JP2006060747A - 弾性表面波デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の弾性表面波デバイスでは、チップサイズを小型化すると、アイソレーション等の特性が劣化するという問題があった。
【解決手段】圧電基板１２の表面に複数個の弾性表面波フィルタパターン１３、１４と対向する弾性表面波フィルタパターン１３、１４間に圧電基板１２の表面から上方に延伸するように設けられたシールド電極１６を備えた弾性表面波デバイスで、チップサイズを小型化してもアイソレーションの向上した弾性表面波デバイスが得られる。
【選択図】図１
【解決手段】圧電基板１２の表面に複数個の弾性表面波フィルタパターン１３、１４と対向する弾性表面波フィルタパターン１３、１４間に圧電基板１２の表面から上方に延伸するように設けられたシールド電極１６を備えた弾性表面波デバイスで、チップサイズを小型化してもアイソレーションの向上した弾性表面波デバイスが得られる。
【選択図】図１
Description
本発明は、特に携帯電話等に用いられる、弾性表面波デバイスおよびその製造方法に関するものである。
近年携帯電話のマルチバンド化が進展し、弾性表面波デバイスに対しても、複数の周波数のフィルタを１つにしたマルチチャンネル化、弾性表面波を用いたアンテナ共用器（以下、ＳＡＷデュプレクサと呼称する）等の複合化、およびこれらの小型化への要望が強くなってきている。しかしながら小型化していくと複数のフィルタ間で電磁的な結合が生じ、アイソレーション等の特性が劣化するという問題を有していた。これに対して、従来より入出力間の電磁的な結合を防止するために、金属キャップにシールド用電極をつけることが行われてきたが、これらの方法では、圧電基板表面付近を伝播するものに対しては十分な効果が得られなかった。
なお、この出願に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
実開平５−２３６１９号公報
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、小型化してもアイソレーション特性等の劣化の少ない弾性表面波デバイスを得ることを目的とするものである。
前記目的を達成するために本発明は、圧電基板と、この圧電基板の表面に設けた複数個の弾性表面波フィルタパターンと、対向する弾性表面波フィルタパターン間に圧電基板の表面から上方に延伸するように設けられたシールド電極と、を備えるようにしたものである。
本発明によれば、圧電基板の表面から上方に延伸するように設けられたシールド電極を設けることにより、圧電基板表面付近を伝わる電磁波による特性の劣化を防ぐことができ、小型化しても特性の優れた弾性表面波デバイスを得ることができる。
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明について説明する。
以下、実施の形態１を用いて、本発明について説明する。
図１（ａ）は本発明の実施の形態１におけるＳＡＷデュプレクサの内部上面図、図１（ｂ）は同断面図である。
図１（ａ）においては、移相器を内蔵したＬＴＣＣ（低温焼成セラミック）よりなるパッケージ１１に、３９°ＹカットＸ伝播タンタル酸リチウムよりなる圧電基板１２のチップを実装し、ワイヤ１５により電気的接続を行ったものである。圧電基板１２の表面には、通過帯域中心周波数が８３６．５ＭＨｚの送信フィルタパターン１３、通過帯域中心周波数が８８１．５ＭＨｚの受信フィルタパターン１４、およびシールド電極１６を設けている。ここで送信フィルタパターン１３と受信フィルタパターン１４とは、チップ表面において電気的に独立に設けられており、送信フィルタパターン１３と受信フィルタパターン１４の間全体を通るようにシールド電極１６を設け、シールド電極１６をワイヤ１５によりグランドに電気的に接続する。送信フィルタパターン１３および受信フィルタパターン１４の電極膜厚を約０．４μｍ、周波数が低い送信フィルタパターン１３のピッチの２倍（すなわち弾性表面波の波長）を約４μｍとし、シールド電極１６の圧電基板１２の表面からの高さ（図１（ｂ）のｈ）を約５μｍとする。以上のように構成された弾性表面波デバイスについて、発明者らは、フィルタ間のアイソレーションを確認したところ、シールド電極を設けることで、小型化とフィルタ間の十分なアイソレーションとを両立できることを確認した。
さらに、発明者らは、シールド電極１６の高さｈとアイソレーションの関係を調べた結果、シールド電極１６の高さｈが低いとアイソレーションを向上させる効果があまり見られず、弾性表面波の波長と同程度以上とすると、その効果が大きくなることを確認した。原理的には、高いほど効果があがることになるが、その上限は、物理的な制約によって決定され、圧電基板の厚さより高くする必要はない。
なお、図１（ｂ）ではシールド電極１６全体を金属で構成しているが、図２のように、フィルムレジスト等の絶縁物による壁１７を圧電基板１２の表面に設け、壁１７の上面、側面の一部およびその周辺に金属膜を形成してシールド電極１６を構成しても良い。
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明について説明する。本実施の形態２に係る発明は、実施の形態１にかかる発明が対向する弾性表面波フィルタパターン間に圧電基板の表面から上方に延伸するようにシールド電極を設けた構成であったのに対して、本実施の形態２にかかる発明は弾性表面波フィルタパターンもしくは弾性表面波フィルタパターンを構成する弾性表面波共振子パターンの上方空間及び周囲を覆うように設けた封止部材を有し、かつ対向する弾性表面波フィルタ間の封止部材の側壁の外側もしくは内側にシールド電極を設けた点で実施の形態１と相違する。
以下、実施の形態２を用いて、本発明について説明する。本実施の形態２に係る発明は、実施の形態１にかかる発明が対向する弾性表面波フィルタパターン間に圧電基板の表面から上方に延伸するようにシールド電極を設けた構成であったのに対して、本実施の形態２にかかる発明は弾性表面波フィルタパターンもしくは弾性表面波フィルタパターンを構成する弾性表面波共振子パターンの上方空間及び周囲を覆うように設けた封止部材を有し、かつ対向する弾性表面波フィルタ間の封止部材の側壁の外側もしくは内側にシールド電極を設けた点で実施の形態１と相違する。
図３は本発明の実施の形態２におけるＳＡＷデュプレクサチップの断面図である。
図３においては、圧電基板１２の表面に、送信フィルタパターン１３、受信フィルタパターン１４を設け、それぞれのパターンを中空構造で封止するように天面と側壁を有する酸化ケイ素等からなる封止部材１８を設け、この２つのフィルタパターンの互いに対向する封止部材１８の側面および封止部材の天面の外側、および圧電基板１２の表面にシールド電極１６を設け、これらをグランドに接続したものである。ここで重要なことは、圧電基板１２の表面から封止部材１８の側面の外側にシールド電極１６を設けることにより、シールド電極１６の圧電基板１２の表面からの高さｈを十分に確保することである。さらにシールド電極１６を封止部材１８の天面まで伸ばすことによりパターンの上方空間をも覆う方がより好ましい。
なお、図３では、送信フィルタパターン１３、受信フィルタパターン１４の両方にシールド電極１６を設けて繋げているが、いずれか一方に設ける、あるいは電気的に分離して両方に設け、別々のグランド端子に接続するものであっても構わない。
また、ここでは送信フィルタパターン１３、受信フィルタパターン１４全体をそれぞれ一つの中空構造の中に封止しているが、たとえばラダー型フィルタのように共振子を組み合わせてフィルタを構成する場合、それぞれの共振子ごともしくは直列腕の共振子と並列腕の共振子ごとに中空構造を作っても良く、この場合にも、少なくとも２つのフィルタが対向する部分の封止部材１８の側面にシールド電極１６を設けていれば、同様の効果が得られる。
図４においては、圧電基板１２の表面に、送信フィルタパターン１３、受信フィルタパターン１４を設け、それぞれのパターンを中空構造で封止するように天面と側壁を有する酸化ケイ素等からなる封止部材１８を設け、この２つのパターンの対向する封止部材１８の側面および天面の内側、および圧電基板１２の表面にシールド電極１６を設け、グランドに接続したものである。この場合も図３の場合と同様に、圧電基板１２の表面からシールド電極１６が上方に伸び、その高さｈを十分に確保することが重要である。このようにすることにより、シールド電極１６を、よりパターンに近づけることができ、さらにアイソレーション抑圧の効果を上げることができる。
次にこれらの製造方法について説明する。
図５は本発明の実施の形態２におけるＳＡＷデュプレクサウェハの製造方法を説明するための図である。
図５（ａ）においては、３９°ＹカットＸ伝播タンタル酸リチウムよりなる圧電基板２１のウェハの表面に、弾性表面波フィルタパターン２２を通常のフォトリソグラフィー技術を用いて形成するものであり、電極材料としてはＴｉと、ＡｌにＭｇ、Ｃｕをドーピングしたものを積層して、約０．４μｍの厚さで形成する。
図５（ｂ）においては、弾性表面波フィルタパターン２２を含む領域にポリシリコン等からなる犠牲層２３を形成するものであり、犠牲層２３の厚さは、約１０μｍの厚さで形成する。
図５（ｃ）においては、犠牲層２３を囲む領域に酸化シリコン等からなる封止部材２４を形成するものであり、封止部材２４の厚さは、約２０μｍの厚さで形成する。
図５（ｄ）においては、封止部材２４の天面の一部に穴２５をあけて、犠牲層２３を除去するものであり、穴２５をあけるためには、レジストパターンを形成したのち、ＣＦ4等のエッチングガスによりドライエッチングを行い、犠牲層２３を除去するためには、ＸｅＦ2等のガスを用いる。ここで穴２５をあけるときにエッチング条件をコントロールすることにより、犠牲層２３に近づくほど穴の径が小さくなるようにテーパをつけることが望ましい。
図５（ｅ）においては、Ａｌ等の金属あるいは酸化シリコン等の絶縁物を、蒸着あるいはスパッタ等により、穴２５を塞ぎ、弾性表面波フィルタパターン２２を含む領域を気密封止するものであり、封止するのに金属を用いる場合、弾性表面波フィルタパターン２２の上に保護膜として、酸化シリコン等の絶縁物の層を形成しておくことが望ましい。
図５（ｆ）においては、封止部材２４の側面および天面、およびその周辺の圧電基板２１の表面に所定のパターンでシールド電極２６を設けるものであり、シールド電極２６の材料は、金属であれば何でも構わないが、Ａｌあるいはその合金が加工性も含めて望ましい。これを所定の位置で切断することにより、弾性表面波デバイスの素子を得ることができる。
なお、穴２５を塞ぐ材料として金属を用いる場合、穴を塞ぐ工程と、シールド電極２６の層を形成する工程とを同時に行っても良い。
このようにすることにより、弾性表面波フィルタパターン２２を気密封止し、かつ圧電基板２１の表面から上方に伸びるシールド電極２６を形成することができ、アイソレーション特性の優れたＳＡＷデュプレクサを得ることができる。
図６は本発明の実施の形態２におけるＳＡＷデュプレクサウェハの別の製造方法を説明するための図である。
図６（ａ）、図６（ｂ）においては、図５（ａ）、図５（ｂ）と同様である。
図６（ｃ）においては、犠牲層２３および圧電基板２１の表面に所定のパターンでシールド電極２６を設けるものであり、シールド電極２６の材料としては、弾性表面波フィルタパターン２２と主成分が同じあるいは同じエッチングガスで加工できるものであることが望ましい。
図６（ｄ）においては、犠牲層２３を囲む領域に酸化シリコン等からなる封止部材２４を形成するものである。
図６（ｅ）においては、封止部材２４の天面の一部に穴２５をあけて、犠牲層２３を除去するものである。
図６（ｆ）においては、Ａｌ等の金属あるいは酸化シリコン等の絶縁物を、蒸着あるいはスパッタ等により、穴２５を塞ぎ、弾性表面波フィルタパターン２２を含む領域を気密封止するものである。これを所定の位置で切断することにより、弾性表面波デバイスの素子を得ることができる。
このようにして、気密封止した封止部材の内側の面にシールド電極の層を形成することができる。以上のように構成された弾性表面波デバイスについて、発明者らは、フィルタ間のアイソレーションを確認したところ、シールド電極を設けることで、小型化とフィルタ間の十分なアイソレーションとを両立できることを確認した。
本発明は、複数個のフィルタを１チップ上に形成した弾性表面波デバイスで、チップサイズを小さくしてもアイソレーション特性の劣化の少ない弾性表面波デバイスを実現するものであり、産業上有用である。
１１ パッケージ
１２ 圧電基板
１３ 送信フィルタパターン
１４ 受信フィルタパターン
１５ ワイヤ
１６ シールド電極
１７ 壁
１８ 封止部材
２１ 圧電基板
２２ 弾性表面波フィルタパターン
２３ 犠牲層
２４ 封止部材
２５ 穴
２６ シールド電極
１２ 圧電基板
１３ 送信フィルタパターン
１４ 受信フィルタパターン
１５ ワイヤ
１６ シールド電極
１７ 壁
１８ 封止部材
２１ 圧電基板
２２ 弾性表面波フィルタパターン
２３ 犠牲層
２４ 封止部材
２５ 穴
２６ シールド電極
Claims (7)
- 圧電基板と、この圧電基板の表面に設けた複数個の弾性表面波フィルタパターンと、対向する前記弾性表面波フィルタパターン間に前記圧電基板の表面から上方に延伸するように設けられたシールド電極と、を備えた弾性表面波デバイス。
- シールド電極の圧電基板表面からの高さを、複数個の弾性表面波フィルタパターンのうち最も周波数が低いパターンのピッチの２倍より高くした請求項１記載の弾性表面波デバイス。
- シールド電極は、少なくとも１つの弾性表面波フィルタパターンの上方空間をも覆う請求項１記載の弾性表面波デバイス。
- 圧電基板と、この圧電基板の表面に設けた複数個の弾性表面波フィルタパターンと、この弾性表面波フィルタパターンもしくは弾性表面波フィルタパターンを構成する弾性表面波共振子パターンの上方空間及び周囲を覆うように設けた天面と側壁とを有する封止部材と、前記弾性表面波フィルタパターン間に設けたシールド電極とを備え、前記シールド電極は少なくとも対向する弾性表面波フィルタパターン間の前記封止部材の側壁の内側に設けた請求項１記載の弾性表面波デバイス。
- 圧電基板と、この圧電基板の表面に設けた複数個の弾性表面波フィルタパターンと、この弾性表面波フィルタパターンもしくは弾性表面波フィルタパターンを構成する弾性表面波共振子パターンの上方空間及び周囲を覆うように設けた天面と側壁とを有する封止部材と、前記弾性表面波フィルタパターン間に設けたシールド電極とを備え、前記シールド電極は少なくとも対向する弾性表面波フィルタパターン間の前記封止部材の側壁の外側に設けた請求項１記載の弾性表面波デバイス。
- ウェハ状の圧電基板の表面に複数個の弾性表面波フィルタパターンからなる弾性表面波デバイスパターンを複数個形成する電極形成工程と、少なくとも前記弾性表面波フィルタパターンもしくは前記弾性表面波フィルタパターンを構成する弾性表面波共振子パターンの上に犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、前記犠牲層の上および周囲に封止部材の層を形成する封止部材形成工程と、前記封止部材の一部に穴をあけ犠牲層を除去する空間形成工程と、前記封止部材の一部にあけた穴を塞ぐ封止工程と、少なくとも対向する前記弾性表面波フィルタパターン間の前記封止部材の側壁の外側にシールド電極を形成するシールド電極形成工程と、前記ウェハ状の圧電基板を切断して個々の弾性表面波デバイスを得る切断工程と、を備える弾性表面波デバイスの製造方法。
- ウェハ状の圧電基板の表面に複数個の弾性表面波フィルタパターンからなる弾性表面波デバイスパターンを複数個形成する電極形成工程と、少なくとも前記弾性表面波フィルタパターンもしくは前記弾性表面波フィルタパターンを構成する弾性表面波共振子パターンの上に犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、前記犠牲層の上面及び側面の一部およびその周辺の前記圧電基板表面の一部にシールド電極を形成するシールド電極形成工程と、前記犠牲層の上および周囲に封止部材の層を形成する封止部材形成工程と、前記封止部材の一部に穴をあけ犠牲層を除去する空間形成工程と、前記ウェハ状の圧電基板を切断して個々の弾性表面波デバイスを得る切断工程と、を備える弾性表面波デバイスの製造方法。
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