WO2015178227A1 - 弾性波デバイス及びその製造方法 - Google Patents

弾性波デバイス及びその製造方法 Download PDF

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栃下　光
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to an acoustic wave device in which an acoustic wave element is mounted on a package substrate via a bump electrode, and a method for manufacturing the acoustic wave device.
  • a bump electrode is bonded to a pad electrode of an acoustic wave element.
  • a bonding Al layer having a thickness of 840 nm is formed on the outermost surface of the pad electrode, and the bonding Al layer is bonded to a bump electrode made of Au.
  • the bonding Al layer and the bump electrode are bonded by fusion bonding, and an Au—Al alloy layer is formed at the bonded portion.
  • An object of the present invention is to provide an acoustic wave device and a method for manufacturing the acoustic wave device that can be reduced in size and have excellent bonding strength between the acoustic wave element and the bump electrode.
  • the acoustic wave device is electrically connected to a piezoelectric substrate, an IDT electrode provided on the piezoelectric substrate, and the IDT electrode, and a wiring layer, a barrier layer, and a bonding layer are provided on the piezoelectric substrate.
  • a gap is provided between the acoustic wave device including a pad electrode having a laminated structure provided in order, a package substrate having an electrode land on the surface, and the acoustic wave device and the package substrate.
  • a bump electrode for electrically and mechanically bonding the pad electrode and the electrode land, and the bonding layer of the pad electrode includes a first main surface on the package substrate side, The first main surface side of the bonding layer and the bump electrode are bonded to form a bonded portion, and an alloy is formed on the bonded portion. Layer is formed, the thickness of the bonding layer There is a 2000nm or less, the thickness of the alloy layer is not more than 2100 nm, the distance from the piezoelectric substrate side surface of the alloy layer to the second major surface of the adhesive layer is not more than 1950 nm.
  • the maximum diameter of voids present in the alloy layer is 250 nm or less.
  • the surface of the alloy layer on the piezoelectric substrate side reaches the second main surface of the bonding layer.
  • the surface of the alloy layer on the piezoelectric substrate side is located between the first main surface and the second main surface of the bonding layer.
  • the bonding layer has a thickness of 450 nm or less.
  • the acoustic wave device further includes a mold resin layer provided on the package substrate so as to cover an outer periphery of the acoustic wave element.
  • the bonding layer is made of Al or an alloy of Al and at least one selected from the group consisting of Cu, W, Ti, Cr, Ta, and Si. Including.
  • the bump electrode includes Au.
  • the method for manufacturing an acoustic wave device is a method for manufacturing the acoustic wave device, comprising: preparing an acoustic wave element having a bonding layer thickness of 2000 nm or less of the pad electrode; and A step of bonding the bump electrode to the pad electrode by bump bonding; and a step of mounting the elastic wave element to which the bump electrode is bonded to a package substrate by flip chip bonding, and the elastic wave element is mounted on the package substrate.
  • the distance from the bonding layer of the pad electrode to the second main surface of the bonding layer of the pad electrode is 1950 nm or less at the bonding portion of the pad electrode and the bump electrode, and Heating is performed so as to form an alloy layer having a thickness of 2100 nm or less.
  • the thickness of the bonding layer of the pad electrode is 2000 nm or less
  • the thickness of the bonding layer of the pad electrode is 450 nm or less.
  • An elastic wave element is prepared.
  • an acoustic wave device that can be miniaturized and has excellent bonding strength between the acoustic wave element and the bump electrode.
  • FIG. 1A is a schematic front sectional view of an acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is an acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention. It is a typical top view which shows the electrode structure of the used acoustic wave element.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing a wiring structure of an acoustic wave element used in the acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a schematic cross section of a joint portion between an acoustic wave element and a package substrate in the acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a schematic front sectional view of an acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is an acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention. It is a typical top view which shows the electrode structure of the used acoustic
  • FIG. 4 is an enlarged view of a schematic cross section of a joint portion between an acoustic wave element and a package substrate in an acoustic wave device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows an acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention, in which the thickness of the remaining portion excluding the joint portion with the bump electrode of the joining layer is 250 nm and the acoustic wave element and the bump electrode are It is a SEM photograph of 5500 times magnification of the section of a joined part.
  • FIG. 5 shows an acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention, in which the thickness of the remaining portion excluding the joint portion with the bump electrode of the joining layer is 250 nm and the acoustic wave element and the bump electrode are It is a SEM photograph of 5500 times magnification of the section of a joined part.
  • FIG. 6 shows an acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention, in which the thickness of the remaining part excluding the joint part with the bump electrode of the joining layer is 350 nm, and the acoustic wave element and the bump electrode It is a SEM photograph of 5500 times magnification of the section of a joined part.
  • FIG. 7 shows an acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention, in which the thickness of the remaining part excluding the joint part with the bump electrode of the joining layer is 450 nm, and the acoustic wave element and the bump electrode It is a SEM photograph of 5500 times magnification of the section of a joined part.
  • FIG. 7 shows an acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention, in which the thickness of the remaining part excluding the joint part with the bump electrode of the joining layer is 450 nm, and the acoustic wave element and the bump electrode It is a SEM photograph of 5500 times magnification of the
  • FIG. 8 shows an acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention, in which the thickness of the remaining portion excluding the joint portion with the bump electrode of the joining layer is 650 nm and the acoustic wave element and the bump electrode are It is a SEM photograph of 5500 times magnification of the section of a joined part.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the thickness of the bonding layer and the thickness of the alloy layer in the acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a thermal shock test result when the thickness of the bonding layer is 450 nm and 650 nm, respectively, in the acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a schematic front sectional view of an acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is an acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention. It is a typical top view which shows the electrode structure of the used acoustic wave element.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing a wiring structure of an acoustic wave element used in the acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • the elastic wave device 1 includes an elastic wave element 7.
  • the acoustic wave element 7 includes a piezoelectric substrate 2, an IDT electrode 4, and a pad electrode 5.
  • the piezoelectric substrate 2 has a main surface 2a.
  • a substrate made of a piezoelectric single crystal such as LiTaO 3 or LiNbO 3 can be used.
  • An IDT electrode 4 is provided on the main surface 2 a of the piezoelectric substrate 2.
  • the IDT electrode 4 can be formed of an appropriate metal material such as Al, Cu, Pt, Au, Ag, Ti, Ni, Cr, Mo, W, or an alloy mainly composed of any of these metals.
  • the IDT electrode 4 may be a single layer or a laminate in which two or more metal layers are laminated.
  • an IDT electrode 4 is provided by laminating a Ti layer and an AuCu alloy layer in this order on the main surface 2 a of the piezoelectric substrate 2.
  • the electrode structure shown in FIG. 1B is formed on the piezoelectric substrate 2. That is, the IDT electrode 4 and the reflectors 9 and 10 disposed on both sides of the IDT electrode 4 in the surface acoustic wave propagation direction are formed. Thus, a 1-port surface acoustic wave resonator is configured.
  • the electrode structure including the IDT electrode in the present invention is not particularly limited.
  • a filter may be configured by combining a plurality of resonators. Examples of such a filter include a ladder type filter, a longitudinally coupled resonator type filter, and a lattice type filter.
  • the pad electrode 5 is laminated on the main surface 2 a of the piezoelectric substrate 2.
  • the pad electrode 5 is electrically connected to the IDT electrode 4.
  • the pad electrode 5 is made of an appropriate metal. Specifically, the pad electrode 5 is configured by laminating metal layers to be described later.
  • FIG. 1 (a) only the IDT electrode 4 and the pad electrode 5 are shown on the main surface 2a of the piezoelectric substrate 2 for easy understanding of the configuration of the present invention.
  • a wiring electrode 11 for connecting the IDT electrode 4 and the pad electrode 5 is further provided on the piezoelectric substrate 2.
  • the package substrate 3 has a rectangular plate shape.
  • the package substrate 3 can be made of an insulating ceramic such as alumina, or an insulating resin.
  • the acoustic wave element 7 is electrically and mechanically joined to the package substrate 3 via the bump electrode 6. More specifically, as shown in FIG. 1A, the pad electrode 5 that is a constituent member of the acoustic wave element 7 is bonded to the bump electrode 6. On the other hand, the package substrate 3 has an electrode land 3a on the upper surface. The electrode land 3 a is bonded to the bump electrode 6.
  • the pad electrode 5, the bump electrode 6 and the package substrate 3 of the acoustic wave element 7 form a hollow space 2c where the IDT electrode 4 on the piezoelectric substrate 2 faces. ing. Thereby, a so-called chip size package structure is realized.
  • the bump electrode 6 and the electrode land 3a of the package substrate 3 are formed of Au.
  • the bump electrode 6 and the electrode land 3a of the package substrate 3 may be formed of other appropriate metal materials.
  • a mold resin layer 8 is provided on the package substrate 3 so as to cover the acoustic wave element 7.
  • an appropriate resin such as an epoxy resin is used, for example.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a schematic cross section of a joint portion between the acoustic wave device 7 and the package substrate 3 of the acoustic wave device 1 according to the first embodiment.
  • the pad electrode 5 is formed of an adhesion layer 5D, a wiring layer 5C, a barrier layer 5B, and a bonding layer 5A.
  • the adhesion layer 5D, the wiring layer 5C, the barrier layer 5B, and the bonding layer 5A are laminated on the piezoelectric substrate 2 in this order from the piezoelectric substrate 2 side.
  • the piezoelectric substrate 2 and the wiring layer 5C are bonded via an adhesion layer 5D made of Ti.
  • the adhesion layer 5D can be omitted.
  • the wiring layer 5C is formed of an alloy of Al and Cu (AlCu alloy).
  • the barrier layer 5B is made of Ti.
  • the bonding layer 5A has first and second main surfaces 5a and 5b.
  • the bonding layer 5A is made of Al or an alloy of Al and another metal.
  • As the other metal at least one selected from the group consisting of Cu, W, Ti, Cr, Ta, and Si is used.
  • the bonding layer 5A is Al.
  • the bonding layer 5 ⁇ / b> A of the pad electrode 5 is bonded to the bump electrode 6.
  • the bonding layer 5A has a first main surface 5a and a second main surface 5b facing each other.
  • the first main surface 5a of the bonding layer 5A is located on the package substrate 3 side and is bonded to the bump electrode 6.
  • the second main surface 5b of the bonding layer 5A is located on the piezoelectric substrate 2 side.
  • An alloy layer 12 is formed at a joint portion formed by metal diffusion between the Al bonding layer 5A and the Au bump electrode 6.
  • the alloy layer 12 is made of an AuAl alloy. In the present embodiment, the alloy layer 12 does not reach the second main surface 5b of the bonding layer 5A. That is, the surface 12a of the alloy layer 12 on the piezoelectric substrate 2 side is located between the first main surface 5a and the second main surface 5b of the bonding layer 5A.
  • the thickness T of the bonding layer 5A is 2000 nm or less. More specifically, when the bonding layer 5A is viewed from a direction parallel to the normal line of the first main surface 5a, the thickness of the remaining portion 5c excluding the bonding portion between the bonding layer 5A and the bump electrode 6 is: This is the thickness T of the bonding layer 5A. That is, in the thickness direction, the distance connecting the first main surface 5a and the second main surface 5b of the bonding layer 5A is 2000 nm or less.
  • the thickness T of the bonding layer 5A is set to 450 nm or less
  • the entire thickness of the bonding layer 5A is changed to the alloy layer 12 with the bump electrode 6, the bonding layer 5A and the bump electrode 6 It is possible to suppress the thickness A of the alloy layer 12 generated by the change to 2100 nm or less.
  • a direction extending in parallel with the normal line of the first main surface is referred to as a thickness direction.
  • the distance from the surface 12a of the alloy layer 12 on the piezoelectric substrate 2 side to the second main surface 5b of the bonding layer 5A is 1950 nm or less, and the bonding layer 5A and the bump electrode 6
  • the thickness A of the alloy layer 12 is 2100 nm or less.
  • the thickness B of the unalloyed layer in the bonding layer 5A from the surface 12a that is the boundary of the alloy layer 12 on the piezoelectric substrate 2 side to the second main surface 5b of the bonding layer 5A is 1950 nm or less, and the thickness of the alloy layer 12
  • A By setting A to 2100 nm or less, it is possible to suppress the amount of mutual diffusion between the alloy layer 12 and the unalloyed layer that occurs due to an increase in the ambient temperature. It is possible to suppress the generation of voids generated due to the diffusion rate imbalance generated during the mutual diffusion, that is, Kirkendall voids.
  • the major axis of the Kirkendall void is 250 nm or less.
  • the maximum outer dimension of the Kirkendall void is 250 nm or less.
  • the acoustic wave element 7 in which the IDT electrode 4 and the pad electrode 5 are provided on the piezoelectric substrate 2 is prepared.
  • the pad electrode 5 the bonding layer 5A having a thickness T of 2000 nm or less is used. From the viewpoint of further suppressing the generation of the above-mentioned Kirkendall void, it is preferable to use a pad electrode 5 having a bonding layer 5A having a thickness T of 450 nm or less.
  • the bump electrode 6 is bonded to the bonding layer 5A of the pad electrode 5 of the acoustic wave element 7 by bump bonding.
  • the acoustic wave device 1 is manufactured by mounting the acoustic wave element 7 to which the bump electrode 6 is bonded on the package substrate 3 by flip chip bonding.
  • the distance from the bonding layer between the pad electrode bonding layer and the bump electrode to the second main surface of the bonding layer of the pad electrode is 1950 nm. It heats so that it may be below and may form the alloy layer whose thickness is 2100 nm or less.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a schematic cross section of a joint portion between the acoustic wave element 7 and the package substrate 3 in the acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention.
  • the alloy layer 12 reaches the second main surface 5b of the bonding layer 5A.
  • Other points are the same as those in the first embodiment.
  • the Kirkendall void at the bonding portion between the bonding layer 5A and the bump electrode 6 is used. Can be further suppressed. Therefore, it is possible to further suppress a decrease in bonding strength between the acoustic wave element 7 and the bump electrode 6 due to thermal shock.
  • the alloy layer 12 may extend beyond the second main surface 5b of the bonding layer 5A to the barrier layer 5B, which is a diffusion prevention layer, from the viewpoint of more effectively suppressing the generation of Kirkendall voids. .
  • 5 to 8 show an acoustic wave device 7 and a bump electrode 6 of a sample in which the thickness T of the bonding layer is 250 nm, 350 nm, 450 nm, and 650 nm, respectively, in the acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention. It is a SEM photograph in 5500 times magnification of the section of a joined part. 5 to 8 show cross-sectional views of a portion where the piezoelectric substrate 2, the pad electrode 5, the alloy layer 12, and the bump electrode 6 are laminated in this order from the top.
  • the thickness T of the bonding layer 5A is the distance between the first main surface and the second main surface in the bonding layer 5A, as seen from the thickness direction as shown in FIGS.
  • the thickness of the remaining part 5c except the part which overlaps with the junction part in 5 A of joining layers shall be meant.
  • the pad electrode 5 is formed by laminating the adhesion layer 5D, the wiring layer 5C, the barrier layer 5B, the bonding layer 5A or the alloy layer 12 with the bump electrode 6 in this order from the piezoelectric substrate 2 side.
  • the piezoelectric substrate 2 and the wiring layer 5C were bonded via an adhesion layer 5D made of Ti.
  • the adhesion layer 5D can be omitted.
  • the Kirkendall void 13 is generated at the bonded portion of the alloy layer 12 and the bump electrode 6, but the maximum diameter of the Kirkendall void 13 is It was 250 nm or less.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the thickness T of the bonding layer 5A and the thickness A of the alloy layer 12. As shown in FIG. 9 that the thickness T of the bonding layer 5A and the thickness A of the alloy layer 12 are in a proportional relationship. Further, when the thickness T of the bonding layer 5A was 450 nm, the thickness A of the alloy layer 12 was 2100 nm. Therefore, when the thickness A of the alloy layer 12 is 2100 nm or less, generation of the Kirkendall void 13 having a maximum diameter larger than 250 nm is suppressed.
  • the thickness T of the bonding layer 5A is 450 nm or less, that is, the thickness A of the alloy layer 12 is 2100 nm or less. Is preferred.
  • the thickness T of the bonding layer 5A is 350 nm or less, that is, the thickness A of the alloy layer 12 is 1800 nm or less.
  • the thickness T of the bonding layer 5A is 250 nm or less, that is, the thickness A of the alloy layer 12 is 1500 nm or less.
  • FIG. 10 is a view showing a thermal shock test result when the thickness T of the bonding layer 5A is set to 450 nm and 650 nm, respectively, in the acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention.
  • the vertical axis represents the failure probability F (t) of the acoustic wave device by the thermal shock test
  • the horizontal axis represents the number of cycles of the thermal shock test.
  • a thermal shock was applied N times in a cycle test in which the temperature was raised from ⁇ 40 ° C. to 125 ° C. and then the temperature was lowered from 125 ° C. to ⁇ 40 ° C. as one cycle. Thereafter, the resistance between the pad electrode 5 and the electrode land 3a at room temperature (25 ° C.) was measured based on the JIS standard (JIS C 60068-2-14). The holding time at each temperature was 30 minutes.
  • the failure probability F (t) was calculated by the following equation using a failure sample in which the space between the pad electrode 5 and the electrode land 3a was open.
  • Failure probability F (t) number of failure samples / number of tests ⁇ 100
  • FIG. 10 shows that the failure probability is lower in the sample with the thickness T of the bonding layer 5A of 450 nm than in the sample with 650 nm.
  • omitted in the sample whose thickness T of the joining layer 5A is 250 nm, the failure sample did not generate
  • the thickness T of the bonding layer 5A is 450 nm or less, that is, the alloy layer 12
  • the thickness A is 450 nm or less, that is, the alloy layer 12
  • the thickness T of the bonding layer 5A is set to 350 nm or less, that is, the thickness A of the alloy layer 12 is set to 1800 nm or less, the generation of Kirkendall voids itself is suppressed. It is possible to further suppress the decrease in bonding strength.

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Abstract

　小型化を図ることができ、かつ弾性波素子とバンプ電極との接合強度に優れる、弾性波デバイスを提供する。　圧電基板２、ＩＤＴ電極４及び接合層を有するパッド電極５を含む弾性波素子７と、電極ランド３ａが設けられているパッケージ基板３と、前記パッド電極５と前記電極ランド３ａとを接合しているバンプ電極６とを備え、前記接合層は、第１，第２の主面を有しており、前記接合層の前記第１の主面側と前記バンプ電極６とが接合されて接合部が形成され、該接合部に合金層が形成されており、前記接合層の厚みが２０００ｎｍ以下であり、前記合金層の厚みが２１００ｎｍ以下であり、前記合金層の前記圧電基板２側の面から前記接合層の第２の主面までの距離が１９５０ｎｍ以下である、弾性波デバイス１。

Description

弾性波デバイス及びその製造方法
　本発明は、弾性波素子がバンプ電極を介してパッケージ基板に実装されている、弾性波デバイス及び該弾性波デバイスの製造方法に関する。
　携帯電話などに用いられている弾性波デバイスを小型化する手法の１つとして、バンプ電極を用いて弾性波素子をパッケージ基板に実装する方法が知られている。
　下記の特許文献１では、弾性波素子のパッド電極にバンプ電極が接合されている。上記パッド電極の最表面に厚みが８４０ｎｍである接合用Ａｌ層が形成されており、該接合用Ａｌ層が、Ａｕからなるバンプ電極と接合されている。上記接合用Ａｌ層及び上記バンプ電極は、融着により接合されており、その接合部分には、Ａｕ－Ａｌ合金層が形成されている。
特開２００５－１９７５９５号公報
　しかしながら、特許文献１のような弾性波装置では、弾性波素子をパッケージ基板に実装する際やリフローの際に熱衝撃が加わると、Ａｕ－Ａｌ合金層において、カーケンダルボイドが発生することがあった。そのため、パッド電極とバンプ電極との接合強度が低下することがあった。よって、弾性波素子とバンプ電極との接合強度が低下することがあった。
　本発明の目的は、小型化を図ることができ、かつ弾性波素子とバンプ電極との接合強度に優れる、弾性波デバイス及び該弾性波デバイスの製造方法を提供することにある。
　本発明に係る弾性波デバイスは、圧電基板と、上記圧電基板上に設けられたＩＤＴ電極と、上記ＩＤＴ電極に電気的に接続され、上記圧電基板上に配線層、バリア層及び接合層がこの順で設けられた積層構造を有するパッド電極とを含む弾性波素子と、表面上に電極ランドが設けられているパッケージ基板と、上記弾性波素子と上記パッケージ基板との間に隙間を設けるようにして、上記パッド電極と上記電極ランドとを電気的にかつ機械的に接合しているバンプ電極とを備え、上記パッド電極の接合層は、上記パッケージ基板側の第１の主面と、該第１の主面と対向する第２の主面とを有しており、上記接合層の上記第１の主面側と上記バンプ電極とが接合されて接合部が形成され、該接合部に合金層が形成されており、上記接合層の厚みが２０００ｎｍ以下であり、上記合金層の厚みが２１００ｎｍ以下であり、上記合金層の上記圧電基板側の面から上記接合層の上記第２の主面までの距離が１９５０ｎｍ以下である。
　本発明に係る弾性波デバイスのある特定の局面では、上記合金層中に存在するボイドの最大直径が２５０ｎｍ以下である。
　本発明に係る弾性波デバイスの他の特定の局面では、上記合金層の上記圧電基板側の面が、上記接合層の上記第２の主面に至っている。
　本発明に係る弾性波デバイスの別の特定の局面では、上記合金層の上記圧電基板側の面が、上記接合層の第１の主面と第２の主面との間に位置している。
　本発明に係る弾性波デバイスの他の特定の局面では、上記接合層の厚みが４５０ｎｍ以下である。
　本発明に係る弾性波デバイスのさらに他の特定の局面では、上記弾性波素子の外周を覆うように上記パッケージ基板上に設けられたモールド樹脂層をさらに備える。
　本発明に係る弾性波デバイスのさらに他の特定の局面では、上記接合層は、ＡｌまたはＡｌとＣｕ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ及びＳｉからなる群から選択された少なくとも１種との合金を含む。
　本発明に係る弾性波デバイスのさらに他の特定の局面では、上記バンプ電極は、Ａｕを含む。
　本発明に係る弾性波デバイスの製造方法は、上記弾性波デバイスの製造方法であって、上記パッド電極の接合層の厚みが２０００ｎｍ以下である弾性波素子を用意する工程と、上記弾性波素子の上記パッド電極に、上記バンプ電極をバンプボンディングにより接合する工程と、上記バンプ電極が接合された上記弾性波素子をフリップチップボンディングによりパッケージ基板に実装する工程とを備え、上記弾性波素子をパッケージ基板に実装する工程において、フリップチップボンディングに際し、上記パッド電極の接合層と上記バンプ電極との接合部に、上記パッド電極の接合層の上記第２の主面までの距離が１９５０ｎｍ以下であり、かつ厚みが２１００ｎｍ以下である合金層を形成するように加熱する。
　本発明に係る弾性波デバイスの製造方法のある特定の局面では、上記パッド電極の接合層の厚みが２０００ｎｍ以下である弾性波素子を用意する工程において、上記パッド電極の接合層の厚みが４５０ｎｍ以下である弾性波素子を用意する。
　本発明によれば、小型化を図ることができ、かつ弾性波素子とバンプ電極との接合強度に優れる、弾性波デバイスを提供することができる。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波デバイスの模式的正面断面図であり、図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波デバイスで用いられている弾性波素子の電極構造を示す模式的平面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波デバイスで用いられている弾性波素子の配線構造を示す模式的平面図である。 図３は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波デバイスにおける弾性波素子とパッケージ基板との接合部の模式的断面の拡大図である。 図４は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波デバイスにおける弾性波素子とパッケージ基板との接合部の模式的断面の拡大図である。 図５は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波デバイスにおいて、接合層のバンプ電極との接合部を除く残りの部分の厚みを２５０ｎｍとしたサンプルの、弾性波素子とバンプ電極との接合部の断面の倍率５５００倍のＳＥＭ写真である。 図６は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波デバイスにおいて、接合層のバンプ電極との接合部を除く残りの部分の厚みを３５０ｎｍとしたサンプルの、弾性波素子とバンプ電極との接合部の断面の倍率５５００倍のＳＥＭ写真である。 図７は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波デバイスにおいて、接合層のバンプ電極との接合部を除く残りの部分の厚みを４５０ｎｍとしたサンプルの、弾性波素子とバンプ電極との接合部の断面の倍率５５００倍のＳＥＭ写真である。 図８は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波デバイスにおいて、接合層のバンプ電極との接合部を除く残りの部分の厚みを６５０ｎｍとしたサンプルの、弾性波素子とバンプ電極との接合部の断面の倍率５５００倍のＳＥＭ写真である。 図９は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波デバイスにおいて、接合層の厚みと、合金層の厚みとの関係を示す図である。 図１０は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波デバイスにおいて、接合層の厚みをそれぞれ４５０ｎｍ、６５０ｎｍとしたときの、熱衝撃試験結果を示す図である。
　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。
　（第１の実施形態）
　図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波デバイスの模式的正面断面図であり、図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波デバイスで用いられている弾性波素子の電極構造を示す模式的平面図である。
　図２は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波デバイスで用いられている弾性波素子の配線構造を示す模式的平面図である。
　弾性波デバイス１は、弾性波素子７を備えている。弾性波素子７は、圧電基板２、ＩＤＴ電極４及びパッド電極５を有する。圧電基板２は、主面２ａを有する。圧電基板２としては、ＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂＯ３等の圧電単結晶からなる基板を用いることができる。
　圧電基板２の主面２ａ上には、ＩＤＴ電極４が設けられている。ＩＤＴ電極４は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗまたはこれらの金属のいずれかを主体とする合金などの適宜の金属材料により形成することができる。ＩＤＴ電極４は、単層であってもよいし、２種以上の金属層が積層された積層体であってもよい。本実施形態においては、圧電基板２の主面２ａ上にＴｉ層及びＡｕＣｕ合金層がこの順に積層されて、ＩＤＴ電極４が設けられている。
　図１（ａ）では略図的に示しているが、圧電基板２上には、図１（ｂ）に示す電極構造が形成されている。すなわち、ＩＤＴ電極４と、ＩＤＴ電極４の弾性表面波伝搬方向両側に配置された反射器９，１０とが形成されている。それによって、１ポート型弾性表面波共振子が構成されている。もっとも、本発明におけるＩＤＴ電極を含む電極構造は特に限定されない。複数の共振子を組み合わせて、フィルタが構成されていてもよい。このようなフィルタとしては、ラダー型フィルタ、縦結合共振子型フィルタ、ラチス型フィルタ等が挙げられる。
　圧電基板２の主面２ａ上には、パッド電極５が積層されている。パッド電極５は，ＩＤＴ電極４と電気的に接続されている。パッド電極５は、適宜の金属により構成されている。具体的には、パッド電極５は、後述する金属層が積層されて構成されている。
　なお、図１（ａ）においては、本発明の構成を分かりやすく示すために、圧電基板２の主面２ａ上にはＩＤＴ電極４及びパッド電極５のみが図示されているが、実際には、図２に模式的平面図で示すように、圧電基板２上にはさらにＩＤＴ電極４とパッド電極５を接続するための配線電極１１が設けられている。
　図１（ａ）に戻り、弾性波素子７は、パッケージ基板３に実装されている。パッケージ基板３は、矩形板状の形状である。パッケージ基板３は、アルミナなどの絶縁性セラミックス、あるいは絶縁性樹脂などにより構成することができる。
　弾性波素子７は、バンプ電極６を介して、パッケージ基板３に電気的にかつ機械的に接合されている。より詳細には、図１（ａ）に示すように、弾性波素子７の構成部材であるパッド電極５がバンプ電極６に接合されている。他方、パッケージ基板３は上面に電極ランド３ａを有している。電極ランド３ａはバンプ電極６に接合されている。
　図１（ａ）に示すように、本実施形態においては、弾性波素子７のパッド電極５、バンプ電極６及びパッケージ基板３により、圧電基板２上のＩＤＴ電極４が臨む中空空間２ｃが形成されている。それによって、いわゆるチップサイズパッケージ構造が実現されている。
　本実施形態において、バンプ電極６及びパッケージ基板３の電極ランド３ａは、Ａｕにより形成されている。もっとも、バンプ電極６及びパッケージ基板３の電極ランド３ａは、他の適宜の金属材料によって形成されていてもよい。
　パッケージ基板３上には、弾性波素子７を覆うように、モールド樹脂層８が設けられている。モールド樹脂層８の材料としては、例えばエポキシ樹脂等の適宜の樹脂が用いられる。
　図３は、第１の実施形態に係る弾性波デバイス１の弾性波素子７とパッケージ基板３との接合部の模式的断面の拡大図である。パッド電極５は、密着層５Ｄ、配線層５Ｃ、バリア層５Ｂ及び接合層５Ａにより形成されている。圧電基板２側から密着層５Ｄ、配線層５Ｃ、バリア層５Ｂ及び接合層５Ａの順に圧電基板２上に積層されている。なお圧電基板２と配線層５Ｃとの接合強度を高めるため、圧電基板２と配線層５Ｃとは、Ｔｉからなる密着層５Ｄを介して接合している。なお、密着層５Ｄは省略することができる。
　配線層５Ｃは、ＡｌとＣｕとの合金（ＡｌＣｕ合金）により形成されている。バリア層５Ｂは、Ｔｉにより形成されている。
　接合層５Ａは、第１，第２の主面５ａ，５ｂを有する。接合層５ＡはＡｌ又はＡｌと他の金属との合金により形成されている。他の金属としては、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ及びＳｉからなる群から選択された少なくとも１種が用いられる。本実施形態では、接合層５ＡはＡｌである。
　図３に示すように、パッド電極５の接合層５Ａが、バンプ電極６に接合されている。接合層５Ａは、互いに対向する第１の主面５ａと第２の主面５ｂとを有する。接合層５Ａの第１の主面５ａは、パッケージ基板３側に位置しており、バンプ電極６と接合されている。また、接合層５Ａの第２の主面５ｂは圧電基板２側に位置する。Ａｌの接合層５ＡとＡｕのバンプ電極６との金属拡散による接合部には、合金層１２が形成されている。合金層１２は、ＡｕＡｌ合金からなる。なお、本実施形態においては、合金層１２が、接合層５Ａの第２の主面５ｂには至っていない。すなわち、合金層１２の圧電基板２側の面１２ａが、接合層５Ａの第１の主面５ａと第２の主面５ｂとの間に位置している。
　本実施形態において、接合層５Ａの厚みＴは２０００ｎｍ以下である。より具体的には、第１の主面５ａの法線に平行な方向から接合層５Ａを見たときの、接合層５Ａのバンプ電極６との接合部を除く残りの部分５ｃの厚みが、接合層５Ａの厚みＴである。すなわち、厚み方向において、接合層５Ａの第１の主面５ａと第２の主面５ｂを結ぶ距離が２０００ｎｍ以下である。更に、詳細は後述するが、接合層５Ａの厚みＴを４５０ｎｍ以下とした場合、接合層５Ａの全ての厚みがバンプ電極６との合金層１２に変化したとき、接合層５Ａとバンプ電極６とが変化して生じた合金層１２の厚みＡを２１００ｎｍ以下に抑制することができる。なお、第１の主面の法線と平行に延びる方向を厚み方向と呼ぶ。
　また、本実施形態において、厚み方向において、合金層１２の圧電基板２側の面１２ａから接合層５Ａの第２の主面５ｂまでの距離は１９５０ｎｍ以下であり、接合層５Ａとバンプ電極６との合金層１２の厚みＡは、２１００ｎｍ以下である。合金層１２の圧電基板２側の境界である面１２ａから接合層５Ａの第２の主面５ｂまでの、接合層５Ａにおける未合金層の厚みＢを１９５０ｎｍ以下で、かつ、合金層１２の厚みＡを２１００ｎｍ以下とすることで、周囲温度の上昇に起因して発生する合金層１２と未合金層との相互拡散の量を抑制できる。この相互拡散時に発生する拡散速度の不均衡により発生するボイド、すなわちカーケンダルボイドの発生が抑制できる。
　このように、本実施形態においては、接合層５Ａのバンプ電極６との接合部を除く残りの部分５ｃの厚み、すなわち接合層５Ａの厚みＴ、合金層１２の圧電基板２側の面１２ａから接合層５Ａの第２の主面５ｂまでの距離及び合金層１２の厚みＡが上記範囲に限定されているため、接合層５Ａとバンプ電極６の接合部にカーケンダルボイドが発生し難い。特に合金層１２、合金層１２とバンプ電極６又は接合層５Ａとの界面にカーケンダルボイドが発生し難い。また、発生したとしても、カーケンダルボイドの最大直径は２５０ｎｍ以下である。なお、カーケンダルボイドの断面形状が円状ではなく、楕円状である場合は、カーケンダルボイドの長径が２５０ｎｍ以下である。また、カーケンダルボイドが、長手方向を有するような不規則な形状である場合は、カーケンダルボイドの最大外寸が２５０ｎｍ以下である。
　従って、熱衝撃が加わっても、接合層５Ａとバンプ電極６の接合強度が低下し難い。よって、チップサイズパッケージ構造により小型化を進めることができる。
　（弾性波デバイスの製造方法）
　弾性波デバイス１の製造方法では、まず、圧電基板２上にＩＤＴ電極４及びパッド電極５が設けられている弾性波素子７を用意する。パッド電極５としては、接合層５Ａの厚みＴが２０００ｎｍ以下のものが用いられる。上述したカーケンダルボイドの発生をより一層抑制する観点から、パッド電極５としては、接合層５Ａの厚みＴが４５０ｎｍ以下のものを用いることが好ましい。
　次に、弾性波素子７のパッド電極５の接合層５Ａにバンプ電極６をバンプボンディングで接合する。しかる後、バンプ電極６が接合された弾性波素子７を、フリップチップボンディングでパッケージ基板３に実装することにより、弾性波デバイス１が製造される。
　なお、本発明に係る弾性波デバイスの製造方法においては、フリップチップボンディングに際し、パッド電極の接合層とバンプ電極との接合部に、パッド電極の接合層の第２の主面までの距離が１９５０ｎｍ以下であり、かつ厚みが２１００ｎｍ以下である合金層を形成するように加熱する。
　これにより、パッド電極の接合層とバンプ電極との接合部におけるカーケンダルボイドの発生を抑制することができる。すなわち、弾性波素子とバンプ電極との接合強度に優れた弾性波デバイスを得ることができる。
　（第２の実施形態）
　図４は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波デバイスにおける弾性波素子７とパッケージ基板３との接合部の模式的断面の拡大図である。第２の実施形態では、合金層１２が、接合層５Ａの第２の主面５ｂに至っている。その他の点は、第１の実施形態と同じ構成である。
　上記のように第２の実施形態に係る弾性波デバイスでは、合金層１２が接合層５Ａの第２の主面５ｂに至っているため、接合層５Ａとバンプ電極６との接合部におけるカーケンダルボイドの発生をより一層抑制することができる。よって、熱衝撃による弾性波素子７とバンプ電極６との接合強度の低下をより一層抑制することができる。
　なお、より一層効果的にカーケンダルボイドの発生を抑制する観点から合金層１２は、接合層５Ａの第２の主面５ｂを越えて、拡散防止層であるバリア層５Ｂにまで至っていてもよい。
　図５～図８は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波デバイスにおいて、接合層の厚みＴをそれぞれ２５０ｎｍ、３５０ｎｍ、４５０ｎｍ及び６５０ｎｍとしたサンプルの、弾性波素子７とバンプ電極６との接合部の断面の倍率５５００倍におけるＳＥＭ写真である。図５～図８においては、上から圧電基板２、パッド電極５、合金層１２及びバンプ電極６がこの順に積層されている部分の断面図が示されている。
　なお、以下接合層５Ａの厚みＴは、接合層５Ａにおける第１の主面と第２の主面と間の距離であって、図３、図４に示すように、厚み方向から見て、接合層５Ａにおける接合部と重なる部分を除く残りの部分５ｃの厚みを意味するものとする。
　パッド電極５は、圧電基板２側から密着層５Ｄ、配線層５Ｃ、バリア層５Ｂ、接合層５Ａまたはバンプ電極６との合金層１２がこの順に積層されることにより形成されている。なお圧電基板２と配線層５Ｃとの接合強度を高めるため、圧電基板２と配線層５Ｃとは、Ｔｉからなる密着層５Ｄを介して接合した。なお、密着層５Ｄは省略することができる。
　図５及び図６から明らかなように、接合層５Ａの厚みＴが２５０ｎｍ又は３５０ｎｍの場合、カーケンダルボイドは発生していない。
　また、図７に示す接合層５Ａの厚みＴが４５０ｎｍであるサンプルにおいては、合金層１２とバンプ電極６の接合部にカーケンダルボイド１３が発生していたが、カーケンダルボイド１３の最大直径は２５０ｎｍ以下であった。
　他方、図８に示す接合層５Ａの厚みＴが６５０ｎｍであるサンプルにおいては、最大直径が２５０ｎｍより大きいカーケンダルボイド１３が観察された。
　上記ＳＥＭ写真の観察結果より、接合層５Ａの厚みＴが３５０ｎｍ以下である場合、カーケンダルボイド１３の発生そのものが抑制され、接合層５Ａの厚みＴが４５０ｎｍ以下である場合、最大直径が２５０ｎｍより大きいカーケンダルボイド１３の発生が抑制されていることがわかる。
　図９は、接合層５Ａの厚みＴと合金層１２の厚みＡとの関係を示す図である。図９から、接合層５Ａの厚みＴと合金層１２の厚みＡは比例関係にあることがわかる。また、接合層５Ａの厚みＴが４５０ｎｍのとき、合金層１２の厚みＡは、２１００ｎｍであった。従って、合金層１２の厚みＡが２１００ｎｍ以下である場合、最大直径が２５０ｎｍより大きいカーケンダルボイド１３の発生が抑制されることとなる。
　従って、合金層１２が接合層５Ａの第２の主面５ｂに至っている第２の実施形態においては、接合層５Ａの厚みＴが４５０ｎｍ以下、すなわち合金層１２の厚みＡが２１００ｎｍ以下であることが好ましい。
　また、カーケンダルボイド１３の発生そのものを抑制し得ることから、接合層５Ａの厚みＴが３５０ｎｍ以下、すなわち合金層１２の厚みＡが１８００ｎｍ以下であることがより好ましい。
　さらに、カーケンダルボイド１３の発生そのものを確実に抑制できることから、接合層５Ａの厚みＴが２５０ｎｍ以下、すなわち合金層１２の厚みＡが１５００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
　図１０は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波デバイスにおいて、接合層５Ａの厚みＴをそれぞれ４５０ｎｍ、６５０ｎｍとしたときの、熱衝撃試験結果を示す図である。図中、縦軸は、熱衝撃試験による弾性波デバイスの故障確率Ｆ（ｔ）であり、横軸は、熱衝撃試験のサイクル数である。
　具体的には、試料３０個を用いて、－４０℃から１２５℃まで昇温し、続いて１２５℃から－４０℃に降温するまでを１サイクルとするサイクル試験により熱衝撃をＮ回加えた後、パッド電極５－電極ランド３ａ間の室温（２５℃）での抵抗をＪＩＳ規格（ＪＩＳ　Ｃ　６００６８－２－１４）に基づいて測定した。また、各温度における保持時間を３０分間とした。
　故障確率Ｆ（ｔ）は、パッド電極５－電極ランド３ａ間が開放したものを故障サンプルとし、下記式により算出した。
　故障確率Ｆ（ｔ）＝故障サンプル数／試験数×１００
　図１０より、接合層５Ａの厚みＴが４５０ｎｍのサンプルでは、６５０ｎｍのサンプルと比較して、故障確率が低いことがわかる。なお、図示を省略しているが、接合層５Ａの厚みＴが２５０ｎｍのサンプルでは、１０００サイクル（ｃｙｃ）においても、故障サンプルが発生しなかった。
　上記熱衝撃試験の結果より、接合層５Ａの厚みＴが小さいほど、熱衝撃による故障確率が低められていることが確認できた。すなわち、接合層５Ａの厚みＴが小さいほど、弾性波素子７とバンプ電極６との接合強度の低下が抑制されていることが確認できた。
　以上のように、合金層１２が、接合層５Ａの第２の主面５ｂに至っている第２の実施形態に係る弾性波デバイスにおいては、接合層５Ａの厚みＴを４５０ｎｍ以下、すなわち合金層１２の厚みＡを２１００ｎｍ以下とすることにより、最大直径が２５０ｎｍより大きいカーケンダルボイドの発生が抑制される。その結果、熱衝撃による弾性波素子７とバンプ電極６との接合強度の低下を抑制することができる。
　また、接合層５Ａの厚みＴを３５０ｎｍ以下、すなわち合金層１２の厚みＡを１８００ｎｍ以下とすることで、カーケンダルボイドの発生そのものが抑制されるため、熱衝撃による弾性波素子７とバンプ電極６の接合強度の低下をより一層抑制することができる。
１…弾性波デバイス
２…圧電基板
２ａ…圧電基板２の主面
２ｃ…中空空間
３…パッケージ基板
３ａ…電極ランド
４…ＩＤＴ電極
５…パッド電極
５ａ…第１の主面
５ｂ…第２の主面
５ｃ…残りの部分
５Ａ…接合層
５Ｂ…バリア層
５Ｃ…配線層
５Ｄ…密着層
６…バンプ電極
７…弾性波素子
８…モールド樹脂層
９，１０…反射器
１１…配線電極
１２…合金層
１２ａ…合金層１２のパッド電極５側の面
１３…カーケンダルボイド

Claims (10)

  1. 　圧電基板と、前記圧電基板上に設けられたＩＤＴ電極と、前記ＩＤＴ電極に電気的に接続され、前記圧電基板上に配線層、バリア層及び接合層がこの順で設けられた積層構造を有するパッド電極とを含む弾性波素子と、
    　表面上に電極ランドが設けられているパッケージ基板と、
    　前記弾性波素子と前記パッケージ基板との間に隙間を設けるようにして、前記パッド電極と前記電極ランドとを電気的にかつ機械的に接合しているバンプ電極とを備え、
    　前記パッド電極の接合層は、前記パッケージ基板側の第１の主面と、該第１の主面と対向する第２の主面とを有しており、前記接合層の前記第１の主面側と前記バンプ電極とが接合されて接合部が形成され、該接合部に合金層が形成されており、
    　前記接合層の厚みが２０００ｎｍ以下であり、前記合金層の厚みが２１００ｎｍ以下であり、前記合金層の前記圧電基板側の面から前記接合層の前記第２の主面までの距離が１９５０ｎｍ以下である、弾性波デバイス。
  2. 　前記合金層中に存在するボイドの最大直径が２５０ｎｍ以下である、請求項１に記載の弾性波デバイス。
  3. 　前記合金層の前記圧電基板側の面が、前記接合層の前記第２の主面に至っている、請求項１又は２に記載の弾性波デバイス。
  4. 　前記合金層の前記圧電基板側の面が、前記接合層の第１の主面と第２の主面との間に位置している、請求項１又は２に記載の弾性波デバイス。
  5. 　前記接合層の厚みが４５０ｎｍ以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
  6. 　前記弾性波素子の外周を覆うように前記パッケージ基板上に設けられたモールド樹脂層をさらに備える、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
  7. 　前記接合層が、ＡｌまたはＡｌとＣｕ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ及びＳｉからなる群から選択された少なくとも１種との合金を含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
  8. 　前記バンプ電極が、Ａｕを含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
  9. 　請求項１～８のいずれか１項に記載の弾性波デバイスの製造方法であって、
    　前記パッド電極の接合層の厚みが２０００ｎｍ以下である弾性波素子を用意する工程と、
    　前記弾性波素子の前記パッド電極に、前記バンプ電極をバンプボンディングにより接合する工程と、
    　前記バンプ電極が接合された前記弾性波素子をフリップチップボンディングにより前記パッケージ基板に実装する工程とを備え、
    　前記弾性波素子を前記パッケージ基板に実装する工程において、フリップチップボンディングに際し、前記パッド電極の接合層と前記バンプ電極との接合部に、前記パッド電極の接合層の前記第２の主面までの距離が１９５０ｎｍ以下であり、かつ厚みが２１００ｎｍ以下である合金層を形成するように加熱する、弾性波デバイスの製造方法。
  10. 　前記パッド電極の接合層の厚みが２０００ｎｍ以下である弾性波素子を用意する工程において、前記パッド電極の接合層の厚みが４５０ｎｍ以下である弾性波素子を用意する、請求項９に記載の弾性波デバイスの製造方法。
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