JP6743830B2 - 弾性波装置 - Google Patents

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Description

本発明は、フリップチップ実装される弾性波装置に関する。
電子デバイスを小型化および低背化するための実装手段として、フリップチップ実装が挙げられる。
図７は、特許文献１に開示された電子デバイスの断面図である。同図に記載された弾性波装置５００は、基板５１０と、振動部５１２と、パッド５１３と、支持層５１５と、カバー層５１６と、保護層５１７と、ビア導体５２１と、外部電極５２０とを備える。振動部５１２は、基板５１０の一方の主面５１０ａに形成されている電極５１１を有する。パッド５１３は、電極５１１と電気的に接続されている。支持層５１５は、振動部５１２の周囲を囲むように設けられている。カバー層５１６は、支持層５１５と、振動部５１２を覆うように設けられ、振動部５１２の周囲に中空空間５１４を形成しており、合成ゴムと樹脂とを少なくとも含むシートである。保護層５１７は、フラックス耐性を有する樹脂からなる。ビア導体５２１は、保護層５１７、カバー層５１６および支持層５１５を貫通し、パッド５１３に接続されている。外部電極５２０は、ビア導体５２１の保護層５１７側の端部に設けられ、はんだバンプからなる。この構成によれば、外部電極５２０を用いて実装する際に中空空間５１４の内部へのフラックスの流入を抑制し、中空空間５１４の液密性が高い弾性波装置を提供することが可能となる。
国際公開第２００９／１０４４３８号
しかしながら、特許文献１に記載された弾性波装置では、当該弾性波装置が外部実装基板等に実装された場合に当該弾性波装置に高温および低温のサイクルがかかると、当該弾性波装置が膨張および収縮を繰り返し、当該弾性波装置の接合部に熱衝撃がかかってしまう。そのため、当該弾性波装置にかかる熱衝撃に対する耐性が低いと、当該弾性波装置の接合部が破断してしまうという問題がある。より具体的には、熱衝撃を繰り返し与えると、はんだバンプにクラックが発生してしまう。特に、はんだバンプの強度的に最も弱い部分は、はんだバンプ（外部電極５２０）とビア導体５２１との境界付近である。
そこで、本発明は、熱衝撃に対する耐性が高いフリップチップ実装型の弾性波装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る弾性波装置は、圧電基板と、前記圧電基板の表面上に形成された機能電極と、前記圧電基板の表面上に形成された電極パッドと、前記圧電基板の表面上に、前記機能電極を囲むように形成された支持部材と、前記支持部材上に形成されており、前記支持部材および前記圧電基板と共に前記機能電極を中空空間で封止しているカバー部材と、前記電極パッドに接合されたビア導体と、前記ビア導体上に接合されたバンプと、を備え、前記ビア導体における前記バンプとの接合面における形状は、前記バンプ側に凸の曲面形状である。
弾性波の伝搬機能を有する圧電基板がパッケージ機能を兼ねた、いわゆるＷＬＰ（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｐａｃｋａｇｅ）構造を有し、外部実装基板等との機械的および電気的な接続媒体であるバンプを有する弾性波装置では、熱衝撃により当該バンプとビア導体との界面付近にクラックが発生する可能性がある。これに対して、上記構成によれば、ビア導体の接合面形状がバンプ側に凸の曲面形状であるので、当該接合面形状がバンプ側に凸の曲面形状でない場合と比較して、バンプ内に接合界面に沿って発生する亀裂の進展距離が長くなる。つまり、バンプにおけるオープン不良に至るまでの亀裂の進展距離が延長されることで耐熱衝撃性が向上する。よって、熱衝撃などによるバンプの破損を低減できるので、熱衝撃に対する耐性が高いＷＬＰ型の弾性波装置を提供することが可能となる。
また、前記ビア導体は、前記カバー部材及び前記支持部材を貫通し、前記バンプは、前記カバー部材から突出するように形成されていてもよい。
これにより、外部実装基板等との接続媒体であるバンプは、圧電基板の表面側（カバー部材側）に形成されている。本構造において、ビア導体の接合面形状がバンプ側に凸の曲面形状であるので、ビア導体およびバンプのうち機械強度の低いほうのバンプ内で接合界面に沿って発生する亀裂の進展距離が長くなる。また、ビア導体の接合面形状を上記曲面形状とすることで、ビア導体の径を変えること無く、ビア導体とバンプとの接触面積を拡大することが可能となる。よって、熱衝撃などによるバンプの破損を低減できるので、熱衝撃に対する耐性が高いＷＬＰ構造を有する小型かつ低背の弾性波装置を提供することが可能となる。
また、前記ビア導体の前記バンプとの接合面における凸部は、前記カバー部材よりも突出していてもよい。
これにより、ビア導体のバンプとの接合面は、カバー部材のビア開口の大きさの制限を受けない。よって、ビア導体とバンプとの接触面積を拡大できるので、バンプ内で接合界面に沿って発生する亀裂の進展距離をより長くすることが可能となる。つまり、上記亀裂の進展距離を、カバー部材のビア開口径に関係なく、バンプサイズによって決定できるので、耐熱衝撃性が向上する。
また、前記ビア導体は、前記圧電基板を貫通するように前記圧電基板内に形成され、前記バンプは、前記圧電基板の裏面から突出するように形成されていてもよい。
これにより、外部実装等との接続媒体であるバンプは、圧電基板の裏面側に形成されている。本構造によれば、弾性波が伝搬する中空空間の放熱性が良好となる。また、ビア導体の接合面形状がバンプ側に凸の曲面形状であるので、ビア導体およびバンプのうち機械強度の低いバンプ内で接合界面に沿って発生する亀裂の進展距離が長くなる。また、ビア導体の接合面形状を上記曲面形状とすることで、ビア導体の径を変えること無く、ビア導体とバンプとの接触面積を拡大することが可能となる。よって、熱衝撃などによるバンプの破損を低減できるので、熱衝撃に対する耐性が高いＷＬＰ構造を有する小型かつ低背の弾性波装置を提供することが可能となる。
また、前記ビア導体における前記バンプとの接合面における凸部は、前記圧電基板よりも下方に突出していてもよい。
これにより、ビア導体のバンプとの接合面は、圧電基板裏面のビア開口の大きさの制限を受けない。よって、ビア導体とバンプとの接触面積を拡大できるので、バンプ内で接合界面に沿って発生する亀裂の進展距離をより長くすることが可能となる。つまり、上記亀裂の進展距離を、圧電基板裏面のビア開口径に関係なく、バンプサイズによって決定できるので、耐熱衝撃性が向上する。
また、前記ビア導体は、前記バンプとの接合面における凸部を除き、前記電極パッドとの接続面から前記バンプとの接合面に向かうにつれて、前記圧電基板の面方向の断面積が大きくなっていてもよい。
本形状を有するビア導体を、例えば、金属を等方的に成長させるめっき法により形成する場合、ビア導体を配置するビアの断面積が電極パッド側からバンプ側へ向かうにつれて大きくなるテーパ形状であるので、ビア導体の凸部形状はテーパ角に従った曲率を有することとなる。よって、ビア導体のバンプとの接合面形状を、バンプ側に凸の球面形状とすることが可能である。
また、本発明の一態様に係る弾性波装置は、圧電基板と、前記圧電基板の表面に形成され、当該圧電基板を伝搬する弾性波を電気信号に変換、または、電気信号を前記弾性波に変換するための機能電極と、前記圧電基板が実装された実装基板と、前記圧電基板の表面、または、前記実装基板の主面に形成され、前記電気信号を前記機能電極から取り出す、または、電気信号を前記機能電極に供給するための電極と、前記電極と接合されたバンプと、前記圧電基板を前記実装基板に封止する封止部材と、を備え、前記電極の前記バンプとの接合面形状は、前記バンプ側に凸の曲面形状である。
これにより、弾性波装置は、弾性波が伝搬する中空空間を封止部材で封止した、いわゆるＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅｄ Ｐａｃｋａｇｅ）構造を有している。本構造において、電極の接合面形状がバンプ側に凸の曲面形状であるので、バンプ内で接合界面に沿って発生する亀裂の進展距離が長くなる。よって、熱衝撃に対する耐性が高いＣＳＰ構造を有する弾性波装置を提供することが可能となる。
本発明によれば、バンプ内に接合界面に沿って発生する亀裂の進展距離が長くなり、耐熱衝撃性が向上する。よって、熱衝撃によるバンプの破損を低減できるので、熱衝撃に対する耐性が高い弾性波装置を提供することが可能となる。
図１は、実施の形態１に係る弾性波装置の断面図である。 図２Ａは、実施の形態１に係る弾性波装置のバンプ付近の断面図である。 図２Ｂは、比較例に係る弾性波装置のバンプ付近の断面図である。 図３は、実施の形態１の変形例１に係る弾性波装置の断面図である。 図４は、実施の形態１の変形例２に係る弾性波装置のバンプ付近の断面図である。 図５は、実施の形態２に係る弾性波装置の断面図である。 図６は、実施の形態３に係る弾性波装置の断面図である。 図７は、特許文献１に開示された弾性波装置の断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置、接続形態、製造工程、及び、製造工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさまたは大きさの比は、必ずしも厳密ではない。
（実施の形態１）
［１．１ 弾性波装置１の構成］
図１は、実施の形態１に係る弾性波装置１の断面図である。同図に示された弾性波装置１は、圧電基板１０と、振動部１２と、電極パッド１３と、支持層１５と、第１カバー層１６と、第２カバー層１７と、アンダーバンプメタル（以下、ＵＢＭと記す）２１と、バンプ２０とを備える。本実施の形態に係る弾性波装置１は、弾性波の伝搬機能を有する圧電基板１０がパッケージ機能を兼ねた、いわゆるＷＬＰ（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｐａｃｋａｇｅ）構造を有し、小型化かつ低背化を実現している。このような弾性波装置１は、例えば、所定の周波数帯域の高周波信号を選択的に通過させる弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）フィルタに適用される。
振動部１２は、圧電基板１０の表面１０ａに形成されているＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極１１を有する。ＩＤＴ電極１１は、圧電基板１０を伝搬する弾性波を電気信号に変換する、または電気信号を当該弾性波に変換する機能電極である。電極パッド１３は、ＩＤＴ電極１１と電気的に接続された状態で圧電基板１０の表面１０ａに形成され、ＩＤＴ電極１１で変換された電気信号を取り出す、または、電気信号をＩＤＴ電極１１に供給する。
圧電基板１０は、例えば、ＬｉＮｂＯ３単結晶またはＬｉＴａＯ３単結晶で構成された基板である。また、ＩＤＴ電極１１は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、それらの積層体、またはそれらの合金を主材料とした櫛歯状電極である。
支持層１５は、ＩＤＴ電極１１を囲むように形成された支持部材である。第１カバー層１６は、支持層１５上に形成され、第２カバー層１７は、第１カバー層１６上に形成されている。第１カバー層１６および第２カバー層１７は、カバー部材を構成している。なお、カバー部材は、第１カバー層１６および第２カバー層１７の２層で構成されている必要はなく、例えば第１カバー層１６のみで構成されてもよい。
上記構成により、圧電基板１０、支持層１５、第１カバー層１６、および第２カバー層１７は、ＩＤＴ電極１１を中空空間１４で封止している。
支持層１５は、例えば、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテン（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ：ＢＣＢ）、ポリベンゾオキサゾール（Ｐｏｌｙｂｅｎｚｏｘａｚｏｌｅ：ＰＢＯ）、金属及び酸化珪素の少なくとも一つを含む材料から構成される。
第１カバー層１６は、例えば、エポキシ、ウレタン、フェノール、ポリエステル、ＢＣＢ及びＰＢＯの少なくとも一つを含む材料から構成される。
第２カバー層１７は、例えば、ポリイミド、エポキシ、ＢＣＢ、ＰＢＯ、珪素、酸化珪素、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３の少なくとも一つを含む材料から構成される。
第１カバー層１６、第２カバー層１７、および支持層１５には、圧電基板１０の表面１０ａに形成された電極パッド１３に達するビアホール（貫通孔）１８が形成されている。ビアホール１８には、ビア導体としてＵＢＭ２１が充填されている。ＵＢＭ２１は、電極パッド１３に接合された第１電極であり、第１カバー層１６、第２カバー層１７、および支持層１５を貫通し、圧電基板１０の上方に形成されている。そして、ＵＢＭ２１上には、外部に露出するバンプ２０が形成されている。ＵＢＭ２１は、例えば、電界めっき法によりビアホール１８に充填されたＣｕ／Ｎｉ合金およびＮｉ／Ａｕ合金などが挙げられる。なお、ＵＢＭ２１の表面に、酸化防止のためのＡｕ膜が形成されてもよい。
バンプ２０は、ＵＢＭ２１の電極パッド１３と接合されていない面に接合され、第２カバー層１７から突出するように形成された外部接続電極である。バンプ２０は、高導電性金属で構成されたボール状の電極であり、例えば、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕで構成されたはんだバンプ、および、Ａｕを主成分とするバンプなどが挙げられる。
ここで、ＵＢＭ２１のバンプ２０との接合面の形状は、バンプ２０側に凸の曲面形状となっている。特に、本実施の形態では、ＵＢＭ２１のバンプ２０との接合面の形状は、バンプ２０側に凸の球面形状となっている。
なお、曲面形状とは、複数の平面が接続されて構成された多面体の表面形状を含む。
また、図１では、ビアホール１８、ＵＢＭ２１、およびバンプ２０を１組とした電極は、中空空間１４を挟んで２組だけ表されているが、弾性波装置１の入出力端子およびＧＮＤ端子の数、ならびに、外部実装基板への接合強度のバランスなどに応じた数の電極が配置されている。そして、複数の電極と外部実装基板が有するランド電極とを対向させ、バンプ２０へ超音波印加、加熱、またはそれらの組み合わせを施すことにより、弾性波装置１が機械的かつ電気的に外部実装基板にフリップチップ実装される。
［１．２ バンプ接合面形状の比較］
図２Ａは、実施の形態１に係る弾性波装置１のバンプ付近の断面図である。また、図２Ｂは、比較例に係る弾性波装置５００のバンプ付近の断面図である。図２Ａに示すように、本実施の形態に係る弾性波装置１では、ＵＢＭ２１のバンプ２０との接合面の形状は、バンプ２０側に凸の球面形状となっている。一方、図２Ｂに示すように、比較例に係る弾性波装置５００では、ＵＢＭ５２１のバンプ５２０との接合面の形状は、平面形状となっている。
上述したＷＬＰ構造を有し、外部実装基板との機械的および電気的な接続媒体であるバンプを有する弾性波装置では、熱衝撃試験により、バンプとＵＢＭとの間に応力がかかり、バンプとＵＢＭとの接合面付近を起点として亀裂が発生する可能性がある。また、当該亀裂は、上記接合面自体に発生するよりも、バンプおよびＵＢＭのうち機械的強度が低いほうのバンプ内に選択的に発生する。
比較例に係る弾性波装置５００の場合、ＵＢＭ５２１の接合面形状が平面形状であるので、図２Ｂに示すように、バンプ５２０内であって接合界面に沿った直線方向（図中の水平方向）に亀裂が進展していく。
これに対して、本実施の形態に係る弾性波装置１の場合、ＵＢＭ２１の接合面形状がバンプ２０側に凸の球面形状であるので、バンプ２０内の接合界面付近に発生する亀裂の進展方向は水平方向とはならず、亀裂の発生を抑制できる。仮に、亀裂が発生した場合であっても、例えば、図２Ａに示すように、亀裂の進展方向は、バンプ２０外周の上記接合界面を起点として、バンプ２０の中心方向、または、上記接合面に沿った方向となる。このため、弾性波装置５００と比較して、亀裂の進展距離を長く確保できる。上記亀裂は熱衝撃のサイクル数が増加するにつれて進展していく傾向があるので、上記亀裂がバンプ内を完全に横断しオープン不良に至るまでの亀裂の進展距離が延長されることで正常状態を維持できる熱衝撃サイクル数を増加させることができ、耐熱衝撃性が向上する。
また、比較例に係る弾性波装置５００の場合、熱衝撃耐性を向上させるため、ビア導体５２１の径を大きくすることが挙げられるが、ビア導体５２１の径を大きくすると、バンプパッドも大きくなってしまう。このため、小型かつ低背を特徴とするフリップチップ型の設計自由度が低下するという問題がある。
これに対して、本実施の形態に係る弾性波装置１の場合、ＵＢＭ２１の接合面形状を上記曲面形状とすることで、アンダーバンプメタルを形成するビアの径を変えること無く、ＵＢＭ２１とバンプ２０との接触面積を拡大することが可能となる。よって、熱衝撃などによるバンプの破損を低減できるので、熱衝撃に対する耐性が高いＷＬＰ型の弾性波装置１を提供することが可能となる。
なお、本実施の形態では、ＵＢＭ２１のバンプ２０との接合面の形状は、バンプ２０側に凸の球面形状となっているが、これに限られない。ＵＢＭ２１のバンプ２０との接合面の形状は、バンプ２０側に凸の曲面形状であればよい。これによれば、バンプ２０内であって接合界面に発生する亀裂の進展方向は、図２Ｂに示されたような水平方向とはならないため、弾性波装置５００と比較して、進展距離を長く確保できる。
［１．３ 変形例１に係る弾性波装置１Ａ］
図３は、実施の形態１の変形例１に係る弾性波装置１Ａの断面図である。同図に示された弾性波装置１Ａは、圧電基板１０と、振動部１２Ａと、電極パッド１３と、支持層１５と、第１カバー層１６と、第２カバー層１７と、ＵＢＭ２３と、バンプ２２とを備える。同図に示された弾性波装置１Ａは、実施の形態１に係る弾性波装置１と比較して、ＵＢＭ２３が充填されるビアホール１８Ａの形状が異なる。以下、変形例１に係る弾性波装置１Ａについて、弾性波装置１と同じ構成は説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
第１カバー層１６、第２カバー層１７、および支持層１５には、圧電基板１０の表面１０ａに形成された電極パッド１３に達するビアホール１８Ａが形成されている。ビアホール１８Ａには、ビア導体としてＵＢＭ２３が充填されている。ＵＢＭ２３上には、外部に露出するバンプ２２が形成されている。
ここで、ビアホール１８Ａの側壁面形状は、電極パッド１３からバンプ２２に向かうにつれて広がっていく円錐形状（テーパ形状）となっている。つまり、図３に示すように、ビアホール１８Ａの側壁面と電極パッド１３の上面とのなす角度であるテーパ角度θ２３は、９０ｄｅｇよりも大きくなっている。これに対応して、ビアホール１８Ａ内に充填されたＵＢＭ２３は、バンプ２２との接合面における凸部を除き、電極パッド１３との接続面からバンプ２２との接合面に向かうにつれて、圧電基板１０の面方向の断面積が大きくなっている。
ＵＢＭ２３を、例えば、金属を等方的に成長させる特性を有するめっき法によりビアホール１８Ａ内に形成する場合、ビアホールの側壁が垂直である場合にはＵＢＭの接合面は平面となる。これに対して本変形例では、ビアホール１８Ａの側壁面形状が上記のようなテーパ形状であるので、ＵＢＭ２３の凸部形状はテーパ角度θ２３に従った曲率を有することとなる。より具体的には、テーパ角度θ２３が大きいほど、上記凸部形状の曲率は大きくなる。ビアホール１８ＡおよびＵＢＭ２３の上記テーパ形状によれば、ＵＢＭ２３のバンプ２２との接合面形状を、曲率の高い球面形状とすることが可能である。よって、熱衝撃などにより発生するバンプ２２の亀裂の進展距離をより長くでき、また、ＵＢＭ２３とバンプ２２との接合面積を大きくすることができるので、耐熱衝撃性が向上する。よって、熱衝撃などによるバンプの破損を低減できるので、熱衝撃に対する耐性が高いＷＬＰ型の弾性波装置１Ａを提供することが可能となる。
また、ビアホール１８ＡおよびＵＢＭ２３を、バンプ２２から電極パッド１３に向かうにつれて細くなっていく円錐形状（テーパ形状）としているので、必要とされるバンプの大きさに対して、電極パッド１３の面積を小さくすることができる。よって、複数の電極パッド１３の間に形成される振動部１２Ａの面積（ＡＩＤＴ）を広く確保できるので、ＩＤＴ電極１１などを配置するための設計の自由度が向上する。
［１．４ 変形例２に係る弾性波装置１Ｂ］
図４は、実施の形態１の変形例２に係る弾性波装置１Ｂのバンプ付近の断面図である。弾性波装置１Ｂは、圧電基板１０と、振動部１２Ａと、電極パッド１３と、支持層１５と、第１カバー層１６と、第２カバー層１７と、ＵＢＭ２５と、バンプ２４とを備える。本変形例に係る弾性波装置１Ｂは、実施の形態１に係る弾性波装置１と比較して、ＵＢＭ２５とバンプ２４との接合面の、カバー部材に対する相対高さが異なる。以下、変形例２に係る弾性波装置１Ｂについて、弾性波装置１と同じ構成は説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
ビアホール１８には、ビア導体としてＵＢＭ２５が充填されている。ＵＢＭ２５上には、外部に露出するバンプ２４が形成されている。ここで、ＵＢＭ２５のバンプ２４との接合面における凸部は、第２カバー層１７よりも上方に突出している。図４に示すように、ＵＢＭ２５のバンプ２４との接合面における凸部は、第２カバー層１７の上面よりもｈＴだけ高い。
これにより、ＵＢＭ２５のバンプ２４との接合面は、ビアホール１８の開口の大きさの制約を受けない。よって、ＵＢＭ２５とバンプ２４との接合面積を上記開口以上に拡大できるので、バンプ２４内で接合界面に沿って発生する亀裂の進展距離をより長くすることが可能となる。つまり、上記亀裂の進展距離を、カバー部材のビア開口径に関係なく、必要とされるバンプサイズに応じて決定できるので、耐熱衝撃性が向上する。よって、熱衝撃などによるバンプの破損を低減できるので、熱衝撃に対する耐性が高い弾性波装置１Ｂを提供することが可能となる。
［１．５ 実施例］
ここでは、変形例２に係る弾性波装置１Ｂと比較例に係る弾性波装置５００とを、以下のように作製し、耐熱衝撃性を評価した結果を説明する。
まず、上記ＷＬＰ構造を有する弾性波装置１Ｂの製造工程を説明する。
圧電基板１０の表面１０ａに、ＩＤＴ電極１１および電極パッド１３を含む導電パターンを形成した後、振動部１２の周囲に支持層１５を形成した。支持層１５には感光性ポリイミド系樹脂を表面１０ａ全体に塗布した後、振動部１２の周囲をフォトリソグラフィ技術により開口（除去）した。
次に、第１カバー層１６となるシート材と第２カバー層１７となるシート材とを予め積層したシート状の複合材をラミネートにより支持層１５上に設けることにより、第１カバー層１６および第２カバー層１７を同時に形成した。第１カバー層１６には低温硬化プロセスが可能となる非感光性エポキシ系フィルムを用いた。また、第２カバー層１７にはポリイミド系樹脂を用いた。
次に、レーザー加工により、第２カバー層１７、第１カバー層１６、および支持層１５を貫通し、底部に電極パッド１３が露出するビアホール１８を形成した。そして、ビアホール１８に充填されるビア導体として、Ｃｕ／Ｎｉの電解めっきでＵＢＭ２５を形成し、ＵＢＭ２５の表面に酸化防止のための厚さ０．０５〜０．１μｍ程度のＡｕを形成した。
次に、ＵＢＭ２５の直上に、メタルマスクを介して、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ等のはんだペーストを印刷した。そして、はんだペーストが溶解する２６０℃で加熱することで、はんだをＵＢＭ２５と固着させ、フラックス洗浄剤によりフラックスを除去し、球状のバンプ２４を形成した。その後、ダイシング等でチップを切り出し、１．２ｍｍ×１．６ｍｍ×０．１２ｍｍの弾性波装置１Ｂを作製した。支持層１５の高さは１４μｍ、第１カバー層１６の厚みは１２．５μｍ、第２カバー層１７の厚みは１７．５μｍとした。
なお、比較例に係る弾性波装置５００についても、上述した弾性波装置１Ｂの製造工程と同様の工程にて作製した。
ただし、変形例２に係る弾性波装置１Ｂの製造工程については、以下のような措置を行った。すなわち、ビアホール１８の形成工程では、レーザー加工条件を最適化することにより、ビアホール１８の側壁面形状が、電極パッド１３からバンプ２４に向かうにつれて広がっていくテーパ形状（表１では高テーパと記載）とした。また、ビアホール１８内へのＵＢＭ２５の形成工程では、Ｃｕ／Ｎｉの充填量を最適化することにより、ＵＢＭ２５のバンプ２４との接合面における凸部が、第２カバー層１７の上面よりもｈＴだけ高くなるようＵＢＭ２５を形成した。なお、本実施例において、ｈＴ＝１０μｍ（表１では＋１０と記載）とした。これに対して比較例に係る弾性波装置５００では、ＵＢＭのバンプとの接合面における最上部が、第２カバー層１７の上面よりも１０μｍだけ低く（ｈＴ＝−１０μｍ）なるようＵＢＭを形成した（表１では−１０と記載）。
表１に、上記製造工程により製造した弾性波装置１Ｂおよび弾性波装置５００に対して、熱衝撃試験を行った結果を示す。
Figure 0006743830
表１では、実施例および比較例に係る弾性波装置のそれぞれにおいて、実装基板としてＰＣＢ基板およびＬＴＣＣ基板の２種類に実装した結果を示している。また、熱衝撃試験の条件は、−４０℃３０分間から１２５℃３０分間への急激な遷移およびその逆遷移を１サイクルとしたものである。ＯＫ（表１の○）およびＮＧ（表１の×）の判定は、熱サイクル投入後におけるバンプおよびＵＢＭの抵抗変化を測定し、±１．０Ω以内の変化をＯＫとした。また、試験母数は、それぞれ３０個程度であった。
表１から解るように、比較例に係る弾性波装置５００では、実装基板の種類によらず、すでに４６５サイクルの熱衝撃によりＮＧ品が発生した。これに対して、実施例に係る弾性波装置１Ｂでは、実装基板の種類によらず、８００サイクルの熱衝撃を与えてもＮＧ品は発生しなかった。
以上の比較実施例により、実施例に係る弾性波装置１Ｂによれば、耐熱衝撃性が向上する。これは、バンプ２４内で接合界面に沿って発生する亀裂の進展距離をより長くすることが可能となったこと、および、上記亀裂の進展距離をカバー部材のビア開口径に関係なく、必要とされるバンプサイズに応じて決定できることによるものと考えられる。つまり、本実施例より、熱衝撃などによるバンプの破損を低減でき、熱衝撃に対する耐性が高い弾性波装置１Ｂを提供できることが解る。
（実施の形態２）
［２．１ 弾性波装置２の構成］
本実施の形態に係る弾性波装置２は、実施の形態１に係る弾性波装置と同様にＷＬＰ構造を有するものであるが、ＩＤＴ電極１１が形成された圧電基板１０の表面側にバンプが形成されるのではなく、圧電基板の裏面側にバンプが形成される構造を有する。
図５は、実施の形態２に係る弾性波装置２の断面図である。同図に示された弾性波装置２は、圧電基板１０と、振動部１２と、電極パッド１３と、支持層２６と、カバー層２７と、ＵＢＭ２９と、バンプ２８とを備える。本実施の形態に係る弾性波装置２は、弾性波の伝搬機能を有する圧電基板１０がパッケージ機能を兼ねた、いわゆるＷＬＰ構造を有し、小型化かつ低背化を実現している。このような弾性波装置２は、例えば、ＳＡＷフィルタに適用される。なお、図５には、弾性波装置２が、バンプ２８を介して外部実装基板５に実装されている態様が表されている。以下、本実施の形態に係る弾性波装置２について、実施の形態１に係る弾性波装置１と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
支持層２６は、ＩＤＴ電極１１を囲むように形成された支持部材である。カバー層２７は、支持層２６上に形成されたカバー部材である。なお、カバー層２７は、実施の形態１にように複数層で構成されてもよい。
上記構成により、圧電基板１０、支持層２６、およびカバー層２７は、ＩＤＴ電極１１を中空空間１４で封止している。
圧電基板１０には、電極パッド１３に達するビアホール１９が形成されている。ビアホール１９には、ビア導体としてＵＢＭ２９が充填されている。ＵＢＭ２９は、電極パッド１３に接合されたビア導体であり、圧電基板１０を貫通するように圧電基板１０の内方に形成されている。そして、ＵＢＭ２９上には、外部に露出するバンプ２８が形成されている。ＵＢＭ２９は、例えば、電界めっき法によりビアホール１９に充填されたＣｕ／Ｎｉ合金およびＮｉ／Ａｕ合金などが挙げられる。なお、ＵＢＭ２９の表面に、酸化防止のためのＡｕ膜が形成されてもよい。また、図５のように、ビアホール１９の内壁および電極パッド１３の下面に、予め金属膜が形成されていてもよい。
バンプ２８は、ＵＢＭ２９の電極パッド１３と接合されていない面に接合され、圧電基板１０から突出するように形成された外部接続電極である。ここで、ＵＢＭ２９のバンプ２８との接合面の形状は、バンプ２８側に凸の曲面形状となっている。特に、本実施の形態では、ＵＢＭ２９のバンプ２８との接合面の形状は、バンプ２８側に凸の球面形状となっている。バンプ２８は、高導電性金属で構成されたボール状の電極であり、例えば、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕで構成されたはんだバンプ、および、Ａｕを主成分とするバンプなどが挙げられる。
なお、図５では、ビアホール１９、ＵＢＭ２９、およびバンプ２８を１組とした電極は、中空空間１４を挟んで２組だけ表されているが、弾性波装置２の入出力端子およびＧＮＤ端子の数、ならびに、外部実装基板５への接合強度のバランスなどに応じた数の電極が配置されている。そして、複数の電極と外部実装基板５が有するランド電極５３とを対向させ、バンプ２８へ超音波印加、加熱、またはそれらの組み合わせを施すことにより、弾性波装置２が機械的かつ電気的に外部実装基板５にフリップチップ実装される。
上記構成によれば、ＵＢＭ２９の接合面形状がバンプ２８側に凸の球面形状であるので、バンプ２８内の接合界面付近に発生する亀裂の進展方向は水平方向とはならない。例えば、亀裂の進展方向は、バンプ２８外周の上記接合界面を起点として、バンプ２８の中心方向、または、上記接合界面に沿った方向となる。このため、上記接合界面が平面である従来の弾性波装置と比較して、亀裂の進展距離を長く確保できる。つまり、上記亀裂は熱衝撃のサイクル数の増加につれて進展していくので、上記亀裂がバンプ内を完全に横断しオープン不良に至るまでの亀裂の進展距離が延長されることで、耐熱衝撃性が向上する。よって、熱衝撃などによるバンプの破損を低減できるので、熱衝撃に対する耐性が高いＷＬＰ型の弾性波装置２を提供することが可能となる。
なお、本実施の形態では、ＵＢＭ２９のバンプ２８との接合面の形状は、バンプ２８側に凸の曲面形状であればよい。これによれば、バンプ２８内であって接合界面に発生する亀裂の進展方向は水平方向とはならないため、従来の弾性波装置と比較して、進展距離を長く確保できる。また、ＵＢＭ２９の接合面形状を上記曲面形状とすることで、ＵＢＭ２９を形成するビアホール１９の径を変えること無く、ＵＢＭ２９とバンプ２８との接触面積を拡大することが可能となる。よって、熱衝撃などによるバンプの破損を低減できるので、熱衝撃に対する耐性が高いＷＬＰ構造を有する小型かつ低背の弾性波装置を提供することが可能となる。また、本実施の形態に係るＷＬＰ構造では、外部実装基板５との接続媒体であるバンプ２８は、圧電基板１０の裏面側に形成されている。本構造によれば、弾性波が伝搬する中空空間１４の放熱性が良好となる。
また、ＵＢＭ２９は、バンプ２８との接合面における凸部を除き、電極パッド１３との接続面からバンプ２８との接合面へと向かうにつれて、圧電基板１０の面方向の断面積が大きくなることが好ましい。つまり、ビアホール１９の側壁面形状は、電極パッド１３からバンプ２８に向かうにつれて広がっていく円錐形状（テーパ形状）であることが好ましい。これにより、ＵＢＭ２９のバンプ２８との接合面形状を、曲率の高い球面形状とすることが可能となる。よって、熱衝撃などにより発生するバンプ２８の亀裂の進展距離をより長くでき、また、ＵＢＭ２９とバンプ２８との接合面積を大きくすることができるので、耐熱衝撃性が向上する。よって、熱衝撃などによるバンプの破損を低減できるので、熱衝撃に対する耐性が高いＷＬＰ型の弾性波装置２を提供することが可能となる。
また、ビアホール１９およびＵＢＭ２９が、上記テーパ形状であるため、必要とされるバンプの大きさに対して、電極パッド１３の面積を小さくすることができる。よって、複数の電極パッド１３の間に形成される振動部１２の面積を広く確保できるので、ＩＤＴ電極１１などを配置するための設計の自由度が向上する。
なお、図５には示されていないが、図４におけるＵＢＭ２５の接合面凸部と第２カバー層１７との関係と同様に、本実施の形態の変形例に係る弾性波装置において、ＵＢＭ２９のバンプ２８との接合面における凸部は、圧電基板１０よりも下方に突出していることが好ましい。これにより、上記接合面は、圧電基板１０の裏面１０ｂのビア開口の大きさの制限を受けない。よって、上記接合面の面積を拡大できるので、バンプ内で接合界面に沿って発生する亀裂の進展距離をより長くすることが可能となる。つまり、上記亀裂の進展距離を、裏面１０ｂのビア開口径に関係なく、バンプサイズによって決定できるので、耐熱衝撃性が向上する。よって、熱衝撃などによるバンプの破損を低減できるので、熱衝撃に対する耐性が高い弾性波装置を提供することが可能となる。
（実施の形態３）
［３．１ 弾性波装置３の構成］
本実施の形態に係る弾性波装置３は、実施の形態１および２に係る弾性波装置がＷＬＰ構造を有するのに対して、ＣＳＰ構造を有する。
図６は、実施の形態３に係る弾性波装置３の断面図である。同図に示された弾性波装置３は、弾性波素子４と、実装基板５０と、封止部材３２と、ランド電極３１と、バンプ３０とを備える。なお、図６には、弾性波装置３が、バンプ３０と外部実装基板５が有するランド電極５３との接合により、外部実装基板５に実装されている態様が示されている。以下、本実施の形態に係る弾性波装置３について、実施の形態１に係る弾性波装置１と同じ構成については説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
図６に示すように、実装基板５０の表面５０ａには、２つの弾性波素子４がフリップチップ実装されている。２つの弾性波素子４は、例えば、ＳＡＷフィルタであり、実施の形態１に係る弾性波装置１と同様に、圧電基板上にＩＤＴ電極および電極パッド４１が形成されている。より具体的には、２つの弾性波素子４は、それぞれ、電極パッド４１およびバンプ４０を介して実装基板５０のランド電極４２に接合されている。電極パッド４１は、圧電基板の表面に形成され、電気信号を取り出す電極である。
ここで、電極パッド４１のバンプ４０との接合面形状は、バンプ４０側に凸の曲面形状であってもよい。これにより、バンプ４０内の接合界面付近に発生する亀裂の進展方向は水平方向とはならない。例えば、亀裂の進展方向は、バンプ４０外周の上記接合界面を起点として、バンプ４０の中心方向、または、上記接合界面に沿った方向となる。このため、上記接合界面が平面である従来の弾性波装置と比較して、亀裂の進展距離を長く確保できる。よって、熱衝撃などによるバンプの破損を低減できるので、熱衝撃に対する耐性が高いＣＳＰ型の弾性波装置３を提供することが可能となる。
弾性波装置３は、例えば、ＳＡＷデュプレクサ、または、ＳＡＷデュアルフィルタなどに適用される。弾性波装置３がＳＡＷデュプレクサに適用される場合には、一方の弾性波素子４は、所定の周波数帯域の送信信号を選択的に通過させる送信側ＳＡＷフィルタであり、他方の弾性波素子４は、当該周波数帯域の受信信号を選択的に通過させる受信側ＳＡＷフィルタである。また、弾性波装置３がＳＡＷデュアルフィルタに適用される場合には、一方の弾性波素子４は、所定の周波数帯域の受信信号を選択的に通過させる第１の受信側ＳＡＷフィルタであり、他方の弾性波素子４は、上記周波数帯域と異なる周波数帯域の受信信号を選択的に通過させる第２の受信側ＳＡＷフィルタである。
２つの弾性波素子４が実装基板５０にフリップチップ実装された状態で、実装基板５０および２つの弾性波素子４と密着するように、封止部材３２が配置されている。ここで、ＩＤＴ電極を含む領域には、封止部材３２が充填されない中空空間が確保されている。封止部材３２は、例えば、エポキシ樹脂などの樹脂が挙げられる。エポキシ樹脂は、ＳｉＯ２などの無機フィラーを含有した熱硬化性のエポキシ樹脂を含んでいてもよい。
実装基板５０の裏面５０ｂ（主面）側には、弾性波装置３を外部実装基板５に実装するためのランド電極３１が露出している。ランド電極３１は、弾性波素子４の圧電基板が実装された実装基板５０に形成され、電気信号を弾性波素子４のＩＤＴ電極から取り出す、または、電気信号を弾性波素子４のＩＤＴ電極に供給するための電極である。実装基板５０の内部には、表面５０ａ側に形成されたランド電極４２と裏面５０ｂ側に形成されたランド電極３１との間を電気的に接続する基板ビア導体４６および内部配線パターン４８が形成されている。
ここで、ランド電極３１のバンプ３０との接合面形状は、バンプ３０側に凸の曲面形状であってもよい。これにより、バンプ３０内の接合界面付近に発生する亀裂の進展方向は水平方向とはならない。例えば、亀裂の進展方向は、バンプ３０外周の上記接合界面を起点として、バンプ３０の中心方向、または、球面に沿った方向となる。このため、上記接合界面が平面である従来の弾性波装置と比較して、亀裂の進展距離を長く確保できる。よって、熱衝撃などによるバンプの破損を低減できるので、熱衝撃に対する耐性が高いＣＳＰ型の弾性波装置３を提供することが可能となる。
なお、電極パッド４１とバンプ４０との接合面形状、および、ランド電極３１とバンプ３０との接合面形状をバンプ側に凸の球面形状とする構成については、バンプ４０および３０が形成される前の電極パッド４１およびランド電極３１の表面形状を、予め凸側にしておくことが挙げられる。この手法としては、電極パッド４１およびランド電極３１の表面をエッチング加工する、または、平坦な金属層を形成した後、当該金属層の表面の所定位置のみに別の金属体を付加する、などが挙げられる。
また、本実施の形態に係る弾性波装置３において、弾性波素子４はＳＡＷフィルタでなくてもよく、直列共振子および並列共振子で構成される弾性境界波やＢＡＷ（Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）を用いた弾性波フィルタであってもよい。
さらには、弾性波装置３は、２つの弾性波素子４を備えることに限定されない。弾性波装置３は１つの弾性波素子４のみを備えてもよいし、弾性波素子以外の機能素子を備える構成であってもよい。例えば、弾性波装置３は、高周波フィルタ素子および高周波増幅素子などを含んでもよい。高周波フィルタ素子としては、弾性フィルタのほか、インダクタンス素子およびコンデンサ素子で構成されたＬＣフィルタなどが含まれる。また、高周波増幅素子としては、ローノイズアンプ素子（ＬＮＡ：Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）およびパワーアンプ素子（ＰＡ：Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などが例示される。
（その他の実施の形態など）
以上、本発明の実施の形態に係る弾性波装置について、実施の形態および変形例を挙げて説明したが、本発明の弾性波装置は、上記実施の形態および変形例に限定されるものではない。上記実施の形態および変形例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態および変形例に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本開示の弾性波装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
なお、実施の形態１および２に係る弾性波装置は、ＳＡＷフィルタに適用されるだけでなく、直列共振子および並列共振子で構成される弾性境界波やＢＡＷを用いた弾性波フィルタに適用することが可能である。
本発明は、熱衝撃に対する耐性が高い小型かつ低背の弾性波装置として、携帯電話機などの通信機器に広く利用できる。
１、１Ａ、１Ｂ、２、３、５００ 弾性波装置
４ 弾性波素子
５ 外部実装基板
１０ 圧電基板
１０ａ、５０ａ 表面
１０ｂ、５０ｂ 裏面
１１、５１１ ＩＤＴ電極
１２、１２Ａ、５１２ 振動部
１３、４１ 電極パッド
１４、５１４ 中空空間
１５、２６、５１５ 支持層
１６ 第１カバー層
１７ 第２カバー層
１８、１８Ａ、１９、５１８ ビアホール
２０、２２、２４、２８、３０、４０、５２０ バンプ
２１、２３、２５、２９ ＵＢＭ（アンダーバンプメタル）
２７、５１６ カバー層
３１、４２、５３ ランド電極
３２ 封止部材
４６ 基板ビア導体
４８ 内部配線パターン
５０ 実装基板
５１０ 基板
５１０ａ、５１０ｂ 主面
５１１ 電極
５１３ パッド
５１７ 保護層
５２０ 外部電極
５２１ ビア導体

Claims (3)

  1. 圧電基板と、
    前記圧電基板の表面上に形成された機能電極と、
    前記圧電基板の表面上に形成された電極パッドと、
    前記圧電基板の表面上に、前記機能電極を囲むように形成された支持部材と、
    前記支持部材上に形成されており、前記支持部材および前記圧電基板と共に前記機能電極を中空空間で封止しているカバー部材と、
    前記電極パッドに接合されたビア導体と、
    前記ビア導体上に接合されたバンプと、を備え、
    前記ビア導体における前記バンプとの接合面における形状は、前記バンプ側に凸の曲面形状であり、
    前記ビア導体の材料と前記バンプの材料とは、異なっており、
    前記ビア導体は、前記カバー部材の内側面と接触しており、
    前記ビア導体と前記バンプとの接合面の端部が、前記内側面と接触しており、
    前記ビア導体の前記バンプとの接合面における凸部は、前記カバー部材よりも突出している、
    弾性波装置。
  2. 前記ビア導体は、前記カバー部材及び前記支持部材を貫通し、
    前記バンプは、前記カバー部材から突出するように形成されている、
    請求項１に記載の弾性波装置。
  3. 前記ビア導体は、前記バンプとの接合面における凸部を除き、前記電極パッドとの接続面から前記バンプとの接合面に向かうにつれて、前記圧電基板の面方向の断面積が大きくなっている、
    請求項１または２に記載の弾性波装置。
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