JP2007081555A - 弾性表面波装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電極に含まれる各層の接合強度及び環状電極と圧電基板との接合強度を向上し、かつ、電極の腐食を抑制すること。
【解決手段】 弾性表面波装置は、回路基板と、回路基板上にワイヤレスボンディング方式で実装した弾性表面波素子とを有している。弾性表面波素子は、圧電基板１の主面１ａに形成された励振電極と、圧電基板１の主面１ａに形成され、励振電極の外周を取り囲む位置に形成されている環状電極１１とを有している。環状電極１１は、圧電基板１の主面１ａに、Ａｌを主成分とする金属材料で形成されている下地層１２と、下地層１２を覆う位置に形成されている密着電極層１３と、密着電極層１３上に形成されているバリアメタル電極層１４とを含んでいる。また、環状電極１１の周縁の主面１ａ上には、保護膜１０が形成されており、保護膜１０は、密着電極層１３より厚く形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、弾性表面波装置に関し、特に、移動体通信機器等の無線通信回路に好適に用いられるものに関する。

近年、弾性表面波共振器や弾性表面波フィルタ等を有する弾性表面波装置が、マイクロ波帯を利用する各種無線通信機器、車載用機器や医療用機器等のように、幅広い分野で用いられている。そして、それらの機器の小型化に伴い、弾性表面波装置もまた、小型化が要求されている。そのため、弾性表面波装置は、弾性表面波素子と回路基板とがバンプを介して接続されているフリップチップ方式を採用することにより、小型化を実現している。

図４は、従来の代表的な弾性表面波（Surface Acoustic Wave）装置１００の概略断面図である。
弾性表面波装置１００は、弾性表面波素子（弾性表面波素子チップ）Ｓと回路基板（ベース板）１２０とを含んでいる。弾性表面波素子Ｓは、圧電基板１１０と、圧電基板１１０上にある櫛歯状電極のＩＤＴ（Inter Digital Transducer）電極１１１と、入出力用の配線電極（ホット側パターン）１１２と、環状に形成されている環状電極（アース側パターン）１１８とを備えている。一方、回路基板１２０は、駆動回路、共振回路、接地回路等の外部回路に接続されている配線接続電極（ホット側ランド）１２１と、環状接続電極（アース側ランド）１２２とを備えている。

配線接続電極１２１上には、配線電極１１２と接続するための、半田等の溶融性金属材料で形成された接続体（半田バンプ）１３０が形成されている。
環状接続電極１２２上には、環状電極１１８と接続するための、半田等の金属材料で形成された環状封止材（半田封止体）１３２が形成されている。この環状封止材１３２により、弾性表面波装置１００には、ＩＤＴ電極１１１を取り囲む空間の気密性を保持するために、ＩＤＴ電極１１１を取り囲む位置に形成された環状電極部（半田封止枠）１３１が形成される。そして、弾性表面波素子Ｓと回路基板１２０とは、環状電極部１３１によって、機械的に接続される。

弾性表面波素子Ｓと回路基板１２０とは、それぞれ対応した位置に形成されている配線電極１１２と配線接続電極１２１とが位置合わせされ、載置される。そして、リフロー溶融法により接続体１３０を溶融することで、弾性表面波素子Ｓと回路基板１２０とは、電気的及び機械的に接続される。
このようにして、弾性表面波装置１００は、弾性表面波素子ＳのＩＤＴ電極１１１が設けられた機能面と、回路基板１２０の配線接続電極１２１が形成されている面とを対向し、フェースダウンで載置固定したフリップチップ方式で実装されている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、従来の弾性表面波装置（表面弾性波装置）に含まれる配線電極（電極パッド）１１２の断面図である。弾性表面波装置は、図４のように、Ａｌ（アルミニウム）を主な材料とするインターデジタル電極（図４では、ＩＤＴ電極１１１）と、インターデジタル電極と外部回路（図示せず）とを接続するための配線電極１１２とを備えている。弾性表面波装置は、また、配線電極１１２上に形成されたバンプ接続体（図４では、接続体１３０）によって、フェイスダウンボンディングされる。

配線電極１１２は、圧電基板１１０上に形成されている下地層（アルミニウム下地層）１１３と、下地層１１３の上面に形成されている密着電極層（クロムバリア層）１１４と、その密着電極層１１４の表面に形成されているバリアメタル電極層（ニッケルバリア層）１１５と、Ａｕ（金）等の金属で形成されており、配線電極１１２の最表部を形成しているＡｕ電極層（金表面層）１１６とを備えている。

下地層１１３は、Ａｌ等の金属材料で形成されている。密着電極層１１４は、下地層１１３の表面の全部又は一部を覆うように、形成されている。密着電極層１１４は、バリアメタル電極層１１５との密着力を高めるために、下地層１１３とバリアメタル電極層１１５との間に介在している。
Ｎｉで形成されているバリアメタル電極層１１５には、バリアメタルとしての機能を有している。このバリアメタルとは、異なる金属膜あるいは半導体と金属膜との間で起こる拡散及び反応による他の相の形成を阻止するために、配線電極１１２に挟み込まれる金属薄膜のことを示す。

ここでは、バリアメタル電極層１１５は、半田に含まれるＳｎ成分が、下地層１１３にまで拡散することを抑制している（例えば、特許文献２参照）。
特開平４−２９３３１０号公報 特開平１１−２３４０８２号公報

ところで、弾性表面波装置１００において、図５のような電極構造を、環状電極１１８にも適用することができる。このとき、環状電極１１８の表面に被着されたＡｕ電極層１１６上に、半田等の金属材料で形成された環状封止材１３２が形成される。そして、弾性表面波素子Ｓと回路基板１２０とは、この環状封止材１３２を介して、フリップチップ方式で接続される。

しかし、上記のような環状電極１１８を形成した弾性表面波装置には、以下に述べる問題があった。
まず、弾性表面波素子Ｓ上の環状電極１１８の下地層１１３は、工程を簡略化するため、弾性表面波を励振するＩＤＴ電極１１１と同時に形成されることがある。また、ＩＤＴ電極１１１は、耐電力特性が要求されるために、Ａｌ−Ｃｕ合金で形成される。この場合、下地層１１３は、ＩＤＴ電極１１１と同様の材料のＡｌ−Ｃｕ合金で形成されることとなる。

このとき、上述の特許文献２のように、下地層１１３とバリアメタル電極層１１５との間に密着電極層１１４が介在することで、結果として、環状電極としての配線電極１１２と圧電基板１１０との密着力を高めることができる。しかし、バリアメタル電極層１１５で生じた膜応力が、密着電極層１１４とバリアメタル電極層１１５との界面や密着電極層１１４と下地層１１３との界面での密着力を超えるおそれがある。バリアメタル電極層１１５で生じた膜応力を吸収できなかったとき、その膜応力は、環状電極１１８に含まれる各層の界面において、剥離を引き起してしまう。

また、弾性表面波素子Ｓと回路基板１２０との接合に、半田を用いた場合、溶融した半田が、配線電極１１２の外周側面に沿って流れ、密着電極層１１４に到達してしまうおそれがある。このとき、半田に含まれるＳｎ（スズ）成分と密着電極層１１４のＣｒ成分とが相互に拡散して、密着電極層１１４の一部にＳｎが多く存在する領域が発生してしまう。これにより、その領域に機械的な強度が弱いＣｒ−Ｓｎ合金が生成されてしまうため、この弾性表面波装置１００の長期的な信頼性が大きく低下してしまう。

ここでのＣｒ−Ｓｎ合金の生成を最小限にするために、密着電極層１１４を薄く形成すること考えられる。しかし、密着電極層１１４を薄く形成すれば、下地層１１３とバリアメタル電極層１１５との接合強度が低くなってしまう。
一方、下地層１１３とバリアメタル電極層１１５との接合強度を高めるために、密着電極層１１４を厚く形成することが考えられる。しかし、密着電極層１１４を厚く形成すれば、配線電極１１２の電気抵抗が大きくなってしまう。また、リフトオフ法にて、配線電極１１２のパターンを形成する際に、リフトオフ時にパターンが抜けにくくなり、リフトオフ後にレジスト残渣が残ってしまうおそれがある。

また、図６は、弾性表面波装置に含まれる配線電極（電極パッド）１１２をリフトオフ法で形成する工程を説明する断面図である。レジスト層１３３は、圧電基板１１０上にフォトリソグラフィ技術により逆テーパ状に形成される。その後、スパッタリング法等により、下地層１１３上に配線電極１１２となる密着電極層１１４、バリアメタル電極層１１５及びＡｕ電極層１１６が連続成膜されて形成される。その後、レジスト剥離液に浸漬し、超音波を印加してレジスト層１３３を剥離することにより、不要部となる密着電極層剥離部１３４、バリアメタル電極層剥離部１３５及びＡｕ電極層剥離部１３６を剥離して、配線電極１１２が完成する。その場合、図６に示すように、密着電極層１１４（つまり、密着電極層剥離部１３４）の膜厚が厚いと、途中まで剥離した硬くて厚い密着電極層剥離部１３４（図６における、突出部Ｔ）が残ってしまう。そのため、ＩＤＴ電極１１１においても、配線電極１１２の場合と同様に、突出部Ｔが形成されてしまうため、リフトオフ時に加えられる超音波によって振動し、ＩＤＴ電極１１１に振動しながら接触することで、ＩＤＴ電極１１１を傷つけてしまうおそれがある。

また、溶融した半田が、Ａｌ−Ｃｕ合金で形成されている下地層１１３やＩＤＴ電極１１１に接続された接地電極（図示せず）に到達してしまい、接触してしまうおそれがある。このため、下地層１１３や接地電極が腐食し、接続不良や断線等の不具合が生じるおそれがある。
本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、電極に含まれる各層の接合強度及び環状電極と圧電基板との接合強度を向上し、かつ、電極の腐食を抑制することができる弾性表面波装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の弾性表面波装置は、回路基板上に弾性表面波素子をワイヤレスボンディング方式で実装した弾性表面波装置であって、前記弾性表面波素子は、圧電基板の主面に形成された励振電極と、前記圧電基板の主面に形成され、前記励振電極の外周を取り囲む位置に形成されている環状電極とを有するものであり、前記環状電極は、前記圧電基板の主面に、Ａｌを主成分とする金属材料で形成されている下地層と、前記下地層を覆い、前記下地層よりも広い面積に形成されている密着電極層と、前記密着電極層上に形成されているバリアメタル電極層とを含んでいる。

この構成によれば、環状電極に含まれる各層の接合強度及び環状電極と圧電基板との接合強度を向上することができる。
密着電極層は、下地層より大きな面積で下地層及び圧電基板上に形成されている。このため、密着電極層は、下地層上に形成されている部分と、圧電基板上に直接形成されている部分とを有している。密着電極層の周縁部における両部分の境界では、下地層の厚みによるＬ字型の段差を有する段部が形成されており、この密着電極層の段部では、前述のように、密着電極層が圧電基板に直接接触している。これにより、密着電極層は、Ａｌを主成分とする金属材料で形成された下地層との接合強度より、圧電基板との接合強度が高いため、結果として、環状電極と圧電基板との接合強度をより高めることができる。

バリアメタル電極層は、半田の拡散を抑制するためのバリアメタルとして、形成されている。バリアメタル電極層は、リフロー時に、半田がバリアメタル電極層や下地層の層中に深く拡散することを防止することができるので、脆い金属間化合物の形成や金属層間の剥離等を抑制することができる。
また、バリアメタル電極層は、密着電極層のちょうど上に形成されている。すなわち、バリアメタル電極層は、密着電極層と同様に、下地層より大きな面積を有して形成されている。このため、バリアメタル電極層は、密着電極層の段部に入り込むように形成されており、密着電極層を覆っている。これにより、密着電極層への接触面積を増やすことができるので、結果として、環状電極と圧電基板との接合強度をさらに向上することができる。

また、前記環状電極の周縁の前記主面上には、好ましくは、保護膜が形成されており、前記保護膜は、前記密着電極層より厚く形成されている。
この構成によれば、密着電極層には、その周囲に保護膜が配置されており、その保護膜は、弾性表面波素子上に密着電極層が露出しないように、密着電極層の側面を覆うことができる。

弾性表面波素子と回路基板との接合に用いた半田が必要以上に多く溶融してしまい、環状電極の外周側面に沿って流れてしまったとき、半田が密着電極層に到達してしまうおそれがある。このとき、保護膜があると、半田が密着電極層に接触することが阻止されるので、半田に含まれるＳｎ成分と、密着電極層に含まれるＣｒ成分とによるＣｒ−Ｓｎ合金が形成されにくい。これにより、密着電極層の一部に、機械的な強度が弱いＣｒ−Ｓｎ合金で形成されてしまう領域を少なくすることができ、この弾性表面波装置の長期的な信頼性を保つことができる。

なお、前記密着電極層の厚みが５〜３０ｎｍであることが好ましい。これにより、密着電極層の厚みが、５ｎｍより薄いときのように、密着電極層を介したバリアメタル電極層と下地層との接合強度、及び、密着電極層を介したバリアメタル電極と圧電基板の接合強度が低下してしまうことが少なくできる。また、密着電極層の厚みが、３０ｎｍより厚いときのように、弾性表面波素子の電気特性が劣化してしまうことを抑制することができる。

また、密着電極層の厚みを上記の範囲とすることで、バリアメタル電極層と下地層との接合強度の低下、電気抵抗の増加、リフトオフ工程におけるレジスト残渣発生やＩＤＴ電極の損傷といった問題を解決することができる。
また、前記密着電極層は、ＣｒまたはＴｉの金属材料を含んでいることが好ましい。これらの材料を選択することにより、この密着電極層を介して、バリアメタル電極層と圧電基板との密着力を高めることができる。

さらに、前記保護膜は、二酸化シリコンで形成されていることが好ましい。これにより、保護膜は、圧電基板上に形成された配線等を良好に保護することができる。

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる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。
弾性表面波素子Ｓ１は、圧電基板１と、櫛歯状電極を有するＩＤＴ電極８と、ＩＤＴ電極８への電気信号の入出力用の配線電極１９と、ＩＤＴ電極８と配線電極１９とを接続するための引き出し配線９と、ＩＤＴ電極８の周囲を気密封止するための環状電極１１とを備えている。また、弾性表面波素子Ｓ１には、ＩＤＴ電極８が形成されている面（主面という）１ａのＩＤＴ電極８や引き出し配線９上に、保護膜１０が形成されている。さらに、弾性表面波素子Ｓ１には、接地のためにＩＤＴ電極８の一端に接続された接地電極５３が形成されている。

圧電基板１は、３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ₃単結晶、６４°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ₃単結晶や、４５°Ｘカット−Ｚ伝搬のＬｉＢ₄Ｏ₇単結晶等の圧電性を有する材料で形成されている。これにより、圧電基板１は、電気機械結合係数を大きく、かつ、群遅延時間温度係数を小さくすることができる。
また、圧電基板１の厚みは、好ましくは、０．３〜０．５ｍｍ程度である。このため、その厚みが０．３ｍｍ未満で薄く形成されたときのように、圧電基板１が脆くなることもなく、逆に、その厚みが０．５ｍｍを超えて厚く形成されたときのように、材料コストが大きくなることもない。

ＩＤＴ電極８は、弾性表面波の発生のための励振電極である。ＩＤＴ電極８は、互いに噛み合うような櫛歯状に形成されている。ＩＤＴ電極８は、好ましくは、その対数が５０〜２００であり、電極指の幅が０．１〜１０μｍであり、電極指の間隔が０．１〜１０μｍであり、電極指の交差幅が１０〜８０μｍである。そして、ＩＤＴ電極８は、弾性表面波共振器や弾性表面波フィルタとしての所期の特性を良好に得るために、０．２〜０．４μｍの厚みを有する。なお、ＩＤＴ電極８は、発生される弾性表面波を反射し効率よく共振させるために、弾性表面波の伝搬路の両端に、反射器を設けた構造としてもよい。

また、ＩＤＴ電極８は、Ａｌ−Ｃｕ系等のＡｌ合金の金属材料で形成されている。ＩＤＴ電極８を形成する材料として、Ａｌに加えられる金属には、Ｃｕとともに、又は、Ｃｕに代えて、Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ等の金属が用いられることもある。なお、ＩＤＴ電極８は、Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ等の金属を含んだＡｌ合金で形成されたものでよい。
さらに、前述したＩＤＴ電極８の材料は、複数の電極指を平行に配列したスリット型の反射器にも適用できる。なお、ＩＤＴ電極８は、図１のように、ラダー型弾性表面波フィルタを示したが、２重モード弾性表面波共振器フィルタで構成されたものであってもよい。

ＩＤＴ電極８は、引き出し配線９によって、複数の配線電極１９と接続されている。ＩＤＴ電極８と引き出し配線９とは、絶縁性の保護膜１０で覆われている。
配線電極１９は、導電性の金属材料で形成されている。配線電極１９が、半田等の溶融性金属材料で形成された接続体（図示せず）により、この配線電極１９と対向する位置に形成されている回路基板（図示せず）上の配線接続電極（図示せず）と接合されることで、弾性表面波素子Ｓ１内のＩＤＴ電極８と、回路基板に接続されている外部配線（図示せず）とが、電気的かつ機械的に接続される。

環状電極１１は、圧電基板１の主面１ａ上のＩＤＴ電極８を取り囲む位置に形成されている。そして、図３に示すように、環状電極１１が、半田等により、この環状電極１１と対向する位置に形成されている回路基板６０上の環状接続電極６６と接合されることで、弾性表面波素子Ｓ１と回路基板６０との環状電極１１で囲まれた振動空間６７が、気密状態となる。

接地電極５３は、圧電基板１の主面１ａ上のＩＤＴ電極８や環状電極１１に接続する位置に形成されており、接地用の配線に接続している。
ＩＤＴ電極８、引き出し配線９及び接地電極５３は、スパッタリング法、蒸着法やＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長法）等の薄膜形成法を用いて、前述したようなＡｌを主成分とするＡｌ合金（例えば、Ａｌ−Ｃｕ合金）により、形成される。そして、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングされ、所定の形状となる。また、環状電極１１や配線電極１９の下地層も、ＩＤＴ電極８、引き出し配線９及び接地電極５３と同時に形成することができる。

保護膜１０は、ＣＶＤ法や蒸着法等の薄膜形成法を用いて、圧電基板１の主面１ａ上のＩＤＴ電極８、引き出し配線９及び接地電極５３上の所定の場所に、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄や多結晶シリコン等の材料で形成されている。保護膜１０の膜厚は、前述のように、ＩＤＴ電極８上に形成されることから、弾性表面波装置の電気特性も考慮して決定される。
なお、弾性表面波素子Ｓ１は、ＩＤＴ電極８を少なくとも一対備えているが、所望の特性を得るために、直列接続、並列接続等の接続方式で接続した複数対のＩＤＴ電極８を備えてもよい。

図２は、図１におけるＡ−Ａ’部分での弾性表面波素子Ｓ１の環状電極１１の構造を模式的に示す断面図である。
環状電極１１は、下地層１２と、下地層１２を覆う形状で形成されている密着電極層１３と、密着電極層１３上に積層されているバリアメタル電極層１４と、バリアメタル電極層１４上に形成されているＡｕ電極層１５とを備えている。

下地層１２は、スパッタリング法、蒸着法やＣＶＤ法等の薄膜形成法を用いて、Ａｌを主成分とするＡｌ合金の材料で形成されている。この下地層１２は、ＩＤＴ電極８と同時に形成することができる。下地層１２の厚みは、０．２μｍ〜０．４μｍである。そして、フォトリソグラフィ法によりパターニングされ、所定の形状となる。
密着電極層１３は、下地層１２のＡｌ合金との密着性を高めるために、Ｃｒ、Ｔｉ等を含んだ材料で形成されている。密着電極層１３の厚みは、０．０１μｍ〜０．０３μｍである。

また、密着電極層１３は、下地層１２より大きな面積で形成されている。このため、密着電極層１３は、下地層１２上に形成されている部分と、圧電基板１上に形成されている部分とを有している。このように、密着電極層１３の周縁部における両部分の境界では、下地層１２の厚みによるＬ字型の段差を有する段部２０が形成されており、この密着電極層１３の段部２０では、密着電極層１３が圧電基板１に直接接触している。また、Ｃｒ膜は、酸化物に対して、高い密着性を有する。これにより、Ｃｒ膜で形成されている密着電極層１３は、Ａｌ−Ｃｕ合金で形成された下地層１２との接合強度より、酸化物で形成されている圧電基板１との接合強度が高いため、結果として、環状電極１１と圧電基板１との接合強度をより高めることができる。

バリアメタル電極層１４は、半田の拡散を抑制するためのバリアメタルとして、形成されている。このため、バリアメタル電極層１４には、半田の拡散を抑制するために、ＮｉやＣｕを含む材料が用いられる。とくに、バリアメタル電極層１４は、Ｃｕを材料として用いるよりも、Ｎｉを材料として用いることで、半田の拡散速度をより遅くすることができる。これにより、バリアメタル電極層１４は、リフロー時に、半田がバリアメタル電極層１４や下地層１２の層中に深く拡散することを防止することができるので、脆い金属間化合物の形成やそれに伴う金属層間の剥離等を抑制することができる。

また、バリアメタル電極層１４は、密着電極層１３のちょうど上に形成されている。すなわち、バリアメタル電極層１４は、密着電極層１３と同様に、下地層１２より大きな面積を有して形成されている。このため、バリアメタル電極層１４は、密着電極層１３の段部２０に入り込むように形成されており、密着電極層１３を覆っている。これにより、密着電極層１３への接触面積を増やすことができるので、結果として、環状電極１１と圧電基板１との接合強度をさらに向上することができる。

バリアメタル電極層１４の厚みは、０．５μｍ〜１．５μｍの範囲で形成されていることが好ましい。このとき、バリアメタル電極層１４の厚みが、０．５μｍより薄いときのように、半田等の接続金属に対するバリアメタルとしての役割が劣ることもなく、また、１．５μｍより厚いときのように、膜応力が著しく大きくなることもない。
密着電極層１３、バリアメタル電極層１４、及び最上部のＡｕ電極層１５は、スパッタリング法または蒸着法等の薄膜形成法により形成される。環状電極１１の所定の形状を得るには、リフトオフ法、フォトリソグラフィ法やメタルマスク等の薄膜形成法を用いて、形成される。

保護膜１０は、前述したように、ＩＤＴ電極８上に形成されるだけでなく、環状電極１１が形成されたのち、弾性表面波素子Ｓ１の表面上の環状電極１１を取り囲む位置にも形成される。保護膜１０は、図２に示すように、密着電極層１３よりも厚く形成される。これにより、保護膜１０は、密着電極層１３を、弾性表面波素子Ｓ１表面から露出しないように覆うことができる。

保護膜１０を密着電極層１３より厚く形成する理由は、次のとおりである。
弾性表面波素子Ｓ１と回路基板との接合に用いた半田が必要以上に多く溶融してしまい、環状電極１１の外周側面に沿って流れてしまったとき、半田が密着電極層１３に到達してしまうおそれがある。このとき、保護膜１０があると、半田が密着電極層１３に接触することを阻止するので、半田に含まれるＳｎ成分と、密着電極層１３に含まれるＣｒ成分とが接触することで生成されるＣｒ−Ｓｎ合金が形成されにくい。よって、密着電極層１３の一部に、機械的な強度の弱いＣｒ−Ｓｎ合金が生成されることを防止することができ、この弾性表面波装置の長期的な信頼性を保つことができる。

図３は、回路基板６０に弾性表面波素子Ｓ１を実装している弾性表面波装置９０の断面図である。
弾性表面波装置９０に含まれる回路基板６０は、基体６１と、環状接続電極６６と、配線接続電極６２とを備えている。また、環状接続電極６６上には、環状電極１１と接合するための環状封止材６５が形成されており、配線接続電極６２上には、配線電極１９と接合するための接続体６３が形成されている。

基体６１は、例えば、セラミック基板と枠状セラミック基板とを積層することで形成されてもよく、単に一枚のセラミック基板として形成されてもよい。
配線接続電極６２及び環状接続電極６６は、基体６１の上に、電解めっき又は無電解めっき法等の方法を用いて形成される。
回路基板６０の底面には外部端子電極６８が形成されており、この外部端子電極６８は、回路基板６０の表面や回路基板６０の内部に形成された配線パターンやビアホールを介して、各配線接続電極６２に接続されている。

環状接続電極６６上に形成されている環状封止材６５及び配線接続電極６２上に形成されている接続体６３は、スクリーン印刷等の印刷法を用いて、半田ペースト，Ａｕ−Ｓｎペースト等の金属材料で形成される。環状封止材６５及び接続体６３は、また、ディスペンサー法を用いて、その金属材料を塗布することにより、同時に形成することもできる。
なお、環状封止材６５は、ここでは環状接続電極６６上に形成される場合を示したが、環状電極１１上に形成されてもよい。

接続体６３は、たとえば、フォトリソグラフィ法、印刷法、ディスペンサー法を用いて、エポキシ樹脂に銀フィラー等の導電性フィラーを混入した異方性導電樹脂を塗布して、形成してもよい。接続体６３の材料となるエポキシ樹脂は、必要以上に樹脂が広がらないように、粘度を高めるため、添加剤としてチクソ性付与剤を添加したり、フィラーの量を調節することで、樹脂材料の粘度を調整することもできる。なお、接続体６３は、弾性表面波素子Ｓ１の電極腐食が起こらないよう、不純物イオン濃度を極力低減したものが好ましい。接続体６３は、また、フォトリソグラフィ法を用いて、異方性導電樹脂を塗布して形成してもよい。

なお、接続体６３は、ここでは、配線接続電極６２上に形成される場合を示したが、配線電極１９上に形成されてもよい。
弾性表面波装置９０は、以下の手順で製造される。
まず、弾性表面波素子Ｓ１は、ＩＤＴ電極８が形成された主面１ａを、基体６１の上面に対面させるフェースダウン構成として、回路基板６０上に載置固定される。

配線電極１９は、接続体６３を介して、その配線電極１９に対向した位置に形成されている配線接続電極６２と接続される。また、環状電極１１は、環状封止材６５を介して、その環状電極１１に対向した位置に形成されている環状接続電極６６と接続される。そして、弾性表面波素子Ｓ１は、それを載置した回路基板６０とともにリフロー炉に入れられる。接続体６３や環状封止材６５は、リフロー溶融し、その後、リフロー炉から取り出されて、常温まで冷やされることで固まる。そして、配線電極１９、配線接続電極６２及び接続体６３から配線電極部９２が形成され、環状電極１１、環状接続電極６６及び環状封止材６５から環状電極部９１が形成される。これにより、弾性表面波素子Ｓ１と回路基板６０とが、電気的かつ機械的に接続される。

ところで、環状電極部９１は、弾性表面波素子Ｓ１の主面１ａと、回路基板６０の実装面とにより、ＩＤＴ電極８を取り囲む位置に振動空間６７を形成する。この振動空間６７は、気密封止されている。この振動空間６７は、ＩＤＴ電極８の酸化等による劣化を抑制するために、低湿度の空気を封入し密閉することが好ましい。また、酸化等による劣化をさらに抑制するために、前記の気体に代えて、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを封入し、密閉してもよい。

次いで、ポッティング法や印刷法等により、弾性表面波素子Ｓ１の他方主面や周囲面に樹脂６４を塗布し、この樹脂６４を加熱硬化する。そして、各弾性表面波素子Ｓ１間の分離位置でダイシングすることにより、弾性表面波装置９０が完成する。
この弾性表面波装置９０は、環状電極部９１や樹脂６４が、振動空間６７の外周部を取り囲んでいるので、気密性、耐湿性を充分に確保でき、信頼性に優れている。

本発明の弾性表面波装置９０によれば、上述したように、弾性表面波素子Ｓ１に形成された下地層１２において、下地層１２の上面及びその周囲に、密着電極層１３、バリアメタル電極層１４及びＡｕ電極層１５が、この順で被覆されている。このような構造により、密着電極層１３とバリアメタル電極層１４との接触面積を増加することができるので、密着電極層１３とバリアメタル電極層１４との接合強度を向上させることができる。

また、下地層１２の周囲においては、密着電極層１３が圧電基板１に直接接触している。これにより、密着電極層１３として用いるＣｒ膜と酸化物である圧電基板１との密着性が高く、圧電基板１と密着電極層１３との接合強度は、圧電基板１とＡｌ−Ｃｕ合金で形成された下地層１２との接合強度より大きいため、結果として、環状電極１１と圧電基板１との接合強度をより高めることができる。

さらに、バリアメタル電極層１４は、段部２０に入り込んだ部分により、下地層１２及び密着電極層１３を挟み込む形状を有しているので、面一で密着電極層１３に密着するよりも、接触域を拡げることができる。これにより、環状電極１１が圧電基板１により確実に密着することができるので、環状電極１１は、膜応力による電極剥離を抑制することができ、結果として、振動空間６７の気密性を充分に確保することができる。

また、下地層１２は、密着電極層１３に取り囲まれており、弾性表面波素子Ｓ１表面に露出していない。これにより、Ｓｎを含む半田から形成される環状封止材６５を用いた際に、溶融した半田が、Ａｌ−Ｃｕ合金で形成されている下地層１２に接触することを防止でき、下地層１２が半田により腐食することが少ない。また、密着電極層１３やバリアメタル電極層１４により被覆されていない接地電極５３は、保護膜１０により被覆されているため、下地層１２同様、溶融した半田に接触することがなく、半田による腐食をほぼ防止できる。

さらに、好ましくは、保護膜１０の膜厚が、密着電極層１３の厚みよりも厚くなっている。すなわち、この密着電極層１３の側面が、バリアメタル電極層１４及び保護膜１０により覆われているので、密着電極層１３は、弾性表面波素子Ｓ１表面に露出していない。これにより、密着電極層１３と溶融した半田とが接触することにより機械的に脆いＣｒ−Ｓｎ合金が生成されてしまうことを防止でき、長期的な接合信頼性を維持することができる。

環状電極１１の周囲を取り囲む保護膜１０は、ＩＤＴ電極８を保護するためにＩＤＴ電極８上に形成する保護膜１０の形成領域を拡大すれば良く、これにより、製造工程が複雑化したり、増加したりすることはない。
また、保護膜１０は、化学的に安定な材料（例えば、ＳｉＯ₂）で形成されているので、仮に、半田が流れ落ち、保護膜１０上に到達しても、保護膜１０が腐食されることは少ない。これにより、保護膜１０は、Ａｌ−Ｃｕ合金の材料で形成されているＩＤＴ電極８、引き出し配線９及び接地電極５３に対して、半田の接触による腐食を防止することができる。

なお、上述の弾性表面波素子Ｓ１は、ＩＤＴ電極８と配線電極１９とを引き出し配線９で接続しているが、ＩＤＴ電極８と配線電極１９とを一体的に形成するような形状であってもよい。
また、上記実施形態では弾性表面波素子Ｓ１の一方主面の、環状電極１１及び配線電極１９の形成部分以外の部分を保護膜１０で被覆したが、保護膜１０を形成しない領域を設けることもできる。

本発明は、上述の弾性表面波装置以外にも、デュプレクサ等の弾性表面波装置においても、本発明を適用できることは、いうまでもない。

次に、本発明に係る弾性表面波装置を製造した実施例について説明する。ここでは、図１、図２及び図３に基づいて、本発明の具体的な実施例について説明する。
圧電基板１は、３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ₃結晶を用いた。圧電基板１は、そのチップサイズが約１．１ｍｍ×１．５ｍｍであった。
ＩＤＴ電極８、引き出し配線９、環状電極１１、配線電極１９及び接地電極５３を形成する部分に、スパッタリング法により、Ａｌ−Ｃｕ合金を材料として、下地層１２を形成した。

また、回路基板６０は、厚みが約２５０μｍのアルミナ基板を用いて、回路基板６０のチップサイズを約７０ｍｍ×７０ｍｍの大きさに形成した。回路基板６０上に無電界めっき法を用いて、環状接続電極６６と配線接続電極６２を、Ａｕ及びＮｉの金属材料で、約１μｍの厚みを有するように形成した。
環状電極１１及び配線電極１９を形成する部分以外に、リフトオフ法を用いるため、フォトレジスト膜でマスキングした。そして、スパッタリング法を用いて、環状電極１１及び配線電極１９を形成した。この環状電極１１は、下地層１２の上に、密着電極層１３をＣｒで形成し、バリアメタル電極層１４をＮｉで形成し、最表層の電極層１５をＡｕで形成した。

また、環状電極１１を形成する各電極層の厚みは、下地層１２が約１８０ｎｍであり、密着電極層１３が約２０ｎｍであり、バリアメタル電極層１４が約１μｍであり、Ａｕ電極層１５が約２００ｎｍであった。
保護膜１０をＣＶＤ法により成膜した後、フォトリソグラフィ技術により、環状電極１１及び配線電極１９を形成する部分のみを窓開けした。

回路基板６０には、図３に示すように、配線接続電極６２と環状接続電極６６との上に、スクリーン印刷法を用いて、接続体６３と環状封止材６５とを形成する半田ペーストを予め塗布した。塗布した半田ペーストの線幅は、約１００μｍであった。
配線接続電極６２と、それに対向した位置にある配線電極１９とが接続するように、弾性表面波素子Ｓ１が回路基板６０上にフェースダウンで載置した後、リフロー炉で２４０℃、５分間、リフロー溶融した。そして、弾性表面波素子Ｓ１を常温まで冷やすことにより、半田で形成された接続体６３及び環状封止材６５を硬化した。さらに、弾性表面波素子Ｓ１の上部より、真空印刷機で樹脂６４を印刷した後、乾燥炉で１５０℃，５分間、加熱硬化した。

最後に、回路基板６０の裏面より、各チップ間の分離位置でダイシングすることにより、個々のチップを形成して２．５ｍｍ×２．０ｍｍのサイズの弾性表面波装置９０を完成した。このとき、弾性表面波装置９０の高さは０．７ｍｍ程度であった。上記弾性表面波装置９０によれば、圧電基板１と回路基板６０との間に気密空間を確保しており、空間の高さは３０μｍとしている。この高さは弾性表面波フィルタの中心周波数における波長２μｍに対して大きく、弾性表面波の振動を妨げることはない。

以下では、製造された弾性表面波装置９０の信頼度を測定するため、上述の方法によって製造された弾性表面波装置９０を落下する試験を行った。
弾性表面波装置９０について、環状電極１１のＡｌ−Ｃｕ合金で形成された下地層１２の厚みを１８０ｎｍとし、かつ、Ａｕ電極層１５の厚みを２００ｎｍとして、密着電極層１３とバリアメタル電極層１４との厚みを変化して、落下試験を実施した結果を表１に示す。落下試験は高さ１８０ｃｍからの自然落下で、コンクリート上に１０回落下させたときの不良発生数を調べた。試料数は各水準２０個とした。

結果として、バリアメタル電極層１４の厚みを１０００ｎｍに固定した場合（ａ）、密着電極層１３の厚みを５ｎｍ以上とすることにより、不良の発生を防止することができた。また、密着電極層１３の厚みを１０ｎｍに固定した場合（ｂ）、バリアメタル電極層１４の厚みを５００ｎｍ以上とすることにより、不良の発生を防止することができた。
また、表１によると、密着電極層１３の厚みの下限は、５ｎｍ以上の範囲であることが好ましい。このとき、密着電極層１３の厚みが、５ｎｍより薄いときのように、下地層１２とバリアメタル電極層１４との接合強度が低下することが少なく、結果として、環状電極１１と圧電基板１とは、良好に結合することができる。

さらに、密着電極層１３の厚みの上限は、バリアメタル電極層１４と下地層１２との接合強度、下地層１２と圧電基板１の接合強度、下地層１２の電気抵抗特性や、下地層１２の製造工程等の特性を考慮して決定される。これらを考慮すれば、密着電極層１３の厚みの上限は、３０ｎｍまでの範囲で形成されることが良好である。このとき、密着電極層１３の厚みが、３０ｎｍより厚いときのように、接地電極５３の電気抵抗が高くなってしまったり、弾性表面波素子Ｓ１の電気特性が劣化してしまうことを抑制することができる。

また、リフトオフ法を用いて形成されることを考慮すると、密着電極層１３の厚みは、１０〜２０ｎｍの範囲で形成されていることがより好ましい。このとき、不要な密着電極層１３を剥離する際に、硬くて厚い不要な密着電極層１３がリフトオフ時に加えられる超音波によって振動してＩＤＴ電極８に接触してしまうおそれが少なく、ＩＤＴ電極８を傷つけてしまうことを防止することができる。

一方、表１によると、バリアメタル電極層１４の厚みは、５００ｎｍ以上の範囲で形成されていることが好ましい。このとき、バリアメタル電極層１４の厚みは、５００ｎｍより薄いときのように、半田の拡散を防止できないような不良となる弾性表面波装置が多くなることがない。
また、バリアメタル電極層１４の厚みは、１５００ｎｍ以下の範囲で形成されていることが好ましい。このとき、バリアメタル電極層１４の厚みは、１５００ｎｍより厚いときのように、バリアメタル電極層１４の膜応力によりリフトオフが困難になることがない。

なお、上述の実施例では、回路基板６０の基体６１をアルミナセラミックス基板としたが、ガラスセラミックス基板、ガラスエポキシ基板等の樹脂基板でもかまわない。
さらに、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かまわない。

本発明の一実施形態にかかる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１におけるＡ−Ａ’部分での弾性表面波素子の環状電極の構造を模式的に示す断面図である。 回路基板に弾性表面波素子を実装している弾性表面波装置の断面図である。 従来の代表的な弾性表面波装置の概略断面図である。 従来の弾性表面波装置（表面弾性波装置）に含まれる配線電極（電極パッド）の断面図である。 弾性表面波装置に含まれる配線電極（電極パッド）をリフトオフ法で形成する工程を説明する断面図である。

符号の説明

Ｓ１ 弾性表面波素子
１ 圧電基板
１ａ 圧電基板の主面
８ ＩＤＴ電極（励振電極）
１１ 環状電極
１２ 下地層
１３ 密着電極層
１４ バリアメタル電極層
１５ 密着電極層
６０ 回路基板
９０ 弾性表面波装置

Claims (5)

1. 回路基板上に弾性表面波素子をワイヤレスボンディング方式で実装した弾性表面波装置であって、
   前記弾性表面波素子は、圧電基板の主面に形成された励振電極と、前記圧電基板の主面に形成され、前記励振電極の外周を取り囲む位置に形成されている環状電極とを有するものであり、
   前記環状電極は、
   前記圧電基板の主面に、Ａｌを主成分とする金属材料で形成されている下地層と、
   前記下地層を覆い、前記下地層よりも広い面積に形成されている密着電極層と、
   前記密着電極層上に形成されているバリアメタル電極層とを含んでいる、弾性表面波装置。
2. 前記環状電極の周縁の前記主面上には、保護膜が形成されており、
   前記保護膜は、
   前記密着電極層より厚く形成されている、請求項１に記載の弾性表面波装置。
3. 前記密着電極層の厚みが５〜３０ｎｍである、請求項１または請求項２に記載の弾性表面波装置。
4. 前記密着電極層は、ＣｒまたはＴｉの金属材料を含んでいる、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の弾性表面波装置。
5. 前記保護膜は、二酸化シリコンで形成されている、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の弾性表面波装置。

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