WO2012132877A1 - 弾性波素子およびそれを用いた弾性波装置 - Google Patents

弾性波素子およびそれを用いた弾性波装置 Download PDF

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哲也 岸野
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京セラ株式会社
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    • H03H9/14576Transducers whereby only the last fingers have different characteristics with respect to the other fingers, e.g. different shape, thickness or material, split finger
    • H03H9/14579Transducers whereby only the last fingers have different characteristics with respect to the other fingers, e.g. different shape, thickness or material, split finger the last fingers having a different shape

Definitions

  • the present invention relates to an elastic wave element such as a surface acoustic wave (SAW) element and an elastic wave device using the same.
  • SAW surface acoustic wave
  • An acoustic wave device having a piezoelectric substrate and an IDT (InterDigital Transducer) electrode (excitation electrode) provided on the main surface of the piezoelectric substrate is known (for example, Patent Document 1 or 2).
  • the IDT electrode has a pair of comb electrodes.
  • Each comb electrode has a bus bar extending in the SAW propagation direction and a plurality of electrode fingers extending from the bus bar in a direction orthogonal to the SAW propagation direction and arranged in the SAW propagation direction.
  • the pair of comb electrodes are arranged so that a plurality of electrode fingers mesh (intersect).
  • each comb-tooth electrode of Patent Documents 1 and 2 has a dummy electrode that extends in the SAW propagation direction from the bus bar and whose tip faces the tip of the electrode finger of the other comb-tooth electrode via a gap. .
  • Patent Document 1 discloses that the tip of the dummy electrode is thickened. According to Patent Document 1, such a configuration suppresses SAW reflection and scattering around the gap between the tip of the electrode finger and the tip of the dummy electrode, and improves the resonance characteristics and filter characteristics of the acoustic wave device.
  • FIG. 15 of Patent Document 2 discloses that the tip of a dummy electrode is connected to the electrode electrode adjacent to the dummy electrode in the SAW propagation direction. According to Patent Document 2, such a configuration reduces the speed of sound in the outer region of the intersecting range of the electrode fingers, confines the SAW in the intersecting range, and improves the characteristics of the acoustic wave device.
  • the technique of Patent Document 1 since the tip of the dummy electrode is thickened, the gap between the tip of the dummy electrode and the tip of the electrode finger is reduced, and there is a high possibility that the dummy electrode and the electrode finger are short-circuited. Yes.
  • the technique of Patent Document 2 does not focus on the propagation loss of elastic waves in the gap between the tip of the dummy electrode and the tip of the electrode finger, and does not have a shape that suitably suppresses such propagation loss. .
  • an acoustic wave device and an acoustic wave device that can reduce the propagation loss of the acoustic wave while suppressing a short circuit between the dummy electrode and the electrode finger.
  • An elastic wave device includes a piezoelectric substrate and an IDT electrode positioned on an upper surface of the piezoelectric substrate, and the IDT electrodes face each other in a direction orthogonal to the propagation direction of the elastic wave.
  • a plurality of second electrode fingers that extend and are arranged in the propagation direction, and that extend from the first bus bar toward the second bus bar and that are arranged in the propagation direction.
  • a plurality of first dummy electrodes whose tips are opposed to the tips of the plurality of second electrode fingers via a gap; tips extending from the second bus bar toward the first bus bar and arranged in the propagation direction; A plurality of second dummy electrodes facing the tips of the plurality of first electrode fingers via a gap; a plurality of first auxiliary electrodes projecting laterally from the tip side portions of the plurality of first dummy electrodes; A plurality of second auxiliary electrodes projecting laterally from tip side portions of the plurality of second dummy electrodes, wherein at least some of the first auxiliary electrodes of the plurality of first auxiliary electrodes are 2
  • the edge part on the bus bar side is located closer to the second bus bar side toward the front end side, and the second auxiliary electrode of at least a part of the plurality of second auxiliary electrodes has the edge part on the first bus bar side closer to the front end side. Located on the first bus bar side.
  • the acoustic wave device of one embodiment of the present invention includes a piezoelectric substrate and an IDT electrode positioned on the upper surface of the piezoelectric substrate, and the IDT electrodes are opposed to each other in a direction orthogonal to the propagation direction of the acoustic wave.
  • One bus bar and a second bus bar a plurality of first electrode fingers extending from the first bus bar toward the second bus bar and arranged in the propagation direction, and extending from the second bus bar toward the first bus bar
  • a plurality of first dummy electrodes whose tips are opposed to the tips of the plurality of second electrode fingers via a gap, the tips extending from the second bus bar toward the first bus bar, and arranged in the propagation direction.
  • a plurality of second dummy electrodes opposed to the tips of the plurality of first electrode fingers via a gap in front A plurality of second dummy electrodes opposed to the tips of the plurality of first electrode fingers via a gap; a first auxiliary electrode projecting obliquely with respect to the propagation direction from a tip side portion of the plurality of first dummy electrodes; And a second auxiliary electrode protruding obliquely with respect to the propagation direction from the tip side portion of the plurality of second dummy electrodes.
  • the elastic wave device includes any one of the elastic wave elements described above and a circuit board on which the elastic wave element is mounted.
  • FIG. 1A is a plan view of a SAW element according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is an enlarged view of a region Ib in FIG. It is sectional drawing in the II-II line
  • 3 (a) to 3 (e) are cross-sectional views corresponding to FIG. 2 for explaining a method of manufacturing a SAW element. It is sectional drawing which shows the example of the SAW apparatus to which the SAW element of FIG. 1 is applied.
  • FIG. 5A to FIG. 5D are enlarged plan views showing modifications of the auxiliary electrode. It is a top view which shows the modification of a bus bar.
  • FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining a method for evaluating SAW propagation loss.
  • FIGS. 9A to 9C are views showing the influence of the dimensions of the auxiliary electrode on the SAW propagation loss.
  • FIG. 10A and FIG. 10B are enlarged plan views showing other modified examples of the auxiliary electrode. It is an enlarged plan view which shows the other modification of an auxiliary electrode.
  • a surface acoustic wave element hereinafter also referred to as a SAW element
  • a surface acoustic wave device hereinafter also referred to as a SAW apparatus
  • FIG.1 (a) is a top view of the principal part of the SAW element 1 which concerns on embodiment of this invention.
  • FIG. 1B is an enlarged view of the region Ib in FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • the SAW element 1 may have either direction upward or downward, but for the sake of convenience, the orthogonal coordinate system xyz is defined below, and the positive side in the z direction is defined as the upper surface. , Terms such as the lower surface will be used.
  • the SAW element 1 includes a substrate 3, an IDT electrode 5 and a reflector 7 provided on the upper surface 3a of the substrate 3, an additional film 9 (FIG. 2) provided on the IDT electrode 5 and the reflector 7, and an upper surface 3a. And a protective layer 11 (FIG. 2) covering the additional film 9 from above.
  • the SAW element 1 may have wiring for inputting / outputting signals to / from the IDT electrode 5.
  • the substrate 3 is constituted by a piezoelectric substrate.
  • the substrate 3 is composed of a single crystal substrate having piezoelectricity such as a lithium tantalate (LiTaO 3 ) single crystal, a lithium niobate (LiNbO 3 ) single crystal, or the like. More preferably, the substrate 3 is constituted by a 128 ° ⁇ 10 ° YX cut LiNbO 3 substrate.
  • the planar shape and various dimensions of the substrate 3 may be set as appropriate.
  • the thickness (z direction) of the substrate 3 is 0.2 mm to 0.5 mm.
  • the IDT electrode 5 includes a first comb electrode 13A and a second comb electrode 13B.
  • the first comb-tooth electrode 13A and the second comb-tooth electrode 13B are simply referred to as a comb-tooth electrode 13 and may not be distinguished from each other.
  • first and “A” may be attached like “first bus bar 21A”, and the configuration related to the second comb-teeth electrode 13B.
  • “Second” and “B” may be added, as in “second bus bar 21B”, etc., and “first”, “second”, “A”, and “B” may be omitted. There is.
  • Each comb electrode 13 includes a bus bar 21 (FIG. 1A) extending in the SAW propagation direction (x direction), and a plurality of electrode fingers 23 extending from the bus bar 21 in a direction orthogonal to the propagation direction (y direction). have.
  • the pair of comb electrodes 13 are arranged so that the plurality of electrode fingers 23 mesh with each other (intersect).
  • Each comb electrode 13 includes a plurality of dummy electrodes 25 extending from the bus bar 21 in a direction (y direction) perpendicular to the SAW propagation direction between the plurality of electrode fingers 23, and from the tip side portion of the dummy electrode 25.
  • a plurality of auxiliary electrodes 27 extending laterally.
  • the bus bar 21 is, for example, formed in a long shape extending with a substantially constant width, and is disposed in parallel with the SAW propagation direction.
  • the pair of bus bars 21 oppose each other in a direction orthogonal to the SAW propagation direction.
  • the plurality of electrode fingers 23 are arranged at substantially constant intervals in the SAW propagation direction.
  • the plurality of electrode fingers 23 of the pair of comb-teeth electrodes 13 have a pitch (repetition interval) p (FIG. 2, for example, a distance between the centers of the electrode fingers 23) of, for example, a SAW wavelength ⁇ at a frequency to be resonated. It is provided so as to be equivalent to a half wavelength.
  • the wavelength ⁇ (2p) is, for example, 1.5 ⁇ m to 6 ⁇ m.
  • the width w1 (FIG. 2) of each electrode finger 23 is appropriately set according to the electrical characteristics required for the SAW element 1, and is, for example, 0.4p to 0.6p with respect to the pitch p.
  • the lengths (positions of the tips in the y direction) of the plurality of electrode fingers 23 change in the SAW propagation direction. Accordingly, the width W (the length in the direction (y direction) perpendicular to the SAW propagation direction) indicated by the dotted line (the line connecting the tips of the plurality of electrode fingers 23) in FIG. (Crossing width) changes in the SAW propagation direction (x direction). That is, the IDT electrode 5 is apodized. By applying such apodization, generation of so-called transverse mode spurious is suppressed.
  • the plurality of dummy electrodes 25 are arranged at substantially constant intervals (pitch p) together with the plurality of electrode fingers 23 in each comb electrode 13.
  • the tip of the dummy electrode 25 of one comb-tooth electrode 13 is opposed to the tip of the electrode finger 23 of the other comb-tooth electrode 13 via a predetermined gap s1 (FIG. 1B).
  • the size of the gap s1 (y direction; hereinafter, this size may also be expressed by the sign of s1) is substantially constant in the plurality of dummy electrodes 25.
  • the position (length) of the tip of the dummy electrode 25 changes in the SAW propagation direction, corresponding to the fact that the intersection width W changes in the SAW propagation direction.
  • the width of the dummy electrode 25 is equal to the width w1 of the electrode finger 23, and the size of the gap s1 is from ⁇ / 8 to ⁇ / It is about 2 (p).
  • the plurality of auxiliary electrodes 27 protrude from the side edges of the tips of the plurality of dummy electrodes 25.
  • dummy electrodes 25 in which electrode fingers 23 extending from the same bus bar 21 as the self are located on both sides in this embodiment, dummy electrodes 25 other than the dummy electrode 25 located at the end of the IDT electrode 5
  • the auxiliary electrode 27 protrudes from the side edge portions on both sides.
  • the tip of the auxiliary electrode 27 is connected to the side edge of the electrode finger 23 adjacent to the dummy electrode 25 extending from the same bus bar 21 as the dummy electrode 25 at the base of the auxiliary electrode 27. That is, the auxiliary electrode 27 connects the dummy electrode 25 and the electrode finger 23 that are to have the same potential.
  • the auxiliary electrode 27 extends, for example, so as to be positioned closer to the bus bar 21 side of the other comb-shaped electrode 13 on the tip side (side connected to the electrode finger 23). That is, the first auxiliary electrode 27A extends so as to be located closer to the second bus bar 21B toward the distal end side, and the second auxiliary electrode 27B is inclined so as to be located closer to the first bus bar 21A closer to the distal end side. It extends.
  • the first auxiliary electrode extends so as to be inclined toward the second bus bar 21B side toward the distal end side, and the edge portion 27a and the edge portion 27b of the second auxiliary electrode 27B extend toward the first bus bar toward the distal end side. It extends so as to be located on the 21A side.
  • the width w2 of the auxiliary electrode 27, the angle ⁇ with respect to the direction orthogonal to the SAW propagation direction (y direction), and the connection position with respect to the dummy electrode 25 may be appropriately set.
  • the connection position is defined by, for example, the distance d between the intersection position of the center line of the auxiliary electrode 27 and the center line of the dummy electrode 25 and the tip of the dummy electrode 25.
  • the width w2 is, for example, equivalent to the width w1 of the electrode finger 23 and the dummy electrode 25, the angle ⁇ is, for example, about 45 degrees, and the distance d is, for example, 0.20 ⁇ ⁇ 0.40 ⁇ .
  • FIG. 1A is a schematic diagram, and actually, a plurality of pairs of comb electrodes having more electrode fingers 23 and the like may be provided. Further, a ladder-type SAW filter in which a plurality of IDT electrodes 5 are connected in a series connection or a parallel connection may be configured, or a dual mode SAW resonance in which a plurality of IDT electrodes 5 are arranged along the x direction. A filter or the like may be configured.
  • the IDT electrode 5 is made of, for example, metal.
  • the metal include Al or an alloy containing Al as a main component (Al alloy).
  • the Al alloy is, for example, an Al—Cu alloy.
  • the IDT electrode 5 may be composed of a plurality of metal layers. Various dimensions of the IDT electrode 5 are appropriately set according to electrical characteristics required for the SAW element 1. As an example, the thickness e (FIG. 2) of the IDT electrode 5 is 100 nm to 300 nm.
  • the IDT electrode 5 may be directly disposed on the upper surface 3a of the substrate 3 or may be disposed on the upper surface 3a of the substrate 3 via another member.
  • Another member is made of, for example, Ti, Cr, or an alloy thereof.
  • the thickness of the other member has a thickness that does not substantially affect the electrical characteristics of the IDT electrode 5 (for example, Ti In this case, the thickness is set to 5% of the thickness of the IDT electrode 5).
  • the SAW element 1 When a voltage is applied to the substrate 3 by the IDT electrode 5, SAW propagating in the x direction along the upper surface 3a is induced near the upper surface 3a of the substrate 3. The SAW is reflected at the boundary between the electrode finger 23 and the non-arranged region of the electrode finger 23. And the standing wave which makes the pitch of the electrode finger 23 a half wavelength is formed. The standing wave is converted into an electric signal having the same frequency as that of the standing wave, and is taken out by the electrode finger 23. In this way, the SAW element 1 functions as a resonator or a filter.
  • the reflector 7 is formed in a lattice shape having a pitch substantially equal to the pitch p of the electrode fingers 23 of the IDT electrode 5.
  • the reflector 7 is formed of the same material as the IDT electrode 5 and has a thickness equivalent to that of the IDT electrode 5.
  • the protective layer 11 is provided over substantially the entire upper surface 3a of the substrate 3, covers the IDT electrode 5 and the reflector 7 on which the additional film 9 is provided, and also covers the IDT electrode 5 and the reflective surface of the upper surface 3a.
  • the part exposed from the vessel 7 is covered.
  • the thickness T (FIG. 2) from the upper surface 3 a of the protective layer 11 is set to be larger than the thickness e of the IDT electrode 5 and the reflector 7.
  • the thickness T is 200 nm to 700 nm, which is 100 nm or more thicker than the thickness e.
  • the thickness T is 0.2 ⁇ to 0.5 ⁇ with respect to the wavelength ⁇ of the SAW from another viewpoint.
  • the protective layer 11 is made of an insulating material.
  • the protective layer 11 is made of a material such as SiO 2 that increases the propagation speed of the elastic wave when the temperature rises, thereby suppressing a change in electrical characteristics due to a change in the temperature of the SAW element 1. Can do. Specifically, it is as follows.
  • the protective layer 11 When the temperature of the substrate 3 rises, the SAW propagation speed on the substrate 3 decreases, and the pitch p increases due to thermal expansion of the substrate 3. As a result, the resonance frequency is lowered and the desired characteristics may not be obtained.
  • the protective layer 11 when the protective layer 11 is provided, the elastic wave propagates not only in the substrate 3 but also in the protective layer 11. Since the protective layer 11 is formed of a material (SiO 2 ) that increases the propagation speed of elastic waves when the temperature rises, the entire SAW propagating through the substrate 3 and the protective layer 11 has a speed due to the temperature rise. The change of is suppressed.
  • the protective layer 11 also contributes to protecting the IDT electrode 5 from corrosion and the like.
  • the surface of the protective layer 11 be free from large irregularities. Since the propagation speed of the SAW propagating on the substrate 3 is affected by the unevenness on the surface of the protective layer 11, and if there is a large unevenness on the surface of the protective layer 11, the resonance frequency of each manufactured SAW element 1 is increased. Large variations will occur. Therefore, if the surface of the protective layer 11 is made flat, the resonance frequency of each acoustic wave element is stabilized. Specifically, it is desirable that the flatness of the surface of the protective layer 11 is 1% or less of the wavelength of SAW propagating on the substrate 3.
  • the additional film 9 is for improving the electrical characteristics of the IDT electrode 5 and the reflector 7.
  • the additional film 9 is provided over the entire upper surfaces of the IDT electrode 5 and the reflector 7, for example.
  • the additional film 9 has a substantially rectangular cross-sectional shape, for example, orthogonal to the longitudinal direction (y direction) of the electrode finger 23.
  • the cross-sectional shape of the additional film 9 may be a trapezoid or a dome shape.
  • the thickness t (FIG. 2) of the additional film 9 may be appropriately set within a range in which the additional film 9 does not expose the protective layer 11.
  • the thickness of the additional film 9 is 0.01 ⁇ to 0.4 ⁇ with respect to the wavelength ⁇ of the SAW.
  • the material constituting the additional film 9 is a material having an acoustic impedance different from that of the material constituting the IDT electrode 5, the reflector 7, and the protective layer 11.
  • the difference in acoustic impedance is preferably a certain amount or more, for example, 15 MRayl or more, more preferably 20 MRayl or more.
  • the IDT electrode 5 is made of Al (acoustic impedance: 13.5 MRayl) and the protective layer 11 is made of SiO 2 (12.2 MRayl), WC (102. 5 MRayl), TiN (56.0 MRayl), TaSiO 2 (40.6 MRayl), Ta 2 O 5 (33.8 MRayl), W 5 Si 2 (67.4 MRayl).
  • the acoustic impedance is close, so that the boundary between the electrode finger 23 and the non-arranged region of the electrode finger 23 is acoustic. And the reflection coefficient at the boundary decreases. As a result, the reflected wave of SAW cannot be obtained sufficiently and desired characteristics may not be obtained.
  • the additional film 9 formed of a material having an acoustic impedance different from that of the material of the IDT electrode 5 and the protective layer 11 is provided on the upper surface of the IDT electrode 5, so that the electrode finger 23 and the electrode finger 23 are not disposed. The reflection coefficient at the boundary is increased, and desired characteristics are easily obtained.
  • the material of the additional film 9 has an elastic wave propagation speed slower than the materials of the IDT electrode 5, the reflector 7, and the protective layer 11. Due to the slow propagation speed, the vibration distribution tends to concentrate on the additional film 9, and the reflection coefficient at the boundary between the electrode finger 23 and the non-arranged position of the electrode finger 23 is effectively increased.
  • IDT electrode 5 Al (propagation speed: 5020m / s) is constituted by, in the case where the protective layer 11 is constituted by SiO 2 (5560m / s) is, TaSiO 2 (4438m / S), Ta 2 O 5 (4352 m / s), and W 5 Si 2 (4465 m / s).
  • the protective layer 11 is constituted by SiO 2 (5560m / s) is, TaSiO 2 (4438m / S), Ta 2 O 5 (4352 m / s), and W 5 Si 2 (4465 m / s).
  • a material having a higher acoustic impedance than a material such as the IDT electrode 5 has a higher degree of freedom in selecting a material having a higher acoustic impedance than a material having a lower acoustic impedance than the material such as the IDT electrode 5. I think that the.
  • FIG. 3 (a) to 3 (e) are cross-sectional views corresponding to FIG. 2 for each manufacturing process for explaining the outline of the method for manufacturing the SAW element 1.
  • FIG. The manufacturing process proceeds in order from FIG. 3A to FIG.
  • the various layers change in shape and the like with the progress of the process, but common symbols may be used before and after the change.
  • the conductive layer 15 to be the IDT electrode 5 and the reflector 7 and the additional layer 17 to be the additional film 9 are formed.
  • the conductive layer 15 is formed on the upper surface 3a by a thin film forming method such as a sputtering method, a vapor deposition method, or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
  • the additional layer 17 is formed by the same thin film forming method.
  • a resist layer 19 is formed as a mask for etching the additional layer 17 and the conductive layer 15 as shown in FIG.
  • a negative or positive photosensitive resin thin film is formed by an appropriate thin film forming method, and a part of the thin film is removed at a non-arranged position of the IDT electrode 5 and the reflector 7 by a photolithography method or the like. Is done.
  • the additional layer 17 and the conductive layer 15 are etched by an appropriate etching method such as RIE (Reactive Ion Etching). Thereby, the IDT electrode 5 and the reflector 7 provided with the additional film 9 are formed. Thereafter, as shown in FIG. 3D, the resist layer 19 is removed by using an appropriate chemical solution.
  • RIE Reactive Ion Etching
  • the thin film used as the protective layer 11 is formed by appropriate thin film formation methods, such as sputtering method or CVD method. At this time, unevenness is formed on the surface of the thin film to be the protective layer 11 due to the thickness of the IDT electrode 5 and the like. Then, if necessary, the surface is flattened by chemical mechanical polishing or the like, and a protective layer 11 is formed as shown in FIG. Note that a part of the protective layer 11 may be removed by a photolithography method or the like in order to expose a pad 39 (FIG. 4) described later or the like before or after planarization.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a SAW device 51 to which the above-described SAW element 1 is applied.
  • the SAW device 51 constitutes, for example, a filter or a duplexer.
  • the SAW device 51 includes a SAW element 31 and a circuit board 53 on which the SAW element 31 is mounted.
  • the SAW element 31 is configured as, for example, a so-called wafer level package SAW element.
  • the SAW element 31 includes the above-described SAW element 1, a cover 33 that covers the SAW element 1 side of the substrate 3, a terminal 35 that penetrates the cover 33, and a back surface portion 37 that covers the opposite side of the substrate 3 from the SAW element 1. have.
  • the cover 33 is made of resin or the like, and a vibration space 33a for facilitating SAW propagation is formed above the IDT electrode 5 and the reflector 7 (on the positive side in the z direction).
  • a wiring 38 connected to the IDT electrode 5 and a pad 39 connected to the wiring 38 are formed on the upper surface 3 a of the substrate 3.
  • the terminal 35 is formed on the pad 39 and is electrically connected to the IDT electrode 5.
  • the back surface portion 37 includes a back electrode for discharging the charge charged on the surface of the substrate 3 due to a temperature change or the like, and a protective layer covering the back electrode.
  • the circuit board 53 is constituted by, for example, a so-called rigid printed wiring board.
  • a mounting pad 55 is formed on the mounting surface 53 a of the circuit board 53.
  • the SAW element 31 is arranged with the cover 33 side facing the mounting surface 53a.
  • the terminals 35 and the mounting pads 55 are bonded by solder 57. Thereafter, the SAW element 31 is sealed with a sealing resin 59.
  • the SAW element 1 includes the substrate 3 and the IDT electrode 5 located on the upper surface 3 a of the substrate 3.
  • the IDT electrode 5 extends from the first bus bar 21A and the second bus bar 21B to each other in the direction orthogonal to the SAW propagation direction (y direction), and from the first bus bar 21A toward the second bus bar 21B.
  • An electrode finger 23B and a plurality of first dummy electrodes that extend from the first bus bar 21A toward the second bus bar 21B, are arranged in the x direction, and have tips that oppose the tips of the plurality of second electrode fingers 23B via gaps s1.
  • the edge 27a on the second bus bar 21B side is positioned closer to the second bus bar 21B toward the distal end side, and the plurality of second auxiliary electrodes 27B are on the edge on the first bus bar 21A side.
  • the portion 27a is located closer to the first bus bar 21A side toward the distal end side.
  • each auxiliary electrode 27 has a gap s1 between the electrode finger 23 and the dummy electrode 25 while ensuring a distance from the tip of the electrode finger 23 having a different potential from that of the auxiliary electrode 27 (the comb tooth electrode 13 to which the auxiliary electrode 27 belongs is different). It can be reduced in the SAW propagation direction (x direction). As a result, the electrode finger 23 and the dummy electrode 25 having different potentials are suppressed from being short-circuited (for example, the first electrode finger 23A and the second dummy electrode 25B), and the SAW diverges in the gap s1 to cause the SAW. Is prevented from occurring.
  • the positions of the tips of the plurality of first electrode fingers 23A, the plurality of second electrode fingers 23B, the plurality of first dummy electrodes 25A, and the plurality of second dummy electrodes 25B in the y direction are in the propagation direction (x direction).
  • the apodized electrode changes with respect to.
  • At least a part of the plurality of first dummy electrodes 25A has the first electrode fingers 23A located on both sides thereof, and a pair of first auxiliary electrodes 27A project from the tip side portion to both sides of the side.
  • the edge portion 27a on the second bus bar 21B side is located closer to the second bus bar 21B side toward the distal end side. The same applies to the second comb electrode 13B side.
  • the two auxiliary electrodes 27 are arranged so as to sandwich the gap s1, and it is preferable to diverge both the excited SAW and the reflected SAW from the bidirectional SAW in the propagation direction, from another viewpoint. Can be suppressed. In addition, it is easy to secure the area of the auxiliary electrode 27 around the gap s1, and also from this point, the SAW divergence suppressing effect is improved.
  • the tips of the plurality of first auxiliary electrodes 27A are connected to the plurality of first electrode fingers 23A, and the tips of the plurality of second auxiliary electrodes 27B are connected to the plurality of second electrode fingers 23B.
  • the potentials of the electrode finger 23, the dummy electrode 25, and the auxiliary electrode 27 that should have the same potential are relatively stable, and the electrical characteristics of the IDT electrode 5 are stabilized. Further, even if the dummy electrode 25 or the electrode finger 23 is missing at the root due to a problem in the process, the dummy electrode 25 or the electrode finger 23 is electrically connected to the adjacent electrode finger 23 or the dummy electrode 25 via the auxiliary electrode 27. Connection is maintained. For this reason, an improvement in yield is expected.
  • the tip of the dummy electrode 25 and the dummy electrode are outside the intersection range R1. 25 the gap between the electrode fingers 23 arranged in parallel with 25 is closed over (almost) the entire SAW propagation direction, so that it is expected that the divergence of the SAW to the outside of the intersection range R1 is suppressed.
  • the SAW element 1 further includes a protective layer 11 that covers the IDT electrode 5 and the upper surface 3a of the substrate 3 and is made of SiO 2 in which the thickness T from the upper surface 3a of the substrate 3 is larger than the thickness e of the IDT electrode 5.
  • a protective layer 11 that covers the IDT electrode 5 and the upper surface 3a of the substrate 3 and is made of SiO 2 in which the thickness T from the upper surface 3a of the substrate 3 is larger than the thickness e of the IDT electrode 5.
  • the protective layer 11 having the same acoustic impedance as the IDT electrode 5 is present in the gap s1.
  • the SAW divergence in the gap s1 is suppressed, the divergence suppression effect is added to the divergence suppression effect by the auxiliary electrode 27, and the SAW propagation loss is further suppressed.
  • the protective layer 11 can contribute to suppression of SAW divergence, the auxiliary electrode 27 can be made smaller, and as a result, the distance between the electrode finger 23 and the dummy electrode 25 that should have different potentials is secured. can do.
  • the SAW element 1 is located on the upper surface of the IDT electrode 5 and is covered with a protective layer 11.
  • the SAW element 1 is made of a material having a larger acoustic impedance and a lower propagation speed of elastic waves than the material of the IDT electrode 5 and the material of the protective layer 11.
  • the additional film 9 is further provided.
  • the disadvantages related to the reflection coefficient of the protective layer 11 can be compensated.
  • the SAW divergence suppressing effect in the gap s1 by the protective layer 11 is reduced. Therefore, the effect of suppressing divergence by the auxiliary electrode 27 becomes significant.
  • a SAW element having excellent temperature characteristics, a sufficient SAW reflection coefficient, and excellent SAW propagation loss suppression can be obtained.
  • (Modification) 5 (a) to 5 (d) are diagrams corresponding to FIG. 1 (b) showing a modification of the planar shape of the auxiliary electrode.
  • the shapes of the second auxiliary electrodes 27B, 127B, and 227B on the second bus bar 21B side are shown, but the shape of the first auxiliary electrode on the first bus bar 21A side is also the second auxiliary electrode. It is the same as the shape of the electrode.
  • the auxiliary electrode 127 is not connected to the electrode finger 23 whose tip should be at the same potential. Even in this case, similarly to the auxiliary electrode 27 of the embodiment, it is possible to suppress the divergence of the SAW in the gap s1 while suppressing a short circuit with the electrode finger 23 that should have a different potential.
  • the auxiliary electrode 27 similar to that of the embodiment is provided only on one side of the dummy electrode 25. Even in this case, similarly to the embodiment, it is possible to suppress the divergence of the SAW in the gap s1 while suppressing a short circuit with the electrode fingers 23 that should have different potentials.
  • auxiliary electrodes 27 and 227 are provided.
  • Each of the auxiliary electrodes 27 and 227 (the edge on the side of the intersection range R1 (see FIG. 1A)) is along a line connecting the tip of the dummy electrode 25 with respect to the SAW propagation direction (x direction). It extends incline toward the side, and preferably extends along a line connecting the tips of the dummy electrodes 25.
  • each dummy electrode 25 has an auxiliary electrode 27 on one side and an auxiliary electrode 227 on the other side according to the shape of the intersection range R1 (according to the position in the x direction) (see FIG. 5 (c), auxiliary electrodes 27 are provided on both lateral sides, and auxiliary electrodes 227 are provided on both lateral sides.
  • the auxiliary electrode 227 shown in FIG. 5C is provided only on one side of the dummy electrode 25.
  • SAW divergence is achieved by enlarging the electrode area in the vicinity of the gap s1 while securing a distance from the tip of the electrode finger 23 that should have a different potential and suppressing a short circuit. Can be suppressed.
  • the modification of FIG. 5B can be regarded as the auxiliary electrode 227 omitted in the modification of FIG. 5C in the range shown in FIG. 5B.
  • the auxiliary electrode 27 can be regarded as being omitted from the modification shown in FIG. 5C within the range shown in FIG. That is, in the modified examples of FIG. 5B to FIG. 5D, in the apodized electrode, the auxiliary electrode is inclined to the side along the line connecting the tip of the dummy electrode 25 with respect to the SAW propagation direction. It can be grasped by the same concept.
  • FIG. 6 is a plan view similar to FIG. 1A showing a modification of the planar shape of the bus bar.
  • the bus bar 321 extends such that the edge 321a on the crossing range R1 side is inclined toward the side where the edge of the crossing range R1 is inclined.
  • the edge part 321a and the edge part of the crossing range R1 may be parallel, and may not be parallel.
  • the SAW element 1 was manufactured by setting various shapes and dimensions of the auxiliary electrode. Then, the electrical characteristics were examined to evaluate the SAW propagation loss.
  • FIG. 7A and FIG. 7B are diagrams for explaining an evaluation method of SAW propagation loss.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating impedance characteristics of the SAW element 1 as a resonator.
  • the horizontal axis indicates the frequency f (MHz), and the vertical axis indicates the absolute value
  • the solid line Lz is the absolute value of the impedance
  • FIG. 7B is a diagram showing the relationship between the maximum phase ⁇ max and the SAW propagation loss LS.
  • the horizontal axis represents the propagation loss LS (dB / ⁇ m)
  • the vertical axis represents the maximum phase ⁇ max.
  • the loss of the resonator As shown in this figure, the smaller the loss of the resonator, the larger the maximum phase ⁇ max. Therefore, the loss of the resonator can be evaluated by examining the maximum phase ⁇ max. In the ideal state with no loss, the maximum phase ⁇ max is 90 (deg.).
  • the phase ⁇ changes gently with respect to the change in the frequency f in the vicinity of the maximum phase ⁇ max, while the absolute value
  • auxiliary electrode 27 (Influence of auxiliary electrode shape) Comparative Examples 1 to 3 (C1 to C3) and Examples 1 to 3 (E1 to E3) having different auxiliary electrode shapes were set, and SAW propagation loss was evaluated.
  • the auxiliary electrode 27 is provided for all dummy electrodes.
  • FIG. 8 is a diagram showing the conditions and evaluation results.
  • the horizontal axis indicates C1 to C3 and E1 to E3
  • the vertical axis indicates the improvement amount d ⁇ max of the maximum phase ⁇ max of each comparative example and example with reference to the maximum phase ⁇ max of C1. .
  • Comparative Example 1 (C1) is one in which no auxiliary electrode is provided.
  • the tip of the dummy electrode is formed in a circular shape.
  • auxiliary electrodes 27 positioned closer to the intersection range R1 toward the distal end are provided on both sides of the dummy electrode.
  • Comparative Example 3 (C3) is provided with an auxiliary electrode parallel to the SAW propagation direction.
  • the auxiliary electrode 227 located on the side opposite to the intersection range R1 is provided on the one side of the dummy electrode toward the tip side. Is.
  • auxiliary electrodes 27 and 227 are provided on both sides of the dummy electrode along a line connecting the tips of the dummy electrodes, as in the modification shown in FIG. 5C. It is.
  • Example 1 has a greater effect of suppressing a reduction in propagation loss of SAW than any of Comparative Examples and Examples.
  • Example 3 the short-circuit between the electrode finger and the dummy electrode, which should have a different potential, is suppressed as compared with Comparative Example 2 while obtaining the SAW propagation loss reduction suppressing effect equivalent to that of Comparative Example 2.
  • the maximum phase of the auxiliary electrode 27 is considered to be improved in proportion to the number of dummy electrodes having the auxiliary electrode 27. Considering these two things and the result of Example 1 in which the auxiliary electrode 27 is provided for all dummy electrodes, if the auxiliary electrode 27 is provided at least 10% of all the dummy electrodes, the value due to measurement variation It is considered that the above effects can be obtained.
  • auxiliary electrode dimensions (Influence of auxiliary electrode dimensions) Similarly to the embodiment, the SAW propagation loss was evaluated by changing various dimensions of the resonator in which the auxiliary electrode 27 positioned on the crossing range R1 side toward the tip end side was provided on both sides of the dummy electrode. .
  • FIG. 9A shows the change of the maximum phase ⁇ max when the angle ⁇ (FIG. 1B) with respect to the direction orthogonal to the SAW propagation direction of the auxiliary electrode 27 is changed.
  • the horizontal axis represents the angle ⁇ (deg.)
  • the vertical axis represents the maximum phase ⁇ max (deg.).
  • the angle ⁇ is based on the center line of the auxiliary electrode 27.
  • a width w2 of the auxiliary electrode 27 (FIG. 1B): 0.5 ⁇ m
  • Connection position of the auxiliary electrode 27 (distance d, FIG. 1B): 0.75 ⁇ m
  • the angle ⁇ is a little larger than 90 °, the benefit of suppressing propagation loss can be obtained.
  • a significant difference (effect) is confirmed when the angle ⁇ is 60 ° compared to when the angle ⁇ is 90 °.
  • the distance s2 (FIG. 1 (b)) between the auxiliary electrode 27 and the electrode finger 23, which should have different potentials, may be short-circuited.
  • the distance s2 between the auxiliary electrode 27 and the electrode finger 23 that should have different potentials is expressed by, for example, s1 ⁇ sin ⁇ , assuming that the edge 27a of the auxiliary electrode 27 coincides with the tip edge of the dummy electrode 25. Assuming that s1 is about 0.2 ⁇ , since s2 is about 0.1 ⁇ , it is unlikely that a short circuit will occur, so sin ⁇ may be 0.5 or more. That is, ⁇ may be 30 ° or more.
  • the angle ⁇ is preferably not less than 30 ° and not more than 60 °, and assuming that the conditions such as s1, d, w2, etc. change, more preferably, the angle ⁇ is about 45 ° near the center. is there.
  • FIG. 9B shows a change in the maximum phase ⁇ max when the width w2 of the auxiliary electrode 27 is changed.
  • the horizontal axis indicates the width w2 ( ⁇ m), and the vertical axis indicates the maximum phase ⁇ max (deg.).
  • the width w2 is preferably 0.25 ⁇ to 0.5 ⁇ , and in another aspect, 0.50 ⁇ m to 1 ⁇ m.
  • FIG. 9C shows the change of the maximum phase ⁇ max when the connection position (distance d) of the auxiliary electrode 27 is changed.
  • the horizontal axis represents the distance d ( ⁇ m), and the vertical axis represents the maximum phase ⁇ max (deg.).
  • the preferable range of the distance d is 0.25 ⁇ or more and 0.38 ⁇ or less, and in another aspect, 0.50 ⁇ m or more and 0.75 ⁇ m or less.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and may be implemented in various modes.
  • the acoustic wave element is not limited to a SAW element (in the narrow sense).
  • it may be a so-called boundary acoustic wave element (however, included in a broad sense SAW element) in which the thickness of the protective layer (11) is relatively large (for example, 0.5 ⁇ to 2 ⁇ ).
  • the boundary acoustic wave element it is not necessary to form the vibration space (33a), and thus the cover 33 and the like are also unnecessary.
  • the acoustic wave element is not limited to a wafer level package.
  • the SAW element does not have the cover 33 and the terminal 35, and the pad 39 on the upper surface 3 a of the substrate 3 and the mounting pad 55 of the circuit board 53 may be directly bonded by the solder 57.
  • a vibration space may be formed by a gap between the SAW element 1 (protective layer 11) and the mounting surface 53a of the circuit board 53.
  • the acoustic wave element of the wafer level package may have various configurations such that the terminals 39 are not provided and the pads 39 are in contact with the solder balls arranged on the mounting pads 55.
  • the IDT electrode is not limited to an apodized electrode whose crossing width changes in the propagation direction of the elastic wave, and may have a constant crossing width. Even in this case, it is possible to suppress the propagation loss due to the SAW diverging at the interval s1.
  • the first electrode fingers and the second electrode fingers may not be alternately arranged over the entire propagation direction of the elastic wave, and in some cases, the first electrode fingers or the second electrode fingers are elastic waves. They may be adjacent to each other with a half wavelength.
  • the shape of the auxiliary electrode is not limited to that illustrated in the embodiment and the modification.
  • the edge portion (27a) on the crossing range (R1) side is located closer to the crossing range side toward the tip side
  • the auxiliary electrode 427 has an edge 427a on the crossing range side (first electrode finger 23A side) positioned on the crossing range side toward the tip side, but on the opposite side.
  • the side edge 427b may be parallel to the SAW propagation direction.
  • the edge part (427b etc.) on the opposite side to the intersection range may be located on the opposite side of the intersection range toward the tip side.
  • the edge (427a or the like) on the crossing range side and the edge (427b or the like) on the opposite side may not be parallel to each other. That is, the distance between the edges may be longer toward the tip side, the distance from each other may be shorter toward the tip side, and the distance from each other may be longer or shorter at both the root and the tip. May be.
  • the tips of the electrode fingers 23 and the like are formed in a rectangular shape having corners, but the corners may be rounded.
  • the corner of the tip of the electrode finger 523 may be rounded (beveled by a curve).
  • the entire edge of the tip of the electrode finger 523 has a projecting curved shape (example in FIG. 10B).
  • the corners intersecting with the edges may also be rounded.
  • the edge portion 527a extends in a concave shape with the electrode finger 523 side being concave.
  • the edge portion 527a of the auxiliary electrode 527 and the entire tip edge portion of the dummy electrode 525 are curved with the tip side of the electrode finger 523 being concave.
  • the shape including the curve as shown in FIG. 10B may be formed with a pattern including a curve in the photomask with the intention of forming the curve from the beginning, or a combination of straight lines in the photomask.
  • a pattern (including a corner) made of the above may be formed, and the corner may be rounded or a straight line near the corner may be curved by adjusting the etching conditions.
  • the position of the leading edge of the dummy electrode and the edge of the auxiliary electrode protruding from the dummy electrode on the crossing range side may not coincide with each other in the direction orthogonal to the SAW propagation direction.
  • the edge portion 27 a of the auxiliary electrode 27 may be shifted to the root side of the dummy electrode 25 with respect to the tip edge portion of the dummy electrode 25.
  • the tip of the dummy electrode 25 may protrude from the edge 27 a of the auxiliary electrode 27.
  • the edge 27a of the auxiliary electrode 27 closes at least a part of the gap s1 when viewed in the SAW propagation direction. The same effect as the embodiment is achieved.
  • Embodiments and modifications may be combined as appropriate.
  • the modification examples shown in FIGS. 5B and 5D may be mixed in one IDT electrode, and the chamfering shown in FIG.
  • the present invention may be applied to the modification shown in FIG.
  • the protective layer 11 and the additional film 9 are not essential requirements, and the protective layer is provided only for the purpose of preventing corrosion and may be thinner than the thickness of the electrode finger.
  • the upper surface of the protective layer 11 may have irregularities so as to be convex at the position of the electrode fingers. In this case, the reflection coefficient at the electrode fingers and their non-arranged positions can be increased. As described with reference to FIG. 3 (e), the unevenness may be formed due to the thickness of the electrode finger when the protective layer is formed, or the surface of the protective layer may be formed on the electrode finger. It may be formed by etching in the region between.
  • the additional film is preferably provided over the entire surface of the electrode.
  • the additional film may be provided only on a part of the electrode, such as provided only on the electrode finger. Further, the additional film may be provided only in a part on the center side when viewed in the longitudinal direction of the electrode finger. Further, the additional film may be provided not only on the upper surface of the electrode but also on the side surface.
  • the material of the additional film may be a conductive material or an insulating material. Specifically, conductive materials such as tungsten (W), iridium (Ir), tantalum (Ta), copper (Cu), Ba x Sr 1-x O 3 , Pb x Zn 1-x O 3 , ZnO 3, etc. These insulating materials can be mentioned as materials for the additional film.
  • the additional film By forming the additional film with an insulating material, it is possible to suppress the corrosion of the electrode and stabilize the electrical characteristics of the acoustic wave device, compared to the case where the additional film is formed of a metal material. This is because a pinhole may be formed in the protective layer made of SiO 2 , and when this pinhole is formed, moisture will penetrate to the electrode portion through this, but the electrode is placed on the electrode. This is because if a metal film made of a material different from the material is disposed, corrosion due to the battery effect between different metals occurs due to the infiltrated moisture. Therefore, if the additional film is formed of an insulating material such as Ta 2 O 5 , the battery effect is hardly generated between the electrode and the additional film. Therefore, a highly reliable acoustic wave element in which corrosion of the electrode is suppressed is obtained. be able to.
  • the material of the electrode is not limited to Al and alloys containing Al as a main component.
  • the material of the protective layer is not limited to SiO 2, and may be silicon oxide other than SiO 2 , for example.
  • SAW element elastic wave element
  • Substrate piezoelectric substrate
  • IDT electrode electrode
  • Additional film 11 ... Protective layer
  • 21 21 ... Busbar
  • Electrode finger 25 ... Dummy electrode, 27 ... Auxiliary electrode, 51 ... SAW device (surface acoustic wave device), 53 ... Circuit board

Landscapes

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Abstract

SAW素子1のIDT電極5は、第1バスバー21Aおよび第2バスバー21Bと、これらバスバー21から延び、互いに交差する複数の第1電極指23Aおよび複数の第2電極指23Bと、バスバー21から延び、先端が複数の第2電極指23Bおよび複数の第1電極指23Aの先端と間隙s1を介して対向する複数の第1ダミー電極25Aおよび複数の第2ダミー電極25Bと、複数の第1ダミー電極25Aの先端側部分からその側方へ突出する複数の第1補助電極27Aと、複数の第2ダミー電極25Bの先端側部分からその側方へ突出する複数の第2補助電極27Bとを有する。複数の第1補助電極27Aは、第2バスバー21B側の縁部27aが、先端側ほど第2バスバー21B側に位置する。

Description

弾性波素子およびそれを用いた弾性波装置
 本発明は、弾性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)素子等の弾性波素子およびそれを用いた弾性波装置に関する。
 圧電基板と、圧電基板の主面上に設けられたIDT(InterDigital Transducer)電極(励振電極)とを有する弾性波素子が知られている(例えば特許文献1または2)。IDT電極は、1対の櫛歯電極を有する。各櫛歯電極は、SAWの伝搬方向に延びるバスバーと、当該バスバーからSAWの伝搬方向に直交する方向に延び、SAWの伝搬方向に配列された複数の電極指を有している。そして、1対の櫛歯電極は、複数の電極指が噛み合うように(交差するように)配置される。また、特許文献1および2の各櫛歯電極は、バスバーからSAWの伝搬方向に延び、その先端が他方の櫛歯電極の電極指の先端と間隙を介して対向するダミー電極を有している。
 特許文献1では、ダミー電極の先端を太くすることが開示されている。特許文献1では、このような構成によって、電極指の先端とダミー電極の先端との間隙周辺におけるSAWの反射や散乱が抑制され、弾性波素子の共振特性やフィルタ特性が向上するとされている。
 特許文献2の図15では、ダミー電極の先端と、当該ダミー電極とSAWの伝搬方向において隣接する電極指とを接続することが開示されている。特許文献2では、このような構成によって、電極指の交差範囲の外側領域における音速が低下し、交差範囲内にSAWが閉じ込められ、弾性波素子の特性が向上するとされている。
 しかし、特許文献1の技術では、ダミー電極の先端を太くすることから、ダミー電極の先端と電極指の先端との間隙が小さくなり、これらダミー電極と電極指とが短絡するおそれが高くなっている。また、特許文献2の技術は、ダミー電極の先端と電極指の先端との間隙における弾性波の伝搬損失に着目したものではなく、そのような伝搬損失を好適に抑制する形状とはなっていない。
 従って、ダミー電極と電極指との短絡を抑制しつつ弾性波の伝搬損失を低減できる弾性波素子および弾性波装置が提供されることが好ましい。
国際公開第2008/126614号パンフレット 特開2008-92017号公報
 本発明の一態様に係る弾性波素子は、圧電基板と、該圧電基板の上面に位置するIDT電極と、を有し、該IDT電極は、弾性波の伝搬方向に直交する方向において互いに対向する第1バスバーおよび第2バスバーと、前記第1バスバーから前記第2バスバーに向かって延び、前記伝搬方向に配列された複数の第1電極指と、前記第2バスバーから前記第1バスバーに向かって延び、前記伝搬方向に配列された、前記複数の第1電極指と互いに交差する複数の第2電極指と、前記第1バスバーから前記第2バスバーに向かって延び、前記伝搬方向に配列された、先端が前記複数の第2電極指の先端と間隙を介して対向する複数の第1ダミー電極と、前記第2バスバーから前記第1バスバーに向かって延び、前記伝搬方向に配列された、先端が前記複数の第1電極指の先端と間隙を介して対向する複数の第2ダミー電極と、前記複数の第1ダミー電極の先端側部分からその側方へ突出する複数の第1補助電極と、前記複数の第2ダミー電極の先端側部分からその側方へ突出する複数の第2補助電極と、を有し、前記複数の第1補助電極の少なくとも一部の第1補助電極は、前記第2バスバー側の縁部が先端側ほど前記第2バスバー側に位置し、前記複数の第2補助電極の少なくとも一部の第2補助電極は、前記第1バスバー側の縁部が先端側ほど前記第1バスバー側に位置する。
 本発明の一態様の弾性波素子は、圧電基板と、該圧電基板の上面に位置するIDT電極と、を有し、該IDT電極は、弾性波の伝搬方向に直交する方向において互いに対向する第1バスバーおよび第2バスバーと、前記第1バスバーから前記第2バスバーに向かって延び、前記伝搬方向に配列された複数の第1電極指と、前記第2バスバーから前記第1バスバーに向かって延び、前記伝搬方向に配列された、前記複数の第1電極指と互いに交差する複数の第2電極指と、前記第1バスバーから前記第2バスバーに向かって延び、前記伝搬方向に配列された、先端が前記複数の第2電極指の先端と間隙を介して対向する複数の第1ダミー電極と、前記第2バスバーから前記第1バスバーに向かって延び、前記伝搬方向に配列された、先端が前記複数の第1電極指の先端と間隙を介して対向する複数の第2ダミー電極と、前記複数の第1ダミー電極の先端側部分から前記伝搬方向に対して斜めに突出する第1補助電極と、前記複数の第2ダミー電極の先端側部分から前記伝搬方向に対して斜めに突出する第2補助電極と、を有する。
 本発明の一態様の弾性波装置は、上記のいずれか一つの弾性波素子と、該弾性波素子が実装される回路基板と、を有する。
 上記の構成によれば、ダミー電極と電極指との短絡を抑制しつつ弾性波の伝搬損失を低減できる。
図1(a)は本発明の実施形態に係るSAW素子の平面図、図1(b)は図1(a)の領域Ibの拡大図である。 図1(b)のII-II線における断面図である。 図3(a)~図3(e)はSAW素子の製造方法を説明する、図2に対応する断面図である。 図1のSAW素子を適用したSAW装置の例を示す断面図である。 図5(a)~図5(d)は補助電極の変形例を示す拡大平面図である。 バスバーの変形例を示す平面図である。 図7(a)および図7(b)はSAWの伝搬損失の評価方法を説明する図である。 比較例および実施例の条件および評価結果を示す図である。 図9(a)~図9(c)は補助電極の寸法がSAWの伝搬損失に及ぼす影響を示す図である。 図10(a)および図10(b)は補助電極の他の変形例を示す拡大平面図である。 補助電極のさらに他の変形例を示す拡大平面図である。
 以下、本発明の実施形態に係る弾性表面波素子(以下、SAW素子ともいう)および弾性表面波装置(以下、SAW装置ともいう)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。
(SAW素子の構成および製造方法)
 図1(a)は本発明の実施形態に係るSAW素子1の要部の平面図である。図1(b)は図1(a)の領域Ibの拡大図である。図2は図1(b)のII-II線における断面図である。
 なお、SAW素子1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。
 SAW素子1は、基板3と、基板3の上面3aに設けられたIDT電極5および反射器7と、IDT電極5および反射器7上に設けられた付加膜9(図2)と、上面3aを付加膜9の上から覆う保護層11(図2)とを有している。なお、SAW素子1は、この他にも、IDT電極5に信号の入出力を行うための配線等を有していてもよい。
 基板3は、圧電基板によって構成されている。具体的には、例えば、基板3は、タンタル酸リチウム(LiTaO)単結晶,ニオブ酸リチウム(LiNbO)単結晶等の圧電性を有する単結晶の基板によって構成されている。より好適には、基板3は、128°±10°Y-XカットのLiNbO基板によって構成されている。基板3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、基板3の厚み(z方向)は、0.2mm~0.5mmである。
 IDT電極5は、第1櫛歯電極13Aおよび第2櫛歯電極13Bを有している。なお、以下では、第1櫛歯電極13Aおよび第2櫛歯電極13Bを単に櫛歯電極13といい、これらを区別しないことがある。また、第1櫛歯電極13Aに係る構成については、「第1バスバー21A」等のように、「第1」および「A」を付すことがあり、第2櫛歯電極13Bに係る構成については、「第2バスバー21B」等のように、「第2」および「B」を付すことがあり、また、「第1」、「第2」、「A」、および「B」を省略することがある。
 各櫛歯電極13は、SAWの伝搬方向(x方向)に延びるバスバー21(図1(a))と、バスバー21から上記伝搬方向に直交する方向(y方向)に伸びる複数の電極指23とを有している。そして、1対の櫛歯電極13は、複数の電極指23が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、各櫛歯電極13は、複数の電極指23の間においてバスバー21からSAWの伝搬方向に直交する方向(y方向)に延びる複数のダミー電極25と、ダミー電極25の先端側部分からその側方へ延びる複数の補助電極27とを有している。
 バスバー21は、例えば、概ね一定の幅で延びる長尺状に形成されており、SAWの伝搬方向に平行に配置されている。そして、一対のバスバー21は、SAWの伝搬方向に直交する方向において互いに対向している。
 複数の電極指23は、SAWの伝搬方向に概ね一定の間隔で配列されている。一対の櫛歯電極13の複数の電極指23は、そのピッチ(繰り返し間隔)p(図2。例えば、電極指23の中心間距離)が、例えば、共振させたい周波数でのSAW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(2p)は、例えば、1.5μm~6μmである。各電極指23の幅w1(図2)は、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、例えば、ピッチpに対して0.4p~0.6pである。
 複数の電極指23の長さ(先端のy方向における位置)は、SAWの伝搬方向において変化している。従って、図1(a)において点線(複数の電極指23の先端を結ぶ線)で示す交差範囲R1の幅W(SAWの伝搬方向に直交する方向(y方向)の長さ、電極指23の交差幅)は、SAWの伝搬方向(x方向)において変化している。すなわち、IDT電極5は、アポダイズが施されている。このようなアポダイズが施されることにより、いわゆる横モードのスプリアスの発生が抑制される。
 複数のダミー電極25は、各櫛歯電極13において、複数の電極指23と共に概ね一定の間隔(ピッチp)で配列されている。そして、一方の櫛歯電極13のダミー電極25の先端は、他方の櫛歯電極13の電極指23の先端と所定の間隙s1(図1(b))を介して対向している。間隙s1の大きさ(y方向。以下においてこの大きさもs1の符号によって表現することがある。)は、複数のダミー電極25において概ね一定である。ダミー電極25の先端の位置(長さ)は、交差幅WがSAWの伝搬方向において変化していることに対応して、SAWの伝搬方向において変化している。ダミー電極25の各種寸法は適宜に設定されてよいが、例えば、ダミー電極25の幅は、電極指23の幅w1と同等であり、また、間隙s1の大きさは、λ/8からλ/2(p)程度である。
 複数の補助電極27は、複数のダミー電極25の先端の側方縁部から突出している。複数のダミー電極25のうち、自己と同じバスバー21から延びる電極指23が両隣に位置するダミー電極25(本実施形態では、IDT電極5の端部に位置するダミー電極25以外のダミー電極25)においては、両側の側方縁部から補助電極27が突出している。
 補助電極27の先端は、当該補助電極27の根元のダミー電極25と同一のバスバー21から延びる、当該ダミー電極25に隣接する電極指23の側方縁部に接続されている。すなわち、補助電極27は、同電位となるべきダミー電極25と電極指23とを接続している。
 補助電極27は、例えば、先端側(電極指23に接続される側)ほど、他方の櫛歯電極13のバスバー21側に位置するように傾斜して延びている。すなわち、第1補助電極27Aは、先端側ほど第2バスバー21B側に位置するように傾斜して延び、第2補助電極27Bは、先端側ほど第1バスバー21A側に位置するように傾斜して延びている。
 補助電極27の、他方の櫛歯電極13のバスバー21側の縁部27a(図1(b))およびその反対側の縁部27b(図1(b))に着目すれば、第1補助電極27Aの縁部27aおよび縁部27bは、先端側ほど第2バスバー21B側に位置するように傾斜して延び、第2補助電極27Bの縁部27aおよび縁部27bは、先端側ほど第1バスバー21A側に位置するように傾斜して延びている。
 補助電極27の幅w2、SAWの伝搬方向に直交する方向(y方向)に対する角度α、およびダミー電極25に対する接続位置は適宜に設定されてよい。なお、接続位置は、例えば、補助電極27の中心線とダミー電極25の中心線との交差位置と、ダミー電極25の先端との距離dによって定義される。幅w2は、例えば、電極指23およびダミー電極25の幅w1と同等であり、角度αは、例えば、45度程度であり、距離dは、例えば、SAWの波長λに対して0.20λ~0.40λである。
 なお、図1(a)等は模式図であり、実際には、これよりも多数の電極指23等を有する複数対の櫛歯電極が設けられてよい。また、複数のIDT電極5が直列接続や並列接続等の方式で接続されたラダー型SAWフィルタが構成されてもよいし、複数のIDT電極5をx方向に沿って配置した2重モードSAW共振器フィルタ等が構成されてよい。
 IDT電極5は、例えば、金属によって形成されている。この金属としては、例えば、AlまたはAlを主成分とする合金(Al合金)が挙げられる。Al合金は、例えば、Al-Cu合金である。なお、IDT電極5は、複数の金属層から構成されてもよい。IDT電極5の各種寸法は、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。一例として、IDT電極5の厚みe(図2)は、100nm~300nmである。
 なお、IDT電極5は、基板3の上面3aに直接配置されていてもよいし、別の部材を介して基板3の上面3a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。このようにIDT電極5を別の部材を介して基板3の上面3aに配置する場合は、別の部材の厚みはIDT電極5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5の厚みの5%の厚み)に設定される。
 IDT電極5によって基板3に電圧が印加されると、基板3の上面3a付近において上面3aに沿ってx方向に伝搬するSAWが誘起される。また、SAWは、電極指23と電極指23の非配置領域との境界において反射する。そして、電極指23のピッチ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23によって取り出される。このようにして、SAW素子1は、共振子もしくはフィルタとして機能する。
 反射器7は、IDT電極5の電極指23のピッチpと概ね同等のピッチの格子状に形成されている。反射器7は、例えば、IDT電極5と同一の材料によって形成されるとともに、IDT電極5と同等の厚みに形成されている。
 保護層11は、例えば、基板3の上面3aの概ね全面に亘って設けられており、付加膜9が設けられたIDT電極5および反射器7を覆うとともに、上面3aのうちIDT電極5および反射器7から露出する部分を覆っている。保護層11の上面3aからの厚みT(図2)は、IDT電極5および反射器7の厚みeよりも大きく設定されている。例えば、厚みTは、厚みeよりも100nm以上厚く、200nm~700nmである。また、例えば、厚みTは、別の観点では、SAWの波長λに対して0.2λ~0.5λである。
 保護層11は、絶縁性を有する材料からなる。好適には、保護層11は、温度が上昇すると弾性波の伝搬速度が速くなるSiOなどの材料によって形成されており、これによってSAW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ができる。具体的には、以下のとおりである。
 基板3の温度が上昇すると、基板3におけるSAWの伝搬速度が遅くなり、また、基板3の熱膨張によってピッチpが大きくなる。その結果、共振周波数が低くなり、所望の特性が得られないおそれがある。しかし、保護層11が設けられていると、弾性波は、基板3だけでなく、保護層11においても伝搬する。そして、保護層11は、温度が上昇すると弾性波の伝搬速度が速くなる材料(SiO)によって形成されていることから、基板3および保護層11を伝搬するSAW全体としては、温度上昇による速度の変化が抑制されることになる。なお、保護層11は、IDT電極5を腐食等から保護することにも寄与する。
 保護層11の表面は、大きな凹凸がないようにしておくことが望ましい。基板3上を伝搬するSAWの伝搬速度は保護層11の表面の凹凸に影響を受けて変化するため、保護層11の表面に大きな凹凸が存在すると、製造された各SAW素子1の共振周波数に大きなばらつきが生じることとなる。したがって、保護層11の表面を平坦にしておけば、各弾性波素子の共振周波数が安定化する。具体的には、保護層11の表面の平坦度を、基板3上を伝搬するSAWの波長の1%以下とすることが望ましい。
 付加膜9は、IDT電極5および反射器7の電気特性を向上させるためのものである。付加膜9は、例えば、IDT電極5および反射器7の上面の全面に亘って設けられている。付加膜9は、電極指23の長手方向(y方向)に直交する断面形状が、例えば、概ね矩形とされている。ただし、付加膜9の断面形状は、台形やドーム状とされてもよい。付加膜9の厚さt(図2)は、付加膜9が保護層11を露出しない範囲で適宜に設定されてよい。例えば、付加膜9の厚さは、SAWの波長λに対して0.01λ~0.4λである。
 付加膜9を構成する材料は、IDT電極5、反射器7、および保護層11を構成する材料とは音響インピーダンスが異なる材料である。音響インピーダンスの相違は、ある程度以上であることが好ましく、例えば、15MRayl以上、より好ましくは20MRayl以上であることが好ましい。
 このような材料としては、例えば、IDT電極5がAl(音響インピーダンス:13.5MRayl)によって構成され、保護層11がSiO(12.2MRayl)によって構成されている場合には、WC(102.5MRayl)、TiN(56.0MRayl)、TaSiO(40.6MRayl)、Ta(33.8MRayl)、WSi(67.4MRayl)が挙げられる。
 IDT電極5がAlによって構成され、保護層11がSiOによって構成されている場合においては、これらの音響インピーダンスが近いことから、電極指23と電極指23の非配置領域との境界が音響的に曖昧になり、当該境界における反射係数が低下する。その結果、SAWの反射波が十分に得られず、所望の特性が得られないおそれがある。しかし、IDT電極5および保護層11の材料とは音響インピーダンスが異なる材料によって形成された付加膜9がIDT電極5の上面に設けられることにより、電極指23と電極指23の非配置領域との境界における反射係数が高くなり、所望の特性が得られやすくなる。
 なお、付加膜9の材料は、IDT電極5、反射器7、および保護層11の材料よりも弾性波の伝搬速度が遅いことが好ましい。伝搬速度が遅いことによって、振動分布が付加膜9に集中しやすく、電極指23と電極指23の非配置位置との境界における反射係数が実効的に高くなる。
 このような材料としては、例えば、IDT電極5がAl(伝搬速度:5020m/s)によって構成され、保護層11がSiO(5560m/s)によって構成されている場合には、TaSiO(4438m/s)、Ta(4352m/s)、WSi(4465m/s)が挙げられる。なお、IDT電極5等の材料よりも弾性波の伝搬速度が遅い材料は、IDT電極5等の材料よりも音響インピーダンスが小さい材料よりも、音響インピーダンスが大きい材料の方が選択の自由度が高いと思われる。
 図3(a)~図3(e)は、SAW素子1の製造方法の概要を説明する、製造工程毎の図2に対応する断面図である。製造工程は、図3(a)から図3(e)まで順に進んでいく。なお、各種の層は、プロセスの進行に伴って形状等が変化するが、変化の前後で共通の符号を用いることがあるものとする。
 図3(a)に示すように、まず、基板3の上面3a上には、IDT電極5および反射器7となる導電層15、ならびに付加膜9となる付加層17が形成される。具体的には、まず、スパッタリング法、蒸着法またはCVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相堆積)法等の薄膜形成法によって、上面3a上に導電層15が形成される。次に、同様の薄膜形成法によって、付加層17が形成される。
 付加層17が形成されると、図3(b)に示すように、付加層17および導電層15をエッチングするためのマスクとしてのレジスト層19が形成される。具体的には、ネガ型もしくはポジ型の感光性樹脂の薄膜が適宜な薄膜形成法によって形成され、フォトリソグラフィー法等によってIDT電極5および反射器7等の非配置位置において薄膜の一部が除去される。
 次に、図3(c)に示すように、RIE(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)等の適宜なエッチング法によって、付加層17および導電層15のエッチングを行う。これによって、付加膜9が設けられたIDT電極5および反射器7が形成される。その後、図3(d)に示すように、適宜な薬液を用いることによって、レジスト層19は除去される。
 そして、図3(e)に示すように、スパッタリング法もしくはCVD法等の適宜な薄膜形成法によって保護層11となる薄膜が形成される。この時点においては、保護層11となる薄膜の表面には、IDT電極5等の厚みに起因して凹凸が形成されている。そして、必要に応じて化学機械研磨等によって表面が平坦化され、図2に示すように、保護層11が形成される。なお、保護層11は、平坦化の前もしくは後において、後述するパッド39(図4)等を露出させるために、フォトリソグラフィー法等によって一部が除去されてもよい。
(SAW装置の構成)
 図4は、上述したSAW素子1を適用したSAW装置51の例を示す断面図である。
 SAW装置51は、例えば、フィルタもしくはデュプレクサを構成している。SAW装置51は、SAW素子31と、SAW素子31が実装される回路基板53とを有している。
 SAW素子31は、例えば、いわゆるウェハレベルパッケージのSAW素子として構成されている。SAW素子31は、上述したSAW素子1と、基板3のSAW素子1側を覆うカバー33と、カバー33を貫通する端子35と、基板3のSAW素子1とは反対側を覆う裏面部37とを有している。
 カバー33は、樹脂等によって構成されており、SAWの伝搬を容易化するための振動空間33aをIDT電極5および反射器7の上方(z方向の正側)に構成している。基板3の上面3a上には、IDT電極5と接続された配線38と、配線38に接続されたパッド39とが形成されている。端子35は、パッド39上において形成され、IDT電極5と電気的に接続されている。裏面部37は、例えば、特に図示しないが、温度変化等によって基板3表面にチャージされた電荷を放電するための裏面電極と当該裏面電極を覆う保護層とを有している。
 回路基板53は、例えば、いわゆるリジッド式のプリント配線基板によって構成されている。回路基板53の実装面53aには、実装用パッド55が形成されている。
 SAW素子31は、カバー33側を実装面53aに対向させて配置される。そして、端子35と実装用パッド55は、半田57によって接着される。その後、SAW素子31は封止樹脂59によって封止される。
 以上の実施形態によれば、SAW素子1は、基板3と、基板3の上面3aに位置するIDT電極5とを有する。IDT電極5は、SAWの伝搬方向に直交する方向(y方向)において互いに対向する第1バスバー21Aおよび第2バスバー21Bと、第1バスバー21Aから第2バスバー21Bに向かって延び、伝搬方向(x方向)に配列された複数の第1電極指23Aと、第2バスバー21Bから第1バスバー21Aに向かって延び、x方向に配列され、複数の第1電極指23Aと互いに交差する複数の第2電極指23Bと、第1バスバー21Aから第2バスバー21Bに向かって延び、x方向に配列され、先端が複数の第2電極指23Bの先端と間隙s1を介して対向する複数の第1ダミー電極25Aと、第2バスバー21Bから第1バスバー21Aに向かって延び、x方向に配列され、先端が複数の第1電極指23Aの先端と間隙s1を介して対向する複数の第2ダミー電極25Bと、複数の第1ダミー電極25Aの先端側部分からその側方へ突出する複数の第1補助電極27Aと、複数の第2ダミー電極25Bの先端側部分からその側方へ突出する複数の第2補助電極27Bとを有する。そして、複数の第1補助電極27Aは、第2バスバー21B側の縁部27aが、先端側ほど第2バスバー21B側に位置し、複数の第2補助電極27Bは、第1バスバー21A側の縁部27aが、先端側ほど第1バスバー21A側に位置する。
 従って、各補助電極27は、自己とは電位の異なる(所属する櫛歯電極13が異なる)電極指23の先端との距離を確保しつつ、電極指23とダミー電極25との間隙s1を、SAWの伝搬方向(x方向)に見て、縮小することができる。その結果、互いに電位の異なる電極指23とダミー電極25とが(例えば第1電極指23Aと第2ダミー電極25Bとが)短絡することが抑制されるとともに、SAWが間隙s1において発散してSAWの伝搬損失が生じることが抑制される。
 IDT電極5は、複数の第1電極指23A、複数の第2電極指23B、複数の第1ダミー電極25A、および複数の第2ダミー電極25Bの先端のy方向における位置が伝搬方向(x方向)に対して変化するアポダイズ電極である。
 このようなアポダイズ電極においては、横モードのスプリアスの発生が抑制されるが、交差幅Wが狭くなる位置において間隙s1が1対のバスバー21間の中央側に位置するようになるので、SAWの発散が生じやすい。従って、このようなアポダイズ電極においては、補助電極27によるSAWの発散抑制効果が顕著に現れる。そして、横モードのスプリアスの発生抑制およびSAWの伝搬損失抑制において優れたSAW素子が得られる。
 複数の第1ダミー電極25Aの少なくとも一部は、両隣に第1電極指23Aが位置し、先端側部分からその側方両側に1対の第1補助電極27Aが突出する。そして、1対の第1補助電極27Aは、いずれも、第2バスバー21B側の縁部27aが先端側ほど第2バスバー21B側に位置している。第2櫛歯電極13B側においても同様である。
 従って、2つの補助電極27が間隙s1を挟み込むように配置されることになり、伝搬方向の双方向のSAW、別の観点では、励起されたSAWおよび反射されたSAWの双方の発散を好適に抑制できる。また、間隙s1の周辺に補助電極27の面積を確保しやすくなり、この点からも、SAWの発散抑制効果が向上する。
 複数の第1補助電極27Aは、先端が複数の第1電極指23Aに接続され、複数の第2補助電極27Bは、先端が複数の第2電極指23Bに接続されている。
 従って、同電位となるべき電極指23、ダミー電極25、および補助電極27の電位が相対的に安定し、IDT電極5の電気特性が安定することが期待される。また、ダミー電極25や電極指23は、プロセス上の問題によって根元部分で欠落が生じても、隣の電極指23またはダミー電極25と補助電極27を介して接続されているため、電気的な接続が保たれる。このため、歩留まりの向上が期待される。また、上述のように、両隣に電極指23が位置するダミー電極25の側方両側に第1補助電極27Aが設けられる場合には、交差範囲R1の外側において、ダミー電極25の先端とダミー電極25に並列に並ぶ電極指23との隙間がSAWの伝搬方向の(概ね)全体に亘って塞がれることになるので、交差範囲R1の外側へのSAWの発散が抑制されることが期待される。
 SAW素子1は、IDT電極5および基板3の上面3aを覆い、基板3の上面3aからの厚みTがIDT電極5の厚みeよりも大きいSiOからなる保護層11をさらに有し、IDT電極は、AlまたはAlを主成分とする合金からなる。
 従って、既に述べたように、温度特性に優れたSAW素子が得られる。また、間隙s1には、IDT電極5と同様の音響インピーダンスを有する保護層11が存在することになる。その結果、間隙s1におけるSAWの発散が抑制され、その発散抑制効果が補助電極27による発散抑制効果に上乗せされ、SAWの伝搬損失の抑制が一層図られることが考えられる。別の観点では、保護層11がSAWの発散抑制に寄与し得るから、補助電極27を小さくすることが可能であり、ひいては、異なる電位となるべき電極指23とダミー電極25との距離を確保することができる。
 SAW素子1は、IDT電極5の上面に位置し、保護層11に覆われ、IDT電極5の材料および保護層11の材料に比較して音響インピーダンスが大きくかつ弾性波の伝搬速度が遅い材料からなる付加膜9をさらに有する。
 従って、既に述べたように、保護層11の反射係数に関する短所を補うことができる。付加膜9が設けられると、保護層11による間隙s1におけるSAWの発散抑制効果は低減する。従って、補助電極27による発散抑制効果が顕著となる。そして、温度特性に優れ、SAWの反射係数を十分に確保でき、かつSAWの伝搬損失抑制において優れたSAW素子が得られる。
(変形例)
 図5(a)~図5(d)は、補助電極の平面形状の変形例を示す図1(b)に対応する図である。なお、これらの図においては、第2バスバー21B側の第2補助電極27B、127B、および227Bの形状が示されているが、第1バスバー21A側の第1補助電極の形状も、第2補助電極の形状と同様である。
 図5(a)の変形例においては、補助電極127は、先端が同電位となるべき電極指23に接続されていない。この場合であっても、実施形態の補助電極27と同様に、異なる電位となるべき電極指23との短絡を抑制しつつ、間隙s1におけるSAWの発散を抑制できる。
 図5(b)の変形例においては、実施形態と同様の補助電極27が、ダミー電極25の側方一方側にのみ設けられている。この場合であっても、実施形態と同様に、異なる電位となるべき電極指23との短絡を抑制しつつ、間隙s1におけるSAWの発散を抑制できる。
 図5(c)の変形例においては、補助電極27および227が設けられている。補助電極27および227は(その交差範囲R1(図1(a)参照)側の縁部は)、いずれもSAWの伝搬方向(x方向)に対してダミー電極25の先端を結んだ線に沿う側に傾斜して延び、好適には、ダミー電極25の先端を結んだ線に沿って延びている。
 補助電極27は、実施形態と同様に、先端側ほど交差範囲R1側に位置するものであり、補助電極227は、実施形態とは逆に、先端側ほど交差範囲R1とは反対側に位置するものである。各ダミー電極25は、交差範囲R1の形状に応じて(x方向の位置に応じて)、側方一方側に補助電極27が設けられるとともに側方他方側に補助電極227が設けられたり(図5(c)に例示する部分)、側方両側に補助電極27が設けられたり、側方両側に補助電極227が設けられたりする。
 この変形例においても、実施形態と同様に、異なる電位となるべき電極指23との短絡を抑制しつつ、間隙s1におけるSAWの発散を抑制できる。また、交差範囲R1の形状と補助電極27および227の形状とが一致することから、予想外のSAWの発散や反射が生じることが抑制されることが期待される。
 図5(d)の変形例においては、ダミー電極25の片側にのみ図5(c)の補助電極227が設けられている。この場合であっても、実施形態と同様に、異なる電位となるべき電極指23の先端との距離を確保して短絡を抑制しつつ、間隙s1付近における電極面積を拡大してSAWの発散を抑制できる。
 なお、図5(b)の変形例は、図5(b)に示した範囲では、図5(c)の変形例において補助電極227を省略したものと捉えることができる。同様に、図5(d)の変形例は、図5(d)に示した範囲では、図5(c)の変形例において補助電極27を省略したものと捉えることができる。すなわち、図5(b)から図5(d)の変形例は、アポダイズ電極において、補助電極がSAWの伝搬方向に対してダミー電極25の先端を結んだ線に沿う側に傾斜しているという同一の概念によって捉えることができる。
 図6は、バスバーの平面形状の変形例を示す図1(a)と同様の平面図である。
 この変形例において、バスバー321は、交差範囲R1側の縁部321aが交差範囲R1の縁部が傾斜する側に傾斜して延びている。なお、縁部321aと交差範囲R1の縁部とは、平行であってもよいし、平行でなくてもよい。
(実施例)
 補助電極の形状および寸法を種々設定して、SAW素子1を作製した。そして、その電気特性を調べてSAWの伝搬損失を評価した。
(比較例および実施例に共通する条件)
 以下の比較例および実施例において、共通する条件は以下のとおりである。
 SAWの波長λ:2μm
 交差幅Wの最大値:30λ
 電極指の数:300本(150対)
 ダミー電極の数:300本
(SAWの伝搬損失の評価方法)
 図7(a)および図7(b)は、SAWの伝搬損失の評価方法を説明する図である。
 図7(a)は、共振子としてのSAW素子1のインピーダンス特性を示す図である。同図において、横軸は、周波数f(MHz)を示し、縦軸はインピーダンスの絶対値|Z|(Ω)およびインピーダンスZの位相θ(deg.)を示している。実線Lzはインピーダンスの絶対値|Z|の周波数変化を示し、実線Lθはインピーダンスの位相θの周波数変化を示している。
 インピーダンス特性の図においては、実線Lzにより示されるように、インピーダンスの絶対値|Z|が極小となる共振点と、インピーダンスの絶対値|Z|が極大となる***振点とが現れる。また、共振点と***振点との間においては、インピーダンスの位相θが最大位相θmaxとなる。
 図7(b)は、最大位相θmaxとSAWの伝搬損失LSとの関係を示す図である。同図において、横軸は伝搬損失LS(dB/μm)を示し、縦軸は最大位相θmaxを示している。
 この図に示されるように、共振子の損失が小さいほど、最大位相θmaxは大きくなる。従って、最大位相θmaxを調べることにより、共振子の損失を評価することができる。なお、損失0の理想状態では、最大位相θmaxは90(deg.)となる。
 図7(a)に示されるように、位相θは、最大位相θmax付近において周波数fの変化に対して緩やかに変化している一方で、絶対値|Z|は、共振点および***振点の付近において周波数fの変化に対して急激に変化している。従って、最大位相θmaxは、絶対値|Z|よりも安定して測定可能であり、最大位相θmaxに基づく損失の評価は、絶対値|Z|に基づく損失の評価よりも誤差が小さいものと期待される。
(補助電極の形状の影響)
 補助電極の形状を互いに異ならせた比較例1~3(C1~C3)および実施例1~3(E1~E3)を設定し、SAWの伝搬損失の評価を行った。なお、実施1~3において、補助電極27はすべてのダミー電極に対して設けた。
 図8は、その条件および評価結果を示す図である。同図において、横軸は、C1~C3およびE1~E3を示し、縦軸は、C1の最大位相θmaxを基準とした、各比較例および実施例の最大位相θmaxの改善量dθmaxを示している。
 比較例1(C1)は、補助電極が設けられていないものである。比較例2(C2)は、ダミー電極の先端が円形に形成されたものである。実施例1(E1)は、実施形態と同様に、先端側ほど交差範囲R1側に位置する補助電極27がダミー電極の側方両側に設けられたものである。比較例3(C3)は、SAWの伝搬方向に平行な補助電極が設けられたものである。実施例2(E2)は、図5(d)に示した変形例と同様に、先端側ほど交差範囲R1とは反対側に位置する補助電極227がダミー電極の側方一方側に設けられたものである。実施例3(E3)は、図5(c)に示した変形例と同様に、ダミー電極の先端を結ぶ線に沿って、ダミー電極の側方両側に補助電極27および227が設けられたものである。
 この図から、実施例1~3のいずれにおいても、比較例1に比較して、SAWの伝搬損失の低下が抑制されることが確認された。また、実施例1は、いずれの比較例および実施例よりも、SAWの伝搬損失の低下抑制の効果が大きい。実施例3は、比較例2と同等のSAWの伝搬損失の低下抑制効果を得つつ、比較例2に比較して、異なる電位となるべき電極指とダミー電極との短絡が抑制される。
 なお、電極の出来映えのばらつきを考慮すると、最大位相θmaxには0.3°程度の測定ばらつきが生じると考えられる。一方、補助電極27の最大位相は、補助電極27を有するダミー電極の本数に比例して改善されると考えられる。これら2つのことと、すべてのダミー電極に対して補助電極27を設けた実施例1の結果とを考慮すると、少なくとも全ダミー電極の10%以上に補助電極27を設ければ、測定ばらつきによる値以上の効果が得られるものと考えられる。
(補助電極の寸法の影響)
 実施形態と同様に、先端側ほど交差範囲R1側に位置する補助電極27がダミー電極の側方両側に設けられた共振子について、各種寸法を変化させて、SAWの伝搬損失の評価を行った。
 図9(a)は、補助電極27のSAWの伝搬方向に直交する方向に対する角度α(図1(b))を変化させたときの最大位相θmaxの変化を示している。横軸は角度α(deg.)を示し、縦軸は最大位相θmax(deg.)を示している。なお、角度αは、補助電極27の中心線を基準としている。
 なお、他の条件は以下のとおりである。
  補助電極27の幅w2(図1(b)):0.5μm
  補助電極27の接続位置(距離d、図1(b)):0.75μm
 この図より、角度αを小さくするほど、換言すれば、先端をより交差範囲R1に近づけるほど、SAWの伝搬損失が抑制されていることが窺える。これは、角度αが小さくなるほど、SAWの伝搬方向に見て間隙s1が塞がれやすく、もしくは間隙s1の近傍における電極面積が増加しやすいことからと考えられる。また、この実施例においては、角度αが45°のときに、異なる電位となるべき補助電極27と電極指23との短絡が生じないことも確認された。
 角度αは、90°よりも少しでも大きくなれば、伝搬損失抑制の利益が得られる。また、実施例においては、角度αが60°のときに、角度αが90°のときと比較して有意な差(効果)が確認されている。
 一方、角度αを小さくし過ぎると、異なる電位となるべき補助電極27と電極指23との距離s2(図1(b))が短くなり、これらが短絡するおそれがある。異なる電位となるべき補助電極27と電極指23との距離s2は、例えば、補助電極27の縁部27aがダミー電極25の先端縁部と一致すると仮定すると、s1×sinαによって表される。s1が0.2λ程度であると想定すると、経験的にs2が0.1λ程度までは、短絡が生じる可能性は低いことから、sinθは0.5以上とされてよい。すなわち、αは30°以上とされてよい。
 以上のことから、角度αは、好ましくは30°以上60°以下であり、また、s1、d、w2等の条件が変化することも想定すると、より好ましくは、その中央付近の45°程度である。
 図9(b)は、補助電極27の幅w2を変化させたときの最大位相θmaxの変化を示している。横軸は幅w2(μm)を示し、縦軸は最大位相θmax(deg.)を示している。
 なお、他の条件は以下のとおりである。
  補助電極27の角度α:45°
  補助電極27の接続位置(距離d):0.75μm
 この図より、幅w2を大きくしていくとSAWの伝搬損失が抑制され、さらに幅w2を大きくしていくと伝搬損失の抑制効果は頭打ちとなることが窺える。これは、幅w2が小さいと、補助電極27の面積が小さいために間隙s1を実質的に埋める効果が十分でないこと、補助電極27において間隙s1からのSAWの発散を抑制するに十分な面積が確保された上で生じる伝搬損失は、SAW素子1全体における損失の問題であって、間隙s1における損失の問題ではないことからと考えられる。実施例において、伝搬損失の抑制効果が頭打ちとなるのは、0.50μm(0.25λ)付近であった。
 また、電位が同一となるべき電極指23、ダミー電極25、および補助電極27によって囲まれる領域を全て電極によって埋めると(ダミー電極25および補助電極27を設けずにバスバー21を太くすると)、電気特性は却って低下する。この態様は、補助電極27の幅w2を極限まで大きくした態様に近似的であり、幅w2に上限値があることが窺える。また、接続位置を示す距離dにもよるが、幅w2が大きくなると、異なる電位となるべき補助電極27と電極指23との距離s2が短くなり、これらが短絡するおそれがある。一方、実施例においては、幅w2が1μm(0.5λ)のときに、伝搬損失の抑制の効果が得られること、また、異なる電位となるべき補助電極27と電極指23との短絡が生じないことが確認されている。
 以上のことから、幅w2は、好ましくは0.25λ以上0.5λ以下であり、別の観点では、0.50μm以上1μm以下である。
 図9(c)は、補助電極27の接続位置(距離d)を変化させたときの最大位相θmaxの変化を示している。横軸は距離d(μm)を示し、縦軸は最大位相θmax(deg.)を示している。
 なお、他の条件は以下のとおりである。
  補助電極27の角度α:45°
  補助電極27の幅w2:0.5μm
 この図より、補助電極27を交差範囲R1側へ近づけるほどSAWの伝搬損失が抑制されていることが窺える。これは、補助電極27が交差範囲R1に近づくほど、SAWの伝搬方向に見て間隙s1が塞がれやすく、もしくは間隙s1の近傍における電極面積が増加しやすいことからと考えられる。
 この実施例においては、距離dが0.50μm(0.25λ)以上0.75μm(0.38λ)以下において、最大位相θmaxが83°を超える十分な伝搬損失抑制効果が得られるとともに、異なる電位となるべき補助電極27と電極指23との短絡が生じないことが確認された。従って、距離dの好ましい範囲は、0.25λ以上0.38λ以下、別の観点では、0.50μm以上0.75μm以下である。
 本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
 弾性波素子は、(狭義の)SAW素子に限定されない。例えば、保護層(11)の厚さが比較的大きい(例えば0.5λ~2λ)、いわゆる弾性境界波素子(ただし、広義のSAW素子に含まれる。)であってもよい。なお、弾性境界波素子においては、振動空間(33a)の形成は不要であり、ひいては、カバー33等も不要である。
 弾性波素子は、ウェハレベルパッケージのものに限定されない。例えば、SAW素子は、カバー33および端子35等を有さず、基板3の上面3a上のパッド39と、回路基板53の実装用パッド55とが半田57によって直接接着されてもよい。そして、SAW素子1(保護層11)と回路基板53の実装面53aとの隙間によって振動空間が形成されてよい。また、ウェハレベルパッケージの弾性波素子も、端子が設けられず、実装用パッド55に配置された半田ボールにパッド39が当接する構成とされるなど、種々の構成とされてよい。
 IDT電極は、交差幅が弾性波の伝搬方向において変化するアポダイズ電極に限定されず、交差幅が一定のものであってもよい。この場合であっても、SAWが間隔s1において発散することによる伝搬損失を抑制することができる。第1電極指および第2電極指は、弾性波の伝搬方向の全体に亘って交互に配置されていなくてもよく、一部において、第1電極指同士もしくは第2電極指同士が弾性波の半波長程度で隣接していてもよい。
 補助電極の形状は、実施形態や変形例において例示したものに限定されない。
 例えば、実施形態の補助電極のように、交差範囲(R1)側の縁部(27a)が、先端側ほど交差範囲側に位置する補助電極においては、交差範囲とは反対側の縁部(27b)は、先端側ほど交差範囲側に位置している必要はない。
 例えば、図10(a)に例示するように、補助電極427は、交差範囲側(第1電極指23A側)の縁部427aが先端側ほど交差範囲側に位置している一方で、その反対側の縁部427bはSAWの伝搬方向に平行であってもよい。
 さらに、交差範囲とは反対側の縁部(427b等)は、先端側ほど交差範囲とは反対側に位置していてもよい。また、別の観点では、交差範囲側の縁部(427a等)とその反対側の縁部(427b等)とは互いに平行でなくてもよい。すなわち、これら縁部は、先端側ほど互いの距離が長くなってもよいし、先端側ほど互いの距離が短くなってもよいし、根元と先端との双方において互いの距離が長くもしくは短くなってもよい。
 また、実施形態では、電極指23等の先端が角部を有する矩形状に形成されたが、角部は丸められてもよい。
 例えば、図10(b)に例示するように、電極指523の先端の角部は丸められて(曲線によって面取りされて)いてもよい。なお、面取りが大きい場合には、電極指523の先端の縁部全体が突状の曲線状となる(図10(b)の例)。
 同様に、補助電極527の交差範囲側(第1電極指523A側)の縁部527aとダミー電極525の先端縁部とが交差する角部、および縁部527aと電極指523の補助電極527側の縁部とが交差する角部も丸められていてもよい。この面取りによって、縁部527aは、電極指523側を凹とする凹状に延びている。なお、面取りが大きい場合には、補助電極527の縁部527aおよびダミー電極525の先端縁部全体が電極指523の先端側を凹とする曲線状となる。
 このような形状とすることにより、角部が丸められていない場合に比較して、電極指523の先端と縁部527aとの距離を確保しやすくなり(さらには距離を一定にでき)、かつ間隙s1の近傍における電極面積を大きくすることができる。
 なお、図10(b)に示すような曲線を含む形状は、当初から曲線を形成することを意図してフォトマスクに曲線を含むパターンが形成されてもよいし、フォトマスクには直線の組み合わせからなる(角部を含む)パターンが形成され、エッチングの条件を調整することにより、角部を丸めたり、角部近傍の直線を曲線にしたりしてもよい。
 また、ダミー電極の先端縁部と、当該ダミー電極から突出する補助電極の交差範囲側の縁部とは、SAWの伝搬方向に直交する方向の位置が一致していなくてもよい。
 例えば、図11に示すように、補助電極27の縁部27aは、ダミー電極25の先端縁部に対して当該ダミー電極25の根元側にずれていてもよい。換言すれば、ダミー電極25の先端が補助電極27の縁部27aから突出していてもよい。
 この場合であっても、間隙s1近傍において電極面積が確保されることによって、より好ましくは、SAWの伝搬方向に見て補助電極27の縁部27aが間隙s1の少なくとも一部を塞ぐことによって、実施形態と同様の効果が奏される。
 実施形態および変形例は、適宜に組み合わされてもよい。例えば、図5(b)および図5(d)に示した変形例は、一のIDT電極内において混在していてもよいし、図10(b)に示した面取りは、図5(a)~図5(d)の変形例に適用されてもよい。
 弾性波素子において、保護層11および付加膜9は必須の要件ではなく、また、保護層は、腐食防止のみを目的として設けられ、電極指の厚みよりも薄くされてもよい。
 保護層11の上面は、電極指の位置において凸となるように、凹凸を有していてもよい。この場合、電極指とその非配置位置における反射係数を高くすることができる。当該凹凸は、図3(e)を参照して説明したように、保護層の成膜時に電極指の厚みに起因して形成されるものであってもよいし、保護層の表面を電極指の間の領域においてエッチングして形成されるものであってもよい。
 付加膜は、電極の全面に亘って設けられることが好ましい。ただし、付加膜は、電極指のみに設けられるなど、電極の一部にのみ設けられてもよい。さらに、付加膜は、電極指の長手方向に見て中央側の一部のみに設けられるなどしてもよい。また、付加膜は、電極の上面だけでなく、側面にも設けられてもよい。付加膜の材料は、導電材料であってもよいし、絶縁材料であってもよい。具体的には、タングステン(W)、イリジウム(Ir)、タンタル(Ta)、銅(Cu)などの導電材料、BaSr1-x、PbZn1-x、ZnOなどの絶縁材料を付加膜の材料として挙げることができる。
 付加膜を絶縁材料で形成することによって、付加膜を金属材料によって形成したものに比べて、電極の腐食を抑制し弾性波素子の電気特性を安定化させることができる。なぜならば、SiOからなる保護層にはピンホールが形成されることがあり、このピンホールが形成されると、これを介して電極部分まで水分が浸入することとなるが、電極上に電極材料と異なる材料からなる金属膜が配置されていると、浸入した水分によって、異種金属間の電池効果による腐食が発生するからである。よって、付加膜をTaなどの絶縁材料で形成すれば、電極と付加膜との間において電池効果は殆ど発生しないため、電極の腐食が抑制された信頼性の高い弾性波素子とすることができる。
 基板は、128°±10°Y-XカットのLiNbO基板の他にも、例えば、38.7°±Y-XカットのLiTaOなどを用いることができる。電極(電極指)の材料は、AlおよびAlを主成分とする合金に限定されず、例えば、Cu、Ag、Au、Pt、W、Ta、Mo、Ni、Co、Cr、Fe、Mn、Zn、Tiであってもよい。保護層の材料は、SiOに限定されず、例えば、SiO以外の酸化珪素であってもよい。
 1,31…SAW素子(弾性波素子)、3…基板(圧電基板)、3a…上面、5…IDT電極(電極)、9…付加膜、11…保護層、21…バスバー、23…電極指、25…ダミー電極、27…補助電極、51…SAW装置(弾性表面波装置)、53…回路基板

Claims (10)

  1.  圧電基板と、
     該圧電基板の上面に位置するIDT電極と、
     を備え、
     該IDT電極は、
      弾性波の伝搬方向に直交する方向において互いに対向する第1バスバーおよび第2バスバーと、
      前記第1バスバーから前記第2バスバーに向かって延び、前記伝搬方向に配列された複数の第1電極指と、
      前記第2バスバーから前記第1バスバーに向かって延び、前記伝搬方向に配列された、前記複数の第1電極指と互いに交差する複数の第2電極指と、
      前記第1バスバーから前記第2バスバーに向かって延び、前記伝搬方向に配列された、先端が前記複数の第2電極指の先端と間隙を介して対向する複数の第1ダミー電極と、
      前記第2バスバーから前記第1バスバーに向かって延び、前記伝搬方向に配列された、先端が前記複数の第1電極指の先端と間隙を介して対向する複数の第2ダミー電極と、
      前記複数の第1ダミー電極の先端側部分からその側方へ突出する複数の第1補助電極と、
      前記複数の第2ダミー電極の先端側部分からその側方へ突出する複数の第2補助電極と、
     を有し、
     前記複数の第1補助電極の少なくとも一部の第1補助電極は、前記第2バスバー側の縁部が先端側ほど前記第2バスバー側に位置し、
     前記複数の第2補助電極の少なくとも一部の第2補助電極は、前記第1バスバー側の縁部が先端側ほど前記第1バスバー側に位置する
     弾性波素子。
  2.  前記IDT電極は、前記複数の第1電極指と前記複数の第2電極指との交差幅が前記伝搬方向において変化するアポダイズ電極である
     請求項1に記載の弾性波素子。
  3.  前記複数の第1ダミー電極の少なくとも一部の第1ダミー電極は、両隣に前記第1電極指が位置し、先端側部分からその側方両側に1対の前記第1補助電極が突出し、
     該1対の第1補助電極は、いずれも前記第2バスバー側の縁部が先端側ほど前記第2バスバー側に位置し、
     前記複数の第2ダミー電極の少なくとも一部の第2ダミー電極は、両隣に前記第2電極指が位置し、先端側部分からその側方両側に1対の前記第2補助電極が突出し、
     該1対の第2補助電極は、いずれも前記第1バスバー側の縁部が先端側ほど前記第1バスバー側に位置している
     請求項1または2に記載の弾性波素子。
  4.  前記複数の第1ダミー電極の少なくとも一部の第1ダミー電極は、両隣に前記第1電極指が位置し、先端側部分からその側方両側に1対の前記第1補助電極が突出し、
     該1対の第1補助電極は、いずれも前記第2バスバー側の縁部が前記伝搬方向に対して前記複数の第1ダミー電極の先端を結んだ線に沿う側に傾斜して延び、
     前記複数の第2ダミー電極の少なくとも一部の第2ダミー電極は、両隣に前記第2電極指が位置し、先端側部分からその側方両側に1対の前記第2補助電極が突出し、
     該1対の第2補助電極は、いずれも前記第1バスバー側の縁部が前記伝搬方向に対して前記複数の第2ダミー電極の先端を結んだ線に沿う側に傾斜して延びている
     請求項2に記載の弾性波素子。
  5.  前記複数の第1補助電極は、先端が前記複数の第1電極指に接続されているとともに、前記複数の第1補助電極の第2バスバー側の縁部と前記第1ダミー電極の先端縁部とが交差する角部および前記複数の第1補助電極の第2バスバー側の縁部と該第1補助電極に隣接する第1電極指の縁部とが交差する角部は、それぞれ丸みを帯びるように面取りされており、
     前記複数の第2補助電極は、先端が前記複数の第2電極指に接続されているとともに、
    前記複数の第2補助電極の第1バスバー側の縁部と前記第2ダミー電極の先端縁部とが交差する角部および前記複数の第2補助電極の第1バスバー側の縁部と該第2補助電極に隣接する第2電極指の縁部とが交差する角部は、それぞれ丸みを帯びるように面取りされている
     請求項3または4に記載の弾性波素子。
  6.  前記複数の第1補助電極は、先端が前記複数の第1電極指に接続され、
     前記複数の第2補助電極は、先端が前記複数の第2電極指に接続されている
     請求項1~4のいずれか1項に記載の弾性波素子。
  7.  前記IDT電極および前記圧電基板の上面を覆っている、前記圧電基板の上面からの厚みが前記IDT電極の厚みよりも大きいSiOからなる保護層をさらに備え、
     前記IDT電極は、Alを主成分とする材料からなる
     請求項1~6のいずれか1項に記載の弾性波素子。
  8.  前記IDT電極の上面に位置し、前記保護層に覆われた、前記IDT電極の材料および前記保護層の材料に比較して音響インピーダンスが大きくかつ弾性波の伝搬速度が遅い材料を主成分とする付加膜をさらに備える
     請求項7に記載の弾性波素子。
  9.  圧電基板と、
     該圧電基板の上面に位置するIDT電極と、
     を備え、
     該IDT電極は、
      弾性波の伝搬方向に直交する方向において互いに対向する第1バスバーおよび第2バスバーと、
      前記第1バスバーから前記第2バスバーに向かって延び、前記伝搬方向に配列された複数の第1電極指と、
      前記第2バスバーから前記第1バスバーに向かって延び、前記伝搬方向に配列された、前記複数の第1電極指と互いに交差する複数の第2電極指と、
      前記第1バスバーから前記第2バスバーに向かって延び、前記伝搬方向に配列された、先端が前記複数の第2電極指の先端と間隙を介して対向する複数の第1ダミー電極と、
      前記第2バスバーから前記第1バスバーに向かって延び、前記伝搬方向に配列された、先端が前記複数の第1電極指の先端と間隙を介して対向する複数の第2ダミー電極と、
      前記複数の第1ダミー電極の先端側部分から前記伝搬方向に対して斜めに突出する第1補助電極と、
      前記複数の第2ダミー電極の先端側部分から前記伝搬方向に対して斜めに突出する第2補助電極と、
     を有する弾性波素子。
  10.  請求項1乃至9のいずれか1項に記載の弾性波素子と、
     該弾性波素子が実装される回路基板と、
     を備える弾性波装置。
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