WO2022014496A1 - フィルタ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a filter that utilizes elastic waves.
- an elastic wave device using a plate wave propagating in a piezoelectric film made of LiNbO 3 or LiTaO 3 is known.
- Such elastic wave devices are used for ladder type filters and the like.
- Patent Document 1 discloses an elastic wave device using a lamb wave as a plate wave.
- a piezoelectric substrate is provided on the support.
- the support that is, the support substrate is provided with a cavity.
- the piezoelectric substrate overlaps the cavity.
- the piezoelectric substrate consists of LiNbO 3 or LiTaO 3 .
- An IDT electrode is provided on the upper surface of the piezoelectric substrate.
- a voltage is applied between the plurality of electrode fingers connected to one potential of the IDT electrode and the plurality of electrode fingers connected to the other potential. This encourages Lamb waves.
- Reflectors are provided on both sides of the IDT electrode. As a result, an elastic wave resonator using a plate wave is constructed.
- the frequency is adjusted by adjusting the thickness of the piezoelectric substrate or the like.
- the above elastic wave device is used for a ladder type filter, it is difficult to individually adjust the frequency of each resonator.
- An object of the present invention is to provide a filter capable of easily adjusting the frequency of each resonator.
- the filter according to the present invention has a piezoelectric film, an elastic wave resonator having a functional electrode provided on the piezoelectric film, and an elastic wave resonator provided on the piezoelectric film, and is connected in parallel with the elastic wave resonator.
- the capacitive element is provided with a resonator electrically connected to the elastic wave resonator, and the functional electrodes are opposed to each other with a first bus bar and a second bus bar, and at least one pair of first. It has an electrode and a second electrode, and the at least one pair of the first electrode and the second electrode face each other in a direction intersecting in the thickness direction of the piezoelectric film, and the first electrode is the first bus bar.
- the second electrode is connected to the second bus bar, is provided on the piezoelectric film, and electrically connects the capacitive element and the second bus bar. Further provided with electrodes, the capacitive element is provided on the first bus bar, an insulating film provided on the first bus bar, and the insulating film, and is electrically connected to the first bus bar. It is composed of capacitive electrodes that are insulated from each other.
- the frequency of each resonator can be easily adjusted.
- FIG. 1 is a circuit diagram of a ladder type filter according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a plan view of the elastic wave resonator and the capacitive element according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
- FIG. 4 is a diagram showing impedance characteristics when the capacitance of a capacitive element is changed in a circuit configuration in which elastic wave resonators and capacitive elements are connected in parallel according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. FIG.
- FIG. 6A is a schematic front sectional view for explaining a Lamb wave propagating in a piezoelectric film of a conventional elastic wave resonator
- FIG. 6B is a first embodiment of the present invention. It is a schematic front sectional view for demonstrating the bulk wave of the thickness slip mode propagating in the piezoelectric film in the elastic wave resonator.
- FIG. 7 is a diagram showing the amplitude direction of the bulk wave in the thickness slip mode.
- FIG. 8 shows d / p when the center-to-center distance or the average distance between the centers of the adjacent first and second electrodes is p and the thickness of the piezoelectric film is d, and the specific band of the elastic wave resonator. It is a figure which shows the relationship of.
- FIG. 8 shows d / p when the center-to-center distance or the average distance between the centers of the adjacent first and second electrodes is p and the thickness of the piezoelectric film is d, and the specific band of the elastic wave
- FIG. 9 is a plan view of the elastic wave resonator and the capacitive element according to the second embodiment of the present invention.
- FIG. 10 is a plan view of the elastic wave resonator and the capacitive element according to the third embodiment of the present invention.
- FIG. 11 is a plan view of the elastic wave resonator and the capacitive element of the reference example.
- FIG. 12 is a plan view of the elastic wave resonator and the capacitive element in the first modification of the third embodiment of the present invention.
- FIG. 13 is a plan view of the elastic wave resonator and the capacitive element in the second modification of the third embodiment of the present invention.
- FIG. 14 is a plan view of the elastic wave resonator and the capacitive element according to the fourth embodiment of the present invention.
- FIG. 15 is a cross-sectional view showing a cross section of the elastic wave resonator and the capacitive element according to the fifth embodiment of the present invention, corresponding to the line I-I in FIG.
- FIG. 16 is a diagram showing a map of the specific band when d / p is as close to 0 as possible in LiNbO 3 with Euler angles (0 °, ⁇ , ⁇ ).
- FIG. 1 is a circuit diagram of a ladder type filter according to the first embodiment of the present invention.
- the ladder type filter 10 has a plurality of series arm resonators, a plurality of parallel arm resonators, and a capacitive element 16.
- the plurality of series arm resonators include the elastic wave resonator 1.
- the capacitive element 16 is connected in parallel with the elastic wave resonator 1.
- FIG. 2 is a plan view of the elastic wave resonator and the capacitive element in the first embodiment.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG. Note that in FIGS. 2 and 3, wiring connected to other resonators, terminals, etc. is omitted. The same applies to other plan views or cross-sectional views.
- the elastic wave resonator 1 has a piezoelectric film 3.
- the piezoelectric film 3 has a first main surface 3a and a second main surface 3b. The first main surface 3a and the second main surface 3b face each other.
- the piezoelectric film 3 is a lithium niobate film. More specifically, the piezoelectric film 3 is a LiNbO 3 film.
- the piezoelectric film 3 may be a lithium tantalate film. More specifically, for example, a LiTaO 3 film can be used as the piezoelectric film 3.
- the thickness of the piezoelectric film 3 is preferably 40 nm or more and 1000 nm or less.
- the functional electrode 4 is provided on the first main surface 3a of the piezoelectric film 3.
- the functional electrode 4 has a plurality of electrodes.
- the plurality of electrodes are arranged in a direction intersecting with each other in the thickness direction of the piezoelectric film 3.
- Each electrode has a rectangular shape.
- the plurality of electrodes include a plurality of pairs of the first electrode 6 and the second electrode 7.
- the first electrode 6 and the second electrode 7 extend in parallel. Adjacent first electrodes 6 and second electrodes 7 face each other in a direction orthogonal to the direction in which the first electrode 6 extends.
- the direction in which the first electrode 6 extends is defined as the y direction
- the direction orthogonal to the y direction is defined as the x direction.
- Both the x-direction and the y-direction are directions that intersect with the thickness direction of the piezoelectric film 3. Therefore, it can be said that the adjacent first electrode 6 and the second electrode 7 face each other in the direction of crossing in the thickness direction of the piezoelectric film 3.
- the functional electrode 4 has a first bus bar 8 and a second bus bar 9.
- the first bus bar 8 and the second bus bar 9 face each other.
- One end of each of the plurality of first electrodes 6 is connected to the first bus bar 8.
- One end of each of the plurality of second electrodes 7 is connected to the second bus bar 9.
- the plurality of first electrodes 6 and the plurality of second electrodes 7 are interleaved with each other.
- the first electrode 6 and the second electrode 7 are connected to different potentials from each other.
- the functional electrode 4 is an IDT electrode.
- the functional electrode 4 is not limited to the IDT electrode.
- the functional electrode 4 may have at least a pair of the first electrode 6 and the second electrode 7.
- the functional electrode 4 is made of an appropriate metal or alloy such as Al or AlCu alloy.
- the Cu in the AlCu alloy is preferably 1% by weight or more and 20% by weight or less.
- the functional electrode 4 may be made of a laminated metal film. In this case, for example, it may have an adhesion layer. Examples of the adhesion layer include a Ti layer and a Cr layer.
- the functional electrode 4 has a crossover region A.
- the crossover region A is a region where adjacent electrodes overlap when viewed from the x direction.
- the crossover region A is a region in the x direction from one of the outermost electrodes of the functional electrode 4 to the other of the outermost electrodes.
- the crossover region A includes the outer end portion of the outermost electrode in the x direction.
- an insulating film 17 is provided on the first bus bar 8 of the functional electrode 4.
- a capacitive electrode 18 is provided on the insulating film 17.
- the first bus bar 8 and the capacitive electrode 18 are electrically insulated by the insulating film 17.
- the first bus bar 8 and the capacitance electrode 18 face each other with the insulating film 17 interposed therebetween.
- the capacitive element 16 is composed of a first bus bar 8, an insulating film 17, and a capacitive electrode 18.
- connection electrode 19 is provided on the first main surface 3a of the piezoelectric film 3.
- the connection electrode 19 electrically connects the capacitance electrode 18 and the second bus bar 9.
- the capacitive element 16 is connected in parallel to the elastic wave resonator 1.
- a plurality of first electrodes 6 and a plurality of second electrodes 7 are surrounded by the connection electrode 19, the first bus bar 8, and the second bus bar 9.
- the case of being “enclosed” is not limited to the case where the entire outer periphery of the first electrode 6 and the second electrode 7 is surrounded, but as shown in FIG. 2, the first electrode 6 and the second electrode are enclosed.
- the outer circumference is a plurality of first parts to be interleaved with a portion of the plurality of first electrodes 6 connected to the first bus bar 8 and a portion of the plurality of second electrodes 7 connected to the second bus bar 9. The portion connecting the outer edges of the two outermost electrodes of the electrode 6 and the second electrode 7.
- the elastic wave resonator 1 has a support substrate 2.
- a piezoelectric film 3 is provided on the support substrate 2.
- the second main surface 3b is the main surface on the support substrate 2 side.
- each resonator of the ladder type filter 10 shares the support substrate 2 and the piezoelectric film 3. This can increase productivity.
- the support substrate 2 has a hollow portion 13 and a support portion 12.
- the support portion 12 has a frame-like shape.
- the cavity 13 is a through hole provided in the support substrate 2.
- the cavity 13 may be a recess provided in the support substrate 2.
- the support substrate 2 is a silicon substrate.
- the plane orientation of the support substrate 2 on the surface of the piezoelectric film 3 side is preferably (100), (110) or (111).
- the resistivity of the support substrate 2 is preferably 4 k ⁇ or more.
- the material of the support substrate 2 is not limited to the above, and for example, piezoelectric materials such as aluminum oxide, lithium tantalate, lithium niobate, and crystal, alumina, sapphire, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, zirconia, and cordierite. , Various ceramics such as mulite, steatite, and forsterite, dielectrics such as diamond and glass, and semiconductors such as gallium nitride can be used.
- a piezoelectric film 3 is provided on the support portion 12 of the support substrate 2 so as to cover the cavity portion 13.
- the entire crossover region A overlaps with the cavity 13.
- the plan view means the direction seen from above in FIG.
- the capacitive element 16 is composed of the first bus bar 8, the insulating film 17, and the capacitive electrode 18, and the capacitive element 16 is connected in parallel to the elastic wave resonator 1. be. Thereby, the frequency of each resonator can be easily adjusted. This will be described below together with the details of the circuit configuration of the ladder type filter 10.
- the ladder type filter 10 has a first signal terminal 14 and a second signal terminal 15.
- the first signal terminal 14 is connected to the antenna.
- the first signal terminal 14 and the second signal terminal 15 may be configured as wiring or may be configured as an electrode pad.
- elastic wave resonator 1, series arm resonator S2, series arm resonator S3 and series arm resonator S4 are connected in series with each other in this order. Has been done.
- the capacitive element 16 is connected in parallel with the elastic wave resonator 1.
- the parallel arm resonator P1 is connected between the connection point between the elastic wave resonator 1 and the series arm resonator S2 and the ground potential.
- the 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.
- the parallel arm resonator P3 is connected between the connection point between the series arm resonator S3 and the series arm resonator S4 and the ground potential.
- the plurality of series arm resonators and the plurality of parallel arm resonators other than the elastic wave resonator 1 are all elastic wave resonators. However, it is not limited to this.
- the elastic wave resonator 1 is a resonator located on the first signal terminal 14 side in the circuit configuration of the ladder type filter 10.
- the circuit configuration of the ladder type filter 10 is not limited to the configuration shown in FIG.
- the ladder type filter 10 may have an elastic wave resonator 1, at least one resonator other than the elastic wave resonator 1, and a capacitive element 16. It suffices that the resonators other than the elastic wave resonator 1 and the elastic wave resonator 1 are electrically connected, and the capacitive element 16 is connected in parallel with the elastic wave resonator 1.
- the elastic wave resonator 1 may be a parallel arm resonator.
- the laminated wiring 9A is laminated on the second bus bar 9 of the elastic wave resonator 1.
- the laminated wiring 9A is connected to the first signal terminal 14 shown in FIG.
- the laminated wiring 9A may be connected to the series arm resonator S2 and the parallel arm resonator P1.
- the connection electrode 19 is electrically connected to the laminated wiring 9A and the second bus bar 9.
- the capacitance electrode 18, the connection electrode 19, and the laminated wiring 9A are integrally provided.
- the laminated wiring 9A does not necessarily have to be provided.
- the capacitance electrode 18, the connection electrode 19, and the laminated wiring 9A may be provided as separate bodies and may be connected to each other.
- the productivity can be improved by providing each of the above electrodes as a unit.
- the resistance of the wiring can be lowered.
- FIG. 4 is a diagram showing impedance characteristics when the capacitance of a capacitive element is changed in a circuit configuration in which elastic wave resonators and capacitive elements are connected in parallel in the first embodiment.
- the capacitance of the capacitive element 16 is different between the result shown by the solid line and the result shown by the broken line.
- the antiresonance frequency of the elastic wave resonator 1 is changed by changing the capacitance of the capacitive element 16.
- the frequency of the elastic wave resonator 1 can be easily adjusted individually.
- the capacitance of the capacitive element 16 for example, the thickness of the insulating film 17 may be adjusted.
- the area where the first bus bar 8 and the capacitive electrode 18 face each other may be adjusted.
- the capacitive element 16 includes the first bus bar 8 and is configured integrally with the elastic wave resonator 1.
- the capacitive element 16 overlaps with the elastic wave resonator 1 in a plan view. Therefore, the size of the elastic wave resonator 1 can be reduced.
- FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
- the insulating film 17 of the capacitive element 16 extends from the first bus bar 8 onto the first main surface 3a of the piezoelectric film 3.
- the insulating film 17 has an inclined portion 17a at a portion extending from the top of the first bus bar 8 to the top of the first main surface 3a.
- the inclined portion 17a is a portion inclined with respect to the normal line of the first main surface 3a.
- the electrodes constituting the capacitive electrode 18 and the connecting electrode 19 reach the first main surface 3a from the first bus bar 8 through the inclined portion 17a. This makes it possible to relieve the stress applied to the electrodes. Therefore, disconnection is unlikely to occur.
- the insulating film 17 does not necessarily have to have the inclined portion 17a.
- the insulating film 17 covers one end of the first bus bar 8 in the direction in which the first bus bar 8 extends. On the other hand, the insulating film 17 does not cover the other end of the first bus bar 8. However, the insulating film 17 may cover both ends of the first bus bar 8.
- connection electrode 19 overlaps with the support portion 12 of the support substrate 2 in a plan view. It is more preferable that the connection electrode 19 does not overlap with the cavity 13 in a plan view. Thereby, the stress applied to the portion where the piezoelectric film 3 faces the cavity 13 can be reduced. Therefore, cracking of the piezoelectric film 3 can be further suppressed.
- the reflector is not provided on the piezoelectric film 3.
- the elastic wave resonator 1 does not have a reflector.
- the propagation loss is suppressed because the elastic wave resonator 1 uses the bulk wave in the thickness slip mode. More specifically, the elastic wave resonator 1 utilizes a bulk wave in the thickness slip primary mode.
- the details of the thickness slip mode used by the elastic wave resonator 1 will be described.
- a plurality of pairs of adjacent first electrode 6 and second electrode 7 structures are provided in the x direction.
- This logarithm does not have to be an integer pair, and may be 1.5 pairs, 2.5 pairs, or the like.
- the case where the electrodes in the functional electrodes 4 are adjacent to each other does not mean the case where the electrodes are arranged so as to be in direct contact with each other, but the case where the electrodes are arranged so as to be spaced apart from each other.
- no other hot electrode or ground electrode is arranged between the first electrode 6 and the second electrode 7.
- an AC voltage is applied between the plurality of first electrodes 6 and the plurality of second electrodes 7. More specifically, an AC voltage is applied between the first bus bar 8 and the second bus bar 9. As a result, it is possible to obtain resonance characteristics using the bulk wave of the thickness slip mode excited by the piezoelectric film 3.
- the region between the first electrode 6 and the second electrode 7 is the excitation region B.
- one excitation region B is shown as an example, but the region between the plurality of first electrodes 6 and the plurality of second electrodes 7 is the excitation region B.
- the excitation region B is included in the crossover region A.
- the thickness of the piezoelectric film 3 is d, and the distance between the centers of the adjacent first electrode 6 and the second electrode 7 of the plurality of pairs of the first electrode 6 and the second electrode 7 is p. If so, d / p is set to 0.5 or less. Therefore, the bulk wave in the thickness slip mode is effectively excited, and good resonance characteristics can be obtained.
- the distance between the centers of the first electrode 6 and the second electrode 7 is the distance connecting the center of the first electrode 6 in the x direction and the center of the second electrode 7 in the x direction.
- the elastic wave resonator 1 has the above configuration and uses the thickness slip mode. As a result, even if the logarithm of the first electrode 6 and the second electrode 7 is reduced, the Q value is unlikely to decrease.
- the piezoelectric film 3 is a Z-cut piezoelectric film. Therefore, the x direction is a direction orthogonal to the polarization direction of the piezoelectric film 3. This does not apply when the piezoelectric film 3 is a piezoelectric film having another cut angle.
- FIG. 6A is a schematic front sectional view for explaining a Lamb wave propagating in a piezoelectric film of an elastic wave resonator as described in Patent Document 1.
- the wave propagates in the piezoelectric film 201 as shown by an arrow.
- the first main surface 201a and the second main surface 201b face each other, and the thickness direction connecting the first main surface 201a and the second main surface 201b is the z direction.
- the x direction is the direction in which the electrode fingers of the IDT electrodes are lined up.
- the Lamb wave propagates in the x direction. Since the Lamb wave is a plate wave, the piezoelectric film 201 vibrates as a whole, but the wave propagates in the x direction. Therefore, reflectors are arranged on both sides of the IDT electrode in the x direction to obtain resonance characteristics.
- the vibration displacement is in the thickness slip direction. Therefore, the wave propagates almost in the z direction and resonates. Therefore, the x-direction component of the wave is significantly smaller than the z-direction component. Since the resonance characteristic is obtained by the propagation of the wave in the z direction, the propagation loss is unlikely to occur even if the number of electrode fingers of the reflector is reduced. Further, even if the logarithm of the electrode pair composed of the first electrode 6 and the second electrode 7 is reduced in order to promote miniaturization, the Q value is unlikely to decrease.
- FIG. 7 schematically shows a bulk wave when a voltage at which the second electrode 7 has a higher potential than that of the first electrode 6 is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7.
- the first region 451 is a region of the excitation region between the virtual plane VP1 orthogonal to the thickness direction of the piezoelectric film 3 and dividing the piezoelectric film 3 into two, and the first main surface 3a.
- the second region 452 is a region of the excitation region between the virtual plane VP1 and the second main surface 3b.
- the elastic wave resonator 1 a plurality of pairs of the first electrode 6 and the second electrode 7 are arranged. Since the thickness slip mode does not propagate the wave in the x direction, it is not necessary to provide a plurality of pairs of electrodes including the first electrode 6 and the second electrode 7. That is, at least a pair of the first electrode 6 and the second electrode 7 need be provided.
- d / p is 0.5 or less.
- the d / p is preferably 0.24 or less. In that case, even better resonance characteristics can be obtained. This will be described with reference to FIG.
- FIG. 8 is a diagram showing the relationship between this d / p and the specific band of the elastic wave resonator.
- the ratio band is less than 5% even if d / p is adjusted.
- the ratio band can be set to 5% or more by changing d / p within that range. Therefore, it is possible to construct a resonator having a high coupling coefficient.
- the specific band can be increased to 7% or more.
- a resonator having a wider specific band can be obtained, and a resonator having a higher coupling coefficient can be realized.
- a value obtained by averaging the thickness that is, the average thickness may be adopted.
- the distance p between the centers of the adjacent first electrode 6 and the second electrode 7 is preferably 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
- the widths of the first electrode 6 and the second electrode 7 are preferably 50 nm or more and 1000 nm or less, respectively.
- the elastic wave resonator 1 and the capacitive element 16 are connected in parallel.
- other resonators in the ladder type filter 10 may also be connected in parallel with a capacitive element other than the capacitive element 16. In this case, the frequency of the other resonators can be easily adjusted individually.
- the filter according to the present invention is not limited to the ladder type filter.
- FIG. 9 is a plan view of the elastic wave resonator and the capacitive element in the second embodiment.
- the configuration of the electrode connecting the capacitive element 26 and the second bus bar 9 of the elastic wave resonator 1 and the arrangement of the insulating film 27 are different from those in the first embodiment. Except for the above points, the ladder type filter of the present embodiment has the same configuration as the ladder type filter 10 of the first embodiment.
- the insulating film 27 covers both ends of the first bus bar 8 in the direction in which the first bus bar 8 extends.
- the insulating film 27 has an inclined portion 17a at a portion covering both ends of the first bus bar 8.
- a first connection electrode 29A and a second connection electrode 29B are connected to the capacitance electrode 18 of the capacitance element 26.
- the connection electrode includes a first connection electrode 29A and a second connection electrode 29B.
- the first connection electrode 29A electrically connects one end of the second bus bar 9 and the capacitance electrode 18.
- the second connection electrode 29B electrically connects the other end of the second bus bar 9 and the capacitance electrode 18.
- the first connection electrode 29A and the second connection electrode 29B face each other in the x direction.
- the capacitance electrode 18, the first connection electrode 29A, the second connection electrode 29B, and the laminated wiring 9A are integrally provided.
- the first electrode 6 and the second electrode 7 are surrounded by the first connection electrode 29A, the second connection electrode 29B, the first bus bar 8, and the second bus bar 9. ing.
- the heat dissipation path can be increased and the heat dissipation property can be improved.
- the bias of the portion to which thermal stress or the like is applied can be reduced, cracking of the piezoelectric film 3 can be suppressed.
- first connection electrode 29A and the second connection electrode 29B overlap with the support portion 12 of the support substrate 2 in a plan view. It is more preferable that the first connection electrode 29A and the second connection electrode 29B do not overlap with the cavity 13 in a plan view. Thereby, the stress applied to the portion where the piezoelectric film 3 faces the cavity 13 can be reduced. Therefore, cracking of the piezoelectric film 3 can be further suppressed.
- the frequency of the elastic wave resonator 1 can be easily adjusted individually. As described above, the frequency of each resonator can be easily adjusted as in the first embodiment.
- FIG. 10 is a plan view of the elastic wave resonator and the capacitive element in the third embodiment.
- This embodiment is different from the first embodiment in that the second capacitive element 37 is provided. Except for the above points, the ladder type filter of the present embodiment has the same configuration as the ladder type filter 10 of the first embodiment.
- the first capacitive element 36 is configured in the same manner as the capacitive element 16 in the first embodiment.
- the capacitive electrode 18 of the first capacitive element 36 and the second bus bar 9 of the elastic wave resonator 1 are connected via the second capacitive element 37.
- the elastic wave resonator 1 is connected in parallel to the first capacitive element 36 and the second capacitive element 37.
- the first capacitive element 36 and the second capacitive element 37 are connected in series with each other.
- the second capacitive element 37 has a first comb-shaped electrode 34 and a second comb-shaped electrode 35.
- the first comb-shaped electrode 34 and the second comb-shaped electrode 35 each include a plurality of electrode fingers.
- the first comb-shaped electrode 34 and the second comb-shaped electrode 35 are provided on the first main surface 3a of the piezoelectric film 3.
- the first comb-shaped electrode 34 is electrically connected to the capacitive electrode 18 by the first wiring electrode 39A.
- the second comb-shaped electrode 35 is electrically connected to the second bus bar 9 by the second wiring electrode 39B.
- the first comb-shaped electrode 34 and the second comb-shaped electrode 35 are interleaved with each other.
- the first comb-shaped electrode 34 and the second comb-shaped electrode 35 overlap with the support portion 12 of the support substrate 2 and do not overlap with the cavity portion 13 in a plan view.
- the second capacitive element 37 has a crossing region like the functional electrode 4.
- the crossing region is a region in which adjacent electrode fingers overlap each other when viewed from a direction orthogonal to the direction in which each electrode finger of the second capacitive element 37 extends.
- the dimension of the crossover region of the second capacitance element 37 along the direction in which each electrode finger extends is defined as the crossover width of the second capacitance element 37.
- the frequency of the elastic wave resonator 1 can be easily adjusted individually. As described above, the frequency of each resonator can be easily adjusted as in the first embodiment.
- the capacitance by the second capacitance element 37 for example, the crossover width may be adjusted.
- the logarithm of the electrode fingers of the second capacitive element 37 may be adjusted.
- the capacitive element is composed of a first bus bar, an insulating film, and a capacitive electrode.
- This capacitive element corresponds to the first capacitive element 36 in the third embodiment.
- the frequency of each resonator can be adjusted. This example is shown by the reference example shown in FIG.
- the reference example shown in FIG. 11 is different from the third embodiment only in that the laminated wiring 38A is provided instead of the capacitive electrode 18 and the arrangement of the insulating film 17 is provided.
- the arrangement of the laminated wiring 38A is the same as the arrangement of the capacitive electrodes 18 in the third embodiment.
- the insulating film 17 does not cover the end portion of the first bus bar 8 in the direction in which the first bus bar 8 extends. Therefore, a part of the laminated wiring 38A is laminated on the insulating film 17, but the other part is laminated on the first bus bar 8.
- the potential of the laminated wiring 38A is the same as the potential of the first bus bar 8. Therefore, the first capacitive element 36 is not configured.
- the laminated wiring 38A is connected to the first comb-shaped electrode 34 by the first wiring electrode 39A.
- the second capacitive element 37 is configured by the first comb-shaped electrode 34 and the second comb-shaped electrode 35.
- the first electrode 6 and the second electrode 7 may be surrounded by the electrodes as in the second embodiment. Even in this case, the frequency of each resonator can be easily adjusted.
- the first capacitive element 36A is configured.
- the first capacitive element 36A is composed of the first bus bar 8, the insulating film 17, and the capacitive electrode 18 as in the second embodiment. Further, the second bus bar 9 and the capacitive electrode 18 are electrically connected by the second connection electrode 29B.
- the insulating film 17 covers only one end of the first bus bar 8 in the direction in which the first bus bar 8 extends. More specifically, the insulating film 17 covers the end portion of the first bus bar 8 on the second connection electrode 29B side. When viewed from the y direction, the capacitive electrode 18 overlaps one end of the crossover region, but does not overlap the other end.
- the capacitive electrode 18 may overlap the entire crossover region.
- the first electrode 6 and the second electrode 7 are surrounded by the second bus bar 9.
- the second modification of the third embodiment shown in FIG. 13 is configured in the same manner as the first modification except that the laminated wiring 38A is provided.
- the first capacitive element 36A is configured as in the first modified example.
- the laminated wiring 38A is laminated over the insulating film 17 and the first bus bar 8 as in the reference example shown in FIG.
- the laminated wiring 38A is connected to the first comb-shaped electrode 34 by the first wiring electrode 39A.
- the laminated wiring 38A is arranged away from the capacitive electrode 18.
- the potential of the capacitive electrode 18 is the same as the potential of the second bus bar 9.
- the potential of the laminated wiring 38A is the same as the potential of the first bus bar 8.
- the first wiring electrode 39A, the second capacitive element 37, the second wiring electrode 39B, the second connection electrode 29B, the first bus bar 8, and the second bus bar 9 The first electrode 6 and the second electrode 7 are surrounded by the above. Thereby, as in the second embodiment, the heat dissipation property can be enhanced and the cracking of the piezoelectric film 3 can be suppressed.
- FIG. 14 is a plan view of the elastic wave resonator and the capacitive element in the fourth embodiment.
- This embodiment is different from the first embodiment in that a pair of reflectors 46 and a reflector 47 are provided and a plate wave is used. Except for the above points, the ladder type filter of the present embodiment has the same configuration as the ladder type filter 10 of the first embodiment.
- the functional electrode of the elastic wave resonator 41 is the IDT electrode 44.
- the IDT electrode 44 has the same configuration as the functional electrode 4 in the first embodiment. More specifically, the IDT electrode 44 has a first bus bar 8, a second bus bar 9, and a plurality of pairs of the first electrode 6 and the second electrode 7. However, it is a design parameter suitable for the excitation of plate waves.
- the pair of reflectors 46 and 47 are provided on both sides of the IDT electrode 44 in the x direction on the first main surface 3a of the piezoelectric film 3.
- the piezoelectric film 3 is not limited to lithium niobate or lithium tantalate, and for example, zinc oxide, aluminum nitride, quartz, PZT (lead zirconate titanate), or the like is used. You can also do it.
- the frequency of the elastic wave resonator 41 can be easily adjusted individually by adjusting the capacitance of the capacitive element 16. As described above, the frequency of each resonator can be easily adjusted as in the first embodiment.
- the capacitive element 16 includes the first bus bar 8 and is configured integrally with the elastic wave resonator 41.
- the capacitive element 16 overlaps with the elastic wave resonator 41 in a plan view. Therefore, it is possible to easily adjust the frequency as described above while suppressing the increase in size.
- FIG. 15 is a cross-sectional view showing a cross section of the elastic wave resonator and the capacitive element according to the fifth embodiment, corresponding to the line I-I in FIG.
- This embodiment is different from the first embodiment in that the acoustic reflection film 53 is provided and the support substrate 52 does not have a hollow portion. More specifically, the acoustic reflection film 53 is provided on the support substrate 52. A piezoelectric film 3 is provided on the acoustic reflection film 53. Except for the above points, the ladder type filter of the present embodiment has the same configuration as the ladder type filter 10 of the first embodiment. In this embodiment, each resonator shares the acoustic reflection film 53.
- the acoustic reflection film 53 is a laminated body of a plurality of acoustic impedance layers. More specifically, the acoustic reflection film 53 has a plurality of low acoustic impedance layers and a plurality of high acoustic impedance layers.
- the low acoustic impedance layer is a layer having a relatively low acoustic impedance.
- the plurality of low acoustic impedance layers of the acoustic reflection film 53 are a low acoustic impedance layer 54a and a low acoustic impedance layer 54b.
- the high acoustic impedance layer is a layer having a relatively high acoustic impedance.
- the plurality of high acoustic impedance layers of the acoustic reflection film 53 are the high acoustic impedance layer 55a and the high acoustic impedance layer 55b.
- the low acoustic impedance layer and the high acoustic impedance layer are alternately laminated.
- the low acoustic impedance layer 54a is a layer located closest to the piezoelectric film 3 in the acoustic reflection film 53.
- the acoustic reflection film 53 has two layers each of a low acoustic impedance layer and a high acoustic impedance layer. However, the acoustic reflection film 53 may have at least one low acoustic impedance layer and one high acoustic impedance layer.
- the material of the low acoustic impedance layer for example, silicon oxide or aluminum can be used.
- a metal such as platinum or tungsten, or a dielectric such as aluminum nitride or silicon nitride can be used.
- the frequency of the elastic wave resonator 51 can be easily adjusted individually by adjusting the capacitance of the capacitive element 16. As described above, the frequency of each resonator can be easily adjusted as in the first embodiment.
- the acoustic reflection film 53 and the support substrate 52 may be provided instead of the support substrate 2.
- the following shows examples of preferred Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of the lithium niobate film as the piezoelectric film 3.
- the piezoelectric film 3 is a lithium niobate film will be shown. However, it can also be applied when the piezoelectric film 3 is a lithium tantalate film.
- the Euler angles of LiNbO 3 in the case of close to 0 as possible is a diagram showing a map of a specific band for.
- the portion shown with hatching in FIG. 16 is a region where a specific band of at least 5% or more can be obtained, and when the range of the region is approximated, the following equations (1), (2) and (3) are approximated. ).
- Equation (1) (0 ° ⁇ 10 °, 20 ° ⁇ 80 °, 0 ° ⁇ 60 ° (1- ( ⁇ -50) 2/900) 1/2) or (0 ° ⁇ 10 °, 20 ° ⁇ 80 °, [180 ° -60 ° (1- ( ⁇ - 50) 2/900) 1/2] ⁇ 180 °) ... equation (2) (0 ° ⁇ 10 °, [ 180 ° -30 ° (1- ( ⁇ -90) 2/8100) 1/2] ⁇ 180 °, any [psi) ... Equation (3)
- the specific band can be sufficiently widened, which is preferable.
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Abstract
個々の共振子の周波数の調整を容易に行うことができる、フィルタを提供する。 本発明に係るフィルタは、圧電膜3と、圧電膜3上に設けられている機能電極4を有する弾性波共振子1と、弾性波共振子1と並列に接続されている容量素子16と、弾性波共振子1と電気的に接続されている共振子とを備える。機能電極4は、対向し合う第1,第2のバスバー8,9と、第1,第2電極6,7とを有する。第1電極6は第1のバスバー8に接続されている。第2電極7は第2のバスバー9に接続されている。圧電膜3上に設けられており、容量素子16及び第2のバスバー9を電気的に接続している接続電極19がさらに備えられている。容量素子16は、第1のバスバー8と、第1のバスバー8上に設けられている絶縁膜17と、絶縁膜17上に設けられており、第1のバスバー8と電気的に絶縁されている容量用電極18とにより構成されている。
Description
本発明は、弾性波を利用するフィルタに関する。
従来、LiNbO3またはLiTaO3からなる圧電膜を伝搬する板波を利用した弾性波装置が知られている。このような弾性波装置は、ラダー型フィルタなどに用いられる。
例えば、下記の特許文献1では、板波としてのラム波を利用した弾性波装置が開示されている。ここでは、支持体上に圧電基板が設けられている。支持体、すなわち支持基板には空洞部が設けられている。圧電基板は空洞部と重なっている。圧電基板はLiNbO3またはLiTaO3からなる。圧電基板の上面にIDT電極が設けられている。IDT電極の一方電位に接続される複数の電極指と、他方電位に接続される複数の電極指との間に電圧が印加される。それによって、ラム波が励振される。このIDT電極の両側には反射器が設けられている。それによって、板波を利用した弾性波共振子が構成されている。
特許文献1に記載のような弾性波装置では、圧電基板の厚みの調整などにより周波数の調整が行われる。しかしながら、上記の弾性波装置をラダー型フィルタに用いた場合には、個々の共振子の周波数調整を個別に行うことは困難である。
本発明の目的は、個々の共振子の周波数の調整を容易に行うことができる、フィルタを提供することにある。
本発明に係るフィルタは、圧電膜と、前記圧電膜上に設けられている機能電極を有する弾性波共振子と、前記圧電膜上に設けられており、前記弾性波共振子と並列に接続されている容量素子と、前記弾性波共振子と電気的に接続されている共振子とを備え、前記機能電極が、対向し合う第1のバスバー及び第2のバスバーと、少なくとも1対の第1電極及び第2電極とを有し、前記少なくとも1対の第1電極及び第2電極が、前記圧電膜の厚み方向に交叉する方向において対向しており、前記第1電極が前記第1のバスバーに接続されており、前記第2電極が前記第2のバスバーに接続されており、前記圧電膜上に設けられており、前記容量素子及び前記第2のバスバーを電気的に接続している接続電極をさらに備え、前記容量素子が、前記第1のバスバーと、前記第1のバスバー上に設けられている絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられており、前記第1のバスバーと電気的に絶縁されている容量用電極とにより構成されている。
本発明に係るフィルタによれば、個々の共振子の周波数の調整を容易に行うことができる。
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の実施形態に係るラダー型フィルタの回路図である。
図1に示すように、ラダー型フィルタ10は複数の直列腕共振子及び複数の並列腕共振子、並びに容量素子16を有する。複数の直列腕共振子は弾性波共振子1を含む。弾性波共振子1に並列に容量素子16が接続されている。
図2は、第1の実施形態における弾性波共振子及び容量素子の平面図である。図3は、図2中のI-I線に沿う断面図である。なお、図2及び図3においては、他の共振子や端子などと接続する配線は省略している。他の平面図または断面図においても同様である。
図2に示すように、弾性波共振子1は圧電膜3を有する。図3に示すように、圧電膜3は第1の主面3a及び第2の主面3bを有する。第1の主面3a及び第2の主面3bは対向し合っている。本実施形態では、圧電膜3はニオブ酸リチウム膜である。より具体的には、圧電膜3はLiNbO3膜である。もっとも、圧電膜3は、タンタル酸リチウム膜であってもよい。より具体的には、例えば、圧電膜3としてLiTaO3膜を用いることもできる。圧電膜3の厚みは40nm以上、1000nm以下であることが好ましい。
図2に戻り、圧電膜3の第1の主面3aに機能電極4が設けられている。機能電極4は複数の電極を有する。複数の電極は、圧電膜3の厚み方向に交叉する方向に並んでいる。各電極は矩形形状を有する。複数の電極は、複数対の第1電極6及び第2電極7を含む。本実施形態においては、第1電極6及び第2電極7は平行に延びている。第1電極6が延びる方向と直交する方向において、隣り合う第1電極6及び第2電極7が対向している。以下においては、第1電極6が延びる方向をy方向とし、y方向と直交する方向をx方向とする。x方向及びy方向の双方は、圧電膜3の厚み方向と交叉する方向である。このため、隣り合う第1電極6及び第2電極7は、圧電膜3の厚み方向に交叉する方向において対向しているともいえる。
機能電極4は第1のバスバー8及び第2のバスバー9を有する。第1のバスバー8及び第2のバスバー9は対向し合っている。複数の第1電極6の一方端部が、それぞれ第1のバスバー8に接続されている。複数の第2電極7の一方端部が、それぞれ第2のバスバー9に接続されている。複数の第1電極6及び複数の第2電極7は、互いに間挿し合っている。第1電極6及び第2電極7は、互いに異なる電位に接続される。本実施形態においては、機能電極4はIDT電極である。もっとも、機能電極4はIDT電極には限られない。機能電極4は、少なくとも1対の第1電極6及び第2電極7を有していればよい。
機能電極4は、Al、AlCu合金などの適宜の金属もしくは合金からなる。AlCu合金におけるCuは、1重量%以上、20重量%以下であることが好ましい。機能電極4は、積層金属膜からなっていてもよい。この場合、例えば、密着層を有していてもよい。密着層としては、例えば、Ti層やCr層などが挙げられる。
図2に示すように、機能電極4は交叉領域Aを有する。交叉領域Aは、x方向から見て、隣り合う電極が重なっている領域である。交叉領域Aは、x方向における、機能電極4の最も外側の電極のうちの一方の電極から、最も外側の電極のうちの他方の電極に至る領域である。なお、交叉領域Aは、上記最も外側の電極の、x方向における外側の端部を含む。
図3に示すように、機能電極4の第1のバスバー8上に絶縁膜17が設けられている。絶縁膜17上に容量用電極18が設けられている。第1のバスバー8及び容量用電極18は、絶縁膜17により、電気的に絶縁されている。第1のバスバー8及び容量用電極18は、絶縁膜17を挟み、対向し合っている。第1のバスバー8、絶縁膜17及び容量用電極18により、上記容量素子16が構成されている。
図2に戻り、圧電膜3の第1の主面3a上には、接続電極19が設けられている。接続電極19は、容量用電極18及び第2のバスバー9を電気的に接続している。これにより、容量素子16は、弾性波共振子1に並列に接続されている。また、図2においては、接続電極19と、第1のバスバー8と、第2のバスバー9とにより、複数の第1電極6及び複数の第2電極7が囲まれている。ここで、「囲まれている」場合には、第1電極6及び第2電極7の外周全てが囲まれている場合のみではなく、図2に示すように、第1電極6及び第2電極7の外周のうちいずれか3方向のみが囲まれている場合も含むものとする。上記外周とは、複数の第1電極6における第1のバスバー8に接続された部分と、複数の第2電極7における第2のバスバー9に接続された部分と、間挿し合う複数の第1電極6及び第2電極7のうち最も外側に位置する2つの電極の外縁とを結んだ部分をいう。
図3に示すように、弾性波共振子1は支持基板2を有する。支持基板2上に圧電膜3が設けられている。圧電膜3の第1の主面3a及び第2の主面3bのうち、第2の主面3bが支持基板2側の主面である。本実施形態においては、ラダー型フィルタ10の各共振子は、支持基板2及び圧電膜3を共有している。これにより、生産性を高めることができる。
支持基板2は空洞部13及び支持部12を有する。支持部12は枠状の形状を有する。空洞部13は、支持基板2に設けられた貫通孔である。なお、空洞部13は、支持基板2に設けられた凹部であってもよい。
支持基板2はシリコン基板である。支持基板2の圧電膜3側の面における面方位は(100)、(110)または(111)であることが好ましい。支持基板2の抵抗率は4kΩ以上であることが好ましい。もっとも、支持基板2の材料は上記に限定されず、例えば、酸化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶などの圧電体、アルミナ、サファイア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライトなどの各種セラミック、ダイヤモンド、ガラスなどの誘電体、窒化ガリウムなどの半導体などを用いることができる。
支持基板2の支持部12上に、空洞部13を覆うように、圧電膜3が設けられている。平面視において、交叉領域Aの全部が空洞部13と重なっている。本明細書において平面視とは、図3における上方から見る方向をいう。
本実施形態の特徴は、第1のバスバー8、絶縁膜17及び容量用電極18により容量素子16が構成されており、かつ容量素子16が弾性波共振子1に並列に接続されていることにある。それによって、個々の共振子の周波数の調整を容易に行うことができる。これを、ラダー型フィルタ10の回路構成の詳細と共に、以下において説明する。
図1に示すように、ラダー型フィルタ10は、第1の信号端子14及び第2の信号端子15を有する。本実施形態では、第1の信号端子14はアンテナに接続される。第1の信号端子14及び第2の信号端子15は、配線として構成されていてもよく、あるいは、電極パッドとして構成されていてもよい。第1の信号端子14及び第2の信号端子15の間に、弾性波共振子1、直列腕共振子S2、直列腕共振子S3及び直列腕共振子S4が、この順序において、互いに直列に接続されている。弾性波共振子1に並列に容量素子16が接続されている。
弾性波共振子1及び直列腕共振子S2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及び直列腕共振子S3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及び直列腕共振子S4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。本実施形態においては、弾性波共振子1以外の複数の直列腕共振子及び複数の並列腕共振子は全て弾性波共振子である。もっとも、これに限定されるものではない。
弾性波共振子1は、ラダー型フィルタ10の回路構成において、最も第1の信号端子14側に位置する共振子である。なお、ラダー型フィルタ10の回路構成は図1に示す構成には限定されない。ラダー型フィルタ10は、弾性波共振子1と、弾性波共振子1以外の少なくとも1個の共振子と、容量素子16とを有していればよい。弾性波共振子1以外の共振子及び弾性波共振子1が電気的に接続されており、かつ容量素子16が弾性波共振子1に並列に接続されていればよい。弾性波共振子1は並列腕共振子であってもよい。
図2に示すように、弾性波共振子1の第2のバスバー9上には、積層配線9Aが積層されている。この積層配線9Aが、図1に示す第1の信号端子14に接続されている。もっとも、積層配線9Aは、直列腕共振子S2及び並列腕共振子P1に接続されていてもよい。積層配線9Aが設けられていることにより、機能電極4の電気抵抗を低くすることができる。上記接続電極19は、積層配線9A及び第2のバスバー9に電気的に接続されている。本実施形態においては、容量用電極18、接続電極19及び積層配線9Aは、一体として設けられている。なお、積層配線9Aは、必ずしも設けられていなくともよい。あるいは、容量用電極18、接続電極19及び積層配線9Aが、別体として設けられており、かつ互いに接続されていてもよい。もっとも、本実施形態のように、上記各電極が一体として設けられていることにより、生産性を高めることができる。加えて、接触抵抗が生じないため、配線の抵抗を低くすることもできる。
以下において、本実施形態の効果の詳細を説明する。
図4は、第1の実施形態における弾性波共振子及び容量素子が並列に接続された回路構成において、容量素子の容量を変化させた場合のインピーダンス特性を示す図である。図4においては、実線により示す結果と、破線により示す結果とにおいて、容量素子16の容量が異なる。
図4に示すように、容量素子16の容量を変化させることにより、弾性波共振子1の***振周波数が変化していることがわかる。このように、弾性波共振子1の周波数を個別に容易に調整することができる。なお、容量素子16の容量を調整するに際しては、例えば、絶縁膜17の厚みを調整すればよい。あるいは、例えば、第1のバスバー8及び容量用電極18が対向する面積を調整してもよい。
加えて、容量素子16は第1のバスバー8を含み、弾性波共振子1と一体として構成されている。容量素子16は、平面視において、弾性波共振子1と重なっている。従って、弾性波共振子1の小型化を進めることができる。
図5は、図2中のII-II線に沿う断面図である。
容量素子16の絶縁膜17は、第1のバスバー8上から圧電膜3の第1の主面3a上に至っている。絶縁膜17は、第1のバスバー8上から第1の主面3a上に至っている部分において、傾斜部17aを有する。傾斜部17aは、第1の主面3aの法線に対して傾斜している部分である。容量用電極18及び接続電極19を構成している電極は、第1のバスバー8上から、傾斜部17a上を経て、第1の主面3a上に至っている。これにより、上記電極に加わる応力を緩和することができる。よって、断線が生じ難い。もっとも、絶縁膜17は、必ずしも傾斜部17aを有していなくともよい。
本実施形態においては、絶縁膜17は、第1のバスバー8が延びる方向における、第1のバスバー8の一方端部を覆っている。一方で、絶縁膜17は、第1のバスバー8の他方端部を覆っていない。もっとも、絶縁膜17は、第1のバスバー8の両端部を覆っていてもよい。
接続電極19が、平面視において、支持基板2の支持部12と重なっていることが好ましい。接続電極19が、平面視において空洞部13と重なっていないことがより好ましい。それによって、圧電膜3が空洞部13に面している部分に加わる応力を小さくすることができる。従って、圧電膜3の割れをより一層抑制することができる。
ところで、本実施形態においては、圧電膜3上に反射器は設けられていない。弾性波共振子1は反射器を有しない。この場合にも伝搬損失が抑制されるのは、弾性波共振子1が厚み滑りモードのバルク波を利用していることによる。より具体的には、弾性波共振子1は厚み滑り1次モードのバルク波を利用している。以下において、弾性波共振子1が利用している厚み滑りモードの詳細を説明する。
図2に示すように、隣り合う1対の第1電極6及び第2電極7の構造が、x方向に、複数対設けられている。この対数は、整数対である必要はなく、1.5対や2.5対などであってもよい。なお、機能電極4における電極が隣り合うとは、電極同士が直接接触するように配置されている場合ではなく、電極同士が間隔を介して配置されている場合を指す。また、第1電極6と第2電極7とが隣り合う場合、第1電極6と第2電極7との間には、他のホット電極またはグラウンド電極は配置されない。
弾性波共振子1の駆動に際しては、複数の第1電極6と、複数の第2電極7との間に交流電圧を印加する。より具体的には、第1のバスバー8と第2のバスバー9との間に交流電圧を印加する。それによって、圧電膜3において励振される厚み滑りモードのバルク波を利用した、共振特性を得ることが可能とされている。このように、第1電極6と第2電極7との間の領域は励振領域Bである。図2においては、例として1つの励振領域Bを示しているが、複数の第1電極6と複数の第2電極7との間の領域は、いずれも励振領域Bである。励振領域Bは交叉領域Aに含まれる。
弾性波共振子1では、圧電膜3の厚みをd、複数対の第1電極6及び第2電極7のうちいずれかの隣り合う第1電極6及び第2電極7の中心間距離をpとした場合、d/pは0.5以下とされている。そのため、上記厚み滑りモードのバルク波が効果的に励振され、良好な共振特性を得ることができる。ここで、第1電極6及び第2電極7の中心間距離とは、第1電極6のx方向における中心と、第2電極7のx方向における中心とを結んだ距離となる。
弾性波共振子1は上記構成を備え、厚み滑りモードを利用している。それによって、第1電極6及び第2電極7の対数を少なくしたとしても、Q値の低下が生じ難い。
本実施形態では、圧電膜3はZカットの圧電膜である。そのため、x方向は、圧電膜3の分極方向と直交する方向となる。圧電膜3が他のカット角の圧電膜である場合には、この限りでない。
厚み滑りモードのバルク波と、従来利用されているラム波との相違を、図6(a)及び図6(b)を参照して説明する。
図6(a)は、特許文献1に記載のような弾性波共振子の圧電膜を伝搬するラム波を説明するための模式的正面断面図である。ここでは、圧電膜201中を矢印で示すように波が伝搬する。ここで、圧電膜201では、第1の主面201aと、第2の主面201bとが対向しており、第1の主面201aと第2の主面201bとを結ぶ厚み方向がz方向である。x方向は、IDT電極の電極指が並んでいる方向である。図6(a)に示すように、ラム波はx方向に伝搬していく。ラム波は板波であるため、圧電膜201が全体として振動するものの、波はx方向に伝搬する。そのため、IDT電極のx方向両側に反射器を配置して、共振特性を得ている。
これに対して、図6(b)に示すように、本実施形態の弾性波共振子では、振動変位は厚み滑り方向である。そのため、波はz方向にほぼ伝搬し、共振する。よって、波のx方向成分がz方向成分に比べて著しく小さい。そして、このz方向の波の伝搬により共振特性が得られるため、反射器の電極指の本数を少なくしても、伝搬損失は生じ難い。さらに、小型化を進めようとして、第1電極6及び第2電極7からなる電極対の対数を減らしたとしても、Q値の低下が生じ難い。
なお、厚み滑りモードのバルク波の振幅方向は、図7に示すように、圧電膜3の励振領域に含まれる第1領域451と、励振領域に含まれる第2領域452とにおいて逆になる。図7では、第1電極6と第2電極7との間に、第2電極7が第1電極6よりも高電位となる電圧が印加された場合のバルク波を模式的に示してある。第1領域451は、励振領域のうち、圧電膜3の厚み方向に直交し圧電膜3を2分する仮想平面VP1と、第1の主面3aとの間の領域である。第2領域452は、励振領域のうち、仮想平面VP1と、第2の主面3bとの間の領域である。
上記のように、弾性波共振子1では、複数対の第1電極6及び第2電極7が配置されている。厚み滑りモードは、x方向に波を伝搬させるものではないため、第1電極6及び第2電極7からなる電極対は複数対設けられている必要はない。すなわち、少なくとも1対の第1電極6及び第2電極7が設けられてさえおればよい。
ところで、本実施形態では、d/pは0.5以下である。d/pは0.24以下であることが好ましい。その場合には、より一層良好な共振特性を得ることができる。これを、図8を参照して説明する。
d/pを変化させ、複数の弾性波共振子を得た。図8は、このd/pと、弾性波共振子の比帯域との関係を示す図である。
図8から明らかなように、d/p>0.5では、d/pを調整しても、比帯域は5%未満である。これに対して、d/p≦0.5の場合には、その範囲内でd/pを変化させれば、比帯域を5%以上とすることができる。よって、高い結合係数を有する共振子を構成することができる。また、d/pが0.24以下の場合には、比帯域を7%以上と高めることができる。加えて、d/pをこの範囲内で調整すれば、比帯域がより一層広い共振子を得ることができ、より一層高い結合係数を有する共振子を実現することができる。なお、例えば、圧電膜3が厚みばらつきを有する場合には、その厚みを平均化した値、すなわち平均厚みを採用してもよい。
隣り合う第1電極6及び第2電極7の中心間距離pは、1μm以上、10μm以下であることが好ましい。機能電極4の複数の電極のx方向に沿う寸法を幅としたときに、第1電極6及び第2電極7の幅は、それぞれ、50nm以上、1000nm以下であることが好ましい。
本実施形態においては、弾性波共振子1及び容量素子16が並列に接続されている。もっとも、ラダー型フィルタ10における他の共振子も、容量素子16以外の容量素子と、それぞれ並列に接続されていてもよい。この場合には、他の共振子においても、個別に周波数の調整を容易に行うことができる。
第1の実施形態においてはラダー型フィルタの例を示したが、本発明に係るフィルタはラダー型フィルタには限定されない。
図9は、第2の実施形態における弾性波共振子及び容量素子の平面図である。
本実施形態は、容量素子26と弾性波共振子1の第2のバスバー9とを接続している電極の構成及び絶縁膜27の配置が第1の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態のラダー型フィルタは第1の実施形態のラダー型フィルタ10と同様の構成を有する。
絶縁膜27は、第1のバスバー8が延びる方向における、第1のバスバー8の両端部を覆っている。絶縁膜27は、第1のバスバー8の両端部を覆っている部分において、傾斜部17aを有する。容量素子26の容量用電極18には、第1の接続電極29A及び第2の接続電極29Bが接続されている。本実施形態においては、接続電極は第1の接続電極29A及び第2の接続電極29Bを含む。
第1の接続電極29Aは、第2のバスバー9の一方端部及び容量用電極18を電気的に接続している。第2の接続電極29Bは、第2のバスバー9の他方端部及び容量用電極18を電気的に接続している。第1の接続電極29A及び第2の接続電極29Bは、x方向において対向し合っている。なお、本実施形態においては、容量用電極18、第1の接続電極29A、第2の接続電極29B及び積層配線9Aは、一体として設けられている。
図9に示すように、第1の接続電極29Aと、第2の接続電極29Bと、第1のバスバー8と、第2のバスバー9とにより、第1電極6及び第2電極7が囲まれている。それによって、放熱経路を増やすことができ、放熱性を高めることができる。さらに、熱応力などが加わる部分の偏りを軽減することができるため、圧電膜3の割れを抑制することできる。
第1の接続電極29A及び第2の接続電極29Bが、平面視において、支持基板2の支持部12と重なっていることが好ましい。第1の接続電極29A及び第2の接続電極29Bが、平面視において空洞部13と重なっていないことがより好ましい。それによって、圧電膜3が空洞部13に面している部分に加わる応力を小さくすることができる。従って、圧電膜3の割れをより一層抑制することができる。
加えて、容量素子26の容量を調整することにより、弾性波共振子1の周波数を個別に容易に調整することができる。このように、第1の実施形態と同様に、個々の共振子の周波数の調整を容易に行うことができる。
図10は、第3の実施形態における弾性波共振子及び容量素子の平面図である。
本実施形態は、第2の容量素子37が設けられている点において第1の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態のラダー型フィルタは第1の実施形態のラダー型フィルタ10と同様の構成を有する。
第1の容量素子36は、第1の実施形態における容量素子16と同様に構成されている。第1の容量素子36の容量用電極18及び弾性波共振子1の第2のバスバー9は、第2の容量素子37を介して接続されている。弾性波共振子1は、第1の容量素子36及び第2の容量素子37に並列に接続されている。第1の容量素子36及び第2の容量素子37は互いに直列に接続されている。
第2の容量素子37は、第1の櫛歯状電極34及び第2の櫛歯状電極35を有する。第1の櫛歯状電極34及び第2の櫛歯状電極35は、それぞれ、複数の電極指を含む。第1の櫛歯状電極34及び第2の櫛歯状電極35は、圧電膜3の第1の主面3aに設けられている。第1の櫛歯状電極34は、第1の配線電極39Aにより、容量用電極18に電気的に接続されている。他方、第2の櫛歯状電極35は、第2の配線電極39Bにより、第2のバスバー9に電気的に接続されている。第1の櫛歯状電極34及び第2の櫛歯状電極35は、互いに間挿し合っている。なお、第1の櫛歯状電極34及び第2の櫛歯状電極35は、平面視において、支持基板2の支持部12と重なっており、かつ空洞部13と重なっていない。
第2の容量素子37は、機能電極4と同様に、交叉領域を有する。該交叉領域は、第2の容量素子37の各電極指が延びる方向に直交する方向から見て、隣り合う電極指同士が重なり合っている領域である。第2の容量素子37の交叉領域の、各電極指が延びる方向に沿う寸法を、第2の容量素子37の交叉幅とする。
第1の容量素子36及び第2の容量素子37の容量を調整することにより、弾性波共振子1の周波数を個別に容易に調整することができる。このように、第1の実施形態と同様に、個々の共振子の周波数の調整を容易に行うことができる。第2の容量素子37により容量を調整するに際しては、例えば、交叉幅を調整すればよい。あるいは、例えば、第2の容量素子37の電極指の対数を調整すればよい。
本発明においては、容量素子が、第1のバスバーと、絶縁膜と、容量用電極とにより構成されている。この容量素子は、第3の実施形態における第1の容量素子36に相当する。ここで、第1の容量素子36が設けられておらず、第2の容量素子37が設けられている場合においても、個々の共振子の周波数の調整を行うことができる。この例を、図11に示す参考例により示す。
図11に示す参考例は、容量用電極18ではなく積層配線38Aが設けられている点、及び絶縁膜17の配置のみにおいて、第3の実施形態と異なる。平面視において、積層配線38Aの配置は、第3の実施形態における容量用電極18の配置と同じである。他方、絶縁膜17は、第1のバスバー8が延びる方向における、第1のバスバー8の端部を覆っていない。そのため、積層配線38Aの一部は絶縁膜17に積層されているが、他の一部は、第1のバスバー8に積層されている。積層配線38Aの電位は、第1のバスバー8の電位と同じである。よって、第1の容量素子36は構成されていない。積層配線38Aは、第1の配線電極39Aにより、第1の櫛歯状電極34に接続されている。第3の実施形態と同様に、第1の櫛歯状電極34及び第2の櫛歯状電極35により、第2の容量素子37が構成されている。
なお、第2の容量素子37が設けられている場合においても、第2の実施形態と同様に、第1電極6及び第2電極7が電極により囲まれた構成としてもよい。この場合においても、個々の共振子の周波数の調整を容易に行うことができる。
例えば、図12に示す、第3の実施形態の第1の変形例においては第1の容量素子36Aが構成されている。第1の容量素子36Aは、第2の実施形態と同様に、第1のバスバー8、絶縁膜17及び容量用電極18により構成されている。さらに、第2の接続電極29Bにより、第2のバスバー9及び容量用電極18が電気的に接続されている。なお、絶縁膜17は、第1のバスバー8が延びる方向における、第1のバスバー8の一方端部のみを覆っている。より具体的には、絶縁膜17は、第1のバスバー8の第2の接続電極29B側の端部を覆っている。y方向から見たときに、容量用電極18は、交叉領域の一方端部と重なっているが、他方端部とは重なっていない。もっとも、y方向から見たときに、容量用電極18は、交叉領域の全部と重なっていてもよい。x方向及びy方向から見た場合に、第1の配線電極39Aと、第2の容量素子37と、第2の配線電極39Bと、第2の接続電極29Bと、第1のバスバー8と、第2のバスバー9とにより、第1電極6及び第2電極7が囲まれている。それによって、第2の実施形態と同様に、放熱性を高めることができ、かつ圧電膜3の割れを抑制することできる。
図13に示す第3の実施形態の第2の変形例は、積層配線38Aが設けられている点以外においては、第1の変形例と同様に構成されている。本変形例においても、第1の変形例と同様に第1の容量素子36Aが構成されている。他方、本変形例では、図11に示した参考例と同様に、絶縁膜17及び第1のバスバー8にわたり、積層配線38Aが積層されている。積層配線38Aは、第1の配線電極39Aにより、第1の櫛歯状電極34に接続されている。なお、絶縁膜17においては、積層配線38Aは、容量用電極18から離れて配置されている。容量用電極18の電位は第2のバスバー9の電位と同じである。積層配線38Aの電位は第1のバスバー8の電位と同じである。本変形例においても、第1の配線電極39Aと、第2の容量素子37と、第2の配線電極39Bと、第2の接続電極29Bと、第1のバスバー8と、第2のバスバー9とにより、第1電極6及び第2電極7が囲まれている。それによって、第2の実施形態と同様に、放熱性を高めることができ、かつ圧電膜3の割れを抑制することできる
図14は、第4の実施形態における弾性波共振子及び容量素子の平面図である。
本実施形態は、1対の反射器46及び反射器47が設けられており、板波を利用している点において、第1の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態のラダー型フィルタは第1の実施形態のラダー型フィルタ10と同様の構成を有する。
弾性波共振子41の機能電極はIDT電極44である。なお、IDT電極44は、第1の実施形態における機能電極4と同様の構成を有する。より具体的には、IDT電極44は、第1のバスバー8、第2のバスバー9、複数対の第1電極6及び第2電極7を有する。もっとも、板波の励振に適した設計パラメータとされている。圧電膜3の第1の主面3aにおける、IDT電極44のx方向両側に、上記1対の反射器46及び反射器47が設けられている。
なお、板波を利用する場合には、圧電膜3には、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムに限られず、例えば、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、水晶、またはPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)などを用いることもできる。
本実施形態においても、容量素子16の容量を調整することにより、弾性波共振子41の周波数を個別に容易に調整することができる。このように、第1の実施形態と同様に、個々の共振子の周波数の調整を容易に行うことができる。
なお、板波を利用する場合には、1対の反射器が設けられているため、弾性波共振子は大型になりがちである。これに対して、本実施形態においては、容量素子16は第1のバスバー8を含み、弾性波共振子41と一体として構成されている。容量素子16は、平面視において、弾性波共振子41と重なっている。従って、大型化を抑制しつつ、上記のように周波数の調整を容易に行うことができる。
図15は、第5の実施形態における弾性波共振子及び容量素子の、図2中のI-I線に相当する断面を示す断面図である。
本実施形態は、音響反射膜53が設けられている点、及び支持基板52が空洞部を有しない点において、第1の実施形態と異なる。より具体的には、支持基板52上に音響反射膜53が設けられている。音響反射膜53上に圧電膜3が設けられている。上記の点以外においては、本実施形態のラダー型フィルタは第1の実施形態のラダー型フィルタ10と同様の構成を有する。なお、本実施形態においては、各共振子が音響反射膜53を共有している。
音響反射膜53は複数の音響インピーダンス層の積層体である。より具体的には、音響反射膜53は、複数の低音響インピーダンス層と、複数の高音響インピーダンス層とを有する。低音響インピーダンス層は、相対的に音響インピーダンスが低い層である。音響反射膜53の複数の低音響インピーダンス層は、低音響インピーダンス層54a及び低音響インピーダンス層54bである。一方で、高音響インピーダンス層は、相対的に音響インピーダンスが高い層である。音響反射膜53の複数の高音響インピーダンス層は、高音響インピーダンス層55a及び高音響インピーダンス層55bである。低音響インピーダンス層及び高音響インピーダンス層は交互に積層されている。なお、低音響インピーダンス層54aが、音響反射膜53において最も圧電膜3側に位置する層である。
音響反射膜53は、低音響インピーダンス層及び高音響インピーダンス層をそれぞれ2層ずつ有する。もっとも、音響反射膜53は、低音響インピーダンス層及び高音響インピーダンス層をそれぞれ少なくとも1層ずつ有していればよい。
低音響インピーダンス層の材料としては、例えば、酸化ケイ素またはアルミニウムなどを用いることができる。高音響インピーダンス層の材料としては、例えば、白金またはタングステンなどの金属や、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素などの誘電体を用いることができる。
本実施形態においても、容量素子16の容量を調整することにより、弾性波共振子51の周波数を個別に容易に調整することができる。このように、第1の実施形態と同様に、個々の共振子の周波数の調整を容易に行うことができる。
なお、第4の実施形態のように板波を利用する場合においても、支持基板2の代わりに、音響反射膜53及び支持基板52が設けられていてもよい。
以下において、圧電膜3としてのニオブ酸リチウム膜の、好ましいオイラー角(φ,θ,ψ)の例を示す。以下においては、圧電膜3がニオブ酸リチウム膜である例を示す。もっとも、圧電膜3がタンタル酸リチウム膜である場合にも適用できる。
図16は、d/pを限りなく0に近づけた場合のLiNbO3のオイラー角(0°,θ,ψ)に対する比帯域のマップを示す図である。図16のハッチングを付して示した部分が、少なくとも5%以上の比帯域が得られる領域であり、当該領域の範囲を近似すると、下記の式(1)、式(2)及び式(3)で表される範囲となる。
(0°±10°,0°~20°,任意のψ) …式(1)
(0°±10°,20°~80°,0°~60°(1-(θ-50)2/900)1/2) または (0°±10°,20°~80°,[180°-60°(1-(θ-50)2/900)1/2]~180°) …式(2)
(0°±10°,[180°-30°(1-(ψ-90)2/8100)1/2]~180°,任意のψ) …式(3)
(0°±10°,20°~80°,0°~60°(1-(θ-50)2/900)1/2) または (0°±10°,20°~80°,[180°-60°(1-(θ-50)2/900)1/2]~180°) …式(2)
(0°±10°,[180°-30°(1-(ψ-90)2/8100)1/2]~180°,任意のψ) …式(3)
従って、上記式(1)、式(2)または式(3)のオイラー角範囲の場合、比帯域を十分に広くすることができ、好ましい。
1…弾性波共振子
2…支持基板
3…圧電膜
3a,3b…第1,第2の主面
4…機能電極
6,7…第1,第2電極
8,9…第1,第2のバスバー
9A…積層配線
10…ラダー型フィルタ
12…支持部
13…空洞部
14,15…第1,第2の信号端子
16…容量素子
17…絶縁膜
17a…傾斜部
18…容量用電極
19…接続電極
26…容量素子
27…絶縁膜
29A,29B…第1,第2の接続電極
34,35…第1,第2の櫛歯状電極
36,36A…第1の容量素子
37…第2の容量素子
38A…積層配線
39A,39B…第1,第2の配線電極
41…弾性波共振子
44…IDT電極
46,47…反射器
51…弾性波共振子
52…支持基板
53…音響反射膜
54a,54b…低音響インピーダンス層
55a,55b…高音響インピーダンス層
201…圧電膜
201a,201b…第1,第2の主面
451,452…第1,第2領域
P1~P3…並列腕共振子
S2~S4…直列腕共振子
VP1…仮想平面
2…支持基板
3…圧電膜
3a,3b…第1,第2の主面
4…機能電極
6,7…第1,第2電極
8,9…第1,第2のバスバー
9A…積層配線
10…ラダー型フィルタ
12…支持部
13…空洞部
14,15…第1,第2の信号端子
16…容量素子
17…絶縁膜
17a…傾斜部
18…容量用電極
19…接続電極
26…容量素子
27…絶縁膜
29A,29B…第1,第2の接続電極
34,35…第1,第2の櫛歯状電極
36,36A…第1の容量素子
37…第2の容量素子
38A…積層配線
39A,39B…第1,第2の配線電極
41…弾性波共振子
44…IDT電極
46,47…反射器
51…弾性波共振子
52…支持基板
53…音響反射膜
54a,54b…低音響インピーダンス層
55a,55b…高音響インピーダンス層
201…圧電膜
201a,201b…第1,第2の主面
451,452…第1,第2領域
P1~P3…並列腕共振子
S2~S4…直列腕共振子
VP1…仮想平面
Claims (14)
- 圧電膜と、
前記圧電膜上に設けられている機能電極を有する弾性波共振子と、
前記圧電膜上に設けられており、前記弾性波共振子と並列に接続されている容量素子と、
前記弾性波共振子と電気的に接続されている共振子と、
を備え、
前記機能電極が、対向し合う第1のバスバー及び第2のバスバーと、少なくとも1対の第1電極及び第2電極と、を有し、
前記少なくとも1対の第1電極及び第2電極が、前記圧電膜の厚み方向に交叉する方向において対向しており、前記第1電極が前記第1のバスバーに接続されており、前記第2電極が前記第2のバスバーに接続されており、
前記圧電膜上に設けられており、前記容量素子及び前記第2のバスバーを電気的に接続している接続電極をさらに備え、
前記容量素子が、前記第1のバスバーと、前記第1のバスバー上に設けられている絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられており、前記第1のバスバーと電気的に絶縁されている容量用電極とにより構成されている、フィルタ。 - 前記接続電極と、前記第1のバスバーと、前記第2のバスバーとにより、前記第1電極及び前記第2電極が囲まれている、請求項1に記載のフィルタ。
- 前記接続電極が、第1の接続電極及び第2の接続電極を含み、
前記第1のバスバー、前記第2のバスバー、前記第1の接続電極及び前記第2の接続電極により、前記第1電極及び前記第2電極が囲まれている、請求項2に記載のフィルタ。 - 前記容量素子が第1の容量素子であり、
第2の容量素子をさらに備え、
前記第2の容量素子が、前記圧電膜上に設けられており、前記容量用電極に電気的に接続されている第1の櫛歯状電極と、前記圧電膜上に設けられており、前記第2のバスバーに電気的に接続されており、かつ前記第1の櫛歯状電極と間挿し合っている第2の櫛歯状電極とにより構成されている、請求項1または2に記載のフィルタ。 - 空洞部と、支持部と、を有し、前記支持部により前記圧電膜を支持している支持基板をさらに備える、請求項1~4のいずれか1項に記載のフィルタ。
- 前記容量素子及び前記第2のバスバーを電気的に接続している電極が、平面視において前記支持部と重なっている、請求項5に記載のフィルタ。
- 音響反射膜をさらに備え、
前記音響反射膜上に前記圧電膜が設けられており、
前記音響反射膜が、相対的に音響インピーダンスが低い、少なくとも1層の低音響インピーダンス層と、相対的に音響インピーダンスが高い、少なくとも1層の高音響インピーダンス層と、を有し、前記低音響インピーダンス層及び前記高音響インピーダンス層が交互に積層されている、請求項1~4のいずれか1項に記載のフィルタ。 - 前記機能電極がIDT電極である、請求項1~7のいずれか1項に記載のフィルタ。
- 前記圧電膜がニオブ酸リチウム膜またはタンタル酸リチウム膜である、請求項1~8のいずれか1項に記載のフィルタ。
- 前記弾性波共振子が厚み滑りモードのバルク波を利用している、請求項9に記載のフィルタ。
- 前記圧電膜の厚みをd、前記第1電極及び前記第2電極の中心間距離をpとした場合、d/pが0.5以下である、請求項9に記載のフィルタ。
- 前記圧電膜としてのニオブ酸リチウム膜またはタンタル酸リチウム膜のオイラー角(φ,θ,ψ)が、以下の式(1)、式(2)または式(3)の範囲にある、請求項10または11に記載のフィルタ。
(0°±10°,0°~20°,任意のψ) …式(1)
(0°±10°,20°~80°,0°~60°(1-(θ-50)2/900)1/2) または (0°±10°,20°~80°,[180°-60°(1-(θ-50)2/900)1/2]~180°) …式(2)
(0°±10°,[180°-30°(1-(ψ-90)2/8100)1/2]~180°,任意のψ) …式(3) - 前記弾性波共振子が板波を利用している、請求項1~9のいずれか1項に記載のフィルタ。
- 前記弾性波共振子が直列腕共振子または並列腕共振子であり、
ラダー型フィルタである、請求項1~13のいずれか1項に記載のフィルタ。
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WO2023145878A1 (ja) * | 2022-01-27 | 2023-08-03 | 株式会社村田製作所 | 弾性波装置 |
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WO2016111315A1 (ja) * | 2015-01-07 | 2016-07-14 | 株式会社村田製作所 | 弾性波装置 |
WO2018198654A1 (ja) * | 2017-04-26 | 2018-11-01 | 株式会社村田製作所 | 弾性波装置 |
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-
2023
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