TW201939774A - 接合基板、彈性表面波元件、彈性表面波元件裝置以及接合基板的製造方法 - Google Patents
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Abstract
接合基板具有以與結晶X軸交叉的角度經切割的晶體基板、以及積層於所述晶體基板上的壓電基板，較佳為晶體基板的切割角度相對於結晶X軸而具有85度～95度的範圍的角度，較佳為晶體基板的彈性表面波傳播方向相對於結晶Y軸而具有15度～50度的角度，作為壓電基板，較佳為使用鈮酸鋰或鉭酸鋰，較佳為壓電基板相對於彈性表面波的波長λ而具有厚度h為0.02 λ～0.11 λ的關係。
Description
本發明是有關於一種利用彈性表面波的接合基板、彈性表面波元件、彈性表面波元件裝置以及接合基板的製造方法。
伴隨行動電話等移動體通信設備的進化，對彈性表面波（表面聲波（Surface Acoustic Wave；SAW））裝置亦要求高性能化。尤其是，為了高頻化、廣頻帶化而要求具有高速、高耦合的SAW模式及防止溫度變化所致的傳輸頻帶的移動的優異的溫度特性的SAW基板。
進而，洩漏彈性表面波（洩漏表面聲波（Leaky SAW）；亦稱為LSAW等）、縱型洩漏彈性表面波（Longitudinal-type Leaky SAW；亦稱為LLSAW等）具有優異的相位速度，且為對SAW裝置的高頻化有利的傳播模式之一。然而，於具有大的傳播衰減的方面存在課題。
進而，洩漏彈性表面波（洩漏表面聲波（Leaky SAW）；亦稱為LSAW等）、縱型洩漏彈性表面波（Longitudinal-type Leaky SAW；亦稱為LLSAW等）具有優異的相位速度，且為對SAW裝置的高頻化有利的傳播模式之一。然而，於具有大的傳播衰減的方面存在課題。
例如，專利文獻1中提出有如下技術：於在鈮酸鋰基板表面附近形成質子交換層後，僅於表層形成逆質子交換層，藉此減少LLSAW的體波放射引起的損失。
非專利文獻1、非專利文獻2中，作為LLSAW的低損失化的方法，亦嘗試有基板方位、電極膜厚的最佳化。
專利文獻2中記載有：藉由有機薄膜層將SAW傳播基板與支撐基板接著而成的裝置。傳播基板例如為厚度30 μm的鉭酸鋰基板，將其與厚度300 μm的玻璃基板藉由厚度15 μm的有機接著劑而貼合。
專利文獻3中亦記載有：利用接著劑將鉭酸鋰基板（厚度：125 μm）與石英玻璃基板（厚度：125 μm）貼合而成的SAW裝置。
專利文獻4中報告有：關於鉭酸鋰基板與支撐基板的接著，藉由使有機接著層薄層化而改善溫度特性。
然而，專利文獻1～專利文獻4中示出的材料中並未充分解決傳播衰減大的問題。
本申請案發明者等人明瞭於非專利文獻3～非專利文獻5中，於晶體基板、與壓電基板的接合中，傳播衰減減小。
例如，非專利文獻3中，因為是彈性表面波（SAW）裝置而於ST切割晶體與LiTaO3 （LT）的直接接合中使用非晶SiO2 （α-SiO2 ）中間層進行接合。
非專利文獻4中提出有：對AT切割晶體接合X切割31°Y傳播鉭酸鋰、X切割36°Y傳播鈮酸鋰而提高了機電耦合係數的LLSAW。
非專利文獻5中，藉由LiTaO3 或LiNbO3 薄板與晶體基板的接合而謀求縱型洩漏彈性表面波的高耦合化。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
例如，非專利文獻3中，因為是彈性表面波（SAW）裝置而於ST切割晶體與LiTaO3 （LT）的直接接合中使用非晶SiO2 （α-SiO2 ）中間層進行接合。
非專利文獻4中提出有：對AT切割晶體接合X切割31°Y傳播鉭酸鋰、X切割36°Y傳播鈮酸鋰而提高了機電耦合係數的LLSAW。
非專利文獻5中，藉由LiTaO3 或LiNbO3 薄板與晶體基板的接合而謀求縱型洩漏彈性表面波的高耦合化。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2013-30829號公報
[專利文獻2]日本專利特開2001-53579號公報
[專利文獻3]日本專利特開2006-42008號公報
[專利文獻4]日本專利特開2011-87079號公報
[非專利文獻]
[專利文獻2]日本專利特開2001-53579號公報
[專利文獻3]日本專利特開2006-42008號公報
[專利文獻4]日本專利特開2011-87079號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]「使用第二洩漏模式的GHz頻帶表面聲波裝置（GHz-band surface acoustic wave devices using the second leaky mode）」，應用物理（Appl. Phis.）（vol. 36, no9B, pp. 6083-6087, 1997.）
[非專利文獻2]「LiNbO3 的縱波型洩漏彈性表面波的共振器特性-利用有限要素分析耦合法的分析」信學會基礎·邊界學會大會（A-195, p.196, 1996.）
[非專利文獻3]「2016年電子封裝國際會議（International Conference on Electronics Packaging（ICEP））」，發行單位 日本電子封裝協會（The Japan Institute of Electronics Packaging），發行日 2016年4月20日
[非專利文獻4]「2015年度山梨大學工學部電氣電子工學科畢業論文發表會主旨集」，發行單位 山梨大學工學部電氣電子工學科，發行日 2016年2月16日
[非專利文獻5]「2015年度山梨大學工學部電氣電子工學科畢業論文發表會」，舉辦日 2016年2月16日
[非專利文獻2]「LiNbO3 的縱波型洩漏彈性表面波的共振器特性-利用有限要素分析耦合法的分析」信學會基礎·邊界學會大會（A-195, p.196, 1996.）
[非專利文獻3]「2016年電子封裝國際會議（International Conference on Electronics Packaging（ICEP））」，發行單位 日本電子封裝協會（The Japan Institute of Electronics Packaging），發行日 2016年4月20日
[非專利文獻4]「2015年度山梨大學工學部電氣電子工學科畢業論文發表會主旨集」，發行單位 山梨大學工學部電氣電子工學科，發行日 2016年2月16日
[非專利文獻5]「2015年度山梨大學工學部電氣電子工學科畢業論文發表會」，舉辦日 2016年2月16日
[發明所欲解決之課題]
先前，提出有洩漏彈性表面波（LSAW）、縱型洩漏彈性表面波（亦稱為LLSAW）作為SAW，但作為謀求高頻化的更優異的方法，具有高速的相位速度的縱型洩漏SAW（LLSAW）的利用受到矚目。
先前，明瞭於LLSAW中，藉由使LiNbO3 （LN）薄板或LiTaO3 （LT）薄板與AT切割45°X傳播晶體接合，耦合係數相對於單質基板而增加至2倍～3倍。另外，報告有與單質相比溫度特性亦提高。然而，存在接合後的傳播衰減大且Q值小的課題。先前提出的技術中，傳播速度的改善並不充分。
先前，提出有洩漏彈性表面波（LSAW）、縱型洩漏彈性表面波（亦稱為LLSAW）作為SAW，但作為謀求高頻化的更優異的方法，具有高速的相位速度的縱型洩漏SAW（LLSAW）的利用受到矚目。
先前，明瞭於LLSAW中，藉由使LiNbO3 （LN）薄板或LiTaO3 （LT）薄板與AT切割45°X傳播晶體接合，耦合係數相對於單質基板而增加至2倍～3倍。另外，報告有與單質相比溫度特性亦提高。然而，存在接合後的傳播衰減大且Q值小的課題。先前提出的技術中，傳播速度的改善並不充分。
本發明是以所述情況為背景而成者，目的在於提供一種傳播衰減小的接合基板、彈性表面波元件、彈性表面波元件裝置。
[解決課題之手段]
[解決課題之手段]
本發明的接合基板中，第1形態具有以與結晶X軸交叉的角度經切割的晶體基板、以及積層於所述晶體基板上的壓電基板。
其他形態的接合基板的發明如第1發明所述的接合基板，其中於所述形態的發明中，所述晶體基板的切割角度相對於結晶X軸而具有85度～95度的範圍的角度。
其他形態的接合基板的發明如所述形態的發明，其中所述晶體基板於結晶Y方向側設定彈性表面波傳播方向，所述壓電基板於所述傳播方向上設定彈性表面波傳播方向。
其他形態的接合基板的發明如所述形態的發明，其中所述晶體基板的彈性表面波傳播方向相對於結晶Y軸而具有15度～50度的角度。
其他形態的接合基板的發明如所述形態的發明，其中所述壓電基板為鈮酸鋰或鉭酸鋰。
其他形態的接合基板的發明如所述形態的發明，其中所述壓電基板為X切割31°Y傳播鉭酸鋰或X切割36°Y傳播鈮酸鋰。
其他形態的接合基板的發明如所述形態的發明，其中所述壓電基板相對於彈性表面波的波長λ而具有厚度h為0.02 λ～0.11 λ的關係。
其他形態的接合基板的發明如所述形態的發明，其特徵在於：所述壓電基板用於激發縱型洩漏彈性表面波。
其他形態的接合基板的發明如所述形態的發明，其中彈性表面波傳播衰減量相對於彈性表面波的波長λ而為0.1 dB/λ以下。
本發明的彈性表面波元件中，第1形態於所述接合基板的發明的形態的任一接合基板中的壓電基板的主表面上包括至少一個梳形電極。
其他形態的彈性表面波元件裝置的發明的特徵在於：將所述形態的彈性表面波元件密封為封裝。
本發明的接合基板的製造方法中，第1形態為將晶體基板與壓電基板接合而成的接合基板的製造方法，並且
以與晶體的結晶X軸交叉的角度對所述晶體進行切割而準備晶體基板，對所述晶體基板於Y軸方向側設定彈性表面波傳播方向，準備與所述傳播方向相應地設定了彈性表面波傳播方向的壓電基板並積層於所述晶體基板，直接或經由中間層將所述晶體基板與所述壓電基板接合。
以與晶體的結晶X軸交叉的角度對所述晶體進行切割而準備晶體基板，對所述晶體基板於Y軸方向側設定彈性表面波傳播方向，準備與所述傳播方向相應地設定了彈性表面波傳播方向的壓電基板並積層於所述晶體基板，直接或經由中間層將所述晶體基板與所述壓電基板接合。
其他形態的接合基板的製造方法的發明如所述形態的發明，其特徵在於：對晶體基板的接合面及壓電基板的接合面於減壓下照射紫外線，且於照射後，使晶體基板的接合面與壓電基板的接合面接觸，並對晶體基板與壓電基板於厚度方向上加壓，從而使所述接合面彼此接合。
其他形態的接合基板的製造方法的發明如所述形態的發明，其特徵在於：於所述加壓時，加熱至規定的溫度。
其他形態的接合基板的製造方法的發明如所述形態的發明，其中所述中間層為非晶層。
以下，對本發明中規定的條件等進行說明。
晶體基板的切割角度：相對於結晶X軸而為85度～95度的角度
為了減小彈性表面波的傳播中的傳播衰減率而規定晶體基板的切割角度。若偏離所述範圍，則傳播衰減率增加，因此將所述角度範圍設為理想範圍。
晶體基板的切割角度：相對於結晶X軸而為85度～95度的角度
為了減小彈性表面波的傳播中的傳播衰減率而規定晶體基板的切割角度。若偏離所述範圍，則傳播衰減率增加，因此將所述角度範圍設為理想範圍。
晶體基板的彈性表面波傳播方向：相對於結晶Y軸而為15度～50度的角度
藉由適當規定晶體基板的傳播方向，而可減小彈性表面波的傳播衰減，理想的是設為相對於結晶Y軸而為15度～50度的角度內。若偏離所述範圍，則傳播衰減率增加。
藉由適當規定晶體基板的傳播方向，而可減小彈性表面波的傳播衰減，理想的是設為相對於結晶Y軸而為15度～50度的角度內。若偏離所述範圍，則傳播衰減率增加。
壓電基板厚度：相對於彈性表面波的波長λ而厚度h為0.02 λ～0.11 λ
藉由適當規定壓電基板的厚度，而可減小傳播衰減。若厚度偏離所述規定，則傳播衰減率增加，因此理想的是所述厚度範圍。
藉由適當規定壓電基板的厚度，而可減小傳播衰減。若厚度偏離所述規定，則傳播衰減率增加，因此理想的是所述厚度範圍。
彈性表面波傳播衰減量：相對於彈性表面波的波長λ而為0.1 dB/λ以下
藉由傳播衰減滿足所述規定，而可於實用範圍內實現有用的使用。
[發明的效果]
藉由傳播衰減滿足所述規定，而可於實用範圍內實現有用的使用。
[發明的效果]
根據本發明，可減小彈性表面波的傳播衰減地傳播彈性表面波。
以下，基於隨附圖式對本發明的一實施形態的接合基板及彈性表面波元件進行說明。
接合基板5是經由接合界面4並藉由共價鍵結將晶體基板2與壓電基板3接合。理想的是接合界面4藉由共價鍵結而結合。
晶體基板2較佳為具有150 μm～500 μm的厚度，壓電基板3較佳為具有相對於彈性表面波的波長而言相當於0.02波長～1.1波長的厚度。再者，關於本發明，壓電基板的厚度進而理想的是相對於彈性表面波的波長而言為0.05波長～0.1波長，進而更理想的是0.07波長～0.08波長。
接合基板5是經由接合界面4並藉由共價鍵結將晶體基板2與壓電基板3接合。理想的是接合界面4藉由共價鍵結而結合。
晶體基板2較佳為具有150 μm～500 μm的厚度，壓電基板3較佳為具有相對於彈性表面波的波長而言相當於0.02波長～1.1波長的厚度。再者，關於本發明，壓電基板的厚度進而理想的是相對於彈性表面波的波長而言為0.05波長～0.1波長，進而更理想的是0.07波長～0.08波長。
晶體基板2例如使用以與結晶X軸交叉的角度對利用水熱合成法進行結晶成長的晶體加以切出而成者。該角度較佳為相對於結晶X軸而為85°～95°。進而較佳為：更理想的是將切割角度的下限設為88度，且將切割角度的上限設為92度。最佳值為相對於結晶X軸而為90°。
於結晶Y軸方向側設定彈性表面波傳播方向而準備晶體基板2。該實施形態中，較佳為將彈性表面波傳播方向2D設定為相對於結晶Y軸而為15度～50度的角度。最佳值為35°Y方向。
於結晶Y軸方向側設定彈性表面波傳播方向而準備晶體基板2。該實施形態中，較佳為將彈性表面波傳播方向2D設定為相對於結晶Y軸而為15度～50度的角度。最佳值為35°Y方向。
壓電基板3可使用適宜的材料，較佳為可包含鉭酸鋰或鈮酸鋰。較佳為可使用X切割的壓電基板。其中，本發明中並未將壓電基板3的切割角度限定為特定的角度。
另外，壓電基板3將彈性表面波傳播方向3D設定為與晶體基板2中的傳播方向相應的方向。
另外，壓電基板3將彈性表面波傳播方向3D設定為與晶體基板2中的傳播方向相應的方向。
如圖1所示，於晶體基板2與壓電基板3的接合時，將晶體基板2的傳播方向2D、與壓電基板3的傳播方向3D設為相同方向而將兩者接合。
如圖2所示，於接合基板5中設置梳形電極10，藉此獲得彈性表面波元件1。
如圖2所示，於接合基板5中設置梳形電極10，藉此獲得彈性表面波元件1。
另外，如圖3所示，可製成於晶體基板2與壓電基板3之間介隔存在非晶層6的彈性表面波元件1A。再者，對與所述實施形態相同的構成標註相同的符號並省略說明。該實施形態中，晶體基板2、與壓電基板3亦是設為彈性表面波傳播方向為相同方向的狀態而進行接合。
該實施形態中，於介隔存在非晶層6的情況下，在非晶層6與晶體基板2之間存在接合界面，且於非晶層6的另一面側在非晶層6與壓電基板3之間存在接合界面。關於本發明，非晶層6的材質並無特別限定，可使用SiO2
或Al2
O3
等。另外，非晶層的厚度理想的是設為100 nm以下。
再者，非晶層6的形成中，可以於晶體基板2或壓電基板3的表面形成薄膜的方式形成非晶層6。另外，亦可設為於晶體基板2表面與壓電基板3表面兩者上形成非晶層而進行接合。
非晶層可利用已知的方法形成，可利用化學蒸鍍、或濺鍍等物理蒸鍍。
再者，非晶層6的形成中，可以於晶體基板2或壓電基板3的表面形成薄膜的方式形成非晶層6。另外，亦可設為於晶體基板2表面與壓電基板3表面兩者上形成非晶層而進行接合。
非晶層可利用已知的方法形成，可利用化學蒸鍍、或濺鍍等物理蒸鍍。
其次，參照圖4，對接合基板及彈性表面波元件的製造進行說明。
準備規定材料的晶體基板與壓電元件。以與晶體的結晶X軸交叉的角度對晶體進行切割來準備晶體基板。作為角度，相對於結晶X軸而選擇85°～95°。
準備規定材料的晶體基板與壓電元件。以與晶體的結晶X軸交叉的角度對晶體進行切割來準備晶體基板。作為角度，相對於結晶X軸而選擇85°～95°。
再者，於在接合面上形成非晶層的情況下，對設為形成對象的晶體基板與壓電元件的其中一者或兩者於接合面側進行成膜處理。成膜處理的方法並無特別限定，可使用真空蒸鍍法、濺鍍法等薄膜形成技術。例如，可利用電子迴旋共振（Electron Cyclotron Resonance）電漿成膜於接合面上形成100 nm以下的非晶層。該非晶膜可將膜密度形成得非常高，因此接合表面的活化程度大而產生更多的OH基。
晶體基板是以使晶體基板的彈性表面波傳播方向較佳為相對於結晶Y方向而具有15度～50度的角度的方式設定，且壓電基板是使彈性表面波傳播方向與晶體基板的傳播方向一致而設置於密閉結構的處理裝置20內。圖中，為了簡略而僅記載晶體基板2。
處理裝置20連接有真空泵21而將處理裝置20內減壓至例如10 Pa以下。於處理裝置20內導入放電氣體且於處理裝置20內利用放電裝置22進行放電而產生紫外線。放電可藉由使用施加高頻電壓的方法等來進行。
晶體基板2與壓電基板3是以能夠照射到紫外線的狀態進行設置，並且對接合面照射紫外線而謀求活化。再者，於在晶體基板2與壓電基板3的其中一者或兩者上形成有非晶層的情況下，將非晶層的表面作為接合面而進行紫外線照射。
處理裝置20連接有真空泵21而將處理裝置20內減壓至例如10 Pa以下。於處理裝置20內導入放電氣體且於處理裝置20內利用放電裝置22進行放電而產生紫外線。放電可藉由使用施加高頻電壓的方法等來進行。
晶體基板2與壓電基板3是以能夠照射到紫外線的狀態進行設置，並且對接合面照射紫外線而謀求活化。再者，於在晶體基板2與壓電基板3的其中一者或兩者上形成有非晶層的情況下，將非晶層的表面作為接合面而進行紫外線照射。
進行了紫外線照射的晶體基板2與壓電基板3是以如下方式進行接合：設為使晶體基板2的彈性表面波傳播方向、與壓電基板3的彈性表面波傳播方向一致的狀態，並使接合面接觸，加熱至常溫或200℃以內的溫度並對兩者間施加壓力。壓力可施加10 Pa，處理時間可設為5分鐘～4小時左右。其中，關於本發明，壓力或處理時間並無特別限定。
藉由所述處理，晶體基板2與壓電基板3於接合界面中確實地藉由共價鍵結接合。
藉由所述處理，晶體基板2與壓電基板3於接合界面中確實地藉由共價鍵結接合。
圖5A、圖5B是表示晶體基板2與壓電基板3的接合面的狀態的圖。
圖5A中表示藉由紫外線照射而接合面活化從而於表面形成有OH基的狀態。圖5B中表示使基板彼此接觸並進行加壓·升溫而進行接合的狀態。於接合時，OH基發揮作用而基板彼此進行共價鍵結。剩餘的H2 O於加熱時被排除至外部。
藉由所述步驟獲得接合基板。對於接合基板，於壓電基板3的主表面上如圖3所示般圖案形成梳形電極10。梳形電極10的形成方法並無特別限定，可使用適宜的方法。另外，梳形電極10的形狀亦可選擇適宜的形狀。藉由所述步驟獲得彈性表面波元件1。彈性表面波沿著壓電基板3中所設定的傳播方向。
如圖6所示，彈性表面波元件1是設置於封裝31內並與未圖示的電極連接且由蓋32密封而可作為彈性表面波元件裝置30而提供。
實施例1
圖5A中表示藉由紫外線照射而接合面活化從而於表面形成有OH基的狀態。圖5B中表示使基板彼此接觸並進行加壓·升溫而進行接合的狀態。於接合時，OH基發揮作用而基板彼此進行共價鍵結。剩餘的H2 O於加熱時被排除至外部。
藉由所述步驟獲得接合基板。對於接合基板，於壓電基板3的主表面上如圖3所示般圖案形成梳形電極10。梳形電極10的形成方法並無特別限定，可使用適宜的方法。另外，梳形電極10的形狀亦可選擇適宜的形狀。藉由所述步驟獲得彈性表面波元件1。彈性表面波沿著壓電基板3中所設定的傳播方向。
如圖6所示，彈性表面波元件1是設置於封裝31內並與未圖示的電極連接且由蓋32密封而可作為彈性表面波元件裝置30而提供。
實施例1
以下，對本發明的實施例進行說明。
基於所述實施形態而獲得接合基板，於壓電基板的主表面上設置LLSAW的SAW共振器。
該例中，作為壓電基板，使用面方位為X切割31°Y傳播鉭酸鋰（LT）及面方位為X切割36°Y傳播鈮酸鋰（LN）。另外，晶體基板使用利用水熱合成法進行結晶育成而成者中的厚度250 μm、X切割32°Y傳播或X切割35°Y傳播的晶體基板。另外，比較例中使用AT切割45°X傳播的晶體基板。
基於所述實施形態而獲得接合基板，於壓電基板的主表面上設置LLSAW的SAW共振器。
該例中，作為壓電基板，使用面方位為X切割31°Y傳播鉭酸鋰（LT）及面方位為X切割36°Y傳播鈮酸鋰（LN）。另外，晶體基板使用利用水熱合成法進行結晶育成而成者中的厚度250 μm、X切割32°Y傳播或X切割35°Y傳播的晶體基板。另外，比較例中使用AT切割45°X傳播的晶體基板。
對經接合的樣品藉由研磨使壓電基板側變薄。於將晶體基板與壓電基板接合後，對於使壓電基板變薄的供試驗材料，藉由理論分析計算LLSAW的相位速度與機電耦合係數、頻率溫度特性。再者，於計算時，使用日本學術振興會彈性波元件技術第150委員會·編著的「彈性波裝置技術」中所記載的櫛引（Kushibiki）等人的晶體常數（p.83）、櫛引（Kushibiki）等人的鈮酸鋰（以下設為LN）常數、鉭酸鋰（以下設為LT）常數（p.377）。
具有傳播衰減的LLSAW的分析是基於山之內（Yamanouchi）等人的方法，且對於層結構的分析是使用法內爾（Farnell）與艾德勒（Adler）的方法。該些分析中，於邊界條件下對彈性波動方程式與電荷守恆式數值性地求解，藉此對層結構上傳播的LLSAW的相位速度與傳播衰減進行分析。
求出自由表面（Free）的相位速度vf、以及使薄板的表面電性短路時（金屬化（Metallized））的相位速度vm，並由K2 =2×（vf-vm）/vf求出K2 。另外，將傳播方向的線膨脹係數假設為晶體支撐基板的線膨脹係數，並計算出短路表面的頻率溫度係數（Temperature Coefficient of Frequency；TCF）。
具有傳播衰減的LLSAW的分析是基於山之內（Yamanouchi）等人的方法，且對於層結構的分析是使用法內爾（Farnell）與艾德勒（Adler）的方法。該些分析中，於邊界條件下對彈性波動方程式與電荷守恆式數值性地求解，藉此對層結構上傳播的LLSAW的相位速度與傳播衰減進行分析。
求出自由表面（Free）的相位速度vf、以及使薄板的表面電性短路時（金屬化（Metallized））的相位速度vm，並由K2 =2×（vf-vm）/vf求出K2 。另外，將傳播方向的線膨脹係數假設為晶體支撐基板的線膨脹係數，並計算出短路表面的頻率溫度係數（Temperature Coefficient of Frequency；TCF）。
作為壓電基板，設想為X切割31°Y傳播的LT，作為晶體基板，發明例中設想為X切割32°Y傳播的晶體基板，比較例中設想為AT切割45°X傳播的晶體基板。
藉由理論分析求出由彈性表面波λ標準化的壓電基板的厚度h/λ、與相位速度的關係，並將其結果示於圖7中。發明例的相位速度與比較例為同等的相位速度，滿足相位速度6000 m/秒以上的特性。
藉由理論分析求出由彈性表面波λ標準化的壓電基板的厚度h/λ、與相位速度的關係，並將其結果示於圖7中。發明例的相位速度與比較例為同等的相位速度，滿足相位速度6000 m/秒以上的特性。
其次，藉由理論分析，設想為X切割31°Y傳播LT的壓電基板、與X切割36°Y傳播LN的壓電基板，且作為晶體基板，發明例中設想為X切割32°Y傳播的晶體基板，比較例中設想為AT切割45°X傳播的晶體基板，求出相對於由彈性表面波的波長λ標準化的壓電基板的h/λ的、傳播速度及耦合係數K2
。
關於設想為X切割31°Y傳播LT的壓電基板、與AT切割45°X傳播的晶體基板的作為比較例的相關技術（以下，簡稱為相關技術），將分析結果示於圖8中。示出：無論壓電基板的厚度如何，傳播衰減均大。
將設想為X切割31°Y傳播LT的壓電基板、與X切割32°Y傳播的晶體基板的發明例示於圖9中。
本發明例中，於h/λ為0.06附近，傳播衰減的最小值為0.0005 dB/λ的值，獲得非常抑制傳播衰減的結果。另外，於h/λ為0.02～0.11之間，傳播衰減得到良好地抑制。另外，藉由將壓電基板的厚度設為下限為0.04、上限為0.08，可將傳播衰減量設為0.01以下，相同地，藉由將壓電基板的厚度設為下限為0.05、上限為0.07，可將傳播衰減量設為0.005以下而更理想。
本發明的耦合係數為5%，與相關技術為同等的耦合係數。
將設想為X切割31°Y傳播LT的壓電基板、與X切割32°Y傳播的晶體基板的發明例示於圖9中。
本發明例中，於h/λ為0.06附近，傳播衰減的最小值為0.0005 dB/λ的值，獲得非常抑制傳播衰減的結果。另外，於h/λ為0.02～0.11之間，傳播衰減得到良好地抑制。另外，藉由將壓電基板的厚度設為下限為0.04、上限為0.08，可將傳播衰減量設為0.01以下，相同地，藉由將壓電基板的厚度設為下限為0.05、上限為0.07，可將傳播衰減量設為0.005以下而更理想。
本發明的耦合係數為5%，與相關技術為同等的耦合係數。
其次，關於設想為X切割36°Y傳播LN的壓電基板、與AT切割45°X傳播的晶體基板的相關技術，將分析結果示於圖10中。獲得如下結果：雖藉由壓電基板的厚度而傳播衰減量中示出極小值，但於極小值處傳播衰減大。
將設想為X切割36°Y傳播LN的壓電基板、與X切割35°Y傳播的晶體基板的發明例的分析結果示於圖11中。
本發明例中，於h/λ為0.07附近，傳播衰減的最小值為0.0002 dB/λ的值，獲得充分抑制傳播衰減的結果。另外，於h/λ為0.02～0.11之間，傳播衰減得到良好地抑制。另外，藉由將壓電基板的厚度設為下限為0.05、上限為0.09，可將傳播衰減量設為0.02 dB以下，相同地，藉由將壓電基板的厚度設為下限為0.06、上限為0.08，可將傳播衰減量設為0.005 dB/λ以下而更理想。
本發明的耦合係數為5%，與相關技術為同等的耦合係數。
將設想為X切割36°Y傳播LN的壓電基板、與X切割35°Y傳播的晶體基板的發明例的分析結果示於圖11中。
本發明例中，於h/λ為0.07附近，傳播衰減的最小值為0.0002 dB/λ的值，獲得充分抑制傳播衰減的結果。另外，於h/λ為0.02～0.11之間，傳播衰減得到良好地抑制。另外，藉由將壓電基板的厚度設為下限為0.05、上限為0.09，可將傳播衰減量設為0.02 dB以下，相同地，藉由將壓電基板的厚度設為下限為0.06、上限為0.08，可將傳播衰減量設為0.005 dB/λ以下而更理想。
本發明的耦合係數為5%，與相關技術為同等的耦合係數。
其次，於本發明例中，藉由理論分析求出晶體基板的切割角度對傳播衰減的影響。
關於將X切割31°Y傳播的LT的壓電基板、與32°Y傳播的晶體基板接合而成的接合基板，藉由理論分析，以h/λ（0.05、0.07、0.10）改變壓電基板的厚度，進而使氫基板的切割角度相對於X軸而於60°～120°的範圍內改變，求出傳播衰減量。將其結果示於圖12中。短路表面表示有電極。
無論壓電基板的厚度如何，傳播衰減於角度90°、即X切割處均示出極小值即0.003 dB/λ。另外，即便於使切割角度自90°進行變更的情況下，於85°～95°之間，傳播衰減量亦為0.02以下，可獲得良好的傳播衰減抑制效果。另外，藉由將切割角度設為下限為88°、上限為92°，可將傳播衰減量設為0.004以下而更理想。
關於將X切割31°Y傳播的LT的壓電基板、與32°Y傳播的晶體基板接合而成的接合基板，藉由理論分析，以h/λ（0.05、0.07、0.10）改變壓電基板的厚度，進而使氫基板的切割角度相對於X軸而於60°～120°的範圍內改變，求出傳播衰減量。將其結果示於圖12中。短路表面表示有電極。
無論壓電基板的厚度如何，傳播衰減於角度90°、即X切割處均示出極小值即0.003 dB/λ。另外，即便於使切割角度自90°進行變更的情況下，於85°～95°之間，傳播衰減量亦為0.02以下，可獲得良好的傳播衰減抑制效果。另外，藉由將切割角度設為下限為88°、上限為92°，可將傳播衰減量設為0.004以下而更理想。
其次，將壓電基板設想為X切割36°Y傳播的LN，並且同樣地藉由理論分析來調查晶體基板的切割角度對傳播衰減的影響，將其結果示於圖13中。
無論壓電基板的厚度如何，傳播衰減於角度90°、即X切割處均示出極小值即0.002 dB/λ。另外，即便於使切割角度自90°進行變更的情況下，於85°～95°之間，傳播衰減量亦為0.02以下，可獲得良好的傳播衰減抑制效果。另外，藉由將切割角度設為下限為88°、上限為92°，可將傳播衰減量設為0.003以下而更理想。
無論壓電基板的厚度如何，傳播衰減於角度90°、即X切割處均示出極小值即0.002 dB/λ。另外，即便於使切割角度自90°進行變更的情況下，於85°～95°之間，傳播衰減量亦為0.02以下，可獲得良好的傳播衰減抑制效果。另外，藉由將切割角度設為下限為88°、上限為92°，可將傳播衰減量設為0.003以下而更理想。
其次，於本發明例中，對相對於晶體的傳播方向的傳播衰減的影響進行調查。
作為壓電基板，設想為X切割31°Y傳播的LT、與X切割36°Y傳播的LN，並藉由理論分析使晶體的傳播方向發生變化而求出傳播衰減量。
將使用X切割31°Y傳播的LT的壓電基板時的分析結果示於圖14中。
傳播衰減量於將晶體的傳播方向設為32°Y方向時示出極小值。
於晶體基板中的傳播方向的以傳播方向32°為分界而傳播方向的角度發生變化的兩側，傳播衰減量變大。與X31Y-LT單質相比，於其值以下或其差小的範圍內，可謂衰減小。就該觀點而言，傳播方向理想的是15°～50°的範圍。進而，更理想的是將該角度設為下限為27°、上限為37°，而成為X31Y-LT單質以下的衰減量。
作為壓電基板，設想為X切割31°Y傳播的LT、與X切割36°Y傳播的LN，並藉由理論分析使晶體的傳播方向發生變化而求出傳播衰減量。
將使用X切割31°Y傳播的LT的壓電基板時的分析結果示於圖14中。
傳播衰減量於將晶體的傳播方向設為32°Y方向時示出極小值。
於晶體基板中的傳播方向的以傳播方向32°為分界而傳播方向的角度發生變化的兩側，傳播衰減量變大。與X31Y-LT單質相比，於其值以下或其差小的範圍內，可謂衰減小。就該觀點而言，傳播方向理想的是15°～50°的範圍。進而，更理想的是將該角度設為下限為27°、上限為37°，而成為X31Y-LT單質以下的衰減量。
其次，將設想為X切割36°Y傳播的LN的壓電基板時的分析結果示於圖15中。
傳播衰減量於將晶體的傳播方向設為35°Y方向時示出極小值。
於晶體基板中的傳播方向的以35°為分界而角度發生變化的0°～65°附近的兩側，傳播衰減量變大。與X36Y-LN單質相比，無論傳播方向的角度如何，傳播衰減量均小於X36Y-LN單質，藉由將傳播方向設為15°～50°的範圍內，衰減量大幅變小。進而，更理想的是將該角度設為下限為30°、上限為40°。
傳播衰減量於將晶體的傳播方向設為35°Y方向時示出極小值。
於晶體基板中的傳播方向的以35°為分界而角度發生變化的0°～65°附近的兩側，傳播衰減量變大。與X36Y-LN單質相比，無論傳播方向的角度如何，傳播衰減量均小於X36Y-LN單質，藉由將傳播方向設為15°～50°的範圍內，衰減量大幅變小。進而，更理想的是將該角度設為下限為30°、上限為40°。
其次，關於發明例，作為壓電基板，設想為X切割31°Y傳播的LT、X切割36°Y傳播的LN，並藉由理論分析，以彈性表面波的波長λ使壓電基板的厚度h標準化而求出TCF。晶體基板使用X切割35°Y傳播的晶體基板。
於設想為X切割31°Y傳播的LT的情況下，將壓電基板的厚度與TCF的關係示於圖16中。
本發明例中，於金屬化中，TCF為-15 ppm/℃左右，示出與相關技術的X切割31°Y-LT/AT45°X-晶體基板同等的值。
於設想為X切割31°Y傳播的LT的情況下，將壓電基板的厚度與TCF的關係示於圖16中。
本發明例中，於金屬化中，TCF為-15 ppm/℃左右，示出與相關技術的X切割31°Y-LT/AT45°X-晶體基板同等的值。
將設想為X切割36°Y傳播的LN時的壓電基板的厚度、與TCF的關係示於圖17中。
本發明例中，於金屬化中，TCF為-60 ppm/℃～-70 ppm/℃左右，示出與相關技術的X切割36°-LN/AT切割45°X-晶體基板同等的值。
本發明例中，於金屬化中，TCF為-60 ppm/℃～-70 ppm/℃左右，示出與相關技術的X切割36°-LN/AT切割45°X-晶體基板同等的值。
其次，使用有限要素法（Finite Element Method，FEM）分析形成於LT/晶體接合結構上的IDT型共振器（λ=8.0 μm，交叉寬度W=25 λ）的LSAW的共振特性。晶體基板設想為AT切割45°X傳播的晶體基板、與X切割32°Y傳播的晶體基板，並設想改變壓電基板的厚度。
分析軟體使用菲美特（Femtet）（村田軟體（murata software）股份有限公司製造）。作為分析模型，將支撐基板的板厚設為10 λ，並且對於1週期量的IDT的兩側假設週期邊界條件（無限週期結構），對於底面假設完全匹配層。
分析軟體使用菲美特（Femtet）（村田軟體（murata software）股份有限公司製造）。作為分析模型，將支撐基板的板厚設為10 λ，並且對於1週期量的IDT的兩側假設週期邊界條件（無限週期結構），對於底面假設完全匹配層。
示出X切割31°Y-LT/AT45°X-晶體基板或X切割32°Y-晶體基板結構的LSAW的分析例。LT板厚為0.15 λ，電極Al膜厚為0.09 λ。
於圖18中示出分析結果。與使用AT切割的晶體基板作為晶體基板的情況相比，使用X切割的晶體基板的情況下，導納比自62 dB增加至117 dB，共振Q值自1000增加至53400，相對帶寬自2.3%增加至3.6%。
於圖18中示出分析結果。與使用AT切割的晶體基板作為晶體基板的情況相比，使用X切割的晶體基板的情況下，導納比自62 dB增加至117 dB，共振Q值自1000增加至53400，相對帶寬自2.3%增加至3.6%。
圖19中示出能流角。
自由表面與金屬化的差最大的傳播角度於X切割31°Y-LT/X32°Y-晶體基板中為32°，於X切割36°Y-LN/X35°X-晶體基板中為35°，與可減低本發明的傳播衰減的傳播角度一致，且示出具有良好的共振特性。
自由表面與金屬化的差最大的傳播角度於X切割31°Y-LT/X32°Y-晶體基板中為32°，於X切割36°Y-LN/X35°X-晶體基板中為35°，與可減低本發明的傳播衰減的傳播角度一致，且示出具有良好的共振特性。
以下示出利用FEM的導納特性的分析（無限週期結構）。
·X切割31°Y-LT單質
相對帶寬（%） 導納比（dB） 共振Q 反共振Q
2.1 23.6 43.1 302.8
·X切割31°Y-LT/AT45X-Q（h/λ=0.1）
相對帶寬（%） 導納比（dB） 共振Q 反共振Q
0.10 66.1 1057 535.8
·X切割31°Y-LT/X32Y-Q（h/λ=0.07）
相對帶寬（%） 導納比（dB） 共振Q 反共振Q
0.07 117 53439 4818
·X切割31°Y-LT單質
相對帶寬（%） 導納比（dB） 共振Q 反共振Q
2.1 23.6 43.1 302.8
·X切割31°Y-LT/AT45X-Q（h/λ=0.1）
相對帶寬（%） 導納比（dB） 共振Q 反共振Q
0.10 66.1 1057 535.8
·X切割31°Y-LT/X32Y-Q（h/λ=0.07）
相對帶寬（%） 導納比（dB） 共振Q 反共振Q
0.07 117 53439 4818
如以上所說明般，本申請案發明確認到：相對於先前作為支撐基板有優勢的AT切割結構的晶體基板而言，X切割結構的晶體基板作為支撐基板更有優勢。
以上，對本發明基於所述實施形態及實施例進行了說明，本發明的範圍並不限定於所述說明內容，只要不脫離本發明的範圍，則可對所述實施形態及實施例進行適宜變更。
[產業上的可利用性]
[產業上的可利用性]
本發明可於SAW共振器、SAW濾波片、高功能壓電感測器、SAW裝置等中利用。
1‧‧‧彈性表面波元件
1A‧‧‧彈性表面波元件
2‧‧‧晶體基板
2D、3D‧‧‧彈性表面波傳播方向
3‧‧‧壓電基板
4‧‧‧接合界面
5‧‧‧接合基板
6‧‧‧非晶層
10‧‧‧梳形電極
20‧‧‧處理裝置
21‧‧‧真空泵
22‧‧‧放電裝置
30‧‧‧彈性表面波元件裝置
31‧‧‧封裝
32‧‧‧蓋
圖1是表示本發明的一實施形態的接合基板的接合狀態的概略圖。
圖2是表示本發明的一實施形態的接合基板及彈性表面波元件的概略圖。
圖3是表示其他實施形態的接合基板及彈性表面波元件的概略圖。
圖4是表示本發明的一實施形態的接合基板的製造中所使用的接合處理裝置的概略圖。
圖5A、圖5B是說明本發明的一實施形態的晶體基板與壓電基板的接合形態的圖。
圖6是表示本發明的一實施形態的彈性表面波元件裝置的概略圖。
圖7是表示實施例的作為比較例的相關技術與發明例的相位速度的比較結果的圖表。
圖8是表示實施例的作為比較例的相關技術中的、作為壓電基板的LT的厚度、與傳播衰減量及耦合係數的關係的圖表。
圖9是表示實施例的發明例中的、作為壓電基板的LT的厚度、與傳播衰減量及耦合係數的關係的圖表。
圖10是表示實施例的作為比較例的相關技術中、作為壓電基板的LN的厚度、與傳播衰減量及耦合係數的關係的圖表。
圖11是表示實施例的發明例中、作為壓電基板的LN的厚度、與傳播衰減量及耦合係數的關係的圖表。
圖12是表示實施例中、使用LT作為壓電基板且改變晶體基板的切割角度時的傳播衰減量的關係的圖表。
圖13是表示實施例中、使用LN作為壓電基板且改變晶體基板的切割角度時的傳播衰減量的關係的圖表。
圖14是表示實施例中、使用LT作為壓電基板且改變晶體基板中的傳播方向時的傳播衰減量的關係的圖表。
圖15是表示實施例中、使用LN作為壓電基板且改變晶體基板中的傳播方向時的傳播衰減量的關係的圖表。
圖16是表示實施例中、使用LT作為壓電基板的相關技術與發明例中的壓電基板厚度與頻率溫度係數（Temperature Coefficient of Frequency，TCF）的關係的圖表。
圖17是表示實施例中、使用LN作為壓電基板的相關技術與發明例中的壓電基板厚度與TCF的關係的圖表。
圖18是表示實施例的發明例中、有限要素法（Finite Element Method，FEM）的導納特性的分析結果的圖。
圖19是表示實施例的發明例中、傳播方向與能流角（power flow angle）的關係的圖。
Claims (15)
- 一種接合基板，其具有以與結晶X軸交叉的角度經切割的晶體基板、以及積層於所述晶體基板上的壓電基板。
- 如申請專利範圍第1項所述的接合基板，其中所述晶體基板的切割角度相對於結晶X軸而具有85度～95度的範圍的角度。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的接合基板，其中所述晶體基板於結晶Y方向側設定彈性表面波傳播方向，所述壓電基板於所述傳播方向上設定彈性表面波傳播方向。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的接合基板，其中所述晶體基板的彈性表面波傳播方向相對於結晶Y軸而具有15度～50度的角度。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的接合基板，其中所述壓電基板為鈮酸鋰或鉭酸鋰。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的接合基板，其中所述壓電基板為X切割31°Y傳播鉭酸鋰或X切割36°Y傳播鈮酸鋰。
- 如申請專利範圍第5項或第6項所述的接合基板，其中所述壓電基板相對於彈性表面波的波長λ而具有厚度h為0.02 λ～0.11 λ的關係。
- 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的接合基板，其中所述壓電基板用於激發縱型洩漏彈性表面波。
- 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的接合基板，其中彈性表面波傳播衰減量相對於彈性表面波的波長λ而為0.1 dB/λ以下。
- 一種彈性表面波元件，其於如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述的接合基板中的壓電基板的主表面上包括至少一個梳形電極。
- 一種彈性表面波元件裝置，其特徵在於：將如申請專利範圍第10項所述的彈性表面波元件密封為封裝。
- 一種接合基板的製造方法，其為將晶體基板與壓電基板接合而成的接合基板的製造方法，並且 以與晶體的結晶X軸交叉的角度對所述晶體進行切割而準備晶體基板，對所述晶體基板於Y軸方向側設定彈性表面波傳播方向，準備與所述傳播方向相應地設定了彈性表面波傳播方向的壓電基板並積層於所述晶體基板，直接或經由中間層將所述晶體基板與所述壓電基板接合。
- 如申請專利範圍第12項所述的接合基板的製造方法，其中對晶體基板的接合面及壓電基板的接合面於減壓下照射紫外線，且於照射後，使晶體基板的接合面與壓電基板的接合面接觸，並對晶體基板與壓電基板於厚度方向上加壓，從而使所述接合面彼此接合。
- 如申請專利範圍第13項所述的接合基板的製造方法，其中於所述加壓時，加熱至規定的溫度。
- 如申請專利範圍第12項至第14項中任一項所述的接合基板的製造方法，其中所述中間層為非晶層。
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