专利名称：高功率表面声波喷镀金属及制造方法
技术领域：
本发明涉及高功率表面声波器件及制造方法。
人们获知表面声波(SAW)器件已经有很长时间，但直到最近才将其作为滤波器引入到手提通讯装置的前沿。在本领域中众所周知，可以将SAW设备制造得对频率非常敏感，以便可将其用于制造极好的滤波器。但是，SAW器件的尺寸取决于操作频率，即，频率较高，表面声波器件越小。因为用于各种通讯系统的无线电频率非常高，所以出现的主要问题是必须将SAW滤波器制造得非常小。除了尺寸要求外，由于目前的手提设备传输的功率相对较高(例如1瓦或更高)，所以在将SAW滤波器变得更小的同时还要保持高功率操作要求，因此，对于制造SAW的物质和技术必须给以不断的改进。
因此，非常希望提供使用改进物质的表面声波器件，和能产生具有相对大功率操作能力和较长寿命的小型表面声波器件制造方法。
优选实施方案描述
图1示出一种高功率表面声波(SAW)器件10的顶视图。SAW器件10包括压电基质11，其可以包含工业中通用的任何众所周知的物质，如石英、铌酸锂、钽酸锂、四硼酸锂等。在这一具体实施方案中，SAW器件10被描述为包括能量转换器(一般由15表示)的SAW滤波器或共振器。能量转换器15包括第一套平行配置的分离电极16，其通过含有外部接头18的总汇流条17连接，和第二套平行配置的分离电极19，其通过含有外部接头21的总汇流条20连接。电极16和19被放置成公用交错(commoninterdigitated)关系以提供众所周知的表面声波操作。在图1中，由许多平行配置的分离元件形成的第一反射器25被放置在能量转换器15的左侧，类似的第二反射器26被放置在能量转换器15的右侧。正如我们完全理解的，电极16和19的尺寸和距离以及反射器25和26的位置取决于操作频率。
在操作过程中，RF信号通过电极16和19与基质11匹配，产生在操作频率下实际移动或振动电极16和19的表面声波。SAW器件中导致失败的主要问题是一个或多个电极或一个或多个电极的部分在操作中确确实实地裂开或破碎。因为目前的SAW器件操作所必须的相对高的功率(1瓦或更高)和很高的无线电频率(RF)信号，以及由于表面声波的运动，在电极16和19中产生巨大压力。所以相信，严重的机械故障是由相对高功率的RF信号产生的高温、在很高的RF信号速率下移动产生的压力、以及形成电极16和19的物质的各种特性，包括硬度或韧度、电阻率、颗粒大小和粘结性能的组合引起的。
另外，图2示出了SAW电极16和19之一(为了方便起见，在这里表示为16)的一个横截面。电极16是通过将一层粘结材料30沉积于基质11的表面上形成的。因为许多适于用作电极16和19的物质不会完全与基质11粘结，所以希望首先沉积能与基质很好粘结的物质，这种物质通常是周期表中第IV或VI栏的元素，例如钛、钛-钨、钛-钨-氮化物、铬、钼及其结合。至关重要的是层30严格地粘结到基质11的表面上以经受与基质相匹配的表面声波。层30与基质11之间的任何分离或震动(pealing)均会导致器件10的失败。
在涂覆关系中，将包含至少一层导电物质的导电构件35沉积在粘结层30上，导电构件35是由牢固粘结到粘结层30上的物质形成的，因此，它会紧紧地粘结到基质11的表面上。导电构件35包括铝和一种合金金属，其中每一种可以沉积在单独的层中或它们同时沉积在单一层中。在这里应当理解，在沉积单独层的过程中，沉积过程的热量有时足以使得单独层的物质实质上熔成一种合金，同样，如果金属同时沉积在单一层中时，沉积过程中也可能发生合金化，其结果是沉积一种单一的化合物金属。
应该理解，电极16和19必须导电以允许电信号导入，例如它们的电阻率必须低。电极16和19也必须具有不干扰基质11中表面声波的质量负荷特性，但是其机械性能也必须足以经受操作压力。铝，导电率大约为0.3×106Ohms/cm，被用作导电构件35的导电元件。另外，铝也具有很好的导热性能，从而可以使热在整个能量转换器15上分配，并消除热点。在这一优选实施方案中，合金金属选自周期表中第IV或VI栏中的一种或多种元素，例如钛、钼、铬、钨或其结合。合金金属加入到导电构件35中以使电极16和19的强度、硬度和韧度增加。
但问题是加入合金金属后会增加导电构件的电阻率。例如，钛的导电率为0.02×106Ohms/cm，或大约为铝导电率的十分之一，因此，非常大量的合金金属将使得电极很硬或很韧，但是其导电率却很差，这使得它们几乎不能用。同样，非常大量的铝将产生低电阻率，但是电极非常软，它会很快被高频率和高功率破坏。在广泛研究之后，我们已经确定，导电构件35中包括的合金金属应该在大约1％到能为电极16和19提供合理折衷的电阻率/声波和机械性能的百分数的范围内。合金金属低于大约1％时会使电阻率低，但是机械性能，即韧度、硬度、粘合强度也会低，这使得SAW器件发生严重故障的时间会相对早。
合金金属与铝的确切比例在某种程度上取决于所使用的具体合金金属、电极尺寸以及其他特性，如操作频率和功率要求。在典型的实施例中，电极16和19由铝-钛合金形成，钛的含量为大约1wt％-25wt％。因为钛的导电率大约为铝导电率的十分之一，所以多达25％的钛与铝形成合金不会将导电率降低到电极不能充分导电的程度；较高百分比的钛实质上增加了机械性能，即韧度、硬度、粘合强度，所以出现严重故障的概率也得以大大降低或消除。
正如上面所提到的，导电构件35包括铝和一种合金金属，其可各自沉积在单独的层中或它们同时沉积在单一层中。另外，器件10的不同元件可以用几种不同的方式形成。在一个通用方法中，不同物质(例如粘结层30和构件35)沉积在一个壳中，然后通过罩和浸蚀来形成器件10。在第二种方法中，将基质11蒙上罩来形成器件10，然后沉积不同的物质，之后进行通用的金属提升(lift-off)程序得到器件10。也可以使用这些程序的各种改进和结合。在任何一种这些程序中，铝和合金金属可以各自沉积在单独的层中或同时沉积在单一层中。导电构件和粘结层通过任何众所周知的方法，包括电子束(E-束)蒸发或热蒸发或溅镀进行沉积。
通常，如果沉积单独层的铝和合金金属，应先沉积一层铝之后再沉积一层合金金属，之后再一层铝。当要沉积产生需要的铝合金时，铝可以与合金金属混合。对于通常为100埃或更薄的薄层来说，铝通常将与粘结层30的金属混合，只要粘结层30沉积并粘结到基质11的表面上，随后将铝与粘结层30混合不会对其粘结性能产生任何影响。为了形成通常均匀的导电构件35，随后将一薄层合金金属的沉积也与铝混合，再后面一薄层铝的沉积与薄层合金金属混合。选择性的方法将利用已经呈合金形式，然后在单一层中沉积的原料。
现在转到图3，其示出类似于图1SAW器件10的另一个SAW器件10′的一个SAW电极(表示为16′)的剖视图。与图2器件10的元件相似的器件10′的各种元件用类似的数字表示，即在原数字上加了撇号以表示不同的实施方案。电极16′是通过将粘结层30′的粘接材料沉积到基质11′的表面上得到的。在涂覆关系中，将包含至少一层导电物质的导电构件35′沉积在粘结层30′上，导电构件35′是由牢固粘结到粘结层30′的物质形成的，因此，它会紧紧地粘结到基质11′的表面上。正如上面所提到的，导电构件35′包括铝和一种合金金属，其中每一种可以沉积在单独的层中或它们同时沉积在单一层中。
在图3所示实施方案中，其涂覆关系是，第二粘结层40′沉积在导电构件35′上。在这一具体实施方案中，层40′用来将构件35′粘结或固定在一起。第二粘结层40′包括可完全与电极16和19粘结在一起并不会过度负荷器件10′的任何物质。这种物质通常是周期表第IV或VI栏中的元素，例如钛，钛-钨、钛-钨-氮化物、铬、钼及其结合。至关重要的是，如果包括在内，层40′严格地粘结到导电构件35′的表面上。层40′与导电构件35′的任何分离或震动都将导致器件10′的失败。
因为沉积过程中各种金属接合处自然的混合，所以希望确定粘结层(30或30′)、导电构件(35或35′)和上面的粘结层(40′)(如果存在的话)的总合金金属含量。因为沉积过程中至少一些粘结层的合金金属可能会与导电构件混合，所以在确定导电构件中包括的合金金属的量时通常希望对此给以考虑。例如，如果图3的粘结层30′和40′是钛，当确定导电构件35′中包括的钛量时可能希望考虑这些层中的钛含量。在这个实施例中，希望器件10′中钛的总量大于1％并通常低于大约25％，或在表面声波电极中能提供合理的折衷的电阻率/机械性能的百分数。
因此，这里公开了一种新的、改进的高功率表面声波器件及其制造方法。该新的改进的高功率表面声波器件大大降低了严重故障率，如操作过程中出现熔断或分裂的几率。此外，该新的和改进的高功率表面声波器件被特别设计用于承受SAW器件中存在的巨大压力，同时适应目前SAW器件操作所必需的相对高的功率(1瓦或更高)和非常高的无线电频率(RF)信号。本发明被认为能基本上或完全消除严重的机械故障。
虽然我们已经示出并描述了本发明的具体实施方案，但本领域技术人员还可以对其进行改进和改良，因此，我们希望大家理解，本发明并不局限于所示出的特定形式，在附加的权利要求中我们想包括不背离本发明精神和范围的全部改进。
权利要求
1.一种高功率表面声波器件，其包括具有表面的压电基质；和放置于基质表面上的表面声波电极，该电极包括一种沉积于所述表面并且与该表面粘结在一起的粘结层物质和一个至少一层物质涂覆在粘结层上并通过粘结层牢固粘结到所述表面上的导电构件，所述导电构件包括铝和一种合金金属，合金金属的量为1wt％到能为表面声波电极中增强的声波和机械性能提供最大导电率的百分数。
2.权利要求1的高功率表面声波器件，其中合金金属的量为大约1wt％-25wt％。
3.权利要求1的高功率表面声波器件，其中粘结层包括的金属选自周期表第IV和VI栏之一中的元素。
4.权利要求3的高功率表面声波器件，其中粘结层包括钛，钛-钨、钛-钨-氮化物、铬、及其结合中的一种。
5.权利要求1的高功率表面声波器件，其中合金金属包括的金属选自周期表第IV和VI栏之一的元素。
6.权利要求5的高功率表面声波器件，其中合金金属包括钛、钼、铬和钨中的一种。
7.权利要求1的高功率表面声波器件，其中导电构件包括许多层铝和合金金属。
8.权利要求1的高功率表面声波器件，其中导电构件包括一单层铝和合金金属。
9.权利要求1的高功率表面声波器件，还包括覆盖导电构件和与其粘结在一起的第二粘结层金属，其选自周期表第IV和VI栏之一的元素。
10.一种高功率表面声波器件，其包括具有表面的压电基质；和放置于基质表面上的表面声波电极，该电极包括一个含有钛、钛-钨、钛-钨-氮化物、铬及其结合的沉积于所述表面并且与该表面粘结在一起的粘结层和一个至少有一层涂覆在粘结层上并通过粘结层牢固粘结到所述表面上的导电构件，所述导电构件包括铝和一种包括钛、钼、铬和钨之一的合金金属，合金金属的量为大约1wt％-25wt％。
11.权利要求1的高功率表面声波器件，还包括覆盖导电构件和与其粘结在一起的第二粘结层金属，其选自周期表第IV和VI栏之一的元素。
全文摘要
一种高功率SAW器件(10)，包括一个放置在压电基质(11)上的电极(16，19)，所述电极包括一种沉积并粘结到基质上的粘结层(30)物质和一个至少一层物质涂覆在粘结层上并通过粘结层牢固粘结到基质上的导电构件(35)。所述导电构件包括铝和一种合金金属，其中合金金属的量为1wt％到能提供有利的折衷的电阻率/机械性能的百分数。合金金属选自周期表第IV和VI栏之一的元素，如钛、钼、铬和钨。
文档编号H03H9/145GK1421068SQ01806511
公开日2003年5月28日 申请日期2001年3月14日 优先权日2000年3月14日
发明者N·J·麦伦, S·赖 申请人:摩托罗拉公司, Cts公司