JP2007134889A - Composite piezoelectric substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複合圧電基板に関するものであり、特に弾性表面波デバイス等に用いられる複合圧電基板に関するものである。 The present invention relates to a composite piezoelectric substrate, and more particularly to a composite piezoelectric substrate used for a surface acoustic wave device or the like.
携帯電話やローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）等の高周波通信において周波数調整・選択用の部品として、例えば圧電基板上に弾性表面波を励起するための櫛形電極が形成された弾性表面波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ、ＳＡＷ）デバイスが用いられる。これに用いられる圧電基板材料は、電気信号から機械的振動への変換効率（以下、電気機械結合係数と記す）が極めて大きいこと、また櫛形電極の電極間隔と弾性波の音速により決まるフィルタ等の中心周波数が温度により変動しないことが求められる（以下、周波数温度特性と記す）。
すなわち、大きな電気機械結合係数と小さな周波数温度係数を兼ね備えた圧電基板が有れば好ましい。こうした特性を実現する圧電基板の一例として、圧電基板と他の基板を接合した複合圧電基板がある。
Elasticity in which comb-shaped electrodes for exciting surface acoustic waves are formed on piezoelectric substrates, for example, as components for frequency adjustment / selection in high-frequency communications such as cellular phones, local area networks (LAN), and personal area networks (PAN) Surface wave (Surface Acoustic Wave, SAW) devices are used. The piezoelectric substrate material used for this has a very high conversion efficiency (hereinafter referred to as an electromechanical coupling coefficient) from an electric signal to mechanical vibration, and a filter determined by the electrode interval of the comb-shaped electrodes and the acoustic velocity of the elastic wave. It is required that the center frequency does not vary with temperature (hereinafter referred to as frequency-temperature characteristics).
In other words, it is preferable to have a piezoelectric substrate having both a large electromechanical coupling coefficient and a small frequency temperature coefficient. An example of a piezoelectric substrate that realizes such characteristics is a composite piezoelectric substrate in which a piezoelectric substrate and another substrate are bonded.
このような複合圧電基板の一例として、圧電材料の表面に弾性波を励振・検出するための電極が設けられており、前記圧電材料裏面に複合積層体を接合したことを特徴とする温度安定化表面波装置が開示されている。この表面波装置は、制御された応力変化を前記圧電材料に誘起させることにより、前記圧電材料において温度補正がなされるというものである（特許文献１参照）。
この例では、「複合積層体にＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）基板を強固に結合することにより、前述したように基板上に圧縮力が生じ、この圧縮力は温度が増大するに従って増大する。かくして、遅延時間およびフィルタ中心周波数に対する温度の影響を補正する手段を得ることができる。」とされている。これは、支持基板となる複合積層体の膨張係数は圧電材料であるＬｉＮｂＯ３基板の弾性表面波伝播方向のそれよりも小さいことを意味し、これにより温度変化に応じて圧電基板に応力が発生してＳＡＷデバイスの遅延時間およびフィルタ中心周波数に対する温度の影響を補正できるということを意味する。
As an example of such a composite piezoelectric substrate, an electrode for exciting and detecting an elastic wave is provided on the surface of the piezoelectric material, and the temperature stabilization is characterized in that a composite laminate is joined to the back surface of the piezoelectric material. A surface wave device is disclosed. This surface wave device is such that temperature correction is performed in the piezoelectric material by inducing a controlled stress change in the piezoelectric material (see Patent Document 1).
In this example, “the LiNbO 3 (lithium niobate) substrate is firmly bonded to the composite laminate to generate a compressive force on the substrate as described above, and this compressive force increases as the temperature increases. It is possible to obtain a means for correcting the influence of temperature on the delay time and the filter center frequency. " This means that the expansion coefficient of the composite laminate as the support substrate is smaller than that of the surface acoustic wave propagation direction of the LiNbO 3 substrate, which is a piezoelectric material, and stress is generated in the piezoelectric substrate in response to temperature changes. This means that the influence of temperature on the delay time and filter center frequency of the SAW device can be corrected.
また、接着剤を使用して剛板と圧電板とを貼り合せて一体の基板とし、前記圧電板表面に電極を設けた機能素子を、パッケージに収納した電気部品が開示されている（特許文献２参照）。
すなわち、圧電材料とこれより小さな膨張係数を有する基板とを貼り合せた複合圧電基板を用いた弾性表面波素子は周波数温度特性が改善されること、接着剤を用いて剛板と圧電板を貼り合せて一体の基板とすることは公知の技術である。
Further, an electrical component is disclosed in which a functional element having an electrode provided on the surface of the piezoelectric plate is housed in a package by bonding a rigid plate and a piezoelectric plate using an adhesive (Patent Document). 2).
That is, a surface acoustic wave device using a composite piezoelectric substrate in which a piezoelectric material and a substrate having a smaller expansion coefficient are bonded has improved frequency temperature characteristics, and a rigid plate and a piezoelectric plate are bonded using an adhesive. It is a well-known technique to combine them into an integrated substrate.
特許文献３には、ＬｉＴａＯ３基板と、貼り合せ面を鏡面に加工したサファイア基板とを直接貼り合わせた例が開示されている。しかしながら、この複合圧電基板においては、デバイスの特性がばらついてしまうという問題があった。 Patent Document 3 discloses an example in which a LiTaO 3 substrate and a sapphire substrate with a bonded surface processed into a mirror surface are directly bonded together. However, this composite piezoelectric substrate has a problem in that the device characteristics vary.
また、昨今の携帯電話端末機は薄いことが求められており、これに搭載される部品や材料は薄いことが好ましいという市場の要求がある。 In addition, recent mobile phone terminals are required to be thin, and there is a market demand that the components and materials mounted thereon are preferably thin.
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、基板を温度変化させたときに、温度改善効果が高く、圧電基板において面内周波数温度係数のばらつきが小さく、周波数温度特性が優れた安定性を有するものであるとともに、熱により生じる反りが小さい複合圧電基板を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and when the temperature of the substrate is changed, the temperature improvement effect is high, the variation in the in-plane frequency temperature coefficient is small in the piezoelectric substrate, and the frequency temperature characteristics are excellent. An object of the present invention is to provide a composite piezoelectric substrate having stability and small warpage caused by heat.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、圧電基板とセラミック基板とを貼り合せた複合圧電基板であって、前記セラミック基板は厚さが１００μｍ以上であり、該セラミック基板と前記圧電基板とを接着剤を介して貼り合せたものであることを特徴とする複合圧電基板を提供する（請求項１）。 The present invention has been made to solve the above problems, and is a composite piezoelectric substrate in which a piezoelectric substrate and a ceramic substrate are bonded together, the ceramic substrate having a thickness of 100 μm or more, A composite piezoelectric substrate characterized in that the piezoelectric substrate is bonded to each other with an adhesive (Claim 1).
このように、圧電基板と貼り合せるセラミック基板の厚さが１００μｍ以上のものであれば、セラミック基板の厚さにおいて、面内ばらつきが抑制されて良好な膜厚分布を得ることができるので、圧電基板とセラミック基板とを貼り合せ、圧電基板に研削加工等を施し複合圧電基板に仕上げるときに、圧電基板の厚さのばらつきが抑えられ、その結果周波数温度係数のばらつきが小さく、周波数温度特性が優れた複合圧電基板とすることができる。さらに、例えば熱処理を加えたときに反りを抑えることが可能であるため、パターン付けや実装などの工程で問題が生じにくい。
また、接着剤を介して接合されたものであるので比較的安価なものとすることができる。
以上のように、本発明の複合圧電基板は、品質や製造歩留まりが高く、安価なものとできる。
Thus, if the thickness of the ceramic substrate to be bonded to the piezoelectric substrate is 100 μm or more, in-plane variation can be suppressed in the thickness of the ceramic substrate and a good film thickness distribution can be obtained. When the substrate and ceramic substrate are bonded together and the piezoelectric substrate is ground and finished into a composite piezoelectric substrate, variations in the thickness of the piezoelectric substrate can be suppressed, resulting in a small variation in frequency temperature coefficient and frequency frequency characteristics. An excellent composite piezoelectric substrate can be obtained. Further, for example, since it is possible to suppress warpage when heat treatment is applied, problems are unlikely to occur in processes such as patterning and mounting.
Moreover, since it is joined via an adhesive, it can be made relatively inexpensive.
As described above, the composite piezoelectric substrate of the present invention has high quality and manufacturing yield and can be inexpensive.
このとき、前記セラミック基板は、ヤング率が２００ＧＰａ以上のものであるのが好ましい（請求項２）。
このように、前記セラミック基板が、ヤング率が２００ＧＰａ以上のものであれば、硬くて加熱をしても反りがほとんど生じないため、パターン付けや実装などの工程で問題がより生じにくい。
At this time, the ceramic substrate preferably has a Young's modulus of 200 GPa or more.
As described above, if the ceramic substrate has a Young's modulus of 200 GPa or more, it is hard and hardly warps even when heated, and thus problems are less likely to occur in processes such as patterning and mounting.
また、前記セラミック基板の貼り合せ面及び該貼り合せ面の反対側の面の面粗さを示す指標Ｒａが０．０２μｍ以上０．５μｍ以下のものであるのが好ましい（請求項３）。
このように、前記セラミック基板の貼り合せ面及び該貼り合せ面の反対側の面の面粗さを示す指標Ｒａが０．０２μｍ以上０．５μｍ以下のものであれば、セラミック基板を面内で精密に同じ厚さに調整されたものとすることができる。このため、このセラミック基板と貼り合せた圧電基板の厚さばらつきを抑えることができ、面内で周波数温度特性が極めて安定した複合圧電基板とすることができる。また、接着層のアンカー効果が顕著となり、良好な接着を得ることができる。
The index Ra indicating the surface roughness of the bonding surface of the ceramic substrate and the surface opposite to the bonding surface is preferably 0.02 μm or more and 0.5 μm or less.
In this way, if the index Ra indicating the surface roughness of the bonding surface of the ceramic substrate and the surface opposite to the bonding surface is 0.02 μm or more and 0.5 μm or less, the ceramic substrate is in-plane. It can be precisely adjusted to the same thickness. For this reason, variation in thickness of the piezoelectric substrate bonded to the ceramic substrate can be suppressed, and a composite piezoelectric substrate having extremely stable frequency temperature characteristics in the surface can be obtained. Further, the anchor effect of the adhesive layer becomes remarkable, and good adhesion can be obtained.
このとき、前記セラミック基板は、気孔率が０．１％以上４％未満のものであるのが好ましい（請求項４）。
このように、気孔率が４％未満のセラミック基板であれば、貼り合せ面及び該貼り合せ面の反対側の面におけるＲａが例えば０．５μｍを超えるような大きすぎる値となりにくく、セラミック基板、圧電基板の厚さのばらつきが抑制され、温度特性の改善効果が大きい複合圧電基板となる。
また、０．１％以上であれば、比較的安くセラミック基板を用意することができ、安価な複合圧電基板となり、コストを低減することができるし、アンカー効果も得られる。
In this case, the ceramic substrate preferably has a porosity of 0.1% or more and less than 4%.
Thus, if the porosity of the ceramic substrate is less than 4%, Ra on the bonding surface and the surface opposite to the bonding surface is less likely to be too large, for example, exceeding 0.5 μm. Variation in the thickness of the piezoelectric substrate is suppressed, and a composite piezoelectric substrate having a large effect of improving temperature characteristics is obtained.
Moreover, if it is 0.1% or more, a ceramic substrate can be prepared comparatively cheaply, it becomes an inexpensive composite piezoelectric substrate, cost can be reduced, and the anchor effect is also acquired.
さらに、前記セラミック基板は、貼り合せ面及び該貼り合せ面の反対側の面の面粗さが同じのものであるのが好ましい（請求項５）。
このように、セラミック基板において、貼り合せ面及び該貼り合せ面の反対側の面の面粗さが同じのものであれば、より良好な膜厚分布とすることができ、優れた周波数温度特性を有する複合圧電基板となる。
Furthermore, it is preferable that the ceramic substrate has the same surface roughness on the bonding surface and the surface opposite to the bonding surface.
As described above, in the ceramic substrate, if the surface roughness of the bonding surface and the surface opposite to the bonding surface is the same, a better film thickness distribution can be obtained, and excellent frequency temperature characteristics can be obtained. A composite piezoelectric substrate having
また、前記圧電基板は、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７のいずれか１つからなるものであるのが好ましい（請求項６）。
このように、前記圧電基板が、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７のいずれか１つからなるものであれば、これらは電気機械結合係数が大きい結晶材料であるので、周波数選択フィルタとしての帯域幅が広く、挿入損失が小さいＳＡＷデバイスが製造可能な複合圧電基板とすることができる。
The piezoelectric substrate is preferably made of any one of LiTaO 3 , LiNbO 3 and Li 2 B 4 O 7 (claim 6).
Thus, if the piezoelectric substrate is made of any one of LiTaO 3 , LiNbO 3 , and Li 2 B 4 O 7 , these are crystal materials having a large electromechanical coupling coefficient. As a composite piezoelectric substrate capable of manufacturing a SAW device with a wide bandwidth and low insertion loss.
そして、前記セラミック基板は、アルミナを主成分とするものであるのが好ましい（請求項７）。
このように、前記セラミック基板が、アルミナを主成分とするものであれば、安価で用意することができ、また硬いために加熱しても反りが抑制される複合圧電基板とすることができる。
The ceramic substrate is preferably composed mainly of alumina.
As described above, if the ceramic substrate is mainly composed of alumina, it can be prepared at a low cost, and since it is hard, it can be a composite piezoelectric substrate in which warpage is suppressed even when heated.
また、前記複合圧電基板の圧電基板は、貼り合せ後に外周より０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下除去されたものであるのが好ましい（請求項８）。
このように、前記複合圧電基板の圧電基板が、貼り合せ後に外周より０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下除去されたものであれば、前記圧電基板の外周に生じやすい加工歪やクラックが生じにくく好ましい。
Moreover, it is preferable that the piezoelectric substrate of the composite piezoelectric substrate is removed by 0.1 mm or more and 3 mm or less from the outer periphery after bonding (Claim 8).
Thus, if the piezoelectric substrate of the composite piezoelectric substrate is removed by 0.1 mm or more and 3 mm or less from the outer periphery after bonding, it is preferable that processing distortion and cracks that easily occur on the outer periphery of the piezoelectric substrate are less likely to occur.
さらに、前記複合圧電基板は、圧電基板側の波長３６５ｎｍにおける反射率が、圧電基板単体のそれと同じものであるのが好ましい（請求項９）。
このように、前記複合圧電基板において、圧電基板側の波長３６５ｎｍにおける反射率が、圧電基板単体のそれと同じものであれば、例えば０．５μｍ線幅のＡｌ等のフォトリソグラフィーが圧電基板単体の場合と同様に行えるため好ましい。
Furthermore, it is preferable that the composite piezoelectric substrate has a reflectance at the wavelength of 365 nm on the piezoelectric substrate side that is the same as that of the piezoelectric substrate alone.
Thus, in the composite piezoelectric substrate, if the reflectance at the wavelength 365 nm on the piezoelectric substrate side is the same as that of the piezoelectric substrate alone, for example, photolithography such as Al having a line width of 0.5 μm is a piezoelectric substrate alone. It is preferable because it can be performed in the same manner as described above.
また、前記複合圧電基板は、圧電基板上に弾性表面波または漏洩弾性表面波を励振するための電極が形成されており、前記複合圧電基板の厚さが３００μｍ以下のものであるのが好ましい（請求項１０）。
このように、圧電基板上に弾性表面波または漏洩弾性表面波を励振するための電極が形成されており、厚さが３００μｍ以下の複合圧電基板であれば、近年の薄い携帯電話等に十分搭載できるものとなり好ましい。
In the composite piezoelectric substrate, an electrode for exciting a surface acoustic wave or a leaky surface acoustic wave is formed on the piezoelectric substrate, and the composite piezoelectric substrate preferably has a thickness of 300 μm or less ( Claim 10).
Thus, an electrode for exciting a surface acoustic wave or a leaky surface acoustic wave is formed on a piezoelectric substrate, and if it is a composite piezoelectric substrate having a thickness of 300 μm or less, it is sufficiently mounted on a thin cellular phone or the like in recent years. This is preferable.
本発明のように、厚さが１００μｍ以上のセラミック基板と圧電基板とを接着剤を介して貼り合せた複合圧電基板であれば、熱による反りが小さいとともに、温度改善効果が極めて大きく、基板面内で特性変動が小さい弾性表面波デバイスの材料を安価に提供することが可能である。 As in the present invention, a composite piezoelectric substrate in which a ceramic substrate having a thickness of 100 μm or more and a piezoelectric substrate are bonded together with an adhesive has a small warpage due to heat and an extremely large temperature improvement effect. It is possible to provide a material for a surface acoustic wave device having a small characteristic fluctuation within a low cost.
以下では、本発明の実施形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
携帯電話などの高周波通信において、周波数調整・選択用の部品として、例えば弾性表面波デバイスが用いられる。そして、これに用いられる圧電基板として、大きな電気機械結合係数と小さな周波数温度係数を兼ね備えたものが望まれている。小さな周波数温度係数を可能にするため、圧電基板とこれより小さな膨張係数を有する基板とを貼り合せて複合圧電基板とすることが知られている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto.
In high-frequency communication such as a cellular phone, a surface acoustic wave device is used as a frequency adjustment / selection component, for example. A piezoelectric substrate having a large electromechanical coupling coefficient and a small frequency temperature coefficient is desired. In order to enable a small frequency temperature coefficient, it is known to bond a piezoelectric substrate and a substrate having a smaller expansion coefficient to form a composite piezoelectric substrate.
そして、圧電基板と貼り合せる基板としてサファイア基板を用いた技術が開示されているが、両基板を直接貼り合せるため、サファイア基板の貼り合せ面を鏡面に加工している。しかしながら、サファイア基板はヤング率が例えば４７０ＧＰａと大きくて硬いため、上記のように片面のみを鏡面加工すると、基板の厚みむらが大きくなるという問題が生じる。そして、この貼り合せ面のみ鏡面加工されたことにより、厚さに大きなばらつきのあるサファイア基板と、圧電基板とを貼り合せた後、圧電基板の厚さ調整のため圧電基板に例えば研削等を施すと、サファイア基板の厚さにばらつきがあるため、このばらつきが圧電基板の厚さに影響して、圧電基板厚さにも大きなばらつきが発生してしまう。 A technique using a sapphire substrate as a substrate to be bonded to the piezoelectric substrate is disclosed, but in order to directly bond both substrates, the bonding surface of the sapphire substrate is processed into a mirror surface. However, since the sapphire substrate has a large Young's modulus of, for example, 470 GPa and is hard, if only one surface is mirror-finished as described above, there arises a problem that the thickness unevenness of the substrate increases. Then, only the bonding surface is mirror-finished so that the sapphire substrate having a large variation in thickness and the piezoelectric substrate are bonded together, and then the piezoelectric substrate is subjected to, for example, grinding to adjust the thickness of the piezoelectric substrate Since the thickness of the sapphire substrate varies, the variation affects the thickness of the piezoelectric substrate, resulting in a large variation in the thickness of the piezoelectric substrate.
面内で安定した周波数温度特性を有する複合圧電基板とするには、圧電基板の厚みが一定であることが必要とされるが、上記のような片面のみ鏡面加工されたサファイア基板を圧電基板と貼り合せて作製した複合圧電基板では、上述したように、圧電基板の厚さがばらついており、そのため周波数温度特性も大きくばらついてしまうという問題があった。
また、サファイア基板の両面を鏡面加工してしまうと、加工する複合圧電基板の裏面が鏡面となり、研磨機で基板が外れてしまうなどの問題がある。
In order to obtain a composite piezoelectric substrate having stable frequency temperature characteristics in a plane, the thickness of the piezoelectric substrate is required to be constant. However, a sapphire substrate that is mirror-finished only on one side as described above is used as a piezoelectric substrate. As described above, the composite piezoelectric substrate produced by bonding has a problem that the thickness of the piezoelectric substrate varies, and therefore the frequency temperature characteristic varies greatly.
Further, if both surfaces of the sapphire substrate are mirror-finished, there is a problem that the back surface of the composite piezoelectric substrate to be processed becomes a mirror surface and the substrate is detached by a polishing machine.
そこで、本発明者は、厚さが１００μｍ以上のセラミック基板と、圧電基板とを接着剤を介して貼り合せた複合圧電基板であれば、接着剤を介するので両基板を貼り合せるときにセラミック基板の貼り合せ面を鏡面に加工せずに済み、また、セラミック基板の厚さが１００μｍ以上であるためセラミック基板の厚さを面内で精密に調整してばらつきを抑えることができ、そのため圧電基板の厚さばらつきも抑制でき、周波数温度特性が良好なものにすることができるとともに、熱による反りを低減でき、安価な複合圧電基板とすることが可能であることを見出し本発明を完成させた。 In view of this, the present inventor, if a composite piezoelectric substrate in which a ceramic substrate having a thickness of 100 μm or more and a piezoelectric substrate are bonded together with an adhesive is used, the ceramic substrate is bonded when the two substrates are bonded together because the adhesive is interposed. Therefore, the thickness of the ceramic substrate is 100 μm or more, and the thickness of the ceramic substrate can be precisely adjusted in the surface to suppress variations. As a result, the present inventors have found that an inexpensive composite piezoelectric substrate can be obtained, in which the thickness variation of the substrate can be suppressed, the frequency temperature characteristics can be improved, the warpage due to heat can be reduced, and the invention can be obtained. .
以下では、本発明の実施の形態について図を用いて具体的に説明をする。
図１は本発明に係る複合圧電基板の実施形態の一例を示す概略断面図である。この複合圧電基板１は、圧電基板２と厚さが１００μｍ以上のセラミック基板３とを接着剤４を介して貼り合せて形成されたものであって、圧電基板２の表面には弾性表面波を励振するための金属電極５が形成されている。
このような構成により、温度変化に応じて圧電基板２に応力が発生し、効果的に補正を行うことができ、周波数温度特性を改善することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an embodiment of a composite piezoelectric substrate according to the present invention. The composite piezoelectric substrate 1 is formed by bonding a
With such a configuration, stress is generated in the
このとき、１００μｍ以上の厚さのセラミック基板３を用いるため、良好な膜厚分布を有するセラミック基板３を用意することができ、その結果、このセラミック基板３と圧電基板２とを貼り合せ、複合圧電基板１に仕上げるとき、圧電基板２に研削等の加工を施しても、圧電基板２の厚さにばらつきが生じるのが抑制されて、優れた周波数温度特性を有する複合圧電基板１とすることができる。
また、熱を加えても大きな反りが生じにくく、反りがほとんどない複合圧電基板１となり、パターン付けや実装などの工程を容易に行うことが可能である。
なお、セラミック基板３の厚さの上限は特にはないが、例えば５００μｍ程度あれば十分上記効果を得られ、より好ましくは、２００μｍ以下とされ、これにより複合圧電基板全体の厚さも薄く抑えられるし、コストも必要以上にかからないものとすることができる。用途等に合わせて適宜決定すれば良い。
At this time, since the ceramic substrate 3 having a thickness of 100 μm or more is used, the ceramic substrate 3 having a good film thickness distribution can be prepared. As a result, the ceramic substrate 3 and the
Further, even when heat is applied, a large warp is unlikely to occur, and the composite piezoelectric substrate 1 with little warp is obtained, and processes such as patterning and mounting can be easily performed.
The upper limit of the thickness of the ceramic substrate 3 is not particularly limited. For example, if the thickness is about 500 μm, the above effect can be obtained sufficiently, and more preferably 200 μm or less, thereby reducing the overall thickness of the composite piezoelectric substrate. The cost can be less than necessary. What is necessary is just to determine suitably according to a use etc.
そして、セラミックはパッケージ材料として汎用されているので安価に製造することができる。接着剤４を介して貼り合せるということも複合圧電基板が安価なものとなる一つの要因であり、また、強固に接合することができるという利点もある。接着剤としては、例えばエポキシメタクリレートを主成分とする紫外線硬化接着剤が挙げられる。接着剤４はこれに限定されるものではなく、エポキシを主成分とするものであっても良い。 Since ceramic is widely used as a packaging material, it can be manufactured at low cost. Bonding via the adhesive 4 is one factor that makes the composite piezoelectric substrate inexpensive, and has the advantage that it can be firmly bonded. Examples of the adhesive include an ultraviolet curable adhesive mainly composed of epoxy methacrylate. The adhesive 4 is not limited to this, and may be composed mainly of epoxy.
また、このセラミック基板３は、ヤング率が例えば２００ＧＰａ以上のものであるとより良い。２００ＧＰａ以上であれば十分に硬く、熱を加えても反りがほとんど生じないものとすることができる。この上限値も特に限定されるものではないが、４００ＧＰａ程度あれば十分である。 Further, the ceramic substrate 3 preferably has a Young's modulus of, for example, 200 GPa or more. If it is 200 GPa or more, it is sufficiently hard, and even when heat is applied, it can be assumed that warpage hardly occurs. The upper limit value is not particularly limited, but is about 400 GPa.
さらに、このセラミック基板３について述べると、貼り合せ面及び該貼り合せ面の反対側の面の面粗さを示す指標Ｒａが０．０２μｍ以上０．５μｍ以下のもの、特に０．３μｍ程度のものであるのが好ましい。そして、上記両面の面粗さがほぼ同じのものであるとより良く、一層セラミック基板３の厚さばらつきが抑制されたものとなる。Ｒａが０．０２μｍ以上であれば、接合面においてアンカー効果が得られ、剥れるようなことがない。一方、Ｒａが０．５μｍ以下であれば、面粗さが大きいことにより、厚さのばらつきやパーティクルの問題が生じることもない。 Further, the ceramic substrate 3 will be described. The index Ra indicating the surface roughness of the bonding surface and the surface opposite to the bonding surface is 0.02 μm to 0.5 μm, particularly about 0.3 μm. Is preferred. And it is better that the surface roughness of both surfaces is substantially the same, and the thickness variation of the ceramic substrate 3 is further suppressed. If Ra is 0.02 μm or more, an anchor effect is obtained at the joint surface and there is no peeling. On the other hand, if Ra is 0.5 μm or less, the surface roughness is large, so that there are no thickness variations and particle problems.
貼り合せるセラミック基板を用意する時に、例えば貼り合せ面のみを鏡面に加工した場合、例えば８μｍ程度の厚さばらつきが発生してしまい、このものを使って圧電基板２と貼り合せ、複合圧電基板１に仕上げたときに、圧電基板２の厚さばらつきが８μｍ程度となり、特性ばらつきが比較的大きなものとなってしまう。
When preparing a ceramic substrate to be bonded, for example, when only the bonding surface is processed into a mirror surface, for example, a thickness variation of about 8 μm occurs, and this is used to bond the
一方、セラミック基板３の両面の面粗さＲａが上記範囲内であれば、セラミック基板３の厚さが基板面内で精密に同じ厚さに調整されたものとすることができる。例えば厚さのばらつきを１μｍ以下に抑えることが可能である。そして、上記のように、セラミック基板３の厚さばらつきが低減されたものであれば、貼り合せた圧電基板２に研削加工等を施しても、セラミック基板３の厚さばらつきが小さいので、圧電基板２の厚さばらつきも抑制することができ、複合圧電基板１の周波数温度特性が良好なものとなる。
このとき、セラミック基板３が、両面が同じ面粗さのものであれば、セラミック基板３の厚さばらつきがより抑制されたものを用意することができ、一層優れた特性を有する複合圧電基板１とすることができる。
On the other hand, if the surface roughness Ra on both surfaces of the ceramic substrate 3 is within the above range, the thickness of the ceramic substrate 3 can be precisely adjusted to the same thickness within the substrate surface. For example, the thickness variation can be suppressed to 1 μm or less. If the thickness variation of the ceramic substrate 3 is reduced as described above, the thickness variation of the ceramic substrate 3 is small even if the bonded
At this time, if the ceramic substrate 3 has the same surface roughness on both sides, it is possible to prepare a ceramic substrate 3 in which the thickness variation of the ceramic substrate 3 is further suppressed, and the composite piezoelectric substrate 1 having more excellent characteristics. It can be.
また、このセラミック基板３の気孔率が例えば０．１％以上４％未満のものであると良い。気孔率が４％以上であると、面粗さがＲａ値で１μｍ以上となりやすく、温度特性の改善効果が比較的小さくなり、周波数温度特性の安定性が薄れてしまう。また、０．１％未満であると、セラミック基板３は比較的高価なものとなってしまい、複合圧電基板１の製造にコストが余分にかかってしまう。このため、上記範囲の気孔率であれば、セラミック基板３の厚さのばらつきを抑えることができて、より品質の高い複合圧電基板１とすることができる。 The ceramic substrate 3 may have a porosity of, for example, 0.1% or more and less than 4%. When the porosity is 4% or more, the surface roughness tends to be 1 μm or more in terms of Ra value, the effect of improving the temperature characteristics is relatively small, and the stability of the frequency temperature characteristics is reduced. On the other hand, if it is less than 0.1%, the ceramic substrate 3 becomes relatively expensive, and the manufacturing cost of the composite piezoelectric substrate 1 is excessive. For this reason, if the porosity is in the above range, the thickness variation of the ceramic substrate 3 can be suppressed, and the composite piezoelectric substrate 1 with higher quality can be obtained.
そして、セラミック基板３の材料としては、主成分がアルミナであると良い。アルミナを主成分とするものであれば、比較的安価であり、硬いため加熱しても反りが抑制される複合圧電基板１とすることができる。例えばアルミナが９２．０％のものであれば、ヤング率は２５０ＧＰａ程度であり、９９．９％のものであれば、ヤング率は４００ＧＰａ程度であり十分に硬いものである。 And as a material of the ceramic substrate 3, it is good that a main component is an alumina. As long as the main component is alumina, the composite piezoelectric substrate 1 is relatively inexpensive and hard, so that warpage is suppressed even when heated. For example, if the alumina is 92.0%, the Young's modulus is about 250 GPa, and if it is 99.9%, the Young's modulus is about 400 GPa and is sufficiently hard.
また、圧電基板２としては、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７のいずれか１つからなるものが好ましい。これらは電気機械結合係数が大きい結晶材料であるので、周波数選択フィルタとしての帯域幅が広く、挿入損失が小さいＳＡＷデバイスが製造可能な複合圧電基板１とできる。
The
そして、この複合圧電基板１は、圧電基板２側の波長３６５ｎｍにおける反射率が、圧電基板単体のそれと同じものであるのが好ましい。このようなものであれば、例えば０．５μｍ線幅のＡｌ等のフォトリソグラフィーが圧電基板単体の場合と同様に行えるため好ましい。
これに対し、セラミック基板３の代わりに例えばＳｉ基板などを用いると、複合圧電基板１の接合界面より反射が生じるため、反射率が通常圧電基板単体より大きくなり、フォトリソグラフィーにおいて露光の異常が生じて好ましくない。
The composite piezoelectric substrate 1 preferably has the same reflectance at a wavelength of 365 nm on the
On the other hand, when a Si substrate, for example, is used instead of the ceramic substrate 3, reflection occurs from the bonding interface of the composite piezoelectric substrate 1, so that the reflectance is usually larger than that of the piezoelectric substrate alone, and an exposure abnormality occurs in photolithography. It is not preferable.
このような複合圧電基板１は、例えば圧電基板２及びセラミック基板３の一方または両方に接着剤を塗布し、真空下で張り合せ強固に接合することにより作製することができる。接着剤４に異物が混入しないように貼り合せ前に各基板の表面を洗浄することが好ましく、また、表面をアンモニア−過酸化水素水溶液等で親水化処理をしたり、またはプラズマ処理をしたり、例えば基板を１００℃に加熱して波長２００ｎｍ以下の短波ＵＶ光及びオゾン（好ましくは高濃度オゾン）により前処理することにより接着力を高めてもよい。
複合圧電基板１の大きさは特に限られず、例えば直径１００ｍｍのものとできるがそれ以上でもそれ以下でもよい。
Such a composite piezoelectric substrate 1 can be produced, for example, by applying an adhesive to one or both of the
The size of the composite piezoelectric substrate 1 is not particularly limited. For example, the composite piezoelectric substrate 1 may have a diameter of 100 mm, but may be larger or smaller.
そして、この複合圧電基板１を面取り加工した後、圧電基板２の表面側を研削及びラップ加工により削り落とし、さらにポリッシュ加工を施して圧電基板２を所定の厚さ（例えば２０μｍ程度）になるように加工する。
また、このとき、上記のように貼り合せて面取り加工を施した後に、複合圧電基板１の圧電基板２の外周を０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下の幅の分だけ除去するとより良い。この除去工程は例えば特殊面取りホイールなどを用いて行うことが可能である。このような圧電基板２の外周より０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下除去された複合圧電基板１であれば、その後に行う圧電基板２の研削工程等で、圧電基板２に加工歪やクラック等が生じにくくなる。０．１ｍｍ未満ではこれらの発生の防止の効果がうすく、また３ｍｍより多く除去したものであると必要以上に除去したものとなり、生産効率が低くなってしまう。０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の範囲で除去することにより、効率良く加工歪やクラックの発生を抑制することができ、割れ等が生じにくい複合圧電基板１となる。
Then, after the composite piezoelectric substrate 1 is chamfered, the surface side of the
At this time, it is better to remove the outer periphery of the
この後、複合圧電基板１の上、すなわち圧電基板２上に蒸着やスパッタ、ＣＶＤなどの方法により金属材料の膜を形成し、エッチングなどによりパタニングすることで金属電極５を形成することが可能である。この金属電極５は、例えばＡｌ、Ｃｕ、及びその合金などからなるものが好ましい。
また、複合圧電基板１の裏面、すなわちセラミック基板３の側を削ることにより、厚さが３００μｍ以下の複合圧電基板１とすれば、昨今の薄い携帯電話等に搭載することのできるものとなり、用途の幅を拡げることができる。本発明の複合圧電基板１は上記のように圧電基板２にセラミック基板３を接着剤４を介して貼り合せており、このセラミック基板３はそもそも非常に硬く、そのためバックグラインド等を用いて削っても、セラミック基板３の厚さが１００μｍ以上あれば反りやクラックは生じにくいし、複合圧電基板１のデバイス特性は変動しにくい。
Thereafter, the
Further, by cutting the back surface of the composite piezoelectric substrate 1, that is, the ceramic substrate 3, the composite piezoelectric substrate 1 having a thickness of 300 μm or less can be mounted on a recent thin mobile phone or the like. Can be widened. In the composite piezoelectric substrate 1 of the present invention, the ceramic substrate 3 is bonded to the
以下に本発明の実施例および比較例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１）
直径４インチ（１００ｍｍ）で厚さが２９０μｍであり、貼り合せ面とその反対側の面のそれぞれの表面粗さＲａが共に０．３μｍであって、気孔率が２％、ヤング率が３８０ＧＰａ、抵抗率が１０１５Ωｃｍであるアルミナ基板を用意した（表１参照）。図２に、このアルミナ基板表面の電子顕微鏡による観察図を示す。
また、圧電基板として直径４インチ（１００ｍｍ）の３６°回転Ｙカットタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）基板を用意して、この圧電基板の厚さが１８０μｍとなるよう両面粗研磨により表裏面の粗さが０．１３μｍとなるよう仕上げた。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited thereto.
Example 1
The diameter is 4 inches (100 mm), the thickness is 290 μm, the surface roughness Ra of the bonding surface and the opposite surface is both 0.3 μm, the porosity is 2%, the Young's modulus is 380 GPa, An alumina substrate having a resistivity of 10 15 Ωcm was prepared (see Table 1). FIG. 2 shows an observation view of the surface of the alumina substrate with an electron microscope.
In addition, a 36-degree rotated Y-cut lithium tantalate (LiTaO 3 ) substrate having a diameter of 4 inches (100 mm) is prepared as the piezoelectric substrate, and the roughness of the front and back surfaces is obtained by double-side rough polishing so that the thickness of the piezoelectric substrate becomes 180 μm. Was finished to be 0.13 μm.
そして、前記アルミナ基板を６０℃に加熱しながら２００ｎｍ以下の短波ＵＶ光及び高濃度オゾンにより前処理した。前記アルミナ基板にエポキシメタクリレートを主成分とする紫外線硬化接着剤をスピンコートし貼り合せ面上に均一に塗布した。
また、前記ＬｉＴａＯ３基板の貼り合せ面を洗浄し、前記接着剤を同様に塗布し、前記アルミナ基板の接着剤塗布面と前記ＬｉＴａＯ３基板の接着剤塗布面を圧力１×１０−３ｍｂａｒの真空下で貼り合せた。
次に、この貼り合わせた複合圧電基板に、照度５０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を１０分間照射し、接着剤を硬化させた。このとき貼り合せた基板面内で接着剤の層は一様に５μｍの厚さだった。
この後、この貼り合せ基板をＮ２雰囲気下１３０℃の温度で２時間キュアをおこなった。
The alumina substrate was pretreated with short-wave UV light of 200 nm or less and high-concentration ozone while heating to 60 ° C. The alumina substrate was spin-coated with an ultraviolet curable adhesive mainly composed of epoxy methacrylate and applied uniformly on the bonding surface.
Further, the bonding surface of the LiTaO 3 substrate is washed and the adhesive is applied in the same manner, and the adhesive application surface of the alumina substrate and the adhesive application surface of the LiTaO 3 substrate are set at a pressure of 1 × 10 −3 mbar. Bonding was performed under vacuum.
Next, the bonded composite piezoelectric substrate was irradiated with ultraviolet rays having an illuminance of 50 mW / cm 2 for 10 minutes to cure the adhesive. At this time, the adhesive layer was uniformly 5 μm in thickness within the bonded substrate surface.
Thereafter, this bonded substrate was cured at a temperature of 130 ° C. for 2 hours in an N 2 atmosphere.
そして、この前記複合圧電基板を面取り加工した後、圧電基板であるＬｉＴａＯ３基板の外周約０．５ｍｍを特殊面取りホイールにて削り落とした。次いで、ＬｉＴａＯ３基板の表面側（貼り合せ面と反対側）をラップ及び研削により１３０μｍ削り落とし、さらにポリッシュによりＬｉＴａＯ３基板の厚さが２０μｍになるようにした。
この複合圧電基板の圧電基板側の３６５ｎｍでの反射率はＬｉＴａＯ３基板単体のそれと同じ値であった。
Then, after chamfering the composite piezoelectric substrate, about 0.5 mm of the outer periphery of the LiTaO 3 substrate which is a piezoelectric substrate was scraped off with a special chamfering wheel. Then, scraping 130 .mu.m LiTaO 3 surface side of the substrate (bonding surface opposite) by lap and grinding, the thickness of the LiTaO 3 substrate was set to 20μm by further polishing.
The reflectance at 365 nm on the piezoelectric substrate side of this composite piezoelectric substrate was the same value as that of the LiTaO 3 substrate alone.
以下の表２に示すように、前記アルミナ基板の厚みは２９０μｍ±０．５μｍと極めてバラツキが少なく、前記複合圧電基板のＬｉＴａＯ３基板の厚みは２０±０．５μｍと極めて小さかった。また、ＬｉＴａＯ３基板に加工歪やクラックは観察されなかった。 As shown in Table 2 below, the thickness of the alumina substrate was very small as 290 μm ± 0.5 μm, and the thickness of the LiTaO 3 substrate of the composite piezoelectric substrate was as extremely small as 20 ± 0.5 μm. Further, no processing strain or cracks were observed in the LiTaO 3 substrate.
この複合圧電基板上にＡｌ電極（厚み０．０７μｍ、電極幅０．５μｍ）からなる１ポートＳＡＷ共振子のパターンを電子ビーム露光にて形成した。図３に、その１ポートＳＡＷ共振子の電子顕微鏡による観察図を示す。
１ポート共振子の反共振周波数の温度係数は−１７ｐｐｍ／℃と小さく、基板面内の温度係数のばらつきは１ｐｐｍ／℃以下であった（表２参照）。
実施例１で得られたＳＡＷ共振子の共振特性を図４に示す。
A 1-port SAW resonator pattern made of an Al electrode (thickness 0.07 μm, electrode width 0.5 μm) was formed on the composite piezoelectric substrate by electron beam exposure. FIG. 3 shows an observation view of the one-port SAW resonator with an electron microscope.
The temperature coefficient of the antiresonance frequency of the 1-port resonator was as small as −17 ppm / ° C., and the variation of the temperature coefficient within the substrate surface was 1 ppm / ° C. or less (see Table 2).
The resonance characteristics of the SAW resonator obtained in Example 1 are shown in FIG.
このパターン付き複合圧電基板のパターンがついた表面を保護テープに貼り付け、研削機により前記複合基板の裏面側、すなわちアルミナ基板を約１５０μｍ削り落とし、厚み約１６０μｍのパターン付き複合圧電基板（アルミナ基板厚さは約１４０μｍ）を作製した。このような厚さであれば、昨今の薄い携帯等に十分に搭載できるものである。
この複合基板を１７０℃で加熱したところ、反りは０．８ｍｍと小さかった（表２参照）。
また、この複合圧電基板を２９０℃で加熱しても基板は割れなかった。
The surface with the pattern of the composite piezoelectric substrate with pattern is attached to a protective tape, and the back side of the composite substrate, that is, the alumina substrate is scraped off by about 150 μm by a grinding machine, and the composite piezoelectric substrate with pattern having a thickness of about 160 μm (alumina substrate) The thickness was about 140 μm). With such a thickness, it can be sufficiently mounted on a thin mobile phone or the like these days.
When this composite substrate was heated at 170 ° C., the warpage was as small as 0.8 mm (see Table 2).
Further, even when this composite piezoelectric substrate was heated at 290 ° C., the substrate did not crack.
この複合圧電基板を２ｍｍ角に切断し、チップを２６０℃空気中で５分間さらしその後、−４０℃〜８５℃のヒートサイクルに１０００サイクルかけてもＬｉＴａＯ３基板のワレ、剥離は生じなかった。 The composite piezoelectric substrate was cut into 2 mm square, and the chip was exposed to air at 260 ° C. for 5 minutes. Thereafter, cracking and peeling of the LiTaO 3 substrate did not occur even when subjected to a heat cycle of −40 ° C. to 85 ° C. for 1000 cycles.
なお、前述と同様の方法でＬｉＴａＯ３基板の厚みを１５μｍ及び２５μｍとした場合、前記１ポートＳＡＷ共振子の反共振周波数の温度係数は各々−１０ｐｐｍ／℃、−２２ｐｐｍ／℃と小さく、基板面内の温度係数のばらつきは１ｐｐｍ／℃以下であった。 When the thickness of the LiTaO 3 substrate is set to 15 μm and 25 μm by the same method as described above, the temperature coefficient of the antiresonance frequency of the 1-port SAW resonator is as small as −10 ppm / ° C. and −22 ppm / ° C., respectively. The variation in the temperature coefficient was 1 ppm / ° C. or less.
（実施例２）
セラミック基板として、直径４インチ（１００ｍｍ）で厚さが１００μｍであり、貼り合せ面とその反対側の面のそれぞれの表面粗さＲａが共に０．０２μｍであって、気孔率が０．１％、ヤング率が４００ＧＰａ、抵抗率が１０１５Ωｃｍであるアルミナ基板を用意した（表１参照）。
この用意したセラミック基板を以下の２点を除き、実施例１と同様にして複合圧電基板を作製した。１点目として、貼り合せ後の圧電基板の外周除去は３ｍｍとした（実施例１では０．５ｍｍ）。２点目として、実施例１では、パターン形成後にアルミナ基板を１５０μｍ削り落としているが、実施例２では十分な薄さであるのでこの研削は行わなかった。
(Example 2)
The ceramic substrate has a diameter of 4 inches (100 mm) and a thickness of 100 μm. The surface roughness Ra of each of the bonded surface and the opposite surface is 0.02 μm, and the porosity is 0.1%. An alumina substrate having a Young's modulus of 400 GPa and a resistivity of 10 15 Ωcm was prepared (see Table 1).
A composite piezoelectric substrate was prepared in the same manner as in Example 1 except for the prepared ceramic substrate except for the following two points. As a first point, the outer periphery of the piezoelectric substrate after bonding was set to 3 mm (0.5 mm in Example 1). As a second point, in Example 1, the alumina substrate was scraped off by 150 μm after the pattern was formed. However, in Example 2, since the thickness was sufficiently thin, this grinding was not performed.
このようにして得られた複合圧電基板に関して、以下の４項目について実施例１と同様にして測定したところ、表１に示すように、セラミック基板の厚さばらつき：１００μｍ±０．６μｍ、圧電基板の厚さばらつき：２０μｍ±０．５μｍ、基板面内の温度係数のばらつき：１ｐｐｍ／℃以下、加熱（１７０℃）による反り：０．９ｍｍであった（表２参照）。
いずれも良好な結果を示しており、実施例１と同様に、高品質の複合圧電基板を得ることができた。
With respect to the composite piezoelectric substrate thus obtained, the following four items were measured in the same manner as in Example 1. As shown in Table 1, the thickness variation of the ceramic substrate: 100 μm ± 0.6 μm, the piezoelectric substrate Thickness variation: 20 μm ± 0.5 μm, in-plane temperature coefficient variation: 1 ppm / ° C. or less, warpage due to heating (170 ° C.): 0.9 mm (see Table 2).
All showed good results, and a high-quality composite piezoelectric substrate could be obtained in the same manner as in Example 1.
（実施例３−９）
セラミック基板として、実施例２で用意したアルミナ基板とそれぞれ以下の点で異なる基板を用意し、実施例２と同様の手順で複合圧電基板を作製した。
実施例３…面粗さＲａ（貼り合せ面：０．０７μｍ、反対側の面：０．３μｍ）
実施例４…面粗さＲａ（両面０．７μｍ）
実施例５…面粗さＲａ（両面０．０１μｍ）
実施例６…ヤング率（５０ＧＰａ：低温焼成のアルミナを主成分とするＬＴＣＣ（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏ ｆｉｒｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ））
実施例７…ヤング率（１８０ＧＰａ：アルミナを主成分とするセラミクス）
実施例８…気孔率と面粗さＲａ（気孔率５％、面粗さＲａは両面１μｍ）
実施例９…ヤング率（２００ＧＰａ：アルミナを主成分とするセラミクス）
そして、実施例２と同様にして上記４項目について測定したところ表３に示す結果となった。
(Example 3-9)
As a ceramic substrate, a substrate different from the alumina substrate prepared in Example 2 in the following points was prepared, and a composite piezoelectric substrate was manufactured in the same procedure as in Example 2.
Example 3 ... surface roughness Ra (bonding surface: 0.07 μm, opposite surface: 0.3 μm)
Example 4 ... surface roughness Ra (both sides 0.7 μm)
Example 5: Surface roughness Ra (both sides 0.01 μm)
Example 6 Young's modulus (50 GPa: LTCC (low temperature cofired ceramic) mainly composed of low-temperature calcined alumina)
Example 7 Young's modulus (180 GPa: ceramics mainly composed of alumina)
Example 8: Porosity and surface roughness Ra (
Example 9 Young's modulus (200 GPa: ceramics mainly composed of alumina)
And when it measured about the said 4 item like Example 2, the result shown in Table 3 was brought.
実施例１−９はいずれも本発明を実施した例であるが、表２と表３より、面粗さ等が実施例１や実施例２及び実施例９のような値である複合圧電基板であれば、周波数温度特性が極めて良好であり、熱による反りがより小さい高品質のものとすることができることが判る。
セラミック基板の厚さばらつき、圧電基板の厚さばらつき、基板面内の温度係数のばらつき、加熱による反りの４項目に関して、貼り合せに用いたセラミック基板が、面粗さＲａが両面共に０．０２μｍ以上０．５μｍ以下、さらに両面が同じ面粗さのものであって、ヤング率が２００ＧＰａ以上、気孔率が０．１％以上４％未満である実施例１および実施例２並びに実施例９の複合圧電基板の方が、面粗さが両面で差がある実施例３、面粗さが両面とも０．５μｍより大きい実施例４、面粗さが両面とも０．０２μｍより小さい実施例５、ヤング率が２００ＧＰａ未満である実施例６・７、気孔率が４％以上であり、面粗さが両面ともに１μｍを越えている実施例８のいずれの複合圧電基板よりも、より優れた結果を示している。
Examples 1-9 are examples in which the present invention was implemented. From Tables 2 and 3, a composite piezoelectric substrate whose surface roughness and the like are values as in Example 1, Example 2, and Example 9. If so, it can be seen that the frequency-temperature characteristics are extremely good, and the quality can be improved with less warping due to heat.
Regarding the four items of thickness variation of the ceramic substrate, thickness variation of the piezoelectric substrate, variation of temperature coefficient in the substrate surface, and warpage due to heating, the ceramic substrate used for bonding has a surface roughness Ra of 0.02 μm on both sides. More than 0.5 μm, both surfaces having the same surface roughness, Young's modulus is 200 GPa or more, and porosity is 0.1% or more and less than 4%. Example 3 in which the surface roughness of the composite piezoelectric substrate is different on both sides, Example 4 in which the surface roughness is greater than 0.5 μm on both sides, Example 5 in which the surface roughness is less than 0.02 μm on both sides, Examples 6 and 7 with Young's modulus of less than 200 GPa and better results than any of the composite piezoelectric substrates of Example 8 with porosity of 4% or more and surface roughness exceeding 1 μm on both sides Show.
なお、貼り合せ後の圧電基板の外周除去の工程を省略すること以外は実施例２と同様にして複合圧電基板を２０枚作製したところ、３枚に圧電基板の外周部にクラックが発生した。
また、除去を外周より０．０８ｍｍとした場合では、２０枚中１枚に圧電基板の外周部にクラックが発生した。これらは熱処理工程でワレの原因となった。
実施例１−９と比較して、貼り合せ後に圧電基板の外周より１ｍｍ以上除去することにより、圧電基板にクラック等が生じるのを効果的に防止できることが判る。また、コスト、生産性を考慮すると、除去の上限は３ｍｍ程度に抑えると良い。
When 20 composite piezoelectric substrates were produced in the same manner as in Example 2 except that the step of removing the outer periphery of the piezoelectric substrate after bonding was omitted, cracks occurred in the outer peripheral portion of the three piezoelectric substrates.
Further, when the removal was 0.08 mm from the outer periphery, cracks occurred in the outer peripheral portion of the piezoelectric substrate in one of the 20 substrates. These caused cracks in the heat treatment process.
Compared to Example 1-9, it can be seen that by removing 1 mm or more from the outer periphery of the piezoelectric substrate after bonding, it is possible to effectively prevent cracks and the like from being generated in the piezoelectric substrate. In consideration of cost and productivity, the upper limit of removal is preferably about 3 mm.
（比較例１−３）
セラミック基板として、実施例２で用意したアルミナ基板とそれぞれ以下の点で異なる基板を用意し、実施例２と同様の手順で複合圧電基板を作製した。
比較例１…セラミック基板厚さ（９０μｍ）
比較例２…セラミック基板厚さ（９０μｍ）と面粗さＲａ（両面０．７μｍ）
比較例３…セラミック基板厚さ（９０μｍ）とヤング率（１８０ＧＰａ：アルミナを主成分とするセラミクス）
そして、実施例２と同様にして上記４項目について測定したところ表４に示す結果となった。
(Comparative Example 1-3)
As a ceramic substrate, a substrate different from the alumina substrate prepared in Example 2 in the following points was prepared, and a composite piezoelectric substrate was manufactured in the same procedure as in Example 2.
Comparative Example 1 ... Ceramic substrate thickness (90 μm)
Comparative Example 2 Ceramic substrate thickness (90 μm) and surface roughness Ra (both sides 0.7 μm)
Comparative Example 3 Ceramic substrate thickness (90 μm) and Young's modulus (180 GPa: ceramics mainly composed of alumina)
And when it measured about the said 4 items similarly to Example 2, the result shown in Table 4 was brought.
まず、表２と表４を比較すると、実施例２と比較例１に関して、本発明の実施例２の方が比較例１よりも著しく高品質な複合圧電基板を得ていることが判る。
用意したセラミック基板厚さが１００μｍ以上である実施例２では、上述したように、セラミック基板厚さが±０．６μｍと極めて面内ばらつきが小さく、その結果、圧電基板の厚さばらつきも±０．６μｍと抑えられ、基板面内の温度係数のばらつきが１ｐｐｍ／℃以下で周波数温度特性が安定したものとなっている。また、加熱処理による反りも０．９ｍｍで極めて小さい。
First, when Table 2 and Table 4 are compared, it can be seen that Example 2 and Comparative Example 1 are significantly higher quality composite piezoelectric substrates than Example 1 in Example 2 of the present invention.
In Example 2 where the thickness of the prepared ceramic substrate is 100 μm or more, as described above, the ceramic substrate thickness is ± 0.6 μm and the in-plane variation is extremely small. As a result, the thickness variation of the piezoelectric substrate is also ± 0. The frequency temperature characteristic is stabilized when the variation in temperature coefficient within the substrate surface is 1 ppm / ° C. or less. Further, the warpage due to the heat treatment is extremely small at 0.9 mm.
一方、用意したセラミック基板厚さが９０μｍであり、１００μｍ未満である比較例１では、ヤング率や面粗さ等が実施例２と同等であっても、セラミック基板厚さのばらつきが±８．０μｍと大きな値を示し、そのため、貼り合せて研削した後の圧電基板の厚さばらつきも±８．０μｍと大きく、基板面内の温度係数のばらつきが±１０ｐｐｍ／℃で周波数温度特性の安定性が著しく悪い。
また、熱による反りも３．３ｍｍと非常に大きなものとなっている。
On the other hand, in the comparative example 1 in which the prepared ceramic substrate thickness is 90 μm and less than 100 μm, even if the Young's modulus and the surface roughness are the same as those in the example 2, the variation in the ceramic substrate thickness is ± 8. It shows a large value of 0 μm. Therefore, the thickness variation of the piezoelectric substrate after bonding and grinding is as large as ± 8.0 μm, and the variation of temperature coefficient in the substrate surface is ± 10 ppm / ° C. Is extremely bad.
Further, the warpage due to heat is very large as 3.3 mm.
このように、本発明のように、圧電基板と接着剤を介して貼り合せるセラミック基板の厚さが１００μｍ以上であれば、１００μｍ未満の場合と比較して、極めて良好な特性を有し、反りの小さな複合圧電基板とすることが可能である。 Thus, as in the present invention, if the thickness of the ceramic substrate to be bonded to the piezoelectric substrate via an adhesive is 100 μm or more, it has extremely good characteristics and warps compared to the case of less than 100 μm. It is possible to make a composite piezoelectric substrate having a small size.
このことは例えば実施例４と比較例２、実施例７と比較例３を比べてみても同様に明らかである（表３、表４参照）。それぞれセラミック基板の厚さが異なる以外は、ヤング率、面粗さＲａ等同等のものであるが、上記のセラミック基板の厚さばらつき等の４項目には大きな差があり、本発明の実施例４と実施例７のほうが良い結果となっている。
さらに、同様に本発明の他の実施例の場合においても、上記４項目に関して、比較例１−３のいずれの複合圧電基板よりも温度特性や反りについて良好な結果が得られている。
This is also apparent when comparing, for example, Example 4 and Comparative Example 2 and Example 7 and Comparative Example 3 (see Tables 3 and 4). Except that the thickness of the ceramic substrate is different, the Young's modulus and the surface roughness Ra are the same, but there are significant differences in the four items such as the thickness variation of the ceramic substrate described above. 4 and Example 7 gave better results.
Further, in the case of other examples of the present invention as well, better results with respect to temperature characteristics and warpage are obtained with respect to the above four items than with any composite piezoelectric substrate of Comparative Example 1-3.
このように、セラミック基板の厚さが１００μｍ以上であり、該セラミック基板と圧電基板とを接着剤を介して貼り合せた本発明の複合圧電基板は、基板の温度が変化しても、周波数温度特性が良好で、熱による反りも小さく、極めて高品質なものであることが良く判る。また、接着剤により貼り合せて接合しているため、安価でかつ強固に接合されたものである。このため、高品質の弾性表面波デバイスを安価に提供することができる。 Thus, the thickness of the ceramic substrate is 100 μm or more, and the composite piezoelectric substrate of the present invention in which the ceramic substrate and the piezoelectric substrate are bonded together with an adhesive has a frequency temperature even if the substrate temperature changes. It can be clearly seen that the characteristics are good, the warpage due to heat is small, and the quality is extremely high. Moreover, since they are bonded and bonded together with an adhesive, they are bonded inexpensively and firmly. For this reason, a high-quality surface acoustic wave device can be provided at low cost.
なお、本発明は、上記形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 In addition, this invention is not limited to the said form. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
１…複合圧電基板、 ２…圧電基板、 ３…セラミック基板、
４…接着剤、 ５…電極。
1 ... composite piezoelectric substrate, 2 ... piezoelectric substrate, 3 ... ceramic substrate,
4 ... Adhesive, 5 ... Electrode.
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