JP5338575B2 - 弾性波素子とこれを用いた電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、弾性波素子とこれを用いた携帯電話等の電子機器に関するものである。

以下、従来の弾性波素子について図７を用いて説明する。図７は、従来の弾性波素子の断面模式図である。

図７において、従来の弾性波素子１０１として、圧電基板１０２と、この圧電基板１０２の上に設けられたＩＤＴ電極１０３とを備え、このＩＤＴ電極１０３を外部環境から保護すべく、ＩＤＴ電極１０３を覆うように絶縁体１１０を圧電基板１０２上に形成するチップサイズパッケージ素子が知られている。

この従来の弾性波素子１０１は、圧電基板１０２の上に設けられると共にＩＤＴ電極１０３に電気的に接続された例えばアルミニウムからなる内部電極１０４と、圧電基板１０１の上であってＩＤＴ電極１０３の周囲に設けられた側壁１０５と、この側壁１０５の上に接着層１０６を介してＩＤＴ電極１０３上の空間１０８を覆うように設けられた蓋体１０７とを備える。さらに、従来の弾性波素子１０１は、蓋体１０７の上に設けられた例えば銅スパッタ膜からなる蓋体下地層１１３と、この側壁下地層１１３の上に設けられた例えば銅メッキからなる蓋体補強層１１４とを設けることにより、蓋体１０７の補強を図っていた。

尚、この出願に関する先行文献として、例えば特許文献１が知られている。

国際公開第２００６／１０６８３１号

上記従来の弾性波素子１０１において、側壁１０５として、ＩＤＴ電極１０３を溶かしにくい有機溶剤でパターニングできる材料、例えば、ポリイミドを用いていた。一方、絶縁体１１０は例えばエポキシ系樹脂で形成する場合、側壁１０５と絶縁体１１０との密着性が弱く、これらの境界面で剥離が発生する。この為、弾性波素子１０１の機械的強度が劣化するという問題があった。

そこで、本発明は、弾性波素子の機械的強度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の弾性波素子は、圧電基板と、この圧電基板の上に設けられたＩＤＴ電極と、圧電基板の上であってＩＤＴ電極の周囲に設けられた側壁と、この側壁の上にＩＤＴ電極上の空間を覆うように設けられると共に側壁の上面の外縁部より内側に設けられた蓋体と、蓋体と側壁との間に設けられた接着層と、圧電基板、蓋体、及び側壁の上に設けられた絶縁体とを備え、接着層は、蓋体の外縁部より外側に突出するように形成されたことを特徴とする。

以上のように本発明の弾性波素子における接着層は、絶縁体に対する接着力が側壁より大きい材料で構成されており、この接着層によって側壁と絶縁体との密着性が向上し、これらの境界面での剥離を抑制する。即ち、弾性波素子の機械的強度を向上させることができるのである。

本発明の実施の形態１における弾性波素子の断面模式図 同弾性波素子の他の断面模式図 （ａ）から（ｃ）は同弾性波素子の製造工程の説明図 （ｄ）から（ｇ）は同弾性波素子の製造工程の説明図 （ｈ）から（ｋ）は同弾性波素子の製造工程の説明図 同弾性波素子を適用した弾性波フィルタの絶縁体等を省略した上面模式図 従来の弾性波素子の断面模式図

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における弾性波素子について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態１における弾性波素子１の断面模式図である。

図１において、弾性波素子１は、圧電基板２と、この圧電基板２の上面（圧電基板２の主面）に設けられたＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極３とを備え、このＩＤＴ電極３を外部環境から保護すべく、ＩＤＴ電極３を覆うように絶縁体１０を圧電基板２上に形成するチップサイズパッケージ素子である。

この弾性波素子１は、圧電基板２の上に設けられると共にＩＤＴ電極３に電気的に接続された内部電極４と、圧電基板２の上面若しくは内部電極４の上面であってＩＤＴ電極３の周囲に設けられた側壁５と、この側壁５の上にＩＤＴ電極３上の空間８を覆うように設けられると共に側壁５の上面の外縁部より内側に設けられた蓋体７と、蓋体７と側壁５との間に設けられた接着層６とを備える。

また、弾性波素子１は、蓋体７の機械的強度を向上すべく、蓋体７の上に蓋体下地層１３を介して設けられたメッキ金属からなる蓋体補強層１４も備える。

さらに、上記接着層６は、上方から見て蓋体７の外縁部より外側に突出するように形成されている。

また、図２は本発明の実施の形態１における弾性波素子１の接続電極１２を含む断面模式図である。

図２において、弾性波素子１は、内部電極４の上であって空間８からみて側壁５の外側、側壁５の外側面、及び接着層６の上に渡って設けられた電極下地層９と、この電極下地層９の上に絶縁体１０を貫通するように設けられて外部電極１１とＩＤＴ電極３とを電気的に接続するメッキ金属からなる接続電極１２とを備える。

さらにまた、弾性波素子１は、側壁下地層２０を介して側壁５の外側面を覆うように設けられたメッキ金属からなると共に蓋体補強層と電気的に接続された側壁補強層１５を備えていても良い。

以下、弾性波素子１の各構成について詳述する。

圧電基板２は、板厚１００〜３５０μｍ程度の単結晶圧電体からなり、例えば、水晶、タンタル酸リチウム系、ニオブ酸リチウム系、又はニオブ酸カリウム系の基板である。

ＩＤＴ電極３は、膜厚０．１〜０．５μｍ程度の櫛形電極であり、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、チタン、タングステン、白金、クロム、モリブデンの少なくとも一種からなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金又はそれらの金属が積層された構成である。

内部電極４は、ＩＤＴ電極３と外部電極１１とを電気的に接続する導体であり、例えば、アルミニウム、銅、銀からなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金又はそれらの金属が積層された構成である。

側壁５は、ＩＤＴ電極３の周囲の少なくとも一部を囲む高さが５〜１５μｍ程度の側壁で、所定の形状に加工することが容易なことから樹脂を用いている。特に、側壁５として感光性樹脂を用いることで圧電基板上に複数個の弾性波素子を作るための側壁５を精度良く所望の形状に形成することが可能である。感光性樹脂としては、感光性ポリイミド樹脂、感光性エポキシ樹脂、感光性アクリレート樹脂等、感光性を有する樹脂材料であれば様々な材料を用いることが可能である。感光性ポリイミド樹脂はガラス転移点が高く、高温環境下での信頼性が高いため、側壁５として特に好ましい。

接着層６は、厚みが１〜１０μｍ程度の接着剤で、単位面積当たりの絶縁体１０に対する接着力が側壁５より大きい材料から構成され、例えば、エポキシ系、ポリフェニレン系、若しくはブタジエン系の樹脂、またはこれらの混合樹脂からなる。

蓋体７は、接着層６を介して側壁５の上部に接着されることにより保持された厚みが１〜１０μｍ程度の天板であり、圧電基板２および側壁５とともにＩＤＴ電極３を収容している。この蓋体７には、金属を用いると機械的強度に優れ、かつ導電性を有することにより蓋体７の電位を制御することが可能となる点で好ましく、さらに銅を用いると単結晶の圧電基板２と線膨張係数が略等しい点でより好ましい。蓋体７は箔状のものを用いることができ、さらにあらかじめ接着層６を形成していて、その後に側壁５の上部に貼り付ける構成にすると、製造上の取り扱いが便利である。

空間８は、圧電基板２、側壁５および蓋体７によって囲まれた領域である。この空間８は気密性を有するものであり、その内部にＩＤＴ電極３が収容されている。この空間８内は通常気圧の空気であっても構わないが、減圧密封されているとＩＤＴ電極３の腐食を防止できるので、なお好ましい。

電極下地層９は、内部電極４上であって側壁５の外側、即ち、側壁５の空間８の逆側に形成されると共に側壁５の外側面に形成された金属薄膜であり、その材質としては、チタン、銅、ニッケル、クロム、マグネシウムの少なくとも一種からなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金など、内部電極４よりもメッキ液溶解性の低い材質からなる。特にチタンは密着性が高いので電極下地層９として好ましく、電極下地層９をチタンの上部に銅を形成する２層構造にすると、後述する接続電極１２が形成しやすく好ましい。

絶縁体１０は、圧電基板２の上であって蓋体補強層１４を覆うように形成されている。さらに、この絶縁体１０は、圧電基板２の主面上全体を覆うことにより機械的衝撃等からＩＤＴ電極３等を保護する機能を有している。この絶縁体１０の材質としては、熱硬化性樹脂を用いると取り扱い性に優れる点で好ましく、エポキシ樹脂は耐熱性および気密性の点で特に好ましく、さらにエポキシ樹脂中に無機フィラーを含有させることで線膨張係数を低減することができ、なお好ましい。無機フィラーとしては、アルミナ粉末、二酸化珪素粉末、酸化マグネシウム粉末等を用いることができる。なお、これらの粉末に限らず様々な無機系材料の使用が可能である。

外部電極１１は、絶縁体１０の外部に形成され、接続電極１２と電気的に接続する電極である。本実施の形態においては、外部電極１１と側壁５との間に絶縁体１０を形成することにより、外部電極１１は側壁５とは直接接しない構成となっている。

接続電極１２は、電極下地層９を介して内部電極４上に電解メッキ処理により形成された電極である。接続電極１２の材質としては、銅、金、銀、白金、ニッケルからなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金が考えられるが、銅を用いると機械的強度に優れ、かつ線膨張係数を圧電基板２と整合することができるため好ましい。尚、この接続電極１２は、内部電極４とは電気的に接続されている。ただ、接続電極１２が入出力端子に接続される場合は、蓋体７、蓋体下地層１３、及び蓋体補強層１４とは電気的に絶縁状態となる。一方、接続電極１２がグランド端子に接続される場合は、接続電極１２を蓋体７、蓋体下地層１３、及び蓋体補強層１４に接続することで、グランド電位の安定を図ることができる。

蓋体下地層１３は蓋体７上に形成された金属薄膜である。蓋体下地層１３としては、チタン、銅、ニッケル、クロム、マグネシウムの少なくとも一種からなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金を用いることができる。特にチタンは密着性が高いので蓋体下地層１３として好ましく、蓋体下地層１３をチタンの上部に銅を形成する２層構造にすると、後述する蓋体補強層１４が形成しやすく好ましい。この蓋体下地層１３は、電解メッキの下地となるものである。

蓋体補強層１４は、蓋体下地層１３の上面に電解メッキ処理により厚みが２０〜４０μｍ程度となるように形成された層であり、その材質としては、銅、金、銀、白金、ニッケルからなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金が考えられるが、銅を用いると機械的強度に優れ、かつ線膨張係数を圧電基板２と整合することができるため好ましい。

側壁下地層２０は、圧電基板２上であって空間８からみて側壁５の外側、即ち、側壁５の空間８の逆側に形成されると共に側壁５の外側面若しくは上面に形成された金属薄膜であり、その材質としては、チタン、銅、ニッケル、クロム、マグネシウムの少なくとも一種からなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金など、内部電極４よりもメッキ液溶解性の低い材質からなる。特にチタンは密着性が高いので側壁下地層２０として好ましく、側壁下地層２０をチタンの上部に銅を形成する２層構造にすると、側壁補強層１５が形成しやすく好ましい。

側壁補強層１５は、蓋体補強層１４と電気的に接続されると共に側壁下地層２０を覆う様に電解メッキ処理により厚みが２０〜４０μｍ程度となるように形成された層であり、その材質としては、銅、金、銀、白金、ニッケルからなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金が考えられるが、銅を用いると機械的強度に優れ、かつ線膨張係数を圧電基板２と整合することができるため好ましい。

この側壁補強層１５がメッキ金属から構成されるので、弾性波素子１の外部から側壁５を介して湿気が侵入することを抑制する。これにより、弾性波素子１が経時的に特性劣化することを防止する。また、この側壁補強層１５により側壁５の機械的強度を向上させることで、弾性波素子１の耐衝撃性を向上させることができる。

以上の構成の弾性波素子１において、接着層６は、蓋体７の外縁部より外側に突出するように形成され、この接着層６によって側壁５と絶縁体１０との密着性が向上し、これらの境界面での剥離を抑制する。即ち、弾性波素子１の機械的強度を向上させることができるのである。

以上のように構成された実施の形態１における弾性波素子の製造方法について、以下に説明する。

図３（ａ）〜図５（ｋ）は、実施の形態１における弾性波素子１の製造工程を示す図である。

まず、圧電基板２の表面に、レジストを用いたフォトリソグラフィ技術にて、複数のＩＤＴ電極３をスパッタ形成すると共に、内部電極４を蒸着形成する。

次に、図３（ｂ）に示すように、感光性のポリイミド系樹脂１６を圧電基板２にスピンコート法、ディスペンス法、又はスクリーン印刷法等の膜形成方法によりＩＤＴ電極３及び内部電極４を覆って圧電基板２の主面の全面に形成する。特にスピンコート法は均一な膜厚を形成する方法として好ましい。

そして、この上面から露光、現像を行い、そして熱硬化させることにより、図３（ｃ）に示すように、ＩＤＴ電極３を囲む側壁５を形成する。尚、側壁５を、所定の形状に加工した後、必要に応じて加熱処理を施し、材料の硬化を促進させる。

さらに、図４（ｄ）に示す様に、蓋体７となる金属箔１７を、接着剤１８を介して側壁５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金属箔１７を所定のパターン形状にエッチングし、レジストを除去することで、図４（ｅ）の状態を得る。この図４（ｅ）に示す状態において、図４（ｄ）における金属箔１７は、蓋体７と接着剤除去金属箔２２とに分断される。ここで、側壁５の上面の全面に蓋体７を残さないようにしている。即ち、上方からみて蓋体７が側壁５の上面の外縁部より内側に形成される。これは、側壁５の外側面にも側壁下地層２０を設ける場合、上方から見て蓋体７が側壁５の上面より外側に突出していると、この後の下地層１９のスパッタ形成の際、側壁５の外側面に下地層１９が付着しにくくなるという問題が生じるからである。また、接着剤除去金属箔２２の端部は、上方からみて側壁５の上面の外縁部より内側かつ蓋体７より外側に位置していることが望ましい。これは、上方から見て接着剤除去金属箔２２の端部が側壁５の上面の外縁部より外側に位置していると、この後の接着剤１８の除去工程において、接着層６が側壁５の上面より外側に突出する可能性が大きくなるからである。即ち、接着剤除去金属箔２２の端部を側壁５の上面の外縁部より内側にすることで、側壁５の外側面にも側壁下地層２０を設ける場合、この後の下地層１９のスパッタ形成の際、側壁５の外側面に下地層１９が付着しにくくなることを防止している。

ここで、側壁５と蓋体７の接着面積より側壁５と接着剤除去金属箔２２の接着面が大きくなっている。

その後、図４（ｆ）に示す様に、粘着テープ２３を蓋体７及び接着剤除去金属箔２２との上面の全面に貼り、粘着テープ２３を蓋体７等から剥がすことで、図４（ｇ）の状態を得る。このとき、粘着テープ２３と蓋体７との接着力より、接着剤１８を介しての側壁５と蓋体７の接着力が大きいので、蓋体７は側壁５の上にそのまま残る。一方、接着剤１８を介しての側壁５と接着剤除去金属箔２２との接着力より、粘着テープ２３と接着剤除去金属箔２２の接着力が大きいので、粘着テープ２３を蓋体７等から剥がす際に接着剤除去金属箔２２も一緒に剥がされる。これにより、図４（ｇ）に示す様に、蓋体７と接着層６によってＩＤＴ電極３上の空間８を覆い、接着層６が蓋体７の外縁部より外側に突出するように形成される。図４（ｇ）は、一例として接着層６が側壁５上面のほぼ全面に形成されている状態を示す。

その次に、図５（ｈ）に示す様に、圧電基板２の主面上の全面に下地層１９をスパッタにより形成する。この下地層１９の内、蓋体７の上面に形成された部分が蓋体下地層１３となり、側壁５の外側面にもメッキ金属を形成する場合は、側壁５の外側面に形成された部分が側壁下地層２０となる。

そして、フォトリソグラフィ技術にてレジスト（図示せず）を電解メッキ成長させる部分を残して形成する。具体的には、レジストは、側壁下地層２０となる下地層１９の上部と、蓋体下地層１３となる下地層１９の上部は露出させ、その他の部分を覆うように形成される。そして、１度目の電解メッキ処理を施すことにより、側壁下地層２０上に側壁補強層１５を形成し、同時に、蓋体下地層１３上にも蓋体補強層１４を形成することにより、図５（ｉ）に示す状態を得る。このように、蓋体補強層１４と側壁補強層１５を形成することにより蓋体７と側壁５を補強することができ、さらにこの側壁補強層１５の形成を蓋体補強層１４の形成と同時に行うために、効率よく側壁補強層１５を形成することができる。

さらに、接続電極（図示せず）を形成する空間を除いて圧電基板２の主面側の全面にレジスト（図示せず）を形成する。ここでは、レジストは、蓋体補強層１４や側壁補強層１５の上面にも形成される。その後、２度目の電解メッキ処理を施すことにより、接続電極を形成したレジストを更に上まで成長させ、更に、レジストを除去する。

また、接続電極（図示せず）の少なくとも１つと蓋体補強層１４や側壁補強層１５間のレジストを除去して、１度目の電解メッキ処理の工程で接続電極と蓋体補強層１４又は側壁補強層１５が接続するようにしても良い。こうすることで、蓋体７および蓋体補強層１４又は側壁補強層１５が電気的に浮いた状態を回避し、電位を安定させることができるものである。特にグランド端子となる接続電極と接続させることで、蓋体７および蓋体補強層１４又は側壁補強層１５をグランド電位とすることができ、ＩＤＴ電極３をノイズから保護するシールド層としての役割を持たすことが可能となる。

さらに、図５（ｊ）に示すように、側壁下地層２０間を電気的に絶縁状態にする。この下地層１９の除去は、エッチングで行う。なお、蓋体補強層１４又は側壁補強層１５と接続電極を意図的にメッキにより接続させる場合には、蓋体補強層１４又は側壁補強層１５と接続電極（図示せず）間の下地層１９の除去は行わない。

さらにまた、図５（ｋ）に示すように、接続電極（図示せず）の上面を露出させながら、その他の圧電基板２の主面および主面上の構造物を覆う絶縁体１０を形成する。この絶縁体１０の形成方法としては、印刷工法を用いる。なお、絶縁体１０を接続電極と全く同じ高さに形成するためには、一度、接続電極の上面より高く絶縁体１０を形成し、その後に絶縁体１０を機械的に削る方法を用いることもできる。この場合において、圧電基板２の主面および接続電極（図示せず）も含めた主面上の全ての構造物を覆うように絶縁体１０を形成した後に、機械的に絶縁体１０を削ってもよい。なお、この機械的に絶縁体１０を削る際に、接続電極を全く削らないで、絶縁体１０と接続電極の高さを同一にすることは困難なので、接続電極も一部削ることになるが、この分を考慮して、接続電極を電解メッキ処理で形成する際に、最終的に必要になる高さより高く形成しておくとよい。なお、この様に、絶縁体１０および接続電極を削ることにより、これらの上面の高さが同一になり、さらに平面度も高くなるので、実装時には好ましい構造になる。

尚、蓋体補強層１４と側壁補強層１５上において、１度目の電解メッキ処理工程後に形成するレジスト（図示せず）が絶縁体１０を兼ねてもよい。

最後に、接続電極（図示せず）の上面と電気的に接続される外部電極（図示せず）を形成する。そして、ダイシングにより圧電基板２および絶縁体１０を同時に切断することにより、集合基板から個片の弾性波素子１を得る。

次に、実施の形態１の弾性波素子１を弾性波フィルタに適用したときの内部電極４と側壁５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６は、実施の形態１における弾性波フィルタの内部電極４と側壁５のパターン配置を示す上面図である。尚、図６において、内部電極４のうち側壁５に隠れて表示されていない部分が存在している。また、図６において、内部電極４と側壁５の配置を明確化すべく、蓋体補強層１４、絶縁体１０、接続電極１２等は省略している。

実施の形態１の弾性波素子１を適用した弾性波フィルタ２１は、圧電基板２の表面において、入出力端子（図示せず）に接続された２個のパッド用内部電極４ａと、この２個のパッド用内部電極４ａの間に配線用内部電極４ｂを介して直列に接続された複数の直列ＩＤＴ電極３ａと、グランド端子（図示せず）に接続されたグランド用内部電極４ｃと、このグランド用内部電極４ｃと配線用パッド電極４ｂの間に接続された並列ＩＤＴ電極３ｂを備える。

また、図６に示す破線は、蓋体７の配置を示す。このように、蓋体７は、側壁５の上面の外縁部より内側に設けられている。また、接着層６は、図示はしていないが、蓋体７の外縁部より外側に突出するように側壁５の上面に形成される。

このように、接着層６は、蓋体７の外縁部より外側に突出するように形成され、この接着層６によって側壁５と絶縁体１０との密着性が向上し、これらの境界面での剥離を抑制する。即ち、弾性波素子１の機械的強度を向上させることができるのである。

尚、本実施の形態１の弾性波素子１を、ラダー型フィルタだけでなくＤＭＳフィルタ等の他のフィルタ（図示せず）に適用しても構わない。さらに、弾性波素子１を、このフィルタと、フィルタに接続された半導体集積回路素子(図示せず)と、半導体集積回路素子（図示せず）に接続された再生装置とを備えた電子機器に適用しても良い。これにより、フィルタ、及び電子機器における通信品質を向上することができるのである。

本発明の弾性波素子は、弾性波素子の耐湿性を向上するという効果を有し、移動体通信機器などの電子機器に適用可能なものである。

１ 弾性波素子
２ 圧電基板
３ ＩＤＴ電極
４ 内部電極
５ 側壁
６ 接着層
７ 蓋体
８ 空間
１０ 絶縁体
１３ 蓋体下地層
１４ 蓋体補強層
１５ 側壁補強層
２０ 側壁下地層

Claims (5)

1. 圧電基板と、
   前記圧電基板の上に設けられたＩＤＴ電極と、
   前記圧電基板の上であって前記ＩＤＴ電極の周囲に設けられた側壁と、
   前記側壁の上に前記ＩＤＴ電極上の空間を覆うように設けられると共に前記側壁の上面の外縁部より内側に設けられた蓋体と、
   前記蓋体と前記側壁との間に設けられた接着層と、
   前記圧電基板、前記蓋体、及び前記側壁の上に設けられた絶縁体とを備え、
   前記接着層は、前記蓋体の外縁部より外側に突出するように形成された弾性波素子。
2. 前記接着層は、前記側壁の上面の外縁部より内側に形成された請求項１に記載の弾性波素子。
3. 前記接着層は、前記接着層の端部が前記側壁の上面の外縁部に沿うように形成された請求項１に記載の弾性波素子。
4. 前記接着層は、前記絶縁体に対する単位面積あたりの接着力が前記側壁より大きい材料で構成された請求項１に記載の弾性波素子。
5. 請求項１に記載の弾性波素子と、
   前記弾性波素子に接続された半導体集積回路素子と、
   前記半導体集積回路素子に接続された再生装置とを備えた電子機器。

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