(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に低融点ガラスを介して接着された保護カバーで覆った励振電極及び該励振電極に接続される入出力パッドを形成し、各入出力パッド上に柱状電極を電解メッキにより立設するとともに、少なくとも前記柱状電極の外周部を絶縁体で包囲して成り、前記柱状電極の上端部を電気信号の入出力端子としたことを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項２】
前記保護カバーは導電性を有し、且つ前記入出力パッド上に絶縁部材を介して配設されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波装置。
【請求項３】
保護カバーをカバー形成用基板上に形成する工程と、励振電極及び該励振電極に接続される入出力パッドを圧電基板上に形成する工程と、前記保護カバーで前記励振電極を覆うべく保護カバーを低融点ガラスを介して圧電基板に接着する工程と、前記カバー形成用基板を除去する工程と、前記入出力パッド上に柱状電極を電解メッキにより形成する工程と、少なくとも前記柱状電極の外周部を絶縁体で包囲し前記柱状電極の上端部を入出力端子とする工程とを含むことを特徴とする弾性表面波装置の製造方法。
【請求項４】
少なくとも前記柱状電極の外周部を樹脂から成る絶縁体で包囲し前記柱状電極の上端部を入出力端子とする工程において、前記絶縁体を上部から押さえる面に樹脂フィルムを装着したダイを用いて前記絶縁体を押さえることによって前記柱状電極の上部を前記絶縁体から露出させて、前記柱状電極の上端部に半田バンプを形成することを特徴とする請求項３記載の弾性表面波装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信機器等の無線通信回路に主に用いられる弾性表面波装置に関し、特に表面実装可能な弾性表面波装置の小型化及びウエハプロセスでパッケージングまで行うことの可能な弾性表面波装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電波を利用する電子機器のフィルタ，遅延線，発信機等の素子として多くの弾性表面波装置が用いられている。特に小型・軽量でかつフィルタとしての急峻遮断性能が高い弾性表面波フィルタは、移動体通信分野において、携帯端末装置のＲＦ段及びＩＦ段のフィルタとして多用されるようになって来ている。
【０００３】
携帯端末装置は小型・軽量化が進むとともに、複数の通信システムに対応するマルチバンド化により内蔵する回路が増加してきており、使用される電子部品はその実装密度向上のため表面実装可能な小型部品が強く要望されている。携帯端末装置のキーパーツである弾性表面波フィルタにおいても、低損失かつ通過帯域外の遮断特性とともに、表面実装可能な小型の弾性表面波フィルタが要求されている。
【０００４】
従来、弾性表面波フィルタは、キャンパッケージ型のものよりセラミックパッケージ型が実用化されているが、中でもセラミックパッケージ型は、キャンパッケージ型に比べ、表面実装可能で小型化が実現できる弾性表面波装置として広く用いられるようになってきている。
【０００５】
第１世代のセラミックパッケージ型弾性表面波フィルタは、パッケージ内に接着固定した弾性表面波素子とパッケージの内部電極とをワイヤ−ボンディングにより電気接続していたが、ワイヤーボンディングを用いることによりパッケージ外形が大きくなり、弾性表面波フィルタは内蔵する弾性表面波素子の５倍〜６倍の占有面積となっていた。
【０００６】
これを解決し小型化を図るために、第２世代のセラミックパッケージ型弾性表面波フィルタとして、図６に示すように、弾性表面波素子をパッケージ内部にフェースダウンボンディングしたものが実用化されてきている。
【０００７】
この弾性表面波フィルタＪは、主として励振電極２が形成された圧電性の単結晶から成る基板５１と、それを収容して成るセラミックパッケージから成るものであり、セミックパッケージは基体５３，枠体５４，蓋体５５及び内部電極５６，外部電極５７等から成る。弾性表面波素子はパッド５８及びバンプ５９を介して、その励振電極５２とパッケージの外部電極５７とが電気的に接続されている。
【０００８】
この弾性表面波フィルタＪでは、ワイヤーボンディングを使用していないので、第１世代のセラミックパッケージ型弾性表面波フィルタに比べ、約２分の１の小型化が図れている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第２世代のフェースダウン実装方式のセラミックパッケージ型弾性表面波フィルタにおいても、パッケージの外形の大きさは、内蔵する弾性表面波素子の約３倍であり、十分に小型化されていないという問題がある。
【００１０】
また、従来のパッケージへの実装方法は、デバイスチップをウエハから切断した後に、個別のパッケージを用いて組み立てを行うために、量産性に欠けるという欠点があった。
【００１１】
そこで、本発明はこのような課題に対処するためになされたものであり、外形の占有面積の大きさが内蔵する弾性表面波素子とほぼ等しい、究極に小型化された表面実装可能な弾性表面波フィルタや振動子等の弾性表面波装置、及び、ウエハ状態でパッケージングまで行うことが可能で量産性に優れた製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の弾性表面波装置は、圧電基板上に低融点ガラスを介して接着された保護カバーで覆った励振電極及び該励振電極に接続される入出力パッドを形成し、各入出力パッド上に柱状電極を電解メッキにより立設するとともに、少なくとも前記柱状電極の外周部を絶縁体で包囲して成り、前記柱状電極の上端部を電気信号の入出力端子としたことを特徴とする。
【００１３】
特に、保護カバーは導電性を有し、且つ入出力パッド上に絶縁部材を介して配設されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の弾性表面波装置の製造方法は、保護カバーをカバー形成用基板上に形成する工程と、励振電極及び該励振電極に接続される入出力パッドを圧電基板上に形成する工程と、前記保護カバーで前記励振電極を覆うべく保護カバーを低融点ガラスを介して圧電基板に接着する工程と、前記カバー形成用基板を除去する工程と、前記入出力パッド上に柱状電極を電解メッキにより形成する工程と、少なくとも前記柱状電極の外周部を絶縁体で包囲し前記柱状電極の上端部を入出力端子とする工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
ここで、保護カバーは特にメッキで形成するのが効率的に作製できる上に堅固な構成とすることが可能である。また、この保護カバーは励振電極の振動空間を確保するために、少なくとも励振電極を構成する例えば櫛歯状電極に相当する領域に凹部を設けた態様とする。さらに、この凹部は励振電極の形成領域に応じて複数領域に形成してもよく、また、対称的に又は幾何学的に配置されるようにするとよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる弾性表面波装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は弾性表面波装置Ｓを模式的に示す要部断面図であって、励振電極及び二つの柱状電極を通る断面線で切断した様子を模式的に示したものであり、その断面の様子を必ずしも正確に図示したものではない。
【００１８】
弾性表面波装置Ｓは、圧電基板１上に櫛歯状を成す励振電極２と、これに接続され入出力パッド及び接地パッドを含む配線電極３と、配線電極３（少なくとも入出力パッド）上に立設した複数の柱状電極５と、励振電極２の上方を励振電極２の振動空間Ｇを確保すべく覆う金属等から成る保護カバー４と、少なくとも柱状電極５の外周部を樹脂等の絶縁体から成る外部カバー６とを配設して成り、柱状電極５の上端部を電気信号の入出力端子としている。７は半田バンプであり、例えば外部回路基板（不図示）へ半田バンプ７が形成された側を下にして実装することが可能である。
【００１９】
ここで、保護カバー４を導電性とすることで外乱となる電波等に対してシールドすることができ、弾性表面波装置の安定化を図ることが可能である。ただし、この場合は保護カバー４は入出力パッド上に絶縁部材８を介して配設される。なお、さらに安定化を図るために、保護カバー４を接地電位に接続するようにしてもよい。
【００２０】
次に、上記弾性表面波装置Ｓの製造方法について説明する。まず、保護カバー４が配設された基板１１上での作製工程について図２に基づき説明する。なお、図２は簡単のため一つの弾性表面波素子を形成するのに必要な基板上に保護カバーを作製する工程を模式的，部分的に図示したものであり、実際には後記するウエハに形成した励振電極領域に合致する保護カバー形成域が多数存在しているものとする。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、弾性表面波素子を形成する圧電基板と同サイズの基板（カバー形成用基板）１１にメッキ用の電極膜４０を形成する。なお、基板１１には圧電性材料，シリコン，ガラス等を用いることができる。また、電極膜４０は銅等の金属材料を用い、例えばスパッタ成膜により厚さ０．２μｍ〜１μｍ程度に形成する。
【００２２】
次に、図２（ｂ）に示すように、保護カバーの上部に相当する部分のメッキ用ガイドをフォトリソグラフィーにより形成する。ここで、フォトレジスト９０の厚さは５０μｍ〜１００μｍ程度とする。
【００２３】
次に、図２（ｃ）に示すように、上記金属材料（例えば銅）の電解メッキにより保護カバーの上部側に相当する領域４１を形成する。このときに使用する電界液には、例えば硫酸銅０．５〜１．０×１０3 mol ／ｍ3 と硫酸１．５〜２×１０3 mol ／ｍ3 等を用い、参照電極には例えば塩化カリウム・塩化銀等の標準電極を用いる。
【００２４】
次に、図２（ｄ）に示すように、保護カバーの壁部に相当する部分のメッキ用ガイドをフォトリソグラフィーにより形成する。このときのフォトレジスト９１の厚みは５０μｍ〜１００μｍ程度、また壁の厚さに相当する溝の幅は５０μｍ〜１００μｍ程度とする。
【００２５】
次に、図２（ｅ）に示すように、金属材料の電解メッキにより保護カバーの壁部に相当する領域４２を形成し、その後、保護カバー４２の上にスクリーン印刷により絶縁部材で且つ接着材８でもある低融点ガラスを厚さ５〜１０μｍ程度に形成する。
【００２６】
最後に、図２（ｆ）に示すように、フォトレジストを除去して凹部４２ａが対称的，幾何学的に形成された保護カバーを設けたカバー形成体Ａが完成する。
【００２７】
次に、上記カバー形成体Ａを用いて弾性表面波装置Ｓを製造する工程について図３に基づいて説明する。なお、図３においても図１及び図２と同様に模式的に図示したものである。
【００２８】
まず、図３（ａ）に示すように、圧電基板１上に励振電極２及び配線電極の第１層目３１を形成する。ここで、圧電基板１には、ニオブ酸リチウム単結晶基板，タンタル酸リチウム単結晶基板，水晶結晶基板，四ホウ酸リチウム単結晶基板，ランガサイト型単結晶であるランタン，ガリウム，ＶＡ族元素（ニオブ，タンタル等）を含む酸化物単結晶等のいずれかから成る圧電基板、ＰＺＴ基板等の圧電基板等を用いることができる。励振電極２及び配線電極３の第１層目３１はアルミニウムまたは銅等を添加したアルミニウム合金が用いられる。励振電極２は弾性表面波を励振及び受信を行うためのものであり、本実施例では単層としているが、電極の耐電力性向上のため多層電極とすることも可能である。これらの成膜は蒸着又はスパッタで行い、厚さ０．２μｍ〜０．５μｍ程度とする。
【００２９】
次に、図３（ｂ）に示すように、配線電極３の第２層目３２をフォトリソグラフィーにより選択的に形成する。配線電極３の第２層目の電極材料としてニッケル，クロム，チタン等と銅を用いる。配線電極３の第２層目３２の厚さは０．２μｍ〜０．５μｍ程度とする。
【００３０】
次に、図３（ｃ）に示すように、上記したカバー形成体Ａを圧電基板１上の励振電極２に対して位置合わせして載置させ、不活性ガス雰囲気中で低融点ガラスから成る絶縁部材接着剤８を介して接着する。この低融点ガラスの接着温度は３５０℃〜４５０℃である。
【００３１】
次に、図３（ｄ）に示すように、保護カバー形成用に用いた基板１１及びメッキ用電極４１の一部を研磨により除去し、後記する柱状電極をメッキで形成するためのメッキ用ガイドをフォトリソグラフィーで形成する。この研磨は、研磨剤のみのメカニカル研磨による粗研磨とメカノケミカル研磨の２段階で行う。フォトレジスト９の厚さは２００μｍ〜４００μｍとする。また、柱状電極用の穴の径は５０μｍ〜２００μｍとする。
【００３２】
次に、図３（ｅ）に示すように、銅の電解メッキにより、柱状電極５を形成する。電界液には、硫酸銅０．５〜１．０×１０3 mol ／ｍ3 と硫酸１．５〜２×１０3 mol ／ｍ3 を用い、参照電極には塩化カリウム・塩化銀の標準電極を用いる。
【００３３】
次に、図３（ｆ）に示すように、フォトレジスト９を除去する。その後、柱状電極形成用の配線電極第２層目３１の一部を、柱状電極５及び保護カバー４をマスクにしてエッチングにより除去する。エッチングにはウエットエッチング又はＲＩＥ等のドライエッチングが用いられる。
【００３４】
次に、図３（ｇ）に示すように、熱硬化樹脂の押し出し成形法により樹脂から成る外部カバー６でもって少なくとも柱状電極５の外周部を覆う。この時、樹脂を上部から押えるダイの面に厚さ約１００μｍ樹脂フィルムを装着しておくことにより、柱状電極５の上部を樹脂体から露出させることができる。外部カバー６の厚さは２００μｍ〜４００μｍとする。なお、強度的に問題がなければ保護カバー４の上面等を外部に露出させてもよい。
【００３５】
最後に、図３（ｈ）に示すように、クリーム半田を柱状電極の上部にスクリーン印刷し、リフロ−することにより半田バンプ７を形成し弾性表面波装置Ｓが複数個含まれたウエハが完成する。このウエハをダイシング等で切断することにより、個々の弾性表面波装置Ｓが得られる。このようにして、高信頼性を有し且つチップサイズと同等な大きさの究極的な小型化が実現された弾性表面装置Ｓを、量産性に富み大幅に工程が簡略化された方法で製造することができる。そして、柱状電極５の上端部を入出力端子として用い、外部回路基板に弾性表面波装置Ｓを容易に実装することができる。
【００３６】
図４（ａ）（ｂ）及び図５（ａ）（ｂ）は、上記弾性表面波装置Ｓにおいて、ラダー型フィルタと二重モード共振器型フィルタを実現した場合の励振電極部分の様子を模式的に示す図である。
【００３７】
図４（ａ）は圧電基板１上の励振電極２及び配線電極（入力パッド３ａ、出力パッド３ｂ、接地パッド３ｃ）のパターンを示し、図５（ａ）は励振電極２及び配線電極（入力パッド３ｅ、出力パッド３ｍ、接地パッド３ｄ，３ｆ，３ｋ，３ｎ、ノーコネクト（No Connect）パッド３ｇ，３ｈ，３ｉ，３ｊ）のパターンを示したものである。また、図４（ｂ），図５（ｂ）は保護カバー４の壁面部分の断面模式図を示したものである。
【００３８】
このように、励振電極２の上部に相当する部分のみ保護カバーの凹部を対称的，幾何学的に配設することにより、保護カバー４の機械的信頼性を大きく向上させることができ、特に、電極面積の大きい設計の場合には有効である。
【００３９】
また、上記構成とすることで、入力と出力間に、導電性カバーを介在させることで、入出力間のアイソレーションが良好となり、減衰特性が向上する。また、柱状電極５の上端部における入出力端子と接地端子が対称となるので、回路基板との接続が簡便となる。また、特に図５に示す二重モード共振器型フィルタの場合、３ｇ−３ｉまたは３ｈ−３ｊ間に、適当な容量を介在させることで、帯域近傍に減衰極を作ることができ、帯域幅及び減衰量の制御ができる。
【００４０】
【実施例】
次に、本発明を適用した弾性表面波フィルタ素子の具体的な実施例について説明する。
【００４１】
まず、図３（ａ）に示すように、圧電基板に励振電極と配線電極第１層目を形成した。圧電基板には厚さ３５０ミクロンの３６°Ｙカットタンタル酸リチウム基板を用い、励振電極及び配線電極の第１層目の電極にはアルミニウム合金（銅含有量１重量％）を用いた。電極厚さは３０００Åとした。配線電極の第２層目３２にはニッケル／銅の２層電極を用い、それぞれの厚さは１０００Å，２０００Åとし、フォトリソグラフィーを用いて選択的に形成した。
【００４２】
次に図３（ｃ）に示すように、シリコン基板上に形成された保護カバー４を低融点ガラスで接着し、その後研磨機を用いてシリコン基板及び保護カバーメッキ形成用金属膜４１を除去した。
【００４３】
次に、図３（ｄ），（ｅ）に示すように、柱状電極をメッキにて形成するためのガイドをフォトレジストで形成し、銅の電解メッキにて柱状電極を形成した。この柱状電極の直径は１００μｍ、高さは４００μｍであった。
【００４４】
次に、図３（ｆ），（ｇ）に示すように、メッキガイド用のフォトレジストを除去した後、熱硬化性のモールド用樹脂を用い、押し出し成形法による封止を行った。ここで、樹脂を上部から押えるダイに１００μｍ厚の耐熱樹脂フィルムを装着することにより、柱状電極の上部が樹脂層６より露出するようにした。樹脂層厚みは約４００ミクロンとした。
【００４５】
次に、クリーム半田を１０μｍの厚さで、柱状電極の上部にスクリーン印刷した後、リフローを２７０℃で行い、半田バンプを形成した。
【００４６】
最後に、基板をダイシングにより弾性表面波装置を１個毎に分離し弾性表面波装置を製造した。
【００４７】
このようにして製造した弾性表面波装置の励振電極は金属製の保護カバーおよび封止樹脂により保護されているので、高い信頼性を有するとともに、弾性表面波素子（１ｍｍ×１．５ｍｍ）とほぼ同じ占有面積を有し、高さ０．８ｍｍの低背化が実現できた。
【００４８】
【発明の効果】
以上、詳細に述べたように、本発明の弾性表面波装置によれば、励振電極の振動空間を確保しつつ弾性表面波素子を確実に保護することができる。また、入出力端子を有しつつ、従来のようなパッケージ等の筐体を不要とすることができる。これにより、信頼性が高く、表面実装可能であり、且つ弾性表面波素子とほぼ同サイズの究極的に小型化された弾性表面波装置を提供することができる。
【００４９】
また、励振電極及び入出力パッドの占める面積が大きい場合には、保護カバーに形成した凹部を励振電極の形成領域毎に分割することにより、更に機械的信頼性を向上することができる。
【００５０】
また、保護カバーに形成された複数個の凹部は、それぞれが独立した凹部であれば有効であるのは言うまでもないが、機械的強度を損なわないように凹部どうしが繋がっていても同様の効果が得られる。これにより、更に信頼性を高めることができ小型化が可能な優れた弾性表面波装置を提供することができる。
【００５１】
本発明の弾性表面波装置の製造方法によれば、全ての工程をウエハプロセスで行うことが可能となり、多数の弾性表面波装置から成るウエハをダイシング工程で個々の弾性表面波装置にカッティングすることにより完成品を得ることができる。
【００５２】
したがって、ウエハレベルパッケージングを実現することができ、従来のように各弾性表面波装置毎にパッケージ（保護筐体）を準備し、ダイシング工程を経てチップ化された弾性表面素子を個別に組み立てる必要がなく、そのため、処理能力の小さいダイボンダー，ワイヤーボンダー，シーム溶接機等の組立装置が不要となり、大幅な製造工程の簡略化と量産化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる弾性表面波装置を模式的に示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）はそれぞれカバー形成体の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｈ）はそれぞれ本発明に係わる弾性表面波装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明に係るラダー型弾性表面波フィルタ素子の態様を説明する図であり、（ａ）は主に電極パターンの様子を示す平面図であり、（ｂ）は主に保護カバー及び柱状電極の様子を示す部分断面図である。
【図５】本発明に係る二重モード共振器型弾性表面波フィルタ素子の態様を説明する図であり、（ａ）は主に電極パターンの様子を示す平面図であり、（ｂ）は主に保護カバー及び柱状電極の様子を示す部分断面図である。
【図６】従来の弾性表面波装置を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１    ：  圧電基板
２    ：  励振電極
３    ：  配線電極（入出力パッド及び接地パッドを含む）
４    ：  保護カバー
５    ：  柱状電極
６    ：  外部カバー（絶縁体）
７    ：  半田バンプ（絶縁部材）
８    ：  低融点ガラス
９    ：  フォトレジスト
１１  ：  カバー形成用基板
Ａ    ：  カバー形成体
Ｇ    ：  振動空間
Ｓ    ：  弾性表面波装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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