JP7443168B2 - 弾性表面波デバイス - Google Patents

Description

本発明は、ＩＤＴ（Inter Digital Transducer）を備えた弾性表面波デバイスに関する。

近年、携帯電話などの通信機器の小型化が急速に進んでいる。このような機器の小型化を受けて、その構成部品である例えば、弾性表面波デバイス(surface acoustic wave device, SAWデバイス)などの電子部品の小型化が求められている。
弾性表面波デバイスを小型化した構造としては、ウエハレベルチップサイズパーケージ（ＷＬ－ＣＳＰ）型の構造が知られている。ＷＬ－ＣＳＰ型の弾性表面波デバイスは、例えば特許文献１に記載されているように圧電基板の表面に櫛歯電極を設け、櫛歯電極の作動空間を形成するように櫛歯電極の周囲に外囲壁層と、天井板を設けて中空構造とした構成となっている。そして櫛歯電極と接続された引出し配線を圧電基板の外縁まで引き出し、さらに当該引出し配線と接続され、天井板の上面に設けられた実装端子とを接続する側面配線を設けた構成が記載されている。また特許文献２には、櫛形電極の周囲を素子カバーにより囲み、カバー部材の外面に櫛形電極と電気的に接続された第１の電極を設けた弾性波装置において、カバー部材及び第１の電極を覆うようにエポキシ系の封止樹脂を設けた構成が記載されている。

近年では、弾性波デバイスの動作の信頼性の向上が要求されており、製品に課される衝撃試験が厳しくなっている。そのためより丈夫で信頼性の高い弾性表面波デバイスを作成する技術が求められる。

特開２０１６－６６９８９号公報 特開２０１５－３９２０９号公報

本発明は、このような事情の下になされたものであり、弾性表面波デバイスにおいて、温度変化によって加わる応力の影響を抑制することにある。

本発明の弾性表面波デバイスは、圧電基板の一面に設けられたＩＤＴと、
前記圧電基板上に設けられ、前記ＩＤＴが配置された領域を囲む壁部と、
当該壁部の上面の一部のみに重なって、前記壁部に囲まれた領域の開口を塞ぐ天板部と、
前記圧電基板の一面に設けられ、前記ＩＤＴに接続される位置から、前記壁部に囲まれた領域の外部に引き出されるように設けられた引出電極と、
前記壁部の外部に引き出された部分の前記引出電極上に積層されることにより当該引出電極と電気的に接続され、前記壁部の側面を介して前記天板部の上面まで引き回される電極配線と、
少なくとも前記天板部の上面を覆うように設けられた保護膜と、
前記天板部の側面と前記壁部の上面のうち当該天板部に重ならない領域とがなす一の段部を被覆することで前記電極配線に形成される他の段部と、
を備え、
前記保護膜が前記天板部の上面より広い領域を覆うように設けられる場合には、当該保護膜は、前記引出電極上に前記電極配線が積層されている領域を避けて設けられ、当該保護膜の下端は前記他の段部上に位置し、前記電極配線において当該他の段部よりも上側における部位が前記保護膜に被覆されることを特徴とする。

本発明の弾性表面波デバイスは、圧電基板の表面に設けたＩＤＴを囲むように壁部を設けると共に、ＩＤＴを囲む領域を塞ぐように天板部を設けている。さらに圧電基板の一面にＩＤＴに接続される位置から、前記壁部に囲まれた領域の外部に引き出される引出電極を設け、壁部の外部の引出電極上に積層されることにより当該引出電極と電気的に接続され、前記天板部の上面まで引き回される電極配線を設けている。そして天板部の上面を覆う保護膜を設けるにあたって、保護膜が前記天板部の上面より広い領域を覆うように設けられる場合には、当該保護膜は、前記引出電極上に前記電極配線が積層されている領域を避けて設けている。そのため弾性表面波デバイスを温度変化にさらしたときに、保護膜と、圧電基板及び引出電極と、の伸縮量の差に基づく応力によって電極配線及び引出電極の接続部分の近辺の圧電基板の割れを抑制することができ、割れによる電極配線と引出電極との間の断線を抑制できる。

弾性表面波デバイスの縦断側面図である。 弾性表面波デバイスの平面図である。 従来の弾性表面波デバイスの構成例を示す説明図である。 従来の弾性表面波デバイスにて破断が発生する様子を示す説明図である。 他の例に係る弾性表面波デバイスの縦断側面図である。

本発明の実施の形態に係る弾性表面波デバイスについて説明する。図１～図３は、夫々弾性表面波デバイスの縦断側面図、及び平面図を示している。弾性表面波デバイスは、例えばタンタル酸リチウムで構成された矩形平板状の圧電基板１０を備えている。圧電基板１０の一面のほぼ中央には、例えばチタン（Ｔｉ）を下地とし、アルミニウム（Ａｌ）を積層した櫛形電極（ＩＤＴ）２が設けられている。なお実際の弾性表面波デバイスにおいては、多数本のＩＤＴ２が設けられるが、図１、図３等では、ＩＤＴ２の配置数を減らし、簡略化して記載している。

また圧電基板１０の表面には、２本の引出電極４が設けられている。２本の引出電極４は、各々一端がＩＤＴ２のバスバーに接続され、各引出電極４の他端は、圧電基板１０の長辺方向一端側及び他端側に夫々引き出されている。引出電極４は、ＩＤＴ２と同様にＴｉを下地とし、Ａｌを積層して構成される一方、ＩＤＴ２よりも厚く形成されている。なお図１、図２中の符号１１は、層間絶縁膜である。

また圧電基板１０上には、ＩＤＴ２の振動する作動空間を確保するための例えば感光性ポリイミドなどの樹脂で構成された平面視矩形状のカバー部材３が設けられている。カバー部材３は、圧電基板１０上におけるＩＤＴ２が配置された領域を囲む壁部３１と、壁部３１上に設けられ、当該壁部３１に囲まれた領域の開口を塞ぐ天板部３２と、を備えている。壁部３１は、圧電基板１０中央領域を囲むように設けられた矩形環状の部材である。圧電基板１０の長辺方向に沿ってみたとき、前記中央領域を挟んで対向するように配置され、当該圧電基板１０の短辺方向に沿って伸び２つの壁部３１は、各々引出電極４を横断するように配置されている。
即ち引出電極４は、ＩＤＴ２に接続される位置から、壁部３１に囲まれた領域の外部に引き出されるように設けられているといえる。なお明細書中では、２本の引出電極４における壁部３１の外側の部分を端子部４Ａと呼ぶ。

また弾性表面波デバイスは、各端子部４Ａに電気的に接続され、壁部３１の側面を介して天板部３２の上面まで引き回される電極配線６を備えている。電極配線６は、例えば銅（Ｃｕ）の電解メッキによって形成される。また本例では、電極配線６は、端子部４Ａの全体を覆うように、当該端子部４Ａ（引出電極４）上に積層されている。

さらに本例の弾性表面波デバイスには、その構成部材（引出電極４や壁部３１、天板部３２など）を衝撃や腐食から保護するため、例えば感光性エポキシ樹脂で構成された保護膜８が設けられている。この保護膜８は、少なくとも天板部３２の上面を覆うように設けられる。この保護膜８は、天板部３２の上面よりも広い領域を覆うように設けられてもよく、図１、図２に示す例では、前記天板部３２の側面も保護膜８によって覆われている。

一方、実施の形態に係る保護膜８は、天板部３２の上面よりも広い領域を覆うように設けられる場合であっても、引出電極４上に電極配線６が積層されている領域である端子部４Ａを避けて設けられる。この点に関し図１、図２に示す弾性表面波デバイスにおいては、保護膜８は、壁部３１の側面、及び、端子部４Ａを含む、壁部３１に囲まれた領域の外部に位置する圧電基板１０には形成されていない。

以上に説明したように、保護膜８が設けられる領域を限定する理由について説明すると、近年では、弾性表面波デバイスの動作の信頼性の要求が高まっている。このため、製品の出荷の前に行う試験の条件が厳しくなっている。例えばJIS C 60068-2-14に基づいて設定される熱衝撃試験では、低温さらし温度、高温さらし温度に設定された低温槽、高温槽内に交互に弾性表面波デバイスを配置して、各温度雰囲気に交互に曝すことにより、熱衝撃を加える熱衝撃試験が規定されている。この熱衝撃試験においては、低温槽、高温槽内の雰囲気に弾性表面波デバイスを曝す時間、及び交互に曝すサイクル数が設定される。

この点、近年では、低温さらし温度と、高温さらし温度との温度差がより大きな熱衝撃試験が行われる傾向にある。この観点で、低温さらし温度を、例えば－５５℃、高温さらし温度を、例えば１２５℃に設定する場合を例示できる。また試験によっては、低温さらし温度を、例えば－６０℃、高温さらし温度を、例えば１５０℃に設定する場合もある。そして各さらし温度に設定した低温槽の雰囲気に３０分、常温雰囲気（２５℃）に１５分、高温槽内の雰囲気に３０分ずつ弾性表面波デバイスをさらすサイクルを、７５０回繰り返す熱衝撃試験を想定する。このような試験を行い、例えば部材の破損などの不具合の発生した製品が除かれ、試験を合格した製品のみが出荷される。

この熱衝撃試験を行ったときに、弾性表面波デバイスを構成する部材が温度変化に応じて伸縮するが、保護膜８を構成する感光性エポキシ樹脂は、例えば線膨張係数が５０ｐｐｍ／℃程度を示し、熱変化に対して大きく伸縮する。これに対して、例えば圧電基板１０を構成するタンタル酸リチウムは、１０ｐｐｍ／℃程度であり、保護膜８と比較して線膨張係数が小さいため熱変化に対する伸縮が小さい。

そのため、図３に示すように、引出電極４（端子部４Ａ）と電極配線６とが積層された領域までも覆うように保護膜８を設けた場合、保護膜８と電極配線６との伸縮量が相違することに伴い、保護膜８と電極配線６との界面付近で大きな応力が発生する。

この応力により、引出電極４や圧電基板１０に負荷が加わり、例えば図４に示すように電極配線６及び引出電極４（端子部４Ａ）の接続部分の下方側の圧電基板１０に割れが発生することがある。圧電基板１０の割れの発生に伴って、電極配線６や引出電極４（端子部４Ａ）の接続部分が破損し、断線が発生することがある。
既述のように、近年では温度差の大きい熱衝撃試験が課されることから、線膨張係数の差に基づく保護膜８と、圧電基板１０との間の応力が強くなる傾向にあり、より割れが発生しやすい傾向が想定される。そのため熱衝撃試験を行ったときに、図３、図４に示す構成の製品では歩留まりが低下してしまう懸念がある。

これに対して実施の形態に係る弾性表面波デバイスにおいては、電極配線６と、引出電極４（端子部４Ａ）とが積層された領域を避けて保護膜８を設けている。当該構成により、圧電基板１０の割れや、電極配線６及び引出電極４（端子部４Ａ）の断線を抑制することができる。

特に感光性エポキシ樹脂は、線膨張係数が大きいことから、保護膜８の材料に感光性エポキシ樹脂を用いた弾性波デバイスは、温度が変化したときに保護膜８と圧電基板１０との間の伸縮量が大きい。そのため圧電基板１０を覆うように保護膜８を設けた場合に、圧電基板１０が割れやすい。そのため保護膜８の材料に感光性エポキシ樹脂を用いた弾性波デバイスにおいて、圧電基板１０上に引出電極４と電極配線６とが積層された領域が設けられている場合には、当該領域を避けるように保護膜８を設けることが好ましい。
このことは感光性エポキシ樹脂に限らず、例えば線膨張係数が５２ｐｐｍ／℃を超えるような材料により保護膜８を形成する場合においても同様である。

一方で、感光性ポリイミドなどの樹脂で構成された天板部３２や壁部３１は、感光性エポキシ樹脂との線膨張係数の差が過度に大きくないため、温度差の大きな熱衝撃試験を行っても天板部３２や壁部３１に割れが生じるような応力は発生しにくい。また、圧電基板１０と比較して樹脂は伸縮性も高いため、割れも生じにくい。
そこで、図１、図２に示す例では、天板部３２の上面及び側面を覆うように保護膜８を設け、当該領域に設けられている構成部材を衝撃や腐食から保護している。従って、保護膜８を設ける領域をさらに広げ、壁部３１の側面までも覆うように保護膜８を設けてもよい。但し、この場合においても、引出電極４と電極配線６とが積層された領域に保護膜８の下端部が接触しないように当該保護膜８を形成するか、前記積層された領域に接触するように形成された保護膜８の下端部を除去する処理を行う必要がある。

このほか、図５に示すように弾性表面波デバイスにおいて、電極配線６の保護膜８に覆われず露出している領域に、電極配線６を保護する電極保護膜９を設けてもよい。電極保護膜９は、例えばニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）メッキにより構成することができる。図５に示す例では、電極配線６と引出電極４とが積層された領域及び、壁部３１の外側面に形成された電極配線６の表面を覆うように電極保護膜９を設けている。このように電極配線６が保護膜８によって覆われていない領域に電極保護膜９を設けることで、部材同士の衝突等の衝撃による断線から電極配線６を保護することができる。

１０ 圧電基板
２ ＩＤＴ
３１ 壁部
３２ 天板部
４ 引出電極
６ 電極配線
８ 保護膜

Claims (4)

1. 圧電基板の一面に設けられたＩＤＴと、
   前記圧電基板上に設けられ、前記ＩＤＴが配置された領域を囲む壁部と、
   当該壁部の上面の一部のみに重なって、前記壁部に囲まれた領域の開口を塞ぐ天板部と、
   前記圧電基板の一面に設けられ、前記ＩＤＴに接続される位置から、前記壁部に囲まれた領域の外部に引き出されるように設けられた引出電極と、
   前記壁部の外部に引き出された部分の前記引出電極上に積層されることにより当該引出電極と電気的に接続され、前記壁部の側面を介して前記天板部の上面まで引き回される電極配線と、
   少なくとも前記天板部の上面を覆うように設けられた保護膜と、
   前記天板部の側面と前記壁部の上面のうち当該天板部に重ならない領域とがなす一の段部を被覆することで前記電極配線に形成される他の段部と、
   を備え、
   前記保護膜が前記天板部の上面より広い領域を覆うように設けられる場合には、当該保護膜は、前記引出電極上に前記電極配線が積層されている領域を避けて設けられ、当該保護膜の下端は前記他の段部上に位置し、前記電極配線において当該他の段部よりも上側における部位が前記保護膜に被覆されることを特徴とする弾性表面波デバイス。
2. 前記保護膜は、感光性エポキシ樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
3. 前記保護膜の線膨張係数が５２ｐｐｍ／℃以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の弾性表面波デバイス。
4. 前記保護膜に覆われていない領域の前記電極配線の表面に、前記保護膜よりも線膨張係数が小さい材料からなる電極保護膜を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の弾性表面波デバイス。

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