JP5277971B2

JP5277971B2 - 弾性表面波デバイス

Info

Publication number: JP5277971B2
Application number: JP2009000080A
Authority: JP
Inventors: 朝尚田崎; 敦鷹野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-01-05
Filing date: 2009-01-05
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-01-05
Also published as: JP2010157956A

Description

本発明は、主として移動体通信機器におい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。

以下、従来の弾性表面波デバイスについて、図面を参照しながら説明する。

図７は従来の弾性表面波デバイスを模式的に示す断面図であり、この図７において、１は回転ＹカットＸ伝播の単結晶タンタル酸リチウムからなる圧電基板である。２は前記圧電基板１の表面に配置された厚みが約１μｍ程度の金属よりなる複数の櫛形電極で、この櫛形電極２に電圧を印加することにより圧電基板１の表面に弾性表面波を励振するものである。３は前記圧電基板１の表面に配置された導体よりなるパッド電極、４は前記圧電基板１の上に配置された導体よりなる配線で、この配線４は前記複数の櫛形電極２間および櫛形電極２とパッド電極３との間を電気的に接続するものである。

５は前記圧電基板１の表面において櫛形電極２を取り囲む樹脂製の側壁、６は接着層７を介して前記側壁５の上面に接着された金属製の天板で、この天板６と前記側壁５とにより前記圧電基板１の表面における複数の櫛形電極２の励振空間８を確保し、かつ封止を行っているものである。９は前記圧電基板１の表面において側壁５と天板６を覆う封止樹脂、１０は前記パッド電極３に接続され、かつ封止樹脂９を貫通する接続電極、１１は前記封止樹脂９の表面に配置され、かつ接続電極１０に接続された外部端子で、前記封止樹脂９により弾性表面波デバイスの外形を確保するとともに、この外部端子１１が外部回路（図示せず）との入出力端子となっているものである。

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２００８−１５９８４４号公報

しかしながら、上記した従来の弾性表面波デバイスにおいては、圧電基板１の熱膨張率の異方性のために、動作時の発熱によって、圧電基板１と天板６および封止樹脂９との熱膨張率が大きく異なる方向に対して応力が生じ、そして、この応力のために圧電基板１の割れや弾性表面波デバイスの内部の層間剥離などの破壊が生じるという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、熱膨張率の違いによる応力の負荷を軽減することができ、これにより、圧電基板の割れなどの破壊を防止することができる弾性表面波デバイスを提供す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、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、圧電基板と、この圧電基板の表面に設けられた複数の櫛形電極と、これらの複数の櫛形電極間を接続する配線と、前記圧電基板の上に設けられ、かつ前記櫛形電極を囲む側壁と、この側壁の上に設けられ、かつ前記櫛形電極の励振空間を覆う天板と、前記配線と電気的に接続された外部端子とを備え、前記側壁に前記圧電基板の垂直方向に貫通するダミーの抜き穴を設けたもので、この構成によれば、側壁に前記圧電基板の垂直方向に貫通するダミーの抜き穴を設けているため、圧電基板と天板との熱膨張の差を側壁により吸収することができ、これにより、圧電基板に対する応力の負荷を軽減することができるため、熱膨張による圧電基板の割れや弾性表面波デバイスの内部の層間剥離などの破壊が生じにくい弾性表面波デバイスを提供することができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、抜き穴を複数個設け、かつこの抜き穴は圧電基板の熱膨張率と側壁の熱膨張率との差が大きい方向よりも小さい方向の寸法を大きくしたもので、この構成によれば、抜き穴を複数個設け、かつこの抜き穴は圧電基板の熱膨張率と側壁の熱膨張率との差が大きい方向よりも小さい方向の寸法を大きくしているため、側壁の機械的強度を確保することができると同時に、圧電基板に対する応力の負荷も軽減することができ、これにより、熱膨張による圧電基板の割れなどの破壊が生じにくい弾性表面波デバイスを提供することができるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の弾性表面波デバイスは、圧電基板と、この圧電基板の表面に設けられた複数の櫛形電極と、これらの複数の櫛形電極間を接続する配線と、前記圧電基板の上に設けられ、かつ前記櫛形電極を囲む側壁と、この側壁の上に設けられ、かつ前記櫛形電極の励振空間を覆う天板と、前記配線と電気的に接続された外部端子とを備え、前記側壁に前記圧電基板の垂直方向に貫通するダミーの抜き穴を設けているため、圧電基板と天板との熱膨張の差を側壁により吸収することができ、これにより、圧電基板に対する応力の負荷を軽減することができるため、圧電基板の割れや弾性表面波デバイスの内部の層間剥離などの破壊が生じにくい弾性表面波デバイスを提供することができるという優れた効果を奏するものである。

以下、本発明の一実施の形態における弾性表面波デバイスについて、図面を参照しながら説明する。

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模式的に示した断面図である。

図１において、１２は回転ＹカットＸ伝播の単結晶タンタル酸リチウムからなる圧電基板で、この圧電基板１２の板厚は１００〜３５０μｍ程度としているものである。１３は前記圧電基板１２の表面に配置された厚みが０．２〜０．４μｍ程度のアルミニウムを主成分とする金属よりなる複数の櫛形電極で、この櫛形電極１３に電圧を印加することにより圧電基板１２の表面に弾性表面波を励振するものである。１４は前記圧電基板１２の表面に配置された導体よりなるパッド電極、１５は前記圧電基板１２の表面に配置された導体よりなる配線で、この配線１５は前記複数の櫛形電極１３間および櫛形電極１３とパッド電極１４との間を電気的に接続するものである。

１６は前記圧電基板１２の表面において櫛形電極１３を取り囲む高さが５〜１５μｍ程度の側壁で、この側壁１６は感光性のポリイミド系樹脂を用いてフォトリソグラフィによりパターン形成し、そして熱により硬化させて構成しているものである。１７は接着層１８を介して前記側壁１６の上面に接着された金属製の天板で、この天板１７は１〜１０μｍ程度の銅箔１７ａに厚さが２０〜４０μｍ程度のメッキ層１７ｂを施すことにより構成しているものである。そして、前記接着層１８は厚みが１〜１０μｍ程度のエポキシ系の樹脂で構成しているものである。また、この天板１７と前記側壁１６とにより、前記圧電基板１２の表面における複数の櫛形電極１３の励振空間１９を確保し、かつ封止を行っているもので、天板１７として、金属製の天板１７を用いることにより強度を確保することができるとともに、前記櫛形電極１３から発した熱の放散経路を構成しているものである。

２０は前記圧電基板１２の表面において側壁１６と天板１７を覆う封止樹脂で、この封止樹脂２０は、酸化シリコンをフィラーとして配合したエポキシ系の樹脂を硬化させて構成しているものである。２１は前記パッド電極１４に接続され、かつ封止樹脂２０を貫通する接続電極、２２は前記封止樹脂２０の表面に配置され、かつ接続電極２１に接続された外部端子で、前記封止樹脂２０により弾性表面波デバイスの外形を確保するとともに、この外部端子２２が外部回路（図示せず）との入出力端子となっているものである。

そして、上記本発明の一実施の形態においては、前記側壁１６に、櫛形電極１３を囲む穴とは別に前記圧電基板１２の垂直方向に貫通するダミーの抜き穴２３を設けたものである。このように、ダミーの抜き穴２３を設ければ、圧電基板１２と天板１７との熱膨張の差を側壁１６により吸収することができるため、前記圧電基板１２に対する応力の負荷を軽減することができ、これにより、熱膨張による圧電基板１２の割れや弾性表面波デバイスの内部の層間剥離などの破壊を防止することができるものである。

一般に、表面弾性波デバイスの基板として使用することができる圧電単結晶の基板は熱膨張率について異方性を有しており、方向によって熱膨張率が異なるものである。回転ＹカットＸ伝播の方向にカットしたタンタル酸リチウム基板の場合、弾性表面波の伝播方向であるＸ軸方向の熱膨張率は約１６ｐｐｍ／℃であるのに対し、Ｘ軸に垂直な方向の熱膨張率は約４ｐｐｍ／℃である。一方、側壁１６を構成するポリイミド系樹脂の熱膨張率は樹脂組成によって異なるが、概ね１６〜２０ｐｐｍ／℃である。そして、側壁１６の上面には、熱膨張率が１７ｐｐｍ／℃である銅よりなる天板１７を接着し、その上から熱膨張率が１６ｐｐｍ／℃程度のエポキシ系の封止樹脂２０で封止しているものである。ここで、側壁１６と天板１７および封止樹脂２０の熱膨張率は、圧電基板１２のＸ軸方向の熱膨張率と差が少ないため、応力の発生は少ないが、圧電基板１２のＸ軸と垂直な方向の熱膨張率とは差が大きいため、圧電基板１２に歪が蓄積する原因となる。

そして、圧電基板１２の弾性率が１２０〜１３０ＧＰａであるのに対し、側壁１６を構成するポリイミド系樹脂の弾性率は４．８ＧＰａ、天板１７を構成する銅の弾性率は１２３ＧＰａ、封止樹脂２０を構成するエポキシ系の樹脂の弾性率は１５ＧＰａ程度であり、側壁１６の高さにより励振空間の高さを確保し、かつ天板１７の強度により励振空間１９を確保しているのである。このように強度を確保するための天板１７と圧電基板１２との熱膨張による違いにより、弾性表面波デバイスの内部において応力が生じ歪が蓄積するのである。

しかしながら、本発明の一実施の形態における弾性表面波デバイスにおいては、上記したように、側壁１６にダミーの抜き穴２３を設けているため、上記したような応力や歪の発生を緩和することができ、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できるものである。

ここで、ダミーの抜き穴２３を設ける代りに、単に励振空間１９を広げただけでは、天板１７にたわみが生じ、そして、その高さが低くなることによって、天板１７と櫛形電極１３との間または天板１７と配線１５との間に寄生容量が発生してしまうため、弾性表面波デバイスの電気的特性が低下してしまうものである。熱膨張係数の違いによる応力、または外力に対して、天板１７の高さを確保し、寄生容量の発生を抑制するためには、側壁１６において、これらの応力を緩和するための構造と併せて構造上の強度を持たせることが必要になるが、本発明の一実施の形態における弾性表面波デバイスにおいては、櫛形電極１３を囲む穴とダミーの抜き穴２３とを別個のものとしているため、上記した応力を緩和することができるとともに、側壁１６に構造上の強度を持たせることができるものである。

次に、本発明の一実施の形態における弾性表面波デバイスの製造方法について、図面を参照しながら説明する。

図２（ａ）〜（ｃ）および図３（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施の形態における弾性表面波デバイスの製造工程を模式的に示した構造工程図である。

まず、圧電基板１２の表面に、金属薄膜を形成し、これをフォトリソグラフィ技術を用いて、図２（ａ）に示すように、複数の櫛形電極１３とパッド電極１４および配線１５をパターン形成する。

次に、感光性のポリイミド系樹脂を圧電基板１２に塗布し、かつ露光、現像を行い、そして熱硬化させることにより、図２（ｂ）に示すように、櫛形電極１３を囲む側壁１６を形成する。そして、この側壁１６を形成する工程において、櫛形電極１３を囲む穴とは別に圧電基板１２の垂直方向に側壁１６を貫通するダミーの抜き穴２３を設ける。

次に、銅箔１７ａを、接着層１８を介して側壁１６の上面に貼り合わせ、その上からレジスト（図示せず）を用いてフォトリソグラフィにより銅箔１７ａを所定のパターン形状にエッチングし、レジストを除去して、図２（ｃ）に示す状態を得る。そして、この上に金属からなるスパッタ膜（図示せず）を成膜する。

次に、圧電基板１２の上に、メッキ層１７ｂおよび接続電極２１を形成する部分を開口したレジストパターン２４をフォトリソグラフィにより形成し、図３（ａ）に示すように、電解メッキによりメッキ層１７ｂおよび接続電極２１を形成する。

次に、接続電極２１を形成する部分を開口したレジストパターン２５を形成し、電解メッキを施すことにより、図３（ｂ）に示すように、接続電極２１を更に上まで形成する。

次に、レジストパターン２４、２５を除去し、その後、圧電基板１２の表面全体を封止樹脂２０で覆い、かつ表面を研磨して平坦化するとともに接続電極２１の上面を露出させ、図３（ｃ）に示すように、接続電極２１の上面と電気的に接続する外部端子２２を形成する。そして、ダイシングにより圧電基板１２および封止樹脂２０を同時に切断することにより、集合基板から個片の弾性表面波デバイスを得る。

次に、本発明の一実施の形態における弾性表面波デバイスを弾性表面波フィルタに適用したときのパターン配置について、図面を参照しながら説明する。

図４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適用した弾性表面波フィルタの導体パターン配置図、図５は同弾性表面波フィルタの側壁パターン配置図である。

図４に示すように、本発明の一実施の形態における弾性表面波デバイスを適用した弾性表面波フィルタの導体パターンは、圧電基板１２の表面において、入出力端子につながる２個のパッド電極１４ａと、この２個のパッド電極１４ａの間に配線１５ａを介して直列に接続され、直列インタデジタルトランスデューサを構成する複数の櫛形電極１３ａと、グランド端子につながる２個のパッド電極１４ｂと、この２個のパッド電極１４ｂに接続される配線１５ｂと、一方が配線１５ａに接続され、かつ他方が配線１５ｂに接続された並列インタデジタルトランスデューサを構成する複数の櫛形電極１３ｂを配置しているものである。

図５は上記した図４にさらに側壁１６のパターン図を追加したもので、この図５に示すように、本発明の一実施の形態においては、側壁１６に前記複数の櫛形電極１３を囲む穴２６とは別個のダミーの抜き穴２３を設けたものである。これにより、圧電基板１２と天板１７との熱膨張の差を吸収することができるものである。

そして、ダミーの抜き穴２３を設けた箇所に、パッド電極１４ｂを経由してグランド端子に接続される配線１５ｂを配置したものである。圧電基板１２の表面において、ダミーの抜き穴２３を設けた箇所に導体パターンを設けなかった場合には、櫛形電極１３ａ，１３ｂから発生してダミーの抜き穴２３の内部に蓄積される熱は、主に天板１７を経由して放散されるものである。これに対し、図４および図５に示すように、圧電基板１２の表面において、ダミーの抜き穴２３を設けた箇所にグランド端子に接続される配線１５ｂを設けた場合は、櫛形電極１３ａ，１３ｂから発生してダミーの抜き穴２３の内部に蓄積される熱は天板１７と配線１５ｂの両方を経由して放散されるため、放熱性が向上し、これにより、弾性表面波デバイスの耐電力性を向上させることができる。この場合には、ダミーの抜き穴２３の全面とダミーの抜き穴２３の外周の側壁１６にかかるように配線１５ｂを設けると熱伝達性が良くなるものである。

なお、上記した本発明の一実施の形態における弾性表面波デバイスにおいては、図５の側壁パターン配置図に示すように、側壁１６における櫛形電極１３を囲む穴２６が存在しない空スペースにおいて比較的大きなひとまとまりのダミーの抜き穴２３を設けたが、図６の側壁パターン配置図に示すように、複数個のスリット状のダミーの抜き穴２７を設けてもよいもので、このような構成にした場合は、側壁１６の強度をより強くすることができると同時に圧電基板１２との熱膨張率の違いによる応力や歪の発生を緩和することができるものである。ここで、隣り合うダミーの抜き穴２７の間の側壁の距離は１０〜２０μｍ程度であるが、５０μｍ以下にすると良いものである。また、ダミーの抜き穴２７の形状は、圧電基板１２の熱膨張率と天板１７の熱膨張率との差が大きい方向よりも小さい方向の寸法を大きくするとともに、熱膨張率の差が大きい方向に複数個設けることにより、熱膨張率の差が大きい方向に側壁１６を分離することができるため、より効果的に歪の発生を緩和することができるものである。そして、熱膨張率の差が大きい方向に側壁１６を分離するために、熱膨張率の差が大きい方向と垂直な方向において側壁１６の全長に対して抜き穴２６、２７の合計長さが６０％以上となるように、ダミーの抜き穴２７の寸法を設定すると効果的である。

本発明に係る弾性表面波デバイスは、熱膨張による圧電基板に対する応力の負荷を軽減することができ、これにより、圧電基板の割れや弾性表面波デバイスの内部の層間剥離などの破壊が生じにくいという効果を有するものであり、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。

本発明の一実施の形態における弾性表面波デバイスを模式的に示す断面図（ａ）〜（ｃ）同弾性表面波デバイスの製造方法を模式的に示した製造工程図（ａ）〜（ｃ）同弾性表面波デバイスの製造方法を模式的に示した製造工程図同弾性表面波デバイスを弾性表面波フィルタに適用した導体パターン配置図同弾性表面波デバイスを弾性表面波フィルタに適用した側壁パターン配置図本発明の他の実施の形態における弾性表面波デバイスを示す側壁パターン配置図従来の弾性表面波デバイスを模式的に示す断面図

１２圧電基板
１３櫛形電極
１３ａ櫛形電極
１３ｂ櫛形電極
１５配線
１５ａ配線
１５ｂ配線
１６側壁
１７天板
１９励振空間
２２外部端子
２３抜き穴
２７抜き穴

Claims

圧電基板と、この圧電基板の表面に設けられた複数の櫛形電極と、これらの複数の櫛形電極間を接続する配線と、前記圧電基板の上に設けられ、かつ前記櫛形電極を囲む側壁と、この側壁の上に設けられ、かつ前記櫛形電極の励振空間を覆う天板と、前記配線と電気的に接続された外部端子とを備え、前記側壁に前記圧電基板の垂直方向に貫通するダミーの抜き穴を複数個設け、かつこの抜き穴は圧電基板の熱膨張率と側壁の熱膨張率との差が大きい方向よりも小さい方向の寸法を大きくした弾性表面波デバイス。