JP5111307B2 - 共振器、フィルタおよびデュプレクサ、ならびに共振器の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、共振器、フィルタおよびデュプレクサ、ならびに共振器の製造方法に関する。
無線通信および電気回路に用いられる電気信号の周波数の高周波化に伴い、高周波化された電気信号に対して用いられるフィルタについても高周波数に対応したものが開発されている。特に、無線通信においては２ＧＨｚ近傍のマイクロ波が主流になりつつあり、また既に数ＧＨｚ以上の規格策定の動きもあることから、それらの周波数に対応した高性能なフィルタが求められている。このようなフィルタとして、圧電性を示す圧電膜の厚み縦振動モードを用いた圧電共振子を備えた共振器を用いたものが提案されている。
共振器は、圧電共振子がＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramic）基板などの第２基板に実装されたものである。このとき、圧電共振子は、Ｓｉ（シリコン）やＧａＡｓ（ガリウムヒ素）などからなる第１基板と、圧電膜を介して対向するように配置される第１電極および第２電極を有し、第１基板表面上に形成される共振部とを含む。たとえば、特許文献１には、圧電共振子が第２基板に対して半田バンプ接合された共振器が開示されている。
このような共振器は、半導体製造技術を利用して製造することができる。共振器を製造するときには、まず、複数の共振子が、厚み方向一表面上に形成された第１基板を作製する。このとき、第１基板上に犠牲層を堆積させる。その後、表面研磨を行って鏡面仕上げとし、複数の共振子のそれぞれに対応して、圧電膜、第１電極および第２電極で構成される積層体である共振部を犠牲層上に形成する。そして、複数の共振子のそれぞれに対応した共振部に貫通孔を開けて、その貫通孔を介してエッチング剤によって犠牲層を除去して空隙を形成し、複数の共振子が表面上に形成された第１基板を作製する。
次に、形成された複数の共振子を覆うように第１基板表面に保護テープを貼り付け、保護テープの上方から第１基板をダイシング処理して、個々の共振子に分断する。そして、保護テープを剥離した後、個々に分断された共振子を第２基板に半田バンプ接合して実装し、共振器を製造する。
しかしながら、特許文献１に開示される共振器では、次のような問題点がある。前述のように、第１基板をダイシング処理して個々の共振子に分断するとき、共振子を切削水や切りくずから保護するために、共振子を覆うように第１基板表面に保護テープを一時的に貼り付けるが、保護テープを剥離するときに共振部が破壊したり、テープ糊残りが発生する場合がある。このような場合には、共振器としての共振特性が損なわれてしまう。
また、ダイシング処理した共振子を第２基板に実装するためにピックアップするとき、ピックアップ治具が共振部に接触し、共振部が破壊する場合がある。また、共振子を第２基板に実装するときに、共振子を第２基板に接続する半田がつぶれて、共振部と第２基板とが接触してしまうおそれがある。
したがって本発明の目的は、ダイシング処理後の保護テープ剥離やピックアップ治具の接触による共振部の破壊が防止され、テープ糊残りの発生が防止され、共振部と第２基板とが接触するのが防止されて優れた共振特性を有する共振器を提供することであり、該共振器の製造方法を提供することである。また、該共振器を備えたフィルタおよびデュプレクサを提供することである。
本発明は、第１基板と、圧電膜を介して対向するように配置される第１、第２電極を有し、前記第１基板の厚み方向一表面上に形成される共振部と、を含む共振子と、
共振子実装面及び前記共振子実装面に形成された電極パッドを有し、前記共振子実装面に前記共振部が向かい合うようにして前記共振子が実装される第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間隔が、前記共振部が前記第１基板の厚み方向一表面から突出する突出高さよりも大きくなるように、前記第１基板と前記第２基板との間隔を規定する樹脂材料からなるスペーサと、
前記第１基板と前記第２基板との間に介在され、前記共振部と前記電極パッドとを電気的に接続する導電性部材と、
前記共振子の表面に形成された、少なくとも前記共振部を覆う誘電体材料からなる保護膜と、を含み、
前記スペーサは、前記第１基板の厚み方向一表面における前記共振部が形成されていない領域であり、共振部の周縁部に対応する部分に、前記保護膜と接触した状態で配置されている共振器である。
共振子実装面及び前記共振子実装面に形成された電極パッドを有し、前記共振子実装面に前記共振部が向かい合うようにして前記共振子が実装される第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間隔が、前記共振部が前記第１基板の厚み方向一表面から突出する突出高さよりも大きくなるように、前記第１基板と前記第２基板との間隔を規定する樹脂材料からなるスペーサと、
前記第１基板と前記第２基板との間に介在され、前記共振部と前記電極パッドとを電気的に接続する導電性部材と、
前記共振子の表面に形成された、少なくとも前記共振部を覆う誘電体材料からなる保護膜と、を含み、
前記スペーサは、前記第１基板の厚み方向一表面における前記共振部が形成されていない領域であり、共振部の周縁部に対応する部分に、前記保護膜と接触した状態で配置されている共振器である。
また本発明は、前記保護膜は、窒化シリコンからなる。
また本発明は、前記スペーサは、前記第１基板の厚み方向一表面における周縁部に対応する部分に配置されている。
また本発明は、前記圧電膜は、酸化亜鉛、窒化アルミニウムおよびチタン酸ジルコン酸鉛のいずれかからなる。
また本発明は、第１基板と、圧電膜を介して対向するように配置される第１、第２電極を有し、前記第１基板の厚み方向一表面上に形成される共振部と、を含む共振子と、
共振子実装面及び前記共振子実装面に形成された電極パッドを有し、前記共振子実装面に前記共振部が向かい合うようにして前記共振子が実装される第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間隔が、前記共振部が前記第１基板の厚み方向一表面から突出する突出高さよりも大きくなるように、前記第１基板と前記第２基板との間隔を規定する樹脂材料からなるスペーサと、
前記第１基板と前記第２基板との間に介在され、前記共振部と前記電極パッドとを電気的に接続する導電性部材と、
を含み、
前記スペーサには貫通孔が設けられており、
前記導電性部材が、前記貫通孔に設けられた半田から成る共振器である。
共振子実装面及び前記共振子実装面に形成された電極パッドを有し、前記共振子実装面に前記共振部が向かい合うようにして前記共振子が実装される第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間隔が、前記共振部が前記第１基板の厚み方向一表面から突出する突出高さよりも大きくなるように、前記第１基板と前記第２基板との間隔を規定する樹脂材料からなるスペーサと、
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を含み、
前記スペーサには貫通孔が設けられており、
前記導電性部材が、前記貫通孔に設けられた半田から成る共振器である。
また本発明は、前記スペーサは前記共振部を囲うように枠状に形成されている。
また本発明は、前記の共振器を、基板上に複数個配置して構成されるフィルタである。
また本発明は、前記の共振器を、基板上に複数個配置して構成されるフィルタである。
また本発明は、フィルタを２個備え、前記２個のフィルタは互いに通過周波数帯域が異なるデュプレクサである。
また本発明は、圧電膜を介して対向するように配置される第１、第２電極を有する共振部を、第１基板上に複数個形成する共振部形成工程と、
前記共振部が前記第１基板の厚み方向一表面から突出する突出高さよりも高い位置まで突出するスペーサを、前記第１基板の厚み方向一表面上に形成するスペーサ形成工程と、
前記共振部を覆うように、前記スペーサ上に保護テープを貼り付ける保護テープ貼付工程と、
前記第１基板を、個々の共振部に対応した領域ごとに分断することにより分断された第１基板と該第１基板上に形成された前記共振部とを備えた共振子を得た後、前記保護テープを剥離する保護テープ剥離工程と、
前記共振子を、前記スペーサを介して第２基板に実装する実装工程と、を含む共振器の製造方法である。
前記共振部が前記第１基板の厚み方向一表面から突出する突出高さよりも高い位置まで突出するスペーサを、前記第１基板の厚み方向一表面上に形成するスペーサ形成工程と、
前記共振部を覆うように、前記スペーサ上に保護テープを貼り付ける保護テープ貼付工程と、
前記第１基板を、個々の共振部に対応した領域ごとに分断することにより分断された第１基板と該第１基板上に形成された前記共振部とを備えた共振子を得た後、前記保護テープを剥離する保護テープ剥離工程と、
前記共振子を、前記スペーサを介して第２基板に実装する実装工程と、を含む共振器の製造方法である。
また本発明は、前記スペーサが樹脂材料からなることを特徴とする。
また本発明は、前記スペーサ形成工程では、前記複数の共振部のそれぞれの周縁部に対応する部分にスペーサを形成する。
また本発明は、前記スペーサ形成工程では、前記複数の共振部のそれぞれの周縁部に対応する部分にスペーサを形成する。
また本発明は、前記スペーサ形成工程では、前記複数の共振部のそれぞれにおける、前記共振部が形成されていない領域であり、共振部の周縁部に対応する部分に、前記保護膜と接触した状態でスペーサを形成する。
また本発明は、前記スペーサ形成工程では、貫通孔が設けられたスペーサを形成し、
前記実装工程では、前記共振子を前記貫通孔に設けられた半田によって前記第２基板に接続する。
前記実装工程では、前記共振子を前記貫通孔に設けられた半田によって前記第２基板に接続する。
また本発明は、前記スペーサ形成工程では、前記スペーサが前記共振部を囲うようにして枠状に形成される。
本発明の共振器によれば、第１基板と第２基板との間隔が、共振部が第１基板の厚み方向一表面から突出する突出高さよりも大きくなるように、第１基板と第２基板との間隔を規定するスペーサが設けられていることにより、共振部が第２基板に接触し難くなるため、共振部の振動が正常な状態に保たれやすくなり共振特性に優れた共振器となる。
またスペーサが樹脂材料によって形成されていることで、共振部と第２基板に形成された電極パッドとを電気的に接続する導電性部材とスペーサとが接触したとしても共振器の電気特性が大きく劣化することがない。したがってスペーサを配置させる位置の自由度を向上させることができる。
またスペーサが樹脂材料によって形成されていることで、スペーサをフォトリソグラフィ法などにより簡単に形成することができるため生産性を大きく低下させることなく共振器を作製できる。
また本発明のフィルタは、共振特性に優れた共振器を用いて形成されるためフィルタ特性に優れたものとなる。
また本発明のデュプレクサは、フィルタ特性に優れたフィルタを用いて形成されるため電気特性に優れたものとなる。
また本発明の共振器の製造方法によれば、共振子を覆うように配置される保護テープは、共振子が有する共振部に対して間隙を有してスペーサ上に貼り付けられることになる。そして、保護テープ剥離工程では、共振部に対して間隙を有してスペーサ上に貼り付けられた保護テープを剥離するので、保護テープ剥離による共振部の破壊が防止され、テープ糊残りの発生が防止される。したがって、優れた共振特性を有する共振器を製造することができる。
そして、実装工程では、個々に分断された共振子を、スペーサを介して第２基板に実装して共振器を得る。このとき、スペーサは、共振部が第１基板の厚み方向一表面から突出する突出高さよりも高い位置まで突出しているので、共振子を第２基板に実装するためにピックアップするときに、ピックアップ治具が共振部に接触するのが防止され、ピックアップ治具の接触による共振部の破壊が防止される。したがって、優れた共振特性を有する共振器を製造することができる。また、共振子を第２基板に実装するときに、共振子を第２基板に接続する半田がつぶれて、共振部と第２基板とが接触してしまうのが防止される。
図１は、本発明の前提となる構成を示す形態である共振器１およびフィルタの構成を示す断面図である。共振器は、共振子１０と、共振子１０が実装されるＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramic）基板などの第２基板２３と、スペーサ２０とを含んで構成される。フィルタは２個以上の共振器から構成される。
共振子１０は、第１基板２２と、第１基板２２の厚み方向一表面上に形成される共振部１１と、第１基板２２および共振部１１で囲まれる空隙１６と、共振部１１を貫通し、空隙１６と連通するエッチングホール１５とを含んで構成される。第１基板２２は、共振子１０のベース部材である。第１基板２２は、略直方体形状を有し、厚みが０．０５〜１．０ｍｍ程度に選ばれる。第１基板２２は、Ｓｉ（シリコン）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）などによって形成される。
共振部１１は、圧電膜１２と、圧電膜１２の厚み方向一表面上に少なくとも一部が積層される第１電極１３と、圧電膜１２の厚み方向他表面上に少なくとも一部が積層される第２電極１４とを含んで構成され、第１基板２２の厚み方向一表面上に形成される。
圧電膜１２は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）およびＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電材料からなり、第１電極１３および第２電極１４によって印加される高周波電圧に応じて伸縮し、電気的な信号を機械的な振動に変換する機能を有する。共振器１が必要な共振特性を発揮するために、圧電膜１２の厚みは、圧電膜１２を形成する材料の固有音響インピーダンスおよび密度、圧電膜１２を伝播する音響波の音速および波長などを考慮して、精密に選ぶ必要がある。圧電膜１２の最適な厚みは、共振器１を用いて構成される電子回路で使用する信号の周波数、共振部１１の設計寸法、圧電膜材料、電極材料によって異なるが、例えば、０．２〜３．０μｍ程度に選ばれる。
第２電極１４は、圧電膜１２の厚み方向他表面上に少なくとも一部が積層される。つまり、第２電極１４は、共振部１１において最下層となり、第１基板２２の厚み方向一表面上に形成される。第２電極１４は、圧電膜１２に高周波電圧を印加する機能を有する部材であり、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｕ（金）、Ａｌ（アルミニウム）およびＣｕ（銅）などの金属材料を用いて形成される。また第２電極１４は、電極としての機能と同時に、共振部１１を構成する機能も有するので、共振器１が必要な共振特性を発揮するために、その厚みは、第２電極１４を形成する材料の固有音響インピーダンスおよび密度、第２電極１４を伝播する音響波の音速および波長などを考慮して、精密に選ぶ必要がある。第２電極１４の最適な厚みは、共振器１を用いて構成される電子回路で使用する信号の周波数、共振部１１の設計寸法、圧電膜材料、電極材料によって異なるが、０．０３〜１．０μｍ程度に選ばれる。第１電極１３は、第２電極１４とともに、圧電膜１２に高周波電圧を印加する機能を有する部材であり、第２電極１４と同様に構成される。
空隙１６は、第１基板２２と共振部１１とで囲まれる空洞であり、圧電膜１２の振動を可能にする共振領域であるキャビティとなっている。空隙１６を形成する共振部１１の壁面と第１基板２２の厚み方向一表面との間隙は、１．０〜４．０μｍ程度に設定されている。
共振子１０が有する共振部１１は、圧電膜１２と第１電極１３と第２電極１４とが重なる部分のうち、空隙１６に臨む部分の内壁面によって形成される。共振部１１の厚みは、おおむねλ／２（λは使用する信号の周波数での音響波の波長）となるように設計される。共振部１１の厚み方向から見た形状、すなわち平面形状は、略矩形状である。なおスプリアス抑制のために共振部１１の平面形状を非対称の形状にしてもよい。本形態では、共振部１１は直方体形状に形成される。また共振部１１の厚み方向に垂直な断面における面積は、共振器１のインピーダンスを決定する要素となるので、厚みと同様に精密に設計する必要がある。５０Ωのインピーダンス系で共振器１を使用する場合は、共振部１１の電気的なキャパシタンスが、使用する信号の周波数でおおむね５０Ωのリアクタンスを持つように選ばれる。本形態では、共振部１１の厚み方向に垂直な断面における面積は、たとえば２ＧＨｚの共振器１の場合であれば、２００μｍ×２００μｍ程度に選ばれる。
また、本形態では、共振部１１において、第１電極１３上に、シフト層１７が形成され、さらにその上に保護膜１８が形成されている。つまり、共振部１１における最上層は、保護膜１８である。シフト層１７および保護膜１８は、この分野で常用される材料、方法で形成される。保護膜１８は、第１電極１３上、すなわち、共振部１１を覆うように形成されており、ＳｉＮｘ（窒化シリコン）などの誘電体材料からなる。
共振器１に設けられるエッチングホール１５は、共振部１１を、第１基板２２表面に直交する方向に貫通し、空隙１６を形成する共振部１１の壁面に開口して形成される。エッチングホール１５の孔径は、たとえば１０μｍ程度である。
このような共振部１１や第１基板２２を有する共振子１０は、第２基板２３に実装されている。第２基板２３は、共振子実装面２３Ａを有しており、共振子実装面２３Ａに共振部１１が向かい合うようにして共振子１０が第２基板２３に実装されている。
スペーサ２０は、第１基板２２と第２基板２３との間隔が、共振部１１が第１基板２２の厚み方向一表面から突出する突出高さよりも大きくなるように、第１基板２２と第２基板２３との間隔を規定する。具体的には、共振部１１と第２基板２３との間に、２〜１００μｍの間隙が形成されるように、スペーサ２０が配置される。また、スペーサ２０自身の高さ寸法（厚み）は、共振部１１が第１基板２２の表面から突出する突出高さ、スペーサ２０が配置される配置位置などを考慮して設定すればよく、５〜１５０μｍの範囲内で選ばれる。スペーサ２０は、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの樹脂材料によって形成されている。
このようにスペーサ２０が設けられていることにより、共振部１１が第２基板２３に接触し難くなるため、共振部１１の振動が正常な状態に保たれやすくなり共振特性に優れた共振器となる。またスペーサ２０が樹脂材料によって形成されていることで、半田２１とスペーサ２０とが接触したとしても共振器の電気特性が大きく劣化することがない。したがってスペーサ２０を配置させる位置の自由度を向上させることができる。またスペーサ２０が樹脂材料によって形成されていることで、スペーサ２０をフォトリソグラフィ法などにより簡単に形成することができ、生産性の大きな低下を招くことなく共振器を製造できる。
また、本形態では、スペーサ２０は、第１基板２２の厚み方向一表面における周縁部に対応する部分に配置されている。共振器１におけるスペーサ２０の具体的な配置位置を、図２を用いて説明する。図２は、共振器１におけるスペーサ２０の配置位置の例を示す図である。
共振器１においては、図２（ａ）に示すように、スペーサ２０ａは、幅寸法が２〜１００μｍ程度の枠状に形成され、第１基板２２の厚み方向一表面における周縁部に対応する部分に配置されている。図２（ａ）に示す例では、フィルタを構成する共振部１１を全て囲むようにしてスペーサ２０ａを形成している。これにより、枠状のスペーサ２０ａと共振子１０と第２基板２３とで囲まれた封止空間が確保され、共振部１１に外部からの不要なパーティクルが付着するのを抑制することができる。
また、図２（ｂ）に示すように、幅寸法が２〜１００μｍ程度の柱状に形成された複数のスペーサ２０ｂを、第１基板２２の厚み方向一表面における周縁部に対応する部分に配置するようにしてもよい。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、スペーサ２０を、第１基板２２の厚み方向一表面における周縁部に対応する部分に配置されてすることによって、共振部１１と第２基板２３とが接触するのが防止されるように、第１基板２２と第２基板２３との間隔を確保することができる。これにより共振器の信頼性向上及び不良品発生率の低下に寄与することができる。
また、共振子１０において第１基板２２の厚み方向一表面における周縁部には、前記スペーサ２０よりも内側に、アンダーバンプメタル（ＵＢＭ）層１９が設けられている。ＵＢＭ層１９は、この分野で常用される材料、方法で形成することができる。ＵＢＭ層１９は、共振部１１と電気的に接続されている。第２基板２３の共振子実装面２３Ａには、電極パッド２４が設けられており、ＵＢＭ層１９と電極パッド２４との間に設けられた導電性部材である半田２１によって両者が接合されている。すなわち、ＵＢＭ層１９上に搭載される半田２１によって、共振子１０が第２基板２３に対して半田バンプ接合されている。なお、電極パッド２４は、第２基板２３の共振子実装面２３Ａとは反対側の面に設けた外部接続用端子（不図示）と電気的に接続されており、これによって共振部１１の電気信号を外部に導出することができる。
このとき、スペーサ２０に貫通孔（不図示）を設けて、その貫通孔に設けられた半田２１によって、共振子１０が第２基板２３に接続されるようにしておくことが好ましい。スペーサに設けた貫通孔に半田２１を形成することによって、半田２１の溶融時などに半田２１の広がりが抑えられ、半田２１の共振部１１への付着が抑制され、不良品の発生が低減される。
また第２基板２３上には共振子１０を被覆するように封止樹脂２５が設けられている。これにより共振子１０を外部からの衝撃等から保護することができる。
次に、本発明における共振器の製造方法の一実施形態について説明する。図３Ａ〜図３Ｅは、共振器１の製造方法を示す工程図である。本実施形態における共振器１の製造方法は、半導体製造技術を利用するものであり、大きくは以下のように５つの工程からなる。なお本実施形態では、複数個のフィルタを大型の第１基板に作製した後、個々のフィルタに分断する例について説明する。
［共振部形成工程］
共振部形成工程では、複数の共振部１１が、厚み方向一表面上に形成された第１基板２２を準備する。
共振部形成工程では、複数の共振部１１が、厚み方向一表面上に形成された第１基板２２を準備する。
（ａ）第１基板２２の準備および犠牲層の形成工程
共振子１０に用いられる第１基板２２は、Ｓｉ（シリコン）やＧａＡｓ（ガリウムヒ素）などからなる板状部材であり、本実施の形態では、シリコン基板を用いた例について説明する。また、犠牲層は、製造する共振器１における共振子１０の空隙１６に対応する部分であり、本実施の形態では、２つの犠牲層である第１犠牲層３１および第２犠牲層３２を第１基板２２表面上に形成する。
共振子１０に用いられる第１基板２２は、Ｓｉ（シリコン）やＧａＡｓ（ガリウムヒ素）などからなる板状部材であり、本実施の形態では、シリコン基板を用いた例について説明する。また、犠牲層は、製造する共振器１における共振子１０の空隙１６に対応する部分であり、本実施の形態では、２つの犠牲層である第１犠牲層３１および第２犠牲層３２を第１基板２２表面上に形成する。
まず、図３Ａ（ａ）に示すように、第１基板２２の厚み方向一表面の全面にわたって、ＳｉＯ２（二酸化珪素）からなる第１犠牲層３１を形成する。ＳｉＯ２からなる第１犠牲層３１は、第１基板２２の表面を加熱処理し、熱酸化させることで形成することができる。第１犠牲層３１の厚みは、加熱処理の処理条件、加熱温度、加熱時間などにより制御することが可能であり、本実施の形態では０．１〜１．０μｍに設定される。
次に、図３Ａ（ｂ）に示すように、第１犠牲層３１上に、ＰＳＧ（リンドープガラス）からなる第２犠牲層３２を形成する。第２犠牲層３２は、ＣＶＤ（Chemical Vapor
Deposition）法によって形成することができる。第２犠牲層３２の厚みは、ＣＶＤ処理時の温度や時間などの処理条件により制御することが可能であり、本実施の形態では２．５〜３．０μｍに設定される。このように第２犠牲層３２は比較的厚く形成されるが、ＰＳＧはエッチング速度が速いため後述する犠牲層エッチング工程において比較的短時間でエッチングを行うことができる。また、第２犠牲層３２とシリコンからなる第１基板２２との間にＳｉＯ２からなる第１犠牲層３１を介在させることによって、第１犠牲層３１が拡散バリアとして機能し、ＰＳＧのリンが第１基板２２に拡散するのを抑制することができる。第１犠牲層３１上に形成された第２犠牲層３２の表面は、ＣＭＰ（Chemical
Mechanical Polishing）装置を用いて表面平滑化される。
Deposition）法によって形成することができる。第２犠牲層３２の厚みは、ＣＶＤ処理時の温度や時間などの処理条件により制御することが可能であり、本実施の形態では２．５〜３．０μｍに設定される。このように第２犠牲層３２は比較的厚く形成されるが、ＰＳＧはエッチング速度が速いため後述する犠牲層エッチング工程において比較的短時間でエッチングを行うことができる。また、第２犠牲層３２とシリコンからなる第１基板２２との間にＳｉＯ２からなる第１犠牲層３１を介在させることによって、第１犠牲層３１が拡散バリアとして機能し、ＰＳＧのリンが第１基板２２に拡散するのを抑制することができる。第１犠牲層３１上に形成された第２犠牲層３２の表面は、ＣＭＰ（Chemical
Mechanical Polishing）装置を用いて表面平滑化される。
（ｂ）犠牲層のパターニング工程
図３Ａ（ｃ）に示すように、第１基板２２の一表面の全面にわたって形成した第１犠牲層３１および第２犠牲層３２を、複数の共振子１０のそれぞれの空隙１６に対応した形状にパターニングする。第１犠牲層３１および第２犠牲層３２のパターニングは、半導体製造プロセスにおける酸化絶縁膜の公知のパターニング技術を利用することができ、たとえばフォトリソグラフィ技術により、容易に設けることができる。パターニングの一例としては、第２犠牲層３２上にポジレジストをスピンコートなどにより塗布し、露光、現像してレジストをパターンニングしてマスクを形成する。そののちフッ酸水溶液に浸漬して、空隙１６に対応した形状を有する第１犠牲層３１および第２犠牲層３２を得る。
図３Ａ（ｃ）に示すように、第１基板２２の一表面の全面にわたって形成した第１犠牲層３１および第２犠牲層３２を、複数の共振子１０のそれぞれの空隙１６に対応した形状にパターニングする。第１犠牲層３１および第２犠牲層３２のパターニングは、半導体製造プロセスにおける酸化絶縁膜の公知のパターニング技術を利用することができ、たとえばフォトリソグラフィ技術により、容易に設けることができる。パターニングの一例としては、第２犠牲層３２上にポジレジストをスピンコートなどにより塗布し、露光、現像してレジストをパターンニングしてマスクを形成する。そののちフッ酸水溶液に浸漬して、空隙１６に対応した形状を有する第１犠牲層３１および第２犠牲層３２を得る。
（ｃ）共振部１１の形成工程
図３Ｂ（ｄ）に示すように、複数の共振子１０のそれぞれの空隙１６に対応した形状を有する第１犠牲層３１および第２犠牲層３２の上に、第２電極１４、圧電膜１２および第１電極１３からなる共振部１１を形成する。
図３Ｂ（ｄ）に示すように、複数の共振子１０のそれぞれの空隙１６に対応した形状を有する第１犠牲層３１および第２犠牲層３２の上に、第２電極１４、圧電膜１２および第１電極１３からなる共振部１１を形成する。
まず、第１基板２２表面および第２犠牲層３２表面の少なくとも一部に第２電極１４を形成する。第２電極１４は、スパッタリング法やＣＶＤ法などによって形成することができる。次に、第１基板２２の厚み方向から平面視したときの全面、すなわち第２電極１４表面、第２電極１４が積層されていない第２犠牲層３２表面、第２電極１４および第２犠牲層３２が積層されていない第１基板２２表面のそれぞれを覆うように圧電膜１２を形成する。圧電膜１２は、スパッタリング法やＣＶＤ法などによって形成することができる。形成された圧電膜１２は、複数の共振子１０のそれぞれに対応して、パターニングされる。次に、圧電膜１２表面の少なくとも一部に第１電極１３を形成する。このとき、第１電極１３は、少なくとも一部が、圧電膜１２および第２電極１４を介して第２犠牲層３２と対向するように形成される。
次に、図３Ｂ（ｅ）に示すように、第１電極１３上に、シフト層１７を形成する。シフト層１７は、蒸着法などによって形成することができる。次に、図３Ｂ（ｆ）に示すように、複数の共振子１０のそれぞれに対応して、第１電極１３をパターニングする。第１電極１３のパターニングは、半導体製造プロセスにおける電極の公知のパターニング技術を利用することができ、たとえばフォトリソグラフィ技術により、容易に設けることができる。
次に、図３Ｃ（ｇ）に示すように、第１基板２２の厚み方向一表面の全面に対応して、共振部１１を覆うように、保護膜１８を形成する。保護膜１８は、ＣＶＤ法などによって形成することができる。次に、図３Ｃ（ｈ）に示すように、複数の共振子１０のそれぞれに対応して、圧電膜１２および保護膜１８をパターニングする。圧電膜１２および保護膜１８のパターニングは、半導体製造プロセスにおける公知のパターニング技術を利用することができ、たとえばフォトリソグラフィ技術により、容易に設けることができる。
（ｄ）ＵＢＭ層１９の形成およびエッチングホール１５の形成工程
図３Ｃ（ｉ）に示すように、複数の共振子１０のそれぞれに対応して圧電膜１２および保護膜１８がパターニングされて、第１基板２２の厚み方向一表面において第１電極１３および第２電極１４が剥き出しとなった部分、つまり、複数の共振子１０のそれぞれにおける第１基板２２の周縁部に対応する部分に、ＵＢＭ層１９を形成する。ＵＢＭ層１９は、無電解めっき法などによって形成することができる。
図３Ｃ（ｉ）に示すように、複数の共振子１０のそれぞれに対応して圧電膜１２および保護膜１８がパターニングされて、第１基板２２の厚み方向一表面において第１電極１３および第２電極１４が剥き出しとなった部分、つまり、複数の共振子１０のそれぞれにおける第１基板２２の周縁部に対応する部分に、ＵＢＭ層１９を形成する。ＵＢＭ層１９は、無電解めっき法などによって形成することができる。
次に、図３Ｄ（ｊ）に示すように、複数の共振子１０のそれぞれに対応して、共振部１１を、第１基板２２表面に直交する方向に、第２犠牲層３２表面まで到達するエッチングホール１５を形成する。エッチングホール１５の形成方法は、半導体製造プロセスにおけるビア形成技術を利用することができ、たとえばフォトリソグラフィ技術により、容易に設けることができる。
以上のようにして、準備工程では、圧電膜１２を介して対向するように配置される第１電極１３および第２電極１４を有する共振部１１を備える複数の共振子１０が、厚み方向一表面上に形成された第１基板２２を準備する。
［スペーサ形成工程］
スペーサ形成工程では、図３Ｄ（ｋ）に示すように、複数の共振子１０のそれぞれに対応して、共振部１１が第１基板２２の厚み方向一表面から突出する突出高さよりも高い位置まで突出するように、第１基板２２の厚み方向一表面上にスペーサ２０を形成する。スペーサ２０は、複数の共振子１０のそれぞれにおける第１基板２２の周縁部に対応する部分であり、ＵＢＭ層１９よりも外側に形成される。スペーサ２０は、所定の厚みを有する樹脂材料からなるフィルムを第１基板２２表面上に貼り付ける、または液状体を第１基板２２表面上に塗布してフィルム化した後、フォトリソグラフィ技術を利用してパターニングすることによって形成することができる。また、予め所望の形状に加工した樹脂材料からフィルムを、複数の共振子１０のそれぞれにおける第１基板２２の周縁部に対応する部分に貼り付けることによって形成することもできる。
スペーサ形成工程では、図３Ｄ（ｋ）に示すように、複数の共振子１０のそれぞれに対応して、共振部１１が第１基板２２の厚み方向一表面から突出する突出高さよりも高い位置まで突出するように、第１基板２２の厚み方向一表面上にスペーサ２０を形成する。スペーサ２０は、複数の共振子１０のそれぞれにおける第１基板２２の周縁部に対応する部分であり、ＵＢＭ層１９よりも外側に形成される。スペーサ２０は、所定の厚みを有する樹脂材料からなるフィルムを第１基板２２表面上に貼り付ける、または液状体を第１基板２２表面上に塗布してフィルム化した後、フォトリソグラフィ技術を利用してパターニングすることによって形成することができる。また、予め所望の形状に加工した樹脂材料からフィルムを、複数の共振子１０のそれぞれにおける第１基板２２の周縁部に対応する部分に貼り付けることによって形成することもできる。
スペーサ２０を形成した後、図３Ｄ（ｌ）に示すように、複数の共振子１０のそれぞれに対応して、エッチングホール１５を介してエッチング剤によって、第１犠牲層３１および第２犠牲層３２をエッチング除去して、空隙１６を形成する。第１犠牲層３１および第２犠牲層３２のエッチング除去は、半導体製造プロセスにおけるエッチング技術を利用することができ、犠牲層の材質に応じたエッチング剤を用いて容易に行うことができる。エッチング剤は、エッチング液またはエッチングガスで、種々のエッチング条件に応じてウェットエッチング、ドライエッチングのいずれかを選択すればよい。
［保護テープ貼付工程］
保護テープ貼付工程では、図３Ｅ（ｍ）に示すように、第１基板２２の厚み方向一表面上に形成された複数の共振子１０の表面を覆うように、スペーサ２０上に保護テープ４１を貼り付ける。保護テープ４１は、後工程である第１基板２２をダイシング処理して個々の共振子１０に分断するダイシング工程において、共振子１０を切削水や切りくずから保護するために、共振子１０を覆うように一時的に貼り付けられるものであり、ポリイミド樹脂などからなる。
保護テープ貼付工程では、図３Ｅ（ｍ）に示すように、第１基板２２の厚み方向一表面上に形成された複数の共振子１０の表面を覆うように、スペーサ２０上に保護テープ４１を貼り付ける。保護テープ４１は、後工程である第１基板２２をダイシング処理して個々の共振子１０に分断するダイシング工程において、共振子１０を切削水や切りくずから保護するために、共振子１０を覆うように一時的に貼り付けられるものであり、ポリイミド樹脂などからなる。
本実施形態においては、スペーサ２０が、共振部１１が第１基板２２の厚み方向一表面から突出する突出高さよりも高い位置まで突出するように、第１基板２２の厚み方向一表面上に形成されているので、共振子１０の表面を覆うように配置される保護テープ４１は、共振子１０が有する共振部１１に対して間隔を有してスペーサ２０上に貼り付けられることになる。
［ダイシング工程および保護テープ剥離工程］
（ａ）ダイシング工程
ダイシング工程では、スペーサ２０上に貼り付けられた保護テープ４１の上方から第１基板２２を、個々のフィルタに分断する。個々のフィルタに分断するダイシング処理の方法は、半導体製造プロセスにおけるダイシング技術を利用することができる。
（ａ）ダイシング工程
ダイシング工程では、スペーサ２０上に貼り付けられた保護テープ４１の上方から第１基板２２を、個々のフィルタに分断する。個々のフィルタに分断するダイシング処理の方法は、半導体製造プロセスにおけるダイシング技術を利用することができる。
（ｂ）保護テープ剥離工程
保護テープ剥離工程では、図３Ｅ（ｎ）に示すように、ダイシング処理によって個々に分断されたフィルタを構成する共振子１０のスペーサ２０上に貼り付けられた保護テープ４１を剥離する。本実施の形態では、前述したように、共振子１０の表面を覆うように配置される保護テープ４１は、共振子１０が有する共振部１１に対して間隔を有してスペーサ２０上に貼り付けられているので、保護テープ４１を剥離するときに、保護テープ剥離による共振部１１の破壊が防止され、共振部１１にテープ糊残りが発生することを防止することができる。したがって、優れた共振特性を有する共振器１を製造することができる。
保護テープ剥離工程では、図３Ｅ（ｎ）に示すように、ダイシング処理によって個々に分断されたフィルタを構成する共振子１０のスペーサ２０上に貼り付けられた保護テープ４１を剥離する。本実施の形態では、前述したように、共振子１０の表面を覆うように配置される保護テープ４１は、共振子１０が有する共振部１１に対して間隔を有してスペーサ２０上に貼り付けられているので、保護テープ４１を剥離するときに、保護テープ剥離による共振部１１の破壊が防止され、共振部１１にテープ糊残りが発生することを防止することができる。したがって、優れた共振特性を有する共振器１を製造することができる。
［実装工程］
実装工程では、個々に分断されたフィルタを、スペーサ２０を介して第２基板２３に実装して、図１に示す共振器１およびフィルタを得る。具体的には、ＵＢＭ層１９上に半田ボールを搭載した共振子１０を、スペーサ２０にピックアップ治具を接触させてピックアップし、第２基板２３上に搭載する。そして、ＵＢＭ層１９上に搭載された半田ボールをリフローすることによって、半田２１を介して共振子１０が第２基板２３に対して半田バンプ接合された共振器１を製造する。このとき、スペーサ２０に貫通孔を設けて、その貫通孔に設けられた半田２１によって、共振子１０が第２基板２３に接続されるようにしてもよい。
実装工程では、個々に分断されたフィルタを、スペーサ２０を介して第２基板２３に実装して、図１に示す共振器１およびフィルタを得る。具体的には、ＵＢＭ層１９上に半田ボールを搭載した共振子１０を、スペーサ２０にピックアップ治具を接触させてピックアップし、第２基板２３上に搭載する。そして、ＵＢＭ層１９上に搭載された半田ボールをリフローすることによって、半田２１を介して共振子１０が第２基板２３に対して半田バンプ接合された共振器１を製造する。このとき、スペーサ２０に貫通孔を設けて、その貫通孔に設けられた半田２１によって、共振子１０が第２基板２３に接続されるようにしてもよい。
本実施の形態では、前述したように、スペーサ２０は、共振部１１が第１基板２２の厚み方向一表面から突出する突出高さよりも高い位置まで突出するように、第１基板２２の厚み方向一表面上に形成されているので、共振子１０を第２基板２３に実装するためにピックアップするときに、ピックアップ治具が共振部１１に接触するのが防止され、ピックアップ治具の接触による共振部１１の破壊が防止される。したがって、優れた共振特性を有する共振器１を製造することができる。また、共振子１０を第２基板２３に実装するときに、共振子１０を第２基板２３に接続する半田がつぶれて、共振部１１と第２基板２３とが接触してしまうのが防止される。
図４は、本発明の実施形態である共振器１００の構成を示す断面図である。共振器１００は、前述した前提となる構成を示す形態である共振器１に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。共振器１００において特徴的な構成は、スペーサ１２０が、第１基板２２の厚み方向一表面の周縁部のみならず、第１基板２２表面における共振部１１が形成されていない領域であり、共振部１１の周縁部に対応する部分に、保護膜１８と接触した状態で配置されていることである。
これによって、共振部１１と第２基板２３とが接触するのが防止されるように、第１基板２２と第２基板２３との間隔をより確実に確保することができる。このとき、スペーサ１２０は、共振部１１を構成する圧電膜１２、第１電極１３および第２電極１４と直接接触するのではなく、共振子１０を覆う保護膜１８と接触した状態で配置されるので、スペーサ１２０の接触による共振部１１の構成部位の破壊を防止することができる。
またスペーサ１２０をアクリル系樹脂などの光硬化性材料によって形成した場合は、スペーサ１２０を誘電体材料からなる保護膜１８に接触した状態で形成することにより、スペーサ１２０が第１基板２２により強固に接続された状態となる。スペーサ１２０の材料として光硬化性材料を用いた場合、酸発生剤により重合が促進されてスペーサ１２０が形成されるが、スペーサ１２０が第１電極２２や第２電極２３、あるいはＵＢＭ層１９などの導体材料とが接触していると、酸発生剤により発生したプロトンを導体材料が吸収してしまい導体材料と接触する部分における重合が不十分となる恐れがある。これに対して、スペーサ１２０を保護膜１８と接触した状態で設けることによって、スペーサ１２０の重合が十分に促進され、スペーサ１２０を安定して形成できるとともに、スペーサ１２０を第１基板２２上に形成された保護膜１８と密着させることができる。それによりスペーサ１２０の第１基板２２からの剥離の発生が低減され、より確実に共振部１１を保護することができる。
次に、共振器１００におけるスペーサ１２０の具体的な配置位置を、図５，６を用いて説明する。図５，６は、共振器１００におけるスペーサ１２０の配置位置の例を示す図である。共振器１００においては、図５に示すように、スペーサ１２０ａは、共振子１０の表面における共振部１１およびＵＢＭ層１９に対応した領域以外の全ての領域に対応して、保護膜１８と接触した状態で配置されている。そして、スペーサ１２０ａは、第１基板２２と第２基板２３との間隔が、共振部１１が第１基板２２の厚み方向一表面から突出する突出高さよりも大きくなるように、第１基板２２と第２基板２３との間隔を規定する。
また、図６（ａ）に示すように、幅寸法が２〜１００μｍ程度の柱状に形成された複数のスペーサ１２０ｂを、第１基板２２の厚み方向一表面における周縁部に対応する部分、および共振子１０の表面における共振部１１の周縁部分に対応した部分に、保護膜１８と接触した状態で配置するようにしてもよい。
また、図６（ｂ）に示すように、幅寸法が２〜１００μｍ程度の柱状に形成された複数のスペーサ１２０ｃを、共振子１０の表面における共振部１１の周縁角部の近傍に対応した部分に、保護膜１８と接触した状態で配置するようにしてもよい。
次に、本発明のデュプレクサの一実施形態について説明する。図８に本実施形態のデュプレクサ２００の等価回路図を示す。本実施形態のデュプレクサ２００は、上述したのフィルタを２個備えて構成される。デュプレクサ２００は、アンテナ共用器、分波器と呼ばれ、１つのアンテナに接続され、整合回路３００と、送信用フィルタ５１および受信用フィルタ５２とを備える。
本実施形態のデュプレクサ２００は、入出力ポートとして、アンテナに接続するアンテナポートＡＮＴと、送信器に接続する送信ポートＴｘと、受信器に接続する受信ポートＲｘとを備え、アンテナポートＡＮＴと送信ポートＴｘとの間に、送信用フィルタ５１として本発明のフィルタを接続し、アンテナポートＡＮＴと受信ポートＲｘとの間に、受信用フィルタ５２として本発明のフィルタを接続して構成される。本実施形態では送信用フィルタ５１の通過周波数帯域よりも受信用フィルタの通過周波数帯域の方が高くなるように各フィルタが形成されている。デュプレクサ２００が備える送信用フィルタ５１および受信用フィルタ５２に、優れたフィルタ特性を有する本発明のフィルタが使用されるので、デュプレクサ２００の特性も優れたものとなる。
１，１００ 共振器
１０ 共振子
１１ 共振部
１２ 圧電膜
１３ 第１電極
１４ 第２電極
１５ エッチングホール
１６ 空隙
１７ シフト層
１８ 保護膜
１９ ＵＢＭ層
２０，１２０ スペーサ
２１ 半田
２２ 第１基板
２３ 第２基板
３１ 第１犠牲層
３２ 第２犠牲層
４１ 保護テープ
１０ 共振子
１１ 共振部
１２ 圧電膜
１３ 第１電極
１４ 第２電極
１５ エッチングホール
１６ 空隙
１７ シフト層
１８ 保護膜
１９ ＵＢＭ層
２０，１２０ スペーサ
２１ 半田
２２ 第１基板
２３ 第２基板
３１ 第１犠牲層
３２ 第２犠牲層
４１ 保護テープ
Claims (14)
- 第１基板と、圧電膜を介して対向するように配置される第１、第２電極を有し、前記第１基板の厚み方向一表面上に形成される共振部と、を含む共振子と、
共振子実装面及び前記共振子実装面に形成された電極パッドを有し、前記共振子実装面に前記共振部が向かい合うようにして前記共振子が実装される第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間隔が、前記共振部が前記第１基板の厚み方向一表面から突出する突出高さよりも大きくなるように、前記第１基板と前記第２基板との間隔を規定する樹脂材料からなるスペーサと、
前記第１基板と前記第２基板との間に介在され、前記共振部と前記電極パッドとを電気的に接続する導電性部材と、
前記共振子の表面に形成された、少なくとも前記共振部を覆う誘電体材料からなる保護膜と、を含み、
前記スペーサは、前記第１基板の厚み方向一表面における前記共振部が形成されていない領域であり、共振部の周縁部に対応する部分に、前記保護膜と接触した状態で配置されている共振器。 - 前記保護膜は、窒化シリコンから成る請求項１に記載の共振器。
- 前記スペーサは、前記第１基板の厚み方向一表面における周縁部に対応する部分に配置されている請求項１または２に記載の共振器。
- 前記圧電膜は、酸化亜鉛、窒化アルミニウムおよびチタン酸ジルコン酸鉛のいずれかから成る請求項１〜３のいずれか１つに記載の共振器。
- 第１基板と、圧電膜を介して対向するように配置される第１、第２電極を有し、前記第１基板の厚み方向一表面上に形成される共振部と、を含む共振子と、
共振子実装面及び前記共振子実装面に形成された電極パッドを有し、前記共振子実装面に前記共振部が向かい合うようにして前記共振子が実装される第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間隔が、前記共振部が前記第１基板の厚み方向一表面から突出する突出高さよりも大きくなるように、前記第１基板と前記第２基板との間隔を規定する樹脂材料からなるスペーサと、
前記第１基板と前記第２基板との間に介在され、前記共振部と前記電極パッドとを電気的に接続する導電性部材と、
を含み、
前記スペーサには貫通孔が設けられており、
前記導電性部材が、前記貫通孔に設けられた半田から成る共振器。 - 前記スペーサは前記共振部を囲うように枠状に形成されている請求項１に記載の共振器。
- 請求項１〜６のいずれか１つに記載の共振器を、基板上に複数個配置して構成されるフィルタ。
- 請求項７に記載のフィルタを２個備え、前記２個のフィルタは互いに通過周波数帯域が異なるデュプレクサ。
- 圧電膜を介して対向するように配置される第１、第２電極を有する共振部を、第１基板上に複数個形成する共振部形成工程と、
前記共振部が前記第１基板の厚み方向一表面から突出する突出高さよりも高い位置まで突出するスペーサを、前記第１基板の厚み方向一表面上に形成するスペーサ形成工程と、
前記共振部を覆うように、前記スペーサ上に保護テープを貼り付ける保護テープ貼付工程と、
前記第１基板を、個々の共振部に対応した領域ごとに分断することにより分断された第１基板と該第１基板上に形成された前記共振部とを備えた共振子を得た後、前記保護テープを剥離する保護テープ剥離工程と、
前記共振子を、前記スペーサを介して第２基板に実装する実装工程と、を含む共振器の製造方法。 - 前記スペーサが樹脂材料からなる請求項９に記載の共振器の製造方法。
- 前記スペーサ形成工程では、前記複数の共振部のそれぞれの周縁部に対応する部分にスペーサを形成する請求項９または１０に記載の共振器の製造方法。
- 前記スペーサ形成工程では、前記複数の共振部のそれぞれにおける、前記共振部が形成されていない領域であり、共振部の周縁部に対応する部分に、前記保護膜と接触した状態でスペーサを形成する請求項１０に記載の共振器の製造方法。
- 前記スペーサ形成工程では、貫通孔が設けられたスペーサを形成し、
前記実装工程では、前記共振子を前記貫通孔に設けられた半田によって前記第２基板に接続する請求項９に記載の共振器の製造方法。 - 前記スペーサ形成工程では、前記スペーサが前記共振部を囲うようにして枠状に形成される請求項９に記載の共振器の製造方法。
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| JP2008222936A JP5111307B2 (ja) | 2008-08-29 | 2008-08-29 | 共振器、フィルタおよびデュプレクサ、ならびに共振器の製造方法 |
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