JPH0653768A

JPH0653768A - 音波デバイスの製法

Info

Publication number: JPH0653768A
Application number: JP4266854A
Authority: JP
Inventors: Meirion F Lewis; マイリオン、フランシス、リユイス
Original assignee: British Technology Group Ltd
Current assignee: BTG International Ltd
Priority date: 1980-11-17
Filing date: 1992-09-10
Publication date: 1994-02-25
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: US4448805A; EP0064506A1; JPH0856133A; JPS57501759A; JPH0865078A; EP0064506B2; JPH0559609B1; EP0064506B1; US4628222A; WO1982001790A1; JP2599239B2; JP2717071B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電荷の集中又は放電のために、音波デバイス
の製造工程中に生ずる損傷を防止することにある。【構成】音波デバイスの基板１上に、金属化領域２，
４，６の導電性材料が付着させられる前に、比較的抵抗
性の材料、たとえばクロムの層を基板上に付着させるこ
とによって、金属化領域の下側の抵抗性の材料から成る
基板被覆下側層として抵抗リンク経路７，８，９を形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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（ＳＡ
Ｗ）デバイスの製造に、特に適用可能である。音波（Ａ
Ｗ）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、音波特性によって少なくとも
部分的に機能を行なう物品に関する。

【０００２】

【従来の技術】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。

【０００３】従来は、良好な製品を確信をもって製造す
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って、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１
μｍ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、インターディジタル形の変換器のフィン
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。

【０００４】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
によって、電荷の蓄積又は集中は、金属化領域の付着又
はエッ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っ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、基板を通って
好ましいように消散することはできない。

【０００５】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
することによって、ＳＡＷデバイスの動作を劣化させ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、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防止することにある。同
じ問題点は、焦電性でなく、圧電性の基板材料であって
も、生ずるものと判断する。さらに同じ問題点は、ＳＡ
Ｗ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。

【０００７】

【問題を解決するための手段】したがって本発明は、
（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って前記
基板上に形成されるか、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ッチングすること
によって前記基板上に形成される時期より遅くないよう
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、前記金属化領域の導電性材料が前記基板上に付
着する前に、比較的抵抗性の材料の層を前記基板上に付
着させることによって、前記少なくとも２つの金属化領
域の下側の前記抵抗性材料から成る基板被覆下側層とし
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
バイスの製法によって前記問題点を解決する。

【０００８】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。

【０００９】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って電流
を流すことができることによって、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
の際に前もっ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。

【００１０】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
的入口ボート用の各インターディジタル形の変換器と、
この変換器の音波出力を受け取っ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。

【００１１】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ィジタル形の変換器（ｉｎｔｅｒｄ
ｉｇｉｔａｌｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）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、各インターディ
ジタル形の変換器の２組のディジタル・リム（ｄｉｇｉ
ｔａｌｌｉｍｂｓ）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。

【００１２】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
ないように抵抗を、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。

【００１３】したがっ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衷の値であ
る。

【００１４】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って負わされる、抵抗リンク抵抗
の最大レベルを制限しようとする実際上の問題がある。

【００１５】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ァラドのオー
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により非常に
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。

【００１６】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。

【００１７】本発明方法ではないが、抵抗リンクを、光
蝕刻法（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）によっ
て、金属化領域とは別個の金属化ストリップとして１０
００オーム又はこれに近い値に形成することができる。
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った折衷の値を提供す
る。

【００１８】誘電体基板上に重ねられた導電性パターン
を持つデバイスを製造する従来の１つの製法は、最初に
基板を被覆するクロムの下側層を付着する段階と、次い
で所望のパターンになるように付着するか又は、所望の
パターンになるようにエッチングする、一層導電性のア
ルミニウムの層を付着する段階とを包含する。従来はク
ロムの下側層は、アルミニウムの誘電体基板への付着を
改良するのに使用され、代表的には、アルミニウムの所
望のパターンの輪郭になるようにエッチングされる。

【００１９】しかし、本発明によれば、このクロムの下
側層を所望のパターンの輪郭になるようにエッチングす
る代りに、同じ基板の表面上に次に付着されるすべての
金属化領域をリンクする下側層として所定の場所に残し
て置く。このクロムの下側層は、特許請求の範囲に記載
の所望の抵抗リンクを形成するのに役立つことが可能で
ある。この下側層の厚さを、抵抗リンク経路に所望の程
度の抵抗を与えるのに適当な厚さにすることが必要であ
るのはもちろんである。

【００２０】

【実施例】以下にＳＡＷコンボルバ・デバイスの概略図
を示す図１に関し、本発明方法の１実施例を詳細に説明
する。

【００２１】図１には、１９７７年版のＩＥＥＥウルト
ラソニックス・シムポジウム（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ）の会報（カタログ番号７９ＣＨ
１４８２−９ＳＵ）の第７２９頁及び次頁のアー・エイ
・ベッカー（Ｒ．Ａ．Ｂｅｃｋｅｒ）及びディー・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。

【００２２】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、表面音波が沿って移
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。

【００２３】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対のインターディジタル形
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を横切って放出される。

【００２４】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、コンボリューション信号を
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。

【００２５】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ュ
ーション（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）効率、マルチモー
ディング（ｍｕｌｔｉｍｏｄｉｎｇ）効果及び分散に関
する妥協点すなわち折衷案である。

【００２６】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ィッチ
・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。

【００２７】スティッチ・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
ボンディング・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ＩＥＥ
Ｅウルトラソニックスシムポジウム第４４頁のジェイ・
エイチ・ゴール（Ｊ．Ｈ．Ｇｏｌｌ）及びアー・スィー
・ベネット（Ｒ．Ｃ．Ｂｅｎｎｅｔｔ）の論文に記載し
てある。

【００２８】１例においては入力変換器２は、９０ＭＨ
ｚ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．Ｌｅ
ｗｉｓ）と、ＩＥＥＥウルトラソニックス・シムポジウ
ム（１９７２年版）第３７７頁のティー・ダブリュ・ブ
リストール（Ｔ．Ｗ．Ｂｒｉｓｔｏｌ）との論文に記載
されている。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】形状又は輪郭によって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、細い抵抗リ
ンクによってそれぞれ互いにリンクされる。各入力変換
器２は、抵抗リンク７により各ホーン４にリンクされ、
次いで抵抗リンク９により音波導波管にリンクされる。
インターディジタル形の各入力変換器２の２つの側部
は、さらに他の抵抗リンク８によって互いにリンクされ
る。

【００３２】本発明方法ではないが、これ等の抵抗リン
クを、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できる。金属化ストリップ
の幅と長さが組合っ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ップの適当
な組合せを提供するように、パターンが取り決められて
いる。

【００３３】前述したように、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。抵抗リンク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。抵抗リンク８は、非常に密接した互いに挿
入されたフィンガーを持つインターディジタル形の入力
変換器２の２つの側部を互いにリンクする。

【００３４】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
とによって生ずるのであり、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。

【００３５】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っ
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。しかし各抵抗リンク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、抵抗リンクが高い抵抗を持つならば、ＳＡ
Ｗ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。

【００３６】しかし、ＳＡＷコンボルバ・デバイスの性
能を劣化させる値に、抵抗リンク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
続されることによって回路内に配置されるまでの間だ
け、抵抗リンク８は、残されたままであり、次いでこれ
を横切ってかき取るか又は化学的にエッチングすること
によって、破壊される。

【００３７】本発明によれば、付着パターン／エッチン
グ・パターンのいずれかによって、別別の金属化ストリ
ップを形成する代りに、付着パターン／エッチング・パ
ターン以外の製造工程を代りに使用することによって、
製造工程中に生ずる電荷集中、その結果としてのアーク
放電により生ずる損傷に対して匹敵できる保護をＡＷデ
バイスに提供できる。

【００３８】すなわち本発明によれば普通の金属化材料
（アルミニウムのような）に比べて比較的高い抵抗を持
つクロムのような材料から成る下側層を、基板の表面上
に下側層として均等に付着し、次にこの下側層が、ＡＷ
デバイスの機能素子を形成する金属化領域を支える。均
等な抵抗下側層が、金属化領域によって形成される導電
性領域をリンクしているから、金属化領域がこの抵抗下
側層に所望の形状になるように付着および／またはエッ
チングされ、製造工程が完了する間、この抵抗下側層を
抵抗リンクとして形成しそのままの位置に残しておく。
この抵抗下側層は、前述した別別の金属化ストリップと
正確に同じ抵抗リンクとしの機能を果し、ＡＷデバイス
の有効使用中所定の箇所に残されたままである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１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。

【符号の説明】

１圧電性又は焦電性基板２インターディジタルの形の入力変換器４ホーン（ホーン・レシーバ）５すきま６音波導波管７，８，９抵抗リンク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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っ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
ンになるようにエッチングすることによって前記基板上
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、前記金属化領域の導電性材料が前記基板上に付着させら
れる前に、比較的抵抗性の材料の層を前記基板上に付着
させることによって、前記少なくとも２つの金属化領域
の下側の前記抵抗性材料から成る基板被覆下側層として
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。
【請求項２】前記音波デバイスとして、１対のインタ
ーディ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、請求項１の
音波デバイスの製法。
【請求項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、請求項２の音波デバイスの製法。