專利名稱：高功率表面聲波噴鍍金屬及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高功率表面聲波器件及制造方法。
人們獲知表面聲波(SAW)器件已經(jīng)有很長時(shí)間，但直到最近才將其作為濾波器引入到手提通訊裝置的前沿。在本領(lǐng)域中眾所周知，可以將SAW設(shè)備制造得對頻率非常敏感，以便可將其用于制造極好的濾波器。但是，SAW器件的尺寸取決于操作頻率，即，頻率較高，表面聲波器件越小。因?yàn)橛糜诟鞣N通訊系統(tǒng)的無線電頻率非常高，所以出現(xiàn)的主要問題是必須將SAW濾波器制造得非常小。除了尺寸要求外，由于目前的手提設(shè)備傳輸?shù)墓β氏鄬^高(例如1瓦或更高)，所以在將SAW濾波器變得更小的同時(shí)還要保持高功率操作要求，因此，對于制造SAW的物質(zhì)和技術(shù)必須給以不斷的改進(jìn)。
因此，非常希望提供使用改進(jìn)物質(zhì)的表面聲波器件，和能產(chǎn)生具有相對大功率操作能力和較長壽命的小型表面聲波器件制造方法。
優(yōu)選實(shí)施方案描述
圖1示出一種高功率表面聲波(SAW)器件10的頂視圖。SAW器件10包括壓電基質(zhì)11，其可以包含工業(yè)中通用的任何眾所周知的物質(zhì)，如石英、鈮酸鋰、鉭酸鋰、四硼酸鋰等。在這一具體實(shí)施方案中，SAW器件10被描述為包括能量轉(zhuǎn)換器(一般由15表示)的SAW濾波器或共振器。能量轉(zhuǎn)換器15包括第一套平行配置的分離電極16，其通過含有外部接頭18的總匯流條17連接，和第二套平行配置的分離電極19，其通過含有外部接頭21的總匯流條20連接。電極16和19被放置成公用交錯(cuò)(commoninterdigitated)關(guān)系以提供眾所周知的表面聲波操作。在圖1中，由許多平行配置的分離元件形成的第一反射器25被放置在能量轉(zhuǎn)換器15的左側(cè)，類似的第二反射器26被放置在能量轉(zhuǎn)換器15的右側(cè)。正如我們完全理解的，電極16和19的尺寸和距離以及反射器25和26的位置取決于操作頻率。
在操作過程中，RF信號通過電極16和19與基質(zhì)11匹配，產(chǎn)生在操作頻率下實(shí)際移動或振動電極16和19的表面聲波。SAW器件中導(dǎo)致失敗的主要問題是一個(gè)或多個(gè)電極或一個(gè)或多個(gè)電極的部分在操作中確確實(shí)實(shí)地裂開或破碎。因?yàn)槟壳暗腟AW器件操作所必須的相對高的功率(1瓦或更高)和很高的無線電頻率(RF)信號，以及由于表面聲波的運(yùn)動，在電極16和19中產(chǎn)生巨大壓力。所以相信，嚴(yán)重的機(jī)械故障是由相對高功率的RF信號產(chǎn)生的高溫、在很高的RF信號速率下移動產(chǎn)生的壓力、以及形成電極16和19的物質(zhì)的各種特性，包括硬度或韌度、電阻率、顆粒大小和粘結(jié)性能的組合引起的。
另外，圖2示出了SAW電極16和19之一(為了方便起見，在這里表示為16)的一個(gè)橫截面。電極16是通過將一層粘結(jié)材料30沉積于基質(zhì)11的表面上形成的。因?yàn)樵S多適于用作電極16和19的物質(zhì)不會完全與基質(zhì)11粘結(jié)，所以希望首先沉積能與基質(zhì)很好粘結(jié)的物質(zhì)，這種物質(zhì)通常是周期表中第IV或VI欄的元素，例如鈦、鈦-鎢、鈦-鎢-氮化物、鉻、鉬及其結(jié)合。至關(guān)重要的是層30嚴(yán)格地粘結(jié)到基質(zhì)11的表面上以經(jīng)受與基質(zhì)相匹配的表面聲波。層30與基質(zhì)11之間的任何分離或震動(pealing)均會導(dǎo)致器件10的失敗。
在涂覆關(guān)系中，將包含至少一層導(dǎo)電物質(zhì)的導(dǎo)電構(gòu)件35沉積在粘結(jié)層30上，導(dǎo)電構(gòu)件35是由牢固粘結(jié)到粘結(jié)層30上的物質(zhì)形成的，因此，它會緊緊地粘結(jié)到基質(zhì)11的表面上。導(dǎo)電構(gòu)件35包括鋁和一種合金金屬，其中每一種可以沉積在單獨(dú)的層中或它們同時(shí)沉積在單一層中。在這里應(yīng)當(dāng)理解，在沉積單獨(dú)層的過程中，沉積過程的熱量有時(shí)足以使得單獨(dú)層的物質(zhì)實(shí)質(zhì)上熔成一種合金，同樣，如果金屬同時(shí)沉積在單一層中時(shí)，沉積過程中也可能發(fā)生合金化，其結(jié)果是沉積一種單一的化合物金屬。
應(yīng)該理解，電極16和19必須導(dǎo)電以允許電信號導(dǎo)入，例如它們的電阻率必須低。電極16和19也必須具有不干擾基質(zhì)11中表面聲波的質(zhì)量負(fù)荷特性，但是其機(jī)械性能也必須足以經(jīng)受操作壓力。鋁，導(dǎo)電率大約為0.3×106Ohms/cm，被用作導(dǎo)電構(gòu)件35的導(dǎo)電元件。另外，鋁也具有很好的導(dǎo)熱性能，從而可以使熱在整個(gè)能量轉(zhuǎn)換器15上分配，并消除熱點(diǎn)。在這一優(yōu)選實(shí)施方案中，合金金屬選自周期表中第IV或VI欄中的一種或多種元素，例如鈦、鉬、鉻、鎢或其結(jié)合。合金金屬加入到導(dǎo)電構(gòu)件35中以使電極16和19的強(qiáng)度、硬度和韌度增加。
但問題是加入合金金屬后會增加導(dǎo)電構(gòu)件的電阻率。例如，鈦的導(dǎo)電率為0.02×106Ohms/cm，或大約為鋁導(dǎo)電率的十分之一，因此，非常大量的合金金屬將使得電極很硬或很韌，但是其導(dǎo)電率卻很差，這使得它們幾乎不能用。同樣，非常大量的鋁將產(chǎn)生低電阻率，但是電極非常軟，它會很快被高頻率和高功率破壞。在廣泛研究之后，我們已經(jīng)確定，導(dǎo)電構(gòu)件35中包括的合金金屬應(yīng)該在大約1％到能為電極16和19提供合理折衷的電阻率/聲波和機(jī)械性能的百分?jǐn)?shù)的范圍內(nèi)。合金金屬低于大約1％時(shí)會使電阻率低，但是機(jī)械性能，即韌度、硬度、粘合強(qiáng)度也會低，這使得SAW器件發(fā)生嚴(yán)重故障的時(shí)間會相對早。
合金金屬與鋁的確切比例在某種程度上取決于所使用的具體合金金屬、電極尺寸以及其他特性，如操作頻率和功率要求。在典型的實(shí)施例中，電極16和19由鋁-鈦合金形成，鈦的含量為大約1wt％-25wt％。因?yàn)殁伒膶?dǎo)電率大約為鋁導(dǎo)電率的十分之一，所以多達(dá)25％的鈦與鋁形成合金不會將導(dǎo)電率降低到電極不能充分導(dǎo)電的程度；較高百分比的鈦實(shí)質(zhì)上增加了機(jī)械性能，即韌度、硬度、粘合強(qiáng)度，所以出現(xiàn)嚴(yán)重故障的概率也得以大大降低或消除。
正如上面所提到的，導(dǎo)電構(gòu)件35包括鋁和一種合金金屬，其可各自沉積在單獨(dú)的層中或它們同時(shí)沉積在單一層中。另外，器件10的不同元件可以用幾種不同的方式形成。在一個(gè)通用方法中，不同物質(zhì)(例如粘結(jié)層30和構(gòu)件35)沉積在一個(gè)殼中，然后通過罩和浸蝕來形成器件10。在第二種方法中，將基質(zhì)11蒙上罩來形成器件10，然后沉積不同的物質(zhì)，之后進(jìn)行通用的金屬提升(lift-off)程序得到器件10。也可以使用這些程序的各種改進(jìn)和結(jié)合。在任何一種這些程序中，鋁和合金金屬可以各自沉積在單獨(dú)的層中或同時(shí)沉積在單一層中。導(dǎo)電構(gòu)件和粘結(jié)層通過任何眾所周知的方法，包括電子束(E-束)蒸發(fā)或熱蒸發(fā)或?yàn)R鍍進(jìn)行沉積。
通常，如果沉積單獨(dú)層的鋁和合金金屬，應(yīng)先沉積一層鋁之后再沉積一層合金金屬，之后再一層鋁。當(dāng)要沉積產(chǎn)生需要的鋁合金時(shí)，鋁可以與合金金屬混合。對于通常為100?；蚋〉谋觼碚f，鋁通常將與粘結(jié)層30的金屬混合，只要粘結(jié)層30沉積并粘結(jié)到基質(zhì)11的表面上，隨后將鋁與粘結(jié)層30混合不會對其粘結(jié)性能產(chǎn)生任何影響。為了形成通常均勻的導(dǎo)電構(gòu)件35，隨后將一薄層合金金屬的沉積也與鋁混合，再后面一薄層鋁的沉積與薄層合金金屬混合。選擇性的方法將利用已經(jīng)呈合金形式，然后在單一層中沉積的原料。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，其示出類似于圖1SAW器件10的另一個(gè)SAW器件10′的一個(gè)SAW電極(表示為16′)的剖視圖。與圖2器件10的元件相似的器件10′的各種元件用類似的數(shù)字表示，即在原數(shù)字上加了撇號以表示不同的實(shí)施方案。電極16′是通過將粘結(jié)層30′的粘接材料沉積到基質(zhì)11′的表面上得到的。在涂覆關(guān)系中，將包含至少一層導(dǎo)電物質(zhì)的導(dǎo)電構(gòu)件35′沉積在粘結(jié)層30′上，導(dǎo)電構(gòu)件35′是由牢固粘結(jié)到粘結(jié)層30′的物質(zhì)形成的，因此，它會緊緊地粘結(jié)到基質(zhì)11′的表面上。正如上面所提到的，導(dǎo)電構(gòu)件35′包括鋁和一種合金金屬，其中每一種可以沉積在單獨(dú)的層中或它們同時(shí)沉積在單一層中。
在圖3所示實(shí)施方案中，其涂覆關(guān)系是，第二粘結(jié)層40′沉積在導(dǎo)電構(gòu)件35′上。在這一具體實(shí)施方案中，層40′用來將構(gòu)件35′粘結(jié)或固定在一起。第二粘結(jié)層40′包括可完全與電極16和19粘結(jié)在一起并不會過度負(fù)荷器件10′的任何物質(zhì)。這種物質(zhì)通常是周期表第IV或VI欄中的元素，例如鈦，鈦-鎢、鈦-鎢-氮化物、鉻、鉬及其結(jié)合。至關(guān)重要的是，如果包括在內(nèi)，層40′嚴(yán)格地粘結(jié)到導(dǎo)電構(gòu)件35′的表面上。層40′與導(dǎo)電構(gòu)件35′的任何分離或震動都將導(dǎo)致器件10′的失敗。
因?yàn)槌练e過程中各種金屬接合處自然的混合，所以希望確定粘結(jié)層(30或30′)、導(dǎo)電構(gòu)件(35或35′)和上面的粘結(jié)層(40′)(如果存在的話)的總合金金屬含量。因?yàn)槌练e過程中至少一些粘結(jié)層的合金金屬可能會與導(dǎo)電構(gòu)件混合，所以在確定導(dǎo)電構(gòu)件中包括的合金金屬的量時(shí)通常希望對此給以考慮。例如，如果圖3的粘結(jié)層30′和40′是鈦，當(dāng)確定導(dǎo)電構(gòu)件35′中包括的鈦量時(shí)可能希望考慮這些層中的鈦含量。在這個(gè)實(shí)施例中，希望器件10′中鈦的總量大于1％并通常低于大約25％，或在表面聲波電極中能提供合理的折衷的電阻率/機(jī)械性能的百分?jǐn)?shù)。
因此，這里公開了一種新的、改進(jìn)的高功率表面聲波器件及其制造方法。該新的改進(jìn)的高功率表面聲波器件大大降低了嚴(yán)重故障率，如操作過程中出現(xiàn)熔斷或分裂的幾率。此外，該新的和改進(jìn)的高功率表面聲波器件被特別設(shè)計(jì)用于承受SAW器件中存在的巨大壓力，同時(shí)適應(yīng)目前SAW器件操作所必需的相對高的功率(1瓦或更高)和非常高的無線電頻率(RF)信號。本發(fā)明被認(rèn)為能基本上或完全消除嚴(yán)重的機(jī)械故障。
雖然我們已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方案，但本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以對其進(jìn)行改進(jìn)和改良，因此，我們希望大家理解，本發(fā)明并不局限于所示出的特定形式，在附加的權(quán)利要求中我們想包括不背離本發(fā)明精神和范圍的全部改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種高功率表面聲波器件，其包括具有表面的壓電基質(zhì)；和放置于基質(zhì)表面上的表面聲波電極，該電極包括一種沉積于所述表面并且與該表面粘結(jié)在一起的粘結(jié)層物質(zhì)和一個(gè)至少一層物質(zhì)涂覆在粘結(jié)層上并通過粘結(jié)層牢固粘結(jié)到所述表面上的導(dǎo)電構(gòu)件，所述導(dǎo)電構(gòu)件包括鋁和一種合金金屬，合金金屬的量為1wt％到能為表面聲波電極中增強(qiáng)的聲波和機(jī)械性能提供最大導(dǎo)電率的百分?jǐn)?shù)。
2.權(quán)利要求1的高功率表面聲波器件，其中合金金屬的量為大約1wt％-25wt％。
3.權(quán)利要求1的高功率表面聲波器件，其中粘結(jié)層包括的金屬選自周期表第IV和VI欄之一中的元素。
4.權(quán)利要求3的高功率表面聲波器件，其中粘結(jié)層包括鈦，鈦-鎢、鈦-鎢-氮化物、鉻、及其結(jié)合中的一種。
5.權(quán)利要求1的高功率表面聲波器件，其中合金金屬包括的金屬選自周期表第IV和VI欄之一的元素。
6.權(quán)利要求5的高功率表面聲波器件，其中合金金屬包括鈦、鉬、鉻和鎢中的一種。
7.權(quán)利要求1的高功率表面聲波器件，其中導(dǎo)電構(gòu)件包括許多層鋁和合金金屬。
8.權(quán)利要求1的高功率表面聲波器件，其中導(dǎo)電構(gòu)件包括一單層鋁和合金金屬。
9.權(quán)利要求1的高功率表面聲波器件，還包括覆蓋導(dǎo)電構(gòu)件和與其粘結(jié)在一起的第二粘結(jié)層金屬，其選自周期表第IV和VI欄之一的元素。
10.一種高功率表面聲波器件，其包括具有表面的壓電基質(zhì)；和放置于基質(zhì)表面上的表面聲波電極，該電極包括一個(gè)含有鈦、鈦-鎢、鈦-鎢-氮化物、鉻及其結(jié)合的沉積于所述表面并且與該表面粘結(jié)在一起的粘結(jié)層和一個(gè)至少有一層涂覆在粘結(jié)層上并通過粘結(jié)層牢固粘結(jié)到所述表面上的導(dǎo)電構(gòu)件，所述導(dǎo)電構(gòu)件包括鋁和一種包括鈦、鉬、鉻和鎢之一的合金金屬，合金金屬的量為大約1wt％-25wt％。
11.權(quán)利要求1的高功率表面聲波器件，還包括覆蓋導(dǎo)電構(gòu)件和與其粘結(jié)在一起的第二粘結(jié)層金屬，其選自周期表第IV和VI欄之一的元素。
全文摘要
一種高功率SAW器件(10)，包括一個(gè)放置在壓電基質(zhì)(11)上的電極(16，19)，所述電極包括一種沉積并粘結(jié)到基質(zhì)上的粘結(jié)層(30)物質(zhì)和一個(gè)至少一層物質(zhì)涂覆在粘結(jié)層上并通過粘結(jié)層牢固粘結(jié)到基質(zhì)上的導(dǎo)電構(gòu)件(35)。所述導(dǎo)電構(gòu)件包括鋁和一種合金金屬，其中合金金屬的量為1wt％到能提供有利的折衷的電阻率/機(jī)械性能的百分?jǐn)?shù)。合金金屬選自周期表第IV和VI欄之一的元素，如鈦、鉬、鉻和鎢。
文檔編號H03H9/145GK1421068SQ01806511
公開日2003年5月28日 申請日期2001年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月14日
發(fā)明者N·J·麥倫, S·賴 申請人:摩托羅拉公司, Cts公司