JP2007124529A - Surface acoustic wave element and method of manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、弾性表面波素子およびその製造方法に関し、特に、携帯電話機等の移動体通信機器に用いられる圧電基板上に形成された弾性表面波素子に関する。 The present invention relates to a surface acoustic wave element and a method for manufacturing the same, and more particularly to a surface acoustic wave element formed on a piezoelectric substrate used in mobile communication equipment such as a mobile phone.
近年、携帯電話機等の通信装置に搭載された弾性表面波素子がより小型化になり、通信装置が用いられる分野以外においても、幅広く用いられている。そして、この小型化に加え、通信キャリアの高周波化にともない、弾性表面波素子に含まれる弾性表面波を励振する励振電極は、この励振電極を形成する電極指同士の間隔が狭く、この電極指の幅が細くなっている。このため、弾性表面波素子に含まれる励振電極は、このような出力周波数の高周波化に伴って、より微細な設計に基づく加工が要求される。 In recent years, a surface acoustic wave element mounted on a communication device such as a cellular phone has been further reduced in size, and is widely used in fields other than the field where the communication device is used. In addition to this miniaturization, with the increase in frequency of communication carriers, excitation electrodes that excite surface acoustic waves contained in the surface acoustic wave element have a narrow interval between the electrode fingers that form the excitation electrodes. The width of is narrow. For this reason, the excitation electrode included in the surface acoustic wave element is required to be processed based on a finer design as the output frequency becomes higher.
高周波化した通信キャリアを有する弾性表面波素子は、上述のように、微細な設計に基づいて作製されているため、弾性表面波素子の製造工程で最終的に出来上がったものに生じたわずかな設計上のばらつきでさえ、製品毎の出力周波数に大きな変動を及ぼすおそれがある。このことは、例えば、励振電極の線幅、励振電極の膜厚、電極指ピッチ、励振電極等を保護する保護膜の膜厚、励振電極を形成する金属層の結晶構造の均質性等にばらつきを生じることにより、個々の弾性表面波素子の圧電基板に発生する弾性表面波の音速等の特性にばらつきを生じるためであると考えられる。よって、通信キャリアの高周波化にともない、弾性表面波素子は、挿入損失の周波数特性が所望の値から変動しやすくなり、歩留り、信頼性をさらに低下するおそれがある。 As described above, surface acoustic wave elements having high-frequency communication carriers are manufactured based on a fine design. Therefore, a slight design produced in the final product of the surface acoustic wave element manufacturing process. Even the above variations can cause large fluctuations in the output frequency of each product. This varies, for example, in the line width of the excitation electrode, the thickness of the excitation electrode, the electrode finger pitch, the thickness of the protective film protecting the excitation electrode, the homogeneity of the crystal structure of the metal layer forming the excitation electrode, etc. This is considered to be due to variations in characteristics such as sound velocity of the surface acoustic wave generated on the piezoelectric substrate of each surface acoustic wave element. Therefore, as the frequency of the communication carrier increases, the surface acoustic wave element has a tendency that the frequency characteristics of the insertion loss easily fluctuate from a desired value, which may further reduce the yield and reliability.
このため、弾性表面波素子を形成するときに、通過帯域の中心の周波数を示す中心周波数を含む周波数特性のばらつきを補正することが必要となる。
例えば、特許文献1には、励振電極上の保護膜の膜厚を変化させることによって、所望の中心周波数に調整を可能とする層状構造弾性表面波素子の製法が提案されている。
また、特許文献2には、中心周波数を高い方へシフトして所望の中心周波数を得るために、ある程度の厚さの励振電極を形成した後にエッチング工程を付加し、このエッチング工程により励振電極を薄くして周波数調整を行う弾性表面波装置の製造方法が提案されている。
For example,
In
上述のような弾性表面波素子の有する周波数特性のばらつきを補正する方法の一つとして、特許文献1に記載のように、励振電極が形成された圧電基板の面上に二酸化シリコン等の材料で形成される保護膜の膜厚を加減することで、弾性表面波素子の通過帯域の中心周波数を調整することが挙げられる。この通過帯域の中心周波数を調整する方法は、保護膜の膜厚の違いで生じる質量効果により、弾性表面波の音速が変化することを利用したものである。この質量効果とは、保護膜の膜厚、つまり、圧電基板上に形成された保護膜の有する質量により、この弾性表面波素子の励振する弾性表面波が変化することを示している。保護膜は、例えば、その膜厚を薄くすれば、弾性表面波素子が有する通過帯域の中心周波数を高くすることができ、逆に、保護膜の膜厚を厚くすれば、通過帯域の中心周波数を低くすることができる。
As one of methods for correcting the variation in frequency characteristics of the surface acoustic wave element as described above, as described in
このとき、圧電基板で形成されたウエハ状の母基板において、保護膜のエッチング量を一定にしても、弾性表面波素子の発する中心周波数が、所望の値から変動してしまうことがある。このような各弾性表面波素子の中心周波数のばらつきは、バッチ処理の過程や、圧電基板としての母基板毎の弾性表面波素子のわずかな特性の違いで現れると考えられる。 At this time, even if the etching amount of the protective film is constant in the wafer-like mother substrate formed of the piezoelectric substrate, the center frequency generated by the surface acoustic wave element may vary from a desired value. Such variation in the center frequency of each surface acoustic wave element is considered to appear due to a process of batch processing or a slight difference in characteristics of the surface acoustic wave element for each mother substrate as a piezoelectric substrate.
これまでの保護膜の質量効果を用いた保護膜のエッチングでは、母基板上に形成される複数の弾性表面波素子の構造上のわずかなばらつきに対して、保護膜の膜厚を加減することができず、製造された弾性表面波素子に対して、所望の周波数特性を得ることは困難であった。
また、中心周波数を高くするあまりに、この保護膜をさらに薄く形成し過ぎれば、保護膜は、導電性異物や湿気等の外的要因から、励振電極を保護するために必要な膜厚を保つことが難しくなり、保護膜は、圧電基板上に形成された各種電極パターンを保護する、という本来の役割を果たせなくなる。
In the conventional etching of the protective film using the mass effect of the protective film, the thickness of the protective film is increased or decreased with respect to slight variations in the structure of the plurality of surface acoustic wave elements formed on the mother substrate. Therefore, it is difficult to obtain a desired frequency characteristic for the manufactured surface acoustic wave device.
Moreover, if the protective film is formed too thinly by increasing the center frequency, the protective film should maintain the film thickness necessary for protecting the excitation electrode from external factors such as conductive foreign matter and moisture. Thus, the protective film cannot play its original role of protecting various electrode patterns formed on the piezoelectric substrate.
したがって、これらの特許文献に記述されているような工程管理による消極的な周波数制御方法だけでは、工程内管理値を狭める方法を含めて、わずかな選択肢しかなく、工程不良の手直しや不良率の増大を発生させてしまう。
そこで、弾性表面波素子の有する挿入損失の周波数特性を測定し、周波数特性のばらつきが許容範囲内かどうかを検査するために、弾性表面波素子上の電極に、検査用の電極針(プローブ針)を当てて評価用信号を入力して、挿入損失の周波数特性の測定を行うことが考えられる。今までは、このプローブ用の電極として、実装用基板との接合に用いられる実装パッド電極がその役目を兼ねていたが、プローブ針を当てるときにかかる応力で、実装パッド電極を形成する金属薄膜が耐え切れずに、プローブ痕が残って実装パッド電極が破損してしまうこともあった。
Therefore, the passive frequency control method based on the process management as described in these patent documents only has a few options including the method of narrowing the in-process control value, and the rework of the process defect and the defect rate are reduced. It will cause an increase.
Therefore, in order to measure the frequency characteristics of the insertion loss of the surface acoustic wave element and to check whether the variation in the frequency characteristics is within an allowable range, an electrode needle for inspection (probe needle) is connected to the electrode on the surface acoustic wave element. ) To input the evaluation signal and measure the frequency characteristics of the insertion loss. Up to now, the mounting pad electrode used for bonding to the mounting substrate also served as the probe electrode, but the metal thin film that forms the mounting pad electrode by the stress applied when the probe needle is applied However, the mounting pad electrode may be damaged due to remaining probe marks.
よって、挿入損失の周波数特性の測定に必要な電極として、実装パッド電極と電気的に接続したプローブパッド電極を設けることが考えられる。このプローブパッド電極は、挿入損失の周波数特性の測定のとき、プローブ針を当てやすくするために、プローブパッド電極上に形成される保護膜を、実装パッド電極よりも大きな面積を有するように除去する。このとき、これらのプローブパッド電極や実装パッド電極を含む各種電極パターンを形成するための保護膜の除去には、ウェットエッチングやドライエッチング等のエッチング工程が用いられる。 Therefore, it is conceivable to provide a probe pad electrode electrically connected to the mounting pad electrode as an electrode necessary for measuring the frequency characteristics of the insertion loss. This probe pad electrode removes the protective film formed on the probe pad electrode so as to have a larger area than the mounting pad electrode so that the probe needle can be easily applied when measuring the frequency characteristics of the insertion loss. . At this time, an etching process such as wet etching or dry etching is used to remove the protective film for forming various electrode patterns including these probe pad electrodes and mounting pad electrodes.
ウェットエッチングを用いて各種電極パターン上の所定部分の保護膜をエッチングする場合、洗浄作業において、水が用いられることが多い。この洗浄作業において、例えば、各種電極パターンが耐圧性に優れたAl−Cu合金等のAlを主体とする金属材料で形成されているとき、この材料で形成された各種電極パターンとエッチング用の水とが接触することにより、局部電池効果が現れてしまう。特に、大きく形成されたプローブパッド電極が、この局部電池効果により容易に腐食する。そして、隣接した実装パッド電極にまで、プローブパッド電極に生じた腐食が広がり、この実装パッド電極を含んだ弾性表面波素子のフィルタ特性が劣化するおそれがある。 When etching a predetermined portion of the protective film on various electrode patterns using wet etching, water is often used in the cleaning operation. In this cleaning operation, for example, when various electrode patterns are formed of a metal material mainly composed of Al, such as an Al—Cu alloy having excellent pressure resistance, various electrode patterns formed with this material and water for etching are used. And the local battery effect appears. In particular, a large probe pad electrode is easily corroded by this local battery effect. Further, the corrosion generated in the probe pad electrode spreads to the adjacent mounting pad electrode, and the filter characteristics of the surface acoustic wave element including the mounting pad electrode may be deteriorated.
一方、ドライエッチングを用いて各種電極パターン上の所定部分の保護膜をエッチングする場合、エッチングガスとして、BCl3等の塩素系のガスを用いる。そして、このエッチング工程の後、ダイシング工程等において、水を使用することがあるが、このとき、エッチングで用いた残留塩素の影響で、大きく形成されたプローブパッド電極が容易に腐食する。これにより、ウェットエッチングの場合と同じく、実装パッド電極にまで腐食が広がり、フィルタ特性が劣化するおそれがある。 On the other hand, when a predetermined portion of the protective film on various electrode patterns is etched using dry etching, a chlorine-based gas such as BCl 3 is used as an etching gas. Then, after this etching process, water may be used in a dicing process or the like, but at this time, the probe pad electrode formed largely corrodes easily due to the influence of residual chlorine used in the etching. As a result, as in the case of wet etching, corrosion spreads to the mounting pad electrode, and the filter characteristics may be deteriorated.
いずれのエッチングを用いるにせよ、このプローブパッド電極が実装パッド電極に隣接して備えられたとき、実装パッド電極よりも大きな面積を有するプローブパッド電極が腐食しやすいので、プローブパッド電極に生じた腐食領域が実装パッド電極まで拡大するおそれがある。
このため、腐食を起した実装パッド電極とバンプ接続体との接続やワイヤーボンディングの接続において、不良が発生しやすくなり、弾性表面波素子の実装後の信頼性に問題が出るおそれがある。
Whichever etching is used, when the probe pad electrode is provided adjacent to the mounting pad electrode, the probe pad electrode having a larger area than the mounting pad electrode is likely to corrode. There is a possibility that the area may extend to the mounting pad electrode.
For this reason, defects are likely to occur in the connection between the corroded mounting pad electrode and the bump connection body or the wire bonding connection, which may cause a problem in reliability after mounting the surface acoustic wave element.
そこで、本発明は、上述の従来の諸問題を解決し、弾性表面波素子の製造過程において、所望の周波数特性に近づけることができ、その結果、製造効率を高くすることができ、信頼性に優れた弾性表面波素子およびその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention solves the above-described conventional problems, and can approximate the desired frequency characteristics in the manufacturing process of the surface acoustic wave device, thereby increasing the manufacturing efficiency and improving the reliability. An object of the present invention is to provide an excellent surface acoustic wave device and a method for manufacturing the same.
上記の目的を達成するための弾性表面波素子は、圧電基板の主面上に形成された励振電極により、弾性表面波を励振する弾性表面波素子であって、櫛歯状の電極指を有する前記励振電極と、前記励振電極に接続されたパッド電極部と、前記励振電極及び前記パッド電極の上に形成された保護膜とを備えており、前記パッド電極部には、前記保護膜の一部が除去されて電極が露出した2つの窓部が形成され、前記2つの窓部はそれぞれ、信号を入力する電極針が当接するためのプローブパッド電極及び、実装用基板に接続するための実装パッド電極として機能するものである。 A surface acoustic wave element for achieving the above object is a surface acoustic wave element that excites a surface acoustic wave by an excitation electrode formed on a main surface of a piezoelectric substrate, and has comb-like electrode fingers. The excitation electrode, a pad electrode portion connected to the excitation electrode, and a protective film formed on the excitation electrode and the pad electrode. The pad electrode portion includes one of the protective films. The two windows are formed by removing the part and exposing the electrodes. Each of the two windows is a probe pad electrode for contacting an electrode needle for inputting a signal and a mounting for connecting to a mounting substrate. It functions as a pad electrode.
この構成によれば、弾性表面波素子上に、信号入力を行うための電極針を当てて、信号を入力するための評価測定用の電極としてのプローブパッド電極を形成することにより、弾性表面波素子の挿入損失の周波数特性を測定することができるので、その際に、例えば、保護膜のエッチング量を加減することができる。また、保護膜のエッチングの際に挿入損失の周波数特性の測定をしながら保護膜の膜厚のエッチング量を加減できることにより、弾性表面波素子の製造途中で生じてしまう周波数特性のばらつきを補正することができ、結果として、弾性表面波素子の歩留まりの向上を図ることができる。 According to this configuration, the surface acoustic wave is formed by forming a probe pad electrode as an electrode for evaluation measurement for inputting a signal by applying an electrode needle for inputting a signal on the surface acoustic wave element. Since the frequency characteristic of the insertion loss of the element can be measured, for example, the etching amount of the protective film can be adjusted. In addition, by measuring the frequency characteristics of the insertion loss during the etching of the protective film, the amount of etching of the protective film thickness can be adjusted, thereby correcting the frequency characteristic variation that occurs during the production of the surface acoustic wave device. As a result, the yield of the surface acoustic wave device can be improved.
また、プローブパッド電極と実装パッド電極とは、電気的に接続しているので、プローブパッド電極に電極針を当てて信号の入力をして挿入損失の周波数特性の測定を行っても、実装パッド電極に信号を入力したときとほぼ同じ測定結果を得ることができる。これにより、電極針により実装パッド電極を傷つけずに、実装前に弾性表面波素子の挿入損失の周波数特性を測定することができるので、実装パッド電極と実装用基板との接合の不具合を少なくし、歩留まりの向上を図ることができる。 In addition, since the probe pad electrode and the mounting pad electrode are electrically connected, the mounting pad can be measured even if the frequency characteristic of the insertion loss is measured by applying an electrode needle to the probe pad electrode and inputting a signal. Almost the same measurement result as when a signal is input to the electrode can be obtained. As a result, it is possible to measure the frequency characteristics of the insertion loss of the surface acoustic wave element before mounting without damaging the mounting pad electrode by the electrode needle, thereby reducing the bonding failure between the mounting pad electrode and the mounting substrate. Yield can be improved.
なお、前記パッド電極部の周辺部には、平面視で1つ以上の凹状部領域が形成されてもよい。
この構成によれば、凹み形状を有する凹状部領域は、アライメント用としての位置決めマーカーとして作用することもできるので、実装用基板との接合のためのバンプを形成するバンプ形成工程やワイヤーボンディング工程で用いられるセンサによる位置決め精度を向上することができる。これにより、ほぼ設計どおりにバンプやワイヤーボンディング等を形成することができるので、弾性表面波素子の製造歩留りを、さらに向上することができる。
Note that one or more concave regions may be formed in the periphery of the pad electrode portion in plan view.
According to this configuration, the recessed portion region having a recessed shape can also act as a positioning marker for alignment, so in a bump forming process or a wire bonding process for forming a bump for bonding to a mounting substrate. The positioning accuracy by the sensor used can be improved. As a result, bumps, wire bonding, and the like can be formed almost as designed, so that the production yield of the surface acoustic wave element can be further improved.
なお、凹状部領域は、パッド電極部の周辺部に複数個配置する以外にも、例えば、プローブパッド電極と実装パッド電極との間に配置したり、プローブパッド電極と実装パッド電極との中心を通る線上に配置したりすることができる。
また、この凹状部領域は、圧電基板の主面に平行な向きの力を吸収する。このため、凹状部領域がプローブパッド電極付近に設けられている場合、この凹状部領域は、電極針を当てるときにかかる応力を吸収することができる。これにより、プローブパッド電極に電極針を当てたとき、この電極針を当てたことによる応力が実装パッド電極まで伝わりにくいので、実装パッド電極を傷つけることが少ない。よって、実装用基板との接合を弱めることがなく、弾性表面波素子の耐久性を高めることができる。
In addition to arranging a plurality of concave portions in the periphery of the pad electrode portion, for example, it is arranged between the probe pad electrode and the mounting pad electrode, or the center of the probe pad electrode and the mounting pad electrode is arranged. Or can be placed on a line that passes through.
In addition, the concave portion region absorbs a force in a direction parallel to the main surface of the piezoelectric substrate. For this reason, when the concave portion region is provided in the vicinity of the probe pad electrode, the concave portion region can absorb the stress applied when the electrode needle is applied. Thereby, when an electrode needle is applied to the probe pad electrode, stress due to the application of the electrode needle is not easily transmitted to the mounting pad electrode, and therefore the mounting pad electrode is rarely damaged. Therefore, the durability of the surface acoustic wave element can be enhanced without weakening the bonding with the mounting substrate.
なお、前記保護膜の膜厚は、5nm〜2.5μmの範囲にあることが好ましい。これにより、保護膜の厚みが5nmを満たない範囲で形成されたときのように、圧電基板9の主面上に形成された各種電極パターンを、導電性異物や湿気等の外的要因から保護することができなくなるといった問題を解決することができる。また、保護膜の厚みが2.5μmを超える範囲で形成されたときのように、保護膜の成膜工程において、保護膜の成膜に長時間を要して、実用的な工程とならないといった問題を解決することができる。 In addition, it is preferable that the film thickness of the said protective film exists in the range of 5 nm-2.5 micrometers. As a result, the various electrode patterns formed on the main surface of the piezoelectric substrate 9 are protected from external factors such as conductive foreign matter and moisture as when the thickness of the protective film is less than 5 nm. The problem of being unable to do so can be solved. Further, as in the case where the protective film is formed in a thickness exceeding 2.5 μm, the protective film formation process takes a long time and does not become a practical process. The problem can be solved.
また、前記窓部によって露出された前記プローブパッド電極は、5000μm2から20000μm2の範囲の面積を有していることが好ましい。これにより、5000μm2に満たない面積を有するときのように、電極針が当たりにくいといった問題を解決することができる。一方、20000μm2を超えた面積を有するときのように、弾性表面波素子の挿入損失の周波数特性の測定に必要な領域以上に露出させない形状を有しているため、各種電極パターン形成時の、例えば、エッチング工程における残留塩素の影響でプローブパッド電極が腐食するといった問題を解決することができる。このため、プローブパッド電極に併設された実装パッド電極に腐食領域が広がることが少ない。これにより、実装パッド電極と実装用基板上のバンプ接続体との接合や、ワイヤーボンディングにおける接続における不良を軽減することができ、結果として、弾性表面波素子の実装後の信頼性を向上することができる。 Further, the probe pad electrodes exposed by the window portion preferably has an area ranging from 5000 .mu.m 2 of 20000μm 2. As a result, it is possible to solve the problem that the electrode needle is difficult to hit, as in the case where the area is less than 5000 μm 2 . On the other hand, since it has a shape that is not exposed beyond the region necessary for measuring the frequency characteristics of the insertion loss of the surface acoustic wave element, such as when having an area exceeding 20000 μm 2 , when forming various electrode patterns, For example, the problem that the probe pad electrode corrodes due to the influence of residual chlorine in the etching process can be solved. For this reason, the corrosion region hardly spreads on the mounting pad electrode provided along with the probe pad electrode. As a result, it is possible to reduce defects in the bonding between the mounting pad electrode and the bump connection body on the mounting substrate and in the wire bonding, and as a result, the reliability after mounting the surface acoustic wave element is improved. Can do.
上記の目的を達成するための弾性表面波素子の製造方法は、圧電基板を用意し、圧電基板上の主面に、弾性表面波を励振する励振電極と、前記励振電極に接続されたパッド電極部とを形成し、前記励振電極と前記パッド電極部との上に保護膜を形成し、前記パッド電極部には、前記保護膜の一部を除去して、信号を入力する電極針が当接するためのプローブパッド電極及び実装用基板に接続するための実装パッド電極として機能するそれぞれ2つの窓部を形成し、前記パッド電極部に電極針を当接しながら、前記保護膜をエッチングし、前記弾性表面波素子の周波数特性を測定し、所望の周波数特性になった時、または、所望の周波数特性になる前、に前記エッチングを終了して、所望の厚みを有する保護膜を形成する方法である。 A method of manufacturing a surface acoustic wave element for achieving the above object comprises preparing a piezoelectric substrate, an excitation electrode for exciting a surface acoustic wave on a main surface of the piezoelectric substrate, and a pad electrode connected to the excitation electrode. And a protective film is formed on the excitation electrode and the pad electrode part. An electrode needle for inputting a signal is applied to the pad electrode part by removing a part of the protective film. Forming two window portions each functioning as a probe pad electrode for contact and a mounting pad electrode for connecting to a mounting substrate, etching the protective film while contacting an electrode needle to the pad electrode portion, By measuring the frequency characteristics of the surface acoustic wave element, when the desired frequency characteristics are reached, or before the desired frequency characteristics are reached, the etching is terminated and a protective film having a desired thickness is formed. is there.
この方法によれば、弾性表面波素子の製造過程において、所望の周波数特性に近づけることができる。
弾性表面波素子の挿入損失の周波数特性の測定では、プローブパッド電極に電極針を当てて、ネットワークアナライザー等の挿入損失の周波数特性を測定するための装置を用いることで、当該プローブパッド電極に接続された励振電極の挿入損失の周波数特性を測定する。このとき、弾性表面波素子上に形成された保護膜を、好適な膜厚になるまでエッチングすることができ、所望の周波数特性を有した弾性表面波素子を得ることができる。これにより、製造効率を高くすることができ、信頼性に優れた弾性表面波素子の製造方法を提供することができる。
According to this method, a desired frequency characteristic can be approximated in the manufacturing process of the surface acoustic wave element.
When measuring the frequency characteristics of the insertion loss of a surface acoustic wave device, connect the probe pad electrode to the probe pad electrode by using a device such as a network analyzer to measure the frequency characteristics of the insertion loss. The frequency characteristic of the insertion loss of the excitation electrode is measured. At this time, the protective film formed on the surface acoustic wave element can be etched to a suitable thickness, and a surface acoustic wave element having a desired frequency characteristic can be obtained. Thereby, manufacturing efficiency can be made high and the manufacturing method of the surface acoustic wave element excellent in reliability can be provided.
以下では、本発明の弾性表面波素子について、共振器型の弾性表面波素子を例にとり、添付図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下に説明する図面において、同一構成には同一符号を付すものとする。
また、各電極の大きさ、電極間の距離、電極指の本数・間隔等については、説明のために模式的に図示するものとする。
Hereinafter, the surface acoustic wave element of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, taking a resonator type surface acoustic wave element as an example.
In addition, in drawing demonstrated below, the same code | symbol shall be attached | subjected to the same structure.
In addition, the size of each electrode, the distance between the electrodes, the number of electrode fingers, the interval, and the like are schematically illustrated for explanation.
図1は、本発明の一実施形態にかかる弾性表面波素子の主面の平面図である。
なお、本明細書で「主面」とは、板状の圧電基板9の表面であり、励振電極2や反射器電極8等の各種電極パターンが形成された電極形成面のことをいう。
弾性表面波素子1は、圧電基板9と、この圧電基板9上に形成された櫛歯状の励振電極2と、励振された弾性表面波の伝搬方向に設けられた反射器電極8(以下、単に反射器8ともいう)と、弾性表面波素子1の主面上に設けられたパッド電極部4とを備えている。
FIG. 1 is a plan view of a main surface of a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
In the present specification, the “main surface” is the surface of the plate-like piezoelectric substrate 9 and means an electrode forming surface on which various electrode patterns such as the
The surface
圧電基板9は、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム単結晶、リチウム単結晶、四ホウ酸リチウム単結晶等の大きな焦電性を有する圧電単結晶の材料で形成される。これにより、圧電基板9は、電気機械結合係数を大きく、かつ、周波数温度係数を小さくすることができる。
また、圧電基板9は、これらの圧電単結晶の材料に、酸素を還元処理したり、Fe等の金属物質を固溶したりしてもよい。これらの処理をすることで、圧電基板9による焦電性を抑制することができる。これにより、微細な電極指で形成された励振電極2や反射器8に対する焦電破壊を低減することができ、結果として、弾性表面波素子1の信頼性を良好に向上することができる。
The piezoelectric substrate 9 is formed of a material having a large pyroelectric property such as a lithium tantalate single crystal, a lithium niobate single crystal, a lithium single crystal, or a lithium tetraborate single crystal. Thereby, the piezoelectric substrate 9 can increase the electromechanical coupling coefficient and decrease the frequency temperature coefficient.
In addition, the piezoelectric substrate 9 may be obtained by reducing oxygen or dissolving a metal substance such as Fe in these piezoelectric single crystal materials. By performing these processes, pyroelectricity due to the piezoelectric substrate 9 can be suppressed. Thereby, pyroelectric breakdown with respect to the
圧電基板9の厚みは、好ましくは、0.1〜0.5mm程度である。このため、その厚みが0.1mm未満で薄く形成されたときのように、圧電基板9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く、また、圧電基板9の厚みが増すことにより、弾性表面波素子1の寸法が大きくなることもない。
The thickness of the piezoelectric substrate 9 is preferably about 0.1 to 0.5 mm. Therefore, the piezoelectric substrate 9 does not become brittle as when the thickness is less than 0.1 mm, and conversely, when the thickness is greater than 0.5 mm. The material cost does not increase, and the dimension of the surface
弾性表面波素子1の励振電極2および反射器8等を含む各種電極パターンは、圧電基板9の主面上に、スパッタリング法、蒸着法、めっき法やCVD法(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長法)等の薄膜形成法を用いて、AlやAl合金(例えば、Al−Cu系やAl−Ti系)等の金属材料で形成される。各種電極パターンの厚みは0.1〜0.5μm程度とすることで、弾性表面波を良好に励振することができ、好適な特性を得ることができる。
Various electrode patterns including the
励振電極2には、配線電極を介して外部端子と接続するためのパッド電極部4が接続されている。パッド電極部4は、励振電極2と反射器8と、ほぼ同じ工程で形成されている。つまり、圧電基板9の主面上に、スパッタリング法、蒸着法、めっき法やCVD法等の薄膜形成法を用いて、AlやAl合金等の金属材料で形成される。
パッド電極部4、励振電極2及び反射器8等の各種電極パターン上には、CVD法や蒸着法等の薄膜形成法を用いて、Si,SiO2,SiNx,Al2O3等の半導体材料や絶縁体材料で形成された保護膜3が形成されている。これにより、弾性表面波素子1の主面に形成された各種電極パターンに対して、導電性異物による通電防止や耐電力性を向上することができる。この保護膜3は、また、この膜厚による質量効果により、中心周波数の調整をすることができる。
The
A semiconductor such as Si, SiO 2 , SiN x , or Al 2 O 3 is formed on various electrode patterns such as the
なお、前記保護膜3の膜厚は、5nm〜2.5μmの範囲を有していることが好ましい。これにより、保護膜3の厚みが5nmを満たない範囲で形成されたときのように、圧電基板9の主面上に形成された各種電極パターンを、導電性異物や湿気等の外的要因から保護することができなくなるといった問題を解決することができる。また、保護膜3の厚みが2.5μmを超える範囲で形成されたときのように、保護膜3の成膜工程において、保護膜3の成膜に長時間を要して、実用的な工程とならないといった問題を解決することができる。
The
圧電基板9の主面上に形成されたパッド電極部4上の保護膜3には、励振電極2及びパッド電極4を成す金属薄膜が露出する窓部が設けられている。この窓部により、プローブ針が当たるために設けられたプローブパッド電極41と、実装用基板との電気的な接続のために、バンプを介して接続された実装パッド電極42とが形成されている。このパッド電極部4の構成に関しては、後述する。
The
以下に、弾性表面波素子1の実装用基板への実装方法を説明する。
弾性表面波素子1には、圧電基板9の主面上に、励振電極2、反射器8およびパッド電極部4等の各種電極パターンを取り囲むように、四角枠状の環状電極(図示せず)が形成されている。
この弾性表面波素子1を実装するための実装用基板(図示せず)には、圧電基板9の主面上に形成されたパッド電極部4に含まれる実装パッド電極42に対向する位置に、所定の導体パッド(図示せず)が設けられている。また、この実装用基板には、圧電基板9の環状電極に対向する位置に、所定の環状導体(図示せず)が設けられている。
A method for mounting the surface
The surface
A mounting substrate (not shown) for mounting the surface
弾性表面波素子1は、圧電基板9の主面を実装用基板に対向させて、フェースダウンで載置固定されている。そして、半田等の溶融性金属材料を用いて、実装用基板上の所定の導体パッドと実装パッド電極42とが電気的および機械的に接合されるとともに、実装用基板上の所定の環状導体と圧電基板9上に形成された環状電極とが機械的に接合される。そして、圧電基板9の主面、実装用基板の実装面および環状電極で形成された空間により、弾性表面波素子1の励振電極2や反射器8等の各種電極パターンは、外気と触れないよう密閉されている。
The surface
なお、本発明の弾性表面波素子1の実装構造は、前述した環状電極等で囲まれた封止構造の態様に限定されるものではない。
以下では、パッド電極部4の構成を説明する。
図2(a)は、弾性表面波素子1のパッド電極部4の拡大図であり、図2(b)は、図1および図2(a)でのA−A線の断面図である。
In addition, the mounting structure of the surface
Below, the structure of the
2A is an enlarged view of the
弾性表面波素子1では、図2(b)に示されるように、パッド電極部4の一部を含む圧電基板9の主面上に、保護膜3が形成されている。この保護膜3は、圧電基板9の主面上に形成された各種電極パターンを保護するためや、保護膜3の質量効果による周波数の調整のために形成されている。そして、パッド電極部4は、図示のように、Al等の金属材料で形成された金属薄膜上に保護膜3が形成され、その保護膜3が除去された窓部から、同一金属薄膜上のプローブパッド電極41と実装パッド電極42とが別個に露出している形状を有する。
In the surface
なお、プローブパッド電極41は、5000μm2から20000μm2の範囲の面積を有していることが好ましい。これにより、5000μm2に満たない面積を有するときのように、プローブ針を当てにくいといった問題を解決することができる。一方、20000μm2を超えた面積を有するときのような弾性表面波素子1の挿入損失の周波数特性の測定に必要な領域以上に露出させない形状を有しているため、各種電極パターン形成時の、例えば、ドライエッチング工程における残留塩素の影響でプローブパッド電極41が腐食するといった問題を解決することができる。このため、プローブパッド電極41に併設された実装パッド電極42に腐食領域が広がることが少ない。これにより、実装パッド電極42と実装用基板上のバンプ接続体との接合や、ワイヤーボンディングにおける接続における不良を軽減することができ、結果として、弾性表面波素子の実装後の信頼性を向上することができる。
Incidentally, the
また、プローブパッド電極41は、矩形形状であることが好ましい。これは、弾性表面波素子全体の配置を考慮すると、プローブパッド電極41を矩形形状に形成した場合、弾性表面波素子のサイズを小型化することができる。
以下では、他の実施形態の弾性表面波素子の構成を説明する。
図3は、本発明にかかる他の実施形態の弾性表面波素子1aの主面の平面図である。図4は、図3のパッド電極部4aの拡大図である。
The
Below, the structure of the surface acoustic wave element of other embodiment is demonstrated.
FIG. 3 is a plan view of the main surface of a surface acoustic wave device 1a according to another embodiment of the present invention. FIG. 4 is an enlarged view of the
弾性表面波素子1aには、図1に示される弾性表面波素子1と同様に、圧電基板9の主面上に、励振電極2と反射器8とパッド電極部4aとが形成されている。
このパッド電極部4aには、金属薄膜を介して、励振電極2に接続されたプローブパッド電極41と、このプローブパッド電極41に隣接して備えられた実装パッド電極42とが形成されている。
In the surface acoustic wave element 1a, the
In the
上記に加え、パッド電極部4aの周辺部には、図4に示されるように、凹状部領域43が形成されている。
凹状部領域43は、アライメント用としての位置決めマーカーとして作用することもできるので、実装用基板との接合のためのバンプを形成するバンプ形成工程やワイヤーボンディング工程で用いられるセンサの位置決め精度を向上することができる。これにより、ほぼ設計どおりにバンプやワイヤーボンディング等を形成することができるので、弾性表面波素子1aの製造歩留りを、さらに向上させることができる。
In addition to the above, a
Since the recessed
また、凹状部領域43は、図4に示したように、パッド電極部4aの周囲に複数個配置したが、この配置以外にも、プローブパッド電極41と実装パッド電極42との間に配置したり、プローブパッド電極41と実装パッド電極42との中心を通る線上に配置したりすることができる。
さらに、この凹んだ形状により、圧電基板9の主面に平行な向きの力を吸収しやすい形状を有しているため、凹状部領域43がプローブパッド電極41の周辺部に設けられている場合、この凹状部領域43は、プローブ針を当てるときにかかる応力を吸収することができる。これにより、プローブパッド電極41にプローブ針を当てたとき、このプローブ針を当てたことによる応力が実装パッド電極42まで伝わりにくいので、実装パッド電極42を傷つけることが少なく、結果として、実装用基板との接合を弱めることがなく、弾性表面波素子1aの耐久性を高めることができる。
Further, as shown in FIG. 4, a plurality of the
Further, since the concave shape has a shape that easily absorbs the force parallel to the main surface of the piezoelectric substrate 9, the
なお、位置決めマーカーとしての凹状部領域43は、圧電基板9の主面に対して、凹んだ形状を有しているが、この形状以外にも、凹凸形状のように、センサ等の機材が認識できる形状であればよい。
図5(a)は、母基板19上に形成される弾性表面波素子1を示すための平面図であり、図5(b)は、母基板19上における図5(a)のB−B線での断面図である。
In addition, although the recessed part area |
FIG. 5A is a plan view showing the surface
この母基板19とは、焦電性を有する圧電基板で形成され、母基板19上に励振電極2等の各種電極パターンを形成した弾性表面波素子1が複数形成されている基板のことである。
母基板19に形成された各弾性表面波素子1では、図5(b)に示されるように、エッチング法を用いて、パッド電極部4を形成する金属薄膜上の保護膜3が除去されている。そして、プローブ針11が当たるためのプローブパッド電極41(図1参照)が形成されている。
The
In each surface
母基板19上に形成された弾性表面波素子1の挿入損失の周波数特性の測定は、まず、図5(b)に示されるように、母基板19上に形成された複数の弾性表面波素子1のうちの1つをサンプルとして、プローブパッド電極41にプローブ針11を当てて行われる。そして、ネットワークアナライザー等の挿入損失の周波数特性を測定する機器を用いることで、当該プローブパッド電極41に接続された弾性表面波素子1の挿入損失の周波数特性を測定する。この測定をしながら、弾性表面波素子1が所望の周波数特性を有するまで、母基板19上に形成された保護膜3を好適な膜厚になるまでエッチングする。これにより、図5(a)に示されているようなダイシングラインLに沿ってダイシング(切断)することにより、所望の周波数特性を有した弾性表面波素子1を得ることができる。
The measurement of the frequency characteristics of the insertion loss of the surface
以上のようにして、弾性表面波素子1上に、プローブ針11を当てて、信号を入力するための評価測定用のパッド電極としてのプローブパッド電極41を形成することにより、弾性表面波素子1の挿入損失の周波数特性を測定しながら、例えば、保護膜3のエッチングの度合いを調整することができる。また、保護膜3のエッチングの際にプローブ測定をしながら保護膜3の膜厚のエッチング量を加減することにより、弾性表面波素子1の製造途中で生じてしまう弾性表面波素子1に生じる周波数特性のばらつきを補正することができ、結果として、弾性表面波素子1の歩留まりの向上を図ることができる。
As described above, the surface
また、プローブパッド電極41と実装パッド電極42とは、電気的に接続しているので、プローブパッド電極41にプローブ針11を当てて信号の入力を行うことで、実装パッド電極42に信号を入力したときとほぼ同じ挿入損失の周波数特性の測定結果を得ることができる。これにより、実装パッド電極42にプローブ針11によるプローブ痕を残さずに、実装前に弾性表面波素子1の挿入損失の周波数特性を測定することができるので、実装パッド電極42と実装用基板の導体パッドとの接合の不具合を少なくし、歩留まりの向上を図ることができる。
Further, since the
さらに、プローブパッド電極41は、弾性表面波素子1の挿入損失の周波数特性の測定に必要な領域以上に露出させない形状を有している。このため、各種電極パターン形成時の、例えば、ドライエッチング工程における残留塩素の影響でプローブパッド電極41が腐食する問題を低減することができる。このため、プローブパッド電極41に併設された実装パッド電極42に腐食領域が広がることが少ない。これにより、実装パッド電極42と実装用基板上のバンプ接続体との接合や、ワイヤーボンディングにおける接続における不良を軽減することができる。よって、弾性表面波素子1の実装後の信頼性を向上することができる。
Furthermore, the
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
以下では、弾性表面波素子1の挿入損失の周波数特性を測定しながら、弾性表面波素子1を製造する各工程を説明する。
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
Below, each process which manufactures the surface
図6(a)〜(g)は、プローブパッド電極41を介して励振電極2の挿入損失の周波数特性を測定しながら、弾性表面波素子1を製造する各工程を説明するための図5(a)のB−B線での断面図である。
なお、図示された白抜き矢印は、エッチングの方向を示している。
図6に示される弾性表面波素子1の製造工程において、図1に示されるように、母基板19上に、励振電極2およびプローブパッド電極41を含む各種電極パターンを、格子状に複数作製する。
FIGS. 6A to 6G are views for explaining each process of manufacturing the surface
The illustrated white arrow indicates the direction of etching.
In the manufacturing process of the surface
まず、弾性表面波素子1の圧電基板で形成される母基板19には、38.7°YカットX伝搬のLiTaO3単結晶を用いた。その母基板19の主面上に、スパッタ法を用いて、Al合金の金属薄膜を形成した。そして、フォトリソグラフィの技術を用いて、励振電極2、パッド電極部4、反射器8(図6では図示せず)等の各種電極パターンをパターニングし、Cl2、BCl3およびN2を反応ガスとして用い、ガス流量、圧力、印加電力等のエッチング条件を調整するドライエッチング法を用いて、これらの各種電極パターンの形状を形成した。
First, as the
次に、図6(a)に示すように、CVD法を用いて、SiO2で母基板19の各種電極パターンが形成された面上に、保護膜3を形成した。
次に、図6(b)に示すように、母基板19の保護膜3上に、スピンコーターを用いて、フォトレジスト膜5を形成した。その後、図6(c)に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて現像することにより、パッド電極部4の上に形成されたフォトレジスト膜5の一部を除去し、2つの窓部を形成した。
Next, as shown in FIG. 6A, the
Next, as shown in FIG. 6B, a
次に、図6(d)に示すように、ドライエッチング法を用いて、フォトレジスト膜5が除去された2つの窓部から露出した保護膜3を、エッチングして除去した。そして、1つのパッド電極部4において、プローブパッド電極41と実装パッド電極42とが形成される金属薄膜の所定部分を露出させた。
次に、図6(e)に示すように、リフトオフ法を用いて、保護膜3上を覆っているフォトレジスト膜5を除去した。そして、プローブパッド電極41にプローブ針11を当て、プローブ針11から信号を入力することで、保護膜3のエッチング処理中に励振電極2の挿入損失の周波数特性を測定しながら、母基板19上に形成されている保護膜3をエッチングした。
Next, as shown in FIG. 6D, the
Next, as shown in FIG. 6E, the
そして、図6(f)に示すように、プローブ針11から信号を入力し、所望の通過帯域の中心周波数を有する挿入損失の周波数特性が得られた時点で保護膜3のエッチング処理を終了した。そして、図6(g)に示すように、ダイシングラインLに沿って、母基板19がダイシングされることにより、弾性表面波素子1を製造した。
このようにして、母基板19上に形成された弾性表面波素子1の挿入損失の周波数特性に応じて、保護膜3のエッチング量を調整しながら弾性表面波素子1を製造することができた。これにより、切り出した各母基板19に生じるわずかなばらつきによる通過帯域の中心周波数を補正することができ、弾性表面波素子1を、所望の周波数特性を有するように近づけることができ、製品歩留りを向上させることができた。
Then, as shown in FIG. 6 (f), when the signal is input from the
In this way, the surface
なお、図3および図4に示されるように、パッド電極部4の周辺部に凹状部領域43を設けることで、弾性表面波素子1の挿入損失の周波数特性の測定に必要最低限の部分以上にプローブパッド電極41が露出せずとも、ほぼ正確にプローブパッド電極41にプローブ針11を当てることができる。これにより、プローブパッド電極41の面積を必要以上に大きくすることもないので、電極パターン形成時のドライエッチング工程における残留塩素の影響で、プローブパッド電極41が腐食することにともなう実装パッド電極42の腐食を低減することができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, by providing a
また、保護膜3成膜前に挿入損失の周波数特性を測定した後、図6(a)に示すように、保護膜3の膜厚を、所望の周波数特性を得るための膜厚より少し厚く形成した後、エッチングにより保護膜3の膜厚のエッチングスピードを下げることで、弾性表面波素子1の挿入損失の周波数特性を測定しながら、保護膜3の膜厚を少しずつ薄くすることができ、微調整することができる。これにより、ほぼ確実に中心周波数を高周波側にあげることができるので、所望の周波数特性を有する弾性表面波素子1をほぼ確実に得ることが可能となる。このため、保護膜3の膜厚が所定の周波数特性を得る膜厚より薄くなりすぎて周波数調整ができなくなることを防止でき、製造工程の歩留りも向上する。
In addition, after measuring the frequency characteristics of the insertion loss before forming the
1,1a 弾性表面波素子
2 励振電極
3 保護膜
4,4a パッド電極部
41 プローブパッド電極
42 実装パッド電極
43 凹状部領域
8 反射器電極
9 圧電基板
11 プローブ針(電極針)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
櫛歯状の電極指を有する前記励振電極と、
前記励振電極に接続されたパッド電極部と、
前記励振電極及び前記パッド電極の上に形成された保護膜とを備えており、
前記パッド電極部には、前記保護膜の一部が除去されて電極が露出した2つの窓部が形成され、
前記2つの窓部はそれぞれ、
信号を入力する電極針が当接するためのプローブパッド電極及び、
実装用基板に接続するための実装パッド電極として機能するものである、弾性表面波素子。 A surface acoustic wave element that excites a surface acoustic wave by an excitation electrode formed on a main surface of a piezoelectric substrate,
The excitation electrode having comb-like electrode fingers;
A pad electrode portion connected to the excitation electrode;
A protective film formed on the excitation electrode and the pad electrode,
The pad electrode portion is formed with two windows from which part of the protective film is removed and the electrode is exposed,
Each of the two windows is
A probe pad electrode for contacting an electrode needle for inputting a signal; and
A surface acoustic wave element that functions as a mounting pad electrode for connecting to a mounting substrate.
圧電基板上の主面に、弾性表面波を励振する励振電極と、前記励振電極に接続されたパッド電極部とを形成し、
前記励振電極と前記パッド電極部との上に保護膜を形成し、
前記パッド電極部には、前記保護膜の一部を除去して、信号を入力する電極針が当接するためのプローブパッド電極及び実装用基板に接続するための実装パッド電極として機能するそれぞれ2つの窓部を形成し、
前記パッド電極部に電極針を当接しながら、前記保護膜をエッチングし、
前記弾性表面波素子の周波数特性を測定し、
所望の周波数特性になった時、または、所望の周波数特性になる前、に前記エッチングを終了して、所望の厚みを有する保護膜を形成する、弾性表面波素子の製造方法。 Prepare a piezoelectric substrate,
Forming on the main surface on the piezoelectric substrate an excitation electrode for exciting a surface acoustic wave, and a pad electrode portion connected to the excitation electrode,
Forming a protective film on the excitation electrode and the pad electrode portion;
In the pad electrode portion, a part of the protective film is removed, and two probe pads each functioning as a probe pad electrode for contacting an electrode needle for inputting a signal and a mounting pad electrode for connecting to a mounting substrate. Forming windows,
Etching the protective film while contacting the electrode needle to the pad electrode part,
Measure the frequency characteristics of the surface acoustic wave element,
A method for manufacturing a surface acoustic wave device, wherein the etching is terminated when a desired frequency characteristic is reached or before the desired frequency characteristic is reached, and a protective film having a desired thickness is formed.
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-
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- 2005-10-31 JP JP2005316964A patent/JP2007124529A/en active Pending
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