JP2007214902A - Surface acoustic wave device - Google Patents

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Masayuki Tanno
雅行 丹野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface acoustic wave device at low cost, which has high productivity and high effects of improving the frequency-temperature characteristics. <P>SOLUTION: The surface acoustic wave device in which an electrode for energizing/detecting surface acoustic wave or leaked acoustic surface wave is formed on a piezoelectric substrate, is provided at least with a composite piezoelectric chip obtained by processing a composite piezoelectric substrate with the piezoelectric substrate and a ceramic substrate, stuck together via an adhesive into a chip shape; and a mounting substrate for mounting the composite piezoelectric chip by flip chip bonding, wherein the composite piezoelectric chip is mounted so as to make the expansion coefficient αc(ppm/°C) of the surface acoustic wave or the leaked surface acoustic wave over the piezoelectric substrate surface in a propagation direction and the expansion coefficient of the mounting substrate αs(ppm/°C) satisfy the relation αs<αc<αs+6. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、複合圧電基板を使用した弾性表面波デバイスに関するものである。   The present invention relates to a surface acoustic wave device using a composite piezoelectric substrate.

携帯電話等の高周波通信において周波数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)素子が用いられる。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。
A surface acoustic wave (SAW) element in which a comb-shaped electrode for exciting a surface acoustic wave is formed on a piezoelectric substrate is used as a frequency selection component in high-frequency communication such as a cellular phone. The piezoelectric substrate material used for this has high conversion efficiency (hereinafter referred to as electromechanical coupling coefficient) from electrical signals to mechanical vibrations, and the center frequency of filters, etc., determined by the electrode spacing of the comb electrodes and the acoustic velocity of the elastic waves. Is required not to 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LiNbO(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LiNbO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.

また、圧電性基板と、該圧電性基板上にそれぞれ形成された、複数の電極指およびこれら電極指を共通に接続するバスバーを有するインタディジタルトランスデューサ(IDT)ならびにバンプとを備える、弾性表面波素子が、前記バンプを介したフリップチップボンディングによって実装基板上に実装された、弾性表面波素子の実装構造であって、前記実装基板は、前記圧電性基板より小さい線膨張係数を有し、かつ、前記バンプは、温度変化による前記圧電性基板の熱膨張および熱収縮が前記実装基板によって抑えられるように配置されていることを特徴とする、弾性表面波素子の実装構造が開示されている(特許文献3参照)。
この例の実施例においては、圧電体としてLiTaO(膨張係数16ppm/℃)、実装基材としてアルミナ(膨張係数7ppm/℃)を使用しバンプを介してフリップチップボンディングによって実装基板上に実装された弾性表面波フィルタが、動作周波数1.9GHzにおいて温度による周波数変動が−11kHz/℃だけ改善されたことが開示されている。
この改善効果は、温度係数にして約6ppm/℃だけ改善されるものであり好ましいとされる。
Also, a surface acoustic wave device comprising a piezoelectric substrate, an interdigital transducer (IDT) and a bump each having a plurality of electrode fingers and a bus bar that commonly connects these electrode fingers, formed on the piezoelectric substrate. Is a mounting structure of a surface acoustic wave element mounted on a mounting substrate by flip chip bonding via the bump, the mounting substrate having a smaller linear expansion coefficient than the piezoelectric substrate, and A mounting structure of a surface acoustic wave element is disclosed, wherein the bumps are arranged so that thermal expansion and contraction of the piezoelectric substrate due to temperature changes are suppressed by the mounting substrate (Patent) Reference 3).
In the example of this example, LiTaO 3 (expansion coefficient 16 ppm / ° C.) is used as the piezoelectric body, and alumina (expansion coefficient 7 ppm / ° C.) is used as the mounting base, and the chip is mounted on the mounting substrate by flip chip bonding via bumps. In the surface acoustic wave filter, it is disclosed that the frequency variation due to temperature is improved by −11 kHz / ° C. at an operating frequency of 1.9 GHz.
This improvement effect is preferable because it is improved by about 6 ppm / ° C. in terms of temperature coefficient.

一方、非特許文献1では、圧電体として48°回転YカットLiTaOを用い、この圧電体にその支持基板であるSi基板がSiO層を介して直接接合された複合圧電基板を用いた弾性表面波デバイスが開示されている。この弾性表面波デバイスの動作周波数の温度特性は、複合圧電チップをボンディングワイヤー法で接続すると動作周波数の温度特性が−12ppm/℃であるのに対し、フリップチップボンディング法では−22ppm/℃(乃至−35ppm/℃)と温度特性が劣化してしまうことが記載されている。 On the other hand, in Non-Patent Document 1, 48 ° rotated Y-cut LiTaO 3 is used as a piezoelectric body, and an elastic using a composite piezoelectric substrate in which a Si substrate as a supporting substrate is directly bonded to the piezoelectric body via a SiO 2 layer. A surface wave device is disclosed. The temperature characteristics of the operating frequency of this surface acoustic wave device are as follows. When the composite piezoelectric chip is connected by the bonding wire method, the temperature characteristic of the operating frequency is −12 ppm / ° C., whereas the flip chip bonding method is −22 ppm / ° C. (−35 ppm / ° C.) and temperature characteristics are described as being deteriorated.

特開昭51−25951号公報JP 51-25951 A 特開平02−62108号公報Japanese Patent Laid-Open No. 02-62108 特開2003−324334号公報JP 2003-324334 A B.P.Abbot, J.Caron, J.Chocola, K.Lin , S.Malocha , N.Naumenko and P.Welsh, "Advances in Rf SAW Substrates",2nd International Symposium on Acoustic Wave Devices for Future Mobile Communication Systems,pp.233-243,2003BPAbbot, J. Caron, J. Chocola, K. Lin, S. Malocha, N. Naumenko and P. Welsh, "Advances in Rf SAW Substrates", 2nd International Symposium on Acoustic Wave Devices for Future Mobile Communication Systems, pp. 233-243,2003

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、生産性が高く、周波数温度特性改善効果が高い弾性表面波素子を安価に提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a surface acoustic wave device with high productivity and high effect of improving frequency temperature characteristics at low cost.

上記課題を解決するために、本発明は、圧電基板上に弾性表面波または漏洩弾性表面波を励振・検出する電極が形成された弾性表面波素子であって、少なくとも、圧電基板とセラミック基板とを接着剤を介して貼り合わせた複合圧電基板をチップ形状に加工した複合圧電チップと、該複合圧電チップをフリップチップボンディングによって実装する実装基板とを具備し、前記圧電基板表面の弾性表面波または漏洩弾性表面波の伝播方向の膨張係数αc(ppm/℃)と、前記実装基板の膨張係数αs(ppm/℃)とが、
αs<αc<αs+6
なる関係を満たすように実装されたものであることを特徴とする弾性表面波素子を提供する(請求項1)。
In order to solve the above problems, the present invention provides a surface acoustic wave element in which an electrode for exciting and detecting a surface acoustic wave or a leaky surface acoustic wave is formed on a piezoelectric substrate, and includes at least a piezoelectric substrate and a ceramic substrate. A composite piezoelectric chip obtained by processing a composite piezoelectric substrate bonded to each other with an adhesive into a chip shape, and a mounting substrate on which the composite piezoelectric chip is mounted by flip chip bonding. The expansion coefficient αc (ppm / ° C.) in the propagation direction of the leaky surface acoustic wave and the expansion coefficient α s (ppm / ° C.) of the mounting substrate are as follows:
αs <αc <αs + 6
The surface acoustic wave device is provided so as to satisfy the following relationship (claim 1).

このように、本発明の弾性表面波素子は、複合圧電チップにおいて圧電基板と貼り合わす基板をセラミック基板とし、また、圧電基板とセラミック基板とを接着剤を介して貼り合わせているので、比較的安価なものとすることができる。また、圧電基板とセラミック基板とを貼り合わせた複合圧電基板をチップ形状に加工した複合圧電チップと、該複合圧電チップをフリップチップボンディングによって実装する実装基板とを具備し、圧電基板表面の弾性表面波または漏洩弾性表面波の伝播方向の膨張係数αcと実装基板の膨張係数αsとが上記関係を満たすように実装されたものなので、生産性が高く、周波数温度特性改善効果が高い弾性表面波素子とすることができる。   Thus, the surface acoustic wave device of the present invention uses a ceramic substrate as a substrate to be bonded to a piezoelectric substrate in a composite piezoelectric chip, and also bonds the piezoelectric substrate and the ceramic substrate through an adhesive. It can be inexpensive. Also provided is a composite piezoelectric chip obtained by processing a composite piezoelectric substrate obtained by bonding a piezoelectric substrate and a ceramic substrate into a chip shape, and a mounting substrate on which the composite piezoelectric chip is mounted by flip chip bonding. The surface acoustic wave device is mounted so that the expansion coefficient αc in the propagation direction of the wave or leaky surface acoustic wave and the expansion coefficient αs of the mounting substrate satisfy the above relationship, so that the productivity is high and the frequency temperature characteristic improvement effect is high. It can be.

このとき、前記セラミック基板は、厚さが100μm以上であるのが好ましい(請求項2)。
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、周波数温度特性がより優れた複合圧電基板、さらには弾性表面波素子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。
以上のように、本発明の弾性表面波素子は、品質や製造歩留まりが高く、安価なものとできる。
At this time, the ceramic substrate preferably has a thickness of 100 μm or more.
In this way, if the thickness of the ceramic substrate to be bonded to the piezoelectric substrate is 100 μm or more, in-plane variation is suppressed in the thickness of the ceramic substrate, and a good film thickness distribution can be obtained. When bonding to a ceramic substrate, grinding the piezoelectric substrate, etc. to finish it into a composite piezoelectric substrate, variations in the thickness of the piezoelectric substrate are suppressed, resulting in less variation in frequency temperature coefficient and better frequency temperature characteristics. A composite piezoelectric substrate, or a surface acoustic wave element can be used. 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.
As described above, the surface acoustic wave device of the present invention can be manufactured at low cost with high quality and manufacturing yield.

また、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3)。
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。
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4)。
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、弾性表面波素子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。
Moreover, it is preferable that 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.
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, the thickness variation of the piezoelectric substrate bonded to the ceramic substrate can be suppressed, and a composite piezoelectric substrate and a surface acoustic wave element 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5)。
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、弾性表面波素子となる。
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。
At this time, 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. Variations in the thickness of the piezoelectric substrate are suppressed, and a composite piezoelectric substrate and a surface acoustic wave element having a large effect of improving temperature characteristics are 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6)。
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、LiTaO、LiNbO、Li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7)。
このように、前記圧電基板が、LiTaO、LiNbO、Li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 7).
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8)。
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9)。
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 9).
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10)。
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 the same reflectance at a wavelength of 365 nm on the piezoelectric substrate side as that of the single piezoelectric substrate.
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、厚さが300μm以下のものであるのが好ましい(請求項11)。
このように、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。
The composite piezoelectric substrate preferably has a thickness of 300 μm or less.
Thus, a composite piezoelectric substrate having a thickness of 300 μm or less is preferable because it can be sufficiently mounted on a thin mobile phone or the like in recent years.

このような本発明の弾性表面波素子であれば、生産性が高く、周波数温度特性の改善効果が高い弾性表面波素子とすることができる。しかも、圧電基板と貼り合わせる基板をセラミック基板とし、接着剤を介して貼り合わせたものなので安価なものとすることができる。
また、特に、圧電基板と貼り合わせるセラミック基板の厚さが例えば100μm以上のものであれば、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とすることが可能である。
With such a surface acoustic wave device of the present invention, a surface acoustic wave device with high productivity and high effect of improving frequency temperature characteristics can be obtained. In addition, since the substrate to be bonded to the piezoelectric substrate is a ceramic substrate and bonded with an adhesive, the substrate can be made inexpensive.
In particular, if the thickness of the ceramic substrate to be bonded to the piezoelectric substrate is, for example, 100 μm or more, the surface acoustic wave device has small warpage due to heat, an extremely large temperature improvement effect, and small variation in characteristics within the substrate surface. Is possible.

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。
図1は本発明に係る弾性表面波素子の実施形態の一例を示す断面概略図である。
この弾性表面波素子8は、圧電基板2とセラミック基板3とを接着剤(接着層)4を介して貼り合わせた複合圧電基板をチップ形状に加工した複合圧電チップ1と、複合圧電チップ1をバンプ5を介してフリップチップボンディングによって実装する実装基板6とを具備する。また、圧電基板2上に弾性表面波または漏洩弾性表面波を励振・検出する電極7が形成されたものである。
そして、圧電基板2の表面の弾性表面波または漏洩弾性表面波の伝播方向の膨張係数αc(ppm/℃)と、実装基板6の膨張係数αs(ppm/℃)とが、αs<αc<αs+6なる関係を満たすように実装されたものであることを特徴とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of a surface acoustic wave device according to the present invention.
The surface acoustic wave element 8 includes a composite piezoelectric chip 1 obtained by processing a composite piezoelectric substrate obtained by bonding a piezoelectric substrate 2 and a ceramic substrate 3 through an adhesive (adhesive layer) 4 into a chip shape, and the composite piezoelectric chip 1. And a mounting substrate 6 mounted by flip chip bonding via the bumps 5. Further, an electrode 7 for exciting and detecting a surface acoustic wave or a leaky surface acoustic wave is formed on the piezoelectric substrate 2.
The expansion coefficient αc (ppm / ° C.) in the propagation direction of the surface acoustic wave or leaky surface acoustic wave on the surface of the piezoelectric substrate 2 and the expansion coefficient αs (ppm / ° C.) of the mounting substrate 6 are αs <αc <αs + 6. It is implemented so as to satisfy the following relationship.

本発明の弾性表面波素子8は、このような構成を有することにより、生産性が高く、周波数温度特性改善効果が高いものとできる。
すなわち、本発明のように、上記の圧電基板2の表面の弾性表面波または漏洩弾性表面波伝播方向の膨張係数αcと実装基板6の膨張係数αsとのαs<αc<αs+6なる関係を満たすようにしてフリップチップボンディングにより複合圧電基板を実装した弾性表面波素子8は、例えばチップアンドワイヤー法により実装した場合に比べて、周波数温度係数が数ppm/℃〜10数ppm/℃程度改善するだけでなく、フリップチップボンディングにより実装するので、生産性を高くできる。
By having such a configuration, the surface acoustic wave element 8 of the present invention has high productivity and high frequency temperature characteristic improvement effect.
That is, as in the present invention, the relationship of αs <αc <αs + 6 between the expansion coefficient αc in the propagation direction of the surface acoustic wave or leakage surface acoustic wave on the surface of the piezoelectric substrate 2 and the expansion coefficient αs of the mounting substrate 6 is satisfied. In the surface acoustic wave element 8 on which the composite piezoelectric substrate is mounted by flip chip bonding, the frequency temperature coefficient is improved by about several ppm / ° C. to several tens ppm / ° C. as compared with the case of mounting by the chip and wire method, for example. In addition, since it is mounted by flip chip bonding, productivity can be increased.

本発明で使用する複合圧電基板は、上記のように接着層4があるため複合圧電基板表面の圧電基板表面の熱による応力が緩和されてしまうが、前述のように複合圧電基板をフリップチップ実装すると圧電体表面の応力値及び応力分布が劇的に回復するので、フリップチップ実装しない場合に比べ周波数温度特性を大幅に改善することができる。   Since the composite piezoelectric substrate used in the present invention has the adhesive layer 4 as described above, the stress on the surface of the composite piezoelectric substrate due to the heat of the piezoelectric substrate is relieved, but the composite piezoelectric substrate is flip-chip mounted as described above. Then, since the stress value and the stress distribution on the surface of the piezoelectric body are dramatically recovered, the frequency temperature characteristics can be greatly improved as compared with the case where the flip chip mounting is not performed.

ここで、αcがαsよりも小さい場合は、非特許文献1と同様に、フリップチップボンディングにより実装した場合の周波数温度特性がチップアンドワイヤー法により実装した場合に比べ劣化してしまうという結果をもたらし、周波数温度特性改善効果と高生産性の両方を達成することができない。また、αcがαs+6(ppm/℃)より大きな場合は、周波数温度係数の改善効果は小さい。そこで、本発明のように、αs<αc<αs+6なる関係を満たすように実装することにより、高い周波数改善効果と高生産性の両方を達成できる。膨張係数が上記関係を満たすようにするには、例えば圧電基板2の厚み、圧電基板2と支持基板であるセラミック基板3とを接着する接着層4の厚み、チップサイズ等を調整して実装すればよい。   Here, when αc is smaller than αs, as in Non-Patent Document 1, the result is that the frequency temperature characteristics when mounted by flip-chip bonding are deteriorated compared to when mounted by the chip-and-wire method. In addition, both the frequency temperature characteristics improvement effect and high productivity cannot be achieved. When αc is larger than αs + 6 (ppm / ° C.), the effect of improving the frequency temperature coefficient is small. Therefore, both high frequency improvement effect and high productivity can be achieved by mounting so as to satisfy the relationship of αs <αc <αs + 6 as in the present invention. In order for the expansion coefficient to satisfy the above relationship, for example, the thickness of the piezoelectric substrate 2, the thickness of the adhesive layer 4 that bonds the piezoelectric substrate 2 and the ceramic substrate 3 that is the support substrate, the chip size, and the like are adjusted. That's fine.

次に、複合圧電チップ1の構成要素について具体的に説明する。
図1で示した複合圧電チップ1は、上記のように、圧電基板2とセラミック基板3とを接着剤4を介して貼り合わせた複合圧電基板をチップ形状に加工して形成したものである。
図2は本発明に係る弾性表面波素子8に用いる複合圧電基板9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9は、圧電基板2と厚さが例えば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または漏洩弾性表面波を励振するための金属電極7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、面内で一様な周波数温度特性改善効果を得る事ができる。
Next, the components of the composite piezoelectric chip 1 will be specifically described.
The composite piezoelectric chip 1 shown in FIG. 1 is formed by processing a composite piezoelectric substrate in which a piezoelectric substrate 2 and a ceramic substrate 3 are bonded together with an adhesive 4 into a chip shape as described above.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of the embodiment of the composite piezoelectric substrate 9 used in the surface acoustic wave element 8 according to the present invention. The composite piezoelectric substrate 9 is formed by bonding a piezoelectric substrate 2 and a ceramic substrate 3 having a thickness of, for example, 100 μm or more with an adhesive 4, and the surface of the piezoelectric substrate 2 has a surface acoustic wave. Alternatively, a metal electrode 7 for exciting a leaky surface acoustic wave is formed.
With such a configuration, stress is generated in the piezoelectric substrate 2 in accordance with a temperature change, and correction can be performed effectively, and a uniform frequency temperature characteristic improvement effect can be obtained in the plane.

このとき、図2のように例えば100μm以上の厚さのセラミック基板3を用いれば、セラミック基板3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、良好な板厚分布を有するセラミック基板3を用意することが可能である。そして、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9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9とすることができる。これは、当然、周波数温度特性が優れた弾性表面波素子8を得ることにつながる。
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9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く、厚ければ厚いほど変形しにくいので、例えば10mm以下とできるが、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, if the ceramic substrate 3 having a thickness of, for example, 100 μm or more is used as shown in FIG. 2, the thickness of the ceramic substrate 3 can be precisely adjusted in the surface to suppress variation, and a good thickness distribution can be obtained. It is possible to prepare a ceramic substrate 3 having the same. As a result, when the ceramic substrate 3 and the piezoelectric substrate 2 are bonded to finish the composite piezoelectric substrate 9, even if the piezoelectric substrate 2 is subjected to processing such as grinding, the thickness of the piezoelectric substrate 2 varies. Therefore, the composite piezoelectric substrate 9 having excellent frequency temperature characteristics can be obtained. This naturally leads to obtaining a surface acoustic wave element 8 having excellent frequency-temperature characteristics.
Further, even if heat is applied, a large warp is unlikely to occur, and the composite piezoelectric substrate 9 has almost no warp, 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, and the thicker it is, the more difficult it is to deform. Therefore, for example, it can be 10 mm or less, but if it is about 500 μm, the above effect can be obtained sufficiently, and more preferably 200 μm or less. As a result, the overall thickness of the composite piezoelectric substrate can be reduced, and the cost can be reduced more 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9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4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 9 inexpensive, and has the advantage that it can be firmly bonded. Examples of the adhesive 4 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く、大きい程良いが、例えば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 is not particularly limited, and is preferably as large as possible. However, for example, about 400 GPa is sufficient.

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3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9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 the ceramic substrate 3 to be bonded, for example, if 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 piezoelectric substrate 2 to the composite piezoelectric substrate. When finished to 9, the thickness variation of the piezoelectric substrate 2 becomes about 8 μm, and the characteristic variation becomes relatively large.

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9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9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 piezoelectric substrate 2 is subjected to grinding or the like. Variations in the thickness of the substrate 2 can also be suppressed, and the frequency temperature characteristics of the composite piezoelectric substrate 9 are improved.
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 having a more suppressed variation in thickness, and the composite piezoelectric substrate 9 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%未満であると、面粗さがRa値で1μm未満となりやすく、温度特性の改善効果が比較的大きくなり、周波数温度特性の安定性が高くなる。また、0.1%以上であると、セラミック基板3は比較的安価なものとすることができ、複合圧電基板9の製造においてコストを抑えることができる。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9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 less than 4%, the surface roughness tends to be less than 1 μm in Ra value, the effect of improving the temperature characteristics becomes relatively large, and the stability of the frequency temperature characteristics becomes high. If it is 0.1% or more, the ceramic substrate 3 can be made relatively inexpensive, and the cost can be reduced in the manufacture of the composite piezoelectric substrate 9. 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 9 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9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. If it has an alumina as a main component, it can be set as the composite piezoelectric substrate 9 which is comparatively cheap and is 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、LiTaO、LiNbO、Li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9とできる。 The piezoelectric substrate 2 is preferably made of any one of LiTaO 3 , LiNbO 3 , and Li 2 B 4 O 7 . Since these are crystal materials having a large electromechanical coupling coefficient, a composite piezoelectric substrate 9 capable of manufacturing a SAW device having a wide bandwidth as a frequency selection filter and a small insertion loss can be obtained.

そして、この複合圧電基板9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9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 9 preferably has the same reflectance at a wavelength of 365 nm on the piezoelectric substrate 2 side as that of the piezoelectric substrate alone. Such a case is preferable because photolithography such as Al having a line width of 0.5 μm can be performed in the same manner as in the case of a single piezoelectric substrate.
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 9, and thus 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9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4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9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 9 can be produced, for example, by applying the adhesive 4 to one or both of the piezoelectric substrate 2 and the ceramic substrate 3 and bonding them firmly under vacuum to firmly bond them. It is preferable to clean the surface of each substrate before bonding so that no foreign matter enters the adhesive 4, and the surface is subjected to a hydrophilic treatment with an ammonia-hydrogen peroxide aqueous solution or a plasma treatment. For example, the adhesive force may be increased by heating the substrate to 100 ° C. and pretreating with a short wave UV light having a wavelength of 200 nm or less and ozone (preferably high concentration ozone).
The size of the composite piezoelectric substrate 9 is not particularly limited, and can be, for example, 100 mm in diameter, but may be larger or smaller.

そして、この複合圧電基板9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9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9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11となる。
Then, after the composite piezoelectric substrate 9 is chamfered, the surface side of the piezoelectric substrate 2 is scraped off by grinding and lapping, and further polished so that the piezoelectric substrate 2 has a predetermined thickness (for example, about 20 μm). To process.
Further, at this time, it is better to remove the outer periphery of the piezoelectric substrate 2 of the composite piezoelectric substrate 9 by a width of 0.1 mm or more and 3 mm or less after the bonding and chamfering as described above. This removal step can be performed using, for example, a special chamfering wheel. If the composite piezoelectric substrate 9 has been removed from the outer periphery of the piezoelectric substrate 2 by 0.1 mm or more and 3 mm or less, it is difficult for processing distortion or cracks to occur in the piezoelectric substrate 2 in the subsequent grinding process of the piezoelectric substrate 2 or the like. Become. If it is less than 0.1 mm, the effect of preventing these occurrences is weak, and if it is removed more than 3 mm, it will be removed more than necessary, resulting in low production efficiency. By removing in the range of 0.1 mm or more and 0.3 mm or less, it is possible to efficiently suppress the generation of processing distortion and cracks, and the composite piezoelectric substrate 11 is less prone to cracks.

この後、複合圧電基板9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7を形成することが可能である。この金属電極7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9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9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9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の厚さが特には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9のデバイス特性は変動しにくい。
Thereafter, the metal electrode 7 can be formed by forming a film of a metal material on the composite piezoelectric substrate 9, that is, on the piezoelectric substrate 2 by a method such as vapor deposition, sputtering, or CVD, and patterning by etching or the like. is there. The metal electrode 7 is preferably made of, for example, Al, Cu, or an alloy thereof.
Further, if the composite piezoelectric substrate 9 having a thickness of 300 μm or less is formed by cutting the back surface of the composite piezoelectric substrate 9, that is, the ceramic substrate 3 side, the composite piezoelectric substrate 9 can be mounted on a thin mobile phone or the like. Can be widened. In the composite piezoelectric substrate 9 of the present invention, the ceramic substrate 3 is bonded to the piezoelectric substrate 2 with the adhesive 4 as described above. The ceramic substrate 3 is very hard in the first place, and therefore is shaved using a back grind or the like. However, if the thickness of the ceramic substrate 3 is particularly 100 μm or more, warping and cracking are unlikely to occur, and the device characteristics of the composite piezoelectric substrate 9 are unlikely to fluctuate.

そして、そのようにして作製された複合圧電基板をダイシングしてチップ状に切断し、本発明の弾性表面波素子8は、このような複合圧電チップ1を用い、例えばAuやSnからなるバンプ5を介して従来のフリップチップボンディングによって実装基板6に実装されたものである。実装基板6は、アルミナ(膨張係数8ppm/℃)や低膨張セラミック(膨張係数5.5ppm/℃)からなるものであれば、膨張係数が適当な値であり、膨張係数αcとαsとが前述の関係を満たすように調整して実装することが容易であるが、他の材料からなる実装基板でもよい。   Then, the composite piezoelectric substrate thus manufactured is diced and cut into chips, and the surface acoustic wave device 8 of the present invention uses such a composite piezoelectric chip 1 and bumps 5 made of, for example, Au or Sn. And mounted on the mounting substrate 6 by conventional flip chip bonding. If the mounting substrate 6 is made of alumina (expansion coefficient 8 ppm / ° C.) or low expansion ceramic (expansion coefficient 5.5 ppm / ° C.), the expansion coefficient is an appropriate value, and the expansion coefficients αc and αs are the above-mentioned values. It is easy to adjust and mount so as to satisfy the above relationship, but a mounting substrate made of other materials may be used.

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)
支持基板であるセラミック基板として、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3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(LiTaO)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 ceramic substrate as the support substrate has a diameter of 4 inches (100 mm) and a thickness of 290 μm. The surface roughness Ra of the bonded surface and the opposite surface is both 0.3 μm, and the porosity is An alumina substrate having 2%, Young's modulus of 380 GPa, and resistivity of 10 15 Ωcm was prepared (see Table 1). FIG. 3 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LiTaO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LiTaO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/cm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N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LiTaO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、LiTaO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LiTaO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LiTaO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LiTaO基板の厚みは20±0.5μmと極めて小さかった。また、LiTaO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.

次に、上記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プラズマエッチング法にて形成した。図4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。   Next, 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 plasma etching. FIG. 4 shows an observation view of the one-port SAW resonator with an electron microscope.

この複合圧電基板の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。
この複合圧電基板を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 of this composite piezoelectric substrate is affixed 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 a patterned composite piezoelectric substrate having a thickness of about 160 μm (alumina substrate thickness is about 140 μm) Was made. With such a thickness, it can be sufficiently mounted on a thin mobile phone or the like these days.
When this composite piezoelectric 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LiTaO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.

また、上記の電極が形成された複合圧電基板を同様にしてチップ形状に加工して得た複合圧電チップにおいて、LiTaO基板の電極が形成された面の漏洩弾性表面波伝播方向であるX方向の膨張係数をその場観察により求めたところ、αc=10ppm/℃であった。
次にこの複合圧電チップを、アルミナセラミック基板(膨張係数αs=8ppm/℃)からなる実装基板にAg、Snからなるハンダバンプを介してフリップチップ接続して、パッケージングをおこなった。
Further, in the composite piezoelectric chip obtained by processing the composite piezoelectric substrate on which the above electrode is formed into a chip shape in the same manner, the direction of leakage surface acoustic wave propagation on the surface on which the electrode of the LiTaO 3 substrate is formed is the X direction. The expansion coefficient was determined by in-situ observation, and it was αc = 10 ppm / ° C.
Next, this composite piezoelectric chip was flip-chip connected to a mounting substrate made of an alumina ceramic substrate (expansion coefficient αs = 8 ppm / ° C.) via solder bumps made of Ag and Sn, and packaging was performed.

表2に示すように、前記複合圧電チップをフリップチップ接続した1ポート共振子の反共振周波数の温度係数は−13ppm/℃と小さく、周波数温度特性改善効果が高いものとなった。
また、基板面内の温度係数のばらつきは1ppm/℃以下であり、周波数温度特性の安定性の高いものとなった。
実施例1で得られたSAW共振子の共振特性を図5に示す。
As shown in Table 2, the temperature coefficient of the antiresonance frequency of the 1-port resonator in which the composite piezoelectric chip is flip-chip connected is as small as −13 ppm / ° C., and the effect of improving the frequency temperature characteristic is high.
Further, the variation of the temperature coefficient in the substrate surface was 1 ppm / ° C. or less, and the stability of the frequency temperature characteristic was high.
The resonance characteristics of the SAW resonator obtained in Example 1 are shown in FIG.

なお、前述と同様の方法でLiTaO基板の厚みを15μm及び25μmとした場合、前記LiTaO基板の電極が形成された面の漏洩弾性表面波伝播方向であるX方向の膨張係数をその場観察により求めたところ、αc=9ppm/℃及び10.5ppm/℃であった。
次に、前述と同様にして電極が形成された複合圧電チップを、各々アルミナセラミック基板(膨張係数αs=8ppm/℃)からなる実装基板にAg、Snからなるハンダバンプを介してフリップチップ接続して、パッケージングをおこなった。
前記複合圧電チップをフリップチップ接続した1ポートSAW共振子の反共振周波数の温度係数は各々−7ppm/℃、−18ppm/℃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。
このように、周波数温度特性が良好であり、高品質の弾性表面波素子が得られていることが判る。
When the thickness of the LiTaO 3 substrate is set to 15 μm and 25 μm by the same method as described above, the expansion coefficient in the X direction, which is the leaky surface acoustic wave propagation direction, of the surface on which the electrode of the LiTaO 3 substrate is formed is observed in situ. Was found to be αc = 9 ppm / ° C. and 10.5 ppm / ° C.
Next, the composite piezoelectric chip on which electrodes are formed in the same manner as described above is flip-chip connected to a mounting substrate made of an alumina ceramic substrate (expansion coefficient αs = 8 ppm / ° C.) via solder bumps made of Ag and Sn. I did the packaging.
The temperature coefficient of the anti-resonance frequency of the 1-port SAW resonator in which the composite piezoelectric chip is flip-chip connected is as small as −7 ppm / ° C. and −18 ppm / ° C., respectively, and the variation of the temperature coefficient in the substrate surface is 1 ppm / ° C. or less. It was.
Thus, it can be seen that a surface acoustic wave element having a good frequency temperature characteristic and a high quality is obtained.

(実施例2)
支持基板である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、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プラズマエッチング法にて形成した。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, which is a support substrate, has a diameter of 4 inches (100 mm) and a thickness of 100 μm. Both the surface roughness Ra of the bonded surface and the opposite surface are 0.02 μm, and the porosity is An alumina substrate having a 0.1% Young's modulus of 400 GPa and a resistivity of 10 15 Ωcm was prepared (see Table 1).
A composite piezoelectric substrate was fabricated from the prepared ceramic substrate in the same manner as in Example 1 except for the following two points, and a 1-port SAW resonator comprising an Al electrode (thickness 0.07 μm, electrode width 0.5 μm) was prepared. A pattern was formed by plasma etching. 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.

そして、この複合圧電基板をチップ形状に加工した。
このとき、LiTaO基板の電極が形成された面の漏洩弾性表面波伝播方向であるX方向の膨張係数をその場観察により求めたところ、αc=9ppm/℃であった。
次に電極が形成された前記複合圧電チップを、アルミナセラミック基板(膨張係数αs=8ppm/℃)からなる実装基板にAg、Snからなるハンダバンプを介してフリップチップ接続して、パッケージングをおこなった。
The composite piezoelectric substrate was processed into a chip shape.
At this time, the expansion coefficient in the X direction, which is the leakage acoustic surface wave propagation direction, of the surface on which the electrode of the LiTaO 3 substrate was formed was determined by in-situ observation, and αc = 9 ppm / ° C.
Next, the composite piezoelectric chip on which the electrodes were formed was flip-chip connected to a mounting substrate made of an alumina ceramic substrate (expansion coefficient αs = 8 ppm / ° C.) via solder bumps made of Ag and Sn, and packaging was performed. .

表2に示すように、前記複合圧電チップをフリップチップ接続した1ポート共振子の反共振周波数の温度係数は−12ppm/℃と小さく、周波数温度特性改善効果が高いものとなった。
また、基板面内の温度係数のばらつきは1ppm/℃以下であり、周波数温度特性の安定性の高いものとなった。
As shown in Table 2, the temperature coefficient of the anti-resonance frequency of the 1-port resonator in which the composite piezoelectric chip is flip-chip connected is as small as −12 ppm / ° C., and the effect of improving the frequency temperature characteristic is high.
Further, the variation of the temperature coefficient in the substrate surface was 1 ppm / ° C. or less, and the stability of the frequency temperature characteristic was high.

また、このようにして得られた弾性表面波素子に関して、以下の3項目について実施例1と同様にして測定したところ、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、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、高品質の弾性表面波素子を得ることができた。
Further, regarding the surface acoustic wave element thus obtained, the following three items were measured in the same manner as in Example 1. The thickness variation of the ceramic substrate: 100 μm ± 0.6 μm, the thickness variation of the piezoelectric substrate : 20 μm ± 0.5 μm, warpage due to heating (170 ° C.): 0.9 mm (see Table 2).
Both showed good results, and a high-quality surface acoustic wave device could be obtained as in Example 1.

Figure 2007214902
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Figure 2007214902
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(実施例3−9)
支持基板である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と同様の手順で弾性表面波素子を作製した。
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)
実施例10…セラミック基板厚さ(90μm)
そして、実施例2と同様にして上記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)
A substrate different from the alumina substrate prepared in Example 2 in the following points was prepared as a ceramic substrate as a support substrate, and a surface acoustic wave element was produced 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 (porosity 5%, surface roughness Ra is 1 μm on both sides)
Example 9 Young's modulus (200 GPa: ceramics mainly composed of alumina)
Example 10 Ceramic substrate thickness (90 μm)
And when it measured about the said item like Example 2, the result shown in Table 3 was brought.

実施例1−10は、いずれも本発明を実施した例である。いずれの場合においても、周波数温度係数の値が−13から−16程度で小さく、周波数温度特性改善効果が高く、良好な周波数温度特性を備えた弾性表面波素子を得ることができる。また、フリップチップボンディングにより実装したものなので生産性高く得られる。
さらには、これらの本発明の弾性表面波素子では、圧電基板と貼り合せる支持基板としてセラミック基板を用い、接着剤により貼り合せているので安価に得ることが可能である。
Examples 1-10 are examples in which the present invention was implemented. In either case, a surface acoustic wave device having a good frequency temperature characteristic can be obtained with a small frequency temperature coefficient value of about -13 to -16, a high frequency temperature characteristic improvement effect, and the like. Moreover, since it is mounted by flip chip bonding, it can be obtained with high productivity.
Furthermore, in these surface acoustic wave elements of the present invention, a ceramic substrate is used as a support substrate to be bonded to the piezoelectric substrate, and is bonded with an adhesive, so that it can be obtained at low cost.

そして、このとき、表2、表3から判るように、特に、支持基板であるセラミック基板の厚さが100μm以上の実施例1−9の弾性表面波素子は、100未満の実施例10のものと比べて、基板面内の温度係数のばらつきがより小さくて安定性が高く、より良好な周波数温度特性を有するものとなっている。また、複合圧電基板部の反りに関しても、実施例1−9のほうが良い結果となっている。   At this time, as can be seen from Tables 2 and 3, the surface acoustic wave device of Example 1-9 in which the thickness of the ceramic substrate as the support substrate is 100 μm or more is that of Example 10 in which the thickness is less than 100. Compared with, the variation in temperature coefficient in the substrate surface is smaller, the stability is higher, and the frequency temperature characteristic is better. Further, with respect to the warp of the composite piezoelectric substrate portion, Example 1-9 has a better result.

さらには、実施例1−9において、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。   Furthermore, in Example 1-9, regarding the four items of thickness variation of the ceramic substrate, thickness variation of the piezoelectric substrate, variation in temperature coefficient within the substrate surface, and warpage due to heating, the ceramic substrate used for bonding was: An example in which the surface roughness Ra is 0.02 μm or more and 0.5 μm or less on both surfaces, and both surfaces have the same surface roughness, the Young's modulus is 200 GPa or more, and the porosity is 0.1% or more and less than 4%. The composite piezoelectric substrate of Example 1, Example 2 and Example 9 is Example 3 in which the surface roughness is different on both sides, Example 4 in which the surface roughness is greater than 0.5 μm on both sides, and the surface roughness is on both sides Both composites of Example 5 in which both are smaller than 0.02 μm, Examples 6 and 7 whose Young's modulus is less than 200 GPa, and whose porosity is 4% or more and whose surface roughness exceeds 1 μm on both sides Better than piezoelectric substrate The results are shown.

Figure 2007214902
Figure 2007214902

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1−10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 1-10, 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)
支持基板であるセラミック基板として、実施例10で用意したアルミナ基板と同様のアルミナ基板を用意した(比較例1)。また、実施例10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た(比較例2、3)。そして、実装基板として実施例10とは異なる基板を用意して、実施例10と同様の手順で弾性表面波素子を作製した。
比較例2…面粗さRa(両面0.7μm)
比較例3…ヤング率(180GPa:アルミナを主成分とするセラミクス)
なお、比較例1−3において、LiTaO基板の電極が形成された面の漏洩弾性表面波伝播方向であるX方向の膨張係数をその場観察により求めたところ、各々αc=9ppm/℃であり、実装基板の膨張係数αsは10ppm/℃であった。すなわち、比較例1−3では、本発明におけるαsとαcの関係(αs<αc<αs+6)とは異なり、αs>αcになっている。
そして、実施例10と同様にして上記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)
An alumina substrate similar to the alumina substrate prepared in Example 10 was prepared as a ceramic substrate as a support substrate (Comparative Example 1). In addition, substrates different from the alumina substrate prepared in Example 10 in the following points were prepared (Comparative Examples 2 and 3). Then, a substrate different from that of Example 10 was prepared as a mounting substrate, and a surface acoustic wave element was produced in the same procedure as in Example 10.
Comparative example 2 ... surface roughness Ra (both sides 0.7 μm)
Comparative Example 3 Young's modulus (180 GPa: ceramics mainly composed of alumina)
In Comparative Example 1-3, the coefficient of expansion in the X direction, which is the leakage surface acoustic wave propagation direction, of the surface on which the electrode of the LiTaO 3 substrate was formed was determined by in-situ observation, and each was αc = 9 ppm / ° C. The expansion coefficient αs of the mounting board was 10 ppm / ° C. That is, in Comparative Example 1-3, unlike the relationship between αs and αc in the present invention (αs <αc <αs + 6), αs> αc.
And when it measured about the said item like Example 10, it became a result shown in Table 4.

Figure 2007214902
Figure 2007214902

このように、周波数温度係数について、表4に示すように比較例1では−28ppm/℃、比較例2では−36ppm/℃、比較例3では−30ppm/℃と、どの例においてもその値は大きく、周波数温度特性改善効果が低いものとなった。本発明による実施例1−10(表2、表3)と比べて周波数温度係数に関して大きな値を示していることが判る。   Thus, as shown in Table 4, the frequency temperature coefficient is −28 ppm / ° C. in Comparative Example 1, −36 ppm / ° C. in Comparative Example 2, −30 ppm / ° C. in Comparative Example 3, and the value in any example is The effect of improving frequency temperature characteristics is low. It can be seen that the frequency temperature coefficient shows a large value as compared with Examples 1-10 (Tables 2 and 3) according to the present invention.

(比較例4)
直径4インチ(100mm)で厚さが200μmであるガドリニウム・ガリウム・ガーネット(GGG)基板を用意した。次に直径4インチ(100mm)の36°回転Yカットタンタル酸リチウム(LiTaO)基板を厚さが0.2mm(200μm)で両面ラップにより表面のRaが0.12μmとなる様加工した。
(Comparative Example 4)
A gadolinium gallium garnet (GGG) substrate having a diameter of 4 inches (100 mm) and a thickness of 200 μm was prepared. Next, a 36-degree rotated Y-cut lithium tantalate (LiTaO 3 ) substrate having a diameter of 4 inches (100 mm) was processed to have a thickness of 0.2 mm (200 μm) and a surface Ra of 0.12 μm by double-sided lapping.

次いで、GGG基板の表面を洗浄し、さらにこの基板を100℃に加熱しながら波長200nm以下の短波UV光及び高濃度オゾンにより前処理し、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片側表面上に均一に塗布した。次いで、前記LiTaO基板の裏面を洗浄し、前記接着剤を同様に塗布し、前記GGG基板の接着剤塗布面と前記LiTaO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。 Next, the surface of the GGG substrate is cleaned, and the substrate is further pretreated with short-wave UV light having a wavelength of 200 nm or less and high-concentration ozone while being heated to 100 ° C., and an ultraviolet curable adhesive mainly composed of epoxy methacrylate is spin-coated. Then, it was uniformly applied on one surface. Next, the back surface of the LiTaO 3 substrate is washed, and the adhesive is applied in the same manner. The adhesive application surface of the GGG substrate and the adhesive application surface of the LiTaO 3 substrate are subjected to a vacuum of 1 × 10 −3 mbar. We pasted together.

次に、この貼り合わせた複合圧電基板に、照度50mW/cmの紫外線を10分間照射し、接着剤を硬化させた。このとき基板面内で接着層は一様に5μmの厚さだった。そして、この複合圧電基板を面取り加工した後、LiTaO基板の表面側を研削及びラップにより155μm削り落とし、さらにポリッシュによりLiTaO基板の厚さが20μmになるようにした。 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 thick within the substrate surface. Then, after chamfering the composite piezoelectric substrate, scraping 155μm the surface of the LiTaO 3 substrate by grinding and lap, and as the thickness of the LiTaO 3 substrate is 20μm through further polished.

次に、前記複合圧電基板をチップ形状に加工し、この複合圧電チップ上に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プラズマエッチング法にて形成した。。   Next, the composite piezoelectric substrate is processed into a chip shape, and a 1-port SAW resonator pattern made of an Al electrode (thickness 0.07 μm, electrode width 0.5 μm) is formed on the composite piezoelectric chip by plasma etching. did. .

このとき、LiTaO基板の電極が形成された面の漏洩弾性表面波伝播方向であるX方向±0.5°の膨張係数αcを、前記複合圧電チップを加熱及び冷却し電極幅の温度変化をその場観察により求めたところ、αc=15ppm/℃であった。 At this time, the expansion coefficient αc in the X direction ± 0.5 °, which is the leakage acoustic surface wave propagation direction, of the surface on which the electrode of the LiTaO 3 substrate is formed is heated and cooled to change the temperature change of the electrode width. As a result of in-situ observation, αc = 15 ppm / ° C.

次に電極が形成された前記複合圧電チップを、アルミナセラミック基板(膨張係数αs=8ppm/℃)からなる実装基板にSnからなるハンダバンプを介してフリップチップ接続して、パッケージングをおこなった。すなわち、本発明におけるαsとαcの関係(αs<αc<αs+6)とは異なり、αc>αs+6になっている。
前記複合圧電チップをフリップチップ接続した1ポート共振子の反共振周波数の温度係数は−39ppm/℃と温度特性改善はほとんど無かった。
Next, the composite piezoelectric chip on which the electrode was formed was flip-chip connected to a mounting substrate made of an alumina ceramic substrate (expansion coefficient αs = 8 ppm / ° C.) via a solder bump made of Sn, and packaging was performed. That is, unlike the relationship between αs and αc (αs <αc <αs + 6) in the present invention, αc> αs + 6.
The temperature coefficient of the antiresonance frequency of the 1-port resonator in which the composite piezoelectric chip was flip-chip connected was −39 ppm / ° C., and there was almost no improvement in temperature characteristics.

また、前記複合圧電チップをチップアンドワイヤー接続して実装した1ポート弾性表面波共振子の反共振周波数の温度依存性を周囲温度を−40℃から85℃まで変化させて調べ、温度係数を調べた結果、反共振周波数の温度係数は−40ppm/℃と温度特性改善効果は無かった。   In addition, the temperature dependence of the anti-resonance frequency of the 1-port surface acoustic wave resonator in which the composite piezoelectric chip is mounted by chip-and-wire connection is investigated by changing the ambient temperature from -40 ° C to 85 ° C, and the temperature coefficient is examined. As a result, the temperature coefficient of the anti-resonance frequency was −40 ppm / ° C. and there was no effect of improving the temperature characteristics.

(比較例5)
実施例1で用意した複合圧電チップ(LiTaO基板の厚さ20、15、25μm)をチップアンドワイヤー法にて実装した1ポート共振子の反共振周波数の温度係数は各々−17ppm/℃、−10ppm/℃、−22ppm/℃であり、良好な温度特性であったが、実装作業が煩雑であり、生産性が高いものではない。
(Comparative Example 5)
The temperature coefficient of the antiresonance frequency of a 1-port resonator in which the composite piezoelectric chip prepared in Example 1 (LiTaO 3 substrate thicknesses of 20, 15, and 25 μm) is mounted by the chip-and-wire method is −17 ppm / ° C., − Although it was 10 ppm / ° C. and −22 ppm / ° C. and good temperature characteristics, the mounting operation is complicated and the productivity is not high.

以上のように、本発明のように、圧電基板と貼り合せる支持基板としてセラミック基板を用い、接着剤を介して貼り合せた複合圧電基板を使用し、圧電基板表面の弾性表面波または漏洩弾性表面波の伝播方向の膨張係数αcと、実装基板の膨張係数αsとが、αs<αc<αs+6なる関係を満たすように実装したものであれば、生産性高く、安価に製造されたものであり、かつ、周波数温度係数を小さなものとし、高い周波数温度特性改善効果が得られ、周波数温度特性が優れた弾性表面波素子とすることができる。
さらには、特に上記セラミック基板の厚さが例えば100μm以上であれば、面内周波数温度係数のバラツキが小さく、周波数温度特性が安定したものとすることが可能であり、より優れた周波数温度特性となる。そして、熱により生じる反りも小さなものになる。
As described above, as in the present invention, a ceramic substrate is used as a support substrate to be bonded to a piezoelectric substrate, and a composite piezoelectric substrate bonded through an adhesive is used, and the surface acoustic wave or leakage elastic surface of the piezoelectric substrate surface is used. As long as the expansion coefficient αc in the wave propagation direction and the expansion coefficient αs of the mounting substrate are mounted so as to satisfy the relationship of αs <αc <αs + 6, the product is manufactured with high productivity and at low cost. In addition, a surface acoustic wave device having a small frequency temperature coefficient, a high frequency temperature characteristic improvement effect, and excellent frequency temperature characteristics can be obtained.
Furthermore, in particular, when the thickness of the ceramic substrate is, for example, 100 μm or more, the variation in the in-plane frequency temperature coefficient is small, and the frequency temperature characteristics can be stabilized. Become. And the warp caused by heat becomes small.

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.

本発明に係る弾性表面波素子の実施形態の一例を示す断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of a surface acoustic wave element according to the present invention. 本発明に係る弾性表面波素子に用いられる複合圧電基板の一例を示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which showed an example of the composite piezoelectric substrate used for the surface acoustic wave element concerning this invention. アルミナ基板(気孔率2%、表面粗さRa=0.3μm)の電子顕微鏡による観察図である。It is an observation figure by an electron microscope of an alumina substrate (porosity 2%, surface roughness Ra = 0.3 μm). 36°YカットLiTaO基板/接着層(5μm)/アルミナ基板(気孔率2%)構造の複合圧電基板に形成したAl電極(厚み0.07μm、電極幅0.5μm)からなる1ポートSAW共振子の電子顕微鏡による観察図である。1-port SAW resonance consisting of an Al electrode (thickness 0.07 μm, electrode width 0.5 μm) formed on a composite piezoelectric substrate of 36 ° Y-cut LiTaO 3 substrate / adhesive layer (5 μm) / alumina substrate (porosity 2%) structure It is an observation figure by the electron microscope of a child. 実施例1で得られた1ポートSAW共振子の共振特性を示すグラフである。6 is a graph showing the resonance characteristics of the 1-port SAW resonator obtained in Example 1.

符号の説明Explanation of symbols

1…複合圧電チップ、 2…圧電基板、 3…セラミック基板、
4…接着剤(接着層)、 5…バンプ、 6…実装基板、 7…電極、
8…弾性表面波素子、 9…複合圧電基板。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Composite piezoelectric chip, 2 ... Piezoelectric substrate, 3 ... Ceramic substrate,
4 ... Adhesive (adhesive layer), 5 ... Bump, 6 ... Mounting substrate, 7 ... Electrode,
8 ... Surface acoustic wave element, 9 ... Composite piezoelectric substrate.

Claims (11)

圧電基板上に弾性表面波または漏洩弾性表面波を励振・検出する電極が形成された弾性表面波素子であって、少なくとも、圧電基板とセラミック基板とを接着剤を介して貼り合わせた複合圧電基板をチップ形状に加工した複合圧電チップと、該複合圧電チップをフリップチップボンディングによって実装する実装基板とを具備し、前記圧電基板表面の弾性表面波または漏洩弾性表面波の伝播方向の膨張係数αc(ppm/℃)と、前記実装基板の膨張係数αs(ppm/℃)とが、
αs<αc<αs+6
なる関係を満たすように実装されたものであることを特徴とする弾性表面波素子。
A surface acoustic wave device in which an electrode for exciting and detecting surface acoustic waves or leaky surface acoustic waves is formed on a piezoelectric substrate, and is a composite piezoelectric substrate in which at least a piezoelectric substrate and a ceramic substrate are bonded together with an adhesive And a mounting substrate on which the composite piezoelectric chip is mounted by flip chip bonding, and an expansion coefficient αc in the propagation direction of the surface acoustic wave or leakage surface acoustic wave on the surface of the piezoelectric substrate is provided. ppm / ° C.) and an expansion coefficient αs (ppm / ° C.) of the mounting substrate,
αs <αc <αs + 6
The surface acoustic wave device is mounted so as to satisfy the following relationship.
前記セラミック基板は、厚さが100μm以上であることを特徴とする請求項1に記載の弾性表面波素子。   The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the ceramic substrate has a thickness of 100 μm or more. 前記セラミック基板は、ヤング率が200GPa以上のものであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の弾性表面波素子。   The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the ceramic substrate has a Young's modulus of 200 GPa or more. 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以下のものであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。   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 surface acoustic wave element according to any one of the above. 前記セラミック基板は、気孔率が0.1%以上4%未満のものであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。   5. The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the ceramic substrate has a porosity of 0.1% or more and less than 4%. 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ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。   The elastic surface according to any one of claims 1 to 5, wherein the ceramic substrate has the same surface roughness of a bonding surface and a surface opposite to the bonding surface. Wave element. 前記圧電基板は、LiTaO、LiNbO、Liのいずれか1つからなるものであることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。 The surface acoustic wave according to claim 1, wherein the piezoelectric substrate is made of any one of LiTaO 3 , LiNbO 3 , and Li 2 B 4 O 7. element. 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ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。   The surface acoustic wave device according to any one of claims 1 to 7, wherein the ceramic substrate is mainly composed of alumina. 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ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。   The surface acoustic wave device according to any one of claims 1 to 8, wherein the piezoelectric substrate of the composite piezoelectric substrate is removed from the outer periphery by 0.1 mm or more and 3 mm or less after bonding. . 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ことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。   10. The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the composite piezoelectric substrate has a reflectance at a wavelength of 365 nm on the piezoelectric substrate side that is the same as that of the piezoelectric substrate alone. . 前記複合圧電基板は、厚さが300μm以下のものであることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。
The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the composite piezoelectric substrate has a thickness of 300 μm or less.
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