JP2010098385A - 弾性波装置 - Google Patents

Abstract

【課題】素子側パッドにおいて異種金属間の合金発生や保護膜の剥離を防ぎ、接合強度を向上させることができる、弾性波装置を提供する。
【解決手段】実装基板に実装される弾性波素子の素子側パッド７ａは、第１電極部３０と第２電極部４０とを含む。第１電極部３０は、圧電基板５の一方主面５ａに形成され、少なくともＡｌ層３２を含む。第２電極部４０は、第１電極部３０の一方主面３０ａの中心部３０ｓに接して形成され、少なくとも、一方主面４２ｓに露出するＡｕ層４２を含む。保護膜２９ａは、第１電極部３０の外周３０ｋ及び一方主面３０ａの中心部３０ｓの周囲３０ｔに延在し、第１電極部３０の一方主面３０ａの中心部３０ｓの周囲３０ｔに延在する部分２９ｓが、第１電極部３０と第２電極部４０との間に挟まれている。
【選択図】図２

Description

本発明は、弾性波装置に関し、詳しくは、弾性波素子が実装基板にフリップチップボンディングされた弾性波装置に関する。

近年の携帯電話機市場ではその普及に伴い軽量化、小型化に対する要求が年々大きくなってきており、各構成部品の削減、小型化はもとより、複数の機能を複合した部品の開発も進んできた。このような状況を背景に、携帯電話機のＲＦ段に使用する弾性表面波フィルタにおいても軽量化、小型化の要求も大きくなってきている。

これらの要求を実現する１つの方法として、弾性表面波素子が形成された圧電基板をＡｕバンプやハンダバンプ等によって基板上にフェイスダウン実装し、素子周囲を封止樹脂により封止したＣＳＰ（Chip Size Package）構造がある。

従来、ＣＳＰ構造の弾性表面波装置としては、例えば図６に示すような構成が、広く用いられている。

すなわち、図６（ａ）の断面図に示すように、弾性波装置２１は、実装基板２の一方主面２ａに弾性波素子３がダウンフェースでフリップチップボンディングされ、弾性波素子３の周囲が封止樹脂４で封止されている。

弾性波素子３は、圧電基板５の一方主面５ａに弾性表面波フィルタ素子のＩＤＴ電極６や素子側パッド７，８を含む配線パターンが形成されており、その上を覆うように略全面に保護膜２９が形成されている。保護膜２９には、図６（ｂ）の平面図に示すように、素子側パッド７，８，Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３の中心部が露出する開口２９ｋが形成されている。

図６（ａ）に示すように、素子側パッド７，８上にはバンプ１３，１４が形成されており、素子側パッド７，８はバンプ１３，１４を介して、実装基板２の基板側パッド１１，１２と導通がとられている。基板側パッド１１，１２は、実装基板２の内部に形成された内部電極１５，１６等を介して外部端子１７，１８と電気的に接続されている。

弾性波素子３のＩＤＴ電極６等が形成された機能面と実装基板２の一方主面２ａとの間には空間部Ａが保たれており、圧電基板５は封止樹脂４で覆われている（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第ＷＯ２００５／００２０４９号

図６の構成の場合、圧電基板５の一方主面５ａ上に形成される弾性表面波フィルタ素子のＩＤＴ電極６や素子側パッド７，８は、主にＡｌ金属膜で形成され、バンプ１３，１４には、主にＡｕが用いられている。しかし、ＡｌとＡｕは反応して硬くて脆い合金を形成するため、素子側パッド７，８とバンプ１３，１４との接合強度劣化の原因となる。

これに対しては、例えば図５の断面図のように、素子側パッド７ｘを複数の異種金属膜の層で形成された構造とすることにより、接合強度を改善できる。すなわち、圧電基板５の一方主面５ａ上に、種類が異なる金属を用いて第１電極部３０ｘ、第２電極部４０ｘの順に形成し、その上から、圧電基板５の一方主面５ａの全面に渡って保護膜２９ｘを形成した後、保護膜２９ｘに第２電極部４０ｘの表面４０ａの中心部４０ｓが露出する開口２９ｋを形成する。

第１電極部３０ｘ及び第２電極部４０ｘを構成する複数の異種金属層として、Ａｌ、Ｐｔ、ＮｉＣｒ、Ａｕなどが使用される。図５の断面図のように、従来例の図６（ｂ）と同様、保護膜２９ｘが、第２電極部４０ｘの表面４０ａの中心部４０ｓの周囲、すなわち外縁部４０ｔを覆う部分２９ｓを有するように構成すると、配線パターンの最上層がＡｕとなる膜構成、すなわち第２電極部４０ｘの表面４０ａがＡｕで形成され、その表面４０ａの外縁部４０ｔを覆う部分２９ｓの保護膜２９ｘがＳｉＯ_２で形成されるような場合、ＡｕとＳｉＯ_２との密着力が十分でなく、ＳｉＯ_２が剥離するという問題がある。

また。異種金属膜のＡｕとＡｌが同時に用いられた場合、配線パターンの縁の部分などで両者が接触し、ＡｕＡｌ合金が発生することがある。この合金は、温度などの条件により成長する。成長した合金がＩＤＴ電極に達すると、特性劣化を招く恐れがある。また、成長した合金は硬くて脆い性質のため、容易に脱落する。脱落した金属粉は、弾性波の伝搬領域に付着するなどして、品質に悪影響を及ぼす可能性が高い。

本発明は、かかる実情に鑑み、素子側パッドにおいて異種金属間の合金発生や保護膜の剥離を防ぎ、接合強度を向上させることができる、弾性波装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した弾性波装置を提供する。

弾性波装置は、（ａ）圧電基板の一方主面に、ＩＤＴ電極と素子側パッドを含む配線パターンと、前記配線パターンの少なくとも一部を覆う保護膜とが形成された、弾性波素子と、（ｂ）前記弾性波素子の前記素子側パッドとバンプを介して接続される基板側パッドを有し、前記弾性波素子がフリップチップボンディングされる、実装基板と、（ｃ）前記実装基板上に配置され、前記実装基板に実装された前記弾性波素子を覆う、封止部材とを備える。前記弾性波素子の前記素子側パッドは、第１電極部と第２電極部とを含む。前記第１電極部は、前記圧電基板の前記一方主面に形成され、少なくともＡｌ層を含む。前記第２電極部は、前記第１電極部の前記圧電基板とは反対側の一方主面の中心部に接して形成され、少なくとも前記第１の電極部の前記圧電基板とは反対側の一方主面に露出するＡｕ層を含む。前記弾性波素子の前記保護膜は、前記素子側パッドの前記第１電極部の外周及び前記一方主面の前記中心部の周囲に延在し、前記第１電極部の前記一方主面の前記中心部の周囲に延在する部分が、前記素子側パッドの前記第１電極部と前記第２電極部との間に挟まれている。

上記構成によれば、素子側パッドの第１の電極部の側面は保護膜で覆われ、保護膜は第１電極部と第２電極部との間に挟まれているため、第１電極部と第２電極部との異種金属間で化合物が発生することが防止される。

素子側パッドの表面には第２電極部のＡｕ層が露出しているので、このＡｕ層自体に保護膜としての役割を持たせられるため、Ａｕ層の表面に保護膜を形成する必要がなくなり、Ａｕ膜上に形成したＳｉＯ_２膜が剥離するといった不具合が発生しない。保護膜は、第１電極部と第２電極部との間に挟まれているので、剥離しにくい。

その結果、素子側パッドにおいて、異種金属間の合金発生や保護膜の剥離を防ぎ、接合強度を向上させることができる。

具体的には、以下のように種々の態様で構成することができる。

好ましくは、前記弾性波素子の前記素子側パッドの前記第１電極部及び前記第２電極部は、それぞれ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、ＮｉＣｒ、Ｔｉ、Ａｕのいずれかの金属層を含む。

好ましくは、前記保護膜は、前記配線パターンの前記第１電極部の前記一方主面の前記中心部の近傍領域に、前記配線パターンの前記第１電極部の前記一方主面の前記中心部から離れるにしたがい厚みが次第に大きくなるテーパ部が形成されている。

この場合、第１電極部の中心部の近傍領域において保護膜をテーパ形状にすることで、第１電極部と保護膜及び第２電極部とがより密着し、不具合の基点となる隙間ができにくい。

好ましくは、前記封止部材は、前記圧電基板の前記一方主面と前記実装基板との間に空間を形成して前記圧電基板を覆っている封止樹脂である。

この場合、実装基板にフェイスダウンボンディングされた弾性波素子を、封止することができる。

好ましくは、前記実装基板は、前記弾性波素子が収納される凹部を有する。この凹部の底面に、前記基板側パッドが形成されている。前記封止部材は、前記実装基板の前記凹部の開口を覆うように、前記実装基板に接合される。

この場合、実装基板の凹部内に、弾性波素子をフェイスダウンボンディングにより収容し、封止部材を用いて封止することができる。

好ましくは、前記圧電基板がＬｉＴａＯ_３又はＬｉＮｂＯ_３である。

本発明の弾性波装置は、素子側パッドにおいて異種金属間の合金発生や保護膜の剥離を防ぎ、接合強度を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４を参照しながら説明する。

＜実施例１＞ 実施例１の弾性波装置について図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、実施例１の弾性波装置の弾性波素子３ａの一方主面の平面図である。図２は、図１の線Ａ−Ａに沿って切断した断面図である。

実施例１の弾性波装置は、図６の従来例の弾性波装置と略同じ構成である。すなわち、図１に示す弾性波素子３ａは、実装基板にフリップチップボンディングされ、封止部材として封止樹脂を用いて封止される。実装基板は、弾性波素子３ａの素子側パッド７ａ，８ａとバンプを介して接続される基板側パッドを有する。

図１及び図２に示すように、弾性波素子３ａは、圧電基板５の一方主面５ａに、第１電極部３０が形成され、その上を覆うように保護膜２９ａが形成されている。第１電極部３０は、図１において破線で示されたように、弾性表面波フィルタ素子の表面波励振用電極である櫛型のＩＤＴ（interdigitarl transducer）電極３０ｒと、素子側パッド７ａ，８ａを構成する部分３０ｐと、それらの間を接続する接続部分３０ｑとを含む。保護膜２９ａには、図１において鎖線で示された開口２９ｙが形成されている。開口２９ｙは、開口２９ｙから、第１電極部３０のうち、素子側パッド７ａ，８ａを構成する部分３０ｐの表面３０ａの中心部３０ｓ（図２参照）と、接続部分３０ｑの表面の一部とが露出するように、形成されている。

弾性波素子３ａは、圧電基板５の一方主面５ａが実装基板に対向した状態で、実装基板にフェイスダウンボンディングされる。封止樹脂は、圧電基板５の一方主面５ａと実装基板との間に空間を形成して圧電基板を覆っている。

実施例１の弾性波装置は、図６の従来例とは異なり、さらに第２電極部４０（図２参照）が形成されている。第２電極部４０は、保護膜２９ａの開口２９ｙから露出する第１電極部３０の表面に接合されている。第２電極部４０は、図１に示すように、第１電極部３０のうち素子側パッド７ａ，８ａを構成する部分３０ｐに接合されて素子側パッド７ａ，８ａを構成する部分４０ｐと、第１電極部３０の接続部分３０ｑに接合されて配線の電気抵抗を低下させる部分４０ｑとを有する。

図２に示すように、第１電極部３０は、圧電基板５の一方主面５ａの上に形成されたＴｉ膜３８と、Ｔｉ膜３８の上に形成されたＡｌ膜３２とを含む。第２電極部４０は、第１電極部３０の圧電基板５から遠い一方主面３０ａの中心部３０ｓに接して形成されたＰｔ膜４８と、Ｐｔ膜４８の上に形成されたＡｕ膜４２とを含む。Ａｕ膜４２は、圧電基板５から遠い側の主面４２ｓが外部に露出しており、バンプに接合される。

なお、第１電極部３０及び第２電極部４０は、少なくとも、第１電極部３０がＡｌ層を含み、第２電極部４０が、外部に露出する最上層にＡｕ層を含めばよい。これに加え、第１電極部３０及び第２電極部４０は、それぞれ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、ＮｉＣｒ、Ｔｉ、Ａｕのいずれか１又は２以上の金属層をさらに含むようにしてもよい。

前述したように、圧電基板５の一方主面５ａには、第１電極部３０により、ＩＤＴ電極３０ｒと素子側パッドを構成する部分３０ｐと接続部３０ｑとを含む配線パターンが形成される。この配線パターンを覆う保護膜２９ａは、図２に示すように、第１電極部３０の側面３０ｋと、第１電極部３０の圧電基板５とは反対側の一方主面３０ａの外縁部３０ｔとに接するように形成されている。保護膜２９ａに形成された開口２９ｙからは、第１電極部３０の圧電基板５とは反対側の一方主面３０ａの中心部３０ｓが露出し、この中心部３０ｓに第２電極部４０が接合されている。第２電極部４０は、保護膜２９ａの開口２９ｙよりも外側まで延在するように形成されており、保護膜２９ａの開口２９ｙの近傍部分２９ｓと接している。換言すると、保護膜２９ａの開口２９ｙの近傍部分２９ｓは、第１電極部３０と第２電極部４０との間に挟み込まれている。

上記のように、イオン化傾向の小さいＡｕ膜４２を弾性波素子３ａの配線パターンの最上層に形成することで、それ自体、保護膜の役割を持たせられるため、Ａｕ膜４２の表面４２ｓにＳｉＯ_２などの保護膜を形成する必要がなくなる。そのため、Ａｕ膜上に形成したＳｉＯ_２膜が剥離するといった不具合が発生しない。保護膜２９は、第１電極部３０と第２電極部４０との間に挟まれているので、剥離しにくい。

さらに、第１電極部３０と第２電極部４０との間に保護膜２９ａの開口２９ｙの近傍部分２９ｓが挟み込まれることにより、第１電極部３０のＡｌと第２電極部４０のＡｕとの接触を断ち、合金化を防ぐことができる。

したがって、素子側パッドにおいて異種金属間の合金発生や保護膜の剥離を防ぎ、接合強度を向上させることができる。

次に、実施例１の弾性波装置に用いる弾性波素子３ａの作製例について説明する。

ＬｉＴａＯ_３又はＬｉＮｂＯ_３の圧電基板の一方主面に、第１電極部になる厚さ１０ｎｍのＴｉ膜と、厚さ４００ｎｍのＡｌ膜とを順に成膜し、ＩＤＴ電極と素子側パッドを構成する部分と接続部とを含む配線パターンを形成する。その上から全面に厚さ２５ｎｍのＳｉＯ_２膜を成膜した後、Ｔｉ膜及びＡｌ膜の配線パターンのうち素子側パッドになる部分の中心部と接続部の一部とが露出し、他の部分がＳｉＯ_２膜で覆われるように、ＳｉＯ_２膜をエッチングし、保護膜を形成する。例えば、ドライエッチングを行う。その上に、第２電極部になる厚さ１５０ｎｍのＰｔ膜と厚さ５００ｎｍのＡｕ膜とを成膜し、素子側パッドを形成する。これによって、弾性波波長λ＝４．７μｍの弾性表面波フィルタ素子を作製することができた。

＜実施例２＞ 実施例２の弾性波装置について図３を参照しながら説明する。

実施例２の弾性波装置は、実施例１の弾性波装置とほとんど同じ構成である。以下では、実施例１と同じ構成部分には同じ符号を用い、実施例１との相違点を中心に説明する。

図３は、実施例２の弾性波装置において実装基板に実装される弾性波素子の素子側パッド７ｂの断面図である。

図３に示すように、弾性波素子の圧電基板５の一方主面５ａ上に形成された素子側パッド７ｂは、実施例１と同様に、Ｔｉ膜３８及びＡｌ膜３２の第１電極部３０と、Ｐｔ膜４８及びＡｕ膜４２の第２電極部４０との間に、保護膜２９ｂの開口２９ｚの近傍部分２９ｔが挟み込まれるように構成されている。

ただし、実施例１と異なり、保護膜２９ｂは、開口２９ｚの近傍部分２９ｔに、開口２９ｚから離れるにしたがい厚みが次第に大きくなるテーパ部２９ｐが形成されている。

実施例２の弾性波素子の作製は、実施例１と同様に、圧電基板の一方主面上に、弾性表面波フィルタ素子を形成すべく、第１電極部形成、保護膜形成、第２電極部形成の順で進められる。

保護膜形成時のエッチングは、第１電極部を形成した上に全面にＳｉＯ_２膜を成膜し、その上に、レジストを用いて開口を有するマスクを形成した後、ＣＦ_４による反応性イオンエッチング（ＲＩＥ；Reactive Ion Etching）を行うことにより、保護膜２９ｂの開口２９ｚとともに、開口２９ｚの近傍部分２９ｔにテーパ部２９ｐを形成する。

実施例２の弾性波装置は、実施例１と同様に、素子側パッドにおいて異種金属間の合金発生や保護膜の剥離を防ぎ、接合強度を向上させることができるが、保護膜２９ｂの開口２９ｚの近傍部分２９ｔに形成されたテーパ部２９ｐにより、実施例１と比べ、保護膜２９ｂと第１電極部３０及び第２電極部４０とがさらに密着し、不具合の起点となる隙間ができにくい。

＜実施例３＞ 実施例３の弾性波装置５０について、図４を参照しながら説明する。

図３は、実施例３の弾性波装置５０の断面図である。

図４に示すように、実施例３の弾性波装置５０は、実装基板５２の上面５２ａに凹部５３が形成され、凹部５３の底面５３ａに基板側パッド５４が形成されている。基板側パッド５４は、弾性波素子６０の素子側パッド６７，６８とバンプ８０を介して接続され、弾性波素子６０は、フェイスダウンボンディングされた状態で、凹部５３内に収納される。実装基板５２の上面５２ａには、凹部５３の開口を覆うように、板状の封止部材５８が接合され、弾性波素子６０が封止される。

弾性波素子６０は、実施例１、２と同じ構成である。すなわち、圧電基板６２の一方主面６２ａ上に弾性表面波フィルタ素子を構成するＩＤＴ電極６４や素子側パッド６７，６８の一部を構成する部分６６と接続部（図示せず）とを含む配線パターンが、Ａｌ層を含む第１電極部により形成され、その上に、保護膜７０が形成されている。保護膜７０には、第１電極部の素子側パッドを構成する部分６６の中心部と接続部の一部とが露出するように開口が形成され、この開口から露出する第１電極部の上に第２電極部６８が形成されている。第２電極部６８は保護膜７０の開口よりも外側まで延在しており、バンプ８０に接する最上層はＡｕ膜である。保護膜７０は、保護膜７０に形成された開口の近傍部分が、第１電極部と第２電極部６８との間に挟み込まれるようになっている。

実施例３のキャビティ構造のパッケージングの弾性波装置においても、封止樹脂で弾性波素子を封止する実施例１、２の弾性波装置と同様に、素子側パッドにおいて異種金属間の合金発生や保護膜の剥離を防ぎ、接合強度を向上させることができる。

＜まとめ＞ 圧電基板を用いて弾性波素子を作製したＣＳＰ構造の弾性波装置において、弾性波素子側パッドを種類の異なる複数の金属膜で形成し、弾性波素子側パッドの外部に露出する最上層をＡｕ層とする。これによって、電気的接続をとるバンプとの接合強度を上げ、またＡｕ層が保護膜としての機能を果たす。

弾性波素子側パッドの第１電極部と第２電極部との間に保護膜が挟み込まれるように構成することで、第１電極部と第２電極部とにそれぞれ含まれる異種の金属同士が接触、反応して合金が発生するのを防ぐことができる。さらに、第１電極部と第２電極部との間に挟み込まれる部分の保護膜をテーパ形状に形成することで、保護膜と金属層との間の密着性を高め、不具合の基点となる隙間ができにくくなる。

本願において、弾性波は弾性表面波と弾性境界波の総称として用いている。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

弾性波素子の一方主面の平面図である。（実施例１） 図１の線Ａ−Ａに沿って切断した断面図である。（実施例１） 弾性波素子の素子側パッドの断面図である。（実施例２） 弾性波装置の断面図である。（実施例３） 弾性波素子の素子側パッドの断面図である。（比較例） 弾性波装置の断面図である。（従来例）

符号の説明

２ 実装基板
３，３ａ 弾性波素子
４ 封止樹脂（封止部材）
５ 圧電基板
５ａ 一方主面
７，７ａ，７ｂ 素子側パッド
８，８ａ 素子側パッド
２１ 弾性波装置
２９，２９ａ，２９ｂ，２９ｘ 保護膜
２９ｐ テーパ部
２９ｓ，２９ｔ 近傍部分
２９ｙ，２９ｚ 開口
３０ 第１電極部
３０ａ 一方主面
３０ｒ ＩＤＴ電極
３０ｓ 中心部
３０ｔ 外縁部（中心部の周囲）
３２ Ａｌ膜（Ａｌ層）
３８ Ｔｉ膜
４０ 第２電極部
４２ Ａｕ膜（Ａｕ層）
４８ Ｐｔ膜
５０ 弾性波装置
５２ 実装基板
５３ 凹部
５４ 基板側パッド
５８ 封止部材

Claims (6)

1. 圧電基板の一方主面に、ＩＤＴ電極と素子側パッドを含む配線パターンと、前記配線パターンの少なくとも一部を覆う保護膜とが形成された、弾性波素子と、
   前記弾性波素子の前記素子側パッドとバンプを介して接続される基板側パッドを有し、前記弾性波素子がフリップチップボンディングされる、実装基板と、
   前記実装基板上に配置され、前記実装基板に実装された前記弾性波素子を覆う、封止部材と、
   を備えた弾性波装置において、
   前記弾性波素子の前記素子側パッドは、
   前記圧電基板の前記一方主面に形成され、少なくともＡｌ層を含む、第１電極部と、
   前記第１電極部の前記圧電基板とは反対側の一方主面の中心部に接して形成され、少なくとも前記第１の電極部の前記圧電基板とは反対側の一方主面に露出するＡｕ層を含む、第２電極部と、
   を含み、
   前記弾性波素子の前記保護膜は、
   前記素子側パッドの前記第１電極部の外周及び前記一方主面の前記中心部の周囲に延在し、前記第１電極部の前記一方主面の前記中心部の周囲に延在する部分が、前記素子側パッドの前記第１電極部と前記第２電極部との間に挟まれていることを特徴とする、弾性波装置。
2. 前記弾性波素子の前記素子側パッドの前記第１電極部及び前記第２電極部は、それぞれ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、ＮｉＣｒ、Ｔｉ、Ａｕのいずれかの金属層を含むことを特徴とする、請求項１に記載の弾性波装置。
3. 前記保護膜は、前記配線パターンの前記第１電極部の前記一方主面の前記中心部の近傍領域に、前記配線パターンの前記第１電極部の前記一方主面の前記中心部から離れるにしたがい厚みが次第に大きくなるテーパ部が形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の弾性波装置。
4. 前記封止部材は、前記圧電基板の前記一方主面と前記実装基板との間に空間を形成して前記圧電基板を覆っている封止樹脂であることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の弾性波装置。
5. 前記実装基板は、前記弾性波素子が収納される凹部を有し、
   該凹部の底面に前記基板側パッドが形成され、
   前記封止部材は、前記実装基板の前記凹部の開口を覆うように、前記実装基板に接合されることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の弾性波装置。
6. 前記圧電基板がＬｉＴａＯ_３又はＬｉＮｂＯ_３であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の弾性波装置。

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