CN104396142A - 复合基板、压电装置及复合基板的制造方法 - Google Patents

Abstract

复合基板10具有：压电基板12；以及支持层14，所述支持层14接合于压电基板12上，由在接合面内不具有结晶各向异性的材料制成，厚度小于压电基板12。此外，压电基板12与支持层14通过粘着层16相接合。复合基板10的总厚度为180μm以下。将压电基板12的厚度设为t1，将支持层14的厚度设为t2时，基材厚度比Tr＝t2/(t1+t2)为0.1以上且0.4以下。厚度t1为100μm以下。厚度t2为50μm以下。支持层14由硼硅玻璃、石英玻璃等玻璃、Si、SiO₂、蓝宝石、陶瓷、铜等金属等形成。

Description

复合基板、压电装置及复合基板的制造方法

技术领域

本发明涉及复合基板、压电装置及复合基板的制造方法。

背景技术

一直以来，已知有使用压电基板的传感器、弹性表面波装置等压电装置。例如，专利文献1记载了在压电基板上制造有梳齿状激发电极(IDT电极)的弹性表面波元件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2006-128809号公报

发明内容

发明要解决的课题

压电装置也被用作手机使用的电子部件，需要其更加小型化。然而，例如作为一种弹性表面波装置的SAW滤波器，由于其元件的大小取决于操作频率，故减少安装面积是困难的。因此，为了小型化(减小体积)，要求薄型化(low profile)，将来要求将元件的厚度制成100μm以下。然而，如果压电基板的厚度变薄，那么具有各向异性的单晶材料例如LiTaO₃和LiNbO₃等易于产生裂纹等，从而变得难以处理。由此，要求LiTaO₃或LiNbO₃等压电基板较薄并且不易破裂。

本发明是为了解决上述问题而作的发明，其主要目的在于提供一种较薄并且可抑制裂纹产生的复合基板。

解决课题的方法

本发明的复合基板具有：压电基板；以及支持层，所述支持层接合于所述压电基板上，由在接合面内不具有结晶各向异性的材料制成，厚度在压电基板厚度以下。

本发明的压电装置具有：上述的本发明的复合基板以及形成于所述压电基板上的电极。

本发明的复合基板的制造方法包括：

(1)在压电基板上形成支持层的步骤，所述支持层由在与该压电体的接合面内不具有结晶各向异性的材料制成；以及(2)对所述压电基板的表面进行研磨的步骤，

其中，所述支持层的厚度在所述步骤(1)中形成为所述步骤(2)的研磨后的压电基板的厚度以下，或者在所述步骤(2)或所述步骤(2)前后通过研磨该支持层的表面以使支持层的厚度为所述步骤(2)的研磨后的压电基板的厚度以下。

发明效果

在本发明的复合基板中，由在接合面内不具有各向异性的材料制成的支持层与例如钽酸锂(LiTaO₃，也记作LT)、铌酸锂(LiNbO₃，也记作LN)等压电体相比，不易产生裂纹。因此，压电基板可用支持层增强。由此，可薄化复合基板，并且与压电基板不具有支持层的情况相比，可抑制压电基板中产生裂纹。此外，本发明的复合基板可将压电基板薄化至在压电基板不具有支持层的情况中会产生裂纹的厚度而不产生裂纹。由于复合基板如上所述较薄并且不易破裂，故本发明的压电装置可制成比以往更加薄型化的压电装置。通过本发明的复合基板的制造方法，可以相对简单地制造上述复合基板。

附图说明

图1为表示复合基板10的一个例子的说明图。

图2为图1的A-A截面图。

图3为表示复合基板110的截面的一个例子的说明图，该复合基板通过用直接接合方式来接合压电基板12和支持层14获得。

图4为表示将复合基板10用作作为弹性表面波装置的单埠SAW谐振器30的集合体时的状态的说明图。

图5为表示实施例1中改变基材厚度比Tr的情况下的基材厚度比Tr与最大位移之间关系的图。

符号说明

10，110复合基板、12压电基板、14支持层、16粘着层、30单埠SAW谐振器、32，34IDT电极、36反射电极

具体实施方式

本发明的复合基板具有：压电基板；以及支持层，所述支持层接合于所述压电基板上，由在接合面内不具有结晶各向异性的材料制成，厚度在压电基板厚度以下。优选支持层的厚度小于压电基板。支持层越薄，越可减薄复合基板整体。因为支持层的厚度过薄会导致过度的机械脆性，故将所述压电基板的厚度设为t1，将该支持层的厚度设为t2时，基材厚度比Tr＝t2/(t1+t2)优选为0.1以上。进一步地，由于加热复合基板时压电基板与支持层之间的热膨胀系数差所导致的翘曲变得过大，故基材厚度比Tr优选为0.4以下，更优选为0.3以下。基材厚度比Tr优选为0.1以上且0.4以下，更优选为0.1以上且0.3以下。压电基板的厚度t1没有特别限制，例如为100μm以下，也可为50～70μm。支持层的厚度t2没有特别限制，例如为50μm以下，也可为10～20μm。压电基板的尺寸没有特别限制，例如直径为50～150mm。支持层的尺寸没有特别限制，例如直径为50～150mm。

本发明的复合基板的总厚度可为180μm以下，也可为100μm以下。复合基板的总厚度越薄，越可对使用其的装置进行薄型化。此外，在压电基板与支持层通过粘着层接合的复合基板中，压电基板、支持层以及粘着层的总厚度为复合基板整体的厚度。此外，在压电基板与支持层通过直接接合方式接合的复合基板中，压电基板与支持层的总厚度为复合基板整体的厚度。

在本发明的复合基板中，作为压电基板，可例举钽酸锂(LiTaO₃，也记作LT)、铌酸锂(LiNbO₃，也记作LN)、LN-LT固溶体单晶、硼酸锂、硅酸镓镧、水晶等。在将复合基板用于SAW滤波器等弹性表面波装置的情况中，优选LT或LN。由于LT和LN的弹性表面波的传播速度快、机电耦合系数大，故其适合用于高频率且宽频带频率的弹性表面波装置。

在本发明的复合基板中，作为支持层，可例举硼硅玻璃和石英玻璃等玻璃、Si、SiO₂、蓝宝石、陶瓷等。作为陶瓷，可例举氮化铝、氧化铝、ZnO和SiC等。如果支持层的材料与压电基板的热膨胀系数相近，那么可抑制复合基板加热时的翘曲。

本发明的复合基板可为近似圆盘状的晶片，也可具有定向平面(OF)。此外，本发明的复合基板可以是从晶片中切割出的状态。

本发明的制造方法包括：(1)在压电基板上形成支持层的步骤，所述支持层由在与该压电体的接合面内不具有结晶各向异性的材料制成；以及(2)对所述压电基板的表面进行研磨的步骤，其中，所述支持层的厚度在所述步骤(1)中形成为所述步骤(2)的研磨后的压电基板的厚度以下，或者在所述步骤(2)或所述步骤(2)前后通过研磨该支持层的表面以使支持层的厚度为所述步骤(2)的研磨后的压电基板的厚度以下。此外，优选所述支持层的厚度在所述步骤(1)中形成为小于所述步骤(2)的研磨后的压电基板的厚度，或者在所述步骤(2)或所述步骤(2)前后通过研磨该支持层的表面以使支持层的厚度小于所述步骤(2)的研磨后的压电基板的厚度。

在本发明的复合基板的制造方法中，在上述步骤(1)中，可通过粘着层来间接接合压电基板和支持层从而在压电基板上形成支持层，也可以通过所谓直接接合的接合方式在压电基板上形成支持层。直接接合技术可使用例如通过等离子处理来活化表面以实现常温下接合的表面活化接合技术。

在压电基板上形成支持层之后，在上述步骤(2)中，通过分别研磨压电基板和支持层的表面使得支持层的厚度在研磨后的压电基板的厚度以下(优选小于)，可获得本发明的复合基板。此外，在上述步骤(1)中，在可形成支持层以使其厚度在研磨后的压电基板的厚度以下(优选小于)时，也可省略支持层的研磨。

图1为表示复合基板10的一个例子的说明图，该复合基板10通过粘着层16接合压电基板12和支持层14获得。此外，图1的复合基板10为近似圆盘状的晶片，具有定向平面(OF)。图2为图1的A-A截面图。图3为表示复合基板110的截面的一个例子的说明图，该复合基板110通过直接接合方式接合压电基板12和支持层14获得。

本发明的压电装置具有上述任何实施方式的本发明的复合基板以及在所述压电基板上形成的电极。

在本发明的压电装置中，电极也可以是能激发压电基板的电极。作为压电装置，例如可列举陀螺仪传感器和加速传感器等传感器、适用于液滴喷射装置等的压电致动器、晶体振荡器、谐振器和滤波器、卷积器等弹性表面波装置等。本发明的压电装置例如可通过如下方式获得：通过使用通常的光刻技术在本发明的复合基板上形成电极以形成多个压电装置的集合体之后，通过切割逐个切割出压电装置。将复合基板10用作作为弹性表面波装置的单埠SAW谐振器30的集合体时的状态如图4所示。单埠SAW谐振器30是通过光刻技术在压电基板12的表面形成了一对IDT(叉指换能器)电极(梳状电极，也称作叉指电极)32、34和反射电极36的谐振器。

实施例

[实施例1～5]

作为实施例1，图1、2所示的复合基板10按如下制造。首先，在上述制造方法的步骤(1)中，通过紫外线固化树脂将直径4英寸、厚度230μm的LiTaO₃基板(压电基板12)与具有相同直径和相同厚度的硼硅玻璃基板(支持层14)贴合在一起。此外，硼硅玻璃基板使用康宁公司制造的Eagle XG(无碱玻璃)。在用紫外线固化树脂以形成粘着层16之后，在步骤(2)中，用研磨机将LiTaO₃侧的厚度削磨至约100μm。再对表面进行CMP研磨以获得厚度为80μm的镜面。接着，对硼硅玻璃表面进行同样的削磨、研磨，最终将硼硅玻璃表面的厚度减薄至10μm，获得实施例1的超薄晶片(复合基板10)。将支持层14的材料分别变更为由ZnO制成的陶瓷、Si、ハイセラム(HICERAM，日本碍子株式会社的注册商标，由氧化铝制成的陶瓷)、由SiC制成的陶瓷，同样地制造复合基板，分别获得实施例2～5。此外，粘着层16的厚度为0.3μm。

[压电装置的制造]

将实施例1～5的复合基板应用于通常的电极制造工艺，制造具有IDT电极的SAW滤波器元件。具体地说，通过普通的光刻技术(涂布抗蚀剂使其图样化并通过刻蚀工艺以形成电极图样)在复合基板中的LiTaO₃基板的表面上形成IDT电极，通过切割逐个切割出元件，制造多个压电装置。实施例1～4的复合基板在压电装置的制造步骤中，均在抗蚀剂涂布后的加热(150℃)时晶片(复合基板)在LiTaO₃上侧发生3～10mm凸状变形(该变形的翘曲量称为最大位移)，但均未损坏地形成了元件。

[关于基材厚度比Tr的试验]

然后制造与实施例1具有相同结构的复合基板。也就是说，制造压电基板12的厚度为80μm且硼硅玻璃(支持层14)的厚度为10μm的复合基板(基材厚度比Tr＝0.11)。接着，以进一步减薄为目的而对硼硅玻璃表面进一步研磨约5μm，其结果，从压电基板的端部开始发生剥离，硼硅玻璃基板在研磨中发生粉碎，研磨表面变得布满划痕。这是因为玻璃过薄，仅用以承受研磨负载的机械强度受到损害。由此，基材厚度比Tr优选为0.1以上，支持层的厚度优选10μm以上。然后，反过来以增大硼硅玻璃(支持层14)的厚度为目的，除了将LiTaO₃的厚度设为40μm，将玻璃的厚度设为60μm(基材厚度比Tr＝0.6)以外，与实施例1同样地制造复合基板。与实施例1同样地应用于SAW滤波器的电极制造工艺，其结果，在抗蚀剂的预焙(加热至150℃)中，晶片(复合基板)的形状发生严重的凸状翘曲，发生损坏。

[基材厚度比Tr与最大位置之间的关系]

除了将LiTaO₃基板(压电基板12)的厚度t1设定为固定值100μm，通过改变硼硅玻璃基板(支持层14)的厚度t2来改变基材厚度比Tr以外，以与实施例1相同的制造方法制造多个复合基板。对该多个复合基板同样地测定抗蚀剂的预焙(加热至150℃)后的翘曲量(最大位移)。图5为表示如上所述实施例1中改变基材厚度比Tr的情况中的基材厚度比Tr与最大位移之间关系的图。由图5可知，基材厚度比Tr变大时，最大位移变大。

由上可知，支持层的厚度太薄或太厚均不好。图5所示的基材厚度比Tr在值0.5(50％)以下的范围时，不发生复合基板的损坏，而如上所述基材厚度比Tr在值0.6时，复合基板发生损坏，故基材厚度比Tr优选为值0.5以下。也就是说，优选支持层的厚度在压电基板厚度以下。从抑制加热复合基板时的翘曲的观点出发，基材厚度比Tr优选为小于0.5，基材厚度比Tr更优选为值0.3以下。基材厚度比Tr最适为值0.1～值0.3(10％以上且30％以下)。

本申请要求享有2012年7月12日申请的美国临时专利申请61/670732号的优先权，通过引用将其全部内容包括在本说明书中。

工业上利用的可能性

本发明可应用于如下的压电装置：陀螺仪传感器和加速传感器等传感器、适用于液滴喷射装置的压电致动器、谐振器和滤波器、卷积器等弹性表面波装置、晶体振荡器等。

Claims (9)

1.一种复合基板，其具有：压电基板以及支持层，所述支持层接合于所述压电基板上，由在接合面内不具有结晶各向异性的材料制成，厚度在压电基板厚度以下。

2.如权利要求1所述的复合基板，其中，将所述压电基板的厚度设为t1，将所述支持层的厚度设为t2时，基材厚度比Tr＝t2/(t1+t2)为0.4以下。

3.如权利要求1或2所述的复合基板，其中，所述复合基板的总厚度为180μm以下。

4.如权利要求1～3中任一项所述的复合基板，其中，所述复合基板的总厚度为100μm以下。

5.如权利要求1～4中任一项所述的复合基板，其中，所述支持层由玻璃、Si、SiO2、蓝宝石、陶瓷中的任一个制成。

6.如权利要求1～5中任一项所述的复合基板，其中，所述支持层由陶瓷制成，所述陶瓷由氮化铝、氧化铝、ZnO和SiC中的任一个形成。

7.如权利要求1～6中任一项所述的复合基板，其中，所述压电基板由LiTaO3、LiNbO3、水晶中的任一个制成。

8.一种压电装置，其具有权利要求1～7中任一项所述的复合基板以及形成于所述压电基板上的电极。

9.一种复合基板的制造方法，其包括：

(1)在压电基板上形成支持层的步骤，所述支持层由在与该压电体的接合面内不具有结晶各向异性的材料制成；以及(2)对所述压电基板的表面进行研磨的步骤，

其中，所述支持层的厚度在所述步骤(1)中形成为所述步骤(2)的研磨后的压电基板的厚度以下，或者在所述步骤(2)或所述步骤(2)前后通过研磨该支持层的表面以使支持层的厚度为所述步骤(2)的研磨后的压电基板的厚度以下。