説明

弾性波デバイス

【課題】封止部と基板および配線との密着性を向上させ、高い信頼性を有する弾性波デバイスを提供すること。
【解決手段】本発明に係る弾性波デバイスは、圧電性基板(10)上に設けられた櫛型電極、反射器等からなる弾性表面波素子(12)と、圧電性基板(10)上に設けられ、弾性表面波素子(12)と電気的に接続する配線(14)と、弾性表面波素子(12)の機能部分上に空洞部(20)を有し、弾性表面波素子(12)と配線(14)とを覆うように設けられた封止部(24)と、圧電性基板(10)および配線(14)と封止部(24)との間に設けられた絶縁膜層(30)と、を具備する弾性波デバイスである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、弾性波デバイスに関し、より詳細には絶縁膜層を有する弾性波デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
弾性波を利用した弾性波デバイスの1つとして、圧電性基板の表面に形成したIDT(Interdigital Transducer)からなる櫛型電極を備え、この櫛型電極に電力を印加することで励振した弾性波を用いる弾性表面波デバイスは良く知られている。この弾性表面波デバイスは、例えば45MHz〜2GHzの周波数帯域における無線信号を処理する各種回路、例えば送信用バンドパスフィルタ、受信用バンドパスフィルタやアンテナ共用器等に広く用いられている。
【0003】
また、弾性表面波デバイスの他に、異なる2つの媒質の境界を弾性波が伝搬する弾性境界波デバイスも開発されている。これによれば、2つの媒質の外表面に異物等が付着しても周波数変動や電気的損失特性に影響を与えない利点がある。
【0004】
さらに、最近では圧電薄膜の表裏に一対の電極を形成しその厚み振動を利用する圧電薄膜共振器(FBAR:Film Bulk Acoustic Resonator)を用いた弾性波デバイスも開発されている。圧電薄膜共振器を用いた弾性波デバイスは特に高周波数帯域での特性が良好であることから、例えば1GHz〜10GHzの周波数帯域で用いられている。
【0005】
近年、特に移動体通信分野の進歩はめざましいものがあり、これらに用いられる信号処理機器は小型化が進み、合わせて弾性波デバイスの電子部品も小型化が求められている。また、弾性波デバイスでは特性を維持するために最も重要となる機能部分(弾性表面波素子:IDTからなる櫛型電極、圧電薄膜共振器素子:圧電薄膜を挟みこむ上下電極の重なる領域)上に空洞部を設ける必要がある。
【0006】
図1は従来例1に係る弾性表面波デバイスの断面図である。図1を参照に、従来例1に係る弾性表面波デバイスは、圧電性基板10表面に金属膜で形成された櫛型電極、反射器等からなる弾性表面波素子12と配線14とが設けられ、ハンダボール16によりフリップチップでセラミックパッケージ18に形成された端子33に接続している。弾性表面波素子12の機能部分とセラミックパッケージ18との間には空洞部20が形成されている。セラミックパッケージ18上には金属リッド22が設けられている。これにより、弾性表面波素子12は封止されている。
【0007】
従来例1に係る弾性表面波デバイスは、弾性表面波素子12の機能部分上に空洞部20を設けるため、セラミックパッケージ18で弾性表面波素子12が形成されている圧電性基板10を覆う構造をしている。しかし、この構造では、セラミックパッケージ18が弾性表面波デバイスの大部分を占めてしまうため、弾性表面波デバイスの小型化を図ることが困難である。また、セラミックパッケージ18は非常に高価であるため、弾性表面波デバイスの低コスト化を図ることも困難である。
【0008】
そこで、弾性表面波デバイスの小型化および低コスト化を図るため、圧電性基板10上に形成された弾性表面波素子12の機能部分上に空洞部20を有する樹脂からなる封止部24で、弾性表面波素子12および配線14を覆う弾性表面波デバイス(従来例2)が開発されている。従来例2に係る弾性表面波デバイスでは、弾性表面波素子12を外部に電気的に接続する貫通電極32は封止部24を貫通して、圧電性基板10上に設けられており、貫通電極32上にハンダボール16が設けられている。
【0009】
従来例2に係る弾性表面波デバイスは、圧電性基板10上に空洞部20を有する封止部24を設けることで弾性表面波素子12を保護し、封止部24をパッケージの代わりとして利用するウエハレベルパッケージ(WLP)の構造をしている。従来例2に係る弾性表面波デバイスは、圧電性基板10上に貫通電極32およびハンダボール16が設けられているため、フリップチップで実装することが可能である。よって、圧電性基板10上に設けられた貫通電極32により弾性表面波素子12と外部との電気信号のやりとりを行なうことができるため、弾性表面波デバイスの小型化が図れる。
【0010】
特許文献1には、弾性表面波素子12の機能部分上に空洞部20を有する封止部24が積層膜で形成されている弾性表面波デバイスの技術が開示されている。
【特許文献1】特開2006−108993号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、例えば従来例2に係る弾性表面波デバイスは、封止部24が圧電性基板10上に設けられている。より詳しくは、封止部24は圧電性基板10および金属膜からなる配線14に接して設けられている。封止部24は樹脂で形成されており、樹脂と圧電性基板10および配線14とは密着性が悪いという課題がある。このため、弾性表面波デバイスの製造工程で発生する封止部24にかかる応力の影響で、封止部24と圧電性基板10および配線14との界面で膜剥がれが発生するという課題が生じる。
【0012】
特に、従来例2に係る弾性表面波デバイスは、デバイスサイズの小型化を図るため、圧電性基板10上に貫通電極32が設けられている。このため、封止部24と圧電性基板10および配線14との接地面積が小さくなり、密着性が悪くなっている。したがって、封止部24と圧電性基板10および配線14との界面で膜剥がれがより発生しやすいという課題がある。
【0013】
また、樹脂は強度が弱いため、樹脂からなる封止部24が十分な強度を得るには、封止部24の肉厚を厚くする必要がある。しかし、封止部24の肉厚が厚くなるほど、弾性表面波デバイスの製造工程で発生する封止部24にかかる応力は大きくなり、封止部24と圧電性基板10および配線14との界面での膜剥がれの発生が増長されることになる。
【0014】
さらに、弾性表面波デバイスでは、弾性表面波素子12の機能部分上に空洞部20を設ける必要がある。このため、十分な封止部24の強度を得るには、より封止部24の肉厚を厚くしなければならない。また、空洞部20があるため、封止部24と圧電性基板10および配線14との接地面積はさらに小さくなってしまう。これらのため、弾性表面波デバイスでは、封止部24と圧電性基板10および配線14との界面での膜剥がれがさらにひどくなるという課題がある。
【0015】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、封止部と基板および配線との密着性を向上させ、高い信頼性を有する弾性波デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明は、基板上に設けられた弾性波素子と、前記基板上に設けられ、前記弾性波素子と電気的に接続する配線と、前記弾性波素子および前記配線を覆うように前記基板上に設けられた封止部と、前記基板および前記配線と前記封止部との間の全面に設けられた絶縁膜層と、を具備することを特徴とする弾性波デバイスである。本発明によれば、封止部と基板および配線との密着性を向上させ、高い信頼性を有する弾性波デバイスを提供することができる。
【0017】
上記構成において、前記封止部は前記弾性波素子の機能部分上に空洞部を有する構成とすることができる。
【0018】
上記構成において、前記基板上に前記弾性波素子を外部に電気的に接続する貫通電極を具備する構成とすることができる。この構成によれば、弾性波デバイスを小型化することができる。
【0019】
上記構成において、前記貫通電極上にハンダボールを具備する構成とすることができる。
【0020】
上記構成において、前記封止部は前記弾性波素子の機能部分を囲う第1の封止部と、前記機能部分上に蓋をして前記機能部分上に空洞部を形成する第2の封止部と、を有する構成とすることができる。この構成によれば、弾性波素子の機能部分上に空洞部を容易に形成することができる。
【0021】
上記構成において、前記封止部は感光性樹脂からなる構成とすることができる。この構成によれば、弾性波デバイスを容易に製造することができる。
【0022】
上記構成において、前記絶縁膜層はシリコン化合物である構成とすることができる。この構成によれば、基板および配線と封止部との密着性を向上させることができる。
【0023】
上記構成において、前記弾性波デバイスは弾性表面波デバイスである構成とすることができる。
【発明の効果】
【0024】
本発明によれば、封止部と基板および配線との密着性を向上させ、高い信頼性を有する弾性波デバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0025】
以下、図面を参照に本発明の実施例について説明する。
【0026】
まず発明者が従来例2に係る弾性表面波デバイスの課題を明確化するために行なった実験について説明する。図2は実験に用いた比較例1に係る弾性表面波デバイスの断面図である。図2を参照に、比較例1に係る弾性表面波デバイスは、LiTaO(タンタル酸リチウム)からなる圧電性基板10上にAl(アルミニウム)で形成された櫛型電極、反射器等からなる弾性表面波素子12および配線14が設けられている。配線14は弾性表面波素子12に電気的に接続している。弾性表面波素子12の機能部分上に空洞部20を有し、弾性表面波素子12および配線14を覆うように圧電性基板10上に厚さ60μmの感光性エポキシ樹脂からなる封止部24が設けられている。配線14上の封止部24には穴部26が設けられている。穴部26の配線14上にはTi(チタン)およびAu(金)からなるパッド電極28が設けられていて、パッド電極28上の穴部26にはCuからなる貫通電極32が設けられている。貫通電極32上にはSnAgからなるハンダボール16が設けられている。なお、貫通電極32は封止部24を貫通し、配線14を介して、圧電性基板10の表面から弾性表面波素子12と外部との電気信号の入出力を行なうために設けられている。
【0027】
図3(a)から図4(c)を用いて、比較例1に係る弾性表面波デバイスの製造方法を説明する。
【0028】
図3(a)を参照に、弾性表面波素子12、配線14およびパッド電極28が設けられた圧電性基板10上に厚さ30μmの感光性エポキシ樹脂からなる第1の封止部24aをスピンコートする。図3(b)を参照に、マスクを用いて第1の封止部24aに紫外線(UV光)を照射し露光を行なう。図3(c)を参照に、第1の封止部24aを現像することで紫外線(UV光)が照射されていない領域の第1の封止部24aを除去する。これにより、弾性表面波素子12の機能部分上およびパッド電極28上の第1の封止部24aが除去される。したがって、第1の封止部24aは弾性表面波素子12の機能部分を囲うように形成される。その後、250°でベークを行い第1の封止部24aを硬化させる。図3(d)を参照に、第1の封止部24a上にさらに厚さ30μmの感光性エポキシ樹脂からなる第2の封止部24bをラミネートする。これにより、弾性表面波素子12の機能部分上に蓋がされ、弾性表面波素子12の機能部分上に空洞部20が形成される。
【0029】
図4(a)を参照に、マスクを用いて第2の封止部24bに紫外線(UV光)を照射し露光を行なう。図4(b)を参照に、第2の封止部24bを現像することで紫外線(UV光)が照射されていない領域の第2の封止部24bを除去し、その後、250°で第2の封止部24bをベークして硬化させる。これにより、第1の封止部24aと第2の封止部24bとからなる封止部24が形成される。図4(c)を参照に、パッド電極28上の穴部26に、電気メッキ法によりCuを形成し、Auフラッシュメッキを施して貫通電極32を形成する。その後、貫通電極32上にSnAgハンダボールの搭載もしくはSnAgハンダペーストをマスク印刷、リフローすることでハンダボール16を形成する。これにより、比較例1に係る弾性表面波デバイスが完成する。
【0030】
図5は比較例1に係る弾性表面波デバイスの製造工程での図3(c)に示したAの領域を斜め上方から見た場合の、圧電性基板10および配線14と第1の封止部24aとの界面のSEM像の模式図である。図5を参照に、圧電性基板10と第1の封止部24aとは密着しているが、配線14と第1の封止部24aとは、配線14と第1の封止部24aとの界面で膜剥がれが起きていることが分かる。
【0031】
比較例1に係る弾性表面波デバイスの製造工程で、図3(c)で説明したように、第1の封止部24aを硬化させるために250°でベークを行なっている。これにより、第1の封止部24aに縮む力が働く。圧電性基板10および配線14と第1の封止部24aとは密着性が悪いため、この第1の封止部24aにかかる応力により、配線14と第1の封止部24aとの界面で第1の封止部24aの膜剥がれが発生している。そこで、上記課題を解決するための実施例を以下に示す。
【実施例1】
【0032】
図6は実施例1に係る弾性表面波デバイスの断面図である。図6を参照に、実施例1に係る弾性表面波デバイスは、圧電性基板10、弾性表面波素子12および配線14と封止部24との間に厚さ20nmのSiO(酸化シリコン)からなる絶縁膜層30が設けられている。その他の構造については、比較例1と同じであり、図2に示しているので説明を省略する。
【0033】
図7(a)から図9(c)を用いて、実施例1に係る弾性表面波デバイスの製造方法を説明する。
【0034】
図7(a)を参照に、弾性表面波素子12、配線14およびパッド電極28が設けられた圧電性基板10上に厚さ20nmのSiOからなる絶縁膜層30をスパッタ法により成膜する。図7(b)を参照に、絶縁膜層30上に厚さ30μmの感光性エポキシ樹脂からなる第1の封止部24aをスピンコートする。図7(c)を参照に、マスクを用いて第1の封止部24aに紫外線(UV光)を照射し露光を行なう。
【0035】
図8(a)を参照に、第1の封止部24aを現像することで紫外線(UV光)が照射されていない領域の第1の封止部24aを除去する。これにより、弾性表面波素子12の機能部分上およびパッド電極28上の第1の封止部24aが除去される。したがって、第1の封止部24aは弾性表面波素子12の機能部分を囲うように形成される。その後、250°でベークを行い第1の封止部24aを硬化させる。図8(b)を参照に、第1の封止部24a上にさらに、感光性エポキシ樹脂からなる第2の封止部24bをラミネートする。これにより、弾性表面波素子12の機能部分上に蓋がされ、弾性表面波素子12の機能部分上に空洞部20が形成される。図8(c)を参照に、マスクを用いて第2の封止部24bに紫外線(UV光)を照射し露光を行なう。
【0036】
図9(a)を参照に、第2の封止部24bを現像することで紫外線(UV光)が照射されていない領域の第2の封止部24bを除去し、その後、250°で第2の封止部24bをベークする。これにより、第1の封止部24aと第2の封止部24bとからなる封止部24が形成される。図9(b)を参照に、フォトレジストでパターニングを行い、RIE(Reactive Ion Etching)法により絶縁膜層30をエッチングする。図9(c)を参照に、パッド電極28上の穴部26に、電気メッキ法によりCuを形成し、Auフラッシュメッキを施して貫通電極32を形成する。その後、貫通電極32上にSnAgハンダボールの搭載もしくはSnAgハンダペーストをマスク印刷、リフローすることでハンダボール16を形成する。これにより、実施例1に係る弾性表面波デバイスが完成する。
【0037】
図10は実施例1に係る弾性表面波デバイスの製造工程での図8(a)に示したAの領域を斜め上方から見た場合の、圧電性基板10および配線14と第1の封止部24aとの界面のSEM像の模式図である。図10を参照に、圧電性基板10と第1の封止部24aとの界面および配線14と第1の封止部24aとの界面には絶縁膜層30が形成されているため、圧電性基板10と第1の封止部24aとの界面および配線14と第1の封止部24aとの界面で第1の封止部24aは膜剥がれを起さずにしっかりと密着していることが分かる。
【0038】
実施例1によれば、圧電性基板10および配線14と第1の封止部24aとの間の全面にSiOからなる絶縁膜層30が設けられている。これにより、圧電性基板10および配線14と第1の封止部24aとの密着性が向上している。したがって、実施例1に係る弾性表面波デバイスの製造工程で、第1の封止部24aを硬化させるためのベークを行い、第1の封止部24aに応力がかかっても、圧電性基板10および配線14と第1の封止部24aとの密着性が向上しているため、第1の封止部24aの膜剥がれが発生しない。
【0039】
また、実施例1によれば、絶縁膜層30は弾性表面波素子12上にも形成されている。弾性表面波素子12の機能部分上に異物等が載ると弾性表面波デバイスの特性が悪化してしまうが、絶縁膜層30の厚さは20nmと十分薄いため、弾性表面波デバイスの特性が悪化することはほとんどない。
【0040】
さらに、実施例1によれば、封止部24は弾性表面波素子12の機能部分を囲う第1の封止部24aと弾性表面波素子12の機能部分上に蓋をして弾性表面波素子12の機能部分上に空洞部20を形成する第2の封止部24bとで構成される。これにより、弾性表面波素子12の機能部分上に空洞部20を有する封止部24を容易に製造することができる。
【0041】
実施例1において、圧電性基板10および配線14と封止部24との間の全面に絶縁膜層30が設けられている場合を示したが、これに限らず、圧電性基板10および配線14と封止部24との間の一部に絶縁膜層30が設けられている場合でも、圧電性基板10および配線14と封止部24との密着性を向上させることができる。しかしながら、圧電性基板10および配線14と封止部24との間の全面に絶縁膜層30が設けられている場合が、最も密着性が高く封止部24の膜剥がれが発生し難くなるので、好ましい。
【0042】
また、実施例1において、第1の封止部24aはスピンコートで形成する場合を例に示したが、これに限らず、ラミネート等その他の方法で形成してもよい。
【0043】
さらに、実施例1において、第1の封止部24aおよび第2の封止部24bを硬化させるために、250°でベークを行なう場合を例に示したが、これに限らず、第1の封止部24aおよび第2の封止部24bが硬化すれば、200〜250°等その他の温度でも良い。
【0044】
さらに、実施例1において、絶縁膜層30の膜厚は20nmである場合を例に示したが、これに限られるわけではない。しかしながら、絶縁膜層30の膜厚が薄すぎると、弾性表面波素子12および配線14で生じる段差により、絶縁膜層30の被覆性が悪くなってしまう。また、絶縁膜層30の膜厚が厚すぎると、絶縁膜層30は弾性表面波素子12上にも形成されているため、弾性表面波デバイスの特性が悪くなってしまう。これらより、絶縁膜層30の膜厚は10〜30nmである場合が好ましい。
【0045】
さらに、実施例1において、封止部24は感光性エポキシ樹脂である場合を例に示したが、これに限らず、感光性ポリイミド樹脂等その他の材料でも良い。しかしながら、弾性表面波デバイスの製造を容易に行なうことができるため、感光性樹脂である場合が好ましい。
【0046】
さらに、実施例1において、絶縁膜層30はSiOである場合を例に示したが、これに限らず、Si(窒化シリコン)やSiOとSiとの複合材料等シリコン化合物であれば、封止部24の密着性を向上させることができるため、その他の材料でも良い。
【0047】
さらに、実施例1において、弾性表面波デバイスの圧電性基板10および配線14と封止部24との間に絶縁膜層30が設けられている場合を例に示したが、弾性境界波デバイスや圧電薄膜共振器(FBAR)を用いた弾性波デバイス等、その他の弾性波デバイスの基板および配線14と封止部24との間に絶縁膜層30が設けられている場合でも同様の効果を得ることができる。なお、FBARを用いた弾性波デバイスの場合は、基板は圧電性基板ではなく、例えばシリコン基板、ガラス基板、サファイア基板等を用い、FBARは基板上に圧電膜を用いて形成される。
【0048】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係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。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】図1は従来例1に係る弾性表面波デバイスの断面図である。
【図2】図2は比較例1に係る弾性表面波デバイスの断面図である。
【図3】図3(a)から図3(d)は比較例1に係る弾性表面波デバイスの製造方法を示す断面図(その1)である。
【図4】図4(a)から図4(c)は比較例1に係る弾性表面波デバイスの製造方法を示す断面図(その2)である。
【図5】図5は比較例1に係る弾性表面波デバイスの課題を示すSEM像の模式図である。
【図6】図6は実施例1に係る弾性表面波デバイスの断面図である。
【図7】図7(a)から図7(c)は実施例1に係る弾性表面波デバイスの製造方法を示す断面図(その1)である。
【図8】図8(a)から図8(c)は実施例1に係る弾性表面波デバイスの製造方法を示す断面図(その2)である。
【図9】図9(a)から図9(c)は実施例1に係る弾性表面波デバイスの製造方法を示す断面図(その3)である。
【図10】図10は実施例1に係る弾性表面波デバイスの効果を示す図である。
【符号の説明】
【0050】
10 圧電性基板
12 弾性表面波素子
14 配線
16 ハンダボール
18 セラミックパッケージ
20 空洞部
22 金属リッド
24 封止部
24a 第1の封止部
24b 第2の封止部
26 穴部
28 パッド電極
30 絶縁膜層
32 貫通電極
33 端子

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に設けられた弾性波素子と、
前記基板上に設けられ、前記弾性波素子と電気的に接続する配線と、
前記弾性波素子および前記配線を覆うように前記基板上に設けられた封止部と、
前記基板および前記配線と前記封止部との間の全面に設けられた絶縁膜層と、を具備することを特徴とする弾性波デバイス。
【請求項2】
前記封止部は前記弾性波素子の機能部分上に空洞部を有することを特徴とする請求項1記載の弾性波デバイス。
【請求項3】
前記基板上に前記弾性波素子を外部に電気的に接続する貫通電極を具備することを特徴とする請求項1または2記載の弾性波デバイス。
【請求項4】
前記貫通電極上にハンダボールを具備することを特徴とする請求項3記載の弾性波デバイス。
【請求項5】
前記封止部は前記弾性波素子の機能部分を囲う第1の封止部と、前記機能部分上に蓋をして前記機能部分上に空洞部を形成する第2の封止部と、を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項6】
前記封止部は感光性樹脂からなることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項7】
前記絶縁膜層はシリコン化合物であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項8】
前記弾性波デバイスは弾性表面波デバイスであることを特徴とする請求項2から7のいずれか一項記載の弾性波デバイス。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2008−135971(P2008−135971A)
【公開日】平成20年6月12日(2008.6.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−320487(P2006−320487)
【出願日】平成18年11月28日(2006.11.28)
【出願人】(398067270)富士通メディアデバイス株式会社 (198)
【出願人】(000005223)富士通株式会社 (25,993)
【Fターム(参考)】