JP2013115664A - 弾性波デバイス及び多層基板 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで、高い耐湿性及び放熱性を確保することが可能な弾性波デバイス、及び多層基板を提供すること。
【解決手段】本発明は、圧電基板１０と、圧電基板１０上に設けられた、弾性波を励振するＩＤＴ２２と、金属からなり圧電基板１０上にＩＤＴ２２を囲むように設けられたシールリング１２及び周縁部１５と、ＩＤＴ２２、シールリング１２及び周縁部１５の上に設けられ、ＩＤＴ２２上に空隙２４が形成されるようにＩＤＴ２２を封止する板部１３と、圧電基板１０上であってシールリング１２及び周縁部１５の外側に設けられ、ＩＤＴ２２と電気的に接続された端子１６と、を具備する弾性波デバイス、及び弾性波デバイスを内蔵する多層基板である。
【選択図】図２

Description

本発明は弾性波デバイス及び多層基板に関する。

携帯電話等の移動通信機器の高性能化に伴い、フィルタとして使用される弾性波デバイスには、小型化及び低背化が求められている。このため弾性波デバイスをウェハレベルパッケージとして形成することがある。弾性波デバイスにおいては、弾性波を励振する機能部を封止し保護する。

特許文献１には、ＩＤＴ（Interdigital Transducer）を樹脂により封止する技術が記載されている。特許文献２及び３には金属及び樹脂によりＩＤＴを封止する技術が記載されている。特許文献４にはＩＤＴを圧電体からなるキャップウェハにより封止し、キャップウェハを貫通する端子を設ける技術が記載されている。特許文献５には弾性境界波デバイスが記載されている。

特開２００８−１３５９９８号公報 特開２０１０−２００１９８号公報 特開２００９−２２５１１８号公報 特開２００７−１２９７０４号公報 特開２００７−２８１９５号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術のように、樹脂による封止では耐湿性が不十分であり、かつ放熱性も小さい。放熱性が小さいことにより、耐電力も小さくなる。特許文献２及び３記載の技術では、封止部の一部に樹脂が使用されているため、耐湿性及び放熱性が小さくなる。特許文献４の技術では、リッドに端子を引き出すための穴を設ける等、デバイスの製造工程が複雑であるため、デバイスが高コスト化する。特許文献５の技術では、放熱経路が端子に限られるため、放熱性が不十分である。また弾性波デバイスを基板に内蔵することもある。基板に放熱用のビア配線を設けることで、弾性波デバイスの熱を逃がすことができる。しかし、端子と蓋とでは高さが異なるため、基板にビア配線を設ける工程が複雑化し、高コストの問題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑み、低コストで、高い耐湿性及び放熱性を確保することが可能な弾性波デバイス、及び多層基板を提供することを目的とする。

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた、弾性波を励振する機能部と、金属からなり、前記基板上に前記機能部を囲むように設けられた側壁部と、前記機能部上及び前記側壁部上に設けられ、前記機能部上に空隙が形成されるように前記機能部を封止する金属板と、前記基板上であって前記側壁部の外側に設けられ、前記機能部と電気的に接続された端子と、を具備する弾性波デバイスである。

上記構成において、前記基板の上面を基準とした前記金属板の上面の高さと、前記端子の上面の高さとは等しい構成とすることができる。

上記構成において、前記側壁部は、前記金属板側の第１側壁部と前記基板側の第２側壁部とからなり、第１側壁部と第２側壁部とは半田により接合されている構成とすることができる。

上記構成において、前記側壁部は、前記金属板側の第１側壁部と前記基板側の第２側壁部とからなり、第１側壁部の金層と第２側壁部の金層とが接合されている構成とすることができる。

本発明は、導体層と絶縁層とが積層され、上記の弾性波デバイスが内蔵されている多層基板である。

上記構成において、前記絶縁層を貫通し、前記金属板の上面、及び前記端子の上面それぞれに接触するビア配線を具備する構成とすることができる。

上記構成において、前記基板の表面に設けられ、前記金属板の上面と接触するビア配線と電気的に接続された導体層を具備する構成とすることができる。

上記構成において、前記金属板の上面に接触するビア配線と、前記端子の上面に接触するビア配線とは同じ材料からなる構成とすることができる。

本発明によれば、低コストで、高い耐湿性及び放熱性を確保することが可能な弾性波デバイス、及び多層基板を提供することができる。

図１（ａ）は実施例１に係る弾性波デバイスを例示する斜視図である。図１（ｂ）はリッドを透過した弾性波デバイスの上面図である。 図２（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａに沿った断面図である。図２（ｂ）は図１（ｂ）において楕円Ｂで囲んだ領域の拡大図である。図２（ｃ）は図２（ｂ）の矢印Ｃ方向から見た側面図である。 図３（ａ）から図３（ｅ）は実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。 図４（ａ）から図４（ｄ）は実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は実施例１の変形例に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。 図６は実施例２に係る多層基板を例示する断面図である。 図７（ａ）から図７（ｄ）は実施例２に係る多層基板の製造方法を例示する断面図である。 図８（ａ）から図８（ｃ）は実施例２に係る多層基板の製造方法を例示する断面図である。 図９は実施例２の変形例に係る多層基板を例示する断面図である。

実施例１はＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：弾性表面波）デバイスの例である。図１（ａ）は実施例１に係る弾性波デバイス１００を例示する斜視図である。図１（ｂ）はリッド１４を透視した弾性波デバイス１００の上面図である。図２（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａに沿った断面図である。

図１（ａ）から図２（ａ）に示すように、圧電基板１０上にＩＤＴ２２及び反射器２３（図１（ａ）では不図示）、シールリング１２（第１側壁部）、端子１６が設けられている。ＩＤＴ２２の電極指は弾性波を励振する機能部として機能する。リッド１４の板部１３（金属板）は、ＩＤＴ２２上に空隙２４が形成されるように、ＩＤＴ２２と離間して設けられている。このため、弾性波の励振は妨げられない。リッド１４の周縁部１５（第２側壁部）とシールリング１２とは、半田３２により接合され、ＩＤＴ２２及び反射器２３を囲むような側壁部を形成する。側壁部、及び板部１３は、ＩＤＴ２２及び反射器２３を封止する。

端子１６は、基板側端子部１６ａとリッド側端子部１６ｂとが接合されてなり、シールリング１２の外側に設けられている。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、４つの端子１６のうち２つは信号配線１８ａによりＩＤＴ２２と電気的に接続され、他の２つは接地配線１８ｂによりシールリング１２と電気的に接続されている。圧電基板１０上面を基準としたリッド１４の上面の高さと、端子１６の上面の高さとは等しく、例えば５０μｍである。

圧電基板１０は、例えば厚さ２５０μｍのタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）等の圧電体からなる。図２（ａ）に示すように、シールリング１２及び基板側端子部１６ａは、圧電基板１０に近い方から、例えばアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属層２６、厚さ２０μｍのニッケル（Ｎｉ）層２８、厚さ０．０４μｍの金（Ａｕ）層３０を含む。

リッド１４及びリッド側端子部１６ｂは、圧電基板１０に近い方から、例えば厚さ１０μｍで錫銀（ＳｎＡｇ）を主成分とする半田３２、厚さ０．０４μｍのＡｕ層３４、厚さ１０μｍのＮｉ層３６、及び厚さ１０μｍの銅（Ｃｕ）層３８を含む。リッド１４のうち、半田３２及びＡｕ層３４は周縁部１５を形成し、Ｎｉ層３６及びＣｕ層３８は板部１３を形成する。ＩＤＴ２２、信号配線１８ａ及び接地配線１８ｂはＡｌを主成分とする金属からなり、金属層２６と同じ金属層からなる。ＩＤＴ２２は金属からなるシールリング１２及びリッド１４により、例えば気密封止される。このため、樹脂により封止する場合と比較して、高い耐湿性及び放熱性を確保することができる。放熱性が高いため耐電力も向上する。

図２（ｂ）は図１（ｂ）において楕円Ｂで囲んだ領域の拡大図である。図２（ｃ）は図２（ｂ）の矢印Ｃ方向から見た側面図である。図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、信号配線１８ａとシールリング１２との間には例えばエポキシ樹脂等の感光性樹脂からなる樹脂部２０が設けられている。これにより、信号配線１８ａとシールリング１２とは絶縁する。信号配線１８ａ周辺は樹脂部２０により封止されるが、信号配線１８ａ周辺以外は金属により封止されるため、全体が樹脂により封止される場合と比較して耐湿性は高くなる。

次に弾性波デバイスの製造方法について説明する。図３（ａ）から図４（ｄ）は実施例１に係る弾性波デバイス１００の製造方法を例示する断面図である。

図３（ａ）に示すように、例えばＳＵＳ３０４等のステンレスからなる支持体３１上にレジスト３３を設ける。支持体３１には、個々の弾性波デバイスに対応する領域がマトリクス状に配置されたウェハである。図３（ｂ）に示すように、例えば電解メッキ法により、レジスト３３から露出した支持体３１上にＣｕ層３８及びＮｉ層３６を設ける。図３（ｃ）に示すように、レジスト３３上及びＮｉ層３６上にさらにレジスト３５を設ける。図３（ｄ）に示すように、電解メッキ法によりＡｕ層３４及び半田３２を設ける。図３（ｅ）に示すように、レジスト３３及び３５を除去する。

図４（ａ）に示すように、ウェハ状の圧電基板１０上に金属層２６及びＩＤＴ２２を設ける。図示しないが、このとき信号配線１８ａ及び接地配線１８ｂも形成される。その後、レジスト３７を設ける。ＩＤＴ２２はレジスト３７に覆われる。図４（ｂ）に示すように、電解メッキ法により、レジスト３７から露出した金属層２６上にＮｉ層２８及びＡｕ層３０を設ける。図４（ｃ）に示すようにレジスト３７を除去する。図４（ｄ）に示すように、半田３２がＡｕ層３０と対向するように、支持体３１を圧電基板１０上に配置する。半田３２の融点以上の温度である２６０℃程度まで半田３２を加熱し、支持体３１を加圧する。シールリング１２と周縁部１５とが接合され、基板側端子部１６ａとリッド側端子部１６ｂとが接合される。以上の工程によりＩＤＴ２２を封止した後、Ｃｕ層３８から支持体３１を剥がす。圧電基板１０を個片化することで、図２（ａ）に示した弾性波デバイス１００が形成される。

図３（ａ）から図３（ｅ）に示したように、リッド１４とリッド側端子部１６ｂとは同じ金属層からなる。また図４（ａ）から図４（ｃ）に示したように、シールリング１２と基板側端子部１６ａとは、同じ金属層からなる。このため工程が簡単になる。また、端子１６がシールリング１２の外側に位置するため、例えば特許文献４記載の技術のように、板部１３に貫通孔を形成しなくてよい。従って、工程が簡単になり低コスト化が可能となる。

板部１３は、Ｎｉ層３６又はＣｕ層３８の一方のみから形成されてもよい。高い放熱性及び低い電気抵抗を得るためには、板部１３がＣｕ層３８を含むことが好ましい。ただし、Ｃｕ層３８のみをメッキにより設けた場合、Ｃｕ層３８の厚さの不均一性が大きくなる。板部１３の厚さの不均一性を低減するためには、Ｃｕ層３８上にＮｉ層３６を設けることが好ましい。またＮｉ層３６を設けることで板部１３の強度を高めることもできる。支持体３１の材料は、例えばＳＵＳ３０４のように、Ｃｕに対してメッキの基材として機能し、かつ封止後に剥がれやすい程度の密着性を有するものが好ましい。また、弾性波デバイス１００との熱膨張差による位置ズレを低減するためには、支持体３１が圧電基板１０と同じ材質からなるとしてもよい。圧電体からなる支持体３１の上には、電解メッキに用いるための低抵抗なＡｌ層又はＣｕ層、その上にメッキ層との適度な密着性を有するＴｉ層を設けることが好ましい。ＩＤＴ２２及び金属層２６は、例えば下からＴｉ層及びＡｌを主成分とする金属層を積層したものでもよい。信号配線１８ａ及び接地配線１８ｂは、例えば圧電基板１０に埋め込まれてもよい。半田３２はシールリング１２及び基板側端子部１６ａに含まれてもよい。

実施例１の変形例として、半田３２を用いない例について説明する。図５（ａ）及び図５（ｂ）は実施例１の変形例に係る弾性波デバイス１１０の製造方法を例示する断面図である。図３（ａ）から図３（ｅ）に示した工程は、半田３２を設けないこと以外は共通である。

図５（ａ）に示すように、Ａｕ層３４とＡｕ層３０とが対向するように支持体３１を圧電基板１０上に配置する。図５（ｂ）に示すように、Ａｕ層３４とＡｕ層３０とを接触させ、例えば３００℃まで加熱し、１時間加圧する。これにより、Ａｕ層３４とＡｕ層３０とが接合され、弾性波デバイス１１０が形成される。

実施例２は弾性波デバイスを内蔵する多層基板２００の例である。図６は実施例２に係る多層基板２００を例示する断面図である。弾性波デバイス１００は図１（ａ）から図２（ａ）に図示したものと同じであるが、図６においては簡略化している。

図６に示すように、上から順に絶縁層４０、４２、４４、及び４６が設けられている。絶縁層４０の上面に導体層５０及びソルダーレジスト６６が設けられ、絶縁層４０と絶縁層４２との間には導体層５２が設けられている。絶縁層４２と絶縁層４４との間には導体層５４が設けられ、絶縁層４４と絶縁層４６との間には導体層５６が設けられている。絶縁層４６の下面には導体層５８及びソルダーレジスト６６が設けられている。導体層間は各絶縁層を上下に貫通するビア配線６０により接続されている。各導体層及びビア配線６０は例えばＣｕ等の金属からなる。各絶縁層は例えばエポキシ樹脂等からなる樹脂層である。

弾性波デバイス１００は絶縁層４４中に内蔵されている。導体層５０に含まれる端子５０ａは例えば接地端子又は信号を流すための信号端子である。端子５０ａは、ビア配線６０及び導体層５２を介して弾性波デバイス１００のリッド１４（図２（ａ）参照）と接続されている。ビア配線６０、導体層５２及び端子５０ａは、いずれも金属からなり、弾性波デバイス１００において発生した熱を外部に放出するための放出経路として機能する。このため、高い放熱性を確保することができる。ビア配線６０はＣｕからなり、かつ図２（ａ）に示したようにリッド１４はＣｕ層３８を含むことが好ましい。ビア配線６０とＣｕ層３８との接合が良好に行われ、かつ放熱性が大きくなるからである。また、ＩＤＴ２２が金属で封止され、さらに弾性波デバイス１００が絶縁層４４に埋め込まれているため、高い耐湿性が得られる。

多層基板２００の上面には、２つのチップ部品６２がフリップチップ実装されている。チップ部品６２は、例えば抵抗、チップインダクタ、チップコンダクタ等の受動素子、又はＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）等の能動素子であり、半田ボール６４を介して、導体層５０中の端子５０ｂ及び５０ｃに接続されている。端子５０ｂはビア配線６０を介して弾性波デバイス１００の端子１６と電気的に接続されている。端子５０ｃは、ビア配線６０、導体層５２、５４及び５６を介して導体層５８と電気的に接続されている。導体層５８は外部接続用端子として機能する。ソルダーレジスト６６は、端子５０ａ及び５０ｂに接合される半田ボール６４の半田、及び多層基板２００を外部機器に実装するために導体層５８の一部に接合される半田が、導体層５０及び５８の他の部分に付着することを抑制する。

次に多層基板２００の製造方法について説明する。図７（ａ）から図８（ｃ）は実施例２に係る多層基板２００の製造方法を例示する断面図である。

図７（ａ）に示すように、絶縁層４４に弾性波デバイス１００を埋め込む。絶縁層４０及び導体層５０は設けられていない。図７（ｂ）に示すように、導体層５２の上面にレジスト６１を設ける。レジスト６１の開口部からは導体層５２の一部が露出する。図７（ｃ）に示すように、例えばエッチング処理により、露出する導体層５２の一部を除去する。導体層５２が除去された箇所からは絶縁層４２が露出する。図７（ｄ）に示すように、例えばレーザーを照射することで、絶縁層４２にビア配線６０を設けるためのスルーホール６８を形成する。

図８（ａ）に示すように、スルーホール６８にビア配線６０を形成する。まず無電解メッキ法によりシードメタルを設け、シードメタルを給電線とする電解メッキ法によりビア配線６０を形成する。また導体層５２にもメッキ層が形成され、導体層５２の厚さが大きくなる。図８（ｂ）に示すように、導体層５２上にレジスト６３を設ける。図８（ｃ）に示すように、例えばエッチング処理により、レジスト６３の開口部から露出する導体層５２の一部を除去し、導体層５２のパターニングを行う。図示は省略するが、絶縁層４０及び４６に同様の処理を行うことで、多層基板２００が形成される。さらに図６に示したチップ部品６２を多層基板２００に実装する。

例えば特許文献２及び４記載の技術のように、リッドと端子の高さが異なる場合、基板に深さの異なるスルーホールを設けることが求められる。このため、レーザーを複数回照射する必要がある。また高さの異なるビア配線を設けるためには、例えばメッキ液の成分を調整する等、メッキ処理が複雑になる。これに対し実施例２によれば、弾性波デバイス１００の板部１３の高さと端子１６の高さとは等しい。従って、一度のレーザー照射により、板部１３及び端子１６それぞれの上にスルーホール６８を形成することができる。また板部１３の上面及び端子１６の上面それぞれに接触するビア配線６０の高さは等しく、同じ材料（例えばＣｕ）からなる。このため、一度のメッキ処理により簡単に複数のビア配線６０を形成することができる。この結果、工程を簡略化でき、低コスト化が可能となる。また例えばエッチング法等、スルーホール６８を形成する方法としてレーザー以外の方法を用いた場合でも、簡単な工程により複数のスルーホール６８を設けることができる。図７（ａ）から図９（ｃ）においてはサブトラクディブ法の例を説明したが、例えばセミアディティブ法により多層基板２００を形成してもよい。

次に実施例２の変形例について説明する。図９は実施例２の変形例に係る多層基板２１０を例示する断面図である。

図９に示すように、絶縁層４２と絶縁層４６との間に、Ｃｕ等の金属からなるコア５９が設けられている。導体層５４及び５６は設けられていない。コア５９はビア配線６０を介して導体層５２及び５８と接続されている。コア５９の厚さは、導体層５２及び５８それぞれの厚さより大きい。金属からなり、厚さの大きいコア５９が設けられているため、多層基板２１０の強度及び放熱性は大きくなる。

実施例１及び２は、ＳＡＷデバイス以外に例えばＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator：圧電薄膜共振器）に適用することもできる。ＦＢＡＲにおいては、下部電極、圧電薄膜、及び上部電極が重なる共振領域が弾性波を励振する機能部である。共振領域は、上に空隙が形成されるように封止される。また実施例１及び２を、ラダー型フィルタ及び多重モードフィルタ等の弾性波フィルタ、又は分波器に適用することができる。分波器においては受信フィルタ及び送信フィルタのどちらにも実施例を適用することができ、発熱が大きい送信フィルタに適用することが特に好ましい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかか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。

１０ 圧電基板
１２ シールリング
１３ 板部
１４ リッド
１５ 周縁部
１６ 端子
２２ ＩＤＴ
２３ 反射器
２４ 空隙
３０、３４ Ａｕ層
３２ 半田
３８ Ｃｕ層
４０、４２、４４、４６ 絶縁層
５０、５２、５４、５６、５８ 導体層
６０ ビア配線
１００、１１０ 弾性波デバイス
２００、２１０ 多層基板

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられた、弾性波を励振する機能部と、
   金属からなり、前記基板上に前記機能部を囲むように設けられた側壁部と、
   前記機能部上及び前記側壁部上に設けられ、前記機能部上に空隙が形成されるように前記機能部を封止する金属板と、
   前記基板上であって前記側壁部の外側に設けられ、前記機能部と電気的に接続された端子と、を具備することを特徴とする弾性波デバイス。
2. 前記基板の上面を基準とした前記金属板の上面の高さと、前記端子の上面の高さとは等しいことを特徴とする請求項記載の弾性波デバイス。
3. 前記側壁部は、前記金属板側の第１側壁部と前記基板側の第２側壁部とからなり、第１側壁部と第２側壁部とは半田により接合されていることを特徴とする請求項１又は２記載の弾性波デバイス。
4. 前記側壁部は、前記金属板側の第１側壁部と前記基板側の第２側壁部とからなり、第１側壁部の金層と第２側壁部の金層とが接合されていることを特徴とする請求項１又は２記載の弾性波デバイス。
5. 導体層と絶縁層とが積層され、請求項１から４いずれか一項記載の弾性波デバイスが内蔵されていることを特徴とする多層基板。
6. 前記絶縁層を貫通し、前記金属板の上面、及び前記端子の上面それぞれに接触するビア配線を具備することを特徴とする請求項５記載の多層基板。
7. 前記基板の表面に設けられ、前記金属板の上面と接触するビア配線と電気的に接続された導体層を具備することを特徴とする請求項６記載の多層基板。
8. 前記金属板の上面に接触するビア配線と、前記端子の上面に接触するビア配線とは同じ材料からなることを特徴とする請求項６又は７記載の多層基板。

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