CN102396154B - 弹性波元件和使用它的电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种弹性波元件和使用它的电子设备。该弹性波元件具有：压电体；设置在压电体的上表面上的第一和第二叉指式换能器(IDT)电极；和设置在压电体的上表面上并且覆盖第一IDT电极和第二IDT电极的第一电介质层。第二IDT电极具有比第一IDT电极的膜厚厚的膜厚。第二IDT电极的正上方的第一电介质层的第二部分的上表面距离压电体的上表面的高度，高于第一IDT电极的正上方的第一电介质层的第一部分的上表面距离压电体的上表面的高度。该弹性波元件具有良好的温度特性和电设备耦合系数。
Description
技术领域
本发明涉及弹性波元件和使用它的电子设备。
背景技术
图10是在专利文献1中记载的现有的弹性波元件1的剖面示意图。弹性波元件1，例如是CDMA标准规格的Band1用的天线共享器，具有：接收滤波器，其使得2110MHz～2170MHz的接收用频带的信号通过；和发送滤波器，其使得比接收频带低的1920MHz～1980MHz的发送频带的信号通过。
弹性波元件1，例如具有：由铌酸锂系或钽酸锂系的压电材料构成的压电体2；在压电体2上作为接收滤波器的谐振器的电极而设置的叉指式换能器(IDT)电极3；和在压电体2上作为发送滤波器的谐振器的电极而设置的IDT电极4。传播到接收滤波器的IDT电极3的弹性波的波长λ501比通过发送滤波器的IDT电极4传播的波长λ502短。
通过将IDT电极4的膜厚T502设定得比IDT电极3的膜厚T501厚，从而将用弹性波的波长λ501除以接收滤波器中的IDT电极3的膜厚T501而标准化得到的标准化膜厚N501、与用弹性波的波长λ502除以发送滤波器中的IDT电极4的膜厚T502而标准化得到的标准化膜厚设为相同程度。根据这个结构，能够提高弹性波元件1的电设备耦合系数。
弹性波元件1具有：以在压电体2上覆盖IDT电极3、4的方式而设置的例如由二氧化硅(SiO2)构成的电介质层5。电介质层5具有与压电体2相反的温度特性，且使弹性波元件1的温度特性提高。从电介质层5的上表面，从IDT电极3的上方到IDT电极4的上方是平坦的。在弹性波元件1中，具有IDT电极4的发送滤波器的温度特性变差，具有IDT电极3的接收滤波器的电设备耦合系数变差。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1：JP特表2008-508821号公报
发明内容
(发明的概要)
弹性波元件具有：压电体；设置在压电体的上表面上的第一和第二叉指式换能器(IDT)电极；和设置在压电体的上表面上并且覆盖第一IDT电极和第二IDT电极的第一电介质层。第二IDT电极具有比第一IDT电极的膜厚厚的膜厚。第二IDT电极的正上方的第一电介质层的第二部分的上表面距离压电体的上表面的高度，高于第一IDT电极的正上方的第一电介质层的第一部分的上表面距离压电体的上表面的高度。
该弹性波元件具有良好的温度特性和电设备耦合系数。
附图说明
图1是本发明的实施方式1中的弹性波元件的俯视图。
图2是实施方式1中的特性波元件的剖视示意图。
图3是实施方式1中的其它弹性波元件的剖视示意图。
图4是图3所示弹性波元件的放大剖视图。
图5A是表示图3所示的弹性波元件的制造工序的剖视图。
图5B是表示图3所示的弹性波元件的制造工序的剖视图。
图5C是表示图3所示的弹性波元件的制造工序的剖视图。
图5D是表示图3所示的弹性波元件的制造工序的剖视图。
图5E是表示图3所示的弹性波元件的制造工序的剖视图。
图5F是表示图3所示的弹性波元件的制造工序的剖视图。
图5G是表示图3所示的弹性波元件的制造工序的剖视图。
图5H是表示图3所示的弹性波元件的制造工序的剖视图。
图6是实施方式1中的另一其它弹性波元件的剖视示意图。
图7A是实施方式1中的另一其它弹性波元件的剖视示意图。
图7B是实施方式1中的电子设备的方框图。
图8是本发明的实施方式2中的弹性波元件的俯视图。
图9是实施方式2中的弹性波元件的剖视图。
图10是现有的弹性波元件的剖视示意图。
具体实施方式
(实施方式1)
图1和图2分别是本发明的实施方式1中的弹性波元件6的俯视图和剖视示意图。弹性波元件6，例如具有CDMA标准规格的Band1用的天线共享器即滤波器7、8。滤波器7是使2110MHz～2170MHz的接收频带的信号通过的接收滤波器。滤波器8是使比接收频带低的1920MHz～1980MHz的发送频带的信号通过的发送滤波器。
弹性波元件6具有：压电体9；设置于压电体9的上表面9A上的叉指式换能器(IDT)电极10、11；以及设置于压电体9的上表面9A上且覆盖IDT电极10、11的电介质层12。IDT电极10具有相互对置的梳齿电极110、210。梳齿电极110具有：汇流条110A；和从汇流条110A相互平行地延伸的多个电极指110B。梳齿电极210具有：汇流条210A；和从汇流条210A相互平行地延伸并且与多个电极指110B交叉的多个电极指110B。梳齿电极111具有：汇流条111A；和从汇流条111A相互平行地延伸的多个电极指111B。梳齿电极211具有：汇流条211A；和从汇流条211A相互平行地延伸并且与多个电极指111B交叉的多个电极指211B。
接收滤波器即滤波器7具有：与天线端子13连接的串联谐振器10A；与串联谐振器10A在连接点710处串联连接的串联谐振器10B；与串联谐振器10B连接的输出端子14；和在连接点710与接地端子712之间连接的并联谐振器10C。IDT电极10作为构成谐振器10A～10C的IDT电极发挥功能。
发送滤波器即滤波器8具有：与天线端子13连接的串联谐振器11A；与串联谐振器11A在连接点711处串联连接的串联谐振器11B；与串联谐振器11B连接的输入端子15；和在连接点711与接地端子713之间连接的并联谐振器11C。IDT电极11作为构成谐振器11A～11C的IDT电极发挥功能。
IDT电极10构成的滤波器7是使接收频带的信号通过的接收滤波器。IDT电极构成的滤波器8是使低于接收频带的发送频带的信号通过的发送滤波器。因此，在IDT电极10传播的弹性波的波长λ1比在IDT电极11传播的弹性波的波长λ2短。
压电体9虽然由铌酸锂系的压电材料构成，但也可以由例如水晶、钽酸锂系、或铌酸钾系等其它压电材料形成。
IDT电极10、11虽然由以铜作为主成分的金属构成，但也可以由例如铝、银、金、钛、钨、铂、铬、钼的至少一种构成的单体金属，或由将它们作为主成分的合金等的其它金属形成。
当IDT电极10、11由以铜作为主成分的金属构成时，例如，IDT电极10的膜厚TA在1550以上且小于1650IDT电极11的膜厚TB在1650以上且小于1750即，使IDT电极11的膜厚TB厚于IDT电极10的膜厚TA。由此，能够使得用弹性波的波长λ1除以IDT电极10的膜厚TA而标准化得到的标准化膜厚，与用波长λ2除以IDT电极11的膜厚TB而标准化得到的标准化膜厚实质上相等，从而能够提高弹性波元件6的电设备耦合系数。
电介质层12由具有与压电体9相反的频率温度特性的二氧化硅等电介质材料构成。由此，能够提高弹性波元件6的频率温度特性。二氧化硅是使速度比在压电体9传输的横波的速度慢的横波进行传输的介质。
在图10所示的现有的弹性波元件1中，电介质层5的上表面形成为从IDT电极3的上方至IDT电极4的上方是平坦的。因此，由于发送滤波器的IDT电极4的膜厚T502较厚，所以，电介质层5的膜厚T504比接收滤波器的电介质层5的膜厚T503薄，因此，发送滤波器的温度特性变差，接收滤波器的电设备耦合系数变差。
在电介质层12由二氧化硅构成时，例如，IDT电极10的正上方的电介质层12的上表面12A距离压电体9的上表面9A的高度TC是3950以上且小于4050IDT电极11的正上方的电介质层12的上表面12A距离压电体9的上表面9A的高度TD是4050以上且小于4150即，IDT电极11的正上方的电介质层12的部分212的上表面12A距离压电体9的上表面9A的高度，高于IDT电极10的正上方的电介质层12的部分112的上表面12A距离部分212的压电体9的上表面9A的高度。由此，使电介质层12的部分212的膜厚TF与电介质层12的部分112的膜厚TE实质上相等，例如能够设为2400能够同时使弹性波元件6的温度特性和电设备耦合系数良好。
电介质层12的部分212的膜厚TF，为部分112的膜厚TE(例如2400)以上。并且，用波长λ2除以电介质层12的部分212的膜厚TF而标准化得到的标准化膜厚，优选为用波长λ1除以部分112的膜厚TE而标准化得到的标准化膜厚以下，即优选将膜厚TF设为例如2550以下。由此，能够进一步提高弹性波元件6的温度特性和电设备耦合系数。
特别地，电介质层12的部分212的膜厚TF大于部分112的膜厚TE(例如2400)，并且用波长λ2除以电介质层12的部分212的膜厚TF而标准化得到的标准化膜厚，优选小于用波长λ1除以部分112的膜厚TE而标准化得到的标准化膜厚(例如2550)。由此，能够进一步提高弹性波元件6的温度特性和电设备耦合系数。
图3是实施方式1中的其它弹性波元件1001的剖视示意图。在图3中，对与图1和图2所示的弹性波元件6相同的部分，赋予相同参照符号。在弹性波元件1001中，电介质层12的上表面12A具有位于IDT电极10的正上方的凸部16和位于IDT电极11的正上方的凸部17。凸部16、17分别沿着图1所示的IDT电极10、11延伸。从凸部16的根部至上表面的高度TG为1500以上且小于1600从凸部17的根部至上表面的高度TH为1600以上且小于1700如此，通过使凸部17的高度TH高于凸部16的高度TG，能够进一步提高弹性波元件6的温度特性和电设备耦合系数。由于对发送滤波器即滤波器8的IDT电极11输入通过功率放大器放大的发送信号，因此有时IDT电极11发热而变差。通过使位于IDT电极11的正上方的凸部17的高度TH高于位于IDT电极的正上方的凸部16的高度TG，能够使IDT电极11有效地散热。
图4是表示电介质层12的凸部16、17的弹性波元件1001的放大剖视图。凸部16具有：顶部29、根部30、以及与顶部29和根部30连接的侧面16C。优选侧面16C的截面具有凹陷的曲线形状。侧面16C或侧面16C的延伸线与平行于包含顶部29的压电体9的上表面9A的直线相交的点之间的距离即顶部29的宽度TL1，小于IDT电极10的电极指110B、210B的宽度TW1。由此，在凸部16中，电介质层12中的电极10的周围的部分的质量连续并缓慢地发生变化。其结果是，能够抑制产生由电介质层12的形状所引起的不必要的反射，并提高弹性波元件6的电特性。
凸部17具有：顶部129、根部130、以及与顶部129和根部130连接的侧面17C。优选侧面17C的截面具有凹陷的曲线形状。侧面17C或侧面17C的延伸线与平行于包含顶部129的压电体9的上表面9A的直线相交的点之间的距离即顶部29的宽度TL1，小于IDT电极10的电极指110B、210B的宽度TW1。由此，在凸部17中，电介质层12的质量连续并缓慢地发生变化。其结果是，能够抑制产生由电介质层12的形状所引起的不必要的反射，并提高弹性波元件6的电子特性。
凸部16的顶部29的宽度TL1，优选在IDT电极10的电极指110B、210B的宽度TW1的1/2以下。此外，顶部29的中心316优选位于电极指110B、210B的中心310的正上方。由此，通过质量附加效果，使得在电极指110B、210B的反射率进一步提高，从而弹性波元件6的电特性得以提高。
凸部17的顶部129的宽度TL2，优选在IDT电极11的电极指111B、211B的宽度TW2的1/2以下。此外，顶部129的中心317优选位于电极指111B、211B的中心311的正上方。由此，通过质量附加效果，使得在电极指111B、211B的反射率进一步提高，从而弹性波元件6的电特性得以提高。
凸部16、17的高度TG、TH和IDT电极10的膜厚TA，IDT电极11的膜厚TB和λ1、λ2，优选满足0.03×λ1＜TG≤TA，0.03×λ2＜TH≤TB。若凸部16的高度TG大于0.03×λ1，或者凸部17的高度TH大于0.03×λ2，则发射率大于图10所示的现有的弹性波元件1，能够得到更优异的性能。另一方面，若凸部16的高度TG大于IDT电极10的膜厚TA，或凸部17的高度TH大于IDT电极11的膜厚TB，则需要追加用于制成电介质层12的新的工序，制造方法变得繁杂。
图5A～图5H是表示弹性波元件1001的制造工序的剖视图。
首先，如图5A所示，通过在压电体31的上表面蒸镀或溅射Al或Al合金，从而对电极或成为反射器的电极膜32进行成膜。
然后，如图5B所示，在电极膜32的上表面形成抗蚀剂膜33。
接着，如图5C所示，以使成为所希望的形状的方式，对抗蚀剂膜33进行曝光·显影，来加工抗蚀剂膜33。
而且，如图5D所示，采用干法蚀刻技术等将电极膜32加工成IDT电极10、11或反射器等所希望的形状之后，去除抗蚀剂膜33。
接着，如图5E所示，通过以覆盖电极膜32的方式，蒸镀或溅射二氧化硅而形成电介质层34。为了得到凸部16、17，采用了一边对压电体31施加偏压电压、一边使二氧化硅溅射的偏压溅射法。
例如，在通过对二氧化硅的目标进行溅射而在压电体31上堆积电介质层34的同时，通过偏压，对压电体31上的电介质层34的一部分进行溅射并削除。即通过使电介质层34堆积并且削除其一部分，来控制电介质层34的形状。在使电介质层34堆积的途中，也可以通过使施加在压电体31的偏压与溅射功率之比发生变化，来控制电介质层34的形状。此外，成膜的初期不对压电体31施加偏压进行成膜，通过自途中起与成膜同时施加偏压，能够对电介质层34的形状进行控制。此时，对压电体31的温度也进行管理。
而且，如图5F所示，在电介质层34的表面形成抗蚀剂膜35。
而且，如图5G所示，对抗蚀剂膜35进行曝光·显影而将抗蚀剂膜35加工成所希望的形状。
接着，如图5H所示，采用干法蚀刻技术等，去除用于电子信号获取的焊盘36等电介质层34不需要的部分，之后，去除抗蚀剂膜35。
最后，通过切割来分割压电体31，而得到弹性波元件1001。
图6是基于实施方式1的另一其它弹性波元件1002的剖视示意图。在图6中，与图1和图2所示的弹性波元件6相同的部分，赋予相同参照符号。弹性波元件1002还具有设置在电介质层12的上表面12A上的电介质层18。在电介质层18中使速度比传输第一电介质层12的横波的速度快的横波进行传输。电介质层18，例如，由金刚石、二氧化硅、氮化硅、氮化铝或氧化铝等电介质材料构成。电介质层18的膜厚大于电介质层12的膜厚TC或膜厚TD，是主要波即Shear Horizontal(SH)波的波长的0.8倍以上。由此，能够在弹性波元件1002中封闭主要波。当电介质层18的膜厚为主要波即SH波的波长以上时，在弹性波元件1002中几乎能够完全封闭主要波。弹性波元件1002还具有：设置在电介质层18的上表面18A且与IDT电极10电连接的外部端子51；和设置在电介质层18的上表面18A且与IDT电极11电连接的外部端子52。IDT电极10的正上方的电介质层18的部分118的上表面18A的高度与IDT电极11的正上方的电介质层18的部分218的上表面18A的高度差TJ，优选小于IDT电极10的正上方的电介质层12的部分112的高度TC与IDT电极11的正上方的电介质层12的部分212的高度TD之差TK。由此，能够缩小外部端子51、52的高度差，因此，能够经由外部端子51、52，在主板上高可靠性地凸块(bump)连接弹性波元件1002。
图7A是基于实施方式1的其它弹性波元件1003的剖视示意图。在图7A中，与图3所示的弹性波元件1001相同的部分，赋予相同参照符号。弹性波元件1003还具有：设置在电介质层12的上表面12A上的电介质层18；和外部端子51、52。弹性波元件1003具有与基于凸部16、17的图6所示的弹性波元件1002相同的效果。
此外，在实施方式1中，滤波器7是接收滤波器，滤波器8是发送滤波器。也可以滤波器7是发送滤波器，滤波器8是接收滤波器。此外，也可以滤波器7、8都是接收滤波器，或都是发送滤波器。
图7B是实施方式1中的电子设备2001的方框图。电子设备2001具有：实施方式1中的弹性波元件6(1001、1002、1003)；和与弹性波元件连接的半导体集成电路元件或扬声器等电子部件2001A。半导体集成电路元件与弹性波元件6(1001、1002、1003)连接，扬声器与半导体集成电路元件连接。
(实施方式2)
图8与图9分别是实施方式2中的弹性波元件1004的俯视图和剖视示意图。在图8与图9中，与图1和图2所示的弹性波元件6相同的部分，赋予相同参照符号。
弹性波元件1004是CDMA标准规格的Band1用的天线共享器中的发送过滤器中包含的梯型滤波器，且具有串联谐振器19A、19B和并联谐振器20。串联谐振器19A、19B由连接点910串联连接。弹性波元件1004具有：与串联谐振器19A连接的输入端子21；与串联谐振器19B连接的输出端子22；和与并联谐振器20连接的接地端子23。并联谐振器20连接于连接点910和接地端子23之间。串联谐振器19A、19B具有2050MHz的谐振频率。并联谐振器20具有比串联谐振器19A、19B的谐振频率低的1960MHz的谐振频率。
并联谐振器20由图1所示的IDT电极11构成。串联谐振器19A、19B由图1所示的IDT电极10构成。与图2所示的弹性波元件6同样，IDT电极11的膜厚TB比IDT电极10的膜厚TA厚。例如，当IDT电极10、11由以铜为主成分的金属构成时，IDT电极10的膜厚TA为1650以上且小于1680IDT电极11的膜厚TB为1730以上且小于1760传输压电体9的串联谐振器19A、19B的谐振频率的弹性波具有波长λ1，并联谐振器20的谐振频率的弹性波具有波长λ2。波长λ1比波长λ2短。用波长λ1除以串联谐振器19A、19B的IDT电极10的膜厚TA而标准化得到的标准化膜厚，与用波长λ2除以并联谐振器20的IDT电极11的膜厚而标准化得到的标准化膜厚实质上相同，能够提高弹性波元件1004的电设备耦合系数。
此外，IDT电极11的正上方的电介质层12的部分212的上表面12A距离压电体9的高度TD，高于IDT电极10的正上方的电介质层12的部分112的上表面12A距离压电体9的高度TC。由此，能够使电介质层12的部分212的膜厚TF与电介质层12的部分112的膜厚TE(2400)实质上相同，能够同时提高弹性波元件1004的温度特性和电设备耦合系数。
在实施方式1、2中，表示“上表面”“下表面”“正上方”的方向术语，表示仅依赖于弹性波元件的构成材料的相对位置关系的相对方向，而不表示铅垂方向等绝对方向。
(产业上的可利用性)
本发明的弹性波元件具有良好的温度特性和电设备耦合系数，能够适用于移动电话等电子设备。
符号说明：
7-滤波器(第一滤波器)
8-滤波器(第二滤波器)
9-压电体
10-IDT电极(第一IDT电极)
11-IDT电极(第二IDT电极)
12-电介质层(第一电介质层)
16-凸部(第一凸部)
17-凸部(第二凸部)
18-电介质层(第二电介质层)
19A-串联谐振器
20-并联谐振器
51-外部端子(第一外部端子)
52-外部端子(第二外部端子)
110B-电极指(第一电极指)
111B-电极指(第二电极指)
Claims (12)
1.一种弹性波元件，具有：
压电体，其具有上表面；
第一叉指式换能器电极，其设置在所述压电体的所述上表面上；
第二叉指式换能器电极，其设置在所述压电体的所述上表面上，且具有比所述第一叉指式换能器电极的膜厚厚的膜厚；和
第一电介质层，其设置在所述压电体的所述上表面上，且覆盖所述第一叉指式换能器电极和第二叉指式换能器电极，
所述第二叉指式换能器电极的正上方的所述第一电介质层的第二部分的上表面距离所述压电体的所述上表面的高度，高于所述第一叉指式换能器电极的正上方的所述第一电介质层的第一部分的上表面距离所述压电体的所述上表面的高度，
所述第一电介质层的上表面具有：
第一凸部，其位于所述第一叉指式换能器电极的正上方且沿着所述第一叉指式换能器电极延伸；和
第二凸部，其位于所述第二叉指式换能器电极的正上方且沿着所述第二叉指式换能器电极延伸，
所述第二凸部的高度比所述第一凸部的高度高。
2.根据权利要求1所述的弹性波元件，其中，
所述第一电介质层的所述第二部分的膜厚为所述第一电介质层的所述第一部分的膜厚以上，
所述第一电介质层的所述第二部分的标准化膜厚为所述第一电介质层的所述第一部分的标准化膜厚以下。
3.根据权利要求1所述的弹性波元件，其中，
所述第一叉指式换能器电极具有第一电极指，
所述第一凸部的顶部的宽度为所述第一电极指的宽度的1/2以下。
4.根据权利要求3所述的弹性波元件，其中，
所述第一凸部的顶部的中心，实质上位于所述第一电极指的中心的正上方。
5.根据权利要求3所述的弹性波元件，其中，
所述第二叉指式换能器电极具有第二电极指，
所述第二凸部的顶部的宽度为所述第二电极指的宽度的1/2以下。
6.根据权利要求5所述的弹性波元件，其中，
所述第二凸部的顶部的中心，实质上位于所述第二电极指的中心的正上方。
7.根据权利要求1所述的弹性波元件，其中，
所述第一凸部的高度TG、所述第一叉指式换能器电极的膜厚TA和在所述第一叉指式换能器电极传播的弹性波的波长λ1，满足0.03×λ1＜TG≤TA。
8.根据权利要求7所述的弹性波元件，其中，
所述第二凸部的高度TH、所述第二叉指式换能器电极的膜厚TB和在所述第二叉指式换能器电极传播的弹性波的波长λ2，满足0.03×λ2＜TH≤TB。
9.根据权利要求1所述的弹性波元件，其中，
该弹性波元件还具有：
第二电介质层，其设置在所述第一电介质层的上表面上，且使速度比在所述第一电介质层传输的横波的速度快的横波进行传输；
第一外部端子，其设置在所述第二电介质层的上表面，且与所述第一叉指式换能器电极电连接；和
第二外部端子，其设置在所述第二电介质层的上表面，且与所述第二叉指式换能器电极电连接，
所述第一叉指式换能器电极的上方的所述第二电介质层的上表面的高度与所述第二叉指式换能器电极的上方的所述第二电介质层的上表面的高度之差，小于所述第一叉指式换能器电极的上方的所述第一电介质层的上表面的高度与所述第二叉指式换能器电极的上方的所述第一电介质层的上表面的高度之差。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的弹性波元件，其中，
所述第一叉指式换能器电极，构成使第一频带的信号通过的第一滤波器，
所述第二叉指式换能器电极，构成使比所述第一频带低的第二频带的信号通过的第二滤波器。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的弹性波元件，其中，
所述第一叉指式换能器电极，构成具有第一谐振频率的串联谐振器，
所述第二叉指式换能器电极，构成为具有比所述第一谐振频率低的第二谐振频率的并联谐振器，
所述串联谐振器与所述并联谐振器构成梯型滤波器。
12.一种电子设备，具有：
权利要求1至9中任一项所述的弹性波元件；和
与所述弹性波元件连接的电子部件。
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