JP2014147054A - 圧電基板及び弾性表面波素子 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化による変形量が小さく弾性表面波素子に用いた際に周波数温度係数を低減でき、かつスプリアス応答の発生も抑制可能な圧電基板の提供。
【解決手段】圧電基板１は、圧電効果を奏する圧電層２と、この圧電層２の裏面側に積層され、上記圧電層よりも線膨張係数が小さい支持層３とを備え、上記圧電層の平均厚さＴ１に対する上記支持層３の平均厚さＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）が、５以上１５未満である。上記圧電層２の平均厚さＴ１が１０μｍ以上５０μｍ以下であり、上記支持層３の平均厚さＴ２が１００μｍ以上５００μｍ以下であるとよい。上記支持層表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍ以上１μｍ以下であるとよい。上記圧電層２の主成分がタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムであるとよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電基板及び弾性表面波素子に関する。

携帯電話等の通信端末や、基地局等で用いられる通信機器には、任意の周波数の電気信号を取り出すために弾性表面波を利用したフィルタ（ＳＡＷフィルタ）が一般に備えられる。このＳＡＷフィルタは、圧電基板の表面に櫛型電極が配設されたもので、櫛形電極のピッチに応じた周波数の表面弾性波信号を受発信するものである。このＳＡＷフィルタに用いられる圧電基板が熱により膨張すると、櫛形電極のピッチが変化しフィルタの中心周波数が変化してしまうため、圧電基板には、電気信号から機械的振動への変換効率（電気機械結合係数）の高さに加えて温度変化による変形量の低さが求められる。

上記圧電基板の材料としては、一般にニオブ酸リチウム（ＬＮ）やタンタル酸リチウム（ＬＴ）に代表される高結合圧電単結晶が用いられる。これらの結晶は、選択周波数の帯域幅が大きくかつ電気信号の損失も少ないため、これらの結晶を用いることで高性能の圧電基板を得ることができる。

しかし、ＬＮやＬＴの単結晶板は劈開割れが生じやすいため、加工性が悪く、小さな応力や衝撃によっても破損するおそれがある。また、線膨張係数（熱膨張率）が比較的大きいため、温度変化によってＳＡＷフィルタの中心周波数が著しく変化する。さらには、結晶内の方位によって線膨張係数が異なるため、加熱により内部に応力歪みが生じて基板が割れるという不都合がある。

そこで、上記単結晶板（圧電層）にこの単結晶板よりも線膨張係数の小さい支持板（支持層）を張り合わせることで、圧電層の温度変化による変形を抑えてフィルタ中心周波数の変化（周波数温度係数の絶対値）の低減及び割れ防止を図った圧電基板が提案されている（特開２００５−２２９４５５号公報参照）。

特開２００５−２２９４５５号公報

上記公報に開示される圧電基板は、圧電層及び支持層の厚さをそれぞれ規定することで圧電基板の温度変化による変形及び強度を改善している。しかし、例えば上記公報の実施例のように支持層の厚さに対して圧電層の厚さを相対的に小さくし過ぎると、圧電効果で発生するバルク波が圧電層と支持層との境界で反射を起こすため、不要な応答（スプリアス応答）が増加するという不都合が発生する。

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、温度変化による変形量が小さく弾性表面波素子に用いた際に周波数温度係数の絶対値を低減でき、同時にスプリアス応答の発生も抑制可能な圧電基板及びこの圧電基板を用いた弾性表面波素子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明者らは、圧電層の厚さに対する支持層の厚さの比を一定値以上とすることで圧電基板の温度変化による変形量を低減することができ、また同時に圧電層の厚さに対する支持層の厚さの比を一定値以下とすることでスプリアス応答の発生を抑制することができることを見出した。

すなわち、上記課題を解決するためになされた発明は、
圧電層と、
この圧電層の裏面側に積層され、上記圧電層よりも線膨張係数が小さい支持層と
を備え、
上記圧電層の平均厚さＴ１に対する上記支持層の平均厚さＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）が、５以上１５未満である圧電基板である。

当該圧電基板は、圧電層の平均厚さＴ１に対する支持層の平均厚さＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）を上記下限以上とすることで、圧電層の温度変化による膨張及び収縮を抑制することができる。また同時に圧電層の平均厚さＴ１に対する支持層の平均厚さＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）を上記上限未満とすることで、バルク波の境界反射を防止してスプリアス応答の発生を抑制することができる。

上記圧電層の平均厚さＴ１としては１０μｍ以上５０μｍ以下が好ましく、上記支持層の平均厚さＴ２としては１００μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。圧電層の平均厚さを上記範囲内とすることでバルク波の波長を大きくして境界反射をさらに効果的に防止できると共に、圧電層の温度変化による変形量もさらに効果的に低減できる。また、支持層の平均厚さを上記範囲内とすることで当該圧電基板の機械的強度及び取扱い性を向上させることができる。

上記支持層表面の算術平均粗さ（Ｒａ）としては、０．０５μｍ以上１μｍ以下が好ましい。このように支持層表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を上記範囲内とすることで、バルク波が支持層表面で拡散され易くなるため、バルク波の境界反射をさらに効果的に防止することができる。

上記圧電層の主成分としてはタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムが好ましい。このようにタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムを圧電層に用いることで、圧電層の電気機械結合係数を高め、当該圧電基板の周波数フィルタ特性を向上させることができる。

上記支持層の主成分としてはサファイア、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、スピネル、又はシリコンが好ましい。このようにサファイア、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、スピネル、又はシリコンを支持層に用いることで、当該圧電基板の温度変化による変形及び機械的強度をより改善することができる。

当該圧電基板は、上記圧電層と支持層との間に接着層をさらに有するとよい。このように圧電層と支持層とを接着層を介して積層することで、容易かつ確実に圧電層と支持層とを接合することができる。

上記接着層の平均厚さとしては、１μｍ以上５μｍ以下が好ましい。このように接着層の平均厚さを上記範囲内とすることで、温度変化による変形量を低減しつつ容易かつ確実に圧電層と支持層とを接合することができる。

上記接着層の主成分としてはエポキシ樹脂が好ましい。このようにエポキシ樹脂を接着層に用いることで、当該圧電基板の耐熱性、耐久性等を向上させることができる。

当該圧電基板は、上記支持層の裏面側に積層され、上記支持層よりも線膨張係数が大きい変形抑制層をさらに備えるとよい。このような変形抑制層を備えることで、支持層が表面側の圧電層の熱膨張（又は熱収縮）と裏面側の変形抑制層の熱膨張（又は熱収縮）とを受けるため、支持層の片面（圧電層が積層された側の面）のみが変形して歪みが発生することを防止できる。その結果、当該圧電基板の温度変化による変形をより効果的に抑制することができる。

従って、当該圧電基板を用いた弾性表面波素子は、温度によるフィルタ中心周波数の変動が小さく抑えられ、かつ十分な機械的強度を有する。

ここで、「支持層表面の算術平均粗さ（Ｒａ）」及び「圧電層裏面の算術平均粗さ（Ｒａ）」とは、それぞれＪＩＳ−Ｂ０６０１（２００１）に準拠し、評価長さ（ｌ）を４８６μｍとし、カットオフ値（λｃ）を評価長さの０．２倍として算出した算術平均粗さ（Ｒａ）である。

以上説明したように、本発明の圧電基板は、温度変化による変形量が小さく弾性表面波素子に用いた際に周波数温度係数の絶対値を低減でき、同時にスプリアス応答の発生も抑制することができる。

図１は、本発明の一実施形態の圧電基板を示す模式的断面図である。 図２は、圧電層の平均厚さＴ１に対する支持層の平均厚さＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）と周波数温度係数との関係を示すグラフである。 図３は、圧電層の平均厚さＴ１に対する支持層の平均厚さＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）とスプリアス応答との関係を示すグラフである。 図４は、図１の圧電基板とは異なる実施形態の圧電基板を示す模式的断面図である。 図５は、図４の圧電基板と異なる変形抑制層を有する圧電基板を示す模式的断面図である。 図６は、図４及び図５の圧電基板と異なる変形抑制層を有する圧電基板を示す模式的断面図である。 図７は、図１及び図４の圧電基板とは異なる実施形態の圧電基板を示す模式的断面図である。 図８は、実施例１のＳＡＷ共振器のインピーダンス特性を示すグラフ（ａ）と、比較例１のＳＡＷ共振器のインピーダンス特性を示すグラフ（ｂ）である。

以下、本発明に係る圧電基板の各実施形態について図面を参照しつつ詳説する。

［第一実施形態］
図１の圧電基板１は、圧電層２と、この圧電層２の裏面側に積層され、上記圧電層２よりも線膨張係数が小さい支持層３と、圧電層２と支持層３との間に配設される接着層４とを備えている。

＜圧電層＞
圧電層２は、電気信号を機械的振動へ変換する圧電効果を奏する層である。圧電層２の主成分としては、例えばタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウム等を用いることができる。これらの中でも、電気機械結合係数に優れるタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムが好ましい。圧電層２は、例えばチョクラルスキー法で上記成分の単結晶棒を生成し、これをスライスすることで得ることができる。なお、基板方位（カット角度）としては、例えば３６°〜５０°とすることができ、ＳＡＷフィルタの用途等に応じて適宜選択することができる。

圧電層２の平均厚さＴ１の下限としては、１０μｍが好ましく、１５μｍがより好ましく、２０μｍがさらに好ましい。圧電層２の平均厚さＴ１が上記下限未満の場合、弾性表面波の伝搬ロスが大きくなるおそれや、圧電層２の加工が困難になるおそれがある。一方、圧電層２の平均厚さＴ１の上限としては、５０μｍが好ましく、４０μｍがより好ましく、３０μｍがさらに好ましい。圧電層２の平均厚さＴ１が上記上限を超える場合、圧電層２の温度変化による膨張又は収縮が大きくなるおそれや、当該圧電基板１が不要に厚くなるおそれがある。

圧電層２裏面の算術平均粗さ（Ｒａ）の上限としては、１μｍが好ましく、０．８μｍがより好ましい。圧電層２裏面の算術平均粗さ（Ｒａ）が上記上限を超える場合、接着層４の厚さのばらつきが大きくなり、接着強度が低下するおそれがある。一方、圧電層２裏面の算術平均粗さ（Ｒａ）の下限としては、０．０５μｍが好ましい。圧電層２裏面の算術平均粗さ（Ｒａ）が上記下限未満の場合、バルク波が圧電層２と支持層３との間で反射し易くなってスプリアス応答が増加するおそれや、接着層４と圧電層２との接着面積や接着剤のアンカー効果が低減し圧電層２と接着層４との接着強度が低下するおそれがある。

なお圧電層２は、上記主成分以外の成分を含んでいてもよく、例えば金属等の元素を添加してもよい。金属元素を添加することで圧電層２の機械的強度や耐熱性等を改善することができる。

＜支持層＞
支持層３は、当該圧電基板１の強度を高めると共に、温度変化による変形を抑えるための支持基材である。支持層３の主成分としては、圧電層２よりも線膨張係数が小さい単結晶やセラミックスを用いることができ、例えばサファイア、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、スピネル（酸化アルミニウムと酸化マグネシウムの混合焼結体）、シリコン、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、コージェライト、チタン酸アルミニウム、ムライト等を挙げることができる。これらの中でも、線膨張係数が小さく、ヤング率及び硬度が高いサファイア、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、スピネル又はシリコンが好ましく、機械的特性とコストや加工性とのバランスに優れたスピネルが特に好ましい。

支持層３の平均厚さＴ２の下限としては、１００μｍが好ましく、１５０μｍがより好ましく、２００μｍがさらに好ましい。支持層３の平均厚さＴ２が上記下限未満の場合、当該圧電基板１の温度変化による変形を十分に低減させることができないおそれがある。一方、支持層３の平均厚さＴ２の上限としては、５００μｍが好ましく、４００μｍがより好ましく、３００μｍがさらに好ましい。支持層３の平均厚さＴ２が上記上限を超える場合、バルク波が圧電層２と支持層３との境界で反射を起こしやすくなるおそれや、当該圧電基板１が不要に厚くなるおそれがある。

上記圧電層２の平均厚さＴ１に対する支持層３の平均厚さＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）は１５未満であり、この比（Ｔ２／Ｔ１）の上限としては、１３がより好ましく、１１がさらに好ましい。上記比（Ｔ２／Ｔ１）が上記上限を超える場合、バルク波が圧電層２と支持層３との境界で反射を起こし、スプリアス応答が増加するおそれがある。一方、圧電層２の平均厚さＴ１に対する支持層３の平均厚さＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）の下限としては、５であり、７がより好ましく、９がさらに好ましい。上記比（Ｔ２／Ｔ１）が上記下限未満の場合、当該圧電基板１の温度変化による変形が大きくなるおそれや、機械的強度が低下するおそれがある。

ここで、上記圧電層２の平均厚さＴ１に対する支持層３の平均厚さＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）の上限及び下限の規定根拠について説明する。まず砥粒♯８００の緑色炭化ケイ素（ＧＣ）で両面をラップ加工した任意の平均厚さＴ２のスピネル製の基板（支持層）と、同様のラップ加工をした回転４８°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウムの基板（圧電層）とを用意した。次に上記支持層の表面にエポキシ系のＵＶ硬化型接着剤を塗布した後、上記圧電層を積層し、３００Ｐａの真空下で３０Ｎ／ｃｍ^２の圧力を加え、その後照度２０ｍＷ／ｃｍ^２の高圧水銀灯を１時間照射して接着剤を硬化させ、圧電層と支持層とを接着した。なお、接着層の平均厚さは３μｍとした。その後、圧電層が任意の平均厚さＴ１になるまでその表面を研削しポリッシュ仕上げを行い、試験用圧電基板を制作した。この制作手順を繰り返し、圧電層の平均厚さＴ１に対する支持層の平均厚さＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）が異なる複数の試験用圧電基板を制作した。

さらに上記複数の試験用圧電基板にそれぞれ、厚さが０．２μｍ、周期が３．６μｍのアルミニウム製の櫛形電極を圧電層表面にフォトリソグラフィーで形成することで中心周波数が１０２０ＭＨｚの１ポートＳＡＷ共振器を形成し、さらにこのＳＡＷ共振器を挟むように圧電層の表面に反射器を形成し、複数の試験用弾性表面波素子を制作した。

上記複数の試験用弾性表面波素子のＳＡＷ共振器にネットワークアナライザを接続し、周辺温度を−４０℃から８５℃まで変化させて、各試験用弾性表面波素子の周波数温度係数（ＴＣＦ：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を計測した。複数の試験用弾性表面波素子において得られた周波数温度係数と平均厚さＴ１に対する支持層の平均厚さＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）との関係をプロットしたグラフを図２に示す。この図２のグラフからわかるように、Ｔ２／Ｔ１が５よりも小さくなると、周波数温度係数が−３５ｐｐｍ／℃以下となり、温度によるフィルタ中心周波数の変化が増大し、実用性に乏しくなる。そのため、平均厚さＴ１に対する支持層の平均厚さＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）を５以上とすることで温度による中心周波数の変動が小さい信頼性の高いＳＡＷフィルタを得ることができる。

また、上記複数の試験用弾性表面波素子のＳＡＷ共振器にネットワークアナライザを接続し、ＳパラメータのＳ_１１をスプリアス応答の大きさとして測定した。この複数の試験用弾性表面波素子において得られたスプリアス応答の大きさと平均厚さＴ１に対する支持層の平均厚さＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）とを図３に示す。この図３のグラフからわかるように、Ｔ２／Ｔ１が１５以上であると、スプリアス応答の大きさが３ｄＢ以上となり、実用性に乏しくなる。そのため、平均厚さＴ１に対する支持層の平均厚さＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）を１５未満とすることでスプリアス応答の小さい信頼性の高いＳＡＷフィルタを得ることができる。

支持層３表面の算術平均粗さ（Ｒａ）の下限としては、０．０５μｍが好ましく、０．１μｍがより好ましい。支持層３表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が上記下限未満の場合、バルク波が圧電層２と支持層３との間で反射し易くなってスプリアス応答が増加するおそれや、接着層４と支持層３との接着面積や接着剤のアンカー効果が低減し支持層３と接着層４との接着強度が低下するおそれがある。一方、支持層３表面の算術平均粗さ（Ｒａ）の上限としては、１μｍが好ましく、０．５μｍがより好ましい。支持層３表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が上記上限を超える場合、接着層４の厚さのばらつきが大きくなり、接着強度が低下するおそれがある。

支持層３の線膨張係数の上限としては、１６×１０^−６／℃が好ましく、８×１０^−６／℃がより好ましい。支持層３の線膨張係数が上記上限を超える場合、当該圧電基板１の温度変化による変形量を十分に低減させることができないおそれがある。一方、支持層３の線膨張係数の下限としては、１×１０^−６／℃が好ましい。支持層３の線膨張係数が上記下限未満の場合、圧電層２と線膨張係数の差が大きくなって温度変化時に支持層３の歪みが大きくなるおそれがある。

また、支持層３と圧電層２との線膨張係数の差の下限としては、５×１０^−６／℃が好ましく、７×１０^−６／℃がより好ましい。支持層３と圧電層２との線膨張係数の差上記下限未満の場合、当該圧電基板１の温度変化による変形量を十分に低減させることができないおそれがある。一方、支持層３と圧電層２との線膨張係数の差の上限としては、２０×１０^−６／℃が好ましい。支持層３と圧電層２との線膨張係数の差上記上限を超える場合、温度変化時に支持層３の歪みが大きくなるおそれがある。

支持層３のヤング率の下限としては、１００ＧＰａが好ましく、２００ＧＰａがより好ましい。支持層３のヤング率が上記下限未満の場合、支持層３が割れやすくなるおそれがある。一方、支持層３のヤング率の上限としては、５００ＧＰａが好ましく、４００ＧＰａがより好ましい。支持層３のヤング率が上記上限を超える場合、支持層３の加工が困難になるおそれがある。

支持層３のヌープ硬度の下限としては、１０００が好ましく、１２００がより好ましい。支持層３のヌープ硬度が上記下限未満の場合、支持層３が割れやすくなるおそれがある。一方、支持層３のヌープ硬度の上限としては、２５００が好ましく、１８００がより好ましい。支持層３のヌープ硬度が上記上限を超える場合、支持層３の加工が困難になるおそれがある。

＜接着層＞
接着層４は、圧電層２と支持層３とを接着する接着剤で構成される層である。この接着剤としては、ＳＡＷフィルタ製造時のハンダリフロー工程における加熱によって劣化しない耐熱性を有すれば特に限定されず、公知の熱硬化型接着剤、光硬化型接着剤等を用いることができる。接着層４には、このような耐熱性に加えて、耐久性にも優れたエポキシ樹脂を主成分とした接着剤を好適に用いることができる。特に、加熱の必要がなく製造コストを低減することができる室温硬化型又はＵＶ硬化型のエポキシ樹脂を接着層４に用いることが好ましい。

接着層４の平均厚さの下限としては、１μｍが好ましく、２μｍがより好ましい。接着層４の平均厚さが上記下限未満の場合、圧電層２と支持層３との接着強度が低下するおそれがある。一方、接着層４の平均厚さの上限としては、５μｍが好ましく、４μｍがより好ましい。接着層４の平均厚さが上記上限を超える場合、支持層３による圧電層２の変形抑制効果が低下し、当該圧電基板１の温度変化による変形を十分に低減できないおそれや、不要に当該圧電基板１が厚くなるおそれがある。

＜利点＞
当該圧電基板１は、圧電層２の平均厚さＴ１に対する支持層３の平均厚さＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）を上記下限以上とすることで、圧電層２の温度変化による膨張及び収縮を抑制することができる。また同時に圧電層２の平均厚さＴ１に対する支持層３の平均厚さＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）を上記上限以下とすることで、バルク波の境界反射を防止してスプリアス応答の発生を抑制することができる。さらに、当該圧電基板１は、接着層４を介して圧電層２及び支持層３を接合しているため、生産性及びコストにも優れる。

＜圧電基板の製造方法＞
当該圧電基板１は、例えば以下の工程を有する製造方法により容易かつ確実に製造することができる。
（１）圧電層２、接着層４及び支持層３をこの順に積層する工程
（２）接着層４を硬化させる工程
（３）圧電層２の表面を研削する工程

＜（１）積層工程＞
積層工程において、圧電層２と支持層３とを接着層４を介して積層する。接着層４は、圧電層２裏面又は支持層３表面に接着剤を塗工することで積層してもよいし、シート状に形成した接着剤を圧電層２と支持層３との間に配設してもよい。なお、圧電層２裏面及び支持層３表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が上述した範囲内となるように研磨しておくことが好ましい。なお、密着性を向上させるために、圧電層２、接着層４及び支持層３を積層した後、真空下でこの積層体を加圧することが好ましい。

＜（２）接着層硬化工程＞
接着層硬化工程において、接着層４を硬化させて圧電層２と支持層３とを接着する。接着層４の硬化方法としては、例えば室温硬化型接着剤を用いる場合は室温条件下での一定時間静置、ＵＶ硬化型接着剤を用いる場合はＵＶ照射等が用いられる。

＜（３）圧電層表面研削工程＞
圧電層表面研削工程において、圧電層２の表面を研削することで、圧電層２の厚さを調整し、圧電層２の平均厚さＴ１に対する支持層３の平均厚さＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）を上述した範囲内にする。

＜弾性表面波素子＞
当該圧電基板１は、上述のように温度変化による変形を起こし難く、かつスプリアス応答の発生も抑制できる。そのため、当該圧電基板１の表面に櫛形電極を配設した弾性表面波素子は、温度によるフィルタ中心波長の変化が小さく、スプリアス応答の発生も少ないため、ＳＡＷフィルタとして携帯電話等の通信機器に好適に用いることができる。

［第二実施形態］
図４の圧電基板１１は、圧電層２と、この圧電層２の裏面側に積層され、上記圧電層２よりも線膨張係数が小さい支持層３と、圧電層２と支持層３との間に配設される接着層４と、上記支持層３の裏面側に積層され、上記支持層３よりも線膨張係数が大きい変形抑制層５とを備えている。圧電層２、支持層３及び接着層４は上記第一実施形態の圧電基板１と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。

＜変形抑制層＞
変形抑制層５は、圧電層２の熱膨張（又は熱収縮）によって表面に変形を受ける支持層３に対し、裏面にも熱膨張（又は熱収縮）による変形を受けさせて支持層３の歪みを低減することを目的とした層である。この変形疎抑制層５の材質としては、上記支持層３よりも線膨張係数が大きければ特に限定されないが、例えば銅、ニッケル、アルミニウム、エポキシ樹脂等を好適に用いることができる。

変形抑制層５の平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、１５μｍがより好ましい。変形抑制層５の平均厚さが上記下限未満の場合、当該圧電基板１１の変形抑制効果が十分得られないおそれがある。一方、変形抑制層５の平均厚さの上限としては、１００μｍが好ましく、５０μｍがより好ましい。変形抑制層５の平均厚さが上記上限を超える場合、当該圧電基板１１が不要に厚くなるおそれがある。

変形抑制層５の線膨張係数の上限としては、２０×１０^−６／℃が好ましい。変形抑制層５の線膨張係数が上記上限を超える場合、当該圧電基板１の変形抑制効果が十分得られないおそれがある。一方、変形抑制層５の線膨張係数の下限としては、１０×１０^−６／℃が好ましい。変形抑制層５の線膨張係数が上記下限未満の場合、支持層３と線膨張係数の差が大きくなって温度変化時に支持層３の歪みが大きくなるおそれがある。

また、支持層３と変形抑制層５との線膨張係数の差の下限としては、５×１０^−６／℃が好ましく、１０×１０^−６／℃がより好ましい。支持層３と変形抑制層５との線膨張係数の差上記下限未満の場合、当該圧電基板１の変形抑制効果が十分得られないおそれがある。一方、支持層３と変形抑制層５との線膨張係数の差の上限としては、１５×１０^−６／℃が好ましい。支持層３と変形抑制層５との線膨張係数の差上記上限を超える場合、温度変化時に支持層３の歪みが大きくなるおそれがある。

変形抑制層５の形状としては、図４に示した厚さが略一定のフィルム状以外に、例えば図５に示すように厚さの異なる帯状体５ａ，５ｂが交互に形成された形状であってもよい。この帯状体５ａ，５ｂの幅は同一でもよく、異なっていてもよい。また、変形抑制層５は図６に示すように複数の帯状体５ｃから形成されていてもよい。この図６の変形抑制層５では帯状体５ｃの間の領域は支持層３の裏面が露出している。図５又は図６のような帯状の変形抑制層５を形成することで、変形抑制層５に温度変化による変形の異方性を持たせることができ、この異方性を支持層３の歪みを低減できる方向に合わせることで、当該圧電基板１１の変形を効果的に抑制することができる。なお、上記帯状体５ａ，５ｂ，５ｃの幅及び帯状体５ｃの間隔は一定であってもよいが、当該圧電基板１１の中央部から端部に向かって上記幅又は間隔が小さくなるように配設することで、さらに効果的に温度変化による当該圧電基板１１の変形を抑制することができる。

変形抑制層５の支持層３裏面側への積層方法としては、例えばファンデルワールス力によって直接結合する方法、接着剤で接着する方法、変形抑制層５の形成材料を蒸着によって支持層３裏面に形成する方法等を挙げることができる。

＜利点＞
当該圧電基板１１は、変形抑制層５を備えることで、支持層３が表面側の圧電層２の熱膨張（又は熱収縮）と裏面側の変形抑制層５の熱膨張（又は熱収縮）とを受けるため、支持層３の片面（圧電層２が積層された側の面）のみが変形して歪みが発生することを防止できる。その結果、当該圧電基板１１は、温度変化による変形をより効果的に抑制することができる。

［その他の実施例］
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

上記実施形態では、圧電層２と支持層３との間に接着層４を設け、この接着層４を介して圧電層２と支持層３とを積層したが、図７に示す圧電基板２１のように圧電層２の裏面に支持層３を直接積層したものも本発明の意図する範囲内である。このように圧電層２と支持層３とを直接接合することで、両者の接合を安定することができると共に、支持層３による圧電層２の変形抑制効果をより高めることができる。なお、圧電層２と支持層３とを直接結合する方法としては、例えば圧電層２の裏面と支持層３の表面とを清浄し密着させファンデルワールス力により結合する方法を用いることができる。

この圧電基板２１のように圧電層２と支持層３とを直接接合する場合、圧電層２及び支持層３の接合面の算術平均粗さ（Ｒａ）としては、０．０１ｎｍ以上３ｎｍ以下が好ましい。圧電層２及び支持層３の接合面の算術平均粗さ（Ｒａ）が上記上限を超える場合、接合強度が低下するおそれがある。一方、圧電層２及び支持層３の接合面の算術平均粗さ（Ｒａ）が上記下限未満の場合、加工コストが大きくなるおそれがある。

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
砥粒♯８００の緑色炭化ケイ素（ＧＣ）で両面をラップ加工した任意の平均厚さ２５０μｍのスピネル製の基板（支持層）と、同様のラップ加工をした回転４８°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウムの基板（圧電層）とを用意した。次に上記支持層の表面にエポキシ系のＵＶ硬化型接着剤を塗布した後、上記圧電層を積層し、３００Ｐａの真空下で３０Ｎ／ｃｍ^２の圧力を加え、その後照度２０ｍＷ／ｃｍ^２の高圧水銀灯を１時間照射して接着剤を硬化させ、圧電層と支持層とを接着した。なお、接着層の平均厚さは３μｍとした。その後、圧電層が任意の平均厚さ２５μｍになるまでその表面を研削しポリッシュ仕上げを行い、実施例１の圧電基板を制作した。

［実施例２及び３］
ポリッシュ仕上げ後の圧電層の平均厚さをそれぞれ表１に記載した値とした以外は、実施例１と同様の条件で圧電基板を制作し、実施例２及び３の圧電基板を得た。

［実施例４］
支持層をサファイア製としたこと以外は、実施例１と同様の条件で圧電基板を制作し、実施例４の圧電基板を得た。

［実施例５］
支持層を酸化アルミニウム製としたこと以外は、実施例１と同様の条件で圧電基板を制作し、実施例５の圧電基板を得た。

［実施例６］
支持層を酸化マグネシウム製としたこと以外は、実施例１と同様の条件で圧電基板を制作し、実施例６の圧電基板を得た。

［実施例７］
支持層をシリコン製としたこと以外は、実施例１と同様の条件で圧電基板を制作し、実施例７の圧電基板を得た。

［実施例８］
支持層の平均厚さ及びポリッシュ仕上げ後の圧電層の平均厚さを表１に記載した値とした以外は、実施例１と同様の条件で圧電基板を制作し、実施例８の圧電基板を得た。

［比較例１］
ポリッシュ仕上げ後の圧電層の平均厚さ及び接着層の平均厚さを表１に記載した値とした以外は、実施例１と同様の条件で圧電基板を制作し、比較例１の圧電基板を得た。

［比較例２〜４］
ポリッシュ仕上げ後の圧電層の平均厚さをそれぞれ表１に記載した値とした以外は、実施例１と同様の条件で圧電基板を制作し、比較例２〜４の圧電基板を得た。ただし、比較例３は、ポリッシュ仕上げ途中で圧電層に割れが生じ、圧電基板を得ることができなかった。

［比較例５］
支持層の平均厚さ及びポリッシュ仕上げ後の圧電層の平均厚さを表１に記載した値とした以外は、実施例１と同様の条件で圧電基板を制作し、比較例５の圧電基板を得た。

上記実施例１〜８及び比較例１〜５の圧電基板について、以下の計測を行った。計測結果について表１に示す。

［周波数温度係数］
実施例及び比較例の各圧電基板に、厚さが０．２μｍ、周期が３．６μｍのアルミニウム製の櫛形電極を圧電層表面にフォトリソグラフィーで形成することで中心周波数が１０２０ＭＨｚの１ポートＳＡＷ共振器を形成し、さらにこのＳＡＷ共振器を挟むように圧電層の表面に反射器を形成し、弾性表面波素子を制作した。この弾性表面波素子のＳＡＷ共振器にネットワークアナライザを接続し、周辺温度を−４０℃から８５℃まで変化させて、弾性表面波素子の周波数温度係数を計測した。

［スプリアス応答］
上記周波数温度係数の評価で制作した弾性表面波素子のＳＡＷ共振器にネットワークアナライザを接続し、ＳパラメータのＳ_１１をスプリアス応答の大きさとして測定した。なお、実施例１及び比較例２のインピーダンス特性を図８に示す。

表１の結果から示されるように、実施例１〜８の圧電基板を用いた弾性表面波素子は、周波数温度係数の絶対値が３５ｐｐｍ／℃以内であり、かつスプリアス応答も１ｄＢ以内に抑えられている。なお、比較例３の圧電基板は制作段階で割れが発生したため、周波数温度係数及びスプリアス応答の計測が行えなかった。

以上のように、本発明の圧電基板は、温度変化による変形量が小さく弾性表面波素子に用いた際に周波数温度係数を低減でき、かつスプリアス応答の発生も抑制である。従って、当該圧電基板を用いた弾性表面波素子は、例えば携帯電話等の通信機器に好適に用いることができる。

１、１１、２１ 圧電基板
２ 圧電層
３ 支持層
４ 接着層
５ 変形抑制層

Claims (10)

1. 圧電層と、
   この圧電層の裏面側に積層され、上記圧電層よりも線膨張係数が小さい支持層と
   を備え、
   上記圧電層の平均厚さＴ１に対する上記支持層の平均厚さＴ２の比（Ｔ２／Ｔ１）が、５以上１５未満である圧電基板。
2. 上記圧電層の平均厚さＴ１が１０μｍ以上５０μｍ以下であり、
   上記支持層の平均厚さＴ２が１００μｍ以上５００μｍ以下である請求項１に記載の圧電基板。
3. 上記支持層表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍ以上１μｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の圧電基板。
4. 上記圧電層の主成分がタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムである請求項１、請求項２又は請求項３に記載の圧電基板。
5. 上記支持層の主成分がサファイア、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、スピネル、又はシリコンである請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の圧電基板。
6. 上記圧電層と支持層との間に接着層をさらに有する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の圧電基板。
7. 上記接着層の平均厚さが１μｍ以上５μｍ以下である請求項６に記載の圧電基板。
8. 上記接着層の主成分がエポキシ樹脂である請求項６又は請求項７に記載の圧電基板。
9. 上記支持層の裏面側に積層され、上記支持層よりも線膨張係数が大きい変形抑制層をさらに備える請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の圧電基板。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の圧電基板を用いた弾性表面波素子。

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