JP6730165B2 - 弾性波装置 - Google Patents

Description

本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ：ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ）装置や圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ：Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）等の弾性波装置に関する。

小型化等を目的とした、いわゆるウェハレベルパッケージの弾性波装置が知られている。この弾性波装置では、素子基板の主面上に配置された励振電極が、振動空間内に収容されている。振動空間は保護カバーに設けた中空部によって形成されている。また、励振電極に接続される柱状の端子が素子基板の主面に設けた電極パッド上に立設される。柱状の端子は、先端側部分（素子基板の主面とは反対側の部分）が保護カバーから露出しており、この露出部分が回路基板に半田付けされて弾性波装置が回路基板に実装されることとなる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２０８６６５号公報

ところで上述した構造からなる弾性波装置では、基板と保護カバーとの線膨張係数の違い等に起因して基板と保護カバーの間に剥離が生じることがある。このように基板と保護カバーの間に剥離が生じると、そこを起点として剥離が進行し、励振電極が腐食等する結果、弾性波装置の信頼性の低下を招くこととなる。

本発明は、上記問題に対応すべく発明されたものであり、基板と保護カバーとの間に剥離が生じにくく、信頼性に優れた弾性波装置を提供するものである。

本発明の一態様に係る弾性波装置は、基板と、励振電極と、カバーとを含む。励振電極は、基板の上面側に位置する弾性波を励振するものである。カバーは、カバー部と保護層とを含む。カバー部は、基板の上面上に位置し、励振電極を収容する。保護層は、カバー部の上面に位置する、カバー部とは異なる材料からなるものである。そして、カバーは、平面視で直線部と角部とを有する。さらに、カバーは、平面視で、前記保護層は前記カバー部の内側に位置するとともに、前記カバー部の外郭線と前記保護層の外郭線との距離が、前記直線部よりも前記角部において大きいものである。

本発明によれば、基板とカバーとの剥離を抑制した信頼性の高い弾性波装置を提供することができる。

図１（ａ）は本発明の実施形態に係る弾性波装置を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す弾性表面波装置の保護カバーを外した状態の平面図である。 図１（ａ）のＩＩ−ＩＩ面図である。 図１（ａ）の要部拡大平面図である。 図３の変形例を示す要部拡大平面図である。 図３の変形例を示す要部拡大平面図である。

図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る弾性波装置１を示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す弾性波装置１の保護カバーを外した状態の平面図である。また、図２は、図１（ａ）のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。図３は、図１（ａ）で破線で囲む領域における要部拡大上面図である。

なお、図１〜図３は、弾性波装置１の理解を容易にするために弾性波装置１を模式的に示したものであり、実施にあたっては、弾性波装置１の各部の大きさ、数、形状等は適宜に設定されてよい。

また、弾性波装置１はいずれの方向を上方・下方としてもよいが、図１の紙面の手前方向を上方とすることがある。

弾性波装置１は、基板２と、励振電極３と、励振電極に接続されたパッド７と、カバー９とを備える。また、この例では、パッド７上に立設されカバー９を貫通する柱状電極１５及び柱状電極１５上に設けられたバンプ１９を備えている。

基板２は、例えばタンタル酸リチウム単結晶，ニオブ酸リチウム単結晶等の圧電性を有する直方体状の単結晶基板である。基板２は、第１主面２ａ（上面２ａということもある）と、その背面側の第２主面２ｂとを有している。なお、図１、図２では、第１主面２ａにのみ電極等が配置されている場合を例示しているが、第２主面２ｂにも電極等が配置されてよい。

基板２の第１主面２ａには励振電極３が位置している。励振電極３は、この例では一対の櫛歯状電極（ＩＤＴ電極）を有している。各櫛歯状電極は、基板２における弾性波の伝搬方向に延びるバスバーと、バスバーから弾性波の伝搬方向に直交する方向に延びる複数の電極指を有する。２つの櫛歯状電極は、それぞれの電極指が互いに噛み合うように配置されている。

なお、図１等は模式図であることから、数本の電極指を有する１対の櫛歯状電極が弾性波の伝搬方向に複数個配列された多重モード型のＳＡＷフィルタを構成した例を示しているが、実際にはこれより多くの電極指を有する複数対の櫛歯状電極を備えていてもよい。また、励振電極３を複数備え、それらが直列接続や並列接続等の接続方式で接続されたラダー型のフィルタを構成してもよいし、１つの励振電極３のみで共振子を構成していてもよい。また、この例では、櫛歯状電極を挟むように反射器が配置されているが、この限りではない。このような励振電極３は、例えばＡｌ−Ｃｕ合金等のＡｌ合金によって形成される。

また、基板２の第１主面２ａには、励振電極３に電気的に接続されるパッド７が形成されている。パッド７は、励振電極３と同様に例えばＡｌ−Ｃｕ合金等のＡｌ合金によって形成される。

絶縁層４は、図２に示すように励振電極３や励振電極３とパッド７とを接続する接続用導体などを覆っており、これら導体層の酸化防止等に寄与する。絶縁層４は、例えば、絶縁性を有するとともに、弾性波の伝搬に影響を与えない程度に質量の軽い材料により形成され、酸化珪素、窒化珪素、シリコンなどからなる。これらを積層した構成としてもよい。

カバー９は、カバー部９ａと保護層９ｂとを含む。ここで、カバー部９ａは、励振電極３を絶縁層４の上から覆っているものである。この例では、カバー部９ａは、励振電極３上に弾性波を伝搬しやすくするための振動空間１７を構成する。換言すれば、カバー部９ａは、振動空間１７の内壁を構成する枠体１８ａと、振動空間１７の天井を構成する蓋体１８ｂとを有している。さらに換言すると、枠体１８ａは、励振電極３が位置する領域を囲むものであり、蓋体１８ｂは枠体１８ａの開口を塞ぐように枠体１８ａ上に位置しているものである。

枠体１８ａを構成する層の厚さや蓋体１８ｂの厚さは、適宜に設定されてよい。例えば、当該厚さは、数μｍ〜３０μｍである。枠体１８ａ及び蓋体１８ｂは、概ね同等の厚さに形成されている。

枠体１８ａと蓋体１８ｂとは、異なる材料によって形成することもできるが、枠体１８ａと蓋体１８ｂとの接着強度を高めるために同一材料で形成することが好ましい。枠体１８ａ及び蓋体１８ｂは、例えば、紫外線や可視光線等の光が照射されることによって硬化する光硬化性材料、例えば、ネガ型のフォトレジストにより形成されている。光硬化性材料は、例えば、アクリル基やメタクリル基などのラジカル重合により硬化する樹脂を用いることができ、より具体的には、ウレタンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、エポキシアクリレート系の樹脂を用いることができる。また、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を用いてもよい。

振動空間１７は、図２に示すように、断面が概ね矩形状に形成され、蓋体１８ｂ側の角部が丸みを帯びるように形成されている。また、振動空間１７の平面形状（第１主面２ａの平面視における形状）は、適宜に設定されてよい。図１（ｂ）に振動空間１７の外周に相当する内壁を破線で示す。

保護層９ｂは、カバー部９ａの上面に位置している。この例では、平面視で、保護層９ｂの外郭線Ｌ２は、カバー部９ａの外郭線Ｌ１よりも内側に位置している。

保護層９ｂは、カバー部９ａを保護するためのものであり、絶縁性の材料からなる。保護層９ｂは、例えば、カバー部９ａ上に位置する不図示の導電層等を保護したり、硬度やヤング率の高い材料を用いることでカバー部９ａを補強したり、応力や衝撃を緩和させるように保護したり、ガラス転移点の高い樹脂材料を用いることで、弾性波装置１を実装する際に加わる熱からカバー部９ａを保護したりすることができる。

このような保護層９ｂの材料は、カバー部９ａを構成する材料と異なるものを用いており、例えばポリイミド等を用いることができる。

接続用導体１１は、励振電極３と所定のパッド７とを接続するためのものである。接続用導体１１は、例えば、励振電極３と同様に、基板２の第１主面２ａ上に形成されている。接続用導体１１は、図１（ｂ）に示すように第１主面３ａ上において適宜なパターンで形成され、励振電極３に接続されている。また、接続用導体１１は配線の都合上、他の接続用導体１１と絶縁部材を介して交差させてもよい。このように絶縁部材を用いて接続用導体１１同士を立体的に交差させることによってパッド７の配置場所の自由度が向上し、弾性波装置１の小型化に寄与することができる。絶縁部材は例えばポリイミド樹脂などからなる。

パッド７は複数設けられており、図１（ｂ）において、４隅と長手方向の辺の中央とに設けられている。これらは、励振電極３に信号の入出力を行なうパッド７や励振電極３等を基準電位に接続するためのパッド７で構成される。その他に電気的に浮き状態のパッド
７を備えていてもよい。また、この例では、パッド７を４隅に加え、辺の中央付近にも形成しているが、辺の途中に形成したり、４隅のみに形成してもよい。

これらのパッド７、接続用導体１１、および励振電極３は、例えば、同一の材料を用いて同一工程により作製することができ、それらの厚みは、例えば、０．１μｍ〜１．０μｍである。

柱状電極１５は、励振電極３と電気的に接続されている電極パッド７上に設けられている。すなわち柱状電極１５は、電極パッド７及び接続用導体１１を介して励振電極３に電気的に接続されており、これを外部の電気回路またはグランドに接続するための端子として機能するものである。この例では、柱状電極１５は、カバー部９ａおよび保護層９ｂにパッド７を露出させる孔を設け、基板２上から保護層９ｂの厚みの途中まで連続して設けられている。そして、柱状電極１５の上面にバンプ１９が設けられる。

なお、これとは別に、励振電極３に電気的に接続されていない柱状電極１５を備えていてもよい。

ここで、カバー９の構成について詳述する。図３に、図１（ａ）において破線で囲んだ領域の拡大平面図を示す。図３に示すように、カバー９の外形は、平面視で角部９ｘと直線部９ｙとで構成される。角部９ｘは、この例では４隅部に相当し、湾曲した円弧状となっている。
直線部９ｙは、角部９ｘ間をつなぐように位置している。

この角部９ｘと直線部９ｙとにおける外郭線Ｌ１と外郭線Ｌ２との位置関係について詳述する。前述の通り、保護層９ｂは平面視でカバー部９ａの内側に位置しているため、外郭線Ｌ１と外郭線Ｌ２とは重なっておらず、間隔（距離）をあけて位置している。本弾性波装置１によれば、この外郭線ＬＩと外郭線Ｌ２との距離が、直線部９ｙに比べ角部９ｘにおいて広くなっている。外郭線ＬＩと外郭線Ｌ２との距離とは、両者の最短距離を指し、一方の線上の一点から他方の線上に下した垂線の距離をいうものとする。

このような構成とすることで、角部９ｘに集中する応力を低減し、カバー９と基板２との剥離を抑制することができる。角部９ｘは形状的に応力が集中するが、熱履歴でさらに応力が加わりカバー９と基板２とが剥離する虞がある。これに対して、本開示の構成によれば、応力の集中する角部９ｘにおいて、外郭線Ｌ１とＬ２との距離を大きくすることで、応力の集中個所をずらし、その結果応力を分散させることができる。これにより、信頼性の高い弾性波装置１を提供することができる。

ここで、カバー部９ａおよび保護層９ｂが樹脂材料からなり、カバー部９ａ形成後に保護層９ｂを熱硬化させて製造する場合には、熱硬化に伴う収縮により角部９ｘのカバー部９ａが引っ張られ、カバー９と基板２とが剥離する虞がある。また、剥離が生じなくても、角部９ｘに強い応力がかかった状態となるため、後のプロセスや実使用時に剥離を生じる虞がある。このため、カバー部９ａおよび保護層９ｂが樹脂材料からなる場合には、特に本開示の構成とすることが好ましい。

特に、カバー部９ａおよび保護層９ｂが樹脂材料からなり、保護層９ｂを構成する材料が、カバー部９ａを構成する材料に比べて収縮率が大きい場合には、硬化時の収縮に起因する角部９ｘへの応力を緩和させることができる。また、保護層９ｂを構成する材料が、カバー部９ａを構成する材料に比べてヤング率および／または線膨張係数が大きい場合には、弾性波装置１を使用する際の熱応力や実装時の応力等に起因する角部９ｘへの応力を緩和させることができる。

さらに、この例では、角部９ｘには柱状電極１５が位置している。この場合には、柱状電極１５に加わる応力を低減するためにも、外郭線Ｌ１と外郭線Ｌ２との位置関係を上述の通りとしてもよい。このような構成とすることで、柱状電極１５を最も応力が集中する位置から離すことができる。

特に、この例では、柱状電極１５の曲率と、外郭線Ｌ２の角部９ｘにおける曲率とを同一にしている。言い換えると、柱状電極１５と角部９ｘにおける外郭線Ｌ２との距離が一定となっている。さらに言い換えると、カバー部９ａおよび保護層９ｂに設けられた貫通孔の外周と外郭線Ｌ２との距離が一定となっている。このような構成により、さらに角部９ｘにおける応力を緩和するとともに、柱状電極１５への応力を減少させることができる。さらに、柱状電極１５に均一に応力がかかるため、破壊起点等を生み出すことがなく、信頼性の高い弾性波装置１を提供することができる。

一方で、カバー部９ａは、保護層９ｂよりも外側に張り出すように延在していることで、基板２との接合面積を確保することができる。

以上より、本開示の弾性波装置１によれば、基板２とカバー９との剥離を抑制した、信頼性の高いものとすることができる。

（変形例）
上述の例では、柱状電極１５と角部９ｘにおける外郭線Ｌ２との距離を一定とした場合について説明したが、外郭線ＬＩと外郭線Ｌ２との距離が、直線部９ｙに比べ角部９ｘにおいて広くなっていれば、この例には限らない。例えば、図４に示すように、柱状電極１５と角部９ｘにおける外郭線Ｌ２との距離が変化していてもよい。

なお、図４に示す例では、外郭線Ｌ１，Ｌ２が、柱状電極１５の中心と基板２の四隅の角とをつなぐ直線とまじわる部分において、最も外郭線Ｌ１，Ｌ２の距離が大きく、最も外郭線Ｌ２と柱状電極との距離が小さくなっており、そこから直線部９ｙに向かうにつれて、外郭線Ｌ１，Ｌ２の距離は小さくなっていき、外郭線Ｌ２と柱状電極との距離は大きくなるように構成されている。言い換えると、角部９ｘにおける、外郭線Ｌ１、Ｌ２、柱状電極１５の外周との曲率を比較すると、外郭線Ｌ１、柱状電極１５、外郭線Ｌ２の順に大きくなるよう構成されている。

このような形状とすることで、角部９ｘに集中する応力を分散させるとともに、柱状電極１５に加わる応力が徐々に変化するようになり、基板２とカバー９との剥離および柱状電極１５への応力印加の双方を抑制しつつ、カバー部９ａと保護層９ｂとの密着強度も保つことができる。

（変形例）
上述の例では、枠体１８ａと蓋体１８ｂとの外周（外郭線）が一致している場合を例に説明したが、一致していなくてもよい。図５に、枠体１８ａと蓋体１８ｂとの外周（外郭線）が一致していない場合の例を示す。

図５において、枠体１８ａの外郭線をＬ１１、蓋体１８ｂの外郭線をＬ１２としている。蓋体１８ｂは、平面視で枠体１８ａの内側に位置している。そして、外郭線Ｌ１１と外郭線Ｌ１２との距離は、角部９ｘと直線部９ｙとで変わらず一定である。 枠体１８ａと蓋体１８ｂとは一体的に形成され１つの構造体を構成するため、このような構成とすることで、カバー部９ａとしての強度が高まり、信頼性の高い弾性波装置１を提供することができる。また、枠体１８ａに対する蓋体１８ｂの位置合わせが容易となり、生産性を高めることができる。さらに、弾性波装置１をモールド樹脂等で包埋するときに、枠体１８ａと蓋体１８ｂとの段差により接触面積を増加させることができ、信頼性を高めることができる。

特に枠体１８ａと蓋体１８ｂとが同一材料で構成されている場合にはこのような構成とすることが好ましい。枠体１８ａと蓋体１８ｂとが同一材料で構成したり、両者を同時に硬化させたりする場合には、両者の収縮量を一定とするために、外郭線Ｌ１１と外郭線Ｌ１２との距離は、角部９ｘと直線部９ｙとで変わらず一定とすることが好ましい。 さらに、図５に示す例では、角部９ｘにおける外郭線Ｌ１１と外郭線Ｌ１２との距離に比べて、外郭線Ｌ１２と外郭線Ｌ２との距離の方が大きくなっている。すなわち、角部９ｘにおける、枠体１８ａと蓋体１８ｂとで構成するテラスは、蓋体１８ｂと保護層９ｂとで構成するテラスに比べて狭くなっている。樹脂材料の熱硬化に伴い収縮応力が、基板２と枠体１８ａとの界面に比べ、蓋体１８ｂと保護層９ｂとの界面の方が大きくなり、基板２からカバー９が剥離することを抑制するこができる。

一方で、直線部９ｙにおいては、外郭線Ｌ１１と外郭線Ｌ１２との距離に比べて、外郭線Ｌ１２と外郭線Ｌ２との距離の方が小さくなっている。すなわち、直線部９ｙにおける、枠体１８ａと蓋体１８ｂとで構成するテラスは、蓋体１８ｂと保護層９ｂとで構成するテラスに比べて広くなっている。このような構成とすることにより、蓋体１８ｂ上に形成される導体パターン等を保護することができるとともに、カバー部９ａと保護層９ｂとの接合面積を確保することができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。例えば、弾性波装置は、弾性表面波装置に限定されない。例えば、励振電極として、圧電薄膜共振器を構成する圧電膜を厚み方向に挟持する一対の電極であってもよい。

また、上述の例では四隅にカバー９を貫通する柱状電極を設けた例を示したが、柱状電極はなくてもよいし、辺の中央にあってもよい。同様に振動空間もなくてもよい。

また、保護層９ｂは、蓋体１８ｂよりも薄くしてもよい。この場合には、保護層９ｂの硬化時に伴う熱収縮量を低減することができる。

１・・・弾性表面波装置（弾性波装置）
２・・・圧電基板（基板）
２ａ・・・第１主面（主面）
３・・・櫛歯状電極（励振電極）
４・・・保護層
９・・・カバー
１１・・・接続用導体
１５・・・柱状電極
１７・・・振動空間

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板の上面側に位置する弾性波を励振する励振電極と、
   前記基板の前記上面上に位置し、前記励振電極を収容するカバー部と、前記カバー部の上面に位置する前記カバー部とは異なる絶縁性材料からなる保護層と、を含み、平面視で直線部と角部とを有するカバーと、を具備し、
   平面視で、
   前記カバー部と前記保護層とは樹脂材料からなり、
   前記保護層は前記カバー部の内側に位置するとともに、
   前記カバー部の外郭線と前記保護層の外郭線との距離が、前記直線部よりも前記角部において大きい、弾性波装置。
2. 基板と、
   前記基板の上面側に位置する弾性波を励振する励振電極と、
   前記基板の前記上面上に位置し、前記励振電極を収容するカバー部と、前記カバー部の上面に位置する前記カバー部とは異なる材料からなる保護層と、を含み、平面視で直線部と角部とを有するカバーと、を具備し、
   平面視で、
   前記保護層は前記カバー部の内側に位置するとともに、
   前記カバー部の外郭線と前記保護層の外郭線との距離が、前記直線部よりも前記角部において大きく、
   平面視でカバー部と前記保護層とが重なる前記角部近傍の領域において、前記カバー部と前記保護層の厚み方向の少なくとも一部とを貫通する柱状電極、を備え、
   平面視で、前記保護層の前記角部における外郭線は、前記柱状電極と一定距離となっている、弾性波装置。
3. 前記カバー部は、平面視で、前記励振電極が位置する領域を囲む枠体と、前記枠体の開口を塞ぐように前記枠体上に位置する蓋体と、を含んでおり、
   平面視で、
   前記蓋体は前記枠体の内側に位置し、
   前記蓋体の外郭線と前記枠体の外郭線との距離が、前記直線部と前記角部とで略同一である、請求項１または２に記載の弾性波装置。
4. 基板と、
   前記基板の上面側に位置する弾性波を励振する励振電極と、
   前記基板の前記上面上に位置し、前記励振電極を収容するカバー部と、前記カバー部の上面に位置する前記カバー部とは異なる材料からなる保護層と、を含み、平面視で直線部と角部とを有するカバーと、を具備し、
   平面視で、
   前記保護層は前記カバー部の内側に位置するとともに、
   前記カバー部の外郭線と前記保護層の外郭線との距離が、前記直線部よりも前記角部において大きく、
   前記カバー部は、平面視で、前記励振電極が位置する領域を囲む枠体と、前記枠体の開口を塞ぐように前記枠体上に位置する蓋体と、を含んでおり、
   平面視で、
   前記蓋体は前記枠体の内側に位置し、
   前記蓋体の外郭線と前記枠体の外郭線との距離が、前記直線部と前記角部とで略同一であり、
   前記角部における、前記蓋体の外郭線と前記枠体の外郭線との距離は、前記蓋体の外郭線と前記保護層の外郭線との距離に比べて小さい、弾性波装置。
5. 平面視で、前記蓋体の外郭線と前記枠体の外郭線との距離は、前記蓋体の外郭線と前記保護層の外郭線との距離に比べて、前記直線部で大きく、前記角部で小さい、請求項４に記載の弾性波装置。
6. 平面視で、前記角部において前記カバー部および前記保護層は異なる曲率を有している、請求項１乃至５のいずれかに記載の弾性波装置。
7. 前記保護層は前記カバー部に比べ熱収縮率、熱膨張係数、ヤング率の少なくとも１つが大きい、請求項１乃至６のいずれかに記載の弾性波装置。

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