JP4975377B2 - 弾性境界波素子、共振器およびフィルタ - Google Patents
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Description
本発明は、弾性境界波素子、共振器およびフィルタに関し、特に、電極上に第２媒質および第３媒質が設けられた弾性境界波素子、共振器およびフィルタに関する。
弾性波を応用した装置の一つとして、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）デバイスが以前より良く知られている。このＳＡＷデバイスは、例えば携帯電話に代表される４５ＭＨｚ〜２ＧＨｚの周波数帯における無線信号を処理する各種回路、例えば送信バンドパスフィルタ、受信バンドパスフィルタ、局発フィルタ、アンテナ共用器、ＩＦフィルタ、ＦＭ変調器等に用いられている。
温度特性を向上させるため、特許文献１においては、圧電基板上に圧電基板と温度特性の符号が異なる酸化シリコン膜を成膜した弾性表面波素子が開示されている。さらに、弾性表面波素子は弾性波が基板表面に集中して伝搬するため、その基板表面に異物が付着すると、周波数の変動、電気的損失の増大などの特性変化あるいは劣化が生じてしまう。そこで、通常、弾性表面波素子は密閉された構造のパッケージに実装される。このため、素子の小型化が容易ではなく、製造コストの増大の要因ともなっている。
そこで、温度特性の改善および素子の小型化および製造コスト削減を実現させるため、表面波ではなく、異なる媒質の境界を伝搬する境界波を用いる弾性境界波素子が、特許文献２、非特許文献１に開示されている。図１は特許文献２に記載の弾性境界波素子の平面図である。第３媒質１６および第２媒質１４下の電極１２は破線で示している。圧電基板１０上に電極１２が形成され、電極１２上を第２媒質１４として酸化シリコン膜、第３媒質１６としてシリコン膜が形成されている。電極１２により構成された櫛型電極２０と反射器２４が設けられている。櫛型電極２０には引き出し電極２２が接続し、引き出し電極２２上は第２媒質１４および第３媒質１６は形成されていない。
特開２００３−２０９４５８号公報
特開平１０−５４９００８号公報
Masatsune Yamaguchi, Takashi Yamashita, Ken-ya Hashimoto, Tatsuya Omori、「Highly Piezoelectric Boundary Waves in Si/SiO2/LiNbO3 Structure」、Proceeding of 1998 IEEE International Frequency Control Symposium、（米国）、IEEE、1998年、ｐ４８４−４８８。
例えば、携帯電話端末のアンテナ回路の近くで用いられるデュプレクサやフィルタにおいては、大きな入力電圧に耐える耐電力性が求められる。耐電力性を向上させる方法の１つは電極１２で発生した熱の放熱性を向上させることである。
図２は、特許文献２の弾性境界波素子の断面模式図である。基板１０上に電極１２が形成され、電極１２を覆うように第２媒質１４、第２媒質１４上に第３媒質１６が形成されている。図２の矢印のように電極１２で発生した熱のうち一部は基板１０を伝導し放熱される。しかし、第２媒質１４から第３媒質１６に伝導した熱は放熱されないため、電極１２の温度が上昇してしまう。この結果、耐電力性が劣化してしまう。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、放熱性に優れた弾性境界波素子、共振器およびフィルタを提供することを目的とする。
本発明は、圧電性を有する第１媒質と、該第１媒質上に設けられた弾性波を励振する電極と、前記第１媒質と異なる材料からなり、前記第１媒質上に前記電極を覆うように設けられた第２媒質と、前記第２媒質より熱伝導率が大きく、前記第２媒質の側面の少なくとも一部に接すると共に、前記電極が設けられた領域で前記第２媒質の上面に接して設けられた第３媒質と、を具備し、前記第３媒質の少なくとも一部は前記第１媒質に接していて、前記第３媒質はシリコン、窒化シリコン、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムのいずれかを含むことを特徴とする弾性境界波素子である。本発明によれば、熱伝導率の大きな第３媒質が第１媒質に熱を放熱するため、放熱性に優れた弾性境界波素子を提供することができる。
上記構成において、前記第３媒質の少なくとも一部は前記第１媒質に接している構成とすることができる。この構成によれば、第３媒質から第１媒質に熱を一層放熱し易いため、放熱性を一層向上させることができる。
本発明は、圧電性を有する第１媒質と、該第１媒質上に設けられた弾性波を励振する電極と、前記第１媒質と異なる材料からなり、前記第１媒質上に前記電極を覆うように設けられた第２媒質と、前記電極と前記第２媒質との間に設けられたバリア層と、前記第２媒質より熱伝導率が大きく、前記第２媒質の側面の少なくとも一部に接すると共に、前記電極が設けられた領域で前記第２媒質の上面に接して設けられた第３媒質と、を具備し、前記第３媒質の少なくとも一部は前記バリア層を介し前記第１媒質に接していることを特徴とする弾性境界波素子でである。本発明によれば、熱伝導率の大きな第３媒質が第１媒質に熱を放熱するため、放熱性に優れた弾性境界波素子を提供することができる。また、電極を構成する材料が第２媒質に拡散することを抑制することができる。
本発明は、圧電性を有する第１媒質と、該第１媒質上に設けられた弾性波を励振する電極と、前記第１媒質と異なる材料からなり、前記第１媒質上に前記電極を覆うように設けられた第２媒質と、前記第２媒質より熱伝導率が大きく、前記第２媒質の側面の少なくとも一部に接すると共に、前記電極が設けられた領域で前記第２媒質の上面に接して設けられた第３媒質と、前記第１媒質上に設けられた金属からなる放熱部と、を具備し、前記第３媒質の少なくとも一部は前記放熱部に接していて、前記第３媒質はシリコン、窒化シリコン、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムのいずれかを含むことを特徴とする弾性境界波素子である。本発明によれば、熱伝導率の大きな第３媒質が第１媒質に熱を放熱するため、放熱性に優れた弾性境界波素子を提供することができる。また、第３媒質から放熱部に熱を放熱するため、一層放熱性を向上させることができる。
本発明は、圧電性を有する第１媒質と、該第１媒質上に設けられた弾性波を励振する電極と、前記第１媒質と異なる材料からなり、前記第１媒質上に前記電極を覆うように設けられた第２媒質と、前記電極と前記第２媒質との間に設けられたバリア層と、前記第２媒質より熱伝導率が大きく、前記第２媒質の側面の少なくとも一部に接すると共に、前記電極が設けられた領域で前記第２媒質の上面に接して設けられた第３媒質と、前記第１媒質上に設けられた金属からなる放熱部と、を具備し、前記第３媒質の少なくとも一部は前記バリア層を介し前記放熱部に接していることを特徴とする弾性境界波素子である。本発明によれば、熱伝導率の大きな第３媒質が第１媒質に熱を放熱するため、放熱性に優れた弾性境界波素子を提供することができる。また、電極を構成する材料が第２媒質に拡散することを抑制することができる。
上記構成において、前記放熱部は、前記弾性波を励振する電極と電気的に接続している構成とすることができる。この構成によれば、放熱部を新たに形成すること要しない。
上記構成において、前記第２媒質は酸化シリコンを含む構成とすることができる。上記構成において、前記弾性波を励振する電極は銅を含む構成とすることができる。上記構成において、前記第３媒質は、シリコン、窒化シリコン、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムのいずれかを含む構成とすることができる。
本発明は、上記弾性境界波素子を有することを特徴とする共振器である。本発明によれば、放熱性に優れた共振器を提供することができる。
本発明は、上記弾性境界波素子を有することを特徴とするフィルタである。本発明によれば、放熱性に優れたフィルタを提供することができる。
本発明によれば、放熱性に優れた弾性境界波素子、共振器およびフィルタを提供することができる。
以下、図面を参照に本発明の実施例について説明する。
実施例１は共振周波数が１．９ＧＨｚ付近にある共振器の例である。図３（ａ）は実施例１に係る共振器の平面図である。第３媒質１６下にある第２媒質１４は点線で、第２媒質１４下の電極１２は破線で示した。図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）を参照に、圧電性を有する３０°回転ＹカットＬｉＴａＯ３基板１０上に電極１２として例えば膜厚が約１８０ｎｍの銅膜が設けられている。電極１２を覆うように第２媒質１４として、例えば膜厚が１．０μｍの酸化シリコン膜が設けられている。さらに、第２媒質１４の側面および上面を覆うように第３媒質１６として例えば膜厚が２．０μｍの酸化アルミニウム膜が設けられている。
図３（ａ）を参照に、電極１２は弾性波を励振する電極であり、弾性境界波素子である櫛型電極２０と反射器２４を構成する。電極指の周期は２μｍ、電極指の幅は０．５μｍである。電極指の周期、第２媒質１４の膜厚は所望の周波数帯となるよう設計される。弾性境界波素子に電気信号を入出力する引き出し電極２２上には第３媒質１６は形成されていない。これにより、引き出し電極２２より電気信号を入出力する。第３媒質１６は第２媒質１４を覆っているため、図３（ｂ）のように、第３媒質１６は第２媒質１４の側面を覆い、基板１０に接している。
圧電性を有する基板１０として一般的に使用されるＬｉＴａＯ３基板、ＬｉＮｂＯ３基板の熱伝導率は約２Ｗ／ｍ・Ｋ、第２媒質１４として一般的に使用される酸化シリコンの熱伝導率は約１Ｗ／ｍ・Ｋである。第２媒質１４は基板１０および第３媒質１６より音速を遅くし、弾性境界波を第２媒質１４に閉じ込める。このため、第３媒質１６としてシリコン、窒化シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等が用いられる。これらの熱伝導率は、それぞれ約１６０、約７０、約１５０、約３５Ｗ／ｍ・Ｋであり、第２媒質１４より熱伝導率が大きい。
図４は実施例１の断面を模式的に描いた図である。第３媒質１６が、第２媒質１４より熱伝導率が大きく、図２と比較し、第２媒質１４の側面の少なくとも一部に接し第２媒質１４上に、第３媒質の少なくとも一部は基板１０（第１媒質）に接している。このため、電極１２で発生した熱は図２と同様に基板を伝導し放熱される。さらに、第２媒質１４を伝導し、第３媒質１６に至った熱は熱伝導率の大きい第３媒質１６を伝導し、基板１０から放熱される。よって、電極１２において発生した熱を効率的に放熱することができる。
実施例２は放熱部に第３媒質が接する例である。図５（ａ）は実施例２に係る共振器の平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図５（ａ）および図５（ｂ）を参照に、実施例１と比較し、第３媒質１６が引き出し電極２２の周囲上にも形成されている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
図６は実施例２の断面を模式的に描いた図である。基板１０（第１媒質）上に金属からなる引き出し電極２２（放熱部）を有し、第３媒質１６の少なくとも一部は引き出し電極２２に接している。これにより、第３媒質１６から引き出し電極２２に熱が伝導するため、さらに放熱性を向上させることができる。放熱部は電極１２と接続されないダミー電極であってもよいが、引き出し電極２２のように電極１２と電気的に接続している電極を用いることが好ましい。これにより、放熱部を新たに形成する必要がない。さらに、放熱部が外部に熱的に接触する電極（例えばバンプ用の電極）であれば、放熱部の熱を外部に効率的に放熱できるためより好ましい。
実施例３は実施例１にバリア層を設けた例である。図７は実施例３の断面を模式的に描いた図である。基板１０および電極１２と第２媒質１４および第３媒質１６との間にバリア層３０として、例えば膜厚が数１０ｎｍの窒化シリコン膜が設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。バリア層３０は、例えば電極１２に銅を用いた場合、銅が第２媒質１４である酸化シリコン膜に拡散することを防止するための層である。第３媒質１６の少なくとも一部はバリア層３０を介し基板１０（第１媒質）に接している。このように、バリア層３０を有する場合もバリア層３０が薄いため図７のように、第３媒質１６の熱を基板１０に放熱することができる。なお、バリア層３０の熱伝導率は第２媒質１４より大きいことが好ましい。また、バリア層３０の膜厚は第２媒質１４より薄いことが好ましい。
実施例４は実施例２にバリア層を設けた例である。図８は実施例４に係る共振器の断面を模式的に描いた図である。実施例３の図７に加え、第３媒質１６の少なくとも一部はバリア層３０を介し放熱部（引き出し電極２２）に接している。その他の構成は実施例３と同じであり説明を省略する。バリア層３０が薄いため図８のように第３媒質１６の熱を放熱部に放熱することができる。
実施例５は第３媒質１６が第２媒質１４ａを介し基板１０に接する例である。図９は実施例５に係る共振器の断面を模式的に描いた図である。実施例２に比較し、櫛型電極、反射器等の電極１２周辺の第２媒質１４以外の領域にも薄く第２媒質１４ａが形成されている。その他の構成は実施例２と同じであり説明を省略する。実施例５では、第２媒質１４ａの膜厚は例えば１００ｎｍ程度である。このため、第３媒質１６を伝導する熱は容易に基板１０に伝導することができる。
実施例３から実施例５のように、第３媒質１６は直接基板１０に接する必要はない。第３媒質１６が、電極１２を覆う第２媒質１４の側面の少なくとも一部を覆っていればよい。つまり、第３媒体１６の下面が第２媒体１４の上面より下にあればよい。これにより、第２媒質１４より薄いバリア層３０または第２媒質１４ａを介し基板１０と接することができる。よって、従来の図２に比べ、第３媒質１６の熱を効率良く放熱することができる。
実施例６は実施例２に係る共振器を用いラダー型フィルタを形成した例である。図１０は実施例６に係るフィルタの平面図である。第３媒質１６下の第２媒質１４は点線で示した。共振器の電極１２は黒塗りで示し、第３媒質１６下の引き出し電極２２は破線で示した。入力電極Ｉｎと出力電極Ｏｕｔとの間に実施例２に係る共振器が直列共振器Ｓ１からＳ４として設けられている。さらに接地電極Ｇｎｄとの間に並列共振器Ｐ１およびＰ２が形成されている。共振器Ｓ１からＳ４、Ｐ１およびＰ２を覆うように第２媒質１４が形成されている。第２媒質１４が覆われていない領域では、第３媒質１６は基板１０および引き出し電極２２に直接接している。Ｄｕｍｍｙはダミー用の電極である。
実施例６によれば、実施例２と同様に、第３媒質１６を伝導する熱が直接基板１０および引き出し電極２２に放熱されるため、共振器の放熱性を向上させ、耐電力性を高めることができる。なお、実施例１、実施例３から実施例５の共振器をフィルタとして用いることができる。また、ラダー型フィルタ以外にも例えば多重モード型弾性境界波フィルタに実施例１から実施例５を適用することもできる。
実施例１から実施例６において、基板１０（第１媒質）は圧電性を有すればよいが、電気機械結合係数を大きくするためにはＬｉＴａＯ３基板またはＬｉＮｂＯ３基板を用いることが好ましい。また、電極１２は導電性を有する材料からなり弾性波を励振する電極であればよいが、弾性境界波の反射を増大するためには銅や金のように密度が高い金属が好ましく、損失を低減するためには抵抗率の小さな材料が好ましい。よって、銅を含むことが好ましい。さらに、第２媒質１４は、基板１０と異なる材料であれば良いが、弾性波を第２媒質１４付近に閉じ込めるためには、基板１０および第３媒質１６より音速が遅いことが好ましい。よって、酸化シリコンを含むことが好ましい。さらに、第３媒質１６は第２媒質１４より熱伝導率が大きければよいが、第２媒質１４より音速が速いことが好ましい。よって、シリコン、窒化シリコン、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムのいずれかを含むことが好ましい。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 基板（第１媒質）
１２ 電極
１４ 第２媒質
１６ 第３媒質
２２ 引き出し電極
３０ バリア層
１２ 電極
１４ 第２媒質
１６ 第３媒質
２２ 引き出し電極
３０ バリア層
Claims (10)
- 圧電性を有する第１媒質と、
該第１媒質上に設けられた弾性波を励振する電極と、
前記第１媒質と異なる材料からなり、前記第１媒質上に前記電極を覆うように設けられた第２媒質と、
前記第２媒質より熱伝導率が大きく、前記第２媒質の側面の少なくとも一部に接すると共に、前記電極が設けられた領域で前記第２媒質の上面に接して設けられた第３媒質と、を具備し、
前記第３媒質の少なくとも一部は前記第１媒質に接していて、前記第３媒質はシリコン、窒化シリコン、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムのいずれかを含むことを特徴とする弾性境界波素子。 - 圧電性を有する第１媒質と、
該第１媒質上に設けられた弾性波を励振する電極と、
前記第１媒質と異なる材料からなり、前記第１媒質上に前記電極を覆うように設けられた第２媒質と、
前記電極と前記第２媒質との間に設けられたバリア層と、
前記第２媒質より熱伝導率が大きく、前記第２媒質の側面の少なくとも一部に接すると共に、前記電極が設けられた領域で前記第２媒質の上面に接して設けられた第３媒質と、を具備し、
前記第３媒質の少なくとも一部は前記バリア層を介し前記第１媒質に接していることを特徴とする弾性境界波素子。 - 圧電性を有する第１媒質と、
該第１媒質上に設けられた弾性波を励振する電極と、
前記第１媒質と異なる材料からなり、前記第１媒質上に前記電極を覆うように設けられた第２媒質と、
前記第２媒質より熱伝導率が大きく、前記第２媒質の側面の少なくとも一部に接すると共に、前記電極が設けられた領域で前記第２媒質の上面に接して設けられた第３媒質と、
前記第１媒質上に設けられた金属からなる放熱部と、を具備し、
前記第３媒質の少なくとも一部は前記放熱部に接していて、前記第３媒質はシリコン、窒化シリコン、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムのいずれかを含むことを特徴とする弾性境界波素子。 - 圧電性を有する第１媒質と、
該第１媒質上に設けられた弾性波を励振する電極と、
前記第１媒質と異なる材料からなり、前記第１媒質上に前記電極を覆うように設けられた第２媒質と、
前記電極と前記第２媒質との間に設けられたバリア層と、
前記第２媒質より熱伝導率が大きく、前記第２媒質の側面の少なくとも一部に接すると共に、前記電極が設けられた領域で前記第２媒質の上面に接して設けられた第３媒質と、
前記第１媒質上に設けられた金属からなる放熱部と、を具備し、
前記第３媒質の少なくとも一部は前記バリア層を介し前記放熱部に接していることを特徴とする弾性境界波素子。 - 前記放熱部は、前記弾性波を励振する電極と電気的に接続していることを特徴とする請求項３または４記載の弾性境界波素子。
- 前記第３媒質は、シリコン、窒化シリコン、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムのいずれかを含むことを特徴とする請求項２または４記載の弾性境界波素子。
- 前記第２媒質は酸化シリコンを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の弾性境界波素子。
- 前記弾性波を励振する電極は銅を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の弾性境界波素子。
- 請求項１から８のいずれか一項記載の弾性境界波素子を有することを特徴とする共振器。
- 請求項１から８のいずれか一項記載の弾性境界波素子を有することを特徴とするフィルタ。
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