JP2004364139A

JP2004364139A - 弾性表面波デバイス

Info

Publication number: JP2004364139A
Application number: JP2003162377A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Ikusaka; 芳則生坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】小型化および薄型化を図るのに適し、周波数調整を行うのに好適な弾性表面波デバイスを提供する。
【解決手段】弾性表面波共振子１４と、前記弾性表面波共振子１４のすだれ状電極が電気的に接続される外部電極２０を備えたパッケージベース１２と、前記パッケージベース１２と前記弾性表面波共振子１４との間に配設され、上面の周縁部が接合部材１６を介して前記弾性表面波共振子１４に接合された絶縁板１８と、前記絶縁板１８に設けられて前記すだれ状電極が接続され、前記弾性表面波共振子１４の共振周波数を調整するコンデンサおよび／またはコイルとを有する構成とした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は弾性表面波デバイスに係り、特に弾性表面波共振子の周波数調整を行うのに好適な弾性表面波デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波（ｓｕｒｆａｃｅａｃｏｕｓｔｉｃｗａｖｅ：以下、ＳＡＷという）共振子は、圧電基板上にすだれ状電極（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：以下、ＩＤＴという）、反射器および前記ＩＤＴに接続する引き出し電極を、アルミニウム等の金属材料により形成している。このＩＤＴ等が酸化されると周波数特性が変化するため、表面波伝搬面を不活性ガス中または真空中に気密保持した状態でＳＡＷデバイスを形成する必要がある。
【０００３】
このＳＡＷデバイスの形成は、次のように行われる。セラミック絶縁基板を複数積層させて箱型パッケージを形成し、このパッケージ内部にＳＡＷ共振子を接着剤により実装する。そして、このＳＡＷ共振子の引き出し電極と、パッケージに形成されたボンディングセカンド電極とをワイヤボンディングした後に、パッケージの上部へリッドをシーム溶接等により接合し、気密性を確保したＳＡＷデバイスを形成している。
【０００４】
また、箱型パッケージにＳＡＷ共振子を実装する方法として、フリップチップ実装方法がある。この方法は、ＳＡＷ共振子のＩＤＴが形成された面とパッケージとを対向させ、金バンプを用いて実装している。そして、パッケージの上部へリッドをシーム溶接等により接合し、気密性を確保したＳＡＷデバイスを形成している。
【０００５】
また、ＳＡＷデバイスに平面パッケージを使用した技術として特許文献１が挙げられる。この技術はＳＡＷ共振子のＩＤＴと表面波伝搬路とを囲むようにシリコーンゴムからなる環状部材を配設し、ＳＡＷ共振子のＩＤＴが形成された面と平面パッケージとを対向させて実装している。このとき、ＳＡＷ共振子を押圧すると、前記環状部材の接触面積が広くなり、気密機能を確保している。そして、ＩＤＴと平面パッケージとを半田により接合して、ＳＡＷデバイスを形成している。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−９０８８３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＳＡＷデバイスを形成するときは、ＳＡＷ共振子の周波数調整をパッケージに実装する前後どちらかで行っている。パッケージに実装する前に行われる周波数調整は、封止によりパッケージに生じる応力がＳＡＷ共振子に影響し、周波数シフトを生じる問題点がある。
【０００８】
また、パッケージに実装した後にドライエッチング等により周波数調整を行うと、正確な周波数調整を行うことができる。しかし、その後にパッケージの上部へリッドを接合すると、接合時に発生する応力、およびＳＡＷ共振子にかかる熱により周波数がシフトしてしまう問題点がある。この周波数シフトにより生じるＳＡＷ共振子の周波数のばらつきは約数ｐｐｍ〜２００ｐｐｍである。なお、ＳＡＷ共振子自体の周波数のばらつきは約２００〜１５００ｐｐｍである。
【０００９】
また、パッケージはＳＡＷ共振子を内部に実装する箱型のため、圧電デバイスのサイズが大きくなり小型化できない問題点があった。また、箱型パッケージはセラミック絶縁基板を複数積層させる構造のため、コストが高くなる問題点があった。
また、特許文献１に記載された技術は、ＳＡＷ共振子の表面波伝搬面を平面パッケージに環状部材を介して接合するため、接合による応力の影響を受けて周波数シフトを生じ、高精度なＳＡＷデバイスを得ることができない。
【００１０】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、ＳＡＷ共振子をパッケージに実装した後に、ＳＡＷ共振子の周波数調整を容易かつ正確に行え、周波数シフトのない弾性表面波デバイスを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の弾性表面波デバイスは、弾性表面波共振子と、前記弾性表面波共振子のすだれ状電極が電気的に接続される外部電極を備えたパッケージベースと、前記パッケージベースと前記弾性表面波共振子との間に配設され、上面の周縁部が接合部材を介して前記弾性表面波共振子に接合された絶縁板と、前記絶縁板に設けられて前記すだれ状電極が接続され、前記弾性表面波共振子の共振周波数を調整するコンデンサおよび／またはコイルと、を有することを特徴としている。
【００１２】
パッケージベースと弾性表面波共振子の線熱膨張係数が異なっているが、パッケージベースと弾性表面波共振子の間に絶縁板および接合部材を配設する構成なので応力を緩和することができる。これにより、応力の影響による弾性表面波共振子の周波数シフトをなくすことがきる。また、絶縁板に設けられたコンデンサまたはコイルにより弾性表面波共振子の周波数調整を行うことができる。
【００１３】
また、前記コンデンサまたはコイルは、キャパシタンスまたはインダクタンスを変化させる切断部を有する構成とできる。コンデンサに設けられた切断部を切断するとコンデンサのキャパシタンスを変化させることができる。また、コイルに設けられた切断部を切断するとコイルのインダクタンスを変化させることができる。キャパシタンスまたはインダクタンスを変化させることにより、弾性表面波共振子の周波数調整を行うことができる。
【００１４】
また、前記絶縁板は下面の周縁部が第２の接合部材を介して前記パッケージベースに接合してある構成とできる。これにより、弾性表面波デバイスの内部を気密封止することができる。
また、前記絶縁板は前記パッケージベースと同じ材質により形成してあり、前記パッケージベースと一体化してある構成とできる。これにより、弾性表面波デバイスを薄型化することができる。
【００１５】
また、前記弾性表面波共振子は透明な圧電材料からなり、前記コンデンサの少なくとも一方の電極または前記コイルは前記絶縁板の上面に形成してある構成とできる。弾性表面波共振子が透明なのでレーザ光を透過させることができる。このレーザ光は前記切断部を切断するときに用いられる。これにより、絶縁基板の上面に形成されたコンデンサまたはコイルの前記切断部を、弾性表面波共振子の上側からレーザ光を透過させて切断することができる。そして、弾性表面波共振子の周波数調整を行うことができる。
【００１６】
また、前記コンデンサの少なくとも一方の電極または前記コイルは前記絶縁板の下面に形成してあり、前記切断部を露出させる開口が設けられている構成とできる。これにより、パッケージベースの下面から電極を切断して、弾性表面波共振子の周波数調整を行うことができる。
また、前記接合部材は半田、金錫合金、または導電性接着剤のいずれかである構成とできる。この接合部材により弾性表面波デバイスの気密封止を行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る弾性表面波デバイスについて説明する。なお、以下に記載するものは本発明の実施形態の一態様にすぎず、本発明はこれに限定されるものでない。
最初に、第１の実施形態について説明する。図１ないし図３に第１の実施形態に係る弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスの説明図を示す。図１はＳＡＷデバイスの断面図、図２は前記ＳＡＷデバイスを分解した斜視図、図３はＳＡＷ共振子に形成されたすだれ状電極（ＩＤＴ）等と、絶縁板上に形成された電極との位置関係を説明する図である。なお、図２に記載した電極は形状を略して記載している。
【００１８】
第１の実施形態に係る弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス１０は、パッケージベース１２と弾性表面波（ＳＡＷ）共振子１４との間に接合部材１６を介して絶縁板１８を接合してなる構造である。パッケージベース１２の下面には外部電極２０が形成され、上面にはパッケージ側マウント電極２２が形成されている。この外部電極２０とパッケージ側マウント電極２２とはパッケージベース１２に設けたスルーホールを介して導通している。
【００１９】
パッケージベース１２の上側に、接合部材１６を介して樹脂製の絶縁板１８が接合されている。この絶縁板１８には上下面を電気的に接続する導通電極２４が設けられている。また、絶縁板１８の両面には電極２６が形成され、この電極２６は導通電極２４と導通するよう形成されている。図５（ａ）に記載の形状のコンデンサを使用する場合は、図１の導通電極２４を形成する必要があるが、コンデンサの形状によっては、形成する必要がない場合もある。そして、電極２６は導通部材２８を介してパッケージ側マウント電極２２と導通している。
【００２０】
この絶縁板１８の上側に接合部材１６を介してＳＡＷ共振子１４が接合している。このＳＡＷ共振子１４は透明な圧電材料、例えば水晶等からなり、圧電基板３０上にＩＤＴ３２、反射器３４および引き出し電極３６が形成されている。また、ＳＡＷ共振子１４は、ＩＤＴ３２および反射器３４が形成された表面波伝搬面を絶縁板１８側に向けて接合している。また、引き出し電極３６は導通部材２８を介して絶縁板１８に形成された電極２６と導通している。
【００２１】
絶縁板１８上に形成される電極２６はコンデンサである。この電極２６は絶縁板１８の両面に銅などの金属箔により形成され、絶縁板１８の上面と下面との電極２６が対になりコンデンサを構成している。このコンデンサはＳＡＷ共振子１４の共振周波数を調整するために設けられている。また、電極２６には、レーザ光を照射することにより電極２６を切断してコンデンサのキャパシタンスを調整する切断部３８が設けられている。なお、図３には、電極２６のそれぞれに１箇所の切断部３８を設けているが、複数の切断部３８を設ける構成にできる。この切断部３８は、ＳＡＷ共振子１４のＩＤＴ３２、反射器３４および引き出し電極３６と、上から見て重ならない位置に配置されるよう構成されている（図３（ｃ）参照）。
【００２２】
次に、第１の実施形態に係るＳＡＷデバイスの製造方法を説明する。図４に製造方法のフローを示す。まず、圧電ウエハ上にＩＤＴ３２、反射器３４および引き出し電極３６をスパッタ等の成膜により形成する（ステップ１１０）。このとき、引き出し電極３６が導通部材２８と接合する箇所をクロムメッキおよび金メッキを施して形成してもよい。また、樹脂製の絶縁板１８上に銅箔からなる電極２６を形成する（ステップ１２０）。前記樹脂にはポリイミドフィルムまたはポリエステルフィルムを用いればよい。また、絶縁板１８のかわりにセラミック絶縁基板を用いることもできる。このとき、前記セラミック絶縁基板に形成される電極２６はタングステンメタライズされ、このタングステン上にニッケルメッキおよび金メッキが施される。また、パッケージベース１２はセラミック絶縁基板からなる。このパッケージベース１２に形成される外部電極２０およびパッケージ側マウント電極２２は、厚膜印刷によりタングステン層が成膜された後、前記タングステン層の上部にニッケルメッキおよび金メッキを施すことにより形成される（ステップ１３０）。そして、前記圧電ウエハ、絶縁板およびパッケージベースを接合部材および導通部材を介して接合する（ステップ１４０）。この接合部材１６は半田、金−錫、金−パラジウムまたは樹脂接着剤からなり、導通部材２８は半田、金−錫、金−パラジウムまたは導電性接着剤からなる。
【００２３】
次に、接合した前記圧電ウエハ、絶縁板およびパッケージベースをダイシングまたはブレーキングにより切断して、ＳＡＷデバイス１０を形成する（ステップ１５０）。このＳＡＷデバイス１０は接合部材１６により気密封止されている。また、ＳＡＷデバイス１０を周波数調整するには、ＳＡＷ共振子１４の側からレーザ光を照射して電極２６の切断部３８を切断し、コンデンサのキャパシタンスを調整する（ステップ１６０）。
【００２４】
コンデンサのキャパシタンスは、例えばＳＡＷ共振子を２×１．８×０．３ｍｍ、パッケージベースを２×１．８×０．４ｍｍ、絶縁板を２×１．８×０．１ｍｍ、電極面積を１．６×１．２ｍｍの大きさにすると、０．０７６８Ｆになる。そして、３１２ＭＨｚで振動するＳＡＷ共振子１４は、コンデンサの電極２６をレーザ光により切断してキャパシタンスを調整すると、１ｐＦあたり５．６ｐｐｍの周波数が変化する。
【００２５】
また、上記の実施形態では、絶縁板１８に設けられる電極２６を両側に設ける構成として説明したが、片面のみに電極２６を設ける構成としてもよい。また、ＳＡＷ共振子１４の共振周波数の調整はコイルを用いて行うこともできる。また、ＳＡＷ共振子１４の共振周波数の調整を、コンデンサおよびコイルの両方を用いて行うこともできる。図５に絶縁板１８上に形成される電極構成の例を説明する図を示す。図５（ａ）は片面のみにコンデンサを構成する電極２６ａを示し、同図（ｂ）はコイルを構成する電極２６ｂを示している。絶縁板１８の片面のみでコンデンサを形成する場合は、切断部３８ａを有する櫛型の電極を向かい合わせて形成することができる。また、コイルを用いてＳＡＷ共振子１４の周波数を調整する場合は、コイルの巻き数に応じてインダクタンスが変化するので、コイルの巻き数を調整する切断部３８ｂを設ければよい。
【００２６】
コイルのインダクタンスは、例えばＳＡＷ共振子１４を２×１．８×０．３ｍｍ、パッケージベース１２を２×１．８×０．４ｍｍ、絶縁板１８を２×１．８×０．１ｍｍ、電極２６の面積を幅０．１×長さ１６．８×厚さ０．０２ｍｍとし、絶縁板１８の片面に電極２６を形成すると２０．６ｎＨとなり、絶縁板１８の両面に電極２６を形成すると４１．２ｎＨとなる。そして、３１２ＭＨｚで振動するＳＡＷ共振子１４は、コイルの電極２６をレーザ光により切断してインダクタスを調整すると、１ｎＨあたり１２．４ｐｐｍの周波数が変化する。
【００２７】
このような第１の実施形態によれば、ＳＡＷデバイス１０はパッケージベース１２とＳＡＷ共振子１４との間に接合部材１６を介して絶縁板１８を接合させてなる構成である。このＳＡＷデバイス１０を形成するときに、パッケージベース１２、絶縁板１８およびＳＡＷ共振子１４の導通と、接合部材１６による気密封止とを同時に行うことができる。また、パッケージベース１２はセラミック製であり、ＳＡＷ共振子１４は圧電材料なので、それぞれの線熱膨張係数が異なり応力を発生させるが、樹脂製の絶縁板１８が間に挿入されているので応力を緩和することができる。そして、絶縁板１８および接合部材１６の厚みを変えることにより応力も軽減させることができる。このような構成により、応力の影響による周波数シフトのないＳＡＷデバイス１０を形成することができる。
【００２８】
また、ＳＡＷ共振子１４の周波数調整は、ＳＡＷデバイス１０を形成した後にコンデンサおよび／またはコイルの電極２６を切断してキャパシタンスおよび／またはインダクタンスを変化させることにより行われる。このため、周波数調整を容易かつ正確に行うことができ、調整後に応力等の影響を受けないので、周波数のばらつきは０〜５０ｐｐｍの非常に低い値を得ることができる。
【００２９】
また、ＳＡＷデバイス１０の表面および側面を、スパッタリング、蒸着またはスプレーコートにより金属膜を成膜する、若しくは導通性のある樹脂被膜を形成する。そして、パッケージベース１２の下面に前記金属膜、若しくは前記樹脂被膜と導通する外部電極を形成し、この外部電極を接地させると、ＳＡＷデバイス１０のノイズを軽減することができる。
【００３０】
次に、第２の実施形態について説明する。図６に第２の実施形態に係るＳＡＷデバイスの断面図を示す。第２の実施形態では、第１の実施形態に係るＳＡＷデバイスとパッケージベースの形状が異なるのみで、他の部分の構成は同一である。このため、図面に記載する番号を第１の実施形態と同一にしている。また、第１の実施形態と構成が同じ個所は説明を略する。
【００３１】
図６（ａ）は絶縁板１８に形成された電極２６の切断部と対向する位置のパッケージベース１２に、パッケージベース１２を貫通する電極切断用穴５０が設けられている。この電極切断用穴５０は電極の切断部のそれぞれに対応して、電極２６を切断するレーザ光が通過できる大きさで設けられている。また、図６（ｂ）は絶縁板１８に形成された電極２６と対向する位置のパッケージベース１２が開口した、開口部５２が設けられている。
【００３２】
このような構成のＳＡＷデバイス１０では、電極切断用穴５０または開口部５２を介してレーザ光を照射し、電極２６の切断部を切断してＳＡＷ共振子１４の周波数を調整する。このため、ＳＡＷ共振子１４が不透明な圧電材質、例えばＬｉＴａＯ_３等の圧電基板を用いる場合でもパッケージベース１２側からＳＡＷ共振子１４の周波数調整を行うことができる。また、ＳＡＷ共振子１４の表面波伝搬面は絶縁板１８および接合部材１６で気密封止されているので、周波数特性が変化しない。
【００３３】
次に、第３の実施形態について説明する。図７に第３の実施形態に係るＳＡＷデバイスの断面図を示す。図７（ａ）のＳＡＷデバイス６０ａは、パッケージベース６２の内部にＳＡＷ共振子６４の周波数調整用の電極６６ａが設けられている。この電極６６ａはパッケージベース６２の下面に形成された外部電極６８と導通している。また、パッケージベース６２の上面にも周波数調整用の電極６６ｂが設けられ、この電極６６ｂとパッケージベース内部に設けられた電極６６ａとが導通電極６９を介して導通している。これらの電極６６ａ、６６ｂは第１の実施形態と同様にコンデンサおよび／またはコイルを形成し、周波数調整用の切断部（図示せず）を有している。また、パッケージベース６２には、下面から内部に設けられた電極６６ａの前記切断部へ電極切断用穴７０が設けられている。この電極切断用穴７０は、それぞれの前記切断部に対応して設けられている。このようなパッケージベース６２の上側に、表面波伝搬面をパッケージベース６２側に向けてＳＡＷ共振子６４が接合部材７２を介して接合している。ＳＡＷ共振子６４に形成されたＩＤＴの引き出し電極（図示せず）は導通部材７４を介してパッケージベース６２の上面に形成された電極６６ｂと接合している。なお、パッケージベース６２、電極６６ａ、６６ｂ、接合部材７２および導通部材７４の材質は第１の実施形態と同一である。
【００３４】
また、図７（ｂ）のＳＡＷデバイス６０ｂは、図７（ａ）のＳＡＷデバイス６０ａとパッケージベース６２の形状が異なるのみである。このため、図面に記載する番号を図７（ａ）と同一にしている。パッケージベース６２の内部にＳＡＷ共振子６４の周波数調整用の電極６６ａが設けられている。この電極６６ａの下部のパッケージベース６２が開口した、開口部８０が設けられている。
【００３５】
このような構成のＳＡＷデバイス６０ａ、６０ｂにおいて、ＳＡＷ共振子６４の周波数を調整する電極６６ａ、６６ｂの形状は、第１の実施形態の電極と同じ形状でよい。そして、電極６６ａ、６６ｂの周波数調整を行うときは、パッケージベース６２に設けられた電極切断用穴７０または開口部８０よりレーザ光を照射して電極６６ａ、６６ｂの前記切断部を切断し、コンデンサのキャパシタンスおよび／またはコイルのインダクタンスを調整すればよい。コンデンサのキャパシタンスは、例えばＳＡＷ共振子６４を２×１．８×０．３ｍｍ、パッケージベース６２を２×１．８×０．４ｍｍ、電極６６ａ、６６ｂの面積を１．６×１．２ｍｍとしたときに、０．１２１６Ｆとなる。そして、３１２ＭＨｚで振動するＳＡＷ共振子６４は、コンデンサの電極をレーザ光により切断してキャパシタンスを調整すると、１ｐＦあたり５．６ｐｐｍの周波数が変化する。
【００３６】
このような第３の実施形態によれば、周波数調整用の電極６６ａ、６６ｂを設けたパッケージベース６２の上部に、接合部材７２を介してＳＡＷ共振子６４を接合させてＳＡＷデバイス６０ａ、６０ｂを構成している。このＳＡＷデバイス６０ａ、６０ｂを形成するときに、ＳＡＷ共振子６４とパッケージベース６２との導通、および接合部材７２により気密封止を同時に行うことができる。また、ＳＡＷデバイス６０ａ、６０ｂは箱型パッケージをリッドにより封止する構成に比べ、小型化および薄型化を図ることができる。また、ＳＡＷ共振子６４の周波数調整は、ＳＡＷデバイス６０ａ，６０ｂを形成した後にコンデンサおよび／またはコイルの前記切断部を切断してキャパシタンスおよび／またはインダクタンスを変化させることにより行われる。このため、ＳＡＷ共振子６４の周波数特性を容易かつ正確に行うことができる。さらに、パッケージをリッドで封止する作業が必要ないので、応力や熱の影響を受けて周波数特性が変化することがない。なお、本実施の形態ではＳＡＷ共振子を用いて説明したが、他の実施の形態としてＳＡＷフィルタにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る弾性表面波デバイスの断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る弾性表面波デバイスの分解した斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係る弾性表面波デバイスのＩＤＴ等と電極との位置関係の説明図である。
【図４】第１の実施形態に係る弾性表面波デバイスの製造方法を説明するフローである。
【図５】絶縁板上に形成される電極構成の例の説明図である。
【図６】第２の実施形態に係る弾性表面波デバイスの断面図である。
【図７】第３の実施形態に係る弾性表面波デバイスの断面図である。
【符号の説明】
１０………弾性表面波デバイス、１２………パッケージベース、１４………弾性表面波共振子、１６………接合部材、１８………絶縁板、２６………電極、３８………切断部、５０………電極切断用穴、５２………開口部、６０ａ、６０ｂ………弾性表面波デバイス、６２………パッケージベース、６４………弾性表面波共振子、６６ａ，６６ｂ………電極、７０………電極切断用穴、８０………開口部。

Claims

弾性表面波共振子と、
前記弾性表面波共振子のすだれ状電極が電気的に接続される外部電極を備えたパッケージベースと、
前記パッケージベースと前記弾性表面波共振子との間に配設され、上面の周縁部が接合部材を介して前記弾性表面波共振子に接合された絶縁板と、
前記絶縁板に設けられて前記すだれ状電極が接続され、前記弾性表面波共振子の共振周波数を調整するコンデンサおよび／またはコイルと、
を有することを特徴とする弾性表面波デバイス。
前記コンデンサまたはコイルは、キャパシタンスまたはインダクタンスを変化させる切断部を有することを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
前記絶縁板は下面の周縁部が第２の接合部材を介して前記パッケージベースに接合してあることを特徴とする請求項１または２に記載の弾性表面波デバイス。
前記絶縁板は前記パッケージベースと同じ材質により形成してあり、前記パッケージベースと一体化してあることを特徴とする請求項１または２に記載の弾性表面波デバイス。
前記弾性表面波共振子は透明な圧電材料からなり、前記コンデンサの少なくとも一方の電極または前記コイルは前記絶縁板の上面に形成してあることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の弾性表面波デバイス。
前記コンデンサの少なくとも一方の電極または前記コイルは前記絶縁板の下面に形成してあり、前記切断部を露出させる開口が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の弾性表面波デバイス。
前記接合部材は半田、金錫合金、または導電性接着剤のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の弾性表面波デバイス。