專利名稱：在較低溫下密封粘合氧化物材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過低溫玻璃的過渡層粘合氧化物材料，例如壓電材料的方法，其中在一種氧化物材料上形成例如鋁的導(dǎo)體線路圖形，其中所用的玻璃具有熔點(diǎn)低于660℃，且最大工藝溫度也低于660℃，即鋁的熔點(diǎn)。
本方法例如欲用于生產(chǎn)SAW(表面聲波)裝置，即任選地基于鈮酸鋰的表面聲學(xué)元件，并用于例如移動通訊領(lǐng)域。本方法特別要用在在熱膨脹方面顯示高度各向異性的單晶壓電氧化物材料中。在最通常的情況下，給定材料的熱膨脹系數(shù)是二階張量。因此，任意切割的晶體表面的實(shí)際張量值取決于所考慮的晶體取向(切口)。由于有許多呈各種不同的晶體取向的壓電晶體可用于本領(lǐng)域，故晶體取向?qū)AW裝置的生產(chǎn)是相當(dāng)重要的。本方法對鋁作為如SAW裝置的構(gòu)成物之一特別注意，其中導(dǎo)電電極材料為鋁、鋁基合金或含鋁多層結(jié)構(gòu)物。
背景技術(shù)：
對許多市售的SAW裝置，制造成本的主要部分是由封裝價(jià)格決定的。由于基于表面聲波的元件對晶片表面的質(zhì)量和純度具有固有敏感性，所以這些元件被封裝在陶瓷殼體中，參看

圖1。通常該SAW裝置是一塊單晶壓電晶體晶片，例如具有鋁基電極圖形的鈮酸鋰。SAW裝置1用適當(dāng)?shù)恼澈蟿┍还潭ㄔ谔沾蓺んw2中。SAW裝置1用標(biāo)準(zhǔn)連線5與饋電體4連接。該SAW裝置用相配的蓋子6密封于陶瓷殼體中。這種封裝比半導(dǎo)體工業(yè)已知的標(biāo)準(zhǔn)塑料雙線(PDIP)封裝技術(shù)要昂貴的多，因?yàn)樵诤笳咔闆r下，該裝置是較為非表面敏感性的。一種封裝SAW裝置的新方法，該方法或能使用半導(dǎo)體工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)包裝(例如PDIP)，或使進(jìn)一步封裝完全不必要，這對于這類裝置的總制造成本會具有相當(dāng)大的影響。
EP No.0,622,897公開一種生產(chǎn)封裝SAW裝置的方法。該專利涉及將基片和蓋粘合的兩種方法?；蜕w屬于下列材料鈮酸鋰，鉭酸鋰，硼酸鋰，石英和玻璃。第一種方法被認(rèn)為是陽極粘合，并使用了電場。第二種方法被認(rèn)為是直接熔合，并需要對基片和蓋兩者及其它物體進(jìn)行表面前處理，以獲得表面親水性。第二種方法通常要求溫度超過鋁的熔點(diǎn)，例如700℃或更高，以達(dá)牢固粘合。該兩種粘合方法的缺點(diǎn)是，二者對表面清潔和光潔度是非常敏感的。另一缺點(diǎn)是饋電體需要包括另外的處理步驟。
此外，EP No.0,616,426公開了一種基于層壓結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)SAW裝置的方法。該結(jié)構(gòu)包括兩個極片，即選自下列材料的薄片鈮酸鋰，鉭酸鋰，硼酸鋰，石英，和選自下列材料的厚片鈮酸鋰，鉭酸鋰，硼酸鋰，石英，硼酸鹽，無定形碳和石墨。層壓結(jié)構(gòu)是用采用直接熔合，并要求兩層薄片都經(jīng)過表面預(yù)處理以獲得表面親水性。層壓結(jié)構(gòu)也可以包括例如SiO2或SiN4的硅基薄膜層。在后者情況下，也需要表面預(yù)處理以使其獲得表面親水性。
EP No.0,531,985公開了一種生產(chǎn)電聲學(xué)混合集成電路的方法。電路包括通過用硅基過渡層的直接熔合方法將半導(dǎo)體基片與單晶基聲學(xué)元件粘合在一起。所述粘合方法要求在需粘合的至少一種材料上沉積Si基薄膜。此外，需粘合的表面必須經(jīng)過表面預(yù)處理，以使其獲得表面親水性。粘合材料只有一種是氧化物材料。
此外，EP No.0,594,117公開了一種生產(chǎn)壓電濾波器的方法。濾波器包括選自下列材料的兩片板極鈮酸鋰，鉭酸鋰，硼酸鋰，石英，玻璃或硅。板極采用直接熔合。某些材料的組合是基于使用Si，SiO2，或SiN4過渡層。在所有情況下需粘合的表面均須經(jīng)表面預(yù)處理，以使其獲得表面親水性。
一般地，基于直接熔合或陽極粘合的粘合方法對粘合表面的清潔和光潔度是非常敏感的。此外，這些粘合方法均需要預(yù)處理以獲得粘合表面的親水性。使用直接熔合的另一個缺點(diǎn)是為取得牢固的粘合需要高的處理溫度。使用陽極粘合的主要缺點(diǎn)是，為了粘合成功，要求至少一種粘合材料必須是導(dǎo)電性基片。
EP No.0,449,473公開了一種生產(chǎn)SAW裝置的方法。該裝置包括在壓電基片(石英)上的鋁基電極圖形。該專利描述了一種將石英基片粘合到石英或玻璃蓋子上的方法。粘合是用標(biāo)準(zhǔn)模版印刷技術(shù)沉積一層合適的玻璃過渡層進(jìn)行的。過渡層所用玻璃是硼酸鉛型玻璃，且使用的處理溫度總是低于500℃。所述方法要求在近兩天長的三次在不同溫度下的熱處理。最后的熱處理需用近兩磅的壓力。用石英作為壓電基片的缺點(diǎn)是在此材料上SAW的較低速度，由此限制了該裝置有效使用的頻率。針對SAW裝置的特定的應(yīng)用，石英的較低機(jī)電耦合系數(shù)可能是另一個缺點(diǎn)。
US-PS-No.5,337,026公開了一種生產(chǎn)SAW裝置的方法。該裝置包括在壓電基片(石英)上的鋁基電極圖形。該專利描述了一種將二片石英基片粘合的方法。該方法使用了用網(wǎng)板印刷技術(shù)沉積的合適的玻璃過渡層。涉及了具有高氧化鉛含量的兩種類型的玻璃。粘合過程需要在低于500℃的不同溫度下進(jìn)行三次熱處理。最后的熱處理是在加壓下在真空中進(jìn)行的，且全部處理時(shí)間多于6小時(shí)。本方法的缺點(diǎn)與EP449,473描述的缺點(diǎn)完全相同。
發(fā)明簡述本發(fā)明的目的是提供一種粘合氧化物材料的方法，且該方法不含上述缺點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，上述類型的方法的特征在于使用了通式為ABO3的壓電氧化物材料，其中A為堿或堿土金屬，和B為過渡金屬，并使用具有較低彈性模量的玻璃。對可用于生產(chǎn)SAW裝置中電極圖形的給定的光刻分辨率，使用ABO3類型材料能使封裝SAW裝置的制造比基于石英的裝置具有較高的操作頻率，因?yàn)楹笳哂休^低的SAW速度。另一優(yōu)點(diǎn)是在ABO3類型材料中可得到較高的機(jī)電耦合系數(shù)。
根據(jù)特別有利的實(shí)施方案，所用的氧化物材料是鈮酸鋰或鉭酸鋰，而使用的玻璃是硼酸鉛玻璃。結(jié)果粘合處理可在低到接近475℃的溫度下進(jìn)行，該溫度大大低于鋁的熔點(diǎn)(660℃)。
附圖簡述下面參考附圖對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述，其中圖1表示已知封裝的(陶瓷SMD密封盒)SAW裝置，圖2a是根據(jù)本發(fā)明封裝的SAW裝置的略去頂層的頂視圖，圖2b是圖2a裝置的端視圖，和圖2c是圖2a裝置的側(cè)視圖。
說明書描述基于壓電材料鈮酸鋰的SAW裝置的制造。不過，該材料也可用于其它目的，例如光波導(dǎo)管，全息照相等，且因此下列實(shí)施例將不會限制本發(fā)明的范圍。
圖2的SAW裝置包括通過合適的玻璃2過渡層粘合在一起的兩片基片1a和1b。此玻璃2是電絕緣的，并因此有饋電體3。這些饋電體3使電與位于空隙4中的密封裝的SAW裝置接觸?；裳趸锊牧蠘?gòu)成，例如壓電材料。壓電氧化物材料的通式為ABO3，其中A為堿或堿土金屬，和B為過渡金屬?？梢允褂免}鈦礦或類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)或螺線結(jié)構(gòu)的壓電氧化物材料。
SAW裝置用下列方法生產(chǎn)1.用半導(dǎo)體工業(yè)已知的光刻技術(shù)在基片1a的頂部形成電極圖形3。電極圖形3的材料可以是例如鋁或鋁基材料，例如鋁基合金，也可以是多層結(jié)構(gòu)的形式，也可是在Cr或Ti的薄金屬膜上。
2.由于基片1a和1b對熱膨脹可以顯示出各向異性，所以通常不可能找到一種在各個方向都適合于基片1a和1b的玻璃2。為將預(yù)制的裝置中的熱誘導(dǎo)剩余應(yīng)力減到最小，因此重要的是要選擇具有低彈性模量的玻璃。因此，為了減少熱誘導(dǎo)應(yīng)力和同時(shí)為了可使用鋁基電極材料，所選擇的玻璃必須是熔點(diǎn)明顯地低于鋁的熔點(diǎn)(660℃)。市售的硼酸鉛(PbO-B2O3玻璃)SHOTT#8472證明是適合的。
在本實(shí)施例中，通過在接近600℃的熱基片1b上澆注600℃的熱熔融硼酸鉛玻璃(PbO-B2O3)，可以形成例如過渡玻璃層2?？梢约?xì)粉狀玻璃很適合標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)板-和模版印刷技術(shù)。硼酸鉛玻璃也可以含有少量的Al2O3和BaO。由于在基片1b上不存在電極圖形，所以在其上澆注熔融玻璃期間，熔融玻璃和基片1b的精確溫度是不重要的，只要其溫度高于玻璃熔點(diǎn)，即高于約350℃以及熔融玻璃足夠好地濕潤了基片1b的表面。對此處理步驟的最低溫度約為450℃。在玻璃/基片結(jié)構(gòu)經(jīng)約30分鐘的冷卻時(shí)間后，玻璃層2可以用SiC 1000粉末和水被研磨至均勻的厚度例如100μm。
3.當(dāng)基片1a和1b只沿著其部分粘合到一起時(shí)，例如這時(shí)提供了密封的空隙4，則用10％濃度的硝酸并在50℃的溫度下，圖形能被刻蝕進(jìn)玻璃過渡層2中。此硝酸對該玻璃類型具有近100μm/min的非常高的刻蝕速率。在加到玻璃層2表面的耐酸膜上，通過刻出相當(dāng)?shù)膱D形，也可以得到要求的結(jié)構(gòu)。該膜可以為例如70μm厚的PVC丙烯酸酯膜Nitto waferfilm SWT-20。
4.具有電極圖形3的基片1a和具有也可經(jīng)圖形化的玻璃過渡層的基片1b相對重疊，然后整個結(jié)構(gòu)置于烘箱內(nèi)經(jīng)受適當(dāng)?shù)臒崽幚?。熱處理在高?50℃和低于500℃的溫度下進(jìn)行并持續(xù)少于1小時(shí)。所得玻璃過渡層稍有流質(zhì)感并濕潤了基片1a和電極圖形3二者的表面，結(jié)果經(jīng)一步加工實(shí)現(xiàn)帶饋電體的密封粘合。
權(quán)利要求書按照條約第19條的修改1.一種通過低溫玻璃的過渡層(2)粘合氧化物材料，例如壓電材料的方法，如鋁的其中在一層氧化物材料上形成例如鋁的導(dǎo)體線路圖形，其中所用的壓電氧化物材料有通式ABO3，其中A為堿或堿土金屬，和B為過渡金屬，且使用的玻璃具有熔點(diǎn)低于660℃(鋁的熔點(diǎn))和較低的彈性模量。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使用的玻璃是硼酸鉛玻璃(PbO-B2O3)并也可以含有Al2O3和BaO。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于熔化的玻璃被澆注在一層氧化物材料上，并被研磨至所要求的厚度，且將圖形刻蝕進(jìn)該玻璃層，該圖形被形成的覆有刻出所要求圖形的耐酸膜的玻璃過渡層(2)所掩蓋。
4.前述任意權(quán)利要求的方法，其特征在于具有電極圖形(3)的基片(1a)和具有也可經(jīng)圖形化的玻璃過渡層的基片(1b)彼此相對重疊，然后整個結(jié)構(gòu)在高于玻璃熔點(diǎn)和低于鋁的熔點(diǎn)的溫度下經(jīng)受熱處理。
權(quán)利要求
1.一種通過低溫玻璃的過渡層(2)粘合氧化物材料，例如壓電材料的方法，其中在一層氧化物材料上形成例如鋁的導(dǎo)體線路圖形，其中所用的玻璃具有熔點(diǎn)低于660℃，且最大工藝溫度也低于660℃，即鋁的熔點(diǎn)，其特征在于所用的壓電氧化物材料有通式ABO3，其中A為堿或堿土金屬，和B為過渡金屬，且使用的玻璃具有較低的彈性模量。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使用的玻璃是硼酸鉛玻璃(PbO-B2O3)并也可以含有Al2O3和BaO。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于熔化的玻璃被澆注在一層氧化物材料上，并被研磨至所要求的厚度，例如100μm。
4.權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于將圖形刻蝕進(jìn)玻璃層，該圖形被形成的覆有刻出所要求圖形的耐酸膜的玻璃過渡層(2)所掩蓋。
5.前述任意權(quán)利要求的方法，其特征在于具有電極圖形(3)的基片(1a)和具有也可經(jīng)圖形化的玻璃過渡層的基片(1b)彼此相對重疊，然后整個結(jié)構(gòu)在高于玻璃熔點(diǎn)和低于鋁的熔點(diǎn)的溫度下經(jīng)受熱處理。
6.一種密封的裝置，例如SAW裝置，該裝置包括兩塊氧化物材料基片(1a，1b)，例如壓電材料，該材料通過玻璃過渡層(2)粘合在一起，在一基片(1a)上形成導(dǎo)體線路圖形，在第二基片(1b)上形成圖形化的玻璃層，隨后將具有的基片(1a)和具有玻璃層的基片(1b)彼此相對重疊，并經(jīng)受熱處理。
全文摘要
一種密封粘合氧化物材料的方法。粘合是通過市售的硼酸鉛玻璃過渡層,在低于鋁的熔點(diǎn)的溫度下完成的。該方法不需對氧化物材料結(jié)構(gòu)的表面作預(yù)處理,且饋電體可在粘合的同一步驟中形成。
文檔編號H03H3/00GK1202283SQ9619835
公開日1998年12月16日 申請日期1996年11月15日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月16日
發(fā)明者F·K·克里斯滕森 申請人:惠特克公司