JP2014236387A - 弾性波デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 封止の気密性及び装置の信頼性を向上させた弾性波デバイス及びその製造方法の提供。
【解決手段】 キャップ基板４０が、キャップ基板４０の外周部に沿った第１領域４２と、第１領域４２の内側に沿って設けられ第１領域４２より厚みが小さい第２領域４４と、第２領域４４の内側に設けられ第２領域４４より厚みの小さい第３領域４６と、を含み、第１領域４２の表面は支持基板１０の外周部における表面１２と接合し、第２領域４４の表面は圧電基板２０の外周部における表面と接合し、第３領域４６の表面と圧電基板２０の表面とが離間することにより励振電極３２が振動するための空間６０が形成されている弾性波デバイス１００。
【選択図】 図５
【解決手段】 キャップ基板４０が、キャップ基板４０の外周部に沿った第１領域４２と、第１領域４２の内側に沿って設けられ第１領域４２より厚みが小さい第２領域４４と、第２領域４４の内側に設けられ第２領域４４より厚みの小さい第３領域４６と、を含み、第１領域４２の表面は支持基板１０の外周部における表面１２と接合し、第２領域４４の表面は圧電基板２０の外周部における表面と接合し、第３領域４６の表面と圧電基板２０の表面とが離間することにより励振電極３２が振動するための空間６０が形成されている弾性波デバイス１００。
【選択図】 図５
Description
本発明は、弾性波デバイス及びその製造方法に関する。
圧電基板上に、弾性波を励振する励振電極を設け、当該励振電極を含む機能部を、樹脂により封止した弾性波デバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。当該弾性波デバイスでは、励振電極の上部に空隙（空間）が形成されるように、樹脂による封止が行われている。
従来の弾性波デバイスでは、封止体として樹脂を用いていたため、気密性が十分でなく、湿気の侵入等により励振電極が損傷し、装置の信頼性が低下してしまう等の課題があった。
本発明は上記の課題に鑑みなされたものであり、封止の気密性及び装置の信頼性を向上させた弾性波デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、支持基板と、前記支持基板上に、前記支持基板の外周部における表面が露出するように設けられた圧電基板と、前記圧電基板上に設けられ、弾性波を励振する励振電極と、前記支持基板及び前記圧電基板上に設けられた無機絶縁体のキャップ基板と、を備え、前記キャップ基板は、前記キャップ基板の外周部に沿った第１領域と、前記第１領域の内側に沿って設けられ前記第１領域より厚みが小さい第２領域と、前記第２領域の内側に設けられ前記第２領域より厚みの小さい第３領域と、を含み、前記第１領域の表面は前記支持基板の外周部における表面と接合し、前記第２領域の表面は前記圧電基板の外周部における表面と接合し、前記第３領域の表面と前記圧電基板の表面とが離間することにより前記励振電極が振動するための空間が形成されていることを特徴とする弾性波デバイスである。
上記構成において、前記支持基板と前記キャップ基板は、前記圧電基板より線膨張係数が小さい構成とすることができる。
上記構成において、前記支持基板は、無機絶縁体である構成とすることができる。
上記構成において、前記支持基板と前記キャップ基板とは、同じ材料で形成されている構成とすることができる。
上記構成において、前記圧電基板及び前記空間は、共通の前記支持基板上に複数設けられている構成とすることができる。
上記構成において、前記キャップ基板の前記第３領域に設けられ、前記励振電極と電気的に接続された受動素子を備える構成とすることができる。
上記構成において、前記キャップ基板の前記第２領域を貫通して設けられ、前記励振電極と電気的に接続された貫通電極を備える構成とすることができる。
本発明は、支持基板上に、前記支持基板の外周部における表面が露出するように、圧電基板を設ける工程と、前記圧電基板上に、弾性波を励振する励振電極を設ける工程と、無機絶縁体のキャップ基板に、前記キャップ基板の外周部に沿った第１領域、前記第１領域の内側に沿って設けられ前記第１領域より厚みが小さい第２領域、前記第２領域の内側に設けられ前記第２領域より厚みの小さい第３領域、をそれぞれ形成する工程と、前記第１領域の表面が前記支持基板の外周部における表面と接合し、前記第２領域の表面が前記圧電基板の外周部における表面と接合し、前記第３領域の表面と前記圧電基板の表面とが離間することにより前記励振電極が振動するための空間が形成されるように、前記キャップ基板により封止を行う工程と、を備えることを特徴とする弾性波デバイスの製造方法である。
本発明によれば、弾性波デバイスにおける封止の気密性及び装置の信頼性を向上させることができる。
図１〜図４は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造工程を示す断面模式図である。最初に図１（ａ）〜（ｂ）に示すように、支持基板１０に圧電基板２０を貼り付ける。支持基板１０には、例えば、サファイア、アルミナ、シリコン等を用いることができる。圧電基板２０には、例えば、ＬＴ（ＬｉＴａＯ３：タンタル酸リチウム）基板、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３：ニオブ酸リチウム）基板等を用いることができる。支持基板１０と圧電基板２０との接合は、例えばプラズマ等により接合面を活性化させる常温直接接合法（特開２００４−３４３３５９号公報参照）を用いて行ってもよいし、接着剤（例えば、エポキシ系樹脂）を用いて行ってもよい。
次に、図１（ｃ）に示すように、圧電基板２０の一部をハーフダイシングにより除去する。これにより、圧電基板２０が除去された領域１２から、支持基板１０の表面が露出する。後述する接合のため、圧電基板２０を除去する領域１２は、残りの圧電基板２０の周囲全体を取り囲むようにすることが好ましい。圧電基板２０のハーフダイシングは、例えばブレードダイシングにより行うことができる。
次に、図１（ｄ）に示すように、圧電基板２０の表面に金属層３０を形成し、パターニングを施すことで、励振電極３２及びこれと接続された配線電極３４の電極パターンを形成する。当該工程により、圧電基板２０上に弾性波デバイスの機能部が形成される。金属層３０には、例えばアルミニウムを用いることができる。
図２（ａ）〜（ｄ）は、キャップ基板４０の加工工程を示す図である。キャップ基板４０は、図１で形成した弾性波デバイスの機能部を封止するための部材であり、例えばサファイア、アルミナ等の無機絶縁体を用いることができる。図２（ａ）〜（ｂ）に示すように、キャップ基板４０上における、図１（ｄ）の圧電基板２０に対応する位置に、第１凹部４１を形成する。第１凹部４１は、圧電基板２０の厚み（例えば、１００μｍ〜２００μｍ）の厚みより深くなるように形成する。
次に、図２（ｃ）に示すように、第１凹部４１上における、図１（ｄ）の励振電極３２に対応する位置に、第２凹部４３を形成する。第２凹部４３は、金属層３０の厚み（例えば、１μｍ）より深くなるように形成する。第１凹部４１と第２凹部４３により、キャップ基板４０は、厚みが当初のキャップ基板４０の厚みと等しい第１領域４２、第１領域４２と比べて厚みが第１凹部４１の分だけ小さい第２領域４４、第２領域４４と比べて厚みが第２凹部４３の分だけ小さい第３領域４６、の３つの領域に分割される。換言すれば、第１凹部４１及び第２凹部４３が同一の表面に形成される結果、キャップ基板４０は３段の段差を有する構成となる。
次に、図２（ｄ）に示すように、キャップ基板４０の第２領域４４を貫通する貫通孔４８を形成する。後述の工程において、貫通孔４８内に貫通電極を形成することにより、キャップ基板４０の両面を電気的に接続することが可能となる。なお、第１凹部４１、第２凹部、及び貫通孔４８の形成は、例えばサンドブラスト法を用いて行うことができる。
次に、図３（ａ）に示すように、キャップ基板４０を支持基板１０及び圧電基板２０に貼り付ける。このとき、キャップ基板４０の第１領域４２が支持基板１０の表面（図１（ｃ）〜（ｄ）において符号１２で示す露出部分）と接合し、キャップ基板４０の第２領域４４が圧電基板２０の表面と接合するようにする。また、キャップ基板４０の第３領域４６は圧電基板２０の表面と離間し、これにより励振電極３２のための空間６０が形成される。更にキャップ基板４０の貫通孔４８は、配線電極３４の上に位置し、これにより励振電極３２及び配線電極３４が、貫通孔４８を介して外部との電気的接続を図ることが可能となる。
図３（ｂ）は、図３（ａ）の一部を拡大した図である。キャップ基板４０の第１領域４２及び支持基板１０は、符号４５で示す領域において接合しており、キャップ基板４０の第２領域４４及び圧電基板２０は、符号４７で示す領域において接合している。接合の方法としては、例えば前述の常温直接接合法を用いることができるが、接着剤（例えば、エポキシ系樹脂）を用いて接合を行ってもよい。
なお、図中ではキャップ基板４０の第２領域４４が、圧電基板２０ではなく配線電極３４と接合しているように見える。しかし、配線電極３４の厚み（例えば、１μｍ）は、圧電基板２０の厚み（例えば、１００μｍ〜２００μｍ）に比べて無視できるほど小さいため、実質的には第２領域４４が圧電基板２０の表面と接合している状態と変わらない。従って、「第２領域４４が圧電基板２０と接合する」とは、このように第２領域４４が配線電極３４と接合している場合も含むものとする。
次に、図４（ａ）に示すように、キャップ基板４０の貫通孔４８に貫通電極５０を形成する。貫通電極５０には、例えば銅、ニッケル等を用いることができる。貫通電極５０の形成は、例えばめっき法により行うことができるが、印刷により貫通電極５０を形成することも可能である。貫通電極５０は、キャップ基板４０の支持基板１０側の面から反対側の面に達するまで形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように、貫通電極５０の表面に外部接続用の端子となる半田ボール５２を形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、ウェハ状態の弾性波デバイスを矢印の位置で切断し、個片化する。以上の工程により、実施例１に係る弾性波デバイス１００が完成する。
図５は、実施例１に係る弾性波デバイス１００の構成を示す断面模式図である。支持基板１０上に、当該支持基板１０の外周部における表面（符号１２）が露出するように、圧電基板２０が設けられている。圧電基板２０上には、弾性波を励振する励振電極３２と、当該励振電極３２と電気的に接続された配線電極３４とが設けられている。支持基板１０及び圧電基板２０上には、無機絶縁体のキャップ基板４０が設けられている。キャップ基板４０の第１領域４２は支持基板１０の表面（符号１２）と接合し、キャップ基板４０の第２領域４４は圧電基板２０の表面と接合し、キャップ基板４０の第３領域４６は圧電基板２０の表面と離間して空間６０を形成している。
図６は、実施例１に係る弾性波デバイス１００の構成を示す平面模式図であり、図６（ａ）がキャップ基板４０を支持基板１０側から見た構成、図６（ｂ）が支持基板１０をキャップ基板４０側から見た構成である。図中のＡ−Ａ線に沿った断面を矢印Ｂ方向から見た図が、前掲の図５に相当する。図６（ｂ）に示すように、圧電基板２０上には、対向する１組の励振電極３２と、その両端に位置する反射電極３６とが設けられている。圧電基板２０の四隅には、信号を入出力するための入出力パッド３４aと、接地パッド３４ｂとが設けられ、このうち入出力パッド３４aは、１組の励振電極３２のそれぞれと電気的に接続されている。また、支持基板１０の露出部分（符号１２）は、圧電基板２０の全体を囲うように設けられている。点線で囲まれた領域には、空間６０が位置する。なお、図６では、圧電基板２０に共振器が形成された例に説明したが、圧電基板２０にラダー型フィルタおよび／または多重モードフィルタ等のフィルタを含む弾性波デバイスが形成されていてもよい。
図６（ａ）に示すように、キャップ基板４０には、キャップ基板４０の外周部に沿った第１領域４２と、第１領域４２の内側に沿った第２領域４４と、第２領域４４の内側に位置する第３領域４６とが設けられている。第２領域４４の四隅には、圧電基板２０の入出力パッド３４a及び接地パッド３４ｂに対応する位置に、貫通電極５０が設けられている。図６（ａ）〜（ｂ）に示すように、第１領域４２は支持基板１０の露出部分（符号１２）と重なり合うように設けられており、第２領域４４は圧電基板２０の外周部に沿うように設けられている。
実施例１に係る弾性波デバイス１００では、キャップ基板４０の第１領域４２が支持基板１０と接合すると共に、第２領域４４が圧電基板２０と接合している。このように、支持基板１０と圧電基板２０の２箇所でキャップ基板４０との接合を行うことにより、封止用の部材（例えば、封止樹脂）を圧電基板２０としか接合しない場合に比べ、気密性を高めることができる。また、キャップ基板４０に無機絶縁体を用いることで、樹脂を用いた場合に比べて気密性を高めることができる。以上、実施例１に係る弾性波デバイス１００によれば、弾性波デバイス１００における封止の気密性及び装置の信頼性を向上させることができる。
ここで、支持基板１０及びキャップ基板４０は、圧電基板２０より線膨張係数の小さい材料であることが好ましい。本構成によれば、圧電基板２０の温度変化に対する伸縮量を抑制することができ、弾性波デバイス１００の温度特性を更に向上させることができる（特開２００９−１８８８４４号公報参照）。
また、支持基板１０及びキャップ基板４０は、同じ材料で構成されていることが好ましい。本構成によれば、支持基板１０とキャップ基板４０と線膨張係数を等しくすることで、弾性波デバイス１００の温度特性を更に向上させることができる
実施例２は、マルチチップモジュールを用いた例である。
図７は、実施例２に係る弾性波デバイスの製造工程及び構成を示す断面模式図であり、図７（ａ）〜（ｂ）は製造工程を、図７（ｃ）は完成品の構造をそれぞれ示す。図７（ａ）は、実施例１における半田ボール５２の形成工程（図４（ｂ））と同じ図であり、これ以前の工程は実施例１と実施例２とで共通しているため、詳細な説明を省略する。また、図７（ａ）〜（ｂ）では、各部材における詳細な符号の表示を省略しているため、各部材の詳細については図７（ｃ）の説明を参照されたい。
図７（ａ）〜（ｂ）に示すように、半田ボール５２の形成後、弾性波デバイス１１０を切断し、個片化する。このとき、実施例１（図４（ｃ））と異なり、１つの支持基板１０が、複数の圧電基板２０及び空間６０を含むように切断を行う（キャップ基板４０については、複数の圧電基板２０及び空間６０に対し共通のものであってもよい）。以上の工程により、実施例２に係る弾性波デバイス１１０が完成する。
図７（ｃ）に示すように、共通の支持基板１０上には、互いに隔離された圧電基板２０ａ及び２０ｂが設けられ、これらが共通のキャップ基板４０により封止されることで、それぞれの圧電基板に対し空間６０ａ及び６０ｂが形成されている。その他の構成は実施例１（図５）と同様であるため、詳細な説明を省略する。
実施例２に係る弾性波デバイス１１０によれば、圧電基板２０及び空間６０が、共通の空間に複数設けられたマルチチップモジュールとなっている。この場合でも、実施例１と同様に、キャップ基板４０に段差を設け、第１領域４２が支持基板１０と、第２領域４４が圧電基板２０と接合する構成とすることで、弾性波デバイス１１０の気密性及び信頼性を高めることができる。
また、実施例２に係る弾性波デバイス１１０によれば、圧電基板２０ａ及び２０ｂが離間しているため、互いのアイソレーションを向上させることができる。例えば、送信フィルタ及び受信フィルタの両方を備えた分波器を１つの支持基板１０上に形成する場合に、圧電基板２０ａ上に送信フィルタを形成し、圧電基板２０ｂ上に受診フィルタを形成することで、２つのフィルタ間の干渉を抑制し、信頼性を向上させることができる。
実施例３は、キャップ基板に受動素子を形成した例である。
図８〜図９は、実施例３に係る弾性波デバイスの製造工程を示す断面模式図（その１）である。図８はキャップ基板４０の製造工程を示す図であり、実施例１（図２）と共通する部分については詳細な説明を省略する。また、支持基板１０側の製造工程についても、実施例１（図１）と同様であるため説明を省略する。
最初に、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、キャップ基板４０に第１凹部４１及び第２凹部４３を順に形成する。第２凹部４３の深さは、後述するＩＰＤ及びキャップ配線の厚みを考慮して、これらが封止の際に圧電基板２０側の素子と接触しない程度の深さとする。次に、図８（ｄ）に示すように、第２凹部４３の表面に、受動素子の一例であるＩＰＤ７０（Integrated
Passive Device）を形成すると共に、第２凹部４３及び第１凹部４１に、ＩＰＤ７０と電気的に接続されたキャップ配線７２を形成する。キャップ配線７２には、例えばアルミニウムを用いることができる。キャップ基板４０の形成が完了したら、図８（ｅ）に示すように、キャップ基板４０の第２領域４４を貫通する貫通孔４８を形成する。
Passive Device）を形成すると共に、第２凹部４３及び第１凹部４１に、ＩＰＤ７０と電気的に接続されたキャップ配線７２を形成する。キャップ配線７２には、例えばアルミニウムを用いることができる。キャップ基板４０の形成が完了したら、図８（ｅ）に示すように、キャップ基板４０の第２領域４４を貫通する貫通孔４８を形成する。
次に、図９（ａ）に示すように、キャップ基板４０と支持基板１０及び圧電基板２０を接合する。このとき、キャップ基板４０の第１領域４２が支持基板１０の表面（符号１２）と接合し、キャップ基板４０の第２領域４４が圧電基板２０の表面と接合するようにする。また、キャップ基板４０の第３領域４６に設けられたＩＰＤ７０が、圧電基板２０の励振電極３２及び配線電極３４と離間するようにする。続いて、図９（ｂ）〜（ｄ）に示すように、貫通電極５０の形成工程、半田ボール５２の形成工程、ダイシング工程を、実施例１と同様に行う。以上の工程により、実施例３に係る弾性波デバイス１２０が完成する。
図１０は、実施例３に係る弾性波デバイス１２０の構成を示す断面模式図である。実施例１と異なり、キャップ基板４０にはＩＰＤ７０が設けられ、当該ＩＰＤ７０はキャップ配線７２を介して、圧電基板２０側の配線電極３４及び励振電極３２と電気的に接続されている。キャップ配線７２と配線電極３４とは、キャップ基板４０の第２領域４４に形成されたキャップ基板４０を介して接続されている。
図１１（ａ）は、実施例３に係る弾性波デバイス１２０の構成を示す平面模式図であり、図１１（ｂ）は弾性波デバイス１２０の回路図である。図１１（ａ）は、実施例１の図６（ａ）と同様に、キャップ基板４０を支持基板１０側から見た構成であり、共通する部分については詳細な説明を省略する。
図１１（ａ）に示すように、入出力パッド３４ａと接続される貫通電極５０ａと、接地パッド３４ｂと接続される貫通電極５０ｂとの間には、ＩＰＤ７０としてスパイラル状のインダクタＬが形成されている。また、図１１（ｂ）に示すように、圧電基板２０上に形成された励振電極３２を含む電極パターンにより、共振器８０が形成されている。共振器８０は、２つの入出力端子８２の間に接続され、共振器８０の一端はインダクタＬを介して接地される構成となっている。
実施例３に係る弾性波デバイス１２０においても、実施例１と同様に、キャップ基板４０に段差を設け、第１領域４２が支持基板１０と、第２領域４４が圧電基板２０と接合する構成とすることで、弾性波デバイス１１０の気密性及び信頼性を高めることができる。更に、実施例３に係る弾性波デバイス１２０によれば、キャップ基板４０の第３領域（第２凹部４３）を利用してＩＰＤ７０を形成することで、装置の更なる小型化を図ることができる。
図１２（ａ）は、実施例３の変形例に係る弾性波デバイス１３０の構成を示す平面模式図であり、図１２（ｂ）は弾性波デバイス１３０の回路図である。図１１（ａ）に示すように、貫通電極５０ａ及び５０ｂの間には、ＩＰＤ７０として積層型のキャパシタＣが形成されている。また、図１１（ｂ）に示すように、共振器８０の一端はキャパシタＣを介して接地されている。その他の構成は実施例３と同様である。このように、ＩＰＤ７０としてキャパシタＣを用いることもできる。
実施例１〜３に係る構成は、励振電極３２及び空間６０により形成される機能部を有する様々な弾性波デバイスに対して適用することが可能である。例えば、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface
Acoustic Wave）デバイス、弾性境界波デバイス、ラブ波デバイス等への適用が可能である。
Acoustic Wave）デバイス、弾性境界波デバイス、ラブ波デバイス等への適用が可能である。
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。
１０ 支持基板
２０ 圧電基板
３０ 金属層
３２ 励振電極
３４ 配線電極
３６ 反射電極
４０ キャップ基板
４１ 第１凹部
４２ 第１領域
４３ 第２凹部
４４ 第２領域
４６ 第３領域
４８ 貫通孔
５０ 貫通電極
５２ 半田ボール
６０ 空間
７０ ＩＰＤ
７２ キャップ配線
８０ 共振器
８２ 入出力端子
１００ 弾性波デバイス
２０ 圧電基板
３０ 金属層
３２ 励振電極
３４ 配線電極
３６ 反射電極
４０ キャップ基板
４１ 第１凹部
４２ 第１領域
４３ 第２凹部
４４ 第２領域
４６ 第３領域
４８ 貫通孔
５０ 貫通電極
５２ 半田ボール
６０ 空間
７０ ＩＰＤ
７２ キャップ配線
８０ 共振器
８２ 入出力端子
１００ 弾性波デバイス
Claims (8)
- 支持基板と、
前記支持基板上に、前記支持基板の外周部における表面が露出するように設けられた圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられ、弾性波を励振する励振電極と、
前記支持基板及び前記圧電基板上に設けられた無機絶縁体のキャップ基板と、を備え、
前記キャップ基板は、前記キャップ基板の外周部に沿った第１領域と、前記第１領域の内側に沿って設けられ前記第１領域より厚みが小さい第２領域と、前記第２領域の内側に設けられ前記第２領域より厚みの小さい第３領域と、を含み、
前記第１領域の表面は前記支持基板の外周部における表面と接合し、前記第２領域の表面は前記圧電基板の外周部における表面と接合し、前記第３領域の表面と前記圧電基板の表面とが離間することにより前記励振電極が振動するための空間が形成されていることを特徴とする弾性波デバイス。 - 前記支持基板と前記キャップ基板は、前記圧電基板より線膨張係数が小さいことを特徴とする請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記支持基板は、無機絶縁体であることを特徴とする請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記支持基板と前記キャップ基板とは、同じ材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記圧電基板及び前記空間は、共通の前記支持基板上に複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記キャップ基板の前記第３領域に設けられ、前記励振電極と電気的に接続された受動素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記キャップ基板の前記第２領域を貫通して設けられ、前記励振電極と電気的に接続された貫通電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 支持基板上に、前記支持基板の外周部における表面が露出するように、圧電基板を設ける工程と、
前記圧電基板上に、弾性波を励振する励振電極を設ける工程と、
無機絶縁体のキャップ基板に、前記キャップ基板の外周部に沿った第１領域、前記第１領域の内側に沿って設けられ前記第１領域より厚みが小さい第２領域、前記第２領域の内側に設けられ前記第２領域より厚みの小さい第３領域、をそれぞれ形成する工程と、
前記第１領域の表面が前記支持基板の外周部における表面と接合し、前記第２領域の表面が前記圧電基板の外周部における表面と接合し、前記第３領域の表面と前記圧電基板の表面とが離間することにより前記励振電極が振動するための空間が形成されるように、前記キャップ基板により封止を行う工程と、
を備えることを特徴とする弾性波デバイスの製造方法。
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