JP5056837B2 - 圧電デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、圧電デバイスの製造方法に関する。より詳しくは、圧電基板に別の基板を貼り合わせた構造の圧電デバイスの製造方法に関する。
携帯電話等の無線通信機器の回路部においては、段間フィルタやデュプレクサが必須である。段間フィルタやデュプレクサには、従来から圧電デバイスが用いられている。圧電デバイスは、弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスや弾性境界波デバイス等の弾性波デバイスの他、ＢＡＷ、ＦＢＡＲ等を含む。これらの圧電デバイスは、圧電基板上に形成されている。
圧電デバイスの構造としては、例えば特許文献１の構造が知られている。特許文献１では、図５のように、第１の圧電基板１１１上と第２の圧電基板１２１上に、それぞれ櫛型電極１１３と１２３が形成されている。第１の圧電基板１１１と第２の圧電基板１２１とは、櫛型電極１１３と１２３が対向するように接合部材１３１で接合されている。櫛型電極１１３、１２３はそれぞれ接続電極１１２、１２２と電気的に接続されている。そして、接続電極１１２と１２２とは電気的に接続されている。そして、接続電極１２２と表面電極１３３とを電気的に接続するために、第２の圧電基板１２１にはスルーホール１２４が形成されている。
従来から、共振周波数の温度特性を調整するために、圧電基板に別の基板を貼り合わせた構造の圧電デバイスが知られている。この貼り合わせ構造を有する基板を特許文献１の構造に適用する場合には、貼り合わせ構造を有する構造にスルーホールを形成する必要がある。工法によっては、孔をあけるのに時間がかかったり、マイクロクラックが生じる等の不具合が生じていた。
本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであり、貼り合わせ構造を有する基板にスルーホールを形成する場合に、マイクロクラックを生じさせずに工程時間を短縮することができる製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る圧電デバイスの製造方法は、第１の基板と、前記第１の基板よりも高い靱性を有する第２の基板とを貼り合わせる工程と、前記第１の基板において、前記第２の基板と貼り合わせた側と逆側から、第１の貫通孔を形成する工程と、前記第２の基板において、前記第１の基板と貼り合わせた側と逆側から、前記第１の貫通孔に対応した位置に、前記第１の貫通孔とは異なる形成方法で第２の貫通孔を形成する工程と、を備えることを特徴としている。
本発明では、第１の基板と第２の基板とを貫通するスルーホールを、第１の基板と第２の基板とで異なる方法により形成する。したがって、スルーホールの形成時に、マイクロクラックの発生を抑制し、工程時間を短縮することができる。
また、本発明に係る圧電デバイスの製造方法は、前記第１の基板が圧電基板であることが好ましい。
また、本発明に係る圧電デバイスの製造方法は、前記第１の貫通孔に第１の接続電極を形成する工程と、前記第２の貫通孔に第２の接続電極を形成する工程と、を備えることが好ましい。
また、本発明に係る圧電デバイスの製造方法は、前記第２の貫通孔を形成する工程において、前記第２の基板の貫通孔の形成方法がサンドブラスト法であることが好ましい。
かかる場合、第２の接続電極の密着強度を向上させることが可能である。
また、本発明に係る圧電デバイスの製造方法は、前記第１の貫通孔を形成する工程において、前記第１の貫通孔の形成方法が反応性イオンエッチング法であることが好ましい。
かかる場合、第１の基板にクラックを生じずに貫通孔を形成することができる。
また、本発明に係る圧電デバイスの製造方法は、前記第２の基板の線膨張係数が、前記第１の基板の線膨張係数よりも小さいことが好ましい。
かかる場合、第１の基板の熱膨張が、第２の基板により抑制される。そのため、第１の基板の熱膨張による周波数変化を低減することができる。
また、本発明に係る圧電デバイスの製造方法は、前記第１の基板の、前記第２の基板と貼り合わせた面と逆側の面に、空洞を形成するように第３の基板を貼り合わせる工程を備えることが好ましい。
かかる場合、圧電デバイスを小型化することができる。
また、本発明に係る圧電デバイスの製造方法は、前記第３の基板と第４の基板を貼り合わせる工程を備えることが好ましい。
かかる場合、第３の基板の共振周波数の温度特性の調整をすることができる。
本発明では、第１の基板と第２の基板とを貫通するスルーホールを、第１の基板と第２の基板とで異なる方法により形成する。したがって、スルーホールの形成時に、マイクロクラックの発生を抑制し、工程時間を短縮することができる。
以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
図１〜図３は、本発明に係る圧電デバイスの製造方法を示す断面図である。
まず、図１（Ａ）のように、第１の基板１１と、第１の基板１１よりも高い靱性を有する第２の基板２１とを貼り合わせる。第１の基板１１は、例えば第２の基板２１と貼り合わせた後に研磨等で薄層化することで、所定の厚みを形成することができる。第１の基板１１は、圧電基板であることが好ましい。第１の基板１１の材質としては、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウム、ランガサイト、水晶などが挙げられる。また、単結晶基板は靱性が低いため、第１の基板１１として単結晶基板を用いた場合に、本発明は特に有効である。
第２の基板２１は、基板の共振周波数の温度特性を調整するために貼り合わされる。第２の基板２１の材質は、後の工程でスルーホールを形成して導通させるため、絶縁体であり、かつリーク電流の小さいことが好ましい。例えば、アルミナ、ガラス、サファイア、高抵抗シリコン、樹脂などが挙げられる。また、第２の基板２１の線膨張係数は、第１の基板１１の線膨張係数よりも小さいことが好ましい。基板に熱が加わった場合、第１の基板１１の熱膨張が、第２の基板２１のために抑制される。そのため、熱膨張による共振周波数の変化を低減することができるためである。
次に、図１（Ｂ）のように、第１の基板１１に第１の貫通孔１２を形成する。第１の貫通孔１２は、第１の基板１１と第２の基板２１とを貼り合わせた構造において、第１の基板１１の、第２の基板２１と貼り合わせた側と逆側から形成される。第１の貫通孔１２の形成方法としては、例えば反応性イオンエッチング法や、イオンミリング法が挙げられる。反応性イオンエッチング法の場合、化学反応でエッチングを行なう。したがって、第１の基板１１の靱性が低い場合にも、マイクロクラックを生じさせずにエッチングをすることができる。
そして、図１（Ｃ）のように、第１の貫通孔１２に、第１の接続電極１３を形成する。また、同時に第１の表面電極１４を形成しても良い。第１の表面電極１４の例としては、例えば櫛型電極が挙げられる。第１の接続電極１３と第１の表面電極１４とは、例えばスパッタリングや蒸着で形成することができる。第１の接続電極１３は、第１の表面電極１４と電気的に接続するために形成される。第１の接続電極１３は、少なくとも第１の貫通孔１２に沿った部分に形成される。そして、第１の基板１１の主面上まで引き出されていても良い。第１の表面電極１４は、第１の基板１１の主面上に形成される。
そして、図２（Ｄ）のように、第２の基板２１に第２の貫通孔２２を形成する。第２の貫通孔２２は、第１の基板１１における第１の貫通孔１２に対応した位置に、第１の貫通孔１２と連通するように形成される。その結果、貼り合わせ構造を有する基板にスルーホール構造を形成することとなる。第２の貫通孔２２は、第２の基板２１において、第１の基板１１と貼り合わせた側と逆側から形成される。第２の貫通孔２２は、第１の貫通孔１２と異なる形成方法で形成される。第２の貫通孔２２の形成方法としては、例えばサンドブラスト法や、レーザー加工法などが挙げられる。これらの形成方法は、第１の貫通孔１２の形成方法に比べて、加工時間を短縮することができる。また、安価に貫通孔を形成することができる。第２の貫通孔２２を形成する際には、基板の界面で加工を停止しなくとも、多少オーバーエッチングしても良い。第２の基板２１と第１の接続電極１３の選択比が異なるため、第１の接続電極１３が残る位置まで加工することが可能である。
そして、図２（Ｅ）のように、第２の貫通孔２２に、第２の接続電極２３を形成する。第２の接続電極２３は、第１の接続電極１３と電気的に接続するように形成される。第２の接続電極２３は、例えばスパッタリングや蒸着で形成することができる。本実施形態ではスルーホール構造に対して、第１の基板１１側と第２の基板２１側とから別々に電極を形成している。別々に電極を形成することにより、１回で電極を形成する場合に比べて、より確実にスルーホール構造の導通をとることができる。スルーホール構造に１回で電極を形成しようとした場合には、スルーホール構造に電極を充填させる必要がある。したがって充填が不十分になり、導通が不十分になる可能性が高い。また、充填する工法自体も、貫通孔の側壁に給電膜を形成してから充填めっきをするなど、難易度が高いものとなるためである。
第２の接続電極２３は、少なくとも第２の貫通孔２２に沿った部分に形成される。第２の貫通孔２２がサンドブラスト法で形成されている場合、第２の貫通孔２２の表面が適度に粗面化される。したがって、第２の接続電極２３を形成する際に、第２の基板２１への密着強度を向上させることが可能である。
また、図２（Ｆ）のように、別に第３の基板３１と第４の基板４１とを貼り合わせておく。そして、第３の基板３１の主面上に、第３の接続電極３３と、第３の表面電極３４とを形成する。あらかじめ第３の接続電極３３と第３の表面電極３４とを第３の基板３１に形成した後に貼り合せても良い。第３の表面電極３４の例としては、例えば櫛型電極が挙げられる。第３の基板３１は、例えば圧電基板が好ましい。第３の基板３１の材質は、例えば第１の基板と同様の例が挙げられる。第４の基板４１は、基板の共振周波数の温度特性を調整するために用いられる。そして、第４の基板４１の材質は、例えば第２の基板と同様の例が挙げられる。
そして、図３（Ｇ）のように、第１の基板１１と第２の基板２１を貼り合わせた構造と、第３の基板３１と第４の基板４１を貼り合わせた構造とを接合部材５１で接合する。その際、第１の基板１１の、第２の基板２１と貼り合わせた面と逆側の面に、空洞を形成するように第３の基板３１を対向するように貼り合わせる。
図３（Ｇ）のように接合した構造とすることで、例えば第１の基板１１と第２の基板２１を貼り合わせた構造と、第３の基板３１と第４の基板４１を貼り合わせた構造との各々にフィルタ機能を持たせて、圧電デバイスをデュプレクサとすることができる。そして、第１の表面電極１４と第３の表面電極３４とは、空洞を介して対向する構造とすることで、圧電デバイスを小型化することができる。
第１の表面電極１４と第３の表面電極３４とを、外部と電気的に接続するために、第１の表面電極１４は、第１の接続電極１３と電気的に接続されている。また、第３の表面電極３４は、第３の接続電極３３、接続線路５２を介して第１の接続電極１３と電気的に接続されている。第２の接続電極２３は、外部のマザーボード等に実装できるように、第２の貫通孔２２から引き出される構造となっている。
圧電デバイスは、第２の接続電極２３が形成された第２の基板２１側が第１の基板１１側に比べて外側になる構造である。かかる構造の場合、第２の接続電極２３が外部環境にさらされることとなる。したがって、信頼性試験時において第２の接続電極２３の密着強度が重要である。第２の貫通孔２２をサンドブラスト法で形成した場合には、上述したように密着強度が向上するため、信頼性を向上させることが可能となる。
また、本実施形態において、第１の基板１１と第２の基板２１を貼り合わせた構造だけでなく、第３の基板３１と第４の基板４１を貼り合わせた構造に対しても、本発明の製造方法を適用させることが可能である。
本発明に係る圧電デバイスの製造方法により製造された圧電デバイスの断面図の別の例を図４に示す。図１〜３の例と共通する点は省略する。
図４（Ａ）は圧電デバイスを金属ケースで封止した例である。第１の基板１１は第２の基板２１と貼り合わされている。そして、第１の基板１１の主面上には、第１の表面電極１４が形成されている。第１の表面電極１４は、第１の接続電極１３を介して第２の接続電極２３と電気的に接続されている。第２の接続電極２３は、はんだバンプ６３を介して実装電極６４と電気的に接続されている。実装電極６４はマザーボード６１上に形成されており、圧電デバイスはマザーボード６１上に実装される。金属ケース６２は、第１の表面電極１４を保護するように、圧電デバイスを覆って封止するように設けられる。
図４（Ｂ）は、圧電デバイスの第１の表面電極１４を、樹脂により封止した例である。第１の基板１１は、接合部材６５を介して樹脂層６６と接合されている。樹脂層の例としては、例えばポリイミド樹脂等が挙げられる。第１の表面電極１４は、樹脂層６６と接合部材６５により封止されている。第２の接続電極２３は、はんだバンプ６３を介して実装電極６４と電気的に接続されている。実装電極６４はマザーボード６１上に形成されており、圧電デバイスはマザーボード６１上に実装される。
以上、本発明の圧電デバイスの製造方法がこの内容に限定されることはなく、発明の趣旨を損なわない範囲で、適宜変更を加えることができる。
１１ 第１の基板
１２ 第１の貫通孔
１３ 第１の接続電極
１４ 第１の表面電極
２１ 第２の基板
２２ 第２の貫通孔
２３ 第２の接続電極
３１ 第３の基板
３３ 第３の接続電極
３４ 第３の表面電極
４１ 第４の基板
５１ 接合部材
５２ 接続線路
６１ マザーボード
６２ 金属ケース
６３ はんだバンプ
６４ 実装電極
６５ 接合部材
６６ 樹脂層
１１１ 第１の圧電基板
１１２ 接続電極
１１３ 櫛型電極
１２１ 第２の圧電基板
１２２ 接続電極
１２３ 櫛型電極
１３１ 接合部材
１３２ 空洞
１３３ 表面電極
１２ 第１の貫通孔
１３ 第１の接続電極
１４ 第１の表面電極
２１ 第２の基板
２２ 第２の貫通孔
２３ 第２の接続電極
３１ 第３の基板
３３ 第３の接続電極
３４ 第３の表面電極
４１ 第４の基板
５１ 接合部材
５２ 接続線路
６１ マザーボード
６２ 金属ケース
６３ はんだバンプ
６４ 実装電極
６５ 接合部材
６６ 樹脂層
１１１ 第１の圧電基板
１１２ 接続電極
１１３ 櫛型電極
１２１ 第２の圧電基板
１２２ 接続電極
１２３ 櫛型電極
１３１ 接合部材
１３２ 空洞
１３３ 表面電極
Claims (8)
- 第１の基板と、前記第１の基板よりも高い靱性を有する第２の基板とを貼り合わせる工程と、
前記第１の基板において、前記第２の基板と貼り合わせた側と逆側から、第１の貫通孔を形成する工程と、
前記第２の基板において、前記第１の基板と貼り合わせた側と逆側から、前記第１の貫通孔に対応した位置に、前記第１の貫通孔とは異なる形成方法で第２の貫通孔を形成する工程と、
を備える圧電デバイスの製造方法。 - 前記第１の基板が圧電基板である、請求項１に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記第１の貫通孔に第１の接続電極を形成する工程と、
前記第２の貫通孔に第２の接続電極を形成する工程と、
を備える、請求項１または２に記載の圧電デバイスの製造方法。 - 前記第２の貫通孔を形成する工程において、前記第２の貫通孔の形成方法がサンドブラスト法である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記第１の貫通孔を形成する工程において、前記第１の貫通孔の形成方法が反応性イオンエッチング法である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記第２の基板の線膨張係数が、前記第１の基板の線膨張係数よりも小さい、請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記第１の基板の、前記第２の基板と貼り合わせた面と逆側の面に、空洞を形成するように第３の基板を貼り合わせる工程を備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記第３の基板と第４の基板を貼り合わせる工程を備える、請求項７に記載の圧電デバイスの製造方法。
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