彈性波器件及其制造方法與流程

本發明涉及彈性波元件經由凸塊電極(bump electrode)安裝到封裝基板的彈性波器件以及該彈性波器件的制造方法。

背景技術：

作為將用于便攜式電話等的彈性波器件小型化的方法之一，已知有使用凸塊電極將彈性波元件安裝到封裝基板的方法。

在下述的專利文獻1中，在彈性波元件的焊盤電極接合有凸塊電極。在上述焊盤電極的最表面形成有厚度為840nm的接合用Al層，該接合用Al層與由Au構成的凸塊電極接合。上述接合用Al層和上述凸塊電極通過熔接進行接合，在其接合部分形成有Au-Al合金層。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2005-197595號公報

技術實現要素：

發明要解決的課題

然而，在像專利文獻1那樣的彈性波裝置中，如果在將彈性波元件安裝到封裝基板時或進行回焊時施加熱沖擊，則有時會在Au-Al合金層中產生柯肯達爾空洞(Kirkendall voids)。因此，有時焊盤電極與凸塊電極的接合強度會降低。因此，有時彈性波元件與凸塊電極的接合強度會降低。

本發明的目的在于，提供一種能夠謀求小型化且彈性波元件與凸塊電極的接合強度優異的、彈性波器件以及該彈性波器件的制造方法。

用于解決課題的技術方案

本發明涉及的彈性波器件具備：彈性波元件，包括壓電基板、IDT電極以及焊盤電極，上述IDT電極設置在上述壓電基板上，上述焊盤電極與上述IDT電極電連接，并具有在上述壓電基板上依次設置了布線層、阻擋層以及接合層的層疊構造；封裝基板，在表面上設置有電極連接盤；以及凸塊電極，對上述焊盤電極和上述電極連接盤進行電接合且進行機械接合，并使得在上述彈性波元件與上述封裝基板之間設置有間隙，上述焊盤電極的接合層具有上述封裝基板側的第一主面和與該第一主面對置的第二主面，上述接合層的上述第一主面側與上述凸塊電極接合而形成接合部，在該接合部形成有合金層，上述接合層的厚度為2000nm以下，上述合金層的厚度為2100nm以下，從上述合金層的上述壓電基板側的面到上述接合層的上述第二主面的距離為1950nm以下。

在本發明涉及的彈性波器件的某個特定的方式中，存在于上述合金層中的空洞的最大直徑為250nm以下。

在本發明涉及的彈性波器件的另一個特定的方式中，上述合金層的上述壓電基板側的面延伸至上述接合層的上述第二主面。

在本發明涉及的彈性波器件的另一個特定的方式中，上述合金層的上述壓電基板側的面位于上述接合層的第一主面與第二主面之間。

在本發明涉及的彈性波器件的另一個特定的方式中，上述接合層的厚度為450nm以下。

在本發明涉及的彈性波器件的另一個特定的方式中，還具備注塑樹脂層，上述注塑樹脂層設置在上述封裝基板上，并設置為覆蓋上述彈性波元件的外周。

在本發明涉及的彈性波器件的另一個特定的方式中，上述接合層包含Al或Al與從由Cu、W、Ti、Cr、Ta以及Si構成的組中選擇的至少一種的合金。

在本發明涉及的彈性波器件的另一個特定的方式中，上述凸塊電極包含Au。

本發明涉及的彈性波器件的制造方法是上述彈性波器件的制造方法，包括：準備上述焊盤電極的接合層的厚度為2000nm以下的彈性波元件的工序；通過凸塊結合將上述凸塊電極與上述彈性波元件的上述焊盤電極進行接合的工序；以及通過倒裝片結合將接合了上述凸塊電極的上述彈性波元件安裝到封裝基板的工序，在將上述彈性波元件安裝到封裝基板的工序中，在進行倒裝片結合時，進行加熱，使得在上述焊盤電極的接合層與上述凸塊電極的接合部形成合金層，上述合金層到上述焊盤電極的接合層的上述第二主面的距離為1950nm以下，且厚度為2100nm以下。

在本發明涉及的彈性波器件的制造方法的某個特定的方式中，在準備上述焊盤電極的接合層的厚度為2000nm以下的彈性波元件的工序中，準備上述焊盤電極的接合層的厚度為450nm以下的彈性波元件。

發明效果

根據本發明，能夠提供一種能夠謀求小型化且彈性波元件與凸塊電極的接合強度優異的彈性波器件。

附圖說明

圖1(a)是本發明的第一實施方式涉及的彈性波器件的示意性主視剖視圖，圖1(b)是示出在本發明的第一實施方式涉及的彈性波器件中使用的彈性波元件的電極構造的示意性俯視圖。

圖2是示出在本發明的第一實施方式涉及的彈性波器件中使用的彈性波元件的布線構造的示意性俯視圖。

圖3是本發明的第一實施方式涉及的彈性波器件中的彈性波元件與封裝基板的接合部的示意性剖面的放大圖。

圖4是本發明的第二實施方式涉及的彈性波器件中的彈性波元件與封裝基板的接合部的示意性剖面的放大圖。

圖5是在本發明的第二實施方式涉及的彈性波器件中將接合層的除與凸塊電極的接合部以外的剩余的部分的厚度設為250nm的樣品的、彈性波元件與凸塊電極的接合部的剖面的倍率為5500倍的SEM照片。

圖6是在本發明的第二實施方式涉及的彈性波器件中將接合層的除與凸塊電極的接合部以外的剩余的部分的厚度設為350nm的樣品的、彈性波元件與凸塊電極的接合部的剖面的倍率為5500倍的SEM照片。

圖7是在本發明的第二實施方式涉及的彈性波器件中將接合層的除與凸塊電極的接合部以外的剩余的部分的厚度設為450nm的樣品的、彈性波元件與凸塊電極的接合部的剖面的倍率為5500倍的SEM照片。

圖8是在本發明的第二實施方式涉及的彈性波器件中將接合層的除與凸塊電極的接合部以外的剩余的部分的厚度設為650nm的樣品的、彈性波元件與凸塊電極的接合部的剖面的倍率為5500倍的SEM照片。

圖9是示出本發明的第二實施方式涉及的彈性波器件中接合層的厚度與合金層的厚度的關系的圖。

圖10是示出在本發明的第二實施方式涉及的彈性波器件中將接合層的厚度分別設為450nm、650nm時的、熱沖擊試驗結果的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發明的具體的實施方式進行說明，從而明確本發明。

(第一實施方式)

圖1(a)是本發明的第一實施方式涉及的彈性波器件的示意性主視剖視圖，圖1(b)是示出在本發明的第一實施方式涉及的彈性波器件中使用的彈性波元件的電極構造的示意性俯視圖。

圖2是示出在本發明的第一實施方式涉及的彈性波器件中使用的彈性波元件的布線構造的示意性俯視圖。

彈性波器件1具備彈性波元件7。彈性波元件7具有壓電基板2、IDT電極4以及焊盤電極5。壓電基板2具有主面2a。作為壓電基板2，能夠使用由LiTaO₃、LiNbO₃等的壓電單晶構成的基板。

在壓電基板2的主面2a上設置有IDT電極4。IDT電極4能夠由Al、Cu、Pt、Au、Ag、Ti、Ni、Cr、Mo、W或以這些金屬中的任一種為主體的合金等適宜的金屬材料來形成。IDT電極4可以是單層，也可以是層疊了兩種以上的金屬層的層疊體。在本實施方式中，在壓電基板2的主面2a上依次層疊Ti層和AuCu合金層，從而設置了IDT電極4。

雖然在圖1(a)中以簡圖方式示出，但是在壓電基板2上形成有圖1(b)所示的電極構造。即，形成有IDT電極4和配置在IDT電極4的聲表面波傳播方向上的兩側的反射器9、10。由此，構成單端口型聲表面波諧振器。不過，本發明中的包括IDT電極的電極構造沒有特別限定。也可以組合多個諧振器而構成濾波器。作為這樣的濾波器，可舉出梯型濾波器、縱向耦合諧振器型濾波器、格型濾波器等。

在壓電基板2的主面2a上層疊有焊盤電極5。焊盤電極5與IDT電極4電連接。焊盤電極5由適宜的金屬構成。具體地，焊盤電極5通過層疊后面說明的金屬層而構成。

另外，在圖1(a)中，為了容易理解地示出本發明的結構，在壓電基板2的主面2a上只圖示了IDT電極4和焊盤電極5，但是，實際上如圖2的示意性俯視圖所示，在壓電基板2上還設置有用于連接IDT電極4和焊盤電極5的布線電極11。

返回到圖1(a)，彈性波元件7安裝在封裝基板3。封裝基板3是矩形板狀的形狀。封裝基板3能夠由氧化鋁等絕緣性陶瓷或絕緣性樹脂等構成。

彈性波元件7經由凸塊電極6與封裝基板3電接合且進行機械接合。更詳細地，如圖1(a)所示，作為彈性波元件7的構成構件的焊盤電極5與凸塊電極6接合。另一方面，封裝基板3在上表面具有電極連接盤3a。電極連接盤3a與凸塊電極6接合。

如圖1(a)所示，在本實施方式中，由彈性波元件7的焊盤電極5、凸塊電極6以及封裝基板3形成有中空空間2c，壓電基板2上的IDT電極4面向中空空間2c。由此，實現所謂的芯片尺寸封裝構造。

在本實施方式中，凸塊電極6以及封裝基板3的電極連接盤3a由Au形成。不過，凸塊電極6以及封裝基板3的電極連接盤3a也可以由其它適宜的金屬材料形成。

在封裝基板3上設置有注塑樹脂層8，并設置為覆蓋彈性波元件7。作為注塑樹脂層8的材料，例如可使用環氧樹脂等適宜的樹脂。

圖3是第一實施方式涉及的彈性波器件1的彈性波元件7與封裝基板3的接合部的示意性剖面的放大圖。焊盤電極5由粘合層(adhesion layer)5D、布線層5C、阻擋層5B以及接合層5A形成。從壓電基板2側起依次在壓電基板2上層疊有粘合層5D、布線層5C、阻擋層5B以及接合層5A。另外，為了提高壓電基板2與布線層5C的接合強度，壓電基板2和布線層5C經由由Ti構成的粘合層5D接合。另外，能夠省略粘合層5D。

布線層5C由Al和Cu的合金(AlCu合金)形成。阻擋層5B由Ti形成。

接合層5A具有第一主面5a和第二主面5b。接合層5A由Al或Al與其它金屬的合金形成。作為其它金屬，可使用從由Cu、W、Ti、Cr、Ta以及Si構成的組中選擇的至少一種。在本實施方式中，接合層5A為Al。

如圖3所示，焊盤電極5的接合層5A與凸塊電極6接合。接合層5A具有彼此對置的第一主面5a和第二主面5b。接合層5A的第一主面5a位于封裝基板3側，并與凸塊電極6接合。此外，接合層5A的第二主面5b位于壓電基板2側。在Al的接合層5A與Au的凸塊電極6的通過金屬擴散形成的接合部形成有合金層12。合金層12由AuAl合金構成。另外，在本實施方式中，合金層12未延伸至接合層5A的第二主面5b。即，合金層12的壓電基板2側的面12a位于接合層5A的第一主面5a與第二主面5b之間。

在本實施方式中，接合層5A的厚度T為2000nm以下。更具體地，在從與第一主面5a的法線平行的方向觀察接合層5A時，接合層5A的除與凸塊電極6的接合部以外的剩余的部分5c的厚度為接合層5A的厚度T。即，在厚度方向上，連結接合層5A的第一主面5a和第二主面5b的距離為2000nm以下。進而，后面將進行詳細說明，在將接合層5A的厚度T設為450nm以下的情況下，在接合層5A的全部的厚度變為與凸塊電極6的合金層12時，能夠將接合層5A與凸塊電極6變化產生的合金層12的厚度A抑制為2100nm以下。另外，將與第一主面的法線平行地延伸的方向稱為厚度方向。

此外，在本實施方式中，在厚度方向上，從合金層12的壓電基板2側的面12a到接合層5A的第二主面5b的距離為1950nm以下，接合層5A與凸塊電極6的合金層12的厚度A為2100nm以下。通過將從作為合金層12的壓電基板2側的邊界的面12a到接合層5A的第二主面5b的、接合層5A中的未合金層的厚度B設為1950nm以下，且將合金層12的厚度A設為2100nm以下，從而能夠抑制由于周圍溫度的上升而產生的合金層12與未合金層的相互擴散的量。能夠抑制由于在該相互擴散時產生的擴散速度的不均衡而產生的空洞，即，能夠抑制柯肯達爾空洞的產生。

像這樣，在本實施方式中，將接合層5A的除與凸塊電極6的接合部以外的剩余的部分5c的厚度，即，接合層5A的厚度T、從合金層12的壓電基板2側的面12a到接合層5A的第二主面5b的距離以及合金層12的厚度A限定為上述范圍，因此在接合層5A與凸塊電極6的接合部不易產生柯肯達爾空洞。特別是，在合金層12、合金層12與凸塊電極6或接合層5A的界面不易產生柯肯達爾空洞。此外，即使產生，柯肯達爾空洞的最大直徑也為250nm以下。另外，在柯肯達爾空洞的剖面形狀不是圓形而是橢圓形的情況下，柯肯達爾空洞的長徑為250nm以下。此外，在柯肯達爾空洞為具有長邊方向那樣的不規則的形狀的情況下，柯肯達爾空洞的最大外部尺寸為250nm以下。

因此，即使施加熱沖擊，接合層5A與凸塊電極6的接合強度也不易降低。因此，能夠通過芯片尺寸封裝構造來促進小型化。

(彈性波器件的制造方法)

在彈性波器件1的制造方法中，首先，準備在壓電基板2上設置有IDT電極4和焊盤電極5的彈性波元件7。作為焊盤電極5，可使用接合層5A的厚度T為2000nm以下的焊盤電極5。從更進一步抑制上述的柯肯達爾空洞的產生的觀點出發，作為焊盤電極5，優選使用接合層5A的厚度T為450nm以下的焊盤電極5。

接著，通過凸塊結合(bump bonding)將凸塊電極6與彈性波元件7的焊盤電極5的接合層5A進行接合。隨后，通過倒裝片結合將接合了凸塊電極6的彈性波元件7安裝到封裝基板3，從而制造彈性波器件1。

另外，在本發明涉及的彈性波器件的制造方法中，在進行倒裝片結合時，進行加熱，使得在焊盤電極的接合層與凸塊電極的接合部形成合金層，該合金層到焊盤電極的接合層的第二主面的距離為1950nm以下，且厚度為2100nm以下。

由此，能夠抑制在焊盤電極的接合層與凸塊電極的接合部中產生柯肯達爾空洞。即，能夠得到彈性波元件與凸塊電極的接合強度優異的彈性波器件。

(第二實施方式)

圖4是本發明的第二實施方式涉及的彈性波器件中的彈性波元件7與封裝基板3的接合部的示意性剖面的放大圖。在第二實施方式中，合金層12延伸至接合層5A的第二主面5b。其它方面是與第一實施方式相同的結構。

如上所述，在第二實施方式涉及的彈性波器件中，合金層12延伸至接合層5A的第二主面5b，因此能夠更進一步抑制在接合層5A與凸塊電極6的接合部中產生柯肯達爾空洞。因此，能夠更進一步抑制由熱沖擊造成的彈性波元件7與凸塊電極6的接合強度的降低。

另外，從更加有效地抑制柯肯達爾空洞的產生的觀點出發，合金層12也可以越過接合層5A的第二主面5b延伸至作為擴散防止層的阻擋層5B。

圖5～圖8是在本發明的第二實施方式涉及的彈性波器件中將接合層的厚度T分別設為250nm、350nm、450nm以及650nm的樣品的、彈性波元件7與凸塊電極6的接合部的剖面的倍率為5500倍的SEM照片。在圖5～圖8中，示出了從上開始依次層疊有壓電基板2、焊盤電極5、合金層12以及凸塊電極6的部分的剖視圖。

另外，以下，接合層5A的厚度T是接合層5A中的第一主面與第二主面之間的距離，如圖3、圖4所示，意味著從厚度方向觀察時，接合層5A中的除與接合部重疊的部分以外的剩余的部分5c的厚度。

焊盤電極5通過從壓電基板2側起依次層疊粘合層5D、布線層5C、阻擋層5B、接合層5A或與凸塊電極6的合金層12而形成。另外，為了提高壓電基板2與布線層5C的接合強度，壓電基板2和布線層5C經由由Ti構成的粘合層5D接合。另外，能夠省略粘合層5D。

根據圖5和圖6可知，在接合層5A的厚度T為250nm或350nm的情況下，未產生柯肯達爾空洞。

此外，雖然在圖7所示的接合層5A的厚度T為450nm的樣品中，在合金層12和凸塊電極6的接合部產生了柯肯達爾空洞13，但是柯肯達爾空洞13的最大直徑為250nm以下。

另一方面，在圖8所示的接合層5A的厚度T為650nm的樣品中，觀察到了最大直徑大于250nm的柯肯達爾空洞13。

根據上述SEM照片的觀察結果可知，在接合層5A的厚度T為350nm以下的情況下，可抑制柯肯達爾空洞13的產生本身，在接合層5A的厚度T為450nm以下的情況下，可抑制最大直徑大于250nm的柯肯達爾空洞13的產生。

圖9是示出接合層5A的厚度T與合金層12的厚度A的關系的圖。根據圖9可知，接合層5A的厚度T和合金層12的厚度A成比例關系。此外，在接合層5A的厚度T為450nm時，合金層12的厚度A為2100nm。因此，在合金層12的厚度A為2100nm以下的情況下，可抑制最大直徑大于250nm的柯肯達爾空洞13的產生。

因此，在合金層12延伸至接合層5A的第二主面5b的第二實施方式中，優選接合層5A的厚度T為450nm以下，即，優選合金層12的厚度A為2100nm以下。

此外，為了抑制柯肯達爾空洞13的產生本身，優選接合層5A的厚度T為350nm以下，即，優選合金層12的厚度A為1800nm以下。

進而，為了能夠可靠地抑制柯肯達爾空洞13的產生本身，優選接合層5A的厚度T為250nm以下，即，優選合金層12的厚度A為1500nm以下。

圖10是示出在本發明的第二實施方式涉及的彈性波器件中將接合層5A的厚度T分別設為450nm、650nm時的熱沖擊試驗結果的圖。圖中，縱軸是由熱沖擊試驗造成的彈性波器件的故障概率F(t)，橫軸是熱沖擊試驗的循環數。

具體地，使用30個試樣，通過循環試驗施加N次熱沖擊，其中，一個循環為，從-40℃升溫至125℃，接下來從125℃降溫至-40℃，然后基于JIS標準(JIS C 60068-2-14)測定焊盤電極5-電極連接盤3a之間的室溫(25℃)的電阻。此外，將各溫度的保持時間設為30分鐘。

將焊盤電極5-電極連接盤3a之間斷路的樣品作為故障樣品，并通過下述式算出故障概率F(t)。

故障概率F(t)＝故障樣品數/試驗數×100

根據圖10可知，與接合層5A的厚度T為650nm的樣品相比，在接合層5A的厚度T為450nm的樣品中，故障概率低。另外，雖然省略了圖示，但是在接合層5A的厚度T為250nm的樣品中，即使在1000循環(cyc)下，也未產生故障樣品。

根據上述熱沖擊試驗的結果能夠確定，接合層5A的厚度T越薄，由熱沖擊造成的故障概率越低。即，能夠確認，接合層5A的厚度T越薄，越能夠抑制彈性波元件7與凸塊電極6的接合強度的降低。

在像上述那樣合金層12延伸至接合層5A的第二主面5b的第二實施方式涉及的彈性波器件中，通過將接合層5A的厚度T設為450nm以下，即，將合金層12的厚度A設為2100nm以下，從而可抑制最大直徑大于250nm的柯肯達爾空洞的產生。其結果是，能夠抑制由熱沖擊造成的彈性波元件7與凸塊電極6的接合強度的降低。

此外，通過使接合層5A的厚度T為350nm以下，即，使合金層12的厚度A為1800nm以下，從而可抑制柯肯達爾空洞的產生本身，因此能夠更進一步抑制由熱沖擊造成的彈性波元件7與凸塊電極6的接合強度的降低。

附圖標記說明

1：彈性波器件；

2：壓電基板；

2a：壓電基板2的主面；

2c：中空空間；

3：封裝基板；

3a：電極連接盤；

4：IDT電極；

5：焊盤電極；

5a：第一主面；

5b：第二主面；

5c：剩余的部分；

5A：接合層；

5B：阻擋層；

5C：布線層；

5D：粘合層；

6：凸塊電極；

7：彈性波元件；

8：注塑樹脂層(mold resin laver)；

9、10：反射器；

11：布線電極；

12：合金層；

12a：合金層12的焊盤電極5側的面；

13：柯肯達爾空洞。