KR20200078347A - 탄성파 장치, 및 전자부품 모듈 - Google Patents
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Abstract
탄성파 장치의 특성의 열화를 억제한다.
탄성파 장치(1)는 지지 기판(11)과 압전체층(122)과 IDT 전극(13)과 외부 접속 전극(142)을 포함한다. 압전체층(122)은 지지 기판(11) 상에 형성된다. IDT 전극(13)은 압전체층(122) 상에 형성된다. 외부 접속 전극(142)은 IDT 전극(13)에 전기적으로 접속된다. 외부 접속 전극(142)은 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 압전체층(122)과 겹쳐 있지 않다. 지지 기판(11)은 공동부(114)를 가진다. 공동부(114)는 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 지지 기판(11)의 적어도 단부에 형성된다.
탄성파 장치(1)는 지지 기판(11)과 압전체층(122)과 IDT 전극(13)과 외부 접속 전극(142)을 포함한다. 압전체층(122)은 지지 기판(11) 상에 형성된다. IDT 전극(13)은 압전체층(122) 상에 형성된다. 외부 접속 전극(142)은 IDT 전극(13)에 전기적으로 접속된다. 외부 접속 전극(142)은 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 압전체층(122)과 겹쳐 있지 않다. 지지 기판(11)은 공동부(114)를 가진다. 공동부(114)는 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 지지 기판(11)의 적어도 단부에 형성된다.
Description
본 발명은 탄성파 장치, 및 전자부품 모듈에 관한 것이고, 보다 상세하게는 실장 기판에 실장되는 탄성파 장치, 및 전자부품 모듈에 관한 것이다.
종래, 지지 기판 상에 압전 박막(압전체층)을 포함하는 적층막이 적층된 탄성파 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에 기재된 탄성파 장치는 지지 기판과 적층막과 IDT 전극과 배선 전극과 언더 범프 메탈층과 금속 범프(외부 접속 전극)를 포함한다.
특허문헌 1에 기재된 탄성파 장치에서는 배선 전극 중 언더 범프 메탈층이 접합되는 부분이 외부 접속 단자가 접속되는 전극 랜드가 되고, 이 전극 랜드는 평면에서 봤을 때, 적층막이 존재하지 않는 영역에 마련된다. 따라서, 외부 접속 단자로서의 금속 범프의 접합 시의 응력이 적층막의 적층 부분에 직접 가해지지 않는다.
한편, 특허문헌 1에 기재된 탄성파 장치를 실장 기판에 실장하는 경우에 지지 기판의 선팽창계수와 실장 기판의 선팽창계수가 다르면, 선팽창계수 차에 의해 지지 기판의 중앙 부분에 응력 일그러짐이 발생하고, 이 응력 일그러짐에 의해 탄성파 장치의 특성이 열화될 가능성이 있었다.
본 발명의 목적은 탄성파 장치의 특성의 열화를 억제할 수 있는 탄성파 장치, 및 전자부품 모듈을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 한 양태에 따른 탄성파 장치는 지지 기판과 압전체층과 IDT 전극과 외부 접속 전극을 포함한다. 상기 압전체층은 상기 지지 기판 상에 형성된다. 상기 IDT 전극은 상기 압전체층 상에 형성된다. 상기 외부 접속 전극은 상기 IDT 전극에 전기적으로 접속된다. 상기 외부 접속 전극은 상기 지지 기판의 두께방향으로부터의 평면에서 봤을 때, 상기 압전체층과 겹쳐 있지 않다. 상기 지지 기판은 공동부(空洞部)를 가진다. 상기 공동부는 상기 두께방향으로부터의 평면에서 봤을 때, 상기 지지 기판의 적어도 단부(端部)에 형성된다.
본 발명의 한 양태에 따른 전자부품 모듈은 상술한 탄성파 장치와 상기 탄성파 장치가 실장되는 상기 실장 기판을 포함한다.
본 발명에 따르면, 탄성파 장치의 특성의 열화를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 탄성파 장치, 및 전자부품 모듈의 단면도이다.
도 2는 상동의 탄성파 장치의 주파수 특성도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 2에 따른 탄성파 장치, 및 전자부품 모듈의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 3에 따른 탄성파 장치, 및 전자부품 모듈의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 4에 따른 탄성파 장치, 및 전자부품 모듈의 단면도이다.
도 2는 상동의 탄성파 장치의 주파수 특성도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 2에 따른 탄성파 장치, 및 전자부품 모듈의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 3에 따른 탄성파 장치, 및 전자부품 모듈의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 4에 따른 탄성파 장치, 및 전자부품 모듈의 단면도이다.
이하, 실시형태 1~4에 따른 탄성파 장치, 및 전자부품 모듈에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
이하의 실시형태 1~4 등에서 참조하는 도 1, 도 3, 도 4, 및 도 5는 모두 모식적인 도면이며, 도면 중의 각 구성 요소의 크기나 두께 각각의 비가 반드시 실제의 치수비를 반영한다고는 할 수 없다.
(실시형태 1)
(1) 전자부품 모듈의 전체 구성
이하, 실시형태 1에 따른 전자부품 모듈(100)에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
실시형태 1에 따른 전자부품 모듈(100)은 도 1에 나타내는 바와 같이, 탄성파 장치(1)와 실장 기판(2)과 보호층(3)을 포함한다. 실장 기판(2)에는 탄성파 장치(1)가 실장된다. 보호층(3)은 탄성파 장치(1)를 보호한다.
탄성파 장치(1)는 지지 기판(11)과 압전체층(122)과 IDT(Interdigital Transducer) 전극(13)과 외부 접속 전극(142)을 포함한다. 압전체층(122)은 지지 기판(11) 상에 직접적 또는 간접적으로 형성된다. 실시형태 1에 따른 탄성파 장치(1)에서는 압전체층(122)은 지지 기판(11) 상에 간접적으로 형성된다. IDT 전극(13)은 압전체층(122) 상에 형성된다. 여기서 말하는 "압전체층(122) 상에 형성된다"란, 압전체층(122) 상에 직접적으로 형성되는 경우와 압전체층(122) 상에 간접적으로 형성되는 경우를 포함한다. 외부 접속 전극(142)은 실장 기판(2) 및 IDT 전극(13)에 전기적으로 접속된다.
외부 접속 전극(142)은 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 압전체층(122)과 겹쳐 있지 않다. 지지 기판(11)은 공동부(114)를 가진다. 공동부(114)는 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 지지 기판(11)의 적어도 단부에 형성된다. 실시형태 1에 따른 탄성파 장치(1)에서는 공동부(114)는 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 지지 기판(11)의 단부로부터 스페이서층(17)(후술함)과 겹치는 위치까지 연장된다. 탄성파 장치(1)는 지지 기판(11)과 IDT 전극(13) 사이에서 지지 기판(11) 상에 형성되고, 적어도 압전체층(122)을 포함하는 기능층(12)을 포함한다. 여기서, 실시형태 1에 따른 탄성파 장치(1)에서는 지지 기판(11)의 두께방향(D1)이 제1 방향(이하, "제1 방향(D1)"이라고도 함)이다.
또한, 탄성파 장치(1)는 절연층(16)과 배선 전극(15)을 추가로 포함한다. 절연층(16)은 지지 기판(11) 상에 형성된다. 여기서 말하는 "지지 기판(11) 상에 형성된다"란, 지지 기판(11) 상에 직접적으로 형성되는 경우와 지지 기판(11) 상에 간접적으로 형성되는 경우를 포함한다. 배선 전극(15)은 적어도 일부가 절연층(16) 상에 형성되고, IDT 전극(13)과 전기적으로 접속된다. 여기서 말하는 "절연층(16) 상에 형성된다"란, 절연층(16) 상에 직접적으로 형성되는 경우와 절연층(16) 상에 간접적으로 형성되는 경우를 포함한다.
또한, 탄성파 장치(1)는 스페이서층(17)과 커버 부재(18)를 추가로 포함한다. 스페이서층(17)은 지지 기판(11) 상에 형성된다. 여기서 말하는 "지지 기판(11) 상에 형성된다"란, 지지 기판(11) 상에 직접적으로 형성되는 경우와 지지 기판(11) 상에 간접적으로 형성되는 경우를 포함한다. 커버 부재(18)는 스페이서층(17) 상에 형성된다. 여기서 말하는 "스페이서층(17) 상에 형성된다"란, 스페이서층(17) 상에 직접적으로 형성되는 경우와 스페이서층(17) 상에 간접적으로 형성되는 경우를 포함한다. 외부 접속 전극(142)은 커버 부재(18) 상에 형성된다. 여기서 말하는 "커버 부재(18) 상에 형성된다"란, 커버 부재(18) 상에 직접적으로 형성되는 경우와 커버 부재(18) 상에 간접적으로 형성되는 경우를 포함한다.
실시형태 1에 따른 전자부품 모듈(100)에서는 탄성파 장치(1)는 외부 접속 전극(142)을 통해 실장 기판(2)과 기계적이면서 전기적으로 접속된다.
(2) 탄성파 장치의 각 구성 요소
다음으로, 탄성파 장치(1)의 각 구성 요소에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
(2.1) 지지 기판
지지 기판(11)은 도 1에 나타내는 바와 같이, 압전체층(122)과 IDT 전극(13)을 포함하는 적층체를 지지한다. 지지 기판(11)은 그 두께방향(D1)에서 서로 반대 측에 있는 제1 주면(主面)(111) 및 제2 주면(112)을 가진다. 제1 주면(111) 및 제2 주면(112)은 서로 배향(背向)한다. 지지 기판(11)의 평면에서 본 형상(지지 기판(11)을 두께방향(D1)에서 봤을 때의 바깥둘레 형상)은 장방형상인데, 장방형상에 한정되지 않고, 예를 들면 정방형상이어도 된다.
지지 기판(11)은 결정 기판이다. 구체적으로는 지지 기판(11)은 입방정계의 결정 구조를 가지는 결정 기판이다. 일례로서, 지지 기판(11)은 실리콘 기판이다. 지지 기판(11)에서의 압전체층(122) 측의 면(제1 주면(111))이 (111)면이다. 여기서 말하는 "지지 기판(11)의 제1 주면(111)이 (111)면이다"란, 지지 기판(11)의 제1 주면(111)이 (111)면에만 한정되지 않고, (111)면으로부터의 오프 각(off-angle)이 0도보다 크고 5도 이하인 결정면을 포함하는 것을 의미한다.
지지 기판(11)은 고음속 지지 기판을 구성한다. 고음속 지지 기판에서는 압전체층(122)을 전파하는 탄성파의 음속보다도 고음속 지지 기판을 전파하는 벌크파의 음속이 고속이다. 지지 기판(11)은 결정 구조를 가지는 결정 기판으로는 실리콘 기판 이외에 예를 들면, 게르마늄 기판, 다이아몬드 기판 등이어도 된다. 따라서, 지지 기판(11)의 재료는 실리콘에 한정되지 않고, 예를 들면, 게르마늄, 다이아몬드 등이어도 된다. 지지 기판(11)의 선팽창계수는 예를 들면, 4ppm/℃ 정도이다.
또한, 지지 기판(11)은 복수개(도 1에서는 2개)의 공동부(114)를 가진다. 각 공동부(114)는 제1 방향(D1)과 직교하는 제2 방향(D2)에서, 지지 기판(11)의 단부(도 1에서의 좌단부 또는 우단부)로부터 지지 기판(11)의 제1 주면(111)을 따라 형성된다. 구체적으로는 각 공동부(114)는 제1 방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 지지 기판(11)의 단부로부터 스페이서층(17)과 겹치는 위치까지 연장된다. 바꿔 말하면, 각 공동부(114)는 제1 방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, IDT 전극(13)과 겹치는 위치까지는 형성되지 않는다. 더 바꿔 말하면, 각 공동부(114)는 제1 방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, IDT 전극(13)의 바로 아래에는 형성되지 않는다.
각 공동부(114)는 제1 방향(D1)(지지 기판(11)의 두께방향(D1))에서, 제2 주면(112)보다도 제1 주면(111) 측에 마련된다. 제1 방향(D1)에서의 각 공동부(114)의 폭 치수는 예를 들면, 1㎛이다. 또한, 제2 방향(D2)에서의 각 공동부(114)의 길이 치수는 예를 들면, 70㎛이다. 각 공동부(114)는 제1 방향(D1)에서, 지지 기판(11)의 제1 주면(111)으로부터 예를 들면 1㎛의 깊이 위치에 형성된다. 실시형태 1에 따른 탄성파 장치(1)에서는 복수개의 공동부(114)는 제1 방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 지지 기판(11)의 둘레방향에서의 일부에 형성된다. 한편, 공동부(114)의 성형 방법에 대해서는 "(6) 공동부의 성형 방법"의 란에서 설명한다.
(2.2) IDT 전극
IDT 전극(13)은 제1 버스바(busbar)와 제2 버스바와 복수개의 제1 전극지(電極指)와, 복수개의 제2 전극지를 포함한다. IDT 전극(13)은 압전체층(122) 상에 형성된다.
제1 버스바는 제2 방향(D2)을 긴 쪽 방향으로 하는 장척(長尺) 형상으로 형성되고, 복수개의 제1 전극지와 전기적으로 접속된다. 제2 버스바는 제2 방향(D2)을 긴 쪽 방향으로 하는 장척 형상으로 형성되고, 복수개의 제2 전극지와 전기적으로 접속된다.
복수개의 제1 전극지는 제2 방향(D2)에서 서로 나란히 배치된다. 각 제1 전극지는 제3 방향을 긴 쪽 방향으로 하는 장척 형상으로 형성된다. 복수개의 제1 전극지는 제2 방향(D2)에서 서로 대향하는 상태로 평행하게 배치된다. 복수개의 제2 전극지는 제2 방향(D2)에서 서로 나란히 배치된다. 각 제2 전극지는 제3 방향을 긴 쪽 방향으로 하는 장척 형상으로 형성된다. 복수개의 제2 전극지는 제2 방향(D2)에서 서로 대향하는 상태로 평행하게 배치된다. 복수개의 제1 전극지 및 복수개의 제2 전극지가 1개씩 교대로 나란히 배치된다. 제3 방향은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2) 양쪽과 직교하는 방향이다.
제1 전극지 및 제2 전극지의 폭을 WA로 하고, 서로 이웃하는 제1 전극지와 제2 전극지의 스페이스 폭을 SA로 한 경우, IDT 전극(13)에서 듀티비는 WA/(WA+SA)로 정의된다. IDT 전극(13)의 듀티비는 예를 들면, 0.5이다. IDT 전극(13)의 전극지 주기로 정해지는 탄성파의 파장을 λ로 했을 때, 파장 λ는 전극지 주기와 동일하다. 전극지 주기는 복수개의 제1 전극지 또는 복수개의 제2 전극지의 반복 주기 PλA로 정의된다. 따라서, 반복 주기 PλA와 λ는 동일하다. IDT 전극(13)의 듀티비는 전극지 주기의 2분의 1의 값(WA+SA)에 대한 제1 전극지 및 제2 전극지의 폭 WA의 비이다.
IDT 전극(13)의 재료는 예를 들면, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 티탄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 혹은 텅스텐(W), 또는 이들 금속 중 어느 하나를 주체로 하는 합금 등의 적절한 금속 재료이다. 또한, IDT 전극(13)은 이들 금속 또는 합금으로 이루어지는 복수개의 금속막을 적층한 구조를 가져도 된다.
(2.3) 기능층
기능층(12)은 저음속막(121)과 압전체층(122)을 포함한다. 압전체층(122)은 예를 들면, 압전막(이하, "압전막(122)"이라고도 함)이다. 압전막(122)은 저음속막(121) 상에 직접적 또는 간접적으로 형성된다. 따라서, 압전막(122)은 고음속 지지 기판을 구성하는 지지 기판(11) 상에 간접적으로 형성된다. 저음속막(121)에서는 압전막(122)을 전파하는 벌크파의 음속보다도 저음속막(121)을 전파하는 벌크파의 음속이 저속이다.
여기서, 저음속막(121)이 고음속 지지 기판인 지지 기판(11)과 압전막(122) 사이에 형성됨으로써 탄성파의 음속이 저하된다. 탄성파는 본질적으로 저음속인 매질에 에너지가 집중된다는 성질을 가진다. 따라서, 압전막(122) 내 및 탄성파가 여진(勵振)되는 IDT 전극(13) 내로의 탄성파 에너지의 가둠 효과를 높일 수 있다. 그 결과, 저음속막(121)이 마련되지 않은 경우에 비해, 손실을 저감시키고, Q값을 높일 수 있다.
압전막(122)의 두께는 예를 들면, IDT 전극(13)의 전극지 주기로 정해지는 탄성파의 파장을 λ로 했을 때에, 3.5λ 이하이다. 압전막(122)의 두께가 3.5λ 이하인 경우, Q값이 높아진다. 또한, 압전막(122)의 두께를 2.5λ 이하로 함으로써, TCF(Temperature Coefficient of Frequency)를 작게 할 수 있다. 더욱이, 압전막(122)의 두께를 1.5λ 이하로 함으로써, 탄성파 음속의 조정이 용이해진다. 한편, 압전막(122)의 두께는 3.5λ 이하인 것에 한정되지 않고, 3.5λ보다 커도 된다.
압전막(122)의 재료는 리튬탄탈레이트(LiTaO3)에 한정되지 않고, 예를 들면, 리튬니오베이트(LiNbO3), 산화아연(ZnO), 질화알루미늄(AlN), 또는 티탄산지르콘산연(PZT)이어도 된다.
저음속막(121)의 두께는 IDT 전극(13)의 전극지 주기로 정해지는 탄성파의 파장을 λ로 하면, 2.0λ 이하인 것이 바람직하다. 저음속막(121)의 두께는 예를 들면, 670㎚이다. 저음속막(121)의 두께를 2.0λ 이하로 함으로써, 막 응력을 저감시킬 수 있고, 그 결과, 탄성파 장치(1)의 제조 시에 고음속 지지 기판의 베이스가 되는 웨이퍼의 휘어짐을 저감시킬 수 있으며, 양품률의 향상 및 특성의 안정화가 가능해진다.
저음속막(121)의 재료는 예를 들면, 산화규소이다. 한편, 저음속막(121)의 재료는 산화규소에 한정되지 않는다. 저음속막(121)의 재료는 예를 들면, 산화규소, 유리, 산질화규소, 산화탄탈, 산화규소에 불소, 탄소, 혹은 붕소를 첨가한 화합물, 또는 상기 각 재료를 주성분으로 하는 재료여도 된다.
(2.4) 배선 전극
배선 전극(15)은 외부 접속 전극(142)과 IDT 전극(13)을 전기적으로 접속한다. 배선 전극(15)의 재료는 예를 들면, 알루미늄, 구리, 백금, 금, 은, 티탄, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 혹은 텅스텐, 또는 이들 금속 중 어느 하나를 주체로 하는 합금 등의 적절한 금속 재료이다. 또한, 배선 전극(15)은 이들 금속 또는 합금으로 이루어지는 복수개의 금속막을 적층한 구조를 가져도 된다.
배선 전극(15)은 지지 기판(11)의 두께방향(D1)에서, IDT 전극(13)의 일부와 압전막(122)의 일부와 절연층(16)의 일부에 겹쳐 있다. 배선 전극(15)은 절연층(16) 상에 형성되는 부분(151) 상에 외부 접속 전극(142)이 형성된다. 배선 전극(15)은 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 절연층(16)의 바깥둘레보다도 내측에 위치한다.
(2.5) 절연층
절연층(16)은 전기 절연성을 가진다. 절연층(16)은 지지 기판(11)의 제1 주면(111) 상에 지지 기판(11)의 바깥둘레를 따라 형성된다. 절연층(16)은 기능층(12)의 측면을 둘러싼다. 절연층(16)의 평면에서 본 형상은 프레임 형상(예를 들면, 직사각형 프레임 형상)이다. 절연층(16)의 일부는 지지 기판(11)의 두께방향(D1)에서 기능층(12)의 바깥둘레부에 겹쳐 있다. 즉, 기능층(12)의 측면은 절연층(16)에 의해 덮인다.
절연층(16)의 재료는 예를 들면, 에폭시 수지, 폴리이미드 등의 합성 수지이다.
(2.6) 스페이서층
스페이서층(17)은 관통 구멍(173)을 가진다. 스페이서층(17)은 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, IDT 전극(13)의 외측에 형성되고, IDT 전극(13)을 둘러싼다. 스페이서층(17)은 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 지지 기판(11)의 바깥둘레를 따라 형성된다. 스페이서층(17)의 평면에서 본 형상은 프레임 형상이다. 스페이서층(17)의 바깥둘레 형상 및 안둘레 형상은 예를 들면, 장방형상이다. 스페이서층(17)은 지지 기판(11)의 두께방향(D1)에서 절연층(16)에 겹쳐 있다. 스페이서층(17)의 바깥둘레 끝은 절연층(16)의 바깥둘레 끝보다 내측에 위치한다. 스페이서층(17)의 안둘레 끝은 절연층(16)의 안둘레 끝보다 외측에 위치한다. 스페이서층(17)의 일부는 절연층(16) 상에 형성되는 배선 전극(15)도 덮는다. 스페이서층(17)은 절연층(16)의 표면 상에 직접 형성되는 제1 부분과 절연층(16)의 표면 상에 배선 전극(15)을 통해 간접적으로 형성되는 제2 부분을 포함한다. 여기서, 제1 부분은 절연층(16) 표면의 전체 둘레에 걸쳐 형성된다.
스페이서층(17)은 전기 절연성을 가진다. 스페이서층(17)의 재료는 예를 들면, 에폭시 수지, 폴리이미드 등의 합성 수지이다. 스페이서층(17)의 재료는 절연층(16)의 재료와 주성분이 동일한 것이 바람직하고, 동일한 재료인 것이 보다 바람직하다.
스페이서층(17)의 두께와 절연층(16)의 두께의 합계 두께는 기능층(12)의 두께와 IDT 전극(13)의 두께의 합계 두께보다도 두껍다.
(2.7) 커버 부재
커버 부재(18)는 평판 형상이다. 커버 부재(18)의 평면에서 본 형상(지지 기판(11)의 두께방향(D1)에서 봤을 때의 바깥둘레 형상)은 장방형상인데, 장방형상에 한정되지 않고, 예를 들면 정방형상이어도 된다. 커버 부재(18)의 바깥둘레 형상은 지지 기판(11)의 바깥둘레 형상과 대략 동일한 크기이다. 커버 부재(18)는 스페이서층(17)의 관통 구멍(173)을 막도록 스페이서층(17) 상에 배치된다. 커버 부재(18)는 지지 기판(11)의 두께방향(D1)에서 IDT 전극(13)으로부터 떨어져 있다.
커버 부재(18)는 전기 절연성을 가진다. 커버 부재(18)의 재료는 예를 들면, 에폭시 수지, 폴리이미드 등의 합성 수지이다. 커버 부재(18)의 재료는 스페이서층(17)의 재료와 주성분이 동일한 것이 바람직하고, 동일한 재료인 것이 보다 바람직하다.
실시형태 1에 따른 탄성파 장치(1)는 공간(S1)을 가진다. 공간(S1)은 커버 부재(18)와 스페이서층(17)과 절연층(16)과 지지 기판(11) 상의 적층체(압전막(122)과 IDT 전극(13)을 포함하는 적층체)로 둘러싸인 공간이다. 공간(S1)에는 예를 들면, 공기, 불활성 가스(예를 들면, 질소 가스) 등의 기체가 봉입된다.
(2.8) 외부 접속 전극
실시형태 1에 따른 탄성파 장치(1)는 복수개(도 1에서는 2개)의 외부 접속 전극(142)을 포함한다. 각 외부 접속 전극(142)은 탄성파 장치(1)에서 실장 기판(2)과 전기적으로 접속하기 위한 전극이다. 탄성파 장치(1)에서는 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 복수개의 외부 접속 전극(142) 각각이 압전막(122)에 겹쳐 있지 않다. 복수개의 외부 접속 전극(142) 각각은 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 압전막(122)보다 외측에 위치한다.
탄성파 장치(1)는 관통 전극(141)을 추가로 포함한다. 관통 전극(141)은 지지 기판(11)의 두께방향(D1)에서 스페이서층(17) 및 커버 부재(18)를 관통한다. 관통 전극(141)은 배선 전극(15) 상에 형성되고, 배선 전극(15)과 전기적으로 접속된다. 관통 전극(141)은 언더 범프 메탈층을 구성한다. 또한, 외부 접속 전극(142)은 관통 전극(141) 상에 형성된다. 외부 접속 전극(142)은 예를 들면, 범프이다. 외부 접속 전극(142)은 도전성을 가진다. 외부 접속 전극(142)은 관통 전극(141)과 접합되고, 관통 전극(141)과 전기적으로 접속된다.
관통 전극(141)의 재료는 예를 들면, 구리, 혹은 니켈, 또는 이들 금속 중 어느 하나를 주체로 하는 합금 등의 적절한 금속 재료이다. 외부 접속 전극(142)의 재료는 예를 들면, 땜납, 금, 또는 구리 등이다.
(3) 실장 기판
실장 기판(2)은 외부 접속 전극(142)을 통해 탄성파 장치(1)가 실장되는 기판이다. 실시형태 1에 따른 전자부품 모듈(100)에서는 하나의 탄성파 장치(1)가 실장 기판(2)에 실장된다. 실장 기판(2)은 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 탄성파 장치(1)보다도 크다.
실장 기판(2)은 지지체(21)와 복수개(도 1에서는 2개)의 제1 도체부(23)와 복수개(도 1에서는 2개)의 제2 도체부(25)와 복수개(도 1에서는 2개)의 관통 전극(24)을 가진다. 복수개의 제1 도체부(23) 및 복수개의 제2 도체부(25)는 각각 지지체(21)에 지지된다. 복수개의 관통 전극(24)은 복수개의 제1 도체부(23)와 복수개의 제2 도체부(25)를 일대일로 전기적으로 접속한다. 복수개의 제2 도체부(25)는 전자부품 모듈(100)을 회로 기판 등에 전기적으로 접속하기 위해 이용된다.
지지체(21)는 전기 절연성을 가진다. 지지체(21)는 평판 형상이며, 그 두께방향에서 서로 반대 측에 있는 제1 주면(211) 및 제2 주면(212)을 가진다. 제1 주면(211) 및 제2 주면(212)은 서로 배향한다. 지지체(21)의 바깥둘레 형상은 예를 들면, 장방형상이다.
제1 도체부(23)는 지지체(21)의 제1 주면(211) 상에 형성된다. 제1 도체부(23)는 탄성파 장치(1)의 외부 접속 전극(142)이 전기적으로 접속되는 도전층이다. 제1 도체부(23)의 재료는 예를 들면, 구리 등이다. 제1 도체부(23)는 탄성파 장치(1)의 지지 기판(11)의 두께방향(D1)에서 외부 접속 전극(142)과 겹치도록 배치된다. 외부 접속 전극(142)은 관통 전극(141)과 제1 도체부(23) 사이에 개재된다.
제2 도체부(25)는 지지체(21)의 제2 주면(212) 상에 형성된다. 제2 도체부(25)는 제1 도체부(23)가 관통 전극(24)을 통해 전기적으로 접속되는 도전층이다. 제2 도체부(25)의 재료는 예를 들면, 구리 등이다.
실장 기판(2)은 일례로서, 프린트 배선 기판에 의해 구성된다. 프린트 배선 기판의 선팽창계수는 예를 들면, 15ppm/℃ 정도이다. 프린트 배선 기판은 글라스 클로스(glass cloth)·에폭시 수지 구리 피복 적층판으로 형성된다.
지지체(21)는 프린트 배선 기판에서의 절연 기판에 의해 구성된다. 절연 기판은 전기 절연성을 가진다.
제1 도체부(23) 및 제2 도체부(25)는 프린트 배선 기판에서의 동박을 포함한다.
(4) 보호층
전자부품 모듈(100)에서는 실장 기판(2)에 실장된 탄성파 장치(1)는 보호층(3)에 의해 덮인다. 전자부품 모듈(100)에서는 탄성파 장치(1)의 지지 기판(11)의 제2 주면(112) 및 각 측면(113)이 보호층(3)에 의해 덮인다. 보호층(3)의 재료는 예를 들면, 에폭시 수지, 폴리이미드 등의 합성 수지이다. 보호층(3)은 실장 기판(2) 상의 탄성파 장치(1)를 봉지(封止)하는 봉지층으로서의 기능을 가진다. 보호층(3)은 대략 직방체상이다. 보호층(3)의 일부는 탄성파 장치(1)의 커버 부재(18)와 실장 기판(2) 사이에서 외부 접속 전극(142)의 주위에도 형성된다. 즉, 보호층(3)의 일부는 언더필부(underfill portion)를 구성한다.
전자부품 모듈(100)은 실장 기판(2)과는 다른 마더 기판 등에 표면 실장할 수 있다. 전자부품 모듈(100)에서는 실장 기판(2)과 보호층(3)으로 탄성파 장치(1)를 보호하면서 외부의 전기회로 등으로의 접속을 가능하게 하는 패키지를 구성한다. 전자부품 모듈(100)에서의 패키지는 표면 실장형 패키지이다.
지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 보호층(3)의 바깥둘레 형상은 실장 기판(2)의 바깥둘레 형상과 대략 동일한 크기이다.
(5) 제조 방법
이하에서는 탄성파 장치(1), 및 전자부품 모듈(100)의 제조 방법의 일례에 대해 간단히 설명한다.
(5.1) 탄성파 장치의 제조 방법
우선, 복수개의 탄성파 장치(1) 각각의 지지 기판(11)의 베이스가 되는 실리콘 웨이퍼를 준비한다.
실리콘 웨이퍼의 한 주면 상에 압전막(122)을 포함하는 기능층(12)을 형성하고 나서, IDT 전극(13), 절연층(16), 배선 전극(15), 스페이서층(17)을 순차적으로 형성한다. 그 후, 스페이서층(17)의 관통 구멍(173)을 막도록, 커버 부재(18)를 스페이서층(17)에 접합한다.
이어서, 커버 부재(18) 및 스페이서층(17)에서의 관통 전극(141)의 형성 예정 부위에 관통 구멍을 형성하고, 이 관통 구멍을 메우도록 관통 전극(141)을 형성하고 나서, 관통 전극(141) 상에 외부 접속 전극(142)을 형성한다.
상술한 각 공정을 거쳐 실리콘 웨이퍼에 복수개의 탄성파 장치(1)가 형성된 웨이퍼를 얻을 수 있다. 실리콘 웨이퍼의 한 주면은 실리콘 기판으로 이루어지는 지지 기판(11)의 제1 주면(111)에 대응한다.
그 후, 웨이퍼를 다이싱하는 다이싱 공정을 실시함으로써, 1매의 웨이퍼로부터 복수개의 탄성파 장치(1)를 얻을 수 있다. 다이싱 공정에서는 예를 들면, 레이저소(Laser Saw), 다이싱소(Dicing Saw) 등을 이용한다.
(5.2) 전자부품 모듈의 제조 방법
탄성파 장치(1)를 실장 기판(2)에 실장하고, 실장 기판(2) 상의 탄성파 장치(1)를 덮도록 보호층(3)을 형성한다. 이로써, 전자부품 모듈(100)이 형성된다.
(6) 공동부의 성형 방법
다음으로, 공동부(114)의 성형 방법의 일례에 대해 간단하게 설명한다.
지지 기판(11)의 제1 주면(111) 측으로부터, 제1 주면(111)의 표층에 대하여 이온 주입 장치에 의해 이온 주입을 실시한다. 이온 주입 장치로부터 지지 기판(11)에 주입되는 이온은 예를 들면, 아르곤 이온이다. 그리고 아르곤 이온을 지지 기판(11)에 주입한 후에 지지 기판(11)을 가열함으로써, 지지 기판(11)에 주입된 아르곤 이온이 증발되고, 공동부(114)가 형성된다.
이 경우에, 아르곤 이온의 가속 전압의 크기, 또는 지지 기판(11)의 제1 주면(111)에 대한 아르곤 이온의 입사 각도 등을 바꿈으로써, 제1 주면(111)으로부터의 공동부(114)의 깊이 위치를 조절할 수 있다.
(7) 특성
이하에서는 탄성파 장치(1), 및 전자부품 모듈(100)의 특성에 대해 설명한다.
(7.1) 탄성파 장치의 특성
우선, 탄성파 장치(1)의 특성에 대해 설명한다. 이하의 설명에서는 압전막(122)의 재료를 리튬탄탈레이트로 하고, 압전막(122)의 두께를 600㎚로 한다. 또한, 저음속막(121)의 재료를 산화규소로 하고, 저음속막(121)의 두께를 600㎚로 한다. 또한, 지지 기판(11)의 재료를 규소로 하고, 지지 기판(11)의 두께를 100㎛로 한다.
상술한 조건으로 제조된 탄성파 장치(1)를 예를 들면 100℃의 환경하에 둔다. 이 경우에, 스페이서층(17) 및 커버 부재(18)의 선팽창계수와 지지 기판(11)의 선팽창계수가 다르기 때문에, 선팽창계수 차에 의한 열 응력이 지지 기판(11)에 발생한다. 실시형태 1에 따른 탄성파 장치(1)에서는 지지 기판(11)에 공동부(114)가 형성되고, 지지 기판(11)에 발생한 열 응력은 지지 기판(11)에서의 공동부(114)보다도 제1 주면(111) 측의 부위에 집중되게 된다. 그 결과, 지지 기판(11)에 공동부(114)가 형성되지 않은 경우에 비해, 지지 기판(11)의 중앙 부분, 즉 압전막(122)이 적층된 부분에 가해지는 열 응력을 저감할 수 있다. 구체적으로는 지지 기판(11)에 공동부(114)가 형성되지 않은 경우의 열 응력이 예를 들면 11㎫인 것에 반해, 지지 기판(11)에 공동부(114)가 형성된 경우의 열 응력은 예를 들면 7㎫이다.
이와 같이, 지지 기판(11)에 공동부(114)를 형성함으로써, 압전막(122)이 적층된, 지지 기판(11)의 중앙 부분에 가해지는 열 응력을 저감할 수 있고, 열 응력에 의한 지지 기판(11)의 중앙 부분의 응력 일그러짐을 저감할 수 있다. 그 결과, 지지 기판(11)의 중앙 부분에 적층된 압전막(122)의 변형을 저감할 수 있고, 응력 일그러짐에 의한 탄성파 장치(1)의 특성(여기서는 압전 특성)의 열화를 억제할 수 있다.
도 2는 실시형태 1에 따른 탄성파 장치(1) 및 비교예에 따른 탄성파 장치의 주파수 특성도이다. 비교예에 따른 탄성파 장치는 실시형태 1에 따른 탄성파 장치(1)와 기본적으로 동일한 구성이지만, 지지 기판에 공동부가 형성되지 않은 점에서 실시형태 1에 따른 탄성파 장치(1)와 다르다. 여기서, 실시형태 1에 따른 탄성파 장치(1) 및 비교예에 따른 탄성파 장치는 100℃의 환경하에 일정 시간 놓여 있었다고 가정한다.
도 2에서의 가로축은 주파수이고, 도 2에서의 세로축은 임피던스이다. 도 2에서의 실선(a1)은 실시형태 1에 따른 탄성파 장치(1)의 주파수 특성을 나타내고, 도 2에서의 파선(b1)은 비교예에 따른 탄성파 장치의 주파수 특성을 나타낸다. 도 2에서는 실시형태 1에 따른 탄성파 장치(1) 및 비교예에 따른 탄성파 장치를 필터로 이용했을 때의 통과 대역이 Band25(1900㎒대)인 경우를 나타낸다.
도 2로부터, 1800㎒~2000㎒의 주파수 대역에서, 비교예에 따른 탄성파 장치보다도 실시형태 1에 따른 탄성파 장치(1) 쪽이 통과 특성이 뛰어난 것을 알 수 있다. 바꿔 말하면, 상기 주파수 대역에서, 비교예에 따른 탄성파 장치의 통과 특성이 열화되었다. 즉, 지지 기판(11)에 공동부(114)를 형성함으로써, 탄성파 장치(1)의 특성(여기서는 통과 특성)의 열화를 억제할 수 있다.
(7.2) 전자부품 모듈의 특성
다음으로, 전자부품 모듈(100)의 특성에 대해 설명한다.
실시형태 1에 따른 전자부품 모듈(100)에서는 탄성파 장치(1)의 지지 기판(11)의 선팽창계수는 예를 들면, 4ppm/℃ 정도이다. 한편, 탄성파 장치(1)가 실장되는 실장 기판(2)의 선팽창계수는 예를 들면, 15ppm/℃ 정도이다. 즉, 실시형태 1에 따른 전자부품 모듈(100)에서는 지지 기판(11)의 선팽창계수와 실장 기판(2)의 선팽창계수가 다르면서 실장 기판(2)의 선팽창계수가 지지 기판(11)의 선팽창계수보다도 크다.
여기서, 외부 접속 전극(142)을 통해 탄성파 장치(1)를 실장 기판(2)에 접합하는 경우를 상정한다. 이 경우, 실장 기판(2)의 선팽창계수와 지지 기판(11)의 선팽창계수가 다르기 때문에, 선팽창계수 차에 의한 열 응력이 스페이서층(17)을 통해 지지 기판(11)에 전달된다. 실시형태 1에 따른 탄성파 장치(1)에서는 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 스페이서층(17)과 공동부(114)가 겹쳐 있다. 그 때문에, 지지 기판(11)에 전달된 열 응력은 지지 기판(11)에서의 공동부(114)보다도 제1 주면(111) 측의 부위에 집중되게 된다. 그 결과, 지지 기판(11)의 중앙 부분, 즉 압전막(122)이 적층된 부분에 가해지는 열 응력을 저감할 수 있고, 열 응력에 의한 지지 기판(11)의 중앙 부분의 응력 일그러짐을 저감할 수 있다. 그 결과, 지지 기판(11)의 중앙 부분에 적층된 압전막(122)의 변형을 저감할 수 있고, 응력 일그러짐에 의한 탄성파 장치(1)의 특성(여기서는 압전 특성)의 열화를 억제할 수 있다.
(8) 효과
실시형태 1에 따른 탄성파 장치(1)는 실장 기판(2)에 실장되는 탄성파 장치(1)이다. 탄성파 장치(1)는 지지 기판(11)과 압전체층(122)과 IDT 전극(13)과 외부 접속 전극(142)을 포함한다. 압전체층(122)은 지지 기판(11) 상에 직접적 또는 간접적으로 형성된다. IDT 전극(13)은 압전체층(122) 상에 형성된다. 외부 접속 전극(142)은 실장 기판(2) 및 IDT 전극(13)에 전기적으로 접속된다. 외부 접속 전극(142)은 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 압전체층(122)과 겹쳐 있지 않다. 지지 기판(11)은 공동부(114)을 가진다. 공동부(114)는 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 지지 기판(11)의 적어도 단부에 형성된다. 여기서, 공동부(114)가 "지지 기판(11)의 적어도 단부에 형성"된다는 것이란, 지지 기판(11)의 제1 주면(111)과 제2 주면(112)을 잇는 측면의 일부에 개구가 형성되고, 공동부(114)가 적어도 그 개구를 포함하는 경우를 가리킨다. 바꿔 말하면, "지지 기판(11)의 단부"란, 지지 기판(11)의 측면 중 어느 하나의 부분을 가리킨다.
실시형태 1에 따른 탄성파 장치(1)에서는 지지 기판(11)의 적어도 단부에 공동부(114)가 형성된다. 그 때문에, 예를 들면, 지지 기판(11)의 선팽창계수와 실장 기판(2)의 선팽창계수가 다르고, 지지 기판(11)에 열 응력이 발생한 경우에는 지지 기판(11)에서의 공동부(114)보다도 제1 주면(111) 측의 부위에 열 응력이 집중되게 된다. 이로써, 지지 기판(11)의 중앙 부분에 가해지는 열 응력을 저감할 수 있고, 이 열 응력에 의한 지지 기판(11)의 중앙 부분의 응력 일그러짐을 저감할 수 있다. 그 결과, 지지 기판(11)의 중앙부분에 적층된 압전막(122)의 변형을 저감할 수 있고, 응력 일그러짐에 의한 탄성파 장치(1)의 특성(여기서는 압전 특성)의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 실시형태 1에 따른 탄성파 장치(1)에서는 외부 접속 전극(142)과 압전체층(122)은 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 겹쳐 있지 않다. 그 때문에, 제조 시에 외부 접속 전극(142)을 형성하는 공정에서, 외부 접속 전극(142)으로부터 압전체층(122)에 힘이 가해지는 것을 억제할 수 있고, 압전체층(122)에 균열이나 깨짐이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(9) 변형예
이하, 실시형태 1의 변형예에 대해 설명한다.
실시형태 1에서는 공동부(114)가 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 지지 기판(11)의 둘레방향에서의 일부에 형성되는데, 공동부는 지지 기판(11)의 전체 둘레에 걸쳐 형성되어도 된다. 이 구성에 따르면, 지지 기판(11)의 둘레방향에서의 일부에 공동부(114)가 형성되는 경우에 비해, 압전체층(122)으로의 열 응력의 영향을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.
실시형태 1에서는 공동부(114)가 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 지지 기판(11)의 단부로부터 스페이서층(17)과 겹치는 위치까지 연장된다. 이에 반하여, 공동부는 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 지지 기판(11)의 적어도 단부에 형성되면 된다. 보다 바람직하게는 공동부는 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 지지 기판(11)의 단부로부터 적어도 외부 접속 전극(142)과 겹치는 위치까지 연장되면 된다. 더 바람직하게는 공동부는 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 지지 기판(11)의 단부로부터 외부 접속 전극(142)과 스페이서층(17) 양쪽과 겹치는 위치까지 연장되는 것이 좋다.
실시형태 1에서는 지지 기판(11)의 제1 주면(111)이 (111)면인데, 제1 주면(111)은 (111)면에 한정되지 않고, (100)면 등이어도 된다.
실시형태 1에서는 공동부(114)가 지지 기판(11)의 두께방향에서, 지지 기판(11)의 제2 주면(112)보다도 제1 주면(111) 측에 마련되는데, 공동부는 두께방향(D1)에서, 제1 주면(111)보다도 제2 주면(112) 측에 마련되어도 된다.
(실시형태 2)
실시형태 2에 따른 전자부품 모듈(100a)은 도 3에 나타내는 바와 같이, 외부 접속 전극(142a)이 배선 전극(15) 상에 직접적으로 형성되는 점 등에서 실시형태 1에 따른 전자부품 모듈(100)과 상이하다. 실시형태 2에 따른 전자부품 모듈(100a)에 관해, 실시형태 1에 따른 전자부품 모듈(100)과 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
실시형태 2에 따른 전자부품 모듈(100a)에서는 탄성파 장치(1a)가, 실시형태 1에 따른 전자부품 모듈(100)의 탄성파 장치(1)에서의 스페이서층(17), 커버 부재(18), 관통 전극(141) 등을 포함하지 않는다. 그리고 전자부품 모듈(100a)에서는 외부 접속 전극(142a)이 배선 전극(15) 상에 직접적으로 형성된다. 외부 접속 전극(142a)은 범프이다. 범프의 재료는 예를 들면, 솔더, Au 등이다.
전자부품 모듈(100a)은 레지스트층(155)을 추가로 포함한다. 레지스트층(155)은 배선 전극(15)에서 절연층(16) 상에 형성되는 부분(151)의 둘레부를 덮는다. 전자부품 모듈(100a)에서는 배선 전극(15)에서 절연층(16) 상에 형성된 부분(151) 중 레지스트층(155)으로 덮이지 않은 부분이 패드 전극(152)을 구성한다. 외부 접속 전극(142a)은 배선 전극(15)의 패드 전극(152) 상에 형성된다.
실시형태 2에 따른 전자부품 모듈(100a)은 실시형태 1에 따른 전자부품 모듈(100)의 보호층(3)과 마찬가지로, 실장 기판(2) 상의 탄성파 장치(1a)를 덮는 보호층을 포함해도 된다.
실시형태 2에 따른 전자부품 모듈(100a)에서는 실시형태 1에 따른 전자부품 모듈(100)과 마찬가지로 탄성파 장치(1a)의 지지 기판(11)에 공동부(114)가 형성된다. 그 때문에, 예를 들면, 지지 기판(11)의 선팽창계수와 실장 기판(2)의 선팽창계수가 다르고, 지지 기판(11)에 열 응력이 발생한 경우에는 지지 기판(11)에서의 공동부(114)보다도 제1 주면(111) 측의 부위에 열 응력이 집중되게 된다. 이로써, 지지 기판(11)의 중앙 부분에 가해지는 열 응력을 저감할 수 있고, 이 열 응력에 의한 지지 기판(11)의 중앙 부분의 응력 일그러짐을 저감할 수 있다. 그 결과, 지지 기판(11)의 중앙 부분에 적층된 압전막(122)의 변형을 저감할 수 있고, 응력 일그러짐에 의한 탄성파 장치(1a)의 특성(여기서는 압전 특성)의 열화를 억제할 수 있다.
한편, 실시형태 1의 변형예에 따른 어느 하나의 구성을 실시형태 2에 따른 전자부품 모듈(100a)에 조합해도 된다. 또한, 기능층(12)은 후술할 도 4에 나타내는 바와 같이, 저음속막(121) 및 압전막(122)에 더하여, 고음속막(120)을 포함해도 되고, 후술할 도 5에 나타내는 바와 같이, 기능층(12)이 압전막(122)만 포함해도 된다. 더욱이, 지지 기판(11)과 압전막(122)이 일체로 형성되어도 된다. 즉, 지지 기판(11)이 압전 기판이어도 된다.
(실시형태 3)
실시형태 3에 따른 전자부품 모듈(100b)에서는 도 4에 나타내는 바와 같이, 탄성파 장치(1b)에서의 기능층(12)이 고음속막(120)과 저음속막(121)과 압전막(압전체층)(122)을 포함한다. 고음속막(120)은 지지 기판(11) 상에 직접 또는 간접적으로 형성된다. 고음속막(120)에서는 압전막(122)을 전파하는 탄성파의 음속보다도 고음속막(120)을 전파하는 벌크파의 음속이 고속이다. 저음속막(121)은 고음속막(120) 상에 직접 또는 간접적으로 형성된다. 저음속막(121)에서는 압전막(122)을 전파하는 벌크파의 음속보다도 저음속막(121)을 전파하는 벌크파의 음속이 저속이다. 압전막(122)은 저음속막(121) 상에 직접 또는 간접적으로 마련된다. 실시형태 3에 따른 전자부품 모듈(100b)에 관해, 실시형태 1에 따른 전자부품 모듈(100)(도 1 참조)과 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
실시형태 3에 따른 전자부품 모듈(100b)의 탄성파 장치(1b)에서는 고음속막(120)은 메인 모드의 탄성파의 에너지가 고음속막(120)보다 아래의 구조로 누설되지 않도록 기능한다.
탄성파 장치(1b)에서는 고음속막(120)의 두께가 충분히 두꺼운 경우, 메인 모드의 탄성파의 에너지는 압전막(122) 및 저음속막(121) 전체에 분포하고, 고음속막(120)의 저음속막(121) 측의 일부에도 분포하며, 지지 기판(11)에는 분포하지 않게 된다. 고음속막(120)에 의해 탄성파를 가두는 메커니즘은 비(非)누설의 SH파인 러브파형 표면파인 경우와 동일한 메커니즘이며, 예를 들면, 문헌 "탄성표면파 디바이스 시뮬레이션 기술 입문", 하시모토 켄야, 리얼라이즈사, p. 26-28에 기재되어 있다. 상기 메커니즘은 음향 다층막에 의한 브래그 반사기를 이용하여 탄성파를 가두는 메커니즘과는 다르다.
고음속막(120)의 재료는 예를 들면, 다이아몬드 라이크 카본, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 실리콘, 사파이어, 압전체(리튬탄탈레이트, 리튬니오베이트, 또는 수정), 알루미나, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테아타이트, 포스테라이트, 마그네시아, 및 다이아몬드로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 재료이다. 고음속막(120)의 재료는 상술한 어느 하나의 재료를 주성분으로 하는 재료, 또는 상술한 어느 하나의 재료를 포함하는 혼합물을 주성분으로 하는 재료여도 된다.
탄성파를 압전막(122) 및 저음속막(121)에 가두는 기능을 고음속막(120)이 가지기 때문에 고음속막(120)의 두께는 두꺼울수록 바람직하다. 고음속막(120)의 두께를 0.3λ 이상으로 함으로써, 공진점에서의 에너지 집중도를 100%로 할 수 있다. 더욱이, 고음속막(120)의 두께를 0.5λ 이상으로 함으로써, 반공진점에서의 에너지 집중도도 100%로 할 수 있고, 또한 양호한 디바이스 특성을 얻을 수 있다.
실시형태 3에 따른 전자부품 모듈(100b)에서는 실시형태 1에 따른 전자부품 모듈(100)과 마찬가지로, 탄성파 장치(1b)의 지지 기판(11)에 공동부(114)가 형성된다. 그 때문에 예를 들면, 지지 기판(11)의 선팽창계수와 실장 기판(2)의 선팽창계수가 다르고, 지지 기판(11)에 열 응력이 발생한 경우에는 지지 기판(11)에서의 공동부(114)보다도 제1 주면(111) 측의 부위에 열 응력이 집중되게 된다. 이로써, 지지 기판(11)의 중앙 부분에 가해지는 열 응력을 저감할 수 있고, 이 열 응력에 의한 지지 기판(11)의 중앙 부분의 응력 일그러짐을 저감할 수 있다. 그 결과, 지지 기판(11)의 중앙 부분에 적층된 압전막(122)의 변형을 저감할 수 있고, 응력 일그러짐에 의한 탄성파 장치(1b)의 특성(여기서는 압전 특성)의 열화를 억제할 수 있다.
한편, 실시형태 1의 변형예에 따른 어느 하나의 구성을 실시형태 3에 따른 전자부품 모듈(100b)에 조합해도 된다.
(실시형태 4)
실시형태 4에 따른 전자부품 모듈(100c)에서는 도 5에 나타내는 바와 같이, 탄성파 장치(1c)에서의 기능층(12)이 압전막(122)이다. 압전막(122)은 지지 기판(11) 상에 직접적으로 형성된다. 실시형태 4에 따른 전자부품 모듈(100c)에 관해, 실시형태 1에 따른 전자부품 모듈(100)(도 1 참조)과 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
실시형태 4에 따른 탄성파 장치(1c)에서는 지지 기판(11)은 고음속 지지 기판을 구성한다. 고음속 지지 기판은 압전막(122)을 전파하는 탄성파의 음속보다도 고음속 지지 기판을 전파하는 벌크파의 음속이 고속이다. 기능층(12)은 압전막(122) 이외의 다른 막으로서, 예를 들면, 압전막(122)에서의 지지 기판(11) 측에 마련된 밀착층 또는 유전체막 등을 가져도 된다. 또한, 기능층(12)은 압전막(122)에서의 IDT 전극(13) 측에 마련된 유전체막 등을 가져도 된다.
여기서, 실시형태 4에 따른 탄성파 장치(1c)의 특성에 대해 설명한다. 이하의 설명에서는 압전막(122)의 재료를 리튬탄탈레이트로 하고, 압전막(122)의 두께를 600㎚로 한다. 또한, 지지 기판(11)의 재료를 규소로 하고, 지지 기판(11)의 두께를 100㎛로 한다.
상술한 조건으로 제조된 탄성파 장치(1c)를 예를 들면 100℃의 환경하에 둔다. 이 경우에, 스페이서층(17) 및 커버 부재(18)의 선팽창계수와 지지 기판(11)의 선팽창계수가 다르기 때문에, 선팽창계수 차에 의한 열 응력이 지지 기판(11)에 발생한다. 실시형태 4에 따른 탄성파 장치(1c)에서는 지지 기판(11)에 공동부(114)가 형성되고, 지지 기판(11)에 발생한 열 응력은 지지 기판(11)에서의 공동부(114)보다도 제1 주면(111) 측의 부위에 집중되게 된다. 그 결과, 지지 기판(11)에 공동부(114)가 형성되지 않은 경우에 비해, 지지 기판(11)의 중앙 부분, 즉 압전막(122)이 적층된 부분에 가해지는 열 응력을 저감할 수 있다. 구체적으로는 지지 기판(11)에 공동부(114)가 형성되지 않은 경우의 열 응력이 예를 들면 11㎫인 것에 반해, 지지 기판(11)에 공동부(114)가 형성된 경우의 열 응력은 예를 들면 7㎫이다.
이와 같이, 지지 기판(11)에 공동부(114)를 형성함으로써, 압전막(122)이 적층된, 지지 기판(11)의 중앙 부분에 가해지는 열 응력을 저감할 수 있고, 열 응력에 의한 지지 기판(11)의 중앙 부분의 응력 일그러짐을 저감할 수 있다. 그 결과, 지지 기판(11)의 중앙 부분에 적층된 압전막(122)의 변형을 저감할 수 있고, 응력 일그러짐에 의한 탄성파 장치(1c)의 특성(여기서는 압전 특성)의 열화를 억제할 수 있다.
한편, 지지 기판(11)과 압전막(122)이 일체로 형성되어도 된다. 즉, 지지 기판(11)이 압전 기판이어도 된다. 이 경우에도 지지 기판(11)에 공동부(114)가 형성되면, 지지 기판(11)에 발생하는 열 응력은 지지 기판(11)에서의 공동부(114)보다도 제1 주면(111) 측의 부위에 집중되게 된다. 그 결과, 지지 기판(11)에 공동부(114)가 형성되지 않은 경우에 비해, 지지 기판(11)의 중앙 부분에 가해지는 열 응력을 저감할 수 있다. 구체적으로는 지지 기판(11)에 공동부(114)가 형성되지 않은 경우의 열 응력이 예를 들면 4㎫인 것에 반해, 지지 기판(11)에 공동부(114)가 형성된 경우의 열 응력은 예를 들면 2㎫이다.
이와 같이, 지지 기판(11)에 공동부(114)를 형성함으로써, 지지 기판(11)의 중앙 부분에 가해지는 열 응력을 저감할 수 있고, 열 응력에 의한 지지 기판(11)의 중앙 부분의 응력 일그러짐을 저감할 수 있다. 그 결과, 응력 일그러짐에 의한 탄성파 장치의 특성(여기서는 압전 특성)의 열화를 억제할 수 있다.
한편, 실시형태 1의 변형예에 따른 어느 하나의 구성을 실시형태 4에 따른 전자부품 모듈(100c)에 조합해도 된다.
(정리)
이상 설명한 실시형태 등으로부터 이하의 양태가 개시되어 있다.
제1 양태에 따른 탄성파 장치(1;1a;1b;1c)는 실장 기판(2)에 실장되는 탄성파 장치(1;1a;1b;1c)이다. 탄성파 장치(1;1a;1b;1c)는 지지 기판(2)과 압전체층(122)과 IDT 전극(13)과 외부 접속 전극(142)을 포함한다. 압전체층(122)은 지지 기판(2) 상에 형성된다. IDT 전극(13)은 압전체층(122) 상에 형성된다. 외부 접속 전극(142)은 IDT 전극(13)에 전기적으로 접속된다. 외부 접속 전극(142)은 지지 기판(11)의 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 압전체층(122)과 겹쳐 있지 않다. 지지 기판(2)은 공동부(114)를 가진다. 공동부(114)는 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 지지 기판(11)의 적어도 단부에 형성된다.
이 양태에 따르면, 탄성파 장치(1;1a;1b;1c)의 특성의 열화를 억제할 수 있다.
제2 양태에 따른 탄성파 장치(1;1a;1b;1c)에서는 제1 양태에서, 공동부(114)는 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 지지 기판(11)의 상기 단부로부터 적어도 외부 접속 전극(142)과 겹치는 위치까지 연장된다.
이 양태에 따르면, 탄성파 장치(1;1a;1b;1c)의 특성의 열화를 억제할 수 있다.
제3 양태에 따른 탄성파 장치(1;1b;1c)는 제1 또는 제2 양태에서, 스페이서층(17)과 커버 부재(18)를 추가로 포함한다. 스페이서층(17)은 지지 기판(11) 상에 형성된다. 커버 부재(18)는 스페이서층(17) 상에 형성된다. 외부 접속 전극(142)은 커버 부재(18) 상에 형성된다. 공동부(114)는 두께방향(D1)으로부터의 평면에서 봤을 때, 지지 기판(11)의 상기 단부로부터 스페이서층(17)과 겹치는 위치까지 연장된다.
이 양태에 따르면, 탄성파 장치(1;1a;1b;1c)의 특성의 열화를 억제할 수 있다.
제4 양태에 따른 탄성파 장치(1;1a;1b;1c)에서는 제1~제3 양태 중 어느 하나에서, 지지 기판(11)은 실리콘 기판이다. 지지 기판(11)에서의 압전체층(122) 측의 면(제1 주면(111))은 (111)면이다.
제5 양태에 따른 탄성파 장치(1;1a;1b;1c)에서는 제1~제4 양태 중 어느 하나에서, 지지 기판(11)은 압전체층(122) 측의 제1 주면(111)과 제1 주면(111)과 배향하는 제2 주면(112)을 가진다. 공동부(114)는 두께방향(D1)에서, 제2 주면(112)보다도 제1 주면(111) 측에 마련된다.
이 양태에 따르면, 지지 기판(11)에서의 공동부(114)보다도 제1 주면(111) 측의 부위가 변형되기 쉬워지고, 그 결과, 지지 기판(11)에서의 중앙 부분의 변형을 억제할 수 있다.
제6 양태에 따른 탄성파 장치(1;1a)는 제1~제5 양태 중 어느 하나에서 저음속막(121)을 추가로 포함한다. 저음속막(121)은 지지 기판(11)과 압전체층(122) 사이에 마련된다. 저음속막(121)에서는 압전체층(122)을 전파하는 벌크파의 음속보다도 저음속막(121)을 전파하는 벌크파의 음속이 저속이다. 지지 기판(11)은 고음속 지지 기판이다. 고음속 지지 기판에서는 압전체층(122)을 전파하는 탄성파의 음속보다도 고음속 지지 기판을 전파하는 벌크파의 음속이 고속이다.
이 양태에 따르면, 탄성파 장치(1;1a)의 Q값을 높일 수 있다.
제7 양태에 따른 탄성파 장치(1b)는 제1~제5 양태 중 어느 하나에서, 고음속막(120)과 저음속막(121)을 추가로 포함한다. 고음속막(120)은 지지 기판(11) 상에 형성된다. 고음속막(120)에서는 압전체층(122)을 전파하는 탄성파의 음속보다도 고음속막(120)을 전파하는 벌크파의 음속이 고속이다. 저음속막(121)은 고음속막(120)과 압전체층(122) 사이에 마련된다. 저음속막(121)에서는 압전체층(122)을 전파하는 벌크파의 음속보다도 저음속막(121)을 전파하는 벌크파의 음속이 저속이다.
이 양태에 따르면, 탄성파 장치(1b)의 Q값을 높일 수 있다.
제8 양태에 따른 전자부품 모듈(100;100a;100b;100c)은 제1~제7 양태 중 어느 하나에 따른 탄성파 장치(1;1a;1b;1c)와 탄성파 장치(1;1a;1b;1c)가 실장되는 실장 기판(2)을 포함한다.
이 양태에 따르면, 탄성파 장치(1;1a;1b;1c)의 특성의 열화를 억제할 수 있다.
1, 1a, 1b, 1c: 탄성파 장치 11: 지지 기판
111: 제1 주면 112: 제2 주면
114: 공동부 120: 고음속막
121: 저음속막 122: 압전체층
13: IDT 전극 142: 외부 접속 전극
17: 스페이서층 18: 커버 부재
2: 실장 기판 100, 100a, 100b, 100c: 전자부품 모듈
D1: 두께방향
111: 제1 주면 112: 제2 주면
114: 공동부 120: 고음속막
121: 저음속막 122: 압전체층
13: IDT 전극 142: 외부 접속 전극
17: 스페이서층 18: 커버 부재
2: 실장 기판 100, 100a, 100b, 100c: 전자부품 모듈
D1: 두께방향
Claims (8)
- 지지 기판과,
상기 지지 기판 상에 형성된 압전체층과,
상기 압전체층 상에 형성된 IDT 전극과,
상기 IDT 전극에 전기적으로 접속된 외부 접속 전극을 포함하고,
상기 외부 접속 전극은 상기 지지 기판의 두께방향으로부터의 평면에서 봤을 때, 상기 압전체층과 겹쳐 있지 않으며,
상기 지지 기판은 상기 두께방향으로부터의 평면에서 봤을 때, 상기 지지 기판의 적어도 단부(端部)에 형성된 공동부(空洞部)를 가지는, 탄성파 장치. - 제1항에 있어서,
상기 공동부는 상기 두께방향으로부터의 평면에서 봤을 때, 상기 지지 기판의 상기 단부로부터 적어도 상기 외부 접속 전극과 겹치는 위치까지 연장되는, 탄성파 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 지지 기판 상에 형성된 스페이서층과,
상기 스페이서층 상에 형성된 커버 부재를 추가로 포함하고,
상기 외부 접속 전극은 상기 커버 부재 상에 형성되며,
상기 공동부는 상기 두께방향으로부터의 평면에서 봤을 때, 상기 지지 기판의 상기 단부로부터 상기 스페이서층과 겹치는 위치까지 연장되는, 탄성파 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 지지 기판은 실리콘 기판이며,
상기 지지 기판에서의 상기 압전체층 측의 면은 (111)면인, 탄성파 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 지지 기판은,
상기 압전체층 측의 제1 주면(主面)과,
상기 제1 주면과 배향(背向)하는 제2 주면을 가지며,
상기 공동부는 상기 두께방향에서, 상기 제2 주면보다도 상기 제1 주면 측에 마련되는, 탄성파 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 지지 기판과 상기 압전체층 사이에 마련되고, 상기 압전체층을 전파하는 벌크파의 음속보다도 전파하는 벌크파의 음속이 저속인 저음속막을 추가로 포함하며,
상기 지지 기판은 상기 압전체층을 전파하는 탄성파의 음속보다도 전파하는 벌크파의 음속이 고속인 고음속 지지 기판인, 탄성파 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 지지 기판 상에 형성되고, 상기 압전체층을 전파하는 탄성파의 음속보다도 전파하는 벌크파의 음속이 고속인 고음속막과,
상기 고음속막과 상기 압전체층 사이에 마련되고, 상기 압전체층을 전파하는 벌크파의 음속보다도 전파하는 벌크파의 음속이 저속인 저음속막을 추가로 포함하는, 탄성파 장치. - 제1항 또는 제2항에 기재된 탄성파 장치와,
상기 탄성파 장치가 실장되는 실장 기판을 포함하는, 전자부품 모듈.
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