JP4404450B2

JP4404450B2 - 弾性表面波装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP4404450B2
Application number: JP2000199131A
Authority: JP
Inventors: 佳秀池上; 一弘大塚
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: JP2002016466A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話及び自動車電話等の移動体無線機器に内蔵される共振器、周波数帯域フィルタである弾性表面波装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
移動体通信用の弾性表面波（Surface Acoustic Wave、以下ＳＡＷともいう）装置は、励振する電極面を中空かつ気密にするため、セラミックス等から成る筐体（パッケージ）と金属から成る蓋体を溶接により封止していた。このようなパッケージは高価なため、製造コストに占める割合は大きい。その上、パッケージを使用すると個々の素子をチップ化して実装し封止しなければならないので多くの工数が必要となる。
【０００３】
また、図２に示すように、圧電基板１上に励振電極３を形成して成る弾性表面波素子１０をパッケージ１３内に収容する場合には、パッケージ１３の大きさにより装置全体の大きさが決定されるため、完成品としての小型化が困難となる。さらに、ワイヤボンディングを用いた弾性表面波素子の引き出し電極とパッケージの接続電極とを接続する場合には、弾性表面波素子１０上に形成した入出力電極１５とパッケージ電極１２とを接続するボンディングワイヤ１１とリッド１４とが接触しないように、十分なパッケージ電極１２とリッド１４との間の高さが必要であり、完成品の低背化にも制約があった。
【０００４】
また、励振電極３上に窒化シリコン膜を形成し、その窒化シリコン膜を被覆して弾性表面波の振動空間を有するポリシリコンのカバー層を設けた構造が提案されている（特開平１１−１１２２８３号公報等を参照）。
【０００５】
この構造は、まず励振電極上に窒化シリコン膜を形成させ、その上にZnO膜をパターニング形成し、その後ポリシリコンを弾性表面波素子上に堆積させる。その後、取り出し電極のボンディングパッド部分に対応する部分の窒化シリコン膜とポリシリコンに開口部を設け、この開口部を利用してZnO膜のみをウェットエッチングし除去することでＳＡＷの振動空間を形成するものである。
【０００６】
しかしながら、上記構造においては、カバー層がポリシリコンの単層であるため、回路基板に実装した後の振動や落下の衝撃に対して強度的に弱い。
【０００７】
また、振動空間の気密性を保つために、弾性表面波素子を回路基板にダイボンディング及びワイヤボンディングした後、開口部を樹脂で塞ぐ必要があり、弾性表面波素子をパッケージ内に収容させる実装工程が煩雑になり、工数が増加するという問題がある。
【０００８】
上記提案の他に、振動空間を確保するために、弾性表面波素子の機能部分を取囲む合成樹脂膜の支持台層とこの支持台層上に接合形成された蓋体とから構成した部材で被覆密封する構造も提案されている（特開平１０−２７０９７５号公報を参照）。
【０００９】
しかしながら、この構造においても同様に難点があり、弾性表面波素子の機能部分を取囲む合成樹脂膜の支持台層とこの支持台層上に接合形成された蓋体とから構成されているため、ある程度の強度は確保できるが、支持台層と蓋体を独立に形成接合して空間保持体を作製するため、工数が増加し製造コストがかかるという問題がある。
【００１０】
また、封止樹脂を付着する工程は、ウエハ状態からチップ状に切り離した弾性表面波素子を回路基板にダイボンディングやワイヤボンディングした後に行われるので、同様に工数が増加し製造コストがかかるという問題がある。
【００１１】
そこで本発明は、上述の諸問題を解決し、チップ状に切り離す前のウェハ状態において振動空間を気密にかつ衝撃に対して強固な保護構造を実現可能な弾性表面波装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の弾性表面波装置は、圧電基板と、前記圧電基板上に配設された励振電極と、前記圧電基板上に配設されたボンディングパッド部と、前記励振電極および前記ボンディングパッド部の上面の一部を覆う保護膜と、前記励振電極に対し振動空間を介して対向する部分を有する第１の保護部材と、前記第１の保護部材上に設けられる第２の保護部材と、を備え、前記保護膜は、前記ボンディングパッド部上で前記第１の保護部材と接していることを特徴とする。なおここで、第１の保護部材は圧電基板に対し直接または間接的に接合され、第２の保護部材の開口部の閉塞により振動空間内が気密に維持されていればよい。
【００１３】
また、本発明の弾性表面波装置の製造方法は、圧電基板上に励振電極およびボンディングパッド部を形成する工程と、前記励振電極および前記ボンディングパッド部の上面の一部を保護膜で覆う工程と、前記保護膜で覆われた励振電極上にフォトレジスト層を形成する工程と、フォトレジスト層上に開口部を備えるとともに前記ボンディングパッド部上で前記保護膜と接する部分を有した第１の保護部材を形成する工程と、第１の保護部材の開口部からフォトレジスト層を除去する工程と、第１の保護部材の開口部を第２の保護部材で閉塞する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
図１に本発明に係る弾性表面波装置の製造工程を模式的に図示した端面図を示す。また、図３にその製造工程のフローチャート図を示す。
【００１６】
まず、タンタル酸リチウム単結晶やニオブ酸リチウム単結晶等の圧電基板１上に、純アルミニウムやアルミニウムを母相とする合金（例えばＡｌ−Ｃｕ）等の金属膜をスパッタリングや真空蒸着等により成膜する。その上にフォトリソグラフィによりフォトレジストパターンを形成した後、例えば塩素系ガス等を使用してドライエッチングを施し、不要なフォトレジストを剥離除去すれば励振電極パターン３が得られる。
【００１７】
次に、酸化シリコンやシリコン等の絶縁性または半導電性の保護膜４をスパッタリングまたはＣＶＤ等により成膜する。その後、フォトリソグラフィとエッチングを行いボンディングパッド部の保護膜を除去する（以下、窓開けと称する）。
【００１８】
次にフォトリソグラフィにより機能部分上（励振電極３上）にフォトレジスト層５を形成する。この際、フォトレジスト膜厚はＳＡＷの振動空間８が所望の高さになるように形成する。例えば、励振するＳＡＷの波長以上の高さ１μｍ〜１０μｍ程度が好適である。続いて、窓開け加工やパターニングし易い（エッチングし易い）酸化シリコンや窒化シリコン等のＳｉを主体とする材料から成る第１の保護部材６をスパッタリングやＣＶＤ等により成膜する。第１の保護部材６は補強フレームとして機能するので、膜の強度を得るため厚い方が良い。
【００１９】
その後、ボンディングパッド部の第１の保護部材に窓開けを行うと同時に、フォトレジスト膜５上の第１の保護部材に1個以上の開口部７をパターンニング形成しフォトレジスト層５の一部を露出させる。開口部７の数、形状、面積及び位置については、第１の保護部材６の上に被覆させる第２の保護部材９の材料により任意である。また、開口部７の位置に関しては励振電極３の直上でない方が好ましく、励振電極３の引き回し電極部上方や励振電極３が形成されていない圧電基板１の上方部に開口部７を形成した方が好ましい。次に、アッシングまたは剥離液によりフォトレジスト膜５を剥離除去する。
【００２０】
また、補強フレームである第１の保護部材６が酸化シリコン膜である場合、圧電基板１の全面に酸化シリコン膜を透過して紫外光を照射した後、現像によりフォトレジスト層５を除去することが可能である。
【００２１】
次に、封止樹脂層である第２の保護部材９をスピンコート等により塗布形成し、ボンディングパッド部に窓開けを行う。この時、感光性の封止樹脂を使用すれば、直接第２の保護部材９をパターニング形成し窓開けできるため、大幅に工数を削減できる。
【００２２】
また、振動空間８、第１の保護部材６、及び第２の保護部材９の各々の厚みに関しては、ワイヤボンディング方式もしくはフリップチップ方式等の選択如何により、所望のサイズ及び強度になるように任意に設定することができる。
【００２３】
このようにして作製された弾性表面波装置は、ウエハ状態からチップ状に切り離す前に振動空間８を気密し、かつ衝撃に対して強固なり保護構造を形成できるため、ダイシングによりウエハ状態からチップ状に切り離すだけで、本装置裏面に樹脂を塗布して外部回路基板に搭載し、装置上の接続電極と外部回路基板上の引き回し電極とをワイヤにて接続することができ、本装置を外部回路基板に実装できる。
【００２４】
また、フリップチップ方式を採用する場合には、予めウェハ状態でボールバンプ等を圧着形成し、ウエハ状態からチップ状に切り離した後、直ちに外部回路基板にフリップチップ実装可能であり、本装置裏面に樹脂を塗布して外部回路基板に搭載する工程が削減できるので良い。
【００２５】
なお、低背化したパッケージに収容し、樹脂や蓋体で封止しても構わない。
【００２６】
また、励振電極３の対数は５０〜２００程度、電極指幅は０．１〜１０．０μｍ程度、電極指どうしの間隔は０．１〜１０．０μｍ程度、電極指交差幅は１０〜５００μｍ程度、電極指の厚みは０．１〜０．４μｍ程度とすることが、共振器あるいはフィルタとしての所期の特性を得るうえで好適である。また、励振電極３のＳＡＷ伝搬路の両端に、ＳＡＷを反射し効率よく共振させるための反射器を設けてもよく、更には、電極指間にＺｎＯ、Ａｌ₂Ｏ₃等の圧電材料を成膜すれば、ＳＡＷの共振効率が向上し好適である。
【００２７】
弾性表面波素子用の圧電基板１としては、４２°または３６°回転Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ₃結晶、６４°回転Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ₃結晶、４５°Ｘカット−Ｚ伝搬のＬｉＢ₄Ｏ₇結晶は電気機械結合係数が大きく且つ群遅延時間温度係数が小さいため好ましい。圧電基板１の厚みは０．１〜０．５mm程度がよく、０．１ｍｍ未満では圧電基板が脆くなり、０．５ｍｍ超では材料コストが大きくなる。
【００２８】
かくして、チップ状に切り離す前のウェハ状態で振動空間を気密するため、機能部分に容易に振動空間を気密形成するので、従来に比べチップ化した後の工数を大幅に削減することができる。
【００２９】
また、補強フレームとした第１の保護部材を有するので、後工程及び使用時の衝撃に対して強固な第２の保護部材構造を作製可能であり、製品の信頼性を向上できる。
【００３０】
さらに、高価なセラミックパッケージ等を不要とするので部品の低コスト化が図れ、かつ、チップサイズに比例した部品サイズを実現することができるので、従来に比べて小型化が容易になる。
【００３１】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更は何等差し支えない。
【００３２】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。圧電基板の材料として４２°回転Ｙカット−Ｘ伝搬のタンタル酸リチウム単結晶を用いた。直径幅７８ｍｍの基板の厚みを０．３５ｍｍとした。その圧電基板上にスパッタによりＡｌ−１．０％ｗｔＣｕの電極膜を約０．２μｍの厚みに成膜した。半導電性のシリコン保護膜を真空蒸着により約０．０２５μｍの厚みに成膜し、ボンディングパッド部に窓開けを行った。次に、２０ｍＰａ・ｓのポジ型フォトレジストをスピナーにより１５００ｒｐｍで回転塗布し、機能部分上に約５μｍの膜厚のフォトレジスト層を方形状にパターニング形成した。
【００３３】
次に、補強フレームの第１の保護部材となる酸化シリコン薄膜をＣＶＤにより約１０μｍの厚みに成膜し、ボンディングパッド部に窓開けを行うと同時に、フォトレジスト層上にフォトレジスト層を露出させる直径５０μｍの円形開口部を形成した。開口部は励振電極の端部から数十μｍ隔てた方形状のパターンの外周部近傍に等間隔で形成した。
【００３４】
次に、開口部を介して酸素プラズマによりフォトレジスト層をアッシング除去した後、純水洗浄し、ベーキングを行い乾燥した。次に、熱硬化性の合成樹脂をスピナーにより回転塗布し、ベーキングにより硬化させて約３０μｍの厚みの第２の保護部材を酸化シリコンの第１の保護部材に被覆形成した後、ボンディングパッドに縦横幅１２０μｍの窓開けをおこなった。尚、封止樹脂の粘性により開口部を介して、振動空間に封止樹脂が入り込むことはなかった。最後に、ボンディングパッド上に高さ１００μｍのバンプを圧着形成した。その後、ダイシングによりチップ化して回路基板上にフリップチップ方式で実装を行った。
【００３５】
また、上記実施例のフォトレジスト層を形成後、アライナーにより酸化シリコンを透過させて紫外光を照射しフォトレジストを感光させた後、アルカリ性の現像液を使用して、フォトレジスト層をディップ現像で除去した。その後、純水洗浄し、ベーキングを行い乾燥した。上記に示した製造方法によっても、作製可能である。
【００３６】
かくして、本発明によりチップ状に切り離す前のウェハ状態で振動空間を気密し、かつ衝撃に対して強固な第２の保護部材構造をもつ弾性表面波装置及びその製造方法を提供することが可能であり、素子を筐体中への実装工数や封止工数を削減し、装置全体の部品コストも削減できた。
【００３７】
尚、本発明は上記実施例に限定されず要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明の弾性表面波装置及びその製造方法では、チップ化する前のウェハ単位で、弾性表面波素子の機能部分に対し簡便に振動空間を気密形成するので、従来に比べチップ化した後の工数を大幅に削減することができる。
【００３９】
また、補強フレームとした第１の保護部材を有するので、後工程及び使用時の衝撃に対して強固な第２の保護部材構造を作製可能であり、製品の信頼性を向上できる。
【００４０】
さらに、高価なセラミックパッケージ等を不要とするので部品の低コスト化が図れ、かつ、チップサイズに比例した部品サイズを実現することができるので、従来に比べて小型化が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる弾性表面波装置の製造方法を模式的に説明する図であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ工程中の弾性表面波装置の端面図である。
【図２】従来の弾性表面波装置の端面図である。
【図３】本発明の製造方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１：圧電基板
２：ボンディングパッド（入出力電極）
３：励振電極
４：保護膜
５：フォトレジスト層
６：補強フレーム（第１の保護部材）
７：開口部
８：中空空間（弾性表面波の振動空間）
９：封止樹脂層（第２の保護部材）
１０：弾性表面波素子
１１：ボンディングワイヤ
１２：ボンディングパッド（入出力電極）
１３：セラミックパッケージ
１４：金属リッド
１５：ボンディングパッド（入出力電極）

Claims

圧電基板と、
前記圧電基板上に配設された励振電極と、
前記圧電基板上に配設されたボンディングパッド部と、
前記励振電極および前記ボンディングパッド部の上面の一部を覆う保護膜と、
前記励振電極に対し振動空間を介して対向する部分を有する第１の保護部材と、
前記第１の保護部材上に設けられる第２の保護部材と、を備え、
前記保護膜は、前記ボンディングパッド部上で前記第１の保護部材と接している弾性表面波装置。
前記ボンディングパッド部上には、バンプが設けられている請求項１に記載の弾性表面波装置。
前記保護膜が酸化シリコンからなる請求項１または２に記載の弾性表面波装置。
圧電基板上に励振電極を配設して成る弾性表面波装置の製造方法であって、
前記圧電基板上に励振電極およびボンディングパッド部を形成する工程と、
前記励振電極および前記ボンディングパッド部の上面の一部を保護膜で覆う工程と、
前記保護膜で覆われた励振電極上にフォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層上に開口部を備えるとともに前記ボンディングパッド部上で前記保護膜と接する部分を有した第１の保護部材を形成する工程と、
前記第１の保護部材の開口部から前記フォトレジスト層を除去する工程と、
前記第１の保護部材の開口部を第２の保護部材で閉塞する工程と、を含む弾性表面波装置の製造方法。
前記ボンディングパッド部上にバンプを形成する工程をさらに含む請求項４に記載の弾性表面波装置の製造方法。
前記フォトレジスト層の膜厚は、前記励振電極により励振される弾性表面波の波長以上の厚さに設定されている請求項４または５に記載の弾性表面波装置の製造方法。