JP2003032070A - 弾性表面波素子及び弾性表面波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弾性表面波チップのバンプバッド位置の標準
化を図るとともに、パッケージ基板との接合の向上を実
現する。 【解決手段】 弾性表面波装置は、表面に接続端子を有
するパッケージ基板と、このパッケージ基板に搭載さ
れ、パッケージ基板に対向する面に、たがいに対向する
櫛歯電極および前記接続端子に接合される金属バンプを
有する弾性表面波チップとを備える。パッケージ基板の
接続端子は、パッケージ基板の反りが金属バンプの高さ
の１５％以内である基板領域に位置し、金属バンプは、
対向する櫛歯電極の内側に位置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は弾性表面波装置に係
り、特に弾性表面波素子がフリップチップボンディング
で配線基板に接合された弾性表面波装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話等の移動体通信機器の普
及と小型化につれて、フロントエンドに配されるＲＦフ
ィルタやＩＦ段に使用されるＩＦフィルタに用いられる
弾性表面波装置もより一層の小型化が求められている。

【０００３】これにしたがって、いわゆるフリップチッ
プボンディング技術を採用した弾性表面波装置が実用化
されている。

【０００４】図６は、このような弾性表面波装置に用い
られる従来の弾性表面波素子の一例を示す概略上面図で
ある。この弾性表面波素子１００は、いわゆる縦モード
結合型共振子フィルタを多段に配置した構成を有してお
り、一つのフィルタが弾性表面波の伝播方向に沿った複
数の櫛歯状電極１０１を有している。

【０００５】各々の櫛歯状電極は、インターリーブされ
た信号電極及び接地電極を有し、信号電極には外部回路
との接続のためのＩ／Ｏパッド（入出力端子）１０２ａ
が接続され、他方接地電極にはＧＮ用パッド（接地端
子）１０２ｂが接続されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の弾性表
面波素子をフリップチップボンディングでパッケージの
ベース基板に接続した場合、素子外周に位置する端子の
接続不良が生じる場合があった。特に入出力端端子に接
続不良が生じると、装置として全く機能しなくなるため
製品の信頼性が大きく損なわれることになる。

【０００７】本発明は、このような技術的背景に鑑み、
フリップチップボンディングにより装置を小型化し、か
つ素子と外部端子との接続の信頼性の高い弾性表面波装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の弾性表面波素子
は、圧電基板上に複数の櫛歯状電極が前記圧電基板の弾
性表面波主伝播方向と異なる方向に配列され、前記複数
の櫛歯状電極に接続された信号端子及び接地端子のう
ち、少なくとも信号端子が前記複数の櫛歯状電極の段間
位置に配置されていることを特徴とする。

【０００９】また本発明の弾性表面波装置は、圧電基板
上に形成された櫛歯状電極と、前記櫛歯状電極の信号電
極に接続された信号端子及び前記櫛歯状電極の接地電極
に接続された接地端子を有する弾性表面波素子と、前記
信号端子に金属バンプを介して接続される信号電極及び
前記接地端子に金属バンプを介して接続される接地電極
が一主面にメタライズされたベース基板とを具備し、前
記信号端子を、当該信号端子に接続される金属バンプの
厚さが他の金属バンプのうち最小厚みを有する金属バン
プの厚さを基準として±１５％以内となる位置に配置し
たことを特徴とする。

【００１０】発明者らは、従来の弾性表面波装置におい
て接続不良の発生する原因を鋭意解析した。その結果接
続不良は、弾性表面波素子が実装されるベース基板自体
の反りに起因するものとの認識に至った。

【００１１】即ち、ベース基板表面には、弾性表面波素
子の電極端子と接続するためのメタライズ層が形成され
るが、このメタライズ層の張力により基板にたわみが発
生してしまう。例えばアルミナセラミックをベース基板
として用い、その上に銅をメタライズ処理したベース基
板においては、メタライズ面を上面とした場合周辺部に
向かうに従って下方向に反ってしまう。

【００１２】このベース基板の反りを修正することは極
めて困難であり、弾性表面波素子をベース基板に実装す
る際の熱圧着工程を通過しても反りは何等変化せず、そ
の結果特に素子外周部において金属バンプに十分な圧力
が印加できず、接合不良が発生しやすいことがわかっ
た。

【００１３】このような現象に対し、発明者らは弾性表
面波素子の電極端子の配置自体を見直すことを着想し、
本発明をするに至った。

【００１４】即ち、本発明の第一発明に係る弾性表面波
素子においては、櫛歯状電極の信号電極に接続される電
極端子を、隣接する櫛歯状電極の段間に折り込むように
配置している。これにより、対向するベース基板の比較
的反り量の少ない位置にてメタライズ層と接合されるた
め、金属バンプに十分圧力を印加することができ、良好
な接続を得ることが出来る。

【００１５】また本発明の第二発明に係る弾性表面波装
置においては、信号端子をベース基板に接続する金属バ
ンプが、他の金属バンプのうち厚みが最小となるバンプ
の厚みを基準として±１５％の厚みとなる位置にこの信
号端子を配置している。このような位置に信号端子を配
置するため、金属バンプの潰れ方ひいては接合工程にお
ける圧力の印加量がほぼ均一化され、良好な接続を得る
ことが出来る。

【００１６】

【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞図１は、本発明
の第１実施形態に係る弾性表面波素子１０の上面図であ
り、図２は、図１の素子をベース基板２２にフリップチ
ップボンディングした弾性表面波装置２０の図である。
フリップチップボンディングの際には、図１に示す素子
の電極形成面を下側（フェースダウン）にして、ベース
基板２２上に形成されているメタライズ層（不図示）に
接続される。

【００１７】この弾性表面波素子１０は、いわゆる縦モ
ード結合型共振子フィルタ３０，３１をカスケード接続
した構成を有しており、一つのフィルタが弾性表面波の
伝播方向に沿った３つの櫛歯状電極１１を有している。
またこれら櫛歯状電極１１の両端には、櫛歯状電極の電
極指と同一の金属膜からなるグレーティング反射器１５
が配置されている。

【００１８】各々の櫛歯状電極１１は、インターリーブ
された信号電極及び接地電極を有し、信号電極には外部
回路との接続のためのＩ／Ｏパッド（信号端子）１０２
ａが接続され、他方接地電極にはＧＮ用パッド（接地端
子）１０２ｂが接続されている。尚図示しないベース基
板のメタライズ層は、それぞれの信号端子が接続される
複数の信号電極と、複数の接地電極が共通に接続される
接地電極とに平面的に分離されている。またフィルタ３
０の両端の櫛歯状電極１１と、フィルタ３１の両端の櫛
歯状電極１１とは、ストリップ配線１３により電気的に
接続されている。

【００１９】図１の電極端子配置の特徴は、従来櫛歯電
極１１の外側に位置していた端子をすべて２つのフィル
タ３０，３１の段間位置に折り込み、特に、弾性表面波
装置の動作に重要な働きをする信号端子１２ａを弾性表
面波素子の中心部近傍に配置した点にある。図２に、図
１の弾性表面波素子をベース基板１２上に搭載するとき
の電極端子及びこの電極端子と接合される金属バンプ１
６の位置を黒丸で示した。また比較のため、従来の弾性
表面波素子の電極端子及びこの電極端子と接合される金
属バンプ位置を四角の点線で示した。

【００２０】尚本実施例において、ベース基板にはアル
ミナセラミックを用い、その表面を銅でメタライズ処理
したものを用いた。また弾性表面波素子を構成する圧電
基板はタンタル酸リチウムを用い、その上に形成される
櫛歯状電極及び電極端子は全てＡｌ合金からなるパター
ンを公知の薄膜工程で形成した。また素子の電極端子と
ベース基板のメタライズ層とを接合する金属バンプとし
て、金バンプを用いた。

【００２１】図３は弾性表面波素子をベース基板にマウ
ントした構造の断面図である。本実施例で用いる２ｍｍ
×２ｍｍ角のアルミナセラミック基板の場合、最外縁と
中心部で比較すると約２０μｍの反り（垂直方向のひず
み）が生じる。

【００２２】このアルミナセラミック基板上に電極端子
の配置位置の異なる複数の弾性表面波素子のサンプルを
用い、接続不良の有無を観察した。

【００２３】その結果、まず素子の中央部に位置するバ
ンプには剥がれなどの接合不良は発生せず、端子とメタ
ライズ層とが正常に導通していた。このとき、バンプの
厚みは３５μｍであった。

【００２４】しかしながら、弾性表面波素子の外縁に近
い位置に電極端子を配置したサンプルでは、その位置の
電極端子がメタライズ層から剥がれるなどの接合不良が
検出された。

【００２５】不良の発生した電極端子を観察したところ
ベース基板の中心点を基準とした反りの量が一定の値を
超えたところで接合不良が発生していることがわかっ
た。即ち、上記の正常に接合がなされた位置のバンプの
厚み（３５μｍ）を基準として、基板の反りの量がこの
バンプの厚みから±１５％を超えている位置に電極端子
があると、接合工程において金属バンプに十分圧力が印
加されず、メタライズ層に十分な接合がなされていない
ことがわかった。

【００２６】正常な接合が行われた場合、バンプの厚み
はほぼ基板の反りに応じた厚みになるため、金属バンプ
の厚みの観点から電極端子の位置を規定すると、接合後
のバンプの厚みが中心部分のバンプの厚み（３５μｍ）
に対して１５％増（４０．２μｍ）となる位置に電極端
子を配置されることは許容されるが、これを超えて素子
の外縁に近づけて端子を配置すると、接合不良が生じる
こととなる。尚基板の反りの測定及びバンプの厚みの測
定には、測微計（UNION光器製、商品名Hisomet）を用い
た。

【００２７】図１に示す弾性表面波素子を用いた場合、
全ての信号端子及び接地端子上のバンプの厚みが中心部
の接地端子上のバンプの厚みを基準として１５％以内の
範囲内であった。その結果、接合不良は発生せず、良好
な導通が得られた。

【００２８】このような電極端子の配置構成は、ベース
基板２２の垂直方向のひずみだけではなく、弾性表面波
素子とベース基板との熱膨張係数の相違に起因する水平
方向へのひずみにも対処することができる。図１の弾性
表面波素子１０の圧電基板１５にタンタル酸リチウム基
板を用い、ベース基板２２にアルミナセラミック基板を
使用して、プロセス温度２７０℃でチップ上の各地点で
の水平方向のひずみ（膨張）を測定した。この結果、ひ
ずみ量が金属バンプ１６の直径の１．５％を超えた地点
で、接続端子（不図示）からの金属バンプの剥離が始ま
ることがわかった。

【００２９】図４は、金属バンプ１６とベース基板２２
との接合状態をしめす。金属バンプ１６は、接合時の直
径が約１２０μｍのディスク状の基部と、ここから凸状
態に膨れる上部を有する。フリップチップボンディング
前の状態では、基部の直径は約１１０μｍ、上部の膨ら
みは、よりテーパ状であり高さも高いが、圧着の結果、
押しつぶされて、最終的には、高さが３５μｍ、直径が
１２０μｍとなった。この状態で、ひずみ量、すなわ
ち、圧電基板の膨張とベース基板２２の膨張の差が１．
８μｍを超える地点で、金属バンプ１６が剥離する。こ
のようなひずみは、チップの中心から離れるほど大きく
なる。

【００３０】金属バンプの厚みの偏差が±１５％以内と
なる位置に電極端子を配置した場合、その端子位置にお
いては素子の膨張とベース基板の膨張の差は上記の値を
下回っており、良好な接合が得られていることが確認で
きた。特に図１に示すバンプバッド１２の配置構成によ
れば、チップ１０上のすべてのバンプパッドが、水平方
向へのひずみ量が上述した範囲内にある位置に設けられ
るので、横方向へのバンプの外れも全くなく、動作の信
頼性がいっそう向上する。

【００３１】図５は、図１の素子構造の変形例を示す。
図５（ａ）の素子構造が図１の素子構造と相違する点
は、図１がフィルタ３０とフィルタ３１との接続を圧電
基板上のストリップ配線によって行っているのに対し、
図５（ａ）の構造ではフィルタ３０，３１の両端の櫛歯
状電極１１に接続された電極端子１７を別に設け、この
電極端子１７同士をベース基板上のメタライズ層により
接続している点である。この場合においても、端子１７
の形成位置が、端子１７上の金属バンプの厚みが中心部
の端子１２ａ上の金属バンプの厚みに対し１５％以内と
なる位置であれば良好な接合を得ることができる。

【００３２】図５（ｂ）は、フィルタ３０、３１の接続
を行うストリップ配線１３を、素子の外周に沿って引き
回した構成を示す。この構成によれば、電極端子が密集
する素子中央部にストリップ配線を配する必要がなくな
り、素子の外周部にはベース基板との接合部を有さない
ので、櫛歯状電極や電極端子の配置により自由度が生じ
る。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、フリップチップボンデ
ィングにより装置を小型化し、かつ素子と外部端子との
接続の信頼性の高い弾性表面波装置を得ることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態に係る弾性表面波チップの
素子面の配置構成を示す図である。

【図２】図１の弾性表面波チップを、パッケージ基板に
実装した弾性表面波装置の図である。

【図３】図１のＡ−Ａ断面図であり、パッケージ基板の
たわみと、実装される弾性表面波チップとの接合部を示
す図である。

【図４】図３における接合状態での金属バンプの拡大図
である。

【図５】図１に示す弾性表面波チップの変形例を示す図
である。

【図６】従来の弾性表面波チップのバンプパッドの配置
構成を示す図である。

【符号の説明】

１０ 弾性表面波素子 １１ 櫛歯状電極 １２ 電極端子 １３ ストリップ配線 １５ 圧電基板 １６ 金属バンプ １７ ストリップ配線 ２２ ベース基板 ３５ グレーティング反射器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電基板上に複数の櫛歯状電極を前記圧
   電基板の弾性表面波主伝播方向と異なる方向に配列した
   弾性表面波素子において、 前記複数の櫛歯状電極に接続された信号端子及び接地端
   子のうち、少なくとも信号端子が前記複数の櫛歯状電極
   の段間位置に配置されていることを特徴とする弾性表面
   波素子。
2. 【請求項２】 前記信号端子及び接地端子が、ともに前
   記複数の櫛歯状電極の段間位置に配置されていることを
   特徴とする請求項１記載の弾性表面波素子。
3. 【請求項３】 前記複数の櫛歯状電極はカスケード接続
   されていることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波
   素子。
4. 【請求項４】 圧電基板上に形成された櫛歯状電極と、
   前記櫛歯状電極の信号電極に接続された信号端子及び前
   記櫛歯状電極の接地電極に接続された接地端子を有する
   弾性表面波素子と、 前記信号端子に金属バンプを介して接続される信号電極
   及び前記接地端子に金属バンプを介して接続される接地
   電極が一主面にメタライズされたベース基板とを具備
   し、 前記信号端子を、当該信号端子に接続される金属バンプ
   の厚さが他の金属バンプのうち最小厚みを有する金属バ
   ンプの厚さを基準として±１５％以内となる位置に配置
   したことを特徴とする弾性表面波装置。
5. 【請求項５】 前記金属バンプは、金バンプであること
   を特徴とする請求項４記載の弾性表面波装置。
6. 【請求項６】 前記ベース基板はセラミック材料からな
   ることを特徴とする請求項５記載の弾性表面波装置。
7. 【請求項７】 前記セラミック材料はアルミナセラミッ
   クであることを特徴とする請求項６記載の弾性表面波装
   置。
8. 【請求項８】 前記圧電基板はタンタル酸リチウムから
   なることを特徴とする請求項４記載の弾性表面波装置。