CN110495097A - 层状体和saw器件 - Google Patents
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Abstract
一种层状体包括由多晶陶瓷形成并且具有支撑主表面的陶瓷基板和由压电材料形成并且具有通过范德华力结合到所述支撑主表面的结合主表面的压电基片。陶瓷基板包括形成的支撑主表面无定形层，所述支撑主表面无定形层形成为包括所述支撑主表面。压电基片包括形成的结合主表面无定形层，所述结合主表面无定形层形成为包括结合主表面。支撑主表面无定形层的厚度小于所述结合主表面无定形层的厚度。
Description
技术领域
本发明涉及一种层状体和一种SAW器件。
本申请要求享受基于在2017年3月27日提交的日本专利申请第2017-060774号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
SAW器件(声表面波器件)被安装在如移动电话的通信设备中，以便去除电信号中包含的噪声。SAW器件具有仅提取输入电信号的中具有所需频率的电信号的功能。SAW器件具有在压电基片上形成电极的结构。为了在运行过程中散热，压电基片被设置在由具有良好散热性能的材料形成的基底基板上。
例如，由单晶蓝宝石形成的基板可以被用作基底基板。然而，如果这种由单晶蓝宝石形成的基板被用作基底基板，则SAW器件的生产成本增加。为了解决这个问题，已经提出了一种具有如下结构的SAW器件，其中由多晶尖晶石形成的陶瓷基板被用作基底基板，并且表面粗糙度Ra(算术平均粗糙度)减小的陶瓷基板和压电基片通过范德华力彼此结合。因此，可以降低SAW器件的生产成本(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本未经审查的专利申请公开第2011-66818号
发明内容
根据本公开的层状体包括由多晶陶瓷形成并且具有支撑主表面的陶瓷基板和由压电材料形成并且具有通过范德华力结合到所述支撑主表面的结合主表面的压电基片。陶瓷基板包括形成的支撑主表面无定形层，所述支撑主表面无定形层形成为包括所述支撑主表面。压电基片包括形成的结合主表面无定形层，所述结合主表面无定形层形成为包括结合主表面。支撑主表面无定形层的厚度小于所述结合主表面无定形层的厚度。
附图说明
图1为示出包括陶瓷基板和压电基片的层状体的结构的示意性剖面图。
图2为示出陶瓷基板和压电基片之间的界面附近的结构的示意性剖视图。
图3是示意性示出用于制造层状体和SAW器件的方法的流程图。
图4是描述用于制造层状体和SAW器件的方法的示意性剖视图。
图5是描述用于制造层状体和SAW器件的方法的示意性剖视图。
图6是描述用于制造层状体和SAW器件的方法的示意性剖视图。
图7是描述用于制造层状体和SAW器件的方法的示意图。
图8是示出SAW器件的结构的示意图。
具体实施方式
技术问题
现有技术中的层状体有时在压电基片和陶瓷基板之间没有足够的结合强度。因此，本公开的目的是提供一种层状体和包括所述层状体的SAW器件，在所述层叠体中，压电基片和陶瓷基板以足够的结合强度彼此结合。
有益效果
根据本公开的层状体可以提供其中压电基片和陶瓷基板以足够的结合强度彼此结合的层状体。
[本发明的最佳实施方式]
首先，将列出并描述本发明的实施方式。根据本申请的层状体包括由多晶陶瓷形成并且具有支撑主表面的陶瓷基板和由压电材料形成并且具有通过范德华力结合到所述支撑主表面的结合主表面的压电基片。陶瓷基板包括形成的支撑主表面无定形层，所述支撑主表面无定形层形成为包括所述支撑主表面。压电基片包括形成的结合主表面无定形层，所述结合主表面无定形层形成为包括结合主表面。支撑主表面无定形层的厚度小于所述结合主表面无定形层的厚度。
在根据本申请的层状体中，陶瓷基板的支撑主表面和压电基片的结合主表面通过范德华力彼此结合，同时在陶瓷基板侧形成无定形层，从而具有比所述压电基片侧的无定形层的厚度更小的厚度。
根据本发明的发明人进行的研究，通过将由多晶材料制成的陶瓷基板中形成的无定形层的厚度减小到小于由单晶压电材料制成的压电基片中形成的无定形层的厚度，可以增加通过范德华力的结合强度。例如，原因可能如下。许多具有不同平面取向的晶面暴露在由多晶材料制成的陶瓷基板的主表面上。晶面的特征因其平面取向而不同。因此，如果在陶瓷基板的主表面上形成厚度大于在压电基片侧的无定形层的厚度的无定形层，则陶瓷基板的主表面中的特性显著变化，这降低了与压电基片的结合强度。通过将在陶瓷基板侧的无定形层的厚度减小到小于压电基片侧的无定形层的厚度，可以提高通过范德华力的结合强度。因此，根据本申请的层状体可以提供压电基片和陶瓷基板以足够的结合强度彼此结合的层状体。
在上述层状体中，支撑主表面无定形层可以具有0.3nm以上且3.0nm以下的厚度。当支撑主表面无定形层具有0.3nm以上的厚度时，所述无定形层容易以均匀的方式形成在所述支撑主表面上。当支撑主表面无定形层具有3.0nm以下的厚度时，容易实现支撑主表面的平坦度。从更确定地形成均匀无定形层的观点来看，支撑主表面无定形层优选具有0.5nm以上的厚度。从更确定地实现支撑主表面的平坦度的观点来看，支撑主表面无定形层优选具有2.0nn以下的厚度。
在上述层状体中，所述结合主表面无定形层可以具有0.5nm以上且5.0nm以下的厚度。当所述结合主表面无定形层具有0.5nm以上的厚度时，所述无定形层容易以均匀的方式形成在所述结合主表面上。当结合主表面无定形层具有5.0nm以下的厚度时，容易实现结合主表面的平坦度。从更确定地形成均匀无定形层的观点来看，结合主表面无定形层优选具有1.2nm以上的厚度。从更确定地实现结合主表面的平坦度的观点来看，结合主表面无定形层优选具有3.0nn以下的厚度。
在上述层状体中，陶瓷基板可以由从尖晶石(MgAl2O4)、氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、二氧化硅((SiO2)、莫来石(3Al2O3·2SiO2)、堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)、氧化钙(CaO)、二氧化钛(TiO2)、氮化硅(Si3N4)、氮化铝(AlN)和碳化硅(SiC)组成的组中选择的至少一种材料形成。这些材料适合作为根据本申请的陶瓷基板的材料。
在上述层状体中，压电基片可以由钽酸锂(LiTaO3)或铌酸锂(LiNbO3)形成。这些材料适合作为根据本申请的压电基片的材料。
根据本申请的SAW器件包括根据本申请的上述层状体和在压电基片的主表面上形成的电极，该主表面位于与陶瓷基板相反的位置。
根据本申请的SAW器件包括根据本申请的层状体，其中压电基片和由多晶陶瓷形成的陶瓷基板以足够的结合强度彼此结合。这可以提供一种SAW器件，其中，压电基片和陶瓷基板以足够的结合强度彼此结合。
[最佳实施方式]
接下来，将参照附图描述根据本发明实施方式的层状体。在附图中，相同或相应的部件由相同的附图标记表示，并且省略对其的描述。
参照图1，根据该实施方式的层状体1包括用作陶瓷基板的基底基板10和压电基片20。压电基片20由单晶压电材料形成，例如单晶钽酸锂或单晶铌酸锂。基底基板10由多晶陶瓷形成，该多晶陶瓷由从尖晶石、氧化铝、氧化镁、二氧化硅、莫来石、堇青石、氧化钙、二氧化钛、氮化硅、氮化铝和碳化硅组成的组中选择的至少一种材料制成，并且所述基底基板10优选由前述材料中的任一种制成的多晶陶瓷形成。
基底基板10具有支撑主表面11。压电基片20具有作为一个主表面的暴露主表面21和作为与暴露主表面21相反的主表面的结合主表面22。压电基片20被设置在基底基板10的支撑主表面11上，使得结合主表面22与支撑主表面11接触。基底基板10和压电基片20通过范德华力彼此结合。
参照图2，基底基板10包括支撑主表面无定形层19，所述支撑主表面无定形层19形成为包括所述支撑主表面11。压电基片20包括形成的结合主表面无定形层29，所述结合主表面无定形层29形成为包括结合主表面22。支撑主表面无定形层19的厚度t1小于结合主表面无定形层29的厚度t2。
在层状体1中，作为基底基板10中的无定形层的支撑主表面无定形层19的厚度t1小于作为压电基片20中的无定形层的结合主表面无定形层29的厚度t2。结果，层状体1通过范德华力在基底基板10和压电基片20之间具有改善的结合强度。
支撑主表面无定形层19的厚度t1优选为0.3nm以上且3.0nm以下。当支撑主表面无定形层19具有0.3nm以上的厚度t1时，所述无定形层容易以均匀的方式形成在所述支撑主表面11上。当支撑主表面无定形层19具有3.0nm以下的厚度t1时，容易实现支撑主表面11的平坦度。
结合主表面无定形层29的厚度t2优选为0.5nm以上且5.0nm以下。当结合主表面无定形层29具有0.5nm以上的厚度t2时，所述无定形层容易以均匀的方式形成在所述结合主表面22上。当结合主表面无定形层29具有5.0nm以下的厚度t2时，容易实现结合主表面22的平坦度。
接下来，将描述根据本实施方式的用于制造层状体1和包括所述层状体1的SAW器件的方法。参照图3，根据该实施方式的用于制造层状体1和SAW器件的方法包括首先进行作为步骤(S10)的提供基板步骤。在步骤(S10)中，参照图4，提供由多晶陶瓷形成的基底基板10，所述多晶陶瓷由从尖晶石、氧化铝、氧化镁、二氧化硅、莫来石、堇青石、氧化钙、二氧化钛、氮化硅、氮化铝和碳化硅组成的组中选择的至少一种材料制成。例如，提供由多晶陶瓷形成的基底基板10，所述多晶陶瓷由选自上述组中的一种材料制成。具体地，例如，当提供由多晶尖晶石形成的基底基板10时，通过混合氧化镁粉末和氧化铝粉末来制备原料粉末，并且通过模制原料粉末来制造模制体。模制体可以通过例如通过压模进行预成型，然后进行CIP(冷等静压制)来生产。随后，对模制体进行烧结处理。烧结处理可以通过如真空烧结或热HIP(热等静压制)的方法来进行。因此，获得了由多晶尖晶石形成的烧结体。然后对烧结体进行切割，以获得具有所需形状(厚度)的基底基板10(参见图4)。
在步骤(S10)中，参照图4，提供了由单晶压电材料，如单晶钽酸锂或单晶铌酸锂，形成的压电基片20。压电基片20通过例如切割钽酸锂或铌酸锂单晶来提供(参照图4)。
随后，进行作为步骤(S20)的抛光步骤。在步骤(S20)中，参照图4，对在步骤(S10)中提供的基底基板10的支撑主表面11和在步骤(S10)中提供的压电基片20的结合主表面22进行抛光处理。例如，抛光处理包括粗抛光、普通抛光和精抛光。
随后，进行作为步骤(S30)的无定形层形成步骤。在步骤(S30)中，在步骤(S20)中已经进行抛光处理的基底基板10和压电基片20中分别形成支撑主表面无定形层19和结合主表面无定形层29。具体地，参照图4，例如，基底基板10和压电基片20被清洗、干燥，然后插入容器(chamber)中，并且使容器中的压力降低。容器中的压力被设定为例如大约10-6Pa。如图4中箭头所示，用例如Ar(氩)束辐照支撑主表面11和结合主表面22。这干扰了支撑主表面11和结合主表面22附近的原子排列。因此，形成了支撑主表面无定形层19和结合主表面无定形层29。在该实施方式中，进行使用Ar束辐照，从而使得支撑主表面无定形层19的厚度t1小于结合主表面无定形层29的厚度t2。
随后，进行作为步骤(S40)的结合步骤。在步骤(S40)中，各自具有主表面的基底基板10和压电基片20彼此结合，其中，在步骤(S30)中在所述主表面上已经形成了无定形层。具体地，参照图4和图1，基底基板10和压电基片20彼此结合，从而使得压电基片20的结合主表面22与基底基板10的支撑主表面11接触。因此，基底基板10和压电基片20通过范德华力彼此结合。因此，获得了根据该实施方式的层状体1。
在本实施方式中，支撑主表面无定形层19的厚度t1小于结合主表面无定形层29的厚度t2。因此，根据用于制造层状体1的方法，制造了其中压电基片20和基底基板10以足够的结合强度彼此结合的层状体1。
接下来，将描述用于制造包括所述层状体1的SAW器件的方法。参照图3，在步骤(S40)之后，进行作为步骤(S50)的厚度减小步骤。在步骤(S50)中，参照图1和图5，使得在步骤(S40)中获得的层状体1的压电基片20的厚度减小。具体地，例如，对压电基片20的暴露的主表面21进行研磨处理。因此，压电基片20的厚度减小到适合SAW器件的厚度。
随后，进行作为步骤(S60)的电极形成步骤。在步骤(S60)中，参照图5至图7，在压电基片20的暴露主表面21上形成梳状电极。图6是沿图7中的线VI-VI截取的剖面图。具体地，参照图6和图7，在步骤(S50)中在已经适当调整厚度的压电基片20的暴露主表面21上形成由电导体(如Al)制成的导电膜。例如，导电膜可以通过溅射方法形成。然后将抗蚀剂涂布到导电膜上以形成抗蚀剂膜。通过进行曝光和显影，在除了对应于输入侧电极30和输出侧电极40的期望形状的区域之外的区域中形成开口。例如，使用具有在其中形成有开口的抗蚀剂膜作为掩模来进行湿法蚀刻，以形成如图6和图7所示的多对输入侧电极30和输出侧电极40。图6和图7示出了对应于一对输入侧电极30和输出侧电极40的区域。在输入侧电极30和输出侧电极40中的梳状电极的电极间隔可以根据要输出的信号频率适当地确定。
随后，进行作为步骤(S70)的芯片形成步骤。在步骤(S70)中，其上已经形成有多对输入侧电极30和输出侧电极40的层状体1在厚度方向上被切割成多个芯片，每个芯片包括一对输入侧电极30和输出侧电极40。
参照图7和图8，然后在步骤(S70)中制造的芯片上形成输入侧布线51和输出侧布线61，以完成根据第一实施方式的SAW器件100(SAW滤波器)。
参照图8，根据该实施方式的SAW器件100包括层状体1、输入侧电极30和输出侧电极40、连接到输入侧电极上的输入侧布线51和连接到输出侧电极40上的输出侧布线61，所述层状体1包括通过范德华力彼此结合的基底基板10和压电基片20，所述输入侧电极30和所述输出侧电极40是一对梳状电极，所述梳状电极被形成为与压电基片20的暴露主表面21接触。
输入侧电极30包括第一部分31和第二部分32。第一部分31包括线性基部31A和多个线性突起31B，所述多个线性突起31B沿着垂直于基部31A延伸方向的方向从基部31A突起。第二部分32包括平行于基部31A延伸的线性基部32A和多个线性突起32B，所述多个线性突起32B沿着垂直于基部32A延伸方向的方向从基部32A突起，并且被安装到相邻突起31B之间的间隙中。突起31B和突起32B以预定的均匀间隔设置。
输出侧电极40包括第一部分41和第二部分42。第一部分41包括线性基部41A和多个线性突起41B，所述多个线性突起41B沿着垂直于基部41A延伸方向的方向从基部41A突起。第二部分42包括平行于基部41A延伸的线性基部42A和多个线性突起42B，所述多个线性突起42B沿着垂直于基部42A延伸方向的方向从基部42A突出，并且被安装到相邻突起41B之间的间隙中。突起41B和突起42B以预定的均匀间隔设置。
当用作输入信号的AC电压通过输入侧布线51施加到输入侧电极30时，由于压电效应，在压电基片20的暴露的主表面21(表面)上产生声表面波，并且该声表面波传播到输出侧电极40。这里，输入侧电极30和输出侧电极40具有如图1所示的梳状，并且突起31B和突起32B均匀间隔，以及突起41B和突起42B均匀间隔。因此，在从输入侧电极30朝向输出侧电极40的方向上，以预定周期(电极周期)存在其中在压电基片20的暴露主表面21上形成电极的区域。因此，当输入信号的波长与电极周期一致时，由输入信号产生的声表面波被最大程度地激发，并且随着波长和电极周期之差的增加而衰减。因此，只有具有接近电极周期的波长的信号通过输出侧电极40和输出侧布线61输出。
在上述操作中，压电基片20的温度升高。在根据该实施方式的SAW器件100中，压电基板20被设置成与由具有良好散热性能的材料制成的基底基板10接触。因此，SAW器件100具有高可靠性。此外，在根据本实施方式的SAW器件100中，压电基片20和基底基板10以足够的结合强度彼此结合。因此，SAW器件100是高度可靠的器件。
实施例
进行根据上述实施方式的步骤(S10)至(S40)以制造层状体1，并且进行实验以检查基底基板10(陶瓷基板)和压电基片20之间的结合强度。具体地，在步骤(S10)中提供由多晶尖晶石形成的基底基板10和由单晶钽酸锂形成的压电基片20，并且进行步骤(S20)至(S40)以制造层状体1。通过在步骤(S30)中差别化Ar束的辐照条件，产生两种层状体1(样品A和样品B)。
对于样品A和样品B中的每一个，通过裂纹张开方法检查基底基板10和压电基片20之间的结合强度。此外，对于样品A和样品B中的每一个，在基板的厚度方向上切割层状体1，并且用STEM(扫描透射电子显微镜)观察结合界面附近的部分以测量支撑主表面无定形层19和结合主表面无定形层29的厚度。对于样品A和样品B中的每一个，在五个视场中测量支撑主表面无定形层19和结合主表面无定形层29的厚度。表1和表2示出了实验结果。
[表1]
[表2]
表1和表2分别显示了样品A和样品B的实验结果。参照表1和表2，在样品A和样品B中的每一个中，支撑主表面无定形层19的厚度小于结合主表面无定形层29的厚度。更具体地，支撑主表面无定形层19的厚度小于或等于结合主表面无定形层29的厚度的1/2。对于样品A和样品B中的每一个，支撑主表面无定形层具有0.3nm以上且和3.0nm以下的厚度，以及结合主表面无定形层具有0.5nm以上且5.0nm以下的厚度。结合强度的研究表明，样品A和样品B都具有足够的结合强度。另一方面，其中在支撑主表面无定形层19的厚度大于结合主表面无定形层29的厚度的单独生产的样品中，没有获得足够的结合强度。上述实验结果显示：根据本申请的层状体可以提供其中压电基片和陶瓷基板(基底基板)以足够的结合强度彼此结合的层状体。
这里公开的实施方式和实施例在所有方面都仅仅是示例，并且应该理解为在任何方面都是非限制性的。本发明的范围不是由上面描述限定，而是由权利要求限定。本发明的范围旨在涵盖权利要求等同替换的含义和范围内的所有修改。
附图标记
1 层状体
10 基底基板
11 支撑主表面
19 支撑主表面无定形层
20 压电基片
21 暴露主表面
22 结合主表面
29 结合主表面无定形层
30 输入侧电极
31 第一部分
31A 基部
31B 突起
32 第二部分
32A 基部
32B 突起
40 输出侧电极
41 第一部分
41A 基部
41B 突起
42 第二部分
42A 基部
42B 突起
51 输入侧布线
61 输出侧布线
100 SAW器件
Claims (6)
1.一种层状体，其包括：
由多晶陶瓷形成并且具有支撑主表面的陶瓷基板；和
由压电材料形成并且具有通过范德华力结合到所述支撑主表面的结合主表面的压电基片，
其中，所述陶瓷基板包括支撑主表面无定形层，该支撑主表面无定形层形成为包括所述支撑主表面，
所述压电基片包括结合主表面无定形层，该结合主表面无定形层形成为包括所述结合主表面，
所述支撑主表面无定形层的厚度小于所述结合主表面无定形层的厚度。
2.根据权利要求1所述的层状体，其中，所述支撑主表面无定形层具有0.3nm以上且3.0nm以下的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的层状体，其中，所述结合主表面无定形层具有0.5nm以上且5.0nm以下的厚度。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的层状体，其中，所述陶瓷基板由从尖晶石、氧化铝、氧化镁、二氧化硅、莫来石、堇青石、氧化钙、二氧化钛、氮化硅、氮化铝和碳化硅组成的组中选择的至少一种材料形成。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的层状体，其中，所述压电基片由钽酸锂或铌酸锂形成。
6.一种SAW器件，其包括：
根据权利要求1至5中的任一项所述的层状体；和
在所述压电基片的主表面上形成的电极，所述主表面位于与所述陶瓷基板相反的位置。
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