JP2009021701A

JP2009021701A - 圧電基板の製造方法

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Publication number: JP2009021701A
Application number: JP2007181330A
Authority: JP
Inventors: Noboru Tamura; 登田村; Nakaba Ichikawa; 半市川; Takeshi Takahata; 剛高畠; Kaname Yasuda; 要安田
Original assignee: Tocalo Co Ltd; Koike Co Ltd
Current assignee: Tocalo Co Ltd; Koike Co Ltd
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2009-01-29

Abstract

【課題】温度変化による伸縮が十分に抑えられて歩留まり良く圧電基板を得ることができる圧電基板の製造方法を提供する。
【解決手段】タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、四ホウ酸リチウム、酸化亜鉛などの圧電基板１１の一方の主面１１ａ上に保護基材１２を設け、基板１１の他方の主面１１ｂに溝加工を施して周縁部にリブ１１ｃを形成し、溝加工により形成された溝部１５に、基板１１の線膨張係数よりも小さい材料１６を溶射により埋め込み、保護基材１２を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は圧電基板の製造方法に関し、特に、弾性表面波デバイスなどに用いる圧電基板の製造方法に関する。

弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）デバイスは、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）（ＬＴ）基板やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）（ＬＮ）基板などの圧電基板上にくし型電極を形成してなるデバイスである。このデバイスは、圧電体の電気機械的な性質を利用した超小型のバンドパスフィルタの機能を有する。ＳＡＷデバイスにおいては、くし型電極のミクロンオーダーのピッチが敏感にフィルタ特性に反映される。ＬＴやＬＮの熱膨張係数は、シリコンの６倍程度（シリコン約２.６×１０^-6／Ｋに対してＬＴ約１６×１０^-6／Ｋ、ＬＮ約１５×１０^-6／Ｋ）と大きいため、ＬＴ基板やＬＮ基板をＳＡＷデバイスに用いる場合には、温度変化によるフィルタ特性の変化が大きな問題となる。このため、このような圧電基板の大きな熱伸縮を抑え込む、又はその他の方法で温度補償を行うことが行われている。

例えば、ＳＡＷデバイスを製造する際に、圧電基板に熱膨張係数の小さい基板を貼り合わせて圧電基板の温度変化による伸縮を抑制することが行われている。特許文献１には、直接接合法を用いてＬＴ基板とサファイア基板とを貼り合わせることが開示されている。また、特許文献２には、固層反応による接合を用いて圧電基板と単結晶基板とを接合することが開示されている。また、特許文献３には、親水化処理及び熱処理による接合を用いてＬＴ（ＬＮ）基板とシリコン基板とを接合することが開示されている。
特開２００４−３４３３５９号公報特開平９−２０８３９９号公報特許第２６０７１９９号公報

近年、ＳＡＷデバイスが搭載される携帯電話などにおいては、多くのシステムが並存する状態になっており、それらのシステムにおいて使用する周波数帯域が互いに隣接することが想定される。このような場合においては、周波数シフトをできるだけ小さくする（数ＭＨｚオーダー）ことが要求される。したがって、圧電基板に対しては、温度変化によるフィルタ特性ができるだけ変化しないことが要求される。しかしながら、従来技術のように、熱膨張係数の小さい基板を貼り合わせる方法で得られた圧電基板では、上記のように周波数シフトをより小さくするという要求に対応することができない。したがって、周波数シフトをより小さくするという要求に対応できる圧電基板が存在していないのが現状である。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、温度変化による伸縮が十分に抑えられて歩留まり良く圧電基板を得ることができる圧電基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の圧電基板の製造方法は、基板の一方の主面に溝加工を施して周縁部にリブを形成する工程と、前記溝加工により形成された溝部に、前記基板の線膨張係数よりも小さい第１材料を溶射により埋め込む工程と、を具備することを特徴とする。

この方法によれば、基板を薄膜化する際の加工で最も弱い周縁部にリブを設けるので、基板の薄膜化の際の基板の割れなどの損傷を防止することが可能となる。これにより、温度変化による伸縮が十分に抑えられて歩留まり良く圧電基板を得ることができる。

本発明の圧電基板の製造方法においては、前記溝加工は、前記基板の他方の主面の周縁部にマスクを形成する工程と、前記マスクを設けた前記基板の他方の主面にブラスト処理又は研削処理を行う工程と、を含むことが好ましい。

本発明の圧電基板の製造方法においては、前記溝加工は、周縁部において中央に向けて深さが深くなるような段差部を形成するように行われることが好ましい。

本発明の圧電基板の製造方法においては、前記基板を構成する材料は、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、四ホウ酸リチウム、及び酸化亜鉛からなる群より選ばれたものであることが好ましい。

本発明の圧電基板の製造方法においては、前記基板は、１０×１０^-6／Ｋ〜２０×１０^-6／Ｋの線膨張係数を有する第２材料で構成され、前記第１材料は、−１×１０^-6／Ｋ〜１０×１０^-6／Ｋの線膨張係数を有することが好ましい。

本発明によれば、基板の一方の主面に溝加工を施して周縁部にリブを形成し、前記溝加工により形成された溝部に、前記基板の線膨張係数よりも小さい材料を溶射により埋め込むので、温度変化による伸縮が十分に抑えられて歩留まり良く圧電基板を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
本発明の圧電基板の製造方法においては、基板の一方の主面に溝加工を施して周縁部にリブを形成し、前記溝加工により形成された溝部に、前記基板の線膨張係数よりも小さい材料を溶射により埋め込む。

基板としては、線膨張係数が１０×１０^-6／Ｋ〜２０×１０^-6／Ｋである材料を選択することが好ましい。基板を構成する材料としては、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、四ホウ酸リチウム、酸化亜鉛などを挙げることができる。なお、基板をＳＡＷデバイスに用いる場合には、ＳＡＷデバイスとしての特性を発揮させるために、基板を薄くする必要がある。

圧電基板に実装する電子デバイスとしては、ＳＡＷデバイスなどを挙げることができる。また、基板の他方の主面上には、デバイスに通常用いられる電子素子や回路パターンを挙げることができる。なお、電子素子や回路パターンの形状や形成方法については特に制限はない。

基板に電子素子などを設ける場合には保護基材を用いることが望ましい。この保護基材としては、基板の薄膜化処理の際に基板を支持し、保持できる剛性を持つものを用いることができる。このような保護基材としては、ガラス基板、金属基板、シリコン基板、プラスチック基板などを挙げることができる。また、この保護基材は、基板の電子素子側にホットワックスなどの接着剤や粘着材などを用いて配設することができる。

基板の一方の主面に溝加工を施して周縁部にリブを形成する場合、溝部は、基板の厚さが５０μｍ以下になるように形成する。したがって、周縁部のリブの高さは、基板の厚さから溝部の深さを差し引いた厚さとなる。溝加工としては、例えばブラスト処理や研削処理などを挙げることができる。ブラスト処理は、基板が保護基材で支持された状態において、基板と保護基材との間の接着剤のプロファイル沿って基板に対して施される。このため、基板と保護基材との間に接着剤が介在していても高い面内均一性で基板を薄膜化することが可能となる。この場合、基板の他方の主面の周縁部にマスクを形成し、このマスクを設けた基板の他方の主面にブラスト処理を行う。このマスクとしては、ブラストテープやメタルマスクなどを用いることができる。なお、ブラスト処理や研削処理の条件は、基板の材料に応じて適宜設定する。

溝加工により形成された溝部には、基板の線膨張係数よりも小さい材料を溶射により埋め込む。この材料としては、−１×１０^-6／Ｋ〜１０×１０^-6／Ｋの線膨張係数を有する材料であることが好ましい。このような材料としては、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｓｉ及びこれらの合金などの金属；酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素及びこれらの化合物の固溶体などのセラミックスなどが挙げられ、これら金属及び化合物の混合物でも良い。また、酸化による経時変化がなく、電気絶縁性が良く、線膨張係数が小さいことなどを考慮すると、アルミナ系の材料（例えば、アルミナ及びアルミナ−シリカ系）が好ましい。

基板に設けられた溝部に溶射膜を形成してなる構造体においては、基板の厚さが非常に薄いので、溶射膜が基板の剛性を保つ働きをする。したがって、基板に対する剛性などを考慮して、溶射膜の厚さを相対的に厚くする、例えば、基板及び溶射膜の全体の厚さとして０．０５ｍｍ〜２ｍｍ、特に、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍにすることが好ましい。このため、溶射膜は、基板の熱膨張を抑えると共に、基板の土台、すなわち基板の支持部材としての役割を果たす。

基板において溶射膜は、基板の熱膨張を抑える温度補償効果を発揮すると共に、割れや反りのない状態で厚膜に形成される必要がある。例えば、ＣＶＤ法やＰＶＤ法で形成された膜は、温度補償効果は発揮するが、成膜温度が比較的高いために、反りや割れを生じて不良率が大きくなってしまう。また、これらの方法による膜は、成膜時の応力が大きいので基板の土台としての役目を果たすほど厚く形成することはできない。このように、温度補償効果と膜の応力との間にはトレードオフの関係があり、この関係は基体の厚さに影響される。

溶射膜は１層で構成しても良く、複数層で構成しても良い。このように複数層で溶射膜を構成することにより、種々の材料を組み合わせることができるので、溶射膜の線膨張係数を容易に調整することが可能となる。さらに、アンダーコート（中間膜）を、基板と溶射膜との間に設けて、溶射膜の密着力を向上させても良い。また、基板の溝部の溶射膜被着面の粗さを調整して溶射膜の密着力を向上させても良い。なお、この場合におけるアンダーコートを構成する材料としては、溶射膜の密着力を向上させる効果を発揮するものであれば、特に制限されない。

溝加工により形成された溝部に溶射膜を形成した後には、溶射膜面を平滑にするために、溶射膜に対して研削加工を行う。この研削加工の際にマスクも除去される。

図１（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施の形態に係る圧電基板の製造方法を説明するための断面図である。まず、図１（ａ）に示すように、基板１１を準備し、その基板の一方の主面１１ａ上に保護基材１２を設ける。すなわち、基板１１の一方の主面１１ａ上に接着剤層１３を介して保護基材１２を取り付ける。

次いで、図１（ｂ）に示すように、基板１１の他方の主面１１ｂの周縁部にマスクであるブラストテープ１４を設ける。次いで、図１（ｃ）に示すように、ブラストテープ１４をマスクとして、基板１１の他方の主面１１ｂをブラスト処理することにより溝加工を施して周縁部（マスク領域）にリブ１１ｃを形成する。このリブ１１ｃで区画された領域が溝部１５となる。

ここで、基板１１に対して溝加工を行う場合、図２に示すように、周縁部において中央に向けて深さが深くなるような段差部１１ｄを形成するように行うことが好ましい。後述する溶射による成膜では、溝部１５の角部に応力が集中して成膜した溶射膜の端部がまくれ上がり易くなる。また、溝部１５の角部において、オーバーハングによるボイドが形成され易くなる。上記のように段差部１１ｄを設けることにより、溶射膜のまくれ上がりやボイドの発生を十分に防止することが可能となる。このような段差部１１ｄは、例えば、周縁からの幅が相対的に大きいマスクを用いてブラスト処理した後に、周縁からの幅が相対的に小さいマスクを用いて再びブラスト処理することにより形成することができる。なお、図２においては、段差部が２段である場合について示しているが、本発明において、段差部の段数については特に制限はない。

次いで、図１（ｄ）に示すように、溝加工により形成された溝部１５に、基板１１の線膨張係数よりも小さい材料を溶射により埋め込む。これにより、溝部１５に溶射膜１６を形成する。ここで、溶射法は、電気エネルギー（アーク、プラズマ）や燃焼エネルギーを熱源とし、この中に被着材料の粉末又は棒状材料を投入して、溶融又は半溶融状態の微粒子として基板の表面に吹き付け、皮膜を形成する方法である。溶射法を採用することにより、成膜中の基板１１への熱影響を極力抑えることが可能となる。

溶射法による成膜では、溶融又は半溶融状態の微粒子が基材に到達すると、基板１１上で急冷凝固され、微粒子に微細な割れが生じる。そして、このような微細な割れを有する微粒子が積層されて膜を構成する。したがって、溶射法により成膜された膜は、比較的ポーラスな状態であり、このため成膜後の応力が小さい。このため、基板１１から剥離することなく、厚い膜（数百μｍ程度）を成膜することが可能となる。その結果、基板１１上に、反りのない、厚い膜を形成することができる。

次いで、図１（ｅ）に示すように、基板１１の溝部１５に形成した溶射膜１６に対して研削加工を行って溶射膜１６の表面を平滑化する。この研削加工により、マスクであるブラストテープ１４も除去される。次いで、図１（ｆ）に示すように、基板１１の主面１１ａ側から保護基材１２を剥離して除去し、剥離面を洗浄することにより接着剤層１３を除去する。

本発明に係る方法においては、基板１１を薄膜化する際の加工で最も弱い周縁部にリブ１１ｃを設けるので、基板１１の薄膜化の際の基板１１の割れなどの損傷を防止することが可能となる。また、基板１１の薄膜化に用いるブラスト処理は、研削加工と異なり、基板１１が保護基材１２で支持された状態において、基板１１と保護基材１２との間の接着剤層１３のプロファイル沿って基板１１に対して施される。このため、基板１１と保護基材１３との間に接着剤層１４が介在していても高い面内均一性で基板１１を薄膜化することが可能となる。

次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
（実施例１）
線膨張係数が１６×１０^-6／Ｋであり、直径４インチ、厚さ０．２５ｍｍのタンタル酸リチウム製基板（ＬＴ基板）を準備した。なお、線膨張係数は、サーモプラス２（株式会社リガク社製）のシステムの熱機械分析装置（ＴＭＡ−８３１０）の示差膨張モードにおいて測定した（於工業技術センター）。

次いで、このＬＴ基板のパターン形成側にホットワックスを用いて厚さ５ｍｍのガラス基板を貼り合わせた。次いで、ＬＴ基板の一方の主面上の周縁部５ｍｍにブラストテープを貼り付けてマスキングを行った。次いで、ＬＴ基板の他方の主面にブラスト処理を施して深さ０．２２ｍｍの溝部を形成した。これにより、高さ０．２２ｍｍのリブがＬＴ基板の周縁部に形成され、ＬＴ基板の厚さが３０μｍとなった。

次いで、ＬＴ基板の溝部に、ムライト（アルミナ−シリカ）の粉末を溶射法により吹き付けて、ＬＴ基板の溝部に厚さ０．５ｍｍの溶射膜を形成した。なお、溶射処理は、直流プラズマ溶射装置を用いて、ＡｒとＨ₂のプラズマガスを使用し、電源出力４０ｋＷで行った。

次いで、ＬＴ基板に形成した溶射膜に研削加工を行ってＬＴ基板の厚さを350μｍに調整した。次いで、ＬＴ基板に貼り付けたガラス基板を剥離して、剥離面を洗浄してホットワックスを除去した。

ＬＴ基板の不良率を調べたところ約３０％であり、歩留まりが向上されたことが分かった。その結果を図３に示す。なお、不良率は、ウエハ割れ、クラック、溶射膜成膜時のボイドの発生のいずれかがあるものを不良品とし、ウエハ５０枚において何枚不良品があるかの割合で求めた。ウエハ割れ、クラック、溶射膜成膜時のボイドの発生は顕微鏡により目視で判断した。

（実施例２）
ＬＴ基板の溝部に図２に示すような段差部を設けること以外は実施例１と同様にしてＬＴ基板の溶射膜を形成した。この場合、ＬＴ基板の不良率を調べたところ約１０％であり、歩留まりが向上されたことが分かった。その結果を図３に併記する。

（比較例）
ＬＴ基板の周縁部にマスキングを行わずにブラスト処理を行うこと以外は実施例１と同様にしてＬＴ基板の溶射膜を形成した。この場合、ＬＴ基板の不良率を調べたところ約１００％であり、すべてのウエハに不良が発生したことが分かった。その結果を図３に併記する。

本発明は上記実施の形態に限定されず種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態における、寸法、数、材質などについては、これに限定されない。また、上記実施の形態においては、薄膜化にブラスト処理を採用した場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、薄膜化に研削処理を採用した場合にも同様に適用することができるその他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々変更して実施することができる。

（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施の形態に係る圧電基板の製造方法を説明するための断面図である。本発明の実施の形態に係る圧電基板の製造方法における溝加工の他の例を説明するための断面図である。本発明の実施の形態に係る圧電基板の製造方法の効果を説明するための図である。

符号の説明

１１基板
１１ａ，１１ｂ主面
１１ｃリブ
１１ｄ段差部
１２保護基材
１３接着剤層
１４ブラストテープ
１５溝部
１６溶射膜

Claims

基板の一方の主面に溝加工を施して周縁部にリブを形成する工程と、前記溝加工により形成された溝部に、前記基板の線膨張係数よりも小さい第１材料を溶射により埋め込む工程と、を具備することを特徴とする圧電基板の製造方法。
前記溝加工は、前記基板の他方の主面の周縁部にマスクを形成する工程と、前記マスクを設けた前記基板の他方の主面にブラスト処理又は研削処理を行う工程と、を含むことを特徴とする請求項１記載の圧電基板の製造方法。
前記溝加工は、周縁部において中央に向けて深さが深くなるような段差部を形成するように行われることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧電基板の製造方法。
前記基板を構成する材料は、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、四ホウ酸リチウム、及び酸化亜鉛からなる群より選ばれたものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧電基板の製造方法。
前記基板は、１０×１０^-6／Ｋ〜２０×１０^-6／Ｋの線膨張係数を有する第２材料で構成され、前記第１材料は、−１×１０^-6／Ｋ〜１０×１０^-6／Ｋの線膨張係数を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電基板の製造方法。