JP2022044314A - 弾性波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】特性の劣化を抑制することが可能な弾性波デバイスを提供する。【解決手段】弾性波デバイス１００は、基板１０と、弾性波素子１５と、基板２０と、弾性波素子２５と、受信用の端子４１と、端子シールド層７０と、を備える。弾性波素子１５は、基板１０の上面１３に設けられている。基板２０は、弾性波素子１５上に位置して搭載されている。弾性波素子２５は、基板２０に設けらている。受信用の端子４１は、弾性波素子２５に電気的に接続されている。端子シールド層７０は、基板１０内に弾性波素子１５と受信用の端子４１との間に位置して設けられ、グランドに接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、弾性波デバイスに関する。

弾性波素子が設けられた基板が実装基板にフリップチップ実装された弾性波デバイスにおいて、基板の実装基板とは反対の面にグランドに接続される金属層を設けることで、電磁シールド効果を得ることが知られている（例えば特許文献１）。また、弾性波デバイスの小型化のために、第１弾性波素子が設けられた第１基板上に第２弾性波素子が設けられた第２基板を搭載することが知られている。この場合に、電磁シールドのために、第１弾性波素子と第２弾性波素子の間にグランドに接続される金属層を設けることが知られている（例えば特許文献２、３）。

特開２００６－２１１６１３号公報 特表２００８－５４６２０７号公報 特開２０１７－１１８２７３号公報

第１弾性波素子が設けられた第１基板の第１面に、第２弾性波素子が設けられた第２基板が搭載された場合に、第１基板の第１面とは反対の第２面に第２弾性波素子に電気的に接続される信号端子が設けられることがある。このような構成において、特性の劣化が生じてしまうことがある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、特性の劣化を抑制することを目的とする。

本発明は、第１基板と、前記第１基板の第１面に設けられる第１弾性波素子と、前記第１基板の前記第１面に、前記第１弾性波素子上に位置して搭載される第２基板と、前記第２基板に設けられる第２弾性波素子と、前記第１基板の前記第１面とは反対の第２面に設けられ、前記第２弾性波素子に電気的に接続される信号端子と、前記第１基板内に前記第１弾性波素子と前記信号端子との間に位置して設けられ、グランドに接続される金属層と、を備える弾性波デバイスである。

上記構成において、平面視において前記第１弾性波素子と前記信号端子とは重なっていて、前記金属層は、平面視において前記第１弾性波素子と前記信号端子とが重なった領域全体に少なくとも設けられる構成とすることができる。

上記構成において、前記第１基板に設けられ、前記第２弾性波素子と前記信号端子とを電気的に接続させる第１ビア配線を備え、前記金属層は、開口を有し、前記第１ビア配線は、前記金属層の前記開口を通過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、平面視において前記第１基板の半分以上に設けられている構成とすることができる。

上記構成において、前記第１基板の前記第２面に設けられるグランド端子と、前記第１基板に設けられ、前記グランド端子に電気的に接続される第２ビア配線と、を備え、前記金属層は、前記第２ビア配線に接触している構成とすることができる。

上記構成において、前記第１基板は、支持基板と前記支持基板上に設けられる圧電層とを含み、前記第１弾性波素子は、前記圧電層上に設けられる櫛型電極を含む弾性波共振器であり、前記金属層は、前記支持基板内に設けられる構成とすることができる。

上記構成において、前記第１弾性波素子は、圧電膜と前記圧電膜を挟む下部電極及び上部電極とを含む圧電薄膜共振器である構成とすることができる。

上記構成において、前記第１基板と前記第２基板の間に設けられるピラー又はバンプを備え、前記第１弾性波素子と前記第２弾性波素子は、前記第１基板と前記第２基板の間の空間に露出して互いに向かい合い、前記第２弾性波素子は、前記ピラー又はバンプを介して前記信号端子に電気的に接続される構成とすることができる。

上記構成において、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられるピラーと、前記第２基板に設けられる第３ビア配線と、を備え、前記第１弾性波素子は、前記第１基板と前記第２基板の間の空間に露出し、前記第２弾性波素子は、前記第２基板の前記第１基板とは反対の第３面に設けられ、前記第３ビア配線と前記ピラーを介して前記信号端子に電気的に接続される構成とすることができる。

上記構成において、前記第１基板に設けられる複数の前記第１弾性波素子によって第１弾性波フィルタが構成され、前記第２基板に設けられる複数の前記第２弾性波素子によって、前記第１弾性波フィルタとは通過帯域が異なる第２弾性波フィルタが構成される構成とすることができる。

上記構成において、前記第１基板の前記第２面に、共通端子と第１端子と第２端子を含む複数の前記信号端子が設けられ、前記第１弾性波フィルタは、前記共通端子と前記第１端子との間に電気的に接続され、前記第２弾性波フィルタは、前記共通端子と前記第２端子との間に電気的に接続され、前記金属層は、前記第１弾性波フィルタと前記第２端子との間に設けられる構成とすることができる。

上記構成において、前記第１弾性波フィルタと前記第２弾性波フィルタを含んでマルチプレクサが構成される構成とすることができる。

本発明によれば、特性の劣化を抑制することができる。

図１は、実施例１に係る弾性波デバイスの断面図である。 図２は、実施例１における弾性波素子の平面図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施例１における基板の平面図、図３（ｃ）は、端子シールド層の平面図である。 図４（ａ）から図４（ｅ）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（その１）である。 図５（ａ）から図５（ｃ）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（その２）である。 図６は、実施例１の変形例に係る弾性波デバイスの断面図である。 図７（ａ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの断面図、図７（ｂ）は、比較例１における基板の平面図である。 図８（ａ）は、比較例２に係る弾性波デバイスの断面図、図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、比較例２における基板の平面図である。 図９（ａ）は、実施例１及び比較例２の弾性波デバイスのアイソレーション特性を示す図、図９（ｂ）は、実施例１の変形例及び比較例３の弾性波デバイスのアイソレーション特性を示す図である。 図１０は、実施例２に係る弾性波デバイスの断面図である。 図１１は、実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。 図１２（ａ）は、実施例４に係る弾性波デバイスの断面図、図１２（ｂ）は、実施例４における弾性波素子の断面図である。

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は、実施例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図１のように、実施例１の弾性波デバイス１００は、弾性波素子１５が設けられた基板１０上に、弾性波素子２５が設けられた基板２０が搭載されている。基板１０は、絶縁部材により形成され、支持基板１１と圧電層１２とを含む。同様に、基板２０は、絶縁部材により形成され、支持基板２１と圧電層２２とを含む。支持基板１１及び２１は、例えばサファイア基板、スピネル基板、アルミナ基板、シリコン基板、酸化シリコン基板、酸化ジルコニウム基板、又は樹脂基板であり、厚さが５０μｍ～１５０μｍ程度である。圧電層１２及び２２は、例えばタンタル酸リチウム層又はニオブ酸リチウム層であり、厚さが１０μｍ～３０μｍ程度である。圧電層１２は支持基板１１の表面に接合され、圧電層２２は支持基板２１の表面に接合されている。圧電層１２と支持基板１１の接合面は平面且つ平坦であり、圧電層２２と支持基板２１の接合面は平面且つ平坦である。

弾性波素子１５は、基板１０の上面１３に設けられている。弾性波素子２５は、基板２０の下面２４に設けられている。基板１０の上面１３は圧電層１２によって凹凸を有している。同様に、基板２０の下面２４は圧電層２２によって凹凸を有している。基板１０の上面１３と基板２０の下面２４とは互いに向かい合っている。したがって、弾性波素子１５と弾性波素子２５は、基板１０と基板２０の間で互いに向かい合っている。

図２は、実施例１における弾性波素子の平面図である。図２では、弾性波素子１５を例に示すが、弾性波素子２５についても同じである。図２のように、弾性波素子１５は、例えば弾性表面波共振器であり、圧電層１２上にＩＤＴ（Interdigital Transducer）３０と反射器３４を有する。ＩＤＴ３０は、互いに対向する一対の櫛型電極３１を有する。櫛型電極３１は、複数の電極指３２と複数の電極指３２が接続するバスバー３３とを有する。反射器３４は、ＩＤＴ３０の両側に設けられている。ＩＤＴ３０は圧電層１２に弾性表面波を励振する。反射器３４は弾性表面波を反射する。ＩＤＴ３０及び反射器３４は例えばアルミニウム膜又は銅膜等の金属膜により形成される。

実施例１の弾性波デバイス１００では、圧電層１２上に設けられた複数の弾性波素子１５によって送信フィルタが形成され、圧電層２２上に設けられた複数の弾性波素子２５によって受信フィルタが形成されている。この点については後述する。

図１のように、基板１０の上面１３に、弾性波素子１５に電気的に接続された配線１６が設けられている。基板２０の下面２４に、弾性波素子２５に電気的に接続された配線２６が設けられている。配線１６及び２６は、例えば銅層、アルミニウム層、又は金層等を含む金属層である。基板１０の上面１３とは反対の下面１４に、弾性波デバイス１００を外部と接続するためのフットパッドである複数の端子が設けられている。複数の端子は、受信用の端子４１とグランド用の端子４５を含む。端子は、銅層、アルミニウム層、又は金層等を含む金属層であり、厚さが数μｍ程度である。

基板２０の下面２４に設けられた弾性波素子２５は、配線２６と、基板１０と基板２０の間に設けられたピラー６１と、基板１０内に設けられたビア配線５１と、を介して受信用の端子４１に電気的に接続されている。ピラー６１は、基板１０の上面１３に設けられた金属層１７と基板２０の下面２４に設けられた配線２６とにはんだによって接合されている。

基板１０と基板２０の間に、弾性波素子１５と弾性波素子２５を囲んで環状金属層６０が設けられている。環状金属層６０は、基板１０の上面１３に設けられた金属層１７と基板２０の下面２４に設けられた金属層２７とにはんだによって接合されている。弾性波素子１５と弾性波素子２５は、環状金属層６０によって基板１０と基板２０の間に形成された空間８２内に気密封止されている。環状金属層６０は、ニッケル層、銅層、又は金層等を含む金属層であり、高さが４０μｍ～６０μｍ程度である。環状金属層６０は、基板１０内に設けられたビア配線５５を介してグランド用の端子４５に電気的に接続されている。

基板１０内に端子シールド層７０が設けられている。端子シールド層７０は、ビア配線５５に接触していて、これによりグランド用の端子４５に電気的に接続されている。端子シールド層７０には開口７２が設けられている。ビア配線５１は、開口７２を通過し、端子シールド層７０には接触していない。ビア配線５１と端子シールド層７０との間には絶縁部材７４が設けられている。絶縁部材７４は例えば酸化アルミニウム膜、酸化シリコン膜、酸化ジルコニウム膜、又は樹脂膜等である。ビア配線５１と端子シールド層７０の間隔Ｈは例えば１μｍ～１０μｍ程度である。一例として、開口７２の直径は３０μｍで、開口７２におけるビア配線５１の直径は２０μｍ程度である。端子シールド層７０は、例えば銅層、金層、銀層、タングステン層、又はアルミニウム層等の導電性金属層、及び／又は、鉄層、ニッケル層、又は鉄－ニッケル合金層等の磁性体金属層、を含む金属層である。端子シールド層７０の厚さは例えば０．０１μｍ～１０μｍ程度である。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施例１における基板の平面図、図３（ｃ）は、端子シールド層の平面図である。図３（ａ）では、図の明瞭化のために、ピラー６１～６３の図示を省略している。図３（ｂ）は、図３（ａ）との対応を分かり易くするために、基板２０の上から透視した平面図となっている。図３（ａ）のように、基板１０上に複数の弾性波素子１５、配線１６、及び環状金属層６０が設けられている。複数の弾性波素子１５は直列共振器Ｓ１１及びＳ１２と並列共振器Ｐ１１を構成する。基板１０内にビア配線５０～５５が設けられている。ビア配線５０、ビア配線５２、及びビア配線５４は配線１６に接続されている。環状金属層６０は、直列共振器Ｓ１１及びＳ１２、並列共振器Ｐ１１、及び配線１６を囲んで設けられ、且つ、ビア配線５５に接続されている。ビア配線５０～５５は、例えば銅層、アルミニウム層、又は金層等を含む金属層である。

図３（ｂ）のように、基板２０上（図１では下面）に複数の弾性波素子２５、配線２６、環状金属層６０、及びピラー６１～６３が設けられている。複数の弾性波素子２５は直列共振器Ｓ２１及びＳ２２と並列共振器Ｐ２１を構成する。ピラー６１～６３は配線２６に接続されている。また、ピラー６１は、図３（ａ）に示したビア配線５１に接続されている。同様に、ピラー６２はビア配線５２に接続され、ピラー６３はビア配線５３に接続されている。環状金属層６０は、直列共振器Ｓ２１及びＳ２２、並列共振器Ｐ２１、及び配線２６を囲んで設けられている。ピラー６１～６３は、例えばニッケル層、銅層、又は金層等を含む金属層であり、高さが４０μｍ～６０μｍ程度である。

図３（ｃ）のように、端子シールド層７０には開口７１～７３が設けられている。端子シールド層７０は、平面視において開口７１～７３を除いて基板１０の全面に設けられている。ビア配線５０は、開口７１を通過して端子シールド層７０には接触せずに、送信用の端子４０に接続されている。ビア配線５１は、開口７２を通過して端子シールド層７０には接触せずに、受信用の端子４１に接続されている。ビア配線５２は、開口７３を通過して端子シールド層７０には接触せずに、共通の端子４２に接続されている。ビア配線５３は、端子シールド層７０に接触しつつ、グランド用の端子４３に接続されている。ビア配線５４は、端子シールド層７０に接触しつつ、グランド用の端子４４に接続されている。ビア配線５５は、端子シールド層７０に接触しつつ、グランド用の端子４５に接続されている。

したがって、図３（ａ）から図３（ｃ）のように、基板１０上に設けられた直列共振器Ｓ１１及びＳ１２は、共通の端子４２と送信用の端子４０との間に直列に接続されている。並列共振器Ｐ１１は、共通の端子４２と送信用の端子４０との間に並列に接続されている。並列共振器Ｐ１１は、直列共振器Ｓ１１と直列共振器Ｓ１２の間の配線１６とグランド用の端子４４との間に接続されている。このように、基板１０にはラダー型フィルタである送信フィルタ１８が設けられている。

基板２０上に設けられた直列共振器Ｓ２１及びＳ２２は、共通の端子４２と受信用の端子４１との間に直列に接続されている。並列共振器Ｐ２１は、共通の端子４２と受信用の端子４１との間に並列に接続されている。並列共振器Ｐ２１は、直列共振器Ｓ２１と直列共振器Ｓ２２との間の配線２６とグランド用の端子４３との間に接続されている。このように、基板２０にはラダー型フィルタである受信フィルタ２８が設けられている。

送信フィルタ１８は、送信用の端子４０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の端子４２に通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ２８は、共通の端子４２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用の端子４１に通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。このように、弾性波デバイス１００はデュプレクサである。

［製造方法］
図４（ａ）から図５（ｃ）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４（ａ）から図５（ｃ）に示す製造方法はウエハ状態で行われる。図４（ａ）のように、支持基板１１ａの主面にスパッタリング法によって端子シールド層７０を堆積する。端子シールド層７０に対してエッチングを行い、開口７１～７３（図４（ａ）から図５（ｃ）では開口７２のみを図示）を形成する。エッチングは、例えばウエットエッチングを用いるが、ドライエッチングを用いてもよい。また、端子シールド層７０は、蒸着法及びリフトオフ法を用いて形成してもよいし、めっき法を用いて形成してもよいし、メタルインク等の印刷法を用いて形成してもよい。

図４（ｂ）のように、端子シールド層７０の主面にスパッタリング等によって絶縁部材７４を堆積した後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法によって端子シールド層７０が露出するまで絶縁部材７４を除去する。これにより、端子シールド層７０の開口７１～７３に埋め込まれた絶縁部材７４の表面と端子シールド層７０の表面とはほぼ平坦となる。その後、端子シールド層７０に支持基板１１ｂを接着剤等によって接合する。支持基板１１ａと支持基板１１ｂとにより支持基板１１が形成され、端子シールド層７０は支持基板１１内に設けられる。

図４（ｃ）のように、支持基板１１、端子シールド層７０、及び絶縁部材７４にレーザ光照射又はエッチングによってビアホールを形成する。ビアホール内にシード層を形成した後、シード層に電流を供給し、電解めっき法を用いてビアホール内にビア配線５０～５５（図４（ｃ）から図５（ｃ）ではビア配線５１と５５のみを図示）を形成する。ビア配線５０～５５を銅層とする場合、シード層は例えば支持基板１１側からチタン層と銅層が積層された積層膜とすることができる。ＣＭＰ法等を用いて不要なめっき層及びシード層を除去する。これにより、支持基板１１の表面とビア配線５０～５５の表面とはほぼ平坦となる。

図４（ｄ）のように、支持基板１１の表面に圧電基板を接合した後、圧電基板を研磨又は研削等によって薄くすることで圧電層１２を形成する。支持基板１１と圧電基板の接合は、例えば支持基板１１の表面と圧電基板の表面を活性化させて常温接合による直接接合法が用いられる。支持基板１１と圧電層１２とにより基板１０が形成される。

図４（ｅ）のように、圧電層１２に対してエッチングを行って、圧電層１２をパターニングする。その後、圧電層１２上に弾性波素子１５を形成する。弾性波素子１５に電気的に接続する配線１６を形成する。環状金属層６０及びピラー６１～６３が接合される箇所に金属層１７を形成する。弾性波素子１５、配線１６、及び金属層１７の形成方法は一般的に知られた方法、例えば蒸着法及びリフトオフ法を用いる。

図５（ａ）のように、基板１０の下面１４に対して研磨又は研削等を行う。これにより、基板１０の下面１４にビア配線５０～５５が露出する。ビア配線５０～５５に接するように、基板１０の下面１４に端子４０～４５（図５（ａ）から図５（ｃ）では端子４１と４５のみを図示）を形成する。例えば、基板１０の下面１４にシード層を形成する。シード層上に開口を有するレジスト膜を形成する。シード層に電流を供給し電解めっき法を用いて開口内にめっき層を形成する。その後、めっき層以外のシード層を除去する。これにより、端子４０～４５が形成される。

図５（ｂ）のように、環状金属層６０とピラー６１～６３（図５（ｂ）及び図５（ｃ）ではピラー６１のみを図示）を、基板１０の上面１３に形成された金属層１７に接合する。環状金属層６０及びピラー６１～６３は、例えばはんだによって金属層１７に接合される。

図５（ｃ）のように、弾性波素子２５と配線２６と金属層２７が設けられた基板２０を予め形成しておき、配線２６及び金属層２７を環状金属層６０及びピラー６１～６３に接合する。弾性波素子２５と配線２６と金属層２７が設けられた基板２０は、図４（ｄ）及び図４（ｅ）で説明した方法と同様の方法によって形成される。環状金属層６０及びピラー６１～６３の接合は例えばはんだを用いて行われる。その後、基板１０及び基板２０をダイシング等によって個片化する。

［実施例１の変形例］
図６は、実施例１の変形例に係る弾性波デバイスの断面図である。図６のように、実施例１の変形例の弾性波デバイス１１０では、基板１０と基板２０の間に中間シールド層７５が設けられている。中間シールド層７５は、環状金属層６０に接触していて、これによりグランド用の端子４５に電気的に接続されている。中間シールド層７５には開口７６が設けられている。ピラー６１は、開口７６を通過し、中間シールド層７５には接触していない。ピラー６１と中間シールド層７５の間は空隙となっている。なお、図６には図示されていないが、中間シールド層７５にはピラー６２が通過する開口も設けられている。また、ピラー６３は中間シールド層７５に接触している。中間シールド層７５は、例えば銅層、金層、銀層、タングステン層、又はアルミニウム層等の導電性金属層、及び／又は、鉄層、ニッケル層、又は鉄－ニッケル合金層等の磁性体金属層、を含む金属層である。中間シールド層７５の厚さは例えば０．０１μｍ～１０μｍ程度である。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。

実施例１の変形例の弾性波デバイス１１０は、実施例１の図５（ｂ）で説明した環状金属層６０及びピラー６１～６３の接合において、中間シールド層７５が取り付けられた環状金属層６０及びピラー６１～６３を接合すること以外は、実施例１と同じ方法で形成される。

［比較例］
図７（ａ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図７（ｂ）は、比較例１における基板の平面図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）のように、比較例１の弾性波デバイス５００では、圧電層１２上に送信フィルタ１８を形成する複数の弾性波素子１５と受信フィルタ２８を形成する複数の弾性波素子２５が設けられている。すなわち、比較例１の弾性波デバイス５００では、基板１０上に基板２０は搭載されてなく、このため、ピラーは設けられていない。基板１０の上面１３に弾性波素子１５及び２５を囲んで環状金属層６０が設けられている。環状金属層６０上に、弾性波素子１５及び２５との間に空間８３を有してリッド６５が設けられている。弾性波素子１５及び２５は、環状金属層６０とリッド６５によって空間８３内に気密封止されている。基板１０内には端子シールド層７０は設けられていない。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

図８（ａ）は、比較例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、比較例２における基板の平面図である。図８（ｃ）は、図８（ｂ）との対応を分かり易くするために、基板２０の上から透視した平面図となっている。図８（ａ）から図８（ｃ）のように、比較例２の弾性波デバイス６００では、基板１０内に端子シールド層７０が設けられていない。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

比較例１の弾性波デバイス５００では、基板１０上に送信フィルタ１８と受信フィルタ２８が横に並んで設けられている。このため、弾性波デバイス５００が大型化してしまう。一方、比較例２の弾性波デバイス６００では、送信フィルタ１８が設けられた基板１０上に、受信フィルタ２８が設けられた基板２０が搭載されている。このため、弾性波デバイス６００の大型化が抑制される。しかしながら、比較例１の弾性波デバイス５００では、送信フィルタ１８と受信用の端子４１との間の距離Ｌを長く確保できていたのに対し、比較例２の弾性波デバイス６００では、送信フィルタ１８と受信用の端子４１との間の距離Ｌが短くなってしまう。このため、アイソレーション特性が悪くなってしまう。

［シミュレーション］
実施例１、実施例１の変形例、比較例２、及び比較例３の弾性波デバイスのアイソレーションのシミュレーションを行った。実施例１の弾性波デバイスは、図１及び図３（ａ）から図３（ｃ）に示した構造とした。実施例１の変形例の弾性波デバイスは、図６に示した構造とした。比較例２の弾性波デバイスは、図８（ａ）から図８（ｃ）に示した構造とした。比較例３の弾性波デバイスは、図８（ａ）から図８（ｃ）に示した構造に対して更に基板１０と基板２０の間に中間シールド層７５が設けられた構造とした。

シミュレーションは、送信フィルタ１８の送信帯域が２５００ＭＨｚ～２５７０ＭＨｚで、受信フィルタ２８の受信帯域が２６２０ＭＨｚ～２６９０ＭＨｚであるバンド７に対して行った。また、支持基板１１及び２１はサファイア基板とし、圧電層１２及び２２は４２°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層とした。端子シールド層７０及び中間シールド層７５は厚さが２μｍの銅層とした。実施例１及びその変形例において、基板１０と端子シールド層７０の合計厚さＴ１（図１及び図６参照）を５２μｍとした。比較例２及び比較例３において、基板１０の厚さＴ２（図８（ａ）参照）を５０μｍとした。

図９（ａ）は、実施例１及び比較例２の弾性波デバイスのアイソレーション特性を示す図、図９（ｂ）は、実施例１の変形例及び比較例３の弾性波デバイスのアイソレーション特性を示す図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）の横軸は周波数［ＭＨｚ］であり、縦軸は減衰量［ｄＢ］である。減衰量は、受信用の端子４１への送信信号の漏れを示している。減衰量の絶対値が大きいとアイソレーションが高く、減衰量の絶対値が小さいとアイソレーションが低い。

図９（ａ）のように、送信帯域２５００ＭＨｚ～２５７０ＭＨｚ及び受信帯域２６２０ＭＨｚ～２６９０ＭＨｚにおいて、実施例１は、比較例２に比べて、アイソレーション特性が改善している。これは、実施例１は基板１０内に端子シールド層７０が設けられているのに対し、比較例２は端子シールド層７０が設けられていないためと考えられる。すなわち、実施例１では、基板１０内に設けられた端子シールド層７０によって送信フィルタ１８の電磁波が遮蔽され、電磁波による発生電流は端子シールド層７０に接続されたグランドに流れる。このため、送信フィルタ１８と受信用の端子４１との電磁界結合が抑制され、アイソレーション特性が改善したと考えられる。端子シールド層７０が送信フィルタ１８と受信用の端子４１との間に設けられることで、例えば端子シールド層７０が受信用の端子４１と同一面に設けられる場合に比べて、平面視における端子シールド層７０の大きさを大きくできる。よって、端子シールド層７０によって送信フィルタ１８の電磁波を効果的に遮蔽できる。

図９（ｂ）のように、送信帯域２５００ＭＨｚ～２５７０ＭＨｚ及び受信帯域２６２０ＭＨｚ～２６９０ＭＨｚにおいて、実施例１の変形例は、比較例３に比べて、アイソレーション特性が改善している。これは、上述した理由と同じで、実施例１の変形例では、基板１０内に設けられた端子シールド層７０によって送信フィルタ１８の電磁波が遮蔽されたためと考えられる。

図９（ａ）及び図９（ｂ）のように、送信帯域２５００ＭＨｚ～２５７０ＭＨｚ及び受信帯域２６２０ＭＨｚ～２６９０ＭＨｚにおいて、実施例１の変形例は、実施例１に比べて、アイソレーション特性が改善している。これは、実施例１の変形例では、基板１０と基板２０の間に中間シールド層７５が設けられているため、中間シールド層７５によって送信フィルタ１８の電磁波が遮蔽されて、送信フィルタ１８と受信フィルタ２８との電磁界結合が抑制されたためと考えられる。

表１に、実施例１、実施例１の変形例、比較例２、及び比較例３の弾性波デバイスの送信帯域である２５００ＭＨｚでの減衰量及び受信帯域である２６９０ＭＨｚでの減衰量を示す。

表１のように、基板１０内に設けられた端子シールド層７０は、送信帯域に対するアイソレーション特性の改善効果が大きいことが分かる。基板１０と基板２０の間に設けられた中間シールド層７５は、受信帯域に対するアイソレーション特性の改善効果が大きいことが分かる。

実施例１及びその変形例によれば、弾性波素子１５が設けられた基板１０上に、弾性波素子２５が設けられた基板２０が弾性波素子１５上に位置して搭載されている。これにより、弾性波デバイスの大型化を抑制できる。このような構造では、基板１０の下面１４に設けられて弾性波素子２５に電気的に接続された受信用の端子４１（信号端子）と、弾性波素子１５と、の間の距離が短くなるため、アイソレーション特性の劣化が懸念される。しかしながら、実施例１及びその変形例では、基板１０内に受信用の端子４１と弾性波素子１５との間に位置してグランドに接続される端子シールド層７０（金属層）が設けられている。このため、弾性波素子１５の電磁波が端子シールド層７０によって遮蔽され、アイソレーション特性の劣化を抑制できる。端子シールド層７０が受信用の端子４１と弾性波素子１５との間に設けられているとは、端子シールド層７０が、受信用の端子４１と、受信用の端子４１に最も近い弾性波素子１５の弾性波励振領域と、の最短距離部分に少なくとも位置して、受信用の端子４１と弾性波素子１５との間に設けられていることをいう。

図３（ａ）のように、平面視において弾性波素子１５と受信用の端子４１が重なっている場合にはアイソレーション特性が劣化し易い。したがって、このような場合には、アイソレーション特性の劣化を抑制するために、端子シールド層７０は平面視において弾性波素子１５と受信用の端子４１とが重なった領域全体に少なくとも設けられることが好ましい。

図３（ａ）及び図３（ｂ）のように、弾性波デバイスの小型化のためには、弾性波素子１５と弾性波素子２５とは平面視において重なっている場合が好ましいが、このような構造では、弾性波素子１５と受信用の端子４１との間の距離が短くなり易い。したがって、平面視において弾性波素子１５と弾性波素子２５が重なっている場合には、アイソレーション特性の劣化を抑制するために、弾性波素子１５と受信用の端子４１との間に端子シールド層７０を設けることが好ましい。

図３（ｃ）のように、端子シールド層７０は、信号端子に接続するビア配線５０～５２が通過する開口７１～７３を有することが好ましい。これにより、ビア配線５０～５２と端子シールド層７０が接触することを抑制しつつ、平面視における端子シールド層７０の大きさを大きくできる。このため、弾性波素子１５の電磁波を端子シールド層７０によって効果的に遮蔽できる。

弾性波素子１５の電磁波を効果的に遮蔽するために、端子シールド層７０は、平面視において基板１０の半分以上の領域に設けられることが好ましく、基板１０の３／４以上の領域に設けられることがより好ましく、ビア配線５０～５２が貫通する開口７１～７３を除いて基板１０の全面に設けられることが更に好ましい。

図３（ｃ）のように、端子シールド層７０は、グランド用の端子４３～４５に接続するビア配線５３～５５に接触することが好ましい。これにより、端子シールド層７０を容易にグランドに接続させることができる。

図６のように、アイソレーション特性の劣化を抑制するために、弾性波素子１５と弾性波素子２５の間に、グランドに接続される中間シールド層７５が設けられる場合が好ましい。この場合、中間シールド層７５は、信号用のピラー６１が通過する開口７６及び信号用のピラー６２が通過する開口（不図示）を有する場合が好ましい。これにより、平面視における中間シールド層７５の大きさを大きくできるため、弾性波素子１５の電磁波を中間シールド層７５によって効果的に遮蔽できる。中間シールド層７５は環状金属層６０に接触することが好ましい。これにより、中間シールド層７５を容易にグランドに接続させることができる。

端子シールド層７０の開口７１～７３は、弾性波素子１５の電磁波を端子シールド層７０によって遮蔽するために、小さい場合が好ましい。例えば、ビア配線５０～５０の開口７１～７３を通過する際における直径がＸμｍである場合、開口７１～７３の直径は、（Ｘ＋２）μｍ～（Ｘ＋２０）μｍの範囲内であることが好ましく、（Ｘ＋２）μｍ～（Ｘ＋１５）μｍの範囲内にあることがより好ましく、（Ｘ＋２）μｍ～（Ｘ＋１０）μｍの範囲内にあることが更に好ましい。端子シールド層７０の厚さは、遮蔽する電磁波の表皮深さ以上である場合が好ましい。中間シールド層７５においても同様である。

図１０は、実施例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図１０のように、実施例２の弾性波デバイス２００では、基板１０ａは、圧電層１２と支持基板１１とレジスト膜８０とを含む。端子シールド層７０は、支持基板１１の下面にレジスト膜８０で覆われて設けられている。端子４０～４５（図１０では端子４１と４５のみを図示）は、レジスト膜８０の下面に設けられている。したがって、端子シールド層７０と端子４０～４５との間にはレジスト膜８０が設けられている。レジスト膜８０は例えばソルダーレジストである。このように、基板１０ａは、端子シールド層７０が設けられる絶縁部材で形成されている。

基板１０ａ上に基板２０がバンプ６７によって搭載されている。基板２０に設けられた複数の弾性波素子２５で構成される受信フィルタ２８は、配線２６、バンプ６７、及びビア配線５１を介して受信用の端子４１に電気的に接続されている。バンプ６７は、基板１０ａの上面１３に設けられた金属層１７と基板２０の下面２４に設けられた配線２６に接合している。バンプ６７は、例えば金バンプ、銅バンプ、又ははんだバンプである。図示は省略するが、受信フィルタ２８は、同様にバンプ及びビア配線を介して共通の端子及びグランド用の端子に電気的に接続されている。

基板１０ａの上面１３に弾性波素子１５及び２５を囲んで環状金属層６４が設けられている。環状金属層６４は、基板１０ａよりも外形が小さい基板２０の側面に接し、基板１０ａの上面１３に設けられた金属層１７に接合されている。環状金属層６４は例えばはんだで形成されている。基板２０の上面２３上及び環状金属層６４上にリッド６５が設けられている。リッド６５は、例えば金属板又は絶縁板である。リッド６５及び環状金属層６４を覆って保護膜６６が設けられている。保護膜６６は、例えば金属膜又は絶縁膜である。弾性波素子１５及び２５は、環状金属層６４及びリッド６５によって基板１０ａと基板２０の間に形成された空間８４内に気密封止されている。バンプ６７は空間８４内に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

実施例２の弾性波デバイス２００においても、基板１０ａ内に弾性波素子１５と受信用の端子４１との間に位置して端子シールド層７０が設けられているため、弾性波素子１５の電磁波は端子シールド層７０によって遮蔽され、アイソレーション特性の劣化を抑制できる。実施例２の弾性波デバイス２００は比較的簡便なプロセスによって製造できる。

図１１は、実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図１１のように、実施例３の弾性波デバイス３００では、基板１０ｂは、圧電層１２と支持基板１１と絶縁膜８１とを含む。端子シールド層７０は、支持基板１１の下面に絶縁膜８１で覆われて設けられている。端子４０～４５（図１１では端子４１と４５のみを図示）は、絶縁膜８１の下面に設けられている。したがって、端子シールド層７０と端子４０～４５との間には絶縁膜８１が設けられている。端子４０～４５はＢＧＡ（Ball Grid Array）である。このように、基板１０ｂは、端子シールド層７０が設けられる絶縁部材で形成されている。

弾性波素子１５と弾性波素子２５は対向していない。すなわち、圧電層２２は支持基板２１の基板１０ｂとは反対側の面に設けられ、弾性波素子２５は基板２０の上面２３に設けられている。複数の弾性波素子２５で構成される受信フィルタ２８は、基板２０を貫通するビア配線９１とピラー６１とビア配線５１とを介して受信用の端子４１に電気的に接続されている。図示は省略するが、受信フィルタ２８は、同様に、基板２０を貫通するビア配線とピラーと基板１０を貫通するビア配線を介して共通の端子及びグランド用の端子に電気的に接続されている。

基板１０と基板２０の間に弾性波素子１５を囲んで環状金属層６０が設けられている。弾性波素子１５は、環状金属層６０によって基板１０と基板２０との間に形成された空間８５内に気密封止されている。基板２０の上面２３に弾性波素子２５を囲んで環状金属層６０が設けられている。環状金属層６０上にリッド６５が設けられている。弾性波素子２５は、環状金属層６０とリッド６５によって基板２０とリッド６５との間に形成された空間８６内に気密封止されている。

基板２０の下面２４に中間シールド層７５が設けられていてもよい。中間シールド層７５は、環状金属層６０に接触することで、グランド用の端子４５に電気的に接続されていてもよい。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。

実施例３の弾性波デバイス３００においても、基板１０内に弾性波素子１５と受信用の端子４１との間に位置して端子シールド層７０が設けられているため、弾性波素子１５の電磁波が端子シールド層７０によって遮蔽され、アイソレーション特性の劣化を抑制できる。

支持基板１１及び２１とリッド６５を全て同一部材の基板（例えばサファイア基板）に揃え、環状金属層６０とピラー６１～６３を柔らかい金属層（例えば金層）を主とすることで、積層構造の信頼性を向上させることができる。絶縁膜８１の表面上に設ける端子をＢＧＡとすることで、スタンドオフを確保し実装信頼性を向上させることができる。端子シールド層７０に複数のグランド用の端子４５が接続されることで、アイソレーション特性を安定させることができる。

実施例１及び実施例２のように、弾性波素子１５と弾性波素子２５は基板１０、１０ａと基板２０の間の空間８２、８４に露出して向かい合い、弾性波素子２５はピラー６１又はバンプ６７を介して受信用の端子４１に電気的に接続される場合でもよい。実施例３のように、弾性波素子１５は基板１０ｂと基板２０の間の空間８５に露出し、弾性波素子２５は基板２０の上面２３に設けられ、ビア配線９１とピラー６１を介して受信用の端子４１に電気的に接続される場合でもよい。

図１２（ａ）は、実施例４に係る弾性波デバイスの断面図、図１２（ｂ）は、実施例４における弾性波素子の断面図である。図１２（ｂ）では、弾性波素子１５ａを例に示すが、弾性波素子２５ａについても同じである。図１２（ａ）のように、基板１０ｃの上面１３に弾性波素子１５ａが設けられ、基板２０ａの下面２４に弾性波素子２５ａが設けられている。図１２（ｂ）のように、弾性波素子１５ａは、基板１０ｃ上に下部電極３５と圧電膜３６と上部電極３７が設けられ、下部電極３５と上部電極３７とで圧電膜３６を挟んだ圧電薄膜共振器である。下部電極３５と基板１０ｃとの間には空間３８が形成されている。下部電極３５及び上部電極３７は、圧電膜３６内に厚み縦振動モードの弾性波を励振する。このように、弾性波素子は弾性波を励振する。下部電極３５及び上部電極３７は、例えばルテニウム等の金属膜である。圧電膜３６は、例えば窒化アルミニウム膜である。基板１０ｃは、例えば酸化シリコン基板等の絶縁基板である。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。

実施例１から実施例３では、弾性波素子１５及び２５が弾性表面波共振器である場合を例に示したが、実施例４のように、弾性波素子１５ａ及び２５ａは圧電薄膜共振器である場合でもよい。また、基板１０～１０ｃに設けられた弾性波素子及び基板２０に設けられた弾性波素子の一方が弾性表面波共振器で、他方が圧電薄膜共振器である場合でもよい。

実施例１から実施例３では、基板１０～１０ｃに設けられる複数の弾性波素子１５、１５ａによって送信フィルタ１８が構成され、基板２０、２０ａに設けられる複数の弾性波素子２５、２５ａによって受信フィルタ２８が構成されている場合を例に示したが、この場合に限られない。例えば、弾性波素子１５、１５ａによって受信フィルタが構成され、弾性波素子２５、２５ａによって送信フィルタが構成される場合でもよい。また、他バンド同時動作の通過帯域が異なる２つの送信フィルタの一方が弾性波素子１５、１５ａによって構成され、他方が弾性波素子２５、２５ａによって構成される場合でもよいし、他バンド同時動作の通過帯域が異なる２つの受信フィルタの一方が弾性波素子１５、１５ａによって構成され、他方が弾性波素子２５、２５ａによって構成される場合でもよい。また、送信フィルタ１８と受信フィルタ２８を含んでマルチプレクサが構成されてもよい。

以上、本願発明の実施形態について詳述したが、本願発明はかかる特定の実施形態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願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。

１０～１０ｃ 基板
１１～１１ｂ 支持基板
１２ 圧電層
１３ 上面
１４ 下面
１５、１５ａ 弾性波素子
１６ 配線
１７ 金属層
１８ 送信フィルタ
２０、２０ａ 基板
２１ 支持基板
２２ 圧電層
２３ 上面
２４ 下面
２５、２５ａ 弾性波素子
２６ 配線
２７ 金属層
２８ 受信フィルタ
４０～４５ 端子
５０～５５ ビア配線
６０ 環状金属層
６１～６３ ピラー
６４ 環状金属層
６５ リッド
６６ 保護膜
６７ バンプ
７０ 端子シールド層
７１～７３ 開口
７４ 絶縁部材
７５ 中間シールド層
７６ 開口
８０ レジスト膜
８１ 絶縁膜
８２～８６ 空間
１００、１１０、２００、３００、５００、６００ 弾性波デバイス

Claims (12)

1. 第１基板と、
   前記第１基板の第１面に設けられる第１弾性波素子と、
   前記第１基板の前記第１面に、前記第１弾性波素子上に位置して搭載される第２基板と、
   前記第２基板に設けられる第２弾性波素子と、
   前記第１基板の前記第１面とは反対の第２面に設けられ、前記第２弾性波素子に電気的に接続される信号端子と、
   前記第１基板内に前記第１弾性波素子と前記信号端子との間に位置して設けられ、グランドに接続される金属層と、を備える弾性波デバイス。
2. 平面視において前記第１弾性波素子と前記信号端子とは重なっていて、
   前記金属層は、平面視において前記第１弾性波素子と前記信号端子とが重なった領域全体に少なくとも設けられる、請求項１に記載の弾性波デバイス。
3. 前記第１基板に設けられ、前記第２弾性波素子と前記信号端子とを電気的に接続させる第１ビア配線を備え、
   前記金属層は、開口を有し、
   前記第１ビア配線は、前記金属層の前記開口を通過する、請求項１または２に記載の弾性波デバイス。
4. 前記金属層は、平面視において前記第１基板の半分以上に設けられている、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。
5. 前記第１基板の前記第２面に設けられるグランド端子と、
   前記第１基板に設けられ、前記グランド端子に電気的に接続される第２ビア配線と、を備え、
   前記金属層は、前記第２ビア配線に接触している、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。
6. 前記第１基板は、支持基板と前記支持基板上に設けられる圧電層とを含み、
   前記第１弾性波素子は、前記圧電層上に設けられる櫛型電極を含む弾性波共振器であり、
   前記金属層は、前記支持基板内に設けられる、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。
7. 前記第１弾性波素子は、圧電膜と前記圧電膜を挟む下部電極及び上部電極とを含む圧電薄膜共振器である、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。
8. 前記第１基板と前記第２基板の間に設けられるピラー又はバンプを備え、
   前記第１弾性波素子と前記第２弾性波素子は、前記第１基板と前記第２基板の間の空間に露出して互いに向かい合い、
   前記第２弾性波素子は、前記ピラー又はバンプを介して前記信号端子に電気的に接続される、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。
9. 前記第１基板と前記第２基板との間に設けられるピラーと、
   前記第２基板に設けられる第３ビア配線と、を備え、
   前記第１弾性波素子は、前記第１基板と前記第２基板の間の空間に露出し、
   前記第２弾性波素子は、前記第２基板の前記第１基板とは反対の第３面に設けられ、前記第３ビア配線と前記ピラーを介して前記信号端子に電気的に接続される、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。
10. 前記第１基板に設けられる複数の前記第１弾性波素子によって第１弾性波フィルタが構成され、
    前記第２基板に設けられる複数の前記第２弾性波素子によって、前記第１弾性波フィルタとは通過帯域が異なる第２弾性波フィルタが構成される、請求項１から９のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
11. 前記第１基板の前記第２面に、共通端子と第１端子と第２端子を含む複数の前記信号端子が設けられ、
    前記第１弾性波フィルタは、前記共通端子と前記第１端子との間に電気的に接続され、
    前記第２弾性波フィルタは、前記共通端子と前記第２端子との間に電気的に接続され、
    前記金属層は、前記第１弾性波フィルタと前記第２端子との間に設けられる、請求項１０に記載の弾性波デバイス。
12. 前記第１弾性波フィルタと前記第２弾性波フィルタを含んでマルチプレクサが構成される、請求項１０または１１に記載の弾性波デバイス。
    

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