CN101926090A - 声波元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种能够充分抑制温度变化而引起的伸缩，且频率偏移小的声波元件及其制造方法。本发明的声波元件的特征在于，包括：在一个主面上形成了IDT(2)的压电基片(1)；以及，形成在上述压电基片(1)的另一个主面(1b)上，由具有比上述压电基片(1)的线膨胀系数还小的线膨胀系数的材料构成的喷镀膜(3)，其中，上述喷镀膜(3)的晶粒边界和空穴(4)中的至少一部分被填充材料(5)所填充。

Description

声波元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及如声表面波(Surface Acoustic Wave：SAW)元件、声界面波元件那样的声波元件及其制造方法。
背景技术
如专利文献1所公开，声波元件是在钽酸锂(LiTaO3：LT)基片、铌酸锂(LiNbO3：LN)基片等压电基片上形成梳型电极(Inter-Digital Transducer：IDT叉指换能器电极)而成的元件。LT、LN的热膨胀系数大，为硅的6倍左右(硅约为2.6×10-6/K，而LT约为16×10-6/K，LN约为15×10-6/K)，因此在LT基片、LN基片用于声波元件的情况下，由于温度变化所以引起的滤波器特性的变化成为大问题。为此，研究以各种方法进行温度补偿(专利文献1、专利文献2)。
专利文献1：日本特开2001-44790号公报
专利文献2：日本特开平10-4332号公报
发明内容
近年来，要求在搭载声波元件的便携式电话等中的频率偏移尽可能小。因而，对于压电基片则要求尽可能不发生温度变化引起的特性变化。然而，单独的LT基片或LN基片，无法满足进一步减小温度变化引起的频率偏移的要求。
为了解决这些技术问题，本发明目的在于提供一种能够充分抑制温度变化所引起的伸缩，且频率偏移小的声波元件及其制造方法。
本发明的声波元件的特征在于，包括：在一个主面上形成了IDT的压电基片；以及，形成在上述压电基片的另一个主面上，由具有比上述压电基片的线膨胀系数还小的线膨胀系数的材料构成的喷镀膜，其中，上述喷镀膜的晶粒边界和空穴中的至少一部分被填充材料所填充。
根据该结构，喷镀膜的晶粒边界和空穴中的至少一部分被填充材料所填充，因此喷镀膜的刚性得到提高。由此，能够充分抑制压电基片的温度变化引起的伸缩，能够得到频率偏移小的声波元件。
在本发明的声波元件中，上述喷镀膜的截面中的每一单位面积的上述填充材料的填充率优选是60％以上。
在本发明的声波元件中，构成上述喷镀膜的材料优选是从莫来石(Mullite)、氧化铝、硅以及氧化钇构成的群中选择的至少一个。
在本发明的声波元件中，上述压电基片优选是钽酸锂基片或者铌酸锂基片。
在本发明的声波元件中，上述填充材料优选是从由硅、氧化铝、氮化硅以及氧化硅构成的群中选择的材料。
本发明的声波元件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：在压电基片的一个主面上形成梳型电极的步骤；在形成梳型电极之后的压电基片的另一个主面上，通过喷镀使具有比上述压电基片的线膨胀系数还小的线膨胀系数的材料成膜的步骤；以及向在通过上述喷镀成膜的膜上形成的晶粒边界和空穴填充填充材料。
在本发明的声波元件的制造方法中，优选重复进行上述喷镀成膜的步骤、以及向上述晶粒边界和空穴填充填充材料的步骤。
在本发明的声波元件的制造方法中，向上述晶粒边界和空穴填充填充材料的步骤优选是向上述喷镀膜至少涂敷一次上述填充材料并使上述填充材料固化的步骤。
本发明的声波元件包括：在一个主面上形成IDT的压电基片；以及在上述压电基片的另一个主面上形成，由具有比上述压电基片的线膨胀系数还小的线膨胀系数的材料构成的喷镀膜，其中，上述喷镀膜的晶粒边界和空穴中的至少一部分被填充材料所填充。因此，能够充分抑制温度变化引起的伸缩，得到频率偏移小的声波元件。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式涉及的声波元件的图。
图2(a)～(c)是用于说明与本发明的实施方式有关的声波元件的制造方法的图。
图3(a)～(d)是用于说明与本发明的实施方式有关的声波元件的制造方法的其它例子的图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的实施方式涉及的声波元件的图。在此，所谓的声波元件表示声表面波元件和声界面波元件。图1所示的声波元件主要包括：压电基片1，其在一个主面1a上形成了IDT2；喷镀膜3，其形成在该压电基片1的另一个主面1上，由具有比压电基片1的线膨胀系数还小的线膨胀系数的材料所构成。喷镀膜3具有多个空穴4。在图1中，在喷镀膜3中虽然仅示出空穴4，但是还存在多个晶粒边界。而且，在喷镀膜3的晶粒边界和空穴4中的至少一部分中填充有填充材料5。
作为压电基片1，可举出钽酸锂基片(LT基片)、铌酸锂基片(LN基片)等。
作为用于喷镀、具有比压电基片1的线膨胀系数还小的线膨胀系数的材料(喷镀膜的材料)，可举出氧化铝、莫来石、硅、氧化钇等。喷镀成膜法是以电能(电弧、等离子体)、燃烧能为热源、在其中投入被覆材料的粉末或者棒状材料并作为熔融或者半熔融状态的微粒子喷涂在基片的表面来形成皮膜的方法。通过采用喷镀成膜法，使极力抑制成膜过程中对压电基片的热影响成为可能。由此，能够抑制基片加工时温度上升引起的裂开、剥落。
喷镀膜3通常是多孔质，其刚性相对小。因此，向喷镀膜3的晶粒边界和空穴4中填充填充材料5。作为填充材料5，可举出硅、氧化铝、氮化硅、氧化硅等。另外，喷镀膜3的截面中的每单位面积的填充材料5的填充率优选是60％以上。通过这样向喷镀膜3的晶粒边界和空穴4填充填充材料5，提高喷镀膜3的刚性。由此，能够充分抑制压电基片1的温度变化引起的伸缩，能够得到频率偏移小的声波元件。此外，填充材料5的填充率是使用波长分散型X线检测器(WDX)，填充材料5填充后的喷镀膜3的截面中的每单位面积的空穴4的数量比填充材料5填充前喷镀膜3的截面中的每单位面积的空穴4的数量(填充后的喷镀膜的单位面积相当的空穴数/填充前的喷镀膜的单位面积相当的空穴数)而算出。
作为向喷镀膜3的晶粒边界和空穴4填充填充材料5的方法，可举出CVD(化学气相沉积法)、PVD(物理气相沉积法)、SOG(SpinOn Glass：旋压玻璃)等方法。
另外，也可以由多层来构成喷镀膜3。通过这样由多层来构成喷镀膜3，能够组合各种材料，因此能够容易地调整喷镀膜3的线膨胀系数。
在本发明的压电基片的制造方法中，在压电基片1的一个主面1a上形成IDT2，在形成IDT2后的压电基片1的另一个主面1b上通过喷镀使具有比压电基片1的线膨胀系数还小的线膨胀系数的材料成膜，向形成在该喷镀膜3上的晶粒边界和空穴4填充填充材料5。
例如，如图2(a)所示准备压电基片1，如图2(b)所示在其一个主面1a上形成IDT2。在形成IDT2的情况下，在压电基片1的主面1a上覆盖IDT电极材料，在其IDT电极材料层(未图示)上形成光刻胶层(未图示)，借助光掩模将形成IDT的区域的光刻胶层进行曝光并显像，光刻胶层形成图案。而且，将被形成图案的光刻胶层作为掩模蚀刻IDT电极材料层，之后除去残留的光刻胶层。此外，IDT2的形状及其形成方法没有特别限制。
接着，如图2(c)所示，在压电基片1的另一个主面(内面)1b上，通过喷镀成膜法形成由具有比压电基片1的线膨胀系数还小的线膨胀系数的材料构成的喷镀膜3。接着，向该喷镀膜3的晶粒边界和空穴4填充填充材料5。
因为喷镀膜3的晶粒边界和空穴4小，因此认为难以将填充材料5充分地填充到喷镀膜3的深部区域为止晶粒边界和空穴4内，因此优选重复进行通过喷镀成膜的步骤及向晶粒边界和空穴4填充填充材料5的步骤。这样，能够在喷镀膜3的厚度方向上加大向晶粒边界和空穴4内充分填充了填充材料5的区域。
另外，在向晶粒边界和空穴4填充填充材料5的步骤是在喷镀膜3上涂敷填充材料5并使其固化的步骤的情况下，至少要涂敷一次填充材料5并使其固化。此外，该涂敷次数可以根据填充材料5的粘度、浓度进行调整。例如，当填充材料5的浓度低时，增多涂敷次数。这样，能够用填充材料5高效地填充晶粒边界和空穴4。
另外，在本发明的压电基片的制造方法中，也可以：如图3(a)所示准备压电基片1，如图3(b)所示在其一个主面1a上形成IDT2之后，如图3(c)所示从内面1b侧使压电基片1薄层化，之后，如图3(d)所示在压电基片1的内面1b上通过喷镀成膜法形成喷镀膜3。在压电基片1的薄层化中，例如使用喷射加工、研磨加工、磨削加工等。
下面说明为了明确本发明的效果而实施的实施例。
(实施例1)
在线膨胀系数为16×10-6/K、厚度0.02mm的钽酸锂制基片(LT基片)的LT基片的内面(被喷镀面)上，通过喷镀成膜法成膜使得氧化铝合计厚度为0.35mm，从而制作出4英寸基片。此外，喷镀处理是使用直流等离子体喷镀装置，使用Ar的等离子体气体，以电源输出40kW来进行的。接着，通过向该喷镀膜涂敷作为填充材料的全氢聚硅氮烷并使其固化，将高纯度硅玻璃填充到喷镀膜的晶粒边界和空穴中。关于该喷镀膜用WDX检测了填充率，结果为60％。
检测了这样得到的4英寸基片的温度补偿效果。声波元件的温度补偿效果能够通过检查频率温度特性(TCF：TemperatureCoefficient of Frequency)来求出。作为比较基片，使用了线膨胀系数为16×10-6/K、直径4英寸、厚度0.35mm的LT基片。关于上述4英寸基片，与LT基片单独比较，发现了约35％的TCF改善效果。
(实施例2)
在线膨胀系数为16×10-6/K、厚度0.02mm的钽酸锂制基片(LT基片)的LT基片的内面(被喷镀面)上，通过喷镀成膜法成膜使得氧化铝合计厚度为0.35mm，从而制作出4英寸基片。此外，喷镀处理是使用直流等离子体喷镀装置，使用Ar的等离子体气体，以电源输出40kW来进行的。接着，通过向该喷镀膜涂敷作为填充材料的
全氢聚硅氮烷并使其固化，将高纯度硅玻璃填充到喷镀膜的晶粒边界和空穴中。上述喷镀膜成膜步骤以及晶粒边界和空穴填充的步骤共计进行3次。对这样得到的4英寸基片同样地检测温度补偿效果，发现单独的与LT基片相比，有约43％的改善效果。可以认为这是由于能够在喷镀膜的厚度方向上加大在喷镀膜的晶粒边界和空穴内充分填充了填充材料的区域。
(参考例)
在线膨胀系数为16×10-6/K、厚度0.02mm的钽酸锂制基片(LT基片)的LT基片的内面(被喷镀面)上，通过喷镀成膜法成膜使得氧化铝合计厚度为0.35mm，从而制作出4英寸基片。此外，喷镀处理是使用直流等离子体喷镀装置，使用Ar的等离子体气体以电源输出40kW来进行的。对这样得到的4英寸基片检测温度补偿效果，发现与单独的LT基片相比，有约28％的改善效果。
本发明不限于上述实施方式，可以进行各种变更来实施。上述实施方式中的形状、尺寸、材质等是一个例子，在不破坏本发明的效果的范围内能够适当变更进行实施。除此之外，本发明能够在不超出本发明宗旨的范围内进行各种变更加以实施。

Claims (8)

1.一种声波元件，其特征在于，包括：在一个主面上形成梳型电极的压电基片；以及，形成在所述压电基片的另一个主面上，由具有比所述压电基片的线膨胀系数还小的线膨胀系数的材料构成的喷镀膜；所述喷镀膜的晶粒边界以及空穴中的至少一部分被填充材料所填充。
2.根据权利要求1所述的声波元件，其特征在于，所述喷镀膜的截面中的每单位面积的所述填充材料的填充率是60％以上。
3.根据权利要求1或者2所述的声波元件，其特征在于，构成所述喷镀膜的材料是从由莫来石、氧化铝、硅以及氧化钇构成的群中选择的至少一个。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的声波元件，其特征在于，所述压电基片是钽酸锂基片或者铌酸锂基片。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的声波元件，其特征在于，所述填充材料是从由硅、氧化铝、氮化硅以及氧化硅构成的群中选择的材料。
6.一种声波元件的制造方法，其特征在于，包括：在压电基片的一个主面上形成梳型电极的步骤；在形成梳型电极之后的压电基片的另一个主面上，通过喷镀具有比所述压电基片的线膨胀系数还小的线膨胀系数的材料而成膜的步骤；以及向形成在通过所述喷镀而成膜的膜上的晶粒边界和空穴填充填充材料的步骤。
7.根据权利要求6所述的声波元件的制造方法，其特征在于，重复进行通过所述喷镀成膜的步骤、以及向所述晶粒边界和空穴填充填充材料的步骤。
8.根据权利要求6或者7所述的声波元件的制造方法，其特征在于，向所述晶粒边界和空穴填充填充材料的步骤是至少向所述喷镀膜涂敷一次所述填充材料并使所述填充材料固化的步骤。
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