JP7347955B2 - Acoustic wave devices and their manufacturing methods, filters and multiplexers - Google Patents
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Description
本発明は、弾性波デバイスおよびその製造方法、フィルタおよびマルチプレクサに関し、例えば基板を半田で封止する弾性波デバイスおよびその製造方法、フィルタおよびマルチプレクサに関する。 The present invention relates to an acoustic wave device, a method of manufacturing the same, a filter, and a multiplexer, and more particularly, to an acoustic wave device whose substrate is sealed with solder, a method of manufacturing the same, a filter, and a multiplexer.
第1基板上に第2基板を搭載し、第2基板を囲み第1基板上の環状金属層と接合した半田により弾性波素子を封止する構造が知られている(例えば特許文献1、2)。 A structure is known in which a second substrate is mounted on a first substrate, and an acoustic wave element is sealed with solder that surrounds the second substrate and is bonded to an annular metal layer on the first substrate (for example, Patent Documents 1 and 2). ).
半田は線膨張係数が大きいため、熱応力により第1基板内にクラックが形成される、または環状金属層が第1基板から剥がれることがある。 Since solder has a large linear expansion coefficient, cracks may be formed in the first substrate due to thermal stress, or the annular metal layer may peel off from the first substrate.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、熱応力に起因した劣化を抑制することを目的とする。 The present invention was made in view of the above problems, and an object of the present invention is to suppress deterioration caused by thermal stress.
本発明は、第1面を有する第1基板と、前記第1基板上に、前記第1面に空隙を介し第2面が向き合うように搭載された第2基板と、前記第1面に前記第2基板を囲むように設けられた環状金属層と、前記環状金属層の前記第1基板と反対側の表面のうち前記第1基板の中心側の領域に前記表面と接触して設けられた環状絶縁層と、前記第1面および前記第2面の少なくとも一方に設けられた弾性波素子と、前記第2基板を囲み、前記弾性波素子を前記空隙に封止し、前記環状金属層の前記第1基板と反対側の表面のうち前記環状絶縁層が設けられていない前記環状金属層の表面と直接接合し、前記環状絶縁層と直接接合していない封止半田層と、を備える弾性波デバイスである。 The present invention includes: a first substrate having a first surface; a second substrate mounted on the first substrate such that a second surface faces the first surface with a gap therebetween; an annular metal layer provided so as to surround a second substrate; and an annular metal layer provided in a region of the surface of the annular metal layer opposite to the first substrate on the center side of the first substrate in contact with the surface. an annular insulating layer, an acoustic wave element provided on at least one of the first surface and the second surface, surrounding the second substrate, sealing the acoustic wave element in the gap, and enclosing the annular metal layer. A sealing solder layer that is directly bonded to a surface of the annular metal layer on the opposite side of the first substrate and on which the annular insulating layer is not provided, and that is not directly bonded to the annular insulating layer. It is a wave device.
上記構成において、前記第1基板は支持基板と前記支持基板上に直接的または間接的に接合された圧電基板とを備え、前記弾性波素子は前記第1面に設けられた第1弾性波素子を含む構成とすることができる。 In the above configuration, the first substrate includes a support substrate and a piezoelectric substrate directly or indirectly bonded to the support substrate, and the acoustic wave element is a first acoustic wave element provided on the first surface. It is possible to have a configuration including.
上記構成において、前記環状金属層は、前記第2基板を囲み、前記支持基板上であって前記圧電基板が設けられていない領域に設けられ、側面が前記圧電基板の側面に接した第1環状金属層と、前記第2基板を囲み、前記第1環状金属層上に設けられ、内周が前記第1環状金属層の内周に略一致または前記第1環状金属層の内周より前記第1基板の中心側の前記圧電基板上に位置する第2環状金属層と、を備え、前記環状絶縁層は前記第2環状金属層の前記第1基板と反対側の表面に接触して設けられ、前記環状絶縁層の外周は前記第1環状金属層の内周より前記第1基板の外周側に位置し、前記封止半田層は、前記環状絶縁層が設けられていない前記第2環状金属層の表面と直接接合する構成とすることができる。 In the above configuration, the annular metal layer surrounds the second substrate, is provided in a region on the support substrate where the piezoelectric substrate is not provided, and has a first annular metal layer whose side surface is in contact with the side surface of the piezoelectric substrate. a metal layer surrounding the second substrate and provided on the first annular metal layer, the inner periphery of which substantially coincides with the inner periphery of the first annular metal layer, or the inner periphery of the first annular metal layer that is closer to the inner periphery of the first annular metal layer; a second annular metal layer located on the piezoelectric substrate on the center side of one substrate, and the annular insulating layer is provided in contact with a surface of the second annular metal layer on the opposite side to the first substrate. , the outer periphery of the annular insulating layer is located closer to the outer periphery of the first substrate than the inner periphery of the first annular metal layer, and the sealing solder layer is located on the second annular metal layer on which the annular insulating layer is not provided. It can be configured to be directly bonded to the surface of the layer.
本発明は、第1面を有する第1基板と、前記第1基板上に、前記第1面に空隙を介し第2面が向き合うように搭載された第2基板と、前記第1面に前記第2基板を囲むように設けられた環状金属層と、前記環状金属層上のうち前記第1基板の中心側の領域に設けられた環状絶縁層と、前記第1面および前記第2面の少なくとも一方に設けられた弾性波素子と、前記第2基板を囲み、前記弾性波素子を前記空隙に封止し、前記環状絶縁層が設けられていない前記環状金属層の表面と接合し、前記環状絶縁層と接合していない封止半田層と、を備え、前記第1基板は支持基板と前記支持基板上に直接的または間接的に接合された圧電基板とを備え、前記弾性波素子は前記第1面に設けられた第1弾性波素子を含み、前記環状金属層は、前記第2基板を囲み、前記支持基板上であって前記圧電基板が設けられていない領域に設けられ、側面が前記圧電基板の側面に接した第1環状金属層と、前記第2基板を囲み、前記第1環状金属層上に設けられ、内周が前記第1環状金属層の内周より前記第1基板の外周側に位置する第2環状金属層と、を備え、前記環状絶縁層の内周は前記第1環状金属層の内周と略一致または前記第1環状金属層の内周より前記第1基板の中心側に位置し、前記環状絶縁層の外周は前記第1環状金属層の内周より前記第1基板の外周側に位置し、前記封止半田層は、前記環状絶縁層が設けられていない前記第2環状金属層の表面と接合する弾性波デバイスである。 The present invention includes: a first substrate having a first surface; a second substrate mounted on the first substrate such that a second surface faces the first surface with a gap therebetween; an annular metal layer provided so as to surround a second substrate; an annular insulating layer provided on a region of the annular metal layer on the center side of the first substrate; surrounding an acoustic wave element provided on at least one side and the second substrate, sealing the acoustic wave element in the gap, and bonding to the surface of the annular metal layer on which the annular insulating layer is not provided; a sealing solder layer not bonded to the annular insulating layer, the first substrate includes a support substrate and a piezoelectric substrate directly or indirectly bonded to the support substrate, and the acoustic wave element The annular metal layer includes a first acoustic wave element provided on the first surface, the annular metal layer surrounds the second substrate, is provided on the support substrate in an area where the piezoelectric substrate is not provided, and is provided on the side surface. is provided on the first annular metal layer surrounding the first annular metal layer in contact with the side surface of the piezoelectric substrate and the second substrate, and the inner periphery is closer to the first annular metal layer than the inner periphery of the first annular metal layer. a second annular metal layer located on the outer peripheral side of the substrate, the inner periphery of the annular insulating layer substantially coincides with the inner periphery of the first annular metal layer, or the inner periphery of the first annular metal layer is closer to the first annular metal layer; The outer periphery of the annular insulating layer is located closer to the outer periphery of the first substrate than the inner periphery of the first annular metal layer, and the sealing solder layer is located on the center side of the first substrate. This is an acoustic wave device that connects to the surface of the second annular metal layer that is not covered.
上記構成において、前記第2環状金属層と前記環状絶縁層との間から前記第1環状金属層は露出しない構成とすることができる。 In the above structure, the first annular metal layer may not be exposed between the second annular metal layer and the annular insulating layer.
上記構成において、前記圧電基板は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である構成とすることができる。 In the above structure, the piezoelectric substrate may be a lithium tantalate substrate or a lithium niobate substrate.
上記構成において、前記第1基板はセラミック基板であり、前記弾性波素子は前記第2面に設けられている構成とすることができる。 In the above configuration, the first substrate may be a ceramic substrate, and the acoustic wave element may be provided on the second surface.
上記構成において、前記封止半田層の線膨張係数は前記第1基板の線膨張係数より大きい構成とすることができる。 In the above structure, the linear expansion coefficient of the sealing solder layer may be larger than that of the first substrate.
上記構成において、前記環状絶縁層の前記第1基板と反対側の表面は全て前記空隙に露出する構成とすることができる。 In the above structure, the entire surface of the annular insulating layer opposite to the first substrate may be exposed to the gap .
本発明は、上記弾性波デバイスを含むフィルタである。 The present invention is a filter including the above elastic wave device .
本発明は、第1基板の第1面に環状金属層を形成する工程と、前記環状金属層上の前記第1基板と反対側の表面のうち内側の領域に前記表面と接触して環状絶縁層を形成する工程と、前記第1基板の第1面に空隙を介し第2面が向き合うように第2基板を搭載する工程と、前記第2基板を囲み、前記第1面および前記第2面の少なくとも一方に設けられた弾性波素子を前記空隙に封止し、前記環状金属層の前記第1基板と反対側の表面のうち前記環状絶縁層が設けられていない前記環状金属層の表面と直接接合し、前記環状絶縁層と直接接合しない封止半田層を形成する工程と、を含む弾性波デバイスの製造方法である。 The present invention includes a step of forming an annular metal layer on a first surface of a first substrate, and an annular insulating layer formed on an inner region of a surface of the annular metal layer opposite to the first substrate in contact with the surface. a step of mounting a second substrate on the first surface of the first substrate such that the second surface faces each other with a gap therebetween; an acoustic wave element provided on at least one of the surfaces is sealed in the void, and a surface of the annular metal layer on which the annular insulating layer is not provided among the surfaces of the annular metal layer opposite to the first substrate; This is a method for manufacturing an acoustic wave device, including the step of forming a sealing solder layer that is directly bonded to the annular insulating layer and not directly bonded to the annular insulating layer.
本発明によれば、熱応力に起因した劣化を抑制することができる。 According to the present invention, deterioration caused by thermal stress can be suppressed.
以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1(a)は、実施例1に係る弾性波デバイスの断面図、図1(b)は環状金属層付近の拡大図、図1(c)は平面図である。図1(c)は、基板10、環状金属層32、34および環状絶縁層15を図示している。
FIG. 1(a) is a cross-sectional view of the acoustic wave device according to Example 1, FIG. 1(b) is an enlarged view of the vicinity of the annular metal layer, and FIG. 1(c) is a plan view. FIG. 1(c) illustrates the
図1(a)から図1(c)に示すように、基板10は支持基板10aと圧電基板10bとを有する。支持基板10aは例えばサファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、水晶基板またはシリコン基板である。圧電基板10bは、例えばタンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である。圧電基板10bは支持基板10aの上面に接合されている。支持基板10aの線膨張係数は圧電基板10bより小さい。圧電基板10bと支持基板10aとの間に酸化シリコンまたは窒化アルミニウム等の絶縁体層を設けてもよい。このように、圧電基板10bは支持基板10a上に直接または間接的に接合されている。
As shown in FIGS. 1(a) to 1(c), the
基板10の上面に弾性波素子12および配線14が設けられている。基板10の下面に端子18が設けられている。端子18は、弾性波素子12および22を外部と接続するためのフットパッドである。基板10を貫通するビア配線16が設けられている。ビア配線16は、端子18と配線14とを電気的に接続する。
An
基板10の周縁において圧電基板10bが除去されている。弾性波素子12を囲むように支持基板10a上に環状金属層32が設けられている。環状金属層32の側面は圧電基板10bの側面と接している。環状金属層32の上面と側面とのなす内角は鋭角、直角、または鈍角でもよい。配線14、ビア配線16、端子18および環状金属層32は、例えば銅層、アルミニウム層または金層等の金属層である。
The
環状金属層32上に環状金属層34が設けられている。環状金属層34は、例えば環状金属層32側からチタン層、ニッケル層および金層である。環状金属層34の1つであるチタン層は環状金属層32と34との密着層である。ニッケル層は封止半田層30と環状金属層32との相互拡散を抑制するバリア層である。金層は封止半田層30と濡れ性の良い層であり、封止半田層30を環状金属層34に接合させる。環状金属層34の内周56は環状金属層32の内側(基板10の中心側)に位置する。
An
環状絶縁層15は、環状金属層34の上面のうち内側の領域および環状金属層34の側面に設けられている。環状絶縁層15は環状金属層34の側面に設けられていなくてもよい。環状絶縁層15は、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜または樹脂膜である。環状絶縁層15の外周58は環状金属層32の内周54の外側(基板10の外周側)に位置する。環状絶縁層15の内周59は環状金属層34の内周56に略一致する。環状絶縁層15の内周59は環状金属層34の内周56より内側に位置してもよい。
The annular insulating
基板10上に基板20が搭載されている。基板20の下面に弾性波素子22および配線24が設けられている。配線24は例えば銅層、アルミニウム層または金層等の金属層である。基板20はバンプ28を介し基板10にフリップチップ実装(フェースダウン実装)されている。バンプ28は、配線14および24と接合する。バンプ28は、例えば金バンプ、半田バンプまたは銅バンプである。
A
基板10上に基板20を囲むように封止半田層30が設けられている。封止半田層30は、例えば錫を含む半田である。封止半田層30は環状金属層34の上面に接合し、環状絶縁層15の上面に接合しないため、封止半田層30の内周57は環状絶縁層15の外周58に略一致する。基板20の上面および封止半田層30の上面に平板状のリッド36が設けられている。リッド36は例えばコバール板等の金属板または絶縁板である。リッド36および封止半田層30を覆うように保護膜38が設けられている。保護膜38はニッケル膜等の金属膜または絶縁膜である。
A sealing
弾性波素子12は空隙26を介し基板20に対向している。弾性波素子22は空隙26を介し圧電基板10bに対向している。弾性波素子12および22は、封止半田層30、基板10、基板20およびリッド36により封止される。バンプ28は空隙26に囲まれている。端子18はビア配線16および配線14を介し弾性波素子12と電気的に接続され、さらに、バンプ28および配線24を介し弾性波素子22に電気的に接続されている。
The
支持基板10aの厚さは例えば50μmから200μmである。圧電基板10bの厚さは例えば0.5μmから20μmであり、例えば弾性波の波長以下である。環状金属層32の厚さは圧電基板10bの厚さと略等しい。環状金属層34の厚さは例えば1μmから5μmである。環状絶縁層15の厚さは例えば0.1μmから5μmである。環状金属層32の幅は、例えば25μmから100μmである。環状金属層32の内周54と環状金属層34の内周56との距離D1は例えば1μmから10μmである。環状金属層32の内周54と環状絶縁層15の外周58との距離D2は例えば1μmから10μmである。バンプ28の厚さは例えば10μmから20μmである。基板20の厚さは例えば50μmから200μmである。
The thickness of the
図2(a)は、実施例1における弾性波素子12の平面図、図2(b)は弾性波素子22の断面図である。図2(a)に示すように、弾性波素子12は弾性表面波共振器である。基板10の圧電基板10b上にIDT(Interdigital Transducer)40と反射器42が形成されている。IDT40は、互いに対向する1対の櫛型電極40aを有する。櫛型電極40aは、複数の電極指40bと複数の電極指40bを接続するバスバー40cとを有する。反射器42は、IDT40の両側に設けられている。IDT40が圧電基板10bに弾性表面波を励振する。弾性波の波長は一対の櫛型電極40aの一方の櫛型電極40aの電極指40bのピッチにほぼ等しい。すなわち、弾性波の波長は一対の櫛型電極40aの電極指40bのピッチの2倍にほぼ等しい。IDT40および反射器42は例えばアルミニウム膜または銅膜により形成される。圧電基板10b上にIDT40および反射器42を覆うように保護膜または温度補償膜が設けられていてもよい。
2(a) is a plan view of the
図2(b)に示すように、弾性波素子22は圧電薄膜共振器である。基板20上に圧電膜46が設けられている。圧電膜46を挟むように下部電極44および上部電極48が設けられている。下部電極44と基板20との間に空隙45が形成されている。圧電膜46の少なくとも一部を挟み下部電極44と上部電極48とが対向する領域が共振領域47である。共振領域47において、下部電極44および上部電極48は圧電膜46内に、厚み縦振動モードの弾性波を励振する。基板20は、例えばサファイア基板、スピネル基板、アルミナ基板、ガラス基板、水晶基板またはシリコン基板である。下部電極44および上部電極48は例えばルテニウム膜等の金属膜である。圧電膜46は例えば窒化アルミニウム膜である。空隙45の代わりに弾性波を反射する音響反射膜が設けられていてもよい。
As shown in FIG. 2(b), the
弾性波素子12および22は、弾性波を励振する電極を含む。このため、弾性波を制限しないように、弾性波素子12および22は空隙26に覆われている。
[実施例1の製造方法]
図3(a)から図5(b)は、実施例1に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図3(a)に示すように、支持基板10aの上面に例えばレーザ光を照射しビア17aを形成する。図3(b)に示すように、支持基板10aの上面に圧電基板10bの下面を例えば表面活性化法を用い常温接合する。支持基板10aと圧電基板10bとは数nmのアモルファス層等を介し直接接合されていてもよいし、接着剤等により接合されていてもよい。支持基板10aと圧電基板10bとの間に絶縁層が設けられていてもよい。圧電基板10bを例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用い研磨する。これにより、圧電基板10bを所望の厚さとする。
[Production method of Example 1]
FIGS. 3(a) to 5(b) are cross-sectional views showing a method of manufacturing an acoustic wave device according to Example 1. FIG. As shown in FIG. 3A, the upper surface of the
図3(c)に示すように、圧電基板10bを例えばエッチングにより除去し開口17bおよび17cを形成する。開口17bはビア17aに通じビア17aより大きく形成される。ビア17aと開口17bにより基板10を貫通するビア17が形成される。開口17cは圧電基板10bを囲むように形成される。
As shown in FIG. 3(c), the
図3(d)に示すように、支持基板10aおよび圧電基板10b上に金属層31を例えばめっき法を用い形成する。金属層31は例えば銅層である。金属層31はシード層上に形成してもよい。
As shown in FIG. 3(d), a
図4(a)に示すように、圧電基板10bの表面が露出するように金属層31の上面を例えばCMP法を用い平坦化する。これにより、ビア配線16および環状金属層32が形成される。環状金属層32の上面は圧電基板10bの上面とほぼ同じ平面となる。
As shown in FIG. 4A, the upper surface of the
図4(b)に示すように、圧電基板10b上に弾性波素子12を形成する。圧電基板10bおよびビア配線16上に配線14を形成する。図4(c)に示すように、環状金属層32上に環状金属層34を形成する。環状金属層34の形成は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはCVD(Chemical Vapor Deposition)法およびエッチング法またはリフトオフ法を用いる。図4(d)に示すように、環状金属層34上に環状絶縁層15を形成する。環状絶縁層15の形成は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはCVD(Chemical Vapor Deposition)法およびエッチング法またはリフトオフ法を用いる。
As shown in FIG. 4(b), an
図5(a)に示すように、基板10上にバンプ28を介し基板20をフリップチップ実装する。これにより、弾性波素子12と22とは空隙26を挟み対向する。図5(b)に示すように、下面に例えば錫銀からなる半田板を形成したリッド36を基板20上に配置する。半田を加熱し溶融させ、リッド36を基板20の方向に押圧する。これにより、環状金属層34の上面は半田に対し濡れ性がよいため、溶融した半田は環状金属層34の上面に接合する。半田は環状絶縁層15と濡れ性が悪いため、半田は環状絶縁層15と接合しない。これにより、基板20を囲み環状金属層34と接合する封止半田層30が形成される。
As shown in FIG. 5A, the
その後、支持基板10aの下面をCMP法等を用い研磨する。これにより、ビア配線16が支持基板10aの下面に露出する。ビア配線16に接触する端子18を形成する。基板10を切断する。これにより、弾性波デバイスが個片化される。封止半田層30およびリッド36を囲む保護膜38を形成する。これにより、図1(a)から図1(c)の弾性波デバイスが製造される。
[比較例1]
図6(a)は、比較例1に係る弾性波デバイスの断面図である。図6(a)に示すように、比較例1の弾性波デバイスでは、環状金属層34上に環状絶縁層15が設けられておらず、封止半田層30は環状金属層34の上面に接合されている。環状金属層32は封止半田層30から支持基板10aへの放熱性を向上させるため設けられている。環状金属層34は封止半田層30と接合するための層である。環状金属層32が環状金属層34から露出しないように、環状金属層34の内周56は封止半田層30との合わせ余裕の観点から環状金属層32より内側に位置している。
Thereafter, the lower surface of the
[Comparative example 1]
FIG. 6(a) is a cross-sectional view of an acoustic wave device according to Comparative Example 1. As shown in FIG. 6(a), in the acoustic wave device of Comparative Example 1, the annular insulating
図6(b)は、比較例1の断面SEM(Scanning Electron Microscope)画像の模式図である。作製した弾性波デバイスでは、支持基板10aは厚さが約100μmのサファイア基板である。圧電基板10bは厚さが約20μmの42°回転YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板である。環状金属層32は厚さが約20μmの銅層である。環状金属層34は厚さが約0.1μmのチタン層、厚さが約2.5μmのニッケル層および厚さが約0.2μmの金層の積層膜である。封止半田層30は錫銀層である。図6(b)に示すように、圧電基板10bにクラック55が生じている。
FIG. 6(b) is a schematic diagram of a cross-sectional SEM (Scanning Electron Microscope) image of Comparative Example 1. In the produced acoustic wave device, the
表1は主な材料の線膨張係数を示す表である。タンタル酸リチウム(LT)、サファイア、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、錫(Sn)、Sn-0.3Ag-0.7Cu合金、Sn-3.5Ag合金およびSn-3Ag-0.5Cu合金の線膨張係数を示している。タンタル酸リチウムのX、YおよびZは結晶方位のX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の線膨張係数を示す。合金の数字は重量%を示す。
表1に示すように、各材料間の線膨張係数の差が大きい。特に封止半田層30として錫を含む半田を用いると、封止半田層30の線膨張係数は圧電基板10bとの線膨張係数に比べ非常に大きい。これにより、圧電基板10bに熱応力が加わる。圧電基板10bは、金属および支持基板10aに比べ脆いため、圧電基板10bに熱応力が加わるとクラック55が生じる等の劣化が生じると考えられる。
As shown in Table 1, there is a large difference in linear expansion coefficient between the materials. In particular, when solder containing tin is used as the sealing
[シミュレーション]
比較例1において圧電基板10bに加わる応力を有限要素法を用いシミュレーションした。図7(a)から図7(c)は、シミュレーションを行ったサンプルAからCの環状金属層付近の断面図である。図7(a)に示すように、サンプルAでは、環状金属層34の内周56は環状金属層32の内周54より内側に位置している。内周54と56との距離はD1である。封止半田層30は環状金属層34の上面全面に接合されている。封止半田層30が環状金属層34に接合された領域の内周57は環状金属層34の内周56と略一致する。
[simulation]
In Comparative Example 1, the stress applied to the
図7(b)に示すように、サンプルBでは、封止半田層30が環状金属層34に接合された領域の内周57は環状金属層32の内周54に略一致する。図7(c)に示すように、サンプルCでは、封止半田層30が環状金属層34に接合された領域の内周57は環状金属層32の内周54より外側に位置する。内周54と57との距離はD2である。
As shown in FIG. 7B, in sample B, the
シミュレーション条件は以下である。
支持基板10a:厚さが75μmのサファイア基板
支持基板10aの大きさ:1.2mm×1.1mm
圧電基板10b:厚さが10μmの42°回転YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板
環状金属層32:厚さが10μmの銅層、上面幅:92μm、下面幅:85.5μm、上面と側面との内角θ:57°
環状金属層34:厚さが2.5μmのニッケル層
封止半田層30:Sn-3.5Ag
距離D1:4μm
距離D2:4μm
The simulation conditions are as follows.
Annular metal layer 34: Nickel layer with a thickness of 2.5 μm Sealing solder layer 30: Sn-3.5Ag
Distance D1: 4μm
Distance D2: 4μm
封止半田層30を250℃において形成し、25℃に温度を下げたときに圧電基板10bに加わる応力をシミュレーションした。環状金属層34の内周56付近において応力が最も高くなる。圧電基板10bに加わる最大応力は以下である。
サンプルA:1.04×109Pa
サンプルB:5.59×108Pa
サンプルC:3.27×108Pa
サンプルBでは、サンプルAより最大応力が小さくなり、サンプルCではサンプルBより最大応力がさらに小さくなる。
The sealing
Sample A: 1.04×10 9 Pa
Sample B: 5.59×10 8 Pa
Sample C: 3.27×10 8 Pa
Sample B has a smaller maximum stress than sample A, and sample C has an even smaller maximum stress than sample B.
そこで、環状金属層34の内周56を環状金属層32の内周54と一致または外側に位置させることが考えられる。しかし、環状金属層34の内周56が環状金属層32の内周54より外側に位置すると、環状金属層32の上面が露出してしまう。環状金属層32の半田濡れ性が悪くとも封止半田層30の一部が環状金属層32上に接合してしまうことも考えられる。また、環状金属層32が銅の場合等、その後の工程において汚染物質となる可能性もある。
Therefore, it is conceivable that the
そこで、実施例1のように、環状金属層34の上面に環状絶縁層15を設ける。これにより、環状絶縁層15に封止半田層30が接合しないため、圧電基板10bに加わる応力が抑制できる。よって、クラック等を抑制できる。
Therefore, as in Example 1, the annular insulating
[実施例1の変形例1]
図8(a)は、実施例1の変形例1に係る弾性波デバイスの断面図、図8(b)は環状金属層付近の拡大図、図8(c)は平面図である。図8(c)は、基板10、環状金属層32、34および環状絶縁層15を図示している。図8(a)から図8(c)に示すように、環状金属層34の内周56は環状金属層32の内周54の外側に位置する。環状絶縁層15の外周58は環状金属層34の内周56に略一致し、内周59は環状金属層32の内周54に略一致または内周54より内側に位置する。封止半田層30の内周57は環状金属層34の内周56に略一致する。
[Modification 1 of Example 1]
FIG. 8(a) is a cross-sectional view of an acoustic wave device according to Modification Example 1 of Example 1, FIG. 8(b) is an enlarged view of the vicinity of the annular metal layer, and FIG. 8(c) is a plan view. FIG. 8(c) illustrates the
実施例1の変形例1のように、環状絶縁層15の設けられている領域に環状金属層34は設けられていなくてもよい。環状絶縁層15の外周58は環状金属層34の内周56より内側に位置してよいが、環状金属層32を露出させない観点から、環状絶縁層15の外周58は環状金属層34の内周56に略一致または内周56より外側に位置することが好ましい。環状絶縁層15の内周59は環状金属層32の内周54と略一致してもよいが、合わせずれにより環状金属層32が露出することを抑制するため、環状絶縁層15の内周59は環状金属層32の内周54より内側に位置することが好ましい。
As in the first modification of the first embodiment, the
図9(a)は、実施例2に係る弾性波デバイスの断面図、図9(b)環状金属層付近の拡大図である。図9(a)および図9(b)に示すように、基板11は積層された複数の絶縁層11aから11cを備えている。絶縁層11aから11cは例えばLTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)またはHTCC(High Temperature Co-fired Ceramics)等のセラミックス層またはガラスエポキシ樹脂等の樹脂層である。配線14と端子18との間は内部配線16aにより接続されている。内部配線16aは、絶縁層11aから11cを貫通するビア配線および絶縁層11aから11c間に設けられた層間配線を含む。
FIG. 9(a) is a cross-sectional view of the acoustic wave device according to Example 2, and FIG. 9(b) is an enlarged view of the vicinity of the annular metal layer. As shown in FIGS. 9A and 9B, the
環状金属層32は、基板10の上面に設けられている。環状金属層32は、銅層等の低抵抗層32aと、低抵抗層32aより抵抗が高く半田との濡れ性のよい接合層32bとを含む。低抵抗層32aおよび接合層32bは例えばそれぞれ銅層およびニッケル層である。環状金属層32の上面の内側の領域から基板10の上面にかけて環状絶縁層15が設けられている。環状絶縁層15は例えばガラスである。環状絶縁層15は、ガラス以外に例えばシリコーン樹脂等の樹脂層またはLTCCもしくはHTCC等のセラミックスでもよい。環状絶縁層15の外周58は環状金属層32の内周54の外側に位置し、環状絶縁層15の内周59は内周54の内側に位置する。低抵抗層32aの厚さは例えば10μmから30μm、接合層32bの厚さは例えば2μmから10μm、環状絶縁層15の厚さおよび幅は例えばそれぞれ20μmから50μmおよび80μmから120μmである。基板10上に複数の基板20が実装されている。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
The
実施例2のように基板10が絶縁体の場合。実施例1のように圧電基板10bにクラックが生じる可能性は低い。しかし、封止半田層30と基板10との線膨張係数の差に起因した熱応力が環状金属層32の内周54付近に加わると、環状金属層32が基板10から剥がれる場合がある。特に低抵抗層32aが銅層であり、基板10がLTCC基板のとき、環状金属層32が基板10から剥がれやすい。そこで、環状絶縁層15を設ける。これにより、環状金属層32の内周54付近の加わる熱応力が小さくなり、環状金属層32の剥がれを抑制できる。
When the
実施例1、2およびその変形例によれば、基板20(第2基板)は、基板10(第1基板)上に、下面(第2面)が基板10(第1基板)の上面(第1面)に空隙26を挟み対向するように搭載されている。環状金属層32および34は、基板10の上面に基板20を囲むように設けられている。環状絶縁層15は、環状金属層32および34上のうち基板10の中心側の領域に設けられている。弾性波素子12および22は、基板10の上面および基板20の下面の少なくとも一方に設けられている。封止半田層30は、基板20を囲み、弾性波素子12および22を空隙26に封止し、環状絶縁層15が設けられていない環状金属層32および34の表面と接合し、環状絶縁層15と接合していない。これにより、実施例1およびその変形例のように、圧電基板10bのクラックを抑制できる。また、実施例2のように、環状金属層32が基板10から剥がれることを抑制できる。このように、熱応力に起因した弾性波デバイスの劣化を抑制することができる。
According to Examples 1 and 2 and their modifications, the substrate 20 (second substrate) is placed on the substrate 10 (first substrate) such that the lower surface (second surface) is the upper surface (second surface) of the substrate 10 (first substrate). 1) so as to face each other with a
実施例1およびその変形例のように、基板10は支持基板10aと支持基板10a上に直接的または間接的に接合された圧電基板10bとを備え、弾性波素子12(第1弾性波素子)は基板10の上面に設けられている。このような構成では、熱応力により圧電基板10bにクラックが生成されやすい。よって、環状絶縁層15を設けることが好ましい。
As in the first embodiment and its modifications, the
比較例1の図6(a)では、環状金属層32(第1環状金属層)は、基板20を囲み、支持基板10a上であって圧電基板10bが設けられていない領域に設けられ、側面が圧電基板10bの側面に接している。環状金属層34(第2環状金属層)は、基板20を囲み、環状金属層32上に設けられている。環状金属層34の内周56は環状金属層32の内周54に略一致または内周54より基板10の中心側の圧電基板10b上に位置する。このような構造では、環状金属層34の上面全面に封止半田層30が接合している。これにより、図6(b)のように、圧電基板10bにクラック55は生じる。
In FIG. 6A of Comparative Example 1, the annular metal layer 32 (first annular metal layer) surrounds the
そこで、実施例1によれば、環状絶縁層15は環状金属層34上に設けられ、環状絶縁層15の外周58は環状金属層32の内周54より基板10の外周側に位置する。封止半田層30は、環状絶縁層15が設けられていない環状金属層34の表面と接合する。これにより、シミュレーションを行ったサンプルCのように、環状金属層34の内周56の熱応力が小さくなり、圧電基板10bのクラックを抑制できる。
Therefore, according to the first embodiment, the annular insulating
なお、環状金属層32および34の内側の側面が傾斜または湾曲している場合、環状金属層34の内周56が環状金属層32の内周54より基板10の中心側に位置するとは、環状金属層34の内側の側面の少なくとも一部が環状金属層32の内側の側面の少なくとも一部より基板10の中心側に位置すればよい。また、環状金属層34の内周56が環状金属層32の内周54に略一致するとは、環状金属層34の内側の側面の少なくとも一部の位置が環状金属層32の内側の側面の少なくとも一部の位置と製造誤差を許容する程度に一致すればよい。他の構成要素の内周および外周についても同様である。
Note that when the inner side surfaces of the
実施例1の変形例1では、環状金属層34の内周56は環状金属層32の内周54より基板10の外周側に位置する。この場合、環状金属層34に覆われていない環状金属層32の上面に封止半田層30が接合したり、環状金属層32が汚染の原因となる場合がある。
In the first modification of the first embodiment, the
そこで、環状絶縁層15を設け、環状絶縁層15の内周59は環状金属層32の内周54と略一致または内周54より基板10の中心側に位置し、環状絶縁層15の外周58は環状金属層32の内周54より基板10の外周側に位置する。封止半田層30は、環状絶縁層15が設けられていない環状金属層34の表面と接合する。このように、環状絶縁層15を設けることで、環状金属層32の上面に封止半田層30が接合したり、環状金属層32が汚染の原因となることを抑制できる。また、圧電基板10bのクラックを抑制できる。
Therefore, the annular insulating
環状金属層34と環状絶縁層15との間から環状金属層32は露出しないことが好ましい。これにより、環状金属層32の上面に封止半田層30が接合したり、環状金属層32が汚染の原因となることをより抑制できる。
It is preferable that the
実施例1およびその変形例において、圧電基板10bがタンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板のとき、圧電基板10bは脆く、クラックが生じやすい。よって、環状絶縁層15を設けることが好ましい。
In Example 1 and its modifications, when the
実施例2のように、基板10はセラミック基板であり、弾性波素子22は基板20の下面に設けられていてもよい。これにより、環状金属層32の剥がれを抑制できる。
As in the second embodiment, the
封止半田層30の線膨張係数が基板10の線膨張係数より大きいとき、環状金属層32および34の内周付近に熱応力が加わりやすい。よって、環状絶縁層15を設けることが好ましい。封止半田層30が錫を含む場合、表1のように線膨張係数は30ppm/℃程度と高くなる。よって、環状絶縁層15を設けることが好ましい。
When the coefficient of linear expansion of the sealing
環状金属層32、34および環状絶縁層15は基板20を完全に囲わなくてもよい。すなわち、環状金属層32、34および環状絶縁層15は、基板20を囲む少なくとも一部に設けられていてもよい。
The
実施例1、2およびその変形例では、弾性波素子22として圧電薄膜共振器の例を説明したが、弾性波素子22は弾性表面波共振器でもよい。基板20の下面に設けられる機能素子として弾性波素子22の例を説明したが、機能素子は、インダクタまたはキャパシタ等の受動素子、トランジスタを含む能動素子、またはMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子でもよい。
In the first and second embodiments and their modifications, the piezoelectric thin film resonator is used as the
図10(a)は、実施例3に係るフィルタの回路図である。図10(a)に示すように、入力端子T1と出力端子T2との間に、1または複数の直列共振器S1からS4が直列に接続されている。入力端子T1と出力端子T2との間に、1または複数の並列共振器P1からP4が並列に接続されている。実施例3のフィルタを弾性波素子12および/または22で形成してもよい。直列共振器および並列共振器の個数等は適宜設定できる。フィルタとしてラダー型フィルタを例に説明したが、フィルタは多重モード型フィルタでもよい。
FIG. 10(a) is a circuit diagram of a filter according to the third embodiment. As shown in FIG. 10(a), one or more series resonators S1 to S4 are connected in series between the input terminal T1 and the output terminal T2. One or more parallel resonators P1 to P4 are connected in parallel between the input terminal T1 and the output terminal T2. The filter of the third embodiment may be formed of the
図10(b)は、実施例3の変形例1に係るデュプレクサの回路図である。図10(b)に示すように、共通端子Antと送信端子Txとの間に送信フィルタ50が接続されている。共通端子Antと受信端子Rxとの間に受信フィルタ52が接続されている。送信フィルタ50は、送信端子Txから入力された高周波信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Antに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ52は、共通端子Antから入力された高周波信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Rxに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ50および受信フィルタ52の少なくとも一方を実施例3のフィルタとすることができる。また、送信フィルタ50を弾性波素子12で形成し、受信フィルタ52を弾性波素子22で形成してもよい。
FIG. 10(b) is a circuit diagram of a duplexer according to Modification 1 of Embodiment 3. As shown in FIG. 10(b), a
マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。 Although a duplexer has been described as an example of a multiplexer, a triplexer or a quadplexer may also be used.
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various modifications and variations can be made within the scope of the gist of the present invention as described in the claims. Changes are possible.
10a 支持基板
10b、10c 圧電基板
12、22 弾性波素子
14、24 配線
15 環状絶縁層
16 ビア配線
18 端子
20 基板
26 空隙
28 バンプ
30 封止半田層
32、34 環状金属層
36 リッド
50 送信フィルタ
52 受信フィルタ
54、56、57、59 内周
58 外周
Claims (11)
前記第1基板上に、前記第1面に空隙を介し第2面が向き合うように搭載された第2基板と、
前記第1面に前記第2基板を囲むように設けられた環状金属層と、
前記環状金属層の前記第1基板と反対側の表面のうち前記第1基板の中心側の領域に前記表面と接触して設けられた環状絶縁層と、
前記第1面および前記第2面の少なくとも一方に設けられた弾性波素子と、
前記第2基板を囲み、前記弾性波素子を前記空隙に封止し、前記環状金属層の前記第1基板と反対側の表面のうち前記環状絶縁層が設けられていない前記環状金属層の表面と直接接合し、前記環状絶縁層と直接接合していない封止半田層と、
を備える弾性波デバイス。 a first substrate having a first surface;
a second substrate mounted on the first substrate so that a second surface faces the first surface with a gap therebetween;
an annular metal layer provided on the first surface so as to surround the second substrate;
an annular insulating layer provided in a region on the center side of the first substrate among the surfaces of the annular metal layer opposite to the first substrate in contact with the surface ;
an acoustic wave element provided on at least one of the first surface and the second surface;
A surface of the annular metal layer that surrounds the second substrate, seals the acoustic wave element in the gap, and is not provided with the annular insulating layer among the surfaces of the annular metal layer on the opposite side from the first substrate. a sealing solder layer that is directly bonded to the annular insulating layer and not directly bonded to the annular insulating layer;
An elastic wave device equipped with
前記第2基板を囲み、前記支持基板上であって前記圧電基板が設けられていない領域に設けられ、側面が前記圧電基板の側面に接した第1環状金属層と、
前記第2基板を囲み、前記第1環状金属層上に設けられ、内周が前記第1環状金属層の内周に略一致または前記第1環状金属層の内周より前記第1基板の中心側の前記圧電基板上に位置する第2環状金属層と、を備え、
前記環状絶縁層は前記第2環状金属層の前記第1基板と反対側の表面に接触して設けられ、前記環状絶縁層の外周は前記第1環状金属層の内周より前記第1基板の外周側に位置し、
前記封止半田層は、前記環状絶縁層が設けられていない前記第2環状金属層の表面と直接接合する請求項2に記載の弾性波デバイス。 The annular metal layer is
a first annular metal layer surrounding the second substrate, provided on the supporting substrate in a region where the piezoelectric substrate is not provided, and having a side surface in contact with a side surface of the piezoelectric substrate;
Surrounding the second substrate, provided on the first annular metal layer, the inner periphery of which substantially coincides with the inner periphery of the first annular metal layer, or closer to the center of the first substrate than the inner periphery of the first annular metal layer. a second annular metal layer located on the piezoelectric substrate on the side;
The annular insulating layer is provided in contact with a surface of the second annular metal layer opposite to the first substrate , and the outer periphery of the annular insulating layer is closer to the first substrate than the inner periphery of the first annular metal layer. Located on the outer periphery,
The acoustic wave device according to claim 2, wherein the sealing solder layer is directly bonded to a surface of the second annular metal layer on which the annular insulating layer is not provided.
前記第1基板上に、前記第1面に空隙を介し第2面が向き合うように搭載された第2基板と、
前記第1面に前記第2基板を囲むように設けられた環状金属層と、
前記環状金属層上のうち前記第1基板の中心側の領域に設けられた環状絶縁層と、
前記第1面および前記第2面の少なくとも一方に設けられた弾性波素子と、
前記第2基板を囲み、前記弾性波素子を前記空隙に封止し、前記環状絶縁層が設けられていない前記環状金属層の表面と接合し、前記環状絶縁層と接合していない封止半田層と、
を備え、
前記第1基板は支持基板と前記支持基板上に直接的または間接的に接合された圧電基板とを備え、前記弾性波素子は前記第1面に設けられた第1弾性波素子を含み、
前記環状金属層は、
前記第2基板を囲み、前記支持基板上であって前記圧電基板が設けられていない領域に設けられ、側面が前記圧電基板の側面に接した第1環状金属層と、
前記第2基板を囲み、前記第1環状金属層上に設けられ、内周が前記第1環状金属層の内周より前記第1基板の外周側に位置する第2環状金属層と、を備え、
前記環状絶縁層の内周は前記第1環状金属層の内周と略一致または前記第1環状金属層の内周より前記第1基板の中心側に位置し、前記環状絶縁層の外周は前記第1環状金属層の内周より前記第1基板の外周側に位置し、
前記封止半田層は、前記環状絶縁層が設けられていない前記第2環状金属層の表面と接合する弾性波デバイス。 a first substrate having a first surface;
a second substrate mounted on the first substrate so that a second surface faces the first surface with a gap therebetween;
an annular metal layer provided on the first surface so as to surround the second substrate;
an annular insulating layer provided on the annular metal layer in a region closer to the center of the first substrate;
an acoustic wave element provided on at least one of the first surface and the second surface;
a sealing solder that surrounds the second substrate, seals the acoustic wave element in the gap, is bonded to the surface of the annular metal layer on which the annular insulating layer is not provided, and is not bonded to the annular insulating layer; layer and
Equipped with
The first substrate includes a support substrate and a piezoelectric substrate directly or indirectly bonded to the support substrate, and the acoustic wave element includes a first acoustic wave element provided on the first surface,
The annular metal layer is
a first annular metal layer surrounding the second substrate, provided on the supporting substrate in a region where the piezoelectric substrate is not provided, and having a side surface in contact with a side surface of the piezoelectric substrate;
a second annular metal layer surrounding the second substrate, provided on the first annular metal layer, and having an inner periphery located closer to the outer periphery of the first substrate than the inner periphery of the first annular metal layer; ,
The inner periphery of the annular insulating layer substantially coincides with the inner periphery of the first annular metal layer or is located closer to the center of the first substrate than the inner periphery of the first annular metal layer, and the outer periphery of the annular insulating layer located closer to the outer circumference of the first substrate than the inner circumference of the first annular metal layer,
The sealing solder layer is an acoustic wave device that is bonded to the surface of the second annular metal layer on which the annular insulating layer is not provided.
前記弾性波素子は前記第2面に設けられている請求項1に記載の弾性波デバイス。 The first substrate is a ceramic substrate,
The acoustic wave device according to claim 1, wherein the acoustic wave element is provided on the second surface.
前記環状金属層上の前記第1基板と反対側の表面のうち内側の領域に前記表面と接触して環状絶縁層を形成する工程と、
前記第1基板の第1面に空隙を介し第2面が向き合うように第2基板を搭載する工程と、
前記第2基板を囲み、前記第1面および前記第2面の少なくとも一方に設けられた弾性波素子を前記空隙に封止し、前記環状金属層の前記第1基板と反対側の表面のうち前記環状絶縁層が設けられていない前記環状金属層の表面と直接接合し、前記環状絶縁層と直接接合しない封止半田層を形成する工程と、
を含む弾性波デバイスの製造方法。 forming an annular metal layer on the first surface of the first substrate;
forming an annular insulating layer on an inner region of the surface of the annular metal layer on the side opposite to the first substrate in contact with the surface ;
mounting a second substrate on the first surface of the first substrate so that the second surface faces the first surface with a gap therebetween;
an acoustic wave element surrounding the second substrate and provided on at least one of the first surface and the second surface is sealed in the gap; forming a sealing solder layer that is directly bonded to the surface of the annular metal layer on which the annular insulating layer is not provided, and that is not directly bonded to the annular insulating layer;
A method of manufacturing an acoustic wave device including:
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