CN1788415B - 边界声波装置 - Google Patents

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Abstract

一种使用SH边界声波的边界声波装置，其中可以有效地减小不希望有的乱真响应，并能产生优异的谐振特性或滤波器特性。边界声波装置1包括第一介质层2，层叠在第一介质层2上的第二介质层6，以及包含指状电极3和反射器4和5的电极。在第一介质层2和/或第二介质层6上与它们之间的界面相对的表面上设置吸音层7。

Description

边界声波装置
技术领域
本发明涉及使用SH边界声波的边界声波装置，具体地说，涉及一种在压电材料与电介质材料之间的界面中具有电极的边界声波装置。
背景技术
在蜂窝电话、VCO谐振器所用的RF和IF滤波器以及电视机用的VIF滤波器中使用多种表面声波装置。表面声波装置使用表面声波，如沿介质表面传播的瑞利波或第一漏波。
由于表面声波沿介质的表面传播，它们对于介质状态的变化很敏感。因而，为了保护介质的表面声波传播表面，将表面声波元件密封于在与传播表面相对的区域中所形成中空的包装中。使用具有中空的包装不可避免地会增加表面声波装置的成本。此外，由于包装的尺寸大于表面声波元件的尺寸，必须增大表面声波装置。
除了表面声波以外，声波包括沿固体之间的界面传播的边界声波。
非专利文献1披露了一种使用这种边界声波的边界声波装置。现在将参照图32描述这种已知边界声波装置的结构。
边界声波装置201具有在第一介质层202与第二介质层203之间设有电极204这样的结构。在这种情况下，向电极204加给交流电场，以便激发出传播并且能量集中在介质层202与203之间界面上及其附近的边界声波。在非专利文献1的边界声波装置中，在126°旋转的Y平面X传播的LiTaO3基片上形成IDT，在IDT和LiTaO3基片上具有预定厚度的SiO2膜。在所述文献中，传播的是被称为Stoneley波的SV+P边界声波。顺便提及，非专利文献1披露了当SiO2膜具有1.0λ(λ代表边界声波的波长)的厚度时，机电耦合系数为2％。
边界声波在传播时，它的能量集中在固体之间的界面上，并且LiTaO3基片的底面与SiO2膜的顶面几乎不具有能量。从而基片或薄膜表面状态的改变不会引起性质改变。因此，不必要具有中空的包装，因而可减小声波装置的尺寸。
非专利文献2披露了在[001]-Si(110)/SiO2/Y-切割X-传播的LiNbO3基片中传播的SH边界波。这种SH边界波的特征在于机电耦合系数K2高于Stoneley波的。在使用SH边界波以及使用Stoneley波的情况下，不需要具有中空的包装。此外，由于SH边界波为SH类波动，认为与使用Stoneley波的情形相比，限定IDT或反射器的条带具有更高反射系数。从而预计SH边界波用于例如谐振器或谐振滤波器时，便于减小装置的尺寸，并产生灵敏的性质。
[非专利文献1]“Piezoelectric Acoustic Boundary WavesPropagating Along the Interface Between SiO2 and LiTaO3”，IEEETrans.，Sonics and ultrason.，VOL.SU-25，No.6，1978 IEEE
[非专利文献2]“Highly Piezoelectric Boundary Waves propagatingin Si/SiO2/LiNbO3Structure”(26th EM Symposium，May 1997，pp.53-58[日文]
发明内容
一种边界声波装置，使用在传播时其能量集中在第一与第二介质层之间的界面上及其附近处的边界声波。在这种情况下，第一和第二介质层的理想厚度是无限大。不过，实际上其厚度是有限的。
此外，上述非专利文献1和2的边界声波装置的谐振特性或滤波特性中会不合需要地产生乱真响应。从而，包括这种边界声波装置的边界声波谐振器在比谐振频率高的频率区域中易于产生多种相当大的乱真响应。另外，由多个已知边界声波谐振器构成的滤波器，例如，梯形滤波器，在比通带高的频率区域中产生多个乱真响应，从而会不利地降低带外衰减。
以下将参照图33至36给予进一步的描述。在作为第一介质层的15°Y-切割X-传播LiNbO3基片上形成厚度为0.05λ的Au电极，并且在200℃的晶片加热温度下，通过RF磁控溅射沉积厚度为2λ的SiO2层，作为第二介质层。于是，制得边界声波谐振器。如图33中所示，电极204包括IDT 204A和反射器204B及204C。图34中表示这种边界声波谐振器的阻抗-频率特性曲线和相位-频率特性曲线。如图34中箭头A1至A3所示，在比反谐振频率更高的区域中发生大乱真响应。
此外，使用按照与上述相同方式制备的多个边界声波谐振器，制造图35中所示的梯形电路，并测量所制得的梯形滤波器的频率特性。图36表示结果。在图35中，并联臂谐振器P1和P3分别包括具有50.5对电极指且开口长为30λ的IDT。通过将两个相同的用于并联臂谐振器P1和P3的边界声波谐振器串联连接，构成串联臂谐振器S1和S2。另一个并联臂谐振器P2包括具有100.5对电极指且开口长为30λ的IDT。将并联臂谐振器P1至P3的IDT和反射器的每个λ设定为3.0μm，将串联谐振器的λ设定成使得并联臂谐振器P1的反谐振频率与串联臂谐振器的谐振频率彼此重叠。将IDT和反射器的占空比分别设定为0.58。由A1制成电极，且厚度为0.05λ，SiO2膜的厚度为2.5λ。
图36清楚地表明，在比通带更高的区域中发生箭头B1至B3所示的大乱真响应。
鉴于现有技术的上述情形，本发明的目的在于提供一种防止在比谐振频率或通带更高的区域中发生多个乱真响应，并表现出优异的频率特性的边界声波装置。
本发明涉及一种边界声波装置，使用沿第一介质层与第二介质层之间界面传播的边界声波。这种边界声波装置包括第一介质层、层叠在第一介质层上的第二介质层、电极设在所述第一介质层与第二介质层之间的界面中；以及吸音层，设在第一和第二介质层之一或两个上且与界面相对的表面上，用以衰减产生乱真响应的模式，所述吸音层对声波的衰减常数大于第一和第二介质层；其中，所述吸音层中的横波声速低于具有所述吸音层的第一介质层和/或第二介质层中横波的声速。
本发明的又一种边界声波装置，使用沿第一介质层与第二介质层之间界面传播的边界声波。这种边界声波装置包括第一介质层、层叠在第一介质层上的第二介质层、电极设在所述第一介质层与第二介质层之间的界面中；以及吸音层，设在第一和第二介质层之一或两个上且与界面相对的表面上，用以衰减产生乱真响应的模式，所述吸音层对声波的衰减常数大于第一和第二介质层；其中所述吸音层中纵波的声速低于具有该该吸音层的第一介质层和/或第二介质层中纵波的声速。
本发明的又一种边界声波装置，使用沿第一介质层与第二介质层之间界面传播的边界声波。这种边界声波装置包括第一介质层、层叠在第一介质层上的第二介质层、电极设在所述第一介质层与第二介质层之间的界面中；以及吸音层，设在第一和第二介质层之一或两个上且与界面相对的表面上，用以衰减产生乱真响应的模式，所述吸音层对声波的衰减常数大于第一和第二介质层；其中，所述吸音层中横波的声速为具有吸音层的第一介质层和/或第二介质层中横波声速的0.13到1.23倍。
更为优选的是，所述吸音层的声阻抗为具有该吸音层的第一介质层和/或第二介质层的声阻抗的0.20至5.30倍。
可由与第一介质层和/或第二介质层相同种类的材料制成所述吸音层。
所述边界声波装置还可以包括处于吸音层外部的低衰减常数层。该衰减常数层与吸音层相比对声波具有更低的衰减常数。
可由一组选自树脂、玻璃、陶瓷和金属中的至少一种材料制成所述吸音层。
可由包含填充剂的树脂制成所述吸音层。
可将吸音层沉积在第一介质层和/或第二介质层的表面上，与界面中边界声波传播路径相对。
所述边界声波装置还可以包括处于吸音层至少一个表面上的导电层。
所述边界声波装置还可以包括穿过第一介质层和/或第二介质层的通孔电极。通孔电极与设置在界面处的电极电连接。外部电极也设置在边界声波装置的外表面上，并与通孔电极连接。
优选的是，用弹性材料填充通孔电极。
可将通孔电极分别设置在第一介质层和第二介质层中，并按中断的方式形成第一介质层的通孔电极和第二介质层的通孔电极。
所述边界声波装置还可以包括设在边界声波装置的外表面上，并且与设在界面处的电极电连接的布线电极。
所述边界声波装置还可以包括与设在界面处的电极连接的连接电极，并且，所述边界声波装置在与界面相交的侧面上具有台阶。连接电极被引导到台阶处，而且，布线电极延伸到台阶并在台阶处与连接电极相连。
所述边界声波装置还可以包括第三材料层，它第一介质层的外表面上和第二介质层的外表面上，处于第一介质层与第二介质层之间的至少一个区域中。在平行于界面的方向上，该第三材料层较第一和第二介质层具有更低的线膨胀系数。这里所用介质层的“外表面”指的是与界面相对的表面。
作为选择，所述边界声波装置包括的第三材料层，它在第一介质层的外表面上和第二介质层的外表面上，处于第一介质层与第二介质层之间的至少一个区域中，并且，在平行于界面的方向上，所述第三材料层具有与第一和第二介质层的线膨胀系数的符号相反的线膨胀系数。
所述边界声波装置还可以包括第四材料层，它在第一介质层的外表面上和第二介质层的外表面上，处于第一介质层与第二介质层之间的至少一个区域中。所述第四材料层具有较第一和第二介质层更高的导热系数。
所述边界声波装置还可以包括在界面中或第一或第二介质层外表面上的阻抗匹配电路。
第二介质层可具有0.5λ或更大的厚度，吸音层可具有1.0λ或更大的厚度。
优选的是，本发明边界声波装置的吸音层具有多层结构。
所述吸音层可具有多层结构，包含多个吸音材料层。靠近第二介质层的吸音材料层的声特性阻抗介于第二介质层与远离第二介质层的吸音材料层的声阻抗之间。
所述边界声波装置还可以包括安装板，该板利用凸起粘接到安装表面，而该安装板由比包含第一和第二介质层以及吸音层的结构更硬的材料制成。使用安装板来安装边界声波装置。
所述边界声波装置还可以包括处于安装侧的表面上的应力吸收体。
本发明还涉及一种边界声波装置的制造方法。所述方法包括如下步骤：在第一介质层上形成电极；形成第二介质层，以覆盖该电极；以及在第一介质层和/或第二介质层之一上或者二者上且与它们之间的界面相对表面上形成吸音层。
形成吸音层的步骤可以包括去除吸音层中所包含气体的步骤。
可在多个边界声波装置连续连接的母状态(mother state)下实施所述方法，并在形成吸音层之后将所述母状态分成边界声波装置。
作为选择，可以在所述母状态下执行吸音层形成步骤之前的步骤，并在将所述母状态分成边界声波装置之后执行形成吸音层的步骤。
在本发明的边界声波装置中，将电极设置在第一介质层与第二介质层之间的界面中，并在第一和/或第二介质层上且与该界面相对的外表面上进一步设置吸音层，用于衰减产生乱真响应的模式。吸音层有效地防止在比谐振频率或通带更高的区域中发生多个乱真响应，有如下述实施例中所表示的那样。从而，所得边界声波装置表现出优异的谐振特性或滤波特性。
如果吸音层中的横波声速低于具有该吸音层的第一和/或第二介质层中的横波声速，则可以有效地减小所不希望的横波乱真响应。
如果吸音层中的纵波声速低于具有该吸音层的第一和/或第二介质层中的纵波声速，则可以有效地减小所不希望的纵波乱真响应。
特别是，如果吸音层中的横波声速为具有该吸音层的第一和/或第二介质层中横波声速的0.13到1.23倍，则可以有效地减小所不希望的横波乱真响应。
如果吸音层的声阻抗为第一和/或介质层的声阻抗的0.2到5.3倍，则可以有效地减小多种不希望的乱真响应。
如果由与第一和/或第二介质层相同种类的材料制成所述吸音层，则可以在与形成第一和/或第二介质层的相同步骤中形成吸音层。
如果在吸音层的外部设置与吸音层相比对边界声波具有更小衰减常数的低衰减常数层，则由于具有小衰减常数的多种薄膜极其致密，可以增强耐湿性。从而，可以有效地保护吸音层及其下面的各层。
可由多种材料制成所述吸音层。由一组选自树脂、玻璃、陶瓷和金属的至少一种材料制成的吸音层，可以有效地吸收声音，并且相当坚硬。因而，这种吸音层可以有效地减小不希望的乱真响应，导致具有较高强度的边界声波装置。所述吸音层并非必须由一种材料制成。许多树脂材料具有大的衰减常数，并且通过加入陶瓷或金属填充剂，如碳、二氧化硅和钨，可以形成具有各种声速或声特性阻抗的吸音介质。例如，包含填充剂的树脂材料如环氧树脂，不仅便于控制声速或声特性阻抗，而且还散射声波，以增大衰减常数。
如果将吸音层设置在第一和/或第二介质层的表面上，与界面中的边界声波传播路径相对，则吸音层可有效地减小不希望的乱真响应。
如果在吸音层的至少一个表面上设置导电层，则该导电层可起到电磁屏障的作用。
如果所述边界声波装置还包括穿过第一介质层和/或第二介质层，且与设在界面处的电极电连接的通孔电极，以及设在该边界声波装置的外表面上，且与通孔电极连接的外电极，则可以使用通孔电极与边界声波装置相连接。从而，可以减小边界声波装置的尺寸。
充有弹性材料而没有空腔的通孔电极，可以减小与介质层声阻抗差异。从而，可以防止边界声波发生不希望的反射和散射。此外，可以防止腐蚀性气体渗透。
如果在第一介质层和第二介质层中分别设置通孔电极，并且第一介质层和第二介质层的通孔电极在厚度方向上不重叠，则可以防止腐蚀性气体渗透。
如果还在边界声波装置的外表面上提供布线电极，并与设在界面处的电极电连接，则可以利用外表面引出边界声波装置中的电极。
如果所述边界声波装置在与上述界面相交的侧面上具有台阶，并且在台阶处外表面上的布线电极与连接电极相连，则可以增强电连接的可靠性。
如果在第一介质层与第二介质层之间的至少一个区域中，并第一介质层的外表面上和第二介质层的外表面上设置第三材料层，该层在平行于界面的方向上较第一和第二介质层具有更小的线膨胀系数，则可以防止温度改变所导致的外部变形，比如扭曲。此外，可以改善诸如滤波器的中心频率或谐振器的谐振频率等频率特性对温度的依赖性。
如果在第一介质层与第二介质层之间的至少一个区域中，并第一介质层的外表面上和第二介质层的外表面上，设置第三材料层，该层在平行于界面的方向上的线膨胀系数与第一和第二的线膨胀系数具有相反符号的，则可以进一步防止因温度改变所造成的外部变形，比如扭曲。此外，可以改善诸如滤波器的中心频率或谐振器的谐振频率等频率特性对温度的依赖性。
如果在第一介质层与第二介质层之间的至少一个区域中，且第一介质层的外表面上和第二介质层的外表面上设置第四材料层，该层较第一和第二介质层具有更高的导热系数，则可以增强所述边界声波装置的散热能力，防止采用高功率时的温度升高。从而可以改善耐受电功率的特性。
如果在界面中或者第一或第二介质层的外表面上设置阻抗匹配电路，则边界声波装置包含该阻抗匹配电路。
如果第二介质层的厚度为0.5λ或更大，吸音层的厚度为1.0λ或更大，则按照本发明可更有效地减小不希望的乱真响应。
如果吸音层具有多层结构，则通过选择构成所述吸音层每一层的厚度和材料，易于使吸音层具有所需的性质。
如果吸音层具有包括多个材料层的多层结构，并且靠近第二介质层的吸音材料层的声特性阻抗介于第二介质层与远离第二介质层的吸音材料层的声阻抗之间，则可使第二介质层与外部吸音材料层的声阻抗高度匹配。
如果边界声波装置具有安装板，该板通过凸起粘接到安装表面，并且由比包含第一和第二介质层及吸音层的结构更硬的材料制成所述安装板，则易于使用该安装板将边界声波装置安装到印刷电路板等上。即使通过焊接安装到印刷电路板上，由于安装板具有相当高的强度，也可以防止来自印刷电路板等的应力传递到边界声波芯片一侧。从而，即使印刷电路板发生比如扭曲，也能防止边界声波装置的频率特性降低，或者防止发生破裂。
如果在边界声波装置与安装板之间设置应力吸收体，则撒手锏应力吸收体能够防止固定安装结构的印刷电路板扭曲等所产生的应力被传递到边界声波芯片。从而，可以防止边界声波芯片发生扭曲，频率特性降低和破裂。
按照本发明的边界声波装置制造方法，包括如下步骤：在第一介质层上形成电极，形成第二介质层以覆盖该电极，以及在第一介质层和/或第二介质层之一或两个上且与它们之间界面相对的表面上形成吸音层，吸音层对声波的衰减常数大于第一和第二介质层；其中，所述形成吸音层的步骤包括去除吸音层内所含气体的步骤。从而形成本发明的边界声波装置。
由于形成吸音层的步骤包括去除吸音层中所包含气体的步骤，因此可以减小频率特性随时间的改变。
如果在本发明的制造方法中，在多个边界声波装置连续连接的母状态下执行直至吸音层形成步骤的各步，并且在形成吸音层之后，将所述母状态分成边界声波装置，则可以有效地制造本发明的边界声波装置。作为选择，如果在所述母状态下执行吸音层形成步骤之前的步骤，并在把所述母状态分成边界声波装置之后执行形成吸音层的步骤，则吸音层可覆盖除外部端子之外的整个芯片，从而增强边界波装置的耐环境性。
附图说明
图1(a)和图1(b)分别是本发明一种实施例边界声波装置的主视剖面图和透视图；
图2是SiO2/Au/LiNbO3结构具有厚度为0.05λ的Au和厚度为1.5λ的SiO2时，主要模式下边界声波的位移分布曲线图；
图3(a)和图3(b)是在与图2相同的条件下，乱真模式时的位移分布曲线图；
图4(a)和图4(b)是在与图2相同的条件下，乱真模式时的位移分布曲线图；
图5(a)和图5(b)是在与图2相同的条件下，乱真模式时的位移分布曲线图；
图6(a)和图6(b)是在与图2相同的条件下，乱真模式时的位移分布曲线图；
图7是在与图2相同的条件下另一种乱真模式时的位移分布曲线图；
图8为图1所示边界声波装置的阻抗-频率特性曲线和相位-频率特性曲线；
图9(a)和图9(b)所示的曲线表示当吸音层的密度ρ改变时，SH边界波、Stoneley波和多种乱真模式的声速和衰减常数的变化；
图10(a)和图10(b)所示的曲线表示当吸音层的横波声速Vs变化时，SH边界波、Stoneley波和多种乱真模式的声速和衰减常数的变化；
图11(a)和图11(b)所示的曲线表示在吸音层的声特性阻抗Zs固定的条件下，当吸音层的横波声速Vs变化时，SH边界声波、Stoneley波和多种乱真模式的声速和衰减常数的变化；
图12(a)和图12(b)所示的曲线表示在吸音层的横波声速固定的条件下，当吸音层的声特性阻抗Zs变化时，SH边界波、Stoneley波和多种乱真模的声速和衰减常数的变化；
图13所示的曲线表示当SiO2模的厚度变化时，乱真模式下的横波声速比与阻抗比之间的关系；
图14所示的曲线表示当SiO2模的厚度变化时，乱真模式下的声阻抗比与阻抗比之间的关系；
图15所示的曲线表示本发明一种实施例的边界声波谐振器的阻抗-频率特性和相位-频率特性；
图16所示的曲线表示本发明一种实施例的边界声波滤波器的衰减-频率特性；
图17为本发明一种实施例的边界声波装置的局部主视剖面图；
图18为本发明另一变型例的边界声波装置的局部主视剖面图；
图19为本发明又一变型例的边界声波装置的局部主视剖面图；
图20为本发明再一变型例的边界声波装置的局部主视剖面图；
图21为本发明再一实施例的边界声波装置的局部主视剖面图；
图22为本发明再一实施例的边界声波装置的局部主视剖面图。
图23为图22所示边界声波装置主要部件的透视图；
图24为本发明再一实施例的边界声波装置的主视剖面图；
图25为本发明再一实施例的边界声波装置的主视剖面图；
图26为本发明再一实施例的边界声波装置的主视剖面图；
图27(a)至图27(g)是说明本发明一种实施例边界声波装置制造方法的主视剖面图；
图28(a)至图28(f)是说明本发明另一实施例边界声波装置制造方法的主视剖面图；
图29(a)至图29(h)是说明本发明又一实施例边界声波装置制造方法的主视剖面图；
图30(a)至图30(f)是说明本发明再一实施例边界声波装置制造方法的主视剖面图；
图31是说明本发明再一实施例边界声波装置制造方法的局部剖面图；
图32为公知的边界声波装置的主视剖面图；
图33是制备所述公知边界声波装置的1-端口边界声波谐振器的电极结构平面示意图；
图34表示公知边界声波装置的阻抗-频率特性曲线中出现的乱真模式；
图35为包括多个公知边界声波装置的梯形电路；
图36是表示由多个公知边界声波装置构成的梯形滤波器的衰减-频率特性曲线。
附图标记：
1：边界声波装置
2：第一介质层
3：IDT
4，5：反射器
6：第二介质层
7：吸音层
7a：第一吸音材料层
7b：第二吸音材料层
21：边界声波装置
22：第一介质层
23：IDT
26：第二介质层
26a，26b：介质材料层
31：边界声波装置
41，42：导电层
51：边界声波装置
52：布线电极
53，54：通孔电极
55：布线电极
61：边界声波装置
63：IDT
66：第二介质层
67：连接电极
68：第三介质层
69：布线电极
71：布线电极
72：布线电极
73：外部连接电极
74：保护膜
81：边界声波装置
82：导热材料层
83：环氧树脂层
84，85：布线电极
86：保护膜
90：边界声波装置
91：边界声波装置芯片
91a，91b：电极
92a，92b：凸起
93：陶瓷基片
93a，93b：电极
94：保护膜
96：边界声波装置
97a，97b：导电糊部分
98a，98b：外部端子
99：增强树脂层
101：晶片
102：IDT
103，104：反射器
105，106：布线电极
107：第二介质层
107a：上表面
108：布线电极
109：吸音层
110：SiN层
111，112：开口
113，114：外部端子
121：第四介质层
121A：绘制图样的感光树脂薄膜
123：吸音层
124，125：开口
126，127：外部连接端子
132，133：外部连接端子
134：吸音层
具体实施方式
以下将参照附图，借助具体实施例进一步详细描述本发明。
为寻找上述乱真响应的原因，本发明人进行了数值分析。这种数值分析基于文献“A method for estimating optimal cuts and propagationdirections for excitation and propagation directions forexcitation of piezoelectric surface waves”(J.J.Campvell and W.R.Jones，IEEE Trans.Sonics and Ultrason.，Vol.SU-15(1968)，pp.209-217)中所披露的方法。在这种分析方法中，将SiO2与Au之间以及Au与LiNbO3之间界面处的位移和垂直应力设定为连续的，并通过短路界面，将电势设定为0。SiO2具有预定的厚度，并且15°Y-X传播LiNbO3的厚度不受限制。从而，研究边界波和乱真模式的位移分布。
图2表示Au厚度为0.05λ，并且SiO2厚度为1.5λ时，在主要模式下边界声波的位移分布。
图3(a)至图7表示在与图2相同条件下，乱真模式时的位移分布。按相应边界波和乱真模式的响应频率的升序，表示图2中位移分布和图3(a)至图7中乱真模式下的位移分布。特别是，图2的边界波具有最低频率，图7的乱真模式下的波具有最高频率。λ代表主要模式下边界波的波长。
在图2至图7中，实线代表分量U1(位移中沿X1方向的分量)，虚线代表分量U2(位移中沿X2方向的分量)，虚点划线代表分量U3(位移中沿X3方向的分量)。
X1方向指的是界面处边界波传播的方向；X2方向指的是在界面平面中垂直于X1方向的方向；X3方向指的是垂直于界面的方向。
通常，声波包括由U1限定的p波、由分量U2限定的SH以及由分量U3限定的SV波。边界声波和乱真模式中的每一种都是与这些部分波，即P、SH和SV波的组合相应的模式。在图3(b)至图7中，为了简单，仅表示出Au层，这些附图中省略了SiO2层和LiNbO3层。
图2清楚地表示边界波或者主要模式下的主要分量，为主要由分量U2组成的SH声波。
有如从图3(a)至图7所明显看出的，乱真模式粗略地可分成三类：一种主要由分量U2组成；另一种主要由分量U1和U3组成；另一种主要由分量U1组成。在这三种乱真模式下，声波在传播时，其大部分能量被限制在界面中形成的SiO2第二介质层和Au电极的表面之间。这三种乱真模式的出现，产生图34和36中所示的上述多个乱真响应。
除了图3(a)至图7中所示的乱真模式之外，还有另一种主要由分量U1和U3组成、类似Stoneley波的模式(下面统称为Stoneley波)在传播。不过，SiO2/Au(0.05λ)/15°Y-X传播LiNbO3结构对于Stoneley波具有大约为0的机电耦合系数，从而，不激发Stoneley波。
考虑图2至图7中所示的结果，本发明人认为，通过控制传播时能量被限制在第二介质层中的波的模式，可以减小更高区域中的上述多个乱真响应，从而实现本发明。
图1(a)和图1(b)分别为本发明第一实施例的边界声波装置的主视剖面图和示意透视图。
边界声波装置1包括第一介质层2。第一介质层2由15°Y-X传播LiNbO3单晶基片形成。不过，本发明中的第一介质层2可由任何其他单晶基片制成。例如，可以使用LiNbO3压电单晶基片，或者可以使用其他压电单晶，如LiTaO3。
在第一介质上2的上表面形成IDT3及反射器4和5。在本实施例中，栅状反射器4和5设置在IDT3的两侧，形成1-端口边界声波元件。
形成第二介质层6，以覆盖IDT3和反射器4和5。在本实施例中，第二介质层6由SiO2膜制成。
另外，在第二介质层6的上表面上设置吸音层7。由声波衰减常数高于第二介质层6的树脂制成所述吸音层7。在本实施例中，通过在0.003λ厚的NiCr接触层上沉积厚度为0.05λ的Au主电极层，形成IDT3和反射器4和5。如同显示出图34中所示性质的边界声波元件那样，IDT具有50对电极指，它们的占空比为0.55，通过改变指交叠进行加权；还具有间隔为30.5λ的相对总线条。将反射器4和5的电极指的数量设定为50。将IDT电极指的端部之间的间隔设定为0.25λ，并且最大指交叠为30λ。IDT3与反射器4和5具有相同的λ值，并且将IDT3和反射器4和5的电极指之间的中心距离设定为0.5λ。SiO2薄膜的厚度为2λ。在这些条件下，按照与图34中所示的特性比较示例相同的方式，在200℃的晶片加热温度下，通过RF磁控溅射执行沉积。
于是，所述边界声波装置1除了具有吸音层7之外，具有与上述比较例相同的结构。
吸音层7由硬度可控，并且厚度为5λ或更大的环氧树脂制成。通过将环氧树脂涂敷到第二介质层6上，并使树脂固化，形成吸音层7。
图8表示边界声波装置1的阻抗-频率特性曲线和相位-频率特性曲线。
通过比较图8与图34可以明显地看出，在图34中1700MHz附近乱真响应的阻抗比(谐振频率处的阻抗与反谐振频率处的阻抗的比值)为29.3dB，而在本实施例中，它明显地被减小到7.1dB。从而，通过设置吸音层7，可以有效地减小高频区域中所不希望的乱真响应。
不过，在图8中所示的频率特性曲线中并未完全消除1700MHz附近的乱真响应。
本发明人发现，当声波通过包括具有低声速的层和具有高声速的层的多层复合体传播时，声波在传播时其能量集中于低声速层。因而，第二介质层表面上的吸音层7由具有低声波速度的材料形成，从而形成由吸音层7/第二介质层/电极/第一介质层2组成的多层复合体，从而产生乱真响应的模式下的能量从第二介质层传递到吸音层7。
更具体而言，吸音层7起到吸音介质的作用，传递到吸音层7的乱真模式下的能量不会返回第二介质层6。在这种情况下，作为边界声波装置1主要响应的边界声波，在传播时，其能量集中在界面附近。从而，难以减小边界声波的能量。
在图2至图7所示的分析方法中，发现有三种乱真模式：一种主要由SV波组成；另一种主要由SH波组成；再一种主要由P波组成。
于是，为了极大地减小主要由SH波或SV波组成的乱真模式，可将吸音层7中横波声速设定为低于第二层中的横波声速。为了有效地减小主要由P波组成的乱真模式，可将吸音层7中纵波声速设定为低于第二介质层中的纵波声速。
用T＝4Z0ZL/(Z0+ZL)2表示从第二介质层6传递到吸音层7的模式的能量T，其中Z0表示第二介质层6的声特性阻抗，ZL表示吸音层7的声特性阻抗。
从上面的公式显然可以看出，第二介质层6的声特性阻抗Z0越接近吸音层7的声特性阻抗ZL，则从第二介质层6传递到吸音层7的能量T越高。从而，可以有效地减小乱真模式。
因而，为了减小主要由SH波或SV波组成的乱真模式，对于横波最好使第二介质层6与吸音层7的声特性阻抗彼此相匹配，也就是使它们彼此接近。此外，为了减小主要由P波组成的乱真模式，对于纵波最好使第二介质层6与吸音层7的声阻抗彼此相匹配。
于是，最好由较第二介质层具有更低声速的材料制成所述吸音层7，与第二介质层高度声匹配，并且具有高吸音效果。
为了证明这种结论，使用图1中所示的边界声波装置1进行分析。在该分析中，由具有无限厚度的15°Y-X传播LiNbO3基片制成第一介质层2，由1.5λ厚的SiO2薄膜制成第二介质层6。由0.05λ厚的Au膜制成IDT。将吸音层7与SiO2薄膜之间，SiO2薄膜与Au之间，以及Au与LiNbO3之间界面处的位移和垂直应力设定为连续的，并通过SiO2与Au之间以及Au与LiNbO3之间的短路界面将电势设定为0。认为吸音层7是各向同性的，且具有无限大的厚度。从而，模拟该方法，其中从SiO2薄膜传递到吸音层7的声波被吸收。使用这种结构可获得边界波和乱真模式的声速和传播损耗。
现在描述对于通过各向同性材料传播的纵波和横波的声速和声特性阻抗。当横波声速为Vs；纵波声速为Vp；并且对于横波声特性阻抗为Zs；对于纵波声特性阻抗为Zp时，用下面的公式表示Vs和Vp，下面的公式中具有各向同性材料的弹性刚度系数C11和C12以及密度ρ。
[公式1]
Vs = C 11 - C 12 2 ρ
Vp = C 11 ρ
Zs＝ρVs
Zp＝ρVp
图9(a)和图9(b)表示边界声波装置的吸音层的密度ρ与所传播声波的声速、主要包含分量U2的乱真模式以及主要包含分量U3的乱真模式的声速之间的关系，以及吸音层的横波声速Vs与这些模式中的衰减常数之间的关系。除吸音层的密度ρ改变之外，该边界声波装置具有与上述相同的结构。
在图9至下面所述的图12中，主要包含分量U2的乱真模式包括其中的分量U2具有较低阶的高U2-1模式，以及其中分量U2具有较高阶的高U2-2模式。主要包含分量U3的乱真模式包括其中的分量U3具有较低阶的高U3-1模式，以及其中的分量U3具有较高阶的高U3-2模式。
SiO2的横波声速为3757m/s，密度为2210kg/m3。从而，当吸音层的横波声速为3757m/s、密度为2210kg/m3时，乱真模式中的衰减常数为最大，乱真响应受到抑制。相反，SH边界波和Stoneley波根本没有被减弱。在用于计算的结构中，如上所述，Stoneley波的机电耦合系数大约为0；从而，Stoneley波可以传播，不过由于它未被激发，不会产生乱真响应。
由于在图9(a)至图10(b)的结构中，仅改变吸音层的密度，不能估计出吸音层中对横波的横波声速和声特性阻抗的影响。因而，将吸音层中对横波的声特性阻抗Zs设定为等于SiO2对横波的声特性阻抗8.30×106kg/m2.s，并且由下面的公式确定常数。从而通过改变吸音层的横波声速Vs，可获得对于SH边界声波、主要包含分量U2的乱真模式波与主要包含分量U3的乱真模式波之间声速与衰减常数间的关系。图11(a)和图11(b)表示出结果。
C11＝C12+2Zs2/ρ
从而，将吸音层中横波声速Vs设定为3757m/s，并由下面的公式确定常数。通过改变声特性阻抗Zs，得到对于SH边界波，主要包含分量U2的乱真模式波以及主要包含分量U3的乱真模式波而言声速与衰减常数之间的关系。图12(a)和图12(b)表示出结果。
C11＝C12+2ρVs2
图11(a)和图11(b)表明，吸音层中横波声速Vs越接近3757m/s或者SiO2的声速，则乱真模式中的衰减常数越大，从而当声波的速度低于SiO2的声速时，衰减常数增大。边界声波装置中使用的IDT通常具有10到50对电极指，并且相对于传输波长IDT处于10λ至50λ的范围内。所计算出的衰减常数α代表±X3方向的能量辐射。当乱真模式下的衰减常数为0.5dB/λ时，10λ的IDT表现出比如5dB的衰减，50λ的IDT表现出比如25dB的衰减。这些衰减源于声波向吸音层的辐射。
此外，吸音层的吸音作用增大衰减。从而，可有效地抑制乱真响应。如果乱真模式下的衰减常数至少为1.0到1.5dB/λ，则可进一步抑制乱真响应。
这表明，当吸音层中横波声速Vs最好为SiO2中横声波的0.13到1.23倍那样高时，主要包含更高阶分量U2或U3或高U2-2模式和高U3-2模式的乱真模式被衰减1.5dB/λ或更多，主要包含更低阶分量U2或高U2-1模式的乱真模式被衰减0.5dB/λ或更多。更为优选的是，使吸音层中横波声速Vs为SiO2中横波声速的0.6到1.00倍。在这种情况下，主要包含较低阶分量U3或高U3模式的乱真模式被衰减0.5dB或更多。在主要包含相同种类的部分声波的模式中，随着阶被减小，机电耦合系数趋于增大，乱真响应趋于更大。
即使吸音层中的横波声速Vs为5000m/s或更大，由主要包含分量U2的二次高阶的高U2-2表示的乱真模式，衰减常数为0.003dB/λ。此外，即使吸音层中的横波声速Vs为5000m/s或更大，主要包含分量U3的二次高阶(高U3-2)的乱真模式下的衰减常数为0.477dB/λ。由于在LiNbO3单晶基片中乱真模式下的声速比SH波或SV波的声速更高，这些衰减常数导致能量朝向单晶基片辐射。
图12(a)和图12(b)也表示，吸音层的声特性阻抗Zs越接近SiO2的声特性阻抗8.30×106kg/m2.s，则乱真模式下的衰减常数越大。当吸音层的声特性阻抗Zs为SiO2的声特性阻抗的0.45到3.61倍时，高U2-1表示的乱真模式被衰减0.5dB/λ或更大；优选的是，当Zs为0.75到1.99倍时被衰减1.0dB/λ；更为优选的是，当Zs为0.89到1.48倍时被衰减1.5dB/λ。
当吸音层的声特性阻抗是SiO2声特性阻抗的0.20到5.30倍时，高U2-2表示的乱真模式被衰减0.5dB/λ，优选的是，当为0.41到3.25倍时被衰减1.0dB或更大；当为0.57到1.88倍时被衰减1.5dB/λ或更大则尤好。
当吸音层的声特性阻抗Zs为SiO2声特性阻抗的0.84到1.29倍时，高U3-1表示的乱真模式被衰减0.5dB/λ或更大，优选的是，当其为0.96到1.08倍时被衰减1.0dB/λ或更大；当其为0.99到1.02倍时被衰减1.5dB或更大则尤好。
当吸音层的声特性阻抗Zs为SiO2声特性阻抗的0.71倍或更大时，高U3-2表示的乱真模式被衰减0.5dB/λ，优选的是，当其为0.76到1.98倍时被衰减1.0dB/λ或更大；当其为0.89到1.47倍时被衰减1.5dB/λ或更大则尤好。
为检验计算结果而进行试验。通过在具有图34中所示性质的边界声波谐振器(作为比较例而制备)的SiO2表面上牢固地形成多个吸音层，制备按照图1所示实施例的边界声波装置1。图13表示乱真模式下横波声速比(Vs比)与阻抗比之间的关系。通过用吸音层的横波声速除以SiO2的横波声速，得到Vs比。图14表示乱真模式下声阻抗比(Zs比)与阻抗比之间的关系。通过用吸音层对横波的声阻抗除以SiO2对横波的声阻抗，得到Zs比。乱真模式下的阻抗比指的是乱真模式下谐振频率处的阻抗与反谐振频率处的阻抗的比值最高。
当Vs比为0.273，Zs比为0.127时，上述边界声波装置在乱真模式中阻抗比为7.1dB或更大。不过，如果将吸音层的Zs比值设定为0.393或更大，则乱真模式下的阻抗比减小到3.9dB或更小，从而随着Zs比值越接近于1，乱真模式下的阻抗比减小。如果将Vs比值设定为0.488或更大，则乱真模式下的阻抗比减小到3.9dB或更小，从而随着Vs比越接近于1，乱真模式下的阻抗比减小。
图15表示在SiO2薄膜的表面上具有吸音层(Vs比为0.633，Zs比为0.547)的边界声波谐振器的谐振特性曲线。图16表示使用这种边界声波谐振器的梯形滤波器的滤波特性曲线。
虽然图8中在吸音层产生吸音效果时对横波的衰减常数为7.1dB/λ，但具有图15和16所示特性曲线的结构表明，吸音层对横波的衰减常数为1.75dB/λ。这些结果表明，仅具有大衰减常数的吸音层尚不能有效地抑制乱真模式，通过使声阻抗匹配，可更有效地抑制乱真模式。
在本发明中，吸音层可由与第二介质层相同种类的材料制成。即便在这种情形中，也可以仅减小存在边界声波能量或主要响应的区域，同时增强其外部区域。上面所述的“相同种类的材料”并非表明必须是同一种相同材料。例如，如果使用SiO2，则如下面所述，取决于沉积方法两个SiO2膜可具有不同的性质。相同种类的材料可以为两个不同SiO2膜的组合。在通过溅射沉积第二介质层时，通常，可高速度地沉积具有高衰减常数的低质量材料，这样比较廉价，而低速度地沉积具有低衰减常数的高质量材料，这样比较昂贵。例如，具有SiO2膜/Al电极/Au电极/LiNbO3结构的边界声波装置，可在该SiO2膜上设置第二SiO2膜，作为吸音层。在这种情况下，作为第二介质层的SiO2膜可由具有低衰减常数的高质量SiO2膜形成，厚度为大约0.5λ，并且作为吸音层的第二SiO2膜可由具有高衰减常数的低质量SiO2膜形成，厚度为比如大约1.0λ。这种结构便于以较低成本抑制乱真响应，不会降质边界声波装置的性质。在这种情况下，高质量SiO2膜具有与低质量SiO2膜接近的弹性常数和密度，从而主要模式下边界声波装置的位移分布在深度方向难以改变。尽管可用相同设备连续地形成低质量膜和高质量膜，不过，可以按照下述方法形成低质量膜。特别是，可以通过溅射、旋涂、丝网印刷和CVD其中之一形成高质量膜或低质量膜中的任何一个，可由任何一种其他方法形成高质量膜或低质量膜中的另一个。
第一和第二介质层不必由相同的第一材料层形成。例如，第二介质层可具有由多个介质材料层组成的多层结构。图17为边界声波装置的一个变型例的部分主视剖面图，其第二介质层具有多层结构。在该边界声波装置21中，在第一介质层22上形成IDT23，并且用第二介质层26覆盖IDT23。第二介质层26具有通过在另一介质材料层26a上沉积介质材料层26b所形成的结构。此外，在第二介质层26上设置吸音层27。
介质材料层26a和26b分别由适当材料制成。例如，介质材料层26a由SiO2制成，另一介质材料层由SiN制成。可通过沉积三层或更多层来形成第二介质层。
所述的多层结构可由具有高衰减常数的介质材料层和具有低衰减常数的介质材料层构成。高衰减常数介质材料层和低衰减常数介质材料层可交替地沉积。许多具有低衰减常数的介质材料层在致密性方面优异。通过在界面的外侧设置这种介质材料层，可增强界面周围的耐湿性。
在本发明中，第一介质层也可以具有多层结构。本发明的特征在于：通过减小传播边界波的界面处及其附近的边界波传播材料的衰减常数，并在至少一部分外部层上设置吸音层，抑制乱真模式。如上所述，本发明的特征还在于吸音层的声特性阻抗与边界波传播介质层的声特性阻抗相匹配，从而增强吸音层的吸音效率，并且减小吸音层中的声速，从而使乱真模式变成泄漏模式，有效地抑制乱真响应。因而最好吸音层对声波的衰减常数高于第一和第二介质层的衰减常数。
对于本发明中使用的吸音层的材料并无特别限制，只要其对声波的衰减常数大于第一和第二介质层即可。用于形成吸音层的材料的举例包括：比如环氧、苯酚、丙烯酸脂、聚脂、硅树脂等树脂，聚胺酯和聚酰亚胺；比如低熔点玻璃和水玻璃等玻璃；氧化铝陶瓷；以及金属。
特别是，许多树脂材料具有高衰减常数，并且易于控制其成分，因而树脂材料可形成具有多种声速和声特性阻抗的吸音层。因此，吸音层最好由树脂材料制成。
吸音层可具有通过沉积多个吸音材料层而形成的多层结构。例如，图18中所示变型例的边界声波装置31具有通过在第二介质层6的上表面上沉积第一吸音材料层7a和第二吸音材料层7b而形成的吸音层7。在这种情况下，吸音材料层7a的声特性阻抗最好介于第二层6与第二吸音材料层7b的声特性阻抗之间，从而可增强声特性阻抗的匹配。由于在这种情况下，吸音材料层7a意在保证第二介质层6与吸音材料层7b之间声匹配，吸音材料层7b最好具有比介质层6更高的衰减常数。不过，并非总要求其衰减常数高于介质层6的衰减常数。
本发明的边界声波装置，如图19中所示，在吸音层7下面可具有导电层41。此外，有如图20中所示，在吸音层7的上表面上可设置导电层42。从而，在本发明中，在吸音层的上或下表面其中至少之一上可设置导电层，从而防止衰减降低，例如，电磁波在滤波器的输入端与输出端之间直接传播引起的衰减降低。最好在与具有IDT和反射器的区域相对的区域(它们之间为介质层)中设置导电层41和42，从而有效地防止衰减降低。
如果IDT包括输入IDT和输出IDT，则最好将导电层分成通过之间的介质层与输入IDT相对的部分，以及通过之间的介质层与输出IDT相对的部分，并且将各部分与其相应的布线电极接地。从而可更有效地防止衰减降低。
最好由诸如树脂粘合剂之类的树脂材料制成本发明的边界声波装置的吸音层7。不过，如果树脂材料中残留有气体，那么在回流焊接过程中吸音层可能会破裂，或者随着时间的流逝气体溢出，改变芯片上的应力，从而有可能改变频率特性，这是不利的。为了防止发生这些问题，最好在例如涂敷吸音层之后，在形成树脂材料吸音层的步骤中，室温下，在真空中去除气体。在这种情况下，通过在真空中加热，可将吸音材料层固化。
在本发明的边界声波装置中，可提供布线电极，用以在第二介质层或吸音层的上表面上进行布线。例如，根据图21中所示变型例的边界声波装置51，在吸音层7的上表面上具有布线电极52。布线电极52的一端通过通孔电极53、通孔电极54和另一布线电极55，与IDT3电连接。在该变型例中，在吸音层7中形成通孔电极53，在第二介质层6中形成通孔电极54。
例如，如果第一介质层2由LiNbO3基片制成，第二介质层6由SiO2制成，则第一介质层2的介电常数相对较高，第二介质层6的介电常数相对较低。在这种情况下，布线电极52等最好形成在第二介质层6的上表面上，用于将上述种类的电极彼此电连接，从而减小布线所产生的寄生电容。例如，如果第一介质层2由玻璃基片制成，第二介质层6由ZnO薄膜制成，并且吸音层7由具有低介电常数的介电材料制成，则第二介质层6的介电常数相对较高，吸音层7的介电常数相对较低。在这种情况下，用于布线的布线电极等最好形成在吸音层7的上表面上，从而防止布线产生寄生电容。从而，可防止边界声波装置的滤波器特性或谐振特性下降。寄生电容减小衰减或滤波器或谐振器的带宽，这是不利的。
如果将布线电极52设在与IDT3层不同的层中，则有如上面所述那样，最好通过通孔电极53和54建立这些层之间的连接。边界声波通过具有IDT 3的区域传播，同时从电极稍稍地泄漏。如果通孔电极53和54，特别是通孔电极54是中空的，则空腔与介质层6之间声阻抗的差别变大，因而通孔内的反射系数增大。从而，取决于通孔电极54的位置，边界声波可能会发生反射、散射或谐振，并且减小乱真响应和衰减，这是不利的。因此，最好用弹性材料填充通孔电极54，从而可减小上述的声阻抗差异。最好，也用弹性材料填充通孔电极53。
如果通孔电极54是中空的，则通常利用光刻形成的IDT3，树脂涂覆或晶片真空吸引有可能会导致问题的发生。从防止发生这些问题的观点看，最好用弹性材料填充通孔电极53和54的空腔。如果使用诸如Cu的导电材料作为弹性材料，则可减小布线电阻，这是有利的。
未用弹性材料填充的通孔电极53和54，使气体易于从外部流动到边界声波装置的深处，从而腐蚀性气体可能会使该装置的特性下降。即便在用弹性材料充分地填充通孔电极53和54时，弹性材料与边界声波装置的第二介质层6或其它层之间热膨胀或弹性的差异也会产生应力，从而易于发生破裂。因此，该装置易于使腐蚀性气体从外部渗透。特别是，如果边界声波装置的某些层由诸如SiO2的非晶态材料或诸如ZnO的多晶态材料形成，则上述破裂导致腐蚀性气体渗入各层，从而有可能腐蚀电极。
在如上所述具有多个通孔电极53和54的结构中，在边界声波装置的厚度方向，通孔电极53和54最好是非连续的，如图21中所示。在图21中，当从上面观察时，通孔电极53和54处于不同的位置处，并且它们通过连接电极56相互连接。从而，可防止腐蚀性气体渗透到边界声波装置的深处。
使用通孔电极的这种层间布线，由于其较高的布线自由度，可减小边界声波装置的芯片尺寸。如果使用单晶材料作为边界声波装置的第一或第二介质层，或者其它各层，则难以形成通孔。例如，如果边界声波装置的介质层具有大厚度，则难以保证通孔的壁处于垂直位置，或者会花费较长时间形成通孔。用Ar与CF4气体的混合物，通过活性离子蚀刻形成通孔。此外，在形成孔时会降低介质层的强度，或者在安装到电路板上的过程中改变温度，或者在环境温度下引起芯片破裂。此外，在通孔的某些部分处边界声波可能被反射或散射，或者腐蚀性气体可能会带来麻烦。通过使用设置在边界声波装置外表面上的布线电极取代通孔电极，可解决这些问题。
图22为一个改型例，在外表面上具有布线电极的边界声波装置的局部示意剖面图。
边界声波装置61包括处于第一介质层2上的IDT 63和反射器(未示出)。IDT 63和反射器被第二介质层66覆盖。连接电极67设置在第一介质层2与第二介质层66之间，且与IDT 63相连。连接电极67被引到边界声波装置61的外表面。第二介质层66的表面上设有第三介质层68。在第二介质层66与第三介质层68之间形成另一布线电极69。布线电极69也被引到边界声波装置61的外侧面。
按照与第一实施例的边界声波装置的第一和第二介质层2和6相同的方式，设置第一和第二介质层2和66。第三介质层68由与第二介质层66相同的材料形成。在本实施例中，特别包括第二介质层66和第三介质层68的多层结构，限定了覆盖界面的上部介质层。不过，第三介质层68可由与第二介质层66不同的材料形成。
在第三介质层68的上表面上形成吸音层7。吸音层7由与第一实施例中的吸音层7相同的材料制成。
布线电极71形成于第三介质层68与吸音层7之间。布线电极71也可以被引到边界声波装置61的外表面上。
边界声波装置61的外侧面设有另一布线电极72。布线电极72与边界声波装置61外表面上的连接电极67和布线电极69和71电连接。
此外，边界声波装置61在吸音层7的上表面上具有外部连接电极73，并且布线电极72与外部连接电极73相连。另外，在边界声波装置61中，包括第二介质层66、第三介质层68和吸音层7的多层结构的外表面，除具有外部连接电极73的区域之外，都覆盖有保护膜74。保护膜74可由诸如环氧树脂的绝缘树脂适当制造而成。通过设置保护膜74，可增强边界声波装置61的环境特性，如耐湿性。
图23为图22中所示的边界声波装置61的透视图，省略了图22中的保护膜74和外部连接电极73。图22和23清楚地表示出，在边界声波装置61中，第二介质层66、第三介质层68和吸音层7按照使其具有布线电极72的外侧面形成台阶的方式相层叠。换句话说，第二介质层66、第三介质层68和吸音层7的具有布线电极72的外侧面区域，按照顺序向内逐渐偏移。连接电极67以及布线69和71被引到台阶处。从而，所述布线电极72与连接电极67和布线69和71在较大面积上可靠地电连接。
在制造具有台阶的边界声波装置61时，在母晶片上形成多个边界声波装置61，随后通过光刻、丝网印刷或电镀一次形成外部连接电极73，然后设置布线电极72。最后将母晶片切割成边界声波装置61。从而，可以较低成本有效地形成层间的布线。
图24为本发明另一实施例的边界声波装置的主视剖面图。本实施例的边界声波装置81，在LiNbO3第一介质层2上具有IDT3和反射器4和5。用第二介质层6覆盖包括IDT3和反射器4和5的电极结构。第二介质层6由SiO2薄膜制成。
第二介质层6的上表面上设有与LiNbO3基片相比具有更低线膨胀系数和更高导热系数的导热材料层82。本实施例中的导热材料层82由金刚石状碳薄膜制成。在导热材料层82的上表面上形成吸音层7。吸音层7由与第一实施例中的吸音层7相同的材料制成。
另外，在吸音层7的上表面上形成环氧树脂层83。环氧树脂层83的上表面上设有布线电极84和85。用保护膜86覆盖布线电极84和85。提供环氧树脂层83，布线电极84和85以及保护膜86，是为了在边界声波装置81的上表面上设置布线电路。
由与保护膜74相同的材料，如环氧树脂制成保护膜86，意在增强边界边界声波装置81的上部的耐湿性。
在本实施例的边界声波装置81中，第二介质层6上表面上的导热材料层82便于散热，且防止采用高功率时温度升高。可增强边界声波装置的电源阻抗。
此外，如同第一实施例的边界声波装置那样，吸音层7有效地抑制不希望有的乱真响应。
如上所述，可由与第一介质层2的材料相比具有更低热膨胀系数和更高导热率的适当材料形成所述导热材料层82。
本发明边界声波装置的温度改变所引起的特性改变，取决于每单位温度声速的改变和基片传送方向的长度改变。如果减小基片随温度的膨胀和收缩，则可以减小温度改变引起的频率改变。因而，可以在第一与第二介质层之间，或者第一或第二介质层的表面上，设置与边界声波传播基片的第一介质层相比具有更低线膨胀系数的线膨胀系数材料层。从而，可减小第一和/或第二介质层的膨胀和收缩，减小温度改变引起的特性改变。上述金刚石状的碳是能形成低线膨胀系数材料层的材料的一个示例。
此外，通过减小边界声波装置中与界面平行方向的热膨胀，可以减小在把装置安装到具有低热膨胀系数的陶瓷上时所产生的热膨胀系数差异导致的应力，从而，可以防止应力引起的断裂。即使在第一和/或第二介质层的表面上设置线膨胀系数与第一和第二介质层具有相反极性的层，通过消除热膨胀系数差异导致的应力，可以防止边界声波装置和安装结构发生断裂。
特别是，通过用上述线膨胀系数具有相反极性的低线膨胀系数或材料层取代图24中所示的导热材料层82，可以防止安装之后安装结构由于温度改变而发生破裂。
图24中所示的边界声波装置81的布线电路包括布线电极84和85。在这种情况下，包括布线电极84和85的布线电路还包括电感元件、电容元件、电阻元件、带状线和微波传输带滤波器，或者包括抽头和带状线的混频器。从而，通过在环氧树脂层83的上表面上设置多种电极或电路元件，可以获得具有多种电路(如匹配电路)的边界声波装置81。包含这些电路的结构可以省略诸如阻抗匹配电路和调制电路等外部电路。
然而，并非必须将包含布线电极84和85的电路设置在环氧树脂层83的上表面上。例如，可将它设置在第二介质层6的与界面相对的表面上，或者设置在吸音层7的任一表面上。特别是，即使边界声波装置不具有环氧树脂层83或保护膜86，它也可以如图24中所示的边界声波装置81那样包含多种电路。
具有引线结合或凸起结合的边界声波装置81，外部常常具有数十到数百微米的线路。通常，这些线路的特性阻抗与边界声波装置的输入和输出阻抗不同。因而，阻抗失配有可能造成反射损耗，或其它变劣。边界声波装置内部包括布线电极84和85的电路，可以省略长线路，以便减小反射损耗。特别是，通过减小线路的长度，可改善高于1GHz的频带内的特性。
在厚度方向，布线电极、电路元件或外部连接电极可以与IDT或反射器层叠在一起。从而，可减小边界声波装置芯片的面积。
由于在本发明的边界声波装置中，边界声波沿第一与第二介质层之间的界面传播，即使在某种情况下未将该装置封装，传播特性几乎也不会降低。因此，在短期使用时无需封装边界声波装置。
不过，为了长期用于比如蜂窝电话中，最好用如图22中所示的保护膜74覆盖边界声波装置。保护膜74意在增强耐环境性和耐湿性。从而最好将保护膜形成为覆盖易受腐蚀影响的电极，如IDT和反射器；以及易于破裂的区域，如通孔周围的区域。保护膜74可防止腐蚀性气体腐蚀形成吸音层的SiO2膜或腐蚀电极，或者增强耐湿性。
保护膜例如可由金属与树脂、合成树脂层以及金属层组成的多层形成。比如，可以通过沉积金属材料层，如Au层、Ni层，和Al合金层或Au/Ni/AlN层，以及AIN、Al2O3，然后用合成树脂覆盖金属材料层，形成保护膜。
作为选择，可以通过厚膜形成方法沉积金属材料层，然后在金属材料层上沉积合成树脂，形成保护膜。
图25为本发明另一实施例的边界声波装置的主视剖面图。边界声波装置90在边界声波装置芯片91的下表面上具有电极91a和91b。边界声波装置芯片91具有与上述的表面声波装置相同的结构，图25中用阴影线简单地表示。
电极91a和91b分别由Au凸起92a和92b被接合到陶瓷基片93上的电极93a和93b上。凸起92a和92b通过超声波焊接接合到电极91a和91b上。结合92a和92b之后，用树脂保护膜94覆盖边界声波装置芯片91。如上所述，在将边界声波装置芯片91安装到陶瓷基片93上之后形成保护膜94。在这种情况下，希望保护膜94减小陶瓷基片93加给在边界声波装置芯片上的应力。
由比边界声波装置芯片91硬的材料制成所述陶瓷基片93，具体而言，由比包括边界声波装置芯片91的介质层和电介质层的多层复合层更硬的材料制成。电极93a和93b与设置在底面上的接线端93c和93d电连接。电极93a通过基片93的侧面延伸到底面，并与底面上的外部接线端93c电连接。另一电极93b通过通孔电极93e与底面上的另一外部接线端93d连接。可由通孔电极建立基片93底面上的外部接线端与上表面上的电极之间的连接。
在本实施例的边界声波装置90中，边界声波装置芯片91通过Au凸起92a和92b与陶瓷基片93结合。
从而，可通过外部接线端93c和93d将边界声波装置90表面安装到印刷电路板等上。在这种情况下，即使温度改变引起印刷电路板弯曲，陶瓷基片93也能阻止来自印刷电路板的应力，从而防止应力传输到边界声波装置芯片91。因此，在边界声波装置芯片91中，不易于降低频率特性，并且，芯片不易于发生破裂。
可由适当的金属，如Au，Ni或Al，或者这些金属电极层组成的复合层制成电极91a和91b。
图26为本发明另一实施例的边界声波装置的主视剖面图。边界声波装置96在边界声波装置芯片91的下表面上具有电极91a和91b。这种结构与边界声波装置90相同。不过，边界声波装置96的不同之处在于，外部接线端98a和98b通过导电糊部分97a和97b接合到边界声波装置芯片91的下表面上，并且，在导电糊部分97a和97b的周围设有加强树脂层99。
导电糊部分97a和97b的导电糊包含树脂粘接剂和导电粉末，并且即便在固化之后也相对较软。因而，在使用外部接线端98a和98b将该装置安装到印刷电路板上时，通过导电糊部分97a和97b减小来自印刷电路板的应力。特别是，导电糊部分97a和97b起到应力吸收体的作用。从而，边界声波装置芯片91不易于发生特性降低和破裂。
如果导电糊部分97a和97b相对较软，则最好设置图26中所示的加强树脂层99。如果导电糊部分97a和97b足够硬，并且能够减小应力，则无需加强树脂层99。比如由环氧树脂粘接剂制成所述加强树脂层99。
在本发明的边界声波装置中，由于边界声波沿第一与第二介质层之间的界面传播，边界声波几乎没有声波到达芯片表面的模式。从而，不要求用于边界声波装置的封装是中空的。具体而言，要求用于普通边界声波装置或压电滤波器的封装是中空的，以防止受振动干扰。不过，边界声波装置即使被封装，也不要求具有任何的中空性。从而，即使在采用封装的情况下，也能减小尺寸。
图27(a)至图27(g)为说明本发明边界声波装置制造方法的主视剖面图。
在本实施例中，首先制备母晶片101。制备由3到4时LiNbO3基片制成的晶片101，用于形成第一介质层。
通过适当方法，如光刻剥离方法，在晶片101的上表面上形成包括IDT 102，反射器103和104以及布线电极105和106的电极结构。
如图27(b)中所示，形成第二介质层107，以覆盖该电极结构。在本实施例中，通过溅射，由SiO2膜形成第二介质层107。
转到图27(c)，蚀刻第二介质层107，暴露出作为外部连接部分的布线电极105和106。
然后，形成连接电极108，以便与布线电极106电连接，如图27(d)中所示。连接电极108延伸到第二介质层107的上表面107a。
接下来，通过旋涂光敏树脂，形成吸音层109。通过溅射，用SiN层110覆盖吸音层109的上表面，起到保护膜的作用。
然后转到图27(e)，通过光刻蚀刻形成开口111和112，以露出布线电极105和108。通过丝网印刷在开口111和112内部形成接线端113和114。外部接线端113和114分别与布线电极105和连接电极108电连接。
从而，在母晶片101上形成多个具有外部接线端113和114的边界声波装置，如图27(f)中所示。之后如图27(g)中所示切割母晶片101，从而制造出多个边界声波装置115。
在母晶片101阶段，根据本发明的制造方法一次形成吸音层109。从而，可减小多个边界声波装置115的吸音层109的改变。此外，由于吸音层109由光敏树脂制成，易于高精度地形成吸音层109的图案。此外，作为保护膜，SiN层110便于实现耐潮湿的边界声波装置。
图28(a)至图28(f)为说明本发明另一实施例边界声波装置制造方法的主视剖面图。
除第二介质层107的形成步骤之外，本实施例的方法与图27中所示的制造方法相同。具体而言，如图28(a)中所示，按照与图27(a)相同的方式在晶片101上形成电极结构，然后在晶片101上沉积构成第二介质层107的薄膜，从而溅射颗粒屏蔽了除外部接线端形成区域之外的电极结构。因此，将第二介质层107构图成具有与开口111和112(图27(e))相应的开口。
按照与图27(d)到图27(g)中所示步骤相同的方式，执行图28(c)到图28(e)中所示的下列步骤。
本实施例便于形成具有开口的第二介质层107，在该处高精度地形成外部接线端，如上所述，即使第二介质层107由难以通过蚀刻去除的材料形成时也不例外。
图29(a)至图29(h)为说明本发明又一实施例边界声波装置制造方法的主视剖面图。
在本实施例中，在母晶片101上形成第四介质层121(图29(a))。然后，将第四介质层121构图。如图29(b)中所示，在经过构图的第四介质层121A中，将形成有下述电极结构的区域定义为开口。
转到图29(c)，通过光刻形成厚度稍小于或者等与开口深度的电极结构。这种电极结构包括IDT 102，反射器103和104以及布线电极105和106。
转到图29(c)，形成第二介质层107。在本实施例中，第二介质层由与第四介质层相同的材料制成。不过，它也可由另一种材料制成。
接下来，如图29(d)中所示，在第二介质层107上形成第三介质层122。转到图29(e)，在第三介质层122上形成吸音层123。
第三介质层122由Si单晶基片制成，并且将该基片接合到第二介质层107上，形成图29(d)中所示的结构。
然后，通过光刻来蚀刻光敏树脂制成的吸音层123，形成图29(f)中所示的开口124和125。开口露出布线电极105和106。之后，在开口124和125中形成外部接线端。然后，如图29(g)中所示，切割具有多个边界声波装置的母晶片101，以便分离边界声波装置，如图29(h)中所示。
图30(a)至图30(f)为本发明再一实施例的边界声波装置制造方法的主视剖面图。
在本实施例中，如图30(a)到图30(c)所示，执行与图27(a)到图27(c)相同的步骤，从而对于母晶片101上的多个边界声波装置，形成IDT 102、反射器103和104、布线电极105和106，以及形成已被构图的第二介质层107。
在本实施例中，在完成第二介质层107的构图之后，通过切割将母晶片101分成边界声波装置，如图30(d)中所示。接下来，为每个边界声波芯片设置外部接线端132和133以及吸音层134，从而制得图30(f)所示的边界声波装置131。本实施例中，吸音层134由环氧树脂制成，调节环氧树脂的成分，使横波的声速低于第二介质层中的横波声速，并且，将它形成为覆盖除外部接线端132和133的暴露部分之外的所有边界声波装置。从而，通过树脂膜塑形成吸音层134。
在如上所述的将母晶片分成边界声波装置之后，可执行形成吸音层的步骤。此外，可将吸音层膜塑到除外部连接端子之外的区域。从而，可增强边界声波装置的耐环境性。
图31为本发明一种改型例的边界声波装置的主视剖面图。
在图31中所示的边界声波装置中，在第一介质层2的下表面上设置第二吸音层151。这种结构与图1中所示的边界声波装置1的结构相同。吸音层不仅可设置在与第二介质层的界面相对的表面上，而且还可以设在与第一介质层的界面相对的表面上。
作为选择，可将所述吸音层仅设置在第二介质层的表面上，而不设置在第一介质层的表面上。

Claims (18)

1.一种边界声波装置，使用沿第一介质层与第二介质层之间的界面传播的边界声波，所述边界声波装置包括：
第一介质层；
层叠在第一介质层上的第二介质层；
电极，设在所述第一介质层与第二介质层之间的界面中；以及
吸音层，设在第一和第二介质层之一或两个上且与界面相对的表面上，用以衰减产生乱真响应的模式，所述吸音层对声波的衰减常数大于第一和第二介质层；
其中，所述吸音层中的横波声速低于具有所述吸音层的第一介质层和/或第二介质层中的横波声速。
2.一种边界声波装置，使用沿第一介质层与第二介质层之间的界面传播的边界声波，所述边界声波装置包括：
第一介质层；
层叠在第一介质层上的第二介质层；
电极，设在所述第一介质层与第二介质层之间的界面中；以及
吸音层，设在第一和第二介质层之一或两个上且与界面相对的表面上，用以衰减产生乱真响应的模式，所述吸音层对声波的衰减常数大于第一和第二介质层；
其中，所述吸音层中的纵波声速低于具有所述吸音层的第一介质层和/或第二介质层中的纵波声速。
3.一种边界声波装置，使用沿第一介质层与第二介质层之间的界面传播的边界声波，所述边界声波装置包括：
第一介质层；
层叠在第一介质层上的第二介质层；
电极，设在所述第一介质层与第二介质层之间的界面中；以及
吸音层，设在第一和第二介质层之一或两个上且与界面相对的表面上，用以衰减产生乱真响应的模式，所述吸音层对声波的衰减常数大于第一和第二介质层；
其中，所述吸音层中的横波声速为具有所述吸音层的第一介质层和/或第二介质层中横波声速的0.13到1.23倍。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的边界声波装置，其中，所述吸音层的声阻抗为具有所述吸音层的第一介质层和/或第二介质层的声阻抗的0.20到5.30倍。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的边界声波装置，其中，当所述吸音层设置于第二介质层上时，所述吸音层由与第二介质层相同种类的材料组成。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的边界声波装置，其中，还包含处于所述吸音层外侧的低衰减常数层，所述低衰减常数层的声波衰减常数比吸音层的更低。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的边界声波装置，其中，所述吸音层由选自由树脂、玻璃、陶瓷和金属组成的组中至少一种材料构成。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的边界声波装置，其中，所述吸音层由含有填充剂的树脂组成。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的边界声波装置，其中，还包括处于所述吸音层的至少一个表面上的导电层，该导电层被分成通过之间的介质层与所述第一介质层上的IDT的输入IDT相对的部分，以及通过之间的介质层与所述IDT的输出IDT相对的部分。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的边界声波装置，其中，还包括通孔电极，分别设置在第一介质层和第二介质层中，并且第一介质层的通孔电极和第二介质层的通孔电极是按照不连续的方式形成的。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的边界声波装置，其中，还包括与设置在界面处的电极连接的连接电极，所述边界声波装置在与界面相交的侧面上具有台阶，连接电极引到台阶处，并使设在边界声波装置外表面上的布线电极延伸到台阶处，并在台阶处与连接电极相连。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的边界声波装置，其中，第二介质层的上表面上设有与第一介质层相比具有更低线膨胀系数和更高导热系数的导热材料层(82)。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的边界声波装置，其中，还包括在第一和/或第二介质层的表面上设置线膨胀系数与第一和第二介质层具有相反极性的层。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的边界声波装置，其中，还包括处于界面中或者第一或第二介质层的外表面上的阻抗匹配电路。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的边界声波装置，其中，当所述吸音层设置于第二介质层上时，所述第二介质层的厚度为0.5λ或更大，吸音层的厚度为1.0λ或更大。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的边界声波装置，其中，所述吸音层具有多层结构。
17.根据权利要求16所述的边界声波装置，其中，所述吸音层(7)的多层结构包括多个形成于第二介质层上的吸音材料层(7a，7b)，并且靠近第二介质层(6)的吸音材料层具有声特性阻抗，所述声特性阻抗介于第二介质层(6)与远离第二介质层的吸音材料层(7b)的声阻抗之间。
18.一种用于制造边界声波装置的方法，包括以下步骤：
在第一介质层上形成电极；
形成第二介质层，以覆盖所述电极；并且
在第一介质层和/或第二介质层之一或两个上且与它们之间的界面相对的表面上形成吸音层，所述吸音层对声波的衰减常数大于第一和第二介质层；
其中，所述形成吸音层的步骤包括去除在所述吸音层内所含气体的步骤。
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