弾性表面波装置及びその製造方法
【課題】バンプ形成時の応力による圧電基板のクラックが生じ難く、かつ電極層の圧電基板からの剥離も生じ難い、弾性表面波装置を得る。
【解決手段】バンプ１３を介して実装基板にフリップチップボンディング方式で実装される弾性表面波装置であって、圧電基板２の第１の主面上にＩＤＴ電極３〜５を含む第１の電極層１１が形成されており、第１の電極層１１に電気的に接続されるように、第２の電極層１２が形成されており、第２の電極層１２上にバンプ１３が接合され、第２の電極層１２のバンプ１３が接合される部分を接合領域としたときに、接合領域において第２の電極層１２と圧電基板２との間に、バンプ１３よりも硬度が高い誘電体からなる誘電体層８が設けられている、弾性表面波装置。
【解決手段】バンプ１３を介して実装基板にフリップチップボンディング方式で実装される弾性表面波装置であって、圧電基板２の第１の主面上にＩＤＴ電極３〜５を含む第１の電極層１１が形成されており、第１の電極層１１に電気的に接続されるように、第２の電極層１２が形成されており、第２の電極層１２上にバンプ１３が接合され、第２の電極層１２のバンプ１３が接合される部分を接合領域としたときに、接合領域において第２の電極層１２と圧電基板２との間に、バンプ１３よりも硬度が高い誘電体からなる誘電体層８が設けられている、弾性表面波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フリップチップボンディング方式により実装基板に実装される弾性表面波装置及びその製造方法に関し、より詳細には、バンプと接合される電極及び該電極周囲の構造が改良された弾性表面波装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、共振子や帯域フィルタとして弾性表面波装置が広く用いられている。また、弾性表面波装置及び弾性表面波装置が搭載される電子機器の小型化を図るために、フリップチップボンディング方式が広く用いられている。フリップチップボンディング方式では、弾性表面波素子がバンプを介して実装基板に搭載される。
【０００３】
下記の特許文献１には、フリップチップボンディング方式により実装される弾性表面波装置が開示されている。図４は特許文献１に記載の弾性表面波装置を示す正面断面図である。弾性表面波装置１００１は、圧電基板１００２を有する。圧電基板１００２上に、ＩＤＴ電極１００３ａを含む第１の電極層１００３が形成されている。第１の電極層１００３は、ＩＤＴ電極１００３ａに接続されている第１の電極パッド層１００３ｂをさらに含む。第１の電極パッド層１００３ｂに、第２の電極パッド層１００４が積層されている。この第１の電極パッド層１００３ｂと、第２の電極パッド層１００４とが積層されている電極パッド部分上に、Ａｕバンプ１００５が接合されている。
【０００４】
弾性表面波装置の電極パッド上にＡｕバンプを超音波振動を用いて形成する際、あるいはＡｕバンプを介して弾性表面波装置を実装基板に超音波振動を用いて実装する際などに、電極パッドと圧電基板との密着性が十分でないため、電極パッドが圧電基板に剥離するおそれがあった。また、バンプから加わる力により、圧電基板にクラックが生じることもあった。このような問題を解決するために、第２の電極パッド層は３層構造となっている。
【０００５】
具体的には、最上層である第２の電極パッド層１００４が、Ａｕバンプとの接合性を確保するために、ＡｕまたはＡｌを主成分とする合金からなる電極層である。また、中間層として、密着性を高めるために、ＴｉまたはＮｉＣｒなどの密着層が形成されている。そして、第２の電極パッド層１００４の最下層には純度の高いＡｌやＡｌ−Ｃｕ合金等が用いられている。比較的硬度が低いＡｌは応力緩和層として機能する。
【０００６】
他方、下記の特許文献２や特許文献３には、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３からなる圧電基板を有する弾性表面波素子が開示されている。ここでは、ＩＤＴ電極を覆うように、ＳｉＯ２などからなる保護膜が形成されている。それによって、周波数温度係数ＴＣＦの改善、信頼性の向上、電気機械結合係数の最適化及びリップルの低減等が図られるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２６１５６０号公報
【特許文献２】特開２００６−１２１７４３号公報
【特許文献３】ＷＯ２００７／１２５７３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の構造では、上記積層構造の電極パッドを用いることにより、電極パッドの剥離や圧電基板のクラックが抑制されるとされている。しかしながら、上記のように、バンプとの接合性に優れた電極層と、応力緩和層や応力分散層として機能する電極層を積層しなければならなかった。そのため、電極パッド部分における電極層の形成工程が煩雑であり、かつコストが高くつくという問題があった。
【０００９】
また、特許文献２や特許文献３では、周波数温度特性の改善や信頼性を高めるためなどに、ＩＤＴを覆うように保護膜が形成されているが、この保護膜は、周波数温度特性の改善や信頼性を高める機能を有するものにすぎなかった。
【００１０】
本発明の目的は、フリップチップボンディング方式により、実装される弾性表面波装置であって、バンプから伝わる力を分散することができ、しかも電極構造の簡略化及び低コスト化を図ることができる弾性表面波装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る弾性表面波装置は、バンプを介して実装基板にフリップチップボンディング方式で実装される弾性表面波装置である。本発明に係る弾性表面波装置は、バンプと、第１及び第２の主面を有し、実装基板にバンプを介して接合される圧電基板と、前記圧電基板の第１の主面に形成されており、ＩＤＴ電極を含む第１の電極層と、前記第１の電極層に電気的に接続されており、前記バンプが接合される第２の電極層とを備える。さらに、本発明に係る弾性表面波装置は、前記第２の電極層のバンプが接合される部分を接合領域としたときに、該接合領域において、第２の電極層と圧電基板との間に設けられており、前記バンプよりも硬度が高い誘電体からなる誘電体層を備えている。
【００１２】
本発明に係る弾性表面波装置のある特定の局面では、前記圧電基板がへき開方向を有し、前記接合領域と接している部分において誘電体層が、へき開方向を有しないか、または前記圧電基板のへき開方向と異なるへき開方向を有する。この場合には、圧電基板のへき開を効果的に抑制することができる。
【００１３】
本発明に係る弾性表面波装置の他の特定の局面では、前記第２の電極層が、前記誘電体層の上面の前記接合領域から該誘電体層の側面を経て前記圧電基板上の第１の電極層側に向かって延び、かつ第１の電極層に接続されている。この場合には、バンプが接合される接合領域においては、誘電体層上に第２の電極層を形成するだけでよい。従って、製造工程のさらなる簡略化を図ることができる。
【００１４】
本発明に係る弾性表面波装置の他の特定の局面では、前記誘電体層が、前記第１の電極層の少なくとも一部を覆うように形成されており、該誘電体層が前記第１の電極層に重なり合っている部分に前記第１の電極層を露出させる開口部が形成されており、前記第２の電極層が、前記開口部に至っており、該開口部内において露出している前記第１の電極層に電気的に接続されている。この場合には、開口部を有する平坦な誘電体層を形成すればよい。圧電基板上の誘電体層の開口部の位置を変えることによって、配線の設計の自由度を上げることができる。また、ＩＤＴ電極を覆う誘電体層を形成する場合、該ＩＤＴ電極を覆う誘電体層と一体に上記接合領域に位置する誘電体層を形成することができる。すなわち、ＩＤＴ電極を覆う誘電体層部分により、信頼性の向上、周波数温度係数ＴＣＦの向上等を図り得る。
【００１５】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面では、前記第１の電極層と第２の電極層との間に形成されており、第１の電極層と第２の電極層との接合強度を高める密着層をさらに備える。この場合には、第１の電極層と第２の電極層との接合強度を効果的に高めることができる。
【００１６】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに別の特定の局面では、前記誘電体層の前記接合領域とは反対側の面が、前記圧電基板と直接接合されている。この場合には、接合領域において、誘電体層が圧電基板のみに接合している。そのため、接合強度が高められる。さらに、電極層に比べて断熱性に優れた誘電体層が圧電基板に接合されているため、バンプから圧電基板に伝わる熱量を小さくすることができる。
【００１７】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面では、前記バンプが、ＡｕまたはＡｕ合金からなり、前記誘電体層が、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ及びＳｉＮからなる群から選択された少なくとも１種の誘電体からなる。この場合には、ＡｕまたはＡｕ合金からなるバンプ形成時の力を、上記誘電体からなる誘電体層により効果的に分散させることができる。
【００１８】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面では、前記第１の電極層の上面がＡｌもしくはＡｕまたはこれらを主体とする合金からなり、前記第２の電極層の下面が、ＡｌもしくはＡｕまたはこれらを主体とする合金からなり、前記密着層が、前記第１の電極層に対する密着力が第２の電極層に対する密着力よりも高い材料からなる。この場合には、Ａｕからなるバンプを第１の電極層に強固に接合することができる。また、第１の電極層と第２の電極層とが密着層により強固に接合される。
【００１９】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに別の特定の局面では、前記密着層が、Ｔｉ、ＮｉＣｒ及びＣｒからなる群から選択された少なくとも１種の金属からなる。この場合には、第１の電極層と第２の電極層とを強固に接合することができる。
【００２０】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面では、前記密着層が、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間だけでなく、前記誘電体層の表面と、前記第２の電極層との間に至るように形成されている。この場合には、誘電体層と第２の電極層との接合強度も高めることができる。
【００２１】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに別の特定の局面では、前記第２の電極層の熱伝導率が、前記誘電体層の熱伝導率よりも高い。この場合には、誘電体層の断熱効果により、圧電基板に加わる熱量を少なくすることができる。
【００２２】
本発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、フリップチップボンディング方式により実装基板に実装される弾性表面波装置の製造方法であって、第１及び第２の主面を有する圧電基板を用意する工程と、前記圧電基板の第１の主面上にＩＤＴ電極を含む第１の電極層を形成する工程と、前記圧電基板の第１の主面上において、前記第１の電極層の一部を覆うように、前記バンプよりも硬度が高い誘電体からなる誘電体層を形成する工程と、前記第１の電極層に接続されるように、かつ前記誘電体層の上面に位置し、かつバンプが接合される接合領域に至るように、第２の電極層を形成する工程とを備える。
【００２３】
本発明に係る弾性表面波装置のある特定の局面では、前記誘電体層として、前記第１の電極層の一部を露出させる開口部を有する誘電体層を形成し、前記開口部内に露出している第１の電極層に前記第２の電極層を接続する。この場合には、第１の電極層形成後に、上記開口部を有する保護層を形成した後に、開口部内において第１の電極層と第２の電極層とを容易に接続することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る弾性表面波装置及びその製造方法によれば、第２の電極層のバンプが接合される部分である接合領域において、第２の電極層と圧電基板との間にバンプよりも硬度が高い誘電体からなる誘電体層が設けられているため、バンプ形成時や実装基板への実装時にバンプから伝わる力による圧電基板のクラックや接合領域における圧電基板と電極層との剥離を効果的に防止することができる。しかも、誘電体層を、製造工程の簡略化及びコストの低減を果すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波装置の模式的平面図及び（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る弾性表面波装置の模式的平面図及び（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る弾性表面波装置の模式的断面図である。
【図４】従来の弾性表面波装置を示す正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２７】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波装置の模式的平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００２８】
弾性表面波装置１は、圧電基板２を有する。圧電基板２は、適宜の圧電単結晶あるいは圧電セラミックスからなる。圧電単結晶としては、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３などを挙げることができる。本実施形態では、圧電基板２はＬｉＮｂＯ３からなる。
【００２９】
圧電基板２の第１の主面である上面に、ＩＤＴ電極３〜５及び反射器６，７を有する第１の電極層１１が形成されている。なお、圧電基板２の上面と対向する下面が第２の主面である。
【００３０】
また、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、ＩＤＴ電極４の両側に、誘電体層８，９が形成されている。誘電体層８，９は、ＩＤＴ電極４の一部を覆うように形成されている。すなわち、ＩＤＴ電極４の弾性表面波伝搬領域の外側に誘電体層８，９が形成されているが、誘電体層８，９の内側端部は、ＩＤＴ電極４の一部を被覆するように設けられている。より具体的には、誘電体層８を例にとると、誘電体層８の内側端８ａが、ＩＤＴ電極４の上面に位置するように誘電体層８が形成されている。また、内側端８ａから誘電体層８の上面８ｂに至る側面８ｃは、傾斜面とされている。すなわち、側面８ｃは、上方にいくにつれて外側に位置するように傾斜されている。誘電体層９も同様に構成されている。
【００３１】
なお、本発明では、硬度を測定対象にダイヤモンドの四角錐圧子を押し込んで窪みがついたときの荷重よって測定するヌープ硬度（ＩＳＯ ４５４６）の値が大きい場合を硬度が高い、値が小さい場合を硬度が低いと定義する。また、弾性表面波伝搬領域に近い側を内側、遠い側を外側とする。
【００３２】
上記誘電体層８，９は、後述のバンプ１３よりも硬度が高い適宜の誘電体材料からなる。このような誘電体材料としては、酸化ケイ素ＳｉＯ２、酸窒化ケイ素ＳｉＯＮ、窒化ケイ素ＳｉＮなどの少なくとも１種を挙げることができる。
【００３３】
第１の電極層１１は、適宜の金属材料により形成することができる。
【００３４】
第１の電極層１１に接続されるように、第２の電極層１２が形成されている。図１（ｂ）に示すように、誘電体層８が形成されている部分を例にとると、ＩＤＴ電極４の上面に第２の電極層１２の下端が接合されている。第２の電極層１２は、誘電体層８の側面８ｃ上に至り、さらに誘電体層８の上面８ｂに至っている。この誘電体層８の上面の内、破線Ｘで囲まれた領域の上方が、バンプ１３を接合する部分である。すなわち、第２の電極層１２の上記破線Ｘで囲まれている部分がバンプを接合する接合領域である。上記接合領域の面積より誘電体層８が第１の電極層１２または圧電基板２に接合する面積は大きいものとする。
【００３５】
第２の電極層１２は、適宜の金属により構成することができる。第２の電極層１２の好ましい電極材料については後述する。誘電体層８が形成されている部分を代表して説明したが、誘電体層９が形成されている部分においても、同様に第２の電極層１２が形成されている。また、ＩＤＴ電極３，５が形成されている部分においても、同様に誘電体層及び第２の電極層が形成されている。
【００３６】
本実施形態の弾性表面波装置１の特徴は、上記接合領域において、第２の電極層１２の下方に誘電体層８，９が位置していることにある。すなわち、バンプ１３が接合される部分において、第２の電極層１２と圧電基板２との間に誘電体層８，９が介在している。誘電体層８の硬度がバンプ１３の硬度よりも高いため、超音波振動を用いてバンプ１３を第２の電極層１２に接合する、またはバンプ１３を実装基板にフリップチップボンディング方式で接合する際に発生する力が、誘電体層８，９で分散される。つまり、力が誘電体層８，９で分散され、バンプ１３から圧電基板２に伝わる応力を軽減できる。そのため、圧電基板２のクラックを抑制することができる。加えて、第１の電極層１１は、接合領域外に位置しているため、第１の電極層１１の圧電基板２からの剥離も生じ難い。また、バンプ１３を形成する際の第２の電極層１２の誘電体層８，９からの剥離も生じ難い。
【００３７】
次に、弾性表面波装置１の製造方法を説明する。弾性表面波装置１の製造に際しては、先ず、圧電基板２を用意する。次に、圧電基板２上に、フォトリソグラフィー法などの周知の方法により、第１の電極層１１を形成する。次に、誘電体層８，９を蒸着もしくはスパッタリング法等により形成する。より具体的には、圧電基板２上に、第１の電極層の一部を露出させて誘電体膜を形成した後、パターニングすることにより、誘電体層８，９を形成することができる。しかる後、フォトリソグラフィー法により第1の電極層と接合するように第２の電極層１２の一部を形成する。従って、第２の電極層１２に煩雑な多層電極を形成する工程を用いることなく、安価に弾性表面波装置１を形成することができる。
【００３８】
なお、圧電基板２が圧電単結晶からなり、該圧電基板２がへき開方向を有する場合、接合領域に接している部分において、誘電体層８，９がへき開方向を有しないか、または圧電基板２のへき開方向と異なるへき開方向を有することが望ましい。その場合、バンプ形成、または弾性表面波装置１の実装時の力により、誘電体層８，９がへき開しないか、圧電基板２のへき開方向と異なる方向にへき開するため、誘電体層８，９と圧電基板２とのへき開方向が一致する場合のように、微小クラックが誘電体層８，９のへき開方向に沿って伸展して圧電基板２に達し、誘電体層８，９と同じ圧電基板２のへき開方向にクラック伸展することがなく、圧電基板２のクラック発生を効果的に抑制することができる。
【００３９】
図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る弾性表面波装置２１を示す平面図及び（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００４０】
第２の実施形態の弾性表面波装置２１では、第１の実施形態と同様に、圧電基板２上に第１の電極層１１が形成されている。第１の実施形態と同様の部分については、同一の参照番号を附することにより、第１の実施形態の説明を援用することとする。
【００４１】
第２の実施形態が第１の実施形態と異なるところは、誘電体層８，９に代えて、誘電体層２３，２４が形成されていることにある。誘電体層２４を例にとり代表して説明することとする。誘電体層２４は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮなどの誘電体材料からなる。このような誘電体材料は、バンプ１３よりも硬度が高い誘電体材料であることが必要である。それによって、第１の実施形態と同様に、バンプ形成時の力を分散させることができる。
【００４２】
もっとも、第２の実施形態では、誘電体層２４は、平坦な上面２４ａを有し、該上面２４ａから下方に貫くように開口部２４ｂが設けられている。開口部２４ｂは、下方に存在している第１の電極層１１を露出させるように設けられている。図２（ｂ）では、第１の電極層１１を構成しているＩＤＴ電極４が露出している。第２の電極層１２は、誘電体層２４の開口部２４ｂ内において第１の電極層１１に接続されている。
【００４３】
より具体的には、第２の電極層１２は、開口部２４ｂの内面を覆うように形成されている。また、第２の電極層１２は、誘電体層２４の上面２４ａにおいて、開口部２４ｂの周縁から外側に至るように形成されている。この外側に至っている部分は、前述した接合領域を含む。すなわち、第２の電極層１２の接合領域が、開口部２４ｂの外側に位置している。
【００４４】
本実施形態においても、バンプ１３の形成に際して加わる力が上記誘電体層２４により分散される。従って、バンプ形成時の応力による圧電基板２のクラックを抑制することができる。また、第１の電極層１１に、バンプ形成時の力がバンプ１３から直接加わらない。従って、第１の電極層１１の圧電基板２からの剥離も生じ難い。さらに、第１の電極層１１と第２の電極層１２の接合部分は、接合領域外に位置しているため、第１の電極層１１と第２の電極層１２との剥離も生じ難い。
【００４５】
このように、第１の電極層１１と第２の電極層１２との接合部分は、誘電体層２４に設けられた開口部２４ｂにおいて形成してもよい。
【００４６】
誘電体層２３側においても、同様にして第１の電極層１１と第２の電極層１２が接合されている。
【００４７】
本実施形態においても、開口部２４ｂを有する誘電体層２４を形成し、しかる後第２の電極層１２を形成すればよいだけであるため、製造工程の簡略化及びコストの低減を果し得る。
【００４８】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る弾性表面波装置を示す断面図である。第３の実施形態の弾性表面波装置３１では、第２の実施形態と同様に、開口部３２ｂを有する誘電体層３２が形成されている。もっとも、第３の実施形態が第２の実施形態と異なるところは、誘電体層３２が圧電基板２の全面を覆うように形成されていることにある。すなわち、誘電体層３２は、ＩＤＴ電極４をも被覆するように形成されている。なお、図３では、図示されていないが、他のＩＤＴ電極及び反射器をも被覆するように誘電体層３２が形成されている。従って、誘電体層３２により、ＩＤＴ電極４を保護することができる。
【００４９】
また、誘電体層３２としてＳｉＯ２などの正の周波数温度特性ＴＣＦを有する誘電体材料を用い、圧電基板２としてＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂＯ３などの負の周波数温度係数ＴＣＦを有する圧電単結晶を用いた場合、誘電体層３２と圧電基板２とが互いに周波数温度特性ＴＣＦを相殺する作用を得ることができる。従って、ＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂＯ３などの負の周波数温度係数ＴＣＦを有する圧電体により圧電基板２を形成し、正の周波数温度係数を有する誘電体材料により誘電体層３２を形成することにより、弾性表面波装置３１の周波数温度特性ＴＣＦを改善することができる。加えて、ＩＤＴ電極をも被覆するように誘電体層３２を形成することにより、膜を適正化することでリップルの低減を果すこともできる。
【００５０】
弾性表面波装置３１では、上記誘電体層３２が第１の電極層１１の全体を覆うように圧電基板２の全面に形成されていることを除いては、第２の実施形態と同様である。すなわち、第２の電極層１２は、開口部３２ｂ内において露出している第１の電極層１１に電気的に接続されている。また、第２の電極層１２は、誘電体層３２の上面３２ａにおいて、バンプ１３が接合される接合領域に至るように形成されている。よって、本実施形態においても、バンプ１３の接合に際しての力が誘電体層３２により分散して伝搬される。そのため、圧電基板２のクラックを抑制することができる。また、本実施形態においても、第２の実施形態と同様に、第１の電極層１１の圧電基板２からの剥離や、第１，第２の電極層１１，１２の接合部分の剥離も生じ難い。
【００５１】
加えて、本実施形態では、第２の電極層１２の下面に、密着層３３が形成されている。密着層３３は、ＮｉＣｒ、Ｔｉなどからなる。すなわち、第１の電極層１１と第２の電極層１２との接合強度を高め得る金属材料からなる。また、このような金属材料は、第２の電極層１２に比べ、誘電体層３２への密着性も高い。従って、本実施形態では、密着層３３の存在により、第２の電極層１２の誘電体層３２からのバンプ形成時の剥離も生じ難い。加えて、第１の電極層１１と第２の電極層１２との間の剥離もより一層生じ難い。
【００５２】
本実施形態では、誘電体層３２が第１の電極層１１の全体を覆っているので、ＴＣＦの向上やリップルの低減等を図り得る。
【００５３】
ここで、ＮｉＣｒやＴｉなどからなる密着層３３と、ＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂＯ３などからなる圧電基板２とが直接接合すると、ＮｉＣｒやＴｉがＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂＯ３に存在する酸素を還元する。従って、圧電基板２が変質する。この変質により圧電基板２の強度が低下して、圧電基板２にクラックが発生しやすくなる。
【００５４】
しかしながら、本実施形態では、密着層３３と圧電基板２との間にＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂＯ３に存在する酸素を還元させない第１の電極層１１または誘電体層３２が介在する。すなわち、第２の電極層１２の下面の密着層３３が第１の電極層１１と圧電基板２とだけに接合する。従って、このような圧電基板２の変質によるクラックが発生することがない。従来技術、例えば弾性表面波装置１００１のような実施形態であれば、第２の電極パッド層１００４の下面の密着層と圧電基板との直接接合を避けるため、密着層を第２の電極パッド層１００４の下面の一部のみに形成する必要がある。これに対して、本実施形態によれば、密着層３３を第２の電極層１２の下面の全面に形成したとしても、密着層３３と圧電基板２とが直接接合しないので好ましい。さらに、圧電基板２に接触させることなく第２の電極層１２と密着層３３とを同様の形状に形成できるため、密着層３３と第２の電極層１２とを共通した工法によって容易に形成できる。
【００５５】
上記弾性表面波装置３１の製造に際しては、第２の実施形態と同様に、圧電基板２上に第１の電極層１１及び誘電体層３２を形成する。すなわち、開口部３２ｂを有する誘電体層３２を全面に形成する。しかる後、密着層３３及び第２の電極層１２を形成すればよい。密着層３３の形成は、フォトリソグラフィー法などの周知の技術により行い得る。
【００５６】
次に、クラックの発生防止の効果を観察するため、具体的な実験例を説明するとともに、第１及び第２の電極層並びにバンプの好ましい材料の組み合わせについて説明する。
【００５７】
弾性表面波装置３１を作製した。圧電基板２としてＬｉＮｂＯ３を用いた。圧電基板２上に、後述の電極材料からなる第１の電極層１１をフォトリソグラフィー法によりＩＤＴを一体に形成した。しかる後、圧電基板２の全面にＳｉＯ２からなる誘電体層３２をＲＦスパッタリング法により成膜した。
【００５８】
次に、ドライエッチング法により誘電体層３２に開口部３２ｂを形成するとともに、真空蒸着及びリフトオフ方式により密着層３３を形成した。しかる後、密着層３３上に第２の電極層１２を形成した。さらに第２の電極層１２の接合領域上にＡｕからなるバンプをボールボンディング法により形成した。
【００５９】
弾性表面波素子はＡｕバンプを介して実装基板上にフリップチップ方式により超音波振動を用いて実装した。
【００６０】
上記弾性表面波素子の製造に際し、実施例１，２については、第１の電極層１１として、上記の圧電基板にＡｌ膜を５００ｎｍの厚みで形成した後、以下の膜厚の第２の電極層１２を用いた構造とした。なお、ＳｉＯ２からなる誘電体層３２の膜厚は５００ｎｍとした。
【００６１】
実施例１：Ａｌ／Ｔｉ／ＳｉＯ２構造。第２の電極層１２としてのＡｌ膜の厚み＝１０００ｎｍ、密着層としてのＴｉ膜の厚み＝２５０ｎｍとする。
【００６２】
実施例２：Ａｕ／Ｔｉ／ＳｉＯ２の電極構造。第２の電極層としてのＡｕ膜の厚み＝５００ｎｍ、Ｔｉ膜の厚み＝２５０ｎｍとする。
【００６３】
圧電基板は上記と同様とし、比較例１として圧電基板に密着層であるＴｉ膜を介して電極を形成した弾性表面波装置を、比較例２として圧電基板に応力緩和層として比較的膜厚の厚いＡｌ層を密着層Ｔｉを介して形成した。さらに比較例３として図４に示した従来の弾性表面波装置１００１を作製した。ただし、比較例３では圧電基板上にＩＤＴ電極を形成した後に、圧電基板上でＩＤＴ電極と隙間を設けて第１の電極層をＡｌ膜を形成し、さらにＡｌ膜上のみにＴｉ膜を形成し、ＩＤＴ電極と圧電基板とＴｉ膜とが導通するようにＡｕ膜を形成した。各層の厚みは以下の通りとした。なお、密着層であるＴｉ膜を介さず、圧電基板にＡｕ膜またはＡｌ膜を直接接合した構造では、超音波振動を用いたバンプ接合及び実装基板への実装時に、圧電基板からのＡｕ膜またはＡｌ膜の剥離が発生したため、後述の熱応力試験を実施しなかった。
【００６４】
比較例１：Ａｕ／Ｔｉ構造。電極層としてのＡｕ膜の厚み＝５００ｎｍ、密着層としてのＴｉ膜の厚み＝２５０ｎｍとする。
【００６５】
比較例２：Ａｌ／Ｔｉ構造。電極層かつ応力緩和層としてのＡｌ膜の厚み＝１０００ｎｍ、密着層としてのＴｉ膜の厚み＝２５０ｎｍとする。
【００６６】
比較例３：Ａｕ／Ｔｉ／Ａｌ構造。第２の電極層としてのＡｕ膜の厚み＝５００ｎｍ、Ｔｉ膜の厚み＝２５０ｎｍ、Ａｌ膜の厚み＝５００ｎｍとする。
【００６７】
弾性表面波装置のリフロー実装に相当する使用環境を再現するためと、クラックの観察を容易にするために、上記のようにして得た実施例１，２及び比較例１，２，３の条件ごとに１００個の弾性表面波装置を２７０℃の温度に昇温したオーブン内に設置して、弾性表面波装置が２７０℃になるまで加熱する。しかる後、オーブンから弾性表面波装置を取り出し、２５℃の室温に放置して弾性表面波装置が２５℃の温度になるまで冷却する熱応力試験を行った。熱応力試験の結果を下記の表１に示す。なお、表１の記号は熱応力試験において圧電基板にクラックが発生しなかった場合を○、クラックが発生した場合を×とした。
【００６８】
【表１】
【００６９】
表１から明らかなように、実施例１，２では、熱応力試験の結果、圧電基板の割れは認められなかった。これに対して、密着層であるＴｉ膜が圧電基板ＬｉＮｂＯ３と接触する構造である比較例１，２では、応力緩和層の有無によらず圧電基板のクラックが発生していた。また、比較例３では、圧電基板のクラックは生じていなかったが、Ａｌ膜とＡｕ膜との間にのみ形成した、Ａｌ膜及びＡｕ膜と形状が異なるＴｉ膜を形成するＡｕ／Ｔｉ／Ａｌの構造では、電極の形成工程が複雑となり、コストが高くつく。これに対して、実施例１，２の構造では、第１の電極層とＩＤＴ電極とを同時に形成でき、かつ共通のレジストあるいは共通のレジストパターンを用いて密着層であるＴｉ膜と第２の電極層であるＡｌ膜を同形状で厚みを変えて形成できるため、電極の形成工程が容易であるにもかかわらず、圧電基板２におけるクラックを防止することができ、コストを効果的に低減し得ることがわかる。
【符号の説明】
【００７０】
１…弾性表面波装置
２…圧電基板
３〜５…ＩＤＴ電極
６，７…反射器
８，９…誘電体層
８ａ…内側端
８ｂ…上面
８ｃ…側面
１１…第１の電極層
１２…第２の電極層
１３…バンプ
２１…弾性表面波装置
２３，２４…誘電体層
２４ａ…上面
２４ｂ…開口部
３１…弾性表面波装置
３２…誘電体層
３２ａ…上面
３２ｂ…開口部
３３…密着層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フリップチップボンディング方式により実装基板に実装される弾性表面波装置及びその製造方法に関し、より詳細には、バンプと接合される電極及び該電極周囲の構造が改良された弾性表面波装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、共振子や帯域フィルタとして弾性表面波装置が広く用いられている。また、弾性表面波装置及び弾性表面波装置が搭載される電子機器の小型化を図るために、フリップチップボンディング方式が広く用いられている。フリップチップボンディング方式では、弾性表面波素子がバンプを介して実装基板に搭載される。
【０００３】
下記の特許文献１には、フリップチップボンディング方式により実装される弾性表面波装置が開示されている。図４は特許文献１に記載の弾性表面波装置を示す正面断面図である。弾性表面波装置１００１は、圧電基板１００２を有する。圧電基板１００２上に、ＩＤＴ電極１００３ａを含む第１の電極層１００３が形成されている。第１の電極層１００３は、ＩＤＴ電極１００３ａに接続されている第１の電極パッド層１００３ｂをさらに含む。第１の電極パッド層１００３ｂに、第２の電極パッド層１００４が積層されている。この第１の電極パッド層１００３ｂと、第２の電極パッド層１００４とが積層されている電極パッド部分上に、Ａｕバンプ１００５が接合されている。
【０００４】
弾性表面波装置の電極パッド上にＡｕバンプを超音波振動を用いて形成する際、あるいはＡｕバンプを介して弾性表面波装置を実装基板に超音波振動を用いて実装する際などに、電極パッドと圧電基板との密着性が十分でないため、電極パッドが圧電基板に剥離するおそれがあった。また、バンプから加わる力により、圧電基板にクラックが生じることもあった。このような問題を解決するために、第２の電極パッド層は３層構造となっている。
【０００５】
具体的には、最上層である第２の電極パッド層１００４が、Ａｕバンプとの接合性を確保するために、ＡｕまたはＡｌを主成分とする合金からなる電極層である。また、中間層として、密着性を高めるために、ＴｉまたはＮｉＣｒなどの密着層が形成されている。そして、第２の電極パッド層１００４の最下層には純度の高いＡｌやＡｌ−Ｃｕ合金等が用いられている。比較的硬度が低いＡｌは応力緩和層として機能する。
【０００６】
他方、下記の特許文献２や特許文献３には、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３からなる圧電基板を有する弾性表面波素子が開示されている。ここでは、ＩＤＴ電極を覆うように、ＳｉＯ２などからなる保護膜が形成されている。それによって、周波数温度係数ＴＣＦの改善、信頼性の向上、電気機械結合係数の最適化及びリップルの低減等が図られるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２６１５６０号公報
【特許文献２】特開２００６−１２１７４３号公報
【特許文献３】ＷＯ２００７／１２５７３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の構造では、上記積層構造の電極パッドを用いることにより、電極パッドの剥離や圧電基板のクラックが抑制されるとされている。しかしながら、上記のように、バンプとの接合性に優れた電極層と、応力緩和層や応力分散層として機能する電極層を積層しなければならなかった。そのため、電極パッド部分における電極層の形成工程が煩雑であり、かつコストが高くつくという問題があった。
【０００９】
また、特許文献２や特許文献３では、周波数温度特性の改善や信頼性を高めるためなどに、ＩＤＴを覆うように保護膜が形成されているが、この保護膜は、周波数温度特性の改善や信頼性を高める機能を有するものにすぎなかった。
【００１０】
本発明の目的は、フリップチップボンディング方式により、実装される弾性表面波装置であって、バンプから伝わる力を分散することができ、しかも電極構造の簡略化及び低コスト化を図ることができる弾性表面波装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る弾性表面波装置は、バンプを介して実装基板にフリップチップボンディング方式で実装される弾性表面波装置である。本発明に係る弾性表面波装置は、バンプと、第１及び第２の主面を有し、実装基板にバンプを介して接合される圧電基板と、前記圧電基板の第１の主面に形成されており、ＩＤＴ電極を含む第１の電極層と、前記第１の電極層に電気的に接続されており、前記バンプが接合される第２の電極層とを備える。さらに、本発明に係る弾性表面波装置は、前記第２の電極層のバンプが接合される部分を接合領域としたときに、該接合領域において、第２の電極層と圧電基板との間に設けられており、前記バンプよりも硬度が高い誘電体からなる誘電体層を備えている。
【００１２】
本発明に係る弾性表面波装置のある特定の局面では、前記圧電基板がへき開方向を有し、前記接合領域と接している部分において誘電体層が、へき開方向を有しないか、または前記圧電基板のへき開方向と異なるへき開方向を有する。この場合には、圧電基板のへき開を効果的に抑制することができる。
【００１３】
本発明に係る弾性表面波装置の他の特定の局面では、前記第２の電極層が、前記誘電体層の上面の前記接合領域から該誘電体層の側面を経て前記圧電基板上の第１の電極層側に向かって延び、かつ第１の電極層に接続されている。この場合には、バンプが接合される接合領域においては、誘電体層上に第２の電極層を形成するだけでよい。従って、製造工程のさらなる簡略化を図ることができる。
【００１４】
本発明に係る弾性表面波装置の他の特定の局面では、前記誘電体層が、前記第１の電極層の少なくとも一部を覆うように形成されており、該誘電体層が前記第１の電極層に重なり合っている部分に前記第１の電極層を露出させる開口部が形成されており、前記第２の電極層が、前記開口部に至っており、該開口部内において露出している前記第１の電極層に電気的に接続されている。この場合には、開口部を有する平坦な誘電体層を形成すればよい。圧電基板上の誘電体層の開口部の位置を変えることによって、配線の設計の自由度を上げることができる。また、ＩＤＴ電極を覆う誘電体層を形成する場合、該ＩＤＴ電極を覆う誘電体層と一体に上記接合領域に位置する誘電体層を形成することができる。すなわち、ＩＤＴ電極を覆う誘電体層部分により、信頼性の向上、周波数温度係数ＴＣＦの向上等を図り得る。
【００１５】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面では、前記第１の電極層と第２の電極層との間に形成されており、第１の電極層と第２の電極層との接合強度を高める密着層をさらに備える。この場合には、第１の電極層と第２の電極層との接合強度を効果的に高めることができる。
【００１６】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに別の特定の局面では、前記誘電体層の前記接合領域とは反対側の面が、前記圧電基板と直接接合されている。この場合には、接合領域において、誘電体層が圧電基板のみに接合している。そのため、接合強度が高められる。さらに、電極層に比べて断熱性に優れた誘電体層が圧電基板に接合されているため、バンプから圧電基板に伝わる熱量を小さくすることができる。
【００１７】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面では、前記バンプが、ＡｕまたはＡｕ合金からなり、前記誘電体層が、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ及びＳｉＮからなる群から選択された少なくとも１種の誘電体からなる。この場合には、ＡｕまたはＡｕ合金からなるバンプ形成時の力を、上記誘電体からなる誘電体層により効果的に分散させることができる。
【００１８】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面では、前記第１の電極層の上面がＡｌもしくはＡｕまたはこれらを主体とする合金からなり、前記第２の電極層の下面が、ＡｌもしくはＡｕまたはこれらを主体とする合金からなり、前記密着層が、前記第１の電極層に対する密着力が第２の電極層に対する密着力よりも高い材料からなる。この場合には、Ａｕからなるバンプを第１の電極層に強固に接合することができる。また、第１の電極層と第２の電極層とが密着層により強固に接合される。
【００１９】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに別の特定の局面では、前記密着層が、Ｔｉ、ＮｉＣｒ及びＣｒからなる群から選択された少なくとも１種の金属からなる。この場合には、第１の電極層と第２の電極層とを強固に接合することができる。
【００２０】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面では、前記密着層が、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間だけでなく、前記誘電体層の表面と、前記第２の電極層との間に至るように形成されている。この場合には、誘電体層と第２の電極層との接合強度も高めることができる。
【００２１】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに別の特定の局面では、前記第２の電極層の熱伝導率が、前記誘電体層の熱伝導率よりも高い。この場合には、誘電体層の断熱効果により、圧電基板に加わる熱量を少なくすることができる。
【００２２】
本発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、フリップチップボンディング方式により実装基板に実装される弾性表面波装置の製造方法であって、第１及び第２の主面を有する圧電基板を用意する工程と、前記圧電基板の第１の主面上にＩＤＴ電極を含む第１の電極層を形成する工程と、前記圧電基板の第１の主面上において、前記第１の電極層の一部を覆うように、前記バンプよりも硬度が高い誘電体からなる誘電体層を形成する工程と、前記第１の電極層に接続されるように、かつ前記誘電体層の上面に位置し、かつバンプが接合される接合領域に至るように、第２の電極層を形成する工程とを備える。
【００２３】
本発明に係る弾性表面波装置のある特定の局面では、前記誘電体層として、前記第１の電極層の一部を露出させる開口部を有する誘電体層を形成し、前記開口部内に露出している第１の電極層に前記第２の電極層を接続する。この場合には、第１の電極層形成後に、上記開口部を有する保護層を形成した後に、開口部内において第１の電極層と第２の電極層とを容易に接続することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る弾性表面波装置及びその製造方法によれば、第２の電極層のバンプが接合される部分である接合領域において、第２の電極層と圧電基板との間にバンプよりも硬度が高い誘電体からなる誘電体層が設けられているため、バンプ形成時や実装基板への実装時にバンプから伝わる力による圧電基板のクラックや接合領域における圧電基板と電極層との剥離を効果的に防止することができる。しかも、誘電体層を、製造工程の簡略化及びコストの低減を果すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波装置の模式的平面図及び（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る弾性表面波装置の模式的平面図及び（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る弾性表面波装置の模式的断面図である。
【図４】従来の弾性表面波装置を示す正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２７】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波装置の模式的平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００２８】
弾性表面波装置１は、圧電基板２を有する。圧電基板２は、適宜の圧電単結晶あるいは圧電セラミックスからなる。圧電単結晶としては、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３などを挙げることができる。本実施形態では、圧電基板２はＬｉＮｂＯ３からなる。
【００２９】
圧電基板２の第１の主面である上面に、ＩＤＴ電極３〜５及び反射器６，７を有する第１の電極層１１が形成されている。なお、圧電基板２の上面と対向する下面が第２の主面である。
【００３０】
また、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、ＩＤＴ電極４の両側に、誘電体層８，９が形成されている。誘電体層８，９は、ＩＤＴ電極４の一部を覆うように形成されている。すなわち、ＩＤＴ電極４の弾性表面波伝搬領域の外側に誘電体層８，９が形成されているが、誘電体層８，９の内側端部は、ＩＤＴ電極４の一部を被覆するように設けられている。より具体的には、誘電体層８を例にとると、誘電体層８の内側端８ａが、ＩＤＴ電極４の上面に位置するように誘電体層８が形成されている。また、内側端８ａから誘電体層８の上面８ｂに至る側面８ｃは、傾斜面とされている。すなわち、側面８ｃは、上方にいくにつれて外側に位置するように傾斜されている。誘電体層９も同様に構成されている。
【００３１】
なお、本発明では、硬度を測定対象にダイヤモンドの四角錐圧子を押し込んで窪みがついたときの荷重よって測定するヌープ硬度（ＩＳＯ ４５４６）の値が大きい場合を硬度が高い、値が小さい場合を硬度が低いと定義する。また、弾性表面波伝搬領域に近い側を内側、遠い側を外側とする。
【００３２】
上記誘電体層８，９は、後述のバンプ１３よりも硬度が高い適宜の誘電体材料からなる。このような誘電体材料としては、酸化ケイ素ＳｉＯ２、酸窒化ケイ素ＳｉＯＮ、窒化ケイ素ＳｉＮなどの少なくとも１種を挙げることができる。
【００３３】
第１の電極層１１は、適宜の金属材料により形成することができる。
【００３４】
第１の電極層１１に接続されるように、第２の電極層１２が形成されている。図１（ｂ）に示すように、誘電体層８が形成されている部分を例にとると、ＩＤＴ電極４の上面に第２の電極層１２の下端が接合されている。第２の電極層１２は、誘電体層８の側面８ｃ上に至り、さらに誘電体層８の上面８ｂに至っている。この誘電体層８の上面の内、破線Ｘで囲まれた領域の上方が、バンプ１３を接合する部分である。すなわち、第２の電極層１２の上記破線Ｘで囲まれている部分がバンプを接合する接合領域である。上記接合領域の面積より誘電体層８が第１の電極層１２または圧電基板２に接合する面積は大きいものとする。
【００３５】
第２の電極層１２は、適宜の金属により構成することができる。第２の電極層１２の好ましい電極材料については後述する。誘電体層８が形成されている部分を代表して説明したが、誘電体層９が形成されている部分においても、同様に第２の電極層１２が形成されている。また、ＩＤＴ電極３，５が形成されている部分においても、同様に誘電体層及び第２の電極層が形成されている。
【００３６】
本実施形態の弾性表面波装置１の特徴は、上記接合領域において、第２の電極層１２の下方に誘電体層８，９が位置していることにある。すなわち、バンプ１３が接合される部分において、第２の電極層１２と圧電基板２との間に誘電体層８，９が介在している。誘電体層８の硬度がバンプ１３の硬度よりも高いため、超音波振動を用いてバンプ１３を第２の電極層１２に接合する、またはバンプ１３を実装基板にフリップチップボンディング方式で接合する際に発生する力が、誘電体層８，９で分散される。つまり、力が誘電体層８，９で分散され、バンプ１３から圧電基板２に伝わる応力を軽減できる。そのため、圧電基板２のクラックを抑制することができる。加えて、第１の電極層１１は、接合領域外に位置しているため、第１の電極層１１の圧電基板２からの剥離も生じ難い。また、バンプ１３を形成する際の第２の電極層１２の誘電体層８，９からの剥離も生じ難い。
【００３７】
次に、弾性表面波装置１の製造方法を説明する。弾性表面波装置１の製造に際しては、先ず、圧電基板２を用意する。次に、圧電基板２上に、フォトリソグラフィー法などの周知の方法により、第１の電極層１１を形成する。次に、誘電体層８，９を蒸着もしくはスパッタリング法等により形成する。より具体的には、圧電基板２上に、第１の電極層の一部を露出させて誘電体膜を形成した後、パターニングすることにより、誘電体層８，９を形成することができる。しかる後、フォトリソグラフィー法により第1の電極層と接合するように第２の電極層１２の一部を形成する。従って、第２の電極層１２に煩雑な多層電極を形成する工程を用いることなく、安価に弾性表面波装置１を形成することができる。
【００３８】
なお、圧電基板２が圧電単結晶からなり、該圧電基板２がへき開方向を有する場合、接合領域に接している部分において、誘電体層８，９がへき開方向を有しないか、または圧電基板２のへき開方向と異なるへき開方向を有することが望ましい。その場合、バンプ形成、または弾性表面波装置１の実装時の力により、誘電体層８，９がへき開しないか、圧電基板２のへき開方向と異なる方向にへき開するため、誘電体層８，９と圧電基板２とのへき開方向が一致する場合のように、微小クラックが誘電体層８，９のへき開方向に沿って伸展して圧電基板２に達し、誘電体層８，９と同じ圧電基板２のへき開方向にクラック伸展することがなく、圧電基板２のクラック発生を効果的に抑制することができる。
【００３９】
図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る弾性表面波装置２１を示す平面図及び（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００４０】
第２の実施形態の弾性表面波装置２１では、第１の実施形態と同様に、圧電基板２上に第１の電極層１１が形成されている。第１の実施形態と同様の部分については、同一の参照番号を附することにより、第１の実施形態の説明を援用することとする。
【００４１】
第２の実施形態が第１の実施形態と異なるところは、誘電体層８，９に代えて、誘電体層２３，２４が形成されていることにある。誘電体層２４を例にとり代表して説明することとする。誘電体層２４は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮなどの誘電体材料からなる。このような誘電体材料は、バンプ１３よりも硬度が高い誘電体材料であることが必要である。それによって、第１の実施形態と同様に、バンプ形成時の力を分散させることができる。
【００４２】
もっとも、第２の実施形態では、誘電体層２４は、平坦な上面２４ａを有し、該上面２４ａから下方に貫くように開口部２４ｂが設けられている。開口部２４ｂは、下方に存在している第１の電極層１１を露出させるように設けられている。図２（ｂ）では、第１の電極層１１を構成しているＩＤＴ電極４が露出している。第２の電極層１２は、誘電体層２４の開口部２４ｂ内において第１の電極層１１に接続されている。
【００４３】
より具体的には、第２の電極層１２は、開口部２４ｂの内面を覆うように形成されている。また、第２の電極層１２は、誘電体層２４の上面２４ａにおいて、開口部２４ｂの周縁から外側に至るように形成されている。この外側に至っている部分は、前述した接合領域を含む。すなわち、第２の電極層１２の接合領域が、開口部２４ｂの外側に位置している。
【００４４】
本実施形態においても、バンプ１３の形成に際して加わる力が上記誘電体層２４により分散される。従って、バンプ形成時の応力による圧電基板２のクラックを抑制することができる。また、第１の電極層１１に、バンプ形成時の力がバンプ１３から直接加わらない。従って、第１の電極層１１の圧電基板２からの剥離も生じ難い。さらに、第１の電極層１１と第２の電極層１２の接合部分は、接合領域外に位置しているため、第１の電極層１１と第２の電極層１２との剥離も生じ難い。
【００４５】
このように、第１の電極層１１と第２の電極層１２との接合部分は、誘電体層２４に設けられた開口部２４ｂにおいて形成してもよい。
【００４６】
誘電体層２３側においても、同様にして第１の電極層１１と第２の電極層１２が接合されている。
【００４７】
本実施形態においても、開口部２４ｂを有する誘電体層２４を形成し、しかる後第２の電極層１２を形成すればよいだけであるため、製造工程の簡略化及びコストの低減を果し得る。
【００４８】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る弾性表面波装置を示す断面図である。第３の実施形態の弾性表面波装置３１では、第２の実施形態と同様に、開口部３２ｂを有する誘電体層３２が形成されている。もっとも、第３の実施形態が第２の実施形態と異なるところは、誘電体層３２が圧電基板２の全面を覆うように形成されていることにある。すなわち、誘電体層３２は、ＩＤＴ電極４をも被覆するように形成されている。なお、図３では、図示されていないが、他のＩＤＴ電極及び反射器をも被覆するように誘電体層３２が形成されている。従って、誘電体層３２により、ＩＤＴ電極４を保護することができる。
【００４９】
また、誘電体層３２としてＳｉＯ２などの正の周波数温度特性ＴＣＦを有する誘電体材料を用い、圧電基板２としてＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂＯ３などの負の周波数温度係数ＴＣＦを有する圧電単結晶を用いた場合、誘電体層３２と圧電基板２とが互いに周波数温度特性ＴＣＦを相殺する作用を得ることができる。従って、ＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂＯ３などの負の周波数温度係数ＴＣＦを有する圧電体により圧電基板２を形成し、正の周波数温度係数を有する誘電体材料により誘電体層３２を形成することにより、弾性表面波装置３１の周波数温度特性ＴＣＦを改善することができる。加えて、ＩＤＴ電極をも被覆するように誘電体層３２を形成することにより、膜を適正化することでリップルの低減を果すこともできる。
【００５０】
弾性表面波装置３１では、上記誘電体層３２が第１の電極層１１の全体を覆うように圧電基板２の全面に形成されていることを除いては、第２の実施形態と同様である。すなわち、第２の電極層１２は、開口部３２ｂ内において露出している第１の電極層１１に電気的に接続されている。また、第２の電極層１２は、誘電体層３２の上面３２ａにおいて、バンプ１３が接合される接合領域に至るように形成されている。よって、本実施形態においても、バンプ１３の接合に際しての力が誘電体層３２により分散して伝搬される。そのため、圧電基板２のクラックを抑制することができる。また、本実施形態においても、第２の実施形態と同様に、第１の電極層１１の圧電基板２からの剥離や、第１，第２の電極層１１，１２の接合部分の剥離も生じ難い。
【００５１】
加えて、本実施形態では、第２の電極層１２の下面に、密着層３３が形成されている。密着層３３は、ＮｉＣｒ、Ｔｉなどからなる。すなわち、第１の電極層１１と第２の電極層１２との接合強度を高め得る金属材料からなる。また、このような金属材料は、第２の電極層１２に比べ、誘電体層３２への密着性も高い。従って、本実施形態では、密着層３３の存在により、第２の電極層１２の誘電体層３２からのバンプ形成時の剥離も生じ難い。加えて、第１の電極層１１と第２の電極層１２との間の剥離もより一層生じ難い。
【００５２】
本実施形態では、誘電体層３２が第１の電極層１１の全体を覆っているので、ＴＣＦの向上やリップルの低減等を図り得る。
【００５３】
ここで、ＮｉＣｒやＴｉなどからなる密着層３３と、ＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂＯ３などからなる圧電基板２とが直接接合すると、ＮｉＣｒやＴｉがＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂＯ３に存在する酸素を還元する。従って、圧電基板２が変質する。この変質により圧電基板２の強度が低下して、圧電基板２にクラックが発生しやすくなる。
【００５４】
しかしながら、本実施形態では、密着層３３と圧電基板２との間にＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂＯ３に存在する酸素を還元させない第１の電極層１１または誘電体層３２が介在する。すなわち、第２の電極層１２の下面の密着層３３が第１の電極層１１と圧電基板２とだけに接合する。従って、このような圧電基板２の変質によるクラックが発生することがない。従来技術、例えば弾性表面波装置１００１のような実施形態であれば、第２の電極パッド層１００４の下面の密着層と圧電基板との直接接合を避けるため、密着層を第２の電極パッド層１００４の下面の一部のみに形成する必要がある。これに対して、本実施形態によれば、密着層３３を第２の電極層１２の下面の全面に形成したとしても、密着層３３と圧電基板２とが直接接合しないので好ましい。さらに、圧電基板２に接触させることなく第２の電極層１２と密着層３３とを同様の形状に形成できるため、密着層３３と第２の電極層１２とを共通した工法によって容易に形成できる。
【００５５】
上記弾性表面波装置３１の製造に際しては、第２の実施形態と同様に、圧電基板２上に第１の電極層１１及び誘電体層３２を形成する。すなわち、開口部３２ｂを有する誘電体層３２を全面に形成する。しかる後、密着層３３及び第２の電極層１２を形成すればよい。密着層３３の形成は、フォトリソグラフィー法などの周知の技術により行い得る。
【００５６】
次に、クラックの発生防止の効果を観察するため、具体的な実験例を説明するとともに、第１及び第２の電極層並びにバンプの好ましい材料の組み合わせについて説明する。
【００５７】
弾性表面波装置３１を作製した。圧電基板２としてＬｉＮｂＯ３を用いた。圧電基板２上に、後述の電極材料からなる第１の電極層１１をフォトリソグラフィー法によりＩＤＴを一体に形成した。しかる後、圧電基板２の全面にＳｉＯ２からなる誘電体層３２をＲＦスパッタリング法により成膜した。
【００５８】
次に、ドライエッチング法により誘電体層３２に開口部３２ｂを形成するとともに、真空蒸着及びリフトオフ方式により密着層３３を形成した。しかる後、密着層３３上に第２の電極層１２を形成した。さらに第２の電極層１２の接合領域上にＡｕからなるバンプをボールボンディング法により形成した。
【００５９】
弾性表面波素子はＡｕバンプを介して実装基板上にフリップチップ方式により超音波振動を用いて実装した。
【００６０】
上記弾性表面波素子の製造に際し、実施例１，２については、第１の電極層１１として、上記の圧電基板にＡｌ膜を５００ｎｍの厚みで形成した後、以下の膜厚の第２の電極層１２を用いた構造とした。なお、ＳｉＯ２からなる誘電体層３２の膜厚は５００ｎｍとした。
【００６１】
実施例１：Ａｌ／Ｔｉ／ＳｉＯ２構造。第２の電極層１２としてのＡｌ膜の厚み＝１０００ｎｍ、密着層としてのＴｉ膜の厚み＝２５０ｎｍとする。
【００６２】
実施例２：Ａｕ／Ｔｉ／ＳｉＯ２の電極構造。第２の電極層としてのＡｕ膜の厚み＝５００ｎｍ、Ｔｉ膜の厚み＝２５０ｎｍとする。
【００６３】
圧電基板は上記と同様とし、比較例１として圧電基板に密着層であるＴｉ膜を介して電極を形成した弾性表面波装置を、比較例２として圧電基板に応力緩和層として比較的膜厚の厚いＡｌ層を密着層Ｔｉを介して形成した。さらに比較例３として図４に示した従来の弾性表面波装置１００１を作製した。ただし、比較例３では圧電基板上にＩＤＴ電極を形成した後に、圧電基板上でＩＤＴ電極と隙間を設けて第１の電極層をＡｌ膜を形成し、さらにＡｌ膜上のみにＴｉ膜を形成し、ＩＤＴ電極と圧電基板とＴｉ膜とが導通するようにＡｕ膜を形成した。各層の厚みは以下の通りとした。なお、密着層であるＴｉ膜を介さず、圧電基板にＡｕ膜またはＡｌ膜を直接接合した構造では、超音波振動を用いたバンプ接合及び実装基板への実装時に、圧電基板からのＡｕ膜またはＡｌ膜の剥離が発生したため、後述の熱応力試験を実施しなかった。
【００６４】
比較例１：Ａｕ／Ｔｉ構造。電極層としてのＡｕ膜の厚み＝５００ｎｍ、密着層としてのＴｉ膜の厚み＝２５０ｎｍとする。
【００６５】
比較例２：Ａｌ／Ｔｉ構造。電極層かつ応力緩和層としてのＡｌ膜の厚み＝１０００ｎｍ、密着層としてのＴｉ膜の厚み＝２５０ｎｍとする。
【００６６】
比較例３：Ａｕ／Ｔｉ／Ａｌ構造。第２の電極層としてのＡｕ膜の厚み＝５００ｎｍ、Ｔｉ膜の厚み＝２５０ｎｍ、Ａｌ膜の厚み＝５００ｎｍとする。
【００６７】
弾性表面波装置のリフロー実装に相当する使用環境を再現するためと、クラックの観察を容易にするために、上記のようにして得た実施例１，２及び比較例１，２，３の条件ごとに１００個の弾性表面波装置を２７０℃の温度に昇温したオーブン内に設置して、弾性表面波装置が２７０℃になるまで加熱する。しかる後、オーブンから弾性表面波装置を取り出し、２５℃の室温に放置して弾性表面波装置が２５℃の温度になるまで冷却する熱応力試験を行った。熱応力試験の結果を下記の表１に示す。なお、表１の記号は熱応力試験において圧電基板にクラックが発生しなかった場合を○、クラックが発生した場合を×とした。
【００６８】
【表１】
【００６９】
表１から明らかなように、実施例１，２では、熱応力試験の結果、圧電基板の割れは認められなかった。これに対して、密着層であるＴｉ膜が圧電基板ＬｉＮｂＯ３と接触する構造である比較例１，２では、応力緩和層の有無によらず圧電基板のクラックが発生していた。また、比較例３では、圧電基板のクラックは生じていなかったが、Ａｌ膜とＡｕ膜との間にのみ形成した、Ａｌ膜及びＡｕ膜と形状が異なるＴｉ膜を形成するＡｕ／Ｔｉ／Ａｌの構造では、電極の形成工程が複雑となり、コストが高くつく。これに対して、実施例１，２の構造では、第１の電極層とＩＤＴ電極とを同時に形成でき、かつ共通のレジストあるいは共通のレジストパターンを用いて密着層であるＴｉ膜と第２の電極層であるＡｌ膜を同形状で厚みを変えて形成できるため、電極の形成工程が容易であるにもかかわらず、圧電基板２におけるクラックを防止することができ、コストを効果的に低減し得ることがわかる。
【符号の説明】
【００７０】
１…弾性表面波装置
２…圧電基板
３〜５…ＩＤＴ電極
６，７…反射器
８，９…誘電体層
８ａ…内側端
８ｂ…上面
８ｃ…側面
１１…第１の電極層
１２…第２の電極層
１３…バンプ
２１…弾性表面波装置
２３，２４…誘電体層
２４ａ…上面
２４ｂ…開口部
３１…弾性表面波装置
３２…誘電体層
３２ａ…上面
３２ｂ…開口部
３３…密着層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンプを介して実装基板にフリップチップボンディング方式で実装される弾性表面波装置であって、
バンプと、
第１及び第２の主面を有し、実装基板に前記バンプを介して接合される圧電基板と、
前記圧電基板の第１の主面に形成されており、ＩＤＴ電極を含む第１の電極層と、
前記第１の電極層に電気的に接続されており、前記バンプが接合される第２の電極層と、
前記第２の電極層のバンプが接合される部分を接合領域としたときに、該接合領域において、第２の電極層と圧電基板との間に設けられており、前記バンプよりも硬度が高い誘電体からなる誘電体層とを備える、弾性表面波装置。
【請求項２】
前記圧電基板がへき開方向を有し、前記接合領域と接している部分において前記誘電体層が、へき開方向を有しないか、または前記圧電基板のへき開方向と異なるへき開方向を有する、請求項１に記載の弾性表面波装置。
【請求項３】
前記第２の電極層が、前記誘電体層の上面の前記接合領域から該誘電体層の側面を経て前記圧電基板上の第１の電極層側に向かって延び、かつ第１の電極層に接続されている、請求項１または２に記載の弾性表面波装置。
【請求項４】
前記誘電体層が、前記第１の電極層の少なくとも一部を覆うように形成されており、該誘電体層が前記第１の電極層に重なり合っている部分に前記第１の電極層を露出させる開口部が形成されており、
前記第２の電極層が、前記開口部に至っており、該開口部内において露出している前記第１の電極層に電気的に接続されている、請求項１または２に記載の弾性表面波装置。
【請求項５】
前記第１の電極層と第２の電極層との間に形成されており、第１の電極層と第２の電極層との接合強度を高める密着層をさらに備える、請求項３に記載の弾性表面波装置。
【請求項６】
前記誘電体層の前記接合領域とは反対側の面が、前記圧電基板と直接接合されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
【請求項７】
前記バンプが、ＡｕまたはＡｕ合金からなり、前記誘電体層が、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ及びＳｉＮからなる群から選択された少なくとも１種の誘電体からなる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
【請求項８】
前記第１の電極層の上面がＡｌもしくはＡｕまたはこれらを主体とする合金からなり、前記第２の電極層の下面が、ＡｌもしくはＡｕまたはこれらを主体とする合金からなり、前記密着層が、前記第１の電極層に対する密着力が第２の電極層に対する密着力よりも高い材料からなる、請求項５に記載の弾性表面波装置。
【請求項９】
前記密着層が、Ｔｉ、ＮｉＣｒ及びＣｒからなる群から選択された少なくとも１種の金属からなる、請求項８に記載の弾性表面波装置。
【請求項１０】
前記密着層が、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間だけでなく、前記誘電体層の表面と、前記第２の電極層との間に至るように形成されている、請求項８に記載の弾性表面波装置。
【請求項１１】
前記第２の電極層の熱伝導率が、前記誘電体層の熱伝導率よりも高い、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
【請求項１２】
フリップチップボンディング方式により実装基板に実装する弾性表面波装置の製造方法であって、
第１及び第２の主面を有する圧電基板を用意する工程と、
前記圧電基板の第１の主面上にＩＤＴ電極を含む第１の電極層を形成する工程と、
前記圧電基板の第１の主面上において、前記第１の電極層の一部を覆うように、前記バンプよりも硬度が高い誘電体からなる誘電体層を形成する工程と、
前記第１の電極層に接続されるように、かつ前記誘電体層の上面に位置し、かつバンプが接合される接合領域に至るように、第２の電極層を形成する工程とを備える、弾性表面波装置の製造方法。
【請求項１３】
前記誘電体層として、前記第１の電極層の一部を露出させる開口部を有する誘電体層を形成し、前記開口部内に露出している第１の電極層に前記第２の電極層を接続する、請求項１２に記載の弾性表面波装置の製造方法。
【請求項１】
バンプを介して実装基板にフリップチップボンディング方式で実装される弾性表面波装置であって、
バンプと、
第１及び第２の主面を有し、実装基板に前記バンプを介して接合される圧電基板と、
前記圧電基板の第１の主面に形成されており、ＩＤＴ電極を含む第１の電極層と、
前記第１の電極層に電気的に接続されており、前記バンプが接合される第２の電極層と、
前記第２の電極層のバンプが接合される部分を接合領域としたときに、該接合領域において、第２の電極層と圧電基板との間に設けられており、前記バンプよりも硬度が高い誘電体からなる誘電体層とを備える、弾性表面波装置。
【請求項２】
前記圧電基板がへき開方向を有し、前記接合領域と接している部分において前記誘電体層が、へき開方向を有しないか、または前記圧電基板のへき開方向と異なるへき開方向を有する、請求項１に記載の弾性表面波装置。
【請求項３】
前記第２の電極層が、前記誘電体層の上面の前記接合領域から該誘電体層の側面を経て前記圧電基板上の第１の電極層側に向かって延び、かつ第１の電極層に接続されている、請求項１または２に記載の弾性表面波装置。
【請求項４】
前記誘電体層が、前記第１の電極層の少なくとも一部を覆うように形成されており、該誘電体層が前記第１の電極層に重なり合っている部分に前記第１の電極層を露出させる開口部が形成されており、
前記第２の電極層が、前記開口部に至っており、該開口部内において露出している前記第１の電極層に電気的に接続されている、請求項１または２に記載の弾性表面波装置。
【請求項５】
前記第１の電極層と第２の電極層との間に形成されており、第１の電極層と第２の電極層との接合強度を高める密着層をさらに備える、請求項３に記載の弾性表面波装置。
【請求項６】
前記誘電体層の前記接合領域とは反対側の面が、前記圧電基板と直接接合されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
【請求項７】
前記バンプが、ＡｕまたはＡｕ合金からなり、前記誘電体層が、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ及びＳｉＮからなる群から選択された少なくとも１種の誘電体からなる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
【請求項８】
前記第１の電極層の上面がＡｌもしくはＡｕまたはこれらを主体とする合金からなり、前記第２の電極層の下面が、ＡｌもしくはＡｕまたはこれらを主体とする合金からなり、前記密着層が、前記第１の電極層に対する密着力が第２の電極層に対する密着力よりも高い材料からなる、請求項５に記載の弾性表面波装置。
【請求項９】
前記密着層が、Ｔｉ、ＮｉＣｒ及びＣｒからなる群から選択された少なくとも１種の金属からなる、請求項８に記載の弾性表面波装置。
【請求項１０】
前記密着層が、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間だけでなく、前記誘電体層の表面と、前記第２の電極層との間に至るように形成されている、請求項８に記載の弾性表面波装置。
【請求項１１】
前記第２の電極層の熱伝導率が、前記誘電体層の熱伝導率よりも高い、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
【請求項１２】
フリップチップボンディング方式により実装基板に実装する弾性表面波装置の製造方法であって、
第１及び第２の主面を有する圧電基板を用意する工程と、
前記圧電基板の第１の主面上にＩＤＴ電極を含む第１の電極層を形成する工程と、
前記圧電基板の第１の主面上において、前記第１の電極層の一部を覆うように、前記バンプよりも硬度が高い誘電体からなる誘電体層を形成する工程と、
前記第１の電極層に接続されるように、かつ前記誘電体層の上面に位置し、かつバンプが接合される接合領域に至るように、第２の電極層を形成する工程とを備える、弾性表面波装置の製造方法。
【請求項１３】
前記誘電体層として、前記第１の電極層の一部を露出させる開口部を有する誘電体層を形成し、前記開口部内に露出している第１の電極層に前記第２の電極層を接続する、請求項１２に記載の弾性表面波装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−６５９４０（Ｐ２０１３−６５９４０Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０２０２９（Ｐ２０１１−２０２０２９）
【出願日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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