JP2004297619A - 弾性表面波装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＩＤＴ電極の静電破壊を防止し、小型で信頼性に優れた弾性表面波装置を提供する。
【解決手段】圧電基板の一方主面に複数のＩＤＴ電極３１、３２及びアース電位となる電極を形成した弾性表面波素子１０を、回路基板に実装して成る弾性表面波装置において、前記ＩＤＴ電極３１，３２の一対の櫛歯状電極同士を、ドナーまたはアクセプタと成る不純物を含有した半導体からなる抵抗体４０を介して電気的に接続する。
【選択図】図１
【解決手段】圧電基板の一方主面に複数のＩＤＴ電極３１、３２及びアース電位となる電極を形成した弾性表面波素子１０を、回路基板に実装して成る弾性表面波装置において、前記ＩＤＴ電極３１，３２の一対の櫛歯状電極同士を、ドナーまたはアクセプタと成る不純物を含有した半導体からなる抵抗体４０を介して電気的に接続する。
【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弾性表面波装置に関し、詳しくは、ＩＤＴ電極の放電破壊を防止する構造に特徴を有する弾性表面波装置に関する。
【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が、従来の弾性表面波装置においては、圧電基板の有する焦電性により、急激な温度変化にさらされるとＩＤＴ電極で放電破壊が発生し、電気特性が劣化するという問題があった。このため、ＩＤＴ電極の放電破壊を防止する為に今日まで様々な改良が加えられて来た。
【０００３】
従来の放電破壊防止対策が施された弾性表面波装置としては、例えばＩＤＴ電極を形成する一対の櫛歯状電極を、抵抗体を介して接続する構造の物が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図９は特許文献１で開示されている従来の弾性表面波装置に用いられる弾性表面波素子の電極構造を模式的に示す平面図である。
【０００５】
図９において、弾性表面波素子４００は、圧電基板４０１上に、入力側インターデジタルトランスデューサー（ＩＤＴ）電極４０２ａ、出力側ＩＤＴ電極４０２ｂ、入出力ＩＤＴ電極間の誘導をキャンセルする為のシールド電極４０３、吸音材４０４、ＩＤＴ電極を形成する一対の櫛歯状電極どうしを静電的に短絡する為の薄膜抵抗体４０５が形成されている。薄膜抵抗体４０５の材料にはＴａ−ＳｉＯ２やＮｂ−ＳｉＯ２などを混合焼結したものが用いられる。
【０００６】
上述した弾性表面波素子４００では、薄膜抵抗体４０５によって対向する櫛歯状電極どうしが短絡されている。その為、焦電効果によってＩＤＴ電極上に誘起された電荷により、対向する櫛歯状電極間で放電破壊が発生するのを防ぐことができる。
【０００７】
また、ＩＤＴ電極を構成する一対の櫛歯状電極どうしを短絡させる抵抗体として金属酸化物を利用する方法も開示されている。（例えば、特許文献２参照）
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２６０９９４号公報 （図４）
【０００９】
【特許文献２】
特開２０００−１８３６８０号公報 （図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の弾性表面波装置は、以下の問題を有していた。
【００１１】
まず、小型化及び高信頼性化が困難なことである。
【００１２】
放電破壊を防止するために形成する抵抗リンクの抵抗値としては、特公平５−５９６０９号公報等により１ｋΩ〜１０００ＧΩが良いとされている。しかし、抵抗リンクによる電気特性の劣化を防止するためには、通常動作時に抵抗リンクを通って流れる電流を低く抑える必要があり、抵抗値は有る程度大きい方が望ましい
特許文献１では、薄膜抵抗体材料としてＴａ−ＳｉＯ２やＮｂ−ＳｉＯ２などを混合焼結した物が用いられていたが、それらの比抵抗値は２００ｍΩ・ｃｍ程度以下と小さいため、大きな抵抗値を得るためにはある程度の長さが必要であった。例えば１ＭΩの抵抗値を得る為には、厚み０．５μｍ、幅１００μｍとすると２５ｍｍもの長さが必要となる。近年のＧＨｚ帯で使用される弾性表面波フィルタ等に用いられる弾性表面波素子の大きさは縦横とも１ｍｍ程度であるが、上記抵抗体を形成する為にはその２５倍程度の面積が必要になり、弾性表面波素子が著しく大型化してしまう。
【００１３】
抵抗体を小型化するために厚みと幅を最大限に小さくし、例えば厚み０．５μｍ、幅１μｍとすると、長さは２５０μｍになり小型化は達成される。しかし、このような細長い形状の抵抗体では、電流が流れた時の発熱による温度上昇などにより断線しやすくなる。リフロー時など３００℃ぐらいに加熱された時に、焦電効果により電荷が誘起されて抵抗体に大きな電流が流れると、発熱して更に温度が上昇することになり、抵抗自身が断線する可能性が高くなる。抵抗体の断線が起これば、焦電効果により誘起された電荷を逃がす手段が無くなるため、それ以後の温度変化によりＩＤＴ電極が放電破壊を起こすことを防止できなくなる。また、薄膜抵抗体材料自身の耐熱性にも問題があることが特許文献１において示されており、温度が上昇すると急激に酸化が進むなど、信頼性に問題があった。
【００１４】
さらに、特許文献２で開示された弾性表面波装置においては、金属酸化物層を数ｎｍと非常に薄く形成する必要があり、金属酸化物層の電気特性が不安定であるという問題があった。この問題に対して特許文献２においては、複数の金属酸化物層を直列接続する対策を開示しているが、問題が発生する確率を減らすことしかできず、根本的な解決策は見いだせなかった。
【００１５】
本発明は上述の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、小型で且つ信頼性の高い弾性表面波装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決する為に、本発明の弾性表面波装置は、圧電基板の一方主面に、多数の電極指を有した一対の櫛歯状電極を、一方の櫛歯状電極の電極指間に他方の櫛歯状電極の電極指が位置するようにして対向配置させた複数のＩＤＴ電極とアース電位となる電極とを形成した弾性表面波素子を、回路基板に実装して成る弾性表面波装置において、前記ＩＤＴ電極の一対の櫛歯状電極同士が、ドナーまたはアクセプタと成る不純物を含有した半導体を介して電気的に接続されていることを特徴とするものである。この半導体が抵抗体となる。
【００１７】
また、本発明の弾性表面波装置は、前記半導体がシリコンであることを特徴とするものである。
【００１８】
更に、本発明の弾性表面波装置は、前記不純物がＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂの少なくとも一つを含むことを特徴とするものである。
【００１９】
また更に、本発明の弾性表面波装置は、前記ＩＤＴ電極の一対の櫛歯状電極間の抵抗値が、３０ＭΩ以下とされていることを特徴とするものである。
【００２０】
更にまた、本発明の弾性表面波装置は、前記ＩＤＴ電極の信号側電位となる櫛歯状電極と、アース電位となる電極との間の抵抗値が、２ｋΩ以上３０ＭΩ以下とされていることを特徴とするものである。
【００２１】
そして、本発明の弾性表面波装置は、前記ＩＤＴ電極の信号側電位となる櫛歯状電極と、アース電位となる電極との間の抵抗値が、２０ｋΩ以上３０ＭΩ以下とされていることを特徴とするものである。
【００２２】
【作用】
本発明によれば、ＩＤＴ電極の一対の櫛歯状電極同士が、ドナーまたはアクセプタと成る不純物を含有した半導体からなる抵抗体を介して電気的に接続されている。ＩＤＴ電極の一対の櫛歯状電極同士が抵抗体を介して電気的に接続されているので、急激な温度変化等により焦電効果で発生した電荷が抵抗体を介して移動し、一対の櫛歯状電極の間に放電破壊を引き起こすような大きな電位差が生じるのを防ぐ為、ＩＤＴ電極の放電破壊を防止することができる。また、抵抗体がドナーまたはアクセプタと成る不純物を含有した半導体とされている為、不純物の含有量によって抵抗率を任意にコントロールすることが可能となり、適切な抵抗率とすることによって、抵抗体の形状を小型且つ無理のないものとすることができる。これによって抵抗体の焼損などの不具合発生を防止でき、小型で信頼性の高い弾性表面波装置が実現できる。
【００２３】
また、本発明によれば、半導体がシリコンとされている。シリコン単体の比抵抗は常温で約３０００Ω・ｍと充分に高い為、不純物の含有量の変化によって広い範囲の抵抗率を容易に得ることができる。また、シリコンは安定性が高く、圧電基板への接合性も優れている為、弾性表面波装置の信頼性を高めることができる。また、シリコン膜は蒸着やスパッタなどの方法により、精度良く且つ簡便に形成することができるため、信頼性の高い弾性表面波装置を低コストで製造することができる。
【００２４】
更に、本発明によれば、不純物がＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂの少なくとも一つを含むとされている。これらの元素はシリコンに対する固溶限界が高いので多量にドープすることができる。また、４価のシリコンに対して３価もしくは５価である為、ドープする不純物として好適に用いることが用いることができる。これによって広い範囲の抵抗率を容易に得ることができる。
【００２５】
また更に、本発明によれば、ＩＤＴ電極の一対の櫛歯状電極間の抵抗値が、３０ＭΩ以下とされているので、放電破壊の発生を確実に防止できる。
【００２６】
更にまた、本発明によれば、ＩＤＴ電極の信号側電位となる櫛歯状電極と、アース電位となる電極との間の抵抗値が、２ｋΩ以上３０ＭΩ以下とされているので、放電破壊の発生を確実に防止しつつ、弾性表面波装置の電気特性の悪化を許容できる範囲に抑えることができる。
【００２７】
そして、本発明によれば、ＩＤＴ電極の信号側電位となる櫛歯状電極と、アース電位となる電極との間の抵抗値が、２０ｋΩ以上３０ＭΩ以下とされているので、弾性表面波装置の電気特性を悪化させることなく、放電破壊の発生を確実に防止することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１〜図５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に用いる弾性表面波素子の一実施形態を模式的に示す平面図、図２は本発明の弾性表面波装置の全体構造を模式的に示す断面図、図３は図１に示された弾性表面波素子の電気的等価回路示す図、図４及び図５は本発明の他の実施形態の弾性表面波装置に用いる弾性表面波素子を模式的に示す平面図である。図において、１は弾性表面波装置であり、１０は弾性表面波素子であり、７０は回路基板である。
【００２９】
まずは図１〜図３を用いて本発明の弾性表面波装置の第１実施形態について説明する。
【００３０】
弾性表面波素子１０は、例えばタンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム単結晶、四ホウ酸リチウム単結晶などの圧電性の単結晶から成る圧電基板２０と、基板２０の一方主面上に形成され、且つ弾性表面波を用いて機能する各種電極３０と、同じく圧電基板２０の一方主面に形成される抵抗体４０とから構成されている。
【００３１】
各種電極３０はアルミニウム若しくはアルミニウムを主成分とする合金などからなり、図１に示すように、弾性表面波を励振するＩＤＴ電極３１、３２、弾性表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極の両側に配置される反射器電極３３、３４、ＩＤＴ電極に電気的に接続される入出力パッド電極３５、３６、アース電位に接続される接地用環状電極３７、さらに、各電極を接続する接続電極３８などが例示できる。
【００３２】
ＩＤＴ電極３１は、帯状の共通電極と該共通電極に対し直交する方向に延びる複数の電極指とで形成されている櫛歯状電極３１ａ、３１ｂを、互いの電極指がかみ合うように対向配置してなる。そして、弾性表面波の伝搬方向に沿って配置される一対の反射器電極３３ａ、３３ｂ、及びその間に配置されたＩＤＴ電極３１により、一端子対共振器３０１が形成されている。
【００３３】
同様に、ＩＤＴ電極３２は対向配置された一対の櫛歯状電極３２ａ、３２ｂより成り、弾性表面波の伝搬方向に沿って配置される一対の反射器電極３４ａ、３４ｂ、及びその間に配置されたＩＤＴ電極３２により、一端子対共振器３０２が形成されている。
そして、入力パッド電極３５と出力パッド電極３６の間に直列に接続された一端子対共振器３０１と、入出力間とＧＮＤとの間に接続された一端子対共振器３０２とで、ラダー型フィルタが構成されている（図３参照）。
【００３４】
図１において、櫛歯状電極３１ａは入力パッド電極３５に接続されており、櫛歯状電極３１ｂは接続電極３８を介して出力パッド電極３６に接続されているため、どちらの櫛歯状電極も信号側電位となるが、櫛歯状電極３１ａは入力パッド電極３５，接続電極３８、抵抗体４０（各箇所に分けて符号を４０ａ、４０ｂ、４０ｃと付す）を介して接地用環状電極３７に電気的に接続されており、櫛歯状電極３１ｂも接続電極３８、出力パッド電極３６、抵抗体４０ｄ、４０ｅ、４０ｆを介して接地用環状電極３７に電気的に接続されている。よって、櫛歯状電極３１ａと櫛歯状電極３１ｂとの間も、抵抗体４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆを介して電気的に接続されることとなる。
【００３５】
また、櫛歯状電極３２ａは接続電極３８を介して出力パッド電極３６と接続されるため信号電位となり、櫛歯状電極３２ｂは反射器電極３４ｂと接続電極３８を介して接地用環状電極３７に接続されるためアース電位となるが、櫛歯状電極３２ａは接続電極３８、出力パッド電極３６、抵抗体４０ｄ、４０ｅ、４０ｆを介して接地用環状電極３７に電気的に接続されているため、櫛歯状電極３２ａと櫛歯状電極３２ｂとの間も、抵抗体４０ｄ、４０ｅ、４０ｆを介して電気的に接続されることとなる。
【００３６】
このように、ＩＤＴ電極の一対の櫛歯状電極同士が抵抗体を介して電気的に接続されているので、急激な温度変化等が生じた時に焦電効果によって発生する電荷が、電荷によって生じる電位差を打ち消すように抵抗体を介して移動する。これによって、一対の櫛歯状電極の間に放電破壊を引き起こすような大きな電位差が生じるのが防がれ、ＩＤＴ電極の放電破壊を防止することができる。
【００３７】
また、本実施形態の弾性表面波素子においては、一対の櫛歯状電極間のみならず、反射器電極も含めた全ての電極の間が、直接もしくは抵抗体を介して電気的に接続されている。よって、例えばＩＤＴ電極と反射器電極との間のような、あらゆる電極間の放電破壊を防止することができる。
【００３８】
更に、弾性表面波装置の使用状態においては、接地用環状電極はアース電位に接続される。全ての電極は接地用環状電極を介して、また、更には抵抗体を介してアース電位に接続される為、焦電効果によって発生した電荷を速やかにアースへ逃がすことができ、温度変化に対して安定で信頼性の高い弾性表面波装置とすることができる。
【００３９】
また、抵抗体４０ａ〜４０ｆはＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ等の不純物を含有したシリコンなどの半導体としてある為、不純物の含有率によって抵抗体の抵抗率を所望の値にコントロール可能となり、抵抗体４０ａ〜４０ｆの形状を小型且つ無理のないものとすることができ、小型且つ信頼性の高い弾性表面波装置とすることができる。
【００４０】
また、半導体材料は温度が上昇すると比抵抗が小さくなる性質がある。よって急激な温度上昇が生じても、抵抗体の抵抗値が小さくなり、焦電効果により発生した電荷を速やかに移動させることができる。また、抵抗体に大きな電流が流れて抵抗体の温度が更に上昇しても、抵抗体の抵抗値が更に下がり発熱を抑えるため、抵抗体の過度の温度上昇を防ぎ、抵抗体の断線などの不具合発生を防止できる。
【００４１】
抵抗体の４０の抵抗値は、高すぎるとＩＤＴ電極の放電破壊を防ぐ効果が低くなり、小さすぎると弾性表面波装置の電気特性が劣化してしまうため、弾性表面波装置に要求される電気特性に応じて適切に設定する必要がある。
【００４２】
まず、放電破壊防止の観点からみると、ＩＤＴ電極の一対の対向する櫛歯状電極間の抵抗値を３０ＭΩ以下とすることによって、櫛歯状電極間の放電破壊を確実に防止することができる。
【００４３】
また、電気特性の観点から見ると、信号側電位となる電極とアース電位となる電極との間の抵抗値を２ｋΩ以上とすることによって、アース電位側に漏れる信号を許容範囲内に抑えることができ、電気特性の劣化を実用上問題ないレベルとすることができる。
【００４４】
更に、信号側電位となる電極とアース電位となる電極との間の抵抗値を２０ｋΩ以上とすることによって、アース電位側に漏れる信号を無視できるレベルに抑えることができ、電気特性の劣化を無くすことができる。
【００４５】
入出力パッド電極３５、３６と接地用環状電極３７の上には、図２に示すように導体膜５０が形成される。また、圧電基板２０の一方主面には、導体膜５０を露出するように、保護膜６０が形成されている。
【００４６】
以上のように構成した弾性表面波素子１０を、弾性表面波素子１０の一方主面に形成された導体膜５０と、回路基板７０の実装面に形成された接続電極８０とを、半田バンプ９０を介して接続する。これにより、弾性表面波素子１０と回路基板７０とが電気的かつ機械的に接続される。同時に、弾性表面波素子１０の一方主面と、回路基板の実装面との間の間隙が気密封止される。
【００４７】
図２では省略しているが、回路基板７０の底面には外部端子電極が形成されており、外部端子電極と各接続電極８０とは、回路基板７０の表面や内部に形成された配線パターンを介して電気的に接続されている。
【００４８】
そして、弾性表面波素子１０の他方主面及び周囲面に樹脂１００が形成され、弾性表面波素子１０の損傷を防止している。尚、回路基板７０の表面と各種電極３０の表面との間隔は、弾性表面波素子１０で発生する弾性表面波の波長以上の長さに設定され、振動空間が確保されている。
【００４９】
図４は本発明の第２実施形態の弾性表面波装置における、弾性表面波素子１０の電極構造を模式的に示す平面図である。
【００５０】
この弾性表面波素子１０には接地用環状電極が形成されていないが、第１実施形態の弾性表面波素子と同様に、ＩＤＴ電極３１と反射器電極３３ａ、３３ｂにより一端子対共振器３０１が形成され、ＩＤＴ電極３２と反射器電極３４ａ、３４ｂにより一端子対共振器３０２が形成され、この二つの一端子対共振器３０１、３０２によってラダー型フィルタが構成されている。
【００５１】
図４において、入力パッド電極３５に接続されて信号側電位となる櫛歯状電極３１ａと、接続電極３８を介して出力パッド電極３６に接続されて信号側電位となる櫛歯状電極３１ｂとは、接続電極３８、反射器電極３３ａ、３３ｂ、抵抗体４０ａ、４０ｂ、入力パッド電極３５を介して電気的に接続されている。
【００５２】
同様に、接続電極３８を介して出力パッド電極３６に接続されて信号側電位となる櫛歯状電極３２ａと、アース用パッド電極３９に接続されてアース電位となる櫛歯状電極３２ｂとは、接続電極３８、出力パッド電極３６、アース用パッド電極３９、抵抗体４０ｄ、４０ｅを介して電気的に接続されている。
【００５３】
更に、全ての電極が、直接あるいは抵抗体４０を介して電気的に接続されており、全ての電極間の放電破壊が防止されている。
【００５４】
図５は本発明の第３実施形態の弾性表面波装置における、弾性表面波素子１０の電極構造を模式的に示す平面図である。
【００５５】
この弾性表面波素子１０においては、反射器電極３３ａ、３３ｂとその間に配置されたＩＤＴ電極により一端子対共振器３０１が形成され、反射器電極３３ｃ、３３ｄとその間に配置された複数のＩＤＴ電極により二重モード弾性表面波フィルタ３０３が形成されている。そして、一端子対共振器３０１と二重モード弾性表面波フィルタ３０３とが、入力パッド電極３５と出力パッド電極３６との間にカスケード接続されている。
【００５６】
図５においても、対向する一対の櫛歯状電極の間が抵抗体４０を介して電気的に接続されており、櫛歯状電極間の放電破壊が防止されている。更に、反射器電極を含む全ての電極の間が、直接あるいは抵抗体４０を介して電気的に接続されており、全ての電極間の放電破壊が防止されている。
【００５７】
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。
【００５８】
上記実施形態では、シリコンにドープする不純物として有効なものに、Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂを例示したが、例えば、Ｔｌ、Ｂｉ、Ｎ、Ｌｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｓｎ、等の他の元素を用いても構わない。
【００５９】
また、上記実施形態においては、全ての電極の間を、直接あるいは抵抗体４０を介して電気的に接続する構成としたが、場合によっては必ずしもそうする必要はない。
【００６０】
更に、上記実施形態では、平板上の回路基板に弾性表面波素子を実装する例を示したが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば、上面が開口した筺体状容器の内底面に弾性表面波素子を実装し、容器の上面を蓋体で気密封止しても構わない。
【００６１】
また更に、第２実施形態の弾性表面波素子１０は、回路基板にフェイスダウンでフリップチップ実装しても良いし、フェイスアップで回路基板に実装してワイヤボンディングを行っても構わない。
【００６２】
更にまた、上記実施形態以外にも、トランスバーサルフィルタ等の他の種類の弾性表面波フィルタや、共振器、デュプレクサ等の他の弾性表面波装置についても、ＩＤＴ電極を有するものであれば、本発明を適用できることはいうまでもない。
【００６３】
【実施例】
次に、本発明に係る弾性表面波装置を作製した実施例について説明する。
【００６４】
図６に弾性表面波素子の製造プロセスを示す。なお、製造にはステッパー（縮小投影露光機）及びＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置を用いフォトリソグラフィーを行った。
【００６５】
（１）圧電基板２０（タンタル酸リチウム単結晶の３８．７°Ｙカット）にアセトン・ＩＰＡ等を使用して超音波洗浄を施し、有機成分の除去を行った。次に、クリーンオーブンによって充分に基板乾燥を行った後、圧電基板２０の一方主面に電極（最終的に各種電極３０となる導体で，便宜上電極３０と付す）の成膜を行った。電極３０の成膜にはスパッタリング装置を使用し、Ａｌ−Ｃｕ（Ｃｕ１重量％）合金から成る電極３０を成膜した。この電極膜厚は約２０００Åとした。
【００６６】
また、圧電基板２０の他方主面にも、抵抗体４０を形成する前のＩＤＴ電極３０ａの放電破壊を防止する目的で、同様に電極（図示せず）の成膜を行った。
【００６７】
（２）レジスト１１０を約０．６μｍの厚みにスピンコートした。
【００６８】
（３）ステッパーにより所望形状にパターン化して、現像装置にて不要部分のレジスト１１０をアルカリ現像液で溶解させ、所望レジストパターンを形成した。
【００６９】
（４）ＲＩＥ装置によりＡｌ−Ｃｕ電極３０のエッチングを行った。
【００７０】
（５）レジスト１１０を剥離し、Ａｌ−Ｃｕ電極３０のパターニングを終了した（図６（ａ）を参照）。
【００７１】
（６）ＳｉＯ２から成る保護膜６０をＣＶＤ装置にて２００Åの厚みに成膜した（図６（ｂ）を参照）。
【００７２】
（７）レジスト１１０を約８μｍ全面に再度塗布し、抵抗体４０を形成する部分のレジスト１１０を感光させ削除した。（図６（ｃ）を参照）
（８）抵抗体４０を形成する部分のＳｉＯ２保護膜６０をＣＤＥにより除去した（図６（ｄ）を参照）。
【００７３】
（９）後に抵抗体４０となるシリコン膜４０を７５００Åの厚さで形成した。成膜にはスパッタ装置を使用し、ターゲットにはＢをドープしたシリコンを用いた。Ｂのドープ量は成膜後の抵抗体４０の抵抗率が１〜１００Ω・ｍとなるように決定し、抵抗体４０の形状が小型で無理のない形状となるようにした。また、シリコン膜４０の厚みを、各種電極３０の厚みである２０００Åよりも充分に大きい７５００Åとすることにより、各種電極３０と抵抗体４０との電気的接続を確実なものとした（図６（ｅ）を参照）。
【００７４】
（１０）レジスト１１０とともにレジスト上のシリコン膜４０をリフトオフにより除去し、抵抗体４０を形成した。（図６（ｆ）を参照）。
【００７５】
（１１）レジスト１１０を約８μｍの厚さで全面に再度塗布し、入出力パッド電極３５、３６と接地用環状電極３７の上の、導体膜５０を形成する部分のレジスト１１０を感光させ削除した（図６（ｇ）を参照）。
【００７６】
（１２）導体膜５０を形成する部分のＳｉＯ２保護膜６０をＣＤＥにより除去した（図６（ｈ）を参照）。
【００７７】
（１３）Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕをこの順序でそれぞれ１００Å、１００００Å、２０００Åの厚みにスパッタにて成膜し、導体膜５０を形成した（図６（ｉ）を参照）。
【００７８】
（１４）レジスト１１０とともにレジスト上の導体膜５０をリフトオフにより除去し、導体膜５０のパターンニングを完了した。（図６（ｊ）を参照）。
【００７９】
（１５）ウエハをダイシングラインに沿ってダイシングし、チップごとに分割して弾性表面波素子を完成させた。チップサイズは１．１×１．３ｍｍとした。
【００８０】
次に実装について説明する。
【００８１】
（１６）完成した弾性表面波素子１０を、ガラスセラミックスから成る回路基板７０にフェースダウン実装した（図２を参照）。まず、回路基板７０の、入出力パッド電極３５、３６及び接地用環状電極３７に対応する部分に形成された接続電極８０上に半田バンプ９０を形成し、その上に弾性表面波素子１０をフェイスダウンで搭載して超音波を加えて熱圧着し、その後２４０℃でリフローを行って気密封止した。その後エポキシ系の樹脂を、真空印刷機を用いて印刷し、１００℃１時間＋１５０℃３時間の条件で硬化させた。最後に基板を各装置の形状にダイシングして各装置に分割して弾性表面波装置を完成させた。
【００８２】
このようにして得られる弾性表面波装置に対してヒートサイクル試験を行い、ＩＤＴ電極３０ａの放電破壊に対する効果を検証した。試験方法としては、低温側―４０℃、高温側＋８５℃、キープ時間３０分、遷移時間２分とし、１０サイクル行った。
【００８３】
抵抗体４０の形状、数、接続方法を変えて対向する一対の櫛歯状電極間の抵抗値を変化させたサンプルを作成し、上記条件のヒートサイクル試験により放電破壊防止効果を検証した結果、対向する一対の櫛歯状電極間の抵抗値を３０ＭΩ以下とすることにより、確実に放電破壊を防止できることが判った。ちなみに、抵抗体の形状を図７に示すような形状とすることにより、一個の抵抗体で３７ＭΩ程度の抵抗値が得られ、無理のない形状で適当な値の抵抗値を有する抵抗体を得ることができた。
【００８４】
次に、抵抗体４０の形状、数、接続方法を変えて信号電位の電極とアース電位の電極との間の抵抗値を変化させ、弾性表面波装置（フィルタ）の電気特性（挿入損失）の変化を調べた。その結果を表１並びに図８に示す。
【００８５】
【表１】
【００８６】
表１及び図８から明らかなように、信号電位の電極とアース電位の電極との間の抵抗値を２０ｋΩ以上とすれば、弾性表面波装置の電気特性が変化しないことが判った（２０ｋΩで挿入損失が０．０１ｄＢ変化しているが、これは測定誤差の範囲内であり、実質的には変化していないと考えられる）。また、信号電位の電極とアース電位の電極との間の抵抗値を２ｋΩ以上とすれば、挿入損失の劣化を０．２ｄＢ以内に抑えられることが明らかとなった。一般的に弾性表面波装置を使用するセットメーカーにおいては、挿入損失に０．２ｄＢの差異があると、明らかに特性に差があると判断する。よって、信号電位の電極とアース電位の電極との間の抵抗値を２ｋΩ以上とすれば、弾性表面波装置の電気特性の変化を許容できるレベルに抑えることが出来る。
【００８７】
尚、本実施例では半導体材料にシリコンを使用したが、シリコンに限らず他の半導体材料を使用しても構わない。また、シリコンにドープする不純物としてＢを使用したが、他の元素を使用しても構わない。
【００８８】
また、回路基板７０をガラスセラミックス基板としたが、アルミナなどの他のセラミックス基板、またはガラスエポキシ基板等の樹脂基板でもかまわない。また、電極をＡｌ−Ｃｕ合金から成る電極としたが、ＮｉやＴｉ等他の材料を使用してもよいことはもちろんである。また、保護膜６０は、酸化シリコン以外に窒化シリコンなどの絶縁性材料を用いても良い。また、エポキシ樹脂の印刷を真空印刷機で行ったが、大気圧中で印刷を行い、その後真空脱泡しても構わない。
【００８９】
【発明の効果】
本発明によれば、ＩＤＴ電極の一対の櫛歯状電極同士が抵抗体を介して電気的に接続されているので、ＩＤＴ電極の放電破壊を防止することができる。また、抵抗体がドナーまたはアクセプタと成る不純物を含有した半導体とされている為、抵抗体の形状を小型且つ無理のないものとすることができ、小型で信頼性の高い弾性表面波装置が実現できる。
【００９０】
また、本発明によれば、半導体がシリコンとされているため、信頼性の高い弾性表面波装置を低コストで製造することができる。
【００９１】
更に、本発明によれば、不純物がＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂの少なくとも一つを含むとされているので、広い範囲の所望の抵抗率を容易に得ることができる。
【００９２】
また更に、本発明によれば、ＩＤＴ電極の一対の櫛歯状電極間の抵抗値が、３０ＭΩ以下とされているので、放電破壊の発生を確実に防止できる。
【００９３】
更にまた、本発明によれば、ＩＤＴ電極の信号側電位となる櫛歯状電極と、アース電位となる電極との間の抵抗値が、２ｋΩ以上３０ＭΩ以下とされているので、放電破壊の発生を確実に防止しつつ、弾性表面波装置の電気特性の悪化を許容できる範囲に抑えることができる。
【００９４】
そして、本発明によれば、ＩＤＴ電極の信号側電位となる櫛歯状電極と、アース電位となる電極との間の抵抗値が、２０ｋΩ以上３０ＭΩ以下とされているので、弾性表面波装置の電気特性を悪化させることなく、放電破壊の発生を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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構造を模式的に示す平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る弾性表面波装置の全体構造を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る弾性表面波装置の電気的等価回路を示す図である。
【図４】本発明の第２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構造を模式的に示す平面図である。
【図５】本発明の第３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構造を模式的に示す平面図である。
【図６】（ａ）〜（ｊ）は、それぞれ本発明の第１実施形態に係る弾性表面波装置における弾性表面波素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施例において形成した抵抗体の構造の一例を模式的に示す平面図である。
【図８】本発明の実施例の弾性表面波装置における、信号電位となる電極とアース電位となる電極との間の抵抗値と、挿入損失の関係を示す特性図である。
【図９】従来の弾性表面波装置に用いられる弾性表面波素子の電極構造を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１０：弾性表面波素子
３１、３２： ＩＤＴ電極
３３、３４：反射器電極
３５、３６：入出力パッド電極
３７：接地用環状電極
３８：接続電極
３９：アース用パッド電極
４０：抵抗体
６０：保護膜
７０：回路基板
８０：接続電極
９０：バンプ
１００：樹脂
【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弾性表面波装置に関し、詳しくは、ＩＤＴ電極の放電破壊を防止する構造に特徴を有する弾性表面波装置に関する。
【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が、従来の弾性表面波装置においては、圧電基板の有する焦電性により、急激な温度変化にさらされるとＩＤＴ電極で放電破壊が発生し、電気特性が劣化するという問題があった。このため、ＩＤＴ電極の放電破壊を防止する為に今日まで様々な改良が加えられて来た。
【０００３】
従来の放電破壊防止対策が施された弾性表面波装置としては、例えばＩＤＴ電極を形成する一対の櫛歯状電極を、抵抗体を介して接続する構造の物が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図９は特許文献１で開示されている従来の弾性表面波装置に用いられる弾性表面波素子の電極構造を模式的に示す平面図である。
【０００５】
図９において、弾性表面波素子４００は、圧電基板４０１上に、入力側インターデジタルトランスデューサー（ＩＤＴ）電極４０２ａ、出力側ＩＤＴ電極４０２ｂ、入出力ＩＤＴ電極間の誘導をキャンセルする為のシールド電極４０３、吸音材４０４、ＩＤＴ電極を形成する一対の櫛歯状電極どうしを静電的に短絡する為の薄膜抵抗体４０５が形成されている。薄膜抵抗体４０５の材料にはＴａ−ＳｉＯ２やＮｂ−ＳｉＯ２などを混合焼結したものが用いられる。
【０００６】
上述した弾性表面波素子４００では、薄膜抵抗体４０５によって対向する櫛歯状電極どうしが短絡されている。その為、焦電効果によってＩＤＴ電極上に誘起された電荷により、対向する櫛歯状電極間で放電破壊が発生するのを防ぐことができる。
【０００７】
また、ＩＤＴ電極を構成する一対の櫛歯状電極どうしを短絡させる抵抗体として金属酸化物を利用する方法も開示されている。（例えば、特許文献２参照）
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２６０９９４号公報 （図４）
【０００９】
【特許文献２】
特開２０００−１８３６８０号公報 （図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の弾性表面波装置は、以下の問題を有していた。
【００１１】
まず、小型化及び高信頼性化が困難なことである。
【００１２】
放電破壊を防止するために形成する抵抗リンクの抵抗値としては、特公平５−５９６０９号公報等により１ｋΩ〜１０００ＧΩが良いとされている。しかし、抵抗リンクによる電気特性の劣化を防止するためには、通常動作時に抵抗リンクを通って流れる電流を低く抑える必要があり、抵抗値は有る程度大きい方が望ましい
特許文献１では、薄膜抵抗体材料としてＴａ−ＳｉＯ２やＮｂ−ＳｉＯ２などを混合焼結した物が用いられていたが、それらの比抵抗値は２００ｍΩ・ｃｍ程度以下と小さいため、大きな抵抗値を得るためにはある程度の長さが必要であった。例えば１ＭΩの抵抗値を得る為には、厚み０．５μｍ、幅１００μｍとすると２５ｍｍもの長さが必要となる。近年のＧＨｚ帯で使用される弾性表面波フィルタ等に用いられる弾性表面波素子の大きさは縦横とも１ｍｍ程度であるが、上記抵抗体を形成する為にはその２５倍程度の面積が必要になり、弾性表面波素子が著しく大型化してしまう。
【００１３】
抵抗体を小型化するために厚みと幅を最大限に小さくし、例えば厚み０．５μｍ、幅１μｍとすると、長さは２５０μｍになり小型化は達成される。しかし、このような細長い形状の抵抗体では、電流が流れた時の発熱による温度上昇などにより断線しやすくなる。リフロー時など３００℃ぐらいに加熱された時に、焦電効果により電荷が誘起されて抵抗体に大きな電流が流れると、発熱して更に温度が上昇することになり、抵抗自身が断線する可能性が高くなる。抵抗体の断線が起これば、焦電効果により誘起された電荷を逃がす手段が無くなるため、それ以後の温度変化によりＩＤＴ電極が放電破壊を起こすことを防止できなくなる。また、薄膜抵抗体材料自身の耐熱性にも問題があることが特許文献１において示されており、温度が上昇すると急激に酸化が進むなど、信頼性に問題があった。
【００１４】
さらに、特許文献２で開示された弾性表面波装置においては、金属酸化物層を数ｎｍと非常に薄く形成する必要があり、金属酸化物層の電気特性が不安定であるという問題があった。この問題に対して特許文献２においては、複数の金属酸化物層を直列接続する対策を開示しているが、問題が発生する確率を減らすことしかできず、根本的な解決策は見いだせなかった。
【００１５】
本発明は上述の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、小型で且つ信頼性の高い弾性表面波装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決する為に、本発明の弾性表面波装置は、圧電基板の一方主面に、多数の電極指を有した一対の櫛歯状電極を、一方の櫛歯状電極の電極指間に他方の櫛歯状電極の電極指が位置するようにして対向配置させた複数のＩＤＴ電極とアース電位となる電極とを形成した弾性表面波素子を、回路基板に実装して成る弾性表面波装置において、前記ＩＤＴ電極の一対の櫛歯状電極同士が、ドナーまたはアクセプタと成る不純物を含有した半導体を介して電気的に接続されていることを特徴とするものである。この半導体が抵抗体となる。
【００１７】
また、本発明の弾性表面波装置は、前記半導体がシリコンであることを特徴とするものである。
【００１８】
更に、本発明の弾性表面波装置は、前記不純物がＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂの少なくとも一つを含むことを特徴とするものである。
【００１９】
また更に、本発明の弾性表面波装置は、前記ＩＤＴ電極の一対の櫛歯状電極間の抵抗値が、３０ＭΩ以下とされていることを特徴とするものである。
【００２０】
更にまた、本発明の弾性表面波装置は、前記ＩＤＴ電極の信号側電位となる櫛歯状電極と、アース電位となる電極との間の抵抗値が、２ｋΩ以上３０ＭΩ以下とされていることを特徴とするものである。
【００２１】
そして、本発明の弾性表面波装置は、前記ＩＤＴ電極の信号側電位となる櫛歯状電極と、アース電位となる電極との間の抵抗値が、２０ｋΩ以上３０ＭΩ以下とされていることを特徴とするものである。
【００２２】
【作用】
本発明によれば、ＩＤＴ電極の一対の櫛歯状電極同士が、ドナーまたはアクセプタと成る不純物を含有した半導体からなる抵抗体を介して電気的に接続されている。ＩＤＴ電極の一対の櫛歯状電極同士が抵抗体を介して電気的に接続されているので、急激な温度変化等により焦電効果で発生した電荷が抵抗体を介して移動し、一対の櫛歯状電極の間に放電破壊を引き起こすような大きな電位差が生じるのを防ぐ為、ＩＤＴ電極の放電破壊を防止することができる。また、抵抗体がドナーまたはアクセプタと成る不純物を含有した半導体とされている為、不純物の含有量によって抵抗率を任意にコントロールすることが可能となり、適切な抵抗率とすることによって、抵抗体の形状を小型且つ無理のないものとすることができる。これによって抵抗体の焼損などの不具合発生を防止でき、小型で信頼性の高い弾性表面波装置が実現できる。
【００２３】
また、本発明によれば、半導体がシリコンとされている。シリコン単体の比抵抗は常温で約３０００Ω・ｍと充分に高い為、不純物の含有量の変化によって広い範囲の抵抗率を容易に得ることができる。また、シリコンは安定性が高く、圧電基板への接合性も優れている為、弾性表面波装置の信頼性を高めることができる。また、シリコン膜は蒸着やスパッタなどの方法により、精度良く且つ簡便に形成することができるため、信頼性の高い弾性表面波装置を低コストで製造することができる。
【００２４】
更に、本発明によれば、不純物がＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂの少なくとも一つを含むとされている。これらの元素はシリコンに対する固溶限界が高いので多量にドープすることができる。また、４価のシリコンに対して３価もしくは５価である為、ドープする不純物として好適に用いることが用いることができる。これによって広い範囲の抵抗率を容易に得ることができる。
【００２５】
また更に、本発明によれば、ＩＤＴ電極の一対の櫛歯状電極間の抵抗値が、３０ＭΩ以下とされているので、放電破壊の発生を確実に防止できる。
【００２６】
更にまた、本発明によれば、ＩＤＴ電極の信号側電位となる櫛歯状電極と、アース電位となる電極との間の抵抗値が、２ｋΩ以上３０ＭΩ以下とされているので、放電破壊の発生を確実に防止しつつ、弾性表面波装置の電気特性の悪化を許容できる範囲に抑えることができる。
【００２７】
そして、本発明によれば、ＩＤＴ電極の信号側電位となる櫛歯状電極と、アース電位となる電極との間の抵抗値が、２０ｋΩ以上３０ＭΩ以下とされているので、弾性表面波装置の電気特性を悪化させることなく、放電破壊の発生を確実に防止することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１〜図５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に用いる弾性表面波素子の一実施形態を模式的に示す平面図、図２は本発明の弾性表面波装置の全体構造を模式的に示す断面図、図３は図１に示された弾性表面波素子の電気的等価回路示す図、図４及び図５は本発明の他の実施形態の弾性表面波装置に用いる弾性表面波素子を模式的に示す平面図である。図において、１は弾性表面波装置であり、１０は弾性表面波素子であり、７０は回路基板である。
【００２９】
まずは図１〜図３を用いて本発明の弾性表面波装置の第１実施形態について説明する。
【００３０】
弾性表面波素子１０は、例えばタンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム単結晶、四ホウ酸リチウム単結晶などの圧電性の単結晶から成る圧電基板２０と、基板２０の一方主面上に形成され、且つ弾性表面波を用いて機能する各種電極３０と、同じく圧電基板２０の一方主面に形成される抵抗体４０とから構成されている。
【００３１】
各種電極３０はアルミニウム若しくはアルミニウムを主成分とする合金などからなり、図１に示すように、弾性表面波を励振するＩＤＴ電極３１、３２、弾性表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極の両側に配置される反射器電極３３、３４、ＩＤＴ電極に電気的に接続される入出力パッド電極３５、３６、アース電位に接続される接地用環状電極３７、さらに、各電極を接続する接続電極３８などが例示できる。
【００３２】
ＩＤＴ電極３１は、帯状の共通電極と該共通電極に対し直交する方向に延びる複数の電極指とで形成されている櫛歯状電極３１ａ、３１ｂを、互いの電極指がかみ合うように対向配置してなる。そして、弾性表面波の伝搬方向に沿って配置される一対の反射器電極３３ａ、３３ｂ、及びその間に配置されたＩＤＴ電極３１により、一端子対共振器３０１が形成されている。
【００３３】
同様に、ＩＤＴ電極３２は対向配置された一対の櫛歯状電極３２ａ、３２ｂより成り、弾性表面波の伝搬方向に沿って配置される一対の反射器電極３４ａ、３４ｂ、及びその間に配置されたＩＤＴ電極３２により、一端子対共振器３０２が形成されている。
そして、入力パッド電極３５と出力パッド電極３６の間に直列に接続された一端子対共振器３０１と、入出力間とＧＮＤとの間に接続された一端子対共振器３０２とで、ラダー型フィルタが構成されている（図３参照）。
【００３４】
図１において、櫛歯状電極３１ａは入力パッド電極３５に接続されており、櫛歯状電極３１ｂは接続電極３８を介して出力パッド電極３６に接続されているため、どちらの櫛歯状電極も信号側電位となるが、櫛歯状電極３１ａは入力パッド電極３５，接続電極３８、抵抗体４０（各箇所に分けて符号を４０ａ、４０ｂ、４０ｃと付す）を介して接地用環状電極３７に電気的に接続されており、櫛歯状電極３１ｂも接続電極３８、出力パッド電極３６、抵抗体４０ｄ、４０ｅ、４０ｆを介して接地用環状電極３７に電気的に接続されている。よって、櫛歯状電極３１ａと櫛歯状電極３１ｂとの間も、抵抗体４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆを介して電気的に接続されることとなる。
【００３５】
また、櫛歯状電極３２ａは接続電極３８を介して出力パッド電極３６と接続されるため信号電位となり、櫛歯状電極３２ｂは反射器電極３４ｂと接続電極３８を介して接地用環状電極３７に接続されるためアース電位となるが、櫛歯状電極３２ａは接続電極３８、出力パッド電極３６、抵抗体４０ｄ、４０ｅ、４０ｆを介して接地用環状電極３７に電気的に接続されているため、櫛歯状電極３２ａと櫛歯状電極３２ｂとの間も、抵抗体４０ｄ、４０ｅ、４０ｆを介して電気的に接続されることとなる。
【００３６】
このように、ＩＤＴ電極の一対の櫛歯状電極同士が抵抗体を介して電気的に接続されているので、急激な温度変化等が生じた時に焦電効果によって発生する電荷が、電荷によって生じる電位差を打ち消すように抵抗体を介して移動する。これによって、一対の櫛歯状電極の間に放電破壊を引き起こすような大きな電位差が生じるのが防がれ、ＩＤＴ電極の放電破壊を防止することができる。
【００３７】
また、本実施形態の弾性表面波素子においては、一対の櫛歯状電極間のみならず、反射器電極も含めた全ての電極の間が、直接もしくは抵抗体を介して電気的に接続されている。よって、例えばＩＤＴ電極と反射器電極との間のような、あらゆる電極間の放電破壊を防止することができる。
【００３８】
更に、弾性表面波装置の使用状態においては、接地用環状電極はアース電位に接続される。全ての電極は接地用環状電極を介して、また、更には抵抗体を介してアース電位に接続される為、焦電効果によって発生した電荷を速やかにアースへ逃がすことができ、温度変化に対して安定で信頼性の高い弾性表面波装置とすることができる。
【００３９】
また、抵抗体４０ａ〜４０ｆはＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ等の不純物を含有したシリコンなどの半導体としてある為、不純物の含有率によって抵抗体の抵抗率を所望の値にコントロール可能となり、抵抗体４０ａ〜４０ｆの形状を小型且つ無理のないものとすることができ、小型且つ信頼性の高い弾性表面波装置とすることができる。
【００４０】
また、半導体材料は温度が上昇すると比抵抗が小さくなる性質がある。よって急激な温度上昇が生じても、抵抗体の抵抗値が小さくなり、焦電効果により発生した電荷を速やかに移動させることができる。また、抵抗体に大きな電流が流れて抵抗体の温度が更に上昇しても、抵抗体の抵抗値が更に下がり発熱を抑えるため、抵抗体の過度の温度上昇を防ぎ、抵抗体の断線などの不具合発生を防止できる。
【００４１】
抵抗体の４０の抵抗値は、高すぎるとＩＤＴ電極の放電破壊を防ぐ効果が低くなり、小さすぎると弾性表面波装置の電気特性が劣化してしまうため、弾性表面波装置に要求される電気特性に応じて適切に設定する必要がある。
【００４２】
まず、放電破壊防止の観点からみると、ＩＤＴ電極の一対の対向する櫛歯状電極間の抵抗値を３０ＭΩ以下とすることによって、櫛歯状電極間の放電破壊を確実に防止することができる。
【００４３】
また、電気特性の観点から見ると、信号側電位となる電極とアース電位となる電極との間の抵抗値を２ｋΩ以上とすることによって、アース電位側に漏れる信号を許容範囲内に抑えることができ、電気特性の劣化を実用上問題ないレベルとすることができる。
【００４４】
更に、信号側電位となる電極とアース電位となる電極との間の抵抗値を２０ｋΩ以上とすることによって、アース電位側に漏れる信号を無視できるレベルに抑えることができ、電気特性の劣化を無くすことができる。
【００４５】
入出力パッド電極３５、３６と接地用環状電極３７の上には、図２に示すように導体膜５０が形成される。また、圧電基板２０の一方主面には、導体膜５０を露出するように、保護膜６０が形成されている。
【００４６】
以上のように構成した弾性表面波素子１０を、弾性表面波素子１０の一方主面に形成された導体膜５０と、回路基板７０の実装面に形成された接続電極８０とを、半田バンプ９０を介して接続する。これにより、弾性表面波素子１０と回路基板７０とが電気的かつ機械的に接続される。同時に、弾性表面波素子１０の一方主面と、回路基板の実装面との間の間隙が気密封止される。
【００４７】
図２では省略しているが、回路基板７０の底面には外部端子電極が形成されており、外部端子電極と各接続電極８０とは、回路基板７０の表面や内部に形成された配線パターンを介して電気的に接続されている。
【００４８】
そして、弾性表面波素子１０の他方主面及び周囲面に樹脂１００が形成され、弾性表面波素子１０の損傷を防止している。尚、回路基板７０の表面と各種電極３０の表面との間隔は、弾性表面波素子１０で発生する弾性表面波の波長以上の長さに設定され、振動空間が確保されている。
【００４９】
図４は本発明の第２実施形態の弾性表面波装置における、弾性表面波素子１０の電極構造を模式的に示す平面図である。
【００５０】
この弾性表面波素子１０には接地用環状電極が形成されていないが、第１実施形態の弾性表面波素子と同様に、ＩＤＴ電極３１と反射器電極３３ａ、３３ｂにより一端子対共振器３０１が形成され、ＩＤＴ電極３２と反射器電極３４ａ、３４ｂにより一端子対共振器３０２が形成され、この二つの一端子対共振器３０１、３０２によってラダー型フィルタが構成されている。
【００５１】
図４において、入力パッド電極３５に接続されて信号側電位となる櫛歯状電極３１ａと、接続電極３８を介して出力パッド電極３６に接続されて信号側電位となる櫛歯状電極３１ｂとは、接続電極３８、反射器電極３３ａ、３３ｂ、抵抗体４０ａ、４０ｂ、入力パッド電極３５を介して電気的に接続されている。
【００５２】
同様に、接続電極３８を介して出力パッド電極３６に接続されて信号側電位となる櫛歯状電極３２ａと、アース用パッド電極３９に接続されてアース電位となる櫛歯状電極３２ｂとは、接続電極３８、出力パッド電極３６、アース用パッド電極３９、抵抗体４０ｄ、４０ｅを介して電気的に接続されている。
【００５３】
更に、全ての電極が、直接あるいは抵抗体４０を介して電気的に接続されており、全ての電極間の放電破壊が防止されている。
【００５４】
図５は本発明の第３実施形態の弾性表面波装置における、弾性表面波素子１０の電極構造を模式的に示す平面図である。
【００５５】
この弾性表面波素子１０においては、反射器電極３３ａ、３３ｂとその間に配置されたＩＤＴ電極により一端子対共振器３０１が形成され、反射器電極３３ｃ、３３ｄとその間に配置された複数のＩＤＴ電極により二重モード弾性表面波フィルタ３０３が形成されている。そして、一端子対共振器３０１と二重モード弾性表面波フィルタ３０３とが、入力パッド電極３５と出力パッド電極３６との間にカスケード接続されている。
【００５６】
図５においても、対向する一対の櫛歯状電極の間が抵抗体４０を介して電気的に接続されており、櫛歯状電極間の放電破壊が防止されている。更に、反射器電極を含む全ての電極の間が、直接あるいは抵抗体４０を介して電気的に接続されており、全ての電極間の放電破壊が防止されている。
【００５７】
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。
【００５８】
上記実施形態では、シリコンにドープする不純物として有効なものに、Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂを例示したが、例えば、Ｔｌ、Ｂｉ、Ｎ、Ｌｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｓｎ、等の他の元素を用いても構わない。
【００５９】
また、上記実施形態においては、全ての電極の間を、直接あるいは抵抗体４０を介して電気的に接続する構成としたが、場合によっては必ずしもそうする必要はない。
【００６０】
更に、上記実施形態では、平板上の回路基板に弾性表面波素子を実装する例を示したが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば、上面が開口した筺体状容器の内底面に弾性表面波素子を実装し、容器の上面を蓋体で気密封止しても構わない。
【００６１】
また更に、第２実施形態の弾性表面波素子１０は、回路基板にフェイスダウンでフリップチップ実装しても良いし、フェイスアップで回路基板に実装してワイヤボンディングを行っても構わない。
【００６２】
更にまた、上記実施形態以外にも、トランスバーサルフィルタ等の他の種類の弾性表面波フィルタや、共振器、デュプレクサ等の他の弾性表面波装置についても、ＩＤＴ電極を有するものであれば、本発明を適用できることはいうまでもない。
【００６３】
【実施例】
次に、本発明に係る弾性表面波装置を作製した実施例について説明する。
【００６４】
図６に弾性表面波素子の製造プロセスを示す。なお、製造にはステッパー（縮小投影露光機）及びＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置を用いフォトリソグラフィーを行った。
【００６５】
（１）圧電基板２０（タンタル酸リチウム単結晶の３８．７°Ｙカット）にアセトン・ＩＰＡ等を使用して超音波洗浄を施し、有機成分の除去を行った。次に、クリーンオーブンによって充分に基板乾燥を行った後、圧電基板２０の一方主面に電極（最終的に各種電極３０となる導体で，便宜上電極３０と付す）の成膜を行った。電極３０の成膜にはスパッタリング装置を使用し、Ａｌ−Ｃｕ（Ｃｕ１重量％）合金から成る電極３０を成膜した。この電極膜厚は約２０００Åとした。
【００６６】
また、圧電基板２０の他方主面にも、抵抗体４０を形成する前のＩＤＴ電極３０ａの放電破壊を防止する目的で、同様に電極（図示せず）の成膜を行った。
【００６７】
（２）レジスト１１０を約０．６μｍの厚みにスピンコートした。
【００６８】
（３）ステッパーにより所望形状にパターン化して、現像装置にて不要部分のレジスト１１０をアルカリ現像液で溶解させ、所望レジストパターンを形成した。
【００６９】
（４）ＲＩＥ装置によりＡｌ−Ｃｕ電極３０のエッチングを行った。
【００７０】
（５）レジスト１１０を剥離し、Ａｌ−Ｃｕ電極３０のパターニングを終了した（図６（ａ）を参照）。
【００７１】
（６）ＳｉＯ２から成る保護膜６０をＣＶＤ装置にて２００Åの厚みに成膜した（図６（ｂ）を参照）。
【００７２】
（７）レジスト１１０を約８μｍ全面に再度塗布し、抵抗体４０を形成する部分のレジスト１１０を感光させ削除した。（図６（ｃ）を参照）
（８）抵抗体４０を形成する部分のＳｉＯ２保護膜６０をＣＤＥにより除去した（図６（ｄ）を参照）。
【００７３】
（９）後に抵抗体４０となるシリコン膜４０を７５００Åの厚さで形成した。成膜にはスパッタ装置を使用し、ターゲットにはＢをドープしたシリコンを用いた。Ｂのドープ量は成膜後の抵抗体４０の抵抗率が１〜１００Ω・ｍとなるように決定し、抵抗体４０の形状が小型で無理のない形状となるようにした。また、シリコン膜４０の厚みを、各種電極３０の厚みである２０００Åよりも充分に大きい７５００Åとすることにより、各種電極３０と抵抗体４０との電気的接続を確実なものとした（図６（ｅ）を参照）。
【００７４】
（１０）レジスト１１０とともにレジスト上のシリコン膜４０をリフトオフにより除去し、抵抗体４０を形成した。（図６（ｆ）を参照）。
【００７５】
（１１）レジスト１１０を約８μｍの厚さで全面に再度塗布し、入出力パッド電極３５、３６と接地用環状電極３７の上の、導体膜５０を形成する部分のレジスト１１０を感光させ削除した（図６（ｇ）を参照）。
【００７６】
（１２）導体膜５０を形成する部分のＳｉＯ２保護膜６０をＣＤＥにより除去した（図６（ｈ）を参照）。
【００７７】
（１３）Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕをこの順序でそれぞれ１００Å、１００００Å、２０００Åの厚みにスパッタにて成膜し、導体膜５０を形成した（図６（ｉ）を参照）。
【００７８】
（１４）レジスト１１０とともにレジスト上の導体膜５０をリフトオフにより除去し、導体膜５０のパターンニングを完了した。（図６（ｊ）を参照）。
【００７９】
（１５）ウエハをダイシングラインに沿ってダイシングし、チップごとに分割して弾性表面波素子を完成させた。チップサイズは１．１×１．３ｍｍとした。
【００８０】
次に実装について説明する。
【００８１】
（１６）完成した弾性表面波素子１０を、ガラスセラミックスから成る回路基板７０にフェースダウン実装した（図２を参照）。まず、回路基板７０の、入出力パッド電極３５、３６及び接地用環状電極３７に対応する部分に形成された接続電極８０上に半田バンプ９０を形成し、その上に弾性表面波素子１０をフェイスダウンで搭載して超音波を加えて熱圧着し、その後２４０℃でリフローを行って気密封止した。その後エポキシ系の樹脂を、真空印刷機を用いて印刷し、１００℃１時間＋１５０℃３時間の条件で硬化させた。最後に基板を各装置の形状にダイシングして各装置に分割して弾性表面波装置を完成させた。
【００８２】
このようにして得られる弾性表面波装置に対してヒートサイクル試験を行い、ＩＤＴ電極３０ａの放電破壊に対する効果を検証した。試験方法としては、低温側―４０℃、高温側＋８５℃、キープ時間３０分、遷移時間２分とし、１０サイクル行った。
【００８３】
抵抗体４０の形状、数、接続方法を変えて対向する一対の櫛歯状電極間の抵抗値を変化させたサンプルを作成し、上記条件のヒートサイクル試験により放電破壊防止効果を検証した結果、対向する一対の櫛歯状電極間の抵抗値を３０ＭΩ以下とすることにより、確実に放電破壊を防止できることが判った。ちなみに、抵抗体の形状を図７に示すような形状とすることにより、一個の抵抗体で３７ＭΩ程度の抵抗値が得られ、無理のない形状で適当な値の抵抗値を有する抵抗体を得ることができた。
【００８４】
次に、抵抗体４０の形状、数、接続方法を変えて信号電位の電極とアース電位の電極との間の抵抗値を変化させ、弾性表面波装置（フィルタ）の電気特性（挿入損失）の変化を調べた。その結果を表１並びに図８に示す。
【００８５】
【表１】
表１及び図８から明らかなように、信号電位の電極とアース電位の電極との間の抵抗値を２０ｋΩ以上とすれば、弾性表面波装置の電気特性が変化しないことが判った（２０ｋΩで挿入損失が０．０１ｄＢ変化しているが、これは測定誤差の範囲内であり、実質的には変化していないと考えられる）。また、信号電位の電極とアース電位の電極との間の抵抗値を２ｋΩ以上とすれば、挿入損失の劣化を０．２ｄＢ以内に抑えられることが明らかとなった。一般的に弾性表面波装置を使用するセットメーカーにおいては、挿入損失に０．２ｄＢの差異があると、明らかに特性に差があると判断する。よって、信号電位の電極とアース電位の電極との間の抵抗値を２ｋΩ以上とすれば、弾性表面波装置の電気特性の変化を許容できるレベルに抑えることが出来る。
【００８７】
尚、本実施例では半導体材料にシリコンを使用したが、シリコンに限らず他の半導体材料を使用しても構わない。また、シリコンにドープする不純物としてＢを使用したが、他の元素を使用しても構わない。
【００８８】
また、回路基板７０をガラスセラミックス基板としたが、アルミナなどの他のセラミックス基板、またはガラスエポキシ基板等の樹脂基板でもかまわない。また、電極をＡｌ−Ｃｕ合金から成る電極としたが、ＮｉやＴｉ等他の材料を使用してもよいことはもちろんである。また、保護膜６０は、酸化シリコン以外に窒化シリコンなどの絶縁性材料を用いても良い。また、エポキシ樹脂の印刷を真空印刷機で行ったが、大気圧中で印刷を行い、その後真空脱泡しても構わない。
【００８９】
【発明の効果】
本発明によれば、ＩＤＴ電極の一対の櫛歯状電極同士が抵抗体を介して電気的に接続されているので、ＩＤＴ電極の放電破壊を防止することができる。また、抵抗体がドナーまたはアクセプタと成る不純物を含有した半導体とされている為、抵抗体の形状を小型且つ無理のないものとすることができ、小型で信頼性の高い弾性表面波装置が実現できる。
【００９０】
また、本発明によれば、半導体がシリコンとされているため、信頼性の高い弾性表面波装置を低コストで製造することができる。
【００９１】
更に、本発明によれば、不純物がＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂの少なくとも一つを含むとされているので、広い範囲の所望の抵抗率を容易に得ることができる。
【００９２】
また更に、本発明によれば、ＩＤＴ電極の一対の櫛歯状電極間の抵抗値が、３０ＭΩ以下とされているので、放電破壊の発生を確実に防止できる。
【００９３】
更にまた、本発明によれば、ＩＤＴ電極の信号側電位となる櫛歯状電極と、アース電位となる電極との間の抵抗値が、２ｋΩ以上３０ＭΩ以下とされているので、放電破壊の発生を確実に防止しつつ、弾性表面波装置の電気特性の悪化を許容できる範囲に抑えることができる。
【００９４】
そして、本発明によれば、ＩＤＴ電極の信号側電位となる櫛歯状電極と、アース電位となる電極との間の抵抗値が、２０ｋΩ以上３０ＭΩ以下とされているので、弾性表面波装置の電気特性を悪化させることなく、放電破壊の発生を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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構造を模式的に示す平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る弾性表面波装置の全体構造を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る弾性表面波装置の電気的等価回路を示す図である。
【図４】本発明の第２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構造を模式的に示す平面図である。
【図５】本発明の第３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構造を模式的に示す平面図である。
【図６】（ａ）〜（ｊ）は、それぞれ本発明の第１実施形態に係る弾性表面波装置における弾性表面波素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施例において形成した抵抗体の構造の一例を模式的に示す平面図である。
【図８】本発明の実施例の弾性表面波装置における、信号電位となる電極とアース電位となる電極との間の抵抗値と、挿入損失の関係を示す特性図である。
【図９】従来の弾性表面波装置に用いられる弾性表面波素子の電極構造を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１０：弾性表面波素子
３１、３２： ＩＤＴ電極
３３、３４：反射器電極
３５、３６：入出力パッド電極
３７：接地用環状電極
３８：接続電極
３９：アース用パッド電極
４０：抵抗体
６０：保護膜
７０：回路基板
８０：接続電極
９０：バンプ
１００：樹脂
Claims (6)
- 圧電基板の一方主面に、多数の電極指を有した一対の櫛歯状電極を、一方の櫛歯状電極の電極指間に他方の櫛歯状電極の電極指が位置するようにして対向配置させた複数のＩＤＴ電極とアース電位となる電極とを形成した弾性表面波素子を、回路基板に実装して成る弾性表面波装置において、
前記ＩＤＴ電極の一対の櫛歯状電極同士が、ドナーまたはアクセプタと成る不純物を含有した半導体を介して電気的に接続されていることを特徴とする弾性表面波装置。 - 前記半導体がシリコンであることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波装置。
- 前記不純物がＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載の弾性表面波装置。
- 前記ＩＤＴ電極の一対の櫛歯状電極間の抵抗値が、３０ＭΩ以下とされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の弾性表面波装置。
- 前記ＩＤＴ電極の信号側電位となる櫛歯状電極と、アース電位となる電極との間の抵抗値が、２ｋΩ以上３０ＭΩ以下と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弾性表面波装置。
- 前記ＩＤＴ電極の信号側電位となる櫛歯状電極と、アース電位となる電極との間の抵抗値が、２０ｋΩ以上３０ＭΩ以下と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弾性表面波装置。
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