JP3659455B2

JP3659455B2 - 弾性表面波装置

Info

Publication number: JP3659455B2
Application number: JP33068197A
Authority: JP
Inventors: 恵美加賀井; 敏哉松田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-12-01
Filing date: 1997-12-01
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2017-12-01
Also published as: JPH11163661A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車電話及び携帯電話等の移動体無線機器等に内蔵される周波数フィルタや共振子としての弾性表面波装置であって、高い電力を入力しても破損し難い等の耐電力性に優れ、長期的信頼性の高いものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の弾性表面波（Surface Acoustic Wave で、以下、ＳＡＷと略す）装置Ｄの基本構成を図２に示す。３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ₃単結晶等からなる圧電基板（図示せず）上に、Ａｌ等から成り一対の櫛歯状電極であるＩＤＴ（Inter Digital Transducer）電極１１が形成されてあり、ＩＤＴ電極１１のＳＡＷ伝搬路の両端にはＳＡＷを効率良く共振させるための反射器１２，１２が設けられる。尚、１１ａはＩＤＴ電極１１を構成する電極指であり、また、ＩＤＴ電極１１及び反射器１２，１２の電極指の本数は数１０本〜数１００本にも及ぶため、その形状を簡略化して描いてある。
【０００３】
近年、このようなＳＡＷ装置Ｄは、その駆動周波数や通過帯域が数１００ＭＨｚ〜数ＧＨｚと高周波化すると同時に、高出力が要求されてきている。そのため、高い入力電力に対する耐電力性を有するＩＤＴ電極構造が求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＩＤＴ電極１１及び反射器１２，１２の材料にはＡｌが用いられることが多く、高周波化するには電極指１１ａのピッチ及び電極線幅を０．１μｍ〜１μｍオーダーに微細化する必要があり、このような微細なＩＤＴ電極１１及び反射器１２，１２を用いた場合、駆動時にＳＡＷによって生じる圧電基板表面の歪みが、ＩＤＴ電極１１及び反射器１２，１２の電極層に内部応力を発生させる。この内部応力を緩和させるために電極層内のＡｌ原子が移動し、Ａｌ結晶粒界に空孔が集積してボイド及び突起（ヒロック）が発生し、ＳＡＷの伝搬及び共振等の特性劣化、及び電極指１１ａ破壊が生じるといった問題点があった。
【０００５】
上記問題点を解決する方法として、ＩＤＴ電極１１及び反射器１２，１２の材料のＡｌにＣｕを少量添加し、Ａｌ結晶粒界にＣｕＡ１_２等を析出させて電極層を硬化させるといった方法があり、Ｃｕ以外にＴｉ，Ｐｄといった金属を添加したものも用いられている。また、Ａｌ結晶粒径が電極層の厚さに対して小さいほうが耐電力性が高いことが知られており、Ａｌ結晶粒径を小さくする方法として、Ａｌ−Ｃｕ合金／Ｃｕ／Ａｌ−Ｃｕ合金の３層構造とすることが提案されている（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３４（１９９５）ｐｐ．２６８８−２６９２参照）。
【０００６】
しかしながら、Ａｌ−Ｃｕ等のＡｌ合金を用いる場合、２種類の金属が接している部分に水が存在すると、３者間に電気的閉ループができ、標準電位序列により陽極側のＡｌが水に溶解、腐食する局部電池腐食という問題が生じる。局部電池腐食の影響を小さくするためには、標準電位序列による電位差が０．２Ｖ以下であることが望ましいが、ＣｕはＡｌとの電位差は２Ｖと１０倍も大きい。そのため、上記のＡｌ−Ｃｕ合金／Ｃｕ／Ａｌ−Ｃｕ合金といった積層構造の場合、２層目にＣｕ層があるため、Ａｌ−Ｃｕ合金層の腐食が一層促進され易くなってしまう。
【０００７】
従って、本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は、電極層を構成するＡｌ結晶粒径を小さくして耐電力性を向上させ、またダイシング時の潤滑水等が電極層に接触して生じる局部電池腐食による電極層の劣化を抑制し、長期的信頼性を付与することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の弾性表面波装置は、圧電基板の主面上に少なくとも一対の櫛歯状電極を形成して成る弾性表面波装置であって、前記櫛歯状電極が３層構成の電極層から成り、前記圧電基板側からみて該電極層の第１層及び第３層がＣｕ，Ｔｉ，Ｐｄ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｎｉ又はＴａを０．１〜２．０重量％含有するＡｌ合金層であり、これら第１層と第３層の間にＡｌ合金結晶粒の成長を阻止し局部電池腐食を抑制する下記（１）〜（６）のいずれかの材料から成る中間層を設けたことを特徴とする弾性表面波装置。
（１）Ｃの単体
（２）Ｓｉの炭化物、酸化物又は窒化物
（３）Ｔｉの酸化物
（４）Ｔａの酸化物
（５）Ａｌの酸化物
（６）Ｍｏの酸化物
これにより、Ａｌ合金層のＡｌ合金結晶粒の成長が阻止されＡｌ合金層が硬化し、高い入力電力に対する破損が生じ難くなり耐電力性が向上し、また水が電極層に接触して生じる局部電池腐食による電極層の劣化が抑制され、長期信頼性が得られる。
【０００９】
本発明において、好ましくは、前記中間層の層厚が１００〜５００Åである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のＳＡＷ装置について以下に説明する。図１は本発明のＳＡＷ装置のＩＤＴ電極の部分断面図である。同図において、１は３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ₃単結晶等から成る圧電基板、２は圧電基板１側の第１層、３は第２層、４は第３層であり、また５は３層構成の電極層でありＩＤＴ電極の電極指に相当する。
【００１１】
そして、第１層２及び第３層４は、Ｃｕ，Ｔｉ，Ｐｄ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｎｉ又はＴａを０．１〜２．０重量％含有するＡｌ合金層であり、ＣｕはＡｌ結晶粒界にＣｕＡｌ₂を析出させることでＡｌ結晶粒界の結合を強化し、硬度が向上する。また、Ｔｉ等は前記の効果に加えて、標準電位序列によるＡｌとの電位差が０．０３Ｖ（Ｔｉ）程度と小さく、水との接触によるＡｌ合金層の局部電池腐食を抑制することができる。更に、Ａｌ合金層の他の含有成分（添加成分）として、Ｌｉ，Ｓｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｈｆ，Ｗ，Ａｕ等が好ましく、上記と同様の効果を生じる。
【００１２】
前記添加成分の添加量が０．１重量％未満ではＡｌ合金層の硬度が低下し、２．０重量％を超えるとＡｌ合金層の比抵抗が増大し内部損失が大きくなる。
【００１３】
第２層３は中間層であり、第１層２と第３層４との間に設けられる。これにより、電極層５が単層の時よりもＡｌ合金結晶粒径が小さくなる。それは、Ａｌ合金結晶の粒径はその層厚にほぼ相当しており、従って電極層５を３層構成とし中間に上記Ａｌ合金以外の材料を主成分とする中間層を設けることにより、Ａｌ合金結晶の成長が阻止される。その結果、電極層５の耐電力性を向上させることができる。また、中間層の主成分を、標準電位序列によるＡｌとの電位差が小さいＣｕ等以外の材料とすることにより、局部電池腐食による電極層５の劣化を抑制できる。
【００１４】
このことから、中間層はＡｌ合金と異なり且つ局部電池腐食を抑制できる材料であればよい。具体的には、Ｃの単体、Ｓｉの炭化物（ＳｉＣ等）又は酸化物（ＳｉＯ，ＳｉＯ₂等）又は窒化物（ＳｉＮ等）、Ｔｉの酸化物、Ｔａの酸化物、Ａｌの酸化物、Ｍｏの酸化物等のいずれかが好ましい。
【００１５】
前記第２層３の厚みは１００〜５００Åがよく、１００Å未満では電極層５の局部電池腐食を防ぎ難くなり、５００Åを超えると電気抵抗が大きくなりＳＡＷの伝搬及び共振等の特性が劣化し易い。また、１００〜５００Åと薄くしたことにより、ワイヤーボンドで結線する際にワイヤーが第２層３を貫通し、第１層２と第３層４の電気的導通がとれる。
【００１６】
本発明において、第１層２の層厚をＨ1 、第３層４の層厚をＨ3 とした場合、その層厚比Ｈ1 ／Ｈ3 を２／３≦Ｈ1 ／Ｈ3 ≦３／２としたことにより、第１層２と第３層４の層厚が同程度となる。その結果、両層のＡｌ合金結晶粒径が同程度となり、入力電力が両層に均一に印加され、耐電力性が向上する。また、耐電力性はＡｌ合金結晶粒径が小さい方が良いが、局部電池腐食に対しては層厚が厚い方が良く、従って第１層２と第３層４の層厚はいずれが厚すぎても薄すぎても不安定となり、同程度が好ましいことになる。
【００１７】
また、第１層２の層厚と第３層４の具体的な層厚はＳＡＷ装置の仕様によって異なるため、必ずしも特定範囲に限定することはできないが、例えば駆動周波数９００ＭＨｚ程度では各々１６００〜２０００Åとする。また、Ａｌ合金結晶粒径は１０００〜２０００Åがよく、１０００Å未満では電極層の比抵抗が大きくなり、ＳＡＷの伝搬及び共振等の特性が劣化し耐電力性も低下し易い。２０００Åを超えると、電極層の硬度が低下し耐電力性が劣化し易い。
【００１８】
本発明において、ＩＤＴ電極及び反射器の電極層（電極指）５は、蒸着法、スパッタリング法又はＣＶＤ法等の薄膜形成法により形成する。そして、ＩＤＴ電極の対数は５０〜２００程度、電極指の幅は０．１〜１０．０μｍ程度、電極指の間隔は０．１〜１０．０μｍ程度、電極指の開口幅（交差幅）は１０〜１００μｍ程度とすることが、ＳＡＷ共振器あるいはＳＡＷフィルタとしての所期の特性を得るうえで好適である。また、電極指間に酸化亜鉛，酸化アルミニウム等の圧電材料を成膜すれば、ＳＡＷの共振効率が向上し好適である。
【００１９】
ＳＡＷ装置用の圧電基板としては、３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ_３単結晶、６４°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ_３単結晶、４５°Ｘカット−Ｚ伝搬のＬｉＢ_４Ｏ_７単結晶等が、電気機械結合係数が大きく且つ群遅延時間温度係数が小さいため好ましい。圧電基板の厚みは０．１〜０．５ｍｍ程度がよく、０．１ｍｍ未満では圧電基板が脆くなり、０．５ｍｍ超では材料コストが大きくなる。
【００２０】
かくして、本発明は、Ａｌ合金層のＡｌ合金結晶粒径が小さくなってＡｌ合金層が硬化し、高い入力電力に対する破損が生じ難くなり耐電力性が向上し、また水が電極層に接触して生じる局部電池腐食による電極層の劣化が抑制され、長期的信頼性も高まるという作用効果を有する。
【００２１】
更に、本発明において、ＩＤＴ電極及び反射器の電極層５は、圧電基板１の両主面（表裏面）に設けてもよく、勿論一主面において複数対のＩＤＴ電極を形成しても構わない。また、複数のＳＡＷ共振子（ＳＡＷ装置）をラダー型（梯子型）に接続して、１．５段，２段，２．５段，３段，３．５段，４段以上等のラダー型ＳＡＷフィルタを構成したり、その他種々のタイプのＳＡＷフィルタに適用できる。
【００２２】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更は何等差し支えない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、ＩＤＴ電極が３層構成の電極層から成り、第１層及び第３層がＣｕ，Ｔｉ，Ｐｄ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｎｉ又はＴａを０．１〜２．０重量％含有するＡｌ合金層であり、これら第１層と第３層の間にＡｌ合金結晶粒の成長を阻止し局部電池腐食を抑制する中間層を設けたことにより、Ａｌ合金層のＡｌ結晶粒径が小さくなってＡｌ合金層が硬化し、高い入力電力に対する破損が生じ難くなり耐電力性が向上し、また水が電極層に接触して生じる局部電池腐食による電極層の劣化が抑制され、長期的信頼性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＳＡＷ装置のＩＤＴ電極の部分断面図である。
【図２】従来のＳＡＷ装置Ｄの基本構成の平面図である。
【符号の説明】
１：圧電基板
２：第１層
３：第２層
４：第３層
５：電極層

Claims

圧電基板の主面上に少なくとも一対の櫛歯状電極を形成して成る弾性表面波装置であって、前記櫛歯状電極が３層構成の電極層から成り、前記圧電基板側からみて該電極層の第１層及び第３層がＣｕ，Ｔｉ，Ｐｄ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｎｉ又はＴａを０．１〜２．０重量％含有するＡｌ合金層であり、これら第１層と第３層の間にＡｌ合金結晶粒の成長を阻止し局部電池腐食を抑制する下記（１）〜（６）のいずれかの材料から成る中間層を設けたことを特徴とする弾性表面波装置。
（１）Ｃの単体
（２）Ｓｉの炭化物、酸化物又は窒化物
（３）Ｔｉの酸化物
（４）Ｔａの酸化物
（５）Ａｌの酸化物
（６）Ｍｏの酸化物
前記中間層の層厚が１００〜５００Åである請求項１記載の弾性表面波装置。