JP5877233B2 - 弾性波装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、弾性波装置とその製造方法に関する。
図５は従来の弾性波装置１の断面図である。弾性波装置１は、圧電基板２と、圧電基板２の上に設けられた櫛形電極３と、圧電基板２の上に設けられた配線４と、櫛形電極３を包囲する側壁５と、側壁５の上面に設けられた蓋体７と、蓋体７の上に設けられた電極８と、蓋体７および電極８を上から封止する封止樹脂９と、封止樹脂９を貫通する電極１０と、電極１０の上面に設けられた端子電極１１とを有する。側壁５は櫛形電極３が励振する空間６を囲む。蓋体７は空間６を上方から覆う。
弾性波装置１に類似する従来の弾性波装置は、例えば、特許文献１に記載されている。
弾性波装置は、圧電基板と、圧電基板上面に設けられた櫛形電極と、櫛形電極に接続された配線と、圧電基板上に設けられて空間を介して櫛形電極を覆う素子カバーと、素子カバー上に設けられた第１の電極と、素子カバーと第１の電極とを覆う封止樹脂と、封止樹脂上に設けられた端子電極と、封止樹脂を貫通して第１の電極と端子電極とを電気的に接続する第２の電極とを備える。
この弾性波装置では、第１の電極と第２の電極は電気メッキにより形成された皮膜よりなる。第１の電極のメッキ粒径は第２の電極のメッキ粒径よりも大きい。
若しくは、この弾性波装置では、第１の電極のヤング率は第２の電極のヤング率よりも小さい。
若しくは、この弾性波装置では、第１の電極は無光沢銅メッキにより形成された皮膜よりなり、第２の電極は光沢銅メッキにより形成された皮膜よりなる。
若しくは、この弾性波装置では、第１の電極の内部応力は引っ張り応力であり、第２の電極の内部応力は圧縮応力であり、第１の電極の内部応力の大きさは第２の電極の内部応力よりも小さい。
若しくは、この弾性波装置では、第１の電極の密度は第２の電極の密度よりも小さい。
図１は実施の形態における弾性波装置２１の断面図である。
図１において、弾性波装置２１は、圧電基板２２の上面２２Ａに設けられた櫛形電極２３と、圧電基板２２の上面２２Ａに設けられた配線２４と、圧電基板２２の上面２２Ａに設けられた側壁２５と、側壁２５の上面２５Ａに設けられた蓋体２７と、配線２４の上面２４Ａから蓋体２７の上面２７Ａにかけて設けられた電極２９と、蓋体２７および電極２９を上方から封止する封止樹脂３０と、封止樹脂３０を貫通する電極３１と、電極３１の上面３１Ａに設けられた端子電極３２とを有する。側壁２５は櫛形電極２３を囲み、櫛形電極２３が励振する空間２６を構成する。
圧電基板２２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り、その板厚は１００〜３５０μｍ程度である。
櫛形電極２３は圧電基板２２の上面２２Ａに形成されたアルミニウムを主成分とする金属よりなり、櫛形電極２３に電圧を印加することにより圧電基板２２の上面２２Ａに弾性表面波を励振する。櫛形電極２３の表面には、必要に応じて酸化ケイ素などの誘電体からなる保護膜が形成されている。
配線２４は、圧電基板２２の上面２２Ａに形成された導体よりなり、櫛形電極２３に電気的に接続されている。
側壁２５は、ポリイミド系の光硬化性樹脂を露光・現像して形成されている。
空間２６は、弾性表面波が励振されるために櫛形電極２３の上方に設けられて密封されている。
蓋体２７は空間２６を上方から覆って密封する。蓋体２７は、ポリイミド系の光硬化性樹脂シートを側壁２５の上面２５Ａに接着し、露光・現像して形成されている。側壁２５と蓋体２７とは櫛形電極２３と空間２６とを密封する素子カバー２８を構成する。
電極２９は、配線２４の上面２４Ａから側壁２５の外側面を経由して蓋体２７の上面２７Ａに至る導体の皮膜よりなり、無光沢電解銅めっきにより形成されている。電極２９を構成する皮膜は、硫酸銅５水和物濃度１５０〜２００ｇ／Ｌ、硫酸５０〜９０ｇ／Ｌに塩化物イオンを適量と界面活性剤を主成分とする添加剤を含むメッキ液から電解メッキ法により得られる。そのメッキ粒の寸法は３〜１０μｍ、そのメッキ皮膜のヤング率は８〜１７ＧＰａ、そのメッキ皮膜の内部応力は１０〜２０ＭＰａ程度の引っ張り応力である。電極２９は、素子カバー２８の大部分を覆うことにより、素子カバー２８の機械的強度を確保するとともに、櫛形電極２３および配線２４に対するシールド効果を有し、空間２６への水分の浸入を抑制する。電極２９は、光沢電解銅メッキで形成した電極３１と比較して、メッキ粒径をより大きくするとともにメッキ表面を粗面化し、ヤング率をより小さくするとともにより柔らかくし、その内部応力は引っ張り応力でありかつその大きさは電極３１のそれより小さく、密度をより小さくしたものである。
封止樹脂３０は、圧電基板２２の上面２２Ａに設けられて、素子カバー２８と電極２９を封止して硬化したエポキシ系の樹脂よりなり、シリカ等のフィラーを含有する。
電極３１は、封止樹脂３０を貫通して電極２９と端子電極３２とを接続するビア電極であり、光沢電解銅めっきにより形成される皮膜よりなる。電極３１を構成する光沢電解銅メッキ皮膜は、硫酸銅５水和物濃度１５０〜２５０ｇ／Ｌ、硫酸５０〜１２０ｇ／Ｌに塩化物イオンを適量とポリエチレングリコールなどの添加剤や界面活性剤を含む硫酸銅メッキ液を用いて電解メッキにより得られる。ポリエチレングリコールはメッキ析出時の抑制成分として作用し、局部的な電流集中が抑制され、銅メッキ皮膜の析出粒径を小さくすることができる。界面活性剤はメッキ液の表面張力を下げて、メッキされる物とメッキ液との濡れ性を向上させることができる。界面活性剤はメッキの抑制効果が低くメッキの析出粒径を制御する効果は得られにくいが、ポリエチレングリコールなどと併用することでメッキ液の濡れ性を保ちつつメッキ粒子の粒径を制御することが可能となる。電極３１を構成する光沢電解銅メッキ皮膜は、内部応力として、５〜１０ＭＰａ程度の圧縮応力を有する。電極３１は、無光沢電解銅メッキで形成した電極２９と比較して、メッキ粒径をより小さくするとともにメッキ表面を光沢化し、ヤング率をより大きくするとともにより硬くし、その内部応力をより相対的に大きい圧縮応力にし、密度をより大きくして導電率をより高めたものである。
端子電極３２は電極３１の上面３１Ａとその周囲の封止樹脂３０の上面３０Ａに設けられ、弾性波装置２１を外部の電気回路に電気的に接続するための端子である。
弾性波装置２１は、ウエハレベルＣＳＰと呼ばれ、弾性表面波素子が形成された圧電基板２２と同等レベルの占有面積を有する極めて小型の寸法を実現できる。
図５に示す従来の弾性波装置１は、製造工程において電極８の内部応力により圧電基板２が反って割れる場合があり、生産歩留りが低下する。
実施の形態における弾性波装置２１は、電極２９のメッキ粒径を電極３１のメッキ粒径よりも大きくしたことにより、電極２９のメッキ皮膜を電極３１のメッキ皮膜よりも柔らかくすることができる。したがって、圧電基板２２に生ずる反りや、反りによる圧電基板２２の割れを低減することができ、弾性波装置２１の製造時の歩留りを向上することができる。
電極２９のメッキ粒径を大きくしたことに伴い、同時に電極２９の表面を粗面化することが可能になる。したがって、電極２９の表面に別途粗面化処理を行うことなく、電極２９と封止樹脂３０との間の接合強度を確保することが可能になるので、弾性波装置２１の機械的強度を確保しつつ、製造工数を削減することができる。
また、弾性波装置２１では、電極２９のヤング率を電極３１のヤング率よりも小さくしたことにより、電極２９のメッキ皮膜を電極３１のメッキ皮膜よりも柔らかくすることが可能になる。したがって、圧電基板２２に生ずる反りや、反りによる圧電基板２２の割れを低減することができるので、弾性波装置２１の製造時の歩留りを向上することができる。
また、弾性波装置２１は、電極２９の内部応力を引っ張り応力にし、電極３１の内部応力を逆方向の圧縮応力にしたことにより、応力を相殺して圧電基板２２に加わる応力を小さくすることができる。したがって、圧電基板２２に生ずる反りや、反りによる圧電基板２２の割れを低減することができるので、弾性波装置２１の製造時の歩留りを向上することができる。さらに、面積が大きく圧電基板２２の反りに対する影響の大きい電極２９の内部応力を、面積が小さく圧電基板２２の反りに対する影響の小さい電極３１の内部応力よりも小さくしたことにより、全体として圧電基板２２に加わる応力をさらに低減することが可能になり、圧電基板２２の反りをさらに低減することができる。
また、弾性波装置２１は、電極２９の密度を小さくしたことにより電極２９の皮膜を柔らかい皮膜にすることが可能になる。したがって、電極２９の応力を低減し、圧電基板２２の反りを低減することを可能にするとともに、電極２９の表面の粗面化を可能にする。
また、弾性波装置２１は、電極３１の密度を大きくして緻密な皮膜を形成することにより、電極３１の導通抵抗を低くすることができる。したがって、電極３１は弾性波装置２１の電気特性における影響を抑制することができるとともに、ビア電極としての機械的強度と接続信頼性を確保することができる。また、電極３１は電極２９と逆方向の相対的に強い圧縮応力を発生させることができ、全体として圧電基板２２に加わる応力を低減する
ことができる。
ことができる。
弾性波装置２１では、電極２９を無光沢電解銅メッキにより形成したことにより、電極２９のメッキ粒の粒径を大きくし、電極２９の表面を粗面化するとともに皮膜密度を小さくすることを可能にする。したがって、電極２９のヤング率を小さくし、内部応力を小さくするとともに引っ張り応力にすることができる。
また、弾性波装置２１は、電極３１を光沢電解銅メッキにより形成したことにより、電極３１のメッキ粒の粒径を小さくするとともに密度を高くすることができる。したがって、電極３１の表面を光沢化し、電極３１のヤング率を大きくするとともに、内部応力を相対的に大きくし圧縮応力にすることができる。
次に、弾性波装置２１の製造方法について説明する。図２Ａ〜図２Ｃ、図３Ａ〜図３Ｃおよび図４Ａ〜図４Ｃは弾性波装置２１の製造工程を模式的に示す断面図である。
まず、圧電基板２２の上面２２Ａに金属薄膜を形成し、これにフォトリソグラフ技術を用いてエッチングし、図２Ａに示すように、複数の櫛形電極２３と配線２４を形成する。
次に、圧電基板２２の上面２２Ａにポリイミド系の光硬化性樹脂からなるシートをラミネートし、露光・現像・硬化することにより、図２Ｂに示すように、櫛形電極２３を囲んで空間２６を形成する側壁２５を形成する。
次に、側壁２５の上面２５Ａに、ポリイミド系の光硬化性樹脂からなるシートをラミネートし、露光・現像・硬化することにより、図２Ｃに示すように、櫛形電極２３が励振するための空間２６を上方から覆う蓋体２７を形成し、側壁２５と蓋体２７よりなる素子カバー２８を形成する。
次に、電解銅メッキのための給電導体を形成し、メッキレジスト３３を圧電基板２２の上面２２Ａに形成し、メッキレジスト１３３を蓋体２７の上面２７Ａに形成し、無光沢電解銅メッキを行うことにより、図３Ａに示すように、配線２４の上面２４Ａから側壁２５を通って蓋体２７の上面２７Ａを覆う電極２９を形成する。メッキレジスト１３３は電極２９を介しての配線２４の短絡を防止する。
次に、図３Ｂに示すように、メッキレジスト３３、１３３と電気メッキのための給電導体を除去する。
次に、フィラーを含有するエポキシ系の樹脂シートをラミネートし硬化することにより、図３Ｃに示すように、素子カバー２８と電極２９を覆う封止樹脂３０を形成する。
次に、図４Ａに示すように、封止樹脂３０を貫通し電極２９の上面２９Ａの一部を露出させる穴３４をレーザー加工により形成し、過マンガン酸を用いて穴３４の内部と封止樹脂３０の上面３０Ａを含む表面にデスミア処理と表面粗化処理を行う。
次に、電解銅メッキのための給電導体とメッキレジスト３５を封止樹脂３０の上面３０Ａに形成し、光沢電解銅メッキにより、図４Ｂに示すように、穴３４を充填する電極３１と端子電極３２を形成する。
次に、メッキレジスト３５と電解銅メッキのための給電導体を除去し、図４Ｃに示す弾性波装置２１が得られる。
以上のように弾性波装置２１は、電極２９を無光沢電解銅メッキにより形成し、電極３１を光沢電解銅メッキにより形成することにより、圧電基板２２の反りや割れを低減できる。
実施の形態において、「上面」「上方」等の方向を示す用語は圧電基板や櫛形電極等の弾性波装置の構成部品の相対的な位置関係にのみ依存する相対的な方向を示し、鉛直方向等の絶対的な方向を示すものではない。
本発明に係る弾性波装置は、主として移動体通信機器に用いられる高周波フィルタや分波器、共用器等において有用となる。
２１ 弾性波装置
２２ 圧電基板
２３ 櫛形電極
２４ 配線
２６ 空間
２８ 素子カバー
２９ 電極（第１の電極）
３０ 封止樹脂
３１ 電極（第２の電極）
３２ 端子電極
２２ 圧電基板
２３ 櫛形電極
２４ 配線
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２９ 電極（第１の電極）
３０ 封止樹脂
３１ 電極（第２の電極）
３２ 端子電極
Claims (16)
- 圧電基板と、
前記圧電基板の上面に設けられた櫛形電極と、
前記櫛形電極に接続された配線と、
カバーであって、前記圧電基板の前記上面に設けられ、前記櫛形電極を覆い、および前記圧電基板の上面と前記カバーとの間に空間を画定するカバーと、
前記カバーの上面に設けられた第１の電極と、
前記圧電基板の前記上面に設けられて前記カバーと前記第１の電極とを覆う封止樹脂と、
前記封止樹脂の上面に設けられた端子電極と、
前記封止樹脂を貫通して前記第１の電極と前記端子電極とを電気的に接続する第２の電極であって、前記第１の電極と前記第２の電極はメッキ粒の金属被膜からなり、前記第２の電極は、前記第１の電極のメッキ粒よりも小さな粒径のメッキ粒と、前記第１の電極の密度よりも大きな密度と、前記第１の電極のヤング率よりも大きなヤング率と、前記第１の電極の内部応力よりも大きな内部応力との少なくとも２つを有する第２の電極と
を含む弾性波装置。 - 前記第２の電極のメッキ粒は前記第１の電極のメッキ粒よりも小さな粒径を有し、かつ、前記第２の電極のメッキ粒の密度は前記第１の電極のメッキ粒の密度よりも大きい請求項１の弾性波装置。
- 前記第２の電極のヤング率は前記第１の電極のヤング率よりも大きい請求項２の弾性波装置。
- 前記第２の電極の内部応力は前記第１の電極の内部応力よりも大きい請求項３の弾性波装置。
- 前記第１の電極の内部応力は引っ張り応力であり、前記第２の電極の内部応力は圧縮応力である請求項４の弾性波装置。
- 前記第２の電極のメッキ粒は前記第１の電極のメッキ粒よりも小さな粒径を有し、かつ、前記第２の電極のヤング率は前記第１の電極のヤング率よりも大きい請求項１の弾性波装置。
- 前記第２の電極のメッキ粒は前記第１の電極のメッキ粒よりも小さな粒径を有し、かつ、前記第２の電極の内部応力は前記第１の電極の内部応力よりも大きい請求項１の弾性波装置。
- 前記第２の電極のメッキ粒の密度は前記第１の電極のメッキ粒の密度よりも大きく、かつ、前記第２の電極のヤング率は前記第１の電極のヤング率よりも大きい請求項１の弾性波装置。
- 前記第２の電極のメッキ粒の密度は前記第１の電極のメッキ粒の密度よりも大きく、かつ、前記第２の電極の内部応力は前記第１の電極の内部応力よりも大きい請求項１の弾性波装置。
- 前記第２の電極のヤング率は前記第１の電極のヤング率よりも大きく、かつ、前記第２の電極の内部応力は前記第１の電極の内部応力よりも大きい請求項１の弾性波装置。
- 前記第１の電極は無光沢銅メッキにより形成され、かつ、前記第２の電極は光沢銅メッキにより形成される請求項１から１０いずれかの弾性波装置。
- 前記第２の電極の導電率は前記第１の電極の導電率よりも大きい請求項１から１１いずれかの弾性波装置。
- 前記第１の電極の表面は前記第２の電極の表面よりも粗面である請求項１から１２いずれかの弾性波装置。
- 前記第１の電極は前記第２の電極よりも柔らかい請求項１から１３いずれかの弾性波装置。
- 圧電基板の上面に櫛形電極および配線を形成することと、
前記圧電基板の上面にカバーを形成することであって、前記カバーは前記櫛形電極を覆いかつ前記圧電基板の上面と前記カバーとの間に空間を画定することと、
前記カバーの上面に第１の電極を形成することと、
前記圧電基板の上面に前記カバーと前記第１の電極を覆う封止樹脂を形成することと、
前記封止樹脂を貫通する穴を形成して前記第１の電極を前記穴から露出することと、
前記穴を充填する第２の電極と端子電極を前記封止樹脂の上面に形成することであって、前記第２の電極は、前記第１の電極のメッキ粒よりも小さな粒径のメッキ粒と、前記第１の電極の密度よりも大きな密度と、前記第１の電極のヤング率よりも大きなヤング率と、前記第１の電極の内部応力よりも大きな内部応力との少なくとも２つを有することと
を含む弾性波装置の製造方法。 - 前記第２電極を形成することは、前記第２の電極におけるメッキ粒の粒径を制御する添加剤を含む硫酸銅メッキ液を使用することを含む請求項１５の方法。
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