CN1667946A - 弹性表面波元件、弹性表面波装置、双工器及弹性表面波元件的制法 - Google Patents

Abstract

本发明提供可以抑制特性变坏的弹性表面波元件、弹性表面波装置、双工器以及弹性表面波元件的制造方法。本弹性表面波元件的特征在于，具有压电性基板和在压电性基板上形成的IDT电极，压电性基板的体积阻抗率大于等于3.6×10¹⁰Ω·cm，小于等于1.5×10¹⁴Ω·cm。这样的弹性表面波元件，具有体积阻抗率低的压电性基板，其体积阻抗率被降低到小于等于1.5×10¹⁴Ω·cm。所以，在这种弹性表面波元件上，由于可以抑制在IDT电极之间发生放电，所以可明显地抑制特性恶化的事态发生。另外，由于压电性基板的体积阻抗率大于等于3.6×10¹⁰Ω·cm，所以可避免IDT电极之间发生短路的事态发生。

Description

弹性表面波元件、弹性表面波装置、双工器及弹性表面波元件的制法

技术领域

本发明涉及弹性表面波元件、弹性表面波装置、双工器以及弹性表面波元件的制造方法。

背景技术

由于用于弹性表面波装置的压电性基板具有热电性，所以在加热处理或使用时将压电性基板升温到80℃以上的情况下，在基板表面上产生不均匀的电荷分布这一点是为人所知的。

在产生这样的不均匀的电荷分布的情况下，在基板上形成的多个的梳齿形电极(以下称“IDT电极”)之间产生电位差，发生用于缓和该电位差的放电。这样，由于该放电，造成IDT电极熔融，装置的频率特性从所希望的频率特性发生偏移，或者发生短路不良这些所谓的特性变差。例如，在制造后进行的外观检查中，有时在3成以上的弹性表面波装置可以确认到IDT电极的熔融。特别是，为了使对应频率到达高频，在紧密地形成有IDT电极的近年的弹性表面波装置上，容易发生由于这样的放电引起的IDT电极的熔融状况。

那样，改善了压电性基板的不均匀电荷分布的弹性波装置在特开平10-107573号公报、特开平10-163802号公报、特开平10-126207号公报以及特开2001-168676号公报进行了公示。

即，在特开平10-107573号公报中，公示了在基板和IDT电极之间形成了具有规定阻抗值的底层的弹性表面波装置。另外，在特开平10-163802号公报中，公示了在IDT电极上形成了具有规定阻抗值的保护层的弹性表面波装置。另外，在特开平10-126207号公报中，公示了在IDT电极上形成了具有规定阻抗值的半导体层的弹性表面波装置。另外，在特开2001-168676号公报中，公示了在IDT电极之间的基板表面进行了掺杂的弹性波装置。

但是，在上述从前的弹性表面波装置中存在以下的问题。即，以高精度而均匀地控制在压电性基板形成的底层、保护层以及半导体层各自的厚度或者向压电性基板掺杂的深度是非常困难的。所以，在许多的情况下，底层、保护层以及半导体层的各自的厚度或者掺杂的深度不均匀，由于这样的不均匀性，底层等为了电荷分布均匀化而不能充分发挥功能。所以，在从前的弹性表面波装置上，不能充分抑制IDT电极由于放电发生熔融的事态。

发明内容

本发明就是为了解决以上的课题，以提供可以抑制特性变坏的弹性表面波元件、弹性表面波装置、双工器以及弹性表面波元件的制造方法为目的的。

涉及本发明的弹性表面波元件，其特征在于，具有压电性基板、在压电性基板上形成的IDT电极，压电性基板的体积阻抗率大于等于3.6×10¹⁰Ω·cm，小于等于1.5×10¹⁴Ω·cm。

这样的弹性表面波元件，具有体积阻抗率低的压电性基板，其体积阻抗率小于等于1.5×10¹⁴Ω·cm。在压电性基板的体积阻抗率低到这种程度情况下，即使在体积阻抗率大于等于10¹⁵Ω·cm的从前基板上产生的不均匀电荷分布的条件下，发明者们也首先发现了电荷均匀分布的现象。所以，在这种弹性表面波元件上，由于可以抑制在IDT电极之间发生的放电，所以可以明显地抑制特性恶化。另外，由于压电性基板的体积阻抗率大于等于3.6×10¹⁰Ω·cm，所以可以避免IDT电极之间发生短路。

另外，在压电性基极上，添加Fe、Mn、Cu以及Ti中的至少一种添加物是优选的。通过选择上述添加物，可以降低压电性基板的阻抗率。

另外，添加物的添加率小于等于1.24wt％是优选的。在这种情况下，可以得到具有大于等于3.6×10¹⁰Ω·cm的体积阻抗率的压电性基板。

另外，压电性基板主要由钽酸锂构成是优选的。

另外，IDT电极具有高取向性、由Al、Al合金构成是优选的。在这种情况下，IDT电极具有高耐功率性。

涉及本发明的弹性表面波装置，其特征在于，具备：拥有压电性基板、在压电性基板上形成的IDT电极，而压电性基板的体积阻抗率大于等于3.6×10¹⁰Ω·cm，小于等于1.5×10¹⁴Ω·cm的弹性表面波元件；和在搭载前述弹性表面波元件的面上形成有与前述IDT电极进行电气连接的电极端子的实装基板。

这样的弹性表面波装置，具有体积阻抗率低的压电性基板，其体积阻抗率小于等于1.5×10¹⁴Ω·cm。在压电性基板的体积阻抗率低到这种程度情况下，即使在体积阻抗率大于等于10¹⁵Ω·cm的从前的基板上产生的不均匀电荷分布的条件下，发明者们也首先发现了电荷均匀分布的现象。所以，在这种弹性表面波装置上，由于可以抑制在IDT电极之间发生的放电，所以可以明显地抑制特性恶化。另外，由于压电性基板的体积阻抗率大于等于3.6×10¹⁰Ω·cm，所以可以避免IDT电极彼此之间发生短路。

本发明的双工器，其特征在于，具备：拥有压电性基板、在压电性基板上形成的IDT电极，而压电性基板的体积阻抗率大于等于3.6×10¹⁰Ω·cm，小于等于1.5×10¹⁴Ω·cm的弹性表面波元件。

该双工器具备体积阻抗率低的压电性基板，其体积阻抗率小于等于1.5×10¹⁴Ω·cm。在压电性基板的体积阻抗率低到这种程度的情况下，即使在体积阻抗率大于等于10¹⁵Ω·cm的从前基板上产生的不均匀的电荷分布的条件下，发明者们也首先发现了均匀电荷分布的现象。所以，在这种双工器上，由于可以抑制在IDT电极之间发生的放电，所以可以明显地抑制特性恶化。另外，由于压电性基板的体积阻抗率大于等于3.6×10¹⁰Ω·cm，所以可以避免IDT电极彼此之间发生短路。

本发明的弹性表面波元件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：在添加了Fe、Mn、Cu以及Ti中的至少一种添加物，而体积阻抗率大于等于3.6×10¹⁰Ω·cm，小于等于1.5×10¹⁴Ω·cm的压电性基板上形成IDT电极。

附图说明

图1是涉及本发明实施方式的弹性表面波装置的简略断面图。

图2是表示弹性表面波元件的简略斜视图。

图3是表示了形成了弹性表面波元件的电极图案的简略构成图。

图4是表示制作图1所示的弹性表面波装置的顺序的图。

图5是归纳了改变Fe的添加率而测量体积阻抗率的实验的测量结果的表。

图6是归纳了对表面的电位如何随着时间的经过而变化进行了测量的测量结果的表。

图7是标出图6表中表示的数据的图。

图8是表示本发明的实施方式的弹性表面双工器的斜视分解图。

图9是归纳了改变Mn的添加率而测量了体积阻抗率的实验的测量结果的表。

图10是归纳了改变Cu的添加率而测量了体积阻抗率的实验的测量结果的表。

图11是归纳了改变Ti的添加率而测量了体积阻抗率的实验的测量结果的表。

具体实施方式

以下，参照附图，对于在实施涉及本发明的弹性表面波元件、弹性表面波装置、双工器以及弹性表面波元件的制造方法中被认为是最佳的方式，进行详细地说明。另外，对于同一或者同等的要素加注同一符号，在说明重复时省略其说明。

图1是涉及本发明实施方式的弹性表面波装置的简略断面图。如图1所示的那样，涉及本发明的弹性表面波装置10具有弹性表面波元件12、搭载了该弹性表面波元件的实装基板14、和封入弹性表面波元件12的罩16。在弹性表面波元件12的下面12a上，在3对输入输出电极18上形成有层叠了加厚电极20的衬垫电极22。在搭载了实装基板14的弹性表面波元件12的面14a上，形成用于施加使弹性表面波元件12动作所需的电压的镀金电极(电极端子)24。然后，如图示那样对应的弹性表面波元件12的衬垫电极22与实装基板14的镀金电极24，通过Au突起26进行连接。罩16是将弹性表面波元件12进行密封封入而保护的部件。由将弹性表面波元件12的侧面从四周包围的围挡部16A和覆盖弹性表面波元件12的上面12b的帽部16B的两个部件构成。

接下来，参照图2，对于构成弹性表面波装置10的弹性表面波元件12进行更加详细的说明。图2是表示弹性表面波元件12的简略斜视图。如图2所示，弹性表面波元件12具有压电性基板28、层叠在该压电性基板28上的缓冲层30、通过缓冲层30在压电性基板28上形成的衬垫电极22。

压电性基板28是以具有超压电性(热电性)的钽酸锂(以下简称LT)为主要成分的基板，具有近似正方形断面的方柱形状。另外压电性基板也可以以铌酸锂作为主要成分。

6个衬垫电极22分别具有形成了单晶铝电极膜的输入输出电极18和用于加厚输入输出电极18部分的厚度的加厚电极20。该衬垫电极22沿着压电性基板28的相对两条边那样分别配置3个。然后，沿各个边的3个衬垫电极22，以位于该边中央的衬垫电极22为中心按照等距离间隔那样配置。通过将衬垫电极22按照这样配置，将弹性表面波元件12在实装基板14上进行倒装实装时，由于弹性表面波元件12的重心和压电性基板28的重心与实装基板14表面的法线方向并列，所以弹性表面波元件12具有高稳定性。另外，在本说明书的单晶中，除了没有晶界的完全的单晶外，采用还包含有一点晶界以及亚晶界的单晶和高取向性的多晶。

缓冲层30由具有在作为基板28的主要成分的LT的晶格常数和电极18材料的铝的晶格常数之间的晶格常数的TiN构成。

虽然在图2中省略了，但是在弹性表面波元件12的表面12a上，如图3所示的那样，除了衬垫电极22之外，形成IDT(Inter DigitalTransducer)电极以及规定的配线图案。图3是表示在弹性表面波元件12上形成的电极图案的简略构成图。图3的各个符号22A-22F与图2所示的各个衬垫电极22A-22F相对应，其中的4个衬垫电极22A、22B、22E、22F与6个阶梯型IDT电极32相连接。具体地说是，在位于中央的衬垫电极22B和衬垫电极22E之间，4个IDT电极32(串联臂共振器32A)串联连接。另外，从夹着这4个串联臂共振器32A中央的两个的配线位置引出配线，分别通过IDT电极32(串联臂共振器32B)与衬垫电极22A和衬垫电极22F进行连接。将衬垫电极22A以及衬垫电极22F接地。

另外电极图案不限于图3所示的图案，也可以适当地改变IDT电极32的数量、配线图案等。但是，通过采用图3所示的电极图案那样具有点对称关系的电极图案，将弹性表面波元件12在实装基板14上进行倒装实装时，由于可以使弹性表面波元件12的重心和压电性基板28的重心在实装基板14表面的法线方向上并列，所以可以提高弹性表面波元件12的稳定性。

接下来，参照图4，对制作图1所示弹性表面波装置10的顺序进行说明。图4是表示制作图1所示的弹性表面波装置10的顺序的图。

首先，准备直径为3英寸(或者4英寸)的压电性基板28，在该压电性基板28的层叠面28a上进行水洗处理而除去不纯物质后，该层叠面28a朝向靶材料的方向设置在溅射装置内。然后，以纯度为99.9％的金属钛作为靶材料，在氮气和氩混合的气体气氛中进行溅射，在压电性基板28的层叠面28a的整个面上形成TiN缓冲层30的膜(参照图4的(a)的部分)。

在压电性基板28上进行了缓冲层30的成膜后将溅射装置内保持真空，将靶材料变更为铝，在压电性基板28上进行厚度80-400nm左右(例如300nm)的铝电极膜34的成膜(参照图4的(b)的部分)。另外，缓冲层30的构成材料不限于TiN，例如也可以是Ti等，也可以是具有该电极膜34的材料的晶格常数和压电性基板28的材料的晶格常数之间的晶格常数的材料。通过选择性地采用这样的材料，晶格不匹配得到缓和，电极膜34容易单晶化。这样电极膜34具有高取向性的情况下，从这种电极膜34形成的输入输出电极18以及IDT电极32也具有高取向性，提高耐功率性。

之后，从溅射装置取出压电性基板28，使用众所周知的光刻法(光蚀刻)技术在缓冲层30以及电极膜34上制作与要制作的元件数(例如200个)相对应的数量的上述的电极图案(参照图4的(c)的部分)。布图后，通过与输入输出电极18的制作同样的顺序，在电极图案的输入输出电极18之上形成厚度为500nm左右的加厚电极20，完成弹性表面波元件12的制作。这时，在加厚电极20上，通过暴露在大气中在其表面上形成由Al₂O₃组成的绝缘膜。进而在各个加厚电极20之上，推压由凸块结合器制作的球形的Au并加超声波振动，形成贯通在加厚电极20表面上形成的绝缘膜的突起26(参照图4的(d)的部分)。

另外，也可以在输入输出电极18和加厚电极20之间，适当地插入用于抑制突起26的Au原子向输出输入电极18扩散的事态发生的铬膜(Cr)或用于提高加厚电极20和输出输入电极18的密接性的TiN膜。

在突起26形成之后，在BT树脂的实装基板14上将弹性表面波元件12进行倒装实装。即，在使形成了弹性表面波元件12的突起26的面12a与实装基板14的元件搭载面14a相对的状态下，按照突起26与实装基板14的镀金电极24相接触那样那样进行对位，将弹性表面波元件12搭载在实装基板14上。然后，在将弹性表面波元件12搭载在实装基板14上后，用筒夹(未图示)通过真空吸附对弹性表面波元件12支撑的同时使其在实装基板14的面方向上进行超声波振动，将突起26与镀金电极24相接合(参照图4的(e)的部分)。

最后，在压电性基板28上覆盖晶格形图案的BT树脂制围挡部板(厚度为0.4mm)和同样为BT树脂制的平板形罩板(厚度为0.2mm)，将弹性表面波元件12密封封入后，通过进行切割加工，完成弹性表面波装置10的各个装置的制作(参照图4的(f)的部分)。另外，用树脂粘结剂将实装基板14和围挡板(围挡部16A)之间以及围挡板和罩板(罩部16B)之间进行粘接。

接下来，对于用于弹性表面波装置10的制作的压电性基板28，进行详细说明。

压电性基板28是以LT为主要成分添加0.58wt％Fe的基板，通过CZ法进行制作。对于制作该压电性基板28的顺序，进行简单说明。在制作压电性基板28时，首先准备LT原料和Fe原料，按规定的配比进行调和，充分地进行搅拌。接下来，将搅拌后的LT原料和Fe原料压制成形，进行预烧制。然后，充满到CZ单晶制造装置的铱坩埚，并在规定的条件下拉起，制作相同组成的单晶坯。然后，由该单晶坯切出压电性基板28，通过规定的热处理以及表面研磨处理，完成压电性基板28的制作。

在这样制作的压电性基板28上，体积阻抗率为3.4×10¹³Ω·cm，比不添加Fe的通常的LT基板的体积阻抗率10¹⁵Ω·cm低。发明者们在使用这样降低了体积阻抗率的压电性基板28制作弹性表面波装置10的情况下，，即使在对于使用通常的LT基板制作的弹性表面波装置而在基板上产生的静电电荷的分布变得不均匀的条件下，重新发现了电荷分布是均匀的。作为电荷分布均匀的理由，被认为是由于基板的低阻抗化，电荷的移动变得容易，可以抑制电荷的偏聚。

接下来，对于Fe添加率和基板的体积阻抗率之间的关系进行说明。发明者们为了搞清楚Fe添加率和基板的体积阻抗率之间的关系，进行了如下的实验。即，准备7个与压电性基板28同样的，而仅仅Fe添加率不同的基板样本(样本A-样本G)，测量了各个样本的体积阻抗率。将其结果在图5的表中表示。另外，使用激光ICP-MS装置测量了各个样本的Fe添加率。

由该表可知，Fe添加率越高，越可以降低基板的体积阻抗率。即，Fe添加率愈高，电荷分布的均匀性就愈有效。但是，在Fe添加率为1.56wt％的样本G上，由于体积阻抗率降低到1.3×10⁹Ω·cm，基板上容易流电流，所以在IDT电极32之间发生短路的情况。所以，体积阻抗率的下限为样本F为3.6×10¹⁰Ω·cm。另外，在体积阻抗率实质为0wt％时，由于放电而IDT电极被破坏(熔融)，所以体积阻抗率的上限是没有确认到放电破坏的样本B的1.5×10¹⁴Ω·cm。

另外，测量了各个样本的表面电位如何随着时间的经过而变化。具体地说，将各个样本放置到90℃的热板上，经过规定的时间测量表面电位。将其测量结果在图6以及图7中进行表示。在此，图7是曲线表示图6的表中的数据的图，横轴为经过的时间(sec)，纵轴为电位(kV)。

如该图7的曲线可知，被加热到90℃的各样本的表面电位变为-3.5kV左右。之后，没有添加Fe的样本A随着时间的经过而减少，添加了Fe的样本B-G随着时间的经过，而一起增加到接近0kV。另外，在样本B-G上，Fe添加率愈高，愈在短时间内接近0kV。即，由该测量的结果，可以确认向基板上添加Fe对于使厚度方向上的电荷分布均匀是极其有效的。

如以上详细说明的那样，在弹性表面波装置10上，由于有体积阻抗率为3.4×10¹³Ω·cm的压电性基板28，所以可以使电荷分布均匀化。所以，可以抑制在IDT电极32之间的放电发生，可以抑制特性的变坏。另外，不限于体积阻抗率为3.4×10¹³Ω·cm的压电性基板28，只要是体积阻抗率大于等于3.6×10¹⁰Ω·cm而小于等于1.5×10¹⁴Ω·cm的压电性基板，即可得到能够抑制特性变坏的弹性表面波装置10。

另外，在涉及从前的技术(特平开10-107573号公报、特平开10-163802号公报、特平开10-126207号公报以及特开2001-168676号公报)的弹性表面波装置上，在没有形成厚度均匀的保护膜的情况下，即使是由同样的压电性基板制作的弹性表面波装置，也会在各自的弹性表面波装置的传递特性上产生偏移。另外，压电性基板28由于在基板整体上是质量均一的，所以由同样的压电性基板制作的多个弹性表面波装置10具有相同的传递特性。

接下来，参照图8对具有上述弹性表面波元件12的弹性表面波双工器进行说明。图8是表示本发明的实施方式的弹性表面波双工器的斜视分解图。该弹性表面波双工器40是共用一个天线那样使用分支电路，将被分别用于移动电话的发信部和收信部的发信滤波器和收信滤波器这两个收入一个封装体内的电子部件。所以，该弹性表面波双工器40具有各自对应的频率不同的2个弹性表面波元件12。这样，按照将搭载在实装基板14上的2个弹性表面波元件12密封的方式，覆盖上述罩16。另外，在实装基板14的弹性表面波元件12搭载面的背面侧，设置了方形波形的延迟电路的电路基板42分别经绝缘板44层叠为2层。在这样的弹性表面波双工器40上，由于利用具有体积阻抗率低的压电性基板28的弹性表面波元件12，实现电荷分布均匀。所以，可以抑制IDT电极32之间的放电的发生，可以抑制特性变差。

本发明不仅限于上述的实施方式，可以进行各种的变形。例如，向压电性基板28添加的添加物，不仅限于Fe，也可以是Mn、Cu、Ti。即如图9所示的那样，在替代Fe而添加Mn的情况下，与添加Fe的情况相同，压电性基板28的体积阻抗率下降。另外，如图10的表所示的那样，在替代Fe而添加Cu的情况下，与添加Fe的情况相同，压电性基板28的体积阻抗率下降。另外，如图11的表所示的那样，在替代Fe而添加Ti的情况下，与添加Fe的情况相同，压电性基板28的体积阻抗率下降。

Claims (8)

1.一种弹性表面波元件，其特征在于，

具有压电性基板、在所述压电性基板上形成的IDT电极，

所述压电性基板的体积阻抗率大于等于3.6×10¹⁰Ω·cm小于等于1.5×10¹⁴Ω·cm。

2.如权利要求1所述的弹性表面波元件，其特征在于，

在所述压电性基板上，添加有Fe、Mn、Cu以及Ti中的至少一种添加物。

3.如权利要求2所述的弹性表面波元件，其特征在于，

所述添加物的添加率小于等于1.24wt％。

4.如权利要求1所述的弹性表面波元件，其特征在于，

所述压电性基板主要由钽酸锂构成。

5.如权利要求1所述的弹性表面波元件，其特征在于，

所述IDT电极具有高取向性，由Al或Al合金构成。

6.一种弹性表面波装置，其特征在于，包括：

弹性表面波元件，其具有压电性基板、和在所述压电性基板上形成的IDT电极，所述压电性基板的体积阻抗率大于等于3.6×10¹⁰Ω·cm，小于等于1.5×10¹⁴Ω·cm；和

实装基板，其在搭载所述弹性表面波元件的面上，形成有与所述IDT电极电连接的电极端子。

7.一种双工器，其特征在于，包括弹性表面波元件，该弹性表面波元件具有压电性基板和在所述压电性基板上形成的IDT电极，所述压电性基板的体积阻抗率大于等于3.6×10¹⁰Ω·cm，小于等于1.5×10¹⁴Ω·cm。

8.一种弹性表面波元件的制造方法，其特征在于，包括如下的步骤：添加Fe、Mn、Cu以及Ti中的至少一种添加物，在体积阻抗率大于等于3.6×10¹⁰Ω·cm小于等于1.5×10¹⁴Ω·cm的压电性基板上形成IDT电极。

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