するために、振動電極１０２や電極パッド１０３などの電極パターンが形成されたＬＢＯ基板の全面にわたって、スパッタリングにより酸化珪素などの絶縁性保護膜１０５を被着させ、電極パッド１０３の接続に必要な部分のみに窓部１３４を設けることにより、ダイシング時の水の影響を防止するようにしていた。
【０００７】
ここで、弾性表面波素子１１０の振動特性は電極膜の厚みや保護膜１０５の厚みによって変化することから、圧電基板の状態で所望の特性が得られたかどうかを確認し、周波数調整や選別をする必要がある。それ故、圧電基板上に多数の弾性表面波素子のパターンを一括形成した状態で、各素子の周波数特性をチェックする必要がある。これはウェーハプロービングと呼ばれる工程で、電極パッドに測定プローブ針を押しつけて特性チェックを行う。
【０００８】
リチウムタンタレートや水晶などの圧電基板を用いた弾性表面波素子では、通常電極パッドは測定プローブのコンタクト部とワイヤボンディングなどによる接続部を兼用したものが用いられているが、ＬＢＯ基板を用いた弾性表面波素子でも基本的にこの構造が採用されてきた。
【０００９】
他の電極パッドの構成としては、高周波の弾性表面波素子用で、特性上の要求から、ワイヤボンディング用の電極パッドと測定プローブコンタクト用の電極パッドを分離した位置に設けたものが示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平７−１６２２５９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したウェーハプロービングでは、図５に示すようにプローブ針の尖端を、保護膜１０５の上から電極パッド１０３に向かって強く押しつけるため、電極膜に傷が入り、プローブ痕１４０が残る。図５（ｂ）は圧電基板上の電極パッド部の断面図であり、図５（ａ）は電極パッド部のみの上面図である。プローブ痕１４０ではＬＢＯ基板が微視的に露出することがあり、次工程のダイシングで冷却水が浸入すると、電極パッド１０３とＬＢＯ基板との密着性が喪失される。従って、ダイシング工程で剥離したり、セラミックパッケージや配線基板への接続においてワイヤボンディングできなくなる不都合があり、たとえボンディングできたとしても、ワイヤの接合強度が不足していた。
【００１２】
また、ウェーハプロービングを行った後に局所的な保護膜を形成することも考えられるが、その場合、弾性表面波素子の加工コストを増大させる原因になる。
【００１３】
そこで上記の特開平７−１６２２５９号公報に記載の電極パッドの接続部とコンタクト部を十分に離れた位置に形成することも考えられるが、その場合、ＬＢＯ基板の大型化につながり、ひいては弾性表面波素子のコストアップにもつながるという不都合があった。
【００１４】
本発明は上述の課題に鑑み案出されたもので、その目的は、ＬＢＯ基板の電極パッドにウェーハプロービングを施してもダイシング時の水の影響をコンタクト部のみに止め、接続部における電極剥離を発生させることがなく、また防水保護膜形成などの煩雑な工程を伴なうことなく、小型で安価な弾性表面波素子を作成し、接続信頼性の高い弾性表面波装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の弾性表面波装置は、四ホウ酸リチウムから成る圧電基板の一主面に振動電極と該振動電極に電気的に接続された電極パッドとが被着されている弾性表面波素子を、前記電極パッドに接続材を介して電気的に接続される配線導体を有した配線基板上に搭載してなる弾性表面波装置において、前記弾性表面波素子の電極パッドは、前記接続材の接続部に窓部を有した保護膜で被覆されているとともに、該保護膜の被覆領域に測定プローブを接触させるコンタクト部が設けられており、該コンタクト部及び前記接続部間に両者を電気的に接続する導通領域を残しつつ両者を区画するスリットが形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
【作用】
本発明は、ＬＢＯ基板上に形成された電極膜と、ＬＢＯ基板上に形成された保護膜の境界に水が介在した場合の影響が全く違うという知見に基づいてなされたものであり、従来の弾性表面波装置においては電極膜の下に浸入した水が容易に広がり密着強度の低下につながっていたのに対し、本発明の弾性表面波装置においては保護膜の下で水分が広がることは殆どないため、電極膜のコンタクト部及び接続部間に適当な幅のスリットを入れておくことにより、コンタクト部を介して内部に浸入した水分が接続部にまで及ばないようにブロックすることができる。
【００１７】
またこの場合、コンタクト部及び接続部間には両者を電気的に接続する導通領域が残されており、この部分を経由して水が浸入することがあるものの、ワイヤボンディング接続部まで十分な距離が確保できるように複数のスリットをいれて経路を長くすることで実使用上の問題をなくすことができる。
【００１８】
従って、電極パッドを最小限のコンタクト部と接続部の大きさで決まる大きさに抑えることができるとともに、小型で安価な圧電基板を得ることができ、またダイシング工程も通常の簡素な工程で製造されることから、安価な弾性表面波素子を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の弾性表面波装置を弾性表面波共振器に適用した実施形態において用いられる弾性表面波素子の平面図、図２は図１の弾性表面波素子の断面図である。同図に示す弾性表面波素子１０は、圧電基板１の主面上に、振動電極２と、振動電極２に電気的に接続された電極パッド３とをパターン形成し、これらを保護膜５で被覆した構造を有している。
【００２０】
振動電極２と電極パッド３は、アルミニウムもしくはアルミニウムを主成分とする合金から成る薄膜電極であり、振動電極２は中央部に櫛歯状電極を対向配置させてなるＩＤＴ電極２１と、その両側の反射器電極２２から構成される。ＩＤＴ電極２１の上辺に引き出された電極は弾性表面波素子１０の左上に引き出されて電極パッド３に接続されている。ＩＤＴ電極２１の下辺に引き出されたバスバー電極２３は反射器電極２２，２２を経由して弾性表面波素子１０の右上に引き出された電極パッド３に接続されている。
【００２１】
前記圧電基板１は、四ホウ酸リチウムと呼ばれる圧電性の単結晶材料から成り、その主面上に設けられている振動電極２に接続された電極パッド３，３間に信号電圧が印加されると、ＩＤＴ電極２１を構成する各櫛歯状電極間で圧電振動が発生し、圧電基板１の音速と櫛歯状電極ピッチなどで決まる共振周波数を持った振動が発生し、弾性表面波素子として機能する。いくつかの共振子を組合せたフィルタ回路などであっても同様である。
【００２２】
また、前記電極パッド３は、回路基板との接続性を向上させるために、複数の材料を積層して構成することが好ましい。接続部３２には、導電性接着剤やＡｕバンプ，金属細線等を介して回路基板の電極（図示せず）と電気的に接続される。高密度実装のためには、例えば半田バンプによるフリップチップ実装が好ましい。また、接続部３２に半田バンプを形成するためには、アルミニウム等から成る電極パターン上にクロム、ニッケル等の半田の拡散を抑制する金属によるバリア層を形成し、更にその上に白金、金等の酸化されにくく半田ぬれ性の良好な金属を薄く被着させておけば、そのボンディング性を良好となすことができる。
【００２３】
この電極パッド３は接続部３２とスリット部３３とコンタクト部３１とから成っており、コンタクト部３１と接続部３２とを接続する電極パターンは間に入ったスリット部３３を迂回する形の蛇行パターンを介して接続されている。
【００２４】
図３（ａ）は電極パッド部を拡大して示すもので、図３（ｂ）はその断面図である。ウェーハプロービングを行った後にはコンタクト部３１にプローブ痕４０が残る。この部分は電極膜が押されるだけで下地の圧電基板１が露出しない場合もあるが、通常はプローブの針状の尖端により傷つけられて圧電基板１が露出する。
【００２５】
このような状態で圧電母基板をダイシングにより切断する際に、冷却水がプローブ痕４０から浸入する。図３（ｂ）にその様子を示している。プローブ痕４０の底では、圧電基板１と電極パッドのコンタクト部３１との間に剥離が始まっている。この剥離は電極パッド３の接続部３２に向かって広がるが、スリット３３により中断される。スリット部分には保護膜５が圧電基板１に密着しており、その界面に水が広がることはない。すなわちプローブ痕４０から開始された剥離は、コンタクト部３１を横切り、スリット部３３により蛇行した経路を経て接続部３２に進行する。
【００２６】
コンタクト部と接続部の直線距離に比べて経路長が２〜５倍になるようにスリットを入れることで通常剥離の問題を回避することができる。スリットの幅は５０μ以上あれば十分である。
【００２７】
なお、接続部３２のほぼ中央部に設けられた窓部３４を除く圧電基板１の全面にわたって保護膜５が被着されている。
【００２８】
前記保護膜５は、酸化珪素や窒化珪素等の電気的絶縁材料によって形成され、膜厚は０．０５μｍ〜０．３μｍ程度の薄膜で形成されており、振動電極２や電極パッド３や、ＬＢＯ基板からなる圧電基板１の表面をダイシング中の冷却水から守るとともに、金属粉などの導電性異物等の付着による短絡不良の発生を有効に防止する作用を有する。
【００２９】
図４に他の実施形態を示す。
いずれも弾性表面波素子の電極パッド部を示し、図４（ａ）はコンタクト部３１を略コの字型に囲んだスリット３３であり、コンタクト部３１と接続部３２をつなぐ電極パターンはミアンダ状の長い経路を有している。また、図４（ｂ）は、渦巻き状のスリット３３を入れることにより、コンタクト部３１から渦巻き状のつなぎ電極パターンを経由して接続部３２に接続されている。
【００３０】
図４（ａ）（ｂ）ともにコンタクト部３１と接続部３２の間には電極パターンが存在しない領域があり、その表面は保護膜５で覆われておりＬＢＯ基板との界面に水の影響が広がることはない。
【００３１】
次に図１、図２を用いて本発明の弾性表面波素子１０の製造方法について説明する。まず、ＬＢＯ基板からなるウェーハを洗浄し、そのウェーハにリフトオフ法によりアルミニウム薄膜から成る振動電極２と電極パッド３を形成する。
【００３２】
次に、振動電極２、電極パッド３上に従来周知のスパッタリング法により保護膜５を形成し、更に、保護膜５の上にレジスト（図示せず）を塗布形成する。このレジストは保護膜５上の全面を覆うように従来周知のスピンコート法により、約１．５μｍの厚みに形成し、材料としてはノボラック系樹脂のポジ型レジストが用いられる。
【００３３】
次に、電極パッド３の窓部３４上のレジストを露光して変質させる。この場合、電極パッド３の窓部３４上にあるレジストの部分のみに選択的に露光させるようにフォトマスク（図示せず）により調整する。次に、現像工程によって、その露光部のみを溶剤にて除去する。これにより、窓部３４上に対応した保護膜５の一部が露出することになる。なお、この溶剤としては有機アルカリ系現像液が用いられる。その後、レジストが除去されて露出した保護膜５を従来周知の反応性イオンエッチング法により除去する。これにより、電極パッド３の窓部３４が形成されることになる。その後、レジストを剥離して保護膜５が形成される。
【００３４】
その後、ウェーハプロービングによりウェーハ全体の弾性表面波素子１０の周波数分布を測定し、それによりウェーハを周波数範囲毎にランク分けする。その後、周波数範囲毎にランク分けされたウェーハをスパッタ成膜により周波数調整を行い、ウェーハ工程は完了する。次に上述したウェーハをダイシングして弾性表面波素子１０が完成する。
【００３５】
ここで、本発明における特徴的な点は、電極パッド３にコンタクト部３１、接続部３２、スリット３３を設け、ウェーハプロービングをコンタクト部３１で実施することにある。
【００３６】
これにより、コンタクト部３１と接続部３２の間には電極パターンが存在しない領域が設けられ、コンタクト部３１から広がった水の影響を、接続部３２まで及ばないようにできる。従って、ＬＢＯ基板で問題となっていたウェーハ工程での水による影響を回避することができ、その後のダイシング、素子組み立て工程においても問題なく製造することができる。
【００３７】
かくして本発明によれば、接続部３２と圧電基板１との間に水等が入り込むのを抑制することができ、接続部３２と圧電基板１との接合強度を低下させることがなく、また、接続部３２と圧電基板１との界面を露出させることなく、保護膜５を形成できる。よって、ワイヤボンディングや半田バンプ形成に最適な電極パッド３を有した弾性表面波素子１０を提供することができる。
【００３８】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更・改良などが可能である。
【００３９】
例えば、上述の実施形態においては、本発明を弾性表面波共振器に適用した例について説明したが、それ以外にも、トランスバーサル型、ラダー型、共振子型などの弾性表面波フィルタ、あるいはデュプレクサ等の他の弾性表面波装置にも本発明が適用可能であることは言うまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、電極膜にコンタクト部と接続部とを区画する適当な幅のスリットを入れておくことにより、コンタクト部を介して浸入した水が接続部にまで及ばないようにブロックすることができる。
【００４１】
またこの場合、コンタクト部及び接続部間には両者を電気的に接続する導通領域が残されており、この部分を経由して水が浸入することがあるものの、ワイヤボンディング接続部まで十分な距離が確保できるように複数のスリットをいれて経路を長くすることで実使用上の問題をなくすことができる。
【００４２】
従って、電極パッドを最小限のコンタクト部と接続部の大きさで決まる大きさに抑えることができるとともに、小型で安価な圧電基板を得ることができ、またダイシング工程も通常の簡素な工程で製造されることから、安価な弾性表面波素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の弾性表面波装置を弾性表面波共振器に適用した実施形態において用いられる弾性表面波素子の平面図である。
【図２】図１の弾性表面波素子の断面図である。
【図３】（ａ）は図１の弾性表面波素子の電極パッド形状を模式的に示す要部拡大図、（ｂ）は図２の要部拡大図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る弾性表面波装置に用いられる弾性表面波素子の電極パッド形状を模式的に示す平面図である。
【図５】（ａ）は従来の弾性表面波素子の電極パッド形状を模式的に示す平面図、（ｂ）は従来の弾性表面波素子の拡大断面図である。
【図６】従来の弾性表面波装置の断面図である。
【符号の説明】
１０：弾性表面波素子
１：圧電基板
２：振動電極
２１：ＩＤＴ電極
２２：反射器電極
２３：バスバー電極
３：電極パッド
３１：コンタクト部
３２：接続部
３３：スリット
３４：窓部
４０：プローブ痕
５：保護膜

Claims (1)

1. 四ホウ酸リチウムから成る圧電基板の一主面に振動電極と該振動電極に電気的に接続された電極パッドとが被着されている弾性表面波素子を、前記電極パッドに接続材を介して電気的に接続される配線導体を有した配線基板上に搭載してなる弾性表面波装置において、
   前記弾性表面波素子の電極パッドは、前記接続材の接続部に窓部を有した保護膜で被覆されているとともに、該保護膜の被覆領域に測定プローブを接触させるコンタクト部が設けられており、該コンタクト部及び前記接続部間に両者を電気的に接続する導通領域を残しつつ両者を区画するスリットが形成されていることを特徴とする弾性表面波装置。

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