JPH10163801A - 弾性表面波素子およびその製造方法 - Google Patents
弾性表面波素子およびその製造方法Info
- Publication number
- JPH10163801A JPH10163801A JP8314550A JP31455096A JPH10163801A JP H10163801 A JPH10163801 A JP H10163801A JP 8314550 A JP8314550 A JP 8314550A JP 31455096 A JP31455096 A JP 31455096A JP H10163801 A JPH10163801 A JP H10163801A
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- acoustic wave
- semiconductor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低コスト、小型化、少ない部品点数で弾性表
面波素子を実現する。 【解決手段】 シリコン等の半導体１１上に圧電体２１
と半導体１１とを直接接して設け、圧電体上の弾性表面
波の伝播部分を空間的に確保するための窪み２３を半導
体１１と圧電体２１の境界部に設けた設けたことを特徴
とする。
面波素子を実現する。 【解決手段】 シリコン等の半導体１１上に圧電体２１
と半導体１１とを直接接して設け、圧電体上の弾性表面
波の伝播部分を空間的に確保するための窪み２３を半導
体１１と圧電体２１の境界部に設けた設けたことを特徴
とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、通信機器の信号処
理等に応用される弾性表面波素子およびその製造方法に
関するものである。
理等に応用される弾性表面波素子およびその製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】弾性表面波は、圧電体上を伝播するモー
ドの超音波で、その表面を伝播する特性を生かして伝播
する波の発生および検出がインターデジタル電極で可能
となるため、通信機器用のフィルターあるいは発信素子
として用いられている。弾性表面波は受動素子であるか
らその入力部あるいは出力部には能動素子である半導体
素子に接続される。従来、半導体素子およびそれに接続
される弾性表面波素子はそれぞれ個別の部品として設計
されてプリント基板上で接続されるのが一般的である。
その際には個別の素子の機能を保証するためにそれぞれ
パッケージングを行いプリント基板上に配線する。さら
にその接続にはインピーダマッチング回路が付加され
る。
ドの超音波で、その表面を伝播する特性を生かして伝播
する波の発生および検出がインターデジタル電極で可能
となるため、通信機器用のフィルターあるいは発信素子
として用いられている。弾性表面波は受動素子であるか
らその入力部あるいは出力部には能動素子である半導体
素子に接続される。従来、半導体素子およびそれに接続
される弾性表面波素子はそれぞれ個別の部品として設計
されてプリント基板上で接続されるのが一般的である。
その際には個別の素子の機能を保証するためにそれぞれ
パッケージングを行いプリント基板上に配線する。さら
にその接続にはインピーダマッチング回路が付加され
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】通信機器の需要が広ま
るにつれて、その使用周波数が高くなる。その際用いら
れる素子の大きさも小さくなる。当初は数ＭＨｚから数
十ＭＨｚの使用周波数から始まったが現在ではその周波
数上限が数ＧＨｚにもなっている。周波数の増大に伴い
部品の大きさもセンチメートル（ｃｍ）程度の素子サイ
ズが現在では１ミリあるいはそれ以下の大きさに変わっ
てきた。
るにつれて、その使用周波数が高くなる。その際用いら
れる素子の大きさも小さくなる。当初は数ＭＨｚから数
十ＭＨｚの使用周波数から始まったが現在ではその周波
数上限が数ＧＨｚにもなっている。周波数の増大に伴い
部品の大きさもセンチメートル（ｃｍ）程度の素子サイ
ズが現在では１ミリあるいはそれ以下の大きさに変わっ
てきた。
【０００４】個々の部品をパッケージングして、プリン
ト基板に配線することは不可能ではないが、コストの点
と、装置の小型化、部品点数の減少化の三点で従来の方
法は認められなくなってきた。
ト基板に配線することは不可能ではないが、コストの点
と、装置の小型化、部品点数の減少化の三点で従来の方
法は認められなくなってきた。
【０００５】本発明は、半導体デバイスと弾性表面波素
子を一体化することによって、今まで２個あるいはそれ
以上の部品点数を１個の部品として取り扱えるようにす
るものである。
子を一体化することによって、今まで２個あるいはそれ
以上の部品点数を１個の部品として取り扱えるようにす
るものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の弾性表面波素子
は、弾性表面波を用いた機器やデバイスにおいて、弾性
表面波をシリコン等の半導体の上に直接接合して用い、
弾性表面波を有効に伝播するために境界部に窪みを設け
てその中に弾性表面波を伝播させる構成としたものであ
る。
は、弾性表面波を用いた機器やデバイスにおいて、弾性
表面波をシリコン等の半導体の上に直接接合して用い、
弾性表面波を有効に伝播するために境界部に窪みを設け
てその中に弾性表面波を伝播させる構成としたものであ
る。
【０００７】また、弾性表面波を、圧電体と半導体との
界面に空間を設けずに直接接合して弾性表面波を発生、
検出して用いる構成としたものである。
界面に空間を設けずに直接接合して弾性表面波を発生、
検出して用いる構成としたものである。
【０００８】また、本発明の弾性表面波素子の製造方法
は、半導体と圧電体との接合において、双方の間に機械
的な力さらには温度を加えることによって接合すること
を特徴とする。
は、半導体と圧電体との接合において、双方の間に機械
的な力さらには温度を加えることによって接合すること
を特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の基本概念は、弾性表面波
素子と半導体素子とそれぞれの機能を生かした形で一体
化して接続するものである。
素子と半導体素子とそれぞれの機能を生かした形で一体
化して接続するものである。
【００１０】弾性表面波は圧電体上に超音波の波を発生
させて伝播させ、その波を検出部で受けて再び電気信号
に変換して取り出すものである。その入出力部の超音波
と電気との変換部にパターン（インターデジタル電極）
を設け、その電極部に周波数特性をもたせてそれぞれの
機能をもつデバイスにする。一般的に弾性表面波は表面
を伝播するものであるから、表面を確保しなければなら
ない。
させて伝播させ、その波を検出部で受けて再び電気信号
に変換して取り出すものである。その入出力部の超音波
と電気との変換部にパターン（インターデジタル電極）
を設け、その電極部に周波数特性をもたせてそれぞれの
機能をもつデバイスにする。一般的に弾性表面波は表面
を伝播するものであるから、表面を確保しなければなら
ない。
【００１１】弾性表面波の伝播部分の表面を確保するた
めに、圧電体上に窪みを設けてその窪みの中を弾性表面
波が伝播すればよい。周囲部分が土手の役目を果たすた
め、この素子を他の半導体素子に接続することが可能と
なる。
めに、圧電体上に窪みを設けてその窪みの中を弾性表面
波が伝播すればよい。周囲部分が土手の役目を果たすた
め、この素子を他の半導体素子に接続することが可能と
なる。
【００１２】一方、半導体素子上に弾性表面波が伝播す
る部分は、窪みを設けて空間を確保することで可能であ
る。弾性表面波はその波が伝播する際の波の伝播部分の
盛り上がり下がりの絶対値は数十オングストローム以下
であるから、伝播するために必要とする空間部分も数十
オングストロームもしくは数百オングストローム以上１
ミクロン以下で十分であり、この窪みの確保は素子サイ
ズに比べて無視できる高さである。
る部分は、窪みを設けて空間を確保することで可能であ
る。弾性表面波はその波が伝播する際の波の伝播部分の
盛り上がり下がりの絶対値は数十オングストローム以下
であるから、伝播するために必要とする空間部分も数十
オングストロームもしくは数百オングストローム以上１
ミクロン以下で十分であり、この窪みの確保は素子サイ
ズに比べて無視できる高さである。
【００１３】このように本発明は、弾性表面波を用いた
機器やデバイスにおいて、弾性表面波をシリコン等の半
導体の上に接合して用い、弾性表面波を有効に伝播する
ために境界部に窪みを設けてその中に弾性表面波を伝播
させるもので、低コスト、小型化、少ない部品点数で弾
性表面波素子を実現することができる。
機器やデバイスにおいて、弾性表面波をシリコン等の半
導体の上に接合して用い、弾性表面波を有効に伝播する
ために境界部に窪みを設けてその中に弾性表面波を伝播
させるもので、低コスト、小型化、少ない部品点数で弾
性表面波素子を実現することができる。
【００１４】（実施例１）図１は本発明の基本構成を示
すもので、半導体としてシリコンを用いて基板上に窪み
を設けた構成例を示す。図１（ａ）は本発明の一実施の
形態における弾性表面波素子の構成を示す概略斜視図、
（ｂ）は同ＡＢ線断面図である。
すもので、半導体としてシリコンを用いて基板上に窪み
を設けた構成例を示す。図１（ａ）は本発明の一実施の
形態における弾性表面波素子の構成を示す概略斜視図、
（ｂ）は同ＡＢ線断面図である。
【００１５】図１において、１１はシリコン等の半導
体、１２は半導体上の配線部となる接続電極を示す。２
１は圧電体を示す。２２は圧電体２１上に設けた弾性表
面波発生受信用のくし型電極を示す。尚、半導体の大き
さは、数cm2〜数mm2のものが使用できるが、１mm2もし
くはそれ以下の大きさがより好ましい。
体、１２は半導体上の配線部となる接続電極を示す。２
１は圧電体を示す。２２は圧電体２１上に設けた弾性表
面波発生受信用のくし型電極を示す。尚、半導体の大き
さは、数cm2〜数mm2のものが使用できるが、１mm2もし
くはそれ以下の大きさがより好ましい。
【００１６】シリコン基板上の駆動用トランジスタの出
力電圧を圧電体上のくし型電極２２に印加する。その際
トランジスタの出力インピーダンスと圧電体上のくし型
電極の入力インピーダンスは一致させる。本構成では従
来弾性表面波素子からのリード線部分のインピーダンス
が無くなることとインピーダンスマッチングが容易にな
ることが大きな特徴となる。
力電圧を圧電体上のくし型電極２２に印加する。その際
トランジスタの出力インピーダンスと圧電体上のくし型
電極の入力インピーダンスは一致させる。本構成では従
来弾性表面波素子からのリード線部分のインピーダンス
が無くなることとインピーダンスマッチングが容易にな
ることが大きな特徴となる。
【００１７】図１においてシリコン基板上に窪み２３を
設けてその窪みの部分を弾性表面波の伝播部とする。
尚、窪み２３は半導体上に設けたが、圧電体２１に設け
ても良いものであり、半導体１１と圧電体２３の境界部
のいずれにも設けても良い。
設けてその窪みの部分を弾性表面波の伝播部とする。
尚、窪み２３は半導体上に設けたが、圧電体２１に設け
ても良いものであり、半導体１１と圧電体２３の境界部
のいずれにも設けても良い。
【００１８】弾性表面波は受動素子であることと、高周
波信号が素子に印加されるために電気的な劣化は殆ど生
じない。さらに用いている材料も圧電体であり不純物の
拡散等の劣化は考えなくともよい。ただ、周囲からのダ
ストの浸入、水分の浸入等による電極の酸化等を防止す
ればよい。
波信号が素子に印加されるために電気的な劣化は殆ど生
じない。さらに用いている材料も圧電体であり不純物の
拡散等の劣化は考えなくともよい。ただ、周囲からのダ
ストの浸入、水分の浸入等による電極の酸化等を防止す
ればよい。
【００１９】封止に最も簡便な方法は、圧電体と半導体
の界面に接着材を塗布して接着する方法が有効である。
しかし接着方法は素子が小型化し、かつ、伝播部分には
接着材を塗布してはいけない等の制限が加わるために工
業的にはかなりの工夫を必要とする場合があるので、次
の金属接合による封止が有効である。
の界面に接着材を塗布して接着する方法が有効である。
しかし接着方法は素子が小型化し、かつ、伝播部分には
接着材を塗布してはいけない等の制限が加わるために工
業的にはかなりの工夫を必要とする場合があるので、次
の金属接合による封止が有効である。
【００２０】さらに他の方法として、弾性表面波素子の
電極部の周囲に素子の固定用の金属膜を入出力電極の作
成と同時に設けて、同様に半導体部の上に固定用の金属
膜を設けて、圧電体上の金属と半導体上の金属間で両者
の相互拡散させることで固定する。もちろんこの金属部
分はシールド電極として用い不要なノイズに対するガー
ド電極として用いる。
電極部の周囲に素子の固定用の金属膜を入出力電極の作
成と同時に設けて、同様に半導体部の上に固定用の金属
膜を設けて、圧電体上の金属と半導体上の金属間で両者
の相互拡散させることで固定する。もちろんこの金属部
分はシールド電極として用い不要なノイズに対するガー
ド電極として用いる。
【００２１】両者の封止用の金属の相互拡散には、加熱
あるいは加圧が有効であるが、加圧のみでも接合でき、
この場合、加熱を補助的に用いることができる。また、
加圧は、例えば数十ｋｇ／ｍｍ2程度、温度は１５０度
Ｃ以上が可能である。
あるいは加圧が有効であるが、加圧のみでも接合でき、
この場合、加熱を補助的に用いることができる。また、
加圧は、例えば数十ｋｇ／ｍｍ2程度、温度は１５０度
Ｃ以上が可能である。
【００２２】尚、圧電体を半導体上に固定するために、
特に新たな材料を導入することをしないで、弾性表面波
素子の電極と、半導体の電極を用いて両者を固定する。
特に新たな材料を導入することをしないで、弾性表面波
素子の電極と、半導体の電極を用いて両者を固定する。
【００２３】本発明の弾性表面波素子の構成において、
圧電体は，水晶、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂ
Ｏ3），リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ3）等の圧電
体が温度あるいは加圧の点で問題がなく使用可能であ
る。さらに半導体はシリコン、ガリウムリン、インジウ
ムリン等が同様に使用可能である。
圧電体は，水晶、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂ
Ｏ3），リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ3）等の圧電
体が温度あるいは加圧の点で問題がなく使用可能であ
る。さらに半導体はシリコン、ガリウムリン、インジウ
ムリン等が同様に使用可能である。
【００２４】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
を示すもので、弾性表面波を、圧電体と半導体との界面
に空間を設けずに直接接合して弾性表面波を発生、検出
して用いることを特徴とする弾性表面波素子（広義に弾
性表面波を取り、境界面部の伝播モードを含む）であ
る。即ち、本実施例の構成は図１と構成材料は同一であ
るが、弾性表面波の伝播部分の空間をなくしたもので、
この構成では弾性表面波の伝播損失が図１よりは大きく
なるが、図１の構成同様の材料および特性が得られる。
を示すもので、弾性表面波を、圧電体と半導体との界面
に空間を設けずに直接接合して弾性表面波を発生、検出
して用いることを特徴とする弾性表面波素子（広義に弾
性表面波を取り、境界面部の伝播モードを含む）であ
る。即ち、本実施例の構成は図１と構成材料は同一であ
るが、弾性表面波の伝播部分の空間をなくしたもので、
この構成では弾性表面波の伝播損失が図１よりは大きく
なるが、図１の構成同様の材料および特性が得られる。
【００２５】図２の構成においては、大きな素子（周波
数の低い素子）では伝播損失の増大ととともに二つの材
料間の応力の問題が特性に効いてくるために使用範囲が
限られてくる。界面を弾性表面波が損失なく伝播するた
めには他の制約があり、そのひとつは基板材料を伝播す
る縦波（本構成ではシリコン）の伝播速度が圧電体の縦
波に比べて極端に早くないことが条件となる。その場合
には弾性波がシリコン基板の側から逃げて行き弾性表面
波が存在出来なくなる。本構成の材料ではそのような心
配は無い。
数の低い素子）では伝播損失の増大ととともに二つの材
料間の応力の問題が特性に効いてくるために使用範囲が
限られてくる。界面を弾性表面波が損失なく伝播するた
めには他の制約があり、そのひとつは基板材料を伝播す
る縦波（本構成ではシリコン）の伝播速度が圧電体の縦
波に比べて極端に早くないことが条件となる。その場合
には弾性波がシリコン基板の側から逃げて行き弾性表面
波が存在出来なくなる。本構成の材料ではそのような心
配は無い。
【００２６】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来弾性
表面波素子と、マッチング回路、入出力素子の三つの部
分から成り立っていたものを一体化することによって、
特性の向上と軽量化とコストの低減を可能にすることが
できる。
表面波素子と、マッチング回路、入出力素子の三つの部
分から成り立っていたものを一体化することによって、
特性の向上と軽量化とコストの低減を可能にすることが
できる。
【図１】（ａ）本発明の一実施の形態における弾性表面
波素子の構成を示す概略斜視図 （ｂ）同ＡＢ線断面図
波素子の構成を示す概略斜視図 （ｂ）同ＡＢ線断面図
【図２】界面を伝播するモードを使用した素子構成例を
示す図
示す図
【符号の説明】 １１ 半導体 １２ 接続電極 ２１ 圧電体 ２２ くし型電極 ２３ 窪み
Claims (10)
- 【請求項１】半導体上に圧電体と前記半導体を接して設
け、弾性表面波の伝播部分を空間的に確保するための窪
みを前記半導体と圧電体の境界部に設けたことを特徴と
する弾性表面波素子。 - 【請求項２】窪みを半導体に設けることを特徴とする請
求項１記載の弾性表面波素子。 - 【請求項３】窪みを１ミクロン以下に取ることを特徴と
する請求項１または２記載の弾性表面波素子。 - 【請求項４】窪みを圧電体に設けることを特徴とする請
求項１記載の弾性表面波素子。 - 【請求項５】半導体と圧電体との接合において熱硬化性
の接着材料を使用することを特徴とする請求項１記載の
弾性表面波素子。 - 【請求項６】半導体と圧電体との接合において、前記圧
電体上の金属部と、前記半導体上の金属部との間を金属
間の結合力を用いたことを特徴とする請求項１記載の弾
性表面波素子。 - 【請求項７】接合部分の金属部を、弾性表面波素子の電
気的なシールド材料として用いることを特徴とする請求
項６記載の弾性表面波素子。 - 【請求項８】弾性表面波を、圧電体と半導体との界面に
空間を設けずに直接接合して弾性表面波を発生、検出し
て用いることを特徴とする弾性表面波素子。 - 【請求項９】圧電体をＬｉＮｂＯ3，ＬｉＴａＯ3または
水晶とし、半導体をシリコン、ガリウムリンまたはイン
ジウムリンとすることを特徴とする請求項１〜９のいず
れかに記載の弾性表面波素子。 - 【請求項１０】半導体と圧電体との接合において、双方
の間に機械的な力さらには温度を加えることによって接
合することを特徴とする弾性表面波素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8314550A JPH10163801A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 弾性表面波素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8314550A JPH10163801A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 弾性表面波素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10163801A true JPH10163801A (ja) | 1998-06-19 |
Family
ID=18054643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8314550A Pending JPH10163801A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 弾性表面波素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10163801A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022507088A (ja) * | 2018-12-26 | 2022-01-18 | 中芯集成電路（寧波）有限公司上海分公司 | 制御回路と弾性波フィルタの集積方法及び集積構造 |
| JP2022507089A (ja) * | 2018-12-26 | 2022-01-18 | 中芯集成電路（寧波）有限公司上海分公司 | 制御回路と表面弾性波フィルタの集積方法及び集積構造 |
-
1996
- 1996-11-26 JP JP8314550A patent/JPH10163801A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022507088A (ja) * | 2018-12-26 | 2022-01-18 | 中芯集成電路（寧波）有限公司上海分公司 | 制御回路と弾性波フィルタの集積方法及び集積構造 |
| JP2022507089A (ja) * | 2018-12-26 | 2022-01-18 | 中芯集成電路（寧波）有限公司上海分公司 | 制御回路と表面弾性波フィルタの集積方法及び集積構造 |
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