JP2005102077A - 弾性表面波素子及びこの弾性表面波素子を用いた電子素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 焦電気耐性の高い弾性表面波素子を提供する。
【解決手段】 電極部１７及び電極部１８並びに反射器１９，１９の周囲の圧電基板表面を導電性材料層２０で覆い、電極部１７及び電極部１８と導電性材料層２０間の距離Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄを、電極部１８と反射器１９間の距離Ｉ１、Ｉ２より大きく、８０μｍ以下、好ましくは６０μｍ以下にすることにより、圧電基板１２の表面に発生した電荷が、電極部１７及び電極部１８に集中して放電破壊が生じることを低減または完全に防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は焦電効果による素子破壊を低減することのできる弾性表面波素子及びこの弾性表面波素子を用いた電子素子に関する。

弾性表面波素子は機械的振動エネルギーが固体表面付近にのみ集中して伝播する弾性表面波を利用した電子部品であり、フィルタ、共振器またはデュプレクサなどを構成するために用いられる。

近年、携帯電話などの移動体通信端末の小型化及び軽量化が急速に進んでおり、これらの移動体通信端末に実装される電子部品の小型化が要求されている。

弾性表面波素子は、圧電基板の表面上に、導電性で比重の小さい材料からなる一対のくし歯状電極（ＩＤＴ（インタディジタルトランスデューサ）電極）のくし歯の部分を、互い違いに並べて配置する構成を有している。このような単純な構造を有する弾性表面波素子は移動体通信端末に実装されるフィルタ、共振器またはデュプレクサを小型化するために非常に適した素子である。

弾性表面波素子は、歪みや熱によって圧電基板の表面およびくし歯状電極が帯電し、電極間で放電して電極が破損するという問題を有していた。

この問題を解決することを目的として、特許文献１に記載されているような、くし歯状電極の周囲に分割形成された複数の薄膜電極を設けた弾性表面波素子が提案されている。特許文献１に記載されている弾性表面波素子は、これらの薄膜電極間で放電を起こすことにより、くし歯状電極における放電を低減している。

また、特許文献２には、くし歯状電極及び反射器の周囲に補助電極を設けた弾性表面波素子が提案されている。特許文献２に記載されている弾性表面波素子は、補助電極を設けることにより弾性表面波素子の表面電位を均一化して、くし歯状電極及び反射器におげる放電を低減している。
特開２０００−９１８７２号公報 特開２００３−８３８９号公報

特許文献１及び特許文献２に記載された弾性表面波素子は、くし歯状電極及び反射器におげる放電を低減することが期待されているものの実験的根拠がなく、実際に弾性表面波素子をどのように設計すれば、目的とする効果を確実に得ることができるのか不明であった。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、くし歯状電極及び反射器の周囲に導電性材料層を適切に形成することにより、放電破壊を確実に防止することのできる弾性表面波素子及びこの弾性表面波素子を用いた電子素子を提供することを目的とする。

本発明は、圧電基板と、くし歯状電極部及び前記くし歯状電極部に接続された接続電極部を有し前記圧電基板表面に表面波を励起する電極部と、前記表面波を反射させる反射器を有する弾性表面波素子において、
前記電極部及び前記反射器の周囲の圧電基板表面が導電性材料層で覆われ、前記電極部と前記導電性材料層間の距離が、前記電極部と前記反射器間の距離より大きく、８０μｍ以下であることを特徴とするものである。

本発明では、単に前記電極部及び前記反射器の周囲の圧電基板表面を、導電性材料層で覆うだけでなく、前記電極部と前記導電性材料層間の距離を規定することが重要な構成要素になっている。

すなわち、前記電極部と前記導電性材料層間の距離が８０μｍより大きいと、弾性表面波素子の不良品率が極端に高くなることを見いだし、圧電基板表面の全ての領域において、前記電極部と前記導電性材料層間の距離を８０μｍ以下にすることが必要であることを見いだした。

なお、本発明では、前記電極部と前記導電性材料層間の距離を、前記電極部と前記反射器間の距離より大きくして、信号の損失を抑えている。

さらに、本発明では前記電極部と前記導電性材料層間の距離を６０μｍ以下にすることにより、弾性表面波素子の放電破壊を完全に防止することができる。

また、前記導電性材料層は、前記圧電基板の外周部上にまで形成されていることが好ましい。

なお、前記反射器と前記導電性材料層の距離が、０μｍ以上８０μｍ以下であるとより好ましい。

また、本発明の電子素子は、圧電基板上に前記本発明の弾性表面波素子が、導電性の接続層を介して複数個接続されており、前記接続層の周囲の圧電基板表面が前記導電性材料層で覆われ、前記接続層と前記導電性材料層間の距離が、前記電極部と前記反射器間の距離より大きく、８０μｍ以下であることを特徴とするものである。

本発明ては、複数の前記弾性表面波素子間を接続する前記接続層と前記導電性材料層間の距離を８０μｍ以下にすることにより、電子素子の放電破壊を著しく防止することができる。

さらに、前記接続層と前記導電性材料層間の距離を６０μｍ以下にすると、電子素子の放電破壊を完全に防止することができる。

本発明では、圧電基板表面の全ての領域において、前記電極部と前記導電性材料層間の距離を８０μｍ以下にすることにより、焦電効果による弾性表面波素子の放電破壊を低減することができる。

さらに、本発明では前記電極部と前記導電性材料層間の距離を６０μｍ以下にすることにより、弾性表面波素子の放電破壊を完全に防止することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態の弾性表面波素子を示す平面図である。
符号１１は弾性表面波素子を示しており、この弾性表面波素子は分波器としての機能を有している。符号１２は、圧電基板を示している。本実施の形態では、圧電基板１２はＬｉＴａＯ₃またはＬｉＮｂＯ₃などの圧電セラミック材料によって形成されている。

圧電基板１２上に、くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部１４が形成されている。くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部１４には、それぞれ図示Ｙ方向に延びるくし歯部１３ａ、及び図示Ｙ方向と逆方向に延びるくし歯部１４ａが形成されている。くし歯状電極部１３のくし歯部１３ａとくし歯状電極部１４のくし歯部１４ａは、所定の間隔をあけて図示Ｘ方向に互い違いに並べられている。

また、くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部１４には、弾性表面波素子を外部の回路と接続するための接続電極部１５、１６が電気的に接続されている。くし歯状電極部１３と接続電極部１５が電極部１７を構成し、くし歯状電極部１４と接続電極部１６が電極部１８を構成している。

図１に示される実施の形態では、くし歯状電極部１３のくし歯部１３ａとくし歯状電極部１４のくし歯部１４ａは同じ幅寸法Ｗ１を有しており、間隔幅Ｐ１も一定の値である。また、くし歯部１３ａとくし歯部１４ａはＬ１の長さ寸法で交差している。なお、幅寸法Ｗ１は０．１μｍ以上で１．５μｍ以下、間隔幅Ｐ１は０．１μｍ以上で１．５μｍ以下、長さ寸法Ｌ１は１６μｍ以上で１００μｍ以下である。

本実施の形態では、くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部１４が、Ｃｕ、Ｃｕ合金、またはＡｌによって形成されている。なお、ここでいうＣｕ合金とは、例えば、Ｃｕ中に少量のＡｇ、Ｓｎ、Ｃを含有する合金である。添加元素であるＡｇ、Ｓｎ、Ｃの含有量は、Ｃｕ合金の比重が純粋なＣｕの比重とほとんど同じになる範囲であればよい。具体的には、Ｃｕ合金中の添加元素の質量％が０．５質量％以上１０．０質量％以下であれば、このＣｕ合金の比重は、純粋なＣｕの比重とほとんど同じになる。

さらに、くし歯状電極部１３及びくし歯状電極部１４の図示Ｘ方向と図示Ｘ方向の反対側に所定の距離をおいて、長方形状の電極（ストリップ）１９ａが図示Ｘ方向に複数並べられた反射器１９，１９が形成されている。図１では、反射器１９を構成する各電極の端部どうしは短絡されている。ただし、反射器１９を構成する各電極の端部どうしは、開放されていてもよい。

接続電極部１５、１６及び反射器１９，１９は、くし歯状電極部１３，１４と同じ材料で形成されてもよいし、Ａｕなど他の導電性材料によって形成されてもよい。

なお、くし歯状電極部１３、１４、接続電極部１５、１６、反射器１９，１９はスパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセス及びレジストフォトリソグラフィによるパターン形成によって形成される。また、くし歯状電極部１３，１４及び反射器１９，１９の下層にＴｉなどの下地膜が設けられてもよい。また、くし歯状電極部１３，１４及び反射器１９，１９の上層にＣｒなどからなる酸化防止のための保護層が形成されてもよい。

弾性表面波素子１１の接続電極部１５または接続電極部１６の一方を接地側とし、もう一方から高周波信号を入力すると、圧電基板１２の表面に表面波が励起され、この表面波が図示Ｘ方向及び図示Ｘ方向と反平行方向に進行する。前記表面波は反射器１９，１９によって反射されて、くし歯状電極部１３，１４に戻って来る。弾性表面波素子１１は、共振周波数と反共振周波数を有しており、反共振周波数において最もインピーダンスが高くなる。

本実施の形態では、電極部１７及び電極部１８並びに反射器１９，１９の周囲の圧電基板表面が導電性材料層２０で覆われている。

本実施の形態では、導電性材料層２０は、電極部１７及び電極部１８並びに反射器１９，１９の周囲を連続して囲む単一の部材であり、分割されていない。ただし、導電性材料層２０が電極部１７及び電極部１８並びに反射器１９，１９の周囲を囲む複数の分割された部材で形成されてもよい。

導電性材料層２０の層構造、材料、膜厚は電極部１７及び電極部１８並びに反射器１９，１９と同じである。ただし、導電性材料層２０はＡｕなど他の導電性材料によって形成されてもよい。また、導電性材料層２０は、圧電基板１２の外周部１２ａ上にまで形成されている。

さらに、電極部１７及び電極部１８と導電性材料層２０間の距離Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃが、電極部１８と反射器１９間の距離Ｉ１、Ｉ２より大きく、８０μｍ以下、好ましくは６０μｍ以下になっている。

従って、電極部１７及び電極部１８と導電性材料層２０間の距離が圧電基板１２表面の全ての領域において８０μｍ以下になっている。

電極部１７、１８や反射器１９が形成された弾性表面波素子に熱や歪みが加わると、圧電基板１２の表面に焦電荷が発生する。

例えば、図１に示された弾性表面波素子をウェハ上に複数個形成したのち、個々の弾性表面波素子に切断するときに圧電基板１２に歪みが生じ、圧電基板１２の表面に焦電荷が発生する。また、弾性表面波素子をケースに樹脂封入するときに樹脂を熱硬化させるために約１８０℃の熱を加えるが、このときにも圧電基板１２の表面に焦電荷が発生する。

本発明では、電極部１７及び電極部１８の周囲に、８０μｍ以下の間隔をあけて導電性材料層２０が設けられているので、圧電基板１２の表面に発生した電荷が、電極部１７及び電極部１８に集中して放電破壊が生じることを低減または完全に防止できる。

なお、本発明では、電極部１７及び電極部１８と導電性材料層２０間の距離を、電極部１７及び電極部１８と反射器１９，１９間の距離Ｉ₁，Ｉ₂より大きくして、信号の損失を抑えている。

さらに、本実施の形態では、反射器１９，１９と導電性材料層２０の距離Ｉａ，Ｉｄが、０μｍ以上８０μｍ以下、好ましくは６０μｍ以下になっており、圧電基板１２の表面に発生した電荷が、反射器１９，１９に集中して放電破壊が生じることを低減または完全に防止できる。

図２は、本発明の第２の実施の形態の弾性表面波素子を示す平面図である。
本実施の形態の弾性表面波素子の電極層１７及び１８は図１に示される弾性表面波素子と同じものであり、反射器３１，３１が電極部１７及び電極部１８の周囲に形成された導電性材料層２０と一体に形成されている点で異なっている。

本実施の形態でも、導電性材料層２０は、圧電基板１２の外周部１２ａ上にまで形成されている。

さらに、電極部１７及び電極部１８と導電性材料層２０間の距離Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃが、電極部１８と反射器１９間の距離Ｉ１、Ｉ２より大きく、８０μｍ以下、好ましくは６０μｍ以下になっている。
従って、電極部１７及び電極部１８と導電性材料層２０間の距離が圧電基板１２表面の全ての領域において８０μｍ以下になっている。

本発明では、電極部１７及び電極部１８の周囲に、８０μｍ以下の間隔をあけて導電性材料層２０が設けられているので、圧電基板１２の表面に発生した電荷が、電極部１７及び電極部１８に集中して放電破壊が生じることを低減または完全に防止できる。

また、図２に示される弾性表面波素子は、反射器３１，３１が導電性材料層２０と一体に形成されており、電極部１７及び電極部１８と反射器１９，１９間の放電破壊を、図１に示される弾性表面波素子と同等またはそれ以上確実に防止することができる。

図３に本発明の弾性表面波素子を用いた電子素子の例としてＴ型フィルタを示す。なお、図４は図３に示されたＴ型フィルタの等価回路である。

図３において符号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６で示すものは、図２に示す弾性表面波素子３０に相当する。弾性表面波素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６は、それぞれ接続層４０を介して接続されている。図３に示すフィルタは、いわゆるＴ型フィルタである。弾性表面波素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ５はそれぞれの接続電極部を介して直列接続されており、弾性表面波素子Ｓ１の一方の接続電極が入力側端子ｉｎとされ、弾性表面波素子Ｓ５の一方の接続電極が出力側端子ｏｕｔとされている。弾性表面波素子Ｓ３の一方の接続電極は、弾性表面波素子Ｓ１と弾性表面波素子Ｓ２間に接続されており、もう一方の接続電極は接地されている。また、弾性表面波素子Ｓ６の一方の接続電極は、弾性表面波素子Ｓ４と弾性表面波素子Ｓ５間に接続されており、もう一方の接続電極は接地されている。

なお、図３に示されるフィルタでは、接続層４０は接続電極部１５や接続電極部１６と一体に形成されている。

弾性表面波素子Ｓ１ないしＳ６は、それぞれ、くし歯状電極部１３及び接続電極部１５からなる電極部１７並びにくし歯状電極部１４及び接続電極部１６からなる電極部１８を有している。くし歯状電極部１３、１４及び接続電極部１５、１６の層構造、材料、膜厚は、図１及び図２に示された弾性表面波素子と同じである。

また、弾性表面波素子Ｓ１ないしＳ６の電極部１７及び電極部１８の周囲の圧電基板１２表面が導電性材料層２０で覆われている。導電性材料層２０の層構造、材料、膜厚は電極部１７及び電極部１８と同じである。導電性材料層２０は、圧電基板１２の外周部１２ａ上にまで形成されている。

本実施の形態では、導電性材料層２０は、電極部１７及び電極部１８並びに反射器１９，１９の周囲を連続して囲む単一の部材であり、分割されていない。ただし、導電性材料層２０が電極部１７及び電極部１８並びに反射器１９，１９の周囲を囲む複数の分割された部材で形成されてもよい。

くし歯状電極部１３及び１４から所定の距離をおいて、長方形状の電極（ストリップ）が複数並べられた反射器３１，３１が形成されている。本実施の形態の弾性表面波素子Ｓ１ないしＳ６の反射器３１，３１は電極部１７及び電極部１８の周囲に形成された導電性材料層２０と一体に形成されている。

さらに、電極部１７及び電極部１８と導電性材料層２０間の距離Ｉａ、Ｉｃが、電極部１８と反射器３１，３１間の距離Ｉ１、Ｉ２より大きく、８０μｍ以下、好ましくは６０μｍ以下になっている。

また、電極部１７及び電極部１８の周囲の圧電基板１２表面を覆う導電性材料層２０は、接続層４０の周囲の圧電基板１２表面も覆っている。接続層４０と導電性材料層２０間の距離Ｉ_Jも、電極部１８と反射器３１，３１間の距離Ｉ₁、Ｉ₂より大きく、８０μｍ以下に設定されている。

従って、電極部１７及び電極部１８と導電性材料層２０間の距離および接続層４０と導電性材料層２０間の距離が圧電基板１２表面の全ての領域において、８０μｍ以下になっており、電子素子の放電破壊を著しく防止することができる。

さらに、接続層４０と導電性材料層２０間の距離Ｉ_Jを６０μｍ以下にすると、電子素子の放電破壊を完全に防止することができる。

なお、導電性材料層２０は接地されていてもよいし、浮遊電荷を有して電極部１７、１８と同電位になっていてもよい。

従来の弾性表面波素子及び図１に示された弾性表面波素子１１に歪み及び熱を加えられたときの焦電気耐性を調べた。

実験条件を以下に示す。
くし歯状電極部１３、１４のくし歯部１３ａ、１４ａの幅寸法Ｗ１及び反射器１９の各ストリップの幅寸法Ｗ２：Ｗ１＝Ｗ２＝０．４μｍ〜０．５４５μｍ
くし歯状電極部１３，１４のくし歯部１３ａ、１４ａの間隔寸法Ｐ１及び反射器の各ストリップの間隔寸法Ｐ２：Ｐ１＝Ｐ２＝０．４μｍ〜０．５４５μｍ
くし歯部１３ａとくし歯部１４ａの交差長さ寸法Ｌ１
：Ｌ１＝４０×（弾性表面波の波長λ）＝４０×２×（Ｗ１＋Ｐ１）
くし歯状電極部１３，１４の膜厚及び反射器１９の各ストリップの膜厚：Ｈ＝０．０９５μｍ
くし歯状電極部１３，１４のくし歯部１３ａ、１４ａの本数：２００本
反射器１９のストリップの本数：５０本
くし歯状電極部１４と反射器１９の間の距離Ｉ１、Ｉ２：Ｉ１＝Ｉ２＝０．４μｍ〜０．５４５μｍ

なお、圧電基板の材料はＬｉＴａＯ₃である。本実施例では、入力周波数を反共振周波数（本実施例では１．７ＧＨｚ〜２．１ＧＨｚ）にしている。また、くし歯状電極部及び反射器はＣｕ_97.0Ａｇ_3.0合金によって形成されている。

電極部１７及び電極部１８と導電性材料層２０間の距離Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、並びに反射器１９，１９と導電性材料層２０の距離Ｉａ，ＩｄをＩａ＝Ｉｂ＝Ｉｃ＝Ｉｄ＝ｘ（μｍ）とした上で、ｘの値を変化させたサンプルを形成し、弾性表面波素子の圧電基板１２を切断し、１８０℃の熱を加えて焦電荷を発生させたときの歩留まりを測定した。なお、サンプル数は１０個である。

弾性表面波素子のくし歯状電極部１３，１４及びくし歯部１３ａ、１４ａ間の圧電基板１２を金属顕微鏡で目視し、くし歯状電極部１３，１４及びくし歯部１３ａ、１４ａ間の圧電基板１２に破壊があるものを不良品、くし歯状電極部１３，１４及びくし歯部１３ａ、１４ａ間の圧電基板１２に破壊のないものを良品とした。

結果を図５に示す。
図５に示されるように、電極部１７及び電極部１８と導電性材料層２０間の距離Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、並びに反射器１９，１９と導電性材料層２０の距離Ｉａ，Ｉｄ（Ｉａ＝Ｉｂ＝Ｉｃ＝Ｉｄ＝ｘ（μｍ））を８０μｍ以下にすると、歩留り（良品率）が９０％以上になり放電破壊を１０％以下にできることがわかる。また、距離Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄを６０μｍ以下にすると、歩留まり（良品率）が１００％になり放電破壊を完全に防止できることがわかる。

本発明の第１の実施の形態の弾性表面波素子を示す平面図、 本発明の第２の実施の形態の弾性表面波素子を示す平面図、 本発明の電子素子の実施の形態としてＴ型フィルタを示す平面図、 図３に示されるＴ型フィルタの等価回路図、 従来の弾性表面波素子及び図１に示された弾性表面波素子１１に歪み及び熱を加えられたときの焦電気耐性を示すグラフ、

符号の説明

１１ 弾性表面波素子
１２ 圧電基板
１３、１４ くし歯状電極部
１５、１６ 接続電極部
１７、１８ 電極部
１９ 反射電極
２０ 導電性材料層

Claims (6)

1. 圧電基板と、くし歯状電極部及び前記くし歯状電極部に接続された接続電極部を有し前記圧電基板表面に表面波を励起する電極部と、前記表面波を反射させる反射器を有する弾性表面波素子において、
   前記電極部及び前記反射器の周囲の圧電基板表面が導電性材料層で覆われ、前記電極部と前記導電性材料層間の距離が、前記電極部と前記反射器間の距離より大きく、８０μｍ以下であることを特徴とする弾性表面波素子。
2. 前記電極部と前記導電性材料層間の距離を６０μｍ以下にする請求項１に記載の弾性表面波素子。
3. 前記導電性材料層は、前記圧電基板の外周部上にまで形成されている請求項１または２に記載の弾性表面波素子。
4. 前記反射器と前記導電性材料層の距離が、０μｍ以上８０μｍ以下である請求項１ないし３のいずれかに記載の弾性表面波素子。
5. 圧電基板上に請求項１または２記載の弾性表面波素子が、導電性の接続層を介して複数個接続されており、前記接続層の周囲の圧電基板表面が前記導電性材料層で覆われ、前記接続層と前記導電性材料層間の距離が、前記電極部と前記反射器間の距離より大きく、８０μｍ以下であることを特徴とする電子素子。
6. 前記接続層と前記導電性材料層間の距離が６０μｍ以下である請求項５に記載の電子素子。

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