KR20010041451A - 탄성표면파소자와 탄성표면파장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄성표면파소자와 탄성표면파장치에 관한 것으로서, 플립칩 실장에 의해 소형화하여 고주파 대역에서의 특성을 개선할 수 있는 한편, 본딩 와이어의 인덕턴스를 이용한 공진계를 형성할 수 없고 통과대역부터 떨어진 주파수대에 감쇠역을 설치할 수 없는 문제를 해결하기 위해, 2포트 탄성표면파소자의 빗살형 전극에 배선된 접지단자가, 입력 및 출력 양신호단자의 출력측 쌍방에 대향하여 연재되어 용량을 형성하고, 이 용량을 포함하는 공진계에 의해 탄성표면파소자의 통과대역으로부터 떨어진 주파수 대역에 감쇠역을 만들어 시스템 요구 등에 대응하여 플렉시블하게 주파수 특성을 조정할 수 있고, 소형화와 대역외 특성의 향상을 도모한 탄성표면파장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

탄성표면파소자와 탄성표면파장치{SURFACE ACOUSTIC WAVE ELEMENT AND SURFACE ACOUSTIC WAVE DEVICE}
탄성표면파 필터 등의 탄성표면파소자는 최근 특히 소형화를 필요로 하는 이동체 통신용도에 있어서 널리 사용되고 있다. 이 용도에서는 세라믹제의 패키지 내에 탄성표면파 필터가 형성된 압전성 기판을 접착하고, 패키지 내에 설치된 신호입출력신호단자와 압전성 기판상의 본딩 패드를 Au, Al 등으로 이루어진 본딩와이어로 접속함으로써 탑재되어 있다. 이 후에 금속성 덮개를 덮어 패키지 상부의 금속틀과 용접하고, 탄성표면파소자를 패키지 내에 기밀밀봉한다.
패키지 내 신호단자는 비어홀 또는 캐스터레이션에 의해 패키지의 외부단자와 도통이 취해져 있다. 이 패키지는 예를 들어 프린트 배선판 등에 탑재되고, 외부회로와 패키지의 외부단자가 접속된다. 이렇게 생성된 탄성표면파 필터는 실장시에 배선실장기판상에 표면실장할 수 있으므로 고밀도 실장이 가능하고, 휴대전화 등의 전자기기의 소형화에 적합한 부품으로 이루어져 있다.
탄성표면파소자의 한층 더한 소형화를 도모할 수 있는 실장수법으로서, 극히 최근에 사용되어 온 것으로 플립칩 실장이 있다. 플립칩 실장은 탄성표면파소자를 외관용기라고 불리는 패키지에 페이스 다운형으로 탑재하는 것이다. 플립칩 실장에서는 탄성표면파소자의 전기적 접속을 요하는 부분에 Au 등으로 도전성 범프를 형성하고, 이것을 도전성 패턴이 형성된 외관용기의 실장기판상에 대향시켜 얹고, 열을 가하거나 초음파를 인가하여 접합한다.
이 실장기판의 도전성 패턴은 실장기판의 하부면에 설치된 외부단자와 접속되어 있다. 이와 같이 하여 탄성표면파소자를 외관용기에 탑재한 후, 외관용기에 캡을 덮어 탄성표면파소자를 기밀로 밀봉한다.
이와 같이, 플립칩 실장에서는 본딩와이어를 사용하지 않으므로, 패키지에 와이어 접속부가 불필요해진다. 또한, 본딩접속에서는 본딩와이어를 인도하고, 본딩패드와 접속하기 위한 툴을 도입하기 위한 여분의 공간을 외관용기 내에 확보할 필요가 있는 데 대해, 플립칩 접속에서는 본딩툴을 필요로 하지 않으므로, 이 여분의 공간을 삭감할 수도 있다.
이와 같이, 플립칩 실장은 탄성표면파장치의 소형화에 적합한 실장방법이다.
그런데, 탄성표면파 필터는 급준한 주파수 특성을 가지고, 특히 통과대역 근방에서의 고감쇠 특성을 필요로 하는 경우에 사용하는 데에 적합하고, 뛰어난 주파수 선택성을 가진 디바이스이다.
그러나, 탄성표면파 필터는 통과대역으로부터 벗어난 주파수에서는 탄성표면파소자가 탑재된 패키지의 부유용량, 본딩 와이어의 인덕턴스, 복수의 본딩와이어간의 상호 유도등에 의해, 탄성표면파 필터의 주파수 특성은 크게 영향을 받는다.
이 때문에, 탄성표면파 필터 본래의 감쇠특성이 충분히 얻어지지 않는다는 문제점이 있었다.
이 때문에, 탄성표면파 필터에 대해서 통과 대역으로부터 멀리 떨어진 주파수대에서의 감쇠특성이 요구되는 경우에는 탄성표면파장치내에 다른 공진계를 만들고, 이 공진계에 의한 트랩을, 통과대역으로부터 떨어진 주파수대에 맞추는 기법이 널리 사용되어 왔다.
이와 같은 구성에 의해 탄성표면파 필터는 예를 들어 휴대전화용도의 경우, 송신대역 또는 수신대역으로부터 떨어진 국부 발진기의 주파수나 이미지 주파수의 대역에서의 감쇠특성을 향상시킬 수 있었다.
이 대역은 통상, 통과대역으로부터 수백 ㎒ 떨어진 주파수 대역이다. 이 때 오로지 탄성표면파 필터의 트랩을 형성하기 위해 전용되어 온 것은 본딩와이어의 인덕턴스 및 연재(延在)전극 패턴의 인덕턴스와, 패키지 내의 부유용량 및 연재부의 부유량에 의한 공진계였다.
상술한 바와 같이 탄성표면파장치의 소형화를 진행시키기 위해서는 플립칩 실장을 채용하는 것이 바람직하다. 그러나, 플립칩 실장의 경우에는 본딩와이어를 사용하지 않으므로, 본딩와이어의 인덕턴스는 존재하지 않는다. 그리고, 플립칩 실장의 경우에는 탄성표면파소자와 외관용기를 접속하는 범프의 크기가 약 수십 ㎛ 정도이므로, 본딩와이어에 비해 인덕턴스가 매우 작다. 따라서, 범프의 인덕턴스 및 연재전극패턴의 인덕턴스와, 패키지 내의 부유용량과 연재부의 부유용량의 공진계에 의해 통과대역으로부터 수백 ㎒ 떨어진 주파수 대역에 트랩을 형성하는 공진계를 종래와 같이 얻는 것은 곤란했다.
플립칩 실장을 채용한 경우, 본딩와이어간의 상호유도는 없어지므로, 광대역에서의 특성은 특히 3㎓ 이상의 고주파수역에서는 개선할 수 있다는 이점이 있음에도 불구하고, 통과대역으로부터 수백 ㎒정도 떨어진 주파수대에 트랩과 같은 감쇠역을 설치하는 것이 곤란하다는 점으로부터 휴대전화, PHS를 비롯한 각종 이동체 통신시스템에 대응할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명은 탄성표면파소자, 특히 이동체 통신 등에 사용되는 탄성표면파 필터 등의 탄성표면파소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 플립칩 실장에 적합한 탄성표면파소자와, 탄성표면파소자를 외관용기에 탑재한 탄성표면파장치, 특히 탄성표면파소자를 플립칩 실장한 마이크로파대 밴드패스필터 등의 탄성표면파장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 탄성표면파소자의 한 실시형태를 모식적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 탄성표면파소자의 한 실시형태의 등가회로를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 탄성표면파소자의 한 실시형태의 주파수 특성의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 탄성표면파소자의 한 실시예의 주파수 특성의 측정결과를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 탄성표면파소자의 한 실시예의 주파수 특성의 측정결과를 도시한 도면,
도 6은 비교예의 탄성표면파소자의 한 실시예의 주파수 특성의 측정결과를 도시한 도면,
도 7은 비교예의 탄성표면파소자의 한 실시예의 주파수 특성의 측정결과를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 탄성표면파소자의 다른 한 실시형태를 모식적으로 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 탄성표면파소자의 또 다른 한 실시형태를 모식적으로 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 탄성표면파소자의 구성의 예를 설명하기 위한 도면,
도 11은 본 발명의 한 실시형태의 탄성표면파소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면,
도 12는 본 발명의 한 실시형태의 탄성표면파소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면,
도 13은 본 발명의 탄성표면파장치의 한 실시형태를 모식적으로 도시한 도면, 및
도 14는 본 발명의 탄성표면파장치의 한 실시형태를 모식적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이다.
즉, 본 발명은 소형화와, 대역외특성의 향상을 도모할 수 있는 탄성표면파소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 탄성표면파소자를 플립칩 실장한 경우에도 소형화와, 대역외 특성향상을 양립시킬 수 있는 탄성표면파장치의 제공을 목적으로 한다. 특히, 통과대역으로부터 수백 ㎒ 떨어진 주파수 대역에서도 높은 감쇠특성을 갖는 탄성표면파 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 높은 자유도로 부가용량을 조절할 수 있는 탄성표면파소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 플립칩 실장에 적합한 범프형성부의 강도가 크고, 접속신뢰성이 높은 구조를 갖는 탄성표면파소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는 이하와 같은 구성을 채용하고 있다.
본 발명의 탄성표면파소자는 압전성 기판과, 상기 압전성 기판상에 설치되고 입력 IDT(interdigital transducer)와 출력IDT를 갖는 2포트 탄성표면파 공진자 필터를 갖고 상기 입력 IDT를 구성하는 1조의 빗살형 전극은 한쪽이 입력측 신호배선과 입력신호단자를 포함하는 입력측 신호도전패턴에 접속되고, 다른쪽이 입력측 접지배선과 입력측 접지단자를 포함하는 입력측 접지도전패턴에 접속되어 있고, 상기 출력 IDT를 구성하는 1조의 빗살형 전극은 한쪽이 출력측 신호배선과 출력신호단자를 포함하는 출력측 신호도전패턴에 배선되고 다른쪽이 출력측 접지배선과 출력측 접지단자를 포함하는 출력측 접지도전패턴에 접속되어 있으며, 상기 입력측 접지도전패턴 및 상기 출력측 접지도전패턴 중 적어도 한쪽의 접지도전패턴은 상기 입력측 신호도전패턴 및 상기 출력신호도전패턴의 쌍방에 대향하여 연재되어, 용량을 형성하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 탄성표면파소자는 압전성 기판상의 상기 입력측 접지도전패턴 및 상기 출력측 접지도전패턴 중 적어도 한쪽의 접지도전패턴이, 상기 입력측 신호도전패턴 및 상기 출력신호도전패턴 쌍방과의 사이에 용량을 형성하여 결합하고 다른쪽의 접지도전패턴이, 그것이 입력측이면 출력신호도전패턴과의 사이에 용량을 갖도록 형성되며 그것이 출력측이면 입력신호도전패턴과의 사이에 용량을 갖도록 해도 좋다.
또한, 본 발명의 탄성표면파소자의 2포트 탄성표면파 공진자필터로서는 3이상의 IDT를 갖는 세로모드결합의 탄성표면파 공진자 필터를 사용하도록 해도 좋다.
즉, 본 발명의 탄성표면파소자에서는 2포트 탄성표면파 공진자 필터를 구성하는 IDT의 빗살형 전극에 접속된 배선 및 접지단자를 포함하는 접지도전패턴 중 적어도 하나가 2포트 탄성표면파 공진자 필터의 입력신호단자 및 출력신호단자의 쌍방과의 사이에 용량에 의해 결합을 갖도록 설치되어 있다.
이와 같은 구성을 채용함으로써 필터의 통과주파수대역으로부터 떨어진 주파수 대역, 예를 들어 수 100㎒ 떨어진 주파수 대역에 트랩을 갖는 공진계를 부가할 수 있게 된다. 이 때문에, 예를 들어 탄성표면파소자를 외관용기에 플립칩 접속하여 실장하는 경우에도 대역외 특성을 향상시킬 수 있고 통신 시스템에 맞는 특성조정을 실시할 수 있다.
상기 2포트 탄성표면파 공진자 필터의 상기 입력측 접지도전패턴 및 상기 출력측 접지도전패턴 중 적어도 하나와 상기 입력신호단자 및 상기 출력신호단자의 쌍방과의 사이의 용량은 이하와 같은 수단에 의해 형성할 수 있다.
이 용량은 예를 들어 접지도전패턴을 입출력 도체 패턴에 대향배치함으로써 형성하도록 해도 좋다. 또한, 빗살형의 용량전극에 의해 형성하도록 해도 좋다. 또한, 압전성 기판상에서 복수의 도체층이 유전체층을 통하여 대향함으로써 형성하도록 해도 좋다.
즉, 본 발명의 탄성표면파소자는 상기 2포트 탄성표면파 공진자 필터의 상기 입력측 접지도전패턴 및 출력측 접지도전패턴 중 적어도 한쪽의 접지도전패턴이, 상기 접지도전패턴의 일부를 이루고, 상기 입력신호도전패턴 및 상기 입력신호도전패턴에 대향하여 연재된 입력용량형성 도전패턴과, 상기 접지도전패턴의 일부를 이루며, 상기 출력신호도전패턴 및 상기 출력신호도전패턴에 대향하여 연재된 용량형성 도전패턴을 갖고, 상기 접지도전패턴과 상기 입력신호도전패턴 사이의 용량, 및 상기 접지도전패턴과 상기 출력신호도전패턴의 사이의 용량 중 적어도 한쪽은 상기 신호도전패턴과 상기 출력신호도전패턴에 대향하여 연재된 상기 용량형성 도전패턴으로 형성되도록 해도 좋다.
이 구성의 탄성표면파소자에서는 그 적어도 하나의 접지단자로부터는 압전성 기판상에 도전패턴이 접속되고, 상기 도전패턴은 상기 2포트 탄성표면파 공진자 필터의 입력신호단자에 접속하는 배선패턴 및 출력신호단자에 접속하는 배선패턴의 쌍방과 근접함으로써 그 사이에 전기적 용량을 형성한다. 보다 구체적으로는 접지도체패턴이 입출력신호도체패턴 각각의 연재부와 거의 평행으로 연재됨으로써 소망의 용량이 형성된다.
또한, 본 발명의 탄성표면파소자는 상기 2포트 탄성표면파 공진자 필터의 상기 입력측 접지도전패턴 및 출력측 접지도전패턴 중 적어도 한쪽의 접지도전패턴은 상기 입력신호도전패턴과의 사이 및 상기 출력신호도전패턴 사이의 적어도 한쪽에 빗살형 용량전극을 갖고, 상기 접지도전패턴과 상기 입력신호도전패턴 사이의 용량, 및 상기 접지도전패턴과 상기 출력신호도전패턴 사이의 용량 중 적어도 한쪽은 상기 빗살형 용량전극을 형성함으로써 형성되도록 해도 좋다.
이 구성에서는 빗형 용량전극에 의해 상기 2포트 탄성표면파 공진자 필터의 접지전위측으로부터 상기 2포트 탄성표면파 공진자 필터의 입출력간과의 전기적 용량을 형성하고 있다.
이 구성을 이용하는 경우에는 빗형 용량전극이 탄성표면파를 여진하여 신호를 방해하지 않도록, 빗형의 피치나 빗형 패턴의 방위를 선택할 수 있다.
이 구성에 의하면 도체 패턴의 위치에 의해 용량을 형성하는 경우에 비해 보다 작은 영역에서 용량을 형성할 수 있고, 부가하는 용량의 크기의 조절이 용이해진다.
또한, 본 발명의 탄성표면파소자는 상기 2포트 탄성표면파 공진자 필터의 상기 적어도 한쪽의 접지도전패턴상에 유전체막이 형성되고, 상기 유전체막상에 상기 입력신호도전패턴 및 상기 출력신호도전패턴에 접속된 용량형성도전패턴 중 적어도 한쪽이 상기 유전체막을 통하여 상기 접지도전패턴에 대향하여 형성되고, 상기 접지도전패턴과 상기 입력신호도전패턴간의 용량 및 상기 출력신호도전패턴 사이의 용량 중, 적어도 한쪽은 상기 접지도전패턴과 상기 유전체막상에 형성된 용량형성 도전패턴으로 형성되도록 해도 좋다.
이 구성에서는 복수의 도체층 사이에 유전체막의 층을 끼움으로써 상기 2포트 탄성표면파 공진자필터의 접지단자와 상기 2포트 탄성표면파 공진자 필터의 입력신호단자 및 출력신호단자 사이에 용량을 형성하고 있다.
탄성표면파소자는 소형화의 요구가 크므로 설계 자유도의 향상은 큰 과제라는 점에서, 이와 같은 구성에 따르면 형성되는 용량의 크기를 조절하는 자유도가 커지고 트랩의 위치 등의 조절을 용이하게 실시할 수 있다.
이 이외에도 예를 들어 탄성표면파소자를 페이스다운형으로 실장하는 외관용기에 도체층을 설치하고, 이 도체층과 2포트 탄성표면파 공진자 필터의 입출력 IDT전극 사이에 용량을 형성하도록 해도 좋다.
다음에, 본 발명의 탄성표면파장치는 상술한 본 발명의 탄성표면파소자를 외관용기라고 불리는 패키지에 페이스다운본딩에 의해 플립칩 실장한 것이다.
본 발명의 탄성표면파장치는 압전성 기판과, 상기 압전성 기판상에 설치되고, 입력 IDT와 출력 IDT를 갖는 2포트 탄성표면파 공진자 필터를 갖고, 상기 입력 IDT를 구성하는 1조의 빗살형 전극은 한쪽이 입력측 신호배선과 입력신호단자를 포함하는 입력측 신호도전패턴에 접속되고, 다른쪽이 입력측 접지배선과 입력측 접지단자를 포함하는 입력측 접지도전패턴에 접속되어 있으며, 상기 출력 IDT를 구성하는 1조의 빗살형 전극은 한쪽이 출력측 신호배선과 출력신호단자를 포함하는 출력측 신호도전패턴에 배선되고, 다른쪽이 출력측 접지배선과 출력측 접지단자를 포함하는 출력측 접지도전패턴에 접속되어 있고, 상기 입력측 접지도전패턴 및 상기 출력측 접지도전패턴 중 적어도 한쪽의 접지도전패턴은 상기 입력측 신호도전패턴 및 상기 출력신호도전패턴의 쌍방에 대향하여 연재되고, 용량을 형성하고 있는 탄성표면파소자와, 상기 탄성표면파소자를 탑재하는 영역을 갖고, 상기 탄성표면파소자의 입력신호단자, 출력신호단자, 접지단자와 대응한 단자를 갖는 실장기판과, 상기 탄성표면파소자의 상기 입력신호단자, 상기 출력신호단자, 상기 접지단자와, 상기 실장기판의 상기 단자를 접속하는 도전성 범프를 구비한 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 탄성표면파소자는 상기 입력측 접지도전패턴 및 출력측 접지도전패턴 중 적어도 한쪽의 접지도전패턴이 상기 접지도전패턴의 일부를 이루고, 상기 입력신호도전패턴 및 상기 입력신호도전패턴에 대향하여 연재된 입력용량형성도전패턴과, 상기 접지도전패턴의 일부를 이루고, 상기 출력신호도전패턴 및 상기 출력신호도전패턴에 대향하여 연재된 용량형성도전패턴을 구비하고 상기 접지도전패턴과 상기 입력신호도전패턴 사이의 용량, 및 상기 접지도전패턴과 상기 출력신호도전패턴과의 사이의 용량은, 상기 신호도전패턴과 상기 신호도전패턴에 대향하여 연재된 상기 용량형성도전패턴으로 형성되는 것이어도 좋다. 또한, 이 탄성표면파소자의 이 용량은 빗살형 전극으로 형성해도 좋고 유전체층을 통하여 대향하는 도전패턴에 의해 형성해도 좋다.
실장기판으로서는 예를 들어 세라믹 기판 등의 배선기판을 사용하도록 해도 좋다. 이와 같은 구성을 채용함으로써 본 발명의 탄성표면파장치는 플립칩 실장에 의해 패키지의 소형화를 실현할 수 있음과 동시에, 본딩와이어를 사용하지 않고, 필터의 통과대역외 특성을 향상시킬 수 있고, 예를 들어 통과대역보다 수백 ㎒ 떨어진 주파수 대역에 트랩을 갖는 공진계를 부가할 수 있다. 따라서, 특히 이동체 통신기기에 적합한 소형으로 양호한 주파수 특성을 갖는 탄성표면파장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 탄성표면파소자는 압전성 기판과, 상기 압전성 기판상에 설치된 제 1 도체층과, 상기 제 1 도체층 중 적어도 일부에 적층하여 형성된 유전체층과, 상기 제 1 도체층 중 적어도 일부 영역에서 상기 유전체층 중 적어도 일부를 통하여 적층된 제 2 도체층을 구비한 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 탄성표면파소자는 압전성 기판상에 설치된 제 1 도체층상에 유전체층을 통하여 제 2 도체층을 설치함으로써 용량소자를 형성한 것이다. 제 1 도체층, 제 2 도체층은 예를 들어 탄성표면파 필터, 탄성표면파 공진자, 탄성표면파 공진자필터 및 연재전극 등의 패턴에 형성된다. 이에 의해 소자내에 형성되는 필터의 통과대역과는 다른 대역에 트랩을 갖는 공진계를 부가할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면 종래와 같이 본딩 와이어의 인덕턴스를 이용하지 않고 탄성표면파소자를 플립칩 실장하여 소형화를 실현함과 동시에, 통과대역 보다 수백 ㎒ 떨어진 주파수 대역으로의 트랩 형성을 동시에 실현할 수 있다.
본 발명에서 상기 유전체층은 단층구조뿐만 아니라, 제 1 유전율을 갖는 제 1 유전체와 제 2 유전율을 갖는 제 2 유전체의 혼합층으로 해도 좋고 적층구조로 해도 좋다. 또한, 3종류 이상의 다른 유전율을 갖는 유전체의 혼합층 및 적층이어도 좋다. 이에 의해 부가하는 용량의 크기의 조정이 더욱 용이해진다.
본 발명에 사용되는 유전체로서는 예를 들어 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘산 질화막(SiON)을 비롯하여 각종 유전체 재료를 사용할 수 있다.
또한, 플립칩 실장의 경우 압전성 기판상에 설치된 접속을 위한 패드 상에 금 범프 등의 도전성 범프를 설치하고, 실장기판의 대응하는 패드와의 사이에, 가열, 가압, 초음파의 인가 등에 의해 고상(固相)확산층을 형성함으로써 접속을 실시한다. 이 때문에 패드에는 접속시에 큰 응력이 인가되는 것으로부터, 패드부는 도체를 두껍게 하는 등 강도의 향상을 도모하는 것이 바람직하다.
압전성 기판상에 용량소자를 형성하기 위해 복수의 도체층을 유전체층을 통하여 적층하는 경우에는 유전체를 관통하여 제 1 도체층과 제 2 도체층을 층간 접속함으로써 도전성 범프에 의한 외부와의 접속의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 탄성표면파소자는 압전성 기판과, 상기 압전성 기판상에 설치된 제 1 도체층과, 상기 제 1 도체층 중 적어도 일부 영역과 유전체층을 통하여 적층된 제 2 도체층과, 상기 유전체층을 관통하여 상기 제 1 도체층과 상기 제 2 도체층을 접속하는 층간접속수단을 구비한 것이어도 좋다.
그리고, 상기 제 2 도체층상에는 도전성 범프를 설치하도록 해도 좋다. 물론 이 탄성표면파소자를 본딩 실장하는 것도 가능하고, 그 경우에도 접속신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 탄성표면파소자 및 탄성표면파장치는 이와 같이 하여 탄성표면파소자내에, 또는 탄성표면파소자와 외관용기 사이에 용량을 형성하고, 이 용량형성에 의해 탄성표면파의 공진계와는 별도의 공진계의 부가를 할 수 있게 된다.
그리고, 탄성표면파소자의 실장에 플립칩 실장을 사용하여 소형화를 실시하고, 종래의 와이어 본딩의 경우와 같은 와이어에 의한 비교적 큰 인덕턴스가 없는 경우에도 공진계를 부가할 수 있고, 예를 들어 통과대역으로부터 수 100㎒ 떨어진 주파수 대역에서의 트랩의 위치를 조정할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의해 소형이고 대역외에서의 감쇠특성이 뛰어난 탄성표면파소자 및 탄성표면파장치를 제공할 수 있다.
이하에 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
(실시형태 1)
도 1은 본 발명의 탄성표면파소자의 한 실시형태를 모식적으로 도시한 도면이다. 이 탄성표면파소자(11)는 압전성 기판(10) 상에, 5쌍의 빗형 전극으로 이루어진 5개의 IDT(101,102,103,104,105)를 갖는 2포트 탄성표면파 공진자 필터(100)와, 이와 직렬팔로 접속된 1포트 탄성표면파 공진자(200)가 설치되고, 전체로서 탄성표면파 필터를 구성하고 있다. "106","107"은 반사기이다.
여기에서 2포트 탄성표면파 공진자 필터의 2개의 입력 IDT(102,104)는 IDT를 구성하는 한쪽의 빗살형 전극이 입력신호단자(301)와 접속되고, 다른쪽 빗살형 전극은 입력측 접지단자(306,307)와 접속되어 있다. 나머지 3개의 출력 IDT(101,103,105)는 한쪽의 빗살형 전극이 출력측 접지단자(303,304,305)와 각각 접속되고, 다른쪽 빗살형 전극은 배선 패턴(601,602,603)을 2포트 탄성표면파 공진자 필터로서의 출력신호단자로 하고 있다. 그리고 이 출력신호단자는 이 2포트 탄성표면파 필터의 직렬팔로 접속된 1포트 탄성표면파 공진자(200)에 접속되어 있다. 이 입력신호단자(301), 소자의 출력신호단자(302), 접지단자(303,304,305,306,307)는 예를 들어 도전성 범프에 의해 외관용기의 대응하는 단자와 접속할 수 있다.
그리고, 본 발명의 탄성표면파소자에서는 입력 IDT(102,104) 및 출력 IDT(101,103,105)를 구성하는 빗살형 전극에 배선된 접지단자 중 적어도 하나가, 입력 IDT에 배선된 입력신호단자 및 출력 IDT에 배선된 2포트 탄성표면파 필터의 출력신호단자와의 사이에 용량을 갖도록 설치되어 있다.
즉, 본 발명의 탄성표면파소자에서는 2포트 탄성표면파 공진자 필터를 구성하는 IDT의 빗살형 전극에 접속된 배선 및 접지단자를 포함하는 접지도전패턴 중 적어도 하나가 2포트 탄성표면파 공진자 필터의 입력신호단자 및 출력신호단자의 쌍방과의 사이에 용량에 의한 결합을 갖도록 설치되어 있다.
이 용량을 사용한 공진계에 의해 탄성표면파소자의 통과대역으로부터 떨어진 대역에 트랩을 만들 수 있고, 통신 시스템의 시스템 요구 등에 대응하여 플렉시블하게 주파수 특성을 조절할 수 있다.
2포트 탄성표면파 공진자 필터(100)의 출력측에 접속된 3개의 출력 IDT(101,103,105)는 그 중 양단의 출력측 접지단자(303,305)로부터 용량형성 도전패턴인 Al패턴(401,402,403,404)이 입력측 및 출력측 배선을 따라서 대향하도록 길게 뻗어서 설치되어 있다. 그리고, 이것은 각각 입력 IDT(102,104)로의 연재 배선(501,502) 및 출력 IDT의 연재배선(601,603)과 압전성 기판상에서 약간 간격을 두고 근접하도록 연재되어 대향하여 설치되고, 그 사이에 전기적 용량을 형성하고 있다.
또한 출력 IDT(103)와 접속된 접지단자(304)는 둘레에 입력의 연재배선(501,502)과 연재되어 대향하고 있고, 따라서 그 사이에 전기용량이 형성되어 있다.
또한 입력측의 IDT(102,104)와 접속된 접지단자(306,307)의 둘레에도 출력측(IDT)로부터의 연재배선(601,602,603)이 연재되어 대향하고 있으므로, 이 사이에도 전기용량이 형성되어 있다.
도 2는 도 1에 예시한 본 발명의 탄성표면파소자의 등가회로를 모식적으로 도시한 도면이다. 2포트 탄성표면파 공진자 필터(100), 1포트 탄성표면파 공진자(200), 그에 용량을 더하여 기재하고 있다.
입출력 접지전위로 접속되는 단자는 고작 0.1∼0.2nH 정도의 작은 인덕턴스밖에 갖지 않는다. 또한, 입출력 범프 사이는 음의 상호 인덕턴스로 결합한 형태가 되고 "707"로 나타냈다. 2포트 탄성표면파 공진자 필터(100)의 접지전위측과 입출력 신호측의 사이에 형성되는 용량은 용량(708,709,710)으로서 나타내고 있다.
여기에서 용량(708)은 접지단자(306,307)와 배선(601,602,603) 사이에 형성되는 용량에 대응하고 있다.
또한, 용량(709)은 배선(401)과 배선(501) 사이, 배선(402)과 배선(502) 사이, 또한 접지단자(304)와 배선(501,502) 사이에 형성되는 용량에 대응하고 있다.
또한 용량(710)은 배선(403)과 배선(601) 사이, 배선(404)과 배선(603) 사이에 형성되는 용량에 대응하고 있다.
도 1에 예시한 탄성표면파소자를 플립칩 실장하는 경우, 입력신호단자(301), 출력신호단자(302), 접지단자(303,304,305,306,307)는 금 등의 도전성 범프에 의해 외관용기에 대응하는 단자와 접속된다. 이 7개의 범프에 의한 인덕턴스는 약 0.2nH 이하 정도로 작은 것이다.
이 때문에 범프의 인덕턴스와, 접지단자의 부유용량에 의한 병렬 LC공진계에서의 트랩을 대역외 감쇠에 이용하는 것은 어렵다.
그러나 본 발명의 탄성표면파소자에서는 용량(708,709,710)의 존재에 의해 공진계를 형성할 수 있고 대역외에 트랩을 설치할 수 있다.
도 3은 용량(708,709,710)이 부가된 도 1 및 도 2에 도시한 탄성표면파 공진자 필터에 대해서 주파수 특성을 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면이다.
또한, 도 4, 도 5는 도 1에 도시한 탄성표면파소자필터를 실제로 작성하고 그 주파수 특성을 측정한 결과를 도시한 도면이다.
도 5에서 A는 탄성표면파 필터의 주파수와 감쇠량의 관계를 10dB/눈금으로 도시한 것으로, B는 그 통과대역근방의 특성을 1dB/눈금으로 나타낸 것이다. 또한, C는 반사특성을 정재파비로 나타낸 것이다. 또한, 도면 중 D,E,F는 A의 감쇠 특성에 대한 요구사양, 또는 G는 E와 동일한 사양을 B에 대해서 도시한 것, 또한 H는 C의 정재파비에 대한 요구사양의 예를 나타냈다. 이 예에서는 어떤 요구사양도 만족시키고 있는 것을 알 수 있다.
여기에서 비교예에서는 본 발명에 따르지 않는 경우, 즉 2포트 탄성표면파 공진자 필터의 출력측 빗형 전극의 접지전위측이 2포트 탄성표면파 공진자 필터의 입출력측의 양방과의 사이에 전기용량을 실질적으로 갖고 있지 않은 경우의 시뮬레이션 결과 및 실측예를 도 3 중에 함께 도시하고, 주파수 특성의 실측결과를 도 6, 도 7에 도시했다. 도 7에서의 A∼H의 각 기호는 도 5의 경우와 동일하다.
이 도면으로부터 본 발명의 탄성표면파 필터에서는 1500㎒ 전후의 통과대역으로부터 수백 ㎒ 고역측에서의 감쇠량이 크게 향상되어 있는 것을 알 수 있다.
이 실시형태예 및 비교예에서는 탄성표면파소자는 모두 플립칩 실장을 채용하고 있다. 즉, 압전성 기판상에 탄성표면파 필터의 패턴이 형성된 칩은 그 칩의 기판과 전기적으로 도통이 필요한 부분 및 칩의 고정으로서 필요한 부분에 Au범프를 형성한 후, 실장기판과 대향시켜 가온, 가압하에 초음파를 인가함으로써 접속하고 있다. 이와 같이 하여 칩을 실장기판상에 부착한 후, 덮개를 실장기판상에 얹어 밀봉하고 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 종래의 탄성표면파소자와 같이 인덕턴스를 갖는 본딩와이어를 사용하지 않는 플립칩 실장의 탄성표면파소자에 대해서도, 통과 대역보다 수 100㎒ 떨어진 부근에 높은 감쇠량을 가진 주파수대를 설정할 수 있으므로, 국부 발진주파수나 이미지 주파수의 대역에서 높은 감쇠량이 얻어지는 탄성표면파소자 필터를 얻을 수 있다.
(실시형태 2)
도 8은 본 발명의 탄성표면파소자의 다른 한 실시형태를 모식적으로 도시한 도면이다.
이 예에서는 2포트 탄성표면파 공진자필터를 구성하는 출력 IDT로부터 접지단자로의 배선과 입력신호단자로부터 입력 IDT(102,104)로의 배선 사이의 용량, 및 2포트 탄성표면파 공진자 필터를 구성하는 출력 IDT(101,105)로부터 접지단자로의 배선과 출력 IDT로부터 출력신호단자로의 배선 사이의 용량을 각각 빗형의 용량전극(801,802 및 803,804)에 의해 형성하고 있다.
이와 같은 구성에 의하면 비교적 작은 영역 내에 전기용량을 형성할 수 있다. 따라서 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다. 또한, 시스템 요구 등에 대응하여 보다 적절한 트랩을 형성할 수 있다.
(실시형태 3)
도 9 및 도 10은 본 발명의 탄성표면파소자의 또 다른 한 실시예를 모식적으로 도시한 도면으로, 도 10은 그 모식적 평면도, 도 9는 그 단면의 일부의 모식적 확대도이다.
도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 이 탄성표면파소자는 압전성 기판(10)상에 설치된 제 1 도체층(21)과, 제 2 도체층(22) 사이에 유전체층(23)이 끼워진 부분을 갖고 있다.
그리고, 도 10에 도시한 바와 같이 제 1 도체층(21) 및 제 2 도체층(22)은 각각, IDT, 반사기, 입출력 신호단자, 접지단자, 이 사이를 접속하는 배선 등에 패터닝되어 있다. 이와 같은 구성을 채용함으로써 탄성표면파소자내에 용량소자를 형성할 수 있다. 따라서, 이 용량소자에 의해 공진계를 부가함으로써 압전성 기판상에 형성하는 필터 등의 주파수 특성을 조절할 수 있다.
도 11 및 도 12는 도 9 및 도 10에 도시한 구성의 본 실시형태의 탄성표면파소자를 제조하기 위한 수순을 모식적으로 도시한 도면이다. 여기에서는 2포트 탄성표면파 공진자 필터의 출력 IDT에 배선된 2개의 접지단자와 2포트 탄성표면파 공진자 필터의 입력신호 및 출력신호 연재배선 사이의 전기용량을, 제 1 도체층(21)과 제 2 도체층(22) 사이에 유전체층(23)을 끼움으로써 형성한다.
우선, 도 11에 도시한 바와 같이 압전성 기판상에 최하층이 되는 제 1 도체층(21)을 성막, 패터닝한다. 그 후, 유전체층(23)을 착막하고 CDE(케미컬 드라이 에칭)에 의해 2포트 탄성표면파 공진자 필터부의 빗살형 전극의 접지단자부에 도 12의 사선부에 도시한 영역을 창열기한다. 또한, 제 2 도체층(22)을 착막하고, 패터닝하여 도 10의 사선부에서 도시한 바와 같이 입력 및 출력연재 배선상을 덮도록 형성했다. 이에 의해 상기 접지측 전극과 입출력부는 도 9에 도시한 바와 같이 각각 전기적 용량을 통하여 접속된다.
(실시형태 4)
도 13은 본 발명의 탄성표면파장치의 한 실시형태를 모식적으로 도시한 도면이다.
이 탄성표면파장치는 IDT 등의 전극 패턴(24)을 갖는 탄성표면파소자(11)를 세라믹의 패키지(30)에 페이스 다운형으로 탑재하고 메탈캡(34)으로 밀봉한 것이다. 전극 패턴(24)은 상술한 실시형태에 예시한 바와 같이, 탄성표면파 공진자 필터를 구성하는 IDT 중 적어도 하나의 접지측의 빗살형 전극이, 2포트 탄성표면파 필터의 입력 IDT에 배선하는 입력신호단자측 및 출력 IDT에 배선하는 출력신호단자측의 쌍방과의 사이에 용량을 갖도록 구성되어 있다.
탄성표면파소자(11)의 접속단자(25)와 패키지(30)에 설치된 접속단자(31)는 금 등의 도전성 범프에 의해 접속되어 있다. 접속단자는 패키지(30)의 바깥측에 설치된 외부 접속단자(32)와 접속되어 있고, 이 외부접속단자를 통하여 탄성표면파소자와의 전기적 접속이 이루어진다.
도 14는 본 발명의 탄성표면파소자의 구성의 다른 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 이 도면에서는 탄성표면파장치(11)와 패키지(30)의 접속부를 확대하여 도시하고 있다.
이 탄성표면파소자(11)의 접속단자(25)는 제 1 도체층(21), 이 제 1 도체층 상에 설치된 유전체층(23), 유전체층(23) 상에 설치된 제 2 도체층(22)으로 구성되어 있다. 제 2 도체층(22)은 유전체층(23)에 설치된 개구부를 통하여 제 1 도체층(21)과 전기적으로 접속하고 있다.
이 예에서는 제 1 도체층(21)과 제 2 도체층(22) 사이의 층간접속을, 제 2 도체층(22)에 의해 실시하고 있지만, 다른 수법에 의해 층간 접속을 형성하도록 해도 좋다.
도전성 범프(33)는 제 2 도체층(22) 상에 설치되고 이 도전성 범프를 통하여 패키지(30) 상에 설치된 배선 패턴의 일부인 접속단자(31)와의 전기적, 기계적 접속이 이루어지고 있다.
본 발명에서는 접속단자(25)부의 강도를 크게 할 수 있고, 탄성표면파소자(11)와 패키지(30)의 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 탄성표면파소자를 플립칩 실장하여 소자 및 장치를 소형화함과 동시에, 대역외의 감쇠특성을 향상시킬 수 있다. 그리고 사용하는 시스템에 적합한 대역외의 감쇠특성이 가능하고, 예를 들어 통과대역으로부터 수백 ㎒ 떨어진 주파수 대역에서도 높은 감쇠특성을 갖는 탄성표면파 필터를 구성할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 소자의 접속신뢰성을 높일 수 있다.
따라서, 본 발명에 의해 예를 들어 이동통신시스템 등의 폭넓은 용도를 갖는 소형에서 감쇠특성이 뛰어나고 신뢰성이 뛰어난 탄성표면파소자 및 탄성표면파장치를 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. 압전성 기판, 및 상기 압전성 기판상에 설치되고 입력 IDT와 출력 IDT를 갖는 2포트 탄성표면파 공진자 필터를 구비하며,
    상기 입력 IDT를 구성하는 1조의 빗살형 전극은 한쪽이 입력측 신호배선과 입력신호단자를 포함하는 입력측 신호도전패턴에 접속되고, 다른쪽이 입력측 접지배선과 입력측 접지단자를 포함하는 입력측 접지 도전패턴에 접속되어 있고,
    상기 출력 IDT를 구성하는 1조의 빗살형 전극은 한쪽이 출력측 신호배선과 출력신호단자를 포함하는 출력측 신호도전패턴에 배선되고, 다른쪽이 출력측 접지배선과 출력측 접지단자를 포함하는 출력측 접지도전패턴에 접속되어 있으며,
    상기 입력측 접지도전패턴 및 상기 출력측 접지도전패턴 중 적어도 한쪽의 접지도전패턴은 상기 입력측 신호도전패턴 및 상기 출력신호도전패턴의 쌍방에 대향하여 연재(延在)되어 용량을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 탄성표면파소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력측 접지도전패턴 및 상기 출력측 접지 도전패턴 중 한쪽의 접지도전패턴이 상기 입력측 신호도전패턴 및 상기 출력신호 도전패턴의 쌍방과의 사이에 용량을 형성하고 있음과 동시에, 다른 한쪽의 접지도전패턴이 상기 입력측 신호도전패턴 및 상기 출력신호도전패턴 중 상기 접지도전패턴측과 반대측의 신호도전패턴과의 사이에 용량을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 탄성표면파소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 2포트 탄성표면파 공진자 필터가 세로 모드 결합의 탄성표면파 공진자 필터인 것을 특징으로 하는 탄성표면파소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력측 접지도전패턴 및 출력측 접지도전패턴 중 적어도 한쪽의 접지도전패턴은
    상기 접지도전패턴의 일부를 이루고 상기 입력신호도전패턴 및 상기 입력신호도전패턴에 대향하여 연재된 입력용량형성 도전패턴과
    상기 접지도전패턴의 일부를 이루고 상기 출력신호도전패턴 및 상기 출력신호도전패턴에 대향하여 연재된 용량형성 도전패턴을 구비하고,
    상기 접지도전패턴과 상기 입력신호도전패턴 사이의 용량 및 상기 접지도전패턴과 상기 출력신호도전패턴 사이의 용량 중 적어도 한쪽은 상기 신호도전패턴과 상기 신호도전패턴에 대향하여 연재된 상기 용량형성도전패턴으로 형성되는 용량을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성표면파소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력측 접지도전패턴 및 출력측 접지도전패턴 중 적어도 한쪽의 접지도전패턴은 상기 입력신호도전패턴과의 사이 및 상기 출력신호 도전패턴과의 사이 중 적어도 한쪽에 빗살형의 용량전극을 구비하고,
    상기 접지도전패턴과 상기 입력신호도전패턴 사이의 용량 및 상기 접지도전패턴과 상기 출력신호도전패턴 사이의 용량 중 적어도 한쪽은 상기 빗살형 용량전극이 형성하는 용량을 포함하는 것을 특징을 하는 탄성표면파소자.
  6. 압전성 기판, 및 상기 압전성 기판 상에 설치되고 입력 IDT와 출력 IDT를 갖는 2포트 탄성표면파 공진자 필터를 구비하며, 상기 입력 IDT를 구성하는 1조의 빗살형 전극은 한쪽이 입력측 신호배선과 입력신호단자를 포함하는 입력측 신호도전패턴에 접속되며 다른쪽이 입력측 접지배선과 입력측 접지단자를 포함하는 입력측 접지도전패턴에 접속되어 있고, 상기 출력 IDT를 구성하는 1조의 빗살형 전극은 한쪽이 출력측 신호배선과 출력신호단자를 포함하는 출력측 신호도전패턴에 배선되고, 다른쪽이 출력측 접지배선과 출력측 접지단자를 포함하는 출력측 접지도전패턴에 접속되어 있으며, 상기 입력측 접지도전패턴 및 상기 출력측 접지도전패턴 중 적어도 한쪽의 접지도전패턴은 상기 입력측 신호도전패턴 및 상기 출력신호도전패턴 쌍방에 대향하여 연재되어 용량을 형성하고 있는 탄성표면파소자,
    상기 탄성표면파소자를 탑재하는 영역을 구비하고 상기 탄성표면파소자의 입력신호단자, 출력신호단자, 접지단자와 대응한 단자를 갖는 실장기판, 및
    상기 탄성표면파소자의 상기 입력신호단자, 상기 출력신호단자, 상기 접지단자와, 상기 실장기판의 상기 단자를 접속하는 도전성 범프를 구비한 것을 특징으로 하는 탄성표면파장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 탄성표면파소자는 상기 입력측 접지도전패턴 및 출력측 접지도전패턴 중 적어도 한쪽의 접지도전패턴이 상기 접지도전패턴의 일부를 이루고 상기 입력신호도전패턴 및 상기 입력신호도전패턴에 대향하여 연재된 입력용량형성도전패턴, 및 상기 접지도전패턴의 일부를 이루고 상기 출력신호도전패턴 및 상기 출력신호도전패턴에 대향하여 연재된 용량형성도전패턴을 구비하며, 상기 접지도전패턴과 상기 입력신호도전패턴 사이의 용량 및 상기 접지도전패턴과 상기 출력신호도전패턴 사이의 용량 중 적어도 한쪽은 상기 신호도전패턴과 상기 신호도전패턴에 대향하여 연재된 상기 용량형성도전패턴으로 형성되는 용량을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성표면파장치.
  8. 압전성 기판,
    상기 압전성 기판상에 설치된 제 1 도체층, 및
    상기 제 1 도체층 중 적어도 일부에 적층하여 형성된 유전체층과 상기 제 1 도체층 중 적어도 일부 영역에서 상기 유전체층 중 적어도 일부를 통하여 적층된 제 2 도체층을 구비한 것을 특징으로 하는 탄성표면파소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 유전체층은 제 1 유전율을 갖는 제 1 유전체와 제 2 유전율을 갖는 제 2 유전체의 혼합층 및 적층 중 적어도 어느 한쪽인 것을 특징으로 하는 탄성표면파소자.
  10. 압전성 기판,
    상기 압전성 기판상에 설치된 제 1 도체층,
    상기 제 1 도체층 중 적어도 일부 영역과 유전체층을 통하여 적층된 제 2 도체층, 및
    상기 유전체층을 관통하여 상기 제 1 도체층과 상기 제 2 도체층을 접속하는 층간접속수단을 구비한 것을 특징으로 하는 탄성표면파소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 도체층상에는 도전성 범프가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성표면파소자.
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