DE102011084045B4

DE102011084045B4 - Verbundwerkstoffsubstrat-Herstellungsverfahren und Verbundwerkstoffsubstrat

Info

Publication number: DE102011084045B4
Application number: DE102011084045.1A
Authority: DE
Inventors: Hiroki Kobayashi; Takanori Sakurai; Yuji Hori; Yasunori Iwasaki
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2016-12-29
Anticipated expiration: 2031-10-06
Also published as: US20120086312A1; JP5814727B2; CN102624352A; KR101766487B1; US8729771B2; KR20120035900A; DE102011084045A1; CN102624352B; JP2012085286A

Abstract

Verbundwerkstoffsubstrat-Herstellungsverfahren mit den Schritten:
(a) Anfertigen eines piezoelektrischen Substrats (21) mit Unebenheiten, die in einer Oberfläche (11a) von ihm ausgebildet sind, und eines Trägersubstrats (12) mit einem kleineren Wärmeausdehnungsausdehnungskoeffizienten als das piezoelektrische Substrat (21);
(b) Aufbringen eines Füllstoffs auf der Oberfläche (11a) des piezoelektrischen Substrats (21), um die Unebenheiten zu füllen, wodurch eine Füllschicht (13, 23) ausgebildet wird;
(c) Hochglanzpolieren einer Oberfläche (13a) der Füllschicht (13) in einem solchen Ausmaß, dass die mittlere Rauheit Ra der Oberfläche (13a) der Füllschicht (13) kleiner als die mittlere Rauheit Ra der Oberfläche (11a) des piezoelektrischen Substrats (21) im Schritt (a) vor dem Aufbringen des Füllstoffs ist; und
(d) miteinander Verbinden der Oberfläche (13a) der Füllschicht (13) und einer Oberfläche des Trägersubstrats (12) mit einer dazwischen liegenden Klebeschicht (14), wodurch ein Verbundwerkstoffsubstrat (10, 20) ausgebildet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbundwerkstoffsubstrat-Herstellungsverfahren und ein Verbundwerkstoffsubstrat.
Bislang ist eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung bekannt, die ein Verbundwerkstoffsubstrat einsetzt, das ein Trägersubstrat und ein piezoelektrisches Substrat umfasst, die miteinander verbunden sind, und das auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats kammförmige Elektroden ausgebildet hat und dazu in der Lage ist, akustische Oberflächenwellen anzuregen. Indem das Trägersubstrat, das einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das piezoelektrische Substrat hat, mit dem piezoelektrischen Substrat verbunden wird, werden von Temperaturänderungen abhängige Änderungen der Abmessungen des piezoelektrischen Substrats unterdrückt und werden auch Änderungen des Frequenzverhaltens unterdrückt, wenn es als akustische Oberflächenwellenvorrichtung verwendet wird. Zum Beispiel hat die in der JP 2001-53579 A offenbarte akustische Oberflächenvorrichtung einen Aufbau, bei dem ein piezoelektrisches Substrat und ein Trägersubstrat miteinander unter Verwendung einer Klebeschicht verbunden sind. In der dort offenbarten akustischen Oberflächenwellenvorrichtung wird das Auftreten von Störungen unterdrückt, indem auf einer Oberfläche (Rückfläche) des piezoelektrischen Substrats, an der das piezoelektrische Substrat mit dem Trägersubstrat verbunden ist, Unebenheiten ausgebildet werden. Genauer gesagt werden nahe an den kammförmigen Elektroden zusammen mit den akustischen Oberflächenwellen als eine Art von akustischen Wellen Volumenwellen erzeugt und erreichen dann die Rückfläche des piezoelektrischen Substrats. Allerdings werden die Volumenwellen durch die in der Rückfläche ausgebildeten Unebenheiten zerstreut. Somit wird vermieden, dass die Volumenwellen die kammförmigen Elektroden erreichen, nachdem sie an der Rückfläche des piezoelektrischen Substrats reflektiert wurden, wodurch das Auftreten der Störungen unterdrückt wird.
Da bei der in der JP 2001-53579 A offenbarten akustischen Oberflächenwellenvorrichtung in der Rückfläche des piezoelektrischen Substrats die Unebenheiten ausgebildet sind, kann jedoch Luft eingeschlossen werden, wenn das piezoelektrische Substrat und das Trägersubstrat miteinander verbunden werden, was dazu führt, dass in einigen Fällen im Inneren des Verbundwerkstoffssubstrats Blasen entstehen. Wenn ein Klebstoff auf zum Beispiel nur die Rückfläche des piezoelektrischen Substrats aufgebracht wird und das piezoelektrische Substrat mit der dazwischen liegenden Klebeschicht mit dem Trägersubstrat verbunden wird, erscheint der Einfluss der in der Rückfläche des piezoelektrischen Substrats ausgebildeten Unebenheiten auf der Klebefläche, wodurch an der Grenze zwischen der Klebeschicht und dem Trägersubstrat Blasen entstehen können. Auch dann, wenn ein Klebstoff auf sowohl der Rückfläche des piezoelektrischen Substrats als auch einer (Stirn-)Fläche des Trägersubstrats aufgebracht wird, erscheint auf ähnliche Weise der Einfluss der in der Rückfläche des piezoelektrischen Substrats ausgebildeten Unebenheiten an der Oberfläche des Klebstoffs auf der Seite des piezoelektrischen Substrats. Daher kann zwischen den Klebeflächen Luft eindringen, wenn die beiden Klebstoffe miteinander verbunden werden, und es können im Inneren der Klebstoffschicht Blasen entstehen.
Aus der US 2007/0120623 A1 ist eine alternative Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Verbundwerkstoffsubstrats bekannt. In diesem Verfahren wird ein piezoelektrisches Substrat direkt mit einem Trägersubstrat aus Saphir oder Silizium mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten verbunden. Im Gegensatz zu dem Verfahren der JP 2001-53579 A müssen die Oberflächen piezoelektrisches Substrats und des Trägersubstrats dafür eine sehr hohe Flachheit aufweisen.
Aus der DE 10 2009 001 192 A1 ist schließlich ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffsubstrats bekannt, bei dem ein piezoelektrisches Substrat und Trägersubstrat mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten über eine Schicht aus organischem Klebstoff verbunden werden. Die DE 10 2009 001 192 A1 enthält den Hinweis, dass die Klebstoffschicht nicht dünner als 0,1 μm sein sollte, da ansonsten Fehlstellen auftreten würden.
Die Erfindung erfolgte angesichts der oben beschriebenen Probleme, und eine Hauptaufgabe der Erfindung ist es, die Entstehung von Blasen im Inneren eines Verbundwerkstoffsubstrats zu verhindern, das ein piezoelektrisches Substrat und ein Trägersubstrat umfasst, die miteinander mit einer dazwischen liegenden Klebeschicht verbunden werden.
Um die obige Aufgabe zu lösen, sieht die Erfindung ein Verbundwerkstoffsubstrat-Herstellungsverfahren mit den im Anspruch 1 definierten Schritten vor.
Das erfindungsgemäße Verbundwerkstoffsubstrat-Herstellungsverfahren kann die Entstehung von Blasen im Inneren des Verbundwerkstoffssubstrats, insbesondere an der Grenze zwischen der Klebeschicht und der Füllschicht, im Inneren der Klebeschicht und an der Grenze zwischen der Klebeschicht und dem Trägersubstrat, verhindern. Wenn das Verbinden erfolgt, indem der Klebstoff auf nur die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats aufgebracht wird, wird der Klebstoff genauer gesagt auf eine flache Oberfläche der Füllschicht aufgebracht, die auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats ausgebildet ist. Dadurch erscheint der Einfluss der Unebenheiten in der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats nicht an der Klebstoffoberfläche und es kann verhindert werden, dass an der Grenze zwischen der Füllschicht und der Klebeschicht und der Grenze zwischen der Klebeschicht und dem Trägersubstrat Blasen entstehen. Wenn das Verbinden erfolgt, indem der Klebstoff auf sowohl die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats als auch die Oberfläche des Trägersubstrats aufgebracht wird, erscheint der Einfluss der Unebenheiten in der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats aus dem gleichen Grund wie zuvor beschrieben nicht an der Klebstoffoberfläche. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass Luft eingeschlossen wird, wenn die Klebstoffe auf beiden Oberflächen miteinander verbunden werden, und es kann verhindert werden, dass im Inneren der Klebeschicht Blasen entstehen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffsubstrat-Herstellungsverfahren kann die Oberfläche der Füllschicht im Schritt (c) unter Verwendung einer Aufschlämmung, die für das piezoelektrische Substrat eine kleinere Polierrate als für die Füllschicht zeigt, hochglanzpoliert werden. Mit anderen Worten kann die Oberfläche der Füllschicht im Schritt (c) unter Verwendung einer Aufschlämmung hochglanzpoliert werden, und die Polierrate der Aufschlämmung für das piezoelektrische Substrat kann kleiner als die Polierrate der Aufschlämmung für die Füllschicht sein. Wenn die Oberfläche der Füllschicht hochglanzpoliert wird, verringert sich durch dieses Merkmal die Polierrate, nachdem an der Oberfläche der Füllschicht die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats teilweise frei gelegt wurde. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass die mittlere Rauheit Ra der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats ihren Wert verringert, wenn das Hochglanzpolieren auch dann fortgesetzt wird, nachdem die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats teilweise frei gelegt wurde.
Bei dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffsubstrat-Herstellungsverfahren kann das Hochglanzpolieren im Schritt (c) erfolgen, bis die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats teilweise frei liegt. Mit diesem Merkmal kann die Dicke der Füllschicht und somit auch die Gesamtdicke der Füllschicht und der Klebeschicht verringert werden. Die Wirkung, dass das Trägersubstrat von Temperaturänderungen abhängige Änderungen der Abmessungen des piezoelektrischen Substrats unterdrückt, entwickelt sich weniger leicht, wenn die Gesamtdicke der Füllschicht und der Klebeschicht zu groß ist. Allerdings lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren die oben genannte Wirkung ausreichend erzielen, da die Gesamtdicke verringert werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffsubstrat-Herstellungsverfahren kann das Verbinden im Schritt (d) unter Zwischensetzung einer Klebeschicht erfolgen, die aus dem gleichen Material wie die im Schritt (b) ausgebildete Füllschicht besteht. Durch dieses Merkmal entfällt die Notwendigkeit, verschiedene Materialien für die Füllschicht und die Klebeschicht anzufertigen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffsubstrat-Herstellungsverfahren kann die Gesamtdicke der Füllschicht und der Klebeschicht nach dem Verbinden im Schritt (d) 0,1 μm oder mehr und 1,0 μm oder weniger betragen. Dieses Merkmal ermöglicht es dem Trägersubstrat, ausreichend die Wirkung zu entwickeln, von Temperaturänderungen abhängige Änderungen der Abmessungen des piezoelektrischen Substrats zu unterdrücken.
Ein erfindungsgemäßes Verbundwerkstoffsubstrat hat die im Anspruch 5 angegebenen Merkmale.
Das erfindungsgemäße Verbundwerkstoffsubstrat kann mit dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff-Herstellungsverfahren erzielt werden. Da in dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffsubstrat an der Grenze zwischen der Klebeschicht und der Füllschicht, im Inneren der Klebeschicht und an der Grenze zwischen der Klebeschicht und dem Trägersubstrat keine Blasen vorhanden sind, kann eine Haftkraft zwischen dem piezoelektrischen Substrat und dem Trägersubstrat im Vergleich zu einem Verbundwerkstoffsubstrat, in dem das piezoelektrische Substrat und das Trägersubstrat miteinander mit der dazwischen liegenden Klebeschicht verbunden werden, ohne die Füllschicht auszubilden, erhöht werden. Dabei bedeutet der Ausdruck ”keine Blasen vorhanden sind”, dass keine Blasen gefunden werden, wenn ein Querschnitt des Verbundwerkstoffsubstrats, das in seiner Stapelrichtung geschnitten wurde, bei einer Vergrößerung von 10.000 untersucht wird. Außerdem bedeutet der Ausdruck ”eine Füllschicht, die so ausgebildet ist, dass sie die Unebenheiten füllt, und die auf der Seite, die von dem piezoelektrischen Substrat weg weist, eine Verbindungsfläche hat, die eine mittlere Rauheit Ra hat, die kleiner als die mittlere Rauheit Ra der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats ohne die Füllschicht ist”, dass eine Füllschicht, die so ausgebildet ist, dass sie die Unebenheiten füllt, auf der Seite, die von dem piezoelektrischen Substrat weg weist, eine Verbindungsfläche hat, deren mittlere Rauheit kleiner als die mittlere Rauheit der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats ohne die Füllschicht ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffsubstrat kann die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats an der Verbindungsfläche frei liegen. Durch dieses Merkmal ist die Dicke der Füllschicht im Vergleich zu einem Verbundwerkstoffsubstrat, in dem die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats nicht an der Verbindungsfläche frei liegt, geringer. Das heißt, dass die Gesamtdicke der Füllschicht und der Klebeschicht geringer ist. Die Wirkung des Trägersubstrats, von Temperaturänderungen abhängige Änderungen der Abmessungen des piezoelektrischen Substrats zu unterdrücken, entwickelt sich weniger leicht, wenn die Gesamtdicke der Füllschicht und der Klebeschicht zu groß ist. Allerdings kann die oben genannte Wirkung mit dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffsubstrat ausreichend erzielt werden, da die Gesamtdicke verringert werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffsubstrat kann die Klebeschicht aus dem gleichen Material wie die Füllschicht bestehen. Durch dieses Merkmal entfällt die Notwendigkeit, verschiedene Materialien für die Füllschicht und die Klebeschicht anzufertigen und diese Schichten mit den verschiedenen Materialien auszubilden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffsubstrat kann die Gesamtdicke der Füllschicht und der Klebeschicht 0,1 μm oder mehr und 1,0 μm oder weniger betragen. Dieses Merkmal ermöglicht es dem Trägersubstrat, ausreichend die Wirkung zu entwickeln, von Temperaturänderungen abhängige Änderungen der Abmessungen des piezoelektrischen Substrats zu unterdrücken.
Die Zeichnungen zeigen Folgendes:
1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffsubstrats;
2 eine schematische Schnittansicht, die einen Herstellungsprozess für das erfindungsgemäße Verbundwerkstoffsubstrat darstellt; und
3 eine Draufsicht auf eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Verbundwerkstoffsubstrats 10 dieses Ausführungsbeispiels. Das Verbundwerkstoffsubstrat 10 umfasst ein piezoelektrisches Substrat 11, ein Trägersubstrat 12, eine auf einer Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 11 ausgebildete Füllschicht 13 und eine Klebeschicht 14 zum miteinander Verbinden einer Oberfläche 13a der Füllschicht 13 und einer (Stirn-)Fläche des Trägersubstrats 12. Das Verbundwerkstoffsubstrat 10 dieses Ausführungsbeispiels wird als eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung verwendet, indem auf einer Stirnfläche des piezoelektrischen Substrats 11 kammförmige Elektroden vorgesehen werden.
Das piezoelektrische Substrat 11 erlaubt die Ausbreitung von akustischen Oberflächenwellen. Materialien des piezoelektrischen Substrats 11 sind zum Beispiel Lithiumtantalat, Lithiumniobat und ein einkristalliner Mischkristall aus Lithiumniobat-Lithiumtantalat. Die Abmessungen des piezoelektrischen Substrats 11 betragen zum Beispiel 50 bis 150 mm im Durchmesser und 10 bis 50 μm in der Dicke, ohne darauf beschränkt zu sein. In der Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 11 sind Unebenheiten ausgebildet, wobei die mittlere Rauheit Ra der Rückfläche 11a zum Beispiel 0,1 μm beträgt. Die mittlere Rauheit Ra der Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 11 ist nicht auf diesen Wert beschränkt, solange sie auf einen Wert eingestellt ist, die dazu in der Lage ist, Volumenwellen zu zerstreuen und das Auftreten von Störungen zu unterdrücken, wenn das Verbundwerkstoffsubstrat 10 als eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung verwendet wird. Die mittlere Rauheit Ra kann zum Beispiel auf einen Wert eingestellt werden, der mit der Wellenlänge der verwendeten akustischen Oberflächenwellen vergleichbar ist.
Das Trägersubstrat 12 ist mit dem piezoelektrischen Substrat 11 mit der dazwischen liegenden Füllschicht 13 und Klebeschicht 14 verbunden. Das Trägersubstrat 12 hat einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das piezoelektrische Substrat 11. Indem der Wärmeausdehnungskoeffizient des Trägersubstrats 12 kleiner als der des piezoelektrischen Substrats 11 eingestellt wird, können von Temperaturänderungen abhängige Änderungen der Abmessungen des piezoelektrischen Substrats 11 unterdrückt werden und können auch temperaturabhängige Änderungen des Frequenzverhaltens unterdrückt werden, wenn das Verbundwerkstoffsubstrat 10 als eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung verwendet wird. Materialien des Trägersubstrats 12 sind zum Beispiel Silizium, Saphir, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Borsilikatglas und Quarzglas. Die Abmessungen des Trägersubstrats 12 betragen zum Beispiel 50 bis 150 mm im Durchmesser und 100 bis 500 μm in der Dicke, ohne darauf beschränkt zu sein.
Die Füllschicht 13 ist eine Schicht, die so ausgebildet ist, dass sie die Unebenheiten in der Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 11 füllt. Eine Oberfläche 13a der Füllschicht 13 auf der von dem piezoelektrischen Substrat 11 weg weisenden Seite ist mit der Klebeschicht 14 verbunden. Die Oberfläche 13a hat eine kleinere mittlere Rauheit Ra als die Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 11. Die mittlere Rauheit Ra der Oberfläche 13a beträgt zum Beispiel 3 nm bis 7 nm, ohne darauf beschränkt zu sein. Des Weiteren ist die Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 11 teilweise an der Oberfläche 13a frei gelegt. Anders ausgedrückt sind Bergkammabschnitte 11b der Unebenheiten in der Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 11 im Wesentlichen an der Oberfläche 13a ausgerichtet. Materialien der Füllschicht 13 sind vorzugsweise organische Klebstoffe mit Wärmebeständigkeit, beispielsweise Klebstoffe auf Epoxidbasis und ein Acrylklebstoff, ohne darauf beschränkt zu sein. Des Weiteren wird ein Füllstoff, der als die Füllschicht 13 dient, vorzugsweise derart gewählt, dass der Elastizitätsmodul nach dem Aushärten im Bereich von 2 bis 90 GPa liegt. Wenn der Elastizitätsmodul in diesem Bereich liegt, zeigt die Füllschicht 13 die Wirkung, Volumenwellen zu unterdrücken, wodurch sich die Wirkung, Störungen zu unterdrücken, erhöht, wenn das Verbundwerkstoffsubstrat 10 als eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung verwendet wird. Die Klebeschicht 14 dient dazu, die Oberfläche 13a der Füllschicht 13 und die Oberfläche des Trägersubstrats 12 miteinander zu verbinden. Wie bei den Materialien der Füllschicht 13 sind die Materialien der Klebeschicht 14 vorzugsweise organische Klebstoffe mit Wärmebeständigkeit, beispielsweise ein Klebstoff auf Epoxidbasis und ein Acrylklebstoff, ohne darauf beschränkt zu sein. Das Material der Klebeschicht 14 und das Material der Füllschicht 13 können die gleichen sein oder voneinander verschieden sein. Wenn die Klebeschicht 14 und die Füllschicht 13 aus dem gleichen Material bestehen, besteht keine Notwendigkeit, die Füllschicht 13 und die Klebeschicht 14 unter Verwendung verschiedener Materialien auszubilden.
Die Gesamtdicke der Klebeschicht 14 und der Füllschicht 13 beträgt zum Beispiel vorzugsweise 0,1 μm oder mehr und 1,0 μm oder weniger, ohne darauf beschränkt zu sein. Wenn die Gesamtdicke der Klebeschicht 14 und der Füllschicht 13 auf 1,0 μm oder weniger eingestellt ist, kann in einem ausreichenden Maß die oben genannte Wirkung des Trägersubstrats 12 erzielt werden, wonach von Temperaturänderungen abhängige Änderungen der Abmessungen des piezoelektrischen Substrats 11 unterdrückt werden. Die Gesamtdicke der Klebeschicht 14 und der Füllschicht 13 kann als der Abstand von den Bergkammabschnitten 11b der Unebenheiten in der Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 11 zum Trägersubstrat 12 definiert werden. Blasen sind an der Grenze zwischen der Klebeschicht 14 und der Füllschicht 13, im Inneren der Klebeschicht 14 und an der Grenze zwischen der Klebeschicht 14 und dem Trägersubstrat 12 nicht vorhanden. Mit anderen Worten finden sich nirgendwo Blasen, wenn ein Querschnitt, der durch Schneiden des Verbundwerkstoffsubstrats in der Stapelrichtung angefertigt wurde, bei einer Vergrößerung von 10.000 untersucht wird. Somit erhöht sich die Haftkraft zwischen dem piezoelektrischen Substrat 11 und dem Trägersubstrat 12 im Vergleich zu der, die erzielt wird, wenn Blasen vorhanden sind.
Unter Bezugnahme auf 2 wird nun ein Verfahren zum Herstellen des Verbundwerkstoffsubstrats 10 beschrieben. 2 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Herstellungsprozess für das Verbundwerkstoffsubstrat 10 darstellt. Das Verfahren zum Herstellen des Verbundwerkstoffsubstrats 10 umfasst die Schritte: (a) Anfertigen eines piezoelektrischen Substrats 21 mit Unebenheiten, die in einer Rückfläche 11a von ihm ausgebildet sind, und eines Trägersubstrats 12 mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das piezoelektrische Substrat 21; (b) Aufbringen eines Füllstoffs auf die Rückfläche 11a, um die Unebenheiten zu füllen, wodurch eine Füllschicht 23 ausgebildet wird; (c) Hochglanzpolieren einer Oberfläche der Füllschicht 23 in einem solchen Ausmaß, dass die mittlere Rauheit Ra der Oberfläche der Füllschicht 23 kleiner als die mittlere Rauheit Ra der Rückfläche 11a im Schritt (a) ist; und (d) miteinander Verbinden der Oberfläche 13a der Füllschicht 13 und einer Oberfläche des Trägersubstrats 12 mit der dazwischen liegenden Klebeschicht 14, wodurch ein Verbundwerkstoffsubstrat 20 ausgebildet wird.
Im Schritt (a) werden das piezoelektrische Substrat 21, das später zu dem piezoelektrischen Substrat 11 wird, und das Trägersubstrat 12 angefertigt (2(a)). Das piezoelektrische Substrat 21 und das Trägersubstrat 12 können aus Materialien bestehen, die aus den oben genannten Beispielen gewählt sind. Die Abmessungen des piezoelektrischen Substrats 21 können zum Beispiel 50 bis 150 mm im Durchmesser und 150 bis 500 μm in der Dicke betragen, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Abmessungen des Trägersubstrats 12 können zum Beispiel 50 bis 150 mm im Durchmesser und 100 bis 500 μm in der Dicke betragen, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Dicke des piezoelektrischen Substrats 21 und des Trägersubstrats 12 kann 250 bis 500 μm betragen. Die Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 21 wird vorher unter Verwendung einer Läppmaschine oder durch Sandstrahlen derart aufgeraut, dass ihre mittlere Rauheit Ra einen vorbestimmten Wert (0,1 μm in diesem Ausführungsbeispiel) einnimmt.
Im Schritt (b) wird der Füllstoff aufgebracht, um die Unebenheiten in der Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 21 zu füllen, und gehärtet, wodurch die Füllschicht 23 ausgebildet wird (2(b)). Der Füllstoff kann aus einem Material bestehen, das aus den oben genannten Beispielen gewählt ist. Der Füllstoff kann durch zum Beispiel Rotationsbeschichtung aufgebracht werden.
Im Schritt (c) wird die Oberfläche der Füllschicht 23 in einem solchen Ausmaß hochglanzpoliert, dass die mittlere Rauheit Ra der Oberfläche der Füllschicht 23 kleiner als die mittlere Rauheit Ra der Rückfläche 11a im Schritt (a) ist (2(c)). Das Hochglanzpolieren kann zum Beispiel unter Verwendung einer Aufschlämmung durch CMP (chemisch-mechanisches Polieren) erfolgen. Das Hochglanzpolieren wird durchgeführt, bis die Bergkammabschnitte 11b der Unebenheiten in der Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 21 an der Oberfläche 13a der Füllschicht 23 frei liegen. Ob die Bergkammabschnitte 11b des piezoelektrischen Substrats 21 frei liegen oder nicht, kann zum Beispiel ermittelt werden, indem die Oberfläche 13a der Füllschicht 23 immer dann, wenn die Oberfläche 13a für eine bestimmte Zeitdauer poliert wurde, untersucht wird. Die Polierzeit, die benötigt wird, um die Bergkammabschnitte 11b des piezoelektrischen Substrats 21 frei zu legen, bestimmt sich abhängig von der Menge des aufgebrachten Füllstoffs und der mittleren Rauheit Ra der Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 21. Daher kann die Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 21 auch frei gelegt werden, indem das Polieren für die Polierzeit erfolgt, die zuvor beruhend auf Versuchen bestimmt wurde. Die beim Hochglanzpolieren verwendete Aufschlämmung wird derart gewählt, dass sie für das piezoelektrische Substrat 21 eine kleinere Polierrate als für die Füllschicht 23 zeigt. Bei der Verwendung dieser Art von Aufschlämmung verringert sich die Polierrate während des Hochglanzpolierens der Oberfläche der Füllschicht 23, nachdem an der Oberfläche der Füllschicht 23 die Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 21 teilweise frei gelegt wurde. Wenn das Hochglanzpolieren auch dann, nachdem die Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 11 frei gelegt wurde, fortgesetzt wird, ist es dementsprechend weniger wahrscheinlich, dass die mittlere Rauheit Ra der Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 21 ihren Wert verringert. Durch den Schritt (c) wird die Füllschicht 23 zu der in 1 dargestellten Füllschicht 13.
Im Schritt (d) werden die Oberfläche 13a der Füllschicht 13 und die Oberfläche des Trägersubstrats 12 miteinander mit der dazwischen liegenden Klebeschicht verbunden, wodurch das Verbundwerkstoffsubstrat 20 ausgebildet wird. Das Verbundwerkstoffsubstrat 20 wird zum Beispiel ausgebildet, indem gleichmäßig ein Klebstoff 24 auf jeweils die Oberfläche 13a der Füllschicht 13 und die Oberfläche des Trägersubstrats 12 aufgebracht wird und der Klebstoff 24 in einem Zustand, in dem die beiden Oberflächen miteinander verbunden sind, ausgehärtet wird, um die Klebeschicht 14 auszubilden (2(d)). Der Klebstoff kann aus einem Material bestehen, das aus den oben genannten Beispielen gewählt ist. Das Material des Klebstoffs kann das gleiche wie das des im Schritt (b) verwendeten Füllstoffs sein oder von ihm verschieden sein. Wenn der Klebstoff und der Füllstoff aus dem gleichen Material bestehen, besteht keine Notwendigkeit, verschiedene Materialien für den Klebstoff und den Füllstoff anzufertigen. Der Klebstoff kann durch zum Beispiel Rotationsbeschichtung aufgebracht werden. Der Klebstoff wird vorzugsweise derart aufgebracht, dass die Gesamtdicke der Klebeschicht 14 im gehärteten Zustand und der Füllschicht 13 wie zuvor beschrieben 0,1 μm oder mehr und 1,0 μm oder weniger beträgt. Alternativ können die Oberfläche 13a der Füllschicht 13 und die Oberfläche des Trägersubstrats 12 auch miteinander verbunden werden, nachdem der Klebstoff auf eine der beiden Oberflächen aufgebracht wurde.
Nach der Ausbildung des Verbundwerkstoffsubstrats 20 wird im Schritt (e) eine Stirnfläche (Oberseite) des piezoelektrischen Substrats 21 geschliffen, um seine Dicke zu verringern, und weiter hochglanzpoliert (2(e)). Dadurch wird das piezoelektrische Substrat 21 zu dem in 1 dargestellten piezoelektrischen Substrat 11 und es wird das Verbundwerkstoffsubstrat 10 erzielt.
Wenn der Klebstoff nur auf die Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 21 aufgebracht wird und das piezoelektrische Substrat 21 mit der dazwischen liegenden Klebeschicht 14 mit dem Trägersubstrat 12 verbunden wird, ohne die oben beschriebenen Schritte (b) und (c) durchzuführen, können aufgrund des Vorhandenseins der Unebenheiten in der Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 21 an der Grenze zwischen der Klebeschicht 14 und dem Trägersubstrat 12 Blasen entstehen. Auch wenn der Klebstoff auf sowohl die Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 21 als auch die Oberfläche des Trägersubstrats 12 aufgebracht wird, kann Luft eingeschlossen werden, wenn die Klebstoffe auf den beiden Oberflächen miteinander verbunden werden, und es können im Innern der Klebeschicht 14 Blasen entstehen, da der Einfluss der Unebenheiten in der Rückfläche 11a an der Oberfläche des Klebstoffs auf dem piezoelektrischen Substrat 21 erscheint. Im Gegensatz dazu kann das Verbundwerkstoffsubstrat-Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels verhindern, dass an der Grenze zwischen der Klebeschicht 14 und der Füllschicht 13, im Inneren der Klebeschicht 14 und an der Grenze zwischen der Klebeschicht 14 und dem Trägersubstrat 12 Blasen entstehen. Genauer gesagt werden die Unebenheiten in dem piezoelektrischen Substrat 21 gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch die Füllschicht 13 abgeflacht. Wenn der Klebstoff auf nur die Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 21 aufgebracht wird, wird der Klebstoff daher auf die flache Oberfläche der Füllschicht 13 aufgebracht, und dadurch kann verhindert werden, dass an der Grenze zwischen der Klebeschicht 14 und der Füllschicht 13 und an der Grenze zwischen der Klebeschicht 14 und dem Trägersubstrat 12 Blasen entstehen. Auch wenn der Klebstoff auf sowohl die Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 21 als auch die Oberfläche des Trägersubstrats 12 aufgebracht wird, wird Luft weniger leicht eingefangen, wenn die Klebstoffe auf den beiden Oberflächen miteinander verbunden werden, und aus dem Grund, dass der Einfluss der Unebenheiten in der Rückfläche 11a nicht an der Oberfläche des Klebstoffs auf dem piezoelektrischen Substrat 21 erscheint, kann verhindert werden, dass im Inneren der Klebeschicht 14 Blasen entstehen. Somit kann das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung des Verbundwerkstoffsubstrats 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel im Vergleich zu dem Fall, in dem das piezoelektrische Substrat 21 und das Trägersubstrat 12 miteinander mit der dazwischen liegenden Klebeschicht 14 verbunden werden, ohne die Füllschicht 13 auszubilden, sicherer verhindern, dass im Inneren des Verbundwerkstoffsubstrats 10, genauer gesagt an der Grenze zwischen der Klebeschicht 14 und der Füllschicht 13, im Inneren der Klebeschicht 14 und an der Grenze zwischen der Klebeschicht 14 und dem Trägersubstrat 12, Blasen entstehen. Folglich kann das Verbundwerkstoffsubstrat 10 erzielt werden, das im Vergleich zu einem Verbundwerkstoffsubstrat, das erzielt wird, indem das piezoelektrische Substrat 11 und das Trägersubstrat 12 miteinander mit der dazwischen liegenden Klebeschicht verbunden wurden, ohne die Füllschicht 13 auszubilden, eine höhere Haftkraft zwischen dem piezoelektrischen Substrat 11 und dem Trägersubstrat 12 hat.
Da die Oberfläche der Füllschicht 23 im Schritt (c) unter Verwendung der Aufschlämmung hochglanzpoliert wird, die für das piezoelektrische Substrat 21 eine kleinere Polierrate zeigt als für die Füllschicht 23, ist es weniger wahrscheinlich, dass die mittlere Rauheit Ra der Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 21 ihren Wert verringert, wenn das Hochglanzpolieren auch dann fortgesetzt wird, nachdem die Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 21 an der Oberfläche der Füllschicht 23 teilweise frei gelegt wurde.
Da in dem Schritt (c) das Hochglanzpolieren durchgeführt wird, bis die Rückfläche 11a des piezoelektrischen Substrats 21 teilweise frei liegt, kann außerdem die Dicke der Füllschicht 13 und somit die Gesamtdicke der Füllschicht 13 und der Klebeschicht 14 verringert werden. Dies ermöglicht es dem Trägersubstrat 12, ausreichend die Wirkung zu entwickeln, von Temperaturänderungen abhängige Änderungen der Abmessungen des piezoelektrischen Substrats 11 zu unterdrücken.
Da die Gesamtdicke der Füllschicht 13 und der Haftschicht 14 nach dem Verbinden im Schritt (d) auf 0,1 μm oder mehr und 1,0 μm oder weniger eingestellt ist, kann das Trägersubstrat 12 ausreichend die Wirkung zeigen, von Temperaturänderungen abhängige Änderungen der Abmessungen des piezoelektrischen Substrats 11 zu unterdrücken.
Die Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Es versteht sich, dass die Erfindung in Form von verschiedenen Ausführungsbeispielen realisiert werden kann, soweit sie unter den Schutzumfang der Ansprüche fallen.
Beispiel 1
Als Beispiel 1 wurde durch das oben unter Bezugnahme auf 2 beschriebene Herstellungsverfahren das in 1 dargestellte Verbundwerkstoffsubstrat 10 angefertigt, und unter Verwendung des Verbundwerkstoffsubstrats 10 wurde eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung angefertigt. Zunächst wurde im Schritt (a) als das piezoelektrische Substrat 21 ein Lithiumtantalat-Substrat (LT-Substrat) mit einem Orientierungsflat-Abschnitt (OF-Abschnitt) und mit einem Durchmesser von 4 Zoll und einer Dicke von 250 μm angefertigt. Außerdem wurde als das Trägersubstrat 12 ein Siliziumsubstrat mit einem OF-Abschnitt und einem Durchmesser von 4 Zoll und einer Dicke von 230 μm angefertigt. Das LT-Substrat wurde als ein 46°-Y-Schnitt/X-Ausbreitung-LT-Substrat bereit gestellt, wobei die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen (OFW) X war, und der Schnittwinkel so eingestellt war, dass sich eine um 46° gedrehte Y-Schnitt-Platte ergab. Eine Rückfläche des LT-Substrats wurde durch eine Läppmaschine aufgeraut, so dass sie eine mittlere Rauheit Ra von 0,1 μm hatte. Eine (Stirn-)Fläche des Siliziumsubstrats wurde hochglanzpoliert, so dass sie eine mittlere Rauheit Ra von 10 nm hatte.
Als Nächstes wurde im Schritt (b) unter Verwendung eines Rotationsbeschichters gleichmäßig ein Füllstoff aufgebracht, um die Unebenheiten in der Rückfläche des LT-Substrats zu füllen. Der Füllstoff wurde als ein ultraviolett härtendes Harz auf Epoxidbasis angefertigt, das nach dem Härten einen Elastizitätsmodul von 5 GPa hatte. Der aufgebrachte Füllstoff wurde unter Aufbringung von ultravioletter Strahlung mit 2.000 mJ ausgehärtet, wodurch eine Füllschicht mit einer mittleren Dicke von 5 μm ausgebildet wurde. Gleichzeitig hatte eine Oberfläche der Füllschicht eine mittlere Rauheit Ra von 38 nm.
Als Nächstes wurde die Oberfläche der gehärteten Füllschicht im Schritt (c) durch CMP poliert. Beim CMP wurde kolloidales Aluminiumoxid verwendet. Das Verhältnis der Polierrate zwischen dem LT-Substrat und der Füllschicht 13 betrug bei der Verwendung von kolloidalem Aluminiumoxid etwa 1:80. Das CMP wurde durchgeführt, bis die Rückfläche des LT-Substrats frei lag. Ob die Rückfläche des LT-Substrats frei lag oder nicht, wurde festgestellt, indem die Oberfläche der Füllschicht in bestimmten Zeitintervallen untersucht wurde. Die mittlere Rauheit Ra an der Oberfläche der Füllschicht betrug nach dem CMP 3 bis 7 nm.
In dem Schritt (d) wurde unter Verwendung eines Rotationsbeschichters gleichmäßig mit einer Dicke von 400 nm (4.000 Å) auf jeweils der Oberfläche der Füllschicht und der Oberfläche des Siliziumsubstrats ein Klebstoff aufgebracht. Der Klebstoff bestand aus dem gleichen Material wie der Füllstoff. Die mit Klebstoff beschichtete Oberfläche der Füllschicht und die mit Klebstoff beschichtete Oberfläche des Siliziumsubstrats wurden miteinander verbunden, und es wurde ein Verbundwerkstoffsubstrat erzielt, indem der Klebstoff unter Aufbringung ultravioletter Strahlung mit 2.000 mJ von der Seite des LT-Substrats aus gehärtet wurde. Die Klebeschicht hatte nach dem Härten eine Dicke von 0,8 μm.
In dem Schritt (e) wurde die Stirnfläche des LT-Substrats in dem Verbundwerkstoffsubstrat derart geschliffen und poliert, dass die Dicke des LT-Substrats von einem ursprünglichen Wert von 250 μm auf 40 μm verringert wurde. Auf diese Weise wurde das in 1 dargestellte Verbundwerkstoffsubstrat 10 erzielt.
Als das angefertigte Verbundwerkstoffsubstrat gemäß Beispiel 1 in der Stapelrichtung des Verbundwerkstoffsubstrats geschnitten und sein Querschnitt mit einer Vergrößerung von 10.000 untersucht wurde, fanden sich in der Füllschicht 13 und der Klebeschicht 14 keine Blasen.
Beispiel 2
Als Beispiel 2 wurde das Verbundwerkstoffsubstrat 10 auf ähnliche Weise wie das Beispiel 1 angefertigt, ausgenommen dass als der Klebstoff im Schritt (d) ein ultraviolett härtendes Harz auf Epoxidbasis verwendet wurde, das sich in der Art von der des Füllstoffs unterschied.
Als das angefertigte Verbundwerkstoffsubstrat gemäß Beispiel 2 in der Aufschichtungsrichtung des Verbundwerkstoffsubstrats geschnitten und sein Querschnitt bei einer Vergrößerung von 10.000 untersucht wurde, fanden sich keine Blasen in der Füllschicht 13 und der Klebeschicht 14.
Beispiele 3 bis 5
Als Beispiel 3 wurde das Verbundwerkstoffsubstrat 10 auf eine ähnliche Weise wie im Beispiel 2 angefertigt, ausgenommen dass als das Material des im Schritt (a) angefertigten Trägersubstrats 12 Borsilikatglas verwendet wurde. Als Beispiel 4 wurde das Verbundwerkstoffsubstrat 10 auf eine ähnliche Weise wie im Beispiel 2 angefertigt, ausgenommen dass als das Material des im Schritt (a) angefertigten Trägersubstrats 12 Saphir verwendet wurde. Als Beispiel 5 wurde das Verbundwerkstoffsubstrat 10 auf eine ähnliche Weise wie im Beispiel 2 angefertigt, ausgenommen dass als das Material des im Schritt (a) angefertigten Trägersubstrats 12 Aluminiumnitrid verwendet wurde.
Als die angefertigten Verbundwerkstoffsubstrate gemäß den Beispielen 3 bis 5 in der Aufschichtungsrichtung des Verbundwerkstoffsubstrats geschnitten und ihr Querschnitt bei einer Vergrößerung von 10.000 untersucht wurde, fanden sich in der Füllschicht 13 und der Klebeschicht 14 keine Blasen.
Beispiel 6
Als Beispiel 6 wurde das Verbundwerkstoffsubstrat 10 auf eine ähnliche Weise wie im Beispiel 2 angefertigt, ausgenommen dass als das in dem Schritt (a) angefertigte piezoelektrische Substrat 21 ein 42°-Y-Schnitt/X-Ausbreitung-LT-Substrat verwendet wurde, wobei die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen (OFW) X war und der Schnittwinkel so eingestellt war, dass sich eine um 42° gedrehte Y-Schnitt-Platte ergab.
Als das angefertigte Verbundwerkstoffsubstrat gemäß Beispiel 6 in der Aufschichtungsrichtung des Verbundwerkstoffsubstrats geschnitten und sein Querschnitt mit einer Vergrößerung von 10.000 untersucht wurde, fanden sich in der Füllschicht 13 und der Klebeschicht 14 keine Blasen.
Vergleichsbeispiel 1
Als Vergleichsbeispiel 1 wurde auf eine ähnliche Weise wie im Beispiel 1 ein Verbundwerkstoffsubstrat angefertigt, ausgenommen dass die Aufbringung des Füllstoffs im Schritt (b) und das CMP im Schritt (c) weg gelassen wurden. Da die Schritte (b) und (c) nicht durchgeführt wurden, war die Füllschicht nicht vorhanden und die Rückfläche des piezoelektrischen Substrats und die Oberfläche des Trägersubstrats wurden im Schritt (d) miteinander direkt mit der dazwischen liegenden Klebeschicht verbunden. Als das Verbundwerkstoffsubstrat gemäß Vergleichsbeispiel 1 in der Aufschichtungsrichtung des Verbundwerkstoffsubstrats geschnitten und sein Querschnitt bei einer Vergrößerung von 10.000 untersucht wurde, fanden sich an der Grenze zwischen der Klebeschicht und dem Siliziumsubstrat und im Inneren der Klebeschicht, d. h. an der Grenze zwischen dem Klebstoff, der die Klebeschicht auf der Seite des LT-Substrats bildet, und dem aufgebrachten Klebstoff, der die Klebeschicht auf der Seite des Siliziumsubstrats bildet, viele Blasen. Des Weiteren entstanden in der Oberfläche des Siliziumsubstrats mehrere Löcher, und das LT-Substrat war aufgrund des Vorhandenseins dieser Löcher teilweise abgelöst. Dieses Phänomen lässt sich wahrscheinlich der Tatsache zuschreiben, dass Blasen platzen, wenn die Klebeschicht thermisch ausgehärtet wird. Somit hatte das Verbundwerkstoffsubstrat gemäß Vergleichsbeispiel 1 eine Qualität, die sich nicht für die Verwendung als akustische Oberflächenwellenvorrichtung eignete.
Vergleichsbeispiel 2
Es wurden ein LT-Substrat ähnlich wie im Beispiel 1, ausgenommen dass es an seiner Rückfläche hochglanzpoliert war, so dass es eine mittlere Rauheit Ra von 10 nm hatte, und ein Siliziumsubstrat ähnlich wie im Beispiel 1 angefertigt. Als Nächstes wurde unter Verwendung eines Rotationsbeschichters in einer Dicke von 400 nm (4.000 Å) auf jeweils der Rückfläche des LT-Substrats und einer (Stirn-)Fläche des Siliziumsubstrats gleichmäßig ein Klebstoff aufgebracht, der aus dem gleichen Material wie die Klebeschicht 14 im Beispiel 1 bestand. Als Nächstes wurden die mit dem Klebstoff beschichtete Rückfläche des LT-Substrats und die mit dem Klebstoff beschichtete Oberfläche des Siliziumsubstrats miteinander verbunden, und es wurde ein Verbundwerkstoffsubstrat erzielt, indem der Klebstoff unter Aufbringung von ultravioletter Strahlung mit 2.000 mJ von der Seite des LT-Substrats aus gehärtet wurde. Die Stirnfläche des LT-Substrats in dem auf diese Weise angefertigten Verbundwerkstoffsubstrat wurde derart geschliffen und poliert, dass die Dicke des LT-Substrats von einem ursprünglichen Wert von 250 μm auf 40 μm verringert wurde, wodurch ein Verbundwerkstoffsubstrat gemäß Vergleichsbeispiel 2 erzielt wurde. Die Dicke der Klebeschicht nach dem Aushärten (d. h. der Abstand von den Bergkammabschnitten der Unebenheiten in der Rückfläche des LT-Substrats zum Trägersubstrat) betrug 0,8 μm. Als das Verbundwerkstoffsubstrat gemäß Vergleichsbeispiel 2 in der Stapelrichtung des Verbundwerkstoffsubstrats geschnitten und sein Querschnitt bei einer Vergrößerung von 10.000 untersucht wurde, fanden sich in der Klebeschicht aus dem Grund, dass die Rückfläche des LT-Substrats im Vergleichsbeispiel 2 anders als im Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 hochglanzpoliert war, keine Blasen.
Beurteilungsversuch 1
Für das Verbundwerkstoffsubstrat 10 gemäß Beispiel 1 und das Verbundwerkstoffsubstrat gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurde die Haftkraft zwischen dem LT-Substrat und dem Siliziumsubstrat verglichen. Zunächst wurde aus jedem der Verbundwerkstoffsubstrate gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 durch In-Würfel-Schneiden (Dicing) ein Chip mit einer Vertikallänge von 1 mm und einer Horizontallänge von 2 mm heraus geschnitten. Mit dem heraus geschnittenen Chip wurde dann ein Scherversuch durchgeführt. Für den aus dem Verbundwerkstoffsubstrat gemäß Beispiel 1 heraus geschnittenen Chip wurde mit dem Scherversuch festgestellt, dass sich die Klebeschicht 14 und die Füllschicht 13 nicht ablösten, dass das Siliziumsubstrat brach und dass die Haftfestigkeit zwischen dem LT-Substrat und dem Siliziumsubstrat ausreichend war. Für den aus dem Verbundwerkstoffsubstrat gemäß Vergleichsbeispiel 1 heraus geschnittenen Chip trat in dem Scherversuch dagegen eine Ablösung an der Grenze zwischen der Klebeschicht und dem LT-Substrat auf.
Wie bei den Verbundwerkstoffsubstraten gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 wurde die Haftfestigkeit zwischen dem LT-Substrat und dem Trägersubstrat 12 auch für die Verbundwerkstoffsubstrate 10 gemäß den Beispielen 2 bis 6 beurteilt. Zunächst wurde aus jedem der Verbundwerkstoffsubstrate gemäß den Beispielen 2 bis 6 durch In-Würfel-Schneiden (Dicing) ein Chip mit einer Vertikallänge von 1 mm und einer Horizontallänge von 2 mm heraus geschnitten. Dann wurde mit jedem heraus geschnittenen Chip ein Scherversuch durchgeführt. Für die aus den Verbundwerkstoffsubstraten gemäß den Beispielen 2, 3 und 6 heraus geschnittenen Chips lösten sich die Klebeschicht 14 und die Füllschicht 13 in dem Scherversuch nicht ab und brach das Trägersubstrat. Für die aus den Verbundwerkstoffsubstraten gemäß den Beispielen 4 und 5 heraus geschnittenen Chips löste sich die Haftschicht 14 und die Füllschicht 13 in dem Scherversuch nicht ab und brach das LT-Substrat. Aus den Versuchsergebnissen der Beispiele 2 bis 6 ergab sich, dass die Haftfestigkeit zwischen dem LT-Substrat und dem Trägersubstrat wie im Beispiel 1 auch dann ausreichend war, als die Füllschicht und die Klebeschicht aus verschiedenen Materialien bestanden. Aus den Versuchsergebnissen der Beispiele 3 bis 5 ergab sich, dass die Haftfestigkeit zwischen dem LT-Substrat und dem Trägersubstrat wie im Beispiel 1 auch dann ausreichend war, als das Trägersubstrat aus anderen Materialien als im Beispiel 1 bestand. Aus dem Versuchsergebnis von Beispiel 6 ergab sich zudem, dass die Haftfestigkeit zwischen dem LT-Substrat und dem Trägersubstrat wie im Beispiel 1 auch dann ausreichend war, wenn der Schnittwinkel des LT-Substrats auf einen anderen Wert als im Beispiel 1 eingestellt wurde. Der Grund dafür, warum in den Beispielen 4 und 5 anders als im Beispiel 1 das LT-Substrat brach, ist wahrscheinlich der, dass die in den Beispielen 4 und 5 verwendeten Trägersubstrate aus Materialien mit einer höheren Festigkeit als das LT-Substrat bestanden.
Beurteilungsversuch 2
Aus jedem der Verbundwerkstoffsubstrate 10 gemäß den Beispielen 1, 2 und 6 und dem Verbundwerkstoffsubstrat gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 wurde eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung angefertigt, und es erfolgte eine Messung der von Temperaturänderungen abhängigen Änderungen der Abmessungen des piezoelektrischen Substrats, d. h. bezüglich des Temperaturkoeffizienten der Frequenz (TCF) und zum Auftreten von Störungen.
Die akustische Oberflächenwellenvorrichtung wurde wie folgt angefertigt. Zunächst wurden auf der Stirnfläche des LT-Substrats unter Verwendung gewöhnlicher Fotolithografie mehrere Sätze kammförmiger Elektroden ausgebildet, die jeweils aus Aluminium bestanden und eine Dicke von 0,12 μm und eine Periode von 6 μm hatten, und zwar in einer solchen Form, dass die schließlich angefertigte akustische Oberflächenwellenvorrichtung dazu in der Lage war, als ein 1-Port-OFW-Resonator mit einer Zentralfrequenz von 720 MHz bei Normaltemperatur zu fungieren. Für jeden Satz der kammförmigen Elektroden wurden, die kammförmigen Elektroden von beiden Seiten umgebend, zwei Reflektoren ausgebildet. Das LT-Substrat wurde dann durch In-Würfel-Schneiden (Dicing) in Formen geschnitten, die einzelnen akustischen Oberflächenwellenvorrichtungen entsprachen. Jede der geschnittenen akustischen Oberflächenwellenvorrichtungen hat eine Vertikallänge von 1 mm und eine Horizontallänge von 2 mm. Eine Draufsicht auf die auf diese Weise erzielten akustischen Oberflächenwellenvorrichtungen ist in 3 dargestellt. 3 ist die Draufsicht, wenn von der Seite der Stirnfläche des LT-Substrats aus auf die erzielte akustische Oberflächenwellenvorrichtung geblickt wird. Die erzielte akustische Oberflächenwellenvorrichtung enthält, wie in 3 dargestellt ist, kammförmige Elektroden 36 und 37 und Reflektoren 38 auf einer Stirnfläche 30 des LT-Substrats.
Für die akustischen Oberflächenwellenvorrichtungen gemäß den Beispielen 1, 2 und 6 und dem Vergleichsbeispiel 2 wurden der Temperaturkoeffizient der Frequenz (TCF) und das Auftreten der Störungen gemessen. Der gemessene Temperaturkoeffizient der Frequenz betrug –27,0 ppm/K in der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß Beispiel 1, –27,0 ppm/K in der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung von Beispiel 2, –26,3 ppm/K in der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß Beispiel 6 und –26,0 ppm/K in der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 2. Als der Temperaturkoeffizient der Frequenz für eine andere akustische Oberflächenwellenvorrichtung gemessen wurde, die aus dem Verbundwerkstoffsubstrat gemäß Beispiel 1 heraus geschnitten worden war, wurde zudem –26,5 ppm/K ermittelt. Des Weiteren betrug der Temperaturkoeffizient der Frequenz in einer akustischen Oberflächenwellenvorrichtung, die angefertigt wurde, indem die kammförmigen Elektroden auf dem LT-Substrat vorgesehen wurden, ohne das Siliziumsubstrat zu verwenden, –40,0 ppm/K. Was das Auftreten der Störungen betraf, betrug eine Welligkeit, die in einem höheren Frequenzbereich als der Resonanzfrequenz gemessen wurde, 1 dB in jeder der akustischen Oberflächenwellenvorrichtungen gemäß den Beispielen 1, 2 und 6, und eine Welligkeit, die in dem höheren Frequenzbereich als die Resonanzfrequenz gemessen wurde, betrug 4 dB in der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 2.
Aus den oben beschriebenen Ergebnissen ergab sich, dass in dem Verbundwerkstoffsubstrat gemäß Beispiel 1 eine kleinere Welligkeit erzeugt wurde, also das Auftreten der Störungen unterdrückt wurde, und dass ein Temperaturkoeffizient der Frequenz erzielt wurde, der mit dem des Vergleichsbeispiels 2 vergleichbar war, da die Rückfläche des LT-Substrats in dem Verbundwerkstoffsubstrat gemäß Beispiel 1 rauer als beim Vergleichsbeispiel 2 war. Aus den für die Beispiele 2 und 6 gemessenen Ergebnissen ergab sich, dass auch dann, als die Füllschicht und die Klebeschicht aus verschiedenen Materialien bestanden, das Auftreten der Störungen wie in Beispiel 1 unterdrückt wurde und ein mit dem von Vergleichsbeispiel 2 vergleichbarer Temperaturkoeffizient der Frequenz erzielt wurde. Aus den für das Beispiel 6 gemessenen Ergebnissen ergab sich, dass selbst dann, als der Schnittwinkel des LT-Substrats auf einen anderen Wert als im Beispiel 1 eingestellt wurde, das Auftreten der Störungen wie im Beispiel 1 unterdrückt wurde und ein mit Vergleichsbeispiel 2 vergleichbarer Temperaturkoeffizient der Frequenz erzielt wurde. Verglichen mit dem Vergleichsbeispiel 1, in dem die Rückfläche des LT-Substrats wie in den Beispielen 1 bis 6 aufgeraut wurde, ergab sich außerdem für jedes der Verbundwerkstoffsubstrate gemäß den Beispielen 1 bis 6, dass in der Füllschicht und der Klebeschicht keine Blasen vorhanden waren und dass die Haftfestigkeit zwischen dem LT-Substrat und dem Trägersubstrat höher war.
Das erfindungsgemäße Verbundwerkstoffsubstrat ist gewerblich anwendbar, da es zum Beispiel in akustischen Oberflächenwellenvorrichtungen verwendet werden kann.

Claims

Verbundwerkstoffsubstrat-Herstellungsverfahren mit den Schritten: (a) Anfertigen eines piezoelektrischen Substrats (21) mit Unebenheiten, die in einer Oberfläche (11a) von ihm ausgebildet sind, und eines Trägersubstrats (12) mit einem kleineren Wärmeausdehnungsausdehnungskoeffizienten als das piezoelektrische Substrat (21); (b) Aufbringen eines Füllstoffs auf der Oberfläche (11a) des piezoelektrischen Substrats (21), um die Unebenheiten zu füllen, wodurch eine Füllschicht (13, 23) ausgebildet wird; (c) Hochglanzpolieren einer Oberfläche (13a) der Füllschicht (13) in einem solchen Ausmaß, dass die mittlere Rauheit Ra der Oberfläche (13a) der Füllschicht (13) kleiner als die mittlere Rauheit Ra der Oberfläche (11a) des piezoelektrischen Substrats (21) im Schritt (a) vor dem Aufbringen des Füllstoffs ist; und (d) miteinander Verbinden der Oberfläche (13a) der Füllschicht (13) und einer Oberfläche des Trägersubstrats (12) mit einer dazwischen liegenden Klebeschicht (14), wodurch ein Verbundwerkstoffsubstrat (10, 20) ausgebildet wird.
Verbundwerkstoffsubstrat-Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche (13a) der Füllschicht (13) im Schritt (c) unter Verwendung einer Aufschlämmung, die für das piezoelektrische Substrat (21) eine kleinere Polierrate als für die Füllschicht (13) zeigt, hochglanzpoliert wird.
Verbundwerkstoffsubstrat-Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Hochglanzpolieren im Schritt (c) erfolgt, bis die Oberfläche (11a) des piezoelektrischen Substrats (21) teilweise frei liegt.
Verbundwerkstoffsubstrat-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verbinden im Schritt (d) unter Zwischensetzung einer Klebeschicht (14, 24) erfolgt, die aus dem gleichen Material wie die im Schritt (b) ausgebildete Füllschicht (13) besteht.
Verbundwerkstoffsubstrat (10) mit: einem piezoelektrischen Substrat (11) mit Unebenheiten, die in einer Oberfläche (11a) von ihm ausgebildet sind; einem Trägersubstrat (12) mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das piezoelektrische Substrat (11); einer Füllschicht (13), die so ausgebildet ist, dass sie die Unebenheiten füllt, und die auf der Seite, die von dem piezoelektrischen Substrat (11) weg weist, eine Verbindungsfläche (13a) hat, die eine mittlere Rauheit Ra hat, die kleiner als die mittlere Rauheit Ra der Oberfläche (11a) des piezoelektrischen Substrats (11) ohne die Füllschicht ist; und einer Klebeschicht (14), die die Verbindungsfläche (13a) und das Trägersubstrat (12) miteinander verbindet, wobei zwischen der Klebeschicht (14) und der Füllschicht (13) eine Grenze vorhanden ist und an der Grenze zwischen der Klebeschicht (14) und der Füllschicht (13), im Inneren der Klebeschicht (14) und an einer Grenze zwischen der Klebeschicht (14) und dem Trägersubstrat (12) keine Blasen vorhanden sind.
Verbundwerkstoffsubstrat (10) nach Anspruch 5, wobei die Oberfläche (11a) des piezoelektrischen Substrats (11) an der Verbindungsfläche (13a) teilweise frei liegt.
Verbundwerkstoffsubstrat (10) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Klebeschicht (14) aus dem gleichen Material wie die Füllschicht (13) besteht.