JP2011160024A - 弾性波装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】立体配線部が設けられた基板を好適に封止できる弾性波装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 主面3aに凹部6を有する基板3と、基板3の主面上に配置されたIDT電極2a、4aを有する励振電極と、前記凹部内に位置する第1領域29aを有し、且つ前記励振電極と電気的に接続される第1配線29と、第1配線29の第1領域29aを覆うようにして凹部内に設けられる絶縁体21と、第1配線29の第1領域29aと絶縁体21を介して立体的に交差する第2領域33aを有し、且つ前記励振電極と電気的に接続される第2配線33と、基板3の主面上に配置され、前記励振電極を保護するカバー5と、を備えた構成とする。
【選択図】図3

Description

本発明は、弾性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)装置や圧電薄膜共振器(FBAR:Film Bulk Acoustic Resonator)等の弾性波装置に関する。
小型化等を目的とした、いわゆるウェハレベルパッケージ(WLP:Wafer Level size Package)の弾性波装置が知られている。かかるWLP型の弾性波装置は、圧電基板と、圧電基板に設けられた弾性波素子と、弾性波素子を封止するカバーとを有する(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−208665号公報
弾性波素子の圧電基板上には、通常、弾性波素子に接続された複数の配線が設けられている。複数の配線は、絶縁体を介して立体的に交差されて立体配線部を構成することがある。立体配線部は、複数の配線と絶縁体とを積層して構成されるため、その厚みは、他の電極や配線の厚みよりも大きくなる。
このような厚みの大きい立体配線部にカバーを積層すると、基板とカバーとの隙間の発生やカバーの基板からの剥がれが生じやすくなる。
本発明の目的は、立体配線部が設けられている場合であっても、カバーの基板からの剥がれやカバーと基板との隙間の発生を抑制することができる信頼性の高い弾性波装置およびその製造方法を提供することにある。
本発明の一態様としての弾性波装置は、主面に凹部を有する基板と、前記基板の主面上に配置された励振電極と、前記凹部内に位置する第1領域を有し、且つ前記励振電極と電気的に接続される第1配線と、前記第1配線の前記第1領域を覆うようにして前記凹部内に設けられる絶縁体と、前記第1配線の前記第1領域と前記絶縁体を介して立体的に交差する第2領域を有し、且つ前記励振電極と電気的に接続される第2配線と、前記基板の主面上に配置され、前記励振電極を保護するカバーと、を備えるものである。
また本発明の一態様としての弾性波装置の製造方法は、基板の主面に凹部を形成する凹部形成工程と、 前記基板の主面に励振電極を形成する励振電極形成工程と、前記凹部内に位置する第1領域を有し、且つ前記励振電極と電気的に接続される第1配線を形成する第1配線形成工程と、前記第1配線の前記第1領域を覆うようにして前記凹部内に絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、前記第1配線の前記第1領域と前記絶縁体を介して立体的に交差する第2領域を有し、且つ前記励振電極と電気的に接続される第2配線を形成する第2配線形成工程と、前記基板の主面上に配置され、前記励振電極を保護するカバーを形成するカバー形成工程と、を備えるものである。
上記の構成からなる弾性波装置は、基板上に立体配線部が設けられている場合であっても、立体配線部の高さが他の電極や配線の高さよりも大幅に高くなることがないため、カバーの剥がれが生じにくい封止性に優れた弾性波装置とすることができる。
また上記の構成からなる弾性波装置の製造方法によれば、基板上に立体配線部が設けられている場合であっても、カバーの剥がれが生じにくい封止性に優れた弾性波装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係るSAW装置の外観斜視図である。 図1のSAW装置における配線構造を示す模式的な平面図である。 図2の III−III線における断面図である。 (a)から(d)は、図1のSAW装置の製造方法を説明する断面図である。 (a)から(d)は、図1のSAW装置の製造方法を説明する断面図である。 実施形態に係るSAW装置の変形例を示す模式的な平面図である。
以下、本発明の実施形態に係る弾性表面波装置(SAW装置)について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。
<SAW装置の構成>
図1は、本発明の実施形態に係るSAW装置1の外観斜視図である。
SAW装置1は、いわゆるWLP型のSAW装置により構成されている。SAW装置1は、基板3と、基板3に固定されたカバー5と、カバー5から露出する複数の端子7とを有している。
SAW装置1は、複数の端子7のいずれかを介して信号の入力がなされる。入力された信号は、SAW装置1によりフィルタリングされる。そして、SAW装置1は、フィルタリングした信号を複数の端子7のいずれかを介して出力する。SAW装置1は、例えば、カバー5側の面を不図示の回路基板等の実装面に対向させて当該実装面に載置された状態で樹脂封止されることにより、端子7を実装面上の端子に接続した状態で実装される。
基板3は、圧電基板により構成されている。例えば、基板3は、タンタル酸リチウム単結晶,ニオブ酸リチウム単結晶等の圧電性を有する直方体状の単結晶基板である。基板3は、第1主面3aと、その背面側の第2主面3bとを有している。基板3の平面形状は適宜に設定されてよいが、例えば、所定方向(Y方向)を長手方向とする矩形である。基板3の大きさは適宜に設定されてよいが、例えば、厚さは0.2mm〜0.5mm、1辺の長さは0.5mm〜2mmである。
カバー5は、第1主面3aを覆うように設けられている。カバー5の平面形状は、例えば、基板3の平面形状と同様であり、本実施形態では、Y方向を長手方向とする矩形である。カバー5は、例えば、第1主面3aと概ね同等の広さを有し、第1主面3aの概ね全面を覆っている。
複数の端子7は、カバー5の上面(基板3とは反対側の面)から露出している。複数の端子7の数および配置される位置は、SAW装置1の内部の電子回路の構成に応じて適宜に設定される。本実施形態では、6つの端子7がカバー5の外周に沿って配列されている。
カバー5は、第1主面3aに積層される枠部15と、枠部15に積層される蓋部17とを有している。枠部15には、複数の開口が形成されている。当該開口が蓋部17により塞がれることにより、第1主面3aとカバー5との間には、第1振動空間51および第2振動空間52が形成される。
枠部15は、概ね一定の厚さの層により構成されている。枠部15の厚さは、例えば、数μm〜30μmである。蓋部17は、概ね一定の厚さの層により構成されている。蓋部17の厚さは、例えば、数μm〜30μmである。
枠部15及び蓋部17は、例えば、感光性の樹脂により形成されている。感光性の樹脂は、例えば、アクリル基やメタクリル基などのラジカル重合により硬化する、ウレタンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、エポキシアクリレート系の樹脂である。
枠部15及び蓋部17は、同一の材料により形成されていてもよいし、互いに異なる材料により形成されていてもよい。本願では、説明の便宜上、枠部15と蓋部17との境界線を明示しているが、実際の製品においては、枠部15と蓋部17とが同一材料により形成され、一体的に形成されていてもよい。
端子7は、第1主面3aに立てて設けられ、カバー5を貫通してカバー5の上面に露出している。端子7は、図3の断面図に示すように、カバー5を貫通する部分である柱状部7aと、柱状部7aのカバー5からの露出部に接続されるランド7bとを有している。ランド7bは、カバー5の上面に積層されるフランジを有している。端子7は、例えば、銅めっきなどにより形成され、端子7とカバー5との間にはめっき下地層35が形成されている。
図2は、基板3の第1主面3aにおける配線構造を示す模式的な平面図である。なお、図2においては、第1振動空間51及び第2振動空間52の範囲を2点鎖線で示している。
第1主面3aには、信号をフィルタリングするために、SAW共振子2及びSAWフィルタ4が設けられている。
SAW共振子2は、基板3の表面を伝搬する弾性表面波を発生させるための励振電極を有する。この励振電極は、例えば、複数の電極指を有する一対の櫛歯状電極同士を互いの電極指が噛み合うようにして配置されたIDT(InterDigital Transducer)電極2aと、IDT電極2aの、弾性表面波の伝搬方向(X方向)両側に配置された2つの反射器2bから構成される。
一方、SAWフィルタ4は、例えば、縦結合ダブルモードSAWフィルタにより構成されている。本実施形態において、SAWフィルタ4は、5つのIDT電極4aと、複数のIDT電極4aの、弾性表面波の伝搬方向(X方向)両側に配置された2つの反射器4bとから構成される励振電極を有している。IDT電極4aは、一対の櫛歯状の電極から構成されている。この一対の櫛歯状の電極は、弾性表面波の伝搬方向(X方向)に延びるバスバーと、バスバーから上記伝搬方向に直交する方向(Y方向)に伸びる複数の電極指とを有し、電極指が互いに噛合うように配置されている。なお、図3は模式図であることから、電極指は、実際の数よりも少ない数で示されている。
また、第1主面3aには、端子7に接続される6個のパッド13が設けられている。パッド13は、端子7の直下に設けられている。
さらに、第1主面3aには、SAW共振子2、SAWフィルタ4、及びパッド13を互いに接続するための複数の配線が設けられている。配線構造は、端子7やSAW素子10の位置及び構造等に応じて適宜な構成とされてよい。
6個のパッド13のうち、基板3の左上に位置するパッド13は、信号が入力されるパッドであり、入力信号配線27によりSAW共振子2に接続されている。SAW共振子2とSAWフィルタ4とは、3本の中間配線29により互いに接続されている。なお、中間配線29は、本発明の「第1配線」の一態様である。
6個のパッド13のうち、基板3の右上と右下に配置されたパッド13は、信号が出力されるパッドであり、2本の出力信号配線31によりSAWフィルタ4に接続されている。
6個のパッド13のうち、残りのパッド13(‘GND’の文字を付したパッド13)は、接地用のパッドであり、これら接地用のパッド13は互いに接続されている。また、SAWフィルタ4の各IDT電極4aは、これら接地用のパッド13に接続されている。具体的には、基板3の上辺側中央に配されたパッド13と基板3の下辺側中央に配されたパッド13とは、直線状の第1グランド配線33により接続されている。第1グランド配線33は、2ヶ所で分岐しており、その分岐部分はSAWフィルタ4に接続されている。なお、第1グランド配線33は、本発明の「第2配線」の一態様である。また、基板3の上辺側中央に配されたパッド13と基板3の下辺側中央に配されたパッド13とは、SAWフィルタ4の外周に沿って形成された第2グランド配線34によっても接続されている。第2グランド配線34は、5ヶ所で分岐しており、その分岐部分はSAWフィルタ4に接続されている。基板3の左下に配されたパッド13と基板3の下辺側中央に配されたパッド13とは、直線状の第3グランド配線35により接続されている。
ここで、3本の中間配線29と第1グランド配線33とは絶縁体21を介して立体交差している。この立体交差について図3の断面図を用いて説明する。図3は、図2のIII−III線で切断したときの断面図である。図3に示すように基板3には凹部6が設けられており、中間配線29は凹部6の内壁に沿って形成された第1領域29aを有している。この中間配線29の第1領域29aは、凹部6内に設けられた絶縁体21により覆われている。この絶縁体21の上を通るようにして第1グランド配線33が形成されている。すなわち、第1グランド配線33は、絶縁体21を介して中間配線29の第1領域29aと立体交差する部分(第2領域33a)を有することになる。
このように基板3に凹部6を設け、凹部6内に設けた絶縁体21を介して中間配線29と第1グランド配線33とを立体交差させる構造とすることにより、立体配線部の高さを他の電極や配線の高さと同程度にすることができる。これにより立体配線部上にカバー5を載置した場合であっても、カバー5と基板3の主面との間に大きな隙間ができることがなくなり、カバー5が基板3から剥がれるのを抑制することができ、振動空間の気密性を良好な状態に保持することが可能となる。
また従来のように圧電基板3に凹部6を設けずに圧電基板3の第1主面3aに配線と絶縁体とを積み重ねて立体配線部を形成した場合には、この立体配線部に起因するカバー5の圧電基板3からの剥がれを防止するためには、振動空間内に立体配線部が位置するように、すなわちカバー5が立体配線部に接しないようにする必要があったが、この場合、振動空間が不必要に大きくなりカバー5の耐圧性の低下を招く要因となる。これに対し、本実施形態に係るSAW装置1によれば、立体配線部に起因するカバー5の圧電基板3からの剥がれを抑制することができるため、第2領域33aの直上部に接する部分を有した状態でカバー5を形成することができる。これにより、振動空間を不必要に大きくさせることなく最適な大きさにすることができ、耐圧性を向上させることができる。
なお、第2領域33aの直上部に接するとは、第2領域33aに直に接している場合、第2領域33a上に設けられた別の部材(本実施形態では保護層25)に接している場合のいずれの場合も含む。
凹部6は、例えば、RIE(Reactive Ion Etching)などにより形成することができ、その深さ(基板3の主面3aから凹部6の底面までの寸法)は、例えば、1μm〜3μmである。凹部6は、断面視したときの形状が、底面側が開口側より狭い台形となっていることが好ましい。凹部6をこのような形状にすることで、中間配線29となる金属を成膜した際に凹部6内において極端に厚みが小さくなる部分が形成されることがなくなり、中間配線29が凹部6の段差に起因して断線するのを抑制することができる。
凹部6の内部に設けられる絶縁体21としては、例えば、ポリイミドなどの有機系の絶縁材料、酸化ケイ素、酸化アルミ、酸化チタンなどの酸化物系の絶縁材料などを使用することができる。ポリイミドの有機系材料を用いた場合は、例えば、スピンコート法などの塗布方法により形成することができる。このような有機系材料は、塗布した際に上面が平坦になりやすく、結果として形成される絶縁体21の上面も平坦になり、絶縁体21上に形成される第1グランド配線33がいびつな形状となるのを抑制することができる。一方、絶縁体21の材料として酸化ケイ素などの酸化物系の絶縁材料を使用した場合には、CVD(Chemical Vapor Deposition)、バイアススパッタなどの成膜方法により絶縁体21を形成することができる。
なお、出力信号配線31と第2グランド配線34も立体交差部を有しており、中間配線29及び第1グランド配線33と同様に基板3に設けた凹部6を利用して立体配線構造としている。
基板3の第1主面3a上に形成された各種の配線、電極及びパッドは、例えば、Al−Cu合金等のAl合金により形成されており、その厚さは、例えば、100〜200nmである。またこれら各種の配線、電極及びパッドは、異なる金属材料を積層した構造としてもよく、例えば、Ti/Al、Cr/Ni/Au、Ni/Auといった組み合わせからなる金属を積層させることにより形成してもよい。このような積層構造を採用すれば、配線の厚みを1〜2μm程度と比較的厚くすることができる。このように厚く形成した配線を凹部6に配置される部分に適用することによって、凹部6の段差に起因して配線が断線するのを抑制することができる。
これらの配線、電極及びパッドを覆うようにして保護層25が設けられている。保護層25は、主にSAW共振子2及びSAWフィルタ4を構成する励振電極の酸化防止等に寄与するものである。保護層25は、例えば、絶縁性を有するとともに、SAWの伝搬に影響を与えない程度に質量の軽い材料によ例えば、酸化珪素(SiOなど)、窒化珪素、シリコンなどにより形成されている。保護層25の厚さは、例えば、10〜50nmである。
<SAW装置の製造方法>
図4(a)〜図5(d)は、SAW装置1の製造方法を説明する図であり、図3に相当する断面図である。製造工程は、図4(a)から図5(d)まで順に進んでいく。
以下に説明する工程は、いわゆるウエハプロセスにおいて実現される。すなわち、分割されることによって基板3となる母基板を対象に、薄膜形成やフォトリソグラフィー法などが行われ、その後、ダイシングされることにより、多数個分のSAW装置1が並行して形成される。ただし、図4(a)〜図5(d)では、1つのSAW装置1に対応する部分のみを図示する。また、導電層や絶縁層などは、プロセスの進行に伴って形状が変化するが、変化の前後で共通の符号を用いる。
(凹部形成工程)
図4(a)に示すように、まず、基板3の第1主面3a上には、凹部6が形成される。具体的には、RIEなどのエッチングにより形成される。
(励振電極形成工程/第1配線形成工程)
基板3の第1主面3aに凹部6を形成した後、図4(b)に示すように、IDT電極2a、4aと立体交差部の下側に配置される中間配線29(第1配線の一態様)を形成する。具体的には、まず、スパッタリング法、蒸着法またはCVD法等の薄膜形成法により、第1主面3a上にIDT電極2a、4a及び中間配線29となるAl−Cu合金などからなる金属層が形成される。このとき凹部6の内部にも金属層が形成される。次に、金属層に対して、縮小投影露光機(ステッパー)とRIE装置とを用いたフォトリソグラフィー法等によりパターニングが行われ、凹部6内に位置する第1領域29aを有する中間配線29及びIDT電極2a、4aが形成される。ここでIDT電極2a、4a、及び中間配線29を同一材料で形成することにより、これらを同時に形成することができ弾性波装置の生産効率を向上させることができる。
なお、この工程において、立体交差部の上側に配置される第1、第2グランド配線33、34以外の配線(入力信号配線27など)やパッド13を同時に形成してもよい。
(絶縁体形成工程)
IDT電極2a、4a、及び中間配線29が形成されると、図4(c)に示すように絶縁体21が形成される。絶縁体21は、例えば、ポリイミドなどの感光性樹脂材料を用いてスピンコート法などにより成膜される。その後、凹部6の中に充填された部分を残して、フォトリソグラフィー法によって薄膜の一部が除去されることにより絶縁体21が作製される。
(第2配線形成工程)
絶縁体21が形成されると、図4(d)に示すように中間配線29の第1領域29aと絶縁体21を介して立体的に交差する第2領域33aを有する第2配線の一態様である第1グランド配線33が形成される。
第1グランド配線33は、中間配線29同様に、スパッタリング法、蒸着法またはCVD法等の薄膜形成法により、第1グランド配線33となるAl−Cu合金などからなる金属層を形成した後、金属層に対して、縮小投影露光機(ステッパー)とRIE装置とを用いたフォトリソグラフィー法等によりパターニングが行われ、絶縁体21上に位置する第2領域33aを有する第1グランド配線33が形成される。
(保護層形成工程)
第1グランド配線33を形成した後、図5(a)に示すように保護層25が形成される。具体的には、まず、CVD法または蒸着法等の薄膜形成法により保護層25となる薄膜が形成される。次に、第1導電層19のうちパッド13を構成する部分が露出するように、フォトリソグラフィー法によって薄膜の一部が除去される。これにより、保護層25が形成される。
(カバー形成工程)
保護層25が形成されると、図5(b)に示すように、枠部15となる薄膜が形成される。薄膜は、例えば、感光性樹脂により形成されたフィルムが貼り付けられることにより、又は、保護層25と同様の薄膜形成法により形成される。枠部15となる薄膜が形成された後、フォトリソグラフィー法等により、薄膜の一部が除去され、第1振動空間51及び第2振動空間52を構成する開口部が形成される。
枠部15が形成されると、図5(c)に示すように、蓋部17となる薄膜が形成される。薄膜は、例えば、感光性樹脂のフィルムが貼り付けられることにより形成される。そして、薄膜が形成されることにより、枠部15の開口が塞がれて、第1振動空間51及び第2振動空間52が構成される。これによりカバー5が完成する。
(端子形成工程)
蓋部17が形成されると、図5(d)に示すように、パッド13の直上領域に設けられたカバー5を貫通する孔の内壁にめっき下地層35が形成される。めっき下地層35は、例えば、TiとCuとを積層したものからなり、スパッタ法により形成される。その後、電気めっき処理により、めっき下地層35の露出部分に金属を析出させる。金属は、例えば、Cuである。これにより、端子7が形成され、図3に示されるSAW装置1が完成する。
<変形例>
図6は、上述した実施形態に係るSAW装置1の変形例を示す模式的な平面図である。上述した実施形態に係るSAW装置1は、3本の中間配線29のそれぞれに対応させて凹部6を3つ設けるようにしたが、これら3つの凹部6をつなげて図6に示す変形例のように1つの凹部6としてもよい。
本発明は、以上の実施形態及び変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
弾性波装置は、SAW装置に限定されない。例えば、弾性波装置は、圧電薄膜共振器であってもよい。SAW装置は、いわゆる2重モード型のものに限定されず、ラダー型のものなどであってもよい。
1・・・弾性表面波装置(弾性波装置)
2・・・SAW共振子
3・・・基板
3a・・・第1主面(主面)
4・・・SAWフィルタ
5・・・カバー
6・・・凹部
7・・・端子
11・・・SAW素子
21・・・絶縁体
29・・・中間配線(第1配線)
29a・・・第1領域
33・・・第1グランド配線(第2配線)
33a・・・第2領域
51・・・第1振動空間
52・・・第2振動空間

Claims (7)

  1. 主面に凹部を有する基板と、
    前記基板の主面上に配置された励振電極と、
    前記凹部内に位置する第1領域を有し、且つ前記励振電極と電気的に接続される第1配線と、
    前記第1配線の前記第1領域を覆うようにして前記凹部内に設けられる絶縁体と、
    前記第1配線の前記第1領域と前記絶縁体を介して立体的に交差する第2領域を有し、且つ前記励振電極と電気的に接続される第2配線と、
    前記基板の主面上に配置され、前記励振電極を保護するカバーと、
    を備える弾性波装置。
  2. 前記カバーは、前記第2領域の直上部に接する部分を有する請求項1に記載の弾性波装置。
  3. 前記凹部は、縦断面視したときの形状が、凹部の底面側が凹部の開口側より狭い台形状である請求項1または2に記載の弾性波装置。
  4. 前記励振電極は、複数の電極指を有する一対の櫛歯状電極同士を互いの電極指が噛み合うようにして配置することにより構成され、
    前記カバーには、前記励振電極を収容する振動空間が設けられている請求項1乃至3のいずれかに記載の弾性波装置。
  5. 前記第1配線の前記第1領域の厚みが、前記励振電極の厚みよりも大きい請求項1乃至4のいずれかに記載の弾性波装置。
  6. 基板の主面に凹部を形成する凹部形成工程と、
    前記基板の主面に励振電極を形成する励振電極形成工程と、
    前記凹部内に位置する第1領域を有し、且つ前記励振電極と電気的に接続される第1配線を形成する第1配線形成工程と、
    前記第1配線の前記第1領域を覆うようにして前記凹部内に絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、
    前記第1配線の前記第1領域と前記絶縁体を介して立体的に交差する第2領域を有し、且つ前記励振電極と電気的に接続される第2配線を形成する第2配線形成工程と、
    前記基板の主面上に配置され、前記励振電極を保護するカバーを形成するカバー形成工程と、
    を備える弾性波装置の製造方法。
  7. 前記励振電極と前記第1配線とが同一材料からなるとともに、前記励振電極形成工程と前記第1配線形成工程とが同時に行われる請求項6に記載の弾性波装置の製造方法。
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