JP5406108B2 - 弾性波デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は弾性波デバイスに関し、特に弾性波素子を封止した弾性波デバイス及びその製造方法に関する。

移動体通信機器等にフィルタやデュプレクサとして用いられる弾性波デバイスには、小型化が要求されている。弾性波デバイスに用いる弾性波素子としては、圧電基板上にＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を形成した弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）素子や、圧電膜を電極で挟んだ圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ：Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）がある。

特許文献１には、圧電基板と同じ材質からなる蓋体を備え、温度変化等に強い弾性表面波デバイスが開示されている。

特開２００６−２４６１１２号公報

従来の弾性波デバイスでは、封止の気密性が不十分になることがあった。気密性が十分でない場合、弾性波デバイスに不具合を生じる可能性がある。本発明は上記課題に鑑み、気密性を高くすることが可能な弾性波デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成された弾性波素子と、前記弾性波素子と電気的に接続され、上面が前記圧電基板の上面と平坦になるように、前記圧電基板に埋め込まれた配線と、前記弾性波素子上に中空部が形成され、かつ下面が前記圧電基板の上面及び前記配線の上面に接触するように、前記弾性波素子を封止するキャップと、を具備する弾性波デバイスである。本発明によれば、気密性の高い弾性波デバイスを実現することができる。

上記構成において、前記キャップの下面は平坦である構成とすることができる。この構成によれば、キャップの下面と、圧電基板及び配線との間に隙間が生じることを抑制し、より気密性の高い弾性波デバイスを実現することができる。

上記構成において、前記キャップは、前記弾性波素子を囲んでいる構成とすることができる。この構成によれば、気密性をより高めることができる。

上記構成において、前記弾性波素子と前記配線により電気的に接続された電極パッドと、前記電極パッドと電気的に接続し、前記キャップを貫通する外部端子と、を具備し、前記キャップは、前記弾性波素子と前記電極パッドとを隔離する仕切部を有する構成とすることができる。この構成によれば、安定した特性を得て、かつ工程を簡略化することができる。

上記構成において、前記圧電基板と、前記キャップとは、同一方向の線膨張係数は等しい構成とすることができる。この構成によれば、応力の発生を抑制し、気密性をより高めることができる。

本発明は、圧電基板の上面と平坦な上面を有するように、前記圧電基板に埋め込まれる配線を形成する工程と、前記圧電基板の上面に、前記配線と電気的に接続する弾性波素子を形成する工程と、前記弾性波素子上に中空部が形成され、かつ下面が前記圧電基板の上面及び前記配線の上面に接触するように、前記弾性波素子をキャップ部により封止する工程と、を有する弾性波デバイスの製造方法である。本発明によれば、気密性の高い弾性波デバイスの製造方法を実現することができる。

上記構成において、前記封止する工程は、前記圧電基板と前記キャップとを表面活性化法により接合する工程を含む構成とすることができる。この構成によれば、仕切部と圧電基板との間に隙間が生じることを抑制し、より気密性の高い弾性波デバイスの製造方法を実現することができる。

本発明によれば、気密性を高くすることが可能な弾性波デバイス及びその製造方法を提供することができる。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、弾性波デバイスを例示する平面図である。 図２（ａ）は比較例に係る弾性波デバイスを例示する断面図であり、図２（ｂ）は実施例１に係る弾性波デバイスを例示する断面図である。 図３（ａ）から図３（ｅ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。 図４（ａ）から図４（ｄ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。 図６（ａ）から図６（ｄ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

初めに、弾性波デバイスの構成について説明する。図１（ａ）及び図１（ｂ）は弾性波デバイスを例示する平面図である。図１（ｂ）では、キャップ１６を透視して図示している。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、弾性波デバイスは圧電基板２、弾性波素子４、配線１０、電極パッド１２、電極ポスト１４、及びキャップ１６を備える。

圧電基板２は、例えばＬｉＴａＯ_３やＬｉＮｂＯ_３等の圧電体からなる。弾性波素子４は、ＩＤＴ６及び反射器８を備える。ＩＤＴ６、反射器８、配線１０、及び電極パッド１２は、例えばＡｌ等の金属からなる。配線１０は、ＩＤＴ６と電極パッド１２とを電気的に接続する。電極ポスト１４は、例えばＣｕ等の金属からなり、電極パッド１２と電気的に接続し、キャップ１６を貫通するように形成されている。つまり電極ポスト１４は、弾性波デバイスの外部端子として機能する。キャップ１６は、例えばＬｉＴａＯ_３やＬｉＮｂＯ_３等の圧電体からなり、弾性波素子４を封止する。図１（ａ）に点線で示すように、キャップ１６は弾性波素子４上に中空部２０を有する。中空部２０が形成されているため、ＩＤＴ６や反射器８の励振は妨げられない。またキャップ１６は電極パッド１２上に中空部２２を有し、電極ポスト１４は中空部２２に設けられる。

次に、弾性波デバイスの断面について説明する。図２（ａ）は比較例に係る弾性波デバイスを例示する断面図であり、図２（ｂ）は実施例１に係る弾性波デバイスを例示する断面図である。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）では、図１（ａ）のＡ−Ａに沿った断面を図示しており、簡単のために電極ポスト１４を形成していない状態を図示している。初めに比較例について説明する。

図２（ａ）に示すように、ＩＤＴ６、配線１０及び電極パッド１２は、それぞれ圧電基板２の上面２ａ上に配置された金属層からなる。キャップ１６は、下面１６ａが圧電基板２の上面２ａと対向するように、圧電基板２上に設けられる。穴２８は弾性波素子４と対向し、後述する中空部２０を形成する。穴３０は電極パッド１２と対向し、後述する中空部２２を形成する。キャップ１６は、弾性波素子４に対応する中空部２０と、電極パッド１２に対応する中空部２２とを隔離する仕切部１８を有する。

キャップ１６を圧電基板２上に設けると、キャップ１６の下面１６ａは配線１０の上面１０ａに接触する。配線１０の上面１０ａの高さは上面２ａの高さよりも大きいため、キャップ１６による封止の気密性が低下することがある。詳述すると、上面１０ａの高さが上面２ａの高さよりも高いため、下面１６ａが上面２ａに接触しない箇所ができる。この場合、下面１６ａと上面２ａとの隙間から、中空部２０に内に水分や異物が浸入することがある。つまり、気密性が低下すると、ＩＤＴ６や反射器８への異物の付着や、水分による腐食が発生し、弾性波デバイスの特性が悪化する恐れがある。次に実施例１に係る弾性波デバイスの構成について説明する。

図２（ｂ）に示すように、圧電基板２の上面２ａには穴２４が形成されており、配線１０は穴２４に埋め込まれている。配線１０の上面１０ａは、圧電基板２の上面２ａと平坦になっている。このため、キャップ１６の下面１６ａは、上面２ａ及び上面１０ａの両方に接触する。また、仕切部１８は、弾性波素子４及び電極パッド１２の各々を囲む。

次に、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法について説明する。図３（ａ）から図５（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。

図３（ａ）に示すように、まず圧電基板２の上面２ａに、例えばエッチングを行い、穴２４を形成する。穴２４の深さは例えば数百ｎｍ〜１μｍである。エッチングの方法としては、例えばＣＨＦ_３（フルオロメタン）、Ｃ_２Ｆ_６（六フッ化エタン）等を用いたドライエッチングがある。

図３（ｂ）に示すように、例えば蒸着法やスパッタリング法により、上面２ａ及び穴２４の内部に、例えばＡｌ等の金属からなる金属層２６を形成する。

図３（ｃ）に示すように、金属層２６及び上面２ａを、例えばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械研磨）法により研磨する。詳細には、金属層２６を研磨して上面２ａを露出させ、露出した上面２ａと穴２４内部の金属層２６とをさらに研磨する。これにより、図３（ｄ）に示すように、穴２４内に埋め込まれた配線１０が形成される。上面２ａと配線１０の上面１０ａとは平坦になる。研磨後の配線１０の厚さは例えば１００ｎｍ以下である。

図３（ｅ）に示すように、例えば蒸着法やスパッタリング法により、上面２ａに、例えばＡｌ等の金属からなるＩＤＴ６、反射器８、及び電極パッド１２を形成する。これにより、ＩＤＴ６及び反射器８を備える弾性波素子４が形成される。ＩＤＴ６と電極パッド１２とは、配線１０により電気的に接続される。

図４（ａ）に示すように、キャップ１６の下面１６ａに、例えばエッチングにより穴２８及び３０を形成する。キャップ１６と圧電基板２とが対向した場合に、穴２８は弾性波素子４上に配置され、穴３０は電極パッド１２上に配置される。また穴２８と穴３０との間には仕切部１８が形成される。キャップ１６の下面１６ａは平坦である。キャップ１６は圧電基板２と同じ材質からなる。なお、図４（ａ）では、キャップ１６を圧電基板２上に設けた場合とは、キャップ１６の上下を反転して図示しており、下面１６ａが上に位置している。

図４（ｂ）に示すように、圧電基板２とキャップ１６とを接合し、弾性波素子４を封止する。接合は、例えばＡｒを照射することによる表面活性化常温接合法により行われる。つまり、圧電基板２の上面２ａ及び配線１０の上面１０ａと、キャップ１６の下面１６ａとは接触する。また仕切部１８は配線１０上に配置され、弾性波素子４と電極パッド１２とを隔離する。このとき、上述のように、穴２８は弾性波素子４上に配置され、中空部２０を形成する。穴３０は電極パッド１２上に配置され、中空部２２を形成する。

図４（ｃ）に示すように、キャップ１６の中空部２２と重なる領域に、例えばエッチングを行い、電極パッド１２が露出するような開口部３２を形成する。

図４（ｄ）に示すように、キャップ１６上及び電極パッド１２上に接触するように、例えばＣｕ等からなるシードメタル３４を形成する。さらにシードメタル３４上にレジスト３６を形成する。ただし、電極パッド１２上のシードメタル３４上には、レジスト３６は形成されない。つまり、電極パッド１２上のシードメタル３４は開口部３２から露出する。

図５（ａ）に示すように、例えば電解メッキ法により、例えばＣｕ等の金属からなる電極ポスト１４を形成する。電極ポスト１４は、キャップ１６を貫通し、シードメタル３４を介して電極パッド１２と電気的に接続する。図５（ｂ）に示すように、キャップ１６上のシードメタル３４、及びレジスト３６を除去する。以上の工程により、実施例１に係る弾性波デバイスが完成する。

キャップ１６が有する仕切部１８は、弾性波素子４と、電極パッド１２とを隔離する。配線１０が穴２４に埋め込まれ、圧電基板２の上面２ａと配線１０の上面１０ａとは平坦になる。このため、キャップ１６の下面１６ａと、上面２ａ及び上面１０ａとは接触し、下面１６ａと上面２ａとの間に隙間が生じることが抑制される。従って、異物や水分が中空部２０に浸入することを抑制でき、気密性の高い弾性波デバイスを実現することができる。

上面２ａ及び下面１６ａの少なくとも一方に凹凸があると、下面１６ａと上面２ａとの間に隙間が生じることがある。下面１６ａと上面２ａとの間の隙間をなくし、気密性を高めるためには、上面２ａ及び下面１６ａは各々平坦であることが好ましい。また、圧電基板２とキャップ１６との間に物体が介在すると、介在した物体により接合面に凹凸が生じ、気密性が低下する恐れがある。このため、圧電基板２とキャップ１６とを接触させて、例えば表面活性化法等を用いて接合することが好ましい。

気密性をより高めるためには、仕切部１８は、弾性波素子４及び電極パッド１２を囲んでいることが好ましい。仕切部１８が弾性波素子４及び電極パッド１２を囲み、弾性波素子４上に中空部２０が形成されることで、励振が妨げられず、かつ中空部２０に異物が浸入することが抑制される。特に、全ての方向において弾性波素子４を保護するためには、仕切部１８が弾性波素子４及び電極パッド１２を完全に囲んでいることが好ましい。

圧電基板２とキャップ１６とは同じ材質からなるとしたが、発明の適用例はこれに限定されない。圧電基板２とキャップ１６とは、異なる材質で形成しても良い。ただし、圧電基板２とキャップ１６とで線膨張係数が異なると、弾性波デバイスが加熱された際に応力が発生し、接合箇所が破損して気密性が保たれない可能性がある。応力の発生を抑制し、気密性を高めるためには、圧電基板２とキャップ１６とは同じ材質からなることが好ましい。また、圧電基板２とキャップ１６とが、同一方向の線膨張係数が等しくてもよい。

電極ポスト１４は、キャップ１６を貫通するとしたが、例えば圧電基板２を貫通するように設けられてもよい。しかし、圧電基板２に開口部を設ける工程等において、弾性波素子４の特性に変化が発生する恐れがある。また、この場合、圧電基板２とキャップ１６との両方に穴や開口部を形成するため、工程が複雑になる。安定した特性を得て、かつ工程を簡略化するためには、電極ポスト１４はキャップ１６を貫通するように設けることが好ましい。

実施例２に係る弾性波デバイスの製造方法について説明する。図６（ａ）から図６（ｄ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。図３（ａ）から図３（ｅ）に示した工程は、実施例２にも共通する。

図６（ａ）に示すように、キャップ１６の下面１６ａに穴２８及び３０を形成する。実施例２では、穴３０を穴２８よりも深くする。この工程は、例えばエッチングにより穴２８及び３０を形成した後、穴３０が形成されている領域に対して、再度のエッチングを実行することで行われる。

図６（ｂ）に示すように、圧電基板２とキャップ１６とを接合し、ＩＤＴ６及び反射器８を封止する。このときのキャップ１６の厚さは例えば１５０μｍである。図６（ｃ）に示すように、キャップ１６を、厚さが例えば１００μｍになるまで研磨する。研磨により、電極パッド１２上のキャップ１６は除去され、中空部２２から開口部３２が形成される。

図６（ｃ）から後の工程は、図４（ｄ）及び図５（ａ）に示した工程と同じである。以上の工程により、図６（ｄ）に示すように、実施例２に係る弾性波デバイスが完成する。

実施例２によれば、圧電基板２とキャップ１６とを接合した後に、開口部３２が形成されるまでキャップ１６を研磨するため、弾性波デバイスの低背化が可能となる。また実施例１と同様に、気密性の高い弾性波デバイスを実現することができる。

本発明は、例えば弾性表面波デバイス、弾性境界波デバイス及びＦＢＡＲ等の弾性波デバイスに適用可能である。ＦＢＡＲを用いる場合、配線１０は圧電膜を挟む電極と電気的に接続される。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

圧電基板 ２
弾性波素子 ４
ＩＤＴ ６
反射器 ８
配線 １０
電極パッド １２
電極ポスト １４
キャップ １６
仕切部 １８
中空部 ２０，２２
穴 ２４，２８，３０
金属層 ２６
開口部 ３２
シードメタル ３４
レジスト ３６

Claims (7)

1. 圧電基板と、
   前記圧電基板上に形成された弾性波素子と、
   前記弾性波素子と電気的に接続され、上面が前記圧電基板の上面と平坦になるように、前記圧電基板に埋め込まれた配線と、
   前記弾性波素子上に中空部が形成され、かつ下面が前記圧電基板の上面及び前記配線の上面に接触するように、前記弾性波素子を封止するキャップと、を具備することを特徴とする弾性波デバイス。
2. 前記キャップの下面は平坦であることを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイス。
3. 前記キャップは、前記弾性波素子を囲んでいることを特徴とする請求項１又は２記載の弾性波デバイス。
4. 前記弾性波素子と前記配線により電気的に接続された電極パッドと、
   前記電極パッドと電気的に接続し、前記キャップを貫通する外部端子と、を具備し、
   前記キャップは、前記弾性波素子と前記電極パッドとを隔離する仕切部を有することを特徴とする請求項１から３いずれか一項記載の弾性波デバイス。
5. 前記圧電基板と、前記キャップとは、同一方向の線膨張係数は等しいことを特徴とする請求項１から４いずれか一項記載の弾性波デバイス。
6. 圧電基板の上面と平坦な上面を有するように、前記圧電基板に埋め込まれる配線を形成する工程と、
   前記圧電基板の上面に、前記配線と電気的に接続する弾性波素子を形成する工程と、
   前記弾性波素子上に中空部が形成され、かつ下面が前記圧電基板の上面及び前記配線の上面に接触するように、前記弾性波素子をキャップ部により封止する工程と、を有することを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。
7. 前記封止する工程は、前記圧電基板と前記キャップとを表面活性化法により接合する工程を含むことを特徴とする請求項６記載の弾性波デバイスの製造方法。

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