(57)【要約】【課題】  ＳＡＷチップとカバーとを金属接合により接合した２層構造のＳＡＷデバイスにおいて、励振部を確実に気密に封止しかつ圧電基板表面でカバーの外側に引き出したリード線と金属接合部分間の電気的絶縁性を確保する。【解決手段】  ＳＡＷデバイス１は、ＩＤＴ電極５及び反射器６からなる励振部、励振部を囲繞する金属接合部９、その外側に配置した取出電極８、及びＩＤＴ電極から金属接合部と交差させて引き出したリード線７を圧電基板４表面に形成したＳＡＷチップ２と、ガラス薄板の下面周辺部に全周に沿って金属接合部１３を形成したカバー３とを備える。ＳＡＷチップの金属接合部は、圧電基板及びリード線の表面に成膜されたＳｉＯ２等の絶縁層１０とその上に積層した接合金属層１１とから形成される。【選択図】  図１
2006279777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＤＴ電極からなる励振部、前記励振部を囲繞する金属接合部、前記金属接合部の外側に配置した取出電極、及び前記ＩＤＴ電極から前記金属接合部と交差して引き出されて前記取出電極に接続するリード線を圧電基板の主面に形成した弾性表面波（ＳＡＷ）チップと、
絶縁性基板の下面周辺部に全周に沿って設けた金属接合部を有するカバーとを備え、
前記ＳＡＷチップの前記金属接合部が、前記圧電基板及び前記リード線の表面に成膜した絶縁層と、前記絶縁層の上に積層した接合金属層とからなり、
前記ＳＡＷチップと前記カバーとが、前記ＳＡＷチップの前記接合金属層と前記カバーの前記金属接合部とを接合することにより、前記ＳＡＷチップと前記カバー間に画定される空間内に前記励振部を気密に封止するように一体的に接合されていることを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項２】
前記ＳＡＷチップの前記金属接合部と前記カバーの前記金属接合部とを接合した後の厚さが、前記ＩＤＴ電極の厚さより大きいことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項３】
前記ＳＡＷチップの前記金属接合部が、ＳｉＯ２で形成した前記絶縁層と、Ｃｒ／Ａｕ膜及びその上に積層したＡｕＳｎ合金膜で形成された前記接合金属層とにより形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項４】
ベースと、前記ベースに設けた機能素子と、前記機能素子を囲繞するように前記ベースの表面に設けた金属接合部と、前記ベースの表面に前記金属接合部の外側に配置した取出電極と、及び前記ベースの表面に前記機能素子から前記金属接合部と交差して引き出されて前記取出電極に接続するリード線と、絶縁性基板の下面周辺部に全周に沿って設けた金属接合部を有するカバーとを備え、
前記ベースの前記金属接合部が、前記ベース及び前記リード線の表面に成膜した絶縁層と、前記絶縁層の上に積層した接合金属層とからなり、
前記ベースと前記カバーとが、前記ベースの前記接合金属層と前記カバーの前記金属接合部とを接合することにより、前記ベースと前記カバー間に画定される空間内に前記機能素子を気密に封止するように一体的に接合されていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項５】
前記ベースの前記金属接合部が、ＳｉＯ２で形成した前記絶縁層と、Ｃｒ／Ａｕ膜及びその上に積層したＡｕＳｎ合金膜で形成された前記接合金属層とにより形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、その他の様々な電子部品などの機能素子を備えた電子デバイスに関し、特に弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）を利用したＳＡＷ素子、圧電振動片などの圧電素子を気密に封止した圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電基板の表面に形成した交差指電極からなるＩＤＴ（すだれ状トランスデューサ）を備え、ＩＤＴから励振した弾性表面波を利用するＳＡＷ素子を用いた共振子、フィルタ、発振器などのＳＡＷデバイスが様々な電子機器に広く使用されている。特に最近は、情報通信の高速化に対応したＳＡＷデバイスの高周波化及び高精度化に加えて、ＩＣカードのような小型・薄型の情報機器に使用するために、より一層の小型化、薄型化が要求されている。
【０００３】
そこで最近は、圧電基板の表面にＩＤＴ電極及び取出電極を有する表面弾性波素子と、ガラス板からなるカバー基板とを備え、圧電基板とカバー基板と直接接合してＩＤＴ電極を封止した２層構造の弾性表面波装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この構成により、従来構造においてＳＡＷ素子とこれを収容するパッケージ側とを接続するボンディングワイヤやＳＡＷ素子を搭載するためのパッケージのベースを省略し、それにより構成全体を簡単にかつ小型・薄型にし、製造コストの低減、周波数特性の安定を図っている。
【０００４】
同様に２層構造の弾性表面波素子において、圧電基板上に交差指電極などの励振部、ボンディングパッド及び引き出し電極を形成し、励振部の周囲に形成した絶縁性の薄膜上に蓋板を重ねて固着し、励振部を圧電基板と蓋板との狭い空間内に封止し、かつその外側にボンディングパッドを配置したものが知られている（例えば、特許文献２を参照）。ボンディングパッドは、ボンディングワイヤで外部のリード端子と接続される。この構成により、小型化できると共に、励振部の動作を阻害する虞が解消されて素子の特性が安定し、励振部が狭い空間で覆われるため不活性雰囲気で封止する必要が無い、としている。
【０００５】
また、絶縁基板の表面に櫛形電極、引出電極及び外部接続用パッドを形成しかつ櫛形電極部分を圧電膜で被覆し、該櫛形電極及び圧電膜部分をキャップで封止することにより小型化した表面弾性波素子が知られている（例えば、特許文献３を参照）。キャップは、絶縁基板との接着面に接着剤を転写することにより、塗布する接着剤を必要な量に制御し、圧電膜部分へのはみ出しによる特性の劣化を防止している。
【０００６】
更に、圧電基板上に交差指状電極及び引出電極部を形成したトランスバーサル型表面弾性波デバイスにおいて、交差指状電極部を金属又は絶縁材料の単体又は複合膜で僅かな空隙を設けるように覆う密閉構造が知られている（例えば、特許文献４を参照）。この複合膜は、交差指状電極部を覆うフォトレジストの上に金属又は絶縁材料の膜を形成し、これに穴を開けて内部のフォトレジストを溶融除去した後、該穴を閉塞することによって形成される。このような構成により、高い信頼性が得られ、かつ製造コストを低減できるとしている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２１３８７４号公報
【特許文献２】特開平１０−１６３７９８号公報
【特許文献３】特開２０００−１７４５８０号公報
【特許文献４】特開２０００−２２４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献２及び３に記載の弾性表面波素子は、交差指電極又は櫛形電極を形成した基板に蓋体又はキャップを接合するために、樹脂材料又は樹脂系の接着剤を用いている。このような樹脂材料又は接着剤は吸湿性を有する場合が多く、そのために蓋体又はキャップで封止された空間は、気密性を十分に確保又は保持できない虞がある。特にＳＡＷ共振子の場合には、フィルタよりも高い精度が要求されるので、十分な気密性が得られないと、特性の低下や共振周波数の僅かな変化が起こるという問題を生じる。
【０００９】
また、上記特許文献２は、圧電基板の励振部の周囲にアルミニウムなどの金属薄膜からなる絶縁性の薄膜を固定用パターンとして形成した構成を開示している。この固定用パターンは、これに対応するアルミニウムの固定用パターンが弾性表面波素子取付け基板に形成され、それとアルミニウム同士の超音波圧接や、金メタライズを施して熱圧着したり、導電性接着剤などで接着することにより接合される。この構成では、引き出し電極と固定用パターンとを分離して形成することにより、それらの電気的短絡を防止しているので、励振部を囲むように弾性表面波素子取付け基板に形成した凹部で画定される空間は、気密性が確保されない。そのため、弾性表面波素子全体を成形樹脂で封止する必要があり、装置の小型化、薄型化の要求を実現することができない。
【００１０】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電基板表面にＩＤＴなどの励振部を形成したＳＡＷチップとカバーとを金属接合により直接接合して該励振部を気密に封止し、かつ圧電基板表面でカバーの内側から外側にリード線を引き出して外部と電気的に接続するようにした２層構造のＳＡＷデバイスにおいて、その小型化及び薄型化を図るだけでなく、金属接合部分とこれと交差するリード線間の電気的絶縁性を確保しつつ、カバーで封止される空隙の気密性を確保して特性の低下を防止し、高精度かつ高性能のＳＡＷデバイスを実現することにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、ＳＡＷ素子以外に音叉型及び厚みすべり振動モードの圧電振動片や圧電ジャイロ素子などの圧電素子、ＩＣチップ、その他の電子部品などの機能素子を設けたベースにカバーを金属接合により接合して該機能素子を気密に封止し、かつ該ベースの表面にカバーの内側から外側にリード線を引き出して外部と電気的に接続するようにしたパッケージ構造の圧電デバイス及びその他の電子デバイスにおいて、その小型化及び薄型化を図り、金属接合部分とこれと交差するリード線間の電気的絶縁性を確保しつつ、カバーで封止されるパッケージ内部の気密性を確保することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の或る側面によれば、上記目的を達成するために、ＩＤＴ電極からなる励振部、該励振部を囲繞する金属接合部、該金属接合部の外側に配置した取出電極、及びＩＤＴ電極から金属接合部と交差して引き出されて取出電極に接続するリード線を圧電基板の主面に形成した弾性表面波（ＳＡＷ）チップと、絶縁性基板の下面周辺部に全周に沿って設けた金属接合部を有するカバーとを備え、ＳＡＷチップの金属接合部が、圧電基板及びリード線の表面に成膜した絶縁層と、該絶縁層の上に積層した接合金属層とからなり、ＳＡＷチップとカバーとが、ＳＡＷチップの接合金属層とカバーの金属接合部とを接合することにより、ＳＡＷチップとカバー間に画定される空間内に励振部を気密に封止するように一体的に接合した弾性表面波デバイスが提供される。
【００１３】
このようにＳＡＷチップとカバーとを直接接合する２層構造により、ＳＡＷデバイスを小型化・薄型化できることに加えて、ＳＡＷチップの金属接合部とリード線との交差部分において、その絶縁層によりリード線と金属接合部分間の電気的絶縁性を確保でき、かつ励振部を気密に封止できるので、高い周波数精度が要求される場合でも、その動作及び周波数特性の安定性を向上させることができる。
【００１４】
或る実施例では、ＳＡＷチップの金属接合部とカバーの金属接合部とを接合した後の厚さが、ＩＤＴ電極の厚さより大きくなるように設定され、それによりＩＤＴ電極がカバーと接触しないように封止されるので、その予定される動作を確保することができる。
【００１５】
別の実施例では、ＳＡＷチップの金属接合部が、ＳｉＯ２で形成した絶縁層と、Ｃｒ／Ａｕ膜及びその上に積層したＡｕＳｎ合金膜で形成された接合金属層とにより形成され、それによりＳＡＷチップとカバーとを熱圧着又は共晶接合で容易に一体に接合することができる。
【００１６】
本発明の別の側面によれば、ベースと、該ベースに設けた機能素子と、該機能素子を囲繞するようにベースの表面に設けた金属接合部と、ベースの表面に金属接合部の外側に配置した取出電極と、及びベースの表面に機能素子から金属接合部と交差して引き出されて取出電極に接続するリード線と、絶縁性基板の下面周辺部に全周に沿って設けた金属接合部を有するカバーとを備え、ベースの金属接合部が、ベース及びリード線の表面に成膜した絶縁層と、絶縁層の上に積層した接合金属層とからなり、ベースとカバーとが、ベースの接合金属層とカバーの金属接合部とを接合することにより、ベースとカバー間に画定される空間内に機能素子を気密に封止するように一体的に接合した電子デバイスが提供される。
【００１７】
ここで、機能素子には、上述したＳＡＷ素子だけでなく、音叉型又は厚みすべり振動モードの圧電振動片や圧電ジャイロ素子などの圧電素子、ＩＣチップや様々な電子部品などを含まれる。このような構成により、ベースの金属接合部とリード線との交差部分において、その絶縁層によりリード線と金属接合部分間の電気的絶縁性を確保しつつ、機能素子を気密に封止できるので、その動作の安定性を向上させることができる。
【００１８】
或る実施例では、ベースの金属接合部が、ＳｉＯ２で形成した絶縁層と、Ｃｒ／Ａｕ膜及びその上に積層したＡｕＳｎ合金膜で形成された接合金属層とにより形成され、それによりベースとカバーとを熱圧着又は共晶接合で容易に一体に接合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の好適実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明を適用したＳＡＷ共振子の好適実施例の構成を示している。このＳＡＷ共振子１は、ＳＡＷチップ２とカバー３とを直接接合した構造を有する。ＳＡＷチップ２は、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように矩形の圧電基板４からなり、その上面中央に１対の交差指電極からなるＩＤＴ５が形成され、その長手方向両側に反射器６，６が形成されている。前記交差指電極は、そのバスバーから圧電基板４の長手方向辺縁に沿ってそれぞれ逆向きにリード線７，７が引き出され、該圧電基板の対角方向の隅部付近に形成した取出電極８，８に接続されている。
【００２０】
本実施例の圧電基板４は水晶で形成されている。別の実施例では、リチウムタンタレート、リチウムニオベートなど他の圧電材料を用いることもできる。前記交差指電極、反射器及びリード線は、その特性、加工性及びコストの観点からＡｌ膜で形成されている。前記交差指電極などは、Ａｌ以外に一般に使用されているアルミニウム合金などの導電性金属材料を使用することもできる。取出電極８，８は、例えばＣｒ／Ａｕ膜、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ膜、またはＡｌもしくはＡｌ合金膜で形成されている。
【００２１】
圧電基板４の上面には、矩形枠状の金属接合部９が設けられている。金属接合部９は、ＩＤＴ５及び反射器６，６からなる励振部を完全に囲繞し、かつその外側に取出電極８，８が位置するようにリード線７，７を跨いで形成される。金属接合部９は、圧電基板４上面及び該上面に形成されたリード線７，７の上に形成される絶縁層１０と、その上に積層される接合金属層１１とからなる。絶縁層１０は、例えばＳｉＯ２などの絶縁材料をスパッタ、蒸着又はＣＶＤにより成膜した硬質の薄膜で形成する。絶縁層１０の厚さは、リード線７，７との交差部分において該リード線と接合金属層１１間の電気的絶縁性を確保し得るように設定する。前記絶縁層を形成する絶縁材料としては、気密性を確保できかつ吸湿性や透湿性を有しない材料が好ましく、ＳｉＯ２以外に、例えばＡｌ２Ｏ３や、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）のようなダイヤモンド膜などを用いることができる。
【００２２】
接合金属層１１は、リード線７，７との交差部分において該リード線との電気的絶縁性を確保するために、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、絶縁層１０よりも狭幅にかつその両縁から内側へ僅かに離して形成する。本実施例の接合金属層１１は、図１（Ｃ）に良く示すように、下地層として絶縁層１０の上に形成されるＣｒ膜１２と、その上に形成されるＡｕ膜１３と、更にその上に積層されるＡｕＳｎ合金層１４とからなる。ＡｕＳｎ合金層１４には、金属接合に適した従来から公知の様々な金属又は合金材料を用いることができる。また、別の実施例では、Ｃｒ膜１２をＣｒ／Ｎｉ膜で形成し、かつ／又はＡｕ膜１３をＡｕ／Ｎｉ膜で形成することができる。
【００２３】
カバー３は、圧電基板４の金属接合部９の外形及び寸法に対応する矩形のガラス薄板からなる。カバー３の下面には、図２に示すように、その周辺部に全周に亘って金属接合部１５が形成されている。カバー３の金属接合部１５は、圧電基板４の金属接合部９の接合金属層１１に対応する枠形状及び寸法を有する。図１（Ｃ）に示すように、金属接合部１５は、下地層として前記ガラス薄板の表面に形成されるＣｒ膜１６と、その上に形成されるＡｕ膜１７と、更にその上に積層されるＡｕＳｎ合金層１８とからなる。同様に、ＡｕＳｎ合金層１８は、圧電基板４の接合金属層１１との接合に適した従来から公知の様々な金属又は合金材料を用いることができる。また、別の実施例では、Ｃｒ膜１６をＣｒ／Ｎｉ膜で形成し、かつ／又はＡｕ膜１７をＡｕ／Ｎｉ膜で形成することができる。
【００２４】
本実施例では、カバー３を構成する前記ガラス薄板に、圧電基板４の水晶に近い熱膨張率を有するソーダガラスを使用する。別の実施例において、カバー３は、水晶と同程度又は近似した熱膨張率を有する他のガラス材料又は絶縁性材料、若しくは当然ながら圧電基板４と同じ水晶で形成することができる。また、圧電基板４を水晶以外の圧電材料で形成した場合、それと同程度又は近似の熱膨張率を有する絶縁性材料の薄板でカバー３を形成することができる。
【００２５】
ＳＡＷチップ２とカバー３とは、金属接合部９と金属接合部１５とを熱圧着又は共晶接合により一体に接合される。これにより、ＳＡＷチップ２とカバー３間に画定される狭い空隙内にＩＤＴ５及び反射器６，６が気密に封止される。そのため、金属接合部９及び金属接合部１５の厚さは、接合したときにＳＡＷチップ２とカバー３間に前記空隙を十分に画定し得るように決定する。本実施例では、図示するように、前記両金属接合部を接合した状態での厚さが、ＩＤＴ５及び反射器６，６を形成するＡｌ膜よりも厚くなるように設定している。別の実施例では、ＳＡＷチップ２とカバー３とを一体に接合したとき、カバー３下面がＩＤＴ５及び反射器６，６の上端に接するように前記各金属接合部の厚さを設定し、より薄型化を図ることもできる。
【００２６】
また、圧電基板４の金属接合部９には、図１（Ｃ）に示すように、リード線７，７との交差部分において絶縁層１０、Ｃｒ膜１２及びＡｕ膜１３に段差が生じる。この段差は、前記リード線の膜厚が比較的小さいので、各金属接合部９，１５のＡｕＳｎ合金層１４，１８を十分に厚くすることによって、それらを熱圧着又は共晶接合する際に吸収することができる。従って、金属接合部の全周に亘って十分な気密性及び接合強度を確保することができる。
【００２７】
図３は、本実施例のＳＡＷ共振子１の使用時における外部との接続状態を示している。このＳＡＷ共振子１は、取出電極８，８が圧電基板４の上面に設けられているので、所定位置に固定した後、ボンディングワイヤ１９で外部と接続することができる。また、ワイヤボンディングではなく、リードフレームで接続することもできる。このように本実施例のＳＡＷ共振子１は、ベアチップ実装することができる。
【００２８】
図４（Ａ）、（Ｂ）は、図１のＳＡＷ共振子１の変形例を示している。この変形例のＳＡＷ共振子１は、圧電基板４底面の各角部に外部との接続端子２０ａ，２０ｂが設けられている。カバー３の外側に引き出されたリード線７，７の各端部は、それぞれ圧電基板４に形成したスルーホール２１を介して、対応する接続端子２０ａと電気的に接続されている。これにより、ＳＡＷ共振子１は回路基板などの外部装置に直接表面実装することができる。尚、いずれのリード線７，７とも接続されない端子２０ｂは、所謂ダミー端子である。
【００２９】
図５（Ａ）、（Ｂ）は、図１のＳＡＷ共振子１の別の変形例を示している。この変形例のＳＡＷ共振子１は、図４の変形例と同様に、圧電基板４底面の各角部に外部との接続端子２０ａ，２０ｂが設けられている。カバー３の外側に引き出されたリード線７，７の各端部は、圧電基板４の周縁まで延長され、かつそれぞれ圧電基板４の側面に形成した電極膜２２を介して、対応する接続端子２０ａと電気的に接続されている。これにより、ＳＡＷ共振子１は回路基板などの外部装置に直接表面実装することができる。同様に、いずれのリード線７，７とも接続されない端子２０ｂは、所謂ダミー端子である。
【００３０】
上記実施例はＳＡＷ共振子について説明したが、本発明は、例えばＳＡＷ素子を用いたフィルタ、発振器など、他のＳＡＷデバイスについても、同様に適用することができる。また上記実施例では、圧電基板にＳＡＷ素子を形成したＳＡＷチップそれ自体をパッケージのベースとして、これにカバーを金属接合して気密に封止する構造を採用した。本発明は更に、別個のベースにＳＡＷチップを収容しかつカバーで気密に封止する場合にも、該ベース上にリード線をカバーの内側からその接合部を越えて引き出す構造である限り、同様に適用することができる。
【００３１】
従って、本発明は、ＳＡＷデバイスに限定されるものでなく、ＳＡＷ素子以外に、音叉型又は厚みすべり振動モードの圧電振動片や圧電ジャイロ素子などの圧電素子をパッケージ内に気密に封止する場合にも、同様にパッケージのベース上にカバーとの接合部を横断してリード線を引き出す構成である限り、他の圧電デバイスにも適用することができる。更に、本発明は、圧電デバイスに限定されるものでないことが明らかである。即ち、圧電素子以外にＩＣチップや様々な電子部品などの機能素子をパッケージ内に気密に封止する場合に、パッケージのベース上にカバーとの接合部を横断してリード線を引き出して外部と接続する電子デバイスについて、同様に本発明を適用することができる。
【００３２】
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は、上記実施例に様々な変形・変更を加えて実施することができる。例えば、圧電基板と接合するカバーは、前記励振部を封止する空隙を画定するために、その下面に金属接合部の内側に凹みを設けることができる。また、圧電基板は、その全体を水晶などの圧電材料で形成したものだけでなく、シリコンなどの基板表面にダイヤモンド薄膜及び圧電体膜を積層したものを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（Ａ）図は本発明によるＳＡＷ共振子の好適実施例をそのカバーを省略して示す平面図、（Ｂ）図はそのＩB−ＩB線における断面図、（Ｃ）図はそのＩC−ＩC線における部分断面図。
【図２】図１に示すカバーの下面図。
【図３】図１のＳＡＷ共振子をワイヤボンディングで接続した状態を示す側面図。
【図４】（Ａ）図は図１の変形例によるＳＡＷ共振子の側面図、（Ｂ）図はその底面図。
【図５】（Ａ）図は図１の別の変形例によるＳＡＷ共振子の側面図、（Ｂ）図はその底面図。
【符号の説明】
【００３４】
１…ＳＡＷ共振子、２…ＳＡＷチップ、３…カバー、４…圧電基板、５…ＩＤＴ、６…反射器、７…リード線、８…取出電極、９，１５…金属接合部、１０…絶縁層、１１…接合金属層、１２，１６…Ｃｒ膜、１３，１７…Ａｕ膜、１４，１８…ＡｕＳｎ合金層、１９…ボンディングワイヤ、２０ａ，２０ｂ…接続端子、２１スルーホール、２２…電極膜。
【図１】
2006279777.tif 000003
【図２】
2006279777.tif 000004
【図３】
2006279777.tif 000005
【図４】
2006279777.tif 000006
【図５】
2006279777.tif 000007