JPH07226638A - 複合圧電基板およびその製造方法 - Google Patents
複合圧電基板およびその製造方法Info
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- JPH07226638A JPH07226638A JP31635993A JP31635993A JPH07226638A JP H07226638 A JPH07226638 A JP H07226638A JP 31635993 A JP31635993 A JP 31635993A JP 31635993 A JP31635993 A JP 31635993A JP H07226638 A JPH07226638 A JP H07226638A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱的変動、機械的振動に対して安定で、励振
電極構成ならびに電極引き出し構成の自由度が高く、気
密封止が容易で、材料組合せ自由度の大きい圧電デバイ
スの構造と製造方法を提供するものである。 【構成】 圧電基板と金属保持基板が、界面の水素また
は酸素または水酸基の水素結合もしくは共有結合により
直接接合されていることを特徴とする複合圧電基板。
電極構成ならびに電極引き出し構成の自由度が高く、気
密封止が容易で、材料組合せ自由度の大きい圧電デバイ
スの構造と製造方法を提供するものである。 【構成】 圧電基板と金属保持基板が、界面の水素また
は酸素または水酸基の水素結合もしくは共有結合により
直接接合されていることを特徴とする複合圧電基板。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電フィルタ、圧電振
動子などの小型、軽量、高性能化に適し、熱や機械的振
動に対する安定性に優れた、圧電基板に直接接合された
電極を有する複合圧電基板に関する。
動子などの小型、軽量、高性能化に適し、熱や機械的振
動に対する安定性に優れた、圧電基板に直接接合された
電極を有する複合圧電基板に関する。
【0002】
【従来の技術】水晶振動子に代表される圧電効果を利用
した圧電デバイスは、各種発振器の共振器や共振型のフ
ィルタとして、無線通信機器に広く利用されている。こ
れらの素子は機械的に振動するため、その固定をどう行
うかがその性能と密接に関連している。バネやねじで機
械的に固定する方法は、簡便であるが、熱的変化や機械
的振動にたいして長期間安定なものを得ることが困難で
ある。各種有機系接着剤を用いて固定する方法も知られ
ているが、これらの接着剤は、やはり耐熱性が十分でな
く半田リフローなどを行うと、振動の周波数が変化する
ことがあり、使用上も、また製品を生産する上でも好ま
しくない。
した圧電デバイスは、各種発振器の共振器や共振型のフ
ィルタとして、無線通信機器に広く利用されている。こ
れらの素子は機械的に振動するため、その固定をどう行
うかがその性能と密接に関連している。バネやねじで機
械的に固定する方法は、簡便であるが、熱的変化や機械
的振動にたいして長期間安定なものを得ることが困難で
ある。各種有機系接着剤を用いて固定する方法も知られ
ているが、これらの接着剤は、やはり耐熱性が十分でな
く半田リフローなどを行うと、振動の周波数が変化する
ことがあり、使用上も、また製品を生産する上でも好ま
しくない。
【0003】これらの問題点を解決する一つの方法とし
て、特開平4−283957号に、水晶をシリコンに直
接接合する方法が知られている。これらの構造は、熱的
および機械的変化に対して極めて安定であるといった優
れた特徴を有している。ここで記述されている製造方法
は、接合する水晶およびシリコンの表面を清浄化したの
ち、接合予定表面を親水化処理して重ね合わせ熱処理を
行うという方法である。
て、特開平4−283957号に、水晶をシリコンに直
接接合する方法が知られている。これらの構造は、熱的
および機械的変化に対して極めて安定であるといった優
れた特徴を有している。ここで記述されている製造方法
は、接合する水晶およびシリコンの表面を清浄化したの
ち、接合予定表面を親水化処理して重ね合わせ熱処理を
行うという方法である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】接着剤を用いて圧電デ
バイスを固定する方法では、熱的変動、機械的振動に対
して特性が安定でない。また保持用基板と圧電デバイス
を直接接合する場合、電極層を介してその表面の親水化
および重ね合わせ熱処理により、直接接合することは困
難であった。そのため発振回路などを水晶振動子と接続
する場合に配線上ビアホールが必要であるなどの種々の
制約が加えられていた。
バイスを固定する方法では、熱的変動、機械的振動に対
して特性が安定でない。また保持用基板と圧電デバイス
を直接接合する場合、電極層を介してその表面の親水化
および重ね合わせ熱処理により、直接接合することは困
難であった。そのため発振回路などを水晶振動子と接続
する場合に配線上ビアホールが必要であるなどの種々の
制約が加えられていた。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、圧電基板と金属保持基板が、界面の水素または酸素
または水酸基の水素結合もしくは共有結合により接合さ
れているようにしたものである。
め、圧電基板と金属保持基板が、界面の水素または酸素
または水酸基の水素結合もしくは共有結合により接合さ
れているようにしたものである。
【0006】
【作用】上記のような構成と製造方法により、熱的変
動、機械的振動に対して安定で、電界印加電極構成なら
びに電極引き出し構成の自由度が大きく、気密封止が容
易であるなどの効果の得られるものである。
動、機械的振動に対して安定で、電界印加電極構成なら
びに電極引き出し構成の自由度が大きく、気密封止が容
易であるなどの効果の得られるものである。
【0007】
【実施例】以下本発明の実施例の複合圧電基板の構造と
その製造方法について、図面を参照しながら説明する。
その製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【0008】(実施例1)本発明の複合圧電基板の構造
の第1の実施例の断面構造を図1に示す。
の第1の実施例の断面構造を図1に示す。
【0009】図1において、1は金属保持基板、2は圧
電基板で、前記金属保持基板1に、水素または酸素また
は水酸基による水素結合または共有結合により直接接合
されている。
電基板で、前記金属保持基板1に、水素または酸素また
は水酸基による水素結合または共有結合により直接接合
されている。
【0010】ここで本発明で述べる直接接合について説
明する。基板表面を極めて清浄にし、表面を親水化処理
して純水に浸すと、基板表面には多数の水分子や水酸基
が吸着される。水酸基は酸素と水素からなる。この状態
で基板同士を重ね合わせると、水分子、水酸基などをを
介して水素結合や共有結合により、基板同士の初期の接
合が行われる。この様子を図2(a)に示す。図では非
常に代表的な場合を模式的に表わしたものである。
明する。基板表面を極めて清浄にし、表面を親水化処理
して純水に浸すと、基板表面には多数の水分子や水酸基
が吸着される。水酸基は酸素と水素からなる。この状態
で基板同士を重ね合わせると、水分子、水酸基などをを
介して水素結合や共有結合により、基板同士の初期の接
合が行われる。この様子を図2(a)に示す。図では非
常に代表的な場合を模式的に表わしたものである。
【0011】この状態で加熱していくと、次第に接合界
面から脱水がおこり、また水素が離脱することにより、
水酸基の重合が進み、接合は強化される。強化は水分子
や水酸基による水素結合から酸素を中心とする共有結合
の割合が増すことにより行われる。この様子を図2
(b)に示す。これも代表例を模式的に表わしたもので
ある。この状態は熱処理温度として、300−500℃
に多く見られる。
面から脱水がおこり、また水素が離脱することにより、
水酸基の重合が進み、接合は強化される。強化は水分子
や水酸基による水素結合から酸素を中心とする共有結合
の割合が増すことにより行われる。この様子を図2
(b)に示す。これも代表例を模式的に表わしたもので
ある。この状態は熱処理温度として、300−500℃
に多く見られる。
【0012】さらに温度を上げていくと、水素がさらに
離脱し、酸素を介しての結合が主となる。この様子を図
2(c)に示す。この結合は共有結合的なものとなり接
合強度はさらに強化される。界面に珪素がある場合は、
珪素も共有結合強化を促進する。
離脱し、酸素を介しての結合が主となる。この様子を図
2(c)に示す。この結合は共有結合的なものとなり接
合強度はさらに強化される。界面に珪素がある場合は、
珪素も共有結合強化を促進する。
【0013】図2は、いずれの図においても代表的な場
合を模式的に表わしたものであり、詳細は、基板の構成
元素や表面状態の影響を受ける。
合を模式的に表わしたものであり、詳細は、基板の構成
元素や表面状態の影響を受ける。
【0014】接合強度は300℃、1時間程度の熱処理
でも、容易に数10Kg/cm2の接合強度の値が得ら
れ、十分実用に耐えるものである。
でも、容易に数10Kg/cm2の接合強度の値が得ら
れ、十分実用に耐えるものである。
【0015】接合界面は、TEM(透過電子顕微鏡)観
察によれば、原子オーダーで接合されいる。
察によれば、原子オーダーで接合されいる。
【0016】有機物他の接着剤を用いて接着した場合
と、本実施例で説明した直接接合の違いと効果について
述べる。
と、本実施例で説明した直接接合の違いと効果について
述べる。
【0017】まず接着剤を用いて接着した場合は、必ず
接着界面に接着剤の層が残る。これは通常数μmから数
100μmになる。本実施例では数分子層から数原子層
の厚みで接合が可能となっている。これはTEM観察に
より確認している。そのため接合後の基板の上下面の平
行度は極めて良好なものとなる。接着剤を用いた場合
は、接着剤の厚みを原子オーダーで制御することは実質
的に不可能である。
接着界面に接着剤の層が残る。これは通常数μmから数
100μmになる。本実施例では数分子層から数原子層
の厚みで接合が可能となっている。これはTEM観察に
より確認している。そのため接合後の基板の上下面の平
行度は極めて良好なものとなる。接着剤を用いた場合
は、接着剤の厚みを原子オーダーで制御することは実質
的に不可能である。
【0018】このことから本実施例で述べた複合圧電基
板の場合、圧電基板表面の微細加工が可能になる。例え
ば表面弾性波デバイスを作る場合、圧電基板表面に微細
な櫛形電極を形成する必要がある。櫛形電極の幅はサブ
ミクロンの精度が要求される。櫛形電極の形成は電極を
真空蒸着などにより形成し、ホトリソグラフィーを用い
てマスクを形成し、エッチング加工により形成するのが
通常の方法である。サブミクロンのホトリソグラフィー
を行う場合、基板の上下面の平行度が十分でないと露光
の精度が十分とれず、良好な加工が得られない。
板の場合、圧電基板表面の微細加工が可能になる。例え
ば表面弾性波デバイスを作る場合、圧電基板表面に微細
な櫛形電極を形成する必要がある。櫛形電極の幅はサブ
ミクロンの精度が要求される。櫛形電極の形成は電極を
真空蒸着などにより形成し、ホトリソグラフィーを用い
てマスクを形成し、エッチング加工により形成するのが
通常の方法である。サブミクロンのホトリソグラフィー
を行う場合、基板の上下面の平行度が十分でないと露光
の精度が十分とれず、良好な加工が得られない。
【0019】また湿式エッチングやドライエッチングな
どの微細加工においては、エッチング剤としての酸や各
種ガスにさらされたり、高温にさらされる場合があり、
各種接着剤を用いた場合には、その化学的および熱的安
定性が重要な問題であるが、本実施例の場合には、そう
いった問題がなく、高精度微細加工が可能となる。
どの微細加工においては、エッチング剤としての酸や各
種ガスにさらされたり、高温にさらされる場合があり、
各種接着剤を用いた場合には、その化学的および熱的安
定性が重要な問題であるが、本実施例の場合には、そう
いった問題がなく、高精度微細加工が可能となる。
【0020】接着剤、とくに有機系のものは、高温まで
安定な状態で保つことが困難である。製造の途中で行わ
れる半田付け、半田リフロー(230℃程度)などの加
熱工程で特性が変化したり、またガスが発生して、基板
表面の特性を利用する圧電デバイス、例えば表面弾性波
デバイスなどには悪影響を与える。本実施例では接合の
ための熱処理温以下ではきわめて強固で安定である。ま
た界面には酸素、水素しかないため、デバイス化した時
に悪影響を与えるようなガスの発生がない。
安定な状態で保つことが困難である。製造の途中で行わ
れる半田付け、半田リフロー(230℃程度)などの加
熱工程で特性が変化したり、またガスが発生して、基板
表面の特性を利用する圧電デバイス、例えば表面弾性波
デバイスなどには悪影響を与える。本実施例では接合の
ための熱処理温以下ではきわめて強固で安定である。ま
た界面には酸素、水素しかないため、デバイス化した時
に悪影響を与えるようなガスの発生がない。
【0021】また本実施例の直接接合では、エピタキシ
ャル成長のように金属保持基板と圧電基板の組合せが限
られないので、異なる元素、結晶構造、結晶方位、格子
定数からなる材料の組合せが可能となるので、材料組合
せの自由度がきわめて大きくなる。
ャル成長のように金属保持基板と圧電基板の組合せが限
られないので、異なる元素、結晶構造、結晶方位、格子
定数からなる材料の組合せが可能となるので、材料組合
せの自由度がきわめて大きくなる。
【0022】接合界面が原子レベルで接合されているこ
と、および水素、酸素、基板構成元素以外の特別な元素
を介在させないことから、以下このような方法で行われ
た接合を、直接接合と呼ぶことにする。
と、および水素、酸素、基板構成元素以外の特別な元素
を介在させないことから、以下このような方法で行われ
た接合を、直接接合と呼ぶことにする。
【0023】圧電基板としては、水晶、ニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウム、ほう酸リチウム、ジルコンチ
タン酸鉛(PZT)やPZTを主成分としそれにランタ
ンを加えたPLZTなどの圧電基板を用いることができ
る。
ム、タンタル酸リチウム、ほう酸リチウム、ジルコンチ
タン酸鉛(PZT)やPZTを主成分としそれにランタ
ンを加えたPLZTなどの圧電基板を用いることができ
る。
【0024】金属保持基板としては、鉄、銅、タンタ
ル、タングステンなどの金属基板、ステンレス、アルミ
ニウムブロンズ、黄銅などの合金基板を用いることがで
きる。
ル、タングステンなどの金属基板、ステンレス、アルミ
ニウムブロンズ、黄銅などの合金基板を用いることがで
きる。
【0025】このような構成の複合圧電基板は、種々の
用途に用いられる。具体的には、例えば、図3に示すよ
うな圧電デバイスがある。
用途に用いられる。具体的には、例えば、図3に示すよ
うな圧電デバイスがある。
【0026】図3において、1、2は図1と同様、金属
保持基板および圧電基板であり、3は、金属保持基板1
の一部に設けた貫通孔で、4は、前記貫通孔3に露出し
ている圧電基板2の下面に形成された電極、5は、電極
4に対向して圧電基板2の上部に設けられた電極であ
る。6は、電極4と金属保持基板1を電気的に接続する
ための配線である。
保持基板および圧電基板であり、3は、金属保持基板1
の一部に設けた貫通孔で、4は、前記貫通孔3に露出し
ている圧電基板2の下面に形成された電極、5は、電極
4に対向して圧電基板2の上部に設けられた電極であ
る。6は、電極4と金属保持基板1を電気的に接続する
ための配線である。
【0027】本構造において、圧電基板2は圧電振動子
として動作し、、金属保持基板1は、その保持ならびに
励振用電極4に電気的接続をするための一方の電気配線
部ないしは電気端子としての役割を果している。
として動作し、、金属保持基板1は、その保持ならびに
励振用電極4に電気的接続をするための一方の電気配線
部ないしは電気端子としての役割を果している。
【0028】このような構成において、圧電デバイスの
励振用下電極である電極4と、配線ならびに電気端子の
役割を果たす保持基板1が同一平面上に存在しているた
め、保持基体にビアホールなどを設けて、保持基体下部
より配線を引き回す必要がないなど配線上の自由度が増
し有利である。
励振用下電極である電極4と、配線ならびに電気端子の
役割を果たす保持基板1が同一平面上に存在しているた
め、保持基体にビアホールなどを設けて、保持基体下部
より配線を引き回す必要がないなど配線上の自由度が増
し有利である。
【0029】図4は、他の構成例を示したものである。
図4において、1、2は図1と同様、金属保持基板およ
び圧電基板である。5は、圧電基板2の上部に設けられ
て圧電基板に電界を印加するための一方の電極、7は金
属保持基板1の一部をエッチングにより薄板化した肉薄
部である。この場合、肉薄部7が、圧電基板2に電界を
加えるための他方の電極となっている。
図4において、1、2は図1と同様、金属保持基板およ
び圧電基板である。5は、圧電基板2の上部に設けられ
て圧電基板に電界を印加するための一方の電極、7は金
属保持基板1の一部をエッチングにより薄板化した肉薄
部である。この場合、肉薄部7が、圧電基板2に電界を
加えるための他方の電極となっている。
【0030】本構造において、圧電基板2は圧電振動子
として動作し、金属保持基板1は、その保持ならびに励
振用の一方の電極としての役割を果している。
として動作し、金属保持基板1は、その保持ならびに励
振用の一方の電極としての役割を果している。
【0031】このような構成において、圧電デバイスの
励振用下電極の役割を果たす金属保持基板1の肉薄部7
と、配線ならびに電気端子の役割を果たす保持基板1が
同一平面上に存在しているため、保持基体にビアホール
などを設けて、保持基体下部より配線を引き回す必要が
ないなど配線上の自由度が増し有利である。
励振用下電極の役割を果たす金属保持基板1の肉薄部7
と、配線ならびに電気端子の役割を果たす保持基板1が
同一平面上に存在しているため、保持基体にビアホール
などを設けて、保持基体下部より配線を引き回す必要が
ないなど配線上の自由度が増し有利である。
【0032】図3および図4の実施例は、いずれも振動
部分を気密封止する場合、配線部分がすべて同一平面に
あることから、圧電基板2の上部のみを気密封止すれば
よい。したがって実装上も有利である。
部分を気密封止する場合、配線部分がすべて同一平面に
あることから、圧電基板2の上部のみを気密封止すれば
よい。したがって実装上も有利である。
【0033】圧電基板2と金属保持基板1とは、水素結
合または共有結合により直接接合されており、熱的変
化、および機械的振動に対してきわめて安定であり、長
期信頼性に優れた圧電デバイスが得られる。
合または共有結合により直接接合されており、熱的変
化、および機械的振動に対してきわめて安定であり、長
期信頼性に優れた圧電デバイスが得られる。
【0034】また接合界面に通常の意味での接着剤を用
いていないので、界面の接着剤のために、基板上下面の
平行度が悪くなることがないので、圧電基板表面に表面
弾性波(SAW)フィルタを形成する場合、ホトリソグ
ラフィーなどの高精度微細加工が可能となる。
いていないので、界面の接着剤のために、基板上下面の
平行度が悪くなることがないので、圧電基板表面に表面
弾性波(SAW)フィルタを形成する場合、ホトリソグ
ラフィーなどの高精度微細加工が可能となる。
【0035】(実施例2)本発明の複合圧電基板の好ま
しい構造の第1の実施例を図5に示す。図5において、
11は金属保持基板で、具体的にはステンレスまたはア
ルミニウムブロンズ(例えば90%Cu、5%Al、5
%Niからなる合金)または銅または黄銅、12は、タ
ンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムで、金属保持
基板11とタンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム
基板12は、実施例1で述べた直接接合により接合され
ている。
しい構造の第1の実施例を図5に示す。図5において、
11は金属保持基板で、具体的にはステンレスまたはア
ルミニウムブロンズ(例えば90%Cu、5%Al、5
%Niからなる合金)または銅または黄銅、12は、タ
ンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムで、金属保持
基板11とタンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム
基板12は、実施例1で述べた直接接合により接合され
ている。
【0036】直接接合においては、接合すべき基板の熱
膨張率をあわせると、熱処理温度が高温で可能となるの
で、接合強度が向上し、信頼性の高いものが得られる。
また直接接合の歩留まりが向上し、生産上有利である。
膨張率をあわせると、熱処理温度が高温で可能となるの
で、接合強度が向上し、信頼性の高いものが得られる。
また直接接合の歩留まりが向上し、生産上有利である。
【0037】タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムの
熱膨張率は結晶方位によって異なり、熱膨張率の大きい
方位、a軸方向では、タンタル酸リチウムが16x10
-6程度、ニオブ酸リチウムが、15x10-6 程度であ
る。
熱膨張率は結晶方位によって異なり、熱膨張率の大きい
方位、a軸方向では、タンタル酸リチウムが16x10
-6程度、ニオブ酸リチウムが、15x10-6 程度であ
る。
【0038】ステンレスの熱膨張率は15x10-6、、
アルミニウムブロンズの熱膨張率は16x10-6、銅の
熱膨張率は17x10-6 黄銅の熱膨張率は18x10
-6である。
アルミニウムブロンズの熱膨張率は16x10-6、銅の
熱膨張率は17x10-6 黄銅の熱膨張率は18x10
-6である。
【0039】タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムの
熱膨張率は結晶方位によって異なるが、熱膨張率の大き
い方の値と保持基板の熱膨張率を合わせることにより、
良好な直接接合が得られるので、これらの組合せでは、
いずれにおいても良好な直接接合が得られる。
熱膨張率は結晶方位によって異なるが、熱膨張率の大き
い方の値と保持基板の熱膨張率を合わせることにより、
良好な直接接合が得られるので、これらの組合せでは、
いずれにおいても良好な直接接合が得られる。
【0040】(実施例3)本発明の複合圧電基板の好ま
しい構造の第2の実施例を図6に示す。図6において、
21は金属保持基板で、具体的には鉄またはステンレス
または銅、22は、水晶またはほう酸リチウムで、金属
保持基板21と水晶またはほう酸リチウム22は、実施
例1で述べた直接接合により接合されている。
しい構造の第2の実施例を図6に示す。図6において、
21は金属保持基板で、具体的には鉄またはステンレス
または銅、22は、水晶またはほう酸リチウムで、金属
保持基板21と水晶またはほう酸リチウム22は、実施
例1で述べた直接接合により接合されている。
【0041】水晶およびほう酸リチウムの熱膨張率は、
結晶方位によって異なるが、大きい方で、水晶は12−
14x10-6、ほう酸リチウムは11x10-6 程度で
あり、鉄の熱膨張率は12x10-6、ステンレスの熱膨
張率は15x10-6 であることから良好な直接接合が
得られる。
結晶方位によって異なるが、大きい方で、水晶は12−
14x10-6、ほう酸リチウムは11x10-6 程度で
あり、鉄の熱膨張率は12x10-6、ステンレスの熱膨
張率は15x10-6 であることから良好な直接接合が
得られる。
【0042】これにより熱膨張率が基板同士でほぼ一致
するため、接合強度が向上し、信頼性の高いものが得ら
れる。また直接接合の歩留まりが向上し、生産上有利で
ある。
するため、接合強度が向上し、信頼性の高いものが得ら
れる。また直接接合の歩留まりが向上し、生産上有利で
ある。
【0043】(実施例4)本発明の複合圧電基板の好ま
しい構造の第3の実施例を図7に示す。図7において、
31は金属保持基板で、具体的にはタングステンまたは
タンタル、32は、PZTまたはPLZTで、金属保持
基板31とPZTまたはPLZT32は、実施例1で述
べた直接接合により接合されている。
しい構造の第3の実施例を図7に示す。図7において、
31は金属保持基板で、具体的にはタングステンまたは
タンタル、32は、PZTまたはPLZTで、金属保持
基板31とPZTまたはPLZT32は、実施例1で述
べた直接接合により接合されている。
【0044】PZTまたはPLZTの熱膨張率は、3−
6x10-6 程度であり、タングステンの熱膨張率は
4.5x10-6、タンタルの熱膨張率は6.3x10-6
であることから良好な直接接合が得られる。
6x10-6 程度であり、タングステンの熱膨張率は
4.5x10-6、タンタルの熱膨張率は6.3x10-6
であることから良好な直接接合が得られる。
【0045】これにより熱膨張率が基板同士でほぼ一致
するので、接合強度が向上し、信頼性の高いものが得ら
れる。また直接接合の歩留まりが向上し、生産上有利で
ある。
するので、接合強度が向上し、信頼性の高いものが得ら
れる。また直接接合の歩留まりが向上し、生産上有利で
ある。
【0046】(実施例5)本発明の複合圧電基板の好ま
しい構造の第4の実施例を図8に示す。図8において、
11は金属保持基板で、具体的にはステンレスまたはア
ルミニウムブロンズ(例えば90%Cu、5%Al、5
%Niからなる合金)または銅または黄銅、12は、タ
ンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムである。金属
保持基板11の表面には、珪素または珪素化合物からな
る無機薄膜層8が、真空蒸着、スパッタリング、化学気
相成長法などにより形成されている。無機薄膜層8の膜
厚は0.1−10μm程度である。
しい構造の第4の実施例を図8に示す。図8において、
11は金属保持基板で、具体的にはステンレスまたはア
ルミニウムブロンズ(例えば90%Cu、5%Al、5
%Niからなる合金)または銅または黄銅、12は、タ
ンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムである。金属
保持基板11の表面には、珪素または珪素化合物からな
る無機薄膜層8が、真空蒸着、スパッタリング、化学気
相成長法などにより形成されている。無機薄膜層8の膜
厚は0.1−10μm程度である。
【0047】金属保持基板11とタンタル酸リチウムま
たはニオブ酸リチウム基板12は、無機薄膜層8と圧電
基板12の界面で、実施例1で述べた直接接合により接
合されている。
たはニオブ酸リチウム基板12は、無機薄膜層8と圧電
基板12の界面で、実施例1で述べた直接接合により接
合されている。
【0048】このような構造においても実施例2と同
様、良好な直接接合が得られる。接合界面に無機薄膜層
を設けることにより、直接接合時に界面に多少のゴミが
あっても、無機薄膜層に取り込まれるため、接合強度が
向上するとともに、製造歩留まりが向上する。また無機
薄膜層に珪素または珪素化合物を用いることにより、珪
素が直接接合時の接合強度強化の過程で、共有結合を形
成しやすいため、良好な直接接合が得られる。珪素は多
結晶でも、非晶質でもよく、また珪素化合物としては、
酸化珪素や窒化珪素などである。
様、良好な直接接合が得られる。接合界面に無機薄膜層
を設けることにより、直接接合時に界面に多少のゴミが
あっても、無機薄膜層に取り込まれるため、接合強度が
向上するとともに、製造歩留まりが向上する。また無機
薄膜層に珪素または珪素化合物を用いることにより、珪
素が直接接合時の接合強度強化の過程で、共有結合を形
成しやすいため、良好な直接接合が得られる。珪素は多
結晶でも、非晶質でもよく、また珪素化合物としては、
酸化珪素や窒化珪素などである。
【0049】熱膨張率の直接接合に及ぼす効果は実施例
2と同様である。 (実施例6)本発明の複合圧電基板の好ましい構造の第
5の実施例を図9に示す。図9において、21は金属保
持基板で、具体的には鉄またはステンレスである。金属
保持基板21の表面には、実施例5と同様、珪素または
珪素化合物からなる無機薄膜層8が、真空蒸着、スパッ
タリング、化学気相成長法などにより形成されている。
無機薄膜層8の膜厚は0.1−10μm程度である。2
2は、水晶またはほう酸リチウムである。金属保持基板
21と水晶またはほう酸リチウム基板22は、無機薄膜
層8と圧電基板22の界面で、実施例1で述べた直接接
合により接合されている。
2と同様である。 (実施例6)本発明の複合圧電基板の好ましい構造の第
5の実施例を図9に示す。図9において、21は金属保
持基板で、具体的には鉄またはステンレスである。金属
保持基板21の表面には、実施例5と同様、珪素または
珪素化合物からなる無機薄膜層8が、真空蒸着、スパッ
タリング、化学気相成長法などにより形成されている。
無機薄膜層8の膜厚は0.1−10μm程度である。2
2は、水晶またはほう酸リチウムである。金属保持基板
21と水晶またはほう酸リチウム基板22は、無機薄膜
層8と圧電基板22の界面で、実施例1で述べた直接接
合により接合されている。
【0050】このような構造においても実施例3と同
様、良好な直接接合が得られる。接合界面に無機薄膜層
を設けた効果は、実施例5と同様である。珪素化合物と
しては、酸化珪素や窒化珪素などである。熱膨張率の直
接接合に及ぼす効果は実施例3と同様である。
様、良好な直接接合が得られる。接合界面に無機薄膜層
を設けた効果は、実施例5と同様である。珪素化合物と
しては、酸化珪素や窒化珪素などである。熱膨張率の直
接接合に及ぼす効果は実施例3と同様である。
【0051】(実施例7)本発明の複合圧電基板の好ま
しい構造の第6の実施例を図10に示す。図10におい
て、31は金属保持基板で、具体的にはタングステンま
たはタンタルである。金属保持基板31の表面には、実
施例5と同様、珪素または珪素化合物からなる無機薄膜
層8が、真空蒸着、スパッタリング、化学気相成長法な
どにより形成されている。無機薄膜層8の膜厚は0.1
−10μm程度である。32は、PZTまたはPLZT
である。金属保持基板31とPZTまたはPLZT基板
32は、無機薄膜層8と圧電基板32の界面で、実施例
1で述べた直接接合により接合されている。
しい構造の第6の実施例を図10に示す。図10におい
て、31は金属保持基板で、具体的にはタングステンま
たはタンタルである。金属保持基板31の表面には、実
施例5と同様、珪素または珪素化合物からなる無機薄膜
層8が、真空蒸着、スパッタリング、化学気相成長法な
どにより形成されている。無機薄膜層8の膜厚は0.1
−10μm程度である。32は、PZTまたはPLZT
である。金属保持基板31とPZTまたはPLZT基板
32は、無機薄膜層8と圧電基板32の界面で、実施例
1で述べた直接接合により接合されている。
【0052】このような構造においても実施例4と同
様、良好な直接接合が得られる。接合界面に無機薄膜層
を設けた効果は、実施例5と同様である。珪素化合物と
しては、酸化珪素や窒化珪素などである。熱膨張率の直
接接合に及ぼす効果は実施例4と同様である。
様、良好な直接接合が得られる。接合界面に無機薄膜層
を設けた効果は、実施例5と同様である。珪素化合物と
しては、酸化珪素や窒化珪素などである。熱膨張率の直
接接合に及ぼす効果は実施例4と同様である。
【0053】(実施例8)本実施例の構造の複合圧電基
板の製造方法の第1の例を説明する。接合しようとする
圧電基板を研磨により平坦化し、さらに表面が鏡面状態
になるまで研磨する。次に接合予定部表面を、洗剤、各
種溶剤により極めて清浄にする。金属保持基板側表面も
同様に処理する。次に、接合予定部表面を親水化する。
具体的には、親水処理液として、例えばアンモニア−過
酸化水素系水溶液を用い、この溶液に浸した後、純水洗
浄すればよい。
板の製造方法の第1の例を説明する。接合しようとする
圧電基板を研磨により平坦化し、さらに表面が鏡面状態
になるまで研磨する。次に接合予定部表面を、洗剤、各
種溶剤により極めて清浄にする。金属保持基板側表面も
同様に処理する。次に、接合予定部表面を親水化する。
具体的には、親水処理液として、例えばアンモニア−過
酸化水素系水溶液を用い、この溶液に浸した後、純水洗
浄すればよい。
【0054】この後、清浄な雰囲気中で、基板同士をを
重ね合わせて加熱することにより、表面に吸着した水構
成成分である、水素、酸素、水酸基のファンーデアーワ
ールス力により、界面で基板同士の接合が行われ、加熱
により強化される。接合初期は、表面に吸着した水素、
水酸基による水素結合や共有結合により行われる。
重ね合わせて加熱することにより、表面に吸着した水構
成成分である、水素、酸素、水酸基のファンーデアーワ
ールス力により、界面で基板同士の接合が行われ、加熱
により強化される。接合初期は、表面に吸着した水素、
水酸基による水素結合や共有結合により行われる。
【0055】100℃−1000℃程度の温度で数分か
ら数時間熱処理すると、界面から水素が離脱し、酸素の
関与した共有結合性となり接合は強化される。
ら数時間熱処理すると、界面から水素が離脱し、酸素の
関与した共有結合性となり接合は強化される。
【0056】圧電基板として、水晶、ニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウム、ほう酸リチウムならびにPZ
T、PLZTなどを用い、金属保持基板として、ステン
レス、アルミニウムブロンズ、銅、黄銅、タングステ
ン、タンタル基板などを用いることにより、上記製造方
法により、接合は水素結合もしくは共有結合により、熱
的、機械的に安定で、気密性のある接合が得られる。界
面にとくに接着剤などを用いないので直接接合されてい
る。
ム、タンタル酸リチウム、ほう酸リチウムならびにPZ
T、PLZTなどを用い、金属保持基板として、ステン
レス、アルミニウムブロンズ、銅、黄銅、タングステ
ン、タンタル基板などを用いることにより、上記製造方
法により、接合は水素結合もしくは共有結合により、熱
的、機械的に安定で、気密性のある接合が得られる。界
面にとくに接着剤などを用いないので直接接合されてい
る。
【0057】このような方法で作成した複合圧電基板
は、原子レベルでの接合が行われていることから、熱的
変化、機械的変動に対して、極めて安定な特性が得られ
た。具体的には、400℃以上で熱処理した場合、32
0℃の半田づけ処理にたいして、初期特性の変動はほと
んど見られない。
は、原子レベルでの接合が行われていることから、熱的
変化、機械的変動に対して、極めて安定な特性が得られ
た。具体的には、400℃以上で熱処理した場合、32
0℃の半田づけ処理にたいして、初期特性の変動はほと
んど見られない。
【0058】(実施例9)本実施例の構造の複合圧電基
板の製造方法の第2の例を説明する。
板の製造方法の第2の例を説明する。
【0059】実施例8と同様、接合しようとする金属保
持基板を研磨により平坦化し、さらに表面が鏡面状態に
なるまで研磨する。次にその接合する側の表面に、珪素
もしくは珪素化合物膜を、真空蒸着、スパッタリング、
化学気相成長法などのより、形成する。膜厚は。0.1
−10μm程度である。
持基板を研磨により平坦化し、さらに表面が鏡面状態に
なるまで研磨する。次にその接合する側の表面に、珪素
もしくは珪素化合物膜を、真空蒸着、スパッタリング、
化学気相成長法などのより、形成する。膜厚は。0.1
−10μm程度である。
【0060】圧電基板側表面は、実施例8と同様、やは
り研磨しておく。以下は、実施例8と同様にして、両基
板の接合予定部表面を、洗剤、各種溶剤により極めて清
浄にし、親水化する。具体的には、親水処理液として、
例えばアンモニア−過酸化水素系水溶液を用い、この溶
液に浸した後、純水洗浄すればよい。
り研磨しておく。以下は、実施例8と同様にして、両基
板の接合予定部表面を、洗剤、各種溶剤により極めて清
浄にし、親水化する。具体的には、親水処理液として、
例えばアンモニア−過酸化水素系水溶液を用い、この溶
液に浸した後、純水洗浄すればよい。
【0061】この後、清浄な雰囲気中で、基板同士をを
重ね合わせて加熱することにより、表面に吸着した水構
成成分である、水素、酸素、水酸基のファンーデアーワ
ールス力により、界面で基板同士の接合が行われ、加熱
により強化される。接合初期は、表面に吸着した水素、
水酸基による水素結合や共有結合により行われる。
重ね合わせて加熱することにより、表面に吸着した水構
成成分である、水素、酸素、水酸基のファンーデアーワ
ールス力により、界面で基板同士の接合が行われ、加熱
により強化される。接合初期は、表面に吸着した水素、
水酸基による水素結合や共有結合により行われる。
【0062】100℃−1000℃程度の温度で数分か
ら数時間熱処理すると、界面から水素が離脱し、酸素の
関与した共有結合性となり接合は強化される。
ら数時間熱処理すると、界面から水素が離脱し、酸素の
関与した共有結合性となり接合は強化される。
【0063】無機薄膜層として、珪素または珪素化合物
層を用いることにより、膜中の珪素が共有結合を促進
し、接合は、実施例8の場合よりもより容易に行われ
る。
層を用いることにより、膜中の珪素が共有結合を促進
し、接合は、実施例8の場合よりもより容易に行われ
る。
【0064】圧電基板として、水晶、ニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウム、ほう酸リチウムならびにPZ
T、PLZTなどを用い、金属保持基板として、ステン
レス、アルミニウムブロンズ、銅、黄銅、タングステ
ン、タンタル基板などを用いることにより、上記製造方
法により、接合は水素結合もしくは共有結合により、熱
的、機械的に安定で、気密性のある接合が得られる。界
面にとくに接着剤などを用いないので直接接合されてい
る。
ム、タンタル酸リチウム、ほう酸リチウムならびにPZ
T、PLZTなどを用い、金属保持基板として、ステン
レス、アルミニウムブロンズ、銅、黄銅、タングステ
ン、タンタル基板などを用いることにより、上記製造方
法により、接合は水素結合もしくは共有結合により、熱
的、機械的に安定で、気密性のある接合が得られる。界
面にとくに接着剤などを用いないので直接接合されてい
る。
【0065】このような方法で作成した複合圧電基板
は、原子レベルでの接合が行われていることから、熱的
変化、機械的変動に対して、極めて安定な特性が得られ
た。具体的には、400℃以上で熱処理した場合、32
0℃の半田づけ処理にたいして、初期特性の変動はほと
んど見られない。
は、原子レベルでの接合が行われていることから、熱的
変化、機械的変動に対して、極めて安定な特性が得られ
た。具体的には、400℃以上で熱処理した場合、32
0℃の半田づけ処理にたいして、初期特性の変動はほと
んど見られない。
【0066】
【発明の効果】本発明は、上記のような構成と製造方法
により、熱的変動、機械的振動に対して安定である。
により、熱的変動、機械的振動に対して安定である。
【0067】また圧電デバイスに電圧を印加するための
電極構成ならびに電極引き出し構成の自由度が高く、ま
た気密封止の容易な圧電デバイスを提供するものであ
る。
電極構成ならびに電極引き出し構成の自由度が高く、ま
た気密封止の容易な圧電デバイスを提供するものであ
る。
【0068】また材料組合せの自由度が大きく、結晶方
位などの選定の自由度が大きい。
位などの選定の自由度が大きい。
【図1】本発明の第1の実施例の構造図
【図2】本発明の直接接合の説明原理図
【図3】本発明の第1の実施例の応用部品の構成図
【図4】本発明の第1の実施例の応用部品の構成図
【図5】本発明の好ましい第1の実施例の構造図
【図6】本発明の好ましい第2の実施例の構造図
【図7】本発明の好ましい第3の実施例の構造図
【図8】本発明の好ましい第4の実施例の構造図
【図9】本発明の好ましい第5の実施例の構造図
【図10】本発明の好ましい第6の実施例の構造図
1 金属保持基板 2 圧電基板 3 金属保持基板の貫通孔部 4、5 電極 6 配線 7 金属保持基板肉薄部 8 無機薄膜層 11 ステンレスまたはアルミニウムブロンズまたは銅
または黄銅 12 タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム 21 鉄またはステンレスまたは銅 22 水晶またはほう酸リチウム 31 タングステンまたはタンタル 32 PZTまたはPLZT
または黄銅 12 タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム 21 鉄またはステンレスまたは銅 22 水晶またはほう酸リチウム 31 タングステンまたはタンタル 32 PZTまたはPLZT
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03H 9/17 F 7719−5J G 7719−5J (72)発明者 杉本 雅人 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (10)
- 【請求項1】圧電基板と金属保持基板が、界面の水素ま
たは酸素または水酸基の水素結合もしくは共有結合によ
り直接接合されていることを特徴とする複合圧電基板。 - 【請求項2】圧電基板と金属保持基板からなり、前記基
板の少なくとも一方の基板表面に、無機薄膜層を有し、
前記基板同士が、前記無機薄膜層と他方の基板との界面
の水素または酸素または水酸基の水素結合もしくは共有
結合により直接接合されていることを特徴とする複合圧
電基板。 - 【請求項3】圧電基板が水晶またはニオブ酸リチウムま
たはタンタル酸リチウムまたはほう酸リチウムであり、
金属保持基板がステンレスまたはアルミニウムブロンズ
または銅または黄銅または鉄であることを特徴とする請
求項1または2記載の複合圧電基板。 - 【請求項4】圧電基板がジルコンチタン酸鉛を主成分と
し、金属保持基板が、タングステンまたはタンタルであ
ることを特徴とする請求項1または2記載の複合圧電基
板。 - 【請求項5】無機薄膜層が珪素または珪素化合物である
ことを特徴とする請求項2記載の複合圧電基板。 - 【請求項6】珪素化合物が酸化珪素もしくは窒化珪素で
あることを特徴とする請求項5記載の複合圧電基板。 - 【請求項7】圧電基板と金属保持基板の熱膨張率がほぼ
同じであることを特徴とする請求項1記載の複合圧電基
板。 - 【請求項8】金属保持基板が、圧電基板に電界を加える
ための少なくとも一方の電極となっているか、または前
記圧電基板に設けられた電極に電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項1または2記載の複合圧電基
板。 - 【請求項9】圧電基板および金属保持基板の、接合予定
部表面を、極めて清浄にし、さらに親水化処理し、重ね
合わせて熱処理することにより、前記圧電基板を前記金
属保持基板に直接接合することを特徴とする複合圧電基
板の製造方法。 - 【請求項10】圧電基板および金属保持基板の、少なく
とも一方の接合予定部表面に、無機薄膜層を形成し、そ
の表面ならびに他方の基板表面の接合予定部を、極めて
清浄にし、さらに親水化処理し、重ね合わせて熱処理す
ることにより、前記圧電基板を前記金属保持基板に、前
記無機薄膜層を介して直接接合することを特徴とする複
合圧電基板の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31635993A JPH07226638A (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | 複合圧電基板およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31635993A JPH07226638A (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | 複合圧電基板およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07226638A true JPH07226638A (ja) | 1995-08-22 |
Family
ID=18076227
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31635993A Pending JPH07226638A (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | 複合圧電基板およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07226638A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010158083A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-15 | Chuo Univ | 超音波モータ |
JP2017181191A (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | シチズンファインデバイス株式会社 | 圧力検出装置および圧電素子 |
JP2018026695A (ja) * | 2016-08-10 | 2018-02-15 | 株式会社日本製鋼所 | 接合基板、弾性表面波素子、弾性表面波デバイスおよび接合基板の製造方法 |
US11777469B2 (en) | 2017-06-14 | 2023-10-03 | The Japan Steel Works, Ltd. | Bonded substrate, surface acoustic wave element, surface acoustic wave element device, and bonded substrate manufacturing method |
-
1993
- 1993-12-16 JP JP31635993A patent/JPH07226638A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010158083A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-15 | Chuo Univ | 超音波モータ |
JP2017181191A (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | シチズンファインデバイス株式会社 | 圧力検出装置および圧電素子 |
JP2018026695A (ja) * | 2016-08-10 | 2018-02-15 | 株式会社日本製鋼所 | 接合基板、弾性表面波素子、弾性表面波デバイスおよび接合基板の製造方法 |
US11502665B2 (en) | 2016-08-10 | 2022-11-15 | The Japan Steel Works, Ltd. | Method of manufacturing bonded substrate |
US11777469B2 (en) | 2017-06-14 | 2023-10-03 | The Japan Steel Works, Ltd. | Bonded substrate, surface acoustic wave element, surface acoustic wave element device, and bonded substrate manufacturing method |
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