DE69321083T2

DE69321083T2 - Akustische Oberflächenwellenanordnung mit Interdigitalwandler auf einem Substrat-Träger und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE69321083T2
Application number: DE69321083T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Nara-Shi Nara-Ken Eda; Keiji Settsu-Shi Osaka Onishi; Shun-Ichi Yodogawa-Ku Osaka-Shi Osaka Seki; Yutaka Settsu-Shi Osaka Taguchi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1993-12-17
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2013-12-18
Also published as: US5453652A; EP0602666B1; EP0602666A1; DE69321083D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine akustische Oberflächenwellenanordnung, insbesondere eine akustische Oberflächenwellenanordnung, die als Hochfrequenzfilter oder Resonator verwendet wird, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.

2. Beschreibung der verwandten Technik:

Fortschritte, die in den letzten Jahren in der mobilen Kommunikationstechnologie gemacht worden sind, haben bewirkt, daß die Kommunikationsaustattung immer kompakter wurde und bei höheren Frequenzen arbeitet. Eine solche Ausstattung erfordert Oszillatoren und Hochfrequenzfilter als unverzichtbare Bestandteile, welche des öfteren akustische Oberflächenwellenanordnungen aufweisen.
Herkömmliche akustische Oberflächenwellenanordnungen, wie z. B. akustische Oberflächenwellen-Filter und akustische Oberflächenwellen-Resonatoren, werden durch das Ausbilden von Interdigitalwandlern auf einem piezoelektrischen Substrat, wie z. B. Lithiumniobat oder Lithiumtantalat hergestellt, auf dem die akustische Oberflächenwelle durch das Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes an die Interdigitalwandler erzeugt wird. Eine akustische Oberflächenwellenanordnung, die für mobile Kommunikationsausstattung verwendet wird, muß gute Betriebseigenschaften im Hochfrequenzbereich haben. Hochfrequenzeigenschaften einer akustischen Oberflächenwelle werden im Falle eines Filters als Frequenzdurchlaßband und als Einfügungsverlust eingewertet und im Falle eines Resonators als Resonanzwert Q, welcher dem invertierten Verlust entspricht. Das Frequenzdurchlaßband wird für das zu verwendende piezoelektrische Material durch den elektromechanischen Kopplungsfaktor und dessen Temperaturabhängigkeit bestimmt, welches im allgemeinen Werte hat, die für das verwendete piezoelektrische Material charakteristisch sind. Somit wird die mögliche Größe des Frequenzdurchlaßbandes grob durch die Art des verwendeten piezoelektrischen Materials bestimmt. Im Falle von Lithiumniobat mit einem relativ hohen elektromechanischen Kopplungsfaktor und geringer Abhängigkeit von der Temperatur ist der elektromechanische Kopplungsfaktor beispielsweise ungefähr 5 bis 10%, und die Temperaturabhängigkeit liegt bei 70 bis 100 ppm/ºC. Es ist wünschenwert, daß die Temperaturabhängigkeit so gering wie möglich ist.
Die Vibrationsfrequenz einer akustischen Oberflächenanordnung ist umgekehrt proportional zum Intervall und zur Breite des Interdigitalwandlers. Um einen Filter oder einen Resonator mit einer Vibrationsfrequenz von 1 GHz auszubilden, sollten beispielsweise die Breite und das Intervall der Streifenleitung der Interdigitalwandler ungefähr 1 um sein, wenn Lithiumniobat oder Lithiumtantalat verwendet wird. Weil die Masse der Elektrode einen nachteiligen Effekt auf die Oszillationseigenschaften der akustischen Oberflächenwelle ausübt, ist es notwendig, die Elektrodenmasse zu reduzieren, wenn die Abmessungen des Interdigitalwandlers klein werden. Bei tatsächlichen Anwendungen wird ein Leichmetall, wie z. B. Aluminium, verwendet, um den Interdigitalwandler herzustellen, wobei die Dicke auf 0,1 um eingestellt wird. Als Resultat steigt der Widerstandsverlust aufgrund des elektrischen Widerstandes des Interdigitalwandlers mit einem Anstieg der Frequenz. Folglich führt der Frequenzanstieg zu einem Anstieg des Einfügungsverlustes (insertion loss) im Falle eines Filters und zu einer Abnahme des Q-Wertes im Falle eines Resonators.
Wenn eine akustische Oberflächenwellenanordnung in einem Radioüberträgerabschnitt verwendet wird, wird die Leistungskapazität ein kritisches Problem. Im Falle eines mobilen Telefons genügt eine Leistungskapazität von ungefähr 0,2 Watt in der Empfängersektion, obwohl die Sendersektion eine Leistungskapazität von ungefähr 2 Watt an ihrem vorderen Ende benötigt. Weil die Interdigitalwandler einer Oberflächenwellenanordnung direkt auf dem oszillierenden Abschnitt der akustischen Oberflächenwelle befestigt sind, sind die Elektroden konstant einer mechanischen Vibration ausgesetzt und können deshalb physisch zerstört werden (Bruch aufgrund von Spannungswanderung), wenn sie einer Vibration mit einer hohen Energie ausgesetzt werden. Wenn die Interdigitalwandler mit kleinen Abmessungen zum Betrieb bei höheren Frequenzen hergestellt werden, versagen sie insbesondere leicht aufgrund von Leitungsbrüchen oder aus anderen Gründen. Somit ist es nicht möglich gewesen, eine akustische Oberflächenwellenanordnung mit hoher Leistungskapazität zu erhalten.
Es gab ebenfalls Probleme hinsichtlich solcher Aspekte wie Herstellung und Anwendung, und zwar dahingehend, daß der kleinere Abstand zwischen Interdigitalwandlern Isolationsausfälle zwischen den Interdigitalwandlern aufgrund des pyroelektrischen Effektes leichter auftreten läßt.
Wie oben beschrieben, haben herkömmliche akustische Oberflächenwellenanordnungen Probleme wie steigenden Einbringverlust (insertion loss), sinkenden Q-Wert der Resonanz, die mangelnde Fähigkeit, eine hohe Leistungskapazität zu erhalten und die Anfälligkeit für pyroelektrische Brüche, wenn die Interdigitalwandler mit kleineren Abmessungen für den Betrieb bei höheren Frequenzen hergestellt werden.
Ein bekannter Aufbau einer akustischen Oberflächenwellenanordnung nach dem Stand der Technik ist derjenige, der in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 3- 6912 vorgeschlagen wird und bei dem Interdigitalwandler, die über einem piezoelektrischen Substrat mit einem dazwischen sichergestellten Luftspalt angeordnet sind, durch eine Isolatorbrücke getragen werden, die aus einem nicht-piezoelektrischen Material hergestellt ist. Insbesondere wird die Oberfläche des piezoelektrischen Substrates mit einem Polysiliziumfilm von 50 bis 150 nm Dicke beschichtet, auf dem Interdigitalwandler aus Au von 5 um Dicke ausgebildet werden, wobei ein SiO&sub2;- Isolationsfilm von 5 um Dicke hierauf aufgeschichtet wird und dann eine Öffnung für das Polysilizium hergestellt wird, durch welche das Polysilizium selektiv durch Ätzen entfernt wird; die Interdigitalwandler werden so angeordnet, daß sie dem piezoelektrischen Substrat über einen Luftspalt von 50 bis 150 nm gegenüberliegen. Weil die Interdigitalwandler über einen Luftspalt positioniert werden, beeinträchtigt die Masse der Interdigitalwandler nicht den oszillierenden Abschnitt der akustischen Oberflächenwelle. Somit ist es möglich, sowohl den Stör- als auch den Einfügungsverlust zu reduzieren.
Bei dem im obigen Patent offenbarten Aufbau ist jedoch, weil der isolierende Träger, der die Interdigitalwandler hält, ein dünner Film ist, welcher durch Vakuumverdampfung oder andere Maßnahmen hergestellt wird, dessen mechanische Fertigkeit nicht ausreichend, und er hat deshalb keine ausreichende mechanische Betriebssicherheit gegen Vibrationen, wie sie für solche Anwendungen, wie mobile Kommunikationsausstattung benötigt wird. Speziell entstehen ernste praktische Probleme, wie der Bruch der Elektroden beim Vibrationstest oder beim Falltest und Veränderungen des Luftspaltes, die die elektromechanische Kopplungseigenschaft ändern, was zu einer Leistungsverschlechterung führt. Weil der isolierende Träger aus einem Material hergestellt werden muß, welches durch Dünnfilm-Technologie geformt werden kann, sind anwendbare Materialien begrenzt, und es ist schwierig, ein geeignetes Material mit einem passenden Wärmeausdehnungskoeffizienten zu erhalten. Die Temperaturabhängigkeit wird nicht in Betracht gezogen. Die obige Konstruktion hat ferner das Problem größerer Vorrichtungsabmessungen, weil sie zur hermetischen Abdichtung in einem Gehäuse untergebracht werden muß.
Aus der LU-A-67320 ist eine akustische Oberflächenwellenanordnung bekannt, bei welcher ein Paar piezoelektrischer Substrate, von denen jedes einen Interdigitalwandler aufweist, einander gegenüberliegen und ein Fluid dazwischen angeordnet ist. Eine akustische Welle, die durch das Anlegen einer Spannung an den Interdigitalwandler an einem aus dem Paar piezoelektrischer Substrate erregt wird, wird über das Fluid an das andere piezoelektrische Substrat gekoppelt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kompakte akustische Oberflächenwellenanordnung bereitzustellen, die dazu in der Lage ist, gute Hochfrequenzeigenschaften für Filter und Resonator, insbesondere geringen Verlust, einen hohen Q-Resonanzwert, hohe Leistungskapazität, gute Temperatureigenschaften, hohe mechanische Betriebssicherheit und guten piezoelektrischen Widerstand, sogar bei hohen Frequenzen, zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch eine akustische Oberflächenwellenanordnung gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen akustischen Oberflächenwellenanordnung gemäß Anspruch 19 gelöst.
Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Somit ermöglicht die hierin beschriebene Erfindung das Erzielen der folgenden Vorteile:
(1) Weil die Interdigitalwandler auf einem Substratträger für die Interdigitalwandler ausgebildet sind, welcher vom piezoelektrischen Substrat getrennt ist, wird die akustische Oberflächenwelle nicht durch die Elektrodenmasse beeinträchtigt, und deshalb können die Elektroden unter Verwendung jedweden metallischen Materials dick ausgestaltet werden, um den elektrischen Widerstand ausreichend zu reduzieren und den Verlust zu verringern.
(2) Die Temperatureigenschaften der akustischen Oberflächenwellenanordnung können dadurch verbessert werden, daß die geeignete Kombination von Wärmeaus dehnungskoeffizienten für den Substratträger, für den Interdigitalwandler und für das piezoelektrische Substrat ausgewählt wird. Der zulässige Materialbereich bei der Auswahl des Substrats ist breit.
(3) Weil die Interdigitalwandler nicht direkt auf dem oszillierenden Abschnitt der akustischen Oberflächenwelle befestigt sind oder mit einem vorgesehenen Abstand befestigt sind, um den oszillierenden Abschnitt der akustischen Oberflächenwelle und den Interdigitalwandler davor zu bewahren, Kontakt miteinander herzustellen, kann bezüglich der Schäden aufgrund von Spannungswanderung eine Verbesserung erreicht werden, und die Leistungskapazität wird stark verbessert.
(4) Die Herstellung einer im wesentlichen hermetisch abgedichteten Struktur beim Interdigitalwandler-Substratträger macht es möglich, diesen kompakt herzustellen, während die Betriebssicherheit hinsichtlich der Verwitterungsbeständigkeit beibehalten wird.
(5) Unter Verwendung eines Materials, das frei von Pyroelektrizität ist, für den Interdigitalwandler-Substratträger kann die Festigkeit gegen einen Isolierungsbruch zwischen den Interdigitalwandlern aufgrund von Pyroelektrizität gesteigert werden.
(6) Wenn die Interdigitalwandler nahe am piezoelektrischen Substrat befestigt sind, wird der elektromechanische Kopplungsfaktor größer und in dem Fall konstant, wo ein Abstand zwischen dem Interdigitalwandler und der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats bereitgestellt wird, und deshalb können stabile Eigenschaften hinsichtlich der Herstellung erhalten werden.
(7) Weil das Substrat mit den Interdigitalwandlern mittels einer Wärmebehandlung an das piezoelektrische Substrat bondiert wird, nachdem die Verbindungsoberflächen hydrophil gemacht und laminiert wurden, kann eine sehr hohe mechanische Betriebssicherheit erreicht werden.
(8) Weil ein dicker Substratträger mit ausreichender mechanischer Festigkeit verwendet werden kann, kann eine hohe Festigkeit gegen mechanische Stöße, wie z. B. beim Fallen, erreicht werden.
Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren ersichtlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A ist eine schematische Aufsicht auf eine akustische Oberflächenwellenanordnung gemäß Beispiel 1 der Erfindung.
Fig. 1B ist eine schematische Querschnittsansicht der akustischen Oberflächenwellenanordnung gemäß Beispiel 1 der Erfindung.
Fig. 2A ist eine schematische Aufsicht auf eine akustische Oberflächenwellenanordnung gemäß Beispiel 2 der Erfindung.
Fig. 2B ist eine schematische Querschnittsansicht der akustischen Oberflächenwellenanordnung gemäß Beispiel 2 der Erfindung.
Fig. 3A ist eine schematische Aufsicht auf eine akustische Oberflächenwellenanordnung gemäß Beispiel 3 der Erfindung.
Fig. 3B ist eine schematische Querschnittsansicht der akustischen Oberflächenwellenanordnung gemäß Beispiel 3 der Erfindung.
Fig. 4A ist eine schematische Aufsicht auf eine akustische Oberflächenwellenanordnung gemäß Beispiel 4 der Erfindung.
Fig. 4B ist eine schematische Querschnittsansicht der akustischen Oberflächenwellenanordnung gemäß Beispiel 4 der Erfindung.
Fig. 5A ist eine schematische Aufsicht auf eine akustische Oberflächenwellenanordnung gemäß Beispiel 5 der Erfindung.
Fig. 5B ist eine schematische Querschnittsansicht der akustischen Oberflächenwellenanordnung gemäß Beispiel 5 der Erfindung.
Fig. 6A ist eine schematische Aufsicht auf eine akustische Oberflächenwellenanordnung gemäß Beispiel 6 der Erfindung.
Fig. 6B ist eine schematische Querschnittsansicht der akustischen Oberflächenwellenanordnung gemäß Beispiel 6 der Erfindung.
Fig. 7A ist eine schematische Aufsicht auf eine akustische Oberflächenwellenanordnung gemäß Beispiel 7 der Erfindung.
Fig. 7B ist eine schematische Querschnittsansicht der akustischen Oberflächenwellenanordnung gemäß Beispiel 7 der Erfindung.
Fig. 8A ist eine schematische Aufsicht auf eine akustische Oberflächenwellenanordnung gemäß Beispiel 8 der Erfindung.
Fig. 8B ist eine schematische Querschnittsansicht der akustischen Oberflächenwellenanordnung gemäß Beispiel 8 der Erfindung.
Fig. 9A ist eine schematische Aufsicht auf eine akustische Oberflächenwellenanordnung gemäß Beispiel 9 der Erfindung.
Fig. 9B ist eine schematische Querschnittsansicht der akustischen Oberflächenwellenanordnung gemäß Beispiel 9 der Erfindung.
Fig. 10A bis 10C zeigen eine Direktbondierung, die bei der Erfindung verwendet wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Beispiel 1

Im weiteren wird nunmehr eine akustische Oberflächenwellenanordnung gemäß der Erfindung nach Beispiel 1 beschrieben. Die Fig. 1A ist eine schematische Aufsicht einer akustischen Oberflächenwellenanordnung 31 und die Fig. 1B ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie a-a' in Fig. 1A. Die akustische Oberflächenwellenanordnung 31 hat einen Substratträger 1 und Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d. Der Substratträger 1 hat eine Ausnehmung 2 und Vorsprünge 9, die durch die Ausnehmung 2 gebildet werden und ist aus Glas, Silizium etc. hergestellt.
Die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d sind auf dem Substratträger 1 so ausgebildet, daß die Interdigitalwandler 4a und 4c jeweils mit den Interdigitalwandlern 4b und 4d interdigitieren. Die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d sind jeweils mit Elektrodenanschlußflächen 5a, 5b, 5c und 5d und mit Anschlüssen 6a, 6b, 6c und 6d verbunden.
Die akustische Oberflächenwellenanordnung 31 umfaßt ferner ein piezoelektrisches Substrat 3 auf den Vorsprüngen 9, welche als Träger zum Halten des piezoelektrischen Substrats 3 auf dem Substratträger 1 dienen, so daß die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d gleichzeitig in Kontakt mit dem piezoelektrischen Substrat 3 sind. Das piezoelektrische Substrat 3 hat eine plane Form und ist aus piezoelektrischem Material hergestellt, wie z. B. Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Lithiumborat oder Quarz. Das piezoelektrische Substrat 3 ist mit dem Substratträger 1 durch Direktbondierung verbunden, was im weiteren erläutert werden wird, und wird auf dem Substratträger 1 gehalten. Die Tiefe der Ausnehmung 2 und die Dicke der Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d werden so eingestellt, daß die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d in ebenem bzw. gleichmäßigem Kontakt mit dem piezoelektrischen Substrat sein können.
Das Anlegen elektrischer Wechselfelder an die Interdigitalwandler 4a und 4b durch die Anschlüsse 6a und 6b erregt eine akustische Oberflächenwelle auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 3. Die erregte akustische Oberflächenwelle breitet sich auf dem piezoelektrischen Substrat 3 aus und erreicht die Oberfläche des piezoelektrischen Substrates, die in Kontakt mit den Interdigitalwandlern 4c und 4d ist. Dann wird die erregte akustische Oberflächenwelle wieder in elektrische Signale umgewandelt. Deshalb hat die akustische Oberflächenwellenanordnung 31 gemäß der Erfindung eine Funktion ähnlich derjenigen der akustischen Oberflächenwellenanordnung, welche Interdigitalwandler aufweist, die auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind. Darüberhinaus kann die akustische Oberflächenwellenanordnung 31 einen geringeren Einfügungsverlust, eine höhere Leistungskapazität und eine geringere Temperaturabhängigkeit bei hohen Frequenzen haben als die herkömmliche akustische Oberflächenwellenanordnung.
Im weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung der akustischen Oberflächenwellenanordnung 31 erläutert. Ein Glassubstrat mit einer Dicke von 450 um wird als Substratträger 1 verwendet. Der Substratträger 1 hat eine Ausnehmung 2, welche 1 um tief ist. Ein piezoelektrisches Substrat 3 ist aus Lithiumniobat hergestellt, welches einen Y-Schnitt von 64º und eine X-Ausbreitung sowie eine Dicke von 450 um hat. Nach dem Ausbilden eines Resistmusters (in den Fig. 1A und 1B nicht gezeigt) auf einem ausgesparten Abschnitt des Substratträgers 1 werden ein Chromfilm mit einer Dicke von ungefähr 0,01 um und ein Goldfilm mit einer Dicke von ungefähr 1,0 bis 1,1 um abfolgend auf dem Resistmuster und auf dem ausgesparten Abschnitt durch Bedampfung ausgebildet. Dann werden Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d, Elektroanschlußflächen 5a, 5b, 5c und 5d und Anschlüsse 6a, 6b, 6c und 6d durch ein Abhebverfahren ausgebildet.
Der Subtratträger 1 und das piezoelektrische Substrat 3 werden an die vorbestimmte Position gesetzt und aufeinander gedrückt, um eine Direktbondierung herzustellen. Da sie etwas dicker sind als die Tiefe der Ausnehmung 2 werden die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d und die Elektrodenanschlußflächen 5a, 5b, 5c und 5d durch den Druck verpreßt und sind gleichmäßig in Kontakt mit dem piezoelektrischen Substrat 3.
Das Direktbondierungsverfahren wird ausgeführt, nachdem die Bondierungsoberflächen des piezoelektrischen Substrats 3 und des Substratträgers 1 sorgfältig gereinigt worden sind, wobei die Bondierungsoberflächen mit Ammoniak-Wasserstoffperoxid-Lösung behandelt werden, um die Bondierungsoberflächen hydrophil zu machen, dann durch Reinigung mit reinem Wasser, durch das Aufeinandersetzen und das Erwärmen, während Druck aufgebracht wird, und zwar durch ein Gewicht, das auf die Bondierungsfläche gesetzt wird, und durch andere Maßnahmen. Diese Bondierung wird durch Wasserstoffbindung von Wasserstoff, Sauerstoff und Hydroxylgruppen bewirkt, welche die Bestandteile des Wassers sind, das auf den Oberflächen adsorbiert wird, oder durch eine kovalente Bindung, welche durch Dehydration der Schnittstelle aufgrund der Wärmebehandlung hervorgerufen wird, so daß eine stärke Bondierung erhalten werden kann.
Wie in Fig. 10A gezeigt ist, werden, nachdem die Oberflächen des Substratträgers 1 und des piezoelektrischen Substrats 3 ausreichend gesäubert, einer hydrophilen Behandlung unterzogen und in reines Wasser eingetaucht wurden, eine Anzahl von Hydroxylgruppen auf der Oberfläche des Substratträgers 1 und des piezoelektrischen Substrats 3 ausgebildet. Wenn der Substratträger 1 und das piezoelektrische Substrat 3 unter diesen Bedingungen aneinander befestigt werden, sind sie fest aneinander bondiert, und zwar durch Direktbondierung mittels der Wasserstoffbindung, die unter den Hydroxylgruppen ausgebildet wird. Wassermoleküle, die auf den Oberflächen-Hydroxylgruppen adsorbiert werden, können diese Bondierung überbrücken. Wie in Fig. 10B gezeigt ist, verstärkt die Wärmebehandlung der bondierten Substrate eine allmähliche Dehydration aus der Zwischenstelle zwischen dem Substratträger 1 und dem piezoelektrischen Substrat. Wenn die Erwärmungstemperatur ansteigt, wird die Dehydration weiter verstärkt und der Substratträger 1 und das piezoelektrische Substrat 3 werden über kovalente Bindung mit dazwischen angeordneten Sauerstoffatomen oder mit Sauerstoffatomen an der Oberfläche bondiert. Die Festigkeit der Direktbondierung hängt von den Materialien des Substratträgers 1 und des piezoelektrischen Substrats 3 ab, und die Wasserstoffbindung und die kovalente Bindung können nebeneinander existieren, wie in den Fig. 10A bis 10C gezeigt ist.
Im Glassubstrat enthaltenes Silizium oder Silizium im Siliziumsubstrat neigt zur kovalenten Bindung, wodurch die Bondierung leichter eintritt. Weil kein Klebemittel, wie z. B. Harz, an der Schnittstelle verwendet wird, wird die Bondierung Direktbondierung genannt. Bei der Direktbondierung liegt eine Abweichung der Parallelität an der Schnittstelle in der Größenordnung von Atomen, was in einer sehr guten Parallelität resultiert, und deshalb können die Interdigitalwandler auf dem piezoelektrischen Substrat mit hervorragender Einheitlichkeit druckbondiert werden, die nicht durch andere Bondierungsverfahren erzielt werden kann.
Die Wärmebehandlung findet bei Temperaturen von 100ºC und höher statt, und kann deshalb bei Temperaturen durchgeführt werden, die unter denjenigen liegen, welche Veränderungen der Materialien hervorrufen, die das Substrat bilden. In dem Fall, wo der Substratträger 1 aus Glas hergestellt ist, kann eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes von Glas durchgeführt werden, und es gibt verschiedene Glassubstrate, welche bei Temperaturen wärmebehandelt werden können, die bis zu 500ºC niedrig sind. Die in einem solchen Verfahren erhaltene Bondierung ist eine Bondierung auf Atomniveau, die eine extrem starke Verbindung mit sehr hoher Oberflächengenauigkeit bereitstellt, so daß eine hervorragende hermetische Abdichtungsleistung erhalten werden kann.
Ein Vergleich zwischen einem Filter, der im 1,5 GHz-Band arbeitet, hergestellt durch das Einstellen der Breite und des Intervals der Streifenleitungen der Interdigitalwandler auf ungefähr 0,7 um und Anordnen einer Vielzahl von Eingangs- und Ausgangs-Interdigitalwandlern, die abwechselnd nebeneinander liegen, um einen sogenannten akustischen Oberflächenwellen-Filter mit einer interdigitierten Interdigitalwandler-Struktur (IIDT) auszubilden, und einer Probe mit Interdigitalwandlern, die auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats mit herkömmlichem Aufbau ohne die Verwendung der Trägeranordnung für die Interdigitalwandler wie bei diesem Beispiel ausgebildet wurden, zeigt Verbesserungen in verschiedenen Eigenschaften.
Zunächst sind Verbesserungen bezüglich des Einfügungsverlustes und der Leistungskapazität vorhanden. Bei der akustischen Oberflächenwellenanordnung mit herkömmlichem Aufbau kann, sogar, wenn Aluminium für den Interdigitalwandler verwendet wird, um den negativen Effekt der Masse zu verringern, die dem oszillie renden Abschnitt der akustischen Oberflächenwelle hinzugefügt wird, nicht vermieden werden, daß sie in einer Dicke von ungefähr 0,06 um hergestellt wird, was in einem hohen Einfügungsverlust aufgrund des Widerstandsverlustes des Interdigitalwandlers resultiert. Bei diesem Beispiel kann im Gegensatz hierzu der Einfügungsverlust ungefähr 1,0 bis 1,5 dB geringer gehalten werden als bei der herkömmlichen Anordnung, weil Au von ungefähr 1 um Dicke verwendet wird. Während die akustische Oberflächenwellenanordnung gemäß dem Stand der Technik nur bis zu ungefähr 0,2 W Leistung aufgrund der Spannungswanderung dauerhaft ist, weil die Interdigitalwandler auf dem piezoelektrischen Substrat befestigt sind, das sehr stark oszilliert, erreicht der Aufbau gemäß diesem Beispiel auch hinsichtlich der Leistungskapazität eine solche Leistungskapazität von über 1 W, weil die Interdigitalwandler mit dem oszillierenden Abschnitt des piezoelektrischen Substrats in Kontakt sind, aber nicht direkt am oszillierenden Abschnitt befestigt sind, und deshalb wird die Leistungskapazität verbessert. Die Leistungskapazität wird über die Veränderung der Zentralfrequenz eingewertet, wenn ein bestimmtes Leistungsniveau einer Hochfrequenz im Durchlaßbandbereich übertragen wird. Der Aufbau, wie er oben beschrieben wurde, verbessert den Hochfrequenzverlust und die Leistungskapazität stark.
Weil die Bondierung des Substratträgers 1 und des piezoelektrischen Substrats 3 stark genug für verschiedene Vibrationstest und Falltests ist, trat ein Bruch der Elektrodenstruktur oder eine Veränderung in den elektrischen Eigenschaften nicht auf. Weil der Substratträger 1 dick genug gemacht werden kann, nicht wie im Fall eines dünnen Films, hat er ebenfalls eine sehr viel größere mechanische Festigkeit als im Fall eines Dünnfilmträgers.
Die Temperaturabhängigkeit wird ebenfalls verbessert. Die Temperaturabhängigkeit einer akustischen Oberflächenwellenanordnung wird hinsichtlich der Veränderung der Resonanzfrequenz mit der Temperatur gemessen. Die Temperaturabhängigkeit von Lithiumniobat ist -70 ppm/ºC im Falle des Typs mit 64º-Y-Schnitt-X-Achsen- Ausbreitung. Die Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz der akustischen Oberflächenwelle wird sowohl durch die Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit als auch die Vergrößerung des Abstandes der Interdigitalwandler aufgrund der Wärmedehnung des Substrats bestimmt. Deshalb wird, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient eines Substrats, das die Interdigitalwandler trägt, geringer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des piezoelektrischen Substrats, der Abstand der Interdigitalwandler durch den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substratträgers 1 bestimmt und hat folglich einen Effekt der Reduzierung der Temperaturabhängigkeit.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Lithiumniobat hat eine Anisotropie hinsichtlich der Kristallausrichtung und verändert sich in einem Bereich von 7,5 bis 15,4 ppm/ºC. Durch Verwendung eines Materials mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der geringer ist als diese Werte, als Substratträger 1, kann die Temperaturabhängigkeit verringert werden. Wenn ein Glassubstrat mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 4 ppm/ºC verwendet wird und ein Lithiumniobat-Substrat mit einer Kristallausrichtung, bei der der Wärmeausdehnungskoeffizient 15,4 ppm/ºC ist, als piezoelektrisches Substrat 3 verwendet wird, kann die Temperaturabhängigkeit stark verbessert werden, ohne daß der elektromechanische Kopplungsfaktor merklich geändert wird.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Lithiumtantalat in Kristallhauptrichtung ist 16 ppm/ºC, der Wärmeausdehnungskoeffizient von Quarz in Kristallhauptrichtung ist 13,7 ppm/ºC, der Wärmeausdehnungskoeffizient von Lithiumborat in Kristallhauptrichtung ist 13 ppm/ºC, der Wärmeausdehnungskoeffizient von Glas variiert in einem Bereich von 3 bis 15 ppm/ºC, und der Wärmeausdehnungskoeffizient von Silizium liegt in einem Bereich von 3 bis 4 ppm/ºC. Die Verwendung von Glas oder Silizium für das Substratträgermaterial macht verschiedene Materialkombinationen möglich, während für den Substratträger ein Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet wird, der geringer ist derjenige des piezoelektrischen Substrats.
Materialien für das piezoelektrische Substrat, wie z. B. Lithiumniobat, haben hochferroelektrische Eigenschaften, so daß elektrische Entladungen auf der Substratoberfläche erscheinen, wenn sich die Temperatur ändert. Als Resultat hiervon lag ein Problem darin, daß beim Ausbilden von Interdigitalwandlern mit Leitungsabständen, die 0,7 um klein waren, durch Photolithographie oder Trockenätzverfahren, ein Erwärmen des Substrats sehr leicht einen Isolationsbruch hervorrief. Dieses Problem wird in diesem Beispiel gelöst, weil Materialien ohne pyroelektrische Eigenschaften, wie z. B. Glas oder Silizium für den Substratträger verwendet werden können, auf dem Interdigitalwandler ausgebildet werden.
Eine Interdigitalwandler-Struktur, die derjenigen dieses Beispiels gleicht, mit Lithiumtantalat, Lithiumborat oder Quarz, das für das piezoelektrische Substrat 3 verwendet wird, und Glas oder Silizium, verwendet für den Substratträger 1, hat im wesentlichen die gleichen Wirkungen hinsichtlich des Einfügungsverlustes und der Leistungskapazität im Vergleich zur herkömmlichen Struktur, bei der die Interdigitalwandler auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind. Eine Verbesserung bezüglich der Temperaturabhängigkeit, wie diejenige, die oben beschrieben wurde, kann ebenfalls dadurch erreicht werden, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Substratträgers 1 niedriger eingestellt wird als derjenige des piezoelektrischen Substrats 3. Gleichartige Effekte können ebenfalls hinsichtlich der mechanischen Zuverlässigkeit und des pyroelektrischen Widerstandes erzielt werden. Die Bondierung kann durch das Bearbeiten der Oberfläche, um sie hydrophil zu machen, und durch Aufbringen einer Wärmebehandlung auf die Substrate, die aufeinander angeordnet sind, durchgeführt werden, und zwar in jedweder Materialkombination für das piezoelektrische Substrat 3 und den Substratträger 1.
Wenn ein Siliziumsubstrat als Substratträger 1 verwendet wird, sollte es vorzugsweise einen hohen elektrischen Widerstand haben, weil der Widerstand mit dem Verlust einhergeht. Speziell hat ein Siliziumsubstrat einen Flächenwiderstand von ungefähr 1000 Ohm per Quadratzentimeter. Wenn ein Siliziumsubstrat mit geringem elek trischen Widerstand als Substratträger 1 verwendet wird, hat das Siliziumsubstrat vorzugsweise einen Siliziumoxidfilm oder einen Siliziumnitridfilm darauf, oder das Siliziumsubstrat ist vorzugsweise in der Nähe seiner Oberfläche oxydiert.

Beispiel 2

Im weiteren wird nunmehr eine akustische Oberflächenwellenanordnung nach der Erfindung gemäß Beispiel 2 beschrieben. Die Fig. 2A ist eine schematische Aufsicht auf eine akustische Oberflächenwellenanordnung 32, und die Fig. 2B ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie b-b' in Fig. 2A. Die akustischen Oberflächenwellenanordnung 32 hat einen Substratträger 11 und Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d. Der Substratträger 11 hat eine planare Form und ist aus Glas, Silizium etc. hergestellt. Die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d sind auf dem Substratträger 11 so ausgebildet, daß die Interdigitalwandler 4a und 4c jeweils mit den Interdigitalwandlern 4b und 4d interdigitieren. Die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d sind jeweils mit Elektrodenanschlußflächen 5a, 5b, 5c und 5d und mit Anschlüssen 6a, 6b, 6c und 6d verbunden.
Die akustische Oberflächenwellenanordnung 32 hat ferner ein piezoelektrisches Substrat 12. Das piezoelektrische Substrat 12 hat eine Ausnehmung 13 und Vorsprünge 14, die durch die Ausnehmung 13 ausgebildet werden. Die Vorsprünge 14 wirken als Träger zum Halten des piezoelektrischen Substrats 12 auf dem Substratträger 11, so daß die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d gleichmäßig mit dem piezoelektrischen Substrat 12 in Kontakt sind. Das piezoelektrische Substrat 12 ist aus piezoelektrischen Material, wie z. B. Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Lithiumborat oder Quarz hergestellt. Das piezoelektrische Substrat 12 ist mit dem Substratträger 11 durch Direktbondierung verbunden, die im Beispiel erläutert wird, und wird auf dem Substratträger 11 gehalten.
Die akustische Oberflächenwellenanordnung 32 hat Funktionen und Wirkungen, die denjenigen der akustischen Oberflächenwellenanordnung 31 aus dem Beispiel 1 gleichen. Die akustische Oberflächenwellenanordnung 32 wird durch ein Verfahren hergestellt, das dem Verfahren gleicht, das im Beispiel 1 erläutert wurde. Ein Glassubstrat mit einer Dicke von 450 um wird als Substratträger 11 verwendet. Das piezoelektrische Substrat 12 ist aus Lithiumniobat mit einem 64º-Y-Schnitt und X- Ausbreitung hergestellt und hat eine Dicke von 450 um. Das piezoelektrische Substrat hat ebenfalls eine Ausnehmung 13, welche 1 um tief ist. Die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d, die Elektrodenanschlußflächen 5a, 5b, 5c und 5d und die Anschlüsse 6a, 6b, 6c und 6d sind aus einem Doppelschichtfilm mit einem Chromfilm mit einer Dicke von ungefähr 0,01 um und einem Goldfilm mit einer Dicke von ungefähr 1,0 bis 1,1 um ausgebildet, so daß die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d gleichmäßig in Kontakt mit dem piezoelektrischen Substrat 12 sind. Das Bondierungsverfahren gleicht ebenfalls demjenigen der akustischen Oberflächenwellenanordnung 31 nach dem Beispiel 1. Wie im Beispiel 1 angegeben, wird der Wärmeausdehnungskoeffizient des Substratträgers 11 so eingestellt, daß er niedriger ist als derjenige des piezoelektrischen Substrats 12, und die Breite und das Interval der Streifenleitungen der Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d sind auf ungefähr 0,7 um eingestellt, wobei mehrere Eingangs- und Ausgangs-Interdigitalwandler abwechselnd nebeneinander angeordnet sind, um hierdurch einen sogenannten akustischen Oberflächenwellen-Filter mit einer interdigitierten Interdigitalwandler-Struktur. (IIDT) der im 1,5 GHz-Band arbeitet, auszubilden. Ein solcher Aufbau hat die gleichen Wirkungen wie bei der akustischen Oberflächenwellenanordnung 31 des Beispiels 1, was die Temperaturabhängigkeit, den Einfügungsverlust, die Leistungskapazität, die mechanische Betriebssicherheit und die pyroelektrische Widerstandsfähigkeit betrifft.

Beispiel 3

Im weiteren wird eine akustische Oberflächenwellenanordnung nach der Erfindung gemäß Beispiel 3 beschrieben. Die Fig. 3A ist eine schematische Aufsicht einer akustischen Oberflächenwellenanordnung 33 und die Fig. 3B ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie c-c' in Fig. 3A. Die akustische Oberflächenwellenanordnung 33 hat einen Substratträger 21 und Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d. Der Substratträger 21 hat eine planare Form und ist aus Glas, Silicon etc. hergestellt. Die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d sind auf dem Substratträger 21 so ausgebildet, daß die Interdigitalwandler 4a und 4c jeweils mit den Interdigitalwandlern 4b und 4d interdigitieren. Die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d sind jeweils mit Elektrodenanschlußflächen 5a, 5b, 5c und 5d und mit Anschlüssen 6a, 6b, 6c und 6d verbunden.
Die akustische Oberflächenwellenanordnung 33 hat ferner ein piezoelektrisches Substrat 22 und ein Paar Abstandshalter 23. Das piezoelektrische Substrat 22 hat eine planare Form und ist aus einem piezoelektrischen Material wie z. B. Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Lithiumborat oder Quarz hergestellt. Das piezoelektrische Substrat wird auf dem Substratträger 21 mit den Abstandshaltern 23 gehalten. Die Abstandshalter 23 können streifenförmig ausgebildet sein und dienen als Träger zum Halten des piezoelektrischen Substrats 22 auf dem Substratträger 21, so daß die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d gleichmäßig in Kontakt mit dem piezoelektrischen Substrat 22 sind. Die Abstandshalter 23 sind mit dem Substratträger 21 und dem piezoelektrischen Substrat 22 durch eine Direktbondierung verbunden, welche im Beispiel 1 erläutert wurde.
Die akustische Oberflächenwellenanordnung 33 hat Funktionen und Wirkungen, die denjenigen der akustischen Oberflächenwellenanordnung 31 aus dem Beispiel 1 gleichen. Die akustische Oberflächenwellenanordnung 33 wird durch ein Verfahren hergestellt, das dem Verfahren gleicht, das im Beispiel 1 erläutert wurde. Ein Glassubstrat mit einer Dicke von 450 um wird als Substratträger 21 verwendet. Das piezoelektrische Substrat 22 ist aus Lithiumniobat mit einem 64º-Y-Schnitt und einer X-Ausbreitung hergestellt und hat eine Dicke von 450 um. Die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d, die Elektrodenanschlußflächen 5a, 5b, 5c und 5d und die Anschlüsse 6a, 6b, 6c und 6d sind aus einem Doppelschichtfilm mit einem Chromfilm mit einer Dicke von ungefähr 0,01 um und einem Goldfilm mit einer Dicke von ungefähr 1,0 bis 1,1 um ausgebildet, so daß die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d gleichmäßig in Kontakt mit dem piezoelektrischen Substrat 22 sind. Das Bondierungsverfahren gleicht ebenfalls demjenigen der akustischen Oberflächenwellenanordnung 31 nach dem Beispiel 1. Wie im Beispiel 1 angegeben, wird der Wärmeausdehnungskoeffizient des Substratträgers 21 so eingestellt, daß er niedriger ist als derjenige des piezoelektrischen Substrats 22, und die Breite und das Interval der Streifenleitungen der Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d sind auf ungefähr 0,7 um eingestellt, wobei mehrere Eingangs- und Ausgangs-Interdigitalwandler abwechselnd nebeneinander angeordnet sind, um hierdurch einen sogenannten akustischen Oberflächenwellen-Filter mit einer interdigitierten Interdigitalwandler-Struktur (IIDT) der im 1,5 GHz-Band arbeitet, auszubilden. Ein solcher Aufbau hat Effekte, die denjenigen der akustischen Oberflächenwellenanordnung 31 des Beispiels 1 hinsichtlich der Temperaturabhängigkeit, dem Einfügungsverlust, der Leistungskapazität, der mechanischen Betriebssicherheit und der pyroelektrischen Widerstandsfähigkeit gleichen.
Ähnliche Effekte der Verbesserung der Temperaturabhängigkeit, des Einfügungswiderstandes, der Leistungskapazität, der mechanischen Betriebssicherheit und der pyroelektrischen Widerstandsfähigkeit können ebenfalls dadurch erreicht werden, daß eine Interdigitalwandler-Struktur ohne Kontakt hergestellt wird, wie in diesem Beispiel, und zwar durch die Verwendung von Lithiumtantalat, Lithiumborat oder Quarz für das piezoelektrische Substrat 22, durch Verwendung eines Glassubstrates oder Siliziumsubstrat für den Substratträger 21 und durch Verwendung eines Siliziumoxidfilms für die Abstandshalter 23.
Der Siliziumoxidfilm, der als Abstandshalter 23 dient, kann mittels herkömmlicher Dünnfilmtechnologie, chemischer Dampfabscheidung (CVD) oder Sputtern hergestellt werden. Die Abstandshalter 23 können entweder auf dem Substratträger 21, dem piezoelektrischen Substrat 22 oder auf beiden Substraten ausgebildet werden. Das Material für die Abstandshalter ist nicht auf Siliziumoxid beschränkt, sondern kann ein anderer Film mit kovalenten Bindungseigenschaften, wie z. B. Siliziumfilm oder Siliziumnitridfilm sein. Es versteht sich außerdem, daß die Abstandshalter 23 in anderen Formen als den Streifen ausgebildet werden können.

Beispiel 4

Im weiteren wird nunmehr eine akustische Oberflächenwellenanordnung nach der Erfindung gemäß Beispiel 4 beschrieben. Die Fig. 4A ist eine schematische Aufsicht einer akustischen Oberflächenwellenanordnung 34 und die Fig. 4B ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie d-d' in Fig. 4A.
Die akustische Oberflächenwellenanordnung 34 unterscheidet sich von der akustischen Oberflächenwellenanordnung 31 nach Beispiel 1 darin, daß die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d hermetisch abgedichtet sind. Die akustische Oberflächenwellenanordnung 34 hat ein Klebemittel 8, wie z. B. Glas mit einem geringen Schmelzpunkt. Ein Raum, der durch die Ausnehmung 2 des Substratträgers 1 und das piezoelektrische Substrat 3 definiert wird, hat zwei Luftspalte zwischen dem piezoelektrischen Substrat 3 und dem Boden der Ausnehmung 2 und mißt ungefähr einige Mikrometer in der Höhe und einige hundert Mikrometer in der Breite. Die Luftspalte sind durch das Klebemittel 8 abgedichtet. Da das piezoelektrische Substrat 3 durch Direktbondierung mit den Vorsprüngen 9 des Substratträgers 1 verbunden ist, wobei ein hermetischer Abschluß dazwischen erstellt wird, ist der Raum zwischen der Ausnehmung 2 und dem piezoelektrischen Substrat 3 hermetisch abgeschlossen. Deshalb kann der oszillierende Abschnitt der akustischen Oberflächenwelle, bestehend aus den Interdigitalwandlern 4a, 4b, 4c und 4d und einem Teil des piezoelek trischen Substrats 3 hermetisch abgedichtet werden. Es ist unverzichtbar, den oszillierenden Abschnitt der akustischen Oberflächenwelle hermetisch abzudichten, weil seine Eigenschaften sich in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen, wie z. B. einer Taukondensation verändern, und normalerweise ist er in einer Metall- oder Keramikpackung versiegelt. Diese Konstruktion macht ihn groß bezüglich seiner Abmessungen, obwohl er durch Herstellung des Aufbaus gemäß diesem Beispiel auch als Vorrichtung kompakt ausgeführt werden kann, während die hervorragenden elektrischen Eigenschaften, wie sie in der ersten Ausführungsform bereitgestellt werden, beibehalten werden.

Beispiel 5

Im weiteren wird nunmehr eine akustische Oberflächenwellenanordnung nach der Erfindung gemäß Beispiel 5 beschrieben. Die Fig. 5A ist eine schematische Aufsicht einer akustischen Oberflächenwellenanordnung 35 und die Fig. 5B ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie e-e' in Fig. 5A.
Die akustische Oberflächenwellenanordnung 35 unterscheidet sich von der akustischen Oberflächenwellenanordnung 31 nach Beispiel 1 dadurch, daß ein Luftspalt 7 zwischen dem piezoelektrischen Substrat 3 und den Interdigitalwandlern 4a, 4b, 4c und 4d vorhanden ist. Vorsprünge 9, die durch eine Ausnehmung eines Substratträgers 1 ausgebildet werden, dienen als Träger zum Halten des piezoelektrischen Substrats 3 über den Interdigitalwandlern 4a, 4b, 4c und 4d mit einem dazwischenliegenden Luftspalt 7.
Wenn der Luftspalt 7 schmal genug gemacht wird, erregt das Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes an die Interdigitalwandler 4a und 4b durch die Anschlüsse 6a und 6b eine akustischen Oberflächenwelle auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 3. Die angeregte akustische Oberflächenwelle breitet sich auf dem piezoelektrischen Substrat 3 aus, um die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats zu erreichen, welche in Kontakt mit den Interdigitalwandlern 4c und 4d ist. Dann wird dadurch, daß der Luftspalt 7 schmal genug gemacht wird, die angeregte akustische Oberflächenwelle wieder in elektrische Signale transformiert. Deshalb hat die akustische Oberflächenwellenanordnung 35 gemäß der Erfindung eine Funktion, die derjenigen der akustischen Oberflächenwellenanordnung gleicht, die Interdigitalwandler aufweist, welche auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind. Auch kann die akustische Oberflächenwellenanordnung 35 einen geringeren Einfügungswiderstand, höhere Leistungskapazität und eine geringere Temperaturabhängigkeit bei hohen Frequenzen haben, als die herkömmliche akustische Oberflächenwellenanordnung.
Im weiteren wird nunmehr ein Herstellungsverfahren für die akustische Oberflächenwellenanordnung 35 erläutert. Ein Glassubstrat mit einer Dicke von 450 um wird als Substratträger 1 verwendet. Der Substratträger 1 hat eine Ausnehmung 2, die 1 um tief gemacht ist. Ein piezoelektrisches Substrat 3 ist aus Lithiumniobat hergestellt, welches einen 64º-Y-Schnitt und eine X-Ausbreitung aufweist und eine Dicke von 450 um hat. Nach dem Ausbilden eines Resistmusters (in den Fig. 5A und 5B nicht gezeigt) auf einem ausgesparten Abschnitt des Substratträgers 1 werden ein Chromfilm mit einer Dicke von ungefähr 0,01 um und ein Goldfilm mit einer Dicke von ungefähr 0,94 um abfolgend durch Verdampfung auf dem Resistmuster und auf dem ausgesparten Abschnitt ausgebildet. Dann werden Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c, 4d, Elektrodenanschlußflächen 5a, 5b, 5c und 5d und Anschlüsse 6a, 6b, 6c und 6d durch ein Abhebeverfahren ausgebildet. In diesem Fall wird der Luftspalt 7 auf 0,05 um eingestellt.
Das Bondierungsverfahren wird durchgeführt, nachdem die Verbindungsoberflächen des piezoelektrischen Substrats und des Substratträgers sorgfältig gereinigt wurden, die Oberflächen mit Ammoniak-Wasserstoffperoxid-Lösung bearbeitet wurden, um die Oberflächen hydrophil zu machen, und diese mit reinem Wasser gereinigt wurden, und zwar durch das Aufsetzen aufeinander und das Erwärmen, während Druck aufgebracht wird. Diese Bondierung wird durch Wasserstoffbindung des Wasserstoffs, des Sauerstoffs und der Hydroxylgruppen bewirkt, welche die Bestandteile des auf der Oberflächen adsorbierten Wassers sind, oder durch kovalente Bindung, welche durch Dehydration aus der Schnittstelle aufgrund der Wärmebehandlung bewirkt wird, so daß eine stärkere Bindung erzielt werden kann. Die Wärmebehandlung findet bei Temperaturen von 100ºC und darüber statt und kann deshalb bei Temperaturen durchgeführt werden, die unterhalb derjenigen liegen, die Änderungen in den Materialien hervorrufen, welche das Substrat aufbauen. In dem Fall, wo der Substratträger 1 aus Glas ausgebildet ist, kann die Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes von Glas durchgeführt werden, und es gibt verschiedene Glassubstrate, welche bei Temperaturen wärmebehandelt werden können, die bis zu 500ºC niedrig sind. Die in einem solchen Verfahren erreichte Bondierung ist eine Verbindung auf dem Atomniveau, deshalb kann eine extrem starke Bindung mit hoher Oberflächengenauigkeit und hervorragenden hermetischen Abdichtungseigenschaften erzielt werden. Diese extrem hohe Oberflächengenauigkeit macht es möglich, die Abmessung des Luftspaltes 7 äußerst einheitlich und mit hoher Genauigkeit einzuregeln. Folglich ist eine stabilere reproduktion des elektromechanischen Kopplungsfaktors möglich, die einen Vorteil bezüglich dieses Herstellungsaspektes bereitstellt. Wegen der extrem hohen mechanischen Festigkeit wird der Luftspalt 7 durch Fallen oder Vibration nicht beeinträchtigt.
Im Falle eines Filters, der im 1,5 GHz-Band arbeitet, hergestellt durch das Einstellen der Breite und des Intervalls der Streifenleitungen der Interdigitalwandler auf ungefähr 0,7 um und das Anordnen mehrerer Eingangs- und Ausgangs-Interdigitalwandler abwechselnd nebeneinander, um einen sogenannten akustischen Oberflächenwellen-Filter mit einer interdigitierten Interdigitalwandlerstruktur (IDT) herzustellen, kann es, wenn die Probe Interdigitalwandler hat, die auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrates mit herkömmlichem Aufbau ausgebildet sind, ohne den Aufbau der Interdigitalwandler aus dieser Ausführungsform zu verwenden, sogar wenn Aluminium für die Interdigitalwandler verwendet wird, um den beeinträchtigenden Effekt der Masse abzumildern, die dem oszillierenden Abschnitt der akustischen Oberflächenwelle zugefügt wird, nicht vermieden werden, diese mit einer Dicke von ungefähr 0,06 um auszubilden, was in einem großen Einfügungsverlust aufgrund des Widerstandsverlustes der Elektroden resultiert. Bei diesem Beispiel kann im Gegensatz hierzu der Einfügungsverlust um ungefähr 0,5 bis 1,0 dB gegenüber einer herkömmlichen Anordnung verringert werden, weil Au mit einer Dicke von 0,94 um verwendet wird. Während die akustische Oberflächenwellenanordnung gemäß dem Stand der Technik aufgrund der Spannungswanderung nur bis zu ungefähr 0,2 W betriebsbeständig ist, weil die Elektroden einer starken Vibration ausgesetzt sind, erreicht der Interdigitalwandler mit dem Aufbau ohne Kontakt gemäß diesem Beispiel, was die Leistungskapazität betrifft, eine Leistungskapazität von über 2 W, weil der Interdigitalwandler nicht in direktem Kontakt mit vibrierenden Bauteilen ist. Die Leistungskapazität wird über die Veränderung in der Zentralfrequenz eingewertet, wenn ein bestimmtes Leistungsniveau bei hoher Frequenz im Durchlaßbandbereich übertragen wird. Der oben beschriebene Aufbau verbessert den Hochfrequenzverlust und die Leistungskapazität stark.
Ein Effekt der Unterbindung der Temperaturabhängigkeit des piezoelektrischen Substrats 3 kann durch das Auswählen eines Glases für den Substratträger 1 mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der geringer ist als derjenige des piezoelektrischen Substrats 3, erzielt werden. Deshalb kann die Temperaturabhängigkeit durch das Auswählen einer geeigneten Kombination der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien stark verbessert werden.
Wenn Glas mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von ungefähr 1/5 desjenigen des piezoelektrischen Substrats 3 verwendet wird, kann der Temperaturkoeffizient der akustischen Oberflächenwellenanordnung auf weniger als die Hälfte desjenigen des herkömmlichen Aufbaus abgesenkt werden.
Weil die Bondierung des Substratträgers 1 und des piezoelektrischen Substrats 3 stark genug ist, verschiedenen Vibrationstest und Falltests zu widerstehen, und der Substratträger 1 dick genug ist, tritt ein Bruch der Elektrodenstruktur oder eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften nicht auf.
Weil die Interdigitalwandler auf dem Substratträger 1 ausgebildet werden, hat dieser eine befriedigende Widerstandsfähigkeit gegen Isolationsbruch der Interdigitalwandler aufgrund von Pyroelektrizität.
Eine Interditigalwandler-Struktur, ähnlich derjenigen dieses Beispiels mit Lithiumtantalat, Lithiumborat oder Quarz, verwendet für das piezoelektrische Substrat, und Glas oder Silizium, verwendet für den Substratträger, hat im wesentlichen gleiche Effekte hinsichtlich des Einfügungsverlustes, der Leistungskapazität, der Temperaturabhängigkeit, der mechanischen Betriebssicherheit und der pyroelektrischen Widerstandsfähigkeit. Verbesserungen bei der Temperaturabhängigkeit, die den oben beschriebenen gleichen, können ebenfalls durch das Einstellen des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substratträgers 1 auf einen Wert erreicht werden, der niedriger ist als derjenige des piezoelektrischen Substrats 3.

Beispiel 6

Im weiteren wird nunmehr eine akustische Oberflächenwellenanordnung nach der Erfindung gemäß Beispiel 6 beschrieben. Die Fig. 6A ist eine schematische Aufsicht einer akustischen Oberflächenwellenanordnung 36 und die Fig. 6B ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie f-f' in Fig. 6A.
Die akustische Oberflächenwellenanordnung 36 unterscheidet sich von der akustischen Oberflächenwellenanordnung 32 nach Beispiel 2 dadurch, daß ein Luftspalt 7 zwischen dem piezoelektrischen Substrat 12 und den Interdigitalwandlern 4a, 4b, 4c und 4d vorhanden ist. Vorsprünge 14, die durch eine Ausnehmung 13 des piezoelek trischen Substrats 12 ausgebildet werden, dienen als Träger zum Halten des piezoelektrischen Substrats 13 über den Interdigitalwandlern 4a, 4b, 4c und 4d mit einem dazwischenliegenden Luftspalt 7.
Die akustische Oberflächenwellenanordnung 36 hat Funktionen und Wirkungen, die denjenigen der akustischen Oberflächenwellenanordnung 35 des Beispiels 5 gleichen. Die akustische Oberflächenwellenanordnung 36 wird durch ein Verfahren hergestellt, das dem Verfahren gleicht, das im Beispiel 2 erläutert wurde. Ein Glassubstrat mit einer Dicke von 450 um wird als Substratträger 11 verwendet. Das piezoelektrisches Substrat 12 ist aus Lithiumniobat hergestellt, welches einen 64º-Y-Schnitt und eine X-Ausbreitung aufweist und eine Dicke von 450 um hat. Das piezoelektrische Substrat 12 hat ebenfalls die Aussparung 13, welche 1 um tief ist und die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c, 4d, die Elektrodenanschlußflächen 5a, 5b, 5c und 5d und die Anschlüsse 6a, 6b, 6c und 6d sind aus einem Doppelschichtfilm aus einem Chromfilm mit einer Dicke von ungefähr 0,1 um und einem Goldfilm mit einer Dicke von ungefähr 0,94 um ausgebildet. In diesem Fall wird der Luftspalt 7 auf ungefähr 0,05 um eingestellt.
Ebenfalls wie bei der akustischen Oberflächenwellenanordnung 35 aus dem Beispiel 5 können, wenn ein Filter, der im 1,5 GHz-Band arbeitet, hergestellt wird, durch das Einstellen der Breite und des Intervalls der Streifenleitungen der Interdigitalwandler auf ungefähr 0,7 um und das Anordnen mehrerer Eingangs- und Ausgangs-Interdigitalwandler abwechselnd nebeneinander, um einen sogenannten akustischen Oberflächenwellen-Filter mit einer interdigitierenden Interdigitalwandler-Struktur (IIDT) auszubilden befriedigende Resultate wie diejenigen der fünften Ausführungsform, erzielt werden, und zwar hinsichtlich des Einfügungsverlustes, der Leistungskapazität, der mechanischen Betriebssicherheit und der pyroelektrischen Widerstandsfähigkeit. Gleichartige Effekte der Verbesserung der Temperatureigenschaften, wie bei der akustischen Oberflächenwellenanordnung 35 des Beispiels 5 können ebenfalls da durch erzielt werden, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Substratträgers 11 niedriger eingestellt wird als derjenige des piezoelektrischen Substrats 12.
Eine Interditigalwandler-Struktur, ähnlich derjenigen dieses Beispiels mit Lithiumtantalat, Lithiumborat oder Quarz, verwendet für das piezoelektrische Substrat 12, und Glas oder Silicon, verwendet für den Substratträger 11, hat im wesentlichen gleiche Effekte hinsichtlich des Einfügungsverlustes, der Leistungskapazität, der mechanischen Betriebssicherheit und der pyroelektrischen Widerstandsfähigkeit. Verbesserungen bei den Temperatureigenschaften, ähnlich denjenigen, die oben beschrieben wurden, können ebenfalls durch das Einstellen des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substratträgers 11 auf einen Wert, der geringer ist als derjenige des piezoelektrischen Substrats 12, erreicht werden.

Beispiel 7

Im weiteren wird nunmehr eine akustische Oberflächenwellenanordnung nach der Erfindung gemäß Beispiel 7 beschrieben. Die Fig. 7A ist eine schematische Aufsicht einer akustischen Oberflächenwellenanordnung 37 und die Fig. 7B ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie g-g' in Fig. 7A.
Die akustische Oberflächenwellenanordnung 37 unterscheidet sich von der akustischen Oberflächenwellenanordnung 33 des dritten Beispiels dadurch, daß ein Luftspalt 7 zwischen dem piezoelektrischen Substrat 22 und den Interdigitalwandlern 4a, 4b, 4c und 4d vorhanden ist. Abstandshalter 23 dienen als Träger zum Halten des piezoelektrischen Substrats 22 über den Interdigitalwandlern 4a, 4b, 4c und 4d, wobei der Luftspalt 7 dazwischen angeordnet ist.
Die akustische Oberflächenwellenanordnung 37 hat Funktionen und Effekte, die denjenigen der akustischen Oberflächenwellenanordnung 35 des Beispiels 5 gleichen. Die akustische Oberflächenwellenanordnung 37 wird durch ein Verfahren hergestellt, das dem Verfahren gleicht, das im Beispiel 3 erläutert wurde. Ein Glassubstrat mit einer Dicke von 450 um wird als Substratträger 21 verwendet. Die Abstandshalter 23 mit einer Höhe von ungefähr 1 um werden auf dem Substratträger 21 ausgebildet. Das piezoelektrisches Substrat 22 ist aus Lithiumniobat hergestellt, welches einen 64º-Y-Schnitt und eine X-Ausbreitung aufweist und eine Dicke von 450 um hat. Die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d, die Elektrodenanschlußflächen 5a, 5b, 5c und 5d und die Anschlüsse 6a, 6b, 6c und 6d sind aus einem Doppelschichtfilm aus einem Chromfilm mit einer Dicke von ungefähr 0,01 um und einem Goldfilm mit einer Dicke von ungefähr 0,94 um ausgebildet. In diesem Fall wird der Luftspalt 7 auf ungefähr 0,05 um eingestellt. Das Bondierungsverfahren wird mit einem im wesentlichen gleichen Prozeß wie im Beispiel 3 ausgeführt.
Ebenfalls wie bei der akustischen Oberflächenwellenanordnung 35 aus dem Beispiel 5 können, wenn die Breite und das Interval der Streifenleitungen der Interdigitalwandler auf 0,7 um eingestellt werden, mit mehreren Eingangs- und Ausgangs- Interdigitalwandlern, die abwechselnd nebeneinander angeordnet sind, um dadurch einen sogenannten akustischen Oberflächenwellen-Filter mit einer interdigitierten Interdigitalwandler-Struktur (IIDT), der im 1,5 GHz-Band arbeitet, befriedigende Resultate wie diejenigen bei der akustischen Oberflächenwellenanordnung 35 hinsichtlich dem Einfügungsverlust, der Leistungskapazität, der Temperatureigenschaften, der mechanischen Betriebssicherheit und der pyroelektrischen Widerstandsfähigkeit erreicht werden.
Gleichartige Effekte der Verbesserung des Einfügungsverlustes, der Leistungskapazität, der mechanischen Betriebssicherheit und des pyroelektrischen Widerstandvermögens können ebenfalls dadurch erreicht werden, daß eine Interdigitalwandlerstruktur wie in diesem Beispiel unter Verwendung von Lithiumtantalat, Lithiumborat oder Quarz für das piezoelektrische Substrat 22 hergestellt wird, sowie unter Verwendung eines Glassubstrates oder eines Siliziumsubstrates für den Substratträger 21 und unter Verwendung eines Siliziumoxidfilms für die Abstandshalter. Verbesserun gen, betreffend die Temperatureigenschaften, die denjenigen gleichen, welche oben beschrieben wurden, können ebenfalls dadurch erreicht werden, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Substratträgers 21 niedriger eingestellt wird als derjenige des piezoelektrischen Substrats 22.

Beispiel 8

Im weiteren wird nunmehr eine akustische Oberflächenwellenanordnung nach der Erfindung gemäß Beispiel 8 beschrieben. Die Fig. 8A ist eine schematische Aufsicht einer akustischen Oberflächenwellenanordnung 38 und die Fig. 8B ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie h-h' in Fig. 8A.
Die akustische Oberflächenwellenanordnung 38 unterscheidet sich von der akustischen Oberflächenwellenanordnung 34 des Beispiels 4 dadurch, daß ein Luftspalt 7 zwischen dem piezoelektrischen Substrat 3 und den Interdigitalwandlern 4a, 4b, 4c und 4d vorhanden ist. Vorsprünge 9, die durch eine Ausnehmung 2 eines Substratträgers 1 ausgebildet werden, dienen als Träger zum Halten des piezoelektrischen Substrats 3 über den Interdigitalwandlern 4a, 4b, 4c und 4d, wobei der Luftspalt 7 dazwischen angeordnet ist.
Es ist unverzichtbar, den oszillierenden Abschnitt der akustischen Oberflächenwelle hermetisch abzudichten, da seine Eigenschaften sich in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen, wie z. B. Taukondensation, ändern, und normalerweise wird er in einer Metall- oder Keramikpackung versiegelt. Diese Konstruktion macht seine Abmessungen groß, obwohl er dadurch, daß er eine Ausbildung gemäß diesem Beispiel erhält, als Einrichtung kompakt hergestellt werden kann, während die hervorragenden elektrischen Eigenschaften erhalten werden können, die für die akustischen Oberflächenwellenanordnung 35 des Beispiels 5 erzielt werden.

Beispiel 9

Im weiteren wird eine akustische Oberflächenwellenanordnung nach der Erfindung gemäß Beispiel 9 beschrieben. Die Fig. 9A ist eine schematische Aufsicht einer akustischen Oberflächenwellenanordnung 39, und die Fig. 9B ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie i-i' in Fig. 9A.
Die akustische Oberflächenwellenanordnung 39 unterscheidet sich von der akustischen Oberflächenwellenanordnung 32 des Beispiels 2 dadurch, daß ein Luftspalt 7 zwischen dem piezoelektrischen Substrat 12 und den Interdigitalwandlern 4a, 4b, 4c und 4d vorhanden ist, und dadurch, daß die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d hermetisch abgedichtet sind.
Die akustische Oberflächenwellenanordnung 39 hat zu diesem Zweck ein Klebemittel 8, wie z. B. Glas mit einem geringen Schmelzpunkt. Ein Raum, der durch eine Aussparung 13 des Substratträgers 11 und das piezoelektrische Substrat 12 definiert ist, hat zwei Luftspalte zwischen dem piezoelektrischen Substrat 12 und dem Boden der Ausnehmung 13 und mißt ungefähr einige Mikrometer in der Höhe und einige hundert Mikrometer in der Breite. Die Luftspalte sind mit dem Klebemittel 8 abgedichtet. Da das piezoelektrische Substrat 12 an die Vorsprünge 14 des Substratträgers 11 durch Direktbondierung angebunden ist, die eine hermetische Abdichtung schafft, ist der Raum, der durch die Ausnehmung und das piezoelektrische Substrat 12 definiert wird, hermetisch versiegelt. Deshalb kann der oszillierende Abschnitt der akustischen Oberflächenwelle, der aus den Interdigitalwandlern 4a, 4b, 4c und 4d und einem Teil des piezoelektrischen Substrats 12 besteht, hermetisch abgedichtet werden. Es ist unverzichtbar, den oszillierenden Abschnitt der akustischen Oberflächenwelle hermetisch abzudichten, weil seine Eigenschaften sich in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen, wie z. B. Taukondensation ändern, und er ist normalerweise in einer Metall- oder Keramikpackung versiegelt. Diese Konstruktion macht ihn mit seinen Abmessungen groß, obwohl er dadurch, daß er im Aufbau gemäß diesem Beispiel ausgestaltet wird, als Einrichtung kompakt ausgeformt werden kann, während die hervorragenden elektrischen Eigenschaften beibehalten werden, die im Beispiel 1 bereitgestellt werden.
Darüberhinaus dienen die Vorsprünge 14, die durch eine Ausnehmung 13 des piezoelektrischen Substrats 12 ausgebildet werden, als Träger zum Halten des piezoelektrischen Substrats 12 über den Interdigitalwandlern 4a, 4b, 4c und 4d, wobei ein Luftspalt 7 dazwischen angeordnet ist. Wenn der Luftspalt 7 schmal genug gemacht wird, regt das Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes an die Interdigitalwandler 4a und 4b über die Anschlüsse 6a und 6b die akustische Oberflächenwelle auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 an. Die angeregte akustische Oberflächenwelle breitet sich auf dem piezoelektrischen Substrat 12 aus und erreicht die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12, welche in Kontakt mit dem Interdigitalwandler 4c und 4d ist. Dann wird die angeregte akustische Oberflächenwelle wieder in elektrische Signale transformiert, und zwar dadurch, daß der Luftspalt 7 schmal genug gemacht wird. Deshalb hat die akustische Oberflächenwellenanordnung 35 gemäß dieser Erfindung eine Funktion, die der Funktion der akustischen Oberflächenwellenanordnung gleicht, welche Interdigitalwandler hat, die auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind. Auch kann die akustische Oberflächenwellenanordnung 35 einen geringeren Einfügungsverlust, eine höhere Leistungskapazität und geringere Temperaturabhängikeit bei hohen Frequenzen haben als herkömmliche akustische Oberflächenwellenanordnungen.
In den Beispielen 5 bis 9 kann die Breite des Luftspalts 7 in einem Bereich von ungefähr 0,005 um bis zu einigen Mikrometern durch das Einregeln der Dicke der Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d und der Tiefe der Ausnehmung 2 oder 13 oder der Höhe der Abstandshalter 23 frei variiert werden. Obwohl der Luftspalt wünschenswerterweise aus Gründen der elektrischen Feldintensität so klein wie möglich gehalten wird, steht er in Beziehung mit der Elektrodengröße und der Luftspalt 7 kann bis zu einem gewissen Grad groß sein, wenn die Elektrodengröße nicht zu klein ist.
In den Beispielen 1 bis 9 zeigt eine Wärmebehandlung einen bemerkenswerten Effekt bei Temperaturen über 250ºC, und die Bondierungsfestigkeit steigt, wenn die Temperatur höher wird. Deshalb wird die Wärmebehandlung vorzugsweise bei einer höheren Temperatur durchgeführt, und zwar bis zu dem Grad, wo der Substratträger und das piezoelektrische Substrat aufgrund der Hitze ihre Eigenschaften nicht ändern.
In den Beispielen 1 bis 9 können der Substratträger und das piezoelektrische Substrat, hergestellt mit jedwedem der oben genannten Materialkombinationen, durch Verfahren bondiert werden, die die Oberflächen hydrophil machen und durch eine Wärmebehandlung der aufeinandergesetzten Substrate. Weil der Substratträger und das piezoelektrische Substrat, wie oben beschrieben, direktbondiert werden können, können der Grad der Druckbondierung zwischen dem piezoelektrischem Substrat und den Interdigitalwandlern und die Dimension des Luftspaltes mit extrem hoher. Genauigkeit und Einheitlichkeit in einem gewissen Bereich eingestellt werden. Diese Bondierung ist ebenfalls äußerst stabil bei Temperaturen unterhalb der Wärmebehandlungstemperatur für das Bondierungsverfahren, und sie hat eine hohe Leistung bezüglich der hermetischen Abdichtung. Somit ist die durch eine Wärmebehandlung bei 250ºC oder einer höheren Temperatur hergestellte Bondierung äußerst stabil bei der normalen Betriebstemperatur von -30º bis 70ºC.
Obwohl der Doppelschichtfilm aus Chrom und Gold, mit einer typischen Dicke von jeweils 0,01 um und 0,94 bis 1,1 um für die Interdigitalwandler 4a, 4b, 4c und 4d, die Elektrodenanschlußflächen 5a, 5b, 5c und 5d und die Anschlüsse 6a, 6b, 6c und 6d bei den obigen Beispielen verwendet wird, kann der Doppelschichtfilm in gleicher Weise unter Verwendung herkömmlicher Metalle, wie z. B. Titan, Platin, Silber, Kupfer, Aluminium, Wolfram und Nickel mit verschiedenen Dicken hergestellt werden.
Obwohl in den obigen Beispielen der Aufbau des sogenannten akustischen Transversal-Oberflächenwellen-Filters für die akustische Oberflächenwellenanordnung beschrieben wurde, kann die Erfindung auf andere Strukturen Anwendung finden, wie z. B. interdigitierende Interdigitalwandler-Strukturtypen (IIDT) und ebenfalls Resonatortypen, welche bei hohen Frequenzen verwendet werden, und zwar unter Verwendung von Interdigitalwandlern mit gleichartigen Effekten.
Bei den akustischen Oberflächenwellenanordnungen, die im Beispiel 1 bis 4 beschrieben wurden, können, weil kein Luftspalt zwischen dem Interdigitalwandler und dem piezoelektrischen Substrat vorhanden ist, akustische Oberflächenwellenanordnungen mit größeren elektrochemischen Kopplungsfaktoren und demgemäß geringerem Verlust erhalten werden als bei denjenigen nach den Beispielen 5 bis 9, wo Luftspalte vorgesehen sind. Weil keine Notwendigkeit besteht, den Luftspalt während der Herstellung einzuregeln, sind Vorteile der besseren Reproduktion und des besseren Ertrages bei der Herstellung vorhanden.
Verschiedene andere Modifikationen werden für Fachleute ersichtlich sein und von diesen durchgeführt werden, ohne den Schutzumfang dieser Erfindung zu verlassen. Demgemäß ist es nicht beabsichtigt, daß der Schutzumfang der anliegenden Ansprüche auf die hier dargelegte Beschreibung beschränkt werde, sondern daß die Ansprüche in breiter Form ausgelegt werden.

Claims

1. Akustische Oberflächenwellenanordnung (31) mit:

- einem Interdigitalwandler (4) auf einem Substrat-Träger (1),

- einem piezoelektrischen Substrat (3), wobei zumindest die Bondierungsoberfläche des Substrat-Trägers (1) und diejenige des piezoelektrischen Substrats (3) einer hydrophilen Behandlung unterzogen worden sind;

- einer Einrichtung zum Halten des piezoelektrischen Substrats (3) über dem Interdigitalwandler (4), der zwischen dem Substrat-Träger (1) und dem piezoelektrischen Substrat (3) vorgesehen ist, wobei zumindest die Bondierungsoberflächen so aneinander befestigt sind, daß der Interdigitalwandler (4) ausreichend nahe am piezoelektrischen Substrat (3) angeordnet ist, um eine akustische Oberflächenwelle auf dem piezoelektrischen Substrat (3) anzuregen, wobei die Halteeinrichtungen mit dem Substrat-Träger (1) oder dem piezoelektrischen Substrat (3) durch mindestens eine koralente Bindung mit Sauerstoffatomen oder eine Wasserstoffbindung mit Hydroxylgruppen verbunden sind.

2. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 1, bei der Einrichtungen zwischen dem Substrat-Träger (1) und dem piezoelektrischen Substrat (1) vorgesehen sind, um das piezoelektrische Substrat (3) auf dem Interdigitalwandler (4) so zu halten, daß der interdigitale Wandler (4) gleichmäßig im Kontakt mit dem piezoelektrischen Substrat (3) ist.

3. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Substrat-Träger (1) eine Ausnehmung (2) und Vorsprünge (9) hat, die durch die Ausnehmung (2) ausgebildet werden, wobei der interdigitale Wandler (4) auf einer ausgesparten Stelle des Substrat-Trägers (1) ausgebildet ist und die Halteeinrichtung die Vorsprünge des Substrat-Trägers (1) umfaßt.

4. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das piezoelektrische Substrat (12) eine Ausnehmung (13) und Vorsprünge (14) hat, die durch die die Ausnehmung (13) ausgebildet werden, wobei der Interdigitalwandler (4) mit einer ausgesparten Stelle des piezoelektrischen Substrats (12) in Kontakt ist und die Halteeinrichtung die Vorsprünge (14) des piezoelektrischen Substrats (12) umfaßt.

5. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Halteeinrichtung mindestens ein Abstandsstück (23) aufweist, durch das die Bondierungsoberflächen aneinander befestigt sind.

6. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Wärmeausdehnungskoeffizient des Substrat-Trägers (1, 11, 21) geringer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des piezoelektrischen Substrats (3, 12, 22).

7. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das piezoelektrische Substrat (3, 12, 22) aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe mit den folgenden Substanzen ausgewählt wird: Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Lithiumborat und Quarz.

8. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Substrat-Träger (1, 11, 21) aus Glas oder Silizium hergestellt ist.

9. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Substrat-Träger (1, 11, 21) und das piezoelektrische Substrat (3, 12, 22) durch Direktbondierung miteinander verbunden sind.

10. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der ein Luftspalt, der durch den Substrat-Träger (1, 11, 21) und das piezoeelektrische Substrat (3, 12, 22) ausgebildet wird, durch ein hermetisch abdichtendes Klebemittel versiegelt wird, wodurch zumindest der Interdigitalwandler (4) hermetisch versiegelt wird.

11. Akustische Oberflächenwellenanordnung (35) nach Anspruch 1, bei der Einrichtungen zwischen dem Substrat-Träger (1) und dem piezoelektrischen Substrat (3) vorgesehen sind, um das piezoelektrische Substrat (3) über dem Interdigitalwandler (4) mit einem dazwischen liegenden Luftspalt so zu halten, daß der Interdigitalwandler (4) eine akustische Oberflächenwelle auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats (3) erregt, und wobei die Halteeinrichtung mit dem Substrat-Träger (1) oder dem piezoelektrischen Substrat (3) durch Direktbondierung verbunden ist.

12. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 11, bei der der Substrat-Träger (1) eine Ausnehmung (2) und Vorsprünge (9) hat, die durch die Ausnehmung (2) ausgebildet werden, wobei der Interdigitalwandler (4) an einer ausgesparten Stelle des Substrat-Trägers (1) ausgebildet ist und die Halteeinrichtung die Vorsprünge (9) des Substrat-Trägers (1) umfaßt.

13. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 11, bei der das piezoelektrische Substrat (12) eine Ausnehmung (13) und Vorsprünge (14) hat, die durch die Ausnehmung (13) ausgebildet werden, und die Halteeinrichtung die Vorsprünge (14) des piezoelektrischen Substrats (12) umfaßt.

14. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 11, bei der die Halteeinrichtung mindestens ein Abstandsstück (23) umfaßt, durch das die Bondierungsoberflächen aneinander befestigt sind.

15. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 11, bei der der Wärmedehnungskoeffizient des Substrat-Trägers (1, 11, 21) kleiner ist als der Wärmedehnungskoeffizient des piezoelektrischen Substrats (3, 12, 22).

16. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 11, bei der das piezoelektrische Substrat (3, 12, 22) aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe mit den folgenden Substanzen ausgewählt wird: Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Lithiumborat und Quarz.

17. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 11, bei der der Substrat-Träger (1, 11, 21) aus Glas oder Silizium hergestellt ist.

18. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 11, bei der ein Luftspalt, der durch den Substrat-Träger (1, 11, 21) und das piezoelektrische Substrat (3, 12, 22) ausgebildet wird, durch ein hermetisch abdichtendes Klebemittel versiegelt ist, wodurch der Interdigitalwandler (4) hermetisch versiegelt wird.

19. Verfahren zur Herstellung einer akustischen Oberflächenwellenanordnung mit den folgenden Schritten:

- Ausbilden eines Interdigitalwandlers (4) auf einem Substrat-Träger;

- zumindest beide Bondierungsoberflächen des Substrat-Trägers (1) und eines piezoelektrischen Substrats (3) werden einer hydrophilen Behandlung unterzogen;

- Bereitstellen von Einrichtungen zum Halten des piezoelektrischen Substrats (3) über dem Interdigitalwandler (4), der zwischen dem Substrat-Träger (1) und dem piezoelektrischen Substrat (3) vorgesehen ist,

- Befestigen zumindest beider Bondierungsoberflächen aneinander, so daß der Interdigitalwandler (4) ausreichend nahe an dem piezoelektrischen Substrat (3) angeordnet wird, damit er eine akustische Oberflächenwelle auf dem piezoelektrischen Substrat (3) anregt; und

- hierdurch Bondieren der Halteeinrichtung mit dem Substrat-Träger (1) oder dem piezoelektrischen Substrat (3) durch eine kovalente Bindung mit Sauerstoffatomen und/oder eine Wasserstoffbindung mit Hydroxylgruppen.