JP2010068484A - 複合化された圧電基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧電基板と絶縁体基板が接着剤を介して貼り合わされた複合化された圧電基板であって、前記圧電基板は、導電率が1×10−13[Ω−1・cm−1]以上、特には導電率が5×10−12[Ω−1・cm−1]以上1×10−10[Ω−1・cm−1]以下であり、また前記絶縁体基板は、導電率が1×10−14[Ω−1・cm−1]以下であることを特徴とする複合化された圧電基板。
【選択図】図2
Description
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。
具体的には、特許文献1に記載の接合基板では、接合領域の厚みは1.5nm以上であり、150℃で1時間保持した後の反り量が概ね200μm以下となっている。
これは、SAWデバイスの製造工程においては熱処理を施すことが必要とされる場合があり、かかる熱処理後に基板に反りが生じると、その後のダイシング工程などで複合圧電基板をステージに吸着させることが困難となり。生産性が大幅に低下するためである。
そして、近年、更に反りを低減させた複合圧電基板が求められていた。
すなわち、特許文献2では導電率が10−12[Ω−1・cm−1]以上10−6[Ω−1・cm−1]以下の圧電基板が配線を介してセラミッスクなどのベース基板とが、圧電基板の櫛形電極を取り囲むように形成された第1の層とベース基板に前記の櫛形電極と対応する領域に形成された第2の層を介して接合された弾性表面波デバイスが開示されている。
また、前記の圧電基板及びベース基板の接合には、樹脂等の接着材料を用いることも可能であるとされる。
前記は、圧電基板とベース基板を貼り合わせウエハレベルでのSAWデバイスの製造が可能とし、フィルタ特性が低下することを防止しつつ、焦電を解消できる弾性表面波デバイス及びその製造方法を実現することができるという優れた発明である。
しかしながら、本発明の圧電基板とベース基板を貼り合わせ構造は、SAWデバイスの温度特性の改善目的の構造とは異なる。また、圧電体の導電率が大きすぎると結晶が脆くなる問題がある。
また、圧電基板の例としてLiTaO3基板を用いたとき、前記LiTaO3基板の比抵抗が10−14〜10−7[Ω・m]という基板を用いた場合では、配線パターンを形成する工程を省略し、製造方法を簡略化することもできるとされる。
すなわち特許文献3には、圧電基板とベース基板を貼り合わせウエハレベルでのSAWデバイスの製造を可能とし、圧電基板として圧電基板に接合されたシリコン基板又はサファイア基板の複合化された圧電基板構造を用いることで温度特性を向上した弾性表面波デバイス及びその製造方法を実現することができるという優れた発明が開示されている。
前述のように、熱処理後の反りの増加量が小さく、かつ安価な複合圧電基板の開発が待たれていた。
LiTaO3やLiNbO3等の圧電基板は、周知のように焦電性を有する。
そしてSAWデバイスの製造プロセスにおいて、圧電基板は加熱・冷却が繰り返されるが、圧電基板に温度差が加わると、焦電性により数キロボルトにも及ぶ表面電位を生じ、特に加熱後に圧電基板の表面電位が維持され、圧電基板が反ってしまう。
この時、圧電基板にはバイメタル変形による応力が加わることとなり、この応力は圧電基板に表面電荷を生じさせる。
すなわち、複合圧電基板に温度が付加された状態では、圧電基板にはバイメタル効果による応力及び焦電効果による帯電(表面電荷)の双方が生じ、反りが更に大きくなってしまう。
本発明の複合圧電基板10は、少なくとも、圧電基板11と絶縁体基板12が接着剤13を介して貼り合わされたものであって、圧電基板11は導電率が1×10−13[Ω−1・cm−1]以上、絶縁体基板には導電率が1×10−14[Ω−1・cm−1]以下のものを用いたものである。
従って温度が初期の温度に戻るとバイメタル効果による変形は解消され、本発明の複合化された圧電基板はほぼ元の形状に戻るため、SAWデバイスとして好適である。
前記圧電基板が、LiTaO3、LiNbO3であれば、電気機械結合係数が大きく、また複合化された圧電基板の効果により動作周波数の温度変動が抑制された安価な複合化された圧電基板を提供することが出来る。
上述のように、本発明の複合化された圧電基板は、熱処理を行った場合であっても反りが小さいものであるため、圧電基板の厚さを100μm以下としても、圧電基板に割れ等の不良が発生する可能性が抑制されたものとすることができる。このため、複合化された圧電基板に占める圧電基板のコストの低減を図ることができる。
圧電基板が焦電性を有していても、本発明の複合化された圧電基板は、熱処理での表面電荷による反りが発生することが抑制できる。
一般的に、硬い接着剤を用いた複合化された圧電基板は、加熱後に変形しやすくなる。
しかし上述したように、絶縁体基板の熱膨張率が圧電基板の熱膨張率より小さければ、熱処理後の反りの増加量が小さな安価な複合化された圧電基板を提供することが可能となる。
本発明のように、硬化後の前記接着剤が−40℃以上130℃以下で500MPa以上と大きなヤング率を有することで、支持基板である前記絶縁体基板は、前記圧電基板の膨張を抑制することが出来、温度特性改善効果を有する複合化された圧電基板が得られる。かつ前記複合化された圧電基板を熱処理した後の反り増加量が小さく、安価な複合化された圧電基板を提供することが出来る。
ここでSAWデバイスの動作温度範囲は−40℃以上130℃であることから、その間の温度において硬化後の前記接着剤が500MPa以上のヤング率を持つことが重要である。前記ヤング率が500MPaより大きければ、接着剤が絶縁体基板や圧電基板に比べて柔らかいため支持基板である前記絶縁体基板は前記圧電基板の膨張を抑制することが出来、複合化された圧電基板は温度特性改善効果を有するものとなる。
このように、加熱後のガラス転位温度が100℃以上であれば、接着剤層を硬いものとすることができるため、反りを更に小さなものとすることができる。
このように、安価でヤング率が約200〜400GPaと大きく硬い、アルミナを主成分とする絶縁体基板や、絶縁性で安価なセラミックスを支持基板として用いることにより、複合化された圧電基板を熱処理した後の反り増加量が小さく、安価な複合化された圧電基板とすることが出来る。
このように加熱後の変形が反りの値で120μm以下となる温度で加熱されたことを特徴とする複合化された圧電基板であれば、SAWデバイスの製造工程においては熱処理を施すことが必要とされる場合があり、かかる熱処理後に基板に反りが生じるとその後のダイシング工程などで基板をステージに吸着させることが困難となり生産性が大幅に低下する問題を回避できる。
これにより、複合化された圧電基板を熱処理した後の反り増加量が小さく、加熱しても圧電基板が割れない、安価な複合化された圧電基板を提供することが出来る。
(実施例1)
直径4インチ(100mm)で厚さが215μm、貼り合わ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、ヤング率が340GPa、抵抗率が1015Ωcmであるアルミナ基板を用意した。
また、圧電基板として、導電率が2×10−11[Ω−1・cm−1]であり、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160μm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。
また、前記LiTaO3基板の貼り合わせ面を洗浄し、前述の接着剤を同様に塗布し、アルミナ基板の接着剤塗布面とLiTaO3基板の接着剤塗布面を貼り合わせた。
次にこの複合圧電基板を180℃で2時間大気中で加熱し室温に冷却した後に前記と同様に反りを周囲温度23℃にて測定したところ、50μmであった。
圧電基板として導電率が2×10−12[Ω−1・cm−1]である直径4インチ(100mm)の36°回転Yカットタンタル酸リチウム(LiTaO3)基板を用いた以外は実施例1と同様に複合圧電基板を作製した。
この複合圧電基板の反りを周囲温度23℃にて測定したところ、30μmであった。
次にこの複合圧電基板を180℃で2時間大気中で加熱し室温に冷却した後に前記と同様に反りを周囲温度23℃にて測定したところ、70μmであった。
圧電基板として導電率が1×10−10[Ω−1・cm−1]である直径4インチ(100mm)の36°回転Yカットタンタル酸リチウム(LiTaO3)基板を用いた以外は実施例1と同様の手順で複合圧電基板を作製した。
この複合圧電基板の反りを周囲温度23℃にて測定したところ、30μmであった。
次にこの複合圧電基板を180℃で2時間大気中で加熱し室温に冷却した後に前記と同様に反りを周囲温度23℃にて測定したところ、50μmであった。
直径4インチ(100mm)で厚さが215μm、貼り合わ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、ヤング率が340GPa、抵抗率が1015Ωcmであるアルミナ基板を用意した。
また、圧電基板として導電率が1×10−14[Ω−1・cm−1]であり、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160μm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。
また、前記LiTaO3基板の貼り合わせ面を洗浄し、接着剤を同様に塗布し、アルミナ基板の接着剤塗布面とLiTaO3基板の接着剤塗布面を貼り合わせた。
次にこの複合圧電基板を180℃で2時間大気中で加熱し室温に冷却した後に前記と同様に反りを周囲温度23℃にて測定したところ、700μmであった。
直径4インチ(100mm)で厚さが215μm、貼り合わ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、ヤング率が340GPa、抵抗率が1015Ωcmであるアルミナ基板を用意した。
また、圧電基板として導電率が2×10−11[Ω−1・cm−1]であり、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160μmとなるよう貼り合わせ面のRaが0.1nmなるよう仕上げた。
また、LiTaO3基板の貼り合わせ面を洗浄し、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LiTaO3基板の接着剤塗布面を貼り合わせた。
比較のために36°回転YカットLiTaO3に前記と同様な中心周波数1GHzの共振子を作製し1mm角のチップ状に加工して−30〜85℃の温度特性を測定したところ共振周波数の温度係数は35ppm/℃、反共振周波数の温度係数は50ppm/℃であった。
次にこの複合圧電基板を180℃で2時間大気中で加熱し室温に冷却した後に前記と同様に反りを周囲温度23℃にて測定したところ、45μmであった。
直径4インチ(100mm)で厚さが215μm、貼り合わ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、ヤング率が340GPa、抵抗率が5×1013Ωcm(導電率2×10−14[Ω−1・cm−1])に加工したアルミナ基板を用意した。
また、圧電基板として導電率が1×10−14[Ω−1・cm−1]であり、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160μmとなるよう貼り合わせ面のRaが0.1nmになるよう仕上げた。
また、前記LiTaO3基板の貼り合わせ面を洗浄し、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LiTaO3基板の接着剤塗布面を貼り合わせた。
次にこの複合圧電基板を180℃で2時間大気中で加熱し室温に冷却した後に前記と同様に反りを周囲温度23℃にて測定したところ、600μmであった。
図2に示したように、実施例1〜4の複合圧電基板は加熱前は反りが25〜30μmと安定していたのに対し、比較例1,2の複合圧電基板は加熱前でも反りが250μm以上発生していた。
そして比較例1,2の場合、加熱後は反りが600〜700μmとなっており、ステージに吸着させることが難しいものとなった。これに対して、実施例1〜4の複合圧電基板は、反りは50μm程度であり、ハンドリングは容易であった。
Claims (17)
- 少なくとも、圧電基板と絶縁体基板が接着剤を介して貼り合わされた複合化された圧電基板であって、
前記圧電基板は、導電率が1×10−13[Ω−1・cm−1]以上であり、また前記絶縁体基板は、導電率が1×10−14[Ω−1・cm−1]以下であることを特徴とする複合化された圧電基板。 - 前記圧電基板は、導電率が5×10−12[Ω−1・cm−1]以上1×10−10[Ω−1・cm−1]以下であることを特徴とする請求項1に記載の複合化された圧電基板。
- 前記圧電基板は、焦電性を示すものであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の複合化された圧電基板。
- 前記圧電基板は、LiTaO3、LiNbO3のいずれかからなるものであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の複合化された圧電基板。
- 前記絶縁体基板は、熱膨張率が前記圧電基板の熱膨張率より小さいものであることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の複合化された圧電基板。
- 前記接着剤は、硬化後のヤング率が温度−40℃以上130℃以下で500MPa以上であることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の複合化された圧電基板。
- 前記圧電基板は、厚さが100μm以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の複合化された圧電基板。
- 前記絶縁体基板は、セラミックスであることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の複合化された圧電基板。
- 前記絶縁体基板は、アルミナが主成分であることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の複合化された圧電基板。
- 前記接着剤は、ガラス転移温度が100℃以上のものであることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の複合化された圧電基板。
- 加熱後の反りの値が、120μm以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の複合化された圧電基板。
- 少なくとも、圧電基板と絶縁体基板とを接着剤で貼り合わせ、前記貼り合わせた基板を加熱して接着剤を固化させる複合化された圧電基板の製造方法であって、
前記圧電基板として、導電率が1×10−13[Ω−1・cm−1]以上のものを、
前記絶縁体基板として、導電率が1×10−14[Ω−1・cm−1]以下のものを用いることを特徴とする複合化された圧電基板の製造方法。 - 前記圧電基板として、導電率が5×10−12[Ω−1・cm−1]以上1×10−10[Ω−1・cm−1]以下のものを用いることを特徴とする請求項12に記載の複合化された圧電基板の製造方法。
- 前記接着剤として、硬化後のヤング率が温度−40℃以上130℃以下で500MPa以上となるものを用いることを特徴とする請求項12または請求項13に記載の複合化された圧電基板の製造方法。
- 前記圧電基板を、厚さが100μm以下とすることを特徴とする請求項12ないし請求項14のいずれか1項に記載の複合化された圧電基板の製造方法。
- 前記加熱処理は、前記接着剤のガラス転位温度が100℃以上になる条件で行われたことを特徴とする請求項12ないし請求項15のいずれか1項に記載の複合化された圧電基板の製造方法。
- 前記加熱処理は、加熱後の複合化された圧電基板の反りの量が120μm以下となる温度で行われたことを特徴とする請求項12ないし請求項16のいずれか1項に記載の複合化された圧電基板の製造方法。
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