CN111492578B - 弹性波装置、高频前端电路及通信装置 - Google Patents

弹性波装置、高频前端电路及通信装置 Download PDF

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Abstract

提供一种难以产生因带电引起的静电破坏的弹性波装置。在弹性波装置(1)中，在硅支承基板(2)上直接或间接地层叠有压电体(6)，在压电体(6)上设置有功能电极，在硅支承基板(2)上直接或间接地设置有支承层(3)，在俯视观察的情况下，支承层(3)设置于功能电极的外侧，在由绝缘物构成的支承层(3)上设置有硅盖层(4)，形成有由硅支承基板2、支承层(3)以及硅盖层(4)包围的空间(A)，硅支承基板(2)的电阻比硅盖层(4)的电阻高。

Description

弹性波装置、高频前端电路及通信装置
技术领域
本发明涉及具有硅支承基板和硅盖层的弹性波装置、高频前端电路及通信装置。
背景技术
在下述的专利文献1中，公开了一种具有设置有中空空间的封装构造的弹性波装置。在硅基板上设置有功能电极。在硅基板上设置有粘接剂层，使得包围功能电极。而且，通过该粘接剂层，接合有由硅构成的密封构件，使得与硅基板对置。由此，功能电极位于所形成的中空空间内。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2004-503164号公报
发明内容
发明要解决的课题
在使用了由硅构成的支承基板和由硅构成的密封构件的专利文献1所记载的弹性波装置中，当带电时，有时在由硅构成的支承基板流动电荷。其结果是，在由硅构成的支承基板上所形成的功能电极中，有可能产生因静电破坏而引起的动作不良、破损。
本发明的目的在于，提供一种难以产生因带电引起的静电破坏的弹性波装置、高频前端电路及通信装置。
用于解决课题的手段
本发明是一种弹性波装置，具备：硅支承基板；压电体，其直接或间接地层叠在所述硅支承基板上；功能电极，其设置在所述压电体上；支承层，其直接或间接地层叠在所述硅支承基板上，并且在俯视观察的情况下，设置在所述功能电极的外侧，由绝缘物构成；以及硅盖层，其层叠在所述支承层上，形成有由所述硅支承基板、所述支承层以及所述硅盖层包围的空间，所述硅支承基板的电阻比所述硅盖层的电阻高。
本发明的高频前端电路具备按照本发明而构成的弹性波装置、以及功率放大器。
本发明的通信装置具备按照本发明而构成的高频前端电路、以及RF信号处理电路。
发明效果
根据本发明，能够提供难以产生功能电极的静电破坏的弹性波装置、高频前端电路及通信装置。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的弹性波装置的正面剖视图。
图2是本发明的第二实施方式的弹性波装置的正面剖视图。
图3是本发明的第三实施方式的弹性波装置的正面剖视图。
图4是本发明的第四实施方式的弹性波装置的正面剖视图。
图5是具有高频前端电路的通信装置的结构图。
具体实施方式
以下，通过参照附图对本发明的具体实施方式进行说明，使本发明变得清楚。
需要说明的是，本说明书所记载的各实施方式是例示的实施方式，预先指出在不同的实施方式之间能够进行结构的部分置换或组合。
图1是本发明的第一实施方式的弹性波装置的正面剖视图。弹性波装置1具有硅支承基板2。在硅支承基板2上设置有由树脂构成的支承层3。支承层3在俯视观察下具有框状的形状。在支承层3上设置有硅盖层4，使得密封支承层3的上方开口。
由此，设置有由硅支承基板2、支承层3以及硅盖层4包围的空间A。
在空间A中，在硅支承基板2上层叠有低声速膜5。在该低声速膜5上层叠有压电体6。在压电体6上设置有作为功能电极的IDT电极7。因此，压电体6配置在被支承层3包围的部分。
需要说明的是，优选的是，在将由IDT电极7的电极指间距决定的波长设为λ时，压电体6的厚度为3.5λ以下。
支承层3直接设置在硅支承基板2上，支承层3未位于压电体6上。因此，在制造工序中，以及在使用时，压电体6难以由于支承层3的应力而破损。
连接电极8、9被设置为与IDT电极7电连接。
电介质膜10被设置为覆盖上述IDT电极7。
在连接电极8、9连接过孔电极11、12的上端。过孔电极11、12设置为贯穿硅支承基板2、低声速膜5及压电体6。因此，连接电极8、9未直接与硅支承基板2相接。因此，在连接电极8、9流动的电流难以泄漏到作为半导体的硅支承基板2侧。因此，也难以产生特性的劣化。过孔电极11、12的下端达到硅支承基板2的第二主面2b。第二主面2b是在硅支承基板2上与设置有压电体6的一侧相反的一侧的主面。在第二主面2b上设置有端子电极13、14。端子电极13、14与过孔电极11、12的下端连接。
弹性波装置1的特征在于，硅支承基板2的电阻比硅盖层4的电阻高。因此，在弹性波装置1带电的情况下，电荷从硅支承基板2侧向电阻低的硅盖层4侧流动。因此，难以产生作为功能电极的IDT电极7的静电破坏。
需要说明的是，在弹性波装置1中，由于在压电体6上设置有IDT电极7，因此，通过向IDT电极7施加交流电场，能够在压电体6中激励弹性波。
另外，低声速膜5由低声速材料构成，在该低声速材料传播的体波的声速与在压电体6传播的体波的声速相比为低速。作为上述低声速材料，能够使用在硅支承基板2及压电体6之间满足上述声速关系的适当的材料。作为这样的低声速材料，能够使用氧化硅、玻璃、氮氧化硅、或氧化钽、或者向氧化硅添加了氟或碳或硼而得到的化合物等、以上述材料为主成分的介质。
在硅支承基板2传播的体波的声速与在压电体6传播的弹性波的声速相比为高速。因此，由于具有层叠有作为高声速支承基板的硅支承基板2、低声速膜5及压电体6的构造，因此，能够有效地将激励后的弹性波的能量封入到压电体6。在具有这种层叠构造的情况下，压电体6的厚度与使用了通常压电单晶基板的弹性波装置中的压电单晶基板相比相当薄。优选的是，在将由IDT电极7中的电极指间距决定的波长设为λ时，压电体6的厚度期望为3.5λ以下。由此，能够提高Q值。
如上所述，在压电体6的厚度较薄的情况下，通过上述的带电，不仅是IDT电极7，在层叠有IDT电极7及压电体6的功能部也容易产生静电破坏。但是，在本实施方式的弹性波装置1中，如上所述，由于硅盖层4的电阻比硅支承基板2的电阻低，因此，所产生的电荷迅速地向硅盖层4流动，能够抑制功能部的静电破坏。需要说明的是，在本实施方式中，在硅支承基板2上经由低声速膜5间接地层叠有压电体6，但也可以在硅支承基板2上直接层叠压电体6。在该情况下，也能够有效地将弹性波的能量封入到压电体6，并且难以产生IDT电极7的静电破坏。
支承层3由聚酰亚胺等合成树脂构成，但也可以由合成树脂以外的绝缘物、例如无机绝缘物构成。优选的是，支承层3由感光性热固化聚酰亚胺等感光性聚酰亚胺系树脂构成。在该情况下，能够降低支承层3的成本，简化工艺。
更优选的是，在支承层3由树脂构成的情况下，期望硅盖层由p型半导体构成，硅支承基板2由n型半导体构成。树脂在带电的情况下成为负极性。因此，在硅支承基板2由n型半导体构成且硅盖层4由p型半导体构成的情况下，在硅支承基板2侧产生的电荷更加迅速地向硅盖层4流动。因此，更加难以产生因静电放电引起的动作不良、破损。
不过，硅支承基板2及硅盖层4的半导体的导电形式不限于上述组合。双方都可以由n型半导体或p型半导体构成。
上述电介质膜10设置为覆盖IDT电极7。因此，通过调整电介质膜10的厚度、材料，能够进行频率调整。另外，通过设置电介质膜10，能够从周围保护IDT电极7。
上述电介质膜10的材料没有特别限定，但能够适合使用氧化硅、氮氧化硅等无机电介质材料。
空间A期望被密封。由此，难以受到空气中的水分的影响，因此，难以产生弹性波装置1的特性的偏差。
如图1所示，优选过孔电极11、12在俯视观察下位于由支承层3包围的区域内。由此，能够在由支承层3包围的区域(空间A)内将连接电极8、9与过孔电极11、12连接，因此，能够在由支承层3包围的区域内密封连接电极8、9。因此，连接电极8、9难以受到空气中的水分的影响。通过具有过孔电极11、12，即便在硅支承基板2的功能部中产生了带电，电荷不仅能够迅速地向上述硅盖层4侧流动，在硅支承基板2的第二主面2b侧也能够经由过孔电极11、12向端子电极13、14侧释放。因此，能够将电荷迅速地释放到接合有端子电极13、14的安装基板上的电极焊盘等。由此，也难以产生功能部中的IDT电极7及压电体6的静电破坏。
需要说明的是，在弹性波装置1中，低声速膜5位于被支承层3包围的区域内。不过，低声速膜5也可以达到支承层3的下表面及支承层3的外侧。在该情况下，支承层3间接地层叠在硅支承基板2的第一主面2a上。不过，优选的是，如图1所示，期望支承层3直接层叠在第一主面2a上。由此，能够简化工序。
另外，虽然支承层3具有框状的形状，但只要能够包围具有上述压电体6及IDT电极7的功能部即可，不限于框状的形状。因此，空间A不限于密封空间。
需要说明的是，IDT电极7、连接电极8、9、过孔电极11、12及端子电极13、14由适当的金属或合金构成，关于构成它们的材料没有特别限定。
另外，关于具有IDT电极7的功能电极的电极构造也没有特别限定，但能够对包括IDT电极7的电极构造进行变形，使得构成弹性波谐振器、弹性波滤波器等各种功能部。
图2是本发明的第二实施方式的弹性波装置的正面剖视图。
在第二实施方式的弹性波装置21中，在硅盖层4的下表面，即与硅支承基板2对置的一侧的主面的整个面设置有金属膜22。除了这一点之外，弹性波装置21与弹性波装置1同样地构成。因此，通过对相同的部分标注相同的参照标记而引用弹性波装置1的说明。
金属膜22由Cu、Al等适当的金属或合金构成。金属膜22的电阻比硅盖层4的电阻更低。因此，即便硅支承基板2侧的功能部带电，电荷也从上述硅支承基板2向硅盖层4侧更加迅速地移动。因此，能够更加有效地抑制功能部中的IDT电极7、压电体6的静电破坏。
需要说明的是，金属膜22也可以不必形成于硅盖层4的主面的整个面。至少设置于支承层3与硅盖层4的接合面即可。不过，优选的是，期望如图2所示那样在整个面设置有金属膜22。由此，能够更加迅速地进行电荷的移动。因此，更加难以产生因静电放电引起的动作不良、破损。
另外，金属膜22也可以达到硅盖层4的侧面、上表面。
图3是本发明的第三实施方式的弹性波装置的正面剖视图。在弹性波装置31中，在硅支承基板2上设置有高声速膜32。在该高声速膜32上层叠有低声速膜5及压电体6。即，除了设置有高声速膜32之外，弹性波装置31与弹性波装置1同样地构成。这里，高声速膜32由高声速材料构成，在该高声速材料传播的体波的声速与在压电体6传播的弹性波的声速相比为高速。作为这样的高声速材料，能够使用氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、硅、蓝宝石、钽酸锂、铌酸锂、水晶、矾土、氧化锆、堇青石、莫来石、滑石、镁橄榄石、氧化镁、DLC(类金刚石碳)或金刚石、以上述材料为主成分的介质、或者以上述材料的混合物为主成分的介质等各种材料。在将弹性波封入到层叠有压电体6及低声速膜5的部分时，高声速膜32的膜厚越厚越好，期望为弹性波的波长λ的0.5倍以上，更期望为1.5倍以上。
这样，即便在设置有高声速膜32的情况下，也能够有效地将弹性波的能量封入到压电体6内。在弹性波装置31中，硅盖层4的电阻也相对低，因此，电荷从硅支承基板2侧向硅盖层4迅速地流动。因此，与第一实施方式同样地，能够抑制功能部中的IDT电极7、压电体6的静电破坏。
图4是本发明的第四实施方式的弹性波装置的正面剖视图。在第四实施方式的弹性波装置40中，在硅支承基板2与压电体6之间层叠有声反射膜。需要说明的是，弹性波装置40不具有低声速膜及高声速膜。关于其他结构，弹性波装置40与弹性波装置31同样地构成。声反射膜具有声阻抗相对高的高声阻抗层41和声阻抗相对低的低声阻抗层42。在图4中，从硅支承基板2的第一主面2a侧交替地层叠有两层高声阻抗层41和两层低声阻抗层42。不过，声反射膜中的高声阻抗层41及低声阻抗层42的层叠个数不限于此。
只要声阻抗的相对关系如上所述，则构成高声阻抗层41及低声阻抗层42的材料没有特别限定。例如，可以使用金属、半导体或陶瓷这样的无机材料，也可以使用合成树脂等有机材料。对于高声阻抗层41，适合使用声阻抗比较高的金属或声阻抗较高的陶瓷。对于低声阻抗层42，能够适合使用声阻抗比较低的陶瓷或树脂材料等。不过，也可以对高声阻抗层41使用Ag等声阻抗较高的金属，对低声阻抗层42使用Pb等声阻抗较低的金属。即，只要满足上述声阻抗的相对关系，则也可以是金属材料彼此的组合，还可以是陶瓷材料的组合。
只要在比低声阻抗层42更远离压电体6的一侧层叠有高声阻抗层41即可。在具有这种声反射膜的弹性波装置40中，在压电体6内也能够有效地封入弹性波的能量。另外，在弹性波装置40中，硅盖层4的电阻也相对低，因此，电荷从硅支承基板2侧向硅盖层4迅速地流动。因此，在第四实施方式中，也能够抑制功能部中的IDT电极7、压电体6的静电破坏。
上述各实施方式的弹性波装置能够用作高频前端电路的双工器等。在下述中对该例进行说明。
图5是通信装置及高频前端电路的结构图。需要说明的是，在该图中，与高频前端电路230连接的各构成要素，例如，也一并图示出天线元件202、RF信号处理电路(RFIC)203。高频前端电路230及RF信号处理电路203构成通信装置240。需要说明的是，通信装置240也可以包括电源、CPU、显示器。
高频前端电路230具备开关225、双工器201A、201B、低噪声放大器电路214、224、以及功率放大器电路234a、234b、244a、244b。需要说明的是，图5的高频前端电路230及通信装置240是高频前端电路及通信装置的一例，不限于该结构。
双工器201A具有滤波器211、212。双工器201B具有滤波器221、222。双工器201A、201B经由开关225而与天线元件202连接。需要说明的是，上述弹性波装置可以是双工器201A、201B，也可以是滤波器211、212、221、222。
此外，上述弹性波装置例如也能够应用于三个滤波器的天线端子共用化的三工器、六个滤波器的天线端子共用化的六工器等具备三个以上的滤波器的多工器。
即，上述弹性波装置包括弹性波谐振器、滤波器、双工器、具备三个以上的滤波器的多工器。而且，该多工器不限于具备发送滤波器及接收滤波器的双方的结构，也可以为仅具备发送滤波器或仅具备接收滤波器的结构。
开关225按照来自控制部(未图示)的控制信号，将天线元件202与和规定的频带对应的信号路径连接，例如由SPDT(Single Pole Double Throw，单刀双掷)型的开关构成。需要说明的是，与天线元件202连接的信号路径不限于一个，也可以为多个。即，高频前端电路230也可以对应于载波聚合。
低噪声放大器电路214是将经由天线元件202、开关225及双工器201A的高频信号(这里为高频接收信号)放大并向RF信号处理电路203输出的接收放大电路。低噪声放大器电路224是将经由天线元件202、开关225及双工器201B的高频信号(这里为高频接收信号)放大并向RF信号处理电路203输出的接收放大电路。
功率放大器电路234a、234b是将从RF信号处理电路203输出的高频信号(这里为高频发送信号)放大并经由双工器201A及开关225向天线元件202输出的发送放大电路。功率放大器电路244a、244b是将从RF信号处理电路203输出的高频信号(这里为高频发送信号)放大并经由双工器201B及开关225向天线元件202输出的发送放大电路。
RF信号处理电路203通过下转换(down conversion)等，对从天线元件202经由接收信号路径而输入的高频接收信号进行信号处理，将通过该信号处理而生成的接收信号输出。另外，RF信号处理电路203通过上转换(up conversion)等对输入的发送信号进行信号处理，将通过该信号处理而生成的高频发送信号向功率放大器电路234b、244b输出。RF信号处理电路203例如是RFIC。需要说明的是，通信装置也可以包括BB(基带)IC。在该情况下，BBIC对由RFIC处理后的接收信号进行信号处理。另外，BBIC对发送信号进行信号处理，向RFIC输出。由BBIC处理后的接收信号、BBIC进行信号处理前的发送信号例如是图像信号、声音信号。
需要说明的是，高频前端电路230也可以代替上述双工器201A、201B而具备双工器201A、201B的变形例的双工器。
另一方面，通信装置240中的滤波器231、232也可以不经由低噪声放大器电路214、224及功率放大器电路234a、234b、244a、244b而连接在RF信号处理电路203与开关225之间。滤波器231、232也与双工器201A、201B同样地经由开关225而与天线元件202连接。
以上，针对本发明的实施方式的弹性波装置、高频前端电路及通信装置，举出实施方式进行了说明，但将上述实施方式中的任意的构成要素组合而实现的其他实施方式、在不脱离本发明的主旨的范围内对上述实施方式实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的变形例、内置有本发明的高频前端电路及通信装置的各种设备也包含在本发明中。
本发明作为滤波器、能够应用于多频带系统的多工器、前端电路及通信装置，能够在便携电话机等通信设备中广泛利用。
附图标记说明：
1...弹性波装置；
2...硅支承基板；
2a...第一主面；
2b...第二主面；
3...支承层；
4...硅盖层；
5...低声速膜；
6...压电体；
7...IDT电极；
8、9...连接电极；
10...电介质膜；
11、12...过孔电极；
13、14...端子电极；
21...弹性波装置；
22...金属膜；
31...弹性波装置；
32...高声速膜；
40...弹性波装置；
41...高声阻抗层；
42...低声阻抗层；
201A、201B...双工器；
202...天线元件；
203...RF信号处理电路；
211、212...滤波器；
214...低噪声放大器电路；
221、222...滤波器；
224...低噪声放大器电路；
225...开关；
230...高频前端电路；231、232...滤波器；
234a、234b...功率放大器电路；
240...通信装置；
244a、244b...功率放大器电路。

Claims (18)

1.一种弹性波装置，具备：
硅支承基板；
压电体，其直接或间接地层叠在所述硅支承基板上；
功能电极，其设置在所述压电体上；
支承层，其直接或间接地层叠在所述硅支承基板上，并且在俯视观察的情况下，设置在所述功能电极的外侧，由绝缘物构成；以及
硅盖层，其层叠在所述支承层上，
形成有由所述硅支承基板、所述支承层以及所述硅盖层包围的空间，
所述硅支承基板的电阻比所述硅盖层的电阻高。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
所述支承层由感光性聚酰亚胺系树脂构成。
3.根据权利要求2所述的弹性波装置，其中，
所述硅盖层由p型半导体构成，
所述硅支承基板由n型半导体构成。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的弹性波装置，其中，
在所述硅盖层的接合有所述支承层的接合面设置有金属膜。
5.根据权利要求4所述的弹性波装置，其中，
所述金属膜设置在所述硅盖层的接合有所述支承层的一侧的整个面。
6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的弹性波装置，其中，
所述支承层具有包围所述功能电极的框状的形状，
所述压电体配置在由所述支承层包围的部分。
7.根据权利要求1至3中的任意一项所述的弹性波装置，其中，
所述功能电极为IDT电极。
8.根据权利要求7所述的弹性波装置，其中，
当将由所述IDT电极的电极指间距决定的波长设为λ时，所述压电体的厚度为3.5λ以下。
9.根据权利要求1至3中的任意一项所述的弹性波装置，其中，
在所述硅支承基板上直接层叠有所述压电体。
10.根据权利要求1至3中的任意一项所述的弹性波装置，其中，
所述弹性波装置还具备低声速膜，该低声速膜层叠在所述硅支承基板与所述压电体之间，由低声速材料构成，在该低声速材料传播的体波的声速与在所述压电体传播的体波的声速相比为低速。
11.根据权利要求10所述的弹性波装置，其中，
所述弹性波装置还具备高声速膜，该高声速膜层叠在所述硅支承基板与所述低声速膜之间，由高声速材料构成，在该高声速材料传播的体波的声速与在所述压电体传播的弹性波的声速相比为高速。
12.根据权利要求1至3中的任意一项所述的弹性波装置，其中，
所述弹性波装置还具备声反射膜，该声反射膜层叠在所述硅支承基板与所述压电体之间，具有声阻抗相对低的低声阻抗层和声阻抗相对高的高声阻抗层。
13.根据权利要求1至3中的任意一项所述的弹性波装置，其中，
所述弹性波装置还具备电介质膜，该电介质膜设置为覆盖所述功能电极。
14.根据权利要求1至3中的任意一项所述的弹性波装置，其中，
所述弹性波装置还具备贯穿所述硅支承基板的多个过孔电极，
所述过孔电极的一端与所述功能电极电连接，另一端达到所述硅支承基板的与层叠有所述压电体的一侧相反的一侧的面。
15.根据权利要求14所述的弹性波装置，其中，
所述过孔电极在俯视观察下，位于被所述支承层包围的区域内。
16.根据权利要求1至3中的任意一项所述的弹性波装置，其中，
所述支承层直接形成在所述硅支承基板上。
17.一种高频前端电路，具备：
权利要求1至3中的任意一项所述的弹性波装置；以及
功率放大器。
18.一种通信装置，具备：
权利要求17所述的高频前端电路；以及
RF信号处理电路。
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