CN114868266A - 压电振动基板及压电振动元件 - Google Patents

压电振动基板及压电振动元件 Download PDF

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浅井圭一郎
服部良祐
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Abstract

本发明的课题在于，能够抑制由压电振动元件安装时施加的加热、超声波振动及施重所导致的裂纹或缺口。[0012]压电振动元件11具备：由块状的压电性材料形成的压电层2A、压电层2A的第一面2a上的下部电极3以及接合于下部电极3的支撑基板5。

Description

压电振动基板及压电振动元件
技术领域
本发明涉及可较佳地利用于MEMS振镜等的压电振动基板及元件。
背景技术
平视显示器(HUD)是指：“在将视线保持于前方的状态下将必要的信息重叠显示于视野的装置”。汽车驾驶中，与观看仪表面板或控制台面板上的信息的情形相比，能够在将视线保持于前方的状态下识别信息，因此，对防止侧向驾驶有效，此外，由于眼睛的焦点移动较少，所以能够实现司机的疲劳减轻和安全性提高。
关于HUD的原理，将荧光管、CRT或液晶显示器的图像映于车的挡风玻璃或透明屏幕(合路器)。HUD根据光学结构的不同而具有以下的2种方式。
(1)将挡风玻璃等作为屏幕而直接投影图像的直接投影方式
(2)使挡风玻璃等作为反射镜发挥作用而使其在司机的视网膜上成像的虚拟成像方式
上述方式的最大区别在于司机看到图像时的距离感。直接投影方式中，与普通的投影仪同样地在屏幕(合路器)上识别图像，而虚拟成像方式中，在距司机的视线数米的空间上识别图像。无论是哪种方式，与不使用HUD时相比较，司机的前方视野与仪表面板或控制台面板之间的视线移动均格外减少。但是，虚拟成像方式中，通常驾驶时相对于视野的焦点移动也较少，因此，能够将注意力更集中于驾驶，疲劳也较少。虚拟成像方式中，近年来正在开发扫描激光束而进行描绘的新方式。
对于激光扫描型显示器，将RGB3色的激光束以称为合路器的光学元件进行合并，并将这1条射束利用微小振镜进行反射而二维地进行扫描，由此进行描绘。该方式类似于CRT的电子束扫描，不过，不是激发荧光体，而是在其水平扫描线上的像素对应的位置控制各激光的脉冲宽度和输出，改变颜色和亮度，高速地以点状描绘像素。能够实现的分辨率取决于振镜的振动频率和激光的调制频率。
由该方式带来的主要优点如下。
(1)由于元器件个数较少，所以能够实现小型化、低成本化、可靠性提高。
(2)由于按各像素所需要的亮度点亮激光，所以能够实现低耗电。
(3)由于采用进行了准直(平行光)的激光，所以不需要聚焦调整。
对于作为激光扫描型显示器的核心元器件的微振镜，将Si利用MEMS(MicroElectro Mechanical System)技术进行加工，并蒸镀金属。MEMS振镜的驱动方法有以静电引力进行驱动的静电方式、以电磁力进行驱动的电磁方式、以及以压电元件进行驱动的压电方式等。其中，作为压电方式的优点，可以举出高速驱动、低耗电、大驱动力；作为压电方式的缺点，可以举出压电元件的成膜较难。
以往，为了制造MEMS振镜等中使用的压电振动元件，通过溅射法等，在硅基板上形成PZT等压电膜(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-225596
专利文献2：日本特开2014-086400
发明内容
今后，对HUD要求大画面化、宽视角化，相对于目前的视角7～8度，还要求扩大至最大20度。为了实现大画面化、宽视角化，需要使MEMS振镜的压电振动元件的频率、振幅及可靠性提高。但是，如专利文献1中所记载，判明：以往的利用成膜法在硅基板上形成了压电层的压电振动元件中，无法实现具备如此高的频率、振幅及可靠性的压电振动元件。
特别是，将压电振动元件安装于封装体或基板并进行电连接时，进行引线接合或倒装式接合。在接合工序中，需要对压电振动元件施加加热、超声波振动及载荷这样的负荷。此时，判明：如果采用使压电振动元件的频率、振幅、可靠性提高的方法，则加热、超声波振动及施重的负荷增大，容易在压电振动元件产生裂纹或缺口。据此，压电振动元件的成品率降低。
本发明的课题在于，能够抑制由压电振动元件安装时施加的加热、超声波振动及施重所导致的裂纹或缺口。
第一方案所涉及的发明涉及一种压电振动基板，其特征在于，具备：
压电层，该压电层由块状的压电性材料形成，且具有第一面及与所述第一面相反一侧的第二面；
所述压电层的第一面上的下部电极；以及
支撑基板，该支撑基板接合于所述下部电极。
另外，本发明涉及一种压电振动元件，其特征在于，具备：
所述压电振动基板、以及
所述压电层上的上部电极。
第二方案所涉及的发明涉及一种压电振动基板，其特征在于，具备：
压电层，该压电层由块状的压电性材料形成，且具有第一面及与所述第一面相反一侧的第二面；
所述压电层的第一面上的下部电极；
高刚性陶瓷板，该高刚性陶瓷板接合于所述下部电极；以及
支撑基板，该支撑基板接合于所述高刚性陶瓷板。
另外，本发明涉及一种压电振动元件，其特征在于，具备：
所述压电振动基板、以及
所述压电层的第二面上的上部电极。
发明效果
本发明的发明人研究了：将压电振动元件安装于封装体或基板并进行电连接时，因加热、超声波振动及施重而在压电振动元件产生裂纹或缺口的理由。结果得知，通过溅射等各种成膜方法形成PZT等压电膜的情况下，压电膜的结晶品质较差，这构成裂纹或缺口的原因。
因此，本发明的发明人还研究了：通过对块状的压电性材料基板进行薄膜化来制造压电振动板。但是，块状的压电性材料基板具有如下趋势，即，如果通过加工而使厚度减薄至例如50μm以下，则因强度不足而开裂，因此，很难作为压电振动元件加以利用。
基于这些见解，本发明的发明人发现：通过将块状的压电性材料基板借助下部电极及中间层而与另一支撑基板直接键合，并对该压电性材料基板进行研磨，使其减薄至适合于高频振动的所期望的厚度，成功形成了厚度较薄且结晶性良好的压电振动层，据此，能够抑制由加热、超声波振动及施重所导致的压电振动元件的裂纹或缺口。
此外，本发明的发明人发现：上述形态的压电振动元件中，通过在压电层的第一面上所设置的下部电极与支撑基板之间设置另一高刚性陶瓷板，能够更进一步地降低由加热、超声波振动及施重所导致的压电振动元件的裂纹或缺口。
结果，通过本发明，能够实现压电特性及耐久性优异的压电致动器器件。
附图说明
图1中，(a)表示压电体2、下部电极3及中间层4的层叠体，(b)表示支撑基板5，(c)表示将中间层4和支撑基板5直接键合得到的接合体。
图2中，(a)表示在图1(c)的接合体中对压电体进行加工得到的接合体，(b)表示具有压电层2A、上部电极1、下部电极3、中间层4、非晶质层6及支撑基板5的压电振动元件11。
图3中，(a)表示在高刚性陶瓷体7的第一面上设置有中间层8的状态，(b)表示支撑基板5，(c)表示在支撑基板5接合有高刚性陶瓷板7A的状态，(d)表示在压电体2上设置有下部电极3及中间层4的状态。
图4中，(a)表示支撑基板5、下部电极3、高刚性陶瓷板7A及压电体2的接合体，(b)表示在图4(a)的接合体中对压电体2进行加工而制成压电层2A的状态，(c)表示压电振动元件12。
图5是本发明实施例中的支撑基板与中间层的界面附近的透射型电子显微镜(TEM)照片。
图6是表示本发明实施例中的下部电极的接合面上的中间层与高刚性陶瓷板的接合界面及其周边的截面透射型电子显微镜(TEM)照片。
图7是表示支撑基板的接合面上的中间层与高刚性陶瓷板的第一面的接合界面及其周边的截面透射型电子显微镜(TEM)照片。
图8是压电振动元件的截面透射型电子显微镜(TEM)照片。
具体实施方式
以下，适当参照附图，对本发明的实施方式进一步详细地进行说明。
图1及图2涉及第一方案的发明。
优选的实施方式中，如图1(a)所示，压电体2具有第一面2a和第二面2b。在压电体2的第一面2a上设置下部电极3、中间层4。接下来，像箭头A那样对中间层4的接合面4a照射中性原子束，由此将中间层4a活化。
另一方面，如图1(b)所示，像箭头B那样对支撑基板5的接合面5a照射中性原子束，由此将接合面5a活化。接下来，如图1(c)所示，使中间层4的接合面4a和支撑基板5的接合面5a接触，进行直接键合，由此得到接合体。典型的为，沿着支撑基板5与中间层4的边界而生成非晶质层6。
接下来，如图2(a)所示，对接合体的压电体进行加工使其变薄，由此形成具有所期望的厚度的压电层2A。压电层2A的厚度根据目标振动频率而进行适当变更。2c为压电层2A的加工面(第二面)。接下来，如图2(b)所示，在压电层2A的第二面2c上形成上部电极1，由此得到压电振动元件11。
图3及图4涉及第二方案的发明。
如图3(a)所示，高刚性陶瓷体7具有第一面7a及第二面7b。在高刚性陶瓷体7的第一面7a上设置中间层8。接下来，像箭头C那样，对中间层8的接合面8a照射中性原子束，由此将接合面8a活化。另一方面，如图3(b)所示，像箭头B那样，对支撑基板5的接合面5a照射中性原子束，由此将接合面5a活化。
接下来，如图3(c)所示，使中间层8的接合面8a和支撑基板5的接合面5a接触，进行直接键合，由此得到接合体。此时，典型的为，沿着接合面8a与接合面5a的界面而生成非晶质层10。
接下来，对高刚性陶瓷体7进行加工使其变薄，由此形成所期望厚度的高刚性陶瓷板7A。接下来，在高刚性陶瓷板7A的第二面7c上设置中间层16，像箭头D那样，对中间层的接合面16a照射中性原子束，进行表面活化。
另一方面，如图3(d)所示，在压电体2的第一面2a上按顺序设置下部电极3及中间层4，将中间层4的接合面4a利用中性原子束E进行活化。接下来，如图4(a)所示，使中间层4的接合面4a和高刚性陶瓷板7A的第二面7c上的中间层16接触，进行直接键合，由此得到接合体。此时，典型的为，沿着已直接键合的中间层4与中间层16的界面而生成非晶质层。
接下来，如图4(b)所示，对接合体的压电体2进行加工使其变薄，由此形成具有所期望的厚度的压电层2A。压电层2A的厚度根据目标振动频率而进行适当变更。2c为压电层2A的加工面(第二面)。接下来，如图4(c)所示，在压电层2A的第二面2c上形成上部电极1，由此得到压电振动元件12。
本发明的元件具有压电层，该压电层由块状的压电性材料形成，且具有第一面及第二面。
块状的压电性材料是指：通过结晶生长法或烧结法而形成为块状的压电性材料，而不是在基板上成膜的状态的压电性材料。通常，该压电性材料的结晶性良好，强度较高。
特别是，块状的压电性材料具有如下特征，即，由于结晶性较高，所以，作为器件所需要的压电特性之一的d31(沿着电极面的方向上的伸缩)大于成膜品。块状品的情况下，压电常数(d31：pc/N＝pm/V)为例如150以上(也有时超过200)，即便如此，成膜品的压电常数为150以下，平均在100左右的情形较多。
压电性材料没有特别限定，可例示铅系钙钛矿氧化物(例如钛锆酸铅(PZT)、铌酸铅镁-钛酸铅(PMN-PT)。另外，在铅系钙钛矿氧化物(例如PZT)中可以添加La(镧)、Nb(铌)、和/或Sr(锶)，也可以采用Pb(Mg，Nb)O3、Pb(Ni，Nb)O3、PbTiO3等氧化物或它们的组合。
从操作时的机械强度的观点出发，加工前的压电体的厚度优选为200μm以上。另外，加工后的压电层(振动体)的厚度取决于目标振动频率，例如可以为0.5μm～50μm。
上部电极、下部电极的材质没有特别限定，只要能够施加对压电层的振动进行控制的电压就没有问题，例如可例示：铂、金、Au－Cu、Al、Al-Cu合金。另外，还可以在压电层与上部电极之间、高刚性陶瓷板与下部电极之间设置用于使各电极的密合性提高的Cr、Ti等缓冲层。
利用成膜法在支撑基板上形成PZT等压电体的情况下，用于使压电体在支撑基板上生长的种子层是必须的。从压电体培养的观点出发，种子层的材质通常为Pt，成膜方法中，除了Pt以外，事实上，下部电极没有其他选择。
另一方面，本发明中，由于将块状的压电性材料相对于支撑基板进行接合而制作振动体，所以，能够不受下部电极的材料、膜厚等的影响而将下部电极相对于压电体进行接合。因此，可以选择最适合器件、工艺的电极材料。例如，与Pt相比较，Au能够容易地蚀刻，因此，下部电极能够微细化。通常，如果使下部电极微细化，则配线电阻上升，器件特性的劣化及由发热所导致的可靠性的劣化构成问题，不过，由于Au的电阻率小于Pt的电阻率，所以，即便微细化，也能够避免由配线电阻上升所带来的问题。因此，能够兼顾器件的小型化和高性能化。
从上述观点出发，下部电极的材质特别优选为Au，也可以优选利用Ag、Cu、Al、W、Mo，另外，也可以优选利用Au、Ag、Cu、Al、W、Mo的合金。另外，优选通过在下部电极与压电体之间设置前述的缓冲层而使密合性提高。
第一方案的发明中，可以在下部电极上设置中间层，另外，可以在支撑基板上设置中间层。此时的直接键合具有以下的实施方式。
(1)将下部电极上的中间层和支撑基板直接键合。
(2)将支撑基板之上的中间层和下部电极直接键合。
(3)将下部电极上的中间层和支撑基板上的中间层直接键合。
另外，第二方案的发明中，可以在下部电极的接合面上设置中间层，也可以在高刚性陶瓷板的第一面上设置中间层。此时的直接键合具有以下的实施方式。
(1)将下部电极的接合面上的中间层和高刚性陶瓷板的第二面直接键合。
(2)将高刚性陶瓷板的第二面上的中间层和下部电极的接合面直接键合。
(3)将下部电极的接合面上的中间层和高刚性陶瓷板的第二面上的中间层直接键合。
另外，第二方案的发明中，可以在支撑基板的接合面上设置中间层，也可以在高刚性陶瓷体的第一面上设置中间层。此时的直接键合具有以下的实施方式。
(1)将支撑基板的接合面上的中间层和高刚性陶瓷体的第一面直接键合。
(2)将高刚性陶瓷板的第一面上的中间层和支撑基板的接合面直接键合。
(3)将高刚性陶瓷板的第一面上的中间层和支撑基板的接合面上的中间层直接键合。
任一形态下，均有时沿着直接键合的界面而生成非晶质层。
上述中间层在提高下部电极与高刚性陶瓷板之间、高刚性陶瓷板与支撑基板之间的接合强度方面是优选的。
中间层的材质没有限定，可例示：氧化硅、五氧化钽、氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化铌、氧化铋、氧化铝、氧化镁、氮化铝、氮化硅、硅。
中间层的厚度没有特别限定，从制造成本的观点出发，优选为0.01～1μm，更优选为0.01～0.5μm。
中间层的成膜方法没有限定，可例示：溅射(sputtering)法、化学气相生长法(CVD)、蒸镀。
支撑基板的材质没有特别限定，优选为金属氧化物、氮化铝、碳化硅、硅、玻璃、金属、SOI(Silicon on Insulator)。该金属氧化物可以为单一金属的氧化物，或者可以为多种金属的复合氧化物。该金属氧化物优选从由硅铝氧氮陶瓷、蓝宝石、堇青石、多铝红柱石及氧化铝构成的组中选择。氧化铝优选为透光性氧化铝。金属可例示SUS、铜、铝等。
从接合强度的观点出发，支撑基板的相对密度优选为95.5％以上，可以为100％。利用阿基米德法来测定相对密度。另外，支撑基板的制法没有特别限定，优选为烧结体、结晶培养。
构成高刚性陶瓷板的高刚性陶瓷是指：杨氏模量(JIS R1602)：200GPa以上、弯曲强度(JIS R1601)：310MPa以上、断裂韧性(JIS R1607)：
Figure BDA0003696418250000081
以上的材料。
作为高刚性陶瓷的种类，可例示：硅铝氧氮陶瓷、透光性氧化铝、蓝宝石等。
硅铝氧氮陶瓷为将氮化硅和氧化铝的混合物烧结而得到的陶瓷，其具有如下组成。
Si6－zAlzOzN8－z
即，硅铝氧氮陶瓷具有在氮化硅中混合有氧化铝的组成，z表示氧化铝的混合比率。z更优选为0.5以上。另外，z更优选为4.0以下。
蓝宝石为具有Al2O3的组成的单晶，氧化铝为具有Al2O3的组成的多晶。
在将中间层和支撑基板、中间层和下部电极、中间层和高刚性陶瓷体、中间层和支撑基板、以及中间层彼此直接键合时，优选以下的方法。
首先，使各中间层的接合面、支撑基板的接合面、高刚性陶瓷体的接合面、下部电极的接合面平坦化，得到各平坦面。此处，各接合面的平坦化方法有精研(lap)、化学机械研磨加工(CMP)等。另外，平坦面的算术平均粗糙度Ra优选为1nm以下，更优选为0.3nm以下。
接下来，对各接合面进行清洗，以便除去研磨剂的残渣及加工变质层。各接合面的清洗方法有湿洗、干洗、刷洗等，不过，为了简便且高效地得到清洁表面，优选刷洗。此时，特别优选为，作为清洗液采用Sunwash LH540后，采用丙酮和IPA(异丙醇)的混合溶液利用刷洗机进行清洗。
接下来，通过对各接合面照射中性原子束，使得各接合面活化。
利用中和束进行表面活化时，优选使用专利文献2中记载那样的装置使其产生中和束，进行照射。即，作为射束源，使用鞍场型的高速原子射束源。然后，向腔室中导入不活泼性气体，从直流电源向电极施加高电压。据此，电子e因电极(正极)与壳体(负极)之间产生的鞍场型的电场而进行运动，生成由不活泼性气体带来的原子和离子的射束。到达栅极的射束中，离子射束在栅极被中和，因此，中性原子的射束从高速原子射束源中射出。构成射束的原子种优选为不活泼性气体(氩、氮等)。
利用射束照射进行活化时的电压优选为0.5～2.0kV，电流优选为50～200mA。
接下来，在真空气氛中，使已活化的接合面彼此接触，进行接合。此时的温度为常温，不过，具体而言，优选为40℃以下，更优选为30℃以下。另外，接合时的温度特别优选为20℃以上25℃以下。接合时的压力优选为100～20000N。
在支撑基板与中间层之间有时生成非晶质层。该非晶质层的组成含有：构成中间层的金属原子、构成支撑基板的金属原子、构成支撑基板的氧原子或氮原子、以及有时存在的氩。
另外，在下部电极与中间层之间有时生成非晶质层。该非晶质层的组成含有：构成中间层的金属原子、构成下部电极的金属原子、以及有时存在的氩。
另外，在高刚性陶瓷板与中间层之间有时生成非晶质层。该非晶质层的组成含有：构成中间层的金属原子、构成高刚性陶瓷板的金属原子、构成高刚性陶瓷板的氧原子或氮原子、以及有时存在的氩。
另外，在压电体与中间层之间有时生成非晶质层。该非晶质层的组成含有：构成中间层的金属原子、构成压电体的金属原子、以及有时存在的氩。
优选的实施方式中，对于第一方案的基板的制造，在压电体上设置下部电极及中间层，接下来，将中间层的接合面和支撑基板的接合面直接键合，由此得到接合体。这种情况下，典型的为，沿着支撑基板与中间层的边界而生成非晶质层。
接下来，对接合体的压电体进行加工而使其变薄，由此形成具有所期望的厚度的压电层，得到压电振动基板。接下来，如图2(b)所示，在压电层的第二面上形成上部电极，由此得到压电振动元件。
另外，对于第二方案的基板的制作，在高刚性陶瓷体的第一面上设置中间层。接下来，将该中间层和支撑基板的接合面直接键合，得到接合体。此时，典型的为，沿着中间层与支撑基板的接合面的界面而生成非晶质层。接下来，对高刚性陶瓷体进行加工而使其变薄，由此形成所期望厚度的高刚性陶瓷板。
另一方面，在压电体的第一面设置下部电极，在下部电极的接合面上设置中间层。
然后，在高刚性陶瓷板的第二面上设置中间层，将该中间层直接键合于下部电极的接合面上的中间层。接下来，通过对压电体进行加工而得到压电层。
本发明的压电振动元件可以优选利用于MEMS元件的致动器等。
实施例
(实施例A1)
按照参照图1及图2进行说明的方法，试制图2(b)所示的压电振动元件11。
其中，压电体2采用厚度250μm的PZT的块体，使上部电极1、下部电极3的材质为Pt。通过溅射法，在下部电极3上设置由非晶质硅形成的中间层4。另外，准备出由硅形成的支撑基板5。接下来，利用化学机械研磨加工(CMP)，对支撑基板5的接合面5a及中间层4的接合面4a进行精加工，使各算术平均粗糙度Ra为0.2nm。
接下来，对支撑基板5的接合面5a及中间层4的接合面4a进行清洗，去除污垢后，向真空腔室中导入。抽真空至10-6Pa以上且小于10-5Pa后，对各接合面4a、5a照射120sec的高速原子射束(加速电压1kV、Ar流量27sccm)。接下来，使支撑基板5的接合面5a和中间层4的接合面4a接触后，以10000N进行2分钟加压而接合。
接下来，对压电体2的一个主面2b进行磨削及研磨加工，由此形成厚度1μm的压电层2A。接下来，利用溅射法，在压电层2A的第二面2c上将上部电极1成膜，得到压电振动元件11。
将压电振动元件11安装于封装体，进行引线接合。接合工序中，对压电振动元件11施加加热(150℃)、超声波振动(80kHz)及载荷(500gf)。结果，在压电振动元件11产生裂纹或缺口的不良品的发生率为5％。
图5是表示压电振动元件11的中间层与支撑基板的接合界面及其周边的截面透射型电子显微镜(TEM)照片(倍率200万倍)。图5中，上侧的明亮区域为中间层(非晶质硅)，下侧为支撑基板(硅)，中央部分的带状区域为接合时产生的非晶质层。支撑基板、非晶质层及中间层中的各原子的比率如下。
表1
组成单元(atm％) Si O Ar
中间层(α-Si膜) 93.6 6.4 0.0
接合界面(非晶质层) 93.3 5.0 1.7
支撑基板(Si基板) 98.8 1.2 0.0
(比较例A1)
通过气相成膜法，将压电层成膜，试制压电振动元件。
即，利用溅射法，在由硅形成的支撑基板上，将由Pt形成的下部电极3、厚度1μm的由PZT形成的压电层及由Pt形成的上部电极成膜，得到压电振动元件。
接下来，将压电振动元件安装于封装体，与实施例A1同样地施加热、超声波振动及载荷。结果，在压电振动元件产生裂纹或缺口的不良品的发生率为20％。
(实施例B1)
与实施例A1同样地试制压电振动元件11。不过，与实施例A1不同，使压电体2及压电层2A的材质为PMN－PT。除此以外，与实施例A1相同。将得到的压电振动元件11安装于封装体，与实施例A1同样地施加热、超声波振动及载荷。结果，在压电振动元件产生裂纹或缺口的不良品的发生率为6％。
(比较例B1)
与比较例A1同样地试制压电振动元件11。不过，与比较例A1不同，使压电层的材质为PMN－PT。除此以外，与比较例A1相同。将得到的压电振动元件安装于封装体，与实施例A1同样地施加热、超声波振动及载荷。结果，在压电振动元件产生裂纹或缺口的不良品的发生率为22％。
(实施例C1)
按照参照图3及图4进行说明的方法，试制图4(c)所示的压电振动元件12。
其中，如图3(a)所示，在厚度250μm的由硅铝氧氮陶瓷形成的高刚性陶瓷体7的第一面7a设置由非晶质硅形成的中间层8。另外，如图3(b)所示，在由硅形成的厚度500μm的支撑基板5的表面准备由非晶质硅形成的中间层。接下来，利用化学机械研磨加工(CMP)，对支撑基板5的中间层接合面5a及中间层8的接合面8a进行精加工，使各算术平均粗糙度Ra为0.2nm。
接下来，对支撑基板5的中间层接合面5a及中间层8的接合面8a进行清洗，去除污垢后，向真空腔室中导入。抽真空至10－6Pa以上且小于10－5Pa后，对各接合面5a、8a照射120sec的高速原子射束(加速电压1kV、Ar流量27sccm)。接下来，使支撑基板5的中间层接合面5a和中间层8的接合面8a接触后，以10000N进行2分钟加压而接合。接下来，将得到的接合体于100℃进行20小时加热。
接下来，对高刚性陶瓷体7的第二面7b进行磨削及研磨加工，由此，如图3(c)所示，形成厚度50μm的高刚性陶瓷板7A。不过，本实施例中，没有在高刚性陶瓷板7A的第二面7c上设置中间层16。
另一方面，如图3(d)所示，压电体2采用厚度250μm的PZT的块体，在压电体2的第一面2a上，作为下部电极3，将Ti(15nm)/Pt(200nm)成膜，进而，通过溅射法，设置由非晶质硅形成的中间层4。
接下来，利用化学机械研磨加工(CMP)，对高刚性陶瓷板7A的第二面7c及中间层4(参照图1(a))的接合面4a进行精加工，使各算术平均粗糙度Ra为0.2nm。
接下来，对高刚性陶瓷板7A的第二面7c及中间层4的接合面4a进行清洗，去除污垢后，向真空腔室中导入。抽真空至10－6Pa以上且小于10－5Pa后，对第二面7c、接合面4a照射120sec的高速原子射束(加速电压1kV、Ar流量27sccm)。接下来，使高刚性陶瓷板7A的第二面7c和中间层4的接合面4a接触后，以10000N进行2分钟加压而接合。接下来，将得到的接合体于100℃进行20小时加热。
接下来，对压电体2的第二面2b进行磨削及研磨加工，由此，如图4(b)所示，形成厚度1μm的压电层2A。接下来，利用溅射法，将上部电极1(Ti(15nm)/Pt(200nm))成膜，得到压电振动元件12。
将压电振动元件12安装于封装体，进行引线接合。接合工序中，对压电振动元件12施加加热(150℃)、超声波振动(80kHz)及载荷(500gf)。结果，在压电振动元件11产生裂纹或缺口的不良品的发生率为5％。
图6是表示下部电极3的接合面上的中间层与高刚性陶瓷板的接合界面及其周边的截面透射型电子显微镜(TEM)照片(倍率200万倍)。图6中，上侧的明亮区域为中间层(非晶质硅)，下侧为高刚性陶瓷板(硅铝氧氮陶瓷)，中央部分的带状区域为接合时产生的非晶质层。高刚性陶瓷板、非晶质层及中间层中的各原子的比率如下。
表2
Figure BDA0003696418250000141
图7是表示支撑基板5的接合面5a上的中间层与高刚性陶瓷板的第一面上的中间层的接合界面及其周边的截面透射型电子显微镜(TEM)照片(倍率200万倍)。图7中，上侧的明亮区域为中间层(非晶质硅)，下侧的黑暗区域为支撑基板(硅)。并且，两个中间层之间的带状区域为接合时产生的非晶质层。高刚性陶瓷板上的中间层、第一面上的非晶质层、支撑基板上的中间层及支撑基板中的各原子的比率如下。
表3
Figure BDA0003696418250000142
(实施例D1)
与实施例A1同样地试制压电振动元件。
不过，与实施例A1不同，使压电体上的缓冲层的材质为Cr，使下部电极及上部电极的材质为Au。另外，在下部电极上没有设置中间层，在支撑基板上也没有设置中间层，将下部电极和支撑基板直接键合。
具体而言，压电体2采用厚度250μm的PZT的块体，利用溅射法，在压电体2上，将缓冲层及下部电极成膜。使缓冲层的材质为Cr，使下部电极的材质为Au。另外，准备出由硅形成的支撑基板5。接下来，利用化学机械研磨加工(CMP)，对支撑基板5的接合面5a及下部电极的接合面进行精加工，使各算术平均粗糙度Ra为0.2nm。
接下来，对支撑基板5的接合面5a及下部电极的接合面进行清洗，去除污垢后，向真空腔室中导入。抽真空至10－6Pa以上且小于10－5Pa后，对各接合面照射120sec的高速原子射束(加速电压1kV、Ar流量27sccm)。接下来，使支撑基板5的接合面5a和下部电极的接合面接触后，以10000N进行2分钟加压而接合。
接下来，对压电体2的一个主面2b进行磨削及研磨加工，由此形成厚度1μm的压电层2A。接下来，利用溅射法，在压电层2A的第二面2c上，将由Cr形成的缓冲层及由Au形成的上部电极成膜，得到压电振动元件。
将压电振动元件安装于封装体，进行引线接合。接合工序中，对压电振动元件施加加热(150℃)、超声波振动(80kHz)及载荷(500gf)。结果，在压电振动元件11产生裂纹或缺口的不良品的发生率为3％。
图8是压电振动元件的截面透射型电子显微镜(TEM)照片(倍率200万倍)。图8中，上侧的明亮区域为压电层，在压电层的第一面，Cr层及Au层分别以带的形式显示。并且，下侧为支撑基板(硅)，支撑基板与Au层之间的带状区域为接合时产生的非晶质层。

Claims (10)

1.一种压电振动基板，其特征在于，具备：
压电层，该压电层由块状的压电性材料形成，且具有第一面及与所述第一面相反一侧的第二面；
所述压电层的第一面上的下部电极；以及
支撑基板，该支撑基板接合于所述下部电极。
2.根据权利要求1所述的压电振动基板，其特征在于，
沿着所述下部电极与所述支撑基板的界面而存在非晶质层。
3.根据权利要求1或2所述的压电振动基板，其特征在于，
在所述下部电极与所述支撑基板之间具有中间层。
4.一种压电振动元件，其特征在于，具备：
权利要求1～3中的任一项所述的压电振动基板、以及
所述压电层的所述第二面上的上部电极。
5.一种压电振动基板，其特征在于，具备：
压电层，该压电层由块状的压电性材料形成，且具有第一面及与所述第一面相反一侧的第二面；
所述压电层的所述第一面上的下部电极；
高刚性陶瓷板，该高刚性陶瓷板接合于所述下部电极；以及
支撑基板，该支撑基板接合于所述高刚性陶瓷板。
6.根据权利要求5所述的压电振动基板，其特征在于，
沿着所述下部电极与所述高刚性陶瓷板的界面而存在非晶质层。
7.根据权利要求5或6所述的压电振动基板，其特征在于，
沿着所述高刚性陶瓷板与所述支撑基板的界面而存在非晶质层。
8.根据权利要求5～7中的任一项所述的压电振动基板，其特征在于，
在所述下部电极与所述高刚性陶瓷板之间具有中间层。
9.根据权利要求5～8中的任一项所述的压电振动基板，其特征在于，
在所述高刚性陶瓷板与所述支撑基板之间具有中间层。
10.根据权利要求5～9中的任一项所述的压电振动元件，其特征在于，
在所述压电层的所述第二面上具备上部电极。
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