JP2024023057A - 弾性波デバイス - Google Patents

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博文 中村
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Abstract

Figure 2024023057000001
【課題】弾性波デバイスを構成するカバー層がモジュール基板に封止樹脂層を形成させる際にデバイスチップ側に接触してしまう事態を可及的に防止する。
【解決手段】デバイスチップ2と、前記デバイスチップ2の一面2aに形成された共振器7と、前記一面において前記共振器7を囲うように形成された支持層3と、前記支持層3上に形成されて前記デバイスチップ2と前記支持層3と共働して前記共振器7を気密封止するキャビティ5を形成するカバー層4とを備えると共に、少なくとも一つの前記キャビティ5上にある前記カバー層4を、前記共振器7の形成側を湾曲内側とするように湾曲させてなる。
【選択図】図2

Description

この発明は、モバイル通信機器などにおいて周波数フィルタなどとして使用するのに適した弾性波デバイスの改良に関する。
モバイル通信機器などにおいて周波数フィルタなどとして用いられる弾性波デバイスDとして図9に示されるものがある。図9中、符号100はデバイスチップ、符号101はデバイスチップ100の一面に形成された共振器101、符号102はデバイスチップ100に形成された合成樹脂製の支持層、符号103は支持層102上に形成されて前記共振器101を気密封止するキャビティ104(内部空間、中空構造部)を形成する合成樹脂製のカバー層、符号105は前記共振器101を含むデバイスチップ100に形成された回路に電気的に接続されたバンプである。
かかる弾性波デバイスDは前記バンプ105を利用して、他の電子デバイスと一緒にモジュール基板Maに実装されてモジュールMを構成する。バンプ105は典型的にはモジュール基板Ma側に形成された電極に超音波接合などにより接合され、この接合後、弾性波デバイスDはモジュール基板Ma上に形成される封止樹脂層Mbによって封止される。弾性波デバイスDとモジュール基板Maとの間にはバンプ105による隙間Sが形成されることから、この封止樹脂層Maは弾性波デバイスDのカバー層103とモジュール基板Maとの間にも入り込む。このため、かかる封止樹脂層Mbの形成時にカバー層103にはこのカバー層103とデバイスチップ100との間の距離を狭める向きの力が少なからず作用される。かかる力の作用によりキャビティ104内でカバー層103がデバイスチップ100側に接触してしまうと弾性波デバイスDの機能が阻害されることとなる。
この発明が解決しようとする主たる問題点は、この種の弾性波デバイスに対し、これを構成するカバー層がモジュール基板に弾性波デバイスを実装した後このモジュール基板に封止樹脂層を形成させる際に作用される前記力によりデバイスチップの一面あるいは共振器に接触してしまう事態を可及的に防止する機能を、弾性波デバイスの構造及びその製造工程を複雑化することなく備えさせる点にある。
前記課題を達成するために、この発明にあっては、弾性波デバイスを、
デバイスチップと、
前記デバイスチップの一面に形成された共振器と、
前記一面において前記共振器を囲うように形成された支持層と、
前記支持層上に形成されて前記デバイスチップと前記支持層と共働して前記共振器を気密封止するキャビティを形成するカバー層とを備えると共に、
少なくとも一つの前記キャビティ上にある前記カバー層を、前記共振器の形成側を湾曲内側とするように湾曲させてなる、ものとした。
前記キャビティを複数備えると共に、各前記キャビティにおいて、前記カバー層を前記デバイスチップの前記一面側を湾曲内側とするように湾曲させるようにすることが、この発明の態様の一つとされる。
また、前記キャビティを複数備えると共に、
複数の前記キャビティの少なくとも一つは、前記キャビティを構成する向き合った前記支持層間の距離を前記デバイスチップの前記一面に直交する向きの前記支持層の厚さの6倍~15倍以上とする大部屋キャビティとなっており、
複数の前記キャビティの少なくとも一つは、前記キャビティを構成する向き合った前記支持層間の距離を前記支持層の前記厚さの6倍未満とする小部屋キャビティとなっており、
前記大部屋キャビティにおいては、前記カバー層を前記共振器の形成側を湾曲内側とするように湾曲させるようにすることが、この発明の態様の一つとされる。
また、前記カバー層を、厚さを15~35μmとした熱硬化性樹脂製の面状材から構成させるようにすることが、この発明の態様の一つとされる。
この発明にかかる弾性波デバイスにあっては、カバー層が前記のように予め湾曲していることから、カバー層はモジュール基板に弾性波デバイスを実装した後このモジュール基板に封止樹脂層を形成させる際にカバー層に作用されるデバイスチップの一面側に向けた力に抗しやすく、また、変形してもデバイスチップの一面あるいは共振器に接触するに至るまでの変位を生じないようにすることができる。また、このような機能を、弾性波デバイスに対し、その構造及び製造工程を複雑化することなく、備えさせることができる。また、これにより、本弾性波デバイスを含んで構成されるモジュールの歩留まりを向上させることができる。
図1は、この発明の一実施の形態にかかる弾性波デバイスの平面構成図である。 図2は、前記弾性波デバイスの断面構成図であり、図1におけるA-A線位置で断面にして示している。 図3は、前記弾性波デバイスの断面構成図であり、図1におけるB-B線位置で断面にして示している。 図4は、前記弾性波デバイスの断面構成図であり、図1におけるC-C線位置で断面にして示している。 図5は、前記弾性波デバイスのデバイスチップに形成される共振器の一例を示した構成図である。 図6は、前記弾性波デバイスのデバイスチップに形成される回路の一例を示した構成図である。 図7は、前記弾性波デバイスの製造工程の各ステップを示した要部断面構成図であり、a図、b図、c図、d図、e図、f図、g図、h図の順で進行する。 図8は、前記弾性波デバイスを含んで構成されるモジュールの要部断面構成図である。 図9は、従来の弾性波デバイスを含んで構成されるモジュールの一例を示した断面構成図である。
以下、図1~図8に基づいて、この発明の典型的な実施の形態について、説明する。この実施の形態にかかる弾性波デバイス1は、モバイル通信機器などにおいて周波数フィルタなどとして使用するのに適したものである。
かかる弾性波デバイス1は、
デバイスチップ2と、
前記デバイスチップ2の一面2aに形成された共振器7と、
前記一面2aにおいて前記共振器7を囲うように形成された支持層3(ウオール)と、
前記支持層3上に形成されて前記デバイスチップ2と前記支持層3と共働して前記共振器7を気密封止するキャビティ5(内部空間、中空構造部)を形成するカバー層4(ルーフ)とを備えたものとなっている。
典型的には、前記デバイスチップ2は、一辺を0.5ないし1mmとし、厚さを0.15ないし0.2mmとする四角形の板状をなすように構成される。
また、典型的には、支持層3は、前記デバイスチップ2の一面2aに直交する向きの厚さ3c(デバイスチップ2の一面2aを基準とした支持層3の高さ)を10~30μmとするように構成される。
また、典型的には、カバー層4は、厚さ4fを15~35μmとするように構成される。
これらから構成される弾性波デバイス1は、バンプ高さを含め、典型的には、厚さを0.25ないし0.35mm程度とする。
弾性波デバイスの平面構造を図1に示す。図中符号7は共振器、符号5はキャビティ、符号9はバンプ、符号4はカバー層、符号6はキャビティ5の形成領域外において支持層3及びカバー層4を貫通する貫通穴である。
デバイスチップ2の一面2a上には複数の共振器7が形成されている。デバイスチップ2の一面2aにおける各共振器7の形成領域はそれぞれ、支持層3で囲繞されると共に、この支持層3上に形成されるカバー層4で蓋がされた形態となっており、これにより弾性波デバイスは複数の前記キャビティ5を備えたものとなっている。
弾性波デバイスの断面構造を図2に示す。図中符号2bはバンプパッド(電極パッド)である。バンプパッド2bはデバイスチップ2に形成された前記共振器7を含む回路の配線に接続されている。バンプパッド2bは貫通穴6内にある。この貫通穴6を利用して金などの導電性金属からなるバンプ9が形成されている。
デバイスチップ2は、弾性波を伝搬させる機能を持つ。デバイスチップ2には、典型的には、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムが用いられ、また、デバイスチップ2は、これらにサファイア、シリコン、アルミナ、スピネル、水晶またはガラスなどを積層させて、構成される場合もある。
図5に共振器7の一例を示す。共振器7はIDT電極7cと、IDT電極7cを挟むようにして形成される反射器7dとを有する。IDT電極7cは、電極対からなり、各電極対は弾性波の伝搬方向xに長さ方向を交叉させるように平行配列された複数の電極指7e同士をこれらの一端側においてバスバー7fで接続させてなる。反射器7dは、弾性波の伝搬方向xに長さ方向を交叉させるように平行配列された複数の電極指7eの端部間をバスバー7fで接続させてなる。
かかる共振器7は、典型的には、フォトリソグラフィ技術により形成された導電性金属膜によって構成される。
図6に一つのデバイスチップ2上に備えられる回路の一例の概念を示す。符号7aは入出力ポート間に直列に接続された共振器、符号7bは入出力ポート間に並列に接続された共振器、符号8はグランドを示す。共振器7の数や配置は必要に応じて変更される。すなわち、図6の回路によってラダー型フィルタが構成されるようになっている。
この実施の形態にかかる弾性波デバイスにおいては、少なくとも一つの前記キャビティ5上にある前記カバー層4を、前記共振器7の形成側を湾曲内側とするように湾曲させている。
図示の例では、前記カバー層4は、四角形の輪郭を持ったデバイスチップ2の任意の一辺に平行となる向きで弾性波デバイス1を破断した状態(例えば図1における左右方向に沿って破断した状態/図2)においてキャビティ5の中央側5aに頂部4aを作るように湾曲しており、それと共に、前記一辺に直交する向きで弾性波デバイス1を破断した状態(例えば図1における上下方向に沿って破断した状態/図3、図4)においてもキャビティ5の中央側5aに頂部4aを作るように湾曲している。
より具体的には、一つのキャビティ5のいわば蓋となるカバー層4は、一つのキャビティ5のいわば壁となる支持層3のデバイスチップ2からの突き出し端部3aに対する接合箇所4bからキャビティ5の中央側5aに近づくに連れてデバイスチップ2の一面2aとの間の距離を漸増させるように湾曲されている。すなわち、共振器7上に位置されるカバー層4はキャビティ5の外側、つまり、弾性波デバイスの外側に向けて膨出しており、カバー層4の外面は三次元曲面となっている。
図8に示されるように、多くの場合、弾性波デバイス1は前記バンプ9を利用して、他の電子デバイスと一緒にモジュール基板10aに実装されてモジュール10を構成する。バンプ9は典型的にはモジュール基板10a側に形成された電極10cに超音波接合などにより接合され、この接合後、弾性波デバイス1はモジュール基板10a上に形成される封止樹脂層10bによって封止される。弾性波デバイス1とモジュール基板10aとの間にはバンプ9による隙間S(図8参照)が形成されることから、この封止樹脂層10bは弾性波デバイス1のカバー層4とモジュール基板10aとの間にも入り込む。このため、かかる封止樹脂層10bの形成時にカバー層4にはこのカバー層4とデバイスチップ2の一面2aとの間の距離を狭める向きの力f(図8参照)が少なからず作用される。かかる力fの作用によりキャビティ5内でカバー層4がデバイスチップ2の一面2aあるいは共振器7に接触してしまうと弾性波デバイス1の機能が阻害されることとなる。この実施の形態にかかる弾性波デバイス1にあっては、カバー層4が前記のように予め湾曲していることから、カバー層4は前記力fに抗しやすく、また、変形してもデバイスチップ2の一面2aあるいは共振器7に接触するに至るまでの変位を生じないようにすることができる。これにより、本弾性波デバイス1を含んで構成されるモジュール10の歩留まりを向上させることができる。
図示の例では、弾性波デバイス1は、前記キャビティ5を複数備えると共に、各前記キャビティ5において、前記カバー層4を前記デバイスチップ2の前記一面2a側を湾曲内側とするように湾曲させている。このようにすれば複数のキャビティ5のそれぞれにおいて前記力fに起因したカバー層4の変形の抑止を図ることが可能となる。
また、図示の例では、弾性波デバイス1は、前記キャビティ5を複数備えると共に、複数の前記キャビティ5の少なくとも一つは、前記キャビティ5を構成する向き合った前記支持層3間の距離3bを前記デバイスチップ2の前記一面2aに直交する向きの前記支持層3の厚さ3cの6倍~15倍以上とする大部屋キャビティ5となっている(図3参照)。それと共に、複数の前記キャビティ5の少なくとも一つは、前記キャビティ5を構成する向き合った前記支持層3間の距離3bを前記支持層3の前記厚さ3cの6倍未満とする小部屋キャビティ5となっている(図4参照)。そして、少なくとも、前記大部屋キャビティ5においては、前記カバー層4を前記共振器7の形成側を湾曲内側とするように湾曲させている。
図示の例では、複数のキャビティ5はそれぞれ、キャビティ5内にひとつづつ共振器7を位置させると共に、弾性波の伝搬方向xにおいて向き合った支持層3間の距離3bを大きくし、この伝搬方向xに直交する向きにおいて向かい合った支持層3間の距離3bを小さくするように構成されており、弾性波デバイス1を平面視した状態において複数のキャビティ5はそれぞれ長さと幅とを持つように構成されている(図1参照)。図示は省略するが、一つのキャビティ5内に二以上の共振器7が位置されるようにする場合もある。
大部屋キャビティ5においては向き合った支持層3間の距離3bが大きいため前記力fによりカバー層4が変形したときの変位量が大きくなる。少なくとも大部屋キャビティ5においてはカバー層4を前記のように湾曲させることで本弾性波デバイス1を含んで構成されるモジュール10の歩留まりを向上させるという本発明の前記目的を全うさせることができる。別の観点から見れば、本発明によれば、前記のような大部屋キャビティ5を弾性波デバイス1に備えさせやすくなる。図示の例では小部屋キャビティ5においてもカバー層4は前記のように湾曲されているが、前記力fの大きさによっては小部屋キャビティ5のカバー層4は平坦、つまり、デバイスチップ2の一面2aに平行をなすように形成されてあっても構わない(平坦とした場合のカバー層4の外形を図4において点線で示す)。
前記カバー層4は、厚さ4fを15~35μmとした熱硬化性樹脂製の面状材4cから構成させることが好ましい。なんとなれば、カバー層4の厚さ4fは15μm未満であるとカバー層4は脆弱となる。一方、カバー層4の厚さ4fが35μm超であると後述するベイク工程においてカバー層4を湾曲変形させ難くするからである。かかる面状材4cとしては常温で一定の粘着力を持ち、かつ、フォトリソグラフィ技術における露光と現像とを通じて不要部分を除去可能な機能を備えたものを用いることが好ましい。
一方、前記支持層3は、デバイスチップ2の一面2a上に形成しやすく、かつ、カバー層4とのなじみの良い合成樹脂から構成することが好ましい。支持層3はデバイスチップ2の一面2aに接合される基部3dとカバー層4に接合される突き出し端部3aとを有し、デバイスチップ2の一面2aに直交する向きにこの一面2aから突き出すように形成されている。支持層3は前記キャビティ5のいわば側部を構成する。
なお、図示の例では、隣り合うキャビティ5間は支持層3によって中実化されている。隣り合うキャビティ5間の距離5dは、前記カバー層4の厚さ4fの同等以上とさせておくことが好ましい。
以上に説明した弾性波デバイス1は、以下のようにすることで、適切且つ合理的に製造し得る。この実施の形態にかかる弾性波デバイス1の製造ステップの要部を図7に示す。なお、図7では便宜上ダイシング前のウエハの一部のみをデバイスチップ2として表している。
先ず、デバイスチップ2の一面2a上に共振器7(図示は省略する。)を形成する(ステップ1/図示は省略する。)。典型的には複数の共振器7を形成する。
次いで、前記デバイスチップ2の一面2a上であって、前記共振器7が形成された領域以外の領域に支持層3を形成する(ステップ2/図示は省略する。)。
次いで、前記支持層3上にカバー層4を形成する(ステップ3/図7(a)~(h))。ステップ3はラミネート工程(ステップ3-1~3-5)と、ベイク工程(ステップ3-6)と、現像工程(ステップ3-7)と、キュア工程(ステップ3-8)とを含む。
ラミネート工程では、温度が摂氏30度~摂氏60度、気圧が0.3MPa以下の環境において前記支持層3上に熱硬化樹脂製の面状材4cを載置する。
先ず、カバー層4となる面状材4cの上面にベースフィルム4dを、下面にカバーフィルム4eを備えた原フィルムを用意する(ステップ3-1/図7(a))。面状材4cとしては熱硬化性樹脂製で、常温で一定の粘着力を持ち、かつ、フォトリソグラフィ技術における露光と現像とを通じて不要部分を除去可能な機能を備えたものを用いる。
次いで、原フィルムからカバーフィルム4eを剥ぎ取る(ステップ3-2/図7(b))。
次いで、面状材4cの下面を共振器7を囲繞するように形成された支持層3の全体に亘ってその突き出し端部3aに粘着させる(ステップ3-3/図7(c))。これにより、共振器7上に仮キャビティ5eが形成される。隣り合うキャビティ5間の距離5dを前記カバー層4の厚さ4fの2倍超とさせておけば、隣り合うキャビティ間を中実化する支持層3の突き出し端部3aとカバー層4との粘着代を大きく確保して、仮キャビティ5eの気密性をベイク工程時も含めて高く維持させることができる。
次いで、面状材4cに露光させる(ステップ3-4/図7(d))。符号10はフォトマスクである。
次いで、面状材4cの上面からベースフィルム4dを剥ぎ取る(ステップ3-5/図7(e))。
ベイク工程においては、前記ラミネート工程を経たワークw(中間生成物)に対し、摂氏100度~摂氏120度により7分間~12分間の加温をなす(ステップ3-6/図7(f))。面状材4cはかかる温度下では可塑性を高め、かつ、硬化はしない構成としておく。このため、前記仮キャビティ5内の気体の体積膨張によって仮キャビティ5を構成する面状体4cの一部としてのカバー層4を図7(g)のように湾曲させることができる。前記大部屋キャビティ5ではカバー層4の変形は大きく、小部屋キャビティ5では小さいか、変形が実際上ないと同視できる場合もある。
次いで、現像により面状材4cから不要部分を除去する(ステップ3-7/図7(g))。
キュア工程は、前記現像を経たワークに対し、摂氏150度~摂氏200度により45分間~90分間の加熱を施す(ステップ3-8/図7(h))。面状材4cはかかる温度下で硬化する構成としておく。これにより、仮キャビティ5eは前記キャビティ5となり、ベイク工程によって形成されたカバー層4の湾曲形状が維持される。
キュア工程後のダイシングにより前記ワークwから複数の弾性波デバイス1が生成される。
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。
1 弾性波デバイス
2 デバイスチップ
2a 一面
2b バンプパッド
3 支持層
3a 突き出し端部
3b 距離
3c 厚さ
3d 基部
4 カバー層
4a 頂部
4b 接合箇所
4c 面状材
4d ベースフィルム
4e カバーフィルム
4f 厚さ
5 キャビティ
5a 中央側
5b 大部屋キャビティ
5c 小部屋キャビティ
5d 距離
5e 仮キャビティ
6 貫通穴
7、7a、7b 共振器
7c IDT電極
7d 反射器
7e 電極指
7f バスバー
8 グランド
9 バンプ
10 モジュール
10a モジュール基板
10b 封止樹脂層
10c 電極
11 フォトマスク
x 伝搬方向
f 力
w ワーク

Claims (4)

  1. デバイスチップと、
    前記デバイスチップの一面に形成された共振器と、
    前記一面において前記共振器を囲うように形成された支持層と、
    前記支持層上に形成されて前記デバイスチップと前記支持層と共働して前記共振器を気密封止するキャビティを形成するカバー層とを備えると共に、
    少なくとも一つの前記キャビティ上にある前記カバー層を、前記共振器の形成側を湾曲内側とするように湾曲させてなる、弾性波デバイス。
  2. 前記キャビティを複数備えると共に、各前記キャビティにおいて、前記カバー層を前記デバイスチップの前記一面側を湾曲内側とするように湾曲させてなる、請求項1に記載の弾性波デバイス。
  3. 前記キャビティを複数備えると共に、
    複数の前記キャビティの少なくとも一つは、前記キャビティを構成する向き合った前記支持層間の距離を前記デバイスチップの前記一面に直交する向きの前記支持層の厚さの6倍~15倍以上とする大部屋キャビティとなっており、
    複数の前記キャビティの少なくとも一つは、前記キャビティを構成する向き合った前記支持層間の距離を前記支持層の前記厚さの6倍未満とする小部屋キャビティとなっており、
    前記大部屋キャビティにおいては、前記カバー層を前記共振器の形成側を湾曲内側とするように湾曲させてなる、請求項1に記載の弾性波デバイス。
  4. 前記カバー層を、厚さを15~35μmとした熱硬化性樹脂製の面状材から構成させてなる、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の弾性波デバイス。
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