CN115428338A

CN115428338A - 压电器件

Info

Publication number: CN115428338A
Application number: CN202180027877.8A
Authority: CN
Inventors: 渡边宗久; 谷口康政; 大门克也; 冈田拓郎
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2021-04-14
Publication date: 2022-12-02
Also published as: WO2021215315A1; JP7384277B2; KR20220145884A; US20230032680A1; JPWO2021215315A1

Abstract

压电器件(100)具备：支承基板(110)；中间层(140)，配置在支承基板(110)上的第1区域(RG1)；压电层(130)，配置在中间层(140)上；功能元件(120)，形成在压电层(130)上；以及绝缘层(150)。绝缘层(150)在支承基板(110)上配置在与第1区域(RG1)相邻的第2区域(RG2)。第2区域(RG2)中的支承基板(110)的表面粗糙度(R2)大于第1区域(RG1)中的支承基板(110)的表面粗糙度(R1)。

Description

压电器件

技术领域

本公开涉及压电器件，更特定地，涉及用于降低在压电器件中产生的高阶模式的杂散的技术。

背景技术

已知有在压电薄膜上形成了功能元件的压电器件。例如，在国际公开第2015/098678号说明书(专利文献1)公开了在多层膜上形成了梳齿状的IDT(InterdigitalTransducer，叉指换能器)电极的弹性波装置，该多层膜在由低声速膜和高声速膜形成的层叠膜上层叠了压电薄膜。

在国际公开第2015/098678号说明书(专利文献1)公开的弹性波装置中，在支承基板上未形成上述的多层膜的区域形成有绝缘层，在该绝缘层上形成有用于连接IDT电极和外部端子的布线电极。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2015/098678号说明书

发明内容

发明要解决的问题

在如国际公开第2015/098678号说明书(专利文献1)所公开的具有多层膜的弹性波装置(压电器件)中，与基于IDT电极的谐振频率的主模式的信号一起，产生起因于多层膜的厚度的层叠方向上的谐振模式。由于该谐振模式，从而不可避免地可能产生具有比IDT电极的谐振频率高的频率的高阶模式的无用波(杂散)。若产生这样的杂散，则成为噪声而叠加于由IDT电极传播的主模式的高频信号，有可能成为压电器件的特性劣化的主要原因。

进而，所产生的高阶模式的杂散有时还会泄漏到未形成多层膜的绝缘层的区域。在该情况下，有可能还会对隔着该绝缘层相邻的压电器件的特性造成影响。

本公开是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于，抑制与在压电器件中产生的高阶模式杂散相伴的特性劣化。

用于解决问题的技术方案

本公开涉及的压电器件具备：支承基板；中间层，配置在支承基板上的第1区域；压电层，配置在中间层上；功能元件，形成在压电层上；以及绝缘层。绝缘层在支承基板上配置在与第1区域相邻的第2区域。第2区中的支承基板的表面粗糙度大于第1区域中的支承基板的表面粗糙度。

发明效果

根据基于本公开的压电器件，构成为：在支承基板中，形成绝缘层的第2区域的表面粗糙度大于形成压电层以及中间层的第1区域的表面粗糙度。由此，若表面粗糙度变大，则该区域的厚度的偏差增加，因此与表面粗糙度小的情况相比，变得不易产生与所产生的杂散相符的谐振模式。因此，泄漏的高阶模式的杂散变得容易被衰减，所以能够抑制与杂散相伴的特性劣化。

附图说明

图1是实施方式1涉及的压电器件的剖视图。

图2是图1的压电器件的部分剖视图。

图3是实施方式2涉及的压电器件的部分剖视图。

图4是实施方式3涉及的压电器件的部分剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。另外，图中对于相同或相当的部分标注相同的附图标记，不再重复其说明。

[实施方式1]

图1是实施方式1涉及的压电器件100的剖视图。此外，图2是图1的压电器件100的剖面的一部分的放大图。参照图1以及图2，压电器件100具备支承基板110、功能元件120、压电层130、中间层140、绝缘层150、以及覆盖层175。另外，在以后的说明中，有时将各图中的Z轴的正方向称为上表面侧，并将负方向称为下表面侧。

支承基板110例如由钽酸锂(LiTaO₃)、铌酸锂(LiNbO₃)、石英等压电体、矾土(Al₂O₃)、氧化镁、氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、氧化锆(ZrO₂)、堇青石、莫来石、块滑石、镁橄榄石等各种陶瓷、玻璃等电介质或者硅(Si)、蓝宝石、氮化镓(GaN)等半导体以及树脂基板等形成。

在支承基板110的上表面111的一部分形成有包含压电层130以及中间层140的层叠体105，在该压电层130的上表面131形成有功能元件120。

压电层130例如由钽酸锂、铌酸锂、氧化锌(ZnO)、氮化铝、或锆钛酸铅(PZT)等压电单晶材料、或者它们的压电层叠材料形成。

功能元件120包含弹性波谐振器，该弹性波谐振器包含梳齿状的IDT电极。由压电层130和功能元件120形成声表面波(SAW：Surface Acoustic Wave)谐振器。功能元件120能够使用包含铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、钛(Ti)、钨(W)、铂(Pt)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)中的至少一种的单质金属、或者以它们为主成分的合金等金属材料来形成。此外，功能元件120也可以具有层叠了包含这些金属或合金的多个金属膜的构造。

中间层140包含配置在支承基板110的上表面111的高声速层142、和配置在该高声速层142上的低声速层141。高声速层142构成为传播与在压电层130传播的弹性波的速度相比为高速的弹性体波。作为高声速层142，例如能够使用DLC(Diamond-like Carbon，类金刚石碳)膜、氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化硅、硅、蓝宝石、钽酸锂、铌酸锂、石英等压电体、矾土、氧化锆、堇青石、莫来石、块滑石、镁橄榄石等各种陶瓷、氧化镁金刚石、或者以上述各材料为主成分的材料、以上述各材料的混合物为主成分的材料中的任意材料。

低声速层141构成为传播与在压电层130传播的体波(bulk wave)的速度相比为低速的弹性体波。低声速层141例如能够使用氧化硅、玻璃、氮氧化硅、氧化钽、氧化硅中添加了氟或碳或硼的化合物、或者以上述各材料为主成分的材料中的任意材料。通过在低声速层141和高声速层142的边界产生的声速差，使从功能元件120激励到压电层130的弹性波反射，由此能够将弹性波的能量有效地封闭在压电层130内。

另外，在实施方式1中的压电器件100中，对中间层140分别各包含一层低声速层141以及高声速层142的结构的例子进行了说明，但是中间层140也可以是交替地层叠了多个低声速层141以及高声速层142的结构。此外，也可以在低声速层141与高声速层142之间设置有粘接层。此外，中间层140也可以仅由低声速层141构成。

在支承基板110的上表面111，在未形成层叠体105的区域形成有绝缘层150。绝缘层150在支承基板110上配置为与层叠体105的侧面(在层叠体105中，将功能元件120侧的面和支承基板110侧的面连结的面)以及压电层130的上表面131(在压电层130中形成功能元件120的面)相接。绝缘层150例如由以环氧、聚酰亚胺、丙烯酸、氨基甲酸乙酯等为主成分的树脂、硅树脂、以及旋涂玻璃(SOG)等形成。

覆盖层175被支承层170支承在与功能元件120隔开的位置。覆盖层175例如由以环氧、聚酰业胺、丙烯酸、氨基甲酸乙酯等为主成分的树脂形成。

支承层170在绝缘层150的上表面配置为包围层叠体105的周围。支承层170例如由包含聚酰亚胺、环氧系树脂、环烯烃系树脂、苯并环丁烯、聚苯并恶唑、酚醛系树脂、硅酮、或者丙烯酸树脂等有机材料的树脂形成。通过支承层170以及覆盖层175，在层叠体105与覆盖层175之间形成中空空间190。在该中空空间190的内部形成功能元件120。

贯通支承层170以及覆盖层175而形成有柱状电极180。柱状电极180的覆盖层175侧的第1端部181与用于连接外部设备的连接电极185连接。柱状电极180的第2端部182与形成在绝缘层150的上表面的布线电极160电连接。布线电极160从绝缘层150的上表面形成到压电层130的上表面，并与形成在压电层130的功能元件120连接。功能元件120和连接电极185通过布线电极160以及柱状电极180电连接。此外，在压电层130的上表面131形成有布线电极161。功能元件120彼此通过布线电极161电连接。

在实施方式1的压电器件100中，在支承基板110中，形成层叠体105的第1区域RG1的表面粗糙度和形成绝缘层150的第2区域RG2的表面粗糙度不同。具体地，使第2区域RG2的表面粗糙度R2大于第1区域RG1的表面粗糙度R1(R1＜R2)。

在像压电器件100那样在压电层130与支承基板110之间形成中间层140的结构中，与基于IDT电极的间距而在压电层130的面内方向上传播的主模式的弹性波一起，形成与中间层140的厚度相应的、在厚度方向(Z轴方向)上传播的谐振模式。由于产生该厚度方向上的谐振模式，从而不可避免地产生具有比主模式的谐振频率高的频率的高阶模式的杂散。该杂散成为噪声而叠加于主模式的高频信号，有可能对压电器件的特性造成影响。

进而，所产生的高阶模式的杂散有时从层叠体105向绝缘层150泄漏，在该情况下，有可能对相邻的其它压电器件的特性也造成影响。

关于上述的厚度方向上的谐振模式，中间层140的厚度越固定，谐振的强度越大，与此相伴地，高阶模式的杂散的强度也越大。因此，通过增大形成中间层140的第1区域RG1的部分的支承基板110的表面粗糙度，使中间层140的厚度变得不均匀，从而能够降低产生的杂散的强度。不过，若使第1区域RG1的表面粗糙度过大，则反而有可能使对主模式的信号的影响变大，从而特性下降。因此，关于第1区域RG1的表面粗糙度，被限制在不产生对主模式的影响的范围。

另一方面，关于形成绝缘层150的第2区域RG2，对主模式的影响少，因此优选通过尽可能地增大表面粗糙度而降低泄漏的杂散的强度，将对相邻的其它压电器件的影响最小化。

因此，在实施方式1中的压电器件中，使支承基板110的表面粗糙度大于通过以往的工艺形成的支承基板的表面粗糙度。进而，使形成绝缘层150的第2区域RG2的表面粗糙度R2大于形成层叠体105的第1区域RG1的表面粗糙度R1(R1＜R2)。具体地，若用算术平均粗糙度Ra来表示，则将第1区域RG1中的表面粗糙度R1设定在0.1nm＜R1＜0.3nm的范围，将第2区域RG2中的表面粗糙度R2设定在0.1nm＜R2＜100nm的范围(其中，R1＜R2)。

在制造工艺中，在支承基板110上形成中间层140之前，使用激光研磨或离子研磨等对支承基板110的表面进行加工。接着，在支承基板110上的整体形成中间层140以及压电层130，然后通过激光研磨或蚀刻来除去形成绝缘层150的部分的层叠体105。此时，使用与在形成层叠体105之前进行的表面加工的条件相比表面粗糙度变粗糙的条件，除去第2区域RG2的部分的层叠体105。通过采用这样的工艺，能够使第2区域RG2的表面粗糙度R2大于第1区域RG1的表面粗糙度R1。

像以上那样，在压电器件中，通过使形成绝缘层的支承基板的区域的表面粗糙度大于形成层叠体的支承基板的区域的表面粗糙度，从而能够降低所产生的高阶模式杂散的影响。

此外，通过使支承基板的表面粗糙度粗糙，从而中间层与支承基板之间以及绝缘层与支承基板之间的接地面积变大，因此能够增加中间层以及绝缘层的密接强度，所以能够抑制从支承基板的剥离。

[实施方式2]

在实施方式1中，对形成绝缘层的第2区域RG2的表面粗糙度大致均匀的情况进行了说明。然而，泄漏杂散的强度越靠近层叠体越强，且随着远离层叠体而逐渐下降。因此，在实施方式2中，对如下的结构进行说明，即，对于第2区域RG2中更靠近层叠体的部分，使表面粗糙度大于相对地远离层叠体的部分，从而使泄漏杂散更有效地衰减。

图3是实施方式2涉及的压电器件100A的部分剖视图。在压电器件100A中，具有实施方式1的压电器件100的支承基板110被替换为支承基板110A的结构。因此，在以后的说明中，不再重复关于与压电器件100重复的要素的说明。

参照图3，在压电器件100A中，在支承基板110A中，形成绝缘层150的第2区域RG2被分割为第1部分RG2-1以及第2部分RG2-2。第1部分RG2-1是支承基板110A中与形成层叠体105的第1区域RG1相邻的区域。第2部分RG2-2是比该第1部分RG2-1远离第1区域RG1的区域。

而且，使第1部分RG2-1的表面粗糙度R21大于第2部分RG2-2的表面粗糙度R22。即，包括第1区域RG1在内的表面粗糙度的大小关系成为R1＜R22＜R21。

通过像上述那样设定支承基板110A的表面粗糙度，从而能够在靠近层叠体的区域有效地降低泄漏杂散。

另外，在上述的例子中，对第2区域RG2的第2部分RG2-2的表面粗糙度R22大于第1区域RG1的表面粗糙度R1的情况进行了说明，但是在通过第2区域RG2的第1部分RG2-1能够充分地降低泄漏杂散的情况下，第2部分RG2-2的表面粗糙度R22也可以是第1区域RG1的表面粗糙度R1以下。

[实施方式3]

在实施方式3中，对降低支承基板中的第1区域和第2区域的边界处的应力的结构进行说明。

图4是实施方式3涉及的压电器件100B的部分剖视图。在压电器件100B中，具有实施方式1的压电器件100的支承基板110被替换为支承基板110B的结构。因此，在以后的说明中，不再重复关于与压电器件100重复的要素的说明。

参照图4，在压电器件100B的支承基板110B中，使形成绝缘层150的第2区域RG2的部分的厚度(Z轴方向上的尺寸)比形成层叠体105的第1区域RG1的部分的厚度薄。换言之，第2区域RG2的部分的上表面位于比第1区域RG1的上表面靠Z轴的负方向的位置。而且，在第1区域RG1与第2区域RG2之间形成有支承基板110的厚度连续地变化的倾斜区域RG3。即，第2区域RG2隔着倾斜区域RG3与第1区域RG1相邻。另外，倾斜区域RG3可以是剖面成为直线状的形状，也可以是剖面成为圆弧状的形状。

如图4所示，在层叠体的侧面相对于支承基板垂直地形成的情况下，应力容易集中在层叠体和支承基板的边界部分，由此存在层叠体或绝缘层从支承基板剥离或者在支承基板产生裂纹的可能性。

像实施方式3的压电器件100B那样，通过在支承基板110B的第1区域RG1与第2区域RG2之间设置倾斜区域RG3，从而能够缓解作用于层叠体105和支承基板110B的边界部分的应力集中。由此，能够抑制层叠体105以及绝缘层150从支承基板110B的剥离、以及支承基板110B的破损。

应认为，此次公开的实施方式在所有的方面均为例示，而不是限制性的。本公开的范围不是由上述的实施方式的说明示出，而是由权利要求书示出，意图包含与权利要求书等同的含义以及范围内的所有的变更。

附图标记说明

100、100A、100B：压电器件，105：层叠体，110、110A、110B：支承基板，120：功能元件，130：压电层，140：中间层，141：低声速层，142：高声速层，150：绝缘层，160、161：布线电极，170：支承层，175：覆盖层，180：柱状电极，181：第1端部，182：第2端部，185：连接电极，190：中空空间。

Claims

1.一种压电器件，具备：

支承基板；

中间层，配置在所述支承基板上的第1区域；

压电层，配置在所述中间层上；

功能元件，形成在所述压电层上；以及

绝缘层，在所述支承基板上，配置在与所述第1区域相邻的第2区域，

所述第2区域中的所述支承基板的表面粗糙度大于所述第1区域中的所述支承基板的表面粗糙度。

2.根据权利要求1所述的压电器件，其中，

所述第2区域包含与所述第1区域相邻的第1部分以及比所述第1部分远离所述第1区域的第2部分，

所述第1部分中的所述支承基板的表面粗糙度大于所述第2部分中的所述支承基板的表面粗糙度。

3.根据权利要求1或2所述的压电器件，其中，

所述第2区域中的所述支承基板的厚度比所述第1区域中的所述支承基板的厚度薄，

所述支承基板在所述第1区域与所述第2区域之间具有倾斜区域。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的压电器件，其中，

所述中间层包含：

高声速层，配置在所述支承基板上，传播与在所述压电层传播的体波的速度相比为高速的弹性体波；以及

低声速层，配置在所述高声速层与所述压电层之间，传播与在所述压电层传播的弹性波的速度相比为低速的弹性体波。