JP2020174332A - 弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサ - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電基板の劣化を抑制すること。【解決手段】支持基板と、前記支持基板上に直接または間接的に接合された圧電基板と、前記圧電基板上に設けられた弾性波素子と、前記支持基板上の前記圧電基板が設けられていない領域に設けられ前記支持基板と前記圧電基板の側面とに接し、前記支持基板との間の界面の表面粗さは前記圧電基板の側面との界面の表面粗さより大きい金属層と、を備える弾性波デバイス。【選択図】図１
Description
本発明は、弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサに関し、例えば支持基板上に接合された圧電基板を有する弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサに関する。
支持基板の上面に圧電基板が接合された接合基板を用いることで、周波数温度特性が改善された弾性波デバイスが知られている（例えば、特許文献１）。
圧電基板に金属層を埋め込むと、支持基板と圧電基板との間に熱応力に起因し金属層が支持基板から剥がれることがある。金属層の剥がれを抑制するため金属層と支持基板との密着性を向上させようとすると、脆い圧電基板にクラックが生じることがある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、圧電基板の劣化を抑制することを目的とする。
本発明は、支持基板と、前記支持基板上に直接または間接的に接合された圧電基板と、前記圧電基板上に設けられた弾性波素子と、前記支持基板上の前記圧電基板が設けられていない領域に設けられ前記支持基板と前記圧電基板の側面とに接し、前記支持基板との間の界面の表面粗さは前記圧電基板の側面との界面の表面粗さより大きい金属層と、を備える弾性波デバイスである。
本発明は、支持基板と、前記支持基板上に直接または間接的に接合された圧電基板と、 前記圧電基板上に設けられた弾性波素子と、前記支持基板上の前記圧電基板が設けられていない領域に設けられ前記支持基板に接合し、前記圧電基板の側面に接する金属層と、前記金属層と前記支持基板との間に前記金属層と前記支持基板と接して設けられ、前記金属層と前記支持基板との間の密着性を向上させる密着層と、を備える弾性波デバイスである。
上記構成において、前記金属層の線膨張係数は前記圧電基板の線膨張係数より大きく、前記圧電基板の線膨張係数は前記支持基板の線膨張係数より大きい構成とすることができる。
上記構成において、前記支持基板のビッカース硬さは前記圧電基板のビッカース硬さより大きい構成とすることができる。
上記構成において、前記金属層の断面を見たとき、前記圧電基板と前記金属層との界面は、前記金属層の幅が前記支持基板側に向かって狭くなるように傾斜する構成とすることができる。
上記構成において、前記金属層は、前記弾性波素子を囲むように設けられた環状金属層を含む構成とすることができる。
上記構成において、前記圧電基板上に前記圧電基板と空隙を挟み搭載されたチップと、前記チップを囲み前記環状金属層と接合し、前記弾性波素子を前記空隙に封止する封止部と、を備える構成とすることができる。
上記構成において、前記支持基板を貫通するビア配線を備え、前記金属層は、前記ビア配線と接続し、周囲を前記圧電基板の側面に囲まれる構成とすることができる。
本発明は、上記弾性波デバイスを含むフィルタである。
本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。
本発明によれば、圧電基板の劣化を抑制することができる。
以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。
図１（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの断面図、図１（ｂ）は平面図である。図１（ｂ）は、圧電基板１０ｂ、金属層１７ａ、環状金属層１７ｂおよびビア配線１６を示している。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、基板１０は支持基板１０ａと圧電基板１０ｂとを有する。支持基板１０ａは例えばサファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、水晶基板またはシリコン基板である。圧電基板１０ｂは、例えばタンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である。圧電基板１０ｂは支持基板１０ａの上面に接合されている。支持基板１０ａの線膨張係数は圧電基板１０ｂより小さい。圧電基板１０ｂと支持基板１０ａとの間に酸化シリコンまたは窒化アルミニウム等の絶縁体層を設けてもよい。このように、圧電基板１０ｂは支持基板１０ａの上面に直接または間接的に接合されている。
基板１０の上面に弾性波素子１２および配線１４が設けられている。基板１０の下面に端子１８が設けられている。端子１８は、弾性波素子１２および２２を外部と接続するためのフットパッドである。圧電基板１０ｂ内に開口が設けられ、開口内に島状の金属層１７ａが設けられている。金属層１７ａの側面は圧電基板１０ｂの側面に接している。金属層１７ａの下面は支持基板１０ａの上面に接している。金属層１７ａと支持基板１０ａとの界面６０は金属層１７ａと圧電基板１０ｂとの界面６１より粗い。支持基板１０ａを貫通するビア配線１６が設けられている。ビア配線１６は金属層１７ａの下面に接続されている。ビア配線１６および金属層１７ａは、端子１８と配線１４とを電気的に接続する。
基板１０の周縁において圧電基板１０ｂが除去されている。弾性波素子１２を囲むように支持基板１０ａ上に環状金属層１７ｂが設けられている。環状金属層１７ｂの側面は圧電基板１０ｂの側面に接している。環状金属層１７ｂの下面は支持基板１０ａの上面に接している。環状金属層１７ｂと支持基板１０ａとの界面６０は環状金属層１７ｂと圧電基板１０ｂとの界面６１より粗い。例えば、界面６０の算術平均粗さＲａは５０ｎｍ以上であり、界面６１の算術平均粗さＲａは１０ｎｍ程度である。配線１４、ビア配線１６、金属層１７ａ、端子１８および環状金属層１７ｂは、例えば銅層、アルミニウム層または金層等の金属層である。
環状金属層１７ｂ上に環状金属層３４が設けられている。環状金属層３４は、例えば環状金属層１７ｂ側からチタン層、ニッケル層および金層である。環状金属層３４の１つであるチタン層は環状金属層１７ｂと環状金属層３４との密着層である。ニッケル層は封止部３０と環状金属層１７ｂとの相互拡散を抑制するバリア層である。金層は封止部３０と濡れ性の良い層であり、封止部３０を環状金属層３４に接合させる。
基板１０上に基板２０が搭載されている。基板２０の下面に弾性波素子２２および配線２４が設けられている。配線２４は例えば銅層、アルミニウム層または金層等の金属層である。基板２０はバンプ２８を介し基板１０にフリップチップ実装（フェースダウン実装）されている。バンプ２８は、配線１４および２４と接合する。バンプ２８は、例えば金バンプ、半田バンプまたは銅バンプである。
基板１０上に基板２０を囲むように封止部３０が設けられている。封止部３０は、例えば錫を含む半田等の金属層または樹脂等の絶縁層である。封止部３０は、環状金属層３４に接合されている。基板２０の上面および封止部３０の上面に平板状のリッド３６が設けられている。リッド３６は例えばコバール板等の金属板または絶縁板である。リッド３６および封止部３０を覆うように保護膜３８が設けられている。保護膜３８はニッケル膜等の金属膜または絶縁膜である。
弾性波素子１２は空隙２６を介し基板２０に対向している。弾性波素子２２は空隙２６を介し圧電基板１０ｂに対向している。弾性波素子１２および２２は、封止部３０、基板１０、基板２０およびリッド３６により封止される。バンプ２８は空隙２６に囲まれている。端子１８はビア配線１６および配線１４を介し弾性波素子１２と電気的に接続され、さらに、バンプ２８および配線２４を介し弾性波素子２２に電気的に接続されている。
支持基板１０ａの厚さは例えば５０μｍから２００μｍである。圧電基板１０ｂの厚さは例えば０．５μｍから２０μｍであり、例えば弾性波の波長以下である。金属層１７ａの幅は例えば３０μｍから６０μｍである。環状金属層１７ｂの幅は、例えば２５μｍから１００μｍである。ビア配線１６の幅は例えば２０μｍから５０μｍである。バンプ２８の厚さは例えば１０μｍから２０μｍである。基板２０の厚さは例えば５０μｍから２００μｍである。
図２（ａ）は、実施例１における弾性波素子１２の平面図、図２（ｂ）は弾性波素子２２の断面図である。図２（ａ）に示すように、弾性波素子１２は弾性表面波共振器である。基板１０の圧電基板１０ｂ上にＩＤＴ（Interdigital Transducer）４０と反射器４２が形成されている。ＩＤＴ４０は、互いに対向する１対の櫛型電極４０ａを有する。櫛型電極４０ａは、複数の電極指４０ｂと複数の電極指４０ｂを接続するバスバー４０ｃとを有する。反射器４２は、ＩＤＴ４０の両側に設けられている。ＩＤＴ４０が圧電基板１０ｂに弾性表面波を励振する。弾性波の波長は一対の櫛型電極４０ａの一方の櫛型電極４０ａの電極指４０ｂのピッチにほぼ等しい。すなわち、弾性波の波長は一対の櫛型電極４０ａの電極指４０ｂのピッチの２倍にほぼ等しい。ＩＤＴ４０および反射器４２は例えばアルミニウム膜、銅膜またはモリブデン膜により形成される。圧電基板１０ｂ上にＩＤＴ４０および反射器４２を覆うように保護膜または温度補償膜が設けられていてもよい。
図２（ｂ）に示すように、弾性波素子２２は圧電薄膜共振器である。基板２０上に圧電膜４６が設けられている。圧電膜４６を挟むように下部電極４４および上部電極４８が設けられている。下部電極４４と基板２０との間に空隙４５が形成されている。圧電膜４６の少なくとも一部を挟み下部電極４４と上部電極４８とが対向する領域が共振領域４７である。共振領域４７において、下部電極４４および上部電極４８は圧電膜４６内に、厚み縦振動モードの弾性波を励振する。基板２０は、例えばサファイア基板、スピネル基板、アルミナ基板、ガラス基板、水晶基板またはシリコン基板である。下部電極４４および上部電極４８は例えばルテニウム膜等の金属膜である。圧電膜４６は例えば窒化アルミニウム膜である。空隙４５の代わりに弾性波を反射する音響反射膜が設けられていてもよい。
弾性波素子１２および２２は、弾性波を励振する電極を含む。このため、弾性波を制限しないように、弾性波素子１２および２２は空隙２６に覆われている。
［実施例１の製造方法］
図３（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示す断面図である。図３（ａ）に示すように、支持基板１０ａの上面に圧電基板１０ｂの下面を例えば表面活性化法を用い常温接合する。支持基板１０ａと圧電基板１０ｂとは数ｎｍのアモルファス層等を介し直接接合されていてもよいし、絶縁層を介し間接的に接合されていてもよい。
図３（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示す断面図である。図３（ａ）に示すように、支持基板１０ａの上面に圧電基板１０ｂの下面を例えば表面活性化法を用い常温接合する。支持基板１０ａと圧電基板１０ｂとは数ｎｍのアモルファス層等を介し直接接合されていてもよいし、絶縁層を介し間接的に接合されていてもよい。
図３（ｂ）に示すように、圧電基板１０ｂを例えばエッチングにより除去し開口１５ａおよび１５ｂを形成する。開口１５ａおよび１５ｂの下面は粗面である。図３（ｃ）に示すように、開口１５ａ内の支持基板１０ａの上面に例えばレーザ光を照射しビア１５ｃを形成する。図３（ｄ）に示すように、支持基板１０ａおよび圧電基板１０ｂ上にシード層３１ａを例えばスパッタリング法を用い形成する。シード層３１ａは、例えば銅層である。
図４（ａ）に示すように、シード層３１ａ上に金属層３１を例えばめっき法を用い形成する。金属層３１は例えば銅層である。図４（ａ）以降では、シード層３１ａの図示を省略する。図４（ｂ）に示すように、圧電基板１０ｂの表面が露出するように金属層３１の上面を例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用い平坦化する。これにより、ビア配線１６、金属層１７ａおよび環状金属層１７ｂが形成される。金属層１７ａおよび環状金属層１７ｂと支持基板１０ａとの界面６０の表面粗さは、金属層１７ａおよび環状金属層１７ｂと圧電基板１０ｂとの界面６１より大きい。
図４（ｃ）に示すように、圧電基板１０ｂ上に弾性波素子１２を形成する。圧電基板１０ｂおよび金属層１７ａ上に配線１４を形成する。環状金属層１７ｂ上に環状金属層３４を形成する。図４（ｄ）に示すように、基板１０上にバンプ２８を介し基板２０をフリップチップ実装する。これにより、弾性波素子１２と２２とは空隙２６を挟み対向する。
その後、基板２０を囲むように、例えば錫銀半田からなる封止部３０を形成する。封止部３０は環状金属層３４と接合する。封止部３０および基板２０上にリッド３６を設ける。リッド３６は設けられてなくてもよい。支持基板１０ａの下面をＣＭＰ法等を用い研磨する。これにより、ビア配線１６が支持基板１０ａの下面に露出する。ビア配線１６に接触する端子１８を形成する。基板１０を切断する。これにより、弾性波デバイスが個片化される。封止部３０およびリッド３６を囲む保護膜３８を形成する。これにより、図１（ａ）および図１（ｂ）の弾性波デバイスが製造される。
図３（ａ）から図４（ｄ）における弾性波デバイスの製造方法において、界面６１を粗面とせず界面６０を粗面とする方法を説明する。以下の説明では、図３（ａ）から図４（ｄ）における開口１５ａおよび１５ｂを開口１５、金属層１７ａおよび環状金属層１７ｂを金属層１７として説明する。
［界面６０を粗面とする方法例１］
図５（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１において界面６０を粗面とする方法例１を示す断面図である。図５（ａ）に示すように、図３（ａ）の工程を行った後、エッチング法を用い圧電基板１０ｂに開口１５を形成する。支持基板１０ａの上面の算術平均粗さＲａは例えば１０ｎｍ以下である。このとき、支持基板１０ａの上面もエッチングされる。例えば支持基板１０ａの上面は圧電基板１０ｂの厚さの５％から５０％程度エッチングされる。例えば圧電基板１０ｂおよび支持基板１０ａがそれぞれタンタル酸リチウム基板およびサファイア基板のとき、圧電基板１０ｂの厚さを０．６μｍとすると支持基板１０ａの上面は約０．３μｍエッチングされ、圧電基板１０ｂの厚さを１０μｍとすると支持基板１０ａの上面は約３μｍエッチングされる。
図５（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１において界面６０を粗面とする方法例１を示す断面図である。図５（ａ）に示すように、図３（ａ）の工程を行った後、エッチング法を用い圧電基板１０ｂに開口１５を形成する。支持基板１０ａの上面の算術平均粗さＲａは例えば１０ｎｍ以下である。このとき、支持基板１０ａの上面もエッチングされる。例えば支持基板１０ａの上面は圧電基板１０ｂの厚さの５％から５０％程度エッチングされる。例えば圧電基板１０ｂおよび支持基板１０ａがそれぞれタンタル酸リチウム基板およびサファイア基板のとき、圧電基板１０ｂの厚さを０．６μｍとすると支持基板１０ａの上面は約０．３μｍエッチングされ、圧電基板１０ｂの厚さを１０μｍとすると支持基板１０ａの上面は約３μｍエッチングされる。
図５（ｂ）に示すように、圧電基板１０ｂ上および開口１５内にマスク層６２を形成する。マスク層６２は例えばフォトレジストである。支持基板１０ａの上面に形成されたマスク層６２には複数の開口６３が設けられ、圧電基板１０ｂの側面に形成されたマスク層６２には開口６３は設けられていない。
図５（ｃ）に示すように、マスク層６２をマスクに支持基板１０ａをエッチングする。これにより、開口１５内の支持基板１０ａの上面に複数の凹部２５ａおよび複数の凸部２５ｂが形成される。凹部２５ａの深さは例えば０．２μｍから５．０μｍである。マスク層６２を除去する。これにより、図３（ｂ）のような支持基板１０ａの上面が粗面であり、圧電基板１０ｂの側面が粗面でない開口１５が形成される。
図５（ｄ）に示すように、図３（ｃ）から図４（ｂ）の工程を行い、開口１５内に金属層１７を埋め込む。これにより、金属層１７と支持基板１０ａとの界面６０は粗面となり、金属層１７と圧電基板１０ｂとの界面６１は粗面とならない。粗面とする方法例１では、凹部２５ａおよび凸部２５ｂの配置を任意に設定できる。また、エッチング条件および開口１５の平面形状を適宜設定することで、凹部２５ａの立体形状を例えば円錐形状、多角推形状、円柱形状、多角形状または半球状に適宜設定できる。
［界面６０を粗面とする方法例２］
図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施例１において界面６０を粗面とする方法例２を示す断面図である。図６（ａ）に示すように、図５（ａ）の工程後、圧電基板１０ｂ上および開口１５内にマスク層６２を形成する。マスク層６２は開口１５内の支持基板１０ａの上面がほぼ全て露出する開口６３を有する。図６（ｂ）に示すように、サンドブラスト法を用い開口６３内の支持基板１０ａの上面を粗面化する。マスク層６２を除去する。これにより、支持基板１０ａの上面に複数の凹部２５ａおよび複数の凸部２５ｂが形成される。その後、図５（ｄ）の工程を行う。粗面とする方法例２では、不規則な凹部２５ａおよび凸部２５ｂを形成できる。
図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施例１において界面６０を粗面とする方法例２を示す断面図である。図６（ａ）に示すように、図５（ａ）の工程後、圧電基板１０ｂ上および開口１５内にマスク層６２を形成する。マスク層６２は開口１５内の支持基板１０ａの上面がほぼ全て露出する開口６３を有する。図６（ｂ）に示すように、サンドブラスト法を用い開口６３内の支持基板１０ａの上面を粗面化する。マスク層６２を除去する。これにより、支持基板１０ａの上面に複数の凹部２５ａおよび複数の凸部２５ｂが形成される。その後、図５（ｄ）の工程を行う。粗面とする方法例２では、不規則な凹部２５ａおよび凸部２５ｂを形成できる。
［界面６０を粗面とする方法例３］
図７（ａ）および図８（ｄ）は、実施例１において界面６０を粗面とする方法例３を示す断面図である。図７（ａ）に示すように、図５（ａ）の工程後、圧電基板１０ｂ上および開口１５内にマスク層６４を形成する。マスク層６４は例えば金属層である。図７（ｂ）に示すように、マスク層６４上に開口６３を有するマスク層６２を形成する。マスク層６２は例えばフォトレジストである。マスク層６２をマスクにマスク層６４をエッチングしマスク層６４に開口６３を形成する。
図７（ａ）および図８（ｄ）は、実施例１において界面６０を粗面とする方法例３を示す断面図である。図７（ａ）に示すように、図５（ａ）の工程後、圧電基板１０ｂ上および開口１５内にマスク層６４を形成する。マスク層６４は例えば金属層である。図７（ｂ）に示すように、マスク層６４上に開口６３を有するマスク層６２を形成する。マスク層６２は例えばフォトレジストである。マスク層６２をマスクにマスク層６４をエッチングしマスク層６４に開口６３を形成する。
図７（ｃ）に示すように、マスク層６２をマスクに開口１５内の支持基板１０ａの上面をエッチングする。これにより、支持基板１０ａの上面に凹部２５ａが形成される。図７（ｄ）に示すように、マスク層６２を除去する。
図８（ａ）に示すように、マスク層６４上にマスク層６６を形成する。マスク層６６は例えばフォトレジストである。図８（ｂ）に示すように、マスク層６６に開口６７を形成する。開口６７は開口１５の底面のほぼ全面に形成される。
図８（ｃ）に示すように、マスク層６６をマスクにマスク層６４および支持基板１０ａをエッチングする。このとき、マスク層６４と支持基板１０ａのエッチング速度を同程度とする。これにより、エッチングの初期はマスク層６４の開口６３内の支持基板１０ａがエッチングされる。その後、開口６３以外のマスク層６４がエッチングされるとマスク層６４下の支持基板１０ａがエッチングされる。これにより、支持基板１０ａの上面には凹部２５ａを有する凹部２５ｃが形成され、凹部２５ｃ内に凸部２５ｂが形成される。
図８（ｄ）に示すように、マスク層６６および６４を除去する。その後、図５（ｄ）の工程を行う。粗面とする方法例３では、２段の凹部２５ａおよび２５ｃを形成できるため、界面６０の粗さをより大きくできる。
［界面６０を粗面とする方法例４］
図９（ａ）から図１０（ｂ）は、実施例１において界面６０を粗面とする方法例４を示す断面図である。図９（ａ）に示すように、図３（ａ）において、上面が粗面の支持基板１０ａを準備する。支持基板１０ａの上面には凹部２５ａおよび凸部２５ｂが形成されている。
図９（ａ）から図１０（ｂ）は、実施例１において界面６０を粗面とする方法例４を示す断面図である。図９（ａ）に示すように、図３（ａ）において、上面が粗面の支持基板１０ａを準備する。支持基板１０ａの上面には凹部２５ａおよび凸部２５ｂが形成されている。
図９（ｂ）に示すように、支持基板１０ａ上に中間層１３を形成する。中間層１３は、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜または窒化アルミニウム膜等の絶縁膜、または金属膜であり、例えばＣＶＤ法、スパッタリング法または真空蒸着法を用い形成する。中間層１３の上面には支持基板１０ａの上面の凹部２５ａおよび凸部２５ｂに対応する凹凸が形成される。
図９（ｃ）に示すように、中間層１３の上面を例えばＣＭＰ法を用い平坦化する。中間層１３の最小膜厚を例えば１μｍ以下とする。図９（ｄ）に示すように、中間層１３上に圧電基板１０ｂを接合する。接合には例えば表面活性化法を用いる。
図１０（ａ）に示すように、圧電基板１０ｂおよび中間層１３をエッチングし開口１５を形成する。このとき、圧電基板１０ｂおよび中間層１３のエッチング速度に対し支持基板１０ａのエッチング速度が十分小さいエッチング媒体を選択する。これにより、開口１５内の底面に支持基板１０ａ上面の凹部２５ａおよび凸部２５ｂが露出する。
図１０（ｂ）に示すように、図５（ｄ）の工程を行う。これにより、金属層１７と支持基板１０ａとの間の界面６０に凹部２５ａおよび凸部２５ｂが設けられる。金属層１７と圧電基板１０ｂとの間の界面６１はほぼ平坦面となる。粗面とする方法例４では、金属層１７が設けられていない支持基板１０ａと圧電基板１０ｂとの間にも粗面が形成される。
図１１（ａ）から図１１（ｄ）は、比較例における金属層付近の断面図である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、比較例１における断面図であり、図１１（ｃ）および図１１（ｄ）は、比較例２における断面図である。
［比較例１］
図１１（ａ）に示すように、比較例１では、金属層１７と支持基板１０ａとの界面６０および金属層１７と圧電基板１０ｂとの界面６１は平坦面である。図１１（ｂ）に示すように、基板２０を実装する工程等の熱処理工程において熱応力が加わると界面６０において金属層１７が支持基板１０ａから剥がれ、空隙５４が形成されることがある。
図１１（ａ）に示すように、比較例１では、金属層１７と支持基板１０ａとの界面６０および金属層１７と圧電基板１０ｂとの界面６１は平坦面である。図１１（ｂ）に示すように、基板２０を実装する工程等の熱処理工程において熱応力が加わると界面６０において金属層１７が支持基板１０ａから剥がれ、空隙５４が形成されることがある。
例えば支持基板１０ａをサファイア基板、圧電基板１０ｂをタンタル酸リチウム基板および金属層１７を銅層とする。サファイアの線膨張係数は７．０ｐｐｍ／℃、タンタル酸リチウムの線膨張係数はＸ軸方位、Ｙ軸方位およびＺ軸方位においてそれぞれ１６．１ｐｐｍ／℃、９．５ｐｐｍ／℃および１０．４ｐｐｍ／℃、銅の線膨張係数は１７．７ｐｐｍ／℃である。このように、金属層１７の線膨張係数は支持基板１０ａの線膨張係数より大きく、圧電基板１０ｂの線膨張係数は金属層１７の線膨張係数と支持基板１０ａの線膨張係数の間である。このため、金属層１７と支持基板１０ａとの間の密着性が低いと、金属層１７が支持基板１０ａから剥がれる。
［比較例２］
図１１（ｃ）に示すように、金属層１７と支持基板１０ａとの密着性を改善するため、界面６０および６１を粗面とする。図１１（ｄ）に示すように、これにより、熱処理工程において金属層１７が支持基板１０ａから剥がれることを抑制できる。しかし、圧電基板１０ｂにクラック５６が形成されることがある。
図１１（ｃ）に示すように、金属層１７と支持基板１０ａとの密着性を改善するため、界面６０および６１を粗面とする。図１１（ｄ）に示すように、これにより、熱処理工程において金属層１７が支持基板１０ａから剥がれることを抑制できる。しかし、圧電基板１０ｂにクラック５６が形成されることがある。
界面６０および６１を粗面とすると、金属層１７の剥がれを抑制できる。しかし、金属層１７、圧電基板１０ｂおよび支持基板１０ａに熱応力が加わる。サファイア、タンタル酸リチウムおよび銅のビッカース硬さはそれぞれ２３００、５００〜８００および４６である。金属層１７は粘性があるためクラックが生じにくい。圧電基板１０ｂの硬度は支持基板１０ａの硬度より小さい。このため、熱応力が加わると圧電基板１０ｂにクラック５６が生じる。
［実施例１の効果］
図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、実施例１における金属層付近の断面図である。図１２（ａ）に示すように、実施例１では、金属層１７と支持基板１０ａとの界面６０は粗面であり、金属層１７と圧電基板１０ｂとの界面６１は平坦面である。図１２（ｂ）に示すように、熱処理工程において、界面６０が粗面であるため、比較例１のような金属層１７の剥がれを抑制できる。また、金属層１７と圧電基板１０ｂとの界面６１が平坦面である。このため、金属層１７と圧電基板１０ｂとの密着性が低い。矢印５７のように熱応力が加わると、界面６１において金属層１７と圧電基板１０ｂとがずれる。このため、圧電基板１０ｂに加わる応力が緩和される。よって、比較例２のようなクラック５６を抑制できる。
図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、実施例１における金属層付近の断面図である。図１２（ａ）に示すように、実施例１では、金属層１７と支持基板１０ａとの界面６０は粗面であり、金属層１７と圧電基板１０ｂとの界面６１は平坦面である。図１２（ｂ）に示すように、熱処理工程において、界面６０が粗面であるため、比較例１のような金属層１７の剥がれを抑制できる。また、金属層１７と圧電基板１０ｂとの界面６１が平坦面である。このため、金属層１７と圧電基板１０ｂとの密着性が低い。矢印５７のように熱応力が加わると、界面６１において金属層１７と圧電基板１０ｂとがずれる。このため、圧電基板１０ｂに加わる応力が緩和される。よって、比較例２のようなクラック５６を抑制できる。
実施例１によれば、金属層１７は、支持基板１０ａ上の圧電基板１０ｂが設けられていない領域に設けられており、支持基板１０ａの上面と圧電基板１０ｂの側面に接する。金属層１７と支持基板１０ａとの間の界面６０の表面粗さは金属層１７と圧電基板１０ｂの側面との界面の表面粗さより大きい。これにより、比較例１のような金属層１７の剥がれおよび比較例２のような圧電基板１０ｂのクラックを抑制できる。よって、圧電基板１０ｂの劣化を抑制することができる。
界面６０の算術平均粗さＲａは５０ｎｍ以上が好ましく、１００ｎｍ以上がより好ましく、３００ｎｍ以上がより好ましい。これにより、界面６０における金属層１７の剥がれを抑制できる。界面６１の算術平均粗さＲａは５０ｎｍより小さいことが好ましく、２０ｎｍ以下がより好ましい。これにより、圧電基板１０ｂの劣化を抑制できる。界面６０の算術平均粗さＲａは界面６１の算術平均粗さＲａの２倍以上が好ましく、５倍以上がより好ましく、１０倍以上がさらに好ましい。
金属層１７の線膨張係数は圧電基板１０ｂの線膨張係数より大きく、圧電基板１０ｂの線膨張係数は支持基板１０ａの線膨張係数より大きい。金属層１７の線膨張係数は例えば支持基板１０ａの線膨張係数の１．５倍以上または２倍以上である。この場合、比較例１のような金属層１７の剥がれが生じ易い。よって、界面６０を粗面とすることで、金属層１７の剥がれを抑制できる。
支持基板１０ａのビッカース硬さは圧電基板１０ｂのビッカース硬さより大きい。支持基板１０ａのビッカース硬さは例えば圧電基板１０ｂのビッカース硬さの１．５倍以上または２倍以上である。この場合、比較例２のような圧電基板１０ｂの劣化が生じ易い。よって、界面６１を平坦面とすることで、圧電基板１０ｂの劣化を抑制できる。
界面６１は界面６０に対し、金属層１７の下面（支持基板１０ａ側の面）幅が金属層１７の上面（支持基板１０ａと反対側の面）の幅より小さくなるように傾斜する。すなわち、金属層１７の断面を見たとき、圧電基板１０ｂと金属層１７との界面は、金属層１７の幅が支持基板１０ａ側に向かって狭くなるように傾斜する。これにより、界面６１に応力が加わると界面６１において金属層１７と圧電基板１０ｂとがずれるため、圧電基板１０ｂに加わる応力を緩和できる。金属層１７の上面と金属層１７の側面の内角θ１は、８０°以下が好ましく、７０°以下がより好ましい。内角θ１は、３０°以上が好ましい。
金属層１７は、弾性波素子１２を囲むように設けられた環状金属層１７ｂを含む。この場合、環状金属層１７ｂが圧電基板１０ｂを囲むため、圧電基板１０ｂに応力が加わり圧電基板１０ｂが劣化しやすい。よって、界面６０を粗面とし界面６１を平坦面とすることが好ましい。
基板２０（チップ）は圧電基板１０ｂ上に圧電基板１０ｂと空隙２６を挟み対向するように搭載されている。封止部３０は基板２０を囲み環状金属層１７ｂと接合し、弾性波素子１２を空隙２６に封止する。この場合、封止部３０の熱応力が圧電基板１０ｂおよび支持基板１０ａに加わるため、環状金属層１７ｂの剥がれおよび圧電基板１０ｂの劣化が生じやすい。よって、界面６０を粗面とし界面６１を平坦面とすることが好ましい。特に、封止部３０が金属層の場合、圧電基板１０ｂおよび支持基板１０ａに熱応力が加わりやすい。例えば封止部３０が錫を含む半田（例えば錫半田、錫銀半田、錫銀銅半田）では、線膨張係数は３０ｐｐｍ／℃と環状金属層１７ｂより大きい。よって、界面６０を粗面とし界面６１を平坦面とすることが好ましい。
金属層１７は、ビア配線１６と接続し、周囲を圧電基板１０ｂの側面に囲まれる金属層１７ａ（島状金属層）を含む。これにより、金属層１７ａの剥がれおよび圧電基板１０ｂの劣化を抑制できる。
図１３は、実施例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図１３に示すように、実施例２では、環状金属層１７ｂと支持基板１０ａとの界面６０に密着層３２が設けられている。環状金属層１７ｂと圧電基板１０ｂとの界面６１には密着層３２は設けられていない。金属層１７ａと支持基板１０ａとの界面６０およびビア配線１６と支持基板１０ａとの界面に密着層３２が設けられている。金属層１７ａと圧電基板１０ｂとの界面６１には密着層３２は設けられていない。
密着層３２の厚さは、例えば数ｎｍから数μｍであり、例えば１０ｎｍから１μｍである。密着層３２は、例えばチタン、窒化チタン、チタンタングステン、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、チタン合金、タンタル合金およびルテニウム合金の単層または積層膜である。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
図１４（ａ）から図１５（ｂ）は、実施例２における密着層の形成方法を示す断面図である。図１４（ａ）に示すように、実施例の図５（ａ）の工程を行い、圧電基板１０ｂに開口１５を形成する。図１４（ｂ）に示すように、図６（ａ）の工程を行い、開口１５内の支持基板１０ａの上面はほぼ全て露出するような開口６３を有するマスク層６２を形成する。図１４（ｃ）に示すように、開口６３内の支持基板１０ａ上およびマスク層６２上に密着層３２およびシード層３１ａを形成する。
図１５（ａ）に示すように、マスク層６２を除去する。これにより、マスク層６２上に形成された密着層３２およびシード層３１ａが除去される。開口１５内の支持基板１０ａの上面に密着層３２およびシード層３１ａが形成され、圧電基板１０ｂの側面には密着層３２およびシード層３１ａは形成されない。図１５（ｂ）に示すように、図４（ａ）および図４（ｂ）の工程を行う。これにより、開口１５内に金属層１７が形成される。シード層３１ａの図示を省略する。
実施例２によれば、金属層１７は圧電基板１０ｂの側面に接する。金属層１７と支持基板１０ａとの密着性を向上させる密着層３２は、金属層１７と支持基板１０ａとの間に金属層１７と支持基板１０ａとに接して設けられている。これにより、実施例１と同様に、金属層１７と支持基板１０ａとの密着性が向上するため、金属層１７の剥がれを抑制できる。金属層１７と圧電基板１０ｂとは密着性が低いため、界面６１に応力が加わっても、圧電基板１０ｂに加わる応力を緩和できる。よって、クラック等の圧電基板１０ｂの劣化を抑制できる。実施例１において、界面６０に密着層３２を設け界面６１に密着層３２を設けなくてもよい。
図１６は、実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図１６に示すように、基板２０は設けられていない。環状金属層１７ｂ上に封止部３０が設けられている。封止部３０上にリッド３６が設けられている。リッド３６および封止部３０の表面に保護膜３８が設けられている。封止部３０およびリッド３６は空隙２６に弾性波素子１２を封止する。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
実施例３のように、基板２０は設けられていなくてもよい。実施例２においても基板２０を設けなくてもよい。
実施例１および２では、弾性波素子２２として圧電薄膜共振器の例を説明したが、弾性波素子２２は弾性表面波共振器でもよい。基板２０の下面に設けられる機能素子として弾性波素子２２の例を説明したが、機能素子は、インダクタまたはキャパシタ等の受動素子、トランジスタを含む能動素子、またはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子でもよい。
実施例４は、フィルタおよびデュプレクサの例である。図１７（ａ）は、実施例４に係るフィルタの回路図である。図１７（ａ）に示すように、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続されている。入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に、１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４が並列に接続されている。実施例４のフィルタを実施例１から３の弾性波素子１２および／または２２で形成してもよい。直列共振器および並列共振器の個数等は適宜設定できる。フィルタとしてラダー型フィルタを例に説明したが、フィルタは多重モード型フィルタでもよい。
図１７（ｂ）は、実施例４の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１７（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ５０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ５２が接続されている。送信フィルタ５０は、送信端子Ｔｘから入力された高周波信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ５２は、共通端子Ａｎｔから入力された高周波信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ５０および受信フィルタ５２の少なくとも一方を実施例４のフィルタとすることができる。また、送信フィルタ５０を弾性波素子１２で形成し、受信フィルタ５２を弾性波素子２２で形成してもよい。
マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。
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。
１０ａ 支持基板
１０ｂ 圧電基板
１２、２２ 弾性波素子
１４、２４ 配線
１５ 開口
１６ ビア配線
１７、１７ａ 金属層
１７ｂ、３４ 環状金属層
１８ 端子
２０ 基板
２５ａ 凹部
２５ｂ 凸部
２６ 空隙
２８ バンプ
３０ 封止部
３２ 密着層
３６ リッド
５０ 送信フィルタ
５２ 受信フィルタ
６０、６１ 界面
１０ｂ 圧電基板
１２、２２ 弾性波素子
１４、２４ 配線
１５ 開口
１６ ビア配線
１７、１７ａ 金属層
１７ｂ、３４ 環状金属層
１８ 端子
２０ 基板
２５ａ 凹部
２５ｂ 凸部
２６ 空隙
２８ バンプ
３０ 封止部
３２ 密着層
３６ リッド
５０ 送信フィルタ
５２ 受信フィルタ
６０、６１ 界面
Claims (10)
- 支持基板と、
前記支持基板上に直接または間接的に接合された圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられた弾性波素子と、
前記支持基板上の前記圧電基板が設けられていない領域に設けられ前記支持基板と前記圧電基板の側面とに接し、前記支持基板との間の界面の表面粗さは前記圧電基板の側面との界面の表面粗さより大きい金属層と、
を備える弾性波デバイス。 - 支持基板と、
前記支持基板上に直接または間接的に接合された圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられた弾性波素子と、
前記支持基板上の前記圧電基板が設けられていない領域に設けられ前記支持基板に接合し、前記圧電基板の側面に接する金属層と、
前記金属層と前記支持基板との間に前記金属層と前記支持基板と接して設けられ、前記金属層と前記支持基板との間の密着性を向上させる密着層と、
を備える弾性波デバイス。 - 前記金属層の線膨張係数は前記圧電基板の線膨張係数より大きく、前記圧電基板の線膨張係数は前記支持基板の線膨張係数より大きい請求項１または２に記載の弾性波デバイス。
- 前記支持基板のビッカース硬さは前記圧電基板のビッカース硬さより大きい請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
- 前記金属層の断面を見たとき、前記圧電基板と前記金属層との界面は、前記金属層の幅が前記支持基板側に向かって狭くなるように傾斜する請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
- 前記金属層は、前記弾性波素子を囲むように設けられた環状金属層を含む請求項１から５のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
- 前記圧電基板上に前記圧電基板と空隙を挟み搭載されたチップと、
前記チップを囲み前記環状金属層と接合し、前記弾性波素子を前記空隙に封止する封止部と、
を備える請求項６に記載の弾性波デバイス。 - 前記支持基板を貫通するビア配線を備え、
前記金属層は、前記ビア配線と接続し、周囲を前記圧電基板の側面に囲まれる請求項１から７のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。 - 請求項１から８のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを含むフィルタ。
- 請求項９に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019076622A JP7340348B2 (ja) | 2019-04-12 | 2019-04-12 | 弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサ |
Applications Claiming Priority (1)
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