JP2000500111A - 比較的低温度で酸化物材料を気密結合する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複数の酸化物材料を気密結合する方法に関する。この結合は、アルミニウムの融点より低い温度で、市販のホウ酸鉛ガラスの中間層によって実行される。この方法は、酸化物材料の構造の事前の表面処理が不要で、結合と同じ処理ステップで電気フィードスルーが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】 比較的低温度で酸化物材料を気密結合する方法 産業上の利用分野 本発明は圧電材料などの複数の酸化物材料を低温ガラスの中間層によって結合 し、そのために、例えばアルミニウムの導体路パターンが前記酸化物材料の１つ の上に適用され、そのために、使用するガラスが６６０℃より低い融点を有し、 工程最高温度が６６０℃、すなわちアルミニウムの融点よりも低い温度である方 法に関するものである。 この方法は、例えばＳＡＷ（弾性表面波）装置、すなわち例えばニオブ酸リチ ウムをベースとした弾性表面構成要素の製造に使用され、そして、例えば移動体 電気通信の分野において使用される。この方法は特に、熱膨張に関して大きな異 方性を示す単結晶性圧電酸化物材料と共に使用される。最も一般的な場合におい て、与えられた物質の熱膨張係数は第２ランクテンソルである。したがって、任 意にカットした結晶表面の実際のテンソル値は、その結晶の方向（カット）に依 存する。これは、この分野では様々な異なる結晶方向の多種類の圧電結晶が使用 されるため、ＳＡＷ装置の製造において非常に重要なことである。本方法は、構 成要素の１つにアルミニウムを使用した装置、例えば、導電電極材料がアルミニ ウム、アルミニウムベースの合金又はアルミニウムを含有する多層構造であるＳ ＡＷ装置に特に関係がある。 背景技術 市販されている多くのＳＡＷ装置にとって、製造コストの主な部分は封入のコ ストにより決定する。弾性表面波に関わる構成要素は、本質的にチップ表面の質 と純度に敏感であるため、これら構成要素はセラミックパッケージ内に封入され る。第１図を参照のこと。一般にＳＡＷ装置は、ニオブ酸リチウムにアルミニウ ムベースの電極パターンを有する単結晶性圧電結晶のチップである。ＳＡＷ装置 １は、適切な接着剤でセラミックハウジング２内に取付けられる。ＳＡＷ装置１ は、標準のワイヤ結合５によって電気フィードスルー４と接続している。ＳＡＷ 装置は、適切な蓋６によってセラミックハウジング２内に気密封止されている。 このようなパッケージは、半導体産業で既知の、比較的に非表面鋭敏な標準プラ スチックデュアルインラインパッケージ（ＰＤＩＰ）技術よりもかなり高額であ る。したがって、半導体産業の標準パッケージ（例えばＰＤＩＰ）の使用を可能 にするか、又は更なる封入を完全に不要とするＳＡＷ装置封入の新規方法は、こ のタイプの装置の総製造コストに相当の影響を与える。 封入されたＳＡＷ装置の製造方法がEP 0,622,897に開示されている。この明細 書は、基板を蓋に結合する２つの方法について説明している。基板と蓋は、ニオ ブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ホウ酸リチウム、石英、及びガラスの材料 グループに属する。第１方法はアノード結合として知られ、電界を使用するもの である。第２方法は直接溶融結合として知られており、とりわけ、表面を親水性 にするために、基板及び蓋への事前の表面処理を必要とする。第２方法は一般に 、強力な結合を得るために、７００℃又はそれ以上といったアルミニウムの融点 より高い温度を要する。これら結合方法の欠点は、両方法とも表面の滑らかさと 仕上りに対して非常に敏感であることである。さらなる欠点は、電気フィードス ルーの用意に追加の処理が必要なことである。 さらに、EP 0,616,426には積層構造に基づいたＳＡＷ装置の製造法が開示され ている。この構造は２枚の板、すなわち、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウ ム、ホウ酸リチウム、石英の材料グループに属する薄板と、ニオブ酸リチウム、 タンタル酸リチウム、ホウ酸リチウム、石英、ホウ酸、非晶質炭素、及び黒鉛の 材料グループに属する厚板とを備えている。積層構造は、表面を親水性にするた めに、両板への事前の表面処理を必要とする直接溶融結合によって結合される。 積層構造はまた、例えば二酸化ケイ素（ＳiＯ₂）又は四窒化ケイ素（ＳiＮ₄）等 のシリコンベースの薄膜を含むことができる。この場合も、表面を親水性にする ために表面への事前処理が必要である。 EP 0,531,985には電気音響混成集積回路の製造方法が開示されている。この回 路は、シリコンベースの中間層を使用した直接溶融の方法によって単結晶性ベー スの音響要素を結合した半導体基板を備えている。この記載された結合方法では 、 結合する材料の少なくとも１つにシリコンベースの薄膜を配する必要がある。さ らに、親水性を持たせるため、結合する表面に事前に表面処理を施さなければな らない。結合される材料の１つのみが酸化物材料である。 さらに、EP 0,594,117には圧電フィルタの製造方法が開示されている。このフ ィルタは、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ホウ酸リチウム、石英、ガ ラス、又はシリコンの材料グループに属する２枚の板を備えている。２枚の板は 直接溶融結合の方法によって結合している。材料のいくつかの組合せは、ケイ素 （Ｓi）、二酸化ケイ素（ＳiＯ₂）又は四窒化ケイ素（ＳiＮ₄）の中間層を使用 することをベースとしている。すべての場合において、とりわけ、表面を親水性 にするために、結合する表面に事前処理を施す。 一般に、直接溶融結合又はアノード結合に基づく結合処理は、結合面の滑らか さや仕上がりに対して非常に敏感である。さらに、これらの結合方法では、結合 面を親水性にするための事前処理も必要である。直接溶融結合を使用した際のも う１つの欠点は、強力な結合を得るために高い処理温度が必要なことである。ア ノード結合を使用した際の主な欠点は、結合処理を成功させるために少なくとも １つの結合材料が導電性の基板でなければならないことである。 EP 0,449,473にはＳＡＷ装置の製造方法が開示されている。該装置は、圧電基 板（石英）の上にアルミニウムベースの電極パターンを備えている。この明細書 には、石英基板を石英又はガラスの蓋と結合する方法が説明されている。この結 合は、標準のステンシル印刷技術によって配置された適切なガラス中間層を使用 して実行される。中間層に使用するガラスはホウ酸鉛タイプのガラスであり、処 理温度は全て５００℃より低い温度である。該処理は、全体で約２日間かかる、 異なる温度の３つの熱処理が必要である。最後の熱処理には、約２ポンド（907. 2ｇ）の圧力を使用する。圧電基板に石英を使用する上での欠点は、この材料の 上のＳＡＷの速度が比較的遅いことであり、このため装置が効果的に働く周波数 を限定してしまう。ＳＡＷ装置の特定の応用によっては、石英の比較的低い電気 機械結合係数がさらなる欠点になってしまう。 US-PS 5,337,026にはＳＡＷ装置の製造方法が開示されている。該装置は、圧 電基板（石英）上にアルミニウムベースの電極パターンを備えている。該明細書 は２枚の石英基板の結合方法について説明している。該方法は、スクリーン印刷 技術によって配置した適切なガラスの中間層を使用する。また、酸化鉛を多く含 有した２タイプのガラスについて触れている。結合処理は、５００℃より低い異 なる温度の３つの熱処理を必要とする。最後の熱処理は、ある印加圧力と組合わ せた真空状態において実施され、全工程時間は６時間以上である。この方法の欠 点は、EP 449,473で説明した欠点と同じである。 発明の簡単な説明 本発明の目的は、上述した欠点を克服した酸化物材料の結合方法を提供するこ とである。 上記タイプの方法である本発明は、使用する圧電酸化物材料が化学式ＡＢＯ₃ で表わされることによって、ただし、Ａはアルカリ又はアルカリ土類金属であり 、Ｂは遷移金属である、そして、使用するガラスが比較的低い弾性率を有するこ とによって特徴付けられる。ＳＡＷ装置の電極パターンの製造に使用できるフォ トリソグラフィの与えられた解像度に対して、ＡＢＯ₃タイプの材料が使用可能 なことで、比較的低いＳＡＷ速度での石英ベースの装置よりも高い動作周波数を 有する封入ＳＡＷ装置の製造が可能になる。さらなる利点は、ＡＢＯ₃タイプ材 料において得られる比較的高い電気機械結合係数である。 特に有利な実施例によれば、使用する酸化物材料はニオブ酸リチウム又はタン タル酸リチウムであり、一方、使用するガラスはホウ酸鉛ガラスである。結果的 に結合処理は、アルミニウムの融点（６６０℃）よりも大幅に低い約４７５℃と いう低い温度で実施することができる。 図面の簡単な説明 次に添付の図面を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。 第１図は、従来の封止された（セラミックＳＭＤパッケージ）ＳＡＷ装置を示 すものである。 第２ａ図は、本発明によって封止したＳＡＷ装置を、最上層を省略して示した 平面図である。 第２ｂ図は第２ａ図の端面図である。 第２ｃ図は第２ａ図の側面図である。 本発明を実施する最適モード 初めに、ニオブ酸リチウムの圧電材料を基本としたＳＡＷ装置の製造を説明す る。しかしながら、この材料は、光導波路、ホログラム等といった他目的に使用 することも可能であるため、後述する実施例が本発明の範囲を限定することはな い。 第２図に示したＳＡＷ装置は、適切なガラス２の中間層によって相互に結合し た２枚の基板１ａ、１ｂを設けている。このガラス２は電気絶縁されているため 、電気フィードスルー３が可能である。これらのフィードスルー３のために、ボ イド４内の、気密封入されたＳＡＷ装置に電気アクセスすることができる。基板 は圧電材料のような酸化物材料から成る。圧電酸化物材料は化学式ＡＢＯ₃で表 わされ、Ａはアルカリ又はアルカリ土類金属を示し、Ｂは遷移金属を示す。ペロ ブスカイト型若しくはペロブスカイトに類似の構造、又はヘリカル構造の圧電酸 化物材料を使用することができる。 ＳＡＷ装置は以下の方法で製造される。 １． 半導体産業で既知のフォトリソグラフィ技術によって、電極パターン３が 基板１ａの上に設けられる。電極パターン３の材料は、例えばアルミニウム又は 、アルミニウムベースの合金のようなアルミニウムベースの材料とすることがで きる。また、必要に応じて多層構造の形とすることもできるし、必要に応じて、 クロム（Ｃr）又はチタン（Ｔi）の薄い金属フィルム上に設けることもできる。 ２． 基板１ａ、１ｂが熱膨張に関して異方性を示すと、基板１ａ、１ｂの全方 向に適応したガラス２を見つけられないことがしばしばある。既製の装置内の熱 的に誘導された残留応力を減少させるために、低弾性率のガラスを選ぶことが重 要である。したがって、熱的に誘導された応力を減少させること、及び、アルミ ニウム製の電極材料の使用を許容することの両方のために、選ぶガラスはアルミ ニウムの融点（６６０℃）よりも大幅に低い融点を有する必要がある。市販のホ ウ酸鉛（ＰbＯ-Ｂ₂Ｏ₃ガラス）ＳＨＯＴＴ # 8472 が適切であることがわかって いる。 この例において、中間ガラス層２は例えば、６００℃の熱溶融ホウ酸鉛ガラス （ＰbＯ-Ｂ₂Ｏ₃）を約６００℃に熱した基板１ｂ上に流すことで得られる。この ガラスは、標準スクリーン及びステンシル印刷技術に適する微粒粉の形で入手で きる。ホウ酸鉛ガラスは、必要に応じて少量の酸化アルミニウム（Ａl₂Ｏ₃）及 び酸化バリウム（ＢaＯ）を含有しても良い。基板１ｂ上には電極パターンが存 在しないため、ガラスの融点の約３５０℃より高い温度である限り、そして、ガ ラス融液が基板１ｂの表面を十分に良く濡らす限り、ガラス融液を基板１ｂ上に 流入する最中の、ガラス融液と基板１ｂの正確な温度はそれほど重要なことでは ない。この処理ステップの最低温度は約４５０℃である。ガラス／基板構造を約 ３０分間冷却した後、炭化ケイ素（ＳiＣ）１０００粉末及び水を使用して、ガ ラス層２を例えば１００μｍの一定の厚さに研磨することができる。 ３． 気密封止されたボイド４を設けた場合のように、基板１ａ、１ｂがその一 部分のみにおいて相互結合する場合、５０℃の１０％濃度の硝酸により、あるパ ターンをガラス中間層２にエッチングすることができる。この硝酸は、このタイ プのガラスには約１００μｍ／分の非常に高いエッチング率を有する。ガラス層 ２の表面に付加される耐酸性フィルムに同等のパターンをカットすることにより 、所望の構造を得ることができる。フィルムは、例えば、厚さ７０μｍのアクリ ル酸ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）フィルム、ＮittoウエハフィルムＳＷＴ-２０と することができる。 ４． 電極パターン３を備えた基板１ａと、必要に応じてパターンを施したガラ ス中間層２を備えた基板１ｂは、互いに重ねられ、その後、オーブンで構造全体 は熱処理される。熱処理は２５０℃より高く５００℃より低い温度で、１時間未 満の長さで実行される。熱処理で得られたガラス中間層はやや液状であり、基板 １ａ及び電極パターン３の両方の表面を濡らす。これにより、１つの処理ステッ プで気密封止結合が電気フィードスルーと共に提供される効果を奏する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 使用するガラスが６６０℃、すなわちアルミニウムの融点、より低い融点 を有し、処理最高温度が６６０℃より低く、低温ガラスの中間層（２）と、一方 の酸化物材料上に設けられた例えばアルミニウムの導体パターンとにより、圧電 材料のような複数の酸化物材料を結合する方法において、使用する前記圧電酸化 物材料が化学式ＡＢＯ₃で表され、ただし、Ａはアルカリ又はアルカリ土類金属 であり、Ｂは遷移金属である、前記使用するガラスが比較的低い弾性率を有する ことを特徴とする酸化物材料を結合する方法。 ２． 前記使用するガラスがＡl₂Ｏ₃及びＢaＯを必要に応じて含有するホウ酸鉛 ガラス（ＰbＯ-Ｂ₂Ｏ₃）であることを特徴とする請求の範囲１記載の方法。 ３． 前記ガラスの融液を前記酸化物材料の１つの層の上に流入し、１００μｍ などの所望の厚さに研磨することを特徴とする請求の範囲１記載の方法。 ４． 所望のパターンを切抜いた耐酸性フィルムを設けることにより前記ガラス 中間層（２）を前記パターンでマスクし、前記パターンで前記ガラス層をエッチ ングすることを特徴とする請求の範囲２記載の方法。 ５． 電極パターン（３）を有する基板（１ａ）と、パターンを必要に応じて施 したガラス中間層を有する基板（１ｂ）とを、互いに対向して配置し、その後、 ガラスの融点より高くアルミニウムの融点より低い温度で構造全体を熱処理する ことを特徴とする請求の範囲１乃至４いずれかに記載の方法。 ６． 圧電材料のような酸化物材料から成る２枚の基板（１ａ、１ｂ）を有し、 ガラスの中間層（２）によって前記基板が相互結合し、そのために、一方の基板 （１ａ）上に導体路パターンが設けられ、第２の基板（１ｂ）上にパターンを施 したガラス層が設けられ、そのために、前記導体パターンを有する基板（１ａ） と前記ガラス層を有する基板（１ｂ）とが続いて互いに対向して配置され、熱処 理を施されることを特徴とするＳＡＷ装置のような気密封止した装置。