JP2019047363A - 弾性波装置、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、高周波フロントエンド回路及び通信装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2019047363A
JP2019047363A JP2017169206A JP2017169206A JP2019047363A JP 2019047363 A JP2019047363 A JP 2019047363A JP 2017169206 A JP2017169206 A JP 2017169206A JP 2017169206 A JP2017169206 A JP 2017169206A JP 2019047363 A JP2019047363 A JP 2019047363A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acoustic impedance
layer
layers
frequency
piezoelectric layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2017169206A
Other languages
English (en)
Inventor
三村　昌和
Masakazu Mimura
昌和 三村
諭卓 岸本
Yutaka Kishimoto
諭卓 岸本
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2017169206A priority Critical patent/JP2019047363A/ja
Priority to KR1020180091782A priority patent/KR102260099B1/ko
Priority to US16/101,572 priority patent/US11606077B2/en
Priority to CN201810991653.9A priority patent/CN109428564B/zh
Publication of JP2019047363A publication Critical patent/JP2019047363A/ja
Priority to KR1020200060658A priority patent/KR20200060318A/ko
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • H03H9/02574—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of combined substrates, multilayered substrates, piezoelectrical layers on not-piezoelectrical substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/178—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator of a laminated structure of multiple piezoelectric layers with inner electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/08—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of resonators or networks using surface acoustic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02086—Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02157—Dimensional parameters, e.g. ratio between two dimension parameters, length, width or thickness
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02228—Guided bulk acoustic wave devices or Lamb wave devices having interdigital transducers situated in parallel planes on either side of a piezoelectric layer
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/05—Holders; Supports
    • H03H9/10—Mounting in enclosures
    • H03H9/1064—Mounting in enclosures for surface acoustic wave [SAW] devices
    • H03H9/1092—Mounting in enclosures for surface acoustic wave [SAW] devices the enclosure being defined by a cover cap mounted on an element forming part of the surface acoustic wave [SAW] device on the side of the IDT's
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
    • H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • H03H9/175—Acoustic mirrors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/25—Constructional features of resonators using surface acoustic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
    • H03H9/6423—Means for obtaining a particular transfer characteristic
    • H03H9/6433—Coupled resonator filters
    • H03H9/644—Coupled resonator filters having two acoustic tracks
    • H03H9/6443—Coupled resonator filters having two acoustic tracks being acoustically coupled
    • H03H9/6453—Coupled resonator filters having two acoustic tracks being acoustically coupled by at least an interdigital transducer overlapping both tracks

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

【課題】主モードの周波数とスプリアスが生じる周波数との差を大きくすることができる、弾性波装置を提供する。【解決手段】弾性波装置１は、支持基板２と、相対的に音響インピーダンスが低い複数のの低音響インピーダンス層４ａ〜４ｄと、相対的に音響インピーダンスが高い複数の高音響インピーダンス層５ａ〜５ｃとを有し、かつ支持基板２上に設けられている音響反射層３と、音響反射層３上に設けられている圧電体層６と、圧電体層６上に設けられているＩＤＴ電極７とを備える。音響反射層３における各層の膜厚の関係が、最も圧電体層６側に位置する低音響インピーダンス層４ａの膜厚が他の全ての低音響インピーダンス層４ｂ〜４ｄの膜厚よりも薄い関係及び最も圧電体層６側に位置する高音響インピーダンス層５ａの膜厚が他の全ての高音響インピーダンス層５ｂ，５ｃの膜厚よりも薄い関係のうち少なくとも一方の関係である。【選択図】図１

Description

本発明は、弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置に関する。
従来、弾性波装置は、携帯電話機のフィルタなどに広く用いられている。下記の特許文献１には、弾性波装置の一例が開示されている。この弾性波装置は、支持基板と、圧電体層との間に設けられた音響反射層を有する。音響反射層においては、低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層とが交互に積層されている。特許文献１の弾性波装置はＳ０モードなどの板波を主モードとして利用している。複数の低音響インピーダンス層の膜厚と、複数の高音響インピーダンス層の膜厚は、それぞれ全て等しくされている。
国際公開第２０１２／０８６４４１号
特許文献１に記載の弾性波装置においては、主モードの周波数付近に大きなスプリアスが発生する傾向があった。そのため、弾性波装置のフィルタ特性に上記スプリアスが影響を与えるおそれがあった。
本発明の目的は、主モードの周波数とスプリアスが生じる周波数との差を大きくすることができる、弾性波装置、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、支持基板と、相対的に音響インピーダンスが低い、少なくとも３層以上の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、少なくとも２層以上の高音響インピーダンス層と、を有し、かつ前記支持基板上に設けられている音響反射層と、前記音響反射層上に設けられている圧電体層と、前記圧電体層上に設けられているＩＤＴ電極とを備え、前記低音響インピーダンス層と前記高音響インピーダンス層とが交互に積層されており、前記音響反射層における各層の膜厚の関係が、最も前記圧電体層側に位置する前記低音響インピーダンス層の膜厚が他の全ての前記低音響インピーダンス層の膜厚よりも薄い関係及び最も前記圧電体層側に位置する前記高音響インピーダンス層の膜厚が他の全ての前記高音響インピーダンス層の膜厚よりも薄い関係のうち少なくとも一方の関係である。
本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、前記音響反射層において、前記低音響インピーダンス層が最も前記圧電体層側に位置しており、最も前記圧電体層側に位置する前記低音響インピーダンス層の膜厚が他の前記低音響インピーダンス層の膜厚よりも薄い。この場合には、主モードの周波数とスプリアスが生じる周波数との差をより一層大きくすることができる。
本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記音響反射層において、最も前記圧電体層側に位置する前記低音響インピーダンス層の膜厚が他の全ての前記低音響インピーダンス層の膜厚よりも薄く、かつ最も前記圧電体層側に位置する前記高音響インピーダンス層の膜厚が他の全ての前記高音響インピーダンス層の膜厚よりも薄い。この場合には、主モードの周波数とスプリアスが生じる周波数との差をより一層大きくすることができる。
本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、Ｓ０モードの板波を利用している。
本発明の高周波フロントエンド回路は、本発明に従い構成された弾性波装置と、パワーアンプとを備える。
本発明の通信装置は、本発明に従い構成された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。
本発明によれば、主モードの周波数とスプリアスが生じる周波数との差を大きくすることができる、弾性波装置、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できる。
本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。 板波の伝搬モードの例を示す図である。 比較例の弾性波装置のインピーダンス特性を示す図である。 比較例の、主モードの周波数においての圧電体層の厚み方向における変位の分布を示す図である。 比較例の、スプリアスが生じる周波数においての圧電体層の厚み方向における変位の分布を示す図である。 本発明の第１の実施形態及び比較例の弾性波装置のインピーダンス特性を示す図である。 本発明の第１の実施形態において、最も圧電体層側に位置する低音響インピーダンス層の膜厚と共振周波数比Ｆｓ／Ｆｍとの関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。 本発明の第２の実施形態及び比較例の弾性波装置のインピーダンス特性を示す図である。 本発明の第２の実施形態において、最も圧電体層側に位置する高音響インピーダンス層の膜厚と共振周波数比Ｆｓ／Ｆｍとの関係を示す図である。 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。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。
弾性波装置１は、支持基板２を有する。支持基板２は、特に限定されないが、本実施形態ではＳｉからなる。
支持基板２上には、音響反射層３が設けられている。音響反射層３上には圧電体層６が設けられている。圧電体層６上にはＩＤＴ電極７が設けられている。ＩＤＴ電極７に交流電圧を印加することにより、弾性波が励振される。音響反射層３は、弾性波を圧電体層６側に反射させ、板波を圧電体層６側に閉じ込めるために設けられている。
音響反射層３は、相対的に音響インピーダンスが低い複数の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複数の高音響インピーダンス層とを有する。本実施形態においては、音響反射層３は、低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層とが交互に積層された積層膜である。
弾性波装置１における音響反射層３は、複数の低音響インピーダンス層として、低音響インピーダンス層４ａ、低音響インピーダンス層４ｂ、低音響インピーダンス層４ｃ及び低音響インピーダンス層４ｄの４層の低音響インピーダンス層を有する。音響反射層３は、複数の高音響インピーダンス層として、高音響インピーダンス層５ａ、高音響インピーダンス層５ｂ及び高音響インピーダンス層５ｃの３層の高音響インピーダンス層を有する。
本実施形態においては、低音響インピーダンス層４ａ、低音響インピーダンス層４ｂ、低音響インピーダンス層４ｃ及び低音響インピーダンス層４ｄは酸化ケイ素からなる。酸化ケイ素はＳｉＯｘ（ｘは整数）により表される。ｘの値は特に限定されないが、本実施形態においては、各低音響インピーダンス層はＳｉＯ２からなる。なお、上記複数の低音響インピーダンス層の材料は上記に限定されず、相対的に音響インピーダンスが低い材料であればよい。
他方、高音響インピーダンス層５ａ、高音響インピーダンス層５ｂ及び高音響インピーダンス層５ｃはＰｔからなる。なお、上記複数の高音響インピーダンス層の材料は上記に限定されず、相対的に音響インピーダンスが高い材料であればよい。
音響反射層３の複数の低音響インピーダンス層のうち最も圧電体層６側に位置する層は、低音響インピーダンス層４ａである。複数の高音響インピーダンス層のうち最も圧電体層６側に位置する層は高音響インピーダンス層５ａである。
ここで、音響反射層３は、低音響インピーダンス層を少なくとも３層以上有していればよく、高音響インピーダンス層を少なくとも２層以上有していればよい。音響反射層３における複数の低音響インピーダンス層及び複数の高音響インピーダンス層の層数の合計が５層以上であるため、弾性波を圧電体層６側に効果的に閉じ込めることができる。本実施形態では、音響反射層３において、複数の低音響インピーダンス層の層数が複数の高音響インピーダンス層の層数よりも多い。そのため、低音響インピーダンス層４ａが最も圧電体層６側に位置しており、かつ低音響インピーダンス層４ｄが最も支持基板２側に位置している。本実施形態においては、低音響インピーダンス層４ａ及び低音響インピーダンス層４ｄが酸化ケイ素からなるため、周波数温度特性を改善することができ、かつ支持基板２と音響反射層３とを容易に接合することができる。なお、音響反射層３において、複数の低音響インピーダンス層の層数が複数の高音響インピーダンス層の層数よりも多い構成には限定されない。
低音響インピーダンス層４ａの膜厚は、他の低音響インピーダンス層である低音響インピーダンス層４ｂ、低音響インピーダンス層４ｃ及び低音響インピーダンス層４ｄの膜厚よりも薄い。なお、低音響インピーダンス層４ｂ、低音響インピーダンス層４ｃ及び低音響インピーダンス層４ｄの膜厚は同じである。他方、本実施形態においては、高音響インピーダンス層５ａ、高音響インピーダンス層５ｂ及び高音響インピーダンス層５ｃの膜厚は全て同じである。ここで、本明細書において膜厚が同じとは、弾性波装置のフィルタ特性などが損なわれない程度に、膜厚が実質的に同じであることを示す。
低音響インピーダンス層４ｂ，４ｃ，４ｄの膜厚と、高音響インピーダンス層５ａ，５ｂ，５ｃの膜厚とは、弾性波装置１において主モードとして利用されるモードが励振される周波数帯において弾性波の反射率を高くし、弾性波の支持基板２への漏洩を十分に小さくするように設定されている。圧電体層６内で励振された弾性波が、音響反射層３内の各層の境界面で反射されるので、音響反射層３内の各層に存在する弾性波のエネルギーは、圧電体層６に近い層ほど大きい。
圧電体層６は、本実施形態では、ＬｉＮｂＯ３からなる。なお、圧電体層６は、ＬｉＮｂＯ３以外のＬｉＴａＯ３などの圧電単結晶や適宜の圧電セラミックスからなっていてもよい。
ＩＤＴ電極７は、特に限定されないが、本実施形態ではＡｌからなる。ＩＤＴ電極７は、単層の金属膜からなっていてもよく、複数の金属層が積層された積層金属膜からなっていてもよい。
弾性波装置１は、特に限定されないが、Ｓ０モードの板波を主モードとして利用している。ここで、板波とは、励振される波の波長をλとしたときに、波長λにより規格化された膜厚が１λ以下である圧電体層において励振される種々の波を総称している。波が圧電体層に集中しているのであれば、その手段は問わない。すなわち、圧電体層の上下が空洞になっており、波が圧電体層のみに閉じ込められているメンブレンタイプの構造であっても、圧電体層の上下少なくとも一方に弾性波を反射する構造、例えば音響反射層が存在する構造であっても良い。本願は、音響反射層を用いて板波を圧電体層に閉じ込める構造に関する。
図２は、板波の伝搬モードの例を示す図である。
図２においては、板波の種々の伝搬モードにおける変位の方向が示されている。Ｕ１方向、Ｕ２方向及びＵ３方向は座標系を示し、Ｕ１方向及びＵ３方向は矢印の方向を正、Ｕ２方向は紙面の奥行き方向を正とする。Ｕ１方向は板波の伝搬方向である。Ｕ２方向は、圧電体層の主面に平行であり、かつ板波の伝搬方向に垂直な方向である。すなわち、Ｕ２方向はＳＨ方向である。Ｕ３方向は圧電体層の厚み方向である。
図２に示すように、Ａ０モード、ＳＨ０モード、Ｓ０モードの板波とは、変位の主成分がそれぞれＵ３方向、Ｕ２方向、Ｕ１方向の成分であり圧電体層の厚み方向に節を持たない波を総称している。圧電体層の厚み方向に節を持たないモードの中では、一般にＡ０モード、ＳＨ０モード、Ｓ０モードの順に周波数が高い。また、ＳＨ１モード、Ａ１モード、Ｓ１モードの板波は、図２に示すように、圧電体層の厚み方向に一つの節を持つモードである。これらのモードは、一般にＳ０モードなどの圧電体層の厚み方向に節を持たないモードに比べて周波数が高い。
本実施形態の特徴は、最も圧電体層６側に位置する低音響インピーダンス層４ａの膜厚が、他の低音響インピーダンス層である低音響インピーダンス層４ｂ、低音響インピーダンス層４ｃ及び低音響インピーダンス層４ｄの膜厚よりも薄いことにある。それによって、主モードの周波数とスプリアスが生じる周波数との差を大きくすることができる。従って、上記スプリアスの、弾性波装置１の挿入損失などのフィルタ特性に対する影響を十分に抑制することができる。これを、本実施形態と比較例とを比較することにより、以下において説明する。
なお、比較例の弾性波装置は、複数の低音響インピーダンス層の膜厚が全て同じである点において、本実施形態と異なる。
本実施形態の構成を有する弾性波装置及び比較例の弾性波装置を作製し、インピーダンス特性を比較した。本実施形態の構成を有する弾性波装置の条件は以下の通りである。なお、図１における符号を参照する。
圧電体層６：材料ＬｉＮｂＯ３、膜厚３４０ｎｍ、オイラー角（９０°，９０°，４０°）
ＩＤＴ電極７：材料Ａｌ、膜厚８５ｎｍ、デューティ比０．５
ＩＤＴ電極７の電極指ピッチにより規定される弾性波の波長λ：１．７μｍ
低音響インピーダンス層４ａ〜４ｄ：材料ＳｉＯ２、層数４層
低音響インピーダンス層４ａの膜厚：２０４ｎｍ、
低音響インピーダンス層４ｂ〜４ｄの各膜厚：２７２ｎｍ
高音響インピーダンス層５ａ〜５ｃ：材料Ｐｔ、層数３層
高音響インピーダンス層５ａ〜５ｃの各膜厚：１０５ｎｍ
支持基板：材料Ｓｉ
比較例の弾性波装置の条件は以下の通りである。
圧電体層：材料ＬｉＮｂＯ３、膜厚３４０ｎｍ、オイラー角（９０°，９０°，４０°）
ＩＤＴ電極：材料Ａｌ、膜厚８５ｎｍ、デューティ比０．５
ＩＤＴ電極の電極指ピッチにより規定される弾性波の波長λ：１．７μｍ
低音響インピーダンス層：材料ＳｉＯ２、層数４層
低音響インピーダンス層の各膜厚：２７２ｎｍ
高音響インピーダンス層：材料Ｐｔ、層数３層
低音響インピーダンス層の各膜厚：１０５ｎｍ
支持基板：材料Ｓｉ
比較例においては、低音響インピーダンス層および高音響インピーダンス層の膜厚は、主モードとして利用するＳ０モードが励振される周波数帯において弾性波の反射率が十分に高くなるように設定されている。一方、本実施形態においては、低音響インピーダンス層４ｂ，４ｃ，４ｄ及び高音響インピーダンス層５ａ，５ｂ，５ｃの膜厚が比較例と同じとされており、低音響インピーダンス層４ａの膜厚が、他の全ての低音響インピーダンス層４ｂ，４ｃ，４ｄの膜厚よりも薄く設定されている。
図３は、比較例の弾性波装置のインピーダンス特性を示す図である。図３の横軸は、主モードであるＳ０モードの共振周波数により周波数を規格化した規格化周波数である。
比較例においては、規格化周波数１．５付近にインピーダンスが極小、極大となる点が現れており、大きなスプリアスが生じていることがわかる。スプリアスが生じる周波数と主モードの周波数との差が小さい場合、弾性波装置のフィルタ特性に対する影響が大きくなるおそれがある。
ところで、主モードの周波数及びスプリアスが生じる周波数における、圧電体層の厚み方向の変位の分布をそれぞれ下記の図４及び図５に示す。
図４は、比較例の、主モードの周波数においての圧電体層の厚み方向における変位の分布を示す図である。図５は、比較例の、スプリアスが生じる周波数においての圧電体層の厚み方向における変位の分布を示す図である。図４中の実線はＵ１方向の成分を示し、破線はＵ２方向の成分を示す。なお、Ｕ３方向の成分はほぼ０となるため、図４においては省略している。二点鎖線は、弾性波装置における各層の境界を示す。図４における上方に位置する各文字は、比較例における各層を示している。より具体的には、ＡｌはＩＤＴ電極を示し、ＬＮは圧電体層を示し、ＳｉＯ２は各低音響インピーダンス層を示し、Ｐｔは各高音響インピーダンス層を示し、Ｓｉは支持基板を示す。図５においても同様である。
図４に示すように、主モードはＵ１方向の成分が主体であり、圧電体層中において、変位が０となる節を有しない。よって、主モードは図２に示したＳ０モードに相当する。他方、図５に示すように、スプリアスのモードはＵ２方向の成分が主体であり、圧電体層中において１つの節を有する。よって、スプリアスのモードは図２に示したＳＨ１モードに相当する。なお、第１の実施形態においても同様に、主モードはＳ０モードであり、スプリアスのモードはＳＨ１モードである。
図６は、第１の実施形態及び比較例の弾性波装置のインピーダンス特性を示す図である。図６の横軸は、図３と同様に、第１の実施形態及び比較例のそれぞれのインピーダンス特性に対して、それぞれの主モードの共振周波数により周波数を規格化した規格化周波数である。第１の実施形態における主モードの共振周波数は、実際には比較例よりも１％程度低くなっているが、図６においては、第１の実施形態及び比較例における主モードの共振周波数を揃えて図示している。なお、実線は第１の実施形態の結果を示し、破線は比較例の結果を示す。
図６に示すように、第１の実施形態及び比較例において、主モードはほぼ重なっている。これに対して、スプリアスが生じる周波数は、第１の実施形態の方が高域側となっていることがわかる。より具体的には、スプリアスの共振周波数Ｆｓの主モードの共振周波数Ｆｍに対する共振周波数比Ｆｓ／Ｆｍは、比較例では１．４６４である。これに対して、第１の実施形態では、共振周波数比Ｆｓ／Ｆｍは１．５１２となっている。よって、第１の実施形態においては、比較例よりも主モードの周波数とスプリアスが生じる周波数との差を大きくすることができている。従って、上記スプリアスの、弾性波装置のフィルタ特性に対する影響を十分に抑制することができる。加えて、第１の実施形態の弾性波装置が、アンテナに他のフィルタと共通接続された場合には、該フィルタのフィルタ特性に対する上記スプリアスの影響を十分に抑制することもできる。
ここで、最も圧電体層側に位置する低音響インピーダンス層の膜厚を変化させて、共振周波数比Ｆｓ／Ｆｍをそれぞれ求めた。
図７は、第１の実施形態において、最も圧電体層側に位置する低音響インピーダンス層の膜厚と共振周波数比Ｆｓ／Ｆｍとの関係を示す図である。
図７に示すように、最も圧電体層側に位置する低音響インピーダンス層の膜厚が薄いほど共振周波数比Ｆｓ／Ｆｍが大きくなることがわかる。
上述したように、第１の実施形態におけるスプリアスのモードはＳＨ１モードである。ＳＨ１モードのように、圧電体層の厚み方向に節を持ち、変位の変動が大きなモードは、厚み方向に変位の変動が小さいＳ０モードなどに比べて、波のエネルギーが存在している層の膜厚の変動に対して、周波数などの特性値が変動し易い。従って、音響反射層中において最も圧電体層側に位置する層の膜厚を薄くすることで、Ｓ０モードとＳＨ１モードの周波数間隔を大きくすることができる。
図２に示す板波のモードの中で圧電体層の厚み方向に節を持たないモードの中では、Ｓ０モードが最も周波数が高い。従って、Ｓ０モードを主モードとして使用する場合に、高域側に生じるスプリアスの原因となるモードは、ＳＨ１モードやＡ１モードなど、圧電体層の厚み方向に節を持つモードである。従って、Ａ１モードなど、ＳＨ１モード以外のモードがスプリアスとなるケースにおいても、音響反射層を第１の実施形態と同様の構成にすることにより、主モードの周波数とスプリアスが生じる周波数との差を大きくすることができる。
どのモードが励振されてスプリアスになるかは、圧電体層の種類や方位などの条件に依存する。Ｓ０モードを主モードとして利用する場合には、スプリアスがＳＨ１モード以外であっても、本発明を好適に適用することができる。
ところで、上記効果は、圧電体層の膜厚を薄くしても得られるが、その場合は主モードの電気機械結合係数などの特性が大きく変化することとなる。これに対して、本実施形態においては、最も圧電体層側に位置する低音響インピーダンス層のみの膜厚がその他の低音響インピーダンス層に比べて薄いため、主モードの特性に大きな影響を与えることなく、主モードの周波数とスプリアスが生じる周波数との差を大きくすることができる。
加えて、最も圧電体層側に位置する低音響インピーダンス層以外の低音響インピーダンス層及び複数の高音響インピーダンス層の膜厚は、主モードが励振される周波数帯において弾性波の反射率が高くなるように設定されている。従って、音響反射層の反射特性の劣化を招くことなく、主モードの周波数とスプリアスが生じる周波数との差を大きくすることができる。
図８は、第２の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。
本実施形態は、最も圧電体層６側に位置する高音響インピーダンス層１５ａの膜厚が他の全ての高音響インピーダンス層の膜厚よりも薄い点及び複数の低音響インピーダンス層の膜厚が全て同じである点において、第１の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態の弾性波装置は第１の実施形態の弾性波装置１と同様の構成を有する。
本実施形態の構成を有する弾性波装置及び比較例の弾性波装置を作製し、インピーダンス特性を比較した。本実施形態の構成を有する弾性波装置の条件は以下の通りである。
圧電体層６：材料ＬｉＮｂＯ３、膜厚３４０ｎｍ、オイラー角（９０°，９０°，４０°）
ＩＤＴ電極７：材料Ａｌ、膜厚８５ｎｍ、デューティ比０．５
ＩＤＴ電極７の電極指ピッチにより規定される弾性波の波長λ：１．７μｍ
低音響インピーダンス層４ａ〜４ｄ：材料ＳｉＯ２、層数４層
低音響インピーダンス層１４ａ，４ｂ〜４ｄの各膜厚：２７２ｎｍ
高音響インピーダンス層１５ａ，５ｂ，５ｃ：材料Ｐｔ、層数３層
高音響インピーダンス層１５ａの膜厚：８８ｎｍ、
高音響インピーダンス層５ｂ，５ｃの各膜厚：１０５ｎｍ
支持基板：材料Ｓｉ
比較例の弾性波装置の条件は、上記において第１の実施形態と比較した比較例と同じ条件とした。本実施形態においては、低音響インピーダンス層４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ及び高音響インピーダンス層５ｂ，５ｃの膜厚が比較例と同じとされており、高音響インピーダンス層５ａの膜厚が、他の全ての高音響インピーダンス層５ｂ，５ｃの膜厚よりも薄く設定されている。
図９は、第２の実施形態及び比較例の弾性波装置のインピーダンス特性を示す図である。図９の横軸は、図３と同様に、第２の実施形態及び比較例のそれぞれのインピーダンス特性に対して、それぞれの主モードの共振周波数により周波数を規格化した規格化周波数である。第２の実施形態における主モードの共振周波数は、実際には比較例よりも１％程度低くなっているが、図９においては、第２の実施形態及び比較例における主モードの共振周波数を揃えて図示している。なお、実線は第２の実施形態の結果を示し、破線は比較例の結果を示す。
図９に示すように、第２の実施形態及び比較例において、主モードはほぼ重なっている。これに対して、スプリアスが生じる周波数は、第２の実施形態の方が高域側となっていることがわかる。より具体的には、比較例では、共振周波数比Ｆｓ／Ｆｍは１．４６４である。これに対して、第２の実施形態では、共振周波数比Ｆｓ／Ｆｍは１．４７３となっている。よって、第２の実施形態においては、比較例よりも主モードの周波数とスプリアスが生じる周波数との差を大きくすることができている。
ここで、最も圧電体層側に位置する高音響インピーダンス層の膜厚を変化させて、共振周波数比Ｆｓ／Ｆｍをそれぞれ求めた。
図１０は、第２の実施形態において、最も圧電体層側に位置する高音響インピーダンス層の膜厚と共振周波数比Ｆｓ／Ｆｍとの関係を示す図である。
図１０に示すように、最も圧電体層側に位置する高音響インピーダンス層の膜厚が薄いほど共振周波数比Ｆｓ／Ｆｍが大きくなることがわかる。
なお、本実施形態においても、最も圧電体層６側に位置する低音響インピーダンス層１４ａの膜厚が、低音響インピーダンス層４ｂ、低音響インピーダンス層４ｃ及び低音響インピーダンス層４ｄの膜厚よりも薄くてもよい。音響反射層１３において、低音響インピーダンス層１４ａの膜厚が他の全ての低音響インピーダンス層の膜厚よりも薄く、かつ高音響インピーダンス層１５ａの膜厚が他の全ての高音響インピーダンス層の膜厚よりも薄くともよい。この場合には、主モードの周波数とスプリアスが生じる周波数との差をより一層大きくすることができる。
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として用いることができる。この例を下記において説明する。
図１１は、通信装置及び高周波フロントエンド回路の構成図である。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、フィルタ２３１，２３２と、ローノイズアンプ回路２１４，２２４と、パワーアンプ回路２３４ａ，２３４ｂ，２４４ａ，２４４ｂとを備える。なお、図１１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。
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マルチプレクサ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、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などを備えることにより、主モードの周波数とスプリアスが生じる周波数との差を十分に大き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、実施形態及びその変形例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施形態及び変形例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、マルチバンドシステムに適用できるマルチプレクサ、フロントエンド回路及び通信装置として、携帯電話機などの通信機器に広く利用できる。
１…弾性波装置
２…支持基板
３…音響反射層
４ａ〜４ｄ…低音響インピーダンス層
５ａ〜５ｃ…高音響インピーダンス層
６…圧電体層
７…ＩＤＴ電極
１３…音響反射層
１４ａ…低音響インピーダンス層
１５ａ…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

Claims (6)

  1. 支持基板と、
    相対的に音響インピーダンスが低い、少なくとも３層以上の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、少なくとも２層以上の高音響インピーダンス層と、を有し、かつ前記支持基板上に設けられている音響反射層と、
    前記音響反射層上に設けられている圧電体層と、
    前記圧電体層上に設けられているＩＤＴ電極と、
    を備え、
    前記低音響インピーダンス層と前記高音響インピーダンス層とが交互に積層されており、
    前記音響反射層における各層の膜厚の関係が、最も前記圧電体層側に位置する前記低音響インピーダンス層の膜厚が他の全ての前記低音響インピーダンス層の膜厚よりも薄い関係及び最も前記圧電体層側に位置する前記高音響インピーダンス層の膜厚が他の全ての前記高音響インピーダンス層の膜厚よりも薄い関係のうち少なくとも一方の関係である、弾性波装置。
  2. 前記音響反射層において、前記低音響インピーダンス層が最も前記圧電体層側に位置しており、
    最も前記圧電体層側に位置する前記低音響インピーダンス層の膜厚が他の全ての前記低音響インピーダンス層の膜厚よりも薄い、請求項１に記載の弾性波装置。
  3. 前記音響反射層において、最も前記圧電体層側に位置する前記低音響インピーダンス層の膜厚が他の全ての前記低音響インピーダンス層の膜厚よりも薄く、かつ最も前記圧電体層側に位置する前記高音響インピーダンス層の膜厚が他の全ての前記高音響インピーダンス層の膜厚よりも薄い、請求項１または２に記載の弾性波装置。
  4. Ｓ０モードの板波を利用している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  5. 請求項１〜４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。
  6. 請求項５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。
JP2017169206A 2017-09-04 2017-09-04 弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置 Pending JP2019047363A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017169206A JP2019047363A (ja) 2017-09-04 2017-09-04 弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置
KR1020180091782A KR102260099B1 (ko) 2017-09-04 2018-08-07 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치
US16/101,572 US11606077B2 (en) 2017-09-04 2018-08-13 Elastic wave device, radio-frequency front-end circuit, and communication apparatus
CN201810991653.9A CN109428564B (zh) 2017-09-04 2018-08-28 弹性波装置、高频前端电路以及通信装置
KR1020200060658A KR20200060318A (ko) 2017-09-04 2020-05-21 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017169206A JP2019047363A (ja) 2017-09-04 2017-09-04 弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2019047363A true JP2019047363A (ja) 2019-03-22

Family

ID=65514763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017169206A Pending JP2019047363A (ja) 2017-09-04 2017-09-04 弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11606077B2 (ja)
JP (1) JP2019047363A (ja)
KR (2) KR102260099B1 (ja)
CN (1) CN109428564B (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020184712A1 (ja) 2019-03-14 2020-09-17 Ｊｆｅスチール株式会社 伸びフランジ割れ評価方法、金属板の選定方法、プレス金型の設計方法、部品形状の設計方法、及びプレス部品の製造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4385607B2 (ja) * 2003-01-29 2009-12-16 セイコーエプソン株式会社 表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路並びに電子機器
US7323805B2 (en) * 2004-01-28 2008-01-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Piezoelectric thin film device and method for manufacturing the same
WO2005096494A1 (en) 2004-03-31 2005-10-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Acoustic mirror type thin film bulk acoustic resonator, and filter, duplexer and communication apparatus comprising the same
JP5077714B2 (ja) * 2008-02-18 2012-11-21 株式会社村田製作所 弾性波装置及びその製造方法
JP5617523B2 (ja) * 2009-12-08 2014-11-05 株式会社村田製作所 積層型圧電薄膜フィルタの製造方法
CN103283147B (zh) * 2010-12-24 2016-09-21 株式会社村田制作所 弹性波装置及其制造方法
CN103891139B (zh) * 2011-10-24 2016-08-24 株式会社村田制作所 弹性表面波装置
FI124732B (en) * 2011-11-11 2014-12-31 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Laterally connected bulk wave filter with improved passband characteristics

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020184712A1 (ja) 2019-03-14 2020-09-17 Ｊｆｅスチール株式会社 伸びフランジ割れ評価方法、金属板の選定方法、プレス金型の設計方法、部品形状の設計方法、及びプレス部品の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11606077B2 (en) 2023-03-14
CN109428564B (zh) 2022-04-08
US20190074814A1 (en) 2019-03-07
KR20200060318A (ko) 2020-05-29
KR102260099B1 (ko) 2021-06-03
KR20190026566A (ko) 2019-03-13
CN109428564A (zh) 2019-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110383682B (zh) 弹性波装置、高频前端电路、通信装置及弹性波装置的制造方法
US11843362B2 (en) Elastic wave device, high-frequency front-end circuit, and communication device
JP6959819B2 (ja) マルチプレクサ
KR102142866B1 (ko) 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치
KR102169189B1 (ko) 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치
JP4316632B2 (ja) 弾性表面波装置及び分波器
CN110739930A (zh) 具有集成消除电路的薄膜体声波谐振器滤波器
JP7147865B2 (ja) 弾性波装置
US10812044B2 (en) Acoustic wave device, radio-frequency front-end circuit, and communication apparatus
JP2019062424A (ja) 弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置
WO2018235605A1 (ja) 弾性波装置、高周波フロントエンド回路および通信装置
JPWO2020095586A1 (ja) 弾性波装置、分波器および通信装置
KR102132777B1 (ko) 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치
KR20190099119A (ko) 탄성파 장치, 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치
WO2020184641A1 (ja) 弾性波フィルタ装置およびマルチプレクサ
KR102272692B1 (ko) 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치
KR102260099B1 (ko) 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치
JP6607323B2 (ja) 弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置
JP2005260484A (ja) 圧電共振器およびそれを備えた電子部品
JP6950654B2 (ja) 弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置