弾性波装置
【課題】本発明は、低背化を実現しながら、十分な強度を有し、かつ通過帯域内リップルの発生や帯域外減衰量劣化の少ない弾性波装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】圧電基板２１と、この圧電基板２１の主面上に零と異なる同一のパワーフロー角をもたせて配置した第１および第２の弾性波共振器２２、２３とを備え、前記第１および第２の弾性波共振器２２、２３はそれぞれ、一対の反射器と、この一対の反射器の間に設けられたＩＤＴと、このＩＤＴを構成する櫛電極の電極指が交差した交差部とを有し、前記第１の弾性波共振器の交差部を第１の弾性波共振器の位相速度の伝播方向に延長した領域を第１の領域とし、前記第２の弾性波共振器の交差部を第２の弾性波共振器の位相速度の伝播方向に延長した領域を第２の領域としたとき、前記第１の領域と第２の領域の少なくとも一部が重なるように配置したものである。
【解決手段】圧電基板２１と、この圧電基板２１の主面上に零と異なる同一のパワーフロー角をもたせて配置した第１および第２の弾性波共振器２２、２３とを備え、前記第１および第２の弾性波共振器２２、２３はそれぞれ、一対の反射器と、この一対の反射器の間に設けられたＩＤＴと、このＩＤＴを構成する櫛電極の電極指が交差した交差部とを有し、前記第１の弾性波共振器の交差部を第１の弾性波共振器の位相速度の伝播方向に延長した領域を第１の領域とし、前記第２の弾性波共振器の交差部を第２の弾性波共振器の位相速度の伝播方向に延長した領域を第２の領域としたとき、前記第１の領域と第２の領域の少なくとも一部が重なるように配置したものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として移動体通信機器等において使用される弾性波装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機などに使用される弾性波装置において、低背化の要求が増してきている。この背景として弾性波装置を含んだモジュール化の流れがあり、モジュールの低背化を実現するためには弾性波装置の低背化が欠かせないためである。このようなモジュールはトランスファーモールドで樹脂封止されることが多く、モジュールに実装される部品はトランスファーモールド時の圧力に耐える強度が求められる。弾性表面波または擬似弾性表面波を用いる弾性波装置（以下、擬似弾性表面波も含めて弾性表面波と表記する）を低背化のために機能素子を形成する圧電基板を薄くすると圧電基板がトランスファーモールド時の圧力で割れてしまうことがある。このような問題を解決するには圧電基板の機能素子を形成した面に対して裏面側の表面粗さを小さくすることで圧電基板の強度を上げることができる。弾性表面波を用いる弾性波装置は、電気信号と音響信号を変換するインターディジタルトランスデューサ（以下ＩＤＴ）において弾性表面波のみならず不要なバルク波も励振する。圧電基板の裏面の表面粗さを小さくするとＩＤＴから放射されるバルク波が裏面で十分散乱されず、反射し再度表面に到達した際に、ＩＤＴにて受信することでフィルタの通過帯域内にリップルを生じさせ、あるいは帯域外減衰量を劣化させるという問題が生じる。このような問題は同一基板上に形成した２つ以上の共振器が弾性表面波の伝播路が重なって配置されたときや、基板厚みに対し共振器の伝播方向への長さが１．５倍以上長い場合に生じる。弾性表面波を利用した弾性波装置の圧電基板としては、４２°回転ＹカットＸ伝播タンタル酸リチウムのように位相速度の伝播方向と群速度の伝播方向が一致した所謂パワーフロー角が０°の圧電基板が望ましいとされてきたが、図６に示すようにバルク波の進行方向も弾性表面波の位相速度の伝播方向と一致するため、２つ以上の共振器が弾性表面波の伝播路が重なって配置されたときに前記のようなリップルが生じて電気特性を劣化させる課題が生じる。チップの小型化の観点から同一基板上に形成した２つ以上の共振器が弾性表面波の伝播路が重なって配置される場合があり、バルク波の影響を軽減できる手段が求められる。
【０００３】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９０２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では圧電基板の厚みと、同一伝播路上に形成された２つの共振器の中心間距離を適切に設定することでフィルタの通過帯域内などに生じるリップルを低減する技術が開示されている。
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された技術は圧電基板を薄くしようとした場合、リップル低減が不十分という課題が生じ、リップル低減をするために、裏面にある程度以上表面粗さを大きくする必要があるが、そうすると圧電基板が割れやすくなり強固な弾性波装置が得られないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【０００８】
本発明は、圧電基板と、この圧電基板の主面上に零と異なる同一のパワーフロー角をもたせて配置した第１および第２の弾性波共振器とを備え、前記第１および第２の弾性波共振器はそれぞれ、一対の反射器と、この一対の反射器の間に設けられたＩＤＴと、このＩＤＴを構成する櫛電極の電極指が交差した交差部とを有し、前記第１の弾性波共振器の交差部を第１の弾性波共振器の位相速度の伝播方向に延長した領域を第１の領域とし、前記第２の弾性波共振器の交差部を第２の弾性波共振器の位相速度の伝播方向に延長した領域を第２の領域としたとき、前記第１の領域と第２の領域の少なくとも一部が重なるように配置したものである。この構成によれば、一方の弾性波共振器から放射されたバルク波は、圧電基板の主面を平面視した場合、弾性表面波の群速度と同じ方向へ伝播するため、裏面で反射されたバルク波成分が基板の主面側に到達した際に他方の弾性波共振器により受信しない、もしくは、位相ズレにより受信レベルが低下するためリップルを低減でき、かつ圧電基板の裏面が鏡面であるため、より割れにくく強固な弾性波装置を得られるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように本発明の弾性波装置は、低背化を実現しながら、強固な弾性波装置を実現し、かつ通過帯域内リップルの発生や帯域外減衰量劣化の少ない弾性波装置を実現する優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態における弾性波装置を概念的に示す平面図と断面図
【図２】弾性波装置のチップサイズパッケージの構造の一例を示す断面図
【図３】本発明の他の実施の形態における弾性波装置を示す平面図
【図４】同弾性波装置の電気特性図
【図５】同弾性波装置の電気特性図
【図６】従来の弾性波装置を概念的に示す平面図と断面図
【図７】比較例の弾性波装置の電気特性図
【図８】同弾性波装置の電気特性図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、従来例と比較し、本発明の一実施の形態における弾性波装置について説明する。
【００１２】
図６は従来の弾性波装置の位相速度の伝播方向とバルク波の伝播方向を示す概念図である。図６（ａ）は圧電基板の主面を平面視した図であり、圧電基板１上において、２つの弾性波共振器２、３が、互いに弾性表面波の位相速度の伝播方向４の延長線上に配置されている。弾性波共振器２の入力端子６と弾性波共振器３の入力端子８が電気的に接続されている。また、パワーフロー角が零であるために、バルク波の伝播方向５は弾性表面波の位相速度の伝播方向４と平面視で同じ方向に伝播する。圧電基板の厚み方向で見ると図６（ｂ）の断面図に示すように弾性表面波は基板の表面を伝播するのに対し、バルク波は徐々に基板の裏面方向に伝播し、基板の底面で反射された後再び表面に到達する。弾性波共振器２から発信され、圧電基板１の裏面で反射されたバルク波は表面に到達した際に弾性波共振器３のＩＤＴで受信され、通過帯域内リップルの発生や帯域外減衰量の劣化などフィルタ特性を悪化する要因となる。４２°ＹカットＸ伝播タンタル酸リチウムや６４°カットＸ伝播ニオブ酸リチウムのような圧電基板を用いて、パワーフロー角を零にして使用した場合このような現象が生じる。従来このような特性悪化を抑制する汎用技術として圧電基板の裏面を荒らすことにより、反射したバルク波を散乱させることが行われてきた。
【００１３】
しかしながら、近年チップサイズパッケージと言われる弾性波装置を極めて小型にしたハウジング技術が多用され、圧電基板に外力が伝わり易い構造になり、さらには製品高さを低くするために圧電基板の厚みも薄い傾向になってきた。図２にチップサイズパッケージと言われるハウジング技術で作製された弾性波装置の断面図の一例を示す。圧電基板１１の主面側に櫛電極からなる弾性波装置の機能部１２が形成され、配線基板１４の内部電極１５とバンプ１３を通じて外部電極１６と接続されている。圧電基板１１は外装樹脂１７、１８により封止されている。外装樹脂１７、１８には線膨張係数や弾性率を制御する目的でフィラーが含まれていることがある。このような構造の場合、弾性波装置の上部（外装樹脂１７側）から力が加わると圧電基板１１にダイレクトに応力が加わりやすいとともにフィラーが割れの起点をつくり易い。したがって、圧電基板１１の裏面を荒らす汎用技術を用いると応力集中が起こり易くなり圧電基板１１の強度が落ちる現象と圧電基板１１の薄板化による機械的強度の低下の観点で悪い要因が重なり、圧電基板１１が割れる課題が生じるようになった。
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態における弾性波装置の位相速度の伝播方向とバルク波の伝播方向を示す概念図である。図１（ａ）は圧電基板２１の主面を平面視した図であり、圧電基板２１上に２つの弾性波共振器２２、２３を零と異なる同一のパワーフロー角をもたせて配置したものである。
【００１５】
そして、弾性波共振器２２、２３は、互いに弾性表面波の位相速度の伝播方向２４の延長線上に配置したものである。弾性波共振器２２の入力端子２６または出力端子２７と弾性波共振器２３の入力端子２８または出力端子２９が電気的に接続されている。また、バルク波の伝播方向２５は弾性表面波の位相速度の伝播方向２４と角度を持ち、異なった方向に伝播する。圧電基板の厚み方向で見ると図１（ｂ）の断面図に示すように弾性表面波は基板の表面を伝播するのに対し、バルク波は徐々に基板の裏面方向に伝播し、基板の底面で反射され再び表面に到達する。表面に到達した際にＩＤＴがあればＩＤＴで受信されることになるが、バルク波の伝播方向２５は弾性表面波の位相速度の伝播方向２４と角度を持ち、異なった方向に伝播するため、弾性波共振器２２のＩＤＴで励振し放射されたバルク波は、弾性波共振器２３のＩＤＴで受信するレベルが非常に小さくなるため、通過帯域リップルの発生や帯域外減衰量の劣化が抑圧される。このような効果を生むためには、圧電基板２１上の弾性波共振器２２、２３の配置を弾性表面波の位相速度の伝播方向２４と群速度の伝播方向３０が異なる配置にすればよい。弾性表面波の位相速度の伝播方向２４と群速度の伝播方向３０のなす角がパワーフロー角である。バルク波の伝播方向２５は弾性表面波の群速度と平面視で同じ方向に進むため、位相速度の伝播方向２４とは平面視でパワーフロー角と同じ角度だけ異なる方向に伝播することになる。パワーフロー角を有する場合、圧電基板２１の裏面を鏡面とすることでバルク波による通過帯域リップルや帯域減衰劣化が抑制され、かつ圧電基板２１の割れの問題が起こりにくい強固な弾性波装置を得ることができる。
【００１６】
本発明の効果はタンタル酸リチウムに限らず、他の圧電材料を圧電基板２１として用いた場合であっても、零と異なる同一のパワーフロー角を持たせて２つの弾性波共振器を配置した場合であれば同様の効果を有することは自明である。
【００１７】
また、圧電基板２１上に形成する弾性波共振器２２、２３はラダー型フィルタを形成する直列腕共振器と並列腕共振器でもよい。
【００１８】
また、圧電基板２１上に形成する弾性波共振器２２、２３を酸化ケイ素などの誘電体で被覆してもよい。このようにすることで温度特性を改善でき、バルク波散乱による弾性波装置の特性劣化を低減することができる。
【００１９】
図３に本発明の他の実施の形態における弾性波装置の平面模式図を示す。図３において、圧電基板３１は、タンタル酸リチウム単結晶からなり、カット角を右手系直交座標のオイラー角表示（θ，φ，ψ）＝（−２°，４７°，１．８°）の回転操作を行った後の新たなＸ軸を伝播方向としたものである。この場合、パワーフロー角を−０．９°に設定したものである。パワーフロー角の符号のマイナスは時計回りの方向に角度をもつことを意味する。
【００２０】
この圧電基板３１を用いて第１の弾性波共振器として中心周波数が１８４２ＭＨｚの第１の縦結合型弾性表面波フィルタ３２と第２の弾性波共振器として中心周波数が１９６０ＭＨｚの第２の縦結合型弾性表面波フィルタ３３の２つの弾性波共振器を同一の圧電基板３１上に作製した。第１の縦結合型弾性表面波フィルタ３２のＩＤＴの交差幅は７５μｍとし、２つの反射器の間に第１のＩＤＴ、第２のＩＤＴ、第３のＩＤＴ、第４のＩＤＴ、第５のＩＤＴが順次並べられた構成とし、それぞれの電極指本数は順に４４本（２２対）、２３本（１１．５対）、６４本（３２対）、２３本（１１．５対）、４４本（２２対）とした。中央の第３のＩＤＴは中央で２つの領域に分割され、前記２つの領域は逆相構成とされている。
【００２１】
第１の縦結合型弾性表面波フィルタ３２の第２のＩＤＴと第４のＩＤＴは入力端子３６に接続され、第１のＩＤＴと第３のＩＤＴの分割された一方の領域はバランス型の出力端子３７の一方に接続され、第５のＩＤＴと第３のＩＤＴの分割された他の一方の領域はバランス型の出力端子３７の他の一方に接続されている。
【００２２】
第２の縦結合型弾性表面波フィルタ３３の交差幅は５０μｍとし、２つの反射器の間に第１のＩＤＴ、第２のＩＤＴ、第３のＩＤＴ、第４のＩＤＴ、第５のＩＤＴが順次並べられた構成とし、それぞれの電極指本数は順に３６本（１８対）、３３本（１６．５対）、６０本（３０対）、３３本（１６．５対）、３６本（１８対）とした。中央の第３のＩＤＴは中央で２つの領域に分割され、前記２つの領域は逆相構成とされている。第２の縦結合型弾性表面波フィルタ３３の第２のＩＤＴと第４のＩＤＴは入力端子３８に接続され、第１のＩＤＴと第３のＩＤＴの分割された一方の領域はバランス型の出力端子３９の一方に接続され、第５のＩＤＴと第３のＩＤＴの分割された他の一方の領域はバランス型の出力端子３９の他の一方に接続されている。第１の縦結合型弾性表面波フィルタ３２の入力端子３６と第２の縦結合型弾性表面波フィルタ３３の入力端子３８は電気的に接続され共通入力端子を有する構成とされている。
【００２３】
そして、第１の縦結合型弾性表面波フィルタ３２の交差部を位相速度の伝播方向に延長した領域と、第２の縦結合型弾性表面波フィルタ３３の交差部を位相速度の伝播方向に延長した領域とは、一部が重なるように配置したものである。第２の縦結合型弾性表面波フィルタ３３の交差幅が弾性表面波の位相速度の伝播方向の延長上の第１の交差幅の中に納まる位置に配置した。
【００２４】
第１と第２の縦結合型弾性表面波フィルタ３２、３３の中心間距離は４３０μｍである。
【００２５】
圧電基板３１の厚みは２５０μｍ、圧電基板３１の裏面は、強度アップのため鏡面（表面粗さＲａ＝０．１〜０．３ｎｍ）とした。図４、図５に第１の縦結合型弾性表面波フィルタ３２の電気特性を示す。比較例として図７、図８に裏面粗さＲａ＝０．１μｍ、基板厚み＝２５０μｍの４２°ＹカットＸ伝播タンタル酸リチウムを圧電基板とした際の第１の縦結合型弾性表面波フィルタの電気特性を示す。図４に示す本発明の他の実施の形態の弾性波装置の電気特性の方が、図７に示す比較例より減衰特性が優れていることがわかる。また図５に示した本発明の他の実施の形態の弾性波装置の電気特性の方が、図８に示した比較例より通過帯域内リップルが小さく、電気特性が優れていることがわかる。
【００２６】
上記した本発明の他の実施の形態では、中心周波数の異なる第１と第２の縦結合型弾性表面波フィルタ３２、３３を同一の圧電基板３１上に作製した場合を示したが、中心周波数が同じフィルタを同一の圧電基板上に作製し、入出力端の少なくともいずれか一方を共通化した構成においても同様に通過帯域リップルや帯域外減衰量の劣化を抑制することができる。
【００２７】
本発明の他の実施の形態における弾性波装置では、圧電基板３１についてはオイラー角表示（θ，φ，ψ）＝（−２°，４７°，１．８°）のタンタル酸リチウム単結晶を用いたが、オイラー角（θ，φ，ψ）＝（ａ，ｂ，ｃ）としたときに、−１０°≦ａ≦１０°、５２°≦ｂ≦４２°、−ａ−０．２°≦ｃ≦−ａ＋０．２°の条件を満たすタンタル酸リチウム単結晶を圧電基板として用いることで、この圧電基板に形成する弾性波共振器として低損失のフィルタが得られ、バルク波による通過帯域内リップルの発生や帯域外減衰量の劣化を抑制することができる。オイラー角の値ｃを０から異ならせるほどパワーフロー角が大きくなり、バルク波の進行方向も弾性表面波の群速度の進行方向に連動して変えることができる。圧電基板３１の厚みが８０μｍ〜２００μｍと更に薄板化が進んでも圧電基板３１の厚みに応じオイラー角の値ｃを適宜選択することでバルク波による通過帯域内リップルの発生や帯域外減衰量の劣化を抑制することができる。また、オイラー角の値ｃとオイラー角の値ａの関係を、−ａ−０．２°≦ｃ≦−ａ＋０．２°とすることで弾性表面波の損失を小さく保つことができる。また、オイラー角の値ａを−１０°〜１０°の範囲外とするとタンタル酸リチウムウエハの製作が困難になるなど製造上の問題が生じる他、電気機械結合係数が小さくなるなど性能上の問題も発生するため、−１０°≦ａ≦１０°の範囲とすることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る弾性波装置は、低背化を実現しながら、十分な強度を有する弾性波装置を実現し、かつ通過帯域内リップルの発生や帯域外減衰量劣化の少ない弾性波装置を得るものであり、主として移動体通信機器に用いられる弾性波フィルタ等において有用となるものである。
【符号の説明】
【００２９】
２１、３１ 圧電基板
２２、２３ 弾性波共振器
２４ 位相速度の伝播方向
２５ バルク波の伝播方向
２６、２８、３６、３８ 入力端子
２７、２９、３７、３９ 出力端子
３２、３３ 縦結合型弾性表面波フィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として移動体通信機器等において使用される弾性波装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機などに使用される弾性波装置において、低背化の要求が増してきている。この背景として弾性波装置を含んだモジュール化の流れがあり、モジュールの低背化を実現するためには弾性波装置の低背化が欠かせないためである。このようなモジュールはトランスファーモールドで樹脂封止されることが多く、モジュールに実装される部品はトランスファーモールド時の圧力に耐える強度が求められる。弾性表面波または擬似弾性表面波を用いる弾性波装置（以下、擬似弾性表面波も含めて弾性表面波と表記する）を低背化のために機能素子を形成する圧電基板を薄くすると圧電基板がトランスファーモールド時の圧力で割れてしまうことがある。このような問題を解決するには圧電基板の機能素子を形成した面に対して裏面側の表面粗さを小さくすることで圧電基板の強度を上げることができる。弾性表面波を用いる弾性波装置は、電気信号と音響信号を変換するインターディジタルトランスデューサ（以下ＩＤＴ）において弾性表面波のみならず不要なバルク波も励振する。圧電基板の裏面の表面粗さを小さくするとＩＤＴから放射されるバルク波が裏面で十分散乱されず、反射し再度表面に到達した際に、ＩＤＴにて受信することでフィルタの通過帯域内にリップルを生じさせ、あるいは帯域外減衰量を劣化させるという問題が生じる。このような問題は同一基板上に形成した２つ以上の共振器が弾性表面波の伝播路が重なって配置されたときや、基板厚みに対し共振器の伝播方向への長さが１．５倍以上長い場合に生じる。弾性表面波を利用した弾性波装置の圧電基板としては、４２°回転ＹカットＸ伝播タンタル酸リチウムのように位相速度の伝播方向と群速度の伝播方向が一致した所謂パワーフロー角が０°の圧電基板が望ましいとされてきたが、図６に示すようにバルク波の進行方向も弾性表面波の位相速度の伝播方向と一致するため、２つ以上の共振器が弾性表面波の伝播路が重なって配置されたときに前記のようなリップルが生じて電気特性を劣化させる課題が生じる。チップの小型化の観点から同一基板上に形成した２つ以上の共振器が弾性表面波の伝播路が重なって配置される場合があり、バルク波の影響を軽減できる手段が求められる。
【０００３】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９０２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では圧電基板の厚みと、同一伝播路上に形成された２つの共振器の中心間距離を適切に設定することでフィルタの通過帯域内などに生じるリップルを低減する技術が開示されている。
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された技術は圧電基板を薄くしようとした場合、リップル低減が不十分という課題が生じ、リップル低減をするために、裏面にある程度以上表面粗さを大きくする必要があるが、そうすると圧電基板が割れやすくなり強固な弾性波装置が得られないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【０００８】
本発明は、圧電基板と、この圧電基板の主面上に零と異なる同一のパワーフロー角をもたせて配置した第１および第２の弾性波共振器とを備え、前記第１および第２の弾性波共振器はそれぞれ、一対の反射器と、この一対の反射器の間に設けられたＩＤＴと、このＩＤＴを構成する櫛電極の電極指が交差した交差部とを有し、前記第１の弾性波共振器の交差部を第１の弾性波共振器の位相速度の伝播方向に延長した領域を第１の領域とし、前記第２の弾性波共振器の交差部を第２の弾性波共振器の位相速度の伝播方向に延長した領域を第２の領域としたとき、前記第１の領域と第２の領域の少なくとも一部が重なるように配置したものである。この構成によれば、一方の弾性波共振器から放射されたバルク波は、圧電基板の主面を平面視した場合、弾性表面波の群速度と同じ方向へ伝播するため、裏面で反射されたバルク波成分が基板の主面側に到達した際に他方の弾性波共振器により受信しない、もしくは、位相ズレにより受信レベルが低下するためリップルを低減でき、かつ圧電基板の裏面が鏡面であるため、より割れにくく強固な弾性波装置を得られるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように本発明の弾性波装置は、低背化を実現しながら、強固な弾性波装置を実現し、かつ通過帯域内リップルの発生や帯域外減衰量劣化の少ない弾性波装置を実現する優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態における弾性波装置を概念的に示す平面図と断面図
【図２】弾性波装置のチップサイズパッケージの構造の一例を示す断面図
【図３】本発明の他の実施の形態における弾性波装置を示す平面図
【図４】同弾性波装置の電気特性図
【図５】同弾性波装置の電気特性図
【図６】従来の弾性波装置を概念的に示す平面図と断面図
【図７】比較例の弾性波装置の電気特性図
【図８】同弾性波装置の電気特性図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、従来例と比較し、本発明の一実施の形態における弾性波装置について説明する。
【００１２】
図６は従来の弾性波装置の位相速度の伝播方向とバルク波の伝播方向を示す概念図である。図６（ａ）は圧電基板の主面を平面視した図であり、圧電基板１上において、２つの弾性波共振器２、３が、互いに弾性表面波の位相速度の伝播方向４の延長線上に配置されている。弾性波共振器２の入力端子６と弾性波共振器３の入力端子８が電気的に接続されている。また、パワーフロー角が零であるために、バルク波の伝播方向５は弾性表面波の位相速度の伝播方向４と平面視で同じ方向に伝播する。圧電基板の厚み方向で見ると図６（ｂ）の断面図に示すように弾性表面波は基板の表面を伝播するのに対し、バルク波は徐々に基板の裏面方向に伝播し、基板の底面で反射された後再び表面に到達する。弾性波共振器２から発信され、圧電基板１の裏面で反射されたバルク波は表面に到達した際に弾性波共振器３のＩＤＴで受信され、通過帯域内リップルの発生や帯域外減衰量の劣化などフィルタ特性を悪化する要因となる。４２°ＹカットＸ伝播タンタル酸リチウムや６４°カットＸ伝播ニオブ酸リチウムのような圧電基板を用いて、パワーフロー角を零にして使用した場合このような現象が生じる。従来このような特性悪化を抑制する汎用技術として圧電基板の裏面を荒らすことにより、反射したバルク波を散乱させることが行われてきた。
【００１３】
しかしながら、近年チップサイズパッケージと言われる弾性波装置を極めて小型にしたハウジング技術が多用され、圧電基板に外力が伝わり易い構造になり、さらには製品高さを低くするために圧電基板の厚みも薄い傾向になってきた。図２にチップサイズパッケージと言われるハウジング技術で作製された弾性波装置の断面図の一例を示す。圧電基板１１の主面側に櫛電極からなる弾性波装置の機能部１２が形成され、配線基板１４の内部電極１５とバンプ１３を通じて外部電極１６と接続されている。圧電基板１１は外装樹脂１７、１８により封止されている。外装樹脂１７、１８には線膨張係数や弾性率を制御する目的でフィラーが含まれていることがある。このような構造の場合、弾性波装置の上部（外装樹脂１７側）から力が加わると圧電基板１１にダイレクトに応力が加わりやすいとともにフィラーが割れの起点をつくり易い。したがって、圧電基板１１の裏面を荒らす汎用技術を用いると応力集中が起こり易くなり圧電基板１１の強度が落ちる現象と圧電基板１１の薄板化による機械的強度の低下の観点で悪い要因が重なり、圧電基板１１が割れる課題が生じるようになった。
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態における弾性波装置の位相速度の伝播方向とバルク波の伝播方向を示す概念図である。図１（ａ）は圧電基板２１の主面を平面視した図であり、圧電基板２１上に２つの弾性波共振器２２、２３を零と異なる同一のパワーフロー角をもたせて配置したものである。
【００１５】
そして、弾性波共振器２２、２３は、互いに弾性表面波の位相速度の伝播方向２４の延長線上に配置したものである。弾性波共振器２２の入力端子２６または出力端子２７と弾性波共振器２３の入力端子２８または出力端子２９が電気的に接続されている。また、バルク波の伝播方向２５は弾性表面波の位相速度の伝播方向２４と角度を持ち、異なった方向に伝播する。圧電基板の厚み方向で見ると図１（ｂ）の断面図に示すように弾性表面波は基板の表面を伝播するのに対し、バルク波は徐々に基板の裏面方向に伝播し、基板の底面で反射され再び表面に到達する。表面に到達した際にＩＤＴがあればＩＤＴで受信されることになるが、バルク波の伝播方向２５は弾性表面波の位相速度の伝播方向２４と角度を持ち、異なった方向に伝播するため、弾性波共振器２２のＩＤＴで励振し放射されたバルク波は、弾性波共振器２３のＩＤＴで受信するレベルが非常に小さくなるため、通過帯域リップルの発生や帯域外減衰量の劣化が抑圧される。このような効果を生むためには、圧電基板２１上の弾性波共振器２２、２３の配置を弾性表面波の位相速度の伝播方向２４と群速度の伝播方向３０が異なる配置にすればよい。弾性表面波の位相速度の伝播方向２４と群速度の伝播方向３０のなす角がパワーフロー角である。バルク波の伝播方向２５は弾性表面波の群速度と平面視で同じ方向に進むため、位相速度の伝播方向２４とは平面視でパワーフロー角と同じ角度だけ異なる方向に伝播することになる。パワーフロー角を有する場合、圧電基板２１の裏面を鏡面とすることでバルク波による通過帯域リップルや帯域減衰劣化が抑制され、かつ圧電基板２１の割れの問題が起こりにくい強固な弾性波装置を得ることができる。
【００１６】
本発明の効果はタンタル酸リチウムに限らず、他の圧電材料を圧電基板２１として用いた場合であっても、零と異なる同一のパワーフロー角を持たせて２つの弾性波共振器を配置した場合であれば同様の効果を有することは自明である。
【００１７】
また、圧電基板２１上に形成する弾性波共振器２２、２３はラダー型フィルタを形成する直列腕共振器と並列腕共振器でもよい。
【００１８】
また、圧電基板２１上に形成する弾性波共振器２２、２３を酸化ケイ素などの誘電体で被覆してもよい。このようにすることで温度特性を改善でき、バルク波散乱による弾性波装置の特性劣化を低減することができる。
【００１９】
図３に本発明の他の実施の形態における弾性波装置の平面模式図を示す。図３において、圧電基板３１は、タンタル酸リチウム単結晶からなり、カット角を右手系直交座標のオイラー角表示（θ，φ，ψ）＝（−２°，４７°，１．８°）の回転操作を行った後の新たなＸ軸を伝播方向としたものである。この場合、パワーフロー角を−０．９°に設定したものである。パワーフロー角の符号のマイナスは時計回りの方向に角度をもつことを意味する。
【００２０】
この圧電基板３１を用いて第１の弾性波共振器として中心周波数が１８４２ＭＨｚの第１の縦結合型弾性表面波フィルタ３２と第２の弾性波共振器として中心周波数が１９６０ＭＨｚの第２の縦結合型弾性表面波フィルタ３３の２つの弾性波共振器を同一の圧電基板３１上に作製した。第１の縦結合型弾性表面波フィルタ３２のＩＤＴの交差幅は７５μｍとし、２つの反射器の間に第１のＩＤＴ、第２のＩＤＴ、第３のＩＤＴ、第４のＩＤＴ、第５のＩＤＴが順次並べられた構成とし、それぞれの電極指本数は順に４４本（２２対）、２３本（１１．５対）、６４本（３２対）、２３本（１１．５対）、４４本（２２対）とした。中央の第３のＩＤＴは中央で２つの領域に分割され、前記２つの領域は逆相構成とされている。
【００２１】
第１の縦結合型弾性表面波フィルタ３２の第２のＩＤＴと第４のＩＤＴは入力端子３６に接続され、第１のＩＤＴと第３のＩＤＴの分割された一方の領域はバランス型の出力端子３７の一方に接続され、第５のＩＤＴと第３のＩＤＴの分割された他の一方の領域はバランス型の出力端子３７の他の一方に接続されている。
【００２２】
第２の縦結合型弾性表面波フィルタ３３の交差幅は５０μｍとし、２つの反射器の間に第１のＩＤＴ、第２のＩＤＴ、第３のＩＤＴ、第４のＩＤＴ、第５のＩＤＴが順次並べられた構成とし、それぞれの電極指本数は順に３６本（１８対）、３３本（１６．５対）、６０本（３０対）、３３本（１６．５対）、３６本（１８対）とした。中央の第３のＩＤＴは中央で２つの領域に分割され、前記２つの領域は逆相構成とされている。第２の縦結合型弾性表面波フィルタ３３の第２のＩＤＴと第４のＩＤＴは入力端子３８に接続され、第１のＩＤＴと第３のＩＤＴの分割された一方の領域はバランス型の出力端子３９の一方に接続され、第５のＩＤＴと第３のＩＤＴの分割された他の一方の領域はバランス型の出力端子３９の他の一方に接続されている。第１の縦結合型弾性表面波フィルタ３２の入力端子３６と第２の縦結合型弾性表面波フィルタ３３の入力端子３８は電気的に接続され共通入力端子を有する構成とされている。
【００２３】
そして、第１の縦結合型弾性表面波フィルタ３２の交差部を位相速度の伝播方向に延長した領域と、第２の縦結合型弾性表面波フィルタ３３の交差部を位相速度の伝播方向に延長した領域とは、一部が重なるように配置したものである。第２の縦結合型弾性表面波フィルタ３３の交差幅が弾性表面波の位相速度の伝播方向の延長上の第１の交差幅の中に納まる位置に配置した。
【００２４】
第１と第２の縦結合型弾性表面波フィルタ３２、３３の中心間距離は４３０μｍである。
【００２５】
圧電基板３１の厚みは２５０μｍ、圧電基板３１の裏面は、強度アップのため鏡面（表面粗さＲａ＝０．１〜０．３ｎｍ）とした。図４、図５に第１の縦結合型弾性表面波フィルタ３２の電気特性を示す。比較例として図７、図８に裏面粗さＲａ＝０．１μｍ、基板厚み＝２５０μｍの４２°ＹカットＸ伝播タンタル酸リチウムを圧電基板とした際の第１の縦結合型弾性表面波フィルタの電気特性を示す。図４に示す本発明の他の実施の形態の弾性波装置の電気特性の方が、図７に示す比較例より減衰特性が優れていることがわかる。また図５に示した本発明の他の実施の形態の弾性波装置の電気特性の方が、図８に示した比較例より通過帯域内リップルが小さく、電気特性が優れていることがわかる。
【００２６】
上記した本発明の他の実施の形態では、中心周波数の異なる第１と第２の縦結合型弾性表面波フィルタ３２、３３を同一の圧電基板３１上に作製した場合を示したが、中心周波数が同じフィルタを同一の圧電基板上に作製し、入出力端の少なくともいずれか一方を共通化した構成においても同様に通過帯域リップルや帯域外減衰量の劣化を抑制することができる。
【００２７】
本発明の他の実施の形態における弾性波装置では、圧電基板３１についてはオイラー角表示（θ，φ，ψ）＝（−２°，４７°，１．８°）のタンタル酸リチウム単結晶を用いたが、オイラー角（θ，φ，ψ）＝（ａ，ｂ，ｃ）としたときに、−１０°≦ａ≦１０°、５２°≦ｂ≦４２°、−ａ−０．２°≦ｃ≦−ａ＋０．２°の条件を満たすタンタル酸リチウム単結晶を圧電基板として用いることで、この圧電基板に形成する弾性波共振器として低損失のフィルタが得られ、バルク波による通過帯域内リップルの発生や帯域外減衰量の劣化を抑制することができる。オイラー角の値ｃを０から異ならせるほどパワーフロー角が大きくなり、バルク波の進行方向も弾性表面波の群速度の進行方向に連動して変えることができる。圧電基板３１の厚みが８０μｍ〜２００μｍと更に薄板化が進んでも圧電基板３１の厚みに応じオイラー角の値ｃを適宜選択することでバルク波による通過帯域内リップルの発生や帯域外減衰量の劣化を抑制することができる。また、オイラー角の値ｃとオイラー角の値ａの関係を、−ａ−０．２°≦ｃ≦−ａ＋０．２°とすることで弾性表面波の損失を小さく保つことができる。また、オイラー角の値ａを−１０°〜１０°の範囲外とするとタンタル酸リチウムウエハの製作が困難になるなど製造上の問題が生じる他、電気機械結合係数が小さくなるなど性能上の問題も発生するため、−１０°≦ａ≦１０°の範囲とすることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る弾性波装置は、低背化を実現しながら、十分な強度を有する弾性波装置を実現し、かつ通過帯域内リップルの発生や帯域外減衰量劣化の少ない弾性波装置を得るものであり、主として移動体通信機器に用いられる弾性波フィルタ等において有用となるものである。
【符号の説明】
【００２９】
２１、３１ 圧電基板
２２、２３ 弾性波共振器
２４ 位相速度の伝播方向
２５ バルク波の伝播方向
２６、２８、３６、３８ 入力端子
２７、２９、３７、３９ 出力端子
３２、３３ 縦結合型弾性表面波フィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、この圧電基板の主面上に零と異なる同一のパワーフロー角をもたせて配置した第１および第２の弾性波共振器とを備え、前記第１および第２の弾性波共振器はそれぞれ、一対の反射器と、この一対の反射器の間に設けられたＩＤＴと、このＩＤＴを構成する櫛電極の電極指が交差した交差部とを有し、前記第１の弾性波共振器の交差部を第１の弾性波共振器の位相速度の伝播方向に延長した領域を第１の領域とし、前記第２の弾性波共振器の交差部を第２の弾性波共振器の位相速度の伝播方向に延長した領域を第２の領域としたとき、前記第１の領域と第２の領域の少なくとも一部が重なるように配置したことを特徴とする弾性波装置。
【請求項２】
前記圧電基板の前記主面の反対側の面を鏡面にしたことを特徴とする請求項１記載の弾性波装置。
【請求項３】
前記第１の弾性波共振器の入出力端のいずれか一方と前記第２の弾性波共振器の入出力端のいずれか一方を電気的に接続させたことを特徴とする請求項１記載の弾性波装置。
【請求項４】
前記圧電基板は、オイラー角を（θ，φ，ψ）＝（ａ，ｂ，ｃ）としたときに、−１０°≦ａ≦１０°、５２°≦ｂ≦４２°、−ａ−０．２°≦ｃ≦−ａ＋０．２°の条件を満たすタンタル酸リチウム単結晶であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の弾性波装置。
【請求項５】
前記第１の弾性波共振器および第２の弾性波共振器は、縦結合型弾性波フィルタであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の弾性波装置。
【請求項６】
前記第１の弾性波共振器および第２の弾性波共振器は、ラダー型フィルタを構成する直列腕共振器または並列腕共振器であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の弾性波装置。
【請求項７】
前記第１の弾性波共振器のＩＤＴの交差幅と前記第２の弾性波共振器のＩＤＴの交差幅が異なることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の弾性波装置。
【請求項１】
圧電基板と、この圧電基板の主面上に零と異なる同一のパワーフロー角をもたせて配置した第１および第２の弾性波共振器とを備え、前記第１および第２の弾性波共振器はそれぞれ、一対の反射器と、この一対の反射器の間に設けられたＩＤＴと、このＩＤＴを構成する櫛電極の電極指が交差した交差部とを有し、前記第１の弾性波共振器の交差部を第１の弾性波共振器の位相速度の伝播方向に延長した領域を第１の領域とし、前記第２の弾性波共振器の交差部を第２の弾性波共振器の位相速度の伝播方向に延長した領域を第２の領域としたとき、前記第１の領域と第２の領域の少なくとも一部が重なるように配置したことを特徴とする弾性波装置。
【請求項２】
前記圧電基板の前記主面の反対側の面を鏡面にしたことを特徴とする請求項１記載の弾性波装置。
【請求項３】
前記第１の弾性波共振器の入出力端のいずれか一方と前記第２の弾性波共振器の入出力端のいずれか一方を電気的に接続させたことを特徴とする請求項１記載の弾性波装置。
【請求項４】
前記圧電基板は、オイラー角を（θ，φ，ψ）＝（ａ，ｂ，ｃ）としたときに、−１０°≦ａ≦１０°、５２°≦ｂ≦４２°、−ａ−０．２°≦ｃ≦−ａ＋０．２°の条件を満たすタンタル酸リチウム単結晶であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の弾性波装置。
【請求項５】
前記第１の弾性波共振器および第２の弾性波共振器は、縦結合型弾性波フィルタであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の弾性波装置。
【請求項６】
前記第１の弾性波共振器および第２の弾性波共振器は、ラダー型フィルタを構成する直列腕共振器または並列腕共振器であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の弾性波装置。
【請求項７】
前記第１の弾性波共振器のＩＤＴの交差幅と前記第２の弾性波共振器のＩＤＴの交差幅が異なることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の弾性波装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９００２３（Ｐ２０１３−９００２３Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２６４４３（Ｐ２０１１−２２６４４３）
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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