CN102130663A

CN102130663A - 复合基板及使用其的弹性波器件

Info

Publication number: CN102130663A
Application number: CN2010101710349A
Authority: CN
Inventors: 铃木健司
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2011-07-20
Also published as: KR101661361B1; KR20110083451A

Abstract

本发明提供一种复合基板，其用于弹性表面波器件，耐热性优异。复合基板(10)具有：压电基板(12)，其由钽酸锂(LT)形成，能够传播弹性波；支持基板(14)，其在方位(111)面通过有机粘合层粘合于上述压电基板(12)的背面，其为热膨胀系数小于所述压电基板的硅制支持基板；粘合两基板(12)、(14)的粘合层(16)。

Description

复合基板及使用其的弹性波器件

技术领域

本发明涉及复合基板及使用其的弹性波器件。

背景技术

历来，已知有作为用于便携式电话等的滤波元件或振荡器而能够发挥功能的弹性表面波器件、使用了压电薄膜的兰姆波元件或薄膜谐振器(FBRA：Film Bulk Acoustic Resonator)等弹性波器件。作为上述弹性表面波器件，已知有将支持基板和传播弹性表面波的压电基板贴合，在压电基板的表面设置有能够激发弹性表面波的梳状电极。通过如上所述将热膨胀系数小于压电基板的支持基板贴合在压电基板上，抑制温度变化时的压电基板的大小变化，从而抑制作为弹性表面波器件的频率特性变化。例如，在专利文献1中，提出了具有下述结构的弹性表面波器件，即，通过由环氧树脂粘合剂形成的粘合层将作为压电基板的LT基板(LT为钽酸锂的略称)与作为支持基板的硅基板贴合。如上所述的弹性表面波器件，通过倒装焊接(flip chip bonding)由金焊球而载置于陶瓷基板后由树脂封装，将设置于该陶瓷板背面的电极通过无铅焊料安装于印刷配线基板上。另外，也有通过由无铅焊料形成的焊球代替金焊球而将上述的弹性表面波器件安装于陶瓷基板。在此情况下，同样地，安装时通过回流工序使无铅焊料熔融、再凝固。

专利文献1：特开2007-150931号公报

发明内容

然而，以往的弹性表面波器件，有时存在回流工序结束后发生元件断裂、生产时的成品率差的问题。可以认为这些问题发生的原因在于，压电基板与支持基板的热膨胀系数差大，耐受不住回流工序的温度(260℃左右)。

本发明是鉴于上述课题而完成的，是一种用于弹性波器件的复合基板，主要目的在于提供耐热性优异的复合基板。

本发明为了达到上述目的采用了以下的方案。

本发明的复合基板具有：压电基板，其能够传播弹性波；支持基板，其在方位(111)面通过有机粘合层粘合于上述压电基板的背面，为热膨胀系数小于所述压电基板的硅制支持基板。

根据本发明的复合基板，由于压电基板与硅制的支持基板通过有机粘合层粘合，且支持基板的热膨胀系数小于压电基板，因此能够有效地抑制压电基板的频率温度特性的变化。另外，相对于支持基板在方位(100)面或方位(110)面与压电基板粘合的复合基板相比，耐热性更高，例如，将利用该复合基板而制作的弹性表面波器件安装于安装基板上时，即使采用回流工序，也能够有效地抑制由于回流时的温度条件(260℃左右)在弹性表面波器件中所发生的断裂。上述的耐热性提高的理由可以认为是，由于支持基板在方位(111)面与压电基板粘合，在被加热时的热应力在XYZ轴方向被分为3等分，因此每一分力变小。相对于此，支持基板在方位(100)面或方位(110)面与压电基板粘合的情况下，由于热应力仅仅被施加于X轴方向或被2等分而施加于XY轴方向，每一分力变大，因而耐热性不高。

附图说明

图1为实施例1的复合基板10的立体图。

图2为模式地表示实施例1的复合基板10的制造工序的说明图。

图3为使用实施例1的复合基板10制得的弹性表面波器件30的立体图。

图4为表示将弹性表面波器件30加载于陶瓷基板40并由树脂封装，进而安装到印刷配线基板60的情形的剖面图。

图5为兰姆波元件70的剖面图。

图6为兰姆波元件的复合基板80的剖面图。

图7为薄膜谐振器90的剖面图。

图8为薄膜谐振器100的剖面图。

图9为薄膜谐振器100的复合基板110的剖面图。

符号说明：

10、80、110复合基板，12压电基板，14支持基板，16粘合层，20贴合基板(研磨前的复合基板)，22压电基板(研磨前)，26环氧树脂粘合剂，30弹性表面波器件，32、34 IDT电极，36反射电极，40陶瓷基板，42、44垫，46、48金焊球，50树脂，52、54电极，60印刷配线基板，62、64垫，66、68焊料，70兰姆波元件，72 IDT电极，74空腔，76金属膜，90，100薄膜谐振器，102电极，104空腔，106绝缘膜。

具体实施方式

本发明的复合基板，具有：压电基板，其能够传播弹性波；支持基板，其在方位(111)面通过有机粘合层粘合于上述压电基板的背面，为热膨胀系数小于该压电基板的硅制得，所述复合基板被用于弹性波器件。

在本发明的复合基板中，压电基板和支持基板的热膨胀系数差优选为10ppm/K以上。在此情况下，由于两者的热膨胀系数差大，在加热时容易发生断裂，因此适用本发明的意义较高。

在本发明的复合基板中，压电基板优选为钽酸锂(LT)、铌酸锂(LN)、铌酸锂-钽酸锂固溶体单晶、水晶或硼酸锂，其中，较优选为LT或LN。这是由于，LT或LN，弹性表面波的传播速度快，机电耦合系数大，从而适于用作高频率且宽带域频率用的弹性表面波器件。另外，压电基板的主表面的法线方向，没有特殊的限定，但是，例如，当压电基板由LT形成时，由于使用以作为弹性表面波传播方向的X轴为中心从Y轴向Z轴旋转36～47°(例如42°)的方向的压电基板传播损失小，故而优选；当压电基板由LN形成时，使用以作为弹性表面波传播方向的X轴为中心从Y轴向Z轴旋转60～68°(例如64°)方向的压电基板传播损失小，故而优选。进而，压电基板的大小，没有特殊的限定，例如直径为50～150mm，厚度为0.2～60μm。

在本发明的复合基板中，支持基板为硅制。这是因为，硅，由于是作为半导体器件制作用的最实用化的材料，使用上述复合基板而制得的弹性表面波器件与半导体器件容易被复合化。另外，支持基板的大小，没有特殊的限定，例如，直径为50～150mm，厚度为100～500μm。另外，在压电基板的热膨胀系数为13～20ppm/K的情况下，支持基板的热膨胀系数优选为2～7ppm/K。

在本发明的复合基板中，压电基板和支持基板通过有机粘合层被间接地接合。作为通过有机粘合层将两基板间接地接合的方法，例示出以下的方法。即，首先，将两基板的粘合面洗净，除去附着于该粘合面的杂物。接着，在两基板的粘合面的至少一方均匀地涂布有机粘合剂。此后，将两基板贴合，有机粘合剂是热固性树脂的情况下加热使其固化，有机粘合剂为光固化性树脂的情况下照射光使其固化。

本发明的复合基板可以用于弹性波器件。作为弹性波器件，已知有弹性表面波器件或兰姆波元件、薄膜谐振器(FBAR)等。例如，弹性表面波器件为在压电基板的表面上设置有激发弹性表面波的输入侧的IDT(InterdigitalTransducer)电极(也称作梳状电极、编带状电极)和接受弹性表面波的输出侧的IDT电极的器件。当在输入侧的IDT电极上施加高频信号时，在电极间产生电场，弹性表面波被激发并在压电基板上传播开来。从而，从设置于传播方向的输出侧的IDT电极能够将被传播的弹性表面波作为电信号而提取。如上所述的弹性表面波器件，例如在安装于印刷配线基板上时能够采用回流工序。在该回流工序中，使用无铅焊料的情况下，虽然弹性表面波器件被加热到260℃左右，由于利用了本发明的复合基板的弹性表面波器件的耐热性优异，能抑制压电基板或支持基板的断裂的发生。

在本发明的复合基板中，压电基板在背面还可以具有金属膜。在制造作为弹性波器件的兰姆波元件时，金属膜起到增大压电基板的背面附近的机电耦合系数的作用。在此情况下，兰姆波元件构成如下，即，在压电基板的表面形成梳状电极，通过设置于支持基板的空腔露出压电基板的金属膜。作为如上处理的金属膜的材质，例如可举出铝、铝合金、铜、金等。需要说明的是，在制造兰姆波元件时，也可以使用具有背面没有金属膜的压电基板的复合基板。

在本发明的复合基板中，压电基板还可以在背面具有金属膜和绝缘膜。在制造作为弹性波器件的薄膜谐振器时，金属膜发挥电极的作用。在此情况下，薄膜谐振器构成如下，即，在压电基板的表面和背面形成电极，通过在空腔形成绝缘膜而使压电基板的金属膜露出。作为这样的金属膜的材质，例如可举出钼、钌、钨、铬、铝等。另外，作为绝缘膜的材质，例如可举出二氧化硅、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃等。

能用于本发明的复合基板的压电基板及支持基板的代表性材质的热膨胀系数示于表1。

表1

实施例

实施例1

图1为本实施例的复合基板10的立体图。该复合基板10是用于弹性表面波器件的复合基板，在一处形成有平坦的圆形。该平坦部分为被称为定向平面(OF)的部分，可以用于在弹性表面波器件制造工序中进行诸操作时检出晶圆位置或方向等。本实施例的复合基板10，具有：能够传播弹性表面波且由钽酸锂(LT)形成的压电基板12、在方位(111)面上与压电基板12粘合且由硅形成支持基板14、将两基板12、14粘合的粘合层16。压电基板12的直径为100mm、厚度为30μm、热膨胀系数为16.1ppm/K。该压电基板12为，以作为弹性表面波传播方向的X轴为中心，从Y轴向Z轴旋转42°的、42°Y切X传播LT基板。支持基板14，直径为100mm、厚度为350μm、热膨胀系数为3ppm/K。因此，两者的热膨胀系数差为13.1ppm/K。粘合层16为热固性的环氧树脂粘合剂固化所得，厚度为0.3μm。

对于上述的复合基板10的制造方法，利用图2进行说明。图2为模式地表示复合基板10的制造工序的说明图(剖面图)。首先，作为支持基板14，预备具有OF、直径为100mm、厚度为350μm、面方位为(111)的硅基板。另外，作为研磨前的压电基板22，预备具有OF、直径为100mm、厚度为250μm的42°Y切X传播LT基板(参考图2(a))。接着，在压电基板22的背面通过旋涂法涂布热固性的环氧树脂粘合剂26，使其与支持基板14表面重合后，通过在180℃加热使环氧树脂粘合剂26固化，从而得到贴合基板(研磨前复合基板)20。该贴合基板20的粘合层16为环氧树脂粘合剂26固化所得(参考图2(b))。此时的粘合层16的厚度为0.3μm。

接着，通过研磨机将压电基板22的厚度研磨至30μm(参考图2(c))。作为研磨机，使用首先将压电基板22的厚度减薄、此后进行镜面研磨的研磨机。将厚度减薄时，采用在抛光板和压盘之间插入贴合基板20，向该贴合基板20与抛光板之间供给含有研磨砂砾的浆料，通过该压盘将该贴合基板20抵压在抛光面上的同时使压盘自转。接着，在进行镜面研磨时，使抛光板表面贴附有垫的同时，将研磨砂粒变为粒度号高的砂粒，通过在压盘上施加自转运动与公转运动，对压电基板22的表面进行镜面研磨。首先，将贴合基板20的压电基板22的表面抵压在抛光板面上，以旋转速度为100rpm的自转运动进行了连续60分钟的研磨。接着，使抛光板表面贴附有垫的同时，将研磨砂粒变为粒度号高的砂粒，以0.2MPa压力将贴合基板20抵压在抛光板面上，以自转运动的旋转速度为100rpm、公转运动的旋转速度为100rpm进行了连续60分钟的镜面研磨。结果，研磨前的压电基板22变为研磨后的压电基板12，完成了复合基板10的制备。

复合基板10，此后利用通常的光刻技术使其成为多个弹性表面波器件的集合体，然后通过冲切切出一个一个的弹性表面波器件30。此时的情形示于图3。弹性表面波器件30，在压电基板12的表面通过光刻技术形成有IDT电极32、34和反射电极36。所得到的弹性表面波器件30，通过如下处理被安装在印刷配线基板60上。即，如图4所示，通过金焊球46、48将IDT电极32、34与陶瓷基板40的垫42、44连接后，在该陶瓷基板40之上通过树脂50进行封装。接着，使无铅焊料糊剂介于设置于该陶瓷基板40的背面的电极52、54和印刷配线基板60的垫62、64之间，此后通过回流工序被安装于印刷配线基板60。需要说明的是，在图4中表示的是焊料糊剂溶融、再固化后的焊料66、68。

需要说明的是，也可以代替弹性表面波器件30而由复合基板10制作如图5(a)所示的兰姆波元件70。兰姆波元件70具有如下结构，即在压电基板12的表面具有IDT电极72，在支持基板14上设置空腔74从而使压电基板12的背面露出。上述兰姆波元件70，如图5(b)所示，也可以在压电基板12的背面具有铝制的金属膜76。在此情况下，如图6所示，改为使用在压电基板12的背面有金属膜76的复合基板80。在上述复合基板10的制造方法(图2)中，代替压电基板12只要使用背面有金属膜76的压电基板12即能够制造该复合基板80。

另外，如图7所示，在薄膜谐振器90也可以适用图6所示的下述复合基板80，即，以与图5(a)相同的结构仅在压电基板12的表面及背面形成电极。

进而，还可以制作图8所示的薄膜谐振器100。薄膜谐振器100具有下述结构，即，在压电基板12的表面具有电极102，在支持基板14和作为压电基板12的背面电极发挥作用的金属膜76之间设置有空腔104。空腔104，通过酸性溶液(例如，氟硝酸、氢氟酸等)蚀刻绝缘膜106和粘合层16而得到。另外，作为绝缘膜106的材质，例如，可举出二氧化硅或磷硅玻璃、硼磷硅玻璃等。本实施例使用二氧化硅。进而，绝缘膜106的厚度没有特殊的限定，为0.1～2μm。该薄膜谐振器100，如图9所示，可以使用在压电基板12的背面具有金属膜76及绝缘膜106的复合基板110来制得。

比较例1

除了使用面方位为(100)的硅基板作为支持基板14之外，与实施例1同样地制作复合基板10。

比较例2

除了使用面方位为(110)的硅基板作为支持基板14之外，与实施例1同样地制作复合基板10。

耐热性的评价1

对于实施例1及比较例1、2的复合基板10，放入加热炉中研究升温至280℃时的情形。其结果，实施例1的复合基板10直至280℃压电基板12也好支持基板14也好均未发生断裂。另一方面，比较例1的复合基板10，从200℃开始，相对OF几乎平行方向上压电基板12发生断裂，在280℃压电基板12几乎所有面上发生断裂。另外，比较例2的复合基板10，从250℃开始相对OF几乎平行方向上压电基板12发生断裂，在280℃压电基板12几乎所有面上发生断裂。由此可知，相比于比较例1、2而言实施例1的复合基板10的耐热性格外高。

实施例2

支持基板14的厚度为250μm，粘合层16是代替环氧树脂粘合剂26而使丙烯酸树脂粘合剂固化得到的厚度为0.6μm的层，除此之外，与实施例1同样地制作100枚复合基板10。

比较例3

除了使用面方位为(100)的硅基板作为支持基板14之外，与实施例2同样地制作50枚复合基板10。

比较例4

除了使用面方位为(110)的硅基板作为支持基板14之外，与实施例2同样地制作50枚复合基板10。

耐热性评价2

实施例2及比较例3、4的复合基板10，对于所有制得的基板均未发生断裂。将上述复合基板10放入加热炉升温至280℃，此后在280℃进行1小时的加热处理。其结果，实施例2的复合基板10，其压电基板12也好支持基板14也好均未发生断裂或裂纹。另一方面，比较例3的复合基板10，所有50枚中的压电基板12均发生断裂或裂纹。另外，比较例4的复合基板10，50枚中有35枚的压电基板12发生断裂或裂纹。由此可知，与比较例3、4相比，实施例2的复合基板10的耐热性格外高。

实施例3

支持基板14的厚度为200μm，压电基板12的厚度为20μm，粘合层16是代替环氧树脂粘合剂26而使丙烯酸树脂粘合剂固化得到的厚度为0.6μm的层，除此之外，与实施例1同样地制作100枚复合基板10。

比较例5

除了使用面方位为(100)的硅基板作为支持基板14之外，与实施例3同样地制作50枚复合基板10。

比较例6

除了使用面方位为(110)的硅基板作为支持基板14之外，与实施例3同样地制作50枚复合基板10。

耐热性评价3

实施例3及比较例5、6的复合基板10，对于所有制得的基板均未发生断裂。将上述复合基板10放入加热炉升温至280℃，此后在280℃进行1小时的加热处理。其结果，实施例3的复合基板10，其压电基板12也好支持基板14也好均未发生断裂或裂纹。另一方面，比较例5的复合基板10，所有50枚中的压电基板12均发生断裂或裂纹。另外，比较例6的复合基板10，50枚中有40枚的压电基板12发生断裂或裂纹。由此可知，与比较例5、6相比，实施例3的复合基板10的耐热性格外高。

实施例4

压电基板12为36°Y切X传播LT基板，粘合层16是代替环氧树脂粘合剂26而使丙烯酸树脂粘合剂固化得到的厚度为0.6μm的层，除此之外与实施例1同样地制作100枚复合基板10。

比较例7

除了使用面方位为(100)的硅基板作为支持基板14之外，与实施例4同样地制作50枚复合基板10。

比较例8

除了使用面方位为(110)的硅基板作为支持基板14之外，与实施例4同样地制作50枚复合基板10。

耐热性评价4

实施例4及比较例7，8的复合基板10，对于所有制得的基板均未发生断裂。将上述复合基板10放入加热炉升温至280℃，此后在280℃进行1小时的加热处理。其结果，实施例4的复合基板10，其压电基板12也好支持基板14也好均未发生断裂或裂纹。另一方面，比较例7的复合基板10，所有50枚中的压电基板12均发生断裂或裂纹。另外，比较例8的复合基板10，50枚中有32枚的压电基板12发生断裂或裂纹。由此可知，与比较例7、8相比，实施例4的复合基板10的耐热性格外高。

实施例5

压电基板12为47°Y切X传播LT基板，粘合层16是代替环氧树脂粘合剂26而使丙烯酸树脂粘合剂固化得到的厚度为0.6μm的层，除此之外与实施例1同样地制作100枚复合基板10。

比较例9

除了使用面方位为(100)的硅基板作为支持基板14之外，与实施例5同样地制作50枚复合基板10。

比较例10

除了使用面方位为(110)的硅基板作为支持基板14之外，与实施例5同样地制作50枚复合基板10。

耐热性评价5

实施例5及比较例9、10的复合基板10，对于所有制得的基板均未发生断裂。将上述复合基板10放入加热炉升温至280℃，此后在280℃进行1小时的加热处理。其结果，实施例5的复合基板10，其压电基板12也好支持基板14也好均未发生断裂或裂纹。另一方面，比较例9的复合基板10，所有50枚中的压电基板12均发生断裂或裂纹。另外，比较例10的复合基板10，50枚中有38枚的压电基板12发生断裂或裂纹。由此可知，与比较例9、10相比，实施例5的复合基板10的耐热性格外高。

实施例6

压电基板12是64°Y切X传播LT基板，粘合层16是代替环氧树脂粘合剂26而使丙烯酸树脂粘合剂固化得到的厚度为0.6μm的层，除此之外与实施例1同样地制作100枚复合基板10。

比较例11

除了使用面方位为(100)的硅基板作为支持基板14之外，与实施例6同样地制作50枚复合基板10。

比较例12

除了使用面方位为(110)的硅基板作为支持基板14之外，与实施例6同样地制作50枚复合基板10。

耐热性评价6

实施例6及比较例11、12的复合基板10，对于所有制得的基板均未发生断裂。将上述复合基板10放入加热炉升温至280℃，此后在280℃进行1小时的加热处理。其结果，实施例6的复合基板10，其压电基板12也好支持基板14也好均未发生断裂或裂纹。另一方面，比较例11的复合基板10，所有50枚中的压电基板12均发生断裂或裂纹。另外，比较例12的复合基板10，50枚中有40枚的压电基板12发生断裂或裂纹。由此可知，与比较例11、12相比，实施例6的复合基板10的耐热性格外高。

实施例7

与实施例6同样地制作50枚复合基板10。

比较例13

使用在面方位为(111)的硅基板上通过热处理形成厚度为0.5μm的SiO₂层的硅基板支持基板14，代替通过粘合层16贴合支持基板14和压电基板12，而在真空中向作为粘合面的压电基板12的背面和SiO₂层的表面照射Ar惰性气体从而使压电基板12和支持基板14直接粘合，除此之外，与实施例7同样地制作50枚复合基板10。

耐热性评价7

实施例7及比较例13的复合基板10，对于所有制得的基板均未发生断裂。将上述复合基板10放入加热炉升温至300℃，此后在300℃进行1小时的加热处理。其结果，实施例7的复合基板10，其压电基板12也好支持基板14也好均未发生断裂或裂纹。另一方面，比较例13的复合基板10，所有50枚中的压电基板12均发生断裂或裂纹。由此可知，与比较例13相比，实施例7的复合基板10的耐热性格外高。

Claims

1.一种复合基板，其具有：

压电基板，所述压电基板能够传播弹性波；

支持基板，所述支持基板在方位(111)面通过有机粘合层粘合于上述压电基板的背面，为热膨胀系数小于所述压电基板的硅制支持基板。

2.根据权利要求1所述的复合基板，其中，所述压电基板在背面具有金属膜。

3.根据权利要求1所述的复合基板，其中，所述压电基板在背面具有金属膜和绝缘膜。

4.根据权利要求1至3的任一项所述的复合基板，其中，所述压电基板和所述支持基板的热膨胀系数差为10ppm/K以上。

5.根据权利要求4所述的复合基板，其中，上述压电基板由钽酸锂、铌酸锂、铌酸锂-钽酸锂固溶体单结晶、水晶或硼酸锂形成。

6.一种弹性表面波滤波器，其使用权利要求5所述的复合基板而形成。

7.一种弹性表面波谐振器，其使用权利要求5所述的复合基板而形成。