JP5104392B2 - 弾性表面波デバイス - Google Patents

Description

本発明は、主として移動体通信機器にて使用される表面実装型の弾性表面波デバイスに関するものである。

従来の弾性表面波デバイスは図５に示されるように、圧電基板１に設けられた櫛形電極２を樹脂からなる封止カバー３で覆い励振空間４を封止するとともに、封止カバー３の表面に外部電極５を設け、封止カバー３を貫通する柱状電極６を用いて外部電極５と櫛形電極２を接続する構造が知られている。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００７−２０８６６５号公報

しかしながら、このような弾性表面波デバイスでは、圧電基板１に比べ封止カバー３を形成する樹脂の熱膨張率が大きいため、リフロー実装などの高温状態にて圧電基板１と封止カバー３に熱膨張差が生じ、この熱膨張差により生じる応力が柱状電極６に加わることで、柱状電極６の根本部分に位置する圧電基板１に集中的に加わり、この部分にクラック７が生じるという課題が想定される。

そこで、本発明はこのような問題を解決し、弾性表面波デバイスの信頼性を向上させることを目的とするものである。

上記目的を達成するために本発明は、圧電基板上に櫛形電極を囲む樹脂からなる内側壁を設け、この内側壁の開口を覆う天板を配置し、この天板及び内側壁を覆う外側壁を設けるとともに外側壁上に外部電極を設け、外側壁および内側壁を貫通する柱状電極で外部電極と櫛形電極を接続した弾性表面波デバイスにおいて、外側壁のガラス転移点温度を内側壁より低くしたのである。

本発明の弾性表面波デバイスによれば、弾性表面波デバイスの信頼性を向上させることが出来るのである。

以下、本発明の一実施形態について図を用いて説明する。なお、上述した従来の弾性表面波デバイスと同様の構成については同じ符号を付して説明する。

図１は本発明の一実施の形態における弾性表面波デバイスを示したものであり、その基本的な構造は、櫛形電極２およびこの櫛形電極２に接続されたパッド電極８が適宜配置された圧電基板１の主面において櫛形電極２の励振空間４を形成するため封止カバー９が設けられた構造となっている。また、図２に示すように封止カバー９の表面には外部接続端子となる外部電極５が設けられ、この外部電極５は封止カバー９を貫通する柱状電極６によりパッド電極８に接続されている。

なお、圧電基板１はタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムといった圧電単結晶体で構成され、この圧電基板１上に設けられた櫛形電極２やパッド電極８はアルミニウム或いはアルミニウムを主成分とする合金を用いて構成される。

また、封止カバー９は櫛形電極２の励振空間４を囲む内側壁１０と、この内側壁１０の開口を封口する天板１１と、これら天板１１及び内側壁１０を覆う外側壁１２により構成され、柱状電極６が延伸方向において内側壁１０と外側壁１２を貫通した構造としている。なお、内側壁１０及び外側壁１２は樹脂材料により形成され、天板１１は金属材料で形成されている。

そして、この弾性表面波デバイスにおいては、外側壁１２のガラス転移点温度を内側壁１０のガラス転移点温度より低く設定した構造としており、これにより弾性表面波デバイスの信頼性を向上させることが出来るのである。

すなわち、弾性表面波デバイスに対するリフローなどの外的加熱が加わった場合に、圧電基板１と樹脂からなる封止カバー９との熱膨張差に伴い生じる応力が柱状電極６に加わり圧電基板１を破損させる原因となると考えているのであるが、封止カバー９を内側壁１０と外側壁１２に分けて外側壁１２のガラス転移点温度を内側壁１０のガラス転移点温度より低く設定することにより、常温（２５℃）時においては樹脂がガラス転移点以下でありその固さは従来のものと変わらず、弾性表面波デバイスが昇温状態にある際、内側壁１０がガラス転移点温度より低く固体樹脂の固さを保ち圧電基板１の破損領域となる柱状電極６の下端部分をしっかりと支持した状態で、柱状電極６の上端側に配置された外側壁１２の温度が先にガラス転移点を超えることになる。

つまり、圧電基板１に破損に繋がる柱状電極６への応力の影響は、圧電基板１に設けられたパッド電極８に接続される柱状電極６の下端側より上端側の方が大きくなり、この影響の大きい上端側に設けられた外側壁１２が先にガラス転移点を超し軟化することで柱状電極６に与える応力が小さくなるので、結果として、昇温段階における圧電基板１と樹脂の熱膨張差に起因する圧電基板１の破損を抑制することが出来るのである。

なお、このような表面実装型の弾性表面波デバイスが最も高温状態に晒される環境としては、弾性表面波デバイスをマザー基板にリフロー実装する時であり、一般的にリフローのピーク温度条件が２５０℃程度であることから、このリフロー温度において外側壁１２がガラス転移点温度を超え軟化しているが、このとき櫛形電極２の励振空間４の形状が変化しては弾性表面波デバイスの電気特性が変化してしまうため、この励振空間４を囲む内側壁１０のガラス転移点温度はリフローのピーク温度よりも高く設定しておくことが重要となる。

また、外側壁１２のガラス転移点温度を弾性表面波デバイスの使用温度範囲の上限温度より低く設定することで、封止カバー９の熱膨張に伴う弾性表面波デバイスの電気特性劣化を抑制することが出来るのである。

すなわち、通常、弾性表面波デバイスなどの電子部品は使用温度範囲、例えば携帯電話などの一般機器用途であれば、−３０℃〜＋８５℃、カーナビゲイションシステムなどの車載機器用途であれば−３０℃〜＋１２５℃と上限・下限が決められており、このような使用温度範囲内での弾性表面波デバイスの電気特性を保証するのであるが、この電気特性の変化は圧電基板１と封止カバー９の熱膨張差により基板が撓み、この基板に設けられた櫛形電極２のピッチが変化し周波数特性が変動するものであり、上述したように、外側壁１２のガラス転移点温度を内側壁１０のガラス転移点温度より低く設定するにあたり、外側壁１２のガラス転移点温度を弾性表面波デバイスの使用温度範囲の上限温度より低く設定することで、使用温度範囲内における熱膨張に伴う柱状電極６に加わる応力を抑制でき、結果として温度上昇における弾性表面波デバイスの電気特性の劣化を抑制することが出来るのである。

なお、このようなガラス転移点の関係を満たす内側壁１０及び外側壁１２の材料としてこの一実施形態においては、内側壁１０にガラス転移点温度が２７０℃とリフローのピーク温度より高いポリイミド系樹脂を用い、外側壁１２にガラス転移点温度が５５℃と弾性表面波デバイスの使用温度範囲の上限温度より低いエポキシ系樹脂を用いている。なお、通常エポキシ樹脂のガラス転移点温度は１５０℃程度であり５５℃よりも遙かに高いのであるが、添加物を含有させたことでガラス転移点を低下させている。

また、このような弾性表面波デバイスを他の部品と一緒にマザー基板上にてモジュール化する用途も検討されており、このモジュール化に際したトランスファーモールド時には概ね１８０℃の温度環境の中でモールド圧が加わることになるのであるが、先に述べたように外側壁１２のガラス転移点温度が５５℃に設定されており、外側壁１２が軟化した状態でモールド圧が加わることになるが、弾性表面波デバイスの励振空間４はガラス転移点温度が２７０℃の内側壁１０と、この内側壁１０の開口部分を覆う金属製の天板１１で囲まれているので、このトランスファーモールドのモールド圧が弾性表面波デバイスに加わり外側壁１２が変形しても、弾性表面波デバイスの電気特性に大きく影響を及ぼす励振空間４がガラス転移点に到達していない強固な内側壁１０と天板１１で保護されるので、モールド時における弾性表面波デバイスの電気特性の変化や破損を防止出来るのである。なお、外側壁１２はエポキシ系樹脂を用いているのであるが、酸化ケイ素をフィラーとして８５〜９５重量パーセント含有させることで十分な固さを確保している。

そして、この弾性表面波デバイスの形成する方法としては、図３に示すように、先ず、フォトリソグラフィーを用いて圧電基板１上に櫛形電極２やパッド電極８をパターン形成し、次いで感光性ポリイミド樹脂を塗布し、露光、現像して櫛形電極２の外周部分を囲むように内側壁１０を形成するとともに貫通孔１４を形成し、内側壁１０の開口部分を銅箔１１ａで覆い厚膜めっき１１ｂを施すことで天板１１を形成する。

次に、天板１１及び内側壁１０を覆うようにレジスト層１３を形成するとともに柱状電極６を形成する貫通孔１４を形成する。そして、この貫通孔１４に対してビアフィルめっきを施し柱状電極６を形成し、レジスト層１３を除去する。その後、外側壁１２を形成するフィラー入りのエポキシ系樹脂を塗布し上面を研磨し柱状電極６の端面を露出させた後に外部電極５を形成する。

なお、この製造方法は弾性表面波個片をベースとして説明したが、図４に示すごとく大判の圧電基板１を用いて複数の弾性表面波デバイスを一括成形し、完成した集合体をダイシングにより個片分割するものであり、ダイシングライン１５を外側壁１２部分に設け、弾性表面波フィルタの外周側面を同一平面とすることで、弾性表面波デバイスの生産性が高まるのである。

すなわち、外側壁１２は酸化ケイ素からなるフィラーを含んだ樹脂であることから、ダイシングの際にダイシングブレード１６に埋め込まれたダイヤモンド粒子間のボンド材にフィラーが接触しこのボンド材をこそぎ取るので、ダイシングブレード１６はドレスを行いながらダイシングすることになり、この結果として切削スピードのアップやメンテナンス回数の低減が可能となり生産性を高めることが出来るのである。

なお、ダイシングブレード１６に含まれるダイヤモンド粒子と外側壁１２に含まれるフィラーの粒径を比較した場合、フィラーの平均粒径をダイヤモンド粒子の平均粒径の半分より大きくすることでドレス効果を高めることができ、本実施形態においてはダイヤモンド粒子の平均粒径を１０μｍとし、フィラー粒径をその半分より大きい６μｍのものを使用している。

この点については、ダイシングブレード１６に埋め込まれているダイヤモンド粒子はブレード表面に突出する高さは粒径（最大頂点間距離）の半分より小さくなるので、このダイヤモンド粒子間のボンド材を効率よくドレスするためには、フィラーの粒径がダイヤモンドの突出量より大きく設定することで、ダイシング時にフィラー粒子がダイヤモンド粒子で破断され、ダイヤモンド粒子間に侵入しボンド材を掻き取ることになるのでドレス効率を向上させることが出来るのである。

本発明に係る弾性表面波デバイスは、弾性表面波デバイスの信頼性を向上させることができ、主として移動体通信機器に用いられる面実装型の弾性表面波フィルタや弾性表面波デュプレクサなどの弾性表面波デバイス等において有用となるものである。

本発明の一実施形態における弾性表面波デバイスの分解斜視図 同弾性表面波デバイスの断面図 同弾性表面波デバイスの製造工程を示す模式図 同弾性表面波デバイスの断面図 従来の弾性表面波デバイスを示す断面図

符号の説明

１ 圧電基板
２ 櫛形電極
４ 励振空間
５ 外部電極
６ 柱状電極
８ パッド電極
１０ 内側壁
１１ 天板
１２ 外側壁

Claims (5)

1. 圧電基板と、この圧電基板上に設けられた櫛形電極およびパッド電極と、前記圧電基板上において前記櫛形電極を囲む樹脂からなる内側壁と、この内側壁の開口を覆い前記櫛形電極の励振空間を形成する天板と、前記圧電基板上において前記天板及び内側壁を覆う外側壁と、前記外側壁上に設けられた外部電極と、前記外側壁および内側壁を貫通し前記パッド電極と前記外部電極を接続する柱状電極を備え、前記外側壁のガラス転移点温度を前記内側壁より低くしたことを特徴とする弾性表面波デバイス。
2. 外側壁のガラス転移点温度を弾性表面波デバイスの使用温度範囲の上限温度より低く設定したことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
3. 弾性表面波デバイスのリフロー実装におけるピーク温度を基準として内側壁のガラス転移点温度を前記基準より高く設定し、外側壁のガラス転移点温度を前記基準より低く設定したことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
4. 外側壁を形成する樹脂にフィラーを含有させたことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
5. 圧電基板の外周側面と側壁の側面とを同一平面としたことを特徴とする請求項４に記載の弾性表面波デバイス。

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