JP4229122B2 - 圧電電子部品、およびその製造方法、通信機 - Google Patents
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Description
本発明は、小型化・低背化が可能であり、携帯電話などの小型通信機用のフィルタとして好適である圧電電子部品およびその製造方法並びに通信機に関する。
近年、携帯電話などの小型通信機においては、数多くのフィルタが使用されている。小型通信機の小型化・低背化・軽量化への要求が大きく、上記フィルタに対しても小型化・低背化・軽量化が求められている。その上、小型通信機では、画像の通信といった通信情報量の増大化に伴い、通信周波数がＧＨｚオーダー以上と高周波数化してきている。
そこで、上記フィルタとしては、通信周波数の高周波数化に伴い、小型化・低背化・軽量化が可能である、圧電フィルタや弾性表面波フィルタといった圧電電子部品が使用されるようになってきている。
上記圧電フィルタは、複数の圧電共振子を梯子型やラティス型回路となるように接続することにより構成されている。圧電共振子としては、例えば、開口部若しくは凹部を有するＳｉ基板と、該開口部若しくは凹部を覆うようにＳｉ基板上に形成されている、少なくとも１層以上の圧電薄膜（ＺｎＯやＡｌＮからなる）を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の励振部とを有するものが用いられている。このような圧電フィルタでは、励振部で発生する厚み縦振動を利用するため、励振部上に振動空間を確保すると共に、励振部を水分や挨などから保護する必要がある。
また、前記弾性表面波フィルタは、水晶やＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂＯ3等の圧電基板上に、Ａｌなどの金属からなるくし型電極部を形成してなるものである。弾性表面波フィルタにおいては、くし型電極部や圧電基板における弾性表面波の伝搬部分などの上に振動空間を確保すると共に、くし型電極部を水分や挨などから保護する必要がある。
よって、従来の圧電フィルタおよび弾性表面波フィルタを用いた圧電電子部品では、特許文献１に開示されており、かつ図１４に示されているように、箱状のアルミナなどからなるパッケージ７３の底面にダイボンド剤７５を塗布し、圧電フィルタや弾性表面波フィルタのような圧電素子７１をダイボンドでパッケージ７３内に搭載していた。また、パッケージ７３内部の各端子と圧電素子７１の各電極とをワイヤボンディング７７によりそれぞれ接続した後、上記パッケージ７３の開口部をリッド７９および溶接用はんだ７９ａによって封止していた。
また、特許文献２や、特許文献３に開示されているように、小型化のために、アルミナなどからなるパッケージの内底面上に電極ランドを形成し、圧電フィルタや弾性表面波フィルタといった圧電素子をパッケージの電極ランド上にフリップチップボンディングで搭載し、パッケージをリッドによって封止することも行なわれていた。
特開平５−２７５９６５号公報
特開２００２−２３２２５３号公報
特開２０００−４９５６５号公報
しかし、上記従来のような構造では、圧電フィルタや弾性表面波フィルタといった圧電素子を小型化・低背化したとしても、パッケージが小型化・低背化されない限り、圧電フィルタや弾性表面波フィルタを用いた圧電電子部品全体の小型化・低背化ができないという問題があった。
また、上記従来のような構造においては、パッケージがアルミナ等の加工性に劣る素材からなるので、上記パッケージを小型化すると、パッケージの加工コストが高くなるという問題もあった。
さらに、特に圧電フィルタでは、励振部は、基板の開口部若しくは凹部上に形成されているため、圧電素子のダイシング、実装時の圧電素子のピックアップ、ダイボンドなどの工程における衝撃によって、励振部の破壊が発生して、得られた圧電電子部品の歩留りが低下したり、ダイシングが長期化したりし、コストが増大するという問題もあった。
本発明の圧電電子部品は、以上の課題を解決するために、基板と、該基板に形成され、印加された入力信号により振動し、その振動により出力信号を出力する圧電素子と、該圧電素子に設けられた複数のパッド部と、該圧電素子を離間して覆うように形成された、絶縁膜からなる封止部材とを有し、該封止部材は、前記圧電素子と離間されていることで確保される内部空間と外部空間とを連通している貫通孔部を上記各パッド部上において備え、該貫通孔部を塞ぐように電極部が設けられていることを特徴としている。
上記構成によれば、封止部材を、圧電素子に対して離間して覆うように形成したから、圧電素子の振動を阻害せずに上記圧電素子を保護できると共に、封止部材を圧電素子に対し近接して設けることができて、小型化・低背化できる。また、衝撃等の外力が圧電素子に向かって印加されても封止部材により上記外力の一部を吸収できて、耐衝撃性を改善できる。
上記圧電電子部品では、前記封止部材は、ＳｉＮ等のシリコン窒化物、ＳｉＯ2等のシリコン酸化物、Ａｌ2Ｏ3等のアルミニウム酸化物、ＡｌＮ等のアルミニウム窒化物、ＺｎＯ等の亜鉛酸化物、ＳｉＯｘＮｙ等のシリコン酸窒化物およびＴａＮ等のタンタル窒化物からなる群から選ばれる少なくとも一つからなることが好ましい。
上記構成によれば、ＳｉＮ等のシリコン窒化物、ＳｉＯ2等のシリコン酸化物、Ａｌ2Ｏ3等のアルミ酸化物、ＡｌＮ等のアルミ窒化物、ＺｎＯ等の亜鉛酸化物、ＳｉＯｘＮｙ等のシリコン酸窒化物およびＴａＮ等のタンタル窒化物からなる群から選ばれる少なくとも一つからなる封止部材を、圧電素子に対して離間して覆うように形成したから、圧電素子の振動を阻害せずに上記圧電素子を保護できると共に、封止部材を圧電素子に対し近接して設けることができて、小型化・低背化できる。また、衝撃等の外力が圧電素子に向かって印加されても封止部材により上記外力の一部を吸収できて、耐衝撃性を改善できる。
上記圧電電子部品においては、前記封止部材は、多層構造を有し、少なくとも１層の圧縮応力を有する膜と、少なくとも１層の引張応力を有する膜とを含むことが望ましい。
上記圧電電子部品では、前記圧縮応力を有する膜が、ＳｉＯ2、ＺｎＯおよびＴａＮからなる群から選ばれる少なくとも一つからなっていてもよい。上記圧電電子部品においては、前記引張応力を有する膜が、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＮ、ＡｌＮからなる群から選ばれる少なくとも一つからなっていてもよい。
上記圧電電子部品においては、前記封止部材は、多層構造を有し、その最上層が樹脂からなっていてもよい。上記圧電電子部品では、前記樹脂が、ポリイミド、エポキシ樹脂、レジスト樹脂および液晶ポリマーからなる群から選ばれる少なくとも一つからなっていてもよい。
上記圧電電子部品においては、該内部空間の周辺部には、前記貫通孔部を介して該封止部材の内部と外部とを連通する連通孔部が形成されており、前記連通孔部は、前記電極部によりふさがれていてもよい。
上記圧電電子部品では、前記基板は開口部若しくは凹部を有し、前記圧電素子が、前記開口部若しくは凹部上に形成されている、少なくとも１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の励振部とを有する圧電共振子であってもよい。
上記圧電電子部品においては、前記基板は開口部若しくは凹部を有し、前記圧電素子が、前記開口部若しくは凹部上に形成されている、少なくとも１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の励振部とを有する圧電共振子を複数用いてなる圧電フィルタであってもよい。
上記圧電電子部品では、前記圧電素子が、圧電基板上に形成された少なくとも一つのくし型電極部を有する弾性表面波装置であってもよい。上記圧電電子部品においては、該封止部材に、電気回路が形成されていてもよい。
本発明の圧電電子部品の製造方法は、本発明の圧電電子部品の製造方法に関し、該内部空間に応じた犠牲層を圧電素子上に形成し、該犠牲層の全面上に、封止部材を形成し、該封止部材の一部を除去して、犠牲層の一部が露出した露出部分を形成し、該犠牲層を、露出部分から除去することを特徴としている。
上記方法によれば、封止部材の一部を除去して、犠牲層の一部が露出した露出部分を形成したから、犠牲層を、露出部分から除去することを確実化でき、基板上の圧電素子を離間して覆うために、絶縁膜からなる封止部材における内部空間の形成が確実に可能となる。
また、上記方法は、犠牲層を薄く形成すれば、犠牲層上に形成した封止部材を圧電素子に対し近接して基板上に基板と一体的となるように形成できるから、得られた圧電電子部品を小型化・低背化できる。
上記製造方法では、該犠牲層を、犠牲層の形成パターンの端部に向かって高さが低くなるテーパー形状に形成してもよい。上記方法によれば、該犠牲層を、犠牲層の形成パターンの端部に向かって高さが低くなるテーパー形状に形成することで、犠牲層を除去するための排出口となる露出部分の高さを容易に制御できて、内部空間の形成を確実化できる。
上記製造方法においては、該露出部分を、圧電素子における、信号を入出力するためのパッド部に面した位置に形成してもよい。上記方法によれば、露出部分を、圧電素子における、信号を入出力するためのパッド部に面した位置に形成したから、外部との接続のためのパッド部を、犠牲層を除去するための排出口の一部と兼用できて製造工程を簡素化できる。
上記製造方法では、該犠牲層を、圧電素子における、信号を入出力するためのパッド部の一部を残した該圧電素子および基板上に形成してもよい。上記方法によれば、犠牲層を、圧電素子における、信号を入出力するためのパッド部の一部を残した該圧電素子および基板上に形成することにより、圧電素子を封止部材で挟んで基板上に固定できて、得られた圧電電子部品の耐衝撃性を前述したように向上できる。
本発明の実施の各形態について図１ないし図１３に基づいて説明すれば、以下の通りである。
（実施の第一形態）
本発明に係る実施の第一形態の圧電部品を図１ないし図３に基づいて以下に説明する。
本発明に係る実施の第一形態の圧電部品を図１ないし図３に基づいて以下に説明する。
上記圧電部品は、図１に示すように、印加された入力信号により振動し、その振動により出力信号を出力する圧電素子３と、圧電素子３を離間して覆うように形成された絶縁膜からなるシェル部材（封止部材）５と、シェル部材５の周辺部に、シェル部材５の内部空間と外部空間とを連通するように形成された貫通孔部５ａと、貫通孔部５ａをふさぐように設けられた、前記入出力信号を入出力するための、複数の各電極部１７とを備えている。各電極部１７は、貫通孔部５ａをふさぐことで、上記内部空間の気密性を確保できると共に、圧電素子３と外部との間での電気信号の入出力が可能となっている。
上記シェル部材５は、圧電素子３を離間して覆うために、内部空間としてのキャビティ部５ｃと、複数の各連通孔部５ｂとを備えている。上記各連通孔部５ｂは、キャビティ部５ｃの周辺部に形成され、そのキャビティ部５ｃを形成するための、エッチャントを侵入させ、そのエッチャントにより溶出された内容物を外部に排出するための通路である。
上記シェル部材５に用いる材料の好ましい各特性(1) 〜(3) は、下記の通り、(1) 絶縁性を有し、(2) 気密性を確保でき、(3) 後述する犠牲層９のエッチャントに対して耐性を備えるものである。
前記圧電素子３は、開口部１ａを有するシリコン（Ｓｉ）基板１と、前記開口部１ａ上に形成されている、少なくとも１層以上の圧電薄膜３ｂを有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極３ｃおよび下部電極３ａを互いに対向させて挟む多層薄膜構造の励振部（ダイヤフラム部）３ｄとを有する圧電共振子である。上記圧電素子３では、Ｓｉ基板１を厚さ方向に貫通している開口部１ａに代えて、上記励振部３ｄとＳｉ基板１との間に空間を形成して有する凹部を用いてもよい。また、Ｓｉ基板１上には、その全面にわたり、励振部３ｄとの間に絶縁膜２が形成されている。絶縁膜２としては、ＳｉＮ等のシリコン窒化物、ＳｉＯ2等のシリコン酸化物、Ａｌ2Ｏ3等のアルミ酸化物、ＡｌＮ等のアルミ窒化物、ＺｎＯ等の亜鉛酸化物、ＳｉＯｘＮｙ等のシリコン酸窒化物およびＴａＮ等のタンタル窒化物の何れかからなる単層の絶縁膜か、または、これらのうちの２層以上が積層された多層構造のものが挙げられる。
上記上部電極３ｃは、さらに上記励振部３ｄからＳｉ基板１の表面方向に沿ってＳｉ基板１の一方の端部（第一方向）に向かって伸びる帯状の第一リード部と、その第一リード部の先端部に形成された、略長方形板状の第一パッド部３ｃ1とを備えている。上記下部電極３ａは、さらに上記励振部からＳｉ基板１の表面方向に沿ってＳｉ基板１の他方の端部（上記第一方向とは逆方向の第二方向）に向かって伸びる帯状の第二リード部と、その第二リード部の先端部に形成された、略長方形板状の第二パッド部３ａ1とを備えている。
前記の複数の各電極部１７は、それぞれ、それらの基端部にて、第一パッド部３ｃ1と、第二パッド部３ａ1と電気的に接続され、かつ、前記の各連通孔部５ｂおよび貫通孔部５ａをふさぐように形成され、その上、各電極部１７の先端部では、シェル部材５の表面上をシェル部材５の表面方向外向きに伸びるフランジ部１７ａを備えている。
これらフランジ部１７ａによっても、シェル部材５はＳｉ基板１上に固定されることになるから、外部からの振動や衝撃といった外力がＳｉ基板１に印加されても、上記外力は圧電素子３とシェル部材５とに分散されるので、圧電素子３に印加される外力の大きさを抑制できて上記圧電素子３を保護できる。
そして、前記シェル部材５は、その周辺部にてＳｉ基板１上に固定されて形成されており、さらに上記周辺部の一部は、第一パッド部３ｃ1における、第一リード部と接続された一端部を除く、多くとも３つの各周端部をそれぞれ挟んでＳｉ基板１上に形成されている一方、上記周辺部の他の一部は、第二パッド部３ａ1における、第二リード部と接続された一端部を除く、多くとも３つの各周端部をそれぞれ挟んでＳｉ基板１上に形成されている。
このようにシェル部材５の周辺部が、第一パッド部３ｃ1、第二パッド部３ａ1の一部を挟んでＳｉ基板１上に固定されることによっても、外部からの振動や衝撃といった外力がＳｉ基板１に印加されても、上記外力は圧電素子３とシェル部材５とに分散されるので、圧電素子３に印加される外力の大きさを抑制できて上記圧電素子３を保護できる。
次に、上記圧電部品について、上記圧電部品の製造方法の各工程（各プロセス）を示す図２（ａ）ないし（ｊ）並びに図３（ａ）ないし（ｌ）に沿って順次説明する。
上記製造方法では、まず、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、略直方体形状のＳｉ基板１の一表面上に、絶縁膜２を全面に形成する。その後、上記絶縁膜２上に、下部電極３ａ／圧電薄膜３ｂ／上部電極３ｃによるバルク波（ＢＡＷ）共振子構造を備えた圧電素子３を形成する。続いて、上記Ｓｉ基板１に対して、圧電素子３の形成面とは反対面側から、上記圧電素子３に向かって異方性エッチングを行い、前記開口部１ａを形成する。
このとき、圧電素子３に面した位置における、Ｓｉ基板１のＳｉを厚さ数十μｍ残すように上記異方性エッチングを施して上記Ｓｉ基板１に、前記励振部３ｄを支持するように薄膜支持部１ｂを形成する。
続いて、図３（ｃ）および（ｄ）、並びに図２（ａ）に示すように、上記圧電素子３上に、犠牲層９のパターンをフォトリソグラフィー法により形成する。このとき、上記犠牲層９のパターンを形成するとき、マスクとエッチング対象との間に距離をあけて露光するプロキシミティ露光を行うことで、上記犠牲層９の周辺部に外方（上記パターンの端部）に向かって順次高さが低くなるテーパー部９ａが形成される。
このようなテーパー部９ａを形成することで、連通孔部５ｂの大きさを制御できて、後述するようにシェル部材５の内部空間であるキャビティ部５ｃの形成を安定化できると共に、電極部７の形成時における電極材料の上記キャビティ部５ｃ内への侵入を抑制できて、圧電部品の製造を安定化できる。
犠牲層９の材料としては、それを後で溶出などによって除去するために用いるエッチャントが、圧電素子３の各薄膜材料や後で形成するシェル（外郭）部材に対してダメージを与えない物であればよく、例えば、水溶性のＳｂ、有機溶媒で除去できる樹脂（例えばレジスト樹脂）、希酸によりエッチング可能な酸化亜鉛（ＺｎＯ）やＧｅ、ふっ酸に溶解するＰＳＧ（燐ガラス）やポリ−シリコンなどが挙げられる。上記酸化亜鉛は、耐熱性に優れることから、後で作成するシェル部材に、膜質は良好であるが、成膜温度が高いＳｉＮ膜やＳｉＯ2膜を用いることができる。
また、上記圧電素子３上に、犠牲層９を形成するとき、上記犠牲層９を、圧電素子３上の全てを覆うのではなく、圧電素子３の下部電極３ａにおける外部との電気的な接続のためのパッド部３ａ1の周辺部、および上部電極３ｃにおける外部との電気的な接続のためのパッド部３ｃ1の周辺部を除く、圧電素子３上を覆うように上記犠牲層９を形成する。これにより、後で形成するシェル部材５は、上記下部電極３ａおよび上部電極３ｃの各パッド部３ａ1、３ｃ1の各周辺端部をそれぞれ間に挟んでＳｉ基板１上に形成されるから、Ｓｉ基板１上の圧電素子３の取り付け強度を向上できる。
その後、図２（ｂ）および図３（ｅ）に示すように、上記犠牲層９およびＳｉ基板１の全面上に、シェル部材５の膜を形成する。上記シェル部材５の材質は、膜応力が少なく、気密性・耐湿性に優れたものが好ましく、例えばＲＦスパッタ法による形成された二酸化珪素（ＳｉＯ2）膜が挙げられる。
続いて、図２（ｃ）に示すように、レジスト膜１５をシェル部材５上に形成し、フォトリソグラフィー法により前記各パッド部に対応する位置にエッチング用の窓部１５ａを形成する。次に、図２（ｄ）に示すように、上記エッチング用の窓部１５ａを介したエッチングによる対応部分のシェル部材５を除去する。
その後、図３（ｆ）および（ｇ）、並びに図２（ｅ）に示すように、残っているレジスト膜１５を除去する。このとき、上記シェル部材５に、前記の犠牲層９における周辺部のテーパー部９ａを上記各パッド部３ａ1、３ｃ1上にて露出させる貫通孔部５ａが形成される。
続いて、図２（ｆ）、並びに、図３（ｈ）および（ｉ）に示すように、上記貫通孔部５ａおよび露出している各テーパー部９ａを介して、犠牲層９を上記犠牲層９を溶出できる溶剤（例えば、上記犠牲層９がレジスト樹脂から成る場合はアセトンなど）により除去して、シェル部材５の内部に、圧電素子３の励振部３ｄとシェル部材５の内壁面との間を離間させる内部空間であるキャビティ部５ｃが形成される。また、このとき、シェル部材５の周辺部の内部には、前記各テーパー部９ａに応じたテーパー形状の各連通孔部５ｂがそれぞれ形成されている。
次に、励振部３ｄの裏面側に残していた、薄膜支持部１ｂを除去する。その後、図２（ｇ）に示すように、シェル部材５上、並びに、各貫通孔部５ａおよび各連通孔部５ｂをふさぐように、銅などからなる電極部１７を層状に成膜する。上記電極部１７の成膜は、ＣＶＤ法やスパッタリング法などカバレッジが良い成膜方法が望まく、スパッタリング法がより望ましい。その成膜時に、前記キャビティ部５ｃ内部は、成膜時の圧力で上記電極部１７により封止される。なお、上記成膜は、金属ペーストをマスク印刷して所定位置に塗布した後、加熱により形成することも可能である。
続いて、図２（ｈ）に示すように、上記の層状の電極部１７に対して、各貫通孔部５ａとその周辺部から外向きに広がる領域まで覆う、電極部パターニング用のレジスト層１９により、電極部１７の不要な領域を除去し、次に、残っているレジスト層１９を除去して、図２（ｉ）、図３（ｊ）および（ｋ）に示すように、図１に示す各電極部１７をそれぞれ形成する。
その後、必要に応じて、図２（ｊ）に示すように、上記各電極部１７上にはんだ部７を印刷により形成してもよい。また、各連通孔部５ｂが封止されていれば、はんだボールを形成してもよい。このように、はんだを用いる場合、シェル部材５にＳｉＯ2のような、はんだとの親和性を示さない物を用いた場合、上記シェル部材５における、各貫通孔部５ａの開口端部の周囲領域に、はんだと親和性を有する金属（例えばニッケル）のメタライズ層をそれぞれ形成しておくことが好ましい。一方、図３（ｌ）に示すように、開口部１ａをふさぐ裏板１８を取り付けてもよい。
なお、上記シェル部材５には、さらに、ポリイミド等の樹脂層を補強材として最外層に形成してもよい。このような圧電電子部品は、大きなシリコンウエハに、多数、同時に形成されることが多い。その際には、上記シリコンウエハ上の各圧電電子部品は、ダイシングなどによってそれぞれ切り分けられて用いられる。
このような本発明の圧電電子部品およびその製造方法では、薄膜状のシェル部材５を圧電素子３に近接して設けることが可能であるから、小型化・低背化が可能であり、また、従来のようなパッケージや蓋材も省けて、ダイボンド、ワイヤボンド、蓋材搭載、溶接などの多くの各工程も省略できるから、低コスト化できる。
さらに、本発明の圧電電子部品およびその製造方法においては、キャビティ部５ｃ内を、成膜時の圧力で封止可能であるため、減圧下（１０-2Ｐａ以下）の真空雰囲気下での封止が容易に行なえる。そのため、真空中蓋材（リッド）溶接機などの高価な特殊装置を必要としない。また、上記減圧下の圧電素子３では、空気によるダンピングを低減できるため、Ｑ値を向上できる。
その上、上記圧電電子部品およびその製造方法では、基板を接合して封止する場合に比べて、応力の発生が少なく、圧電素子３の破壊が発生し難く、また、ウエハレベルでのパッケージングを一括に行なえ、ダイシングやピックアップ、ダイボンドの際に励振部３ｄがシェル部材５により保護されているので、上記励振部３ｄの破壊を防止できる。
前記の犠牲層９に用いる材料の特性として好ましい各特性ア）〜ウ）は以下の通りである。ア）小さなエッチング用チャンネルである連通孔部５ｂや貫通孔部５ａ（犠牲層を除去するためのエッチャントを出し入れする開口穴）からのエッチングとなるので速やかにエッチングできるもの。イ）各電極３ａ、３ｃや圧電薄膜３ｂなどのデバイス材料およびシェル部材５の構造材にダメージを与えないもの。ウ）犠牲層９のエッチャントがシェル部材５および各電極３ａ、３ｃや圧電薄膜３ｂなどのデバイス材料に対してダメージを与えない。
上記実施の第一形態の製造方法では、各連通孔部５ｂの形状、すなわち、各パッド部３ａ1、３ｃ1上における犠牲層９の各テーパー部９ａの露出形状である、エッチング用チャンネル（犠牲層９を除去するためのエッチャントを出し入れする開口穴）の好ましい形状は次のようになる。
まず、キャビティ部５ｃ内の封止を考慮した場合、エッチング用チャンネルの高さは低いほうが良い。エッチング用チャンネルの面積が大きいと、エッチャントが犠牲層９に接触する面積が大きくなり、犠牲層９をエッチングしやすいので、シェル部材５の強度保持を考慮すると、エッチング用チャンネルの形状は縦（Ｓｉ基板１の表面に対し垂直方向の高さ）の辺が短く、横（Ｓｉ基板１の表面に対し平行方向の幅）の辺が長い長方形が好ましい。
ただし、エッチング用チャンネルの横の辺を長くしすぎると、辺の中央部が浮き上がり、エッチング用チャンネルを封止し難くなる。エッチング用チャンネルの長辺（横）が３０μｍ以上あれば、犠牲層９のエッチング除去が十分にできることが実験結果から確認されている。
なお、エッチング用チャンネルの形状は、長方形に限らず、円形や正方形、その他の多角形でもよい。特に、エッチング用チャンネルの形状が、円形・多角形では応力が一方向に集中し難いので、シェル部材５の応力による、エッチング用チャンネルの破壊が起こり難いという効果を奏する。
（実施の第二形態）
本発明に係る圧電電子部品の実施の第二形態は、図４に示すように、上記実施の第一形態のシェル部材５が、多層構造、例えば最外層にポリイミドからなる樹脂層５ｅと、その内側にＳｉＯ2またはＳｉＮからなる無機絶縁層５ｄとを備えている。上記構成によれば、多層構造とすることで、耐湿性や強度を付与できて、得られた圧電電子部品の信頼性を改善できる。なお、本実施の形態を含む、以下の各形態では、実施の第一形態と同様な機能を有する部材については、同一の部材番号を付与して、それらの説明を省いた。
本発明に係る圧電電子部品の実施の第二形態は、図４に示すように、上記実施の第一形態のシェル部材５が、多層構造、例えば最外層にポリイミドからなる樹脂層５ｅと、その内側にＳｉＯ2またはＳｉＮからなる無機絶縁層５ｄとを備えている。上記構成によれば、多層構造とすることで、耐湿性や強度を付与できて、得られた圧電電子部品の信頼性を改善できる。なお、本実施の形態を含む、以下の各形態では、実施の第一形態と同様な機能を有する部材については、同一の部材番号を付与して、それらの説明を省いた。
上記圧電電子部品の製造方法は、ＳｉＯ2またはＳｉＮからなる無機絶縁層を前記実施の第一形態に記載のシェル部材５と同様に成膜した後、ポリイミドの樹脂層をスピンコーティングにより形成し、その樹脂層をフォトリソグラフィー法により樹脂層５ｅをパターニングし、続いて、上記樹脂層５ｅをマスクとしてエッチングにより無機絶縁層５ｄを形成すればよい。後の工程は実施の第一形態と同様である。
なお、上記実施の第二形態では、ポリイミドの樹脂層５ｅを最外層とする、二層構造の例を挙げたが、種々な組み合わせにより様々な特性を備えたシェル部材５を形成できる。例えば、上記シェル部材５は、ポリイミドを最外層とする、ポリイミド／ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3の三層構造であってもよい。
上記多層構造では、下層に耐湿性、耐熱性、耐候性に優れた、ＳｉＮ層、ＳｉＯ2層、Ａｌ2Ｏ3層、などの無機絶縁層、上層に機械的強度を高める樹脂層の組み合わせが好ましい。特に、耐湿性向上には、多層構造のうち、一層でもＳｉＮ層があれば有効であり、かつ、電極特にＡｌ電極の保護にも有効である。上記多層構造では、シェル部材５のうち、最下層を耐湿性の高い膜にし、其の上に樹脂を形成した多層構造にしたので、シェル部材５の強度を高めることができると共に、耐湿性を改善することが可能となる。
さらに、シェル部材５を、特に、引っ張り応力を有する層と圧縮応力を有する層との多層構造としてもよい。上記多層構造では、引っ張り応力の総和と、圧縮応力の総和との差の絶対値（全応力）がシェル部材５の破壊強度よりも小さくなるように、より望ましくはゼロとなるように設定されていることが好ましい。
例えば、ＳｉＯ2層を層厚１μｍにてＲＦスパッタリング法により形成し、次に、ＳｉＯ2層上に、ＳｉＮ層を層厚１μｍにてＲＦスパッタリング法により形成した二層構造のシェル部材５とした場合、上記ＳｉＯ2層は、１００ＭＰａ程度の圧縮応力を示し、上記ＳｉＮ層は、１００ＭＰａ程度の引っ張り応力を示すので、上記総応力（つまり、引っ張り応力の総和と、圧縮応力の総和との差の絶対値）をゼロにできて、シェル部材５の層厚を大きくしながら、上記各応力を相殺させて強度を改善できる。
また、シェル部材５として、ＳｉＯ2層やＳｉＮ層を層厚１μｍにて形成した場合、上記シェル部材５に光透過性を付与できて、前記犠牲層９のエッチングによる除去の程度を目視にて確認でき、上記除去を確実化できるので、得られた圧電電子部品の信頼性を向上できる。
上記多層構造においては、シェル部材５の強度をさらに高めることができると共に、シェル部材５全体を厚くすることが可能となる。引っ張り応力を有する層の素材としては、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＮ、ＡｌＮが挙げられ、圧縮応力を有する層としては、ＳｉＯ2、ＺｎＯ、ＴａＮが挙げられる。
また、特にＳｉＮ膜やＳｉＯ2膜をシェル部材５に用いると、耐湿性をシェル部材５に付与でき、かつ、電極材料（特にＡｌ電極）および圧電薄膜３ｂを保護でき、さらに耐熱性もシェル部材５に付与できる。また、特に樹脂をシェル部材５に用いると、耐衝撃性をシェル部材５に付与できる。
また、上記樹脂層５ｅの素材としては、ポリイミド以外には、エポキシ樹脂や、耐候性に優れたレジスト樹脂（感光性樹脂）、耐湿性および耐候性に優れた液晶ポリマーが挙げられる。特に、上記レジスト樹脂を用いた場合、そのパターニングし、マスクとして用いた後、そのまま樹脂層５ｅとすることができて、製造を簡素化できる。
上記レジスト樹脂（感光性樹脂）として好適なものは、次の各特性を有するものである。ａ）フォトリソグラフィー法によるパターニングが可能（パターニングが簡単）。ｂ）硬化させたときの収縮率が小さい（シェル部材５の破壊を防止）。ｃ）硬化後のヤング率が大きい（丈夫で硬い）。ｄ）熱が印加されたときにガスや低分子成分などの溶出がない。ｅ）電気的特性が優れている（誘電率が小さい、低効率が高い）。ｆ）Ｓｉ基板１との密着性が良い。具体的な材料名としては、旭化成製の「ＰＩＭＥＬ」、日本ゼオン製の「ＺＦＰＩ」「ＺＣＯＡＴ」などが挙げられる。
（実施の第三形態）
本発明に係る圧電電子部品の実施の第三形態は、例えば図５に示すように、複数の圧電素子３をラダー型に組み合わせてＳｉ基板１上に設けた圧電フィルタのように、圧電フィルタやデュプレクサに好適なものである。複数の圧電素子３の組み合わせとしては、ラダー型が、一方の圧電素子３の上部電極をＳｉ基板１の表面方向に伸ばして他方の圧電素子３の下部電極として互いに接続する配線を簡素化できるので好ましい。
本発明に係る圧電電子部品の実施の第三形態は、例えば図５に示すように、複数の圧電素子３をラダー型に組み合わせてＳｉ基板１上に設けた圧電フィルタのように、圧電フィルタやデュプレクサに好適なものである。複数の圧電素子３の組み合わせとしては、ラダー型が、一方の圧電素子３の上部電極をＳｉ基板１の表面方向に伸ばして他方の圧電素子３の下部電極として互いに接続する配線を簡素化できるので好ましい。
本実施の第三形態では、図６および図７に示すように、Ｓｉ基板１上に、複数の圧電素子３を設け、上記各圧電素子３を覆うシェル部材５が前記実施の第一形態と同様の製造方法により設けられている。なお、図７（ｃ）は、図７（ａ）に記載の圧電電子部品から、シェル部材５を仮想的に除いて各電極の構造や関係を示すためのものである。
そして、本実施の第三形態においては、シェル部材５の強度を高めるために、各励振部３ｄ間において、前記配線上に接合により固定されるアンカー部５ｇが縦方向（Ｓｉ基板１の表面方向に垂直方向）断面形状が略Ｍ字形状に設けられている。上記構成によれば、アンカー部５ｇにより熱を外部に逃がし易くなり上記各圧電素子３を用いた圧電フィルタやデュプレクサの耐電力性を向上できる。
また、犠牲層９の先端部（前記パターンの端部）の形状として、前記のテーパー部９ａに代えて、図８（ａ）に示すように、先端に向けて徐々に幅が細くなるくさび型のテーパー部９ｂとしてもよい。これにより、エッチング用の窓部１５ａの形成位置により、上記テーパー部９ｂにより形成される各連通孔部５ｂの大きさを容易に調整できて、エッチャント１１による犠牲層９の除去を確実化できる。
本実施の形態に記載の圧電電子部品は、図９に示すように、装着基板４１上に、装着基板４１上の各電極部４３と、各電極部７とをはんだボール３５によるボールボンディングにより結合し、それら各電極部を封止樹脂３７で封止して用いてもよい。
なお、本実施の形態では、本発明の圧電薄膜素子を、複数、ラダー型に形成したフィルタの例を挙げたが、上記に限らず、ラティス型や多重モード型に構成してもよい。
（実施の第四形態）
本発明に係る圧電電子部品の実施の第四形態では、例えば図１０に示すように、シェル部材５上に電気回路が形成されている。上記電気回路としては、抵抗、容量、インダクタンス等である。上記電気回路は、例えば、シェル部材５の上層に、金属膜や絶縁膜を形成し、それぞれ所定形状にパターニング（例えば、抵抗の場合、ミアンダパターンなど）すればよい。
本発明に係る圧電電子部品の実施の第四形態では、例えば図１０に示すように、シェル部材５上に電気回路が形成されている。上記電気回路としては、抵抗、容量、インダクタンス等である。上記電気回路は、例えば、シェル部材５の上層に、金属膜や絶縁膜を形成し、それぞれ所定形状にパターニング（例えば、抵抗の場合、ミアンダパターンなど）すればよい。
本実施の形態では、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、各電極層５１ａ、５１ｃの間にＳｉＯ2などの絶縁層５１ｂを形成することにより容量を形成できる。また、図１０（ｃ）に示すように、前記シェル部材５上、例えばアンカー部５ｇ上にらせん形状の導体部５３を形成することで、インダクタンスを形成できる。
さらに、電極層５１ｃを圧電素子３の電極部７と接続しておくと、ワイヤボンディングなど後からの接続を省くことができて製造を簡素化できる。なお、図中の取り出し電極５５は、ワイヤボンディング等で外部と接続するためのものである。
（実施の第五形態）
本発明に係る圧電電子部品の実施の第五形態では、例えば図１１ないし図１３に示すように、前記圧電素子３に代えて、くし型電極部６３を備えた弾性表面波フィルタ（以下、ＳＡＷフィルタと記す）６０が用いられている。ＳＡＷフィルタ６０は、くし型電極部６３ａとそれを挟んだ各リフレクタ６３ｂとくし型電極部６３ａに接続された各パッド部６３ｃ、６３ｄとを圧電基板６１上に有している。なお、前記の実施の各形態と同様な機能を有する部材については、同一の部材番号を付与して、それらの説明を省いた。
本発明に係る圧電電子部品の実施の第五形態では、例えば図１１ないし図１３に示すように、前記圧電素子３に代えて、くし型電極部６３を備えた弾性表面波フィルタ（以下、ＳＡＷフィルタと記す）６０が用いられている。ＳＡＷフィルタ６０は、くし型電極部６３ａとそれを挟んだ各リフレクタ６３ｂとくし型電極部６３ａに接続された各パッド部６３ｃ、６３ｄとを圧電基板６１上に有している。なお、前記の実施の各形態と同様な機能を有する部材については、同一の部材番号を付与して、それらの説明を省いた。
図１２および図１３に示すように、シェル部材５を、各パッド部６３ｃ、６３ｄの一部を挟んで圧電基板６１上に形成することで、耐衝撃性および小型化。低背化が可能である。また、図１３では、シェル部材５を覆うように封止樹脂部６５を設けたから、図１３の構成は、図１２と比べて、封止樹脂部６５によって保護されていて、耐湿性や耐衝撃性を向上したものにできる。なお、各パッド部６３ｃ、６３ｄと、はんだ部７とは互いに接続電極６６で接続されている。
上記の実施の各形態の圧電電子部品は、小型化・低背化できると共に耐衝撃性に優れて歩留りも向上できるから、携帯電話などの通信機における、デュプレクサといったフィルタに好適に使用できる。
ところで、特開平８−１６２８９９号公報には、ＳＡＷを覆う中空構造を有する保護部材をシールド用金属層と樹脂層とで形成したＳＡＷフィルタが開示されている。特開平８−１６２８９９の構造で、外部との接続をするためには、次のような問題が生じている。
外部との接続をバンプボンディングで行なう場合、端子電極上にバンプを形成するには、中空部分を形成するためのシールド用金属層と樹脂層の開口部からバンプを形成しなければならない。
しかし、開口部からバンプを形成しようとすると、バンプがシールド用金属層と接触し、ショートしてしまうという問題が発生する。バンプがシールド用金属層と接触しないようにするためには、開口部を大きくすることが考えられるが、開口部を大きくすると、シールド用金属層と樹脂層の強度が劣化し、中空構造の維持が困難になる。
一方、ワイヤボンディングを用いた場合であっても、ワイヤを形成する際、ワイヤがシールド用金属層と接触することを防ぐ必要がある。
そのためには、やはり開口部を大きくする必要がある。開口部を大きくすると、シールド用金属層と樹脂層の強度が劣化し、中空構造の維持が困難になる。
本発明の圧電電子部品は、以上のように、基板に形成された圧電素子と、該圧電素子に設けられた上記入出力信号のための各パッド部と、該圧電素子を離間して覆うように形成された封止部材とを有し、該封止部材は、前記圧電素子とが離間されていることで確保される内部空間と外部空間とを連通している貫通孔部を上記各パッド部上に備え、該貫通孔部を塞ぐように電極部が設けられている構成である。
それゆえ、上記構成は、封止部材を、圧電素子に対して離間して覆うように形成したから、圧電素子の振動を阻害せずに上記圧電素子を保護できると共に、封止部材を圧電素子に対し近接して設けることができて、小型化・低背化できるという効果を奏する。
Claims (17)
- 基板と、
該基板に形成され、印加された入力信号により振動し、その振動により出力信号を出力する圧電素子と、
該圧電素子に設けられた複数のパッド部と、
該圧電素子を離間して覆うように形成された、絶縁膜からなる封止部材とを有し、
該封止部材は、前記圧電素子と離間されていることで確保される内部空間と外部空間とを連通している貫通孔部を上記パッド部上に備え、
該貫通孔部を塞ぐように電極部が設けられていることを特徴とする、圧電電子部品。 - 前記封止部材は、シリコン窒化物、シリコン酸化物、アルミ酸化物、アルミ窒化物、亜鉛酸化物、シリコン酸窒化物およびタンタル窒化物からなる群から選ばれる少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項１に記載の圧電電子部品。
- 前記封止部材は、多層構造を有し、少なくとも１層の圧縮応力を有する膜と、少なくとも１層の引張応力を有する膜とを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の圧電電子部品。
- 前記圧縮応力を有する膜が、ＳｉＯ２、ＺｎＯおよびＴａＮからなる群から選ばれる少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項３に記載の圧電電子部品。
- 前記引張応力を有する膜が、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＡｌＮからなる群から選ばれる少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項３または４に記載の圧電電子部品。
- 前記封止部材は、多層構造を有し、その最上層が樹脂からなることを特徴とする、請求項１ないし５の何れか１項に記載の圧電電子部品。
- 前記樹脂が、ポリイミド、エポキシ樹脂、レジスト樹脂および液晶ポリマーからなる群から選ばれる少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項６に記載の圧電電子部品。
- 該内部空間の周辺部には、前記貫通孔部を介して該封止部材の内部と外部とを連通する連通孔部が形成されており、前記連通孔部は、前記電極部によりふさがれている、請求項１ないし７の何れか１項に記載の圧電電子部品。
- 前記基板は開口部若しくは凹部を有し、前記圧電素子が、前記開口部若しくは凹部を覆うように形成されている、少なくとも１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の励振部とを有する圧電共振子であることを特徴とする、請求項１ないし８の何れか１項に記載の圧電電子部品。
- 前記基板は開口部若しくは凹部を有し、前記圧電素子が、前記開口部若しくは凹部を覆うように形成されている、少なくとも１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極および下部電極を対向させて挟む構造の励振部とを有する圧電共振子を複数用いてなる圧電フィルタであることを特徴とする、請求項１ないし８の何れか１項に記載の圧電電子部品。
- 前記圧電素子が、圧電基板上に形成された少なくとも一つのくし型電極部を有する弾性表面波装置であることを特徴とする、請求項１ないし８の何れか１項に記載の圧電電子部品。
- 該封止部材に、電気回路が形成されていることを特徴とする、請求項１ないし１１の何れか１項に記載の圧電電子部品。
- 請求項１ないし１２の何れか１項に記載の圧電電子部品を有することを特徴とする通信機。
- 請求項１に記載の圧電電子部品の製造方法において、
該内部空間に応じた犠牲層を圧電素子上に形成し、
該犠牲層の全面上に、封止部材を形成し、
該封止部材の一部を除去して、犠牲層の一部が露出した露出部分を形成し、
該犠牲層を、露出部分から除去することを特徴とする、圧電電子部品の製造方法。 - 該犠牲層を、犠牲層の形成パターンの端部に向かって高さが低くなるテーパー形状に形成することを特徴とする、請求項１４記載の圧電電子部品の製造方法。
- 該露出部分を、圧電素子における、信号を入出力するためのパッド部に面した位置に形成することを特徴とする、請求項１４または１５記載の圧電電子部品の製造方法。
- 該犠牲層を、圧電素子における、信号を入出力するためのパッド部の一部を残した該圧電素子および基板上に形成することを特徴とする、請求項１４ないし１６の何れか１項に記載の圧電電子部品の製造方法。
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