JP4254772B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents
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Description
図において、SAWデバイス1は、水晶などの圧電基板2の一面に対となるすだれ状電極もしくは櫛型電極(IDT(Inter Digital Transducer))を形成し、キャビティ4を介してガラス基板でなるカバー9で封止した構造を有している。
さらに、カバー9を圧電基板2に接合するため、圧電基板2の外周に沿う縁部には接合用の電極パターン6が形成されている。
これにより、ガラス製のカバー9は、圧電基板2に対して、その外周縁部にて、陽極接合を行うことにより固定封止されている。
すなわち、図28において、符号1は水晶などの圧電材料で形成されたウエハであり、図示されているように、一枚のウエハ1から弾性表面波装置を形成するための複数の弾性表面波チップ2,2・・・が同時に形成される。
弾性表面波チップ2は、図28において、ウエハ1の一面全体に、アルミなどの金属膜5を形成し、例えば、フォトリソグラフィなどの手法により、各弾性表面波チップ2のIDT3a,3bが互いにその電極指が交互に入り込むように対向して形成される。
第1の課題として、IDT3の大きさに比して、広い面積の圧電基板2を必要とし、スペース効率が悪く、SAWデバイス1の小型化の障害となっていた。
一方、これらIDT電極3a,3bは、主として電極間ショート防止の必要から、表面に保護膜としての酸化膜を形成することが好ましい。そして、IDT電極3a,3bがアルミ電極の場合には、陽極酸化の手法により、ウエハ1の状態で、全てのIDT電極の表面に保護膜を成膜することが生産効率の点でも好ましい。
かくして、この発明によれば、圧電基板の面積を有効に利用することによって、小型のSAWデバイスを実現することができる。
第2の発明の構成によれば、前記カバーの前記封止領域に陽極接合用のガラスをプリフォームすることで陽極接合による貼り合わせを可能とし、確実なシール構造を容易に実現できる。
第3の発明の構成によれば、前記凹部から露出した前記電極パターンは外部電極などと接続するための端子として利用することができる。
第4の発明の構成によれば、貼り合わせ面積を増大して、確実な貼り合わせ構造を実現することができる。
第5の発明の構成によれば、例えば、カバー側の表面に外部電極を接続する場合には、前記スルーホールの開口周囲に外部電極が形成されることから、電気的接続を行うための構造が容易に実現される。
第7の発明の構成によれば、IDTの保護膜が電気的導通を遮断したり、大きな電気抵抗となる場合においては、該保護膜をうち破るように設けた金属バンプにより外部電極 との導通を図ることで、確実な接続を実現できる。
第8の発明の構成によれば、例えば、カバー側の表面の外部電極を接続する場合には、前記貫通孔を導電スルーホールとすることができ、その開口周囲に外部電極が形成されることから、電気的接続を行うための構造が容易に実現される。この場合、該保護膜をうち破るように設けた金属バンプにより外部電極との導通を図ることで、一層確実な接続を実現できる。
第13の発明の構成によれば、保護膜を形成しない露出部を設けているので、保護膜が電気的導通に悪影響がある場合において、このような悪影響を回避することができる。
また、基板側前工程で、IDTが、圧電基板の外周まで延長されてなる電極パターンの少なくとも一部を、保護膜形成用パターンとして利用できるようにしているので、この保護膜形成用パターンに通電することにより、IDTに陽極酸化膜でなる保護膜を形成することができる。しかも、この保護膜形成用パターンは、圧電基板の外周まで延長されている電極パターンを利用しているから、複数個の弾性表面波チップを共通の基板材料(例えば、「水晶ウエハ」)から形成する工程を選ぶと、当該基板材料に設けた金属膜と、個々の保護膜形成用パターンを接続することで、該基板材料で形成する複数の全ての弾性表面波チップのIDTに対して、前記陽極酸化膜を同時に、かつ容易に形成することができる。
第15の発明の構成によれば、IDTの保護膜が電気的導通を遮断したり、大きな電気抵抗となる場合においては、該保護膜をうち破って金属バンプを設けるようにすれば、外部電極との導通を確実に実現できる。
第16の発明の構成によれば、例えば、カバー側の表面の外部電極を接続する場合に、前記貫通孔を導電スルーホールとすれば、その開口周囲に外部電極が形成されることから、電気的接続を行うための構造が容易に実現される。この場合、該保護膜をうち破るように設けた金属バンプにより外部電極との導通を図るようにしているので、一層確実な接続を実現できる。
第17の発明の構成によれば、保護膜を形成しない露出部を設けるようにしているので、保護膜が電気的導通に悪影響がある場合において、このような悪影響を回避することができる。
図において、SAWデバイス30は、SAWチップ(弾性表面波チップ)31と、このSAWチップ31に接合されることにより、SAWチップ31を封止するカバー41を有している。SAWチップ31は、図1に示されているように、圧電基板32と、すだれ状電極であるIDT(櫛形電極)33及び反射器34,34を備えている。
圧電基板32は、圧電材料として、例えば、水晶,リチウムタンタレート(LiTaO3),リチウムナイオベート(LiNbO3)等の単結晶基板やSi基板へZnO成膜した基板等の多層膜基板等を使用することができる。この実施形態では、例えば、水晶基板を用いている。
具体的には、IDT33(33aと33b)は、それぞれ複数の電極指が所定のピッチで並設されて長手方向の各基端部が短絡するように形成されている。即ち、2つの櫛形状のIDT33a,33bの各櫛歯部分が対向され、所定距離隔てて互い違いに入り込むように形成され、図示するように対となる構成とされている。
また、IDT33は、カバー41側に形成される外部電極43,43と後述するように電気的に接続され、この外部電極43,43を介して電気信号と弾性表面波(SAW)との間の変換を行う機能を有する。
そして、例えば、同一構成の2つの反射器34,34は、その導体ストリップがIDT33の電極指と平行になるように、かつIDT33を、弾性表面波の伝搬方向、すなわち矢印T方向で示す方向であるIDT33の電極指の長手方向に対して、直交する方向に所定距離隔てて挟み込むように形成されている。この反射器34,34は、IDT33から伝搬してくる弾性表面波を反射して、弾性表面波のエネルギーを内部に閉じこめる機能を有する。
カバー41は、圧電基板32に図示の関係で重ねられ、陽極接合により貼り合わせることで、接合されるようになっている。このため、カバー41の図示しない裏面は、後述するように、圧電基板32の封止領域36と対応する箇所に陽極接合可能な接合膜が形成されている。そして、カバー41の図示しない裏面のIDT33および反射器34に対向する領域は、凹状のキャビティとされている。
言い換えれば、圧電基板32の面積全体にIDTを形成しているので、そのスペースを有効に利用でき、その分SAWデバイス30全体を小型に形成することができる。
(前処理工程)
次に、SAWデバイス30の製造方法の実施形態を図2ないし図10を参照しながら説明する。前処理工程においては、SAWチップとカバーとを別々に形成する。
図2において、先ず、圧電基板32を形成するための材料として、例えば水晶ウエハを用意する。この段階では、後述するように、未だ個々の製品の大きさに切断される前の状態として、複数個の製品に対応した圧電基板を切り離すことができる大きさの水晶ウエハを用意するが、以降の図では、理解の便宜のため製品単位の大きさの部分だけ図示して説明する。
次いで、IDT33,33、反射器34,34を形成する領域に対応したレジストパターンを形成し、露光・現像することによって、フォトリソグラフィの手法を用いて、マスキングされていない箇所をエッチングプロセスにより除去し、IDT33,33、反射器34,34となるアルミパターン(電極パターン)を形成する。
ここで、IDT33,33、反射器34,34を形成する領域や、分離部35、ノッチ部37については、図1で既に説明したので、重複する説明は省略する。
次に図4および図5に示すように、圧電基板32にカバー41を重ねる。ここで、図5は図4のB−B線概略断面図である。この状態で例えば窒素雰囲気下においてパイレックス(登録商標)ガラスの軟化点以下で、アルミニウムの融点以下の温度に加熱し、さらに、図4に示すようにして直流電圧を印加する。すなわち、カバー41を圧電基板32に対して、陽極接合することにより貼り付ける。この状態においては、カバー41の凹部42には、圧電基板32の外周にまで延長されているIDT33の外端部が露出部38として露出している。また、この露出部38に隣接した箇所はノッチ部37として、電極が形成されていない。
この外部電極51,51を形成する際には、カバー41の凹部42から露出部38が露出されているので、図7に示されているように、外部電極51aを形成する金属膜が露出部38上にまで回り込むようにして成膜される。
すなわち、IDT33の圧電基板32外周に延長した部分である露出部38が、そのまま外部電極51aとの接続端子として利用される。また、露出部38と接続された外部電極51の金属膜は、露出部38から多少はみ出しても、隣接するノッチ部37には、電極パターンが存在しないので、電極パターンどうしを短絡してしまうおそれがない。
ここで、IDT33の露出部38は、アルミニウム電極であり、接続端子として利用されるので、電極形成後において、外部電極51aに接続されるまでの間に、自然酸化膜が形成され、かつ導通性能を阻害する可能性がある場合がある。そのようなおそれがある場合には、露出部38に対して、その自然酸化膜を打ち破るようにして、例えば、金バンプなどの金属バンプを形成し、この金属バンプを介して外部電極51aと導通をとるようにしてもよい。
凹部42,42には、絶縁材料として、例えば溶融した低融点ガラスなどの充填剤52,52が充填されることにより、電極パターンの短絡を生じることなく、気密に孔封止される。
最後に、図10のC1,C2に示す切断線に沿って、ダイシングされることにより切断され、SAWデバイス30が切り離されて完成する。
なお、孔封止における図8および図9で説明した充填剤52は、凹部42の上方から充填される。
これらの図において、第1の実施形態と共通する構成には、同一の符号を付して、重複する説明は省略し、以下、相違点を説明する。
これにより、貫通孔61,62により外部電極とIDT33とが電気的に接続されるようになっている。
この実施形態は、第1の実施形態と同様に小型に形成することができる他、分離部35を避けて、各電極指パターン33a,33bと対応する位置であれば、任意の箇所に貫通孔61,62を形成することができる利点がある。また、孔封止を行わなくてよい利点がある。
また、上述の実施形態では、反射器を伴う構成としたが、反射器はなくてもよい。圧電基板およびカバーは、矩形でなくても任意の形状とすることができる。カバーは必ずしもガラスでなくてもよく、絶縁性を備え、IDT電極の金属と陽極接合できる材料であれば、種類を問わず採用することができる。
圧電基板32は、圧電材料として、例えば、水晶,リチウムタンタレート(LiTaO3),リチウムナイオベート(LiNbO3)等の単結晶基板やSi基板へZnO成膜した基板等の多層膜基板等を使用することができる。この実施形態では、例えば、水晶基板を用いている。
具体的には、IDT33(33aと33b)は、それぞれ複数の電極指が所定のピッチで並設されて長手方向の各基端部が短絡するように形成されている。即ち、2つの櫛形状のIDT33a,33bの各櫛歯部分が対向され、所定距離隔てて互い違いに入り込むように形成され、図示するように対となる構成とされている。
さらに、圧電基板32の外周縁に臨む電極パターンの一部、すなわち、この実施形態では、封止領域36の全体もしくはいずれかの箇所が、後述する製造工程で、保護膜形成用パターン71として利用される。
また、IDT33は、カバー41側に形成される外部電極51,51と後述するように電気的に接続され、この外部電極51,51を介して電気信号と弾性表面波(SAW)との間の変換を行う機能を有する。
そして、例えば、同一構成の2つの反射器34,34は、その導体ストリップがIDT33の電極指と平行になるように、かつIDT33を、弾性表面波の伝搬方向、すなわち矢印T方向で示す方向であるIDT33の電極指の長手方向に対して、直交する方向に所定距離隔てて挟み込むように形成されている。この反射器34,34は、IDT33から伝搬してくる弾性表面波を反射して、弾性表面波のエネルギーを内部に閉じこめる機能を有する。
このようなIDT33と反射器34,34は電極パターンにより一体に形成されており、その表面には、後述するようにして、保護膜形成用パターン71を利用して設けられた保護用の酸化膜、この実施形態では、例えば、陽極酸化膜(図示せず)が形成されている。
カバー41は、圧電基板32に図示の関係で重ねられ、陽極接合により貼り合わせることで、接合されるようになっている。このため、カバー41の図示しない裏面は、後述するように、圧電基板32の封止領域36と対応する箇所に陽極接合可能な接合膜が形成されている。そして、カバー41の図示しない裏面のIDT33および反射器34に対向する領域は、凹状のキャビティとされている。
言い換えれば、圧電基板32の面積全体にIDTを形成しているので、そのスペースを有効に利用でき、その分SAWデバイス30全体を小型に形成することができる。
また、IDT33を形成する電極パターンが圧電基板32の外周縁まで延長されていて、その外周縁に臨む電極パターンが保護膜形成用パターン71として利用されることにより、後述する製造工程において、陽極酸化膜でなる保護膜が容易に形成されることができる。
(前処理工程)
次に、SAWデバイス30の製造方法の実施形態を図14ないし図22を参照しながら説明する。前処理工程においては、SAWチップとカバーとを別々に形成する。
(基板側前工程)
図14において、先ず、圧電基板32を形成するための材料として、例えば水晶ウエハ70を用意する。この段階では、後述するように、未だ個々の製品の大きさに切断される前の状態として、複数個の製品に対応した圧電基板32を切り離すことができる大きさの水晶ウエハを用意するが、図15以降の図では、理解の便宜のため製品単位の大きさの部分だけ図示して説明する。
次いで、IDT33,33、反射器34,34を形成する領域に対応したレジストパターンを形成し、露光・現像することによって、フォトリソグラフィの手法を用いて、マスキングされていない箇所をエッチングプロセスにより除去し、IDT33,33、反射器34,34となるアルミパターン(電極パターン)を形成する。
すなわち、保護膜形成用パターン71を陽極とし、別の導体で他方の極である陰極72を形成して、電気分解の要領で、図14に示す構造全体を水中に浸漬する。
水中では、水の電気分解が進行し、陽極であるアルミニウム電極としてのIDT33の電極パターンからは酸素が発生し、陰極72からは水素が発生する。
尚、陽極酸化による酸化被膜は、基底部に誘電性の活性層が形成され、それより上層には外活性層につながる縦方向の多数の小孔を備える多孔層を有している。
酸化膜による保護性を向上させるためには、陽極酸化膜に高温の水蒸気を当てる。これにより、多孔層を構成する分子が水分を含んで膨張し、孔を埋めるので、耐食性が向上する。
図17は、カバー41を示している。この実施形態では、圧電基板と同じ外形の矩形のガラス製の板体の外周縁部に2つの凹部42,42を形成する。また、外周縁部に沿った封止領域45の内側に、凹所もしくはキャビティ44を形成する。これは、ガラスの成形によってもよいし、矩形の板ガラスを削って形成してもよい。さらに、封止領域45には、その封止面、すなわち、圧電基板と接合される面に、圧電基板に形成した電極パターンを構成する金属と陽極接合することができる接合膜を形成する。ここでは、接合膜として、アルミニウムもしくはアルミニウム合金と接合できる種類のガラス被膜を焼き付けなどにより形成する。すなわち、封止領域45には、可動イオンを含んだガラスとして、例えば、パイレックス(登録商標)ガラス(Pyrex glass)の被膜を形成する。
次に図18および図19に示すように、圧電基板32にカバー41を重ねる。ここで、図19は図18のF−F線概略断面図である。この状態で例えば窒素雰囲気下においてパイレックス(登録商標)ガラスの軟化点以下で、アルミニウムの融点以下の温度に加熱し、さらに、図18に示すようにして直流電圧を印加する。すなわち、カバー41を圧電基板32に対して、陽極接合することにより貼り付ける。この状態においては、カバー41の凹部42には、圧電基板32の外周にまで延長されているIDT33の外端部が、上面に金属バンプ73,74を予め形成した露出部38として露出している。また、この露出部38に隣接した箇所はノッチ部37として、電極が形成されていない。
この外部電極51,51を形成する際には、カバー41の凹部42から露出部38が露出されているので、図20に示されているように、外部電極51aを形成する金属膜が露出部38上にまで回り込むようにして成膜される。なお、図21に示すように、露出部38には、金属バンプ74が予め形成されており、金属膜は、この金属バンプ74を覆うように付着する。
この場合、露出部38表面には上述した保護膜が形成されているが、もし、この保護膜が露出部38における導通性を損なう場合においても、保護膜を打ち破って形成されている金属バンプ74を介することにより、外部電極51とIDT33側との電気的接続は確実に行われる。
また、露出部38と接続された外部電極51の金属膜は、露出部38から多少はみ出しても、隣接するノッチ部37には、電極パターンが存在しないので、電極パターンどうしを短絡してしまうおそれがない。
凹部42,42には、絶縁材料として、例えば溶融した低融点ガラスなどの充填剤52,52が充填されることにより、電極パターンの短絡を生じることなく、気密に孔封止される。
最後に、図24のC1,C2に示す切断線に沿って、ダイシングされることにより切断され、SAWデバイス30が切り離されて完成する。
なお、孔封止における図22および図23で説明した充填剤52は、凹部42の上方から充填される。
これらの図において、第2の実施形態と共通する構成には、同一の符号を付して、重複する説明は省略し、以下、相違点を説明する。
これにより、貫通孔61,62により外部電極とIDT33とが電気的に接続されるようになっている。
この実施形態は、第2の実施形態と同様に小型に形成することができる他、分離部35を避けて、各電極指パターン33a,33bと対応する位置であれば、任意の箇所に貫通孔61,62を形成することができる利点がある。また、孔封止を行わなくてよい利点がある。
また、上述の実施形態では、反射器を伴う構成としたが、反射器はなくてもよい。圧電基板およびカバーは、矩形でなくても任意の形状とすることができる。カバーは必ずしもガラスでなくてもよく、絶縁性を備え、IDT電極の金属と陽極接合できる材料であれば、種類を問わず採用することができる。
Claims (8)
- 圧電基板の一面にすだれ状電極を形成した弾性表面波チップの前記一面をカバーで封止した弾性表面波装置であって、
前記すだれ状電極が、前記圧電基板の前記一面のほぼ全体の面積を占める導体金属による電極パターンで形成されており、かつ、該すだれ状電極が前記圧電基板の外周まで延長され、
前記すだれ状電極が対構造となるように、前記電極パターンを分離するために線状に前記導体金属を除去して形成した分離部を、前記圧電基板の外周に達するように設けるとともに、
前記カバーの封止面の外周縁に沿って陽極接合用の封止領域が設けられており、
前記カバーの外周縁であって前記圧電基板における前記分離部に対応した箇所には、封止用の凹部が形成されていて、
かつ、前記圧電基板の外周まで延長した前記すだれ状電極を構成する導体金属の一部が、前記凹部から露出されて、該露出部が端子とされている
ことを特徴とする弾性表面波装置 - 前記カバーの前記封止領域には、陽極接合用のガラスが形成されていることを特徴とする請求項1に記載の弾性表面波装置。
- 前記カバーを前記圧電基板に貼り合わせた状態において、前記凹部に前記圧電基板の前記電極パターンの一部が露出されていることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の弾性表面波装置。
- 前記カバーの封止面側には、前記圧電基板の前記すだれ状電極などの電極を設けた領域に対応する箇所を除き、その全面に陽極封止用のガラスが形成されていることを特徴とする請求項3に記載の弾性表面波装置。
- 前記カバーに前記凹部を形成することなく、該カバーの前記圧電基板における前記分離部に対応した箇所に貫通孔が形成されることにより、表面側に形成される外部電極との電気的接続を行う導電スルーホールとされていることを特徴とする請求項1、2、4のいずれかに記載の弾性表面波装置。
- 圧電基板の一面にすだれ状電極を形成した弾性表面波チップの前記一面をカバーで封止した弾性表面波装置であって、
前記すだれ状電極が、前記圧電基板の前記一面のほぼ全体の面積を占める導体金属による電極パターンで形成されており、かつ、該すだれ状電極が前記圧電基板の外周まで延長され、該延長された電極パターンの少なくとも一部でなる保護膜形成用パターンを備え、
前記すだれ状電極が対構造となるように、前記電極パターンを分離するために線状に前記導体金属を除去して形成した分離部を、前記圧電基板の外周に達するように設けるとともに、
前記カバーの封止面の外周縁に沿って陽極接合用の封止領域が設けられており、
前記カバーの外周縁であって前記圧電基板における前記分離部に対応した箇所には、封止用の凹部が形成されていて、
かつ、前記圧電基板の外周まで延長した前記すだれ状電極を構成する導体金属の一部が、前記凹部から露出されて、該露出部が端子とされている
ことを特徴とする弾性表面波装置。 - 前記すだれ状電極の電極パターンに形成された前記保護膜の上から、この保護膜をうち破るように金属バンプが形成されており、該金属バンプを介して装置外部に形成した外部電極と接続する構成としたことを特徴とする請求項6に記載の弾性表面波装置。
- 前記封止用の凹部に換えて、前記カバーに予め形成されている貫通孔から露出される前記電極パターンの前記保護膜の上に、前記金属バンプが、該保護膜をうち破るようにして形成されていることを特徴とする請求項7に記載の弾性表面波装置。
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