(57)【要約】【課題】高額な設備投資を必要とせず、簡便で効率的な高特性の表面弾性波デバイス用複合基板の製造方法を提供する。【解決手段】軟化点が３００℃以上５００℃以下であるガラスペーストを圧電基板に塗布し、３００℃以上６００℃以下の温度で加熱焼成して、ガラス質層を支持基板層として形成し、これを複数回繰り返して支持基板層を得て、その後前記圧電基板を２０μｍ以上５０μｍ以下に研磨することによりより低コストで優れた周波数温度特性を有する弾性表面波デバイスに好適な圧電体複合基板を製造することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と支持基板とからなる圧電体複合基板の製造方法であって、
軟化点が３００℃以上５００℃以下であるガラスペーストを圧電基板に塗布し、３００℃以上６００℃以下の温度で加熱焼成して、ガラス質層を支持基板層として形成し、該支持基板層形成処理を複数回繰り返し、その後前記圧電基板を２０μｍ以上５０μｍ以下に研磨することを特徴とする圧電体複合基板の製造方法。
【請求項２】
前記圧電基板は、タンタル酸リチウム単結晶又はニオブ酸リチウム単結晶であることを特徴とする請求項１に記載の圧電体複合基板の製造方法。
【請求項３】
前記ガラスペーストは、酸化ビスマスを含むガラスペーストであることを特徴とする請求項１に記載の圧電体複合基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体複合基板の製造方法に関し、さらに詳しくは表面弾性波デバイス用に使用する圧電基板と支持基板とからなる圧電体複合基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波を用いたデバイスには、ＳＡＷ（ Surface Acoustic Wave ）フィルターが知られている。このＳＡＷフィルターは、携帯電話、スマートフォンに用いられ、任意の周波数を選択するのに用いられ、通信には、重要な部品となる。ＳＡＷフィルターを製造するときに用いる基板には、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３、以下、ＬＴと称することがある。）やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３、以下、ＬＮと称することがある。）等の圧電体が用いられている。
【０００３】
これらの基板にＡｌやＡｌ合金の櫛形電極が形成され、当該電極の間隔で選択する周波数が決まる。この櫛形電極の間隔は、数ミクロンレベルであり、一般的に温度特性が良いＬＴが多く用いられている。しかし、ＬＴの線膨張係数は、Ｘ軸方向で１６×１０−６／Ｋ、Ｙ軸方向で４．１×１０−６Ｋと大きいため、温度が変化すると基板、さらには櫛型電極間隔が変化して、その結果、周波数通過領域が移動してしまい、混線、通信が出来なくなるという問題が発生する可能性がある。また、熱変化に晒されることによって、内部に応力が発生して、ひび割れや欠損が生じる可能性もあった。
【０００４】
一方、スマートフォン、携帯電話は、高集積化が進み、上記のＳＡＷフィルターもアンプと共にモジュール化され、高温下に晒されるようになってきた。前述したように、温度上昇による問題点が顕在化し、高温下に晒されても、ＳＡＷフィルターの周波数通過領域が変化せずに、温度特性が安定していることが求められていた。
【０００５】
そこで、これらの問題を解決するために様々な検討がなされてきた。例えば、特許文献１では、ＬＮあるいはＬＴ基板に、熱膨張係数がＬＮあるいはＬＴより小さく、比較的安価なシリコンを支持基板として貼り合せて接合した複合基板が提案されている。また、特許文献２では、ＬＮあるいはＬＴ基板にサファイアを支持基板として貼り合わせた基板が提案されている。さらに、特許文献３では、ＬＮあるいはＬＴ基板に線膨張係数の小さい基板を有機接着剤により貼り付けられた基板が提案されている。また、特許文献４には、圧電素子を当該圧電素子より線膨張係数が小さい基板に加熱処理して貼り付けている複合基板が提案されている。さらに、特許文献５には、常温接合による基板とＬＴ、ＬＮの貼り合わせが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０９６６７７号公報
【特許文献２】特開２００４−１８６８６８号公報
【特許文献３】特開２００１−０５３５７９号公報
【特許文献４】特許第３４３５７８９号公報
【特許文献５】特許第３７７４７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、シリコンは、安価で線膨張係数がＬＴより低いが、導電性があり、浮遊容量が発生してデバイスとしての安定性に問題がある。このため、特許文献１に記載されたように、シリコン基板を単に貼り合わせただけでは、温度による変動が少ない複合基板にならない。また、サファイアは、高価な基板であることから、特許文献２に記載されたように、サファイアを支持基板に用いると過剰なコストがかかってしまい好ましくない。
【０００８】
一方、特許文献３で用いる有機接着剤は、ガラス転移温度が１００℃以下であり、ＳＡＷフィルター製造時に加わる２００℃以上の温度では、軟化してしまい、密着力も低下することから、製品の信頼性が不十分なことが懸念される。また、有機接着剤の濡れ性、伸び等が考慮されていないため、研磨する結晶を３５μｍ以下まで研磨すると、接着剤の凹凸が起点となって割れやクラックが入る可能性がある。
【０００９】
また、特許文献４に記載されたように、圧電素子を当該圧電素子より線膨張係数が小さい基板に加熱処理して貼り付けた複合基板を製造する際に、加熱して接合すると、常温に戻した時に、圧電素子と基板の線膨張係数の差から基板が反るという問題点がある。さらに、特許文献５に記載のように、高真空装置を用いる場合では、タクトタイムが長く生産性が低いことに加えて、当該装置が高価であることから、コスト面でも課題がある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、より低コストで優れた周波数温度特性を有する弾性表面波デバイスに好適な圧電体複合基板を製造することの可能な圧電体複合基板の製造方法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】
【００１１】
本発明が提供する圧電体複合基板の製造方法は、
圧電基板と支持基板とからなる圧電体複合基板の製造方法であって、
軟化点が３００℃以上５００℃以下であるガラスペーストを圧電基板に塗布し、６００℃以下の温度で加熱焼成して、ガラス質層を支持基板層として形成し、該支持基板層形成処理を複数回繰り返し、その後前記圧電基板を２０μｍ以上５０μｍ以下に研磨することを特徴とする圧電体複合基板の製造方法である。
【００１２】
また、圧電基板は、タンタル酸リチウム単結晶又はニオブ酸リチウム単結晶であることが好ましく、また、ガラスペーストは酸化ビスマス、酸化バリウム、酸化ほう素、酸化亜鉛を含むガラスペーストであることが好ましく、特に酸化ビスマスを含むガラスペーストが好ましい。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００１４】
本実施形態では、圧電基板は、タンタル酸リチウム単結晶（ＬＴ）又はニオブ酸リチウム単結晶（ＬＮ）の基板を使用することができる。特にＬＴは、圧電特性に優れるので、本実施形態では、圧電基板１１として、ＬＴの単結晶からなるものを使用している。また、最初に用意する圧電基板の厚さは、２００μｍから４００μｍの厚さの基板を用意する。
【００１５】
しかしながら、ＬＴの線膨張係数は、Ｘ軸方向で１６×１０−６／Ｋ、Ｙ軸方向で４．１×１０−６Ｋ  １６×１０−６／℃とＸ軸方向で大きく、軸方向の差があるため、温度変化による寸法安定性に課題が残る。最近の高性能化に伴うモジュール化により、その使用環境におけるＳＡＷデバイス温度が１００℃を超えることもあり、周波数変化の防ぐ対策が求められている。
【００１６】
そこで、本実施形態では、圧電基板より低い線膨張係数を有する材質のガラスペーストを圧電基板に塗布し、これを焼成してガラス層からなる支持基板層を圧電基板に直接接合するように形成し、その後圧電基板を研磨し適正な厚さにすることで温度変化に対する圧電基板の伸びを抑制するようにしている。
【００１７】
支持基板を構成するガラス質層には、圧電基板の伸びを抑制することができればよいのだが、通常、ガラスペーストは何か温度が５００℃以上であるため、ガラス焼成温度を６００℃以上まで上げることが必要となり、この加熱により、圧電性の低下を招く恐れがある。
【００１８】
そこで本発明で使用するガラスペーストは軟化点が３００℃以上５００℃以下であるガラスペーストを使用する。ここで、低融点ガラスペーストとして市販されているガラスペーストとしては、酸化ビスマス、酸化バリウム、酸化ほう素、酸化亜鉛を含むガラスペーストであることが好ましい。例えば、酸化ビスマスをメイン組成とした低融点ガラスを用いることができる。このペーストは軟化温度が３６０〜３８０℃である。このペーストを焼成して得られるガラス質膜の線膨張係数は４．５〜１１．０×１０−６／Ｋである。
【００１９】
次に、本発明の圧電体複合基板の製造方法について、その工程にしたがって説明する。
【００２０】
本発明の圧電体複合基板の製造方法は、以下の３工程を含む。
・  軟化点が３００℃以上５００℃以下であるガラスペーストを圧電基板に塗布し、３００℃以上６００℃以下の温度で加熱焼成して、ガラス質層を支持基板層として形成するガラス質層形成工程
・  この支持基板層形成処理を複数回繰り返し支持基板層形成工程、
・  その後圧電基板を２０μｍ以上５０μｍ以下に研磨する研磨工程
【００２１】
まず、１）ガラス質層形成工程について説明する。軟化点が３００℃以上５００℃以下である低融点ガラスペーストを用意し、これを一回に５０μｍ程度の膜厚となるように塗布し、３００℃以上６００℃以下の温度で焼成して、ガラス質層を形成する。ここで、一回に形成する焼成後のガラス厚は４０μｍ〜８０μｍが適切である。一回に形成する膜厚は８０μｍを超えるとハンドリング時に割れる可能性が高くなる。４０μｍより薄くすると、積層回数が多くなるため好ましくない。
【００２２】
次に、２）の支持基板層形成工程を説明する。
１）の処理を繰り返して、所定の膜厚までガラス質層を積層して支持基板層を形成する。支持基板の厚さとしては、２００μｍから４００μｍの厚さとする。この厚さとすることで、圧電基板の伸びを効果的に抑制することができる。但し、一度でこの厚さのガラス基板層を焼成して形成すると反りや、割れを起こすため、上記の処理を複数回行うことで割れや反りを生じないようにすることができる。
【００２３】
次に、３）の圧電基板を２０μｍ以上５０μｍ以下に研磨する研磨工程について説明する。上記のようにして作製したガラス質層が積層された圧電基板を圧電基板層のみ研磨して２０μｍ以上５０μｍ以下の厚さにする。最初に用意する圧電基板は２００μｍから４００μｍの厚さとしているため、研磨され薄くすることで引っ張り応力が減少し、反っていた複合基板が平坦になる。
【００２４】
以上のようにして作製して得られた圧電体複合基板は、圧電基板の温度変化による寸法変化を抑制し、きわめて優れた周波数温度特性を有する温度補償用の圧電体複合基板を安価な作製方法により、従来の真空工法で達成した高レベルの温度特性を実現することができる。
【実施例】
【００２５】
以下に、実施例・比較例を用いて、本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００２６】
（実施例１）
温度補償用圧電基板として、直径４インチ、厚さ３５０μｍのタンタル酸リチウム（ＬＴ）単結晶基板を準備した。また、支持基板を形成するために、セントラル硝子社低融点ガラスペースト（酸化ビスマス含有ガラスペースト、ＡＦＢ３２１１）を用いた。
【００２７】
まず、ガラスペーストをスクリーン印刷し、アプリケータでLT基板に塗布した。この時の塗布条件は、ガラスペーストをギャップ１００μｍのアプリケータで７０μｍの厚さになるように塗布した。その後、３４０℃で３０分加熱し、続いて４２０℃で３０分間加熱しガラスペーストを焼成して、支持基板層の１層目を形成した。この時のガラス質層の膜厚は５０μｍであった。
【００２８】
同様な工程を合計６回繰り返し約３００μｍのガラス質層の支持基板を形成した。
【００２９】
次に、得られた複合基板のＬＴ基板をポリッシュ研磨して、ＬＴ基板層の厚さを３５０μｍから２０μｍまで研磨して、複合基板を得た。
【００３０】
得られた複合基板は、研磨処置中に割れることはなく、反りは０．３ｍｍと小さいものであった。研磨前の複合基板の反りは１．８ｍｍあったが、研磨処理によりＬＴ基板の引っ張り応力が緩和し、反りが１／６に改善された。
【００３１】
（実施例２）
実施例１と同じタンタル酸リチウム（ＬＴ）単結晶とセントラル硝子社低融点ガラスペースト（Ｂｉ系ガラスペースト、ＡＦＢ３２１１）を用いて、複合基板を作製した。ＬＴ基板の研磨後の厚さを２０μｍから４０μｍに変更した以外は、同じ条件で複合基板を得た。
【００３２】
研磨前の複合基板の反りは１．８ｍｍあったが、研磨後の反りは、０．４ｍｍで、研磨処理によりＬＴ基板の引っ張り応力が緩和し、反りが約１／５に改善された。
【００３３】
（比較例）
実施例１と同じタンタル酸リチウム（ＬＴ）単結晶とセントラル硝子社低融点ガラスペースト（酸化ビスマス含有ガラスペースト、ＡＦＢ３２１１）を用いて、複合基板を作製した。ガラス質層を一度に３５０μｍの厚さを塗布し、実施例１と同じ条件で加熱処理して、ガラス質層を形成したが、焼成後に得られた複合基板のＬＴ基板層に大きな割れが発生していた。
【００３４】
なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。