JP2000013180A - Surface acoustic wave element - Google Patents

Surface acoustic wave element

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JP2000013180A
JP2000013180A JP10177776A JP17777698A JP2000013180A JP 2000013180 A JP2000013180 A JP 2000013180A JP 10177776 A JP10177776 A JP 10177776A JP 17777698 A JP17777698 A JP 17777698A JP 2000013180 A JP2000013180 A JP 2000013180A
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acoustic wave
propagation
surface acoustic
auxiliary substrate
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Hiroteru Satou
浩輝 佐藤
Keiji Onishi
慶治 大西
Akihiko Nanba
昭彦 南波
Tetsuyoshi Ogura
哲義 小掠
Yutaka Taguchi
豊 田口
Yoshihiro Tomita
佳宏 冨田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface acoustic wave element having a satisfactory temperature characteristic without changing various characteristics such as the electro mechanical coupling coefficient of a propagation substrate and surface acoustic wave speed. SOLUTION: A transmission substrate 11 being a piezoelectric substrate, an auxiliary substrate 12 stacked to the propagation substrate 11 by direct junction and comb-line electrodes 13 which are formed on a face opposite to the junction face of the propagation substrate 11 and the auxiliary substrate 12 and which excite an acoustic wave are provided. The coefficient of thermal expansion in the propagation direction of the acoustic wave in the auxiliary substrate 12 is smaller than that of the propagation direction of the acoustic wave in the propagation substrate 11. A groove 14 is formed in a direction which is substantially vertical to comb-line electrode fingers constituting the comb-line electrodes 3 on the face of the auxiliary substrate 12 against the propagation substrate 11.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体通信機器等
に使用される弾性表面波素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface acoustic wave device used for mobile communication equipment and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、移動体通信技術の進歩発達によ
り、通信機器の高性能化が進んでいる。これらの機器に
は必ず発信器や高周波フィルタといったデバイスが必要
であり、これらのデバイスに対しても高性能化が求めら
れている。従来よりこれらのデバイスには弾性表面波素
子が広く用いられている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the advancement and development of mobile communication technology, the performance of communication devices has been improved. These devices always require devices such as a transmitter and a high-frequency filter, and these devices are also required to have higher performance. Conventionally, surface acoustic wave elements have been widely used for these devices.

【0003】弾性表面波素子の特性は、主に弾性表面波
が伝搬する圧電基板によって決まる。圧電基板の特性と
して重要なのは電気機械結合係数と温度依存性である。
電気機械結合係数は、弾性表面波素子によって構成され
るフィルタの周波数帯域幅や、共振器のQ値に関わる量
であり、温度依存性は、温度変化に対してのフィルタの
中心周波数の変動量や、共振器の共振周波数の変動量に
関わる。また、電気機械結合係数や温度依存性は圧電基
板の材料および基板方位に固有である。
[0003] The characteristics of a surface acoustic wave element are mainly determined by the piezoelectric substrate on which the surface acoustic wave propagates. Important characteristics of the piezoelectric substrate are an electromechanical coupling coefficient and temperature dependency.
The electromechanical coupling coefficient is an amount related to the frequency bandwidth of a filter formed by a surface acoustic wave element and the Q value of a resonator. The temperature dependence is the amount of change in the center frequency of the filter with respect to temperature change. And the amount of fluctuation in the resonance frequency of the resonator. Further, the electromechanical coupling coefficient and the temperature dependency are specific to the material of the piezoelectric substrate and the substrate orientation.

【0004】弾性表面波素子を形成する圧電基板に要求
される特性は、たとえば高周波帯域においては通過帯域
を広く確保するため、電気機械結合係数が大きいこと、
また、周波数変動を抑制するため、温度依存性が小さい
ことである。しかしながら、既存の圧電基板について
は、電気機械結合係数が大きいものは、温度依存性も大
きい。このため、電気機械結合係数が大きく、温度依存
性が小さい弾性表面波素子を実現することが、フィルタ
設計において課題となっている。
The characteristics required for the piezoelectric substrate forming the surface acoustic wave element include, for example, a large electromechanical coupling coefficient in order to secure a wide pass band in a high frequency band.
Further, in order to suppress the frequency fluctuation, the temperature dependency is small. However, with respect to existing piezoelectric substrates, those having a large electromechanical coupling coefficient have a large temperature dependency. Therefore, realizing a surface acoustic wave device having a large electromechanical coupling coefficient and a small temperature dependency has been an issue in filter design.

【0005】移動体通信の方式のひとつであるPCNシ
ステムを一例として説明する。PCNシステムは、高周
波帯域における送信周波数帯域と受信周波数帯域の周波
数間隔が20MHzと狭い。高周波帯域のフィルタ設計
において、素子の製造偏差および温度変化による周波数
変動量を考慮すると、送信周波数帯域フィルタと受信周
波数帯域フィルタの周波数間隔がさらに狭くなる。した
がって、送信帯域に対する受信周波数帯域フィルタの減
衰量、および受信帯域に対する送信周波数帯域フィルタ
の減衰量、いわゆる帯域間減衰量の確保が難しくなる。
たとえば、圧電基板として36゜回転YカットX伝搬の
タンタル酸リチウムを用いた場合、電気機械結合係数は
5%、温度依存性(遅延時間温度係数;TCD)は35
ppm/℃であるため、実質的な帯域間隔は10数MH
zとなり、十分な帯域間減衰量を確保することができな
い。そのため、電気機械結合係数が5%程度もしくはそ
れ以上で、TCDが35ppm/℃より小さい圧電基板
が望まれている。しかしながら、電気機械結合係数が大
きく、TCDが小さい圧電基板があればよいが、既存基
板にはそのようなものはない。そのため、既存基板のT
CDを低減する方法が提案されている。たとえば、アイ
・イー・イー・イー トランザクションズオン ソニッ
クス アンド ウルトラソニックス,ボリューム SU
−31,第51頁〜第57頁(1984年)(IEEE Tran
sactions on Sonics and Ultrasonics, volume SU-31,
pp. 51-57(1984))に示されるように、ニオブ酸リチウム
基板上に、その材料温度係数の符号と逆の酸化珪素薄膜
層を形成することによって、弾性表面波伝搬特性の温度
依存性を改善する方法が知られている。この方法は温度
依存性を改善するとともに、弾性表面波の伝搬特性も変
化させる方法である。
[0005] A PCN system which is one of the mobile communication systems will be described as an example. In the PCN system, the frequency interval between the transmission frequency band and the reception frequency band in the high frequency band is as narrow as 20 MHz. In designing a filter in a high-frequency band, the frequency interval between the transmission frequency band filter and the reception frequency band filter is further narrowed in consideration of the manufacturing variation of the element and the amount of frequency fluctuation due to temperature change. Therefore, it is difficult to secure the attenuation of the reception frequency band filter for the transmission band and the attenuation of the transmission frequency band filter for the reception band, that is, the so-called inter-band attenuation.
For example, when a 36 ° rotation Y-cut X-propagating lithium tantalate is used as the piezoelectric substrate, the electromechanical coupling coefficient is 5% and the temperature dependency (delay time temperature coefficient; TCD) is 35%.
ppm / ° C., the substantial band spacing is more than 10 MH
z, and a sufficient inter-band attenuation cannot be secured. Therefore, a piezoelectric substrate having an electromechanical coupling coefficient of about 5% or more and a TCD of less than 35 ppm / ° C. is desired. However, a piezoelectric substrate having a large electromechanical coupling coefficient and a small TCD only needs to be provided, but such an existing substrate does not have such a substrate. Therefore, the T
Methods for reducing CD have been proposed. For example, IEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, Volume SU
-31, pp. 51-57 (1984) (IEEE Tran
sactions on Sonics and Ultrasonics, volume SU-31,
As shown in pp. 51-57 (1984)), by forming a silicon oxide thin film layer on a lithium niobate substrate with the opposite sign of its material temperature coefficient, the temperature dependence of surface acoustic wave propagation characteristics There are known ways to improve this. This method improves the temperature dependency and changes the propagation characteristics of the surface acoustic wave.

【0006】しかしながら、前記アイ・イー・イー・イ
ーの方法においては、温度特性の改善効果を得るために
は酸化珪素薄膜層の厚みを最大でも使用弾性表面波波長
に対して1波長以内にする必要があるが、弾性表面波素
子の高周波化を考慮した場合、酸化珪素膜層の厚みおよ
び膜質を均一にすることには課題があった。
However, in the above-mentioned IEE method, the thickness of the silicon oxide thin film layer is made at most one wavelength less than the surface acoustic wave wavelength used in order to obtain the effect of improving the temperature characteristics. Although it is necessary, there is a problem in making the thickness and film quality of the silicon oxide film layer uniform in consideration of increasing the frequency of the surface acoustic wave element.

【0007】これらの課題を解決するものとして、特開
平6−326553公報に示される温度特性改善方法が
ある。この方法は、熱膨張係数の異なる基板を直接接合
によって積層化した基板を用いるものであり、基板単独
の場合と比較して積層化した基板の熱膨張係数は低減さ
れ、その結果弾性表面波素子の温度依存性が改善される
ものである。この方法によれば、弾性表面波の伝搬特性
は圧電基板の厚みに依存しないため、圧電基板を薄くす
ることなく、弾性表面波素子の高周波化を行うことがで
きる。
[0007] To solve these problems, there is a temperature characteristic improving method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-326553. This method uses a substrate obtained by laminating substrates having different coefficients of thermal expansion by direct bonding. The thermal expansion coefficient of the laminated substrate is reduced as compared with the case of using only the substrate alone. Is improved in temperature dependency. According to this method, since the propagation characteristic of the surface acoustic wave does not depend on the thickness of the piezoelectric substrate, it is possible to increase the frequency of the surface acoustic wave element without making the piezoelectric substrate thin.

【0008】以下に、特開平6−326553公報に示
される温度特性改善方法に基づく、従来の弾性表面波素
子について説明する。
Hereinafter, a conventional surface acoustic wave device based on the temperature characteristic improving method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-326553 will be described.

【0009】図10は直接接合による積層基板を用いた
従来の弾性表面波素子の断面図である。図10におい
て、31は圧電基板である伝搬基板、32は低熱膨張係
数材料を用いた補助基板、33は櫛形電極である。伝搬
基板31と補助基板32とは、直接接合されている。伝
搬基板31としてはタンタル酸リチウムやニオブ酸リチ
ウムが用いられる。伝搬基板31の厚みは通常、使用波
長の5倍以上である。伝搬基板31と補助基板32の熱
膨張係数が異なることから貼り合わせ基板の実質的な熱
膨張係数は変化し、温度依存性も変化する。
FIG. 10 is a sectional view of a conventional surface acoustic wave device using a laminated substrate by direct bonding. In FIG. 10, 31 is a propagation substrate which is a piezoelectric substrate, 32 is an auxiliary substrate using a low thermal expansion coefficient material, and 33 is a comb-shaped electrode. The propagation substrate 31 and the auxiliary substrate 32 are directly joined. As the propagation substrate 31, lithium tantalate or lithium niobate is used. The thickness of the propagation substrate 31 is usually at least five times the used wavelength. Since the thermal expansion coefficients of the propagation substrate 31 and the auxiliary substrate 32 are different, the substantial thermal expansion coefficient of the bonded substrate changes, and the temperature dependency also changes.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の弾性表面波素子は、以下のような課題を有してい
る。
However, the conventional surface acoustic wave device has the following problems.

【0011】従来の弾性表面波素子は、伝搬基板と補助
基板を全面で接合している。この場合、接合が完全であ
ればよいが、接合が不十分であると温度変化によって生
じる応力は、面全体で均一ではなくなる。この場合、弾
性表面波が基板上を伝達する途中で、弾性表面波速度が
変化する。また、場合によっては弾性表面波伝搬損失が
増大する。
In the conventional surface acoustic wave device, the propagation substrate and the auxiliary substrate are joined on the entire surface. In this case, it is sufficient that the joining is perfect, but if the joining is insufficient, the stress caused by the temperature change will not be uniform over the entire surface. In this case, the surface acoustic wave velocity changes while the surface acoustic wave is being transmitted on the substrate. In some cases, the surface acoustic wave propagation loss increases.

【0012】また、従来の弾性表面波素子は、基板接合
は2枚の基板の面どうしを貼りつけて行うものであるた
め、温度変化にともない基板に働く応力の方向は接合方
位によって決まる。したがって、基板面内の実質的に一
方向にのみ、応力を作用させることはできず、温度特性
の制御を難しくしていた。
Further, in the conventional surface acoustic wave device, since the substrates are bonded by bonding the surfaces of two substrates to each other, the direction of the stress acting on the substrates as the temperature changes depends on the bonding orientation. Therefore, it is impossible to apply a stress substantially only in one direction in the plane of the substrate, which makes it difficult to control the temperature characteristics.

【0013】本発明は、このような従来の弾性表面波素
子において、基板の接合強度が接合面において不均一で
あることによって、弾性表面波の伝搬特性にばらつきを
生じるという課題、また、応力制御が難しいという課題
を考慮し、圧電基板の電気機械結合系数や弾性表面波速
度等の諸特性を変化させることなく、良好な温度特性を
有する弾性表面波素子を提供することを目的とするもの
である。
It is an object of the present invention to provide a conventional surface acoustic wave device in which the bonding strength of the substrate is not uniform at the bonding surface, thereby causing the propagation characteristics of the surface acoustic wave to vary. It is an object of the present invention to provide a surface acoustic wave device having good temperature characteristics without changing various characteristics such as the number of electromechanical couplings and the surface acoustic wave velocity of the piezoelectric substrate in consideration of the problem that the surface acoustic wave is difficult. is there.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、圧電基板であ
る伝搬基板と、前記伝搬基板に直接接合により積層され
た補助基板と、前記伝搬基板の前記補助基板との接合面
と反対側の面上に形成され、弾性波を励振する櫛形電極
とを備え、前記伝搬基板の前記補助基板に相対する面
は、部分的に前記補助基板に直接接合しており、前記補
助基板の前記弾性波の伝搬方向の熱膨張係数は、前記伝
搬基板の前記弾性波の伝搬方向の熱膨張係数より小さい
ことを特徴とする弾性表面波素子である。
According to the present invention, there is provided a transmission substrate which is a piezoelectric substrate, an auxiliary substrate laminated by direct bonding to the transmission substrate, and an auxiliary substrate which is opposite to a bonding surface of the transmission substrate with the auxiliary substrate. A comb-shaped electrode formed on a surface of the propagation substrate, the surface of the propagation substrate facing the auxiliary substrate being partially joined directly to the auxiliary substrate, The coefficient of thermal expansion in the propagation direction of the surface acoustic wave element is smaller than the coefficient of thermal expansion of the propagation substrate in the propagation direction of the elastic wave.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】(第1の実施の形態)まず、本発明の第1
の実施の形態を図面を参照して説明する。
(First Embodiment) First, the first embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described with reference to the drawings.

【0017】図1は、本発明の第1の実施の形態におけ
る弾性表面波素子の一部切欠斜視図であり、図2は、図
1のa−a’部での断面図である。図1と図2に示す弾
性表面波素子は、圧電基板である伝搬基板11、補助基
板12、櫛形電極13で構成されている。櫛形電極13
は、伝搬基板11の補助基板12との接合面と反対側の
面上に形成され、補助基板12の伝搬基板11に相対す
る面には、櫛形電極13を構成する櫛形電極指と実質的
に垂直な方向に、溝14が形成されている。図3は、伝
搬基板11と補助基板12を分解して示す斜視図であ
る。本実施の形態における弾性表面波素子においては、
伝搬基板11と補助基板12とが直接接合により接着剤
なしに積層化されている。なお、本実施の形態における
弾性表面波素子においては、伝搬基板11として厚さ1
00μmの36°回転YカットX伝搬のタンタル酸リチ
ウムを用い、補助基板12として厚さ300μmの低熱
膨張ガラス基板を用いている。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a surface acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line aa 'of FIG. The surface acoustic wave device shown in FIGS. 1 and 2 includes a propagation substrate 11, which is a piezoelectric substrate, an auxiliary substrate 12, and a comb-shaped electrode 13. Comb electrode 13
Are formed on the surface of the propagation substrate 11 opposite to the joint surface with the auxiliary substrate 12, and the surface of the auxiliary substrate 12 facing the propagation substrate 11 is substantially provided with the comb electrode fingers constituting the comb electrodes 13. A groove 14 is formed in a vertical direction. FIG. 3 is an exploded perspective view showing the propagation board 11 and the auxiliary board 12. In the surface acoustic wave device according to the present embodiment,
The propagation substrate 11 and the auxiliary substrate 12 are stacked by direct bonding without an adhesive. In the surface acoustic wave device according to the present embodiment, a thickness of 1
A 36-degree rotation Y-cut X-propagation lithium tantalate of 00 μm is used, and a 300 μm-thick low thermal expansion glass substrate is used as the auxiliary substrate 12.

【0018】次に、このような本実施の形態の動作を説
明する。櫛形電極13に交番電界を印加することによっ
て、弾性表面波が励振され、伝搬基板11表面に沿って
弾性表面波が伝搬する。この弾性表面波は櫛形電極1
3’で再び電気信号に変換される。以上によって、弾性
表面波素子として機能するものである。
Next, the operation of the embodiment will be described. By applying an alternating electric field to the comb-shaped electrode 13, a surface acoustic wave is excited, and the surface acoustic wave propagates along the surface of the propagation substrate 11. This surface acoustic wave is applied to the comb-shaped electrode 1
At 3 ', it is converted into an electric signal again. As described above, the device functions as a surface acoustic wave device.

【0019】なお、図1と図2には、櫛形電極を用いた
弾性表面波素子の基本構成を示しているが、フィルタや
共振子にする場合には、櫛形電極の数や構成を必要に応
じて変更する。
Although FIGS. 1 and 2 show the basic structure of a surface acoustic wave device using a comb-shaped electrode, the number and the structure of the comb-shaped electrode are required when a filter or a resonator is used. Change accordingly.

【0020】次に、本実施の形態の弾性表面波素子の温
度特性補償方法について説明する。
Next, a method of compensating for the temperature characteristic of the surface acoustic wave device according to the present embodiment will be described.

【0021】まず、温度特性について説明する。弾性表
面波素子の遅延時間温度係数(TCD)は、近似的に伝
搬基板の弾性波の伝搬方向の熱膨張係数αと弾性表面波
速度の温度係数(TCV)の差で表される。また、TC
Vは主に伝搬基板の弾性定数の温度係数と、伝搬基板の
密度の温度係数に依存し、ニオブ酸リチウムやタンタル
酸リチウムなどの電気機械結合係数の大きい基板は、T
CVは負値である。
First, the temperature characteristics will be described. The temperature coefficient of delay time (TCD) of the surface acoustic wave element is approximately represented by the difference between the thermal expansion coefficient α of the propagation substrate in the propagation direction of the acoustic wave and the temperature coefficient of surface acoustic wave velocity (TCV). Also, TC
V mainly depends on the temperature coefficient of the elastic constant of the propagation substrate and the temperature coefficient of the density of the propagation substrate. For a substrate having a large electromechanical coupling coefficient such as lithium niobate or lithium tantalate, T
CV is a negative value.

【0022】伝搬基板深さ方向における弾性表面波のエ
ネルギーは、弾性表面波波長の約1波長以内にほとんど
が集中する。本実施の形態における伝搬基板の厚みは弾
性表面波波長の10倍以上であるため、TCVは伝搬基
板の基板定数(材料定数)で決定され、補助基板の基板
定数(材料定数)には関わらない。
Most of the surface acoustic wave energy in the depth direction of the propagation substrate is concentrated within about one wavelength of the surface acoustic wave wavelength. Since the thickness of the propagation substrate in the present embodiment is at least 10 times the surface acoustic wave wavelength, TCV is determined by the substrate constant (material constant) of the propagation substrate, and is not related to the substrate constant (material constant) of the auxiliary substrate. .

【0023】本実施の形態においては、弾性波の伝搬方
向の熱膨張係数の大きな伝搬基板と、弾性波の伝搬方向
の熱膨張係数の小さな補助基板を直接接合しており、正
の温度変化に対して伝搬基板の表面近傍では圧縮応力が
作用し、伝搬基板単体の場合よりも伝搬基板の伸びが抑
制される。そのため伝搬基板の密度変化も抑制される
が、同時に応力によって弾性定数変化(弾性定数自体の
減少および弾性定数温度係数の減少)も生じる。密度変
化の抑制はTCVの増大に寄与し、前記弾性定数変化は
TCVへの減少に寄与するが、前記弾性定数変化の影響
が大きく、結果として伝搬基板単体の場合よりもTCV
は減少する。最終的には、弾性表面波伝搬方向の熱膨張
係数係数が小さくなることとあわせ、前記弾性表面波素
子のTCDは減少する。以上によって、本実施の形態の
弾性表面波素子の温度特性補償が行われる。
In the present embodiment, a propagation substrate having a large thermal expansion coefficient in the direction of elastic wave propagation and an auxiliary substrate having a small thermal expansion coefficient in the direction of elastic wave propagation are directly joined to each other, so that a positive temperature change occurs. On the other hand, a compressive stress acts on the vicinity of the surface of the propagation substrate, and the extension of the propagation substrate is suppressed as compared with the case of the propagation substrate alone. Therefore, the density change of the propagation substrate is suppressed, but at the same time, the elastic constant changes (the elastic constant itself decreases and the elastic constant temperature coefficient decreases) due to the stress. The suppression of the density change contributes to the increase of the TCV, and the change of the elastic constant contributes to the decrease to the TCV. However, the influence of the change of the elastic constant is large, and as a result, the TCV is larger than that of the propagation substrate alone.
Decreases. Eventually, the TCD of the surface acoustic wave element decreases in accordance with the decrease in the coefficient of thermal expansion in the direction of propagation of the surface acoustic wave. As described above, the temperature characteristic compensation of the surface acoustic wave device according to the present embodiment is performed.

【0024】つづいて本実施の形態における弾性表面波
素子の製造プロセスについて説明する。本実施の形態の
弾性表面波素子における製造プロセスは、補助基板上の
溝形成と直接接合の大きく2つのプロセスに分かれる。
Next, the manufacturing process of the surface acoustic wave device according to the present embodiment will be described. The manufacturing process of the surface acoustic wave device according to the present embodiment is roughly divided into two processes, that is, formation of a groove on an auxiliary substrate and direct bonding.

【0025】まず補助基板上の溝形成について説明す
る。補助基板の溝形成予定面は鏡面研磨されている。溝
は、ダイシング・ソーを用いて、溝断面が矩形もしくは
矩形に準じる形状で、線状に形成される。広幅の溝を形
成する場合は、複数回ダイシングブレードを入れること
によって所望の溝幅とする。本実施の形態においては、
溝の深さは80μm、溝の幅は400μmとしている。
First, the formation of a groove on the auxiliary substrate will be described. The surface of the auxiliary substrate on which grooves are to be formed is mirror-polished. The groove is formed in a linear shape by using a dicing saw with a groove having a rectangular or rectangular shape. When a wide groove is formed, a desired groove width is obtained by inserting a dicing blade a plurality of times. In the present embodiment,
The depth of the groove is 80 μm, and the width of the groove is 400 μm.

【0026】補助基板の溝は以下のように形成してもよ
い。まず補助基板を洗浄したのち、補助基板の溝形成予
定面にフォトレジストマスクを形成する。次にフォトレ
ジストマスクを形成した補助基板をフッ酸系水溶液でエ
ッチングする。本実施の形態においては、補助基板は酸
化珪素を主成分とするため、エッチング液としてフッ酸
系水溶液を用いるが、基板材料に応じて適切なエッチン
グ液を用いる。溝形成工程終了後、フォトレジストマス
クを除去する。
The groove of the auxiliary substrate may be formed as follows. First, after cleaning the auxiliary substrate, a photoresist mask is formed on a surface of the auxiliary substrate where a groove is to be formed. Next, the auxiliary substrate on which the photoresist mask is formed is etched with a hydrofluoric acid-based aqueous solution. In this embodiment mode, since the auxiliary substrate contains silicon oxide as a main component, a hydrofluoric acid-based aqueous solution is used as an etchant, but an appropriate etchant is used depending on a substrate material. After the groove forming step, the photoresist mask is removed.

【0027】また、補助基板の溝は次のように形成して
もよい。まず補助基板を洗浄したのち、補助基板の溝形
成予定面にフォトレジストマスクを形成する。つぎにフ
ォトレジストマスクを形成した補助基板の溝形成予定面
をブラスト砥粒によってサンドブラストする。最後にフ
ォトレジストマスクを除去する。
The groove of the auxiliary substrate may be formed as follows. First, after cleaning the auxiliary substrate, a photoresist mask is formed on a surface of the auxiliary substrate where a groove is to be formed. Next, the surface of the auxiliary substrate on which the photoresist mask is to be formed, on which grooves are to be formed, is sandblasted with blast abrasive grains. Finally, the photoresist mask is removed.

【0028】なお、補助基板の溝形成は上記の方法に限
定するものではなく、線状の溝を形成するものであれば
方法は問わない。
The formation of the groove in the auxiliary substrate is not limited to the above method, and any method may be used as long as it forms a linear groove.

【0029】次に、直接接合について説明する。Next, the direct joining will be described.

【0030】まず、直接接合しようとする伝搬基板の表
面ならびに補助基板の溝形成面を清浄化する。続いて前
記伝搬基板の表面と前記補助基板の溝形成面を親水化処
理する。具体的には例えばアンモニア−過酸化水素溶液
に浸すことにより、基板表面に水酸基が容易に付着する
ようになり親水化される。次に純水で十分に洗浄する。
これにより基板表面に水酸基が付着する。この状態で基
板を重ね合わせると、主として水酸基の水素結合により
重ね合わせた基板どうしが吸着する。これにより、伝搬
基板の表面ならびに補助基板の表面が原子レベルで結合
し、両基板の直接接合構造が実現される。以上のプロセ
スは室温で行う。
First, the surface of the propagation substrate to be directly bonded and the groove forming surface of the auxiliary substrate are cleaned. Subsequently, the surface of the propagation substrate and the groove forming surface of the auxiliary substrate are subjected to a hydrophilic treatment. Specifically, for example, by immersing the substrate in an ammonia-hydrogen peroxide solution, the hydroxyl group easily adheres to the surface of the substrate, and the substrate is hydrophilized. Next, it is sufficiently washed with pure water.
Thereby, hydroxyl groups adhere to the substrate surface. When the substrates are superposed in this state, the superposed substrates are mainly adsorbed by a hydrogen bond of a hydroxyl group. Thereby, the surface of the propagation substrate and the surface of the auxiliary substrate are bonded at the atomic level, and a direct bonding structure between the two substrates is realized. The above process is performed at room temperature.

【0031】このままでも十分な接合強度が得られてい
るが、さらに接合強度を強固とするために、その吸着状
態のままで、100℃以上の温度で数10分から数10
時間熱処理することにより、接合界面から水構成成分が
抜けていく。本実施の形態においては約200℃で10
時間の熱処理を行っている。この熱処理によって、水酸
基による水素結合主体の結合から、酸素や水素、また基
板構成原子の関わる結合が進み、基板構成原子同士の接
合が序々に始まり、接合は強化される。特に、珪素や炭
素、酸素がある場合、共有結合が進み、接合は強化され
る。
Although a sufficient bonding strength is obtained as it is, in order to further strengthen the bonding strength, it is necessary to maintain the adsorption state at a temperature of 100 ° C. or more for several tens of minutes to several tens of minutes.
By performing the heat treatment for a long time, the water constituent components are removed from the bonding interface. In the present embodiment, at about 200 ° C.
Heat treatment for a long time. By this heat treatment, the bonding involving oxygen, hydrogen, and the atoms constituting the substrate proceeds from the bond mainly composed of the hydrogen bond by the hydroxyl group, and the bonding between the atoms forming the substrate gradually starts, thereby strengthening the bonding. In particular, when silicon, carbon, or oxygen is present, covalent bonding proceeds and the bonding is strengthened.

【0032】以上のプロセスによって得られた接合基板
に、フォトリソグラフィーによって接合基板上に櫛形電
極を形成する。本実施の形態においては、櫛形電極を櫛
形電極指と補助基板に形成した溝とのなす角が90°と
なるように配置している。以上のプロセスを経て、本実
施の形態における弾性表面波素子は製造される。
On the bonding substrate obtained by the above process, a comb-shaped electrode is formed on the bonding substrate by photolithography. In the present embodiment, the comb-shaped electrodes are arranged such that the angle between the comb-shaped electrode fingers and the groove formed in the auxiliary substrate is 90 °. Through the above process, the surface acoustic wave device according to the present embodiment is manufactured.

【0033】ここで、本実施の形態における補助基板の
溝の効果について説明する。直接接合においては接合面
にパーティクル、ダスト等の異物がある場合、異物のあ
る部分の接合が行われず空隙が生じる、あるいは接合強
度が著しく弱くなる、といった接合不良の原因となる。
基板を直接接合する場合、連続接合面積が小さいほど接
合不良の可能性は低くなるが、溝形成によって接合面を
分割すると、連続接合面積は減少し、接合不良の可能性
を低減することができる。また、溝形成によって、接合
の良好な領域においては一様に応力がはたらき、良好な
特性を持つ弾性表面波素子を得ることができる。
Here, the effect of the groove of the auxiliary substrate in the present embodiment will be described. In the case of direct joining, if foreign matter such as particles or dust is present on the joining surface, the portion where the foreign matter is present is not joined and voids are formed, or the joining strength becomes extremely weak, resulting in poor joining.
When the substrates are directly joined, the smaller the continuous joining area, the lower the possibility of poor joining. However, if the joining surface is divided by forming grooves, the continuous joining area decreases, and the possibility of poor joining can be reduced. . In addition, by forming the groove, stress is uniformly applied in a region where bonding is good, and a surface acoustic wave device having good characteristics can be obtained.

【0034】本実施の形態における弾性表面波素子の効
果を確認するため、本実施の形態における弾性表面波素
子と36°回転YカットX伝搬のタンタル酸リチウム単
体を基板とした弾性表面波素子について、電気機械結合
係数および遅延時間温度係数(TCD)を測定して比較
を行った。比較の対象とする36°回転YカットX伝搬
のタンタル酸リチウム単体を基板とした弾性表面波素子
は、本実施の形態における弾性表面波素子と同寸法のも
のである。なお、TCDについては、TCDと異符号で
絶対値が同じであるところの周波数温度係数を測定し、
それの異符号をとってTCDの測定値としたものであ
る。電気機械結合係数については、両者とも5%程度で
差がなかった。一方、TCDについては、36°回転Y
カットX伝搬のタンタル酸リチウム単体を基板とした弾
性表面波素子が35ppm/℃であるのに対し、本実施
の形態における弾性表面波素子は25ppm/℃と改善
されていることが確認された。また、これは図10で示
した従来の弾性表面波素子とほぼ同等の特性である。ま
た、図10で示した従来の弾性表面波素子に比べ、接合
の不良による特性のばらつきも低減され、安定した特性
が得られていることも確認された。
In order to confirm the effect of the surface acoustic wave device according to the present embodiment, the surface acoustic wave device according to the present embodiment and a surface acoustic wave device having a substrate made of lithium tantalate alone, which is a 36 ° rotation Y-cut X-propagation substrate, are described. , Electromechanical coupling coefficient and delay time temperature coefficient (TCD) were measured for comparison. The surface acoustic wave element having a substrate made of a single 36 ° rotation Y-cut X-propagation lithium tantalate as a comparison object has the same dimensions as the surface acoustic wave element according to the present embodiment. As for TCD, a frequency temperature coefficient at a place where the absolute value is the same as that of TCD with a different sign is measured, and
The opposite sign is used as the measured value of TCD. Regarding the electromechanical coupling coefficient, there was no difference between them in about 5%. On the other hand, for TCD, 36 ° rotation Y
It was confirmed that the surface acoustic wave element using cut lithium X-propagation lithium tantalate alone as a substrate was improved to 35 ppm / ° C., whereas the surface acoustic wave element in the present embodiment was improved to 25 ppm / ° C. This is almost the same characteristic as the conventional surface acoustic wave device shown in FIG. Further, as compared with the conventional surface acoustic wave device shown in FIG. 10, it was also confirmed that the variation in characteristics due to poor bonding was reduced and stable characteristics were obtained.

【0035】以上のように、本実施の形態によれば、電
気機械結合係数や弾性表面波伝搬速度等の諸特性を変化
させることなく、良好な温度特性を有する弾性表面波を
得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, a surface acoustic wave having good temperature characteristics can be obtained without changing various characteristics such as an electromechanical coupling coefficient and a surface acoustic wave propagation velocity. .

【0036】なお、本実施の形態においては、伝搬基板
として36°回転YカットX伝搬のタンタル酸リチウム
を用いたが、これに限らず、他の結晶方位を用いた場合
でも、補助基板の弾性波の伝搬方向の熱膨張係数が伝搬
基板の弾性波の伝搬方向の熱膨張係数よりも小さい基板
を用いれば、同様の効果が得られる。
In this embodiment, a 36 ° rotation Y-cut X-propagation lithium tantalate is used as the propagation substrate. However, the present invention is not limited to this. The same effect can be obtained by using a substrate whose thermal expansion coefficient in the propagation direction of the wave is smaller than that of the propagation substrate in the propagation direction of the elastic wave.

【0037】本実施の形態においては、弾性波の伝搬方
向の熱膨張係数の大きな伝搬基板11と、伝搬基板11
よりも厚く、弾性波の伝搬方向の熱膨張係数の小さな補
助基板12を直接接合しており、正の温度変化により伝
搬基板の表面近傍では、圧縮応力が作用し、伝搬基板本
来の弾性波の伝搬方向の熱膨張係数よりも小さい値を示
し、密度変化も小さくなる。
In this embodiment, a propagation substrate 11 having a large thermal expansion coefficient in the propagation direction of an elastic wave,
The auxiliary substrate 12 which is thicker and has a small thermal expansion coefficient in the direction of propagation of the elastic wave is directly joined. It shows a value smaller than the thermal expansion coefficient in the propagation direction, and the change in density is also small.

【0038】また、本実施の形態においては、櫛形電極
指に平行な方向にはたらく応力は従来のものと比較して
緩和される。また、この方向の応力は均一となる。一
方、櫛形電極指に垂直な方向については、伝搬基板と補
助基板が直接接合されているため、応力が効果的に働
く。結果として基板に働く応力の主方向は、櫛形電極指
に垂直な方向となり、応力に方向性を持たせることがで
き、応力の制御が容易になる。
In this embodiment, the stress acting in the direction parallel to the comb-shaped electrode fingers is reduced as compared with the conventional one. The stress in this direction becomes uniform. On the other hand, in the direction perpendicular to the comb-shaped electrode fingers, the stress works effectively because the propagation substrate and the auxiliary substrate are directly bonded. As a result, the main direction of the stress acting on the substrate is a direction perpendicular to the comb-shaped electrode fingers, so that the stress can have directionality and the stress can be easily controlled.

【0039】また、本実施の形態においては、溝の深さ
を80μmとしたが、溝を深くすることによってさらに
応力の緩和が行われる。また、溝の幅を400μmとし
たが、溝の幅を広くすることによってさらに応力の緩和
が行われる。
In the present embodiment, the depth of the groove is set to 80 μm. However, the stress is further reduced by making the groove deeper. Although the width of the groove is set to 400 μm, the stress is further reduced by increasing the width of the groove.

【0040】また、本実施の形態においては、溝断面が
矩形もしくは矩形に準じる形状であるが、V字型あるい
は他の断面形状であってもよい。
Further, in the present embodiment, the groove cross section is rectangular or a shape conforming to a rectangle, but may be V-shaped or another cross section.

【0041】また、本実施の形態においては、補助基板
としてガラスを用いたが、これに限らず、シリコンなど
の他の低熱膨張材料を用いてもよい。補助基板としてガ
ラスを用いた場合には、その非結晶性により、単結晶で
ある伝搬基板との接合が容易となる。また、ガラスの場
合には、その組成によって種々の機械的性質を持った材
料を得ることができ、温度特性の制御が容易となる。
In this embodiment, glass is used as the auxiliary substrate. However, the present invention is not limited to this, and another low thermal expansion material such as silicon may be used. When glass is used as the auxiliary substrate, its non-crystallinity facilitates bonding with a single crystal propagation substrate. Further, in the case of glass, materials having various mechanical properties can be obtained depending on the composition, and the control of temperature characteristics becomes easy.

【0042】(第2の実施の形態)次に、本発明の第2
の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態
は、本発明の溝に関する点以外は、上述した第1の実施
の形態における弾性表面波素子の構成と同様である。し
たがって、本実施の形態において、第1の実施の形態と
基本的に同様のものについては、同一符号を付与し、説
明を省略する。また、特に説明のないものについては、
第1の実施の形態と同じとする。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described with reference to the drawings. This embodiment is the same as the configuration of the surface acoustic wave element according to the first embodiment described above, except for the groove of the present invention. Therefore, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Also, unless otherwise specified,
It is the same as the first embodiment.

【0043】図4は、本発明の第2の実施の形態におけ
る弾性表面波素子の一部切欠斜視図であり、図5は、図
4のb−b’部での断面図である。図6は、伝搬基板1
1と補助基板12を分解して示す斜視図である。図4〜
図6に示す弾性表面波素子は、溝14の構成以外は、図
1〜図3に示した弾性表面波素子と同じである。本実施
の形態における弾性表面波素子の溝14は、補助基板1
2上に、櫛形電極13を構成する櫛形電極指と実質的に
平行な方向に形成されている。
FIG. 4 is a partially cutaway perspective view of a surface acoustic wave device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a sectional view taken along the line bb 'of FIG. FIG. 6 shows the propagation substrate 1
FIG. 2 is an exploded perspective view showing an auxiliary substrate 1 and an auxiliary substrate 12. FIG. 4-
The surface acoustic wave device shown in FIG. 6 is the same as the surface acoustic wave device shown in FIGS. The groove 14 of the surface acoustic wave element in the present embodiment is
2 are formed in a direction substantially parallel to the comb-shaped electrode fingers constituting the comb-shaped electrode 13.

【0044】つづいて本実施の形態における弾性表面波
素子の製造プロセスについて説明する。本実施の形態に
おける弾性表面波素子の製造プロセスは、補助基板上の
溝形成と直接接合の大きく2つのプロセスに分かれる。
Next, the manufacturing process of the surface acoustic wave device according to the present embodiment will be described. The manufacturing process of the surface acoustic wave device according to the present embodiment is roughly divided into two processes of forming a groove on an auxiliary substrate and directly bonding.

【0045】まず補助基板上の溝形成について説明す
る。補助基板の溝形成予定面は鏡面研磨されている。溝
はダイシング・ソーを用いて、溝断面が矩形もしくは矩
形に準じる形状で、線状に形成する。広幅の溝を形成す
る場合は、複数回ダイシングブレードを入れることによ
って所望の溝幅とする。本実施の形態においては、溝の
深さは平均で80μm、溝の幅はおよそ800μmとし
ている。
First, the formation of a groove on the auxiliary substrate will be described. The surface of the auxiliary substrate on which grooves are to be formed is mirror-polished. The groove is formed in a linear shape with a dicing saw using a rectangular or rectangular shape. When a wide groove is formed, a desired groove width is obtained by inserting a dicing blade a plurality of times. In the present embodiment, the depth of the groove is 80 μm on average, and the width of the groove is about 800 μm.

【0046】基板接合については第1の実施の形態と同
様に、伝搬基板と補助基板との直接接合を行う。
As for the substrate bonding, as in the first embodiment, the direct bonding between the propagation substrate and the auxiliary substrate is performed.

【0047】以上のプロセスによって得られた接合基板
に、フォトリソグラフィーによって接合基板上に櫛形電
極を形成する。本実施の形態においては、櫛形電極を櫛
形電極指と補助基板に形成した溝とのなす角が0°(櫛
形電極指の長手方向と溝の主方向が一致)となるように
配置している。以上のプロセスを経て、本実施の形態に
おける弾性表面波素子は製造される。
On the bonding substrate obtained by the above process, a comb-shaped electrode is formed on the bonding substrate by photolithography. In the present embodiment, the comb-shaped electrodes are arranged such that the angle between the comb-shaped electrode fingers and the grooves formed in the auxiliary substrate is 0 ° (the longitudinal direction of the comb-shaped electrode fingers and the main direction of the grooves match). . Through the above process, the surface acoustic wave device according to the present embodiment is manufactured.

【0048】ここで、本実施の形態における補助基板の
溝の効果について説明する。直接接合においては接合面
にパーティクル、ダスト等の異物がある場合、異物のあ
る部分の接合が行われず空隙が生じる、あるいは接合強
度が著しく弱くなる、といった接合不良の原因となる。
基板を直接接合する場合、連続接合面積が小さいほど接
合不良の可能性は低くなるが、溝形成によって接合面を
分割すると、連続接合面積は減少し、接合不良の可能性
を低減することができる。また、溝形成によって、接合
の良好な領域においては一様に応力がはたらくため、良
好な特性を持つ弾性表面波素子を得ることができる。
Here, the effect of the groove of the auxiliary substrate in the present embodiment will be described. In the case of direct joining, if foreign matter such as particles or dust is present on the joining surface, the portion where the foreign matter is present is not joined and voids are formed, or the joining strength becomes extremely weak, resulting in poor joining.
When the substrates are directly joined, the smaller the continuous joining area, the lower the possibility of poor joining. However, if the joining surface is divided by forming grooves, the continuous joining area decreases, and the possibility of poor joining can be reduced. . In addition, since the stress is uniformly applied to the region where the bonding is good by forming the groove, a surface acoustic wave device having good characteristics can be obtained.

【0049】本実施の形態における弾性表面波素子の効
果を確認するため、本実施の形態における弾性表面波素
子と36°回転YカットX伝搬のタンタル酸リチウム単
体を基板とした弾性表面波素子について、電気機械結合
係数および遅延時間温度係数(TCD)を測定して比較
を行った。比較の対象とする36°回転YカットX伝搬
のタンタル酸リチウム単体を基板とした弾性表面波素子
は、本実施の形態における弾性表面波素子と同寸法のも
のである。なお、TCDについては、TCDと異符号で
絶対値が同じであるところの周波数温度係数を測定し、
それの異符号をとってTCDの測定値としたものであ
る。電気機械結合係数については、両者とも5%程度で
差がなかった。一方、TCDについては、36°回転Y
カットX伝搬のタンタル酸リチウム単体を基板とした弾
性表面波素子が35ppm/℃であるのに対し、本実施
の形態における弾性表面波素子は29ppm/℃と改善
されていることが確認された。また、これは図10で示
した従来の弾性表面波素子とほぼ同等の特性である。ま
た、図10で示した従来の弾性表面波素子に比べ、接合
の不良による特性のばらつきも低減され、安定した特性
が得られていることも確認された。
In order to confirm the effect of the surface acoustic wave device according to the present embodiment, the surface acoustic wave device according to the present embodiment and a surface acoustic wave device using a single substrate of lithium tantalate of 36 ° rotation Y-cut X propagation are used. , Electromechanical coupling coefficient and delay time temperature coefficient (TCD) were measured for comparison. The surface acoustic wave element having a substrate made of a single 36 ° rotation Y-cut X-propagation lithium tantalate as a comparison object has the same dimensions as the surface acoustic wave element according to the present embodiment. As for TCD, a frequency temperature coefficient at a place where the absolute value is the same as that of TCD with a different sign is measured, and
The opposite sign is used as the measured value of TCD. Regarding the electromechanical coupling coefficient, there was no difference between them in about 5%. On the other hand, for TCD, 36 ° rotation Y
It was confirmed that the surface acoustic wave device using cut lithium X-propagation lithium tantalate alone as a substrate had an improvement of 35 ppm / ° C., whereas the surface acoustic wave device of the present embodiment had an improved performance of 29 ppm / ° C. This is almost the same characteristic as the conventional surface acoustic wave device shown in FIG. Further, as compared with the conventional surface acoustic wave device shown in FIG. 10, it was also confirmed that the variation in characteristics due to poor bonding was reduced and stable characteristics were obtained.

【0050】以上のように、本実施の形態によれば、電
気機械結合系数や弾性表面波伝搬速度等の諸特性を変化
させることなく、良好な温度特性を有する弾性表面波を
得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, a surface acoustic wave having good temperature characteristics can be obtained without changing various characteristics such as the number of electromechanical coupling systems and the surface acoustic wave propagation velocity. .

【0051】なお、本実施の形態においても、伝搬基板
として36°回転YカットX伝搬のタンタル酸リチウム
を用いたが、これに限らず、他の結晶方位を用いた場合
でも、補助基板の弾性波の伝搬方向の熱膨張係数が伝搬
基板の弾性波の伝搬方向の熱膨張係数よりも小さい基板
を用いれば、同様の効果が得られる。
In this embodiment, the 36 ° -rotation Y-cut X-propagation lithium tantalate is used as the propagation substrate. However, the present invention is not limited to this. The same effect can be obtained by using a substrate whose thermal expansion coefficient in the propagation direction of the wave is smaller than that of the propagation substrate in the propagation direction of the elastic wave.

【0052】本実施の形態においては、弾性波の伝搬方
向の熱膨張係数の大きな伝搬基板11と、伝搬基板11
よりも厚く、弾性波の伝搬方向の熱膨張係数の小さな補
助基板12を直接接合しており、正の温度変化により伝
搬基板の表面近傍では、圧縮応力が作用し、伝搬基板本
来の弾性波の伝搬方向の熱膨張係数よりも小さい値を示
し、密度変化も小さくなる。
In the present embodiment, a propagation substrate 11 having a large thermal expansion coefficient in the propagation direction of an elastic wave,
The auxiliary substrate 12 which is thicker and has a small thermal expansion coefficient in the direction of propagation of the elastic wave is directly joined. It shows a value smaller than the thermal expansion coefficient in the propagation direction, and the change in density is also small.

【0053】また、本実施の形態においては、櫛形電極
指に垂直な方向にはたらく応力は従来のものと比較して
緩和される。また、この方向の応力は均一となる。一
方、櫛形電極指に平行な方向については、伝搬基板と補
助基板が直接接合されているため、応力が効果的に働
く。結果として基板に働く応力の主方向は、櫛形電極指
に平行な方向となり、応力方向性を持たせることがで
き、応力の制御が容易になる。
Further, in this embodiment, the stress acting in the direction perpendicular to the comb-shaped electrode fingers is reduced as compared with the conventional one. The stress in this direction becomes uniform. On the other hand, in the direction parallel to the comb-shaped electrode fingers, the stress works effectively because the propagation substrate and the auxiliary substrate are directly bonded. As a result, the main direction of the stress acting on the substrate is a direction parallel to the comb-shaped electrode fingers, so that the stress can be given a directionality, and the stress can be easily controlled.

【0054】また、本実施の形態においては、溝の深さ
を平均で80μmとしたが、溝を深くすることによって
さらに応力の緩和が行われる。また、溝の幅を800μ
mとしたが、溝の幅を広くすることによってさらに応力
の緩和が行われる。
In the present embodiment, the depth of the groove is 80 μm on average, but the stress is further reduced by making the groove deeper. In addition, the width of the groove is 800 μ
The stress is further reduced by increasing the width of the groove.

【0055】また、本実施の形態においては、補助基板
としてガラスを用いたが、これに限らず、シリコンなど
の他の低熱膨張材料を用いてもよい。補助基板としてガ
ラスを用いた場合には、その非結晶性により、単結晶で
ある伝搬基板との接合が容易となる。また、ガラスの場
合には、その組成によって種々の機械的性質を持った材
料を得ることができ、温度特性の制御が容易となる。
Further, in the present embodiment, glass is used as the auxiliary substrate. However, the present invention is not limited to this, and another low thermal expansion material such as silicon may be used. When glass is used as the auxiliary substrate, its non-crystallinity facilitates bonding with a single crystal propagation substrate. Further, in the case of glass, materials having various mechanical properties can be obtained depending on the composition, and the control of temperature characteristics becomes easy.

【0056】(第3の実施の形態)次に、本発明の第3
の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態
は、本発明の溝の替わりに本発明の凹部を備えることに
関する点以外は、上述した第1の実施の形態における弾
性表面波素子の構成と同様である。したがって、本実施
の形態において、第1の実施の形態と基本的に同様のも
のについては、同一符号を付与し、説明を省略する。ま
た、特に説明のないものについては、第1の実施の形態
と同じとする。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described with reference to the drawings. The present embodiment is the same as the configuration of the surface acoustic wave element according to the first embodiment described above, except that the concave portion of the present invention is provided instead of the groove of the present invention. Therefore, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Unless otherwise described, it is the same as the first embodiment.

【0057】図7は、本発明の第3の実施の形態におけ
る弾性表面波素子の一部切欠斜視図であり、図8は、図
7のc−c’部での断面図である。図9は、伝搬基板1
1と補助基板12を分解して示す斜視図である。図7〜
図9に示す弾性表面波素子は、溝14が無く、凹部15
が形成されている以外は、図1〜図3に示した弾性表面
波素子と同じである。本実施の形態における弾性表面波
素子の凹部15は、補助基板12上に、少なくとも前記
櫛形電極の直下の位置を含むように形成されている。
FIG. 7 is a partially cutaway perspective view of a surface acoustic wave device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a sectional view taken along the line cc 'in FIG. FIG. 9 shows the propagation substrate 1
FIG. 2 is an exploded perspective view showing an auxiliary substrate 1 and an auxiliary substrate 12. FIG.
The surface acoustic wave device shown in FIG.
This is the same as the surface acoustic wave device shown in FIGS. The concave portion 15 of the surface acoustic wave element according to the present embodiment is formed on the auxiliary substrate 12 so as to include at least a position immediately below the comb-shaped electrode.

【0058】つづいて本実施の形態における弾性表面波
素子の製造プロセスについて説明する。本実施の形態に
おける弾性表面波素子の製造プロセスは、補助基板上の
溝形成と直接接合の大きく2つのプロセスに分かれる。
Next, the manufacturing process of the surface acoustic wave device according to the present embodiment will be described. The manufacturing process of the surface acoustic wave device according to the present embodiment is roughly divided into two processes of forming a groove on an auxiliary substrate and directly bonding.

【0059】まず補助基板上の溝形成について説明す
る。補助基板の溝形成予定面は鏡面研磨されている。凹
部は、まず補助基板を洗浄したのち、補助基板の凹部形
成予定面にフォトレジストマスクを形成する。つぎにフ
ォトレジストマスクを形成した補助基板の凹部形成予定
面をブラスト砥粒によってサンドブラストする。最後に
フォトレジストマスクを除去する。
First, the formation of a groove on the auxiliary substrate will be described. The surface of the auxiliary substrate on which grooves are to be formed is mirror-polished. For the concave portion, first, the auxiliary substrate is washed, and then a photoresist mask is formed on the surface of the auxiliary substrate where the concave portion is to be formed. Next, the surface of the auxiliary substrate on which the photoresist mask is to be formed is sandblasted with blast abrasive grains. Finally, the photoresist mask is removed.

【0060】なお、補助基板の凹部形成は上記の方法に
限定するものではなく、凹部を形するものであれば方法
は問わない。
The formation of the concave portion of the auxiliary substrate is not limited to the above method, and any method may be used as long as the concave portion is formed.

【0061】本実施の形態においては、凹部の形状は矩
形であり、凹部領域寸法は800μm×400μmであ
る。また凹部の深さは平均で80μmとしている。
In this embodiment, the shape of the concave portion is rectangular, and the size of the concave region is 800 μm × 400 μm. The depth of the recess is set to 80 μm on average.

【0062】基板接合については第1の実施の形態と同
様に、伝搬基板と補助基板との直接接合を行う。
As for the substrate bonding, the direct bonding between the propagation substrate and the auxiliary substrate is performed as in the first embodiment.

【0063】以上のプロセスによって得られた接合基板
に、フォトリソグラフィーによって接合基板上に櫛形電
極を形成する。本実施の形態においては、櫛形電極が凹
部の直上となるように配置している。以上のプロセスを
経て、本実施の形態における弾性表面波素子は製造され
る。
On the bonding substrate obtained by the above process, a comb-shaped electrode is formed on the bonding substrate by photolithography. In the present embodiment, the comb electrodes are arranged so as to be directly above the concave portions. Through the above process, the surface acoustic wave device according to the present embodiment is manufactured.

【0064】ここで、本実施の形態における補助基板の
溝の効果について説明する。直接接合においては接合面
にパーティクル、ダスト等の異物がある場合、異物のあ
る部分の接合が行われず空隙が生じる、あるいは接合強
度が著しく弱くなる、といった接合不良の原因となる。
基板を直接接合する場合、連続した接合面積が小さいほ
ど接合不良の可能性は低くなるが、凹部形成によって接
連続した接合面積を小さくすると、接合不良の可能性を
低減することができる。
Here, the effect of the groove of the auxiliary substrate in the present embodiment will be described. In the case of direct joining, if foreign matter such as particles or dust is present on the joining surface, the portion where the foreign matter is present is not joined and voids are formed, or the joining strength becomes extremely weak, resulting in poor joining.
In the case where the substrates are directly bonded, the possibility of poor bonding decreases as the continuous bonding area decreases, but the possibility of poor bonding can be reduced by reducing the continuous bonding area by forming recesses.

【0065】また、本実施の形態においては、櫛形電極
指に垂直な方向および平行な方向にはたらく応力は従来
の弾性表面波素子とほぼ同等である。しかしながら、弾
性表面波の伝搬領域すなわち櫛形電極の形成領域直下に
は基板接合領域がないため、弾性表面波の伝搬領域にお
ける接合不良による応力の不均一は生じることはない。
したがって弾性表面波の伝搬領域に均一な応力がはたら
く弾性表面波素子を得ることができる。
In the present embodiment, the stress acting in the direction perpendicular to and parallel to the comb-shaped electrode fingers is almost the same as that of the conventional surface acoustic wave device. However, since there is no substrate bonding region immediately below the surface acoustic wave propagation region, that is, the region where the comb-shaped electrode is formed, non-uniform stress due to poor bonding in the surface acoustic wave propagation region does not occur.
Therefore, it is possible to obtain a surface acoustic wave element in which a uniform stress acts on the surface acoustic wave propagation region.

【0066】本実施の形態における弾性表面波素子の効
果を確認するため、本実施の形態における弾性表面波素
子と36°回転YカットX伝搬のタンタル酸リチウム単
体を基板とした弾性表面波素子について、電気機械結合
係数および遅延時間温度係数(TCD)を測定して比較
を行った。比較の対象とする36°回転YカットX伝搬
のタンタル酸リチウム単体を基板とした弾性表面波素子
は、本実施の形態における弾性表面波素子と同寸法のも
のである。なお、TCDについては、TCDと異符号で
絶対値が同じであるところの周波数温度係数を測定し、
それの異符号をとってTCDの測定値としたものであ
る。電気機械結合係数については、両者とも5%程度で
差がなかった。一方、TCDについては、36°回転Y
カットX伝搬のタンタル酸リチウム単体を基板とした弾
性表面波素子が35ppm/℃であるのに対し、本実施
の形態における弾性表面波素子は22ppm/℃と改善
されていることが確認された。また、これは図10で示
した従来の弾性表面波素子と比較しても改善されている
ことも確認された。さらに、図10で示した従来の弾性
表面波素子に比べ、接合の不良による特性のばらつきも
低減され、安定した特性が得られていることも確認され
た。
In order to confirm the effect of the surface acoustic wave device according to the present embodiment, the surface acoustic wave device according to the present embodiment and a surface acoustic wave device using a single substrate of lithium tantalate of 36 ° rotation Y-cut X propagation as a substrate will be described. , Electromechanical coupling coefficient and delay time temperature coefficient (TCD) were measured for comparison. The surface acoustic wave element having a substrate made of a single 36 ° rotation Y-cut X-propagation lithium tantalate as a comparison object has the same dimensions as the surface acoustic wave element according to the present embodiment. As for TCD, a frequency temperature coefficient at a place where the absolute value is the same as that of TCD with a different sign is measured, and
The opposite sign is used as the measured value of TCD. Regarding the electromechanical coupling coefficient, there was no difference between them in about 5%. On the other hand, for TCD, 36 ° rotation Y
It was confirmed that the surface acoustic wave element using cut lithium X-propagation lithium tantalate alone as a substrate had an improvement of 35 ppm / ° C., while the surface acoustic wave element of the present embodiment had an improved 22 ppm / ° C. It was also confirmed that this was improved as compared with the conventional surface acoustic wave device shown in FIG. Further, as compared with the conventional surface acoustic wave device shown in FIG. 10, it was also confirmed that variations in characteristics due to defective bonding were reduced and stable characteristics were obtained.

【0067】以上のように、本実施の形態によれば、電
気機械結合系数や弾性表面波伝搬速度等の諸特性を変化
させることなく、良好な温度特性を有する弾性表面波を
得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, a surface acoustic wave having good temperature characteristics can be obtained without changing various characteristics such as the number of electromechanical coupling systems and the surface acoustic wave propagation velocity. .

【0068】なお、本実施の形態においては、伝搬基板
として36°回転YカットX伝搬のタンタル酸リチウム
を用いたが、これに限らず、他の結晶方位を用いた場合
でも、補助基板の弾性波の伝搬方向の熱膨張係数が伝搬
基板の弾性波の伝搬方向の熱膨張係数よりも小さい基板
を用いれば、同様の効果が得られる。
In this embodiment, a 36 ° rotation Y-cut X-propagation lithium tantalate is used as a propagation substrate. However, the present invention is not limited to this. The same effect can be obtained by using a substrate whose thermal expansion coefficient in the propagation direction of the wave is smaller than that of the propagation substrate in the propagation direction of the elastic wave.

【0069】本実施の形態においては、弾性波の伝搬方
向の熱膨張係数の大きな伝搬基板11と、伝搬基板より
も厚く、弾性波の伝搬方向の熱膨張係数の小さな補助基
板12を直接接合しており、正の温度変化により伝搬基
板の表面近傍では、圧縮応力が作用し、伝搬基板本来の
弾性波の伝搬方向の熱膨張係数よりも小さい値を示し、
密度変化も小さくなる。
In this embodiment, the propagation substrate 11 having a large thermal expansion coefficient in the direction of propagation of the elastic wave and the auxiliary substrate 12 which is thicker than the propagation substrate and has a small coefficient of thermal expansion in the direction of propagation of the elastic wave are directly joined. In the vicinity of the surface of the propagation substrate due to a positive temperature change, compressive stress acts, showing a value smaller than the thermal expansion coefficient of the propagation direction of the elastic wave inherent in the propagation substrate,
The density change is also small.

【0070】また、本実施の形態においては、補助基板
としてガラスを用いたが、これに限らず、シリコンなど
の他の低熱膨張材料を用いてもよい。補助基板としてガ
ラスを用いた場合には、その非結晶性により、単結晶で
ある伝搬基板との接合が容易となる。また、ガラスの場
合には、その組成によって種々の機械的性質を持った材
料を得ることができ、温度特性の制御が容易となる。
In this embodiment, glass is used as the auxiliary substrate. However, the present invention is not limited to this, and another low thermal expansion material such as silicon may be used. When glass is used as the auxiliary substrate, its non-crystallinity facilitates bonding with a single crystal propagation substrate. Further, in the case of glass, materials having various mechanical properties can be obtained depending on the composition, and the control of temperature characteristics becomes easy.

【0071】なお、上述した第1〜第3の実施の形態に
おいては、本発明の補助基板上に本発明の溝または凹部
が形成されているとして説明したが、これに限るもので
はなく、伝搬基板と補助基板の相対する面同士が部分的
に直接接合しておれば、当該面同士が全面で直接接合す
る場合に比べて、連続接合面積の減少により接合不良の
可能性を低減するという効果は得られる。
In the first to third embodiments described above, the grooves or recesses of the present invention are formed on the auxiliary substrate of the present invention. However, the present invention is not limited to this. When the opposing surfaces of the substrate and the auxiliary substrate are partially joined directly, compared to the case where the surfaces are joined directly over the entire surface, the effect of reducing the possibility of joint failure by reducing the continuous joining area is reduced. Is obtained.

【0072】また、上述した第1〜第3の実施の形態に
おいては、本発明の補助基板の厚さは、本発明の伝搬基
板の厚さよりも厚いとして説明したが、これに限るもの
ではなく、少なくとも、補助基板の弾性波の伝搬方向の
熱膨張係数が伝搬基板の弾性波の伝搬方向の熱膨張係数
より小さいものであればよい。
In the first to third embodiments, the thickness of the auxiliary substrate of the present invention is described as being larger than the thickness of the propagation substrate of the present invention. However, the present invention is not limited to this. At least, the thermal expansion coefficient of the auxiliary substrate in the propagation direction of the elastic wave may be smaller than the thermal expansion coefficient of the propagation substrate in the propagation direction of the elastic wave.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明は、圧電基板の電気機械結合系数や弾性表面
波速度等の諸特性を変化させることなく、良好な温度特
性を有する弾性表面波素子を提供することができる。
As is apparent from the above description, the present invention provides a surface acoustic wave having good temperature characteristics without changing various characteristics of the piezoelectric substrate such as the number of electromechanical couplings and the surface acoustic wave velocity. An element can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態における弾性表面波
素子の一部切欠斜視図である。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a surface acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のa−a’部での断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line a-a 'in FIG.

【図3】本発明の第1の実施の形態における弾性表面波
素子の分解斜視図である。
FIG. 3 is an exploded perspective view of the surface acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施の形態における弾性表面波
素子の一部切欠斜視図である。
FIG. 4 is a partially cutaway perspective view of a surface acoustic wave device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】図4のb−b’部での断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line b-b 'of FIG.

【図6】本発明の第2の実施の形態における弾性表面波
素子の分解斜視図である。
FIG. 6 is an exploded perspective view of a surface acoustic wave device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施の形態における弾性表面波
素子の一部切欠斜視図である。
FIG. 7 is a partially cutaway perspective view of a surface acoustic wave device according to a third embodiment of the present invention.

【図8】図7のc−c’部での断面図である。8 is a cross-sectional view taken along the line c-c 'in FIG.

【図9】本発明の第3の実施の形態における弾性表面波
素子の分解斜視図である。
FIG. 9 is an exploded perspective view of a surface acoustic wave device according to a third embodiment of the present invention.

【図10】従来の弾性表面波素子の断面図である。FIG. 10 is a sectional view of a conventional surface acoustic wave element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、31 伝搬基板 12、32 補助基板 13、33 櫛形電極 14 溝 15 凹部 11, 31 Propagation substrate 12, 32 Auxiliary substrate 13, 33 Comb-shaped electrode 14 Groove 15 Recess

フロントページの続き (72)発明者 南波 昭彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小掠 哲義 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 田口 豊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 冨田 佳宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5J097 AA21 EE08 FF01 GG03 HA03 KK09 Continued on the front page (72) Inventor Akihiko Nanba 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Pref. Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Tetsuyoshi Kotera 1006 Odakadoma Kadoma, Osaka Pref. Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Yutaka Taguchi 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Pref. Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Yoshihiro Tomita 1006 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Pref. KK09

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電基板である伝搬基板と、前記伝搬基
板に直接接合により積層された補助基板と、前記伝搬基
板の前記補助基板との接合面と反対側の面上に形成さ
れ、弾性波を励振する櫛形電極とを備え、前記伝搬基板
の前記補助基板に相対する面は、部分的に前記補助基板
に直接接合しており、前記補助基板の前記弾性波の伝搬
方向の熱膨張係数は、前記伝搬基板の前記弾性波の伝搬
方向の熱膨張係数より小さいことを特徴とする弾性表面
波素子。
An acoustic wave is formed on a surface of a propagation substrate that is a piezoelectric substrate, an auxiliary substrate that is laminated on the propagation substrate by direct bonding, and a surface of the propagation substrate that is opposite to a bonding surface of the auxiliary substrate with the auxiliary substrate. A comb-shaped electrode for exciting the auxiliary substrate, the surface of the propagation substrate facing the auxiliary substrate is partially directly joined to the auxiliary substrate, and the thermal expansion coefficient of the auxiliary substrate in the elastic wave propagation direction is A surface acoustic wave element having a thermal expansion coefficient smaller than that of the propagation substrate in a propagation direction of the acoustic wave.
【請求項2】 前記補助基板の厚さは、前記伝搬基板の
厚さよりも厚いことを特徴とする請求項1に記載の弾性
表面波素子。
2. The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein a thickness of the auxiliary substrate is larger than a thickness of the propagation substrate.
【請求項3】 前記補助基板は、前記伝搬基板に相対す
る面に、実質的に一方向に形成された溝を有することを
特徴とする請求項1または2に記載の弾性表面波素子。
3. The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the auxiliary substrate has a groove formed substantially in one direction on a surface facing the propagation substrate.
【請求項4】 前記溝は、前記櫛形電極を構成する櫛形
電極指と、実質的に垂直もしくは平行な方向に形成され
ていることを特徴とする請求項3に記載の弾性表面波素
子。
4. The surface acoustic wave device according to claim 3, wherein the groove is formed in a direction substantially perpendicular or parallel to a comb-shaped electrode finger constituting the comb-shaped electrode.
【請求項5】 前記補助基板は、前記伝搬基板に相対す
る面に、少なくとも前記櫛形電極の直下の位置に形成さ
れた凹部を有することを特徴とする弾性表面波素子。
5. The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the auxiliary substrate has a concave portion formed at least at a position directly below the comb electrode on a surface facing the propagation substrate.
【請求項6】 前記直接接合は、前記伝搬基板および前
記補助基板それぞれの基板表面を平坦化し、鏡面化し、
清浄化し、親水化して、重ね合わせた後、熱処理により
接合するものであることを特徴とする請求項1〜5のい
ずれかに記載の弾性表面波素子。
6. The direct bonding flattens and mirrors the substrate surfaces of the propagation substrate and the auxiliary substrate, respectively.
The surface acoustic wave device according to any one of claims 1 to 5, wherein the surface acoustic wave device is cleaned, hydrophilized, superposed, and then joined by heat treatment.
【請求項7】 前記伝搬基板は、ニオブ酸リチウム、タ
ンタル酸リチウム、ホウ酸リチウム、ランガサイトのい
ずれかを材料とする圧電体単結晶であること特徴とする
請求項1〜6のいずれかに記載の弾性表面波素子。
7. The propagation substrate according to claim 1, wherein the propagation substrate is a piezoelectric single crystal made of any one of lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate, and langasite. The surface acoustic wave device as described in the above.
【請求項8】 前記補助基板は、珪素または酸化珪素を
主成分とすることを特徴とする請求項1〜7のいずれか
に記載の弾性表面波素子。
8. The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the auxiliary substrate contains silicon or silicon oxide as a main component.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010219706A (en) * 2009-03-16 2010-09-30 Murata Mfg Co Ltd Surface acoustic wave element

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