JP2018014715A - 弾性波素子、フィルタ素子および通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐電力の特性を向上させることが可能な弾性波素子、フィルタ素子および通信装置を提供する。【解決手段】 本発明の弾性波素子１は、圧電基板２と、圧電基板２上に配置された、複数の電極指３２を有する励振電極３と、下地層６とを有する。電極指３２は、平面視で、外周部３２ｘと外周部３２ｘよりも内側に位置する主部３２ｙとを有し、下地層６は、平面視で、外周部３２ｘと重なる第１領域６ｘと、主部３２ｙと重なる第２領域３２ｘとを備え、第１領域３２ｙにおける厚みは、第２領域３２ｘにおける厚みよりも厚い。【選択図】図２

Description

本発明は、弾性波素子、フィルタ素子および通信装置に関するものである。

近年、移動体端末等の通信装置において、アンテナから送信・受信される信号をフィルタリングする分波器に弾性波素子が用いられている。弾性波素子は、圧電基板と、圧電基板の主面に形成された励振電極とによって構成されている。弾性波素子は、励振電極と圧電基板との関係で電気信号と弾性表面波とを相互に変換することができる特性を利用するものである。

分波器は、複数の弾性波素子を用いることによって受信フィルタおよび送信フィルタを構成している（特許文献１等を参照）。分波器は、複数の弾性波素子を組み合わせることにより、受信帯域と送信帯域の通過帯域が設定される。

特開２００７−２１４９０２号公報

このような分波器において、耐電力を高めることが課題の一つとなっている。即ち、分波器に用いられる弾性波素子の耐電力を高めることが課題の一つとなっている。

そこで、本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、高い耐電力を有する弾性波素子、フィルタ素子および通信装置を提供することにある。

本開示の一実施形態に係る弾性波素子は、圧電基板と、励振電極と、下地層とを備える。励振電極は、圧電基板上に配置され、複数の電極指を有する。そして、電極指は、平面視で、外周部と前記外周部よりも内側に位置する主部とを有する。下地層は、前記電極指と前記圧電基板との間に位置する。そして、前記下地層は、平面視で、前記外周部と重なる第１領域と、前記主部と重なる第２領域とを備え、前記第１領域における厚みは、前記第２領域における厚みよりも厚くなっている。

本開示の別の実施形態に係る弾性波素子は、圧電基板と、励振電極と、下地層とを備える。励振電極は、圧電基板上に配置され、複数の電極指を有する。そして、電極指は、平面視で、外周部と前記外周部よりも内側に位置する主部とを有する。下地層は、前記電極指と前記圧電基板との間に位置する。そして、前記電極指の前記主部は圧電基板と接しており、前記外周部は、前記下地層の上面に接している。

本開示の一実施形態に係るフィルタ素子は、上述に記載の弾性波素子がフィルタを構成する共振子に用いられている。

本開示の一実施形態に係る通信装置は、アンテナと、該アンテナに電気的に接続された上述のフィルタ素子と、該フィルタ素子に電気的に接続されたＲＦ−ＩＣとを備える。

本開示の弾性波素子、フィルタ素子および通信装置によれば、耐電力を高めることができる。

本開示の実施形態に係る弾性波素子の構成を示す平面図である。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ、図１に示す弾性波素子のＩＩ−ＩＩ線で切断した断面の要部拡大図である。 ＩＤＴ電極の一部を拡大した模式的な拡大上面図である。 電極指における応力分布を示すシミュレーション結果である。 図２に示す電極指における応力分布を示すシミュレーション結果である。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ、他の実施形態に係る下地層６の断面形状を示す模式的な断面図である。 他の実施形態に係る弾性波素子の電極指の形状を示す模式的な断面図である。 図７に示す電極指における応力分布をシミュレーションした線図である。 他の実施形態に係る弾性波素子の電極指の形状を示す模式的な断面図である。 本開示の一実施形態に係る通信装置を説明する回路図である。 本開示の一実施形態に係る分波器を説明する回路図である。 他の実施形態に係る弾性波素子の電極指の形状を示す模式的な断面図である。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ、他の実施形態に係る弾性波素子の電極指の形状を示す模式的な断面図である。 ＩＤＴ電極の変形例を示す平面図である。

以下、本開示の一実施形態に係る弾性波素子、フィルタ素子および通信装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものである。また、弾性波素子は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、直交座標系ｘｙｚを定義するとともに、ｚ方向の正側を上方として、上面、下面等の用語を用いるものとする。

＜弾性波素子の構成の概要＞
図１は、本開示の一実施形態に係る弾性波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）素子１の構成を示す平面図である。図２（ａ）は図１のＩＩ−ＩＩ線における要部拡大断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＤＴ電極３をさらに拡大した図である。ＳＡＷ素子１は、図１に示すように、圧電基板２、圧電基板２の上面２Ａに設けられた励振（ＩＤＴ：Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極３、反射器４、および下地層６を有している。

圧電基板２は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）結晶またはタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）結晶からなる圧電性を有する単結晶の基板によって構成されている。具体的には、例えば、圧電基板２は、３６°〜４８°Ｙ−ＸカットのＬｉＴａＯ_３基板によって構成されている。圧電基板２の平面形状および各種寸法は適宜に設定されてよい。一例として、圧電基板２の厚み（ｚ方向）は、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。

なお、圧電基板２を０．２μｍ〜２５μｍ程度に薄層化し、その下面に圧電基板２よりも熱膨張係数が小さい材料からなる支持基板を配置してもよい。その場合には、圧電基板２の温度変化による変形を支持基板により抑制することで、温度特性の優れた（温度変化による周波数変化の少ない）ＳＡＷ素子１を提供することができる。

ＩＤＴ電極３は、図１に示すように、第１櫛歯電極３０ａおよび第２櫛歯電極３０ｂを有している。なお、以下の説明では、第１櫛歯電極３０ａおよび第２櫛歯電極３０ｂを単に櫛歯電極３０といい、これらを区別しないことがある。

櫛歯電極３０は、図１に示すように、互いに対向する２本のバスバー３１（第１バスバー３１ａ，第２バスバー３１ｂ）と、各バスバー３１から他のバスバー３１側へ延びる複数の電極指３２（第１バスバー３１ａに接続される第１電極指３２ａ、第２バスバー３１ｂに接続される第２電極指３２ｂ）とを有している。そして、１対の櫛歯電極３０は、第１電極指３２ａと第２電極指３２ｂが、ＳＡＷの伝搬方向に互いに噛み合うように（交差するように）配置されている。

また、櫛歯電極３０は、それぞれの電極指３２と対向するダミー電極指３３を有している。第１ダミー電極指３３ａは、第１バスバー３１ａから第２電極指３２ｂに向かって延びている。第２ダミー電極指３３ｂは、第２バスバー３１ｂから第１電極指３２ａに向かって延びている。なお、ダミー電極指３３を配置しなくてもよい。

バスバー３１は、例えば、概ね一定の幅で直線状に延びる長尺状に形成されている。従って、バスバー３１の互いに対向する側の縁部は直線状である。複数の電極指３２は、例えば、概ね一定の幅で直線状に延びる長尺状に形成されており、ＳＡＷの伝搬方向に概ね一定の間隔で配列されている。

ＩＤＴ電極３を構成する一対の櫛歯電極３０の複数の電極指３２は、ピッチＰｔ１となるように設定されている。ピッチＰｔ１は、例えば、共振させたい周波数でのＳＡＷの波長λの半波長と同等となるように設けられている。波長λ（すなわち２×Ｐｔ１）は、例えば、１．５μｍ以上６μｍ以下である。ＩＤＴ電極３は、複数の電極指３２のほとんどがピッチＰｔ１となるように配置されることにより、複数の電極指３２が一定の周期となるような配置となるため、ＳＡＷを効率よく発生させることができる。

ここでピッチＰｔ１は、伝搬方向において、第１電極指３２ａの中心から、当該第１電極指３２ａに隣接する第２電極指３２ｂの中心までの間隔を指すものである。各電極指３２は、弾性波の伝搬方向における幅ｗ１が、ＳＡＷ素子１に要求される電気特性等に応じて適宜に設定される。電極指３２の幅ｗ１は、例えば、ピッチＰｔ１に対して０．３倍以上０．７倍以下である。

このように電極指３２を配置することで、複数の電極指３２に直交する方向に伝搬するＳＡＷが発生する。従って、圧電基板２の結晶方位を考慮したうえで、２本のバスバー３１は、ＳＡＷを伝搬させたい方向に交差する方向において互いに対向するように配置される。複数の電極指３２は、ＳＡＷを伝搬させたい方向に対して直交する方向に延びるように形成される。なお、ＳＡＷの伝搬方向は複数の電極指３２の向き等によって規定されるが、本実施形態では、便宜的に、ＳＡＷの伝搬方向を基準として、複数の電極指３２の向き等を説明することがある。

各電極指３２（第１電極指３２ａ，第２電極指３２ｂ）の本数は片側あたり５０〜３５０本である。

複数の電極指３２の長さ（バスバーから先端までの長さ）は、例えば、概ね同じに設定される。対向する電極指３２同士の噛み合う長さ（交差幅）は１０〜３００μｍである。なお、各電極指３２の長さや交差幅を変えてもよく、例えば伝搬方向に進むにつれて長くしたり、短くなるようにしたりしてもよい。具体的には、各電極指３２の長さを伝搬方向に対して変化させることにより、アポダイズ型のＩＤＴ電極３を構成してもよく、この場合、横モードのスプリアスを低減させたり、耐電力性を向上させたりすることができる。

なお、アポタイズ型のＩＤＴ電極３とする場合には、図１４（ａ）に示すように、電極指３２の交差幅が短くなる部分(谷部)において、バスバー３１に開口部３１ｘを設けてもよい。具体的には、アポタイズが施されて、交差領域が２山以上の形状をとる場合に、ＳＡＷの伝搬方向において、電極指３２の交差幅が長い部分と重なるバスバー３１の一部を切り抜くように開口部３１ｘを設けている。２山のアポタイズが施されたＩＤＴ電極３においては、２つの電極指３２の交差幅が長い部分（山の部分）の間（谷部）において、定在波がたつ。この定在波の振動は、ＳＡＷの伝搬方向から見て電極指の配列周期に応じて大きくなる位置がある。そして、谷部にバスバー３１が存在する場合には、この定在波の振動が大きい位置においてマイグレーションが発生してしまう。

これに対して、開口部３１ｘを設けることで、定在波により発生するバスバー３１を構成する材料のマイグレーションを抑制することができる。

開口部３１ｘは、図１４（ａ）に示すように、谷部の殆どの領域において大面積で開口するように設けてもよいし、複数の電極指３２の間の領域を、電極指３２が延びる方向に延長した領域に設けてもよい。即ち細長い矩形状の開口を複数設けてもよい。この領域において振動強度が高まるからである。

開口部３１ｘには、図１４（ｂ）に示すように、補助電極指３２ｃを設けてもよい。第１バスバー３１aに接続される補助電極指３２ｃは、第１電極指３２ａの延長線上に位置するように配置される。第２バスバー３１ｂに接続される補助電極指３２ｃは、第２電極指３２ｂの延長線上に位置するように配置される。このような構成にすることで、横方向に漏洩する信号を取り出すことができる。

また、図１４（ｃ）に示すように、後述の反射器４の側にある谷部において第１バスバー３１ａを切り欠き、第２バスバー３１ｂに電気的に接続され、第１電極指３２ａ側に向かって延びる第２補助電極指３２ｄを設けてもよい。この場合には、第１電極指３２ａの先端から第２バスバー３１ｂに向かう電場に起因する歪電流を打ち消すように、第１バスバー３１ａから第２補助電極指３２ｄの先端に向かう電場に起因する歪電流が発生するため、歪を低減することができる。

ＩＤＴ電極３は、例えば、金属の導電層１５によって構成されている。この金属としては、例えば、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金（Ａｌ合金）が挙げられる。Ａｌ合金は、例えば、Ａｌ−Ｃｕ合金である。なお、ＩＤＴ電極３は、複数の金属層から構成されてもよい。ＩＤＴ電極３の各種寸法は、ＳＡＷ素子１に要求される電気特性等に応じて適宜に設定される。ＩＤＴ電極３の厚みＳ（ｚ方向）は、例えば、５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。

ＩＤＴ電極３は、別の部材からなる下地層６を介して圧電基板２の上面２Ａに配置されている。別の部材は、金属、半導体、樹脂等を用いることができるが、電極指３２を構成する材料よりヤング率の高い材料としてもよい。機械的強度の強い材料としてもよい。このような材料として、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕあるいはこれらの合金等を例示できる。Ｔｉで構成する場合には、その上に成膜するＩＤＴ電極３の結晶性を高めることができる。また、Ｔｉは高融点金属であるため、ＳＡＷ素子１を製造および実装するためのプロセス中の加熱工程や、ＳＡＷ素子１の動作中の発熱によっても特性変化することがないので信頼性の高いＳＡＷ素子１を提供することができる。さらに、圧電基板２の上面２ＡにＴｉからなる下地層６を配置することにより、その上に形成されるＡｌまたはＡｌ合金を＜１１１＞方向に優先配向させることができる。これにより、ＩＤＴ電極３において、拡散経路となる結晶粒内および結晶粒界の欠陥を減らすことができ、信頼性および耐電力性を高めることができる。

また、ＩＤＴ電極３を構成する電極指３２上には、ＳＡＷ素子１の温度特性を向上させるために、質量付加膜を積層してもよい。質量付加膜としては、例えばＳｉＯ_２等を用いることができる。

ＩＤＴ電極３は、電圧が印加されると、圧電基板２の上面２Ａ付近においてｘ方向に伝搬する弾性波を励起する。励起された弾性波は、電極指３２の非配置領域（隣接する電極指３２間の長尺状の領域）との境界において反射する。そして、電極指３２のピッチＰｔ１を半波長とする定在波が形成される。定在波は、当該定在波と同一周波数の電気信号に変換され、電極指３２によって取り出される。このようにして、ＳＡＷ素子１は、１ポート共振子として機能する。

反射器４は、弾性波の伝搬方向においてＩＤＴ電極３を挟むように配置されている。反射器４は、概ねスリット状に形成されている。すなわち、反射器４は、弾性波の伝搬方向に交差する方向において互いに対向する反射器バスバー４１と、これらバスバー４１間において弾性波の伝搬方向に直交する方向に延びる複数の反射電極指４２とを有している。反射器バスバー４１は、例えば、概ね一定の幅で直線状に延びる長尺状に形成されており、弾性波の伝搬方向に平行に配置されている。

複数の反射電極指４２は、ＩＤＴ電極３で励起される弾性波を反射させるピッチＰｔ２に配置されている。ピッチＰｔ２は、ＩＤＴ電極３のピッチＰｔ１を弾性波の波長λの半波長に設定した場合、ピッチＰｔ１と同じ程度に設定すればよい。波長λ（すなわち２×Ｐｔ２）は、例えば、１．５μｍ以上６μｍ以下である。ここでピッチＰｔ２は、伝搬方向において、反射電極指４２の中心から、隣接する反射電極指４２の中心までの間隔を指すものである。

また、複数の反射電極指４２は、概ね一定の幅で直線状に延びる長尺状に形成されている。反射電極指４２の幅ｗ２は、例えば、電極指３２の幅ｗ１と概ね同等に設定することができる。反射器４は、例えば、ＩＤＴ電極３と同一の材料によって形成されるとともに、ＩＤＴ電極３と同等の厚みに形成されている。

反射器４は、ＩＤＴ電極３に対して間隔を空けて配置されている。ここで間隔Ｇは、ＩＤＴ電極３２の反射器４側の端部に位置する電極指３２の中心から反射器４のＩＤＴ電極３２側の端部に位置する反射電極指４２の中心までの間隔を指すものである。間隔Ｇは、通常、ＩＤＴ電極３の電極指３２のピッチＰｔ１（またはＰｔ２）と同じとなるように設定されている。

保護層５は、図２に示すように、ＩＤＴ電極３および反射器４上を覆うように、圧電基板２上に設けられている。具体的には、保護層５は、ＩＤＴ電極３および反射器４の表面を覆うとともに、圧電基板２の上面２ＡのうちＩＤＴ電極３および反射器４から露出する
部分を覆っている。保護層５の厚みは、例えば、１ｎｍ以上８００ｎｍ以下である。

保護層５は、絶縁性を有する材料からなり、腐食等から保護することに寄与する。好適には、保護層５は、温度が上昇すると弾性波の伝搬速度が速くなるＳｉＯ_２などの材料によって形成されており、これによって弾性波素子１の温度の変化による電気特性の変化を小さく抑えることもできる。

ここで、本実施形態のＳＡＷ素子１は、下地層６の厚みが電極指３２の外周と重なる第１領域６ｘにおいて厚くなっている。言い換えると、電極指３２と圧電基板２との距離は、外周側で大きく、内側で小さくなっている。この構成について詳述する。

図３に、電極指３２の拡大図を示す。図３に示すように、電極指３２は平面視で外周部３２ｘと主部３２ｙとを備える。外周部３２ｘは、平面視で、電極指３２の外縁３２ｚから幅をもって続く領域である。主部３２ｙは、平面視で、外周部３２ｘの内側に位置するものであり、例えば電極指３２の幅の中央近傍、長さの中央近傍を含む。この例では、電極指３２のうち、バスバー３１に接続される部分を除き、主部３２ｙの全領域を囲むように外周部３２ｘが設けられている。

そして、下地層６が、平面視で、主部３２ｙに重なる領域（第２領域６ｙ）と外周部３２ｘに重なる領域（第１領域６ｘ）とにつらなるように設けられており、第１領域６ｘにおける厚みは第２領域６ｙにおける厚みに比べて厚くなっている。具体的には、第２領域６ｙにおける厚みは、ＩＤＴ電極３の電気特性に殆ど影響を与えない程度の厚み（例えば、Ｔｉの場合はＩＤＴ電極３の厚みの５％の厚み）に設定される。第１領域６ｘにおける厚みは、第２領域６ｙに比べて厚ければよいが、例えば、１０倍〜２００倍程度としてもよい。

このような構成により、ロスを抑制するとともに耐電力性に優れたＳＡＷ素子１を提供することができる。その効果について詳述する。電極指３２を構成する材料は、ロスを低減するために電気特性に優れた材料を選択する。下地層６を構成する材料は、圧電基板２と電極指３２との密着性を向上させたり、その上の電極指３２の結晶性を向上させたりするために設けられ、一般的に電極指３２を構成する材料にくらべ電気抵抗が高いことが多い。

ここで、ＩＤＴ電極３に高周波信号を入力した際に電極指３２に加わる応力をシミュレーションしたところ、電極指３２の上面側に向かうほど応力が小さくなっており、下地層６と接する基板２に近い高さ位置において応力が最大となっていた。すなわち、振動に対する強度の低い電極材料を圧電基板２からの距離を確保することで応力を低減することができる。そこで、下地層６の厚みを厚くすることで電極指３２に生じる応力を抑制することができることを確認した。例えば、下地層６としてＴｉを用いて、電極指３２としてＡｌ−Ｃｕ合金を用いた場合の最大応力をシミュレーションすると、下地層６の厚みが６０Åの場合には１．６×１０^８Ｐａであったのに対して、１０００Åの場合には６．０×１０^７Ｐａとなっていた。また、下地層６として、電極指３２に比べてヤング率の高い材料を用いたときには、応力の大きい位置で強度の高い下地層６を配置することができるので耐電力性を高め、信頼性の高いＳＡＷ素子１を提供することができる。また、下地層６として、振動を吸収する材料を用いたときは、振動による応力を低減することができる。

さらに、高周波信号を入力した際に電極指３２に加わる面方向における応力分布をシミュレーションした。その結果を図４に示す。図４において、横軸は電極指３２中のポジションを、縦軸は応力の大きさを示している。下地層６はＴｉとしその厚みは一様であり１０００Åとした。複数の線は圧電基板２からの高さを異ならせたときのものであり、最も応力の大きい線が、最も下地層６側の高さ位置の応力分布を示している。図４からも明らかなように、電極指３２に加わる応力は、その外周部３２ｘに比べ、その内側に位置する主部３２ｙでは小さくなっている。このことから、下地層６の厚みを、応力の大きくなる外周部３２ｘに重なる第１領域６ｘで厚くすることで耐電力性を高めることができる。一方で、前述の通り、一般的に下地層６の電気抵抗は電極指３２の電気抵抗に比べて大きいため、下地層６の厚みを厚くするとロスが大きくなる虞があるが、主部３２ｙと重なる第２領域６ｙで厚みを薄くすることで電気抵抗を小さく抑えるとともに圧電基板２との電気機械結合係数を高めてロスを抑制することができる。すなわち、ロスの低減と耐電力性の向上とを両立することができる。

図５に、図２（ｂ）に示す構成の電極指３２に高周波信号を入力した際の面方向における応力分布をシミュレーションした結果を示す。第１領域６ｘにおける厚みを１０００Åとし、第２領域６ｙにおける厚みを６０Åとしている。図５と図４とを比較すると、第２領域６ｙの厚みを薄くしても最大応力が変化することなく、耐電力性を高めることができることを確認した。

ここで、第１領域６ｘの厚みおよび幅は、所望の耐電力性とロスとを得ることのできる範囲で設定すればよいが、例えば、厚みは、電極指３２の厚みの５％以上５０％以下とすればよい。下地層６の第１領域６ｘにおける厚みを大きくすることで耐電力性をより高めることができる。幅は、図４、図５からも明らかないように、ある程度の幅を有することが好ましく、例えば、電極指３２の幅の５％以上２０％以下とすればよい。

下地層６の厚みを面方向において異ならせるには、例えば第１領域６ｘと同じ厚みまで成膜後に化学的、物理的にエッチングを行なって一部を除去することで実現してもよい。また、第２領域６ｙ同じ厚みまで成膜した後に、第１領域６ｘに相当する領域のみに続けて成膜し厚みを増してもよい。

なお、下地層６を平面視で電極指３２の外縁３２ｚよりも外側まで延在させ、延在部の厚みを厚くする構成（電極指３２の側面の一部を下地層６が覆う構成）としても耐電力性を向上させることはできなかった。このことから、電極指３２の外周部３２ｘの直下において下地層６が厚いことが重要であることが確認できた。

＜他の実施形態：下地層の形状＞
上述の例では、第１領域６ｘの厚みは一様である場合を例示したが、この例に限定されない。例えば、図６（ａ）に示すように、外縁３２ｚに重なる位置から内側に向かうにつれて徐々に厚みが薄くなるようなテーパー状であってもよい。この場合には、第１領域６ｘと第２領域６ｙにおける下地層６の厚みは、各領域の平均で比較すればよい。なお、第２領域６ｙにおける厚みも一定である必要はなく、例えば、厚み方向における断面視において、下地層６の形状をＶ字状としてもよい。また、下地層６の上面を形成する部位は、断面視で直線状に限定されることはなく、曲線で形成されていてもよい。すなわち、すり鉢状であったり、円弧状の曲線部を有していたりしてもよい。

さらに、第１領域６ｘの厚みは、連続的に変化していなくてもよく、図６（ｂ）に示すように階段状に変化させてもよい。また、上述の例では、下地層６のうち、電極指３２の外縁３２ｚと重なる部分において最も厚みが厚くなっているが、この例に限定されない。例えば、外縁よりも内側で最も厚みを厚くしてもよい。ただし、外縁３２ｚと重なる位置における厚みが、第２領域６ｙにおける厚みに比べて厚くする。このような構成とすることで、第１領域６ｘで耐電力を高めつつ、最も応力が加わる外縁３２ｚにおいて下地層６と電極指３２とが噛み合うような形状となることで両者の密着性を高めることができる。

＜他の実施形態：下地層の形状分布＞
上述した下地層６の形状は電極指３２の位置により異なっていてもよい。例えば、複数の電極指３２のうち振動強度が大きい部位に位置する電極指３２について、下地層６を図２に示す形状とし、振動強度の小さい部位に位置する電極指３２については、一様な厚みの下地層６としてもよい。具体的には、振動の中心となる２つの反射器４の間の中心付近では図２に示す形状の下地層６を用い、反射器４に近い側では、一様な厚みとして、その厚みは第２領域６ｙと同等としてもよい。

さらに、１つの電極指３２の中でも下地層６の形状を異ならせてもよい。例えば、図３のＩＩ−ＩＩ方向（電極指３２の幅方向）における下地層６の形状をＩＩａ−ＩＩａ線部（先端）、ＩＩ−ＩＩ線部（中央）、ＩＩｃ−ＩＩｃ線部（バスバー側）で異ならせてもよい。具体的には、ＩＩａ−ＩＩａ線部およびＩＩｃ−ＩＩｃ線部と、振動強度の大きいＩＩ−ＩＩ線部とで、第１領域６ｘの幅および厚みを異ならせてもよい。また、ＩＩ−ＩＩ線部において図２に示す形状とし、ＩＩａ−ＩＩａ線部、ＩＩｃ−ＩＩｃ線部では下地層６を一様な厚みとしてもよい。

また、外周部３２ｘと重なる領域全てにおいて下地層６の厚みを厚くしなくてもよい。具体的には、ＩＩｘ−ＩＩｘ方向（電極指３２の長さ方向）の外周部３２ｘ（先端部）の直下における厚みは厚くなくてもよい。外周部３２ｘに重なる領域のうち、圧電基板２の変形量の大きい方向（ＳＡＷの伝搬方向）に面する部分において、下地層６の厚みを厚くすることで、ロスが小さく、かつ耐電力性の高いＳＡＷ素子１を提供することができる。言い換えると、下地層６は、平面視で、外周部３２ｘのうち、複数の電極指３２の配列方向と交差する方向に伸びる部分と重なる部分において厚みを厚くしてもよい。

＜他の実施形態：下地層の形状＞
上述の例では、電極指３２の下面全面に下地層６が配置されていたが、この形状に限定されない。図７に示すＳＡＷ素子１Ａのように、電極指３２の主部３２ｙは直接圧電基板２の上面に配置され、外周部３２ｘの下面にのみ下地層６が配置されていてもよい。図８に、図７に示すＳＡＷ素子１Ａの電極指３２について、高周波信号を入力した際の面方向における応力分布をシミュレーションした結果を示す。下地層６の厚みは１０００Åとし、幅２０％としている。図８からも明らかなように、電極指３２の主部３２ｙにおいて下地層６が介在していなくても、電極指３２に加わる最大応力が悪化することなく、ＳＡＷ素子１Ａの耐電力性を高めることができることを確認した。

なお、ＳＡＷ素子１Ａにおいて、下地層６の厚みが一様でなくてもよい。電極指３２の内側方向に向かうにつれて厚みが薄くなるテーパー状、円弧状、階段状であってもよい。

＜他の実施形態＞
図９に示すように、電極指３２は積層構造であってもよく、各層間に下地層６を介在させてもよい。下地層６の形状は図２に示す形状でもよいし、図６や図７に示す形状でもよい。電極指３２の厚みの途中に強度の高い下地層６を設ける場合には、より信頼性の高いＳＡＷ素子を提供することができる。ここで、複数の下地層６のうち、第１領域６ｘの厚みは、圧電基板２との距離が小さい側の下地層６の方が、大きい側の下地層６よりも薄くしてもよい。

また、図９に示す例では、複数の下地層６の全てが図２に示す形状である場合を例示したが、この限りではない。例えば、圧電基板２に近い側の下地層６は図２に示す形状とし、上方に位置する下地層６は厚みが一様な形状としてもよい。

さらに、図１２に示すように、電極指３２の厚みの途中に中間層７０が位置していてもよい。図１２に示す例では、中間層７０よりも圧電基板２の側においては、電極指３２は第２領域６ｙと重なる部分のみ位置しており、第１領域６ｘに重なる位置には位置していない。このような構成とすることで、さらに耐電力性を高めることができる。なお、中間層７０は、Ｔｉ等の化学的に安定している材料で構成してもよい。

＜他の実施形態＞
上述の例では、下地層６は１層で構成されていたが、２層以上で構成されていてもよい。例えば、２層で構成する場合には、いずれも電極指３２を構成する材料よりも強度が高いことは満たしているが、厚みの厚い方の層の電気抵抗を他方の層に比べて低くしてもよい。具体的には、Ｔｉ層とＣｕ合金層との積層構造としてもよい。また、圧電基板２の側から順に、強度の高い層を配置してもよい。

図１３（ａ），図１３（ｂ）に、下地層６が複数層からなる場合の具体的な構成を示す。図１３（ａ）は、第１下地層６１と第２下地層６２とがこの順に積層されて、下地層６を構成している。第１下地層６１は、Ｔｉからなり、圧電基板２との密着層としても機能する。第２下地層６２は、第１下地層６１に比べ厚みが厚く、かつ、導電率の高い材料で構成されている。例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金等を用いることができるが、この例では、ＣｕＡｌ_２合金の多結晶体もしくはアモルファスを用いる。

このような第２下地層６２を用いることで、耐電力性を高めるとともに、電極としての抵抗を低く抑えることができるので、損失の少ないＳＡＷ素子１を提供することができる。

また、この例では、第１下地層６１は、電極指３２の厚みに対して電気特性に影響を与えない程度に薄くしており、例えば、その厚みは１ｎｍ〜１０ｎｍ程度である。そして、その厚みは面内で一様としている。そして、第１下地層６１の上に位置する第２下地層６２は、第１領域６ｘにおいて厚みが厚く、第２領域６ｙにおいて厚みが薄くなっている。

なお、図１３（ａ）に示す例では、第２下地層６２のみが面内において厚みに違いをもたせているが、この限りではない、例えば、第１下地層６１，第２下地層６２共に面内において厚みに違いをもたせてもよいし、第１下地層６１のみに面内において厚みに違いをもたせて、第２下地層６２は一様な厚みとしてもよい。

また、図１３（ｂ）に示すように、第２領域６ｙにおいて、第２下地層６２の厚みが一様でなくてもよい。具体的には、厚みの薄くなる部分を複数個所備えるようにしてもよい。なお、第２領域６ｙにおいて、厚みの厚い部分は第１領域６ｘと同じ厚みとしてもよい。この場合であっても、第１領域６ｘにおける厚みの平均と、第２領域６ｙにおける厚みの平均をとると、第２領域６ｙの厚みの方が、第１領域６ｘの厚みの平均に比べ小さくなる。

このように、厚みの薄くなる部分を複数個所備えることで、第２下地層６２と電極指３２とが噛み合うような形状となり、両者の接合強度を高めることができる。なお、図１３（ｂ）においては、厚みが薄くなる部分を矩形状としているが、この限りではない。例えば、多角形状、三角形状等であってもよい。

また、下地層６が２層以上からなる場合であっても、図９，図１２に示すような積層構造を備えていてもよい。図１２に示す構成とする場合には、第２下地層６１の化学的活性が高い場合には、中間層７０により、第２下地層６２の変質や拡散を抑制することができ、信頼性の高いＳＡＷ素子１を提供できる。

上述の通り、第１領域６ｘと第２領域６ｙとの各領域内において厚みに変化のある場合には、それぞれの領域における平均値で比較すればよい。また、各領域内において厚みに変化のある場合には、応力の最も高い電極外周部において最も厚みが厚くなり、応力が低くなる内側の領域においては、電極外周部よりも厚みの厚い部分は不要である。すなわち、第１領域６ｘおよび第２領域６ｙを通して、電極外周部の厚みを超える厚みを有する部位はない。言い換えると、第２領は、厚みの上限値が電極外周部の厚みであり、かつ、第２領域６ｙ内における厚みの平均が第１領域６ｘよりも薄くなるように領域内で厚みが変化するものである。

＜フィルタ素子および通信装置＞
図１０は、本開示の実施形態に係る通信装置１０１の要部を示すブロック図である。通信装置１０１は、電波を利用した無線通信を行うものである。分波器７は、通信装置１０１において送信周波数の信号と受信周波数の信号とを分波する機能を有している。

通信装置１０１において、送信すべき情報を含む送信情報信号ＴＩＳは、ＲＦ−ＩＣ１０３によって変調および周波数の引き上げ（搬送波周波数の高周波信号への変換）がなされて送信信号ＴＳとされる。送信信号ＴＳは、バンドパスフィルタ１０５によって送信用の通過帯域以外の不要成分が除去され、増幅器１０７によって増幅されて分波器７に入力される。分波器７は、入力された送信信号ＴＳから送信用の通過帯域以外の不要成分を除去してアンテナ１０９に出力する。アンテナ１０９は、入力された電気信号（送信信号ＴＳ）を無線信号に変換して送信する。

通信装置１０１において、アンテナ１０９によって受信された無線信号は、アンテナ１０９によって電気信号（受信信号ＲＳ）に変換されて分波器７に入力される。分波器７は、入力された受信信号ＲＳから受信用の通過帯域以外の不要成分を除去して増幅器１１１に出力する。出力された受信信号ＲＳは、増幅器１１１によって増幅され、バンドパスフィルタ１１３によって受信用の通過帯域以外の不要成分が除去される。そして、受信信号ＲＳは、ＲＦ−ＩＣ１０３によって周波数の引き下げおよび復調がなされて受信情報信号ＲＩＳとされる。

送信情報信号ＴＩＳおよび受信情報信号ＲＩＳは、適宜な情報を含む低周波信号（ベースバンド信号）でよく、例えば、アナログの音声信号もしくはデジタル化された音声信号である。無線信号の通過帯域は、ＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）等の各種の規格に従ったものでよい。変調方式は、位相変調、振幅変調、周波数変調もしくはこれらのいずれか２つ以上の組み合わせのいずれであってもよい。

図１１は、本開示の一実施形態に係る分波器７の構成を示す回路図である。分波器７は、図１０において通信装置１０１に使用されている分波器である。分波器７は、送信フィルタ１１および／または受信フィルタ１２を構成するフィルタ素子を有している。送信フィルタ１１および／または受信フィルタ１２を構成するフィルタ素子は、ＳＡＷ素子１と、圧電基板２上に配置された共振子で構成されている。

ＳＡＷ素子１は、例えば、図１１に示した分波器７における送信フィルタ１１のラダー型フィルタ回路の一部を構成するＳＡＷ素子である。送信フィルタ１１は、図１１に示すように、圧電基板２と、圧電基板２上に形成された直列共振子Ｓ１〜Ｓ３および並列共振子Ｐ１〜Ｐ３を有する。

分波器７は、アンテナ端子８と、送信端子９と、受信端子１０と、アンテナ端子８と送信端子９との間に配置された送信フィルタ１１と、アンテナ端子８と受信端子１０との間に配置された受信フィルタ１２とから主に構成されている。

送信端子９には増幅器１０７からの送信信号ＴＳが入力され、送信端子９に入力された送信信号ＴＳは、送信フィルタ１１において送信用の通過帯域以外の不要成分が除去されてアンテナ端子８に出力される。また、アンテナ端子８にはアンテナ１０９から受信信号ＲＳが入力され、受信フィルタ１２において受信用の通過帯域以外の不要成分が除去されて受信端子１０に出力される。

送信フィルタ１１は、例えば、ラダー型ＳＡＷフィルタによって構成されている。具体的に送信フィルタ１１は、その入力側と出力側との間において直列に接続された３個の直列共振子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３と、直列共振子同士を接続するための配線である直列腕と基準電位部Ｇｎｄとの間に設けられた３個の並列共振子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とを有する。すなわち、送信フィルタ１１は３段構成のラダー型フィルタである。ただし、送信フィルタ１１においてラダー型フィルタの段数は任意である。

並列共振子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と基準電位部Ｇｎｄとの間には、インダクタＬが設けられている。このインダクタＬのインダクタンスを所定の大きさに設定することによって、送信信号の通過周波数の帯域外に減衰極を形成して帯域外減衰を大きくしている。複数の直列共振子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３および複数の並列共振子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、それぞれＳＡＷ素子１のようなＳＡＷ共振子からなる。

受信フィルタ１２は、例えば、多重モード型ＳＡＷフィルタ１７と、その入力側に直列に接続された補助共振子１８とを有している。なお、本実施形態において、多重モードは、２重モードを含むものとする。多重モード型ＳＡＷフィルタ１７は、平衡−不平衡変換機能を有しており、受信フィルタ１２は平衡信号が出力される２つの受信端子１０に接続されている。受信フィルタ１２は多重モード型ＳＡＷフィルタ１７によって構成されるものに限られず、ラダー型フィルタによって構成してもよいし、平衡−不平衡変換機能を有していないフィルタであってもよい。

送信フィルタ１１、受信フィルタ１２およびアンテナ端子８の接続点とグランド電位部Ｇとの間には、インダクタなどからなるインピーダンスマッチング用の回路を挿入してもよい。

本実施形態のＳＡＷ素子を、弾性波素子として用いたフィルタ素子を、送信フィルタ１１や受信フィルタ１２としてもよい。例えば、フィルタ素子として送信フィルタ１１を構成する場合には、本実施形態のＳＡＷ素子を直列共振子Ｓ１〜Ｓ３のいずれか、または、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３のいずれかに使用してもよい。ＳＡＷ素子１を直列共振子Ｓ１〜Ｓ３のいずれか、または、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３の少なくとも１つに用いることにより、フィルタの耐電力性を高めることができる。また、フィルタ素子として受信フィルタ１２を構成する場合には、多重モード型ＳＡＷフィルタ１７または補助共振子１８の少なくとも１つに用いることにより、フィルタの耐電力性を高めることができる。

なお、上述のラダー型の送信フィルタ１１において、直列共振子Ｓ１〜Ｓ３と並列共振子Ｐ１〜Ｐ３との温度特性に差をつけてもよい。すなわち、直列共振子Ｓ１〜Ｓ３の温度特性（温度変化による周波数シフト量）を並列共振子Ｐ１〜Ｐ３の温度特性に比べて小さくしてもよい。この場合には、耐電力性の優れた送信フィルタ１１を提供することができる。以下、メカニズムについて説明する。

送信フィルタ１１に電力を印加すると、各共振子において電極（ＩＤＴ電極３）が発熱し周波数が低周波数側にシフトする。一方、周波数と振動強度との関係を調査した結果、振動強度のピークは２つあり、フィルタの通過帯域の両肩の両外側に位置していることが分かった。ここで、共振子の電極の発熱に伴い周波数特性が低周波数側にシフトし、振動強度の特性も低周波数側にシフトすると、通過帯域の左肩部分では振動強度が低下し、通過帯域の右肩部分では振動強度が高まることとなる。

言い換えると、通過帯域がｆＬ〜ｆＨの場合には、ｆＬに近い側の振動強度のピークは、より低周波数側にシフトし離れるため、ｆＬにおいて振動強度は温度変化に伴い低下する。逆にｆＨに近い側の振動強度のピークは、低周波数側にシフトすることで近づき、ｆＨにおいて振動強度は温度変化に伴い高まる。ここで、ｆＬ近傍の特性は並列共振子Ｐ１〜Ｐ３に、ｆＨ近傍の特性は直列共振子Ｓ１〜Ｓ３により決定されるため、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３の温度特性は大きく、直列共振子Ｓ１〜Ｓ３の温度特性は小さくすることで、送信フィルタ１１の耐電力性を高めることができる。また、この場合には、並列共振子が関与する帯域の低周波数側の周波数シフト量は多くなる。このため、振動強度のみでなく、消費電力も低下して、耐電力性を高めることができる。

同時に、温度変化により振動強度が高まり、高い耐電力性が求められる直列共振子Ｓ１〜Ｓ３に本実施形態のＳＡＷ素子１を使用してもよい。

ここで、直列共振子と並列共振子とで温度特性を変えるためには、具体的には以下の手法が例示できる。まず、ＩＤＴ電極３が質量付加膜に埋め込まれている場合には、質量付加膜の厚みを直列共振子に比べ並列共振子で薄くすることで実現できる。また、圧電基板２が薄層化され、その下面に線膨張係数の小さい材料からなる支持基板を備える場合には、圧電基板２の厚さを直列共振子に比べ並列共振子で厚くすることで実現できる。もしくは、圧電基板２の厚さは同一とし、支持基板の厚みを直列共振子に比べ並列共振子で薄くすることで実現できる。さらに、並列共振子に並列に付加容量を加え、付加容量の温度特性を並列共振子の温度特性に比べ大きくしても実現することができる。

１ 弾性波素子（ＳＡＷ素子）
２ 圧電基板
３ 励振（ＩＤＴ）電極
３２ 電極指（第１電極指３２ａ、第２電極指３２ｂ）
３２ｘ 外周部
３２ｙ 主部
６ 下地層
６ｘ 第１領域
６ｙ 第２領域
１０１ 通信装置
１０３ ＲＦ−ＩＣ
１０９ アンテナ

Claims (9)

1. 圧電基板と、
   該圧電基板上に配置された、複数の電極指を有する励振電極と、
   前記電極指と前記圧電基板との間に位置する下地層と、を有し、
   前記電極指は、平面視で、外周部と前記外周部よりも内側に位置する主部とを有し、
   前記下地層は、平面視で、前記外周部と重なる第１領域と、前記主部と重なる第２領域とを備え、前記第１領域における厚みは、前記第２領域における厚みよりも厚い、弾性波素子。
2. 前記第１領域は前記第２領域を囲む、請求項１に記載の弾性波素子。
3. 前記第１領域は、平面視で、前記外周部のうち、複数の前記電極指の配列方向と交差する方向に伸びる部分と重なる部分に配置されている、請求項１または２に記載の弾性波素子。
4. 前記第１領域の上面から前記外周部の上面までの距離は、前記第２領域の上面から前記主部の上面までの距離に比べて小さい、請求項１乃至３のいずれかに記載の弾性波素子。
5. 圧電基板と、
   該圧電基板上に配置された、複数の電極指を有する励振電極と、を有し、
   前記電極指は、平面視で、外周部と前記外周部よりも内側に位置する主部とを有し、
   前記主部は圧電基板と接しており、
   前記外周部は、前記圧電基板に配置された下地層の上面に接している、弾性波素子。
6. 前記下地層は、前記電極指よりもヤング率の大きい材料からなり、
   前記電極指は、前記下地層よりも電気抵抗が小さい材料からなる、請求項１乃至５のいずれかに記載の弾性波素子。
7. 前記下地層は、前記圧電基板に近い側に位置する第１下地層と、前記第１下地層よりも前記電極指側に位置する第２下地層とを含み、前記第１下地層は厚みが一様であり、前記第２下地層は、平面視で、前記外周部と重なる部分における厚みは、前記主部と重なる部分における厚みよりも厚い、請求項１乃至６のいずれかに記載の弾性波素子。
8. 少なくとも１つの請求項１〜７のいずれかに記載された弾性波素子がフィルタを構成する共振子に用いられた、フィルタ素子。
9. アンテナと、
   該アンテナに電気的に接続された請求項８に記載のフィルタ素子と、
   該フィルタ素子に電気的に接続されたＲＦ−ＩＣとを備える通信装置。
   

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