JP2023078039A - 弾性波デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】より小型で、かつ、特性に優れた弾性波デバイス及びその弾性波デバイスを備えるモジュールを提供する。【解決手段】弾性波デバイスは、圧電基板と、複数の弾性波素子５２と、圧電基板上に形成された複数の橋台と、複数の橋台上に形成された主桁６２と、を備える。を有する。弾性波素子５２は、複数の電極指及びバスバーを有する。主桁６２は、弾性波素子５２の少なくとも一つと立体的に交差している。【選択図】図２
Description
本発明は、弾性波デバイスに関連する。
近年の技術的進歩により、移動体通信端末に代表されるスマートフォンなどは、目覚ましく小型化、軽量化されている。
このような移動通信端末に用いられるフィルタとしては、小型化が可能な弾性波デバイスが用いられている。
また、移動体通信システムとしては、同時送受信する通信システムが急増しデュプレクサ等の需要が急増している。
これらの状況によって、デュプレクサの受信側のフィルタとして不平衡―平衡変換機能を有する多重モード型共振器が使用されている。
さらには移動通信システムの変化に伴い、デュプレクサの要求仕様がより厳しくなってきている。
すなわち、従来に比してより小型で、かつ、特性に優れたデュプレクサ等の弾性波デバイスが求められている。
特許文献１には、弾性波デバイスに関する技術の一例が開示されている。
しかしながら、特許文献１に開示の技術では、十分に小型で、かつ、特性に優れた弾性波デバイスを提供することができない。
本発明は、より小型で、かつ、特性に優れた弾性波デバイスを提供することを目的とする。
本発明にかかる弾性波デバイスは、
圧電基板と、
前記圧電基板上に形成された複数の電極指およびバスバーを有する複数のＩＤＴ電極と、
前記圧電基板上に形成された複数の橋台と、
前記複数の橋台上に形成された主桁と
を備え、
前記主桁は、前記ＩＤＴ電極の少なくとも一つと立体的に交差している弾性波デバイスとした。
圧電基板と、
前記圧電基板上に形成された複数の電極指およびバスバーを有する複数のＩＤＴ電極と、
前記圧電基板上に形成された複数の橋台と、
前記複数の橋台上に形成された主桁と
を備え、
前記主桁は、前記ＩＤＴ電極の少なくとも一つと立体的に交差している弾性波デバイスとした。
前記主桁は、絶縁体であることが、本発明の一形態とされる。
前記橋台の少なくとも一部は、絶縁体であることが、本発明の一形態とされる。
前記橋台の少なくとも一部は、前記バスバー上に形成されていることが、本発明の一形態とされる。
前記ＩＤＴ電極の両端に配置された反射器を備え、
前記橋台の少なくとも一部は、前記反射器の前記ＩＤＴ電極とは反対側に隣接する領域に形成されていることが、本発明の一形態とされる。
前記橋台の少なくとも一部は、前記反射器の前記ＩＤＴ電極とは反対側に隣接する領域に形成されていることが、本発明の一形態とされる。
前記複数のＩＤＴ電極同士を電気的に接続する配線パターンと、
前記主桁上に形成された金属層を備え、
前記金属層は、前記配線パターンの少なくとも一部と電気的に接続されていることが、本発明の一形態とされる。
前記主桁上に形成された金属層を備え、
前記金属層は、前記配線パターンの少なくとも一部と電気的に接続されていることが、本発明の一形態とされる。
前記主桁上に形成された金属層を備え、
前記金属層は、グランド電位であることが、本発明の一形態とされる。
前記金属層は、グランド電位であることが、本発明の一形態とされる。
前記主桁は、前記複数のＩＤＴ電極のうち隣接する２つのＩＤＴ電極が形成された領域を、空間を介して覆うように形成されていることが、本発明の一形態とされる。
前記複数のＩＤＴ電極は、送信フィルタと、多重モード型共振器を含む受信フィルタを構成しており、前記主桁は、前記多重モード型共振器を構成する複数のＩＤＴ電極が形成された領域を、空間を介して覆うように形成されていることが、本発明の一形態とされる。
前記受信フィルタは複数の多重モード型共振器を備え、
前記主桁は、前記複数の多重モード型共振器を構成する全てのＩＤＴ電極を覆うように形成され、
前記主桁上に、前記複数の多重モード型共振器を構成する全てのＩＤＴ電極を覆うように、グランド電位である金属層が形成されていることが、本発明の一形態とされる。
前記主桁は、前記複数の多重モード型共振器を構成する全てのＩＤＴ電極を覆うように形成され、
前記主桁上に、前記複数の多重モード型共振器を構成する全てのＩＤＴ電極を覆うように、グランド電位である金属層が形成されていることが、本発明の一形態とされる。
前記送信フィルタが形成された領域が前記圧電基板に占める割合は、前記受信フィルタが形成された領域が前記圧電基板に占める割合の２倍以上であることが、本発明の一形態とされる。
前記圧電基板は、サファイア、シリコン、アルミナ、スピネル、水晶またはガラスからなる支持基板と接合されていることが、本発明の一形態とされる。
前記弾性波デバイスを備えるモジュールが、本発明の一形態とされる。
本発明によれば、より小型で、かつ、特性に優れた弾性波デバイスを提供することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施の形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
（実施例１）
図１は、実施例１にかかる弾性波デバイス１の断面図である。
図１は、実施例１にかかる弾性波デバイス１の断面図である。
図１に示すように、本実施例にかかる弾性波デバイス１は、配線基板３と、配線基板３上に実装された、デバイスチップ５を備える。
本実施例では、デバイスチップ５上に、送信フィルタＴｘと受信フィルタＲｘが構成されている。本実施例にかかる弾性波デバイス１は、Ｂａｎｄ１２のデュプレクサである。
当然のことながら、本発明の適用対象として、デバイスチップ５が一つのバンドパスフィルタが形成された弾性波デバイスでもよいし、クワトロプレクサとしてもよい。また、２つのデバイスチップを用意して、デュプレクサを実現することもできる。
配線基板３は、例えば、樹脂からなる多層基板、または、複数の誘電体層からなる低温同時焼成セラミックス（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ－ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ：ＬＴＣＣ）多層基板等が用いられる。また、配線基板３は、複数の外部接続端子３１を備える。
デバイスチップ５上には、所望の周波数帯域の電気信号が通過するように構成されたバンドパスフィルタが形成されている。より具体的には、デバイスチップ５上には、多重モード型共振器を含む受信フィルタＲｘが形成されている。
デバイスチップ５上には、さらに、ラダー型フィルタが形成されている。本実施例において、ラダー型フィルタは、送信フィルタＴｘである。
デバイスチップ５は、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムまたは水晶などの圧電単結晶、あるいは圧電セラミックスからなる基板を用いることができる。
また、デバイスチップ５は、圧電基板と支持基板が接合された基板を用いてもよい。支持基板は、例えば、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板またはシリコン基板を用いることができる。
配線基板３上に、複数の電極パッド９が形成されている。電極パッド９は、例えば、銅または銅を含む合金を用いることができる。また、電極パッド９は、例えば、１０μｍ～２０μｍの厚みとすることができる。
デバイスチップ５を覆うように、封止部１７が形成されている。封止部１７は、例えば、合成樹脂等の絶縁体により形成してもよく、金属を用いてもよい。
合成樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミドなどを用いることができるが、これらに限るものではない。好ましくは、エポキシ樹脂を用い、低温硬化プロセスを用いて封止部１７を形成する。
デバイスチップ５は、バンプ１５を介して、配線基板３にフリップチップボンディングにより実装されている。
バンプ１５は、例えば、金バンプを用いることができる。バンプ１５の高さは、例えば、２０μｍから５０μｍである。
電極パッド９は、バンプ１５を介して、デバイスチップ５と電気的に接続されている。
図２は、デバイスチップ５の構成例を示す図である。
図２に示すように、デバイスチップ５上に、弾性波素子５２および配線パターン５４が形成されている。
弾性波素子５２は、複数形成されており、その一部に、多重モード型共振器（図２においては図示しない）を含む。弾性波素子５２は、ＩＤＴ電極を含んでもよい。弾性波素子５２は、ＩＤＴ電極に隣接する反射器を含んでもよい。
配線パターン５４は、第１金属層のみの部分と、第１金属層と第２金属層を含む部分がある。
多重モード型共振器（図２においては図示しない）を覆うように、主桁６２が形成されている。
主桁６２は、複数の橋台６０（図２においては図示しない）上に、多重モード型共振器と所定の空間を介して立体交差するように配置される。
主桁６２は、例えば、ポリイミドを用いて形成することができる。主桁６２は、例えば、１０００ｎｍの膜厚で形成する絶縁体としてもよい。
主桁６２は、金属層からなってもよい。主桁６２が金属層により形成される場合、弾性波素子５２との電気的干渉により、弾性波デバイスの特性に悪影響が出ない程度に空間を確保することが望ましい。
主桁６２が金属層により形成される場合、主桁６２をグランド電位とすることが望ましい。これにより、グランドが強化され、挿入損失の低下、広帯域における減衰特性の向上、広帯域におけるアイソレーション特性の向上が得られる。
主桁６２が絶縁体からなる場合、主桁６２上に、金属層を形成してもよい。主桁６２上に形成された金属層は、グランド電位とすることが望ましい。
これにより、グランドが強化され、挿入損失の低下、広帯域における減衰特性の向上、広帯域におけるアイソレーション特性の向上が得られる。
配線パターン５４は、絶縁体を介して第１金属層および／または第２金属層と、絶縁体上に形成された金属層とが立体的に交差するように配線される、立体配線部５８を有する。絶縁体は、例えば、ポリイミドを用いることができる。絶縁体は、例えば、１０００ｎｍの膜厚で形成する。
弾性波素子５２および配線パターン５４は、例えば、銀、アルミニウム、銅、チタン、パラジウムなどの適宜の金属もしくは合金により形成することができる。また、これらの金属パターンは、複数の金属層を積層してなる積層金属膜により形成されてもよい。弾性波素子５２および配線パターン５４は、その厚みが、例えば、１５０ｎｍから８０００ｎｍとすることができる。
配線パターン５４は、アンテナパッドＡＮＴ、送信信号の入力パッドＴｘＩｎ、受信信号の出力パッドＲｘＯｕｔおよびグランドパッドＧＮＤを構成する配線を含んでいる。また、配線パターン５４は、弾性波素子５２と電気的に接続されている。
図２に示すように、弾性波素子５２を複数形成することで、バンドパスフィルタを構成することができる。バンドパスフィルタは、アンテナパッドＡＮＴまたは送信信号の入力パッドＴｘＩｎから入力された電気信号のうち、所望の周波数帯域のみの電気信号を通過させるように設計されている。
アンテナパッドＡＮＴまたは送信信号の入力パッドＴｘＩｎから入力された電気信号は、バンドパスフィルタを通過し、所望の周波数帯域の電気信号が、アンテナパッドＡＮＴまたは受信信号の出力パッドＲｘＯｕｔに出力される。
アンテナパッドＡＮＴまたは受信信号の出力パッドＲｘＯｕｔに出力された電気信号は、バンプ１５および電極パッド９を介して、配線基板３の外部接続端子３１から出力される。
図３は、図２の点線枠Ａ内の詳細を示す図である。
図３に示すように、デバイスチップ５上に、４つの弾性波素子５２が形成されている。これら４つの弾性波素子５２は、いずれも３つのＩＤＴ電極が連設した多重モード型共振器である。
図３に示すように、デバイスチップ５上に、複数の橋台６０が配置されている。橋台６０は、例えば、ポリイミドを用いて形成することができる。橋台６０は、例えば、１０００ｎｍの膜厚で形成する絶縁体としてもよい。
橋台６０が絶縁体からなるときは、橋台６０は、配線パターン５４またはバスバー上に形成されてもよい。
弾性波素子５２は反射器を含んでおり、図３に示すように、橋台６０の一部は、反射器のＩＤＴ電極とは反対側に隣接する領域に形成されている。
なお、図３においては、橋台６０の配置例を明らかにするため、主桁６２および主桁６２上に配置される金属層を省略して記載しているが、本実施例にかかる弾性波デバイス１は、４つの多重モード型共振器のすべてのＩＤＴ電極が主桁６２に覆われ、立体交差するように配置されている。
また、４つの多重モード型共振器のすべてのＩＤＴ電極は、主桁６２上に配置されたグランド電位である金属層に覆われている。
主桁６２上の全面に金属層を設けて、グランド強化を図ってもよい。
主桁６２上にマイクロストリップラインを設けて、インダクタンス素子を形成してもよい。主桁６２上に櫛形電極を設けて、容量素子を形成してもよい。また、これらを組み合わせてもよい。
図４は、図３の点線Ｂ部分における断面の概略を示す図である。
図４に示すように、デバイスチップ５上に、弾性波素子５２および配線パターン５４（第１金属層５４１）が形成されている。
第１金属層５４１上に、橋台６０が形成されている。橋台６０は、厚み１０００ｎｍのポリイミドとした。
橋台６０上に、主桁６２が形成されている。主桁６２は、厚み１０００ｎｍのポリイミドとした。
主桁６２上に、金属層Ｍが形成されている。金属層Ｍは、厚み４０００ｎｍとし、グランド電位とした。
また、金属層Ｍは、主桁６２が形成される領域以外の領域の配線パターン５４の第１金属層５４１上に、配線パターン５４を構成する第２金属層５４２と、同時に形成した。
図５は、実施例１と比較例の設計エリアを示す図である。
図５（ａ）は、比較例にかかるデュプレクサである。比較例にかかるデュプレクサは、橋台、主桁および主桁上に形成されたグランド電位である金属層を含まない。比較例にかかるデュプレクサは、デバイスチップのサイズと基本的な設計は実施例１にかかる弾性波デバイスと同等であるが、橋台、主桁および主桁上に形成されたグランド電位である金属層を含まない構成を前提として最適化された設計がされている。
図５（ａ）の点線で囲われた領域ＲｘＤＡ（ａ）は、比較例におけるデュプレクサとして設計を最適化した場合の受信フィルタの設計領域を示す。領域ＲｘＤＡ（ａ）は、４８７１３６．２マイクロ平米であった。
図５（ｂ）は、実施例１にかかるデュプレクサである。図５（ｂ）の点線で囲われた領域ＲｘＤＡ（ｂ）は、実施例１におけるデュプレクサとして設計を最適化した場合の受信フィルタの設計領域を示す。領域ＲｘＤＡ（ａ）は、４４６２４６．２マイクロ平米であった。
実施例１のデュプレクサは、受信フィルタの設計エリアを比較例に比べて約８．４％縮小することができた。
これにより、実施例１のデュプレクサは、送信フィルタが形成された領域がデバイスチップ５の全領域に占める割合は、受信フィルタが形成された領域が占める割合の２倍以上となった。
送信フィルタの設計エリアを大きくとれることにより、より耐電力等を向上させた弾性波デバイスを提供することができる。
また、これにより、従来よりも特性を向上しつつ、弾性波デバイスの小型化を図ることもできる。
図６は、実施例１と比較例の受信フィルタの通過特性を示す図である。
図６に示すように、実線で示された波形は、本実施例である弾性波デバイスに含まれる受信フィルタの通過特性を示す。
また、破線で示された波形は、比較例の弾性波デバイスに含まれる受信フィルタの通過特性を示す。比較例の弾性波デバイスは、図５で比較例として示した弾性波デバイスと同じである。
図６に示すように、受信フィルタの通過帯域の特性は、本実施例が比較例よりも優れていることがわかる。
図７は、実施例１と比較例の受信フィルタの広帯域の通過特性を示す図である。
図７に示すように、実線で示された波形は本実施例である弾性波デバイスに含まれる受信フィルタの広帯域における通過特性を示す。
また、破線で示された波形は、比較例の弾性波デバイスに含まれる受信フィルタの広帯域における通過特性を示す。比較例の弾性波デバイスは、図５で比較例として示した弾性波デバイスと同じである。
図７に示すように、広帯域における通過特性は、減衰帯域において、本実施例が比較例よりも優れていることがわかる。
図８は、実施例１と比較例のアイソレーション特性を示す図である。
図８に示すように、実線で示された波形は本実施例である弾性波デバイスのアイソレーション特性を示す。
また、破線で示された波形は、比較例の弾性波デバイスのアイソレーション特性を示す。比較例の弾性波デバイスは、図５で比較例として示した弾性波デバイスと同じである。
図８に示すように、アイソレーション特性は、本実施例が比較例よりも優れていることがわかる。
すなわち、本発明によれば、より小型で、かつ、特性に優れた弾性波デバイスを提供することができる。
図９は、弾性波素子５２が弾性表面波共振器である例を示す平面図である。
図９に示すように、デバイスチップ５上に、弾性表面波を励振するＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）５２ａと反射器５２ｂが形成されている。ＩＤＴ５２ａは、互いに対向する一対の櫛形電極５２ｃを有する。
櫛形電極５２ｃは、複数の電極指５２ｄと複数の電極指５２ｄを接続するバスバー５２ｅを有する。反射器５２ｂは、ＩＤＴ５２ａの両側に設けられている。
ＩＤＴ５２ａおよび反射器５２ｂは、例えば、アルミニウムと銅の合金からなる。ＩＤＴ５２ａおよび反射器５２ｂは、その厚みが、例えば、１５０ｎｍから４００ｎｍの薄膜である。
ＩＤＴ５２ａおよび反射器５２ｂは、他の金属、例えば、チタン、パラジウム、銀などの適宜の金属もしくはこれらの合金を含んでもよく、これらの合金により形成されてもよい。
また、ＩＤＴ５２ａおよび反射器５２ｂは、複数の金属層を積層してなる積層金属膜により形成されてもよい。
弾性波素子５２は、所望のバンドパスフィルタとしての特性が得られるよう、適宜、多重モード型フィルタやラダー型フィルタに採用されることができる。
（実施例２）
次に、本発明の別の実施形態である実施例２について説明する。
次に、本発明の別の実施形態である実施例２について説明する。
図１０は、本発明の実施例２にかかるモジュール１００の断面図である。
図１０に示すように、配線基板１３０の主面上に、弾性波デバイス１が実装されている。
弾性波デバイス１は、例えば、実施例１または実施例２で説明した構成を採用したデュプレクサであるとすることができる。
配線基板１３０は、複数の外部接続端子１３１を有している。複数の外部接続端子１３１は、所定の移動通信端末のマザーボードに実装される構成となっている。
配線基板１３０の主面上に、インピーダンスマッチングのため、インダクタ１１１が実装されている。インダクタ１１１は、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ（ＩＰＤ）とすることができる。
モジュール１００は、弾性波デバイス１を含む複数の電子部品を封止するための封止部１１７により、封止されている。
配線基板１３０の内部に、集積回路部品ＩＣが実装されている。集積回路部品ＩＣは、図示はしないが、スイッチング回路、ローノイズアンプを含む。
その他の構成は、実施例１または実施例２で説明した内容と重複するため、省略する。
以上説明した本発明の実施形態によれば、より小型で、かつ、特性に優れた弾性波デバイスを含むモジュールを提供することができる。
なお、当然のことながら、本発明は以上に説明した実施態様に限定されるものではなく、本発明の目的を達成し得るすべての実施態様を含むものである。
また、少なくとも一つの実施形態のいくつかの側面を上述したが、様々な改変、修正および改善が当業者にとって容易に想起されることを理解されたい。
かかる改変、修正および改善は、本開示の一部となることが意図され、かつ、本発明の範囲内にあることが意図される。
理解するべきことだが、ここで述べられた方法および装置の実施形態は、上記説明に記載され又は添付図面に例示された構成要素の構造および配列の詳細への適用に限られない。
方法および装置は、他の実施形態で実装し、様々な態様で実施又は実行することができる。
特定の実装例は、例示のみを目的としてここに与えられ、限定されることを意図しない。
また、ここで使用される表現および用語は、説明目的であって、限定としてみなすべきではない。
ここでの「含む」、「備える」、「有する」、「包含する」およびこれらの変形の使用は、以降に列挙される項目およびその均等物並びに付加項目の包括を意味する。
「又は（若しくは）」の言及は、「又は（若しくは）」を使用して記載される任意の用語が、当該記載の用語の一つの、一つを超える、およびすべてのものを示すように解釈され得る。
前後左右、頂底上下、および横縦への言及はいずれも、記載の便宜を意図しており、本発明の構成要素がいずれか一つの位置的又は空間的配向に限られるものではない。したがって、上記説明および図面は例示にすぎない。
１ 弾性波デバイス
３ １３０ 配線基板
５ １０５ デバイスチップ
９ 電極パッド
１５ バンプ
１７ １１７ 封止部
３１ １３１ 外部接続端子
５２ 弾性波素子
５４ 配線パターン
５４１ 第１金属層
５４２ 第２金属層
１００ モジュール
１１１ インダクタ
１１２ 第２のインダクタ
ＩＣ 集積回路部品
３ １３０ 配線基板
５ １０５ デバイスチップ
９ 電極パッド
１５ バンプ
１７ １１７ 封止部
３１ １３１ 外部接続端子
５２ 弾性波素子
５４ 配線パターン
５４１ 第１金属層
５４２ 第２金属層
１００ モジュール
１１１ インダクタ
１１２ 第２のインダクタ
ＩＣ 集積回路部品
Claims (13)
- 圧電基板と、
前記圧電基板上に形成された複数の電極指およびバスバーを有する複数のＩＤＴ電極と、
前記圧電基板上に形成された複数の橋台と、
前記複数の橋台上に形成された主桁と
を備え、
前記主桁は、前記ＩＤＴ電極の少なくとも一つと立体的に交差している弾性波デバイス。 - 前記主桁は、絶縁体からなる請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記橋台の少なくとも一部は、絶縁体からなる請求項１または２に記載の弾性波デバイス。
- 前記橋台の少なくとも一部は、前記バスバー上に形成されている請求項１～３に記載の弾性波デバイス。
- 前記ＩＤＴ電極の両端に配置された反射器を備え、
前記橋台の少なくとも一部は、前記反射器の前記ＩＤＴ電極とは反対側に隣接する領域に形成されている請求項１～４に記載の弾性波デバイス。 - 前記複数のＩＤＴ電極同士を電気的に接続する配線パターンと、
前記主桁上に形成された金属層を備え、
前記金属層は、前記配線パターンの少なくとも一部と電気的に接続されている請求項１～５に記載の弾性波デバイス。 - 前記主桁上に形成された金属層を備え、
前記金属層は、グランド電位である請求項１～６に記載の弾性波デバイス。 - 前記主桁は、前記複数のＩＤＴ電極のうち隣接する２つのＩＤＴ電極が形成された領域を、空間を介して覆うように形成されている請求項１～７に記載の弾性波デバイス。
- 前記複数のＩＤＴ電極は、送信フィルタと、多重モード型共振器を含む受信フィルタを構成しており、前記主桁は、前記多重モード型共振器を構成する複数のＩＤＴ電極が形成された領域を、空間を介して覆うように形成されている請求項１～８に記載の弾性波デバイス。
- 前記受信フィルタは複数の多重モード型共振器を備え、
前記主桁は、前記複数の多重モード型共振器を構成する全てのＩＤＴ電極を覆うように形成され、
前記主桁上に、前記複数の多重モード型共振器を構成する全てのＩＤＴ電極を覆うように、グランド電位である金属層が形成されている請求項９に記載の弾性波デバイス。 - 前記送信フィルタが形成された領域が前記圧電基板に占める割合は、前記受信フィルタが形成された領域が前記圧電基板に占める割合の２倍以上である請求項９または１０に記載の弾性波デバイス。
- 前記圧電基板は、サファイア、シリコン、アルミナ、スピネル、水晶またはガラスからなる支持基板と接合されている請求項１～１１に記載の弾性波デバイス。
- 請求項１～１２に記載の弾性波デバイスを備えるモジュール。
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