JP7711966B2 - 弾性波デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、弾性波デバイスおよびその製造方法に関する。詳しくはＳＨ波を用いる弾性表面波デバイスやＢＡＷを用いるＦＢＡＲであり、例えば、デュプレクサまたはマルチプレクサに関する。

スマートフォンを代表とする移動通信端末の高周波通信用システムにおいて、通信に使用する周波数帯以外の不要な信号を除去するために、高周波フィルタ等が用いられている。

高周波フィルタ等には、弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ）素子等を有する弾性波デバイスが用いられている。ＳＡＷ素子は、圧電基板上に一対の櫛型電極を有するＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を形成した素子である。

例えば、弾性表面波デバイスは、以下のように製造される。まず、弾性波を伝搬させる圧電基板とこの圧電基板よりも小さな熱膨張係数を持つ支持基板とを接合した多層膜基板を作成する。次に、その多層膜基板にフォトリソグラフィ技術を用いて多数のＩＤＴ電極を形成し、その後、ダイシングにより所定のサイズに切り出して弾性表面波デバイスとする。この製造方法では、多層膜基板を利用することにより、温度が変化したときの圧電基板の大きさの変化が支持基板により抑制されるため、弾性波デバイスとしての周波数特性が安定化する。

特許文献１には、弾性波デバイスに関する技術の一例が開示されている。

特開２０１９－５４３５４

本開示が解決しようとする主たる課題について説明する。

バンドパスフィルタやデュプレクサなどの弾性波デバイスにおいては、ＳＡＷフィルタなどのデバイスチップが、配線基板にフリップチップボンディングされている。

ＳＡＷフィルタを構成する共振器が機械的振動をするための中空領域を形成して、合成樹脂や金属などにより封止する。封止部と配線基板が剥離することを防止するため、封止部と配線基板の密着性は高いことが望まれる。また、封止された中空領域への水分の浸入を抑制するため、封止部と配線基板の密着性が高いことが望まれる。

また、所望の周波数帯の電気信号が通過するメタルパターンは、外部からの電磁波により干渉を受けることがある。したがって、シールド効果が高い構造が望まれる。

また、弾性波デバイスは、より小型化が要請される。配線基板のパッドのシールド効果を高めるため、周囲をメタルパターンで囲うと、配線基板が大型化してしまう。また、配線基板の外延部のメタルパターンが多すぎると、封止部と配線基板の密着性が低下し、配線基板と封止部の剥離につながる恐れがある。

本開示は、上記課題に鑑みなされたものであり、小型で、信号ラインのシールド効果およびグランド電極をより強化し、かつ、封止部と配線基板の密着性に優れた特性の弾性波デバイスを提供することを目的とする。

本開示にかかる弾性波デバイスは、
実装面を有する配線基板と、
前記実装面に形成されたグランド電極、アンテナ用パッド、送信用パッド、受信用パッド、前記アンテナ用パッドを囲うアンテナ用メタルリング、前記送信用パッドを囲う送信用メタルリングおよび前記受信用パッドを囲う受信用メタルリングと、
前記配線基板上に実装されるデバイスチップと
を備え、
前記アンテナ用メタルリング、前記送信用メタルリングおよび前記受信用メタルリングは、前記グランド電極と接続しており、
前記配線基板の外延から前記グランド電極までの平均距離は、前記配線基板の外延から前記アンテナ用メタルリング、前記送信用メタルリングおよび前記受信用メタルリングまでの平均距離よりも長い、弾性波デバイスとした。

前記実装面は、インダクタ用パッドと前記インダクタ用パッドを囲うインダクタ用メタルリングを備えることが、本開示の一形態とされる。

前記デバイスチップを前記配線基板とともに封止する封止部を備え、
前記封止部は、前記アンテナ用パッドと前記アンテナ用メタルリングの間における絶縁領域に接合していることが、本開示の一形態とされる。

前記デバイスチップを前記配線基板とともに封止する封止部を備え、
前記封止部は、前記送信用パッドと前記送信用メタルリングの間における絶縁領域および前記受信用パッドと前記受信用メタルリングの間における絶縁領域にそれぞれ接合していることが、本開示の一形態とされる。

前記配線基板の辺の外延から前記送信用メタルリングまでの最短距離は、前記配線基板の角の外延から前記送信用メタルリングまでの最短距離よりも短いことが、本発明の一形態とされる。

前記配線基板の辺の外延から前記受信用メタルリングまでの最短距離は、前記配線基板の角の外延から前記受信用メタルリングまでの最短距離よりも短いことが、本発明の一形態とされる。

前記アンテナ用メタルリングの厚みは、１０μｍ～３５μｍであることが、本発明の一形態とされる。

前記送信用メタルリングおよび前記受信用メタルリングの厚みは、１０μｍ～３５μｍであることが、本発明の一形態とされる。

前記デバイスチップは、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムまたは水晶からなる圧電基板を含むことが、本発明の一形態とされる。

前記デバイスチップは、サファイア、シリコン、アルミナ、スピネル、窒化珪素、アルミナイトライド、酸化アルミニウム、炭化珪素、酸窒化珪素、ダイヤモンド、水晶またはガラスからなることが、本発明の一形態とされる。

前記弾性波デバイスを備えるモジュールが、本発明の一形態とされる。

本開示によれば、より放熱性がよく、封止部と配線基板の密着性に優れ、かつ、所望の周波数帯の電気信号が通過するメタルパターンと、所望の周波数帯の電気信号が通過しないメタルパターンとのカップリングが発生しにくい優れた特性の弾性波デバイスを提供できる。

図１は、実施の形態１にかかる弾性波デバイス１を示す断面図である。 図２は、実施の形態１にかかる弾性波デバイス１の配線基板３の実装面の概略図である。 図３は、実施の形態１にかかる弾性波デバイスの弾性波素子５０の例を示す図である。 図４は、実施の形態１にかかる弾性波デバイス１が適用されるモジュールの縦断面図である。

実施の形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略される。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる弾性波デバイス１を示す断面図である。

図１に示すように、弾性波デバイス１は、配線基板３、外部接続端子３１、デバイスチップ５、バンプ１５および封止部１７を備える。

例えば、配線基板３は、樹脂からなる多層基板である。例えば、配線基板３は、複数の誘電体層からなる低温同時焼成セラミックス（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ－ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ：ＬＴＣＣ）多層基板である。

外部接続端子３１は、配線基板３の実装面とは反対の主面に複数形成される。

配線基板３の実装面上には、グランド電極２０、送信用パッド２２、受信用パッド２３、送信用パッド２２を囲う送信用メタルリング２５、受信用パッド２３を囲う受信用メタルリング２６が形成されている。

バンプ１５は、電極パッド９のそれぞれの上面に形成される。例えば、バンプ１５は、金バンプである。例えば、バンプ１５の高さは、１０μｍから５０μｍである。

配線基板３とデバイスチップ５の間は、空隙１６が形成されている。

デバイスチップ５は、バンプ１５を介して、配線基板３にフリップチップボンディングにより実装される。デバイスチップ５は、複数のバンプ１５を介して複数のパッドと電気的に接続される。

デバイスチップ５は、弾性波素子５０が形成される基板である。例えば、デバイスチップ５の主面において、複数の弾性波素子５０を含む、送信用フィルタと受信用フィルタとが形成される。

送信用フィルタは、所望の周波数帯域の電気信号が通過し得るように形成される。例えば、送信用フィルタは、複数の直列共振器と複数の並列共振器からなるラダー型フィルタである。

受信用フィルタは、所望の周波数帯域の電気信号が通過し得るように形成される。例えば、受信用フィルタは、ラダー型フィルタである。

デバイスチップ５は、圧電基板１１、支持基板１３を備える。圧電基板１１は、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムまたは水晶などの圧電単結晶で形成された基板である。別の例では、圧電基板１１は、圧電セラミックスで形成された基板である。

圧電基板１１の厚みは、例えば、０．３μｍから５μｍとすることができる。

支持基板１３は、例えば、サファイア、シリコン、アルミナ、スピネル、窒化珪素、アルミナイトライド、酸化アルミニウム、炭化珪素、酸窒化珪素、ダイヤモンド、水晶、ガラスなどで形成することができる。支持基板１３は、熱膨張係数が小さいほどよい。弾性波デバイス１の温度特性が向上するからである。

支持基板１３の厚みは、例えば、５０μｍから２００μｍとすることができる。

封止部１７は、デバイスチップ５を覆うように形成される。デバイスチップ５は、配線基板３と封止部１７により、気密封止されている。例えば、封止部１７は、合成樹脂等の絶縁体により形成される。例えば、封止部１７は、金属で形成される。

封止部１７が合成樹脂で形成される場合、当該合成樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミドなどである。好ましくは、封止部１７は、エポキシ樹脂を用い、低温硬化プロセスを用いてエポキシ樹脂で形成される。

図１に示すように、封止部１７は、送信用パッド２２と送信用メタルリング２５の間における絶縁領域１７Ｔｘに接合している。また、封止部１７は、受信用パッド２３と受信用メタルリング２６の間における絶縁領域１７Ｒｘに接合している。これにより、配線基板３と封止部１７の密着性は向上する。

図２は、実施の形態１にかかる弾性波デバイス１の配線基板３の実装面の概略図である。図２に示すように、配線基板３の実装面は、グランド電極２０、アンテナ用パッド２１、送信用パッド２２、受信用パッド２３、アンテナ用パッド２１を囲うアンテナ用メタルリング２４、送信用パッド２２を囲う送信用メタルリング２５、受信用パッド２３を囲う受信用メタルリング２６、インダクタ用パッド２７およびインダクタ用パッド２７を囲うインダクタ用メタルリング２８を備える。

図２に示すように、アンテナ用メタルリング２４、送信用メタルリング２５、受信用メタルリング２６およびインダクタ用メタルリング２８は、アンテナ用パッド２１、送信用パッド２２、受信用パッド２３およびインダクタ用パッド２７をそれぞれ囲んでいる。これにより、アンテナ用パッド２１、送信用パッド２２、受信用パッド２３を通過する電気信号についてシールド効果が強化される。

グランド電極２０、アンテナ用パッド２１、送信用パッド２２、受信用パッド２３、アンテナ用パッド２１を囲うアンテナ用メタルリング２４、送信用パッド２２を囲う送信用メタルリング２５、受信用パッド２３を囲う受信用メタルリング２６、インダクタ用パッド２７およびインダクタ用パッド２７を囲うインダクタ用メタルリング２８の厚みは、例えば、１０μｍから３５μｍである。１５μｍから３０μｍの厚みがより望ましい。発明者らの試作した弾性波デバイス１は、これらの厚みが１５μｍであった。特に５ギガ、サブ６ギガ帯などの高周波用途の弾性波デバイスにおいて、このような厚みを有する各パッドは、横方向（厚み方向に対する垂直な方向）からの電気的な干渉を受ける。そのため、各メタルリングで各パッドを囲うことが望まれる。

さらに、図２に示すように、アンテナ用メタルリング２４、送信用メタルリング２５、受信用メタルリング２６、インダクタ用メタルリング２８は、グランド電極２０と接続している。これにより、アンテナ用パッド２１、送信用パッド２２、受信用パッド２３を通過する電気信号についてさらにシールド効果が強化される。

グランド電極２０、アンテナ用パッド２１、送信用パッド２２、受信用パッド２３、アンテナ用パッド２１を囲うアンテナ用メタルリング２４、送信用パッド２２を囲う送信用メタルリング２５、受信用パッド２３を囲う受信用メタルリング２６、インダクタ用パッド２７およびインダクタ用パッド２７を囲うインダクタ用メタルリング２８は、例えば、銅または銅を含む合金で形成される。

図２に示すように、配線基板３の外延からグランド電極２０までの距離Ａおよび平均の距離は、配線基板３の外延からアンテナ用メタルリング２４までの距離Ｂおよび平均の距離よりも長い。配線基板３の外延からグランド電極２０までの距離Ａおよび平均距離は、配線基板３の外延から送信用メタルリング２５までの距離Ｃおよび平均距離よりも長い。線基板３の外延からグランド電極２０までの距離Ａおよび平均距離は、配線基板３の外延から受信用メタルリング２６までの距離Ｄおよび平均距離よりも長い。

発明者らの試作した弾性波デバイス１は、配線基板３の外延からグランド電極２０までの平均の距離は、約７５μｍであった。配線基板３の外延からアンテナ用メタルリング２４までの平均距離は、１５μｍであった。配線基板３の外延から送信用メタルリング２５までの平均距離は、１５μｍであった。配線基板３の外延から受信用メタルリング２６までの平均距離は、１５μｍであった。

図２に示すように、配線基板３の外延から送信用メタルリング２５までの最短距離は、配線基板３の角の外延から送信用メタルリング２５までの最短距離Ｅよりも短い。発明者らの試作した弾性波デバイス１は、配線基板３の外延から送信用メタルリング２５までの最短距離は１５μｍ、最短距離Ｅは７５μｍであった。

配線基板３の外延から受信用メタルリング２６までの最短距離は、配線基板３の角の外延から受信用メタルリング２６までの最短距離Ｆよりも短い。発明者らの試作した弾性波デバイス１は、配線基板３の外延から受信用メタルリング２６までの最短距離は１５μｍ、最短距離Ｆは７５μｍであった。

送信用パッド２２の角部や、受信用パッド２３の角部は、電気的な干渉を受けにくい。一方で、配線基板３の角部は、配線基板３と封止部１７の剥離の起点となりやすい。よって、配線基板３の角部においては、封止部と密着性の良い樹脂部の面積を大きくとることで、少ないデメリットを受け入れつつ、大きなメリットを享受している。

次に、図３を用いて、圧電基板１１上に形成された弾性波素子の例を説明する。図３は、実施の形態１にかかる弾性波デバイスの弾性波素子５０の例を示す図である。

図３に示されるように、ＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）５１と一対の反射器５２とは、圧電基板１１の主面に形成される。ＩＤＴ電極５１と一対の反射器５２は、弾性波（主にＳＨ波）を励振し得るように設けられる。

例えば、ＩＤＴ電極５１と一対の反射器５２とは、アルミニウムと銅の合金で形成される。例えば、ＩＤＴ電極５１と一対の反射器５２とは、アルミニウム、モリブデン、イリジウム、タングステン、コバルト、ニッケル、ルテニウム、クロム、ストロンチウム、チタン、パラジウム、銀などの適宜の金属もしくはこれらの合金で形成される。

例えば、ＩＤＴ電極５１と一対の反射器５２とは、複数の金属層が積層した積層金属膜により形成される。例えば、ＩＤＴ電極５１と一対の反射器５２との厚みは、１５０ｎｍから４５０ｎｍである。

ＩＤＴ電極５１は、一対の櫛形電極５１ａを備える。一対の櫛形電極５１ａは、互いに対向する。櫛形電極５１ａは、複数の電極指５１ｂとバスバー５１ｃとを備える。

複数の電極指５１ｂは、長手方向を合わせて配置される。バスバー５１ｃは、複数の電極指５１ｂを接続する。

一対の反射器５２の一方は、ＩＤＴ電極５１の一側に隣接する。一対の反射器５２の他方は、ＩＤＴ電極５１の他側に隣接する。

以上で説明された実施の形態１によれば、小型で、信号ラインのシールド効果およびグランド電極をより強化し、かつ、封止部と配線基板の密着性に優れた特性の弾性波デバイスを提供することができる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態１にかかる弾性波デバイス１が適用されるモジュールの縦断面図である。なお、実施の形態１の部分と同一又は相当部分には同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。

図４において、モジュール１００は、配線基板１３０と複数の外部接続端子１３１と集積回路部品ＩＣと弾性波デバイス１とインダクタ１１１と封止部１１７とを備える。

複数の外部接続端子３１は、配線基板１３０の下面に形成される。複数の外部接続端子１３１は、予め設定された移動通信端末のマザーボードに実装される。

例えば、集積回路部品ＩＣは、配線基板１３０の内部に実装される。集積回路部品ＩＣは、スイッチング回路とローノイズアンプとを含む。

弾性波デバイス１は、配線基板１３０の主面に実装される。

インダクタ１１１は、配線基板１３０の主面に実装される。インダクタ１１１は、インピーダンスマッチングのために実装される。例えば、インダクタ１１１は、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ（ＩＰＤ）である。

封止部１１７は、弾性波デバイス１を含む複数の電子部品を封止する。

以上で説明された実施の形態２によれば、モジュール１００は、弾性波デバイス１を備える。このため、小型で、信号ラインのシールド効果およびグランド電極をより強化し、かつ、封止部と配線基板の密着性に優れた特性の弾性波デバイスを備えるモジュールを提供できる。

少なくとも一つの実施形態のいくつかの側面が説明されたが、様々な改変、修正および改善が当業者にとって容易に想起されることを理解されたい。かかる改変、修正および改善は、本開示の一部となることが意図され、かつ、本開示の範囲内にあることが意図される。

理解するべきことだが、ここで述べられた方法および装置の実施形態は、上記説明に記載され又は添付図面に例示された構成要素の構造および配列の詳細への適用に限られない。方法および装置は、他の実施形態で実装し、様々な態様で実施又は実行することができる。

特定の実装例は、例示のみを目的としてここに与えられ、限定されることを意図しない。

本開示で使用される表現および用語は、説明目的であって、限定としてみなすべきではない。ここでの「含む」、「備える」、「有する」、「包含する」およびこれらの変形の使用は、以降に列挙される項目およびその均等物並びに付加項目の包括を意味する。

「又は（若しくは）」の言及は、「又は（若しくは）」を使用して記載される任意の用語が、当該記載の用語の一つの、一つを超える、およびすべてのものを示すように解釈され得る。

前後左右、頂底上下、横縦、表裏への言及は、いずれも、記載の便宜を意図する。当該言及は、本開示の構成要素がいずれか一つの位置的又は空間的配向に限られるものではない。したがって、上記説明および図面は、例示にすぎない。

１ 弾性波デバイス、 ３ 配線基板、 ５ デバイスチップ
１１ 圧電基板、 １３ 支持基板、 １７ 封止部、 ５０ 弾性波素子
２０ グランド電極、 ２１ アンテナ用パッド、 ２２ 送信用パッド
２３受信用パッド
２４ アンテナ用メタルリング、 ２５ 送信用メタルリング
２６ 受信用メタルリング
２７ インダクタ用パッド、 ２８ インダクタ用メタルリング
１００ モジュール、 １１１ インダクタ、 １１７ 封止部
１３０ 配線基板

Claims (11)

1. 実装面を有する配線基板と、
   前記実装面に形成されたグランド電極、アンテナ用パッド、送信用パッド、受信用パッド、前記アンテナ用パッドを囲うアンテナ用メタルリング、前記送信用パッドを囲う送信用メタルリングおよび前記受信用パッドを囲う受信用メタルリングと、
   前記配線基板上に実装されるデバイスチップと
   を備え、
   前記アンテナ用メタルリング、前記送信用メタルリングおよび前記受信用メタルリングは、前記グランド電極と接続しており、
   前記配線基板の外延から前記グランド電極までの平均距離は、前記配線基板の外延から前記アンテナ用メタルリング、前記送信用メタルリングおよび前記受信用メタルリングまでの平均距離よりも長い、弾性波デバイス。
2. 前記実装面は、インダクタ用パッドと前記インダクタ用パッドを囲うインダクタ用メタルリングを備える請求項１に記載の弾性波デバイス。
3. 前記デバイスチップを前記配線基板とともに封止する封止部を備え、
   前記封止部は、前記アンテナ用パッドと前記アンテナ用メタルリングの間における絶縁領域に接合している請求項１に記載の弾性波デバイス。
4. 前記デバイスチップを前記配線基板とともに封止する封止部を備え、
   前記封止部は、前記送信用パッドと前記送信用メタルリングの間における絶縁領域および前記受信用パッドと前記受信用メタルリングの間における絶縁領域にそれぞれ接合している請求項１に記載の弾性波デバイス。
5. 前記配線基板の辺の外延から前記送信用メタルリングまでの最短距離は、前記配線基板の角の外延から前記送信用メタルリングまでの最短距離よりも短い請求項１に記載の弾性波デバイス。
6. 前記配線基板の辺の外延から前記受信用メタルリングまでの最短距離は、前記配線基板の角の外延から前記受信用メタルリングまでの最短距離よりも短い請求項１に記載の弾性波デバイス。
7. 前記アンテナ用メタルリングの厚みは、１０μｍ～３５μｍである請求項１に記載の弾性波デバイス。
8. 前記送信用メタルリングおよび前記受信用メタルリングの厚みは、１０μｍ～３５μｍである請求項１に記載の弾性波デバイス。
9. 前記デバイスチップは、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムまたは水晶からなる圧電基板を含む請求項１に記載の弾性波デバイス。
10. 前記デバイスチップは、サファイア、シリコン、アルミナ、スピネル、窒化珪素、アルミナイトライド、酸化アルミニウム、炭化珪素、酸窒化珪素、ダイヤモンド、水晶またはガラスからなる支持基板を含む請求項１に記載の弾性波デバイス。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを備えるモジュール。