JPH10510401A - 表面波構成素子及びそのための減衰構造体の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 表面波構成素子用に、ＵＶにより開始されるカチオン硬化性エポキシ樹脂からの減衰構造体（５）を提案する。この溶剤不含のエポキシ樹脂は、脂環式エポキシドをベースとしており、スクリーン印刷法を用いてウェーハ（２）上に施与される。ウェーハ（２）を鋸により切断する際には、剥離及び剥落なく減衰組成物（５）を鋸で切断することができる。減衰構造体（５）の減衰挙動及び腐食挙動は、表面波フィルターに関する要求を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】 表面波構成素子及びそのための減衰構造体の製法 表面波構成素子、例えば表面波フィルターは、情報量を有する電磁波の信号処 理に使用される電子的構成素子である。例えば、レーダー設備、テレビジョン受 信機及びビデオ機器中で使用されている構成部品の場合には、信号若しくは情報 を担う電気インパルス又は電流は、機械振動、いわゆる表面波に変換される。変 換器の好適な構造、特に音響発生変換器表面(schallerzeugende Wandleroberfla eche)の特別な幾何学的構造により、この変換器の音響的特性は影響を受ける。 それにより、音響信号を所望のように変性することが可能である。例えば、この 方法で、テレビ信号及びビデオ信号の総スペクトルから、約３８ＭＨｚの中間周 波がフィルターにより取り出される。完全には再び電気信号に変換し戻されない 表面波は、構成素子エッジ又は他の構造体での反射と同様に、表面波構成素子の 機能を妨害する。このような不所望な表面波を減衰させ、かつエッジ反射及び反 響効果を低減させるために、変換器素子の表面には、主に構成素子エッジの範囲 内に、発散している波のエネルギーを吸収し、反射及び反響効果を低減させる減 衰組成物が施される。 このような減衰構造体の製造のためには、非常に特 定の動的機械的特性概要を有する有機材料が必要である。そのために、ヨーロッ パ特許（ＥＰ）第０３６００３７号明細書中では、例えば、塩基触媒作用により カルボン酸及び酸性エステルと架橋可能である、エポキシドをベースとする２成 分樹脂を使用することが提案されている。この２成分樹脂は、所望のように音響 的に適合させることができ、かつ必要とされる減衰をもたらすが、他方では、加 工の際に問題を生じる。この両樹脂成分の混合は、製造において高められた経費 を生じさせ、その際、制限された可使時間を有する樹脂が得られる。反応樹脂の 溶剤含有は、長時間の曝気工程及び硬化工程を要求し、その際、更に、特別な三 次元的形状に印刷された減衰構造体が流れ、その場合に、所望の減衰特性をもは や有しないという危険が存在する。 ヨーロッパ特許（ＥＰ−Ａ２）第００９８５９９号明細書中では、表面波構成 素子の減衰構造体を得るためにＵＶ硬化性アクリル樹脂混合物を使用し、これを 、高い弾性率及び高い密度までに最適化することを提案している。しかしながら 、このように製造され、かつ硬化された減衰構造体は、実際には、高すぎる脆性 及びチップ材料及び変換器材料上での低すぎる接着性を示す。この構造体は、ウ ェーハ上で完成され、引き続き鋸による切断により切り離される。その際に必要 な、減衰構造体の鋸による切断は、その剥がれ落ち及 び剥離、ひいては全構成素子の破損をもたらすことがある。 従って、本発明の課題は、簡単かつ確実に製造可能であり、低いエッジ反射を 示し、漂遊信号（Streusignal）に対する高い減衰を有する、音響的に適合され た減衰構造体を有する表面波構成素子を提供することである。 この課題は、本発明により、請求項１の特徴を有する表面波構成素子により解 決される。本発明の更なる構成及び音響的減衰構造体の製法は、別の請求項から 認識することができる。 本発明では、従来の圧電変換器を、有利な方法で、改良された特性を有する表 面波構成素子をもたらす新規音響的減衰構造体と組み合わせる。自体公知の圧電 変換器は、実質的には圧電材料からの基板及び基板の表面上の変換器電極から成 る。変換器電極は、表面波用の伝搬路により相互に分離されている送信電極及び 受信電極から成っていてよい。この表面上に音響的減衰構造体を、それにより変 換器電極は部分的にのみ被覆され、伝搬路は被覆されていないように施与してあ る。 減衰構造体により被覆されている面の輪郭線も、減衰構造体自体も、横断面に 関して特別に形成されていなければならないので、減衰構造体を施与するために は、印刷法、例えばスクリーン印刷が特に好適である 。本発明による、ＵＶにより開始されるカチオン硬化性エポキシ樹脂から成る減 衰構造体は、スクリーン印刷による加工に特に好適である。従って、本発明によ る減衰構造体は、正確に所望の幾何学的構造に製造することができる。相応して 、表面波構成素子は非常に良好な音響的減衰をも示す。妨害信号は、主信号と比 べて約５５ｄＢだけ減衰される。反射挙動は非常に良好であるので、実際にエッ ジ反射は生じない。確実に施与可能である減衰構造体は、基板上での、例えば圧 電セラミック上での良好な接着性を示す。鋸による切断が、硬化エポキシ樹脂の 、比較的大きな面に施与された減衰構造体を貫通する、構成素子の切り離しのた めに圧電セラミックウェーハを鋸により切断することを含む全製造工程中でも、 これは保持されたままである。更に、エポキシ樹脂の容易な加工性の故に簡単か つ確実に実施され得る、表面波構成素子の製造は、これを安価にする。 減衰構造体又は硬化エポキシ樹脂は、１２０℃より高いガラス転移温度を有す るので、構成素子は高い耐候性を有し、従って、音響的特性の、許容できない変 化なく運転が可能である。 本発明により減衰構造体用に使用される、ＵＶにより開始されるカチオン硬化 性エポキシ樹脂は、電子的品質にあって使用可能である。これは、構成素子の耐 用期間の間に、変換器構造体の腐食をもたらすことが ある腐食促進物質が、この樹脂中に含有されていないか又は少量のみ含有されて いることを意味する。 音響的減衰構造体の製法は、下記の工程を含む： ＵＶにより開始されるカチオン硬化性エポキシ樹脂を、所望の構造で、表面波構 成素子の表面上に印刷すること、 場合により、６０分間までの保持時間の遵守及び樹脂構造体上にＵＶ線を作用さ せることによる硬化。 本方法のためには、脂環式エポキシドをベースとするエポキシ樹脂を使用する 。殊にスクリーン印刷による所望の加工性を調整するためには、脂環式エポキシ ドを、まさにこのエポキシドとフェノール、有利に多価フェノールとの反応によ り得られる、より高い粘度の反応生成物と混合する。 同様にエポキシドであるこの生成物と並んで、エポキシ樹脂中に更に、少なく とも、カチオン硬化工程用の光開始剤及び場合により別の、エポキシ樹脂用の慣 用の添加剤が含有されている。 脂環式エポキシドは、充分に高いガラス転移温度の故に優れており、相応する シクロアルケンのエポキシ化により、電子的品質で製造することができる。市販 の脂環式エポキシドは、複数の異なる脂環式エポキシドからの混合物から成って もいる。好適な化合物は、例えば下記の構造式を有し： これらは、商品名アルダルダイト（Ardaldit：登録商標）ＣＹ１７９（Ciba）又 はＥＲＬ４２２１及びＥＲＬ４２９９（UCC）及びＣＹ１７７の下に市販でも入 手できる。 このエポキシ樹脂のもう一つの実質的な成分は、例えば脂環式エポキシドとポ リフェノール、有利にビスフェノールとの反応により得られる記載の中間体であ る。ビスフェノールの選択は任意であり、例えばビスフェノールＡが好適である 。 この中間体をもたらす反応は、塩基触媒作用により比較的温和な条件下で行わ れる。有利な中間体は２：１付加生成物であり、その際、両方の脂環式ジエポキ シドのエポキシド基各２個のうちの各１個がビスフェノールと反応した。従って 、この２：１付加生成物は同様にジエポキシドである。既に記載のＣＹ１７９と ビスフェノールＡとの２：１反応により、例えば実質的に下記の式を有する中間 体が得られる： しかしながら、中間体をもたらす反応をモル比１：１〜２０：１、有利に１： １〜５：１で実施することも可能である。殊に脂環式エポキシドの割合がより高 い場合には、反応の後に反応生成物中に、中間体（２：１付加生成物）と並んで 、益々高い割合の、未反応の、従って未変換の脂環式エポキシドが残留する。こ のモル比を充分に高く選択する場合には、脂環式エポキシドを含有している中間 体（反応生成物）は、脂環式エポキシドの更なる混合添加なしに、適用のために 使用することができる。 更なる不可欠なエポキシ樹脂成分として、カチオン硬化工程用の光開始剤が含 有されている。全エポキシ樹脂でのその割合は、０．１〜５重量百分率を包含し てよい。この光開始剤は、ＵＶ照射の際に反応性カチオン、例えばプロトンを遊 離し、これが、エポキシ樹脂のカチオン硬化工程を開始させる。その際、光開始 剤は、殊にカチオンの中心原子としての窒素、燐、酸素、硫黄、セレン又はヨウ 素を有する安定な有機オニウ ム塩から誘導されている。錯体としてのアニオン（komplexe Anionen）を有する 芳香族スルホニウム−及びヨードニウム塩が特に有利であることが実証された。 ルイス酸を遊離し、かつ例えばｐｉ−供与体遷移金属錯体（pi Donor Uebergang smetallkomplex）として形成された光開始剤も可能である。更に、フェナシルス ルホニウム塩、ヒドロキシフェニルスルホニウム塩及びスルホオキソニウム塩が 挙げられる。更に、直接ではなく、増感剤を介して誘発されて酸形成するオニウ ム塩が使用可能である。アルミニウム−有機化合物の存在下にＵＶ照射でシラノ ールを遊離する有機ケイ素化合物を、カチオン硬化工程用の光開始剤として使用 することもできる。 例えば下記のスルホニウム塩が光開始剤として好適である。それは、シラクア （Cyracure：登録商標）ＵＶＩ６９７４（Union Carbide）の主成分である： 変性させるために、更なるエポキシドが、本発明によるエポキシ樹脂の又は本 発明による表面波構成素子用のエポキシ樹脂の成分であってよい。過酸エポキシ 化により得られる全エポキシドが、原則的にこれに該 当する。これは、例えば長鎖α−エポキシド、エポキシ化ポリブタジエン、エポ キシ化大豆油等々である。 更なる、エポキシドと共重合可能な化合物を添加することも可能である。例え ば、これは、数種のビニルエーテル及びアルコールであり、多官能性ビニルエー テル及びアルコールが好適であり、有利には多官能性化合物である。従って、例 えばグリコール、更なる脂肪族ジオール、トリ−若しくはテトラ官能性アルコー ル、例えばトリメチロールプロパン又はグリコールとフェノール若しくはビスフ ェノールとのエーテルを添加することができる。更なる好適な共重合可能な化合 物は、ポリウレタンの製造の際に使用されるポリマー−ポリオールである。 付加的に、非反応性の、しかしながらエポキシ樹脂用の公知の添加剤が含有さ れていてよい。これは、殊にレベリング剤、接着助剤、チキソトロープ剤、熱硬 化開始剤及び場合により染料若しくは顔料である。これらは、不可欠には本発明 のために必要ではない選択的成分であることを明記しておく。これらの添加剤な しに、本発明による表面波構成素子に好適であるエポキシ樹脂を得ることもでき る。 有利なチキソトロープ剤は高熱法ケイ酸であり、これは、１５重量百分率まで の割合でエポキシ樹脂中に含有されていてよい。 下記に本発明を、実施例及びそれに従属する図面に 基づいてより詳述する。 図面は、本発明による表面波構成素子を横断面図で示している。 本発明によりスクリーン印刷樹脂の製造のために使用される中間体は、エポキ シ官能性である。例外は、ヒドロキシル官能性であり、酸触媒により合成される 中間体Ｖ３である。 第１の予備反応させた生成物Ｖ１の製造 ５００ｍｌ丸底フラスコ中に、脂環式ジエポキシド（Araldit（登録商標）CY 177，Ciba）３００ｇをビスフェノールＡ １５ｇと共に予め装入し、９０℃で 完全に溶けるまで撹拌する。塩基性触媒１．０ｇの添加の後に、１００℃まで加 熱し、この温度で更に２１時間放置する。引き続き、１３０℃で０．６ミリバー ルの真空下で約１時間脱ガスする。得られた反応混合物は、そのまま使用可能な 中間体Ｖ１である。 第２の中間体Ｖ２の製造 丸底フラスコ５００ｍｌ中に、脂環式エポキシド（Araldit CY 179）１５０ｇ 、第２の脂環式エポキシド（Araldit CY 177）１５０ｇ及びビスフェノールＡ ３０ｇを、このビスフェノールが完全に溶けるまで９０℃で撹拌する。触媒１． ０ｇの添加の後に１００℃まで加熱し、この温度で２１時間保持する。引き続き 、この混合物を１３０℃で０．６ミリバールの減圧下で脱ガスする。得られた反 応混合物は、そのまま使用可能 な中間体Ｖ２である。 第３の中間体Ｖ３の製造 中間体Ｖ３の製造のために、脂環式エポキシド Araldit CY 179 ２３ｇ及び 脂環式ジアルコール（ＴＣＤ−アルコール ＤＭ、Hoechst、構造式参照）４０ ｇを予め装入する。 撹拌下に、ＨＳｂＦ₆ ０．０５ｇ（ＴＣＤ−アルコール２ｇ中に溶かされて いる）を徐々に滴加する。数時間の反応時間の後に１１０℃まで加熱し、更に１ 時間撹拌し、アミノエタノール０．０７ｇを添加する。室温で非常に高粘度の組 成物が生じ、これを中間体Ｖ３として更に加工する。 更なる中間体Ｖ４及びＶ５の製造 更なる中間体Ｖ４は、中間体Ｖ１及びＶ２と同様の方法で、脂環式エポキシド Araldit CY 179 １００ｇ及びビスフェノールＡ ２０ｇから製造するが、も う１つ別の中間体Ｖ５は、同じ規定に従ってAraldit CY 179 １００ｇ及びビ スフェノールＡ １５ｇから製造する。 第１のスクリーン印刷可能なエポキシ樹脂ＥＨ１の製造 中間体Ｖ１ ２０ｇ、中間体Ｖ２ ５０ｇ、消泡剤 （ＳＨ、Wacker 社）０．１５ｇ、接着助剤（Ａ１８６、Union Carbide社）０ ．１ｇ及びカチオン硬化工程用の光開始剤（Cyracure UVI 6974、Union Carbide ）０．５ｇを、室温で撹拌下に均一に混合する。１５分間の撹拌の後に、第１の 高熱法ケイ酸（Aerosil（登録商標）Ａ３８０（Degussa 社））４．１ｇ及びも う１つ別の高熱法ケイ酸（Aerosil R202、Degussa 社）３．０ｇを量り入れ、 更に３０分間撹拌する。＜１ミリバールの圧力での脱ガスの後に、室温で４２Ｐ ａｓの粘度を示す、そのまま使用可能なエポキシ樹脂ＥＨ１が得られる。 第２のスクリーン印刷可能なエポキシ樹脂ＥＨ２の製造 そのためには、脂環式エポキシド Araldit CY 179 ８８ｇ、中間体Ｖ３ １ ５０ｇ及び光開始剤（Cyracure UVI 6974）０．７５ｇを、相応する方法で均一 に混合し、脱ガスする。そのまま使用可能なエポキシ樹脂混合物ＥＨ２は、３８ Ｐａｓの粘度を有する。 第３のスクリーン印刷可能なエポキシ樹脂ＥＨ３の製造 脂環式エポキシド Araldit CY 179 ３０ｇ、中間体Ｖ４ ７２０ｇ、エポキ シ化大豆油（Edenol D 82、Henkel 社）２００ｇ、高熱法ケイ酸（Aerosil A 3 80、Degussa 社）３０ｇ、レベリング剤（Modaflow、Monsanto 社）２．５ｇ 、接着助剤（Silan A 186、Union Carbide）１．５ｇ及び光開始剤 UVI 6974 4．9ｇを均一に混合し、脱ガスす る。このように、１３５Ｐａｓの粘度を有するスクリーン印刷可能なエポキシ樹 脂が得られる。 スクリーン印刷可能なエポキシ樹脂ＥＨ４の製造 中間体Ｖ５ ６５０ｇ、ドデセンオキシド（Peroxid Chemie 社）２５ｇ、Ｔ ＣＤ−アルコール ＤＭ（Hoechst 社）９０ｇ、エチレングリコール（Merck 社）１７ｇ、高熱法ケイ酸 Aerosil A 380（Degussa 社）３３ｇ、レベリング 剤（Modaflow、Monsanto 社）２ｇ及び光開始剤 UVI 6974 ５ｇから、同様の 方法で均一な混合物を製造し、脱ガスする。このそのまま使用可能な処方物は、 ２１Ｐａｓの粘度を有する。 次いで、このように製造されたエポキシ樹脂ＥＨ１〜ＥＨ５を、スクリーン印 刷法を用いて圧電変換器（表面波構成素子）上に施与することができる。粘度は 充分に低いので、この組成物は、印刷のために使用されるスクリーンを通過する ことができる。同時に、それは、自発的にスクリーンを通過することはないほど 充分に粘性である。これらのエポキシ樹脂は充分なチキソトロピーを有するので 、印刷された構造体は、１時間の放置時間の後でもなお所望の横断面（Querschn ittprofil）を有し、流れない。場合により、印刷された構造体中に密閉された 気泡を回避することができるように、１時間までの放置時間を遵守することがで き なければならない。基材（圧電セラミック）上で、この組成物は良好な接着性を 示す。それは、例えばスクリーン印刷の際に糸を引くほど粘着性ではない。 図１は、その上に既に減衰構造体５が記載のように印刷された表面波構成素子 （表面波フィルター）の概略的横断面図を表す。基材２は、約５００μｍ厚の圧 電セラミック（例えばニオブ酸リチウム）から成り、その裏面上には、全面に銅 トラフ（Kupferwanne）１が接着されている。基材２の表側には、変換器電極３ 及び４が存在する。図面は、櫛状に構成されている変換器電極３、４の「歯」の 断面図を表し、その際、その都度、異なる極性（＋及び−で表される）を有する 櫛状変換器電極の２個が、それらの「歯」で相互に組み入れられている。従って 、例えば変換器電極３は、変換器電極３に当てられた電気信号を機械的又は振動 信号、いわゆる表面波に変換する表面波送信機を構成する。変換器電極４は、表 面波受信機である。これは、構成素子を介して濾過された表面波を再び変換して 電気信号にする。減衰構造体５は、活性変換器領域の外にスクリーン印刷により 施与されている。図面中で認識されるように、この樹脂は、例えば基材の表面上 で相互に向かい合っている２つのエッジの所で、表面波の伝搬方向に施与されて いる。しかしながら、基材の表面の全エッジをエポキシ樹脂又は減衰構造体を用 いて被覆することもできる。縮尺に従っていない図面に もかかわらず、樹脂構造体の平たい傾斜角を良好に認識することができ、それに より付加的にスクリーン印刷エッジからの、表面波の反射が抑制されるが、これ は、それにより基材２からの波の、減衰構造体５中への伝達が容易にされるから である。 記載の保持時間の後に、そのように被覆された構成素子にＵＶ照射を行う。Ｕ Ｖ−Ａ領域内で約５０ｍＷｃｍ^-2の照射強度で、構成素子に約１分間照射する。 次いで、この減衰構造体は、場合によりウェーハから表面波構成素子を切り離 すために鋸による切断工程を行うには充分に硬化されている。その際、減衰構造 体の剥離も、損傷も起こらない。任意の後の時点で、場合により鋸による切断の 前にも、構成素子又は減衰構造体を数分間、例えば１３０℃で後硬化させる。 完成した構成素子に、１１０℃で腐食試験（湿気及び直流電圧）を行う。試験 された構成素子には、腐食により引き起こされた又はその他の損失は観察されな い。更に機能試験では、表面波フィルターの本発明により達成された減衰（ｄＢ 単位）を測定する。 下記の表中に、実施例中で製造されたエポキシ樹脂及びそれにより被覆された 表面波フィルターの若干の測定値を示した。ガラス転移温度Ｔｇは、ＤＳＣを用 いて測定する。 本発明によりＵＶ硬化性エポキシ樹脂で被覆された表面波構成素子の減衰挙動 は、要求を満足することが判明する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴィンフリート プルンドリッヒ ドイツ連邦共和国 Ｄ−82110 ゲルメリ ング リッター−フォン−ハルト−シュト ラーセ ３ (72)発明者 ハンス シュテルツル ドイツ連邦共和国 Ｄ−84491 ファータ ーシュテッテン ロートケールヒェンヴェ ーク ４ (72)発明者 ヴォルフガング パール ドイツ連邦共和国 Ｄ−80336 ミュンヘ ン バヴァリアリング 41

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．表面波構成素子において、 − 圧電材料からの基材（２）を有し、 − 基材の表面上に変換器電極（３、４）を有し、かつ − 少なくとも一部分の表面上に印刷された音響的減衰構造体（５）を有し、 − ウェーハ（２）上に製造された表面波構成素子の切り離しの際に減衰構造体 （５）を貫通した鋸による断面を有し、 − 減衰構造体が、脂環式エポキシド、多価フェノール及びカチオン硬化工程用 の光開始剤から製造された、ＵＶにより開始されるカチオン硬化性エポキシ樹脂 を含有すること を特徴とする表面波構成素子。 ２．妨害信号が、主信号と比べて少なくとも５０ｄＢだけ減衰されている、請 求項１に記載の表面波構成素子。 ３．減衰構造体（５）のエポキシ樹脂が、脂環式エポキシドをベースとしてお り、かつ溶剤不含である、請求項１又は２に記載の表面波構成素子。 ４．ＵＶにより開始されるカチオン硬化性エポキシ樹脂を、所望の構造（５） で表面波構成素子の表面上に印刷し、場合により６０分間までの保持時間を遵守 し、樹脂構造体（５）上にＵＶ線を作用させることにより硬化させ、その際、下 記の成分： − 脂環式エポキシド、 − 脂環式エポキシドと多価フェノールとの、反応性基のモル比１：１〜２０： １での反応からの生成物、 − カチオン硬化工程用の光開始剤及び場合により − 更なる、エポキシ樹脂用の慣用の添加剤 を含有するエポキシ樹脂を使用することによる、表面波構成素子（７）上での音 響的減衰構造体（５）の製法。 ５．２０〜１５０Ｐａｓの粘度を有するエポキシ樹脂を使用する、請求項４に 記載の方法。 ６．脂環式エポキシドが、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３′，４ ′−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート及びビス（３，４−エポキシシク ロヘキシルメチル）アジペート又はこれらの混合物から選択されている、請求項 ４又は５に記載の方法。 ７．エポキシ樹脂が、ＵＶにより開始されるカチオン硬化工程に関して反応性 であり、かつ脂肪族エポキシド及び単官能性若しくは多官能性脂肪族及び芳香脂 肪族アルコール及びビニルエーテルから選択されている更なる成分を含有する、 請求項４から６のいずれかに記載の方法。 ８．エポキシ樹脂用の慣用の添加剤が、レベリング剤、接着助剤、チキソトロ ープ剤及び熱硬化開始剤か ら選択されている、請求項４から７のいずれかに記載の方法。 ９．複数の構成素子（７）を１枚のウェーハ上で製造し、かつ印刷された構造 体（５）の硬化の後に、構成素子を切り離すために、構造体の部分を貫通する鋸 による切断工程を行う、請求項１から８のいずれかに記載の方法。