JP2022028566A - 弾性波デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】耐電力およびボンダビリティに優れた弾性波デバイスを提供する【解決手段】 圧電基板と、前記圧電基板上に形成され、第１の金属と第２の金属からなり、互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対の櫛型電極であるＩＤＴと、前記圧電基板上に形成され、第１の金属と第２の金属からなり、前記ＩＤＴに電気的に接続されたパターン配線とを備える弾性波デバイスであって、前記ＩＤＴを構成する第１の金属と第２の金属総量に対する第２の金属の含有率が、前記パターン配線を構成する第１の金属と第２の金属総量に対する第２の金属の含有率よりも高いことを特徴とする弾性波デバイス。【選択図】図６
Description
本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）デバイスに関する。
従来、表面弾性波を用いたフィルタ（弾性波デバイス）は、携帯電話などの送受信回路に広く用いられている。この基本構造は、すでに多くの解説書に述べられているように、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電基板上に弾性表面波を励振するＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を形成し、共振器とする。適宜、複数の共振器を形成し、ＤＭＳ設計やラダー設計を採用し、所望のバンドパスフィルタとしての特性が得られるよう、構成されることがある。
また、弾性波デバイスでは、耐電力性の高いことが求められることがある。特許文献１に記載のように、弾性波デバイスの小型化を図り、耐電力性を高め、ヒロックのような突出部が生じにくい弾性波デバイスを提供するため、所定量の銅を添加したアルミニウム－銅合金膜によりＩＤＴを形成することがある。
本発明が解決しようとする主たる課題について説明する。弾性波デバイスのパターン配線やＩＤＴの金属材料に純アルミニウムを使用すると、パターン配線やＩＤＴにヒロックが発生し、また、耐電力が弱いという課題があった。ヒロックは、製造工程などにおける熱履歴による膜応力の負荷や、高電圧が印可されることにより、パターン配線やＩＤＴに発生する。ヒロックにより、ＩＤＴの耐電力は低下する。
そこで、特許文献１に記載のように、従来、ヒロックの発生を抑制し、耐電力を向上させるために、銅を添加する技術が開示されている。しかし、十分な耐電力を確保できるだけの銅を添加すると、銅の含有量が多くなり、金バンプとパターン配線のパッドとのボンダビリティが低下し、接続不良が生じ得る。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ヒロックの発生を抑制し、十分な耐電力を確保しつつ、ボンダビリティを向上させ、接続不良の発生を低減した、信頼性の高い弾性波デバイスを提供することを目的とする。
前記課題を達成するために、本発明にあっては、
圧電基板と、
前記圧電基板上に形成され、第１の金属と第２の金属からなり、互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対の櫛型電極であるＩＤＴと、
前記圧電基板上に形成され、第１の金属と第２の金属からなり、前記ＩＤＴに電気的に接続されたパターン配線と
を備える弾性波デバイスであって、
前記ＩＤＴを構成する第１の金属と第２の金属総量に対する第２の金属の含有率が、前記パターン配線を構成する第１の金属と第２の金属総量に対する第２の金属の含有率よりも高いことを特徴とする、弾性波デバイスとした。
圧電基板と、
前記圧電基板上に形成され、第１の金属と第２の金属からなり、互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対の櫛型電極であるＩＤＴと、
前記圧電基板上に形成され、第１の金属と第２の金属からなり、前記ＩＤＴに電気的に接続されたパターン配線と
を備える弾性波デバイスであって、
前記ＩＤＴを構成する第１の金属と第２の金属総量に対する第２の金属の含有率が、前記パターン配線を構成する第１の金属と第２の金属総量に対する第２の金属の含有率よりも高いことを特徴とする、弾性波デバイスとした。
前記第１の金属は、前記第２の金属よりも線膨張係数が高いことが、本発明の一形態とされる。
前記ＩＤＴを構成している第１の金属と第２の金属総量に対する第２の金属の含有率は、前記パターン配線を構成している第１の金属と第２の金属総量に対する第２の金属の含有率の略３倍であることが、本発明の一形態とされる。
前記第１の金属は、アルミニウムであることが、本発明の一形態とされる。
前記第２の金属は、銅であることが、本発明の一形態とされる。
前記圧電基板は、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムであることが、本発明の一形態とされる。
前記圧電基板は、前記ＩＤＴ及び前記パターン配線が形成された面とは反対の主面に、サファイア、シリコン、多結晶アルミナ、多結晶スピネル、水晶、または、ガラスからなる基板が接合されることが、本発明の一形態とされる。
前記パターン配線に含まれるパッドにボンディングされたバンプと、
前記バンプを介して前記パターン配線と電気的に接続された配線基板と、
前記圧電基板と前記配線基板に挟まれた空間を、密閉された中空となるように封止する封止部とを有することが、本発明の一形態とされる。
前記バンプを介して前記パターン配線と電気的に接続された配線基板と、
前記圧電基板と前記配線基板に挟まれた空間を、密閉された中空となるように封止する封止部とを有することが、本発明の一形態とされる。
さらに、本発明の別の側面においては、圧電基板上に、第１の金属と第２の金属からなるパターン配線を、フォトレジストを用いて形成する工程と、前記パターン配線上にフォトレジスト層を残留させたまま、第１の金属と第２の金属からなる金属膜を形成する工程と、前記金属膜をエッチングして互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対の櫛型電極であるＩＤＴを形成する工程と、を有する弾性波デバイスの製造方法であって、
前記金属膜の第１の金属と第２の金属総量に対する第２の金属の含有率は、前記パターン配線の第１の金属と第２の金属総量に対する第２の金属の含有率よりも高いことを特徴とする、弾性波デバイスの製造方法である。
前記金属膜の第１の金属と第２の金属総量に対する第２の金属の含有率は、前記パターン配線の第１の金属と第２の金属総量に対する第２の金属の含有率よりも高いことを特徴とする、弾性波デバイスの製造方法である。
本発明によれば、ヒロックの発生を抑制し、十分な耐電力を確保しつつ、ボンダビリティを向上させ、接続不良の発生を低減した、信頼性の高い弾性波デバイスを提供することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施の形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
（実施例）
図１は、本実施例にかかる弾性波デバイス１の断面図である。図１に示すように、本実施例にかかる弾性波デバイス１は、圧電基板３を有する。圧電基板３は、本実施形態では、タンタル酸リチウム単結晶からなる。圧電基板３は、他の圧電単結晶、例えば、ニオブ酸リチウムまたは水晶などの圧電単結晶、あるいは、圧電セラミックスを用いて形成されてもよい。
図１は、本実施例にかかる弾性波デバイス１の断面図である。図１に示すように、本実施例にかかる弾性波デバイス１は、圧電基板３を有する。圧電基板３は、本実施形態では、タンタル酸リチウム単結晶からなる。圧電基板３は、他の圧電単結晶、例えば、ニオブ酸リチウムまたは水晶などの圧電単結晶、あるいは、圧電セラミックスを用いて形成されてもよい。
本実施例にかかる弾性波デバイス１の圧電基板３の一主面上に、ＩＤＴ５が形成されている。図２は、ＩＤＴ５を含む共振器の構成を説明するための平面図である。図２に示すように、圧電基板３上に、ＩＤＴ５と反射器５ａが形成されている。ＩＤＴ５は、互いに対向する一対の櫛形電極５ｂを有する。櫛形電極５ｂは、複数の電極指５ｃと複数の電極指５ｃを接続するバスバー５ｄとを有する。反射器５ａは、ＩＤＴ５の両側に設けられている。
ＩＤＴ５は、本実施形態では、アルミニウムと銅の合金からなる。ここで、アルミニウムは、線膨張係数が約２３．９×１０－６／Kである。銅は、線膨張係数が約１６．５×１０－６／Kである。したがって、アルミニウムは、銅よりも線膨張係数が高い。ＩＤＴ５は、その厚みが、例えば、１５０ｎｍから４００ｎｍの薄膜である。ＩＤＴ５は、他の金属、例えば、チタン、パラジウム、銀などの適宜の金属もしくはこれらの合金を含んでもよく、これらの合金により形成されてもよい。また、ＩＤＴ５は、複数の金属層を積層してなる積層金属膜により形成されてもよい。
本実施例にかかる弾性波デバイス１の圧電基板３の一主面上に、パターン配線７が形成されている。図３は、パターン配線７を含む圧電基板３上の概略を示す平面図である。図３に示すように、圧電基板３上に、パターン配線７、ＩＤＴ５および反射器５ａが形成されている。圧電基板３上に形成されたパターン配線７、ＩＤＴ５および反射器５ａは、所望のバンドパスフィルタとしての特性が得られるよう、適宜、ＤＭＳ設計やラダー設計などを採用することができる。パターン配線７は、入力パッドＩｎ、出力パッドＯｕｔおよびグランドパッドＧＮＤを含んでいる。また、パターン配線７は、ＩＤＴ５と電気的に接続されている。
パターン配線７は、本実施形態では、アルミニウムと銅の合金からなる。パターン配線７は、その厚みが、例えば、１５０ｎｍから４００ｎｍの薄膜である。より詳細には、パターン配線７は、ＩＤＴ５を構成するアルミニウムと銅の合金の総量に対する銅の含有率がパターン配線７を構成するアルミニウムと銅の合金の総量に対する銅の含有率よりも高くなるように調製された合金からなる。
さらに詳細には、パターン配線７は、本実施形態では、ＩＤＴ５を構成するアルミニウムと銅の合金の総量に対する銅の含有率がパターン配線７を構成するアルミニウムと銅の合金の総量に対する銅の含有率よりも略３倍高くなるように調製された合金からなる。
パターン配線７は、他の金属、例えば、チタン、パラジウム、銀などの適宜の金属もしくはこれらの合金を含んでもよく、これらの合金により形成されてもよい。また、パターン配線７は、複数の金属層を積層してなる積層金属膜により形成されてもよい。
本実施例にかかる弾性波デバイス１のパターン配線７に含まれる入力パッドＩｎ、出力パッドＯｕｔおよびグランドパッドＧＮＤ上に、バンプ９がそれぞれボンディングされている。バンプ９は、本実施形態では、金からなる。バンプ９の高さは、例えば、２０μｍから５０μｍである。
本実施例にかかる弾性波デバイス１は、配線基板１１を有する。配線基板１１は、絶縁基板であり、例えば、ＨＴＣＣ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ－Ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）または ＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ－Ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）等のセラミックス基板または樹脂基板である。配線基板１１は、一主面上に複数のランドパッド１１ａを有し、他の主面上に複数の外部接続端子１１ｂを有する。圧電基板３は、バンプ９を介して、配線基板１１にフリップチップ実装されている。圧電基板３は、バンプ９およびランドパッド１１ａを介して、外部接続端子１１ｂに電気的に接続されている。
本実施例にかかる弾性波デバイス１は、前記圧電基板３と前記配線基板１１に挟まれた空間を密閉された中空となるように封止する封止部１３を有する。封止部１３は、配線基板１１上に圧電基板３を囲むように設けられている。封止部１３は、例えば、錫銀半田もしくは金錫半田等のろう材、または、樹脂からなる。
本実施例にかかる弾性波デバイス１の圧電基板３は、支持基板１５に接合されている。支持基板１５は、本実施形態では、サファイアからなる基板である。支持基板１５は、例えば、シリコン、多結晶アルミナ、多結晶スピネル、水晶、または、ガラスを用いて形成されてもよい。
（製造方法１）
図４（ａ）から図４（ｄ）は、本実施例にかかる弾性波デバイス１の製造方法を示す図である。以下、図４（ａ）から図４（ｄ）を用いて、本実施例にかかる弾性波デバイス１の製造方法を説明する。なお、図示はしないが、圧電基板３にはサファイア基板がＦＡＢ（Ｆａｓｔ Ａｔｏｍｉｃ Ｂｅａｍ）などによる活性化処理をされた上で接合される。
図４（ａ）から図４（ｄ）は、本実施例にかかる弾性波デバイス１の製造方法を示す図である。以下、図４（ａ）から図４（ｄ）を用いて、本実施例にかかる弾性波デバイス１の製造方法を説明する。なお、図示はしないが、圧電基板３にはサファイア基板がＦＡＢ（Ｆａｓｔ Ａｔｏｍｉｃ Ｂｅａｍ）などによる活性化処理をされた上で接合される。
図４（ａ）に示すように、圧電基板３上に、パターン配線７を構成する金属膜を形成する。金属膜は、例えば、スパッタリング法により形成する。金属膜上に、パターン配線７のパターンのフォトレジストＰＲを形成し、パターン配線７以外の部分の金属膜をエッチングすることで、パターン配線７を形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように、パターン配線７上にフォトレジストＰＲが残留したままの状態で、圧電基板３上に、ＩＤＴ５を構成する金属膜５Ｍを、スパッタリング法などを用いて形成する。
次に、図４（ｃ）に示すように、金属膜５Ｍ上に、ＩＤＴ５のパターンのフォトレジストＰＲを形成する。
次に、図４（ｄ）に示すように、ＩＤＴ５以外の部分の金属膜５Ｍをエッチングすることで、ＩＤＴ５を形成する。
フォトレジストを除去した後、パターン配線７のパッド上に、ボンディング装置を用いて金バンプをボンディングする。
その後、圧電基板３を個片化し、配線基板１１アレイにフリップチップ実装する。封止材料を充填し、封止材料を硬化させた後、配線基板１１アレイを個片化することで、弾性波デバイス１が得られる。
（製造方法２）
次に、本発明にかかる弾性波デバイスの他の製造方法を説明する。図５（ａ）から図５（ｄ）は、本発明にかかる弾性波デバイスの他の製造方法を説明する図である。
次に、本発明にかかる弾性波デバイスの他の製造方法を説明する。図５（ａ）から図５（ｄ）は、本発明にかかる弾性波デバイスの他の製造方法を説明する図である。
図５（ａ）に示すように、圧電基板３上に、フォトレジストＰＲのパターンを形成する。
次に、図５（ｂ）に示すように、金属膜５Ｍを成膜する。フォトレジストＰＲを除去することで、金属膜５Ｍの不要な部分がリフトオフされ、ＩＤＴ５が形成される。また、同時にパターン配線７の下地層が形成される。
次に、図５（ａ）で形成したフォトレジストＰＲを除去した後に、図５（ｃ）に示すように、再度フォトレジストＰＲのパターンを形成する。図５（ｃ）に示すフォトレジストＰＲは、パターン配線７が形成される領域以外の領域に形成される。また、図５（ｃ）に示すフォトレジストＰＲは、パターン配線７が形成される領域のうち、入力パッドＩｎ、出力パッドＯｕｔおよびグランドパッドＧＮＤのみの領域以外の領域に形成されるようにしてもよい。
図５（ｄ）に示すように、パターン配線７を形成する金属膜７Ｍを成膜する。フォトレジストＰＲを除去することで、金属膜７Ｍの不要な部分がリフトオフされ、金属膜５Ｍと金属膜７Ｍにより、パターン配線７が形成される。フォトレジストＰＲを除去した後は、製造方法１で説明した内容と同様であるので、説明を省略する。
ここで、比較例を用いて、本実施例にかかる弾性波デバイス１の効果を説明する。比較例は、弾性波デバイス１の構成において、配線パターン７を構成する合金が、ＩＤＴ５を構成する合金と同じである点においてのみ相違する。
弾性波デバイス１のＩＤＴ５は、十分な耐電力を確保するため、銅を１．５％添加している。弾性波デバイス１のパターン配線７は、銅を０．５％添加している。
ボンディングは、超音波と熱を併用しつつ、荷重を加えることによって金バンプがボンディングされるところ、パターン配線７は薄膜であるため、パッドが溶け、断裂することを抑制する必要がある。また、ヒロックの発生を抑制するため、パターン配線７に微量の銅を添加している。
図６は、本実施例にかかる弾性波デバイス１と比較例のボンディング不良率を比較した結果を示す図である。
本実施例にかかる弾性波デバイス１を、タンタル酸リチウムウエハ３枚を使用し、ウエハ１枚あたりおよそ１００個の弾性波デバイスを作製した。金バンプを使用し、パターン配線のパッドにボンディングしたところ、図６に示すとおり、すべてのウエハにおいて、ボンディング不良率は、０％であった。
比較例については、タンタル酸リチウムウエハ８枚をし、ウエハ１枚あたりおよそ１００個の弾性波デバイスを作製した。金バンプを使用し、パターン配線のパッドにボンディングしたところ、図５に示すとおり、ボンディング不良率は、最大で４０％であった。
ある１枚のウエハにおいては、すべての弾性波デバイスにおいて、良好なボンディングができたものの、ある６枚のウエハは、ボンディング不良率が２０％以上３０％未満の範囲で生じた。ある１枚のウエハにおいては、ボンディング不良率が４０％にも達した。
本実施例にかかる弾性波デバイス１においては、ＩＤＴに十分な耐電力を確保するための銅の添加量の３分の１に相当する量をパターン配線に添加した。この結果、ボンディング不良率が０％という、非常に良好な結果が得られた。さらに、パターン配線にヒロックは発生しなかった。
以上説明した本発明の構成によれば、ヒロックの発生を抑制し、十分な耐電力を確保しつつ、ボンダビリティを向上させ、接続不良の発生を低減した、信頼性の高い弾性波デバイスを提供することができる。
なお、当然のことながら、本発明は以上に説明した実施態様に限定されるものではなく、本発明の目的を達成し得るすべての実施態様を含むものである。
また、少なくとも一つの実施形態のいくつかの側面を上述したが、様々な改変、修正及び改善が当業者にとって容易に想起されることを理解されたい。かかる改変、修正及び改善は、本開示の一部となることが意図され、かつ、本発明の範囲内にあることが意図される。理解するべきことだが、ここで述べられた方法及び装置の実施形態は、上記説明に記載され又は添付図面に例示された構成要素の構造及び配列の詳細への適用に限られない。方法及び装置は、他の実施形態で実装し、様々な態様で実施又は実行することができる。特定の実装例は、例示のみを目的としてここに与えられ、限定されることを意図しない。また、ここで使用される表現及び用語は、説明目的であって、限定としてみなすべきではない。ここでの「含む」、「備える」、「有する」、「包含する」及びこれらの変形の使用は、以降に列挙される項目及びその均等物並びに付加項目の包括を意味する。「又は（若しくは）」の言及は、「又は（若しくは）」を使用して記載される任意の用語が、当該記載の用語の一つの、一つを超える、及びすべてのものを示すように解釈され得る。前後左右、頂底上下、及び横縦への言及はいずれも、記載の便宜を意図しており、本発明の構成要素がいずれか一つの位置的又は空間的配向に限られるものではない。したがって、上記説明及び図面は例示にすぎない。
１ 弾性波デバイス
３ 圧電基板
５ ＩＤＴ
５ａ 反射器
５ｂ 櫛形電極
５ｃ 電極指
５ｄ バスバー
５Ｍ 金属膜
７ パターン配線
７Ｍ 金属膜
９ バンプ
１１ 配線基板
１１ａ ランドパッド
１１ｂ 外部接続端子
１３ 封止部
１５ 支持基板
Ｉｎ 入力パッド
Ｏｕｔ 出力パッド
ＧＮＤ グランドパッド
ＰＲ フォトレジスト
３ 圧電基板
５ ＩＤＴ
５ａ 反射器
５ｂ 櫛形電極
５ｃ 電極指
５ｄ バスバー
５Ｍ 金属膜
７ パターン配線
７Ｍ 金属膜
９ バンプ
１１ 配線基板
１１ａ ランドパッド
１１ｂ 外部接続端子
１３ 封止部
１５ 支持基板
Ｉｎ 入力パッド
Ｏｕｔ 出力パッド
ＧＮＤ グランドパッド
ＰＲ フォトレジスト
Claims (9)
- 圧電基板と、
前記圧電基板上に形成され、第１の金属と第２の金属からなり、互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対の櫛型電極であるＩＤＴと、
前記圧電基板上に形成され、第１の金属と第２の金属からなり、前記ＩＤＴに電気的に接続されたパターン配線と
を備える弾性波デバイスであって、
前記ＩＤＴを構成する第１の金属と第２の金属総量に対する第２の金属の含有率が、前記パターン配線を構成する第１の金属と第２の金属総量に対する第２の金属の含有率よりも高いことを特徴とする、弾性波デバイス。 - 前記第１の金属は、前記第２の金属よりも線膨張係数が高い、請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記ＩＤＴを構成している第１の金属と第２の金属総量に対する第２の金属の含有率は、前記パターン配線を構成している第１の金属と第２の金属総量に対する第２の金属の含有率の略３倍である、請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記第１の金属は、アルミニウムである、請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記第２の金属は、銅である、請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記圧電基板は、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムである、請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記圧電基板は、前記ＩＤＴ及び前記パターン配線が形成された面とは反対の主面に、サファイア、シリコン、多結晶アルミナ、多結晶スピネル、水晶、または、ガラスからなる基板が接合された、請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記パターン配線に含まれるパッドにボンディングされたバンプと、
前記バンプを介して前記パターン配線と電気的に接続された配線基板と、
前記圧電基板と前記配線基板に挟まれた空間を、密閉された中空となるように封止する封止部とを有する請求項１に記載の弾性波デバイス。 - 圧電基板上に、第１の金属と第２の金属からなるパターン配線を、フォトレジストを用いて形成する工程と、前記パターン配線上にフォトレジスト層を残留させたまま、第１の金属と第２の金属からなる金属膜を形成する工程と、前記金属膜をエッチングして互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対の櫛型電極であるＩＤＴを形成する工程と、を有する弾性波デバイスの製造方法であって、
前記金属膜の第１の金属と第２の金属総量に対する第２の金属の含有率は、前記パターン配線の第１の金属と第２の金属総量に対する第２の金属の含有率よりも高いことを特徴とする、弾性波デバイスの製造方法。
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