CN110166017A - 弹性波装置、多工器、高频前端电路以及通信装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制由高阶模造成的无用波且能够抑制高阶模的频率的变动的弹性波装置、多工器、高频前端电路以及通信装置。弹性波装置(1)具备：支承基板(2)；高声速膜(3)，设置在支承基板(2)上；低声速膜(4)，设置在高声速膜(3)上；压电体层(5)，设置在低声速膜(4)上；以及IDT电极(6)，设置在压电体层(5)上。在高声速膜(3)传播的体波的声速比在压电体层(5)传播的弹性波的声速高，在低声速膜(4)传播的体波的声速比在压电体层(5)传播的弹性波的声速低，高声速膜3包含SiNx，且x＜0.67。

Description

弹性波装置、多工器、高频前端电路以及通信装置
技术领域
本发明涉及弹性波装置、多工器、高频前端电路以及通信装置。
背景技术
以往，弹性波装置被广泛用于便携式电话机的滤波器等。在下述的专利文献1公开了弹性波装置的一个例子。该弹性波装置具有依次层叠有支承基板、高声速膜、低声速膜以及压电膜的层叠体。在压电膜上设置有IDT电极。在专利文献1中，作为用于高声速膜的材料，可举出氮化硅。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/086639号
在依次层叠了支承基板、高声速膜、低声速膜以及压电膜的弹性波装置的情况下，将声速比在高声速膜传播的体波(bulk wave)的声速低的弹性波作为主模的弹性波被封闭在比高声速膜更靠压电膜侧。另一方面，在将声速为在高声速膜传播的体波的声速以上的波作为主模的高阶的激励模式(高阶模)中，该弹性波的能量也能够分布于高声速膜中。因此，若发生构成高声速膜的氮化硅的物性值的变动，则有时产生高阶模的频率从设计值变动等问题。在这样的弹性波装置例如用于多工器等的情况下，在公共连接于天线等的其它滤波器装置的通带内，有时产生由高阶模造成的无用波。
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于，提供一种能够抑制由高阶模造成的无用波且能够抑制高阶模的频率的变动的弹性波装置、多工器、高频前端电路以及通信装置。
用于解决课题的技术方案
本发明涉及的弹性波装置具备：支承基板；高声速膜，设置在所述支承基板上；低声速膜，设置在所述高声速膜上；压电体层，设置在所述低声速膜上；以及IDT电极，设置在所述压电体层上，在所述高声速膜传播的体波的声速比在所述压电体层传播的弹性波的声速高，在所述低声速膜传播的体波的声速比在所述压电体层传播的弹性波的声速低，所述高声速膜包含SiNx，且x＜0.67。
在本发明涉及的弹性波装置的某个特定的方式中，所述低声速膜包含氧化硅。在该情况下，能够减小弹性波装置的频率温度系数(TCF)的绝对值，能够改善温度特性。
在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，所述低声速膜是第一低声速膜，所述弹性波装置还具备：第二低声速膜，设置在所述支承基板与所述高声速膜之间，且传播的体波的声速比在所述压电体层传播的弹性波的声速低。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方式中，所述第二低声速膜包含氧化硅。
在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方面中，还具备设置在所述压电体层与所述IDT电极之间的绝缘膜。
本发明涉及的多工器具备：天线端子，与天线连接；以及多个带通型滤波器，公共连接于所述天线端子，通带相互不同，所述多个带通型滤波器中的通带位于最高频侧的带通型滤波器以外的至少一个带通型滤波器包含按照本发明而构成的弹性波装置。
本发明的高频前端电路具备按照本发明而构成的弹性波装置和功率放大器。
本发明的通信装置具备按照本发明而构成的高频前端电路和RF信号处理电路。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够抑制由高阶模造成的无用波且能够抑制高阶模的频率的变动的弹性波装置、多工器、高频前端电路以及通信装置。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
图2是本发明的第一实施方式涉及的弹性波装置的俯视图。
图3是示出弹性波装置中的、在高湿度环境下放置前后的由高阶模造成的无用波的频率的变化量与包含SiNx的高声速膜的组成比x的关系的图。
图4是示出弹性波装置中的、由高阶模造成的无用波等级与包含SiNx的高声速膜的组成比x的关系的图。
图5是本发明的第二实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
图6是本发明的第三实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
图7是本发明的第四实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
图8是本发明的第五实施方式涉及的多工器的示意图。
图9是具有高频前端电路的通信装置的结构图。
附图标记说明
1：弹性波装置，2：支承基板，3：高声速膜，4：低声速膜，5：压电体层，6：IDT电极，7、8：反射器，14a、14b：第一低声速膜、第二低声速膜，29：绝缘膜，30：多工器，31A～3IC：第一带通型滤波器～第三带通型滤波器，32：天线端子，201A、201B：双工器，202：天线元件，203：RF信号处理电路，211，212：滤波器，214：低噪声放大器电路，221，222：滤波器，224：低噪声放大器电路，225：开关，230：高频前端电路，231、232：滤波器，234a、234b：功率放大器电路，240：通信装置，244a、244b：功率放大器电路。
具体实施方式
以下，通过参照附图对本发明的具体的实施方式进行说明，从而明确本发明。
另外，需要指出的是，在本说明书记载的各实施方式是例示性的，能够在不同的实施方式间进行结构的部分置换或组合。
图1是本发明的第一实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。图2是第一实施方式涉及的弹性波装置的俯视图。
如图1所示，弹性波装置1具有支承基板2。支承基板2包含硅(Si)。另外，支承基板2例如也可以包含氧化铝、金刚石、蓝宝石、钽酸锂、铌酸锂、石英等压电体、矾土、氧化镁、氮化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锆、堇青石、多铝红柱石、滑石、镁橄榄石等各种陶瓷、玻璃等的电介质、氮化镓等半导体以及树脂等。
在支承基板2上依次层叠有高声速膜3、低声速膜4以及压电体层5。在压电体层5上设置有IDT电极(InterDigital Transducer，叉指换能器)6。通过对IDT电极6施加交流电压，从而激励弹性波。
如图2所示，在IDT电极6的弹性波传播方向两侧设置有反射器7以及反射器8。IDT电极6、反射器7以及反射器8例如能够使用Al、Cu、Pt、Au、Ag、Ti、Ni、Cr、Mo、W等。IDT电极6、反射器7以及反射器8可以由单层的金属膜构成，或者也可以由层叠了多个金属层的层叠金属膜构成。像这样，本实施方式的弹性波装置1是弹性波谐振器。另外，本发明涉及的弹性波装置并不限定于弹性波谐振器。例如，本发明也能够应用于纵向耦合谐振器型弹性波滤波器等弹性波装置。
图1所示的压电体层5可以包含铌酸锂(LiNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)等的压电单晶，或者也可以包含ZnO、AlN、或PZT等压电陶瓷。在此，在将由IDT电极6的电极指间距规定的波长设为λ时，压电体层5的膜厚优选为3.5λ以下。在该情况下，能够充分提高Q值。
高声速膜3是传播的体波的声速比在压电体层5传播的弹性波的声速高的膜。本实施方式的高声速膜3包含氮化硅。更具体地，高声速膜3包含SiNx，且x＜0.67。
低声速膜4是传播的体波的声速比在压电体层5传播的弹性波的声速低的膜。低声速膜4没有特别限定，在本实施方式中，包含通过SiOy表示的氧化硅。更具体地，低声速膜4包含y＝2的SiO2。在本实施方式中，低声速膜4包含氧化硅，因此，能够减小弹性波装置1的频率温度系数(TCF)的绝对值，能够改善温度特性。
另外，低声速膜4例如也能够使用玻璃、氮氧化硅、氧化钽，还有，在氧化硅中添加了氟、碳、硼的化合物等以上述材料为主成分的介质。低声速膜4只要包含相对低声速的材料即可。
弹性波装置1具有依次层叠了高声速膜3、低声速膜4以及压电体层5的层叠构造，因此能够将弹性波的能量有效地封闭在压电体层5侧。
另外，高阶模的能量也会被封闭在压电体层5侧，因此在具有依次层叠了高声速膜3、低声速膜4以及压电体层5的层叠构造的弹性波装置1中，需要给定的高阶模的对策。
于是，本实施方式的弹性波装置1具有如下的结构，即，具备支承基板2、设置在支承基板2上的高声速膜3、设置在高声速膜3上的低声速膜4、设置在低声速膜4上的压电体层5、以及设置在压电体层5上的IDT电极6，在高声速膜3传播的体波的声速比在压电体层5传播的弹性波的声速高，在低声速膜4传播的体波的声速比在压电体层5传播的弹性波的声速低，高声速膜3包含SiNx，且x＜0.67。由此，能够抑制由高阶模造成的无用波，且能够抑制高阶模的频率的变动。以下对此进行说明。
高阶模的能量能够分布于高声速膜3。因此，高声速膜3的弹性常数、密度等的变动特别容易引起高阶模的电特性变化。高声速膜3的材料常数的变动主要由于吸湿而产生。
在本实施方式中，高声速膜3包含SiNx，且x＜0.67。由此，能够抑制由吸湿等造成的高声速膜3的组成的变动，能够抑制弹性常数、密度等变动。由此，能够减小产生由高阶模造成的无用波的频率的变动，不易产生该频率从设计值的偏移。因此，例如，在弹性波装置1用于多工器等的情况下，能够抑制无用波对公共连接于天线等的其它滤波器装置的影响。除此以外，通过具有本实施方式的结构，从而能够抑制由高阶模造成的无用波等级。通过下述的图3以及图4更详细地示出这些效果。
在此，使组成比x不同，而制作了多个具有第一实施方式的结构的弹性波装置以及除了SiNx的组成比x以外与第一实施方式具有同样的结构的弹性波装置。接着，测定了上述多个弹性波装置的、产生由高阶模造成的无用波的频率。接着，将上述多个弹性波装置在温度85℃、湿度85％的高湿度环境下放置了500小时。接着，再次测定了上述多个弹性波装置的产生由高阶模造成的无用波的频率。计算了在高湿度环境下放置前和放置后的、产生由高阶模造成的无用波的频率的变化量。将该结果示于图3。
图3是示出弹性波装置中的、在高湿度环境下放置前后的由高阶模造成的无用波的频率的变化量与包含SiNx的高声速膜的组成比x的关系的图。
如图3所示，可知，在包含SiNx的高声速膜的组成比x为1.1≤x的情况下，产生由高阶模造成的无用波的频率的变化量变大，但是在x＜1.1的情况下，产生由高阶模造成的无用波的频率的变化量小。像本实施方式那样，可知在x＜0.67的情况下，产生由高阶模造成的无用波的频率的变化量更小。因此，能够抑制弹性波装置1中的高阶模的频率的变动。
进而，与上述同样地，使组成比x不同而制作了多个弹性波装置。接着，测定了上述多个弹性波装置的无用波等级。将该结果示于图4。
图4是示出弹性波装置中的、由高阶模造成的无用波等级与包含SiNx的高声速膜的组成比x的关系的图。
根据图4，可知在像本实施方式那样组成比x为x＜0.67的情况下，与0.67＜x＜1的情况相比，无用波等级的绝对值小。进而，如虚线A以及虚线B所示，可知在组成比x为x＜0.67的情况下，与0.67＜x＜1的情况相比，无用波等级的绝对值相对于组成比x的增加率小。因此，在本实施方式中，能够有效地抑制由高阶模造成的无用波。
另外，也可以在图1所示的压电体层5上设置有电介质膜，使得覆盖IDT电极6、反射器7以及反射器8。由此，IDT电极6不易破损。电介质膜没有特别限定，例如能够使用氧化硅、氮氧化硅、氧化钽、在氧化硅中添加了氟、碳、硼的化合物、氮化硅等。
图5是第二实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
在本实施方式中，相当于图1所示的第一实施方式中的低声速膜4的低声速膜是第一低声速膜14a。本实施方式与第一实施方式的不同点在于，具有第二低声速膜14b。在上述的方面以外，本实施方式的弹性波装置具有与第一实施方式的弹性波装置1同样的结构。
第二低声速膜14b设置在支承基板2与高声速膜3之间，且是传播的体波的声速比在压电体层5传播的弹性波的声速低的膜。第二低声速膜14b没有特别限定，在本实施方式中包含氧化硅。另外，第二低声速膜14b例如还能够使用玻璃、氮氧化硅、氧化钽，还有，在氧化硅中添加了氟、碳、硼的化合物等以上述材料为主成分的介质。第二低声速膜14b只要包含相对低声速的材料即可。
在本实施方式中，高声速膜3也与第一实施方式同样地构成，因此能够抑制由高阶模造成的无用波，且在与其它滤波器装置公共连接于天线等的情况下，能够抑制无用波对该滤波器装置的影响。
图6是第三实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
本实施方式与第一实施方式的不同点在于，在压电体层5与IDT电极6、反射器7以及反射器8之间设置有绝缘膜29。在上述的方面以外，本实施方式的弹性波装置具有与第一实施方式的弹性波装置1同样的结构。
绝缘膜29例如包含SiO2、SiN、Al2O3、玻璃、氮氧化硅、氧化钽，还有，在氧化硅中添加了氟、碳、硼的化合物等。在本实施方式中，高声速膜3也与第一实施方式同样地构成，因此能够有效地抑制由高阶模造成的无用波。
图7是第四实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
本实施方式与第二实施方式的不同点在于，在压电体层5与IDT电极6、反射器7以及反射器8之间设置有绝缘膜29。在上述的方面以外，本实施方式的弹性波装置具有与第二实施方式的弹性波装置同样的结构。
在本实施方式中，高声速膜3也与第二实施方式同样地构成，因此能够抑制由高阶模造成的无用波，且在与其它滤波器装置公共连接于天线等的情况下，能够抑制无用波对该滤波器装置的影响。
图8是第五实施方式涉及的多工器的示意图。
多工器30具有与天线连接的天线端子32。多工器30具有公共连接于天线端子32的第一带通型滤波器31A、第二带通型滤波器31B、第三带通型滤波器31C以及其它多个带通型滤波器。多工器30只要具有多个带通型滤波器即可，带通型滤波器的个数没有特别限定。多工器30中的各带通型滤波器可以是发送滤波器，也可以是接收滤波器。
在此，多工器还包含带通型滤波器为两个的双工器。另外，以下，有时也将多工器和双工器分开记载。
第一带通型滤波器31A、第二带通型滤波器31B以及第三带通型滤波器31C的通带相互不同。更具体地，第一带通型滤波器31A的通带在公共连接于天线端子32的多个带通型滤波器之中位于最高频侧。
上述多个带通型滤波器中的作为第一带通型滤波器31A以外的带通型滤波器的第二带通型滤波器31B包含作为第一实施方式的弹性波装置1的弹性波谐振器。由此，在多工器30的第二带通型滤波器31B中，能够抑制由高阶模造成的无用波，且能够抑制高阶模的频率的变动。
在此，关于第二带通型滤波器31B中的由高阶模造成的无用波，虽然强度被抑制，但是会产生在比第二带通型滤波器31B的通带更靠高频侧。在本实施方式中，第二带通型滤波器31B中的高阶模的无用波的频率被设计为，成为第一带通型滤波器31A的通带外。上述高阶模的无用波的频率不易变动，因此能够使其更可靠地位于第一带通型滤波器31A的通带外。因此，能够有效地抑制滤波器特性的劣化。
优选第二带通型滤波器31B中的位于最靠天线端子32侧的弹性波谐振器具有弹性波装置1的结构。由此，能够更进一步抑制由高阶模造成的无用波对第一带通型滤波器31A的影响。不过，也可以是第二带通型滤波器31B的全部的弹性波谐振器具有弹性波装置1的结构。也可以是多工器30中的全部的带通型滤波器具备具有弹性波装置1的结构的弹性波谐振器。
上述各实施方式的弹性波装置能够用作高频前端电路的双工器等。以下对该例子进行说明。
图9是通信装置以及高频前端电路的结构图。另外，在该图中还一并图示了与高频前端电路230连接的各构成要素，例如，天线元件202、RF信号处理电路(RFIC)203。高频前端电路230以及RF信号处理电路203构成通信装置240。另外，通信装置240也可以包含电源、CPU、显示器。
高频前端电路230具备开关225、双工器201A、201B、滤波器231、232、低噪声放大器电路214、224、以及功率放大器电路234a、234b、244a、244b。另外，图9的高频前端电路230以及通信装置240是高频前端电路以及通信装置的一个例子，并不限定于该结构。
双工器201A具有滤波器211、212。双工器201B具有滤波器221、222。双工器201A、201B经由开关225与天线元件202连接。另外，上述弹性波装置可以是双工器201A、201B，也可以是滤波器211、212、221、222。
进而，上述弹性波装置例如还能够应用于将三个滤波器的天线端子进行了公共化的三工器、将六个滤波器的天线端子进行了公共化的六工器等具备三个以上的滤波器的多工器。
即，上述弹性波装置包括弹性波谐振器、滤波器、双工器、具备三个以上的滤波器的多工器。而且，该多工器并不限于具备发送滤波器以及接收滤波器双方的结构，也可以是仅具备发送滤波器或仅具备接收滤波器的结构。
开关225按照来自控制部(未图示)的控制信号，将天线元件202和对应于给定的波段的信号路径连接，例如由SPDT(Single Pole Double Throw，单刀双掷)型的开关构成。另外，与天线元件202连接的信号路径并不限于一个，也可以是多个。也就是说，高频前端电路230也可以应对载波聚合。
低噪声放大器电路214是如下的接收放大电路，即，将经由了天线元件202、开关225以及双工器201A的高频信号(在此为高频接收信号)放大，并向RF信号处理电路203输出。低噪声放大器电路224是如下的接收放大电路，即，将经由了天线元件202、开关225以及双工器201B的高频信号(在此为高频接收信号)放大，并向RF信号处理电路203输出。
功率放大器电路234a、234b是如下的发送放大电路，即，将从RF信号处理电路203输出的高频信号(在此为高频发送信号)放大，并经由双工器201A以及开关225输出到天线元件202。功率放大器电路244a、244b是如下的发送放大电路，即，将从RF信号处理电路203输出的高频信号(在此为高频发送信号)放大，并经由双工器201B以及开关225输出到天线元件202。
RF信号处理电路203通过下变频等对从天线元件202经由接收信号路径输入的高频接收信号进行信号处理，并将进行该信号处理而生成的接收信号输出。此外，RF信号处理电路203通过上变频等对输入的发送信号进行信号处理，并将进行该信号处理而生成的高频发送信号向功率放大器电路234a、234b、244a、244b输出。RF信号处理电路203例如是RFIC。另外，通信装置可以包含BB(基带)IC。在该情况下，BBIC对在RFIC中进行了处理的接收信号进行信号处理。此外，BBIC对发送信号进行信号处理，并输出到RFIC。由BBIC进行了处理的接收信号、BBIC进行信号处理之前的发送信号例如为图像信号、声音信号等。
另外，高频前端电路230电可以代替上述双工器201A、201B而具备双工器201A、201B的变形例涉及的双工器。
另一方面，通信装置240中的滤波器231、232不经由低噪声放大器电路214、224以及功率放大器电路234a、234b、244a、244b而连接在RF信号处理电路203与开关225之间。滤波器231、232也与双工器201A、201B同样地，经由开关225与天线元件202连接。
根据像以上那样构成的高频前端电路230以及通信装置240，通过具备作为本发明的弹性波装置的弹性波谐振器、滤波器、双工器、具备三个以上的滤波器的多工器等，从而能够抑制由高阶模造成的无用波。除此以外，能够抑制无用波对与具有上述结构的弹性波装置连接的滤波器装置的影响。
以上，举出实施方式及其变形例对本发明的实施方式涉及的弹性波装置、高频前端电路以及通信装置进行了说明，但是关于本发明，将上述实施方式及变形例中的任意的构成要素进行组合而实现的其它实施方式、在不脱离本发明的主旨的范围内对上述实施方式实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的变形例、内置了本发明涉及的高频前端电路以及通信装置的各种设备也包含于本发明。
本发明能够作为弹性波谐振器、滤波器、双工器、能够应用于多波段***的多工器、前端电路以及通信装置而广泛利用于便携式电话机等通信设备。

Claims (8)

1.一种弹性波装置，具备：
支承基板；
高声速膜，设置在所述支承基板上；
低声速膜，设置在所述高声速膜上；
压电体层，设置在所述低声速膜上；以及
IDT电极，设置在所述压电体层上，
在所述高声速膜传播的体波的声速比在所述压电体层传播的弹性波的声速高，
在所述低声速膜传播的体波的声速比在所述压电体层传播的弹性波的声速低，
所述高声速膜包含SiNx，且x＜0.67。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
所述低声速膜包含氧化硅。
3.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
所述低声速膜是第一低声速膜，
所述弹性波装置还具备：第二低声速膜，设置在所述支承基板与所述高声速膜之间，且传播的体波的声速比在所述压电体层传播的弹性波的声速低。
4.根据权利要求3所述的弹性波装置，其中，
所述第二低声速膜包含氧化硅。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的弹性波装置，其中，
所述弹性波装置还具备：绝缘膜，设置在所述压电体层与所述IDT电极之间。
6.一种多工器，具备：
天线端子，与天线连接；以及
多个带通型滤波器，公共连接于所述天线端子，通带相互不同，
所述多个带通型滤波器中的通带位于最高频侧的带通型滤波器以外的至少一个带通型滤波器包含权利要求1～5中的任一项所述的弹性波装置。
7.一种高频前端电路，具备：
权利要求1～5中的任一项所述的弹性波装置；以及
功率放大器。
8.一种通信装置，具备：
权利要求7所述的高频前端电路；以及
RF信号处理电路。
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