JP3736226B2 - Sawデバイス - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、SAWデバイス及びその製造方法の改良、特に、表面実装することができるSAWデバイス及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図7は従来のSAW(Surface Acoustic Wave:弾性表面波)デバイスの一例を示す構成図であり、図7を参照してSAWデバイス1について説明する。
【0003】
図7のSAWデバイス1は、弾性表面波素子(以下「SAWチップ」という)2、キャップ3、外部電極部4、引き出し電極5等を有している。SAWチップ2は、SAW共振子やSAWフィルタ等であって、たとえば水晶板等からなる圧電基板の表面にすだれ状電極等が形成されている。キャップ3は、弾性表面波素子2を封止するものであって、一端面3a側から他端面3b側にわたって外部電極部4が形成されている。外部電極部4にはSAWチップ2の引き出し電極5が接合されていて、SAWチップ2は、外部電極部4を介して外部と電気的に接続される。
【0004】
また、図8は従来のSAWデバイスの別の一例を示す構成図であり、図8を参照してSAWデバイス6について説明する。
【0005】
図8のSAWデバイス6はSAWチップ7、キャップ8、外部電極部9等を有している。SAWチップ7は、圧電基板にすだれ状電極等が形成されたものであって、表面に半田バンプ7aが形成されている。キャップ8には、スルーホール8aが形成されており、キャップ8の一面8b側からスルーホール8aを通って他面側8cに導電部材からなる外部電極部9が形成されている。そして、一面8b側の外部電極部9には半田バンプ7aが接合されていて、他面8c側の外部電極部9は外部と電気的に接続される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したSAWデバイス1、6には以下の問題がある。
【0007】
まず、SAWチップ2、7を導通させるための外部電極部4、9は、それぞれキャップ3、8に予め形成しておく必要があり、キャップ3、8を製造する際の工程数が多くなり、時間がかかるとともにコストが高くなってしまうという問題がある。
【0008】
また、図7及び図8のSAWデバイス1、6において、SAWチップ2、7の封止工程と外部電極部4、9とSAWチップ2、7の接続工程が同時に行われている。このため、封止を行いながら、かつ、引き出し電極5もしくは半田バンプ7aが正確に外部電極部9上に位置決めされなければならず、SAWデバイス1、6の製造が困難であるという問題がある。
【0009】
さらに、図7のSAWデバイス1においては、キャップ3の側面にも外部電極部4が形成されているため、ウェハ状態で形成されている複数のキャップ3をダイシングしてから、それぞれ外部電極部4を形成する必要がある。このため、短時間で多くのキャップ3を製造することができないという問題がある。
【0010】
また、外部電極4、9は、封止の際の高温に耐えられる材質で形成されなければならないという問題がある。さらにキャップ3に形成された外部電極4、9の一部が剥離し、すだれ状電極をショートさせるという問題がある。
【0011】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解消して、表面実装可能な小型で高精度なSAWデバイス及びその製造方法を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、圧電基板上に形成されたすだれ状電極と、前記すだれ状電極に電気的に接続された引き出し電極を有する弾性表面波素子と、
前記弾性表面波素子を封止するため、前記圧電基板における前記すだれ状電極の形成面上に接着部材を介して接合されていて、前記引き出し電極にあたる部位に切り欠き部が形成されているキャップと、
前記キャップの表面に形成されており、前記引き出し電極と前記切り欠き部を介して電気的に接続されている外部電極部とを備えてなり、
前記圧電基板には、前記接着部材との接合部位に接合電極部が形成され、
前記接合電極部は、電気的に接地されているSAWデバイスであることを特徴とする。
【0013】
請求項1の構成によれば、キャップには弾性表面波素子の引き出し電極を露出するように切り欠き部が形成されている。また、引き出し電極から切り欠き部を介してキャップの表面に外部電極部が形成されている。すなわち、引き出し電極と外部電極部は電気的に接続されている状態となる。従って、SAWデバイスは外部電極部に導電性接着剤やはんだ等を用いて基板に表面実装することが可能となる。
さらに、圧電基板における接着部材との接合部位に接合電極部が形成されていて、この接合電極部が圧電基板と接着部材との接合強度を向上させることが可能となる。
そして、接合電極部が電気的に接地されることで、信号の入出力端子である外部電極間に信号の漏洩経路が形成されるのを防止するとともに、外部からのノイズの影響を抑えることができる。
【0014】
請求項2の発明は、請求項1の構成において、前記切り欠き部は前記キャップの角部に形成されているとともに、前記引き出し電極は前記圧電基板の角部に形成されているSAWデバイスを特徴とする。
【0015】
請求項2の構成によれば、SAWデバイスが熱膨張したときに圧電基板とキャップの接合面における角部の部位に応力が集中する。このとき、角部に切り欠き部を設けることで角部への応力の集中を防止することとなる。
【0016】
請求項3の発明は、請求項1乃至請求項2のいずれかの構成において、前記外部電極部は、導電薄膜によって形成されているSAWデバイスを特徴とする。
【0017】
請求項4の発明は、請求項1乃至請求項2のいずれかの構成において、前記外部電極部は、前記切り欠き部に導電部材を充填するとともに、前記キャップの表面に導電部材を塗布して形成されるSAWデバイスを特徴とする。
【0018】
請求項3及び請求項4の構成によれば、外部電極部は引き出し電極からキャップ表面まで導電薄膜もしくは導電部材を充填する事により形成される。よって、キャップ表面に形成された外部電極部と引き出し電極が導通することとなる。
【0019】
請求項5の発明は、請求項1乃至請求項4のいずれかの構成において、前記接着部材は前記キャップを前記弾性表面波素子の表面に接触させないような厚みを有しているSAWデバイスを特徴とする。
【0020】
請求項5の構成によれば、弾性表面波素子がキャップにより封止させた場合、圧電基板の表面に形成されたすだれ状電極にキャップが接触しないような厚みを有している。これにより、キャップが圧電基板の表面に接触する事によるSAWデバイス特性の変化を防止する。
【0025】
請求項6の発明は、請求項1乃至請求項5のいずれかの構成において、前記キャップは、前記圧電基板とほぼ同一の線膨張係数を有するSAWデバイスを特徴とする。
【0026】
また、請求項7の発明は、請求項6の構成において、前記キャップは、前記圧電基板と同一の材料から形成されているSAWデバイスを特徴とする。
【0028】
請求項6及び請求項7の構成によれば、圧電基板とキャップがほぼ同一の線膨張係数を有する材料から形成されている。従って、SAWデバイスが熱膨張したときに熱膨張による歪みがほとんどなくなる。
【0029】
請求項11の発明は、請求項1乃至請求項7の構成において、前記接着部材は、低融点ガラスからなるSAWデバイスを特徴とする。
【0042】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0043】
図1は、本発明のSAWデバイスの使用形態の一例を示す概略斜視図を示しており、図1を参照してSAWデバイス10について説明する。図1のSAWデバイス10は、たとえばプリント配線板等からなる基板100に対して、半田等の導電性接着剤101により表面実装されて電気的に接続されている。
【0044】
図2と図3は、本発明のSAWデバイスの好ましい実施の形態を示す断面図及び概略斜視図であり、図2及び図3を参照してSAWデバイス10について説明する。
【0045】
図2及び図3のSAWデバイス10は、SAWチップ20、キャップ30、接着部材40、外部電極部50等から構成されている。図3のSAWチップ20は、たとえばSAW共振子、SAWフィルタもしくはSAWコンコルバ等であって、圧電基板21、引き出し電極22、すだれ状電極(以下、「IDT(Interdigital Transducer)」という)23、反射器24等を有している。
【0046】
圧電基板21はたとえば水晶板からなっていて、その表面にたとえばアルミニウムからなる引き出し電極22、IDT23、反射器24等が薄膜形成技術によって形成されている。引き出し電極22は、すだれ状電極23と電気的に接続されていて、IDT23と電気信号の送受信を行うものである。また、引き出し電極22はたとえば圧電基板21の角部に設けられている。
【0047】
IDT23は、引き出し電極22から電気信号が供給されると圧電効果によって弾性表面波(SAW)を励振するとともに、励振された弾性表面波を電気信号に変換して出力する機能を有している。反射器24、24はIDT23を挟むように形成されていて、IDT23から出力した弾性表面波を反射器24、24内に閉じこめる機能を有している。
【0048】
圧電基板21上には、SAWチップ20を封止するためのキャップ30が、たとえば低融点ガラスからなる接着部材40によって接合されている。ここで、接着部材40の厚さDは、図2に示すようにSAWチップ20の機能面とキャップ30が接触しない厚さになっている。これにより、キャップ30がSAWチップ20の機能面と接触することによるSAWチップ20の特性変化を防止することができる。
【0049】
また、キャップ30は、圧電基板21とほぼ同一の線膨張係数を有しているものであって、好ましくは圧電基板21と同一の材質であるたとえば水晶板からなっている。これにより、SAWチップ20とキャップ30が熱膨張により変形した場合、圧電基板21とキャップ30の線膨張係数が同一となるため、圧電基板20がほとんど歪むことがなく、熱によるSAWチップ20の特性変化を最小限に抑えることができる。
【0050】
図3のキャップ30の引き出し電極22の形成されている部位、すなわちキャップ30の角部には、切り欠き部31が形成されている。ここで、引き出し電極22及び切り欠き部31を角部に形成したのは以下の理由による。圧電基板21及びキャップ30が熱膨張した際、圧電基板21とキャップ30の接合面の角部に応力が集中する。そこで、引き出し電極22及び切り欠き部31を圧電基板21及びキャップ30の角部にそれぞれ設けることで応力の集中を防止して、SAWチップ20とキャップ30の接合強度を向上させることができる。
【0051】
また、圧電材料は一般に脆性材料であるので、圧電材料からなるキャップ30の角部は熱膨張がなくても欠けやクラックが生じやすい。そこで、問題が生じやすい部分を予め切り欠いておくことによって、応力集中や欠けやクラックを防止できる。また、SAWデバイス10がSAWフィルタである場合、切り欠き部31を隅(角部)に設けると、入力端子と出力端子との距離が大きくなるので、直達波を防止することができる。さらに、キャップ30の隅(角部)に切り欠き部31を形成すると、ウェハ状態において、同時に4つのキャップ30の切り欠き部31を形成することになるので加工効率が向上する。
【0052】
キャップ30の表面30aには外部電極部50が形成されていて、外部電極部50は引き出し電極22と電気的に接続されている。具体的には、外部電極部50を形成する際には、引き出し電極22、切り欠き部31の側面31a及びキャップ30の表面30aに対して薄膜形成もしくはスクリーン印刷することにより形成される。従って、図3に示すように、キャップ30の表面30aに形成されている外部電極部50は、引き出し電極22と電気的に接続されていることとなる。
【0053】
そしてこの外部電極部50は、図1及び図2に示すように導電性接着部材101によって基板100の図示しない電極に接続され、SAWチップ20と基板100とが電気的に接続されるようになる。すなわち、SAWデバイスと基板100をワイヤボンディングで基板と電気的に接続する必要がなく、外部電極部50を用いて表面実装することができる。
【0054】
次に、図4及び図5は本発明のSAWデバイスの製造方法の好ましい実施の形態を示す工程図であり、図4と図5を参照してSAWデバイスの製造方法について説明する。
【0055】
まず図4(A)において、たとえば水晶板からなる圧電基板21が用意され、図4(B)において、この圧電基板21に引き出し電極22、IDT23、反射器24等が薄膜形成技術によって形成される。
【0056】
一方、図4(C)において、たとえば圧電基板21と同一の材料からなるキャップ30が用意され、図4(D)において、たとえば角部に切り欠き部31が形成される。そして、図4(E)において、硬化後に厚さDとなるように厚さD’(>D)でキャップ30の上に接着部材40が塗布される。
【0057】
その後、図4(F)において、SAWチップ20とキャップ30が接合され封止される。このとき、引き出し電極22は切り欠き部31から露出された状態となる。そして、図4(G)において、キャップ30の上からスパッタリングによる導電薄膜の形成、もしくはスクリーン印刷による導電部材の塗布等によって外部電極部50が形成され、SAWデバイス10が完成する。なお、スクリーン印刷で外部電極部50が形成される場合、切り欠き部31に導電部材が充填されるようになる。
【0058】
さらに、引き出し電極22上に外部電極部50を形成する前に、真空中で引き出し電極22の表面がエッチングされ、その後真空中でスパッタリングや真空蒸着等により外部電極部50が形成されるようにしてもよい。これは、引き出し電極22を形成するアルミニウムが空気に触れると、引き出し電極22の表面が酸化してアルミナ(Al2 O3 )膜が形成されてしまう。従って、引き出し電極22の表面に形成されたアルミナ膜を除去するとともに、引き出し電極22にアルミナ膜が形成されない状態で外部電極部50を形成することで、引き出し電極22と外部電極部50の導通性を向上させる事ができる。
【0059】
このように、図4(F)のSAWチップ20と封止する工程と、図4(G)の外部電極部50を形成する工程を別々にする事によって、簡単な製造工程でSAWデバイス10を製造して、歩留まりの向上及び製造コストの削減を実現することができる。また、SAWチップ20を封止する前にキャップ30側に外部電極部50を設ける必要がないため、キャップ30の材質に制限がなくなり、SAWデバイス10の特性を生かす材質を使うことで、SAWデバイス10の特性を向上させることができる。さらに、SAWチップ20を封止する前にキャップ30に対して外部電極部50を形成する必要がないので、SAWチップ20の表面にショート防止のための保護膜を設ける必要がなく、製造プロセスを簡略化でき、製造コストを削減することができる。
【0060】
また、図4の工程によりSAWデバイス10を製造することによって、ウェハ状態で多数個の同時処理を行うことができる。具体的には、図5は、ウェハ状態で図4と同一の工程でSAWデバイス10を製造する様子を示す工程図であり、図5を参照して説明する。まず、図5(A)と図5(B)におけるSAWチップ20の製造工程及び図5(C)〜図5(E)におけるキャップ30の製造工程がウェハ状態で行われる。このとき、切り欠き部31はキャップ30の角部に形成されるように加工するため、1回の切り欠き部形成作業で、4つのキャップ30の切り欠き部31を形成することができる。
【0061】
その後、図5(F)において、ウェハ状態のままSAWチップ20がキャップ30により封止され、図5(G)において、所定の位置にそれぞれ外部電極部50が形成される。このとき、切り欠き部31はキャップ30の角部に形成されるように加工されているため、1回の外部電極部50の形成作業で、4つのSAWデバイス10に対して外部電極部50を形成することができる。その後、図5(H)において、それぞれのSAWデバイス10にダイシングすることによって、複数のSAWデバイス10が同時に製造されることとなる。
【0062】
図6は本発明のSAWデバイスの別の実施の形態を示す概略斜視図であり、図6を参照してSAWデバイス60について説明する。なお、図6のSAWデバイス60において図1のSAWデバイス10と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0063】
図6のSAWデバイス60が図1のSAWデバイス10と異なる点は、圧電基板21上に接合電極部61が形成されている点である。接合電極部61は、たとえば引き出し電極22、IDT23及び反射器24と同一の材料であるアルミニウムからなっていて、キャップ30に塗布された接着部材40にあたる部位に形成されている。ここで、たとえば低融点ガラスからなる接着部材40は、水晶との接合強度よりもアルミニウムとの接合強度の方が大きい。従って、圧電基板21と接着部材40が接合する部位に接合電極部61を設けることによって、圧電基板21とキャップ30との接合強度の向上を図ることができる。また、好ましくは、この接合電極部61は、接着部材40と接合する面積の90(%)以上になるように形成されることが望ましい。
【0064】
さらに、好ましくは、接合電極部61には図示しないグランド引き出し電極が電気的に接続されていて、接合電極部61が電気的に接地(グランド)されていることが望ましい。これにより、接合電極部61が電気的に浮いている状態にならないため、信号の入出力端子である外部電極間に信号の漏洩経路が形成されるのを防止して、SAWデバイスのアイソレーションを高めることができる。また、IDT23の外周面側にグランドされている接合電極部61が存在することで、外来のノイズがSAWデバイス60に及ぼす影響を抑えることができる。
【0065】
本発明は、上記実施の形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
【0066】
例えば、図3としてSAWデバイス10の一例として、圧電基板21にIDT23が1つだけ形成されているSAWチップ20について言及しているが、IDT23が2つ以上形成されているSAWチップであってもよい。
【0067】
また、図3のSAWチップ20において、引き出し電極22は圧電基板21上に2つだけ形成されているが、圧電基板21にIDT23が2つ以上形成されている場合には、IDT23の電極の数だけ引き出し電極22を設けることとなる。このとき、キャップ30の切り欠き部31も引き出し電極22に該当する部位に形成されることとなる。また、図3において引き出し電極22及び切り欠き部31は角部に形成されているが、角部以外の部位に引き出し電極22及び切り欠き部31を形成するようにしてもよい。
【0068】
【発明の効果】
本発明によれば、キャップには弾性表面波素子の引き出し電極を露出するように切り欠き部を形成して、キャップの表面に引き出し電極と電気的に接続している外部電極部を形成することで、SAWデバイスをたとえばプリント配線板等の基板に表面実装することができる。
【0069】
また、弾性表面波素子をキャップにより封止する工程と、外部電極部を形成する工程を分けることにより、高精度で表面実装可能なSAWデバイスを容易に量産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のSAWデバイスの好ましい使用形態を示す概略斜視図。
【図2】本発明のSAWデバイスの好ましい実施の形態を示す断面図。
【図3】本発明のSAWデバイスの好ましい実施の形態を示す概略斜視図。
【図4】本発明のSAWデバイスの製造方法の好ましい実施の形態を示す工程図。
【図5】本発明のSAWデバイスの製造方法におけるウェハ状態での製造の様子を示す工程図。
【図6】本発明のSAWデバイスの別の実施の形態を示す概略斜視図。
【図7】従来のSAWデバイスの一例を示す構成図。
【図8】従来のSAWデバイスの別の一例を示す構成図。
【符号の説明】
10、60 SAWデバイス
20 SAWチップ
21 圧電基板
22 引き出し電極
23 IDT(すだれ状電極)
30 キャップ
30a キャップ表面
31 切り欠き部
40 接着部材
50 外部電極部
61 接合電極部
Claims (8)
- 圧電基板上に形成されたすだれ状電極と、前記すだれ状電極に電気的に接続された引き出し電極を有する弾性表面波素子と、
前記弾性表面波素子を封止するため、前記圧電基板における前記すだれ状電極の形成面上に接着部材を介して接合されていて、前記引き出し電極にあたる部位に切り欠き部が形成されているキャップと、
前記キャップの表面に形成されており、前記引き出し電極と前記切り欠き部を介して電気的に接続されている外部電極部とを備えてなり、
前記圧電基板には、前記接着部材との接合部位に接合電極部が形成され、
前記接合電極部は、電気的に接地されていることを特徴とするSAWデバイス。 - 前記切り欠き部は前記キャップの角部に形成されているとともに、前記引き出し電極は前記圧電基板の角部に形成されている請求項1に記載のSAWデバイス。
- 前記外部電極部は、導電薄膜によって形成されている請求項1乃至請求項2のいずれかに記載のSAWデバイス。
- 前記外部電極部は、前記切り欠き部に導電部材を充填するとともに、前記キャップの表面に導電部材を塗布して形成される請求項1乃至請求項2のいずれかに記載のSAWデバイス。
- 前記接着部材は、前記キャップを前記弾性表面波素子の表面に接触させないような厚みを有している請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のSAWデバイス。
- 前記キャップは、前記圧電基板とほぼ同一の線膨張係数を有する請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のSAWデバイス。
- 前記キャップは、前記圧電基板と同一の材料から形成されている請求項6に記載のSAWデバイス。
- 前記接着部材は、低融点ガラスからなる請求項1乃至請求項7のいずれかに記載のSAWデバイス。
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