JP4375037B2 - 弾性表面波素子 - Google Patents

Description

本発明は、特に携帯電話等に用いられる弾性表面波素子に関するものである。

従来携帯電話に用いられている弾性表面波デバイスは、図５に示したような構成を有していた。

パッケージ１に、ダイボンド樹脂２を用いて弾性表面波素子３を接着し、ワイヤ４を用いて電気的接続を行い、リッド５で気密封止することにより弾性表面波デバイスを得ていた。

特に、アンテナ共用器、送信用フィルタ等の大きな電力が通過するデバイスに用いられる場合は、その電力により発熱し、周波数特性および耐電力性が劣化するため、この対策として、ダイボンド樹脂２には、導電性接着剤を用いることにより放熱しやすくする方法が通常採用されてきた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００３−１６３５７０号公報

しかしながら、上記構成では、弾性表面波素子が小さくなってくると放熱性が悪くなってくる。あるいはさらにデバイスを小さくするために、従来のワイヤタイプからフェイスダウンタイプにすると、素子の裏面から導電性接着剤を通して放熱させることができないため、耐電力性等の信頼性が悪くなるという課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、小型で高信頼性を有する弾性表面波デバイスを提供することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、圧電基板と、この圧電基板の主面に弾性表面波デバイスパターンを設けた弾性表面波素子において、圧電基板の裏面に複数個の円状の凹部と、この凹部の内側を含む裏面に高熱伝導材とを備えた構成を有し、これにより、弾性表面波デバイスパターンで発生した熱を、速やかに凹部に設けた高熱伝導材を通して放熱させることができるという作用効果が得られる。

本発明の弾性表面波素子は、耐電力性等の信頼性に優れた弾性表面波デバイスを生産性良く得ることができるという効果を奏する。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明について説明する。

図１は本発明の実施の形態１における弾性表面波素子の断面図、図２は凹部を形成した後の弾性表面波素子の裏面図である。

図１においては、厚さ約２５０μｍのタンタル酸リチウムからなる圧電基板１１の主面に、送信用の弾性表面波フィルタパターン１２と受信用の弾性表面波フィルタパターン１３を設けて、弾性表面波共用器素子とするものである。圧電基板１１の送信用の弾性表面波フィルタパターン１２の裏面に、図２のように、直径約１００μｍ、深さ約６０μｍの凹部１４を、中心間隔約２００μｍで多数設け、さらにこの凹部１４の内側を含む裏面全体に、チタン、銅、ニッケル等の金属からなる高熱伝導材１５の層を設ける。

通常、圧電基板の表面で発生した熱を裏面から逃がすためには、圧電基板の厚さを薄くすることが最も効果的である。しかしながら、圧電基板の厚さを薄くしすぎると、機械的強度が弱くなり、割れやすくなる。また、弾性表面波デバイスの場合、不要なバルク波が裏面で反射してパターンに到達し、特性の劣化を引き起こす。この現象は、圧電基板の厚さが薄くなるほど発生しやすいため、あまり薄くすることはできない。

これに対して本実施の形態１では、機械的強度をほとんど落とすことなく、圧電基板を薄くしたような放熱性を得ることができる。またバルク波に対しては、従来の厚さの場合に比べても、より散乱させる効果が得られ、さらに性能を向上させることができるという別の効果も得られる。

従来、バルク波の対策として、圧電基板の裏面にダイサー等で溝を入れるという方法がとられている。本実施の形態１の場合に溝切りで凹部を形成しても、放熱性に対しては同様な効果が得られるが、機械的な強度は劣化する。そのため、凹部は、図２のように、点在させることが望ましい。

また、凹部はどのような形状でも、放熱性に対しては同様の効果が得られるが、加工性、強度等の面からは、円に近い形状の方が望ましい。大きさ、配置についても、放熱性に対しては同様の効果が得られるが、加工性、強度等の面からは、同じ大きさで、規則正しく配置することが望ましい。

さらに、凹部を形成する場所については、全体に配置する方が放熱性の効果は得られやすいが、強度の面を考慮すると、特定の場所で多く熱が発生する場合については、その発生する場所の近くにのみ形成する方が、より強い機械的強度が得られる。本実施の形態１のように弾性表面波共用器素子の場合、大きな電力が通過する送信用の弾性表面波フィルタパターン１２の部分で多くの熱が発生するため、この裏側にのみ凹部を形成することにより、強度を保ちながら、放熱性を上げることができる。

凹部の深さについては、深いほど放熱性は上がるが、機械的強度が弱くなる。深さが圧電基板１１の厚さの１／１０程度以下になるとあまり放熱性の改善は見られず、また１／２より深くなってくると強度が弱くなってくるため、１／１０から１／２程度の深さにすることが望ましい。

次に、その製造方法について説明する。圧電基板として、直径１００ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍ、主面を鏡面研磨、裏面をＧＣ＃２０００で研磨した、３９°ＹカットＸ伝播のタンタル酸リチウムウェハを用い、主面に弾性表面波デバイスパターンを形成した後、主面側全体をレジストで保護し、裏面側に厚さ約２０μｍのフィルム状フォトレジストを貼り合わせ、露光、現像により、所定のレジストパターンを形成する。ここで、主面側のレジストと裏面側のレジストは同じものであっても、違うものであっても構わない。主面側のレジストは、後の工程で弾性表面波デバイスパターンがエッチングされたり、傷がつかないようにできるものであれば良く、また裏面側のレジストは、凹部形成の工程に耐えられるものであれば良く、液状のレジストであっても、フィルム状のレジストであっても構わない。

この圧電基板を、サンドブラストにより、深さが約６０μｍになるまで加工し、凹部を形成する。凹部を形成する方法としては、サンドブラストの他に、ドライエッチング、あるいはウェットエッチング等の方法をとっても構わない。サンドブラストの場合、短時間で加工が行え、形成する凹部の深さが比較的自由に選べるというメリットがあり、また凹部の形状が、丸みを帯び、粗れた形状となるため、バルク波を散乱させやすくなり、特性の向上が図れるという効果も得られるため、サンドブラストで行うのが望ましい。但し、ウェットエッチングでは、設備コストが安く、バッチ処理が可能というメリットがあり、また凹部の大きさを小さくしたい場合には、ドライエッチングの方が好ましいため、サンドブラスト以外の方法をとっても構わない。このようにすることにより、圧電基板裏面の表面積を大きくすることができるため、放熱効果を高めることができる。

さらに凹部形成後、裏面側のレジストを除去し、裏面全体にチタンを約０．１μｍ、その上にニッケルを約０．５μｍスパッタリングにより蒸着し、さらにその上に、銅を約５０μｍ、さらにニッケルを約１０μｍメッキにより付着させる。このようにすることにより、凹部の内側を含む裏面全体に高熱伝導材の層を形成することができる。このあと、主面側のレジストを除去し、ダイサーにより切断することにより、弾性表面波素子を得る。

スパッタリングによる蒸着は、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着等の別の蒸着方法であっても構わないが、スパッタリングの方が、回り込みが大きいため、凹部の内側全体に蒸着するためには好ましい。

蒸着後のメッキは、なくても凹部の内側全体が覆われていれば本発明の効果は発揮されるが、熱伝導性を安定させるためにもメッキ等の方法でさらに厚くすることが望ましい。またメッキ以外の方法として、例えば導電性ペーストの印刷等の方法で形成するものであっても良いが、熱伝導性、密着性等の点からメッキで形成するのが望ましい。メッキで行う場合、裏面の状態として、完全にフラットにはならず、凹部のところに多少のへこみが残るが、元々の凹部の深さ程度まで高熱伝導材で埋めていれば、本発明の効果は十分に発揮する。

この弾性表面波素子を従来のように導電性接着剤でダイボンドすることにより、従来より放熱性を高め、信頼性、特性に優れた弾性表面波デバイスを得ることができる。

なお、本実施の形態１では、主面に弾性表面波デバイスパターンを形成した後で、裏面に凹部および高熱伝導材層の形成を行っているが、高熱伝導材層の形成の後で主面の弾性表面波デバイスパターン形成を行うことも可能である。但しこの場合、高熱伝導材層の形成の後では、ウェハとしての機械的強度は未加工のものに対しては弱くなっている、またウェハ全体の反りの問題が発生する可能性が有るため、先に主面の弾性表面波デバイスパターン形成を行うことが望ましい。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明について説明する。

本実施の形態２と実施の形態１とで相違する点は、実施の形態１は、弾性表面波素子に関するものであるが、本実施の形態２はこれを用いて、フェイスダウンタイプの弾性表面波デバイスを得るものである。

図３は本発明の実施の形態２における弾性表面波デバイスの断面図、図４は製造方法を説明するための図である。

図３において、実装基板２１に、金属バンプ２２により、裏面に凹部１４と、この凹部１４の内側を含む裏面に高熱伝導材１５とを形成した弾性表面波素子２３をフェイスダウン実装したものを、樹脂フィルム２４で覆い、実装基板２１の実装面と樹脂フィルム２４とを密着させ、その上をチタンとニッケルからなる金属膜２５で覆ったものであり、弾性表面波素子２３の裏面に接する樹脂フィルム２４の一部に接続用穴２６が設けられているものである。このようにすることにより、弾性表面波素子２３の主面で発生した熱を、高熱伝導材１５、接続用穴２６、金属膜２５を通して逃がすことができ、フェイスダウン実装した小型の弾性表面波デバイスであっても、大きな電力が通過する用途にも使うことができる。

次にその製造方法について説明する。まず図４（ａ）は、アルミナからなる実装基板２１の実装面に等間隔で、裏面に凹部１４と、この凹部１４の内側を含む裏面に高熱伝導材１５とを形成した弾性表面波素子２３を高温ハンダを用いた金属バンプ２２によりフェイスダウン実装し、その上をポリイミドを主成分とした樹脂フィルム２４で覆い、その上から、弾性表面波素子２３に相当する部分に逃がしを設けた硬質ゴムからなる弾性体で、全体を約９０℃に暖めた状態で、押さえることにより、樹脂フィルム２４を実装基板２１の実装面に密着させたものである。次に、実装基板２１の実装面と密着させた樹脂フィルム２４に、炭酸ガスレーザの光を集光させたものを照射し、樹脂フィルム２４の一部を取り除く。これと同時に弾性表面波素子２３の裏面に接する部分の樹脂フィルム２４の一部もレーザ光により除去して接続用穴２６を形成し、図４（ｂ）の状態になる。次に、実装面全体にスパッタリングにより、金属膜２５として、チタン約０．１μｍ、ニッケル約１μｍの厚さで蒸着し、図４（ｃ）の状態になる。これをダイシングすることで、弾性表面波デバイスを得る。このようにすることにより樹脂フィルム２４とその周辺を完全に金属膜２５で覆うことができ、耐湿等の信頼性を向上させることができるとともに、放熱性を向上させた小型の弾性表面波デバイスを生産性良く得ることができる。

なお、さらに信頼性を向上させるためには、金属膜２５を形成した後、メッキによって、さらに金属膜２５を厚くするのが望ましい。

さらに、金属膜２５をグランドに接続することにより、放熱性をさらに向上させることができ、またシールドの効果も高めることができる。

なお、接続用穴２６を設ける位置は、弾性表面波素子２３の裏面に接する位置のどこでも構わないが、凹部１４の上のへこみが大きい場合は、樹脂フィルムの密着性に支障をきたさないように、凹部１４のない部分、あるいは凹部１４の存在する領域全体を含むように接続用穴２６を設けることが望ましい。

本発明にかかる弾性表面波素子は、小型になっても放熱性の良い弾性表面波デバイスを生産性良く得ることができ、耐電力性等の信頼性を向上させることができるため、大きな電力が通過する携帯電話等の通信分野等に適用できる。

本発明の実施の形態１における弾性表面波素子の断面図 同裏面図 本発明の実施の形態２における弾性表面波デバイスの断面図 同製造方法を説明するための図 従来の弾性表面波デバイスの断面図

１１ 圧電基板
１２ 送信用の弾性表面波フィルタパターン
１３ 受信用の弾性表面波フィルタパターン
１４ 凹部
１５ 高熱伝導材
２１ 実装基板
２２ 金属バンプ
２３ 弾性表面波素子
２４ 樹脂フィルム
２５ 金属膜
２６ 接続用穴

Claims (4)

1. 圧電基板と、この圧電基板の主面に弾性表面波デバイスパターンを設けた弾性表面波素子において、前記圧電基板の裏面に複数個の円状の凹部と、この凹部の内側を含む裏面に高熱伝導材とを備えた弾性表面波素子。
2. 高熱伝導材は、金属である請求項１記載の弾性表面波素子。
3. 圧電基板の主面に送信用の弾性表面波デバイスパターンと受信用の弾性表面波デバイスパターンを設けて弾性表面波共用器素子とし、凹部は、前記送信用の弾性表面波デバイスパターンの裏面に設けた請求項１記載の弾性表面波素子。
4. 凹部の深さは、圧電基板の厚さの１／１０から１／２にした請求項１記載の弾性表面波素子。

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