JP2003032075A - 弾性表面波デバイスとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作動時の信頼性が高く、かつ、製造コストの
削減が可能な弾性表面波デバイスとその製造方法を提供
すること。 【解決手段】 基板３、１５に中空部８を介して電極１
を対向させて実装されている弾性表面波素子２が封止樹
脂６で封止されて形成された弾性表面波デバイスで、封
止樹脂６として弾性表面波素子２よりも線膨係数が小さ
い樹脂を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弾性表面波デバイ
スとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】弾性表面波デバイスは弾性表面波を励振
および受信する機能を備えている。そのため、すだれ状
の電極（以後、ＩＤＴ；Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ
ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒという）を圧電体単結晶表面か、
圧電体薄膜の上下のいずれかの面に形成し、かつ、引き
出し電極を設けて弾性表面波素子を形成している。それ
により、ＩＤＴに高周波を印加して表面波を励振、ある
いは、ＩＤＴの表面上（弾性表面波の伝播領域）を伝播
する弾性表面波を電気信号に変換して受信している。し
たがって、もしＩＤＴの表面に障害物が存在すると、弾
性表面波の伝播を妨げることになり、中心周波数や挿入
損失などの電気特性が劣化する。

【０００３】また、弾性表面波デバイスを組立た後に、
弾性表面波素子になんらかの機械的力が作用すると、弾
性表面波の伝播の仕方が変化し、それにより弾性表面波
素子の電気特性が劣化する。

【０００４】以下に弾性表面波デバイスの典型的な構造
について例示する。

【０００５】図６は、第１例の弾性表面波デバイスの構
成を示す模式図で、セラミックなどによる基板４１に
は、弾性表面波素子４２との電気的接続や外部機器（不
図示）との電気的接続のための電気配線が形成されてい
る。弾性表面波素子４２は、ＩＤＴ４３が基板４１に対
向するようにフリップチップボンディングされている。
なお、フリップチップボンディングの際には、基板４１
と弾性表面波素子４２との隙間がバンプ４４の高さとな
り、通常は数十μｍの隙間が形成されている。その後、
キャップ４５をセラミックの基板４１に接着剤４６で接
着して弾性表面波デバイスを形成している。

【０００６】図７は、第２例の弾性表面波デバイスの構
成を示す模式図で、パッケージを形成するパッケージ樹
脂５１をプリモールドしたリードフレーム（基板）５２
に弾性表面波素子４２を実装する。弾性表面波素子４２
の引き出し電極４２ａとリードフレームの電極５２ａと
をボンディングワイヤ５３により接続した後に、パッケ
ージ樹脂５１にキャップ５４を接着剤４６で接着して弾
性表面波デバイスを形成している。なお、この場合、弾
性表面波素子４２のＩＤＴ４３はキャップ５４と対向し
ている。

【０００７】図８は、第３例の弾性表面波デバイスの構
成を示す模式図で、予めＩＤＴ４３の周囲にリードフレ
ーム（基板）５２と弾性表面波素子４２との間隙を封止
する封止剤侵入防止部（ダム）５７を設置したもので、
リードフレーム５２に弾性表面波素子４２をバンプ４４
を介してフリップチップ接続し、その後に、弾性表面波
素子４２の周囲を封止樹脂５８によりパッケージングの
封止を行って弾性表面波デバイス形成している。

【０００８】これらの各例に示した弾性表面波デバイス
では、パッケージの内部は完全な中空部が形成された状
態となっている。そのため、ＩＤＴ部には障害物がない
ため、弾性表面波の伝播特性は劣化しない。

【０００９】また、第１例と第２例に示した弾性表面波
デバイスデバイスでは、デバイスとして組立てた状態で
弾性表面波素子に外部からの機械的な力が作用しないた
め、弾性表面波の伝播特性は劣化しない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
第１例に示した弾性表面波デバイスでは、セラミック基
板４１が高価であり、また、組立工数も多くなりコスト
ダウンは困難である。また、セラミック基板４１とキャ
ップ４５とを接着しているため、中空部の気密性が低く
信頼性が低下する。さらに、部品サイズが小さくなった
場合には高い組立精度が必要になる。

【００１１】また、第２例に示した弾性表面波デバイス
では、弾性表面波素子４２の引き出し電極４２ａとリー
ドフレームの電極５２ａとをワイヤボンディングした後
にキャップ５４を接着している。そのため、この構造で
はボンディングワイヤ５３のループが形成される空間が
必要になり、デバイスの小型化は困難である。また、キ
ャップの製造工程とキャップの接着工程が不可欠とな
り、それによりコスト削減には限界がある。

【００１２】また、第３例に示した弾性表面波デバイス
では、封止する際に封止樹脂５８による力が弾性表面波
素子４２に加わり、さらに封止後には封止樹脂５８の収
縮により残留応力が発生する。そのため弾性表面波素子
４２に割れが発生することがあり製造歩留まりの低下の
原因となる。また、割れが発生しない場合でも残留応力
が大きい場合には電極面に応力がかかることにより弾性
表面波素子４２の表面を機械的な波として伝わる弾性表
面波の周波数特性が劣化する恐れがある。

【００１３】したがって、いずれの各例によっても、高
性能、高信頼性で安価な弾性表面波デバイスを製造する
ことは困難である。

【００１４】本発明はこれらの事情に基づいてなされた
もので、作動時の信頼性が高く、かつ、製造コストの削
減が可能な弾性表面波デバイスとその製造方法を提供す
ることを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の手段によれば、
弾性表面波を励振あるいは受信する電極を中空部を介し
て基板と対向するように実装された弾性表面波素子を封
止樹脂で封止した弾性表面波デバイスにおいて、前記封
止樹脂は前記弾性表面波素子よりも線膨係数が小さい樹
脂であることを特徴とする弾性表面波デバイスである。

【００１６】また本発明の手段によれば、弾性表面波を
励振あるいは受信する電極を中空部を介して基板と対向
するように実装された弾性表面波素子を封止樹脂で封止
した弾性表面波デバイスにおいて、前記弾性表面波素子
の前記電極の周囲に突起が設けられ、該突起は前記基板
と接触していないことを特徴とする弾性表面波デバイス
である。

【００１７】また本発明の手段によれば、前記基板に
は、前記弾性表面波素子に対向する領域がより該弾性表
面波素子に近づくような段差が設けられていることを特
徴とする弾性表面波デバイスである。

【００１８】また本発明の手段によれば、基板に弾性表
面波素子をバンプを介して実装する実装工程と、前記弾
性表面波素子の外側から該弾性表面波素子よりも線膨張
係数が小さい封止樹脂で前記基板と一体成形する成形工
程とを有することを特徴とする弾性表面波デバイスの製
造方法である。

【００１９】また本発明の手段によれば、基板に弾性表
面波素子をバンプを介して実装する実装工程と、前記弾
性表面波素子を覆う保護キャップを設ける工程と、前記
弾性表面波素子を前記基板の一部を保護キャップと共に
一体成形する成形工程とを有することを特徴とする弾性
表面波デバイスの製造方法である。

【００２０】また本発明の手段によれば、前記弾性表面
波素子は、保護キャップを介して前記封止樹脂により封
止されていることを特徴とする弾性表面波デバイスであ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して順次説明する。

【００２２】図１は、本発明の第１の実施の形態を示す
弾性表面波デバイスの模式構成図である。一方の表面に
ＩＤＴ１が形成された弾性表面波素子２は、ＩＤＴ１領
域より広い領域のダイパッド４を持つリードフレーム３
にＩＤＴ１がダイパッド４と対向するようにバンプ５を
介してフリップチップボンディングされ、電気的に接続
されている。このリードフレーム３にボンディングされ
た弾性表面波素子２の外側は、微小な空隙９を設けて封
止樹脂６によりリードフレーム３と一体成形されてい
る。なお、ＩＤＴ１を取囲む位置にリードフレーム３の
方向へ突起するダム７を設け、エポキシ樹脂等の封止樹
脂６がＩＤＴ１の形成されている領域へ侵入することと
防止する中空部８を形成している。なお、ダム７はバン
プの高さより低く形成されているので、リードフレーム
３の表面とは微小な空隙１０を介して非接触に保たれて
いる。

【００２３】弾性表面波素子２は、圧電体をそのまま用
いるＬｉＮｂＯ_３やＬｉＴａＯｘ、水晶等の単結晶を用
いる場合と、ＰＺＴ等の圧電セラミックを用いる場合と
がある。また、非圧電基板上に圧電性薄膜を成長させた
層状構造で、例えば、ガラス基板上にＺｎＯ層を形成し
たものを用いることもできる。

【００２４】ＩＤＴ１は、引き出し電極（不図示）から
電気信号が供給されると、圧電効果によって弾性表面波
を励振すると共に、励振された弾性表面波を電気信号に
変換して出力する機能を有している。なお、ＩＤＴ１は
半導体製造プロセスで通常用いられているフォトリソグ
ラフィ技術を用いて作製されている。

【００２５】弾性表面波素子２とダイパッド４との間隔
はバンプ５の高さにより規定され、通常は数十μｍであ
る。なお、バンプ５は弾性表面波素子２のＩＤＴ１以外
の部分に形成されている。したがって、フリップチップ
接合の際にバンプ５の変形を邪魔することがなく良好な
接合が行われる。なお、ダム７は弾性表面波素子２の製
造過程で形成されている。

【００２６】また、弾性表面波素子２の外側は、空隙９
を介して封止樹脂６によりリードフレーム３との一体成
形により封止されて密閉されている。したがって、弾性
表面波に封止樹脂６による機械的な力が印加されること
はない。

【００２７】なお、リードフレーム３の代わりに、ＩＤＴ
１の領域より広い領域を持つダイパッド４あるいはダイ
パッド４相当部を持つ基板に弾性表面波素子２をフリッ
プチップボンディングして用いてもよい。

【００２８】この弾性表面波デバイスの製造方法は、ま
ず、表面にＩＤＴ１が形成された弾性表面波素子２のＩ
ＤＴ１をリードフレーム３に対向させて、ＩＤＴ１領域
より広い領域のダイパッド４を持つリードフレーム３に
バンプ５を介してフリップチップボンディングして電気
的に接続する。

【００２９】次に、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂によ
り、弾性表面波素子２とリードフレーム３とを一体成形
する。樹脂成形には通常のトランスファ成形や射出成形
を用いる。なお、一体成形の過程で、弾性表面波素子２
とリードフレーム３のダイパッド４の隙間に樹脂が入ら
ないようにするために、弾性表面波素子２は製造過程
で、フォトリソグラフィ技術等によりＩＤＴ１の外周部
に樹脂の進入防止のためのダム７を形成する。

【００３０】一般に樹脂成形では、樹脂は収縮（熱硬化
性樹脂では硬化反応の進行にともなう硬化収縮、熱可塑
性樹脂では、圧力、温度変化にともなう成形収縮が発生
する。また、成形後から常温までの冷却過程における熱
収縮も発生する）する。したがって、樹脂が収縮すると
弾性表面波素子２には残留応力が発生し、デバイスとし
ての特性を劣化させる可能性がある。

【００３１】この実施の形態では、封止に用いる樹脂の
硬化収縮あるいは、成形収縮がなるべく小さい樹脂を採
用し、また、樹脂の線膨張係数も小さい樹脂を採用して
いる。理想的には樹脂の線膨張係数は、弾性表面波素子
２より小さいほうがよい。このような特徴を有する樹脂
としてエポキシ樹脂を採用している。それにより、成形
過程、冷却過程でエポキシ樹脂の収縮が弾性表面波素子
２の収縮より小さいために、エポキシ樹脂を弾性表面波
素子２から剥離させることが可能となり、エポキシ樹脂
と弾性表面波素子２との間に空隙９を形成することがで
きる。それにより、弾性表面波素子２の残留応力をほぼ
ゼロとすることができる。

【００３２】なお、仮に樹脂が弾性表面波素子２からエ
ポキシ樹脂が剥離しないまでも、弾性表面波素子２に加
えられる残留応力を大幅に低減できる。

【００３３】それらにより、弾性表面波素子２の残留応
力を抑止した信頼性の高い弾性表面波デバイスを製造す
ることが可能となる。また封止樹脂６で一体封止するた
めデバイスの低コスト化も実現できる。

【００３４】次に、本発明の弾性表面波デバイスの第２
の実施の形態について図２（ａ）、（ｂ）を参照しなが
ら説明する。この実施の形態については、図２（ａ）
に、本発明の第２の実施の形態を示す弾性表面デバイス
の模式構成図を示し、図２（ｂ）にそのインナーリード
部での断面の下面図を示している。なお、図１と同一機
能部分には同一符号を付してそれらについての説明を省
略する。

【００３５】第１の実施の形態で示したように、弾性表
面波素子２の表面とダイパッド４との隙間は数十μｍで
あるので、この隙間に封止樹脂６が侵入するかどうか
は、封止樹脂６の溶融粘度、成形時の封止樹脂６の加圧
力、弾性表面波素子２の輪郭部とＩＤＴ１までの距離な
どに依存する。そのため、それらが適正でない場合に
は、ＩＤＴ１の領域に封止樹脂６が侵入する可能性があ
る。一方、一般の封止樹脂６であれば、弾性表面波素子
２とダイパッド４との隙間を数μｍ以内とすれば、隙間
に封止樹脂６は侵入しない。

【００３６】したがって、封止樹脂の隙間への侵入防止
のためには、弾性表面波素子２とダイパッド４とを限り
なく近づけることが望ましい。その一方で、弾性表面波
素子２をリードフレーム３にフリップチップボンディン
グするためには、数十μｍのバンプ５高さが必要とな
る。

【００３７】すなわち、ダイパッド４ａとインナーリー
ド１１にあらかじめ段差１２を付与したリードフレーム
３ａを用いている。それにより、リードフレーム３ａの
ダイパッド４ａのみを弾性表面波素子２のＩＤＴ１側に
近づけるように配置することで、弾性表面波素子２のフ
リップチップ実装の際に必要なバンプ５の高さを確保
し、かつ弾性表面波素子２とダイパッド４ａの隙間をよ
り僅少に形成している。

【００３８】この弾性表面波デバイスの製造方法は、第
１の実施の形態で説明した製造方法とほぼ同様である。
したがって、この弾性表面波デバイスでは、バンプ５に
よる弾性表面波素子２のフリップチップ実装を安定して
行うことができ、かつ、弾性表面波素子２とインナーリ
ード１１との間の中空部８への樹脂の侵入を防止してい
るので、ＩＤＴ１とダイパッド４ａとの間の中空部８を
安定して形成することができる。

【００３９】また、封止樹脂６にエポキシ樹脂を採用し
ているので、成形過程、冷却過程でエポキシ樹脂の収縮
が弾性表面波素子２の収縮より小さいために、エポキシ
樹脂を弾性表面波素子２から剥離させることが可能とな
り、エポキシ樹脂と弾性表面波素子２との間に空隙９を
形成することができる。それにより、弾性表面波素子２
の残留応力をほぼゼロとすることができる。

【００４０】次に、本発明の弾性表面波デバイスの第３
の実施の形態について図３（ａ）、（ｂ）を参照して説
明する。図３（ａ）に、本発明の第３の実施の形態を示
す弾性表面デバイスの模式構成図を示し、図３（ｂ）に
その断面下面図を示している。なお、図１と同一機能部
分には同一符号を付してそれらについての説明を省略す
る。

【００４１】この実施の形態は、リードフレーム３の代
わりにガラスエポキシ基板やフレキシブル基板等の基板
を適用している。すなわち、基板の領域の中で、ＩＤＴ
１相当部より広い領域（以下ダイパッド相当部４ｂとい
う）とフリップチップ実装時のバンプ５のエリアとの間
に段差１２を設けている。

【００４２】弾性表面波素子２は、上述の第１および第
２の実施の形態と同様に基板１５にフリップチップボン
ディングされる。ただし、この場合の基板１５は、第１
および第２の実施の形態の場合のようにリードフレーム
ではなく、ガラスエポキシ基板やフレキシブル基板等を
用いている。また、これらの基板１５では、バンプ５の
接合するバンプエリア相当部として凹部１６が形成さ
れ、この凹部１６の内側にバンプ５が頂部を少し出して
入り込むように形成されている。それにより、凹部１６
によってフリップチップ実装に必要な高さを確保でき、
かつ、ダイパッド相当部４ｂでは、弾性表面波素子２の
表面と基板１５との隙間を、封止樹脂６の侵入を防止す
るために必要な数μｍ以内に形成している。

【００４３】この弾性表面波デバイスの製造方法は、第
１の実施の形態で説明した製造方法と同様である。した
がって、この弾性表面波デバイスでは、バンプ５による
弾性表面波素子２のフリップチップ実装を安定して行う
ことができ、かつ、弾性表面波素子２とダイパッド相当
部４ｂとの間の中空部８への封止樹脂６の侵入を防止し
ているので、ＩＤＴ１とダイパッド相当部４ｂとの間の
中空部８を安定して形成することができる。

【００４４】また、封止樹脂６にエポキシ樹脂を採用し
ているので、成形過程や冷却過程で樹脂の収縮が弾性表
面波素子２の収縮より小さいために、エポキシ樹脂を弾
性表面波素子２から剥離させることが可能となり、エポ
キシ樹脂と弾性表面波素子２との間に空隙９を形成する
ことができる。それにより、弾性表面波素子２の残留応
力をほぼゼロとすることができる。

【００４５】なお、バンプエリア相当部として凹部１６
に形成したが、それに限らず、逆にダイパッド相当部４ｂ
のみを凸部（不図示）に形成しても同様の効果が得られ
る。

【００４６】次に、本発明の弾性表面波デバイスの第４
の実施の形態について説明する。

【００４７】図４は、本発明の第４の実施の形態を示す
弾性表面波デバイスの構成図である。なお、図１と同一
機能部分には同一符号を付してそれらについての説明を
省略する。

【００４８】この弾性表面波素子２は、上述の第１から
第３の実施の形態と同様の構造を用い、リードフレーム
３にバンプ５を介してフリップチップボンディングで実
装している。ただし、ＩＤＴ１が形成されている弾性表
面波素子２のＩＤＴ１形成面の反対面から側面にかけ
て、弾性表面波素子２より弾性率が高い材質であるシリ
コンゴムやエラストマを用いた保護キャップ１７を被せ
て、その外側から封止樹脂６で封止して弾性表面波デバ
イスを形成している。

【００４９】この弾性表面波デバイスの製造方法は、ま
ず、図５（ａ）に示すように、弾性表面波素子２のＩＤ
Ｔ１を基板に対向させてバンプ５を介してリードフレー
ム３にフリップチップボンディングし、弾性表面波素子
２のＩＤＴ１面を除いた面に弾性表面波素子２よりも弾
性率が高い例えば、シリコンゴム、エラストマーなどの
材料からなる保護キャップ１７被せる。次に、図５
（ｂ）に示すように、保護キャップ１７の上から封止樹
脂６を用いてリードフレーム３と一体成形する。

【００５０】この弾性表面波デバイスでは、弾性表面波
素子２に保護キャップ１７が被せられて、その上から封
止樹脂６により一体成形されているので、一体成形の際
に弾性表面波素子２が封止樹脂６から受ける力が緩和さ
れる。また、封止樹脂６が硬化収縮する際に封止樹脂６
の収縮率と弾性表面波素子２の収縮率の相違により発生
する残留応力を保護キャップ１７が緩和させる作用が発
生するので、弾性表面波素子２にかかる力を軽減するこ
とができる。

【００５１】また、従来のキャップを用いて封止してい
る組立型（従来の第１例および第２例）の弾性表面波デ
バイスの構造と比較して、別工程で作製されるキャップ
等が必要なく、また、キャップを接合する工程も必要な
い。したがって、製造工程が簡略化され製造コストを低
減させることができ、かつ、キャップの接合部が存在し
ないことから、弾性表面波デバイスの内部の中空部８の
気密性が高く、高い信頼性、耐久性を得ることができ
る。さらに、構造が単純なことから弾性表面波デバイス
の小型化も容易である。

【００５２】また、弾性表面波素子２に形成されたダム
７が、弾性表面波素子２とダイパッド４との間の中空部
８への封止樹脂６の侵入を防止しているので、ＩＤＴ１
とダイパッド４部との間の中空部８を安定して形成する
ことができる。

【００５３】なお、上述の各実施の形態での封止樹脂の
成形方法は、トランスファ成形や射出成形以外の方法を
用いることもできる。それらは、液状樹脂のポッティン
グや印刷によるもの等であり、それらによっても同様の
効果を得ることができる。

【００５４】また、上述の各実施の形態は、弾性表面波
素子として中空部を必要とする弾性表面波素子、たとえ
ば水晶振動子等の弾性表面波素子に対しても適用するこ
とが可能である。

【００５５】以上に述べたように、上述の各実施の形態
によれば、高性能で信頼性の高い弾性表面波デバイスを
高い歩留まりで安価に製造することが可能である。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、作動時の信頼性が高
く、かつ、製造コストの削減が可能な弾性表面波デバイ
スとその製造方法が実現できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す弾性表面デバ
イスの模式構成図。

【図２】（ａ）は本発明の第２の実施の形態を示す弾性
表面デバイスの模式構成図、（ｂ）はそのインナーリー
ド部での断面の下面図。

【図３】（ａ）は本発明の第３の実施の形態を示す弾性
表面デバイスの模式構成図、（ｂ）はその断面下面図。

【図４】本発明の第４の実施の形態を示す弾性表面波デ
バイスの構成図。

【図５】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第４の実施の
形態の製造工程の説明図。

【図６】従来の弾性表面波デバイスの構成図。

【図７】従来の弾性表面波デバイスの構成図。

【図８】従来の弾性表面波デバイスの構成図。

【符号の説明】

１…ＩＤＴ、２…弾性表面波素子、３、３ａ…リードフ
レーム、４、４ａ…ダイパッド、５…バンプ、６…封止
樹脂、７…ダム、８…中空部、９…空隙、１０…空隙、
１１…インナリード部、１２…段差、１５…基板、１６
…凹部、１７…保護キャップ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弾性表面波を励振あるいは受信する電極
   を中空部を介して基板と対向するように実装された弾性
   表面波素子を封止樹脂で封止した弾性表面波デバイスに
   おいて、前記封止樹脂は前記弾性表面波素子よりも線膨
   係数が小さい樹脂であることを特徴とする弾性表面波デ
   バイス。
2. 【請求項２】 弾性表面波を励振あるいは受信する電極
   を中空部を介して基板と対向するように実装された弾性
   表面波素子を封止樹脂で封止した弾性表面波デバイスに
   おいて、前記弾性表面波素子の前記電極の周囲に突起が
   設けられ、該突起は前記基板と接触していないことを特
   徴とする弾性表面波デバイス。
3. 【請求項３】 前記基板には、前記弾性表面波素子に対
   向する領域がより該弾性表面波素子に近づくような段差
   が設けられていることを特徴とする請求項１または請求
   項２記載の弾性表面波デバイス。
4. 【請求項４】 基板に弾性表面波素子をバンプを介して
   実装する実装工程と、前記弾性表面波素子の外側から該
   弾性表面波素子よりも線膨張係数が小さい封止樹脂で前
   記基板と一体成形する成形工程とを有することを特徴と
   する弾性表面波デバイスの製造方法。
5. 【請求項５】 基板に弾性表面波素子をバンプを介して
   実装する実装工程と、前記弾性表面波素子を覆う保護キ
   ャップを設ける工程と、前記弾性表面波素子を前記基板
   の一部を保護キャップと共に一体成形する成形工程とを
   有することを特徴とする弾性表面波デバイスの製造方
   法。