JP4918802B2

JP4918802B2 - 電子部品付球状表面弾性波素子とその製造方法および表面弾性波伝搬情報送信素子

Info

Publication number: JP4918802B2
Application number: JP2006087444A
Authority: JP
Inventors: 慎吾赤尾; 琢也中務; 教尊中曽
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: JP2007266852A

Description

本発明は、球状表面弾性波素子に、表面弾性波の励起や計測、計測結果の送信などの各種機能実現に用いられる電子部品が付属している電子部品付球状表面弾性波素子とその製造方法および表面弾性波伝搬情報送信素子に関する。

近年、平板形状ではなく、球形状の圧電性結晶基材の表面にすだれ状電極が形成された球状表面弾性波素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、表面弾性波は、基材表面の状態に応じて多重周回する速度が変化する。同様に、表面弾性波は、基材表面への分子の付着等により、円環状領域の周長が表面弾性波の波長の整数倍となるとき、共鳴周波数が変化する。

このため、球状表面弾性波素子は、基材表面の円環状領域に付着した分子や、円環状領域に成膜された反応膜と環境ガス等との反応を検出する等の用途が提案されている。

この様な球状表面弾性波素子における表面弾性波の励起や計測、計測結果の送信などの各種機能実現にには、各種電子部品を配線等で設けるのが一般的である。

特許文献は以下の通り。
国際公開第ＷＯ０１／４５２５５号公報

その場合、その各種電子部品の設置位置や方向などは、球状表面弾性波素子が球形で位置決めや方向決めが容易でないのが一般的であった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、各種電子部品の設置位置や方向などは、球状表面弾性波素子が球形で位置決めや方向決めが正確に行われている電子部品付球状表面弾性波素子および、その電子部品付球状表面弾性波素子を利用して作成される表面弾性波伝搬情報送信素子を提供することを目的とする。

請求項１に対応する発明は、球状表面弾性波素子に窪みを有し、前記窪みは、異方性エッチングにより得られたものであり、前記窪みに前記球状表面弾性波素子における表面弾性波の励起や測定、測定結果の送信などを行うための電子部品を設置し、球状表面弾性波素子のすだれ状電極に接続されていることを特徴とする電子部品付球状表面弾性波素子である。

請求項２に対応する発明は、請求項１記載の電子部品付球状表面弾性波素子の接続が物理的固定接続であることを特徴とする電子部品付球状表面弾性波素子である。

請求項３に対応する発明は、請求項１または２何れか記載の電子部品付球状表面弾性波素子の窪みが円形以外の形状であることを特徴とする電子部品付球状表面弾性波素子である。

請求項４に対応する発明は、請求項３記載の電子部品付球状表面弾性波素子の製造方法において、球状表面弾性波素子に対してその窪みを異方性エッチングにより設ける工程、窪みの形状に従い位置合わせして電子部品を接続する工程からなることを特徴とする電子部品付球状表面弾性波素子の製造方法である。

請求項５に対応する発明は、請求項１から３何れかの球状表面弾性波素子の電子部品がコンデンサーおよびコイルであり、該コンデンサーがコイルと接続され外部回路より表面弾性波を励振計測できることを特徴とする表面弾性波伝搬情報送信素子である。

請求項６に対応する発明は、請求項１から３何れかの球状表面弾性波素子の電子部品として表面弾性波励振用コイル及びコンデンサーと計測用および計測結果の送信用電子回路であることを特徴とする表面弾性波伝搬情報送信素子である。

請求項７に対応する発明は、請求項１から３何れかの球状表面弾性波素子にアンテナが付属されていることを特徴とする表面弾性波伝搬情報送信素子である。

以上説明したように、請求項１に係る本発明によれば、電子部品の設置位置や方向などが、球状表面弾性波素子が球形であっても容易となった。

また、請求項２に係る本発明によれば、電子部品との電気的接続が、球状表面弾性波素子が球形であっても容易に可能となった。

また、請求項３に係る本発明によれば、電子部品との物理的接続が、球状表面弾性波素子が球形であっても容易に可能となった。

また、請求項４に係る本発明によれば、電子部品の特に方向決めが、球状表面弾性波素子が球形であっても容易となった。

また、請求項５に係る本発明によれば、請求項４の請求項１から３何れか記載の電子部品付球状表面弾性波素子の窪みが円形以外の形状であることを特徴とする電子部品付球状表面弾性波素子の容易な製造方法を提供することが可能になった。

また、請求項６に係る本発明によれば、配線精度や収率、信頼性の高い表面弾性波伝搬情報送信素子の提供が可能となった。

また、請求項７に係る本発明によれば、配線精度や収率、信頼性の高い表面弾性波伝搬情報送信素子の提供が可能となった。

また、請求項８に係る本発明によれば、配線精度や収率、信頼性の高い表面弾性波伝搬情報送信素子の提供が可能となった。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。

球状弾性表面波素子１０は、図１に示すように、圧電性の結晶球の表面にすだれ状電極１３を形成し、電気信号を印加することで結晶球表面に電界を生じさせ、弾性表面波を励起して、振動をすくなくとも伝搬面１１である円環状の領域に周回させ、周回する弾性表面波をすだれ状電極１３によって再び電気信号に変換することを特徴とする電子デバイスである。

通常の製造方法はたとえば結晶球３２を作成して、しかるる後に結晶球のＺ軸もしくはＣ軸と呼ばれる方位を地軸として赤道に双方向にすだれ状電極を形成することで製造することが出来る。結晶球としては水晶が一般的であるが、水晶以外にも圧電性の結晶であれば、多くの圧電結晶を用いて実現可能である。

結晶球のエッチング自体については、装飾品製造において、フォトリソを用いた、所定の場所についてのエッチングが通常行われていることは公知である。

ところで、球状弾性表面波素子１０は弾性表面波が結晶球表面に対して円環状に弾性表面波の周回する経路である伝搬面１１を有しており、この領域に弾性表面波の伝播を阻害する構造があったり、結晶球の欠損があると周回に伴い急速に強度が弱くなり、たとえばセンサーとしての利用では感度を得る事が困難になる。そこで、上記伝搬経路以外の部分にマスクを用いて図５に示すように、部分的なエッチングをおこなっても、弾性表面波の周回を阻害することはない。

次に、球状弾性表面波素子の表面に形成される電気音響変換素子は電子部品として使用されることから予想されるように、素子の直径が５ｍｍ以下となる。素子は前記した様に球形の少なくとも円環状の領域を必要とするが、それ以外の領域は弾性表面波のエネルギーが多くはなく基板への固定や、電極接合の為の表面として使用される。

ところで、たとえば結線をおこなおうとする際に、本願の結晶球を製造する為に表面の凹凸が通常１００ミクロン以下の平滑な面に加工がなされていることから、たとえば、超音波ボンダーを使っては、アンカー効果が働かず非常に密着性が弱く、振動が多い環境では剥離を起こすことから電気的な接続が保てず故障の原因となる。

これに対して、図６に示すように、レジスト３１を用いて弾性表面波周回経路以外や窪みの水晶球３２領域にエッチングを施し、表面を荒らすあるいは凹面（窪み１７）を形成することによれば、表面の凹凸によるアンカー効果から電気的な断線による故障の原因となりにくい。

図５に示す様に、環化ゴム−ビスアジド系レジストを用いて、直系３．３ｍｍの水晶球３２のＣ軸表面部位に対して、直径０．１ｍｍの円形の窓を開けて、適当な濃度の緩衝フッ酸を用いてエッチングを行った例を示す。８０時間後において、水晶の異方法性に従って三角に近い形状にエッチングがされていることがわかる。この方向は水晶のＭＭ軸方向であることが判っている。

別途用意した、埋め込み用電子部品を用いてシリコンウエハーから、マイクロマシン技術を用いて大量に切り出して作成する。図１は、ＲＦ−ＩＤ用に製造されたＩＣチップを埋め込んだ図である。

アンテナ結線用の端子があり、２箇所の球素子表面のアンテナ線に接続する。球表面に固定する為には導電ペーストなど有り触れた導電性の接着剤を使用することも出来る。

異方性エッチングによって三角形上にエッチングされるために、アンテナラインとの結線の際に、球素子の方位あわせが容易である。

ＲＦ−ＩＤは通常使用されるように非常に小さくあらかじめ基体に接着してアンテナ電極への接合用端子に接続している。

図２は上記部品を球状弾性表面波素子に接合した図である。本構成の素子は、すだれ状電極を用いて実際の球状弾性表面波素子として弾性表面波を周回させる前に、素子表面を液体処理する工程でＲＦ−ＩＤチップのＩＤ付与機能を使用するために、ＲＦ−ＩＤはそれが通信を行う為に必要なアンテナをすだれ状電極がかねている。

すだれ状電極を使用する際にはＩＤが破損する為にＲＦ−ＩＤ素子に接続される側の電極はアースする。

図３および図４に示すのは、一般にシリコン基板表面で形成したＩＣ回路を素子に埋め込場合の例である。球状弾性表面波素子のすだれ状電極は通常非常に高いインピーダンスを持っており、５０オーム計の回路に接続するに際してマッチング回路を必要とする。コンデンサーなどを実装した部品をこの基体に搭載して素子に接合すれば、外部に形成しなくてはならない電子回路が少なくてすむ。

現実には１００ＭＨｚ以上の高い周波数で弾性表面波を励起するために例えば水晶ではそのパターン周期が数十ミクロン以下の精細なパターンと成る。

本発明の実施形態にかかる電子部品付球状表面弾性波素子の斜視図である。同実施形態にかかる電子部品付球状表面弾性波素子の電子部品を接続した部分を示す斜視拡大図である。電子部品をＩＣ回路とした場合の実施形態にかかる電子部品付球状表面弾性波素子の製造途中におけるエッチング工程を示す工程説明図である。同実施形態にかかる電子部品付球状表面弾性波素子の電子部品を接続した部分を示す斜視拡大図である。以上各実施形態にかかる電子部品付球状表面弾性波素子の製造途中におけるエッチング工程を示す斜視図である。図５の実施形態にかかる電子部品付球状表面弾性波素子の製造途中におけるエッチング工程を示す工程説明図である。

符号の説明

１０…球状表面弾性波素子
１１…伝搬面
１２…球状部材
１３…すだれ状電極
１４…電極（ホット側）
１５…電極（アース側）
１６…導電ペースト
１７…窪み
１８…ＲＦ−ＩＤチップ
１９…アンテナ電極接合端子
２０…埋め込み基材
２１…ＩＣ回路
２２…シリコン基材
２３…結線用電極
３１…レジスト
３２…結晶球
３３…抵抗
３４…エッチング液

Claims

球状表面弾性波素子に窪みを有し、
前記窪みは、異方性エッチングにより得られたものであり、
前記窪みに前記球状表面弾性波素子における表面弾性波の励起や測定、測定結果の送信などを行うための電子部品を設置し、球状表面弾性波素子のすだれ状電極に接続されていることを特徴とする電子部品付球状表面弾性波素子。
請求項１記載の電子部品付球状表面弾性波素子の接続が物理的固定接続であることを特徴とする電子部品付球状表面弾性波素子。
請求項１または２記載の電子部品付球状表面弾性波素子の窪みが円形以外の形状であることを特徴とする電子部品付球状表面弾性波素子。
請求項３記載の電子部品付球状表面弾性波素子の製造方法において、球状表面弾性波素子に対してその窪みを異方性エッチングにより設ける工程、窪みの形状に従い位置合わせして前記球状表面弾性波素子における表面弾性波の励起や測定、測定結果の送信などを行うための電子部品を設置し、球状表面弾性波素子のすだれ状電極に接続する工程からなることを特徴とする電子部品付球状表面弾性波素子の製造方法。
請求項１から３何れかの球状表面弾性波素子の電子部品がコンデンサーおよびコイルであり、該コンデンサーがコイルと接続され外部回路より表面弾性波を励振計測できることを特徴とする表面弾性波伝搬情報送信素子。
請求項１から３何れかの球状表面弾性波素子の電子部品として表面弾性波励振用コイル及びコンデンサーと計測用および計測結果の送信用電子回路であることを特徴とする表面弾性波伝搬情報送信素子。
請求項１から３何れかの球状表面弾性波素子にアンテナが付属されていることを特徴とする表面弾性波伝搬情報送信素子。