JP5861771B2 - 弾性波装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、弾性波素子を有する弾性波装置及びその製造方法に関し、特に、厚みの薄い圧電体層を有する弾性波素子を有する弾性波装置及びその製造方法に関する。
従来、弾性表面波素子や弾性境界波素子を用いた弾性波装置が種々提案されている。この種の弾性波装置では、低背化を進めるために、弾性波素子はフリップチップボンディング工法により実装基板に搭載されている。
また、さらに低背化を進めるために、下記の特許文献１には、外装樹脂層により弾性表面波素子を封止した構造が開示されている。より具体的には、特許文献１では、実装基板上にフリップチップボンディング工法により弾性表面波素子が実装されている。弾性表面波素子を被覆するように、バッファ樹脂層が設けられており、バッファ樹脂層の外側に、さらに外装樹脂層が設けられている。バッファ樹脂層は、応力緩和及び電気的絶縁を図るために設けられている。バッファ樹脂層は、シリコーン樹脂などにより構成されている。他方、外装樹脂は、機械的保護及び耐湿性強化を図るために設けられている。外装樹脂層は、エポキシ樹脂などにより構成されている。
特開平１１−２５１８６６号公報
特許文献１に記載の弾性波装置では、熱伝導性が良好でない圧電基板に接するように、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを用いて樹脂モールドしているため、放熱性が低いという問題があった。弾性波素子では、その温度によって特性が変化する。従って、放熱性が充分でないと、目的とする共振特性やフィルタ特性の安定性が損なわれる。
本発明の目的は、低背化を進め得るだけでなく、さらに放熱性に優れた弾性波装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明に係る弾性波装置は、弾性波素子と、高熱伝導部材とを備える。弾性波素子は、支持基板と、前記支持基板により直接または間接に支持されている圧電体層と、前記圧電体層に接するように設けられた電極とを有する。支持基板は絶縁性材料からなる。支持基板の熱伝導率は圧電体層の熱伝導率よりも高くされており、かつ支持基板の線膨張率は圧電体層の線膨張率よりも低くされている。
上記高熱伝導部材は、支持基板の圧電体層を支持している面とは反対側の面に積層されており、かつ該反対側の面よりも大きな面積を有する。この高熱伝導部材は、圧電体層よりも熱伝導率が高くされている。
本発明に係る弾性波装置のある特定の局面は、前記高熱伝導部材の熱伝導率が、前記支持基板の熱伝導率よりも高い。
本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、弾性波素子が実装されている実装基板がさらに備えられている。そして、実装基板に搭載された弾性波素子を覆うように樹脂層が形成されている。前記高熱伝導部材の熱伝導率はこの樹脂層の熱伝導率よりも高くされている。従って、弾性波素子で発生した熱をより一層速やかに放散させることができる。
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記弾性波素子として、複数の弾性波素子が備えられている。この場合には、複数の周波数帯を利用する弾性波装置や、複数の弾性波素子からなる弾性波フィルタ装置を構成することができる。
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記複数の弾性波素子において、少なくとも１つの弾性波素子の共振周波数または中心周波数が、残りの弾性波素子の共振周波数または中心周波数と異なっている。この場合には、複数の周波数帯で使用し得る弾性波装置を提供することができる。
本発明に係るさらに他の特定の局面では、前記複数の弾性波素子の前記高熱伝導部材が該複数の弾性波素子に跨がるように共通化されている。この場合には、部品点数の低減及び製造工程の簡略化を図ることができる。加えて、弾性波素子間に高熱伝導部材が跨がっているため、放熱性をより一層高めることができる。
本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記支持基板が、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、ケイ素及び酸化マグネシウムからなる群から選択された少なくとも１種の材料からなる。この場合には、放熱性をより一層効果的に高めることができる。
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記高熱伝導部材が、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウム及びケイ素からなる群から選択された少なくとも１種を主成分とする材料からなる。この場合には、放熱性をより一層高めることができる。
本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記高熱伝導部材に接するように設けられており、無機フィラー含有樹脂材料からなる無機フィラー含有樹脂層をさらに備える。この場合には、高熱伝導部材から速やかに放散された熱を、無機フィラー含有樹脂層によりさらに効果的に周囲に放散させることができる。
本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記高熱伝導部材が金属からなる。
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記無機フィラー含有樹脂層が、前記弾性波素子を被覆する樹脂層である。
本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記高熱伝導部材は、無機フィラーが樹脂に分散されている、無機フィラー含有樹脂材料である。この場合には、放熱性をより一層高めることができる。
本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記無機フィラー含有樹脂材料が、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウム、ケイ素、酸化ケイ素、炭素及び酸化セリウムからなる群から選択された少なくとも１種のフィラーが樹脂に分散されている無機フィラー含有樹脂材料からなる。この場合には、樹脂複合材料であるため、高熱伝導部材の形成及び加工が容易となる。
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記電極が、アルミニウムを主成分とし、かつエピタキシャル成長した配向膜からなるＡｌ電極層を含む。この場合には、電極のストレスマイグレーション耐性が高くなるため、耐電力性を効果的に高めることができる。
本発明に係る弾性波装置の製造方法は、本発明に従って構成される弾性波装置を製造する方法である。この製造方法は、以下の各工程を備える。
前記圧電体層よりも厚みの厚い圧電基板の一方面からイオン注入する工程と、前記イオン注入が行われた圧電基板の前記一方面に仮支持部材を積層する工程と、前記圧電基板を加熱しつつ、前記圧電基板の注入イオン濃度がもっとも高い高濃度イオン注入部分において、圧電体層と残りの圧電基板部分とを分離し、前記仮支持部材上に前記圧電体層を残存させる工程と、前記圧電体層の前記仮支持部材が形成されている面とは反対側の面に、直接または間接に支持基板を積層する工程と、前記支持基板に直接または間接に積層されている前記圧電体層から前記仮支持部材を剥離する工程と、前記圧電体層上に電極を形成し、前記支持基板、前記圧電体層及び前記電極を有する弾性波素子を構成する工程と、前記弾性波素子の前記支持基板の前記圧電体層が直接または間接に積層されている面とは反対側の面に、該反対側の面よりも面積が大きく、熱伝導率が前記圧電体層よりも高い高熱伝導材料からなる高熱伝導部材を付与する工程。
本発明に係る弾性波装置の製造方法のある特定の局面では、前記圧電体層に前記支持基板を積層するにあたり、前記圧電体層上に前記圧電体層よりも熱伝導率が高い誘電体層を形成し、該誘電体層上に前記支持基板を積層する。この場合には、放熱性をより一層高めることができる。
本発明に係る弾性波装置の製造方法のさらに別の特定の局面では、前記弾性波素子を複数形成し、複数の弾性波素子を、前記電極が実装基板に対向するように実装する工程をさらに備え、実装された前記複数の弾性波素子の支持基板の前記圧電体層が形成されている面とは反対側の面に前記高熱伝導部材を積層する工程とを備える。この場合には、フリップチップボンディング工法により複数の弾性波素子が実装基板に搭載されるため、弾性波装置の低背化を進めることができる。
本発明に係る弾性波装置の製造方法のさらに他の特定の局面では、前記複数の弾性波素子に跨がるように、前記高熱伝導部材を形成する。この場合には、弾性波装置の製造工程の簡略化を図ることができる。また、放熱性をより一層高めることができる。
本発明に係る弾性波装置の製造方法のさらに別の特定の局面では、前記高熱伝導部材に接する無機フィラー含有樹脂層を形成する工程がさらに備えられている。この場合には、放熱性をより一層高めることができる。
本発明に係る弾性波装置によれば、支持基板の熱伝導率が圧電体層の熱伝導率よりも高くされており、さらに高熱伝導部材が支持基板の圧電体層を支持している面とは反対側の面に積層されているため、支持基板及び高熱伝導部材を介して弾性波素子において発生した熱を速やかに放散させることができる。従って、弾性波装置の放熱性を効果的に高めることができる。よって、周波数特性の安定な弾性波装置が提供することが可能となる。
図１（ａ）〜図１（ｅ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の製造工程を説明するための各正面断面図である。 図２（ａ）〜図２（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の製造工程を説明するための各正面断面図である。 図３は、従来の弾性波装置の模式的平面図である。 図４は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の効果を説明するための模式的平面図である。 図５は、本発明の第１の実施形態の弾性波装置の製造方法において弾性波素子を形成する工程を説明するための正面断面図である。 図６は、本発明の第１の実施形態の弾性波装置で得られる弾性波素子を示す正面断面図である。 図７は、本発明の第１の実施形態の弾性波装置の製造工程を説明するための正面断面図である。 図８は、本発明の第１の実施形態の弾性波装置の製造工程を説明するための正面断面図である。 図９は、本発明の第１の実施形態の弾性波装置の製造工程を説明するための正面断面図である。 図１０は、本発明の第１の実施形態の弾性波装置の正面断面図である。 図１１は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る弾性波装置の正面断面図である。 図１２は、本発明の第２の実施形態としてのモジュールの製造工程を説明するための略図的正面断面図である。 図１３は、本発明の第２の実施形態としてのモジュールの略図的正面断面図である。 図１４は、本発明の第３の実施形態に係る弾性波装置の製造方法を説明するための正面断面図である。 図１５は、本発明の第３の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。 図１６は、図９に示した弾性波装置の変形例を示す正面断面図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
図１０は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。
弾性波装置１は、実装基板２を有する。実装基板２は、アルミナなどの絶縁性セラミックスあるいは合成樹脂などの適宜の絶縁性材料からなる。実装基板２の上面には、電極ランド３ａ〜３ｆが形成されている。また、実装基板２の下面には外部電極４ａ〜４ｃが形成されている。外部電極４ａ〜４ｃは、図示しないビアホール電極等により、電極ランド３ａ〜３ｆに適宜接続されている。
上記電極ランド３ａ〜３ｆ及び外部電極４ａ〜４ｃは、適宜の金属などの導電性材料からなる。
弾性波装置１では、弾性波素子５〜７がフリップチップボンディング工法により実装基板２に実装されている。弾性波素子５は、支持基板１１を有する。支持基板１１は、絶縁体からなる。支持基板１１の熱伝導率は後述の圧電体層の熱伝導率よりも高くされており、かつ支持基板１１の線膨張率は、圧電体層の線膨張率よりも低くされている。このような支持基板を構成する材料としては、適宜の絶縁性材料を用いることができる。好ましくは、支持基板は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、ケイ素及び酸化マグネシウムからなる群から選択された少なくとも１種の材料からなる。その場合には、放熱性を効果的に高めることができる。より好ましくは、窒化アルミニウムが用いられる。窒化アルミニウムは、熱伝導率が高く、絶縁性も高い。さらに、窒化アルミニウム膜は薄い場合であっても、強度が高く、加工性に優れ、安価である。なお、上述の材料の中で、ケイ素の場合は、不純物濃度が少ないＦＺ法で造られた高純度シリコンで、比抵抗値が１ｋΩ・ｃｍより高抵抗品に限定される。
支持基板１１の下面には、誘電体層１２が形成されている。誘電体層１２は本発明においては必須ではない。もっとも、誘電体層１２の材料を、例えば比較的音速の速い層と比較的音速の遅い層の積層構造とする等、適宜選択することにより、弾性波素子５の特性を改善することができる。この特性改善目的に応じて、適宜の誘電体を選択すればよい。このような誘電体としては、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物、金属酸化物、金属窒化物、ダイヤモンドライクカーボンなどを挙げることができる。
好ましくは、誘電体層１２は、熱伝導率に優れている材料であることが好ましい。すなわち、誘電体層１２は、次に述べる圧電体層１３よりも熱伝導率が高いことが望ましい。それによって、圧電体層１３すなわち弾性波素子の動作部分において発生する熱を効率よく支持基板１１側に逃がすことができる。従って、誘電体層１２は、窒化アルミニウムなどの熱伝導率が高い誘電体からなることが望ましい。
なお、誘電体層１２は、支持基板１１と同じ材料で構成されていてもよい。
誘電体層１２の下面に、圧電体層１３が積層されている。圧電体層１３は、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３などの圧電単結晶からなる。圧電体層１３の厚みは、０．２〜１．２μｍ程度であり、比較的薄い。このような薄い圧電体層１３は、後述のイオン注入−剥離法を用いて形成することができる。もっとも、本発明においては、圧電体層１３の厚みは上記範囲に限定されず、より大きな厚みの圧電体からなる圧電体層１３を形成してもよい。また、圧電体層１３は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスのような圧電セラミックスにより構成されていてもよい。
圧電体層１３の下面に、ＩＤＴ電極１４、及び電極ランド１５ａ，１５ｂが形成されている。電極ランド１５ａ，１５ｂを覆うように、引き回し配線電極１６が形成されている。引き回し配線電極１６は、ＩＤＴ電極１４と、電極ランド１５ａ，１５ｂとを電気的に接続している。電極ランド１５ａ，１５ｂには、上記引き回し配線電極１６を介してバンプ１７ａ，１７ｂが接合されている。バンプ１７ａ，１７ｂは、Ａｕや半田などの金属からなる。バンプ１７ａ，１７ｂは、電極ランド３ａ，３ｂに接合されている。
上記ＩＤＴ電極１４、電極ランド１５ａ，１５ｂ及び引き回し配線電極１６は、適宜の金属により形成することができる。好ましくは、ＩＤＴ電極１４は、アルミニウムを主成分とし、かつエピタキシャル成長した配向膜からなる電極層を主たる電極層として有することが望ましい。この場合、主たる電極層として有する構成は、ＩＤＴ電極１４の全体が上記エピタキシャル成長した配向膜からなるアルミニウム電極である構成を含むものとする。また、複数の金属膜を積層してなる積層金属膜によりＩＤＴ電極１４を形成してもよい。その場合には、積層金属膜のうち主たる金属膜部分が上記エピタキシャル成長した配向膜からなるアルミニウム電極により形成されていればよい。
エピタキシャル成長した配向膜からなるアルミニウム電極層は、ストレスマイグレーション耐性が高い。従って、放熱効果に優れた本実施形態の弾性波装置１において、温度上昇が抑制された状態であれば、かなり大きな電力が印加されてもＩＤＴ電極１４の破壊が生じ難い。よって、耐電力性を効果的に高めることができる。
なお、アルミニウムを主成分とし、かつエピタキシャル成長した配向膜の形成は、例えば以下のようにして行われ得る。圧電体層１３を、ＬｉＴａＯ３などの圧電単結晶で構成する。この圧電単結晶からなる圧電体層１３上に、１００℃〜２００℃程度の温度に加熱しつつ、Ｔｉ膜を厚み１０ｎｍ程度に成膜する。次に、同じ加熱温度域で、アルミニウムを主成分とした材料を薄膜形成法により成膜する。
上記ＩＤＴ電極１４を覆うように保護層１８が形成されている。この保護層１８は、本発明においては必須ではないが、保護層１８の形成により、ＩＤＴ電極１４を保護し、耐湿性を高めることができる。このような保護層１８を構成する材料としては、例えば酸化ケイ素などの適宜の絶縁性材料を用いることができる。また、保護層１８として酸化ケイ素を用いた場合、弾性波素子の周波数温度特性を改善できる。
弾性波装置１では、上記のようにして構成されている弾性波素子５が実装基板２にフリップチップボンディング工法により実装されている。すなわちＩＤＴ電極１４が実装基板２に対向するようにして、弾性波素子５が実装基板２に実装されている。弾性波素子６，７も、弾性波素子５と同様の構造を有し、かつ同様にフリップチップボンディング工法により実装基板２に実装されている。なお、弾性波素子５〜７は、共振周波数が異なるように構成されている。従って、図１０に示されているように、弾性波素子５の寸法と、弾性波素子６の寸法と、弾性波素子７の寸法とは、それぞれ異なっている。
弾性波素子５〜７の周囲を覆うように、封止樹脂層２１が形成されている。封止樹脂層２１は、本実施形態では、無機フィラー含有樹脂材料からなる。
また、封止樹脂層２１は、弾性波素子５〜７の外周側面を被覆するように設けられており、例えば弾性波素子５を例にとると、ＩＤＴ電極１４と実装基板２との間の空間には至らないように形成されている。
上記封止樹脂層２１の上面は、支持基板１１の上面、すなわち弾性波素子５の上面と面一とされている。本実施形態では、弾性波素子６，７の上面も弾性波素子５の上面と面一とされている。そして、封止樹脂層２１、弾性波素子５〜７の上面を覆うように、無機フィラー含有樹脂層２２を介して高熱伝導部材２３が積層されている。無機フィラー含有樹脂層２２は、無機フィラー含有樹脂材料からなる。
このような無機フィラーとしては、圧電体層１３に比べて熱伝導率が高い適宜の無機粒子を用いることができる。このような無機粒子を構成する無機材料としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウム、ケイ素、酸化ケイ素、炭素、酸化セリウムなどを主成分とする適宜の粒子を用いることが好ましい。それによって、放熱性をより一層高めることができる。また、無機フィラーが分散される樹脂としては特に限定されず、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などを挙げることができる。
上記無機フィラー含有樹脂層２２の厚みは、１〜１５μｍ程度とすることが望ましい。１５μｍを超えると、高熱伝導部材２３による放熱性改善効果が低下することがある。また、１μｍ未満では高熱伝導層の接着不良が発生するおそれがある。
本実施形態の特徴は、高熱伝導部材２３が、支持基板１１の圧電体層１３が設けられている面とは反対側の面に、上記無機フィラー含有樹脂層２２を介して積層されていることにある。すなわち、支持基板１１に間接に高熱伝導部材２３が積層されている。
高熱伝導部材２３は、圧電体層１３よりも高い熱伝導率を有する材料からなる。好ましくは、高熱伝導部材２３は、高熱伝導部材２３の周囲の部材、すなわち高熱伝導部材２３に接している部材よりも高い熱伝導率を有する。ここで、このような周囲の部材としては、高熱伝導部材２３に接している封止樹脂層２１や無機フィラー含有樹脂層２２が挙げられる。
上記高熱伝導部材２３を構成する材料は、圧電体層１３よりも高い熱伝導率を有する限り特に限定されるものではない。このような材料としては、好ましくは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウム及びケイ素からなる群から選択された少なくとも１種を主成分とする材料を好適に用いることができる。また、高熱伝導部材２３は、前述した封止樹脂層を構成するのに用いた無機フィラー含有樹脂材料により形成してもよい。また、高熱伝導部材は弾性波デバイスの特性面から絶縁体であることが好ましく、さらに支持基板への拡散による支持基板の絶縁性劣化などの点から、高熱伝導部材として金属を使うのが適さない場合がある。しかしながら、支持基板が前述の酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、ケイ素及び酸化マグネシウムのいずれかからなる場合においては、高熱伝導体の材料がＣｕもしくはＮｉを主体とした金属を用いても、支持基板の誘電率から弾性波デバイスとしての特性への影響が軽微であり、また支持基板への拡散も問題とならない。このため、蒸着・スパッタ成膜やメッキ成膜により支持基板裏へ金属材料を直接形成した構造も適用可能であり、この場合、大きな放熱効果が得られ、好ましい。
上記高熱伝導部材２３は、支持基板１１の上面に間接的に積層されているが、支持基板１１の上面よりも大きな面積を有する。
弾性波装置１の動作時には、圧電体層１３とＩＤＴ電極１４とが接している部分において熱が生じる。この熱が熱伝導率に優れた支持基板１１を介して、無機フィラー含有樹脂層２２から高熱伝導部材２３に速やかに放散される。他方、高熱伝導部材２３は、支持基板１１の高熱伝導部材２３の積層されている面よりも大きな面積を有し、かつ熱伝導率が圧電体層１３よりも高い。そのため、伝搬してきた熱を速やかに外部に放散させることができる。よって、本実施形態の弾性波装置１によれば、放熱性を効果的に高めることができ、特性の安定な弾性波装置１を提供することができる。
また、上記支持基板１１の熱伝導率が、前述した周囲の部材よりも高くされている場合には、伝搬してきた熱をより速やかに外部に放散させることができる。
また、本実施形態では、放熱性を高め得るため、弾性波装置の小型化を図ることができる。これを図３及び図４を参照して説明する。図３は、従来の携帯電話機用デュプレクサとしての弾性波装置の模式的平面図である。弾性波装置１００１では、実装基板１００２上に、送信フィルタ１００３及び受信フィルタ１００４が構成されている。送信フィルタ１００３では、大きな電力が印加されるため、図示のように、第１の送信フィルタ部１００３ａと、第２の送信フィルタ部１００３ｂとに２分割することが必要であった。
これに対して、図４に模式的平面図で示すように、本実施形態の弾性波装置１を応用した弾性波装置１Ａでは、放熱性が高められているため、送信フィルタ３１を２分割する必要がない。なお、送信フィルタ３１の側方には、従来例と同様に受信フィルタ３２が配置されている。従って、放熱性を高めたことにより、送信フィルタ３１では、分割の必要がないため、デュプレクサとして用いられる弾性波装置１Ａの大幅な小型化を図ることができる。
上記実施形態の弾性波装置１と、上記従来の弾性波装置１００１について、電力を投入し、温度の上昇程度を測定した。その結果、従来の弾性波装置では、電力投入時に装置の温度が２０３℃まで上昇したが、本実施形態における弾性波装置では、同じ電力を投入した場合においても、装置の温度は７６℃までしか上昇しなかった。この結果からも、放熱性が大きく改善されていることがわかる。
上記のように、本発明によれば、弾性波装置の放熱性を高め得るため、耐電力性を高めることができ、かつ温度による特性の変化を抑制することができる。従って、フィルタやデュプレクサなどに本発明の弾性波装置を用いた場合、前述したように、共振子の分割の必要性を低減することができる。よって、デュプレクサ特性における挿入損失を低減することができる。
図１１は、上記第１の実施形態に係る弾性波装置１の変形例を示す正面断面図である。本変形例の弾性波装置では、前記無機フィラー含有樹脂層２２が設けられていないことを除いては、第１の実施形態と同様である。すなわち、図１１に示すように、高熱伝導部材２３を直接、支持基板１１の上面に積層してもよい。この場合においても、支持基板１１が高い熱伝導率を有し、支持基板１１に伝搬してきた熱を、高熱伝導部材２３から外部に速やかに放散させることができる。
次に、上記実施形態の弾性波装置１の製造方法を図１〜図２、図５〜図９を参照して説明する。
まず、図１（ａ）に示す圧電基板１３Ａを用意する。本実施形態では、ＬｉＴａＯ３単結晶基板を用いる。上記圧電基板１３Ａの下面から図示の矢印で示すように水素イオンを注入する。注入されるイオンは、水素に限らず、ヘリウムなどを用いてもよい。
イオン注入に際してのエネルギーは特に限定されないが、本実施形態では、８０Ｋｅｖで１．０×１０１７原子／ｃｍ２のエネルギー量とする。なお、最終的に得る圧電体層１３の厚みによって、イオン注入時のエネルギー量を調整すればよい。
イオン注入を行うと、圧電基板１３Ａ内において、厚み方向にイオン濃度分布が生じる。もっともイオン濃度が高い部分を図１（ａ）において破線で示す。破線で示すイオン濃度がもっとも高い部分である注入イオン高濃度部分１３ａでは、加熱されると、応力により容易に分離する。このような注入イオン高濃度部分により分離する方法は、特表２００２−５３４８８６号公報において開示されている。
次に、図１（ｂ）に示すように、圧電基板１３Ａのイオン注入された面側に、エッチング層４１を形成する。エッチング層４１は、後工程でエッチングにより除去される層である。本実施形態では、エッチング層４１として、Ｃｕ膜をスパッタリングにより形成する。
次に、図１（ｃ）に示すように、エッチング層４１の下面に仮支持部材４３を貼り合わせる。仮支持部材４３は、後工程で除去される部分であるため、その材料については特に限定されない。本実施形態では、仮支持部材４３にＬｉＴａＯ３単結晶基板を用いる。もっとも、アルミナなどの絶縁性セラミックスを用いてもよい。
次に、加熱下において、圧電基板１３Ａのうち、注入イオン高濃度部分１３ａよりも上方の圧電基板部分１３ｂを分離する。この加熱温度については、２５０℃〜４００℃程度とすればよい。加熱により注入イオン高濃度部分１３ａを介して両側が遠ざかるように応力を加えると、上記圧電基板部分１３ｂが分離し易くなる。
上記加熱下における分離により、図１（ｄ）に示すように、厚み０．５μｍ程度の圧電体層１３をエッチング層４１上に残存させることができる。
圧電体層１３は、その熱伝導率が支持基板１１によりも低い。従って、圧電体層１３の厚みは放熱性を考慮すると、薄いことが望ましい。本実施形態では、上記イオン注入−分離法により、機械的加工では得られないような、薄くかつ均一な厚みの圧電体層１３を形成することができる。従って、上記実施形態の製造方法によれば、放熱性に優れ、従って耐電力性を効果的に高め得る弾性波装置を提供することができる。
もっとも、本発明においては、圧電体層の形成方法は上記イオン注入−分解法に限定されるものではない。ただし、イオン注入法を利用した製造方法を用いることにより、圧電体層を有する弾性波装置を容易に得ることができる。
次に、分離により露出した面を研磨等により平坦化加工する。
しかる後、図１（ｅ）に示すように、圧電体層１３上に、誘電体層１２を形成する。誘電体層１２は、本実施形態では、酸化ケイ素からなるが、前述した各種誘電体材料により誘電体層１２を形成することができる。
上記誘電体層１２の形成は、スパッタリング等の適宜の薄膜形成法を用いて行うことができる。
次に、図２（ａ）に示すように、誘電体層１２上に支持基板１１を貼り合わせる。この貼り合わせについては、活性化接合や樹脂層やＳＯＧ材層を介した貼り合わせなどにより行うことができる。
次に、エッチング層４１を溶解するエッチャントを用いて、エッチング層４１を除去する。本実施形態では、エッチング層４１がＣｕからなるため、硝酸を用いてエッチング層４１を除去する。このようにして、図２（ｂ）に示すように、支持基板１１、誘電体層１２及び圧電体層１３が積層されている構造を得ることができる。
次に、図２（ｃ）に示すように、上下を逆転した後、上方に位置している圧電体層１３上にＩＤＴ電極１４及び電極ランド１５ａ，１５ｂをフォトリソグラフィー法により形成する。
次に、図５に示すように、フォトリソグラフィー法により引き回し配線電極１６を形成し、さらにＩＤＴ電極１４を覆うように保護層１８を形成する。しかる後、図６に示すように、電極ランド１５ａ，１５ｂが形成されている部分においてバンプ１７ａ，１７ｂを形成する。上記のようにして、弾性波素子５を形成することができる。
なお、弾性波素子６及び７についても同様の工程で得ることができる。
次に、図７に示すように、実装基板２上に、弾性波素子５〜７をフリップチップボンディング工法により実装する。本実施形態では、弾性波素子５〜７は、それぞれ、送信フィルタ及び受信フィルタが構成されているデュプレクサである。弾性波素子５は、８００ＭＨｚ帯のデュプレクサであり、弾性波素子６と、２ＧＨｚ帯のデュプレクサであり、弾性波素子７は、２．７ＧＨｚ帯のデュプレクサである。
次に、図８に示すように、封止樹脂層２１Ａにより、弾性波素子５〜７を被覆する。なお、封止樹脂層２１Ａは、弾性波素子５〜７のＩＤＴ電極が形成されている面と実装基板２との間の空間には至らないように形成する。
しかる後、封止樹脂層２１Ａの上面を研磨し、支持基板１１の上面を露出させる。このようにして、図９に示すように、封止樹脂層２１の上面と弾性波素子５〜７の上面とが面一とされる。
しかる後、図１０に示すように、無機フィラー含有樹脂層２２及び高熱伝導部材２３を支持基板１１の上面に貼り付ける。本実施形態では、複数の弾性波素子５〜７の上面に跨がるように単一の高熱伝導部材２３が積層されている。従って、高熱伝導部材２３が弾性波素子５〜７間にも至っているため、放熱性をより一層高めることができる。加えて、簡単な工程でかつ少ない部品点数で放熱性を高める構造を得ることができる。
また、支持基板１１の線膨張率は、圧電体層１３の線膨張率よりも小さい。そのため、弾性波装置１の温度上昇時に、圧電体層１３の伸びを支持基板１１により抑制することができる。従って、温度による周波数特性の変化を抑制することができる。
なお、図１〜図６に示す工程までは、集合基板の段階で行い、図５に示す工程を得た後に、ダイシングすることにより、個々の弾性波素子５を得てもよい。
弾性波素子６及び７についても同様に、集合基板の状態で複数の弾性波素子を形成した後、ダイシングにより個片化することにより得てもよい。
図１２及び図１３は、上記弾性波装置１を有する第２の実施形態としてのモジュールを製造工程を説明するための各略図的正面断面図である。
図１２に示すように、回路基板５１を用意する。回路基板５１上に、スイッチング素子として半導体素子５２を複数のバンプ５３を介して接合し、実装する。また、回路基板５１上に、コンデンサ素子５４を同様に実装する。さらに、上記のようにして得られた第１の実施形態の変形例になる弾性波装置１Ａを、回路基板５１上に面実装する。上記半導体素子５２、コンデンサ素子５４及び弾性波装置１Ａは、回路基板５１上あるいは回路基板５１内に設けられた配線電極により所望の機能を実現するように電気的に接続されている。
次に、図１３に示すように、半導体素子５２、コンデンサ素子５４及び弾性波装置１Ａを覆うように樹脂層５５を形成する。このような樹脂層５５としては、前述した無機フィラー含有樹脂材料を好適に用いることができる。
このようにして得られたモジュール５６では、弾性波装置１Ａの動作時に生じた熱が、前述したように、高熱伝導部材２３から外側に速やかに放散される。すなわち、樹脂層５５に熱が速やかに逃がされることになる。従って、温度変化による特性の変動を抑制することができ、安定な特性のモジュールを提供することができる。
図１４及び図１５は本発明の第３の実施形態の弾性波装置の製造方法を説明するための各正面断面図である。
第３の実施形態では、前述した実装基板２に代えて、半導体素子基板６１が用いられている。この半導体素子基板６１上に、第１の実施形態で用意した弾性波素子５〜７を第１の実施形態と同様にしてフリップチップボンディング工法により実装する。しかる後、弾性波素子５〜７の支持基板の上面に跨がるように高熱伝導部材２３を接合する。
次に、図１５に示すように、樹脂層６２を、弾性波素子５〜７を覆うように形成する。このように、弾性波素子５〜７は、半導体素子基板６１に直接実装されていてもよい。すなわち、本発明において弾性波素子５〜７が搭載される電子部品部材は、単なる実装基板でなく、機能性の半導体素子基板であってもよい。
また、前述してきた実施形態では、弾性波素子５〜７を示したが、弾性波素子としては、弾性表面波素子に限らず、弾性境界波素子あるいは弾性バルク波素子を用いてもよい。
なお、上記実施形態では、複数の弾性波素子５〜７に跨がるように１枚の高熱伝導部材２３を積層したが、複数の弾性波素子５〜７のそれぞれに対して、高熱伝導部材を積層してもよい。
図１６は、図９に示す弾性波装置の変形例である。本変形例では、弾性波素子５〜７のそれぞれにおいて、ＩＤＴ電極１４の下方に保護材７１が配置されている。保護材７１により、ＩＤＴ電極１４が臨む振動空間が確保されている。保護材７１は、適宜の合成樹脂または絶縁性セラミックスにより形成することができる。保護材７１の下面に、外部電極４ａ〜４ｃが形成されている従って、フリップチップ実装するための実装基板を省略することができる。よって、弾性波装置の小型化を図ることができる。なお、外部電極４ａ〜４ｃと弾性波素子５〜７との電気的接続は、図示されていない部分に設けられている配線により達成される。
また、本発明の弾性波装置は、１個の弾性波素子のみを有するものであってもよい。その場合においても、上記高熱伝導部材を支持基板の圧電体層と反対側の面に直接または間接に積層しているため、放熱性を効果的に高めることができる。
１…弾性波装置
１Ａ…弾性波装置
２…実装基板
３ａ〜３ｆ…電極ランド
４ａ〜４ｃ…外部電極
５〜７…弾性波素子
１１…支持基板
１２…誘電体層
１３…圧電体層
１３Ａ…圧電基板
１３ａ…注入イオン高濃度部分
１３ｂ…圧電基板部分
１４…ＩＤＴ電極
１５ａ，１５ｂ…電極ランド
１６…配線電極
１７ａ，１７ｂ…バンプ
１８…保護層
２１…封止樹脂層
２１Ａ…封止樹脂層
２２…無機フィラー含有樹脂層
２３…高熱伝導部材
３１…送信フィルタ
３２…受信フィルタ
４１…エッチング層
４３…仮支持部材
５１…回路基板
５２…半導体素子
５３…バンプ
５４…コンデンサ素子
５５…樹脂層
５６…モジュール
６１…半導体素子基板
６２…樹脂層
７１…保護材

Claims (16)

  1. 支持基板と、前記支持基板により直接または間接に支持されている圧電体層と、前記圧電体層に接するように設けられた電極とを有し、前記支持基板が絶縁性材料からなり、該支持基板の熱伝導率が前記圧電体層の熱伝導率よりも高くされており、かつ前記支持基板の線膨張率が前記圧電体層の線膨張率よりも低くされている弾性波素子と、
    前記支持基板の前記圧電体層を支持している面とは反対側の面に積層されており、前記反対側の面よりも面積が大きく、前記圧電体層よりも熱伝導率が高い高熱伝導部材とを備え、
    前記高熱伝導部材が、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウム及びケイ素からなる群から選択された少なくとも１種を主成分とする材料からなる、弾性波装置。
  2. 前記高熱伝導部材の熱伝導率が、前記支持基板の熱伝導率よりも高い、請求項１に記載の弾性波装置。
  3. 前記弾性波素子が実装されている実装基板と、前記実装基板に搭載された弾性波素子を覆うように設けられた樹脂層とをさらに備え、前記樹脂層の熱伝導率に比べ、前記高熱伝導部材の熱伝導率が高くされている、請求項１または２に記載の弾性波装置。
  4. 前記弾性波素子として、複数の弾性波素子が備えられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  5. 前記複数の弾性波素子において、少なくとも１つの弾性波素子の共振周波数または中心周波数が、残りの弾性波素子の共振周波数または中心周波数と異なっている、請求項４に記載の弾性波装置。
  6. 前記複数の弾性波素子の前記高熱伝導部材が該複数の弾性波素子に跨がるように共通化されている、請求項４または５に記載の弾性波装置。
  7. 前記支持基板が、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、ケイ素及び酸化マグネシウムからなる群から選択された少なくとも１種の材料からなる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  8. 前記高熱伝導部材に接するように設けられており、無機フィラー含有樹脂材料からなる無機フィラー含有樹脂層をさらに備える、請求項７に記載の弾性波装置。
  9. 前記無機フィラー含有樹脂層が、前記弾性波素子を被覆する樹脂層である、請求項８に記載の弾性波装置。
  10. 前記無機フィラー含有樹脂材料が、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウム、ケイ素、酸化ケイ素、炭素及び酸化セリウムからなる群から選択された少なくとも１種のフィラーが樹脂に分散されている無機フィラー含有樹脂材料である、請求項８または９に記載の弾性波装置。
  11. 前記電極が、アルミニウムを主成分とし、かつエピタキシャル成長した配向膜からなるＡｌ電極層を含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の弾性波装置の製造方法であって、
    前記圧電体層よりも厚みの厚い圧電基板の一方面からイオン注入する工程と、
    前記イオン注入が行われた圧電基板の前記一方面に仮支持部材を積層する工程と、
    前記圧電基板を加熱しつつ、前記圧電基板の注入イオン濃度がもっとも高い高濃度イオン注入部分において、圧電体層と残りの圧電基板部分とを分離し、前記仮支持部材上に前記圧電体層を残存させる工程と、
    前記圧電体層の前記仮支持部材が形成されている面とは反対側の面に、直接または間接に支持基板を積層する工程と、
    前記支持基板に直接または間接に積層されている前記圧電体層から前記仮支持部材を剥離する工程と、
    前記圧電体層上に電極を形成し、前記支持基板、前記圧電体層及び前記電極を有する弾性波素子を構成する工程と、
    前記弾性波素子の前記支持基板の前記圧電体層が直接または間接に積層されている面とは反対側の面に、該反対側の面よりも面積が大きく、熱伝導率が前記圧電体層よりも高い、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウム及びケイ素からなる群から選択された少なくとも１種を主成分とする材料からなる高熱伝導部材を付与する工程とを備える、弾性波装置の製造方法。
  13. 前記圧電体層に前記支持基板を積層するにあたり、前記圧電体層上に前記圧電体層よりも熱伝導率が高い誘電体層を形成し、該誘電体層上に前記支持基板を積層する、請求項１２に記載の弾性波装置の製造方法。
  14. 前記弾性波素子を複数形成し、複数の弾性波素子を、実装基板に前記電極が対向するように実装する工程をさらに備え、
    実装された前記複数の弾性波素子の支持基板の前記圧電体層が形成されている面とは反対側の面に前記高熱伝導部材を積層する、請求項１２または１３に記載の弾性波装置の製造方法。
  15. 前記複数の弾性波素子に跨がるように、前記高熱伝導部材を形成する、請求項１４に記載の弾性波装置の製造方法。
  16. 前記高熱伝導部材に接する無機フィラー含有樹脂層を形成する工程をさらに備える、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の弾性波装置の製造方法。
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