JP2008187561A

JP2008187561A - 表面弾性波素子

Info

Publication number: JP2008187561A
Application number: JP2007020447A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kondo; 秀樹近藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2008-08-14

Abstract

【課題】配線パターンの上に直接にバンプを設けることができる表面弾性波素子を提供する。
【解決手段】圧電基板(4)と、圧電基板の表面上に形成され、圧電基板に生じる表面弾性波と電気信号とを相互に変換する機能を有した櫛歯電極(6,16)と、圧電基板の表面上に櫛歯電極を延長して形成された配線パターン(8,18)と、配線パターンの上に直接に設けられ、パッケージ基板の電極に接続される半田ボール(10,20)とを備え、櫛歯電極及び配線パターンは、銅銀合金を主成分として構成され、半田ボールは、錫と銀とを含んで、或いは、錫と亜鉛とを含んで構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、表面弾性波デバイスに用いられる表面弾性波素子に関するものである。

近年、携帯電話装置やテレビジョン受像器等の電子機器や通信装置には、共振子や帯域フィルタ等として表面弾性波デバイス（ＳＡＷ（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅ）デバイス）が採用されている。
この種のデバイスは表面弾性波素子を気密封止して構成されており、この素子には圧電基板の表面上に櫛歯電極（ＩＤＴ：ＩｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）、配線パターン及び配線パッド等が形成されている（例えば、特許文献１，２参照）。

詳しくは、図４に示されるように、圧電基板４０の上には櫛歯電極６０，１６０及び配線パターン８０，１８０の層が形成され、この層はアルミニウム（Ａｌ）を主成分として構成されている。次いで、この層の上には配線パッド９０がスパッタリング等にて形成され、さらに、この各パッド上にバンプ（例えば半田ボール）１００が突起電極として形成されている。そして、パッドが金（Ａｕ）等を主成分として構成されると、Ａｌを主成分とする櫛歯電極及び配線パターンがバンプから保護される。
また、配線パッドもＡｌを主成分として構成されている場合には、図５に示される如く、バンプ（例えば金バンプ）２００の下側に位置するパッド９０の下方にはＵＢＭ（ＵｎｄｅｒＢｕｍｐＭｅｔａｌ）９２が備えられ、櫛歯電極、配線パターン及び配線パッドが保護される。

特開２０００−２９９３５５号公報特開２００２−３４３８２７号公報

しかしながら、櫛歯電極及び配線パターンの層がＡｌを主成分として構成されている場合には配線パッドが少なくとも必要になり、これでは表面弾性波素子の製造期間が長くなり、製造コストの低廉化が困難になるとの問題がある。そこで、配線パッドを省略するための措置が必要になるが、従来の技術ではこの点については格別な配慮がなされていない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解消し、配線パターンの上に直接にバンプを設けることができる表面弾性波素子を提供することである。

上記目的を達成するための第１の発明は、圧電基板と、圧電基板の表面上に形成され、圧電基板に生じる表面弾性波と電気信号とを相互に変換する機能を有した櫛歯電極と、圧電基板の表面上に櫛歯電極を延長して形成された配線パターンと、配線パターンの上に直接に設けられ、パッケージ基板の電極に接続される半田ボールとを備え、櫛歯電極及び配線パターンは、銅銀合金を主成分として構成され、半田ボールは、錫と銀とを含んで構成されている。

第１の発明によれば、櫛歯電極と配線パターンとは銅銀合金を主成分とした同一成分で構成され、この銅銀合金は半田との相性が良く、また、櫛歯電極及び配線パターンの層がＡｌを主成分として構成された場合に比して保護しなくて良い。よって、従来の如く半田ボールと配線パターンとの間に配線パッドやＵＢＭが全く不要になり、表面弾性波素子の製造コストの低廉化が達成可能となる。

第２の発明は、第１の発明の構成において、半田ボールは、銅をさらに含み、銅が０．４５質量％から０．８５質量％とし、銀が２．８質量％から３．２質量％とし、錫が残率で構成されていることを特徴とする。
第２の発明によれば、第１の発明の作用に加えてさらに、半田ボールが錫、銀及び銅から構成され、銅銀合金を主成分とした櫛歯電極や配線パターンとの相性が非常に良いので、これら配線パターンと半田ボールとの接合強度が向上する。

第３の発明は、第１の発明と同様に、圧電基板と、櫛歯電極と、配線パターンと、半田ボールとを備えた構成において、櫛歯電極及び配線パターンは、銅銀合金を主成分として構成され、半田ボールは、錫と亜鉛とを含んで構成されている。
第３の発明によっても、櫛歯電極と配線パターンとは銅銀合金を主成分とした同一成分で構成され、この銅銀合金は半田との相性が良く、また、櫛歯電極及び配線パターンの層がＡｌを主成分として構成された場合に比して保護しなくて良い。よって、従来の如く半田ボールと配線パターンとの間に配線パッドやＵＢＭが全く不要になり、表面弾性波素子の製造コストの低廉化が達成可能となる。
しかも、当該半田を用いれば融点を下げることができるので、櫛歯電極や配線パターンの保護も図られる。

第４の発明は、第３の発明の構成において、半田ボールは、ビスマスをさらに含み、ビスマスが２．５質量％から３．５質量％とし、亜鉛が７．５質量％から８．５質量％とし、錫が残率で構成されていることを特徴とする。
第４の発明によれば、第１の発明の作用に加えてさらに、半田ボールが錫、亜鉛及びビスマスから構成されており、融点がより一層低くなる。これにより、パッケージ基板の電極に接合される際に、配線パターンに対する熱膨張に起因するストレス（歪み）が小さくて済むので、これら配線パターンと半田ボールとの接合強度がより一層確実に維持される。

第５の発明は、第１から第４の発明の表面弾性波素子において、送信機のフィルタに用いられることを特徴とする。
第５の発明によれば、第１の発明の作用に加えてさらに、送信機のフィルタに用いられる表面弾性波素子には大電力が流れ、熱が発生し得るが、櫛歯電極や配線パターンが銅銀合金を主成分として構成されていることから、耐電力性に優れ、好適である。

本発明によれば、素子の製造コストの低廉化が達成可能となる表面弾性波素子を提供することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は本実施例の表面弾性波素子２を示している。この素子２は後述するＳＡＷデバイスに内蔵される素子である。
当該素子２は圧電基板４を有しており、この基板４は、例えばＬＴ（タンタル酸リチウム：ＬｉＴａＯ_３）又はＬＮ（ニオブ酸リチウム：ＬｉＮｂＯ_３）で構成されている。

基板４の表面上には櫛歯電極６，１６及び配線パターン８，１８の層が形成されている。櫛歯電極６，１６は銅銀合金（Ｃｕ合金）を主成分として構成され、櫛歯電極６は、基部６ｂと、この基部６ｂから基板４の表面に沿って櫛歯状に延びる各櫛歯部６ａとを有している。また、櫛歯電極１６は、櫛歯電極６とほぼ同様の構成であり、基部１６ｂと、この基部１６ｂから基板４の表面に沿って櫛歯状に延びる各櫛歯部１６ａとを有しており、これら櫛歯部６ａと櫛歯部１６ａとは、一定の間隔を持って交互に配列されている。

そして、これら櫛歯電極６，１６では電歪効果を用い、機械量と電気量との変換が行われる。
一方、配線パターン８，１８は、基板４の表面上に形成され、導電性を有するいわゆる外周パターンと称される配線であり、櫛歯電極６，１６の各基部６ｂ，１６ｂをそれぞれ延長して形成され、櫛歯電極６，１６と同様に、銅銀合金（Ｃｕ合金）を主成分として構成されている。
なお、これら櫛歯電極６，１６及び配線パターン８，１８の層を構成するＣｕ合金は、銅（Ｃｕ）中に少量の銀（Ａｇ）や錫（Ｓｎ）等を含有して構成されており、例えば、約２．６ｗｔ％から約３．０ｗｔ％のＡｇやＳｎ等が添加される。

また、このパターン８，１８の上には半田ボール１０，１０が上述した配線パッドを形成させずに直接に設けられている。この各ボール１０はＳｎとＡｇとを含んで構成される鉛フリー半田で構成される。
より具体的には、本実施例のボール１０は、Ｓｎ及びＡｇの他、Ｃｕをさらに含んでおり、以下の組成式で示される。

ａＳｎ−ｂＡｇ−ｃＣｕ
ここで、ａ：残率、２．８ｗｔ％＜ｂ＜３．２ｗｔ％、０．４５ｗｔ％＜ｃ＜０．８５ｗｔ％である。

なぜならば、Ａｇが２．８ｗｔ％を下回ると、配線パターン８，１８と半田ボール１０との接合強度が維持困難になる一方、Ａｇが３．２ｗｔ％を上回ると、高価になるし、また、引け巣、つまり、ボール１０が後述するパッケージ基板の電極に接合された直後に、ボール１０のフィレット表面に細長いクラックの如くの巣が生じ易くなるからである。

また、Ｃｕが０．４５ｗｔ％を下回ると、融点が下がり難くなるのに対し、Ｃｕが０．８５ｗｔ％を上回ると、銅食われ、つまり、櫛歯電極６，１６や配線パターン８，１８の銅成分がボール１０に溶け出し易くなり、上記接合強度が維持困難になるからである。
これらＳｎ、Ａｇ及びＣｕの最適な値（ａ：ｂ：ｃ）は９６．５：３：０．５であり、このボール１０の融点は大気中で２１７℃から２１９℃の範囲になる。

ところで、一対の反射器２２は、表面弾性波の伝搬方向に対して略垂直方向に細長く延びた複数の電極を配列して構成され、表面弾性波の伝搬方向でみて櫛歯電極６，１６の両側に隣接配置されている。なお、この伝搬方向とは、表面弾性波が基板４の表面を伝搬する主要な方向を意味する。
ここで、上述した半田ボール１０は後述するパッケージ基板の電極に接続されており、この電極からは櫛歯電極６，１６のいずれかに高周波信号が入力される。

詳しくは、高周波信号が例えば配線パターン１８を経由して櫛歯電極１６に供給されると、櫛歯部１６ａは、この高周波信号による電界によって逆圧電効果を生じさせ、基板４の表面に変位を生じさせる。次いで、この基板４上には表面弾性波が生じ、主として上記伝搬方向に沿って伝搬する。なお、一対の反射器２２は、伝搬する表面弾性波を反射し、表面弾性波のエネルギーが外部に逃げるのを防止する。

続いて、表面弾性波は櫛歯部１６ａと対をなす櫛歯部６ａに伝達され、この櫛歯部６ａは、伝達された表面弾性波による基板４の表面の変位に基づく圧電効果によって、その変位に応じた特定帯域の周波数信号を検出する。この周波数信号は基部６ｂを経由して配線パターン８から取り出される。

上記の如く構成された表面弾性波素子２は、まず、基板４上に数十〜数百ｎｍのＣｕ合金膜が成膜される。なお、この成膜工程では、薄いＣｒ膜を形成した後、当該Ｃｕ合金膜を形成させ、その後、ＴｉＮ膜やＣｒ膜を形成させても良い。次いで、Ｃｕ合金膜をエッチングし、櫛歯電極６，１６、配線パターン８，１８及び反射器２２が形成される。そして、半田ボール１０が基板４の配線パターン８，１８上の適宜位置に形成され、上述した素子２となる。

その後、図３に示されるように、この素子２は裏返され、半田ボール１０とパッケージ基板３２の電極３４とがそれぞれ重ね合わされて接合される。詳しくは、ボール１０を電極３４に押し当てながら超音波が照射されることにより、ボール１０が電極３４に接合され、チップ実装が行われる。
そして、パッケージ基板３２に金属製のリッド３６を重ね合わせ、これら基板３２とリッド３６とをロウ付けにて素子２を気密封止すると、ＳＡＷデバイス１となる。これにより、櫛歯電極６，１６や配線パターン８，１８がＣｕ合金を主成分して構成されていても、従来と同様の耐蝕性が得られる。なお、この金属封止の他、樹脂封止であっても良い。

このように、表面弾性波素子２は気密封止によってＳＡＷデバイス１となり、本実施例のデバイス１は送信機のフィルタに用いられている。
ところで、上述した半田ボール１０は錫（Ｓｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含んで構成される鉛フリー半田で構成されていても良い。
より詳しくは、当該実施例のボール１０は、Ｓｎ及びＺｎの他、ビスマス（Ｂｉ）をさらに含んでおり、以下の組成式で示される。

ａＳｎ−ｂＺｎ−ｃＢｉ
ここで、ａ：残率、７．５ｗｔ％＜ｂ＜８．５ｗｔ％、２．５ｗｔ％＜ｃ＜３．５ｗｔ％である。

なぜならば、Ｚｎが７．５ｗｔ％を下回ると、融点が下がり難くなる一方、Ｚｎが８．５ｗｔ％を上回ると、劣化し易くなって上記接合強度が維持困難になるし、半田の広がり等を示す濡れ性が低下してその表面で球状になり、腐食の原因になるからである。
また、Ｂｉが２．５ｗｔ％を下回ると、融点が下がり難くなるし、濡れ性が低下するのに対し、Ｂｉが３．５ｗｔ％を上回ると、半田の凝固時に接合界面に偏りや不均一な層が形成される偏析が生じ易くなって上記接合強度が維持困難になるからである。

これらＳｎ、Ｚｎ及びＢｉの最適な値（ａ：ｂ：ｃ）は８９：８：３であり、このボール１０の融点は窒素雰囲気中で１８９℃から１９９℃の範囲に抑えられる。また、窒素雰囲気中で実施すれば、Ｚｎが酸化せず、亜鉛酸化層が形成されなくなって接合強度の低下が抑えられる。

以上のように、本発明は、Ｃｕ合金で構成された層に直接に半田を形成してチップ実装する点に着目したものである。

そして、各実施例によれば、櫛歯電極６，１６と配線パターン８，１８とはＣｕ合金を主成分とした同一成分で構成され、このＣｕ合金は半田ボール１０との相性が良く、また、櫛歯電極及び配線パターンの層がＡｌを主成分として構成された場合に比して保護しなくて良い。よって、従来の如く半田ボールと配線パターンとの間に配線パッドやＵＢＭが全く不要になり、表面弾性波素子２の製造期間が短縮されて製造コストの低廉化が達成可能となるし、デバイス１に対して気密封止すれば、素子２の信頼性も確保可能となる。

また、ボール１０がＳｎ、Ａｇ及びＣｕ、或いは、Ｓｎ、Ｚｎ及びＢｉから構成され、Ｃｕ合金を主成分とした櫛歯電極６，１６や配線パターン８，１８との相性が良いので、これら配線パターン８，１８とボール１０との接合強度が向上する。

しかも、後者のＳｎ、Ｚｎ及びＢｉで構成されたボール１０を用いれば、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕで構成されたボールよりも融点を下げることができるので、櫛歯電極６，１６や配線パターン８，１８の保護も図られるし、パッケージ基板３２の電極３４に接合される際に、配線パターン８，１８に対する熱膨張に起因するストレス（歪み）が小さくて済むので、これら配線パターン８，１８とボール１０との接合強度がより一層確実に維持される。

さらに、送信機のフィルタに用いられる素子２には大電力が流れ、熱が発生し得るが、櫛歯電極６，１６や配線パターン８，１８がＣｕ合金を主成分として構成されているので、Ａｌを主成分として構成された場合に比して抵抗が小さくなって耐電力性に優れる。すなわち、高電圧がかかってもパターンに影響を及ぼさなくなり、好適である。
本発明は、上記実施の形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。

例えば、上記実施例では表面弾性波素子として送信機のフィルタに具現化した例を示しているが、本発明の表面弾性波素子は携帯電話装置やテレビジョン受像器などの電子機器や通信装置において、共振子や帯域フィルタにも当然に適用可能である。

本実施例に係る表面弾性波素子の平面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。図１の表面弾性波素子を用いたＳＡＷデバイスの断面図である。従来における表面弾性波素子の断面図である。従来における他の表面弾性波素子の断面図である。

符号の説明

１ＳＡＷデバイス
２表面弾性波素子
４圧電基板
６櫛歯電極
８配線パターン
１０半田ボール
１６櫛歯電極
１８配線パターン
２０半田ボール
３２パッケージ基板
３４電極

Claims

圧電基板と、
前記圧電基板の表面上に形成され、前記圧電基板に生じる表面弾性波と電気信号とを相互に変換する機能を有した櫛歯電極と、
前記圧電基板の表面上に前記櫛歯電極を延長して形成された配線パターンと、
前記配線パターンの上に直接に設けられ、パッケージ基板の電極に接続される半田ボールとを備え、
前記櫛歯電極及び前記配線パターンは、銅銀合金を主成分として構成され、
前記半田ボールは、錫と銀とを含んで構成されている
ことを特徴とする表面弾性波素子。
請求項１に記載の表面弾性波素子において、
前記半田ボールは、銅をさらに含み、前記銅が０．４５質量％から０．８５質量％とし、前記銀が２．８質量％から３．２質量％とし、前記錫が残率で構成されていることを特徴とする表面弾性波素子。
圧電基板と、
前記圧電基板の表面上に形成され、前記圧電基板に生じる表面弾性波と電気信号とを相互に変換する機能を有した櫛歯電極と、
前記圧電基板の表面上に前記櫛歯電極を延長して形成された配線パターンと、
前記配線パターンの上に直接に設けられ、パッケージ基板の電極に接続される半田ボールとを備え、
前記櫛歯電極及び前記配線パターンは、銅銀合金を主成分として構成され、
前記半田ボールは、錫と亜鉛とを含んで構成されている
ことを特徴とする表面弾性波素子。
請求項３に記載の表面弾性波素子において、
前記半田ボールは、ビスマスをさらに含み、前記ビスマスが２．５質量％から３．５質量％とし、前記亜鉛が７．５質量％から８．５質量％とし、前記錫が残率で構成されていることを特徴とする表面弾性波素子。
請求項１から４のいずれか一項に記載の表面弾性波素子において、
送信機のフィルタに用いられることを特徴とする表面弾性波素子。