JP2011171848A

JP2011171848A - 弾性波デバイス

Info

Publication number: JP2011171848A
Application number: JP2010031712A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsuda; 隆志松田; Kazunori Inoue; 和則井上
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】弾性波デバイスチップ間のアイソレーション特性を向上させること。
【解決手段】基板１０と、前記基板上にフリップチップ実装された複数の弾性波デバイスチップ２０、２２と、前記複数の弾性波デバイスチップの一部の側面から前記基板までを金属を用い封止する封止部１８と、を具備し、前記複数の弾性波デバイスチップの内少なくとも１つにおいて、前記封止部に接する少なくとも１つの側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も近い距離Ｌ２が、前記封止部に接しない側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も近い距離Ｌ１より長いことを特徴とする弾性波デバイス。
【選択図】図３

Description

本発明は、弾性波デバイスに関し、例えば弾性波デバイスチップを金属を用い封止した弾性波デバイスに関する。

弾性波デバイスは、移動体通信端末のフィルタやデュープレクサとして用いられる。例えば、小型化のため、パッケージ基板に弾性波デバイスチップを実装し、弾性波デバイスチップを半田で封止した弾性波デバイスが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００６−２０３１４９号公報

複数の弾性波デバイスチップを半田等の金属で封止した場合、弾性波デバイスチップに設けられた弾性波デバイス間のアイソレーション特性が悪化する場合がある。

本弾性波デバイスは、弾性波デバイスチップ間のアイソレーション特性を向上させることを目的とする。

例えば、基板と、前記基板上にフリップチップ実装された複数の弾性波デバイスチップと、前記複数の弾性波デバイスチップの一部の側面から前記基板までを金属を用い封止する封止部と、を具備し、前記複数の弾性波デバイスチップの内少なくとも１つにおいて、前記封止部に接する少なくとも１つの側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も近い距離が、前記封止部に接しない側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も近い距離より長いことを特徴とする弾性波デバイスを用いる。

本弾性波デバイスによれば、弾性波デバイスチップ間のアイソレーション特性を向上させることができる。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図および断面図である。図２は、実施例２に係る弾性波デバイスの回路図である。図３は、弾性波デバイスチップの例を示す平面図である。図４は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図である。図５（ａ）から図５（ｃ）は、比較例１および実施例２のシミュレーション結果を示す図である。図６は、距離Ｌに対する送信帯域内でのアイソレーションの最悪値を示した図である。図７は、実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である図８（ａ）から図８（ｃ）は、比較例１、実施例２および実施例３のシミュレーション結果を示す図である。図９（ａ）から図９（ｃ）は、比較例１と実施例４において深さＤを変化させた場合とのシミュレーション結果を示す図である。

以下、図面を参照に本発明に係る実施例について説明する。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイス１００の平面図および断面図である。図１（ａ）においては、上面の封止部を透視して図示している。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）のように、絶縁性基板１０に弾性波デバイスチップ２０および２２並びに整合回路チップ２４がフリップチップ実装されている。弾性波デバイスチップ２０および２２並びに整合回路チップ２４のパッドと基板１０上に形成された配線１４とがバンプを用い電気的に接続されている。弾性波デバイスチップ２０および２２並びに整合回路チップ２４の各チップの少なくとも１つの側面に接するように封止部１８が形成されている。封止部１８は、金属（例えば半田）を用い弾性波デバイスチップ２０および２２並びに整合回路チップ２４を弾性波デバイスチップの表面に空間１７が生じるように封止している。基板１０上にはパターン１２が形成されており、封止部１８はパターン１２上に形成されている。

絶縁性基板１０は、例えば樹脂またはセラミック基板であり、複数の層を備え、その層間に配線を備える。弾性波デバイスチップは、例えばＬｉＮｂＯ_３またはＬｉＴａＯ_３等の圧電基板であり、弾性表面波素子が形成されている。整合回路チップ２４は、例えばＳｉ基板またはガラス基板にインダクタやキャパシタ等の受動素子が形成された集積化受動素子である。バンプ１６には例えばＡｕや半田を用いることができる。封止部１８にはＡｇＳｎ等の半田を用いることができる。封止部１８に半田を用いることにより、特許文献１に記載のように、簡単に封止部１８を形成することができる。なお、弾性波デバイスチップ２０および２２並びに整合回路チップ２４の上面は半田でなく金属板または絶縁性板で覆われていてもよい。配線１４およびパターン１２は金属であり、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、ＷまたはＮｉ等を用いることができる。

この構造においては、弾性波デバイスチップ２０および２２の表面に空間１７が設けられているため、弾性波デバイスの機能領域（例えば、弾性波表面素子の櫛型電極等）が空間に面し、機能領域の振動が規制されることが抑制できる。また、封止部１８が金属を用い弾性波デバイスチップ２０および２２並びに整合回路チップ２４を封止するため、弾性波デバイスチップ２０および２２並びに整合回路チップ２４がシールドされる。さらに、樹脂等を用い封止するのに比べ、気密性が高くなる。

図２は、実施例１に係る弾性波デバイス１００の回路図である。弾性波デバイス１００は、送信フィルタ３０、受信フィルタ３２および整合回路３４を備えたデュープレクサである。送信フィルタ３０はアンテナ端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に接続されている。受信フィルタ３２はアンテナ端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘ１およびＲｘ２との間に接続されている。整合回路３４がアンテナ端子Ａｎｔと受信フィルタ３２との間に接続されている。送信フィルタ３０は、送信端子Ｔｘから入力した送信帯域の送信信号を通過させ、送信帯域以外の周波数の信号（例えば受信帯域の信号）を減衰させる。整合回路３４は、送信信号を通過させず、受信信号を通過させるようにインピーダンス整合されている。整合回路３４は、アンテナ端子Ａｎｔからの不平衡信号を平衡信号に変換するバランとしての機能を備えている。受信フィルタ３２は、整合回路３４から入力した受信帯域の受信信号を受信端子Ｒｘ１およびＲｘ２に通過させ、受信帯域以外の周波数の信号（例えば送信帯域の信号）を減衰させる。

図２のような回路構成により、送信端子Ｔｘから入力した信号はアンテナ端子Ａｎｔから出力される。一方、アンテナ端子Ａｎｔから入力した受信信号は受信端子Ｒｘ１およびＲｘ２から平衡信号として出力される。実施例１では、送信フィルタ３０、受信フィルタ３２および整合回路３４は、それぞれ弾性波デバイスチップ２０および２２並びに整合回路チップ２４に形成されている。

図３は、弾性波デバイスチップの例を示す平面図である。図１（ｂ）の基板１０側から弾性波デバイスチップ２０を視た図である。圧電基板表面に、Ａｌ等の金属パターンが形成されている。金属パターンとしては、例えばＩＤＴ（Interdigital Transducer）、反射器Ｒ０、パッド３７および配線３９等がある。ＩＤＴと、ＩＤＴの両側に設けられた反射器Ｒ０とから共振器が形成される。パッド３７にはフリップチップ実装用のバンプ１６が設けられている。配線３９は、共振器間または共振器とバンプとを電気的に接続している。入出力用パッドＩｎ／Ｏｕｔ１と入出力用パッドＩｎ／Ｏｕｔ２との間に直列共振器Ｓ１〜Ｓ３が直列に接続されている。直列共振器Ｓ１とＳ２との間の配線とグランドパッドＧｎｄとの間に並列共振器Ｐ１とＰ２が並列に接続されている。入出力パッドＩｎ／Ｏｕｔ２とグランドパッドＧｎｄとの間に並列共振器Ｐ３が接続されている。このように、弾性波デバイスチップ２０には、ラダー型フィルタが形成されている。

弾性波デバイスチップ２０のうち封止部１８に接する側面から金属パターンまでの最も近い距離Ｌ２は、封止部１８に接しない側面から金属パターンまでの最も近い距離Ｌ１より長い。なお、距離Ｌ１は、例えば弾性波デバイスチップを分離する際のダンシングの切りしろであり、例えば２０μｍ程度である。

封止部１８により封止された弾性波デバイスチップ２０および２２に形成された送信フィルタ３０および受信フィルタ３２間のアイソレーション特性の劣化は、封止部１８が完全に接地されていれば生じない。図１（ｂ）において、封止部１８の接地（または、定電位への接続）は、基板１０に設けられたビア配線等により行なう。弾性波デバイスの小型化のためには、封止部１８を薄くすることになり、封止部１８を接地するためのビア配線は小さく、かつビア配線の数は少なくなる。このため、封止部１８の接地は不十分となる。発明者等の解析の結果、例えば封止部１８の接地が不十分な場合、封止部１８を介し送信フィルタ３０と受信フィルタ３２間が電気的に結合し、アイソレーション特性が劣化することがわかった。

実施例１によれば、弾性波デバイスチップ２０および２２のうち少なくとも１つにおいて、封止部１８に接する少なくとも１つの側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も短い距離Ｌ２が、封止部１８に接しない側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も短い距離Ｌ１より長い。これにより、弾性波デバイスチップ２０および２２に形成されたフィルタ間のアイソレーション特性を向上させることができる。弾性波の励振に直接寄与するパターンは、例えば、ＩＤＴ、反射器Ｒ０等の共振器、共振器間を接続する配線３９、配線に接続された入力パッドＩｎまたは出力パッドＯｕｔ等である。例えば、製造時に圧電効果による弾性波素子の破壊を抑制するため、隣のチップ等と電気的に接続しておくショートバーまたはチップ識別番号等のパターンは、弾性波の励振に直接寄与するパターンには含まれない。

また、弾性波デバイスチップ２０および２２のうち少なくとも１つにおいて、封止部１８に接する全ての側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も短い距離Ｌ２が、封止部１８に接しない全ての側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も短い距離Ｌ１より長いことが好ましい。これにより、アイソレーション特性をより抑制することができる。

弾性波デバイスチップ２０および２２のうち少なくとも１つにおいて、距離Ｌ２が距離Ｌ１より長ければよいが、弾性波デバイスチップ２０および２２の両方において、距離Ｌ２が距離Ｌ１より長い方がより好ましい。つまり、複数の弾性波デバイスチップの全てにおいて、距離Ｌ２が距離Ｌ１より長いことが好ましい。これにより、アイソレーション特性をより改善させることができる。

実施例１では、送信フィルタ３０が形成された弾性波デバイスチップ２０および受信フィルタ３２が形成された弾性波デバイスチップ２２を例に説明したが、弾性波デバイスチップは３以上でもよい。３以上の場合も、距離Ｌ２を距離Ｌ１より長くすることにより、それぞれの弾性波デバイスチップに形成されたフィルタ等の弾性波素子間のアイソレーション特性を改善することができる。

複数の弾性波デバイスチップは、それぞれ通過帯域の異なるフィルタが設けられている場合、アイドレーション特性が問題となることが多い。そこで、この場合に、距離Ｌ２を距離Ｌ１より長くすることが好ましい。

また、実施例１のように、デュープレクサの送信フィルタ３０と受信フィルタ３２間のアイソレーション特性は特に問題になる。そこで、ディプレクサにおいて、距離Ｌ２を距離Ｌ１より長くすることが好ましい。なお、実施例１のデュープレクサは、図２のように、受信フィルタ３２は平衡入出力型であるが、不平衡入出力型でもよい。また、整合回路３４は、設けられていなくてもよい。

実施例２は、シミュレーションを行なった結果を示す例である。図４は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図である。弾性波デバイスチップ２２の封止部１８に接する２つの側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの領域４０の最も短い距離Ｌ２を他の側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も短い距離Ｌ１（ダイシングの切りしろに相当する２０μｍ）より長くした。弾性波デバイスチップ２０においては、全ての側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も短い距離をダイシングの切りしろに相当する２０μｍとした。比較例１では、弾性波デバイスチップ２２の全ての側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も短い距離をダイシングの切りしろに相当する２０μｍとした。

シミュレーションに用いた条件は以下である。回路は図２のようなデュープレクサである。弾性波デバイスチップ２０および２２として用いた圧電基板は、ＬｉＮｂＯ_３であり、厚さは２５０μｍである。送信フィルタ３０は、直列共振器がと並列共振器がとの組み合わせ段数が４段の弾性表面波ラダー型フィルタであり通過帯域は１７１０〜１７８５ＭＨｚである。受信フィルタ３２は、段数が７段の弾性表面波ラダー型フィルタであり、通過帯域は１８０５〜１８８０ＭＨｚである。基板１０は、アルミナセラミックスである。バンプは直径が約９０μｍであり、高さが１５μｍである。封止部１８はＳｎＡｇ系半田であり、幅が約１３０μｍである。封止部１８は、例えばパターン１２と基板１０に形成されたビア配線とを介して接地されているとした。

図５（ａ）から図５（ｃ）は、比較例１および実施例２のシミュレーション結果を示す図である。図５（ａ）から図５（ｃ）のシミュレーションでは、距離Ｌ２を１００μｍとした。図５（ａ）は、周波数に対する送信端子Ｔｘから受信端子Ｒｘへのアイソレーションを示す図である。実施例２（実線）では比較例１（点線）よりアイソレーション特性が向上している。図５（ｂ）は図５（ａ）の送信帯域付近（図５（ａ）の四角部分）の拡大図である。実施例２では比較例１より送信帯域のアイソレーション特性が約２ｄＢ改善している。図５（ｃ）は、周波数に対する通過特性を示した図である。Ｔｘは送信フィルタ３０の通過特性、Ｒｘは受信フィルタの通過特性を示している。送信フィルタ３０において、実施例２は比較例１に比べ挿入損失が若干大きいものの、実施例２と比較例１とで通過特性はほぼ同程度である。以上のように、実施例２によれば、通過特性の大きな劣化なく、アイソレーション特性を向上させることができる。

図６は、距離Ｌ２に対する送信帯域内でのアイソレーションの最悪値を示した図である。図６の黒丸はシミュレーションした結果、実線は近似線である。図６のように、Ｌ２が５０μｍより小さいとアイソレーションは劣化するが、Ｌ２が５０μｍ以上ではアイソレーションの劣化はほとんどない。よって、複数の弾性波デバイスチップ２０および２２のうち少なくとも１つにおいて、封止部１８に接する少なくとも１つの側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も近い距離Ｌ２は、５０μｍ以上であることが好ましい。

また、複数の弾性波デバイスチップ２０および２２のうち少なくとも１つにおいて、封止部１８に接する全ての側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も近い距離Ｌ２は、５０μｍ以上であることが好ましい。これにより、よりアイソレーションを改善することができる。

さらに、複数の弾性波デバイスチップ２０および２２の全てにおいて、封止部１８に接する全ての側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も近い距離Ｌ２は、５０μｍ以上であることが好ましい。これにより、よりアイソレーションを改善することができる。

なお、距離Ｌ２は、製造マージン等を考慮すると、６０μｍ以上が好ましく、８０μｍ以上がより好ましい。さらに、１００μｍ以上でもよい。

実施例３は、弾性波デバイスチップの弾性波が励振される面から削られた例である。図７は、実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図７のように、実施例１の図１（ｂ）に対し、封止部１８から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの弾性波デバイスチップ２０が、弾性波が励振される面から削られている。つまり、弾性波素子が形成された領域に比べ、封止部１８から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの領域で、弾性波デバイスチップ２０が切り込み深さＤ分薄くなっている。

例えば、弾性波デバイスチップ２０および２２が圧電基板の場合、誘電率が大きい。例えば、ＬｉＮｂＯ_３およびＬｉＴａＯ_３では、比誘電率は約４０である。このため、送信フィルタ３０と受信フィルタ３２との結合には、圧電基板の影響が強い。よって、封止部１８と弾性波の励振に直接寄与するパターンの間の圧電基板の一部を除去することにより、アイソレーション特性を改善することができる。

図８（ａ）から図８（ｃ）は、比較例１、実施例２および実施例３のシミュレーション結果を示す図である。実施例３は、図４の領域４０において距離Ｌ２を１００μｍとし、かつ深さＤの切り込みを設けている。図８（ａ）は、周波数に対する送信端子Ｔｘから受信端子Ｒｘへのアイソレーションを示す図である。実施例３（破線）では実施例２（実線）よりさらに送信帯域においてアイソレーション特性が向上している。図８（ｂ）は図８（ａ）の送信帯域付近（図８（ａ）の四角部分）の拡大図である。実施例３では実施例２よりアイソレーション特性が若干改善している。図８（ｃ）は、周波数に対する通過特性を示した図である。Ｔｘは送信フィルタ３０の通過特性、Ｒｘは受信フィルタの通過特性を示している。送信フィルタ３０および受信フィルタ３２において、実施例３は実施例２に比べ挿入損失がやや小さい。以上のように、実施例３によれば、通過特性は良好であり、かつアイソレーション特性を向上させることができる。

実施例４は、弾性波デバイスチップ２２に加え弾性波デバイスチップ２０にも切り込みを入れた例である。実施例４では、図４の弾性波デバイスチップ２２の領域４０に加え、弾性波デバイスチップ２０の領域４２においても封止部１８に接する側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も近い距離Ｌ２を１００μｍとし、深さＤの切り込みを入れた。

図９（ａ）から図９（ｃ）は、比較例１と実施例４において深さＤを変化させた場合のシミュレーション結果を示す図である。実施例３において深さＤを１００μｍ（実線）、１５０μｍ（破線）および２００μｍ（一点鎖線）としている。図９（ａ）は、周波数に対する送信端子Ｔｘから受信端子Ｒｘへのアイソレーションを示す図である。図９（ｂ）は図９（ａ）の送信帯域付近（図９（ａ）の四角部分）の拡大図である。図９（ａ）および図９（ｂ）のように、深さＤが大きくなるほどアイソレーション特性が向上している。図９（ｃ）は、周波数に対する通過特性を示した図である。Ｔｘは送信フィルタ３０の通過特性、Ｒｘは受信フィルタの通過特性を示している。送信フィルタ３０および受信フィルタ３２において、実施例４は比較例１より挿入損失が小さくなっている。また、図８（ｃ）と比較すると、実施例４は実施例３に比べ、送信フィルタ３０の挿入損失が小さくなっている。このように、送信フィルタ３０と受信フィルタ３２の両方に切り込みを入れた実施例４の方が挿入損失が少なく通過特性がよくなっている。これは、送信端子Ｔｘから受信端子Ｒｘへの信号の漏れが少ないためと考えられる。以上のように、深さＤを大きくすると、アイソレーション特性を向上させることができる。さらに、弾性波デバイスチップ２０および２２の両方において、距離Ｌ２を距離Ｌ１より長くし、かつ切り込みを入れることが好ましい。さらに、切り込みの深さＤは１００μｍ以上が好ましい。

実施例３および実施例４によれば、封止部１８に接する少なくとも１つの側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの弾性波デバイスチップ２０または２２は、弾性波が励振される面から削られている。これにより、アイソレーション特性を改善することができる。

さらに、封止部１８に接する全ての側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの弾性波デバイスチップ２０または２２は、弾性波が励振される面から削られていることが好ましい。これにより、アイソレーション特性をより改善することができる。

なお、アイソレーション特性を向上させるためには、弾性波デバイスチップ２０または２２が削られるのは、領域４０または４２の全ての領域であることが好ましい。また、例えば、封止部１８と弾性波の励振に直接寄与するパターンとの間に連続的に溝が設けられている（つまり、弾性波素子から封止部へは溝を通過しないとたどり着かないように溝が設けられている）ことが好ましい。さらに、領域４０または４２の一部の領域の弾性波デバイスチップ２０または２２が削られていてもよい。

さらに、複数の弾性波デバイスチップの全てにおいて、封止部１８に接する全ての側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの弾性波デバイスチップ２０または２２は、弾性波が励振される面から削られていることが好ましい。

以上、実施例１〜実施例４は、弾性波デバイスとして弾性波表面デバイスを例に説明したが、弾性波デバイスは、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Wave Resonator）等の圧電薄膜共振子でもよい。封止部１８を介した弾性波素子との結合を抑制すという観点では、弾性波デバイスチップが圧電基板の場合、特に、距離Ｌ２を距離Ｌ１より長くする効果および弾性波デバイスチップに切り込みを入れる効果が大きい。また、携帯電話端末等に用いるためには、フィルタの通過帯域は、例えば１ＧＨｚ〜３ＧＨｚの任意の帯域とすることができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０基板
１６バンプ
１７空間
１８封止部
２０、２２弾性波デバイスチップ
３０送信フィルタ
３２受信フィルタ

Claims

基板と、
前記基板上にフリップチップ実装された複数の弾性波デバイスチップと、
前記複数の弾性波デバイスチップの一部の側面から前記基板までを金属を用い封止する封止部と、を具備し、
前記複数の弾性波デバイスチップの内少なくとも１つにおいて、前記封止部に接する少なくとも１つの側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も近い距離が、前記封止部に接しない側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も近い距離より長いことを特徴とする弾性波デバイス。
前記複数の弾性波デバイスチップの内少なくとも１つにおいて、前記封止部に接する全ての側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も近い距離が、前記封止部に接しない全ての側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も近い距離より長いことを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイス。
前記複数の弾性波デバイスチップの内少なくとも１つにおいて、前記封止部に接する少なくとも１つの側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も近い距離は、５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイス。
前記複数の弾性波デバイスチップの内少なくとも１つにおいて、前記封止部に接する全ての側面から弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの最も近い距離は、５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイス。
前記封止部に接する少なくとも１つの側面から前記弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの前記弾性波デバイスチップは、弾性波が励振される面から削られていることを特徴とする請求項１または３記載の弾性波デバイス。
前記封止部に接する全ての側面から前記弾性波の励振に直接寄与するパターンまでの前記弾性波デバイスチップは、弾性波が励振される面から削られていることを特徴とする請求項２または４記載の弾性波デバイス。
前記複数の弾性波デバイスチップは、それぞれ通過帯域の異なるフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
前記複数の弾性波デバイスチップは、アンテナ端子と送信端子との間に接続された送信フィルタが設けられた弾性波デバイスチップと、前記アンテナ端子と前記受信フィルタが設けられた弾性波フィルタチップと、を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の弾性波デバイス。