JP2008135971A - 弾性波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】封止部と基板および配線との密着性を向上させ、高い信頼性を有する弾性波デバイスを提供すること。
【解決手段】本発明に係る弾性波デバイスは、圧電性基板（１０）上に設けられた櫛型電極、反射器等からなる弾性表面波素子（１２）と、圧電性基板（１０）上に設けられ、弾性表面波素子（１２）と電気的に接続する配線（１４）と、弾性表面波素子（１２）の機能部分上に空洞部（２０）を有し、弾性表面波素子（１２）と配線（１４）とを覆うように設けられた封止部（２４）と、圧電性基板（１０）および配線（１４）と封止部（２４）との間に設けられた絶縁膜層（３０）と、を具備する弾性波デバイスである。
【選択図】 図６

Description

本発明は、弾性波デバイスに関し、より詳細には絶縁膜層を有する弾性波デバイスに関する。

弾性波を利用した弾性波デバイスの１つとして、圧電性基板の表面に形成したＩＤＴ（Interdigital Transducer）からなる櫛型電極を備え、この櫛型電極に電力を印加することで励振した弾性波を用いる弾性表面波デバイスは良く知られている。この弾性表面波デバイスは、例えば４５ＭＨｚ〜２ＧＨｚの周波数帯域における無線信号を処理する各種回路、例えば送信用バンドパスフィルタ、受信用バンドパスフィルタやアンテナ共用器等に広く用いられている。

また、弾性表面波デバイスの他に、異なる２つの媒質の境界を弾性波が伝搬する弾性境界波デバイスも開発されている。これによれば、２つの媒質の外表面に異物等が付着しても周波数変動や電気的損失特性に影響を与えない利点がある。

さらに、最近では圧電薄膜の表裏に一対の電極を形成しその厚み振動を利用する圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ：Film Bulk Acoustic Resonator）を用いた弾性波デバイスも開発されている。圧電薄膜共振器を用いた弾性波デバイスは特に高周波数帯域での特性が良好であることから、例えば１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数帯域で用いられている。

近年、特に移動体通信分野の進歩はめざましいものがあり、これらに用いられる信号処理機器は小型化が進み、合わせて弾性波デバイスの電子部品も小型化が求められている。また、弾性波デバイスでは特性を維持するために最も重要となる機能部分（弾性表面波素子：ＩＤＴからなる櫛型電極、圧電薄膜共振器素子：圧電薄膜を挟みこむ上下電極の重なる領域）上に空洞部を設ける必要がある。

図１は従来例１に係る弾性表面波デバイスの断面図である。図１を参照に、従来例１に係る弾性表面波デバイスは、圧電性基板１０表面に金属膜で形成された櫛型電極、反射器等からなる弾性表面波素子１２と配線１４とが設けられ、ハンダボール１６によりフリップチップでセラミックパッケージ１８に形成された端子３３に接続している。弾性表面波素子１２の機能部分とセラミックパッケージ１８との間には空洞部２０が形成されている。セラミックパッケージ１８上には金属リッド２２が設けられている。これにより、弾性表面波素子１２は封止されている。

従来例１に係る弾性表面波デバイスは、弾性表面波素子１２の機能部分上に空洞部２０を設けるため、セラミックパッケージ１８で弾性表面波素子１２が形成されている圧電性基板１０を覆う構造をしている。しかし、この構造では、セラミックパッケージ１８が弾性表面波デバイスの大部分を占めてしまうため、弾性表面波デバイスの小型化を図ることが困難である。また、セラミックパッケージ１８は非常に高価であるため、弾性表面波デバイスの低コスト化を図ることも困難である。

そこで、弾性表面波デバイスの小型化および低コスト化を図るため、圧電性基板１０上に形成された弾性表面波素子１２の機能部分上に空洞部２０を有する樹脂からなる封止部２４で、弾性表面波素子１２および配線１４を覆う弾性表面波デバイス（従来例２）が開発されている。従来例２に係る弾性表面波デバイスでは、弾性表面波素子１２を外部に電気的に接続する貫通電極３２は封止部２４を貫通して、圧電性基板１０上に設けられており、貫通電極３２上にハンダボール１６が設けられている。

従来例２に係る弾性表面波デバイスは、圧電性基板１０上に空洞部２０を有する封止部２４を設けることで弾性表面波素子１２を保護し、封止部２４をパッケージの代わりとして利用するウエハレベルパッケージ（ＷＬＰ）の構造をしている。従来例２に係る弾性表面波デバイスは、圧電性基板１０上に貫通電極３２およびハンダボール１６が設けられているため、フリップチップで実装することが可能である。よって、圧電性基板１０上に設けられた貫通電極３２により弾性表面波素子１２と外部との電気信号のやりとりを行なうことができるため、弾性表面波デバイスの小型化が図れる。

特許文献１には、弾性表面波素子１２の機能部分上に空洞部２０を有する封止部２４が積層膜で形成されている弾性表面波デバイスの技術が開示されている。
特開２００６−１０８９９３号公報

しかしながら、例えば従来例２に係る弾性表面波デバイスは、封止部２４が圧電性基板１０上に設けられている。より詳しくは、封止部２４は圧電性基板１０および金属膜からなる配線１４に接して設けられている。封止部２４は樹脂で形成されており、樹脂と圧電性基板１０および配線１４とは密着性が悪いという課題がある。このため、弾性表面波デバイスの製造工程で発生する封止部２４にかかる応力の影響で、封止部２４と圧電性基板１０および配線１４との界面で膜剥がれが発生するという課題が生じる。

特に、従来例２に係る弾性表面波デバイスは、デバイスサイズの小型化を図るため、圧電性基板１０上に貫通電極３２が設けられている。このため、封止部２４と圧電性基板１０および配線１４との接地面積が小さくなり、密着性が悪くなっている。したがって、封止部２４と圧電性基板１０および配線１４との界面で膜剥がれがより発生しやすいという課題がある。

また、樹脂は強度が弱いため、樹脂からなる封止部２４が十分な強度を得るには、封止部２４の肉厚を厚くする必要がある。しかし、封止部２４の肉厚が厚くなるほど、弾性表面波デバイスの製造工程で発生する封止部２４にかかる応力は大きくなり、封止部２４と圧電性基板１０および配線１４との界面での膜剥がれの発生が増長されることになる。

さらに、弾性表面波デバイスでは、弾性表面波素子１２の機能部分上に空洞部２０を設ける必要がある。このため、十分な封止部２４の強度を得るには、より封止部２４の肉厚を厚くしなければならない。また、空洞部２０があるため、封止部２４と圧電性基板１０および配線１４との接地面積はさらに小さくなってしまう。これらのため、弾性表面波デバイスでは、封止部２４と圧電性基板１０および配線１４との界面での膜剥がれがさらにひどくなるという課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、封止部と基板および配線との密着性を向上させ、高い信頼性を有する弾性波デバイスを提供することを目的とする。

本発明は、基板上に設けられた弾性波素子と、前記基板上に設けられ、前記弾性波素子と電気的に接続する配線と、前記弾性波素子および前記配線を覆うように前記基板上に設けられた封止部と、前記基板および前記配線と前記封止部との間の全面に設けられた絶縁膜層と、を具備することを特徴とする弾性波デバイスである。本発明によれば、封止部と基板および配線との密着性を向上させ、高い信頼性を有する弾性波デバイスを提供することができる。

上記構成において、前記封止部は前記弾性波素子の機能部分上に空洞部を有する構成とすることができる。

上記構成において、前記基板上に前記弾性波素子を外部に電気的に接続する貫通電極を具備する構成とすることができる。この構成によれば、弾性波デバイスを小型化することができる。

上記構成において、前記貫通電極上にハンダボールを具備する構成とすることができる。

上記構成において、前記封止部は前記弾性波素子の機能部分を囲う第１の封止部と、前記機能部分上に蓋をして前記機能部分上に空洞部を形成する第２の封止部と、を有する構成とすることができる。この構成によれば、弾性波素子の機能部分上に空洞部を容易に形成することができる。

上記構成において、前記封止部は感光性樹脂からなる構成とすることができる。この構成によれば、弾性波デバイスを容易に製造することができる。

上記構成において、前記絶縁膜層はシリコン化合物である構成とすることができる。この構成によれば、基板および配線と封止部との密着性を向上させることができる。

上記構成において、前記弾性波デバイスは弾性表面波デバイスである構成とすることができる。

本発明によれば、封止部と基板および配線との密着性を向上させ、高い信頼性を有する弾性波デバイスを提供することができる。

以下、図面を参照に本発明の実施例について説明する。

まず発明者が従来例２に係る弾性表面波デバイスの課題を明確化するために行なった実験について説明する。図２は実験に用いた比較例1に係る弾性表面波デバイスの断面図である。図２を参照に、比較例1に係る弾性表面波デバイスは、ＬｉＴａＯ_３（タンタル酸リチウム）からなる圧電性基板１０上にＡｌ（アルミニウム）で形成された櫛型電極、反射器等からなる弾性表面波素子１２および配線１４が設けられている。配線１４は弾性表面波素子１２に電気的に接続している。弾性表面波素子１２の機能部分上に空洞部２０を有し、弾性表面波素子１２および配線１４を覆うように圧電性基板１０上に厚さ６０μｍの感光性エポキシ樹脂からなる封止部２４が設けられている。配線１４上の封止部２４には穴部２６が設けられている。穴部２６の配線１４上にはＴｉ（チタン）およびＡｕ（金）からなるパッド電極２８が設けられていて、パッド電極２８上の穴部２６にはＣｕからなる貫通電極３２が設けられている。貫通電極３２上にはＳｎＡｇからなるハンダボール１６が設けられている。なお、貫通電極３２は封止部２４を貫通し、配線１４を介して、圧電性基板１０の表面から弾性表面波素子１２と外部との電気信号の入出力を行なうために設けられている。

図３（ａ）から図４（ｃ）を用いて、比較例1に係る弾性表面波デバイスの製造方法を説明する。

図３（ａ）を参照に、弾性表面波素子１２、配線１４およびパッド電極２８が設けられた圧電性基板１０上に厚さ３０μｍの感光性エポキシ樹脂からなる第１の封止部２４ａをスピンコートする。図３（ｂ）を参照に、マスクを用いて第１の封止部２４ａに紫外線（ＵＶ光）を照射し露光を行なう。図３（ｃ）を参照に、第１の封止部２４ａを現像することで紫外線（ＵＶ光）が照射されていない領域の第１の封止部２４ａを除去する。これにより、弾性表面波素子１２の機能部分上およびパッド電極２８上の第１の封止部２４ａが除去される。したがって、第１の封止部２４ａは弾性表面波素子１２の機能部分を囲うように形成される。その後、２５０°でベークを行い第１の封止部２４ａを硬化させる。図３（ｄ）を参照に、第１の封止部２４ａ上にさらに厚さ３０μｍの感光性エポキシ樹脂からなる第２の封止部２４ｂをラミネートする。これにより、弾性表面波素子１２の機能部分上に蓋がされ、弾性表面波素子１２の機能部分上に空洞部２０が形成される。

図４（ａ）を参照に、マスクを用いて第２の封止部２４ｂに紫外線（ＵＶ光）を照射し露光を行なう。図４（ｂ）を参照に、第２の封止部２４ｂを現像することで紫外線（ＵＶ光）が照射されていない領域の第２の封止部２４ｂを除去し、その後、２５０°で第２の封止部２４ｂをベークして硬化させる。これにより、第１の封止部２４ａと第２の封止部２４ｂとからなる封止部２４が形成される。図４（ｃ）を参照に、パッド電極２８上の穴部２６に、電気メッキ法によりＣｕを形成し、Ａｕフラッシュメッキを施して貫通電極３２を形成する。その後、貫通電極３２上にＳｎＡｇハンダボールの搭載もしくはＳｎＡｇハンダペーストをマスク印刷、リフローすることでハンダボール１６を形成する。これにより、比較例1に係る弾性表面波デバイスが完成する。

図５は比較例１に係る弾性表面波デバイスの製造工程での図３（ｃ）に示したＡの領域を斜め上方から見た場合の、圧電性基板１０および配線１４と第１の封止部２４ａとの界面のＳＥＭ像の模式図である。図５を参照に、圧電性基板１０と第１の封止部２４ａとは密着しているが、配線１４と第１の封止部２４ａとは、配線１４と第１の封止部２４ａとの界面で膜剥がれが起きていることが分かる。

比較例1に係る弾性表面波デバイスの製造工程で、図３（ｃ）で説明したように、第１の封止部２４ａを硬化させるために２５０°でベークを行なっている。これにより、第１の封止部２４ａに縮む力が働く。圧電性基板１０および配線１４と第１の封止部２４ａとは密着性が悪いため、この第１の封止部２４ａにかかる応力により、配線１４と第１の封止部２４ａとの界面で第１の封止部２４ａの膜剥がれが発生している。そこで、上記課題を解決するための実施例を以下に示す。

図６は実施例１に係る弾性表面波デバイスの断面図である。図６を参照に、実施例１に係る弾性表面波デバイスは、圧電性基板１０、弾性表面波素子１２および配線１４と封止部２４との間に厚さ２０ｎｍのＳｉＯ_２（酸化シリコン）からなる絶縁膜層３０が設けられている。その他の構造については、比較例１と同じであり、図２に示しているので説明を省略する。

図７（ａ）から図９（ｃ）を用いて、実施例1に係る弾性表面波デバイスの製造方法を説明する。

図７（ａ）を参照に、弾性表面波素子１２、配線１４およびパッド電極２８が設けられた圧電性基板１０上に厚さ２０ｎｍのＳｉＯ_２からなる絶縁膜層３０をスパッタ法により成膜する。図７（ｂ）を参照に、絶縁膜層３０上に厚さ３０μｍの感光性エポキシ樹脂からなる第１の封止部２４ａをスピンコートする。図７（ｃ）を参照に、マスクを用いて第１の封止部２４ａに紫外線（ＵＶ光）を照射し露光を行なう。

図８（ａ）を参照に、第１の封止部２４ａを現像することで紫外線（ＵＶ光）が照射されていない領域の第１の封止部２４ａを除去する。これにより、弾性表面波素子１２の機能部分上およびパッド電極２８上の第１の封止部２４ａが除去される。したがって、第１の封止部２４ａは弾性表面波素子１２の機能部分を囲うように形成される。その後、２５０°でベークを行い第１の封止部２４ａを硬化させる。図８（ｂ）を参照に、第１の封止部２４ａ上にさらに、感光性エポキシ樹脂からなる第２の封止部２４ｂをラミネートする。これにより、弾性表面波素子１２の機能部分上に蓋がされ、弾性表面波素子１２の機能部分上に空洞部２０が形成される。図８（ｃ）を参照に、マスクを用いて第２の封止部２４ｂに紫外線（ＵＶ光）を照射し露光を行なう。

図９（ａ）を参照に、第２の封止部２４ｂを現像することで紫外線（ＵＶ光）が照射されていない領域の第２の封止部２４ｂを除去し、その後、２５０°で第２の封止部２４ｂをベークする。これにより、第１の封止部２４ａと第２の封止部２４ｂとからなる封止部２４が形成される。図９（ｂ）を参照に、フォトレジストでパターニングを行い、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により絶縁膜層３０をエッチングする。図９（ｃ）を参照に、パッド電極２８上の穴部２６に、電気メッキ法によりＣｕを形成し、Ａｕフラッシュメッキを施して貫通電極３２を形成する。その後、貫通電極３２上にＳｎＡｇハンダボールの搭載もしくはＳｎＡｇハンダペーストをマスク印刷、リフローすることでハンダボール１６を形成する。これにより、実施例１に係る弾性表面波デバイスが完成する。

図１０は実施例１に係る弾性表面波デバイスの製造工程での図８（ａ）に示したＡの領域を斜め上方から見た場合の、圧電性基板１０および配線１４と第１の封止部２４ａとの界面のＳＥＭ像の模式図である。図１０を参照に、圧電性基板１０と第１の封止部２４ａとの界面および配線１４と第１の封止部２４ａとの界面には絶縁膜層３０が形成されているため、圧電性基板１０と第１の封止部２４ａとの界面および配線１４と第１の封止部２４ａとの界面で第１の封止部２４ａは膜剥がれを起さずにしっかりと密着していることが分かる。

実施例１によれば、圧電性基板１０および配線１４と第１の封止部２４ａとの間の全面にＳｉＯ_２からなる絶縁膜層３０が設けられている。これにより、圧電性基板１０および配線１４と第１の封止部２４ａとの密着性が向上している。したがって、実施例１に係る弾性表面波デバイスの製造工程で、第１の封止部２４ａを硬化させるためのベークを行い、第１の封止部２４ａに応力がかかっても、圧電性基板１０および配線１４と第１の封止部２４ａとの密着性が向上しているため、第１の封止部２４ａの膜剥がれが発生しない。

また、実施例１によれば、絶縁膜層３０は弾性表面波素子１２上にも形成されている。弾性表面波素子１２の機能部分上に異物等が載ると弾性表面波デバイスの特性が悪化してしまうが、絶縁膜層３０の厚さは２０ｎｍと十分薄いため、弾性表面波デバイスの特性が悪化することはほとんどない。

さらに、実施例１によれば、封止部２４は弾性表面波素子１２の機能部分を囲う第１の封止部２４ａと弾性表面波素子１２の機能部分上に蓋をして弾性表面波素子１２の機能部分上に空洞部２０を形成する第２の封止部２４ｂとで構成される。これにより、弾性表面波素子１２の機能部分上に空洞部２０を有する封止部２４を容易に製造することができる。

実施例１において、圧電性基板１０および配線１４と封止部２４との間の全面に絶縁膜層３０が設けられている場合を示したが、これに限らず、圧電性基板１０および配線１４と封止部２４との間の一部に絶縁膜層３０が設けられている場合でも、圧電性基板１０および配線１４と封止部２４との密着性を向上させることができる。しかしながら、圧電性基板１０および配線１４と封止部２４との間の全面に絶縁膜層３０が設けられている場合が、最も密着性が高く封止部２４の膜剥がれが発生し難くなるので、好ましい。

また、実施例１において、第１の封止部２４ａはスピンコートで形成する場合を例に示したが、これに限らず、ラミネート等その他の方法で形成してもよい。

さらに、実施例１において、第１の封止部２４ａおよび第２の封止部２４ｂを硬化させるために、２５０°でベークを行なう場合を例に示したが、これに限らず、第１の封止部２４ａおよび第２の封止部２４ｂが硬化すれば、２００〜２５０°等その他の温度でも良い。

さらに、実施例１において、絶縁膜層３０の膜厚は２０ｎｍである場合を例に示したが、これに限られるわけではない。しかしながら、絶縁膜層３０の膜厚が薄すぎると、弾性表面波素子１２および配線１４で生じる段差により、絶縁膜層３０の被覆性が悪くなってしまう。また、絶縁膜層３０の膜厚が厚すぎると、絶縁膜層３０は弾性表面波素子１２上にも形成されているため、弾性表面波デバイスの特性が悪くなってしまう。これらより、絶縁膜層３０の膜厚は１０〜３０ｎｍである場合が好ましい。

さらに、実施例１において、封止部２４は感光性エポキシ樹脂である場合を例に示したが、これに限らず、感光性ポリイミド樹脂等その他の材料でも良い。しかしながら、弾性表面波デバイスの製造を容易に行なうことができるため、感光性樹脂である場合が好ましい。

さらに、実施例１において、絶縁膜層３０はＳｉＯ_２である場合を例に示したが、これに限らず、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化シリコン）やＳｉＯ_２とＳｉ_３Ｎ_４との複合材料等シリコン化合物であれば、封止部２４の密着性を向上させることができるため、その他の材料でも良い。

さらに、実施例１において、弾性表面波デバイスの圧電性基板１０および配線１４と封止部２４との間に絶縁膜層３０が設けられている場合を例に示したが、弾性境界波デバイスや圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）を用いた弾性波デバイス等、その他の弾性波デバイスの基板および配線１４と封止部２４との間に絶縁膜層３０が設けられている場合でも同様の効果を得ることができる。なお、ＦＢＡＲを用いた弾性波デバイスの場合は、基板は圧電性基板ではなく、例えばシリコン基板、ガラス基板、サファイア基板等を用い、ＦＢＡＲは基板上に圧電膜を用いて形成される。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図１は従来例１に係る弾性表面波デバイスの断面図である。 図２は比較例１に係る弾性表面波デバイスの断面図である。 図３（ａ）から図３（ｄ）は比較例１に係る弾性表面波デバイスの製造方法を示す断面図（その１）である。 図４（ａ）から図４（ｃ）は比較例１に係る弾性表面波デバイスの製造方法を示す断面図（その２）である。 図５は比較例１に係る弾性表面波デバイスの課題を示すＳＥＭ像の模式図である。 図６は実施例１に係る弾性表面波デバイスの断面図である。 図７（ａ）から図７（ｃ）は実施例１に係る弾性表面波デバイスの製造方法を示す断面図（その１）である。 図８（ａ）から図８（ｃ）は実施例１に係る弾性表面波デバイスの製造方法を示す断面図（その２）である。 図９（ａ）から図９（ｃ）は実施例１に係る弾性表面波デバイスの製造方法を示す断面図（その３）である。 図１０は実施例１に係る弾性表面波デバイスの効果を示す図である。

符号の説明

１０ 圧電性基板
１２ 弾性表面波素子
１４ 配線
１６ ハンダボール
１８ セラミックパッケージ
２０ 空洞部
２２ 金属リッド
２４ 封止部
２４ａ 第１の封止部
２４ｂ 第２の封止部
２６ 穴部
２８ パッド電極
３０ 絶縁膜層
３２ 貫通電極
３３ 端子

Claims (8)

1. 基板上に設けられた弾性波素子と、
   前記基板上に設けられ、前記弾性波素子と電気的に接続する配線と、
   前記弾性波素子および前記配線を覆うように前記基板上に設けられた封止部と、
   前記基板および前記配線と前記封止部との間の全面に設けられた絶縁膜層と、を具備することを特徴とする弾性波デバイス。
2. 前記封止部は前記弾性波素子の機能部分上に空洞部を有することを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイス。
3. 前記基板上に前記弾性波素子を外部に電気的に接続する貫通電極を具備することを特徴とする請求項１または２記載の弾性波デバイス。
4. 前記貫通電極上にハンダボールを具備することを特徴とする請求項３記載の弾性波デバイス。
5. 前記封止部は前記弾性波素子の機能部分を囲う第１の封止部と、前記機能部分上に蓋をして前記機能部分上に空洞部を形成する第２の封止部と、を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
6. 前記封止部は感光性樹脂からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
7. 前記絶縁膜層はシリコン化合物であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
8. 前記弾性波デバイスは弾性表面波デバイスであることを特徴とする請求項２から７のいずれか一項記載の弾性波デバイス。

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