JP2013214954A

JP2013214954A - 共振子、周波数フィルタ、デュプレクサ、電子機器及び共振子の製造方法

Info

Publication number: JP2013214954A
Application number: JP2012278237A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Takahashi; 智之高橋
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-10-17
Also published as: CN103312286A; US20130234805A1; US9112134B2

Abstract

【課題】支持基板を加工する必要がない共振子、周波数フィルタ、デュプレクサ、電子機器及び共振子の製造方法を提供すること
【解決手段】本発明に係る共振子１００は、支持基板１０１と、圧電層１０３と、励振電極１０４と、接合層１０２とを具備する。圧電層１０３は、圧電性材料からなる。励振電極１０４は、圧電層１０３の表面に形成され、圧電層１０３のバルク弾性波を励振する。接合層１０２は、圧電層１０３を介して励振電極１０４に対向する空隙が形成され、支持基板１０１と圧電層１０３の裏面とを接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電層のバルク弾性波を利用する共振子、周波数フィルタ、デュプレクサ、電子機器及び共振子の製造方法に関する。

圧電体に電界を印加すると、弾性波を生じさせることができる。弾性波には、圧電体の表面を伝播する表面弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave)や、圧電体の内部を伝播するバルク弾性波（ＢＡＷ：Bulk Acoustic Wave)等の種類があり、バルク弾性波には縦波や横波が混在一体となって伝播するラム（Lamb）波型弾性波が含まれる。

共振子は、このような圧電体の弾性波を利用する素子であり、基板上に積層された圧電層上に櫛歯状電極（ＩＤＴ：Inter Digital Transducer)等の電極が形成されて構成されている。電極に電気信号を印加すると圧電層に弾性波を生じさせることができ、また、圧電層の弾性波が電極に到達すると電気信号を取り出すことができる。電極と共振する弾性波の周波数は、圧電層の厚みや櫛形電極のピッチによって制御することができる。

このような特性から共振子は、特定の周波数のみを通過させる周波数フィルタとして利用することができ、通信機器の受信波と送信波を分離する分波器（デュプレクサ）として多く用いられている。

ここで、弾性波のうちバルク弾性波は圧電層の内部を伝播することから、圧電層における電極の反対側、即ち圧電層と基板の界面に、圧電層の振動を可能とする自由振動面が必要である。例えば、特許文献１に開示されている「ラム波型高周波デバイス」では、補強基板に凹部が形成され、圧電層の自由振動面が提供されている。

特開２００７−２５１９１０号公報（段落[００５３]、図２）

しかしながら、特許文献１に記載のような、圧電層の支持基板に凹部が形成されている素子構造では、製造時に支持基板を加工する工程が必要になると共に、支持基板に凹部を形成しない場合に比べて素子の機械的強度が低下するという問題がある。特に今後、これらの素子にもさらなる小型化が要求される中で、生産性の点からも改善が期待される。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、支持基板を加工する必要がない共振子、周波数フィルタ、デュプレクサ、電子機器及び共振子の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る共振子は、支持基板と、圧電層と、励振電極と、接合層とを具備する。上記圧電層は、圧電性材料からなる。上記励振電極は、上記圧電層の表面に形成され、上記圧電層のバルク弾性波を励振する。上記接合層は、上記圧電層を介して上記励振電極に対向する空隙が形成され、上記支持基板と上記圧電層の裏面とを接合する。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る周波数フィルタは、支持基板と、圧電層と、複数の励振電極と、接合層とを具備する。上記圧電層は、圧電性材料からなる。上記励振電極は、上記圧電層の表面に形成され、上記圧電層のバルク弾性波を励振する。上記接合層は、上記圧電層を介して上記励振電極に対向する空隙が形成され、上記支持基板と上記圧電層の裏面とを接合する。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るデュプレクサは、送信フィルタと、受信フィルタとを具備する。上記送信フィルタは、支持基板と、圧電性材料からなる圧電層と、上記圧電層の表面に形成された上記圧電層のバルク弾性波を励振する相互に接続された複数の励振電極と、上記圧電層を介して上記励振電極に対向する空隙が形成された上記支持基板と上記圧電層の裏面とを接合する接合層とを有し、アンテナ及び送信ポートに接続されている。上記受信フィルタは、支持基板と、圧電性材料からなる圧電層と、上記圧電層の表面に形成された上記圧電層のバルク弾性波を励振する相互に接続された複数の励振電極と、上記圧電層を介して上記励振電極に対向する空隙が形成された上記支持基板と上記圧電層の裏面とを接合する接合層とを有し、上記アンテナ及び受信ポートに接続されている。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電子機器は、アンテナと、送信フィルタと、受信フィルタとを具備する。上記送信フィルタは、支持基板と、圧電性材料からなる圧電層と、上記圧電層の表面に形成された上記圧電層のバルク弾性波を励振する相互に接続された複数の励振電極と、上記圧電層を介して上記励振電極に対向する空隙が形成された上記支持基板と上記圧電層の裏面とを接合する接合層とを有し、上記アンテナ及び送信ポートに接続されている。上記受信フィルタは、支持基板と、圧電性材料からなる圧電層と、上記圧電層の表面に形成された上記圧電層のバルク弾性波を励振する相互に接続された複数の励振電極と、上記圧電層を介して上記励振電極に対向する空隙が形成された上記支持基板と上記圧電層の裏面とを接合する接合層とを有し、上記アンテナ及び受信ポートに接続されている。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電子機器の製造方法は、圧電性材料からなる圧電層の裏面に犠牲層を形成する。支持基板と上記圧電層の裏面とは、上記犠牲層を介して接着剤により接合される。上記圧電層の表面に、上記犠牲層と対向する、上記圧電層のバルク弾性波を励振可能な励振電極が形成される。上記犠牲層は除去される。

本発明の実施形態に係る共振子の層構造を示す断面図である。同共振子の平面構成を示す平面図である。同共振子の製造プロセスを示す模式図である。本発明の実施形態に係る周波数フィルタを示す模式図である。本発明の実施形態に係る電子機器及びデュプレクサを示す模式図である。ＳＡＷデバイスの構造を示す模式図である。Ｌａｍｂ波デバイスの構造を示す模式図である。ＬｉＮｂＯ_３単結晶基板の板厚と各モードの位相速度の分散関係を示すグラフである。ＦＢＡＲデバイスの構造を示す模式図である。ＳＭＲデバイスの構造を示す模式図である。直列共振子と並列共振子のインピーダンス特性を示すグラフである。送信フィルタ及び受信フィルタのインピーダンスの条件を示す表である。

本発明の一実施形態に係る共振子は、支持基板と、圧電層と、励振電極と、接合層とを具備する。上記圧電層は、圧電性材料からなる。上記励振電極は、上記圧電層の表面に形成され、上記圧電層のバルク弾性波を励振する。上記接合層は、上記圧電層を介して上記励振電極に対向する空隙が形成され、上記支持基板と上記圧電層の裏面とを接合する。

この構成によれば、圧電層の振動を許容する自由振動面が接合層に設けられた空隙によって提供されており、支持基板に特段の加工が必要ではない。したがって、支持基板の加工に起因する機械的強度や生産性の低下を防止することが可能であるとともに、共振子の小型化を図ることも可能となる。

上記バルク弾性波はラム波型弾性波であってもよい。

ラム波型弾性波を伝播させるのに適した圧電層の厚さは、表面弾性波を伝播させるのに適した圧電層の厚さに比べて著しく小さい。したがって、ラム波型弾性波を利用する共振子においては、支持基板の強度がより重要となる。上述のように、本実施形態に係る共振子では支持基板の強度低下が防止されているため、ラム波型弾性波を利用するのに適している。

上記接合層は、絶縁性材料からなってもよい。

本実施形態に係る共振子の構造においては、圧電層と支持基板とを絶縁する必要があるが、接合層を絶縁性材料からなるものとすることにより、接合層によってこれらを絶縁することが可能となる。即ち、別途絶縁のための層を設ける必要がなく、共振子の生産性、小型化の点で好適である。

上記励振電極は、ＩＤＴであってもよい。

ＩＤＴ（Inter Digital Transducer：櫛歯状電極）は、導電性材料を櫛歯状に配置した電極であるが、ラム波型弾性波の励振が可能である。本実施形態に係る共振子においては、圧電層上にＩＤＴを形成することにより、励振電極として利用することができる。

本発明の一実施形態に係る周波数フィルタは、支持基板と、圧電層と、複数の励振電極と、接合層とを具備する。上記圧電層は、圧電性材料からなる。上記励振電極は、上記圧電層の表面に形成され、上記圧電層のバルク弾性波を励振する。上記接合層は、上記圧電層を介して上記励振電極に対向する空隙が形成され、上記支持基板と上記圧電層の裏面とを接合する。

本発明の一実施形態に係るデュプレクサは、送信フィルタと、受信フィルタとを具備する。上記送信フィルタは、支持基板と、圧電性材料からなる圧電層と、上記圧電層の表面に形成された上記圧電層のバルク弾性波を励振する相互に接続された複数の励振電極と、上記圧電層を介して上記励振電極に対向する空隙が形成された上記支持基板と上記圧電層の裏面とを接合する接合層とを有し、アンテナ及び送信ポートに接続されている。上記受信フィルタは、支持基板と、圧電性材料からなる圧電層と、上記圧電層の表面に形成された上記圧電層のバルク弾性波を励振する相互に接続された複数の励振電極と、上記圧電層を介して上記励振電極に対向する空隙が形成された上記支持基板と上記圧電層の裏面とを接合する接合層とを有し、上記アンテナ及び受信ポートに接続されている。

本発明の一実施形態に係る電子機器は、アンテナと、送信フィルタと、受信フィルタとを具備する。上記送信フィルタは、支持基板と、圧電性材料からなる圧電層と、上記圧電層の表面に形成された上記圧電層のバルク弾性波を励振する相互に接続された複数の励振電極と、上記圧電層を介して上記励振電極に対向する空隙が形成された上記支持基板と上記圧電層の裏面とを接合する接合層とを有し、上記アンテナ及び送信ポートに接続されている。上記受信フィルタは、支持基板と、圧電性材料からなる圧電層と、上記圧電層の表面に形成された上記圧電層のバルク弾性波を励振する相互に接続された複数の励振電極と、上記圧電層を介して上記励振電極に対向する空隙が形成された上記支持基板と上記圧電層の裏面とを接合する接合層とを有し、上記アンテナ及び受信ポートに接続されている。

本発明の一実施形態に係る電子機器の製造方法は、圧電性材料からなる圧電層の裏面に犠牲層を形成する。支持基板と上記圧電層の裏面とは、上記犠牲層を介して接着剤により接合される。上記圧電層の表面に、上記犠牲層と対向する、上記圧電層のバルク弾性波を励振可能な励振電極が形成される。上記犠牲層は除去される。

この製造方法においては、圧電層の裏面に犠牲層が形成された後、圧電層と支持基板とが接着材により接合されるため、圧電層と犠牲層の間への接着剤の付着が防止される。このため、犠牲層が除去されて空隙が形成された際、空隙に面する圧電層の裏面、即ち自由振動面には接着剤が残留せず、接着剤による共振特性への影響を防止することが可能となる。

上記犠牲層を除去する工程は、上記圧電層に上記犠牲層へ連通する貫通孔を形成する工程と、上記貫通孔に上記犠牲層を溶解させる液体を通液する工程とを含んでもよい。

この製造方法によれば、層内に埋設されている犠牲層を容易に除去することが可能となる。

［共振子の原理及び特徴］
圧電体におけるバルク弾性波を利用する共振子の原理及び特徴について説明する。

ＳＡＷ(Surface Acoustic Wave：表面弾性波)は、圧電結晶の表面を伝播する弾性波の一種である。図６は、ＳＡＷデバイス１０の構造を示す模式図である。圧電結晶からなる圧電基板１１の表面に周期的なすだれ状電極(ＩＤＴ：櫛歯状電極とも言う)１２を形成し、交流電圧を印加するとＳＡＷの伝播速度と電極ピッチに対応した周波数のＳＡＷが逆圧電効果により励振される。弾性波の伝播方向を図中に矢印で示す（以下の図において同じ）。電極ピッチの微細化により、ＳＡＷデバイスの共振周波数の高周波化は理論上可能であるが、電極の加工技術の問題や耐電力の問題から、ＳＡＷデバイスは高周波帯用途には不向きである。

Ｌａｍｂ波（ラム波型弾性波）も弾性波の一種であるが、ＳＡＷとは異なり薄い圧電結晶板内を伝播する板波の一種である。図７はＬａｍｂ波デバイス２０の構造を示す模式図である。デバイスの構造はＳｉ基板２１に圧電層２２を形成し、Ｓｉ基板２１を裏面から切削するなどして振動の自由端を形成する。ＳＡＷデバイス同様、表面にＩＤＴ２３を形成し交流電圧の印加により励振される。共振周波数は電極ピッチとＬａｍｂ波の伝播速度で決まる。電極ピッチを微細化し、板厚を薄くすることで高周波化が可能である。ＳＡＷに比べてＬａｍｂ波の伝播速度が速いため、高周波化しやすい。

上記の通り、Ｌａｍｂ波には多数のモードが存在し、その結合係数や分散関係は異なる。図８にＬｉＮｂＯ_３単結晶基板の板厚（波長で規格化）と各モードの位相速度の分散関係のグラフ（計算値）を示す。例えば、Ａ１モードを採用し、共振子を作製する場合のＩＤＴピッチと共振周波数の数値例を示す。板厚４００ｎｍのＬＮ基板を用い、ＩＤＴピッチを１μｍとすると、励振されるＡ１モードの波長λ＝ＩＤＴピッチ×２＝２μｍとなる。規格化された板厚は４００ｎｍ／２μｍ＝０．２となり、Ａ１モードの分散曲線から位相速度Ｖは約１３０００ｍ／ｓとなる。共振周波数ｆ０はｆ０＝Ｖ／λで与えられ、Ｖとλを代入するとｆ０＝６．５ＧＨｚとなる。

ＦＢＡＲ(Film Bulk Acoustic Resonator:薄膜バルク共振器)は圧電薄膜の厚み縦振動を利用した共振器である。図９はＦＢＡＲデバイス３０の構造を示す模式図である。ＦＢＡＲデバイス３０は、基板３１上に下部電極３２、圧電層３３、上部電極３４がこの順に積層されて構成されている。振動するための自由端が必要であり、基板３１の裏面から共振器の下部を掘る方法や、犠牲層を用いる方法などにより、共振器の下部に空洞を形成する。

下部に空洞を設けるのでなく音響多層膜を共振子の下部に形成し、バルク波の反射を利用して共振を得るタイプの共振器もあり、ＳＭＲ (Solidly Mounted Resonator)と呼ばれている。図１０はＳＭＲデバイス４０の構造を示す模式図である。ＳＭＲデバイス４０は、基板４１上に、音響反射膜４２、下部電極４３、圧電層４４、上部電極４５がこの順に積層されて構成されている。音響反射膜４２は音響インピーダンスの高い膜４２ａと低い膜４２ｂを、弾性波の波長λの１／４の厚みで交互に積層させたものである。共振子部分の基本構造や、用いる振動モードはＦＢＡＲと同様である。

ＦＢＡＲ(またはＳＭＲ)の共振周波数は圧電薄膜の膜厚と音速から決まるため、圧電薄膜の膜厚で共振周波数を制御することができる。Ｌａｍｂ波やＳＡＷデバイスのような電極の微細加工が必要ないため、高周波化がしやすい。また微細電極を持たないことから低損失・高耐電力がはかれる。一方、共振周波数の膜厚依存性が大きく、製造プロセスでの膜厚制御が難しいため、共振周波数の製造ばらつきが大きく歩留まりが悪い。また、製造プロセス自体もＳＡＷやＬａｍｂ波デバイスに比べて複雑である。

Ｌａｍｂ波デバイス、ＦＢＡＲともにＳｉ基板は支持基板としての役割を果たしている。Ｓｉが基板材料として用いられる理由は、比較的安価で表面の平坦性や温度特性に優れており、Ｓｉ基板上の薄膜プロセスが確立されているためである。Ｌａｍｂ波デバイス、ＦＢＡＲは両者とも圧電薄膜を有し、その厚み振動または板波を利用しているが、圧電薄膜自体は強度的な問題や、スパッタ膜の場合、膜応力などの問題もあり自立することが不可能である。

［共振子の構造］
本発明の実施形態に係る共振子について説明する。図１は、共振子１００の層構造を示す断面図である。同図に示すように、共振子１００は、支持基板１０１、接合層１０２、圧電層１０３及び励振電極１０４を有する。支持基板１０１上に接合層１０２が積層され、接合層１０２上に圧電層１０３が積層され、圧電層１０３上に励振電極１０４が形成されている。また、接合層１０２には、空隙１０５が形成されている。なお、共振子１００にはさらに反射器や引き出し電極等が設けられるものとすることができるが、これらについは後述する。

支持基板１０１は、上層の各層を支持する基板である。支持基板１０１の材料は特に限定されないが、Ｓｉ、サファイア、ＡｌＮ、水晶、ＳｉＣ等からなるものとすることができる。図１に示すように、共振子１００の支持基板１０１は平板状であり、基板強度の低下を招くような加工（凹状構造等）は形成されていない。支持基板１０１の厚さは例えば２００μｍとすることができるが、特に限定されず、少なくとも上層を支持することが可能な強度を満たす厚さとすることができるが、加工が施される場合に比べて薄くすることが可能である。

接合層１０２は、支持基板１０１上に積層され、支持基板１０１と圧電層１０３とを接合する。接合層１０２は、接着性を有する材料、例えば、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン)等からなるものとすることができるが、後述する犠牲層の除去液（フッ酸等）に対するエッチングレートが犠牲層より十分低いものが好適である。

接合層１０２は流動体の状態で支持基板１０１と圧電層１０３を接着し、硬化されているものとすることができる。また、接合層１０２を絶縁性材料からなるものとすることにより、接合層１０２によって支持基板１０１と圧電層１０３を絶縁させることが可能である。接合層１０２の厚さは特に限定されないが、空隙１０５を形成するに十分な厚さであればよい。接合層１０２の厚さは例えば１μｍとすることができる。

圧電層１０３は、圧電性材料からなり、バルク弾性波を生じる層である。バルク弾性波には、圧電層１０３の厚さ方向に伝播する薄膜バルク弾性波（ＦＢＡＷ：Film Bulk Acoustic Wave)や、縦波や横波が混在一体となって伝播するラム（Lamb）波型弾性波が含まれる。本実施形態においては、ラム波型弾性波を利用する共振子について説明するが、本発明は薄膜バルク弾性波を利用する共振子についても適用可能である。

これらのバルク弾性波は、圧電層の表面を伝播する表面弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）とは異なり、圧電層における電極の裏側に圧電層の振動を許容する自由振動面が必要となる。本実施形態においては、圧電層１０３の裏面（接合層１０２側）に形成された空隙１０５によってこの自由振動面が提供されている。

圧電層１０３を構成する圧電性材料は、特に限定されないが、ＬｉＴａＯ_３単結晶、ＬｉＮｂＯ_３、ＡｌＮ、水晶及びこれらにＦｅやＭｇ等をドープした材料とすることができる。圧電層１０３の厚みは、例えば１μｍ程度とすることができる。また、圧電層１０３には、後述する犠牲層の除去に用いられる貫通孔１０３ａが数箇所設けられている。

励振電極１０４は、圧電層１０３上に形成され、圧電層１０３のラム波型弾性波を励振させる。励振電極１０４は、櫛歯状にパターニングされた櫛歯状電極（ＩＤＴ：Inter Digital Transducer）であるものとすることができ、例えばＡｌ、Ｃｕ又はＣｕを添加したＡｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｕ等やこれらの積層膜からなるものとすることができる。励振電極１０４のパターン（櫛歯の間隔等）は、共振周波数に応じて任意に形成することができる。

空隙１０５は、接合層１０２中に形成され、圧電層１０３の裏面に自由振動面を提供する。空隙１０５は、圧電層１０３において励振電極１０４の反対側に形成され、即ち圧電層１０３を介して励振電極１０４と対向するように形成されている。空隙１０５は、後述する犠牲層の除去によって形成することができる。空隙１０５の厚さは特に限定されないが、圧電層１０３の振動を妨げない十分な厚さであればよい。空隙１０５の厚さは例えば０．５μｍとすることができる。

［共振子の平面構成］
以上のような層構造を有する共振子１００の、平面構成について説明する。図２は、表面（励振電極１０４側）からみた共振子１００を示す平面図である。同図に示すように、共振子１００は、圧電層１０３上に励振電極１０４に加えて反射器１０６、引出電極１０７及び実装用パッド１０８が形成されたものとすることができる。なお、励振電極１０４、反射器１０６、引出電極１０７及び実装用パッド１０８のレイアウトは、ここに示すものに限られず、適宜変更することが可能である。

反射器１０６は、特定の周波数のラム波型弾性波のみを強く反射し、圧電層１０３と励振電極１０４の共振を発生させる。反射器１０６は、ラム波型弾性波の伝播方向に直交して延伸された複数の線状パターンに形成された導電性材料からなるものとすることができ、２つの反射器１０６が励振電極１０４を挟むように配置されたものとすることができる。反射器１０６は、励振電極１０４と同一の材料からなるものとすることができる。

引出電極１０７は、励振電極１０４と一体的に形成され、励振電極１０４と実装用パッド１０８の間で電荷を授受する。実装用パッド１０８は、配線等が接続されるパッドである。引出電極１０７と実装用パッド１０８は、励振電極１０４及び反射器１０６と同一の材料からなるものとすることができる。さらに実装用パッド１０８は励振電極１０４及び反射器１０６と同一の材料にＴｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｎ、Ａｕ等の金属を積層させてもよい。

図２に示すように、空隙１０５は、励振電極１０４及び反射器１０６の裏面に配置されるものとすることができる。本実施形態においては、励振電極１０４及び反射器１０６の間でラム波型弾性波が伝播するためである。励振電極１０４と反射器１０６のレイアウトがここに示すものと異なる場合、空隙１０５は少なくともラム波型弾性波が伝播する範囲に設けられるものとすることができる。

［共振子の動作］
共振子１００の動作について説明する。励振電極１０４によって圧電層１０３に電界が付与されると、圧電作用によって圧電層１０３が振動する。圧電層１０３の振動は反射器１０６によって反射されるが、この際、反射器１０６のパターン（ピッチ等）に応じて特定の周波数のラム波型弾性波のみが反射され、圧電層１０３と励振電極１０４の間で相互に振動が増幅され、共振が発生する。

また、ラム波型弾性波が励振電極１０４に到達すると、圧電反作用により、圧電層１０３に生じたひずみに比例した電荷が励振電極１０４に誘起される。この電界によって圧電層１０３に振動が励起され、反射器１０６によって反射されることにより、圧電層１０３と励振電極１０４の間で相互に振動が増幅され、共振が発生する。

このように、共振子１００においては、圧電層１０３が振動することによって励振電極１０４との共振が生じるが、圧電層１０３における励振電極１０４の裏面に、圧電層１０３の振動を許容するための自由振動面が必要である。仮に自由振動面がなければ、圧電層１０３の振動が制限され、共振子として機能しない、もしくは機能が低下するためである。本実施形態においては、圧電層１０３における励振電極１０４の裏面に空隙１０５が形成されており、この空隙１０５によって自由振動面が提供されている。

［共振子の製造方法］
共振子１００の製造方法について説明する。図３は、共振子１００の製造プロセスを示す模式図である。図３（ａ）に示すように、圧電基板１０３’の裏面に犠牲層１０５’を積層する。圧電基板１０３’は後に圧電層１０３となる基板である。犠牲層１０５’は、例えば厚さ０．５μｍのＳｉＯ_２からなるものとすることができ、圧電基板１０３’の裏面に例えばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition）によって成膜することができる。犠牲層１０５’は、圧電基板１０３’の裏面全体に成膜され、パターニングによって所定範囲にのみ形成されるものとすることも可能である。ここで図２の通り、犠牲層１０５’は励振電極１０４より大きな面積を有する。特に反射器１０６の端部と犠牲層１０５’のマージンは５μｍ以上あることが望ましい。なお犠牲層１０５’はＳｉＯ_２に限定されるものでなく、ＭｇＯやＺｎＯ、ＴｉＯ_２等の透明な膜でもよいし、ＣｕやＴｉ、Ａｌ等の金属でもよい。

次に図３（ｂ）に示すように、犠牲層１０５’を形成した圧電基板１０３’の裏面と支持基板１０１とを接着剤によって接合し、接合層１０２を形成する。接合層１０２の厚みは犠牲層１０５’よりも同等以上であればよく、例えば１μｍとすることができる。接合層１０２はアクリル、エポキシ、ＢＣＢ等のＵＶ硬化型特性を有することが望ましい。例えば支持基板１０１にＳｉを使用した場合、その熱膨張係数は２．６ｐｐｍ／℃、圧電基板１０３に４２°Ｙ−ＬＴを使用した場合、Ｘ軸方向の熱膨張係数は１６．１ｐｐｍ／℃である。接合層１０２に熱硬化型特性を有するものを選択すると支持基板１０１と圧電基板１０３の熱膨張係数差により、接合後に基板が反る。基板が反ることで基板搬送や処理の観点からプロセスを流すことが不可能になる場合がある。このため接合層１０２はＵＶ硬化型特性を有することが望ましい。ここで、犠牲層１０５’が事前に圧電基板１０３’上に形成されているため、接着剤が圧電層１０３と犠牲層１０５’の間に付着することは防止されている。次いで研削、研磨等により圧電層１０３を所望の厚みに加工する。例えば２５０μｍの圧電層１０３を１μｍまで薄化する。

続いて、図３（ｃ）に示すように、圧電層１０３の表面に、励振電極１０４を形成する。励振電極１０４は、圧電層１０３上に電極材料を成膜し、これをドライエッチング等によってパターニングし、形成することができる。例えば励振電極１０４は１％Ｃｕを添加したＡｌを使用し、その厚みは０．２μｍとすることができる。密着力、耐電力向上のため１％Ｃｕを添加したＡｌの下層にＴｉ等を成膜してもよい。また、この際、反射器１０６、引出電極１０７及び実装用パッド１０８を同時にパターニングして形成することも可能である。

続いて、図３（ｄ）に示すように、圧電層１０３に貫通孔１０３ａを形成する。貫通孔１０３ａは、ドライエッチング等によって形成することが可能である。加工深さは圧電層１０３と同等の１μｍとすることができる。エッチング装置としては、プラズマエッチング装置（アルバック社製ＮＬＤ）が用いられ、エッチングガスとしてはＣ_３Ｆ_８とＡｒとの混合ガスが用いられる。エッチング条件は特に限定されないが、一例を挙げると、プラズマ形成用の高周波電力は６００Ｗ、基板バイアスは３００Ｗ、処理圧力は０．６６Ｐａ、エッチングガス流量はＡｒが８０ｓｃｃｍ、Ｃ_３Ｆ_８が２０ｓｃｃｍとすることができる。貫通孔１０３ａは例えば、図２に示すように反射器１０６の外側に形成する。ここで、後の犠牲層除去工程において圧電層１０３の破損を防ぐため、犠牲層１０５’領域よりも内側に貫通孔１０３ａを形成することが望ましい。例えば貫通孔１０３ａと犠牲層１０５’のギャップおよび反射器１０６と犠牲層１０５’のギャップを1μｍ以上とすることができる。ただし、犠牲層１０５’の４角に円形の貫通孔を形成してもよく、貫通孔の配置は限定されるものではない。また、貫通孔の形状は限定されるものではなく、正方形や長方形、円形、三角形、矩形などでもよく、その個数も限定されるものではない。

続いて、図３（ｅ）に示すように、貫通孔１０３ａに犠牲層除去液を通液し、犠牲層１０５’を除去する。犠牲層除去液は、接合層１０２の材料を溶解せず、犠牲層１０５’の材料を溶解することが可能な液を用いることができ、例えば、フッ酸を用いることが可能である。犠牲層除去液によって犠牲層１０５’が除去されると、空隙１０５が形成され、共振子１００が製造される。犠牲層１０５’がＳｉＯ_２の場合、１％フッ酸で犠牲層１０５’は除去される。接合層１０２の１％フッ酸に対するエッチングレートはＳｉＯ_２より小さく、犠牲層１０５’のＳｉＯ_２のみ選択的に溶解するため、空隙１０５が形成される。また、犠牲層除去後の基板乾燥工程において、中空構造部の圧電層１０３が下地の接合層１０２にくっつき、スティッキング不良が発生する場合がある。これを回避するため、犠牲層１０５’の厚みは０．５μｍ以上であることが望ましい。基板は、アセトンやＩＰＡなどの有機溶剤に浸漬後、引き上げて乾燥させるものとすることができる。

以上のように本実施形態においては、支持基板１０１に対して加工を施すことなく、圧電層１０３の自由振動面を形成することが可能であり、加工による支持基板の強度低下を防止することが可能である。一般に、支持基板となるＳｉ基板の加工が実施される際には、Ｄ−ＲＩＥ(Deep-Reactive Ion Etching)等の加工方法が用いられることが多いが、本実施形態においてはこのような加工方法を用いる必要はなく、設備や製造時間、コスト等を低減することも可能となっている。

さらに、上述のように、接着剤による圧電基板１０３’と支持基板１０１の接合の前に、圧電基板１０３’に犠牲層１０５が積層されているため、空隙１０５に面する圧電層１０３の裏面への接着剤が防止されている。ここで、仮にこの面に接着剤が付着しているとすると、接着剤の存在により圧電層１０３の共振特性が影響を受けることが考えられる。これに対し本実施形態では、接着剤による影響を防止することが可能である。

［周波数フィルタの構成］
上述した共振子１００の構造を用いて、周波数フィルタを構成することが可能である。図４は、周波数フィルタ２００の構成を示す模式図である。同図に示すように、周波数フィルタ２００は、励振電極１０４及び反射器１０６によって構成された共振子１００が複数接続されて構成されている。図４に示す周波数フィルタ２００は、ラダー型フィルタと呼ばれるフィルタであるが、本発明はＤＭ（Double Mode)型フィルタ等の他の構造を有するフィルタに適用することも可能である。

ラダー型フィルタに関して説明を加える。ラダー型フィルタは共振子を直列および並列に接続した構造を有する。図１１は共振子が直列に接続された直列共振子と共振子が並列に接続された並列共振子のインピーダンス特性を示すグラフである。なお、図１１の縦軸が「インミタンス」と表されているが、これは、このグラフがインピーダンスとアドミッタンスを包含して表しているからで、このインピーダンスとアドミッタンスを総称する場合、「インミタンス」と呼ばれることがある。図１１中Ｂｐは並列共振子のアドミッタンスの虚数部、Xsは直列共振子のインピーダンスの虚数部を表す。ラダー型フィルタの動作原理、設定方法は以下の通りである。

まず、直列共振子Ｒｓのインピーダンスの零点と並列共振子Ｒｐのインピーダンスの極点を一致させる（ωａｐとωｒｓ）。規格を満足する減衰極の極周波数を決める（図１１参照）。次に、通過域の特性を満たす共振子の構造を決める。例えばＳＡＷフィルタの場合、電極の交差長・対数（交差対の数）等である。フィルタのインピーダンスＺｉｎが減衰域において無限大、通過域において５０Ωに成るように共振子を構成する。

周波数フィルタ２００の層構造は、上述した共振子１００と同様のものとすることができ、単一の支持基板１０１に接合層１０２を介して圧電層１０３が積層され、その上に各励振電極１０４及び反射器１０６が形成されているものとすることができる。空隙１０５は、図２に示したように、各共振子１００の裏側に形成されているものとすることができる。

周波数フィルタ２００は、広帯域バンドパスフィルタとして機能する。既述のように、支持基板１０１の強度を低下させるような加工が不要であるため、強度、生産性の高い周波数フィルタとすることが可能である。

［電子機器及びデュプレクサの構成］
上述した周波数フィルタ２００を用いて、電子機器のデュプレクサ（分波器）を構成することが可能である。デュプレクサは送信アンテナ、受信アンテナを兼用したものである。送信信号の受信帯域への漏洩、または受信信号の送信帯域への漏洩が少ないことが求められる。この条件を満たすためには送信フィルタのインピーダンスＺｔおよび受信フィルタのインピーダンスＺｒが図１２に示す表の条件を満たす必要がある。なお当該表においてＺ０＝５０Ωである。

図５は、デュプレクサ３００を備える電子機器４００の構成を示す模式図である。電子機器４００は、無線の送受信が可能な電子機器、例えば、携帯電話やトランシーバーである。

同図に示すように、電子機器４００は、デュプレクサ３００及びアンテナ４０１を有する。アンテナ４０１はデュプレクサ３００に接続され、デュプレクサ３００は電子機器４００に内蔵された送信ポート及び受信ポートに接続されている。

デュプレクサ３００は、送信フィルタ２００Ｓ、受信フィルタ２００Ｒ及び分波回路３０１を有する。送信フィルタ２００Ｓ及び受信フィルタ２００Ｒは共にアンテナ４０１に接続され、分波回路３０１はアンテナ４０１と受信フィルタ２００Ｒの間に配置されている。送信フィルタ２００Ｓは送信ポートに、受信フィルタ２００Ｒは受信ポートにそれぞれ接続されている。

送信フィルタ２００Ｓ及び受信フィルタ２００Ｒは、上述した周波数フィルタ２００を用いることが可能である。送信フィルタ２００Ｓは、送信周波数を通過帯域として設定され、受信フィルタ２００Ｒは受信周波数を通過帯域として設定されている。また、送信フィルタ２００Ｓ及び受信フィルタ２００Ｒは、単一の支持基板上に設けられているものとすることも可能である。

分波回路３０１は、複数の周波数帯域の信号が重畳された単一の信号線路から、インピーダンスが乱れないように、それぞれの周波数帯を分けて出力する回路である。アンテナ４０１は、無線の送受信共用アンテナであり、その構成は特に限定されない。

アンテナ４０１に受信された受信信号は、受信フィルタ２００Ｒを通過して受信ポートに供給されるが、送信フィルタ２００Ｓによって遮断され、送信ポートへの混入が防止される。一方、送信ポートから供給された送信信号は、送信フィルタ２００Ｓを通過してアンテナ４０１に到達するが、受信フィルタ２００Ｒによって遮断され、受信ポートへの混入が防止される。このように、デュプレクサ３００によって、アンテナ４０１を送信と受信の両用に供することが可能である。

本発明は、上記各実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において変更することが可能である。

１００…共振子
１０１…支持基板
１０２…接合層
１０３…圧電層
１０４…励振電極
１０５…空隙
２００…周波数フィルタ
３００…デュプレクサ
４００…電子機器
４０１…アンテナ

Claims

支持基板と、
圧電性材料からなる圧電層と、
前記圧電層の表面に形成された、前記圧電層のバルク弾性波を励振する励振電極と、
前記圧電層を介して前記励振電極に対向する空隙が形成された、前記支持基板と前記圧電層の裏面とを接合する接合層と
を具備する共振子。
請求項１に記載の共振子であって、
前記バルク弾性波はラム波型弾性波である
共振子。
請求項１に記載の共振子であって、
前記接合層は、絶縁性材料からなる
共振子。
請求項１記載の共振子であって、
前記励振電極は、ＩＤＴである
共振子。
支持基板と、
圧電性材料からなる圧電層と、
前記圧電層の表面に形成された、前記圧電層のバルク弾性波を励振する複数の励振電極と、
前記圧電層を介して前記励振電極に対向する空隙が形成された、前記支持基板と前記圧電層の裏面とを接合する接合層と
を具備する周波数フィルタ。
支持基板と、圧電性材料からなる圧電層と、前記圧電層の表面に形成された前記圧電層のバルク弾性波を励振する相互に接続された複数の励振電極と、前記圧電層を介して前記励振電極に対向する空隙が形成された前記支持基板と前記圧電層の裏面とを接合する接合層とを有し、アンテナ及び送信ポートに接続された送信フィルタと、
支持基板と、圧電性材料からなる圧電層と、前記圧電層の表面に形成された前記圧電層のバルク弾性波を励振する相互に接続された複数の励振電極と、前記圧電層を介して前記励振電極に対向する空隙が形成された前記支持基板と前記圧電層の裏面とを接合する接合層とを有し、前記アンテナ及び受信ポートに接続された受信フィルタと
を具備するデュプレクサ。
アンテナと、
支持基板と、圧電性材料からなる圧電層と、前記圧電層の表面に形成された前記圧電層のバルク弾性波を励振する相互に接続された複数の励振電極と、前記圧電層を介して前記励振電極に対向する空隙が形成された前記支持基板と前記圧電層の裏面とを接合する接合層とを有し、前記アンテナ及び送信ポートに接続された送信フィルタと、
支持基板と、圧電性材料からなる圧電層と、前記圧電層の表面に形成された前記圧電層のバルク弾性波を励振する相互に接続された複数の励振電極と、前記圧電層を介して前記励振電極に対向する空隙が形成された前記支持基板と前記圧電層の裏面とを接合する接合層とを有し、前記アンテナ及び受信ポートに接続された受信フィルタと
を具備する電子機器。
圧電性材料からなる圧電層の裏面に犠牲層を形成し、
支持基板と前記圧電層の裏面とを、前記犠牲層を介して接着剤により接合し、
前記圧電層の表面に、前記犠牲層と対向する、前記圧電層のバルク弾性波を励振可能な励振電極を形成し、
前記犠牲層を除去する
共振子の製造方法。
請求項８記載の共振子の製造方法であって、
前記犠牲層を除去する工程は、前記圧電層に前記犠牲層へ連通する貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔に前記犠牲層を溶解させる液体を通液する工程とを含む
共振子の製造方法。