JP6470311B2

JP6470311B2 - Ｓａｗデバイスおよびｓａｗデバイスの製造方法

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Publication number: JP6470311B2
Application number: JP2016561958A
Authority: JP
Inventors: 幹裕梅原; 寛鍋島
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2035-11-27
Also published as: EP3226286B1; CN107004641B; CN107004641A; US10673409B2; WO2016084936A1; US20170324398A1; EP3226286A4; JPWO2016084936A1; EP3226286A1

Description

本発明は、ＳＡＷデバイスおよびＳＡＷデバイスの製造方法に関する。

近年、携帯電話など電子機器の小型化にともない、これらの電子機器に使われる電子デバイスの小型化が要求されている。例えば特許文献１には、小型化の電子デバイスの例が記載されている。近年では、ＳＡＷ（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅ）デバイスに対して、さらに小型する要求が高まっている。

特開２００４−２０９５８５号公報

本開示のＳＡＷデバイスは、ＳＡＷ素子と、該ＳＡＷ素子に繋がる導電体と、前記ＳＡＷ素子を含むＬＴ基板と、前記ＳＡＷ素子を含む前記ＬＴ基板を収容する筐体とを有する。前記筐体は、蓋部と側部と底部とを有する。該底部は、サファイア基板からなり、前記筐体の内面にあたる前記サファイア基板の第１面に前記ＬＴ基板が位置し、前記第１面の反対の第２面が、前記筐体の外表面をなす。前記導電体は、前記サファイア基板および前記ＬＴ基板を連通する貫通孔に位置するビア導体を備えており、前記サファイア基板を貫通する第１貫通孔は、内面の少なくとも一部に、多結晶アルミナからなる第１改質部を有し、前記ＬＴ基板を貫通する第２貫通孔は、前記第１貫通孔側の内面に、前記第１改質部がはみ出してなる第２改質部を有する。

本開示のＳＡＷデバイスの製造方法は、サファイア基板の第１面に前記ＬＴ基板を接合する接合工程と、前記サファイア基板と前記ＬＴ基板との接合体の少なくとも前記ＬＴ基板側を研磨する研磨工程と、前記サファイア基板と前記ＬＴ基板を連通する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記貫通孔に導体を充填してビア導体を形成するビア導体形成工程と、前記ＬＴ基板に前記ＳＡＷ素子を形成するとともに前記ＳＡＷ素子と前記ビア導体とを接続する載置・接続工程と、前記サファイア基板からなる底部と、蓋部および側部、または、蓋部および側部からなる蓋体部とを接合する接合工程とを有し、前記貫通孔形成工程では、前記サファイア基板の前記第１面の反対の第２面側からレーザーを照射して貫通孔を形成するとともに、前記貫通孔の内面において前記サファイア基板を溶融した後に
固化することで、前記貫通孔の内面に前記サファイア基板から前記ＬＴ基板にはみ出るように多結晶アルミナからなる改質部を形成する。

ＳＡＷデバイスの一実施形態の図であり、(ａ)は概略斜視図を示し、（ｂ）は概略断面図を示している。ＳＡＷデバイスの製造工程における状態の概略斜視図である。ＳＡＷデバイスの製造方法について説明する概略断面図である。

本開示のＳＡＷ（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅ）デバイスは、ＳＡＷ素子を含むＬＴ（ＬｉＴａＯ_３；Ｌｉｔｈｉｕｍｔａｎｔａｌａｔｅ）基板が配置されたサファイア基板を備えている。本開示のＳＡＷデバイスは、このサファイア基板を筐体の一部とし、このサファイア基板およびＬＴ基板を連通する貫通孔内に位置するビア導体をＳＡＷ素子に繋がる導電体の一部としている。これにより本開示のＳＡＷデバイスは、従来に比べて小型で信頼性も高く、また少ない手間とコストで製造することができる。

以下、本開示のＳＡＷデバイスおよびＳＡＷデバイスの製造方法について説明する。図１に示すＳＡＷデバイス１は、ＳＡＷ素子６２と、ＳＡＷ素子６２に繋がる導電体３２と、ＳＡＷ素子６２を含むＬＴ基板５０と、ＳＡＷ素子６２を含むＬＴ基板５０を収容する筐体３０とを有する。筐体３０は、蓋部２２と側部２３と底部１１とを有している。底部１１はサファイア基板からなり、筐体３０の内面にあたるサファイア基板の第１面１２にＬＴ基板５０が位置し、第１面１２の反対の第２面１４が、筐体３０の外表面をなす。導電体３２は、底部１１（以降、サファイア基板１１ともいう）およびＬＴ基板５０を連通する貫通孔１５に位置するビア導体３４を備えている。

貫通孔１５は、サファイア基板１１を貫通する第１貫通孔５１と、ＬＴ基板５０を貫通する第２貫通孔５５とを有する。ＳＡＷ素子６２は、ＬＴ基板５０の一方主面５２に位置している。

ビア導体３４は、ＬＴ基板５０の一方主面５２に位置する電極層６１を介してＳＡＷ素子６２と電気的に接続している。導電体３２は、図１に示す例において、ビア導体３４と、ＬＴ基板５０の一方主面５２に位置する電極層６１とを有している。ビア導体３４は、一方の端部がＬＴ基板５０の一方主面５２に位置し、他方の端部がサファイア基板１１の第２面１４に位置している。

ここで、第２面１４は筐体３０の外表面をなす面であり、サファイア基板１１の第２面１４に位置しているビア導体３４の端部を外部の制御部等と接続することにより、電気信号の入力および出力をすることができる。この電気信号は、ビア導体３４と電極層６１とを経由して、ＳＡＷ素子６２に対して入力および出力することができる。ビア導体３４および電極層６１は、例えば金（Ａｕ）等からなる。電気信号とは、ＳＡＷ素子６２の動作を制御するための制御データ、ＳＡＷ素子６２に処理させる入力データ、ＳＡＷ素子６２で処理された後の出力データ、およびＳＡＷ素子６２を駆動させるための駆動電力、ＳＡＷ素子６２で検出された情報を表すデータなど、電力の形で入力または出力されるものであればよく、特に限定されない。

ＳＡＷ素子６２は、ＬＴ基板５０の一方主面５２上に配置された、ＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極を有して構成されている。このＩＤＴ電極は、例えばスパッタや物理蒸着によって形成されており、例えば金を主成分とする。ＳＡＷ素子６２は、ＩＤＴ電極の他に、一方主面５２に配置されたコンデンサ素子やインダクタ回路などを備えていてもよい。

筐体３０においては、底部１１が、サファイア基板からなるものであるが、蓋部２２および側部２３についてもサファイア基板からなるものであってもよい。なお、筐体３０は、蓋部２２と側部２３と底部１１とを有するものであるが、図１に示すように、蓋部２２と側部２３とが一体の蓋部材２０であってもよい。また、側部２３と底部１１とが一体となっていてもよい。そして、サファイア基板からなるとは、サファイア（すなわちアルミナの単結晶）以外を一切含まないというものではなく、サファイアを９０質量％以上含有するもののことを指す。

ＬＴ基板５０は、ＬＴ（ＬｉＴａＯ_３；Ｌｉｔｈｉｕｍｔａｎｔａｌａｔｅ）からなる。ＬＴからなるとは、ＬＴ以外を一切含まないというものではなく、ＬＴを９０質量％以上含有する物のことを指す。

ＳＡＷデバイス１は、ＬＴ基板５０が載置される支持基板が筐体３０に収容されたものではなく、ＬＴ基板５０が載置される底部１１が筐体３０の外殻をなしていることから、厚みを薄くできるためコンパクトにすることができる。なお、サファイアは機械的強度が高いため、ＳＡＷデバイス１は剛性が比較的高く、衝撃が加わった場合も割れや欠け等が発生し難い。蓋部材２０が、サファイアからなるときには、全体の厚さをよりコンパクトにすることができる。また、底部１１がサファイア基板からなることにより、比較的脆いＬＴ基板５０の厚さを薄くすることができるため、全体の厚さをよりコンパクトにできる。

底部１１の厚さは、例えば０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下である。サファイアからなる底部１１は強度が高いため、０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下程度の厚みであっても、充分な強度を有する。底部１１の厚さは、例えば０．０１ｍｍ~５ｍｍであってもよく特に限定されない。

またサファイアは熱伝導性が比較的高いので、例えばＳＡＷ素子６２が発した熱を筐体３０の外部に速やかに放出することができる。また、底部１１および蓋部材２０がサファイアからなるときには、サファイアは通気性および通水性が低く、ＳＡＷ素子６２等が外気や水分に触れるおそれが少ないため、ＳＡＷ素子６２等の機能低下が少ない。

ＳＡＷデバイス１では上述のように、導電体３２は、底部１１およびＬＴ基板５０を連通する貫通孔１５に位置するビア導体３４を備えており、外部の制御部との接続が可能であることから、筐体３０外から筐体３０内に導電体を引き入れたり、筐体３０内において電極層を引き回したりする必要がないため、製法の簡略化および平面視における大きさもコンパクトに構成することができる。ＳＡＷデバイス１を平面視した際の外周線（蓋部材２０の輪郭）の長さは、一周で例えば約５ｍｍ〜５ｃｍ程度である。

また貫通孔１５に位置するビア導体３４は、例えばボンディングワイヤ等の導電線と比べて断面の径を比較的大きくすることができるので、ビア導体３４とＳＡＷ素子６２と接続状態について、機械的接続状態および電気的な接続状態が劣化し難い。また、ビア導体３４を用いてボンディングワイヤを用いた接続を少なくすることで、比較的大きな空間領域にわたってワイヤを引き回さなくてもよいため、ＳＡＷデバイス１をよりコンパクトに構成できる。また、ボンディングワイヤ等の手間がかかる工程を抑制できるので、ＳＡＷデバイスを比較的安価に作製することができる。

ＳＡＷデバイス１では、サファイア基板１１を貫通する第１貫通孔５１は、第２面１４における開口径が第１面１２における開口径より大きい。より詳しくは、第１貫通孔５１は、第１面１２から第２面１４に向かって径が漸増している。ビア導体３４は、貫通孔１５に充填された金属ペーストが熱処理されてなるものであることから、径の漸増に伴いビア導体３４も、ＳＡＷ素子６２に近い側から筐体３０の外側に向かって径が拡がっている。ビア導体３４はＳＡＷ素子６２が発する熱の伝導経路としても機能する。ビア導体３４はＳＡＷ素子６２に近い側から筐体３０の外側に向かって径が拡がっているので、ＳＡＷ素子６２が発した熱は、ビア導体３４内を拡散しながら筐体３０の外側に向かって効率的伝わっていくことができる。このような構成であるときには、高い放熱性を有する。

第１貫通孔５１の第１面１２側の開口５１Ａの直径は例えば約７０μｍであり、第１貫通孔５１の第２主面１４側の開口５１Ｂの直径は例えば約１００μｍである。また、開口５１Ａから開口５１Ｂまでの全ての領域にわたって、第１貫通孔５１の断面形状が円形状であれば角部を有さないので、ビア導体３４や底部１１との間に熱応力が発生しても、角部を起点とした応力集中が生じ難い。このような構成であるときには、熱応力に起因する底部１１の損傷が抑制される。

ＳＡＷデバイス１では、第１貫通孔５１は、第１面１２側の開口５１Ａの中心と、第２面１４における開口５１Ｂの中心とを結ぶ中心軸Ｃが、第１面１２の垂線に対して傾いている。これにより、ビア導体３４は貫通孔１５から比較的脱落し難くなっている。このような貫通孔１５は、後述するレーザーを用いた方法により容易に形成することができる。

また、第１貫通孔５１は内面の少なくとも一部に、多結晶アルミナからなる第１改質部５８を有する。第１改質部５８は単結晶であるサファイアに比べて柔らかい。ビア導体３４の熱膨張および収縮による応力が第１貫通孔５１の内壁にかかった場合、比較的柔らかい第１改質部５８を有していることによってこの応力が緩和されるので、第１改質部５８を有している部分の第１貫通孔５１の内壁が損傷することを抑制できる。第１貫通孔５１において、内面全体に多結晶アルミナからなる第１改質層５８を有しているときには、このような応力に起因した第１貫通孔５１の内壁の損傷が、より確実に抑制される。

またＬＴ基板５０を貫通する第２貫通孔５５は、少なくとも第１貫通孔５１側の内面の側に、多結晶アルミナからなる第２改質部５９を有する。このような第２改質部５９を有することで、比較的脆いＬＴ基板５０に対して、ビア導体３４を介して外部から直接衝撃が伝わることが抑制される。第２貫通孔５５において、第１貫通孔５１側の内面のみならず内面全体に、多結アルミナからなる第２改質層５９を有するときには、ＬＴ基板５０における第２貫通孔５５の内壁の損傷をより確実に抑制できる。

底部１１および蓋部材２０がともにサファイアからなるものであるとき、蓋部材２０は、底部１１の第１面１２と対向する対向面２１とは、原子間力による固相接合によって接合する技術を用いて接合されている。例えば、第１面１２と対向面２１とを、真空中でイオンビームを照射することによって活性化した後に、活性化された第１面１２と対向面２１とを常温下で直接当接させて接合している。なお、このように固相接合によって接合する技術を用いることなく、第１面１２と対向面２１とを接着剤等を用いて接合してもよいが、接着剤からのアウトガスに起因するＳＡＷ素子６２の動作不良等を抑制する点で、接着剤を用いずに固相接合によって接合することが好ましい。

次に、本実施形態のＳＡＷデバイス１の製造方法について説明する。図２は、ＳＡＷデバイス１の製造工程における状態を示す斜視図である。図３はＳＡＷデバイス１の製造方法について説明する概略断面図である。図２および図３では、製造途中段階の各部分について、図１で用いた製造後の各部と同じ符号を用いて説明する。

以下の製造方法は、サファイアからなるウエハを用いて、複数個のＳＡＷデバイス１を一括して製造する例を説明する。

具体的には図２に示すように、サファイア基板１１に複数のＳＡＷ素子６２が載置された第１部材を作製するとともに、複数の凹部２４が形成された蓋部材２０となるサファイア基板である第２部材を作製する。そして、第１部材および第２部材を接合する。その後、例えばダイシング等で切り分けることで、複数のＳＡＷデバイス１を得ることができる。

次に、ＳＡＷデバイス１の製造方法は、サファイア基板１１の第１面１２にＬＴ基板５０を接合する接合工程（図３（ａ））と、サファイア基板１１とＬＴ基板５０との接合体の少なくともＬＴ基板側５０を研磨する研磨工程（図３（ｂ））と、サファイア基板１１とＬＴ基板５０を連通する貫通孔１５を形成する貫通孔形成工程（図示せず）と、貫通孔１５に導体を充填してビア導体３４を形成するビア導体形成工程（図３（ｃ））と、ＬＴ基板５０にＳＡＷ素子６２を載置するとともにＳＡＷ素子６２とビア導体３４とを接続する載置・接続工程（図３（ｄ））と、サファイア基板からなる底部１１と、蓋体部２０とを接合する接合工程（図３（ｅ））とを有する。なお、蓋体部２０に変えて、蓋部２２と側部２３とを用いてもよい。貫通孔形成工程では、サファイア基板１１の第２主面１４の側からレーザーを照射して貫通孔１５を形成する。

まず図３（ａ）に示すように、第１主面１２を有するサファイア基板１１とＬＴ基板５０とを準備する。サファイア基板１１は、例えば、厚さが約１００μｍである。厚さ１００μｍのサファイア基板１１は、自重で大きく撓んだりすることなく容易にハンドリングすることができる比較的高い強度を有する。ＬＴ基板５０は厚さが約２５０μｍの基板である。ＬＴはサファイアに比べると極端に脆いが、２５０μｍと比較的厚いＬＴ基板５０は、自重で大きく撓んだりすることなく容易にハンドリングすることができる程度の強度を有する。これら基板を、例えば上述した固相接合技術を用いて接合する。

次に、サファイア基板１１とＬＴ基板５０との接合体において、例えば機械研磨や機械化学研磨（ＣＭＰ）等によってＬＴ基板５０側を研磨し、ＬＴ基板５０の厚みを約２５μｍの厚さまで低減する（図３（ｂ））。比較的脆いＬＴは割れ易く、薄く研磨すること自体が難しい。本実施形態では、ＬＴ基板５０がサファイア基板１１に接合された状態となっているので、サファイア基板１１とＬＴ基板５０との接合体は、比較的高い強度を有する。本実施形態ではこれにより、ＬＴ基板５０を約２５μｍと比較的薄くすることができる。このように、サファイア基板１１とＬＴ基板５０とを接合することで、ＬＴ基板５０を約２５μｍの厚さまで薄くしても、自重による大きな撓みや割れが発生することなくハンドリングが容易となっている。

次に、例えば短パルスレーザーの照射によって、サファイア基板１１とＬＴ基板５０との接合体に貫通孔１５を形成する。例えばスポット系が０．１ｍｍ、パルス幅が０．２ｍｓ以下のＹＡＧレーザーを、サファイア基板１１の第２主面１４から連続照射することで、サファイア基板１１とＬＴ基板５０とを連通する貫通孔１５（第１貫通孔５１と第２貫通孔５５)を形成する。貫通孔１５の中心軸Ｃの方向は、レーザーの照射方向にほぼ一致した状態で形成可能であり、レーザーの照射方向を調整することで、貫通孔１５の中心軸Ｃの方向を制御することができる。

また、第２主面１４の側から短パルスレーザーを照射して貫通孔１５を形成すると、第２主面１４の側に近い方が累積的に与えられたエネルギーが大きくなり、第２主面１４の側に近い方の径が大きくなり易い。第２主面１４の側から短パルスレーザーを照射することで、第１主面１２から第２主面１４に近づくにつれて径が広がっている第１貫通孔５１を形成することができる。また、このようなレーザー照射で貫通孔１５を形成することで、第１貫通孔５１の内面に、単結晶サファイアが単パルスレーザーによって一度溶融した後に比較的短時間で降温して固化することで形成された、多結晶アルミナを生じさせることができる。これにより、第１貫通孔５１は内面に第１改質部５８を配置することができる。またこの多結晶アルミナをＬＴ基板５０側にはみ出るように生じさせることで、第２貫通孔５９の内面にも、多結晶アルミナからなる第２改質部５９を配置することができる。

次に、貫通孔１５に導体を充填してビア導体３４を形成する（図３（ｃ））。例えばスキージ等を用いて金属ペーストを貫通孔１５に押しこむことで充填させてもよい。または、金等の金属を主成分とするワイヤを貫通孔１５に挿通した後、このワイヤを、熱や圧力によって変形させることで貫通孔１５に金属を充填させて、ビア導体３４を形成してもよい。

次に、ＬＴ基板５０にＳＡＷ素子６２を形成し、電極層６１を介してＳＡＷ素子６２とビア導体３４とを接続する（図３（ｄ））。ＳＡＷ素子６２は、フォトリソグラフィ技術やエッチング技術、成膜技術等を含むいわゆる薄膜形成技術を用いて、ＬＴ基板５０の表面を加工することで形成すればよい。ＳＡＷ素子６２を形成した後、またはＳＡＷ素子６２の形成と同時に、例えばスパッタや物理蒸着によって、ＬＴ基板５０の一方主面５２に、例えば金を主成分とする電極層６１を形成すればよい。

次に、図３（ｅ）に示すように、図３（ａ）〜（ｄ）を経たサファイア基板１１と、蓋部材２０とを、例えば固相接合法を用いて接合する。本実施形態では、蓋部材２０は、例えばフォトリソグラフィ技術やエッチング技術を用いて第２のサファイア基板２０（図２参照）に複数の凹部２４を形成することで作製すればよい。

図３（ｅ）の工程の後、例えばダイシングによって複数の領域に分割して、図１に示すＳＡＷデバイス１を複数作製することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。

１ＳＡＷデバイス
１１底部（サファイア基板）
１５貫通孔
２０蓋体部
２２蓋部
２３側部
３２導電体
３４ビア導体
５０ＬＴ基板
５１ＳＡＷ素子
６１電極層

Claims

ＳＡＷ素子と、該ＳＡＷ素子に繋がる導電体と、前記ＳＡＷ素子を含むＬＴ基板と、前記ＳＡＷ素子を含む前記ＬＴ基板を収容する筐体とを有し、
前記筐体は、蓋部と側部と底部とを有し、
該底部は、サファイア基板からなり、前記筐体の内面にあたる前記サファイア基板の第１面に前記ＬＴ基板が位置し、前記第１面の反対の第２面が、前記筐体の外表面をなし、
前記導電体は、前記サファイア基板および前記ＬＴ基板を連通する貫通孔に位置するビア導体を備えており、
前記サファイア基板を貫通する第１貫通孔は、内面の少なくとも一部に、多結晶アルミナからなる第１改質部を有し、
前記ＬＴ基板を貫通する第２貫通孔は、前記第１貫通孔側の内面に、前記第１改質部がはみ出してなる第２改質部を有することを特徴とするＳＡＷデバイス。
前記貫通孔のうち、前記サファイア基板を貫通する第１貫通孔は、前記第２面における開口径が前記第１面における開口径より大きいことを特徴とする請求項１記載のＳＡＷデバイス。
前記第１貫通孔は、前記第１面から前記第２面に向かって径が漸増していることを特徴とする請求項２に記載のＳＡＷデバイス。
前記サファイア基板を貫通する第１貫通孔は、前記第１面における開口の中心と、前記第２面における開口の中心とを結ぶ中心軸が、前記第１面の垂線に対して傾いていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＳＡＷデバイス。
前記第１貫通孔は、内面全体に、前記第１改質部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＳＡＷデバイス。
前記第２貫通孔は、内面全体に、前記第２改質部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＳＡＷデバイス。
前記サファイア基板は、厚みが０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のＳＡＷデバイス。
前記ＬＴ基板は、厚みが前記サファイア基板より小さいことを特徴とする請求項１〜７
のいずれかに記載のＳＡＷデバイス。
ＳＡＷ素子と、該ＳＡＷ素子に繋がる導電体と、前記ＳＡＷ素子が載置されたＬＴ基板と、前記ＳＡＷ素子が載置された前記ＬＴ基板を収容する筐体とを有し、
サファイア基板の第１面に前記ＬＴ基板を接合する接合工程と、
前記サファイア基板と前記ＬＴ基板との接合体の少なくとも前記ＬＴ基板側を研磨する研磨工程と、
前記サファイア基板と前記ＬＴ基板を連通する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記貫通孔に導体を充填してビア導体を形成するビア導体形成工程と、
前記ＬＴ基板に前記ＳＡＷ素子を形成するとともに前記ＳＡＷ素子と前記ビア導体とを接続する載置・接続工程と、
前記サファイア基板からなる底部と、蓋部および側部、または、蓋部および側部からなる蓋体部とを接合する接合工程とを有し、
前記貫通孔形成工程では、前記サファイア基板の前記第１面の反対の第２面側からレーザーを照射して貫通孔を形成するとともに、前記貫通孔の内面において前記サファイア基板を溶融した後に固化することで、前記貫通孔の内面に前記サファイア基板から前記ＬＴ基板にはみ出るように多結晶アルミナからなる改質部を形成することを特徴とするＳＡＷデバイスの製造方法。