JP2002135076A - 弾性表面波デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接着剤の厚さが均一であり、その周波数温度
係数がばらつかない積層化された弾性表面波デバイスを
提供する。 【解決手段】 弾性表面波デバイスは、櫛形電極１０３
が形成された第１の基板１０１と、該第１の基板１０２
に接着剤１０４により接着された第２の基板１０２とを
備えている。第１の基板１０１と第２の基板１０２とを
接着する接着剤１０４には粒状介在物１０５が含まれ、
これにより接着剤１０４の厚さが均一化され、弾性表面
波デバイスに周波数温度係数のばらつきが生じないよう
になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【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デバイスおよびその製造方法に
関するものであって、とくに積層基板を用いた弾性表面
波デバイスおよびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】移動体通信機器の発展にともない、該機
器を構成するキーデバイスの１つである弾性表面波デバ
イスの高性能化が求められている。しかしながら、近年
の移動体通信システムにみられるように、送信帯域と受
信帯域とが近接している場合は、使用温度範囲にわたっ
て急峻なカットオフ特性を実現することが困難となって
いる。これは、従来の弾性表面波デバイスに用いられる
圧電基板の特性に起因する。すなわち、従来の圧電基板
は、システムの要求帯域幅を実現するのに十分な結合係
数を有しているものの、一般に周波数温度係数が大きい
からである。

【０００３】そこで、１９９７年に開催されたＩＥＥＥ
超音波学シンポジウムの会報の第２２７〜２３０頁（Pr
oc． 1997 IEEE Ultrasonics Symposium、pp．227
‐230）や、特願平１１−１５５３４７号の明細書にも
開示されているように、既存の圧電基板と、該圧電基板
とは熱膨張係数の異なる補助基板とを張り合わせること
により、結合係数が大きくかつ温度安定性に優れた特性
をもたせるようにした弾性表面波デバイスが提案されて
いる。

【０００４】以下、特願平１１−１５５３４７号の明細
書に開示されている弾性表面波デバイスに基づいて、従
来の弾性表面波デバイスの特徴および問題点を説明す
る。図７は、従来の弾性表面波デバイスの概略構成を示
す断面図である。図７において、２０１は第１の基板で
あり、２０２は第２の基板であり、２０３は櫛形電極で
あり、２０４は接着剤である。第１の基板２０１の材料
としては、例えば、３６°ＹカットＸ伝搬のタンタル酸
リチウム単結晶が用いられ、第２の基板２０２の材料と
しては、第１の基板２０１の弾性表面波伝搬方向の熱膨
張係数よりも小さい熱膨張係数を有するガラス基板が用
いられる。

【０００５】ここで、第１の基板２０１の厚さは、第２
の基板２０２の厚さに比べて十分に小さく（薄く）、か
つ弾性表面波の波長に比べて十分大きく（厚く）なるよ
うに設定される。例えば、１ＧＨｚ帯で動作する弾性表
面波デバイスでは、弾性表面波の波長が４μｍ程度とな
るので、第１の基板２０１の厚さは３０μｍ程度に設定
され、第２の基板２０２の厚さは３２０μｍ程度に設定
される。第１の基板２０１と第２の基板２０２とは、接
着剤２０４により接合されている。

【０００６】このような構造を備えた弾性表面波デバイ
スにおいては、その周囲の温度が変化すると、第１の基
板２０１と第２の基板２０２との間の熱膨張係数差によ
り、第１の基板２０１に応力が発生する。その結果、第
１の基板２０１を構成する圧電基板の非線形性により弾
性表面波伝搬速度が変化し、周波数温度係数が変化す
る。したがって、常温近傍で応力が発生しないように基
板同士を接着積層することにより、既存の圧電基板の特
性を維持しつつ、その周波数温度係数を制御することが
できるようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の弾性表面波デバイスでは、接着剤（接着層）の厚さ
を均一に保つことが困難であり、かつ接着剤（接着層）
での応力緩和量を一定にすることが困難である。このた
め、圧電基板表面に作用する熱応力に依存する弾性表面
波デバイスの周波数温度係数がばらつくといった問題が
ある。

【０００８】また、積層基板の薄板化工程において、接
着剤（接着層）の厚さのばらつきが圧電基板の厚さのば
らつきに反映されるので、弾性表面波デバイスの周波数
温度係数がばらつくといった問題がある。本発明は、前
記従来の問題を解決するためになされたものであって、
接着剤（接着層）の厚さが均一であり、安定した周波数
温度係数を有する弾性表面波デバイスを提供することを
目的ないしは解決すべき課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めになされた本発明にかかる弾性表面波デバイスは、櫛
形電極が形成された第１の基板と、該第１の基板に接着
剤（接着層）により接着された第２の基板とを備えた弾
性表面波デバイスにおいて、第１の基板と第２の基板と
を接着する接着剤（接着層）に粒状介在物が含まれてい
ることを特徴とするものである。また、前記弾性表面波
デバイスは、粒状介在物が導電性材料または磁性材料を
含んでいることを特徴としている。なお、前記弾性表面
波デバイスにおいては、第１の基板の両主面（広がり
面）に鏡面加工が施されていてもよい。

【００１０】前記弾性表面波デバイスを製造するため
の、本発明にかかる弾性表面波デバイスの製造方法は、
櫛形電極が形成された第１の基板と、該第１の基板に接
着剤（接着層）により接着された第２の基板とを備えて
いる弾性表面波デバイスの製造方法において、高周波誘
導加熱により前記接着剤（接着層）を硬化させる工程を
備えていることを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
１〜図６を用いて詳細に説明する。 １．実施の形態１ （実施の形態１の基本形）図１は、本発明の実施の形態
１にかかる弾性表面波デバイスの概略構成を示す断面図
である。図１において、１０１は第１の基板であり、１
０２は第２の基板であり、１０３は櫛形電極であり、１
０４は接着剤（接着層）であり、１０５は粒状介在物で
ある。この実施の形態１では、第１の基板１０１の材料
として、３６°ＹカットＸ伝搬のタンタル酸リチウムが
用いられている。また、第２の基板１０２の材料とし
て、第１の基板１０１の弾性表面波伝搬方向の熱膨張係
数よりも小さい熱膨張係数を有する石英ガラスが用いら
れている。

【００１２】以下、本発明の実施の形態１にかかる弾性
表面波デバイスの構造を、その製造プロセスと関連させ
ながら詳細に説明する。まず、その両主面が弾性表面波
の波長に比べて大きい面粗さを有する第１の基板１０１
を準備する。この実施の形態１では、例えば、平均粒径
が１０μｍ程度の砥粒が用いられる。ここで、両主面を
同様に粗化することにより、第１の基板１０１の平行度
を向上させることができる。さらに、全体の基板厚さを
勘案して、厚さ３２０μｍの第２の基板１０２を準備す
る。第２の基板１０２は、その両主面に鏡面加工が施さ
れているものが用いられる。

【００１３】該製造プロセスにおける出発材料である第
１の基板１０１の反りは、基板面内における第１の基板
１０１の厚さのばらつきを招くので、この実施の形態１
のように、基板両面を同等に粗化した基板を使用するの
が好ましい。これは、第２の基板１０２についても同様
であり、両面研磨が施された反りのない基板を使用する
のが好ましい。第１の基板１０１および第２の基板１０
２を洗浄した後、第１の基板１０１に、粒状介在物１０
５を分散させた接着剤１０４をスピンコートする。この
実施の形態１においては、粒状介在物１０５として、第
１の基板１０１の面粗さと同程度の平均粒径（１０μ
ｍ）をもつシリカ球が用いられる。また、接着剤１０４
としては、エポキシ系の紫外線硬化樹脂が用いられる。

【００１４】次に、接着剤１０４が塗布された第１の基
板１０１と第２の基板１０２とを重ね合わせ、紫外線を
第２の基板１０２側から照射して、接着剤１０４を硬化
させる。その際、第１の基板１０１側から加重を印加す
る。接着剤１０４内には粒径の均一な粒状介在物１０５
が分散しており、接着剤１０４（接着層）の厚さは粒状
介在物１０５の大きさによって規定されるので、接着剤
１０４（接着層）の厚さが均一な積層基板を得ることが
できる。

【００１５】弾性表面波デバイスの周波数温度係数は、
弾性表面波が伝搬する第１の基板１０１の表面の熱応力
によって変化する。実施の形態１のような構造では、接
着剤１０４の弾性率が、第１の基板１０１または第２の
基板１０２のそれに比べて小さいので、接着剤１０４
（接着層）の厚さが第１の基板１０１の表面に発生する
熱応力を大きく左右する。その結果、接着剤１０４（接
着層）の厚さのばらつきが、弾性表面波デバイスの周波
数温度係数のばらつきを招きやすい。しかしながら、実
施の形態１では、接着剤１０４（接着層）の厚さを均一
にすることができるので、周波数温度係数が安定した弾
性表面波デバイスを得ることができる。

【００１６】また、接着剤１０４中に、該接着剤１０４
に比べて弾性率の大きい粒状介在物１０５を分散させる
ことにより、接着剤１０４の見かけ上の弾性率を高める
ことができ、弾性表面波デバイスの周波数温度係数をよ
り改善することができる。以上の工程までは、直径７．
６ｍｍ（３インチ）の基板を用いている。次に、第１の
基板１０１の主面上に、通常のフォトリソグラフィ手法
を用いて、弾性表面波を励振させるための櫛形電極１０
３を複数個同時に形成する。この後、個々に分割するこ
とにより、弾性表面波デバイスを得る。

【００１７】このように、基板積層後に櫛形電極１０３
を形成するので、フォトリソグラフィ工程において基板
の反りを最小限にするために、常温硬化型の接着剤を用
いるのが好ましい。したがって、この実施の形態１で
は、接着剤１０４としてエポキシ系の紫外線硬化樹脂が
用いられるが、常温近傍で硬化接着できるものであれば
その他のものでもよい。例えば、紫外線硬化と熱硬化と
の併用接着剤であっても、常温において基板の反りが発
生しなければよい。また、この実施の形態１では、粒状
介在物１０５としてシリカ球が用いられているが、アル
ミナなど他の材料からなる粒状介在物であっても、その
粒径が均一であれば同様の効果を得ることができる。

【００１８】（実施の形態１の変形例１）図２は、図１
に示す実施の形態１（基本形）にかかる弾性表面波デバ
イスとは粒状介在物の構成が異なる、実施の形態１の変
形例１にかかる弾性表面波デバイスの概略構成を示す断
面図である。図２に示すように、この変形例１では、粒
状介在物１０５の材料として、導電性を備えた材料が用
いられている。なお、図２において、１０１は第１の基
板であり、１０２は第２の基板であり、１０３は櫛形電
極であり、１０４は接着剤（接着層）である。

【００１９】このような導電性を有する粒状介在物１０
５としては、金属球や、プラスチック球に金属メッキを
施したものなどを使用することができる。この変形例１
にかかる弾性表面波デバイスによっても、実施の形態１
の基本形の場合と同様の効果を得ることができる。ま
た、導電性を備えた粒状介在物１０５を用いているの
で、嫌気性の接着剤を用いることができる。この場合、
常温で強固な接着を得ることができる。

【００２０】（実施の形態１の変形例２）図３は、図１
に示す実施の形態１（基本形）にかかる弾性表面波デバ
イスとは粒状介在物の構成が異なる、実施の形態１の変
形例２にかかる弾性表面波デバイスの概略構成を示す断
面図である。図３に示すように、この変形例２では、粒
状介在物１０５の材料として、ニッケルなどの磁性材料
が用いられている。この変形例２では、高周波誘導加熱
により、粒状介在物１０５のみを短時間で加熱すること
が可能であり、例えば熱硬化型の接着剤１０４を用いた
場合であっても、積層基板の硬化後の反りを最小限に抑
えることができる。

【００２１】（実施の形態１の変形例３）図４は、図１
に示す実施の形態１（基本形）にかかる弾性表面波デバ
イスとは第２の基板の構成が異なる、実施の形態１の変
形例３にかかる弾性表面波デバイスの概略構成を示す断
面図である。図４に示すように、この変形例３では、第
２の基板１０２は、その接着面が粗化された構造を有し
ている。この変形例３においても、粒状介在物１０５を
接着剤１０４内に分散させることにより、均一な接着剤
１０４（接着層）を有する弾性表面波デバイスを得るこ
とができる。なお、図示していないが、第２の基板１０
２の両面を粗化してもよい。

【００２２】（実施の形態１の変形例４）図５は、図１
に示す実施の形態１（基本形）にかかる弾性表面波デバ
イスとは粒状介在物の構成が異なる、実施の形態１の変
形例４にかかる弾性表面波デバイスの概略構成を示す断
面図である。図１に示す実施の形態１（基本形）では、
第１の基板１０１の平均の面粗さと同程度の粒径をもつ
粒状介在物１０５が用いられている。なお、平均の面粗
さよりも大きい粒径をもつ粒状介在物を用いても、同様
の効果を得ることができる。

【００２３】一方、図５に示すように、この変形例４で
は、平均面粗さよりも、粒径が小さい粒状介在物１０５
が用いられている。この変形例４では、接着剤１０４内
に分散する粒状介在物１０５の量を増加させることによ
り、実施の形態１の基本形の場合と同様の効果を得るこ
とができる。

【００２４】ところで、変形例１〜４も含めて本発明の
実施の形態１においては、第１の基板１０１の材料とし
て、３６°ＹカットＸ伝搬のタンタル酸リチウムが用い
られている。しかしながら、他のカット角または他の圧
電基板を用いても同様の効果を得ることができる。ま
た、第２の基板１０２の材料として石英基板（石英ガラ
ス）が用いられているが、第２の基板１０２の材料はこ
れに限定されるものではなく、第１の基板１０１の材質
に応じて選ぶことができるものである。

【００２５】以上のように、櫛形電極１０３が形成され
た第１の基板１０１と、第１の基板１０１に接着剤１０
４により接着された第２の基板１０２とを備えた弾性表
面波デバイスにおいては、第１の基板１０１と第２の基
板１０２とを接着する接着剤１０４に粒状介在物１０５
を備えることにより、接着剤１０４（接着層）の厚さを
均一にすることができ、安定した周波数温度係数を有す
る弾性表面波デバイスを得ることができる。また、接着
剤１０４に比べて弾性率の大きい粒状介在物１０５を備
えることにより、接着剤１０４（接着層）の見かけ上の
弾性率を高めることができ、弾性表面波デバイスの周波
数温度係数をさらに改善することができる。

【００２６】また、粒状介在物１０５を導電性材料とす
ることにより、接着剤１０４として嫌気性の接着剤を用
いることが可能となり、常温で強固な接着を得ることが
できる。また、粒状介在物１０５を磁性材料とすること
により、高周波誘導加熱による短時間熱硬化が可能とな
り、熱硬化型の接着剤１０４を用いた場合であっても、
接着後の積層基板の反りを最小限に抑えることができ
る。

【００２７】２．実施の形態２ 図６は、本発明の実施の形態２にかかる弾性表面波デバ
イスの概略構成を示す断面図である。図６において、１
０１は第１の基板であり、１０２は第２の基板であり、
１０３は櫛形電極であり、１０４は接着剤（接着層）で
あり、１０５は粒状介在物である。実施の形態２におい
ても、第１の基板１０１の材料として、３６°Ｙカット
Ｘ伝搬のタンタル酸リチウムが用いられている。また、
第２の基板１０２の材料として、第１の基板１０１の弾
性表面波伝搬方向の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数
を有する石英ガラスが用いられている。

【００２８】実施の形態２にかかる弾性表面波デバイス
の製造プロセスは、基本的には実施の形態１と同様であ
るが、第１の基板１０１の接着面は鏡面とされている
（鏡面加工が施される）。また、粒状介在物１０５とし
ては、シリカ球からなるものが用いられる。第１の基板
１０１で励振された弾性表面波は、基板深さ方向にも伝
搬する。深さ方向に伝搬した弾性表面波は、接着面で反
射してスプリアスの発現などといった特性劣化を招くこ
とがある。しかしながら、第１の基板１０１に接するよ
うに接着剤１０４に粒状介在物１０５を分散させること
により、第１の基板１０１を粗化した場合と同様の効果
を得ることができる。

【００２９】該製造プロセスの出発材料である第１の基
板１０１の反りは、基板面内での第１の基板１０１の厚
さのばらつきを招くため、この実施の形態２のように、
両面鏡面基板を使用するのが好ましい。また、粒状介在
物１０５として、第１の基板１０１と音響インピーダン
スが大きく異なる導電性介在物や磁性介在物を使用する
場合は、弾性表面波の散乱効果が大きくなり、第１の基
板１０１の厚さが薄くなった場合においても、スプリア
スを抑制する効果が大きい。

【００３０】ここで、粒状介在物１０５として磁性材料
を用いることにより、高周波誘導加熱による熱硬化型接
着剤を利用することができるのは、実施の形態１の場合
と同様である。また、実施の形態２においては、第１の
基板１０１として、３６°ＹカットＸ伝搬のタンタル酸
リチウムが用いられるが、他のカット角または他の圧電
基板を用いても同様の効果を得ることができる。また、
第２の基板１０２の材料として石英基板（石英ガラス）
が用いられているが、第２の基板１０２の材料はこれに
限定されるものではなく、第１の基板１０１の材質に応
じて選ぶことができるものである。

【００３１】以上のように、櫛形電極１０３が形成され
た第１の基板１０１と、第１の基板１０１に接着剤１０
４により接着された第２の基板１０２とを備えた弾性表
面波デバイスにおいて、第１の基板１０１と第２の基板
１０２とを接着する接着剤１０４に粒状介在物１０５を
備えることより、接着剤１０４（接着層）の厚さを均一
にすることができ、安定した周波数温度係数を有する弾
性表面波デバイスを得ることができる。また、接着剤１
０４に比べて弾性率の大きい粒状介在物１０５を備える
ことにより、接着剤１０４（接着層）の見かけ上の弾性
率を高めることができ、弾性表面波デバイスの周波数温
度係数をより改善することができる。

【００３２】ここで、粒状介在物１０５を導電性材料と
することにより、接着剤１０４として嫌気性の接着剤を
用いることが可能となり、常温で強固な接着を得ること
ができる。また、粒状介在物１０５を磁性材料とするこ
とにより、高周波誘導加熱による短時間熱硬化が可能と
なり、熱硬化型の接着剤１０４を用いる場合であって
も、接着後の積層基板の反りを最小限に抑えることがで
きる。

【００３３】ここで、第１の基板１０１の接着面は鏡面
であるが、粒状介在物１０５を第１の基板１０１に接す
るように分散させることにより、接着面を粗化した場合
と同様に、スプリアスを抑制することができる。また、
第１の基板１０１の接着面を鏡面とすることにより、粗
面の場合に比べて平均の接着剤１０４（接着層）の厚さ
を薄くすることができるので、より周波数温度係数の小
さい弾性表面波デバイスを得ることができる。

【００３４】

【発明の効果】前記のとおり、本発明にかかる弾性表面
波デバイスは、櫛形電極が形成された第１の基板と該第
１の基板に接着剤により接着された第２の基板とを備
え、第１の基板と第２の基板とを接着する接着剤に粒状
介在物が含まれている。ここで、粒状介在物は、導電性
材料または磁性材料からなる。また、前記弾性表面波デ
バイスの製造方法は、高周波誘導加熱により接着剤を硬
化させる工程を備えている。

【００３５】このため、接着剤（接着層）の厚さを均一
にすることができ、安定した周波数温度係数を有する弾
性表面波デバイスを得ることができる。また、接着剤に
比べて弾性率の大きい粒状介在物を備えることにより、
接着剤（接着層）の見かけ上の弾性率を高めることがで
き、弾性表面波デバイスの周波数温度係数をより改善す
ることができる。

【００３６】ここで、粒状介在物を導電性材料とするこ
とにより、接着剤として嫌気性の接着剤を用いることが
可能となり、常温で強固な接着を得ることができる。ま
た、粒状介在物を磁性材料とすることにより、高周波誘
導加熱による短時間熱硬化が可能となり、熱硬化型の接
着剤を用いた場合であっても、接着後の積層基板の反り
を最小限に抑えることができる。

【００３７】また、第１の基板の接着面が鏡面である場
合でも、粒状介在物を第１の基板に接するように分散さ
せることにより、接着面を粗化した場合と同様に、スプ
リアスを抑制することができる。なお、第１の基板の接
着面を鏡面とすることにより、粗面の場合と比べて、平
均の（接着剤）の接着層の厚さを薄くすることができ
る。このため、より周波数温度係数の小さい弾性表面波
デバイスを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１にかかる弾性表面波デ
バイスの構成を示す断面図である。

【図２】 実施の形態１の変形例１にかかる弾性表面波
デバイスの構成を示す断面図である。

【図３】 実施の形態１の変形例２にかかる弾性表面波
デバイスの構成を示す断面図である。

【図４】 実施の形態１の変形例３にかかる弾性表面波
デバイスの構成を示す断面図である。

【図５】 実施の形態１の変形例４にかかる弾性表面波
デバイスの構成を示す断面図である。

【図６】 本発明の実施の形態２にかかる弾性表面波デ
バイスの構成を示す断面図である。

【図７】 従来の弾性表面波デバイスの構成を示す断面
図である。

【符号の説明】

１０１…第１の基板、１０２…第２の基板、１０３…櫛
形電極、１０４…接着剤、１０５…粒状介在物、２０１
…第１の基板、２０２…第２の基板、２０３…櫛形電
極、２０４…接着剤。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守時 克典 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 AA14 AA21 AA34 EE08 GG03 HA03 JJ03 KK09

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 櫛形電極が形成された第１の基板と、該
   第１の基板に接着剤により接着された第２の基板とを備
   えている弾性表面波デバイスにおいて、 前記第１の基板と前記第２の基板とを接着する前記接着
   剤に粒状介在物が含まれていることを特徴とする弾性表
   面波デバイス。
2. 【請求項２】 前記粒状介在物が導電性材料を含んでい
   ることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイ
   ス。
3. 【請求項３】 前記粒状介在物が磁性材料を含んでいる
   ことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイ
   ス。
4. 【請求項４】 前記第１の基板の両主面に鏡面加工が施
   されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面
   波デバイス。
5. 【請求項５】 櫛形電極が形成された第１の基板と、該
   第１の基板に接着剤により接着された第２の基板とを備
   えている弾性表面波デバイスの製造方法において、 高周波誘導加熱により前記接着剤を硬化させる工程を備
   えていることを特徴とする弾性表面波デバイスの製造方
   法。