弾性波デバイス
【課題】信頼性の高い弾性波デバイスを提供すること。
【解決手段】本発明は、絶縁性基板１１と、弾性波を励振する振動部２２を有し、振動部２２が絶縁性基板１１と対向し、かつ振動部２２が空隙５１に露出するように、絶縁性基板１１の上面に実装された弾性波デバイスチップ２０と、振動部２２を囲むように設けられ、絶縁性基板１１と弾性波デバイスチップ２０とを接合する接合部と、を具備し、接合部は、半田３２と、半田３２より高い融点を有しかつ絶縁性基板１１の上面のコプラナリティより大きな厚さを有する金属層４２と、を積層して形成されている弾性波デバイスである。
【解決手段】本発明は、絶縁性基板１１と、弾性波を励振する振動部２２を有し、振動部２２が絶縁性基板１１と対向し、かつ振動部２２が空隙５１に露出するように、絶縁性基板１１の上面に実装された弾性波デバイスチップ２０と、振動部２２を囲むように設けられ、絶縁性基板１１と弾性波デバイスチップ２０とを接合する接合部と、を具備し、接合部は、半田３２と、半田３２より高い融点を有しかつ絶縁性基板１１の上面のコプラナリティより大きな厚さを有する金属層４２と、を積層して形成されてい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する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信機器等にフィルタ、デュプレクサ等として用いられる弾性波デバイスには、小型化が要求されている。弾性波デバイスに用いる弾性波素子としては、圧電基板上にＩＤＴ（Inter Digital Transducer）を形成した弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）素子、圧電膜を電極で挟んだ圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ：Film Bulk Acoustic Resonator）等がある。例えば、特許文献１には、弾性表面波素子がベース基板上にフェイスダウン構成をもって、実装及び搭載される構成において、圧電基板上に設けられたＩＤＴ等を、当該圧電基板の周縁部に配設された半田からなる接合部材を用いて気密封止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−６４５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の弾性波デバイスでは、前記封止用半田及び／又は、かかる封止用半田と併用される半田バンプ電極により、ＩＤＴ電極指間の短絡、及び／又は特性の悪化等が生じる可能性があった。本発明は上記課題に鑑み、信頼性の高い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】
【０００５】
本発明は、基板と、弾性波を励振する振動部を有し、前記振動部が前記基板と対向し、かつ前記振動部が空隙に露出するように、前記基板の上面に実装された弾性波デバイスチップと、前記振動部を囲むように設けられ、前記基板と前記弾性波デバイスチップとを接合する接合部と、を具備し、前記接合部は、半田と、前記半田より高い融点を有しかつ前記基板の上面のコプラナリティより大きな厚さを有する高融点材と、を積層して形成されている弾性波デバイスである。本発明によれば、信頼性の高い弾性波デバイスを提供することができる。
【０００６】
上記構成において、前記高融点材は、前記半田より大きな厚さを有する構成とすることができる。この構成によれば、より効果的に弾性波デバイスの信頼性を高めることができる。
【０００７】
上記構成において、前記基板の前記弾性波デバイスチップと対向する面に設けられた金属層を具備し、前記高融点材は、前記半田よりも、前記弾性波デバイスチップに近い側に設けられ、前記半田は前記金属層と接触し、前記金属層は前記高融点材よりも高い半田濡れ性を有し、前記高融点材は前記基板よりも高い半田濡れ性を有する構成とすることができる。この構成によれば、より効果的に弾性波デバイスの信頼性を高めることができる。
【０００８】
上記構成において、前記接合部は、前記振動部を完全に囲む構成とすることができる。この構成によれば、より効果的に弾性波デバイスの信頼性を高めることができる。
【０００９】
上記構成において、前記基板と前記弾性波デバイスチップとを電気的に接合し、前記半田と、前記高融点材とを積層して形成された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、より効果的に弾性波デバイスの信頼性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、信頼性の高い弾性波デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、比較例に係る弾性波デバイスを例示する断面図である。
【図２】図２は、実施例１に係る弾性波デバイスを例示する断面図である。
【図３】図３（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスが備える弾性波デバイスチップを例示する平面図である。図３（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスが備える絶縁性基板を例示する平面図である。
【図４】図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。
【図６】図６は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。
【図７】図７は、実施例１に係る弾性波デバイスを例示する断面図である。
【図８】図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例１の変形例に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。
【図９】図９は、実施例２に係るモジュールを例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１３】
弾性波デバイスにおける問題を明らかにするため、本発明の実施例の説明の前に、比較例について説明する。
【００１４】
比較例に係る弾性波デバイス１００Ｒは、図１（ａ）に示すように、チップ支持基板１１０となる絶縁性基板１１１、電極１１２、封止用金属層１１３、ビア配線１１４、外部接続用端子１１５を具備している。絶縁性基板１１１は、例えばエポキシ樹脂等の樹脂、又はセラミック等の絶縁基材からなり、多層基板又は単層の基板として構成される。電極１１２、封止用金属層１１３、ビア配線１１４、及び外部接続用端子１１５は、例えばタングステン（Ｗ）ペーストの焼結体等の金属から形成される。さらに電極１１２及び封止用金属層１１３は、ニッケル（Ｎｉ）層上に金（Ａｕ）層を形成されてなり、絶縁性基板１１１の上面（弾性波デバイスチップ１２０の搭載面）に配設されている。外部接続用端子１１５は、絶縁性基板１１１の下面に配設されている。ビア配線１１４は、絶縁性基板１１１を貫通し、電極１１２と外部接続用端子１１５とを電気的に接続する。封止用金属層１１３は、後述する弾性波デバイスチップ１２０の封止用金属層１２４に対応して、環状に配設されている。
【００１５】
弾性波デバイスチップ１２０は、圧電基板１２１、圧電基板１２１の一方の表面に形成された振動部１２２、配線１２３、及び封止用金属層１２４を備える。圧電基板１２１は、例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の圧電体からなる。後述するように、振動部１２２は、ＩＤＴ及び反射器を含み、弾性波を励振する。弾性波デバイスチップ１２０がＳＡＷデバイスチップである場合、振動部１２２が絶縁性基板１１１と対向し、かつ振動部１２２が空隙１５１に露出して配設されるように、弾性波デバイスチップ１２０は絶縁性基板１１１の上面にフリップチップ（フェイスダウン）実装される。振動部１２２と絶縁性基板１１１との間の距離Ｌ１は、例えば数十μｍである。空隙１５１の存在により、振動部１２２の振動は妨げられることはない。振動部１２２の振動を良好にするためには、距離Ｌ１が１μｍ以上であることが好ましい。
【００１６】
振動部１２２、配線１２３、及び封止用金属層１２４は、例えば同じ金属層からなり、例えば厚さ２００ｎｍのアルミニウム銅（ＡｌＣｕ）合金等の金属からなる。なお、アルミニウム銅（ＡｌＣｕ）合金とは、アルミニウム（Ａｌ）と銅（Ｃｕ）とを含む合金である。配線１２３は、振動部１２２から導出・延在され、外部接続用端子部を含む。また封止用金属層１２４は、圧電基板１２１の弾性波デバイスチップ１２０の搭載面において周縁部近傍に沿って環状に配設され、振動部１２２及び配線１２３からは離間し（電気的には絶縁状態）、かつ振動部１２２及び配線１２３を囲んでいる。そして、前記配線１２３の外部接続用端子部の表面、及び封止用金属層１２４の表面には、金／チタン（Ａｕ／Ｔｉ）積層体からなる下地膜１２５及び下地膜１２６が選択的に配設されている。
【００１７】
フリップチップ接続状態においては、弾性波デバイスチップ１２０の配線１２３の外部接続用端子部における下地膜１２５と、チップ支持基板１１０における電極１１２との間、封止用金属層１２４における下地膜１２６とチップ支持基板１１０の封止用金属層１２４との間は、それぞれ半田１３２により接続されている。弾性波デバイスチップ１２０における封止用金属層１２４とチップ支持基板１１０における封止用金属層１１３との間が半田１３２により相互接続されることにより、所謂シールリング（接合部）が形成され、前記弾性波デバイスチップ１２０の振動部１２２及び配線１２３は気密封止される。
【００１８】
前記フリップチップ接続構造においては、図１（ｂ）に示すように、絶縁性基板１１１に変形が生じることがある。特に絶縁性基板１１は、絶縁性基材上に導電材からなる配線パターンが形成されており、半田リフロー工程等の熱履歴が加わることにより、異なる材料間の熱収縮差により、大きく変形することがある。
【００１９】
図１（ｂ）では絶縁性基板１１１が湾曲した場合を図示しており、上面のコプラナリティＬ２は、例えば数μｍ〜２０μｍ程度となる可能性がある。なお、コプラナリティとは、平坦性、又は共平面性ともいわれ、同一の平面内における最低点と最高点との高さの差を意味する。このように、コプラナリティが悪化した場合（コプラナリティが大きくなった場合）、絶縁性基板１１１と弾性波デバイスチップ１２０との間の距離Ｌ１が小さくなり、空隙１５１の確保が困難となる可能性がある。言い換えれば、振動部１２２が絶縁性基板１１１に接触する可能性がある。空隙１５１が確保されない場合、振動部１２２の振動が妨げられ、弾性波デバイスチップ１２０の特性が悪化する恐れがある。空隙１５１を確保する、すなわち距離Ｌ１を所定の値以上とするためには、前記配線１２３の外部接続用端子部及び封止用金属層１２４に配設される半田１３１及び半田１３２の量を増加させて、厚さを大きくすればよい。なお、厚さ方向は図１（ａ）の上下方向である。
【００２０】
しかしながら、前記フリップチップ接続構造では、チップ支持基板１１０と弾性波デバイスチップ１２０とは、例えば弾性波デバイスチップ２０をチップ支持基板１１０に押し付けることで、接合・一体化される。このとき、溶融状態にある半田１３１は、図１（ｂ）に示すように横方向に広がる。特に、絶縁性基板１１と圧電基板２１との距離が小さくなるデバイスチップの中央付近の領域では、半田１３１が下地膜１２５を越えて大きく広がり、図１（ｂ）の破線の円により囲んだ如く、振動部１２２及び／又は配線１２３にまで流動する場合がある。これにより、振動部１２２の振動が妨げられる恐れがある。また、ＩＤＴの電極指間、半田１３１同士、半田１３２同士、又は半田１３１と半田１３２との間において、短絡が発生する恐れがある。半田１３１及び半田１３２の量が多い場合、半田１３１及び半田１３２はより大きく広がることから、このような問題が生じやすい。
【００２１】
また、半田１３１及び半田１３２による接合を実施する際に、フラックスを用いる場合がある。チップ支持基板１１０と弾性波デバイスチップ１２０との間の距離が小さくなった場合、飛散したフラックスが振動部１２２又は配線１２３に付着する恐れがある。フラックスの振動部１２２又は配線１２３への付着は、弾性波デバイスチップ１２０の特性の悪化を招来する。すなわち、チップ支持基板１１０となる絶縁性基板１１の上面のコプラナリティが大きくなることで、弾性波デバイスの信頼性が低下する可能性がある。
【００２２】
次に、実施例１について図２から図３（ｂ）を用いて説明する。なお、図２は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すＡ−Ａに沿った断面を図示する断面図である。
【００２３】
実施例１に係る弾性波デバイス１００は、図２に示すように、チップ支持基板１０となる絶縁性基板１１に、電極１２、封止用金属層１３、ビア配線１４、外部接続用端子１５を具備している。絶縁性基板１１は、例えばエポキシ樹脂等の樹脂、又はセラミック等の絶縁体からなり、例えば多層基板又は端層の基板から構成される。電極１２及び封止用金属層１３、ビア配線１４、及び外部接続用端子１５は、例えばＷペーストの焼結体等の金属から形成されている。さらに電極１２及び封止用金属層１３は、ニッケル（Ｎｉ）層上に金（Ａｕ）層を形成されてなり、絶縁性基板１１の上面（弾性波デバイスチップ２０の搭載面）に配設されている。外部接続用端子１５は、絶縁性基板１１の下面に配設されている。ビア配線１４は、絶縁性基板１１を貫通して、電極１２と外部接続用端子１５とを電気的に接続する。また、封止用金属層１３は、後述する弾性波デバイスチップ２０における封止用金属層２４に対応して環状に配設されている。
【００２４】
弾性波デバイスチップ２０は、圧電基板２１と、その一方の表面に形成された振動部２２、配線２３及び封止用金属層２４を具備している。圧電基板２１は、例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の圧電体からなる。振動部２２は、ＩＤＴ及び反射器を含み、弾性波を励振する。弾性波デバイスチップ２０がＳＡＷデバイスチップである場合には、振動部２２が前記絶縁性基板１１と対向し、かつ空隙５１に露出して配設されるように、弾性波デバイスチップ２０は絶縁性基板１１上面にフリップチップ（フェイスダウン）実装される。振動部２２と絶縁性基板１１との間の距離Ｌ１は、例えば数十μｍである。空隙５１の存在により、振動部２２の振動は妨げられない。振動部２２の振動を良好にするためには、距離Ｌ１が１μｍ以上であることが好ましい。
【００２５】
振動部２２、配線２３、及び封止用金属層２４は、例えば同じ金属層からなり、例えば厚さ２００ｎｍのアルミニウム銅（ＡｌＣｕ）合金等の金属からなる。配線２３は、振動部２２から延在・導出されて、その一部に外部接続用端子部２３Ａを含む。また封止用金属層２４は、圧電基板２１の弾性波デバイスチップ２０の搭載面において、その周縁部近傍に沿って環状に配設され、前記振動部２２及び配線２３からは離間し（電気的には絶縁状態）、かつ振動部２２及び配線２３を囲んでいる。そして、前記配線２３の外部接続用端子部の表面、及び封止用金属層２４の表面には、金／チタン（Ａｕ／Ｔｉ）積層体からなる下地膜２５及び下地膜２６が選択的に配設されている。
【００２６】
フリップチップ接続状態においては、前記弾性波デバイスチップ２０における配線２３の外部接続用端子部２３Ａにおける下地膜２５と、チップ支持基板１０における電極１２との間は、前記下地膜２５に接して配設された柱状電極４１と、かかる柱状電極４１と電極１２との間に配設された半田３１により接続されている。
【００２７】
一方、弾性波デバイスチップ２０における下地膜２６と、チップ支持基板１０における封止用金属層１３との間は、前記下地膜２６に接して配設された金属層４２（高融点材）と、かかる金属層４２と封止用金属層１３との間に配設された半田３２により接続されている。
【００２８】
弾性波デバイスチップ２０における封止用金属層２４とチップ支持基板１０における封止用金属層１３との間が、金属層４２と半田３２とにより相互接続されることにより、所謂シールリング（接合部）が形成され、弾性波デバイスチップ２０の振動部２２及び配線２３は気密封止される。
【００２９】
前記図２に示す弾性波デバイス１００における、チップ支持基板１０及び弾性波デバイスチップ２０それぞれの対向面における各部位の配置の一例を図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、弾性波デバイスチップ２０のチップ支持基板１０への対向面である圧電基板２１の表面には、振動部２２、配線２３、柱状電極４１及び金属層４２が設けられている。柱状電極４１の上端面、つまりチップ支持基板１０への対向面には、半田３１が配設されている。振動部２２は、ＩＤＴ２２Ａ及び反射器２２Ｂを含んでいる。一方、金属層４２は所定の厚さを有し、圧電基板２１の表面の周縁部近傍に沿って環状に配設され、振動部２２、配線２３及び柱状電極４１から離間し（電気的には絶縁状態）、かつ振動部２２、配線２３及び柱状電極４１を囲んでいる。金属層４２の上端面、すなわちチップ支持基板１０への対向面には、半田３２が配設されている。
【００３１】
一方、図３（ｂ）に示すように、チップ支持基板１０である絶縁性基板１１の弾性波デバイスチップ２０への対向面には、電極１２及び封止用金属層１３が配設されている。電極１２は、弾性波デバイスチップ２０の柱状電極４１と対応する位置に配設されている。封止用金属層１３は、弾性波デバイスチップ２０の金属層４２に対応して、環状に配設されている。
【００３２】
かかる構成において、振動部２２及び配線２３は、例えば厚さ２００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）合金等の金属からなる。下地膜２５及び下地膜２６は、例えば厚さ１００ｎｍのチタン（Ｔｉ）層上に、厚さ２００ｎｍの金（Ａｕ）層を積層して構成される。柱状電極４１、及び金属層４２は、例えば銅（Ｃｕ）等、半田３１及び半田３２を構成する半田材よりも高い融点を有する材料から形成される。半田３１及び半田３２は例えば錫／銀（Ｓｎ／Ａｇ）合金等の金属からなる半田材により形成される。前記柱状電極４１、及び金属層４２それぞれの厚さは例えば５０μｍが選択される。
【００３３】
前記実施例１に係る弾性波デバイス１００の製造方法について図４（ａ）から図６を用いて説明する。
【００３４】
図４（ａ）から図５は、前記弾性波デバイスチップ２０の製造工程を示す。なお、ここでは、圧電基板上に２個の弾性波デバイスチップが実装される状態を例示する。まず、大判の圧電基板２１Ａの一方の主面上に、例えばスパッタリング法を用いて、例えばアルミニウム合金（アルミニウム（Ａｌ）を主成分として銅（Ｃｕ）等を添加した合金）からなるアルミニウム合金層４３を形成する。アルミニウム合金層４３を形成した後、例えばドライエッチング法により、前記アルミニウム合金層４３を選択的に除去し、振動部２２を含む弾性波デバイス領域を複数個形成する。このとき、それぞれの振動部２２に連続する配線２３は形成されない（図４（ａ）参照）。
【００３５】
次いで、前記アルミニウム合金層４３上に、選択的にフォトレジスト層（図示せず）を形成した後、例えば蒸着法により、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）を順次積層する。しかる後、リフトオフ法により、金（Ａｕ）／チタン（Ｔｉ）積層体を選択的に除去し、下地膜２５及び下地膜２６を形成する（図４（ｂ）参照）。
【００３６】
次いでフォトレジスト層（図示せず）をマスクとして、例えば電解メッキ法により、下地膜２５及び下地膜２６上に、銅（Ｃｕ）層及び半田層を順次被着・積層する。このとき、前記アルミニウム合金層４３は電解メッキ用の給電層として機能する。しかる後、前記フォトレジスト層を除去し、前記フォトレジスト層を除去し、前記下地膜２５上に銅（Ｃｕ）からなる柱状電極４１及び半田３１を、下地膜２６上に銅（Ｃｕ）からなる金属層４２及び半田３２を形成する（図４（ｃ）参照）。柱状電極４１の直径Ｄ１は例えば５０μｍΦである。
【００３７】
次いで、所謂ウェットエッチング法を適用して、前記アルミニウム合金層４３に対し再度パターニング処理を施し、前記振動部２２に連続する配線２３、及び封止用金属層２４を選択的に形成する（図５（ａ）参照）。かかる構成において、配線２３と封止用金属層２４との間は分離され、電気的に絶縁状態となる。しかる後、前記圧電基板２１Ａにダイシング処理を施し、個々の弾性波デバイスチップ２０に分離する（図５（ｂ）参照）。
【００３８】
上記工程を経て形成された弾性波デバイスチップ２０を絶縁性基板１１上にフリップチップ実装する（図６参照）。実装するための半田リフロー処理は、例えば低酸素濃度雰囲気中で、絶縁性基板１１と弾性波デバイスチップ２０とを対向させ、加熱及び加圧することで行われる。このときの処理温度は、半田は溶融し、かつ柱状電極４１及び金属層４２は溶融しない温度が選択される。かかる半田リフロー処理により、前記半田３１及び半田３２は溶融し、半田３１は電極１２上に、半田３２は封止用金属層１３上に濡れ広がる。濡れ広がった半田３１及び半田３２が固化することで、絶縁性基板１１と弾性波デバイスチップ２０とは接合・一体化される。柱状電極４１及び金属層４２は溶融せず、その厚さを維持する。
【００３９】
次に、絶縁性基板１１が変形（湾曲）し、コプラナリティの悪化が生じた場合における、実施例１に係る弾性波デバイス１００の特徴について説明する。コプラナリティの悪化が生じた絶縁性基板１１に弾性波デバイスチップ２０が搭載された状態を図７に示す。
【００４０】
図７に示すように、弾性波デバイスチップ１００Ｓにあっては、所定の厚さを有する柱状電極４１及び金属層４２が存在するため、絶縁性基板１１が弾性波デバイスチップ２０側に凸状に変形した場合でも、絶縁性基板１１の表面と弾性波デバイスチップ２０の表面との距離は十分な大きさに維持される。このため、空隙５１は確保される。また、図７に破線の円で囲んだように、柱状電極４１が所定の厚さを有するため、半田３１が柱状電極４１の外表面に沿って濡れ広がる距離も大きくなる。同様に、金属層４２も所定の厚さを有することから、半田３２が金属層４２の外表面に沿って濡れ広がる距離も大きくなる。従って、かかる半田３１及び半田３２が弾性波デバイスチップ２０の配線２３まで流動することは抑制され、さらに振動部２２まで到達することは大きく抑制される。柱状電極４１及び金属層４２が銅（Ｃｕ）から形成されている場合、錫銀（ＳｎＡｇ）系半田の濡れ性は低いため、かかる点からも半田の濡れ広がりはより抑制される。
【００４１】
実施例１によれば、電極１２及びシールリングには、半田３１及び半田３２と、絶縁性基板１１の上面のコプラナリティの変動量（製造後に見込まれる量）よりも厚い柱状電極４１及び金属層４２が設けられている。このため、絶縁性基板１１が変形した場合でも空隙５１は確保される。また、半田３１は柱状電極４１に、半田３２は金属層４２にそれぞれ濡れ広がる。このため、半田３１及び半田３２の振動部２２又は配線２３への接触は抑制され、半田同士の接触も抑制される。また、絶縁性基板１１と弾性波デバイスチップ２０との距離が大きいため、接合処理の際、フラックスを適用した場合であっても、飛散したフラックスが振動部２２等に付着することは抑制される。このため、振動部２２の振動は妨げられない。従って、弾性波デバイスの特性の悪化、及び短絡は抑制され、信頼性の高い弾性波デバイスを得ることができる。
【００４２】
半田３１は、コプラナリティによりバラつく電極１２と柱状電極４１との距離の変動を吸収する量が求められる。半田３２は、封止用金属層１３と柱状電極４１との距離の変動を吸収する量が求められる。また、柱状電極４１及び金属層４２は、半田３１及び半田３２よりも厚いことが好ましい。半田３１及び半田３２の厚さとは、弾性波デバイス１００の製造後（半田リフロー後）の厚さを指し、空隙５１が位置するチップ内側の柱状電極４１と電極１２との間に形成される半田の厚さ、又は金属層４２と封止用金属層１３との間に形成される半田の厚さを指す。柱状電極４１及び金属層４２が厚いことにより、溶融した半田３１及び半田３２の濡れ広がる範囲が柱状電極４１及び金属層４２の各々に留まりやすくなり、かつ絶縁性基板１１及び圧電基板２１には濡れ広がりにくくなる。このことにより、弾性波デバイスの信頼性を効果的に高めることができる。なお、圧電基板２１の上に半田が濡れ広がった場合でも、振動部２２に到達しなければ問題はない。
【００４３】
電極１２及び封止用金属層１３は、柱状電極４１及び金属層４２よりも高い半田濡れ性を有する。また、柱状電極４１及び金属層４２は、絶縁性基板１１及び圧電基板２１よりも高い半田濡れ性を有する。このため、半田３１は、絶縁性基板１１及び圧電基板２１よりも柱状電極４１に濡れ広がりやすい。また半田３２は、絶縁性基板１１及び圧電基板２１よりも金属層４２に濡れ広がりやすい。つまり、半田３１及び半田３２の濡れ広がる範囲は、それぞれ柱状電極４１及び金属層４２に留まりやすい。従って、半田３１及び半田３２が絶縁性基板１１及び圧電基板２１に濡れ広がることは抑制される。これにより、短絡、及び半田３１及び半田３２の振動部２２又は配線２３への接触は、効果的に抑制される。また半田３１同士、半田３２同士、半田３１及び半田３２が接触することも抑制される。
【００４４】
図３（ａ）及び図３（ｂ）において説明したように、封止用金属層２４は、振動部２２を囲むように、圧電基板２１の外周に沿って設けられている。このため、例えば半田リフロー工程において温度が上昇した場合、圧電基板２１に大きな圧力が加わる可能性がある。実施例１によれば、金属層４２が半田３１及び半田３２より大きな厚さを有することにより、圧電基板２１に加わる応力が分散される。また、柱状電極４１が圧電基板２１を支える柱として機能するため、圧電基板２１に加わる応力は緩和される。これにより、圧電基板２１の破損が抑制されるため、効果的に弾性波デバイスの信頼性を高めることができる。なお、柱状電極４１以外に、応力を緩和するためのダミー電極を設けてもよい。図２及び図３（ａ）において、柱状電極４１は金属層４２の内側に設けられていたが、柱状電極４１が金属層４２よりも外側に設けられていてもよい。また、金属層４２のさらに外側に、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド等の樹脂、又は半田、ニッケル（Ｎｉ）等の金属からなる封止材を設けてもよい。
【００４５】
絶縁性基板１１は、例えばセラミック、樹脂、又はガラス等の絶縁体からなる。また絶縁性基板１１以外に、例えばシリコン（Ｓｉ）等からなる半絶縁性基板、ニッケル（Ｎｉ）、４２アロイ、コバール（KOVAR）、ステンレス等の金属からなる導電性基板、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の圧電体からなる圧電基板、又はフレキシブルプリント基板等のプリント基板を基板として用いてもよい。
【００４６】
振動部２２及び配線２３は、アルミニウム銅（ＡｌＣｕ）以外に、例えば銅（Ｃｕ）合金、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）等、他の金属からなるとしてもよい。振動部２２及び配線２３各々の厚さは、例えば厚さ１００〜５００ｎｍとしてもよい。下地膜２５及び下地膜２６は、金／チタン（Ａｕ／Ｔｉ）以外に、例えば銅（Ｃｕ）合金、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）等の金属からなるとしてもよい。下地膜２５及び下地膜２６各々の厚さは、例えば例えば厚さ５０〜１０００ｎｍとしてもよい。半田３１及び半田３２は、錫／銀（Ｓｎ／Ａｇ）合金以外に、例えば錫（Ｓｎ）、及び錫／銀（Ｓｎ／Ａｇ）合金以外の錫（Ｓｎ）合金等の金属からなるものを用いてもよい。半田３１及び半田３２の厚さＴ２は例えば１〜３０μｍ、直径Ｄ２は例えば１５〜２５０μｍとすることができる。柱状電極４１及び金属層４２は、銅（Ｃｕ）以外に、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金錫（ＡｕＳｎ）、銅錫（ＣｕＳｎ）等の金属からなるとしてもよいし、銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）等を含む導電性ペーストの焼結体からなるとしてもよい。柱状電極４１の厚さＴ１は例えば５〜３００μｍ、直径Ｄ１は例えば１０〜２００μｍとしてもよい。さらに、金属層４２の代わりに、例えば樹脂と、樹脂の外側を覆う金属膜を用いてもよい。金属膜は、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、又はニッケル（Ｎｉ）等からなる。材料を変更した場合でも、柱状電極４１及び金属層４２が半田３１及び半田３２よりも高い融点を有していればよい。
【００４７】
このように、柱状電極４１と、金属層４２とは、異なる材料からなるとしてもよい。しかしながら、柱状電極４１と、金属層４２とは同一の材料を用いることにより、両者を同じ工程で形成することができる。従って、柱状電極４１と、金属層４２とは同じ材料により形成することが好ましい。また、半田３２及び金属層４２が導電体である場合、金属層４２は弾性波デバイスチップ２０をノイズから保護するシールドとして機能する。この場合、金属層４２を接地電位に接続すればシールド効果は高まるので、弾性波デバイスチップ２０上又は絶縁性基板１１上の接地電極（不図示）と金属層４２とを電気的に接続するとよい。金属層４２は振動部２２を完全に囲んでいなくてもよく、例えば金属層４２の一部が開放されていてもよい。ただし、封止の気密性を高くし、かつ金属層４２をシールドとして有効に機能させるためには、金属層４２は振動部２２を完全に囲んでいることが好ましい。
【００４８】
次に実施例１の変形例について説明する。図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例１の変形例に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。図４（ａ）から図５（ｂ）に示した工程は、実施例１の変形例においても共通である。
【００４９】
図８（ａ）に示すように、集合基板１１Ａに、複数の弾性波デバイスチップ２０をフリップチップ実装する。図８（ｂ）に示すように、例えばシードメタル（不図示）をスパッタリングにより形成した後、電解メッキにより例えばニッケル（Ｎｉ）からなる金属被覆層６１を形成する。しかる後、図８（ｃ）に示すように、集合基板１１Ａに対しダイシング処理を施し、複数の弾性波デバイス１００Ａを形成する。以上の工程により、実施例１の変形例に係る弾性波デバイス１００Ａが形成される。
【００５０】
実施例１の変形例によれば、実施例１と同様に、弾性波デバイスの特性の悪化、及び短絡が抑制され、信頼性の高い弾性波デバイスを得ることができる。さらに、ニッケル（Ｎｉ）からなる金属被覆層６１によりチップ全体を覆うことにより、気密性が高くなる。なお、実施例１においても、金属被覆層６１を設けてもよい。なお、前記金属被覆層６１に代えて、例えばエポキシ系樹脂等の樹脂を塗布し、樹脂被覆層を形成することにより、気密性を高めることもできる。さらに、前記図８（ａ）に示すように、集合基板１１Ａ上に複数の弾性波デバイスチップ２０を搭載した後、複数の弾性波デバイスチップ２０に対し、例えばトランスファモールド法、又は圧縮成形法等により、エポキシ樹脂等の封止用樹脂を一括して被覆することができる。その後、封止用樹脂と集合基板１１Ａとを一括してダイシング処理することで、複数の弾性波デバイスを形成することができる。
【実施例２】
【００５１】
実施例２は、弾性波デバイスチップを利用したモジュールの例である。図９は、実施例２に係るモジュールを例示する断面図である。図２に示した構成と同じ構成については、説明を省略する。
【００５２】
図９に示すように、実施例２に係るモジュール２００においては、絶縁性基板１１上に、２つの弾性波デバイスチップ２０、２つのチップ部品７１が搭載されている。チップ部品７１は、半田７２により絶縁性基板１１に実装されている。チップ部品７１は、例えばインダクタ、キャパシタ、ＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）等である。そして、これらの弾性波デバイスチップ２０及びチップ部品７１は、エポキシ樹脂等からなる封止用樹脂７３により被覆され、封止されている。
【００５３】
モジュール２００内に含まれる弾性波デバイスチップ２０及びチップ部品７１は、それぞれが単数又は複数である場合がある。モジュール２００が複数の弾性波デバイスチップ２０、又は複数のチップ部品７１を備える場合、絶縁性基板１１の面積が増加し、また絶縁性基板１１に設けられた配線パターンが複雑化することがある。このような場合、絶縁性基板１１上面のコプラナリティが悪化する可能性がある。しかしながら、弾性波デバイスチップ２０が前述の如き電極構造を有することから、弾性波デバイスチップ２０は特性の劣化を招かず、モジュールの信頼性を高めることができる。
【００５４】
半田３１、半田３２及び半田７２は、いずれも半田ペーストを用いて形成することができる。このため、モジュール２００を簡単な工程で製造することができる。
【００５５】
実施例１〜２においては、弾性波デバイスチップ２０はＳＡＷデバイスチップであるとしたが、弾性波デバイスチップ２０を、例えば弾性境界波デバイスチップ、及びＦＢＡＲ等、他の弾性波デバイスチップとしてもよい。ＦＢＡＲを用いる場合、圧電基板２１の代わりに、例えばシリコンからなる基板を用いる。また、振動部２２は、圧電薄膜と、圧電薄膜を挟む上部電極及び下部電極とが重なる領域である。
【００５６】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかか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。
【符号の説明】
【００５７】
絶縁性基板 １１
電極 １２
弾性波デバイスチップ ２０
圧電基板 ２１
振動部 ２２
ＩＤＴ ２２Ａ
反射器 ２２Ｂ
配線 ２３
空隙 ５１
半田 ３１、３２
柱状電極 ４１
金属層 ４２
チップ部品 ５０
弾性波デバイス １００、１００Ａ、１００Ｓ
モジュール ２００
【技術分野】
【０００１】
本発明は弾性波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信機器等にフィルタ、デュプレクサ等として用いられる弾性波デバイスには、小型化が要求されている。弾性波デバイスに用いる弾性波素子としては、圧電基板上にＩＤＴ（Inter Digital Transducer）を形成した弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）素子、圧電膜を電極で挟んだ圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ：Film Bulk Acoustic Resonator）等がある。例えば、特許文献１には、弾性表面波素子がベース基板上にフェイスダウン構成をもって、実装及び搭載される構成において、圧電基板上に設けられたＩＤＴ等を、当該圧電基板の周縁部に配設された半田からなる接合部材を用いて気密封止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−６４５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の弾性波デバイスでは、前記封止用半田及び／又は、かかる封止用半田と併用される半田バンプ電極により、ＩＤＴ電極指間の短絡、及び／又は特性の悪化等が生じる可能性があった。本発明は上記課題に鑑み、信頼性の高い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】
【０００５】
本発明は、基板と、弾性波を励振する振動部を有し、前記振動部が前記基板と対向し、かつ前記振動部が空隙に露出するように、前記基板の上面に実装された弾性波デバイスチップと、前記振動部を囲むように設けられ、前記基板と前記弾性波デバイスチップとを接合する接合部と、を具備し、前記接合部は、半田と、前記半田より高い融点を有しかつ前記基板の上面のコプラナリティより大きな厚さを有する高融点材と、を積層して形成されている弾性波デバイスである。本発明によれば、信頼性の高い弾性波デバイスを提供することができる。
【０００６】
上記構成において、前記高融点材は、前記半田より大きな厚さを有する構成とすることができる。この構成によれば、より効果的に弾性波デバイスの信頼性を高めることができる。
【０００７】
上記構成において、前記基板の前記弾性波デバイスチップと対向する面に設けられた金属層を具備し、前記高融点材は、前記半田よりも、前記弾性波デバイスチップに近い側に設けられ、前記半田は前記金属層と接触し、前記金属層は前記高融点材よりも高い半田濡れ性を有し、前記高融点材は前記基板よりも高い半田濡れ性を有する構成とすることができる。この構成によれば、より効果的に弾性波デバイスの信頼性を高めることができる。
【０００８】
上記構成において、前記接合部は、前記振動部を完全に囲む構成とすることができる。この構成によれば、より効果的に弾性波デバイスの信頼性を高めることができる。
【０００９】
上記構成において、前記基板と前記弾性波デバイスチップとを電気的に接合し、前記半田と、前記高融点材とを積層して形成された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、より効果的に弾性波デバイスの信頼性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、信頼性の高い弾性波デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、比較例に係る弾性波デバイスを例示する断面図である。
【図２】図２は、実施例１に係る弾性波デバイスを例示する断面図である。
【図３】図３（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスが備える弾性波デバイスチップを例示する平面図である。図３（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスが備える絶縁性基板を例示する平面図である。
【図４】図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。
【図６】図６は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。
【図７】図７は、実施例１に係る弾性波デバイスを例示する断面図である。
【図８】図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例１の変形例に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。
【図９】図９は、実施例２に係るモジュールを例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１３】
弾性波デバイスにおける問題を明らかにするため、本発明の実施例の説明の前に、比較例について説明する。
【００１４】
比較例に係る弾性波デバイス１００Ｒは、図１（ａ）に示すように、チップ支持基板１１０となる絶縁性基板１１１、電極１１２、封止用金属層１１３、ビア配線１１４、外部接続用端子１１５を具備している。絶縁性基板１１１は、例えばエポキシ樹脂等の樹脂、又はセラミック等の絶縁基材からなり、多層基板又は単層の基板として構成される。電極１１２、封止用金属層１１３、ビア配線１１４、及び外部接続用端子１１５は、例えばタングステン（Ｗ）ペーストの焼結体等の金属から形成される。さらに電極１１２及び封止用金属層１１３は、ニッケル（Ｎｉ）層上に金（Ａｕ）層を形成されてなり、絶縁性基板１１１の上面（弾性波デバイスチップ１２０の搭載面）に配設されている。外部接続用端子１１５は、絶縁性基板１１１の下面に配設されている。ビア配線１１４は、絶縁性基板１１１を貫通し、電極１１２と外部接続用端子１１５とを電気的に接続する。封止用金属層１１３は、後述する弾性波デバイスチップ１２０の封止用金属層１２４に対応して、環状に配設されている。
【００１５】
弾性波デバイスチップ１２０は、圧電基板１２１、圧電基板１２１の一方の表面に形成された振動部１２２、配線１２３、及び封止用金属層１２４を備える。圧電基板１２１は、例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の圧電体からなる。後述するように、振動部１２２は、ＩＤＴ及び反射器を含み、弾性波を励振する。弾性波デバイスチップ１２０がＳＡＷデバイスチップである場合、振動部１２２が絶縁性基板１１１と対向し、かつ振動部１２２が空隙１５１に露出して配設されるように、弾性波デバイスチップ１２０は絶縁性基板１１１の上面にフリップチップ（フェイスダウン）実装される。振動部１２２と絶縁性基板１１１との間の距離Ｌ１は、例えば数十μｍである。空隙１５１の存在により、振動部１２２の振動は妨げられることはない。振動部１２２の振動を良好にするためには、距離Ｌ１が１μｍ以上であることが好ましい。
【００１６】
振動部１２２、配線１２３、及び封止用金属層１２４は、例えば同じ金属層からなり、例えば厚さ２００ｎｍのアルミニウム銅（ＡｌＣｕ）合金等の金属からなる。なお、アルミニウム銅（ＡｌＣｕ）合金とは、アルミニウム（Ａｌ）と銅（Ｃｕ）とを含む合金である。配線１２３は、振動部１２２から導出・延在され、外部接続用端子部を含む。また封止用金属層１２４は、圧電基板１２１の弾性波デバイスチップ１２０の搭載面において周縁部近傍に沿って環状に配設され、振動部１２２及び配線１２３からは離間し（電気的には絶縁状態）、かつ振動部１２２及び配線１２３を囲んでいる。そして、前記配線１２３の外部接続用端子部の表面、及び封止用金属層１２４の表面には、金／チタン（Ａｕ／Ｔｉ）積層体からなる下地膜１２５及び下地膜１２６が選択的に配設されている。
【００１７】
フリップチップ接続状態においては、弾性波デバイスチップ１２０の配線１２３の外部接続用端子部における下地膜１２５と、チップ支持基板１１０における電極１１２との間、封止用金属層１２４における下地膜１２６とチップ支持基板１１０の封止用金属層１２４との間は、それぞれ半田１３２により接続されている。弾性波デバイスチップ１２０における封止用金属層１２４とチップ支持基板１１０における封止用金属層１１３との間が半田１３２により相互接続されることにより、所謂シールリング（接合部）が形成され、前記弾性波デバイスチップ１２０の振動部１２２及び配線１２３は気密封止される。
【００１８】
前記フリップチップ接続構造においては、図１（ｂ）に示すように、絶縁性基板１１１に変形が生じることがある。特に絶縁性基板１１は、絶縁性基材上に導電材からなる配線パターンが形成されており、半田リフロー工程等の熱履歴が加わることにより、異なる材料間の熱収縮差により、大きく変形することがある。
【００１９】
図１（ｂ）では絶縁性基板１１１が湾曲した場合を図示しており、上面のコプラナリティＬ２は、例えば数μｍ〜２０μｍ程度となる可能性がある。なお、コプラナリティとは、平坦性、又は共平面性ともいわれ、同一の平面内における最低点と最高点との高さの差を意味する。このように、コプラナリティが悪化した場合（コプラナリティが大きくなった場合）、絶縁性基板１１１と弾性波デバイスチップ１２０との間の距離Ｌ１が小さくなり、空隙１５１の確保が困難となる可能性がある。言い換えれば、振動部１２２が絶縁性基板１１１に接触する可能性がある。空隙１５１が確保されない場合、振動部１２２の振動が妨げられ、弾性波デバイスチップ１２０の特性が悪化する恐れがある。空隙１５１を確保する、すなわち距離Ｌ１を所定の値以上とするためには、前記配線１２３の外部接続用端子部及び封止用金属層１２４に配設される半田１３１及び半田１３２の量を増加させて、厚さを大きくすればよい。なお、厚さ方向は図１（ａ）の上下方向である。
【００２０】
しかしながら、前記フリップチップ接続構造では、チップ支持基板１１０と弾性波デバイスチップ１２０とは、例えば弾性波デバイスチップ２０をチップ支持基板１１０に押し付けることで、接合・一体化される。このとき、溶融状態にある半田１３１は、図１（ｂ）に示すように横方向に広がる。特に、絶縁性基板１１と圧電基板２１との距離が小さくなるデバイスチップの中央付近の領域では、半田１３１が下地膜１２５を越えて大きく広がり、図１（ｂ）の破線の円により囲んだ如く、振動部１２２及び／又は配線１２３にまで流動する場合がある。これにより、振動部１２２の振動が妨げられる恐れがある。また、ＩＤＴの電極指間、半田１３１同士、半田１３２同士、又は半田１３１と半田１３２との間において、短絡が発生する恐れがある。半田１３１及び半田１３２の量が多い場合、半田１３１及び半田１３２はより大きく広がることから、このような問題が生じやすい。
【００２１】
また、半田１３１及び半田１３２による接合を実施する際に、フラックスを用いる場合がある。チップ支持基板１１０と弾性波デバイスチップ１２０との間の距離が小さくなった場合、飛散したフラックスが振動部１２２又は配線１２３に付着する恐れがある。フラックスの振動部１２２又は配線１２３への付着は、弾性波デバイスチップ１２０の特性の悪化を招来する。すなわち、チップ支持基板１１０となる絶縁性基板１１の上面のコプラナリティが大きくなることで、弾性波デバイスの信頼性が低下する可能性がある。
【００２２】
次に、実施例１について図２から図３（ｂ）を用いて説明する。なお、図２は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すＡ−Ａに沿った断面を図示する断面図である。
【００２３】
実施例１に係る弾性波デバイス１００は、図２に示すように、チップ支持基板１０となる絶縁性基板１１に、電極１２、封止用金属層１３、ビア配線１４、外部接続用端子１５を具備している。絶縁性基板１１は、例えばエポキシ樹脂等の樹脂、又はセラミック等の絶縁体からなり、例えば多層基板又は端層の基板から構成される。電極１２及び封止用金属層１３、ビア配線１４、及び外部接続用端子１５は、例えばＷペーストの焼結体等の金属から形成されている。さらに電極１２及び封止用金属層１３は、ニッケル（Ｎｉ）層上に金（Ａｕ）層を形成されてなり、絶縁性基板１１の上面（弾性波デバイスチップ２０の搭載面）に配設されている。外部接続用端子１５は、絶縁性基板１１の下面に配設されている。ビア配線１４は、絶縁性基板１１を貫通して、電極１２と外部接続用端子１５とを電気的に接続する。また、封止用金属層１３は、後述する弾性波デバイスチップ２０における封止用金属層２４に対応して環状に配設されている。
【００２４】
弾性波デバイスチップ２０は、圧電基板２１と、その一方の表面に形成された振動部２２、配線２３及び封止用金属層２４を具備している。圧電基板２１は、例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の圧電体からなる。振動部２２は、ＩＤＴ及び反射器を含み、弾性波を励振する。弾性波デバイスチップ２０がＳＡＷデバイスチップである場合には、振動部２２が前記絶縁性基板１１と対向し、かつ空隙５１に露出して配設されるように、弾性波デバイスチップ２０は絶縁性基板１１上面にフリップチップ（フェイスダウン）実装される。振動部２２と絶縁性基板１１との間の距離Ｌ１は、例えば数十μｍである。空隙５１の存在により、振動部２２の振動は妨げられない。振動部２２の振動を良好にするためには、距離Ｌ１が１μｍ以上であることが好ましい。
【００２５】
振動部２２、配線２３、及び封止用金属層２４は、例えば同じ金属層からなり、例えば厚さ２００ｎｍのアルミニウム銅（ＡｌＣｕ）合金等の金属からなる。配線２３は、振動部２２から延在・導出されて、その一部に外部接続用端子部２３Ａを含む。また封止用金属層２４は、圧電基板２１の弾性波デバイスチップ２０の搭載面において、その周縁部近傍に沿って環状に配設され、前記振動部２２及び配線２３からは離間し（電気的には絶縁状態）、かつ振動部２２及び配線２３を囲んでいる。そして、前記配線２３の外部接続用端子部の表面、及び封止用金属層２４の表面には、金／チタン（Ａｕ／Ｔｉ）積層体からなる下地膜２５及び下地膜２６が選択的に配設されている。
【００２６】
フリップチップ接続状態においては、前記弾性波デバイスチップ２０における配線２３の外部接続用端子部２３Ａにおける下地膜２５と、チップ支持基板１０における電極１２との間は、前記下地膜２５に接して配設された柱状電極４１と、かかる柱状電極４１と電極１２との間に配設された半田３１により接続されている。
【００２７】
一方、弾性波デバイスチップ２０における下地膜２６と、チップ支持基板１０における封止用金属層１３との間は、前記下地膜２６に接して配設された金属層４２（高融点材）と、かかる金属層４２と封止用金属層１３との間に配設された半田３２により接続されている。
【００２８】
弾性波デバイスチップ２０における封止用金属層２４とチップ支持基板１０における封止用金属層１３との間が、金属層４２と半田３２とにより相互接続されることにより、所謂シールリング（接合部）が形成され、弾性波デバイスチップ２０の振動部２２及び配線２３は気密封止される。
【００２９】
前記図２に示す弾性波デバイス１００における、チップ支持基板１０及び弾性波デバイスチップ２０それぞれの対向面における各部位の配置の一例を図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、弾性波デバイスチップ２０のチップ支持基板１０への対向面である圧電基板２１の表面には、振動部２２、配線２３、柱状電極４１及び金属層４２が設けられている。柱状電極４１の上端面、つまりチップ支持基板１０への対向面には、半田３１が配設されている。振動部２２は、ＩＤＴ２２Ａ及び反射器２２Ｂを含んでいる。一方、金属層４２は所定の厚さを有し、圧電基板２１の表面の周縁部近傍に沿って環状に配設され、振動部２２、配線２３及び柱状電極４１から離間し（電気的には絶縁状態）、かつ振動部２２、配線２３及び柱状電極４１を囲んでいる。金属層４２の上端面、すなわちチップ支持基板１０への対向面には、半田３２が配設されている。
【００３１】
一方、図３（ｂ）に示すように、チップ支持基板１０である絶縁性基板１１の弾性波デバイスチップ２０への対向面には、電極１２及び封止用金属層１３が配設されている。電極１２は、弾性波デバイスチップ２０の柱状電極４１と対応する位置に配設されている。封止用金属層１３は、弾性波デバイスチップ２０の金属層４２に対応して、環状に配設されている。
【００３２】
かかる構成において、振動部２２及び配線２３は、例えば厚さ２００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）合金等の金属からなる。下地膜２５及び下地膜２６は、例えば厚さ１００ｎｍのチタン（Ｔｉ）層上に、厚さ２００ｎｍの金（Ａｕ）層を積層して構成される。柱状電極４１、及び金属層４２は、例えば銅（Ｃｕ）等、半田３１及び半田３２を構成する半田材よりも高い融点を有する材料から形成される。半田３１及び半田３２は例えば錫／銀（Ｓｎ／Ａｇ）合金等の金属からなる半田材により形成される。前記柱状電極４１、及び金属層４２それぞれの厚さは例えば５０μｍが選択される。
【００３３】
前記実施例１に係る弾性波デバイス１００の製造方法について図４（ａ）から図６を用いて説明する。
【００３４】
図４（ａ）から図５は、前記弾性波デバイスチップ２０の製造工程を示す。なお、ここでは、圧電基板上に２個の弾性波デバイスチップが実装される状態を例示する。まず、大判の圧電基板２１Ａの一方の主面上に、例えばスパッタリング法を用いて、例えばアルミニウム合金（アルミニウム（Ａｌ）を主成分として銅（Ｃｕ）等を添加した合金）からなるアルミニウム合金層４３を形成する。アルミニウム合金層４３を形成した後、例えばドライエッチング法により、前記アルミニウム合金層４３を選択的に除去し、振動部２２を含む弾性波デバイス領域を複数個形成する。このとき、それぞれの振動部２２に連続する配線２３は形成されない（図４（ａ）参照）。
【００３５】
次いで、前記アルミニウム合金層４３上に、選択的にフォトレジスト層（図示せず）を形成した後、例えば蒸着法により、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）を順次積層する。しかる後、リフトオフ法により、金（Ａｕ）／チタン（Ｔｉ）積層体を選択的に除去し、下地膜２５及び下地膜２６を形成する（図４（ｂ）参照）。
【００３６】
次いでフォトレジスト層（図示せず）をマスクとして、例えば電解メッキ法により、下地膜２５及び下地膜２６上に、銅（Ｃｕ）層及び半田層を順次被着・積層する。このとき、前記アルミニウム合金層４３は電解メッキ用の給電層として機能する。しかる後、前記フォトレジスト層を除去し、前記フォトレジスト層を除去し、前記下地膜２５上に銅（Ｃｕ）からなる柱状電極４１及び半田３１を、下地膜２６上に銅（Ｃｕ）からなる金属層４２及び半田３２を形成する（図４（ｃ）参照）。柱状電極４１の直径Ｄ１は例えば５０μｍΦである。
【００３７】
次いで、所謂ウェットエッチング法を適用して、前記アルミニウム合金層４３に対し再度パターニング処理を施し、前記振動部２２に連続する配線２３、及び封止用金属層２４を選択的に形成する（図５（ａ）参照）。かかる構成において、配線２３と封止用金属層２４との間は分離され、電気的に絶縁状態となる。しかる後、前記圧電基板２１Ａにダイシング処理を施し、個々の弾性波デバイスチップ２０に分離する（図５（ｂ）参照）。
【００３８】
上記工程を経て形成された弾性波デバイスチップ２０を絶縁性基板１１上にフリップチップ実装する（図６参照）。実装するための半田リフロー処理は、例えば低酸素濃度雰囲気中で、絶縁性基板１１と弾性波デバイスチップ２０とを対向させ、加熱及び加圧することで行われる。このときの処理温度は、半田は溶融し、かつ柱状電極４１及び金属層４２は溶融しない温度が選択される。かかる半田リフロー処理により、前記半田３１及び半田３２は溶融し、半田３１は電極１２上に、半田３２は封止用金属層１３上に濡れ広がる。濡れ広がった半田３１及び半田３２が固化することで、絶縁性基板１１と弾性波デバイスチップ２０とは接合・一体化される。柱状電極４１及び金属層４２は溶融せず、その厚さを維持する。
【００３９】
次に、絶縁性基板１１が変形（湾曲）し、コプラナリティの悪化が生じた場合における、実施例１に係る弾性波デバイス１００の特徴について説明する。コプラナリティの悪化が生じた絶縁性基板１１に弾性波デバイスチップ２０が搭載された状態を図７に示す。
【００４０】
図７に示すように、弾性波デバイスチップ１００Ｓにあっては、所定の厚さを有する柱状電極４１及び金属層４２が存在するため、絶縁性基板１１が弾性波デバイスチップ２０側に凸状に変形した場合でも、絶縁性基板１１の表面と弾性波デバイスチップ２０の表面との距離は十分な大きさに維持される。このため、空隙５１は確保される。また、図７に破線の円で囲んだように、柱状電極４１が所定の厚さを有するため、半田３１が柱状電極４１の外表面に沿って濡れ広がる距離も大きくなる。同様に、金属層４２も所定の厚さを有することから、半田３２が金属層４２の外表面に沿って濡れ広がる距離も大きくなる。従って、かかる半田３１及び半田３２が弾性波デバイスチップ２０の配線２３まで流動することは抑制され、さらに振動部２２まで到達することは大きく抑制される。柱状電極４１及び金属層４２が銅（Ｃｕ）から形成されている場合、錫銀（ＳｎＡｇ）系半田の濡れ性は低いため、かかる点からも半田の濡れ広がりはより抑制される。
【００４１】
実施例１によれば、電極１２及びシールリングには、半田３１及び半田３２と、絶縁性基板１１の上面のコプラナリティの変動量（製造後に見込まれる量）よりも厚い柱状電極４１及び金属層４２が設けられている。このため、絶縁性基板１１が変形した場合でも空隙５１は確保される。また、半田３１は柱状電極４１に、半田３２は金属層４２にそれぞれ濡れ広がる。このため、半田３１及び半田３２の振動部２２又は配線２３への接触は抑制され、半田同士の接触も抑制される。また、絶縁性基板１１と弾性波デバイスチップ２０との距離が大きいため、接合処理の際、フラックスを適用した場合であっても、飛散したフラックスが振動部２２等に付着することは抑制される。このため、振動部２２の振動は妨げられない。従って、弾性波デバイスの特性の悪化、及び短絡は抑制され、信頼性の高い弾性波デバイスを得ることができる。
【００４２】
半田３１は、コプラナリティによりバラつく電極１２と柱状電極４１との距離の変動を吸収する量が求められる。半田３２は、封止用金属層１３と柱状電極４１との距離の変動を吸収する量が求められる。また、柱状電極４１及び金属層４２は、半田３１及び半田３２よりも厚いことが好ましい。半田３１及び半田３２の厚さとは、弾性波デバイス１００の製造後（半田リフロー後）の厚さを指し、空隙５１が位置するチップ内側の柱状電極４１と電極１２との間に形成される半田の厚さ、又は金属層４２と封止用金属層１３との間に形成される半田の厚さを指す。柱状電極４１及び金属層４２が厚いことにより、溶融した半田３１及び半田３２の濡れ広がる範囲が柱状電極４１及び金属層４２の各々に留まりやすくなり、かつ絶縁性基板１１及び圧電基板２１には濡れ広がりにくくなる。このことにより、弾性波デバイスの信頼性を効果的に高めることができる。なお、圧電基板２１の上に半田が濡れ広がった場合でも、振動部２２に到達しなければ問題はない。
【００４３】
電極１２及び封止用金属層１３は、柱状電極４１及び金属層４２よりも高い半田濡れ性を有する。また、柱状電極４１及び金属層４２は、絶縁性基板１１及び圧電基板２１よりも高い半田濡れ性を有する。このため、半田３１は、絶縁性基板１１及び圧電基板２１よりも柱状電極４１に濡れ広がりやすい。また半田３２は、絶縁性基板１１及び圧電基板２１よりも金属層４２に濡れ広がりやすい。つまり、半田３１及び半田３２の濡れ広がる範囲は、それぞれ柱状電極４１及び金属層４２に留まりやすい。従って、半田３１及び半田３２が絶縁性基板１１及び圧電基板２１に濡れ広がることは抑制される。これにより、短絡、及び半田３１及び半田３２の振動部２２又は配線２３への接触は、効果的に抑制される。また半田３１同士、半田３２同士、半田３１及び半田３２が接触することも抑制される。
【００４４】
図３（ａ）及び図３（ｂ）において説明したように、封止用金属層２４は、振動部２２を囲むように、圧電基板２１の外周に沿って設けられている。このため、例えば半田リフロー工程において温度が上昇した場合、圧電基板２１に大きな圧力が加わる可能性がある。実施例１によれば、金属層４２が半田３１及び半田３２より大きな厚さを有することにより、圧電基板２１に加わる応力が分散される。また、柱状電極４１が圧電基板２１を支える柱として機能するため、圧電基板２１に加わる応力は緩和される。これにより、圧電基板２１の破損が抑制されるため、効果的に弾性波デバイスの信頼性を高めることができる。なお、柱状電極４１以外に、応力を緩和するためのダミー電極を設けてもよい。図２及び図３（ａ）において、柱状電極４１は金属層４２の内側に設けられていたが、柱状電極４１が金属層４２よりも外側に設けられていてもよい。また、金属層４２のさらに外側に、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド等の樹脂、又は半田、ニッケル（Ｎｉ）等の金属からなる封止材を設けてもよい。
【００４５】
絶縁性基板１１は、例えばセラミック、樹脂、又はガラス等の絶縁体からなる。また絶縁性基板１１以外に、例えばシリコン（Ｓｉ）等からなる半絶縁性基板、ニッケル（Ｎｉ）、４２アロイ、コバール（KOVAR）、ステンレス等の金属からなる導電性基板、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の圧電体からなる圧電基板、又はフレキシブルプリント基板等のプリント基板を基板として用いてもよい。
【００４６】
振動部２２及び配線２３は、アルミニウム銅（ＡｌＣｕ）以外に、例えば銅（Ｃｕ）合金、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）等、他の金属からなるとしてもよい。振動部２２及び配線２３各々の厚さは、例えば厚さ１００〜５００ｎｍとしてもよい。下地膜２５及び下地膜２６は、金／チタン（Ａｕ／Ｔｉ）以外に、例えば銅（Ｃｕ）合金、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）等の金属からなるとしてもよい。下地膜２５及び下地膜２６各々の厚さは、例えば例えば厚さ５０〜１０００ｎｍとしてもよい。半田３１及び半田３２は、錫／銀（Ｓｎ／Ａｇ）合金以外に、例えば錫（Ｓｎ）、及び錫／銀（Ｓｎ／Ａｇ）合金以外の錫（Ｓｎ）合金等の金属からなるものを用いてもよい。半田３１及び半田３２の厚さＴ２は例えば１〜３０μｍ、直径Ｄ２は例えば１５〜２５０μｍとすることができる。柱状電極４１及び金属層４２は、銅（Ｃｕ）以外に、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金錫（ＡｕＳｎ）、銅錫（ＣｕＳｎ）等の金属からなるとしてもよいし、銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）等を含む導電性ペーストの焼結体からなるとしてもよい。柱状電極４１の厚さＴ１は例えば５〜３００μｍ、直径Ｄ１は例えば１０〜２００μｍとしてもよい。さらに、金属層４２の代わりに、例えば樹脂と、樹脂の外側を覆う金属膜を用いてもよい。金属膜は、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、又はニッケル（Ｎｉ）等からなる。材料を変更した場合でも、柱状電極４１及び金属層４２が半田３１及び半田３２よりも高い融点を有していればよい。
【００４７】
このように、柱状電極４１と、金属層４２とは、異なる材料からなるとしてもよい。しかしながら、柱状電極４１と、金属層４２とは同一の材料を用いることにより、両者を同じ工程で形成することができる。従って、柱状電極４１と、金属層４２とは同じ材料により形成することが好ましい。また、半田３２及び金属層４２が導電体である場合、金属層４２は弾性波デバイスチップ２０をノイズから保護するシールドとして機能する。この場合、金属層４２を接地電位に接続すればシールド効果は高まるので、弾性波デバイスチップ２０上又は絶縁性基板１１上の接地電極（不図示）と金属層４２とを電気的に接続するとよい。金属層４２は振動部２２を完全に囲んでいなくてもよく、例えば金属層４２の一部が開放されていてもよい。ただし、封止の気密性を高くし、かつ金属層４２をシールドとして有効に機能させるためには、金属層４２は振動部２２を完全に囲んでいることが好ましい。
【００４８】
次に実施例１の変形例について説明する。図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例１の変形例に係る弾性波デバイスの製造方法を例示する断面図である。図４（ａ）から図５（ｂ）に示した工程は、実施例１の変形例においても共通である。
【００４９】
図８（ａ）に示すように、集合基板１１Ａに、複数の弾性波デバイスチップ２０をフリップチップ実装する。図８（ｂ）に示すように、例えばシードメタル（不図示）をスパッタリングにより形成した後、電解メッキにより例えばニッケル（Ｎｉ）からなる金属被覆層６１を形成する。しかる後、図８（ｃ）に示すように、集合基板１１Ａに対しダイシング処理を施し、複数の弾性波デバイス１００Ａを形成する。以上の工程により、実施例１の変形例に係る弾性波デバイス１００Ａが形成される。
【００５０】
実施例１の変形例によれば、実施例１と同様に、弾性波デバイスの特性の悪化、及び短絡が抑制され、信頼性の高い弾性波デバイスを得ることができる。さらに、ニッケル（Ｎｉ）からなる金属被覆層６１によりチップ全体を覆うことにより、気密性が高くなる。なお、実施例１においても、金属被覆層６１を設けてもよい。なお、前記金属被覆層６１に代えて、例えばエポキシ系樹脂等の樹脂を塗布し、樹脂被覆層を形成することにより、気密性を高めることもできる。さらに、前記図８（ａ）に示すように、集合基板１１Ａ上に複数の弾性波デバイスチップ２０を搭載した後、複数の弾性波デバイスチップ２０に対し、例えばトランスファモールド法、又は圧縮成形法等により、エポキシ樹脂等の封止用樹脂を一括して被覆することができる。その後、封止用樹脂と集合基板１１Ａとを一括してダイシング処理することで、複数の弾性波デバイスを形成することができる。
【実施例２】
【００５１】
実施例２は、弾性波デバイスチップを利用したモジュールの例である。図９は、実施例２に係るモジュールを例示する断面図である。図２に示した構成と同じ構成については、説明を省略する。
【００５２】
図９に示すように、実施例２に係るモジュール２００においては、絶縁性基板１１上に、２つの弾性波デバイスチップ２０、２つのチップ部品７１が搭載されている。チップ部品７１は、半田７２により絶縁性基板１１に実装されている。チップ部品７１は、例えばインダクタ、キャパシタ、ＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）等である。そして、これらの弾性波デバイスチップ２０及びチップ部品７１は、エポキシ樹脂等からなる封止用樹脂７３により被覆され、封止されている。
【００５３】
モジュール２００内に含まれる弾性波デバイスチップ２０及びチップ部品７１は、それぞれが単数又は複数である場合がある。モジュール２００が複数の弾性波デバイスチップ２０、又は複数のチップ部品７１を備える場合、絶縁性基板１１の面積が増加し、また絶縁性基板１１に設けられた配線パターンが複雑化することがある。このような場合、絶縁性基板１１上面のコプラナリティが悪化する可能性がある。しかしながら、弾性波デバイスチップ２０が前述の如き電極構造を有することから、弾性波デバイスチップ２０は特性の劣化を招かず、モジュールの信頼性を高めることができる。
【００５４】
半田３１、半田３２及び半田７２は、いずれも半田ペーストを用いて形成することができる。このため、モジュール２００を簡単な工程で製造することができる。
【００５５】
実施例１〜２においては、弾性波デバイスチップ２０はＳＡＷデバイスチップであるとしたが、弾性波デバイスチップ２０を、例えば弾性境界波デバイスチップ、及びＦＢＡＲ等、他の弾性波デバイスチップとしてもよい。ＦＢＡＲを用いる場合、圧電基板２１の代わりに、例えばシリコンからなる基板を用いる。また、振動部２２は、圧電薄膜と、圧電薄膜を挟む上部電極及び下部電極とが重なる領域である。
【００５６】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかか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。
【符号の説明】
【００５７】
絶縁性基板 １１
電極 １２
弾性波デバイスチップ ２０
圧電基板 ２１
振動部 ２２
ＩＤＴ ２２Ａ
反射器 ２２Ｂ
配線 ２３
空隙 ５１
半田 ３１、３２
柱状電極 ４１
金属層 ４２
チップ部品 ５０
弾性波デバイス １００、１００Ａ、１００Ｓ
モジュール ２００
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
弾性波を励振する振動部を有し、前記振動部が前記基板と対向し、かつ前記振動部が空隙に露出するように、前記基板の上面に実装された弾性波デバイスチップと、
前記振動部を囲むように設けられ、前記基板と前記弾性波デバイスチップとを接合する接合部と、を具備し、
前記接合部は、半田と、前記半田より高い融点を有しかつ前記基板の上面のコプラナリティより大きな厚さを有する高融点材と、を積層して形成されていることを特徴とする弾性波デバイス。
【請求項２】
前記高融点材は、前記半田より大きな厚さ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】
前記基板の前記弾性波デバイスチップと対向する面に設けられた金属層を具備し、
前記高融点材は、前記半田よりも、前記弾性波デバイスチップに近い側に設けられ、
前記半田は前記金属層と接触し、
前記金属層は前記高融点材よりも高い半田濡れ性を有し、前記高融点材は前記基板よりも高い半田濡れ性を有することを特徴とする請求項１又は２記載の弾性波デバイス。
【請求項４】
前記接合部は、前記振動部を完全に囲むことを特徴とする請求項１から３いずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項５】
前記基板と前記弾性波デバイスチップとを電気的に接合し、前記半田と、前記高融点材とを積層して形成された電極を具備することを特徴とする請求項１から４いずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項１】
基板と、
弾性波を励振する振動部を有し、前記振動部が前記基板と対向し、かつ前記振動部が空隙に露出するように、前記基板の上面に実装された弾性波デバイスチップと、
前記振動部を囲むように設けられ、前記基板と前記弾性波デバイスチップとを接合する接合部と、を具備し、
前記接合部は、半田と、前記半田より高い融点を有しかつ前記基板の上面のコプラナリティより大きな厚さを有する高融点材と、を積層して形成されていることを特徴とする弾性波デバイス。
【請求項２】
前記高融点材は、前記半田より大きな厚さ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】
前記基板の前記弾性波デバイスチップと対向する面に設けられた金属層を具備し、
前記高融点材は、前記半田よりも、前記弾性波デバイスチップに近い側に設けられ、
前記半田は前記金属層と接触し、
前記金属層は前記高融点材よりも高い半田濡れ性を有し、前記高融点材は前記基板よりも高い半田濡れ性を有することを特徴とする請求項１又は２記載の弾性波デバイス。
【請求項４】
前記接合部は、前記振動部を完全に囲むことを特徴とする請求項１から３いずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項５】
前記基板と前記弾性波デバイスチップとを電気的に接合し、前記半田と、前記高融点材とを積層して形成された電極を具備することを特徴とする請求項１から４いずれか一項記載の弾性波デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１５１６９８（Ｐ２０１２−１５１６９８Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９３０２（Ｐ２０１１−９３０２）
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
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