JP2011040999A

JP2011040999A - 弾性表面波素子の製造方法

Info

Publication number: JP2011040999A
Application number: JP2009186635A
Authority: JP
Inventors: Yoshitake Ryu; 欣毅劉; Masashi Omura; 正志大村
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2029-08-11
Also published as: JP4863097B2; US8689416B2; US20110035915A1

Abstract

【課題】電極パターンを形成するときに発生する圧電基板の反りを防ぐことができる弾性表面波素子の製造方法を提供する。
【解決手段】弾性表面波素子１０の製造方法は、（ｉ）圧電基板１２の一方主面１２ｔに、圧電基板１２よりも線膨張係数が小さい支持部材１４を接合して複合基板１１を形成する第１の工程と、（ii）複合基板１１の支持部材１４に、支持部材１４と圧電基板１２との接合界面１２ｔとは反対側の表面１４ｓから複数の溝１４ｔを形成する第２の工程と、（iii）複合基板１１の圧電基板１２の他方主面１２ｓに、ＩＤＴ電極を含む電極パターン１６を形成する第３の工程と、（iｖ）電極パターン１６を形成した複合基板１１を分割して個片化する第４の工程とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、弾性表面波素子の製造方法に関し、詳しくは、圧電基板表面の弾性表面波を利用するフィルタや共振子などの弾性表面波素子の製造方法に関する。

従来、例えば送信帯域と受信帯域の周波数差が小さい移動体通信システムにおいて、受信帯域での減衰量を確保するため、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３；ＬＴ）やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３；ＬＮ）などの電気機械結合係数の大きな圧電基板を使用した弾性表面波フィルタが用いられている。しかし、ＬＴ基板やＬＮ基板の周波数温度係数（ＴＣＦ）が大きいため、製造ばらつきを考慮すると、送受信帯域間隔は実質的に非常に小さくなる。そのため、温度特性の改善が望まれている。

温度特性を改善する方策として、圧電基板に、圧電基板よりも高い強度及び弾性を持つ支持部材を貼り合わせた構成とすることが提案されている。

このような構成の弾性表面波素子を製造する方法として、例えば図５の断面図に示すように、比較的厚い圧電基板１１１Ａとシリコン基板１１２Ａとを貼り合わせた後、それぞれの基板１１１Ａ，１１２Ａを切削・研磨し（図５（ｂ）及び（ｃ）における切削・削除部分１１１Ｃ，１１２Ｃ参照）、所望の程度に薄化された圧電基板１１１Ｂとシリコン基板１１２Ｂとが接合された構成にすることが提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、図６の断面図に示す弾性表面波素子用基板の製造方法が提案されている。すなわち、図６（ａ）に示すように、線膨張係数が異なる第１の基板２０１と第２の基板２０２とを洗浄した後、図６（ｂ）に示すように、第１の基板２０１と第２の基板２０２とを接合して接合基板２０６を形成する。そして、図６（ｃ）に示すように、接合基板１０６の第１の基板２０１側に切り込み２０７を形成した後、接合強度アップのために接合基板２０６の熱処理を行い、このときの加熱に伴う熱応力によって、図６（ｄ）に示すように、切り込み２０７に沿って第１の基板２０１を分割する（例えば特許文献２参照）。

特開２００４−２９７６９３号公報特開２００２−２１７６６６号公報

図５のような製造方法では、薄くされた圧電基板の表面にＩＤＴ電極（ＩＤＴ：interdigital transducers）などの電極パターンを形成する必要がある。圧電基板と支持基板とは線膨張係数が異なり、圧電基板は薄くされているため、電極パターンを形成する工程において、圧電基板は温度変化に伴い反りやすい。圧電基板が反ると、電極パターン形成の精度が悪くなったり、圧電基板自体が破損するなどの不具合が発生しやすくなる。

図６のような製造方法では、切り込みの深さ、幅や角度を正確にコントロールすることが困難であるために、熱を加えた際に基板にひびや割れなどの破損が生じやすい。また、第１の基板を完全に切断できても、第１の基板の表面に切り込みがあるため、第１の基板の表面に電極パターンを形成する工程時に正確なパターン合わせが難しい。

本発明は、かかる実情に鑑み、電極パターンを形成するときに発生する圧電基板の反りを防ぐことができる弾性表面波素子の製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した弾性表面波素子の製造方法を提供する。

弾性表面波素子の製造方法は、（ｉ）圧電基板の一方主面に、該圧電基板の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する支持部材を接合して複合基板を形成する第１の工程と、（ii）前記複合基板の前記支持部材に、前記支持部材と前記圧電基板との接合界面とは反対側の表面から複数の溝を形成する第２の工程と、（iii）前記複合基板の前記圧電基板の他方主面に、ＩＤＴ電極を含む電極パターンを形成する第３の工程と、（iｖ）前記電極パターンを形成した前記複合基板を分割して個片化する第４の工程とを備える。

上記方法によれば、第３の工程において電極パターンを形成するときに、圧電基板と支持部材との接合界面への応力集中を、溝によって分散させることができるので、圧電基板の反りや割れなどの不具合の発生を防止することができる。

また、溝は支持部材側に形成し、圧電基板の他方主面には溝による凹凸がないため、圧電基板の他方主面に電極パターンを正確に形成することができる。

好ましくは、前記第２の工程の後、かつ前記第３の工程の前に、前記溝に充填材料を充填する。前記第３の工程の後、かつ前記第４の工程の前に、前記充填材料を除去する。

この場合、溝に充填材料を充填することにより、支持部材と圧電基板との接合界面とは反対側の支持部材の表面側を平らにし、第３の工程において電極パターンを形成するときに支持部材の表面側を吸着して、圧電基板の反りを防ぐことができる。

好ましくは、前記第３の工程の後、かつ前記第４の工程の前に、前記溝に、前記圧電基板の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する低膨張係数材料を充填し、前記第４の工程において分割され、個片化された前記複合基板が、前記低膨張係数材料を備えているようにする。

この場合、個片化された複合基板が低膨張係数材料を備えることによって、周波数温度係数（ＴＣＦ）を改善することができる。

本発明によれば、電極パターンを形成するときに発生する圧電基板の反りを防ぐことができる。

弾性表面波素子の製造工程を示す断面図である。（実施例１）弾性表面波素子の製造工程を示す断面図である。（実施例１）弾性表面波素子の製造工程を示す断面図である。（実施例２）弾性表面波素子の製造工程を示す断面図である。（実施例２）弾性表面波素子の製造工程を示す断面図である。（従来例１）弾性表面波素子の製造工程を示す断面図である。（従来例２）

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４を参照しながら説明する。

＜実施例１＞実施例１の弾性表面波素子１０の製造方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１及び図２は、弾性表面波素子の製造工程を模式的に示す断面図である。

弾性表面波素子１０は、図２（ｇ）に示すように、圧電基板１２の一方主面である裏面１２ｔに支持部材１４が接合されており、圧電基板１２の他方主面である表面１２ｓに、ＩＤＴ電極を含む電極パターン１６が形成されている。

弾性表面波素子１０は、次の（ａ）〜（ｇ）の工程により作製することができる。以下、各工程について、図１及び図２を参照しながら説明する。

（ａ）基板接合工程
まず、図１（ａ）に示すように、圧電基板１２の裏面１２ｔに支持部材１４を接合して複合基板１１を形成する。支持部材１４には、圧電基板１２の線膨張係数より小さい線膨張係数を有する材料を用いる。例えば、圧電基板１２にタンタル酸リチウム、支持部材１４には、Ａｌ_２Ｏ_３，Ｓｉ，ＳｉＯ_２などを用いる。接合の手法は問わない。例えば、接着剤を介した接合、溶射又は接合表面の親水化処理による直接接合などの手法を適用できる。

（ｂ）基板薄化工程
次いで、図１（ｂ）に示すように、圧電基板１２の表面１２ｓと、支持部材１４の表面１４ｔ（すなわち、圧電基板１２と支持部材１４との接合界面１２ｔとは反対側の表面１４ｓ）とを切削、研磨し、圧電基板１２と支持部材１４とを所望の厚みにする。

（ｃ）溝形成工程
次いで、図１（ｃ）に示すように、支持部材１４の表面１４ｓに複数の溝１４ｔを形成する。溝１４ｔの形成方法は問わない。例えば、ダイシングブレードによる切削、ドライエッチング、ウェットエッチングなどの手法を適用できる。

（ｄ）充填工程
次いで、図１（ｄ）に示すように、樹脂などの柔らかい充填材料２０を溝１４ｔに埋め込んだ後、支持部材１４の表面１４ｓ側を平らにする。例えば、ディスペンサを用いて充填材料２０を溝１４ｔに充填する。あるいは、支持部材１４の表面１４ｓ側から、マスクを介して、スパッタリングによって溝１４ｔ内に柔らかい金属材料を堆積させる。支持部材１４の表面１４ｓ側を平らにしておくのは、後の電極パターン形成工程において、支持部材１４を安定して吸着できるようにするためである。充填材料２０として柔らかい材料を使用しているため、支持部材１４に溝１４ｔを形成しても、応力集中を分散させる効果は維持される。

（ｅ）電極パターン形成工程
次いで、図２（ｅ）に示すように、圧電基板１２の表面１２ｓに、ＩＤＴ電極を含む電極パターン１６を、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術を用いて形成する。

（ｆ）充填除去工程
次いで、図２（ｆ）に示すように、支持部材１４側から、溝１４ｔ内の充填材料２０を、溶剤を用いるなどして、除去する。

（ｇ）基板分割工程
次いで、図２（ｇ）に示すように、圧電基板１２に、ダイシング加工などにより溝１２ｘを形成し、弾性表面波素子１０の個片に分割する。

以上の製造方法では、圧電基板１２の表面１２ｓに、ＩＤＴ電極を含む電極パターン１６を形成するときに、圧電基板１２の裏面１２ｔに接合された支持部材１４には溝１４ｔが形成されており、圧電基板１２と支持部材１４との接合界面１２ｔへの応力集中が溝１４ｔによって分散されるので、電極パターン１６を形成するときの熱応力による圧電基板１２の反り、割れなどの不具合発生を防ぐことができる。

また、溝１４ｔが支持部材１４側に形成され、圧電基板１２の表面１２ｓには、溝１４ｔの切り込みによる凹凸が形成されないため、圧電基板１２の表面１２ｓに電極パターン１６を正確にパターンニングすることが可能である。

さらに、ダイシングブレードなどにより支持部材１４に溝１４ｔを形成することにより、支持部材１４を直接分割しているため、支持部材１４を分割するときに圧電基板１２が損傷しないようにすることができる。

図１及び図２に示すように、弾性表面波素子１０の個片の大きさと一致する位置（すなわち、弾性表面波素子１０の個片の境界線と一致する位置）に、支持部材１４を貫通して圧電基板１２との接合界面１２ｔに達し、支持部材１４を完全に分離するように溝１４ｔを形成すると、複合基板１１を分割し、個片化するときに支持部材１４の加工が不要となり、工程が簡単になるので、好ましい。

もっとも、溝は、支持部材の表面側から任意の位置に形成することができる。また、溝は、支持部材の厚み方向の途中まで形成し、支持部材を貫通しないように、すなわち圧電基板に達しないように、形成してもよい。いずれの場合も、溝により応力集中を緩和し、圧電基板の反り等を防ぐことができる。

＜実施例２＞実施例２の弾性表面波素子１０ａの製造方法について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３及び図４は、弾性表面波素子１０ａの製造工程を模式的に示す断面図である。

実施例２の弾性表面波素子１０ａは、図４（ｈ）に示すように、実施例１の弾性表面波素子１０と同様に、圧電基板１２の表面１２ｓに、ＩＤＴ電極を含む電極パターン１６が形成されており、圧電基板１２の裏面１２ｔには支持部材１４が接合されている。

ただし、実施例１の弾性表面波素子１０と異なり、圧電基板１２の裏面１２ｔには、支持部材１４に加え、低線膨張係数材料３０が接合されている。低線膨張係数材料３０は、支持部材１４にも接合されている。

実施例２の弾性表面波素子１０ａは、圧電基板１２より線膨張係数の小さい低線膨張係数材料３０が圧電基板１２の裏面１２ｔに接合され、温度変化に伴う圧電基板１２の収縮が低線膨張係数材料３０によって拘束されるため、実施例１の弾性表面波素子１０と比べ、温度特性がさらに改善されるようにすることができる。

実施例２の弾性表面波素子１０ａは、次の（ａ）〜（ｈ）の工程により作製することができる。（ａ）〜（ｆ）の工程は、実施例１と同じである。以下、各工程について、図３及び図４を参照しながら説明する。

（ａ）基板接合工程
まず、図３（ａ）に示すように、圧電基板１２の裏面１２ｔに支持部材１４を接合して複合基板１１を形成する。支持部材１４には、圧電基板１２の線膨張係数より小さい線膨張係数を有する材料を用いる。例えば、圧電基板１２にタンタル酸リチウム、支持部材１４には、Ａｌ_２Ｏ_３，Ｓｉ，ＳｉＯ_２などを用いる。接合の手法は問わない。例えば、接着剤を介した接合、溶射又は接合表面の親水化処理による直接接合などの手法を適用できる。

（ｂ）基板薄化工程
次いで、図３（ｂ）に示すように、圧電基板１２の表面１２ｓと、支持部材１４の表面１４ｓ（すなわち、圧電基板１２と支持部材１４との接合界面１２ｔとは反対側の表面１４ｓ）とを切削、研磨し、圧電基板１２と支持部材１４とを所望の厚みにする。

（ｃ）溝形成工程
次いで、図３（ｃ）に示すように、支持部材１４の表面１４ｓに複数の溝１４ｔを形成する。溝１４ｔの形成方法は問わない。例えば、ダイシングブレードによる切削、ドライエッチング、ウェットエッチングなどの手法を適用できる。

（ｄ）充填工程
次いで、図３（ｄ）に示すように、樹脂などの柔らかい充填材料２０を溝１４ｔに埋め込んだ後、支持部材１４の表面１４ｓ側を平らにする。例えば、ディスペンサを用いて充填材料２０を溝１４ｔに充填する。あるいは、支持部材１４の表面１４ｓ側から、マスクを介して、スパッタリングによって溝１４ｔ内に柔らかい金属材料を堆積させる。支持部材１４の表面１４ｓ側を平らにしておくのは、後の電極パターン形成工程において、支持部材１４を安定して吸着できるようにするためである。充填材料２０として柔らかい材料を使用しているため、支持部材１４に溝１４ｔを形成しても、応力集中を分散させる効果は維持される。

（ｅ）電極パターン形成工程
次いで、図４（ｅ）に示すように、圧電基板１２の表面１２ｓに、ＩＤＴ電極を含む電極パターン１６を、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術を用いて形成する。

（ｆ）充填除去工程
次いで、図４（ｆ）に示すように、支持部材１４側から、溝１４ｔ内の充填材料２０を、溶剤を用いるなどして、除去する。

（ｇ）再充填工程
次いで、図４（ｇ）に示すように、支持部材１４の表面１４ｓ側から溝１４ｔ内に、圧電基板１２の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する低線膨張係数材料３０を、ディスペンサなどで充填する。

（ｈ）基板分割工程
次いで、図４（ｈ）に示すように、ダイシング加工などにより、圧電基板１２に溝１２ｘを形成し、かつ、低線膨張係数材料３０に溝３０ｘを形成して、弾性表面波素子１０ａの個片に分割する。

図３及び図４に示すように、弾性表面波素子１０の個片の大きさと一致する位置（すなわち、弾性表面波素子１０の個片の境界線と一致する位置）に、支持部材１４を貫通して圧電基板１２との接合界面１２ｔに達し、支持部材１４を完全に分離するように溝１４ｔを形成すると、複合基板１１を分割し、個片化した後に、圧電基板１２の裏面１２ｔには、周縁に沿って低線膨張係数材料３０が接合される。低線膨張係数材料３０には、たとえば、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，Ｓｉなどを用いることができる。この場合、複合基板１１を分割し、個片化するときに支持部材１４の加工が不要となり、工程が簡単になる上、温度変化に伴う圧電基板１２の収縮が、圧電基板１２の裏面１２ｓの周縁に沿って接合された低線膨張係数材料３０によって効果的に拘束され、温度特性の改善効果が高まるので、好ましい。

もっとも、溝は、支持部材の表面側から任意の位置に形成することができる。また、溝は、支持部材の厚み方向の途中まで形成し、支持部材を貫通しないように、すなわち圧電基板に達しないように、形成してもよい。いずれの場合も、溝により応力集中を緩和し、圧電基板の反りを防ぐことができる上、低線膨張係数材料によって温度特性を改善することができる。

＜まとめ＞以上に説明したように、圧電基板の表面に弾性表面波素子の電極パターン形成する前に、圧電基板の裏面に接合した支持部材に複数の溝を形成しておくことにより、圧電基板の表面に弾性表面波素子の電極パターン形成する際の温度変化に伴って生じる圧電基板と支持部材との接合界面への応力集中を分散させることができるので、電極パターン形成工程における圧電基板の反りや割れなどの不具合発生を防止することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

１０，１０ａ弾性表面波素子
１１複合基板
１２圧電基板
１２ｓ表面（他方主面）
１２ｔ裏面（一方主面）
１４支持部材
１４ｓ表面
１４ｔ溝
１６電極パターン
２０充填材料
３０低線膨張係数材料

Claims

圧電基板の一方主面に、該圧電基板の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する支持部材を接合して複合基板を形成する第１の工程と、
前記複合基板の前記支持部材に、前記支持部材と前記圧電基板との接合界面とは反対側の表面から複数の溝を形成する第２の工程と、
前記複合基板の前記圧電基板の他方主面に、ＩＤＴ電極を含む電極パターンを形成する第３の工程と、
前記電極パターンを形成した前記複合基板を分割して個片化する第４の工程と、
を備えたことを特徴とする弾性表面波素子の製造方法。
前記第２の工程の後、かつ前記第３の工程の前に、前記溝に充填材料を充填し、
前記第３の工程の後、かつ前記第４の工程の前に、前記充填材料を除去することを特徴とする、請求項１に記載の弾性表面波素子の製造方法。
前記第３の工程の後、かつ前記第４の工程の前に、前記溝に前記圧電基板の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する低膨張係数材料を充填し、
前記第４の工程において分割され、個片化された前記複合基板が、前記低膨張係数材料を備えているようにすることを特徴とする、請求項１又は２に記載の弾性表面波素子の製造方法。