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WO2018216417A1 - 弾性波装置、フィルタ、高周波フロントエンド回路及び通信装置 - Google Patents

弾性波装置、フィルタ、高周波フロントエンド回路及び通信装置 Download PDF

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WO2018216417A1
WO2018216417A1 PCT/JP2018/016646 JP2018016646W WO2018216417A1 WO 2018216417 A1 WO2018216417 A1 WO 2018216417A1 JP 2018016646 W JP2018016646 W JP 2018016646W WO 2018216417 A1 WO2018216417 A1 WO 2018216417A1
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WO
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filter
elastic wave
resonator
wave device
weighting
Prior art date
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PCT/JP2018/016646
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English (en)
French (fr)
Inventor
宗久 渡辺
英樹 岩本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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    • H10N30/80Constructional details
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Definitions

  • the present invention relates to an acoustic wave device having a structure in which a piezoelectric body is laminated directly or indirectly on a high sound velocity material layer, a filter having the acoustic wave device, a high-frequency front-end circuit, and a communication device.
  • Patent Document 2 discloses an acoustic wave device in which a piezoelectric material is laminated directly or indirectly on a high sound velocity material layer.
  • a structure in which a piezoelectric body is directly laminated on a high sound velocity material layer or a structure in which a low sound velocity material layer is laminated between the piezoelectric body and the high sound velocity material layer is shown.
  • an object of the present invention is to solve the above-mentioned problem first discovered by the present inventors.
  • An object of the present invention is to provide an acoustic wave device, a filter, a high-frequency front end circuit, and a communication device that are unlikely to cause deterioration of the Q value even when the ratio band is adjusted.
  • An elastic wave device includes a high sound velocity material layer, a piezoelectric body directly or indirectly provided on the high sound velocity material layer, and an IDT electrode directly or indirectly provided on the piezoelectric body.
  • the high sound velocity material layer has a propagation velocity of bulk waves higher than that of elastic waves propagating through the piezoelectric body, and the IDT electrode is separated from the first bus bar and the first bus bar.
  • Second bus bar a plurality of first electrode fingers electrically connected to the first bus bar, and a plurality of second electrode fingers electrically connected to the second bus bar
  • the IDT electrode is weighted, and the weighting is weighting having floating electrode fingers not electrically connected to the first bus bar and the second bus bar, or the first Electrode fingers or the second electrode Is a weighting having electrode fingers which are integrated by metallizing the inter-electrode-finger gap between an acoustic wave device.
  • the filter according to the present invention is a filter device having a plurality of elastic wave resonators, and at least one elastic wave resonator is composed of an elastic wave device configured according to the present invention. Therefore, it is possible to provide a filter in which the Q value hardly deteriorates.
  • the multiplexer according to the present invention includes a plurality of band-pass filters having an antenna terminal connected to an antenna and one end commonly connected to the antenna terminal, and at least one of the plurality of band-pass filters
  • the band-pass filter has a plurality of elastic wave resonators, and at least one elastic wave resonator comprises an elastic wave device configured according to the present invention.
  • a high-frequency front end circuit according to the present invention includes an elastic wave device configured according to the present invention and a power amplifier.
  • a communication device includes the high-frequency front-end circuit of the present invention and an RF signal processing circuit.
  • the Q value is hardly deteriorated even when the specific band is adjusted. Therefore, it is possible to provide an acoustic wave device, a filter, a high frequency front end circuit, and a communication device that are excellent in resonance characteristics and filter characteristics.
  • FIG. 1 is a plan view of an acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front sectional view of the acoustic wave device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 shows the resonance characteristics of Comparative Example 1 in which no floating electrode fingers are provided, and the elastic wave device when the weighting ratio by the floating electrode fingers is 5%, 10%, and 20% in the first embodiment. It is a figure which shows each resonance characteristic.
  • FIG. 4 shows the Q characteristic of Comparative Example 1 in which no floating electrode fingers are provided, and the elastic wave device when the weighting ratio by the floating electrode fingers is 5%, 10%, and 20% in the first embodiment. It is a figure which shows each Q characteristic.
  • FIG. 3 shows the resonance characteristics of Comparative Example 1 in which no floating electrode fingers are provided, and the elastic wave device when the weighting ratio by the floating electrode fingers is 5%, 10%, and 20% in the first embodiment. It is a figure which shows each Q characteristic.
  • FIG. 4 shows the Q characteristic of Comparative Example
  • FIG. 5 is a plan view showing an IDT electrode of the acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows the resonance characteristics of the comparative example 1 that is not weighted and each of the acoustic wave devices when the weighting ratios of the metallized integrated electrode fingers in the second embodiment are 5%, 10%, and 20%. It is a figure which shows a resonance characteristic.
  • FIG. 7 shows the Q characteristic of Comparative Example 1 that is not weighted, and each of the elastic wave devices when the weighting ratios by the metallized integrated electrode fingers in the second embodiment are 5%, 10%, and 20%. It is a figure which shows Q characteristic.
  • FIG. 8 is a plan view showing an IDT electrode of the acoustic wave device of Comparative Example 2.
  • FIG. 8 is a plan view showing an IDT electrode of the acoustic wave device of Comparative Example 2.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the resonance characteristics of Comparative Example 1 in which weighting is not performed, and the resonance characteristics of the acoustic wave device when the thinning ratio is 5%, 10%, and 20% in Comparative Example 2. It is.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the Q characteristics of Comparative Example 1 in which weighting is not performed, and the Q characteristics of the acoustic wave device when the thinning ratio is 5%, 10%, and 20% in Comparative Example 2. It is.
  • FIG. 11 is a plan view showing an IDT electrode of the acoustic wave device of Comparative Example 3.
  • FIG. 12 shows the resonance characteristics of Comparative Example 1 and the resonance characteristics of the acoustic wave device when the ratio of the electrode fingers whose polarity is inverted in Comparative Example 3 is 5%, 10%, and 20%.
  • FIG. FIG. 13 shows the Q characteristics of Comparative Example 1 and the Q characteristics of the acoustic wave device when the ratio of the electrode fingers whose polarity is inverted in Comparative Example 3 is 5%, 10%, and 20%.
  • FIG. FIG. 14 is a plan view showing an IDT electrode of the acoustic wave device of Comparative Example 4.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating the resonance characteristics of Comparative Example 1 and the resonance characteristics of the acoustic wave device when the electrode finger defect weighting ratio is 5%, 10%, and 20% in Comparative Example 4. .
  • FIG. 16 is a diagram illustrating the Q characteristics of Comparative Example 1 and the Q characteristics of the elastic wave device when the electrode finger defect weighting ratio is 5%, 10%, and 20% in Comparative Example 4. .
  • FIG. 17 is a circuit diagram of a composite filter device as a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating filter characteristics before and after the power durability test of the ladder type filter in the composite filter device illustrated in FIG. 17.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating the resonance characteristics of Reference Example 1 in which weighting is not applied to the acoustic wave resonator and the resonance characteristics of Reference Example 2 in which weighting is performed using the floating electrode fingers.
  • FIG. 17 is a circuit diagram of a composite filter device as a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating filter characteristics before and after the power durability test of the ladder type filter in the composite filter device illustrated in FIG. 17.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating the resonance characteristics of Reference Example 1 in which weighting is not applied to
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a Q characteristic of Reference Example 1 in which weighting is not applied to an acoustic wave resonator and a Q characteristic of Reference Example 2 in which weighting is performed using a floating electrode finger.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating the resonance characteristics when weighting is not performed and the resonance characteristics of an embodiment where weighting is performed using floating electrode fingers.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a Q characteristic when weighting is not performed and a Q characteristic of an embodiment where weighting is performed using a floating electrode finger.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating the relationship between the ratio of weighting by floating electrode fingers and the change rate of the Q value in the elastic wave device of Reference Example 2 and the elastic wave device of the example.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating the resonance characteristics when weighting is not performed and the resonance characteristics of an embodiment where weighting is performed using floating electrode fingers.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a Q characteristic when weighting is not performed and a Q characteristic of an embodiment where weighting
  • FIG. 24 is a circuit diagram illustrating a modification of the composite filter device of the third embodiment.
  • FIG. 25 is a circuit diagram showing one band-pass filter of the composite filter device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 26 is a circuit diagram showing one band-pass filter of the composite filter device according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a front sectional view showing an essential part of an acoustic wave device used in the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is a diagram illustrating the relationship between the density of the protective film and the amount of frequency fluctuation.
  • FIG. 29 is a front sectional view of an acoustic wave device used in the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 30 is a configuration diagram of a communication apparatus having a high-frequency front end circuit.
  • the weighting is weighting having floating electrode fingers.
  • the deterioration of the Q value can be suppressed and the power durability can be improved.
  • the elastic wave device is the series arm resonator of a ladder filter having a series arm resonator and a parallel arm resonator.
  • the elastic wave device of the present invention is suitably used as a series arm resonator of a ladder type filter.
  • the acoustic wave of the bulk wave propagating through the piezoelectric body is laminated between the high sound velocity material layer and the piezoelectric body.
  • a low sound velocity material layer lower than the sound velocity is further provided. In this case, the energy of the elastic wave can be effectively confined in the part up to the piezoelectric body.
  • the acoustic wave device further includes a support substrate disposed on a surface side opposite to a surface of the high sound velocity material layer on which the low sound velocity material layer is disposed. ing.
  • the high-sonic material layer is a support substrate.
  • the mechanical strength of the acoustic wave device can be increased by using the high acoustic velocity material layer as the support substrate, and the manufacturing process can be simplified.
  • the plurality of acoustic wave resonators includes a series arm resonator and a parallel arm resonator, and a ladder filter is configured.
  • the series arm resonator includes an elastic wave device configured according to the present invention. Therefore, the steepness of the filter characteristics can be enhanced by adjusting the ratio band to be narrowed by weighting.
  • a plurality of series arm resonators are arranged on a series arm connecting the first terminal and the second terminal, and the series arm and the ground potential are connected.
  • a ladder-type filter in which a parallel arm resonator is disposed on a parallel arm, and the resonator closest to the first terminal connected to an antenna terminal among the series arm resonator and the parallel arm resonator is Elasticity in which at least one of the series arm resonator and the parallel arm resonator except the series arm resonator closest to the antenna terminal is the series arm resonator is configured according to the present invention. It consists of a wave device.
  • a plurality of series arm resonators are arranged on a series arm connecting the first terminal and the second terminal, and the series arm and the ground potential are connected.
  • a ladder-type filter in which a parallel arm resonator is disposed on a parallel arm, and the resonator closest to the first terminal connected to an antenna terminal among the series arm resonator and the parallel arm resonator is The parallel arm resonator, at least one of the remaining series arm resonator and the parallel arm resonator except the series arm resonator closest to the first terminal and the parallel arm resonator closest to the antenna terminal.
  • One resonator consists of an acoustic wave device constructed in accordance with the present invention.
  • Another specific aspect of the filter according to the present invention is a filter device having a longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter, wherein the longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter is configured according to the present invention. It consists of a device.
  • the filter device further includes a ladder type filter connected to a longitudinally coupled resonator type elastic wave filter.
  • the filter has a first terminal connected to an antenna and a second terminal, and is between the first terminal and the second terminal.
  • the longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter and at least one acoustic wave resonator are connected, and the longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter and the acoustic wave resonator are closest to the first terminal.
  • At least one of the remaining resonators excluding the resonator comprises an acoustic wave device configured according to the present invention.
  • FIG. 1 is a plan view of an acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a front sectional view.
  • the acoustic wave device 1 has a support substrate 2 made of a high sound velocity material.
  • a low acoustic velocity material layer 3 is laminated on the support substrate 2.
  • a piezoelectric body 4 is laminated on the low acoustic velocity material layer 3.
  • An IDT electrode 5 and reflectors 6 and 7 are provided on the piezoelectric body 4.
  • the high sound velocity material is a material in which the sound velocity of the propagating bulk wave is higher than the sound velocity of the elastic wave propagating through the piezoelectric body 4.
  • the low sound speed material layer 3 is made of a low sound speed material.
  • the low sound velocity material is a material in which the sound velocity of the propagating bulk wave is lower than that of the elastic wave propagating through the piezoelectric body 4.
  • any suitable material can be used as long as this sound speed relationship is satisfied.
  • high sound velocity materials include aluminum nitride, aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon, sapphire, lithium tantalate, lithium niobate, quartz, alumina, zirconia, cordierite, mullite, and steatite.
  • Various materials such as forsterite, magnesia, DLC (diamond-like carbon) film or diamond, a medium mainly composed of the above materials, and a medium mainly composed of a mixture of the above materials can be used.
  • the low sound velocity material a medium mainly composed of the above materials such as silicon oxide, glass, silicon oxynitride, tantalum oxide, or a compound obtained by adding fluorine, carbon, or boron to silicon oxide can be used.
  • the piezoelectric body 4 is made of lithium tantalate in this embodiment.
  • the piezoelectric body 4 may be made of an appropriate piezoelectric material, lithium niobate, zinc oxide, tantalum pentoxide, or the like.
  • the support substrate 2, the low acoustic velocity material layer 3, and the piezoelectric body 4 are laminated.
  • a high acoustic velocity material layer 8 indicated by a one-dot chain line in FIG. 2 may be further provided. That is, the high sound velocity material layer 8 may be further laminated between the support substrate 2 and the low sound velocity material layer 3. That is, the support substrate 2 is disposed on the surface side of the high sound velocity material layer 8 facing the surface on which the low sound velocity material layer 3 is disposed.
  • the support substrate 2 may be formed of a material other than the high sound velocity material.
  • the material constituting the support substrate 2 includes aluminum oxide, diamond, sapphire, lithium tantalate, lithium niobate, quartz and other piezoelectric materials, alumina, magnesia, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, zirconia, cordierite, mullite.
  • Various ceramics such as steatite and forsterite, dielectric materials such as glass, semiconductors such as gallium nitride, resin substrates, and the like can be used.
  • the IDT electrode 5 and the reflectors 6 and 7 are made of an appropriate metal or alloy. Examples of such a metal include Pt, Au, W, Mo, Cu, Al, and alloys containing these as main components. Further, the IDT electrode 5 and the reflectors 6 and 7 may be made of a laminated metal film formed by laminating a plurality of metal films.
  • the IDT electrode 5 includes a first bus bar 11 and a second bus bar 12 separated from the first bus bar 11. One end of a plurality of first electrode fingers 13 is connected to the first bus bar 11. One end of a plurality of second electrode fingers 14 is connected to the second bus bar 12. The plurality of first electrode fingers 13 and the plurality of second electrode fingers 14 are interleaved.
  • first dummy electrode finger 15 and the second dummy electrode finger 16 are provided, although not essential.
  • the first dummy electrode finger 15 is disposed with a gap from the tip of the first electrode finger 13 and is connected to the second bus bar 12.
  • the second dummy electrode finger 16 is disposed with a gap from the tip of the second electrode finger 14, and is connected to the first bus bar 11.
  • the acoustic wave device 1 is characterized by a support substrate 2 made of a high sound velocity material layer in which the acoustic velocity of the propagating bulk wave is higher than the acoustic velocity of the acoustic wave propagating through the piezoelectric body 4, and is laminated directly or indirectly on the support substrate 2.
  • the low acoustic velocity material layer 3 in which the sound velocity of the propagating bulk wave is lower than the acoustic velocity of the elastic wave propagating through the piezoelectric body 4 and the piezoelectric body 4 provided directly or indirectly on the low acoustic velocity material layer 3.
  • the IDT electrode 5 provided directly or indirectly on the piezoelectric body 4, and the IDT electrode 5 is weighted.
  • This weighting is performed by providing the floating electrode fingers 17. That is, the floating electrode finger 17 is provided in the central region of the IDT electrode 5 in the elastic wave propagation direction. Although not essential, the third and fourth dummy electrode fingers 18 and 19 are provided so as to face the floating electrode finger 17 with a gap therebetween.
  • the floating electrode finger 17 is not electrically connected to the first bus bar 11 and is not electrically connected to the second bus bar 12.
  • the number of the floating electrode fingers 17 is not particularly limited, and may be one or more.
  • the elastic wave device 1 Since the weighting with the floating electrode fingers 17 is applied, the elastic wave device 1 is unlikely to deteriorate the Q value even when the specific band is adjusted.
  • the inventor of the present application uses a structure in which the support substrate 2 made of a high sound velocity material, the low sound velocity material layer 3 and the piezoelectric body 4 are laminated, and when the ratio band is adjusted by weighting, the Q value is determined depending on the weighting method. Was found for the first time.
  • weighting using floating electrode fingers 17 or weighting having metallized integrated electrode fingers described later is used among weightings, the specific bandwidth is reduced without degrading the Q value. It has been found that it can be adjusted, and the present invention has been made. That is, the present invention is based on the experimental knowledge of the present inventor.
  • the elastic wave device 1 was produced with the following design parameters.
  • the ratio weighted by the floating electrode fingers 17 (number of floating electrode fingers 17) / (number of first and second electrode fingers 13, 14 ⁇ number of floating electrode fingers 17 ⁇ 2) is 10%. did. That is, when the number of floating electrode fingers 17 is A and the number of first and second electrode fingers 13 and 14 is B, the weighting ratio is A / (B ⁇ A ⁇ 2). Number of electrode fingers of reflectors 6 and 7: 21.
  • FIG. 3 shows the resonance characteristics of the elastic wave device of Comparative Example 1 configured in the same manner as in the above embodiment except that the floating electrode fingers are not provided, and the weighting ratio of the floating electrode fingers is 5%.
  • FIG. 4 is a diagram showing the resonance characteristics of the respective acoustic wave devices in the case of 10% and 20%, and FIG. It is a figure which shows each Q characteristic of the elastic wave apparatus at the time of setting it as%, 10%, and 20%.
  • the frequency range between the resonance frequency and the anti-resonance frequency can be narrowed, and the ratio band can be adjusted to be narrowed. .
  • the ratio band becomes narrower as the weighting ratio increases.
  • FIG. 3 shows that the ratio of the impedance at the anti-resonance frequency to the impedance at the resonance frequency does not deteriorate even when the weighting ratio is changed. Therefore, good resonance characteristics can be obtained.
  • the Q characteristic is not deteriorated. The Q characteristic only needs to be high in the frequency range between the resonance frequency and the anti-resonance frequency.
  • the elastic wave device 1 can adjust the ratio band while maintaining a good high Q value.
  • FIG. 5 is a plan view showing an IDT electrode in the acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention.
  • the IDT electrode 21 is weighted by having the metallized integrated electrode fingers 22.
  • Other configurations are the same as those of the elastic wave device 1 of the first embodiment.
  • the metallized integrated electrode finger 22 is an electrode finger formed by integrating the electrode finger gap between the first electrode fingers or the second electrode fingers. That is, the periodic structure is interrupted and a weighting region is provided between portions where the first electrode fingers 13 and the second electrode fingers 14 are alternately arranged in the elastic wave propagation direction. Accordingly, also in the IDT electrode 21, the weighting ratio can be changed by changing the widthwise dimension of the metallized integrated electrode finger 22. Thereby, the ratio band can be adjusted.
  • the elastic wave device is characterized in that the sound velocity of the propagating bulk wave is higher than the sound velocity of the elastic wave propagating through the piezoelectric body 4, and the support substrate 2 is formed on the support substrate 2.
  • the low-velocity material layer 3 in which the acoustic velocity of the propagating bulk wave is lower than the acoustic velocity of the elastic wave propagating through the piezoelectric body 4, and directly or indirectly on the low-sonic velocity material layer 3.
  • the IDT electrode 5 provided directly or indirectly on the piezoelectric body 4, and the IDT electrode 5 is weighted. This weighting is performed by providing the metallized integrated electrode finger 22.
  • the weighting ratio (%) when using the metallized integrated electrode fingers 22 is obtained from (number of metalized integrated electrode fingers 22) / (number of first and second electrode fingers 13 and 14).
  • the weighting ratio is A / B.
  • Comparative Example 1 is an elastic wave device that is not weighted.
  • 6 shows the resonance characteristics of the elastic wave device of Comparative Example 1 and the respective elasticity when the ratio of weighting by the metallized integrated electrode fingers 22 in the second embodiment is 5%, 10%, and 20%. It is a figure which shows the resonance characteristic of a wave apparatus.
  • FIG. 7 shows the Q characteristics of the elastic wave device of Comparative Example 1 and the Q characteristics of the elastic wave device when the weighting ratios of the metallized integrated electrode fingers 22 are 5%, 10%, and 20%, respectively.
  • the ratio band can be adjusted by changing the weighting ratio to 5%, 10%, or 20%. Also in the present embodiment, the ratio band can be adjusted to be narrowed by increasing the weighting ratio. Further, from FIG. 6, even in the second embodiment, even when the ratio band is adjusted, the impedance ratio is hardly lowered. Therefore, good resonance characteristics can be obtained.
  • Comparative Example 1 described later is an elastic wave device that is not weighted.
  • the comparative example 2 is an elastic wave device to which weighting with normal thinning weighting is applied.
  • Comparative Example 3 is an elastic wave device that is weighted with a polarity reversal portion.
  • Comparative Example 4 is an elastic wave device that is weighted and provided with electrode finger defects.
  • FIG. 8 is a plan view showing the IDT electrode 101 of the acoustic wave device of Comparative Example 2.
  • a plurality of first electrode fingers 13 and a plurality of second electrode fingers 14 are alternately arranged in the elastic wave propagation direction.
  • a portion where three first electrode fingers 13 are continuous is provided in the central region. That is, in Comparative Example 2, the periodic structure in which the first electrode fingers 13 and the second electrode fingers 14 are alternately arranged is thinned out by thinning out the second electrode fingers 14. ing.
  • FIG. 9 shows the resonance characteristics of the elastic wave device of Comparative Example 1 that is not weighted, and the elastic wave devices of Comparative Example 2 when the normal thinning weight ratios are 5%, 10%, and 20%, respectively. It is a figure which shows these resonance characteristics.
  • FIG. 10 shows the Q characteristics of the acoustic wave device of Comparative Example 1 and the Q characteristics of the acoustic wave device when the ratio of the normal thinning weight in Comparative Example 2 is 5%, 10%, and 20%.
  • FIG. 10 shows the Q characteristics of the acoustic wave device of Comparative Example 1 and the Q characteristics of the acoustic wave device when the ratio of the normal thinning weight in Comparative Example 2 is 5%, 10%, and 20%.
  • FIG. 11 is a plan view showing the IDT electrode 121 of the acoustic wave device of Comparative Example 3.
  • FIG. 11 a portion where the two first electrode fingers 13 are adjacent to each other is provided in the center of the IDT electrode 121 in the elastic wave propagation direction. That is, in Comparative Example 3, weighting is performed by providing a polarity reversal portion where the polarity is reversed at the center of the IDT electrode 121 in the elastic wave propagation direction.
  • FIG. 12 shows the resonance characteristics of the elastic wave device of Comparative Example 1 that is not weighted, and the elastic wave devices in the case of Comparative Example 3 where the polarity inversion weighting ratios are 5%, 10%, and 20%. It is a figure which shows these resonance characteristics.
  • FIG. 13 shows the Q characteristics of the acoustic wave device of Comparative Example 1 and the Q characteristics of the acoustic wave device when the ratio of the polarity inversion weighting is set to 5%, 10%, and 20% in Comparative Example 3.
  • FIG. 13 shows the Q characteristics of the acoustic wave device of Comparative Example 1 and the Q characteristics of the acoustic wave device when the ratio of the polarity inversion weighting is set to 5%, 10%, and 20% in Comparative Example 3.
  • FIG. 14 is a plan view of the IDT electrode 141 of the acoustic wave device of Comparative Example 4.
  • an electrode finger defect portion indicated by an arrow A is provided in the center of the elastic wave propagation direction in the IDT electrode 141.
  • FIG. 15 shows the resonance characteristics of the elastic wave device of Comparative Example 1, and the resonance characteristics of the elastic wave device when the weighting ratios due to electrode finger defects in Comparative Example 4 are 5%, 10%, and 20%
  • FIG. FIG. 16 shows the Q characteristics of the acoustic wave device of Comparative Example 1, and the Q characteristics of the acoustic wave device when the weighting ratios due to electrode finger defects in Comparative Example 4 are 5%, 10%, and 20%
  • FIG. 16 shows the Q characteristics of the acoustic wave device of Comparative Example 1, and the Q characteristics of the acoustic wave device when the weighting ratios due to electrode finger defects in Comparative Example 4 are 5%, 10%, and 20%
  • the weight of the first embodiment provided with floating electrode fingers and the second embodiment using the metallized integrated electrode fingers.
  • FIG. 17 is a circuit diagram of a composite filter device as a third embodiment of the present invention.
  • the composite filter device 51 includes a first filter 52, a second filter 53, and a third filter 54. One end of each of the first to third filters 52 to 54 is commonly connected by an antenna terminal 55.
  • the first filter 52 is a ladder type filter having a plurality of acoustic wave resonators.
  • the first filter 52 includes series arm resonators S1 to S4 and parallel arm resonators P1 to P3.
  • the series arm resonators S1 to S4 and the parallel arm resonators P1 to P3 are made of elastic wave resonators, and are made of the elastic wave device 1 of the first embodiment.
  • the steepness of the filter characteristics can be increased by increasing the weighting ratio using the floating electrode fingers in the first embodiment. That is, by narrowing the ratio band of at least one of the series arm resonators S1 to S4, the ladder filter can increase the attenuation in the frequency band close to the pass band on the low pass band side. Thereby, the steepness can be effectively increased.
  • the steepness of the filter characteristics can be effectively enhanced by using the elastic wave device 1 for at least one of the series arm resonators S1 to S4.
  • the Q value hardly deteriorates, a good filter characteristic can be obtained.
  • the first filter 52 at least one of the series arm resonators S2 to S4 and the parallel arm resonators P1 to P3 which are the remaining resonators excluding the series arm resonator S1 is formed of the acoustic wave device 1.
  • the resonator closest to the antenna terminal that is, the resonator closest to the commonly connected side is the series arm resonator S1.
  • the resonator closest to the commonly connected side is composed of the elastic wave device 1 of the present invention, it affects other commonly connected filters such as the second filter 53 and the third filter 54. Large higher-order modes may occur.
  • such a higher-order mode may be located in the pass band of the second filter 53 or the third filter 54. Therefore, at least one of the series arm resonators S2 to S4 and the parallel arm resonators P1 to P3, which are the remaining resonators, excluding the series arm resonator S1 closest to the commonly connected side having the large influence,
  • the elastic wave device 1 is preferable.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating an example of filter characteristics of the composite filter device according to the third embodiment.
  • the inventor of the present application conducted a power durability test in the following manner in the first filter 52 using the elastic wave device 1 of the first embodiment. That is, a power of 1.2 W was applied at a temperature of 120 ° C. for 40 hours.
  • the broken line in FIG. 18 shows the filter characteristics before the test, and the solid line shows the filter characteristics after 40 hours.
  • FIG. 18 shows that the filter characteristics hardly change.
  • the weighting provided with floating electrode fingers as described above migration between electrode fingers is unlikely to occur when a power durability test is performed. Therefore, power durability can be effectively improved.
  • the inventor of the present application in the acoustic wave device having a structure in which the low-sonic material layer and the piezoelectric body are laminated on the support substrate made of the high-sonic material, the weighting provided with the floating electrode finger among the weighting. It has also been found for the first time that weighting provided with metallized integrated electrode fingers gives good resonance characteristics without degrading the Q value. Such a difference depending on the type of weighting is peculiar to the elastic wave device having the above laminated structure, and is not seen in the conventional elastic wave device in which the IDT electrode is provided on the piezoelectric substrate. This will be described with reference to FIGS.
  • an elastic wave device of Reference Example 1 As an elastic wave device of Reference Example 1, an elastic wave device in which an IDT electrode and a pair of reflectors are provided on a piezoelectric body made of LiTaO 3 was prepared. Incidentally, LiTaO 3 used is a LiTaO 3 cut angle is 42 ° Y.
  • an elastic wave device of Reference Example 2 was produced in the same manner as Reference Example 1 except that the IDT electrode was weighted so as to provide 20 floating electrode fingers.
  • FIG. 19 shows the resonance characteristics of the elastic wave devices of Reference Example 1 and Reference Example 2, and FIG. 20 shows the Q characteristic.
  • the ratio band can be narrowed by weighting
  • the impedance ratio is slightly reduced.
  • the Q value is greatly degraded by weighting.
  • Example As an example, an acoustic wave device having the following design parameters was manufactured.
  • Support substrate 2 made of high sound velocity material: Si (silicon) was used as the material.
  • Low sound velocity material layer 3 Silicon oxide was used as the material, and the thickness was 673 nm.
  • Composition of piezoelectric body 4 LiTaO 3 (lithium tantalate) with a cut angle of 50 ° Y, thickness was 600 nm.
  • FIG. 21 is a diagram showing the resonance characteristics of the elastic wave device that is not weighted and the resonance characteristics of the elastic wave device that is weighted according to the embodiment.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a Q characteristic of an elastic wave device that is not weighted and a Q characteristic of an elastic wave device that is weighted according to the embodiment.
  • the ratio band can be narrowed by weighting in the embodiment as well. Further, the impedance ratio is sufficiently large and hardly deteriorates even when weighting is applied. In addition, as shown in FIG. 22, the Q characteristic is not deteriorated even when weighting is applied.
  • the Q value deteriorates even if weighting is applied by the floating electrode fingers.
  • the acoustic wave device having a structure in which the low acoustic velocity material layer and the piezoelectric body are laminated on the support substrate composed of the high acoustic velocity material layer, or the high acoustic velocity material layer.
  • an elastic wave device having a structure in which a piezoelectric body is laminated on a supporting substrate, an elastic wave device having not only a narrow bandwidth but also a good Q value can be obtained by weighting with floating electrode fingers.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a relationship between the weighting ratio and the Q value change rate when the weighting ratio is variously changed in the reference example 2 and the embodiment. Note that the Q value change rate was normalized by setting the Q value when weighting is not applied to 1.
  • FIG. 24 is a circuit diagram showing a modification of the composite filter device of the third embodiment.
  • the first filter 52A has a plurality of series arm resonators S2, S3, S4 and parallel arm resonators P1, P2, and P3, but does not have the series arm resonator S1.
  • the configuration is the same as that of the composite filter device 51.
  • the resonator closest to the antenna terminal is the series arm resonator S ⁇ b> 1, but like the composite filter device 51 ⁇ / b> A shown in FIG. 24, the antenna terminal
  • the resonator closest to may be a parallel arm resonator P1.
  • the acoustic wave resonator that is the acoustic wave device of the present invention is not provided on the commonly connected side, that is, the position closest to the antenna terminal, in the first filter 52A.
  • the other second filter 53 and the third filter 54 that are commonly connected are used. May be affected by higher-order modes.
  • the series arm resonator S1 is not the elastic wave resonator of the present invention, but in the composite filter device 51A, the parallel arm resonator P1 and the antenna terminal are the most.
  • the near series arm resonator S2 is preferably not an acoustic wave resonator constructed in accordance with the present invention.
  • At least one of the remaining resonators excluding the series arm resonator S2 and the parallel arm resonator P2 closest to the antenna terminal is the elastic wave resonance of the present invention. It is desirable to be composed of children.
  • the low sound velocity material layer 3 is laminated between the support substrate 2 and the piezoelectric body 4 which are high sound velocity material layers, but the low sound velocity material layer 3 may be omitted. . That is, the piezoelectric body 4 may be directly laminated on the high sound velocity material layer.
  • FIG. 25 is a circuit diagram showing a first filter of the composite filter device according to the fourth embodiment.
  • the first filter 61 is commonly connected on the antenna terminal side together with the second and third filters (not shown).
  • the first filter 61 includes a front-stage longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter 61F and a rear-stage longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter 61R.
  • a longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter 61F is connected to the common connection terminal, and a longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter 61R is connected to the longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter 61F.
  • the longitudinally coupled resonator type acoustic wave filters 61F and 61R are all 3IDT type longitudinally coupled resonator type acoustic wave filters.
  • the first filter 61 having the longitudinally coupled resonator type elastic wave filters 61F and 61R may be formed of the elastic wave device of the present invention. That is, the acoustic wave device of the present invention is not limited to a one-port type acoustic wave resonator, but may be a longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter. In this case, preferably, the longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter 61F closest to the common connection terminal is not configured according to the present invention, and the acoustic wave device of the present invention is connected to the remaining longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter 61R. It is desirable that it is applied. Thereby, it is difficult to cause an adverse effect due to the higher order mode on other commonly connected bandpass filters.
  • FIG. 26 is a circuit diagram showing a first filter of the composite filter device according to the fifth embodiment.
  • the first filter 62 one end of a 3IDT type longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter 62F is connected to a common connection terminal.
  • a ladder type filter 62R is connected to the other end of the longitudinally coupled resonator type elastic wave filter 62F.
  • the ladder filter 62R includes a series arm resonator S11 and a parallel arm resonator P11.
  • the filter to which the elastic wave device of the present invention is applied may have a structure in which the longitudinally coupled resonator type elastic wave filter 62F and the ladder type filter 62R are connected.
  • the ladder type filter 62R instead of the ladder type filter 62R, only a series arm resonator may be used, or only a parallel arm resonator may be used. Furthermore, the number of stages in the ladder filter 62R is not limited to one, and may be two or more.
  • the front-stage longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter 62F may also have a multi-stage configuration like the first filter 61 shown in FIG.
  • the longitudinally coupled resonator type elastic wave filter 62F and the ladder type filter 62R may be configured using the elastic wave device of the present invention, preferably, the side close to the antenna terminal, That is, at least one of the remaining series resonators S11 and parallel arm resonators P11 other than the longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter 62F that is the closest resonator to the commonly connected side is the present invention. It consists of an elastic wave device. Thereby, the adverse effect of the filter characteristics of other commonly connected filters can be reduced.
  • FIG. 27 is a front sectional view showing the main part of the acoustic wave device used in the sixth embodiment of the present invention.
  • a protective film 72 is laminated so as to cover the IDT electrode 5 and the reflectors 6 and 7.
  • the protective film 72 may be laminated so as to cover the IDT electrode 5.
  • the elastic wave device 71 is configured in the same manner as the elastic wave device 1 except that it has a protective film 72.
  • an appropriate insulating material such as silicon carbide, silicon nitride, aluminum oxide, zinc oxide, or silicon nitride can be used.
  • the protective film 72 when the protective film 72 is made of silicon oxide, it absorbs moisture in an environment with high humidity. For this reason, there is a possibility that the sound velocity of the elastic wave is lowered due to the weight of the protective film 72 being increased. As a result, in the acoustic wave device 71, the resonance frequency or the like may be reduced.
  • the protective film 72 made of silicon oxide when the wavelength defined by the electrode finger pitch of the IDT electrode 5 is ⁇ , the thickness of the piezoelectric body 4 is 3.5 ⁇ or less, and the density of the protective film 72 Is 2.27 g / cm 3 or more.
  • FIG. 28 is a diagram showing the relationship between the density of the protective film 72 and the amount of frequency fluctuation. As is apparent from FIG. 28, the density of the protective film 72 is desirably 2.27 g / cm 3 or more.
  • the film thickness of the piezoelectric body 4 is preferably 2.5 ⁇ or less, and more preferably 1.5 ⁇ or less. Thereby, the energy concentration on the surface of the piezoelectric body 4 can be effectively increased.
  • FIG. 29 is a front cross-sectional view for explaining an elastic wave device according to a seventh embodiment of the present invention.
  • an acoustic reflection layer 83 may be provided between the support substrate 2 and the piezoelectric body 4 as in the elastic wave device 81 according to the present invention.
  • the acoustic reflection layer 83 includes low acoustic impedance layers 84a to 84d having relatively low acoustic impedance and high acoustic impedance layers 85a to 85d having relatively high acoustic impedance.
  • the number of laminated low acoustic impedance layers and high acoustic impedance layers is not particularly limited. It suffices that at least one low acoustic impedance layer and at least one high acoustic impedance layer are laminated.
  • the acoustic wave device 81 has the above structure, a plate wave propagating through the piezoelectric body 4 can be used. Also in this case, the IDT electrode 5 is weighted similarly to the elastic wave device of the first embodiment. Thereby, the ratio band can be adjusted, and the decrease in the Q value can be suppressed.
  • the elastic wave device of each of the above embodiments can be used as a component such as a duplexer of a high-frequency front end circuit.
  • a high frequency front end circuit An example of such a high frequency front end circuit will be described below.
  • FIG. 30 is a block diagram of a communication apparatus having a high-frequency front end circuit.
  • components connected to the high-frequency front-end circuit 230 for example, the antenna element 202 and the RF signal processing circuit (RFIC) 203 are also shown.
  • the high-frequency front end circuit 230 and the RF signal processing circuit 203 constitute a communication device 240.
  • the communication device 240 may include a power supply, a CPU, and a display.
  • the high-frequency front-end circuit 230 includes a switch 225, duplexers 201A and 201B, low-noise amplifier circuits 214 and 224, filters 231 and 232, and power amplifier circuits 234a, 234b, 244a, and 244b. Note that the high-frequency front-end circuit 230 and the communication device 240 in FIG. 30 are examples of the high-frequency front-end circuit and the communication device, and are not limited to this configuration.
  • the duplexer 201A includes filters 211 and 212.
  • the duplexer 201B includes filters 221 and 222.
  • the duplexers 201 ⁇ / b> A and 201 ⁇ / b> B are connected to the antenna element 202 via the switch 225.
  • the said elastic wave apparatus may be duplexers 201A and 201B, and may be filters 211, 212, 221 and 222.
  • the elastic wave device may be an elastic wave resonator constituting the duplexers 201A, 201B and the filters 211, 212, 221, 222.
  • the elastic wave device is also applicable to a configuration including three or more filters such as a triplexer in which the antenna terminals of three filters are shared and a hexaplexer in which the antenna terminals of six filters are shared. Can do.
  • the acoustic wave device includes an acoustic wave resonator, a filter, and a multiplexer including two or more filters.
  • the multiplexer is not limited to the configuration including both the transmission filter and the reception filter, and may be configured to include only the transmission filter or only the reception filter.
  • the switch 225 connects the antenna element 202 and a signal path corresponding to a predetermined band in accordance with a control signal from a control unit (not shown), and is configured by, for example, a SPDT (Single Pole Double Throw) type switch. .
  • a SPDT Single Pole Double Throw
  • the number of signal paths connected to the antenna element 202 is not limited to one and may be plural. That is, the high frequency front end circuit 230 may support carrier aggregation.
  • the low noise amplifier circuit 214 is a reception amplification circuit that amplifies a high frequency signal (here, a high frequency reception signal) via the antenna element 202, the switch 225, and the duplexer 201A and outputs the amplified signal to the RF signal processing circuit 203.
  • the low noise amplifier circuit 224 is a reception amplification circuit that amplifies a high-frequency signal (here, a high-frequency reception signal) that has passed through the antenna element 202, the switch 225, and the duplexer 201B, and outputs the amplified signal to the RF signal processing circuit 203.
  • the power amplifier circuits 234a and 234b are transmission amplifier circuits that amplify the high frequency signal (here, the high frequency transmission signal) output from the RF signal processing circuit 203 and output the amplified signal to the antenna element 202 via the duplexer 201A and the switch 225.
  • the power amplifier circuits 244a and 244b are transmission amplifier circuits that amplify the high-frequency signal (here, the high-frequency transmission signal) output from the RF signal processing circuit 203 and output the amplified signal to the antenna element 202 via the duplexer 201B and the switch 225. .
  • the RF signal processing circuit 203 processes the high-frequency reception signal input from the antenna element 202 via the reception signal path by down-conversion or the like, and outputs a reception signal generated by the signal processing. In addition, the RF signal processing circuit 203 performs signal processing on the input transmission signal by up-conversion or the like, and outputs the high-frequency transmission signal generated by the signal processing to the power amplifier circuits 234a, 234b, 244a, and 244b.
  • the RF signal processing circuit 203 is, for example, an RFIC.
  • the communication apparatus may include a BB (baseband) IC. In this case, the BBIC processes the received signal processed by the RFIC. The BBIC processes the transmission signal and outputs it to the RFIC.
  • the reception signal processed by the BBIC and the transmission signal before the signal processing by the BBIC are, for example, an image signal or an audio signal.
  • the high-frequency front end circuit 230 may include other circuit elements between the above-described components.
  • the high-frequency front end circuit 230 may include a duplexer according to a modification of the duplexers 201A and 201B instead of the duplexers 201A and 201B.
  • the filters 231 and 232 in the communication device 240 are connected between the RF signal processing circuit 203 and the switch 225 without passing through the low noise amplifier circuits 214 and 224 and the power amplifier circuits 234a, 234b, 244a and 244b.
  • the filters 231 and 232 are also connected to the antenna element 202 via the switch 225, similarly to the duplexers 201A and 201B.
  • the high-frequency front-end circuit 230 and the communication device 240 configured as described above, by including the elastic wave device of the present invention, an acoustic wave resonator, a filter, a duplexer, a multiplexer including three or more filters, and the like. Even when the ratio band is adjusted, it is possible to make it difficult for the Q value to deteriorate.
  • the elastic wave device, the high-frequency front-end circuit, and the communication device according to the embodiment of the present invention have been described with reference to the above-described embodiment.
  • another embodiment realized by combining arbitrary components in the above-described embodiment In addition, modifications obtained by various modifications conceived by those skilled in the art within the scope of the present invention without departing from the gist of the present invention, and various devices incorporating the high-frequency front-end circuit and communication device according to the present invention are also described. Included in the invention.
  • the present invention can be widely used in communication devices such as mobile phones as an acoustic wave resonator, a filter, a duplexer, a multiplexer including two or more filters, a front-end circuit, and a communication device.
  • communication devices such as mobile phones as an acoustic wave resonator, a filter, a duplexer, a multiplexer including two or more filters, a front-end circuit, and a communication device.

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Abstract

比帯域を調整した場合であっても、Q値の劣化が生じ難い弾性波装置を提供する。 高音速材料層2上に直接または間接的に圧電体4が設けられており、圧電体4上に直接または間接的にIDT電極5が設けられており、IDT電極5が、第1のバスバー11と第1のバスバー11と隔てられた第2のバスバー12と、複数本の第1の電極指13と、複数本の第2の電極指14とを有し、IDT電極5が重み付けされており、重み付けが、第1のバスバー11及び第2のバスバー12と電気的に接続されていない浮き電極指17を有する重み付け、または第1の電極指13同士もしくは第2の電極指14同士の電極指間ギャップをメタライズすることにより一体化した電極指を有する重み付けである、弾性波装置1。

Description

弾性波装置、フィルタ、高周波フロントエンド回路及び通信装置
 本発明は、高音速材料層上に直接または間接に圧電体が積層されている構造を有する弾性波装置及び該弾性波装置を有するフィルタ、高周波フロントエンド回路及び通信装置に関する。
 従来、弾性波装置では、IDT電極に重み付けを施すことにより比帯域の調整等が図られている。下記の特許文献1に記載のラダー型フィルタでは、少なくとも1つの弾性波共振子において、間引き重み付けが施されている。それによって、弾性波共振子の比帯域が調整されている。その結果、ラダー型フィルタのフィルタ特性の急峻性が高められている。
 また、下記の特許文献2には、高音速材料層上に、直接または間接に圧電体を積層してなる弾性波装置が開示されている。ここでは、高音速材料層上に直接圧電体が積層された構造や、圧電体と高音速材料層との間に低音速材料層が積層されている構造が示されている。
特開2004-96796号公報 WO2012/86639
 特許文献1に記載のように、弾性波装置の比帯域を調整するために、従来、様々な重み付け方法が用いられている。
 しかしながら、特許文献2に記載の高音速材料層上に直接または間接に圧電体が積層されている構造を有する弾性波装置では、圧電体の表面におけるエネルギー集中度が高くなるためQ値が良くなるが、比帯域を調整するための重み付けを行った場合、重み付けの方法によっては、Q値が劣化してしまう場合があることを、本願発明者は初めて見出した。
 従って、本発明の目的は、本願発明者により初めて見出された上記問題を解決することにある。本発明の目的は、比帯域を調整した場合であっても、Q値の劣化を生じ難い、弾性波装置、フィルタ及び高周波フロントエンド回路及び通信装置を提供することにある。
 本発明に係る弾性波装置は、高音速材料層と、前記高音速材料層上に直接または間接的に設けられた圧電体と、前記圧電体上に直接または間接的に設けられたIDT電極とを備え、前記高音速材料層は、伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも高く、前記IDT電極が、第1のバスバーと、前記第1のバスバーと隔てられた第2のバスバーと、前記第1のバスバーに電気的に接続された複数本の第1の電極指と、前記第2のバスバーに電気的に接続された複数本の第2の電極指とを有し、前記IDT電極が重み付けされており、前記重み付けが、前記第1のバスバー及び第2のバスバーと電気的に接続されていない浮き電極指を有する重み付けである、または、前記第1の電極指同士もしくは前記第2の電極指同士の電極指間ギャップをメタライズすることにより一体化した電極指を有する重み付けである、弾性波装置である。
 本発明に係るフィルタは、複数の弾性波共振子を有するフィルタ装置であって、少なくとも1つの弾性波共振子が、本発明に従って構成された弾性波装置からなる。従って、Q値の劣化が生じ難いフィルタを提供することができる。
 本発明に係るマルチプレクサは、アンテナに接続されるアンテナ端子を有し、前記アンテナ端子に一端が共通接続されている複数の帯域通過型フィルタを備え、前記複数の帯域通過型フィルタのうち少なくとも1つの帯域通過型フィルタが、複数の弾性波共振子を有し、少なくとも1つの弾性波共振子が、本発明に従って構成されている弾性波装置からなる。
 本発明に係る高周波フロントエンド回路は、本発明に従って構成された弾性波装置と、パワーアンプと、を備える。
 本発明に係る通信装置は、本発明の高周波フロントエンド回路と、RF信号処理回路と、を備える。
 本発明に係る弾性波装置、フィルタ、高周波フロントエンド回路及び通信装置では、比帯域を調整した場合であっても、Q値の劣化が生じ難い。従って、共振特性やフィルタ特性に優れた弾性波装置、フィルタ、高周波フロントエンド回路及び通信装置を提供することが可能となる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。 図2は、第1の実施形態の弾性波装置の正面断面図である。 図3は、浮き電極指が設けられていない比較例1の共振特性と、第1の実施形態において浮き電極指による重み付けの割合が5%、10%、20%とした場合の弾性波装置のそれぞれの共振特性と、を示す図である。 図4は、浮き電極指が設けられていない比較例1のQ特性と、第1の実施形態において浮き電極指による重み付けの割合が5%、10%、20%とした場合の弾性波装置のそれぞれのQ特性と、を示す図である。 図5は、本発明の第2の実施形態に係る弾性波装置のIDT電極を示す平面図である。 図6は、重み付けされていない比較例1の共振特性と、第2の実施形態においてメタライズ一体化電極指による重み付けの割合を5%、10%、20%とした場合の弾性波装置のそれぞれの共振特性を示す図である。 図7は、重み付けされていない比較例1のQ特性と、第2の実施形態においてメタライズ一体化電極指による重み付けの割合を5%、10%、20%とした場合の弾性波装置のそれぞれのQ特性と、を示す図である。 図8は、比較例2の弾性波装置のIDT電極を示す平面図である。 図9は、重み付けが施されていない比較例1の共振特性と、比較例2において間引き割合を5%、10%、20%とした場合の弾性波装置のそれぞれの共振特性と、を示す図である。 図10は、重み付けが施されていない比較例1のQ特性と、比較例2において間引き割合を5%、10%、20%とした場合の弾性波装置のそれぞれのQ特性と、を示す図である。 図11は、比較例3の弾性波装置のIDT電極を示す平面図である。 図12は、比較例1の共振特性と、比較例3において極性反転されている電極指の割合を5%、10%、20%とした場合の弾性波装置のそれぞれの共振特性と、を示す図である。 図13は、比較例1のQ特性と、比較例3において極性反転されている電極指の割合を5%、10%、20%とした場合の弾性波装置のそれぞれのQ特性と、を示す図である。 図14は、比較例4の弾性波装置のIDT電極を示す平面図である。 図15は、比較例1の共振特性と、比較例4において電極指欠損重み付けの割合を5%、10%、20%とした場合の弾性波装置のそれぞれの共振特性と、を示す図である。 図16は、比較例1のQ特性と、比較例4において電極指欠損重み付けの割合を5%、10%、20%とした場合の弾性波装置のそれぞれのQ特性と、を示す図である。 図17は、本発明の第3の実施形態としての複合フィルタ装置の回路図である。 図18は、図17に示した複合フィルタ装置におけるラダー型フィルタの耐電力試験前後のフィルタ特性を示す図である。 図19は、弾性波共振子における重み付けが施されていない参考例1の共振特性と、浮き電極指により重み付けが施された参考例2の共振特性を示す図である。 図20は、弾性波共振子における重み付けが施されていない参考例1のQ特性と、浮き電極指により重み付けが施された参考例2のQ特性を示す図である。 図21は、重み付けが施されていない場合の共振特性と、浮き電極指による重み付けが施された実施例の共振特性を示す図である。 図22は、重み付けが施されていない場合のQ特性と、浮き電極指による重み付けが施された実施例のQ特性を示す図である。 図23は、参考例2の弾性波装置及び実施例の弾性波装置における浮き電極指による重み付けの割合と、Q値の変化率との関係を示す図である。 図24は、第3の実施形態の複合フィルタ装置の変形例を示す回路図である。 図25は、本発明の第4の実施形態に係る複合フィルタ装置の1つの帯域通過型フィルタを示す回路図である。 図26は、本発明の第5の実施形態に係る複合フィルタ装置の1つの帯域通過型フィルタを示す回路図である。 図27は、本発明の第6の実施形態で用いられる弾性波装置の要部を示す正面断面図である。 図28は、保護膜の密度と、周波数変動量との関係を示す図である。 図29は、本発明の第7の実施形態に用いられる弾性波装置の正面断面図である。 図30は、高周波フロントエンド回路を有する通信装置の構成図である。
 以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
 なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
 本発明に係る弾性波装置では、好ましくは、重み付けは、浮き電極指を有する重み付けである。この場合には、Q値の劣化を抑制することができ、かつ耐電力性を高めることができる。
 本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、弾性波装置は、直列腕共振子と並列腕共振子とを有するラダー型フィルタの前記直列腕共振子である。ラダー型フィルタの直列腕共振子では、重み付けにより比帯域を狭めるように調整した場合、フィルタ特性の急峻性を効果的に高めることができる。従って、本発明の弾性波装置は、ラダー型フィルタの直列腕共振子として好適に用いられる。
 本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記高音速材料層と前記圧電体との間に積層されており、伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも低い低音速材料層がさらに備えられている。この場合には、弾性波のエネルギーを、圧電体までの部分により効果的に閉じ込めることができる。
 本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記高音速材料層において前記低音速材料層が配置されている側の面と対向する面側に配置されている支持基板がさらに備えられている。
 本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記高音速材料層が、支持基板である。この場合には、高音速材料層を支持基板として用いることにより、弾性波装置の機械的強度を高めることができ、かつ製造工程の簡略化も果たし得る。
 本発明に係るフィルタのある特定の局面では、前記複数の弾性波共振子が、直列腕共振子及び並列腕共振子を含み、ラダー型フィルタが構成されている。
 本発明に係るフィルタの他の特定の局面では、前記直列腕共振子が、本発明に従って構成されている弾性波装置からなる。従って、重み付けにより比帯域を狭くするように調整することにより、フィルタ特性の急峻性を高めることができる。
 本発明に係るフィルタの他の特定の局面では、第1の端子と、第2の端子とを結ぶ直列腕に複数の直列腕共振子が配置されており、前記直列腕とグラウンド電位とを結ぶ並列腕に並列腕共振子が配置されているラダー型フィルタであって、前記直列腕共振子及び前記並列腕共振子のうち、アンテナ端子に接続される前記第1の端子に最も近い共振子が前記直列腕共振子であり、前記アンテナ端子に最も近い直列腕共振子を除く残りの前記直列腕共振子及び前記並列腕共振子のうち少なくとも1つの共振子が、本発明に従って構成されている弾性波装置からなる。
 本発明に係るフィルタの他の特定の局面では、第1の端子と、第2の端子とを結ぶ直列腕に複数の直列腕共振子が配置されており、前記直列腕とグラウンド電位とを結ぶ並列腕に並列腕共振子が配置されているラダー型フィルタであって、前記直列腕共振子及び前記並列腕共振子のうち、アンテナ端子に接続される前記第1の端子に最も近い共振子が前記並列腕共振子であり、前記第1の端子に最も近い直列腕共振子及び前記アンテナ端子に最も近い並列腕共振子を除く残りの前記直列腕共振子及び前記並列腕共振子のうち少なくとも1つの共振子が、本発明に従って構成されている弾性波装置からなる。
 本発明に係るフィルタの他の特定の局面では、縦結合共振子型弾性波フィルタを有する、フィルタ装置であって、前記縦結合共振子型弾性波フィルタが、本発明に従って構成されている弾性波装置からなる。
 本発明に係るフィルタの別の特定の局面では、前記フィルタ装置が、縦結合共振子型弾性波フィルタに接続された、ラダー型フィルタをさらに備える。
 本発明に係るフィルタのさらに他の特定の局面では、アンテナに接続される第1の端子と、第2の端子とを有し、前記第1の端子と、前記第2の端子との間に、前記縦結合共振子型弾性波フィルタ及び少なくとも1つの弾性波共振子が接続されており、前記縦結合共振子型弾性波フィルタ及び前記弾性波共振子のうち、前記第1の端子に最も近い共振子を除く残りの共振子のうち少なくとも1つが本発明に従って構成されている弾性波装置からなる。
 図1は、本発明の第1実施形態に係る弾性波装置の平面図であり、図2は正面断面図である。
 弾性波装置1は、高音速材料からなる支持基板2を有する。支持基板2上に、低音速材料層3が積層されている。低音速材料層3上に、圧電体4が積層されている。圧電体4上に、IDT電極5及び反射器6,7が設けられている。
 高音速材料とは、伝搬するバルク波の音速が、圧電体4を伝搬する弾性波の音速よりも高い材料をいう。低音速材料層3は、低音速材料からなる。低音速材料とは、伝搬するバルク波の音速が、圧電体4を伝搬する弾性波の音速よりも低い材料をいう。
 上記の高音速材料及び低音速材料としては、この音速関係を満たす限り適宜の材料を用いることができる。
 高音速材料としては、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、シリコン、サファイア、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、アルミナ、ジルコニア、コ-ジライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、マグネシア、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜またはダイヤモンド、上記材料を主成分とする媒質、上記材料の混合物を主成分とする媒質等の様々な材料を用いることができる。
 また、低音速材料としては、酸化ケイ素、ガラス、酸窒化ケイ素、酸化タンタル、また、酸化ケイ素にフッ素や炭素やホウ素を加えた化合物など、上記材料を主成分とした媒質を用いることができる。
 圧電体4は、本実施形態では、タンタル酸リチウムからなる。もっとも、圧電体4は、適宜の圧電材料、ニオブ酸リチウム、酸化亜鉛、五酸化タンタルなどからなるものであってもよい。
 なお、本実施形態では、支持基板2、低音速材料層3及び圧電体4が積層されているが、図2に一点鎖線で示す高音速材料層8がさらに備えられていてもよい。すなわち、支持基板2と、低音速材料層3との間に高音速材料層8がさらに積層されていてもよい。すなわち、高音速材料層8において低音速材料層3が配置されている側の面と対向する面側に、支持基板2が配置されることになる。この場合には、支持基板2は、高音速材料以外の材料で形成されていてもよい。支持基板2を構成する材料としては、酸化アルミニウム、ダイヤモンド、サファイア、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶等の圧電体、アルミナ、マグネシア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト等の各種セラミック、ガラス等の誘電体、窒化ガリウム等の半導体及び樹脂基板等を用いることができる。
 IDT電極5及び反射器6,7は、適宜の金属もしくは合金からなる。このような金属としては、Pt、Au、W、Mo、Cu、Alまたはこれらを主成分とする合金を挙げることができる。また、IDT電極5及び反射器6,7は、複数の金属膜を積層してなる積層金属膜からなるものであってもよい。
 IDT電極5は、第1のバスバー11と、第1のバスバー11と隔てられた第2のバスバー12とを有する。第1のバスバー11に、複数本の第1の電極指13の一端が接続されている。第2のバスバー12に、複数本の第2の電極指14の一端が接続されている。複数本の第1の電極指13と複数本の第2の電極指14とは、間挿し合っている。
 他方、特に必須ではないが、第1のダミー電極指15及び第2のダミー電極指16が設けられている。第1のダミー電極指15は、第1の電極指13の先端とギャップを隔てて配置されており、第2のバスバー12に接続されている。第2のダミー電極指16は、第2の電極指14の先端とギャップを隔てて配置されており、第1のバスバー11に接続されている。
 弾性波装置1の特徴は、伝搬するバルク波の音速が圧電体4を伝搬する弾性波の音速よりも高い高音速材料層からなる支持基板2と、支持基板2上に直接または間接的に積層されており、伝搬するバルク波の音速が、圧電体4を伝搬する弾性波の音速よりも低い低音速材料層3と、低音速材料層3上に直接または間接的に設けられた圧電体4と、圧電体4上に直接または間接的に設けられたIDT電極5とを備えており、IDT電極5に重み付けがされていることにある。そして、この重み付けが、浮き電極指17を設けることにより行なわれていることにある。すなわち、浮き電極指17がIDT電極5において、弾性波伝搬方向中央領域に設けられている。なお、必須ではないが、浮き電極指17とギャップを隔てて対向するように、第3,第4のダミー電極指18,19が設けられている。
 浮き電極指17は、第1のバスバー11と電気的に接続されておらず、第2のバスバー12にも電気的に接続されていない。
 なお、浮き電極指17の本数は特に限定されず、1本以上であればよい。
 上記浮き電極指17を有する重み付けが施されているため、弾性波装置1では、比帯域を調整した場合であってもQ値の劣化が生じ難い。本願発明者は、高音速材料からなる支持基板2及び低音速材料層3及び圧電体4を積層した構造を用いて、重み付けにより比帯域の調整を図ろうとした場合、重み付けの方法によってはQ値が劣化することを初めて見出した。そして、鋭意検討した結果、重み付けのなかでも、浮き電極指17を用いた重み付けや、後述するメタライズ一体化電極指を有する重み付けを用いた場合には、Q値を劣化させずに、比帯域を調整し得ることを見出し、本発明をなすに至った。すなわち、本発明は、本願発明者の実験的知見に基づくものである。
 上記弾性波装置1を以下の設計パラメータで作製した。
 圧電体4:タンタル酸リチウム、厚み600nm
 支持基板2:シリコン、厚み0.12mm
 低音速材料層3:酸化ケイ素、厚み673nm
 IDT電極5における電極指ピッチで定まる波長=2μm、電極指交差幅40μm、第1,第2の電極指13,14の本数:201本、浮き電極指17の本数:20本。
 従って、浮き電極指17により重み付けされている割合=(浮き電極指17の本数)/(第1,第2の電極指13,14の本数-浮き電極指17の本数×2)は10%とした。すなわち、浮き電極指17の本数:A、第1,第2の電極指13,14の本数:Bとしたときに、重み付けの割合は、A/(B-A×2)となる。反射器6,7の電極指の本数:21本。
 図3は、上記浮き電極指を設けなかったことを除いては上記実施形態と同様にして構成された比較例1の弾性波装置の共振特性と、浮き電極指における重み付けの割合が5%、10%、20%とした場合のそれぞれの弾性波装置の共振特性と、を示す図であり、図4は、比較例1の弾性波装置のQ特性と、浮き電極指における重み付けの割合を5%、10%、20%とした場合の弾性波装置のそれぞれのQ特性と、を示す図である。
 図3から明らかなように、複数本の浮き電極指17を設けることにより、共振周波数と反共振周波数との間の周波数域を狭めることができ、比帯域を狭めるように調整し得ることがわかる。また、重み付けの割合が大きくなるにつれて、比帯域が狭くなることがわかる。また、図3より、反共振周波数におけるインピーダンスの共振周波数におけるインピーダンスに対する比が重み付けの割合を変化させても、劣化していないことがわかる。従って、良好な共振特性を得ることができる。加えて、図4に示すように、浮き電極指による重み付けの割合を変化させた場合、Q特性も劣化していない。なお、Q特性は、共振周波数と、反共振周波数との間の周波数域においてQ値が高ければよい。従って、重み付けの割合が10%及び20%の場合、反共振周波数よりも高域側ではQ値が低いが、共振周波数と反共振周波数との間の周波数域では、十分高いQ値が得られている。従って、弾性波装置1では、高いQ値を良好に維持しつつ、比帯域を調整し得ることがわかる。
 図5は、本発明の第2の実施形態の弾性波装置におけるIDT電極を示す平面図である。第2の実施形態の弾性波装置では、IDT電極21がメタライズ一体化電極指22を有することにより重み付けが施されている。その他の構成は、第1の実施形態の弾性波装置1と同様である。メタライズ一体化電極指22とは、第1の電極指同士もしくは第2の電極指同士の電極指間ギャップをメタライズすることにより一体化してなる電極指である。すなわち、第1の電極指13と第2の電極指14とが弾性波伝搬方向において交互に配置されている部分間に、この周期構造が途絶えて重み付け領域が設けられる。従って、IDT電極21においても、このメタライズ一体化電極指22の幅方向寸法を変化させることにより、重み付けの割合を変化させることができる。それによって比帯域を調整することができる。
 つまり、第2の実施形態の弾性波装置の特徴は、伝搬するバルク波の音速が圧電体4を伝搬する弾性波の音速よりも高い高音速材料層からなる支持基板2と、支持基板2上に直接または間接的に積層されており、伝搬するバルク波の音速が、圧電体4を伝搬する弾性波の音速よりも低い低音速材料層3と、低音速材料層3上に直接または間接的に設けられた圧電体4と、圧電体4上に直接または間接的に設けられたIDT電極5とを備えており、IDT電極5に重み付けがされていることにある。そして、この重み付けが、メタライズ一体化電極指22を設けることにより行なわれている。
 メタライズ一体化電極指22を用いた場合の重み付けの割合(%)は、(メタライズ一体化電極指22の本数)/(第1,第2の電極指13,14の本数)より求められる。
 すなわち、メタライズ一体化電極指22の本数:A、及び第1,第2の電極指13,14の本数:Bとしたときに、重み付けの割合は、A/Bとなる。
 比較例1は、重み付けが施されていない弾性波装置である。そして、図6は、比較例1の弾性波装置の共振特性と、第2の実施形態においてメタライズ一体化電極指22による重み付けの割合を5%、10%、20%とした場合のそれぞれの弾性波装置の共振特性と、を示す図である。図7は、比較例1の弾性波装置のQ特性と、メタライズ一体化電極指22による重み付けの割合を5%、10%、20%とした場合の弾性波装置のそれぞれのQ特性と、を示す図である。
 図6から明らかなように、第2の実施形態においても、重み付けの割合を5%、10%または20%と変化させることにより比帯域を調整することができる。また、本実施形態においても、重み付けの割合を大きくすることにより、比帯域を狭める方向に調整することができる。また、図6より、第2の実施形態においても、比帯域を調整したとしても、インピーダンス比もほとんど低下していない。従って、良好な共振特性を得ることができる。
 また、図7に示すように、第2の実施形態においても、上記のように、メタライズ一体化電極指22を設けて重み付けを施したとしても、Q値の劣化がほとんど生じていない。
 よって、良好なQ特性を維持しつつ、比帯域を調整することができる。
 次に、図8~図16を参照して、通常の間引き重み付け、極性反転部分を設けた重み付け、電極指欠損部を設けた重み付けでは、Q値の劣化が生じ、良好な共振特性が得られないことを説明する。なお、後述で説明する比較例1は、重み付けが施されていない弾性波装置である。比較例2は、通常の間引き重み付けを設けた重み付けが施されている弾性波装置である。比較例3は、極性反転部分を設けた重み付けが施されている弾性波装置である。比較例4は、電極指欠損部を設けた重み付けが施されている弾性波装置である。
 図8は、比較例2の弾性波装置のIDT電極101を示す平面図である。ここでは、複数本の第1の電極指13と複数本の第2の電極指14とが弾性波伝搬方向において交互に配置されている。もっとも、中央領域において、3本の第1の電極指13が連続している部分が設けられている。すなわち、比較例2では、第2の電極指14が間引かれていることにより、第1の電極指13と第2の電極指14とが交互に配置されている周期的構造が間引かれている。
 図9は、重み付けが施されていない比較例1の弾性波装置の共振特性と、比較例2において通常の間引き重み付けの割合を5%、10%、20%とした場合の弾性波装置のそれぞれの共振特性と、を示す図である。図10は、比較例1の弾性波装置のQ特性と、比較例2において通常の間引き重み付けの割合を5%、10%、20%とした場合の弾性波装置のそれぞれのQ特性と、を示す図である。
 図9から明らかなように、通常の間引き重み付けを施した場合においても、重み付けの割合を大きくすることにより比帯域を狭める方向に調整することができる。もっとも、図9を、図3及び図6と対比すれば明らかなように、通常の間引き重み付けでは、重み付けが強くなるとインピーダンス比が劣化する傾向がある。また、図10を、図4及び図7と対比すれば明らかなように、通常の間引き重み付けでは、浮き電極指による重み付けやメタライズ一体化電極指による重み付けよりも、Q値が大幅に劣化している。
 図11は、比較例3の弾性波装置のIDT電極121を示す平面図である。IDT電極121では、IDT電極121の弾性波伝搬方向中央において、2本の第1の電極指13同士が隣り合っている部分が設けられている。すなわち、比較例3は、IDT電極121の弾性波伝搬方向中央において、極性が反転されている極性反転部分を設けた重み付けが施されている。
 図12は、重み付けが施されていない比較例1の弾性波装置の共振特性と、比較例3において極性反転型重み付けの割合を5%、10%、20%とした場合の弾性波装置のそれぞれの共振特性と、を示す図である。図13は、比較例1の弾性波装置のQ特性と、比較例3において極性反転型重み付けの割合を5%、10%、20%とした場合の弾性波装置のそれぞれのQ特性と、を示す図である。
 図12を、図3及び図6と対比すれば明らかなように、極性反転型重み付けを施すと、比帯域を狭めることは可能であるものの、インピーダンス比が、重み付けの割合が高くなるにつれて大幅に劣化する。また、図13を、図4及び図7と対比すれば明らかなように、極性反転型重み付けは、浮き電極指による重み付けやメタライズ一体化電極指による重み付けよりも、Q値が大幅に劣化している。
 図14は、比較例4の弾性波装置のIDT電極141の平面図である。比較例4では、IDT電極141中において、弾性波伝搬方向中央に矢印Aで示す電極指欠損部が設けられている。
 図15は、比較例1の弾性波装置の共振特性と、比較例4において電極指欠損による重み付けの割合を5%、10%、20%とした場合の弾性波装置のそれぞれの共振特性と、を示す図である。図16は、比較例1の弾性波装置のQ特性と、比較例4において電極指欠損による重み付けの割合を5%、10%、20%とした場合の弾性波装置のそれぞれのQ特性と、を示す図である。
 図15を、図3及び図6と対比すれば明らかなように、比較例4においても、重み付けを施すことにより比帯域を狭めるように調整は可能であるが、重み付けによりインピーダンス比がかなり劣化している。また、図16を、図4及び図7と対比すれば明らかなように、電極指欠損部をもちいた重み付けでは、浮き電極指による重み付けやメタライズ一体化電極指による重み付けよりも、Q値が大幅に劣化している。
 すなわち、上記図8~図16から明らかなように、通常の間引き重み付け、極性反転型重み付け及び電極指欠損型の重み付けを用いて比帯域調整を図った場合には、Q値が劣化し、かつインピーダンス比も重み付けの割合が高くなると劣化している。
 これに対して、図3、図4、図6及び図7に示したように、浮き電極指を設けた第1の実施形態の重み付け及びメタライズ一体化電極指を用いた第2の実施形態の重み付けを用いた場合には、インピーダンス比の劣化及びQ値の劣化が生じ難い。従って、弾性波装置の比帯域を共振特性やQ値を劣化させずに調整することができる。
 図17は、本発明の第3の実施形態としての複合フィルタ装置の回路図である。複合フィルタ装置51は、第1のフィルタ52、第2のフィルタ53及び第3のフィルタ54を有する。第1~第3のフィルタ52~54は、一端がアンテナ端子55により共通接続されている。第1のフィルタ52は、複数の弾性波共振子を有するラダー型フィルタである。第1のフィルタ52は、直列腕共振子S1~S4と、並列腕共振子P1~P3を有する。
 第1のフィルタ52では、直列腕共振子S1~S4及び並列腕共振子P1~P3は、弾性波共振子からなり、第1の実施形態の弾性波装置1からなる。特に、直列腕共振子S1~S4では、上記第1の実施形態における浮き電極指を用いた重み付けの割合を高めることにより、フィルタ特性の急峻性を高めることができる。すなわち、少なくとも1つの直列腕共振子S1~S4の比帯域を狭めることにより、ラダー型フィルタでは、通過帯域低域側において、通過帯域に近い周波数域における減衰量を大きくすることができる。それによって、急峻性を効果的に高めることができる。
 従って、上記弾性波装置1を、直列腕共振子S1~S4の少なくとも1つに用いることにより、フィルタ特性の急峻性を効果的に高めることができる。しかも、その場合、Q値の劣化も生じ難いため、良好なフィルタ特性を得ることができる。
 さらに好ましく、第1のフィルタ52において、直列腕共振子S1を除く残りの共振子である直列腕共振子S2~S4及び並列腕共振子P1~P3の少なくとも1つが、弾性波装置1からなることが望ましい。これは、第1のフィルタ52では、アンテナ端子に最も近い共振子、すなわち共通接続されている側に最も近い共振子が、直列腕共振子S1である。この共通接続されている側に最も近い共振子が、本発明の弾性波装置1からなる場合、共通接続されている他のフィルタ、例えば第2のフィルタ53や第3のフィルタ54に影響を与える大きな高次モードが生じるおそれがある。すなわち、このような高次モードが、第2のフィルタ53や第3のフィルタ54の通過帯域に位置するおそれがある。従って、この影響が大きい共通接続されている側に最も近い直列腕共振子S1を除く、残りの共振子である、直列腕共振子S2~S4及び並列腕共振子P1~P3の少なくとも1つが、弾性波装置1からなることが好ましい。
 図18は、第3の実施形態の複合フィルタ装置のフィルタ特性の一例を示す図である。本願発明者が、第1の実施形態の弾性波装置1を用いた第1のフィルタ52において、耐電力試験を以下の要領で行なった。すなわち、120℃の温度で、1.2Wの電力を40時間印加した。図18の破線が試験前のフィルタ特性を示し、実線が40時間後のフィルタ特性を示す。図18より、フィルタ特性がほとんど変化していないことがわかる。上記のように浮き電極指を設けた重み付けでは、耐電力試験を行なった場合、電極指間のマイグレーションが生じ難い。従って、耐電力性を効果的に高めることができる。
 上述したように、本願発明者は、高音速材料からなる支持基板上に、低音速材料層及び圧電体を積層した構造を有する弾性波装置において、重み付けのなかでも、浮き電極指を設けた重み付け及びメタライズ一体化電極指を設けた重み付けが、Q値を劣化させず、良好な共振特性を与えることを初めて見出した。重み付けの種類によるこのような差は、上記積層構造を有する弾性波装置に特有のものであり、従来の圧電基板上にIDT電極が設けられた弾性波装置ではみられないものである。これを図19~図23を参照して説明する。
 (参考例の弾性波装置)
 参考例1の弾性波装置として、LiTaOからなる圧電体上に、IDT電極及び一対の反射器が設けられた弾性波装置を用意した。なお、使用したLiTaOは、カット角が42°YのLiTaOである。IDT電極の設計パラメータは以下の通りとした。参考例1では、重み付けを施さなかった。電極指の対数=100対、電極指の本数=201本、交差幅=40μm。電極指ピッチで定まる波長=2μm、反射器における電極指の本数=21本。IDT電極及び反射器の積層構造は、Ti/Al-1%Cu合金/Tiとし、各層の厚みは、Ti/Al-1%Cu合金/Ti=4/145/12nmとした。
 参考例2として、IDT電極に、20本の浮き電極指を設けるように重み付けを施したことを除いては、上記参考例1と同様にして参考例2の弾性波装置を作製した。
 図19は、上記参考例1及び参考例2の弾性波装置の共振特性を示し、図20はQ特性を示す。図19から明らかなように、重み付けにより比帯域を狭めることが可能とされているものの、インピーダンス比が若干小さくなっている。また、図20に示されているように、Q値が重み付けにより大きく劣化している。
 (実施例)
 実施例として、以下の設計パラメータの弾性波装置を作製した。
 高音速材料からなる支持基板2:材料としてSi(シリコン)を用いた。
 低音速材料層3:材料として酸化ケイ素を用い、厚み673nmとした。
 圧電体4の構成:カット角50°YのLiTaO(タンタル酸リチウム)、厚みは600nmとした。
 参考例1と同様に重み付けが施されていない弾性波装置と、参考例2と同様に浮き電極指が設けられて重み付けが施されている実施例の弾性波装置とを作製した。
 図21は、重み付けが施されていない弾性波装置の共振特性と、実施例の重み付けが施された弾性波装置の共振特性と、を示す図である。図22は、重み付けが施されていない弾性波装置のQ特性と、実施例の重み付けが施された弾性波装置のQ特性と、を示す図である。
 図21から明らかなように、実施例においても重み付けにより、比帯域を狭め得ることがわかる。また、インピーダンス比は十分大きく、重み付けを施してもほとんど劣化していない。加えて、図22に示すように、Q特性は、重み付けが施されても劣化していない。
 上記の通り、圧電体の下方に高音速材料層を有しない従来の弾性波装置では、浮き電極指により重み付けを施したとしても、Q値が劣化することがわかる。これに対して、上記実施例の結果から明らかなように、高音速材料層からなる支持基板に、低音速材料層及び圧電体を積層した構造を有する弾性波装置、又は、高音速材料層からなる支持基板に、圧電体を積層した構造を有する弾性波装置では、浮き電極指を設けた重み付けにより、帯域幅を狭め得るだけでなく、Q値の良好な弾性波装置を得ることができる。
 図23は、上記参考例2及び上記実施例において、重み付けの割合を種々変化させた場合の重み付けの割合とQ値の変化率との関係を示す図である。なお、重み付けが施されていない場合のQ値を1としてQ値の変化率を規格化した。
 図23から明らかなように、参考例2の弾性波装置では、重み付けの割合が高くなるにつれて、Q値が大きく劣化していく。これに対して、実施例の弾性波装置では、重み付けの割合を高くしても、Q値がほとんど劣化しないことがわかる。
 図24は、第3の実施形態の複合フィルタ装置の変形例を示す回路図である。複合フィルタ装置51Aでは、第1のフィルタ52Aが、複数の直列腕共振子S2,S3,S4と、並列腕共振子P1,P2及びP3を有し、直列腕共振子S1を有しないことを除いては、複合フィルタ装置51と同様に構成されている。
 図17に示した第3の実施形態の複合フィルタ装置51では、アンテナ端子に最も近い共振子は、直列腕共振子S1であったが、図24に示す複合フィルタ装置51Aのように、アンテナ端子に最も近い共振子が、並列腕共振子P1であってもよい。前述したように、本発明の弾性波装置である弾性波共振子は、第1のフィルタ52Aにおいて、共通接続されている側、すなわちアンテナ端子に最も近い位置に設けられないことが望ましい。前述したように、本発明の浮き電極指またはメタライズによる重み付けが施されている弾性波共振子が、アンテナ端子に近いと、共通接続されている他の第2のフィルタ53や第3のフィルタ54に高次モードによる影響を与えるおそれがある。もっとも、複合フィルタ装置51の第1のフィルタ52では、直列腕共振子S1が、本発明の弾性波共振子でないことが望ましいが、複合フィルタ装置51Aでは、並列腕共振子P1及びアンテナ端子に最も近い直列腕共振子S2が、本発明に従って構成された弾性波共振子でないことが好ましい。
 よって、複合フィルタ装置51Aにおける第1のフィルタ52Aの場合には、アンテナ端子に最も近い直列腕共振子S2及び並列腕共振子P2を除く、残りの共振子の少なくとも1つが本発明の弾性波共振子で構成されていることが望ましい。
 なお、第1の実施形態では、低音速材料層3が、高音速材料層である支持基板2と圧電体4との間に積層されていたが、低音速材料層3は省略されてもよい。すなわち、高音速材料層上に、直接的に圧電体4が積層されていてもよい。
また、支持基板と圧電体4との間に相対的に音響インピーダンスが低い、低音響インピーダンス層と、相対的に音響インピーダンスが高い、高音響インピーダンス層とを有する音響反射層が積層されていても良い。
 図25は、第4の実施形態に係る複合フィルタ装置の第1のフィルタを示す回路図である。第1のフィルタ61は、図示しない第2,第3のフィルタとともに、アンテナ端子側で共通接続されている。第1のフィルタ61は、前段の縦結合共振子型弾性波フィルタ61Fと後段の縦結合共振子型弾性波フィルタ61Rとを有する。縦結合共振子型弾性波フィルタ61Fが、共通接続端子に接続されており、縦結合共振子型弾性波フィルタ61Fに、後段の縦結合共振子型弾性波フィルタ61Rが接続されている。
 縦結合共振子型弾性波フィルタ61F,61Rは、いずれも3IDT型の縦結合共振子型弾性波フィルタである。
 このように縦結合共振子型弾性波フィルタ61F,61Rを有する第1のフィルタ61が、本発明の弾性波装置からなるものであってもよい。すなわち、本発明の弾性波装置は、1ポート型の弾性波共振子に限らず、縦結合共振子型弾性波フィルタであってもよい。この場合、好ましくは、共通接続端子に最も近い縦結合共振子型弾性波フィルタ61Fは、本発明に従って構成されず、本発明の弾性波装置が、残りの縦結合共振子型弾性波フィルタ61Rに適用されていることが望ましい。それによって、共通接続されている他の帯域通過型フィルタへの高次モードによる悪影響が生じ難い。
 図26は、第5の実施形態に係る複合フィルタ装置の第1のフィルタを示す回路図である。第1のフィルタ62では、3IDT型の縦結合共振子型弾性波フィルタ62Fの一端が共通接続端子に接続されている。縦結合共振子型弾性波フィルタ62Fの他端に、ラダー型フィルタ62Rが接続されている。ラダー型フィルタ62Rは、直列腕共振子S11と、並列腕共振子P11とを有する。このように、本発明の弾性波装置が適用されるフィルタは、縦結合共振子型弾性波フィルタ62Fと、ラダー型フィルタ62Rとが接続されている構造を有していてもよい。また、ラダー型フィルタ62Rに代えて、直列腕共振子のみが用いられてもよく、また並列腕共振子のみが用いられてもよい。さらに、ラダー型フィルタ62Rにおける段数は1段に限定されず、2段以上であってもよい。
 前段の縦結合共振子型弾性波フィルタ62Fについても、図25に示した第1のフィルタ61のように、複数段構成を有しいてもよい。
 第1のフィルタ62においても、縦結合共振子型弾性波フィルタ62F及びラダー型フィルタ62Rが、本発明の弾性波装置を用いて構成されていてもよいが、好ましくは、アンテナ端子に近い側、すなわち共通接続されている側に最も近い共振子である縦結合共振子型弾性波フィルタ62Fを除く、残りの共振子である直列腕共振子S11及び並列腕共振子P11の少なくとも1つが本発明の弾性波装置からなる。それによって、共通接続されている他のフィルタのフィルタ特性の悪影響を小さくすることができる。
 図27は、本発明の第6の実施形態で用いられる弾性波装置の要部を示す正面断面図である。弾性波装置71では、IDT電極5及び反射器6,7を覆うように保護膜72が積層されている。このように、本発明の弾性波装置では、IDT電極5を覆うように、保護膜72が積層されていてもよい。弾性波装置71は、保護膜72を有することを除いては、弾性波装置1と同様に構成されている。
 保護膜72としては、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、窒化ケイ素など適宜の絶縁性材料を用いることができる。
 ところで、保護膜72が、酸化ケイ素からなる場合、湿度が高い環境下においては吸湿する。そのため、保護膜72の重量が重くなることなどにより、弾性波の音速が低くなるおそれがある。この結果、弾性波装置71において、共振周波数等が低下するおそれがある。好ましくは、酸化ケイ素からなる保護膜72では、IDT電極5の電極指ピッチで規定される波長をλとしたときに、圧電体4の膜厚が3.5λ以下であり、保護膜72の密度は2.27g/cm以上である。図28は、上記保護膜72の密度と、周波数変動量との関係を示す図である。図28から明らかなように、上記保護膜72の密度は、2.27g/cm以上であることが望ましい。
 圧電体4の膜厚は、2.5λ以下であることが好ましく、1.5λ以下であることがより好ましい。それによって、圧電体4の表面におけるエネルギーの集中度を効果的に高めることができる。
 図29は、本発明の第7の実施形態に係る弾性波装置を説明するための正面断面図である。図29に示すように、本発明に係る弾性波装置81のように、支持基板2と圧電体4との間に、音響反射層83が設けられていてもよい。音響反射層83は、相対的に音響インピーダンスが低い、低音響インピーダンス層84a~84dと、相対的に音響インピーダンスが高い、高音響インピーダンス層85a~85dとを有する。なお、低音響インピーダンス層及び高音響インピーダンス層の積層数は特に限定されない。少なくとも1つの低音響インピーダンス層と、少なくとも1つの高音響インピーダンス層とが積層されておればよい。
 弾性波装置81は、上記構造を有するため、圧電体4を伝搬する板波を利用することができる。この場合においても、IDT電極5が、第1の実施形態の弾性波装置と同様に、重み付けされている。それによって、比帯域を調整することができ、かつQ値の低下を抑制することができる。
 上記各実施形態の弾性波装置は、高周波フロントエンド回路のデュプレクサなどの部品として用いることができる。このような高周波フロントエンド回路の例を下記において説明する。
 図30は、高周波フロントエンド回路を有する通信装置の構成図である。なお、同図には、高周波フロントエンド回路230と接続される各構成要素、例えば、アンテナ素子202やRF信号処理回路(RFIC)203も併せて図示されている。高周波フロントエンド回路230及びRF信号処理回路203は、通信装置240を構成している。なお、通信装置240は、電源、CPUやディスプレイを含んでいてもよい。
 高周波フロントエンド回路230は、スイッチ225と、デュプレクサ201A,201Bと、ローノイズアンプ回路214,224と、フィルタ231,232と、パワーアンプ回路234a,234b,244a,244bとを備える。なお、図30の高周波フロントエンド回路230及び通信装置240は、高周波フロントエンド回路及び通信装置の一例であって、この構成に限定されるものではない。
 デュプレクサ201Aは、フィルタ211,212を有する。デュプレクサ201Bは、フィルタ221,222を有する。デュプレクサ201A,201Bは、スイッチ225を介してアンテナ素子202に接続される。なお、上記弾性波装置は、デュプレクサ201A,201Bであってもよいし、フィルタ211,212,221,222であってもよい。上記弾性波装置は、デュプレクサ201A,201Bや、フィルタ211,212,221,222を構成する弾性波共振子であってもよい。さらに、上記弾性波装置は、例えば、3つのフィルタのアンテナ端子が共通化されたトリプレクサや、6つのフィルタのアンテナ端子が共通化されたヘキサプレクサなど、3以上のフィルタを備える構成についても適用することができる。
 すなわち、上記弾性波装置は、弾性波共振子、フィルタ、2以上のフィルタを備えるマルチプレクサを含む。そして、該マルチプレクサは、送信フィルタ及び受信フィルタの双方を備える構成に限らず、送信フィルタのみ、または、受信フィルタのみを備える構成であってもかまわない。
 スイッチ225は、制御部(図示せず)からの制御信号に従って、アンテナ素子202と所定のバンドに対応する信号経路とを接続し、例えば、SPDT(Single Pole Double Throw)型のスイッチによって構成される。なお、アンテナ素子202と接続される信号経路は1つに限らず、複数であってもよい。つまり、高周波フロントエンド回路230は、キャリアアグリゲーションに対応していてもよい。
 ローノイズアンプ回路214は、アンテナ素子202、スイッチ225及びデュプレクサ201Aを経由した高周波信号(ここでは高周波受信信号)を増幅し、RF信号処理回路203へ出力する受信増幅回路である。ローノイズアンプ回路224は、アンテナ素子202、スイッチ225及びデュプレクサ201Bを経由した高周波信号(ここでは高周波受信信号)を増幅し、RF信号処理回路203へ出力する受信増幅回路である。
 パワーアンプ回路234a,234bは、RF信号処理回路203から出力された高周波信号(ここでは高周波送信信号)を増幅し、デュプレクサ201A及びスイッチ225を経由してアンテナ素子202に出力する送信増幅回路である。パワーアンプ回路244a,244bは、RF信号処理回路203から出力された高周波信号(ここでは高周波送信信号)を増幅し、デュプレクサ201B及びスイッチ225を経由してアンテナ素子202に出力する送信増幅回路である。
 RF信号処理回路203は、アンテナ素子202から受信信号経路を介して入力された高周波受信信号を、ダウンコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された受信信号を出力する。また、RF信号処理回路203は、入力された送信信号をアップコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された高周波送信信号をパワーアンプ回路234a,234b,244a,244bへ出力する。RF信号処理回路203は、例えば、RFICである。なお、通信装置は、BB(ベースバンド)ICを含んでいてもよい。この場合、BBICは、RFICで処理された受信信号を信号処理する。また、BBICは、送信信号を信号処理し、RFICに出力する。BBICで処理された受信信号や、BBICが信号処理する前の送信信号は、例えば、画像信号や音声信号等である。なお、高周波フロントエンド回路230は、上述した各構成要素の間に、他の回路素子を備えていてもよい。
 なお、高周波フロントエンド回路230は、上記デュプレクサ201A,201Bに代わり、デュプレクサ201A,201Bの変形例に係るデュプレクサを備えていてもよい。
 他方、通信装置240におけるフィルタ231,232は、ローノイズアンプ回路214,224及びパワーアンプ回路234a,234b,244a,244bを介さず、RF信号処理回路203とスイッチ225との間に接続されている。フィルタ231,232も、デュプレクサ201A,201Bと同様に、スイッチ225を介してアンテナ素子202に接続される。
 以上のように構成された高周波フロントエンド回路230及び通信装置240によれば、本発明の弾性波装置である、弾性波共振子、フィルタ、デュプレクサ、3以上のフィルタを備えるマルチプレクサ等を備えることにより、比帯域を調整した場合であっても、Q値の劣化を生じ難くすることができる。
 以上、本発明の実施形態に係る弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置について、上記実施形態を挙げて説明したが、上記実施形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施形態や、上記実施形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る高周波フロントエンド回路及び通信装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
 本発明は、弾性波共振子、フィルタ、デュプレクサ、2以上のフィルタを備えるマルチプレクサ、フロントエンド回路、及び通信装置として、携帯電話機等の通信機器に広く利用できる。
1,71,81…弾性波装置
2…支持基板
3…低音速材料層
4…圧電体
5…IDT電極
6,7…反射器
8…高音速材料層
11,12…第1,第2のバスバー
13,14…第1,第2の電極指
15,16…第1,第2のダミー電極指
17…浮き電極指
18,19…第3,第4のダミー電極指
21…IDT電極
22…メタライズ一体化電極指
51,51A…複合フィルタ装置
52~54…第1~第3のフィルタ
52A,61,62…第1のフィルタ
55…アンテナ端子
61F,61R,62F…縦結合共振子型弾性波フィルタ
62R…ラダー型フィルタ
72…保護膜
83…音響反射層
84a~84d…低音響インピーダンス層
85a~85d…高音響インピーダンス層
201A,201B…デュプレクサ
202…アンテナ素子
203…RF信号処理回路
211,212…フィルタ
214…ローノイズアンプ回路
221,222…フィルタ
224…ローノイズアンプ回路
225…スイッチ
230…高周波フロントエンド回路
231,232…フィルタ
234a,234b…パワーアンプ回路
240…通信装置
244a,244b…パワーアンプ回路
P1~P3,P11…並列腕共振子
S1~S4,S11…直列腕共振子

Claims (17)

  1.  高音速材料層と、
     前記高音速材料層上に直接または間接的に設けられた圧電体と、
     前記圧電体上に直接または間接的に設けられたIDT電極と、
    を備え、
     前記高音速材料層は、伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも高く、
     前記IDT電極が、第1のバスバーと、前記第1のバスバーと隔てられた第2のバスバーと、前記第1のバスバーに電気的に接続された複数本の第1の電極指と、前記第2のバスバーに電気的に接続された複数本の第2の電極指と、を有し、前記IDT電極が、重み付けされており、
     前記重み付けが、前記第1のバスバー及び第2のバスバーと電気的に接続されていない浮き電極指を有する重み付けである、または、前記第1の電極指同士もしくは前記第2の電極指同士の電極指間ギャップをメタライズすることにより一体化した電極指を有する重み付けである、弾性波装置。
  2.  前記重み付けが、前記浮き電極指を有する重み付けである、請求項1に記載の弾性波装置。
  3.  直列腕共振子と並列腕共振子とを有するラダー型フィルタの前記直列腕共振子である、請求項1または2に記載の弾性波装置。
  4.  前記高音速材料層と前記圧電体との間に積層されており、伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも低い低音速材料層をさらに備える、請求項1~3のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  5.  前記高音速材料層において前記低音速材料層が配置されている側の面と対向する面側に配置されている支持基板をさらに備える、請求項4に記載の弾性波装置。
  6.  前記高音速材料層が、支持基板である、請求項1~4のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  7.  複数の弾性波共振子を有するフィルタ装置であって、少なくとも1つの弾性波共振子が、請求項1~6のいずれか1項に記載の弾性波装置からなる、フィルタ。
  8.  前記複数の弾性波共振子が、直列腕共振子及び並列腕共振子を含み、ラダー型フィルタが構成されている、請求項7に記載のフィルタ。
  9.  前記直列腕共振子が、請求項1~6のいずれか1項に記載の弾性波装置からなる、請求項7に記載のフィルタ。
  10.  第1の端子と、第2の端子とを結ぶ直列腕に複数の直列腕共振子が配置されており、前記直列腕とグラウンド電位とを結ぶ並列腕に並列腕共振子が配置されているラダー型フィルタであって、
     前記直列腕共振子及び前記並列腕共振子のうち、アンテナ端子に接続される前記第1の端子に最も近い共振子が前記直列腕共振子であり、前記アンテナ端子に最も近い直列腕共振子を除く残りの前記直列腕共振子及び前記並列腕共振子のうち少なくとも1つの共振子が、請求項1~6のいずれか1項に記載の弾性波装置からなる、フィルタ。
  11.  第1の端子と、第2の端子とを結ぶ直列腕に複数の直列腕共振子が配置されており、前記直列腕とグラウンド電位とを結ぶ並列腕に並列腕共振子が配置されているラダー型フィルタであって、
     前記直列腕共振子及び前記並列腕共振子のうち、アンテナ端子に接続される前記第1の端子に最も近い共振子が前記並列腕共振子であり、前記第1の端子に最も近い直列腕共振子及び前記アンテナ端子に最も近い並列腕共振子を除く残りの前記直列腕共振子及び前記並列腕共振子のうち少なくとも1つの共振子が、請求項1~6のいずれか1項に記載の弾性波装置からなる、フィルタ。
  12.  縦結合共振子型弾性波フィルタを有する、フィルタ装置であって、前記縦結合共振子型弾性波フィルタが、請求項1~6のいずれか1項に記載の弾性波装置からなる、フィルタ。
  13.  前記フィルタ装置が、縦結合共振子型弾性波フィルタに接続された、ラダー型フィルタをさらに備える、請求項12に記載のフィルタ。
  14.  アンテナに接続される第1の端子と、第2の端子とを有し、前記第1の端子と、前記第2の端子との間に、前記縦結合共振子型弾性波フィルタ及び少なくとも1つの弾性波共振子が接続されており、前記縦結合共振子型弾性波フィルタ及び前記弾性波共振子のうち、前記第1の端子に最も近い共振子を除く残りの共振子のうち少なくとも1つが請求項1~6のいずれか1項に記載の弾性波装置からなる、フィルタ。
  15.  アンテナに接続されるアンテナ端子を有し、前記アンテナ端子に一端が共通接続されている複数の帯域通過型フィルタを備え、前記複数の帯域通過型フィルタのうち少なくとも1つの帯域通過型フィルタが、複数の弾性波共振子を有し、少なくとも1つの弾性波共振子が、請求項1~6のいずれか1項に記載の弾性波装置からなる、マルチプレクサ。
  16.  請求項1~6のいずれか1項に記載の弾性波装置と、
     パワーアンプと、
    を備える、高周波フロントエンド回路。
  17.  請求項16に記載の高周波フロントエンド回路と、
     RF信号処理回路と、
    を備える、通信装置。
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