(57)【要約】【課題】本発明は、熱膨張係数の差による熱応力に対して非常に安定して接合でき、長期にわたり安定した接続が維持できる弾性表面波装置を提供する。【解決手段】本発明は、タンタル酸リチウム圧電基板１０の一主面上にＩＤＴ電極１１、接続電極１２及び外周封止電極１３が形成された弾性表面波素子と、ハンダバンプ部材３を介して前記接続電極と接続する素子接続用電極２１、ハンダ接合部材４を介して前記外周封止電極１３と接合する外周封止導体膜２２を形成されたベース基板２とからなる弾性表面波装置である。そして、ハンダバンプ部材３及びハンダ接合部材４は、９０％以上のＳｎを含むＳｎ−Ｓｂ系またはＳｎ−Ａｇ系の無鉛ハンダを用い、前記ベース基板２の熱膨張係数が、９〜２０ｐｐｍ／℃に設定した。【選択図】図１
2004129193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンタル酸リチウム圧電基板の一主面上にインターデジタルトランスデューサー電極、該インターデジタルトランスデューサー電極と接続をする接続電極及び外周封止電極が形成された弾性表面波素子と、
ハンダバンプ部材を介して前記接続電極と接続する素子接続用電極、ハンダ接合部材を介して前記外周封止電極と接合する外周封止導体膜及び外部端子電極を形成されたベース基板と、
該ベース基板の主面と前記弾性表面波素子の一主面との間に所定間隙を形成するように、前記ベース基板の主面に接続・固定した弾性表面波素子の他主面及び側面に被着された外装樹脂層とからなる弾性表面波装置において、
前記ハンダバンプ部材及びハンダ接合部材は、９０％以上のＳｎを含むＳｎ−Ｓｂ系またはＳｎ−Ａｇ系の無鉛ハンダであるとともに、前記ベース基板の熱膨張係数が、９〜２０ｐｐｍ／℃であることを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項２】
前記ベース基板が、セラミック粉末と該セラミック粉末の界面に結晶化ガラスが配されたガラスセラミックであることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波装置。
【請求項３】
前記ベース基板が、無機繊維で強化された樹脂基板であることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
インターデジタルトランスデューサー電極（以下、単にＩＤＴ電極と記す）及び接続電極が形成された弾性表面波素子をベース基板に接合・固定した弾性表面波装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、弾性表面波素子は、図６に示すように、キャビティ６３が形成されたベース基板６２に、弾性表面波素子６１を接合して、このキャビティ６２の開口を封止用金属蓋体６４などで覆っていた。
【０００３】
このような弾性表面波装置の弾性表面波素子６１は、タンタル酸リチウム基板、ニオブ酸リチウム基板などの単結晶圧電基板一方主面にＩＤＴ電極を形成し、さらに、このＩＤＴ電極に接続をする接続電極を形成していた。
【０００４】
これらのＩＤＴ電極や接続電極は、圧電基板上に薄膜技法を用いてアルミニウムなどで形成していた。
【０００５】
また、ベース基板６２は、たとえばアルミナセラミックなどからなり、ベース基板６２の一方主面には、キャビティ６３が形成されている。このキャビティ６３の底面には、素子接続用電極が配置されており、この素子接続用電極は、ベース基板６２の底面に形成した外部接続電極と接続している。また、キャビティ６３の開口周囲は、封止導体膜が形成さており、その封止導体膜にシールリング６５が固定されている。
【０００６】
このような弾性表面波素子６１とベース基板６２の接続にあたっては、弾性表面波素子の接続電極上に金ワイヤのボールボンディングによる金バンプ６６を形成して、この金バンプ６６とベース基板６２の素子接続用電極と当接するように、キャビティ６３内に弾性表面波素子６１を配置し、その後、弾性表面波素子６１に超音波を印加して融着していた。
【０００７】
その後、キャビティ６３内を所定雰囲気に制御して、キャビティ６３開口周囲に固定したシールリング６５を介して金属蓋体６４を配置して、金属蓋体６４をシーム溶接により封止していた。
【０００８】
なお、ベース基板６２は、周知の多層配線基板の製造方法と同様であり、キャビティ６３はベース基板６２を構成する上部側のアルミナ絶縁層の枠形状により構成することができ、また、素子接続用電極は、アルミナ絶縁層間に配置された配線パターンの一部として形成することができる。そして、その配線パターン（素子接続用電極）の表面は、上述の超音波融着を容易にするために、金メッキ層などが被着されている。
【０００９】
このような金バンプ６６は、ボールボンディング法を用いて圧電基板の接続電極上に形成するため、ボンディングダメージを与えてしまう。また、実装にあたっては、弾性表面波素子に直接、超音波熱圧着により接合しており、基板加熱温度を１５０℃程度に加熱し、素子側から荷重は１〜１０Ｎ程度を印加して行う。即ち、また、加熱処理を伴うため、基板が熱膨張により変形し、この変形した応力が内在した状態で弾性表面波素子が接合・固定されてしまい、常温における弾性表面波素子の特性を変動させてしまう。
【００１０】
また、弾性表面波素子に超音波振動をあたえるため、物理的な影響をあたえてしまい、極端な場合には圧電基板から接続電極が剥離してしまう。
また別の構造として、弾性表面波素子とベース基板との接続及び機械的な接合を金バンプ以外にハンダパンプを用いた構造が既に知られている。
【００１１】
そして、弾性表面波素子６１とベース基板６２との接合のハンダには、一般的には、Ｐｂ／Ｓｎ（たとえは９５Ｐｂ／５Ｓｎ）が用いられていた。
【００１２】
この構造では、弾性表面波素子の接続においては、弾性表面波素子に超音波振動を印加する必要がないため、弾性表面波素子への物理的なダメージを極端に抑えることができる。また、半田リフロー処理などの加熱処理で行われるが、ハンダの鉛成分が基板側の熱膨張係数と弾性表面波素子側の熱膨張係数の差による応力を吸収する機能を有していた。これは、ハンダを含まれる鉛成分が比較的柔らかい材料であり、熱膨張係数の差による応力が発生しても、この応力を柔らかい材料である鉛で緩和できるためである。即ち、ベース基板の熱膨張係数と弾性表面波素子の熱膨張係数を厳密に考慮する必要がなく、比較的安価で容易な接続が可能といえる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、接合部材の鉛成分を含有するハンダは、環境悪化を招くことから、その利用が制限されつつある。
【００１４】
また、超音波による融着に比較して、弾性表面波素子及びベース基板の全体に加熱を行う必要があり、弾性表面波素子とベース基板との間のひずみ量が大きくなる可能性があった。
【００１５】
また、この鉛成分を多量に含むはんだ材料は、降伏応力が低いため、弾性表面波素子と基板間の熱膨張係数差による熱ストレスが加わった場合には、塑性ひずみ量やクリープひずみ量が大きくなる。これは、接合時のみを考えると、上述のように熱ストレスを吸収できるように思えても、実際の長期使用を想定した温度サイクル試験を行うと、弾性表面波装素子とベース基板との熱膨張係数の差による応力がハンダ部分に集中し、それが繰り返しかかりハンダ部分で金属疲労を起こし、破断してしまうという致命的な問題があった。
【００１６】
このため、従来では、ベース基板と弾性表面波素子との接合部分の側面部分に、高粘度コート材を周囲に設けて、はんだ接合部分に発生する応力を緩和させ、信頼性寿命を確保していた。
【００１７】
さらに、弾性表面波素子をアルミナなどのベース基板に、Ｐｂはんだ以外のろう材を用いると、弾性表面波素子側に熱膨張係数の差による応力が集中してしまい、弾性表面波素子が割れてしまう可能性があり、接合部材については特に慎重に選定する必要がある。
【００１８】
また、その接合時に、接合部材から、異物が発生するものを避けなくてはならない。これは、異物が弾性表面波素子、特にＩＤＴ電極に付着してしまうと、特性劣化を招いてしまうためである。
【００１９】
特に、圧電基板の材料にタンタル酸リチウムを用いた弾性表面波素子の場合、タンタル酸リチウムの熱膨張係数は、素子の伝搬方向と、伝搬方向と直交する方向では、熱膨張係数が異なるという特性を有する。例えば、表面波伝播方向の線膨張係数は約１６ｐｐｍ／℃、表面波伝播方向と直交する方向の線膨張係数は約８．３ｐｐｍ／℃である。
【００２０】
また、基板材料はアルミナで熱膨張係数は、方向性の依存性がなく、たとえば７ｐｐｍ／℃である。即ち、熱膨張係数の方向性の依存のある圧電基板と、方向依存性のない基板とを、接続するにはその接続構造を十分に考慮しなくてはならない。しかも、圧電基板とベース基板との低背化及び容易な接合を図ったフェイスダウン実装構造（熱膨張係数の応力が接合部で集中する）では特に考慮しなくてはならない。
【００２１】
また、圧電基板のＩＤＴ電極を形成した表面側が、ベース基板への実装面となり、この実装面側に弾性表面波が安定して伝搬できるように所定間隙を形成する必要があり、半導体素子の接合のように、機械的な接合を向上させるため、ベース基板との間に絶縁性樹脂のからなるアンダフィルの使用についても制限が発生してしまう。
【００２２】
本発明は、上述の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、ベース基板に、タンタル酸リチウムの圧電基板を用いた弾性表面波素子をフェースボンディング接合しても、熱膨張係数の差による熱応力に対して非常に安定して接合でき、しかも、長期にわたり安定した接続が維持できる弾性表面波装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、タンタル酸リチウム圧電基板の一主面上にインターデジタルトランスデューサー電極、該インターデジタルトランスデューサー電極と接続をする接続電極及び外周封止電極が形成された弾性表面波素子と、
ハンダバンプ部材を介して前記接続電極と接続する素子接続用電極、ハンダ接合部材を介して前記外周封止電極と接合する外周封止導体膜及び外部端子電極を形成されたベース基板と、
該ベース基板の主面と前記弾性表面波素子の一主面との間に所定間隙を形成するように、前記ベース基板の主面に接続・固定した弾性表面波素子の他主面及び側面に被着された外装樹脂層とからなる弾性表面波装置において、
前記ハンダバンプ部材及びハンダ接合部材は、９０％以上のＳｎを含むＳｎ−Ｓｂ系またはＳｎ−Ａｇ系の無鉛ハンダであるとともに、前記ベース基板の熱膨張係数が、９〜２０ｐｐｍ／℃であることを特徴とする弾性表面波装置である。
【００２４】
また、前記ベース基板が、セラミック粉末と該セラミック粉末の界面に結晶化ガラスが配されたガラスセラミックである。
【００２５】
また、前記ベース基板が、無機繊維で強化された樹脂基板である。
【００２６】
【作用】
本発明では、ベース基板に、タンタル酸リチウムからなる圧電基板を用いた弾性表面波素子を、９０％以上のＳｂを含むＳｎ−Ｓｂ系またはＳｎ−Ａｇ系ハンダからなるハンダバンプ及びハンダ接合部材により電気的な接続及び接合をおこなっている。即ち、ハンダバンプ部材により、ベース基板と弾性表面波素子との電気的な接続を行い、またハンダ接合部材により、特に、圧電基板一方主面の周囲で機械的な接合をおこなっている。即ち、超音波融着のように、弾性表面波素子に多大な物理的な衝撃をあたえることがないため、電極の剥離などを招くことが一切ない。
【００２７】
このハンダバンプやハンダ接合部材に、９０％以上のＳｎを含むＳｎ−Ｓｂ系無鉛ハンダをハンダバンプ及びハンダ接合部材に用いるため、従来の鉛成分を含有するハンダの接合に比較して、熱膨張係数の差による熱応力による金属疲労を低減して長期にわたり、安定した接続を維持している。
【００２８】
また、鉛成分を有するハンダに比較して、その熱応力を吸収しにくいものの、タンダル酸リチウムの伝搬方向の熱膨張係数とそれに直交する方向の熱膨張係数を考慮して、ベース基板の熱膨張係数を厳密に、９〜２０ｐｐｍ／℃と規定しているため、ハンダ接合部材で吸収できなかった応力に対しても、弾性表面波素子やベース基板にひずみや反りが発生しない。
【００２９】
したがって、実際の使用を想定した温度サイクル試験を施しても、安定した接合が維持できる。
【００３０】
また、タンタル酸リチウム圧電基板の一方主面（ＩＤＴ電極が形成された面）の周囲には、接合用のハンダ接合用部材が周設されている。即ち、弾性表面波素子とベース基板との間隙が、接合が安定したハンダ部材で取り囲まれているため、その間が気密的に封止された状態を維持できる。
【００３１】
また、熱膨張係数９〜２０ｐｐｍ／℃の基板としては、無機物フィラーの界面に結晶化ガラスが充填されたガラス−セラミック基板がなどが例示でき、タンタル酸リチウムの方向性を有する熱膨張係数に対しても、非常に安定して追随することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の弾性表面波装置を図面に基づいて詳説する。
図１は、本発明の弾性表面波装置の断面図であり、図２は、本発明の弾性表面波装置に用いるベース基板の概略平面図であり、図３は、弾性表面波装置に用いる弾性表面波素子を製造する各工程における断面図である。
【００３３】
本発明は、弾性表面波素子１、ベース基板２、ハンダバンプ部材３、ハンダ接合部材４、外装樹脂層５とから構成されている。
【００３４】
弾性表面波素子１は、弾性表面波共振子、弾性表面波フィルタなどが例示でき、タンタル酸リチウム圧電基板１０の一主面上にインターデジタルトランスデューサー電極（本発明では、櫛歯状電極及び反射器電極を含み、以下、単にＩＤＴ電極という）１１が形成され、さらにこのＩＤＴ電極１１と接続をする接続電極１２が形成されている。例えば、ＩＤＴ電極１１は、タンタル酸リチウム圧電基板１０の中央に、伝搬方向に形成され、接続電極１２は、ＩＤＴ電極１１の所定箇所から延びるように、ＩＤＴ電極１１の周囲に形成される。接続電極１２は、例えば、信号入力電極、信号出力電極、グランド電位電極などからなる。
【００３５】
また、このタンタル酸リチウム圧電基板１０の一方主面（ＩＤＴ電極１１、接続電極１２を形成した面）の外周には、外周封止電極１３が形成されている。この外周封止電極１３は、弾性表面波素子１とベース基板２との単に形成される間隙の周囲を気密的に封止するものである。なお、各電極１１〜１３は、例えば、アルミニウム、銅などをフォトリソグラフィ技術に基づいて形成され、その表面に、クロム、ニッケル、金などのメッキ層が形成される。
【００３６】
ベース基板２は、熱膨張係数９〜２０ｐｐｍ／℃となる基板材料、たとえば、ガラス−セラミック材料の多層基板などが例示できる。このガラス−セラミック材料の基板２０は、アルミナ粉末の無機物フィラーと、この無機物フィラーの界面に結晶化ガラスが配置され基板であり、アノーサイトなどの結晶化ガラスが析出される複数の金属酸化物（ほう酸、シリカ、酸化亜鉛など）の粉末を用いて、有機バインダ、溶剤を均質混練して得られるスラリーを例えばグリーンシート生成して、このグリーンシートを積層した後一体的に焼成して形成される。また、上述のスラリーを支持基板上に印刷し、また、支持基板にコートして積層化して未焼成状態の積層体を形成した後、焼成処理して形成する。ベース基板２を構成する基板２０の表面には、素子接続用電極２１、外周封止導体膜２２及び外部端子電極２３が形成されている。さらに、素子接続用電極２１と外部端子電極２３とを接続するビアホール導体を含む内部配線パターン２４が形成されている。
【００３７】
ベース基板２は上記のガラス−セラミック基板以外に、ガラスファイバーなどの無機繊維で強化された樹脂基板でもよい。樹脂としてはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴ樹脂がよいが、とくにＢＴ樹脂は気密性が高く、耐湿特性が良好で電子部品のパッケージ用として適している。樹脂基板の主面には銅箔がラミネートされており、この上に感光性レジストを用いてパターン形成後、エッチングで内部配線パターン２４や素子接続用電極２１、外周封止導体膜２２及び外部端子電極２３などを形成する。
【００３８】
とくに、ベース基板２として樹脂基板を用いるほうがセラミック基板に比べていくつかの点で優れている場合がある。第１に配線や電極パターンが上記のように写真現像技術を用いたもので、パターン精度が高く、大型基板の上で一括成型した後ダイシングソーで分割する際の切断精度が高い。これに対しセラミック基板は焼成時の基板変形で配線や電極パターンが変形し、切断時の精度を高めることができない。第２に樹脂基板材料の誘電率が一般に小さく浮遊容量が形成されにくい。これにより弾性表面波フィルタを実装する際は、バランス度やＶＳＷＲ特性の良好なフィルタを提供することができる。
【００３９】
これらの各導体膜または各電極２１〜２４は、上述の基板を形成する工程で、銀などの導電性ペーストをグリーンシートや印刷塗布膜上に形成した貫通孔内に充填したり、また、グリーンシートや印刷塗布膜の表面に所定形状に印刷して、積層処理後、基板２０の焼成工程で一体的に焼成処理されて形成される。
なお、この素子接続用電極２１、外周封止導体膜２２及び外部端子電極２３は、銀の導体膜上にメッキ処理などを施して、少なくともハンダ濡れ性が良好な金属表面を形成する。
【００４０】
このようなベース基板２上に弾性表面波素子１を接合するにあたり、ベース基板２の主面と弾性表面波素子１の一主面（ＩＤＴ電極１１が形成された面）との間に所定間隙を形成するように、弾性表面波素子１の接続電極１２とベース基板２の主面の素子接続用電極２１とをハンダバンプ部材３により接続して、弾性表面波素子１の外周封止電極１３とベース基板２の外周封止導体膜２２とをハンダ接合部材４によって接合する。そして、ハンダバンプ部材３、ハンダ接合部材４は、その組成がＳｎ９０％以上の無鉛はんだ材料であるＳｎ−Ｓｂ系またはＳｎ−Ａｇ系のハンダを用いる。即ち、本発明による接合方法は、ハンダによるフェースボンディング接合である。
【００４１】
なお、この接合時にあたり、ベース基板２と弾性表面波素子１との間隙が所定雰囲気、たとえば窒素雰囲気になるように、接合は窒素雰囲気で処理する。
【００４２】
また、ベース基板２に接合された弾性表面波素子１は、他方主面側及び側面にわたり、外装樹脂層５を被着形成する。この外装樹脂層５は、エポキシ樹脂、ポリイミド系樹脂などが例示できる。
【００４３】
本発明で特徴的なことは、タンタル酸リチウム圧電基板１０を用いた弾性表面波素子１をフェイスホンディング接合するにあたり、異方性の熱膨張係数を考慮して、基板２０の熱膨張係数を９〜２０ｐｐｍ／℃に制御するとともに、このベース基板２と弾性表面波素子１との接続及び接合に用いるハンダ組成は、Ｓｎ９０％以上の無鉛はんだ材料を用いたことである。
【００４４】
これにより、ハンダバンプ３及びハンダ接合部材４がベース基板２の各電極、各導体膜２１、２２上に一括的に形成することができ、大幅なプロセスコストの削減が可能となる。また、ハンダ材料の融点を２５０℃以下とすることができるため、弾性表面波素子１とベース基板２との間のひずみ量を抑えることができ、弾性表面波素子１にクラックの発生を有効に抑えることができる。したがって、弾性表面波素子１とベース基板２との間の塑性ひずみ量を低減させる効果は顕著となり、長期にわたり高い信頼性を保証できる。さらに、ベース基板２は、水分透過抑制効果のあるガラス−セラミック材料からなる基板２０を用いており、各素子接続用電極２１、内部配線パターン２４などに、銀や銅などの低抵抗材料を用いることができ、高周波特性に優れたものになる。
【００４５】
また、弾性表面波素子１の圧電基板１０の外周の全周にわたり、外周封止電極１３が形成され、この部分にベース基板２の外周封止導体膜２２とハンダ接合部材４によって接合されている。このため、気密封止性が非常に向上することになり、水分の浸入経路が完全に無くなり気密性が大幅に向上する。
【００４６】
また、気密封止をおこなうハンダ接合部材４と、弾性表面波素子１とベース基板２とを電気的に接続するハンダバンプ部材３とを同一材料に形成することにより、例えば、ベース基板２上にハンダバンプ部材３及びハンダ接合部材４を形成する工程が同一工程内の作業となり、ハンダバンプ部材３による接続及びハンダ封止部材４による接合も同一工程でその作業を行える。
【００４７】
以下、本発明の弾性表面波装置の製造方法に図３（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。
【００４８】
まず、ベース基板２が複数抽出できる大型ベース基板を用意する。この大型ベース基板の各装置の領域（切断または分割後にベース基板２となる領域）の一方主面には、素子接続用電極２１、外周封止導体膜２２が形成され、他方主面には、外部端子電極２３が形成され、さらに、各素子領域には、内部配線パターン２４が形成されている（図３（ａ）参照）。なお、各基板領域の平面形状は、弾性表面波素子１の平面形状よりも１周り、たとえば、０．５ｍｍ程度大きくしておくことが重要である。
【００４９】
次に、弾性表面波素子１とベース基板２とを電気的に接続するハンダパンプ部材３及び周囲を封止するハンダ接合部材４を形成する（図３（ｂ）参照）。このハンダバンプ部材３及びハンダ接合部材４は、大型ベース基板の各素子領域に形成した素子接続用電極２１の表面及び外周封止導体膜２２の表面に、ペースト状のハンダを塗布して形成する。なお、バンプ状とするため、塗布したハンダを１次加熱処理、洗浄処理をおこなう。これにより、印刷したハンダは、素子接続電極２１及び外周封止導体膜２２上で断面半円形状となり、さらに、不要なフラックス成分を除去することができる。
【００５０】
このハンダバンプ部材３及びハンダ接合部材４は、ベース基板２０側に形成している。これは弾性表面波素子１側に形成する場合、非常に狭い間隔のＩＤＴ電極１１にハンダやその他の不要な成分が付着して、弾性表面波素子１の特性劣化を避けるためである。
【００５１】
また、タンタル酸リチウム圧電基板１０が複数抽出できるタンタル酸リチウムの大型圧電基板を用意する。この大型圧電基板の一方主面の各素子領域には、ＩＤＴ電極１１、接続電極１２、外周封止電極１３が被着形成される。そして、各大型圧電基板は、各弾性表面波素子１毎に切断処理され、その後、例えば整列パレットなどに整列される。このタンタル酸リチウム圧電基板１０の一方主面に、図１に示すように、ＩＤＴ電極１１が形成され、さらにこのＩＤＴ電極１１と接続をする接続電極１２が形成され、さらＩＤＴ電極１１及び接続電極１２を取り囲むように、基板１０の周辺には外周封止電極１３が形成されている。
【００５２】
次に、パレットに整列した弾性表面波素子１を取り出して（図３（ｃ）参照）、大型ベース基板の各基板領域に載置する。このとき、弾性表面波素子１側の接続電極１２と、基板領域の素子接続用電極２１上に形成したハンダバンプ材３とを位置合わせして、同時に、弾性表面波素子１の外周封止電極１３と各基板領域に形成した外周封止導体膜２２上に形成したハンダ接合部材４と位置合わせをおこなう。これにより、大型ベース基板には、各基板領域に対応して弾性表面波素子１がそれぞれ載置されることになる（図３（ｄ）参照）。
【００５３】
次に、弾性表面波素子１が載置された大型ベース基板を一括的にリフロー処理して、このハンダパンプ部材３によって電気的な接続を施し、ハンダ接合部材４によって両者を機械的に接合するとともに気密的に封止をおこなう。これにより、ハンダパンプ部材３及びハンダ接合部材の４の高さに相当する間隙が、弾性表面波素子１の一方主面と大型ベース基板の表面との間に形成でき、弾性表面波素子１で発生する弾性表面波を安定して伝搬させることができる。なお、このリフロー処理時に、その雰囲気を例えば窒素雰囲気中で処理することにより、この間隙を窒素雰囲気にすることができる。
【００５４】
次に、大型ベース基板に電気的な接続及び機械的な接合が施された弾性表面波素子１に、素子１の他方主面（露出している表面）側から、外装樹脂層５となる例えばエポキシ樹脂ペーストを塗布して、硬化処理する。この時、弾性表面波素子１よりも大型ベース基板の各素子領域の平面形状が大きいため、隣接しあう弾性表面波素子１の間隙にもエポキシ樹脂が塗布される。即ち、弾性表面波素子１は、他方主面側及びその側面に外装樹脂層５が塗布されることになる（図３（ｅ）参照）。
【００５５】
次に、複数の弾性表面波素子１が実装され、且つ外装樹脂層５が被着された大型ベース基板を、基板領域毎に外装樹脂層５が被着された状態でダイシング処理により切断処理する（図３（ｆ）参照）。この工程により、図１、図２に示す弾性表面波装置が得られることになる。
【００５６】
本発明において、ハンダパンプ部材３及びハンダ接合部材４に、９０％以上のＳｂを含むＳｎ−Ｓｂ系またはＳｎ−Ａｇ系のハンダを用いている。例えば、Ｓｎ−Ｓｂハンダ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕハンダ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｓｂハンダが用いられる。そして、本発明者は、上述のハンダを含む代表的な４種類のハンダ（Ｓｎ−Ｓｂハンダ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕハンダ、Ｓｎ−Ｐｂハンダ、Ｓｎ−Ａｕ系ハンダ）について、外周封止導体膜２２上のハンダの封止幅を５０〜３００μｍに変化させて、それぞれ測定した。
【００５７】
その結果を図４に示す。図４においては、Ｓｎ−Ｐｂハンダは環境的配慮すると実用性に乏しく、また、鉛成分含有による最大主応力は小さいものの、逆に温度サイクル試験などを施すと、金属疲労をおこしてしまい、接合信頼性の低下を招いてしまう。また、Ｓｎ−Ａｕ系ハンダは、降伏応力が高すぎてしまう。その結果、ベース基板２に接合した時に、ハンダ接合部材４に残留する応力が、弾性表面波素子１に影響し、例えば、最大主応力が２００Ｎ／ｍｍ２を超えると、弾性表面波素子１をベース基板２に接合した状態で、また、温度サイクル試験で、弾性表面波素子１にクラックが発生してしまうことを確認している。即ち、最大主応力は、ハンダ接合部材４の封止幅によっても依存するため、接合に用いるハンダ材料と封止幅とを調整して、ハンダ接合部材４における最大主応力の値が、２００Ｎ／ｍｍ２を超えないように、図４に基づいて設定する必要がある。
【００５８】
以上のことから、ハンダ接合部材４のハンダとしては、Ｓｎ−Ｓｂ系またはＳｎ−Ａｇ系のハンダを用いることが重要である。また、Ｓｎが組成中９０％以上存在していないと、ハンダ接合が安定して行えない。なお、ハンダバンプ部材３は、上述のように、ハンダ接合部材４と同一工程で形成し、同一工程で接続する。このため、ハンダバンプ部材３をハンダ接合部材４と同一組成にしておくことが、ハンダバンプ部材３及びハンダ接合部材４の取り扱いが容易となる。
【００５９】
本発明者は、Ｓｎ−Ｓｂ系ハンダ、Ｓｎ−Ａｇ系ハンダを用いて、タンタル酸リチウム圧電基板１０（タンタル酸リチウムの熱膨張係数は１６ｐｐｍ／℃であるものの、表面波伝播方向の線膨張係数は約１６ｐｐｍ／℃、表面波伝播方向と直交する方向の線膨張係数は約８．３ｐｐｍ／℃）を接合するにあたり、最適なベース基板２を検討した。
【００６０】
本発明は、ベース基板２の熱膨張係数を７〜２５ｐｐｍ／℃の範囲に属する６種類の基板材料を用いて、ハンダ材料として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系ハンダを用い、封止幅を例えば２００μｍにして、ベース基板の塑性ひずみ量と、平均故障寿命との関係を調べた。塑性ひずみ量は、弾性表面波素子１を接合した状態でベース基板２の一辺における基板厚みに対するひずみ量の割合である。平均故障寿命は、−４０℃〜１２５℃を各３０分繰り返し、故障が発生する平均回数から平均故障寿命を求めた。
【００６１】
その結果、図５に示すように、塑性ひずみ量と平均故障寿命とはそれぞれベース基板の熱膨張係数に対して、明らかな相関関係が得られ、具体的には、ベース基板２の熱膨張係数が９〜２０ｐｐｍ／℃であると、塑性ひずみ量が２．０％未満とすることができ、これにより、平均故障寿命を約１０００回以上となる。
【００６２】
これに対して９ｐｐｍ／℃未満となると、ベース基板２と弾性表面波素子１の熱膨張係数の差による応力が大きくなり、塑性ひずみ量が大きくなりすぎ、温度サイル回数１０００未満で故障してしまう。このような基板の材料としては、アルミナセラミック基板（７．１ｐｐｍ／℃）が例示できる。この場合、接合直後の弾性表面波素子１のクラックの発生率が３０％を超え、さらに、温度サイクル１０回で２〜３％の割合で弾性表面波素子１にクラックが発生してしまい、ベース基板２のひずみからも、また、接合部分の応力の関係からも、実用のレベルにいたらない。
【００６３】
また、これに対して２０ｐｐｍ／℃を越えると、ベース基板２と弾性表面波素子１の熱膨張係数の差による応力が大きくなり、塑性ひずみ量が大きくなり過ぎ、温度サイル回数１０００未満で故障してしまう。
なお、上述の９〜２０ｐｐｍ／℃の範囲においては、アルミナセラミック粉末を無機物フィラーとして用いて、その粉末の界面に結晶化ガラスを配したガラスセラミック基板が例示できる。そして、結晶化ガラスの組成、アルミナセラミックと結晶化ガラスとの配合により、比較的任意の熱膨張係数の基板得られる。
【００６４】
本発明者は、１０．６ｐｐｍ／℃のベース基板２に、タンタル酸リチウム圧電基板１０を用いた弾性表面波素子１を、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ（９６．５Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ）ハンダをハンダハンプ部材３及びハンダ封止部材４に用いた弾性表面波装置を作成した。なお、外装樹脂層５には、エポキシ樹脂を用いてその熱膨張係数を３０ｐｐｍ／℃、ヤング率６６０ｋｇｆ／ｍｍ２とした。
【００６５】
その結果、接合前の最大主応力が約１３７Ｎ／ｍｍ２となり、接合後（塑性ひずみの発生後）の応力が約７８Ｎ／ｍｍ２となり、封止後における弾性表面波素子１のクラック及び温度サイクル試験１０回後においても、弾性表面波素子１のクラックが共に発生しない。また、温度サイクル試験における平均故障寿命１７００回であった。
【００６６】
また、１２．３ｐｐｍ／℃のベース基板２に、タンタル酸リチウム圧電基板１０を用いた弾性表面波素子１を、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ（９６．５Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ）ハンダをハンダハンプ部材３及びハンダ封止部材４に用いた弾性表面波装置を作成した。なお、外装樹脂層５には、エポキシ樹脂を用いてその熱膨張係数を３０ｐｐｍ／℃、ヤング率６４６８Ｎ／ｍｍ２とした。
【００６７】
その結果、接合前の最大主応力が約９８Ｎ／ｍｍ２となり、接合後（塑性ひずみの発生後）の応力が約６８Ｎ／ｍｍ２となり、封止後における弾性表面波素子１のクラック及び温度サイクル試験１０回後においても、弾性表面波素子１のクラックが共に発生しない。また、温度サイクル試験における平均故障寿命１８００回であった。
【００６８】
なお、タンタル酸リチウム圧電基板１０の熱膨張係数は、表面波伝播方向の線膨張係数が約１６ｐｐｍ／℃、表面波伝播方向と直交する方向の線膨張係数が約８．３ｐｐｍ／℃である。しかし、上述の種々の検討から、熱膨張係数は表面波伝搬方向の１６．０ｐｐｍ／℃が支配的であり、その結果、ベース基板２の熱膨張係数の範囲の中心値１４．９４は、タンタル酸リチウム圧電基板１０の方向性を考慮した相加平均的な１２．１５ｐｐｍ／℃に比較して、若干高い値となっている。このように設定すれば、タンタル酸リチウム圧電基板１０の熱膨張係数が方向によって相違しても、実施的に方向性を無視して、ベース基板２、ハンダバンプ部材３、ハンダ接合部材４においては、上述のようなハンダ材料と、ベース基板との組み合わせにより、安価で、製造方法が容易な弾性表面波装置となる。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、タンタル酸リチウム圧電基板を用いた弾性表面波素子をベース基板にハンダパンプ部材に電気的に接続し、且つハンダ接合部材によって気密的に接合した弾性表面波装置であって、上述のハンダバンプ及びハンダ接合部材は、９０％以上のＳｎを含むＳｎ−Ｓｂ系またはＳｎ−Ａｇ系の無鉛ハンダであるとともに、前記ベース基板の熱膨張係数が、９〜２０ｐｐｍ／℃としたため、熱膨張係数の差による熱応力に対して非常に安定して接合でき、しかも、長期にわたり安定した接続が維持できる弾性表面波装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の弾性表面波装置の断面構造図である。
【図２】本発明の弾性表面波装置に用いるベース基板の平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の弾性表面波装置の製造方法の各工程を説明する断面図である。
【図４】ハンダ組成の違いによる最大主応力の比較した特性図である。
【図５】基板の熱膨張係数による塑性ひずみ量及び平均寿命との関係を示す特性図である。
【図６】従来の弾性表面波装置の断面図である。
【符号の説明】
１　　弾性表面波素子
２　　ベース基板
１０　　タンタル酸リチウム圧電基板
１１　　ＩＤＴ電極
１２　　接続電極
１３　　外周封止電極
２０　　基板
２１　　素子接続用電極
２２　　外周封止導体膜
２３　　外部端子電極
２４　　内部配線パターン
３　　　ハンダバンプ部材
４　　　ハンダ接合部材
５　　　外装樹脂層
【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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