弾性表面波装置
圧電基板が焦電性を復活しないようにした弾性表面波装置及び該装置の製造方法を提供する。 パッケージ２２内に収納される弾性表面波素子１０の圧電基板１２は、抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下である。パッド１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃと外部電極との間の電気的接続部分に用いるはんだ材２６とパッケージ２２とキャップ２３との間を封止する封止材２８との少なくとも一方の融点が３００℃以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）用途の弾性表面波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）は、広帯域、低ロス要求が強いため、圧電基板には電気機械結合係数の大きなタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）が利用されている。これらの圧電基板は焦電性を有するため、温度変化により発生した焦電荷が励振電極に蓄積すると、電極間で放電を起こして電極を破壊する。このような電極の焦電破壊を防ぐため、製造工程において、各電極を導体にて電気的に接続して同電位とし、放電を防止する方法が採用されている。この導体は後に除去される。そのため、製造工程は複雑である。また、最終的に各電極を電気的に切り離すため、その後においては、焦電による電極の破壊を防ぐことができない。さらに、弾性表面波フィルタを携帯端末などの基板に実装する工程での加熱により焦電荷が発生し、他の電子部品の故障原因となる可能性も懸念されていた。
【０００３】
ところで、特許文献１には、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムについて、表面電荷の蓄積は、結晶構造の調節により減少することが開示されている。
【特許文献１】特開平１１−９２１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような材料の圧電基板を用いると、焦電荷が蓄積しないので、電極の焦電破壊を防止することができ、焦電性が問題とならないと考えられる。したがって、各電極を電気的に接続するなどの焦電破壊対策のための工程も省略することができると考えられる。
【０００５】
しかし、実際には、焦電性が問題とならないはずの圧電基板であっても、圧電基板が焦電性を復活し、焦電荷による問題が発生することがある。
【０００６】
本発明は、かかる実情に鑑み、圧電基板が焦電性を復活しないようにした弾性表面波装置及び該装置の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、以下のように構成した弾性表面波装置を提供する。
【０００８】
弾性表面波装置は、圧電基板上に、少なくとも励振電極と該励振電極に接続されたパッドとを有する、弾性表面波素子と、外部に露出する外部電極を有し、前記パッドと前記外部電極との間が電気的に接続された状態で前記弾性表面波素子を収納するパッケージと、前記弾性表面波素子を覆い、前記パッケージとの間を封止材で封止されるキャップとを備える。前記圧電基板は、抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下である。前記封止材の融点が３００℃以下である。
【０００９】
上記構成において、圧電基板の抵抗率が１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下であれば、抵抗率が１．０×１０１５Ω・ｃｍ程度である従来の圧電基板に比べ、時定数が１／１００以下となり、焦電荷は１／１００以下の時間で消える。例えば、焦電荷が問題となるリフロー工程において、リフロー炉の温度は、通常、数時間かけて最高温度に達するので、昇温中に焦電荷が発生したとしても蓄積されない。したがって、圧電基板の焦電性が問題とならないようにすることができる。
【００１０】
一方、圧電基板の抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上であれば、寄生抵抗が約１．０×１０７Ω以上となり、例えばＲＦ用弾性表面波フィルタのインピーダンスである５０Ω〜数百Ωと比較しても５桁以上大きいので、挿入損失に全く影響しない。したがって、弾性表面波装置の電気的特性の劣化は生じない。
【００１１】
ところで、抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下であり焦電性が問題とならないはずの圧電基板であっても、高温になると焦電性を回復するという性質があり、約３５０℃を越えると、圧電基板は急激に焦電性を回復することが分かった。はんだ材や封止材に、融点が３００℃を越える従来の一般的なはんだを用いると、製造工程中に圧電基板が高温となって焦電性を回復し、問題を引き起こす。
【００１２】
上記構成のように、封止材の融点を３００℃以下にすれば、製造工程中において、急激に焦電性を回復する温度（約３５０℃）よりも圧電基板の温度を低くして、圧電基板の焦電性の回復を防止することができる。
【００１３】
好ましくは、前記パッドと前記外部電極との間の電気的接続部分にはんだ材を含み、該はんだ材の融点が３００℃以下である。
【００１４】
上記構成のように、はんだ材の融点を３００℃以下にすれば、製造工程中において、急激に焦電性を回復する温度（約３５０℃）よりも圧電基板の温度を低くして、圧電基板の焦電性の回復を防止することができる。
【００１５】
好ましくは、前記封止材と前記はんだ材の少なくとも一方は、ＡｇＳｎ合金又はＡｕＳｎ合金からなる。
【００１６】
ＡｇＳｎ合金又はＡｕＳｎ合金は、３００℃以下の融点とすることが容易である。また、環境問題から使用が規制されつつあるＰｂを、含まないようにすることができる。
【００１７】
好ましくは、前記圧電基板は、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３からなる。
【００１８】
ＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂＯ３は、例えば酸素還元処理により、圧電性を保ったまま、抵抗率を１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下にすることができる。
【００１９】
また、本発明は、上記課題を解決するために、以下の構成の弾性表面波装置の製造方法を提供する。
【００２０】
弾性表面波装置の製造方法は、圧電基板上に、少なくとも励振電極と該励振電極に接続されたパッドとを有する、弾性表面波素子と、外部に露出する外部電極を有し前記弾性表面波素子を収納するパッケージとを備え、前記パッドと前記外部電極との間を電気的に接続する工程と、前記パッケージをキャップで封止する工程とを備えた、タイプのものである。前記圧電基板は、抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下である。前記パッドと前記外部電極との間を電気的に接続する工程、または前記パッケージを前記キャップで封止する工程は、不活性ガスの雰囲気で行われる。
【００２１】
抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下の焦電性が問題とならないはずの圧電基板が焦電性を回復するのは、空気中の酸素と加熱とによる圧電基板の再酸化が原因であることが分かった。
【００２２】
上記構成のように、不活性ガスの雰囲気において、弾性表面波素子のパッドの接続とパッケージの封止とを行えば、圧電基板の温度が高くなっても、圧電基板は焦電性を回復しない。そのため、パッドと外部電極との間の電気的接続部分のはんだ材や、パッケージとキャップとの間を封止する封止材の融点を、特に低くする必要はない。例えば、融点が３００℃を越える一般的なはんだなどであっても、はんだ材や封止材に用いることができる。
【００２３】
また、弾性表面波装置内に収納された弾性表面波素子が不活性ガスの雰囲気に保たれるため、弾性表面波装置を携帯端末などのプリント基板に実装するとき、リフロー工程において高温となっても、弾性表面波素子は焦電性を回復することはない。したがって、弾性表面波装置は、実装するときに厳しい温度管理が必要ないので、実装が容易である。
【００２４】
好ましくは、前記不活性ガスは、Ｎ２である。
【００２５】
Ｎ２は、他の不活性ガスに比べ、低コストであり、入手も容易である。
【００２６】
好ましくは、前記パッドと前記外部電極との接続方法が、超音波振動及び熱を加えるＡｕバンプ接合であり、前記加熱温度が３００℃以下である。
【００２７】
パッドと外部電極との間を電気的に接続する工程において、急激に焦電性を回復する温度（約３５０℃）よりも圧電基板の温度を低くすることができるので、不活性ガスの雰囲気でなくても、圧電基板の焦電性の回復を防止することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の弾性表面波装置及び該装置の製造方法によれば、圧電基板が焦電性を復活しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
［図１］弾性表面波素子を模式的に示した外観図である。（実施例）
［図２］弾性表面波装置の構成を示す断面図である。（実施例）
［図３］弾性表面波装置の構成を示す断面図である。（変形例）
［図４］圧電基板の温度と誘起電圧との関係を示すグラフである。（実施例、従来例）
【符号の説明】
【００３０】
１０，１０ｘ 弾性表面波素子
１２，１２ｘ 圧電基板
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｘ パッド
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｘ 励振電極
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｘ パッド
２２ パッケージ
２４ キャップ
２６ バンプ（はんだ材）
２８ 封止材
３２ パッケージ
３４ キャップ
３８ 封止材
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、実施例を図１〜図４を参照しながら説明する。
【００３２】
図１の外観図に示すように、弾性表面波素子１０は、圧電基板１２の片面に、櫛型（又はすだれ状）の励振電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃと、反射器１４，１８と、励振電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃにそれぞれ接続されたボンディングパッド１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃとが配置されている。
【００３３】
圧電基板１２には、酸素還元処理されたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）を用いる。このような圧電基板１０は、還元処理により、圧電性を保ったまま抵抗率を１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下に下げることができ、焦電荷の蓄積を防止することができる。
【００３４】
圧電基板１２の抵抗率は、１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下とする。
【００３５】
圧電基板１２の抵抗率が１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下であれば、抵抗率が１．０×１０１５Ω・ｃｍ程度である従来の圧電基板に比べ、時定数が１／１００以下となり、焦電荷は１／１００以下の時間で消える。例えば、焦電荷が問題となるはんだリフロー工程において、リフロー炉の温度は、通常、数時間かけて最高温度に達するので、昇温中に焦電荷が発生したとしても蓄積されない。したがって、圧電基板の焦電性が問題とならないようにすることができる。
【００３６】
一方、圧電基板１２の抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上であれば、寄生抵抗が約１．０×１０７Ω以上となり、例えばＲＦ用弾性表面波フィルタのインピーダンスである５０Ω〜数百Ωと比較しても５桁以上大きいので、挿入損失に全く影響しない。したがって、弾性表面波装置の電気的特性の劣化は生じない。
【００３７】
なお、圧電基板１２の抵抗率は、圧電基板１２の表裏に測定用の電極パッドを付け、その電極パッド間の抵抗値を測定し、その結果に基づいて算出した値をいう（ＪＩＳ Ｃ ２１４１）。つまり、厚み方向の抵抗率を見ていることになる。以下においても、同じである。
【００３８】
図２に示すように、弾性表面波素子１０は、外部に露出する外部電極（図示せず）を有するパッケージ２２の中空空間２３内に収納し、フリップチップボンディングする。すなわち、ボンディングパッド１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃを、対応するパッケージ２２側のバンプ２６に直接対向するように、弾性表面波素子１０の位置を合わせ、熱及び圧力を加えることにより、接合する。バンプ２６は、外部電極（図示せず）と電気的に接続されているので、ボンディングパッド１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、バンプ２６を介して外部電極（図示せず）と電気的に接続された状態となる。
【００３９】
バンプ２６は、３００℃以下で接続可能なはんだ材であり、例えばＡｇＳｎ合金又はＡｕＳｎ合金などである。ただし、Ａｕなどであっても、３００℃以下の加熱において、超音波振動と加重を印加することでＡｕバンプを接合させることができる。
【００４０】
フリップチップボンディング後、パッケージ２２にキャップ２４をかぶせて、弾性表面波素子１０を覆い、パッケージ２２とキャップ２４との間を、封止材２８で封止する。封止材２８は、例えば、パッケージ２２又はキャップ２４に予め配置しておき、キャップ２４をパッケージ２２に重ねた状態で加熱して溶融することにより、パッケージ２２とキャップ２４との間を封止する。
【００４１】
封止材２８には、融点が３００℃以下であるもの、例えばＡｇＳｎ合金又はＡｕＳｎ合金など、従来の一般的に用いられるはんだに比べ、融点が低いものを用いる。
【００４２】
例えば、バンプ２６や封止材２８には、９６．５重量％のＳｎと３．５重量％のＡｇとからなるＡｇＳｎ合金を用いる。このＡｇＳｎ合金は、融点が２２１℃で、共晶組成である。融点が３００℃以下のものであれば、その他の組成のＡｇＳｎ合金やＡｕＳｎ合金であってもよい。
【００４３】
融点が３００℃以下であれば、従来のＰｂを主成分とするはんだも使用可能である。もっとも、環境への影響から、Ｐｂを含まないようにすることが、好ましい。
【００４４】
バンプ２６や封止材２８の融点を従来よりも下げることにより、弾性表面波素子１０をフリップチップボンディングするときの温度や、封止材２８でキャップ２４とパッケージ２２の間を封止するときの温度を、３００℃前後まで又はそれ以下に低くすることができる。これにより、圧電基板１２の温度上昇を抑えることができるので、圧電基板１２が焦電性を復活しないようにすることができる。これについては、詳しくは後述する。
【００４５】
次に、弾性表面波素子をワイヤボンディングによって接合した変形例について、図３を参照しながら説明する。
【００４６】
図３に示すように、弾性表面波素子１０ｘは、前述の弾性表面波素子１０と略同様に構成され、圧電基板１２ｘの片面に、櫛型（又はすだれ状）の励振電極１６ｘや、励振電極１６ｘに接続されたパッド１５ｘ，１７ｘなどが配置されている。圧電基板１２ｘの抵抗率は１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下であり、焦電荷の蓄積を防止することができる。
【００４７】
弾性表面波素子１０ｘは、チップ固定材３５によりパッケージ３２の中空空間３３内に固定し、ワイヤボンディングする。すなわち、弾性表面波素子１０ｘの接続電極１５ｘ，１７ｘとパッケージ３２側の端子（図示せず）との間を、ボンディングワイヤ３７で接続する。接続するボンディングワイヤ３７の端部を加圧し、超音波振動又は熱を加え、あるいはその両方により、接合する。
【００４８】
弾性表面波素子１０ｘをパッケージ３２に収納し、ワイヤボンディングした後、パッケージ３２にキャップ３４をかぶせ、封止材３８で封止する。封止材３８は、融点が３００℃以下であるもの、例えばＡｇＳｎ合金又はＡｕＳｎ合金を用いる。
【００４９】
バンプ２６や封止材２８、あるいは封止材３８の融点が３００℃以下であれば、圧電基板１２，１２ｘの温度上昇を抑えることにより、焦電性の復活を防止することができる。これについて、図４を参照しながら、説明する。
【００５０】
図４は、１時間のアニール処理後に圧電基板のウエハ表面に誘起した電位を測定した結果を示す。横軸はアニール処理温度、縦軸は誘起電圧である。図中、「従来例」は、還元処理をしていない従来の一般的なタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）圧電基板を空気中で熱処理した場合を示す。「空気中」は、本実施例の還元処理したタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）圧電基板を空気中で熱処理した場合を示す。「窒素雰囲気」は、本実施例の還元処理したタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）圧電基板を、窒素（Ｎ２）の雰囲気で熱処理した場合を示す。ウエハ表面に誘起した電位は、圧電基板の焦電性によるものであり、誘起電圧の値が大きいほど、電極の焦電破壊などが起こりやすい。
【００５１】
図４から、還元処理した圧電基板であっても、空気中でアニール処理すると焦電性が復活してしまい、アニール処理温度が約３５０℃以上になると急激に焦電性が復活することが分かる。５００℃では、もともと焦電性をもつ圧電基板とほぼ同レベルの電位となり、完全に焦電性が回復してしまうことが分かる。これは、空気中の酸素と熱とにより、圧電基板の再酸化が進むためである。窒素雰囲気のアニール処理では、圧電基板は焦電性をほとんど復活しない。
【００５２】
弾性表面波装置の製造には、加熱を要する製造工程がいくつか存在するので、還元処理した圧電基板を用いる場合には、加熱温度は低く、酸素は少なく保つと、焦電性の復活を防止できる。
【００５３】
封止は、金属のキャップを溶接する方法と、はんだ接合が一般的である。溶接では、局所的に温度が１０００℃近くになるため、製品内部も高温となる。これに対し、はんだ接合では、はんだの融点の３５０℃程度の加熱で封止が可能であるため、圧電基板の再酸化防止としては、はんだ接合が効果的である。
【００５４】
その場合でも、温度が３５０℃を超えると、圧電基板の焦電性は急激に復活する。封止材に融点の低いＡｇＳｎ合金やＡｕＳｎ合金などを用いれば、封止温度は３００℃前後まで、又はそれ以下に低くできるので、圧電基板の焦電性復活の防止に効果的である。
【００５５】
ところで、従来、弾性表面波素子をフリップチップボンディングにより接合する場合、バンプのはんだ材や、パッケージとキャップとの間を封止する封止材には、融点が高い高温はんだを用いている。その理由は、弾性表面波装置をプリント基板に実装するときに、バンプのはんだ材や封止材の再溶融が発生しないように、バンプのはんだ材や封止材の融点は、プリント基板に実装するために用いるはんだの融点より高くする必要があったからである。
【００５６】
従来のはんだ封止する工程では、Ｐｂを主成分とする高温はんだが用いられ、封止リフロー炉の温度条件はピーク温度が３３０℃〜３６０℃に設定されていた。従来の高温はんだの例としては、Ｐｂが８２重量％、Ｓｎが１２重量％、Ａｇが１重量％、Ｓｂが５重量％のものがあり、このはんだは固相線が２３８℃、液相が２６５℃である。固相線以下では固体、固相線と液相線の間では固液が共存している。
【００５７】
本実施例では、バンプのはんだ材あるいは封止材のはんだとして、従来のはんだより相対的に融点の低いものを使用しているため、プリント基板実装においては、それより融点の低い低温はんだによる実装、あるいは導電ペイントによる実装が必要となる。
【００５８】
次に、第２実施例の弾性表面波装置について、説明する。
【００５９】
第２実施例の弾性表面波装置は、第１実施例の弾性表面波装置と略同様に構成され、以下では相違点について説明する。
【００６０】
第２実施例の弾性表面波装置は、窒素雰囲気で、弾性表面波素子をパッケージにフリップチップボンディング又はワイヤボンディングし、パッケージの封止を行う。これにより、弾性表面波装置のパッケージ内が窒素で満たされ、弾性表面波素子が窒素雰囲気に保たれる。
【００６１】
図４からも明らかであるように、窒素雰囲気であれば、加熱温度が高くなっても、圧電基板の焦電性復活防止に効果がある。したがって、バンプのはんだ材や封止材の融点は、３００℃以下に限定しなくてもよい。
【００６２】
基板を数時間高温にさらすようなプロセスでは、窒素雰囲気とすることが、圧電基板の焦電性復活防止に非常に効果的である。したがって、本実施例の弾性表面波装置を携帯端末などのプリント基板に実装するとき、リフロー工程で高温になっても、圧電基板は焦電性を復活しない。そのため、弾性表面波装置の焦電荷が他の部品の故障原因となるような不具合を防止することができる。
【００６３】
なお、本発明の弾性表面波装置は、上記各実施例に限定されるものではなく種々の変更を加えて実施することができる。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）用途の弾性表面波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）は、広帯域、低ロス要求が強いため、圧電基板には電気機械結合係数の大きなタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）が利用されている。これらの圧電基板は焦電性を有するため、温度変化により発生した焦電荷が励振電極に蓄積すると、電極間で放電を起こして電極を破壊する。このような電極の焦電破壊を防ぐため、製造工程において、各電極を導体にて電気的に接続して同電位とし、放電を防止する方法が採用されている。この導体は後に除去される。そのため、製造工程は複雑である。また、最終的に各電極を電気的に切り離すため、その後においては、焦電による電極の破壊を防ぐことができない。さらに、弾性表面波フィルタを携帯端末などの基板に実装する工程での加熱により焦電荷が発生し、他の電子部品の故障原因となる可能性も懸念されていた。
【０００３】
ところで、特許文献１には、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムについて、表面電荷の蓄積は、結晶構造の調節により減少することが開示されている。
【特許文献１】特開平１１−９２１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような材料の圧電基板を用いると、焦電荷が蓄積しないので、電極の焦電破壊を防止することができ、焦電性が問題とならないと考えられる。したがって、各電極を電気的に接続するなどの焦電破壊対策のための工程も省略することができると考えられる。
【０００５】
しかし、実際には、焦電性が問題とならないはずの圧電基板であっても、圧電基板が焦電性を復活し、焦電荷による問題が発生することがある。
【０００６】
本発明は、かかる実情に鑑み、圧電基板が焦電性を復活しないようにした弾性表面波装置及び該装置の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、以下のように構成した弾性表面波装置を提供する。
【０００８】
弾性表面波装置は、圧電基板上に、少なくとも励振電極と該励振電極に接続されたパッドとを有する、弾性表面波素子と、外部に露出する外部電極を有し、前記パッドと前記外部電極との間が電気的に接続された状態で前記弾性表面波素子を収納するパッケージと、前記弾性表面波素子を覆い、前記パッケージとの間を封止材で封止されるキャップとを備える。前記圧電基板は、抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下である。前記封止材の融点が３００℃以下である。
【０００９】
上記構成において、圧電基板の抵抗率が１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下であれば、抵抗率が１．０×１０１５Ω・ｃｍ程度である従来の圧電基板に比べ、時定数が１／１００以下となり、焦電荷は１／１００以下の時間で消える。例えば、焦電荷が問題となるリフロー工程において、リフロー炉の温度は、通常、数時間かけて最高温度に達するので、昇温中に焦電荷が発生したとしても蓄積されない。したがって、圧電基板の焦電性が問題とならないようにすることができる。
【００１０】
一方、圧電基板の抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上であれば、寄生抵抗が約１．０×１０７Ω以上となり、例えばＲＦ用弾性表面波フィルタのインピーダンスである５０Ω〜数百Ωと比較しても５桁以上大きいので、挿入損失に全く影響しない。したがって、弾性表面波装置の電気的特性の劣化は生じない。
【００１１】
ところで、抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下であり焦電性が問題とならないはずの圧電基板であっても、高温になると焦電性を回復するという性質があり、約３５０℃を越えると、圧電基板は急激に焦電性を回復することが分かった。はんだ材や封止材に、融点が３００℃を越える従来の一般的なはんだを用いると、製造工程中に圧電基板が高温となって焦電性を回復し、問題を引き起こす。
【００１２】
上記構成のように、封止材の融点を３００℃以下にすれば、製造工程中において、急激に焦電性を回復する温度（約３５０℃）よりも圧電基板の温度を低くして、圧電基板の焦電性の回復を防止することができる。
【００１３】
好ましくは、前記パッドと前記外部電極との間の電気的接続部分にはんだ材を含み、該はんだ材の融点が３００℃以下である。
【００１４】
上記構成のように、はんだ材の融点を３００℃以下にすれば、製造工程中において、急激に焦電性を回復する温度（約３５０℃）よりも圧電基板の温度を低くして、圧電基板の焦電性の回復を防止することができる。
【００１５】
好ましくは、前記封止材と前記はんだ材の少なくとも一方は、ＡｇＳｎ合金又はＡｕＳｎ合金からなる。
【００１６】
ＡｇＳｎ合金又はＡｕＳｎ合金は、３００℃以下の融点とすることが容易である。また、環境問題から使用が規制されつつあるＰｂを、含まないようにすることができる。
【００１７】
好ましくは、前記圧電基板は、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３からなる。
【００１８】
ＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂＯ３は、例えば酸素還元処理により、圧電性を保ったまま、抵抗率を１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下にすることができる。
【００１９】
また、本発明は、上記課題を解決するために、以下の構成の弾性表面波装置の製造方法を提供する。
【００２０】
弾性表面波装置の製造方法は、圧電基板上に、少なくとも励振電極と該励振電極に接続されたパッドとを有する、弾性表面波素子と、外部に露出する外部電極を有し前記弾性表面波素子を収納するパッケージとを備え、前記パッドと前記外部電極との間を電気的に接続する工程と、前記パッケージをキャップで封止する工程とを備えた、タイプのものである。前記圧電基板は、抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下である。前記パッドと前記外部電極との間を電気的に接続する工程、または前記パッケージを前記キャップで封止する工程は、不活性ガスの雰囲気で行われる。
【００２１】
抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下の焦電性が問題とならないはずの圧電基板が焦電性を回復するのは、空気中の酸素と加熱とによる圧電基板の再酸化が原因であることが分かった。
【００２２】
上記構成のように、不活性ガスの雰囲気において、弾性表面波素子のパッドの接続とパッケージの封止とを行えば、圧電基板の温度が高くなっても、圧電基板は焦電性を回復しない。そのため、パッドと外部電極との間の電気的接続部分のはんだ材や、パッケージとキャップとの間を封止する封止材の融点を、特に低くする必要はない。例えば、融点が３００℃を越える一般的なはんだなどであっても、はんだ材や封止材に用いることができる。
【００２３】
また、弾性表面波装置内に収納された弾性表面波素子が不活性ガスの雰囲気に保たれるため、弾性表面波装置を携帯端末などのプリント基板に実装するとき、リフロー工程において高温となっても、弾性表面波素子は焦電性を回復することはない。したがって、弾性表面波装置は、実装するときに厳しい温度管理が必要ないので、実装が容易である。
【００２４】
好ましくは、前記不活性ガスは、Ｎ２である。
【００２５】
Ｎ２は、他の不活性ガスに比べ、低コストであり、入手も容易である。
【００２６】
好ましくは、前記パッドと前記外部電極との接続方法が、超音波振動及び熱を加えるＡｕバンプ接合であり、前記加熱温度が３００℃以下である。
【００２７】
パッドと外部電極との間を電気的に接続する工程において、急激に焦電性を回復する温度（約３５０℃）よりも圧電基板の温度を低くすることができるので、不活性ガスの雰囲気でなくても、圧電基板の焦電性の回復を防止することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の弾性表面波装置及び該装置の製造方法によれば、圧電基板が焦電性を復活しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
［図１］弾性表面波素子を模式的に示した外観図である。（実施例）
［図２］弾性表面波装置の構成を示す断面図である。（実施例）
［図３］弾性表面波装置の構成を示す断面図である。（変形例）
［図４］圧電基板の温度と誘起電圧との関係を示すグラフである。（実施例、従来例）
【符号の説明】
【００３０】
１０，１０ｘ 弾性表面波素子
１２，１２ｘ 圧電基板
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｘ パッド
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｘ 励振電極
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｘ パッド
２２ パッケージ
２４ キャップ
２６ バンプ（はんだ材）
２８ 封止材
３２ パッケージ
３４ キャップ
３８ 封止材
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、実施例を図１〜図４を参照しながら説明する。
【００３２】
図１の外観図に示すように、弾性表面波素子１０は、圧電基板１２の片面に、櫛型（又はすだれ状）の励振電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃと、反射器１４，１８と、励振電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃにそれぞれ接続されたボンディングパッド１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃとが配置されている。
【００３３】
圧電基板１２には、酸素還元処理されたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）を用いる。このような圧電基板１０は、還元処理により、圧電性を保ったまま抵抗率を１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下に下げることができ、焦電荷の蓄積を防止することができる。
【００３４】
圧電基板１２の抵抗率は、１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下とする。
【００３５】
圧電基板１２の抵抗率が１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下であれば、抵抗率が１．０×１０１５Ω・ｃｍ程度である従来の圧電基板に比べ、時定数が１／１００以下となり、焦電荷は１／１００以下の時間で消える。例えば、焦電荷が問題となるはんだリフロー工程において、リフロー炉の温度は、通常、数時間かけて最高温度に達するので、昇温中に焦電荷が発生したとしても蓄積されない。したがって、圧電基板の焦電性が問題とならないようにすることができる。
【００３６】
一方、圧電基板１２の抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上であれば、寄生抵抗が約１．０×１０７Ω以上となり、例えばＲＦ用弾性表面波フィルタのインピーダンスである５０Ω〜数百Ωと比較しても５桁以上大きいので、挿入損失に全く影響しない。したがって、弾性表面波装置の電気的特性の劣化は生じない。
【００３７】
なお、圧電基板１２の抵抗率は、圧電基板１２の表裏に測定用の電極パッドを付け、その電極パッド間の抵抗値を測定し、その結果に基づいて算出した値をいう（ＪＩＳ Ｃ ２１４１）。つまり、厚み方向の抵抗率を見ていることになる。以下においても、同じである。
【００３８】
図２に示すように、弾性表面波素子１０は、外部に露出する外部電極（図示せず）を有するパッケージ２２の中空空間２３内に収納し、フリップチップボンディングする。すなわち、ボンディングパッド１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃを、対応するパッケージ２２側のバンプ２６に直接対向するように、弾性表面波素子１０の位置を合わせ、熱及び圧力を加えることにより、接合する。バンプ２６は、外部電極（図示せず）と電気的に接続されているので、ボンディングパッド１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、バンプ２６を介して外部電極（図示せず）と電気的に接続された状態となる。
【００３９】
バンプ２６は、３００℃以下で接続可能なはんだ材であり、例えばＡｇＳｎ合金又はＡｕＳｎ合金などである。ただし、Ａｕなどであっても、３００℃以下の加熱において、超音波振動と加重を印加することでＡｕバンプを接合させることができる。
【００４０】
フリップチップボンディング後、パッケージ２２にキャップ２４をかぶせて、弾性表面波素子１０を覆い、パッケージ２２とキャップ２４との間を、封止材２８で封止する。封止材２８は、例えば、パッケージ２２又はキャップ２４に予め配置しておき、キャップ２４をパッケージ２２に重ねた状態で加熱して溶融することにより、パッケージ２２とキャップ２４との間を封止する。
【００４１】
封止材２８には、融点が３００℃以下であるもの、例えばＡｇＳｎ合金又はＡｕＳｎ合金など、従来の一般的に用いられるはんだに比べ、融点が低いものを用いる。
【００４２】
例えば、バンプ２６や封止材２８には、９６．５重量％のＳｎと３．５重量％のＡｇとからなるＡｇＳｎ合金を用いる。このＡｇＳｎ合金は、融点が２２１℃で、共晶組成である。融点が３００℃以下のものであれば、その他の組成のＡｇＳｎ合金やＡｕＳｎ合金であってもよい。
【００４３】
融点が３００℃以下であれば、従来のＰｂを主成分とするはんだも使用可能である。もっとも、環境への影響から、Ｐｂを含まないようにすることが、好ましい。
【００４４】
バンプ２６や封止材２８の融点を従来よりも下げることにより、弾性表面波素子１０をフリップチップボンディングするときの温度や、封止材２８でキャップ２４とパッケージ２２の間を封止するときの温度を、３００℃前後まで又はそれ以下に低くすることができる。これにより、圧電基板１２の温度上昇を抑えることができるので、圧電基板１２が焦電性を復活しないようにすることができる。これについては、詳しくは後述する。
【００４５】
次に、弾性表面波素子をワイヤボンディングによって接合した変形例について、図３を参照しながら説明する。
【００４６】
図３に示すように、弾性表面波素子１０ｘは、前述の弾性表面波素子１０と略同様に構成され、圧電基板１２ｘの片面に、櫛型（又はすだれ状）の励振電極１６ｘや、励振電極１６ｘに接続されたパッド１５ｘ，１７ｘなどが配置されている。圧電基板１２ｘの抵抗率は１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下であり、焦電荷の蓄積を防止することができる。
【００４７】
弾性表面波素子１０ｘは、チップ固定材３５によりパッケージ３２の中空空間３３内に固定し、ワイヤボンディングする。すなわち、弾性表面波素子１０ｘの接続電極１５ｘ，１７ｘとパッケージ３２側の端子（図示せず）との間を、ボンディングワイヤ３７で接続する。接続するボンディングワイヤ３７の端部を加圧し、超音波振動又は熱を加え、あるいはその両方により、接合する。
【００４８】
弾性表面波素子１０ｘをパッケージ３２に収納し、ワイヤボンディングした後、パッケージ３２にキャップ３４をかぶせ、封止材３８で封止する。封止材３８は、融点が３００℃以下であるもの、例えばＡｇＳｎ合金又はＡｕＳｎ合金を用いる。
【００４９】
バンプ２６や封止材２８、あるいは封止材３８の融点が３００℃以下であれば、圧電基板１２，１２ｘの温度上昇を抑えることにより、焦電性の復活を防止することができる。これについて、図４を参照しながら、説明する。
【００５０】
図４は、１時間のアニール処理後に圧電基板のウエハ表面に誘起した電位を測定した結果を示す。横軸はアニール処理温度、縦軸は誘起電圧である。図中、「従来例」は、還元処理をしていない従来の一般的なタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）圧電基板を空気中で熱処理した場合を示す。「空気中」は、本実施例の還元処理したタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）圧電基板を空気中で熱処理した場合を示す。「窒素雰囲気」は、本実施例の還元処理したタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）圧電基板を、窒素（Ｎ２）の雰囲気で熱処理した場合を示す。ウエハ表面に誘起した電位は、圧電基板の焦電性によるものであり、誘起電圧の値が大きいほど、電極の焦電破壊などが起こりやすい。
【００５１】
図４から、還元処理した圧電基板であっても、空気中でアニール処理すると焦電性が復活してしまい、アニール処理温度が約３５０℃以上になると急激に焦電性が復活することが分かる。５００℃では、もともと焦電性をもつ圧電基板とほぼ同レベルの電位となり、完全に焦電性が回復してしまうことが分かる。これは、空気中の酸素と熱とにより、圧電基板の再酸化が進むためである。窒素雰囲気のアニール処理では、圧電基板は焦電性をほとんど復活しない。
【００５２】
弾性表面波装置の製造には、加熱を要する製造工程がいくつか存在するので、還元処理した圧電基板を用いる場合には、加熱温度は低く、酸素は少なく保つと、焦電性の復活を防止できる。
【００５３】
封止は、金属のキャップを溶接する方法と、はんだ接合が一般的である。溶接では、局所的に温度が１０００℃近くになるため、製品内部も高温となる。これに対し、はんだ接合では、はんだの融点の３５０℃程度の加熱で封止が可能であるため、圧電基板の再酸化防止としては、はんだ接合が効果的である。
【００５４】
その場合でも、温度が３５０℃を超えると、圧電基板の焦電性は急激に復活する。封止材に融点の低いＡｇＳｎ合金やＡｕＳｎ合金などを用いれば、封止温度は３００℃前後まで、又はそれ以下に低くできるので、圧電基板の焦電性復活の防止に効果的である。
【００５５】
ところで、従来、弾性表面波素子をフリップチップボンディングにより接合する場合、バンプのはんだ材や、パッケージとキャップとの間を封止する封止材には、融点が高い高温はんだを用いている。その理由は、弾性表面波装置をプリント基板に実装するときに、バンプのはんだ材や封止材の再溶融が発生しないように、バンプのはんだ材や封止材の融点は、プリント基板に実装するために用いるはんだの融点より高くする必要があったからである。
【００５６】
従来のはんだ封止する工程では、Ｐｂを主成分とする高温はんだが用いられ、封止リフロー炉の温度条件はピーク温度が３３０℃〜３６０℃に設定されていた。従来の高温はんだの例としては、Ｐｂが８２重量％、Ｓｎが１２重量％、Ａｇが１重量％、Ｓｂが５重量％のものがあり、このはんだは固相線が２３８℃、液相が２６５℃である。固相線以下では固体、固相線と液相線の間では固液が共存している。
【００５７】
本実施例では、バンプのはんだ材あるいは封止材のはんだとして、従来のはんだより相対的に融点の低いものを使用しているため、プリント基板実装においては、それより融点の低い低温はんだによる実装、あるいは導電ペイントによる実装が必要となる。
【００５８】
次に、第２実施例の弾性表面波装置について、説明する。
【００５９】
第２実施例の弾性表面波装置は、第１実施例の弾性表面波装置と略同様に構成され、以下では相違点について説明する。
【００６０】
第２実施例の弾性表面波装置は、窒素雰囲気で、弾性表面波素子をパッケージにフリップチップボンディング又はワイヤボンディングし、パッケージの封止を行う。これにより、弾性表面波装置のパッケージ内が窒素で満たされ、弾性表面波素子が窒素雰囲気に保たれる。
【００６１】
図４からも明らかであるように、窒素雰囲気であれば、加熱温度が高くなっても、圧電基板の焦電性復活防止に効果がある。したがって、バンプのはんだ材や封止材の融点は、３００℃以下に限定しなくてもよい。
【００６２】
基板を数時間高温にさらすようなプロセスでは、窒素雰囲気とすることが、圧電基板の焦電性復活防止に非常に効果的である。したがって、本実施例の弾性表面波装置を携帯端末などのプリント基板に実装するとき、リフロー工程で高温になっても、圧電基板は焦電性を復活しない。そのため、弾性表面波装置の焦電荷が他の部品の故障原因となるような不具合を防止することができる。
【００６３】
なお、本発明の弾性表面波装置は、上記各実施例に限定されるものではなく種々の変更を加えて実施することができる。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に、少なくとも励振電極と該励振電極に接続されたパッドとを有する、弾性表面波素子と、
外部に露出する外部電極を有し、前記パッドと前記外部電極との間が電気的に接続された状態で前記弾性表面波素子を収納するパッケージと、
前記弾性表面波素子を覆い、前記パッケージとの間を封止材で封止されるキャップとを備え、
前記圧電基板は、抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下であり、
前記封止材の融点が３００℃以下であることを特徴とする、弾性表面波装置。
【請求項２】
前記パッドと前記外部電極との間の電気的接続部分にはんだ材を含み、該はんだ材の融点が３００℃以下であることを特徴とする、請求項１に記載の弾性表面波装置。
【請求項３】
前記封止材と前記はんだ材の少なくとも一方は、ＡｇＳｎ合金又はＡｕＳｎ合金からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の弾性表面波装置。
【請求項４】
前記圧電基板は、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３からなることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の弾性表面波装置。
【請求項５】
圧電基板上に、少なくとも励振電極と該励振電極に接続されたパッドとを有する、弾性表面波素子と、
外部に露出する外部電極を有し前記弾性表面波素子を収納するパッケージとを備え、
前記パッドと前記外部電極との間を電気的に接続する工程と、
前記パッケージをキャップで封止する工程とを備えた、弾性表面波装置の製造方法において、
前記圧電基板は、抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下であり、
前記パッドと前記外部電極との間を電気的に接続する工程、または前記パッケージを前記キャップで封止する工程は、不活性ガスの雰囲気で行われることを特徴とする、弾性表面波装置の製造方法。
【請求項６】
前記不活性ガスは、Ｎ２であることを特徴とする、請求項５に記載の弾性表面波装置の製造方法。
【請求項７】
前記パッドと前記外部電極との接続方法が、超音波振動及び熱を加えるＡｕバンプ接合であり、前記加熱温度が３００℃以下であることを特徴とする、請求項５に記載の弾性表面波装置の製造方法。
【請求項１】
圧電基板上に、少なくとも励振電極と該励振電極に接続されたパッドとを有する、弾性表面波素子と、
外部に露出する外部電極を有し、前記パッドと前記外部電極との間が電気的に接続された状態で前記弾性表面波素子を収納するパッケージと、
前記弾性表面波素子を覆い、前記パッケージとの間を封止材で封止されるキャップとを備え、
前記圧電基板は、抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下であり、
前記封止材の融点が３００℃以下であることを特徴とする、弾性表面波装置。
【請求項２】
前記パッドと前記外部電極との間の電気的接続部分にはんだ材を含み、該はんだ材の融点が３００℃以下であることを特徴とする、請求項１に記載の弾性表面波装置。
【請求項３】
前記封止材と前記はんだ材の少なくとも一方は、ＡｇＳｎ合金又はＡｕＳｎ合金からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の弾性表面波装置。
【請求項４】
前記圧電基板は、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３からなることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の弾性表面波装置。
【請求項５】
圧電基板上に、少なくとも励振電極と該励振電極に接続されたパッドとを有する、弾性表面波素子と、
外部に露出する外部電極を有し前記弾性表面波素子を収納するパッケージとを備え、
前記パッドと前記外部電極との間を電気的に接続する工程と、
前記パッケージをキャップで封止する工程とを備えた、弾性表面波装置の製造方法において、
前記圧電基板は、抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上１．０×１０１３Ω・ｃｍ以下であり、
前記パッドと前記外部電極との間を電気的に接続する工程、または前記パッケージを前記キャップで封止する工程は、不活性ガスの雰囲気で行われることを特徴とする、弾性表面波装置の製造方法。
【請求項６】
前記不活性ガスは、Ｎ２であることを特徴とする、請求項５に記載の弾性表面波装置の製造方法。
【請求項７】
前記パッドと前記外部電極との接続方法が、超音波振動及び熱を加えるＡｕバンプ接合であり、前記加熱温度が３００℃以下であることを特徴とする、請求項５に記載の弾性表面波装置の製造方法。
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０９１５００
【国際公開日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【発行日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１５３０８（Ｐ２００６−５１５３０８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００２２９４
【国際出願日】平成１７年２月１６日（２００５．２．１６）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【発行日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００２２９４
【国際出願日】平成１７年２月１６日（２００５．２．１６）
【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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