CN1221255A - 声表面波器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造具有压电基片和设置在所述压电基片上的叉指式换能器的声表面波器件的方法,包括下述步骤:在压电基片上形成由无机材料或有机材料制成的覆盖层,以覆盖所述叉指式换能器,以及由激光蚀刻覆盖层,以调节声表面波器件的工作频率。

Description

声表面波器件的制造方法
本发明涉及一种制造诸如声表面波滤波器、声表面波谐振谐振器等声表面波器件的方法，本发明尤其涉及制造声表面波器件的方法，在所述方法中改进了调节频率的步骤。
使用一种声表面波器件，用于确定诸如滤波器、谐振器等各种部件。在制造这种声表面波器件中，在压电基片上至少形成一个叉指式换能器(下面称为“IDT”)。在声表面波器件中，根据想要的部件而适当地选出IDT的数量、其它电极的形状和数量。
当被用作滤波器或谐振器时，必须制造声表面波器件以达到需要的频率特性。但是，有一个问题，即，声表面波器件的频率特性由于各个压电基片之间物理性质的变化以及在形成IDT中的制造精密度差而偏离所设计的特性。
因此，已经提出了一种制造声表面波器件的方法，其中通过控制形成在声表面波器件上的聚酰亚胺树脂覆盖层的厚度能够调节频率(例如，见第61-208916和8-32392号日本专利公开)。
更具体些说，第61-208916号日本专利公开中揭示，通过在声表面波器件上设置聚酰亚胺树脂覆盖层从而具有预定的厚度，能够调节声表面波器件的工作频率。
第8-32392号日本专利公开中揭示了一种方法，其中，通过旋涂法在传播声表面波的基片表面上形成氟化聚酰亚胺树脂覆盖层，其厚度相应于所需的频率调节量。第8-32392号日本专利公开中还揭示，氟化聚酰亚胺树脂覆盖层可以由含氧等离子体加以蚀刻，用于进一步调节频率。
但是，上面说明的使用聚酰亚胺树脂覆盖层的传统方法只能降低声表面波器件的工作频率。即，不可能调节声表面波器件的工作频率从而提高其工作频率。
另外，当通过使用含氧的等离子体来蚀刻氟化聚酰亚胺树脂覆盖层时，必需使用真空装置。因此，每一个需要频率调节的声表面波器件必须装在真空室中，并且真空箱必须随后抽真空。结果，需要相当长的时间调节大量声表面波器件的频率，这使频率调节程序具有较低的通过速度。
为了克服上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种制造声表面波器件的方法，这种方法能通过将工作频率移至较低和较高频率侧能够调节声表面波器件的工作频率，并且这种方法以高通过速度进行声表面波器件工作频率的调节。
根据本发明的较佳实施例，一种制造声表面波器件(该器件具有压电基片和设置在压电基片上的叉指式换能器)的方法包括在压电基片上形成由无机材料或有机材料制成的覆盖层，以覆盖叉指式换能器，并通过激光光束蚀刻覆盖层以调节声表面波器件的工作频率的步骤。
这种方法还包括决定要提高增加还是降低频率，以及在要提高工作频率的情况下为覆盖层选择一种特别的无机材料，以及在要降低工作频率的情况下选择一种特别的有机材料的步骤。然后，根据选择步骤的结果，执行形成覆盖层的步骤。
最好，在大气压下执行蚀刻步骤。无机材料最好是从包括SiO2、SiO、ZnO、Ta2O5、TiO2和WO3的组中选出的至少一种材料。有机材料最好是从包括聚酰亚胺、聚对亚苯基二甲基和硅酮的组中选出的至少一种材料。
根据本发明的较佳实施例，和传统的调节频率的方法相比，可以以高精度调节工作频率，因而能够以低成本可靠地提供具有所需的精确频率的声表面波器件。
为了描述本发明，附图中示出几个目前较佳的形式，但是，应该知道，本发明不限于所示的严格的安排和手段。
图1是示意截面图，描述在本发明的一个较佳实施例中用激光辐照来调节声表面波器件的频率的步骤。
图2是透视图，示出根据本发明的较佳实施例得到的用作声表面波器件的端面反射型声表面波器件。
图3是曲线图，示出在本发明的较佳实施例的一个实验例(在该例子中，覆盖层由SiO2薄膜制成)中，SiO2薄膜的蚀刻量H/λ和频率离中心频率的变化Δf0之间的关系。
图4是曲线图，示出在本发明的较佳实施例的一个实验例(在该例子中，覆盖层由SiO薄膜制成)中，SiO薄膜的蚀刻量H/λ和频率离中心频率的变化Δf0之间的关系。
图5是曲线图，示出在本发明的较佳实施例的一个实验例(在该例子中，覆盖层由聚酰亚胺薄膜的较佳实施例构成)中，聚酰亚胺薄膜的蚀刻量H/λ和频率离中心频率的变化Δf0之间的关系。
图6是曲线图，示出在本发明的较佳实施例的一个实验例(在该例中，覆盖层由聚对亚苯基二甲基薄膜的较佳实施例构成)中，聚对亚苯基二甲基薄膜的蚀刻量H/λ和频率离中心频率的变化Δf0之间的关系。
下面，将参照附图描述制造根据本发明的较佳实施例的声表面波器件的方法。
图1是示意截面图，描述在根据本发明的较佳实施例的制造声表面波器件的方法中通过激光来蚀刻覆盖层的步骤。图2是示出在这个较佳实施例中得到的声表面波器件1的透视图。
在这个较佳实施例中，声表面波器件1是端面反射型声表面波谐振器。声表面波器件1包括压电基片2和形成在压电基片2上的IDT3。压电基片2可以由诸如LiTaO3、LiNbO3等压电单晶制成。或者，可以使用诸如锆钛酸铅陶瓷等压电陶瓷。另外，可以使用包括绝缘材料的基片和形成在基片上的诸如ZnO薄膜等压电薄膜。
将梳形电极3a和3b安排在压电基片上，从而梳形电极的电极叉指3a和3b相互交错，以形成IDT3。IDT3的一对最外面的电极叉指(它们的宽度大致上等于其它的电极叉指宽度的一半)紧贴压电基片的端面2a和2b。在使用包括绝缘基片和在所述基片上的压电薄膜的压电基片的情况下，IDT3可以形成在压电薄膜上，或形成在压电薄膜和由绝缘材料制成的基片之间。
声表面波器件1使用，例如，Bleustein-Gulyaev-Shimizu(BGS)波。由IDT3激励的BGS波沿用2所示的X方向传播，并且通过BGS波在端面2a和2b的反射被限制在端面2a和2b之间。
在声表面波器件1中，安排覆盖层4(由图2中的虚线示出)以覆盖IDT3。覆盖层4由无机或有机材料制成，设置和安排覆盖层4，用于保护IDT3以及调节频率。本发明的一个主要的特点是，选择使用由无机材料或有机材料制成的覆盖层4。由无机材料制成的覆盖层用于提高声表面波器件的工作频率，而由无机材料制成的覆盖层用于降低声表面波器件的工作频率。
在此较佳实施例中，覆盖层4在IDT3形成之后形成，然后进行用激光蚀刻的步骤，以调节工作频率。
用于制造声表面波器件的方法通常说明如下。
首先，在压电基片2上形成IDT3。在压电基片2上形成IDT3的步骤可以使用通常用于制造声表面波器件的适当的传统方法进行。例如，通过电镀、气相淀积或溅射等方式，在压电基片2的整个表面上形成诸如Al之类的金属材料，然后通过形成图案，以形成IDT3。或者，在压电基片2上放置一掩膜，并进行金属材料(诸如Al等)的丝网印刷、电镀、气相淀积或溅射，以形成IDT3。
然后，用适当的频率特性测量仪器检验声表面波器件1，以确定实际的工作频率。将测得的实际工作频率和声表面波器件1的所设计(或所需)的工作频率比较，由此确定是否需要提高或降低声表面波器件的实际工作频率。
之后，在压电基片2上形成覆盖层4。在必须提高声表面波器件的实际工作频率的情况下，对于覆盖层4选择一种无机材料。另一方面，在必须降低声表面波器件的工作频率的情况下，对于覆盖层4选择一种有机材料。覆盖层4可以按传统的方法形成。例如，覆盖层4可以通过适当的方法，诸如旋涂、喷涂、溅射、真空淀积等形成。
作为用于形成覆盖层4的材料，可以使用各种无机材料和有机材料。最好，使用诸如SiO2、SiO、ZnO、Ta2O5、TiO3、WO3之类的无机材料，和诸如聚酰亚胺、聚对亚苯基二甲基、硅酮之类的有机材料。
如此确定覆盖层4的厚度，从而使其比引起相应于实际工作频率和所需的工作频率之间差值的频率变化的覆盖层厚度更厚。注意，通过测量，预先确定覆盖层厚度和频率变化之间的关系。覆盖层4的厚度可以根据要调节的每个声表面波器件所需量而变化。或者，覆盖层4的厚度可以固定在预定值，这使所有要调节的端面反射型声表面波谐振器1有足够的频率变化，
接着，通过使用激光器5由激光6照射覆盖层4，以通过燃烧或气化覆盖层4的一部分来蚀刻覆盖层4，如图1所示。在蚀刻中，可以蚀刻覆盖层4的整个的上表面4a，以减小覆盖层4的厚度，或可以部分地蚀刻覆盖层4的上表面4a。通过调节激光的功率控制蚀刻量。在任何情况下，蚀刻通过使用激光器5而进行，由此，能够以高精密度进行蚀刻。
在该步骤中，声表面波器件不必装入任何真空室中，并在大气压下蚀刻覆盖层4。结果，该步骤不需要抽真空的时间。
另外，激光适合于蚀刻各种材料，而不论材料的类型。由此，无机材料制成的覆盖层和有机材料制成的覆盖层都可以由相同的激光源蚀刻，而不必改变激光源或者蚀刻方法。
由于上述原因，声表面波器件的频率特性通过蚀刻可以和所需的频率特性正确匹配，而不管在蚀刻之前声表面波器件1频率特性的变化。另外，频率调节通过速度可以大大提高。
下面描述实验例。
作为声表面波器件1，备制包括由压电陶瓷(PZT)制成的压电基片2的声表面波器件(尺寸约为50×50×1mm)。形成的IDT3包含20对电极叉指，并由铝薄膜制成，薄膜厚度相对于波长，可以忽略。
在测量了声表面波器件1的实际工作频率之后，通过RF磁控管溅射形成SiO2薄膜，以覆盖压电基片2的整个上表面2a，从而厚度满足H/λ=0.35，其中H表示SiO2薄膜的厚度，而λ表示由声表面波器件激励的BGS波的波长。
包括SiO2薄膜的覆盖层由激光器蚀刻，以减小其厚度，并确定中心频率f0的变化Δf0。结果示于图3中。
在图3中，中心频率f0的变化Δf0(ppm)示出于竖坐标。这里，其中无覆盖层4的声表面波器件的中心频率是f0，而离开中心频率f0的频率差值用Δf0表示。
图3指出，通过淀积包括SiO2薄膜的覆盖层，中心频率提高，并且通过由激光蚀刻覆盖层减小SiO2薄膜的厚度，中心频率降低。由此发现，通过用激光蚀刻覆盖层减小其厚度，能够以高精度调节声表面波器件1的中心频率。
在上述的实验例中，形成SiO薄膜替代SiO2薄膜，从而厚度满足H/λ=0.21，然后以与上述相同的方法蚀刻薄膜。结果示于图4中。图4指出，即使形成SiO覆盖层，中心频率也可以通过用激光蚀刻覆盖层使其厚度变小而调节得降低。
还有，尝试通过用与上述实验例相同的方法调节频率，只是通过使用旋涂器形成作为无机材料的聚酰亚胺覆盖层，替代SiO2薄膜和SiO薄膜，从而厚度满足H/λ=0.11。结果示于图5中。图5指出，中心频率通过形成包括聚对亚苯基二甲基的覆盖层而降低，并且通过激光的辐照而蚀刻覆盖层允许沿频率随蚀刻量增加而增加的(即，包括聚酰亚胺薄膜的覆盖层厚度减小)方向调节频率。
类似地，通过使用聚对亚苯二甲基代替聚酰亚胺进行相同的实验。结果示于图6中。图6指出，在包括对亚苯二甲基的覆盖层形成后，通过用激光辐照对覆盖层的蚀刻，允许如此调节频率，即，通过增加蚀刻量(即，减小覆盖层的厚度)提高频率，如在聚酰亚胺的情况中那样。由此，图3到6示出的结果显示，在由无机材料制成的覆盖层中频率可以通过增加蚀刻量(即，减小覆盖层的厚度)而降低，而当使用聚酰亚胺或对亚苯二甲基时，频率可以通过增加蚀刻的量(即，减小覆盖层的厚度)提高。
在任何情况下，都发现，通过用激光辐照来蚀刻覆盖层，以减小其厚度，能够可靠而准确地调节频率，以得到想要的频率特性。
虽然在较佳实施例中，制造本发明的声表面波器件的方法应用于制造使用BGS波的端面反射型声表面波器件的方法，但制造方法也可以应用于制造使用除BGS波之外的其它声表面波(例如，诸如Love波等其它的SH型声表面波，以及诸如Rayleigh波等声表面波)的声表面波器件的方法。另外，制造方法不仅能应用于声表面波谐振器，也可以应用于任何想要的声表面波器件，诸如横向型或谐振器型声表面波滤波器、声表面波延迟线等。
虽然已经揭示了本发明的较佳实施例，但打算把各种实行这里所揭示的原理的方式都归在下面的权利要求的范围内。由此，应该知道，本发明的范围只由权利要求所限定。

Claims (19)

1．一种制造具有压电基片和设置在所述压电基片上的叉指式换能器的声表面波器件的方法，其特征在于包括下述步骤：
在所述压电基片上形成由无机材料或有机材料制成的覆盖层，从而覆盖所述叉指式换能器；及
蚀刻所述覆盖层，以调节所述声表面波器件的工作频率。
2．如权利要求1所述的制造声表面波器件的方法，其特征在于还包括下述步骤：
确定所述工作频率要提高还是降低；
如果要提高所述工作频率，则为覆盖层选择一种无机材料，如果要降低所述工作频率，则为覆盖层选择一种有机材料；及
根据所述选择步骤的结果形成覆盖层。
3．如权利要求1所述的制造声表面波器件的方法，其特征在于所述蚀刻的步骤在一大气压下进行。
4．如权利要求1所述的制造声表面波器件的方法，其特征在于无机材料是从由SiO2、SiO、ZnO、Ta2O5、TiO2和WO3构成的组中选出的至少一种材料。
5．如权利要求1所述的声表面波器件，其特征在于所述有机材料是从由聚酰亚胺、聚对亚苯基二甲基和硅酮中选出的至少一种材料。
6．如权利要求1所述的制造声表面波器件的方法，其特征在于所述声表面波器件是端面反射型声表面波器件。
7．如权利要求1所述的制造声表面波器件的方法，其特征在于所述声表面波器件使用Bleustein-Gulyaev-Shimizu波。
8．如权利要求1所述的制造声表面波器件的方法，其特征在于所述蚀刻的步骤使用激光进行。
9．如权利要求2所述的制造声表面波器件的方法，其特征在于所述确定所述工作频率要提高还是降低的步骤包括下述步骤：检查声表面波器件的频率特性，以确定实际工作频率，以及将所述实际工作频率和想要的工作频率比较。
10．一种制造声表面波器件的方法，其特征在于包括下述步骤：
提供压电基片；
在压电基片的表面上形成叉指式换能器；
在压电基片上形成覆盖层，以覆盖所述叉指式换能器；以及
蚀刻所述覆盖层，以提高或降低声表面波器件的频率。
11．如权利要求10所述的制造声表面波器件的方法，其特征在于形成覆盖层的步骤包括形成有机材料或无机材料覆盖层的步骤。
12．如权利要求11所述的制造声表面波器件的方法，其特征在于还包括下述步骤：
确定所述工作频率要提高还是降低；
如果工作频率要提高，则为所述覆盖层选择一种无机材料，如果所述工作频率要降低，则为所述覆盖层选择一种有机材料；以及
根据所述选择步骤的结果进行形成覆盖层的步骤。
13．如权利要求10所述的制造声表面波器件的方法，其特征在于所述蚀刻步骤在大气压下进行。
14．如权利要求11所述的制造声表面波器件的方法，其特征在于所述无机材料是从SiO2、SiO、ZnO、Ta2O5、TiO2和WO3构成的组中选出的至少一种材料。
15．如权利要求11所述的制造声表面波器件的方法，其特征在于所述有机材料是从由聚酰亚胺、聚对亚苯基二甲基和硅酮中选出的至少一种材料。
16．如权利要求10所述的制造声表面波器件的方法，其特征在于所述声表面波器件是端面反射型声表面波器件。
17．如权利要求10所述的制造声表面波器件的方法，其特征在于所述声表面波器件使用Beustein-Gulyaev-Shimizu波。
18．如权利要求10所述的制造声表面波器件的方法，其特征在于所述蚀刻步骤使用激光进行。
19．如权利要求13所述的制造声表面波器件的方法，其特征在于所述确定工作频率要提高还是降低的步骤包括下述步骤：检查声表面波器件的工作频率，以决定实际的工作频率，以及比较所述实际的工作频率和所想要的工作频率。
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