JPS6313574B2 - - Google Patents

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JPS6313574B2
JPS6313574B2 JP54123744A JP12374479A JPS6313574B2 JP S6313574 B2 JPS6313574 B2 JP S6313574B2 JP 54123744 A JP54123744 A JP 54123744A JP 12374479 A JP12374479 A JP 12374479A JP S6313574 B2 JPS6313574 B2 JP S6313574B2
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JP
Japan
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substrate
saw
vacuum
spacer
saw device
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JP54123744A
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JPS5544300A (en
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I Karen Donarudo
Ei Waagunaa Robaato
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RTX Corp
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United Technologies Corp
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Publication date
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Publication of JPS6313574B2 publication Critical patent/JPS6313574B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/05—Holders or supports
    • H03H9/10—Mounting in enclosures
    • H03H9/1064—Mounting in enclosures for surface acoustic wave [SAW] devices
    • H03H9/1092—Mounting in enclosures for surface acoustic wave [SAW] devices the enclosure being defined by a cover cap mounted on an element forming part of the surface acoustic wave [SAW] device on the side of the IDT's
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/36—Devices for manipulating acoustic surface waves

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はSAWデバイスの密封に係り、更に詳
細には真空密封されたSAWデバイス及びその製
造方法に係る。尚本明細書に於いてSAWとは
surface acoustic waveの略であり表面音波を意
味する。
SAWデバイスは当技術分野に於いて良く知ら
れており、高振動数発振器、圧力トランスデユー
サ、PSK方式によりコード化された信号情報の
エンコーダ／コーリレータなどを含む多数の種々
の用途に有用性を発揮するものである。かかる
SAWデバイスの際立つた特徴は、比較的短い音
波長基質材料内に於ける電磁波の真の時間遅延を
与える能力を有していること、又それらに固有の
性質として頑健な構造であつてそれらを高振動及
び高重力環境に於いて使用し得ることである。高
振動数発振器回路内にSAW遅延ラインを使用す
ることは良く知られており、バルク波共振子とし
て特に有望視されている。バルク波共振子は振動
に対し非常に鋭敏であるが、これと比肩し得る程
度に精度が高く振動数が安定しているという特徴
を達成する為にはSAW発振器はSAW基質を通る
音波伝播速度を変化する不純物より保護されなけ
ればならないことを要する。伝播速度が変化すれ
ばSAW時間定数（SAWにより与えられる真の時
間遅れ）が変化し、これによりSAW発振器の振
動数にずれを生じる。バルク波共振子に課せられ
る高精度要件の代表的なものは、時効、即ちバル
ク波共振子の基本振動数が時間と共に変化するこ
と（アメリカ合衆国第29回年次振動数制御シンポ
ジウム（1975年）に於いてT.D.Wilcoxなどによ
り発表された「Ａ New Ceramic Flat Pack
For Quartz Resonators」と題する論文に於い
て報告されている如く5MHzの基本モードの結晶
単位については一週間当り2/1010程度である）に
対するものである。かかる時効に対する要件の過
酷さは、水晶結晶の表面上に於ける一つの単層
（一原子層）の変化（分子がその表面上に着陸し
たりそれより飛び出したりすることによる）は約
１／１０6（0.0001％）の振動数変化に対応していると
いう前述の論文の記載より理解されるであろう。
表面音波は原子の運動が基質の表面より約１波長
の深さに制限された状態でSAW基質を横切つて
伝播するので、SAW基質の表面汚染の問題は特
に過酷である。従つてバルク波共振子の代わりに
SAW発振器を実用に供する場合には、SAWデバ
イスが真空密封されることを要する。
しかしSAWデバイスを真空密封することには
表面汚染よりも過酷な安定性に悪影響を及ぼすと
いう問題、特に真空密封構造体の熱膨張や収縮に
よりSAW基質内に誘発される熱歪の問題が発生
する。かかる熱歪によりSAW基質が変形し、こ
れにより音波伝播速度が変化し、従つてSAW時
間定数が変化する。半導体工業の如き関連する電
子工業に於いて使用されている従来技術のパツケ
ージング法、より本発明に関連性の深いバルク波
共振子の為のパツケージング法は、SAWを真空
密封するには不適当である。例えば前述の論文に
於いて報告された現状のパツケージングの如き結
晶共振子の密封手段によれば、その電気導線によ
りその共振子をパツケージ内に吊設することによ
りその共振子は密封構造体より熱的にも機械的に
も絶縁され、これにより共振子がパツケージの熱
膨張特性より隔離され且つその共振子は自由に運
動し得るようになる。しかしかかる方法によれば
共振子は振動を受けやすくなる。SAWデバイス
もこれと同様に配列されて良い、即ちSAW基質
が電気導線によりパツケージ内に吊設されて良い
ものであるが、かかる方法によればSAWデバイ
スの主要な魅力の一つである高振動環境に耐える
能力が事実上排除されてしまう。同様に集積回路
を金属カンにより密封するという半導体工業の方
法は、金属カンの熱膨張特性が似通つていないの
で不適当であり、もし金属カンがSAW基質に接
合されれば基質内に望ましからざる歪を発生し、
これにより音波伝播速度やSAW時間定数が変化
される。
本発明の一つの目的は、SAW基質内に誘発さ
れる熱歪を最小限に抑える真空密封されたSAW
構造体を提供することである。本発明の他の一つ
の目的は、真空密封構造体の熱膨張や収縮による
歪を殆どSAW基質内に誘発しない真空密封構造
体内にSAWデバイスを真空密封する方法を提供
することである。
本発明の更に他の一つの目的は、SAWデバイ
スを10-6torr（mmＨｇ）という最小限の真空内に
密封する方法及び手段を提供することである。
本発明によれば、真空密封されたSAWデバイ
ス構造体は所要の材料の基質を有するSAWデバ
イスを含んでおり、前記基質は関連する導電体を
有する電気音響トランスデユーサがその基質上の
音波伝播経路に沿つて配置された主要面を含んで
おり、前記トランスデユーサ及び伝播経路は前記
SAWデバイスの有効信号領域を郭定しており、
前記電極は前記有効信号領域に与えられ又これよ
り引出される外部信号の為の電気接続手段を与え
ており、前記真空密封構造体は更に前記基質材料
と実質的に同一の熱的特性を有する材料より形成
されており且つ前記基質の主要面に真空シール接
合されて前記有効信号領域を真空環境中に閉込め
るカバーを含んでいる。更に本発明によれば前記
カバーは前記基質を含む部材と同一の材料より形
成されている。更に本発明によれば、前記真空シ
ールは電気絶縁性を有しており、該真空シールを
貫通して延在する各電極に電気的連続性を与えて
いる。
更に本発明によれば、SAWデバイスを真空密
封構造体内に真空密封する方法は、基質材料と実
質的に同一の熱的特性及び実質的に同一の結晶方
向を有する材料よりカバーを形成する工程と、前
記カバーを前記基質表面に真空シール接合する前
に前記カバーの結晶軸を前記基質の結晶軸と整合
させる工程とを含んでいる。更に本発明によれ
ば、前記カバーを形成する工程は別個のキヤツプ
組立体及びスペーサ組立体を製造することと、そ
れぞれの組立体の結晶方向に合せてそれらに目印
を付けることとを含んでおり、前記カバーの結晶
軸と前記スペーサ組立体及び前記キヤツプ組立体
の結晶軸とを整合した後これらを真空シール接合
する前記工程は、所要の雰囲気中にてガラスシー
ルにて前記スペーサ組立体を前記基質に接合する
工程と、真空環境中にて金属シールにて前記キヤ
ツプ組立体を前記スペーサ組立体に接合する工程
とを含んでいる。
本発明による真空密封されたSAWデバイス構
造体によればSAWデバイスが真空密封され且つ
これと同時に真空密封構造体とSAW基質との間
の熱的特性の相違により誘発される熱歪が最小限
に抑えられる。又本発明の方法によれば、カバー
と基質ととの間に高品質で気密性を有するガラス
シールを与え且つ前記シールを貫通して延在する
電極の電気的連続性を保証する構造体が得られ
る。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明をその好
ましい実施例について詳細に説明する。
添付の第１図に分解斜視図にて図示された真空
密封されたSAWデバイス１０は三つの主要な構
造部材、即ちSAWデバイス１２と、スペーサ組
立体１４と、キヤツプ１６とを含んでいる。
SAWデバイス１２は多数の周知のSAW構造のう
ちの任意の構造を有していて良く、主要面２０を
有する平板状基質１８を含んでおり、この主要面
上に電気音響トランスデユーサ２２，２４が表面
音波伝播領域２５に近接して配置されている。ト
ランスデユーサ２２，２４及び音波伝播領域２５
はそれぞれのSAWデバイスに共通であり、主要
面２０上に於けるそれらの位置は図に於いて二点
鎖線２６により境界が示された表面領域により示
された如きSAW基質１８の有効信号領域を郭定
している。周知の如くトランスデユーサは基質１
８内を伝播する音波を発射し又これを受けるよう
になつている。又基質はピエゾ電気材料を含んで
いて良く、或いはピエゾ電気材料がトランスデユ
ーサと主要面との間に挿入されていて良い（この
場合基質それ自身はピエゾ電気材料でなくて良
い）。
第１図に於いて、電気音響トランスデユーサ２
２，２４はインターデイジタル（ID）トランス
デユーサの一つの構造を含んでおり、それぞれ一
対の対向した位相電極２７，２８及び２９，３０
を含んでおり、この互いに対向した位相電極はそ
れぞれ他方の電極のフインガー部に差挾つた複数
個のフインガー部を含んでいる。電極２７〜３０
はそれぞれ有効信号領域２６より外方へ延在する
複数個の導電体３１〜３４の関連する一つの導電
体に接続されており、これによりそれぞれの電極
とSAWデバイスとの関連で使用される電子回路
とが電気的に接続し得るようになつている。ID
パターンそれ自身の変形を含む種々の多数の電気
音響トランスデユーサ構造がある。同様に、図示
のSAWデバイス１２は高振動数SAW発振器や
SAW圧力検出装置に使用されてよい単純なSAW
遅延ラインの為の一般的な構成を示しているが、
このSAWデバイスの構造それ自身は本発明の一
部を成すものではなく、従つて本発明が適用され
る装置はSAW共振子、米国特許第4070638号に開
示された如きSAW PSKエンコーダ／コーリレ
ータ、米国特許第4100811号に開示された構造の
何れかを有する差分的表面音波トランスデユーサ
を含む他の多くの周知のSAWデバイスのうちの
何れかであつて良い。SAWデバイス１２の図示
のSAW遅延ラインはただ単にSAWデバイスの一
般的な特性を例示する為のものであり、有効信号
領域を与えるべくSAW基質表面上に音波伝播領
域に近接して配置された電気音響トランスデユー
サと、有効信号領域と接続する金属的性質を有す
る導電体とを含むものである。
本発明に於いては、導電体３１〜３４及びこれ
に対向した位相電極２７〜３０は多数のプロセス
のうちの一つを使用して表面２０上に配置され、
又薄膜状のアルミニウムを含んでいるが、導電体
の為の金属的性質を有するアルミニウム被覆は後
に詳細に説明する製造プロセスに於いてSAW基
質の真空密封の後に電極に対する導電性を確保す
る為にその電極の厚さよりも大きな厚さにて被覆
される。
組合されたスペーサ１４とキヤツプ１６は真空
密封されたSAWデバイス１０の為のカバーを構
成している。これらはそれぞれ基質１８などの材
料と実質的に同一の熱膨張特性を有する材料より
形成されており、基質と同一の材料を含んでいる
のが好ましい。第１図に示された例示的実施例に
於いては基質１８はＹカツト或いはSTカツト薄
板の如く特定のSAWデバイスの用途に好適であ
ると思われる多数の周知の結晶方向の内の任意の
一つにてバルク状の水晶結晶より切断されたピエ
ゾ電気水晶結晶材料を含んでおり、それぞれ温度
係数に異方性が有る。基質１８について選択され
た切断された結晶材料の特定の種類が解れば、ス
ペーサ１４及びキヤツプ１６をその切断された結
晶と同一種類の材料より構成することができる。
図示のスペーサ１４は上面３６と下面３８とを
有する円筒形であり、有効信号領域２６を囲繞す
るに充分な大きさの内径を有している。しかしこ
のスペーサは円筒状である必要はなく、トランス
デユーサ２２，２４及び音波伝播経路を囲繞する
大きさの中央孔を有する任意の幾何学的形状であ
つて良い。スペーサ１４の下面３８の面の２０に
向けて突出した領域は図に於いて二点鎖線２６，
４０の間に図示されており、スペーサ１４即ちそ
の担持面と係合する面２０の部分である。又スペ
ーサ１４の高さ（ｈ）は、キヤツプ１６をスペー
サ１４の上面３６に接合する為に使用されるシー
ル（後に詳細に説明する製造プロセスに於いて与
えられる）より基質１８内に歪が誘発されるのを
阻止するに充分な値に選択されている。
キヤツプ１６の幾何学的形状はそれが接合され
るスペーサの上面の幾何学的形状次第である。円
筒形のスペーサ１４についてはキヤツプ１６は円
形形状を有しており、又下面４２及びスペーサリ
ングの外径に等しい外径を有している。
真空密封されたSAWデバイス構造体１０の製
造に於いては、スペーサ１４及びキヤツプ１６は
上述の如く基質１８と同一種類の材料より形成さ
れる。このことには結晶方向が同一であることが
含まれている。第１図に於いて、基質１８は第２
図のＹカツトされた薄板４４により示されている
如くＹカツトされた水晶結晶体を含んでおり、図
示の如き結晶軸方向を有している。このＹカツト
された薄板４４より構成された基質１８（第１
図）は、結晶学的Ｘ軸４６（第１図及び第２図）
に沿うSAW伝播方向を有しており、従つてＸ軸
の方向は結晶軸方向を確認するのに使用される
（もし必要ならば任意の一つ或いは全ての軸が使
用されて良い）。第１図の実施例に於いては、Ｘ
軸４６の方向は、基質の幾何学的形状即ちより大
きな寸法の方向に沿つて延びる伝播軸の方向を示
す長方形基質により、或いは図に於いて二点鎖線
にて示された切欠４８，５０の如き基質上の適当
な指標の如く、基質上の目印を確認することによ
り基質１８の製造中に確認される。スペーサ及び
キヤツプの材料の結晶軸方向は同様にその基質を
確認する為に選択された同一の軸によりこれらの
構成要素の製造中に確認される。第１図に図示さ
れた円筒形については上述の如き確認手段にはそ
れぞれスペーサ１４及びキヤツプ１６に面取りし
て形成された平坦面５２，５４が含まれており、
それぞれＸ軸４６に垂直な表面を有している。
スペーサ及びキヤツプの製造の後、クロム―金
の如き金属的性質を有する層５６がスペーサ１４
の上面３６に沿つて、又スペーサ１４の上面に係
合するキヤツプ１６の下面４２の部分上に着装さ
れる。この金属的性質を有する層５６は、例えば
キヤツプの係合面のみがスパツタリングプロセス
に曝されるようキヤツプの下面の中央部が覆われ
た後RFスパツタリングなどの周知の多数の方法
のうちの何れかによりその表面上に着装される。
クロム―金はクロムが1000Åで金が10000Å程度
の被覆厚にて表面上にスパツタリングされる。
金属的性質を有する層５６の着装の後、スペー
サ１４の下面３８がガラス粉にて被覆される。こ
のガラス粉はガラス質のものであつても非ガラス
質のものであつても良い。典型的なガラス粉被覆
厚は25〜100μの範囲内である。SAWデバイス１
２は炉室内に配置され、図に於いて二点鎖線２
６，４０により示された適当な位置に於いて面２
０と係合する状態にてスペーサが基質の有効信号
領域上に配置される。かかる配置の際には、スペ
ーサは結晶軸が整合するよう、即ちスペーサ及び
基質のＸ軸４６が整合するよう調整される。かか
るスペーサの配置及びその適当な配向が行われた
後、この基質とスペーサはガラス粉の融点以上の
温度に曝される。ガラス質のものであろうと非ガ
ラス質のものであろうと選択されたガラス粉は
550℃以下の融点を有していなければならず、こ
の温度はもしそれ以上になればその水晶結晶が位
相ずれを生じ、これによりピエゾ電気特性が劣化
してその基質がSAW伝播に不適当なものとなる
上限温度であ。ガラス質のガラス粉については典
型的な融点及び加熱時間はそれぞれ425℃、15分
である。
ガラス粉が溶融されると、炉の温度は低下され
且つ基質及びそれに接合されたスペーサは冷却さ
れる。かかるガラス粉付着工程はスペーサを基質
の表面上に溶着し、これによりスペーサと基質と
の間に気密シールを与える。このシールによつて
は導電体３１〜３４の導電性が損なわれることは
なく、シール領域に於いて電極が他の電極より有
効に電気的に絶縁される。かかるガラス粉付着工
程によりシールの領域に於けるアルミニウム電極
（シールの形成中溶融ガラス中に吸収される）が
ある程度酸化せしめられるが、シール領域に於け
る全体の導電性は基質表面上にアルミニウムを着
装する際に充分な厚さにてアルミニウム被覆を施
すことにより確保される。酸化されるアルミニウ
ムの量はガラス粉及び所要の融点や加熱時間次第
である。
かかるガラス粉付着プロセスはスペーサと基質
との間にガラスシールを設ける多数の方法の一つ
である。基質及びスペーサが最高限度温度以上の
温度に曝されないならば、気密性及び電気絶縁性
を有するガラスシールを形成する他の任意の方法
が使用されて良い。
SAWデバイス１２及びこれに接合されたスペ
ーサ１４よりなるかかる半完成構造体は、その構
造体より不純物を除去すべく紫外線清浄タンク内
にて清浄され、その後真空加熱室内に配置され
る。キヤツプ１６もこの室内に配置され、スペー
サの上面３６と前記キヤツプとを整合する取付け
具に保持される。かかる工程に於いてキヤツプ１
６は少なくとも10-6torr（水銀柱10-6mm）の真空
環境中にて上面３６に金属シールされる。かかる
金属シールは、典型的には90％の錫と10％の金と
を有する錫―金合金ろうを使用して面３６，４２
上にクロム―金金属層５６をろう付けすることを
含む多数の方法により達成されて良い。又このろ
うは上面３６の接合領域の形状に形成された錫―
金予形成体として導入され且つ前記真空加熱室内
にて前記上面３６上に配置されても良い。次いで
前記室内が真空状態にされ、温度が約250℃に上
昇される。構成要素の全てが気体漏出の可能性が
なくなるまで上述の設定された真空及び温度値に
て焼固められる。かかる時点に於いてキヤツプ１
６は錫―金予形成体を介在してスペーサの上面上
に配置され、そのキヤツプのＸ軸４６をスペーサ
及び基質のＸ軸に整合するよう調整される。次い
で前記室内の温度が錫―金合金の融点である約
282℃にまで上昇され、ろうが溶融され、前記キ
ヤツプがスペーサに融接されてそれらの間に気密
金属シールが形成される。次いで温度が下降され
て金属シールが冷却され、しかる後完成した構造
体１０が前記室より除去される。第３図は製造が
完了した後に於ける真空密封されたSAWデバイ
ス構造体１０の寸法を無視した解図であり、ガラ
ス粉シール６０及び金属シール６２を示してい
る。
錫―金予形成体を使用せずにキヤツプ１６とス
ペーサ１４との間に金属シールを設ける他の一つ
の方法に於いては、錫―金合金はクロム―金合金
を着装した後面３６，４２の一方或いはその両方
の上に直接着装される。錫―金合金はクロム―金
合金を着装する際に使用される方法と同様のRF
スパツタリング法にて着装されて良い。
本発明による真空密封されたSAWデバイス構
造体に於いては、真空密封構造体の熱サイクルに
よりSAW基質１８内に熱的に誘発される歪は実
質的に零に低減される。真空密封構造体はSAW
基質のそれと同一の熱的特性及び結晶方向を有す
る任意の材料より製造されて良く、本発明の好ま
しい実施例に於いては基質材料と同一の材料より
製造される。真空密封された構造体を製造するか
かる方法は当技術分野に於いて周知の材料や装置
を使用して行われる簡単な方法であり、かかる方
法によれば少なくとも10-6torrの真空環境中にて
SAWデバイスの有効信号領域をシールする構造
体が形成される。SAW基質内に熱的に誘発され
る歪を低減し且つSAW作動領域を真空環境中に
て密封することにより、音波伝播速度に対する安
定性が大きく改善されたSAWデバイス構造体が
得られる。
以上に於いては本発明をその特定の実施例につ
いて詳細に説明したが本発明はかかる実施例に限
定されるものではなく本発明の範囲内にて種々の
修正並びに省略が可能であることは当業者にとつ
て明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による真空密封されたSAWデ
バイス構造体の解図的分解斜視図である。第２図
は第１図の組立体に使用されるＹカツト薄板の解
図的斜視図である。第３図は第１図に図示された
真空密封されたSAWデバイス構造体の組立状態
を示す解図的右側面図である。 １０…真空密封されたSAWデバイス構造体、
１２…SAWデバイス、１４…スペーサ組立体、
１６…キヤツプ、１８…基質、２０…主要面、２
２，２４…電気音響トランスデユーサ、２５…表
面音波伝播領域、２６…有効信号領域、２７，２
８，２９，３０…電極、３１，３２，３３，３４
…導電体、３６…上面、３８…下面、４２…底
面、４４…Ｙカツト薄板、４６…Ｘ軸、４８，５
０…切欠、５２，５４…平坦面、５６…金属層、
６０…ガラス粉シール、６２…金属シール。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 特定の結晶方向を有する材料よりなり音波伝
    播経路を与える主要面を有する基質と、前記主要
    面上に前記音波伝播経路に沿つて配置されて
    SAWデバイスとして作動する有効信号領域を郭
    定する電気音響トランスデユーサと、前記電気音
    響トランスデユーサへ電気信号を与えまたこれら
    から電気信号を取出すための導電体と、特定の結
    晶方向と前記基質の材料と実質的に同一の熱的特
    性とを有する材料よりなりその結晶方向を前記基
    質の結晶方向に実質的に整合させた状態にて前記
    有効信号領域を真空環境中に閉込めるべく前記主
    要面に気密に接合されたカバーとを有することを
    特徴とする真空密封されたSAWデバイス構造体。
JP12374479A 1978-09-25 1979-09-25 Vacuum sealed saw device structure and method of manufacturing same Granted JPS5544300A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/945,359 US4213104A (en) 1978-09-25 1978-09-25 Vacuum encapsulation for surface acoustic wave (SAW) devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5544300A JPS5544300A (en) 1980-03-28
JPS6313574B2 true JPS6313574B2 (ja) 1988-03-26

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ID=25482993

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP12374479A Granted JPS5544300A (en) 1978-09-25 1979-09-25 Vacuum sealed saw device structure and method of manufacturing same

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JP (1) JPS5544300A (ja)
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