TWI775961B - 陶瓷基板、積層體及saw元件 - Google Patents
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Abstract
陶瓷基板係由多晶陶瓷所構成且具有支持主面之陶瓷基板。陶瓷基板係於支持主面中，多晶陶瓷之晶粒直徑之平均值為15 μm以上且未達40 μm，且標準偏差未達上述平均值之1.5倍。
Description
本發明係關於一種陶瓷基板、積層體及SAW元件。
於行動電話機等通訊機器之內部，以去除電氣訊號中所包含之雜訊為目的而配置有SAW元件(Surface Acoustic Wave Device；表面聲波元件)。SAW元件具有於壓電體基板上形成有電極之構造。而且，以使用時之散熱為目的，壓電體基板配置於由散熱性較高之材料所構成之基底基板上。
作為基底基板，可採用例如由單晶藍寶石所構成之基板。但是，若採用由單晶藍寶石所構成之基板作為基底基板，則存在SAW元件之製造成本上升之問題。對此，提出了採用由多晶尖晶石所構成之陶瓷基板作為基底基板，且具有使壓電體基板與陶瓷基板藉由凡得瓦力(van der Waals force)結合而成之構造之SAW元件(例如，參照專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-66818號公報
於陶瓷基板與壓電體基板之接合強度不充足之情形時，於SAW元件之製造製程中陶瓷基板與壓電體基板分離，而成為使SAW元件之製造中之產率變差之原因。為了進一步降低SAW元件之製造成本，要求使陶瓷基板與壓電體基板之接合強度進一步增大。
因此，本發明之目的之一在於提供一種能夠使陶瓷基板與壓電體基板以充足之接合強度結合之陶瓷基板、包含該陶瓷基板之積層體及SAW元件。
本發明之陶瓷基板係由多晶陶瓷所構成且具有支持主面之陶瓷基板。於支持主面中，多晶陶瓷之晶粒直徑之平均值為15μm以上且未達40μm，且標準偏差未達上述平均值之1.5倍。
根據本發明之陶瓷基板，可提供一種能夠使陶瓷基板與壓電體基板以充足之接合強度結合之陶瓷基板。
1:積層體
10:陶瓷基板
10A:晶粒
11:支持主面
20:壓電體基板
21:露出主面
22:結合主面
30:輸入側電極
31:第1部分
31A:基底部
31B:突出部
32:第2部分
32A:基底部
32B:突出部
40:輸出側電極
41:第1部分
41A:基底部
41B:突出部
42:第2部分
42A:基底部
42B:突出部
51:輸入側配線
61:輸出側配線
100:SAW元件
圖1係表示包含陶瓷基板及壓電體基板之積層體之構造之概略剖面圖。
圖2係表示陶瓷基板之支持主面之概略俯視圖。
圖3係表示陶瓷基板、積層體及SAW元件之製造方法之概略之流程圖。
圖4係用以說明積層體及SAW元件之製造方法之概略剖面圖。
圖5係用以說明積層體及SAW元件之製造方法之概略剖面圖。
圖6係用以說明積層體及SAW元件之製造方法之概略剖面圖。
圖7係用以說明積層體及SAW元件之製造方法之概略圖。
圖8係表示SAW元件之構造之概略圖。
[本發明之實施形態之說明]
首先，列舉本發明之實施態樣來進行說明。本發明之陶瓷基板係由多晶陶瓷所構成且具有支持主面之陶瓷基板。該陶瓷基板係於支持主面中，多晶陶瓷之晶粒直徑之平均值為15μm以上且未達40μm，且標準偏差未達上述平均值之1.5倍。
根據本發明者等人之研究，陶瓷基板與壓電體基板之接合強度可藉由將陶瓷基板之支持主面中之晶粒直徑之平均值設為15μm以上且未達40μm而提高。但是，即便支持主面中之晶粒直徑之平均值為15μm以上且未達40μm，亦存在陶瓷基板與壓電體基板之接合強度變得不充足之情形。針對其原因進一步進行了研究之結果，明顯確定了即便支持主面中之晶粒直徑之平均值為15μm以上且未達40μm，於晶粒直徑之偏差較大之情形時、更具體而言於晶粒直徑之標準偏差為平均值之1.5倍以上之情形時，陶瓷基板與壓電體基板之接合強度亦變得不充足。因此，為了使陶瓷基板與壓電體基板以充足之接合強度結合，不僅要將支持主面中之晶粒直徑之平均值設為15μm以上且未達40μm，而且必須將晶粒直徑之標準偏差設為未達平均值之1.5倍。
於本發明之陶瓷基板中，支持主面中之多晶陶瓷之晶粒直徑之平均值被設為15μm以上且未達40μm，並且晶粒直徑之標準偏差被設為未達平均值之1.5倍。其結果，根據本發明之陶瓷基板，可使陶瓷基板與壓電體基板以充足之接合強度結合。
於上述陶瓷基板中，上述支持主面中之殘留應力之值亦可為-300MPa以上且300MPa以下。於SAW元件之製造製程中，對於將陶瓷基板與壓電體基板貼合而成之積層體賦予包含加熱及冷卻之熱循環。其結果，存在陶瓷基板與壓電體基板之接合強度變得不充分之情形。藉由將支持主面中之殘留應力之絕
對值設為300MPa以下，即便於賦予了此種熱循環之情形時，亦變得容易維持充分之接合強度。於此，關於殘留應力之值，以負值表示壓縮應力，以正值表示拉伸應力。殘留應力之值可使用例如X射線繞射裝置進行測定。
上述陶瓷基板亦可以選自由尖晶石(MgAl2O4)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化矽(SiO2)、莫來石(3Al2O3．2SiO2)、堇青石(2MgO．2Al2O3．5SiO2)、氧化鈣(CaO)、氧化鈦(TiO2)、氮化矽(Si3N4)、氮化鋁(AlN)及碳化矽(SiC)所組成之群組中之1種以上之材料構成。該等材料可較佳地用作構成本發明之陶瓷基板之材料。該等材料中，較佳為尖晶石。
本發明之積層體具備：上述本發明之陶瓷基板；及壓電體基板，其由壓電體所構成且具有結合主面；且上述陶瓷基板之上述支持主面與上述壓電體基板之上述結合主面藉由凡得瓦力而結合。本發明之積層體包含上述本發明之陶瓷基板。因此，根據本發明之積層體，可使陶瓷基板與壓電體基板以充足之接合強度結合。
於上述積層體中，壓電體基板亦可由鉭酸鋰(LiTaO3)或鈮酸鋰(LiNbO3)所構成。該等材料可較佳地用作構成本發明之積層體中之壓電體基板之材料。
本發明之SAW元件具備：上述本發明之積層體；及電極，其形成於壓電體基板之與陶瓷基板為相反側之主面上。本發明之SAW元件包含上述本發明之陶瓷基板。因此，根據本發明之SAW元件，可獲得使陶瓷基板與壓電體基板以充足之接合強度結合而成之SAW元件。
[本發明之實施形態之詳細情況]
其次，以下，一面參照圖式，一面對本發明之陶瓷基板及積層體之一實施形態進行說明。另外，於以下之圖式中，對相同或相當之部分標註相同之參考編號，不重複其說明。
參照圖1及圖2，本實施形態中之陶瓷基板10係由多晶陶瓷所構成，且具有用以支持作為另一基板之壓電體基板20之支持主面11。即，陶瓷基板10為多個晶粒10A之集合體。如圖2所示，於支持主面11，露出多個晶粒10A。於支持主面11中，晶粒10A之直徑(晶粒直徑)之平均值為15μm以上且未達40μm，且標準偏差未達上述平均值之1.5倍。於此，各晶粒10A之晶粒直徑例如可以如下方式決定。首先，藉由顯微鏡觀察支持主面11，來調查晶粒10A之面積。然後，將對應於該面積之圓之直徑設為晶粒直徑。晶粒直徑之平均值例如可藉由利用顯微鏡觀察支持主面11之複數個區域，並算出該區域內之晶粒直徑之算術平均而導出。
參照圖1，本實施形態中之積層體1具備陶瓷基板10及壓電體基板20。壓電體基板20係由例如單晶鉭酸鋰、單晶鈮酸鋰等單晶之壓電體所構成。陶瓷基板10係由多晶陶瓷所構成，該多晶陶瓷係以選自由尖晶石、氧化鋁、氧化鎂、氧化矽、莫來石、堇青石、氧化鈣、氧化鈦、氮化矽、氮化鋁及碳化矽所組成之群組中之一種以上、較佳為任一種材料構成。
壓電體基板20具有作為一主面之露出主面21、及作為與露出主面21為相反側之主面之結合主面22。壓電體基板20係以其結合主面22接觸於陶瓷基板10之支持主面11之方式配置。陶瓷基板10與壓電體基板20係藉由凡得瓦力而結合。
於陶瓷基板10中，支持主面11中之多晶陶瓷之晶粒直徑之平均值被設為15μm以上且未達40μm，並且晶粒直徑之標準偏差被設為未達平均值之1.5倍。因此，陶瓷基板10成為能夠使陶瓷基板10與壓電體基板20以充足之接合強度結合之陶瓷基板。又，積層體1包含陶瓷基板10。因此，積層體1成為陶瓷基板10與壓電體基板20以充足之接合強度結合而成之積層體。
於陶瓷基板10中，支持主面11中之殘留應力之值較佳為-300MPa
以上且300MPa以下。藉由如此將支持主面11中之殘留應力之絕對值設為300MPa以下，即便於在SAW元件之製造製程中賦予了熱循環之情形時，亦可維持陶瓷基板10與壓電體基板20之間之充足之接合強度。支持主面11中之殘留應力之值更佳為-200MPa以上且200MPa以下，再更佳為-100MPa以上且100MPa以下。
於陶瓷基板10之支持主面11中，晶粒直徑之標準偏差更佳為未達平均值之1倍。藉此，可使陶瓷基板10與壓電體基板20更確實地以充足之接合強度結合。
其次，對本實施形態中之陶瓷基板10、積層體1及SAW元件100之製造方法進行說明。參照圖3，於本實施形態之陶瓷基板10、積層體1及SAW元件100之製造方法中，首先，實施基板準備步驟作為步驟(S10)。於該步驟(S10)中，參照圖4，準備由多晶陶瓷所構成之陶瓷基板10，該多晶陶瓷係以選自由尖晶石、氧化鋁、氧化鎂、氧化矽、莫來石、堇青石、氧化鈣、氧化鈦、氮化矽、氮化鋁及碳化矽所組成之群組中之1種以上之材料構成。例如，準備以由選自上述群中之任一種材料構成之多晶陶瓷所構成之陶瓷基板10。具體而言，於準備例如由多晶尖晶石所構成之陶瓷基板10之情形時，將氧化鎂粉末與氧化鋁粉末混合而準備原料粉末，並藉由成形而製作成形體。成形體可藉由在利用例如壓縮成形而實施預成形之後，實施CIP(Cold Isostatic Press)而製作。
其次，對成形體實施燒結處理。燒結處理可藉由例如真空燒結法、HIP(Hot Isostatic Press)等方法而實施。藉此，獲得燒結體。其後，藉由對燒結體實施切片加工，而獲得具有所期望之形狀(厚度)之陶瓷基板10(參照圖4)。於此，晶粒10A之大小及其偏差可藉由調整燒結時之升溫速度、燒結溫度及燒結時之保持時間，而調整至所期望之值之範圍。具體而言，升溫速度可設為例如0.5℃/分鐘以上且5℃/分鐘以下。燒結溫度可設為例如1500℃以上且2000℃以下。燒結時之保持時間可設為例如2小時以上且10小時以下。藉由如此調整升溫速度、
燒結溫度及燒結時間，而變得容易將晶粒直徑之平均值設為15μm以上且未達40μm，並且將晶粒直徑之標準偏差設為未達上述平均值之1.5倍。
其次，實施粗研磨步驟作為步驟(S20)。於該步驟(S20)中，參照圖4，對步驟(S10)中所準備之陶瓷基板10之支持主面11實施粗研磨處理。
其次，實施退火步驟作為步驟(S30)。於該步驟(S30)中，對陶瓷基板10實施退火。具體而言，例如將於步驟(S20)中實施研磨後之陶瓷基板加熱至1000℃以上且1500℃以下之溫度區域，並保持2小時以上且10小時以下之時間。藉此，於步驟(S10)~(S20)中導入至陶瓷基板10之殘留應力降低。其結果，變得容易將支持主面11中之殘留應力之值設為-300MPa以上且300MPa以下。
其次，實施精研磨步驟作為步驟(S40)。於該步驟(S40)中，參照圖4，對在步驟(S30)中經退火後之陶瓷基板10之支持主面11實施精研磨處理。藉此，本實施形態之陶瓷基板10完成。
其次，實施貼合步驟作為步驟(S50)。於該步驟(S50)中，將於步驟(S40)中實施精研磨後之陶瓷基板10、與另外準備之由鉭酸鋰或鈮酸鋰所構成之壓電體基板20貼合。具體而言，例如，於將陶瓷基板10及壓電體基板20洗淨並乾燥之後，***至腔室內，並將腔室內減壓。然後，如圖4中由箭頭表示般，對支持主面11及結合主面22，照射例如Ar(氬)光束。藉此，陶瓷基板10之支持主面11及壓電體基板20之結合主面22被設為清潔之狀態。其後，以壓電體基板20之結合主面22與陶瓷基板10之支持主面11接觸之方式，將陶瓷基板10與壓電體基板20貼合。藉此，陶瓷基板10與壓電體基板20藉由凡得瓦力而結合。其結果，獲得本實施形態之積層體1。
接著，對使用包含陶瓷基板10之積層體1之SAW元件之製造方法進行說明。參照圖3，繼步驟(S50)之後，實施減厚步驟作為步驟(S60)。於
該步驟(S60)中，參照圖1及圖5，對步驟(S50)中所獲得之積層體1之壓電體基板20實施減小厚度的加工。具體而言，例如對壓電體基板20之露出主面21實施研削處理。藉此，壓電體基板20之厚度被減小至適於SAW元件之厚度。
其次，實施電極形成步驟作為步驟(S70)。於該步驟(S70)中，參照圖5~圖7，於壓電體基板20之露出主面21形成梳齒型電極。圖6係沿圖7之線段VI-VI之剖面圖。具體而言，參照圖6及圖7，於在步驟(S60)中被調整為恰當之厚度之壓電體基板20之露出主面21上，形成由Al(鋁)等導電體所構成之導電體膜。導電體膜之形成可藉由例如濺鍍而實施。其後，於在導電體膜上塗佈抗蝕劑而形成抗蝕膜之後，實施曝光及顯影，藉此於對應於所期望之輸入側電極30及輸出側電極40之形狀之區域以外之區域形成開口。然後，將形成有開口之抗蝕膜用作遮罩，實施例如濕式蝕刻，藉此如圖6及圖7所示般形成複數個由輸入側電極30與輸出側電極40所構成之對。另外，圖6及圖7表示對應於一對輸入側電極30及輸出側電極40之區域。輸入側電極30及輸出側電極40中之梳齒型電極之電極間隔可根據應輸出之訊號之頻率來適當決定。
其次，實施晶片化步驟作為步驟(S80)。於該步驟(S80)中，藉由將形成有複數個由輸入側電極30與輸出側電極40所構成之對之積層體1沿厚度方向切斷，而分離成包含一對輸入側電極30及輸出側電極40之複數個晶片。
其後，參照圖7及圖8，針對步驟(S80)中所製作之晶片形成輸入側配線51及輸出側配線61，藉此，本實施形態中之SAW元件100(SAW濾波器)完成。
於本實施形態之SAW元件100之製造方法中，陶瓷基板10之支持主面11中之多晶陶瓷之晶粒直徑之平均值被設為15μm以上且未達40μm，並且晶粒直徑之標準偏差被設為未達平均值之1.5倍。因此，陶瓷基板10與壓電體基板20以充足之接合強度結合。其結果，抑制了於SAW元件之製造製程中陶瓷基
板與壓電體基板分離，而SAW元件之製造中之產率提高。另外，就進一步減小支持主面11中之殘留應力之絕對值之觀點而言，亦可於步驟(S40)之後再次追加退火步驟。
參照圖8，本實施形態中之SAW元件100具備：積層體1，其包含藉由凡得瓦力而結合之陶瓷基板10及壓電體基板20；輸入側電極30及輸出側電極40，其等係以接觸於壓電體基板20之露出主面21上之方式形成之一對具有梳齒形狀之電極；輸入側配線51，其連接於輸入側電極30；及輸出側配線61，其連接於輸出側電極40。
輸入側電極30包含第1部分31及第2部分32。第1部分31包含：直線狀之基底部31A；及直線狀之複數個突出部31B，其等沿與基底部31A之延伸方向垂直之方向自基底部31A突出。第2部分32包含：直線狀之基底部32A，其與基底部31A平行地延伸；及直線狀之複數個突出部32B，其等沿與基底部32A之延伸方向垂直之方向自基底部32A突出，且進入至相鄰之突出部31B之間。突出部31B與突出部32B隔開預先規定之固定之間隔而配置。
輸出側電極40包含第1部分41及第2部分42。第1部分41包含：直線狀之基底部41A；及直線狀之複數個突出部41B，其等沿與基底部41A之延伸方向垂直之方向自基底部41A突出。第2部分42包含：直線狀之基底部42A，其與基底部41A平行地延伸；及直線狀之複數個突出部42B，其沿與基底部42A之延伸方向垂直之方向自基底部42A突出，且進入至相鄰之突出部41B之間。突出部41B與突出部42B隔開預先規定之固定之間隔而配置。
若自輸入側配線51向輸入側電極30施加作為輸入訊號之交流電壓，則藉由壓電效應而於壓電體基板20之露出主面21(表面)產生表面聲波，並傳達至輸出側電極40側。此時，輸入側電極30及輸出側電極40如圖8所示般具有梳齒形狀，突出部31B與突出部32B之間隔、及突出部41B與突出部42B之間隔一
定。因此，於自輸入側電極30朝向輸出側電極40之方向上，壓電體基板20之露出主面21中電極之區域存在著既定之週期(電極週期)。因此，藉由輸入訊號所產生之表面聲波係於其波長與電極週期一致之情形時最強烈地激振，且與電極週期之偏差越大，則越衰減。其結果，僅接近於電極週期之波長之訊號經由輸出側電極40及輸出側配線61被輸出。
於此，於上述動作中，壓電體基板20之溫度上升。於本實施形態之SAW元件100中，以由散熱性較高之材料所構成之陶瓷基板10接觸於壓電體基板20之方式配置。因此，SAW元件100具有較高之可靠性。進一步地，由於SAW元件100包含本實施形態之陶瓷基板10，故而抑制了於製造製程中陶瓷基板10與壓電體基板20分離。其結果，SAW元件100成為能夠一面維持較高之產率、一面製造之SAW元件100。
[實施例]
準備支持主面中之晶粒直徑之平均值及標準偏差、以及支持主面中之殘留應力不同之11個陶瓷基板(尖晶石基板)之樣品(樣品No.1~11)。於使用該等樣品實施上述實施形態之步驟(S10)~(S50)之後，藉由裂縫張口法(crack opening method)評估積層體1中之陶瓷基板與壓電體基板之接合強度。又，針對相同之樣品，於賦予自室溫加熱至300℃之後冷卻至室溫之熱循環之後，同樣地評估接合強度。
另外，晶粒直徑之測定係藉由使用Nikon公司製造之顯微鏡ECLIPSE LV100來觀察經研磨之支持主面而進行。晶粒直徑之平均值及標準偏差係藉由該顯微鏡之內置圖像處理軟體而算出。支持主面中之殘留應力係藉由利用X射線繞射法之應力測定而測定。將使用X射線設為Cu-Kα射線聚焦，將激發條件設為45kV 40mA，將掃描方法設為sin2ψ法(等傾法)，將測定範圍設為2θ=93°~95.5°，將步長設為0.03°，將ψ條件設為13位準(+側6位準、零點1位準、
-側6位準){0≦sin2ψ≦0.5}，將累計時間設為1或3sec，將測定面設為MgAl2O4(731)面。將實驗結果示於表1。
於表1中，關於接合強度及熱循環後之接合強度，將為1.0J/m2以上者評估為A，將為0.5J/m2以上且未達1.0J/m2者評估為B，將未達0.5J/m2者評估為C。
參照表1，對於支持主面中之晶粒直徑之平均值為15μm以上且未達40μm之範圍外之樣品1及11，關於接合強度之評估為C。因此，可確認支持主面中之晶粒直徑之平均值必須設為15μm以上且未達40μm。又，對於即便晶粒直徑之平均值為15μm以上且未達40μm之範圍內，但晶粒直徑之標準偏差相對於晶粒直徑之平均值之比(σ/μ)為1.5以上之樣品(樣品2、5、8)，關於接合強度之評估為C。因此，可知為了獲得充足之接合強度，除了上述平均值之條件以外，必須將晶粒直徑之標準偏差設為未達平均值之1.5倍。
進一步地，對於即便於滿足上述平均值之條件及標準偏差之條件之情形時，但支持主面中之殘留應力之值為-300MPa以上且300MPa以下之範圍外之樣品(樣品3、6、9)，關於熱循環後之接合強度之評估為B，相對於此，對於為-300MPa以上且300MPa以下之範圍內之樣品，關於熱循環後之接合強度之評估為A。因此，可確認藉由將支持主面中之殘留應力之絕對值設為300MPa以
下，而使熱循環後之接合強度提高。
此次所揭示之實施形態及實施例應理解為於全部方面為例示，自任何方面而言均不受限制。本發明之範圍並非由上述說明規定，而是由申請專利範圍規定，且意圖包含與申請專利範圍均等之含義及範圍內之全部變更。
1‧‧‧積層體
10‧‧‧陶瓷基板
11‧‧‧支持主面
20‧‧‧壓電體基板
21‧‧‧露出主面
22‧‧‧結合主面
Claims (7)
- 一種陶瓷基板，其係由多晶陶瓷所構成且具有支持主面者，其特徵在於： 於上述支持主面中，上述多晶陶瓷之晶粒直徑之平均值為15 μm以上且未達40 μm，且標準差未達上述平均值之1.5倍。
- 如請求項1所述之陶瓷基板，其中上述支持主面中之殘留應力之值為-300 MPa以上300 MPa以下。
- 如請求項1或2所述之陶瓷基板，其係以選自由尖晶石、氧化鋁、氧化鎂、氧化矽、莫來石、堇青石、氧化鈣、氧化鈦、氮化矽、氮化鋁及碳化矽所組成之群中之1種以上之材料構成。
- 如請求項1或2所述之陶瓷基板，其中上述多晶陶瓷由尖晶石所構成。
- 一種積層體，其具備：如請求項1至4中任一項所述之陶瓷基板；及 壓電體基板，其由壓電體所構成，且具有結合主面； 其中上述陶瓷基板之上述支持主面與上述壓電體基板之上述結合主面藉由凡得瓦力而結合。
- 如請求項5所述之積層體，其中上述壓電體基板係由鉭酸鋰或鈮酸鋰所構成。
- 一種SAW元件，其具備：如請求項5或6所述之積層體；及 電極，其形成於上述壓電體基板之與上述陶瓷基板為相反側之主面上。
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