JP4823336B2 - 弾性表面波装置、および実装構造体 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車電話及び携帯電話等の移動体無線機器に内蔵される共振器や周波数帯域フィルタである弾性表面波装置、および実装構造体に関する。
近年、電波を利用し通信を行なう電子機器用の帯域通過フィルタ等の周波数フィルタ（以下、フィルタという）、遅延線、発信器等の電子部品として、多くの弾性表面波共振子や弾性表面波フィルタが用いられている。特に、移動体通信分野において、携帯電話等の携帯端末装置のRF（Radio Frequency：無線周波数あるいは高周波）ブロック及びIF（Intermediate Frequency：中間周波数）ブロックのフィルタとして多用されている。今後、自動車電話及び携帯電話等の移動体無線機器を使用した通信システム上、部品の軽量化や小型化が望まれている。
従来の弾性表面波（Surface Acoustic Waveで、以下、ＳＡＷともいう）装置の基本構成は、圧電基板の表面に一対の櫛歯状の励振電極（Inter Digital Transducer、IDT電極）を複数配置してある素子を、セラミック製の筐体内に載置した構造となっている。
図５に従来の一例を示す。励振電極１は、例えば36°YカットX伝搬タンタル酸リチウム単結晶等からなる圧電基板２上に、蒸着法、スパッタ法等によりAl、Al-Cu合金等の導電膜を成膜した後、フォトリソグラフィ法により微細な電極となるように導電膜をパターニングして形成される。
さらに、励振電極１を形成した圧電基板２をダイシングソーで切断することにより、ＳＡＷ素子３が作製される。また、このＳＡＷ素子３をセラミックで作製した筐体４内に載置し接着樹脂５にて固着させ、筐体４の入出力電極６または接地電極７をそれぞれの引き出し電極８、９にワイヤ１０で接続する。そして耐候性を持たせるために、筐体４と蓋体１１をシーム溶接または半田または樹脂の封止材１２により封止する。
このように、従来のＳＡＷ装置では、軽量化・小型化が要求されているにもかかわらず、素子に比較して筐体が大きく、また、ワイヤボンディングにより筐体内に空間を確保する必要があるため、ＳＡＷ装置が大型化するという問題があった。
これに対し、近年、バンプを用いたフリップチップ接続を行ない、装置全体を軽量化・小型化する提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。
この方法によれば、電気的接続をフリップチップ接続で行なうことにより、ワイヤボンディングで必要とされる空間が不要となる。このため、従来のワイヤ接続によるＳＡＷ装置より小型とすることが出来る。
特開平１１−１５０４４０号公報
しかし、上記のいずれの方法においても、フリップチップのベース基板あるいはパッケージは表面に電極を形成する必要がある。また、ＳＡＷ素子との接続部からフリップチップされるベース基板の下面あるいはパッケージの下面まで、電極を引き回す必要があり、ベース基板あるいはパッケージの作製に多大な工数を要していた。
そこで、本発明は素子サイズと同等に小型化が可能な弾性表面波装置、および実装構造体を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明における弾性表面波装置は、下面に励振電極と該励振電極に電気的に接続される引き出し電極とを有した弾性表面波素子と、前記励振電極との間に存在する封止空間を介して弾性表面波素子と対向するように配置され、平面透視して前記封止空間の外側で前記弾性表面波素子に対し接合されたベース基板と、上部が前記引き出し電極と電気的に接続された外部回路接続用の導電材と、を備え、前記ベース基板は、前記導電材と前記引き出し電極との接続箇所と対応する位置に貫通孔を有しており、前記導電材の下部は、前記貫通孔を介して前記封止空間よりも下側の高さ位置まで導出されている。
上記目的を達成するために本発明における実装構造体は、本発明に係る弾性表面波装置と、前記弾性表面波装置が実装された外部回路基板と、を備える。
本発明の弾性表面波装置、および実装構造体は、素子サイズと同等に小型化が可能であるという効果を奏する。
本発明に係る弾性表面波装置の一実施形態を模式的に説明する断面図である。 本発明に係る弾性表面波装置の一実施形態を模式的に説明する上面透視図である。 本発明に係る弾性表面波装置の他の実施形態を模式的に説明するための上面透視図である。 本発明に係る弾性表面波装置の他の実施形態を模式的に説明する断面図である。 従来の弾性表面波装置を模式的に説明する断面図である。
本発明に係る弾性表面波装置の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１に本発明に係る弾性表面波装置Ｓ１にける断面図を示す。また、図２に弾性表面波装置Ｓ１の上面透視図を示す。ここで、図１は図２のＡ−Ａ'線断面図である。
弾性表面波装置Ｓ１は、ベース基板１４上に、圧電基板２の下面に励振電極１とこれに接続される引き出し電極８，９（８は信号用電極、９は接地用電極）とを形成した弾性表面波素子３を載置し、ベース基板１４に励振電極１に対向させる凹部１６と引出し電極８，９に対向させる貫通孔１５をそれぞれ形成し、貫通孔１５に第１の導電材である金属膜１７や第２の導電材１８を充填して外部回路接続部となしている。
ここで、弾性表面波素子３の機能面上に、例えば絶縁体材料の樹脂から成る枠状の封止材１２を塗布形成している。この封止材１２により弾性表面波素子３とベース基板１４とを接合し気密封止している。
貫通孔１５に導電材１８である例えば半田や金属フィラーを混入させた樹脂を満たしているが、導電材１８はベース基板１４の下面に対し表面が凸状になるよう印刷充填する。このように、導電材１８を凸形状にすることで、弾性表面波装置Ｓ１の特に信号用電極から外部回路実装基板の電極への密着がきわめて容易かつ良好になる。
貫通孔１５の側面には導電材１８とベース基板１４、および弾性表面波素子３の引き出し電極８、９との密着性をよくするために金属膜１７を被着形成している。
また、ベース基板１４の凹部１６や貫通孔１５の形成は、異方性エッチングが可能な例えばＳｉ単結晶基板の（１００）面や（１１０面）を主面として利用すれば、（１００）面または（１１０）面と（１１１）面とのエッチングレートの差異が大きいことを利用した異方性エッチングにより、（１１１）面の傾斜面を有する凹部１６や貫通孔１５の作製が容易となる。なお、異方性エッチングに用いるアルカリ性エッチャントとしては、ＫＯＨ，ＮａＯＨ，ＥＰＷ（エチレンジアミン＋ピロカテコール＋水），ヒドラジン，ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）等のアルカリ水溶液が好ましい。
凹部１６に封止材１２のたれ込み（加熱や加圧時に変形すること）がある場合、弾性表面波素子３上の励振電極１の妨げになり特性に悪影響を及ぼすおそれがあるが、樹脂のたれ込み部位に微小空間の傾斜面を形成することで、樹脂の表面張力で樹脂のたれ込み量を極力抑えることができるため、上記のような異方性エッチング法を用いることが好ましい。
また、ベース基板１４の上面で弾性表面波素子３の励振電極１に対向する部位に異方性エッチングにより凹部１６を形成しているため、弾性表面波素子３の電極厚さによらず励振電極１の振動空間１９を十分に確保できる。
さらに、貫通孔１５には導電材１８等を印刷充填するため、導電体中に気泡が入りにくく充填されやすいため、貫通孔１５に傾斜をもたせることが可能な異方性エッチング法を用いることが好ましい。
次に、図３に示す他の実施形態について説明する。ここで、枠状の封止材１２は絶縁性のため、入出力電極である引き出し電極８および接地電極である引き出し電極９が電気的にショートとなることが無いため、引き出し電極８，９の圧電基板２上の引き回しが自由にできる。これにより、ベース基板１４上の入出力電極および接地電極の引き出し電極８，９の配線ピッチに自由度があり、また、圧電基板２上やベース基板１４上にインダクタやコンデンサなどの付加回路を作製することも可能である。このようにインダクタを構成するようにミアンダ状（蛇行状）線路２０を有する接地電極を設けることも可能である。
また、弾性表面波素子３の機能面とベース基板１４とを、封止材１２により接合し気密封止できるが、弾性表面波装置を外部回路基板に実装する際、チップマウンタのマニュピレータが与える圧力によって、弾性表面波素子３の圧電基板２が破損することがあり得るため、図４に示す弾性表面波装置Ｓ３のように、圧電基板２の上面側から保護樹脂２２を樹脂ポッティングして作製しても構わない。
なお、圧電基板２はタンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム単結晶、水晶、４ほう酸リチウム単結晶、ランガサイト系単結晶、ニオブ酸カリウム単結晶、ガリウム砒素単結晶が主に適用できる。
また、励振電極１や、貫通孔の表面被服する金属膜１７の材料には、主にアルミニウム、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、または銀・パラジウム合金が主に適用でき、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、銅等が主に適用できる。
また、封止材１２や保護樹脂２２は、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、または低融点ガラス等が主に適用できる。
また、導電材１８は、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、または低融点ガラス等に金属フィラーを任意の割合で混入されたものが主に適用できる。
また、圧電基板２上の微細な電極である励振電極１を埃等の異物や金属マイグレーションから保護するため、励振電極１上に保護膜２１を約０．１μｍ以内で形成するのが一般的である。
また、図１では励振電極を共振器梯子型フィルタの構成図を示したが、共振器格子型フィルタや２重モード共振器型フィルタ、マルチＩＤＴ電極型フィルタ、またはこれらの複合された構成で行っても構わない。
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、ＳＡＷフィルタだけでなく、ＳＡＷレゾネータやＳＡＷデュプレクサにも本発明が適用でき、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更は何等差し支えない。
厚さ０.３５ｍｍ、約８０ｍｍ径の４２°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム単結晶ウエハに、電極膜としてＡｌ−Ｃｕ合金をスパッタ法にて膜厚０．２μｍで成膜した。その上に、ポジ型フォトレジストを１μｍの厚さでスピンコート法により塗布した。その後、露光、現像を行ないフォトレジストのパターニングを行ない、ドライエッチング法で所望の励振電極１や引き出し電極８，９形状となるようにエッチングし、アッシングでフォトレジストを除去して電極パターニングを完了した。
その後、ＳｉＯ２膜をＣＶＤ法により０．０２５μｍの厚さで成膜し、ポジ型フォトレジストを１μｍの厚さでスピンコート法により塗布し、露光・現像を行ないフォトレジストのパターニングを行ない、ドライエッチング法により電極をエッチングし、アッシングによりフォトレジストを除去して、励振電極１上に保護膜２１をパターニングした。
多数のパターニングされた弾性表面波素子３が並んだウエハを、ダイシングソーを用いてダイシングし、１ｍｍ角の弾性表面波素子３を多数完成させた。
次に、厚さ０.２５ｍｍ、約８０ｍｍ径のＳｉ単結晶（主面が（１００）面）の基板に、ポジ型フォトレジストを１μｍの厚さでスピンコート法により塗布し、露光・現像を行ないフォトレジストのパターニングを行い、水酸化カリウム水溶液に３０時間浸漬してベース基板１４をエッチングし、Ｓｉ基板のＳＡＷ素子３と対向する面上に０．２ｍｍ角、外部回路との接続端子面に０．５５ｍｍ角の貫通孔を形成した。
また、同様に振動空間１９の形成のために底面０．５ｍｍ角、上面０．６４ｍｍ角の傾斜のある段差部を異方性エッチングにより作製した。
その後、弾性表面波素子３に枠状の封止材のエポキシ樹脂をマスク印刷により、０．１ｍｍ厚さ、幅０．１５ｍｍに塗布し、前記エポキシ樹脂を１５０℃、３０分の条件で仮硬化させた。この弾性表面波素子３と前記ベース基板１４を前記エポキシ樹脂にて微小加圧・加熱（１５０℃、２時間）し、気密封止を行った。また、次に貫通孔１５にマスク蒸着によりＴｉを０．１μｍの厚さで成膜し、貫通孔側面にＴｉ金属膜を形成し、無鉛はんだペーストを貫通孔１５にマスク印刷し、塗布した。
次にはんだペースト塗布面を上にして、Ｓｉウエハをプレヒート１５０℃、１分間、溶融加熱２３０℃、５秒の条件ではんだボールを貫通孔に形成した。
そして、Ｓｉウエハをダイシングソーでダイシングし、１．５ｍｍ角の弾性表面波装置を多数完成させた。
以上の工程により大きさは幅１．５ｍｍ、奥行き１．５ｍｍ、高さ０．７ｍｍの超小型な弾性表面波装置を完成させることができた。
１：励振電極
２：圧電基板
３：弾性表面波素子
４：筐体
５：接着樹脂
６：入出力電極
７：接地電極
８：入出力電極（引き出し電極）
９：接地電極（引き出し電極）
１０：ワイヤ
１１：蓋体
１２：封止材
１４：ベース基板
１５：貫通孔
１６：凹部
１７：第１の導電材（金属膜）
１８：第２の導電材
１９：振動空間
２０：信号配線部
２１：保護膜
２２：保護樹脂
Ｓ１〜Ｓ３：弾性表面波装置

Claims (4)

  1. 下面に励振電極と該励振電極に電気的に接続される引き出し電極とを有した弾性表面波素子と、
    前記励振電極との間に存在する封止空間を介して前記弾性表面波素子と対向するように配置され、平面透視して前記封止空間の外側で前記弾性表面波素子に対し接合されたベース基板と、
    上部が前記引き出し電極と電気的に接続された外部回路接続用の導電材と、を備え、
    前記ベース基板は、異方性エッチングが可能な材料から構成され、且つ該ベース基板の前記励振電極と対向する部分には、異方性エッチングにより形成された凹部が設けられていることを特徴とする弾性表面波装置。
  2. 前記ベース基板はＳｉ単結晶基板からなる、請求項１に記載の弾性表面波装置。
  3. 前記ベース基板は、前記導電材と前記引き出し電極との接続箇所と対応する位置に貫通孔を有しており、
    前記導電材の下部は、前記貫通孔を介して前記封止空間よりも下側の高さ位置まで導出
    されている、請求項１または２に記載の弾性表面波装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の弾性表面波装置と、
    前記弾性表面波装置が実装された外部回路基板と、を備えた実装構造体。
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