JP2022044005A - 制御可能デルタ周波数温度係数を有する多層圧電基板 - Google Patents

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Abstract

【課題】弾性波デバイス及びフィルタに関し、これらにおける帯域幅の温度係数を制御する方法及び構造を提供する。【解決手段】電子デバイス（弾性表面波共振器１０）は、キャリア基板２２、キャリア基板の表側に配置される圧電材料膜１２及びキャリア基板の裏側に配置される裏側材料層を含む多層圧電基板と、多層圧電基板の表側に配置される一以上の弾性波デバイスとを含む。裏側材料層は、当該キャリア基板の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有し、当該一以上の弾性波デバイスは、当該裏側材料層を欠く実質的に同様のデバイスよりも小さな、共振周波数及び反共振周波数それぞれにおける周波数温度係数の差を示す。【選択図】図２

Description

本開示の実施形態は、弾性波デバイス及びフィルタに関し、これらにおける帯域幅の温度係数を制御する方法及び構造に関する。
弾性波デバイス、例えば弾性表面波（ＳＡＷ）及びバルク弾性波（ＢＡＷ）デバイスを、無線周波数電子システムにおけるフィルタのコンポーネントとして利用することができる。例えば、携帯電話機の無線周波数フロントエンドにおけるフィルタは、弾性波フィルタを含み得る。２つの弾性波フィルタをデュプレクサ又はダイプレクサとして配列することができる。
一側面によれば、電子デバイスが与えられる。電子デバイスは、キャリア基板、当該キャリア基板の表側に配置される圧電材料層、及び当該キャリア基板の裏側に配置される裏側材料層を含む多層圧電基板と、当該多層圧電基板の表側に配置される一以上の弾性波デバイスとを含み、当該裏側材料層は、当該キャリア基板の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有し、当該一以上の弾性波デバイスは、当該裏側材料層を欠く実質的に同様のデバイスよりも小さな、共振周波数及び反共振周波数それぞれにおける周波数温度係数の差を示す。
いくつかの実施形態において、一以上の弾性波デバイスは弾性波フィルタに含まれる。
いくつかの実施形態において、一以上の弾性波デバイスは無線周波数フィルタを形成する。
いくつかの実施形態において、フィルタは、帯域幅のニアゼロ温度係数を有する。
いくつかの実施形態において、一以上の弾性波デバイスの共振周波数における周波数温度係数は、当該一以上の弾性波デバイスの反共振周波数における周波数温度係数に実質的に等しい。
いくつかの実施形態において、一以上の弾性波デバイスは弾性表面波デバイスである。一以上の弾性波デバイスは温度補償弾性表面波デバイスとしてよい。
いくつかの実施形態において、一以上の弾性波デバイスはバルク弾性波デバイスである。
いくつかの実施形態において、裏側材料層は、キャリア基板の周波数温度係数よりも高い周波数温度係数を有する。
いくつかの実施形態において、裏側材料層は、キャリア基板の周波数温度係数よりも低い周波数温度係数を有する。
いくつかの実施形態において、裏側材料層は、誘電体又は金属の一方を含む。
いくつかの実施形態において、裏側材料層は圧電材料を含む。
いくつかの実施形態において、裏側材料層及び圧電材料層は同じ圧電材料を含む。
いくつかの実施形態において、裏側材料層及び圧電材料層は、実質的に同じ厚さを有する。
いくつかの実施形態において、一以上の弾性波デバイスは、ニアゼロデルタ周波数温度係数を有する。
いくつかの実施形態において、電子デバイスは、無線周波数デバイスモジュールに含まれる。
いくつかの実施形態において、無線周波数デバイスモジュールは、無線周波数デバイスに含まれる。
他側面によれば、電子デバイスを形成する方法が与えられる。方法は、キャリア基板の頂面に圧電材料層を形成することと、当該キャリア基板の底面に裏側材料層を形成することと、当該圧電材料層の複数部分を含む一以上の弾性波デバイスを形成することとを含み、当該裏側材料層は、当該キャリア基板の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有し、当該裏側材料層によって当該一以上の弾性波デバイスは、共振周波数及び反共振周波数それぞれにおける周波数温度係数のニアゼロ差を示す。
いくつかの実施形態において、方法はさらに、一以上の弾性波デバイスから無線周波数フィルタを形成することを含む。
いくつかの実施形態において、方法はさらに、無線周波数フィルタを含む無線周波数デバイスモジュールを形成することを含む。
いくつかの実施形態において、方法はさらに、無線周波数デバイスを含む無線周波数電子デバイスを形成することを含む。
本開示の複数の実施形態が、添付図面を参照する非限定的な例を介して以下に記載される。
弾性表面波共振器の一例の簡単な平面図である。 弾性表面波共振器の他例の簡単な平面図である。 弾性表面波共振器の他例の簡単な平面図である。 多層圧電基板を有する温度補償弾性表面波共振器の一部分の断面図である。 薄膜バルク弾性波共振器の簡略化された断面図である。 ラム波共振器の簡略化された断面図である。 ソリッドマウント共振器の簡略化された断面図である。 無線周波数ラダーフィルタの模式的な図である。 弾性波デバイスのための多層圧電基板の一例を示す。 異なる裏側層が動作温度にある多層圧電基板におけるひずみを示す。 本開示の複数側面に係る一以上の電子デバイスを含み得るフィルタモジュールの一例のブロック図である。 本開示の側面に係る一つ以上のフィルタモジュールを含み得るフロントエンドモジュールの一例のブロック図である。 図１０のフロントエンドモジュールを含む無線デバイスの一例のブロック図である。
所定の実施形態の以下の説明は、特定の実施形態の様々な記載を表す。しかしながら、ここに記載のイノベーションは、例えば特許請求の範囲によって画定され及びカバーされる多数の異なる態様で具体化することができる。本記載において、同じ参照番号が同一の又は機能的に類似の要素を示し得る図面が参照される。理解されることだが、図面に示される要素は必ずしも縮尺どおりではない。さらに理解されることだが、所定の実施形態は、図面に示されるよりも多くの要素を含んでよく、及び／又は図面に示される要素の部分集合を含んでよい。さらに、いくつかの実施形態は、２つ以上の図面からの特徴のいずれかの適切な組み合わせを組み入れてよい。
図１Ａは、ＳＡＷフィルタ、デュプレクサ、バラン等において使用され得るような弾性表面波（ＳＡＷ）共振器１０の平面図である。
弾性波共振器１０は、圧電基板、例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）基板１２から形成され、インターディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）電極１４及び反射器電極１６を含む。使用時、ＩＤＴ電極１４は、圧電基板１２の表面沿いに波長λを有する主要弾性波を励起する。反射器電極１６はＩＤＴ電極１４を挟み、主要弾性波を、ＩＤＴ電極１４を往復して通るように反射する。デバイスの主要弾性波は、ＩＤＴ電極の長さ方向に直交するように進行する。
ＩＤＴ電極１４は、第１バスバー電極１８Ａと、第１バスバー電極１８Ａに対向する第２バスバー電極１８Ｂとを含む。バスバー電極１８Ａ、１８Ｂはここで、まとめてバスバー電極１８と称してよい。ＩＤＴ電極１４はさらに、第１バスバー電極１８Ａから第２バスバー電極１８Ｂに向かって延びる第１電極指２０Ａと、第２バスバー電極１８Ｂから第１バスバー電極１８Ａに向かって延びる第２電極指２０Ｂとを含む。
反射器電極１６（反射器グレーティングとも称する）はそれぞれが、第１反射器バスバー電極２４Ａ及び第２反射器バスバー電極２４Ｂ（まとめて反射器バスバー電極２４と称する）と、第１バスバー電極２４Ａと第２バスバー電極２４Ｂとの間に延びて電気的に結合された反射器指２６とを含む。
ここに開示される他実施形態において、図１Ｂに示されるように、反射器バスバー電極２４Ａ、２４Ｂを省略してよく、反射器指２６を電気的に接続しなくてもよい。さらに、図１Ｃに示されるように、ここに開示される弾性波共振器は、電極指２０Ａ、２０Ｂそれぞれと整列するダミー電極指２０Ｃを含んでよい。各ダミー電極指２０Ｃは、整列された電極指２０Ａ、２０Ｂそれぞれに対して反対のバスバー電極１８Ａ、１８Ｂから延びる。
図２は、基板１２上に配置されるＩＤＴ電極１４のいくつかを示す図１Ａ～図１Ｃのいずれかの弾性波共振器１０の一部分の部分断面図である。いくつかの実施形態において、弾性波共振器が、圧電基板１２と当該圧電基板が配置されるキャリア基板２２とを含む多層圧電基板を含んでよい。キャリア基板２２は、例えば、シリコン又は誘電性材料、例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム若しくはサファイヤから形成されてよい。キャリア基板２２は、圧電基板１２よりも厚いのが典型的であり、増大した機械的強度を有する弾性波共振器を与える。
ＩＤＴ電極１４は、例えばアルミニウムのような、金属又は金属合金から形成される。いくつかの実施形態において、ＩＤＴ電極１４は、例えばモリブデン及びアルミニウムのような異なる金属の多層を含み得る。誘電材料２４、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）は、ＩＤＴ電極１４及び基板１２の頂部に配置され得る。誘電材料は有利なことに、弾性波共振器１０の動作特性に対する温度変化の効果を低下させることができ、ＩＤＴ電極１４と基板１２の表面とを保護することもできる。例えば、ＳｉＯ２が負の熱膨張係数を有する一方、ＳＡＷデバイスにおいて圧電基板１２のために典型的に使用される材料は、正の熱膨張係数を有する。ＳｉＯ２の層２４はそれゆえ、ＳｉＯ２の層２４が不在のときに生じ得る温度変化に伴う圧電基板１２の寸法変化に抵抗し得る。図２に示されるようにＳｉＯ２の層を含むＳＡＷデバイスは、温度補償ＳＡＷデバイスと称してよく、ＴＣ－ＳＡＷデバイスと略されることが多い。
ここに開示される複数の側面及び実施形態はまた、バルク弾性波（ＢＡＷ）共振器にも適用可能である。薄膜バルク弾性波共振器（ＦＢＡＲ）、ラム波共振器及びソリッドマウント共振器が、ＢＡＷ共振器の例である。
図３は、薄膜バルク弾性波共振器（ＦＢＡＲ）３０の簡略化された断面図である。ＦＢＡＲ３０は、圧電材料層３２、圧電材料層３２の上面にある上側電極３４、圧電材料層３２の下面にある下側電極３６を含む。圧電材料層３２は薄膜としてよい。圧電材料層３２は窒化アルミニウム層としてよい。他例において、圧電材料層３２は、任意の適切な圧電材料層としてよい。圧電材料層３２は、基板３９に配置され、圧電材料層３２の下面と基板３９との間にキャビティ３８を画定する。下側電極３６は、キャビティ３８の中に配置される。キャビティ３８は、空気又は他の気体が充填されてよく、他実施形態では真空キャビティを形成するべく排気が行われてもよい。
図４は、ラム波共振器４０の簡略化された断面図である。ラム波共振器４０は、ＳＡＷ共振器及びＦＢＡＲの特徴を含む。図示のように、ラム波共振器４０は、圧電材料層４２、圧電材料層４２の上面にあるインターディジタルトランスデューサ電極（ＩＤＴ）４４、及び圧電材料層４２の下面に配置される下側電極４６を含む。圧電材料層４２は薄膜としてよい。圧電材料層４２は窒化アルミニウム層としてよい。他例において、圧電材料層４２は、任意の適切な圧電層としてよい。ラム波共振器の周波数は、ＩＤＴ４４の幾何学的形状に基づき得る。電極４６は、所定例において接地してよい。いくつかの他例において、電極４６は浮遊としてよい。電極４６と基板４９との間に、空気キャビティ４８が配置される。空気キャビティ４８の代わりに、任意の適切なキャビティ、例えば真空キャビティ又は異なる気体が充填されたキャビティ、を実装することができる。
図５は、ソリッドマウント共振器（ＳＭＲ）５０の簡略化された断面図である。図示のように、ＳＭＲ５０は、圧電材料層５２、圧電材料層５２の頂部に配置される上側電極５４、及び圧電材料層５２の下面に配置される下側電極５６を含む。圧電材料層５２は窒化アルミニウム層としてよい。他例において、圧電材料層５２は、任意の適切な圧電材料層としてよい。下側電極５６は、所定例において接地してよい。いくつかの他例において、下側電極５６は浮遊としてよい。ブラッグ反射器５８が、下側電極５６と半導体基板５９との間に配置される。任意の適切なブラッグ反射器を実装することができる。例えば、ブラッグ反射器はＳｉＯ２／Ｗとしてよい。
図３～図５における基板３９、４９、５９は、シリコンであるとして示されるが、代替的に、他材料、例えば二酸化ケイ素、酸化アルミニウム又はサファイヤのような誘電性材料、から形成されてよい。
なお、図１Ａ～図５に示される弾性波共振器は、ここに表される他の図面に示されるものと同様、高度に単純化された形態で示される。異なる特徴物の相対的な寸法は、縮尺どおりに示されるわけではない。例えば、典型的な弾性表面波共振器は一般に、図示されるよりもかなり多くの数の電極指及び／又は反射器指を含む。弾性波共振器は、いくつかの例に示されるものとは異なるように構成してよい。例えば、いくつかの実施形態において、弾性表面波共振器は、ダミー電極指、異なる若しくは不均一の長さ若しくは幅寸法を有する電極指、異なる若しくは不均一の間隔を有する電極指若しくは反射器指、又は曲がった若しくは傾斜した部分を含む電極指を含んでよい。典型的な弾性表面波共振器又はフィルタ要素はまた、反射器電極間に挟まれた多数のＩＤＴ電極を含み得る。
ここに開示される複数の弾性波共振器は、弾性波フィルタ、例えば無線周波数（ＲＦ）弾性波フィルタを形成するように電気的に結合されてよい。フィルタアーキテクチャの一例はラダーフィルタである。ＲＦラダーフィルタの一例が、図６に模式的に示される。ＲＦラダーフィルタは、複数の直列共振器Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７及びＲ９と、複数の並列（又はシャント）共振器Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６及びＲ８とを含む。示されるように、複数の直列共振器Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７及びＲ９は、ＲＦラダーフィルタの入力部と出力部との間に直列に接続され、複数の並列共振器Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６及びＲ８はそれぞれが、直列共振器とグランドとの間にシャント構成で接続される。例えばデュプレクサ、バラン等のような弾性波デバイス又は共振器を含み得る業界周知の他のフィルタ構造及び他の回路構造もまた、ここに開示される弾性波共振器の複数例を含むように形成することができる。
弾性波共振器は、共振周波数（ｆｒ）において、反共振周波数（ｆａ）においてとは異なる周波数温度係数（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＴＣＦ））を有することが多い。このＴＣＦの差をここでは、デルタＴＣＦ（ΔＴＣＦ）と称する。これは、ｐｐｍ／℃で測定されるのが典型的である。ｆｒとｆａとの周波数分離は、弾性波共振器から形成されるフィルタの帯域幅を決定する大きな要因であるから、ΔＴＣＦは、弾性波共振器から形成されるフィルタにとっての帯域幅の温度係数とみなすことができる。さらに、ｆｒとｆａとの分離の変動は、フィルタインピーダンスの変化も引き起こし、潜在的に電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の劣化を引き起こし、又は、ＲＦシステム（例えば電力増幅器又は低雑音増幅器）におけるフィルタと他の隣接ＲＦコンポーネントとの相互作用に影響を与える。多層圧電基板（ＭＰＳ）弾性波共振器を含む弾性波フィルタにおいて、ΔＴＣＦ値は特に大きく、問題となり得る。低い又はゼロのΔＴＣＦ値を有する弾性波共振器及びフィルタを与えることが望ましい。これにより、当該共振器又はフィルタの動作特性、例えば共振周波数及び反共振周波数又は帯域幅が、動作温度の変化によって有意に影響を受けることがなくなる。
ＭＰＳ共振器及びこれらから形成されるフィルタ（ＭＰＳフィルタ）におけるΔＴＣＦへの大きな寄与因子は、ＭＰＳ共振器の圧電材料膜における温度依存性応力である。温度依存性応力は、圧電材料膜とその下位のキャリア基板との間、例えば、図２における圧電材料膜１２とキャリア基板２２との間、図３～図５における圧電材料膜３２、４２、５２と対応キャリア基板３９、４９、５９との間の熱膨張係数（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ（ＣＴＥ））の不整合によって引き起こされる。
ここに開示される複数の側面及び実施形態は、例えば±２ｐｐｍ／℃の範囲内のニアゼロΔＴＣＦを有するＭＰＳ弾性波共振器及びフィルタを含む。ＭＰＳフィルタの共振器は、主要キャリア基板のＣＴＥとは異なるＣＴＥを有する裏側層を含む。主要キャリア基板と裏側層とのＣＴＥ不整合は、弾性波共振器にひずみを引き起こす。このひずみによりキャリア基板は、裏側層のＣＴＥが主要キャリア基板のＣＴＥよりも小さいか又は大きいかに応じて上方（凸状）又は下方（凹状）態様でたわむ。裏側層により引き起こされる凸状又は凹状のひずみはそれぞれ、共振器の表面（頂面）側の圧電膜に引張応力又は圧縮応力を与える。温度が変化すると、応力も比例して変化する。引き起こされる（引張又は圧縮）応力の方向は、主要キャリア基板のＣＴＥと比較した裏側層のＣＴＥの大きさによって決定され、変化の感度は、ＣＴＥ不整合の程度、キャリア基板及び裏側材料のヤング率、並びに裏側層及びキャリア基板の相対厚さによって決定される。膜厚は、最新の作製技術を使用して極めて容易に制御することができるので、これにより、弾性波共振器を製造する自由度又はゼロ若しくはニアゼロのΔＴＣＦを有する自由度が非常に簡単に得られる。
図７は、ここに開示されるゼロ又はニアゼロのΔＴＣＦを有する弾性波共振器７００の材料層の断面を模式的に示す。弾性波共振器は圧電材料層７０５を含み、圧電材料層７０５上又は圧電材料層７０５内に、図１Ａ～図５に示される弾性波共振器の、若しくは他の業界周知の弾性波共振器の、又は電極若しくは他の特徴物のいずれかが構成され又は含まれる。これらは、例えば図２に示されるように、上に横たわる一以上の誘電層によって全体的又は部分的に覆われてよい。圧電材料層７０５は、図１Ａ～図５に示される弾性波共振器の、又は業界周知の弾性波共振器のキャリア基板２２、３９、４９又は５９に対応し得るキャリア基板７１０の表面又は上面に配置される。キャリア基板７１０のＣＴＥとは異なるＣＴＥを有する裏側層７１５が、圧電材料層７０５が配置されるキャリア基板７１０の表側に対向するキャリア基板７１０の裏側又は下側に配置される。裏側層は、一以上の材料層から形成されてよく、異なる材料の複数層を含んでよい。いくつかの実施形態において、裏側層７１５は、キャリア基板７１０よりも高いＣＴＥを有する。キャリア基板７１０が、例えば、ＣＴＥが約２．６ｐｐｍ／℃のシリコンから形成される場合、裏側層は、圧電材料（例えばニオブ酸リチウム（結晶方位に応じてＣＴＥが約７．５ｐｐｍ／℃から約１５．４ｐｐｍ／℃）、タンタル酸リチウム（結晶方位に応じてＣＴＥが約２ｐｐｍ／℃から約１６ｐｐｍ／℃）若しくは窒化アルミニウム（ＣＴＥが約４．６ｐｐｍ／℃））、誘電体（例えば酸化アルミニウム（ＣＴＥが約４．５ｐｐｍ／℃）、サファイヤ（ＣＴＥ約５．３ｐｐｍ／℃）若しくは炭化ケイ素（ＣＴＥが約２．８ｐｐｍ／℃））、又は金属（例えば銅（ＣＴＥが約１７ｐｐｍ／℃）若しくはアルミニウム（ＣＴＥが約２３ｐｐｍ／℃））の一以上から形成されてよい。いくつかの実施形態において、裏側層７１５は、圧電材料層７０５と同じ材料から形成されて実質的に同じ厚さを有してよい。他実施形態において、裏側層７１５は、キャリア基板７１０よりも低いＣＴＥを有する。キャリア基板７１０が、例えば、ＣＴＥが約２．６ｐｐｍ／℃のシリコンから形成される場合、裏側層は、窒化ケイ素（ＣＴＥが約１．４ｐｐｍ／℃）、ダイヤモンド（ＣＴＥが約１ｐｐｍ／℃）、又は二酸化ケイ素（ＣＴＥが約０．６５ｐｐｍ／℃）の一以上から形成されてよい。いくつかの実施形態において、裏側層は、主要キャリア基板の厚さの１％から２０％の厚さ範囲にある銅若しくはＳｉＮから形成され又はこれらを含んでよい。厚さが５０～２５０μｍの範囲にあるキャリア基板に対し、裏側層の厚さの範囲は、例えば０．５μｍから５０μｍとしてよい。
裏側層７１５は、適切な化学気相堆積又は物理気相堆積プロセス（例えば蒸着又はスパッタリング）を使用して、キャリア基板７１０の裏側又は下側に直接堆積されてよい。他実施形態において、裏側層７１５は、適切な接着層を使用して、例えば、二酸化ケイ素、クロム、白金、チタン、二酸化チタン、金、又は任意の他の適切な誘電体若しくは金属の接着層材料の一以上を使用して、キャリア基板７１０の裏側又は下側に接着されてよい。他実施形態において、金属裏側層を電気めっきによって形成することができる。
図８に示されるように、主要キャリア基板と裏側層とのＣＴＥ不整合は、デバイスにひずみをもたらし、裏側層のＣＴＥが主要キャリア基板のＣＴＥよりも小さいか又は大きいかのそれぞれに応じて、デバイスを上方（凸状）又は下方（凹状）態様にたわませる。裏側層により引き起こされる凸状又は凹状のひずみはそれぞれ、デバイスの表面（頂面）側の圧電膜に引張応力又は圧縮応力を与える。温度が変化すると、応力も比例して変化する。引き起こされる応力（引張又は圧縮）の方向は、主要キャリア基板のＣＴＥと比較した裏側層のＣＴＥの大きさによって決定され、変化の感度は、ＣＴＥ不整合の程度、キャリア基板及び裏側材料の弾性係数、及びキャリア基板と比較した裏側層の相対厚さ、並びに、程度は低いが、圧電材料層の組成及び厚さによって決定される。裏側層の膜厚は、最新の堆積プロセスを使用して容易かつ正確に制御することができるので、これにより、ゼロΔＴＣＦ又はニアゼロΔＴＣＦを有するここに開示される弾性波共振器又はフィルタを与える容易に制御可能な方法が得られる。
上述したように、ここに開示される弾性波素子の複数の実施形態は、例えば、フィルタとして構成し、又はフィルタにおいて使用することができる。ここに開示される弾性波素子の実施形態は、例えば、周知の構造及び構成を有するラダーフィルタとして構成してよい。次に、一以上の弾性波素子を使用する弾性波フィルタを、例えば、無線通信デバイスのような電子デバイスに究極的に使用され得るモジュールに組み入れ、当該モジュールとしてパッケージにしてよい。図９は、弾性波フィルタ８１０を含むモジュール８００の一例のブロック図である。フィルタ８１０は、一以上の接続パッド８２２を含む一以上のダイ８２０に実装してよい。例えばフィルタ８１０は、フィルタ用の入力接点に対応する接続パッド８２２と、フィルタ用の出力接点に対応する他の接続パッド８２２とを含み得る。パッケージ状モジュール８００は、ダイ８２０を含む複数のコンポーネントを受容するように構成されるパッケージ基板８３０を含む。複数の接続パッド８３２をパッケージ基板８３０上に配置することができ、フィルタダイ８２０の様々な接続パッド８２２を、電気コネクタ８３４を介してパッケージ基板８３０上の接続パッド８３２に接続することができる。電気コネクタ８３４は、様々な信号のフィルタ８１０への及びフィルタ８１０からの通過を許容するべく、例えば、はんだバンプ又はワイヤボンドとしてよい。モジュール８００はさらに、オプションとして、ここでの開示に鑑みて半導体製作の当業者に知られるような、例えば一以上の付加フィルタ、増幅器、スイッチ、前置フィルタ、変調器、復調器、ダウンコンバータ等のような他の回路ダイ８４０を含んでよい。いくつかの実施形態において、モジュール８００はまた、例えばモジュール８００の保護を与えて容易な扱いを促すための、一以上のパッケージ構造物を含み得る。かかるパッケージ構造物は、パッケージ基板８３０を覆うように形成されて様々な回路及び部品を実質的に封入する寸法とされたオーバーモールドを含み得る。
フィルタ８１０の様々な例及び実施形態を、広範な電子デバイスにおいて使用することができる。例えば、フィルタ８１０は、アンテナデュプレクサにおいて使用することができる。アンテナデュプレクサ自体は、ＲＦフロントエンドモジュール及び通信デバイスのような様々な電子デバイスに組み入れることができる。
図１０を参照すると、例えば無線通信デバイス（例えば携帯電話機）のような電子デバイスにおいて使用できるフロントエンドモジュール９００の一例のブロック図が例示される。フロントエンドモジュール９００は、共通ノード９０２、入力ノード９０４及び出力ノード９０６を有するアンテナデュプレクサ９１０を含む。アンテナ１０１０が共通ノード９０２に接続される。
アンテナデュプレクサ９１０は、入力ノード９０４と共通ノード９０２との間に接続される一以上の送信フィルタ９１２と、共通ノード９０２と出力ノード９０６との間に接続される一以上の受信フィルタ９１４とを含み得る。送信フィルタの通過帯域は、受信フィルタの通過帯域と異なる。フィルタ８１０の複数例を、送信フィルタ９１２及び／又は受信フィルタ９１４を形成するべく使用することができる。インダクタ又は他の整合若しくは位相合わせコンポーネント９２０を、共通ノード９０２に接続してよい。
フロントエンドモジュール９００はさらに、デュプレクサ９１０の入力ノード９０４に接続される送信器回路９３２と、デュプレクサ９１０の出力ノード９０６に接続される受信器回路９３４とを含む。送信器回路９３２は、アンテナ１０１０を介した送信のための信号を生成することができ、受信器回路９３４は、アンテナ１０１０を介して信号を受信し、受信した信号を処理することができる。いくつかの実施形態において、受信器回路及び送信器回路は、図１０に示されるように別個のコンポーネントとして実装されるが、他実施形態においてこれらのコンポーネントは、共通送受信器回路又はモジュールに一体化され得る。当業者にわかることだが、フロントエンドモジュール９００は、図１０に例示されない他のコンポーネント（スイッチ、電磁結合器、増幅器、プロセッサ等を含むがこれらに限られない）を含んでよい。
図１１は、図１０に示されるアンテナデュプレクサ９１０を含む無線デバイス１０００の一例のブロック図である。無線デバイス１０００は、セルラー電話機、スマートフォン、タブレット、モデム、通信ネットワーク、又は音声若しくはデータ通信用に構成された任意の他の携帯若しくは非携帯デバイスとしてよい。無線デバイス１０００は、アンテナ１０１０から信号を受信及び送信することができる。無線デバイスは、図１０を参照して上述されたものと同様のフロントエンドモジュール９００の一実施形態を含む。フロントエンドモジュール９００は、上述したデュプレクサ９１０を含む。図１１に示される例において、フロントエンドモジュール９００はさらに、アンテナスイッチ９４０を含む。アンテナスイッチ９４０は、例えば送信モード及び受信モードのような、異なる周波数帯域又はモード間の切り替えをするべく構成することができる。図１１に示される例において、アンテナスイッチ９４０は、デュプレクサ９１０とアンテナ１０１０との間に位置決めされるが、他例においてデュプレクサ９１０は、アンテナスイッチ９４０とアンテナ１０１０との間に位置決めしてもよい。他例において、アンテナスイッチ９４０とデュプレクサ９１０とは一体化して一つのコンポーネントにすることができる。
フロントエンドモジュール９００は、送信を目的として信号生成するべく、又は受信した信号を処理するべく構成される送受信器９３０を含む。送受信器９３０は、図１０の例に示されるように、デュプレクサ９１０の入力ノード９０４に接続され得る送信器回路９３２と、デュプレクサ９１０の出力ノード９０６に接続され得る受信器回路９３４とを含み得る。
送信器回路９３２による送信のために生成された信号は、送受信器９３０からの生成信号を増幅する電力増幅器（ＰＡ）モジュール９５０によって受信される。電力増幅器モジュール９５０は、一以上の電力増幅器を含み得る。電力増幅器モジュール９５０は、多様なＲＦ又は他の周波数帯域の送信信号を増幅するべく使用することができる。例えば、電力増幅器モジュール９５０は、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）信号又は任意の他の適切なパルス信号の送信に役立つように電力増幅器の出力をパルスにするべく使用されるイネーブル信号を受信することができる。電力増幅器モジュール９５０は、例えばＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ）（登録商標）信号、ＣＤＭＡ（ｃｏｄｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）信号、Ｗ－ＣＤＭＡ信号、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）信号、ニューラジオ（ＮＲ）信号又はＥＤＧＥ信号を含む様々なタイプの信号のいずれかを増幅するべく構成することができる。所定の実施形態において、電力増幅器モジュール９５０及びスイッチ等を含む関連コンポーネントは、例えば高電子移動度トランジスタ（ｐＨＥＭＴ）又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＢｉＦＥＴ）を使用するヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板上に作製し、又は相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）電界効果トランジスタを使用するシリコン基板上に作製することができる。
依然として図１１を参照すると、フロントエンドモジュール９００はさらに、低雑音増幅器モジュール９６０を含み得る。これは、アンテナ１０１０からの受信信号を増幅してその増幅信号を、送受信器９３０の受信器回路９３４に与える。
図１１の無線デバイス１０００はさらに、送受信器９３０に接続されて無線デバイス１０００の動作のために電力を管理する電力管理サブシステム１０２０を含む。電力管理システム１０２０はまた、無線デバイス１０００のベース帯域サブシステム１０３０及び様々な他のコンポーネントの動作を制御することもできる。電力管理システム１０２０は、無線デバイス１０００の様々なコンポーネントのために電力を供給する電池（図示せず）を含み、又はこれに接続され得る。電力管理システム１０２０はさらに、例えば信号の送信を制御することができる一以上のプロセッサ又は制御器を含み得る。一実施形態において、ベース帯域サブシステム１０３０は、ユーザに与えられ又はユーザから受け取る音声及び／又はデータの様々な入力及び出力を容易にするユーザインタフェイス１０４０に接続される。ベース帯域サブシステム１０３０はまた、無線デバイスの動作を容易にし及び／又はユーザのための情報記憶を与えるデータ及び／又は命令を記憶するように構成されるメモリ１０５０に接続することもできる。上述された実施形態のいずれもが、セルラーハンドセットのような携帯デバイスに関連して実装することができる。実施形態の原理及び利点は、ここに説明される実施形態のいずれかから有益となり得る任意のアップリンク無線通信デバイスのような、任意のシステム又は装置によって使用することができる。ここでの教示は、様々なシステムに適用可能である。本開示がいくつかの実施形態例を含むにもかかわらず、ここに説明される教示は、様々な構造に適用することができる。ここに説明される原理及び利点はいずれも、約４５０ＭＨｚ～６ＧＨｚの範囲のような、約３０ｋＨｚ～３００ＧＨｚの範囲にある信号を処理するべく構成されたＲＦ回路に関連して実装することができる。
本開示の複数の側面は、様々な電子デバイスに実装することができる。電子デバイスの例は、消費者用電子製品、パッケージ状無線周波数モジュールのような消費者用電子製品の部品、アップリンク無線通信デバイス、無線通信インフラストラクチャ、電子試験機器等を含むがこれらに限られない。電子デバイスの例は、スマートフォンのような携帯型電話機、スマートウォッチ又はイヤーピースのような装着可能コンピューティングデバイス、電話機、テレビ、コンピュータモニタ、コンピュータ、モデム、ハンドヘルドコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、電子レンジ、冷蔵庫、自動車電子システムのような車載電子システム、ステレオシステム、デジタル音楽プレーヤー、ラジオ、デジタルカメラのようなカメラ、携帯型メモリーチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯／乾燥機、コピー機、ファクシミリ装置、スキャナ、多機能周辺デバイス、腕時計、置時計等を含むがこれらに限られない。さらに、電子デバイスは未完成の製品も含んでよい。
本明細書及び特許請求の範囲全体にわたり、文脈上そうでないことが明らかに必要とされない限り、「含む」、「備える」、「包含する」等の単語は一般に、排他的又は網羅的な意味とは反対の包括的意味に、すなわち「～を含むがこれらに限られない」との意味に解釈すべきである。ここで一般に使用される単語「結合」は、直接接続されるか又は一以上の中間要素を介して接続されるかのいずれかとなり得る２以上の要素を言及する。同様に、ここで一般に使用される単語「接続」は、直接接続されるか又は一以上の中間要素を介して接続されるかのいずれかとなり得る２以上の要素を言及する。加えて、単語「ここ」、「上」、「下」及び同様の趣旨の単語は、本願において使用される場合、本願全体を言及し、本願の任意の固有部分を言及するわけではない。文脈が許容する場合、単数又は複数を使用する上述の詳細な説明における用語はそれぞれ、複数又は単数をも含み得る。２つ以上の項目のリストを言及する単語「又は」及び「若しくは」は、当該単語の以下の解釈のすべて、すなわち、当該リストの任意の項目、当該リストのすべての項目、及び当該リストの項目の任意の組み合わせをカバーする。
さらに、とりわけ「できる」、「し得る」、「してよい」、「かもしれない」、「例えば」、「のような」等のようなここに記載の条件付き言語は一般に、特にそうでないことが述べられ、又は使用の文脈上そうでないことが理解される場合を除き、所定の実施形態が所定の特徴、要素及び／又は状態を含む一方で他の実施形態がこれらを含まないことを伝えるように意図される。すなわち、かかる条件的言語は、特徴、要素及び／若しくは状態が一以上の実施形態にとって必要な任意の態様にあること、又は一以上の実施形態が必ず、筆者のインプット若しくは促しありで若しくはなしで、これらの特徴、要素及び／若しくは状態が任意の固有実施形態に含まれ若しくは当該実施形態で行われるか否かを決定するロジックを含むこと、を示唆することを一般には意図しない。
所定の実施形態が記載されてきたが、これらの実施形態は、例示により提示されたにすぎないので、本開示の範囲を制限することを意図しない。実際のところ、ここに記載される新規な方法、装置及びシステムは、様々な他の形態で具体化することができる。さらに、ここに記載される方法及びシステムの形態における様々な省略、置換及び変更が、本開示の要旨から逸脱することなくなし得る。例えば、複数のブロックが所与の配列で提示されるが、代替実施形態は、異なる部品及び／又は回路トポロジで同様の機能を果たすことができ、いくつかのブロックは削除、移動、追加、細分化、結合、及び／又は修正することができる。これらのブロックそれぞれを、様々な異なる態様で実装することができる。上述した様々な実施形態の要素及び工程の任意の適切な組み合わせを、さらなる実施形態を与えるように組み合わせることができる。添付の特許請求の範囲及びその均等物が、本開示の範囲及び要旨に収まるかかる形態又は修正をカバーすることが意図される。

Claims (21)

  1. 電子デバイスであって、
    キャリア基板、前記キャリア基板の表側に配置される圧電材料層、及び前記キャリア基板の裏側に配置される裏側材料層配置を含む多層圧電基板と、
    前記多層圧電基板の表側に配置される一以上の弾性波デバイスと
    を含み、
    前記裏側材料層は、前記キャリア基板の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有し、
    前記一以上の弾性波デバイスは、前記裏側材料層を欠く実質的に同様のデバイスよりも小さな、共振周波数及び反共振周波数それぞれにおける周波数温度係数の差を示す、電子デバイス。
  2. 前記一以上の弾性波デバイスは弾性波フィルタに含まれる、請求項１の電子デバイス。
  3. 前記一以上の弾性波デバイスは無線周波数フィルタを形成する、請求項１の電子デバイス。
  4. 前記フィルタは、帯域幅のニアゼロ温度係数を有する、請求項２又は３のいずれか一項の電子デバイス。
  5. 前記一以上の弾性波デバイスの共振周波数における周波数温度係数は、前記一以上の弾性波デバイスの反共振周波数における周波数温度係数に実質的に等しい、請求項１の電子デバイス。
  6. 前記一以上の弾性波デバイスは弾性表面波デバイスである、請求項１の電子デバイス。
  7. 前記一以上の弾性波デバイスは温度補償弾性表面波デバイスである、請求項６の電子デバイス。
  8. 前記一以上の弾性波デバイスはバルク弾性波デバイスである、請求項１の電子デバイス。
  9. 前記裏側材料層は、前記キャリア基板の周波数温度係数よりも高い周波数温度係数を有する、請求項１の電子デバイス。
  10. 前記裏側材料層は、前記キャリア基板の周波数温度係数よりも低い周波数温度係数を有する、請求項１の電子デバイス。
  11. 前記裏側材料層は、誘電体又は金属の一方を含む、請求項１から１０のいずれか一項の電子デバイス。
  12. 前記裏側材料層は圧電材料を含む、請求項１から１０のいずれか一項の電子デバイス。
  13. 前記裏側材料層及び前記圧電材料層は双方が同じ圧電材料を含む、請求項１２の電子デバイス。
  14. 前記裏側材料層及び前記圧電材料層は実質的に同じ厚さを有する、請求項１３の電子デバイス。
  15. 前記一以上の弾性波デバイスはニアゼロデルタ周波数温度係数を有する、請求項１から１４のいずれか一項の電子デバイス。
  16. 請求項１の電子デバイスを含む無線周波数デバイスモジュール。
  17. 請求項１５の無線周波数モジュールを含む無線周波数デバイス。
  18. 電子デバイスを形成する方法であって、
    キャリア基板の頂面に圧電材料層を形成することと、
    前記キャリア基板の底面に裏側材料層を形成することであって、前記裏側材料層は、前記キャリア基板の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有することと、
    前記圧電材料層の複数部分を含む一以上の弾性波デバイスを形成することと
    を含み、
    前記裏側材料層によって前記一以上の弾性波デバイスは、共振周波数及び反共振周波数それぞれにおける周波数温度係数のニアゼロ差を示す、方法。
  19. 前記一以上の弾性波デバイスから無線周波数フィルタを形成することをさらに含む、請求項１８の方法。
  20. 請求項１９の無線周波数フィルタを含む無線周波数デバイスモジュールを形成することをさらに含む、請求項１８の方法。
  21. 請求項２０の無線周波数デバイスモジュールを含む無線周波数電子デバイスを形成することをさらに含む、請求項２０の方法。
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