WO2022210689A1 - 弾性波装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to elastic wave devices.
- Acoustic wave devices with a piezoelectric layer made of lithium niobate or lithium tantalate are conventionally known.
- Patent Document 1 discloses a support having a hollow portion, a piezoelectric substrate provided on the support so as to overlap the hollow portion, and a piezoelectric substrate on the piezoelectric substrate so as to overlap the hollow portion. and an IDT (Interdigital Transducer) electrode provided therein, wherein a Lamb wave is excited by the IDT electrode, wherein the edge of the hollow portion is a Lamb wave excited by the IDT electrode.
- An acoustic wave device is disclosed that does not include a straight portion extending parallel to the propagation direction of the .
- an elastic wave resonator using plate waves is configured.
- Fig. 1 is an equivalent circuit of a general resonator.
- the impedance of the resonator shown in FIG. 1 is expressed by the following formula.
- the damping capacitance C 0 is 0.0739 pF without the cavity (with the Si substrate), whereas the damping capacitance C 0 with the cavity (without the Si substrate) is 0.0739 pF. is 0.0510 pF. That is, the damping capacity C0 with the cavity is reduced to 69% of the damping capacity C0 without the cavity.
- the damping capacitance C0 of the resonator is a capacitance that determines the impedance of the resonator, it has a great influence on the characteristics.
- the capacitance tends to decrease as described above, so it can be said that the characteristics tend to deteriorate.
- the size of the resonator is increased in order to obtain the necessary capacitance, so the acoustic wave device tends to be large.
- it is difficult to achieve both an increase in capacity and a reduction in size.
- An object of the present invention is to provide an elastic wave device capable of adding capacity without increasing its size.
- An elastic wave device of the present invention includes a piezoelectric layer having a first principal surface and a second principal surface facing each other, a plurality of electrodes provided on the first principal surface of the piezoelectric layer, and the a supporting substrate laminated on the second main surface side of the piezoelectric layer; a first cover provided with a gap from the first main surface of the piezoelectric layer; the first cover and the piezoelectric and a first support provided between the layer or the support substrate.
- the plurality of electrodes has at least one pair of functional electrodes and wiring electrodes connected to each of the functional electrodes.
- the functional electrode has a first functional electrode and a second functional electrode facing each other in a crossing direction crossing the stacking direction of the support substrate and the piezoelectric layer.
- the wiring electrode has a first wiring electrode connected to the first functional electrode and a second wiring electrode connected to the second functional electrode.
- a cavity is provided between the support substrate and the piezoelectric layer.
- At least a portion of the first functional electrode and at least a portion of the second functional electrode are provided so as to overlap with the hollow portion when viewed from the lamination direction of the support substrate and the piezoelectric layer.
- the first lid portion overlaps the first functional electrode, the second functional electrode, the first wiring electrode, and the second wiring electrode when viewed from the lamination direction of the support substrate and the piezoelectric layer.
- a first relay electrode electrically connected to the first functional electrode and a second relay electrode electrically connected to the second functional electrode are provided on the main surface of the first lid portion on the piezoelectric layer side.
- a relay electrode is provided.
- the first relay electrode overlaps at least one of the first functional electrode and the second functional electrode when viewed from the lamination direction of the support substrate and the piezoelectric layer.
- the first relay electrode and the second relay electrode are opposed to each other in the cross direction on the main surface of the first lid portion on the piezoelectric layer side, or the support substrate and the piezoelectric layer are opposed to each other. are opposed to each other in the stacking direction.
- FIG. 1 is an equivalent circuit of a general resonator.
- FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of the elastic wave device of the present invention.
- 3 is a plan view schematically showing an example of a relay electrode that constitutes the acoustic wave device shown in FIG. 2.
- FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of the elastic wave device according to the first embodiment.
- FIG. 5 is a plan view of the piezoelectric layer side of the portion indicated by I in FIG.
- FIG. 6 is a plan view of the portion indicated by II in FIG. 4 on the first lid side.
- FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an example of an elastic wave device according to a second embodiment;
- FIG. 1 is an equivalent circuit of a general resonator.
- FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of the elastic wave device of the present invention.
- 3 is a plan view schematically showing an example of a relay electrode
- FIG. 8 is a plan view of the piezoelectric layer side of the portion indicated by I in FIG.
- FIG. 9 is a plan view of the portion indicated by II in FIG. 7 on the first lid side.
- FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an example of an elastic wave device according to Example 3.
- FIG. 11 is a plan view of the piezoelectric layer side of the portion indicated by I in FIG.
- FIG. 12 is a plan view of the portion indicated by II in FIG. 10 on the first lid side.
- 13 is a cross-sectional view schematically showing an example of an elastic wave device according to a fourth embodiment;
- FIG. FIG. 14 is a plan view of the piezoelectric layer side of the portion indicated by I in FIG. FIG.
- FIG. 15 is a plan view of the first lid side of the portion indicated by II in FIG. 13 .
- 16 is a cross-sectional view schematically showing an example of an elastic wave device according to a fifth embodiment
- FIG. FIG. 17 is a plan view of the piezoelectric layer side of the portion indicated by I in FIG.
- FIG. 18 is a plan view of the first lid side of the portion indicated by II in FIG. 16 .
- FIG. 19 is a schematic perspective view showing the appearance of an example of an elastic wave device that utilizes bulk waves in thickness-shear mode.
- 20 is a plan view showing an electrode structure on the piezoelectric layer of the acoustic wave device shown in FIG. 19.
- FIG. 21 is a cross-sectional view of a portion taken along line AA in FIG. 19.
- FIG. 22 is a schematic front cross-sectional view for explaining Lamb waves propagating through the piezoelectric film of the elastic wave device.
- FIG. 23 is a schematic front cross-sectional view for explaining thickness-shear mode bulk waves propagating in the piezoelectric layer of the acoustic wave device.
- FIG. 24 is a diagram showing amplitude directions of bulk waves in the thickness shear mode.
- 25 is a diagram showing an example of resonance characteristics of the elastic wave device shown in FIG. 19.
- FIG. FIG. 26 is a diagram showing the relationship between d/2p, where p is the center-to-center distance between adjacent electrodes and d is the thickness of the piezoelectric layer, and the fractional bandwidth of the acoustic wave device as a resonator.
- FIG. 22 is a schematic front cross-sectional view for explaining Lamb waves propagating through the piezoelectric film of the elastic wave device.
- FIG. 23 is a schematic front cross-sectional view for explaining thickness-shear mode bulk waves propag
- FIG. 27 is a plan view of another example of an acoustic wave device that utilizes thickness shear mode bulk waves.
- 28 is a reference diagram showing an example of resonance characteristics of the acoustic wave device shown in FIG. 19.
- FIG. FIG. 29 is a diagram showing the relationship between the fractional bandwidth and the phase rotation amount of spurious impedance normalized by 180 degrees as the magnitude of spurious when a large number of acoustic wave resonators are configured according to the present embodiment. is.
- FIG. 30 is a diagram showing the relationship between d/2p, metallization ratio MR, and fractional bandwidth.
- FIG. 31 is a diagram showing a map of fractional bandwidth with respect to Euler angles (0°, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d/p is brought infinitely close to 0.
- FIG. 32 is a partially cutaway perspective view for explaining an example of an elastic wave device using Lamb waves.
- the elastic wave device of the present invention will be described below.
- An elastic wave device of the present invention includes a piezoelectric layer and a plurality of electrodes provided on at least one main surface of the piezoelectric layer.
- a piezoelectric layer made of lithium niobate or lithium tantalate, a first electrode and a first electrode facing each other in a direction intersecting the thickness direction of the piezoelectric layer. 2 electrodes.
- a bulk wave in a thickness-slip mode such as a thickness-slip primary mode is used.
- the first electrode and the second electrode are adjacent electrodes, and when the thickness of the piezoelectric layer is d and the distance between the centers of the first electrode and the second electrode is p, d/ p is 0.5 or less.
- the Q value can be increased even when miniaturization is promoted.
- Lamb waves are used as plate waves. Then, resonance characteristics due to the Lamb wave can be obtained.
- FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of the elastic wave device of the present invention.
- 3 is a plan view schematically showing an example of a relay electrode that constitutes the acoustic wave device shown in FIG. 2.
- FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of the elastic wave device of the present invention.
- 3 is a plan view schematically showing an example of a relay electrode that constitutes the acoustic wave device shown in FIG. 2.
- the elastic wave device 10 shown in FIG. 2 includes a support substrate 11 and a piezoelectric layer 12.
- Support substrate 11 has cavity 13 on one main surface.
- the piezoelectric layer 12 is provided on the main surface of the support substrate 11 so as to cover the cavity 13 .
- a plurality of electrodes are provided on the main surface of the piezoelectric layer 12 opposite to the support substrate 11. As shown in FIG.
- the acoustic wave device 10 includes a first lid portion 21 provided with a gap from the piezoelectric layer 12, a first support portion 22 provided between the first lid portion 21 and the piezoelectric layer 12 or the support substrate 11, further provide.
- a second hollow portion 23 is provided between the first lid portion 21 and the functional electrode 14 .
- a relay electrode 24 electrically connected to the functional electrode 14 is provided on the main surface of the first lid portion 21 on the piezoelectric layer 12 side.
- a first lid portion 21 is provided above the functional electrode 14 , and a relay electrode 24 electrically connected to the functional electrode 14 is provided on the first lid portion 21 and the support substrate 11 . It is provided so as to overlap the functional electrode 14 when viewed from the stacking direction with the piezoelectric layer 12 (vertical direction in FIG. 2). In this case, it is preferable that the relay electrodes 24 electrically connected to the functional electrodes 14 are provided on the first lid portion 21 so as to face each other.
- the first lid portion 21 is provided above the functional electrodes 14, and the relay electrodes 24 electrically connected to the functional electrodes 14 are arranged on the first lid portion 21 so as to face each other. It may be provided to In this case, a relay electrode 24 electrically connected to the functional electrode 14 is provided on the first lid portion 21 so as to overlap the functional electrode 14 when viewed from the stacking direction of the support substrate 11 and the piezoelectric layer 12 . It does not have to be
- the capacity can be added without increasing the size of the acoustic wave device 10 .
- the hollow portion 13 may or may not penetrate the support substrate 11 .
- the elastic wave device 10 includes a second lid portion 31 provided on the opposite side of the support substrate 11 from the piezoelectric layer 12 to close the cavity portion 13 , and a second lid portion 31 .
- a second support portion 32 provided between the lid portion 31 and the support substrate 11 may be further provided.
- FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of the elastic wave device according to the first embodiment.
- FIG. 5 is a plan view of the piezoelectric layer side of the portion indicated by I in FIG.
- FIG. 6 is a plan view of the portion indicated by II in FIG. 4 on the first lid side. 4 shows a cross section along line BB in FIGS. 5 and 6. As shown in FIG.
- the piezoelectric layer 12 has a first main surface 12a and a second main surface 12b facing each other.
- a plurality of electrodes (such as functional electrodes 14 ) are provided on the piezoelectric layer 12 .
- a hollow portion 13 (hereinafter also referred to as a first hollow portion 13) is provided so as to pass through the supporting substrate 11 and the intermediate layer 15 in the stacking direction (vertical direction in FIG. 4) of the supporting substrate 11 and the piezoelectric layer 12. It is Note that the intermediate layer 15 may not necessarily be provided.
- the support substrate 11 is made of silicon (Si), for example.
- the material of the support substrate 11 is not limited to the above, and examples thereof include aluminum oxide, lithium tantalate, lithium niobate, piezoelectric materials such as crystal, alumina, sapphire, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, zirconia, cordierite, and mullite. , various ceramics such as steatite and forsterite, dielectrics such as diamond and glass, semiconductors such as gallium nitride, and resins.
- the intermediate layer 15 is made of silicon oxide (SiO x ), for example. In that case, the intermediate layer 15 may consist of SiO 2 .
- the material of the intermediate layer 15 is not limited to the above, and for example, silicon nitride (Si x N y ) can also be used. In that case, the intermediate layer 15 may consist of Si 3 N 4 .
- the piezoelectric layer 12 is made of lithium niobate (LiNbO x ) or lithium tantalate (LiTaO x ), for example. In that case, the piezoelectric layer 12 may consist of LiNbO 3 or LiTaO 3 .
- the multiple electrodes have at least one pair of functional electrodes 14 and multiple wiring electrodes 16 connected to each of the functional electrodes 14 .
- the functional electrode 14 includes, for example, a first electrode 17A (hereinafter also referred to as first electrode finger 17A) and a second electrode 17B (hereinafter also referred to as second electrode finger 17B) facing each other. , a first busbar electrode 18A to which the first electrode 17A is connected, and a second busbar electrode 18B to which the second electrode 17B is connected.
- the first electrode 17A and the first busbar electrode 18A form a first comb-shaped electrode (first IDT electrode), which is the first functional electrode 14A
- the second electrode 17B and the second busbar electrode 18B form a A second comb-shaped electrode (second IDT electrode), which is the second functional electrode 14B, is formed.
- the first functional electrode 14A and the second functional electrode 14B are opposed to each other in a crossing direction (plane direction in FIG. 5) crossing the lamination direction of the support substrate 11 and the piezoelectric layer 12 .
- At least a portion of the first functional electrode 14A and at least a portion of the second functional electrode 14B are provided so as to overlap the first cavity portion 13 when viewed from the lamination direction of the support substrate 11 and the piezoelectric layer 12 .
- the functional electrode 14 is made of an appropriate metal or alloy such as Al or AlCu alloy.
- the functional electrode 14 has a structure in which an Al layer is laminated on a Ti layer. Note that an adhesion layer other than the Ti layer may be used.
- the wiring electrodes 16 are, for example, a first wiring electrode 16A connected to the first comb-shaped electrode that is the first functional electrode 14A, and a second wiring electrode 16A that is connected to the second comb-shaped electrode that is the second functional electrode 14B. and a wiring electrode 16B.
- the wiring electrode 16 is made of an appropriate metal or alloy such as Al or AlCu alloy.
- the wiring electrode 16 has a structure in which an Al layer is laminated on a Ti layer. Note that an adhesion layer other than the Ti layer may be used.
- the elastic wave device 10A further includes a first lid portion 21 that is spaced apart from the first principal surface 12a of the piezoelectric layer 12 .
- a first support portion 22 is provided between the first lid portion 21 and the piezoelectric layer 12 or the support substrate 11 .
- a second hollow portion 23 is provided between the first lid portion 21 and the functional electrode 14 .
- the first lid portion 21 overlaps the first functional electrode 14A, the second functional electrode 14B, the first wiring electrode 16A, and the second wiring electrode 16B when viewed from the stacking direction of the support substrate 11 and the piezoelectric layer 12.
- the first lid portion 21 is made of Si, for example.
- the material of the first lid portion 21 may be the same as or different from the material of the support substrate 11 .
- the first support part 22 is composed of, for example, a ring electrode surrounding the functional electrode 14 and its wiring electrode 16 .
- the first support part 22 has, for example, a laminate of a conductive film, a seal electrode laminated on the conductive film, and a bonding electrode laminated on the seal electrode from the support substrate 11 side.
- the first lid portion 21 and the piezoelectric layer 12 are joined via the ring electrode.
- the first support part 22 may have no conductive film, and may have a laminate of a seal electrode and a bonding electrode laminated on the seal electrode from the support substrate 11 side.
- the conductive film is made of the same material as the functional electrode 14, for example.
- the seal electrode contains gold (Au), for example.
- the junction electrode contains Au, for example.
- the elastic wave device 10A may further include a second lid portion 31 that closes the first cavity portion 13.
- a second support portion 32 is provided between the second lid portion 31 and the support substrate 11 .
- the second lid portion 31 is made of Si, for example.
- the material of the second lid portion 31 may be the same as or different from the material of the support substrate 11 . Also, the material of the second lid portion 31 may be the same as or different from the material of the first lid portion 21 .
- the second support part 32 is composed of, for example, a ring electrode surrounding the first hollow part 13 .
- the second support portion 32 has, for example, a laminate of a seal electrode and a bonding electrode laminated on the seal electrode from the support substrate 11 side.
- the second lid portion 31 and the support substrate 11 are joined via the ring electrode.
- a frequency adjustment film 33 may be provided on the surface of the piezoelectric layer 12 on the side of the second lid portion 31 so as to overlap the first cavity portion 13 .
- the frequency adjustment film 33 is made of, for example, SiO x , Six N y or the like, or a laminate thereof. In that case, the frequency adjustment film 33 may be made of SiO 2 , Si 3 N 4 or the like, or a laminate thereof.
- the elastic wave device 10A includes a terminal electrode 35 that penetrates the second lid portion 31 and is connected to the lead electrode 34 provided on the main surface of the support substrate 11 on the side of the second lid portion 31, and the terminal electrode 35. It is preferable to further include a pad electrode 36 formed by The extraction electrode 34 is electrically connected to a wiring electrode (power supply electrode 19 or the like) provided on the main surface of the support substrate 11 on the side of the first lid portion 21 .
- a seed layer electrode 37 may be provided on the bottom surfaces of the terminal electrodes 35 and the pad electrodes 36 .
- the terminal electrode 35 includes, for example, a Cu layer such as a Cu plating layer.
- the pad electrode 36 includes, for example, a Cu layer such as a Cu plating layer, a Ni layer such as a Ni plating layer, and an Au layer such as an Au plating layer from the terminal electrode 35 side.
- the seed layer electrode 37 includes, for example, a Ti layer and a Cu layer from the first lid portion 21 side.
- the terminal electrode 35 and the pad electrode 36 constitute an under bump metal (UBM) layer.
- a bump such as a BGA (Ball Grid Array) may be provided on the pad electrode 36 that constitutes the UBM layer.
- a main surface of the first lid portion 21 on the side of the piezoelectric layer 12 and a main surface of the first lid portion 21 opposite to the piezoelectric layer 12 are covered with an insulating film 25 (hereinafter also referred to as a dielectric film 25). It may be Similarly, the main surface of the second lid portion 31 on the support substrate 11 side and the second main surface of the second lid portion 31 opposite to the support substrate 11 may be covered with the insulating film 25 .
- the insulating film 25 is made of, for example, SiOx . In that case, the insulating film 25 may be made of SiO 2 .
- the surface of the functional electrode 14 may be covered with a protective film 26.
- a third wiring electrode 16C is provided on the first wiring electrode 16A connected to the first functional electrode 14A, and a second wiring electrode 16B connected to the second functional electrode 14B.
- a fourth wiring electrode 16D is provided thereon.
- a first relay electrode 24A is provided on the third wiring electrode 16C, and a second relay electrode 24B is provided on the fourth wiring electrode 16D.
- the first relay electrode 24A is provided not only on the third wiring electrode 16C, but also on the main surface of the first lid portion 21 on the piezoelectric layer 12 side.
- the first relay electrode 24A is electrically connected to the first functional electrode 14A.
- the second relay electrode 24B is provided not only on the fourth wiring electrode 16D, but also on the main surface of the first lid portion 21 on the piezoelectric layer 12 side.
- the second relay electrode 24B is electrically connected to the second functional electrode 14B.
- At least a portion of the first relay electrode 24A is provided so as to overlap at least one of the first functional electrode 14A and the second functional electrode 14B when viewed from the lamination direction of the support substrate 11 and the piezoelectric layer 12.
- at least a portion of the second relay electrode 24B is provided so as to overlap at least one of the first functional electrode 14A and the second functional electrode 14B when viewed from the lamination direction of the support substrate 11 and the piezoelectric layer 12.
- a dielectric film 25 may be provided between the main surface of the first lid portion 21 on the piezoelectric layer 12 side and at least one of the first relay electrode 24A and the second relay electrode 24B.
- FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an example of the elastic wave device according to the second embodiment.
- FIG. 8 is a plan view of the piezoelectric layer side of the portion indicated by I in FIG.
- FIG. 9 is a plan view of the portion indicated by II in FIG. 7 on the first lid side. 7 shows a cross section along line BB in FIGS. 8 and 9.
- FIG. 8 is a plan view of the piezoelectric layer side of the portion indicated by I in FIG.
- FIG. 9 is a plan view of the portion indicated by II in FIG. 7 on the first lid side. 7 shows a cross section along line BB in FIGS. 8 and 9.
- FIG. 8 is a plan view of the piezoelectric layer side of the portion indicated by I in FIG.
- FIG. 9 is a plan view of the portion indicated by II in FIG. 7 on the first lid side. 7 shows a cross section along line BB in FIGS. 8 and 9.
- FIG. 8 is a plan view of the piezoelectric layer
- the shape of the first relay electrode 24A and the shape of the second relay electrode 24B are different from those of the elastic wave device 10A according to the first embodiment.
- the first relay electrode 24A and the second relay electrode 24B are arranged on the main surface of the first lid portion 21 on the piezoelectric layer 12 side in the cross direction (plane direction in FIG. 9). facing each other. According to such a configuration, since the relay electrodes 24 are also opposed to each other on the first lid portion 21, the capacitance that can be added is further increased.
- the first relay electrode 24A has, for example, a plurality of third electrodes 26A (hereinafter also referred to as third electrode fingers 26A) and third busbar electrodes 27A to which the third electrodes 26A are connected.
- the first relay electrode 24A constitutes a comb-shaped electrode like the first comb-shaped electrode.
- the second relay electrode 24B has, for example, a plurality of fourth electrodes 26B (hereinafter also referred to as fourth electrode fingers 26B) and fourth busbar electrodes 27B to which the fourth electrodes 26B are connected.
- the second relay electrode 24B constitutes a comb-shaped electrode like the second comb-shaped electrode.
- the third electrode 26A and the fourth electrode 26B extend in the vertical direction, and the third busbar electrode 27A and the fourth busbar electrode 27B extend in the horizontal direction.
- the electrodes 26B are opposed to each other in the horizontal direction.
- the third electrode A and the fourth electrode 26B adjacent to each other may vertically face each other.
- FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an example of an elastic wave device according to Example 3.
- FIG. 11 is a plan view of the piezoelectric layer side of the portion indicated by I in FIG.
- FIG. 12 is a plan view of the portion indicated by II in FIG. 10 on the first lid side. 10 shows a cross section taken along line BB in FIGS. 11 and 12. As shown in FIG.
- the shape of the first relay electrode 24A and the shape of the second relay electrode 24B are similar to those of the elastic wave device 10A according to the first embodiment and the shape of the second relay electrode 24B. It is different from the elastic wave device 10B according to the above.
- the first relay electrode 24A and the second relay electrode 24B face each other in the stacking direction of the support substrate 11 and the piezoelectric layer 12. According to such a configuration, since the relay electrodes 24 are also opposed to each other on the first lid portion 21, the capacitance that can be added is further increased.
- a dielectric film 28 is preferably provided between the first relay electrode 24A and the second relay electrode 24B.
- a dielectric film 28 is provided on the first lid portion 21, and the dielectric film 28 is sandwiched between the first relay electrode 24A and the second relay electrode 24B so that the supporting substrate 11 and the piezoelectric layer 12 are separated. It is preferable that they are opposed to each other in the stacking direction.
- the step of providing the dielectric film 28 is increased, capacitance can be added even if the precision of the pattern of the relay electrode 24 is low. Also, by selecting the dielectric film 28 having a large dielectric constant, the area of the pattern of the relay electrode 24 can be reduced.
- a dielectric film 25 may be provided between the main surface of the first lid portion 21 on the piezoelectric layer 12 side and at least one of the first relay electrode 24A and the second relay electrode 24B.
- FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing an example of an elastic wave device according to Example 4.
- FIG. 14 is a plan view of the piezoelectric layer side of the portion indicated by I in FIG.
- FIG. 15 is a plan view of the first lid side of the portion indicated by II in FIG. 13 . 13 shows a cross section along line BB in FIGS. 14 and 15. As shown in FIG.
- the relay electrode 24 does not overlap the functional electrode 14 when viewed from the stacking direction of the supporting substrate 11 and the piezoelectric layer 12.
- the first relay electrode 24A and the second relay electrode 24B face each other like the elastic wave device 10B according to the second embodiment or the elastic wave device 10C according to the third embodiment, the first relay electrode 24A and the second relay electrode 24B
- the second relay electrode 24B does not necessarily have to overlap the functional electrode 14 when viewed from the lamination direction of the support substrate 11 and the piezoelectric layer 12 .
- the first relay electrode 24A and the second relay electrode 24B are extended.
- the second relay electrodes 24B may face each other. Also in this case, since the capacitance can be formed by the first relay electrode 24A and the second relay electrode 24B, the capacitance can be added in parallel to the resonator.
- the first relay electrode 24A and the second relay electrode 24B face each other in the stacking direction of the support substrate 11 and the piezoelectric layer 12. However, as shown in FIG. They may face each other in the cross direction on the main surface on the side of 12 .
- FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing an example of an elastic wave device according to Example 5.
- FIG. 17 is a plan view of the piezoelectric layer side of the portion indicated by I in FIG.
- FIG. 18 is a plan view of the first lid side of the portion indicated by II in FIG. 16 .
- 16 shows a cross section along the line BB in FIGS. 17 and 18. As shown in FIG.
- An acoustic wave device 10E according to Example 5 shown in FIGS. 16, 17 and 18 differs from Examples 1 to 4 in that the first cavity portion 13 does not penetrate the support substrate 11 and the intermediate layer 15. .
- the UBM layer composed of the terminal electrode 35 and the pad electrode 36 penetrates the support substrate 11 and is electrically connected to the wiring electrode 16 on the piezoelectric layer 12 .
- the details of the thickness slip mode and Lamb waves are described below.
- the functional electrodes are IDT electrodes
- the supporting member in the following examples corresponds to the supporting substrate in the present invention
- the insulating layer corresponds to the intermediate layer.
- FIG. 19 is a schematic perspective view showing the appearance of an example of an acoustic wave device that utilizes bulk waves in thickness shear mode.
- 20 is a plan view showing an electrode structure on the piezoelectric layer of the acoustic wave device shown in FIG. 19.
- FIG. 21 is a cross-sectional view of a portion taken along line AA in FIG. 19.
- the acoustic wave device 1 has a piezoelectric layer 2 made of, for example, LiNbO 3 .
- the piezoelectric layer 2 may consist of LiTaO 3 .
- the cut angle of LiNbO 3 or LiTaO 3 is, for example, Z-cut, but may be rotated Y-cut or X-cut.
- the Y-propagation and X-propagation ⁇ 30° propagation orientations are preferred.
- the thickness of the piezoelectric layer 2 is not particularly limited, it is preferably 50 nm or more and 1000 nm or less in order to effectively excite the thickness-shear mode.
- the piezoelectric layer 2 has a first major surface 2a and a second major surface 2b facing each other.
- Electrodes 3 and 4 are provided on the first main surface 2 a of the piezoelectric layer 2 .
- the electrode 3 is an example of the "first electrode” and the electrode 4 is an example of the "second electrode”.
- the multiple electrodes 3 are multiple first electrode fingers connected to the first busbar electrodes 5.
- a plurality of electrodes 4 are a plurality of second electrode fingers connected to second busbar electrodes 6 .
- the plurality of electrodes 3 and the plurality of electrodes 4 are interleaved with each other. Electrodes 3 and 4 have a rectangular shape and a length direction.
- the electrode 3 and the adjacent electrode 4 face each other in a direction perpendicular to the length direction.
- the plurality of electrodes 3, 4, first busbar electrodes 5, and second busbar electrodes 6 constitute an IDT (Interdigital Transducer) electrode.
- IDT Interdigital Transducer
- Both the length direction of the electrodes 3 and 4 and the direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4 are directions crossing the thickness direction of the piezoelectric layer 2 . Therefore, it can be said that the electrode 3 and the adjacent electrode 4 face each other in the direction intersecting the thickness direction of the piezoelectric layer 2 .
- the length direction of the electrodes 3 and 4 may be interchanged with the direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4 shown in FIGS. That is, in FIGS.
- the electrodes 3 and 4 may extend in the direction in which the first busbar electrodes 5 and the second busbar electrodes 6 extend. In that case, the first busbar electrode 5 and the second busbar electrode 6 extend in the direction in which the electrodes 3 and 4 extend in FIGS.
- a plurality of pairs of structures in which an electrode 3 connected to one potential and an electrode 4 connected to the other potential are adjacent to each other are provided in a direction perpendicular to the length direction of the electrodes 3 and 4. there is
- the electrodes 3 and 4 are adjacent to each other, it does not mean that the electrodes 3 and 4 are arranged so as to be in direct contact with each other, but that the electrodes 3 and 4 are arranged with a gap therebetween.
- the logarithms need not be integer pairs, but may be 1.5 pairs, 2.5 pairs, or the like.
- the center-to-center distance or pitch between the electrodes 3 and 4 is preferably in the range of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. Note that the center-to-center distance between the electrodes 3 and 4 means the center of the width dimension of the electrode 3 in the direction perpendicular to the length direction of the electrode 3 and the width dimension of the electrode 4 in the direction perpendicular to the length direction of the electrode 4.
- the center-to-center distance between the electrodes 3 and 4 is indicates the average value of the center-to-center distances of adjacent electrodes 3 and 4 among 1.5 or more pairs of electrodes 3 and 4 .
- the width of the electrodes 3 and 4, that is, the dimension in the facing direction of the electrodes 3 and 4 is preferably in the range of 150 nm or more and 1000 nm or less.
- the direction perpendicular to the length direction of the electrodes 3 and 4 is the direction perpendicular to the polarization direction of the piezoelectric layer 2 .
- "perpendicular” is not limited to being strictly perpendicular, but substantially perpendicular (the angle formed by the direction perpendicular to the length direction of the electrodes 3 and 4 and the polarization direction is, for example, 90° ⁇ 10°). It's okay.
- a supporting member 8 is laminated on the second main surface 2b side of the piezoelectric layer 2 with an insulating layer 7 interposed therebetween.
- the insulating layer 7 and the support member 8 have a frame-like shape and, as shown in FIG. 21, have openings 7a and 8a.
- a cavity 9 is thereby formed.
- the cavity 9 is provided so as not to disturb the vibration of the excitation region C (see FIG. 20) of the piezoelectric layer 2 . Therefore, the support member 8 is laminated on the second main surface 2b with the insulating layer 7 interposed therebetween at a position not overlapping the portion where at least one pair of electrodes 3 and 4 are provided. Note that the insulating layer 7 may not be provided. Therefore, the support member 8 can be directly or indirectly laminated to the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2 .
- the insulating layer 7 is made of silicon oxide, for example. However, in addition to silicon oxide, suitable insulating materials such as silicon oxynitride and alumina can be used.
- the support member 8 is made of Si. The plane orientation of the surface of Si on the piezoelectric layer 2 side may be (100), (110), or (111). Preferably, high-resistance Si having a resistivity of 4 k ⁇ or more is desirable. However, the support member 8 can also be constructed using an appropriate insulating material or semiconductor material.
- Materials for the support member 8 include, for example, aluminum oxide, lithium tantalate, lithium niobate, piezoelectric materials such as crystal, alumina, magnesia, sapphire, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, zirconia, cordierite, mullite, and steer.
- Various ceramics such as tight and forsterite, dielectrics such as diamond and glass, and semiconductors such as gallium nitride can be used.
- the plurality of electrodes 3, electrodes 4, first busbar electrodes 5, and second busbar electrodes 6 are made of appropriate metals or alloys such as Al and AlCu alloys.
- the electrodes 3, 4, the first busbar electrodes 5, and the second busbar electrodes 6 have a structure in which an Al film is laminated on a Ti film. Note that an adhesion layer other than the Ti film may be used.
- an AC voltage is applied between the multiple electrodes 3 and the multiple electrodes 4 . More specifically, an AC voltage is applied between the first busbar electrode 5 and the second busbar electrode 6 .
- d/p is 0.0, where d is the thickness of the piezoelectric layer 2 and p is the center-to-center distance between any one of the pairs of electrodes 3 and 4 adjacent to each other. 5 or less. Therefore, the thickness-shear mode bulk wave is effectively excited, and good resonance characteristics can be obtained.
- d/p is 0.24 or less, in which case even better resonance characteristics can be obtained.
- the center-to-center distance p between adjacent electrodes 3 and 4 is the average distance between the center-to-center distances between adjacent electrodes 3 and 4 .
- the elastic wave device 1 of the present embodiment has the above configuration, even if the logarithm of the electrodes 3 and 4 is reduced in order to reduce the size, the Q value is unlikely to decrease. This is because the resonator does not require reflectors on both sides, and the propagation loss is small. Moreover, the fact that the reflector is not required is due to the fact that the thickness shear mode bulk wave is used. The difference between the Lamb wave used in the conventional acoustic wave device and the bulk wave in the thickness shear mode will be described with reference to FIGS. 22 and 23. FIG.
- FIG. 22 is a schematic front cross-sectional view for explaining Lamb waves propagating through the piezoelectric film of the acoustic wave device.
- the piezoelectric film 201 in the acoustic wave device as described in Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-257019), waves propagate through the piezoelectric film 201 as indicated by arrows.
- the first main surface 201a and the second main surface 201b face each other, and the thickness direction connecting the first main surface 201a and the second main surface 201b is the Z direction. is.
- the X direction is the direction in which the electrode fingers of the IDT electrodes are arranged. As shown in FIG.
- the Lamb wave propagates in the X direction as shown. Since it is a plate wave, although the piezoelectric film 201 as a whole vibrates, since the wave propagates in the X direction, reflectors are arranged on both sides to obtain resonance characteristics. Therefore, a wave propagation loss occurs, and the Q value decreases when miniaturization is attempted, that is, when the logarithm of the electrode fingers is decreased.
- FIG. 23 is a schematic front cross-sectional view for explaining thickness-shear mode bulk waves propagating in the piezoelectric layer of the acoustic wave device.
- the vibration displacement is in the thickness sliding direction, so the wave connects the first main surface 2a and the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2. It propagates substantially in the direction, ie the Z direction, and resonates. That is, the X-direction component of the wave is significantly smaller than the Z-direction component.
- no reflector is required. Therefore, no propagation loss occurs when propagating to the reflector. Therefore, even if the number of electrode pairs consisting of the electrodes 3 and 4 is reduced in an attempt to promote miniaturization, the Q value is unlikely to decrease.
- FIG. 24 is a diagram showing the amplitude direction of bulk waves in the thickness shear mode.
- the amplitude direction of the thickness shear mode bulk wave is opposite between the first region 451 included in the excitation region C of the piezoelectric layer 2 and the second region 452 included in the excitation region C, as shown in FIG. FIG. 24 schematically shows a bulk wave when a voltage is applied between the electrodes 3 and 4 so that the potential of the electrode 4 is higher than that of the electrode 3 .
- the first region 451 is a region of the excitation region C between the first main surface 2a and a virtual plane VP1 that is perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric layer 2 and bisects the piezoelectric layer 2 .
- the second region 452 is a region of the excitation region C between the virtual plane VP1 and the second main surface 2b.
- At least one pair of electrodes consisting of the electrodes 3 and 4 is arranged. It is not always necessary to have a plurality of pairs of electrode pairs. That is, it is sufficient that at least one pair of electrodes is provided.
- the electrode 3 is an electrode connected to a hot potential
- the electrode 4 is an electrode connected to a ground potential.
- the electrode 3 may be connected to the ground potential and the electrode 4 to the hot potential.
- at least one pair of electrodes is, as described above, an electrode connected to a hot potential or an electrode connected to a ground potential, and no floating electrode is provided.
- FIG. 25 is a diagram showing an example of resonance characteristics of the elastic wave device shown in FIG.
- the design parameters of the elastic wave device 1 with this resonance characteristic are as follows.
- Insulating layer 7 Silicon oxide film with a thickness of 1 ⁇ m.
- Support member 8 Si substrate.
- the length of the excitation region C is the dimension along the length direction of the electrodes 3 and 4 of the excitation region C.
- the inter-electrode distances of the electrode pairs consisting of the electrodes 3 and 4 are all equal in a plurality of pairs. That is, the electrodes 3 and 4 were arranged at equal pitches.
- d/p is preferably 0.5 or less, More preferably, it is 0.24 or less. This will be explained with reference to FIG.
- FIG. 26 is a diagram showing the relationship between d/2p, where p is the center-to-center distance between adjacent electrodes and d is the thickness of the piezoelectric layer, and the fractional bandwidth of the acoustic wave device as a resonator.
- At least one pair of electrodes may be one pair, and p is the center-to-center distance between adjacent electrodes 3 and 4 in the case of one pair of electrodes. In the case of 1.5 pairs or more of electrodes, the average distance between the centers of adjacent electrodes 3 and 4 should be p.
- the thickness d of the piezoelectric layer if the piezoelectric layer 2 has variations in thickness, a value obtained by averaging the thickness may be adopted.
- FIG. 27 is a plan view of another example of an elastic wave device that utilizes bulk waves in thickness-shear mode.
- a pair of electrodes having electrodes 3 and 4 are provided on the first main surface 2 a of the piezoelectric layer 2 .
- K in FIG. 27 is the intersection width.
- the number of pairs of electrodes may be one. Even in this case, if d/p is 0.5 or less, bulk waves in the thickness-shear mode can be effectively excited.
- the metallization ratio MR of the adjacent electrodes 3 and 4 satisfies MR ⁇ 1.75(d/p)+0.075. In that case, spurious can be effectively reduced. This will be described with reference to FIGS. 28 and 29.
- FIG. 28 is a reference diagram showing an example of resonance characteristics of the acoustic wave device shown in FIG. 19.
- FIG. A spurious signal indicated by an arrow B appears between the resonance frequency and the anti-resonance frequency.
- d/p 0.08 and the Euler angles of LiNbO 3 (0°, 0°, 90°).
- the metallization ratio MR was set to 0.35.
- the metallization ratio MR will be explained with reference to FIG. In the electrode structure of FIG. 20, when focusing on the pair of electrodes 3 and 4, it is assumed that only the pair of electrodes 3 and 4 are provided. In this case, the portion surrounded by the dashed-dotted line C is the excitation region.
- the excitation region means a region where the electrode 3 and the electrode 4 overlap each other when the electrodes 3 and 4 are viewed in a direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4, that is, in a facing direction. and a region where the electrodes 3 and 4 in the region between the electrodes 3 and 4 overlap.
- the area of the electrodes 3 and 4 in the excitation region C with respect to the area of this excitation region is the metallization ratio MR. That is, the metallization ratio MR is the ratio of the area of the metallization portion to the area of the drive region.
- MR may be the ratio of the metallization portion included in the entire excitation region to the total area of the excitation region.
- FIG. 29 is a diagram showing the relationship between the fractional bandwidth and the phase rotation amount of spurious impedance normalized by 180 degrees as the magnitude of spurious when a large number of acoustic wave resonators are configured according to the present embodiment. is.
- the ratio band was adjusted by changing the film thickness of the piezoelectric layer and the dimensions of the electrodes.
- FIG. 29 shows the results when a Z-cut LiNbO 3 piezoelectric layer is used, but the same tendency is obtained when piezoelectric layers with other cut angles are used.
- the spurious is as large as 1.0.
- the passband appear within. That is, as in the resonance characteristics shown in FIG. 28, a large spurious component indicated by arrow B appears within the band. Therefore, the specific bandwidth is preferably 17% or less. In this case, by adjusting the film thickness of the piezoelectric layer 2 and the dimensions of the electrodes 3 and 4, the spurious response can be reduced.
- FIG. 30 is a diagram showing the relationship between d/2p, metallization ratio MR, and fractional bandwidth.
- various elastic wave devices having different d/2p and MR were constructed, and the fractional bandwidth was measured.
- the hatched portion on the right side of the dashed line D in FIG. 30 is the area where the fractional bandwidth is 17% or less.
- FIG. 31 is a diagram showing a map of fractional bandwidth with respect to Euler angles (0°, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d/p is brought infinitely close to 0.
- FIG. 31 is a diagram showing a map of fractional bandwidth with respect to Euler angles (0°, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d/p is brought infinitely close to 0.
- the hatched portion in FIG. 31 is a region where a fractional bandwidth of at least 5% or more is obtained, and when the range of the region is approximated, the following formulas (1), (2) and (3) ).
- (0° ⁇ 10°, 0° to 20°, arbitrary ⁇ ) Equation (1) (0° ⁇ 10°, 20° to 80°, 0° to 60° (1-( ⁇ -50) 2 /900) 1/2 ) or (0° ⁇ 10°, 20° to 80°, [180 °-60° (1-( ⁇ -50) 2 /900) 1/2 ] ⁇ 180°) Equation (2)
- (0° ⁇ 10°, [180°-30°(1-( ⁇ -90) 2 /8100) 1/2 ] ⁇ 180°, arbitrary ⁇ ) Equation (3) Therefore, in the case of the Euler angle range of formula (1), formula (2), or formula (3), the fractional band can be sufficiently widened, which is preferable.
- FIG. 32 is a partially cutaway perspective view for explaining an example of an elastic wave device using Lamb waves.
- the elastic wave device 81 has a support substrate 82 .
- the support substrate 82 is provided with a concave portion that is open on the upper surface.
- a piezoelectric layer 83 is laminated on the support substrate 82 .
- a hollow portion 9 is thereby formed.
- An IDT electrode 84 is provided on the piezoelectric layer 83 above the cavity 9 .
- Reflectors 85 and 86 are provided on both sides of the IDT electrode 84 in the elastic wave propagation direction. In FIG. 32, the outer periphery of the hollow portion 9 is indicated by broken lines.
- the IDT electrode 84 includes a first busbar electrode 84a, a second busbar electrode 84b, a plurality of electrodes 84c as first electrode fingers, and a plurality of electrodes 84d as second electrode fingers. and
- the multiple electrodes 84c are connected to the first busbar electrode 84a.
- the multiple electrodes 84d are connected to the second busbar electrodes 84b.
- the multiple electrodes 84c and the multiple electrodes 84d are interposed.
- a Lamb wave as a plate wave is excited by applying an AC electric field to the IDT electrodes 84 on the cavity 9. Since the reflectors 85 and 86 are provided on both sides, the resonance characteristics due to the Lamb wave can be obtained.
- the elastic wave device of the present invention may use plate waves such as Lamb waves.
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Abstract
弾性波装置10は、圧電層12と、複数の電極(機能電極14など)と、支持基板11と、第1蓋部21と、第1支持部22と、を備える。支持基板11と圧電層12との積層方向から見て、第1機能電極14Aの少なくとも一部及び第2機能電極14Bの少なくとも一部は空洞部13と重なるように設けられている。第1蓋部21は、支持基板11と圧電層12との積層方向から見て、第1機能電極14A、第2機能電極14B、第1配線電極16A及び第2配線電極16Bと重なっている。支持基板11と圧電層12との積層方向から見て、第1中継電極24Aの少なくとも一部は、第1機能電極14A及び第2機能電極14Bの少なくとも一方と重なるように設けられている。
Description
本発明は、弾性波装置に関する。
従来、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムからなる圧電層を備える弾性波装置が知られている。
特許文献1には、空洞部が形成された支持体と、上記支持体の上に上記空洞部と重なるように設けられている圧電基板と、上記圧電基板の上に上記空洞部と重なるように設けられているIDT(Interdigital Transducer)電極と、を備え、上記IDT電極により板波が励振される弾性波装置であって、上記空洞部の端縁部は、上記IDT電極により励振される板波の伝搬方向と平行に延びる直線部を含まない、弾性波装置が開示されている。特許文献1に記載の弾性波装置では、板波を利用した弾性波共振子が構成されている。
図1は、一般的な共振子の等価回路である。
図1に示す共振子のインピーダンスは、以下の式で表される。
図1に示す共振子においては、空洞部を有しない場合(Si基板あり)の制動容量C0が0.0739pFであるのに対し、空洞部を有する場合(Si基板なし)の制動容量C0は0.0510pFである。つまり、空洞部を有する場合の制動容量C0は、空洞部を有しない場合の制動容量C0の69%に減少する。
共振子の制動容量C0は共振子のインピーダンスを決定付ける容量であるため、特性への影響力が大きい。空洞部を有する弾性波装置においては、上記のとおり容量が減少しやすいため、特性が劣化しやすいと言える。一方で、特性を改善するために容量を増やす必要が生じた場合、必要な容量を得るために共振子のサイズが大きくなるため、弾性波装置が大型化しやすい。このように、空洞部を有する弾性波装置においては、容量の増加と小型化との両立が困難である。
本発明は、サイズを大型化させずに容量を付加できる弾性波装置を提供することを目的とする。
本発明の弾性波装置は、互いに対向する第1の主面及び第2の主面を有する圧電層と、上記圧電層の上記第1の主面の上に設けられた複数の電極と、上記圧電層の上記第2の主面側に積層された支持基板と、上記圧電層の上記第1の主面と間隔を空けて設けられた第1蓋部と、上記第1蓋部と上記圧電層又は上記支持基板との間に設けられる第1支持部と、を備える。上記複数の電極は、少なくとも1対の機能電極と、上記機能電極のそれぞれに接続される配線電極と、を有する。上記機能電極は、上記支持基板と上記圧電層との積層方向と交差する交差方向に対向する第1機能電極及び第2機能電極を有する。上記配線電極は、上記第1機能電極に接続される第1配線電極と、上記第2機能電極に接続される第2配線電極と、を有する。上記支持基板と上記圧電層との間には空洞部が設けられている。上記支持基板と上記圧電層との積層方向から見て、上記第1機能電極の少なくとも一部及び上記第2機能電極の少なくとも一部は上記空洞部と重なるように設けられている。上記第1蓋部は、上記支持基板と上記圧電層との積層方向から見て、上記第1機能電極、上記第2機能電極、上記第1配線電極及び上記第2配線電極と重なっている。上記第1蓋部の上記圧電層側の主面の上には、上記第1機能電極に電気的に接続される第1中継電極と、上記第2機能電極に電気的に接続される第2中継電極と、が設けられている。
本発明の弾性波装置では、上記支持基板と上記圧電層との積層方向から見て、上記第1中継電極の少なくとも一部は、上記第1機能電極及び上記第2機能電極の少なくとも一方と重なるように設けられている。あるいは、上記第1中継電極及び上記第2中継電極は、上記第1蓋部の上記圧電層側の主面の上で上記交差方向に対向しているか、又は、上記支持基板と上記圧電層との積層方向に対向している。
本発明によれば、サイズを大型化させずに容量を付加できる弾性波装置を提供することができる。
以下、本発明の弾性波装置について説明する。
本発明の弾性波装置は、圧電層と、上記圧電層の少なくとも一方の主面に設けられた複数の電極とを備える。
本発明の弾性波装置は、第1、第2及び第3の態様において、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムからなる圧電層と、圧電層の厚み方向に交差する方向において対向する第1電極及び第2電極とを備える。
第1の態様では、厚み滑り1次モード等の厚み滑りモードのバルク波が利用される。また、第2の態様では、第1電極及び前記第2電極は隣り合う電極同士であり、圧電層の厚みをd、第1電極及び第2電極の中心間距離をpとした場合、d/pが0.5以下とされている。それによって、第1及び第2の態様では、小型化を進めた場合であっても、Q値を高めることができる。
第3の態様では、板波としてのラム波が利用される。そして、上記ラム波による共振特性を得ることができる。
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。
以下に示す図面は模式的なものであり、その寸法、縦横比の縮尺等は実際の製品とは異なる場合がある。
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又は組み合わせが可能である。また、各実施形態を特に区別しない場合、単に「本発明の弾性波装置」という。
図2は、本発明の弾性波装置の一例を模式的に示す断面図である。図3は、図2に示す弾性波装置を構成する中継電極の一例を模式的に示す平面図である。
図2に示す弾性波装置10は、支持基板11と、圧電層12と、を備える。支持基板11は、一方主面に空洞部13を有する。圧電層12は、空洞部13を覆うように支持基板11の上記主面に設けられている。さらに、支持基板11と反対側の圧電層12の主面には、複数の電極(機能電極14など)が設けられている。
弾性波装置10は、圧電層12と間隔を空けて設けられた第1蓋部21と、第1蓋部21と圧電層12又は支持基板11との間に設けられる第1支持部22と、をさらに備える。第1蓋部21と機能電極14との間には、第2空洞部23が設けられている。
第1蓋部21の圧電層12側の主面の上には、機能電極14と電気的に接続される中継電極24が設けられている。
弾性波装置10では、機能電極14の上方に第1蓋部21が設けられるとともに、第1蓋部21の上に、機能電極14と電気的に接続される中継電極24が、支持基板11と圧電層12との積層方向(図2では上下方向)から見て、機能電極14と重なるように設けられている。この場合、第1蓋部21の上に、機能電極14と電気的に接続される中継電極24が、互いに対向するように設けられていることが好ましい。
あるいは、弾性波装置10では、機能電極14の上方に第1蓋部21が設けられるとともに、第1蓋部21の上に、機能電極14と電気的に接続される中継電極24が、互いに対向するように設けられていてもよい。この場合、第1蓋部21の上に、機能電極14と電気的に接続される中継電極24が、支持基板11と圧電層12との積層方向から見て、機能電極14と重なるように設けられていなくてもよい。
弾性波装置10において、支持基板11と圧電層12との積層方向から見て、中継電極24が機能電極14と重なるように設けられている場合、又は、中継電極24が互いに対向するように設けられている場合、あるいは、その両方の場合、弾性波装置10のサイズを大型化させずに容量を付加することができる。
空洞部13は、支持基板11を貫通してもよく、貫通しなくてもよい。空洞部13が支持基板11を貫通する場合、弾性波装置10は、支持基板11に対して圧電層12とは反対側に設けられ、空洞部13を閉塞する第2蓋部31と、第2蓋部31と支持基板11との間に設けられる第2支持部32と、をさらに備えてもよい。
図2に示す弾性波装置10及び図3に示す中継電極24の詳細な構成については、後述の実施例において説明する。
以下、本発明の弾性波装置をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
図4は、実施例1に係る弾性波装置の一例を模式的に示す断面図である。図5は、図4においてIで示す箇所の圧電層側の平面図である。図6は、図4においてIIで示す箇所の第1蓋部側の平面図である。なお、図4には、図5及び図6におけるB-B線に沿った断面が示されている。
図4、図5及び図6に示す実施例1に係る弾性波装置10Aは、支持基板11と、支持基板11上に積層された中間層15と、中間層15上に積層された圧電層12と、を備える。圧電層12は、互いに対向する第1の主面12a及び第2の主面12bを有する。圧電層12上には、複数の電極(機能電極14など)が設けられている。
支持基板11と圧電層12との積層方向(図4では上下方向)において、支持基板11と中間層15とを貫通するように空洞部13(以下、第1空洞部13とも記載する)が設けられている。なお、中間層15は必ずしも設けられていなくてもよい。
支持基板11は、例えば、シリコン(Si)からなる。支持基板11の材料は上記に限定されず、例えば、酸化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶などの圧電体、アルミナ、サファイア、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、フォルステライトなどの各種セラミック、ダイヤモンド、ガラスなどの誘電体、窒化ガリウムなどの半導体または樹脂などを用いることもできる。
中間層15は、例えば、酸化ケイ素(SiOx)からなる。その場合、中間層15は、SiO2から構成されてもよい。中間層15の材料は上記に限定されず、例えば、窒化ケイ素(SixNy)などを用いることもできる。その場合、中間層15は、Si3N4から構成されてもよい。
圧電層12は、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbOx)又はタンタル酸リチウム(LiTaOx)からなる。その場合、圧電層12は、LiNbO3又はLiTaO3から構成されてもよい。
複数の電極は、少なくとも1対の機能電極14と、機能電極14のそれぞれに接続される複数の配線電極16と、を有する。
図5に示すように、機能電極14は、例えば、対向する第1電極17A(以下、第1電極指17Aとも記載する)及び第2電極17B(以下、第2電極指17Bとも記載する)と、第1電極17Aが接続された第1のバスバー電極18Aと、第2電極17Bが接続された第2のバスバー電極18Bと、を有する。第1電極17Aと第1のバスバー電極18Aとにより、第1機能電極14Aである第1櫛歯状電極(第1IDT電極)が構成され、第2電極17Bと第2のバスバー電極18Bとにより、第2機能電極14Bである第2櫛歯状電極(第2IDT電極)が構成される。第1機能電極14A及び第2機能電極14Bは、支持基板11と圧電層12との積層方向と交差する交差方向(図5では面方向)に対向する。
支持基板11と圧電層12との積層方向から見て、第1機能電極14Aの少なくとも一部及び第2機能電極14Bの少なくとも一部は、第1空洞部13と重なるように設けられている。
機能電極14は、Al、AlCu合金などの適宜の金属もしくは合金からなる。例えば、機能電極14は、Ti層上にAl層を積層した構造を有する。なお、Ti層以外の密着層を用いてもよい。
配線電極16は、例えば、第1機能電極14Aである第1櫛歯状電極に接続される第1配線電極16Aと、第2機能電極14Bである第2櫛歯状電極に接続される第2配線電極16Bと、を有する。
配線電極16は、Al、AlCu合金などの適宜の金属もしくは合金からなる。例えば、配線電極16は、Ti層上にAl層を積層した構造を有する。なお、Ti層以外の密着層を用いてもよい。
弾性波装置10Aは、圧電層12の第1の主面12aと間隔を空けて設けられる第1蓋部21をさらに備える。第1蓋部21と圧電層12又は支持基板11との間には、第1支持部22が設けられている。また、第1蓋部21と機能電極14との間には、第2空洞部23が設けられている。
第1蓋部21は、支持基板11と圧電層12との積層方向から見て、第1機能電極14A、第2機能電極14B、第1配線電極16A及び第2配線電極16Bと重なっている。
第1蓋部21は、例えば、Siからなる。第1蓋部21の材料は、支持基板11の材料と同じでもよく、異なってもよい。
第1支持部22は、例えば、機能電極14及びその配線電極16を囲むリング電極から構成される。その場合、第1支持部22は、例えば、支持基板11側から、導電膜と、導電膜上に積層されたシール電極と、シール電極上に積層された接合電極との積層体を有する。リング電極を介して第1蓋部21と圧電層12とが接合される。第1支持部22は、導電膜を有さず、支持基板11側から、シール電極と、シール電極上に積層された接合電極との積層体を有してもよい。
導電膜は、例えば、機能電極14と同じ材料からなる。シール電極は、例えば、金(Au)を含む。接合電極は、例えば、Auを含む。
弾性波装置10Aは、第1空洞部13を閉塞する第2蓋部31をさらに備えてもよい。第2蓋部31と支持基板11との間には、第2支持部32が設けられている。
第2蓋部31は、例えば、Siからなる。第2蓋部31の材料は、支持基板11の材料と同じでもよく、異なってもよい。また、第2蓋部31の材料は、第1蓋部21の材料と同じでもよく、異なってもよい。
第2支持部32は、例えば、第1空洞部13を囲むリング電極から構成される。その場合、第2支持部32は、例えば、支持基板11側から、シール電極と、シール電極上に積層された接合電極との積層体を有する。リング電極を介して第2蓋部31と支持基板11とが接合される。
圧電層12の第2蓋部31側の表面には、第1空洞部13と重なるように周波数調整膜33が設けられていてもよい。
周波数調整膜33は、例えば、SiOx、SixNy等又はそれらの積層体からなる。その場合、周波数調整膜33は、SiO2、Si3N4等又はそれらの積層体から構成されてもよい。
弾性波装置10Aは、第2蓋部31を貫通して、支持基板11の第2蓋部31側の主面に設けられた引き出し電極34に接続される端子電極35と、端子電極35に接続されるパッド電極36と、をさらに備えることが好ましい。引き出し電極34は、支持基板11の第1蓋部21側の主面に設けられた配線電極(給電電極19など)と電気的に接続されている。端子電極35及びパッド電極36の底面には、シード層電極37が設けられていてもよい。
端子電極35は、例えば、Cuめっき層等のCu層を含む。パッド電極36は、例えば、端子電極35側からCuめっき層等のCu層とNiめっき層等のNi層とAuめっき層等のAu層とを含む。シード層電極37は、例えば、第1蓋部21側からTi層とCu層とを含む。
端子電極35及びパッド電極36により、アンダーバンプメタル(UBM)層が構成される。UBM層を構成するパッド電極36上には、BGA(Ball Grid Array)等のバンプが設けられてもよい。
第1蓋部21の圧電層12側の主面、及び、第1蓋部21の圧電層12とは反対側の主面は、絶縁膜25(以下、誘電体膜25とも記載する)で覆われていてもよい。同様に、第2蓋部31の支持基板11側の主面、及び、第2蓋部31の支持基板11とは反対側の第2主面は、絶縁膜25で覆われていてもよい。
絶縁膜25は、例えば、SiOx等からなる。その場合、絶縁膜25は、SiO2から構成されてもよい。
機能電極14の表面は、保護膜26で覆われていてもよい。
保護膜26は、例えば、SiOx等からなる。その場合、保護膜26は、SiO2から構成されてもよい。
図4及び図5に示すように、第1機能電極14Aに接続される第1配線電極16A上には第3配線電極16Cが設けられ、第2機能電極14Bに接続される第2配線電極16B上には第4配線電極16Dが設けられている。
さらに、図4及び図6に示すように、第3配線電極16C上には第1中継電極24Aが設けられ、第4配線電極16D上には第2中継電極24Bが設けられている。
第1中継電極24Aは、第3配線電極16C上のみではなく、第1蓋部21の圧電層12側の主面にも設けられている。第1中継電極24Aは、第1機能電極14Aに電気的に接続されている。
第2中継電極24Bは、第4配線電極16D上のみではなく、第1蓋部21の圧電層12側の主面にも設けられている。第2中継電極24Bは、第2機能電極14Bに電気的に接続されている。
支持基板11と圧電層12との積層方向から見て、第1中継電極24Aの少なくとも一部は、第1機能電極14A及び第2機能電極14Bの少なくとも一方と重なるように設けられている。同様に、支持基板11と圧電層12との積層方向から見て、第2中継電極24Bの少なくとも一部は、第1機能電極14A及び第2機能電極14Bの少なくとも一方と重なるように設けられている。上記の構成によれば、機能電極14と中継電極24との間で容量を形成することができるため、弾性波装置10Aのサイズを大型化させずに容量を付加して特性を向上できる。なお、支持基板11と圧電層12との積層方向から見て、第1中継電極24A及び第2中継電極24Bのうち少なくとも一方が機能電極14と重なるように設けられていてもよい。
第1蓋部21の圧電層12側の主面と、第1中継電極24A及び第2中継電極24Bの少なくとも一方の間には、誘電体膜25が設けられていてもよい。
図7は、実施例2に係る弾性波装置の一例を模式的に示す断面図である。図8は、図7においてIで示す箇所の圧電層側の平面図である。図9は、図7においてIIで示す箇所の第1蓋部側の平面図である。なお、図7には、図8及び図9におけるB-B線に沿った断面が示されている。
図7、図8及び図9に示す実施例2に係る弾性波装置10Bでは、第1中継電極24Aの形状及び第2中継電極24Bの形状が実施例1に係る弾性波装置10Aと異なる。
実施例2に係る弾性波装置10Bでは、第1中継電極24A及び第2中継電極24Bは、第1蓋部21の圧電層12側の主面の上で交差方向(図9では面方向)に対向している。このような構成によれば、中継電極24同士も第1蓋部21上で対向させられるため、付加できる容量がより増える。
第1中継電極24Aは、例えば、複数の第3電極26A(以下、第3電極指26Aとも記載する)と、第3電極26Aが接続された第3のバスバー電極27Aとを有する。第1中継電極24Aは、第1櫛歯状電極と同様に、櫛歯状の電極を構成する。
第2中継電極24Bは、例えば、複数の第4電極26B(以下、第4電極指26Bとも記載する)と、第4電極26Bが接続された第4のバスバー電極27Bとを有する。第2中継電極24Bは、第2櫛歯状電極と同様に、櫛歯状の電極を構成する。
図9では、第3電極26A及び第4電極26Bが上下方向に延びるとともに、第3のバスバー電極27A及び第4のバスバー電極27Bが左右方向に延びることで、隣り合う第3電極A及び第4電極26Bが左右方向に対向しているが、例えば、第3電極26A及び第4電極26Bが左右方向に延びるとともに、第3のバスバー電極27A及び第4のバスバー電極27Bが上下方向に延びることで、隣り合う第3電極A及び第4電極26Bが上下方向に対向してもよい。
図10は、実施例3に係る弾性波装置の一例を模式的に示す断面図である。図11は、図10においてIで示す箇所の圧電層側の平面図である。図12は、図10においてIIで示す箇所の第1蓋部側の平面図である。なお、図10には、図11及び図12におけるB-B線に沿った断面が示されている。
図10、図11及び図12に示す実施例3に係る弾性波装置10Cでは、第1中継電極24Aの形状及び第2中継電極24Bの形状が実施例1に係る弾性波装置10A及び実施例2に係る弾性波装置10Bと異なる。
実施例3に係る弾性波装置10Cでは、第1中継電極24A及び第2中継電極24Bは、支持基板11と圧電層12との積層方向に対向している。このような構成によれば、中継電極24同士も第1蓋部21上で対向させられるため、付加できる容量がより増える。
図10及び図12に示すように、第1中継電極24Aと第2中継電極24Bとの間に誘電体膜28が設けられていることが好ましい。具体的には、第1蓋部21上に誘電体膜28が設けられ、第1中継電極24Aと第2中継電極24Bとが誘電体膜28を挟んで、支持基板11と圧電層12との積層方向に対向していることが好ましい。この場合、誘電体膜28を設ける工程は増加するものの、中継電極24のパターンの精度が低くても容量を付加することができる。また、誘電率の大きな誘電体膜28を選択することにより、中継電極24のパターンの面積を小さくできる。
第1蓋部21の圧電層12側の主面と、第1中継電極24A及び第2中継電極24Bの少なくとも一方の間には、誘電体膜25が設けられていてもよい。
図13は、実施例4に係る弾性波装置の一例を模式的に示す断面図である。図14は、図13においてIで示す箇所の圧電層側の平面図である。図15は、図13においてIIで示す箇所の第1蓋部側の平面図である。なお、図13には、図14及び図15におけるB-B線に沿った断面が示されている。
図13、図14及び図15に示す実施例4に係る弾性波装置10Dでは、支持基板11と圧電層12との積層方向から見て、中継電極24は機能電極14と重なっていない。
実施例2に係る弾性波装置10B又は実施例3に係る弾性波装置10Cのように第1中継電極24A及び第2中継電極24Bが互いに対向している場合には、第1中継電極24A及び第2中継電極24Bは、支持基板11と圧電層12との積層方向から見て、必ずしも機能電極14と重なっている必要はない。例えば、図13、図14及び図15に示すように、機能電極14とは重ならないように第1中継電極24A及び第2中継電極24Bが引き延ばされた位置で、第1中継電極24A及び第2中継電極24Bが対向してもよい。この場合においても、第1中継電極24A及び第2中継電極24Bにより容量を形成することができるため、共振子に並列に容量を付加することができる。
図15では、第1中継電極24A及び第2中継電極24Bは、支持基板11と圧電層12との積層方向に対向しているが、図9に示すように、第1蓋部21の圧電層12側の主面の上で交差方向に対向していてもよい。
図16は、実施例5に係る弾性波装置の一例を模式的に示す断面図である。図17は、図16においてIで示す箇所の圧電層側の平面図である。図18は、図16においてIIで示す箇所の第1蓋部側の平面図である。なお、図16には、図17及び図18におけるB-B線に沿った断面が示されている。
図16、図17及び図18に示す実施例5に係る弾性波装置10Eでは、第1空洞部13が支持基板11及び中間層15を貫通していない点で実施例1~実施例4と異なる。この場合、例えば、端子電極35及びパッド電極36により構成されるUBM層が支持基板11を貫通して、圧電層12上の配線電極16と電気的に接続される。
以下において、厚み滑りモード及び板波の詳細を説明する。なお、以下においては、機能電極がIDT電極である場合の例を用いて説明する。以下の例における支持部材は、本発明における支持基板に相当し、絶縁層は中間層に相当する。
図19は、厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波装置の一例の外観を示す略図的斜視図である。図20は、図19に示す弾性波装置の圧電層上の電極構造を示す平面図である。図21は、図19中のA-A線に沿う部分の断面図である。
弾性波装置1は、例えば、LiNbO3からなる圧電層2を有する。圧電層2は、LiTaO3からなるものであってもよい。LiNbO3又はLiTaO3のカット角は、例えばZカットであるが、回転Yカット又はXカットであってもよい。好ましくは、Y伝搬及びX伝搬±30°の伝搬方位が好ましい。圧電層2の厚みは、特に限定されないが、厚み滑りモードを効果的に励振するには、50nm以上、1000nm以下であることが好ましい。圧電層2は、対向し合う第1の主面2a及び第2の主面2bを有する。圧電層2の第1の主面2a上に、電極3及び電極4が設けられている。ここで電極3が「第1電極」の一例であり、電極4が「第2電極」の一例である。図19及び図20では、複数の電極3が、第1のバスバー電極5に接続されている複数の第1の電極指である。複数の電極4は、第2のバスバー電極6に接続されている複数の第2の電極指である。複数の電極3及び複数の電極4は、互いに間挿し合っている。電極3及び電極4は、矩形形状を有し、長さ方向を有する。この長さ方向と直交する方向において、電極3と、隣りの電極4とが対向している。これら複数の電極3、電極4、第1のバスバー電極5及び第2のバスバー電極6によりIDT(Interdigital Transducer)電極が構成されている。電極3,4の長さ方向、及び、電極3,4の長さ方向と直交する方向はいずれも、圧電層2の厚み方向に交差する方向である。このため、電極3と、隣りの電極4とは、圧電層2の厚み方向に交差する方向において対向しているともいえる。また、電極3,4の長さ方向が図19及び図20に示す電極3,4の長さ方向に直交する方向と入れ替わってもよい。すなわち、図19及び図20において、第1のバスバー電極5及び第2のバスバー電極6が延びている方向に電極3,4を延ばしてもよい。その場合、第1のバスバー電極5及び第2のバスバー電極6は、図19及び図20において電極3,4が延びている方向に延びることとなる。そして、一方電位に接続される電極3と、他方電位に接続される電極4とが隣り合う1対の構造が、上記電極3,4の長さ方向と直交する方向に、複数対設けられている。ここで電極3と電極4とが隣り合うとは、電極3と電極4とが直接接触するように配置されている場合ではなく、電極3と電極4とが間隔を介して配置されている場合を指す。また、電極3と電極4とが隣り合う場合、電極3と電極4との間には、他の電極3,4を含む、ホット電極又はグランド電極に接続される電極は配置されない。この対数は、整数対である必要はなく、1.5対又は2.5対などであってもよい。電極3,4間の中心間距離すなわちピッチは、1μm以上、10μm以下の範囲が好ましい。なお、電極3,4間の中心間距離とは、電極3の長さ方向と直交する方向における電極3の幅寸法の中心と、電極4の長さ方向と直交する方向における電極4の幅寸法の中心とを結んだ距離となる。さらに、電極3,4の少なくとも一方が複数本ある場合(電極3,4を一対の電極組とした場合に、1.5対以上の電極組がある場合)、電極3,4の中心間距離は、1.5対以上の電極3,4のうち隣り合う電極3,4それぞれの中心間距離の平均値を指す。また、電極3,4の幅、すなわち電極3,4の対向方向の寸法は、150nm以上、1000nm以下の範囲が好ましい。
本実施形態において、Zカットの圧電層を用いる場合、電極3,4の長さ方向と直交する方向は、圧電層2の分極方向に直交する方向となる。圧電層2として他のカット角の圧電体を用いた場合には、この限りでない。ここにおいて、「直交」とは、厳密に直交する場合のみに限定されず、略直交(電極3,4の長さ方向と直交する方向と分極方向とのなす角度が例えば90°±10°)でもよい。
圧電層2の第2の主面2b側には、絶縁層7を介して支持部材8が積層されている。絶縁層7及び支持部材8は、枠状の形状を有し、図21に示すように、開口部7a,8aを有する。それによって、空洞部9が形成されている。空洞部9は、圧電層2の励振領域C(図20参照)の振動を妨げないために設けられている。従って、上記支持部材8は、少なくとも1対の電極3,4が設けられている部分と重ならない位置において、第2の主面2bに絶縁層7を介して積層されている。なお、絶縁層7は設けられずともよい。従って、支持部材8は、圧電層2の第2の主面2bに直接または間接に積層され得る。
絶縁層7は、例えば、酸化ケイ素からなる。もっとも、酸化ケイ素の他、酸窒化ケイ素、アルミナなどの適宜の絶縁性材料を用いることができる。支持部材8は、Siからなる。Siの圧電層2側の面における面方位は(100)や(110)であってもよく、(111)であってもよい。好ましくは、抵抗率4kΩ以上の高抵抗のSiが望ましい。もっとも、支持部材8についても適宜の絶縁性材料や半導体材料を用いて構成することができる。支持部材8の材料としては、例えば、酸化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶などの圧電体、アルミナ、マグネシア、サファイア、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、フォルステライトなどの各種セラミック、ダイヤモンド、ガラスなどの誘電体、窒化ガリウムなどの半導体などを用いることができる。
上記複数の電極3、電極4、第1のバスバー電極5及び第2のバスバー電極6は、Al、AlCu合金などの適宜の金属もしくは合金からなる。本実施形態では、電極3、電極4、第1のバスバー電極5及び第2のバスバー電極6は、Ti膜上にAl膜を積層した構造を有する。なお、Ti膜以外の密着層を用いてもよい。
駆動に際しては、複数の電極3と、複数の電極4との間に交流電圧を印加する。より具体的には、第1のバスバー電極5と第2のバスバー電極6との間に交流電圧を印加する。それによって、圧電層2において励振される厚み滑りモードのバルク波を利用した、共振特性を得ることが可能とされている。また、弾性波装置1では、圧電層2の厚みをd、複数対の電極3,4のうちいずれかの隣り合う電極3,4の中心間距離をpとした場合、d/pは0.5以下とされている。そのため、上記厚み滑りモードのバルク波が効果的に励振され、良好な共振特性を得ることができる。より好ましくは、d/pは0.24以下であり、その場合には、より一層良好な共振特性を得ることができる。なお、本実施形態のように電極3,4の少なくとも一方が複数本ある場合、すなわち、電極3,4を1対の電極組とした場合に電極3,4が1.5対以上ある場合、隣り合う電極3,4の中心間距離pは、各隣り合う電極3,4の中心間距離の平均距離となる。
本実施形態の弾性波装置1では、上記構成を備えるため、小型化を図ろうとして、電極3,4の対数を小さくしたとしても、Q値の低下が生じ難い。これは、両側に反射器を必要としない共振器であり、伝搬ロスが少ないためである。また、上記反射器を必要としないのは、厚み滑りモードのバルク波を利用していることによる。従来の弾性波装置で利用したラム波と、上記厚み滑りモードのバルク波の相違を、図22及び図23を参照して説明する。
図22は、弾性波装置の圧電膜を伝搬するラム波を説明するための模式的正面断面図である。図22に示すように、特許文献1(日本公開特許公報 特開2012-257019号公報)に記載のような弾性波装置では、圧電膜201中を矢印で示すように波が伝搬する。ここで、圧電膜201では、第1の主面201aと、第2の主面201bとが対向しており、第1の主面201aと第2の主面201bとを結ぶ厚み方向がZ方向である。X方向は、IDT電極の電極指が並んでいる方向である。図22に示すように、ラム波では、波が図示のように、X方向に伝搬していく。板波であるため、圧電膜201が全体として振動するものの、波はX方向に伝搬するため、両側に反射器を配置して、共振特性を得ている。そのため、波の伝搬ロスが生じ、小型化を図った場合、すなわち電極指の対数を少なくした場合、Q値が低下する。
これに対して、図23は、弾性波装置の圧電層を伝播する厚み滑りモードのバルク波を説明するための模式的正面断面図である。図23に示すように、本実施形態の弾性波装置1では、振動変位は厚み滑り方向であるから、波は、圧電層2の第1の主面2aと第2の主面2bとを結ぶ方向、すなわちZ方向にほぼ伝搬し、共振する。すなわち、波のX方向成分がZ方向成分に比べて著しく小さい。そして、このZ方向の波の伝搬により共振特性が得られるため、反射器を必要としない。よって、反射器に伝搬する際の伝搬損失は生じない。従って、小型化を進めようとして、電極3,4からなる電極対の対数を減らしたとしても、Q値の低下が生じ難い。
図24は、厚み滑りモードのバルク波の振幅方向を示す図である。厚み滑りモードのバルク波の振幅方向は、図24に示すように、圧電層2の励振領域Cに含まれる第1領域451と、励振領域Cに含まれる第2領域452とで逆になる。図24では、電極3と電極4との間に、電極4が電極3よりも高電位となる電圧が印加された場合のバルク波を模式的に示してある。第1領域451は、励振領域Cのうち、圧電層2の厚み方向に直交し圧電層2を2分する仮想平面VP1と、第1の主面2aとの間の領域である。第2領域452は、励振領域Cのうち、仮想平面VP1と、第2の主面2bとの間の領域である。
上記のように、弾性波装置1では、電極3と電極4とからなる少なくとも1対の電極が配置されているが、X方向に波を伝搬させるものではないため、この電極3,4からなる電極対の対数は複数対ある必要は必ずしもない。すなわち、少なくとも1対の電極が設けられてさえおればよい。
例えば、上記電極3がホット電位に接続される電極であり、電極4がグランド電位に接続される電極である。もっとも、電極3がグランド電位に、電極4がホット電位に接続されてもよい。本実施形態では、少なくとも1対の電極は、上記のように、ホット電位に接続される電極またはグランド電位に接続される電極であり、浮き電極は設けられていない。
図25は、図19に示す弾性波装置の共振特性の一例を示す図である。なお、この共振特性を得た弾性波装置1の設計パラメータは以下の通りである。
圧電層2:オイラー角(0°,0°,90°)のLiNbO3、厚み=400nm。
電極3と電極4の長さ方向と直交する方向に視たときに、電極3と電極4とが重なっている領域、すなわち励振領域Cの長さ=40μm、電極3,4からなる電極の対数=21対、電極間中心距離=3μm、電極3,4の幅=500nm、d/p=0.133。
絶縁層7:1μmの厚みの酸化ケイ素膜。
支持部材8:Si基板。
電極3と電極4の長さ方向と直交する方向に視たときに、電極3と電極4とが重なっている領域、すなわち励振領域Cの長さ=40μm、電極3,4からなる電極の対数=21対、電極間中心距離=3μm、電極3,4の幅=500nm、d/p=0.133。
絶縁層7:1μmの厚みの酸化ケイ素膜。
支持部材8:Si基板。
なお、励振領域Cの長さとは、励振領域Cの電極3,4の長さ方向に沿う寸法である。
弾性波装置1では、電極3,4からなる電極対の電極間距離は、複数対において全て等しくした。すなわち、電極3と電極4とを等ピッチで配置した。
図25から明らかなように、反射器を有しないにもかかわらず、比帯域が12.5%である良好な共振特性が得られている。
ところで、上記圧電層2の厚みをd、電極3と電極4との電極の中心間距離をpとした場合、前述したように、本実施形態では、好ましくはd/pは0.5以下、より好ましくは0.24以下である。これを、図26を参照して説明する。
図25に示した共振特性を得た弾性波装置と同様に、但しd/2pを変化させ、複数の弾性波装置を得た。図26は、隣り合う電極の中心間距離をp、圧電層の厚みをdとした場合のd/2pと、弾性波装置の共振子としての比帯域との関係を示す図である。
図26から明らかなように、d/2pが0.25を超えると、すなわちd/p>0.5では、d/pを調整しても、比帯域は5%未満である。これに対して、d/2p≦0.25、すなわちd/p≦0.5の場合には、その範囲内でd/pを変化させれば、比帯域を5%以上とすることができ、すなわち高い結合係数を有する共振子を構成することができる。また、d/2pが0.12以下の場合、すなわちd/pが0.24以下の場合には、比帯域を7%以上と高めることができる。加えて、d/pをこの範囲内で調整すれば、より一層比帯域の広い共振子を得ることができ、より一層高い結合係数を有する共振子を実現することができる。従って、d/pを0.5以下とすることにより、上記厚み滑りモードのバルク波を利用した、高い結合係数を有する共振子を構成し得ることがわかる。
なお、前述したように、少なくとも1対の電極は、1対でもよく、上記pは、1対の電極の場合、隣り合う電極3,4の中心間距離とする。また、1.5対以上の電極の場合には、隣り合う電極3,4の中心間距離の平均距離をpとすればよい。
また、圧電層の厚みdについては、圧電層2が厚みばらつきを有する場合、その厚みを平均化した値を採用すればよい。
図27は、厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波装置の別の一例の平面図である。
弾性波装置61では、圧電層2の第1の主面2a上において、電極3と電極4とを有する1対の電極が設けられている。なお、図27中のKが交差幅となる。前述したように、本実施形態の弾性波装置では、電極の対数は1対であってもよい。この場合においても、上記d/pが0.5以下であれば、厚み滑りモードのバルク波を効果的に励振することができる。
本実施形態の弾性波装置では、好ましくは、複数の電極3,4において、いずれかの隣り合う電極3,4が対向している方向に視たときに重なっている領域である励振領域に対する、上記隣り合う電極3,4のメタライゼーション比MRが、MR≦1.75(d/p)+0.075を満たすことが望ましい。その場合には、スプリアスを効果的に小さくすることができる。これを、図28及び図29を参照して説明する。
図28は、図19に示す弾性波装置の共振特性の一例を示す参考図である。矢印Bで示すスプリアスが、共振周波数と反共振周波数との間に現れている。なお、d/p=0.08として、かつLiNbO3のオイラー角(0°,0°,90°)とした。また、上記メタライゼーション比MR=0.35とした。
メタライゼーション比MRを、図20を参照して説明する。図20の電極構造において、1対の電極3,4に着目した場合、この1対の電極3,4のみが設けられるとする。この場合、一点鎖線Cで囲まれた部分が励振領域となる。この励振領域とは、電極3と電極4とを、電極3,4の長さ方向と直交する方向すなわち対向方向に視たときに電極3における電極4と重なり合っている領域、電極4における電極3と重なり合っている領域、及び、電極3と電極4との間の領域における電極3と電極4とが重なり合っている領域である。そして、この励振領域の面積に対する、励振領域C内の電極3,4の面積が、メタライゼーション比MRとなる。すなわち、メタライゼーション比MRは、メタライゼーション部分の面積の励振領域の面積に対する比である。
なお、複数対の電極が設けられている場合、励振領域の面積の合計に対する全励振領域に含まれているメタライゼーション部分の割合をMRとすればよい。
図29は、本実施形態に従って、多数の弾性波共振子を構成した場合の比帯域と、スプリアスの大きさとしての180度で規格化されたスプリアスのインピーダンスの位相回転量との関係を示す図である。なお、比帯域については、圧電層の膜厚や電極の寸法を種々変更し、調整した。また、図29は、ZカットのLiNbO3からなる圧電層を用いた場合の結果であるが、他のカット角の圧電層を用いた場合においても、同様の傾向となる。
図29中の楕円Jで囲まれている領域では、スプリアスが1.0と大きくなっている。図29から明らかなように、比帯域が0.17を超えると、すなわち17%を超えると、スプリアスレベルが1以上の大きなスプリアスが、比帯域を構成するパラメータを変化させたとしても、通過帯域内に現れる。すなわち、図28に示す共振特性のように、矢印Bで示す大きなスプリアスが帯域内に現れる。よって、比帯域は17%以下であることが好ましい。この場合には、圧電層2の膜厚や電極3,4の寸法などを調整することにより、スプリアスを小さくすることができる。
図30は、d/2pと、メタライゼーション比MRと、比帯域との関係を示す図である。上記弾性波装置において、d/2pと、MRが異なる様々な弾性波装置を構成し、比帯域を測定した。
図30の破線Dの右側のハッチングを付して示した部分が、比帯域が17%以下の領域である。このハッチングを付した領域と、付していない領域との境界は、MR=3.5(d/2p)+0.075で表される。すなわち、MR=1.75(d/p)+0.075である。従って、好ましくは、MR≦1.75(d/p)+0.075である。その場合には、比帯域を17%以下としやすい。より好ましくは、図30中の一点鎖線D1で示すMR=3.5(d/2p)+0.05の右側の領域である。すなわち、MR≦1.75(d/p)+0.05であれば、比帯域を確実に17%以下にすることができる。
図31は、d/pを限りなく0に近づけた場合のLiNbO3のオイラー角(0°,θ,ψ)に対する比帯域のマップを示す図である。
図31のハッチングを付して示した部分が、少なくとも5%以上の比帯域が得られる領域であり、当該領域の範囲を近似すると、下記の式(1)、式(2)及び式(3)で表される範囲となる。
(0°±10°,0°~20°,任意のψ) …式(1)
(0°±10°,20°~80°,0°~60°(1-(θ-50)2/900)1/2) または (0°±10°,20°~80°,[180°-60°(1-(θ-50)2/900)1/2]~180°) …式(2)
(0°±10°,[180°-30°(1-(ψ-90)2/8100)1/2]~180°,任意のψ) …式(3)
従って、上記式(1)、式(2)または式(3)のオイラー角範囲の場合、比帯域を十分に広くすることができるため好ましい。
(0°±10°,0°~20°,任意のψ) …式(1)
(0°±10°,20°~80°,0°~60°(1-(θ-50)2/900)1/2) または (0°±10°,20°~80°,[180°-60°(1-(θ-50)2/900)1/2]~180°) …式(2)
(0°±10°,[180°-30°(1-(ψ-90)2/8100)1/2]~180°,任意のψ) …式(3)
従って、上記式(1)、式(2)または式(3)のオイラー角範囲の場合、比帯域を十分に広くすることができるため好ましい。
図32は、ラム波を利用する弾性波装置の一例を説明するための部分切り欠き斜視図である。
弾性波装置81は、支持基板82を有する。支持基板82には、上面に開いた凹部が設けられている。支持基板82上に圧電層83が積層されている。それによって、空洞部9が構成されている。この空洞部9の上方において圧電層83上に、IDT電極84が設けられている。IDT電極84の弾性波伝搬方向両側に、反射器85,86が設けられている。図32において、空洞部9の外周縁を破線で示す。ここでは、IDT電極84は、第1のバスバー電極84aと、第2のバスバー電極84bと、複数本の第1の電極指としての電極84cと、複数本の第2の電極指としての電極84dとを有する。複数本の電極84cは、第1のバスバー電極84aに接続されている。複数本の電極84dは、第2のバスバー電極84bに接続されている。複数本の電極84cと、複数本の電極84dとは間挿し合っている。
弾性波装置81では、上記空洞部9上のIDT電極84に、交流電界を印加することにより、板波としてのラム波が励振される。そして、反射器85,86が両側に設けられているため、上記ラム波による共振特性を得ることができる。
このように、本発明の弾性波装置は、ラム波等の板波を利用するものであってもよい。
1 弾性波装置
2 圧電層
2a 圧電層の第1の主面
2b 圧電層の第2の主面
3 第1電極
4 第2電極
5 第1のバスバー電極
6 第2のバスバー電極
7 絶縁層
7a 開口部
8 支持部材
8a 開口部
9 空洞部
10、10A、10B、10C、10D、10E 弾性波装置
11 支持基板
12 圧電層
12a 圧電層の第1の主面
12b 圧電層の第2の主面
13 空洞部(第1空洞部)
14 機能電極
14A 第1機能電極
14B 第2機能電極
15 中間層
16 配線電極
16A 第1配線電極
16B 第2配線電極
16C 第3配線電極
16D 第4配線電極
17A 第1電極(第1電極指)
17B 第2電極(第2電極指)
18A 第1のバスバー電極
18B 第2のバスバー電極
19 給電電極
21 第1蓋部
22 第1支持部
23 第2空洞部
24 中継電極
24A 第1中継電極
24B 第2中継電極
25 絶縁膜(誘電体膜)
26A 第3電極(第3電極指)
26B 第4電極(第4電極指)
27A 第3のバスバー電極
27B 第4のバスバー電極
28 誘電体膜
31 第2蓋部
32 第2支持部
33 周波数調整膜
34 引き出し電極
35 端子電極
36 パッド電極
37 シード層電極
61 弾性波装置
81 弾性波装置
82 支持基板
83 圧電層
84a 第1のバスバー電極
84b 第2のバスバー電極
84c 第1電極(第1電極指)
84d 第2電極(第2電極指)
85、86 反射器
201 圧電膜
201a 圧電膜の第1の主面
201b 圧電膜の第2の主面
451 第1領域
452 第2領域
C 励振領域
VP1 仮想平面
2 圧電層
2a 圧電層の第1の主面
2b 圧電層の第2の主面
3 第1電極
4 第2電極
5 第1のバスバー電極
6 第2のバスバー電極
7 絶縁層
7a 開口部
8 支持部材
8a 開口部
9 空洞部
10、10A、10B、10C、10D、10E 弾性波装置
11 支持基板
12 圧電層
12a 圧電層の第1の主面
12b 圧電層の第2の主面
13 空洞部(第1空洞部)
14 機能電極
14A 第1機能電極
14B 第2機能電極
15 中間層
16 配線電極
16A 第1配線電極
16B 第2配線電極
16C 第3配線電極
16D 第4配線電極
17A 第1電極(第1電極指)
17B 第2電極(第2電極指)
18A 第1のバスバー電極
18B 第2のバスバー電極
19 給電電極
21 第1蓋部
22 第1支持部
23 第2空洞部
24 中継電極
24A 第1中継電極
24B 第2中継電極
25 絶縁膜(誘電体膜)
26A 第3電極(第3電極指)
26B 第4電極(第4電極指)
27A 第3のバスバー電極
27B 第4のバスバー電極
28 誘電体膜
31 第2蓋部
32 第2支持部
33 周波数調整膜
34 引き出し電極
35 端子電極
36 パッド電極
37 シード層電極
61 弾性波装置
81 弾性波装置
82 支持基板
83 圧電層
84a 第1のバスバー電極
84b 第2のバスバー電極
84c 第1電極(第1電極指)
84d 第2電極(第2電極指)
85、86 反射器
201 圧電膜
201a 圧電膜の第1の主面
201b 圧電膜の第2の主面
451 第1領域
452 第2領域
C 励振領域
VP1 仮想平面
Claims (18)
- 互いに対向する第1の主面及び第2の主面を有する圧電層と、
前記圧電層の前記第1の主面の上に設けられた複数の電極と、
前記圧電層の前記第2の主面側に積層された支持基板と、
前記圧電層の前記第1の主面と間隔を空けて設けられた第1蓋部と、
前記第1蓋部と前記圧電層又は前記支持基板との間に設けられる第1支持部と、
を備え、
前記複数の電極は、少なくとも1対の機能電極と、前記機能電極のそれぞれに接続される配線電極と、を有し、
前記機能電極は、前記支持基板と前記圧電層との積層方向と交差する交差方向に対向する第1機能電極及び第2機能電極を有し、
前記配線電極は、前記第1機能電極に接続される第1配線電極と、前記第2機能電極に接続される第2配線電極と、を有し、
前記支持基板と前記圧電層との間には空洞部が設けられ、
前記支持基板と前記圧電層との積層方向から見て、前記第1機能電極の少なくとも一部及び前記第2機能電極の少なくとも一部は前記空洞部と重なるように設けられ、
前記第1蓋部は、前記支持基板と前記圧電層との積層方向から見て、前記第1機能電極、前記第2機能電極、前記第1配線電極及び前記第2配線電極と重なっており、
前記第1蓋部の前記圧電層側の主面の上には、前記第1機能電極に電気的に接続される第1中継電極と、前記第2機能電極に電気的に接続される第2中継電極と、が設けられ、
前記支持基板と前記圧電層との積層方向から見て、前記第1中継電極の少なくとも一部は、前記第1機能電極及び前記第2機能電極の少なくとも一方と重なるように設けられている、
弾性波装置。 - 前記支持基板と前記圧電層との積層方向から見て、前記第2中継電極の少なくとも一部は、前記第1機能電極及び前記第2機能電極の少なくとも一方と重なるように設けられている、
請求項1に記載の弾性波装置。 - 前記第1中継電極及び前記第2中継電極は、前記第1蓋部の前記圧電層側の主面の上で前記交差方向に対向している、
請求項1又は2に記載の弾性波装置。 - 前記第1中継電極は、1以上の第3電極と、前記1以上の第3電極が接続された第3のバスバー電極と、を有し、
前記第2中継電極は、1以上の第4電極と、前記1以上の第4電極が接続された第4のバスバー電極と、を有する、
請求項3に記載の弾性波装置。 - 前記第1中継電極及び前記第2中継電極は、前記支持基板と前記圧電層との積層方向に対向している、
請求項1又は2に記載の弾性波装置。 - 前記第1中継電極と前記第2中継電極との間に設けられた誘電体膜をさらに備える、
請求項5に記載の弾性波装置。 - 互いに対向する第1の主面及び第2の主面を有する圧電層と、
前記圧電層の前記第1の主面の上に設けられた複数の電極と、
前記圧電層の前記第2の主面側に積層された支持基板と、
前記圧電層の前記第1の主面と間隔を空けて設けられた第1蓋部と、
前記第1蓋部と前記圧電層又は前記支持基板との間に設けられる第1支持部と、
を備え、
前記複数の電極は、少なくとも1対の機能電極と、前記機能電極のそれぞれに接続される配線電極と、を有し、
前記機能電極は、前記支持基板と前記圧電層との積層方向と交差する交差方向に対向する第1機能電極及び第2機能電極を有し、
前記配線電極は、前記第1機能電極に接続される第1配線電極と、前記第2機能電極に接続される第2配線電極と、を有し、
前記支持基板と前記圧電層との間には空洞部が設けられ、
前記支持基板と前記圧電層との積層方向から見て、前記第1機能電極の少なくとも一部及び前記第2機能電極の少なくとも一部は前記空洞部と重なるように設けられ、
前記第1蓋部は、前記支持基板と前記圧電層との積層方向から見て、前記第1機能電極、前記第2機能電極、前記第1配線電極及び前記第2配線電極と重なっており、
前記第1蓋部の前記圧電層側の主面の上には、前記第1機能電極に電気的に接続される第1中継電極と、前記第2機能電極に電気的に接続される第2中継電極と、が設けられ、
前記第1中継電極及び前記第2中継電極は、前記第1蓋部の前記圧電層側の主面の上で前記交差方向に対向しているか、又は、前記支持基板と前記圧電層との積層方向に対向している、
弾性波装置。 - 前記空洞部は前記支持基板を貫通しており、
前記支持基板に対して前記圧電層とは反対側に設けられ、前記空洞部を閉塞する第2蓋部と、
前記第2蓋部と前記支持基板との間に設けられる第2支持部と、
をさらに備える、
請求項1~7のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 前記第1機能電極は、1以上の第1電極と、前記1以上の第1電極が接続された第1のバスバー電極と、を有し、
前記第2機能電極は、1以上の第2電極と、前記1以上の第2電極が接続された第2のバスバー電極と、を有する、
請求項1~8のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 前記圧電層の厚みは、前記1以上の第1電極と前記1以上の第2電極のうち、隣り合う第1電極と第2電極との間の中心間距離をpとした場合に2p以下である、
請求項9に記載の弾性波装置。 - 前記圧電層が、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムからなる、
請求項1~8のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 厚み滑りモードのバルク波を利用可能に構成されている、
請求項11に記載の弾性波装置。 - 前記圧電層の厚みをd、前記1以上の第1電極と前記1以上の第2電極のうち、隣り合う第1電極と第2電極との間の中心間距離をpとした場合、d/p≦0.5である、
請求項9に記載の弾性波装置。 - d/p≦0.24である、
請求項13に記載の弾性波装置。 - 前記1以上の第1電極と前記1以上の第2電極のうち、隣り合う第1電極と第2電極とが対向している方向に視たときに重なっている励振領域の面積に対する、前記隣り合う第1電極と第2電極との面積の割合であるメタライゼーション比をMR、前記圧電層の厚みをd、前記隣り合う第1電極と第2電極の中心間距離をpとした場合、MR≦1.75(d/p)+0.075である、
請求項9、13又は14に記載の弾性波装置。 - MR≦1.75(d/p)+0.05である、
請求項15に記載の弾性波装置。 - 前記ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムのオイラー角(φ,θ,ψ)が、以下の式(1)、式(2)又は式(3)の範囲にある、
請求項11に記載の弾性波装置。
(0°±10°,0°~20°,任意のψ) …式(1)
(0°±10°,20°~80°,0°~60°(1-(θ-50)2/900)1/2) または (0°±10°,20°~80°,[180°-60°(1-(θ-50)2/900)1/2]~180°) …式(2)
(0°±10°,[180°-30°(1-(ψ-90)2/8100)1/2]~180°,任意のψ) …式(3) - 前記第1蓋部の前記圧電層側の主面と、前記第1中継電極及び前記第2中継電極の少なくとも一方との間には、誘電体膜が設けられている、
請求項1~17のいずれか1項に記載の弾性波装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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