JP7066852B2 - 複合基板 - Google Patents
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Description
本開示は、複合基板に関する。
近年、携帯電話等の通信機器に使用されるＳＡＷ（弾性表面波）素子等の圧電素子には、薄型化が要求されている。
これに伴い、例えば、特許文献１では、サファイア基板の表面にＬＴ（ＬｉＴａＯ3）基板が位置し、このサファイア基板およびＬＴ基板を連通する孔に位置するビア導体を備えたＳＡＷデバイスが提案されている。
このように、特許文献１では、ＬＴ基板単体とするのではなく、ＬＴ基板よりも機械的強度の高いサファイア基板を用いることで、全体としての機械的強度を維持しつつ、ＬＴ基板を薄くすることができ、ＳＡＷデバイスの薄型化を実現している。
本開示の複合基板は、第１基板と、第２基板とが重なっている板状体である。また、第１基板から前記第２基板にわたって前記板状体の厚み方向に孔を有する。また、第２基板の平均厚みＢに対する前記第１基板の平均厚みＡの比Ａ／Ｂが１／５以下である。また、孔に位置する前記板状体の内壁の前記第１基板および前記第２基板の界面は、前記第２基板を構成する成分を含有する被覆層により覆われている部分を有する。
本開示の複合基板について、図を参照しながら説明する。
本開示の複合基板１０は、図１に示すように、第１基板１と、第２基板２とを有している。複合基板１０は、板状体である。
本開示の複合基板１０は、図１に示すように、第１基板１と、第２基板２とが重なっている。
ここで、第１基板１とは、圧電性能を有する基板であり、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3、以下ＬＴと記載する）基板、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3、以下ＬＮと記載する）基板等である。一方、第２基板２とは、単結晶ならば、シリコン基板、サファイア基板、多結晶ならば、酸化アルミニウム基板、窒化アルミニウム基板、窒化珪素基板等であり、第１基板１よりも高い機械的強度を有する。
なお、第１基板１および第２基板２を構成する材質は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて測定し、得られた２θ（２θは、回折角度である。）の値をＪＣＰＤＳカードで同定することで特定することができる。
そして、本開示の複合基板１０は、図１に示すように、第１基板１から第２基板２にわたって板状体の厚み方向に孔３を有し、第２基板２の平均厚みＢに対する第１基板１の平均厚みＡの比Ａ／Ｂが１／５以下である。さらに、孔３に位置する板状体の内壁の第１基板１および第２基板２の界面は、第２基板２を構成する成分を含有する被覆層４により覆われている部分を有する。
このような構成を満足していることで、複合基板１０の厚みが薄くとも、機械的強度に優れた第２基板２を構成する成分を含有する被覆層４により、孔３に位置する界面が覆われているため、本開示の複合基板１０は、孔３に位置する界面から亀裂が発生しいくい。
ここで、複合基板の機械的強度を向上させる観点からは、第２基板２の平均厚みＢに対する第１基板１の平均厚みＡの比Ａ／Ｂが１／５０以上であってもよい。なお、第１基板１の平均厚みＡは、例えば、１μｍ以上４０μｍ以下であってもよい。また、第２基板２の平均厚みＢは、例えば、５０μｍ以上２００μｍ以下であってもよい。
なお、第１基板１の平均厚みＡおよび第２基板の平均厚みＢは、以下の方法で測定し算出すればよい。まず、図１に示す断面となるように複合基板１０を切断し、クロスセクションポリッシャー（ＣＰ）にて研磨する。次に、この研磨した断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影する。次に、撮影した写真の第１基板１および第２基板２のそれぞれにおいて、少なくとも５箇所以上の厚みを測定し、その平均値を算出すればよい。
また、被覆層４は、被覆層４を構成する全成分１００質量％のうち、第２基板２を構成する成分の含有量が９０質量％以上である。ここで、被覆層４を構成する成分およびその含有量は、以下の方法で確認すればよい。まず、図１に示す断面となるように複合基板１０を切断し、ＣＰにて研磨する。次に、この研磨した断面における被覆層４を、ＳＥＭまたは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）付設のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）用いて測定し、被覆層４を構成する成分およびその含有量を算出すればよい。
また、本開示の複合基板１０における被覆層４は、第１基板１および第２基板２の界面を周回するように位置していてもよい。ここで、被覆層４が界面を周回するように位置するとは、界面が全て被覆層４に覆われており、孔３内において界面が露出している箇所がないことを意味する。このような構成を満足するならば、界面が全て被覆層４に覆われていることから、本開示の複合基板１０は、孔３に位置する界面から亀裂がより発生しいくい。また、複合基板１０を、孔３にビア導体を形成する前に、アルカリ溶液等の洗浄剤で洗浄する場合があれば、界面に洗浄剤が入り込まず、第１基板１と第２基板２との密着性を維持できることから、信頼性に優れる。
また、本開示の複合基板１０は、孔３に位置する第１基板１の内壁において、被覆層４が、界面から第１基板１の開口までの厚みの９０％以上に位置してもよい。ここで、被覆層４が界面から第１基板１の開口までの厚みの９０％以上に位置するとは、界面から第１基板１の開口までの距離をＡとしたとき、被覆層４が、孔３に位置する第１基板１の内壁のうち、界面から開口側へ０．９Ａ以上の部分までを覆っていることを意味する。
そして、このような構成を満足するならば、孔３にビア導体を形成する際に、ビア導体から生じる熱応力から、機械的強度の劣る第１基板１が被覆層４により保護されることで、第１基板１に亀裂が生じにくくなる。なお、第１基板１により亀裂を生じにくくさせる観点からは、被覆層４が、孔３に位置する第１基板１の内壁を全て覆っていてもよい。
また、本開示の複合基板１０における被覆層４は、第１基板１の開口側から界面側にかけて厚みが漸増する部分を有してもよい。このような構成を満足するならば、被覆層４のうち界面を覆っている箇所が、ビア導体から生じる熱応力を効果的に緩和することができることから、本開示の複合基板１０は、孔３に位置する界面から亀裂がより発生しにくくなる。
また、本開示の複合基板１０における被覆層４は、第２基板２の開口側から界面側にかけて厚みが漸増する部分を有してもよい。このような構成を満足するならば、被覆層４のうち界面を覆っている箇所が、ビア導体から生じる熱応力を効果的に緩和することができることから、本開示の複合基板１０は、孔３に位置する界面から亀裂がより発生しにくくなる。
ここで、被覆層４の最大厚みは、例えば、０．５μｍ以上２．５μｍ以下であってもよい。被覆層４が上記最大厚みであるならば、孔３へのビア導体の形成が容易であるとともに、被覆層４により界面を効果的に保護することができる。
また、本開示の複合基板１０における孔３は、図１に示すように、第１基板１の開口径が第２基板２の開口径よりも大きくてもよい。このような構成を満足するならば、孔３のビア導体を介して、第１基板１に効率よく電流を流すことができ、本開示の複合基板１０の電気的特性が向上する。
また、孔３における第１基板１の開口径は、例えば、直径が４０μｍ以上９０μｍ以下の円形であってもよい。一方、孔３における第２基板２の開口径は、例えば、直径が３０μｍ以上７０μｍ以下の円形であってもよい。
また、第１基板１の内壁の面粗さは、第２基板２の内壁の面粗さよりも大きくてもよい。言い換えれば、第２基板２の内壁の面粗さは、第１基板１の内壁の面粗さよりも小さくてもよい。
第１基板１の内壁の面粗さが、第２基板２の内壁の面粗さよりも大きい場合、被覆層４が第１基板１の内壁に密着しやすい。そのため、被覆層４が安定して界面を被覆することができる。
一方で、第２基板２の内壁の面粗さが、第１基板１の内壁の面粗さよりも小さい場合、ビア導体などに代表される金属部材を蒸着またはスパッタにより第１基板１の内壁および第２基板２の内壁に形成する工程において、金属部材が第２基板の内壁の全体に形成されやすい。特に、第２基板２における界面から離れた部分においても金属部材が形成されやすい。
第１基板１の内壁の面粗さ及び第２基板２の内壁の面粗さは、ＪＩＳＢ０６０１：２０１３附属書ＪＡに準じた十点平均粗さのパラメータである。
具体的には、最高の山頂から高い順に５番目までの山高さの平均と最深の谷底から深い順に５番目までの谷深さの平均との和を表している。
第１基板１の内壁の面粗さ及び第２基板２の内壁の面粗さは、特定の値に限定されるものではない。例えば、第１基板１の内壁の面粗さは、３～７μｍ程度に設定できる。また、第２基板２の内壁の面粗さは、１～５μｍ程度に設定できる。
第１基板１の内壁の面粗さの具体的な算出方法は以下の通りである。図１に示す断面となるように複合基板１０を切断し、ＣＰにて断面を研磨する。次に、ＳＥＭを用いて断面を撮影する。このとき、断面における凹凸に対し最高の山頂と最深の谷底との間を通るように基準長さを１０μｍとして仮想線を引く。次に、最高の山頂から高い順に５番目までを選択し、仮想線からの各山高さの距離を測定する。そして、山高さの５つの距離の平均値を求める。同様に、最深の谷底から深い順に５番目までを選択し、仮想線からの各谷深さの距離を測定する。谷深さの５つの距離の平均値を求める。山高さの平均値と谷深さの平均値の和を求める。
第２基板２の内壁の面粗さの具体的な算出方法は以下の通りである。図１に示す断面となるように複合基板１０を切断し、ＣＰにて断面を研磨する。次に、ＳＥＭを用いて断面を撮影する。このとき、断面における凹凸に対し最高の山頂と最深の谷底との間を通るように基準長さを１０μｍとして仮想線を引く。次に、最高の山頂から高い順に５番目までを選択し、仮想線からの各山高さの距離を測定する。そして、山高さの５つの距離の平均値を求める。同様に、最深の谷底から深い順に５番目までを選択し、仮想線からの各谷深さの距離を測定する。谷深さの５つの距離の平均値を求める。山高さの平均値と谷深さの平均値の和を求める。
次に、本開示の複合基板１０の製造方法の一例について説明する。
まず、第１基板１として、ＬＴ基板またはＬＮ基板を準備する。また、第２基板２として、シリコン基板、サファイア基板、酸化アルミニウム基板、窒化アルミニウム基板または窒化珪素基板を準備する。ここで、第１基板１としては、第２基板２の平均厚みＢに対する第１基板１の平均厚みＡの比Ａ／Ｂが１／５以下となる厚みを有するものを準備する。
次に、第１基板１と第２基板２とを貼り合わせることで、第１基板１と、第２基板２とが重なっている板状体を得る。この貼り合わせは、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で行なう。ここで、直接接合の場合は、第１基板１に第２基板２を直に重ねた後、真空中、大気中または所定の雰囲気中で、加熱や加圧することで、第１基板１と第２基板２とを貼り合わせる。
次に、第１基板１から第２基板２にわたって板状体の厚み方向に貫通する孔３を、ＹＡＧレーザ等の第３高調波（３５５ｎｍ）を利用した超短パルスレーザを第１基板１側から照射することで形成する。
このように、超短パルスレーザを用いれば、第１基板１および第２基板２に亀裂に発生させずに孔３を形成することが可能となる。そして、超短パルスレーザの出力および加工経路を調整し、パルスフルエンス（レーザの１パルスが単位面積あたりに照射するエネルギー）を増加させることで、第２基板２の加工領域から飛散した成分が、孔３に位置する板状体の内壁に付着して被覆層４となり、パルスフルエンスの値を制御することで、孔３に位置する板状体の内壁において、任意の場所に任意の厚さの被覆層４を形成することができる。
このように、超短パルスレーザの出力および加工経路を調整して孔３を形成することで、本開示の複合基板１０を得ることができる。
また、第１基板１の内壁の面粗さおよび第２基板２の内壁の面粗さの制御方法について記載する。レーザのパルスフルエンスの値を調整することで、第１基板１の内壁の面粗さおよび第２基板２の内壁の面粗さが制御される。レーザのパルスフルエンスの値を高く設定すると、粗さを大きくすることができる。
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：第１基板
２：第２基板
３：孔
４：被覆層
１０：複合基板
２：第２基板
３：孔
４：被覆層
１０：複合基板
Claims (5)
- タンタル酸リチウム基板、ニオブ酸リチウム基板のいずれかからなる第１基板と、単結晶ならば、シリコン基板、サファイア基板、多結晶ならば、酸化アルミニウム基板、窒化アルミニウム基板、窒化珪素基板のいずれかからなる第２基板とを有する板状体であり、
前記第１基板と前記第２基板とは重なっており、
前記第１基板から前記第２基板にわたって前記板状体の厚み方向に貫通孔を有し、
前記第２基板の平均厚みＢに対する前記第１基板の平均厚みＡの比Ａ／Ｂが１／５以下であり、
前記貫通孔に位置する前記板状体の内壁の前記第１基板および前記第２基板の界面は、前記第２基板を構成する成分を含有する被覆層により覆われている部分を有し、
前記被覆層は、前記第１基板の開口側から前記界面側にかけて厚みが漸増する部分と、前記第２基板の開口側から前記界面側にかけて厚みが漸増する部分とを有する、複合基板。 - 前記被覆層は、前記界面を周回するように位置している、請求項１に記載の複合基板。
- 前記貫通孔に位置する前記第１基板の内壁において、前記被覆層は、前記界面から前記第１基板の開口までの厚みの９０％以上に位置する請求項１または請求項２に記載の複合基板。
- 前記貫通孔は、前記第１基板の開口径が前記第２基板の開口径よりも大きい、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の複合基板。
- 前記第１基板の内壁の面粗さは、前記第２基板の内壁の面粗さよりも大きい、請求項１乃至４のいずれかに記載の複合基板。
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