JP6904719B2 - 弾性波素子、フィルタ素子および通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、弾性波素子、フィルタ素子および通信装置に関するものである。

近年、移動体端末等の通信装置において、アンテナから送信・受信される信号をフィルタリングする分波器に弾性波素子が用いられている。弾性波素子は、圧電基板と、圧電基板の主面に形成された励振電極によって構成されている。弾性波素子は、励振電極と圧電基板との関係で電気信号と弾性表面波とを相互に変換することができる特性を利用するものである。

分波器は、複数の弾性波素子を用いることによって、例えば、受信フィルタおよび送信フィルタを構成している（特許文献１等を参照）。分波器は、複数の弾性波素子を組み合わせることにより、受信帯域と送信帯域の通過帯域が設定される。

特開２００７−２１４９０２号公報

このような分波器において、耐電力を高めることが課題の一つとなっている。分波器の耐電力を高めるにはそれを構成する弾性波素子の耐電力を高めることが必要である。

そこで、本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、高い耐電力を有する弾性波素子、フィルタ素子および通信装置を提供することにある。

本開示の一実施形態に係る弾性波素子は、タンタル酸リチウムからなる圧電基板と、該圧電基板上に配置された、Ｃｕ電極または前記Ｃｕ電極とＡｌ電極との積層構造であるＩＤＴ電極と、を備える。そして、前記圧電基板のカット角をα、前記ＩＤＴ電極の弾性波の波長比である総厚みをｔ、前記Ｃｕ電極の割合をｐとし、前記αが４２〜５０°の間であったときに、以下の関係を満たす。
ａｔ２＋ｂｔ＋ｃ−０．１≦ｐ≦ａｔ２＋ｂｔ＋ｃ＋０．１
ただし、ａ＝６．０７３α２−５９４．６α＋１４６００
ｂ＝−０．５９９７α２＋５９．４６α−１４９７
ｃ＝０．００６７００α２−０．６５０５α＋１７．９６
０＜ｐ≦１
である。

本発明の一実施形態に係るフィルタ素子は、上述に記載の弾性波素子と、前記圧電基板上に配置された、直列共振子および並列共振子と、を含み、それぞれがラダー型に接続されている。

本発明の一実施形態に係る通信装置は、アンテナと、該アンテナに電気的に接続された上述のフィルタ素子と、該フィルタ素子に電気的に接続されたＲＦ−ＩＣとを備える。

本発明の弾性波素子、フィルタ素子および通信装置によれば、耐電力を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る弾性波素子の構成を示す平面図である。 図１の弾性波素子において、ＩＩ−ＩＩ線で切断した断面の要部拡大図である。 ＩＤＴ電極の一部を拡大した要部拡大断面図である。 図１の弾性波素子における、ＩＤＴ電極３の総厚みとその中のＣｕ電極の割合との関係を示す線図である。 図５（ａ）はＩＤＴ電極３の総厚みとＦＯＭとの関係を示す線図であり、図５（ｂ）は、図４においてＦＯＭを考慮したＩＤＴ電極３の総厚みとその中のＣｕ電極の割合との関係を示す線図である。 図６（ａ）はＩＤＴ電極３の総厚みと最大応力との関係を示す線図であり、図６（ｂ）は、図４において最大応力を考慮したＩＤＴ電極３の総厚みとその中のＣｕ電極の割合との関係を示す線図である。 本発明の一実施形態に係る通信装置を説明する概略図である。 本発明の一実施形態に係る分波器を説明する回路図である。 図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例および比較例に係るＳＡＷ素子の周波数特性を示す線図であり、図９（ａ）は周波数に対するインピーダンスの絶対値を示す図であり、図９（ｂ）は周波数に対する位相特性を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る弾性波素子、フィルタ素子および通信装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。

弾性波素子は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、直交座標系ｘｙｚを定義するとともに、ｚ方向の正側を上方として、上面、下面等の用語を用いるものとする。

＜弾性波素子の構成の概要＞
図１は、本発明の一実施形態に係る弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）素子１の構成を示す平面図である。図２は図１のＩＩ−ＩＩ線における要部拡大断面図である。ＳＡＷ素子１は、図１に示すように、圧電基板２、圧電基板２の上面２Ａに設けられた励振（ＩＤＴ：Interdigital Transducer）電極３および反射器４を有している。

圧電基板２は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）結晶からなる圧電性を有する単結晶の基板(以下、ＬＴ基板という)によって構成されている。ＬＴ基板のカット角については後述する。圧電基板２の平面形状および各種寸法は適宜に設定されてよい。一例として、圧電基板２の厚み（ｚ方向）は、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。

ＩＤＴ電極３は、図１に示すように、２つの櫛歯電極３０を有している。櫛歯電極３０は、図１に示すように、互いに対向する２本のバスバー３１と、各バスバー３１から他のバスバー３１側へ延びる複数の電極指３２とを有している。そして、１対の櫛歯電極３０は、一方に接続された電極指３２と他方に接続された電極指３２が、弾性波の伝搬方向に互いに噛み合うように（交差するように）配置されている。

また、櫛歯電極３０は、それぞれの電極指３２と対向するダミー電極指３３を有している。なお、ダミー電極指３３を配置しなくてもよい。

バスバー３１は、例えば、概ね一定の幅で直線状に延びる長尺状に形成されている。従って、バスバー３１の互いに対向する側の縁部は直線状である。複数の電極指３２は、例えば、概ね一定の幅で直線状に延びる長尺状に形成されており、弾性波の伝搬方向に概ね一定の間隔で配列されている。

ＩＤＴ電極３を構成する一対の櫛歯電極３０の複数の電極指３２は、ピッチＰｔ１となるように設定されている。ピッチＰｔ１は、例えば、共振させたい周波数での弾性波の波長λの半波長と同等となるように設けられている。波長λ（すなわち、２×Ｐｔ１）は、例えば、１．５μｍ以上６μｍ以下である。ＩＤＴ電極３は、ほとんどの複数の電極指３２がピッチＰｔ１となるように配置することにより、複数の電極指３２が一定の周期となるような配置となるため、弾性波を効率よく発生させることができる。

ここでピッチＰｔ１は、伝搬方向において、一方の電極指３２の中心から、当該一方の電極指３２に隣接する他方の電極指３２の中心までの間隔を指すものである。各電極指３２は、弾性波の伝搬方向における幅ｗ１が、ＳＡＷ素子１に要求される電気特性等に応じて適宜に設定される。電極指３２の幅ｗ１は、例えば、ピッチＰｔ１に対して０．３倍以上０．７倍以下である。

このように電極指３２を配置することで、複数の電極指３２に直交する方向に伝搬する弾性波が発生する。従って、圧電基板２の結晶方位を考慮したうえで、２本のバスバー３１は、弾性波を伝搬させたい方向に交差する方向において互いに対向するように配置される。複数の電極指３２は、弾性波を伝搬させたい方向に対して直交する方向に延びるように形成される。なお、弾性波の伝搬方向は複数の電極指３２の向き等によって規定されるが、本実施形態では、便宜的に、弾性波の伝搬方向を基準として、複数の電極指３２の向き等を説明することがある。

各電極指３２の本数は片側あたり５０〜３５０本である。複数の電極指３２の長さ（バスバーから先端までの長さ）は、例えば、概ね同じに設定される。対向する電極指３２同士の噛み合う長さ（交差幅）は１０〜３００μｍである。

ＩＤＴ電極３は、例えば、金属の導電層１５によって構成されている。この金属の材料およびこの金属層１５の厚みＳ（ｚ方向）については後述する。

ＩＤＴ電極３は、圧電基板２の上面２Ａに直接配置されていてもよいし、別の部材からなる下地層を介して圧電基板２の上面２Ａに配置されていてもよい。別の部材は、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、あるいはこれらの合金等からなる。下地層を介してＩＤＴ電極３を圧電基板２の上面２Ａに配置する場合は、別の部材の厚みはＩＤＴ電極３の電気特性に殆ど影響を与えない程度の厚み（例えば、Ｔｉの場合はＩＤＴ電極３の厚みの５％の厚み以内）に設定される。

この下地層は、断面視して、ＩＤＴ電極３の電極指３２と接する幅よりも圧電基板２と接する幅の方を大きくしてもよい。その場合には、下地層によっても耐電力性を高めることができる。

ＩＤＴ電極３は、電圧が印加されると、圧電基板２の上面２Ａ付近においてｘ方向に伝搬する弾性波を励起する。励起された弾性波は、電極指３２の非配置領域（隣接する電極指３２間の長尺状の領域）との境界において反射する。そして、電極指３２のピッチＰｔ１を半波長とする定在波が形成される。定在波は、当該定在波と同一周波数の電気信号に変換され、電極指３２によって取り出される。このようにして、ＳＡＷ素子１は、１ポート共振子として機能する。

反射器４は、弾性波の伝搬方向においてＩＤＴ電極３を挟むように配置されている。反射器４は、概ねスリット状に形成されている。

保護層５は、図２に示すように、ＩＤＴ電極３および反射器４上を覆うように、圧電基板２上に設けられている。具体的には、保護層５は、ＩＤＴ電極３および反射器４の表面を覆うとともに、圧電基板２の上面２ＡのうちＩＤＴ電極３および反射器４から露出する部分を覆っている。保護層５の厚みは、例えば、１ｎｍ以上、ＩＤＴ電極３の厚みの２０％以下である。

保護層５は、絶縁性を有する材料からなり、腐食等から保護することに寄与する。好適には、保護層５は、温度が上昇すると弾性波の伝搬速度が速くなるＳｉＯ_２などの材料によって形成されており、これによって弾性波素子１の温度の変化による電気特性の変化を小さく抑えることもできる。また、耐湿性向上のためにＳｉＮｘ等の材料を用いてもよい。

（圧電基板２とＩＤＴ電極３との関係）
現在、弾性波素子において、弾性波の励振効率、放射損失、電気抵抗等を考慮して、カット角４２°のＬＴ基板上に、弾性波の波長比（＝２×Ｐｔ１）の厚み約８％のＡｌからなるＩＤＴ電極を設けた構成が一般的である（以下、本構成の弾性波素子を比較モデルという）。

これに対して、近年、弾性波素子に入力される高周波信号の電力が大きくなっていることから、Ａｌからなる電極よりも耐電力性に優れた電極が求められている。

しかしながら、単にＭｏ等の高い強度を有する電極材料に置き換えるのみでは、弾性波の励振効率、放射損失、電気抵抗の各特性がトレードオフの関係にあり、Ａｌからなる電極に置き換えるに足る特性を発現させることはできなかった。

そこで、本実施形態に係るＳＡＷ素子１では、まず、耐電力を改善し、かつ、現状のＡｌ電極と同等程度の各特性を発現することのできる可能性のある材料としてＣｕを選出した。そして、その上で、圧電基板２のカット角とＩＤＴ電極３の材料および厚みとの関係を、以下の式（１）に示す条件を満たすようにすることで、弾性波の励振効率、放射損失等の特性を向上させることを見出した。
ａｔ^２＋ｂｔ＋ｃ−０．１≦ｐ≦ａｔ^２＋ｂｔ＋ｃ＋０．１ ・・・（１）

ここで、ＩＤＴ電極３は図３に示すように、Ａｌ電極３５とＣｕ電極３６との組み合わせで構成される。なお、Ｃｕ電極３６の割合は変化させることができ、ＩＤＴ電極３が複数の電極からなる場合には、Ａｌ電極３５とＣｕ電極３６とを積層した構成と仮定する。そして、式（１）中において、ｔはＩＤＴ電極３の厚み（波長比）、ｐはＩＤＴ電極３の総厚みに対するＣｕ電極の割合を示し、０より大きく１以下の値をとる。すなわち、ＩＤＴ電極３がＣｕ電極３６のみで構成される場合を含むものとする。そして、図３において、ＩＤＴ電極３の断面形状は矩形状であるため、ｐはＣｕ電極３６の膜厚の割合とすることができる。そして、ａ，ｂ，ｃはそれぞれ以下の定数である。
ａ＝６．０７３α２−５９４．６α＋１４６００
ｂ＝−０．５９９７α２＋５９．４６α−１４９７
ｃ＝０．００６７００α２−０．６５０５α＋１７．９６
ただし、αは、ＬＴ基板のカット角（°）を示している。

上述の関係を満たす場合には、Ａｌ電極３５よりも引っ張り強さの大きい材料からなるＣｕ電極３６の存在により、ＩＤＴ電極３の耐電力を高めることができることに加え、弾性波の放射損失を抑え励振効率を高めることができる。以上より、耐電力に優れ、かつ、損失の少ないＳＡＷ素子１を提供できるものとなる。

なお、上述の関係は、圧電基板２のカット角及びＩＤＴ電極３の材料（積層構造）を変えたときに、共振周波数における弾性波の放射損失が最小となる値をシミュレーションにより求め、その相関関係を数式化したものである。また、その妥当性を実測値でも検証したものである。

図４に式（１）の関係を示す。図４において横軸はＩＤＴ電極３の総厚みｔ（単位：無次元，波長λ（＝２×Ｐｔ）に対する比率）であり、縦軸は、総厚みｔに対するＣｕ電極３６の厚みの割合（単位：無次元）を示している。凡例は、シミュレーションにて確認した共振周波数における弾性波の放射損失が最小となる条件であり、線は、式（１）の中心値をプロットしたものである。すなわち、ｐ＝ａｔ^２＋ｂｔ＋ｃを満たす値をプロットしたものである。圧電基板２のカット角αは４２°〜５０°まで変化させている。

図４から、式（１）が、複雑に関係する圧電基板２のカット角，ＩＤＴ電極３における総厚み，Ｃｕ電極３６の比率等の相関を、精度よく現せていることが確認できる。

このようなＡｌ電極３５としては、ＡｌまたはＡｌを主成分とするＡｌ合金を用いることができる。例えば、ＡｌにＣｕを１％〜３％程度添加したＡｌ−Ｃｕ合金等を用いることができる。Ｃｕ電極３６としては、ＣｕまたはＣｕを主成分とするＣｕ合金を用いることができる。例えば、ＣｕにＡｇを１％〜２０％程度添加したＣｕ−Ａｇ合金等を用いることができる。

また、図３には、Ｃｕ電極３６を圧電基板２に近い側に配置した例を示したがこの例に限定されない。例えば、Ａｌ電極３５を圧電基板２側に配置してもよい。

Ｃｕ電極３６を圧電基板２側に配置した場合には、振動の強い圧電基板２に近い側に強度の強いＣｕ電極３６を設けることができるので、耐電力性に優れたＳＡＷ素子１を提供できるものとなる。また、ＩＤＴ電極３の重心を下方に移動させることができるので、電気機械結合係数を小さくすることができ、伝搬損失を小さくすることができる。

なお、弾性波の放射損失は、ＩＤＴ電極３を構成する材料の密度も関係するため、ＩＤＴ電極３の上にいわゆる質量付加膜が設けられている場合や、ＩＤＴ電極３が絶縁材料に埋め込まれているような場合には、上述の関係は成立しない。「埋め込まれている」とは、例えば、絶縁材料の厚みがＩＤＴ電極３の厚みの半分以上の場合等を表す。

（変形例１）
図４を用いて、ＳＡＷ素子１の変形例について説明する。

Ｃｕ電極の割合が大きくなるにつれて耐電力性は高まる。しかしながら、図４に示すように、Ｃｕ電極の割合が大きくなるとＩＤＴ電極３の総厚みｔは小さくなり、電極としての電気抵抗が高まり、その結果、電気的な損失が大きくなる。一方で、圧電基板２のカット角を大きくするに従い、総厚みｔを厚くすることができることが分かる。

以上より、Ｃｕ電極の割合を高めて耐電力性を高める一方で、圧電基板２のカット角を大きくして電気抵抗を小さくするようにしてもよい。具体的には、電極としての電気抵抗を比較モデルに比べて同程度以下とするようにしてもよい。

電極としての電気抵抗特性を比較するために、ＦＯＭ（Ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ Ｍｅｒｉｔ）を導入する。この例では、ＦＯＭとして、導電率と電極厚みを乗じた値を用いる。なお、積層構造の場合には、それぞれの電極材料について導電率と電極厚みをかけたものを足し合わせることによって、電極全体のＦＯＭを計算するものとする。このようにＦＯＭを定義すると、ＦＯＭが大きいほど電極の単位厚みあたりの電気抵抗が小さいことを示すこととなる。

なお、計算では、導電率はμＳ／ｃｍ単位で表し（Ｃｕの導電率：０．５８８μＳ／ｃｍ、Ａｌの導電率：０．３７０μＳ／ｃｍとする）、電極の厚みは波長λ（＝２×Ｐｔ）に対する比率で表す。例えば、純Ａｌの電極で膜厚が波長比で８％の場合には、ＦＯＭ＝０．３７０×０．０８＝０．０２９６となる。また、Ｃｕ膜厚３％、Ａｌ膜厚４％の場合には、ＦＯＭ＝０．５８８×０．０３＋０．３７０×０．０４＝０．０３２５となる。

ここで、図５（ａ）に、式（１）の中心値をとるＩＤＴ電極３について、圧電基板２のカット角を異ならせたときのＦＯＭ値を示す。図５（ａ）において、横軸はＩＤＴ電極３の総厚みｔであり、縦軸はＦＯＭを示している。なお、比較モデルのＦＯＭは０．０２９６である。

図５（ａ）から分かるように、カット角αを大きくしていくにつれてＦＯＭ値は大きくなり、電気特性に優れたＳＡＷ素子１を提供できることが分かる。特に、α＝４７°以上の場合は、Ｃｕ電極とＡｌ電極との割合をどのようにとってもＦＯＭが比較モデルを上回る。

ここで、圧電基板２のカット角αと、比較モデルのＦＯＭと同じＦＯＭとなるＩＤＴ電極３の総厚みｔの値との関係は式（２）で表される。
ｔ＝０．０００６４２９α^２−０．０６３１４α＋１．５９５ ・・・（２）
なお、式（２）においてαは４７°以下とする。

すなわち、ｔ≧０．０００６４２９α^２−０．０６３１４α＋１．５９５となるとき（総厚みｔが式（２）以上の値をとるとき）に、従来モデルよりも電気特性の向上したＳＡＷ素子１を提供することができる。

なお、ＦＯＭ値を従来モデルよりも５％以上向上させる場合には、総厚みｔが式（３）以上の値をとるようにすることが好ましい。この場合には、仮にＩＤＴ電極３の結晶性が若干悪くなった場合であっても、電気特性を良好な状態とすることができる。
ｔ＝０．０００６４２９α^２−０．０６３１４α＋１．６０５ ・・・（３）

図５（ｂ）に、総厚みｔが式（２），式（３）の値以上となる条件を満たす条件を図４に重ねて示す。式（２）を満たす値を線Ｌ１１で、式（３）を満たす値を線Ｌ１２で示している。線１１，線１２よりも厚みの厚い側に位置する領域において、ＳＡＷ素子１の電気特性を向上させることができる。

（変形例２）
図３に示すように、Ｃｕ電極３６が圧電基板２に近い側に配置することで、耐電力性に優れたＳＡＷ素子１を提供することができるが、更に耐電力性を高めるために、ＩＤＴ電極３の総厚みｔを式（４）に示す値以下としてもよい。
ｔ＝０．００４６α―０．１１３ ・・・（４）
すなわちｔ≦０．００４６α―０．１１３としてもよい。

図６（ａ）に、ＩＤＴ電極３が図３に示す構成をとる場合におけるＡｌ電極３５内の最大応力をシミレーションした結果を示す。なお、ＩＤＴ電極３は、式（１）を満たしており、その中心値をとるものとする。

図６（ａ）において、横軸はＩＤＴ電極３の総厚みｔであり、縦軸はＡｌ電極３５内における最大応力（単位：ＭＰａ）を示す。ここで、標準モデルと同じ応力（約６０ＭＰａ）となるＩＤＴ電極３とカット角αとの関係が式（４）となる。このため、ＩＤＴ電極３の総厚みｔが式（４）よりも小さい場合には、強度の弱い側のＡｌ電極３５に伝わる応力を標準モデル以下とすることができ、耐電力性に優れたＳＡＷ素子１を提供できる。

なお、Ａｌ電極３５の最大応力を標準モデルよりも２０％低減するためには、ＩＤＴ電極３の総厚みｔを式（５）に示す値以下としてもよい。
ｔ＝０．００４７５α−０．１２５７ ・・・（５）
すなわちｔ≦０．００４７５α−０．１２５７としてもよい。
この場合には、さらに耐電力性に優れたＳＡＷ素子１を提供できる。具体的には、破壊限界電力が最大２ｄＢ改善すると予想される。

また、Ａｌ電極３５の最大応力を標準モデルよりも半減するためには、ＩＤＴ電極３の総厚みｔを式（６）に示す値以下としてもよい。
ｔ＝０．００４９α−０．１４４４ ・・・（６）
すなわちｔ≦０．００４９α−０．１４４４としてもよい。
この場合には、さらに耐電力性に優れたＳＡＷ素子１を提供できる。具体的には、破壊限界電力が最大６ｄＢ改善すると予想される。

図６（ｂ）に総厚みｔが式（４）〜式（６）の値以上となる条件を満たす条件を図４に重ねて示す。式（４）を満たす値を線Ｌ２１で、式（５）を満たす値を線Ｌ２２で、式（６）を満たす値を線Ｌ２３で示している。線Ｌ２１〜線Ｌ２３よりも厚みの薄い側に位置する領域において、ＳＡＷ素子１の耐電力性を向上させることができる。

なお、上述の変形例１とこの変形例２とを同時に満たすものとしてもよい。その場合には、電気特性と耐電力性との双方に優れたＳＡＷ素子１を提供できる。

（変形例３）
図３において、Ａｌ電極３５の厚みがＣｕ電極３６の厚みに比べて大きい例を示したが、この例には限定されない。電気特性と耐電力性とを考慮して、式（１）を満たす範囲で適宜調整すればよい。

Ａｌ電極３５の厚みがＣｕ電極３６の厚みに比べて大きい場合には、耐電力性を高めつつ、特に、電気特性に優れたＳＡＷ素子１を提供することができる。また、Ａｌ電極３５の厚みを厚くすることで、＜１１１＞方向への結晶成長を促進することができ、結晶性に優れたＡｌ電極３５を得ることができる。このため、破壊元となる欠陥の発生を抑制することができ、耐電力性を高めることができる。また、Ａｌ電極３５の結晶性がＣｕ電極３６の結晶性よりも高くてもよい。この場合には、材料としての引張強度が大きく、強度の高いＣｕ電極３６に応力の伝達経路を長くもたせることで、Ｃｕ電極３６側に応力を集中させ、強度の低いＡｌ電極３５への応力伝達を抑制することができる。

一方、Ａｌ電極３５の厚みがＣｕ電極３６の厚みに比べて小さい場合には、電気特性を維持しつつ、特に、耐電力性に優れたＳＡＷ素子を提供することができる。特に圧電基板２のカット角αが４７°以上の場合には、Ｃｕ電極３６のみでＩＤＴ電極３が構成されても、従来モデルのＦＯＭを上回ることが確認されていることから、耐電力性のみに着眼してＣｕ電極３６の厚みを厚くしても、耐電力性と電気特性の双方に優れたＳＡＷ素子１を提供することができる。特に圧電基板２のカット角αが４８°以上の場合には、Ｃｕ電極３６の結晶性が若干低下しても、従来モデルのＦＯＭを上回ることができ、電気特性に優れたＳＡＷ素子１を提供できるものとなる。

（その他の変形例）
図３に示す例では、ＩＤＴ電極３の断面形状は矩形状だが、台形であってもよい。その場合には、Ａｌ電極３５とＣｕ電極３６との厚みの割合は体積に応じて補正するものとする。

また、図２に示す例では、十分に厚い圧電基板２を用いた場合を例に説明したが、薄い圧電基板２を用いて、その下面に支持基板を貼り合せた、いわゆる貼り合せ基板を用いてもよい。この場合には、圧電基板２の厚みは、０．５μｍ〜２０μｍ程度とし、支持基板は、圧電基板２を支持できる厚みとすればよい。特に支持基板として、サファイア基板はＳｉ基板等を用いた場合には、圧電基板２の温度変化による変形を抑制することができるので、温度特性に優れたＳＡＷ素子を提供することができる。

さらに、上述の例ではＩＤＴ電極３を一様な層構成および厚みを有するものとして説明したが、電極指３２同士が交差する領域において、電極指３２が上述の関係を満たせばよく、この限りではない。例えば、バスバー３１は電極指３２に比べ厚みが厚くてもよいし、異なる層構成を備えていてもよい。

なお、上述の例において導出した各式の特性は、圧電基板２のカット角が５０°以上であっても、ＩＤＴ電極３の総厚みが増大する傾向等は同様であることを確認しているが、カット角αが５０°までは実測値とシミュレーション値との整合性を確認している。

＜フィルタ素子および通信装置＞
図７は、本発明の実施形態に係る通信装置１０１の要部を示すブロック図である。通信装置１０１は、電波を利用した無線通信を行うものである。分波器７は、通信装置１０１において送信周波数の信号と受信周波数の信号とを分波する機能を有している。

通信装置１０１において、送信すべき情報を含む送信情報信号ＴＩＳは、ＲＦ−ＩＣ１０３によって変調および周波数の引き上げ（搬送波周波数の高周波信号への変換）がなされて送信信号ＴＳとされる。送信信号ＴＳは、バンドパスフィルタ１０５によって送信用の通過帯域以外の不要成分が除去され、増幅器１０７によって増幅されて分波器７に入力される。分波器７は、入力された送信信号ＴＳから送信用の通過帯域以外の不要成分を除去してアンテナ１０９に出力する。アンテナ１０９は、入力された電気信号（送信信号ＴＳ）を無線信号に変換して送信する。

通信装置１０１において、アンテナ１０９によって受信された無線信号は、アンテナ１０９によって電気信号（受信信号ＲＳ）に変換されて分波器７に入力される。分波器７は、入力された受信信号ＲＳから受信用の通過帯域以外の不要成分を除去して増幅器１１１に出力する。出力された受信信号ＲＳは、増幅器１１１によって増幅され、バンドパスフィルタ１１３によって受信用の通過帯域以外の不要成分が除去される。そして、受信信号ＲＳは、ＲＦ−ＩＣ１０３によって周波数の引き下げおよび復調がなされて受信情報信号ＲＩＳとされる。

送信情報信号ＴＩＳおよび受信情報信号ＲＩＳは、適宜な情報を含む低周波信号（ベースバンド信号）でよく、例えば、アナログの音声信号もしくはデジタル化された音声信号である。無線信号の通過帯域は、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）等の各種の規格に従ったものでよい。変調方式は、位相変調、振幅変調、周波数変調もしくはこれらのいずれか２つ以上の組み合わせのいずれであってもよい。

図８は、本発明の一実施形態に係る分波器７の構成を示す回路図である。分波器７は、図７において通信装置１０１に使用されている分波器である。分波器７は、送信フィルタ１１および／または受信フィルタ１２を構成するフィルタ素子を有している。送信フィルタ１１および／または受信フィルタ１２を構成するフィルタ素子は、ＳＡＷ素子１と、圧電基板２上に配置された共振子で構成されている。

ＳＡＷ素子１は、例えば、図７に示した分波器７における送信フィルタ１１のラダー型フィルタ回路の一部を構成するＳＡＷ素子である。送信フィルタ１１は、図８に示すように、圧電基板２と、圧電基板２上に形成された直列共振子Ｓ１〜Ｓ３および並列共振子Ｐ１〜Ｐ３を有する。

分波器７は、アンテナ端子８と、送信端子９と、受信端子１０と、アンテナ端子８と送信端子９との間に配置された送信フィルタ１１と、アンテナ端子８と受信端子１０との間に配置された受信フィルタ１２とから主に構成されている。

送信端子９には増幅器１０７からの送信信号ＴＳが入力され、送信端子９に入力された送信信号ＴＳは、送信フィルタ１１において送信用の通過帯域以外の不要成分が除去されてアンテナ端子８に出力される。また、アンテナ端子８にはアンテナ１０９から受信信号ＲＳが入力され、受信フィルタ１２において受信用の通過帯域以外の不要成分が除去されて受信端子１０に出力される。

送信フィルタ１１は、例えば、ラダー型ＳＡＷフィルタによって構成されている。具体的に送信フィルタ１１は、その入力側と出力側との間において直列に接続された３個の直列共振子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３と、直列共振子同士を接続するための配線である直列腕と基準電位部Ｇｎｄとの間に設けられた３個の並列共振子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とを有する。すなわち、送信フィルタ１１は３段構成のラダー型フィルタである。ただし、送信フィルタ１１においてラダー型フィルタの段数は任意である。

並列共振子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と基準電位部Ｇｎｄとの間には、インダクタＬが設けられている。このインダクタＬのインダクタンスを所定の大きさに設定することによって、送信信号の通過周波数の帯域外に減衰極を形成して帯域外減衰を大きくしている。複数の直列共振子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３および複数の並列共振子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、それぞれＳＡＷ素子１のようなＳＡＷ共振子からなる。

受信フィルタ１２は、例えば、多重モード型ＳＡＷフィルタ１７と、その入力側に直列に接続された補助共振子１８とを有している。なお、本実施形態において、多重モードは、２重モードを含むものとする。多重モード型ＳＡＷフィルタ１７は、平衡−不平衡変換機能を有しており、受信フィルタ１２は平衡信号が出力される２つの受信端子１０に接続されている。受信フィルタ１２は多重モード型ＳＡＷフィルタ１７によって構成されるものに限られず、ラダー型フィルタによって構成してもよいし、平衡−不平衡変換機能を有していないフィルタであってもよい。

送信フィルタ１１、受信フィルタ１２およびアンテナ端子８の接続点とグランド電位部Ｇとの間には、インダクタなどからなるインピーダンスマッチング用の回路を挿入してもよい。

本実施形態のＳＡＷ素子を、直列共振子Ｓ１〜Ｓ３のいずれか、または、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３のいずれかに使用してもよい。ＳＡＷ素子１を並列共振子Ｐ１〜Ｐ３の少なくとも１つに用いることにより、フィルタの耐電力性を高めることができる。

本実施形態および変形例のＳＡＷ素子１のように、ＩＤＴ電極３の材料および圧電基板２のカット角を変化させた場合の効果を確認するために、ＳＡＷ素子を製造して評価を行なった。ＳＡＷ素子の基本構成は以下の通りである。

［圧電基板２］
材料：回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ_３基板
［ＩＤＴ電極３］
ＩＤＴ電極３の電極指３２：
（本数）１５０本
（ピッチＰｔ１）２．７μｍ
（デューティー：ｗ１／Ｐｔ１）０．５
（交差幅Ｗ）２０λ （λ＝２×Ｐｔ１）
材料：Ａｌ電極３５・・・純Ａｌ
Ｃｕ電極３６・・・純Ｃｕ
（ただし、圧電基板２と導電層１５との間には６ｎｍのＴｉからなる下地層６がある。）
［反射器４］
材料および層構成：ＩＤＴ電極と同様
反射電極指４２の本数：３０本
反射電極指４２のピッチＰｔ２：Ｐｔ１
ＩＤＴ電極３との間隔Ｇ：Ｐｔ１
［保護層５］
材料：ＳｉＯ_２
厚さ：１５ｎｍ
このような基本構成に対して、圧電基板２のカット角とＩＤＴ電極３の電極材料およびその厚みの組み合わせとを以下のようにしたＳＡＷ素子を作製した。
［圧電基板２のカット角と電極膜厚の組み合わせ］
比較例 ：カット角：４２°，電極膜厚：Ａｌ８％
実施例１：カット角：４６°，電極膜厚：Ｃｕ２％／Ａｌ７％
実施例２：カット角：４６°，電極膜厚：Ｃｕ４％／Ａｌ２％
実施例３：カット角：４８°，電極膜厚：Ｃｕ６％

比較例および実施例に係るＳＡＷ素子について破壊電力値を測定した結果、比較例に係るＳＡＷ素子は３２ｄＢであるのに対して、実施例１に係るＳＡＷ素子は３４．５ｄＢであり、２．５ｄＢ耐電力を向上させることができることを確認した。なお実施例２，３についても、破壊電力値を計測し、比較例に比べて耐電力性が向上していることを確認した。

さらに、比較例および実施例に係るＳＡＷ素子について、電気特性を測定した。図９に本発明の弾性波素子を用いたＳＡＷ共振子の特性を示す。図９において、横軸は周波数を示している。そして、縦軸は、図９（ａ）はインピーダンスの絶対値、図９（ｂ）はインピーダンスの位相をそれぞれ示している。

図９から明らかなように、比較例のＡｌ８％品に比して、実施例は３種類とも、いずれも同等以上の特性を示している。特に***振周波数よりも高周波側（７５０ＭＨｚ以上）で位相が比較例に比して−９０°に近い。これは、この周波数帯域で損失が小さいことを示している。これは、電極材料として密度の高いＣｕを使用したことでＩＤＴ電極３での弾性波の反射係数が大きくなったためである。この結果から、従来モデルの構成に比べ耐電力性・電気特性共に優れたＳＡＷ素子を提供できることが分かった。

１ 弾性波素子（ＳＡＷ素子）
２ 圧電基板
２Ａ 上面
３ 励振（ＩＤＴ）電極
３５ Ａｌ電極
３６ Ｃｕ電極
４ 反射器
５ 保護層
７ 分波器
８ アンテナ端子
９ 送信端子
１０ 受信端子
１１ 送信フィルタ
１２ 受信フィルタ
１５ 導電層
１７ 多重モード型ＳＡＷフィルタ
１８ 補助共振子
１０１ 通信装置
１０３ ＲＦ−ＩＣ
１０５ バンドパスフィルタ
１０７ 増幅器
１０９ アンテナ
１１１ 増幅器
１１３ バンドパスフィルタ
Ｓ１〜Ｓ３ 直列共振子
Ｐ１〜Ｐ３ 並列共振子

Claims (11)

1. タンタル酸リチウムからなる圧電基板と、
   該圧電基板上に配置された、Ｃｕ電極または前記Ｃｕ電極とＡｌ電極との積層構造であるＩＤＴ電極と、
   前記ＩＤＴ電極の厚みの２０％以下の厚みを有する絶縁体からなる保護層と、
   を備え、
   前記圧電基板のカット角をα、前記ＩＤＴ電極の弾性波の波長比である総厚みをｔ、前記Ｃｕ電極の割合をｐとし、前記αが４２〜５０°の間であったときに、以下の関係を満たす弾性波素子。
   ａｔ２＋ｂｔ＋ｃ−０．１≦ｐ≦ａｔ２＋ｂｔ＋ｃ＋０．１
   ただし、ａ＝６．０７３α２−５９４．６α＋１４６００
   ｂ＝−０．５９９７α２＋５９．４６α−１４９７
   ｃ＝０．００６７００α２−０．６５０５α＋１７．９６
   ０＜ｐ≦１
   である。
2. ｔ≧０．０００６４２９α２−０．０６３１４α＋１．５９５
   を満たす、請求項１に記載の弾性波素子。
3. ｔ≧０．０００６４２９α２−０．０６３１４α＋１．６０５
   を満たす、請求項２に記載の弾性波素子。
4. ｔ≦０．００４６α―０．１１３
   を満たす請求項１乃至３のいずれかに記載の弾性波素子。
5. ｔ≦０．００４９α―０．１４４４
   を満たす請求項４に記載の弾性波素子。
6. ｔ≦０．００４７５α―０．１２５７
   を満たす請求項４に記載の弾性波素子。
7. 前記ＩＤＴ電極は、前記圧電基板側から順に前記Ｃｕ電極、前記Ａｌ電極が位置している、請求項１乃至６のいずれかに記載の弾性波素子。
8. 前記ＩＤＴ電極は、前記Ａｌ電極と前記Ａｌ電極よりも結晶性の低い前記Ｃｕ電極とを備える、請求項１乃至７のいずれかに記載の弾性波素子。
9. 前記圧電基板の上面と前記ＩＤＴ電極との間に導電性を有する下地層を備え、
   前記下地層は、断面視して、前記ＩＤＴ電極が有する電極指と接する幅よりも前記圧電基板と接する幅が広い、請求項１乃至８のいずれかに記載の弾性波素子。
10. 少なくとも１つの請求項１〜９のいずれかに記載された弾性波素子と、前記圧電基板上に配置された少なくとも１つの共振子と、がラダー型に接続されているフィルタ素子。
11. アンテナと、
    該アンテナに電気的に接続された請求項１０に記載のフィルタ素子と、
    該フィルタ素子に電気的に接続されたＲＦ−ＩＣとを備える通信装置。

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