JP2005020423A

JP2005020423A - 弾性表面波装置

Info

Publication number: JP2005020423A
Application number: JP2003183093A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Nakabashi; 憲彦中橋
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】ＣＳＰ構造を有し、小型化に適しており、かつ手指や他の部材との接触や静電気の付加による電極破壊が生じ難い、信頼性に優れた弾性表面波装置を提供する。
【解決手段】弾性表面波素子２がフェイスダウン工法で実装基板３上に金属バンプ９，１０を用いて接合されており、弾性表面波素子２を構成している圧電基板の周囲が封止樹脂層４で覆われているＣＳＰ構造の弾性表面波装置であって、弾性表面波素子２を構成している圧電基板５の厚み方向の抵抗率が１．０×１０^９〜１．０×１０^１３Ω・ｃｍの範囲とされている、弾性表面波装置１。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェイスダウンボンディングにより弾性表面波素子が実装基板に実装されている構造を有する弾性表面波装置に関し、より詳細には、弾性表面波素子と実装基板の間の空間の封止樹脂により封止されている弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話機では軽量化及び小型化に対する要求がますます強くなってきている。携帯電話機のＲＦ段では、弾性表面波フィルタが用いられているが、弾性表面波フィルタにおいても、軽量化及び小型化が求められている。これらの要求を満たすものとして、弾性表面波素子を金属バンプを用いて実装基板上にフェイスダウンボンディングにより実装し、弾性表面波素子と実装基板との間の空間を樹脂により封止した構造が提案されている。このような構造は、ＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）構造と称されており、例えば下記の特許文献１〜３に開示されている。
【０００３】
従来のＣＳＰ構造の弾性表面波装置の一例を、図３に示す。図３に示す弾性表面波装置１０１では、弾性表面波素子１０２が実装基板１０３上にフェイスダウン工法によりボンディングされている。弾性表面波素子１０２は、圧電基板１０４、圧電基板１０４の一方主面に形成されたインターデジタル電極１０５及び電極パッド１０６，１０７を有する。電極パッド１０６，１０７が、金属バンプ１０８，１０９により実装基板１０３上の電極パッド１１０，１１１に接合されている。電極パッド１１０，１１１は、実装基板１０３内に設けられた接続電極１１２，１１３により、実装基板１０３の下面に設けられた端子電極１１４，１１５に電気的に接続されている。
【０００４】
また、弾性表面波素子１０２の周囲を覆うように封止樹脂層１１６が設けられている。弾性表面波素子１０２のインターデジタル電極１０５が設けられている側の面と実装基板１０３との間には空間Ａが確保されている。従って、弾性表面波素子１０２における弾性表面波の励振は妨げられない。また、空間Ａは、上記封止樹脂層１１６により封止されている。
【０００５】
また、図４は、従来のＣＳＰ構造を有する弾性表面波装置の他の例を示す正面断面図である。弾性表面波装置１２１では、弾性表面波素子１０２と隔てられて、かつ弾性表面波素子１０２を覆うように導電性材料よりなるシールド部材１２２が設けられており、該シールド部材１２２の外側に封止樹脂層１１６が設けられている。すなわち、シールド部材１２２が設けられており、弾性表面波素子１０２が封止樹脂層１１６と接触されていないことを除いては、弾性表面波装置１２１は、弾性表面波装置１０１と同様に構成されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−３２１５８３号公報
【特許文献２】
特開平８−２０４４９７号公報
【特許文献３】
特開平１０−３２１６６６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記弾性表面波装置１０１では、弾性表面波装置１０１が手指や他の部材に接触された際に、あるいは静電気が発生した際に、インターデジタル電極１０５の電極破壊が生じることがあった。このような電極破壊は、上記ＣＳＰ構造の弾性表面波装置においてしばしば見られた。
【０００８】
他方、弾性表面波装置１２１では、上記のような電極破壊はあまり認められなかったが、シールド部材１２２を必要とする。従って、部品点数が多く、コストが高くつくという問題があった。また、シールド部材１２２が弾性表面波素子１０２と隔てられているため、弾性表面波装置１２１では部品寸法が大きくなりがちであった。
【０００９】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、ＣＳＰ構造を有し、小型化を進めることができるだけでなく、取り扱い時や静電気が付加された際の電極破壊が生じ難く、信頼性に優れ、さらに安価な弾性表面波装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る弾性表面波装置は、厚み方向の抵抗率が１．０×１０^９〜１．０×１０^１３Ω・ｃｍである圧電基板と、該圧電基板の一方主面上に形成された少なくとも１つの電極とを有する弾性表面波素子と、前記弾性表面波素子が実装される実装基板とを備え、前記弾性表面波素子が前記電極が形成されている主面が実装基板面に対向するようにフェイスダウンボンディング方式により実装基板に実装されており、前記圧電基板と実装基板との間の空間を封止するように設けられた封止樹脂をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明のある特定の局面では、前記圧電基板が酸素還元処理されている。
また、本発明に係る弾性表面波装置の他の特定の局面では、前記圧電基板と前記封止樹脂の少なくとも一部が接触されている。
【００１２】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面で、前記実装基板に設けられた少なくとも１つの端子電極をさらに備え、該少なくとも１つの端子電極が、前記弾性表面波素子の前記電極の内少なくとも１つの電極に導通されている。
【００１３】
本発明に係る弾性表面波装置では、上記圧電基板としては、例えばＬｉＴａＯ_３基板またはＬｉＮｂＯ_３基板が好適に用いられる。
本発明に係る弾性表面波装置のさらに別の特定の局面では、上記封止樹脂が、熱硬化型樹脂により構成されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１５】
本願発明者らは、上述した小型化に有利なＣＳＰ構造の弾性表面波装置１０１において取り扱い時や静電気が付加された際に電極破壊が生じる原因について検討した。その結果、ＣＳＰ構造の弾性表面波装置では、封止樹脂に焦電効果や外部からの静電気などにより電荷が蓄積され、該電荷により電極破壊が生じているのではないかと考えた。
【００１６】
すなわち、従来のＣＳＰ構造の弾性表面波装置１０１で弾性表面波素子１０２を構成している圧電基板１０４としては、通常、ＬｉＴａＯ_３基板などの焦電性を有する圧電基板が用いられている。従って、封止樹脂の硬化工程などにおいて加熱されると、圧電基板１０４が焦電性を有するため電荷が発生する。そして、発生した電荷が、封止樹脂層１１６に留まり、封止樹脂層１１６が帯電することとなる。そのため、封止樹脂層１１６が帯電している状態で、弾性表面波装置１０１に手指が接触したり、他の部材が接触したしたときに、あるいは外部から静電気などの小さな電圧が加わった場合に、蓄積されていた電荷がインターデジタル電極１０５側へ移動し、上記電極破壊が生じているのではないかと考えた。
【００１７】
本願発明では、上記のような封止樹脂層における帯電を抑制するために、圧電基板として、厚み方向の抵抗率が１．０×１０^９〜１．０×１０^１３Ω・ｃｍである圧電基板が用いられて弾性表面波素子が構成されている。
【００１８】
図１は、本発明の一実施例に係る弾性表面波装置を示す正面断面図である。
図１に示す弾性表面波装置１は、弾性表面波素子２と、実装基板３と、封止樹脂層４とを有する。弾性表面波素子２は、圧電基板５、圧電基板５の一方主面５ａ上に形成された少なくとも１つのインターデジタル電極６及び電極パッド７，８を有する。
【００１９】
圧電基板５は、本実施例では、厚み方向の抵抗率が１．０×１０^９〜１．０×１０^１３Ω・ｃｍであるように構成されている。このような圧電基板としては、上記抵抗率を満たすように、特別の処理を施したＬｉＴａＯ_３基板またはＬｉＮｂＯ_３基板が挙げられる。もっとも、本発明で用いられる圧電基板を構成する圧電材料はこれらに限定されるものではない。
【００２０】
なお、上記のような特殊な厚み抵抗率を実現するには、圧電基板５の外表面を酸素還元処理することにより達成され得る。酸素還元処理を施すことにより、ＬｉＴａＯ_３基板やＬｉＮｂＯ_３基板における厚み方向の抵抗率が上記特定の範囲とされることができる。
【００２１】
インターデジタル電極６及び電極パッド７，８は、アルミニウム、銅、またはこれらの合金などの適宜の金属材料により構成され得る。
弾性表面波素子２は、圧電基板５の一方主面５ａ側が下方を向くようにして、実装基板３に金属バンプ９，１０を用いて接合されている。金属バンプ９，１０は、例えばＡｕまたは半田などの適宜の金属材料により構成され得る。
【００２２】
他方、実装基板３の上面３ａ上には、電極パッド１１，１２が形成されてている。電極パッド１１，１２は、それぞれ、金属バンプ９，１０により、弾性表面波素子２の電極パッド７，８に電気的に接続されている。
【００２３】
他方、実装基板３内には、接続電極１３，１４が形成されている。接続電極１３，１４は、それぞれ、実装基板３内に設けられた一対のビアホール電極を内部電極を介して電気的に接続することにより構成されている。もっとも、接続電極１３，１４は、実装基板３を貫通するビアホール電極のみにより形成されていてもよい。
【００２４】
本実施例では、実装基板３の下面３ｂの外縁に至るように、端子電極１５，１６が形成されている。端子電極１５，１６の形成位置が、金属バンプ９，１０の形成位置の下方よりも外側であるため、接続電極１３，１４は、一対のビアホール電極を内部電極により接続した構造とされている。すなわち、上方のビアホール電極１３ａ，１４ａが電極パッド１１，１２に接合されるように位置しており、下方のビアホール電極１３ｂ，１４ｂが、端子電極１５，１６に電気的に接続されるように構成されている。そして、ビアホール電極１３ａ，１４ａとビアホール電極１３ｂ，１４ｂとが、実装基板３の主面と平行な方向に延びる内部電極１３ｃ，１４ｃにより接続されている。
【００２５】
上記電極パッド１１，１２、接続電極１３，１４及び端子電極１５，１６は、Ｃｕ、Ａｌなどの適宜の金属により構成され得る。
弾性表面波装置１では、弾性表面波素子２が、上記のようにフェイスダウン工法で実装基板３に実装されている。そして、弾性表面波素子２の振動部分の振動を妨げないための空間Ｘが圧電基板５と実装基板３との間に設けられている。また、空間Ｘを封止するように、封止樹脂層４が設けられている。封止樹脂層４は、圧電基板５の一方主面５ｂと、圧電基板５の両主面５ａ，５ｂを結ぶ４つの側面に接するように、かつ実装基板３の上面３ａに接触するように設けられている。
【００２６】
封止樹脂層４は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂により構成されているが、光硬化性樹脂などの他の樹脂により構成されていてもよい。
本実施例の弾性表面波装置１は、圧電基板５が上記特定の厚み方向の抵抗率を有するように構成されていることを除いては、図３に示した従来の弾性表面波装置１０１と同様に構成されている。
【００２７】
しかしながら、弾性表面波装置１では、圧電基板５の厚み方向の抵抗率が上記特定の範囲とされているため、焦電性が低くされている。すなわち、封止樹脂層４を例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂により構成し、その硬化過程において圧電基板５に温度変化が与えられたとしても、焦電効果による電荷の発生が生じ難い。そのため、封止樹脂層４に電荷が蓄積し難い。よって、弾性表面波装置１を得た後に、手指や他の部材が弾性表面波装置１に接触したり、静電気が加わったとしても、封止樹脂層４に電荷が蓄積し難いため、インターデジタル電極６における電極破壊が生じ難い。
【００２８】
これを、図２を参照して説明する。
図２は、本実施例の弾性表面波装置１と、図３に示した弾性表面波装置１０１とを、オーブンを８０℃に加熱し、製品を室温状態からオーブンに入れ、８０℃、３０分保持した後、室温に取出した状態で帯電量を測定した結果を示す。すなわち、図２では、室温に取出した直後を０として経過時間と帯電量の関係を示す。なお、帯電量については、市販の帯電量測定機を用いて測定を行った。測定に際しては、弾性表面波装置の封止樹脂層の表面で発生している電荷量を測定し、クーロンの法則により電圧に変換した値が示されている。
【００２９】
なお、実施例の弾性表面波装置１では、圧電基板５の抵抗率は１．０×１０^９〜１．０×１０^１３Ω・ｃｍであり、比較のために用意した従来の弾性表面波装置１０１における圧電基板１０５の抵抗率は１．０×１０^１４〜１．０×１０^１５Ω・ｃｍである。
【００３０】
図２から明らかなように、従来の弾性表面波装置では、数百Ｖ〜数ＫＶの帯電量が発生しているのに対し、本実施例の弾性表面波装置では帯電していないことがわかる。すなわち、厚み方向の抵抗率が１．０×１０^９〜１．０×１０^１３Ω・ｃｍである圧電基板５が用いられているため、焦電効果による封止樹脂層の帯電が生じていないことがわかる。従って、本実施例の弾性表面波装置１では、手指や他の部材が接触したり、静電気が加えられたとしても、上記焦電破壊や静電破壊による電極破壊が生じ難いことがわかる。
【００３１】
しかも、図４に示した従来の弾性表面波装置１２１では、シールド部材１２２が設けられているため、製造コストが高くつき、かつ小型化が困難であるという問題があったが、本実施例の弾性表面波装置１では、シールド部材を必要としないため、コストの低減及び小型化を図ることができる。
【００３２】
なお、上記実施例では、圧電基板５の一方主面５ａ上に少なくとも１のインターデジタル電極６が形成されていたが、このインターデジタル電極６の平面形状については、弾性表面波素子２の機能に応じて適宜の形状とされ得る。すなわち、１ポート型弾性表面波共振子を構成する場合には、１つのインターデジタル電極が、トランスバーサル型弾性表面波フィルタを構成する場合には、所定距離隔てられた一対のインターデジタル電極が形成される。また、本発明は、弾性表面波共振子やトランスバーサル型弾性表面波フィルタに限られず、ラダー型弾性表面波フィルタ、ラティス型弾性表面波フィルタなどの様々な弾性表面波素子を用いた弾性表面波装置に一般的に適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係る弾性表面波装置では、圧電基板の厚み方向の抵抗率が１．０×１０^９〜１．０×１０^１３Ω・ｃｍとされており、圧電基板が焦電性をほとんど有しない。従って、該圧電基板を用いた弾性表面波素子がフェイスダウンボンディング方式により実装基板に実装された構造において、圧電基板の周囲が封止樹脂により封止されているが、温度変化が与えられたとしても、封止樹脂において電荷の蓄積が生じ難い。よって、封止樹脂に蓄積された電荷による、焦電破壊や静電破壊が生じ難く、弾性表面波装置における電極の破壊や短絡を防止することが可能となる。
【００３４】
従って、本発明によれば、ＣＳＰ構造を有し、小型化を促進し得る弾性表面波装置において、製造時、出荷時及び実使用時の電極破壊を抑制でき、弾性表面波装置の信頼性を高めることができる。
【００３５】
上記圧電基板が酸素還元処理を施されている場合には、該酸素還元処理により、圧電基板の厚み方向の抵抗率を１．０×１０^９〜１．０×１０^１３Ω・ｃｍの範囲に容易に設定することができる。
【００３６】
圧電基板と封止樹脂層の少なくとも一部が接触している構造においては、圧電基板が焦電性をほとんど有しないため、接触にも係わらず、封止樹脂層に電荷の蓄積が生じ難い。
【００３７】
実装基板に設けられた少なくとも１つの端子電極をさらに備え、該少なくとも１つの端子電極が弾性表面波素子の電極の内少なくとも１つの電極に導通されている構造では、圧電基板の焦電性により発生した電荷の一部が導通されている端子電極を通って実装基板側、あるいは製品外部へと逃げていくことになる。そのため、従来の弾性表面波素子の電極内では電荷の不均衡が発生し、より電極破壊が発生しやすい状況になっていたが、本発明の抵抗率を限定した圧電基板を用いることで、電荷の不均衡が発生しなくなり、その結果電極破壊が発生しなくなる。
【００３８】
圧電基板がＬｉＴａＯ_３基板またはＬｉＮｂＯ_３基板からなる場合には、弾性表面波装置に汎用されているこれらの圧電単結晶基板を用いて、本発明の弾性表面波装置を容易に構成し得ることができる。
【００３９】
封止樹脂が、熱硬化型樹脂により構成されている場合には、製造に際しての硬化工程において熱履歴を受けるが、本発明では圧電基板の厚み方向の抵抗率が上記特定の範囲とされているため、封止樹脂における電荷の蓄積が生じ難い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る弾性表面波装置の模式的正面断面図。
【図２】図１に示した弾性表面波装置及び図３に示した従来の弾性表面波装置における高温加熱後の経過時間と封止樹脂における帯電量との関係を示す図。
【図３】従来の弾性表面波装置の一例を示す模式的正面断面図。
【図４】従来の弾性表面波装置の他の例を示す模式的正面断面図。
【符号の説明】
１…弾性表面波装置
２…弾性表面波素子
３…実装基板
３ａ…上面
３ｂ…下面
４…封止樹脂層
５…圧電基板
５ａ，５ｂ…主面
６…インターデジタル電極
７，８…電極パッド
９，１０…金属バンプ
１１，１２…電極パッド
１３，１４…接続電極
１５，１６…端子電極

Claims

厚み方向の抵抗率が１．０×１０^９〜１．０×１０^１３Ω・ｃｍである圧電基板と、該圧電基板の一方主面上に形成された少なくとも１つの電極とを有する弾性表面波素子と、
前記弾性表面波素子が実装される実装基板とを備え、前記弾性表面波素子が前記電極が形成されている主面が実装基板面に対向するようにフェイスダウンボンディング方式により実装基板に実装されており、
前記圧電基板と実装基板との間の空間を封止するように設けられた封止樹脂をさらに備えることを特徴とする、弾性表面波装置。
前記圧電基板が酸素還元処理されている、請求項１に記載の弾性表面波装置。
前記圧電基板と前記封止樹脂の少なくとも一部が接触している、請求項１に記載の弾性表面波装置。
前記実装基板に設けられた少なくとも１つの端子電極をさらに備え、該少なくとも１つの端子電極が、前記弾性表面波素子の少なくとも１つの電極に導通されている、請求項１〜３に記載の弾性表面波装置。
前記圧電基板が、ＬｉＴａＯ_３基板またはＬｉＮｂＯ_３基板からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の弾性表面波装置。
前記封止樹脂が、熱硬化型樹脂により構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の弾性表面波装置。