JP6166190B2

JP6166190B2 - 弾性波素子および弾性波装置

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Publication number: JP6166190B2
Application number: JP2014018690A
Authority: JP
Inventors: 真一路北西
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-02-03
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2034-02-03
Also published as: JP2015146523A

Description

本発明は、弾性波素子および弾性波装置に関するものである。

近年、移動体端末等の通信装置において、アンテナから送信・受信される信号をフィルタリングする分波器として弾性波素子が用いられている。弾性波素子は、圧電基板と、圧電基板の主面に形成された励振電極によって構成されている。弾性波素子は、励振電極と圧電基板との関係で機能する電気信号と弾性表面波との相互作用を利用するものである。

このような弾性波素子は、外部と電気的接続をとる電極パッドと、電極パッドと励振電極と電気的接続をとる接続配線が、圧電基板に設けられる。ここで、電極パッドおよび接続配線は、工程を削減するために、励振電極を形成する際に同じ工程でパターニングされることにより形成されることがある。

特開平１０−３２２１５９号公報

ところで、このように電極パッドおよび接続配線を同じ工程で形成した場合、電極パッドおよび接続配線の一部を構成する材料が励振電極と同じ材料で形成されることになるため、電極パッドにおいて電気特性を向上させることが課題の一つとなっている。

そこで、本発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、電極パッドの電気特性を向上させることが可能な弾性波素子または弾性波装置を提供することを目的とする。

本発明の弾性波素子は、圧電基板と、該圧電基板上に設けられた、励振電極部と、端部を含むパッド領域とを有する第１導電膜と、該第１導電膜の前記パッド領域に配置された第２導電膜と、該第２導電膜の上面に設けられるとともに、前記第２導電膜の側面および前記第１導電膜の前記端部が覆われている、前記第２導電膜を構成する材料の電気抵抗率よりも小さい電気抵抗率を持つ材料からなる第３導電膜とを有する。

本発明の弾性波装置は、上述の弾性波素子と、前記第１導電膜に電気的に接続される電極パッドを備えた回路基板とを備え、前記弾性波素子がバンプを介して前記パッドに実装されている。

本発明によれば、電極パッドの電気特性を向上させることが可能な弾性波素子および弾性波装置を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる弾性波素子において、カバー体を取り外したときの平面図である。図１の弾性波素子の一部を拡大した平面図である。図１の弾性波素子をＩ−Ｉ線で切断したときの断面の一部に相当する。本発明の変形例にかかる弾性波素子の断面の一部に相当し、図１の弾性波素子をＩ−Ｉ線で切断したときに相当する。本発明の変形例にかかる弾性波素子の断面の一部に相当し、図１の弾性波素子をＩ−Ｉ線で切断したときに相当する。本発明の変形例にかかる弾性波素子の断面の一部に相当し、図１の弾性波素子をＩ−Ｉ線で切断したときに相当する。本発明の変形例にかかる弾性波素子の断面の一部に相当し、図１の弾性波素子をＩ−Ｉ線で切断したときに相当する。本発明の変形例にかかる弾性波素子の断面の一部に相当し、図１の弾性波素子をＩ−Ｉ線で切断したときに相当する。本発明の一実施形態にかかる弾性波装置の断面に相当し、図１の弾性波素子をＩ−Ｉ線で切断したときの断面に相当する。

以下、本発明の一実施形態に係る弾性波素子および弾性波装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。

＜弾性波素子＞
本発明の一実施形態に係る弾性波素子について以下説明する。本実施形態に係る弾性波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）素子１は、図１または図２に示すように、圧電基板
２、励振電極部３ａおよびパッド領域３ｂを有する第１導電膜、第２導電膜および第３導電膜を備えている。

ＳＡＷ素子１は、それぞれの構成をウェハーレベルで形成することができる。ＳＡＷ素子１は、移動体端末において、アンテナと信号演算回路（例えば、ＩＣなど）がやり取りする電気信号をフィルタリングする機能を有する。

ＳＡＷ素子１は、電極パッド６を複数有しており、そのうちのいずれかの電極パッド６を介して信号の入力がなされる。入力された信号は、励振電極３等によってフィルタリングされる。そして、ＳＡＷ素子１は、フィルタリングした信号を、複数の電極パッド６のうち入力信号が入った電極パッド６以外の電極パッド６を介して出力する。

圧電基板２は、タンタル酸リチウム単結晶、二オブ酸リチウム単結晶、四ホウ酸リチウム単結晶など圧電性を有する単結晶の基板によって構成されている。圧電基板２は、例えば、直方体状に形成されており、矩形状で互いに平行かつ平坦な上面２Ａを有している。圧電基板２は、厚さが、例えば、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定されている。圧電基板２は、一辺の長さが、例えば、０．６ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている。

圧電基板２上には、第１導電膜３が設けられている。第１導電膜３は、励振電極部３ａと、電極パッド６の一部であるパッド領域３ｂとが設けられている。また、パッド領域３ｂは、第１導電膜３の端部３Ａを含む領域に設定されている。ここで、パッド領域３ｂの端部３Ａは、第１導電膜３を平面視したときの外周の一部を指すものである。パッド領域３ｂの平面視形状は、概ね、後述する電極パッド６の平面視形状となるように設定される。励振電極部３ａとパッド領域３ｂとは、接続配線部３ｃによって電気的に接続されている。

励振電極部３ａは、図２に示すように、櫛歯状電極で構成されている。励振電極３は、少なくとも２本のバスバー電極部３ａａが対向するように配置されるとともに、互いの方
向に延びるとともに、両者が交差する電極指部３ａｂとを有している。複数の励振電極部３は、直接接続または並列接続などにより接続されたラダー型ＳＡＷフィルタを構成していてもよい。また、励振電極部３は、複数の励振電極部３が一方向に配列された２重モードＳＡＷ共振器フィルタであってもよい。さらに、励振電極部３は、図１または図２に示すように、反射器部３ａｃを有していてもよい。

励振電極部３ａ、パッド領域３ｂおよび接続配線部３ｃは、同じ製造プロセスで形成することができる。具体的には、第１導電膜３となる第１金属膜を圧電基板２上に成膜した後、第１金属膜をフォトリソグラフィ−法等を用いてパターニングすることにより、励振電極部３ａ、パッド領域３ｂおよび接続配線部３ｃを有する第１導電膜３を形成することができる。なお、励振電極部３ａとしては、上述した通り、バスバー電極部３ａａ、電極指部３ａｂおよび反射器部３ａｃがパターニングされる。

第１金属膜を成膜する方法としては、スパッタリング法、蒸着法またはＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いることができる。第１金属膜をパターニングするフォトリソグラフィ−法は、例えば、縮小投影露光機（ステッパー）およびＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）装置等を用いて行うことができる。

第１金属膜の材料としては、励振電極部３ａで好適な導電材料を考慮して、例えばＡｌ−Ｃｕ合金等を用いることができる。また、第１金属膜の厚みは、励振電極部３ａの厚みを考慮して、例えば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下となるように設定することができる。本実施形態は、圧電基板２側からＴｉとＡｌ−Ｃｕ合金とを積層した第１導電膜３の場合である。

第１導電膜３の上には、パッド領域３ｂに第２導電膜４が設けられている。第２導電膜４は、第１導電膜３との電気特性等を考慮して、導電性材料を適宜選択することができる。具体的に、第１導電膜３としてＴｉおよびＡｌ−Ｃｕ合金の積層体を用いている場合には、例えばクロムおよびニッケルを用いることができる。第２導電膜４は、第１導電膜３からの厚みが、例えば５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下となるように設定することができる。本実施形態は、第２導電膜４として、第１導電層４ａおよび第２導電層４ｂを順次積層したものである。なお、第１導電層４ａとしてはクロムを、第２導電層４ｂとしてはニッケルをそれぞれ用いた場合である。

第２導電膜４は、パッド領域３ｂの外周よりも内側に配置されていても良いし、パッド領域３ｂの外周と重なるように配置されていても良い。本実施形態は、図３に示すように、第２導電膜４がパッド領域３ｂの外周と重なるように配置されていた場合である。

第２導電膜４はリフトオフ法を用いて形成することができる。具体的には、まず、第１導電膜３が形成された圧電基板２の上面２Ａ側に、パッド領域３ｂが露出するレジストパターンを形成する。そして、第２導電膜４となる第２金属膜を、パッド領域３ｂおよびレジストパターン上に成膜した後、レジストパターンを除去することでレジストパターン上の第２金属膜も併せて除去することができ、パッド領域３ｂ上に第２導電膜４を形成することができる。

第３導電膜５は、図３に示すように、第２導電膜４の上面４Ａに設けられているとともに、第２導電膜４の側面４Ｂおよび第１導電膜３ｂの端部３Ａが覆われるように形成されている。第３導電膜５の厚みは、第３導電膜５の材料によって適宜設定すれば良いが、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下となるように設定することができる。本実施形態は、第２導電膜４がパッド領域３ｂの外周と重なるように配置されているため、第３導電膜５
は第１導電膜３ｂの端部（端面）３Ａを覆うように形成されている。

また、第３導電膜５は、第２導電膜４を構成する材料の電気抵抗率よりも小さい電気抵抗率を持つ材料で構成されている。第２導電膜４が複数の材料で構成されている場合には、いずれかの材料の電気抵抗率よりも小さい電気抵抗率を持つ材料を用いることができる。本実施形態では、上述のように、第２導電膜４がクロムとニッケルで形成されている場合であるから、ニッケルの電気抵抗率よりも小さい電気抵抗率を持つ金を用いることができる。表１は、本実施形態の第１導電膜３、第２導電膜４および第３導電膜５の構成である。

このような第１導電膜３、第２導電膜４および第３導電膜５が積層されて電極パッド６が構成されている。電極パッド６は、第１導電膜３の接続配線部３ｃを介して励振電極部３ａに電気的に接続されている。電極パッド６の平面視形状は適宜設定すればよいが、本実施形態では、電極パッド６は、概ね、円形状に形成されている。電極パッド６の数および配置位置は、複数の励振電極３によって構成されるフィルタの構成に応じて適宜設定すればよい。電極パッド６の幅は、例えば６０μｍ以上１００μｍ以下となるように設定することができる。

第１導電膜３上には、図８に示すような、保護膜９を形成してもよい。保護膜９は、絶縁性材料によって構成されており、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）またはシリコン（Ｓｉ）等を用いることができる。保護膜９の厚みは、例えば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下に設定することができる。保護膜９は、電極パッド６の上面が露出するよう配置されている。具体的には、第３導電膜５の上面が露出するように形成されている。

このような保護膜９を形成することにより、励振電極部３ａおよび接続配線部３ｃを保護し、酸化されにくくすることができたり、後の工程中のダメージを防止したりすることができる。保護膜９はカバー体７と同じ材料で構成してもよく、その場合は両者の密着性を向上させることができる。

カバー体７は、圧電基板２上に配置されている。カバー体７は、例えば、シリコンからなる基板、セラミック材料からなるセラミック基板、または有機材料からなる有機基板、または感光性材料からなるフィルム状の部材などで構成することができる。カバー体７は、圧電基板２の熱伝導率よりも大きい熱伝導率の材料を用いることができる。

カバー体７は、枠部７ａおよび蓋部７ｂにより構成されている。蓋部７ｂが枠部７ａ上に配置されることにより、励振電極３とカバー体７との間に振動空間Ｓｐが形成される。枠部７ａは複数の励振電極３の周りを囲むように配置されており、枠部７ａの厚みによって振動空間Ｓｐの高さが概ね決定される。なお、カバー体７を枠部７ａおよび蓋部７ｂと一体的に形成した場合には、枠部７ａと圧電基板２との間に別の枠部材を介在させてもよい。

蓋部７ｂは、枠部７ａと異なる材料からなる板状部材を複数積層してもよいし、振動空間Ｓｐと重なるように金属層を積層させて、蓋部７ｂの強度を向上させてもよい。このように蓋部７ｂの強度を向上させることにより、ＳＡＷ素子１の実装時における耐衝撃性を向上させることができる。本実施形態のＳＡＷ素子は枠部７ａおよび蓋部７ｂが異なる材料で形成されている場合である。枠部７ａおよび蓋部７ｂは、エポキシ系の樹脂材料で形成されている場合である。

カバー体７の蓋部７ｂは、１層の厚みが例えば４０μｍ以上６０μｍ以下となるように設定することができる。カバー体７の全体厚みは、例えば８０μｍ以上３００μｍ以下となるように設定することができる。カバー体７の平面方向の幅は、例えば０．６ｍｍ以上３ｍｍ以下となるように設定することができる。

カバー体７は、貫通孔７ｃを有している。貫通孔７ｃは電極パッド６と重なる位置に配置されていることにより、電極パッド６の上面がカバー体７から露出している。貫通孔７ｃは、平面視において、電極パッド６の外周よりも小さくなるように配置されている。貫通孔７ｃは、電極パッド６に対して、垂直となっていてもよいし、蓋部７ｂの上面側に拡径するように傾斜していてもよい。貫通孔７ｃが傾斜していた場合、後述する外部端子電極１０との密着性を向上させることができる。貫通孔７ｃは、蓋部７ｂとなる部材を枠部７ａに載置した後、レーザーで打ち抜くことにより電極パッド６を露出させて、形成することができる。

本実施形態の弾性波素子は、電極パッド６において、第２導電膜４の電気抵抗率よりも小さい電気抵抗率を持つ第３導電膜５が、第２導電膜４の上面４Ａに設けられているとともに、第２導電膜４の側面４Ｂおよび第１導電膜３の端部（端面）３Ａを覆うように形成されている。そのため、第３導電膜５が第２導電膜４および第１導電膜３と接触する表面積を大きくすることができ、第３導電膜５から第２導電膜４および第１導電膜３に流れる電流の密度を小さくすることができる。その結果、第２導電膜４および第１導電膜３と第３導電膜５との間で発生するエレクトロマイグレーションを低減することができる。

また、第２導電膜４が複数の導電性材料で積層されて構成されている場合には、第３導電膜５が各層と接触することになるため、各層の電位差を低減することができる。その結果、第３導電膜５が接触する層間の電位差腐食を低減することができ、電極パッド６がエレクトロマイグレーションで破壊されにくくすることができたり、ＳＡＷ素子１をダイシ
ングする際に使用する潤滑水等による局部電池腐食で電極パッド６が劣化したりすることを低減することができる。

さらに、第３導電膜５が、第２導電膜４の電気抵抗率よりも小さい電気抵抗率を持つ材料で構成されていることから、本実施形態のように、上側に位置する第２導電層４ｂの導電材料よりも下側に位置する第１導電層４ａの導電材料の方が電気抵抗率の小さい材料を用いている場合、第３導電膜５から第２導電膜４（第１導電層４ａ）に電流が流れやすくすることができる。

（ＳＡＷ素子の変形例１）
第２導電膜４は、図４に示すように、第１導電膜３の端部３Ａよりも内側に形成されていてもよい。具体的に、第２導電膜４が端部３Ａよりも内側に形成されていることにより、第１導電膜３の上面の一部が第２導電膜４から露出することになり、第２導電膜４と第１導電膜３との側面に段差を有することになる。

このように第１導電膜３および第２導電膜４の側面４Ｂが段差を有している場合には、第３導電膜４はこの段差を覆うように配置される。このように段差を設けることによって、第３導電膜５は、第１導電膜３および第２導電膜４との接触面積をさらに大きくすることができる。その結果、第２導電膜４および第１導電膜３と第３導電膜５との間で発生するエレクトロマイグレーションをさらに低減することができる。

また、第３導電膜５は、図５に示すように、第２導電膜４の上面４Ａと側面４Ｂの外周全体とを覆うように配置してもよい。このように側面４Ｂの外周全体を覆うことによって、電極パッド６の電気特性（エレクトロマイグレーションの低減、電位差腐食の低減、局部電池腐食の低減）をさらに向上させることができる。

また、第２導電膜４が複数の層で構成されている場合は、上方の層ほど径を小さく形成して、複数の段差を形成してもよい。具体的に、図５に示すように、第２導電層４として、第１導電層４ａ、第１導電層４ａよりも径が小さい第２導電層４ｂを順次積層してもよい。このように複数の段差を作ることによって、第３導電膜５と第２導電膜４および第１導電膜３との接触面積をさらに大きくすることができる。

さらに、図６に示す通り、第２導電膜４を傾斜するように形成してもよい。このように第２導電膜４を第１導電膜３側が拡径するように傾斜させて形成することによって、第３導電膜５の被覆性を向上させることができる。また、第２導電膜４の側面４Ｂが第１導電膜３の上面に対して鈍角となることで、第３導電膜５の被覆性を向上させることができるとともに、角部に応力が集中しにくくなることからクラックが発生しにくくすることができる。その結果、電極パッド６の信頼性を向上させることができる。

（ＳＡＷ素子の変形例２）
接続配線部３ｃは、図７に示すように、第４導電膜８が積層されていてもよい。第４導電膜８としては、例えば、クロムまたはアルミニウムを用いることができる。本実施形態は、第４導電膜８として、第１導体層８ａおよび第２導体層８ｂを接続配線部３ｃ上に順次積層したものである。本実施形態は、第１導体層８ａはクロムで構成されており、第２導体層８ｂはアルミニウムで構成されている場合である。第１導体層８ａおよび第２導体層８ｂは、例えば、第２導電膜４を構成する第１導電層４ａおよび第２導電層４ｂと同じ工程で作製することができる。このように第４導電膜８が設けられていることによって、接続配線部３ｃを通過する電流の抵抗を低減することができる。

また第３導電膜５は、図７に示すように、第２導電膜４の上面４Ａおよび側面４Ｂを覆
うとともに、第４導電膜８を覆うことによって、第４導電膜８においてもマイグレーション、電位差腐食および局部電池腐食などを低減することができる。

（ＳＡＷ素子の変形例３）
上述の実施形態では、枠部７ａが、励振電極部３ａおよび電極パッド６等を囲むように配置されていたが、図８に示すように、電極パッド６を枠部７ａ内に設けてもよい。このように電極パッド６を枠部７ａ内に配置することによって、平面（ｘ、ｙ）方向に小型化することができる。

枠部７ａは、電極パッド６の上面が露出するように設けられている。また、本実施形態は、圧電基板２および第１導電膜３を覆うように保護膜９が設けられている場合である。また、本実施形態は、蓋部７ｂとして第１蓋部７ｂａおよび第２蓋部７ｂｂが枠部７ａに載置されている場合であり、貫通孔７ｃ内に外部端子電極１０としてポスト電極１０ａおよびバンプ１０ｂが配置されている。このように蓋部７ｂを、第１蓋部７ｂａおよび第２蓋部７ｂｂで構成することにより耐衝撃性を向上させることができる。

第１導電膜３および第２導電膜４の側面に段差を設けて電極パッド６を構成している構成において、枠部７ａ内に電極パッド６を配置することにより、枠部７ａが段差を覆うような形状となるため、外部から水分などが侵入しにくくすることができる。その結果、ＳＡＷ素子１の耐湿性等を向上させることができる。

＜ＳＡＷ装置＞
このようなＳＡＷ素子１は、図９に示すように、第１導電膜３に電気的に接続されるパッド電極１１ａを有する回路基板１１に実装されてＳＡＷ装置１００が構成される。具体的に、ＳＡＷ装置１００は、パッド電極１１ａが形成された回路基板１１にＳＡＷ素子１がバンプ１０ｂを介して実装される。本実施形態は、外部端子電極１０として、ポスト電極１０ａを設けずに、電極パッド６に直接バンプ１０ｂでＳＡＷ素子１を実装した場合である。

１弾性波素子（ＳＡＷ素子）
２圧電基板
２Ａ上面
３第１導電膜
３Ａ端部
３ａ励振電極部
３ａａバスバー電極部
３ａｂ電極指部
３ａｃ反射器部
３ｂパッド領域
３ｃ接続配線部
４第２導電膜
４Ａ上面
４Ｂ側面
４ａ第１導電層
４ｂ第２導電層
５第３導電膜
６電極パッド
７カバー体
７ａ枠部
７ｂ蓋部
７ｂａ第１蓋部
７ｂｂ第２蓋部
７ｃ貫通孔
８第４導電膜
８ａ第１導体層
８ｂ第２導体層
９保護膜
１０外部端子電極
１０ａポスト電極
１０ｂバンプ
１１回路基板
１１ａパッド電極

Claims

圧電基板と、
該圧電基板上に設けられた、励振電極部と、端部を含むパッド領域とを有する第１導電膜と、
該第１導電膜の前記パッド領域に配置された第２導電膜と、
該第２導電膜の上面に設けられるとともに、前記第２導電膜の側面および前記第１導電膜の前記端部が覆われている、前記第２導電膜を構成する材料の電気抵抗率よりも小さい電気抵抗率を持つ材料からなる第３導電膜とを有する弾性波素子。
前記第２導電膜は、前記第１導電膜の前記端部よりも内側に配置されている請求項１に記載の弾性波素子。
前記第１導電膜は、前記励振電極部と前記パッド領域を繋ぐ接続配線領域を有しており、該接続配線領域には第４導電膜が積層されている請求項１または２に記載の弾性波素子。
前記第２導電膜は、前記第１導電膜上に配置された第１導電層と、該第１導電層上に配置された、前記第１導電層の電気抵抗率の小さい電気抵抗率を持つ材料からなる第２導電層とをさらに有する請求項１〜３のいずれかに記載の弾性波素子。
前記第２導電膜はクロムまたはニッケルを含んでいるとともに、前記第３導電膜は金を含んでいる請求項１〜４のいずれかに記載の弾性波素子。
前記圧電基板上に形成された枠部と、該枠部上に載置された蓋部とを有し、前記枠部は平面視において前記端部と重なるように配置されている請求項１〜５のいずれかに記載の弾性波素子。
請求項１〜６のいずれかに記載の弾性波素子と、
前記第１導電膜に電気的に接続される電極パッドを備えた回路基板とを備え、
前記弾性波素子がバンプを介して前記パッドに実装されている弾性波装置。