(57)【要約】  シールド性を向上するとともに放熱性を高めることが可能な圧電フィルタを提供する。  蓋２０と圧電デバイスチップ１２，１６，１７，１８とを重ね合わせて封止した圧電デバイス１０において、蓋２０の上面にのみ露出する第１の外部電極２２と、上面及び側面に露出する接地された第２の外部電極２３と、蓋２０と圧電デバイスチップ１２，１６，１７，１８との間に外縁に沿って全周に渡って配置され、蓋２０と圧電デバイスチップ１２，１６，１７，１８とを接合して封止し、かつ、接地された第２の外部電極２３に接合された、導電性接合材１５，３０とを備える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓋と圧電デバイスチップとを重ね合わせて封止した圧電デバイスにおいて、
前記蓋の前記圧電デバイスチップに対向する第１の主面とは反対側の第２の主面にのみ露出する、第１の外部電極と、
前記蓋の前記第２の主面に露出する、接地された第２の外部電極と、
前記蓋と前記圧電デバイスチップとの間に外縁に沿って全周に渡って配置され、前記蓋と前記圧電デバイスチップとを接合して封止し、かつ、前記接地された第２の外部電極に接合された、導電性接合材とを備えたことを特徴する、圧電デバイス。
【請求項２】
前記接地された第２の外部電極は、前記蓋の前記第１の主面と前記第２の主面との間の周面に露出されたことを特徴とする、請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記第１の外部電極は、前記蓋の前記第２の主面を格子状に等分する４つ以上の矩形領域のそれぞれに、該矩形領域の重心を含むように配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記第２の外部電極は、前記矩形領域の頂点を含むように配置されたことを特徴とする、請求項３に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記蓋の前記第１の主面と前記第２の主面との間を貫通する貫通穴の内周面に導電材が配置されたスルーホールを備え、
該スルーホールの一端において前記導電材と前記第１の外部電極とが接合され、他端において前記導電材と前記圧電デバイスチップに形成された素子の電極端子とが前記導電性接合材により接合されたことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記スルーホールは、前記貫通穴に充填材が充填されたことを特徴とする、請求項５に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
前記スルーホールの前記他端は、前記圧電デバイスチップの最も温度上昇が大きい部分又はその近傍部分に形成された前記電極端子に接続されたことを特徴とする、請求項５又は６に記載の圧電デバイス。
【請求項８】
前記圧電デバイスチップは、支持基板と、前記支持基板に支持されかつ前記支持基板と音響的に分離されていて、対向する一対の励振電極の間に圧電薄膜が配置された薄膜部とを備える圧電薄膜デバイスであることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか一つに記載の圧電デバイス。
【請求項９】
前記圧電デバイスチップは、圧電基板と、前記圧電基板上に形成された一対の櫛歯形状の励振電極からなるＩＤＴとを備える弾性表面波デバイスであることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか一つに記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振子やフィルタなどの圧電薄膜を用いた素子を備えた圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電薄膜フィルタ（ＢＡＷフィルタ）や弾性表面波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）などの圧電デバイスを小型化するため、素子チップと蓋をそれぞれの主面の外縁に沿って形成した接合層で封止したＣＳＰ（チップサイズパッケージ）が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００４−１７１７１号公報
【特許文献２】特開２００１−９４３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に開示された構成では、圧電フィルタチップ主面に、励振電極と蓋の周面に形成された入出力用外部電極との間を接続する配線が形成されている。この配線が、フィルタチップと蓋とを接合する接合層と交差するので、接合層は絶縁性であることが必要である。【０００４】
特許文献２に開示された構成では、ベース基板及び弾性表面波素子の外縁に沿って導電性接合材の封止部材を形成して接合し、封止している。この封止部材は、接地されていない。【０００５】
いずれの構成も、シールド性が悪いという問題がある。【０００６】
フィルタで発生した熱が配線を伝わって外部電極から実装基板へ放熱される。圧電フィルタの外部電極の配置によって、この放熱の度合いが変化する。【０００７】
特許文献１の構成では、励振電極（発熱部）からの配線は、圧電フィルタ素子と蓋の張り合わせ部を通って圧電フィルタの端に達し、蓋の側面に形成された外部電極を通って実装基板に接続されるため、経路が比較的長くなり、放熱性が良くない。【０００８】
特許文献２の構成では、蓋を貫通するスルーホールの一端が励振電極に接続されたパッドに接続され、他端が外部電極に接続されるので、発熱部と実装基板の距離は短い。しかし、外部電極の配置までは考えられていないため、実装基板への放熱性は必ずしもよくない。【０００９】
本発明は、かかる実情に鑑み、シールド性を向上するとともに放熱性を高めることが可能な圧電デバイスを提供することを目的とする。以下では、圧電デバイスは圧電共振子又はこれを用いた圧電フィルタを意味する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するため、以下のように構成した圧電デバイスを提供する。【００１１】
この圧電デバイスは、蓋と圧電デバイスチップとを重ね合わせて封止したタイプのものである。圧電デバイスは、前記蓋の前記圧電デバイスチップに対向する第１の主面とは反対側の第２の主面にのみ露出する、第１の外部電極と、前記蓋の前記第２の主面に露出する、接地された第２の外部電極と、前記蓋と前記圧電デバイスチップとの間に外縁に沿って全周に渡って配置され、前記蓋と前記圧電デバイスチップとを接合して封止し、かつ、前記接地された第２の外部電極に接合された、導電性接合材とを備える。【００１２】
上記構成において、導電性接合材は、圧電デバイスチップに形成される圧電デバイス素子を囲む。第２の外部電極をグランド端子とすれば、導電性接合材がアースに接続され、圧電デバイス素子を静電シールドすることができる。【００１３】
また、圧電デバイスチップで発生した熱は、第１の外部電極からだけでなく、導電性接合材を介して第２の基板からも放熱することができる。【００１４】
上記構成において、第２の外部電極は、蓋の外縁の任意の場所に設けることができる。そのため、圧電デバイス素子の入出力に用いる外部電極は、電気特性や耐電力性などを重視して、第１の外部電極を適宜に割り当て、残った場所に、グランド用の外部電極として第２の外部電極を配置することができる。外部電極によって圧電デバイスの特性が犠牲になることはないので、圧電デバイスの特性を最適化することができる。【００１５】
好ましくは、前記第１の外部電極は、前記蓋の前記第２の主面を格子状に等分する４つ以上の矩形領域のそれぞれに、該矩形領域の重心を含むように配置される。【００１６】
上記構成において、蓋の第２の主面は、２×２以上の矩形領域に等分される。【００１７】
上記構成によれば、第１の外部電極は、格子状に等分された矩形領域のそれぞれの中心またはその近傍に配置されるので、実装時の圧力が均等になり、圧電デバイスを基板に対して平行に実装することができる。これにより、圧電デバイスと基板との間の電気的接続の信頼性を向上することができる。【００１８】
また、第１の外部電極間の距離は略均等であり、圧電デバイス内の各部から基板への熱伝達経路をできるだけ短くすることができる。圧電デバイス内で発生した熱は第１の外部電極を介して基板に放熱されやすい。したがって、圧電デバイスの放熱性を高めることができる。【００１９】
好ましくは、前記第２の外部電極は、前記矩形領域の頂点を含むように配置される。【００２０】
上記構成によれば、第１の外部電極に対して第２の外部電極をできるだけ偏らない位置に配置して、実装時の圧力や放熱が均一になるようにすることができる。【００２１】
好ましくは、前記蓋の前記第１の蓋と前記第２の主面との間を貫通する貫通穴の内周面に導電材が配置されたスルーホールを備える。前記スルーホールの一端において、前記導電材と前記第１の外部電極とが接合される。前記スルーホールの他端において、前記導電材と前記圧電デバイスチップに形成された素子の電極端子とが、前記導電性接合材により接合される。【００２２】
上記構成において、圧電デバイスチップ内で発生した熱は、電極端子、スルーホール、第１の外部電極を介して、基板に放熱される。上記構成によれば、放熱性を高めることができる。【００２３】
好ましく、前記スルーホールは、前記貫通穴に充填材が充填される。【００２４】
上記構成において、圧電デバイスを実装するときにスルーホールの導電材がハンダに接して溶けて流れ出て、接続不良が発生することを、充填材により防止することができる。【００２５】
好ましくは、前記スルーホールの前記他端は、前記圧電デバイスチップの最も温度上昇が大きい部分又はその近傍部分に形成された前記電極端子に接続される。【００２６】
上記構成によれば、圧電デバイスチップで発生した熱が、外部電極を介して基板に放熱されやすいようにすることができる。【００２７】
好ましくは、前記圧電デバイスチップは、支持基板と、前記支持基板に支持されかつ前記支持基板と音響的に分離されていて、対向する一対の励振電極の間に圧電薄膜が配置された薄膜部とを備える圧電薄膜デバイスである。【００２８】
好ましくは、前記圧電デバイスチップは、圧電基板と、前記圧電基板上に形成された一対の櫛歯形状の励振電極からなるＩＤＴとを備える弾性表面波デバイスである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の圧電デバイスは、シールド性を向上するとともに放熱性を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】圧電デバイスの構成図である。（実施例）
【図２】圧電デバイスの製造方法の説明である。（実施例）
【図３】圧電デバイスのフィルタ特性のグラフである。（実施例）
【図４】圧電デバイスの構成図である。（変形例１）
【図５】圧電デバイスの構成図である。（変形例２）
【符号の説明】
【００３１】
１０，１０ａ  圧電デバイス
１２  シリコン基板（圧電デバイスチップ、支持基板）
１４  金属膜（導電性接合材）
１６  電極膜（圧電デバイスチップ、励振電極）
１６ａ  パッド（電極端子）
１７  圧電薄膜（圧電デバイスチップ）
１８  電極膜（圧電デバイスチップ、励振電極）
１８ａ  パッド（電極端子）
１９  振動部（圧電デバイス素子、薄膜部）
２０  ガラス基板（蓋）
２１ａ〜２１ｄ  矩形領域
２２  外部電極（第１の外部電極）
２３  外部電極（第２の外部電極）
３０  金属膜（導電性接合材）
３２，３３  スルーホール
４２，４３  充填材
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について実施例を、図１〜図４を参照しながら説明する。【００３３】
図１（ｃ）の外観図に示すように、圧電デバイス１０は、素子を形成したシリコン基板１２と、蓋になるガラス基板２０とを重ね合わせて封止したものである。【００３４】
図１（ｃ）の線Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂに沿って切断した断面図である図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、シリコン基板１２には、ガラス基板２０と対向する面に、エッチングなどにより除去された穴１３が形成されている。穴１３の上に、電極膜１６，１８の間に圧電薄膜１７が挟まれた振動部１９が形成される。振動部１９は、内部空間４０に浮いた状態となり、音響的に分離される。例えば、Ａｌの電極膜１６，１８とＡｌＮの圧電薄膜１７とを蒸着またはスタッパする。なお、穴１３を設けずに、振動部１９をシリコン基板１２から浮かすように構成してもよい。【００３５】
電極膜１６，１８及び圧電薄膜１７を適宜な形状に形成することにより、複数の振動部１９、すなわち共振子をラダー型に接続し、π型７素子、Ｔ型５素子など、任意のラダーフィルタを形成することができる。電極膜１６，１８には、外部との接続のため、後述するガラス基板２０のスルーホール３２と対向する位置に、電極端子となるパッド１６ａ，１８ａが形成されている。【００３６】
ガラス基板２０には、ガラス基板２０を貫通する貫通穴の内周面に導電材が配置されたスルーホール３２，３３が形成されている。スルーホール３２，３３の貫通穴は、レーザにより、あるいは、感光性樹脂でパターン形成後にサンドブラストやエッチングにより形成することができる。スルーホール３２，３３の上端は外部電極２２，２３に接合されている。貫通穴の内周面及びその開口周辺部に、蒸着、スパッタ、めっきなどにより導電材を配置して、スルーホール３２，３３と外部電極２２，２３とを同時に形成することができる。【００３７】
ガラス基板２０の中心部には、４つのスルーホール３２及び外部電極２２（以下、「第１の外部電極２２」とも言う。）が完全な形状で配置されている。第１の外部電極２２は、ガラス基板２０の上面にのみ露出する。ガラス基板２０の周辺部には、スルーホール３３及び外部電極２３（以下、「第２の外部電極２３」とも言う。）が略半分に分割された形状で配置されている。第２の外部電極２３は、ガラス基板２０の上面に配置された部分のみならず、ガラス基板２０の側面から露出したスルーホール３３の導電材の部分も含む。【００３８】
スルーホール３２，３３の貫通穴は、鎖線で示したように、充填材４２，４３で充填し埋めてもよい。充填材４２，４３には、金属や樹脂を用いる。充填材４２，４３は、例えば、メタルマスクを重ねてＣｕを蒸着する、レジストマスクを形成してＣｕメッキする、あるいは、導電性樹脂であるドウタイト（商品名）又は絶縁性樹脂をスクリーン印刷するなどの方法で、充填することができる。充填材４２，４３は、圧電デバイス１０を基板に実装するときに、スルーホール３２，３３内の導電材がハンダに接して溶けて流れ出るなどにより接続不良が発生することを防止する。また、スルーホール３２に充填材４２を気密に充填することにより、圧電デバイス１０の封止の信頼性を向上することができる。スルーホール３３に導電性の充填材４３を充填すれば、第２の外部電極２３の面積を拡大することができる。【００３９】
シリコン基板１２とガラス基板２０は、金属膜１４，３０で接合し封止する。【００４０】
すなわち、シリコン基板１２には、ガラス基板２０と対向する上面に外縁に沿って全周に渡って金属膜１４が形成されている。ガラス基板２０には、シリコン基板１２に対向する下面に外縁に沿って全周に渡って金属膜３０が形成されている。【００４１】
金属膜１４，３０は、Ｃｕ，Ｓｎのうち少なくとも１種類の成分を含む。金属膜１４，３０を形成するシリコン基板１２やガラス基板２０の面に、所定の開口を有するレジストマスクを形成した後、膜の形成が容易な０．１μｍ〜５０μｍの範囲で前記金属を蒸着し、リフトオフする。そして、シリコン基板１２とガラス基板２０とを重ね合わせ、金属膜１４，３０同士を接触させて加熱し、ハンダ合金化する。これにより、シリコン基板１２とガラス基板２０とを接合し封止する。Ｃｕ−Ｓｎハンダの代わりに、Ａｕ−Ｓｎハンダ、Ｎｉ−Ｓｎハンダ、Ａｇ−Ｓｎハンダなどを用いてもよい。【００４２】
金属膜１４はパッド１６ａ，１８ａにも形成され、金属膜３０はスルーホール３２，３３の下端にも形成される。これにより、封止と同時に、パッド１６ａ，１８ａとスルーホール３２，３３とを接合し、電気的に接続する。【００４３】
圧電デバイス１０は、図２に模式的に示したように、複数個を同時に製造することができる。【００４４】
図２（ａ）に示すように、ウエハ１１には、シリコン基板１２側の構成を、複数個を一体に形成する。このとき、圧電デバイスチップごとに形成する金属膜１４は、略一定の幅とする。ただし、その一部分に拡大部１５を設ける。拡大部１５は、分割されるスルーホール３３の下端に対応する形状となっており、隣接する圧電デバイスチップの拡大部１５とつながり一体となっている。【００４５】
図２（ｂ）に示すように、集合基板２１には、ガラス基板２０側の構成を、複数個を一体に形成する。分割されるスルーホール３３及び第２の外部電極２３は、隣接するガラス基板２０間の境界線上に配置される。ガラス基板２０の中心部に配置された４つの第１の外部電極２２は、ガラス基板２０の上面を格子状に４等分する矩形領域２１ａ〜２１ｄのそれぞれの中心又はその近傍に配置される。外部電極２２は、それぞれ、矩形領域２１ａ〜２１ｄの重心を含むように配置され、外部電極２２の重心が矩形領域２１ａ〜２１ｄの重心から多少ずれた状態で配置されてもよい。【００４６】
第１の外部電極２２は、略均等に配置されるので、実装時の圧力が均等になり、圧電デバイスを基板に対して平行に実装することができる。これにより、圧電デバイス１０と基板との間の電気的接続の信頼性を向上することができる。また、第１の外部電極２２間の距離は略均等であり、圧電デバイス１０内の各部から基板への熱伝達経路をできるだけ短くすることができる。圧電デバイス１０内で発生した熱は第１の外部電極２２を介して基板に放熱されやすい。したがって、圧電デバイス１０の放熱性を高めることができる。【００４７】
第２の外部電極２３は、矩形領域２１ｂ，２１ｃの頂点を含むように配置される。第１の外部電極２２に対して第２の外部電極２３をできるだけ偏らない位置に配置して、実装時の圧力や放熱が均一になるようにすることができる。【００４８】
ウエハ１１と集合基板２１とを重ね合わせ、加熱することにより接合し、複数の圧電デバイス１０を一体に形成した後、境界線をダイシングなどにより切断して、個々の圧電デバイス１０に分離する。【００４９】
境界線、すなわち切断線上に配置されたスルーホール３３及び第２の外部電極２３は２分割され、スルーホール３３及び第２の外部電極２３の１つの切断面が外部に露出する。【００５０】
なお、図２（ｃ）に示すように、４つのガラス基板１２が隣り合う角部に外部電極２４を設け、この外部電極２４を４分割してもよい。この場合、外部電極２４の２つの切断面が外部に露出する。【００５１】
次に、圧電デバイス１０の具体例を説明する。シリコン基板１２とガラス基板２０のサイズは、いずれも、１．８ｍｍ×１．５ｍｍである。外縁に沿って形成される金属膜１４（拡大部１５を除く）の幅は、５０μｍである。スルーホール３２，３３の直径は、２００μｍである。【００５２】
図３は、上記のように構成した圧電デバイス１０のフィルタ特性の一例（送信側フィルタのＳ２１）を示す。実線は、第２の外部電極２３をアースに接続しなかったときの特性を示す。点線は、第２の外部電極２３をアースに接続したときの特性を示す。外縁に沿って全周に渡って配置された金属膜１４，３０を第２の外部電極２３を介してアースすることによって、圧電デバイス１０の減衰特性が向上していることが分かる。【００５３】
以上のように構成した圧電デバイス１０は、外縁に配置され、分割された第２の外部電極２３をグランド端子として用い、接地すると、外縁に沿って全周に渡って配置された金属膜１４，３０は、アースされ、他の部分から電気的に独立した浮遊電極とならないため、フィルタの減衰特性が向上する。【００５４】
また、外縁に沿って全周に渡って配置された金属膜１４，３０は、アースされるとシールドとして機能し、不要な電波の放出や取り込みを防ぐ。これにより、圧電デバイス１０の誤動作や機器誤動作を防ぐことができる。【００５５】
また、第２の外部電極２３は、隣接する圧電デバイスチップと共通して形成されるので、グランド接続用の外部電極の面積を小さくして、チップ面積を低減することができる。【００５６】
さらに、第２の外部電極２３は、ガラス基板２０の上面と側面の２つの面に導電性部分が露出するので、実装面積が増え、実装強度が向上する。実装時の抵抗増加が抑制され、圧電デバイスの損失低減にもつながる。【００５７】
一方、圧電デバイス１０の内側に完全な状態で配置された第１の外部電極２２は、偏りなく均等に配置される。そのため、第１の外部電極２２ごとの実装圧力が均等になり、圧電デバイス１０を基板に対して平行に実装することができる。これにより、圧電デバイス１０と基板との電気的な接続の信頼性を向上することができる。【００５８】
外部電極に端子の機能をどのように割り当てるかは、圧電デバイス１０内の圧電デバイス素子のパターンレイアウトにより制約を受ける。偏りなく配置された第１の外部電極２２には、シールドするためのグランド端子を割り当てなくてよいので、その分、端子の割り当ての自由度が大きくなる。したがって、圧電デバイス１０の特性上有利なように圧電デバイス素子のパターンレイアウトを決めることが可能となる。【００５９】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更を加えて実施することが可能である。【００６０】
例えば図４に示したように、外縁に配置し分割するスルーホール３３及び第２の外部電極を２組以上設けるようにしてもよい。この場合、略点対称（上下左右に略対称）に配置すれば、圧電デバイス１０ａをより均等に実装することができる。【００６１】
例えば第１の外部電極は、円形、楕円、矩形の、それらの組合せのいずれであってもよい。第１の外部電極の大きさは、全て同一でもよいし、適宜大きさを変えてもよい。第１の外部電極の数は、圧電デバイスに含まれる共振器の数や、圧電デバイスの機能に応じて適宜設定してもよい。【００６２】
接地された第２の外部電極も、円形、楕円、矩形の、それらの組合せのいずれであってもよい。第２の外部電極の大きさは、全て同一でもよいし、適宜大きさを変えてもよい。また、複数の第２の外部電極を設けてもよい。【００６３】
接地された第２の外部電極は、蓋の一辺に複数配置してもよい。蓋の辺や角に配置する場合、第２の外部電極の形状は、円形を分割した形状に限らず、矩形を分割した形状などであってもよい。この場合、第１の外部電極が配置されていない位置に接地された第２の外部電極を配置できるので、圧電デバイスを均等に実装することができる。【００６４】
また、例えば図５に示したように、接地された第２の外部電極５３は、第１の外部電極５２のように、蓋の第２の主面５０にのみ露出してもよい。接地された第２の外部電極５３は、図示したように封止枠５１に沿って１つ、あるいは複数設けても、蓋の第２の主面の中央に設けてもよい。第１の外部電極及び第２の外部電極の形状は、円形に限らず、楕円形や矩形など、適宜な形状にすることができる。第２の外部電極は、第１の外部電極と形状や大きさが異なってもよい。この場合、外部電極を上下左右に略対称な位置に配置できるので、圧電デバイスを均等に実装することができる。【００６５】
実施例ではラダーフィルタを形成したが、例えば共振子を格子型に接続してラティス型フィルタを形成することができる。この場合、平衡−平衡フィルタとすることができる。【００６６】
また、共振子を多重モード共振子に形成して、多重モードフィルタを形成することができる。この場合、高選択度のフィルタとすることができる。【００６７】
例えば蓋の材料として、ガラス基板の代わりにシリコン基板を用いてもよい。この場合、素子を形成したシリコン基板と蓋との間で、線膨張係数を同じにできるので、ハンダ封止後の熱収縮による残留応力を小さくでき、素子の特性に与える影響を小さくすることができる。また、蓋になる半導電性のシリコン基板が導電性接合材を介して接地されたので、不要電波を遮蔽できる。【００６８】
本発明は、圧電薄膜フィルタ（ＢＡＷ）に限らず、弾性表面波フィルタ（ＳＡＷ）などにも適用可能である。圧電薄膜フィルタの場合、前記圧電デバイスチップは、支持基板と、前記支持基板に支持されかつ前記支持基板と音響的に分離されていて、対向する一対の励振電極の間に圧電薄膜が配置された薄膜部とを備える。弾性表面波フィルタの場合、前記圧電デバイスは、圧電基板と、前記圧電基板上に形成された一対の櫛歯形状の励振電極からなるＩＤＴとを備える。
【図１】
2006001125.tif 000002
【図２】
2006001125.tif 000003
【図３】
2006001125.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2006001125.tif 000007
2006001125.tif 000008
2006001125.tif 000009
2006001125.tif 000010