(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性表面波素子が回路基板上にフェースダウン実装された構造を有する弾性表面波装置において、
前記弾性表面波素子は、圧電基板の主面にＩＤＴ電極及び反射器電極を有する弾性表面波共振子が複数配設され、これらの弾性表面波共振子が互いに接続されてなり、
前記圧電基板の前記主面において、前記弾性表面波共振子同士の間の部位に放熱用パッド電極が形成されているとともに、前記弾性表面波素子を取り囲む環状電極が形成されてなり、
前記放熱用パッド電極は前記圧電基板の主面においていずれの電極にも接続されておらず、
前記回路基板の実装面に、前記環状電極に対向する環状導体が形成され、
前記放熱用パッド電極は、バンプ接続体及び前記回路基板上に形成された接続電極を介して、前記環状導体に接続されていることを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項２】
前記環状導体は、前記回路基板を貫く貫通導体を介して、前記回路基板の底面に形成された放熱用底面電極に接続されている請求項１記載の弾性表面波装置。
【請求項３】
前記環状導体は、前記回路基板の側面に形成された側面導体を介して前記回路基板の下面に形成された放熱用底面電極に接続されている請求項１記載の弾性表面波装置。
【請求項４】
前記複数の弾性表面波共振子は、それらが直列及び並列に接続されたラダー型回路を構成している請求項１から請求項３のいずれかに記載の弾性表面波装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の弾性表面波装置をフィルタ回路部品として用いたことを特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波装置、及びそれを用いた携帯電話機、車載用センサー等の通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話機の段間フィルタやデュプレクサにおいては、主に誘電体フィルタが使用されてきたが、近年では高性能で小型軽量化に有利な弾性表面波装置を用いた段間フィルタやデュプレクサが使われてきている。
このような弾性表面波装置では、使用周波数の上昇傾向に伴って、入力レベルの要求が、従来の段間フィルタ用の１０ｍＷレベルから、デュプレクサなどに要求される１〜３Ｗレベルへと電力の範囲が広がってきている。このため、弾性表面波装置として、よりいっそうの耐電力性向上が望まれている。
【０００３】
また、近年、携帯電話機で使用される周波数帯の高周波化に伴い、弾性表面波装置を構成する共振子のＩＤＴ（Inter Digital Transducer）電極の線幅は、使用する周波数に反比例して細くなっている。従来、８００ＭＨｚ帯では弾性表面波共振子の電極線幅が約１μｍ程度であったのに対して、１．９ＧＨｚ帯では約０．５μｍとよりいっそう細くなる。このように細い電極指を用いて弾性表面波を励振、受信する場合、信号電力が大きくなると、電極指振動の損失分の熱への変換や、電極配線抵抗によるジュール熱により、電極指とその近傍が 100 ℃ から  300 ℃まで発熱される。高温状態においては、ストレスマイグレーションと発熱の影響により、その相乗効果で電極指の破壊が助長される。さらに、高温状態になると弾性表面波装置の温度特性に影響が表れ、特性が大きく変化する。
【０００４】
また、携帯電話機の段間フィルタやデュプレクサに用いられる弾性表面波装置は、各種無線通信機器の小型化に伴い、更なる小型軽量化が求められている。そのため、近年ではフリップチップ実装を用いた表面実装型やＣＳＰ（Chip Scale Package）構造の弾性表面波装置が採用されてきている。
図２４に、従来の弾性表面波装置の断面図を示す。弾性表面波装置は、ＬｉＴａＯ３単結晶等の圧電基板１０１上に少なくとも１対のＩＤＴ電極１０２等が形成されて成る弾性表面波素子と、それを気密封止する回路基板１０５とからなる。圧電基板１０１を回路基板１０５の上にフェースダウン実装して、ＩＤＴ電極１０２等を、バンプ接続体を介して回路基板１０５の上面に形成されたパッド電極１０４に接着固定する。これにより、弾性表面波素子と回路基板１０５の電極とを導通接続した後、封止樹脂１０７により気密封止している。
【０００５】
フリップチップ実装構造を採用した場合、回路基板１０５との接続点がバンプ接続体のみで、かつ発熱した熱を放熱する空間が、回路基板１０５と弾性表面波素子が形成された圧電基板１０１の主面との間の限られた狭い空間のみである。
このようにフリップチップ実装構造を採用した場合、放熱に比較的不利な構造であるので、熱抵抗を低減する熱設計、放熱対策が課題となっている。
【０００６】
このような弾性表面波装置の放熱対策に関しては、弾性表面波素子が形成された圧電基板の裏面にヒートシンク用金属片を接触させた構造や、さらに圧電基板に貫通孔を設けて金属片と導通した構造が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開2003-087093号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記構造では、圧電基板に金属片を配置する必要があり、弾性表面波装置の小型化、低背化には不利となる。
弾性表面波装置のフェースダウン実装で、弾性表面波装置の放熱対策として、積極的に圧電基板上の電極の配置に着目した提案はなされていない。
そこで本発明は、フェースダウン実装で弾性表面装置を構成する場合、励振電極の発熱による影響を低減し、放熱性に優れ、安定した所望の特性が得られる弾性表面波装置及びこれを用いた通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の弾性表面波装置は、弾性表面波素子が回路基板上にフェースダウン実装された構造において、圧電基板の主面の、弾性表面波共振子同士の間の部位に、入出力パッド電極が形成され、前記入出力パッド電極は、バンプ接続体によって、前記回路基板の実装面の接続電極に接続されているものである。
または、前記入出力パッド電極ではなく、信号入出力機能を持たない放熱用パッド電極が前記弾性表面波共振子同士の間の部位に形成されている。
【０００９】
これらの構成によれば、フェースダウン実装でありながら弾性表面波共振子で発生した熱を入出力パッド電極又は放熱用パッド電極を通して、効率良く放熱することができる。したがって、弾性表面波装置の温度特性による特性の変化が少なく、安定した特性を得ることができる。結果として、ＩＤＴ電極の電極指の破壊が生じることなく、長期信頼性に優れた弾性表面波装置を提供することができる。
【００１０】
前記回路基板の前記入出力パッド電極又は前記放熱用パッド電極と対向する部位に、前記接続電極に接続された貫通導体が形成されている構造では、弾性表面波共振子で発生した熱を対向する回路基板を介して効率良く放熱できる。
また、前記圧電基板の主面に、前記弾性表面波素子を取り囲んで、接地された環状電極が形成されている構造であれば、小型軽量で気密性を充分確保でき、さらに耐電力性と放熱性に優れた弾性表面波装置を提供することできる。
【００１１】
また、前記圧電基板の裏面及び側面の少なくとも一方の面に金属層が形成されているとともに、前記圧電基板の裏面及び側面が封止樹脂で覆われている構造であれば、外周を金属膜と樹脂でカバーすることにより、耐湿性、気密性に優れ、素子を破壊から保護することができる。結果として、ＩＤＴ電極の電極指の破壊が生じることなく、長期信頼性に優れた弾性表面波装置を提供することができる。
【００１２】
本発明の弾性表面波装置は、弾性表面波素子が回路基板上にフェースダウン実装された構造において、前記弾性表面波素子は、圧電基板の主面にＩＤＴ電極及び反射器電極を有する弾性表面波共振子が複数配設され、これらの弾性表面波共振子が互いに接続されてなり、前記圧電基板の前記主面において、前記弾性表面波共振子同士の間の部位に放熱用パッド電極が形成されているとともに、前記弾性表面波素子を取り囲む環状電極が形成されているものである。
【００１３】
この構造により、小型軽量で気密性を充分確保できるとともに、弾性表面波共振子で発生した熱を、放熱用パッド電極及び環状電極を通して、効率良く放熱することができ、さらに耐電力性と放熱性に優れた弾性表面波装置を提供することできる。
なお、前記放熱用パッド電極は、前記圧電基板の前記主面を介して、又は回路基板の実装面を介して、前記環状電極に接続されていることが放熱面でさらに好ましい。
【００１４】
前記放熱用パッド電極は、バンプ接続体、回路基板上に形成された接続電極及び回路基板を貫く貫通導体を介して、前記回路基板の底面に形成された放熱用底面電極に接続されていることがさらに好ましい。放熱用パッド電極と貫通導体及び環状電極を利用した熱伝導経路を利用して、回路基板側への放熱性を向上させることができる。
前記放熱用電極として、前記回路基板の実装面や底面以外に、回路基板の内層に形成された放熱用内層電極を利用してもかまわない。
【００１５】
また、前記回路基板の側面に形成された側面導体を通じて熱伝導パスを形成することとすれば、さらに放熱効率を上げることができる。
前記複数の弾性表面波共振子を直列及び並列に接続して、ラダー型回路を構成しても良い。ラダー型弾性表面波装置において信号が大きくなると、特に直列共振子における発熱が大きくなり問題となるが、共振子の近傍に積極的に放熱させるパッド電極を配置することにより、発生した熱を対向する回路基板を介して効率良く放熱することができる。
【００１６】
以上に説明した弾性表面波装置を、通信装置のフィルタ回路部品として用いることとすれば、小型軽量で、送信電力の大きな通信装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る弾性表面波装置及び通信装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 なお、以下の図面において、各電極の大きさや電極間の距離、電極指の本数や間隔等については、説明のために模式的に描いたものである。
弾性表面波装置は、弾性表面波素子及びこれを実装するための回路基板とから構成される。
【００１８】
図１は、放熱用電極として入出力電極を利用した弾性表面波素子の配置例を示す平面図である。
なお、本明細書での「主面」とは、圧電基板の表面のＩＤＴ電極や反射器電極が形成される面のことをいう。
図１に示すように、弾性表面波素子は、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム単結晶、四ホウ酸リチウム単結晶などの圧電性の単結晶から成る圧電基板１と、圧電基板１の主面に、直列接続、並列接続等の方式で接続された励振電極であるＩＤＴ電極２ａ〜２ｇと、各ＩＤＴ電極２ａ〜２ｇの弾性表面波伝搬方向両端に位置する反射器９と、ＩＤＴ電極２ａ〜２ｇに接続される複数の引出し電極１０ａ〜１０ｆと、ＩＤＴ電極２ａ〜２ｇ同士を接続する内部接続電極２０ａ，２０ｂとを備えている。ＩＤＴ電極２ａ〜２ｇと反射器電極（以下、「反射器」ともいう）９と引出し電極１０ａ〜１０ｆと内部接続電極２０ａ，２０ｂとを、保護膜（図示せず）で覆ってなる。
【００１９】
ここで、ＩＤＴ電極２ａ〜２ｇは、複数対の櫛歯状電極をかみ合わせたものである。
ＩＤＴ電極２ａ，２ｂにつながる引出し電極１０ａ，１０ｂの端部には、入出力用パッド電極３ａ，３ｂが形成され、ＩＤＴ電極２ｄ，２ｆにつながる引出し電極１０ｃ，１０ｅの端部と、ＩＤＴ電極２ｅ，２ｇにつながる引出し電極１０ｄ，１０ｆの端部とには、接地用パッド電極４が形成されている。
【００２０】
前記保護膜は、パッド電極上ではエッチングされ、パッド電極を露出させた状態で、形成されている。
図１の実施形態では、入出力用パッド電極３ａ，３ｂが、弾性表面波共振子の間の領域、すなわちＩＤＴ電極２ａ〜２ｃ，２ｅ，２ｇ、反射器９、内部接続電極２０ａ，２０ｂに囲まれた領域にそれぞれ配置された構成となっている。
【００２１】
ＩＤＴ電極２ａ〜２ｇ、反射器９、引出し電極１０ａ〜１０ｆ、内部接続電極２０ａ，２０ｂ、入出力用パッド電極３ａ，３ｂ及び接地用パッド電極４は、例えばＡｌ−Ｃｕを主成分とするＡｌ合金からなる。
その製造方法を概略説明すると、スパッタリング法、蒸着法又はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の薄膜形成法によりＡｌ合金薄膜を形成し、次に縮小投影露光機（ステッパー）とＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いてフォトリソグラフィ法によりパターニングし、所定の形状を得る。その上から、ＣＶＤ法又は蒸着法等の薄膜形成法により保護膜を形成する。保護膜にはＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜、Ｓｉ膜等が用いられる。
【００２２】
なお、ＩＤＴ電極２ａ〜２ｇは一般的には前述のようなＣｕを含むＡｌ合金からなるが、Ｃｕ以外に又はＣｕとともにＴｉ，Ｔａ，Ｍｇ，Ｗ，Ｍｂ等の一種又は二種以上を含むＡｌ合金でも構わない。例えば、Ａｌ−Ｔｉ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系等のＡｌ合金である。またそれらの合金の複数種、例えばＡｌＣｕ／Ｃｕ／ＡｌＣｕ、Ｔｉ／ＡｌＣｕ、Ｔｉ／ＡｌＣｕ／Ｔｉが積層された構造でも適応可能である（／は積層界面を示す）。
【００２３】
ＩＤＴ電極２ａ〜２ｇの形状は、互いに噛み合うように形成された櫛歯状である。電極指の対数は50〜300程度、電極指の幅は0.1〜 10 μｍ程度、電極指の間隔は0.1〜 10 μｍ程度、電極指の交差幅は10〜 200 μｍ程度、ＩＤＴ電極２ａ〜２ｇの厚みは0.1〜 0.5 μｍ程度とすることが、共振器あるいはフィルタとしの所望の特性を得るうえで好適である。
【００２４】
圧電基板１としては、 36 °±10°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ３単結晶、 64 °±10°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ３単結晶、 45 °±10°Ｘカット−Ｚ伝搬のＬｉ２Ｂ４Ｏ７単結晶等を採用することが、電気機械結合係数が大きく且つ群遅延時間温度係数が小さいため好ましく、特に電気機械結合係数の大きな 36 °±10°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ３単結晶が好ましい。また、結晶Ｙ軸方向におけるカット角は 36 °±10°の範囲内であれば良く、その場合十分な圧電特性が得られる。
【００２５】
圧電基板１の厚みは0.1〜0.5ｍｍ程度がよく、0.1ｍｍ未満では圧電基板１が脆くなり、0.5ｍｍ超では材料コストが大きくなる。
また、圧電基板１の焦電効果による電極破壊を防ぐために、還元処理を施した圧電基板１や、Ｆｅ元素が添加された圧電基板１を使用しても何ら問題ない。
また、この弾性表面波素子で分波器を構成する場合、受信用の弾性表面波素子、送信用の弾性表面波素子を、１つの圧電基板１の主面上に形成してもよい。また、それぞれ別々の圧電基板１に作成し、個々にパッケージに実装してもよい。
【００２６】
図２に、放熱用電極として放熱用パッド電極を用いた他の構造の弾性表面波素子の平面図を示す。
この構造では、圧電基板１の主面に、ＩＤＴ電極２ａ〜２ｇと、反射器９と、ＩＤＴ電極２ａ〜２ｇに接続される複数の引出し電極１０ａ，１０ｂ等と、ＩＤＴ電極２ａ〜２ｇ同士を接続する内部接続電極２０ａ，２０ｂと、接地用パッド電極４とを形成している点では、図１と同様である。
【００２７】
図１の構造と異なるところは、図１の構造では入出力用パッド電極３ａ，３ｂが弾性表面波共振子の間の領域に配置されていたが、この図２の構造では、入出力用パッド電極３ａ，３ｂや接地用パッド電極４の他に、何にも接続されない放熱用パッド電極１６ａ，１６ｂが設けられ、この放熱用パッド電極１６ａ，１６ｂが、弾性表面波共振子の間の領域、すなわちＩＤＴ電極２ａ〜２ｃ，２ｅ，２ｇ、反射器９、内部接続電極２０ａ，２０ｂに囲まれた領域に配置されている。そして、入出力用パッド電極３ａ，３ｂは、接地用パッド電極４とともに、弾性表面波共振子の外周部に配置されている。
【００２８】
図３に、以上のように構成した弾性表面波素子を回路基板に実装した弾性表面波装置の模式的な断面図を示す。
弾性表面波素子は、圧電基板１の、ＩＤＴ電極２ａ〜２ｇ（総称して「ＩＤＴ電極２」という）等の設けられた主面が回路基板１１の上面（実装面という）に対面するようにして、フェースダウン実装されている。
【００２９】
圧電基板１の主面に形成された入出力用パッド電極３ａ，３ｂ（総称して「入出力用パッド電極３」という）は、回路基板１１の実装面に形成された接続電極１２に、バンプ接続体１３を介して接続されている。
接続電極１２は、回路基板１１を貫通するように設けられた貫通導体１９を通して、回路基板１１の底面に形成された放熱用底面電極２１に接続される。放熱用底面電極２１は、本弾性表面波装置が搭載されるメインボードの所定の電極に接続されることはもちろんである。
【００３０】
前記回路基板１１は、例えば一枚のセラミック基板、又は、セラミック基板と１枚以上の枠状セラミック基板とを積層することによって作製される。なお、セラミックに代えてＢＴレジンなどの樹脂を用いてもよい。
回路基板１１に設けられる接続電極１２や放熱用底面電極２１は、電解めっき又は無電解めっき法によって形成する。
【００３１】
バンプ接続体１３は、半田ペースト、Ａｕ−Ｓｎ合金ペースト等をスクリーン印刷等の印刷法により形成するか又はディスペンサーで塗布することにより同時に形成する。バンプ接続体１３は、ここでは回路基板１１側に形成される場合を示したが、弾性表面波素子側に形成してもかまわない。
貫通導体１９は、回路基板１１に設けた孔の中に導電性ペーストを充填した後、加熱硬化することにより形成する。
【００３２】
この圧電基板１の載置された回路基板１１をリフロー炉にてリフロー溶融することにより、弾性表面波素子と回路基板１１とを電気的かつ機械的に接続する。そして、ポッティング法又は印刷法により弾性表面波素子の裏面及び周囲面に封止樹脂１５を形成し、樹脂を加熱硬化することにより弾性表面波装置が完成する。
なお、図３において、圧電基板１と回路基板１１との対向面同士の間に形成される振動空間Ｓ内に、低湿度の空気を封入し密閉するようにしてもよい。これにより、ＩＤＴ電極２の酸化等による劣化を抑制でき好ましい。また、空気の代わりに、窒素ガス，アルゴンガスなどの不活性ガス等を封入し密閉すれば、より好ましい効果が得られる。
【００３３】
この弾性表面波素子で発生した熱は、圧電基板１の主面に形成された入出力用パッド電極３ａ，３ｂ（図１の場合）又は放熱用パッド電極１６ａ，１６ｂ（図２の場合）から、バンプ接続体１３を介して接続電極１２に伝わり、さらに貫通導体１９を介して回路基板１１の底面に形成された放熱用底面電極２１に伝わり、放熱される。
特に、本発明の実施形態では、圧電基板１の上で、入出力用パッド電極３ａ，３ｂ又は放熱用パッド電極１６ａ，１６ｂを弾性表面波共振子の間の領域に配置したので、これらの入出力用パッド電極３ａ，３ｂや放熱用パッド電極１６ａ，１６ｂによって、熱を集めることが容易にでき、その収集した熱を回路基板１１の底面に放熱することで、効率的な放熱を行うことができる。
【００３４】
このような放熱を積極的に行う構造を採用することにより、小型軽量で、フェースダウン実装でありながら弾性表面波共振子で発生した熱を効率良く放熱することができる。したがって、温度による弾性表面波装置の特性の変化が少なく、安定した特性を得ることができる。その結果として、電極指の破壊が生じることなく、耐電力性、長期信頼性に優れた弾性表面波装置を提供することができる。
【００３５】
次に、圧電基板１に環状電極を設けた弾性表面波素子の構造を説明する。
図４は、本発明の弾性表面波素子のさらに他の構造を示す平面図である。
この構造では、圧電基板１上の弾性表面波共振子の外周部に、弾性表面波共振子を取り囲むように環状電極１７が形成されている。そしてＩＤＴ電極２ｄ〜２ｇの接地側に接続された接地用パッド電極４がなく、ＩＤＴ電極２ｄ〜２ｇの接地側は環状電極１７に接続されている。すなわち、接地用パッド電極４に代えて、環状電極１７が接地機能を果たしている。
【００３６】
この図４においても、図１と同様、入出力用パッド電極３ａ，３ｂが弾性表面波共振子の間の領域、すなわちＩＤＴ電極２ａ〜２ｃ，２ｅ，２ｇ、反射器９、内部接続電極２０ａ，２０ｂに囲まれた領域に配置された構成となっている。
図５は、図４の弾性表面波素子を、回路基板１１にフェースダウン実装した状態を示す断面図である。
【００３７】
この構造によれば、圧電基板１を回路基板１１上に載置し、弾性表面波素子の主面に形成された入出力用パッド電極３ａ，３ｂと、回路基板１１の実装面に形成された接続電極１２とを、バンプ接続体１３を介して接続し、接続電極１２を、貫通導体１９を通して回路基板１１の放熱用底面電極２１に接続するとともに、環状電極１７を、半田等からなる環状封止材１８を介して回路基板１１側に形成された環状導体１４に接続している。
【００３８】
これにより、入出力用パッド電極３ａ，３ｂで、熱を集めることが容易にでき、その熱を、貫通導体１９を通して回路基板１１の底面に放熱することで、効率的な熱放散を行うことができる。また、環状導体１４を通して、環状電極１７を接地することができるので、電磁的なノイズを遮断できるとともに、圧電基板１の主面と、回路基板１１の実装面との間の間隙を気密封止しやすくなる。
【００３９】
図６に他の実施形態に係る弾性表面波素子を回路基板１１に実装した状態の断面図を示す。
この実施形態の図３と異なるところは、圧電基板１の主面と反対側の面（裏面という）に、スパッタリング法等により金属膜２２が形成されていることである。
前記金属膜２２としては、密着層となるＣｒ、バリアメタル層となるＮｉ、半田の濡れ性を向上させるＡｕ等が順次積層された構造を用いることができる。
【００４０】
この圧電基板１の裏面に設けた金属膜２２によって、素子製造時に、温度履歴が加わっても、圧電基板１が集電破壊されるおそれが少なくなる（圧電基板１に還元処理を施したり、Ｆｅ元素を添加したりするのと同じ効果である）。
なお、金属膜２２は、圧電基板１の裏面のみならず、図７に示すように、圧電基板１の側面に形成されていてもよい。
【００４１】
また、以上の圧電基板１の裏面に金属膜２２を形成した図６の構造や、圧電基板１の裏面及び側面に金属膜２２を形成した図７の構造においても、図４と同様に、圧電基板１の、弾性表面波共振子の外周部に、弾性表面波共振子を取り囲むように環状電極１７を形成し、この環状電極１７を接地用電極として機能させてもよい。環状電極１７が形成された弾性表面波共振子を回路基板１１にフェースダウン実装することにより、圧電基板１の弾性表面波共振子の外周部に形成された環状電極１７を、回路基板１１側に形成された半田等からなる環状導体１４に接続して、弾性表面波素子の主面と、回路基板１１の実装面との間隙を気密封止した状態を断面図である図８に示す。
【００４２】
図９は、本発明の他の実施形態に係る弾性表面波素子を示す平面図である。図１０は、この弾性表面波素子を回路基板１１に実装した状態を示す模式的な断面図である。
図９に示すように、圧電基板１の主面に、弾性表面波を発生させるための励振電極であるＩＤＴ電極２と、ＩＤＴ電極２に接続される複数の引出し電極１０と、ＩＤＴ電極２同士を接続する内部接続電極２０とが形成されたものである。弾性表面波共振子の外周部には、前記電極を取り囲むように環状電極１７が形成されている。
【００４３】
さらに、圧電基板１上に少なくとも１つの放熱用パッド電極１６ａ，１６ｂ（総称するときは「放熱用パッド電極１６」という）が配置されている。これらの放熱用パッド電極１６は、接続電極２４を通して、環状電極１７に接続されている。したがって、放熱用パッド電極１６で発生した熱が、接続電極２４を通して、環状電極１７に伝達されるようになっている。なお、この図９では、放熱用パッド電極１６からつながる接続電極２４は、ＩＤＴ電極２ｅの接地電極と合体して環状電極１７につながっているが、ＩＤＴ電極２ｅの接地電極と別々に延びて、環状電極１７につながっていても良い。
【００４４】
図１０に示すように、圧電基板１のＩＤＴ電極２等が設けられた主面が、回路基板１１の実装面に対面するようにフェースダウン実装されている。
圧電基板１を回路基板１１上に載置し、環状電極１７を、これに対応して回路基板１１上に形成された環状導体１４に、バンプ接続体１３を介して接続している。
環状導体１４は、回路基板１１を貫通する貫通導体１９を介して、回路基板１１の放熱用底面電極２１と接続される。回路基板１１中には、導体層（内層導体という）８が形成されていて、貫通導体１９がこの内層導体８に接続されている。したがって、内層導体８によって熱を拡散させる効果が得られる。内層導体８の平面形状は、図示しないが、他の電極に接触しないという条件で、できるだけ広い面積にわたって形成するほうが、放熱性の点で有利なことは言うまでもない。
【００４５】
このように圧電基板１を載置した回路基板１１をリフロー炉にてリフロー溶融することにより、弾性表面波素子と回路基板１１とが電気的かつ機械的に接続される。そして、ポッティング法又は印刷法により弾性表面波素子の裏面及び周囲面に封止樹脂１５を形成し、樹脂を加熱硬化することにより弾性表面波装置が完成する。
このフェースダウン実装した弾性表面波装置の特徴は、圧電基板１の主面において、ＩＤＴ電極２等を取囲む環状電極１７を形成し、放熱用パッド電極１６をこの環状電極１７に接続したことである。環状電極１７は、回路基板１１の放熱用底面電極２１と接続されるので、放熱用パッド電極１６で集められた熱を、環状電極１７を通して、内層導体８及び回路基板１１の放熱用底面電極２１に逃がすことが容易にできる。
【００４６】
したがって、大きな信号電力が入力された場合、ＩＤＴ電極２の近傍で発生する熱を、環状電極１７を介して効率的に逃がすことにより、充分な放熱性が得られる。
図１１は、図１０の構造に加えて、放熱用パッド電極１６を、バンプ接続体１３を通して回路基板１１の接続電極１２に直接接続した構造を示す断面図である。回路基板１１の接続電極１２は、回路基板１１を貫通する貫通導体１９を介して、回路基板１１中の内層導体８に接続されている。
【００４７】
この構造では、放熱用パッド電極１６で集められた熱は、バンプ接続体１３を通して回路基板１１中の内層導体８に伝達され、内層導体８を通って放熱用底面電極２１に放熱される。図１０の放熱経路の他に、放熱経路面積が増えるので、放熱効率がよくなる。
図１２に本発明の弾性表面波装置の他の実施形態の平面図を示す。図１３は、その模式的な断面図である。
【００４８】
図１２の弾性表面波装置は、図９の弾性表面波装置と同様に、圧電基板１の主面に放熱用パッド電極１６とＩＤＴ電極２を取囲む環状電極１７を設けている。
図９との違いは、圧電基板１の主面において、入出力用パッド電極３ａが、放熱用パッド電極１６ａとともに、弾性表面波共振子の間の領域に配置され、入出力用パッド電極３ｂが、放熱用パッド電極１６ｂとともに、弾性表面波共振子の間の領域に配置されていることである。これらの入出力用パッド電極３ａ，３ｂや放熱用パッド電極１６ａ，１６ｂによって、熱を集めることが容易にでき、その収集した熱を回路基板１１の底面に放熱することで、効率的な放熱を行うことができる。
【００４９】
回路基板１１の実装面には、入出力用パッド電極３に対向する接続電極が形成され、この接続電極が貫通導体を通して回路基板の放熱用底面電極と接続されることは、図３と同様である。
図１３〜図１８は、放熱用パッド電極１６からつながる放熱経路の配置例を示す断面図である。
【００５０】
図１３では、放熱用パッド電極１６は、バンプ接続体１３により、回路基板１１上で接続電極２３に接続されている。接続電極２３は、回路基板１１上で環状電極１７に対向する環状導体１４に接続されている。すなわち図１３に示すように、放熱用パッド電極１６は、回路基板１１側で環状導体１４と接続される。環状導体１４は、貫通導体１９を通して回路基板１１の放熱用底面電極２１と接続されることは、図１０と同様である。
【００５１】
この実施形態においても、放熱用パッド電極１６で集められた熱を、接続電極２３、環状導体１４を通して、回路基板１１の放熱用底面電極２１に効率的に逃がすことができ、図１０の実施形態と同様に、高い放熱性が得られる。
また、図１４に他の変形例に係る断面図を示す。
この図１４の構造においては、図１３の構成に加えて、放熱用パッド電極１６ａ，１６ｂが、回路基板１１に形成された接続電極１２、貫通導体１９ａ，１９ｂと接続され、貫通導体１９ａ，１９ｂが回路基板１１の放熱用底面電極２１と接続されている。
【００５２】
この実施形態においても、放熱用パッド電極１６ａ，１６ｂで集められた熱を、バンプ接続体１３、接続電極１２及び貫通導体１９ａ，１９ｂを通して、直接、回路基板１１の放熱用底面電極２１に効率的に逃がすことができ、図１３の実施形態よりも、さらに高い放熱性が得られる。
また、図１５に他の変形例に係る断面図を示す。
【００５３】
この図１５の構造においては、放熱用パッド電極１６ａ，１６ｂが、回路基板１１に形成された接続電極１２、貫通導体１９ａ，１９ｂと接続され、貫通導体１９ａ，１９ｂが回路基板１１の放熱用底面電極２１と接続されている。図１４との違いは、回路基板１１の底面の広い範囲にわたって放熱用底面電極２１が形成されていることである。図１４と同様に、回路基板１１側の放熱用底面電極２１を通して放熱効率を向上させることができる。
【００５４】
また、図１６に、さらに他の変形例に係る断面図を示す。
この図１６の構造では、図１３の弾性表面波装置と同様に、圧電基板１の主面に放熱用パッド電極１６ａ，１６ｂとＩＤＴ電極２を取囲む環状電極１７を設けている。また、回路基板１１の実装面において、環状電極１７に対向する環状導体１４が形成されているとともに、放熱用パッド電極１６ａ，１６ｂに対向する接続電極１２が形成されている。
【００５５】
図１４，図１５との違いは、回路基板１１が積層構造を有し、回路基板１１中に導体層（内層導体という）８が形成されていることである。環状導体１４及び接続電極１２がそれぞれ貫通導体１９ａ，１９ｂを通して回路基板１１の内層面の内層導体８によってつながっている。
したがって、図１６の構造では、放熱用パッド電極１６ａ，１６ｂは、回路基板１１の内層面で内層導体８を通して環状導体１４と接続される。環状導体１４は、貫通導体１９を通して回路基板１１の放熱用底面電極２１と接続されているので、放熱用パッド電極１６ａ，１６ｂで集められた熱を、バンプ接続体１３、接続電極１２、貫通導体１９、内層導体８を通して、回路基板１１の放熱用底面電極２１に効率的に逃がすことができ、図１３の実施形態と同様に、高い放熱性が得られる。
【００５６】
図１７に本発明の弾性表面波装置における他の実施形態の断面図を示す。
この弾性表面波装置は、図１０の弾性表面波装置と同様に、圧電基板１の主面に放熱用パッド電極１６ａ，１６ｂと、環状電極１７とを設けている。回路基板１１には、これに対応して環状導体１４が形成され、環状導体１４は、回路基板１１を貫通する貫通導体１９を介して、回路基板１１の放熱用底面電極２１と接続される。
【００５７】
この構造では、環状導体１４が回路基板１１の側面に形成した導体パターン２１ａに接続され、導体パターン２１ａは、回路基板１１の放熱用底面電極２１と接続されている。
側面に形成された導体パターン２１ａは、同様に導体ペーストを印刷して加熱硬化するか、無電解メッキにて形成される。
この構造では、回路基板１１の実装面、底面だけでなく、回路基板１１の側面も熱を逃がす経路に利用しているので、より放熱性を高めることができる。
【００５８】
図１８（ａ）〜（ｃ）に本発明の弾性表面波装置における他の実施形態の断面図を示す。
この弾性表面波装置は、図１０の弾性表面波装置と同様に、圧電基板１の主面に放熱用パッド電極１６ａ，１６ｂと、環状電極１７とを設けている。回路基板１１には、これに対応して環状導体１４が形成され、環状導体１４は、回路基板１１を貫通する貫通導体１９を介して、回路基板１１の放熱用底面電極２１と接続される。
【００５９】
図１８（ａ）の構造では、回路基板１１及び封止樹脂１５の側面に、回路基板１１底面の放熱用底面電極２１につながる熱良導体２１ｂが被覆形成されている。熱良導体２１ｂは、Ａｇフィラー等を充填した樹脂を塗布した後、加熱硬化して形成される。このため、弾性表面波装置の側面も熱を逃がす経路として利用することができる。
図１８（ｂ）は、封止樹脂１５の側面に、熱良導体２１ｂを被覆形成した例を示す。熱良導体２１ｂの存在により、熱抵抗を小さくして、封止樹脂１５の側面から熱を逃がしている。
【００６０】
図１８（ｃ）は、封止樹脂１５の側面たけでなく、封止樹脂１５の上面に熱良導体２１ｃを被覆形成した例を示す。封止樹脂１５の側面及び上面を熱を逃がす経路として利用することにより、熱良導体の面積をさらに広げることができるので、放熱性がさらに高まる。
次に、本発明の通信装置の実施形態について、携帯電話機を例にあげて説明する。
【００６１】
受信回路又は送信回路の一方又は両方を備える通信装置において、本発明の弾性表面波素子を、これらの回路に含まれるバンドパスフィルタとして用いることができる。
図１９に携帯電話機の高周波回路のブロック回路図を示す。携帯電話機から送信される高周波信号は、弾性表面波フィルタ４１によりその不要信号が除去され、パワーアンプ４２で増幅された後、アイソレータ４３と弾性表面波分波器３５を通り、アンテナ３４から放射される。
【００６２】
また、アンテナ３４で受信された高周波信号は、弾性表面波分波器３５で切り分けられ、ローノイズアンプ３６で増幅され、弾性表面波フィルタ３７でその不要信号を除去された後、アンプ３８で再増幅されミキサ３９で低周波信号に変換される。
本発明の弾性表面波素子を採用すれば、感度が向上した優れた通信装置を提供できる。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、以下、弾性表面波素子は、ラダー型弾性表面波フィルタをしたが、２重モード弾性表面波共振器フィルタで構成されてもよい。
【００６３】
また本発明において、圧電基板の主面において弾性表面波素子同士の間の部位に、入出力パッド電極又は放熱用パッド電極の少なくとも一方を複数形成する場合、入出力端子に最も近く接続されたＩＤＴ電極が最も発熱するので、そのＩＤＴ電極の周囲の放熱用パッド電極の面積を最も大きくする構成が好ましい。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【実施例】
【００６４】
図４に示される弾性表面波装置を製造した。
圧電基板１として 36 °Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ３結晶を用い、そのチップサイズは、 1.1mm ×1.5mmであった。また、回路基板１１として 70mm ×70mm、厚さ 250 μｍのＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics：低温同時焼成セラミックス）基板を用いた。ＬＴＣＣ基板には約１μｍ膜厚のＡｇ電極を形成した。
【００６５】
圧電基板１に、スパッタ法によりＩＤＴ電極２としてＡｌ−Ｃｕ電極を形成した。Ａｌ−Ｃｕ電極の電極厚さは、 1800 Åであった。入出力用パッド電極３は、弾性表面波素子チップの中央で、直列腕の弾性表面波共振子の間の領域に配置した。
また、スパッタ法により圧電基板１の裏面にＣｒ膜 1000 Å、Ｎｉ膜１μｍ、Ａｕ膜 1000 Åを形成した。
【００６６】
回路基板１１には、圧電基板１の入出力パッド電極３が当接する位置と環状電極１７の位置に、環状導体１４となる半田ペーストを予めスクリーン印刷法により塗布した。塗布した半田ペーストの線幅は、約 100 μｍであった。同様に半田ペーストをスクリーン印刷法により圧電基板１の裏面に塗布した。圧電基板１の側面への半田印刷には、圧電基板１のサイズよりも大きなスクリーンの印刷パターンを用いて側面に塗布した。
【００６７】
回路基板１１の導体パターンと圧電基板１の入出力パッド電極３が当接する位置と環状電極１７の位置に、フェースダウンで載置した後、リフロー炉で 240 ℃、５分間、リフロー溶融後半田を硬化させた。さらに弾性表面波素子を形成した圧電基板１の裏面上部よりエポキシ封止樹脂１５をポッティングにより塗布した後、乾燥炉で 150 ℃，５分間、加熱硬化させた。最後に、回路基板１１の裏面より各チップ間の分離位置でダイシングすることにより、個々のチップを形成した。以上の工程により幅 1.6mm ×2.0mm、高さ0.6ｍｍの小型で信頼性の高いラダー型弾性表面波フィルタを完成させた。
【００６８】
放熱性を評価する目的で、弾性表面波装置に信号電力が入ったときのパッド電極の配置による温度上昇の違いを、有限要素法を用いた熱解析により求めた。
図２０に、本発明と同じ構造を有し、弾性表面波素子チップの中央で直列腕弾性表面波共振子の間の領域に入出力用パッド電極３を配置した場合の熱解析用モデル（モデル（ａ））を示す。また、本発明と比較するため、図２１に、従来の弾性表面波共振子の外周部に入出力用パッド電極３を配置した場合の熱解析モデル（モデル（ｂ））を示す。なお、外周の環状電極は、両モデルともに存在するものとして評価している。さらに、比較するための極端なモデル（モデル（ｃ）、図示せず。）として、弾性表面波共振子以外の全ての領域にパッド電極が存在する場合も解析した。
【００６９】
解析条件として、各材料の熱伝導率（W/m・k）は、ＬｉＴａＯ３基板が4.1、ＬＴＣＣ基板が3.9、半田接続材が61、エポキシ樹脂が0.5、ビア用Ａｇが150、空気が 2.6 ×10−２を用いた。
解析方法としては、弾性表面波装置に0.4Wの信号電力を入力し、弾性表面波共振子近傍で発生した熱が、弾性表面波装置の内部を伝導し、弾性表面波装置の表面から 25 ℃の雰囲気へ伝達する過程の発熱部における温度を解析した。また、発熱部から雰囲気までの熱抵抗を計算した。結果を表１に示す。
【００７０】
【表１】
0004758197.tif 000002
【００７１】
弾性表面波共振子近傍の発熱部における最大温度は、本発明と同様な構造のモデル（ａ）が  78.6 ℃、従来構造のモデル（ｂ）が  85.7 ℃、モデル（ｃ）が  65.7 ℃であった。発熱部から雰囲気までの熱抵抗は、モデル（ａ）が  134.0 ℃、モデル（ｂ）が  151.8 ℃、モデル（ｃ）が  101.8 ℃であった。従来構造のモデル（ｂ）に比べて発熱部に近い位置に入出力用パッド電極３を配置したモデル（ａ）では、熱抵抗が12％低減している（表１より、（１５１．８−１３４．０）／１５１．８＝０．１１７（１１．７％）である）。また、従来構造に比較してモデル（ｃ）では、熱抵抗が約33％低減している（表１より、（１５１．８−１０１．８）／１５１．８＝０．３２９（３２．９％）である）。
【００７２】
以上の結果より、パッド電極は、発熱部である弾性表面波共振子にできるだけ近い弾性表面波共振子間に配置した方が、放熱性が向上することがわかる。また、モデル（ａ）とモデル（ｃ）の比較より、パッド電極の面積は、できるだけ大きくかつ弾性表面波共振子間に位置するパッド電極の数が多いほど放熱性が向上することがわかる。
次に、圧電基板１の裏面、裏面と側面に金属膜２２を形成したときの放熱性の評価を、弾性表面波装置に信号電力が入ったときのパッド電極の配置による温度上昇の違いについて有限要素法を用いた熱解析により求めた。
【００７３】
比較するためのモデルとして、圧電基板１の裏面及び側面に金属膜２２を形成しておらず、従来の弾性表面波共振子の外周部に入出力用パッド電極３を配置した場合の熱解析モデルＢ１を用いた。モデルＢ１に対して、圧電基板１の裏面の金属膜２２厚みを0.05mmとしたものをモデルＢ２、同じく0.1mmとしたものをモデルＢ３、同じく0.2mmとしてものをモデルＢ４とし、さらに圧電基板１の裏面の金属膜２２厚みが0.1mmで圧電基板１の側面にも金属膜２２を形成したものをモデルＢ５とした。
【００７４】
なお、外周の環状電極１７は、全モデルともに存在するものとして評価している。解析条件として用いた各材料の熱伝導率は、前述と同じ値を用いている。
結果を図２２及び表２に示す。
【００７５】
【表２】
0004758197.tif 000003
【００７６】
弾性表面波共振子近傍の発熱部における最大温度は、モデルＢ１が  85.7 ℃、モデルＢ２が  75.5 ℃、モデルＢ３が  74.4 ℃、モデルＢ４が  72.7 ℃、モデルＢ５が  66.6 ℃であった。発熱部から雰囲気までの熱抵抗比は、金属膜２２の膜厚が厚くなるほど小さくなる。モデルＢ２の0.1mmで、金属膜２２が無いモデルＢ１と比べて、熱抵抗が19％減少している。また、圧電基板１の側面にも金属膜２２を形成したモデルＢ５は、熱抵抗比が31％減少している。
【００７７】
以上の結果より、圧電基板１の裏面と側面に金属膜２２を形成し、所定の膜厚を堆積することにより、弾性表面波共振子で発生する熱を、効率良く放熱できることがわかる。
最後に、同様に圧電基板１の厚みと放熱性の関係の評価を、弾性表面波装置に信号電力が入ったときのパッド電極の配置による温度上昇の違いについて有限要素法を用いた熱解析により求めた。基本構造として、圧電基板１の裏面及び側面に金属膜２２を形成しておらず、従来の弾性表面波共振子の外周部に入出力用パッド電極３を配置したものを用いた。圧電基板１として用いるＬｉＴａＯ３基板の厚みは、モデルＣ１が0.25mm、モデルＣ２が0.35mm、モデルＣ３が0.45mmである。なお、外周の環状電極１７は、全モデルともに存在するものとして評価している。解析条件として用いた各材料の熱伝導率は、前述と同じ値を用いている。
【００７８】
結果を図２３及び表３に示す。弾性表面波共振子近傍の発熱部における最大温度は、モデルＣ１が 85.7 ℃、モデルＣ２が 81.7 ℃、モデルＣ３が 79.0 ℃であった。発熱部から雰囲気までの熱抵抗比は、圧電基板１の膜みが厚くなるほど小さくなる。モデルＣ２の厚み0.45mmで、厚み0.25mのモデルＣ１と比べて、熱抵抗が11％減少している。
【００７９】
【表３】
0004758197.tif 000004
【００８０】
以上の結果より、圧電基板１の厚みが厚いほど弾性表面波共振子で発生する熱の放熱性が向上することがわかる。
このように、本発明の構造を採用した場合、小型軽量で、耐電力性に優れ、フェースダウン実装でありながら弾性表面波共振子で発生した熱を効率良く放熱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。また、放熱を積極的に行う構造を採用しているため、弾性表面波装置の温度特性に起因する特性の変化が少なく、安定した特性を得ることができる。結果として、ＩＤＴ電極２の電極指の破壊が生じることなく、長期信頼性に優れた弾性表面波装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の弾性表面波素子の電極配置例を示す平面図である。
【図２】本発明の弾性表面波素子の放熱用パッド電極を含む電極配置例を示す平面図である。
【図３】本発明の弾性表面波素子を回路基板に実装した弾性表面波装置を示す断面図である。
【図４】本発明の弾性表面波素子の環状電極を含む電極配置例を示す平面図である。
【図５】本発明の弾性表面波素子を回路基板に実装した弾性表面波装置を示す断面図である。
【図６】本発明の弾性表面波装置であって、圧電基板の裏面に金属膜が形成されている弾性表面波素子を回路基板に実装した弾性表面波装置を示す断面図である。
【図７】本発明の弾性表面波装置であって、金属膜が圧電基板の側面にも形成されている弾性表面波素子を回路基板に実装した弾性表面波装置を示す断面図である。
【図８】本発明の弾性表面波素子を回路基板に実装した弾性表面波装置を示す断面図である。
【図９】本発明の弾性表面波素子の放熱用パッド電極を含む電極配置例を示す平面図である。
【図１０】本発明の弾性表面波素子を回路基板に実装した弾性表面波装置を示す断面図である。
【図１１】本発明の弾性表面波素子を回路基板に実装した弾性表面波装置を示す断面図である。
【図１２】本発明の弾性表面波素子の放熱用パッド電極を含む電極配置例を示す平面図である。
【図１３】本発明の弾性表面波素子を回路基板に実装した弾性表面波装置を示す断面図である。
【図１４】本発明の弾性表面波素子を回路基板に実装した弾性表面波装置を示す断面図である。
【図１５】本発明の弾性表面波素子を回路基板に実装した弾性表面波装置を示す断面図である。
【図１６】本発明の弾性表面波素子を回路基板に実装した弾性表面波装置を示す断面図である。
【図１７】本発明の弾性表面波素子を回路基板に実装した弾性表面波装置を示す断面図である。
【図１８】本発明の弾性表面波素子を回路基板に実装した弾性表面波装置を示す各断面図である。
【図１９】本発明の通信装置の構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明の実施例における放熱性を評価ための熱解析に用いたモデルの入出力パッド電極位置を表す平面図である。
【図２１】本発明の実施例における放熱性を評価ための熱解析に用いたモデルの入出力パッド電極位置を表す平面図である。
【図２２】本発明の実施例における放熱性を熱解析により評価した圧電基板上の金属膜の厚みと熱抵抗比の関係を示す線図である。
【図２３】本発明の実施例における放熱性を熱解析により評価した圧電基板の厚みと熱抵抗比の関係を示す線図である。
【図２４】従来の弾性表面波装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１：圧電基板
２：ＩＤＴ電極
３：入出力用パッド電極
４：接地用パッド電極
９：反射器電極
１０：引出し電極
１１：回路基板
１２：接続電極
１３：バンプ接続体
１５：封止樹脂
１６ａ，１６ｂ：放熱用パッド電極
１７：環状電極
１８：環状封止材
Ｓ：振動空間
【図１】
0004758197.tif 000005
【図２】
0004758197.tif 000006
【図３】
0004758197.tif 000007
【図４】
0004758197.tif 000008
【図５】
0004758197.tif 000009
【図６】
0004758197.tif 000010
【図７】
0004758197.tif 000011
【図８】
0004758197.tif 000012
【図９】
0004758197.tif 000013
【図１０】
0004758197.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0004758197.tif 000019
【図１６】
0004758197.tif 000020
【図１７】
0004758197.tif 000021
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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