TWI269525B - Surface acoustic wave element and manufacturing method therefor - Google Patents

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A7 1269525 _______B7_____ 五、發明說明（I ) [技術領域] (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於彈性表面波元件，詳言之，係關於利用 金屬焊料突塊與封裝體加以接合的彈性表面波元件及其製 造方法。 [習知技術] 隨著行動通訊的高頻化，亦要求行動通訊所使用之彈 性表面波器件能用於高頻帶。彈性表面波器件具有採用壓 電基板的彈性表面波元件和收納彈性表面波元件的封裝體 。由於彈性表面波元件的壓電基板表面的音速爲幾千m/ 秒程度，因此在構成例如以800MHz左右動作之彈性表面 波元件時，彈性表面波元件的叉指電極的波長將短到約幾 μιη程度。因此，而有使彈性表面波元件之特性最佳化的電 極膜厚絕對値變小，電極電阻造成的損耗、即歐姆損耗變 大的問題。 ） ； 作爲解決上述問題的方案，日本特開平7-212175號公 告揭示了圖5(a)、（b)所示的彈性表面波器件。圖5(b)係將 圖5(a)中一點鏈線P-P間、Q-Q間與R-R間的端面加以結 合後的示意剖視圖，圖5(b)中的一點鏈線S，T係表示結合 部分的交界。本說明書所附圖式中，皆與圖5(a)及圖5(b) 同樣的，於俯視圖中以P-P線、Q-Q線及R-R線所示部分 的截面，在該平面圖對應的剖視圖中係以一點鏈線S^T加 以結合並示出。 此習知技術記載的彈性表面波器件201，在壓電基板 202上配置有叉指電極203，以及設在叉指電極203兩側的 3 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 1269525 ____ B7_____ 五、發明說明（>) 反轉器電極204，205。又，亦形成有用以實現電氣連接叉 指電極203的引導電極206, 207。此外，亦形成有電極焊 墊208, 209，以電氣連接引導電極206, 207。電極焊墊 208, 209相當於與封裝體的電極電氣連接的部分’電極焊 墊208, 209上設有金屬焊料突塊，此彈性表面波器件201 ，係由上述各種電極中的叉指電極203、反射器電極204 和205、圖5(b)所示的導電膜212所形成。如圖5(b)代表 性示出電極焊墊208, 209般，電極焊墊208, 209或引導電 極206，207的至少一部分上，層疊有第2導電膜213。即 ，與叉指電極203相比，引導電極206, 207和電極焊墊 208，209的一部分較厚，藉此謀求減小電極電阻造成的歐 姆損耗，以改善電氣特性。 然而，由於近年來要求電子元件小型化和薄型化，採 用覆晶法的彈性表面波器件已實用化。採用覆晶法構成的 彈性表面波器件，其彈性表面波元件的電極形成部與封裝 體裝載面對置，藉金屬焊料突塊將彈性表面波元件的電極 與封裝體的電極加以接合。此時，爲提高金屬焊料突塊與 電極焊料突塊的接合強度，係於彈性表面波元件的電極焊 墊上形成Au等的金屬膜。在該Au等構成的金屬膜上形成 Au等構成的金屬焊料突塊，將該金屬焊料突塊與封裝體的 電極加以接合。或者採用在電極焊塾上形成由Ag等構成 、焊劑潤濕性優良的金屬膜，將預先在封裝體上形成的焊 料突塊與該焊劑潤濕性優良的金屬膜加以接合的方法。 採用上述方法時，不需打線用金屬線。由於彈性表面 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " "一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂·-------- A7 1269525 五、發明說明（j ) 波元件上不需設置用以連接打線用金屬線的金屬線焊墊， 能減小彈性表面波裝置的俯視面積及高度。 即使此種採用覆晶法所得的彈性表面波裝置中，如加 大實際激勵且傳播彈性表面波的電極以外的電極膜厚，亦 能減小歐姆損耗，抑制損耗及諧振構件之Q値等的降低。 此時，首先用相同的導電膜形成激勵且傳播彈性表面波的 電極，即叉指及反射器電極、母線電極、引導電極及電極 焊墊。其次，在激勵且傳播彈性表面波的部分以外設置的 電極上積層第2導電膜，或加厚最初之導電膜膜厚。 因此，利用上述金屬焊料突塊進行結合時，可在上述 電極焊墊上的厚導電膜上積層上述Au等的金屬膜層，然 後形成Au等的金屬焊料突塊即可。又，以焊料突塊進行 接合時，亦可利用多個導電膜之積層或增大導電膜厚度而 加厚形成的電極焊墊上形成焊劑潤濕性優良的Ag;等構成 的金屬膜。 圖6(a)及圖6(b)，係用以在低頻動作、使用覆晶法的 彈性表面波器件的習知製造方法用的俯視圖及示意剖視圖 〇 ' 該方法，在壓電基板221上，利導電膜222之圖案化 形成IDT電極223、母線電極224, 225、反射器電極226, 227，引導電極228, 229以及電極焊墊230, 231。接著，如 圖7(a)及圖7(b)所示，在電極焊墊230，231上積層疊導電 膜232及金屬膜233。導電膜232，係爲了提高與導電膜 222的密接性而設置，金屬膜233，則係爲提高圖8(a)、圖 _ 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂·--------線▲ 1269525 B7 五、發明說明（^ ) 8(b)所示金屬焊料突塊234與電極焊墊的接合強度而設。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 因此，此方法必須在將導電膜222加以圖案化後，積 層上述導電膜232及金屬膜233。 另一方面，欲獲得在高頻帶動作的彈性表面波器件時 ，如上所述，爲減小歐姆損耗，如圖9(a)及圖9(b)所示， 必須在導電膜232上積層由與形成導電膜222的材料相同 的材料構成的導電膜241，並且在導電膜241上積層導電 膜232及金屬膜233。 在製造利用封裝體上形成的焊料突塊代替Au等所構 成的金屬焊料突塊，將彈性表面波元件與封裝體加以接合 ’低頻帶動作的彈性表面波裝置時，必須如圖6所示的， 在壓電基板221上形成已圖案化的導電膜222後，如圖 10(a)及圖10(b)所示，在電極焊墊上積疊提高與導電膜222 的密合強度用的金屬膜232及作爲焊劑阻擋層的金屬膜 242 ’並進一步在最後積層焊劑潤濕性優良的金屬膜243。 亦即，必須形成積層3層金屬層而成的積層結構。又，在 适種情況下，在局頻動作的彈性表面波裝置爲減小歐姆損 耗’還必須如圖11(a)及圖11(b)所示，在金屬膜232上積 層由與導電膜222相同的電極材料構成的導電膜244，然 後形成上述多個金屬膜242, 243構成的多層結構。 另一方面，WO99/05788號公報揭示了 一種母線及電 極焊墊中至少一方係由以A1爲主成分之第1導體層/中間 層/以A1爲主成分之第2導體層所構成的彈性表面波元件 。此處，母線或電極焊墊之至少一方具有上述積層構造。 _ 6 本紙張尺度適財關家標準（CNS)A4規格（2K) X 297公爱) ' " 一~' 1269525 a7 __ B7 __ 五、發明說明) 因此，該公告係記載：電極焊墊具有上述積層構造而較厚 時，機械強度提高。WO99/05788號公告，係闡述於此電 極焊墊上大打線或形成Au焊料突塊。 [發明欲解決之課題] 如上所述，製造在高頻帶動作的彈性表面波裝置之情 形，利用彈性表面波器件上的金屬焊料突塊將彈性表面波 元件與封裝體加以連接之情形，以及利用彈性表面波元件 上的金屬膜與封裝體上設置的焊料突塊將彈性表面波元件 與封裝體加以連接的任一種情形時，與製造在低頻帶動作 的彈性表面波裝置之情形時相較，皆需在彈性表面波被激 勵且傳輸之區域以外的部分，額外積層一個以上的導電膜 241，244。因此有製程複雜，成本高的問題。 WO99/05788號公報記載的構成中，電極焊墊係由以 A1爲主成分之第1導體層/中間層/以A1篾主成分之第2 導體層所構成。然而，該構成中，於形成焊料突塊時，由 於電極焊墊的最上層係以A1爲主體的第2導體層構成，因 而存在焊劑擴散，無法獲得充分之接合強度的問題。 本發明的目的，係提供一種解決上述習知技術缺點， 於高頻帶使用、以覆晶法收納在封裝體內之彈性表面波元 件’可謀求簡化製程，藉降低歐姆損耗以安定的獲得良好 的電氣特性，且使用焊料突塊時焊料突塊之接合強度優異 的彈性表面波元件及其製造方法。 [用以解決課題之手段]· 本發明的彈性表面波元件，係收納在封裝體中，利用 7 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（21G x 297公爱） -- --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 1269525 五、發明說明（L) 形成在封裝體側的焊料突塊與前述封裝體接合，其特徵在 於’具備：壓電基板；形成在前述壓電基板上的至少一個 叉指電極；連接於前述叉指電極的一對母線電極；連接於 前述母線電極的引導電極；連接於前述引導電極、且與前 述封裝體電氣連接的電極焊墊；形成在前述電極焊墊上、· 以提筒與前述焊墊的接合強度的第1金屬膜；以及由與前 述第1金屬膜相同的材料構成、且形成在前述母線電極及 引導電極的至少一方上的第2金屬膜。 本發明的另一特定形態，係上述第1、第2金屬膜具 有積層複數個金屬層而成的多層構造。這種情況下，第1 、第2金屬膜最上部的金屬層，係由對焊料突塊的接合性 優良的金屬材料構成，其他金屬層則由例如電阻低的金屬 材料構成，從而能期望提高與焊料突塊的接合強度及降低 歐姆損耗的兩效果。 本發明之彈性表面波元件的特定形態，係前述第1、 第2金屬膜具有積層複數個金屬層而成的多層構造，且位 於最上部的金屬層係由Ag或Au構成。這種情況下，位於 第1、第2金屬膜最上部的金屬層焊接性優良，因而能透 過焊料突塊將第1金屬膜牢固地、且方便地接合至封裝體 的電極焊接區。 本發明之另一限定形態，係前述叉指電極具有由積層 複數個金屬層而成的多層構造，上述第1、第2金屬膜中 至少一個的金屬層的電阻率，相較於構成前述叉指電極的 金屬層中的最下層金屬層，係由電阻率較小的金屬構成， 8 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格(21G X 297公爱) ~~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂·--------線一 1269525 A7 ____E7__ 五、發明說明（q ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 據此，由於第1、第2金屬膜中至少一個金屬層的電阻率 相對較小，因而金屬膜中能進一步降低歐姆損耗，且能使 第2金屬膜中由電阻率相對較小的金屬所構成的金屬層厚 度變薄。 本發明的彈性表面波元件製造方法，係製造根據本發 明構成的彈性表面波元件’該方法包括：在壓電基板上形 成至少一個前述叉指電極、母線電極、引導電極及電極焊 墊的製程；以及在前述電極焊墊上形成第1金屬膜，在前 述母線電極及引導電極的至少一個上形成前述第2金屬膜 的製程。 本發明之通訊設備’其特徵在於：係具備根據本發明 所構成的彈性表面波元件，以作爲頻帶濾波器而構成。 [圖式之簡單說明] 圖1(a)、（b)，係用以說明本發明實施例之彈性表面波 元件的示意俯視圖’及將(a)中沿P-P線、Q-Q線及R-R線 的部分透過一點鏈線s，τ加以結合的示意剖視圖。 圖2(a)〜（d)，係用以說明實施例的彈性表面波元件的 電極結構的各示意剖視圖。 圖3，係顯示實施例之彈性表面波元件、爲進行比較 所準備的彈性表面波裝置及根據習知方法所構成的彈性表 面波器件的阻抗-頻率特性的曲線圖。 - 圖4,是說明實施例彈性表面波裝置用的示意剖視圖 〇 圖5(a)、（b)，係用以說明習知之彈性表面波裝置例的 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1269525 一 _ 五、發明說明（f ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 示意俯視圖，及將(a)中沿p-p線、Q-Q線及R-R線的部分 透過一點鏈線s，τ加以結合的剖視圖。 圖6(a)、（b)，係用以說明習知彈性表面波裝置之製程 的示意俯視圖’及將(a)中沿p-p線、Q-Q線及R-R線的部 分透過一點鏈線S，T加以結合的剖視圖。 圖7(a)、（b)，係用以說明習知於高頻帶使用之彈性表 面波裝置例的示意俯視圖’及將(a)中沿P-P線、Q-Q線及 R-R線的部分透過一點鏈線s，τ加以結合的剖視圖。 圖8(a)、（b)，係用以說明習知彈性表面波裝置之再一 例的示意俯視圖’及將(&)中沿線、Q-Q線及R-R線的 部分透過一點鏈線S，Τ加以結合的剖視圖。 圖9(a)、（b)，係用以說明習知於高頻帶使用之彈性表 面波裝置之再一例的示意俯視圖，及將(a)中沿P-P線、Q- Q線及R-R線的部分透過一點鏈線S，T加以結合的剖視圖 〇 圖10(a)、（b)’係用以說明習知彈性表面波裝置之再 一例的示意俯視圖，及將(a)中沿P-P線、Q-Q線及R-R線 的部分透過一點鏈線S，T加以結合的剖視圖。 圖11(a)、（b) ’係用以說明習知彈性表面波裝置之再 一例的示意俯視圖，及將(a)中沿P-P線、Q-Q線及R-R線 的部分透過一點鏈線S，T加以結合的剖視圖。 .

[符號說明] 1，14,41，54 彈性表面波裝置 2,42 壓電基板 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 1269525 _________B7 五、發明說明) 3,43 IDT電極 4,5,44,45 母線電極 6,7,46,47 反射器電極 8,9,48,49 引導電極 10,11,50,51 電極焊墊 12，13 金屬焊料突塊 15 封裝體 Xa，Xd，Xe 導電膜 Xb，Xc [實施形態] 導電膜(第1、第2金屬膜) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 以下’說明本發明的具體實施形態，以便本發明更爲 明確。 又 川、 圖1(a)、（b)，係用以說明本發明實施例之彈性表面波 元件的俯視圖及示意剖視圖，圖2(a)〜（2d)，係用以說明 本實施例彈性表面波元件之製造方法的示意剖視圖。 本實施例中，藉設於封裝體的焊料突塊，以覆晶法將 彈性表面波元件接合於封裝體。 本實施例，'首先準備圖1(a)、（b)所示的彈性表面波元 件54。彈性表面波元件54，利用導電膜Xa在矩形板狀的 壓電基板42上形成IDT電極43、一對母線電極44, 45、 反射器電極46, 47、引導電極48, 49以及電極焊墊50, 51 〇 作爲壓電基板42，可用LiTa03、LiNb03或水晶等壓 電單結晶，或者鈦酸、锆酸族陶瓷等的壓電陶瓷。 11 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1269525 A7 ____B7 __ 五、發明說明（p) 導電膜Xa ’係由A1寺適當的導電材料構成。在壓電 基板42上形成導電膜Xa的方法無特殊限定，可用蒸鏟、 濺射或電鍍等適當方法。 在母線電極44, 45、引導電極48, 49以及電極焊墊5〇, 51上，除電極焊墊外圍的一部分外，積層有金屬膜Xb、 作爲焊劑阻擋層的金屬膜Xd及與焊料突塊接合性優良的 金屬膜Xe。金屬膜Xb，係由例如NiCr或Ti等構成，係 用來提高作爲焊劑阻擋層的金屬膜Xd與導電膜Xa的密合 強度。金屬膜Xe，係由與焊墊接合性優良的金屬(例如Ag 等)構成。作爲焊劑阻擋層的金屬膜Xd，係由Ni等難以產 生焊劑吸耗的適當金屬構成。 本實施例中，雖形成有IDT電極43，但也可形成多個 IDT電極，也可不形成反射器。 製造本實施例的彈性表面波元件時，係在壓_基板42 上全面形成導電膜Xa，其次，藉由圖案化，在壓電基板 42上形成已圖案化的導電膜Xa。 亦即，如圖2(a)所示，在壓電基板42上形成已圖案化 的導電膜Xa。據此，利用導電膜Xa形成IDT電極43、反 射器電極46，47 '母線電極44，45、引導電極48，49以及 電極焊墊50, 51。 然後，如圖2(a)所示，於全面積層光阻層61。- 接著，藉由曝光及使用光罩的顯影，去除不需要的光 阻部分，圖案化出光阻層61。_

以此方式，如圖2(b)所示，形成圖案化的光阻層61A _ 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I.-------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 1269525 五、發明說明（Μ) 。此狀態下，IDT電極43與反射器電極46, 47、電極焊墊 50, 51的一部分被光阻層61A覆蓋50, 51。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之後，如圖2(c)所示，形成由NiCr或Ti等構成的金 屬膜Xb。接著，在金屬膜Xb上，依序於全面形成金屬膜 Xd及金屬膜Xe ’前者由Ni等金屬構成以作爲焊劑阻擋層 ，後者由對焊劑潤濕性優良的Ag等金屬構成。這些金屬 膜Xb，Xd，Xe的形成可用蒸鍍、濺射等適當的方法進行。 然後，將光阻61A上的導電膜Xb，Xd，Xe與光阻61A 一起揭去。經此方式後，如圖2(d)所示，在母線電極44, 45、引導電極48, 49以及電極焊墊50, 51上層疊由金屬膜 Xb，Xd及Xe構成的積層金屬膜，獲得圖所示的彈性表 面波元件54。 將上述彈性表面波元件54接合至封裝體時，如圖4所 示，將彈性表面波元件54從電極形成面側裝到封裝體u 上的電極14, 15，以使電極焊墊50, 51接觸封裝體丨丨的電 極14，15上設置的焊料突塊12, 13。然後，利用加熱，透 過焊料突塊12, 13將彈性表面波元件54接合至封裝體u 的電極14，15，從而獲得本實施例的彈性表面波裝置。 本實施例中，在母線電極、引導電極及電極焊墊上積 層金屬膜Xb，Xd和Xe。電極焊墊上的金屬膜Xb，Xd，Xe 構成本發明的第1金屬膜，母線電極及引導電極上的金屬 膜Xb，Xd，Xe構成第2金屬膜。這些電極部分中，與導電 膜Xa上積層由導電膜Xa相同的電極材料構成的導電膜的 結構同樣的，能減小電極電阻，從而可降低歐姆損耗。因 13 本纸張尺度ϋ中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " - 1269525 ___ 五、發明說明（1 λ) 此，與第1實施例同樣的，不採用爲降低歐姆損耗而積層 由導電膜Xa相同的電極材料構成的導電膜的製程，亦即 不使電極形成製程複雜化，就能抑制彈性表面波裝置的損 耗和Q値降低。 本實施例中，與焊料突塊接合用的金屬膜Xe的厚度 ，不一定需厚於形成IDT電極43的導電膜Xa的厚度。亦 即，只要金屬膜Xb〜Xe的電阻率小於導電膜xa的電阻率 ，金屬膜Xb，Xd，Xe的厚度不需要厚於導電膜又&的厚度 ο 圖3中，用虛線示出按照本實施例構成的彈性表面波 裝置的阻抗-頻率特性。又，爲進行比較，用實線示出母 線電極及引導電極未厚膜化的比較例的特性’用一點鏈線 示出按照習知方法由與IDT電極相同的電極材料構成的導 電膜部分厚膜化的習知例的電氣特性。從圖3可知，本實 施例與母線電極未厚膜化的比較例相較’得到Q値大的諧 振特性，並且得等於或優於習知例的諧振特性。 又，本實施例，雖係在母線電極及引導電極上形成第 2金屬膜，但第2金屬膜是爲減小歐姆損耗而設置的，因 此可僅積層在母線電極及引導電極的任一方，也可局部开多 成在母線電極及引導電極的一部分。不過，最好是如本實 例中說明般，於母線電極及引導電極的雙方皆積層第·2金 屬膜。 [發明效果] 本發明之彈性表面波元件及其製造方法，係將形成在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1269525 a7 ^___— __ 五、發明說明（1 > 電極焊墊上'用以提高對封裝體側焊料突塊的結合強度的 第2金顯(與第i金顯相同的材料構成)形成在母線電 極和引導電極的至少一方上。。亦即，在電極焊墊上以提 高與封裝體側焊料突塊的結合強度等爲目的而形成的第i 金屬i吴的形成製程中，在母線電極及引導電極的至少一方 上亦形成相同材料構成的第2金屬膜。因此，能降低電極 的電阻損耗’而不使製程複雜。由於不需以另一製程進行 母線電極及引導電極的厚膜化，因此能降低以覆晶法形成 之彈性表面波裝置的製造成本。 此外，由於母線電極及引導電極的厚膜化，係以與構 成IDT電極的導電膜的密合強度優良的金屬材料進行，因 而能得到等於或優於用與IDT電極相同的材料所進行之母 線電極及引導電極厚膜化的特性。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------签

Claims (1)

1269525 〇Bs8 D8 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 1. 一種彈性表面波元件，係收納在封裝體中，利用形 成在封裝體側的焊料突塊與前述封裝體接合，其特徵在於 ，具備： 壓電基板； 形成在前述壓電基板上的至少一個叉指電極； 連接於前述叉指電極的一對母線電極； 連接於前述母線電極的引導電極； 連接於前述引導電極、且與前述封裝體電氣連接的電 極焊墊； 形成在前述電極焊墊上、以提高與前述焊料突塊的接 合強度的第1金屬膜；以及 由與前述第1金屬膜相同的材料構成、且形成在前述 母線電極及引導電極的至少一方上的第2金屬膜。 2. 如申請專利範圍第1項之彈性表面波元件丨其中， 前述第1金屬膜及前述第2金屬膜，具有積層複數個金屬 層而成的多層構造。 3. 如申請專利範圍第1項的彈性表面波元件，其中， 前述第1金屬膜及前述第2金屬膜具有積層複數個金屬層 而成的多層構造，且位於最上部的金屬層係由Ag或Au所 構成。 4. 如申請專利範圍第2項的彈性表面波元件，其中， 前述叉指電極具有積層複數個金屬層而成的多層構造，前 述第1及第2金屬膜中至少一個金屬層，相較於構成前述 叉指電極的金屬層中的最下層金屬層，係由電阻率小的金 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) 1269525 d D8 六、申請專利範圍 屬構成。 5. —種彈性表面波元件製造方法，係用來製造申請專 利範圍第1項的彈性表面波元件，其特徵在於，具備·’ 在壓電基板上形成至少一個前述叉指電極、母線電極 、引導電極及電極焊墊的製程；以及 在前述電極焊墊上形成第1金屬膜，在前述母線電極 及引導電極的至少一個上形成前述第2金屬膜的製程。 6. —種通訊設備，其特徵在於： 係以申請專利範圍第1項的彈性表面波元件，作爲頻 帶濾波器而構成。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐)