JPH0559609B1 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、圧電性および／又は焦電性の基板
と、この基板上に重ねられた、少なくとも１つの
上部にある金属化領域とを備えた音波（AW）デ
バイスの製法に関する。本発明製法は、表面弾性
波（SAW）デバイスの製造に、特に適用可能で
ある。音波（AW）デバイスと言う用語は、前記
配置の基板と、上部にある金属化領域とを持ち、
音波特性によつて少なくとも部分的に機能を行な
う物品に関する。 AWデバイスは、この種の技術分野においては
よく知られている。代表的なAWデバイスは、音
波機能を行なうように配置した金属化領域が上部
にある圧電性基板を備えている。しかしAWデバ
イスは、高度に絶縁性ではあるが、圧電性ではな
い基板を備えてもよい。この場合この基板は、導
電性金属化領域の下側の基板上に圧電性材料の中
間層を備えるか又は或る場合に、ガラスのような
誘電体材料上に直接付着した導電性金属化領域を
備えている。このいずれの場合においても基板
は、焦電性材料から成ることが多い。 従来は、良好な製品を確信をもつて製造するこ
とを期待できるように、SAWデバイスを製造す
るのは困難であることは認められていた。本発明
者は、欠点のあるSAWデバイスの電子顕微鏡検
査によつて、それぞれ所定の場所にある別別の金
属化領域が互いに密接している場合に、これ等の
金属化領域の間の放電の結果としてたびたび製品
の損傷が生じることを見出した。多数のAWデバ
イスにおいて、隣接する金属化領域を隔離する間
隔は非常に小さくて、AWデバイスの動作周波数
に関係する。たとえば、無線周波数で動作するよ
うにしたAWデバイスは、10μｍの程度のすきま、
恐らく1μｍぐらいのすきまを備えている。放電
損傷の生ずる代表的な場所は、インターデイジタ
ル形の変換器のフインガーの間又は、ホーン・レ
シーバと導波管コンボルバとの間である。これ等
のデバイスは、高度に絶縁性の基板材料から成る
ので、これ等のデバイスは、電荷を蓄積する傾向
があり、基板の圧電性および／又は焦電性の特性
によつて、電荷の蓄積又は集中は、金属化領域の
付着又はエツチングの工程のような、これ等のデ
バイスの製造に含まれる各種の工程によつて発生
すると考えられる。金属化領域は、下側にある基
板材料の合計電荷に関連する電圧を取り上げる傾
向があり、電荷は、基板を通つて好ましいように
消散することはできない。基板上の電荷の蓄積又
は分離により生ずる静電界は、異なる金属化領域
の間にアーク放電を生じるさせるには到らなくて
も、SAWデバイスの製品の損傷に帰着するかも
しれない。静電界は、金属化領域の縁部に隣接す
る位置において、基板にひび割れ又は破壊を引き
起すことは可能である。電荷の集中又は放電に伴
なう製造工程中に生ずる損傷は、音波伝搬又は音
波処理を妨害することによつて、SAWデバイス
の動作を劣化させる。 本発明者は、焦電性である基板材料を持つ
SAWデバイスにおけるこのような製品損傷現象
を見出したけれども、同じ問題は、焦電性でな
く、圧電性の基板材料であつても、生ずるものと
判断する。さらに同じ問題は、SAWデバイスだ
けでなく、AWデバイスに関連しても生じ得るも
のである。 したがつて本発明は、 (イ)焦電性の又は圧電性の基板と、(ロ)この基板上
に重ねられた、少なくとも２つの相互に絶縁され
た金属化領域とを備えた型式の音波デバイスを製
造する、音波デバイスの製法において、 前記各金属化領域が、（い）或るパターンにな
るように付着させることによつて前記基板上に形
成される時期か、又は（ろ）事前に付着した金属
化領域を或るパターンになるようにエツチングす
ることによつて前記基板上に形成される時期より
遅くならないように、前記少くとも２つの金属化
領域を接続する抵抗リンク経路を前記基板上に付
着するに際し、 前記抵抗リンク経路を、 前記（い）に係る付着パターン工程か又は前記
（ろ）に係るエツチング・パターン工程によつて、
導電性材料から成る別個のストリツプとして形成
し、 前記抵抗リンク経路を、光蝕刻工程が完了する
まで、そのまま残して置くことを特徴とする、 音波デバイスの製法にある。 蓄積した電荷を消散させることができる分路と
して役立つ抵抗リンク経路が、各金属化領域が誘
電体基板の表面上に形成される時期より遅くなら
ないように形成されることは必要欠くべからざる
ことである。その理由は、金属化領域が形成され
るやいなや、事前に生じていた電荷が金属化領域
に加えられ、互いに隣接する金属化領域間の小さ
なすきまに高電界集中を形成できるからである。
若干の従来のデバイスにおいては、デバイスに損
傷を与えることなく、又はデバイスの故障を生じ
させることなく、デバイスの動作中に蓄積するか
もしれない電荷を消散させるように、表面パター
ンが確立して後に電気的分路が形成された。しか
しこのような製造段階において分路が形成される
ことは、本発明者が見出した製品損傷現象に対す
る保護をほとんど又は全く提供しない。しかし本
発明により製造された音波デバイスにおいては、
分路の抵抗が、音波デバイスの所期の特性に関し
て適当であれば、製造工程が完了しても分路を所
定の位置に残して、音波デバイスの動作を害する
こともなく、かつ静電的な又はその他の源から、
損傷を与える電荷の蓄積に対して保護し続ける付
加的な利点を得ることができる。互いに隣接する
金属化領域を通つて電流を流すことができること
によつて、これ等の金属化領域の間の電荷の差を
除去する手段として、抵抗リンク経路が役立つの
はもちろんである。この手段は、電界集中を除去
するのに役立つ。電界集中は、AWデバイスの製
造の際に前もつて遭遇する表面アーク発生、基板
のひび割れ又は破壊の問題の原因である。 本発明方法の１つの特定の適用は、公知の形式
のSAWコンボルバ・デバイスの製造にある。こ
のような各SAWコンボルバ・デバイスは、２つ
の各電気的入口ポート用の各インターデイジタル
形の変換器と、この変換器の音波出力を受け取つ
て集束するように位置させた各ホーン・レシーバ
と、これ等の各ホーン・レシーバから出力を受け
取る対向端部を持つ音波導波管とを備えている。
このようなSAWデバイスにおいて、少なくとも
各インターデイジタル形の変換器（interdigital
transducer）をそれぞれのホーン・レシーバにリ
ンクするように、できれば各ホーン・レシーバと
音波導波管とをリンクし、各インターデイジタル
形の変換器の２組のデイジタル・リム（digital
limbs）をリンクするように、抵抗分路を形成す
ることが最良であることを見出した。 本発明方法を採用する場合の費用的な不利益を
最小にすると言う見地からすれば、かつ次次に蓄
積する電荷に対する連続的な保護を提供すると言
う見地からすれば、製造工程の完了の際に抵抗リ
ンクを所定の場所に残して、AWデバイスの所期
の動作を損なうことのないような抵抗を、本発明
方法により得られる抵抗リンクが持つことが最良
である。したがつて抵抗リンクの抵抗は、電位差
を最も迅速に除去するが、入力と出力との間に所
望しない結合経路を生じさせる、すなわち信号損
失を生じさせる一層低い値と、AWデバイスの動
作を劣化させないが、製造工程中のAWデバイス
の損傷を避けるのに充分に迅速に電位差を除去で
きない一層高い値との折束の値である。さらに別
別の金属化領域をリンクする微細な抵抗経路を形
成し、かつ基板上に非常に長い抵抗経路を収容す
る困難性によつて負わされる、抵抗リンクの抵抗
の最大レベルを制限しようとする実際上の問題が
ある。 製造段階において、AWデバイスに影響を及ぼ
す熱サイクルの時定数は秒のオーダーであり、互
いに隣接する金属化領域の漂遊容量はピコフアラ
ドのオーダーである。このような熱的に生ずる電
荷を適当に消散させるために、抵抗リンク経路の
リンク抵抗は、前記時定数が、このリンク抵抗と
漂遊容量との積より非常に大きくなるように定め
なければならない。この結果このリンク抵抗は、
最大値は10¹²オームに制限される。かりにこのリ
ンク抵抗が低すぎれば、有効な電気的結合が金属
化領域間に生じ、信号の損失を引き起すか、さも
なければ性能を劣化させる。これ等の影響は、
10¹²オームの限度内のリンク抵抗の高い値におい
ては最小である。多くのデバイスにおいて、入力
変換器は、75オーム又は50オームのケーブルから
給電され、入力電力の損失を避けるために給電ケ
ーブルの抵抗を充分に越えたリンク抵抗値を持つ
抵抗リンクを形成することが必要である。抵抗リ
ンクを、光蝕刻法（photolithography）によつ
て、別個のストリツプとして〔特許請求の範囲第
１項に記載の工程によつて〕1000オーム又はこれ
に近い値に形成することが好適である。このよう
な値は、容易に成しとげることができるし、かつ
各種の駆動要因間の理にかなつた折衷の値を提供
する。 以下にSAWコンボルバ・デバイスの概略図を
示す添付図面に関し、本発明方法の１実施例を詳
細に説明する。 添付図面には、1977年版のIEEEウルトラソニ
ツクス・シムポジウム（Ultrasonics
Symposium）の会報（カタログ番号79CH1482−
9SU）の第729頁及び次頁のアー・エイ・ベツカ
ー（R.A.Becker）及びテイー・エイチ・ハール
バート（D.H.Hurlburt）を著者とする論文『放
物線形ホーンを持つ広帯域LiNbO₃電子式コンボ
ルバ』に記載してある形式のSAWコンボルバに、
本発明による素子間の抵抗リンクを加えたものが
示されている。 図示するようにこのSAWコンボルバ・デバイ
スは、圧電性及びパイロ電気性すなわち焦電性を
持つ基板１を備えている。基板１は、表面音波が
沿つて移動するデバイス軸線が、Ｙ平面内で単結
晶のＺ方向に沿うように切断したニオブ酸リチウ
ム（LiNbO₃）の単結晶で作られている。基板１
は、音波の反射が、各素子に作用する音波に干渉
しないように互に平行でない縁部が残るように切
断される。 この単結晶の上面には、音波をそれぞれ方向
Ａ、Ｂに放出するように１対のインターデイジタ
ル形の入力変換器２，２が重ねられている。各入
力変換器２は、基板１上に金属化領域として形成
されている。音波は、基板１に金属化領域として
形成された線図的に示したホーン４により集束さ
れる。音響エネルギーの集中ビームは、同様に基
板１上に金属化領域として形成された音波導波管
６にすきま５を横切つて放出される。反対方向に
伝搬するビームは、音波導波管６内で非線形に相
互作用し、コンボリユーシヨン信号を形成する。
入力変換器２、ホーン４及び音波導波管６は、図
示のSAWコンボルバ・デバイスの各素子を構成
する。両入力変換器２の後部における基板縁部
は、単結晶の縁部からの音響エネルギーの後方散
乱を減らすように吸音材料層３で被覆される。 SAWコンボルバ・デバイスの音波導波管６は、
たとえば音波波長の幅の３倍の幅と、コンボルブ
しようとする波列の持続時間により定まる長さと
を持つ金属化領域から成る。この幅は、主モード
のコンボリユーシヨン（convolution）効率、マ
ルチモーデイング（multimoding）効果及び分散
に関する妥協点すなわち折衷案である。SAWコ
ンボルバ・デバイスの出力１０は、SAWコンボ
ルバ・デバイスの音波導波管６から取り出され
る。抵抗損失を減らし、出力の均等度を最適にす
るように、音波導波管は、その長手に沿いステイ
ツチ・ボンド（stich−bonded）され、音波導波
管の各端部をリアクタンス性成端に形成する。ス
テイツチ・ボンドとは、単一の連続したワイヤ
を、短い長さの部分に切断することなく、多数の
ボンデイング・ポイントに接着することを意味す
る。リアクタンス性成端に関する技術は、1978年
版IEEEウルトラソニツクスシムポジウム第44頁
のジエイ・エイチ・ゴール（J.H.Goll）及びア
ー．スイー．ベネツト（R.C.Bennett）の論文に
記載してある。 １例においては入力変換器２は、90MHzの帯域
幅が得られるように位相重みつけすると共にホー
ン４内にほぼ一様な音波輪郭を維持する。各入力
変換器２は、単一の直列コイル（図示してない）
で同調させられる。重みつけ技術は、電子工学論
文９号（1973年版）第138頁のエム．エフ．ルイ
ス（M.F.Lewis）と、IEEEウルトラソニツク
ス・シムポジウム（1972年版）第377頁のテイ
ー・ダブリユ・ブリストール（T.W.Bristol）と
の論文に記載されている。 ホーン４と音波導波管６との間のすきま５は、
ほぼ音波波長の１つの幅である。これは、ホーン
からの音響エネルギが、音波導波管の下方を通る
前に発散する広いすきまと、狭すぎてSAWコン
ボルバ・デバイスの入力と出力との間にかなりの
容量性結合の生ずるすきまとの間の折衷した値で
ある。 前記SAWコンボルバ・デバイスは、抵抗リン
クを除いては当業者によく知られている。これ等
の抵抗リンク７，８，９の形成及びその目的につ
いて以下に説明する。 形状又は輪郭によつてSAWコンボルバ・デバ
イスの機能素子を形成する金属化領域、すなわち
入力変換器２、ホーン４及び音波導波管６は、細
い金属化ストリツプによつてそれぞれ互いにリン
クされる。各入力変換器２は、金属化ストリツプ
７により各ホーン４にリンクされ、次いで金属ス
トリツプ９により音波導波管にリンクされる。イ
ンターデイジタル形の各入力変換器２の２つの側
部は、さらに他の金属化ストリツプ８によつて互
いにリンクされる。これ等のすべての金属化スト
リツプは、相互接続された機能素子間の抵抗リン
クを形成する。これ等の金属化ストリツプは、付
着パターン又はエツチング・パターンのいずれか
により、普通の光蝕刻法において機能素子が、所
定の形状に付着されるか又はエツチングされると
同時に形成される。これ等の金属化ストリツプ
が、主機能素子を形成する金属化材料と同じ金属
化材料で、かつ同じ層厚さに形成されるのはもち
ろんである。金属化ストリツプ７，８，９の幅と
長さが組合つてそれ等の抵抗を形成し、適当な抵
抗値を与えるように、これ等の金属化ストリツプ
の適当な組合せを提供するように、パターンが取
り決められる。 前述したように、金属化ストリツプ７，８，９
により構成される抵抗リンクは、これが設けられ
なければ製造段階において、電荷集中又はアーク
作用により生ずるような損傷からSAWコンボル
バ・デバイスを保護するのに役立つ。金属化スト
リツプ９は、ホーン４と音波導波管６との間の特
に損傷を受けやすいすきまを橋絡する。金属化ス
トリツプ８は、非常に密接した互いに挿入された
フインガーを持つインターデイジタル形の入力変
換器２の２つの側部を互いにリンクする。付着パ
ターン又はエツチング・パターンのいずれかによ
つて、これ等の金属化ストリツプを形成すること
により、SAWコンボルバ・デバイスの主機能素
子を形成する他の金属化領域と同時にこれ等の金
属化ストリツプを形成する。圧電性／焦電性基板
は、金属化領域が付着されるときに既に荷電させ
られているかもしれない。電荷集中は、荷電され
た表面上に金属化領域を形成することによつて生
ずるのであり、抵抗リンクにより提供される電荷
集中の消散手段が、このときから所定箇所になけ
れば、基板又は金属化領域に与えられる損傷は、
生じ得るのである。SAWコンボルバ・デバイス
の製造がひとたび完了すれば、抵抗リンクの主機
能も完了するけれども、SAWコンボルバ・デバ
イスの使用寿命にわたつて、これ等の抵抗リンク
を所定の箇所に残しておくことが意図される。し
かし各金属化ストリツプ８は、各１対の入力端子
を橋絡し、入力変換器の抵抗及び電源インピーダ
ンスに比べて、金属化ストリツプが高い抵抗を持
つならば、SAWコンボルバ・デバイスの動作に
害を与えることなく、所定箇所に残して置くこと
さえ可能である。しかし、SAWコンボルバ・デ
バイスの性能を劣化させる値に、金属化ストリツ
プ８の抵抗を設定しなければならないなんらかの
理由があるならば、SAWコンボルバ・デバイス
か、その各入力及び出力リード線に接続されるこ
とによつて回路内に配置されるまでの間だけ、金
属化ストリツプ８は、残されたままであり、次い
でこれを横切つてかき取るか又は化学的にエツチ
ングすることによつて、破壊される。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、本発明製法により製造したSAW
コンボルバ・デバイスの概略図である。 １……圧電性又は焦電性基板、２……インター
デイジタル形の入力変換器、４……ホーン、５…
…すきま、６……音波導波管、７，８，９……金
属化ストリツプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (イ)焦電性の又は圧電性の基板と、(ロ)この基板
   上に重ねられた、少なくとも２つの相互に絶縁さ
   れた金属化領域とを備えた型式の音波デバイスを
   製造する、音波デバイスの製法において、 前記各金属化領域が、（い）或るパターンにな
   るように付着させることによつて前記基板上に形
   成される時期か、又は（ろ）事前に付着した金属
   化領域を或るパターンになるようにエツチングす
   ることによつて前記基板上に形成される時期より
   遅くならないように、前記少くとも２つの金属化
   領域を接続する抵抗リンク経路を前記基板上に付
   着するに際し、 前記抵抗リンク経路を、 前記（い）に係る付着パターン工程か又は前記
   （ろ）に係るエツチング・パターン工程によつて、
   導電性材料から成る別個のストリツプとして形成
   し、 前記抵抗リンク経路を、光蝕刻工程が完了する
   まで、そのまま残して置くことを特徴とする、 音波デバイスの製法。 ２ 前記音波デバイスとして、１対のインターデ
   イジタル形の入力変換器と、前記各入力変換器か
   らの出力を受取りかつ集束するように配置した各
   ホーン・レシーバと、前記各ホーン・レシーバ間
   に延び、前記各ホーン・レシーバからの出力信号
   を受取るように、前記各ホーン・レシーバに結合
   した音波導波管とを備えた表面弾性波コンボルバ
   を製造するに際し、前記抵抗リンク経路を、少な
   くとも前記各ホーン・レシーバと前記音波導波管
   との間に形成することを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項記載の音波デバイスの製法。 ３ 前記抵抗リンク経路を、前記各ホーン・レシ
   ーバを前記各入力変換器に接続し、又前記各入力
   変換器の一方の各側部を他方の各側部に接続する
   ように形成する、特許請求の範囲第２項記載の音
   波デバイスの製法。