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JP5176979B2 - 弾性表面波装置およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、弾性表面波装置およびその製造方法に関する。
近年、情報通信技術、ネットワーク技術の急激な発達に伴う通信の高速化に対応するために、通信機器に使用する発振器の高周波化および高安定性が要求されている。高周波化に適した発信器として、弾性表面波装置が広く利用されている。弾性表面波装置は、圧電体の表面に沿って伝搬する弾性表面波を利用した弾性表面波素子を備える装置である。弾性表面波素子は、例えば、インダクタ素子に用いられる樹脂等から製造工程において発生するガスによって共振周波数が変動し、安定した周波数特性を得ることができない場合がある。
例えば、特許文献1には、素子を収納するセラミックパッケージを、弾性表面波素子を気密に収納する第1キャビティと、他の電子部品を収納する第2キャビティとに分離することで、弾性表面波素子を周波数特性に影響を及ぼすガス等から保護する方法が提案されている。
特表2005−509315号公報
しかしながら、上記特許文献1に開示された方法は、セラミックパッケージを精密に設計及び加工する必要があり、製造工程が複雑化する場合がある。
本発明の目的の一つは、安定した周波数特性を有し、容易に製造できる弾性表面波装置を提供することにある。
本発明に係る弾性表面波装置は、
第1の面を有する基板と、
前記第1の面に樹脂層を介して設けられたインダクタ素子と、
前記インダクタ素子と電気的に接続された弾性表面波素子と、
前記基板、前記インダクタ素子、および前記弾性表面波素子を収納するパッケージと、を含み、
前記基板は、前記第1の面に形成された第1配線を有し、
前記第1配線は、平面的に見て、前記樹脂層の周囲を囲み、
前記基板は、前記第1の面が前記パッケージの底面と対向して収納され、
前記パッケージは、当該パッケージの前記底面であって、前記第1配線と対向する領域に設けられた第2配線を有し、
前記第1配線と前記第2配線とは、接合して配置され、前記樹脂層を気密封止する空間を形成している。
本発明によれば、安定した周波数特性を有し、容易に製造することができる弾性表面波装置を提供することができる。
なお、本発明に係る記載では、「電気的に接続」という文言を、例えば、「特定の部材(以下「A部材」という)に「電気的に接続」された他の特定の部材(以下「B部材」という)」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、A部材とB部材とが、直接接して電気的に接続されているような場合と、A部材とB部材とが、他の部材を介して電気的に接続されているような場合とが含まれるものとして、「電気的に接続」という文言を用いている。
本発明に係る弾性表面波装置において、
前記樹脂層は、当該樹脂層の外縁部に突起部を有し、
前記第1配線は、前記突起部を覆っていることができる。
本発明に係る弾性表面波装置において
前記第1配線は、少なくとも前記樹脂層の側面を覆うことができる。
本発明に係る弾性表面波装置において、
前記基板は、前記第1の面と対向する第2の面を有し、
前記弾性表面波素子は、前記第2の面に固定されていることができる。
本発明に係る弾性表面波装置において、
前記弾性表面波素子と前記インダクタ素子とは、前記基板に設けられた貫通電極を介して、電気的に接続されていることができる。
本発明に係る弾性表面波装置において、
前記樹脂層を気密封止する空間は、前記弾性表面波装置の設けられた空間と分離されていることができる。
本発明に係る弾性表面波装置の製造方法は、
基板の第1の面に樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層の上方にインダクタ素子を形成する工程と、
前記第1の面に、平面的に見て、前記樹脂層の周囲を囲む第1配線を形成する工程と、
前記インダクタ素子と電気的に接続する弾性表面波素子を設ける工程と、
前記基板、前記インダクタ素子、および前記弾性表面波素子を収納するパッケージを製造する工程と、
前記パッケージの底面であって、前記第1配線と対向する領域に第2配線を形成する工程と、
前記パッケージに、前記基板、前記インダクタ素子、および前記弾性表面波素子を収納する工程と、を含み、
前記パッケージに収納する工程は、
前記第1配線と前記第2配線とを接合して、前記樹脂層を気密封止する空間を形成する工程を有する。
本発明に係る弾性表面波装置の製造方法によれば、安定した周波数特性を有する弾性表面波装置を容易に製造することができる。
本発明に係る弾性表面波装置の製造方法において、
前記第1配線を形成する工程は、
前記樹脂層の外縁部に突起部を形成する工程と、
前記突起部を第1配線で覆う工程と、
を有することができる。
本実施形態に係る弾性表面波装置を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る弾性表面波装置を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る弾性表面波装置の基板の第1の面側を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る弾性表面波装置の弾性表面波素子を模式的に示す平面図。 本実施形態に係る弾性表面波装置の弾性表面波素子を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る弾性表面波装置の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る弾性表面波装置の第1の変形例を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る弾性表面波装置の第2の変形例を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る弾性表面波装置の第3の変形例を模式的に示す断面図。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
1.弾性表面波装置
まず、本実施形態に係る弾性表面波装置100について説明する。
図1は、弾性表面波装置100を模式的に示す斜視図である。図2は、図1のII−II線断面図である。なお、図2では、便宜上、弾性表面波素子50を簡略化している。
弾性表面波装置100は、図1および図2に示すように、第1の面12を有する基板10と、第1の面12に樹脂層20を介して設けられたインダクタ素子30と、インダクタ素子30と電気的に接続された弾性表面波素子(以下SAW素子ともいう)50と、基板10、インダクタ素子30、および弾性表面波素子50を収納するパッケージ60と、を含む。
基板10は、例えば、シリコン基板である。基板10は、図2に示すように、第1の面12と、第2の面14とを有する。第1の面12と第2の面14は、対向する面である。基板10は、基板10の厚み方向に貫通する貫通電極17を有することができる。貫通電極17は、基板10および樹脂層20を貫通していてもよい。貫通電極17は、絶縁膜18によって、基板10と絶縁されていてもよい。貫通電極17は、インダクタ素子30とSAW素子50とを電気的に接続することができる。貫通電極17は、第2の面14の外周部付近でワイヤ58と電気的に接続されることが望ましい。これにより、貫通電極17とSAW素子50とをワイヤボンディングにより接続する際に生じる基板10への応力の影響を軽減することができる。基板10は、第1の面12がパッケージ60の底面66と対向するように収納されている。基板10の第1の面12には、集積回路16が形成されていてもよい。集積回路16は、発振回路を有していてもよい。集積回路16は、配線(図示しない)によって、インダクタ素子30と電気的に接続されていてもよい。
樹脂層20は、基板10の第1の面12に形成されている。樹脂層20としては、例えば、ポリイミド樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン(BCB;benzocyclobutene)、ポリベンゾオキサゾール(PBO;polybenzoxazole)、フェノール樹脂等の樹脂を用いることができる。樹脂層20は、外縁部に突起部22を有していてもよい。突起部22は、図示の例では、第1配線40で覆われている。樹脂層20は、パッシベーション膜19を介して、第1の面12上に設けられていてもよい。パッシベーション膜19としては、例えば、SiOやSiN等の無機絶縁膜、ポリイミド樹脂などの有機絶縁膜を用いることができる。
図3は、基板10の第1の面12側を模式的に示す斜視図である。図3では、便宜上、保護膜34を省略している。インダクタ素子30は、基板10の第1の面12に、樹脂層20を介して形成されている。インダクタ素子30は、インダクタ配線32から構成されている。インダクタ配線32は、図3に示すように、スパイラル状に形成されていることができる。インダクタ配線32の一方の端部は、貫通電極17に電気的に接続されていることができる。インダクタ配線32の他方の端部は、第1配線40に電気的に接続されていることができる。インダクタ配線32の材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、タングステンなどの金属を用いることができる。インダクタ配線32は、図2に示すように、保護膜34で覆われていてもよい。保護膜34としては、例えば、レジスト等を用いることができる。これにより、インダクタ配線32に、不純物が付着することを防ぐことができる。
第1配線40は、基板10の第1の面12に形成されている。第1配線40は、図3に示すように、平面的に見て、樹脂層20の周囲を囲むように設けられている。図示の例では、第1配線40は、樹脂層20の突起部22を覆っている。第1配線40としては、例えば、銅、金、スズ等を用いることができる。第1配線40は、単層であっても、複数層であってもよい。第1配線40と第2配線70とは、接合して配置され、樹脂層20を気密封止する空間(第1空間)82を形成している。第1配線40は、樹脂層20の周囲を囲むように設けられているため、第1配線40と第2配線70とが接合することにより、第1空間82を形成することができる。したがって、弾性表面波装置100では、樹脂層20を封止する第1空間82と、SAW素子50が実装された第2空間84とを分離することができる。第1空間82は、図示の例では、基板10の第1の面12、第1配線40、第2配線70、およびパッケージ60の底面66によって区画される。なお、図示はしないが、第1配線40は、平面的に見て、複数の切れ目によって複数の部分に電気的に分離されていてもよい。複数の切れ目は、接着剤等で埋め込まれることで、第1空間82を気密封止することができる。
図4は、SAW素子50を模式的に示す平面図である。図5は、図4のV−V線断面図である。SAW素子50は、圧電基板52と、IDT(Interdigital Transducer)電極54とを有する。圧電基板52としては、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料を用いることができる。IDT電極54は、圧電基板52上に形成されている。IDT電極54は、図4に示すように、櫛歯状に形成された電極54a,54bが交互に間挿されるように構成されていてもよい。IDT電極54の材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、タングステンなどの金属を用いることができる。IDT電極54の両側には、反射器(図示しない)が設けられていてもよい。反射器は、IDT電極54から伝搬してくる弾性表面波を反射して、弾性表面波のエネルギーを内部に閉じこめる機能を有することができる。
SAW素子50は、図2の例では、基板10の第2の面14に固定されている。SAW素子50は、接着剤56によって第2の面14に、両持ち状に固定されることができる。SAW素子50は、パッケージ60の実装空間80の第2空間84に設けられている。SAW素子50は、基板10と重なってパッケージ60に実装されていることができる。これにより、弾性表面波装置100の小型化を図ることができる。SAW素子50は、ワイヤ58によって、貫通電極17および第3配線72と電気的に接続されていることができる。
パッケージ60は、基板10、インダクタ素子30、およびSAW素子50を収納する。図示はしないが、その他の素子を収納してもよい。パッケージ60の外観は、例えば、図1に示すように、直方体である。パッケージ60は、ベース62と、封止板64とで構成されている。ベース62は、素子を収納するための実装空間80を有する。実装空間80は、第1空間82と第2空間84とで構成されていることができる。第1空間82には、樹脂層20およびインダクタ素子30が収納されていることができる。第2空間84には、SAW素子50が収納されていることができる。実装空間80は、封止板64によって、封止されている。これにより、実装空間80は、外部からの気体の侵入を防ぐことができる。実装空間80は、真空であっても、不活性ガスが充填されていてもよい。ベース62は、例えば、アルミナ等のセラミック材料を用いることができる。封止板64としては、例えば、ガラス板を用いることができる。パッケージ60は、第2配線70と、第3配線72とを有することができる。
第2配線70は、パッケージ60の底面66であって、基板10の第1配線40と対向する領域に設けられている。第2配線70の上面は、第1配線40と接合していることができる。第2配線70の平面形状は、第1配線40の平面形状と同様の形状であってもよい。第1配線40と第2配線70とが接合している領域は、平面的に見て、樹脂層20の周囲を囲っていることができる。第2配線70は、図示の例では、インダクタ素子30と第3配線72とを電気的に接続している。第3配線72は、パッケージ60の底面66、ベース62の内壁および外壁に形成されていることができる。第3配線72は、収納空間80に収納された素子30,50と、外部装置(図示しない)とを電気的に接続する配線であってもよい。また、第3配線72は、第2配線70および収納空間80に収納された素子とを電気的に接続する配線であってもよい。第3配線72は、複数形成されてもよい。第2配線70及び第3配線72としては、例えば、銅、金、スズ等を用いることができる。
弾性表面波装置100は、例えば、以下の特徴を有する。
本実施形態に係る弾性表面波装置100では、第1配線40と第2配線70とが接合して、樹脂層20を気密封止する第1空間82を形成することができる。したがって、弾性表面波装置100の製造工程および動作時に樹脂層20から発生するガスを閉じこめることができる。これにより、SAW素子50のガスによる周波数特性の変動を抑制し、安定した周波数特性を有する弾性表面波装置を提供することができる。また、パッケージを区画することによって、樹脂層20とSAW素子50とを分離する場合と比較して、製造工程の簡略化が可能となり、容易に製造することができる。したがって、本実施例によれば、安定した周波数特性を有し、容易に製造できる弾性表面波装置を提供することができる。
2.弾性表面波装置の製造方法
次に、本実施形態に係る弾性表面波装置100の製造方法について、説明する。
図6は、本実施形態に係る弾性表面波装置100の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、便宜上、SAW素子50は簡略化している。
図6に示すように、基板10の第1の面12に樹脂層20を形成する。樹脂層20には、突起部22および貫通電極17を設けるための貫通穴を形成する。樹脂層20は、例えば、樹脂材料(図示しない)を所望の形状にパターニングし、熱処理によって硬化させることにより形成することができる。
次に、樹脂層20上にインダクタ素子30を形成する。インダクタ素子30は、例えば、スパッタ法、めっき法等でインダクタ配線32を形成することで製造できる。インダクタ配線32は、貫通電極17と電気的に接続する。
第1の面12に、樹脂層20の周囲を囲む第1配線40を形成する。第1配線40は、例えば、インダクタ配線32と同様の方法で形成することができる。なお、インダクタ配線32と、第1配線40とを、同一の工程で形成してもよい。
SAW素子50を製造する。図4および図5に示すように、SAW素子50は、圧電基板52上にIDT電極54を形成することで製造することができる。具体的には、IDT電極54は、例えば、圧電基板52の表面に、導体金属を蒸着あるいはスパッタリング等により薄膜状に形成した後に、フォトリソグラフィ等により形成される。次に、SAW素子50を第2の面14に固定する。SAW素子50は、例えば、接着剤56により固定することができる。次に、SAW素子50をワイヤボンディングにより、貫通電極17と電気的に接続する。
図2に示すように、パッケージ60を形成する。ベース62は、例えば、セラミックグリーンシートを成形して形成される。次に、パッケージ60に第2配線70および第3配線72を形成する。
次に、基板10、インダクタ素子30、およびSAW素子50をパッケージ60に収納する。具体的には、まず、基板10の第1配線40と第2配線70とを接合する。これにより、樹脂層20を気密封止する第1空間82を形成することができる。接合は、例えば、シーム溶接、電子ビーム、レーザー溶接、超音波接合を用いることができる。次に、SAW素子50と第3配線72とをワイヤボンディングで電気的に接続する。
次に、封止板64を、ベース62に接合する。封止板64は、例えば、低融点ガラスなどからなる接合材(図示しない)によりベース62に接合される。これにより、パッケージ60の実装空間80を、気密封止することができる。パッケージ60の実装空間80を気密封止した後に、セラミックパッケージ60及びSAW素子50を固定するための接着剤等を脱ガスするための高温処理工程を有してもよい。
以上の工程により、弾性表面波装置100を製造することができる。
弾性表面波装置100の製造方法によれば、第1配線40と第2配線70とが接合して、樹脂層20を気密封止する第1空間82を形成する工程を有することができる。これにより、例えば、高温処理工程によって、樹脂層20から発生するガスがSAW素子50に与える影響を軽減することができる。したがって、本実施形態に係る製造方法によれば、安定した周波数特性を有する弾性表面波装置を製造することができる。また、本実施形態に係る製造方法によれば、パッケージによって、樹脂層20とSAW素子50とを分離する場合と比較して、製造工程の簡略化が可能となり、容易に製造することができる。
3.変形例
次に本実施形態に係る弾性表面波装置の変形例について説明する。なお、上述した弾性表面波装置100の例と異なる点について説明し、本実施形態に係る弾性表面波装置100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、同様の点については説明を省略する。
(1)まず、第1の変形例について説明する。
図7は、本変形例に係る弾性表面波装置200を模式的に示す断面図である。図7に示す断面図は、図2に対応している。
弾性表面波装置100の例では、第1配線40が、樹脂層20の突起部22を覆っている場合について説明した。これに対し本変形例では、第1配線40が基板10の第1の面12上に、少なくとも樹脂層20の側面を覆うように形成されていることができる。すなわち、本変形例では、第1配線40は、樹脂層20の突起部22を覆わないで形成することができる。第1配線40は、図示の例では、パッシベーション膜19上に形成されている。第1空間82は、第1の面12、パッケージ60の底面66、第1配線40および第2配線70の側壁で区画されていることができる。
本変形例によれば、樹脂層20に突起部22を形成しなくてもよいため、製造工程の簡略化を図ることができる。
(2)次に、第2の変形例について説明する。
図8は、本変形例に係る弾性表面波装置300を模式的に示す断面図である。図8に示す断面図は、図2に対応している。
弾性表面波装置100の例では、SAW素子50が、基板10の第2の面14に両持ち状に固定されている場合について説明した。これに対し本変形例では、SAW素子50が、基板10の第2の面14に片持ち状に固定されていることができる。すなわち、SAW素子50のパッケージ60の底面66に対する接地面積を減らすことができる。これにより、パッケージ60に与えられた熱や衝撃といった外力が、SAW素子50に与える影響を低減できるため、SAW素子50の外力による共振周波数の変動を抑制することができる。したがって、本変形例によれば、SAW素子50を両持ち状にした場合と比較して、より安定した周波数特性を有する弾性表面波装置を提供することができる。
(3)次に、第3の変形例について説明する。
図9は、本変形例に係る弾性表面波装置400を模式的に示す断面図である。図9に示す断面図は、図2に対応している。なお、図9では、第3配線72の一部を便宜上省略している。
弾性表面波装置100の例では、SAW素子50が、基板10の第2の面14に固定されている場合について説明した。これに対し本変形例では、SAW素子50がパッケージ60の底面66に固定されていることができる。SAW素子50は、ワイヤ58、第3配線72、および第1配線40を介して、インダクタ素子30と電気的に接続されていることができる。すなわち、基板10及び樹脂20に貫通電極17を設けなくてもよい。したがって、本変形例によれば、製造工程を簡略化することができる。
上記のように、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
10 基板、12 第1の面、14 第2の面、16 集積回路、17 貫通電極、18 絶縁膜、19 パッシベーション膜、20 樹脂層、22 突起部、30 インダクタ素子、32 インダクタ配線、34 保護膜、40 第1配線、50 弾性表面波素子、52 圧電基板、54 IDT電極、56 接着剤、58 ワイヤ、60 パッケージ、62 ベース、64 封止板、66 底面、70 第2配線、72 第3配線、80 実装空間、82 第1空間、84 第2空間、100,200,300,400 弾性表面波装置

Claims (8)

  1. 第1の面を有する基板と、
    前記第1の面に樹脂層を介して設けられたインダクタ素子と、
    前記インダクタ素子と電気的に接続された弾性表面波素子と、
    前記基板、前記インダクタ素子、および前記弾性表面波素子を収納するパッケージと、を含み、
    前記基板は、前記第1の面に形成された第1配線を有し、
    前記第1配線は、平面的に見て、前記樹脂層の周囲を囲み、
    前記基板は、前記第1の面が前記パッケージの底面と対向して収納され、
    前記パッケージは、当該パッケージの前記底面であって、前記第1配線と対向する領域に設けられた第2配線を有し、
    前記第1配線と前記第2配線とは、接合して配置され、前記樹脂層を気密封止する空間を形成している、弾性表面波装置。
  2. 請求項1において、
    前記樹脂層は、当該樹脂層の外縁部に突起部を有し、
    前記第1配線は、前記突起部を覆っている、弾性表面波装置。
  3. 請求項1において、
    前記第1配線は、少なくとも前記樹脂層の側面を覆う、弾性表面波装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれかにおいて、
    前記基板は、前記第1の面と対向する第2の面を有し、
    前記弾性表面波素子は、前記第2の面に固定されている、弾性表面波装置。
  5. 請求項4において、
    前記弾性表面波素子と前記インダクタ素子とは、前記基板に設けられた貫通電極を介して、電気的に接続されている、弾性表面波装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれかにおいて、
    前記樹脂層を気密封止する空間は、前記弾性表面波装置の設けられた空間と分離されている、弾性表面波装置。
  7. 基板の第1の面に樹脂層を形成する工程と、
    前記樹脂層の上方にインダクタ素子を形成する工程と、
    前記第1の面に、平面的に見て、前記樹脂層の周囲を囲む第1配線を形成する工程と、
    前記インダクタ素子と電気的に接続する弾性表面波素子を設ける工程と、
    前記基板、前記インダクタ素子、および前記弾性表面波素子を収納するパッケージを製造する工程と、
    前記パッケージの底面であって、前記第1配線と対向する領域に第2配線を形成する工程と、
    前記パッケージに、前記基板、前記インダクタ素子、および前記弾性表面波素子を収納する工程と、を含み、
    前記パッケージに収納する工程は、
    前記第1配線と前記第2配線とを接合して、前記樹脂層を気密封止する空間を形成する工程を有する、弾性表面波装置の製造方法。
  8. 請求項7において、
    前記第1配線を形成する工程は、
    前記樹脂層の外縁部に突起部を形成する工程と、
    前記突起部を第1配線で覆う工程と、
    を有する、弾性表面波装置の製造方法。
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