KR100861454B1

KR100861454B1 - 압전 필터

Info

Publication number: KR100861454B1
Application number: KR1020077001338A
Authority: KR
Inventors: 류이치 쿠보; 타카히로 오구치; 하지메 야마다
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2008-10-02
Also published as: KR20070020563A

Abstract

본 발명은 보다 소형화를 도모할 수 있는 압전 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 구성에 따르면, 압전 필터(10)는 그 주면(主面)에, 적어도 1개의 제1의 압전 공진자(25)가 형성된 제1의 기판(22)과, 그 주면에, 적어도 1개의 제2의 압전 공진자(15)가 형성된 제2의 기판(12)과, 제1의 기판(22)의 주면과 제2의 기판(12)의 주면이 대향한 상태에서, 제1의 기판(22)과 제2의 기판(12) 사이에 있어서, 제1의 압전 공진자(25) 및 제2의 압전 공진자(15) 주위로 연장되며, 제1의 압전 공진자(25)와 제2의 압전 공진자(15)를 간격을 형성해서 봉지(封止)하는 접합 패턴(20)과, 제1의 기판(22)의 주면에 형성되며 제1의 압전 공진자(25)에 전기적으로 접속된 패드(28x)와, 제2의 기판(12)의 주면에 형성되며 제2의 압전 공진자(15)에 전기적으로 접속된 패드(18x)를 접합하는 접합층(24x)을 구비한다.

압전 필터, 기판, 병렬 공진자, 직렬 공진자, 패드, 접합 패턴

Description

압전 필터{PIEZOELECTRIC FILTER}

본 발명은 압전 필터에 관한 것이다.

압전 박막의 두께 진동을 이용하는 박막 압전 공진자(BAW 공진자)나, 탄성 표면파를 이용하는 탄성 표면파 공진자(SAW 공진자)를 구비한 압전 필터는, 최근, 소형화가 진행되고 있다.

예를 들면 특허문헌 1에는, 공진자 소자가 형성된 기판과 같은 사이즈의 뚜껑을 기판의 양면에 부착하여, 패키지를 소형화하는 것이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 공진자 소자가 형성된 2장의 기판을 케이스의 돌기대(突起臺)로 간격을 형성해서 평행하게 유지하는 구성이 제안되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특허공표 2004-503164호 공보

특허문헌 2: 일본국 특허공개 2002-43890호 공보

압전 필터가 사용되는 휴대전화 등의 소형화에 따라, 압전 필터를 더욱 작게 하는 것이 요망되고 있다.

그러나, 특허문헌 1에 개시된 구성에서는, 기판보다도 패키지 사이즈를 소형화할 수 없다. 기판에는, 최저라도 직렬 공진자와 병렬 공진자의 2개 이상의 공진자를 동일 평면에 형성할 필요가 있으며, 동일 평면에 다수의 공진자를 형성하기 때문에, 기판 그 자체의 소형화에는 한계가 있다. 또한, 직렬 공진자와 병렬 공진자가 동일 평면에 형성되어 있기 때문에, 이온 밀링(ion milling)이나 스퍼터 등에 의해, 중량 제거나 부가를 직병렬 따로따로 행하는 것이 어렵다. 또한, 평면에 복수의 공진자를 늘어놓기 때문에, 공진자간의 배선 저항이 커져서, 필터 특성의 열화를 초래하기 쉽다. 또한, 공진자의 재료 및 진동 모드를 복수 사용하고 싶은 경우, 재료의 제약을 받거나, 공정이 복잡해져서 비용이 높아지거나 한다. 또한, 기판에 형성된 공진자 소자를 보호하는 뚜껑을 설치하므로, 사이즈가 커지며, 뚜껑의 재료비나 가공비 등도 필요해진다.

특허문헌 2에 개시된 구성에서는, 2장의 기판을 서로 겹침으로써 면적을 작게는 할 수 있으나, 케이스로 기판의 주위를 둘러싸기 때문에, 기판보다도 면적이 커진다. 또한, 돌기대에 의해 기판간에 간격을 형성하고, 또한 기판을 수납한 케이스의 상하의 개구를 뚜껑으로 밀봉하기 때문에, 높이(기판의 두께방향의 치수)가 커진다.

본 발명은 이러한 실정을 감안하여, 보다 소형화를 도모할 수 있는 압전 필터를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 이하와 같이 구성한 압전 필터를 제공한다.

압전 필터는, 그 주면(主面)에, 적어도 1개의 제1의 압전 공진자가 형성된 제1의 기판과, 그 주면에, 적어도 1개의 제2의 압전 공진자가 형성된 제2의 기판과, 상기 제1의 기판의 상기 주면과 상기 제2의 기판의 상기 주면이 대향한 상태에서, 상기 제1의 기판과 상기 제2의 기판 사이에 있어서, 상기 제1의 압전 공진자 및 상기 제2의 압전 공진자의 주위로 연장되며, 상기 제1의 압전 공진자와 상기 제2의 압전 공진자를 간격을 형성해서 접합하는 접합 패턴과, 상기 제1의 기판의 상기 주면에 형성된 패드와, 상기 제2의 기판의 상기 주면에 형성된 소정의 패드를 접합하는 접합층과, 상기 제2의 기판의 상기 주면에 형성된 소정의 상기 패드에 접속된 외부전극을 구비한다.

상기 구성에 있어서, 2개의 기판을 접합 패턴으로 접합하고, 접합 패턴의 내측에 진동 공간을 만들며, 압전 공진자가 자유롭게 진동하도록 한다. 한쪽 기판의 압전 공진자와 다른쪽 기판의 압전 공진자는, 접합층에 의해, 접합 패턴의 내측에 있어서 전기적으로 접속한다. 패드는 그 기판의 압전 공진자에 접속되어도 좋다. 또한, 그 기판의 압전 공진자로부터 독립해 있어도 좋다.

상기 구성에 따르면, 서로, 한쪽 기판을, 다른쪽 기판의 압전 공진자를 덮는 뚜껑으로서 사용할 수 있어, 기판을 수납하는 패키지나 기판을 덮는 뚜껑 기판을 없앨 수 있다.

바람직하게는, 상기 접합 패턴은, Au, Ag, Sn 또는 Cu의 일종 이상을 포함한다.

상기 구성에 따르면, 접합 패턴은 솔더 합금에 의해 기판을 접합(봉지(封止))할 수 있다. 솔더 합금은 기판이나 압전 공진자에 악영향을 주는 온도보다도 낮은 온도에서 형성(용융)하므로, 기판이나 공진자에 악영향을 주지 않고, 기판을 접합(봉지)할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1의 기판과 상기 제2의 기판은, 각각 GND 패드를 구비하며, 상기 GND 패드끼리가 범프 접합된다.

상기 구성에 따르면, 각각의 기판의 GND를 공통화하고, GND를 한쪽 기판으로부터 외부에 인출할 수 있다. 또한, 압전 공진자 주위의 접합 패턴을 도전성으로 하고, 접합 패턴을 GND에 인출할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2의 기판을 관통하는 관통구멍이 형성되며, 상기 관통구멍의 일단(一端)이 상기 제2의 기판의 상기 패드 또는 상기 GND 패드에 전기적으로 접속되고, 상기 관통구멍의 타단(他端)이 외부전극에 전기적으로 접속된다.

외부전극과 압전 공진자 사이의 배선을 짧게 해서, 압전 필터를 소형화할 수 있다. 또한, 압전 공진자가 진동해서 발생한 열이 기판으로 방열되기 쉬워져서, 압전 필터의 내전력성이 향상한다.

바람직하게는, 상기 접합 패턴은, 상기 GND 패드에 접속되며, 상기 GND 패드는 상기 관통구멍을 통해서, 상기 외부전극에 접속되고, 상기 외부전극은 GND에 접속된다.

상기 구성에 따르면, 접합 패턴이 GND에 접속되므로, 압전 필터를 정전 실드할 수 있다.

바람직하게는, 상기 관통구멍의 상기 일단의 개구는, 상기 패드 또는 상기 GND 패드에 의해 덮여 있다.

상기 구성에 따르면, 진동 공간을 외부에서 차단할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1의 압전 공진자 및 상기 제2의 압전 공진자는, 대향하는 한 쌍의 여진전극 사이에 압전 박막이 배치된 박막 압전 공진자이다.

상기 구성에 따르면, 박막 압전 공진자(BAW 공진자)를 사용한 압전 필터(BAW 장치)를 소형화할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1의 공진자 또는 상기 제2의 공진자 중 어느 한쪽이 직렬 공진자이고, 상기 제1의 공진자 또는 상기 제2의 공진자의 다른쪽이 병렬 공진자이다.

상기 구성에 따르면, 직렬 공진자와 병렬 공진자를 각각 다른 기판에 형성하므로, 직렬 공진자의 공진 주파수와 병렬 공진자의 공진 주파수를 개별로 조정할 수 있다. 따라서, 직렬 공진자와 병렬 공진자의 공진 주파수가 다른 압전 필터의 제작이 용이하다.

바람직하게는, 상기 제1의 압전 공진자의 상기 압전 박막과, 상기 제2의 압전 공진자의 상기 압전 박막이 다른 재료에 의해 형성된다.

제1의 압전 공진자와 제2의 압전 공진자에(예를 들면, 직렬 공진자와 병렬 공진자에), 각각 적합한 압전재료를 사용할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1의 압전 공진자의 상기 여진전극과 상기 제2의 압전 공진자의 상기 여진전극이 다른 재료로 형성된다.

제1의 압전 공진자와 제2의 압전 공진자에(예를 들면, 직렬 공진자와 병렬 공진자에), 각각 적합한 전극재료를 사용할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1의 압전 공진자와 상기 제2의 압전 공진자는, 재료가 다른 주파수 조정막을 포함한다.

제1의 압전 공진자와 제2의 압전 공진자에(예를 들면, 직렬 공진자와 병렬 공진자에), 각각 적합한 주파수 조정재료를 사용할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1의 압전 공진자와 상기 제2의 압전 공진자가, 각각 기본파 또는 2 이상의 정수배파의 적어도 하나의 진동 모드로 진동하며, 상기 제1의 압전 공진자와 상기 제2의 압전 공진자에서는 서로 진동 모드의 차수가 다르다.

제1의 압전 공진자와 제2의 압전 공진자에(예를 들면, 직렬 공진자와 병렬 공진자에), 각각 적합한 진동 모드를 사용할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1의 압전 공진자와 상기 제2의 압전 공진자가 탄성 표면파를 이용하는 SAW 공진자이며, 상기 제1의 기판과 상기 제2의 기판이 동일한 단결정의 압전재료로 이루어지는 기판이다.

동일한 선팽창계수를 가진 기판끼리를 웨이퍼 레벨로 용이하게 접합할 수 있다. 또한, 뚜껑 기판을 SAW 공진자에 사용하므로, 제조 비용의 저감이 가능하다.

바람직하게는, 상기 제2의 압전 공진자는 BAW 공진자이다.

BAW 공진자의 제2의 기판은 Si기판이어서, 외부전극을 인출하기 위한 관통구멍을 형성하기 쉽다. 압전 단결정에 관통구멍이나 외부전극을 형성할 때에 발생하는 크랙 등의 문제를 회피할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2의 기판의 두께가 상기 제1의 기판의 두께보다 작다.

상기 구성에 따르면, 상대적으로 두께가 작은 제2의 기판에, 관통구멍을 용이하게 형성할 수 있다.

바람직하게는, 상기 병렬 공진자의 상기 압전 박막의 두께가 상기 직렬 공진자의 상기 압전 박막의 두께보다 크다.

병렬 공진자의 주파수는 직렬 공진자의 주파수보다 낮게 하지 않으면 안 되는데, 상기 구성에 따르면, 주파수를 낮게 하기 위해서 전극막 두께를 크게 하거나, 산소 플라스마를 조사하거나 하는 방법보다, 특성 열화를 작게 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1의 압전 공진자의 절연막의 두께가 상기 제2의 압전 공진자의 절연막의 두께와 다르게 되어 있다. 주파수 조정막을 형성하지 않더라도 압전 공진자의 주파수를 다르게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 어느 하나의 구성의 압전 필터를 사용한 복합 필터를 제공한다. 이 경우, 듀플렉서, 멀티 밴드 필터 등의 복합 필터를, 소형화할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 어느 하나의 구성의 압전 필터 또는 상기 구성의 복합 필터를 사용한 통신장치를 제공한다. 이 경우, 통신장치를 소형화할 수 있다.

<발명의 효과>

본 발명의 압전 필터는 보다 소형화를 도모할 수 있다.

도 1은 압전 필터의 투시도이다.(실시예 1)

도 2는 도 1의 선 II-II를 따라 절단한 단면도이다.(실시예 1)

도 3은 도 1의 선 III-III을 따라 절단한 단면도이다.(실시예 1)

도 4는 도 1의 선 IV-IV를 따라 절단한 단면도이다.(실시예 1)

도 5는 한쪽 기판의 투시도이다.(실시예 1)

도 6은 도 2의 선 VI-V를 따라 절단한 단면도이다.(실시예 1)

도 7은 접합층의 확대 단면도이다.(실시예 1)

도 8은 압전 필터의 회로도이다.(실시예 1)

도 9는 압전 필터의 투시도이다.(실시예 2)

도 10은 도 11의 선 X-X을 따라 절단한 단면도이다.(실시예 2)

도 11은 도 9의 선 XI-XI을 따라 절단한 단면도이다.(실시예 2)

도 12는 도 9의 선 XII-XII를 따라 절단한 단면도이다.(실시예 2)

도 13은 압전 필터의 회로도이다.(실시예 2)

도 14는 압전 필터의 단면도이다.(실시예 3)

도 15는 압전 필터의 단면도이다.(실시예 4)

도 16은 듀플렉서의 회로도이다.(실시예 5)

도 17은 통신장치의 회로도이다.(실시예 6)

도 18은 압전 필터의 단면도이다.(실시예 7)

도 19는 압전 필터의 단면도이다.(실시예 8)

도 20은 압전 필터의 단면도이다.(실시예 9)

<부호의 설명>

10: 압전 필터 12: 기판

15: 직렬 공진자(BAW 공진자, 압전 공진자)

18x: 패드(GND 패드) 20: 접합 패턴

22: 기판 24x: 접합층

25: 병렬 공진자(BAW 공진자, 압전 공진자)

28x: 패드(GND 패드) 40: 압전 필터

42: 기판

45a∼45d: 직렬 공진자(BAW 공진자, 압전 공진자)

50: 접합 패턴 52: 기판

54s, 54t: 접합층

55a∼55d: 병렬 공진자(BAW 공진자, 압전 공진자)

60: 압전 필터 62: 기판

66: SAW 공진자(압전 공진자) 70: 접합 패턴

72: 기판 76: SAW 공진자(압전 공진자)

80: 압전 필터 82: 기판

86: BAW 공진자(압전 공진자) 90: 접합 패턴

92: 기판 96: SAW 공진자(압전 공진자)

100: 듀플렉서 200: 통신장치

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 실시예를, 도 1∼도 17을 참조하면서 설명한다.

(실시예 1) 도 1은 실시예 1의 압전 필터(10)의 투시도, 도 2는 도 1의 선 II-II를 따라 절단한 단면도, 도 3은 도 1의 선 III-III을 따라 절단한 단면도, 도 4는 도 1의 선 IV-IV를 따라 절단한 단면도, 도 5는 한쪽 기판(12)의 투시도, 도 6 은 다른쪽 기판(22)을 본 단면도, 도 7은 접합층의 확대도, 도 8은 압전 필터(10)의 전기회로도이다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 압전 필터(10)는 직렬 공진자(15)와 병렬 공진자(25)를 L형으로 구성한 사다리형 필터이다.

도 2∼도 4에 나타내는 바와 같이, 대략, 직렬 공진자(15)를 형성한 기판(12)과, 병렬 공진자(25)를 형성한 기판(22)을, 공진자(15, 25)를 형성한 각각의 주면(主面)이 대향하도록 해서, 접합 패턴(20)으로 간격을 형성해서 접합하고, 진동 공간(11) 내에 공진자(15, 25)를 봉지(封止)하고 있다.

즉, 기판(12, 22)의 주면에, 전극(16, 26), 압전 박막(17, 27), 전극(18, 28)이 적층되어 있다. 전극(16, 18, 26, 28) 사이에 압전 박막(17, 27)이 끼워 넣어지고, 기판(12, 22)에서 떨어진 부분이, 공진자(15, 25)가 된다. 공진자(15, 25)는 압전 박막(17, 27)의 두께 진동을 이용하는 박막 압전 공진자(BAW 공진자)이다. 공진자(15, 25)는 절연막을 갖는 2배파 또는 그 이상의 정수배파를 사용한 공진자여도 좋고, 전극(16, 26)/압전 박막(17, 27)/전극(18, 28)만의 기본파를 사용한 공진자여도 좋다.

한쪽 기판(12)에는, 기판(12)을 관통하는 관통구멍(13a∼13d)이 형성되며, 관통구멍(13a∼13d)의 일단(一端)은 외부에 노출하는 외부전극(14a∼14d)에 접속되어 있다. 관통구멍(13a∼13d)의 타단(他端)은 전극(16, 18)의 일부분에 형성한 패드(16a, 18b, 16c, 18d)에 의해, 전기적 접속과 함께 관통구멍(13a∼13d)의 타단의 개구가 덮여서, 진동 공간(11)의 봉지를 유지하도록 되어 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 직렬 공진자(15)의 한쪽 단자(전극(16))는 입력단자인 외부전극(14a)에 전기적으로 접속되고, 다른쪽 단자(전극(18))는 출력단자인 외부전극(14b)에 전기적으로 접속된다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 전극(18, 28)의 일부분에 형성된 패드(18x, 28x) 사이가, 기둥형상의 접합층(24x)에 의해, 범프 접합된다. 이것에 의해, 병렬 공진자(25)의 한쪽 단자(전극(28))는 직렬 공진자(15)의 다른쪽 단자(전극(18)), 즉 출력단자인 외부전극(14b)에 전기적으로 접속된다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 전극(26)의 일부분에 형성된 패드(26c, 26d)와, 기판(12)측의 패드(16c, 18d) 사이는 기둥형상의 접합층(24c, 24d)에 의해, 범프 접합된다. 이것에 의해, 병렬 공진자(25)의 다른쪽 단자(전극(26))는 GND 단자인 외부전극(14c, 14d)에 전기적으로 접속된다.

병렬 공진자(25)의 압전 박막(27)의 두께는, 직렬 공진자(15)의 압전 박막(17)의 두께보다 크게 하는 것이 바람직하다. 병렬 공진자(25)의 주파수는 직렬 공진자(15)의 주파수보다 낮게 하지 않으면 안 되는데, 주파수를 낮게 하기 위해서 전극막 두께를 크게 하거나, 산소 플라스마를 조사하거나 하는 방법보다, 특성 열화를 작게 할 수 있다.

도 1, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 접합 패턴(20)은, 기판(12, 22)의 둘레 가장자리를 따라 전 둘레에 걸쳐 연장되며, 공진자(15, 25) 주위를 둘러싼다. 접합 패턴(20)은 전극(26)을 통해서, GND 단자인 외부전극(14c, 14d)에 전기적으로 접속된다. 접합 패턴은 GND 단자에 접속되지 않고 전기적으로 떠 있어도 좋다.

다음으로, 압전 필터(10)의 제조방법에 대해서 설명한다.

압전 필터(10)는 대략, 각각 다른 웨이퍼에 기판(12, 22)측의 각각의 구조를 복수개분 형성하고, 웨이퍼를 접합한 후에 분할함으로써 형성한다.

즉, 기판(12, 22)의 Si 웨이퍼에 희생층을 형성해 두고, 그 위에, 전극(16, 26), 압전 박막(17, 27), 전극(18, 28)의 공진자(15, 25)의 구조를 형성한 후, 희생층을 제거한다. 전극(16, 26; 18, 28)은 밀착성을 높이기 위해서 Ti를 증착한 후에, Al을 증착한다. 압전 박막(17, 27)으로서, ZnO를 스퍼터한다. 전극(16, 26; 18, 28)에는, Al 이외에 Au나 Pt, Cu 등을 사용해도 좋다. 또한, 압전 박막(17, 27)에는, ZnO 이외에 AlN 등을 사용해도 좋다.

공진자(15, 25)가 기판(12, 22)에서 뜬 구조로 하는 대신에, 기판(12, 22)을 이방성 에칭해서 형성한 다이어프램(구성막으로서, Al₂O₃나 SiO₂, AlN막을 사용할 수 있다)상에, 전극(16, 26), 압전 박막(17, 27), 전극(18, 28)을 형성하는 것도 가능하다.

또한, 기판(12, 22) 중 어느 한쪽 또는 양쪽에, 접합층(24c, 24d, 24x)과 접합 패턴(20)에 대응해서, 패턴(접합층)을 형성해 둔다. 예를 들면 도 7에 나타내는 바와 같이, 기판(12)측의 접합층(20a)으로서, Ti의 밀착층(30), Cu의 솔더재료층(31), Sn의 솔더재료층(32), Ti의 밀착층(33), Au의 표면보호층(34)을 형성한다. 기판(22)측의 접합층(20b)으로서, Ti의 밀착층(36), Cu의 솔더재료층(35)을 형성한다. 접합층(20a, 20b)의 각각의 두께는 약 6㎛이다. 솔더재료층(31, 32, 35)은 후 술하는 접합공정에서의 가열에 의해, Cu-Sn 솔더 합금의 박막을 형성한다. 기판(12, 22)의 어느 한쪽 혹은 양쪽에, 접합시의 접착제가 되는 물질의 접합층을 형성해 두면 좋다. 접합층의 형성 프로세스는, 기판에 패턴(접합층)부에 개구한 레지스트 마스크를 포토리소그래피로 형성해 두고, 접합층의 금속막을 순차 증착하며, 레지스트상에 부착해 있는 금속막 부분을 레지스트와 함께 제거함으로써, 나머지 금속막 부분에 의해 전극이 형성된다. 리프트오프법을 사용해도 좋다. Cu-Sn계 이외에 Au-Sn계의 솔더 박막이나, 폴리이미드, 에폭시 등의 수지를 사용할 수 있다.

또한, 한쪽 기판(12)의 웨이퍼에는, 관통구멍(13a∼13d)과 외부전극(14a∼14d)을 형성한다. 즉, 기판(12)에 레이저 등으로 관통구멍을 형성하고, 도금막이나 도전성의 충전제 등에 의해, 관통구멍(13a∼13d)을 통해서 내부와 외부전극(14a∼14d) 사이의 도전(導電)을 확보한다.

다음으로, 공진자(15, 25), 접합 패턴(20)이나 접합층(24c, 24d, 24x)의 접합층, 관통구멍(13a∼13d), 외부전극(14a∼14d) 등을 따로따로 형성한 기판(12, 22)의 웨이퍼를, 공진자(15, 25)가 형성되어 있는 각각의 주면을 대향시켜서 접합한다. 즉, 압전 필터(10)마다, 공진자(15, 25) 주위에 접합 패턴(20)을 형성함과 동시에, 패드(16c, 18d, 18x; 26c, 26d, 28x) 사이를 범프 접합한다. 이때, 접합에 Cu-Sn계 솔더 박막을 사용하는 경우, 약 300℃ 정도의 온도를 가하면서 프레스함으로써, 접합 패턴(50)의 내부의 진동 공간(11)을 기밀(氣密) 봉지하는 것이 가능해진다.

다음으로, 접합한 웨이퍼는, 압전 디바이스(10)마다의 경계를 따라, 예를 들 면 다이싱에 의해 절단하여, 압전 디바이스(10)의 개개의 조각으로 분리한다.

한편, 2장의 웨이퍼를 접합한 후에 기판(12)의 웨이퍼를 연마해서, 다른쪽 기판(22)의 웨이퍼보다도 얇게 하여, 관통구멍(13a∼13d)이나 외부전극(14a∼14d) 등의 전극 인출부의 구성을 형성하는 것도 가능하다.

이상과 같이 구성한 압전 필터(10)는, 기판(12, 22)과 같은 정도까지 사이즈(면적)를 작게 할 수 있다. 또한, 접합 패턴(20)을 사용해서 기밀 봉지를 행할 수 있고, 압전 필터(10)의 표면에 기판(12, 22)의 공진자면이 형성되지 않기 때문에, 공진자를 보호하기 위한 패키지나 뚜껑 기판 등이 불필요하다. 따라서, 압전 필터(10)를 보다 소형화할 수 있다.

또한, 공진자(15, 25)간의 접합이 짧아지는 것이나, 종방향(縱方向)의 전기적 접합이 가능해지기 때문에, 공진자간의 배선 저항을 저감할 수 있으며, 필터 특성이 향상한다.

또한, 동일종의 기판을 사용한 경우, 선팽창계수가 동일하기 때문에, 웨이퍼 레벨로 접합이 용이해진다. 기판을 선택하지 않는다. 직렬측과 병렬측의 공진자를 다른 기판에서 제작하고 있던 경우, 각각의 기판에서 주파수 조정을 행함으로써, 직병렬의 주파수차를 정밀하게 맞출 수 있다.

(실시예 2) 도 9는 실시예 2의 압전 필터(40)의 투시도, 도 10은 횡단면도, 도 11은 도 9의 선 XI-XI을 따라 절단한 종단면도, 도 12는 도 9의 선 XII-XII를 따라 절단한 종단면도, 도 13은 압전 필터(40)의 회로도이다.

도 13에 나타내는 바와 같이, 압전 필터(40)는 직렬 공진자(45a∼45d)와 병 렬 공진자(55a∼55d)를 격자형상으로 결합한 격자 필터(lattice filter)이다.

도 9∼도 12에 나타내는 바와 같이, 압전 필터(40)는 제1실시예와 거의 마찬가지로, 4개의 직렬 공진자(45a∼45d)가 형성된 기판(42)과, 4개의 병렬 공진자(55a∼55d)가 형성된 기판(52)을, 공진자(45a∼45d, 55a∼55d)가 형성된 각각의 주면이 대향하도록 해서, 접합 패턴(50)으로 간격을 형성해서 접합하고, 공진자(45a∼45d; 55a∼55d)를 진동 공간(41)에 봉지하고 있다.

즉, 기판(42, 52)의 주면에, 전극(46a∼46d; 56a∼56d), 압전 박막(47s, 47t; 57s, 57t), 전극(48s, 48t; 58s, 58t)이 적층되어 있다. 전극(46a∼46d; 56a∼56d)과 전극(48s, 48t; 58s, 58t) 사이에 압전 박막(47s, 47t; 57s, 57t)이 끼워 넣어지고, 기판(42, 52)에서 떨어진 부분이, 박막 압전 공진자(BAW 공진자)(45a∼45d; 55a∼55d)가 된다.

한쪽 기판(42)에는, 관통구멍(43a∼43d, 43x, 43y)(도 11의 43a, 43b 이외는 도시하지 않음)이 형성되며, 도 9에 나타내는 바와 같이, 기판(42)의 상면에 6개의 외부전극(44a∼44d, 44x, 44y)이 노출하도록 되어 있다. 전극(46a∼46d)은, 각각, 외부전극(44a∼44d)에 전기적으로 접속되며, 외부전극(44a, 44b) 사이에 직렬 공진자(45a, 45b)가 직렬로 접속되고, 외부전극(44c, 44d) 사이에 직렬 공진자(45c, 45d)가 직렬로 접속된다. 외부전극(44x, 44y)은 접합 패턴(50)에 전기적으로 접속된다.

전극(46a∼46d; 56a∼56d)의 일부분에 형성된 패드(46a'∼46d'; 56a'∼56d')(도 11의 46a', 46b'; 56a', 56b' 이외는 도시하지 않음)를 접합층(54a∼ 54d)(도 11의 54a, 54b 이외는 도시하지 않음)에 의해 범프 접합함으로써, 공진자(45a∼45d)의 한쪽 단자(전극(56a∼56d))가 외부전극(54a∼54d)에 각각 전기적으로 접속된다.

또한, 전극(48s, 48t; 58s, 58t)의 일부분에 형성된 패드(48s', 48t'; 58s', 58t')(도 12의 48t', 58t' 이외는 도시하지 않음)를 접합층(54s, 54t)에 의해 범프 접합함으로써, 공진자(55a∼55d)의 다른쪽 단자(전극(58s, 58t))가, 직렬 공진자 45a와 45b 사이, 45c와 45d 사이의 각각의 접속부분에 각각 전기적으로 접속된다.

격자 필터를 하나의 기판상에 형성하면, 기판이 커지고, 배선저항도 증대한다. 실시예 2의 압전 필터(40)와 같이, 2개의 기판(42, 52)을 사용해서 입체적으로 회로를 구성하면, 배선이 짧아지므로 필터 특성의 향상을 도모할 수 있다.

(실시예 3) 도 14는 실시예 3의 압전 필터(60)의 단면도이다.

압전 필터(60)는 표면 탄성파를 사용한 공진자(SAW 공진자)(66, 76)가 형성된 기판(62, 72)을 구비한다. 즉, 압전재료의 기판(62, 72)에 빗형 전극(IDT)이 형성되어 있다. 외부전극(64), 접합 패턴(70), 접합층(74) 등은 다른 실시예와 동일한 구성이다.

종래, 표면 탄성파 소자는, 선팽창계수에 이방성을 가진 압전 기판을 사용하고 있었기 때문에, 웨이퍼 레벨로 뚜껑 기판을 접합하는 경우, 뚜껑 기판에 동일한 압전 기판을 사용하는 수밖에 없었다. 고가의 압전 기판을 단순한 구조재(뚜껑 기판)로서밖에 사용하지 않으면 비용상승의 요인이 되기 때문에, 기밀성이나 강도가 떨어지는 수지 등을 사용해서, 표면 탄성파 소자를 패키지하고 있었다.

실시예 3의 압전 필터(60)에서는, 동일한 선팽창계수를 가진 기판(62, 72)을 패키지로서도 사용할 수 있기 때문에, 압전 필터(60)의 소형화와 함께, 제조비용의 삭감이 가능하다.

(실시예 4) 도 15는 실시예 4의 압전 필터(80)의 단면도이다.

압전 필터(80)는 BAW 공진자(86)가 형성된 압전 기판(82)과, SAW 공진자(96)가 형성된 압전 기판(92)을 조합시킨 것이다. 외부전극(84), 접합 패턴(90), 접합층(94) 등은 다른 실시예와 동일하게 구성한다.

외부전극(84)은, BAW 공진자(86)를 형성하는 기판(82)에 설치하는 것이 바람직하다. BAW 공진자(86)의 기판(82)에는 Si를 사용할 수 있으며, 관통구멍을 형성하기 쉬워, SAW 공진자(96)의 압전 단결정의 기판(92)에 관통구멍이나 외부전극을 형성할 때에 발생하는 크랙 등의 문제를 회피할 수 있기 때문이다.

(실시예 5) 도 16은 실시예 5의 듀플렉서(100)의 회로도이다.

듀플렉서(100)에는, 안테나 단자(102), 수신측 단자(104) 및 송신측 단자(106)가 설치되어 있다. 듀플렉서(100)는 수신측 단자(104)와 안테나 단자(102) 사이에, 수신 주파수대역만 통과시키고, 송신 주파수대역을 감쇠시키는 압전 필터를 구비한다. 또한, 송신측 단자(106)와 안테나 단자(102) 사이에, 송신 주파수대역만 통과시키고, 수신 주파수대역을 감쇠시키는 압전 필터를 구비한다.

예를 들면, 상기 각 실시예의 압전 필터와 마찬가지로, 한쪽 기판에 수신측 필터용 압전 공진자, 다른쪽 기판에 송신측 필터용 압전 공진자를 형성하고, 2개의 기판을 접합함으로써, 듀플렉서(100)를 형성할 수 있다. 한편, 각각의 기판에 R이 나 C 등의 정합회로를 형성해도 좋다. 또한, 한쪽 기판에 수신측 필터의 일부의 공진자와 송신측 필터의 일부의 공진자, 그리고 정합회로를 형성하고, 다른쪽 기판에 나머지 수신측이나 송신측의 필터용 공진자 및 정합회로를 형성해도 좋다. 이것에 의해, 듀플렉서(100)는 압전 필터와 마찬가지로, 소형화할 수 있다.

(실시예 6) 도 17은 실시예 6의 통신장치(200)의 요부 블록도이다.

통신장치(200)는 멀티 밴드 휴대전화 등, 다른 방식에 대응해서, 스위치(SW)에 의해 수신 주파수를 전환할 수 있도록 되어 있다. 안테나(201)에, 듀플렉서(202)가 접속되어 있다. 듀플렉서(202)에는, 스위치(SW)를 통해서, 2계통의 수신회로가 접속되어 있다. 즉, 스위치(SW)와 IF단의 압전 필터(209, 209a) 사이에는, 수신측 RF 압전 필터(204, 204a), 증폭기(205, 205a), 및 수신측 믹서(203, 203a)가, 각각 접속되어 있다. 또한, 듀플렉서(202)와 송신측의 믹서(206) 사이에는, RF단을 구성하는 증폭기(207) 및 송신측 압전 필터(208)가 접속되어 있다.

상기 실시예와 동일한 구성을 갖는 압전 필터(204, 204a, 208, 209, 209a)나 듀플렉서(202)를 사용한다. 또한, 적어도 수신측 RF 압전 필터(204, 204a)를 포함하는 회로소자를 모듈화한 RF 필터 모듈(멀티 밴드 필터)을 사용해도 좋다. 이것에 의해, 통신장치(200)를 소형화할 수 있다.

(실시예 7) 도 18은 실시예 7의 압전 필터(300)의 단면도이다. 도 18은 실시예 1의 도 2에 대응하는 단면도이다.

기판(302)상에 희생층 패턴을 형성하고, 희생층 패턴을 덮어서 SiO₂ 등의 절 연막(304)을 형성한다. 그 위에 압전 박막(306)을 1쌍의 전극(305, 307) 사이에 끼운 박막부(310)를 형성한다. 절연막(304)을 두껍게 해서 2배파 또는 그 이상의 정수배파를 사용한 공진자로 할 수 있다. 절연막(304)을 얇게 해서 기본파를 사용한 공진자로 할 수 있다. 예를 들면, 희생층에 ZnO를 사용한 경우, 산으로 희생층을 에칭할 때에 절연막(304)이 에칭 스톱층으로서 작용하므로, 압전 박막(306)이 보호된다.

또한, 제1의 압전 공진자의 절연막의 두께가 제2의 압전 공진자의 절연막의 두께와 다르게 되어 있어도 좋다. 주파수 조정막을 형성하지 않아도 압전 공진자의 주파수를 다르게 할 수 있다.

(실시예 8) 도 19는 실시예 8의 압전 필터(400)의 단면도이다. 도 19는 실시예 1의 도 2에 대응하는 단면도이다.

실시예 1과 달리, 상면측에서 개구한 공극(403)이 형성되고, 공극(403)은 기판(402)을 관통하지 않도록 되어 있다. 공극(403)은 예를 들면, 기판(402)의 상면에 개구부를 갖는 에칭 레지스트를 형성하고, 그 개구부로부터 기판(402)을 에칭함으로써 형성한다.

기판(402)의 상면에 형성한 공동(空洞; 403)을 희생재료로 메운 후, 평탄화한다. 평탄화한 후에 전극(405), 압전 박막(406), 전극(407)을 적층한다. 1개의 공진자에 1개의 공극(403)을 형성할 수 있으므로, 박막부(410)의 기판(402)으로부터 뜬 부분의 면적이 작아지고, 박막부(410)가 깨지기 어려워지며, 수율이 향상한다.

(실시예 9) 도 20은 실시예 9의 압전 필터(500)의 단면도이다. 도 20은 실 시예 1의 도 2에 대응하는 단면도이다.

압전 박막 공진자는 기판(502)상에, 공동이나 공극 대신에, 음향 반사층(503)이 형성되며, 음향 반사층(503) 위에, 압전 박막(506)을 1쌍의 전극(505, 507) 사이에 끼운 박막부(510)가 형성되어 있다. 음향 반사층(503)에 의해, 공진자를 기판(502)으로부터 음향적으로 분리하여, 진동이 기판(502)에 전달되지 않도록 되어 있다.

압전 박막 공진자는 박막부(510) 밑에 공동이나 공극을 형성하지 않으므로, 강도가 있어, 제조하기 쉽다.

한편, 본 발명은 상기 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 변경을 가해서 실시 가능하다.

예를 들면, 접합하는 2개의 기판의 종류가 다르도록 해도 좋다.

예를 들면, 박막 압전 필터(BAW 필터)의 경우, ZnO를 압전체로서 사용해서 최적화된 공진자를 형성한 기판과, AlN을 압전체로서 사용해서 최적화된 공진자를 형성한 기판을 서로 부착시킨다. 대역이 넓지만 Q가 작은 ZnO 공진자와, 대역이 좁지만 Q가 높은 AlN 공진자의 특성을 조합시킴으로써, 분리(selectivity)와 광대역을 양립한 필터를 제작할 수 있다. 종래, 동일 기판에 2종류의 압전체를 사용한 공진자를 제작하는 것은 어려워, 예를 들면 ZnO를 패터닝할 때에, 에천트(etchant)에 의해 AlN이 손상을 받아 버리거나, 공정이 복잡해져서 양품률의 저하를 초래하거나 하는 등의 문제가 있었으나, 각각 다른 기판을 사용함으로써, 재료가 다른 주파수 조정막을 포함하는 공진자를 용이하게 제작할 수 있다.

탄성 표면파 필터(SAW 필터)의 경우, LiTaO₃의 압전 기판과 LiNbO₃의 압전 기판을 조합시키는 것도 가능하다.

혹은, 기본파 구조를 사용해서 최적화된 공진자를 형성한 기판과, 2배파 구조를 사용해서 최적화된 기판을 서로 부착시킨다. 기본파 공진자는 광대역이며 고(高) Q이지만, 강도가 낮기 때문에, 큰 면적의 공진자의 형성이 어렵다. 또한, 주파수 온도특성이 나빠지는 경향이 있다. 한편, 2배파 구조에서는, 대역이 좁고, Q가 낮은 경향이 있다. 그러나, 강도가 높고, 대면적 공진자의 형성이 용이함과 아울러, SiO₂ 등의 부(負)의 온도계수를 갖는 재료와 조합시킴으로써, 주파수 온도특성을 작게 할 수 있다. 이들 특성을 조합시킴으로써, 분리와 광대역, 그리고 저 TCF(주파수 온도계수)를 동시에 만족시킨 필터를 제작할 수 있다.

일반적으로, 동일 기판에 2종류의 구조를 사용한 공진자를 제작하는 것은, 공정이 복잡해져서 양품률의 저하를 초래하지만, 기판을 따로따로 제작해서 접합한다고 하는 비교적 간단한 공정으로, 양품률의 저하를 초래하지 않고, 제작할 수 있다.

Claims

그 주면(主面)에, 적어도 1개의 제1의 압전 공진자가 형성된 제1의 기판과,

그 주면에, 적어도 1개의 제2의 압전 공진자가 형성된 제2의 기판과,

상기 제1의 기판의 상기 주면과 상기 제2의 기판의 상기 주면이 대향한 상태에서, 상기 제1의 기판과 상기 제2의 기판 사이에 있어서, 상기 제1의 압전 공진자 및 상기 제2의 압전 공진자 주위로 연장되며, 상기 제1의 압전 공진자와 상기 제2의 압전 공진자를 간격을 형성해서 접합하는 접합 패턴과,

상기 제1의 기판의 상기 주면에 형성된 패드와, 상기 제2의 기판의 상기 주면에 형성된 소정의 패드를 접합하는 접합층과,

상기 제2의 기판의 상기 주면에 형성된 소정의 상기 패드에 접속된 외부전극을 구비한 것을 특징으로 하는 압전 필터.
제1항에 있어서, 상기 접합 패턴은, Au, Ag, Sn 또는 Cu의 일종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 필터.
제1항에 있어서, 상기 제1의 기판과 상기 제2의 기판은, 각각 GND 패드를 구비하고, 상기 GND 패드끼리가 범프 접합된 것을 특징으로 하는 압전 필터.
제3항에 있어서, 상기 제2의 기판을 관통하는 관통구멍이 형성되며, 상기 관통구멍의 일단(一端)이 상기 제2의 기판의 상기 패드 또는 상기 GND 패드에 전기적으로 접속되고, 상기 관통구멍의 타단(他端)이 외부전극에 전기적으로 접속된 것을 특징으로 하는 압전 필터.
제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 접합 패턴은 상기 GND 패드에 접속되며, 상기 GND 패드는 상기 관통구멍을 통해서, 상기 외부전극에 접속되고, 상기 외부전극은 GND에 접속되는 것을 특징으로 하는 압전 필터.
제4항에 있어서, 상기 관통구멍의 일단의 개구는, 상기 패드 또는 상기 GND 패드에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는 압전 필터.
제1항에 있어서, 상기 제1의 압전 공진자 및 상기 제2의 압전 공진자는, 대향하는 한 쌍의 여진전극 사이에 압전 박막이 배치된 박막 압전 공진자인 것을 특징으로 하는 압전 필터.
제7항에 있어서, 상기 제1의 공진자 또는 상기 제2의 공진자 중 어느 한쪽이 직렬 공진자이고, 상기 제1의 공진자 또는 상기 제2의 공진자의 다른쪽이 병렬 공진자인 것을 특징으로 하는 압전 필터.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제1의 압전 공진자의 상기 압전 박막과, 상기 제2의 압전 공진자의 상기 압전 박막이, 다른 재료에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 압전 필터.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제1의 압전 공진자의 상기 여진전극과 상기 제2의 압전 공진자의 상기 여진전극이, 다른 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 압전 필터.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제1의 압전 공진자와 상기 제2의 압전 공진자는, 재료가 다른 주파수 조정막을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 필터.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제1의 압전 공진자와 상기 제2의 압전 공진자가, 각각 기본파 또는 2 이상의 정수배파의 적어도 하나의 진동 모드로 진동하며, 상기 제1의 압전 공진자와 상기 제2의 압전 공진자에서는 서로 진동 모드의 차수가 다른 것을 특징으로 하는 압전 필터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1의 압전 공진자와 상기 제2의 압전 공진자가, 탄성 표면파를 이용하는 SAW 공진자이며, 상기 제1의 기판과 상기 제2의 기판이, 동일한 단결정의 압전재료로 이루어지는 기판인 것을 특징으로 하는 압전 필터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2의 압전 공진자는 BAW 공진자인 것을 특징으로 하는 압전 필터.
제1항 내지 제4항, 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2의 기판의 두께가, 상기 제1의 기판의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 압전 필터.
제8항에 있어서, 상기 병렬 공진자의 상기 압전 박막의 두께가 상기 직렬 공진자의 상기 압전 박막의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 압전 필터.
제7항 또는 제8항에 있어서, 절연막을 가지며, 상기 제1의 압전 공진자의 절연막의 두께가 상기 제2의 압전 공진자의 절연막의 두께와 다르게 되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 필터.
제1항 내지 제4항, 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 기재된 압전 필터를 사용한 것을 특징으로 하는 복합 필터.
제1항 내지 제4항, 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 기재된 압전 필터 또는 제18항에 기재된 복합 필터를 사용한 것을 특징으로 하는 통신장치.