JP2022089712A - 弾性表面波デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】ヒロックの発生を十分に抑制し、十分な耐電力を確保した、信頼性の高い弾性表面波デバイスを提供する。【解決手段】 上記課題を解決するための本発明の手段は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成され、互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし型電極であるIDTを有する金属パターンとを備える弾性表面波デバイスであって、前記金属パターンは、第1の金属と第2の金属からなり、前記第2の金属は、前記第1の金属に覆われている、弾性表面波デバイスである。【選択図】図1
Description
本発明は、弾性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)デバイスに関する。
移動体通信端末に代表されるスマートフォンなどでは、年々、高機能化が進んでいる。そのため、使用される電子部品の数は増加する傾向にある。
弾性表面波デバイスの基本構造は、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。IDTは、アルミニウム(Al)等の導電性膜を形成した後、フォトレジストをマスクにしてエッチング処理することにより、形成することができる。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、弾性表面波デバイスでは、耐電力性の高いことが求められることがある。従来用いられてきたアルミニウムによりIDTを形成した場合、パワー印可によるIDTの変位の影響により、マイグレーションが発生する。その結果、IDTが破壊してしまうため、耐電力が小さいという問題があった。
例えば、特許文献1に記載のように、弾性表面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表面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。弾性表面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、抵抗の増大や、酸化防止対策による伝搬特性への影響があり、近時の弾性表面波デバイスの小型化、高周波化の要求に対して、十分な耐電力性をみたすことが困難である。また、ヒロックの発生の抑制も、十分ではない。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ヒロックの発生を十分に抑制し、十分な耐電力を確保した、信頼性の高い弾性表面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、互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし型電極であるIDTを有する金属パターンと
を備える弾性表面波デバイスであって、
前記金属パターンは、第1の金属と第2の金属からなり、
前記第2の金属は、前記第1の金属に覆われている、弾性表面波デバイスとした。
圧電基板と、
前記圧電基板上に形成され、互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし型電極であるIDTを有する金属パターンと
を備える弾性表面波デバイスであって、
前記金属パターンは、第1の金属と第2の金属からなり、
前記第2の金属は、前記第1の金属に覆われている、弾性表面波デバイスとした。
前記第1の金属は、前記第2の金属よりも、線膨張係数が小さい特性を有することが、本発明の一形態とされる。
前記第1の金属は、チタンまたはチタン合金であることが、本発明の一形態とされる。
前記第2の金属は、アルミニウム、銅またはこれらのいずれかを含む合金であることが、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からなる基板であることが、本発明の一形態とされる。
前記圧電基板は、前記金属パターンが形成された面とは反対の主面に、サファイア、シリコン、アルミナ、スピネル、水晶、またはガラスからなる基板が接合されていることが、本発明の一形態とされる。
前記金属パターンは、バンプパッドと、前記IDTと前記バンプパッドを電気的に接続する配線パターンを有することが、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の金属により、凹部形状に、互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし型電極であるIDTを有する金属パターンを形成する工程と、
前記第1の金属の凹部に第2の金属を充填する工程と、
前記第2の金属上に前記第1の金属を形成する工程と
を含む、弾性表面波デバイスの製造方法である。
圧電基板上に、第1の金属により、凹部形状に、互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし型電極であるIDTを有する金属パターンを形成する工程と、
前記第1の金属の凹部に第2の金属を充填する工程と、
前記第2の金属上に前記第1の金属を形成する工程と
を含む、弾性表面波デバイスの製造方法である。
前記圧電基板上に、第1の金属により、凹部形状に、互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし型電極であるIDTを有する金属パターンを形成する工程は、
前記圧電基板上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層をパターニングし、前記圧電基板を部分的に露出させる工程と
を含むことが、本発明の一形態とされる。
前記圧電基板上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層をパターニングし、前記圧電基板を部分的に露出させる工程と
を含むことが、本発明の一形態とされる。
前記圧電基板上に、第1の金属により、凹部形状に、互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし型電極であるIDTを有する金属パターンを形成する工程は、底部と側壁部が一括して形成されることが、本発明の一形態とされる。
前記第1の金属の凹部に第2の金属を充填する工程の後、前記犠牲層が露出するまで、第2の金属を研磨する工程を含むことが、本発明の一形態とされる。
本発明によれば、ヒロックの発生を十分に抑制し、十分な耐電力を確保した、信頼性の高い弾性表面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表面波デバイス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表面波デバイス1は、圧電基板3を有する。
図1は、本実施例にかかる弾性表面波デバイス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表面波デバイス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の厚みは、例えば、20μmとすることができる。
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表面波デバイス1の圧電基板3の一主面上に、金属パターンが形成されている。金属パターンは、互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし型電極であるIDT5を有する。
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。
図1に示すように、IDT5は、第1の金属51と第2の金属52からなる。第2の金属52は、第1の金属51によって、覆われている。IDT5は、本実施形態では、第1の金属として、チタン(Ti)を、第2の金属として、アルミニウム(Al)を、それぞれ用いた。IDT5は、その厚みが、例えば、150nmから400nmの薄膜である。
チタン(Ti)は、線膨張係数が約8.5×10-6/Kである。アルミニウム(Al)は、線膨張係数が約23.9×10-6/Kである。従って、チタン(Ti)のほうが、アルミニウム(Al)よりも、線膨張係数が小さい。
第1の金属51は、例えば、チタン合金、鉄ニッケル合金(インバーを含む)のほか、銀、銅、タングステン、モリブデン、クロム、ジルコニウム、イリジウム、アンチモンなどの適宜の金属(半金属を含む。)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。
第2の金属52は、例えば、アルミニウム合金のほか、銀、銅、鉄、ニッケル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。
本実施例にかかる弾性表面波デバイス1の圧電基板3の一主面上に、金属パターンに含まれる、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、金属パターンに含まれる、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。
図3に示すように、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。
図1に示すように、パターン配線7は、本実施形態では、第1の金属71と第2の金属72からなる。第2の金属72は、第1の金属71によって、覆われている。パターン配線7は、本実施形態では、第1の金属として、チタン(Ti)を、第2の金属として、アルミニウム(Al)を、それぞれ用いた。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。
第1の金属71は、例えば、チタン合金、鉄ニッケル合金(インバーを含む)のほか、銀、銅、タングステン、モリブデン、クロム、ジルコニウム、イリジウム、アンチモンなどの適宜の金属(半金属を含む。)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。
第2の金属72は、例えば、アルミニウム合金のほか、銀、銅、鉄、ニッケル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。
図1に示すように、本実施例にかかる弾性表面波デバイス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(Au)からなる。バンプ9の高さは、例えば、20μmから50μmである。
図1に示すように、本実施例にかかる弾性表面波デバイス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。
図1に示すように、本実施例にかかる弾性表面波デバイス1は、圧電基板3と配線基板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、合成樹脂等の絶縁体により形成してもよく、金属を用いてもよい。金属は、例えば、錫銀半田もしくは金錫半田等のろう材を用いることができる。
合成樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミドなどを用いることができるが、これらに限るものではない。好ましくは、エポキシ樹脂を用い、低温硬化プロセスを用いて封止部13を形成する。
図1に示すように、本実施例にかかる弾性表面波デバイス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。
次に、本発明の別の側面である、弾性表面波デバイス1の製造方法について説明する。
(製造方法1)
図4は、本発明にかかる弾性表面波デバイスの製造方法を説明するための図である。また、図4は、弾性表面波の進行方向における断面を示している。
図4は、本発明にかかる弾性表面波デバイスの製造方法を説明するための図である。また、図4は、弾性表面波の進行方向における断面を示している。
図4(a)から図4(c)は、本実施例にかかる弾性表面波デバイス1の製造方法を示す図である。
以下、図4(a)から図4(c)を用いて、本実施例にかかる弾性表面波デバイス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、パターニングした犠牲層Sを形成する。次に、圧電基板3上および犠牲層S上に、第1の金属M1を成膜する。
犠牲層Sは、例えば、シリコンを用いることができる。犠牲層Sは、例えば、フォトリソグラフィ法により、金属パターンが形成される領域がエッチングされることで、パターニングされる。
第1の金属M1は、例えば、チタン(Ti)を用いることができる。第1の金属M1は、例えば、スパッタリング法により、蒸着され、成膜される。第1の金属M1は、圧電基板3上、ならびに、犠牲層Sの上面および側面上に、連続的に成膜される。すなわち、第1の金属M1は、凹部形状の底部と側壁部が、一括して形成される。第1の金属M1は、例えば、20μm~30μmの厚みとすることができる。
図4(b)に示すように、第2の金属M2を、第1の金属M1の凹部形状部分に充填する。次に、犠牲層Sが露出するまで、第2の金属M2および第1の金属M1を研磨する。研磨は、例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いることができる。
第2の金属M2は、例えば、アルミニウム(Al)を用いることができる。第2の金属M2は、例えば、めっき法により、第1の金属M1の凹部形状部分に充填される。
ここで、第1の金属M1の凹部形状部分に充填されると同時に、犠牲層S上面上に製膜された第1の金属M1上にも第2の金属M2が成膜されるため、第1の金属M1および第2の金属M2を、犠牲層Sの上面が露出するまで、研磨する。
第1の金属M1の凹部形状部分に充填された第2の金属M2は、例えば、300μm~400μmの厚みとすることができる
図4(c)に示すように、第2の金属M2上に、第1の金属M1を形成する。第1の金属M1は、例えば、スパッタリング法により、蒸着され、成膜される。第1の金属M1は、例えば、20μm~30μmの厚みとすることができる。
次いで、図4(c)に示すように、第2の金属M2上以外の領域に形成された第1の金属M1を除去するため、フォトレジストPRを金属パターン上にパターニングする。
次いで、第1の金属M1の凹部形状部分および第2の金属M2上以外の領域に形成された第1の金属M1をエッチングすることで除去する。次いで、フォトレジストPRを除去することで、第2の金属M2が第1の金属M1に覆われている金属パターンを形成することができる。
なお、図4(c)を用いて説明した工程は、フォトレジストを金属パターンの以外の領域にパターニングした後、第1の金属M1の凹部形状部分および第2の金属M2上に、第1の金属M1を形成する手法を用いてもよい。この場合、第1の金属M1の凹部形状部分および第2の金属M2上に、第1の金属M1を形成した後、フォトレジストを除去することで、不要な第1の金属M1はリフトオフされ、図4(c)を用いて説明した工程と同様の第2の金属M2が第1の金属M1に覆われている金属パターンを形成することができる。
次いで、パターン配線のパッド上に、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、個片化することで、弾性表面波デバイス1が得られる。
次に、本発明の効果について、説明する。
図5は、本発明を適用したIDTと、比較例であるIDTの断面図である。図5(a)は、本発明を適用したIDTの断面図である。図5(b)は、本発明と効果を比較するための比較例のIDTの断面図である。本発明を適用したIDTと比較例のIDTの幅は、ともに500nmである。
また、本発明を適用したIDTと比較例のIDTは、ともに圧電基板3に形成されている。また、本発明を適用したIDTと比較例のIDTは、ともに弾性表面波の進行方向における断面において、上下部分に厚み25nmのチタン(Ti)膜が、中央部分に厚み350nmのアルミニウム(Al)が形成されている。
図5(a)に示すように、本発明を適用したIDTは、両側壁部が厚み25nmのチタン(Ti)膜が形成されており、中央部分のアルミニウム(Al)が完全にチタン(Ti)膜に覆われている構成となっている。
図6は、図5(a)を用いて説明した、本発明を適用したIDTに生じる応力を示す図である。
図7は、図5(b)を用いて説明した、比較例のIDTに生じる応力を示す図である。
本発明を適用したIDTと比較例のIDTに、それぞれ同様にパワーを印可し、応力を測定した。その結果、図6および図7に示すように、いずれの構成においても、IDTの下部の端部に最大の応力が発生した。
図6に示すように、本発明を適用したIDTに生じた最大の応力は、1.1e9〔N/m2〕であった。一方で、図7に示すように、比較例のIDTに生じた最大の応力は、1.32e9〔N/m2〕であった。すなわち、比較例のIDTに比べて、本発明を適用したIDTの方が、大幅に応力を抑制することができた。
IDTにかかる応力の影響で、IDTの破壊を招くボイドやヒロック、マイグレーションが発生する。すなわち、IDTにかかる応力を抑制することで、弾性表面波デバイスの耐電力を向上させることができる。
以上説明した本発明の構成によれば、ヒロックの発生を十分に抑制し、十分な耐電力を確保した、信頼性の高い弾性表面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 弾性表面波デバイス
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
51 71 M1 第1の金属
52 72 M2 第2の金属
7 パターン配線
In 入力パッド
Out 出力パッド
GND グランドパッド
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
S 犠牲層
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
51 71 M1 第1の金属
52 72 M2 第2の金属
7 パターン配線
In 入力パッド
Out 出力パッド
GND グランドパッド
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
S 犠牲層
PR フォトレジスト
Claims (11)
- 圧電基板と、
前記圧電基板上に形成され、互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし型電極であるIDTを有する金属パターンと
を備える弾性表面波デバイスであって、
前記金属パターンは、第1の金属と第2の金属からなり、
前記第2の金属は、前記第1の金属に覆われている、弾性表面波デバイス。 - 前記第1の金属は、前記第2の金属よりも、線膨張係数が小さい特性を有する弾性表面波デバイス。
- 前記第1の金属は、チタンまたはチタン合金である請求項1に記載の弾性表面波デバイス。
- 前記第2の金属は、アルミニウム、銅またはこれらのいずれかを含む合金である、請求項1に記載の弾性表面波デバイス。
- 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からなる基板である、請求項1に記載の弾性表面波デバイス。
- 前記圧電基板は、前記金属パターンが形成された面とは反対の主面に、サファイア、シリコン、アルミナ、スピネル、水晶、またはガラスからなる基板が接合されている請求項1に記載の弾性表面波デバイス。
- 前記金属パターンは、バンプパッドと、前記IDTと前記バンプパッドを電気的に接続する配線パターンを有する請求項1に記載の弾性表面波デバイス。
- 圧電基板上に、第1の金属により、凹部形状に、互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし型電極であるIDTを有する金属パターンを形成する工程と、
前記第1の金属の凹部に第2の金属を充填する工程と、
前記第2の金属上に前記第1の金属を形成する工程と
を含む弾性表面波デバイスの製造方法。 - 前記圧電基板上に、第1の金属により、凹部形状に、互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし型電極であるIDTを有する金属パターンを形成する工程は、
前記圧電基板上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層をパターニングし、前記圧電基板を部分的に露出させる工程と
を含む請求項8に記載の弾性表面波デバイスの製造方法。 - 前記圧電基板上に、第1の金属により、凹部形状に、互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし型電極であるIDTを有する金属パターンを形成する工程は、底部と側壁部が一括して形成される、請求項8に記載の弾性表面波デバイスの製造方法。
- 前記第1の金属の凹部に第2の金属を充填する工程の後、前記犠牲層が露出するまで、第2の金属を研磨する工程を含む請求項9に記載の弾性表面波デバイスの製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2020202334A JP2022089712A (ja) | 2020-12-05 | 2020-12-05 | 弾性表面波デバイス |
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- 2020-12-05 JP JP2020202334A patent/JP2022089712A/ja active Pending
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2021
- 2021-07-30 CN CN202110870226.7A patent/CN114598293A/zh active Pending
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