(57)【要約】      （修正有）【課題】複合圧電基板において異種の材料の熱膨張率の違いに起因する熱応力による反りを抑制し、クラックやハガレの発生を抑制することができる複合圧電基板、及び該複合圧電基板から作製される弾性表面波素子の提供。【解決手段】圧電基板２と剛体板３が、直接又は接着層４を介して接合された複合圧電基板１であって、前記圧電基板２の外周部の厚さは中央部よりも薄く、前記剛体板３の外周部の厚さは中央部よりも厚いものである複合圧電基板１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と剛体板が直接又は接着層を介して接合された複合圧電基板であって、
前記圧電基板の外周部の厚さは中央部よりも薄く、前記剛体板の外周部の厚さは中央部よりも厚いものであることを特徴とする複合圧電基板。
【請求項２】
前記圧電基板外周部及び前記剛体板外周部は、それぞれ前記圧電基板及び前記剛体板の外周端から３ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の複合圧電基板。
【請求項３】
前記圧電基板が、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複合圧電基板。
【請求項４】
前記剛体板が、サファイア、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、シリコン、炭化珪素、及び窒化珪素のうち少なくとも一つを主成分とするものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の複合圧電基板。
【請求項５】
前記圧電基板の中央部の厚さが１０μｍ以上５０μｍ以下、前記剛体板の中央部の厚さが１００μｍ以上３００μｍ以下であり、前記圧電基板及び前記剛体板における、中央部と外周部の厚さの差が１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の複合圧電基板。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の複合圧電基板を切断したものを用いて作製されたものであることを特徴とする弾性表面波素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合圧電基板に関するものであり、特に弾性表面波素子等に用いられる複合圧電基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の通信機器には、弾性表面波を利用したフィルタや共振器といった弾性表面波素子が用いられている。近年の携帯電話等の高性能化に伴い、弾性表面波素子にも高い性能が求められるようになっている。
【０００３】
すなわち、大きな電気機械結合係数および小さな周波数温度特性を有する弾性表面波素子が望まれている。
電気機械結合係数とは、電気信号から機械的振動への変換効率であり、この値が大きいほど低損失、広帯域のフィルタを実現できる。周波数温度特性とは、温度変化に伴うフィルタの中心周波数の変動のことであり、通過帯域が移動してしまわないよう小さな周波数温度特性を持つことが要求される。
このような特性を実現する圧電基板として、圧電基板と他の基板を接合した複合圧電基板がある。
【０００４】
このような圧電基板と他の基板（剛体板）の接合は、通常直接接合するかあるいは接着剤を用いて接合する方法が採用されている。これらの方法により圧電基板と剛体板とを充分に接着させることで、目的の複合圧電基板を得ることができる。
このような複合圧電基板から切り出されたチップ状部材を用いる弾性表面波素子は、剛体板が圧電基板の熱膨張による周波数変動を抑えることができ、良好な温度特性を実現できるという利点がある。
【０００５】
このように、複合圧電基板は異種の材料を接合して作製されるため、温度変化があると各々の熱膨張率の違いから熱応力により反りが発生する。温度変化が大きくなるほど熱応力も大きくなり、やがては圧電基板あるいは剛体板にクラックが発生したり、圧電基板と剛体板がハガレるといった現象が発生してしまう。
【０００６】
この問題を回避するため、特許文献１には圧電基板に任意の形状の切り込みを形成した基板の製造方法が開示されている。ここでは作製しようとする弾性表面波素子のダイシングラインに沿った形状の切り込みを行うことにより、熱処理工程において圧電基板を破損することなく圧電基板のみを小片状に分割できるとしている。
しかしながら、この方法では第一に、圧電基板が弾性表面波素子のサイズ（例えば１ｍｍ×１ｍｍ）に分割されているため、剛体板との接着面積が小さくなり、圧電基板を所望の厚さまで研削および研磨加工する際に圧電基板が剥離してしまう、あるいは小片エッジ部が破損してしまうという問題がある。第二に、弾性表面波素子の電極を形成する前に基板を小片状に分割してしまうため、ウェーハ面内の全ての小片に精度良く電極を形成することが困難になる、という問題が発生してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２―２１７６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、熱応力による反りを抑制し、クラックやハガレの発生を抑制することができる複合圧電基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明によれば、圧電基板と剛体板が直接又は接着層を介して接合された複合圧電基板であって、前記圧電基板の外周部の厚さは中央部よりも薄く、前記剛体板の外周部の厚さは中央部よりも厚いものであることを特徴とする複合圧電基板を提供する。
【００１０】
このように、圧電基板の外周部の厚さが中央部よりも薄く、剛体板の外周部の厚さが中央部よりも厚い構造の複合圧電基板であれば、剛体板の強度を増した構造とできるので、基板を高温下に曝した場合に生じる反りを小さく抑えることができる。
【００１１】
またこのとき、前記圧電基板外周部及び前記剛体板外周部は、それぞれ前記圧電基板及び前記剛体板の外周端から３ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００１２】
このように、圧電基板外周部及び剛体板外周部が、それぞれ圧電基板及び剛体板の外周端から３ｍｍの範囲内であれば、複合圧電基板は大部分において圧電基板及び剛体板の基板厚みが均一となり、弾性表面波素子の作製に影響がないものとすることができる。
【００１３】
また、前記圧電基板は、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムとすることができる。
【００１４】
このように、圧電基板がタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムであれば、電気機械結合係数が大きく、また、複合化された圧電基板の効果により、動作周波数の温度変動が抑制された安価な複合圧電基板を提供することができる。
【００１５】
また、前記剛体板が、サファイア、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、シリコン、炭化珪素、及び窒化珪素のうち少なくとも一つを主成分とするものとすることができる。
【００１６】
このように、剛体板として、サファイア、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、シリコン、炭化珪素、及び窒化珪素のうち少なくとも一つを主成分とすることができ、これらのものであれば剛性も高く、反り防止に好適である。
【００１７】
また、前記圧電基板の中央部の厚さが１０μｍ以上５０μｍ以下、前記剛体板の中央部の厚さが１００μｍ以上３００μｍ以下であり、前記圧電基板及び前記剛体板における、中央部と外周部の厚さの差が１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
このように、圧電基板の中央部の厚みが１０μｍ以上であれば、弾性表面波素子の伝搬ロスが大きくなる恐れがなく、５０μｍ以下であれば温度特性の改善効果を十分に得ることができるものとなる。また、剛体板の中央部の厚さは１００μｍ以上であれば、圧電基板の熱膨張を十分に抑制することができ、３００μｍ以下であれば、コストダウンになるとともに近年求められているデバイスの低背化を実現できるものとなる。
また、圧電基板および剛体板の中央部と外周部の厚さの差が１μｍ以上であれば、反りを抑制する効果が十分に得られ、５μｍ以下であれば、加工上、経済的である。
【００１９】
また、本発明では、前記複合圧電基板を切断したものを用いて作製されたものであることを特徴とする弾性表面波素子を提供する。
【００２０】
このように、本発明の複合圧電基板を切断したものを用いて作製された弾性表面波素子は、製造工程中に複合圧電基板がクラックやハガレを生じることがないために、歩留まり良く作製することができ、安価な弾性表面波素子となるとともに、反りや剥離もし難い高品質のものとなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の複合圧電基板は、圧電基板の厚さが外周部よりも中央部の方が厚く、剛体板の厚さが中央部よりも外周部の方が厚い構造であるため、熱応力による反りを抑制しクラックやハガレの発生を防止することができ、安価な弾性表面波素子を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の複合圧電基板の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の複合圧電基板の別の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の弾性表面波素子の一例を示す断面図である。
【図４】従来の複合圧電基板の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明をより詳細に説明する。
前述のように、クラックやハガレの発生を防止することができる弾性表面波素子の開発が待たれていた。そこで、本発明者は、弾性表面波素子の材料となる複合圧電基板について熱応力の影響に関して調査を行った。
【００２４】
その結果、圧電基板と剛体板について反りがほとんどみられないものを準備しても、直接または接着剤により圧電基板と剛体板を接合した複合圧電基板を、金属膜を蒸着する工程温度である２５０℃乃至３００℃の高温に曝すと、熱応力により各々のサイズが直径４インチウェーハ（１００ｍｍ）の複合圧電基板で３ｍｍ以上の反りが発生してしまい、クラックやハガレが生じることが分かった。この熱応力については、圧電基板と剛体板との熱膨張率の差に基づく本質的なものであり、圧電基板と剛体板を接合する限り避けることは出来ないものである。
【００２５】
この課題を解決するために、本発明者は高温下における複合圧電基板の形状変化を鋭意検討した結果、圧電基板の外周部の厚さが中央部よりも薄く、剛体板の外周部の厚さが中央部よりも厚い構造とすることで、熱応力による反りを抑制することができることを見出し、本発明を完成させた。
【００２６】
以下、本発明について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２７】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明に係る複合圧電基板１は、圧電基板２と剛体板３が直接又は接着層４を介して接合されたものであり、圧電基板２の外周部の厚さは中央部よりも薄く、剛体板３の外周部の厚さは中央部よりも厚いものであることを特徴とする。図１（ａ）は、圧電基板２と剛体板３が直接接合された、図１（ｂ）は、圧電基板２と剛体板３が接着層４を介して接合された複合圧電基板１を示す。
尚、図４に、従来弾性表面波素子作製用として用いられていた、面内厚さ分布のない圧電基板２’と剛体板３’が接合された複合圧電基板１’を示す。
【００２８】
本発明の複合圧電基板１であれば、従来の複合圧電基板１’に比べ、剛体板３の強度を増した構造とできるので、複合圧電基板１を高温下に曝した場合に生じる反りを小さく抑えることができる。また、このような複合圧電基板１であれば、従来のように熱応力緩和のための溝加工等を必要としないため、電極形成の際の位置合わせ精度に難はなく、基板面積を最大限に有効活用することができる。
【００２９】
ここで、圧電基板２は、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムとすることができる。このように、圧電基板２がタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムであれば、電気機械結合係数が大きく、また、複合化された圧電基板の効果により、動作周波数の温度変動が抑制された安価な複合圧電基板１を提供することができる。
【００３０】
剛体板３は、サファイア、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、シリコン、炭化珪素、及び窒化珪素のうち少なくとも一つを主成分とするものとすることができる。
【００３１】
また、圧電基板２の外周部及び剛体板３の外周部は、それぞれ圧電基板２及び剛体板３の外周端から３ｍｍの範囲内であることが好ましい。このように圧電基板２の外周部及び剛体板３の外周部が、圧電基板２及び剛体板３の外周端から３ｍｍの範囲内であることにより、複合圧電基板１の大部分は圧電基板２及び剛体板３の基板厚みを均一とすることができ、弾性表面波素子の作製に影響がないものとすることができる。
【００３２】
また、圧電基板２の中央部の厚さは１０μｍ以上５０μｍ以下、剛体板３の中央部の厚さは１００μｍ以上３００μｍ以下であり、圧電基板２及び剛体板３における、中央部と外周部の厚さの差が１μｍ以上５μｍ以下とすることができる。
【００３３】
圧電基板２の中央部の厚みが１０μｍ以上であれば、弾性表面波素子の伝搬ロスが大きくなる恐れがなく、５０μｍ以下であれば温度特性の改善効果が十分に得られるものとなる。圧電基板２の中央部を上記範囲内の所望の値とするには、例えば、複合圧電基板１を形成後、圧電基板２を研削、若しくはラップ、ポリッシュ（研磨）加工すれば良い。
【００３４】
また、剛体板３の中央部の厚さが１００μｍ以上であれば、圧電基板２の熱膨張を十分に抑制することができ、３００μｍ以下であればコストダウンになるとともに近年求められているデバイスの低背化を実現できるものとなる。もちろん本発明は、これらの厚さに限定されるものではなく、目的に応じて適宜厚さを決定すれば良い。
【００３５】
圧電基板２および剛体板３の中央部と外周部の厚さの差が１μｍ以上であれば、反りを抑制する効果を十分に得ることができ、５μｍ以下であれば、加工上も容易で、経済的なものとなる。
【００３６】
このような複合圧電基板１は、圧電基板２として、研磨加工等により外周部の厚さを中央部よりも薄くしたものを用い、剛体板３として、外周部の厚さを中央部よりも厚くしたものを用い、直接、又は接着層４を介して接合させることにより作製することができる。
例えば、圧電基板２と剛体板３の一方又は両方に接着剤を塗布し、真空下で貼り合わせ強固に接合することにより作製することができる。
このとき、接着面に異物が混入しないように貼り合わせ前に各基板の表面を洗浄することが好ましく、また、表面をアンモニア−過酸化水素水溶液等で親水化処理をしたり、またはプラズマ処理をしたり基板を１００℃に加熱し波長２００ｎｍ以下の短波ＵＶ光及び高濃度オゾンにより前処理することにより接着力を高めても良い。
【００３７】
接着剤としては、室温硬化型、熱硬化型、紫外線硬化型等、特に制限なく用いることができる。このように接着層を介して貼り合わせたものであれば、比較的安価な複合圧電チップとすることができる。
【００３８】
尚、本発明の複合圧電基板１は、圧電基板２の外周部の厚さが中央部よりも薄く、剛体板３の外周部の厚さが中央部よりも厚いものであれば、図１に示すような圧電基板２、剛体板３の外周部に段差を備えている構造に限られず、例えば、図２に示すように、圧電基板２、剛体板３の外周部がテーパ形状である構造のものも含まれる。
【００３９】
また、本発明では、上記の複合圧電基板１を切断したものを用いて作製されたものであることを特徴とする弾性表面波素子を提供する。以下、図３も用いて本発明の弾性表面波素子について説明する。
【００４０】
図３に示すように、弾性表面波素子１０は、図１に示す外周部の厚さが中央部より薄い圧電基板２と外周部の厚さが中央部よりも厚い剛体板３とを接着層４を介して接合された複合圧電基板１を切断してチップ形状に加工した複合圧電チップ１２と、複合圧電チップ１２をバンプ１１を介して実装する実装基板１４とを具備するものとすることができる。また、圧電基板２上に弾性表面波を励振・検出する金属電極１３が形成されたものとすることができる。
【００４１】
このような弾性表面波素子１０は、金属電極１３を上記の複合圧電基板１の圧電基板２の表面に形成したものをダイシングしてチップ状に切断した複合圧電チップ１２を用い、例えばＡｕやＳｎからなるバンプ１１を介して従来のフリップチップボンディング等によって実装基板１４に実装することによって作製することができる。
【００４２】
金属電極１３はＡｌ、Ｃｕ、及びその合金等からなるものが好ましい。金属電極１３は、このような金属材料の膜を複合圧電基板１上に蒸着等により形成し、エッチングなどによりパターンニングすることにより形成する。
本発明の複合圧電基板１は、このような金属の膜を蒸着する工程で高温に曝しても、反りの発生が抑制される。従って、本発明の複合圧電基板１を切断したものを用いれば、製造工程中に複合圧電基板１がクラックやハガレを生じることなく歩留り良く弾性表面波素子１０を作製することができる。また、従来のように熱応力緩和のための溝加工等を必要としないため、電極形成の際の位置合わせ精度に難はなく、基板面積を最大限に有効活用することができ、安価で高品質の弾性表面波素子１０を作製することができる。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例と比較例を示し、本発明を説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００４４】
（実施例１〜６、比較例１、２）
まず、圧電基板としてタンタル酸リチウム（ＬＴ）ウェーハ、剛体板としてシリコンウェーハを準備した。各々のウェーハは直径４インチ（１００ｍｍ）である。タンタル酸リチウムは中央部が１８０μｍ厚のウェーハであり、研磨加工により、外周部が１８０μｍ厚、１７９．５μｍ厚、１７９μｍ厚、１７７μｍ厚の４種類とし、シリコンは中央部が２００μｍ厚のウェーハであり、外周部が２００μｍ厚、２００．５μｍ厚、２０１μｍ厚、２０３μｍ厚の４種類とした。なお、厚みは東京精密社製ウェーハ厚さ測定器ＭＩＮＩＡＸにより測定した。
【００４５】
タンタル酸リチウムウェーハの外周部厚さ１７９．５μｍ、１７９μｍ、１７７μｍに対し、外周部厚さが２００．５μｍ、２０１μｍ、２０３μｍのシリコンウェーハを直接接合した複合圧電基板を各２枚ずつ作製した（実施例１〜６）。ウェーハの面内厚さ分布のないタンタル酸リチウムウェーハの外周部厚さ１８０μｍと外周部厚さ２００μｍのシリコンウェーハを直接接合した複合圧電基板を２枚作製した（比較例１、２）。その後、タンタル酸リチウムのみを研削および研磨することによりタンタル酸リチウム厚みを４０μｍと５０μｍの２水準に調整を行った。
【００４６】
表１に、実施例１〜６、比較例１、２の複合圧電基板を加熱し、クラックやハガレの発生状況を観察した結果を示す。
【００４７】
【表１】
2011211331.tif 000003
※１  数カ所のクラックあり
※２  わずかに接合面のハガレあり
【００４８】
表１に示したとおり、剛体板外周部の厚さが中央部の厚さよりも１μｍ以上厚い実施例３〜６においては、２５０℃まで加熱してもクラックやハガレといった異常は発生しなかったのに対し、比較例１、２においては不具合が生じた。特に、比較例２においては基板が割れてしまっていた。実施例１ではタンタル酸リチウムに数カ所クラックがあり、実施例１よりもタンタル酸リチウムが厚い実施例２ではわずかに接合面のハガレが生じていたが、いずれも許容範囲であった。
【００４９】
以上の結果より、圧電基板の厚さが外周部よりも中央部の方が厚く、剛体板の厚さが中央部よりも外周部の方が厚い構造の複合圧電基板としたことで、複合圧電基板に生じるクラックやハガレを防止できることが判明した。
また、本発明の複合圧電基板であれば、熱応力緩和のための溝加工等を必要としないため、位置合わせ精度に難はなく、基板面積を最大限に有効活用できるというメリットを得られた。
【００５０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に含有される。
【符号の説明】
【００５１】
１、１’…複合圧電基板、  ２、２’…圧電基板、  ３、３’…剛体板、  ４…接着層、  １０…弾性表面波素子、  １１…バンプ、  １２…複合圧電チップ、  １３…金属電極、  １４…実装基板。
【図１】
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【図２】
2011211331.tif 000005
【図３】
2011211331.tif 000006
【図４】
2011211331.tif 000007