JP2009159195A - 圧電部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電部品の耐湿信頼性の改善ならびに、その製造方法の簡略化及び製造コストの低減である。
【解決手段】 本発明は、圧電基板２と、該圧電基板２の主面に形成された櫛歯電極３と、該櫛歯電極３に隣接して配設された素子配線を有する配線電極９と、該配線電極９の外周を囲む開口部４ａを有し、かつ前記圧電基板２の主面に形成された封止用電極４と、を有する圧電素子と、該封止用電極４の上面に積層され、かつ、前記開口部４ａと同じ大きさの開口部５ａを有する金属箔層５と、該金属箔層５の上面を覆い、かつ、前記櫛歯電極３の上面との間に所定の空隙Ｓを有するように圧着された金属蓋体６と、前記圧電基板２の表裏を貫通して配設され、かつ、前記配線電極９と前記圧電基板２の裏面に配設された端子電極７とを電気的に接続する貫通電極８と、からなる圧電部品ならびにその製造方法に関する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば携帯電話機等の移動通信機器に使用される、フィルタに用いられる弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス及び圧電薄膜フィルタ等の圧電部品ならびにその製造方法に関し、とくにチップサイズにパッケージングされた圧電部品及びその製造方法に関する。

携帯電話機等に搭載されるＳＡＷデバイスは、その櫛歯電極部（ＩＤＴ電極部）の周囲に所定の空隙が必要である。

従来のＳＡＷデバイスでは、キャビティ構造をもつセラミック基板に、ＳＡＷ素子チップをフェースアップでダイボンディングし、ワイヤボンティングで配線基板に電気的に接続した後、ＳＡＷチップの上から金属キャップを被せて接合部をシーム溶接または半田で封止してパッケージングしていた。

ＳＡＷデバイスの小型化を図るため、最近では、ＳＡＷ素子チップを金（Ａｕ）バンプあるいは半田バンプを用いて、配線基板にフリップチップボンディング（フェースダウンボンディング）し、樹脂等でＳＡＷ素子チップ全体を樹脂封止して、ＳＡＷデバイスの小型パッケージ・デバイスを構成している。

さらに、ＳＡＷデバイスの小型化・低背化を図るため、櫛歯電極部（ＩＤＴ電極部）の周囲に所定の空隙を形成し、この空隙を保持したまま、櫛歯電極側の集合圧電基板（ウエハ）全体を樹脂で封止し、外部接続電極を形成した後、所定のマーキングに沿ってダイシングにより個々のＳＡＷデバイスに分割してなる超小型化されたチップサイズ・パッケージＳＡＷデバイスが提案されている。

従来例１
まず、特公表２００２−５３２９３４号公報（特許文献１）では、櫛歯電極が形成されているＳＡＷチップの表面に、感光性樹脂からなる空隙形成層を形成し、この上にプリント基板を接着層を介して接着し、櫛歯電極の上に空隙を形成するようにして、ＳＡＷチップ全体を封止する。

この従来例１では、櫛歯電極は、導電ビアホール（貫通孔）を通して外部接続電極に電気的に接続され、また櫛歯電極部の気密性を向上させるために、金属膜または樹脂膜からなる密封層によりＳＡＷチップの側面及び下面を覆うように構成されている。

従来例２
また、特開２００４−１４７２２０号公報（特許文献２）では、櫛歯電極が形成されているＳＡＷチップの表面に感光性樹脂からなる空隙形成層が形成され、この上に感光性樹脂からなる封止層で櫛歯電極の上に空隙を形成するとともにＳＡＷチップ全体を樹脂封止する。ここで、櫛歯電極は、バンプを介して外部接続電極に電気的に接続できるよう構成されている。

従来例３
さらに、特開２００６−２４６１１２号公報（特許文献３）では、圧電基板と、この圧電基板上に設けられた櫛歯電極と、圧電基板と同じ材質よりなる蓋体と、を備えるようにして、小型化・低背化しても、同じ材質の基板を蓋体に使うことにより、異方性の強い結晶であっても、熱によって接合界面が破壊しにくい温度変化等に強いＳＡＷデバイスを得ることができるように構成してある。

しかしながら、上述した特許文献１（特公表２００２−５３２９３４号公報：従来例１）及び特許文献２（特開２００４−１４７２２０号公報：従来例２）のＳＡＷデバイスでは、パッケージ外部から櫛歯電極に至る経路のうち、プリント基板、感光性樹脂からなる封止層あるいは封止樹脂等の有機材料のみで構成された水分浸入経路が存在するため、完全な気密封止構造になっておらず、そのためＳＡＷデバイスの耐湿性に問題点があった。このように耐湿性が優れていないと、櫛歯電極が変質してＳＡＷの損失が大きくなり、ＳＡＷデバイスの性能劣化を生じる。また、感光性レジストを用いるので、露光装置が新たに必要であるほか、その製造工程が複雑になる問題点があった。

特許文献３（特開２００６−２４６１１２号公報：従来例３）では、ＳＡＷデバイスの蓋体に、圧電基板と同一材料を用い、蓋体と、圧電基板を張り合わせた際に発生する熱膨張係数の違いによって生ずる“そり”などの問題の解決を図っているが、高価なウエハを蓋体にも使用するため、その低コスト化が難しかった。
特公表２００２−５３２９３４号公報 特開２００４−１４７２２０号公報 特開２００６−２４６１１２号公報

本発明が解決しようとする課題は、圧電部品の耐湿信頼性の改善ならびに、その製造方法の簡略化及び製造コストの低減である。

上記した課題を解決するため、本発明の圧電部品は、基板と、該基板の主面に形成された櫛歯電極と、該櫛歯電極に隣接して配設された素子配線を有する配線電極と、該配線電極の外周を囲む開口部を有し、かつ前記基板の主面に形成された封止用電極と、を有する圧電素子と、該封止用電極の上面に積層され、かつ、前記開口部と同じ大きさの開口部を有する金属箔層と、該金属箔層の上面を覆い、かつ、前記櫛歯電極の上面との間に所定の空隙を有するように前記金属箔層に圧着された金属蓋体と、前記基板の表裏を貫通して配設され、かつ、前記配線電極と前記基板の裏面に配設された端子電極とを電気的に接続する貫通電極と、からなる。

また、同様に、本発明の圧電部品の製造方法は、集合基板を準備し、該集合基板の主面に櫛歯電極及び該櫛歯電極に接続される素子配線を有する配線電極ならびに封止電極をスパッタリングあるいは蒸着により成膜した後、フォトリソグラフィー技法によりパターニングする工程と、前記櫛歯電極、前記配線電極及び前記封止用電極が形成された前記集合基板上に所定位置が開口した金属箔をラミネートして金属箔層を形成し、さらに該金属箔層の上面に金属板からなる金属蓋体を加熱・圧着する工程と、前記集合基板主面に形成した前記櫛歯電極及び前記配線電極と対応する前記集合基板の裏面をフォトリソグラフィー技法によりパターニング除去して加工して、貫通孔を形成し、該貫通孔に導電性材料を埋め込んで貫通電極を形成する工程と、前記配線電極と前記端子電極とを前記貫通電極を介して導電性材料により配線接続する工程と、からなる。

圧電部品内部への外部からの水分の浸入を有効に阻止して、耐湿信頼性の優れた圧電部品を提供できるとともに、構成する金属材料を任意に選択できるので、熱膨張係数の差違による“そり”を抑制しつつ、安価な圧電部品を提供できる。

以下、本発明の圧電部品及びその製造方法を、表面実装型弾性表面波デバイス（以下、“ＳＡＷデバイス”という）の実施例について説明する。

圧電部品（ＳＡＷデバイス）
図１は、本発明の圧電部品の実施例であるＳＡＷデバイス１の縦断面図を示す。

このＳＡＷデバイス１は、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）あるいは、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）等の無機材料からなる圧電基板２と、この圧電基板２の主面に蒸着等で形成された櫛歯電極（ＩＤＴ電極）３と、この櫛歯電極３と、この櫛歯電極３と圧電基板２の底面に配設した端子電極７とを接続する圧電基板２の主面に形成された配線電極９と、この配線電極９の外周を囲む開口部４ａを有する封止用電極４と、櫛歯電極３上に空隙Ｓを形成するように封止用電極４の上面に積層された開口部５ａを有する厚さが、例えば１００μｍ程度の金属箔層５と、この金属箔層５の上面を覆う金属蓋体６とからなり、配線電極９は、圧電基板２に形成されたビアホール（貫通孔）８ａに金属ペーストを封入して形成した貫通電極８を介して圧電基板２の底面に配設した貫通電極８を覆って形成した金属層からなる端子電極７に電気的に接続されている。

また、金属箔層５の表面に、金を主成分とする金属層を形成してもよく、さらに金属蓋体６の表面に、感光性ポリイミド等の有機材料、あるいはＳｉＯ₂等からなる絶縁材料、もしくは金属酸化膜等の絶縁材料からなる層を形成してもよい。

なお、図１に示すＳＡＷデバイス１では、貫通電極８を構成するビアホール８ａをエッチング等により形成したので、その断面がテーパー状になっているが、微細ドリルでストレートに穴明加工してもよい。

ここで、圧電基板２上に形成したＩＤＴ電極３は、給電側のリード端子から高周波電極に印加することによって、弾性表面波を励起し、この弾性表面波を圧電作用によって高周波電界に変換し、フィルタ特性を得ることができるようになっている。

本実施例のＳＡＷデバイス１では、圧電基板２をタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）あるいはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）等の無機材料、もしくは圧電基板２上に形成した圧電機能部を有する基板で構成したので、これら無機材料は水分を浸透しないから、この圧電基板２自体は、外部からの水分浸入経路にはなり得ない。そのため、十分な耐湿性が確保できる。

また、櫛歯電極３を覆う金属箔層４及び金属蓋体６も金属（無機材料）で形成されており、かつ、圧電基板２の底面に配設した端子電極７も金属材料で形成され、貫通電極８を圧電基板２の底面から覆っているので、外部からの水分浸入経路が、このＳＡＷデバイス１には存在しない。そのため、同様に十分な耐湿信頼性が担保される。

さらに、素子配線を、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ，Ｖ，Ｔａ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎのうちのいずれか一つを主成分とする材料、あるいはこれらの材料を混合し、多層化した配線から構成する。

したがって、本実施例のＳＡＷデバイス１では、全体として、極めて精度の高い耐湿信頼性が担保されることになる。

製造方法
次に、本発明の圧電部品の製造方法を、その実施例である図２に示すＳＡＷデバイスの製造方法について説明する。

１）工程１
タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）あるいはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）等からなる集合圧電基板（ウエハ）を準備し、この集合圧電基板の主面に櫛歯電極及びこの櫛歯電極に接続される配線電極及び封止用電極を、またはＡｌ−０．５％Ｃｕ等のＡｌ合金を、スパッタリングあるいは蒸着により成膜し、フォトリソグラフィー技法によりパターニングする。

また、圧電基板の裏面に、感光性エポキシあるいは感光性ポリイミドと、メッキ配線技術を用いて、インピーダンス回路、コンダクタンス回路及びインダクタンス回路ならびに端子電極を形成する。

さらに、素子配線を集合基板上に複数個形成し、かつ、すべての素子配線が同一電位になるように配線し、貫通電極を形成する際に、電気メッキを用いて貫通電極と素子配線とを接続する。

２）工程２
櫛歯電極、配線電極及び封止用電極が形成された集合圧電基板上に所定位置が開口した金属箔をラミネート（積層）して金属箔層を形成し、さらに金属箔層の上面に金属板からなる金属蓋体を加熱圧着する。

具体的には、金属箔の封止用電極へのラミネートは、熱圧着、金属の固相拡散による共晶接続等の技法によりなされる。

３）工程３
集合圧電基板の櫛歯電極及び配線電極と対応する位置をフォトリソグラフィー技法によりパターニング除去し、ブラスト加工、エッチング等によりビアホール（貫通孔）を形成し、このビアホールにメッキ、溶融、半田による埋め込み、あるいは導電性ペーストによる埋め込みにより貫通電極を形成する。

具体的には、感光性フィルムレジストなどの材料を、圧電基板の裏面に付着させ、フォトリソグラフィー、エッチングにより貫通電極の形状に、次の工程で十分に機能する程度の厚みの、レジスト膜を形成する。次いで、サンドブラスト、あるいは混酸などによる、ウエットエッチング等の方法で、前記配線電極の裏面から加工し、配線電極に到達しない程度に加工した後、ＲＩＥ（反応性イオンビーム）によるドライエッチング、あるいは混酸によるウエットエッチングで配線電極に到達するまでエッチングを行う。最後に、残存したレジスト膜を主にアルカリ液などを用い、除去した後、該裏面から薄膜を電極と端子電極に相当する部位にフォトリソグラフィー、エッチングを組み合せて形成して貫通電極を形成する。

４）工程４
集合圧電基板の主面の配線電極とその裏面の端子電極とを、貫通電極を介して、銅メッキにより導体を形成した後、金属ペーストを充填し、裏面の端子電極をＮｉ／Ａｕメッキにより形成して、配線接続する。

５）工程５
ダイシングにより、集合圧電基板に表示したマーキングに沿って、集合圧電基板を個々のＳＡＷデバイスに分割して、個別化する。

本発明の圧電部品及びその製造方法は、極めて高い耐湿信頼性が要求されるＳＡＷデバイス、圧電薄膜フィルタ、ＦＢＡＲ（エフバー；Film Bulk Acoustic Resonator）、ＭＥＭＳ（メムス；Micro Electro Mechanical Systems）等の圧電素子・部品及びそれらの製造に広く利用できる。

本発明の圧電部品の実施例であるＳＡＷデバイスの縦断面図である。 本発明の圧電部品の実施例であるＳＡＷデバイスの製造方法の概略工程図である。

符号の説明

１ 圧電部品（ＳＡＷデバイス）
２ 圧電基板
３ ＩＤＴ電極（櫛歯電極）
４ 封止用電極
５ 金属箔層
６ 金属蓋体
７ 端子電極
８ 貫通電極
９ 配線電極
Ｓ 中空部（空隙）

Claims (14)

1. 基板と、該基板の主面に形成された櫛歯電極と、該櫛歯電極に隣接して配設された素子配線を有する配線電極と、該配線電極の外周を囲む開口部を有し、かつ前記基板の主面に形成された封止用電極と、を有する圧電素子と、該封止用電極の上面に積層され、かつ、前記開口部と同じ大きさの開口部を有する金属箔層と、該金属箔層の上面を覆い、かつ、前記櫛歯電極の上面との間に所定の空隙を有するように前記金属箔層に圧着された金属蓋体と、前記基板の表裏を貫通して配設され、かつ、前記配線電極と前記基板の裏面に配設された端子電極とを電気的に接続する貫通電極と、からなることを特徴とする圧電部品。
2. 前記圧電素子が、弾性表面波（ＳＡＷ）素子であることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
3. 前記圧電素子が、ＦＢＡＲであることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
4. 前記圧電素子が、ＭＥＭＳであることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
5. 前記素子配線が、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ，Ｖ，Ｔａ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎのうちのいずれか一つを主成分とする材料、あるいはこれらの材料を混合し、多層化した配線であることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
6. 前記基板が、ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃あるいは水晶等の圧電基板、あるいは前記基板上に形成した圧電機能部を有する圧電基板であることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
7. 前記金属箔層の表面に、金を主成分とする金属層を形成したことを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
8. 前記金属蓋体の表面に、感光性ポリイミド等の有機材料、あるいはＳｉＯ₂等からなる絶縁材料、もしくは金属酸化膜等の絶縁材料からなる層を形成したことを特徴とする圧電部品。
9. 集合基板を準備し、該集合基板の主面に櫛歯電極及び該櫛歯電極に接続される素子配線を有する配線電極ならびに封止電極をスパッタリングあるいは蒸着により成膜した後、フォトリソグラフィー技法によりパターニングする工程と、
   前記櫛歯電極、前記配線電極及び前記封止用電極が形成された前記集合基板上に所定位置が開口した金属箔をラミネートして金属箔層を形成し、さらに該金属箔層の上面に金属板からなる金属蓋体を加熱・圧着する工程と、
   前記集合基板主面に形成した前記櫛歯電極及び前記配線電極と対応する前記集合基板の裏面をフォトリソグラフィー技法によりパターニング除去して加工して、貫通孔を形成し、該貫通孔に導電性材料を埋め込んで貫通電極を形成する工程と、
   前記配線電極と前記端子電極とを前記貫通電極を介して導電性材料により配線接続する工程と、
   からなる圧電部品の製造方法。
10. 前記基板の裏面に、感光性エポキシあるいは感光性ポリイミドと、メッキ配線技術を用いて、インピーダンス回路、コンダクタンス回路及びインダクタンス回路ならびに端子電極を形成したことを特徴とする請求項９に記載の圧電部品の製造方法。
11. 前記素子配線を前記集合基板上に複数個形成し、かつ、すべての前記素子配線が同一電位になるように配線し、前記貫通電極を形成する際に、電気メッキを用いて前記貫通電極と前記素子配線とを接続したことを特徴とする請求項９に記載の圧電部品の製造方法。
12. 前記金属箔の前記封止用電極への積層が、熱圧着、あるいは金属の固相拡散による共晶接続等の技法によりなされることを特徴とする請求項９に記載の圧電部品の製造方法。
13. 前記貫通孔が、サンドブラスト、エキシマレーザー加工、ドライエッチングあるいはウエットエッチングもしくは前記形成方法のいずれかの組合せにより形成されることを特徴とする請求項９に記載の圧電部品の製造方法。
14. 前記集合基板を、前記配線電極と前記端電極とを配線接続した後、前記集合基板の主面に表示したマーキングラインに沿って個々の圧電部品に切断して分割することを特徴とする請求項９に記載の圧電部品の製造方法。

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