CN1578131A

CN1578131A - 声表面波元件、声表面波设备、声表面波双工器和声表面波元件制造方法

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Publication number: CN1578131A
Application number: CNA2004100709442A
Authority: CN
Inventors: 中野正洋; 苏武正树; 大塚滋树; 加贺谷康永
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2005-02-09
Also published as: JP2005039676A; JP3646116B2; EP1499019A1; EP1499019B1; US20050012435A1; US7352114B2; DE602004021537D1

Abstract

一个声表面波元件12包括一个由压电衬底上形成的单晶体铝组成的薄膜电极。由单晶体铝所组成的薄膜电极18中可分离出Cu，Ta，W和Ti等金属中的至少一种。在这个声表面波元件12中，Cu或类似的发生在薄膜电极18中。这样的分离有效g地减少在倒装片安装的超声波连接过程中压电衬底28上裂纹的出现。就是说，由于压电衬底28上裂纹的出现被减少，所以有利地提高了声表面波元件12中经受超声波振动的容许度。

Description

声表面波元件、声表面波设备、声表面波双工器和声表面波元件制造方法

技术领域

本发明涉及声表面波元件，声表面波设备，声表面波双工器，以及声表面波元件的制造方法。

背景技术

近来，几种声表面波设备，如声表面波滤波器和声表面波谐振器，取代使用电介质的滤波器和谐振器而常常应用于蜂窝电话和无绳电话等的移动通信设备中的高频电路。这是因为声表面波滤波器比电介质滤波器小，并在相同体积的情况下具有较高的电特性。

这些声表面设备主要包括：一个压电衬底，一个通过在压电衬底上形成层压的电极膜而得到的内部数字传感器(这儿简称为“IDT”)，以及一个适应电压衬底与IDT的组件。LiNbO₃(铌酸锂)，LiTaO₃(钽酸锂)和晶体被用来作为压电衬底的材料。当制作RF带通滤波器的压电衬底时，常常使用具有较高机电耦合系数的LiNbO₃和LiTaO₃。因为LiNbO₃具有大的机电耦合系数，故可使用64°旋转交于Y的LiNbO₃。另外，因为LiTaO₃具有高的机电耦合系数，并具有相对小的频率-温度系数，故可使用34-44°旋转交于Y的LiTaO₃。而且，在许多情况下，可使用具有低的特定重量和低电阻等特性的铝。

如上所述，声表面波设备常常用于RF波段(800MHz-2GHz)，如蜂窝电话。例如，当用在1GHz波段时，有必要把电极指状接头宽度(行宽)和IDT的电极间距缩小到大约1μm。然而，与频率成比例的重复应力施加在压电衬底上的IDT，重复应力引起的铝原子的迁移就产生了，这可造成IDT上的缺陷，如小丘(突起部分)或空穴(弄空)，这是有问题的，因为设备的寿命缩短了。就是说，对于设备寿命来说，IDT(如，电极膜)的电功率耐性成为一个重要因素。另外，IDT的退化不仅显著地表现在高频上，也表现为所用电压的增加上。进一步说，根据设计，随着频率变高，电极膜必须做得更薄，电极宽度必须变窄。结果，增进了退化。

对于蜂窝电话的微型化来说，分路器(双工器)的微型化是有效的，它在蜂窝电话的高频部分使用了较大空间。因此，已经提出把作为分路器的电介质双工器改变为声表面波双工器。然而，尽管声表面波双工器是个很小的组件，它的电功率耐性仍有问题，特别是对发射机一侧的双工器施加大的功率时。降低有效功率密度可改善电功率耐性，通过把声表面波设备的IDT构造区设计得较大来做得这一点。然而，技术上可能是个问题，因为设备制造时不能小于一定的体积。

由于以上原因，强烈要求改进声表面波设备的IDT的电功率耐性，就是说，改善形成于压电衬底的电极膜的电功率耐性。

作为铝原子迁移所导致的电极膜的退化的改善办法，J.I.Latham在“Thin Solid Film(固态薄膜)”(1979，64卷)中第9-15页公开了一项技术，通过铝铜合金制作电极膜，即向铝中加入如铜的各种金属。由铝合金制作电极膜，由于降低了电极膜上突起或空穴的产生，增进了IDT的电功率耐性。制作铝合金电极膜的技术公开在日本专利出版物第H7-107967号，日本第2555072号专利，日本专利申请公开第S64-80113号，日本专利申请公开第H1-128607号等。每一项技术中，通过向铝中加入少量的各种金属而减弱了IDT的退化，就是说，电极膜的材料控制铝原子的迁移。

另外，晶粒边缘的铝扩散快于晶粒内部铝扩散，就是说，要优先考虑控制晶粒边缘的扩散。因此，人们认为是，声表面波重复引力引起的铝原子迁移主要发生在晶粒边缘。长久以来就是这样解释的。

可以预测的是，通过降低或消除铝电极膜晶粒的边缘可极大地改善电功率耐性(electric power proofness)，优选将铝电极膜制成单晶体。将铝电极膜制成实质上单晶体的技术，公开在日本专利申请公开第S55-49014号中。在公开的第S55-49014号专利申请的技术中，设备性能提高了，而不管组成声表面波设备的是什么材料。另外，日本第2545983号专利公开了单晶体铝膜或其中晶体以固定方向定向的铝膜的技术，它们应用在声表面波设备的电极膜中。这里，范围从25°旋转到39°旋转的与Y相交的晶体衬底被用作压电衬底，并获得高速度(膜形成速度：4nm/sec)蒸汽沉积和低温(衬底温度：80℃)a(311)定向的膜。该膜就是所说的近于单晶体的取向附生的膜。另外，日本第2545983号专利公开了如Cu，Ti，Ni，Mg和Pb的添加剂的使用具有延长使用寿命的效果，它们被认为是铝迁移的反措施。但并没有公开添加多少的物质在铝中，以使其晶体沿固定方向排列。

日本专利申请公开第H6-132777号公开了与铝单晶体电极膜有关的一项技术，该技术不同于日本公开的第S55-49014号专利申请中的技术。这一文件中，通过在极低温度下形成膜而获得的铝单晶体膜。尤其特殊的是，有可能通过真空蒸汽沉积办法在128°旋转与Y相交的LiNbO₃衬底上形成铝单晶体膜，以及通过真空蒸汽沉积方法在12°旋转与X相交的LiNTaO₃衬底上形成铝单晶体膜。然而，使用以上方法，必须是把膜形成的速度设定为极低，这在大规模制造的条件下是有问题的。在这一传统技术中，尽管指出约0.1-2Wt％的Cu可作为添加剂添加，但没有讨论的是，铝单晶体膜的特征是由这种添加剂改变的。

第WO 00/74235号国际公开和日本公开的第2003-101372号专利申请公开了被用作压电衬底的38-44°旋转与Y相交的LiTaO₃的单晶体衬底，替代的指状接头类型的电极包括钛基金属膜和其上形成的铝膜，并由于钛基金属膜的作用，铝膜成为单晶体膜。

近来，关于声表面波设备的安装，由于用于安装声表面设备的空间更小，已使用倒装片安装方法，其特征比传统的线焊接安装更可靠。主要有两种倒装片安装办法。第一种是，利用焊锡凸缘，通过熔化焊锡凸缘安装声表面波设备，第二种办法是，利用金箔凸缘。通过超声波连接来安装声表面波设备。在声表面波元件的铝盘电极上形成焊锡、金箔或类似物的凸缘。利用凸缘形成的表面和相互面对的印刷布线板，元件的凸缘和印刷布线板的金箔电极终端相连。通过这一连接，以超声波振动声表面波元件来连接凸缘和电极终端，可制造具有牢固连接和可靠传导性能的声表面波设备。

发明内容

然而，以上所述的传统声表面波设备具有以下问题。本发明人所进行的实验显示，当使用金箔凸缘超声波连接的倒装片安装方法把声表面波元件安装在印刷布线板上时，在形成金箔凸缘的压电衬底区域或其周围区域可能出现裂纹。当压电衬底出现裂纹时，问题就出现了，例如线路断开以及声表面波设备的性能退化等。

此外，由于希望制造更小、更薄的设备，也期望使用倒装芯片安装方法用于声表面波双工器，这需要高的电功率耐性。然而，在声表面波双工器中，将比在SAW滤波器中实质更大的功率应用到这一设备。因此，上文所述的日本专利申请第H7-107964，日本第2555072号专利，日本专利申请公开第S64-80113号以及第H1-128607号专利申请公开中的技术对于改善电功率耐性是不够的。为满足电功率耐性，已经考虑使用单晶体铝电极。然而这种情况下，即使降低超声波的强度，使用超声波的倒装片安装中，金箔凸缘形成的压电衬底区域和周围区域会出现裂纹。但强度降低时，高强度超声波不能用于超声波连接。结果，出现的问题是，元件焊接到衬底上的强度不足以满足可靠性测试的要求，例如在冲击测试中。

反复研究压电衬底上出现裂纹的现象之后，发明人发现，在铝单晶体电极取向附生的生长过程中，可以降低由于晶格与基础金属不匹配所造成的应力。

本发明的一个方面是对以上所述的问题进行解决，同时提供了声表面波元件，声表面波设备，以及能够承受超声波振动的声表面波双工器，和制作这些声表面波元件的方法。

在此公开一种声表面波元件，其中压电衬底上提供的单晶体铝所组成的薄膜电极中可分离出Cu，Ta，W和Ti等金属中的至少一种。

在这一声表面波元件中，从薄膜电极分离出Cu或类似金属。发明人进行的实验中发现，这一分离对于倒置芯片安装的超声波连接过程中压电衬底出现裂纹的条件的控制是有效的。在这些环境中，。就是说，由于压电衬底出现裂纹的条件如上所述而得到控制，声表面波元件的经受超声波振动的容许度会有利地改善。在本说明书中，金属的分离不仅意味着原子的局部沉积，还包括的意义是，其中包含高浓度金属的合金也是局部沉积的。

优选，在压电衬底与薄膜电极之间提供一缓冲层，该缓冲层由晶格常数介于压电衬底材料的晶格常数与薄膜电极材料的晶格常数之间的材料构成。在这种情况下，由于缓冲层缓冲了压电衬底材料与薄膜电极材料之间的晶体不匹配，在薄膜电极的形成过程中铝可以容易地形成单晶体化。

此外，优选，压电衬底的材料是LiTaO₃或LiNbO₃，形成缓冲层的材料是TiN或Ti。另外，分离金属的晶粒直径是至少100nm，不大于1000nm。

声表面波设备可以包括声表面波元件、安装的衬底以及凸缘电极，在所述声表面波元件中，压电衬底上形成的单晶体铝组成的薄膜电极可分离出Cu、Ta、W、Ti金属中的至少一种类型，所述衬底具有在安装有声表面波元件的表面上形成的电极终端，所述凸缘电极位于声表面波元件的薄膜电极与安装的衬底的电极终端之间。

在这一声表面波设备中，在声表面波元件的薄膜电极可发生Cu或类似金属的分离。发明人进行试验最新发现，这一分离对于降低裂纹发生的条件是有效的，所述裂纹在采用倒装片安装方法把声表面波元件安装在安装衬底上时，在超声波连接过程中在压电衬底上发生。就是说，由于降低了如上所述的压电衬底出现裂纹的条件，声表面波设备经受超声波振动的容许度得到有利的改进。

声表面波双工器可包括一个声表面波元件，其中压电衬底上形成的单晶体铝组成的薄膜电极可分离Cu、Ta、W和Ti金属中的至少一种类型。

在这一声表面波双工器中，声表面波元件的薄膜电极可发生Cu或类似金属的分离。发明人进行试验最新发现，这一分离对于降低裂纹发生的条件是有效的，所述裂纹在采用倒装片安装方法把声表面波元件安装在衬底上时，在超声波连接过程中在压电衬底上发生。由于降低了如上所述的压电衬底出现裂纹的条件，声表面波双工器经受超声波振动的容许度得到有利的改进。

声表面波元件的制造方法可包括以下步骤：(1)形成由单晶体铝构成的电极膜，其中在喷射了铝合金的压电衬底上分离Cu、Ta、W和Ti金属中的至少一种，以及(2)通过电极膜的定形，形成薄膜电极。

附图简单说明

图1是本发明示例性实施例的声表面波设备的剖面示意图；

图2是表示图1设备的声表面波元件的透视图；

图3是表示图2中声表面波元件上形成的电极模式的结构示意图；

图4A-4F是图1中所示的声表面波元件制作时所执行步骤的框图；

图5是表示淀积在电极膜上的Cu分离情况的TEM图像；

图6是图5所示的点B处的EDS定性测试结果(EDS光谱)的图表；

图7是表示本发明示例性实施例的声表面波双工器的分解透视图；

图8A和8B是表示由“○”、“●”和“×”表示的进行剪切强度测试之后的击穿模式的图表；

图9是表示用于声表面波元件的电功率耐性测试的设备的结构框图；

图10是表示淀积在电极膜上的Cu分离情况的TEM图像；以及

图11是表示铝电极膜的X射线分析结果的图表。

具体实施方式

参考附图，下面详细描述声表面波元件、声表面波设备、声表面波双工器以及声表面波元件的制造方法的一个优选示例性实施例。相同符号可用于相同或类似元件，当重复参考这些元件时，省略进一步的描述。

图1是本发明示例性实施例的声表面波设备的剖面示意图。如图1所示，声表面波设备10包括声表面波元件12，安装衬底14，其上安装声表面波设备10，以及覆盖声表面波元件12的罩壳16。在声表面波元件12的下表面12a上，形成了后文中描述的叠层电极22(pad electrode)，其中，凸起电极20(raised electrode)层压在三对输入/输出电极(薄膜电极)18上。在安装有声表面波元件12的安装衬底14的表面14a上，形成镀金电极(电极终端)24，其用于施加

表面波元件12进行操作的必要电压。另外，如图所示，声表面波元件12相应的叠层电极22与安装衬底14的镀金电极24通过Au凸缘26相连。罩壳16是用于密封和保护声表面波元件12的构件，结构上包括从四个方向围绕着声表面波元件12的围堰部分16a，以及覆盖声表面波元件12上表面12b的盖子部分16b。

下面参考图2，详细解释包括在声表面波设备10中的声表面波元件12。图2是表示声表面波元件12的透视图。如图2所示，声表面波元件12具有一个压电衬底28，层压在压电衬底28上的缓冲层30，以及通过缓冲层30在压电衬底28上形成的叠层电极22。

压电衬底28是由LiTaO₃制成的衬底，LiTaO₃具有特殊的压电现象(热电现象)，并具有剖面基本上是正方形的正方柱形。压电衬底的材料可以替代为LiNbO₃。

六个叠层电极22的每一个具有输入/输出电极18，其上形成单晶体铝电极膜(后文进行说明)，其中已分离Cu，和凸起电极20，用于增加输入/输出电极18的厚度。三个叠层电极22位于压电衬底28的每一个对边。每一边的三个叠层电极22距离相等，这样，中间的叠层电极(22B与22E)位于一边的中心。如上所述分布叠层电极22，当声表面波元件12通过倒装片安装方法安装在衬底14上时，声表面波元件12的重心和压电衬底28的重心与安装在衬底14表面的法线方向对齐。因此，声表面波元件12具有高度稳定性。该说明书中的单晶体不仅包括完全没有任何晶粒边缘的完美单晶体，而且包括具有很少的晶粒边缘与次边缘的单晶体，以及具有高度定向的多晶体。

缓冲层30由TiN形成，其晶格常数介于LiTaO₃晶格常数与铝的晶格常数之间，所述LiTaO₃是衬底28的材料，所述铝是电极18的材料。

尽管在图2中忽略掉，在声表面波元件12的表面12a上，除叠层电极22外柱状电极和预定的布线模式也形成了。图3是表示声表面波元件12上形成的电极模式的结构示意图。图3中的符号22A-22F各自与图2中所示的叠层电极22A-22F相对应。四个叠层电极22A、22B、22E和22F连接到六个梯形柱状电极32上。具体地说，四个柱状电极32(串行臂谐振器32A)在位于中心的叠层电极22B和叠层电极22E之间串行连接。另外，由布线位置进行布线，所述布线位置夹在(即位于)四个串行臂谐振器32A中的中间两个串行臂谐振器32A之间，并各自通过柱状电极32(平行臂谐振器32B)与叠层电极22A和22F相连。叠层电极22A和叠层电极22F接地。

电极模式不限于图3中所表示的这几种，柱状电极32的数量与布线模式可以适当地改变。然而，使用具有点对称关系的电极模式，如图3中所示的电极模式，当声表面波元件12通过倒装片安装方法安装在衬底14上时，声表面波元件12的重心和压电衬底28的重心与安装衬底14表面的正常线方向对齐。因此，声表面波元件12的稳定性提高了。

下面，图1中声表面波设备10的制造步骤参照图4A-4F进行说明，该图表示了图1所示设备10的制造步骤。

首先，准备好具有3英寸直径(例如)的压电衬底28。通过清洗压电衬底28的层压表面28a去除杂质后，把压电衬底28放到喷涂设备中，这样，层压表面28a正对目标材料。然后，使用纯度99.9％的钽金属作为目标材料，在氮气和氩气的混合气体中执行喷涂，在压电衬底28的层压表面28a上形成TiN缓冲层30(参见图4A)。

在压电衬底28上形成缓冲层30之后，在喷涂设备内维持真空的同时，目标材料变为铝，向其添加浓度0.5wt％的Cu，在压电衬底28上的缓冲层30之上形成厚度约为300nm的铝电极膜34(参见图4B)。组成缓冲层30的材料不限于TiN，例如，也可以是Ti或类似物质，或是晶格常数介于电极膜34材料的晶格常数和压电衬底28材料的晶格常数之间的材料。有选择地使用这些材料，消除晶格不匹配，电极膜34可容易地实现单晶体化。其后，从喷涂设备中移出压电衬底28，使用已知的照相平版(光蚀刻)技术，在缓冲层30与电极膜34之上制出上文所述的电极模式，其数量与制作的元件数量(如，200个元件)相一致(参见图4C)。

模式定形后，通过与输入/输出电极18的制作相似的方法，在电极模式中在输入/输出电极18之上形成厚度约为500nm的凸起电极20。这完成了声表面波元件12的制作。这时，通过暴露于空气中，在凸起电极20表面形成由Al₂O₃组成的绝缘膜。另外，每一个凸起电极20上，挤压凸缘焊头构成的球形Au凸缘，并施加超声波振动，这样形成凸缘26，其穿透到在凸起电极20的表面形成的绝缘膜中(参见图4D)。此外，在输入/输出电极18和凸起电极20之间，可以适当提供一层铬(Cr)膜，它可抑制凸缘26的Au原子扩散到输入/输出电极18的条件，或者是一层TiN膜，用以提高输入/输出电极18与凸起电极20之间的连接。

在凸缘26形成之后，通过倒装片安装方法将声表面波元件12安装在由BT树脂制成的安装衬底14上面。就是说，声表面波元件12安装在衬底14上，同时确定声表面波元件12和/或安装衬底14的位置，这样，凸缘26与安装衬底14上的镀金电极24彼此接触，形成的状态是其上形成有凸缘26的声表面波元件12的表面12a正对安装衬底14的元件安装表面14a。在声表面波元件12安装在衬底14之后，声表面波元件12使用夹头(未示出)由真空吸力支持，并在安装衬底14的表面方向上对声表面波元件12施加超声波振动，以连接凸缘26和镀金电极24(参见图4E)。最后，通过由BT树脂制成的具有晶格模式的围堰平板16A(厚度：0.4nm)和压电衬底28上的由BT树脂制成的盖子平板16B(厚度：0.2nm)围绕起来，将每个声表面波元件12密封，通过切割法完成每个声表面波设备10的制作(参见图4F)。安装衬底14与围堰平板(围堰部分16A)，围堰平板与盖子平板(盖子部分16B)分别通过树脂粘合剂胶合一起。

如上所述，使用倒装片安装方法在安装衬底14上安装声表面波元件12时，对声表面波元件12施加超声波振动，以把凸起电极20的凸缘26连接到镀金电极24上。这些振动以振幅约为1μm的强度施加0.5秒。发明人通过实验发现，形成的不包括杂质的单晶体铝的电极膜制造的传统的声表面波设备中，当对声表面波元件12施加所述振动时，在金箔凸缘形成的区域及其周围区域，压电衬底28出现裂纹。优选裂纹越少越好，因为这些裂纹导致线路断开，以及声表面波设备的性能退化。另一方面，如上所述，使用铝合金作为目标材料形成电极膜时，可减少裂纹的发生。

仔细研究后，发明人发现，裂纹的产生是由于Cu的分离，在电极膜34中Cu是目标材料的添加剂。就是说，超声波振动产生的裂纹由于电极膜34中Cu的分离而降低，如图5中的TEM图像中所示。图5表示TEM图像，示出了在电极膜中淀积的Cu分离的条件。分离出的原子确定是Cu的分离，利用EDS(能量扩散分光镜)分析设备可以证实(参见图6)。图6是表示图5中点B处的EDS定性分析(EDS光谱)的结果的图表。该图的横轴是衍射角2θ°，纵轴是X射线强度(CPS：每秒计数)。因此，认为是Cu或铝铜合金分离的区域是在Cu浓度高的部分。在图5的图像中观察到的分离部分的晶粒直径约400nm，但其它晶粒直径范围为至少100nm，不超过1000nm。

如上文详述，在声表面波设备10和声表面波元件中，Cu的局部淀积(分离)发生在电极膜34上。发明人最近发现，这种分离对于降低倒装片安装时超声波连接过程中压电衬底28上出现裂纹的条件是有效的。就是说，由于降低了压电衬底28上出现裂纹的条件，这一声表面波设备10经受起超声波振动的容许度得到了有利的改善。

下面，参考图7描述装配上述声表面波元件12的声表面波双工器。图7是本发明示例性实施例的声表面波双工器的分解透视图。声表面波双工器40是一个电子组件，其中分别用于蜂窝电话发射和接收部分的信号发射滤波器和信号接收滤波器作为使用分支电路的一个单元封装，这样，发射和接收可共享一个天线。因此，该声表面波双工器40装配有响应频率彼此不同的两个声表面波元件12。另外，上述的罩壳16(16A与16B)密封安装在安装衬底14上的两个声表面波元件12。在其上安装有声表面波元件12的安装衬底14的表面的背面上，通过绝缘板44堆叠两个电路板42，其提供方波形成延迟电路。在这一声表面波双工器40中，由于Cu分离发生在声表面波元件12的电极膜34上，可以降低压电衬底上裂纹出现的条件，并有利地改善了对超声波振动的容许度。

本发明不限于以上所述的实施例，各种的改变都是可能的。例如，用于形成电极膜与目标材料一起使用的Al合金不限于是添加Cu的Al合金，也可以是把Cu、Ta、W和Ti的一种或几种添加到铝的合金。这种情况下，由于以上所述的金属分离在压电衬底28上喷涂的电极膜34上，裂纹的发生也降低了。

实施例1

准备一个39°旋转与Y相交的LiTaO₃衬底作为压电衬底，TiN缓冲层和单晶体铝电极膜随后使用喷涂方法层压在衬底上。以下详述其过程。首先，厚度为4nm的TiN缓冲层在压电衬底上形成，在氮和氩组成的混合气体中，纯度99.9％的钛金属作为目标材料。在衬底上形成TiN缓冲层后，在喷涂设备内保持真空的同时，厚度约为500nm的铝电极膜形成，铝作为目标材料，其中添加浓度为0.5wt％的Cu。通过TEM观察到电极膜的结果，图5中所示的单晶体铝中分离出杂质是明显的。从EDS定性分析评价的结果看，揭示出晶粒杂质主要是高浓度的Cu。就是说，包含在目标材料中的Cu在喷涂过程中不融入铝原子，而是在铝电极膜内作为Cu的分离而淀积。

使用通常的光版照相技术在电极模式中形成这种单晶体铝电极。具体来说，在铝电极膜上形成光致抗蚀剂的掩模模式，通过对三氯化硼(BCl₃)与氯气(Cl₂)的混合气体中的铝电极膜的干蚀刻来形成电极模式。进一步，为了用倒装片安装方法来安装声表面波元件，在这一电极模式的输入/输出电极的位置上，通过层压凸起电极(其是铬(Cr)和铝的层压物)形成叠层电极，使用超声波连接技术在模式电极上形成Au凸缘。

此外，为了比较，TiN缓冲层形成后，单独提供不包括杂质的铝纯度为99.999％的铝电极膜作为目标材料的衬底。在这一铝电极膜上，使用与前述相似的方法形成叠层电极和Au凸缘。

如上所述，将其中组成铝电极膜的材料不同的两种上述声表面波元件，通过倒装片安装方法在倒装片安装过程中改变超声波强度和载荷而安装在各自衬底上。然后安装在衬底上后测量模剪切强度。结果表示在图8A和8B中。每个图表示一个图表，其中剪切强度测试后断裂模式被标识为“○”，“●”和“×”。这里，图8A是一个图表，表示Cu加入到目标材料的声表面波元件的测试结果，图8B是表示目标材料中没加入杂质的声表面波元件的结果的图表。另外，“○”是金箔凸缘折断的模式，“●”是凸缘下压电衬底出现裂纹的模式，“×”是金箔凸缘与安装衬底上的镀金电极之间的连接不充分的模式。

从图8A与8B可以看出，声表面波元件相对于断裂模式为“○”的超声波强度和载荷具有较宽的条件范围，所述声表面波元件中Cu添加到目标材料中，并在铝电极分离出Cu，对于倒装片安装方法断裂模式为“○”是理想的，且当断裂模式变为“●”时，与目标材料中不包含杂质以及铝电极没有分离的声表面波元件相比，声表面波元件具有较窄的条件范围，这是不适宜的。从这一点可以看出，对于声表面波元件，压电衬底出现裂纹的条件，由于铝电极Cu的分离而得到极大改善。

此外，这两种声表面波元件的电功率耐性是使用图9中所示的测试设备50在85℃的气体中进行测试。图9是一个结构框图，表示用于测试声表面波元件的电功率耐性的设备。更具体的是，声表面波元件12(SAW滤波器)放在设备50的恒温炉52中，由信号发生器54获得的特定频率范围内的RF信号通过RF功率放大器56被放大到预定的强度，并送入SAW滤波器12的输入终端。同时，这时的输入功率由定向耦合器58A来测量。另外，网络分析器62通过定向耦合器58B和衰减器60A与60B连接到SAW滤波器12的输入/输出终端，在施加到SAW滤波器12的功率为15.8W的条件下评估寿命，直到SAW滤波器12的插入衰减退化为2dB。结果，具有分离出Cu的铝电极的SAW滤波器寿命是7900分钟，而具有不分离的铝薄膜电极的SAW滤波器的寿命是8000分钟。

就是说，没有发现在具有分离出Cu的铝电极的SAW滤波器与具有不分离的铝电极的SAW滤波器之间有实质上的差别。这被认为是，由于两种铝电极都是由不具有(或极少的)晶粒边界的材料构成。这明显全不同于在背景技术部分讨论的参考材料中描述的使用添加剂提高电功率耐性的目标。

实施例2

准备64度旋转与Y相交的LiNbO₃衬底作为压电衬底，利用喷涂方法将Ti金属缓冲层和单晶体铝电极膜依次层压在衬底上。同时，使用99.99％Ti材料和包括浓度为1wt％的Cu的材料分别作为在Ti喷涂中的目标材料和铝的目标材料。Ti膜的厚度是4nm，铝膜的厚度约为150nm。

用透射电子显微镜(TEM)分析铝膜时，可以确定具有不同对比度的晶粒包含在单晶体铝中，从EDS定性分析的结果可以看出，这些晶粒是铜的晶粒(参见图10)。图10表示TEM图片，指出了淀积在电极膜上的铜分离的条件。另外，当用X-射线分析铝膜时，可以观察到除了铝(111)信号之外的铜(111)信号(参见图11)。图11是表示铝电极膜X-射线分析的结果。在这一图片中，与图6中所示的图片类似，横轴是衍射角2θ(°)，纵轴是X-射线强度(cps：每秒计数)。本图片表示铝电极膜上存在的分离出的铜的晶体。

利用通常的光板照相技术在电极模式中形成这种单晶体铝膜。这一声表面波设备的模式是上文所述的梯级类型。下面，为了通过倒装片安装方法安装这些声表面波元件，通过在本电极模式的输入/输出电极处层压凸起电极(其是铬(Cr)和铝层的层压物)形成叠层电极。通过超声波连接技术在叠层电极上形成Au凸缘。为了对比，在64度旋转与Y相交的LiNbO₃组成的压电衬底上形成的缓冲层之后，准备一个由不包含杂志的纯度为99.999％的铝形成的铝电极膜作为目标材料的样品。通过与上文所述类似的方法在铝电极膜上形成叠层电极和Au凸缘。

与实施例1类似，通过改变超声波强度和连接载荷来研究这两个声表面波设备的倒装芯片连接安装方法。结果，具有添加铜浓度为1wt％的单晶体铝电极的声表面波元件，具有大范围的稳定倒装芯片连接，通过铜的分离，声表面波元件的压电衬底出现裂纹的条件显著地得到了改善。

进一步，这两种声表面波设备的电功率耐性，可利用图9所示的测试设备50在85℃的气体中进行评定。以1.58W的功率加在SAW滤波器12上来测试寿命，直至SAW滤波器12的插入损耗退化到2dB。结果，具有分离出铜的铝电极的SAW滤波器的寿命是9000分钟，不存在分离的铝薄膜电极的SAW滤波器的寿命是9100分钟。就是说，具有分离出铜的单晶体铝电极的SAW滤波器与不存在分离的单晶体铝电极的SAW滤波器之间，其电功率耐性不存在实质差别。这被认为是，由于两种铝电极都是由没有(或极少)晶粒边界而组成的。这明显全不同于背景技术部分参考资料中描述的通过添加剂来改进电功率耐性的目标。

如上所述，根据本发明的一个方面，提供了声表面波元件、声表面波设备、可容许超声波振动的声表面波双工器以及声表面波元件的制造方法。

Claims

1.一种声表面波元件，它包括一个置于压电衬底上的由单晶体铝组成的薄膜电极，其中Cu、Ta、W和Ti中的至少一种金属在由单晶体铝组成的所述薄膜电极中分离出来。

2.如权利要求1所述的声表面波元件，进一步包括位于所述薄膜电极与所述压电衬底之间的一个缓冲层，所述缓冲层由晶格常数介于压电衬底材料的晶格常数与薄膜电极材料的晶格常数之间的材料组成。

3.如权利要求1或2所述的声表面波元件，其中所述压电衬底的材料是钽酸锂或铌酸锂。

4.如权利要求2或3所述的声表面波元件，其中构成所述缓冲层的材料是TiN或Ti。

5.如权利要求1-4中任何一项所述的声表面波元件，其中分离金属的晶粒直径是至少100nm，且不大于1000nm。

6.一种声表面波设备，它包括：

一个声表面波元件，具有一个置于压电衬底上的由单晶体铝组成的薄膜电极，其中Cu、Ta、W、Ti中的至少一种金属在由单晶体铝组成的所述薄膜电极中分离出来。

一个安装衬底，具有在安装有所述声表面波元件的安装衬底表面上形成的电极终端；和

一个凸缘电极，位于所述声表面波元件的薄膜电极与所述安装衬底的电极终端之间。

7.一种声表面波双工器，它包括一个声表面波元件，该元件具有一个置于压电衬底上的由单晶体铝组成的薄膜电极，其中Cu、Ta、W和Ti中的至少一种金属在由单晶体铝组成的所述薄膜电极中分离出来。

8.一种制造声表面波元件的方法，该方法包括下列步骤：

通过喷涂铝合金，在压电衬底上形成一个由单晶体铝组成的薄膜电极，其中Cu、Ta、W和Ti中的至少一种金属被分离出来；和

通过电极膜的定形，形成薄膜电极。