JP2010200197A - Surface acoustic wave device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として移動体通信機器において使用される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 mainly used in mobile communication equipment.
以下、従来の弾性表面波デバイスについて、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a conventional surface acoustic wave device will be described with reference to the drawings.
図3は従来の弾性表面波デバイスの模式図を示したもので、この図3において、1は36°回転YカットX伝播のタンタル酸リチウム単結晶からなる圧電基板である。2は圧電基板1の一方の主面に配置された導体よりなる櫛形電極で、この櫛形電極2に電圧を印加することにより圧電基板1の表面に弾性表面波を励振するものである。3は圧電基板1の他方の主面に接合された支持基板で、この支持基板3と前記圧電基板1との接合体が接合基板4を構成しているものである。
FIG. 3 shows a schematic diagram of a conventional surface acoustic wave device. In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a piezoelectric substrate made of a lithium tantalate single crystal of 36 ° rotation Y-cut X propagation.
そして、弾性表面波の伝搬方向において圧電基板1の熱膨張係数よりも支持基板3の熱膨張係数を小さくすることにより、弾性表面波の伝搬方向における圧電基板1の温度変化による熱膨張を抑制しているもので、これにより、弾性表面波デバイスの温度変化による周波数特性の変動を抑制していた。 Then, by making the thermal expansion coefficient of the support substrate 3 smaller than the thermal expansion coefficient of the piezoelectric substrate 1 in the propagation direction of the surface acoustic wave, the thermal expansion due to the temperature change of the piezoelectric substrate 1 in the propagation direction of the surface acoustic wave is suppressed. As a result, the fluctuation of the frequency characteristic due to the temperature change of the surface acoustic wave device is suppressed.
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1および特許文献2が知られている。
しかしながら、上記した図3に示す従来の弾性表面波デバイスは、熱膨張係数の大きな圧電基板1を熱膨張係数の小さな支持基板3に接合して拘束することにより、温度変化による寸法変化を抑制するようにしているため、圧電基板1と支持基板3との熱膨張係数の差は大きくなり、その結果、温度が上昇したときに比較的大きな反りが生じてしまうものである。一般に、弾性表面波デバイスは、その製造工程および実装工程において常温〜260℃の熱履歴を経由するため、接合基板4は温度が上昇した時に熱膨張係数の大きな圧電基板1の側が凸形状となるように反ってしまい、そして、この接合基板4が反りにより割れて製造歩留まりが低下するという課題を有していた。また、弾性表面波デバイスの使用時においても、温度変化が生じた際に接合基板4が反ってしまい、そして、この反りにより、接合基板4にクラックが入って信頼性が損なわれるという課題を有していた。
However, the conventional surface acoustic wave device shown in FIG. 3 suppresses dimensional changes due to temperature changes by bonding and restraining the piezoelectric substrate 1 having a large thermal expansion coefficient to the support substrate 3 having a small thermal expansion coefficient. As a result, the difference in thermal expansion coefficient between the piezoelectric substrate 1 and the support substrate 3 becomes large, and as a result, a relatively large warp occurs when the temperature rises. In general, since a surface acoustic wave device passes through a thermal history of room temperature to 260 ° C. in the manufacturing process and the mounting process, the
本発明は上記従来の課題を解決するもので、温度変化による基板の反りを抑制することにより、製造歩留まりがよく、かつ信頼性の高い弾性表面波デバイスを提供することを目的とするものである。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a surface acoustic wave device having a good manufacturing yield and high reliability by suppressing the warpage of the substrate due to a temperature change. .
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。 In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
本発明の請求項1に記載の発明は、第1の圧電基板と支持基板と第2の圧電基板とを備えた弾性表面波デバイスにおいて、前記第1の圧電基板と前記第2の圧電基板とを熱膨張係数に異方性を有する同種の圧電物質により構成し、前記第1の圧電基板は一方の主面に弾性表面波を励振する櫛形電極を有し、かつ他方の主面を前記支持基板の一方の主面に接合し、前記支持基板の他方の主面は前記第2の圧電基板の一方の主面に接合し、前記弾性表面波の伝搬方向において前記支持基板の熱膨張係数を前記第1の圧電基板の熱膨張係数よりも小さくし、前記第1の圧電基板の平面方向における熱膨張係数が大きい方向と、前記第2の圧電基板の平面方向における熱膨張係数が大きい方向とを同方向とし、さらに前記支持基板の厚みを前記第1の圧電基板の厚みと前記第2の圧電基板の厚みの合計よりも大きくしたもので、この構成によれば、第1の圧電基板と第2の圧電基板とを熱膨張係数に異方性を有する同種の圧電物質により構成し、前記第1の圧電基板は一方の主面に弾性表面波を励振する櫛形電極を有し、かつ他方の主面を前記支持基板の一方の主面に接合し、前記支持基板の他方の主面は前記第2の圧電基板の一方の主面に接合し、前記弾性表面波の伝搬方向において前記支持基板の熱膨張係数を前記第1の圧電基板の熱膨張係数よりも小さくし、前記第1の圧電基板の平面方向における熱膨張係数が大きい方向と、前記第2の圧電基板の平面方向における熱膨張係数が大きい方向とを同方向とし、さらに前記支持基板の厚みを前記第1の圧電基板の厚みと前記第2の圧電基板の厚みの合計よりも大きくしているため、第1の圧電基板と支持基板との熱膨張係数の差により生ずる垂直方向の応力を、第2の圧電基板と支持基板との熱膨張係数の差により生ずる逆方向の応力によって相殺することができ、これにより、温度変化による基板の反りを抑制することができるため、製造時の反りによる基板の割れを防止することができるとともに、使用時の反りによる信頼性の低下も抑制することができるという作用効果を有するものである。 According to a first aspect of the present invention, in the surface acoustic wave device including the first piezoelectric substrate, the support substrate, and the second piezoelectric substrate, the first piezoelectric substrate, the second piezoelectric substrate, The first piezoelectric substrate has a comb-shaped electrode for exciting a surface acoustic wave on one main surface, and the other main surface is supported by the first piezoelectric substrate. Bonded to one main surface of the substrate, the other main surface of the support substrate is bonded to one main surface of the second piezoelectric substrate, and the coefficient of thermal expansion of the support substrate in the propagation direction of the surface acoustic wave A direction in which the thermal expansion coefficient is smaller than that of the first piezoelectric substrate, the thermal expansion coefficient in the planar direction of the first piezoelectric substrate is large, and a direction in which the thermal expansion coefficient in the planar direction of the second piezoelectric substrate is large. In the same direction, and the thickness of the support substrate is the first direction The thickness of the electric substrate is larger than the total thickness of the second piezoelectric substrate. According to this configuration, the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate have anisotropy in thermal expansion coefficient. Composed of the same kind of piezoelectric material, the first piezoelectric substrate has a comb-shaped electrode for exciting a surface acoustic wave on one main surface, and the other main surface is bonded to one main surface of the support substrate, The other main surface of the support substrate is bonded to one main surface of the second piezoelectric substrate, and the thermal expansion coefficient of the support substrate is set to be the thermal expansion coefficient of the first piezoelectric substrate in the propagation direction of the surface acoustic wave. The direction in which the thermal expansion coefficient in the planar direction of the first piezoelectric substrate is large and the direction in which the thermal expansion coefficient in the planar direction of the second piezoelectric substrate is large are the same direction, and The thickness of the first piezoelectric substrate and the thickness of the second piezoelectric substrate Since the total thickness of the plates is larger, the stress in the vertical direction caused by the difference in thermal expansion coefficient between the first piezoelectric substrate and the support substrate is reduced by the thermal expansion coefficient between the second piezoelectric substrate and the support substrate. It can be offset by the reverse stress caused by the difference, thereby suppressing the warpage of the substrate due to the temperature change, so that it is possible to prevent the substrate from cracking due to the warp at the time of use, and at the time of use It has the effect that the fall of the reliability by curvature can also be suppressed.
本発明の請求項2に記載の発明は、第1の圧電基板と第2の圧電基板と第3の圧電基板とを備えた弾性表面波デバイスにおいて、前記第1の圧電基板と第2の圧電基板と第3の圧電基板とを熱膨張係数に異方性を有する同種の圧電物質により構成し、前記第1の圧電基板は一方の主面に弾性表面波を励振する櫛形電極を有し、かつ他方の主面を前記第2の圧電基板の一方の主面に直接接合し、前記第2の圧電基板の他方の主面は前記第3の圧電基板の一方の主面に直接接合し、前記第1の圧電基板の平面方向における熱膨張係数が大きい方向と、前記第2の圧電基板の平面方向における熱膨張係数が小さい方向と、前記第3の圧電基板の平面方向における熱膨張係数が大きい方向とを同方向とし、さらに前記第2の圧電基板の厚みを前記第1の圧電基板の厚みと前記第3の圧電基板の厚みの合計よりも大きくしたもので、この構成によれば、第1の圧電基板と第2の圧電基板と第3の圧電基板とを熱膨張係数に異方性を有する同種の圧電物質により構成し、前記第1の圧電基板は一方の主面に弾性表面波を励振する櫛形電極を有し、かつ他方の主面を前記第2の圧電基板の一方の主面に直接接合し、前記第2の圧電基板の他方の主面は前記第3の圧電基板の一方の主面に直接接合し、前記第1の圧電基板の平面方向における熱膨張係数が大きい方向と、前記第2の圧電基板の平面方向における熱膨張係数が小さい方向と、前記第3の圧電基板の平面方向における熱膨張係数が大きい方向とを同方向とし、さらに前記第2の圧電基板の厚みを前記第1の圧電基板の厚みと前記第3の圧電基板の厚みの合計よりも大きくしているため、温度変化時の基板の反りを抑制することができ、これにより、基板の割れと信頼性の低下を抑制することができるとともに、第1の圧電基板と第2の圧電基板との間の接合面における音響インピーダンスの整合がとれるため、この接合面における漏洩バルク波の反射によるノイズを抑制することができ、その結果、電気特性の良好な弾性表面波デバイスを提供することができるという作用効果を有するものである。 According to a second aspect of the present invention, in the surface acoustic wave device including the first piezoelectric substrate, the second piezoelectric substrate, and the third piezoelectric substrate, the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate. The substrate and the third piezoelectric substrate are made of the same kind of piezoelectric material having anisotropy in thermal expansion coefficient, and the first piezoelectric substrate has a comb-shaped electrode for exciting a surface acoustic wave on one main surface, And the other main surface is directly bonded to one main surface of the second piezoelectric substrate, the other main surface of the second piezoelectric substrate is directly bonded to one main surface of the third piezoelectric substrate, The direction in which the thermal expansion coefficient in the planar direction of the first piezoelectric substrate is large, the direction in which the thermal expansion coefficient in the planar direction of the second piezoelectric substrate is small, and the thermal expansion coefficient in the planar direction of the third piezoelectric substrate are The larger direction is the same direction, and the thickness of the second piezoelectric substrate is set to the first direction. The thickness of the piezoelectric substrate is larger than the total thickness of the third piezoelectric substrate. According to this configuration, the first piezoelectric substrate, the second piezoelectric substrate, and the third piezoelectric substrate are thermally expanded. The first piezoelectric substrate has a comb-shaped electrode for exciting a surface acoustic wave on one main surface, and the other main surface is the second piezoelectric substrate. The other main surface of the second piezoelectric substrate is directly bonded to one main surface of the third piezoelectric substrate, and thermal expansion in the plane direction of the first piezoelectric substrate is performed. The direction in which the coefficient is large, the direction in which the coefficient of thermal expansion in the plane direction of the second piezoelectric substrate is small, and the direction in which the coefficient of thermal expansion in the plane direction of the third piezoelectric substrate is large are the same direction. The thickness of the piezoelectric substrate is set to the thickness of the first piezoelectric substrate and the third pressure. Since it is larger than the total thickness of the substrate, it is possible to suppress the warpage of the substrate at the time of temperature change, thereby suppressing the cracking of the substrate and the deterioration of the reliability, and the first piezoelectric element. Since the acoustic impedance of the bonding surface between the substrate and the second piezoelectric substrate can be matched, noise due to reflection of leaky bulk waves at this bonding surface can be suppressed, and as a result, an elastic surface with good electrical characteristics. It has the effect that a wave device can be provided.
以上のように本発明の弾性表面波デバイスは、第1の圧電基板と支持基板と第2の圧電基板とを備えた弾性表面波デバイスにおいて、前記第1の圧電基板と前記第2の圧電基板とを熱膨張係数に異方性を有する同種の圧電物質により構成し、前記第1の圧電基板は一方の主面に弾性表面波を励振する櫛形電極を有し、かつ他方の主面を前記支持基板の一方の主面に接合し、前記支持基板の他方の主面は前記第2の圧電基板の一方の主面に接合し、前記弾性表面波の伝搬方向において前記支持基板の熱膨張係数を前記第1の圧電基板の熱膨張係数よりも小さくし、前記第1の圧電基板の平面方向における熱膨張係数が大きい方向と、前記第2の圧電基板の平面方向における熱膨張係数が大きい方向とを同方向とし、さらに前記支持基板の厚みを前記第1の圧電基板の厚みと前記第2の圧電基板の厚みの合計よりも大きくしているため、第1の圧電基板と支持基板との熱膨張係数の差により生ずる垂直方向の応力を、第2の圧電基板と支持基板との熱膨張係数の差により生ずる逆方向の応力によって相殺することができ、これにより、温度変化による基板の反りを抑制することができるため、製造時の反りによる基板の割れを防止することができるとともに、使用時の反りによる信頼性の低下も抑制することができるという優れた効果を奏するものである。 As described above, the surface acoustic wave device according to the present invention is the surface acoustic wave device including the first piezoelectric substrate, the support substrate, and the second piezoelectric substrate, and the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate. And the first piezoelectric substrate has a comb-shaped electrode for exciting a surface acoustic wave on one main surface, and the other main surface is Bonded to one main surface of the support substrate, the other main surface of the support substrate is bonded to one main surface of the second piezoelectric substrate, and the thermal expansion coefficient of the support substrate in the propagation direction of the surface acoustic wave In which the thermal expansion coefficient in the planar direction of the first piezoelectric substrate is large and the thermal expansion coefficient in the planar direction of the second piezoelectric substrate is large. And the thickness of the support substrate Since the thickness of the first piezoelectric substrate and the total thickness of the second piezoelectric substrate are larger, the stress in the vertical direction caused by the difference in thermal expansion coefficient between the first piezoelectric substrate and the support substrate is This can be offset by the reverse stress caused by the difference in the thermal expansion coefficient between the second piezoelectric substrate and the support substrate, thereby suppressing the warpage of the substrate due to the temperature change. It is possible to prevent the substrate from being cracked and to produce an excellent effect that the decrease in reliability due to warpage during use can also be suppressed.
(実施の形態1)
以下、実施の形態1を用いて、本発明の特に請求項1に記載の発明について説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the first aspect of the present invention will be described with reference to the first embodiment.
図1は本発明の実施の形態1における弾性表面波デバイスの模式図を示したものである。 FIG. 1 is a schematic diagram of a surface acoustic wave device according to Embodiment 1 of the present invention.
図1において、11はその表面において弾性表面波を励振する素子を形成する第1の圧電基板で、この第1の圧電基板11は、タンタル酸リチウム単結晶を、弾性表面波の伝搬に適合するように、X軸を中心にY軸からZ軸方向に36°の範囲の角度で回転させた法線方向を有するようにカットして構成しているもので、その厚みは約25μmであり、そして、その表面にはX軸方向に進行方向を有する弾性表面波を励振する素子を形成しているものである。このような弾性表面波を使用するデバイスに適用できる圧電基板としては、タンタル酸リチウム単結晶の他にニオブ酸リチウム単結晶や水晶などの圧電体単結晶があり、これらは一般に熱膨張係数に異方性を有しているものである。上記したタンタル酸リチウム単結晶の場合、X軸方向およびY軸方向の熱膨張係数は16ppm/℃であるのに対し、Z軸方向の熱膨張係数は4ppm/℃であり、弾性表面波を励振するX軸方向の熱膨張係数は大きいものである。
In FIG. 1,
12は支持基板で、この支持基板12は、熱膨張係数が7ppm/℃、ヤング率470GPa、抗折強度690MPaのサファイア単結晶よりなり、その板厚は約0.3mmである。そして、この支持基板12は、前記第1の圧電基板11における弾性表面波を励振する面と反対側の面に接着剤(図示せず)を介して接合しているものである。このように、弾性表面波の伝搬方向において第1の圧電基板11の熱膨張係数よりも熱膨張係数の小さい支持基板12を接合することにより、第1の圧電基板11の弾性表面波の伝搬方向における熱膨張を拘束することができるため、これにより、弾性表面波デバイスの温度変化による周波数特性の変化を抑制することができるものである。
前記支持基板12の材質としては、サファイア単結晶の他に、低熱膨張ガラス、アルミナセラミック、炭化珪素、窒化珪素、シリコンなどが使用可能であり、そして、第1の圧電基板11の熱膨張を機械的に拘束するための剛性と抗折強度を有し、かつ必要とする周波数の温度変化特性に応じて、熱膨張係数が小さい物質を適宜選択すればよいものである。
As the material of the
13は第2の圧電基板で、この第2の圧電基板13は、タンタル酸リチウム単結晶を、X軸を中心にY軸からZ軸方向に36°の範囲の角度で回転させた法線方向を有するようにカットして構成しているもので、その厚みは約25μmである。そして、この第2の圧電基板13は、前記支持基板12において、第1の圧電基板11を接合した面とは反対側の面に接着剤(図示せず)を介し、かつ第1の圧電基板11のX軸の方向と第2の圧電基板13のX軸の方向が同方向になるような方向で接合しているものである。そして、前記第1の圧電基板11と支持基板12と第2の圧電基板13の接合体が接合基板14を構成しているものである。
15は前記接合基板14における弾性表面波を励振する面、すなわち第1の圧電基板11の露出した面において、第1の圧電基板11のX軸方向に複数の電極指を配置した櫛形電極で、この櫛形電極15は、アルミニウムを主成分とする金属よりなり、交流電圧を印加することによりX軸方向に伝搬する弾性表面波を励振するものである。励振する弾性表面波のモードはレイリー波であっても、あるいはリーキー波であっても良いものである。また、前記接合基板14は、櫛形電極15およびその他の導電回路(図示せず)を形成した後に、励振空間を封止することにより弾性表面波デバイスが製造されるものである。
以上のように、本発明の実施の形態1においては、弾性表面波の伝搬方向において第1の圧電基板11の熱膨張係数よりも熱膨張係数の小さい支持基板12を接合することにより、第1の圧電基板11の弾性表面波の伝搬方向における熱膨張を拘束するようにしているため、弾性表面波デバイスの温度変化による周波数特性の変化を抑制することができるものである。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the
また、前記支持基板12を挟んで第1の圧電基板11の反対面に、第1の圧電基板11と同種の圧電物質で厚みが等しい第2の圧電基板13を、第1の圧電基板11の平面方向における熱膨張係数が最も大きい方向であるX軸の方向と、第2の圧電基板13の平面方向における熱膨張係数が最も大きい方向であるX軸の方向とが同方向になるように接合しているため、弾性表面波が進行するX軸の方向と平面方向におけるX軸に垂直な方向において、第1の圧電基板11の熱膨張係数と第2の圧電基板13の熱膨張係数とは等しくなり、これにより、支持基板12を中心に略対称な形状となる。そして、第1の圧電基板11と支持基板12との熱膨張係数の差により生ずる垂直方向の応力が、第2の圧電基板13と支持基板12との熱膨張係数の差により生ずる逆方向の応力により相殺されるため、温度変化による接合基板14の反りを抑制することができるものである。
Further, on the opposite surface of the first
そしてまた、弾性表面波デバイスの製造工程および実装工程における常温〜260℃の熱履歴の中でも、接合基板14の熱膨張による反りを抑制することができるため、接合基板14の反りによる割れなどの破損を防止することができ、これにより、弾性表面波デバイスの製造歩留まりを向上させることができるものである。
In addition, since the warpage due to thermal expansion of the
さらに、弾性表面波デバイスがその動作時に温度上昇した場合においても、基板の反りによるクラックの発生を防止できるため、信頼性を向上させることができるものである。 Furthermore, even when the temperature of the surface acoustic wave device rises during its operation, the occurrence of cracks due to the warp of the substrate can be prevented, so that the reliability can be improved.
ここで、前記第1の圧電基板11と第2の圧電基板13とが同種の圧電物質であるとは、主要な組成成分が同一であることをいう。また、支持基板12と第1の圧電基板11および第2の圧電基板13とを接合する方法は、接着剤による接合の他に、金属を介した接合でも良く、あるいは直接接合でも良いものである。
Here, the fact that the first
なお、上記した本発明の実施の形態1においては、第1の圧電基板11の厚みと第2の圧電基板13の厚みを同じ25μmにしているが、反りの程度の最小化のために第1の圧電基板11の厚みと第2の圧電基板13の厚みにわずかな差を設けることも可能であり、また、周波数温度特性の最適化のために、または信頼性の最適化のために好適なわずかな反りが生じるように、第1の圧電基板11の厚みと第2の圧電基板13の厚みに差を設けることも可能である。例えば、周波数の温度変化を特に小さくする場合には、第1の圧電基板11の厚みよりも第2の圧電基板13の厚みを大きくし、温度上昇時に第1の圧電基板11の側にわずかに凹の反りが生ずるようにしても良いものである。
In the first embodiment of the present invention described above, the thickness of the first
また、上記した本発明の実施の形態1においては、支持基板12の厚みを、第1の圧電基板11の厚みと第2の圧電基板13の厚みの合計50μmの6倍である0.3mmとしているが、第1の圧電基板11の厚みと第2の圧電基板13の厚みの合計と支持基板12の厚みとの関係は、第1の圧電基板11の熱膨張を効果的に拘束するためには、支持基板12の厚みが第1の圧電基板11の厚みと第2の圧電基板13の厚みの合計よりも大きくなるようにする必要があり、その比は弾性表面波デバイスにおいて必要とする周波数の温度変化特性のレベルに応じて適宜設定すれば良いものである。
In the first embodiment of the present invention described above, the thickness of the
(実施の形態2)
以下、実施の形態2を用いて、本発明の特に請求項2に記載の発明について説明する。
(Embodiment 2)
The second aspect of the present invention will be described below with reference to the second embodiment.
なお、この実施の形態2において、上記した本発明の実施の形態1と相違する点は、支持基板として弾性表面波を伝播する圧電基板と同種の圧電基板を用い、そして、この支持基板として使用する圧電基板の方向は最も熱膨張係数の小さい方向を弾性表面波の伝搬方向と平行にし、さらに弾性表面波を伝搬する圧電基板と、支持基板として用いる圧電基板とを直接接合により接合した点である。 The second embodiment is different from the first embodiment of the present invention described above in that a piezoelectric substrate of the same type as a piezoelectric substrate that propagates a surface acoustic wave is used as the support substrate, and is used as the support substrate. The direction of the piezoelectric substrate to be used is that the direction with the smallest thermal expansion coefficient is parallel to the propagation direction of the surface acoustic wave, and the piezoelectric substrate that propagates the surface acoustic wave and the piezoelectric substrate used as the support substrate are joined by direct joining. is there.
図2は本発明の実施の形態2における弾性表面波デバイスの模式図を示したものである。
FIG. 2 shows a schematic diagram of a surface acoustic wave device according to
図2において、21はその表面において弾性表面波を励振する素子を形成する第1の圧電基板で、この第1の圧電基板21は、タンタル酸リチウム単結晶を、弾性表面波の伝搬に適合するように、X軸を中心にY軸からZ軸方向に36°の範囲の角度で回転させた法線方向を有するようにカットして構成しているもので、その厚みは約25μmであり、そして、その表面にX軸方向に進行方向を有する弾性表面波を励振する素子を形成するものである。
In FIG. 2,
22は第2の圧電基板で、この第2の圧電基板22は、タンタル酸リチウム単結晶を、Y軸が法線方向を有するようにカットして構成しているもので、その厚みは約0.3mmである。そして、この第2の圧電基板22は、前記第1の圧電基板21における弾性表面波を励振する面と反対側の面に、第1の圧電基板21の弾性表面波の伝搬方向であるX軸方向(熱膨張係数16ppm/℃)と、第2の圧電基板22における熱膨張係数の最も小さいZ軸方向(熱膨張係数4ppm/℃)とが同じ向きになるような方向で直接接合しているものである。このような接合を行うことにより、第1の圧電基板21の弾性表面波の伝搬方向における熱膨張を第2の圧電基板22により拘束することができるため、弾性表面波デバイスの温度変化による周波数特性の変化を抑制することができるものである。
23は第3の圧電基板で、この第3の圧電基板23は、タンタル酸リチウム単結晶を、X軸を中心にY軸からZ軸方向に36°の範囲の角度で回転させた法線方向を有するようにカットして構成しているもので、その厚みは約25μmである。そして、この第3の圧電基板23は、前記第2の圧電基板22において、第1の圧電基板21を接合した面とは反対側の面に、第1の圧電基板21のX軸の方向と第3の圧電基板23のX軸の方向が同方向になるような方向で直接接合しているものである。そして、前記第1の圧電基板21と第2の圧電基板22と第3の圧電基板23の接合体が接合基板24を構成しているものである。
このように、第2の圧電基板22を挟んで第1の圧電基板21の反対面に、第1の圧電基板21と材質と厚みが同じである第3の圧電基板23を、第1の圧電基板21の平面方向における熱膨張係数が大きい方向と、第3の圧電基板23の平面方向における熱膨張係数が大きい方向とが同方向になるように接合することにより、第1の圧電基板21と第2の圧電基板22との熱膨張係数の差により発生する接合基板24における垂直方向の応力を第3の圧電基板23により相殺することができるため、温度変化による反りを抑制することができるものである。
In this way, the third
25は前記接合基板24における弾性表面波を励振する面、すなわち第1の圧電基板21の露出した面において、第1の圧電基板21のX軸方向に複数の電極指を配置した櫛形電極で、この櫛形電極25は、アルミニウムを主成分とする金属よりなり、交流電圧を印加することによりX軸方向に伝搬する弾性表面波を励振するものである。また、前記接合基板24は、櫛形電極25およびその他の回路(図示せず)を形成した後に、励振空間を封止することにより弾性表面波デバイスが製造されるものである。
以上のように、本発明の実施の形態2においては、弾性表面波の伝搬方向において第1の圧電基板21の熱膨張係数よりも熱膨張係数の小さい第2の圧電基板22を接合することにより、第1の圧電基板21の弾性表面波の伝搬方向における熱膨張を拘束するようにしているため、弾性表面波デバイスの温度変化による周波数特性の変化を抑制することができるものである。
As described above, in the second embodiment of the present invention, the second
また、前記第2の圧電基板22を挟んで第1の圧電基板21の反対面に、第1の圧電基板21と同種の圧電物質で厚みが等しい第3の圧電基板23を、第1の圧電基板21の平面方向における熱膨張係数が大きい方向であるX軸の方向と、第3の圧電基板23の平面方向における熱膨張係数が大きい方向であるX軸の方向とが同方向になるように接合しているため、弾性表面波が進行するX軸の方向と平面方向におけるX軸に垂直な方向において、第1の圧電基板21の熱膨張係数と第3の圧電基板23の熱膨張係数とは等しくなり、これにより、第2の圧電基板22を中心に略対称な形状となる。そして、第1の圧電基板21と第2の圧電基板22との熱膨張係数の差により生ずる垂直方向の応力が、第3の圧電基板23と第2の圧電基板22との熱膨張係数の差により生ずる逆方向の応力により相殺されるため、温度変化による接合基板24の反りを抑制することができるものである。
Further, a third
そしてまた、弾性表面波デバイスの製造工程における常温〜260℃の熱履歴の中でも、接合基板24の熱膨張による反りを抑制することができるため、接合基板24の反りによる割れなどの破損を防止することができ、これにより、弾性表面波デバイスの製造歩留まりを向上させることができるものである。
In addition, since the warpage due to thermal expansion of the
さらに、弾性表面波デバイスがその動作時に温度上昇した場合においても、基板の反りによるクラックの発生を防止できるため、信頼性を向上させることができるものである。 Furthermore, even when the temperature of the surface acoustic wave device rises during its operation, the occurrence of cracks due to the warp of the substrate can be prevented, so that the reliability can be improved.
さらにまた、本発明の実施の形態2においては、弾性表面波を励振する第1の圧電基板21と第1の圧電基板21の熱膨張を拘束する第2の圧電基板22とを同種の圧電物質からなる単結晶により構成するとともに直接接合しているため、その接合面における音響インピーダンスの整合性を高めることができ、これにより、接合面における音響波の反射を低減させることができるものである。
Furthermore, in the second embodiment of the present invention, the first
これは、第1の圧電基板21の表面において励振された弾性表面波の一部が漏洩し、基板の深さ方向に進行する漏洩バルク波となるが、この漏洩バルク波は第1の圧電基板21と第2の圧電基板22の接合面において反射し、そして、これが表面に戻って来てノイズ成分となるのを抑制することができるため、弾性表面波デバイスの電気特性を向上させることができるものである。また、これは、リーキー波を用いた弾性表面波デバイスにおいて、特に漏洩バルク波を生じやすいため、その影響は大きく、特に弾性表面波デバイスを薄型化して、第1の圧電基板21の厚みを薄くしたときに影響が大きいものである。
This is a part of the surface acoustic wave excited on the surface of the first
また、本発明の実施の形態2においては、第2の圧電基板22と第3の圧電基板23とを同種の圧電物質からなる単結晶により構成するとともに直接接合しているため、第2の圧電基板22と第3の圧電基板23との間の接合面における音響インピーダンスの整合を取ることができ、これにより、この接合面における漏洩バルク波の反射を抑制することができるため、弾性表面波デバイスの電気的特性をさらに向上させることができるものである。
In the second embodiment of the present invention, the second
なお、上記した本発明の実施の形態2においては、第1の圧電基板21の厚みと第3の圧電基板23の厚みを同じ25μmにしているが、反りの程度の最小化のために第1の圧電基板21の厚みと第3の圧電基板23の厚みにわずかな差を設けることも可能であり、また、周波数温度特性の最適化のために、または信頼性の最適化のために好適なわずかな反りが生じるように、第1の圧電基板21の厚みと第3の圧電基板23の厚みに差を設けることも可能である。
In the above-described second embodiment of the present invention, the thickness of the first
また、上記した本発明の実施の形態2においては、第2の圧電基板22の厚みを、第1の圧電基板21の厚みと第3の圧電基板23の厚みの合計50μmの6倍である0.3mmとしているが、第1の圧電基板21の厚みと第3の圧電基板23の厚みの合計と第2の圧電基板22の厚みとの関係は、第1の圧電基板21の熱膨張を効果的に拘束するためには、第2の圧電基板22の厚みが第1の圧電基板21の厚みと第3の圧電基板23の厚みの合計よりも大きくなるようにする必要があり、その比は弾性表面波デバイスにおいて必要とする周波数の温度変化特性のレベルに応じて適宜設定すれば良いものである。
In the second embodiment of the present invention described above, the thickness of the second
本発明に係る弾性表面波デバイスは、温度変化による基板の反りを抑制することにより、製造歩留まりや信頼性を向上させたもので、主として移動体通信機器に用いられる弾性表面波フィルタや弾性表面波デュプレクサなどの弾性表面波デバイス等において有用となるものである。 The surface acoustic wave device according to the present invention improves the manufacturing yield and reliability by suppressing the warpage of the substrate due to temperature change. The surface acoustic wave filter and the surface acoustic wave mainly used in mobile communication equipment. This is useful in a surface acoustic wave device such as a duplexer.
11 第1の圧電基板
12 支持基板
13 第2の圧電基板
15 櫛形電極
21 第1の圧電基板
22 第2の圧電基板
23 第3の圧電基板
25 櫛形電極
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2009
- 2009-02-27 JP JP2009045139A patent/JP2010200197A/en active Pending
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