JP5510695B1 - 弾性波装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
弾性波素子部分間の電磁界結合を抑制し得る弾性波装置を提供する。
圧電基板2上に、第1の電極構造3及び第2の電極構造4が形成されており、第1の電極構造3及び第2の電極構造4により、それぞれ、第1,第2の弾性波素子部分が構成されており、第1の弾性波素子部分及び第2の弾性波素子部分を囲むように圧電基板2上に支持枠11が形成されており、該支持枠11は、第1の弾性波素子部分と第2の弾性波素子部分とを区画する仕切り壁部11aを有し、該仕切り壁部11aに設けた溝に、導電性材料からなるシールド電極22が設けられている、弾性波装置1。
圧電基板2上に、第1の電極構造3及び第2の電極構造4が形成されており、第1の電極構造3及び第2の電極構造4により、それぞれ、第1,第2の弾性波素子部分が構成されており、第1の弾性波素子部分及び第2の弾性波素子部分を囲むように圧電基板2上に支持枠11が形成されており、該支持枠11は、第1の弾性波素子部分と第2の弾性波素子部分とを区画する仕切り壁部11aを有し、該仕切り壁部11aに設けた溝に、導電性材料からなるシールド電極22が設けられている、弾性波装置1。
Description
本発明は、例えばデュプレクサなどの複数の弾性波素子が構成されている弾性波装置及びその製造方法に関する。
従来、携帯電話機のデュプレクサに弾性波装置が広く用いられている。例えば、下記の特許文献1には、同一圧電基板上に送信フィルタを構成する弾性波素子部分と、受信フィルタを構成する弾性波素子部分とが備えられているデュプレクサが開示されている。特許文献1では、送信フィルタ部分と、受信フィルタ部分との間にシールド電極が設けられている。
特許文献1に記載のデュプレクサでは、送信フィルタと、受信フィルタとの間にシールド電極が形成されている。それによって、送信フィルタと受信フィルタとの間の電磁界結合が抑制されている。それによってアイソレーション特性の改善が図られるとされている。
しかしながら、特許文献1に記載のデュプレクサでは、上記シールド電極が設けられているものの、電磁界結合を充分に抑制することができず、アイソレーション特性はなお不十分であった。
本発明の目的は、弾性波素子部分間の電磁界結合をより一層効果的に抑制することが可能とされている、弾性波装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明に係る弾性波装置は、圧電基板と、圧電基板上に設けられている第1,第2の電極構造とを有する。第1,第2の電極構造が、それぞれ、第1,第2の弾性波素子部分を構成している。また、本発明では、圧電基板上に支持枠が設けされている。支持枠は、上記第1の弾性波素子部分及び第2の弾性波素子部分が設けられている部分を囲むように設けられている。
本発明では、上記支持枠上にカバー層が設けられている。カバー層は、第1,第2の弾性波素子部分が臨む第1,第2の中空部を構成している。
上記支持枠は、第1の弾性波素子部分と第2の弾性波素子部分とを区画する仕切り壁部を有するが、この仕切り壁部に設けられた溝に導電性材料からなるシールド電極が設けられている。
本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、シールド電極が、支持枠の仕切り壁部を上下に貫通する貫通溝の内側に設けられている。好ましくは、シールド電極は、仕切り壁部の全長に至るように設けられている。
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記支持枠の一部に前記第1の電極構造または前記第2の電極構造に電気的に接続されているアンダーバンプメタル層が、該支持枠の上面から上方に突出するように設けられており、該アンダーバンプメタル層と前記シールド電極とが同じ材料からなる。
本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、圧電基板上に、少なくとも1つの第3の弾性波素子部分が構成されている。
本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記第1の弾性波素子部分が受信フィルタ部であり、前記第2の弾性波素子部分が送信フィルタ部であり、デュプレクサが構成されている。
本発明に係る弾性波装置のまたさらに別の特定の局面では、前記シールド電極が接地電位に接続されている。
本発明の弾性波装置の製造方法は、本発明に従って構成されている弾性波装置を製造する方法である。本発明の製造方法は、圧電基板を用意する工程と、前記圧電基板上に前記第1の電極構造及び前記第2の電極構造を形成する工程と、前記圧電基板上に前記支持枠を、前記仕切り壁部を有するように形成する工程と、前記支持枠上に前記カバー層を前記第1,第2の中空部を有するように設ける工程と、前記支持枠の仕切り壁部に前記シールド電極を設ける工程とを備える。
本発明に係る弾性波装置の製造方法のある特定の局面では、前記シールド電極を形成する工程が、前記支持枠の前記仕切り壁部において、前記仕切り壁部の上面の一部に開いた凹状溝または前記仕切り壁部を貫通する貫通溝を形成する工程と、前記凹状溝または前記貫通溝に前記導電性材料を埋め込み、前記シールド電極を形成する工程とを備える。
本発明に係る弾性波装置の製造方法の他の特定の局面では、前記仕切り壁部に前記凹状溝または前記貫通溝を形成する工程が、前記支持枠上に前記カバー層を設けた後に、前記カバー層から前記仕切り壁部に至る凹状溝または貫通溝を形成することにより行われる。
本発明に係る弾性波装置の製造方法のさらに別の特定の局面では、前記カバー層から前記仕切り壁部に至る凹状溝または貫通溝の形成に際し、前記カバー層を貫通し前記支持枠に至るアンダーバンプメタル層用貫通孔を形成する工程と、前記凹状溝または貫通溝に前記導電性材料を充填してシールド電極を形成する工程において、前記アンダーバンプメタル層用貫通孔にも同じ導電性材料を充填してアンダーバンプメタル層を形成する工程をさらに備える。
本発明に係る弾性波装置の製造方法のさらに他の特定の局面では、前記アンダーバンプメタル層上に外部と電気的に接続を図るためのバンプを形成する工程がさらに備えられている。
本発明に係る弾性波装置の製造方法のさらに他の特定の局面では、前記第1の弾性波素子部分として受信フィルタ部を、前記第2の弾性波素子部分として送信フィルタ部を構成して、それによってデュプレクサが得られる。
本発明に係る弾性波装置では、支持枠が仕切り壁部を有し、該仕切り壁部の溝に導電性材料からなるシールド電極が設けられているため、第1の弾性波素子部分と第2の弾性波素子部分との電磁界結合を効果的に抑制することが可能となる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
図1(a)は、本発明の一実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。また、図1(b)は、本実施形態の弾性波装置1において、後述するバンプ及びカバー層を除去した構造の平面図である。なお、図1(a)は、図1(b)のA−A線に沿う部分に相当する部分の正面断面図である。
なお、本実施形態の弾性波装置1は、携帯電話機のデュプレクサとして用いられるものである。
弾性波装置1は、圧電基板2を有する。圧電基板2は、LiTaO3またはLiNbO3などの圧電単結晶、あるいは圧電セラミックス、または圧電性の薄膜が主面上に設けられた基板により構成することができる。
圧電基板2上に、第1の電極構造3と、第2の電極構造4とが形成されている。第1の電極構造3は、IDT電極や引き回し配線を含む。第1の電極構造3は、第1の弾性波素子部分としての送信フィルタを構成するように設けられている。この第1の電極構造3により形成される送信フィルタの具体的な構成については特に限定されるべきものではない。例えば、ラダー型回路構成の帯域通過フィルタなど、適宜のフィルタを構成すればよい。第1の電極構造3に電気的に接続されるように、電極ランド5,6が設けられている。
他方、第2の電極構造4は、第2の弾性波素子部分としての受信フィルタを構成している。第2の電極構造4もまた、IDT電極や引き回し配線などを含む。本実施形態では、第2の電極構造4により受信フィルタが構成されている。従って、第2の電極構造4は、ラダー型回路構成の帯域通過フィルタや縦結合共振子型回路構成の帯域通過フィルタなどの適宜のフィルタを構成するように設けられている。第2の電極構造4に電気的に接続される電極ランド7,8が、圧電基板2上に設けられている。
本実施形態では、第1の電極構造3及び第2の電極構造4により、上記第1,第2の弾性波素子部分がそれぞれ構成されている。ここでは、第1の弾性波素子部分及び第2の弾性波素子部分は少なくとも1つの弾性表面波素子を含む。従って、弾性表面波素子の振動を妨げないための空間が必要である。そのため、上記第1の弾性波素子部分が設けられている部分及び第2の弾性波素子部分が設けられている部分を囲むように支持枠11が設けられている。
支持枠11は、図1(b)に示すように、全体が略矩形枠状の形状を有する。そして、支持枠11は、第1の電極構造3と第2の電極構造4とを区画する、言い換えれば第1の弾性波素子部分と第2の弾性波素子部分とを区画する仕切り壁部11aを有する。図1(b)に示すように、仕切り壁部11aは、第1の電極構造3と第2の電極構造4との間に設けられている。仕切り壁部11aは、矩形枠状の支持枠11の対向し合う一対の辺を結ぶように、かつ残りの一対の辺と平行に延ばされている。なお、仕切り壁は、残りの一対の辺と平行に延ばされず、折れ曲がり形状、また曲線形状によって、矩形枠状の支持枠11の対向し合う一対の辺を結ぶように延ばされてもよい。なお、仕切り壁部11aは、矩形枠状の支持枠11に必ずしも接しなくてもよい。
上記支持枠11は、SiO2、Al2O3などの絶縁性セラミックスあるいは合成樹脂により形成することができる。
なお、上記電極ランド5〜8の上に、金属膜12〜15が積層されている。この金属膜12〜15は、後で形成されるアンダーバンプメタル層16〜19との密着性を高めるために設けられている。金属膜12〜15は、アンダーバンプメタル層16〜19を構成する金属に応じて適宜の金属により形成することができる。なお、金属膜12〜15は必ずしも必要ではない。
上記仕切り壁部11aには、貫通溝11bが形成されている。なお、仕切り壁部11aが設けられている部分において、図1(a)に示すように、金属膜20,21が積層されている。金属膜20は、電極ランド5〜8と同じ材料により形成されている。また、金属膜21は、前述した金属膜12〜15と同じ金属により形成すれば、金属膜を同じ工程で製造することもできるため望ましい。もっとも、異なる金属により形成されていてもよい。
上記仕切り壁部11aには、金属膜21に臨むように、貫通溝11bが形成されている。貫通溝11bは、仕切り壁部11aの全長に至るように形成されている。もっとも、貫通溝11bは、仕切り壁部11aの全長に至らないように、仕切り壁部11aの長さ方向において部分的に複数形成されていてもよい。
貫通溝11bは、仕切り壁部11aの上面から下面に至るように、ただし金属膜21を露出させるように設けられている。
もっとも、図4に示す本実施形態の第1の変形例のように、貫通溝11bに代えて、上面に開いた凹状溝11xを形成してもよい。凹状溝11xは、仕切り壁部11aの下面には至らないように設けられている。
好ましくは、本実施形態のように貫通溝11bを形成することが望ましい。それによって、後述する電磁シールド効果を高めることができる。特に、本実施形態では、下方に金属膜21が設けられており、金属膜21とシールド電極22との密着性が高められている。従って、より一層電磁シールド効果を高め得ることができる。さらに、シールド電極22が接地電位に接続されれば、さらに一層電磁シールド効果を高め得るため好ましい。
上記貫通溝11b内には、アンダーバンプメタル層16〜19と同じ金属からなるシールド電極22が設けられている。シールド電極22は、本実施形態では、アンダーバンプメタル層16〜19と同じ金属材料からなる。もっとも、他の金属材料により形成されていてもよい。
上記のように支持枠11はある程度の厚みを有する。従って、仕切り壁部11aもまた、ある程度の高さ方向寸法を有する。仕切り壁部11aの高さ方向の寸法は、支持枠11の高さ方向の寸法より高いことが好ましい。そして、支持枠11上に、カバー層23が設けられている。カバー層23は、アルミナなどの絶縁性セラミックスあるいは合成樹脂などにより形成することができる。
カバー層23には、前述したアンダーバンプメタル層16〜19及びシールド電極22が入り込み得る貫通孔が形成されている。後述の製造方法から明らかなように、本実施形態では、カバー層23にこれらの貫通孔を形成した後に、前述したアンダーバンプメタル層16〜19及びシールド電極22が形成されている。
上記支持枠11がある程度の厚みを有するため、上記カバー層23を支持枠11の上面に積層すると、中空部B,Cが設けられる。すなわち、第1の弾性波素子部分及び第2の弾性波素子部分の振動を妨げないための中空部B,Cが形成されることになる。
上記アンダーバンプメタル層16〜19上に、バンプ24がそれぞれ設けられている。
従って、本実施形態の弾性波装置1は、バンプ24側を回路基板の実装面に対向させ、フリップチップボンディング工法により表面実装され得る。
弾性波装置1では、支持枠11が、第1の弾性波素子部分及び第2の弾性波素子部分をそれぞれ囲むように設けられており、かつ仕切り壁部11aに上記シールド電極22が設けられているため、第1の弾性波素子部分と第2の弾性波素子部分との電磁界結合を効果的に抑制することが可能とされている。
なお、上記実施形態では、仕切り壁部11aにおいて、上記金属膜21が形成されていた。金属膜21の形成により、シールド電極22の形成をアンダーバンプメタル層16〜19と同一工程で行うことが可能とされていた。もっとも、図5(a)及び(b)に示す本実施形態の第2の変形例のように、上記金属膜21は、仕切り壁部11aの長さ方向において、上記貫通溝11bの長さ方向全長にわたり形成される必要はない。図5(a)及び(b)は上記実施形態の図1(a)及び(b)に相当する図である。図5(a)は、図5(b)のD−D線に沿う部分に相当する弾性波装置の断面図である。図5(a)から明らかなように、D−D線に沿う断面では、仕切り壁部11aに、貫通溝11bが至っていない。すなわち、図5(b)に示すように、貫通溝11bの長さが第1の実施形態の場合よりも短くされている。そして、図5(b)のD−D線に沿う断面部分では、アンダーバンプメタル層17に接続されている金属膜13及び電極ランド6が、上記仕切り壁部11aが設けられている部分を超えて延ばされている。もっとも、上記貫通溝11bが設けられている部分においては、第1の実施形態と同様に、シールド電極22の下方に金属膜21が設けられることになる。
本変形例では、上記のように金属膜13及び電極ランド6が、仕切り壁部11aをアンダーバンプメタル層17が設けられている側から、反対側にまで延ばされている。これは、仕切り壁部の一方側が送信フィルタ部、他方側が受信フィルタ部を構成しており、アンテナ端子に接続される配線パターンとして金属膜13及び電極ランド6を用いていることによる。すなわち、金属膜13及び電極ランド6は、アンテナ端子に接続される配線パターンを構成しており、送信フィルタ部と受信フィルタ部とで共通化されている。よって、このような金属膜13及び電極ランド6は、シールド電極22と電気的に絶縁される必要がある。そのため、上記貫通溝11b、すなわちシールド電極22及び金属膜21が、仕切り壁部11aの長さ方向全長には設けられていない。
本実施例の金属膜21は、仕切り壁部11aの長さ方向全長に設けられる必要はなく、部分的に設けられていてもよい。また、シールド電極22が内側に設けられる溝の一部が、アンテナ端子に接続される配線パターンに含まれる金属膜13及び電極ランド6の上方において、図4で示したように仕切り壁部11aの下面には至らない上面に開いた凹状溝であってもよい。この場合、金属膜13及び電極ランド6は、シールド電極22と電気的に絶縁することができ、第1の電極構造3と第2の電極構造4を接続する配線電極を備えたままで電磁シールド効果を高め得るため好ましい。
次に、上記弾性波装置1の製造方法を説明する。
まず、図2(a)に示すように、圧電基板2上に、第1,第2の電極構造3,4及び電極ランド5〜8を形成する。この形成方法は特に限定されず、蒸着、めっきまたはスパッタリングなどの適宜の方法を用いることができる。
次に、電極ランド5〜8上に、上記金属膜12〜15を形成する。この金属膜12〜15の形成方法についても、蒸着、めっき、スパッタリングなどの適宜の方法を用いることができる。
しかる後、圧電基板2上において全面に支持枠11を構成する材料を成膜し、所定の形状となるように形成する。このようにして、図2(b)に示す支持枠11を形成する。この所定の形状を得るためには、フォトリソグラフィー法などの適宜の方法を用いることができる。例えば、フォトリソグラフィー法では、図1(b)に示した平面形状の支持枠11が残存するように、フォトレジストを形成した後、エッチングを行えばよい。
次に、図2(c)に示すように、支持枠11上にカバー層23を積層する。カバー層23の積層は、合成樹脂フィルムの積層、絶縁性セラミックシートの積層等の適宜の方法により行い得る。
図2(d)で示すように、上記カバー層23を平面視する方向からレーザー等の加工方法により複数の貫通孔23aを形成する。この複数の貫通孔23aは、下方に位置している前述した金属膜12〜15あるいは金属膜21を露出させるように設けられる。また、上記貫通孔のうち、金属膜21上に設けられる貫通孔は前述した貫通溝11bの平面形状を有するように設けられる。
すなわち、上記貫通孔23aは、カバー層23に設けられているが、下方の支持枠11の貫通孔23aと同じ位置で貫通されている。それによって、金属膜12〜15及び金属膜21が露出されている。
しかる後、図3に示すように、アンダーバンプメタル層16〜19及びシールド電極22を構成するための金属材料を貫通孔23aから充填する。この方法は特に限定されず、全面に金属膜を成膜した後、貫通孔外の金属膜をリフトオフ法により除去する方法などの適宜の方法により行い得る。
しかる後、図1(a)に示したバンプ24を形成する。このようにして、弾性波装置1を得ることができる。
なお、上記弾性波装置1の製造方法は一例であり、弾性波装置1を製造する方法自体は特に限定されるものではない。もっとも、上記製造方法では、アンダーバンプメタル層16〜19がシールド電極22と同じ金属材料からなるため、同じ工程で形成することができる。従って、製造工程の簡略化及びコストの低減を果すことができる。
また、本実施形態では、前述したように、金属膜21が金属膜12〜15と同様に、アンダーバンプメタル層16〜19及びシールド電極22を構成する金属との密着性に優れた材料からなる。従って、シールド電極22の金属膜21への密着性を高めることができる。従って、シールド電極22が設けられている部分における全領域にわたって電磁シールド効果を効果的に高めることが可能となる。
図6に、本発明の第1の実施形態の弾性波装置と比較例の弾性波装置とのコモンモードアイソレーション特性を示す。本発明の第1の実施形態の弾性波装置の構成は、送信側の周波数帯域が704〜716MHz、受信側の周波数帯域が734〜746MHzである通信規格Band17のバランス型デュプレクサとした。比較例では、貫通孔及びシールド電極22を省略したことを除いては本発明の第1の実施形態の弾性波装置と同様とした。なお、図6において、破線が本発明の第1の実施形態を、実線が比較例を示す。
図6から、本発明の実施形態によれば、比較例に比べ送信側及び受信側の周波数帯域での減衰量が大きく、コモンモードアイソレーション特性に優れていることが分かる。
なお、上記実施形態では、携帯電話機のデュプレクサに応用した実施形態を説明したが、本発明は、デュプレクサに限定されるものではない。すなわち、圧電基板上に複数の弾性波素子部分が設けられている弾性波装置に一般に適用することが可能である。
従って、第1の弾性波素子部分及び第2の弾性波素子部分は、帯域通過フィルタ、低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、帯域阻止フィルタに限らず、共振子や弾性波遅延線などの様々な機能を有する素子部分であってもよい。
また、上記実施形態では、第1,第2の弾性波素子部分は弾性表面波素子部分であったが、弾性境界波素子部分やバルク弾性波素子部分であってもよい。
1…弾性波装置
2…圧電基板
3,4…第1,第2の電極構造
5〜8…電極ランド
11…支持枠
11a…仕切り壁部
11b…貫通溝
11x…凹状溝
12〜15…金属膜
16〜19…アンダーバンプメタル層
20,21…金属膜
22…シールド電極
23…カバー層
23a…貫通孔
24…バンプ
2…圧電基板
3,4…第1,第2の電極構造
5〜8…電極ランド
11…支持枠
11a…仕切り壁部
11b…貫通溝
11x…凹状溝
12〜15…金属膜
16〜19…アンダーバンプメタル層
20,21…金属膜
22…シールド電極
23…カバー層
23a…貫通孔
24…バンプ
Claims (13)
- 圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられており、第1の弾性波素子部分を構成している第1の電極構造と、
前記圧電基板上に設けられており、第2の弾性波素子部分を構成している第2の電極構造と、
前記圧電基板上において、前記第1の弾性波素子部分及び前記第2の弾性波素子部分が設けられている部分を囲むように設けられている支持枠と、
前記支持枠上に設けられており、第1,第2の弾性波素子部分が臨む第1,第2の中空部を構成しているカバー層とを備え、
前記支持枠が、前記第1の弾性波素子部分と前記第2の弾性波素子部分とを区画する仕切り壁部を有し、該仕切り壁部に設けた溝に導電性材料からなるシールド電極が設けられている、弾性波装置。 - 前記シールド電極が、前記支持枠の前記仕切り壁部を上下に貫通する貫通溝の内側に設けられている、請求項1に記載の弾性波装置。
- 前記シールド電極が、前記仕切り壁部の全長に至るように設けられている、請求項1または2に記載の弾性波装置。
- 前記支持枠の一部に前記第1の電極構造または前記第2の電極構造に電気的に接続されているアンダーバンプメタル層が、該支持枠の上面から上方に突出するように設けられており、該アンダーバンプメタル層と前記シールド電極とが同じ材料からなる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の弾性波装置。
- 前記圧電基板上に、少なくとも1つの第3の弾性波素子部分が構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の弾性波装置。
- 前記第1の弾性波素子部分が受信フィルタ部であり、前記第2の弾性波素子部分が送信フィルタ部であり、デュプレクサが構成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の弾性波装置。
- 前記シールド電極が接地電位に接続されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の弾性波装置。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の弾性波装置の製造方法であって、
圧電基板を用意する工程と、
前記圧電基板上に前記第1の電極構造及び前記第2の電極構造を形成する工程と、
前記圧電基板上に前記支持枠を、前記仕切り壁部を有するように形成する工程と、
前記支持枠上に前記カバー層を前記第1,第2の中空部を有するように設ける工程と、
前記支持枠の仕切り壁部に前記シールド電極を設ける工程とを備える、弾性波装置の製造方法。 - 前記シールド電極を形成する工程が、前記支持枠の前記仕切り壁部において、前記仕切り壁部の上面の一部に開いた凹状溝または前記仕切り壁部を貫通する貫通溝を形成する工程と、
前記凹状溝または前記貫通溝に前記導電性材料を埋め込み、前記シールド電極を形成する工程とを備える、請求項8に記載の弾性波装置の製造方法。 - 前記仕切り壁部に前記凹状溝または前記貫通溝を形成する工程が、前記支持枠上に前記カバー層を設けた後に、前記カバー層から前記仕切り壁部に至る凹状溝または貫通溝を形成することにより行われる、請求項9に記載の弾性波装置の製造方法。
- 前記カバー層から前記仕切り壁部に至る凹状溝または貫通溝の形成に際し、前記カバー層を貫通し前記支持枠に至るアンダーバンプメタル層用貫通孔を形成する工程と、
前記凹状溝または貫通溝に前記導電性材料を充填してシールド電極を形成する工程において、前記アンダーバンプメタル層用貫通孔にも同じ導電性材料を充填してアンダーバンプメタル層を形成する工程をさらに備える、請求項9に記載の弾性波装置の製造方法。 - 前記アンダーバンプメタル層上に外部と電気的に接続を図るためのバンプを形成する工程をさらに備える、請求項11に記載の弾性波装置の製造方法。
- 前記第1の弾性波素子部分として受信フィルタ部を、前記第2の弾性波素子部分として送信フィルタ部を構成して、それによってデュプレクサを得る、請求項8〜12のいれか1項に記載の弾性波装置の製造方法。
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