JP6994102B2 - 複合基板、および圧電素子 - Google Patents
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Description
本開示は、圧電基板と支持基板とを貼り合せた構造の複合基板、およびこの複合基板を備えた圧電素子に関する。
近年、携帯電話などの通信機器に使用される弾性表面波素子などの圧電素子の小型化、高性能化が要求されている。小型で高性能な圧電素子として、圧電基板と支持基板とを貼り合せて構成された複合基板を貫通する貫通孔内に形成した導電体を介して圧電基板上に形成された素子電極に電気信号を供給する構成の素子がある。
このような圧電素子用複合基板として、特許文献１では、両基板を貼り合せた複合基板に貫通孔を形成した複合基板が提案されている。特許文献２、３では、両基板に孔を形成した後、貼り合せた複合基板が提案されている。
本開示の複合基板は、第１面および第１面と対向する第２面を有する圧電基板と、前記第２面に接する第３面および該第３面に対向する第４面を有する支持基板と、前記第１面から前記第４面までを貫通する貫通孔と備える。前記貫通孔は、前記第１面から前記第４面に向かって径が減少するテーパー形状を有し、前記支持基板内に径が減少する段差面を有する。本開示の圧電素子は、前記複合基板と、前記貫通孔内に位置する導電体とを備える。
本開示の複合基板および圧電素子について、図を参照しながら説明する。
＜複合基板＞
図１に、本開示の複合基板１の概略断面図を示す。本開示の複合基板１は、第１面２ａおよび第１面２ａと対向する第２面２ｂを有する圧電基板２と、第２面２ｂに接する第３面３ａおよび第３面３ａに対向する第４面３ｂを有する支持基板３と、第１面２ａから第４面３ｂまでを貫通する貫通孔１ｃと備える。貫通孔１ｃは、第１面２ａから第４面３ｂに向かって径が減少するテーパー形状を有する。貫通孔１ｃは、支持基板３内に、貫通孔１ｃの径が減少する段差面３ｄを有する。図１においては、段差面３ｄが第３面３ａに略平行な例を示している。貫通孔１ｃの貫通方向に垂直な断面形状は、特に制限はされない。貫通孔１ｃの貫通方向に垂直な断面形状は、例えば円形である。複合基板１の寸法は例えば、直径が４インチ～８インチ、支持基板３の厚みが０．０８ｍｍ～１．５ｍｍ、圧電基板２の厚みが０．１μｍ～５０μｍである。
図１に、本開示の複合基板１の概略断面図を示す。本開示の複合基板１は、第１面２ａおよび第１面２ａと対向する第２面２ｂを有する圧電基板２と、第２面２ｂに接する第３面３ａおよび第３面３ａに対向する第４面３ｂを有する支持基板３と、第１面２ａから第４面３ｂまでを貫通する貫通孔１ｃと備える。貫通孔１ｃは、第１面２ａから第４面３ｂに向かって径が減少するテーパー形状を有する。貫通孔１ｃは、支持基板３内に、貫通孔１ｃの径が減少する段差面３ｄを有する。図１においては、段差面３ｄが第３面３ａに略平行な例を示している。貫通孔１ｃの貫通方向に垂直な断面形状は、特に制限はされない。貫通孔１ｃの貫通方向に垂直な断面形状は、例えば円形である。複合基板１の寸法は例えば、直径が４インチ～８インチ、支持基板３の厚みが０．０８ｍｍ～１．５ｍｍ、圧電基板２の厚みが０．１μｍ～５０μｍである。
＜圧電素子＞
本開示の複合基板１は、表面弾性波素子などの圧電素子用の複合基板１として用いられる。１枚の複合基板１には複数の圧電素子が形成される。圧電基板２の第１面２ａには素子電極が形成される。支持基板３の第４面３ｂには外部電極が形成される。貫通孔１ｃの内部には、銅などの導電性材料からなる導電体が形成される。この導電体は、第１面２ａの素子電極および第４面３ｂの外部電極と接続される。導電体は、蒸着、スパッタなどの方法で貫通孔１ｃの内部に形成する。
本開示の複合基板１は、表面弾性波素子などの圧電素子用の複合基板１として用いられる。１枚の複合基板１には複数の圧電素子が形成される。圧電基板２の第１面２ａには素子電極が形成される。支持基板３の第４面３ｂには外部電極が形成される。貫通孔１ｃの内部には、銅などの導電性材料からなる導電体が形成される。この導電体は、第１面２ａの素子電極および第４面３ｂの外部電極と接続される。導電体は、蒸着、スパッタなどの方法で貫通孔１ｃの内部に形成する。
本開示の複合基板１および圧電素子は、貫通孔１ｃを有する。貫通孔１ｃは、第１面２ａから第４面３ｂに向かって径が小さくなるテーパー形状であり、支持基板３内に径が減少する段差面３ｄを有する。本開示の複合基板１および圧電素子は、このような構成により、貫通孔１ｃの内面と導電体との密着力が高い。段差面３ｄに位置する導電体は、屈曲した部分（屈曲部）を有するが、第２面２ｂおよび第３面３ａの貼り合せ面に位置していない。そのため、第２面２ｂと第３面３ａとの貼り合せ面の剥離が生じにくい。段差面３ｄが支持基板３に位置していることから、圧電基板２の素子電極（圧電素子）が破損するおそれがない。そのため、本開示の複合基板１および圧電素子は、信頼性に優れ、長期間にわたる使用ができる。
貫通孔１ｃは、段差面３ｄおよび段差面３ｄよりも第１面２ａ側の領域の算術平均粗さＲａが、段差面３ｄよりも第４面３ｂ側の領域の算術平均粗さＲａより小さくてもよい。
このような構成を満たしているときには、圧電基板２が破損するおそれが少なく、屈曲部に掛かる応力集中が抑制され、段差面３ｄよりも第４面３ｂ側の領域の密着力が高い。そのため、複合基板１および圧電素子の信頼性が高まる。
貫通孔１ｃにおいて、段差面３ｄおよび段差面３ｄよりも第１面２ａ側の領域は、算術平均粗さＲａが小さく、応力が集中しにくい表面性状である。そのため、圧電基板２が破損するおそれが少なく、屈曲部に掛かる応力集中が抑制される。
貫通孔１ｃにおいて、段差面３ｄよりも第４面３ｂ側の領域の密着力が高くなるのは、アンカー効果によるものである。
＜圧電基板と支持基板＞
圧電基板２は、タンタル酸リチウム（ＬＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、酸化亜鉛、水晶などの圧電性を有する材料からなる。支持基板３は、圧電基板２よりも機械的強度の高い材質からなる。支持基板３は、例えば、サファイア、シリコン、炭化珪素、ＬＮ、アルミナなどの各種セラミックからなる。中でもサファイアは、機械的強度、絶縁性、放熱性に優れており、支持基板３の材質として好適である。
圧電基板２は、タンタル酸リチウム（ＬＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、酸化亜鉛、水晶などの圧電性を有する材料からなる。支持基板３は、圧電基板２よりも機械的強度の高い材質からなる。支持基板３は、例えば、サファイア、シリコン、炭化珪素、ＬＮ、アルミナなどの各種セラミックからなる。中でもサファイアは、機械的強度、絶縁性、放熱性に優れており、支持基板３の材質として好適である。
＜製造方法＞
本開示の複合基板１の製造方法の一例を以下に示す。
本開示の複合基板１の製造方法の一例を以下に示す。
まず、第１面２ａと、第１面２ａと対向する第２面２ｂとを有する圧電基板２と、第３面３ａと、第３面３ａと対向する第４面３ｂとを有する支持基板３と、を準備する。
次に、支持基板３の第３面３ａ側から第４面３ｂ側へ貫通するテーパー状の第１の孔３ｃを形成する加工を行う。
次に、第１の孔３ｃを設けた支持基板３の第３面３ａと、圧電基板２の第２面２ｂとを貼り合せる。
最後に、圧電基板２の第１面２ａ側から第２面２ｂ側へ貫通するテーパー状の第２の孔２ｃを形成する加工を行う。このとき、第２面２ｂにおける第２の孔２ｃの孔径が、貼り合せ時における第３面３ａにおける孔径よりも大きくなるように加工し、第３面３ａ側（第１の孔３ｃの圧電基板２側）の孔径を貼り合せ時より径が大きくなるように加工する。
孔の形成は、レーザ加工、ブラスト加工、ドリル加工等によって行うことができる。支持基板３としてサファイアを用い、レーザ加工で第１の孔３ｃを形成する場合、ＹＡＧレーザ等の高調波を利用した短パルスＵＶレーザが好適である。支持基板３をレーザ加工すると、加工中に加工領域から飛散したデブリが支持基板３の表面および加工面に付着する。デブリは、以降の製造工程および、製品特性に悪影響を及ぼす。そのため、エッチング等の方法でデブリを除去する。サファイアからなる支持基板３のデブリ除去には、例えば、室温または沸点以下の温度に加熱した塩酸、硝酸、フッ酸、リン酸、４ホウ酸ナトリウム溶融液、ＫＯＨ溶融液、ＮａＯＨ溶融液によるエッチング処理を用いればよい。
圧電基板２と支持基板３の貼り合せは、接着材料を用いない直接接合、または、接着材料を用いた接着によって行う。直接接合では、圧電基板２と支持基板３を真空中、大気中または所定の雰囲気中で、加熱および（または）加圧して接合する。貼り合せ時の温度および圧電基板２と支持基板３の熱膨張率差に起因して、圧電基板２と支持基板３に応力が発生し、破損、加工精度不良の原因となり得る。このような応力を小さくするには、貼り合せ温度が低いことが好ましい。そのため、圧電基板２の第２面２ｂと支持基板３の第３面３ａを、プラズマ処理などの方法で活性化処理を施した後、接合するとよい。
圧電基板２と支持基板３を貼り合せた後、第２の孔２ｃを形成する。圧電基板２の第１面２ａを、ラッピング装置などを用いて研削し、圧電基板２の厚みを薄くした後、第２の孔２ｃを形成してもよい。
一般的に、圧電材料は機械的強度が低い。そのため、圧電基板２への第２の孔２ｃの形成方法は、ウェットエッチング、ドライエッチング等の化学的処理による加工が好ましい。圧電基板２の材質がＬＴまたはＬＮであれば、フォトリソグラフィ技術によるマスク形成と、ＣＦ4などのハロゲン化合物ガスを用いたリアクティブイオンエッチングの組合せにより形成するとよい。
一般的に、エッチング加工面は、レーザ加工面よりも表面粗さが小さい。表面粗さは、例えば、算術平均粗さＲａで表すことができる。貫通孔１ｃのうち、第１の孔３ｃをレーザ加工で形成し、段差面３ｄと第２の孔２ｃをエッチング加工で形成すると、貫通孔１ｃにおいて、段差面３ｄおよび段差面３ｄよりも第１面２ａ側（圧電基板２側）の領域は、段差面３ｄよりも第４面３ｂ側（支持基板３側）の領域より表面粗さが小さくすることができる。
本開示の複合基板および圧電素子は、基板の一方の面（圧電基板の第１面）から、他方の面（支持基板の第４面）に向かって径が減少するテーパー形状の貫通孔が、支持基板内に径が減少する段差面を有している。そのため、貫通孔の内面と導電体との密着力が高くなり、基板の貼り合せ面の剥離や、段差面が無い圧電基板への応力集中が起こりにくい。そのため、信頼性に優れる複合基板および圧電素子を提供することができる。
複合基板１の製造方法には、以下の方法が挙げられる。例えば、まず、圧電基板２と支持基板３とを貼り合せた後に径の小さい貫通孔を形成する。その後、圧電基板２および支持基板３における圧電基板２側の小さい貫通孔の径を広げる加工を行って貫通孔３ｃを形成する。
または、まず、圧電基板２にテーパー形状の第２の孔２ｃを形成し、支持基板３に、全体形状がテーパー形状で、段差部３ｄを有する第１の孔３ｃを形成する。その後、圧電基板２と支持基盤３とを貼り合せることによって、第２の孔２ｃと第１の孔３ｃとが繋がった貫通孔３ｃを形成してもよい。
または、まず、圧電基板２にテーパー形状の第２の孔２ｃを形成し、支持基板３に、全体形状がテーパー形状で、段差部３ｄを有する第１の孔３ｃを形成する。その後、圧電基板２と支持基盤３とを貼り合せることによって、第２の孔２ｃと第１の孔３ｃとが繋がった貫通孔３ｃを形成してもよい。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されず、請求の範囲に記載の範囲において、各種の改良および変更を行なってもよい。
１ ：複合基板
１ｃ：貫通孔
２ ：圧電基板
２ａ：第１面
２ｂ：第２面
２ｃ：第２の孔
３ ：支持基板
３ａ：第３面
３ｂ：第４面
３ｃ：第１の孔
３ｄ：段差面
１ｃ：貫通孔
２ ：圧電基板
２ａ：第１面
２ｂ：第２面
２ｃ：第２の孔
３ ：支持基板
３ａ：第３面
３ｂ：第４面
３ｃ：第１の孔
３ｄ：段差面
Claims (7)
- 第１面および第１面と対向する第２面を有する圧電基板と、
前記第２面に接する第３面および該第３面に対向する第４面を有する支持基板と、
前記第１面から前記第４面までを貫通する貫通孔と備える複合基板であって、
前記貫通孔は、前記第１面から前記第４面に向かって径が減少するテーパー形状を有し、前記支持基板内に径が減少する段差面を有し、
前記貫通孔は、前記段差面および前記段差面よりも前記第１面側の領域の算術平均粗さＲａが、前記段差面よりも前記第４面側の領域の算術平均粗さＲａよりも小さい、複合基板。 - 第１面および第１面と対向する第２面を有する圧電基板と、
前記第２面に接する第３面および該第３面に対向する第４面を有する支持基板と、
前記第１面から前記第４面までを貫通する貫通孔と備える複合基板であって、
前記貫通孔は、前記第１面から前記第４面に向かって径が減少するテーパー形状を有し、前記支持基板内に径が減少する段差面を有し、
前記貫通孔は、前記第１面から前記段差面まで径が漸次減少している、複合基板。 - 前記圧電基板が、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である、請求項１または２に記載の複合基板。
- 前記支持基板がサファイア基板である、請求項１から３のいずれかに記載の複合基板。
- 前記段差面が前記第３面に略平行である、請求項１から４のいずれかに記載の複合基板。
- 請求項１から５のいずれかに記載の前記複合基板と、前記貫通孔内に位置する導電体とを備える、圧電素子。
- 表面弾性波素子である、請求項６に記載の圧電素子。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018037267 | 2018-03-02 | ||
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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