JP4467154B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信機器等の無線通信回路に好適に用いられる弾性表面波装置に関するものであり、特に表面実装可能な弾性表面波装置の小型化に関する。
【0002】
【従来技術とその課題】
近年、電波を利用する電子機器のフィルタ,遅延線,発信機等の素子として多くの弾性表面波装置が用いられている。特に小型・軽量でかつ急峻遮断性能に優れた弾性表面波フィルタは、移動体通信分野において、携帯端末装置のRF段及びIF段のフィルタとして多用されるようになってきている。
【0003】
また、このような携帯端末装置は小型・軽量化が進むとともに、複数の通信システムに対応するマルチバンド化のために、弾性表面波フィルタを内蔵する回路が増加してきている。
【0004】
そして、携帯端末装置に使用される電子部品には、実装密度を向上させるために、表面実装可能な小型部品が強く要望されている。携帯端末装置のキーパーツである弾性表面波フィルタにおいても、低損失かつ通過帯域外の遮断特性とともに、表面実装可能な小型の弾性表面波フィルタが要求されている。
【0005】
弾性表面波装置は、キャンパッケージ型のものよりセラミックパッケージ型が実用化されているが、これはセラミックパッケージ型がキャンパッケージ型より表面実装可能で小型化が実現できるからである。
【0006】
第1世代のセラミックパッケージ型の弾性表面波装置は、パッケージ内に接着固定した弾性表面波素子(圧電基板上に励振電極等が形成されて構成)とパッケージの内部電極とをワイヤボンディングにより電気接続していたが、ワイヤボンディングを用いることにより、パッケージ外形が大きくなり、弾性表面波装置は内蔵する弾性表面波素子の5倍〜6倍もの占有面積となっていた。
【0007】
現在、これを解決し小形化を図るために、第2世代のセラミックパッケージ型弾性表面波フィルタ装置として、弾性表面波素子をパッケージ内部にフェースダウンボンディングしたものが実用化されてきている。
【0008】
すなわち、例えば図3に示す弾性表面波装置J1のように、圧電基板12上に励振電極13等が形成された弾性表面波素子16の表面に形成された金属バンプ15と、枠状セラミック体と平板状セラミック体から成るパッケージ17の内外に形成された電極18とを接続することにより、外部回路(不図示)に対し電気的に接続可能となるので、ボンディングワイヤが不要となる。これにより、第1世代のセラミックパッケージ型の弾性表面波装置に比べ、約2分の1程度の小型化を図ることができる。なお、図中11は蓋体である。
【0009】
しかしながら、上述したように携帯端末装置は小型・軽量化が進むとともに、複数の通信システムに対応するマルチバンド化のために、内蔵するべき弾性表面波装置が増加してきており、第2世代のフェースダウン実装方式のセラミックパッケージ型の弾性表面波装置においても、複数の弾性表面波素子を従来の1つのパッケージに実装するにはパッケージの面積が大きくなりすぎるという欠点があった。
【0010】
そこで、このような課題に対処するために、図4に示すような弾性表面波装置J2のように、パッケージ21の中央部に形成された仕切り壁22を挟んで、それぞれ逆向きに開口した凹部23を備えるようにすることにより、2個の弾性表面波素子19をパッケージ21内に収容する構造が提案されている(例えば、特開平6−6170号公報を参照)。なお、図中20はボンディングワイヤである。
【0011】
ところがこのような構造では、仕切り壁22を挟んで弾性表面波素子19を載置し、弾性表面波素子2つ分の振動空間が必要となるだけでなく、ワイヤボンディングによる高さ確保も必要となり、弾性表面波装置の全体の高さ(厚み)が大きくなってしまうという欠点がある。
【0012】
本発明は上述の課題に対処するためになされたものであり、外形による占有面積が弾性表面波素子1つからなる弾性表面波装置と同等で、かつ複数の弾性表面波素子を筐体内に載置させ、高機能化及び低背化を実現する優れた弾性表面波装置を提供することを目的とする。
【0013】
【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、外部回路に接続するための導体を内外に形成した筐体内に水平方向へ突出した突起台を設け、該突起台の上下面に一主面どうしが対向する圧電基板を接合するとともに、前記突起台の上面に接合した圧電基板の下主面、及び前記突起台の下面に接合した圧電基板の上主面のそれぞれに、前記導体に接続される励振電極を形成したことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる弾性表面波装置の実施形態を模式的に図示した図面に基づき詳細に説明する。なお、同一構成部材には同一符号を付し説明を省略することがある。
【0015】
図1(c)は本発明に係る弾性表面波装置S1の下面図である。また、図1(a)は図1(c)のA−A’線断面図である。また、図1(b)は図1(c)のB−B’線断面図である。
【0016】
例えば、内部配線を施した多層セラミックを焼成したものである筒状の筐体6には、外部回路(不図示)に接続するための接続導体8と電極7a〜7fから成る導体を内外に形成しており、筐体6を立設した状態において水平方向へ突出した突起台6aを、筐体6内の壁面の複数箇所または環状に設けている。
【0017】
突起台6aの上下面には、互いに一主面が対向する圧電基板1をそれぞれ接合し、突起台6aの上面に接合した圧電基板1の下主面、及び突起台6aの下面に接合した圧電基板1の上主面のそれぞれに、接続導体8に接続される励振電極2を形成して成る。
【0018】
具体的には、櫛歯状のIDT電極を例えばラダー型回路や格子型回路等に接続されて成る励振電極2、配線電極3、及びバンプ4などを形成した圧電基板1から構成された上側弾性表面波素子5a、及びこれと同様な構成の下側弾性表面波素子5bを筐体6内に収容しており、筐体6の外部に形成された電極7a〜7f(7a:接地電極、7b:接地電極、7c:上側弾性表面波素子5aの信号入力電極、7d:下側弾性表面波素子5bの信号入力電極、7e:上側弾性表面波素子5aの信号出力電極、7f:下側弾性表面波素子5bの信号出力電極)に接続導体8が接続されて、筐体6の内外に導通する電気導体を形成している。
【0019】
接続導体8は突起台6aの表面にも形成されており、筐体6の作製の際にタングステン等の導電体を印刷することにより形成できる。また、筐体6の上下部段差部6b,6cが形成されており、この段差部6b,6cに蓋体9が嵌め込まれて接着材等により筐体6内を気密に封止している。さらに、突起台6aの上下面には、2個の弾性表面波素子5a,5bをその主面を互いに対向させた状態で、各励振電極2が接続導体8に接続するように配設されている。これにより、複数の弾性表面波素子の振動空間を1つのキャビティ内で確保することができる。
【0020】
ここで、突起台6aは筐体6内の壁面4面の全面にわたって形成してもよい。これにより、複数の弾性表面波素子を収容した場合、壁面4面に内部導体を形成することで、弾性表面波素子との接続を簡便かつ確実に行わせることができる。
【0021】
また、筐体6内の四隅には突起台を形成せずに、この四隅に接地電極を形成し、突起台を壁面の各面に棚状に設けるようにしてもよい。これにより、弾性表面波素子の入力信号と出力信号を電気的にさらに分離することができ、よりいっそう信号アイソレーションの良好な弾性表面波装置を提供することが可能となる。
【0022】
かくして、本発明の弾性表面波装置によれば、複数の弾性表面波素子の振動空間を確保しつつ、外形の占有面積の大きさがシングルフィルタの弾性表面波装置と同等で、かつ複数の弾性表面波素子を実装することができる。
【0023】
次に、本発明に係る弾性表面波装置の他の実施形態について図2に基づき説明する。弾性表面波装置S2では、弾性表面波素子5a,5bを個片化する前に、接着材24によって蓋体10となる基板に接着し、その後ダイシングを行い、上述した弾性表面波装置S1と同様にして段差6b、6cを具備した筒状の筐体6に実装し、筐体6における開口部の封止を行っている。なお、他の構成は弾性表面波S1と同一としている。
【0024】
このように、弾性表面波装置S2の形態を採用することで、封止工程を簡便にすることができ、また弾性表面波装置S1の形態よりさらに低背化をはかることができる。
【0025】
なお、本実施形態では2個の弾性表面波素子を実装した例を示したが、突起台を複数段設けて、その突起台に他の弾性表面波素子や電子回路を配設するようにしてもよい。
【0026】
また、1個の弾性表面波素子に複数個の弾性表面波フィルタを作製することにより、1個の弾性表面波装置で3種類以上のマルチバンドに対応することができる。また、実装する素子を弾性表面波素子のみに限らず、弾性表面波素子に加えて例えばスイッチ素子等を配設して、これらスイッチ素子等により、高機能を有する弾性表面波装置とすることが可能である。
【0027】
ここで、段差を具備した筒型の筐体の段差部分によるキャビティ高さは、弾性表面波素子上を伝搬する弾性表面波を抑圧しない十分な高さが必要であり、圧電基板上を伝搬する1波長以上の高さが好ましい。
【0028】
また、弾性表面波装置用の圧電基板としては、36°±3°YカットX伝搬タンタル酸リチウム単結晶、42°±3°YカットX伝搬タンタル酸リチウム単結晶、64°±3°YカットX伝搬ニオブ酸リチウム単結晶、41°±3°YカットX伝搬リチウム単結晶、45°±3°XカットZ伝搬四ホウ酸リチウム単結晶は、電気機械結合係数が大きくかつ周波数温度係数が小さいため好ましい。
【0029】
また、圧電基板の厚みは0.1mm〜0.5mm程度が良く、0.1mm未満では圧電基板がもろくなり、0.5mm超では材料コストと部品寸法が大きくなり、好ましくない。
【0030】
また、櫛歯状電極の形成材料に、アルミニウム、アルミニウム・銅合金、アルミニウム・チタン合金、アルミニウム・珪素合金、金、銀、銀・パラジウム合金が主に適用でき、また、入出力電極材は主材にアルミニウム、アルミニウム・銅合金、アルミニウム・チタン合金、アルミニウム・珪素合金、金、銀、銀・パラジウム合金が主に適用でき、また、電極の密着度向上や電気抵抗の削減のため下地材が必要な場合には、クロム、チタン、銅が主に適用でき、蒸着法、スパッタ法、またはCVD法などの薄膜形成法により形成する。電極厚みは0.1μm〜0.5μm程度とすることが弾性表面波装置としての電気特性を得るうえで好適である。
【0031】
また、本発明に係る弾性表面波装置の電極および圧電基板上の弾性表面波伝搬部にSi、SiO2、SiN、Al2O3、DLC(Diamond Like Carbon)等の絶縁性材料を保護膜として形成して、導電性異物による通電防止や耐電力向上を行っても構わない。
【0032】
また、弾性表面波素子の入出力および接地端子と筐体の導体とを電気接続させるバンプ材には、AuバンプやAu−Snはんだバンプ、導電性樹脂の熱硬化性樹脂(エポキシ系、シリコーン系、フェノール系、ポリイミド系、ポリウレタン系等)、熱可塑性樹脂(ポリフェニレンサルファイド等)、紫外線硬化樹脂、又は低融点ガラス等に金属フィラーが任意の割合で混入されたものを用いても構わない。
【0033】
接着材24の材料については、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスやガラスセラミックスなどから成るガラス質体が好ましく、また、蓋体9,10については、例えば非単結晶のアルミナ、窒化アルミニウムやガラスセラミックス、または樹脂、ガラス等が好ましい。
【0034】
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、SAWフィルタだけでなく、SAWデュプレクサにも本発明は適用でき、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更は何ら差し支えない。
【0035】
【実施例】
次に、本発明の弾性表面波装置の具体的な実施例について、図1に示す弾性表面波装置S1に基づいて説明する。
【0036】
圧電基板1に櫛歯状電極2と配線電極3を形成した。すなわち、圧電基板には厚さ200μmの36°YカットX伝搬のタンタル酸リチウム単結晶基板を用い、櫛歯状電極及び配線電極の第1層目の電極にはアルミニウム合金(銅含有率1重量%)を用いた。電極厚さは200nmとした。
【0037】
次に、クリーム半田を10μmの厚さで、弾性表面波素子の接続電極の上部にスクリーン印刷した後、リフローを250℃で行い半田バンプ4を形成した。
【0038】
次に、圧電基板をダイシングにより弾性表面波素子個別に分離し弾性表面波素子を作製した。弾性表面波素子1個の寸法は1.5mm×1.5mmとした。
【0039】
次に、上下に段差6b、6cを具備した筒状の筐体6の蓋体9を固着させる段差部分高さを150μm、弾性表面波素子5a、5bを載置させる突起台6aの厚みを300μm、2つの弾性表面波素子5a、5bの圧電基板どうしの対向間距離を100μmとした。また、筐体6中に弾性表面波素子5a、5bをチップマウンターにより実装し、バンプ4と接続導体8とを熱圧着させ、半田バンプを溶融接合させ、筐体との電気接続を行った。
【0040】
最後に、100μm厚みの蓋体9で弾性表面波素子5と筐体6を樹脂封止した。
【0041】
製造した弾性表面波装置は、筐体中の段差部により弾性表面波素子の振動空間が確保されているとともに、小型筐体に複数の弾性表面波素子の実装が実現でき、サイズ幅3mm,奥行き3mm,高さ1.0mmの超小型弾性表面波装置ができた。
【0042】
【発明の効果】
以上、詳細に述べたように、本発明の弾性表面波装置によれば、弾性表面波の振動空間を確保し弾性表面波素子として良好に機能させつつ、外形の占有面積の大きさが弾性表面波素子1つのみを備えた弾性表面波装置と同等で、しかも複数の弾性表面波素子を備えていても低背化を実現した優れた弾性表面波装置を提供することができる。
【0043】
さらに、本構造を採用することにより、弾性表面波素子の機能と増幅器やスイッチ素子等の機能を併せ持った機能性に非常に優れた電子複合部品をも提供できる。
【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一実施形態を説明する図であり、(a)は(c)のA−A’線断面図、(b)は(c)のB−B’線断面図、(c)は弾性表面波装置の下面図である。
【図2】本発明に係わる弾性表面波装置の実施例を示す断面図である。
【図3】従来の弾性表面波装置を示す断面図である。
【図4】従来の他の弾性表面波装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1 : 圧電基板
2 : 圧電基板表面に形成された櫛歯状電極
3 : 圧電基板表面に形成された配線電極
4 : バンプ
5 : 弾性表面波素子
5a:上側弾性表面波素子
5b:下側弾性表面波素子
6 : 筐体
6a:突起台
7a : 接地電極
7b : 接地電極
7c : 上側弾性表面波素子の信号入力電極
7d : 下側弾性表面波素子の信号入力電極
7e : 上側弾性表面波素子の信号出力電極
7f : 下側弾性表面波素子の信号出力電極
8 : 内部配線
9 : 蓋体
10 : 蓋体
24 : 接着材
S1,S2:弾性表面波装置
Claims (1)
- 外部回路に接続するための導体を内外に形成した筐体内に水平方向へ突出した突起台を設け、該突起台の上下面に一主面どうしが対向する圧電基板を接合するとともに、前記突起台の上面に接合した圧電基板の下主面、及び前記突起台の下面に接合した圧電基板の上主面のそれぞれに、前記導体に接続される励振電極を形成したことを特徴とする弾性表面波装置。
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