JP2019205164A - 熱放散性の多層圧電基板 - Google Patents

Abstract

【課題】熱放散性の多層基板を有する弾性波デバイスを含むフィルタ及びモジュールを提供する。【解決手段】弾性表面波デバイス１０は、多層基板として支持基板（例えば水晶基板）１２と、熱伝導層１４と、圧電層１６と、インターディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）電極１８と、反射格子１９とを含む。熱伝導層１４は、弾性表面波デバイス１０に関連付けられる熱を放散させるべく構成され、支持基板と圧電層との間に配置される。熱伝導層の厚さは、１０ナノメートルよりも大きいが圧電層の厚さよりも小さい。【選択図】図１

Description

本開示の実施形態は弾性表面波デバイスに関する。

優先権出願の相互参照
本願は、２０１８年５月２１日に出願された「熱補償多層圧電基板」との名称の米国仮特許出願第６２／６７４，３４２号、及び２０１８年６月６日に出願された「熱補償多層圧電基板」との名称の米国仮特許出願第６２／６８１，４５６号の優先権を主張する。これらの各開示は、その全体が参照によりここに組み入れられる。

弾性波フィルタは、無線周波数電子システムに実装することができる。例えば、携帯電話機の無線周波数フロントエンドにおけるフィルタは、弾性波フィルタを含み得る。弾性波フィルタは、帯域通過フィルタとすることができる。複数の弾性波フィルタを、マルチプレクサとして配列することができる。例えば、２つの弾性波フィルタを、デュプレクサとして配列することができる。

弾性表面波フィルタが、無線周波数信号をフィルタリングするべく配列された複数の共振器を含み得る。各共振器が弾性表面波デバイスを含み得る。弾性表面波共振器は、圧電基板上にインターディジタルトランスデューサ電極を含み得る。弾性表面波共振器は、インターディジタルトランスデューサ電極が配置される圧電層の表面に弾性表面波を生成することができる。相対的に高い電力レベルを有する信号を弾性表面波共振器によってフィルタリングすることは、熱を発生させ得る。

特許請求の範囲に記載されるイノベーションはそれぞれが、いくつかの側面を有し、それらの単独の一つのみが、その望ましい属性に関与するわけではない。特許請求の範囲を制限することなく、本開示のいくつかの卓越した特徴の概要が以下に記載される。

本開示の一側面は、熱放散性の多層基板を有するフィルタである。フィルタは弾性波デバイスを含む。フィルタは、無線周波数信号をフィルタリングするべく構成された帯域通過フィルタとして配列される。弾性波デバイスは、支持基板と、圧電層と、当該圧電層上のインターディジタルトランスデューサと、当該弾性波デバイスに関連付けられる熱を放散させるべく構成された熱伝導層とを含む。熱伝導層は、熱伝導度が支持基板よりも高い。熱伝導層は、支持基板と圧電層との間に配置される。熱伝導層の厚さは、１０ナノメートルよりも大きいが圧電層の厚さよりも小さい。

支持基板は水晶基板としてよい。支持基板は、シリコン、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化マグネシウムスピネル、酸化マグネシウム結晶、又はダイヤモンドの少なくとも一つを含み得る。圧電層は、熱伝導度が支持基板よりも高くてよい。

弾性波デバイスは、λの波長を有する弾性波を生成するべく構成され、熱伝導層の厚さは０．０３λ未満としてよい。熱伝導層の厚さは、圧電層の厚さの半分未満としてよい。

弾性波デバイスはさらに、正の周波数温度係数を有する温度補償層を含む。ここで、温度補償層は、圧電層と支持基板との間に配置される。温度補償層は二酸化ケイ素層としてよい。温度補償層は、圧電層と熱伝導層との間に配置してよい。温度補償層は、熱伝導層と支持基板との間に配置してよい。温度補償層は、圧電層の、インターディジタルトランスデューサ電極とは反対側に配置してよい。

弾性波デバイスは、圧電層と熱伝導層との間に配置された第１温度補償層と、当該熱伝導層と水晶基板との間に配置された第２温度補償層とを含み得る。

熱伝導層は金属を含んでよい。熱伝導層は、所定のアプリケーションにおいてアルミニウムを含み得る。熱伝導層の熱伝導度は、圧電層の熱伝導度の少なくとも１０倍としてよい。圧電層はタンタル酸リチウム層としてよい。熱伝導層の熱伝導度は、１４０Ｗ／ｍＫから４２５Ｗ／ｍＫの範囲としてよい。

フィルタを、当該フィルタの動作中に当該フィルタを含むフィルタチップの最大表面温度が摂氏６０°未満となるように配列することができる。

本開示の他側面は、温度補償多層基板を有する弾性表面波デバイスである。弾性表面波デバイスは、支持基板と、圧電層と、当該圧電層上のインターディジタルトランスデューサ電極と、当該弾性表面波デバイスに関連付けられる熱を放散させるべく構成された熱伝導層と、正の周波数温度係数を有する温度補償層とを含む。熱伝導層は、熱伝導度が支持基板よりも高い。熱伝導層は、水晶基板と圧電層との間に配置される。熱伝導層の厚さは、１０ナノメートルよりも大きいが圧電層の厚さよりも小さい。温度補償層とインターディジタルトランスデューサ電極とは、圧電層の対向側に配置される。

所定の実施形態において、圧電層はタンタル酸リチウム層であり、支持基板は水晶層である。弾性表面波デバイスは、λの波長を有する弾性表面波を生成するように構成される。所定の実施形態において、熱伝導層の厚さは０．０３λ未満である。

温度補償層は二酸化ケイ素層としてよい。温度補償層は、圧電層と支持基板との間に配置してよい。温度補償層は、熱伝導層と圧電層との間に配置してよい。弾性表面波デバイスは、熱伝導層の対向側に温度補償層を含み得る。

熱伝導層は金属を含んでよい。熱伝導層の熱伝導度は、圧電層の熱伝導度の少なくとも１０倍としてよい。熱伝導層の熱伝導度は、６０Ｗ／ｍＫから４２５Ｗ／ｍＫの範囲としてよい。熱伝導層の熱伝導度は、１４０Ｗ／ｍＫから３００Ｗ／ｍＫの範囲としてよい。

本開示の他側面は、温度補償多層基板を有するフィルタである。フィルタは、無線周波数信号をフィルタリングするべく構成された帯域通過フィルタとして配列される。フィルタは弾性波デバイスを含む。弾性波デバイスは、支持基板と、圧電層と、当該圧電層上のインターディジタルトランスデューサと、当該弾性波デバイスに関連付けられる熱を放散させるべく構成された熱伝導層とを含む。熱伝導層は、水晶基板と圧電層との間に配置される。熱伝導層の厚さは、１０ナノメートルよりも大きいが圧電層の厚さよりも小さい。

弾性波デバイスはさらに、正の周波数温度係数を有する温度補償層を含む。ここで、温度補償層は、圧電層と支持基板との間に配置される。温度補償層は二酸化ケイ素層としてよい。温度補償層は、圧電層と熱伝導層との間に配置してよい。温度補償層は、熱伝導層と水晶基板との間に配置してよい。温度補償層は、圧電層の、インターディジタルトランスデューサ電極とは反対側に配置してよい。

弾性波デバイスは、圧電層と熱伝導層との間に配置された第１温度補償層と、当該熱伝導層と水晶基板との間に配置された第２温度補償層とを含み得る。

弾性波デバイスは、λの波長を有する弾性波を生成するべく構成され、熱伝導層の厚さは０．０３λ未満としてよい。熱伝導層の厚さは、圧電層の厚さの半分未満としてよい。

熱伝導層は金属を含んでよい。熱伝導層の熱伝導度は、圧電層の熱伝導度の少なくとも１０倍としてよい。熱伝導層の熱伝導度は、６０Ｗ／ｍＫから４２５Ｗ／ｍＫの範囲としてよい。熱伝導層の熱伝導度は、１４０Ｗ／ｍＫから３００Ｗ／ｍＫの範囲としてよい。

熱伝導層は、圧電層と物理的に接触してよい。圧電層はタンタル酸リチウム層としてよい。圧電層はニオブ酸リチウム層としてよい。

フィルタを、当該フィルタの動作中に当該フィルタを含むフィルタチップの最大表面温度が摂氏６０°未満となるように配列することができる。

本開示の他側面は、温度補償多層基板を有する弾性表面波デバイスである。弾性表面波デバイスは、水晶基板と、圧電層と、当該圧電層上のインターディジタルトランスデューサ電極と、当該弾性表面波デバイスに関連付けられる熱を放散させるべく構成された熱伝導層と、正の周波数温度係数を有する温度補償層とを含む。熱伝導層は、水晶基板と圧電層との間に配置される。熱伝導層の厚さは、１０ナノメートルよりも大きいが圧電層の厚さよりも小さい。温度補償層とインターディジタルトランスデューサ電極とは、圧電層の対向側に配置される。

温度補償層は二酸化ケイ素層としてよい。温度補償層は、圧電層と水晶基板との間に配置してよい。温度補償層は、熱伝導層と圧電層との間に配置してよい。

弾性表面波デバイスは、熱伝導層と水晶基板との間に配置された第２温度補償層を含んでよい。

弾性表面波デバイスは、λの波長を有する弾性表面波を生成するように構成され、熱伝導層の厚さは０．０３λ未満としてよい。

熱伝導層は金属を含んでよい。熱伝導層の熱伝導度は、圧電層の熱伝導度の少なくとも１０倍としてよい。熱伝導層の熱伝導度は、６０Ｗ／ｍＫから４２５Ｗ／ｍＫの範囲としてよい。熱伝導層の熱伝導度は、１４０Ｗ／ｍＫから３００Ｗ／ｍＫの範囲としてよい。

圧電層はタンタル酸リチウム層としてよい。圧電層はリチウムを含んでよい。圧電層は合成結晶層としてよい。

本開示の他側面は、無線周波数信号を通過させるべく構成された無線周波数スイッチと、当該無線周波数信号をフィルタリングするべく構成された弾性表面波フィルタと、当該弾性表面波フィルタ及び無線周波数スイッチを封入するパッケージとを含む無線周波数モジュールである。弾性表面波フィルタは、支持基板（例えば水晶基板）と、圧電層と、当該弾性波デバイスに関連付けられる熱を放散させるべく構成された熱伝導層とを含む。熱伝導層は、支持基板と圧電層との間に配置される。

無線周波数モジュールはさらに、無線周波数信号を生成するべく構成された電力増幅器を含み得る。ここで、電力増幅器はパッケージの中に封入される。無線周波数モジュールは、ここに説明されるフィルタ及び／又は弾性表面波デバイスの任意の適切な特徴を含み得る。

本開示の他側面は、フィルタ無線周波数信号を与えるべく構成された弾性表面波フィルタと、当該フィルタ無線周波数信号を送信するべく構成されたアンテナとを含む無線通信デバイスである。弾性表面波フィルタは、支持基板（例えば水晶基板）と、圧電層と、当該弾性波デバイスに関連付けられる熱を放散させるべく構成された熱伝導層とを含む。熱伝導層は、支持基板と圧電層との間に配置される。

無線通信デバイスは携帯電話機としてよい。無線通信デバイスはさらに、弾性表面波フィルタとアンテナとの間に結合されたアンテナスイッチを含み得る。無線通信デバイスは、無線周波数フロントエンドと通信する送受信器を含み得る。ここで、無線周波数フロントエンドは弾性表面波デバイスを含む。無線通信デバイスは、送受信器と通信するベース帯域プロセッサを含んでよい。

無線通信デバイスは、ここに説明されるフィルタ及び／又は弾性表面波デバイス及び／又は無線周波数モジュールの任意の適切な特徴を含み得る。

本開示をまとめる目的で本イノベーションの所定の側面、利点及び新規な特徴が、ここに記載されてきた。かかる利点の必ずしもすべてが、いずれかの特定の実施形態において達成されるというわけではない。よって、本イノベーションは、ここに教示される一つの利点又は一群の利点を、ここに教示又は示唆される他の利点を必ずしも達成することなく、達成又は最適化する態様で、具体化し又は実行することができる。

本開示の複数の実施形態が、添付図面を参照する非限定的な例を介して以下に記載される。

一実施形態に係る熱放散性の多層圧電基板を有する弾性表面波デバイスの断面を例示する。 図２Ａは、ベースライン弾性表面波デバイスの断面を例示する。図２Ｂは、一実施形態に係る熱放散性の多層圧電基板を有する弾性表面波デバイスの断面を例示する。 図３Ａは、図２Ａのベースライン弾性表面波デバイスのチップ表面温度分布を例示する。図３Ｂは、図２Ｂの弾性表面波デバイスのチップ表面温度分布を例示する。 図２Ｂの弾性表面波デバイスの熱伝導層の、厚さの関数としてチップ温度の曲線を有するグラフである。 図２Ｂの弾性表面波デバイスの熱伝導層の、様々な厚さに対してシミュレーションされたフィルタ性能の曲線を有するグラフである。 様々な材料の熱伝導度を示すグラフである。 図２Ｂの弾性表面波デバイスの熱伝導層の代わりに含まれる様々な熱伝導層の厚さの関数としてチップ温度の曲線を有するグラフである。 一実施形態に係る温度補償多層圧電基板を有する弾性表面波デバイスの断面を例示する。 他実施形態に係る温度補償多層圧電基板を有する弾性表面波デバイスの断面を例示する。 他実施形態に係る温度補償多層圧電基板を有する弾性表面波デバイスの断面を例示する。 電力増幅器、スイッチ、及び一つ以上の実施形態に係るフィルタを含むモジュールの模式的なブロック図である。 電力増幅器、スイッチ、及び一つ以上の実施形態に係るフィルタを含むモジュールの模式的なブロック図である。 電力増幅器、スイッチ、一つ以上実施形態に係るフィルタ、及びアンテナスイッチを含むモジュールの模式的なブロック図である。 一つ以上の実施形態に係るフィルタを含む無線通信デバイスの模式的なブロック図である。

以下の所定の実施形態の詳細な説明は、特定の実施形態の様々な記載を表す。しかしながら、ここに記載のイノベーションは、例えば特許請求の範囲によって画定され及びカバーされる多数の異なる態様で具体化することができる。本記載において、参照される図面では、同じ参照番号が同一の又は機能的に類似の要素を示し得る。理解されることだが、図面に例示される要素は必ずしも縮尺どおりではない。さらに理解されることだが、所定の実施形態は、図面に例示されるよりも多くの要素を含んでよく、及び／又は図面に例示される要素の部分集合を含んでよい。さらに、いくつかの実施形態は、２つ以上の図面からの特徴の任意の適切な組み合わせを組み入れてよい。

弾性波デバイスにとって、高い品質係数（Ｑ）、及びゼロに近い周波数温度係数（ＴＣＦ）が望ましい。タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）圧電層に接合された水晶結晶を含む弾性表面波共振器は、相対的に高いＱ、及び相対的にゼロに近いＴＣＦを達成することができる。水晶結晶に接合されたタンタル酸リチウムを有する弾性表面波デバイスは、水晶結晶の熱伝導度がタンタル酸リチウムの熱伝導度よりも低いことに起因する望ましくない自己加熱を経験し得る。弾性表面波デバイスのニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）又はタンタル酸リチウム圧電層の熱伝導度は、弾性表面波デバイスにおける自己加熱に関連する課題を表し得る。本開示は、かかる自己加熱に対する技術的ソリューションを与える。

本開示の複数の側面は、支持基板（例えば水晶結晶基板）と圧電基板（例えばタンタル酸リチウム基板）との間に熱伝導層を含む弾性波共振器に関する。熱伝導層により、熱伝導層なしの同様のデバイスと比べて基板の接着性、熱放散性及び電気的特性の一つ以上が改善され得る。熱伝導層は、支持基板の熱伝導度よりも高い熱伝導度を有する材料の層としてよい。ここでの熱伝導度の比較は、同じ温度における異なる材料に対して存在し得る。熱伝導層は、自己加熱からの熱を放散させる程度に十分に厚くしてよい。熱伝導層は、相対的に薄くてもよい。弾性波共振器は弾性波デバイスである。弾性波共振器は、無線周波数（ＲＦ）信号をフィルタリングするべく構成された帯域通過フィルタに含まれてよい。

図１は、一実施形態に係る熱放散性の多層圧電基板を有する弾性表面波デバイスの断面を例示する。例示の弾性表面波デバイス１０は、支持基板１２と、熱伝導層１４と、圧電層１６と、インターディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）電極１８と、反射格子１９とを含む。熱伝導層１４は、弾性表面波デバイス１０に関連付けられる熱を放散することができる。弾性波デバイス１０の自己加熱は、熱伝導層１４を含むことによって低減される。したがって、弾性表面波デバイス１０は、熱放散性の多層圧電基板を含む。熱伝導層１４により、弾性表面波デバイス１０の層間接着性を改善することができる。弾性表面波デバイス１０の電気性能を、熱伝導層１４によって改善することができる。

支持基板１２は水晶基板としてよい。水晶支持基板は、弾性表面波デバイス１０が相対的に高いＱを達成するのに寄与し得る。支持基板１２は、シリコン（Ｓｉ）基板、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板、窒化ケイ素（ＳｉＮ）基板、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）スピネル基板、酸化マグネシウム結晶基板、ダイヤモンド基板等としてよい。支持基板１２は、相対的に高いインピーダンスを有し得る。支持基板１２は、熱伝導層１４よりも低い熱伝導度を有し得る。支持基板１２の熱伝導度は、圧電層１６の熱伝導度よりも低くてよい。例えば、支持基板１２は水晶としてよく、圧電層１６はタンタル酸リチウムとしてよく、水晶は熱伝導度がタンタル酸リチウムよりも低い。支持基板１２は、熱伝導層１４と接合することができる。支持基板１２は、例示のように熱伝導層１４と物理的に接触してよい。

弾性表面波デバイス１０は、支持基板１２と圧電層１６との間に配置された熱伝導層１４を含む。弾性表面波デバイス１０において、熱伝導層１４とＩＤＴ電極１８とは、圧電層１６の対向側に存在する。

熱伝導層１４は、圧電層１６よりも高い熱伝導度を有する。所定のアプリケーションにおいて、熱伝導層１４の熱伝導度は、圧電層１６の熱伝導度の少なくとも１０倍である。熱伝導層１４の熱伝導度は、６０Ｗ／ｍＫから４２５Ｗ／ｍＫの範囲としてよい。所定のアプリケーションにおいて、熱伝導層１４の熱伝導度は、１４０Ｗ／ｍＫから３００Ｗ／ｍＫの範囲としてよい。いくつかのアプリケーションにおいて、熱伝導層１４の熱伝導度は、１４０Ｗ／ｍＫから４２５Ｗ／ｍＫの範囲としてよい。熱伝導層１４は金属を含んでよい。例えば、熱伝導層１４は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）等、又はこれらの任意の組み合わせを含んでよい。一例として、熱伝導層１４はアルミニウム層としてよい。所定のアプリケーションにおいて、熱伝導層１４は、以下の材料、すなわち窒化ケイ素（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、二酸化ケイ素タンタル（ＴａＳｉＯ_２）、チタン（Ｔｉ）含有金属化合物、又はステンレス鋼含有金属化合物（例えばイオン銃表面活性化接合プロセス）、のいずれかの層としてよい。熱伝導層１４の材料は、当該材料の熱伝導層を含む弾性表面波デバイスの熱放散性及び／又は電気性能に基づいて選択することができる。

圧電層１６は、任意の適切な圧電層としてよい。圧電層１６は、所定のアプリケーションにおいてタンタル酸リチウム層である。圧電層１６は、いくつかの例においてニオブ酸リチウム層としてよい。したがって、圧電層１６は、リチウム系圧電層としてよい。圧電層１６は合成結晶層としてよい。

ＩＤＴ電極１８は、圧電層１６上に配置される。ＩＤＴ電極１８は、弾性表面波デバイス１０が生成する弾性表面波の波長λを設定するピッチを有してよい。ＩＤＴ電極１８はアルミニウムＩＤＴ電極としてよい。ＩＤＴ電極材料は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、又はこれらの任意の適切な組み合わせを含んでよい。いくつかの例において、ＩＤＴ電極１８は多層ＩＤＴ電極としてよい。例えば、ＩＤＴ電極１６は、一定のアプリケーションにおいてアルミニウム及びモリブデンを含み得る。

弾性表面波デバイス１０は、圧電層１６上に反射格子１９を含む。例示のように、反射格子１９は、音響エネルギーを反射させるべく配列される。したがって、格子は音響反射器と称してもよい。反射格子１９は、複数の周期的に分散された相対的に薄い金属ストリップを含み得る。一つ以上の格子１９の金属ストリップは、電気的に互いに並列に接続され得る。これらの金属ストリップは弾性表面波フィルタの音響的にアクティブな領域の一部であるから、電極の幾何学的形状を正確に制御することができる。

図２Ａは、ベースライン弾性表面波デバイス２０の断面を例示する。ベースライン弾性表面波デバイス２０は、厚さがＨ_２の水晶基板２２と、厚さがＨ_１のタンタル酸リチウム層２６と、タンタル酸リチウム層２６上のインターディジタルＩＤＴ電極１８と、タンタル酸リチウム層２６上の反射格子１９とを含む。水晶基板２２とタンタル酸リチウム層２６とが互いに接合され、弾性表面波デバイス２０において互いに物理的に接触する。

図２Ｂは、一実施形態に係る熱放散性の多層圧電基板を有する弾性表面波デバイス２５の断面を例示する。弾性表面波デバイス２５は、厚さがＨ_２の水晶基板２２と、厚さがＨ_１のタンタル酸リチウム層２６と、厚さがＨ_３のアルミニウム層２４と、タンタル酸リチウム層２６上のインターディジタルＩＤＴ電極１８と、タンタル酸リチウム層２６上の反射格子１９とを含む。水晶基板２２は、図１の支持基板１２の一例である。アルミニウム層２４は、図１の熱伝導層１４の一例である。タンタル酸リチウム層２６は、図１の圧電層１６の一例である。弾性表面波デバイス２５において、アルミニウム層２４は、水晶基板２２とタンタル酸リチウム層２６との間に配置される。例示のアルミニウム層２４は、水晶基板２２に物理的に接触する第１側と、タンタル酸リチウム層２６に物理的に接触する第２側とを有する。

図３Ａは、図２Ａのベースライン弾性表面波デバイス２０のチップ表面温度分布を例示する。図３Ａは、厚さＨ_２が１００ｕｍの水晶基板２２と厚さＨ_１が１００ｕｍのタンタル酸リチウム層２６とを有するベースライン弾性表面波デバイス２０を備えた弾性表面波チップが、８３．５℃の最大表面温度を有し得ることを示す。

図３Ｂは、図２Ｂの弾性表面波デバイス２５のチップ表面温度分布を例示する。図３Ｂは、厚さＨ_２が１００ｕｍの水晶基板２２と、厚さＨ_１が１００ｕｍのタンタル酸リチウム層２６と、厚さＨ_３が３０ｎｍの熱伝導層とを有する弾性表面波デバイス２５を備えた弾性表面波チップが、５２．２℃の最大表面温度を有し得ることを示す。したがって，図３Ａ及び３Ｂは、水晶基板２２とタンタル酸リチウム層２６との間にアルミニウム層２４を含むことにより、表面チップ温度が有意に低減され得ることを示す。図３Ｂは、６０℃以下の最大表面温度を達成することができる弾性表面波デバイスの一実施形態に対応する。アルミニウム層２４の代わりに、熱伝導度がタンタル酸リチウムよりも高い他の適切な熱伝導層を実装してよい。

図４Ａは、図２Ｂの弾性表面波デバイス２５のアルミニウム層２４の厚さの関数としてチップ温度の曲線を有するグラフである。３つの曲線が、タンタル酸リチウム層２６の異なる厚さに対応するように示される。３つの曲線は、タンタル酸リチウム層２６が薄いほどチップ温度が低減することを示す。チップ温度は一般に、圧電層が薄いほど低減し得る。チップ温度は一般に、熱伝導層が厚いほど低減し得る。熱を放散させる熱伝導層の厚さの影響は、弾性表面波デバイス２５が生成する弾性表面波の波長から独立し得る。図４Ａは、弾性表面波デバイス２５のアルミニウム層２４が、少なくとも１０ｎｍの厚さＨ_３に対し、熱放散を有意に改善し得ることを示す。相対的に薄い圧電層と熱伝導層とにより、図２Ｂの弾性表面波デバイス２５は、改善された電力耐性を有し得る。

弾性表面波デバイスの電気性能は、熱伝導層の厚さＨ_３が厚くなりすぎると劣化し得る。したがって、熱伝導層の厚さＨ_３の上限は、熱伝導層を含む弾性表面波デバイスの電気性能によって設定され得る。当該上限は、かかる弾性表面波デバイスの波長に基づいて決定することができる。熱伝導層の厚さＨ_３の上限は、熱伝導層の材料に依存し得る。

図４Ｂは、図２Ｂの弾性表面波デバイスの熱伝導層の、様々な厚さに対してシミュレーションされたフィルタ性能の曲線を有するグラフである。例示の曲線は、０λ（図２Ａの弾性表面波デバイス２０のように熱伝導層が存在しない）、０．０１λ、０．０２λ及び０．０３λの熱伝導層厚さＨ_３に対応する。ここで、λは、弾性表面波デバイス２５が生成する弾性表面波の波長である。熱伝導層１４の厚さＨ_３の上限は波長に比例し得る。図４Ｂに示されるように、電気性能は、熱伝導層厚さＨ_３＝０．０２λに対して劣化し始める。図４Ｂは、電気性能が、熱伝導層厚さＨ_３＝０．０３λに対して劣化することを示す。したがって、弾性表面波デバイス２５の熱伝導層厚さＨ_３は、弾性表面波デバイス２５の電気性能が有意に劣化することのないようにするべく、０．０３λ未満となり得る。一例として、λ＝４．０ｕｍに対してＨ_３は１２０ｎｍ未満となり得る。他例として、λ＝２．０ｕｍに対してＨ_３は６０ｎｍ未満となり得る。

図５は、Ｓｉ、ＡｌＮ、ＳｉＮ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＦｅを含む様々な材料の熱伝導度を示すグラフである。これらの材料は、タンタル酸リチウム及びニオブ酸リチウムよりも高い熱伝導度を有する。

図６は、図２Ｂの弾性表面波デバイス２５のアルミニウム層２４の代わりに含まれる様々な熱伝導層の厚さの関数としてチップ温度の曲線を有するグラフである。図５のグラフに含まれる各材料の各熱伝導層に対応する曲線が、図６に含まれる。

熱伝導層の厚さＨ_３は少なくとも１０ｎｍとしてよい。図４Ａ及び図６に示されるように、厚さＨ_３が１０ｎｍの熱伝導層は、最大チップ温度を有意に低減することができる。熱伝導層の厚さＨ_３は、熱伝導層が電気性能を有意に劣化させることのないように、図４Ｂに示される０．０３λ未満とすることができる。したがって、弾性表面波デバイス２５の熱伝導層１４は、厚さＨ_３が１０ｎｍから０．０３λの範囲となり得る。ここで、λは、弾性表面波デバイス２５が生成する弾性表面波の波長である。

温度補償層が、図１及び／又は図２Ｂの弾性表面波デバイスの圧電層と水晶基板との間に付加される。かかる温度補償層は、かかる弾性表面波デバイスの周波数温度係数（ＴＣＦ）を、図１の弾性表面波デバイス又は図２Ｂの弾性表面波デバイスよりもゼロに近づけることができる。したがって、温度補償層を有する弾性表面波デバイスに対しては、温度によるばらつきが少なくなる。これは、一定のアプリケーションにおいて有意となり得る。温度補償層は、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウム圧電層のような所定の圧電層の負のＴＣＦを補償する正のＴＣＦを有し得る。図７〜９は、熱放散性の多層圧電基板に温度補償層を含む弾性表面波デバイスを例示する。所定のアプリケーションにおいて、図７〜９の弾性表面波デバイスは、タンタル酸リチウム圧電層及び水晶支持基板を含んでよい。これらの弾性表面波デバイスの任意の適切な原理及び利点を、互いに及び／又はここに説明される他の弾性表面波デバイスのいずれかと組み合わせることができる。

図７は、一実施形態に係る温度補償多層圧電基板を有する弾性表面波デバイス７０の断面を例示する。弾性表面波デバイス７０は、弾性表面波デバイス７０において温度補償層７２が支持基板１２と圧電層１６との間に配置される点を除き、図１の弾性表面波デバイス１０と同様である。温度補償層７２は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）層としてよい。温度補償層７２は、正の周波数温度係数を有する材料のような、ＴＣＦをゼロに近づける任意の適切な材料の一層としてよい。例えば、温度補償層７２は、二酸化テルル（ＴｅＯ_２）層又はオキシフッ化ケイ素（ＳｉＯＦ）層としてよい。温度補償層７２は、ＳｉＯ_２、ＴｅＯ_２及び／又はＳｉＯＦの任意の適切な組み合わせを含んでよい。図７に例示されるように、温度補償層７２は、熱伝導層１４と圧電層１６との間に配置される。温度補償層７２は、熱伝導層１４に物理的に接触する第１側と、圧電層１６に物理的に接触する第２側とを有し得る。ここで、第１側と第２側とは、温度補償層７２の対向側である。

図８は、他実施形態に係る温度補償多層圧電基板を有する弾性表面波デバイス８０の断面を例示する。弾性表面波デバイス８０は、弾性表面波デバイス８０において温度補償層７２が支持基板１２と熱伝導層１４との間に配置される点を除き、図７の弾性表面波デバイス７０と同様である。図８に例示されるように、熱伝導層１４及び支持基板１２は、温度補償層７２の対向側に物理的に接触してよい。

図９は、他実施形態に係る温度補償多層圧電基板を有する弾性表面波デバイス９０の断面を例示する。弾性表面波デバイス９０は、熱伝導層１４が２つの温度補償層７２及び９４間に配置される点を除き、図７の弾性表面波デバイス７０と同様である。温度補償層７２及び９４は二酸化ケイ素層としてよい。図９に例示されるように、温度補償層７２及び９４は、熱伝導層１４の対向側に物理的に接触してよい。

ここに説明される弾性波デバイスは、様々なパッケージ状モジュールに実装することができる。ここに説明される弾性波デバイスの任意の適切な原理及び利点を実装することができるいくつかのパッケージ状モジュールの例を、以下に説明する。図１０、１１及び１２は、所定の実施形態に係る例示のパッケージ状モジュールの模式的なブロック図である。当該実施形態の特徴の任意の適切な組み合わせを互いに組み合わせることができる。

図１０は、電力増幅器１０２、スイッチ１０４、及び一つ以上の実施形態に係るフィルタ１０６を含むモジュール１００の模式的なブロック図である。モジュール１００は、例示の要素を封入するパッケージを含み得る。電力増幅器１０２、スイッチ１０４及びフィルタ１０６は、共通パッケージ基板上に配置してよい。パッケージ基板は、例えば積層基板としてよい。スイッチ１０４は、多投無線周波数スイッチとしてよい。スイッチ１０４は、電力増幅器１０２の出力を、複数のフィルタ１０６の選択されたフィルタに電気的に結合することができる。フィルタ１０６は、任意の適切な数の弾性波フィルタを含んでよい。フィルタ１０６の弾性波フィルタの一つ以上は、ここに説明される弾性波デバイスの任意の適切な原理及び利点に従って実装することができる。

図１１は、電力増幅器１０２Ａ及び１０２Ｂと、スイッチ１０４Ａ及び１０４Ｂと、一つ以上の実施形態に係るフィルタ１０６’とを含むモジュール１１０の模式的なブロック図である。モジュール１１０は、図１０のモジュール１００と同様であるが、モジュール１１０が、付加電力増幅器１０２Ｂ及び付加スイッチ１０４Ｂを含み、フィルタ１０６’が、複数の電力増幅器１０２Ａ及び１０２Ｂに関連付けられる信号経路のための信号をフィルタリングするべく配列される点が異なる。異なる信号経路を、異なる周波数帯域及び／又は異なる動作モード（例えば異なる電力モード、異なるシグナリングモード等）に関連付けることができる。

図１２は、電力増幅器１０２Ａ及び１０２Ｂと、スイッチ１０４Ａ及び１０４Ｂと、一つ以上の実施形態に係るフィルタ１０６Ａ及び１０６Ｂと、アンテナスイッチ１２２とを含むモジュール１２０の模式的なブロック図である。モジュール１２０は、図１１のモジュール１１０と同様であるが、モジュール１２０が、配列ｔｏフィルタ１０６Ａ又はフィルタ１０６Ｂからの信号をアンテナノードに選択的に結合するべく配列されたアンテナスイッチ１２２を含む点が異なる。フィルタ１０６Ａ及び１０６Ｂは、図１１のフィルタ１０６’に対応し得る。

図１３は、一つ以上の実施形態に係るフィルタ１０６を含む無線通信デバイス１３０の模式的なブロック図である。無線通信デバイス１３０は、任意の適切な無線通信デバイスとしてよい。例えば、無線通信デバイス１３０は、スマートフォンのような携帯電話機としてよい。例示のように、無線通信デバイス１３０は、アンテナ１３１、ＲＦフロントエンド１３２、送受信器１３４、プロセッサ１３５及びメモリ１３６を含む。アンテナ１３１は、ＲＦフロントエンド１３２が与えるＲＦ信号を送信することができる。アンテナ１３１は、処理を目的として、受信したＲＦ信号をＲＦフロントエンド１３２に与えることができる。

ＲＦフロントエンド１３２は、一つ以上の電力増幅器、一つ以上の低雑音増幅器、一つ以上のＲＦスイッチ、一つ以上の受信フィルタ、一つ以上の送信フィルタ、一つ以上のデュプレクサ、又はこれらの任意の適切な組み合わせを含み得る。ＲＦフロントエンド１３２は、任意の適切な通信規格に関連付けられたＲＦ信号を送信及び受信することができる。ここに説明される弾性表面波デバイスのいずれかを、ＲＦフロントエンド１３２に実装することができる。

送受信器１３４は、増幅及び／又は他の処理を目的としてＲＦ信号をＲＦフロントエンド１３２に与えることができる。送受信器１３４はまた、ＲＦフロントエンド１３２の低雑音増幅器が与えるＲＦ信号を処理することができる。送受信器１３４はプロセッサ１３５と通信する。プロセッサ１３５は、ベース帯域プロセッサとしてよい。プロセッサ１３５は、無線通信デバイス１３０のために任意の適切なベース帯域処理機能を与えることができる。メモリ１３６は、プロセッサ１３５によりアクセスすることができる。メモリ１３６は、無線通信デバイス１３０のための任意の適切なデータを記憶することができる。

複数の実施形態の例が例示を目的としてフィルタについて説明され得るにもかかわらず、ここに開示される任意の適切な原理及び利点は、一の共通ノードに一緒に結合された複数のフィルタを含むマルチプレクサに実装することができる。マルチプレクサの例は、一の共通ノードに一緒に結合された２つのフィルタを有するデュプレクサ、一の共通ノードに一緒に結合された３つのフィルタを有するトライプレクサ、一のノードに４つのフィルタが一緒に結合されたクアッドプレクサ、一の共通ノードに６つのフィルタが一緒に結合されたヘキサプレクサ、一の共通ノードに８つのフィルタが一緒に結合されたオクタプレクサ等を含むがこれらに限られない。マルチプレクサの、一つ以上のフィルタが、ここに開示される任意の適切な原理及び利点に従う多層圧電基板弾性表面波共振器を含み得る。

ここに説明される原理及び利点はいずれも、上述したシステム、モジュール、フィルタ、マルチプレクサ、無線通信デバイス及び方法のみならず、他のシステム、モジュール、チップ、弾性表面波デバイス、フィルタ、デュプレクサ、マルチプレクサ、無線通信デバイス及び方法にも適用することができる。上述の様々な実施形態要素及び動作は、さらなる実施形態を与えるべく組み合わせることができる。ここに説明される原理及び利点はいずれも、約４５０メガヘルツ（ＭＨｚ）から６ＧＨｚの範囲にある周波数のような、約３０キロヘルツ（ｋＨｚ）から３００ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲にある周波数の信号を処理するべく構成された無線周波数回路に関連して実装することができる。例えば、ここに説明されるフィルタはいずれも、約４５０ＭＨｚから６ＧＨｚの範囲にある周波数を有する信号をフィルタリングすることができる。いくつかの例において、一実施形態に係る弾性波共振器を含むフィルタは、ミリメートル波周波数までの周波数のＲＦ信号及びミリメートル波周波数を含むＲＦ信号をフィルタリングすることができる。

本開示の複数の側面は、様々な電子デバイスに実装することができる。電子デバイスの例は、消費者電子製品、チップ及び／又はパッケージ状無線周波数モジュールのような消費者電子製品の部品、電子試験機器、アップリンク無線通信デバイス、パーソナルエリアネットワーク通信デバイス等を含み得るがこれらに限られない。消費者電子製品の例は、スマートフォンのような携帯電話機、スマートウォッチ又はイヤーピースのような装着可能コンピューティングデバイス、電話機、テレビ、コンピュータモニタ、コンピュータ、ルータ、モデム、ハンドヘルドコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、自動車電子システムのような車載電子システム、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、デジタル音楽プレーヤー、デジタルカメラのようなカメラ、携帯型メモリーチップ、家庭用器具等を含むがこれらに限られない。さらに、電子デバイスは未完成の製品も含んでよい。

さらに、とりわけ「できる」、「し得る」、「してよい」、「かもしれない」、「例えば」、「のような」等のようなここに記載の条件付き言語は一般に、特にそうでないことが述べられ、又は使用の文脈上そうでないことが理解される場合を除き、所定の実施形態が所定の特徴、要素及び／又は状態を含む一方で他の実施形態がこれらを含まないことを伝えるように意図される。ここで一般に使用される単語「結合」は、互いに直接結合されるか又は一つ以上の中間要素を介して結合されるかのいずれかとなり得る２つ以上の要素を言及する。同様に、ここで一般に使用される単語「接続」は、直接接続されるか又は一つ以上の中間要素を介して接続されるかのいずれかとなり得る２以上の要素を言及する。加えて、単語「ここ」、「上」、「下」及び同様の趣旨の単語は、本アプリケーションにおいて使用される場合、本アプリケーション全体を言及し、本アプリケーションの任意の固有部分を言及するわけではない。

所定の実施形態が記載されてきたが、これらの実施形態は、例示により提示されたにすぎないので、本開示の範囲を制限することを意図しない。実際のところ、ここに記載される新規な方法及びシステムは、様々な他の形態で具体化することができる。さらに、ここに記載される方法及びシステムの形態における様々な省略、置換及び変更が、本開示の要旨から逸脱することなくなし得る。例えば、ここに記載される回路ブロックは、削除、移動、追加、再分割、結合及び／又は修正してよい。これらの回路ブロックはそれぞれが、様々な異なる態様で実装することができる。添付の特許請求の範囲及びその均等物が、本開示の範囲及び要旨に収まるかかる形態又は修正のいずれもカバーすることが意図される。

Claims (20)

1. 熱放散性の多層基板を有するフィルタであって、
   前記フィルタは弾性波デバイスを含み、
   前記弾性波デバイスは、
   支持基板と、
   圧電層と、
   前記圧電層上のインターディジタルトランスデューサ電極と、
   前記弾性波デバイスに関連付けられる熱を放散させるべく構成された熱伝導層と
   を含み、
   前記熱伝導層は、前記支持基板よりも高い熱伝導度を有し、
   前記熱伝導層は、前記支持基板と前記圧電層との間に配置され、
   前記熱伝導層の厚さは、１０ナノメートルよりも大きいが前記圧電層の厚さ未満であり、
   前記フィルタは、無線周波数信号をフィルタリングするべく構成された帯域通過フィルタとして配列される、フィルタ。
2. 前記支持基板は水晶基板である、請求項１のフィルタ。
3. 前記弾性波デバイスは、λの波長を有する弾性波を生成するべく構成され、
   前記熱伝導層の厚さは０．０３λ未満である、請求項１のフィルタ。
4. 前記圧電層は、前記支持基板よりも高い熱伝導度を有する、請求項１のフィルタ。
5. 前記支持基板は、シリコン、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化マグネシウムスピネル、酸化マグネシウム結晶又はダイヤモンドの少なくとも一つを含む、請求項１のフィルタ。
6. 前記弾性波デバイスはさらに、正の周波数温度係数を有する温度補償層を含み、
   前記温度補償層は、前記圧電層と前記支持基板との間に配置される、請求項１のフィルタ。
7. 前記温度補償層は二酸化ケイ素である、請求項６のフィルタ。
8. 前記温度補償層は、前記圧電層と前記熱伝導層との間に配置される、請求項６のフィルタ。
9. 前記温度補償層は、前記熱伝導層と前記支持基板との間に配置される、請求項６のフィルタ。
10. 前記弾性波デバイスはさらに、
    前記圧電層と前記熱伝導層との間に配置された第１温度補償層と、
    前記熱伝導層と前記支持基板との間に配置された第２温度補償層と
    を含む、請求項１のフィルタ。
11. 前記熱伝導層は金属を含む、請求項１のフィルタ。
12. 前記熱伝導層は、１４０Ｗ／ｍＫから４２５Ｗ／ｍＫの範囲にある熱伝導度を有する、請求項１のフィルタ。
13. 前記熱伝導層は、前記圧電層の熱伝導度の少なくとも１０倍となる熱伝導度を有する、請求項１のフィルタ。
14. 前記圧電層はタンタル酸リチウム層である、請求項１のフィルタ。
15. 前記フィルタは、前記フィルタを含むフィルタチップの最大表面温度が、前記フィルタの動作中において摂氏６０°未満となるように配列される、請求項１のフィルタ。
16. 前記弾性波デバイスは弾性表面波デバイスである、請求項１のフィルタ。
17. 熱放散性の温度補償多層基板を有する弾性表面波デバイスであって、
    支持基板と、
    圧電層と、
    前記圧電層上のインターディジタルトランスデューサ電極と、
    前記弾性表面波デバイスに関連付けられる熱を放散させるべく構成された熱伝導層と、
    正の周波数温度係数を有する温度補償層と
    を含み、
    前記熱伝導層は、前記支持基板よりも高い熱伝導度を有し、
    前記熱伝導層は、前記支持基板と前記圧電層との間に配置され、
    前記熱伝導層の厚さは、１０ナノメートルよりも大きいが前記圧電層の厚さ未満であり、
    前記温度補償層と前記インターディジタルトランスデューサ電極とは、前記圧電層の対向側に配置される、弾性表面波デバイス。
18. 前記圧電層はタンタル酸リチウム層であり、
    前記支持基板は水晶層である、請求項１７の弾性表面波デバイス。
19. 前記弾性表面波デバイスは、λの波長を有する弾性表面波を生成するように構成され、
    前記熱伝導層の厚さは０．０３λ未満である、請求項１７の弾性表面波デバイス。
20. 無線周波数モジュールであって、
    無線周波数信号を通過させるべく構成された無線周波数スイッチと、
    前記無線周波数信号をフィルタリングするべく構成された弾性表面波フィルタと、
    前記弾性表面波フィルタ及び前記無線周波数スイッチを封入するパッケージと
    を含み、
    前記弾性表面波フィルタは、λの波長を有する弾性表面波を生成するべく構成された弾性表面波共振器を含み、
    前記弾性表面波共振器は、
    支持基板と、
    圧電層と、
    前記弾性表面波共振器に関連付けられる熱を放散させるべく構成された熱伝導層と
    を含み、
    前記熱伝導層は前記水晶基板と前記圧電層との間に配置され、
    前記熱伝導層は、１０ナノメートルから０．０３λの範囲にある厚さを有する、無線周波数モジュール。