JP6898265B2

JP6898265B2 - 複合基板の製造方法

Info

Publication number: JP6898265B2
Application number: JP2018037321A
Authority: JP
Inventors: 賢英楢原; 幹裕梅原; 光広梶原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2018-03-02
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2038-03-02
Also published as: JP2019153902A

Description

本開示は、圧電基板と支持基板とを貼り合せた構造の複合基板の製造方法に関する。

近年、携帯電話などの通信機器に使用される弾性表面波素子などの圧電素子の小型化、高性能化が要求されている。小型で高性能な圧電素子として、圧電基板と支持基板とを貼り合せて構成された複合基板を貫通する貫通孔内に形成した導電体を介して圧電基板上に形成された素子電極に電気信号を供給する構成の素子がある。このような圧電素子用複合基板の製造方法としては、両基板を貼り合せた後に貫通孔を形成する方法（特許文献１）と、両基板に貫通孔を形成した後、貼り合せる方法（特許文献２、３）とが知られている。

特許文献１のように両基板を貼り合せた後に支持基板の孔形成を行う方法では、圧電基板が支持基板の孔形成工程の影響を受ける。例えば、支持基板にレーザ加工によって孔加工すると、加工領域からの飛散によりデブリが付着し、このデブリを除去するためのエッチングが必要になる。このエッチングにおいて、圧電基板がダメージを受けないようにするためには、圧電基板の表面に保護膜を形成する工程と、エッチング後に該保護膜を剥離する工程が必要となる。このような保護膜の形成、剥離工程は、生産性の低下、生産コストの増加につながる。

また、圧電基板は機械的強度が低い上に、小型化に伴う薄型化のため、加工時に変形、損傷しやすく、加工不良が生じやすい。そのため、特許文献２、３のように両基板に貫通孔を形成した後、貼り合せる方法では、圧電基板を支持基板と貼り合せた後に貫通孔を形成する方法と比べて、圧電基板の加工不良（変形、損傷）が生じやすい。

特開２０１１−１３０３８５号公報特開２００３−３７４７１号公報特開２０１０−５０５３９号公報

本開示は、生産性に優れ、加工不良の少ない複合基板の製造方法を提供することを課題とする。

本開示の複合基板の製造方法は、対向する第１面および第２面を有する圧電基板と、対向する第３面および第４面を有する支持基板とを準備する工程と、前記支持基板に前記第３面または前記第４面から第１の孔を形成する工程と、前記圧電基板の前記第２面と前記支持基板の前記第３面とを貼り合せる工程と、前記圧電基板の前記第１面から前記支持基板の前記第３面に向かって、前記第１の孔と連通する第２の孔を形成する工程とを備える。

本開示の複合基板の製造方法は、支持基板と圧電基板の貼り合せを、支持基板の第１の孔の形成後に行うため、圧電基板が、支持基板の第１の孔の形成工程の影響を受けない。
また、圧電基板の第２の孔の形成を、支持基板との貼り合せ後に行うため、圧電基板の第２の孔の形成工程で加工不良が生じにくい。

本開示の製造方法で作製される複合基板の概略断面図である。本開示の複合基板の製造方法の一例を示す工程フロー図である。本開示の複合基板の製造方法の他の例を示す工程フロー図である。

本開示の複合基板の製造方法について、図を参照しながら説明する。図２、３に本開示の複合基板の製造方法のフロー図を示す。

本開示の複合基板１の製造方法では、まず、対向する第１面２ａおよび第２面２ｂを有する圧電基板２と、対向する第３面３ａおよび第４面３ｂを有する支持基板３とを準備する。次に、支持基板３に第３面３ａまたは第４面３ｂから第１の孔３ｃを形成する。続いて、圧電基板２の第２面２ｂと支持基板３の第３面３ａとを貼り合せる。そして、圧電基板２の第１面２ａから支持基板３の第３面３ａに向かって、第１の孔３ｃと連通する第２の孔２ｃを形成する。本開示の複合基板１の製造方法は、生産性に優れ、加工不良が少ない。図２は、支持基板３に第３面３ａから第１の孔３ｃを形成する実施形態のフロー図であり、図３は、支持基板３に第４面３ｂから第１の孔３ｃを形成する実施形態のフロー図である。図２および図３における矢印は、第１の孔３ｃおよび第２の孔２ｃの加工方向を示している。

＜圧電基板と支持基板＞
圧電基板２は、タンタル酸リチウム（ＬＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、酸化亜鉛、水晶などの圧電性を有する材料からなる。支持基板３は、圧電基板２よりも機械的強度の高い材質からなり、例えば、サファイア、シリコン、炭化珪素、ＬＮ、アルミナなどの各種セラミックスからなる。中でもサファイアは機械的強度、絶縁性、放熱性に優れ、支持基板３として好適である。

＜複合基板＞
図１に、本開示の製造方法で作製される複合基板１の概略断面図を示す。複合基板１は、対向する第１面２ａおよび第２面２ｂを有する圧電基板２と、第２面２ｂに接する第３面３ａおよび第３面３ａに対向する第４面３ｂを有する支持基板３と、第１面２ａから第４面３ｂまで貫通する貫通孔１ｃと備える。貫通孔１ｃの貫通方向に垂直な断面の形状は、特に制限はないが、例えば円形である。複合基板１の寸法は例えば、直径が４インチ〜６インチ、支持基板３の厚みが０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ、圧電基板２の厚みが２０μｍ〜５０μｍである。

＜圧電素子＞
本開示の方法で作製される複合基板１は、表面弾性波素子などの圧電素子用の複合基板１として用いられる。１枚の複合基板１には複数の圧電素子が形成される。圧電基板２の第１面２ａには素子電極が形成され、支持基板３の第４面３ｂには外部電極が形成される。貫通孔１ｃの内部には、銅などの導電性材料からなる導電体が形成されて素子電極、および外部電極と接続される。

＜第１の孔の形成＞
第１の孔３ｃは、レーザ加工、ブラスト加工、ドリル加工等の加工方法で形成される。支持基板３としてサファイアを用い、レーザ加工で第１の孔３ｃを形成する場合、ＹＡＧレーザ等の高調波を利用した短パルスレーザが好適である。支持基板３をレーザ加工する
と、加工中に加工領域から飛散したデブリが支持基板３の表面および加工面に付着する。デブリは、以降の製造工程および、製品特性に悪影響を及ぼすので、エッチング等の方法で除去する。支持基板３のデブリ除去には、例えば、室温または沸点以下の温度に加熱した塩酸、硝酸、フッ酸、リン酸、４ホウ酸ナトリウム溶融液、ＫＯＨ溶融液、ＮａＯＨ溶融液によるエッチング処理が用いられる。

第１の孔３ｃの形成を、圧電基板２と支持基板３との貼り合せの後に行う従来の方法（特許文献１）では、圧電基板２が、第１の孔３ｃの形成工程の影響を受ける（例えば、デブリ除去工程でエッチングされる）ため、第１の孔３ｃの形成前に圧電基板２に保護膜を形成し、形成後に剥離する工程が必要になる。これに対し、本開示の複合基板１の製造方法は、圧電基板２と支持基板３との貼り合せを第１の孔３ｃの形成後に行うので、圧電基板２が、第１の孔３ｃの形成工程の影響を受けず、保護膜の形成、剥離が不要となるため、生産性に優れている。

＜貼り合せ＞
圧電基板２と支持基板３の貼り合せは、接着材料を用いない直接接合、または、接着材料を用いた接着によって行う。直接接合では、圧電基板２と支持基板３を真空中、大気中または所定の雰囲気中で加熱および（または）加圧して接合する。貼り合せ工程では、貼り合せ時の温度および圧電基板２と支持基板３の熱膨張率差に起因して、圧電基板２と支持基板３に応力が発生し、破損、加工精度不良などの原因となり得る。このような応力を小さくするには、接合温度が低いことが好ましいので、圧電基板２の第２面２ｂと支持基板３の第３面３ａを、プラズマ処理などの方法で活性化処理を施した後、接合するとよい。

圧電基板２と支持基板３を貼り合せた後、第２の孔２ｃの形成の前に、圧電基板２の第１面２ａを、ラッピング装置などを用いて研削し、圧電基板２の厚みを薄くしてから第２の孔２ｃを形成してもよい。貼り合せ後に圧電基板２を薄層化することで、圧電基板２の薄層化加工時の破損、加工不良も生じにくくなる。また、薄層化してから第２の孔２ｃを形成することで、第２の孔２ｃの加工精度、生産性が向上する。

＜第２の孔の形成＞
一般に、圧電材料は機械的強度が低いため、第２の孔２ｃの形成方法は、ウェットエッチング、ドライエッチング等の化学的処理による加工が好ましい。圧電基板２がＬＴまたはＬＮであれば、フォトリソグラフィ技術によるマスク形成と、ＣＦ_４などのハロゲン化合物ガスを用いたリアクティブイオンエッチングの組合せにより形成するとよい。また、圧電基板２と支持基板３とを貼り合せる前に第２の孔２ｃを形成する従来の方法（特許文献２、３）では、圧電基板２の加工不良（変形、損傷）が生じやすい。これに対し、本開示の複合基板１の製造方法は、第２の孔２ｃの加工を、支持基板３との貼り合せ後に行うため、第２の孔２ｃの形成工程で加工不良が生じにくい。

第２の孔２ｃを形成した後、支持基板３の第４面３ｂを、固定砥石を用いたバックグラインド装置などを用いて加工して、支持基板３の厚みを薄くしてもよい。このように、第２の孔２ｃの形成後に支持基板３の厚みを薄くするのであれば、第２の孔２ｃを形成する際の支持基板３の厚みは大きい（厚い）ため、第２の孔２ｃの形成時の破損、加工不良が生じにくくなる。

貫通孔１ｃ（第１の孔３ｃと第２の孔２ｃ）が、一方の開口部から他方の開口部に向かって径が小さくなるテーパー形状であると、一方の開口部から蒸着、スパッタなどの方法で導電体または導電体の下地層を形成しやすい。本開示の製造方法では、第２の孔２ｃは第１面２ａから形成するので、通常の孔形成の方法では、第２の孔２ｃは、第１面２ａの孔径＞第２面２ｂの孔径のテーパー形状となる。また、第１の孔３ｃを第３面３ａから形成すれば、第１の孔３ｃは、第３面３ａの孔径＞第４面３ｂの孔径のテーパー形状となる。

そして、第３面３ａの孔径と、第２面２ｂの孔径を同径若しくは同径以上にすれば、貫通孔１ｃは、図１に示すような、第１面２ａの孔径＞第２面２ｂの孔径≧第３面３ａの孔径＞第４面３ｂの孔径のテーパー形状となる。

また、ここまで第１の孔３ｃを貫通孔として説明してきたが、導電体の形成までにあたって第１の孔３ｃは、支持基板３における第３面３ａの側、若しくは第４面３ｂの側のいずれかに、底（肉部）を有する穴であってもよい。例えば、第１の孔３ｃが、第３面３ａにおいて開口し、第４面３ｂで開口しておらず、第４面３ｂの側に底を有するものであるときには、圧電基板２と支持基板３とを貼り合せた状態において、導電体が位置することとなる部分は貫通しておらず、底を有しているため導電体を形成しやすい。そして、導電体形成後に、支持基板３の第４面３ｂの側において厚み方向に研削を行って厚みを薄くすれば、研磨面である第４面３ｂに導電体を露出させることができる。

なお、第１の孔３ｃが、第３面３ａにおいて開口し、第４面３ｂで開口しておらず、第４面３ｂの側に底を有するものであるときには、圧電基板２と支持基板３とを貼り合せた状態においては、第１の孔３ｃは閉塞された状態であり、第２の孔２ｃの形成中に第１の孔３ｃ内に閉じ込められた気体が噴出することが考えられるが、貼り合せを真空中で実施することで、第２の孔２ｃの形成時における第１の孔３ｃからの気体の噴出を防止することができる。

本開示の製造方法では、支持基板３へ第１の孔３ｃを形成し、圧電基板２と支持基板３とを貼り合せの後に、圧電基板２への第２の孔２ｃの形成を行うため、第２の孔２ｃの形成時に、第１の孔３ｃにおける第３面３ａ側は径が大きくなる。具体例を図１における拡大図に示す。支持基板３がテーパー形状の第１の孔３ｃを有し、支持基板３の第３面３ａと圧電基板２の第２面２ｂが貼り合され、第１面２ａから第３面３ａに向かって第２の孔２ｃを形成すると、第１の孔３ｃにおける第３面３ａ側の部分も加工されることとなり、第１の孔３ｃの図示における上部には、段差面３ｄが形成される。図１においては、段差面３ｄが第３面３ａに略平行になっている例を示している。

貫通孔１ｃが段差面３ｄを有しているときには、貫通孔１ｃの内面と導電体との密着力が高い。なお、段差面３ｄに位置する導電体は、屈曲した部分（屈曲部）を有するが、第２面２ｂおよび第３面３ａの貼り合せ面に位置していないため、貼り合せ面の剥離が生じにくい。また、支持基板３に段差面３ｄが位置していることから、圧電素子２が破損するおそれがない。そのため、本開示の複合基板１および圧電素子は、信頼性に優れ、長期間にわたる使用ができる。

また、貫通孔１ｃは、段差面３ｄおよび段差面３ｄよりも第１面２ａ側の領域の算術平均粗さＲａを、段差面３ｄよりも第４面３ｂ側の領域の算術平均粗さＲａよりも小さくしてもよい。

一般的に、エッチング加工面は、レーザ加工面よりも表面粗さが小さい。表面粗さは、例えば、算術平均粗さＲａで表すことができる。貫通孔１ｃのうち、第１の孔３ｃをレーザ加工で形成し、段差面１ｄと第２の孔２ｃをエッチング加工で形成すると、貫通孔１ｃの、段差面１ｄと段差面１ｄよりも第１面２ａ側（圧電基板２側）の領域は、段差面１ｄよりも第４面３ｂ側（支持基板３側）の領域よりも表面粗さが小さくなる。

本開示の複合基板１の製造方法では、第１の孔３ｃを第３面３ａから第４面３ｂに向かってレーザ加工で形成し、第１面２ａから第２面２ｂに向かって、第２の孔２ｃと段差面１ｄをエッチング加工で形成するようにすれば、圧電素子２が破損するおそれが少なく、屈曲部に掛かる応力集中が抑制され、段差面３ｄよりも第４面３ｂ側の領域の密着力が高いため、さらに信頼性が高まる。

以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行なってもよい。

１：複合基板
１ｃ：貫通孔
２：圧電基板
２ａ：第１面
２ｂ：第２面
２ｃ：第２の孔
３：支持基板
３ａ：第３面
３ｂ：第４面
３ｃ：第１の孔

Claims

対向する第１面および第２面を有する圧電基板と、
対向する第３面および第４面を有する支持基板とを準備する工程と、
前記支持基板に前記第３面または前記第４面から第１の孔を形成する工程と、
前記圧電基板の前記第２面と前記支持基板の前記第３面とを貼り合せる工程と、
前記圧電基板の前記第１面から前記支持基板の前記第３面に向かって、前記第１の孔に連通する第２の孔を形成する工程と
を備えた、複合基板の製造方法。
前記圧電基板が、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である、請求項１に記載の複合基板の製造方法。
前記支持基板がサファイア基板である、請求項１または２に記載の複合基板の製造方法。
前記複合基板が表面弾性波素子用複合基板である、請求項１から３のいずれかに記載の複合基板の製造方法。
前記第１の孔をレーザ加工で形成した後、加工時に発生するデブリをエッチングにより除去する、請求項１から４のいずれかに記載の複合基板の製造方法。
前記第２の孔をエッチング加工で形成する、請求項１から５のいずれかに記載の複合基板の製造方法。
前記第１の孔を前記第３面から形成する、請求項１から６のいずれかに記載の複合基板の製造方法。
前記圧電基板と前記支持基板とを貼り合せた後、前記第２の孔を形成する前に、前記圧電基板の前記第１面を加工して前記圧電基板の厚みを薄くする工程を備える、請求項１から７のいずれかに記載の複合基板の製造方法。
前記第２の孔の形成後に、前記支持基板の前記第４面を加工して前記支持基板の厚みを薄くする工程を備える、請求項１から８のいずれかに記載の複合基板の製造方法。
前記第１の孔を前記第４面に到達しないように形成し、前記支持基板の厚みを薄くする工程で、前記第１の孔を前記第４面に開口させる、請求項９に記載の複合基板の製造方法。