JP4898396B2 - 弾性波デバイス - Google Patents

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Description

本発明は、弾性波デバイスに関し、より詳細には端子部を構成する突起電極の側面が被覆部で覆われている弾性波デバイスに関する。
弾性波を利用した弾性波デバイスの1つとして、圧電性基板の表面に形成したIDT(Interdigital Transducer)からなる櫛型電極を備え、この櫛型電極に電力を印加することで励振した弾性波を用いる弾性表面波デバイスは良く知られている。この弾性表面波デバイスは、例えば45MHz〜2GHzの周波数帯域における無線信号を処理する各種回路、例えば送信用バンドパスフィルタ、受信用バンドパスフィルタやアンテナ共用器等に広く用いられている。また、最近では、圧電薄膜の表裏に一対の電極を形成しその厚み振動を利用する圧電薄膜共振器(FBAR:Film Bulk Acoustic Resonator)を用いた弾性波デバイスも用いられ始めている。圧電薄膜共振器を用いた弾性波デバイスは特に高周波数帯域での特性が良好であることから、例えば1GHz〜10GHzの周波数帯域で用いられている。
近年、これら信号処理機器は小型化が進み、使用される弾性波デバイスの電子部品も小型化が求められている。特に、携帯電話端末等の携帯用電子機器では、モジュール化して用いられることが多くなり、表面実装が可能な小型デバイスが要求されている。弾性波デバイスでは、特性を維持するために最も重要となる機能部分(弾性表面波素子:IDTからなる櫛型電極、圧電薄膜共振器:圧電薄膜を挟みこむ上下電極の重なる領域)上に空洞を設ける必要があり、小型デバイスの要求を満足させるために、ウエハ状態でこの空洞の形成を行なっている。このようにして形成した弾性波デバイスをモジュール部品として使用する場合は、電子回路基板にフリップチップで実装し、その後トランスファーモールド用樹脂で樹脂封止をして使用している。なお、電子回路基板とは、プリント基板やモジュール基板等の電子回路を構成する配線を形成した基板のことをいう。
図1は弾性波デバイスを電子回路基板に実装した時の断面図である。図1を参照に、弾性波デバイス24は電子回路基板26に形成されている配線18に、弾性波デバイス24に形成されたハンダからなる突起電極22により、フリップチップで実装されている。弾性波デバイス24と電子回路基板26との間隔のことをスタンドオフ32という。スタンドオフ32の高さは突起電極22で規定される。弾性波デバイス24はトランスファーモールド用樹脂30で樹脂封止されている。
スタンドオフ32の高さを制御する方法として様々な方法が開発されている。特許文献1および特許文献2には、弾性波デバイス24と電子回路基板26との間に突起電極22とは別のスペーサー部を設けることで、弾性波デバイス24を電子回路基板26にフリップチップで実装した際に、スタンドオフ32の高さを制御する技術が開示されている。
また、樹脂コアを内部に有するハンダボールの技術も開発されている。この樹脂コアを内部に有するハンダボールを用いて、弾性波デバイス24を電子回路基板26にフリップチップで実装を行なうと、樹脂コアがスペーサーとして機能し、スタンドオフ32の高さを制御することができる。
さらに、特許文献3には、突起電極22の側面を樹脂層で覆う技術が開示されている。図2は側面を樹脂層で覆われたハンダからなる突起電極22を有する弾性波デバイス(従来例1)の断面図を示している。図2を参照に、弾性波デバイス24上にハンダからなる突起電極22が設けられていて、突起電極22の側面は樹脂層36で覆われている。従来例1に係る弾性波デバイスを電子回路基板26にフリップチップで実装した場合、スタンドオフ32の高さを規定する突起電極22が樹脂層36で覆われているため、樹脂層36がスペーサーとして機能し、スタンドオフ32の高さを制御することができる。
特開平10−13012公報 特開平9−213743公報 特開2004−296497公報
弾性波デバイスは半導体デバイスに比べて、弾性波素子を外部と電気的に接続させる端子部の数が6〜10ピンと非常に少ないという特徴がある。図3に弾性表面波デバイス(従来例2)の斜視図を示す。なお、図3において、封止部16を透視して弾性表面波素子12、配線18、空洞部14および端子部20を図示している。図3を参照に、圧電性基板10上に金属膜で形成された櫛型電極および反射電極からなる弾性表面波素子12および配線18が設けられ、さらに、圧電性基板10上に弾性表面波素子12の機能部分上に空洞部14を有する封止部16が設けられている。封止部16を貫通して、圧電性基板10上に突起電極22を有する端子部20が設けられている。端子部20は配線18を介して弾性表面波素子12を外部に電気的に接続する機能を有する。
このように、弾性波デバイスでは端子部20の数が少ないため、弾性波デバイス24を電子回路基板26にフリップチップで実装した後に、半導体デバイスでは通常用いる高価なアンダーフィル材を弾性波デバイス24と電子回路基板26との間に形成せずに、トランスファーモールド用樹脂30を弾性波デバイス24と電子回路基板26との間に形成している。このため、トランスファーモールド用樹脂30が弾性波デバイス24と電子回路基板26との間に確実に流れ込むようにするために、弾性波デバイス24と電子回路基板26とのスタンドオフ32を高くする必要がある。一般的なスタンドオフ32の高さは50〜150μmである。
また、弾性波デバイスは高周波デバイスであるため、スタンドオフ32の高さによって弾性波デバイス内部を通過する信号の伝送線路長が変わりモジュールの特性に影響を与えてしまう。このため、スタンドオフ32の高さは厳密に制御する必要がある。
例えば特許文献1および特許文献2に開示されているスタンドオフ32の高さを制御する方法は、弾性波デバイス24と電子回路基板26との間に設けられるハンダからなる突起電極22とは別のスペーサー部を、実装工程で形成しなければならないため、製造コストが掛かるという課題がある。
また、例えば樹脂コアを内部に有するハンダボールを使用してスタンドオフ32の高さを制御する方法は、ハンダボールの径が100μm以下のように小さくなると、ハンダボール自体の製造が困難になると共にそのような小さなハンダボールを用いての実装も困難になるという課題がある。
さらに、例えば特許文献3に開示されている突起電極22の側面を樹脂層36で覆う技術を用いてスタンドオフ32の高さを制御する方法は、図4に示すように、従来例1に係る弾性波デバイスを電子回路基板26にフリップチップで実装する際に、スタンドオフ32の高さを精密に制御するため、弾性波デバイス24に荷重を加えてリフローを行なうと、ハンダからなる突起電極22の側面全面を樹脂層36が覆っているため、ハンダが四方八方に溢れ出てしまい、端子部20間が短絡してしまうという課題がある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、弾性波デバイスと電子回路基板とのスタンドオフの高さを精密に制御するため、弾性波デバイスに荷重を加えてリフローを行なっても、端子部間の短絡が起こらない弾性波デバイスを提供することを目的とする。
本発明は、圧電性基板上に設けられた弾性波素子と、前記弾性波素子を外部に電気的に接続する端子部と、を具備し、前記端子部は突起電極を有し、前記突起電極の側面は被覆部で覆われ、前記被覆部には切り欠き状、孔状およびスリット状のいずれかの形状を有する非被覆部が設けられていて、前記圧電性基板上に設けられた互いに隣接する前記端子部それぞれの前記非被覆部は相対しないことを特徴とする弾性波デバイスである。本発明によれば、弾性波デバイスと電子回路基板とのスタンドオフの高さを精密に制御するため、弾性波デバイスに荷重を加えてリフローを行っても、端子部間の短絡が起こらない弾性波デバイスを提供することができる。具体的には、非被覆部より溢れ出る突起電極が互いに接触することがないため、端子部間の短絡を防止することができる。また、非被覆部が孔状の形状を有する場合は、突起電極が非被覆部より溢れ出ても、突起電極は電子回路基板に接触し難いため、端子部間の短絡をより防止することができる。また、非被覆部がスリット状の形状を有する場合は、非被覆部より溢れ出る突起電極を弾性波デバイスに対して水平方向のみならず垂直方向にも制御することができるため、端子部間の短絡をより防止することができる。
上記構成において、前記弾性波デバイスを実装する際、前記突起電極は溶融する材料で、前記被覆部は形状を維持する材料である構成とすることができる。この構成によれば、弾性波デバイスと電子回路基板とのスタンドオフの高さを精密に制御することができる。
上記構成において、前記非被覆部が接している領域の前記被覆部の肉厚が前記非被覆部が接していない領域の前記被覆部の肉厚より厚い構成とすることができる。この構成によれば、非被覆部より溢れ出る突起電極の量が少なくなるため、端子部間の短絡をより防止することができる。
上記構成において、前記被覆部は樹脂で形成されている構成とすることができる。この構成によれば、耐熱性の高い被覆部を容易に形成することができる。
上記構成において、前記突起電極はハンダで形成されている構成とすることができる。この構成によれば、端子部間の短絡を防止する効果をより大きく得ることができ、また、突起電極を容易に形成することができる。
本発明によれば、弾性波デバイスと電子回路基板とのスタンドオフの高さを精密に制御するため、弾性波デバイスに荷重を加えてリフローを行なっても、端子部間の短絡が起こらない弾性波デバイスを提供することができる。
以下、図面を参照に本発明の実施例について説明する。
図5(a)は実施例1に係る弾性表面波デバイスに形成されている端子部20の斜視図であり、図5(b)は上視図である。図5(a)および図5(b)を参照に、実施例1に係る弾性表面波デバイスに形成されている端子部20は、ハンダからなる突起電極22の側面を覆うようにハンダからなる突起電極22よりも融点の高い、あるいは融点のない感光性エポキシ樹脂あるいは感光性ポリイミド樹脂からなる被覆部37が設けられている。つまり、突起電極22が溶融した場合でも、被覆部37は形状を維持する特徴がある。被覆部37の高さは50〜150μmであり、突起電極22は被覆部37より盛り上がって設けられている。突起電極22の直径は100μm、被覆部37の直径は200〜300μmである。被覆部37には切り欠き状の非被覆部39が設けられていて、切り欠き状の非被覆部39が設けられている領域では突起電極22の側面が露出している。切り欠き状の非被覆部39が接している領域の被覆部37の肉厚t1は、切り欠き状の非被覆部39が接していない領域の被覆部37の肉厚に比べて厚くなっている。
図6(a)から図6(c)は実施例1に係る弾性表面波デバイスを示している。図6(a)は弾性表面波デバイスの斜視図であり、図6(b)は上視図であり、図6(c)は図6(b)のA−A間の断面図である。
図6(c)を参照に、圧電性基板10上に弾性表面波素子12および配線18が設けられ、さらに、圧電性基板10上に弾性表面波素子12の機能部分上に空洞部14を有する封止部16が設けられている。配線18上の封止部16には穴部42が設けられており、穴部42の配線18上にパッド電極28が形成されている。パッド電極28上の穴部42はNi(ニッケル)またはCu(銅)からなるバリアメタル44が埋め込まれている。バリアメタル44上に端子部20が設けられている。なお、バリアメタル44は、端子部20を構成するハンダからなる突起電極22により、パッド電極28が侵食されるのを防ぐために設けられている。
図6(a)および図6(b)を参照に、端子部20は被覆部37に設けられている切り欠き状の非被覆部39がそれぞれ皆同じ方向を向いて設けられている。
図7(a)から図9(c)を用いて、実施例1に係る弾性表面波デバイスの製造方法を示す。図7(a)は実施例1に係る弾性表面波デバイスに端子部20の形成を行なう前の弾性表面波デバイスの上視図である。図8(a)は図7(a)のA−A間の断面図である。(以下、図8(b)から図9(c)は図7(a)のA−A間に相当する断面の製造工程を示した図である)図8(a)を参照に、弾性表面波素子12、配線18およびパッド電極28が設けられた圧電性基板10上に弾性表面波素子12の機能部分上に設ける空洞部14と同じ高さの封止部16を空洞部14および穴部42が設けられる領域を除いて圧電性基板10上に形成する。その後、封止部16上にさらにフィルム状の封止部16を貼り付けることで、空洞部14および穴部42が設けられた弾性表面波デバイスを形成する。
図8(b)を参照に、封止部16上に感光性エポキシ樹脂または感光性ポリイミド樹脂からなる感光性樹脂46を塗布もしくはフィルム状の感光性樹脂46を貼り付ける。
図8(c)を参照に、切り欠き状の非被覆部39を有する被覆部37の形状になるよう、マスクを用いて紫外線(UV光)を感光性樹脂46に照射し露光を行なう。
図9(a)を参照に、感光性樹脂46を現像することで、紫外線(UV光)が照射されていない領域の感光性樹脂46を除去する。その後、除去されずに残っている感光性樹脂46を加熱して硬化させることで、切り欠き状の非被覆部39を有する被覆部37が形成される。図7(b)は図9(a)の上視図である。また、被覆部37の形状に応じて、感光性樹脂46の塗布もしくはフィルム状の感光性樹脂46の貼り付け、露光、現像および加熱による硬化を複数回繰り返して、被覆部37の形成を行なう場合もある。なお、複数回繰り返して被覆部37の形成を行なう場合は、加熱による感光性樹脂46を硬化させる工程は最後にだけ行っても良い。
図9(b)を参照に、封止部16に設けられたパッド電極28上の穴部42にNiまたはCuからなるバリアメタル44をメッキ法により形成する。
図9(c)を参照に、被覆部37で囲まれている空洞部14にハンダからなる突起電極22をメッキ法により形成する。なお、ハンダからなる突起電極22は被覆部37より盛り上がるように形成する。これにより、実施例1に係る弾性表面波デバイスが完成する。なお、空洞部14にハンダからなる突起電極22を形成する時は、切り欠き状の非被覆部39にハンダが形成されないよう、ハンダが水平方向に成長する速さより垂直方向に成長する速さが速くなるよう異方的にハンダをメッキすることが好ましい。
図10(a)および図10(b)は実施例1に係る弾性表面波デバイスの効果を示す図である。図10(a)は実施例1に係る弾性表面波デバイスを電子回路基板26にフリップチップで実装を行ない、ハンダリフローを行なう前の断面図であり、図10(b)は弾性表面波デバイスに荷重を加えてハンダリフロー行なった後の断面図である。
図10(b)を参照に、弾性表面波デバイス40と電子回路基板26との間のスタンドオフ32の高さを精密に制御するために、弾性表面波デバイス40に荷重を加えてハンダリフローを行なうと、ハンダからなる突起電極22は溶融するが、被覆部37はハンダからなる突起電極22より融点が高い、あるいは融点がない感光性エポキシ樹脂あるいは感光性ポリイミド樹脂で形成されているため形状をそのまま維持する。よって、被覆部37は非被覆部39が形成されているため、ハンダは切り欠き状の非被覆部39から優先して溢れ出て来る。このため、ハンダの溢れ出てくる方向を制御することができる。また、被覆部37に形成された切り欠き状の非被覆部39はそれぞれ皆同じ方向を向いて設けられている。したがって、切り欠き状の非被覆部39から溢れ出てきたハンダは互いに接触することはないため、隣接する端子部20間の短絡を防止することができる。
実施例1において、被覆部37に形成された切り欠き状の非被覆部39はそれぞれ皆同じ方向を向いて設けられている場合を例に示したが、これに限らず、隣接する端子部20が互いの突起電極22の側面を覆っている被覆部37に設けられた切り欠き状の非被覆部39が相対しないように設けられていれば、切り欠き状の非被覆部39から溢れ出て来たハンダが互いに接触することがないので、隣接する端子部20間の短絡を防止することができる。
また、実施例1によれば、切り欠き状の非被覆部39が接している領域の被覆部37の肉厚t1は、切り欠き状の非被覆部39が接していない領域の被覆部37の肉厚に比べて厚くなるよう形成している。このため、切り欠き状の非被覆部39から溢れ出るハンダの量を少なくすることができる。したがって、隣接する端子部20間の短絡をより防止することができる。
また、実施例1において、被覆部37は感光性エポキシ樹脂または感光性ポリイミド樹脂で形成されている場合を例に示したが、これに限らず、突起電極22が溶融した場合でも形状を維持する材料であれば良く、特に、感光性樹脂ならば被覆部37の形成を容易に行なうことができるためなお良い。
さらに、実施例1において、突起電極22はハンダで形成されている場合を例に示したが、これに限らず、その他の材料でも良い。しかしながら、リフローの際に溶けて溢れ出てくる突起電極22の溢れ出る方向を制御することで、端子部20間の短絡を防止できるという効果から、ハンダ等のリフローで溶ける材料の場合に大きな効果が得られる。また、被覆部37間に突起電極22を形成するにあたって、突起電極22がハンダであれば容易に形成をすることができる。
また、実施例1に係る弾性表面波デバイスに形成されている端子部20はウエハ単位で一括して形成できるため、特許文献1および特許文献2のように実装工程でスペーサー部を形成する場合に比べて簡便にかつ安価に製造を行なうことができる。さらに、弾性表面波デバイス40と電子回路基板26とのフリップチップでの実装で、樹脂コアを内部に有するハンダボールを用いる必要もないため、この点においても製造コストを下げることができる。
さらに、実施例1において、突起電極22の側面が非被覆部39を有する被覆部37で覆われている端子部20が弾性表面波デバイスに形成されている場合を例に示したが、これに限らず、弾性境界波デバイスや圧電性共振器を用いた弾性波デバイス等、その他の弾性波デバイスに形成されている場合でも同様の効果を得ることができる。
図11は実施例2に係る弾性表面波デバイスに形成されている端子部20の斜視図である。図11を参照に、被覆部37に孔状の非被覆部39が設けられていて、孔状の非被覆部39が形成されている領域では突起電極22の側面が露出している。その他の構成については、実施例1と同じであり、図5(a)および図5(b)に示しているので説明を省略する。
実施例2に係る弾性表面波デバイスを電子回路基板26に実装を行ない、弾性表面波デバイス40に荷重を加えてハンダリフローを行なうと、ハンダは孔状の非被覆部39から優先して溢れ出て来る。孔状の非被覆部39は電子回路基板26に接していないため、ハンダは電子回路基板26に接触し難くなり、端子部20間の短絡を防止することができる。
図12は実施例3に係る弾性表面波デバイスに形成されている端子部20の斜視図である。図12を参照に、被覆部37にスリット状の非被覆部39が設けられていて、スリット状の非被覆部39が形成されている領域では突起電極22の側面が露出している。その他の構成については、実施例1と同じであり、図5(a)および図5(b)に示しているので説明を省略する。
実施例3に係る弾性表面波デバイスを電子回路基板26に実装する際、弾性表面波デバイス40に荷重を加えてハンダリフローを行なうと、ハンダはスリット状の非被覆部39から優先して溢れ出てくる。このため、溢れ出てくるハンダを弾性表面波デバイス40の水平方向のみならず垂直方向にも制御することができる。よって、隣接する端子部20間の短絡を実施例1より防止することができる。
図13は実施例4に係る弾性表面波デバイスに形成されている端子部20の斜視図である。図13を参照に、被覆部37にスリット状の非被覆部39が2つ設けられている。その他の構成については、実施例3と同じであり、図12に示しているので説明を省略する。
実施例4に係る弾性表面波デバイスを電子回路基板26に実装する際、弾性表面波デバイス40に荷重を加えてハンダリフローを行なうと、ハンダが2つのスリット状の非被覆部39から優先して溢れ出てくる。このため、それぞれのスリット状の非被覆部39から溢れ出てくるハンダの量を実施例3に比べて軽減することができる。したがって、隣接する端子部20間の短絡を実施例3より防止することができる。また、それぞれのスリット状の非被覆部39から溢れ出てくるハンダの量が実施例3に比べて少ないため、端子部20の形状変化が実施例3に比べ小さくなる。よって、弾性表面波デバイスをトランスファーモールド用樹脂30で樹脂封止する際に、トランスファーモールド用樹脂30が弾性表面波デバイスと電子回路基板26とのスタンドオフ32に実施例3より流れやすくなる。
実施例4に係る弾性表面波デバイスに形成されている端子部20は、スリット状の非被覆部39が2つ設けられている場合を例に示したが、非被覆部39の形状が切り欠き状または孔状の場合でも同様の効果を得ることができる。また、2つ以上の切り欠き状、孔状またはスリット状の非被覆部39が設けられている場合でも同等かそれ以上の効果を得ることができる。さらに、切り欠き状、孔状およびスリット状の非被覆部39が2つ以上組み合わされて設けられている場合でも同様の効果を得ることができる。
実施例1から実施例4において、突起電極22の側面を覆っている被覆部37の設けられている非被覆部39の形状は切り欠き状、孔状またはスリット状である場合を例に示したが、これに限らず、ハンダの溢れ出てくる方向を制御できれば、その他の形状でも良い。
また、実施例1から実施例4において、端子部20を上方から見た時の形状が円形の場合を例に示したが、これに限らず、楕円形や方形や多角形の場合等、その他の形状でもよい。
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
図1は弾性波デバイスを電子回路基板に実装した場合の断面図である。 図2は従来例1に係る弾性波デバイスの断面図である。 図3は従来例2に係る弾性表面波デバイスの斜視図である。 図4は従来例1に係る弾性波デバイスを電子回路基板に実装した時の課題を示した断面図である。 図5(a)は実施例1に係る弾性表面波デバイスに形成されている端子部の斜視図であり、図5(b)は図5(a)の上視図である。 図6(a)は実施例1に係る弾性表面波デバイスの斜視図であり、図6(b)は図6(a)の上視図であり、図6(c)は図6(b)のA−A間の断面図である。 図7(a)は図8(a)の上視図であり、図7(b)は図9(a)の上視図である。 図8(a)から図8(c)は実施例1に係る弾性表面波デバイスの製造方法を示す断面図(その1)である。 図9(a)から図9(c)は実施例1に係る弾性表面波デバイスの製造方法を示す断面図(その2)である。 図10(a)は実施例1に係る弾性表面波デバイスの効果を示す断面図(その1)であり、図10(b)は実施例1に係る弾性表面波デバイスの効果を示す断面図(その2)である。 図11は実施例2に係る弾性表面波デバイスに形成されている端子部の斜視図である。 図12は実施例3に係る弾性表面波デバイスに形成されている端子部の斜視図である。 図13は実施例4に係る弾性表面波デバイスに形成されている端子部の斜視図である。
符号の説明
10 圧電性基板
12 弾性表面波素子
14 空洞部
16 封止部
18 配線
20 端子部
22 突起電極
24 弾性波デバイス
26 電子回路基板
28 パッド電極
30 トランスファーモールド用樹脂
32 スタンドオフ
36 樹脂層
37 被覆部
39 非被覆部
40 弾性表面波デバイス
42 穴部
44 バリアメタル
46 感光性樹脂

Claims (5)

  1. 圧電性基板上に設けられた弾性波素子と、
    前記弾性波素子を外部に電気的に接続する端子部と、を具備し、
    前記端子部は突起電極を有し、前記突起電極の側面は被覆部で覆われ、前記被覆部には切り欠き状、孔状およびスリット状のいずれかの形状を有する非被覆部が設けられていて、
    前記圧電性基板上に設けられた互いに隣接する前記端子部それぞれの前記非被覆部は相対しないことを特徴とする弾性波デバイス。
  2. 前記弾性波デバイスを実装する際、前記突起電極は溶融する材料で、前記被覆部は形状を維持する材料であることを特徴とする請求項1記載の弾性波デバイス。
  3. 前記非被覆部が接している領域の前記被覆部の肉厚が前記非被覆部が接していない領域の前記被覆部の肉厚より厚いことを特徴とする請求項1または2記載の弾性波デバイス。
  4. 前記被覆部は樹脂で形成されていることを特徴とする請求項1からのいずれか一項記載の弾性波デバイス。
  5. 前記突起電極はハンダで形成されていることを特徴とする請求項1からのいずれか一項記載の弾性波デバイス。
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