JP6920161B2 - Elastic wave devices and composite substrates - Google Patents
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Description
本発明は、弾性波デバイスおよび複合基板に関する。 The present invention relates to elastic wave devices and composite substrates.
タンタル酸リチウム等の圧電基板を用いた弾性波デバイスが知られている。しかしながら、このタンタル酸リチウム基板は、周波数温度特性が―36ppm/℃であり、例えば2GHz帯のデバイスであれば―30〜+85℃の温度範囲で±4.3MHzも変動してしまい、近年の厳しい仕様を満たすことが困難な場合がある。そして、弾性波デバイスの温度変動は、これを使用する機器に影響を与えるため、温度に対する周波数変動が少ない、つまり温度特性が良好な弾性波デバイスが望まれていた。 An elastic wave device using a piezoelectric substrate such as lithium tantalate is known. However, this lithium tantalate substrate has a frequency temperature characteristic of -36 ppm / ° C. For example, in the case of a device in the 2 GHz band, it fluctuates by ± 4.3 MHz in the temperature range of -30 to + 85 ° C., which is severe in recent years. It may be difficult to meet the specifications. Since the temperature fluctuation of the elastic wave device affects the equipment using the elastic wave device, an elastic wave device having a small frequency fluctuation with respect to the temperature, that is, having good temperature characteristics has been desired.
そこで、圧電基板に熱膨張係数が異なる支持基板(Si基板等)を接着剤等で接合することで、圧電基板の熱膨張・熱収縮を抑制し、圧電基板の温度に対する周波数特性を安定化させた技術が知られている(例えば、特許文献1等参照。)。
Therefore, by joining a support substrate (Si substrate, etc.) having a different coefficient of thermal expansion to the piezoelectric substrate with an adhesive or the like, the thermal expansion and contraction of the piezoelectric substrate is suppressed, and the frequency characteristics of the piezoelectric substrate with respect to temperature are stabilized. Techniques are known (see, for example,
しかしながら、特許文献1の構成では、貼り合せた基板に反りが発生する虞があった。一般に弾性波デバイスを作製するための製造工程および実装工程には300℃近くまで昇温される熱履歴を伴う。この熱履歴により、貼り合せ基板の反りはさらに大きくなり、この反りにより割れやクラックが発生し、その結果、生産性が低下するという課題があった。
However, in the configuration of
本願はかかる事情のもと勘案されたものであり、その目的は、温度特性が良好であり、かつ生産性の高い弾性波デバイスを提供することにある。 The present application has been taken into consideration under such circumstances, and an object thereof is to provide an elastic wave device having good temperature characteristics and high productivity.
本開示の一態様としての弾性波デバイスは、厚み方向で対向する第1面と第2面とを備える第1支持体と、前記第1面に接合された、前記第1支持体よりも線膨張係数の大きい圧電基板と、前記第2面に接合された、前記第1支持体よりも線膨張係数の大きい第2支持体と、を備える。前記圧電基板の弾性率をE1、厚みをT1とし、前記第1支持体の弾性率をE2、厚みをT2とすると、1≦(E2×T2)/(E1×T1)≦9の関係を満たしている。 The elastic wave device as one aspect of the present disclosure includes a first support having a first surface and a second surface facing each other in the thickness direction, and a strand of the first support bonded to the first surface. A piezoelectric substrate having a large expansion coefficient and a second support bonded to the second surface and having a linear expansion coefficient larger than that of the first support are provided. Assuming that the elastic modulus of the piezoelectric substrate is E1, the thickness is T1, the elastic modulus of the first support is E2, and the thickness is T2, the relationship of 1 ≦ (E2 × T2) / (E1 × T1) ≦ 9 is satisfied. ing.
本開示の一態様としての複合基板は、厚み方向で対向する第1面と第2面とを備える第1支持体と、前記第1面に接合された、前記第1支持体よりも線膨張係数の大きい圧電基板と、前記第2面に接合された、前記第1支持体よりも線膨張係数の大きい第2支持体と、を備える。前記圧電基板の弾性率をE1、厚みをT1とし、前記第1支持体の弾性率をE2、厚みをT2とすると、1≦(E2×T2)/(E1×T1)≦9の関係を満たしている。そして、前記第1支持体は、樹脂材料中に前記第1支持体の面方向に延びる繊維を含み、面方向において、中央より外周側で前記繊維の単位体積あたりの割合が多くなっている。 The composite substrate as one aspect of the present disclosure has a first support having a first surface and a second surface facing each other in the thickness direction, and a linear expansion than the first support joined to the first surface. A piezoelectric substrate having a large coefficient and a second support bonded to the second surface and having a coefficient of linear expansion larger than that of the first support are provided. Assuming that the elastic modulus of the piezoelectric substrate is E1, the thickness is T1, the elastic modulus of the first support is E2, and the thickness is T2, the relationship of 1 ≦ (E2 × T2) / (E1 × T1) ≦ 9 is satisfied. ing. The first support includes fibers extending in the surface direction of the first support in the resin material, and the ratio of the fibers per unit volume is larger on the outer peripheral side than the center in the surface direction.
本開示によれば、温度特性が良好であり、かつ生産性の高い弾性波デバイスを提供することができる。また、温度特性が良好であり、かつ生産性の高い弾性波デバイスを提供できる複合基板を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide an elastic wave device having good temperature characteristics and high productivity. Further, it is possible to provide a composite substrate capable of providing an elastic wave device having good temperature characteristics and high productivity.
<弾性波デバイスの構造>
図1は、本発明の実施形態に係る弾性波デバイス1の断面図である。弾性波デバイス1は、圧電基板10と第1支持体20と第2支持体30とを備える。ここで、便宜的にD1方向、D2方向、D3方向を定義し、D3方向を厚み方向とする。圧電基板の10の厚みをT1、線膨張係数をα1、弾性率(ヤング率)をE1とする。同様に、第1支持体20の厚みをT2、線膨張係数をα2、弾性率をE2とし、第2支持体30の厚みをT3、線膨張係数をα3、弾性率をE3とする。なお、以下、特に断りのない場合には線膨張係数の単位はppm/℃とし、弾性率の単位はGPaとする。
<Structure of elastic wave device>
FIG. 1 is a cross-sectional view of an
圧電基板10は、圧電性を有する基板である。例えば、圧電基板10は、タンタル酸リチウム単結晶(LiTaO3:以下LTとする),ニオブ酸リチウム単結晶(LiNbO3),水晶などの圧電性を有する直方体状の単結晶基板である。具体的には、例えば、圧電基板10は、36°〜48°Y−XカットのLT基板によって構成されている。このような圧電基板10のα1は16.1であり、E1は213である。
The
圧電基板10の平面形状は適宜に設定されてよいが、例えば、所定方向(D2方向)を長手方向とする矩形である。圧電基板10の大きさは適宜に設定されてよいが、例えば、厚さT1は0.3μm〜100μm、1辺の長さは0.5mm〜2mmである。
The planar shape of the
圧電基板10の主面10aには、図示しない励振電極、接続配線、パッド電極といった各種電極および配線が設けられている。励振電極はSAWを発生させるためのものである。励振電極は、複数の電極指を有する櫛歯状の複数のIDT電極と複数のIDT電極の両端に配置された反射器電極とを含んでもよい。このような励振電極により、例えば、ラダー型フィルタや2重モードSAW共振器フィルタなどが構成されている。なお、励振電極、接続線、パッド電極等は、例えばAl−Cu合金などのAl合金によって形成されている。
The
そして、これらの端子として機能するパッド電極のいずれかを介して信号の入力がなされる。入力された信号は、励振電極等によりフィルタリングされる。そして、フィルタリ
ングした信号を端子として機能するパッド電極のいずれかを介して出力する。
Then, a signal is input via any of the pad electrodes that function as these terminals. The input signal is filtered by an excitation electrode or the like. Then, the filtered signal is output via any of the pad electrodes that function as terminals.
第1支持体20は、一様な厚みT2を有し、第1面20aを圧電基板10に、第2面20bを後述の第2支持体30にそれぞれ接合させる。厚みT2は、圧電基板10を支持するために、厚みT1よりも厚くなっている。
The
このような第1支持体20は、線膨張係数α2が圧電結晶10のα1よりも小さく、弾性率E2の材料からなる。そして、(E2×T2)/(E1×T1)が1以上9以下の関係を満たしている。具体的には、E2は10GPa以上、40Gpa以下とすればよい。弾性率E2をこの範囲とすることで、E1に比べ小さくすることができ、その結果、(E2×T2)/(E1×T1)を小さくすることができる。また、α2は2以上4以下としてもよい。この場合には、(E2×T2)/(E1×T1)を小さくすることができる。また、α2が2よりも小さくなると、熱履歴に伴う残留応力が増大し、割れや剥離を発生させる可能性がある。α2が4よりも大きくなると、効率よく温度補償を行なうことができない虞がある。
Such a
本開示では、このような関係を満たす材料として、第1支持体20は、樹脂材料21と繊維22とを備える構成の例を示す。樹脂材料21は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等種々の材料を用いることができる。樹脂材料21は、圧電基板10や第2支持体30との接合を実現する接合材料としても機能する。また、樹脂材料21自体の線膨張係数は圧電基板10の線膨張係数よりも大きい。
In the present disclosure, as a material satisfying such a relationship, the
そして繊維22は、第1支持体20の面方向に伸びる多数の細長い線状体で構成される。繊維22の線膨張係数αは樹脂材料21よりも小さく、弾性率Eは樹脂材料21よりも大きい。例えば繊維22はガラス繊維を用いればよい。
The
このような構成とすることにより、圧電基板10と第1支持体20の材料が異なることに起因する変形を抑制しつつ、割れの発生も抑制することができる。図2に、(E2×T2)/(E1×T1)の大きさと、温度が125℃変化したときの温度補償応力(単位:MPa)との相関を示す。ここで、α1は16.1で一定とし、α2は2,3,4としたときの線図を示している。
With such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of cracks while suppressing the deformation caused by the different materials of the
この図からも明らかなように、(E2×T2)/(E1×T1)が1.0を下回ると温度補償応力が急激に悪化する。 As is clear from this figure, when (E2 × T2) / (E1 × T1) is less than 1.0, the temperature compensation stress deteriorates sharply.
このことから、温度変化による周波数特性変化を抑制するためには、(E2×T2)/(E1×T1)を1以上とすればよい。 Therefore, in order to suppress the change in frequency characteristics due to the change in temperature, (E2 × T2) / (E1 × T1) may be set to 1 or more.
一方で、(E2×T2)/(E1×T1)が大きすぎると、圧電基板10に応力がかかりすぎてクラックが発生する。図3に、LT基板の抗折強度(単位:MPa)に対する圧電基板10の割れの発生率を示す。一般的に割れの発生率が5%を未満にすることで信頼性を確保することができる。この図からも明らかなように、5%に相当する抗折強度は270GPaである。ここで、図4(a)に125℃に昇温後冷却した際の圧電基板10の残留応力と(E2×T2)/(E1×T1)との関係を示す線図を示す。この線図はα2=4の場合を示している。この図からも明らかなように、応力を270GPaとするための(E2×T2)/(E1×T1)は9である。すなわち、圧電基板10の割れを防ぐためには、(E2×T2)/(E1×T1)を9以下とすればよい。
On the other hand, if (E2 × T2) / (E1 × T1) is too large, the
すなわち、第1支持体20は、熱履歴による応力がかかったときに圧電基板10に割れが発生しないような柔らかさと、圧電基板10が変形しないように拘束可能な堅さとを併
せ持つ必要がある。第1支持体20は、このような相反する特性を、樹脂材料21と繊維22とで実現している。具体的には、樹脂材料21により弾性率Eを低くして圧電基板10の割れを抑制し、繊維22により線膨張係数αを小さくして樹脂材料21の変形を抑制し圧電基板10を拘束することで温度補償効果を奏する。
That is, the
なお、α2を変化させると、図4(a)の線図の傾き等が変化する。α2を小さくして、さらに温度補償能力を高める場合には(E2×T2)/(E1×T1)の上限値を低くしてもよい。具体的には、α2の下限値である2とする場合には、図4(b)に示すように、(E2×T2)/(E1×T1)を6以下、より好ましくは、3.5以下とすればよい。 When α2 is changed, the inclination of the diagram of FIG. 4A changes. When the temperature compensation capacity is further increased by reducing α2, the upper limit of (E2 × T2) / (E1 × T1) may be lowered. Specifically, when it is set to 2, which is the lower limit of α2, (E2 × T2) / (E1 × T1) is 6 or less, more preferably 3.5, as shown in FIG. 4 (b). It may be as follows.
また、図2から(E2×T2)/(E1×T1)を5以下としても温度補償応力に大きな改善は認められないことが分かる。温度補償応力と信頼性の確保との両面から考えると、(E2×T2)/(E1×T1)は5以下としてもよい。 Further, it can be seen from FIG. 2 that even if (E2 × T2) / (E1 × T1) is set to 5 or less, no significant improvement in the temperature compensation stress is observed. Considering both the temperature compensating stress and ensuring reliability, (E2 × T2) / (E1 × T1) may be 5 or less.
以上より、(E2×T2)/(E1×T1)は1以上9以下とすればよいが、より好ましくは1以上3.5以下とすればよい。 From the above, (E2 × T2) / (E1 × T1) may be 1 or more and 9 or less, but more preferably 1 or more and 3.5 or less.
そして、第1支持体20の第2面20bには、第2支持体30が接合されている。第2支持体30は、第1支持体20よりも線膨張係数が大きい材料からなる。具体的には、セラミック基板、有機基板、Si等の半導体基板、サファイア、タンタル酸リチウム,ニオブ酸リチウム,水晶等の単結晶基板等種々の材料を用いることができる。
A
そして、第2支持体30の厚みは、圧電基板10,第1支持体20に応じて適宜設定することができる。すなわち、第2支持体30は、圧電基板1および第2支持体30により生じる第1支持体20の第1面20a側と第2面20b側との応力モーメントの差を減少させるように、適宜その厚みT3と線膨張係数α3と弾性率E3とを設定すればよい。例えば、第1支持体20の第1面20a側と第2面20b側との応力モーメントが釣り合うように設定すればよい。この例では、圧電基板10と同じ材料、同じ厚みを有するLT基板とした。この場合には、温度変化が生じたときの弾性波デバイス1全体の反りを抑制することができる。
The thickness of the
弾性波デバイス1は、上述のように、第1支持体20および第2支持体30により、反りや割れの発生を抑制しつつ温度補償効果も奏するものとすることができる。
As described above, the
なお、圧電基板10,第1支持体20の線膨張係数α1,α2が変化すると、図2,図3、図4に示す線図においてその特性プロットの絶対値は変化するが傾向は変化しない。このため、線膨張係数α1,α2が変化しても、上述の構成とすることで、反りや割れの発生を抑制しつつ温度補償効果も奏する弾性波デバイス1を提供することができる。
When the linear expansion coefficients α1 and α2 of the
また、図2,図3、図4において、第2支持体30の線膨張係数α3、厚みT3、ヤング率E3は圧電基板10と同等とした場合について示している。これに対し、第2支持体30の線膨張係数α3、厚みT3、ヤング率E3を変化させた場合には、図2,図3、図4に示す線図においてその特性プロットの絶対値は変化するが傾向は変化しない。このため、第2支持体30を適宜変更した場合であっても、上述の構成とすることで、反りや割れの発生を抑制しつつ温度補償効果も奏する弾性波デバイス1を提供することができる。
Further, FIGS. 2, 3 and 4 show a case where the linear expansion coefficient α3, the thickness T3 and the Young's modulus E3 of the
<弾性波デバイス1の他の構造:第1支持体10>
上述の例では、第1支持体20中の繊維22の分布状態については言及していなかったが、図5に示す弾性波デバイス1Aのように厚み方向に分布の差を持たせてもよい。
<Other structure of elastic wave device 1:
In the above example, the distribution state of the
図5に示すように、弾性波デバイス1Aの第1支持体20は、厚みの中央付近は第1面20a近傍および第2面20b近傍よりも単位体積あたりの繊維22の割合が多くなっている。このような構成とすることで、第1面20a近傍および第2面20b近傍が応力緩和領域として機能し、圧電基板10や第2支持体30の割れを抑制することができる。また、温度履歴による応力が加わる前の圧電基板10や第2支持体30の反り等を吸収することができる。さらに、樹脂材料21の割合が多くなることで、圧電基板10や第2支持体30との接着強度を高めることができる。
As shown in FIG. 5, in the
上述の第1面20a近傍の領域とは、第1面20aから厚み方向に1μm〜10μm程度の領域をさすものとする。この領域は繊維22が存在せずに樹脂材料21のみで構成されていてもよい。また、この領域の繊維22の太さを厚みの中央付近における繊維22の太さに比べて細くすることで、単位体積あたりの繊維22の割合を変えてもよい。第2面20b近傍の領域も同様である。
The above-mentioned region near the
上述の第1面20a近傍の領域および第2面20b近傍の領域の厚みは圧電基板10よりも厚くてもよい。
The thickness of the region near the
<弾性波デバイス1の他の構造:第1支持体20>
上述の例では、第1支持体20中の繊維22の面方向の分布状態については言及していなかったが、面方向の互いに交差する第1方向と第2方向とを定義すると、この繊維22は、第1方向に伸びるものと第2方向に伸びるものとが互いに交差しメッシュ状としてもよい。このような構成とすることで、面内における応力分布の発生を抑制することができ、弾性波デバイス1の特性を安定化することができる。
<Other structure of elastic wave device 1:
In the above example, the distribution state of the
なお、メッシュの格子間隔を500μm以下とすることで、面内における応力分布を弾性波デバイス1の特性に影響のないレベルに抑制できることを確認している。
It has been confirmed that the in-plane stress distribution can be suppressed to a level that does not affect the characteristics of the
また、圧電基板10の線膨張係数は面方向において異方性を有している場合には、繊維22のメッシュ形状(第1方向と第2方向とでなす角度)や、第1方向に伸びる繊維22の本数と第2方向に伸びる繊維22の本数とに差を設けることで、圧電基板10の線膨張係数の異方性と同様の異方性を備える第1支持体20を実現することができる。
Further, when the linear expansion coefficient of the
<弾性波デバイス1の他の構造:第1支持体20>
上述の例では、第1支持体20は樹脂材料21中に繊維22が介在している例を説明したが、繊維22に代えて無機フィラー23を樹脂材料21中に分散保持させてもよい。無機フィラー23は、樹脂材料21、圧電基板10よりも線膨張係数の小さい材料からなるものであり、例えば石英フィラーを用いることができる。このような無機フィラー23の粒径は1〜10μm程度とすればよい。
<Other structure of elastic wave device 1:
In the above example, in the
このような構成により、第1支持体20の弾性率E2を低く、線膨張係数を小さくすることができるので、圧電基板10の反りや割れの発生を抑制しつつ温度補償効果も奏するものとすることができる弾性波デバイス1を提供することができる。
With such a configuration, the elastic modulus E2 of the
<弾性波デバイス1の他の構造:第2支持体30>
上述の例では、第2支持体30として、材料・厚み共に適宜選択できるものとし、一例として圧電基板10と同じ材料を用い、かつ、同じ厚み備える構成を例に説明したが、この構成に限定されない。
<Other structure of elastic wave device 1:
In the above example, the material and the thickness of the
例えば、第2支持体30を圧電基板10と同じ材料で構成した上で、厚みT3をT1よ
りも大きく、T2よりも小さくしてもよい。すなわち、T1<T3<T2を満たしていてもよい。
For example, the
図8(a)にT1に対するT3の大きさと弾性波デバイスの温度補償応力との関係を、図8(b)にT2に対するT3の大きさと弾性波デバイスの温度補償応力との関係をそれぞれ示す。図8において、シミュレーションの基本モデルは以下の通りとした。
圧電基板10:α1…16.1ppm/℃、E1…213GPa
第1支持体20:α2…2.8ppm/℃、E2…24GPa
第2支持体30:α3…16.1ppm/℃、E3…213GPa
図8からも明らかなように、T3/T1を1よりも大きくするにつれて温度補償応力は大きくなり、T3/T2が1より大きくなると、温度補償応力がT1=T3の場合よりも小さくなる。すなわち、T3を厚くする効果が小さくなる。このことから、T3/T1>1かつT3/T2<1とすることで温度補償応力を高めることができる。
FIG. 8A shows the relationship between the magnitude of T3 with respect to T1 and the temperature-compensating stress of the elastic wave device, and FIG. 8B shows the relationship between the magnitude of T3 with respect to T2 and the temperature-compensating stress of the elastic wave device. In FIG. 8, the basic model of the simulation is as follows.
Piezoelectric substrate 10: α1 ... 16.1 ppm / ° C., E1 ... 213 GPa
First support 20: α2 ... 2.8 ppm / ° C., E2 ... 24 GPa
Second support 30: α3 ... 16.1 ppm / ° C., E3 ... 213 GPa
As is clear from FIG. 8, the temperature compensation stress increases as T3 / T1 is larger than 1, and when T3 / T2 is larger than 1, the temperature compensation stress becomes smaller than when T1 = T3. That is, the effect of thickening T3 becomes small. From this, the temperature compensation stress can be increased by setting T3 / T1> 1 and T3 / T2 <1.
また、T2/T1の大きさを大きくすることで温度補償応力を高めることができる。温度変化による周波数変動を抑制するためには、目安として300MPaを超える圧縮応力を圧電基板10に下面に加えることが望まれる。このことから、T2/T1≧25とすることで目安となる応力を実現することができる。さらに、T2/T1≧37とする場合にはどのようなT3の値をとった場合であっても目安となる応力を実現することができる。
Further, the temperature compensation stress can be increased by increasing the size of T2 / T1. In order to suppress frequency fluctuations due to temperature changes, it is desirable to apply a compressive stress exceeding 300 MPa to the lower surface of the
また、0.2<T3/T2<0.75とする場合には、さらに温度補償応力を高めることができる。ただし、比較的厚みの厚い第1および第2支持体20、30の総厚みを薄くするためには、T3/T2<0.5としてもよい。さらに、仮にT2/T1≧25を満たす場合には、圧縮応力が特に大きくなる0.3<T3/T2<0.4の関係を満たすようにしてもよい。
Further, when 0.2 <T3 / T2 <0.75, the temperature compensation stress can be further increased. However, in order to reduce the total thickness of the relatively thick first and
なお、上述の関係は、E1=E3>E2、α1=α3>α2を満たす場合には同様の傾向を示すことを確認している。 It has been confirmed that the above-mentioned relationship shows the same tendency when E1 = E3> E2 and α1 = α3> α2 are satisfied.
<弾性波デバイス1の他の構造:第2支持体30>
上述の例では、第2支持体30として、圧電基板10と同じ材料を用いる例について説明したが、第2支持体30として水晶を用いてもよい。
<Other structure of elastic wave device 1:
In the above example, an example in which the same material as the
第2支持体30として水晶を用いた場合には、平面方向の線膨張係数を調整可能であるため、圧電基板10の線膨張係数の平面方向における異方性と合わせることができ、弾性波デバイス1の反りを抑制することができる。さらに、圧電基板10をLiTaO3基板とする場合には、第2支持体30は線膨張係数、弾性率が圧電基板10と第1支持体20との間の特性を備えるものとなり、弾性波を伝搬させる圧電基板10の機能および熱履歴により生じる応力の緩和および圧電基板10の拘束という第1支持体20の機能の双方に悪影響を及ぼすことがないため、電気特性にすぐれ、かつ信頼性の高い弾性波デバイス1を提供することができる。
When quartz is used as the
<複合基板>
次に、上述の弾性波デバイス1を提供するための複合基板100について説明する。図6(a)は複合基板100の上面図である。複合基板100は、ウエハ状の圧電基板11、第1支持体120、第2支持体130がこの順に積層されている。なお、圧電基板110,第1支持体120、第2支持体130はそれぞれ、圧電基板10,第1支持体20、第2支持体30と同様の構成を備えている。以下、異なる点のみを説明し、重複する説明を割愛する。
<Composite board>
Next, the
弾性波デバイス1の複合基板100は、図6(a)に破線で示すように複数の区画に区分され、その一区分それぞれが弾性波デバイス1となる。具体的には、複合基板100を各区画ごとに、圧電基板110の上面に弾性波を励振するための電極が形成されており、その一区分を切り出し個片化して弾性波デバイス1とする。
The
図6(b)は、図6(a)のVI−VI線における断面図である。図6(b)に示すように、第1支持体120は、樹脂材料121をそなえており、樹脂材料121中に繊維122を備えている。そして、面方向における中央領域125(面中央領域ともいう)に比べ外周領域126は、単位体積当たりの繊維122の割合が多くなっている。複合基板100に熱応力等が加わったときに、外周領域126における応力は面中央領域125に比べて大きくなるが、このような構成とすることで、外周領域126の強度を高めているため複合基板100の反りを抑制することができる。
FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG. 6A. As shown in FIG. 6B, the first support 120 includes the
なお、このような外周領域126は、全体の長さの1/3未満とすることが望ましい。例えば、6インチウェハを用いる場合には、外周に幅20mm未満のリング状の外周領域126を備えればよい。
It is desirable that such an outer
なお、圧電基板11、第1支持体120、第2支持体130がこの順に重ねて押圧の上接合して複合基板100を得る場合には、面中央領域125に比べて外周領域126に大きな力が加わり、その結果、複合基板100が、外周の厚みが中央に比べ薄い樽状の形状となる虞があった。これに対して、本開示では、外周領域126での強度を確保することで複合基板100の厚みを面内で一定にすることができる。
When the piezoelectric substrate 11, the first support 120, and the
なお、上述の例では繊維122の分布を面内で異ならせた例を用いて説明したが、繊維122に代えて無機フィラーを樹脂材料121に分散させ、無機フィラーの分布を外周領域126で密にしてもよい。
In the above example, the distribution of the
また、樹脂材料121中に繊維122と無機フィラーとを両方分散させてもよい。外周領域126における強度を面中央領域125に比べて大きくできれば、特にその方法は限定されない。
Further, both the
さらに、上述の複合基板100では、面方向における繊維22の分布状態について説明したが、この構成に加え、図5に示すように、厚み方向における分布を備えてもよい。すなわち、厚み方向の中央付近において上述の面方向の分布を持たせてもよい。
Further, in the
<弾性波デバイス>
次に、本開示の構成による効果を検証するために、図1に示す構成の弾性波デバイス1を製造した。基本構成は下記の通りである。
[基本構成]
[圧電基板10]
材料 :42°YカットX伝搬LiTaO3基板
厚みT1 :10μm
弾性率E1:213GPa
[励振電極]
材料:Al−Cu合金
厚さ(Al−Cu合金層):131.5nm
IDT電極の電極指32:
(本数)200本
(ピッチ)0.791μm
(デューティー)0.65
(交差幅)20λ (λ=2×ピッチ)
[第1支持体20]
樹脂材料21:エポキシ系樹脂
繊維22 :ガラスクロス
[第2支持体30]
材料 :42°YカットX伝搬LiTaO3基板
厚みT3 :10μm
弾性率E3:213GPa
このような基本構成に対して、第1支持体10の弾性率E2を35GPa、厚みT2を100μm、線膨張係数α2を2.1ppm/℃とした実施例1を製造した。実施例1にかかる(E2×T2)/(E1×T1)は1.60だった。
<Elastic wave device>
Next, in order to verify the effect of the configuration of the present disclosure, the
[Basic configuration]
[Piezoelectric substrate 10]
Material: 42 ° Y-cut X propagation LiTaO 3 substrate Thickness T1: 10 μm
Elastic modulus E1: 213GPa
[Excitation electrode]
Material: Al-Cu alloy Thickness (Al-Cu alloy layer): 131.5 nm
Electrode finger 32 of IDT electrode:
(Number) 200 (Pitch) 0.791 μm
(Duty) 0.65
(Cross width) 20λ (λ = 2 × pitch)
[First support 20]
Resin material 21: Epoxy resin fiber 22: Glass cloth [2nd support 30]
Material: 42 ° Y-cut X propagation LiTaO 3 substrate Thickness T3: 10 μm
Elastic modulus E3: 213 GPa
For such a basic configuration, Example 1 was manufactured in which the elastic modulus E2 of the
また比較例1として、第1支持体の構成を変えて、(E2×T2)/(E1×T1)を26.5とした。具体的には、サファイア基板からなり、その弾性率は、470GPa、厚みは、300μm、線膨張係数を7ppm/℃とした。その他の構成(圧電基板および第2支持体)は実施例と同様とした。 Further, as Comparative Example 1, the configuration of the first support was changed so that (E2 × T2) / (E1 × T1) was set to 26.5. Specifically, it was made of a sapphire substrate, the elastic modulus of which was 470 GPa, the thickness of which was 300 μm, and the coefficient of linear expansion was 7 ppm / ° C. Other configurations (piezoelectric substrate and second support) were the same as in the examples.
実施例1、比較例1の温度補償応力を確認したところどちらも210GPa程度であったが、実施例1は圧電基板10の剥離、クラック、割れ等は発生しなかったのに対して、比較例1はクラックが発生した。以上より、同等の温度補償応力を発現しても、(E2×T2)/(E1×T1)を満たすことにより初めてクラック等の発生を抑制し、信頼性の高い弾性波デバイスを提供できることが分かった。
When the temperature compensation stresses of Example 1 and Comparative Example 1 were confirmed, they were both about 210 GPa, but in Example 1, peeling, cracking, cracking, etc. of the
なお、比較例2として、第1支持体に代えて、サファイア基板(弾性率470GP、厚み300μm、線膨張係数7ppm/℃)とした構成を製造した。比較例1は、第2支持体は備えていない。
As Comparative Example 2, a configuration using a sapphire substrate (elastic modulus 470 GP,
比較例2は熱履歴により、実施例1に比べ大きい反りが発生した。 In Comparative Example 2, due to the heat history, a large warp occurred as compared with Example 1.
以上より、実施例1に係る弾性波デバイスによれば、反りを抑制し、圧電基板10の剥離、クラック、割れ等の発生を抑制するとともに、十分な温度補償応力を備えることが確認された。
From the above, it was confirmed that the elastic wave device according to the first embodiment suppresses warpage, suppresses the occurrence of peeling, cracking, cracking, etc. of the
以上より、本開示の構成とすることで、温度補償能力にも優れ、かつ、割れの発生しない信頼性の高い弾性波デバイスを提供できることを確認した。 From the above, it has been confirmed that the configuration of the present disclosure can provide a highly reliable elastic wave device having excellent temperature compensation capability and no cracking.
<複合基板100>
次に、図6に示す構成の複合基板100を作製した。複合基板のサイズは3インチとした。また、圧電基板110、第1支持体120、第2支持体130の基本構成は以下の通りである。
<
Next, the
圧電基板110:
材料 :42°YカットX伝搬LiTaO3基板
厚みT1 :10μm
弾性率E1:213GPa
熱膨張係数α1:16.1ppm/K
ポアソン比:0.3
第1支持体120
樹脂材料121:弾性率9GPa,線膨張係数17.5ppm/K,ポアソン比0.
3
繊維122 :弾性率23GPa,線膨張係数2ppm/K,ポアソン比0.3
第2支持体130
材料 :42°YカットX伝搬LiTaO3基板
厚みT3 :20μm
弾性率E3:213GPa
熱膨張係数α3:16.1ppm/K
ポアソン比:0.3
ここで、中央領域125は、複合基板100の中心から半径63μmの領域であり、外周領域126は、中央領域125の外周に位置し14.2μmの幅のリング状の形状とした。さらに第1支持体120の中央領域125では、樹脂材料121の割合を80%、繊維122の割合を20%としており、中央領域125のヤング率(弾性率)はその合成値である13とした。そして、外周領域126における樹脂材料121と繊維122との比率を異ならせモデルを作製した。具体的には、繊維122の割合を20%〜80%まで変えたモデルを作製した。
Piezoelectric substrate 110:
Material: 42 ° Y-cut X propagation LiTaO3 substrate Thickness T1: 10 μm
Elastic modulus E1: 213GPa
Thermal expansion coefficient α1: 16.1ppm / K
Poisson's ratio: 0.3
First support 120
Resin material 121: Elastic modulus 9 GPa, coefficient of linear expansion 17.5 ppm / K, Poisson's
3
Fiber 122: Elastic modulus 23 GPa, coefficient of
Material: 42 ° Y-cut X propagation LiTaO3 substrate Thickness T3: 20 μm
Elastic modulus E3: 213 GPa
Coefficient of thermal expansion α3: 16.1ppm / K
Poisson's ratio: 0.3
Here, the
このようなモデルに対して、100℃昇温したのちに降温させたときの複合基板100の撓みの大きさをシミュレーションした。その結果、図7に示すように、繊維122の割合を増やしていくに従い撓み量が小さくなっていく様子を確認した。
For such a model, the magnitude of deflection of the
<弾性波デバイス1Aから抽出される他の実施形態>
弾性波デバイス1Aにおいては、1≦(E2×T2)/(E1×T1)≦9を満たす第1支持体20において、第1面20a近傍の領域、第2面20b近傍の領域を設ける構成について説明したが、1≦(E2×T2)/(E1×T1)≦9を満たさない第1支持体において第1面20a近傍の領域、第2面20b近傍の領域を設ける構成としてもよい。
<Other Embodiments Extracted from
In the
この場合には、第1面20a近傍の領域、第2面20b近傍の領域の樹脂材料が応力調整層として機能するので、接合界面における剥離を抑制することができる。
In this case, since the resin material in the region near the
具体的には、第1支持体20は、Siやサファイア基板等の圧電基板10より線膨張係数の小さい材料が厚みの中央に配置し、その上下面を、第1面20a近傍の領域、第2面20b近傍の領域として別体の樹脂層で挟む構成であってもよい。すなわち、第1支持体20を、Siやサファイア等の中央部とその上下に位置する樹脂部との積層構造としてもよい。そして、各樹脂部の厚みは、圧電基板10の厚みよりも厚い。より好ましくは、圧電基板10の厚みの3〜4倍としてもよい。
Specifically, in the
第1支持体20を上述の構成とし、樹脂部の線膨張係数を中央部の材料および圧電基板10の線膨張係数の間の値をとることで、圧電基板10に応力を調整しつつ加えることが可能となる。これにより、圧電基板10に圧縮応力を加えて音速を調整することができ、結果として温度補償することができる。さらに、弾性率を中央部および圧電基板10よりも小さくすることで、各構成要素の割れ、剥離等を抑制することができる。
The
上述の第1支持基板20を備える弾性波デバイスの一構成として、例えば、圧電基板10と第2支持体30とをLT基板で構成し、第1支持体20として、Siからなる中央部とその厚み方向の上下に位置する樹脂部との積層構造で構成するものがある。この場合には、第2支持体30により、圧電基板10と第1支持体20と第2支持体30の積層構造の反りを抑制することができる。
As one configuration of the elastic wave device provided with the
1・・・弾性波デバイス
10,110・・・圧電基板
20,120・・・第1支持体
21・・・樹脂材料
22・・・繊維
30,130・・・第2支持体
100・・複合基板
1 ...
Claims (8)
前記第1面に接合された、前記第1支持体よりも線膨張係数の大きい圧電基板と、
前記第2面に接合された、前記第1支持体よりも線膨張係数の大きい第2支持体と、を備え、
前記圧電基板の弾性率をE1、厚みをT1とし、前記第1支持体の弾性率をE2、厚みをT2とすると、1≦(E2×T2)/(E1×T1)≦9の関係を満たし、
前記第1支持体は樹脂材料を含み、
前記第1支持体は、前記樹脂材料中に前記第1支持体の面方向に延びる繊維を備え、
前記樹脂材料は、前記圧電基板に比べ線膨張係数が大きく、
前記繊維は、前記樹脂材料に比べ線膨張係数が小さく、弾性率は大きい、
弾性波デバイス。 A first support having a first surface and a second surface facing each other in the thickness direction,
A piezoelectric substrate bonded to the first surface and having a coefficient of linear expansion larger than that of the first support.
A second support having a coefficient of linear expansion larger than that of the first support, which is joined to the second surface, is provided.
Assuming that the elastic modulus of the piezoelectric substrate is E1, the thickness is T1, the elastic modulus of the first support is E2, and the thickness is T2, the relationship of 1 ≦ (E2 × T2) / (E1 × T1) ≦ 9 is satisfied. ,
The first support contains a resin material and contains
The first support includes fibers extending in the plane direction of the first support in the resin material.
The resin material has a larger coefficient of linear expansion than the piezoelectric substrate.
The fiber has a smaller coefficient of linear expansion and a higher elastic modulus than the resin material.
Elastic wave device.
前記第1面に接合された、前記第1支持体よりも線膨張係数の大きい圧電基板と、
前記第2面に接合された、前記第1支持体よりも線膨張係数の大きい第2支持体と、を備え、
前記圧電基板の弾性率をE1、厚みをT1とし、前記第1支持体の弾性率をE2、厚みをT2とすると、1≦(E2×T2)/(E1×T1)≦9の関係を満たし、
前記第1支持体は樹脂材料を含み、
前記第1支持体は、前記樹脂材料中に前記第1支持体の面方向に延びる繊維を備え、
前記第1支持体は、
厚み方向において、前記第1面の側と前記第2面の側との領域は厚み中央領域に比べて前記繊維の単位体積あたりの割合が少ない、
弾性波デバイス。 A first support having a first surface and a second surface facing each other in the thickness direction,
A piezoelectric substrate bonded to the first surface and having a coefficient of linear expansion larger than that of the first support.
A second support having a coefficient of linear expansion larger than that of the first support, which is joined to the second surface, is provided.
Assuming that the elastic modulus of the piezoelectric substrate is E1, the thickness is T1, the elastic modulus of the first support is E2, and the thickness is T2, the relationship of 1 ≦ (E2 × T2) / (E1 × T1) ≦ 9 is satisfied. ,
The first support contains a resin material and contains
The first support includes fibers extending in the plane direction of the first support in the resin material.
The first support is
In the thickness direction, the region between the first surface side and the second surface side has a smaller ratio per unit volume of the fiber than the central thickness region.
Elastic wave device.
の弾性波デバイス。 The elastic wave device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the second support is made of the same material as the piezoelectric substrate.
前記第1面に接合された、前記第1支持体よりも線膨張係数の大きい圧電基板と、
前記第2面に接合された、前記第1支持体よりも線膨張係数の大きい第2支持体と、を備え、
前記圧電基板の弾性率をE1、厚みをT1とし、前記第1支持体の弾性率をE2、厚みをT2とすると、1≦(E2×T2)/(E1×T1)≦9の関係を満たし、
前記第1支持体は、樹脂材料中に前記第1支持体の面方向に延びる繊維を含み、面方向において、中央より外周側で前記繊維の単位体積あたりの割合が多い、複合基板。 A first support having a first surface and a second surface facing each other in the thickness direction,
A piezoelectric substrate bonded to the first surface and having a coefficient of linear expansion larger than that of the first support.
A second support having a coefficient of linear expansion larger than that of the first support, which is joined to the second surface, is provided.
Assuming that the elastic modulus of the piezoelectric substrate is E1, the thickness is T1, the elastic modulus of the first support is E2, and the thickness is T2, the relationship of 1 ≦ (E2 × T2) / (E1 × T1) ≦ 9 is satisfied. ,
The first support is a composite substrate containing fibers extending in the surface direction of the first support in a resin material, and having a large proportion of the fibers per unit volume on the outer peripheral side from the center in the surface direction.
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