JP2010259005A - Surface acoustic wave device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、弾性表面波デバイスに関し、詳しくは、圧電基板表面の弾性表面波を利用するフィルタや共振子などで構成された弾性表面波デバイスに関する。 The present invention relates to a surface acoustic wave device, and more particularly, to a surface acoustic wave device composed of a filter, a resonator, or the like that uses a surface acoustic wave on a surface of a piezoelectric substrate.
従来、例えば送信帯域と受信帯域の周波数差が小さい移動体通信システムにおいて、受信帯域での減衰量を確保するため、タンタル酸リチウム(LiTaO3;LT)やニオブ酸リチウム(LiNbO3;LN)などの電気機械結合係数の大きな圧電基板を使用した弾性表面波フィルタが用いられている。しかし、LT基板やLN基板の周波数温度係数(TCF)が大きい上に、製造ばらつきを考慮すると、送受信帯域間隔は実質的に非常に小さくなる。そのため、温度特性の改善が望まれている。 Conventionally, for example, in a mobile communication system in which a frequency difference between a transmission band and a reception band is small, lithium tantalate (LiTaO 3 ; LT), lithium niobate (LiNbO 3 ; LN), etc. are used to secure attenuation in the reception band. A surface acoustic wave filter using a piezoelectric substrate having a large electromechanical coupling coefficient is used. However, when the frequency temperature coefficient (TCF) of the LT substrate or the LN substrate is large and the manufacturing variation is taken into consideration, the transmission / reception band interval becomes substantially very small. Therefore, improvement of temperature characteristics is desired.
温度特性を改善する方策として、圧電基板に、圧電基板よりも高い強度及び弾性を持つ支持基板を貼り合わせた構成とすることが提案されている。 As a measure for improving temperature characteristics, it has been proposed that a piezoelectric substrate is bonded to a support substrate having higher strength and elasticity than the piezoelectric substrate.
例えば特許文献1には、図11の構成図及び図12の断面図に示すように、LT基板1の表面のIDT(interdigital transducer)型共振器2の周囲の余白領域に、IDT型共振器2を囲むように矩形の保護膜3を形成し、保護膜3は、LT基板1よりも熱膨張係数の小さい石英(SiO2)で形成し、基板1の伸縮を保護膜3によって制限する構成が開示されている。
For example, in
また、特許文献2には、図13の断面図に示すように、比較的厚い圧電基板111Aとシリコン基板112Aとを貼り合わせた後、それぞれの基板111A,112Aを切削・研磨し(図13(b)及び(c)における切削・削除部分111C,112C参照)、所望の程度に薄化された圧電基板111Bとシリコン基板112Bとが接合された構成にすることが開示されている。
In
しかしながら、図12のように圧電基板1の表面の段差部に保護膜3が形成された構成は、圧電基板1の表面を部分的に加工する工程が必要になる。
However, the structure in which the
また、図13のように圧電基板に支持基板を貼り合わせた構成では、圧電基板を薄くしないと温度特性改善効果が得られないためには、圧電基板を薄くする工程が必要である。 Further, in the configuration in which the support substrate is bonded to the piezoelectric substrate as shown in FIG. 13, the step of thinning the piezoelectric substrate is necessary in order to obtain the temperature characteristic improvement effect unless the piezoelectric substrate is thinned.
本発明は、かかる実情に鑑み、圧電基板自体を加工することなく温度特性を改善することができる弾性表面波デバイスを提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention intends to provide a surface acoustic wave device that can improve temperature characteristics without processing the piezoelectric substrate itself.
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した弾性表面波デバイスを提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a surface acoustic wave device configured as follows.
弾性表面波デバイスは、圧電基板の同一主面上に、IDT電極を含む複数の弾性表面波素子部が形成されている。弾性表面波デバイスは、前記圧電基板の前記主面上に、前記圧電基板の線膨張係数より小さい線膨張係数を有する材料を用いて形成された拘束層を備える。前記拘束層は、少なくとも1つの前記弾性表面波素子部について当該弾性表面波素子部の前記IDT電極による弾性表面波が伝搬する振動領域の両外側に、弾性表面波が伝搬する方向と平行に延在しかつ当該弾性表面波素子部に互いに対向するように形成されている。 In the surface acoustic wave device, a plurality of surface acoustic wave element portions including IDT electrodes are formed on the same main surface of a piezoelectric substrate. The surface acoustic wave device includes a constraining layer formed on the main surface of the piezoelectric substrate using a material having a linear expansion coefficient smaller than that of the piezoelectric substrate. The constraining layer extends parallel to the direction in which the surface acoustic wave propagates on both outer sides of the vibration region in which the surface acoustic wave from the IDT electrode of the surface acoustic wave element portion propagates with respect to at least one surface acoustic wave element portion. And the surface acoustic wave element portion is formed so as to face each other.
上記構成において、振動領域は、振動領域の両外側に配置された拘束層によって、弾性表面波が伝搬する方向の温度変化に伴う伸縮が抑制される。これによって、弾性表面波デバイスは、温度特性が改善される。 In the above configuration, in the vibration region, expansion and contraction due to a temperature change in the direction in which the surface acoustic wave propagates is suppressed by the constraining layers disposed on both outer sides of the vibration region. As a result, the surface acoustic wave device has improved temperature characteristics.
上記構成によれば、圧電基板は、薄くしたり、段差を形成したりする必要はない。そのため、圧電基板自体を加工する特別な工程は不要である。 According to the above configuration, the piezoelectric substrate does not need to be thin or have a step. Therefore, a special process for processing the piezoelectric substrate itself is not necessary.
好ましくは、前記振動領域の弾性表面波が伝搬する方向の長さをaとし、前記拘束層の前記振動領域に隣接する部分の弾性表面波が伝搬する方向の長さをbとすると、b/aが0.7以上である。 Preferably, if the length in the direction in which the surface acoustic wave propagates in the vibration region is a, and the length in the direction in which the surface acoustic wave propagates in the portion of the constraining layer adjacent to the vibration region is b, b / a is 0.7 or more.
振動領域の中心部分にはIDT電極が配置されており、この部分の伸縮は周波数特性に大きな影響を及ぼす。b/aが0.7以上であると、少なくとも、温度特性に支配的な影響を及ぼす振動領域の中心部分について、温度変化に伴う伸縮を抑制することができ、効果的に温度特性を改善することができる。 An IDT electrode is disposed at the center portion of the vibration region, and the expansion and contraction of this portion has a great influence on the frequency characteristics. When b / a is 0.7 or more, at least the central portion of the vibration region that has a dominant influence on the temperature characteristics can suppress expansion and contraction due to temperature change, and effectively improve the temperature characteristics. be able to.
なお、拘束層が振動領域全体に隣接すると、すなわちb/aが1以上であると、温度特性に影響する振動領域全体について温度変化に伴う伸縮を拘束層によって拘束できるため、より温度特性を改善することができ、より好ましい。 If the constraining layer is adjacent to the entire vibration region, that is, if b / a is 1 or more, the expansion and contraction due to temperature change can be constrained by the constraining layer for the entire vibration region that affects the temperature characteristics, so the temperature characteristics are further improved. More preferred.
好ましくは、前記拘束層は、前記弾性表面波素子部の全外周を囲む。 Preferably, the constraining layer surrounds the entire outer periphery of the surface acoustic wave element portion.
この場合、弾性表面波デバイスをフリップチップボンディングで実装したときに、封止性が保たれるようにすることができる。すなわち、弾性表面波素子部と拘束層とが形成されている圧電基板の主面に接続電極を形成し、弾性表面波デバイスの接続電極を基板やパッケージにフリップチップボンディングすると、弾性表面波デバイスの弾性表面波素子部は、基板やパッケージに対向し、かつ周囲が拘束層で囲まれ、保護される。 In this case, the sealing performance can be maintained when the surface acoustic wave device is mounted by flip chip bonding. That is, when the connection electrode is formed on the main surface of the piezoelectric substrate on which the surface acoustic wave element portion and the constraining layer are formed, and the connection electrode of the surface acoustic wave device is flip-chip bonded to the substrate or the package, the surface acoustic wave device The surface acoustic wave element is opposed to the substrate and the package and is surrounded by a constraining layer to be protected.
本発明の弾性表面波デバイスは、圧電基板自体を加工することなく温度特性を改善することができる。圧電基板自体を加工する特別な工程が不要であるため、簡単に製造することができる。 The surface acoustic wave device of the present invention can improve temperature characteristics without processing the piezoelectric substrate itself. Since a special process for processing the piezoelectric substrate itself is unnecessary, it can be easily manufactured.
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図10を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
<実施例1> 実施例1の弾性表面波デバイス4について、図1及び図2を参照しながら説明する。
Example 1 A surface
図1(a)は、弾性表面波デバイス4の基本構成を模式的に示す平面図である。図1(b)は、図1(a)の線A−Aに沿って切断した断面を模式的に示す断面図である。
FIG. 1A is a plan view schematically showing the basic configuration of the surface
図1に示すように、弾性表面波デバイス4は、圧電基板10の表面10aに、4つの弾性表面波素子部12,14,16,18と、拘束層20,22,24と、配線パターン11とが形成されている。
As shown in FIG. 1, the surface
圧電基板10は、LT基板やLN基板である。4つの弾性表面波素子部12,14,16,18は、配線パターン11によって接続され、例えば縦結合共振子型フィルタを構成する。弾性表面波素子部12,14,16,18は、それぞれ、1又は2以上のIDT電極及び反射器を備え、IDT電極により励振された弾性表面波は、反射器の間を伝搬する。すなわち、弾性表面波素子部12,14,16,18は、IDT電極による弾性表面波が伝搬する振動領域に形成されている。弾性表面波素子部12,14,16,18のIDT電極による弾性表面波は、図1(a)において左右方向に伝搬するようになっている。
The
拘束層20,22,24は、圧電基板10よりも線膨張係数が小さい材料を用いて形成されている。例えば、圧電基板10の表面10aにIDT電極や配線パターン11を含む導電パターンを形成した後、IDT電極及び電極パッド上にレジストなどの保護膜を形成し、溶射やスパッタリングなどの成膜方法を用いて、LT基板やLN基板などの圧電基板10よりも線膨張係数が小さいSi、Al2O3、SiO2などの材料を堆積させることにより、拘束層20,22,24を形成する。溶射の場合には、成膜速度が速く、コスト的に有利であり、また、厚い膜を形成しやすい。
The constraining
レジストなどの保護層の代わりにマスクを使用して、拘束層20,22,24を形成してもよい。また、レーザなどを使用して拘束層20,22,24に貫通孔を形成して電極パッドを露出させ、入出力を取り出すようにしてもよい。
The constraining
拘束層20,22,24は、弾性表面波素子部12,14,16,18の両外側に形成されている。拘束層20,22,24は、弾性表面波素子部12,14,16,18のIDT電極による弾性表面波が伝搬する方向と平行に、すなわち図1(a)において左右方向に延在し、弾性表面波素子部12,14,16,18に対向するように、形成されている。
The constraining layers 20, 22, and 24 are formed on both outer sides of the surface acoustic
弾性表面波素子部12,14,16,18は、拘束層20,22,24の間に配置されるため、圧電基板10の表面10aは、弾性表面波が伝搬する方向の温度変化に伴う伸縮が拘束層20,22,24によって制限され、弾性表面波が伝搬する状態の変化が抑制され、周波数特性の変化が小さくなる。したがって、弾性表面波デバイス4は、温度特性が改善される。
Since the surface acoustic
圧電基板10の表面10aは、弾性表面波が伝搬する方向の伸縮が、拘束層20,22,24により表面10aに沿って拘束される。そのため、圧電基板10を薄くしたり、圧電基板10の表面10aに溝を加工したりすることなしに、温度特性の改善効果が得られる。
The
図1(b)に示すように配線パターン11の上にも拘束層24を形成することにより、それぞれの弾性表面波素子部12,14,16,18を個別に拘束できるので、高い温度特性改善効果が得られる。
By forming the constraining
拘束層20,22,24が形成される範囲を限定することで、弾性表面波素子部12,14,16,18に対する拘束力が高まり、温度特性改善を効果的に得られる。
By limiting the range in which the constraining
弾性表面波素子部12,14,16,18のIDT電極の中心と拘束層20,22,24の距離を近づけることで、IDT電極への拘束が伝わりやすくなり、高い温度特性改善効果が得られる。
By reducing the distance between the center of the IDT electrode of the surface acoustic
圧電基板10の表面10aに溝を形成する必要がないので、製造工程が簡単になる。また、圧電基板10の表面10aに溝を形成しないことで配線部に考慮することなく、低線膨張係数の拘束層20,22,24を形成できる。
Since it is not necessary to form a groove on the
図2は、弾性表面波素子部12の圧電基板10の表面10aの線膨張係数を計算した結果を示すグラフである。図2において、横軸はb/a、縦軸は線膨張係数である。図1(a)に示すように、弾性表面波素子部12について弾性表面波が伝搬する方向の長さをaとし、弾性表面波素子部12に対向する拘束層20,22について弾性表面波が伝搬する方向の長さをbとし、弾性表面波素子部12の中心における圧電基板10の表面10aの線膨張係数を計算した。
FIG. 2 is a graph showing the result of calculating the linear expansion coefficient of the
図2から、弾性表面波素子部12に対する拘束層20,22の拘束幅bが増えるほど、弾性表面波素子部12に対する拘束力が強まり、圧電基板10の表面10aの線膨張係数が小さくなることが分かる。
From FIG. 2, as the constraint width b of the constraint layers 20 and 22 with respect to the surface acoustic
b/aが1より小さいと、すなわち、bがaよりも小さいと、線膨張係数が急に劣化するため、b/aは1以上であることが好ましい。 When b / a is smaller than 1, that is, when b is smaller than a, the linear expansion coefficient deteriorates rapidly. Therefore, b / a is preferably 1 or more.
しかしながら、後述する構成例のように弾性表面波素子部の近くに電極パッドを設ける場合などには、bをaよりも大きくできず、b/aを1以上にすることができないことがある。そのようなときでも、b/aが0.7以上であると、線膨張係数はある程度まで改善され、少なくとも、温度特性に支配的な影響を及ぼす振動領域の中心部分の温度変化に伴う伸縮を抑制することができるので、効果的に温度特性を改善することができる。 However, when an electrode pad is provided near the surface acoustic wave element portion as in the configuration example described later, b may not be larger than a, and b / a may not be 1 or more. Even in such a case, if b / a is 0.7 or more, the linear expansion coefficient is improved to some extent, and at least the expansion and contraction accompanying the temperature change in the central portion of the vibration region that has a dominant influence on the temperature characteristics. Since it can suppress, a temperature characteristic can be improved effectively.
<実施例2> 実施例2の弾性表面波デバイス5について、図3を参照しながら説明する。
Example 2 A surface
図3は、弾性表面波デバイス5の基本構成を模式的に示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view schematically showing the basic configuration of the surface
図3に示すように、実施例2の弾性表面波デバイス5では、図1(a)に示した実施例1の弾性表面波デバイス4において1段目の弾性表面波素子部12,14と2段目の弾性表面波素子部16,18との間に形成されていた拘束層22を無くしている。
As shown in FIG. 3, in the surface
次の表1は、実施例1及び2について線膨張係数を計算した結果を示す。
表1から、2つの弾性表面波素子部12,16;14,18を一対の拘束層20,24で挟む図3の構成(モデル1)によっても、温度特性改善効果が得られることが分かる。
From Table 1, it can be seen that the effect of improving the temperature characteristics can also be obtained by the configuration of FIG. 3 (model 1) in which the two surface acoustic
ただし、弾性表面波素子部12,14,16,18について個別に拘束層20,22,24で挟む図1(a)の構成(モデル2)の方が、2つの弾性表面波素子部12,16;14,18を一対の拘束層20,24で挟む図3の構成(モデル1)よりも線膨張係数が小さくなり、温度特性改善効果が高いことが分かる。
However, the configuration (model 2) in FIG. 1A in which the surface acoustic
次に、弾性表面波デバイスの構成例について説明する。 Next, a configuration example of the surface acoustic wave device will be described.
<構成例1> 図4は構成例1の弾性表面波デバイス6の平面図、図5は構成例1の弾性表面波デバイス6の回路構成を模式的に示す略図である。
<Configuration Example 1> FIG. 4 is a plan view of the surface
図4及び図5に示すように、圧電基板10の表面10aには、6つの電極パッド30〜35と、4つの弾性表面波素子部12,14,16,18と、拘束層20,22,24a,24bとが形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
電極パッド31には、不平衡信号が入力される。電極パッド33,35からは平衡信号が出力される。電極パッド30,32,34はグランドに接続される。
An unbalanced signal is input to the
図5に示すように、弾性表面波素子部12,14,16,18は、それぞれ、3つのIDT電極50,52,54と2つの反射器60,62とを備える。2つの反射器60,62の間に3つのIDT電極50,52,54が配置され、3つのIDT電極50,52,54と2つの反射器60,62とは、弾性表面波が伝搬する方向に並べられ、反射器の間の振動領域内において弾性表面波が伝搬するようになっている。
As shown in FIG. 5, the surface acoustic
不平衡信号が入力される電極パッド31は、1段目の弾性表面波素子部12,14の中央のIDT電極に接続されている。平衡信号が出力される電極パッド33,35は、2段目の弾性表面波素子部16,18の中央のIDT電極に接続されている。1段目の弾性表面波素子部12,14の両側のIDT電極と、2段目の弾性表面波素子部12,14の両側のIDT電極とは互いに接続されている。
The
<構成例2> 図6は構成例2の弾性表面波デバイス7の平面図、図7は構成例2の弾性表面波デバイス4の回路構成を模式的に示す略図である。
<Configuration Example 2> FIG. 6 is a plan view of the surface
図6及び図7に示すように、圧電基板10の表面10aには、6つの電極パッド30a〜35aと、4つの弾性表面波素子部12a,14a,16a,18aと、拘束層20k,22k,22q,22p,24kとが形成されている。
As shown in FIGS. 6 and 7, on the
電極パッド31aには、不平衡信号が入力される。電極パッド33a,35aからは平衡信号が出力される。電極パッド30a,32a,34aはグランドに接続される。
An unbalanced signal is input to the
拘束層20k,22k,22q,22p,24kと弾性表面波素子部12a,14a,16a,18aとは交互に、一列に形成されている。
The constraining
図7に示すように、弾性表面波素子部12a,14a,16a,18aは、構成例1と同じく、それぞれ、3つのIDT電極50,52,54と2つの反射器60,62とを備え、反射器間の振動領域内において弾性表面波が伝搬するようになっている。
As shown in FIG. 7, the surface acoustic
不平衡信号が入力される電極パッド31aは、1段目の弾性表面波素子部14a,16aの中央のIDT電極に接続されている。平衡信号が出力される一方の電極パッド33aは、2段目の一方の弾性表面波素子部12aの中央のIDT電極に接続されている。平衡信号が出力される他方の電極パッド35aは、2段目の他方の弾性表面波素子部18aの中央のIDT電極に接続されている。
The
<構成例3> 図8は構成例3の弾性表面波デバイス8の平面図、図9は構成例3の弾性表面波デバイス8の回路構成を模式的に示す略図である。 <Configuration Example 3> FIG. 8 is a plan view of the surface acoustic wave device 8 of the configuration example 3, and FIG. 9 is a schematic diagram schematically showing a circuit configuration of the surface acoustic wave device 8 of the configuration example 3.
図8及び図9に示すように、圧電基板10の表面10aには、6つの電極パッド30b〜35bと、4つの弾性表面波素子部12b,14b,16b,18bと、拘束層20s,22s,22t,24sとが形成されている。
As shown in FIGS. 8 and 9, on the
電極パッド30b,32b,33bはグランドに接続される。電極パッド31bには、不平衡信号が入力される。電極パッド34b,35bからは平衡信号が出力される。
The
弾性表面波素子部12b,14b,16b,18bと拘束層20s,22s,22t,24sは、交互に形成され、一列に配置されている。
The surface acoustic
図9に示すように、弾性表面波素子部12b,14b,16b,18bは、それぞれ、3つのIDT電極50,52,54と2つの反射器60,62とを備え、反射器60,62の間の振動領域内において弾性表面波が伝搬するようになっている。
As shown in FIG. 9, the surface acoustic
不平衡信号が入力される電極パッド31bは、1段目の弾性表面波素子部12b,14bの中央のIDT電極に接続されている。平衡信号が出力される一方の電極パッド34bは、2段目の一方の弾性表面波素子部16bの中央のIDT電極に接続されている。平衡信号が出力される他方の電極パッド35bは、2段目の他方の弾性表面波素子部18bの中央のIDT電極に接続されている。
The
<実施例3> 実施例3の弾性表面波デバイス9について、図10を参照しながら説明する。 <Example 3> A surface acoustic wave device 9 of Example 3 will be described with reference to FIG.
図10は、弾性表面波デバイス9の基本構成を模式的に示す平面図である。図10に示すように、弾性表面波デバイス9は、圧電基板10の表面10aに、4つの弾性表面波素子部12,14,16,18と、拘束層26と、不図示の配線パターンとが形成されている。拘束層26は、各弾性表面波素子部12,14,16,18の全周を囲むように形成されている。
FIG. 10 is a plan view schematically showing the basic configuration of the surface acoustic wave device 9. As shown in FIG. 10, the surface acoustic wave device 9 has four surface acoustic
図示していないが、圧電基板10の表面10aにはバンプが形成され、フリップチップボンディングにより弾性表面波デバイス9を、基板やパッケージに実装できるようになっている。
Although not shown, bumps are formed on the
弾性表面波デバイス9は、基板やパッケージにフリップチップボンディングで実装されたときに、弾性表面波素子部10は、基板やパッケージに対向し、かつ周囲が拘束層26で囲まれ、弾性表面波素子部12,14,16,18が個別に保護される。したがって、フリップチップで実装したときに封止性が保たれるようにすることができる。
When the surface acoustic wave device 9 is mounted on a substrate or a package by flip chip bonding, the surface acoustic
<まとめ> 以上に説明したように、圧電基板自体を加工することなく温度特性を改善することができる。圧電基板自体を加工する特別な工程が不要であるため、簡単に製造することができる。 <Summary> As described above, the temperature characteristics can be improved without processing the piezoelectric substrate itself. Since a special process for processing the piezoelectric substrate itself is unnecessary, it can be easily manufactured.
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications.
4〜9 弾性表面波デバイス
10 基板
10a 表面(主面)
12,12a,12b 弾性表面波素子部
14,14a,14b 弾性表面波素子部
16,16a,16b 弾性表面波素子部
18,18a,18b 弾性表面波素子部
20,20a,20k,20s 拘束層
22,22a,22k,22p,22q,22s,22t 拘束層
24,24a,24b,24k,24s 拘束層
26 拘束層
4-9 Surface
12, 12a, 12b Surface acoustic
Claims (3)
前記圧電基板の前記主面上に、前記圧電基板の線膨張係数より小さい線膨張係数を有する材料を用いて形成された拘束層を備え、
前記拘束層は、少なくとも1つの前記弾性表面波素子部について当該弾性表面波素子部の前記IDT電極による弾性表面波が伝搬する振動領域の両外側に、弾性表面波が伝搬する方向と平行に形成されていることを特徴とする、弾性表面波デバイス。 A surface acoustic wave device in which a plurality of surface acoustic wave element units including IDT electrodes are formed on the same main surface of a piezoelectric substrate,
A constraining layer formed on the main surface of the piezoelectric substrate using a material having a linear expansion coefficient smaller than that of the piezoelectric substrate;
The constraining layer is formed on at least one of the surface acoustic wave element portions on both outer sides of a vibration region in which the surface acoustic wave is propagated by the IDT electrode of the surface acoustic wave element portion in parallel with the direction in which the surface acoustic waves propagate. A surface acoustic wave device characterized in that:
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2009
- 2009-04-28 JP JP2009109876A patent/JP2010259005A/en active Pending
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