JP6336248B2 - 弾性波装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、各種電子機器において電子部品として使用される弾性波装置に関するものである。
図５は、従来の弾性波装置１の断面図である。従来の弾性波装置１は、圧電基板２と、圧電基板２の上に設けられた櫛形電極３および配線４と、櫛形電極３を包囲する側壁５と、側壁５に囲まれた櫛形電極３が励振する空間６と、側壁５の上面に設けられ、空間６を上方から覆う蓋体７と、蓋体７の上に設けられた電極８と、蓋体７および電極８を上から封止する封止樹脂９と、封止樹脂９を貫通する電極１０と、電極１０の上面に設けられた端子電極１１とを有する。
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
しかしながら、上記した従来の弾性波装置１は、外部の基板（図示せず）に接続した際に、外部基板からの応力が伝達し、長期に使用した場合に弾性波装置１の内部を破損してしまうという課題を有していた。本発明は、小型で長期信頼性を有する弾性波装置とその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、圧電基板と、前記圧電基板の上面に設けられた櫛形電極と、前記櫛形電極に接続された配線と、前記圧電基板の前記上面に設けられ、空間を介して前記櫛形電極を覆う素子カバーと、前記素子カバーの上面に設けられた第１の電極と、前記素子カバーおよび前記第１の電極を覆う封止樹脂と、前記封止樹脂の上に設けられた端子電極と、前記封止樹脂を貫通して前記第１の電極と前記端子電極とを電気的に接続する第２の電極とを備え、前記端子電極に接続する側の前記第２の電極の径を前記第１の電極に接続する側の前記第２の電極の径よりも小さくしたものである。
上記の構成を有することにより、本発明の弾性波装置は、外部から及ぼされる応力の影響を低減し、小型で長期信頼性を実現できるという効果を有する。
以下、本発明の一実施の形態における弾性波装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施の形態における弾性波装置を模式的に示した断面図である。図１において、弾性波装置２１は、圧電基板２２の上に櫛形電極２３と、配線２４と、櫛形電極２３を包囲する側壁２５と、櫛形電極２３が励振する空間２６と、空間２６を上方から覆う蓋体２７と、配線２４の上面から側壁２５の外側面を経由して蓋体２７の上面にかけて設けられた第１の電極２９と、蓋体２７および第１の電極２９を上から封止する封止樹脂３０と、封止樹脂３０を貫通して設けられた第２の電極３１と、第２の電極３１の上面に設けられた端子電極３２とを有する。
圧電基板２２は、回転ＹカットＸ伝播の単結晶タンタル酸リチウムからなる圧電性単結晶基板であり、その板厚は１００〜３５０μｍ程度である。
櫛形電極２３は圧電基板２２の表面に形成されたアルミニウムを主成分とする金属よりなり、櫛形電極２３に電圧を印加することにより圧電基板２２の表面に弾性表面波を励振するものである。櫛形電極２３の表面には、必要に応じて酸化ケイ素などの誘電体からなる保護膜を形成する。
配線２４は、圧電基板２２の表面に形成されたアルミニウムやアルミニウム合金などの導体よりなり、櫛形電極２３に電気的に接続され、回路を構成する。
側壁２５は、圧電基板２２の上において櫛形電極２３を囲むように設けたものであり、ポリイミド系の光硬化性樹脂を露光・現像して形成したものである。
空間２６は、弾性表面波が励振するために櫛形電極２３の上方に設けられた密封された空洞である。
蓋体２７は、側壁２５の上面に設けられ、空間２６を上方から覆って密封するもので、ポリイミド系の光硬化性樹脂シートを側壁２５の上面に接着し、露光・現像して形成したものである。側壁２５と蓋体２７とで、櫛形電極２３とその励振する空間２６を密封する素子カバー２８を構成する。
第１の電極２９は、配線２４の上面から側壁２５の外側面を経由して蓋体２７の上面に至る導体であり、無光沢電解銅メッキにより形成したものである。この第１の電極２９を構成する無光沢電解銅メッキ皮膜は、硫酸銅５水和物濃度１５０〜２００ｇ／Ｌ、硫酸５０〜１５０ｇ／Ｌに塩化物イオンを適量と界面活性剤を主成分とする添加剤を含むメッキ液から電解メッキ法により得られる。第１の電極２９のメッキ粒の寸法は、圧電基板の平面方向が１．９〜１３μｍで平均は５．３μｍ程度、圧電基板に垂直な方向が３．３〜２２μｍで平均は９．８μｍ程度、第１の電極２９のメッキ皮膜の密度は８．２１ｇ／ｃｍ2である。第１の電極２９は、素子カバー２８の大部分を覆うことにより、素子カバー２８の機械的強度を確保するとともに、櫛形電極２３および配線２４に対するシールド効果を付与し、櫛形電極２３が励振する空間２６への水分の浸入を抑制するものである。第１の電極２９は端子電極３２と比較して、メッキ粒径を相対的に大きくすることによってメッキ皮膜を相対的に柔らかくし、密度を相対的に大きくしたものである。
封止樹脂３０は、圧電基板２２の上において、素子カバー２８と第１の電極２９を封止して硬化したエポキシ系の樹脂であり、シリカ等のフィラーを含有させたものである。
第２の電極３１は、封止樹脂３０を貫通して第１の電極２９と端子電極３２とを接続するビア電極であり、無光沢電解銅メッキにより形成したものである。
第２の電極３１のメッキ粒の寸法は、圧電基板の平面方向が０．９〜８μｍで平均は３．０μｍ程度、圧電基板に垂直な方向が０．９〜１８μｍで平均は８．４μｍ程度、第２の電極３１のメッキ皮膜の密度は８．３６ｇ／ｃｍ2である。第２の電極３１は端子電極３２と比較して、メッキ粒径を相対的に大きくすることによってメッキ皮膜を相対的に柔らかくし、密度を相対的に大きくしたものである。
端子電極３２は、第２の電極３１の上面とその周囲の封止樹脂３０の上面に無光沢電解銅メッキにより形成した電極であり、弾性波装置２１を外部の電気回路（図示せず）に電気的に接続するための端子である。端子電極３２のメッキ粒の寸法は、圧電基板の平面方向が１．４〜７μｍで平均は３．５μｍ程度、圧電基板に垂直な方向が２．８〜１０μｍで平均は５．４μｍ程度、端子電極３２のメッキ皮膜の密度は８．１５ｇ／ｃｍ2である。このように端子電極３２は、第１の電極２９および第２の電極３１と比較して、平均メッキ粒径を小さくするとともに密度を小さくしたものである。
以上のように構成された弾性波装置２１は、ウエハレベルＣＳＰと呼ばれ、弾性表面波素子が形成された圧電基板２２と同等レベルの占有面積を有する極めて小型の寸法を実現できるものである。
以上のように本発明の弾性波装置２１は、端子電極に接続する側の第２の電極の径を第１の電極に接続する側の第２の電極の径よりも小さくしたことにより、外部の基板に実装した際に外部の基板から加えられる応力の影響を小さくすることができ、弾性波装置の破壊を防ぐことができる。
また、本発明の弾性波装置２１は、第１の電極と第２の電極と端子電極を無光沢金属メッキにより形成したことにより、各電極と電極の接合強度および電極と封止樹脂との接合強度を向上することができ、弾性波装置２１の機械的強度を向上することができる。
また、本発明の弾性波装置２１は、端子電極の平均メッキ粒径を第２の電極の平均メッキ粒径よりも小さくしたことにより、端子電極のメッキ皮膜を固くするとともに、第２の電極のメッキ皮膜を柔らかくすることができ、端子電極を外部回路に接合したときに生ずる外部応力を第２の電極において緩和することができる。また、第２の電極の平均メッキ粒径を大きくしたことにより、抵抗損失を低減することができる。また、端子電極の平均メッキ粒径を細かくしたことにより、端子電極のハンダ付け性を向上することができる。
また、本発明の弾性波装置２１の第２の電極のメッキ粒は、圧電基板に垂直な面に沿って切断した断面から見たとき、圧電基板に平行な方向の寸法よりも圧電基板に垂直な方向の寸法を大きくしたことにより、第２の電極の垂直方向の電気抵抗の損失を少なくするとともに、第２の電極の機械的強度を柔軟にすることができる。
また、本発明の弾性波装置２１は、第２の電極の密度を第１の電極の密度よりも大きくし、端子電極の密度を第１の電極の密度よりも小さくしたことにより、第２の電極の電気抵抗による損失を低減し、端子電極の機械的強度を増加することができる。
次に、本発明の一実施の形態における弾性波装置２１の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）〜（ｃ）および図４（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施の形態における弾性波装置２１の製造工程を模式的に示した製造工程図である。
まず、圧電基板２２の上面に、金属薄膜を形成し、これにフォトリソグラフ技術を用いてエッチングし、図２（ａ）に示すように、複数の櫛形電極２３と配線２４を形成する。
次に、圧電基板２２の上面にポリイミド系の光硬化性樹脂からなるシートをラミネートし、露光・現像・硬化することにより、図２（ｂ）に示すように、櫛形電極２３を囲む側壁２５を形成する。
次に、側壁２５の上面に、ポリイミド系の光硬化性樹脂からなるシートをラミネートし、露光・現像・硬化することにより、図２（ｃ）に示すように、櫛形電極２３が励振するための空間２６を上から覆う蓋体２７を形成する。
次に、電解銅メッキのための給電導体（図示せず）とメッキレジスト３３を形成し、無光沢電解銅メッキを行うことにより第１の電極２９を形成し、図３（ａ）に示す構成が得られる。
次に、メッキレジスト３３に重ねて、メッキレジスト３４を形成し、図３（ｂ）に示す構成になる。
次に、無光沢電解銅メッキを行うことにより第２の電極３１を、図３（ｃ）に示すように形成する。ここで、第２の電極３１を形成するための無光沢電解銅メッキの電流密度は、第１の電極を形成する際の無光沢電解銅メッキの電流密度の２．０±０．４倍である。この電解メッキの大きな電流密度は、被メッキ物に対する垂直な方向のメッキ液の液流を併用することにより、実現できる。このように、第２の電極３１を形成するための無光沢電解銅メッキの電流密度を、第１の電極を形成する際の無光沢電解銅メッキの電流密度よりも大きくすることにより、第２の電極３１の密度を第１の電極の密度よりも大きくしたものである。また、この第２の電極３１は、無光沢電解銅メッキの電流密度を、十分大きくしたことにより、結晶粒の形状が圧電基板の垂直方向に伸びる形状になるとともに、メッキの成長とともに第２の電極の径が小さくなる。すなわち、端子電極に接続する側の第２の電極の径は、第１の電極に接続する側の第２の電極の径よりも小さく、第２の電極３１の結晶粒の形状は、圧電基板に垂直な面に沿って切断した断面から見たとき、圧電基板に平行な方向の寸法よりも圧電基板に垂直な方向の寸法が大きい。
次に、メッキレジスト３４と給電導体（図示せず）を除去し、図４（ａ）に示す構成になる。
次に、フィラーを含有させた液状のエポキシ系樹脂を塗布し、硬化して、その上面を研削して第２の電極３１の上面を露出させることにより、図４（ｂ）に示すように、素子カバー２８と第１の電極２９を覆う封止樹脂３０を形成する。
次に、電解銅メッキのための給電導体（図示せず）とメッキレジスト３５を形成し、無光沢電解銅メッキにより端子電極３２を、図４（ｃ）に示すように形成する。ここで、端子電極３２を形成するための無光沢電解銅メッキの電流密度は、第２の電極を形成する際の無光沢電解銅メッキの電流密度の０．２５±０．０５倍である。このように、端子電極３２を形成するための無光沢電解銅メッキの電流密度を、第２の電極を形成する際の無光沢電解銅メッキの電流密度よりも小さくすることにより、端子電極３２の平均メッキ粒径を第２の電極の平均メッキ粒径よりも小さくするとともに、端子電極３２の密度を第２の電極の密度よりも小さくしたものである。
次に、メッキレジスト３５と電解銅メッキのための給電導体（図示せず）を除去し、図１に示す弾性波装置２１が得られる。
以上のように本発明の弾性波装置２１は、電解銅メッキの電流密度を設定することにより、端子電極に接続する側の第２の電極の径を、第１の電極に接続する側の第２の電極の径よりも小さくしたものであり、これにより、外部から及ぼされる応力の影響を低減し、小型で長期信頼性を向上できる。
本発明に係る弾性波装置は、主として移動体通信機器に用いられる高周波フィルタや分波器、共用器等において有用となる。
２１ 弾性波装置
２２ 圧電基板
２３ 櫛形電極
２４ 配線
２６ 空間
２８ 素子カバー
２９ 第１の電極
３０ 封止樹脂
３１ 第２の電極
３２ 端子電極
２２ 圧電基板
２３ 櫛形電極
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２９ 第１の電極
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３２ 端子電極
Claims (18)
- 圧電基板の上面に設けられた櫛形電極に接続された配線と、
前記圧電基板の前記上面に設けられ、空間を介して前記櫛形電極を覆う素子カバーと、
前記素子カバーの上面に設けられた第１の電極と、
前記素子カバー及び前記第１の電極を覆う封止樹脂の上に設けられた端子電極と、
前記封止樹脂を貫通して前記第１の電極と前記端子電極とを電気的に接続する第２の電極と
を含み、
前記端子電極に接続する側の前記第２の電極の直径が、前記第１の電極に接続する側の前記第２の電極の直径よりも小さく、
前記第１の電極、前記第２の電極及び前記端子電極はそれぞれ無光沢金属メッキ皮膜を含み、
前記端子電極の平均メッキ粒径は前記第１の電極の平均メッキ粒径よりも小さい弾性波装置。 - 圧電基板の上面に設けられた櫛形電極に接続された配線と、
前記圧電基板の前記上面に設けられ、空間を介して前記櫛形電極を覆う素子カバーと、
前記素子カバーの上面に設けられた第１の電極と、
前記素子カバー及び前記第１の電極を覆う封止樹脂の上に設けられた端子電極と、
前記封止樹脂を貫通して前記第１の電極と前記端子電極とを電気的に接続する第２の電極と
を含み、
前記端子電極に接続する側の前記第２の電極の直径が、前記第１の電極に接続する側の前記第２の電極の直径よりも小さく、
前記第１の電極、前記第２の電極及び前記端子電極はそれぞれ無光沢金属メッキ皮膜を含み、
前記端子電極の平均メッキ粒径は前記第２の電極の平均メッキ粒径よりも小さい弾性波装置。 - 前記端子電極の平均メッキ粒径は前記第１の電極の平均メッキ粒径よりも小さい請求項２の弾性波装置。
- 圧電基板の上面に設けられた櫛形電極に接続された配線と、
前記圧電基板の前記上面に設けられ、空間を介して前記櫛形電極を覆う素子カバーと、
前記素子カバーの上面に設けられた第１の電極と、
前記素子カバー及び前記第１の電極を覆う封止樹脂の上に設けられた端子電極と、
前記封止樹脂を貫通して前記第１の電極と前記端子電極とを電気的に接続する第２の電極と
を含み、
前記端子電極に接続する側の前記第２の電極の直径が、前記第１の電極に接続する側の前記第２の電極の直径よりも小さく、
前記第１の電極、前記第２の電極及び前記端子電極はそれぞれ無光沢金属メッキ皮膜を含み、
前記第２の電極のメッキ粒は、前記圧電基板に垂直な面に沿って切断した断面から見たとき、前記圧電基板に平行な方向の平均寸法よりも前記圧電基板に垂直な方向の平均寸法が大きい弾性波装置。 - 前記端子電極の平均メッキ粒径は前記第１の電極の平均メッキ粒径よりも小さい請求項４の弾性波装置。
- 前記端子電極の平均メッキ粒径は前記第２の電極の平均メッキ粒径よりも小さい請求項４又は５の弾性波装置。
- 前記第２の電極の密度は前記第１の電極の密度よりも大きい請求項１から６のいずれか一項の弾性波装置。
- 前記端子電極の密度は前記第１の電極の密度よりも小さい請求項７の弾性波装置。
- 弾性波装置を製造する方法であって、
圧電基板の上面に櫛形電極及び配線を形成する工程と、
空間を介して前記櫛形電極を覆う素子カバーを前記圧電基板の上面に形成する工程と、
前記素子カバーの上面にメッキレジストを用いて無光沢金属メッキにより第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極の上面にメッキレジストを用いて無光沢金属メッキにより柱状の第２の電極を形成する工程と、
前記第２の電極の上面を露出させるように前記第１の電極を封止樹脂で覆う工程と、
前記第２の電極の上面に無光沢金属メッキにより端子電極を形成する工程と
を含み、
前記端子電極に接続する側の前記第２の電極の直径を前記第１の電極に接続する側の前記第２の電極の直径よりも小さくし、
前記無光沢金属メッキは電解メッキ法によって得られ、
前記第２の電極を形成するための電流密度は前記第１の電極を形成するための電流密度よりも大きい方法。 - 弾性波装置を製造する方法であって、
圧電基板の上面に櫛形電極及び配線を形成する工程と、
空間を介して前記櫛形電極を覆う素子カバーを前記圧電基板の上面に形成する工程と、
前記素子カバーの上面にメッキレジストを用いて無光沢金属メッキにより第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極の上面にメッキレジストを用いて無光沢金属メッキにより柱状の第２の電極を形成する工程と、
前記第２の電極の上面を露出させるように前記第１の電極を封止樹脂で覆う工程と、
前記第２の電極の上面に無光沢金属メッキにより端子電極を形成する工程と
を含み、
前記端子電極に接続する側の前記第２の電極の直径を前記第１の電極に接続する側の前記第２の電極の直径よりも小さくし、
前記無光沢金属メッキは電解メッキ法によって得られ、
前記端子電極を形成するための電流密度は前記第２の電極を形成するための電流密度よりも小さい方法。 - 弾性波装置を製造する方法であって、
圧電基板の上面に櫛形電極及び配線を形成する工程と、
空間を介して前記櫛形電極を覆う素子カバーを前記圧電基板の上面に形成する工程と、
前記素子カバーの上面にメッキレジストを用いて無光沢金属メッキにより第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極の上面にメッキレジストを用いて無光沢金属メッキにより柱状の第２の電極を形成する工程と、
前記第２の電極の上面を露出させるように前記第１の電極を封止樹脂で覆う工程と、
前記第２の電極の上面に無光沢金属メッキにより端子電極を形成する工程と
を含み、
前記端子電極に接続する側の前記第２の電極の直径を前記第１の電極に接続する側の前記第２の電極の直径よりも小さくし、
前記無光沢金属メッキは電解メッキ法によって得られ、
前記電解メッキ法に使用されるメッキ液の液流は、前記圧電基板に垂直な方向に配向される方法。 - 前記第２の電極はメッキの成長とともに直径が小さくなる請求項９の方法。
- 前記第２の電極のメッキ粒は、前記圧電基板に垂直な方向に伸びる形状を有する請求項１２の方法。
- 弾性波装置を製造する方法であって、
圧電基板の上面に櫛形電極及び配線を形成する工程と、
空間を介して前記櫛形電極を覆う素子カバーを前記圧電基板の上面に形成する工程と、
前記素子カバーの上面にメッキレジストを用いて無光沢金属メッキにより第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極の上面にメッキレジストを用いて無光沢金属メッキにより柱状の第２の電極を形成する工程と、
前記第２の電極の上面を露出させるように前記第１の電極を封止樹脂で覆う工程と、
前記第２の電極の上面に無光沢金属メッキにより端子電極を形成する工程と
を含み、
前記端子電極に接続する側の前記第２の電極の直径を前記第１の電極に接続する側の前記第２の電極の直径よりも小さくし、
前記端子電極の平均メッキ粒径は前記第１の電極の平均メッキ粒径よりも小さい方法。 - 弾性波装置を製造する方法であって、
圧電基板の上面に櫛形電極及び配線を形成する工程と、
空間を介して前記櫛形電極を覆う素子カバーを前記圧電基板の上面に形成する工程と、
前記素子カバーの上面にメッキレジストを用いて無光沢金属メッキにより第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極の上面にメッキレジストを用いて無光沢金属メッキにより柱状の第２の電極を形成する工程と、
前記第２の電極の上面を露出させるように前記第１の電極を封止樹脂で覆う工程と、
前記第２の電極の上面に無光沢金属メッキにより端子電極を形成する工程と
を含み、
前記端子電極に接続する側の前記第２の電極の直径を前記第１の電極に接続する側の前記第２の電極の直径よりも小さくし、
前記端子電極の平均メッキ粒径は前記第２の電極の平均メッキ粒径よりも小さい方法。 - 前記無光沢金属メッキは無光沢電解銅メッキを含む請求項９から１５のいずれか一項の方法。
- 前記第２の電極の密度は前記第１の電極の密度よりも大きい請求項９から１６のいずれか一項の方法。
- 前記端子電極の密度は前記第１の電極の密度よりも小さい請求項１７の方法。
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