JP3652067B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車電話及び携帯電話等の移動体無線機器に内蔵される共振器及び周波数帯域フィルタ用の弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の弾性表面波（Surface Acoustic Wave 、以下ＳＡＷと略す）装置の断面図を図６及び図７に示す。
【０００３】
図６において、１１はＳＡＷ素子、１２は入出力電極のパッド、１３はパッケージ表面に形成された外部の駆動回路、共振回路、接地回路等に接続される電極パターンのパッド、１４はＳＡＷ素子用の圧電基板上に形成された櫛歯状電極のＩＤＴ（Inter Digital Transducer）電極、１５〜１７はセラミック、樹脂等の絶縁性材料からなるパッケージ、１８はセラミック、金属（Ａｌ、Ｃｕ）等からなる蓋体である。また、１９はパッド１２、１３を接続するワイヤである。
【０００４】
図６に示すように、弾性表面波装置Ｊ１は、パッケージ１５〜１７の内部にＳＡＷ素子１１を接着剤により載置固定し、パッド１２、１３をＡｌ、Ａｕ等のワイヤ１９により電気的に接続し、さらに蓋体１８をはんだ、接着剤等によりパッケージ１７上から接着して気密を保持していた。
【０００５】
また、図７において、２１はＳＡＷ素子、２２は入出力電極のパッド、２３はパッド２２とパッド２４を電気的に接続するバンプ等の接続体、２４は基板２７表面に形成され外部の駆動回路、共振回路、接地回路等に接続される電極パターンのパッド、２５はＳＡＷ素子用の圧電基板上に形成された櫛歯状電極のＩＤＴ（Inter Digital Transducer）電極、２６はＳＡＷ装置全体にモールドされ保護膜としての絶縁性材料からなる基板である。
【０００６】
図７に示すように、弾性表面波装置Ｊ２は、ＩＤＴ電極２５が設けられた機能面が基板２７に対面したフェースダウン構成であり、絶縁性樹脂２６が機能面が存在するＳＡＷの振動空間にまで入り込んでくる。
【０００７】
ここで、接続体２３は、Ａｕ、Ａｌ等の金属のワイヤをボールボンディング法によりバンプとなるように形成するか、Ａｕ、はんだ等からなるバンプを蒸着法、印刷法、転写法、無電解メッキ法又は電解メッキ法等により、パッド２２上に形成して得られる。そして、接続体２３を設けた圧電基板を、接続体２３とパッド２４とを位置合わせして、導電性接着剤の塗布やはんだのリフロー溶融法により接続し、基板２７上に固定する。
【０００８】
また、他の従来例として、図６に示すようなパッケージ１７の内部に、ＳＡＷ素子１１をフェースダウンでフリップチップ実装し、ＳＡＷ素子１１の外周部を絶縁性樹脂で固定配置して、絶縁性樹脂が振動空間に入り込まないようにすること（例えば、特開平５−２９１８６４号公報を参照）や、図６に示すようなパッケージ１７の内部に、ＳＡＷ素子１１をフェースダウンでフリップチップ実装して、ＳＡＷ素子１１の裏面を絶縁性樹脂で蓋体１８に接着固定して実装することにより、絶縁性樹脂が振動空間に入り込まないようにすることが提案されている（例えば、特開平６−６１７７８号公報）。
【０００９】
さらに、他の従来例として、図７と同様の構成において、絶縁性樹脂２６が振動空間側に入り込まないように、圧電基板又は基板２７の接続体２３の振動空間側に、ダムを設けるようにすることが提案されている（例えば、特開平５−５５３０３号公報を参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示すような従来例の場合、ワイヤ１９を使用しているため、ワイヤ１９が存在する横方向と高さ方向の距離の分だけＳＡＷ装置の体積が大きくなり、小型軽量化、薄型化に不利である。また、ワイヤボンディング装置によりワイヤを１本ずつ接続しているので、製造工程が煩雑になり、製造コストも大きくなる。さらに、ワイヤ１９が存在することにより、不要なインダクタンス成分を付加することになり、ＳＡＷ装置の周波数特性が変化し、設計上それを考慮する手間が生じるという問題点があった。
【００１１】
また、図７に示すような従来例の場合、絶縁性樹脂２６が振動空間に入り込み、機能面に接しているため、ＳＡＷの伝搬を阻害しており、ＳＡＷ装置としての所望の特性を得るのが困難である。また、絶縁性樹脂２６が振動空間に入り込まないように、ダムを設けたり、ＳＡＷ伝搬路を囲むように機能面に環状部材を設けても、絶縁性樹脂２６の入り込みを完全に阻止するには不十分であった。前記環状部材を設ける場合には、環状部材がシリコーン樹脂等の塗布により形成されるため、振動空間を均一な高さ、幅で正確に形成するのが困難であった。
【００１２】
また、上記他の従来例のように、絶縁基板に圧電基板をフェースダウンでフリップチップ実装し、圧電基板の周辺部を絶縁性樹脂で気密封止するものの場合、絶縁性樹脂の粘度が高くても毛細管現象により、絶縁性樹脂の入り込みを完全に阻止することには不十分であった。
【００１３】
さらに、上記他の従来例のように、一方の主面に櫛歯状電極と、該主面をパッケージ基板の対向面に接触させない程度の高さのバンプとが形成されたＳＡＷ素子の他方の面を、接着剤により封止部材に接着し、バンプとパッケージ端子とが当接し封止部材とパッケージ基板とで形成される空間が封止されるように封止部材をパッケージ基板に取り付けたものの場合、同様に蓋体により封止する構造であるため、蓋体の高さが必要となり、弾性表面波部品の薄型化において不利な構造である。
【００１４】
そこで、本発明は上記の事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は弾性表面波の振動空間への絶縁性樹脂の入り込みを完全に阻止でき、特性劣化がなく、薄型化，小型軽量化が可能で、さらには低コストで製造可能な弾性表面波装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の弾性表面波装置は、下面の弾性表面波を発生させる励振電極を設けた圧電基板を、前記励振電極の入出力用の導体パターンが形成された絶縁基体上に載置し、前記励振電極と導体パターンとを接続させてなる弾性表面波装置であって、前記絶縁基体上に一端が前記圧電基板の上面周縁部を覆う枠状体を配設させるとともに、前記圧電基板の上面周縁部と枠状体とを、圧電基板よりも線膨張係数が大きい接着部材を間に介在させて接合させたことを特徴とする。
【００１６】
特に、励振電極の規格化膜厚（膜厚／弾性表面波の波長）を０．１以下とし、この接着部材に圧電基板より３倍以上大きな線膨張係数を有するものを使用するとより好適な弾性表面波装置を提供できる。例えば、圧電基板にタンタル酸リチウム（線膨張係数：約１．６×１０-5／℃）を使用した場合、一液性エポキシ樹脂や熱粘性ポリマー型樹脂等の線膨張係数が５．０×１０-5／℃以上の接着部材を使用すると励振電極に電圧を印加した際に生ずる圧電基板の伸縮を接着部材で極力吸収することができ、温度特性の損なうことがなく信頼性に非常に優れた弾性表面波装置を提供できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について図１〜図５に基づき詳細に説明する。
図１〜図５は、それぞれＳＡＷ装置Ｓ１〜Ｓ５の実施形態の断面図である。図１において、１はＳＡＷ素子を構成する圧電基板、２は入出力電極パッド、３はバンプ等の接続体、４は導体パターンであり、電極パターン８のパッド、５は圧電基板１の下面に設けられ弾性表面波を発生させるための励振電極であるＩＤＴ電極、６は接着部材である絶縁性樹脂、７はセラミックスや樹脂等からなる絶縁基板、８は外部の駆動回路，共振回路，接地回路等に接続され絶縁基板７に設けられた電極パターンである。また、１０は圧電基板１の上面周縁部であり、１１は絶縁性樹脂６の浸入を防ぐテープ体又は蓋体等の枠状体、１２はＩＤＴ電極の振動空間である。尚、図１〜５で、同様な部材には同一の符号を付している。
【００１８】
ＳＡＷ素子は、互いに噛み合うように形成された少なくとも一対の櫛歯状電極のＩＤＴ電極５を圧電基板１上に設けることにより構成される。ここで、ＩＤＴ電極５は、所望の特性を得るために、複数対の櫛歯状電極を、直列接続、並列接続、従続接続等の方式で接続して構成してもよい。
【００１９】
上記絶縁基板７は、例えばセラミック基板または、セラミック基板と枠状セラミック基板とを積層することによって作製し、絶縁基板７の導通パターンは、電解めっき又は無電解めっき法によって形成する。
【００２０】
また、ＩＤＴ電極５は蒸着法、スパッタリング法又はＣＶＤ法等の薄膜形成法により形成する。
【００２１】
また、接続体３は、Ａｕ、Ａｌ等の金属のワイヤをボールボンディング法によりバンプとなるように形成するか、Ａｕ、はんだ等からなるバンプを蒸着法、印刷法、転写法、無電解めっき法又は電解めっき法等により、パッド２上に形成することによって得られる。
【００２２】
そして、ＳＡＷ素子のＩＤＴ電極５が設けられた主面（機能面）が絶縁基板７の表面に対面するフェースダウン構成として、接続体３を導電パターン４に導電性接着剤、はんだ等により電気的に導通させて接続し、ＳＡＷ素子を絶縁基板７上に載置固定する。
【００２３】
このとき、接続体３を導電性パターン４に当接させた状態で、絶縁性樹脂６により固定するようにしても構わない。
【００２４】
その後、ＳＡＷ素子の周辺部にポリイミドを基材とするテープ体又は、中央部に穴が開口しているセラミック製の蓋体等の枠状体１１等を接着固定し、絶縁性樹脂６がＩＤＴ電極５が形成された機能面に浸入しない構成とし、ＳＡＷ素子の固定とＩＤＴ電極５が存在する振動空間の気密を確実にするために、絶縁性樹脂６をＳＡＷ素子の全外周及び上部にＳＡＷ素子を覆うように塗布モールドし硬化させ、ＳＡＷ装置Ｓ１を完成する。圧電基板１を保護し、損傷、汚れの付着による特性劣化を防止する上で好適である。
【００２５】
また、接着部材である絶縁性樹脂６の材料としては、熱硬化性のエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、低融点ガラス及び熱可塑性ポリフェニレンサルファイド等が用いられるが、特にエポキシ樹脂が接着性、低吸湿性、電気絶縁性、機械的強度、耐薬品性、耐熱性の点で好ましい。また、ＩＤＴ電極５に電圧を印加した際に生ずる圧電基板１の伸縮を十分に吸収するように、絶縁性樹脂６の線膨張係数を圧電基板１より大きくしなければならない。特に、圧電基板１の線膨張係数の３倍程度以上大きいもの（例えば、圧電基板がタンタル酸リチウム（線膨張係数：１．６×１０-5／℃）の場合、エポキシ樹脂や熱粘性ポリマー型樹脂等の線膨張係数が５．０×１０-5／℃以上の接着部材）では、温度特性を損なうことがなく好適に使用可能である。
【００２６】
図１〜図５の絶縁基板７に設けられ、導電パターン４に連なったリードパターン８は、絶縁基板７の裏面に延出して設けられており、ＳＡＷ装置Ｓを他に回路基板上に表面実装することができるが、必ずしもそのように構成しなくともよく、リードパターン８を絶縁基板７の上面に設けてもよい。
【００２７】
次に、図１の他の弾性表面波装置Ｓ２〜Ｓ５について説明する。
【００２８】
図２の弾性表面波装置Ｓ２は、圧電基板１の上面周縁部１０に中央部を開口させたセラミック製の蓋体の枠状体１１を接着固定した後、絶縁性樹脂６をモールドしたものであり、他の構造は図１と同様である。
【００２９】
図３の弾性表面波装置Ｓ３は、絶縁基板７上に振動空間１２を形成できるように、枠部材１１ａ，１１ｂからなる枠状体１１を設け、ＳＡＷ素子が枠状体１１の内側に丁度はまり込むように構成したものである。なお、図１，２と同様にＳＡＷ素子の裏面の周辺部にポリイミドを基材とする絶縁性のテープ体又はセラミック製の枠状体１１を接着固定した後、絶縁性樹脂６をモールドする。
【００３０】
図４及び図５の弾性表面波装置Ｓ４，Ｓ５は図３の応用例であり、図４の弾性表面波装置Ｓ４はテープ体又は蓋体である枠状体１１（枠部材１１ａ，１１ｂ）を突出端部まで延長して接着固定したものである。また、図５の弾性表面波装置Ｓ５はテープ体又は蓋体の接着に絶縁性樹脂を使用した例である。
【００３１】
図３〜図５の弾性表面波装置では、いずれも位置合わせがセルフアライメントでＳＡＷ素子を落とし込むことができ、絶縁性樹脂６が振動空間１２に入り込まない確実な気密構造が得られる。
【００３２】
図１〜図５において、振動空間内に低湿度の空気を封入し密閉することにより、ＩＤＴ電極５の酸化による劣化を抑制でき好ましい。また、空気の代わりに、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス等を封入し密閉しても、同様な効果が得られる。
【００３３】
本発明において、ＩＤＴ電極５はＡｌあるいはＡｌ合金（Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｔｉ系等）からなり、特にＡｌが励振効率が高く、材料コストが低いため好ましい。また、ＩＤＴ電極５の形状は、互いに噛み合うように形成された櫛歯状であるが、複数の電極指を平行に配列した反射器のようなスリット型のものにも適用でき、それらを併用したタイプであってよい。
【００３４】
そして、ＩＤＴ電極５の対数は５０〜２００程度、電極指の幅は０．１〜１０．０μｍ程度、電極指の間隔は０．１〜１０．０μｍ程度、電極指の交差幅は１０〜８０μｍ程度、ＩＤＴ電極５の厚みは０．２〜０．４μｍ程度とすることが、共振器あるいはフィルタとしての所期の特性を得るうえで好適である。また、ＩＤＴ電極５のＳＡＷの伝搬路の両端に、ＳＡＷを反射し効率よく共振させるための反射器を設けてもよく、さらには、電極指間に酸化亜鉛や酸化アルミニウム等の圧電材料を成膜すれば、ＳＡＷの共振効率が向上し好適である。
【００３５】
ＳＡＷ素子用の圧電基板としては、３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ3 結晶、６４°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ3 結晶、４５°Ｘカット−Ｚ伝搬のＬｉＢ4 Ｏ7 結晶は電気機械結合係数が大きく、且つ群遅延時間温度係数が小さいため好ましい。圧電基板の厚みは０．３〜０．５mm程度がよく、０．３ｍｍ未満では圧電基板が脆くなり、０．５ｍｍ超では材料コストが大きくなる。
【００３６】
かくして、本発明は、ＳＡＷの振動空間への絶縁性樹脂の入り込みを完全に阻止でき、振動空間を均一な高さ、幅で正確に形成し、その結果、ＳＡＷ装置の特性劣化がなく、また蓋体をＳＡＷ素子で代用するのでさらに薄型化及び小型軽量化され、さらには低コストで製造可能となるという作用効果を有する。また、特に、絶縁樹脂として圧電基板の線膨張係数より大きいもの（より好適には圧電基板の線膨張係数の３倍以上）を使用することにより温度特性を損なうことのない優れた弾性表面波装置を提供できる。
【００３７】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば、枠状体の配設により振動空間内の気密性が十分に確保されるのであれば、接着部材は少なくとも前記圧電基板の上面周縁部と枠状体との間に介在させればよく、必ずしも図１〜図５に示すように圧電基板の上面（裏面）全体や枠状体の全体を覆う必要はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更は何等差し支えない。
【００３８】
【実施例】
図１は、本発明の実施例における弾性表面波装置の概略を表す断面図である。本実施例では、ＳＡＷ素子用の圧電基板１として３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ3 結晶を用い、そのチップサイズは、１．１ｍｍ×１．５ｍｍとした。また、実装基板として３．０ｍｍ×３．０ｍｍ、厚さ５００μｍのアルミナ基板を用いた。アルミナ基板には合計１μｍ膜厚のＡｕ及びＮｉを無電解めっきにて形成した。
【００３９】
接続体３は、Ａｕのワイヤーをボールボンディング法によりバンプ３となるように形成した。バンプ径は、７０μｍ、高さは、５０μｍである。
【００４０】
バンプ３と基板電極４との接続は、Ａｇ−Ｐｄ合金を含む熱硬化性のエポキシ系導電性接着剤をバンプ３に転写塗布し、ＳＡＷ素子とセラミック基板７をフェースダウンでアライメントした後、１００℃で加熱接着した。窒素雰囲気中でポリイミドを基材とする絶縁性テープをＳＡＷ素子の外周部に接着固定し、その後、ＳＡＷ素子の固定とＩＤＴ電極５が存在する振動空間の気密を確実にするため、絶縁性樹脂６として熱硬化性エポキシ系接着剤を圧電基板１の上面周縁部及び上面に塗布モールドして１３０℃で加熱硬化した。
【００４１】
このような工程で作製した弾性表面波装置Ｓ１の高さは、１．０ｍｍであった。以上のように、従来のワイヤボンディング工程が不要となり、ワイヤの横方向の空間及びワイヤの高さ方向のサイズを縮小でき、小型化・薄型化を図ることができた。また、温度特性（ＴＣＦ：温度係数）をネットワークアナライザー（ヒューレットパッカード社製）により測定したところ、−５０ppm ／℃より小さな値であり、好適な温度特性を有することが判明した。
【００４２】
なお、ＲＦ−ＳＡＷフィルターを従来のセラミックパッケージに実装するとベアチップエレメントと比較して高周波側の減衰量が著しく劣化する。また、通過帯域内の低周波側の減衰特性がフィルター仕様により劣化することがある。これは、パッケージ及びＡｕワイヤのインダクタンス成分による影響と考えられる。フリップチップ実装を適用することにより、ベアチップエレメント特性に近いフィルターの周波数特性が得られると考えられる。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の弾性表面波装置によれば、ＳＡＷの振動空間の気密を確実にし、振動空間を均一な高さ，幅で形成することができるので、振動空間への絶縁性樹脂やほこり等の入り込みを完全に阻止し信頼性を向上させることができる上、特性劣化を極力防止できる優れた弾性表面波装置を提供できる。
【００４４】
また、圧電基板自体が蓋体の役割をするので、薄型化及び小型化を図ることができ、さらには低コストで製造可能な優れた弾性表面波装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による弾性表面波装置の一実施形態の断面図である。
【図２】本発明による弾性表面波装置の他の実施形態の断面図である。
【図３】本発明による弾性表面波装置の他の実施形態の断面図である。
【図４】本発明による弾性表面波装置の他の実施形態の断面図である。
【図５】本発明による弾性表面波装置の他の実施形態の断面図である。
【図６】従来の弾性表面波装置の断面図である。
【図７】従来の他の弾性表面波装置の断面図である。
【符号の説明】
１：圧電基板
２：パッド
３：接続体（バンプ）
４：導電パターン
５：ＩＤＴ電極（励振電極）
６：絶縁性樹脂（接着部材）
７：絶縁基板
８：電極リードパターン
１０：上面周縁部
１１：テープ体又は蓋体（枠状体）
１２：振動空間
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車電話及び携帯電話等の移動体無線機器に内蔵される共振器及び周波数帯域フィルタ用の弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の弾性表面波（Surface Acoustic Wave 、以下ＳＡＷと略す）装置の断面図を図６及び図７に示す。
【０００３】
図６において、１１はＳＡＷ素子、１２は入出力電極のパッド、１３はパッケージ表面に形成された外部の駆動回路、共振回路、接地回路等に接続される電極パターンのパッド、１４はＳＡＷ素子用の圧電基板上に形成された櫛歯状電極のＩＤＴ（Inter Digital Transducer）電極、１５〜１７はセラミック、樹脂等の絶縁性材料からなるパッケージ、１８はセラミック、金属（Ａｌ、Ｃｕ）等からなる蓋体である。また、１９はパッド１２、１３を接続するワイヤである。
【０００４】
図６に示すように、弾性表面波装置Ｊ１は、パッケージ１５〜１７の内部にＳＡＷ素子１１を接着剤により載置固定し、パッド１２、１３をＡｌ、Ａｕ等のワイヤ１９により電気的に接続し、さらに蓋体１８をはんだ、接着剤等によりパッケージ１７上から接着して気密を保持していた。
【０００５】
また、図７において、２１はＳＡＷ素子、２２は入出力電極のパッド、２３はパッド２２とパッド２４を電気的に接続するバンプ等の接続体、２４は基板２７表面に形成され外部の駆動回路、共振回路、接地回路等に接続される電極パターンのパッド、２５はＳＡＷ素子用の圧電基板上に形成された櫛歯状電極のＩＤＴ（Inter Digital Transducer）電極、２６はＳＡＷ装置全体にモールドされ保護膜としての絶縁性材料からなる基板である。
【０００６】
図７に示すように、弾性表面波装置Ｊ２は、ＩＤＴ電極２５が設けられた機能面が基板２７に対面したフェースダウン構成であり、絶縁性樹脂２６が機能面が存在するＳＡＷの振動空間にまで入り込んでくる。
【０００７】
ここで、接続体２３は、Ａｕ、Ａｌ等の金属のワイヤをボールボンディング法によりバンプとなるように形成するか、Ａｕ、はんだ等からなるバンプを蒸着法、印刷法、転写法、無電解メッキ法又は電解メッキ法等により、パッド２２上に形成して得られる。そして、接続体２３を設けた圧電基板を、接続体２３とパッド２４とを位置合わせして、導電性接着剤の塗布やはんだのリフロー溶融法により接続し、基板２７上に固定する。
【０００８】
また、他の従来例として、図６に示すようなパッケージ１７の内部に、ＳＡＷ素子１１をフェースダウンでフリップチップ実装し、ＳＡＷ素子１１の外周部を絶縁性樹脂で固定配置して、絶縁性樹脂が振動空間に入り込まないようにすること（例えば、特開平５−２９１８６４号公報を参照）や、図６に示すようなパッケージ１７の内部に、ＳＡＷ素子１１をフェースダウンでフリップチップ実装して、ＳＡＷ素子１１の裏面を絶縁性樹脂で蓋体１８に接着固定して実装することにより、絶縁性樹脂が振動空間に入り込まないようにすることが提案されている（例えば、特開平６−６１７７８号公報）。
【０００９】
さらに、他の従来例として、図７と同様の構成において、絶縁性樹脂２６が振動空間側に入り込まないように、圧電基板又は基板２７の接続体２３の振動空間側に、ダムを設けるようにすることが提案されている（例えば、特開平５−５５３０３号公報を参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示すような従来例の場合、ワイヤ１９を使用しているため、ワイヤ１９が存在する横方向と高さ方向の距離の分だけＳＡＷ装置の体積が大きくなり、小型軽量化、薄型化に不利である。また、ワイヤボンディング装置によりワイヤを１本ずつ接続しているので、製造工程が煩雑になり、製造コストも大きくなる。さらに、ワイヤ１９が存在することにより、不要なインダクタンス成分を付加することになり、ＳＡＷ装置の周波数特性が変化し、設計上それを考慮する手間が生じるという問題点があった。
【００１１】
また、図７に示すような従来例の場合、絶縁性樹脂２６が振動空間に入り込み、機能面に接しているため、ＳＡＷの伝搬を阻害しており、ＳＡＷ装置としての所望の特性を得るのが困難である。また、絶縁性樹脂２６が振動空間に入り込まないように、ダムを設けたり、ＳＡＷ伝搬路を囲むように機能面に環状部材を設けても、絶縁性樹脂２６の入り込みを完全に阻止するには不十分であった。前記環状部材を設ける場合には、環状部材がシリコーン樹脂等の塗布により形成されるため、振動空間を均一な高さ、幅で正確に形成するのが困難であった。
【００１２】
また、上記他の従来例のように、絶縁基板に圧電基板をフェースダウンでフリップチップ実装し、圧電基板の周辺部を絶縁性樹脂で気密封止するものの場合、絶縁性樹脂の粘度が高くても毛細管現象により、絶縁性樹脂の入り込みを完全に阻止することには不十分であった。
【００１３】
さらに、上記他の従来例のように、一方の主面に櫛歯状電極と、該主面をパッケージ基板の対向面に接触させない程度の高さのバンプとが形成されたＳＡＷ素子の他方の面を、接着剤により封止部材に接着し、バンプとパッケージ端子とが当接し封止部材とパッケージ基板とで形成される空間が封止されるように封止部材をパッケージ基板に取り付けたものの場合、同様に蓋体により封止する構造であるため、蓋体の高さが必要となり、弾性表面波部品の薄型化において不利な構造である。
【００１４】
そこで、本発明は上記の事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は弾性表面波の振動空間への絶縁性樹脂の入り込みを完全に阻止でき、特性劣化がなく、薄型化，小型軽量化が可能で、さらには低コストで製造可能な弾性表面波装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の弾性表面波装置は、下面の弾性表面波を発生させる励振電極を設けた圧電基板を、前記励振電極の入出力用の導体パターンが形成された絶縁基体上に載置し、前記励振電極と導体パターンとを接続させてなる弾性表面波装置であって、前記絶縁基体上に一端が前記圧電基板の上面周縁部を覆う枠状体を配設させるとともに、前記圧電基板の上面周縁部と枠状体とを、圧電基板よりも線膨張係数が大きい接着部材を間に介在させて接合させたことを特徴とする。
【００１６】
特に、励振電極の規格化膜厚（膜厚／弾性表面波の波長）を０．１以下とし、この接着部材に圧電基板より３倍以上大きな線膨張係数を有するものを使用するとより好適な弾性表面波装置を提供できる。例えば、圧電基板にタンタル酸リチウム（線膨張係数：約１．６×１０-5／℃）を使用した場合、一液性エポキシ樹脂や熱粘性ポリマー型樹脂等の線膨張係数が５．０×１０-5／℃以上の接着部材を使用すると励振電極に電圧を印加した際に生ずる圧電基板の伸縮を接着部材で極力吸収することができ、温度特性の損なうことがなく信頼性に非常に優れた弾性表面波装置を提供できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について図１〜図５に基づき詳細に説明する。
図１〜図５は、それぞれＳＡＷ装置Ｓ１〜Ｓ５の実施形態の断面図である。図１において、１はＳＡＷ素子を構成する圧電基板、２は入出力電極パッド、３はバンプ等の接続体、４は導体パターンであり、電極パターン８のパッド、５は圧電基板１の下面に設けられ弾性表面波を発生させるための励振電極であるＩＤＴ電極、６は接着部材である絶縁性樹脂、７はセラミックスや樹脂等からなる絶縁基板、８は外部の駆動回路，共振回路，接地回路等に接続され絶縁基板７に設けられた電極パターンである。また、１０は圧電基板１の上面周縁部であり、１１は絶縁性樹脂６の浸入を防ぐテープ体又は蓋体等の枠状体、１２はＩＤＴ電極の振動空間である。尚、図１〜５で、同様な部材には同一の符号を付している。
【００１８】
ＳＡＷ素子は、互いに噛み合うように形成された少なくとも一対の櫛歯状電極のＩＤＴ電極５を圧電基板１上に設けることにより構成される。ここで、ＩＤＴ電極５は、所望の特性を得るために、複数対の櫛歯状電極を、直列接続、並列接続、従続接続等の方式で接続して構成してもよい。
【００１９】
上記絶縁基板７は、例えばセラミック基板または、セラミック基板と枠状セラミック基板とを積層することによって作製し、絶縁基板７の導通パターンは、電解めっき又は無電解めっき法によって形成する。
【００２０】
また、ＩＤＴ電極５は蒸着法、スパッタリング法又はＣＶＤ法等の薄膜形成法により形成する。
【００２１】
また、接続体３は、Ａｕ、Ａｌ等の金属のワイヤをボールボンディング法によりバンプとなるように形成するか、Ａｕ、はんだ等からなるバンプを蒸着法、印刷法、転写法、無電解めっき法又は電解めっき法等により、パッド２上に形成することによって得られる。
【００２２】
そして、ＳＡＷ素子のＩＤＴ電極５が設けられた主面（機能面）が絶縁基板７の表面に対面するフェースダウン構成として、接続体３を導電パターン４に導電性接着剤、はんだ等により電気的に導通させて接続し、ＳＡＷ素子を絶縁基板７上に載置固定する。
【００２３】
このとき、接続体３を導電性パターン４に当接させた状態で、絶縁性樹脂６により固定するようにしても構わない。
【００２４】
その後、ＳＡＷ素子の周辺部にポリイミドを基材とするテープ体又は、中央部に穴が開口しているセラミック製の蓋体等の枠状体１１等を接着固定し、絶縁性樹脂６がＩＤＴ電極５が形成された機能面に浸入しない構成とし、ＳＡＷ素子の固定とＩＤＴ電極５が存在する振動空間の気密を確実にするために、絶縁性樹脂６をＳＡＷ素子の全外周及び上部にＳＡＷ素子を覆うように塗布モールドし硬化させ、ＳＡＷ装置Ｓ１を完成する。圧電基板１を保護し、損傷、汚れの付着による特性劣化を防止する上で好適である。
【００２５】
また、接着部材である絶縁性樹脂６の材料としては、熱硬化性のエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、低融点ガラス及び熱可塑性ポリフェニレンサルファイド等が用いられるが、特にエポキシ樹脂が接着性、低吸湿性、電気絶縁性、機械的強度、耐薬品性、耐熱性の点で好ましい。また、ＩＤＴ電極５に電圧を印加した際に生ずる圧電基板１の伸縮を十分に吸収するように、絶縁性樹脂６の線膨張係数を圧電基板１より大きくしなければならない。特に、圧電基板１の線膨張係数の３倍程度以上大きいもの（例えば、圧電基板がタンタル酸リチウム（線膨張係数：１．６×１０-5／℃）の場合、エポキシ樹脂や熱粘性ポリマー型樹脂等の線膨張係数が５．０×１０-5／℃以上の接着部材）では、温度特性を損なうことがなく好適に使用可能である。
【００２６】
図１〜図５の絶縁基板７に設けられ、導電パターン４に連なったリードパターン８は、絶縁基板７の裏面に延出して設けられており、ＳＡＷ装置Ｓを他に回路基板上に表面実装することができるが、必ずしもそのように構成しなくともよく、リードパターン８を絶縁基板７の上面に設けてもよい。
【００２７】
次に、図１の他の弾性表面波装置Ｓ２〜Ｓ５について説明する。
【００２８】
図２の弾性表面波装置Ｓ２は、圧電基板１の上面周縁部１０に中央部を開口させたセラミック製の蓋体の枠状体１１を接着固定した後、絶縁性樹脂６をモールドしたものであり、他の構造は図１と同様である。
【００２９】
図３の弾性表面波装置Ｓ３は、絶縁基板７上に振動空間１２を形成できるように、枠部材１１ａ，１１ｂからなる枠状体１１を設け、ＳＡＷ素子が枠状体１１の内側に丁度はまり込むように構成したものである。なお、図１，２と同様にＳＡＷ素子の裏面の周辺部にポリイミドを基材とする絶縁性のテープ体又はセラミック製の枠状体１１を接着固定した後、絶縁性樹脂６をモールドする。
【００３０】
図４及び図５の弾性表面波装置Ｓ４，Ｓ５は図３の応用例であり、図４の弾性表面波装置Ｓ４はテープ体又は蓋体である枠状体１１（枠部材１１ａ，１１ｂ）を突出端部まで延長して接着固定したものである。また、図５の弾性表面波装置Ｓ５はテープ体又は蓋体の接着に絶縁性樹脂を使用した例である。
【００３１】
図３〜図５の弾性表面波装置では、いずれも位置合わせがセルフアライメントでＳＡＷ素子を落とし込むことができ、絶縁性樹脂６が振動空間１２に入り込まない確実な気密構造が得られる。
【００３２】
図１〜図５において、振動空間内に低湿度の空気を封入し密閉することにより、ＩＤＴ電極５の酸化による劣化を抑制でき好ましい。また、空気の代わりに、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス等を封入し密閉しても、同様な効果が得られる。
【００３３】
本発明において、ＩＤＴ電極５はＡｌあるいはＡｌ合金（Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｔｉ系等）からなり、特にＡｌが励振効率が高く、材料コストが低いため好ましい。また、ＩＤＴ電極５の形状は、互いに噛み合うように形成された櫛歯状であるが、複数の電極指を平行に配列した反射器のようなスリット型のものにも適用でき、それらを併用したタイプであってよい。
【００３４】
そして、ＩＤＴ電極５の対数は５０〜２００程度、電極指の幅は０．１〜１０．０μｍ程度、電極指の間隔は０．１〜１０．０μｍ程度、電極指の交差幅は１０〜８０μｍ程度、ＩＤＴ電極５の厚みは０．２〜０．４μｍ程度とすることが、共振器あるいはフィルタとしての所期の特性を得るうえで好適である。また、ＩＤＴ電極５のＳＡＷの伝搬路の両端に、ＳＡＷを反射し効率よく共振させるための反射器を設けてもよく、さらには、電極指間に酸化亜鉛や酸化アルミニウム等の圧電材料を成膜すれば、ＳＡＷの共振効率が向上し好適である。
【００３５】
ＳＡＷ素子用の圧電基板としては、３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ3 結晶、６４°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ3 結晶、４５°Ｘカット−Ｚ伝搬のＬｉＢ4 Ｏ7 結晶は電気機械結合係数が大きく、且つ群遅延時間温度係数が小さいため好ましい。圧電基板の厚みは０．３〜０．５mm程度がよく、０．３ｍｍ未満では圧電基板が脆くなり、０．５ｍｍ超では材料コストが大きくなる。
【００３６】
かくして、本発明は、ＳＡＷの振動空間への絶縁性樹脂の入り込みを完全に阻止でき、振動空間を均一な高さ、幅で正確に形成し、その結果、ＳＡＷ装置の特性劣化がなく、また蓋体をＳＡＷ素子で代用するのでさらに薄型化及び小型軽量化され、さらには低コストで製造可能となるという作用効果を有する。また、特に、絶縁樹脂として圧電基板の線膨張係数より大きいもの（より好適には圧電基板の線膨張係数の３倍以上）を使用することにより温度特性を損なうことのない優れた弾性表面波装置を提供できる。
【００３７】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば、枠状体の配設により振動空間内の気密性が十分に確保されるのであれば、接着部材は少なくとも前記圧電基板の上面周縁部と枠状体との間に介在させればよく、必ずしも図１〜図５に示すように圧電基板の上面（裏面）全体や枠状体の全体を覆う必要はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更は何等差し支えない。
【００３８】
【実施例】
図１は、本発明の実施例における弾性表面波装置の概略を表す断面図である。本実施例では、ＳＡＷ素子用の圧電基板１として３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ3 結晶を用い、そのチップサイズは、１．１ｍｍ×１．５ｍｍとした。また、実装基板として３．０ｍｍ×３．０ｍｍ、厚さ５００μｍのアルミナ基板を用いた。アルミナ基板には合計１μｍ膜厚のＡｕ及びＮｉを無電解めっきにて形成した。
【００３９】
接続体３は、Ａｕのワイヤーをボールボンディング法によりバンプ３となるように形成した。バンプ径は、７０μｍ、高さは、５０μｍである。
【００４０】
バンプ３と基板電極４との接続は、Ａｇ−Ｐｄ合金を含む熱硬化性のエポキシ系導電性接着剤をバンプ３に転写塗布し、ＳＡＷ素子とセラミック基板７をフェースダウンでアライメントした後、１００℃で加熱接着した。窒素雰囲気中でポリイミドを基材とする絶縁性テープをＳＡＷ素子の外周部に接着固定し、その後、ＳＡＷ素子の固定とＩＤＴ電極５が存在する振動空間の気密を確実にするため、絶縁性樹脂６として熱硬化性エポキシ系接着剤を圧電基板１の上面周縁部及び上面に塗布モールドして１３０℃で加熱硬化した。
【００４１】
このような工程で作製した弾性表面波装置Ｓ１の高さは、１．０ｍｍであった。以上のように、従来のワイヤボンディング工程が不要となり、ワイヤの横方向の空間及びワイヤの高さ方向のサイズを縮小でき、小型化・薄型化を図ることができた。また、温度特性（ＴＣＦ：温度係数）をネットワークアナライザー（ヒューレットパッカード社製）により測定したところ、−５０ppm ／℃より小さな値であり、好適な温度特性を有することが判明した。
【００４２】
なお、ＲＦ−ＳＡＷフィルターを従来のセラミックパッケージに実装するとベアチップエレメントと比較して高周波側の減衰量が著しく劣化する。また、通過帯域内の低周波側の減衰特性がフィルター仕様により劣化することがある。これは、パッケージ及びＡｕワイヤのインダクタンス成分による影響と考えられる。フリップチップ実装を適用することにより、ベアチップエレメント特性に近いフィルターの周波数特性が得られると考えられる。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の弾性表面波装置によれば、ＳＡＷの振動空間の気密を確実にし、振動空間を均一な高さ，幅で形成することができるので、振動空間への絶縁性樹脂やほこり等の入り込みを完全に阻止し信頼性を向上させることができる上、特性劣化を極力防止できる優れた弾性表面波装置を提供できる。
【００４４】
また、圧電基板自体が蓋体の役割をするので、薄型化及び小型化を図ることができ、さらには低コストで製造可能な優れた弾性表面波装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による弾性表面波装置の一実施形態の断面図である。
【図２】本発明による弾性表面波装置の他の実施形態の断面図である。
【図３】本発明による弾性表面波装置の他の実施形態の断面図である。
【図４】本発明による弾性表面波装置の他の実施形態の断面図である。
【図５】本発明による弾性表面波装置の他の実施形態の断面図である。
【図６】従来の弾性表面波装置の断面図である。
【図７】従来の他の弾性表面波装置の断面図である。
【符号の説明】
１：圧電基板
２：パッド
３：接続体（バンプ）
４：導電パターン
５：ＩＤＴ電極（励振電極）
６：絶縁性樹脂（接着部材）
７：絶縁基板
８：電極リードパターン
１０：上面周縁部
１１：テープ体又は蓋体（枠状体）
１２：振動空間
Claims (1)
- 下面の弾性表面波を発生させる励振電極を設けた圧電基板を、前記励振電極の入出力用の導体パターンが形成された絶縁基体上に載置し、前記励振電極と導体パターンとを接続させてなる弾性表面波装置であって、前記絶縁基体上に一端が前記圧電基板の上面周縁部を覆う枠状体を配設させるとともに、前記圧電基板の上面周縁部と枠状体とを、圧電基板よりも線膨張係数が大きい接着部材を間に介在させて接合させたことを特徴とする弾性表面波装置。
Priority Applications (1)
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| JP17485397A JP3652067B2 (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | 弾性表面波装置 |
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