JP4723207B2 - 複合圧電基板 - Google Patents
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すなわち、大きな電気機械結合係数と小さな周波数温度係数を兼ね備えた圧電基板が有れば好ましい。
こうした特性を実現する圧電基板の一例として、圧電基板と他の基板を接合した複合圧電基板がある。
この例では、「複合積層体にLiNbO3(ニオブ酸リチウム)基板を強固に結合することにより、前述したように基板上に圧縮力が生じ、この圧縮力は温度が増大するに従って増大する。かくして、遅延時間およびフィルタ中心周波数に対する温度の影響を補正する手段を得ることができる。」とされている。これは、支持基板となる複合積層体の膨張係数は圧電材料であるLiNbO3基板の弾性表面波伝播方向のそれよりも小さいことを意味し、これにより温度変化に応じて圧電基板に応力が発生してSAWデバイスの遅延時間およびフィルタ中心周波数に対する温度の影響を補正できるということを意味する。
すなわち、圧電材料とこれより小さな膨張係数を有する基板とを貼り合せた複合圧電基板を用いた弾性表面波素子は周波数温度特性が改善されること、接着剤を用いて剛板と圧電板を貼り合せて一体の基板とすることは公知の技術である。
このSAWデバイスでは、支持基板の抵抗率が30Ω・cm以上で300Ω・cm程度とある程度大きいので、SAWデバイスからなるフィルタの挿入損失が少なくなり好ましいとされる(特許文献4参照)。
また、複合圧電基板は異なる膨張係数を持つ材料を組み合わせているので、温度変化により基板の反りが生じる。この反りはSAWデバイス作製工程の基板加熱工程でパターン形成に支障が生じる等の問題となる。そして、この反りは製造不良の原因となり、複合圧電基板の生産性を低下させる。
このように、支持基板の両表面層が高圧下において酸化されたものであれば、支持基板の表面層に形成したSi酸化膜は緻密でピンホールが無く、またこの方法を用いれば酸化のスピードが速いため、生産性に優れた良質のSi酸化層付支持基板とできる。
このように、接着層の表面抵抗値が1×1015Ω以上であれば、抵抗値が十分に高く、支持基板はさらに高い絶縁性を確保可能なものとなる。
このように、接着層のtanδ(誘電正接)が周波数1GHzにおいて0.1以下であれば、このような高周波においても誘電損失が少ないので、高周波においても挿入損失が小さいSAWデバイスが製造可能な複合圧電基板とできる。
このように、圧電基板が、上記の電気機械結合係数が大きい結晶材料からなるものであれば、周波数選択フィルタとしての帯域幅が広く、挿入損失が小さいSAWデバイスが製造可能な複合圧電基板とできる。
図1は本発明に係る複合圧電基板の実施形態の一例を示す断面概略図である。
複合圧電基板1は、圧電基板2とこれよりも小さい膨張係数を有する支持基板3とを絶縁性の接着層4を介して貼り合せて作製したものである。このような構成により、温度変化に応じて圧電基板2に応力が発生し、周波数温度特性を改善することができる。また、接着層4を介して貼り合わせたものであるので、比較的安価なものとできる。このような複合圧電基板1は、例えば圧電基板2及び支持基板3の一方又は両方に接着剤を塗布し、真空下で貼り合わせて荷重をかけて強固に接合することにより作製することができる。接着面に異物が混入しないように貼り合わせ前に各基板の表面を洗浄することが好ましく、また、表面をアンモニア−過酸化水素水溶液等で親水化処理をしたり、またはプラズマ処理をして接着力を高めてもよい。
基板の大きさは特に限られず、例えば直径100mmのものとできるがそれ以上でもそれ以下でもよい。
また、基板方位についても、36°回転Yカット、41°回転Yカット、45°回転Yカット等、圧電性結晶材料の種類やSAWデバイスの用途、所望特性等に応じて適宜選択することができる。
このように、支持基板3が、圧電基板2よりも膨張係数が小さく、しかも半導体デバイス作製用として最も実用化されているSiからなるので、SAWデバイスと半導体デバイスを複合化しやすくなる。通常、Si基板と圧電基板を貼り合わせて形成した複合圧電基板は、両基板の膨張係数が異なるため加熱すると反りが生じるので好ましくない。そこで本発明では、支持基板3の両表面層を0.1〜20μmの厚さだけ酸化し、Si酸化膜6を形成することにより、複合圧電基板1の反りを低減できる。本発明では前述のように接着層4が絶縁性であるが、これに加えて前記支持基板3の抵抗率が2000Ω・cm以上である。このように絶縁性を考慮した高抵抗率とすることにより、挿入損失が少なくなるだけでなく、Si酸化膜6とともに絶縁性を十分確保可能とし、電気的特性も向上できる。また、接着層4が絶縁性であり且つ支持基板3の抵抗率が極めて高いので、Si酸化膜6が上記の薄さであっても絶縁性を飛躍的に向上させることができる。
なお、tanδで表される誘電正接とは、誘電体に交流電流を流したときの位相遅れδに対して定義される量であり、位相遅れに関係する誘電体内の損失(誘電損失)はtanδに比例する。
(実施例1)
フローティングゾーン法を用いて製造した、直径4インチ(100mm)で厚さが300μmであり、抵抗率が3,800Ω・cmのSi基板の両面の表面層を、高圧酸化法により10μmの厚さで酸化した。次に直径4インチ(100mm)の36°回転Yカットタンタル酸リチウム(LiTaO3)基板を厚さが0.2mm(200μm)で両面ラップにより表面のRaが0.12μmとなるように加工した。
次いで、前記酸化膜付きSi基板の表面を洗浄し、エポキシメタクリレートを主成分とする紫外線硬化接着剤をスピンコートし片側表面上に均一に塗布した。次いで、前記LiTaO3基板の裏面を洗浄し、前記接着剤を同様に塗布し、前記酸化膜付きSi基板の接着剤塗布面と前記LiTaO3基板の接着剤塗布面を圧力1×10−3mbarの真空下で貼り合せた。このとき基板面に均一に10Nで荷重をかけた。
そして、この前記複合圧電基板を面取り加工した後、LiTaO3基板の表面側を研削及びラップにより160μm削り落とし、さらにポリッシュによりLiTaO3基板の厚さが30μmになるようにした。
Si基板のSi酸化膜の厚さを0.6μm、36°回転YカットLiTaO3基板の表面のRaが0.26μmとなるように加工した以外は実施例1と同様の条件、方法で複合圧電基板を作製した。
このようにして作製した複合圧電基板を150℃に加熱したところその反り量は最大で2mmと小さかった。また、この複合圧電基板を2×3mmの複合圧電基板チップに切断し、このチップをN2雰囲気下、300℃まで加熱してもチップは割れなかった。また、前記チップを−35℃〜125℃のヒートサイクルに500サイクルかけても、前記チップはヒートサイクル前と変化は無かった。
Si基板の両面いずれも酸化しないこと以外は実施例1と同様の条件、方法で複合圧電基板を作製した。
このようにして作製した複合圧電基板を150℃に加熱したところその反り量は最大で5mmと大きかった。また、この複合圧電基板を2×3mmの複合圧電基板チップに切断し、このチップをN2雰囲気下、300℃まで加熱したところチップが割れてしまった。
Si基板の両面の表面層を高圧酸化法により10μmの厚さで酸化した後片側面の酸化膜を加工により除去し、前記片側酸化膜付きSi基板の酸化膜がある側をLiTaO3基板と貼り合わせた以外は実施例1と同様の条件、方法で複合圧電基板を作製しようとした。
しかし、複合圧電基板を面取り加工した後、LiTaO3基板の表面側を研削により180μm削り落としたところ、片側酸化膜付きSi基板とLiTaO3基板が剥離してしまった。
実施例1とほぼ同様の条件、方法で複合圧電基板を作製しようとした。
但し、複合圧電基板を面取り加工した後、LiTaO3基板の表面側を研削により180μm削り落とし、さらにポリッシュによりLiTaO3基板の厚さが4μmになるようにしたところ、前記LiTaO3基板が加工中に割れてしまった。
複合圧電基板を面取り加工した後、LiTaO3基板の表面側を研削により80μm削り落とし、さらにポリッシュによりLiTaO3基板の厚さが105μmになるようにした以外は、実施例1と同様の条件、方法で複合圧電基板を作製した。
このようにして作製した複合圧電基板を150℃に加熱したところその反り量は最大で5mmと大きかった。また、この複合圧電基板を2×3mmの複合圧電基板チップに切断し、このチップをN2雰囲気下、300℃まで加熱したところチップが割れてしまった。
実施例1と同様に、フローティングゾーン法を用いて製造した、いずれも直径4インチ(100mm)で厚さが300μmであり、抵抗率がそれぞれ3,800Ω・cm、1,800Ω・cm、1,500Ω・cmのSi基板サンプルの両面の表面層を高圧酸化法により10μmの厚さで酸化した。そして、前記酸化膜付きSi基板の表面を洗浄し、エポキシメタクリレートを主成分とする紫外線硬化接着剤をスピンコートし片側表面上に均一に塗布した後、照度50mW/cm2の紫外線を10分間照射し、接着剤を硬化させた。このときいずれのサンプルも基板面内で接着層は一様であり3μmの厚さだった。また、接着層の表面抵抗値を測定したところ1×1016Ωであり、接着層の周波数1GHzにおけるtanδを測定したところ0.07と小さな値であった。
5…圧電基板の接着面、 6…Si酸化膜。
Claims (5)
- 圧電基板と該圧電基板よりも小さな膨張係数を有する支持基板とを絶縁性接着層を介して貼り合せた複合圧電基板であって、前記圧電基板は厚さが5〜100μmであって、前記支持基板は、Siからなるものであって、抵抗率が2000Ω・cm以上のものであり、かつ該支持基板の両表面層が0.1〜20μmの厚さで酸化されたものであることを特徴とする複合圧電基板。
- 請求項1に記載の複合圧電基板であって、前記支持基板の両表面層は高圧下において酸化されたものであることを特徴とする複合圧電基板。
- 請求項1又は請求項2に記載の複合圧電基板であって、前記接着層の表面抵抗値が1×1015Ω以上であることを特徴とする複合圧電基板。
- 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の複合圧電基板であって、前記接着層のtanδ(誘電正接)が周波数1GHzにおいて0.1以下であることを特徴とする複合圧電基板。
- 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の複合圧電基板であって、前記圧電基板は、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウムのいずれか1つからなるものであることを特徴とする複合圧電基板。
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