JP2023052257A - 接合体及び表面弾性波デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
前記圧電体基板の平均厚みT1と、前記スピネル多結晶基板の平均厚みT2との比であるT1/T2が0.1以下であり、
前記スピネル多結晶基板は、前記圧電体基板と接する主面において、TTV(Total Thickness Variation、全体厚みばらつき)が1.5μm以下である。
前記圧電体基板の前記スピネル多結晶基板の設けられた面とは反対側の主面上に設けられた電極とを備える、表面弾性波デバイスである。
本発明者らが特許文献1のスピネルからなる基板を用いた表面弾性波デバイスを作製してその性能を評価したところ、基板の強度は十分であるものの、周波数温度特性(TCF)にばらつきが生じる場合があることが確認された。
上記態様によれば、スピネル多結晶基板を備え、ばらつきの小さい、優れた周波数温度特性を有する接合体、及び、該接合体を備える表面弾性波デバイスを提供することが可能である。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
前記圧電体基板の平均厚みT1と、前記スピネル多結晶基板の平均厚みT2との比であるT1/T2が0.1以下であり、
前記スピネル多結晶基板は、前記圧電体基板と接する主面において、TTVが1.5μm以下である、接合体である。
前記T2は、100μm以上500μm以下であることが好ましい。
前記スピネル多結晶基板は、その主表面が、直径100mm以上200mm以下の円形、又は、前記円形にオリエンテーションフラットが形成された形状であり、
前記接合体は、その外表面のTTVが10μm以下であることが好ましい。
前記圧電体基板の前記スピネル多結晶基板の設けられた面とは反対側の主面上に設けられた電極とを備える、表面弾性波デバイスである。
本開示の一実施形態に係る接合体及び表面弾性波デバイスの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚み、深さ等の寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
<接合体>
本実施形態に係る接合体について、図1を用いて説明する。図1に示されるように、本実施形態に係る接合体2は、圧電体基板5と、該圧電体基板5の一方の主面(以下、「第1の主面」とも記す。)5a上に設けられたスピネル多結晶基板1とを備える。該圧電体基板の平均厚みT1と、該スピネル多結晶基板の平均厚みT2との比であるT1/T2が0.1以下であり、該スピネル多結晶基板は、該圧電体基板と接する主面において、TTVが1.5μm以下である。
接合体2の平均厚みは、100.1μm以上525μm以下が好ましく、200.1μm以上510μm以下がより好ましく、101μm以上510μm以下が更に好ましい。ここで、接合体の厚みは、接合体の主面の法線方向に平行な断面をデジタルマイクロメータで測定される値である。測定は一の断面において3箇所で行い、3箇所の平均値を接合体の平均厚みとする。
圧電体基板5とスピネル多結晶基板1との接合の方法は特に限定されず、接着剤を用いてもよいし、ファンデルワールス力により接合されてもよい。圧電体基板とスピネル多結晶基板とを高精度に接合するためには、圧電体基板とスピネル多結晶基板とはファンデルワールス力により接合されることが好ましい。より具体的には、圧電体基板を構成する材料の原子と、スピネル多結晶基板を構成するスピネルの原子とは、ファンデルワールス力により接合されることが好ましい。
圧電体基板5は、電気信号を機械的振動へ変換する圧電効果を奏する基板である。圧電体基板5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。圧電体基板5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、表面弾性波デバイスの用途等に応じて適宜選択することができる。
スピネル多結晶基板1は、スピネル焼結体からなる基板である。スピネル多結晶基板1は、接合体2の強度を高めると共に、圧電体基板の熱膨張を抑制するための支持基材である。スピネル多結晶基板1を構成するスピネルとしては、例えば、MgO・nAl2O3(1≦n≦3)が挙げられる。nの値の下限は、1が好ましく、1.03がより好ましく、1.05が更に好ましい。nの値が1未満であると、MgOが局所的に多くなり、気孔率が増加する傾向がある。nの値の上限は、3が好ましく、2がより好ましく、1.5が更に好ましい。nの値が3を超えると、局所的にAl2O3が多くなり、該Al2O3が気孔とともに偏在し、目視上白濁が増加する傾向がある。
本実施形態に係る接合体の製造方法は、圧電体基板を準備する工程と、スピネル多結晶基板を準備する工程と、圧電体基板とスピネル多結晶基板とを接合して接合体を得る工程(以下、「接合工程」とも記す。)と、圧電体基板の厚みを調整する工程を備えることができる。
まず、圧電体基板を準備する。圧電体基板は、従来公知の圧電体基板を用いることができる。次に、圧電体基板の主表面を研磨する。具体的には、圧電体基板の主表面を、研削加工で粗研磨を行った後、スピネル多結晶基板を接合する面に対し、CMP(Chemical Mechanical Polishing)にて、算術平均粗さ(Ra)が0.05μm以上1μm以下程度になるまで面粗度を低減する。
スピネル多結晶基板を準備する工程は、スピネル粉末準備工程と、成形工程と、焼結工程と、加工工程とを含むことができる。
次に、上記で準備された圧電体基板とスピネル多結晶基板とを接合して接合体を得る。具体的には、スピネル多結晶基板の研磨面と、圧電体基板の研磨面とが向かい合うようにして真空チャンバ内に配置する。この状態を保持したまま、チャンバ内の内部ガスを排気して高真空状態とする。その後、両基板の研磨面に中性化アルゴンの高速原子ビームを照射した後、両基板を近接させて接合し、接合体を得る。
上記で得られた接合体において、圧電体基板の厚みT1が所望の厚みとなるように、圧電体基板の第2の主面5bに対して、研削、ラップ加工及び研磨加工を行う。ここで所望の厚みは、T1/T2の値が0.1以下となる厚みであり、例えば、0.1μm以上25μm以下とすることができる。これにより、T1/T2の値が0.1以下である接合体を得ることができる。
<表面弾性波デバイスの構成>
本実施形態に係る表面弾性波デバイスについて、図2~図4を用いて説明する。
本実施形態に係る表面弾性波デバイスの製造方法は、接合基板を準備する工程と、封止基板を準備する工程と、接合基板と封止基板とを接合して表面弾性波デバイスを得る工程とを備えることができる。
まず、接合基板を準備する。接合基板は、実施の形態1に記載の接合体の主表面上に電極を形成して得ることができる。具体的には、まず、接合体2中の圧電体基板5をRCA洗浄にて表面を清浄化する。次に、圧電体基板5の研磨面に電極となるアルミ系材料を電子ビーム蒸着で100~数100Å厚みで堆積する。
封止基板7としては、例えばスピネルからなる基板を準備する。該基板に、基板を貫通するビア配線8を形成する。次に、該基板の一方の主面上に、ビア配線8を覆うように第2の電極部材9を形成する。また、該基板の他方の主面上に、ビア配線8を覆うように外部端子11を形成する。これにより封止基板7を得ることができる。
次に、得られた接合基板4と封止基板7とを接合する。まず、圧電体基板5の第2の主面5b上に、金属または樹脂からなる接着部材13を配置する。次に、圧電体基板5の第2の主面5bと対向するように、封止基板7を配置する。この時、第1の電極部材6と第2の電極部材9とが接するように配置する。次に、封止基板7を一定の加熱温度で圧電体基板5に押し当て、接着部材13で、封止基板7と圧電体基板5とを接合し、電極3を気密封止する。
本実施の形態を実施例により更に具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。
(圧電体基板を準備する工程)
圧電体基板として、平均厚み250μm(表1において、「平均厚みP-T1」と示す)でタンタル酸リチウムからなる圧電体基板を準備した。圧電体基板の主面の形状は円形であり、その直径はΦ98mmであった。
組成式がMgO・nAl2O3(n=1.03)であり、スピネルからなる粉末を準備した。スピネル粉末は、平均粒径が17μmであり、純度が99.9%であった。
次に、上記で準備されたスピネル多結晶基板の研磨面と、圧電体基板の研磨面とが向かい合うようにして真空チャンバ内に配置した。この状態を保持したまま、チャンバ内の内部ガスを排気して高真空状態とした。その後、両基板の研磨面に中性化アルゴンの高速原子ビームを照射した後、両基板を近接させて接合し接合体を得た。
上記で得られた接合体において、圧電体基板の厚みT1が表1の接合基板中の圧電体基板の「平均厚みT1」欄に示される厚みとなるように、圧電体基板の第2の主面に対して、研削、ラップ加工及び研磨加工を行った。
(接合基板を準備する工程)
上記の接合体中の圧電体基板をRCA洗浄にて表面を清浄化した。次に、圧電体基板の洗浄化面に電極となるアルミ系材料を電子ビーム蒸着で数100Å厚みで堆積した。
封止基板としては、スピネルからなる基板を準備した。該基板に、基板を貫通するビア配線を形成した。次に、該基板の一方の主面上に、ビア配線を覆うように第2の電極部材を形成した。また、該基板の他方の主面上に、ビア配線を覆うように外部端子を形成した。これにより封止基板を得た。
次に、得られた接合基板と封止基板とを接合した。まず、圧電体基板の第2の主面上に、樹脂からなる接着部材を配置した。次に、圧電体基板の第2の主面と対向するように、封止基板を配置した。この時、第1の電極部材と第2の電極部材とが接するように配置した。次に、封止基板を一定の加熱温度で圧電体基板に押し当て、接着部材で、封止基板と圧電体基板とを接合し、電極を気密封止した。
得られた表面弾性波デバイスについて、周波数温度係数を測定した。周波数温度係数の具体的な測定方法は下記の通りである。
試料1~3、5~14及び16~19は、圧電体基板の平均厚みT1と、スピネル多結晶基板の平均厚みT2との比であるT1/T2が0.1以下であり、スピネル多結晶基板は、圧電体基板と接する主面において、TTVが1.5μm以下であり、実施例に該当する。試料1~3、5~14及び16~19は、周波数温度特性が良好であり、そのばらつきも小さかった。
Claims (6)
- 圧電体基板と、前記圧電体基板の一方の主面上に設けられたスピネル多結晶基板とを備え、
前記圧電体基板の平均厚みT1と、前記スピネル多結晶基板の平均厚みT2との比であるT1/T2が0.1以下であり、
前記スピネル多結晶基板は、前記圧電体基板と接する主面において、TTVが1.5μm以下である、接合体。 - 前記T1/T2が0.0002以上0.1以下である、請求項1に記載の接合体。
- 前記T1は、0.1μm以上25μm以下であり、
前記T2は、100μm以上500μm以下である、請求項1又は請求項2に記載の接合体。 - 前記圧電体基板は、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムからなる、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の接合体。
- 前記T1及び前記T2の合計厚みは、100.1μm以上525μm以下であり、
前記スピネル多結晶基板は、その主表面が、直径100mm以上200mm以下の円形、又は、前記円形にオリエンテーションフラットが形成された形状であり、
前記接合体は、その外表面のTTVが10μm以下である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の接合体。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の接合体と、
前記圧電体基板の前記スピネル多結晶基板の設けられた面とは反対側の主面上に設けられた電極とを備える、表面弾性波デバイス。
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