專利名稱：聲表面波元件及其制法、聲表面波設(shè)備和聲表面波雙工器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲表面波元件、聲表面波設(shè)備、聲表面波雙工器、和制造聲表面波元件的方法。
背景技術(shù)：
最近，作為兩類聲表面波設(shè)備的聲表面波濾波器和聲表面波諧振器，更多地代替了使用電介質(zhì)的濾波器和諧振器，用于移動(dòng)通訊設(shè)備例如手提電話、無繩電話及類似物的高頻電路。這是由于聲表面波濾波器的尺寸小于介電濾波器，因此相同尺寸的聲表面波濾波器具有更好的電特性。
這種聲表面波設(shè)備主要配有壓電襯底、通過在壓電襯底上層壓形成電極膜制得的梳形電極(叉指式換能器，下文稱作“IDT”)和一個(gè)容納該壓電襯底和IDT的管殼。鈮酸鋰(LiNbO3)、鉭酸鋰(LiTaO3)、石英或類似物用作壓電襯底的材料。具體而言，如果制造的是RF帶通濾波器，許多情況下使用的是具有高機(jī)電耦合系數(shù)的鈮酸鋰和鉭酸鋰。鈮酸鋰具有大的機(jī)電耦合系數(shù)，因此使用具有旋轉(zhuǎn)64°的Y-切割(Y-cut)的襯底。此外，鉭酸鋰具有高機(jī)電耦合系數(shù)和相對(duì)較小的頻率溫度系數(shù)，因此使用具有旋轉(zhuǎn)34-44°的Y-切割的襯底。此外，在許多情況下，使用具有低密度和低電阻率特性的鋁作為電極膜的材料。
如上所述，聲表面波設(shè)備經(jīng)常在RF帶(800MHz-2GHz)內(nèi)用于手提電話或類似物。另外，例如，如果在1GHz帶內(nèi)使用聲表面波設(shè)備，并且將與運(yùn)行期間的頻率成比例的反復(fù)應(yīng)力加到壓電襯底上的IDT上，就會(huì)存在聲表面波設(shè)備的使用期限(壽命)縮短的問題，因?yàn)闀?huì)由反復(fù)應(yīng)力產(chǎn)生鋁原子的遷移，而且會(huì)在IDT內(nèi)產(chǎn)生諸如小丘(凸起)、空隙(放空)之類的缺陷。也就是說，對(duì)于該器件的使用壽命，IDT(也就是，電極膜)的電壽命是相當(dāng)重要的因素。此外，由于外加電壓的增加和向高頻運(yùn)作的轉(zhuǎn)化，明顯出現(xiàn)了IDT的劣化現(xiàn)象。而且，在器件設(shè)計(jì)方面，隨著頻率提高，必須使電極膜更薄，而且必須使電極寬度更窄。因此，增長(zhǎng)了這種劣化現(xiàn)象。
同時(shí)，對(duì)于在手提電話的高頻電路中占據(jù)極大空間的雙工器，人們提出應(yīng)該將傳統(tǒng)的介電雙工器換成小的聲表面波雙工器。然而，這種聲表面波雙工器是一種相當(dāng)小的組件，而且存在電壽命與專門施加在雙工器發(fā)射面的大電功率成反比的問題。此外，由于將聲表面波設(shè)備的IDT形成區(qū)設(shè)計(jì)得很大，就可以通過降低有效電功率密度來增加電壽命。然而，在這種情況下，存在該器件不能小于特定尺寸的問題。
由于上述原因，非常需要提高聲表面波設(shè)備的IDT的電壽命，即在壓電襯底上形成的電極膜的電壽命。
公知的是，晶粒邊緣處的鋁擴(kuò)散比晶粒內(nèi)部快?？刂凭Я＿吘壧幍臄U(kuò)散被認(rèn)為是需要優(yōu)先考慮的問題。因此，上述由反復(fù)應(yīng)力引起的鋁原子的遷移已經(jīng)被認(rèn)為主要發(fā)生在晶粒邊緣處。這在過去已經(jīng)得到闡述。因此，已經(jīng)預(yù)言通過減少或除去鋁電極膜的晶粒邊緣，或更優(yōu)選地，使鋁電極膜單晶化，可以極大地提高電壽命。
因此，日本公開專利申請(qǐng)55-49014公開了一種使電極膜基本成為單晶的技術(shù)。這種技術(shù)的目的是提高聲表面波設(shè)備的工作性能，無論該器件的材料的構(gòu)成物質(zhì)如何。
此外，日本專利公開2545983公開了一種使用單晶體鋁膜作為聲表面波設(shè)備的電極膜或使結(jié)晶方向?yàn)楹愣ǚ较虻募夹g(shù)。在該公開中，使用在旋轉(zhuǎn)25°Y-切割至旋轉(zhuǎn)39°Y-切割范圍內(nèi)的Y-切石英襯底作為壓電襯底，并以高速(成膜速度4nm/秒)低溫(襯底溫度80℃)沉積，并由此得到定向膜(311)。該膜是與單晶類似的取向附生膜。
日本公開專利申請(qǐng)6-132777公開了一種與上述日本公開申請(qǐng)55-49014中公開的技術(shù)不同的涉及鋁單晶電極膜的技術(shù)。該參考文獻(xiàn)公開了如果以相當(dāng)?shù)偷乃俣刃纬杀∧?，就可以獲得鋁單晶體膜。更具體地，可以按照真空淀積法在LST切割的石英襯底上形成鋁單晶體膜、根據(jù)真空淀積法在旋轉(zhuǎn)128。的Y-切鈮酸鋰襯底上形成鋁單晶體膜、根據(jù)真空淀積法在旋轉(zhuǎn)112°的X-切鉭酸鋰襯底上形成鋁單晶體膜。
國(guó)際公開WO 00/74235號(hào)公開了使用旋轉(zhuǎn)38-44°的Y-切鉭酸鋰單晶襯底作為壓電襯底，叉指型電極包括鈦基金屬膜和其上形成的鋁膜，而且該鋁膜由于鈦基金屬膜的作用變成單晶膜。此外，日本公開專利申請(qǐng)2003-101372公開了一種聲表面波設(shè)備，其具有由鉭酸鋰或鈮酸鋰構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)33°±9°的Y-切壓電襯底；氮化鈦緩沖層、將氮化鈦和鈦金屬層壓制成的多層緩沖層和組成從氮化鈦向鈦金屬逐漸變化的斜向組成緩沖層之一，其層壓在襯底上；和層壓在該緩沖層上的單晶體鋁。

發(fā)明內(nèi)容
最近，在安裝了多個(gè)濾波器的手提電話終端領(lǐng)域，非常需要使聲表面波設(shè)備更加小型化。也就是說，所謂的雙用型手提電話終端最近已經(jīng)變成主流，該終端可以被多種頻帶使用，例如GSM型和DCS1800型(歐洲)、以及AMPS帶的CDMA和PCS帶的CDMA(美國(guó))。與多種通訊方法對(duì)應(yīng)的電路必須安置在一個(gè)手提電話終端內(nèi)，因此需要使各部分(例如濾波器)的尺寸小于從前。
因此，關(guān)于聲表面波設(shè)備的安裝，倒裝片安裝已經(jīng)成為公眾關(guān)注的中心，其中與傳統(tǒng)的引線接合安裝相比，其需要較小的安裝空間而且性能穩(wěn)定。這種倒裝片安裝主要有兩種方法。一種方法使用焊接凸緣并通過熔化該焊接凸緣來固定聲表面波設(shè)備。另一種方法使用金凸緣并通過超聲連接固定聲表面波設(shè)備。下文詳細(xì)描述超聲連接技術(shù)。在聲表面波元件的鋁疊層電極(pad electrode)上形成金或類似物的凸緣。在其上形成凸緣的表面面向印刷線路板的情形下，該元件的凸緣與印刷線路板的Au電極終端熱壓連結(jié)。在這種熱壓連結(jié)法中，通過用超聲波使聲表面波元件振動(dòng)來連接凸緣和電極終端，并實(shí)現(xiàn)具有可靠傳導(dǎo)性的穩(wěn)定連接。
此外，如果通過倒裝片法將聲表面波元件安裝到安裝襯底上以制造聲表面波設(shè)備，那么該聲表面波元件僅由凸緣電極支撐，因此要求該凸緣電極具有一定的接合強(qiáng)度。因此，在許多情況下，通過凸起電極或類似物使聲表面波元件的疊層電極(在其上形成凸緣電極)隆起。在例如日本專利公開3,172,124或類似文獻(xiàn)中公開了使疊層電極隆起的方法。
然而，如果通過倒裝片法安裝上述傳統(tǒng)聲表面波元件來制造聲表面波設(shè)備，就會(huì)存在下述問題。
即，在壓電襯底的單晶體鋁表面上，在蝕刻形成物或類似物時(shí)，會(huì)形成一種固體、精細(xì)、天然氧化膜。因此，這種絕緣的天然氧化膜阻礙了凸起電極和由單晶體鋁電極膜形成的薄膜電極之間的傳導(dǎo)。
本發(fā)明致力于解決上述問題。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種聲表面波元件、一種聲表面波設(shè)備、一種聲表面波雙工器、和一種制造聲表面波元件的方法，所述聲表面波元件與外接端子進(jìn)行高精確度的傳導(dǎo)，即使電極膜是單晶時(shí)也是如此。
依據(jù)本發(fā)明的一種情形的聲表面波元件具有一個(gè)在壓電單晶襯底上經(jīng)由緩沖層形成的薄膜電極，它是由單晶體鋁制成且表面具有氧化膜；一個(gè)在薄膜電極上形成并帶有通孔的凸起電極；和一個(gè)安置在凸起電極上的外接端子，部分外接端子進(jìn)入通孔，穿過氧化膜，并與薄膜電極電連接。
此外，依據(jù)本發(fā)明的一種情形的聲表面波設(shè)備具有一個(gè)聲表面波元件，該元件具有一個(gè)在壓電單擊襯底上經(jīng)由緩沖層形成并且由單晶體鋁制成且表面具有氧化膜的薄膜電極、一個(gè)在薄膜電極上形成并帶有通孔的凸起電極、和一個(gè)安置在凸起電極上的外接端子，部分外接端子進(jìn)入通孔，穿過氧化膜，并與薄膜電極電連接；和安裝襯底，其具有在安裝聲表面波元件的表面上形成的電極終端，所述聲表面波元件安裝在該安裝襯底上，使得該電極終端和聲表面波元件的凸起電極通過外接端子相連。
另外，依據(jù)本發(fā)明的一種情形的聲表面波雙工器具有聲表面波元件，該元件具有一個(gè)在壓電單擊襯底上經(jīng)由緩沖層形成并且由單晶體鋁制成且表面具有氧化膜的薄膜電極、一個(gè)在薄膜電極上形成并帶有一個(gè)沿高度方向延伸的通孔的凸起電極、和一個(gè)安置在凸起電極上的外接端子，部分外接端子進(jìn)入通孔，穿過氧化膜，并與薄膜電極電連接。
對(duì)于聲表面波元件、聲表面波設(shè)備和聲表面波雙工器，安置在凸起電極上的部分外接端子進(jìn)入凸起電極的通孔中并通過穿過該薄膜電極的氧化膜來與薄膜電極電連接。因此，依據(jù)本發(fā)明的一種情形，在由單晶體鋁形成的薄膜電極的表面上，形成固體氧化膜，但是外接端子中進(jìn)入凸起電極的通孔的部分穿過這種氧化膜，因此可以實(shí)現(xiàn)該薄膜電極和外接端子之間更高精確度的傳導(dǎo)。
此外，外接端子優(yōu)選為金凸緣端子。一個(gè)金凸緣通常用作一個(gè)外接端子，因此它可以使用傳統(tǒng)設(shè)備容易地形成。
另外，提高薄膜電極和凸起電極之間粘合力的加強(qiáng)粘合層優(yōu)選插在兩者之間。特別地，這種加強(qiáng)粘合層優(yōu)選由鉻形成。
此外，在薄膜電極和凸起電極之間，優(yōu)選插入一層抑制構(gòu)成外接端子的原子擴(kuò)散到薄膜電極中的擴(kuò)散阻擋層。特別地，該擴(kuò)散阻擋層優(yōu)選由氮化鈦形成。
另外，凸起電極優(yōu)選由鋁或金-鋁合金制成。此外，緩沖層優(yōu)選如下(1)由鈦和氮化鈦中的一種制成，(2)具有包括鈦層和氮化鈦層的至少兩層的層壓結(jié)構(gòu)，(3)具有逐漸降低的氮組成比，這樣隨著其接近層生長(zhǎng)表面，該緩沖層從氮化鈦向鈦逐漸變化。
依據(jù)本發(fā)明的另一種情形的聲表面波元件具有一個(gè)在壓電單晶襯底上經(jīng)由緩沖層形成的薄膜電極，它由單晶體鋁制成且表面具有氧化膜；和一個(gè)在該薄膜電極上形成并帶有通孔的凸起電極。
當(dāng)這種聲表面波元件固定在安裝襯底上時(shí)，將預(yù)定的外接端子壓向凸起電極。擠壓外接端子使得部分外接端子進(jìn)入凸起電極的通孔。同時(shí)，通過使外接端子振動(dòng)，使進(jìn)入通孔的外接端子穿過該薄膜電極表面的氧化膜，并使該外接端子到達(dá)薄膜電極。由此實(shí)現(xiàn)在壓電單晶襯底上形成的外接端子和薄膜電極之間的傳導(dǎo)。這樣，按照該具體實(shí)施方案的聲表面波元件，在由單晶體鋁構(gòu)成的薄膜電極表面上形成固體氧化膜，而通孔則設(shè)置在凸起電極中。因此，通過使部分外接端子進(jìn)入通孔并穿過氧化膜，可以實(shí)現(xiàn)該薄膜電極和外接端子之間更高精確度的傳導(dǎo)。
依據(jù)本發(fā)明的一種情形，制造聲表面波元件的方法包括以下步驟將緩沖層層壓在壓電單晶襯底上；在壓電單晶襯底上經(jīng)由緩沖層層壓由單晶體鋁制成的電極膜；通過使電極膜形成圖案來制成薄膜電極并在該薄膜電極的表面形成氧化膜；在該薄膜電極上形成帶有通孔的凸起電極；將外接端子壓向凸起電極并使部分外接端子進(jìn)入通孔；使外接端子振動(dòng)，致使進(jìn)入通孔的外接端子穿過薄膜電極表面的氧化膜并使該外接端子到達(dá)薄膜電極。
附圖簡(jiǎn)要說明

圖1是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案的聲表面波設(shè)備的截面示意圖。
圖2是聲表面波元件的透視示意圖。
圖3是圖2所示的聲表面波元件的III-III截面圖。
圖4是在聲表面波元件上形成的電極圖形的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5A-5F是圖1所示的聲表面波設(shè)備的制造程序的展示圖。
圖6是表示部分凸緣進(jìn)入凸起電極通孔的狀況的圖。
圖7是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案的聲表面波雙工器的透視部件分解圖。
具體實(shí)施例方式
下文參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的聲表面波元件、聲表面波設(shè)備、聲表面波雙工器和這種聲表面波元件制造方法的一種優(yōu)選實(shí)施方案。相同符號(hào)用于相同或相似的元件，而且重復(fù)描述時(shí)，將省略這種說明。
圖1是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案的聲表面波設(shè)備的截面示意圖。如該圖所示，聲表面波設(shè)備10具有聲表面波元件12、在其上安裝聲表面波元件12的安裝襯底14、和密封聲表面波元件12的罩殼16。在聲表面波元件12的下表面12a上，形成三對(duì)下述疊層電極22，其中凸起電極20層壓在輸入/輸出電極(薄膜電極)18上。在安裝襯底14的表面14a(在其上安裝聲表面波元件12)上，形成鍍金電極(電極終端)24以施加使聲表面波12運(yùn)作所必須的電壓。另外，如圖所示，聲表面波元件是以倒裝片法安裝在安裝襯底14上并經(jīng)由金凸緣(外接端子)26與聲表面波元件12的相應(yīng)的疊層電極22和安裝襯底14的相應(yīng)的鍍金電極24相連。罩殼16是用于密封并保護(hù)聲表面波元件12的組件并由從四個(gè)方向圍繞聲表面波元件12的側(cè)面的圍堰(dam)部分16A和遮蓋聲表面波元件12的上表面12b的蓋子部分16B構(gòu)成。
接下來，參照?qǐng)D2，更具體地解釋構(gòu)成聲表面波設(shè)備10的聲表面波元件12。如該圖所示，聲表面波元件12具有一個(gè)壓電單晶襯底28和在蓋壓電單晶襯底28上經(jīng)由緩沖層30形成的疊層電極22。
壓電單晶襯底28是由鉭酸鋰制成的襯底，而且是橫截面基本上為正方形的棱柱形。此外，鈮酸鋰也可以用作該壓電襯底的材料。
六個(gè)疊層電極22各自具有由單晶體鋁制成的其表面上有天然氧化膜的輸入/輸出電極18、由鋁制成的用以增加輸入/輸出電極18厚度的凸起電極20、和下文將論述的插在輸入/輸出電極18和凸起電極20之間的中間層(未表示在圖2中)。用以使輸入/輸出電極18單晶化的緩沖層30是由晶格常數(shù)在作為壓電單晶襯底28的材料的鉭酸鋰的晶格常數(shù)和作為輸入/輸出電極18的材料的鋁的晶格常數(shù)之間的TiN制成的。此外，除了完全沒有晶粒邊緣的完美單晶體鋁膜，本說明書的單晶體鋁還指在單晶襯底上取向生長(zhǎng)并且還包括具有少量晶粒邊緣的單晶的鋁膜，和高度取向多晶膜。(此外，除了完全沒有晶粒邊緣的完美單晶，本說明書中的單晶還包括具有少量晶粒邊緣的單晶和具有高度取向性的多晶體。)在各個(gè)疊層電極22的凸起電極20中形成九個(gè)通孔31。通孔31沿著凸起電極20的高度方向延伸，即沿著輸入/輸出電極18和凸起電極20的層壓方向延伸。這九個(gè)通孔31具有正方形的橫截面而且排列成3×3矩陣。
下文參照?qǐng)D3詳細(xì)解釋疊層電極22的結(jié)構(gòu)。圖3是對(duì)應(yīng)圖2所示的聲表面波元件12的疊層電極22的III-III線方向的截面圖。
如圖3所示，疊層電極22具有下述結(jié)構(gòu)，即在壓電單晶襯底28中，在緩沖層30上依序形成輸入/輸出電極18、中間層32和凸起電極20。對(duì)于輸入/輸出電極18，使單晶體鋁電極膜形成布線圖(下文將論述)，在此過程中，在緩沖層30上進(jìn)行取向生長(zhǎng)。在該表面上形成氧化膜18a。此外，中間層32經(jīng)由氧化膜18a層壓在在輸入/輸出電極18上。該中間層32由鉻(Cr)加強(qiáng)粘合層32A和層壓在加強(qiáng)粘合層32A上的氮化鈦(TiN)擴(kuò)散阻擋層32B構(gòu)成。加強(qiáng)粘合層32A提高了輸入/輸出電極18和凸起電極20之間的粘合力。擴(kuò)散阻擋層32B控制了凸起電極20上的金凸緣26(參看圖1)的Au原子在輸入/輸出電極18中擴(kuò)散的情況。另外，在中間層32上形成凸起電極20，其增強(qiáng)金凸緣26的粘合力。此外，在凸起電極20和中間層32中，蝕刻形成沿高度方向延伸的九個(gè)通孔31。此外，對(duì)于這種情況中的疊層電極22，由于在輸入/輸出電極18表面上形成的氧化膜18a的存在，不能實(shí)現(xiàn)凸起電極20和輸入/輸出電極18之間的傳導(dǎo)。因此，在這種情況下，并非通過簡(jiǎn)單地將金凸緣26安置在凸起電極20上來將凸緣26和輸入/輸出電極18電連接。
在圖2中，沿著壓電單晶襯底28的兩條相對(duì)的邊，各排列三個(gè)疊層電極22。此外，沿著每條邊的三個(gè)疊層電極22以位于該邊中間的疊層電極22為中心，以相等間距排列。通過以這種方式排放疊層電極22，當(dāng)聲表面波元件12以倒裝片法安裝在安裝襯底14上時(shí)，聲表面波元件12的質(zhì)心和壓電單晶襯底28的質(zhì)心在與安裝襯底14的表面垂直的方向排成直線，這樣聲表面波元件12具有高度穩(wěn)定性。
另外，圖2中省略了這點(diǎn)，但是如圖4所示，除了疊層電極22，在聲表面波元件12的表面12a上還形成了梳形電極和預(yù)定的布線圖。圖4是在聲表面波元件12上形成的電極圖形的結(jié)構(gòu)示意圖。符號(hào)22A-22F分別對(duì)應(yīng)于圖2所示的疊層電極22A-22F，而且四個(gè)疊層電極22A、22B、22E和22F與六個(gè)梯型梳形電極33相連。具體而言，四個(gè)梳形電極33(串聯(lián)臂式諧振器33A)在位于中間的疊層電極22B和疊層電極22E之間串聯(lián)連接。另外，從將中間兩個(gè)串聯(lián)臂式諧振器33A夾在中間的布線位置引出金屬線，并經(jīng)由梳形電極33(并聯(lián)臂式諧振器33B)分別連到疊層電極22A和疊層電極22F上。疊層電極22A和疊層電極22F接地。
另外，電極圖形不限于圖3所示的圖形，而且可以改變梳形電極33的數(shù)量、布線圖等等。然而，通過使用具有點(diǎn)對(duì)稱關(guān)系的電極圖形，例如圖4所示的電極圖形，當(dāng)聲表面波元件12以倒裝片法安裝在安裝襯底14上時(shí)，聲表面波元件12的質(zhì)心和壓電單晶襯底28的質(zhì)心可以在安裝襯底14的表面的法線方向排成直線。因此可以提高聲表面波元件12的穩(wěn)定性。
下文參照?qǐng)D5A-5F解釋圖1所示的聲表面波設(shè)備10的制造程序。每個(gè)圖表示一個(gè)制造圖1所示的聲表面波設(shè)備10的步驟。
首先，制備直徑為三英寸的壓電單晶襯底28。將壓電單晶襯底28的表面28a用丙酮和異丙醇通過超聲波洗凈，然后用蒸餾水取代有機(jī)溶劑將其洗凈。由此除去附著在表面28a上的雜質(zhì)后，將壓電單晶襯底28置于噴鍍裝置中，使表面28a面向目標(biāo)材料的方向。然后，使用純度為99.9％的鉭金屬作目標(biāo)材料，在氮和氬混合氣氛中進(jìn)行噴鍍，從而在壓電單晶襯底28的整個(gè)表面28a上形成TiN緩沖層30(參看圖5A)。
在壓電單晶襯底28上形成緩沖層30后，在噴鍍裝置內(nèi)部保持真空的同時(shí)，將目標(biāo)材料換成鋁，并在壓電單晶襯底28上形成厚度約為300nm的鋁電極膜34(參看圖5B)。此后，從噴鍍裝置中取出壓電單晶襯底28，對(duì)于緩沖層30和電極膜34，通過使用公知的光刻(光蝕)技術(shù)，制造與將形成的元件數(shù)量(例如200個(gè)元件)相對(duì)應(yīng)的若干上述電極圖形(參看圖5C)。此時(shí)，將包括輸入/輸出電極18的電極圖形暴露在空氣中，這樣在表面上形成絕緣的天然氧化膜(Al2O3膜)。
此后，再將襯底28放在噴鍍裝置中，并置于真空中，同時(shí)使用與制造輸入/輸出電極18相同的程序連續(xù)形成中間層32和凸起電極20。此外，使用公知的光刻(光蝕)技術(shù)形成穿過中間層32和凸起電極20的通孔31(參看圖3)。形成通孔31，使其沿凸起電極20的高度方向，也就是輸入/輸出電極18和凸起電極20的層壓方向延伸。另外，蝕刻凸起電極20時(shí)，可以使用中間層32的鉻加強(qiáng)粘合層32B作為蝕刻終止層。
由此，完成上述聲表面波元件12的制造。此外，將凸緣焊接器制成的Au扁球壓向聲表面波元件12的各個(gè)凸起電極20，并施加超聲波振動(dòng)；由此，形成凸緣26(參看圖5D)。金凸緣26的這種形成技術(shù)是普遍的，而且可以使用傳統(tǒng)技術(shù)容易地形成金凸緣26。
接下來，參照?qǐng)D3和6解釋在疊層電極22的凸起電極20上形成凸緣26的情況。圖6表示部分凸緣26進(jìn)入凸起電極20的通孔31時(shí)的狀況。如圖6所示，壓向凸起電極20并作為超聲波振動(dòng)施加對(duì)象的凸緣26是塑性變形的，這樣可以部分進(jìn)入在凸起電極20和中間層32中形成的通孔31。此外，進(jìn)入通孔31并到達(dá)輸入/輸出電極18的氧化膜18a的凸緣26的頂部26a擦到氧化膜18a的表面，而且被凸緣26擦到的部分的氧化膜18a破壞。進(jìn)入通孔31的凸緣26的頂部26a穿過氧化膜18a被破壞的部分，并到達(dá)輸入/輸出電極18。由此，在氧化膜18破壞部分附近，凸緣26的金原子在構(gòu)成輸入/輸出電極18的單晶體鋁中擴(kuò)散，而且通過其固著效應(yīng)提高凸起電極20和輸入/輸出電極18之間的粘合強(qiáng)度。同時(shí)，提高了凸起電極20合輸入/輸出電極18之間的導(dǎo)電性。此外，構(gòu)成凸緣26的部分Au原子在凸起電極20的鋁中擴(kuò)散。
在圖5E中，形成凸緣26后，聲表面波元件12以倒裝片法安裝在BT樹脂安裝襯底14上。也就是說，聲表面波元件12安裝在安裝襯底14上，同時(shí)進(jìn)行定位以使凸緣26如下接觸安裝襯底14的電鍍電極24即在其上形成凸緣26的表面12a面向安裝襯底14的元件安裝面14a。將聲表面波元件12安裝在安裝襯底14上后，使用夾頭通過真空吸力固定聲表面波元件12，并通過超聲波使其在安裝襯底14的表面方向振動(dòng)，從而將凸緣26與鍍金電極24相連(參看圖5E)。最后，將格架形的BT樹脂圍堰部分板(厚度0.4nm)和BT樹脂蓋子平板(厚度0.2nm)罩在安裝襯底14上，由此將每個(gè)聲表面波元件12密封后，通過切塊加工完成聲表面波元件的每個(gè)器件10的制造(參看圖5F)。通過樹脂粘合劑將安裝襯底14和圍堰部分板(圍堰部分16A)、圍堰部分板和蓋子平板(蓋子部分16B)粘合。
由此，如詳細(xì)解釋，在輸入/輸出電極18上形成的凸起電極20具有通孔31。此外，部分凸緣26(進(jìn)入(或頂端)部分26a)進(jìn)入通孔31。另外，通過對(duì)該凸緣26施加超聲波振動(dòng)，該凸緣26的進(jìn)入部分26a進(jìn)一步穿過氧化膜18a并到達(dá)輸入/輸出電極18。由此，凸緣26和輸入/輸出電極18經(jīng)由凸緣26的進(jìn)入部分26a(其填滿通孔31)電連接。因此，即使在由單晶體鋁制成的輸入/輸出電極18的表面形成固體氧化膜18a，也可以實(shí)現(xiàn)輸入/輸出電極18和凸緣26之間的高精確度傳導(dǎo)。
下文參照?qǐng)D7解釋具有上述聲表面波元件12的聲表面波雙工器。圖7是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案的聲表面波雙工器的透視部件分解圖。這種聲表面波雙工器40是一種電子零件，它將分別用在手提電話的發(fā)射部和接收部使用分支線路以共用一根天線的發(fā)射濾波器和接收濾波器裝配在一個(gè)管殼內(nèi)。因此，聲表面波雙工器40具有兩個(gè)具有不同通信頻率的聲表面波元件12。另外，使用上述罩殼16來密封這兩個(gè)安裝在安裝襯底14上的聲表面波元件12。此外，在安裝襯底14的聲表面波元件12的安裝表面的后面，分別經(jīng)由絕緣板44層壓兩塊電路板42，其上布有方波形延遲電路。在這種表面波雙工器40中，以與上述聲表面波設(shè)備10中相同的方式，即使在由單晶體鋁制成的輸入/輸出電極18的表面上形成氧化膜18a，也可以實(shí)現(xiàn)輸入/輸出電極18和凸緣26之間的高精確度傳導(dǎo)。
本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方案，而是可以進(jìn)行各種更改。例如，可以適當(dāng)改變通孔的數(shù)量、它們的截面形狀和它們的排列方式。此外，在其上形成通孔的凸起電極也可以使用剝離技術(shù)制得。在這種情況下，不需要上述蝕刻終止層。另外，用于電極膜成膜的目標(biāo)材料不限于鋁，而是，例如，在鋁中加入Cu、Ta、W、Ti或類似物的鋁合金也可以接受。
緩沖層的結(jié)構(gòu)材料不限于TiN，而是晶格常數(shù)在電極膜材料的晶格常數(shù)和壓電單晶襯底材料的晶格常數(shù)之間的材料也可以接受。此外，由包括至少一層TiN層和一層Ti層在內(nèi)的至少兩層構(gòu)成雙層結(jié)構(gòu)，具有這種結(jié)構(gòu)的緩沖層也是可以接受的。另外，緩沖層具有下述結(jié)構(gòu)也是優(yōu)選的，即隨著接近層生長(zhǎng)表面，氮的組成比從氮化鈦至鈦逐漸下降。由此，如果鋁電極膜經(jīng)由氮組成比變化的緩沖層層壓在壓電單晶襯底上，那么在鋁電極膜的表面會(huì)出現(xiàn)(111)平面，它是最密的鋁表面。
準(zhǔn)備旋轉(zhuǎn)39°的Y-切鉭酸鋰襯底作為壓電單晶襯底(直徑76.2mm；厚度0.35mm)。按照噴鍍法，在該襯底上依次層壓TiN緩沖層和單晶體鋁電極膜。下文說明具體程序。
首先，噴鍍前，用丙酮和異丙醇進(jìn)行超聲波清洗，用純凈水取代有機(jī)溶劑并進(jìn)行清洗。然后，使用純度為99.9％的鈦金屬作為目標(biāo)材料，在襯底上形成厚度為4nm的TiN緩沖層。在襯底上形成TiN緩沖層后，在噴鍍裝置內(nèi)部保持真空，同時(shí)，使用純度為99.999％的鋁作為目標(biāo)材料形成厚度約為150nm的鋁電極膜。這種鋁電極膜的厚度是調(diào)節(jié)聲表面波設(shè)備工作頻率的參數(shù)，而且可以根據(jù)將要制成的產(chǎn)品適當(dāng)改變。此外，襯底溫度的條件為100-150℃，緩沖層的成膜速率為0.1-0.5nm/秒，且鋁電極膜的成膜速率約為3nm/秒。此外，因?yàn)橄聦邮荰i緩沖層，所以將這種鋁電極膜單晶化，這通過選區(qū)電子衍射或類似方法確定。
使用通用的光刻技術(shù)將這種單晶化鋁電極制成電極圖形。具體而言，在鋁電極膜上形成光致抗蝕劑的掩模圖案，用三氯化硼(BCl3)和氯氣(Cl2)的混合氣體干蝕刻鋁電極膜，并形成電極圖形。在光致抗蝕灰化時(shí)，可以通過CF4和氧氣O2的混合氣體去除緩沖層的Ti。
接下來，在整個(gè)襯底上形成中間層和凸起電極。作為中間層，優(yōu)選使用雙層結(jié)構(gòu)，其中第一層由鉻構(gòu)成并在其上形成TiN。鉻層在形成輸入/輸出端的同時(shí)還作為蝕刻終止層。對(duì)該絡(luò)層的厚度沒有特別的限制，但是大約50-150nm是優(yōu)選的。形成厚度為2-50nm的TiN層。該TiN層使用金屬鈦?zhàn)鳛槟繕?biāo)材料并在氮和氬的混合氣氛中噴鍍形成。凸起電極的厚度適合為0.5-1μm。
接下來，通過在中間層和凸起電極上進(jìn)行蝕刻來形成疊層電極。蝕刻時(shí)也形成通孔，一個(gè)通孔具有3μm×3μm的方形截面。通孔以5μm的間距排列并形成3×3的矩陣。此外，由于上述蝕刻終止層，不需要嚴(yán)格控制蝕刻狀態(tài)，而且可以容易地進(jìn)行元件制造。此外，使用與上述緩沖層的蝕刻相同的方法蝕刻中間層。在中間層的蝕刻過程中，下面的輸入/輸出電極(單晶體鋁)發(fā)揮蝕刻終止層的作用，因此也可以容易地進(jìn)行蝕刻處理。
在蝕刻制成的疊層電極上形成凸緣。凸緣材料優(yōu)選為金。對(duì)于凸緣電極的形成，通過凸緣焊接器將直徑為25μm的Au細(xì)線的頂端熔化，并形成直徑約為45μm的球體。將其壓向疊層電極，并施加超聲波振動(dòng)。然后Au進(jìn)入通孔并到達(dá)輸入/輸出電極的氧化膜。通過壓至大約65μm來擴(kuò)大扁球形的Au直徑。另外，在通孔下，由于超聲波振動(dòng)，輸入/輸出電極的氧化膜被Au破壞，并形成所需的Au擴(kuò)散路徑。此外，由于凸起電極得到了緩沖保護(hù)，沒有形成通孔的部分的氧化膜幾乎沒有被破壞。由此，與在TiN層中相同，該氧化膜發(fā)揮了Au擴(kuò)散阻擋層的作用。
形成金凸緣后，進(jìn)行熱處理，這提高了所需Au路徑的擴(kuò)散。作為熱處理?xiàng)l件，例如，在200℃大約30分鐘是優(yōu)選的。
如上所述，將壓電單晶襯底切成預(yù)定尺寸的方塊，由此制造聲表面波設(shè)備。另外，通過將這種元件以倒裝片法安裝在安裝襯底上并用罩殼密封來制造聲表面波設(shè)備。此外，聲表面波元件的尺寸為1.3mm×0.8mm。沿著相對(duì)的邊的每條邊形成三個(gè)凸緣電極，總共形成六個(gè)電極。另外，聲表面波設(shè)備的外部尺寸為2.5mm×2.0mm×0.9mm。
為了與本發(fā)明的這一實(shí)施例進(jìn)行比較，制備20個(gè)其上有通孔的聲表面波設(shè)備和20個(gè)與上述聲表面波設(shè)備不同的沒有通孔的聲表面波設(shè)備。然后，首先評(píng)測(cè)點(diǎn)特性。結(jié)果，與帶有通孔的聲表面波設(shè)備相比，沒有通孔的聲表面波設(shè)備表現(xiàn)出插入損失劣化0.3dB。接下來，進(jìn)行有關(guān)凸緣和疊層電極之間的接合強(qiáng)度的比較測(cè)試。在測(cè)試過程中，將聲表面波設(shè)備從0.5米的高度三次落在堅(jiān)固表面上，并檢測(cè)凸緣部分的斷線情況。對(duì)于沒有確認(rèn)存在斷線情況的樣品，進(jìn)行下落高度逐漸升至1.0米、1.5米和2.0米的測(cè)試。檢查斷線情況。下表1中列出結(jié)果。


表1表示出在每一高度的斷線數(shù)量(分子)和下落測(cè)試的樣品總數(shù)(分母)。此外，在表1中“沒有通孔”的部分，由于產(chǎn)生斷線，分母逐漸變化。依照這一結(jié)果，對(duì)于帶有通孔的聲表面波設(shè)備，與沒有通孔的聲表面波設(shè)備相比，凸緣和疊層電極之間的接合強(qiáng)度增強(qiáng)。
如上解釋，依照本發(fā)明，提供了即使當(dāng)電極膜為單晶時(shí)也能改進(jìn)與外接端子的高精確度傳導(dǎo)的聲表面波元件，聲表面波設(shè)備、聲表面波雙工器和制造該聲表面波元件的方法。
權(quán)利要求
1.一種聲表面波元件，所述元件包括一個(gè)在壓電單晶襯底上經(jīng)由緩沖層形成的薄膜電極，它由單晶體鋁制成且表面具有氧化膜；一個(gè)在薄膜電極上形成并帶有通孔的凸起電極；和一個(gè)安置在凸起電極上的外接端子，部分外接端子進(jìn)入通孔，穿過氧化膜，并與薄膜電極電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的聲表面波元件，其中外接端子是金凸緣端子。
3.如權(quán)利要求1所述的聲表面波元件，其中凸起電極由鋁或金-鋁合金制成。
4.如權(quán)利要求1所述的聲表面波元件，其中在薄膜電極和凸起電極之間設(shè)置一層提高薄膜電極和凸起電極之間粘合力的加強(qiáng)粘合層。
5.如權(quán)利要求4所述的聲表面波元件，其中加強(qiáng)粘合層由鉻制成。
6.如權(quán)利要求1所述的聲表面波元件，其中在薄膜電極和凸起電極之間插入一層抑制構(gòu)成外接端子的原子擴(kuò)散到薄膜電極中的擴(kuò)散阻擋層。
7.如權(quán)利要求6所述的聲表面波元件，其中擴(kuò)散阻擋層由氮化鈦制成。
8.如權(quán)利要求1所述的聲表面波元件，其中緩沖層由鈦或氮化鈦制成。
9.如權(quán)利要求1所述的聲表面波元件，其中緩沖層具有由至少兩層形成的層壓結(jié)構(gòu)，包括鈦層和氮化鈦層。
10.如權(quán)利要求1所述的聲表面波元件，其中隨著緩沖層接近層生長(zhǎng)表面，氮組成比從氮化鈦向鈦逐漸降低。
11. 如權(quán)利要求1所述的聲表面波元件，其中通孔沿著凸起電極的高度方向延伸。
12. 如權(quán)利要求1所述的聲表面波元件，其中通孔沿著凸起電極和薄膜電極的層壓方向延伸。
13.一種聲表面波元件，所述元件包括一個(gè)在壓電單晶襯底上經(jīng)由緩沖層形成的薄膜電極，它由單晶體鋁制成且表面具有氧化膜；和一個(gè)在薄膜電極上形成并帶有通孔的凸起電極。
14.一種聲表面波設(shè)備，所述設(shè)備包括一個(gè)聲表面波元件，該元件具有一個(gè)在壓電單擊襯底上經(jīng)由緩沖層形成并且由單晶體鋁制成且表面具有氧化膜的薄膜電極、一個(gè)在薄膜電極上形成并帶有通孔的凸起電極、和一個(gè)安置在凸起電極上的外接端子，部分外接端子進(jìn)入通孔，穿過氧化膜，并與薄膜電極電連接；和安裝襯底，其具有在安裝聲表面波元件的表面上形成的電極終端，所述聲表面波元件安裝在該安裝襯底上，使得該電極終端和聲表面波元件的凸起電極通過外接端子相連。
15.一種聲表面波雙工器，所述雙工器包括一個(gè)聲表面波元件，該元件具有一個(gè)在壓電單擊襯底上經(jīng)由緩沖層形成并且由單晶體鋁制成且表面具有氧化膜的薄膜電極、一個(gè)在薄膜電極上形成并帶有通孔的凸起電極、和一個(gè)安置在凸起電極上的外接端子，部分外接端子進(jìn)入通孔，穿過氧化膜，并與薄膜電極電連接。
16.一種制造聲表面波元件的方法，所述方法包括以下步驟將緩沖層層壓在壓電單晶襯底上；在壓電單晶襯底上經(jīng)由緩沖層層壓由單晶體鋁制成的電極膜；通過使電極膜形成圖案來制成薄膜電極并在該薄膜電極的表面形成氧化膜；在該薄膜電極上形成帶有通孔的凸起電極；將外接端子壓向凸起電極并使部分外接端子進(jìn)入通孔；使外接端子振動(dòng)，致使進(jìn)入通孔的外接端子穿過薄膜電極表面的氧化膜并使該外接端子到達(dá)薄膜電極。
17.如權(quán)利要求16所述的制造聲表面波元件的方法，其中通孔沿著凸起電極的高度方向延伸。
18.如權(quán)利要求16所述的制造聲表面波元件的方法，其中通孔沿著凸起電極和薄膜電極的層壓方向延伸。
全文摘要
在依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案的聲表面波元件中，在薄膜電極18上形成的凸起電極20帶有通孔31。另外，當(dāng)部分凸緣進(jìn)入凸起電極20的通孔31后，由于穿過薄膜電極28的氧化膜18a，在凸起電極20上的凸緣26到達(dá)薄膜電極18。由此，實(shí)現(xiàn)壓電單晶襯底28上形成的薄膜電極18和凸緣26之間的傳導(dǎo)。由此，在由單晶體鋁制成的薄膜電極18的表面上形成氧化膜18a，但是進(jìn)入凸起電極20的通孔31的部分凸緣26穿過該氧化膜18a，這樣實(shí)現(xiàn)薄膜電極18和凸緣26之間更高精確度的傳導(dǎo)。
文檔編號(hào)H03H9/10GK1578134SQ200410071150
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月28日
發(fā)明者中野正洋, 真下朗, 佐藤勝男 申請(qǐng)人:Tdk株式會(huì)社