CN110022134B - 声波器件、滤波器以及复用器 - Google Patents

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Abstract

声波器件、滤波器以及复用器。一种声波器件包括：压电基板；和一对梳状电极，其设置于压电基板上，具有金属膜并且激发表面声波，金属膜主要由熔点在Pt的熔点以上的金属构成，金属膜具有第一区域以及第二区域，第一区域中的晶粒为柱状，以及第二区域，第二区域沿第二区域层叠方向位于第一区域之上和/或之下并且具有比第一区域低的结晶性或具有非晶结构。

Description

声波器件、滤波器以及复用器
技术领域
本发明的特定方面涉及声波器件、滤波器以及复用器。
背景技术
在由移动电话代表的高频率通信系统中，使用高频率滤波器来去除除了在用于通信的频带中的信号之外的不必要信号。高频率滤波器包括具有表面声波(SAW)元件等的声波器件。SAW元件是在压电基板上形成具有一对梳状电极的叉指换能器(IDT)的元件。已知例如在日本专利申请公报No.2016-136712(下文中，被称为专利文献1)中公开的通过使得由IDT激发的表面声波的音速低于穿过压电基板传播的体波的音速来降低损耗。
已知在IDT由Al膜形成时，例如在日本专利申请公报No.H05-226337(下文中，被称为专利文献2)中公开的，形成非晶Al底层或具有细粒结构的Al底层，然后在该底层上形成Al膜。已知例如在日本专利申请公报No.2015-73331(下文中，被称为专利文献3)中公开的使用Pt膜、Mo膜或W膜作为IDT。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种声波器件，包括：压电基板；和一对梳状电极，其设置于压电基板上，具有金属膜并且激发表面声波，金属膜主要由熔点在Pt的熔点以上的金属构成，金属膜具有第一区域和第二区域，第一区域中的晶粒为柱状，第二区域沿层叠方向位于第一区域之上和/或之下并且具有比第一区域低的结晶性或具有非晶结构。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括上述声波器件的滤波器。
根据本发明的第三方面，提供了一种包括上述滤波器的复用器。
附图说明
图1A是第一实施方式中的声波谐振器的平面图，并且图1B是沿着图1A中的线A-A截取的断面图；
图2是经受功率耐用性测试的滤波器的一部分的示意平面图；
图3是第一实施方式中的电极指的断面图；
图4是第一实施方式中的电极指的断面的电子显微照片的示意图；
图5A是第一实施方式的第一变型例中的电极指的断面图，并且图5B是第一实施方式的第二变型例中的电极指的断面图；
图6A至图6C分别是第一实施方式的第三至第五变型例中的电极指的示意断面图；
图7A至图7D是例示了形成第一实施方式的第三变型例中的电极指的方法的断面图(1号)；
图8A至图8C是例示了形成第一实施方式的第三变型例中的电极指的方法的断面图(2号)；
图9A是根据第二实施方式的滤波器的电路图，并且图9B是根据第二实施方式的第一变型例的双工器的电路图；
图10是根据第三实施方式的复用器的电路图；
图11A是第三实施方式中用于发送滤波器中的声波谐振器的平面图，并且图11B是沿着图11A中的线A-A截取的断面图；
图12A是第三实施方式中用作接收滤波器中的多模滤波器的平面图，并且图12B是沿着图12A中的线A-A截取的断面图；
图13A例示了第一比较例中的多模滤波器的通过特性，并且图13B例示了导纳的虚部Im|Y|；
图14A例示了第三实施方式中的多模滤波器的通过特性，并且图14B例示了导纳的虚部Im|Y|；
图15A至图15C分别是根据第三实施方式的第一至第三变型例的谐振器的断面图；
图16A和图16B分别是第四实施方式中的发送滤波器和接收滤波器的平面图；
图17是第四实施方式的第一变型例中的发送滤波器和接收滤波器的平面图；
图18A是根据第四实施方式的第二变型例的发送滤波器和接收滤波器的平面图，并且图18B是沿着图18A中的线A-A截取的断面图；
图19A是根据第四实施方式的第三变型例的发送滤波器和接收滤波器的平面图，并且图19B是沿着图19A中的线A-A截取的断面图；
图20是根据第五实施方式的梯型滤波器的电路图；
图21A是根据第五实施方式的梯型滤波器的平面图，并且图21B是沿着图21A中的线A-A截取的断面图；
图22例示了根据第二比较例的梯型滤波器的通过特性和根据第二比较例的串联谐振器和并联谐振器的频率特性；
图23A和图23B是用于描述在根据第二比较例的梯型滤波器中出现的问题的图；
图24例示了根据第五实施方式的梯型滤波器的通过特性和根据第五实施方式的串联谐振器和并联谐振器的频率特性；
图25A是第六实施方式中的串联谐振器S1的断面图，并且图25B是第六实施方式中的串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2的断面图；
图26A至图26E是例示了制造第六实施方式中的串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2的方法的断面图；
图27是第六实施方式中的串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2的电极指的断面图；
图28是第六实施方式的第一变型例中的串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2的电极指的断面图；
图29是第六实施方式中的串联谐振器S1和接线的断面图；以及
图30是根据第七实施方式的双工器的电路图。
具体实施方式
在如专利文献1中公开的具有高密度的金属用于梳状电极以放慢表面声波的音速时，将具有大电功率的高频率信号施加于梳状电极会损坏IDT。
下文中，参照附图，将描述本公开的实施方式。
第一实施方式
作为声波器件的示例，将描述声波谐振器。图1A是第一实施方式中的声波谐振器的平面图，并且图1B是沿着图1A中的线A-A截取的断面图。如图1A和图1B例示，声波谐振器24包括IDT 20和反射器22。IDT 20和反射器22位于压电基板10上。压电基板10例如是钽酸锂基板、铌酸锂基板或晶体基板。IDT 20和反射器22由金属膜12形成。IDT 20包括一对梳状电极18。该对梳状电极18各自包括电极指14和电极指14耦接到的母线16。梳状电极18中的一个的电极指14和梳状电极18中的另一个的电极指14交替设置在IDT 20的至少一部分中。反射器22形成在IDT 20的在声波的传播方向上的两侧处。反射器22反射声波。一个梳状电极18中的电极指14的节距由λ表示。节距λ对应于由IDT 20激发的表面声波的波长。
压电基板10可以接合在诸如硅基板、蓝宝石基板、氧化铝基板、尖晶石基板、玻璃基板或晶体基板的支撑基板上。另外，诸如二氧化硅膜或氮化硅膜的绝缘膜可以被设置为覆盖金属膜12。绝缘膜的膜厚可以大于或小于金属膜12的膜厚。
在由IDT 20激发的表面声波的音速高于穿过压电基板10传播的体波(例如，最慢横向体波)的音速时，表面声波在发射体波的同时穿过压电基板的表面传播。由此，产生损耗。特别地，作为一种表面声波的剪切水平(SH)波的音速高于体波的音速。由此，将SH波用作主模式的声波谐振器的损耗大。例如，在具有20°以上48°以下的切割角的Y切割X传播钽酸锂基板中，SH波为主模式。
为了使表面声波的音速低，将具有高声阻抗的金属用于金属膜12。声阻抗Z由下式来表达：
Figure BDA0001922693780000041
其中，密度由ρ表示，杨氏模量由E来表示，并且泊松比由Pr来表示。
因为泊松比在金属材料间不显著不同，所以具有高声阻抗的金属是密度×杨氏模量大的金属。较大原子数的金属具有较大的密度，并且较硬的金属具有较高的杨氏模量。这种金属是具有高熔点的高熔点金属。如上所述，将高熔点金属用于金属膜12降低了表面声波的音速并降低损耗。
另外，因为高熔点金属具有大的电子数和小的原子半径，所以金属键强。电迁移是金属原子由于电场而迁移的现象，并且应力迁移是金属原子由于应力而迁移的现象。由此，这些迁移在金属键强的高熔点金属中不太可能发生。由此，将高熔点金属用于金属膜12减轻了迁移。
例如，通常用作金属膜12的铝(Al)具有660℃的熔点、2.7g/cm3的密度、68Gpa的杨氏模量、0.34的泊松比以及8.3GPa.s/m的声阻抗。作为高熔点金属的钼(Mo)具有2622℃的熔点、10.2g/cm3的密度、329Gpa的杨氏模量、0.31的泊松比以及35.9GPa.s/m的声阻抗。如上所述，Mo具有比Al的熔点高了2000℃的熔点、比Al的密度大了近似四倍的密度、比Al的杨氏模量大了近似五倍的杨氏模量、以及比Al的声阻抗大了近似四倍的声阻抗。
在Mo用作金属膜12时，表面声波的音速降低。由此，认为损耗降低，并且迁移不太可能发生。由此，用于长期演进(LTE)频带28(发送频带为703MHz至733MHz)的发送滤波器通过将Mo用作金属膜12来制造。
所制造的滤波器是包括图1A和图1B所例示的声波谐振器的梯型滤波器。压电基板10是42°Y切割X传播钽酸锂基板。电极指14的节距λ为从4.36μm至4.55μm。金属膜12是具有0.1λ膜厚的Mo膜。
所制造的滤波器经受功率耐用性测试。在功率耐用性测试中，环境温度被设定为85℃，并且将具有频率733Mhz和1.6W的电功率的非调制连续波应用五分钟。
图2是经受功率耐用性测试的滤波器的一部分的示意平面图。如图2例示，电极指14的一部分破裂。如以上看到的，在将高熔点金属用作金属膜12且进行功率耐用性测试时，不发生迁移，但电极指14的一部分断裂。
当在压电基板10上形成具有较低熔点的金属(诸如Al或铜(Cu))时，金属膜12变成多晶的，并且形成晶粒。然而，晶界模糊，晶粒尺寸不规则，并且不形成柱状结构。另一方面，当在压电基板10上形成高熔点金属时，可能由蒸镀和溅射中的任一个来形成柱状晶体。在柱状晶体中，晶界被良好限定。这是因为晶粒之间的键弱和/或在晶粒之间存在间隙。另外，晶粒尺寸均匀，并且晶粒在金属膜12的层叠方向上连续。在将具有大的电功率的高频率信号施加于声波谐振器24时，表面声波使电极指14大幅振荡，从而向电极指14施加应力。认为电极指14在电极指14具有柱状晶体时沿着晶界断裂。
图3是第一实施方式中的电极指的断面图。如图3例示，在压电基板10上形成金属膜12，作为电极指14。金属膜12具有与压电基板10接触的第二区域12a和与第二区域12a接触的第一区域12b。
图4是第一实施方式中的电极指的断面的电子显微照片的示意图。Mo用作金属膜12。如图4例示，在第二区域12a中观察不到晶界，并且第二区域12a具有均匀结构54。从此，认为第二区域12a处于非晶(非晶体)状态。在第一区域12b中，晶粒50具有晶粒50沿层叠方向延伸的柱状，并且晶界52沿层叠方向延伸。第一区域12b与第二区域12a之间的边界模糊，并且结晶结构连续变化。第一区域12b具有近似为金属膜12整个厚度的四分之一的膜厚，并且第二区域12a具有近似为金属膜12的整个膜厚的四分之三的膜厚。这种结晶结构通过由透射电子显微镜(TEM)或扫描电子显微镜(SEM)观察电极指14的断面来确认。
将描述形成第一实施方式中的金属膜12的方法。当在具有平坦表面的压电基板10上形成高熔点金属时，形成柱状晶体。由此，用诸如氩气(Ar)的惰性气体的离子照射压电基板10的上表面。该处理降低压电基板10的上表面的平坦性。其后，在压电基板10的上表面上形成高熔点金属。该处理使得压电基板10上的第二区域12a具有非晶结构。其后，在形成金属膜12时，第二区域12a逐渐变为具有柱状晶体的第一区域12b。
图4中的金属膜12通过离子辅助蒸镀来形成。首先，用Ar离子照射压电基板10的上表面，以使得上表面不平坦。然后，形成金属膜12。该处理形成具有非晶结构的第二区域12a和具有柱状晶体的第一区域12b。而且，在由溅射形成金属膜12的情况下，在形成金属膜12之前，可以用Ar离子反向溅射压电基板10的上表面。另选地，通过使得膜形成条件在第二区域12a与第一区域12b之间不同，第二区域12a可以被形成为具有非晶结构，并且第一区域12b可以被形成为具有柱状结构。
已知当由蒸镀在压电基板10上形成铂(Pt)作为金属膜12时，金属膜12具有柱状结构。从该事实，认为至少熔点比Pt的熔点高的金属可能形成柱状晶体。
表1列出了各个高熔点金属的密度、熔点以及a轴方位的晶格常数。
表1
Figure BDA0001922693780000061
Figure BDA0001922693780000071
如表1中呈现的，铱(Ir)、Mo、锇(Os)、Pt、铼(Re)、铑(Rh)、钌(Ru)以及钨(W)具有在Pt的熔点1774℃以上的熔点。密度是Al密度的四倍以上。
如上所述，熔点在Pt的熔点以上的高熔点金属具有高密度和高声阻抗。由此，将这些金属用作金属膜12降低了表面声波的音速，从而降低了损耗。然而，因为金属膜12具有柱状结构，所以功率耐用性劣化。为了改善功率耐用性，可以考虑使金属膜12不是整体都具有柱状晶体的结构。然而，在将高熔点金属加厚到高熔点金属起IDT 20的作用的程度时，形成具有柱状晶体的第一区域12b。
由此，在第一实施方式中，如图4例示，金属膜12主要由熔点在Pt的熔点以上的金属构成，并且第一区域12b，和第二区域12a，第一区域12b具有为柱状的晶粒，该第二区域12a沿层叠方向位于第一区域12b之上和/或之下并且具有比第一区域12b低的结晶性或具有非晶结构。由于该结构，第一区域12b的晶界不连续到第二区域12a。由此，即使在输入具有大的电功率的高频率信号时，也抑制了电极指14的损坏。
在金属膜12包含特定金属作为主成分时，金属膜12包含特定金属达到形成柱状晶体的程度，并且例如，金属膜12中的特定金属的原子浓度是50％以上，优选地为80％以上，进一步优选地为90％以上。
柱状的晶粒是其纵向在用诸如SEM或TEM的电子显微镜观察断面时与层叠方向对应的晶粒。在用电子显微镜观察断面时，柱状的晶粒的数量与第一区域12b中的视场内的所有晶粒的数量之比优选地为50％以上，更优选地为80％以上，进一步优选地是90％以上。在用电子显微镜观察断面时，层叠方向上的最大宽度是在与层叠方向垂直的方向上的最大宽度的1.5倍以上或三倍以上的晶粒的数量与第一区域12b中的视场内的所有晶粒的数量之比优选地为50％以上，更优选地为80％以上，进一步优选地是90％以上。
第二区域12a位于第一区域12b与压电基板10之间。由此，可以通过优化形成金属膜12的方法来在具有非晶结构的第二区域12a上形成具有柱状晶体的第一区域12b。第二区域12a可以位于第一区域12b上，或者可以位于第一区域12b中。
与压电基板10接触的第二区域12a可以通过在使得压电基板10的上表面不平坦之后形成金属膜12来设置。
第二区域12a具有非晶结构。该结构进一步抑制了电极指14在第一区域12b的晶界中断裂。如果第二区域12a具有比第一区域12b的结晶性小的结晶性则是足够的。结晶性可以由X射线衍射来检查。具有较小的结晶性的第二区域12a中的晶粒小于第一区域12b中的晶粒。
金属膜12优选地主要由Mo、Ir、Pt、Re、Rh、Ru、钽(Ta)、以及W中的一种构成。该构造提高了声阻抗并降低了损耗。
如在专利文献1中公开的，在压电基板10是具有20°以上48°以下的切割角的Y切割X传播钽酸锂基板且金属膜12主要由Mo或Cu构成时，T1/λ1被构造为大于0.08(T1/λ1>0.08)。在金属膜12主要由W制成时，T1/λ1被构造为大于0.05(T1/λ1>0.05)。在金属膜12主要由Ru制成时，T1/λ1被构造为大于0.07(T1/λ1>0.07)。该构造使得SH波的音速低于体波的音速，从而降低了损耗。
在形成具有起IDT 20作用的膜厚(近似0.1λ)的金属膜12时，第一区域12b在层叠方向上的厚度大于第二区域12a在层叠方向上的厚度。例如，第一区域12b在层叠方向上的厚度是第二区域12a在层叠方向上的厚度的两倍以上。为了抑制电极指14的断裂，第二区域12a在层叠方向上的厚度优选地不小于第一区域12b在层叠方向上的厚度的十分之一，更优选地不小于其五分之一。
当在压电基板10与第一区域12b之间形成非晶结构作为第二区域12a时，压电基板10的晶格常数不优选地与金属膜12的晶格常数匹配。由此，具有晶格常数a1的膜与具有晶格常数a2的膜之间的晶格失配度Δ由下式来限定：
Δ[％]＝|a1-a2|/{(1/2)×(a1+a2)}×100
认为较可能形成第二区域12a，因为晶格失配度Δ较大。
表2列出了作为用于压电基板10的材料的铌酸锂LN和钽酸锂LT各自的密度、熔点以及晶格常数。
表2
Figure BDA0001922693780000081
表3列出了LN与表1中的金属之间的晶格失配度Δ【％】以及LT与表1中的金属之间的晶格失配度Δ【％】。
表3
Figure BDA0001922693780000091
为了形成第二区域12a，压电基板10与金属膜12之间的晶格失配度Δ优选地为25％以上，更优选地为40％以上。如在表3中呈现的，对于所有金属，Δ为25％以上。对于Mo、Os、Re、Ru以及W，Δ为40％以上。
第一实施方式的第一变型例
图5A是第一实施方式的第一变型例中的电极指的断面图。如图5A例示，金属膜12与压电基板10之间设置有中间膜13。中间膜13是金属膜12与压电基板10之间的粘合层，并且主要由例如铬(Cr)、镍(Ni)以及Ti中的至少一种构成。其他构造与第一实施方式的构造相同，由此省略其描述。
表4列出了用作中间膜13的Cr、Ni以及Ti各自的密度、熔点以及晶格常数。
表4
Figure BDA0001922693780000092
表5列出了Cr、Ni以及Ti与表1中的金属之间的晶格失配度Δ【％】。如表5中呈现的，Cr、Ni以及Ti的密度小于表1中的金属的密度。另外，Cr、Ni以及Ti的熔点低于表1中的大多数金属的熔点。
表5
Figure BDA0001922693780000093
Figure BDA0001922693780000101
在中间膜13位于压电基板10与金属膜12之间时，认为最可能形成第二区域12a，因为中间膜13与金属膜12之间的晶格失配度Δ变大。为了形成第二区域12a，中间膜13与金属膜12之间的晶格失配度Δ优选地为4％以上，更优选地为8％以上。
如在第一实施方式的第一变型例中，主要由具有比Pt更低的密度的金属构成的中间膜13可以位于压电基板10与第二区域12a之间。中间膜13优选地比第二区域12a更薄，以不影响声阻抗。
第一实施方式的第二变型例
图5B是第一实施方式的第二变型例中的电极指的断面图。如图5B例示，金属膜12上设置有上膜13a。上膜13a主要由例如铬(Cr)、镍(Ni)以及Ti中的至少一个构成。其他结构与第一实施方式的结构相同，由此省略其描述。
如第一实施方式的第二变型例中，上膜13a可以位于金属膜12上。与第一实施方式的第一和第二变型例中相同，电极指14具有层叠一个或更多个金属膜的多层结构，并且如果至少一个金属层包括第一区域12b和第二区域12a则是足够的。第一区域12b和第二区域12a的膜厚的和优选地为电极指14的膜厚的50％以上，更优选地为其80％以上。
第一实施方式的第三变型例
图6A是第一实施方式的第三变型例中的电极指的示意断面图。如图6A例示，在第一实施方式的第三变型例中，晶粒50为柱状，晶界53沿层叠方向延伸的第一区域12b与压电基板10的上表面接触，并且具有均匀结构54的第二区域12a位于第一区域12b上。其他结构与第一实施方式的结构相同，由此省略其描述。如在第一实施方式的第一变型例中，梳状电极18的最上层可以是第二区域12a。该结构抑制了电极指14在施加大的电功率时从电极指14的上表面断裂。第二区域12a要位于的位置可以根据可能在施加大的电功率时是电极指14的断裂的起点的位置来设置。
第一实施方式的第四变型例
图6B是第一实施方式的第四变型例中的电极指的示意断面图。如图6B例示，在第一实施方式的第四变型例中，交替层叠第一区域12b和第二区域12a，并且最靠近压电基板10的区域是第二区域12a。其他结构与第一实施方式的结构相同，由此省略其描述。
第一实施方式的第五变型例
图6C是第一实施方式的第五变型例中的电极指的示意断面图。如图6C例示，在第一实施方式的第五变型例中，交替层叠第一区域12b和第二区域12a，并且最靠近压电基板10的区域是第一区域12b。其他结构与第一实施方式的结构相同，由此省略其描述。
如在第一实施方式的第四和第五变型例中，可以交替层叠第一区域12b和第二区域12a。该结构进一步抑制了电极指14的断裂。由此，抑制了IDT被大的电功率损坏。另选地，第二区域12a可以设置于两个第一区域12b之间。第一区域12b可以设置于两个第二区域12a之间。如上所述，如果第二区域12a沿层叠方向设置于第一区域12b之上和/或之下则是足够。
图7A至图8C是例示了形成第一实施方式的第三变型例中的电极指的方法的断面图。如图7A例示，准备虚基板30。虚基板30具有平坦的上表面，并且例如是硅基板。如图7B例示，在虚基板30上形成金属膜12。金属膜12例如由如第一实施方式中的离子辅助蒸镀或溅射形成。该处理使得金属膜12从虚基板30侧起依次为第二区域12a和第一区域12b。
如图7C例示，将金属膜12接合到压电基板10的上表面上。接合方法的示例包括但不限于由快速原子束(FAB)激活压电基板10的上表面和金属膜12的下表面且然后在常温下将它们接合在一起的方法。该处理使得金属膜12从压电基板10侧起依次为第一区域12b和第二区域12a。如图7D例示，从金属膜12去除虚基板30。虚基板30例如由抛光或研磨来去除。
如图8A例示，在金属膜12上形成掩模层32。掩模层32例如由光刻胶形成。如
图8B例示，通过曝光和显影对掩模层32构图。如图8C例示，通过将掩模层32用作掩模蚀刻金属膜12来形成第一实施方式的第三变型例的IDT 20和反射器22。
如在第一实施方式的第四和第五变型例中，可以通过将图7A至图7D的步骤重复两次或更多次来交替层叠第一区域12b和第二区域12a。
第二实施方式
第二实施方式是包括根据第一实施方式及其变型例中任一个的声波谐振器的示例性滤波器和示例性双工器。图9A是根据第二实施方式的滤波器的电路图。如图9A例示，一个或更多个串联谐振器S1至S4串联在输入端子T1与输出端子T2之间。一个或更多个并联谐振器P1至P4并联在输入端子T1与输出端子T2之间。一个或更多个串联谐振器S1至S4以及一个或更多个并联谐振器P1至P4中的至少一方可以是根据第一实施方式及其变型例中任一个的声波谐振器。
图9B是根据第二实施方式的第一变型例的双工器的电路图。如图9B例示，发送滤波器40连接在公共端子Ant与发送端子Tx之间。接收滤波器42连接在公共端子Ant与接收端子Rx之间。发送滤波器40向公共端子Ant发送从发送端子Tx输入的高频率信号中在发送频带中的信号，作为发送信号，并且抑制具有其他频率的信号。接收滤波器42向接收端子Rx发送从公共端子Ant输入的高频率信号中在接收频带中的信号，作为接收信号，并且抑制具有其他频率的信号。发送滤波器40和接收滤波器42中的至少一方可以为第二实施方式的滤波器。
双工器被描述为复用器的示例，但复用器可以为三工器或四工器。
第三实施方式
图10是根据第三实施方式的复用器的电路图。如图10例示，发送滤波器40连接在公共端子Ant与发送端子Tx之间。接收滤波器42连接在公共端子Ant与接收端子Rx之间。
发送滤波器40是梯型滤波器，并且包括串联谐振器S1至S5和并联谐振器P1至P4。串联谐振器S1至S5串联到公共端子Ant与发送端子Tx之间的路径。并联谐振器P1至P4的第一端连接到公共端子Ant与发送端子Tx之间的路径，并且第二端连接到接地端子。串联谐振器S1至S5的数量和并联谐振器P1至P4的数量被设置为使得实现期望特性。接收滤波器42是纵向耦接的多模滤波器DMS。多模滤波器例如是双模滤波器。
发送滤波器40向公共端子Ant发送从发送端子Tx输入的高频率信号中在发送频带中的信号，并且抑制具有其他频率的信号。接收滤波器42向接收端子Rx发送从公共端子Ant输入的高频率信号中在接收频带中的信号，并且抑制具有其他频率的信号。发送频带不与接收频带重叠。在该示例中，发送频带低于接收频带。由此，需要发送滤波器40在频率上高于通带的接收频带中具有大衰减。需要接收滤波器42在频率上低于通带的发送频带中具有大衰减。由此，梯型滤波器用作发送滤波器40，并且多模滤波器用作接收滤波器42。在发送频带高于接收频带时，梯型滤波器用作接收滤波器，并且多模滤波器用作发送滤波器。即，梯型滤波器用于具有低通过特性的滤波器，并且多模滤波器用于具有高通过特性的滤波器。
图11A是第三实施方式中用于发送滤波器中的声波谐振器的平面图，并且图11B是沿着图11A中的线A-A截取的断面图。如图11A和图11B例示，声波谐振器80包括IDT 72和反射器74。IDT 72和反射器74位于压电基板10a上。压电基板10a是钽酸锂基板或铌酸锂基板。IDT 72和反射器74由金属膜71a形成。IDT 72包括一对梳状电极78。该对梳状电极78各自包括电极指76和电极指76耦接到的母线75。该对梳状电极78的电极指76形成栅电极。梳状电极78中的一个的电极指76和梳状电极78中的另一个的电极指76交替设置在IDT 72的至少一部分中。反射器74位于IDT 72在声波的传播方向上的两侧处。反射器74反射声波。金属膜71a的膜厚由T1表示，栅电极的节距(一个梳状电极78中的电极指76的节距)由λ1表示。节距λ1对应于由IDT 72激发的表面声波的波长。
在由IDT 72激发的表面声波的音速高于穿过压电基板10a传播的体波(例如，最慢横向体波)的音速时，表面声波在发射体波的同时穿过压电基板的表面传播。由此，产生损耗。特别地，作为一种表面声波的剪切水平(SH)波的音速高于体波的音速。由此，将SH波用作主模式的声波谐振器80的损耗大。例如，在具有80°以上及48°以下的切割角的Y切割X传播钽酸锂基板中，SH波为主模式。
为了使表面声波的音速低，金属膜71a由具有高声阻抗的金属制成，并且加厚。声阻抗Z由下式来表达：
Figure BDA0001922693780000131
其中，密度由ρ表示，杨氏模量由E来表示，并且泊松比由Pr来表示。
表6列出了铜(Cu)、钨(W)、钌(Ru)、钼(Mo)以及铝(Al)各自的密度、杨氏模量、泊松比以及声阻抗。如表6中呈现的，Cu、W、Ru以及Mo的声阻抗是Al的声阻抗的两倍以上。
表6
Figure BDA0001922693780000141
例如，在压电基板10a是具有20°以上48°以下的切割角的X传播钽酸锂基板且金属膜71a主要由Mo或Cu构成时，T1/λ1被构造为大于0.08(T1/λ1>0.08)。在金属膜71a主要由W制成时，T1/λ1被构造为大于0.05(T1/λ1>0.05)。在金属膜71a主要由Ru制成时，T1/λ1大于0.07(T1/λ1>0.07)。该构造使得SH波的音速低于体波的音速，由此降低了损耗。
图12A是第三实施方式中用作接收滤波器中的多模滤波器的平面图，并且图12B是沿着图12A中的线A-A截取的断面图。如图12A和图12B例示，多模滤波器DMS包括IDT 72a至72c以及反射器74。IDT 72a至72c以及反射器74位于压电基板10b上。压电基板10b是钽酸锂基板或铌酸锂基板。IDT 72a至72c具有与IDT 72相同的结构，由此省略其描述。IDT 72a至72c沿表面声波的传播方向设置。反射器74位于IDT 72a至72c外部。IDT 72a至72c以及反射器74由金属膜71b形成。
ITD 72b的第一端耦接到输入端子Tin(图10中的公共端子Ant)，并且第二端耦接到接地端子。IDT 72a的第一端和IDT 72c的第一端共同耦接到输出端子Tout(图10中的接收端子Rx)。IDT 72a的第二端和IDT 72c的第二端耦接到接地端子。金属膜71b的膜厚由T2表示，并且栅电极的节距由λ2表示。节距λ2对应于由IDT 72a至72c激发的表面声波的波长。
对于金属膜71b是Al膜的第三实施方式和金属膜71b是Mo膜的第一比较例，凭借使用有限元法来仿真通过特性。针对具有两个IDT 72a和72b的多模滤波器进行了仿真。
仿真条件如下。
IDT 72a中的对数：30对
IDT 72b中的对数：30对
一个反射器74中的对数：10对
压电基板10b：42°Y切割X传播钽酸锂
金属膜71b的材料：Al(在第三实施方式中)、Mo(在第一比较例中)
金属膜71b的膜厚T2/λ2：0.1
节距λ2：5.0μm
图13A例示了第一比较例中的多模滤波器的通过特性，并且图13B是导纳的虚部Im|Y|的图。如图13A例示，在第一比较例中，部分带宽(fractional Bandwidth)Δf是2.8％。部分带宽是通带的带宽与通带的中心频率之比。如图13B例示，在由实线指示的偶(二次)模与由短划线指示的奇(一次)模之间，谐振频率(空心圆圈)的差Δf′小。
图14A例示了第三实施方式中的多模滤波器的通过特性，并且图14B例示了导纳的虚部Im|Y|。如图14A例示，在第三实施方式中，部分带宽Δf是3.5％。如图14B例示，在由实线指示的偶模与由短划线指示的奇模之间，谐振频率(空心圆圈)的差Δf′大于图13B所例示的第一比较例中的差。因此，第三实施方式的部分带宽Δf大于第一比较例的部分带宽。
用于移动电话系统的滤波器的部分带宽需要为3％至4％。由此，第一比较例的部分带宽太小。部分带宽在第一比较例中小的原因是因为偶模与奇模之间谐振频率的差小。这被认为是因为由第一比较例中的栅电极激发的表面声波的反射系数太大。例如，第一比较例中的短路栅电极的每单位长度的反射系数κ12在由有限元法计算时是0.54。反射系数κ12由栅电极的电极指76被设置的区域中的声阻抗与没有形成电极指76的区域中的声阻抗之间的差来确定。由此，在栅电极的声阻抗大时，反射系数κ12大。
在第三实施方式中，如表6中呈现的具有低声阻抗的Al用作金属膜71b。第三实施方式中的所计算反射系数κ12是0.2。这被认为是第三实施方式中的部分带宽Δf为何大的原因。针对具有两个IDT的多模滤波器来进行上述仿真，但在使用具有三个IDT的多模滤波器且使用一阶模三阶模耦接的多模滤波器时，可以实现4％以上的部分带宽Δf。
如上所述，在第三实施方式中，具有高声阻抗的金属膜71a用于发送滤波器40中。该构造减少了发送滤波器40的损耗。例如，在压电基板10a是钽酸锂基板时，横向体波的音速是3400m/s。由此，金属膜71a的材料和膜厚被构造为使表面声波的音速是3200m/s以下。例如，金属膜71a被构造为是具有0.1×λ1膜厚的Mo膜。例如，在用于LTE频带28的、从703MHz至733MHz的发送频带的发送滤波器40中，λ1被设置为近似4.36μm至4.55μm。
在接收滤波器42中，使用具有低声阻抗的金属膜71b。该构造使得接收滤波器42的部分带宽大。例如，金属膜71a被构造为是具有0.1×λ2膜厚的Al膜。在用于LTE频带28的、从758MHz至788MHz的接收频带的接收滤波器42中，λ1被设置为5.07μm至5.27μm。
在发送滤波器40被构造为是梯型滤波器时，通带的高频率侧处的陡度增大。由此，改善了接收频带中的发送滤波器40的衰减特性。在接收滤波器42被构造为是多模滤波器时，通带的低频侧处的陡度增大。由此，改善了发送频带中的接收滤波器的衰减特性。
第三实施方式的第一至第三变型例
图15A至图15C是根据第三实施方式的第一至第三变型例的谐振器的断面图。如图15A例示，在压电基板10a和/或10b上形成有电介质膜84，以覆盖金属膜71a和/或71b。电介质膜84是用于频率调节和/或温度变化补偿的膜。例如，氧化硅膜、氮化硅膜或氧化铝膜可以用作电介质膜84。压电基板10a和10b可以接合在诸如硅基板、蓝宝石基板、氧化铝基板、尖晶石基板、玻璃基板或晶体基板的支撑基板上。
如图15B例示，在金属膜71a和/或71b与压电基板10a和/或10b之间可以形成粘合层73。粘合层73是用于改善金属膜71a和/或71b与压电基板10a和/或10b之间的粘合的膜。例如，钛(Ti)或铬(Cr)可以用作粘合层73。粘合层73的材料比金属膜71a和/或71b轻且薄。由此，粘合层73的有无几乎不影响栅电极的声阻抗。
如图15C例示，金属膜71a和/或71b可以由层叠的金属膜71c和71d形成。在这种情况下，金属膜71a或71b的声阻抗Zall由下式计算：
Figure BDA0001922693780000171
其中，Zi表示i层处的金属膜的声阻抗，ti表示i层处的金属膜的膜厚，并且tall表示金属膜71a或71b的膜厚。膜厚ti对应于金属膜71a和71b的膜厚h1和h2，并且膜厚tall对应于膜厚T1或T2。
在第三实施方式中，梯型滤波器电连接在公共端子Ant与发送端子Tx(第一端子)之间，并且包括串联谐振器S1至S5以及并联谐振器P1至P4(谐振器)。串联谐振器S1至S5以及并联谐振器P1至P4中的至少一方包括IDT 72(第一IDT)，其由位于压电基板10a(第一压电基板)上的金属膜71a(第一金属膜)形成。多模滤波器DMS电连接在公共端子Ant与接收端子Rx(第二端子)之间，并且包括IDT 72a至72c(第二IDT)，其由位于压电基板10b(第二压电基板)上的金属膜71b(第二金属膜)形成。多模滤波器具有比梯型滤波器的通带高的通带。
在多模滤波器的通带高于梯型滤波器的通带时，公知多模滤波器的IDT 72a至72c各自的栅电极的平均节距λ2小于梯型滤波器的所有串联谐振器S1至S5以及并联谐振器P1至P4的IDT 72的栅电极的平均节距λ1。
然而，在上述复用器中，为了减少梯型滤波器的损耗，使金属膜71a的声阻抗高，并且为了进一步加宽多模滤波器的频带，使金属膜71b的声阻抗低。由金属膜71a形成的第一栅电极所激发的表面声波的音速变低。由此，多模滤波器的IDT 72a至72c中的至少一个的栅电极的平均节距λ2变得大于梯型滤波器的串联谐振器S1至S5以及并联谐振器P1至P4中的至少一方的IDT 72的栅电极的平均节距λ1。IDT的平均节距通过将IDT在表面声波的传播方向上的宽度除以电极指76的对数来获得。
平均节距λ2优选地为平均节距λ1的1.05倍以上，更优选地为其1.1倍以上。
为了进一步降低梯型滤波器的损耗并进一步加宽多模滤波器的频带，多模滤波器的所有IDT 72a至72c的栅电极的平均节距λ2优选地大于梯型滤波器的所有串联谐振器S1至S5以及并联谐振器P1至P4的IDT 72的栅电极的平均节距λ1。
IDT 72a至72c的栅电极的声阻抗小于IDT 72的栅电极的声阻抗。因此，进一步降低了梯型滤波器的损耗，并且进一步加宽多模滤波器的频带，IDT 72a至72c的栅电极的声阻抗优选地为IDT 72的栅电极的声阻抗的一半以下，更优选地为IDT 72的栅电极的声阻抗的三分之一以下。
在金属膜71a和/或71b包括层叠的不同材料的金属膜时，金属膜71a和/或71b的声阻抗由算式(3)来计算。
金属膜71b的膜厚T2优选地为金属膜71a的膜厚T1的0.5倍以上和1.5倍以下，更优选地为金属膜71a的膜厚T1的0.8倍以上和1.2倍以下。
作为具有高声阻抗的材料，金属膜71a优选地包括主要由Cu、W、Ru、Mo、钽(Ta)、铂(Pt)、钯(Pd)、铱(Ir)、铑(Rh)、铼(Re)以及碲(Te)中的至少一种构成的金属膜。作为具有低声阻抗的材料，金属膜71b优选地包括主要由Al构成的金属膜。在金属膜主要由特定元素构成时，金属膜包含特定元素达到实现第三实施方式的优点的程度，并且金属膜中的特定元素的原子浓度例如是50％以上，更优选地为80％以上，进一步优选地为90％以上。例如，金属膜71b可以由包含小的原子％的Cu的Al制成。
由IDT 72以及72a至72c的栅电极激发的声波主要为SH波。因为SH波的音速大于体波的音速，所以损耗更大。由此，使平均节距λ2优选地大于平均节距λ1。
如在专利文献1中描述的，在压电基板10a和压电基板10b是具有20°以上48°以下的切割角的Y切割X传播钽酸锂基板时，所激发的表面声波是SH波。
如在专利文献1中描述的，在压电基板10a是具有20°以上48°以下的切割角的Y切割X传播钽酸锂基板时，金属膜71a由层叠的一个或更多个金属膜(第三金属膜)形成。在这种情况下，在ρi表示一个或更多个第三金属膜各自的密度、Pi表示各第三金属膜的泊松比、hi表示各第三金属膜的膜厚、ρ0表示Cu的密度、P0表示Cu的泊松比并且λ1表示平均节距时，使一个或更多个第三金属膜中的各第三金属膜中的(hi/λ)×(ρi/ρ0)×(Pi/P0)的和大于0.08。该构造使得SH波的音速低于体波的音速，并且可以降低损耗。
第四实施方式
图16A和图16B分别是根据第四实施方式中的发送滤波器和接收滤波器的平面图。如图16A例示，发送滤波器40在压电基板10a上包括串联谐振器S1至S5以及并联谐振器P1至P4，作为声波谐振器80。声波谐振器80由接线82a电互连。接线82a包括金属膜71a。接线82a可以通过在金属膜71a上层叠诸如Au膜或Cu膜的、具有低电阻的金属膜来形成。公共端子Ant1、发送端子Tx以及接地端子GND由接线82a形成。
如图16B例示，接收滤波器42包括位于压电基板10b上的多模滤波器DMS。公共端子Ant2、接收端子Rx以及接地端子GND由接线82b形成。公共端子Ant2、接收端子Rx和接地端子GND以及IDT 72a至72C由接线82b电互连。接线82b包括金属膜71b。接线82b可以通过在金属膜71b上层叠诸如Au膜或Cu膜的、具有低电阻的金属膜形成。公共端子Ant1和Ant2连接在压电基板10a和10b外部。其他结构与第三实施方式的结构相同，由此省略其描述。
如在第四实施方式中，发送滤波器40和接收滤波器42分别位于不同的压电基板10a和10b上。压电基板10a和10b中的一个可以是钽酸锂基板，并且另一个可以是铌酸锂基板。压电基板10a和10b两者均可以是钽酸锂基板或铌酸锂基板。
第四实施方式的第一变型例
图17是第四实施方式的第一变型例中的发送滤波器和接收滤波器的平面图。如
图17例示，发送滤波器40和接收滤波器42位于单个压电基板10上。如图例示，在第一压电基板和第二压电基板是单个压电基板10且尝试使梯型滤波器中的表面声波的音速低时，难以加宽多模滤波器的频带。由此，优选地使得λ2大于λ1。其他结构与第四实施方式的结构相同，由此省略其描述。
第四实施方式的第二变型例
图18A是根据第四实施方式的第二变型例的发送滤波器和接收滤波器的平面图，并且图18B是沿着图18A中的线A-A截取的断面图。如图18A例示，公共端子Ant位于压电基板10上。如图18B例示，接线82a和IDT 72由金属膜71a形成，并且接线82b和IDT 72a至72c由金属膜71b形成。其他结构与第四实施方式的第一变型例的结构相同，由此省略其描述。
第四实施方式的第三变型例
图19A是根据第四实施方式的第三变型例的发送滤波器和接收滤波器的平面图，并且图19B是沿着图19A中的线A-A截取的断面图。如图19A和图19B例示，IDT72由金属膜71a形成，并且IDT 72a至72c由金属膜71b形成。接线82a和接线82b由层叠的金属膜71a和金属膜71b形成。其他结构与第四实施方式的第二变型例的结构相同，由此省略其描述。
接线82a(第一接线)将串联谐振器S1至S5以及并联谐振器P1至P4电连接，并且金属膜71a和71b层叠在接线82a的至少一部分中。接线82b(第二接线)将多模滤波器DMS以及公共端子Ant和/或接收端子Rx电连接，并且金属膜71a和71b层叠在接线82b的至少一部分中。该结构在不增加额外制造步骤的情况下减小了接线82a和接线82b的电阻。
第五实施方式
图20是根据第五实施方式的梯型滤波器100的电路图。如图20例示，第五实施方式的梯型滤波器100包括输入端子Tin与输出端子Tout之间连接的路径111上的串联的一个或更多个串联谐振器S1至S3。一个或更多个并联谐振器P1和P2并联在输入端子T1与输出端子T2之间。并联谐振器P1的第一端电连接到串联谐振器S1与S2之间的路径111，并且并联谐振器P1的第二端连接到地以接地。并联谐振器P2的第一端电连接到串联谐振器S2与S3之间的路径111，并且并联谐振器P2的第二端连接到地以接地。
图21A是根据第五实施方式的梯型滤波器100的平面图，并且图21B是沿着图21A中的线A-A截取的断面图。如图21A和图21B例示，串联谐振器S1至S3以及并联谐振器P1和P2位于压电基板10上。串联谐振器S1至S3借助位于压电基板10上的接线140串联在输入焊盘142与输出焊盘144之间，输入焊盘对应于输入端子Tin，输出焊盘对应于输出端子Tout。接线140形成图20中的路径111。并联谐振器P1和P2借助位于压电基板10上的接线140并联在输入焊盘142与输出焊盘144之间。并联谐振器P1连接在接线140与接地焊盘146之间，该接线连接在串联谐振器S1与S2之间。并联谐振器P2连接在接线140与接地焊盘146之间，该接线连接在串联谐振器S2与S3之间。凸块148位于输入焊盘142、输出焊盘144以及接地焊盘146上。
压电基板10例如是钽酸锂基板，但可以是铌酸锂基板。压电基板10可以接合在诸如硅基板、蓝宝石基板、氧化铝基板、多晶尖晶石基板、单晶尖晶石基板、玻璃基板或晶体基板的支撑基板上。接线140例如由诸如铜层、铝层或金层的金属层形成。凸块148例如是金凸块、焊料凸块或铜凸块。
串联谐振器S1至S3以及并联谐振器P1和P2分别是表面声波谐振器，并且包括作为一对梳状电极指的叉指换能器(IDT)122和反射器130。IDT 122和反射器130位于压电基板10上。IDT 122包括朝向彼此的一对梳状电极128。梳状电极128包括电极指124和连接电极指124的母线126。反射器130位于IDT 122的两侧处。IDT 122在压电基板10上激发表面声波。反射器130反射表面声波。一个梳状电极128中的电极指124的节距λ与由IDT 122激发的表面声波的波长对应。诸如二氧化硅膜或氮化硅膜的绝缘膜可以被设置为覆盖IDT 122和反射器130。绝缘膜的膜厚可以大于或小于IDT 122和反射器130的膜厚。
串联谐振器S1的IDT 122和反射器130由多层形成，该多层具有主要由钛(Ti)构成的金属层和位于金属层上且主要由铝(Al)构成的另一金属层。主要由Ti构成的金属层被设置为粘合层，并且由IDT 122激发的表面声波的特性由主要由Al构成的金属层来确定。串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2的IDT 122和反射器130由主要由钼(Mo)构成的金属层形成。IDT 122和反射器130具有例如近似0.1λ的膜厚。
表7列出了串联谐振器S1至S3以及并联谐振器P1和P2各自的节距、对数、孔长度、电极材料、膜厚以及表面声波的音速。
表7
Figure BDA0001922693780000211
这里，将描述根据第二比较例的梯型滤波器。在第二比较例的梯型滤波器中，在全部串联谐振器S1至S3以及并联谐振器P1和P2中，IDT 122和反射器130由主要由Mo构成的金属层形成。其他结构与第五实施方式的梯形滤波器的结构相同。
在第二比较例中，全部串联谐振器S1至S3以及并联谐振器P1和P2中的IDT 122和反射器130为何由主要由Mo构成的金属层形成的原因如下。
在由IDT 122激发的表面声波的音速高于穿过压电基板10传播的体波(例如，最慢横向体波)的音速时，表面声波在发射体波的同时穿过压电基板10的表面传播。由此，产生损耗。特别地，作为一种表面声波的剪切水平(SH)波的音速高于体波的音速。由此，将SH波用作主模式的表面声波谐振器具有大的损耗。例如，在具有20°以上48°以下的切割角的Y切割X传播钽酸锂基板中，SH波为主模式。
为了降低损耗，由IDT 122激发的表面声波的音速优选地低于穿过压电基板10传播的体波的音速。为了降低表面声波的音速，将具有高声阻抗的金属用于IDT 122和反射器130。声阻抗Z由下式来表达：
Figure BDA0001922693780000221
其中，密度由ρ表示，杨氏模量由E来表示，并且泊松比由Pr来表示。
因为Mo具有10.2g/cm3的密度、329GPa的杨氏模量、以及0.31的泊松比，所以Mo的声阻抗是35.9GPa.s/m。例如，在IDT 122和反射器130由主要由Al构成的金属层形成时，因为Al具有2.70g/cm3的密度、68GPa的杨氏模量、以及0.34的泊松比，所以Al的声阻抗是8.3GPa.s/m。
因此，在第二比较例中，为了使表面声波的音速低以降低损耗，全部串联谐振器S1至S3以及并联谐振器P1和P2中的IDT 122和反射器130由主要由具有高声阻抗的Mo构成的金属层形成。然而，在IDT 122和反射器130由诸如Mo的重金属(具有大密度的金属)制成的表面声波滤波器中，生成横模寄生。
图22例示了第二比较例的梯型滤波器的通过特性、以及串联谐振器和并联谐振器的频率特性。梯型滤波器的通过特性由实线来指示，串联谐振器S1至S3的频率特性由点划线指示，并且并联谐振器P1和P2的频率特性由短划线来指示。如图22例示，梯型滤波器在高频率侧处的通过特性由串联谐振器S1至S3形成，并且梯型滤波器在低频侧处的通过特性由并联谐振器P1和P2形成。串联谐振器S1至S3的谐振频率可以稍微彼此不同，以加宽梯型滤波器的高频率侧处的衰减带。例如，谐振频率按串联谐振器S1、S2以及S3的顺序增大。另外，在串联谐振器S1至S3中，IDT 122由是重金属的Mo制成，使得由IDT 122激发的表面声波的音速低于穿过压电基板10传播的体波的音速。在IDT 122由诸如Mo的重金属制成时，各向异性系数的绝对值变大，并且生成横模寄生150。横模寄生150在谐振频率与反谐振频率之间生成。横模寄生150的生成在梯型滤波器的通带中生成波动(未例示)。作为示例，描述了并联谐振器P1和P2的谐振频率近似相同的情况，但如在串联谐振器S1至S3中，谐振频率可以稍微不同，以加宽低频侧处的衰减带。另外，如在并联谐振器P1和P2中，串联谐振器S1至S3的谐振频率可以近似相同。虽然在并联谐振器P1和P2中也生成横模寄生，但为了使附图明晰，这里省略例示。
图23A和图23B是用于描述在根据第二比较例的梯型滤波器中出现的问题的图。在图23A和图23B中，梯型滤波器的通过特性由粗实线来指示，并且梯型滤波器的功耗由细实线来指示。在图23A中，串联谐振器S1的频率特性由点划线来指示。如
图23A例示，梯型滤波器的功耗在通带中的中心附近最小，并且在衰减极点附近最大。从串联谐振器S1的谐振频率到反谐振频率的范围存在于梯型滤波器的通带中，并且串联谐振器S1形成高频率侧处的通过特性。由此，当在串联谐振器S1中生成横模寄生150且向梯型滤波器施加具有大的电功率的高频率信号时，串联谐振器S1可能生成大量热。例如，当施加处于通带中的高频率侧处的、具有频率f1的高频率信号且以频率f1生成横模寄生150时，串联谐振器S1可能生成大量热。由串联谐振器S1引起的热量生成升高梯型滤波器的温度，并且如图23B例示的使通过特性和功耗移位至低频。例如，在压电基板10是钽酸锂基板或铌酸锂基板时，通过特性和功耗可能移位至低频。在图23B中，移位之前的通过特性和移位之前的功耗由链线来指示，并且移位之后的通过特性和功耗由实线来指示。由此，在向梯型滤波器施加具有频率f1的高频率信号时，梯型滤波器的功耗增加，并且串联谐振器S1更可能生成热量。这可能导致串联谐振器S1的IDT 122的损坏(例如，熔毁)。如上所述，第二比较例的梯型滤波器具有不足的功率耐用性。
如图23B例示，在通带中的低频侧处，随着梯型滤波器的温度升高，功耗降低。由此，形成梯型滤波器在低频侧处的通过特性的、并联谐振器P1和P2中的所生成热量不太可能变大，由此，IDT 122不太可能被损坏。
图24例示了根据第五实施方式的梯型滤波器100的通过特性、以及串联谐振器和并联谐振器的频率特性。梯型滤波器的通过特性由实线来指示，串联谐振器S1至S3的频率特性由点划线指示，并且并联谐振器P1和P2的频率特性由短划线来指示。如图24例示，在第五实施方式中，在串联谐振器S1中减小横模寄生150。这是因为在串联谐振器S1中，IDT 122由主要由是轻质金属的Al构成的金属制成，以使得由IDT 122激发的表面声波的音速高于穿过压电基板10传播的体波的音速。在IDT 122由诸如Al的轻质金属制成时，各向异性系数的绝对值变小，因此，减小了横模寄生150。例如，在压电基板10是Y切割X传播钽酸锂基板且IDT 122由诸如Mo的重金属制成时，各向异性系数为正，并且绝对值大，而在IDT 122由诸如Al的轻质金属制成时，各向异性系数的绝对值小。如上所述，因为在第五实施方式中减小了串联谐振器S1中的横模寄生150，所以即使在向串联谐振器S1施加具有大的电功率的高频率信号时，也减少了在串联谐振器S1中生成的热量，从而抑制了IDT 122被损坏。
为了减少损耗，使由串联谐振器S2和S3激发的表面声波的音速低，并且为了减小横模寄生，使由串联谐振器S1激发的表面声波的音速高于由串联谐振器S2和S3激发的表面声波的音速。在构成串联谐振器S1至S3中的IDT 122的梳状电极128的电极指具有相同平均节距λ且由串联谐振器S1激发的表面声波的音速高于由串联谐振器S2和S3激发的表面声波的音速时，串联谐振器S1的谐振频率高于串联谐振器S2和S3的谐振频率。然而，IDT 122容易被损坏的是在串联谐振器中具有低谐振频率的串联谐振器。由此，使构成串联谐振器S1的IDT 122的梳状电极128的电极指124的平均节距λ大于构成串联谐振器S2和S3的IDT 122的梳状电极128的电极指124的平均节距λ，以使得串联谐振器S1的谐振频率近似等于或小于串联谐振器S2和S3的谐振频率。电极指124的平均节距λ是通过将IDT 122的电极指124的所有节距λ求平均获得的值，并且例如可以是通过将IDT 122在表面声波的传播方向上的宽度除以电极指124的对数获得的值。
如上所述，在第五实施方式中，串联谐振器S1包括的IDT 122其平均节距λ大于串联谐振器S2和S3的IDT 122的平均节距λ并且激发具有比由串联谐振器S2和S3的IDT 122激发的表面声波更高的音速的表面声波。因此，减小了串联谐振器S1中的横模寄生150。因此，即使在向梯型滤波器100施加具有大的电功率的高频率信号时，也降低了串联谐振器S1中的热量生成，并且抑制了串联谐振器S1的IDT 122被损坏。由此，改善了功率耐用性。串联谐振器S1的IDT 122的电极指124的平均节距λ优选地为串联谐振器S2和S3的IDT 122的电极指124的平均节距λ的1.1倍以上，更优选地为其1.2倍以上。
另外，在第五实施方式中，串联谐振器S1具有比串联谐振器S2和S3低的谐振频率，并且具有激发具有比由串联谐振器S2和S3的IDT 122激发的表面声波高的音速的表面声波的IDT 122。该构造减小了串联谐振器S1的横模寄生150，由此改善了功率耐用性。
串联谐振器S1的IDT 122的声阻抗小于串联谐振器S2和S3的IDT 122的声阻抗。该构造减小了串联谐振器S1中的横模寄生，并且降低了梯型滤波器100的损耗。串联谐振器S1的IDT 122的声阻抗优选地为串联谐振器S2的IDT 122的声阻抗的一半以下，更优选地为串联谐振器S2的IDT 122的声阻抗的三分之一以下。
串联谐振器S1优选地为串联谐振器S1至S3中具有最小谐振频率的串联谐振器。具有最小谐振频率的串联谐振器使其谐振频率在梯型滤波器的通带内，并且形成高频率侧处的通过特性，由此可能被施加有大的电功率。由此，当在具有最小谐振频率的串联谐振器中生成横模寄生时，生成大量的热，从而容易损坏IDT。由此，在串联谐振器S1在串联谐振器S1至S3当中具有最小谐振频率时，优选地减小串联谐振器S1中的横模寄生150。
如图20例示，串联谐振器S1优选地为串联谐振器S1至S3中最靠近输入端子Tin的串联谐振器。位于输入端子附近的串联谐振器比其他串联谐振器更可能被施加大的电功率。由此，在串联谐振器S1在串联谐振器S1至S3当中被设置为最靠近输入端子Tin时，优选地减小串联谐振器S1中的横模寄生150。
在算式(4)中，因为泊松比在金属材料中不大，所以具有高声阻抗的金属是密度×杨氏模量大的金属。较大原子数的金属具有较大的密度，并且较硬的金属具有较大的杨氏模量。这种金属是熔点高的高熔点金属。如上所述，在IDT 122和反射器130由高熔点金属形成时，表面声波的音速变低，并且减少了损耗。表8列出了各个高熔点金属的密度和熔点。
表8
Figure BDA0001922693780000251
如表8中呈现的，铱(Ir)、Mo、铂(Pt)、铼(Re)、铑(Rh)、钌(Ru)、钽(Ta)以及钨(W)的熔点高于Al的熔点(660℃)。密度是Al的密度(2.70g/cm3)的四倍以上。因此，串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2的IDT 122和反射器130优选地包括金属层，其主要由Ir、Mo、Pt、Re、Rh、Ru、Ta以及W中的至少一种构成。该构造使得由串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2的IDT 122激发的表面声波的音速低于穿过压电基板10传播的体波的音速，由此减少了损耗。
如上所述，Al是具有低声阻抗且轻质的金属。因此，串联谐振器S1的IDT 122和反射器130优选地包括主要由Al构成的金属层，使得减小了横模寄生。
表述“IDT 122和反射器130包括主要由特定金属构成的金属层”意指金属层包含特定金属达到表面声波的音速低于穿过压电基板10传播的体波的音速的程度，或者是金属层包含特定金属达到减小横模寄生的程度。例如，IDT 122和反射器130包括金属层，其特定金属的原子浓度为50％以上，优选地为80％以上，更优选地为90％以上。
第六实施方式
根据第六实施方式的梯型滤波器的电路图和平面图分别与图20和图21A相同，由此省略其例示和描述。图25A是第六实施方式中的串联谐振器S1的断面图，并且
图25B是第六实施方式中的串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2的断面图。如图25A例示，在第六实施方式中的串联谐振器S1中，IDT 122和反射器130由多层形成，该多层包括主要由Ti构成的金属层160和位于金属层160上且主要由Al构成的金属层162。如图25B例示，在第六实施方式中的串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2中，IDT 122和反射器130由多层形成，该多层包括主要由Mo构成的金属层164和位于金属层164上且主要由Ti构成的金属层160。串联谐振器S1中的金属层160和串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2中的金属层160具有近似相同的膜厚。
图26A至图26E是例示了制造第六实施方式中的串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2的方法的断面图。如图26A例示，主要由Mo构成的金属膜通过真空蒸镀、离子辅助蒸镀或溅射形成在压电基板10上，然后使用构图光刻胶经受干法蚀刻或湿法蚀刻。该处理形成主要由Mo构成且构成串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2的IDT 122和反射器130的金属层164。
如图26B例示，在压电基板10上形成在区域中具有孔的光刻胶180，在这些区域中，要形成串联谐振器S1至S3以及并联谐振器P1和P2的IDT 122和反射器130。其后，通过真空蒸镀、离子辅助蒸镀、或溅射形成主要由Ti构成的金属膜182，以嵌入光刻胶180的孔中。
如图26C例示，通过剥离去除光刻胶180。该处理形成主要由Ti构成且构成串联谐振器S1的IDT 122和反射器130的金属层160。在串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2中，主要由Ti构成的金属层160形成在金属层164上，以形成IDT122和反射器130。
如图26D例示，在压电基板10上形成在区域中具有孔的光刻胶184，在这些区域中，要形成串联谐振器S1的IDT 122和反射器130。其后，通过真空蒸镀、离子辅助蒸镀、或溅射形成主要由Al构成的金属膜186，以嵌入光刻胶184的孔中。
如图26E例示，由剥离去除光刻胶184。该处理在串联谐振器S1中在金属层160上形成主要由Al构成的金属层162，以形成IDT 122和反射器130。
图27是第六实施方式中的串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2的电极指124的断面图。在图27中，示意性例示了金属层164的电子显微照片。如图27例示，金属层164具有晶粒170沿层叠方向延伸的柱状，并且晶界172沿层叠方向延伸。即，金属层164具有柱状晶体。这种结晶结构通过由透射电子显微镜(TEM)或扫描电子显微镜(SEM)观察电极指124的断面来确认。柱状的晶粒是其纵向在由TEM或SEM观察电极指124的断面时与层叠方向对应的晶粒。金属层164具有为柱状的晶粒，该柱状的纵向对应于层叠方向，柱状的晶粒的数量与外形在由TEM或SEM观察电极指124的断面时识别的晶粒的数量之比是50％以上。此外，金属层164优选地具有晶粒，其具有纵向对应于层叠方向的柱状，并且占据外形识别的晶粒的80％以上。主要由Ti构成的金属层160位于具有柱状晶体的金属层164上。
已知当在压电基板10上形成主要由Pt构成的金属层时，该金属层具有柱状晶体。从该事实，认为至少具有比Pt高的熔点的金属可能形成柱状晶体。如在表8中呈现的，因为Pt具有1774℃的熔点，所以认为熔点为1774℃以上的高熔点金属可能形成柱状晶体。由此，认为主要由Ir、Mo、Pt、Re、Rh、Ru、Ta以及W构成的金属层可能具有柱状晶体。
如在第五实施方式中描述的，在串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2中，IDT122和反射器130被形成为包括主要由高熔点金属构成的金属层164，以使得由IDT 122激发的表面声波的音速低于穿过压电基板10传播的体波的音速。在这种情况下，金属层164具有柱状晶体。在柱状晶体中，晶界172被良好限定。这是因为晶粒170之间的键弱和/或在晶粒170之间存在间隙。另外，晶粒170的尺寸均匀，并且晶粒170在金属层164的层叠方向上连续。
在将具有大的电功率的高频率信号施加于串联谐振器S2和S3时，表面声波使电极指124，大幅振荡从而向电极指124施加应力。在串联谐振器S2和S3仅由金属层164形成时，因为金属层164具有柱状晶体，所以电极指124可能沿着晶界172断裂。
另一方面，在第六实施方式中，串联谐振器S2和S3的IDT 122具有：金属层164，其具有柱状晶粒170；和金属层160，其设置于金属层164上。位于金属层164上的金属层160由与被设置为离形成串联谐振器S1的IDT 122的金属层160和162的压电基板10更近的金属层160相同的金属形成。如上所述，因为金属层160位于晶粒170为柱状的金属层164上，所以即使在将具有大的电功率的高频率信号输入到串联谐振器S2和S3时，也抑制电极指124沿着金属层164的晶界172损坏。另外，当在金属层164上形成的金属层160由与形成串联谐振器S1的IDT 122的金属层160相同的金属制成时，减少制造步骤数量的增加。
在第六实施方式中，串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2的IDT 122和反射器130中包括的金属层164可以具有以下结构，其具有：具有柱状晶体的区域；和被设置为比具有柱状晶体的区域更靠近压电基板10，和/或位于与压电基板10相反的具有柱状晶体的区域的侧处，并且具有非晶结构的区域。
图28是第六实施方式的第一变型例的串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2的电极指124的断面图。在图28中，与图27中相同，示意性例示了金属层164的电子显微照片。如图28例示，在第六实施方式的第一变型例中，金属层160和金属层612依次位于金属层164上。
如在第六实施方式的第一变型例中，在串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2中，由与串联谐振器S1的IDT 122的全部金属层160和162相同的材料制成的金属层160和162可以位于金属层164上。在这种情况下，更有效地抑制了电极指124的损坏。
如在第六实施方式和第六实施方式的第一变型例中，如果以下成立则是足够的：在串联谐振器S2和S3以及并联谐振器P1和P2中，由与形成串联谐振器S1的IDT122的金属层中的至少一个相同的材料形成的金属层位于晶粒170为柱状的金属层164上。
图29是第六实施方式中的串联谐振器S1和接线140的断面图。如图29例示，接线140由多层形成，该多层包括主要由Ti构成的金属层160和位于金属层160上且主要由Al构成的金属层162。即，接线140具有与串联谐振器S1的IDT 122和反射器130相同的膜结构。因为接线140与串联谐振器S1的IDT 122和反射器130同时形成，所以接线140的各层的厚度近似等于串联谐振器S1的IDT 122和反射器130的对应层的厚度。如上所述，在串联谐振器S1的IDT 122和反射器130的膜结构与接线140的膜结构相同时，串联谐振器S1的IDT 122和反射器130以及接线140可以同时形成，由此减少了制造步骤数量的增加。
第七实施方式
图30是根据第七实施方式的双工器102的电路图。如图30例示，第七实施方式的双工器102包括发送滤波器40，其连接在公共端子Ant与发送端子Tx之间。接收滤波器42连接在公共端子Ant与接收端子Rx之间。发送滤波器40向公共端子Ant发送从发送端子Tx输入的高频率信号中在发送频带中的信号，作为发送信号，并且抑制具有其他频率的信号。接收滤波器42向接收端子Rx发送从公共端子Ant输入的高频率信号中在接收频带中的信号，作为接收信号，并且抑制具有其他频率的信号。发送滤波器40和接收滤波器42中的至少一方可以为第五实施方式或第六实施方式的梯型滤波器。
第七实施方式将双工器被描述为复用器的示例，但复用器可以为三工器或四工器。
虽然已经详细描述了本发明的实施方式，但应理解，可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下对其进行各种改变、替代以及变更。

Claims (11)

1.一种声波器件，包括：
压电基板；和
一对梳状电极，其设置于所述压电基板上，具有金属膜并且激发表面声波，所述金属膜由熔点在1774℃以上的金属构成，所述金属膜具有第一区域和第二区域，该第一区域中的晶粒为柱状，该第二区域沿层叠方向位于所述第一区域之上和/或之下并且具有比所述第一区域低的结晶性或具有非晶结构。
2.根据权利要求1所述的声波器件，其中，
在用电子显微镜观察断面时，柱状的晶粒的数量与所述第一区域中的晶粒的数量之比为50％以上。
3.根据权利要求1或2所述的声波器件，其中，
所述第二区域设置于所述第一区域与所述压电基板之间。
4.根据权利要求3所述的声波器件，其中，
所述第二区域与所述压电基板接触。
5.根据权利要求3所述的声波器件，所述声波器件还包括：
中间膜，其设置于所述压电基板与所述第二区域之间，并且由密度低于21.45g/cm3的金属构成。
6.根据权利要求1或2所述的声波器件，其中，
所述第二区域具有非晶结构。
7.根据权利要求1或2所述的声波器件，其中，所述第一区域在所述层叠方向上的厚度大于所述第二区域在所述层叠方向上的厚度。
8.根据权利要求1或2所述的声波器件，其中，
所述金属膜由Mo、Ir、Pt、Re、Rh、Ru、Ta以及W中的至少一种构成。
9.根据权利要求1或2所述的声波器件，其中，所述金属膜是Mo膜。
10.一种滤波器，该滤波器包括：
根据权利要求1或2所述的声波器件。
11.一种复用器，该复用器包括：
根据权利要求10所述的滤波器。
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