WO2019049823A1 - 弾性波フィルタ装置及び複合フィルタ装置 - Google Patents

弾性波フィルタ装置及び複合フィルタ装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an elastic wave filter device and a composite filter device having a structure in which another material is laminated between a substrate made of a semiconductor and a piezoelectric layer.
  • first to third elastic wave filters are connected to the antenna terminal.
  • the first elastic wave filter has a low band cellular band passband.
  • the second elastic wave filter also has a GPS or GLONASS passband.
  • the third elastic wave filter has a passband of the middle band cellular band.
  • Patent Document 2 discloses an elastic wave device having a support substrate made of Si.
  • a low sound velocity film, a piezoelectric layer and an IDT electrode are stacked in this order on a support substrate made of Si. Since the support substrate made of Si is a high sound velocity material, elastic waves are effectively confined in the piezoelectric layer by the laminated structure of the support substrate made of Si and the low sound velocity film.
  • Patent Document 2 the structure described in Patent Document 2 in which a low sound velocity film is laminated on a support substrate made of Si does not have sufficient linearity. Therefore, when an elastic wave filter having such a structure is used in a complex filter device such as a multiplexer, the occurrence of distortion in a received signal or the like becomes a particular problem.
  • An object of the present invention is an elastic wave filter device having a structure in which another material is laminated between a substrate made of a semiconductor and a piezoelectric layer, and an elastic wave filter device excellent in linearity is provided. It is in.
  • Another object of the present invention is to provide a composite filter device having the elastic wave filter device of the present invention, wherein the signal distortion is reduced.
  • a plurality of elastic wave resonators are connected between an antenna terminal connected to an antenna, an input or output terminal, the antenna terminal, and the input or output terminal.
  • an elastic wave filter wherein the elastic wave resonator propagates a piezoelectric layer, an IDT electrode provided on the piezoelectric layer, and a bulk wave that propagates more than the acoustic velocity of the elastic wave propagating through the piezoelectric layer.
  • the sound velocity of the bulk wave is higher than the sound velocity of the elastic wave propagating through the piezoelectric layer, and the substrate made of a semiconductor is provided with a substrate made of a semiconductor;
  • the piezoelectric layer is stacked via the low sound velocity film, and the lead-out wiring connected to the antenna terminal is provided on the piezoelectric layer, and the insulating film provided on the piezoelectric layer.
  • Elastic wave filter placed It is the location.
  • a plurality of elastic wave resonators are connected between an antenna terminal connected to an antenna, an input or output terminal, the antenna terminal, and the input or output terminal.
  • An elastic wave filter wherein the elastic wave resonator is provided on a substrate made of a semiconductor, and a piezoelectric layer provided on the substrate made of the semiconductor and having opposing first and second main surfaces; A first electrode provided on the first main surface of the piezoelectric layer, and a second main surface of the piezoelectric layer, the first electrode and the piezoelectric layer An insulating film provided on the piezoelectric layer, and a lead-out wire provided on the insulating film and connected to the antenna terminal; It is an elastic wave filter device further provided.
  • the first invention and the second invention will be collectively referred to as the present invention.
  • the substrate is a silicon substrate.
  • the insulating film is made of a synthetic resin.
  • the insulating film is made of an inorganic insulating material.
  • the composite filter device according to the present invention comprises an elastic wave filter device configured according to the present invention, and at least one other elastic wave filter device commonly connected to the antenna terminal.
  • the composite filter device according to the invention may be a multiplexer.
  • a plurality of elastic wave filter devices are commonly connected to the antenna terminal through a switch, and at least one elastic wave filter device among the plurality of elastic wave filter devices. May be an elastic wave filter device constructed in accordance with the present invention.
  • the linearity can be enhanced. Therefore, in the composite filter device according to the present invention, distortion of the signal can be reduced.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a multiplexer as a composite filter device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view for explaining an electrode structure of the multiplexer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining transmission and reception of a plurality of Band signals in the multiplexer according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a front sectional view of an elastic wave resonator portion used in the multiplexer of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic front cross-sectional view for explaining a portion where the lead wiring is provided in the multiplexer of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a view showing strain characteristics of the example of the first embodiment and the comparative example.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a multiplexer as a composite filter device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view for explaining an electrode structure of the multiplexer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing a modification of the composite filter device to which the present invention is applied.
  • FIG. 8 is a front cross-sectional view for explaining an elastic wave resonator portion used in the elastic wave filter device of the second embodiment.
  • FIG. 9 is a front cross-sectional view for explaining a modification of the elastic wave resonator used to construct the elastic wave filter device according to the present invention.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a multiplexer as a composite filter device according to a first embodiment of the present invention.
  • the multiplexer 1 has an antenna terminal 3 connected to the antenna 2.
  • One end of a first elastic wave filter 5 and one end of a second elastic wave filter 7 are connected in common to the antenna terminal 3.
  • An inductor L1 is connected between the antenna terminal 3 and the ground potential. The inductor L1 is provided to achieve impedance matching.
  • One ends of a first elastic wave filter 5 and a second elastic wave filter 7 are commonly connected to the antenna terminal 3.
  • the first elastic wave filter 5 is a filter that passes the WiFi band, and its passband is 2401 MHz to 2483 MHz.
  • the first elastic wave filter 5 has an input / output terminal 4.
  • Series arm resonators S1 to S5 are provided on a series arm connecting the input / output terminal 4 and the antenna terminal 3.
  • a parallel arm resonator P1 is connected between a connection point between the series arm resonator S1 and the series arm resonator S2 and the ground potential.
  • a parallel arm resonator P2 is connected between the connection point between the series arm resonator S2 and the series arm resonator S3 and the ground potential.
  • a parallel arm resonator P3 is connected between a connection point between the series arm resonator S3 and the series arm resonator S4 and the ground potential.
  • a parallel arm resonator P4 is connected between the connection point between the series arm resonator S4 and the series arm resonator S5 and the ground potential.
  • the ground potential side ends of the parallel arm resonators P2 to P4 are commonly connected at the common connection point A and connected to the ground potential.
  • the first elastic wave filter 5 is a ladder type filter having the above circuit configuration.
  • the series arm resonators S1 to S5 and the parallel arm resonators P1 to P4 are all elastic wave resonators.
  • the second elastic wave filter 7 is a notch filter that passes the middle band and the high band cellular band and attenuates the WiFi band, and takes 1710 MHz to 2200 MHz and 2496 MHz to 2690 MHz as pass bands.
  • the second elastic wave filter 7 is connected between the antenna terminal 3 and the output terminal 6.
  • the second elastic wave filter 7 has series arm resonators S11 and S12.
  • a parallel arm resonator P11 is connected between a connection point between the series arm resonator S11 and the series arm resonator S12 and the ground potential.
  • An inductor L2 is connected in parallel to the parallel arm resonator P11. Further, an inductor L3 is connected between the ground potential side end of the parallel arm resonator P11 and the ground potential.
  • the series arm resonators S11 and S12 and the parallel arm resonator P11 are elastic wave resonators.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing an electrode structure of the multiplexer 1.
  • the multiplexer 1 has an elastic wave substrate 11.
  • the elastic wave substrate 11 has a piezoelectric layer 16.
  • the electrode structure shown in FIG. 2 is provided on the piezoelectric layer 16.
  • each area in which the series arm resonators S1 to S5 and the parallel arm resonators P1 to P4 and the series arm resonators S11 and S12 and the parallel arm resonator P11 described above are provided has a rectangular frame X in FIG. It is schematically shown in an enclosed shape.
  • the lead wiring 13 connects the series arm resonator S ⁇ b> 11 and the series arm resonator S ⁇ b> 5 to the antenna terminal 3.
  • the feature of this embodiment is that the insulating film 12 is provided between the lead wiring 13 and the piezoelectric layer 16.
  • FIG. 4 is a front sectional view for explaining the structure of the elastic wave resonator constituting the series arm resonator S5.
  • the elastic wave substrate 11 has a substrate 14 made of a Si semiconductor, a low sound velocity film 15 provided on the substrate 14, and a piezoelectric layer 16 provided on the low sound velocity film 15. .
  • the piezoelectric layer 16 is made of LiTaO 3 having a cut angle of 50 °.
  • the piezoelectric layer 16 is not limited to this, and other cut angles of LiTaO 3 may be used.
  • other piezoelectric single crystals such as LiNbO 3 may be used.
  • the acoustic velocity of the bulk wave propagating through the film 15 lower than the acoustic velocity of the elastic wave propagating through the piezoelectric layer 16 is slower.
  • the low sound velocity film 15 is made of an appropriate material as long as the sound velocity relationship is satisfied.
  • the low sound velocity film 15 is made of silicon oxide.
  • An intermediate layer made of titanium, nickel or the like may be provided between the piezoelectric layer 16 and the low sound velocity film 15.
  • An adhesion layer made of titanium, nickel or the like may be provided between the low sound velocity film 15 and the substrate 14.
  • the low sound velocity film 15 may have a multilayer structure having a plurality of layers made of a material satisfying the aforementioned sound velocity relationship.
  • a bonding layer made of titanium, nickel or the like may be included between the plurality of layers.
  • the substrate 14 is made of Si semiconductor as described above.
  • the sound velocity of the bulk wave propagating through the substrate 14 is faster than the sound velocity of the elastic wave propagating through the piezoelectric layer 16.
  • the low sound velocity film 15 is stacked on the substrate 14 made of such a high sound velocity material, and the piezoelectric layer 16 is further stacked. Accordingly, the elastic wave can be effectively confined in the piezoelectric layer 16.
  • the IDT electrode 17 and reflectors 18 and 19 are provided on both sides of the IDT electrode 17 in the elastic wave propagation direction on the piezoelectric layer 16. Thus, a one-port elastic wave resonator is configured.
  • the IDT electrode 17 and the reflectors 18 and 19 are made of an appropriate metal or alloy. Further, the IDT electrode 17 and the reflectors 18 and 19 may be formed of a laminated metal film.
  • the insulating film 12 is provided between the lead wiring 13 connecting the first and second elastic wave filters 5 and 7 to the antenna terminal 3 and the piezoelectric layer 16. Therefore, the linearity in the first and second elastic wave filters 5 and 7 can be enhanced, and distortion in the signal transmitted and received by the multiplexer 1 can be reduced. This will be more specifically described with reference to specific examples and comparative examples.
  • the embodiment of the multiplexer 1 was produced in the following manner. Design parameters of the first elastic wave filter 5 are shown in Table 1 below.
  • Table 2 below shows design parameters of the second elastic wave filter 7.
  • the thickness of the substrate 14 made of a Si semiconductor was 200 ⁇ m.
  • the IDT electrode 17 and the reflectors 18 and 19 were formed of a laminated metal film formed by laminating an AlCu alloy film on a Ti film.
  • the thickness of the Ti film was 12 nm, and as the AlCu alloy film, an AlCu alloy containing 1% by weight of Cu was used, and the thickness was 162 nm.
  • As a protective film although not shown in FIG. 4, a SiO 2 film of 25 nm in thickness was formed to cover the IDT electrode 17 and the reflectors 18 and 19.
  • the second elastic wave filter 7 is an LC filter utilizing the inductances of the inductors L2 and L3 and the capacitances of the series arm resonators S11 and S12 formed of elastic wave resonators and the parallel arm resonator P11.
  • a notch filter in which the WiFi band attenuation amount is increased is configured using the Q value of the elastic wave resonator.
  • the lead wiring 13 was also formed of the same laminated metal film as the IDT electrode. On the other hand, a 2 ⁇ m thick SiO 2 film was used as the insulating film 12.
  • a multiplexer of a comparative example was prepared in the same manner as the above example except that the insulating film 12 was not provided.
  • the characteristics of the second-order distortion (IM2) were measured in the multiplexers of the example and the comparative example. That is, as shown in FIG. 3, a Band 7 Tx signal (B 7 Tx) of 23 dBm was input from the second elastic wave filter 7, and a 5 GHz WiFi signal of 5 dBm was input from the antenna terminal.
  • the second-order distortion (IM2) in the Band7 Rx band (2620 MHz to 2690 MHz) output at the output terminal of the second elastic wave filter 7 in this case was measured.
  • the second-order distortion (IM2) is improved by 3 dBm according to the example as compared with the comparative example.
  • the second-order distortion (IM2) is considered to be reduced due to the following reasons.
  • the low sound velocity film 15 and the piezoelectric layer 16 are stacked on the substrate 14 made of Si semiconductor, electrons or positive ions are generated at the interface between the substrate 14 and the low sound velocity film 15 due to external influences such as heat and potential. Carriers such as holes are generated. When this carrier is generated, the interface portion where the carrier is generated behaves like a conductive layer. Therefore, since an electrostatic capacitance arises between the IDT electrode 17 or the lead-out wiring 13 and the conductive layer, the linearity is deteriorated.
  • the insulating film 12 is provided between the lead wiring 13 and the piezoelectric layer 16. Therefore, it is considered that the capacitance between the lead wiring 13 and the conductive layer is reduced, and thus the linearity is improved and the second-order distortion is reduced.
  • the first elastic wave filter 5 is a WiFi filter, it may be another band pass filter.
  • it may be a GPS filter that passes GPS signals and attenuates other cellular band signals.
  • the multiplexer 1 is an embodiment of the composite filter device according to the present invention, but the first elastic wave filter 5 or the second elastic wave filter 7 in the multiplexer 1 is an embodiment of the elastic wave filter device according to the present invention It is also a form. That is, the first elastic wave filter 5 and the second elastic wave filter 7 are insulating films stacked between the lead wiring 13 connected to the antenna terminal 3, the lead wiring 13, and the piezoelectric layer 16. And 12. Therefore, the linearity of the first elastic wave filter 5 and the second elastic wave filter 7 is enhanced. As a result, distortion of the signal is reduced in the multiplexer 1 as described above.
  • composite filter device according to the present invention can be applied to various multiplexers and composite filter devices in which three or more band pass filters are commonly connected, and the pass band thereof is not limited.
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing a modification of the composite filter device to which the present invention is applied.
  • the first and second elastic wave filters 5 and 7 as a plurality of elastic wave filter devices are commonly connected to the antenna terminal 3 connected to the antenna 2 via the switch SW1.
  • the first and second elastic wave filters 5 and 7 connected in common via such a switch SW1 at least one may be an elastic wave filter configured according to the present invention.
  • FIG. 8 is a front sectional view showing an elastic wave resonator portion of an elastic wave filter device used in a composite filter device according to a second embodiment of the present invention.
  • the circuit configuration of the composite filter device of the second embodiment is the same as that of the first embodiment. Therefore, the contents described with reference to FIG. 1 will be incorporated in the description of the second embodiment.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in the physical structure in which the elastic wave resonator and the lead wiring are configured.
  • a recess 22 a is provided on the upper surface of a substrate 22 made of a semiconductor.
  • the piezoelectric layer 23 is stacked on the substrate 22.
  • the piezoelectric layer 23 has first and second main surfaces facing each other.
  • First and second electrodes 24 and 25 are provided on the first main surface and the second main surface of the piezoelectric layer 23 so as to face each other with the piezoelectric layer 23 interposed therebetween.
  • the portion where the first electrode 24 and the second electrode 25 face each other is located on the recess 22a.
  • the lead wiring 27 is connected to the first electrode 24 at a portion not shown and is connected to an antenna terminal not shown.
  • An insulating film 26 is stacked on the lower surface of the lead wiring 27. That is, the lead wiring 27 is not directly laminated on the piezoelectric layer 23.
  • the insulating film 26 provided between the lead wiring 27 and the piezoelectric layer 23 When the insulating film 26 provided between the lead wiring 27 and the piezoelectric layer 23 is provided at a position overlapping the IDT electrode 17 in plan view, it affects the excitation of the elastic wave, The characteristics of the elastic wave resonator deteriorate. Therefore, it is preferable that the insulating film 26 provided between the lead wiring 27 and the piezoelectric layer 23 be provided at a position not overlapping the IDT electrode 17 in plan view.
  • the structure of the elastic wave resonator used in the present invention is not particularly limited, and the elastic wave resonator 31 of the modified example shown in FIG. 9 may be used.
  • this elastic wave resonator 31 low acoustic impedance layers 32, 34, 36 having relatively low acoustic impedance and high acoustic impedance layers 33, 35 having relatively high acoustic impedance are provided on a substrate 22 made of a semiconductor. It has an alternately stacked structure.
  • the piezoelectric layer 23 and the first and second electrodes 24 and 25 are laminated on the acoustic multilayer film having the laminated structure. That is, in place of the recess 22a shown in FIG. 8, an elastic wave resonator 31 using the acoustic multilayer film may be used.
  • a silicon oxide film is used as the low sound velocity film 15, but an insulating material such as SiON may be used.
  • the semiconductor substrate 14 is not limited to Si, and another semiconductor such as AsGa may be used. However, in the first embodiment, the sound velocity of the bulk wave propagating through the substrate 14 needs to be higher than the sound velocity of the elastic wave propagating through the piezoelectric layer 16.
  • an appropriate insulating material can be used as a material of the insulating films 12 and 26 described above.
  • a synthetic resin can be suitably used because film formation is easy.
  • the synthetic resin is not particularly limited, and photosensitive polyimide and the like can be used.
  • the insulating films 12 and 26 are not limited to synthetic resins, and may be made of an inorganic insulating material such as SiO 2 .

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Abstract

半導体からなる基板と圧電体層との間に他の材料が積層されている構造を有する弾性波フィルタ装置であって、線形性に優れた弾性波フィルタ装置を提供する。　複数の弾性波共振子を有し、各弾性波共振子が、圧電体層１６と、圧電体層１６上に設けられたＩＤＴ電極１７とを有し、圧電体層１６のＩＤＴ電極１７が設けられている側とは逆の面に低音速膜１５及び半導体からなる基板１４が積層されており、アンテナ端子３に接続される引き回し配線１３が、圧電体層１６上に設けられた絶縁膜１２上に配置されている、弾性波フィルタ装置。

Description

弾性波フィルタ装置及び複合フィルタ装置
　本発明は、半導体からなる基板と圧電体層との間に他の材料が積層されている構造を有する弾性波フィルタ装置及び複合フィルタ装置に関する。
　スマートフォンのＲＦ段では、多数のバンドに対応するために、マルチプレクサなどの複合フィルタ装置が用いられている。例えば、下記の特許文献１に記載のマルチプレクサでは、アンテナ端子に、第１～第３の弾性波フィルタが接続されている。第１の弾性波フィルタは、ローバンドセルラー帯の通過帯域を有する。また、第２の弾性波フィルタは、ＧＰＳや、ＧＬＯＮＡＳＳの通過帯域を有する。第３の弾性波フィルタは、ミドルバンドセルラー帯の通過帯域を有している。
　他方、下記の特許文献２は、Ｓｉからなる支持基板を有する弾性波装置が開示されている。Ｓｉからなる支持基板上に、低音速膜、圧電体層及びＩＤＴ電極がこの順序で積層されている。Ｓｉからなる支持基板は、高音速材料であるため、上記Ｓｉからなる支持基板及び低音速膜の積層構造により、圧電体層内に弾性波が効果的に閉じ込められる。
ＷＯ２０１６／１１７６７６　Ａ１ ＷＯ２０１２／０８６６３９　Ａ１
　特許文献１に記載されているように、複数のフィルタを共通化してなるマルチプレクサの場合、同時に複数の信号を送信することによって生じる歪が問題となることが多い。例えば、第３の弾性波フィルタから、Ｂａｎｄ７Ｔｘ信号が送信される際に、アンテナ端子から、同じスマートフォン内の別の回路から漏れてくる５ＧＨｚＷｉＦｉ帯の信号と、Ｂａｎｄ７Ｔｘの信号とで、Ｂａｎｄ７Ｒｘの周波数帯に一致する二次歪が生じる。そのため、Ｂａｎｄ７Ｒｘの受信感度が低下するおそれがあった。そのため、マルチプレクサなどの複合フィルタ装置では、従来の帯域通過型フィルタよりも線形性に優れていることが求められる。
　他方、本願発明者は、特許文献２に記載されている、Ｓｉからなる支持基板上に低音速膜を積層した構造では、線形性が十分ではないことを見出した。そのため、このような構造の弾性波フィルタをマルチプレクサなどの複合フィルタ装置に用いると、受信信号などにおける歪の発生が特に問題となる。
　本発明の目的は、半導体からなる基板と圧電体層との間に他の材料が積層されている構造を有する弾性波フィルタ装置であって、線形性に優れた弾性波フィルタ装置を提供することにある。
　本発明の他の目的は、本発明の弾性波フィルタ装置を有する複合フィルタ装置であって、信号の歪が少ない、複合フィルタ装置を提供することにある。
　本願の第１の発明は、アンテナに接続されるアンテナ端子と、入力または出力端子と、前記アンテナ端子と、前記入力または出力端子との間に接続されており、複数の弾性波共振子を有する弾性波フィルタとを備え、前記弾性波共振子が、圧電体層と、前記圧電体層上に設けられたＩＤＴ電極と、前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも、伝搬するバルク波の音速が低速である、低音速膜と、前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも、伝搬するバルク波の音速が高速であり、かつ半導体からなる基板とを有し、前記基板上に、前記低音速膜を介して前記圧電体層が積層されており、前記圧電体層上において、前記アンテナ端子に接続される引き回し配線が、前記圧電体層上に設けられた絶縁膜上に配置されている、弾性波フィルタ装置である。
　本願の第２の発明は、アンテナに接続されるアンテナ端子と、入力または出力端子と、前記アンテナ端子と、前記入力または出力端子との間に接続されており、複数の弾性波共振子を有する弾性波フィルタとを備え、前記弾性波共振子が、半導体からなる基板と、前記半導体からなる基板上に設けられており、対向し合う第１，第２の主面を有する圧電体層と、前記圧電体層の前記第１の主面上に設けられた第１の電極と、前記圧電体層の前記第２の主面に設けられており、前記第１の電極と前記圧電体層を介して対向している第２の電極とを有し、前記圧電体層上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられており、かつ前記アンテナ端子に接続される引き回し配線とをさらに備える、弾性波フィルタ装置である。
　以下、第１の発明及び第２の発明を総称して本発明とする。
　本発明に係る弾性波フィルタ装置のある特定の局面では、前記基板が、シリコン基板である。
　本発明に係る弾性波フィルタ装置の他の特定の局面では、前記絶縁膜が、合成樹脂からなる。
　本発明に係る弾性波フィルタ装置の別の特定の局面では、前記絶縁膜が無機絶縁性材料からなる。
　本発明に係る複合フィルタ装置は、本発明に従って構成された弾性波フィルタ装置と、前記アンテナ端子に共通接続されている少なくとも１個の他の弾性波フィルタ装置とを備える。
　本発明に係る複合フィルタ装置は、マルチプレクサであってもよい。
　また、本発明に係る複合フィルタ装置は、前記アンテナ端子にスイッチを介して複数の弾性波フィルタ装置が共通接続されており、前記複数の弾性波フィルタ装置の内、少なくとも１個の弾性波フィルタ装置が、本発明に従って構成された弾性波フィルタ装置である構成を有していてもよい。
　本発明に係る弾性波フィルタ装置では、線形性を高めることができる。従って、本発明に係る複合フィルタ装置では、信号の歪を小さくすることができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る複合フィルタ装置としてのマルチプレクサの回路図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係るマルチプレクサの電極構造を説明するための模式的平面図である。 図３は、第１の実施形態のマルチプレクサにおける複数のＢａｎｄの信号の送受信形態を説明するための模式図である。 図４は、第１の実施形態のマルチプレクサで用いられている、弾性波共振子部分の正面断面図である。 図５は、第１の実施形態のマルチプレクサにおける引き回し配線が設けられている部分を説明するための略図的正面断面図である。 図６は、第１の実施形態の実施例及び比較例の歪特性を示す図である。 図７は、本発明が適用される複合フィルタ装置の変形例を示す回路図である。 図８は、第２の実施形態の弾性波フィルタ装置に用いられている弾性波共振子部分を説明するための正面断面図である。 図９は、本発明で弾性波フィルタ装置を構成するのに用いられる弾性波共振子の変形例を説明するための正面断面図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
　なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る複合フィルタ装置としてのマルチプレクサの回路図である。マルチプレクサ１は、アンテナ２に接続されるアンテナ端子３を有する。アンテナ端子３に、第１の弾性波フィルタ５及び第２の弾性波フィルタ７の一端が共通接続されている。アンテナ端子３と、グラウンド電位との間に、インダクタＬ１が接続されている。インダクタＬ１は、インピーダンス整合を図るために、設けられている。
　アンテナ端子３に、第１の弾性波フィルタ５及び第２の弾性波フィルタ７の一端同士が共通接続されている。
　第１の弾性波フィルタ５は、ＷｉＦｉ帯を通過させるフィルタであり、その通過帯域は、２４０１ＭＨｚ～２４８３ＭＨｚである。第１の弾性波フィルタ５は、入出力端子４を有する。入出力端子４と、アンテナ端子３とを結ぶ直列腕に、直列腕共振子Ｓ１～Ｓ５が設けられている。また、直列腕共振子Ｓ１と直列腕共振子Ｓ２との間の接続点とグラウンド電位との間に、並列腕共振子Ｐ１が接続されている。直列腕共振子Ｓ２と直列腕共振子Ｓ３との間の接続点とグラウンド電位との間に、並列腕共振子Ｐ２が接続されている。直列腕共振子Ｓ３と直列腕共振子Ｓ４との間の接続点とグラウンド電位との間に、並列腕共振子Ｐ３が接続されている。直列腕共振子Ｓ４と直列腕共振子Ｓ５との間の接続点とグラウンド電位との間に、並列腕共振子Ｐ４が接続されている。並列腕共振子Ｐ２～Ｐ４のグラウンド電位側端部は、共通接続点Ａにおいて共通接続され、グラウンド電位に接続されている。第１の弾性波フィルタ５は、上記回路構成を有するラダー型フィルタである。
　上記直列腕共振子Ｓ１～Ｓ５及び並列腕共振子Ｐ１～Ｐ４はいずれも弾性波共振子からなる。
　他方、第２の弾性波フィルタ７は、ミドルバンド、及びハイバンドセルラー帯を通過させ、ＷｉＦｉ帯を減衰させるノッチフィルタであり、１７１０ＭＨｚ～２２００ＭＨｚ、及び２４９６ＭＨｚ～２６９０ＭＨｚ帯を通過帯域とする。第２の弾性波フィルタ７は、アンテナ端子３と、出力端子６との間に接続されている。第２の弾性波フィルタ７は、直列腕共振子Ｓ１１，Ｓ１２を有する。直列腕共振子Ｓ１１と、直列腕共振子Ｓ１２との間の接続点と、グラウンド電位との間に並列腕共振子Ｐ１１が接続されている。並列腕共振子Ｐ１１に並列にインダクタＬ２が接続されている。また、並列腕共振子Ｐ１１のグラウンド電位側端部とグラウンド電位との間にインダクタＬ３が接続されている。
　直列腕共振子Ｓ１１，Ｓ１２及び並列腕共振子Ｐ１１は、弾性波共振子からなる。
　図２は、マルチプレクサ１の電極構造を示す模式的平面図である。マルチプレクサ１は、弾性波基板１１を有する。弾性波基板１１は、圧電体層１６を有する。この圧電体層１６上に図２に示す電極構造が設けられている。図２では、前述した直列腕共振子Ｓ１～Ｓ５及び並列腕共振子Ｐ１～Ｐ４、並びに直列腕共振子Ｓ１１，Ｓ１２及び並列腕共振子Ｐ１１が設けられている各領域がＸを矩形の枠で囲んだ形状で模式的に示されている。
　また、前述した入出力端子４、出力端子６、アンテナ端子３が設けられている部分では、電極パッド上に、円で示すバンプが設けられている。なお、図２ではグラウンド電位に接続されるグラウンド端子８ａ～８ｃも併せて示す。
　マルチプレクサ１では、引き回し配線１３が、直列腕共振子Ｓ１１及び直列腕共振子Ｓ５と、アンテナ端子３とを接続している。本実施形態の特徴は、この引き回し配線１３と圧電体層１６の間に、絶縁膜１２が設けられていることにある。
　図４は、直列腕共振子Ｓ５を構成している弾性波共振子の構造を説明するための正面断面図である。この弾性波共振子では、弾性波基板１１は、Ｓｉ半導体からなる基板１４と、基板１４上に設けられた低音速膜１５と、低音速膜１５上に設けられた圧電体層１６とを有する。
　圧電体層１６は、カット角５０°のＬｉＴａＯ３からなる。もっとも、本発明において、圧電体層１６はこれに限定されず、他のカット角のＬｉＴａＯ３が用いられてもよい。また、ＬｉＮｂＯ３などの他の圧電単結晶が用いられてもよい。
　圧電体層１６を伝搬する弾性波の音速よりも低音速膜１５を伝搬するバルク波の音速は低速である。低音速膜１５は、この音速関係を満たす限り、適宜の材料からなる。本実施形態では、低音速膜１５は、酸化ケイ素からなる。
　圧電体層１６と低音速膜１５の間にチタンやニッケルなどからなる中間層が設けられていてもよい。低音速膜１５と基板１４の間にチタンやニッケルなどからなる密着層が設けられていてもよい。また、低音速膜１５は前述の音速関係を満たす材料からなる複数の層を有する多層構造であっても良い。複数の層の間にチタンやニッケルなどからなる接合層を含んでいてもよい。
　基板１４は、上記のとおり、Ｓｉ半導体からなる。基板１４を伝搬するバルク波の音速は、圧電体層１６を伝搬する弾性波の音速よりも高速である。このような高音速材料からなる基板１４上に低音速膜１５が積層されており、さらに圧電体層１６が積層されている。従って、圧電体層１６内に弾性波を効果的に閉じ込めることができる。
　圧電体層１６上には、ＩＤＴ電極１７と、ＩＤＴ電極１７の弾性波伝搬方向両側に反射器１８，１９が設けられている。それによって、１ポート型弾性波共振子が構成されている。
　上記ＩＤＴ電極１７及び反射器１８，１９は、適宜の金属もしくは合金からなる。また、積層金属膜により、ＩＤＴ電極１７及び反射器１８，１９が形成されていてもよい。
　なお、直列腕共振子Ｓ５の構造を説明したが、直列腕共振子Ｓ１～Ｓ４、並列腕共振子Ｐ１～Ｐ４、直列腕共振子Ｓ１１，Ｓ１２及び並列腕共振子Ｐ１１も、同様の構造を有している。
　本実施形態のマルチプレクサ１では、第１，第２の弾性波フィルタ５，７をアンテナ端子３に接続している引き回し配線１３と圧電体層１６の間に絶縁膜１２が設けられている。そのため、第１，第２の弾性波フィルタ５，７における線形性が高められ、マルチプレクサ１で送受信される信号における歪を小さくすることができる。これを、具体的な実施例及び比較例を挙げて、より具体的に説明する。
　上記マルチプレクサ１の実施例を以下の要領で作製した。下記の表１に、第１の弾性波フィルタ５の設計パラメータを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　下記の表２に、第２の弾性波フィルタ７の設計パラメータを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　Ｓｉ半導体からなる基板１４の厚みは２００μｍとした。低音速膜１５として、厚み６７０ｎｍのＳｉＯ２膜を形成した。圧電体層１６として、厚み６００ｎｍの、カット角５０°のＬｉＴａＯ３膜を設けた。ＩＤＴ電極１７及び反射器１８，１９については、Ｔｉ膜上にＡｌＣｕ合金膜を積層してなる積層金属膜により形成した。Ｔｉ膜の厚みは１２ｎｍとし、ＡｌＣｕ合金膜としては、Ｃｕを１重量％含有しているＡｌＣｕ合金を用い、その厚みは１６２ｎｍとした。さらに、保護膜として、図４には示していないが、ＩＤＴ電極１７及び反射器１８，１９を覆うように、２５ｎｍの厚みのＳｉＯ２膜を形成した。
　第２の弾性波フィルタ７は、インダクタＬ２，Ｌ３のインダクタンスと、弾性波共振子からなる直列腕共振子Ｓ１１，Ｓ１２及び並列腕共振子Ｐ１１の容量とを利用しているＬＣフィルタである。ここでは、弾性波共振子のＱ値を利用して、ＷｉＦｉ帯減衰量が大きくされているノッチフィルタが構成されている。
　上記引き回し配線１３も上記ＩＤＴ電極と同じ積層金属膜により形成した。他方絶縁膜１２については、厚み２μｍのＳｉＯ２膜を用いた。
　比較のために、上記絶縁膜１２が設けられていないことを除いては、上記実施例と同様にして、比較例のマルチプレクサを用意した。
　Ｂａｎｄ７Ｔｘ信号が送信される際に、５ＧＨｚＷｉＦｉ帯の信号と、Ｂａｎｄ７Ｔｘの信号とにより、２次の高調波すなわち２次歪が発生する。この高調波の一部がＢａｎｄ７Ｒｘの周波数帯に重なると、第２の弾性波フィルタ７を通過する。そのため、Ｂａｎｄ７の受信感度が低下する。
　そこで、上記実施例及び比較例のマルチプレクサにおいて、２次歪（ＩＭ２）の特性を測定した。すなわち、図３に示すように、第２の弾性波フィルタ７から、２３ｄＢｍのＢａｎｄ７Ｔｘ信号（Ｂ７Ｔｘ）を入力し、アンテナ端子から５ｄＢｍの５ＧＨｚＷｉＦｉ信号を入力した。この場合の第２の弾性波フィルタ７の出力端子において出力されるＢａｎｄ７Ｒｘ帯（２６２０ＭＨｚ～２６９０ＭＨｚ）における２次歪（ＩＭ２）を測定した。
　結果を図６に示す。
　図６から明らかなように、Ｂａｎｄ７Ｒｘ帯の周波数帯において、２次歪（ＩＭ２）が、比較例に比べ、実施例によれば３ｄＢｍ改善していることがわかる。上記のように、２次歪（ＩＭ２）が小さくなるのは、以下の理由によると考えられる。
　すなわち、Ｓｉ半導体からなる基板１４上に低音速膜１５及び圧電体層１６が積層されている構造では、熱や電位などの外部影響により、基板１４と低音速膜１５との界面に電子や正孔などのキャリアが生じる。このキャリアが生じると、キャリアが生じている界面部分が導電層のようにふるまうことになる。そのため、ＩＤＴ電極１７や引き回し配線１３と、上記導電層との間に静電容量が生じるため、線形性が悪化する。
　これに対して、本実施例では、図５に矢印で示すようにキャリアが生じるものの、引き回し配線１３と、圧電体層１６との間に絶縁膜１２が設けられている。そのため、引き回し配線１３と、上記導電層との間の静電容量が小さくなり、よって、線形性が改善され、上記２次歪が小さくなったものと考えられる。
　なお、第１の弾性波フィルタ５は、ＷｉＦｉフィルタであったが、他の帯域通過型フィルタであってもよい。例えば、ＧＰＳ信号を通過させ、その他のセルラー帯の信号を減衰させるＧＰＳフィルタであってもよい。
　また、マルチプレクサ１は本発明に係る複合フィルタ装置の実施形態であるが、マルチプレクサ１中の第１の弾性波フィルタ５または第２の弾性波フィルタ７は、本発明に係る弾性波フィルタ装置の実施形態でもある。すなわち、第１の弾性波フィルタ５及び第２の弾性波フィルタ７は、アンテナ端子３に接続される引き回し配線１３と、引き回し配線１３と、圧電体層１６との間に積層されている絶縁膜１２とを有する。従って、第１の弾性波フィルタ５及び第２の弾性波フィルタ７では、線形性が高められている。そのため、結果として、マルチプレクサ１において、上記のように、信号の歪が小さくされている。
　また、本発明に係る複合フィルタ装置は、３以上の帯域通過型フィルタが共通接続されているさまざまなマルチプレクサや複合フィルタ装置に適用することができ、その通過帯域についても限定されない。
　図７は、本発明が適用される複合フィルタ装置の変形例を示す回路図である。複合フィルタ装置１Ａでは、アンテナ２に接続されるアンテナ端子３に、スイッチＳＷ１を介して、複数の弾性波フィルタ装置としての第１，第２の弾性波フィルタ５，７が共通接続されている。このようなスイッチＳＷ１を介して共通接続された第１，第２の弾性波フィルタ５，７の内、少なくとも１個が本発明に従って構成された弾性波フィルタであってもよい。
　図８は、本発明の第２の実施形態に係る複合フィルタ装置に用いられる弾性波フィルタ装置の弾性波共振子部分を示す正面断面図である。
　第２の実施形態の複合フィルタ装置の回路構成は第１の実施形態と同様である。従って、図１に参照して説明した内容を第２の実施形態の説明においても援用することとする。
　第２の実施形態が第１の実施形態と異なるところは、弾性波共振子及び引き回し配線が構成されている物理的な構造にある。図８に示す弾性波共振子２１では、半導体からなる基板２２の上面に、凹部２２ａが設けられている。
　基板２２上に、圧電体層２３が積層されている。圧電体層２３は、対向し合う第１及び第２の主面を有する。圧電体層２３の第１の主面及び第２の主面にそれぞれ第１，第２の電極２４，２５が圧電体層２３を介して対向するように設けられている。この第１の電極２４及び第２の電極２５が対向している部分は、上記凹部２２ａ上に位置している。
　他方、引き回し配線２７は、第１の電極２４に図示しない部分において接続されており、かつ図示しないアンテナ端子に接続されている。この引き回し配線２７の下面に、絶縁膜２６が積層されている。すなわち、引き回し配線２７は、圧電体層２３上に直接積層されていない。
　このように、弾性波共振子２１を用いた場合においても、上記引き回し配線２７と、圧電体層２３との間に絶縁膜２６を設けることにより、第１の実施形態と同様に、線形性を高めることができる。従って、第２の実施形態の複合フィルタ装置においても、上記絶縁膜２６を有する弾性波共振子が設けられている弾性波フィルタ装置を有するため、２次歪を小さくすることができる。
なお、引き回し配線２７と圧電体層２３との間に設けられた絶縁膜２６が、平面視したときにＩＤＴ電極１７と重なる位置に設けられていると、弾性波の励振に影響を与えるため、弾性波共振子の特性が悪化してしまう。そのため、引き回し配線２７と圧電体層２３との間に設けられた絶縁膜２６は、平面視したときにＩＤＴ電極１７と重ならない位置に設けられていることが好ましい。
　なお、本発明で用いられる弾性波共振子の構造は、特に限定されず図９に示す変形例の弾性波共振子３１を用いてもよい。この弾性波共振子３１では、半導体からなる基板２２上に、相対的に音響インピーダンスが低い低音響インピーダンス層３２，３４，３６と、相対的に音響インピーダンスが高い高音響インピーダンス層３３，３５とが交互に積層された構造を有する。この積層構造からなる音響多層膜上に、圧電体層２３及び第１，第２の電極２４，２５が積層されている。すなわち、図８に示した凹部２２ａにかえて、上記音響多層膜を用いた弾性波共振子３１を用いてもよい。
　なお、第１の実施形態では、低音速膜１５として、酸化ケイ素膜を用いたが、ＳｉＯＮなどの絶縁性材料を用いてもよい。
　また、半導体からなる基板１４については、Ｓｉに限らず、ＡｓＧａなどの他の半導体を用いてもよい。もっとも、第１の実施形態では、基板１４を伝搬するバルク波の音速は、圧電体層１６を伝搬する弾性波の音速よりも高いことが必要である。
　また、前述した絶縁膜１２，２６の材料については、適宜の絶縁性材料を用いることができる。このような絶縁性材料としては、成膜が容易であるため、合成樹脂を好適に用いることができる。このような合成樹脂としては、特に限定されず、感光性ポリイミドなどを用いることができる。
　また、絶縁膜１２，２６は、合成樹脂に限らずＳｉＯ２などの無機絶縁性材料からなるものであってもよい。
１…マルチプレクサ
１Ａ…複合フィルタ装置
２…アンテナ
３…アンテナ端子
４…入出力端子
５，７…第１，第２の弾性波フィルタ
６…出力端子
８ａ～８ｃ…グラウンド端子
１１…弾性波基板
１２，２６…絶縁膜
１３…引き回し配線
１４…基板
１５…低音速膜
１６…圧電体層
１７…ＩＤＴ電極
１８，１９…反射器
２１…弾性波共振子
２２…基板
２２ａ…凹部
２３…圧電体層
２４，２５…第１，第２の電極
２７…引き回し配線
３１…弾性波共振子
３２，３４，３６…低音響インピーダンス層
３３，３５…高音響インピーダンス層
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…インダクタ
Ｐ１～Ｐ４，Ｐ１１…並列腕共振子
Ｓ１～Ｓ５，Ｓ１１，Ｓ１２…直列腕共振子

Claims (8)

  1. 　アンテナに接続されるアンテナ端子と、
    　入力または出力端子と、
    　前記アンテナ端子と、前記入力または出力端子との間に接続されており、複数の弾性波共振子を有する弾性波フィルタとを備え、
    　前記弾性波共振子が、圧電体層と、前記圧電体層上に設けられたＩＤＴ電極と、前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも、伝搬するバルク波の音速が低速である、低音速膜と、前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも、伝搬するバルク波の音速が高速であり、かつ半導体からなる基板とを有し、
    　前記基板上に、前記低音速膜を介して前記圧電体層が積層されており、前記圧電体層上において、前記アンテナ端子に接続される引き回し配線が、前記圧電体層上に設けられた絶縁膜上に配置されている、弾性波フィルタ装置。
  2. 　アンテナに接続されるアンテナ端子と、
    　入力または出力端子と、
    　前記アンテナ端子と、前記入力または出力端子との間に接続されており、複数の弾性波共振子を有する弾性波フィルタとを備え、
    　前記弾性波共振子が、半導体からなる基板と、前記半導体からなる基板上に設けられており、対向し合う第１，第２の主面を有する圧電体層と、
    　前記圧電体層の前記第１の主面上に設けられた第１の電極と、前記圧電体層の前記第２の主面に設けられており、前記第１の電極と前記圧電体層を介して対向している第２の電極とを有し、
    　前記圧電体層上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられており、かつ前記アンテナ端子に接続される引き回し配線とをさらに備える、弾性波フィルタ装置。
  3. 　前記基板が、シリコン基板である、請求項１または２に記載の弾性波フィルタ装置。
  4. 　前記絶縁膜が、合成樹脂からなる、請求項１～３のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ装置。
  5. 　前記絶縁膜が無機絶縁性材料からなる、請求項１～３のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ装置。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ装置と、
    　前記アンテナ端子に共通接続されている少なくとも１個の他の弾性波フィルタ装置とを備える、複合フィルタ装置。
  7. 　マルチプレクサである、請求項６に記載の複合フィルタ装置。
  8. 　前記アンテナ端子にスイッチを介して複数の弾性波フィルタ装置が共通接続されており、前記複数の弾性波フィルタ装置の内、少なくとも１個の弾性波フィルタ装置が請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ装置である、複合フィルタ装置。
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