JP2007214902A - 弾性表面波素子 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性が高く、周波数温度特性改善効果が高い弾性表面波素子を安価に提供する。
【解決手段】圧電基板上に弾性表面波または漏洩弾性表面波を励振・検出する電極が形成された弾性表面波素子であって、少なくとも、圧電基板とセラミック基板とを接着剤を介して貼り合わせた複合圧電基板をチップ形状に加工した複合圧電チップと、該複合圧電チップをフリップチップボンディングによって実装する実装基板とを具備し、前記圧電基板表面の弾性表面波または漏洩弾性表面波の伝播方向の膨張係数αｃ（ｐｐｍ／℃）と、前記実装基板の膨張係数αｓ（ｐｐｍ／℃）とが、αｓ＜αｃ＜αｓ＋６なる関係を満たすように実装されたものであることを特徴とする弾性表面波素子。
【選択図】図１

Description

本発明は、複合圧電基板を使用した弾性表面波デバイスに関するものである。

携帯電話等の高周波通信において周波数選択用の部品として、例えば圧電基板上に弾性表面波を励起するための櫛形電極が形成された弾性表面波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ、ＳＡＷ）素子が用いられる。これに用いられる圧電基板材料は、電気信号から機械的振動への変換効率（以下電気機械結合係数と記す）が大きいこと、また櫛形電極の電極間隔と弾性波の音速により決まるフィルタ等の中心周波数が温度により変動しないことが求められる（以下、周波数温度特性と記す）。
すなわち、大きな電気機械結合係数と小さな周波数温度係数を兼ね備えた圧電基板が有れば好ましい。
こうした特性を実現する圧電基板の一例として、圧電基板と他の基板を接合した複合圧電基板がある。

このような複合圧電基板の一例として、圧電材料の表面に弾性波を励振・検出するための電極が設けられており、前記圧電材料裏面に複合積層体を接合したことを特徴とする温度安定化表面波装置が開示されている。この表面波装置は、制御された応力変化を前記圧電材料に誘起させることにより、前記圧電材料において温度補正がなされるというものである（特許文献１参照）。
この例では、「複合積層体にＬｉＮｂＯ_３（ニオブ酸リチウム）基板を強固に結合することにより、前述したように基板上に圧縮力が生じ、この圧縮力は温度が増大するに従って増大する。かくして、遅延時間およびフィルタ中心周波数に対する温度の影響を補正する手段を得ることができる。」とされている。これは、支持基板となる複合積層体の膨張係数は圧電材料であるＬｉＮｂＯ_３基板の弾性表面波伝播方向のそれよりも小さいことを意味し、これにより温度変化に応じて圧電基板に応力が発生してＳＡＷデバイスの遅延時間およびフィルタ中心周波数に対する温度の影響を補正できるということを意味する。

また、接着剤を使用して剛板と圧電板とを貼り合せて一体の基板とし、前記圧電板表面に電極を設けた機能素子を、パッケージに収納した電気部品が開示されている（特許文献２参照）。
すなわち、圧電材料とこれより小さな膨張係数を有する基板とを貼り合せた複合圧電基板を用いた弾性表面波素子は周波数温度特性が改善されること、接着剤を用いて剛板と圧電板を貼り合せて一体の基板とすることは公知の技術である。

また、圧電性基板と、該圧電性基板上にそれぞれ形成された、複数の電極指およびこれら電極指を共通に接続するバスバーを有するインタディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）ならびにバンプとを備える、弾性表面波素子が、前記バンプを介したフリップチップボンディングによって実装基板上に実装された、弾性表面波素子の実装構造であって、前記実装基板は、前記圧電性基板より小さい線膨張係数を有し、かつ、前記バンプは、温度変化による前記圧電性基板の熱膨張および熱収縮が前記実装基板によって抑えられるように配置されていることを特徴とする、弾性表面波素子の実装構造が開示されている（特許文献３参照）。
この例の実施例においては、圧電体としてＬｉＴａＯ_３（膨張係数１６ｐｐｍ／℃）、実装基材としてアルミナ（膨張係数７ｐｐｍ／℃）を使用しバンプを介してフリップチップボンディングによって実装基板上に実装された弾性表面波フィルタが、動作周波数１．９ＧＨｚにおいて温度による周波数変動が−１１ｋＨｚ／℃だけ改善されたことが開示されている。
この改善効果は、温度係数にして約６ｐｐｍ／℃だけ改善されるものであり好ましいとされる。

一方、非特許文献１では、圧電体として４８°回転ＹカットＬｉＴａＯ_３を用い、この圧電体にその支持基板であるＳｉ基板がＳｉＯ_２層を介して直接接合された複合圧電基板を用いた弾性表面波デバイスが開示されている。この弾性表面波デバイスの動作周波数の温度特性は、複合圧電チップをボンディングワイヤー法で接続すると動作周波数の温度特性が−１２ｐｐｍ／℃であるのに対し、フリップチップボンディング法では−２２ｐｐｍ／℃（乃至−３５ｐｐｍ／℃）と温度特性が劣化してしまうことが記載されている。

特開昭５１−２５９５１号公報 特開平０２−６２１０８号公報 特開２００３−３２４３３４号公報 B.P.Abbot, J.Caron, J.Chocola, K.Lin , S.Malocha , N.Naumenko and P.Welsh, "Advances in Rf SAW Substrates",2nd International Symposium on Acoustic Wave Devices for Future Mobile Communication Systems,pp.233-243,2003

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、生産性が高く、周波数温度特性改善効果が高い弾性表面波素子を安価に提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、圧電基板上に弾性表面波または漏洩弾性表面波を励振・検出する電極が形成された弾性表面波素子であって、少なくとも、圧電基板とセラミック基板とを接着剤を介して貼り合わせた複合圧電基板をチップ形状に加工した複合圧電チップと、該複合圧電チップをフリップチップボンディングによって実装する実装基板とを具備し、前記圧電基板表面の弾性表面波または漏洩弾性表面波の伝播方向の膨張係数αｃ（ｐｐｍ／℃）と、前記実装基板の膨張係数αｓ（ｐｐｍ／℃）とが、
αｓ＜αｃ＜αｓ＋６
なる関係を満たすように実装されたものであることを特徴とする弾性表面波素子を提供する（請求項１）。

このように、本発明の弾性表面波素子は、複合圧電チップにおいて圧電基板と貼り合わす基板をセラミック基板とし、また、圧電基板とセラミック基板とを接着剤を介して貼り合わせているので、比較的安価なものとすることができる。また、圧電基板とセラミック基板とを貼り合わせた複合圧電基板をチップ形状に加工した複合圧電チップと、該複合圧電チップをフリップチップボンディングによって実装する実装基板とを具備し、圧電基板表面の弾性表面波または漏洩弾性表面波の伝播方向の膨張係数αｃと実装基板の膨張係数αｓとが上記関係を満たすように実装されたものなので、生産性が高く、周波数温度特性改善効果が高い弾性表面波素子とすることができる。

このとき、前記セラミック基板は、厚さが１００μｍ以上であるのが好ましい（請求項２）。
このように、圧電基板と貼り合せるセラミック基板の厚さが１００μｍ以上であれば、セラミック基板の厚さにおいて、面内ばらつきが抑制されて良好な膜厚分布を得ることができるので、圧電基板とセラミック基板とを貼り合せ、圧電基板に研削加工等を施し複合圧電基板に仕上げるときに、圧電基板の厚さのばらつきが抑えられ、その結果周波数温度係数のばらつきが小さく、周波数温度特性がより優れた複合圧電基板、さらには弾性表面波素子とすることができる。さらに、例えば熱処理を加えたときに反りを抑えることが可能であるため、パターン付けや実装などの工程で問題が生じにくい。
以上のように、本発明の弾性表面波素子は、品質や製造歩留まりが高く、安価なものとできる。

また、前記セラミック基板は、ヤング率が２００ＧＰａ以上のものであるのが好ましい（請求項３）。
このように、前記セラミック基板が、ヤング率が２００ＧＰａ以上のものであれば、硬くて加熱をしても反りがほとんど生じないため、パターン付けや実装などの工程で問題がより生じにくい。

また、前記セラミック基板の貼り合せ面及び該貼り合せ面の反対側の面の面粗さを示す指標Ｒａが０．０２μｍ以上０．５μｍ以下のものであるのが好ましい（請求項４）。
このように、前記セラミック基板の貼り合せ面及び該貼り合せ面の反対側の面の面粗さを示す指標Ｒａが０．０２μｍ以上０．５μｍ以下のものであれば、セラミック基板を面内で精密に同じ厚さに調整されたものとすることができる。このため、このセラミック基板と貼り合せた圧電基板の厚さばらつきを抑えることができ、面内で周波数温度特性が極めて安定した複合圧電基板、弾性表面波素子とすることができる。また、接着層のアンカー効果が顕著となり、良好な接着を得ることができる。

このとき、前記セラミック基板は、気孔率が０．１％以上４％未満のものであるのが好ましい（請求項５）。
このように、気孔率が４％未満のセラミック基板であれば、貼り合せ面及び該貼り合せ面の反対側の面におけるＲａが例えば０．５μｍを超えるような大きすぎる値となりにくく、セラミック基板、圧電基板の厚さのばらつきが抑制され、温度特性の改善効果が大きい複合圧電基板、弾性表面波素子となる。
また、０．１％以上であれば、比較的安くセラミック基板を用意することができ、安価な複合圧電基板となり、コストを低減することができるし、アンカー効果も得られる。

さらに、前記セラミック基板は、貼り合せ面及び該貼り合せ面の反対側の面の面粗さが同じのものであるのが好ましい（請求項６）。
このように、セラミック基板において、貼り合せ面及び該貼り合せ面の反対側の面の面粗さが同じのものであれば、より良好な膜厚分布とすることができ、優れた周波数温度特性を有する複合圧電基板となる。

また、前記圧電基板は、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７のいずれか１つからなるものであるのが好ましい（請求項７）。
このように、前記圧電基板が、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７のいずれか１つからなるものであれば、これらは電気機械結合係数が大きい結晶材料であるので、周波数選択フィルタとしての帯域幅が広く、挿入損失が小さいＳＡＷデバイスが製造可能な複合圧電基板とすることができる。

そして、前記セラミック基板は、アルミナを主成分とするものであるのが好ましい（請求項８）。
このように、前記セラミック基板が、アルミナを主成分とするものであれば、安価で用意することができ、また硬いために加熱しても反りが抑制される複合圧電基板とすることができる。

また、前記複合圧電基板の圧電基板は、貼り合せ後に外周より０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下除去されたものであるのが好ましい（請求項９）。
このように、前記複合圧電基板の圧電基板が、貼り合せ後に外周より０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下除去されたものであれば、前記圧電基板の外周に生じやすい加工歪やクラックが生じにくく好ましい。

さらに、前記複合圧電基板は、圧電基板側の波長３６５ｎｍにおける反射率が、圧電基板単体のそれと同じものであるのが好ましい（請求項１０）。
このように、前記複合圧電基板において、圧電基板側の波長３６５ｎｍにおける反射率が、圧電基板単体のそれと同じものであれば、例えば０．５μｍ線幅のＡｌ等のフォトリソグラフィーが圧電基板単体の場合と同様に行えるため好ましい。

また、前記複合圧電基板は、厚さが３００μｍ以下のものであるのが好ましい（請求項１１）。
このように、厚さが３００μｍ以下の複合圧電基板であれば、近年の薄い携帯電話等に十分搭載できるものとなり好ましい。

このような本発明の弾性表面波素子であれば、生産性が高く、周波数温度特性の改善効果が高い弾性表面波素子とすることができる。しかも、圧電基板と貼り合わせる基板をセラミック基板とし、接着剤を介して貼り合わせたものなので安価なものとすることができる。
また、特に、圧電基板と貼り合わせるセラミック基板の厚さが例えば１００μｍ以上のものであれば、熱による反りが小さいとともに、温度改善効果が極めて大きく、基板面内で特性変動が小さい弾性表面波デバイスとすることが可能である。

以下では、本発明の実施形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は本発明に係る弾性表面波素子の実施形態の一例を示す断面概略図である。
この弾性表面波素子８は、圧電基板２とセラミック基板３とを接着剤（接着層）４を介して貼り合わせた複合圧電基板をチップ形状に加工した複合圧電チップ１と、複合圧電チップ１をバンプ５を介してフリップチップボンディングによって実装する実装基板６とを具備する。また、圧電基板２上に弾性表面波または漏洩弾性表面波を励振・検出する電極７が形成されたものである。
そして、圧電基板２の表面の弾性表面波または漏洩弾性表面波の伝播方向の膨張係数αｃ（ｐｐｍ／℃）と、実装基板６の膨張係数αｓ（ｐｐｍ／℃）とが、αｓ＜αｃ＜αｓ＋６なる関係を満たすように実装されたものであることを特徴とする。

本発明の弾性表面波素子８は、このような構成を有することにより、生産性が高く、周波数温度特性改善効果が高いものとできる。
すなわち、本発明のように、上記の圧電基板２の表面の弾性表面波または漏洩弾性表面波伝播方向の膨張係数αｃと実装基板６の膨張係数αｓとのαｓ＜αｃ＜αｓ＋６なる関係を満たすようにしてフリップチップボンディングにより複合圧電基板を実装した弾性表面波素子８は、例えばチップアンドワイヤー法により実装した場合に比べて、周波数温度係数が数ｐｐｍ／℃〜１０数ｐｐｍ／℃程度改善するだけでなく、フリップチップボンディングにより実装するので、生産性を高くできる。

本発明で使用する複合圧電基板は、上記のように接着層４があるため複合圧電基板表面の圧電基板表面の熱による応力が緩和されてしまうが、前述のように複合圧電基板をフリップチップ実装すると圧電体表面の応力値及び応力分布が劇的に回復するので、フリップチップ実装しない場合に比べ周波数温度特性を大幅に改善することができる。

ここで、αｃがαｓよりも小さい場合は、非特許文献１と同様に、フリップチップボンディングにより実装した場合の周波数温度特性がチップアンドワイヤー法により実装した場合に比べ劣化してしまうという結果をもたらし、周波数温度特性改善効果と高生産性の両方を達成することができない。また、αｃがαｓ＋６（ｐｐｍ／℃）より大きな場合は、周波数温度係数の改善効果は小さい。そこで、本発明のように、αｓ＜αｃ＜αｓ＋６なる関係を満たすように実装することにより、高い周波数改善効果と高生産性の両方を達成できる。膨張係数が上記関係を満たすようにするには、例えば圧電基板２の厚み、圧電基板２と支持基板であるセラミック基板３とを接着する接着層４の厚み、チップサイズ等を調整して実装すればよい。

次に、複合圧電チップ１の構成要素について具体的に説明する。
図１で示した複合圧電チップ１は、上記のように、圧電基板２とセラミック基板３とを接着剤４を介して貼り合わせた複合圧電基板をチップ形状に加工して形成したものである。
図２は本発明に係る弾性表面波素子８に用いる複合圧電基板９の実施形態の一例を示す概略断面図である。この複合圧電基板９は、圧電基板２と厚さが例えば１００μｍ以上のセラミック基板３とを接着剤４を介して貼り合せて形成されたものであって、圧電基板２の表面には弾性表面波または漏洩弾性表面波を励振するための金属電極７が形成されている。
このような構成により、温度変化に応じて圧電基板２に応力が発生し、効果的に補正を行うことができ、面内で一様な周波数温度特性改善効果を得る事ができる。

このとき、図２のように例えば１００μｍ以上の厚さのセラミック基板３を用いれば、セラミック基板３の厚さを面内で精密に調整してばらつきを抑えることができ、良好な板厚分布を有するセラミック基板３を用意することが可能である。そして、その結果、このセラミック基板３と圧電基板２とを貼り合せ、複合圧電基板９に仕上げるとき、圧電基板２に研削等の加工を施しても、圧電基板２の厚さにばらつきが生じるのが抑制されて、優れた周波数温度特性を有する複合圧電基板９とすることができる。これは、当然、周波数温度特性が優れた弾性表面波素子８を得ることにつながる。
また、熱を加えても大きな反りが生じにくく、反りがほとんどない複合圧電基板９となり、パターン付けや実装などの工程を容易に行うことが可能である。
なお、セラミック基板３の厚さの上限は特にはなく、厚ければ厚いほど変形しにくいので、例えば１０ｍｍ以下とできるが、５００μｍ程度あれば十分上記効果を得られ、より好ましくは、２００μｍ以下とされ、これにより複合圧電基板全体の厚さも薄く抑えられるし、コストも必要以上にかからないものとすることができる。用途等に合わせて適宜決定すれば良い。

そして、セラミックはパッケージ材料として汎用されているので安価に製造することができる。接着剤４を介して貼り合せるということも複合圧電基板９が安価なものとなる一つの要因であり、また、強固に接合することができるという利点もある。接着剤４としては、例えばエポキシメタクリレートを主成分とする紫外線硬化接着剤が挙げられる。接着剤４はこれに限定されるものではなく、エポキシを主成分とするものであっても良い。

また、このセラミック基板３は、ヤング率が例えば２００ＧＰａ以上のものであるとより良い。２００ＧＰａ以上であれば十分に硬く、熱を加えても反りがほとんど生じないものとすることができる。この上限値も特に限定されるものではなく、大きい程良いが、例えば４００ＧＰａ程度あれば十分である。

さらに、このセラミック基板３について述べると、貼り合せ面及び該貼り合せ面の反対側の面の面粗さを示す指標Ｒａが０．０２μｍ以上０．５μｍ以下のもの、特に０．３μｍ程度のものであるのが好ましい。そして、上記両面の面粗さがほぼ同じのものであるとより良く、一層セラミック基板３の厚さばらつきが抑制されたものとなる。Ｒａが０．０２μｍ以上であれば、接合面においてアンカー効果が得られ、剥れるようなことがない。一方、Ｒａが０．５μｍ以下であれば、面粗さが大きいことにより、厚さのばらつきやパーティクルの問題が生じることもない。

貼り合せるセラミック基板３を用意する時に、例えば貼り合せ面のみを鏡面に加工した場合、例えば８μｍ程度の厚さばらつきが発生してしまい、このものを使って圧電基板２と貼り合せ、複合圧電基板９に仕上げたときに、圧電基板２の厚さばらつきが８μｍ程度となり、特性ばらつきが比較的大きなものとなってしまう。

一方、セラミック基板３の両面の面粗さＲａが上記範囲内であれば、セラミック基板３の厚さが基板面内で精密に同じ厚さに調整されたものとすることができる。例えば厚さのばらつきを１μｍ以下に抑えることが可能である。そして、上記のように、セラミック基板３の厚さばらつきが低減されたものであれば、貼り合せた圧電基板２に研削加工等を施しても、セラミック基板３の厚さばらつきが小さいので、圧電基板２の厚さばらつきも抑制することができ、複合圧電基板９の周波数温度特性が良好なものとなる。
このとき、セラミック基板３が、両面が同じ面粗さのものであれば、セラミック基板３の厚さばらつきがより抑制されたものを用意することができ、一層優れた特性を有する複合圧電基板９とすることができる。

また、このセラミック基板３の気孔率が例えば０．１％以上４％未満のものであると良い。気孔率が４％未満であると、面粗さがＲａ値で１μｍ未満となりやすく、温度特性の改善効果が比較的大きくなり、周波数温度特性の安定性が高くなる。また、０．１％以上であると、セラミック基板３は比較的安価なものとすることができ、複合圧電基板９の製造においてコストを抑えることができる。このため、上記範囲の気孔率であれば、セラミック基板３の厚さのばらつきを抑えることができて、より品質の高い複合圧電基板９とすることができる。

そして、セラミック基板３の材料としては、主成分がアルミナであると良い。アルミナを主成分とするものであれば、比較的安価であり、硬いため加熱しても反りが抑制される複合圧電基板９とすることができる。例えばアルミナが９２．０％のものであれば、ヤング率は２５０ＧＰａ程度であり、９９．９％のものであれば、ヤング率は４００ＧＰａ程度であり十分に硬いものである。

また、圧電基板２としては、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７のいずれか１つからなるものが好ましい。これらは電気機械結合係数が大きい結晶材料であるので、周波数選択フィルタとしての帯域幅が広く、挿入損失が小さいＳＡＷデバイスが製造可能な複合圧電基板９とできる。

そして、この複合圧電基板９は、圧電基板２側の波長３６５ｎｍにおける反射率が、圧電基板単体のそれと同じものであるのが好ましい。このようなものであれば、例えば０．５μｍ線幅のＡｌ等のフォトリソグラフィーが圧電基板単体の場合と同様に行えるため好ましい。
これに対し、セラミック基板３の代わりに例えばＳｉ基板などを用いると、複合圧電基板９の接合界面より反射が生じるため、反射率が通常圧電基板単体より大きくなり、フォトリソグラフィーにおいて露光の異常が生じて好ましくない。

このような複合圧電基板９は、例えば圧電基板２及びセラミック基板３の一方または両方に接着剤４を塗布し、真空下で張り合せ強固に接合することにより作製することができる。接着剤４に異物が混入しないように貼り合せ前に各基板の表面を洗浄することが好ましく、また、表面をアンモニア−過酸化水素水溶液等で親水化処理をしたり、またはプラズマ処理をしたり、例えば基板を１００℃に加熱して波長２００ｎｍ以下の短波ＵＶ光及びオゾン（好ましくは高濃度オゾン）により前処理することにより接着力を高めてもよい。
複合圧電基板９の大きさは特に限られず、例えば直径１００ｍｍのものとできるがそれ以上でもそれ以下でもよい。

そして、この複合圧電基板９を面取り加工した後、圧電基板２の表面側を研削及びラップ加工により削り落とし、さらにポリッシュ加工を施して圧電基板２を所定の厚さ（例えば２０μｍ程度）になるように加工する。
また、このとき、上記のように貼り合せて面取り加工を施した後に、複合圧電基板９の圧電基板２の外周を０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下の幅の分だけ除去するとより良い。この除去工程は例えば特殊面取りホイールなどを用いて行うことが可能である。このような圧電基板２の外周より０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下除去された複合圧電基板９であれば、その後に行う圧電基板２の研削工程等で、圧電基板２に加工歪やクラック等が生じにくくなる。０．１ｍｍ未満ではこれらの発生の防止の効果がうすく、また３ｍｍより多く除去したものであると必要以上に除去したものとなり、生産効率が低くなってしまう。０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の範囲で除去することにより、効率良く加工歪やクラックの発生を抑制することができ、割れ等が生じにくい複合圧電基板１１となる。

この後、複合圧電基板９の上、すなわち圧電基板２上に蒸着やスパッタ、ＣＶＤなどの方法により金属材料の膜を形成し、エッチングなどによりパタニングすることで金属電極７を形成することが可能である。この金属電極７は、例えばＡｌ、Ｃｕ、及びその合金などからなるものが好ましい。
また、複合圧電基板９の裏面、すなわちセラミック基板３の側を削ることにより、厚さが３００μｍ以下の複合圧電基板９とすれば、昨今の薄い携帯電話等に搭載することのできるものとなり、用途の幅を拡げることができる。本発明の複合圧電基板９は上記のように圧電基板２にセラミック基板３を接着剤４を介して貼り合せており、このセラミック基板３はそもそも非常に硬く、そのためバックグラインド等を用いて削っても、セラミック基板３の厚さが特には１００μｍ以上あれば反りやクラックは生じにくいし、複合圧電基板９のデバイス特性は変動しにくい。

そして、そのようにして作製された複合圧電基板をダイシングしてチップ状に切断し、本発明の弾性表面波素子８は、このような複合圧電チップ１を用い、例えばＡｕやＳｎからなるバンプ５を介して従来のフリップチップボンディングによって実装基板６に実装されたものである。実装基板６は、アルミナ（膨張係数８ｐｐｍ／℃）や低膨張セラミック（膨張係数５．５ｐｐｍ／℃）からなるものであれば、膨張係数が適当な値であり、膨張係数αｃとαｓとが前述の関係を満たすように調整して実装することが容易であるが、他の材料からなる実装基板でもよい。

以下に本発明の実施例および比較例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１）
支持基板であるセラミック基板として、直径４インチ（１００ｍｍ）で厚さが２９０μｍであり、貼り合せ面とその反対側の面のそれぞれの表面粗さＲａが共に０．３μｍであって、気孔率が２％、ヤング率が３８０ＧＰａ、抵抗率が１０^１５Ωｃｍであるアルミナ基板を用意した（表１参照）。図３に、このアルミナ基板表面の電子顕微鏡による観察図を示す。
また、圧電基板として直径４インチ（１００ｍｍ）の３６°回転Ｙカットタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）基板を用意して、この圧電基板の厚さが１８０μｍとなるよう両面粗研磨により表裏面の粗さが０．１３μｍとなるよう仕上げた。

そして、前記アルミナ基板を６０℃に加熱しながら２００ｎｍ以下の短波ＵＶ光及び高濃度オゾンにより前処理した。前記アルミナ基板にエポキシメタクリレートを主成分とする紫外線硬化接着剤をスピンコートし貼り合せ面上に均一に塗布した。
また、前記ＬｉＴａＯ_３基板の貼り合せ面を洗浄し、前記接着剤を同様に塗布し、前記アルミナ基板の接着剤塗布面と前記ＬｉＴａＯ_３基板の接着剤塗布面を圧力１×１０^−３ｍｂａｒの真空下で貼り合せた。
次に、この貼り合わせた複合圧電基板に、照度５０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を１０分間照射し、接着剤を硬化させた。このとき貼り合せた基板面内で接着剤の層は一様に５μｍの厚さだった。
この後、この貼り合せ基板をＮ_２雰囲気下１３０℃の温度で２時間キュアをおこなった。

そして、この前記複合圧電基板を面取り加工した後、圧電基板であるＬｉＴａＯ_３基板の外周約０．５ｍｍを特殊面取りホイールにて削り落とした。次いで、ＬｉＴａＯ_３基板の表面側（貼り合せ面と反対側）をラップ及び研削により１３０μｍ削り落とし、さらにポリッシュによりＬｉＴａＯ_３基板の厚さが２０μｍになるようにした。
この複合圧電基板の圧電基板側の３６５ｎｍでの反射率はＬｉＴａＯ_３基板単体のそれと同じ値であった。

以下の表２に示すように、前記アルミナ基板の厚みは２９０μｍ±０．５μｍと極めてバラツキが少なく、前記複合圧電基板のＬｉＴａＯ_３基板の厚みは２０±０．５μｍと極めて小さかった。また、ＬｉＴａＯ_３基板に加工歪やクラックは観察されなかった。

次に、上記の複合圧電基板上にＡｌ電極（厚み０．０７μｍ、電極幅０．５μｍ）からなる１ポートＳＡＷ共振子のパターンをプラズマエッチング法にて形成した。図４に、その１ポートＳＡＷ共振子の電子顕微鏡による観察図を示す。

この複合圧電基板の表面を保護テープに貼り付け、研削機により前記複合基板の裏面側、すなわちアルミナ基板を約１５０μｍ削り落とし、厚み約１６０μｍのパターン付き複合圧電基板（アルミナ基板厚さは約１４０μｍ）を作製した。このような厚さであれば、昨今の薄い携帯等に十分に搭載できるものである。
この複合圧電基板を１７０℃で加熱したところ、反りは０．８ｍｍと小さかった（表２参照）。
また、この複合圧電基板を２９０℃で加熱しても基板は割れなかった。

この複合圧電基板を２ｍｍ角に切断し、チップを２６０℃空気中で５分間さらしその後、−４０℃〜８５℃のヒートサイクルに１０００サイクルかけてもＬｉＴａＯ_３基板のワレ、剥離は生じなかった。

また、上記の電極が形成された複合圧電基板を同様にしてチップ形状に加工して得た複合圧電チップにおいて、ＬｉＴａＯ_３基板の電極が形成された面の漏洩弾性表面波伝播方向であるＸ方向の膨張係数をその場観察により求めたところ、αｃ＝１０ｐｐｍ／℃であった。
次にこの複合圧電チップを、アルミナセラミック基板（膨張係数αｓ＝８ｐｐｍ／℃）からなる実装基板にＡｇ、Ｓｎからなるハンダバンプを介してフリップチップ接続して、パッケージングをおこなった。

表２に示すように、前記複合圧電チップをフリップチップ接続した１ポート共振子の反共振周波数の温度係数は−１３ｐｐｍ／℃と小さく、周波数温度特性改善効果が高いものとなった。
また、基板面内の温度係数のばらつきは１ｐｐｍ／℃以下であり、周波数温度特性の安定性の高いものとなった。
実施例１で得られたＳＡＷ共振子の共振特性を図５に示す。

なお、前述と同様の方法でＬｉＴａＯ_３基板の厚みを１５μｍ及び２５μｍとした場合、前記ＬｉＴａＯ_３基板の電極が形成された面の漏洩弾性表面波伝播方向であるＸ方向の膨張係数をその場観察により求めたところ、αｃ＝９ｐｐｍ／℃及び１０．５ｐｐｍ／℃であった。
次に、前述と同様にして電極が形成された複合圧電チップを、各々アルミナセラミック基板（膨張係数αｓ＝８ｐｐｍ／℃）からなる実装基板にＡｇ、Ｓｎからなるハンダバンプを介してフリップチップ接続して、パッケージングをおこなった。
前記複合圧電チップをフリップチップ接続した１ポートＳＡＷ共振子の反共振周波数の温度係数は各々−７ｐｐｍ／℃、−１８ｐｐｍ／℃と小さく、基板面内の温度係数のばらつきは１ｐｐｍ／℃以下であった。
このように、周波数温度特性が良好であり、高品質の弾性表面波素子が得られていることが判る。

（実施例２）
支持基板であるセラミック基板として、直径４インチ（１００ｍｍ）で厚さが１００μｍであり、貼り合せ面とその反対側の面のそれぞれの表面粗さＲａが共に０．０２μｍであって、気孔率が０．１％、ヤング率が４００ＧＰａ、抵抗率が１０^１５Ωｃｍであるアルミナ基板を用意した（表１参照）。
この用意したセラミック基板を以下の２点を除き、実施例１と同様にして、複合圧電基板を作製し、Ａｌ電極（厚み０．０７μｍ、電極幅０．５μｍ）からなる１ポートＳＡＷ共振子のパターンをプラズマエッチング法にて形成した。１点目として、貼り合せ後の圧電基板の外周除去は３ｍｍとした（実施例１では０．５ｍｍ）。２点目として、実施例１では、パターン形成後にアルミナ基板を１５０μｍ削り落としているが、実施例２では十分な薄さであるのでこの研削は行わなかった。

そして、この複合圧電基板をチップ形状に加工した。
このとき、ＬｉＴａＯ_３基板の電極が形成された面の漏洩弾性表面波伝播方向であるＸ方向の膨張係数をその場観察により求めたところ、αｃ＝９ｐｐｍ／℃であった。
次に電極が形成された前記複合圧電チップを、アルミナセラミック基板（膨張係数αｓ＝８ｐｐｍ／℃）からなる実装基板にＡｇ、Ｓｎからなるハンダバンプを介してフリップチップ接続して、パッケージングをおこなった。

表２に示すように、前記複合圧電チップをフリップチップ接続した１ポート共振子の反共振周波数の温度係数は−１２ｐｐｍ／℃と小さく、周波数温度特性改善効果が高いものとなった。
また、基板面内の温度係数のばらつきは１ｐｐｍ／℃以下であり、周波数温度特性の安定性の高いものとなった。

また、このようにして得られた弾性表面波素子に関して、以下の３項目について実施例１と同様にして測定したところ、セラミック基板の厚さばらつき：１００μｍ±０．６μｍ、圧電基板の厚さばらつき：２０μｍ±０．５μｍ、加熱（１７０℃）による反り：０．９ｍｍであった（表２参照）。
いずれも良好な結果を示しており、実施例１と同様に、高品質の弾性表面波素子を得ることができた。

（実施例３−９）
支持基板であるセラミック基板として、実施例２で用意したアルミナ基板とそれぞれ以下の点で異なる基板を用意し、実施例２と同様の手順で弾性表面波素子を作製した。
実施例３…面粗さＲａ（貼り合せ面：０．０７μｍ、反対側の面：０．３μｍ）
実施例４…面粗さＲａ（両面０．７μｍ）
実施例５…面粗さＲａ（両面０．０１μｍ）
実施例６…ヤング率（５０ＧＰａ：低温焼成のアルミナを主成分とするＬＴＣＣ（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏ ｆｉｒｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ））
実施例７…ヤング率（１８０ＧＰａ：アルミナを主成分とするセラミクス）
実施例８…気孔率と面粗さＲａ（気孔率５％、面粗さＲａは両面１μｍ）
実施例９…ヤング率（２００ＧＰａ：アルミナを主成分とするセラミクス）
実施例１０…セラミック基板厚さ（９０μｍ）
そして、実施例２と同様にして上記項目について測定したところ表３に示す結果となった。

実施例１−１０は、いずれも本発明を実施した例である。いずれの場合においても、周波数温度係数の値が−１３から−１６程度で小さく、周波数温度特性改善効果が高く、良好な周波数温度特性を備えた弾性表面波素子を得ることができる。また、フリップチップボンディングにより実装したものなので生産性高く得られる。
さらには、これらの本発明の弾性表面波素子では、圧電基板と貼り合せる支持基板としてセラミック基板を用い、接着剤により貼り合せているので安価に得ることが可能である。

そして、このとき、表２、表３から判るように、特に、支持基板であるセラミック基板の厚さが１００μｍ以上の実施例１−９の弾性表面波素子は、１００未満の実施例１０のものと比べて、基板面内の温度係数のばらつきがより小さくて安定性が高く、より良好な周波数温度特性を有するものとなっている。また、複合圧電基板部の反りに関しても、実施例１−９のほうが良い結果となっている。

さらには、実施例１−９において、セラミック基板の厚さばらつき、圧電基板の厚さばらつき、基板面内の温度係数のばらつき、加熱による反りの４項目に関して、貼り合せに用いたセラミック基板が、面粗さＲａが両面共に０．０２μｍ以上０．５μｍ以下、さらに両面が同じ面粗さのものであって、ヤング率が２００ＧＰａ以上、気孔率が０．１％以上４％未満である実施例１および実施例２並びに実施例９の複合圧電基板の方が、面粗さが両面で差がある実施例３、面粗さが両面とも０．５μｍより大きい実施例４、面粗さが両面とも０．０２μｍより小さい実施例５、ヤング率が２００ＧＰａ未満である実施例６・７、気孔率が４％以上であり、面粗さが両面ともに１μｍを越えている実施例８のいずれの複合圧電基板よりも、より優れた結果を示している。

なお、貼り合せ後の圧電基板の外周除去の工程を省略すること以外は実施例２と同様にして複合圧電基板を２０枚作製したところ、３枚に圧電基板の外周部にクラックが発生した。
また、除去を外周より０．０８ｍｍとした場合では、２０枚中１枚に圧電基板の外周部にクラックが発生した。これらは熱処理工程でワレの原因となった。
実施例１−１０と比較して、貼り合せ後に圧電基板の外周より１ｍｍ以上除去することにより、圧電基板にクラック等が生じるのを効果的に防止できることが判る。また、コスト、生産性を考慮すると、除去の上限は３ｍｍ程度に抑えると良い。

（比較例１−３）
支持基板であるセラミック基板として、実施例１０で用意したアルミナ基板と同様のアルミナ基板を用意した（比較例１）。また、実施例１０で用意したアルミナ基板とそれぞれ以下の点で異なる基板を用意した（比較例２、３）。そして、実装基板として実施例１０とは異なる基板を用意して、実施例１０と同様の手順で弾性表面波素子を作製した。
比較例２…面粗さＲａ（両面０．７μｍ）
比較例３…ヤング率（１８０ＧＰａ：アルミナを主成分とするセラミクス）
なお、比較例１−３において、ＬｉＴａＯ_３基板の電極が形成された面の漏洩弾性表面波伝播方向であるＸ方向の膨張係数をその場観察により求めたところ、各々αｃ＝９ｐｐｍ／℃であり、実装基板の膨張係数αｓは１０ｐｐｍ／℃であった。すなわち、比較例１−３では、本発明におけるαｓとαｃの関係（αｓ＜αｃ＜αｓ＋６）とは異なり、αｓ＞αｃになっている。
そして、実施例１０と同様にして上記項目について測定したところ表４に示す結果となった。

このように、周波数温度係数について、表４に示すように比較例１では−２８ｐｐｍ／℃、比較例２では−３６ｐｐｍ／℃、比較例３では−３０ｐｐｍ／℃と、どの例においてもその値は大きく、周波数温度特性改善効果が低いものとなった。本発明による実施例１−１０（表２、表３）と比べて周波数温度係数に関して大きな値を示していることが判る。

（比較例４）
直径４インチ（１００ｍｍ）で厚さが２００μｍであるガドリニウム・ガリウム・ガーネット(ＧＧＧ)基板を用意した。次に直径４インチ（１００ｍｍ）の３６°回転Ｙカットタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）基板を厚さが０．２ｍｍ（２００μｍ）で両面ラップにより表面のＲａが０．１２μmとなる様加工した。

次いで、ＧＧＧ基板の表面を洗浄し、さらにこの基板を１００℃に加熱しながら波長２００ｎｍ以下の短波ＵＶ光及び高濃度オゾンにより前処理し、エポキシメタクリレートを主成分とする紫外線硬化接着剤をスピンコートし片側表面上に均一に塗布した。次いで、前記ＬｉＴａＯ_３基板の裏面を洗浄し、前記接着剤を同様に塗布し、前記ＧＧＧ基板の接着剤塗布面と前記ＬｉＴａＯ_３基板の接着剤塗布面を圧力１×１０^−３ｍｂａｒの真空下で貼り合せた。

次に、この貼り合わせた複合圧電基板に、照度５０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を１０分間照射し、接着剤を硬化させた。このとき基板面内で接着層は一様に５μｍの厚さだった。そして、この複合圧電基板を面取り加工した後、ＬｉＴａＯ_３基板の表面側を研削及びラップにより１５５μｍ削り落とし、さらにポリッシュによりＬｉＴａＯ_３基板の厚さが２０μｍになるようにした。

次に、前記複合圧電基板をチップ形状に加工し、この複合圧電チップ上にＡｌ電極（厚み０．０７μｍ、電極幅０．５μｍ）からなる１ポートＳＡＷ共振子のパターンをプラズマエッチング法にて形成した。。

このとき、ＬｉＴａＯ_３基板の電極が形成された面の漏洩弾性表面波伝播方向であるＸ方向±０．５°の膨張係数αｃを、前記複合圧電チップを加熱及び冷却し電極幅の温度変化をその場観察により求めたところ、αｃ＝１５ｐｐｍ／℃であった。

次に電極が形成された前記複合圧電チップを、アルミナセラミック基板（膨張係数αｓ＝８ｐｐｍ／℃）からなる実装基板にＳｎからなるハンダバンプを介してフリップチップ接続して、パッケージングをおこなった。すなわち、本発明におけるαｓとαｃの関係（αｓ＜αｃ＜αｓ＋６）とは異なり、αｃ＞αｓ＋６になっている。
前記複合圧電チップをフリップチップ接続した１ポート共振子の反共振周波数の温度係数は−３９ｐｐｍ／℃と温度特性改善はほとんど無かった。

また、前記複合圧電チップをチップアンドワイヤー接続して実装した１ポート弾性表面波共振子の反共振周波数の温度依存性を周囲温度を−４０℃から８５℃まで変化させて調べ、温度係数を調べた結果、反共振周波数の温度係数は−４０ｐｐｍ／℃と温度特性改善効果は無かった。

（比較例５）
実施例１で用意した複合圧電チップ（ＬｉＴａＯ_３基板の厚さ２０、１５、２５μｍ）をチップアンドワイヤー法にて実装した１ポート共振子の反共振周波数の温度係数は各々−１７ｐｐｍ／℃、−１０ｐｐｍ／℃、−２２ｐｐｍ／℃であり、良好な温度特性であったが、実装作業が煩雑であり、生産性が高いものではない。

以上のように、本発明のように、圧電基板と貼り合せる支持基板としてセラミック基板を用い、接着剤を介して貼り合せた複合圧電基板を使用し、圧電基板表面の弾性表面波または漏洩弾性表面波の伝播方向の膨張係数αｃと、実装基板の膨張係数αｓとが、αｓ＜αｃ＜αｓ＋６なる関係を満たすように実装したものであれば、生産性高く、安価に製造されたものであり、かつ、周波数温度係数を小さなものとし、高い周波数温度特性改善効果が得られ、周波数温度特性が優れた弾性表面波素子とすることができる。
さらには、特に上記セラミック基板の厚さが例えば１００μｍ以上であれば、面内周波数温度係数のバラツキが小さく、周波数温度特性が安定したものとすることが可能であり、より優れた周波数温度特性となる。そして、熱により生じる反りも小さなものになる。

なお、本発明は、上記形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

本発明に係る弾性表面波素子の実施形態の一例を示す断面概略図である。 本発明に係る弾性表面波素子に用いられる複合圧電基板の一例を示した概略断面図である。 アルミナ基板（気孔率２％、表面粗さＲａ＝０．３μｍ）の電子顕微鏡による観察図である。 ３６°ＹカットＬｉＴａＯ_３基板／接着層（５μｍ）／アルミナ基板（気孔率２％）構造の複合圧電基板に形成したＡｌ電極（厚み０．０７μｍ、電極幅０．５μｍ）からなる１ポートＳＡＷ共振子の電子顕微鏡による観察図である。 実施例１で得られた１ポートＳＡＷ共振子の共振特性を示すグラフである。

符号の説明

１…複合圧電チップ、 ２…圧電基板、 ３…セラミック基板、
４…接着剤（接着層）、 ５…バンプ、 ６…実装基板、 ７…電極、
８…弾性表面波素子、 ９…複合圧電基板。

Claims (11)

1. 圧電基板上に弾性表面波または漏洩弾性表面波を励振・検出する電極が形成された弾性表面波素子であって、少なくとも、圧電基板とセラミック基板とを接着剤を介して貼り合わせた複合圧電基板をチップ形状に加工した複合圧電チップと、該複合圧電チップをフリップチップボンディングによって実装する実装基板とを具備し、前記圧電基板表面の弾性表面波または漏洩弾性表面波の伝播方向の膨張係数αｃ（ｐｐｍ／℃）と、前記実装基板の膨張係数αｓ（ｐｐｍ／℃）とが、
   αｓ＜αｃ＜αｓ＋６
   なる関係を満たすように実装されたものであることを特徴とする弾性表面波素子。
2. 前記セラミック基板は、厚さが１００μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波素子。
3. 前記セラミック基板は、ヤング率が２００ＧＰａ以上のものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の弾性表面波素子。
4. 前記セラミック基板の貼り合せ面及び該貼り合せ面の反対側の面の面粗さを示す指標Ｒａが０．０２μｍ以上０．５μｍ以下のものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。
5. 前記セラミック基板は、気孔率が０．１％以上４％未満のものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。
6. 前記セラミック基板は、貼り合せ面及び該貼り合せ面の反対側の面の面粗さが同じのものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。
7. 前記圧電基板は、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７のいずれか１つからなるものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。
8. 前記セラミック基板は、アルミナを主成分とするものであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。
9. 前記複合圧電基板の圧電基板は、貼り合せ後に外周より０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下除去されたものであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。
10. 前記複合圧電基板は、圧電基板側の波長３６５ｎｍにおける反射率が、圧電基板単体のそれと同じものであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。
11. 前記複合圧電基板は、厚さが３００μｍ以下のものであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の弾性表面波素子。
    

Images