JP6487458B2 - 弾性波素子、フィルタ素子および通信装置 - Google Patents

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、例えば、受信フィルタおよび送信フィルタを構成している（特開２００７−２１４９０２号公報等を参照）。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。

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。

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。

本発明の一実施形態に係る弾性波素子は、第１主面を備える圧電基板と、前記第１主面に配置された、複数の電極指を有する励振電極とを有し、前記電極指は、前記第１主面に直交する方向に断面視して、前記第１主面から離れた第１の高さにおける幅が、最も前記第１主面の側に位置する第２の高さにおける幅よりも広い。

本発明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と、前記圧電基板上に配置された、少なくとも１つの共振子とがラダー型に接続されている。

本発明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。

本発明の弾性波素子、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。

本発明の一実施形態に係る弾性波素子の構成を示す平面図である。 図１の弾性波素子において、（ａ），（ｂ）はそれぞれＩｃ−Ｉｃ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断面図である。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ、ＩＤＴ電極の電極指の変形例を示す要部拡大断面図である。 ＩＤＴ電極の電極指の変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る通信装置を説明する概略図である。 本発明の一実施形態に係る分波器を説明する回路図である。 実施例および比較例にかかる弾性波素子の電極形状を示す概略図である。 実施例および比較例にかかる弾性波素子の電気機械結合係数をシミュレーションした結果を示す線図である。 実施例および比較例にかかる弾性波素子の平均伝搬損失をシミュレーションした結果を示す線図である。 ＩＤＴ電極の電極指の変形例を示す要部拡大断面図である。

以下、本発明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り、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。

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、本発明の一実施形態に係る弾性波素子の構成を示す平面図である。この例では、弾性波のうち弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）を用いた、ＳＡＷ素子１の構成を示す。図２（ａ）は図１のIｃ−Iｃ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（第１主面）２Ａに設けられた励振（ＩＤＴ：Interdigital Transducer）電極３および反射器４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。

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とが、弾性波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、弾性波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弾性波の波長λの半波長と同等となるように設けられている。波長λ（２×Ｐｔ１）は、例えば、１．５μｍ以上６μｍ以下である。ＩＤＴ電極３は、ほとんどの複数の電極指３２がピッチＰｔ１となるように配置することにより、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、弾性波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弾性波が発生する。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、弾性波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、弾性波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、弾性波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、弾性波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。

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、圧電基板２の上面２Ａに直接配置されていてもよいし、別の部材からなる下地層を介して圧電基板２の上面２Ａに配置されていてもよい。別の部材は、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、あるいはこれらの合金等からなる。下地層を介してＩＤＴ電極３を圧電基板２の上面２Ａに配置する場合は、別の部材の厚みは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。

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（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Ｇ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。

また、耐湿性を向上させるために、保護層５としてＳｉＮｘなどの材料によって形成してもよい。

本実施形態のＳＡＷ素子１において、ＩＤＴ電極３の電極指３２の断面視における幅が、第１の位置（第１の高さ）Ｄ１において第２の位置（第２の高さ）Ｄ２よりも広くなっている。ここで、第１の位置Ｄ１と第２の位置Ｄ２とは、上面２Ａに直交する方向（ｚ方向）における、上面２Ａからの高さを示すものである。そして、第１の位置Ｄ１は、圧電基板２の上面２Ａから離れた位置であり、第２の位置Ｄ２は、電極指３２の下面の位置に相当し、最も上面２Ａに近い位置である。言い換えると、上面２Ａと平行な面における断面が、圧電基板２の上面２Ａに近づくと狭くなる領域を有するものとなる。さらに言い換えると、電極指３２は、圧電基板２との接合部付近において内側に窪む領域を有するものとなる。

電極指３２をこのような断面形状とすることにより、圧電基板２との接触面積を小さくすることができ、その結果、弾性波による振動の影響を小さくすることができる。すなわち、電極指３２が受ける振動を小さくすることにより、ＳＡＷ素子１の耐電力性を高めることができる。

ここで、電極指３２は、積層体ではなく、一つの材料系で構成された一層で構成されている。この場合には、複数の層を積層した際に生じる界面における応力集中，それに伴う剥離、破断等が発生する虞がないため、高い信頼性を備えるＳＡＷ素子１を提供することができる。ここで、１つの材料系とは単一元素を意味するものではない。例えば、ＡｌにＣｕを添加したもの等も含む。

特に、図３に示すように、電極指３２が、厚み方向において連続する１つの結晶粒３２ｃで構成される場合には、さらに信頼性を高めることができる。

また、第１の位置Ｄ１から第２の位置Ｄ２に向けて電極指３２の幅が連続的に小さくなっている場合には、不連続部がないので応力の集中を抑制し、さらに信頼性を高めることができる。

さらに、電極指３２の幅が第２の位置Ｄ２における幅で一定の場合には、単に電極指３２の幅が狭くなったものとなり伝搬損失が大きくなってしまう虞がある。しかしながら、本実施形態によれば、電極指３２の幅を、第２の位置Ｄ２よりも上方で第２の位置Ｄ２における幅よりも大きくしている。これにより、同じ断面積（同じ体積）の矩形状の電極指と比較して、電気機械接合係数を小さくして、急峻度を高めることができる。また、このような構成により、ＳＡＷ素子１の伝搬損失を小さくすることができる。

なお、電極指３２の体積を確保する点と、保護層５のカバレッジを良好に保つ点とに考慮して、第１の位置Ｄ１は電極指３２の厚みの半分以下としてもよい。

（ＳＡＷ素子の変形例１）
図１〜３に示す例では、断面視して、電極指３２の上面から、第１の位置Ｄ１までは一様な幅となっている例を用いて説明したが、一様でなくてもよい。特に、電極指３２の幅が、図４に示すように、第１の位置Ｄ１における幅よりも小さいような、第１の位置Ｄ１を挟んで第２の位置Ｄ２と反対側に位置する第３の位置（第３の高さ）Ｄ３を有するように形成されていてもよい。

このような構成とすることで、電極指３２の重心を上下方向（ｚ方向）に変更することができる。

その結果、電極指３２の電気機械結合係数を調整することができる。また、伝搬損失を小さくすることができる。特に、図４に示すように第１の位置Ｄ１を、電極指３２の厚みの半分よりも、圧電基板２の上面２Ａ側に位置するように設けることで、電極指３２の重心を下方に移動させることができ、さらに電気機械結合係数を小さくすることができ、伝搬損失を小さくすることができる。

ここで、上述の構成を、図４に示す拡幅部３２ｄを設けることで実現してもよい。

電極指３２のうち、上面２Ａから最も離れた面（上面２Ａ側の面と反対側の面）の端部を第１端部３２１とし、第２の位置Ｄ２における端部を第２端部３２２とする。そして、断面視で、第１端部３２１と第２端部３２２とを結ぶ仮想線Ｌ１よりも外側に位置する部分を拡幅部３２ｄとする。このような拡幅部３２ｄは、圧電基板２の上面２Ａから離れた第１の位置Ｄ１を中心とする高さ位置に設けられている。拡幅部３２ｄは電極指３２全体の一部であって、その割合は全体の半分以下としてもよい。すなわち、拡幅部３２ｄのｚ方向における厚みは、電極指３２全体の厚みの半分以下となっている。

さらに詳述すると、拡幅部３２ｄの厚みは、例えば、ＩＤＴ電極３の厚みＳに対して１８％以下としてもよい。ＩＤＴ電極３の電極指３２は、弾性波が伝搬する方向における太さ、厚みにより励振させる弾性波の特性が変化する。前述の値を１８％以下とすることで、拡幅部３２ｄによる励振させる弾性波の特性への影響を抑制することができる。

なお、図４に示す例では、拡幅部３２ｄの上端はＩＤＴ電極３（電極指３２）の上面よりも圧電基板２の上面２Ａ側に配置させている。すなわち、圧電基板２の上面２Ａから離れており、電極指３２の幅が、第１の位置Ｄ１における幅よりも小さいような、第１の位置Ｄ１を挟んで第２の位置Ｄ２と反対側に位置する第３の位置Ｄ３を有する。

このような拡幅部３２ｄを設けることにより、電極指３２の電気機械結合係数を調整する機能を高め、伝搬損失を小さくすることができる。特に、図４（ａ）に示すように拡幅部３２ｄを、電極指３２の厚みの半分よりも、圧電基板２の上面２Ａ側に位置するように設けることで、電極指３２の重心を下方に移動させることができ、さらに電気機械結合係数を小さくすることができ、伝搬損失を小さくすることができる。

ここで、電極指３２の重心を断面形状が矩形状のものの場合に比べて、上面２Ａ側に移動させることで、伝搬損失を小さくできることから、拡幅部３２ｄのうち、最も仮想線Ｌ１からの突出幅が大きい高さ位置を、電極指３２の厚みの半分よりも下側に位置させることが好ましい。なお、「突出幅」は、上面２Ａと平行な面方向における幅である。すなわち、ｘ方向，ｙ方向へ延びる幅である。

このような拡幅部３２ｄは、図４（ａ）に示すように、矩形上であってもよいし、図４（ｂ）に示すように、側面が曲面となるようにしてもよい。後者の場合には、応力の集中する部分をなくして信頼性を高めることができるとともに、電極指３２上に保護層５を形成するときにカバレッジよく形成することができる。拡幅部３２ｄの仮想線Ｌ１からの突出する幅は、例えば、電極指３２の、上面２ａ側の面または反対側の面の幅ｗ１に対して、１〜６％程度が好ましい。突出幅をこのような値とすることで、拡幅部３２ｄよりも下側（上面２Ａ）側に位置する窪み部の側面を覆うような保護膜５を形成することができる。

（ＳＡＷ素子の変形例２）
図１〜４に示す例では、ＩＤＴ電極３の電極指３２が圧電基板２の上面２Ａに直接配置されている例を用いて説明したが、図５に示すように、圧電基板２の上面２Ａと電極指３２との間に下地層６を備えてもいてもよい。下地層６は、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、あるいはこれらの合金等からなる。下地層６を介してＩＤＴ電極３を圧電基板２の上面２Ａに配置する場合は、このＩＤＴ電極３と別の部材からなる下地層６の厚みは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。

このような下地層６を設けることにより、ＩＤＴ電極３と圧電基板２との密着性を高めることができる。特に、下地層６を電極指３２の下面側の面積よりも広い面積とし、下地層６の上面の内側に電極指３２の下面を配置させてもよい。言い換えると、断面視して、下地層６は、電極指３２と接する幅よりも圧電基板２と接する幅を広くしてもよい。このような構成とする場合には、電極指３２下面の全面において密着性を向上させることができる。

さらに、下地層６をＴｉで形成してもよい。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。また、ＴｉはＡｌまたはＡｌ合金よりも、弾性波による振動や繰り返し応力に耐える機械強度が高いため、下地層６の接触面積を大きくすることにより、ＩＤＴ電極３への振動の影響を軽減することができ、ＳＡＷ素子１の耐電力性を向上することができる。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。

なお、下地層６を備える場合には、第１の位置Ｄ１，第２の位置Ｄ２，第３の位置Ｄ３は、下地層６の上面を基準に高さ位置を定義するものとする。

（ＳＡＷ素子の変形例３）
図１〜５に示す例では、電極指３２の上面と下面との幅が略同一の場合を例に説明した。この場合には、第３の位置Ｄ３における電極指３２の幅が、第２の位置Ｄ２における幅に比べ大きいか、略同一となる。これに対し、図１１に示すように、第３の位置Ｄ３における電極指３２の幅が、第２の位置Ｄ２における幅に比べて小さくなるようにしてもよい。図１１において、電極指の上面の端部から上面２Ａに垂直におとした垂線Ｌ２を２点鎖線で示している。

図１１に示す例では、電極指３２の上面の幅が下面（第２の位置Ｄ２における面）の幅よりも小さくなっている。このような構成とすることで、より、電極指３２の重心を下方に調整することができるので、ロスの少ないＳＡＷ素子１を提供することができる。なおこの例では、側面が曲面となっている例を用いたが、上面から第１の位置Ｄ１までテーパー状となっていてもよい。

このような形状とすることで、圧電基板２との接触面積を小さくして耐電力を高める構成と、第１の位置Ｄ１において圧電基板２との接触面積よりも大きい断面積となることでロスを小さくする構成と、重心を上面側に位置させることでロスを小さく、かつ、電気機械結合係数を調整する構成とを同時に実現することができる。

以上のような実施形態および変形例で示したＳＡＷ素子１において、電極指３２を所望の断面形状にするためには、形成時にフォトマスク等を用いて所望の形状に製膜したり、製膜後にドライエッチング等で所望の形状に加工したりすればよい。具体的には、例えば、圧電基板２の上面２Ａに金属の導電層１５を成膜し、フォトレジストを用いて所望のパターンを形成した後、ドライエッチングにより不要な箇所の導電層１５を除去する。ドライエッチングの選択比、すなわち、フォトレジストのエッチング速度と導電層１５のエッチング速度の比を調整することにより、電極指３２の断面形状をコントロールすることができる。

また、電極指３２を、長手方向に直交する面における断面において、上述のような断面形状にしてもよい。このような構成とすることで、特に弾性波の伝搬方向において耐電力性を高めることができる。また、ＩＤＴ電極３の電極指３２のみでなく、反射器４の反射器電極指４２も同様の断面形状としてもよい。電極指３２の断面形状を、拡幅部３２ｄ近傍においてテーパー形状としてもよい。

さらに、第１の位置Ｄ１を上面２Ａから１００Å以上離れた位置としてもよい。一般的に結晶性の高い膜を製膜する際に、製膜を開始する面（下地面）から１００Åの範囲は緻密な膜となり、かつ下地面との結合が強固となる。このため、下地面から１００Åの高さ位置までを、振動を直接受ける窪む領域とすることで、より耐電力を高めることができる。

また、第２の位置Ｄ２における電極指３２の幅が、電極指３２の上面における幅に比べて小さい場合には、電極指３２の上面における幅で一定の矩形状の電極を想定したときに、その想定形状からはみ出す部分（拡幅部）に相当する面積と、想定形状の内側に位置する部分（窪む領域）に相当する面積とが略同一となるように第１の位置Ｄ１等を調整すればよい。

同様に、電極指３２の上面における幅で一定の矩形状の電極を想定したときに、その想定形状からはみ出す部分（拡幅部）を、電極指３２の厚みの半分よりも下側にすることで、電極指３２の重心を下方に調整することができるので、ロスを小さくすることができる。

また、上述の例では弾性波素子の基板が圧電基板のみで構成された場合を例に説明したが、薄い圧電基板とそれに貼り合わされた支持基板とで基板を構成してもよい。このような例として、圧電基板に比べて線膨張係数の小さいＳｉ基板やサファイア基板を支持基板として用いればよい。

＜フィルタ素子および通信装置＞
図６は、本発明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７は、本発明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６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６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７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、複数の共振子がラダー型に接続された、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、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。本実施形態のＳＡＷ素子１を用いることより、耐電力性に優れたＳＡＷ素子１とすることができる。特に、ＳＡＷ素子１を並列共振子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、ラダー型の送信フィルタ１１を構成する全ての共振子を本実施形態のＳＡＷ素子としてもよい。

本実施形態および変形例のＳＡＷ素子１のように、電極指３２の断面形状を変化させた場合の効果を確認するために、ＳＡＷ素子のモデルを設定しシミュレーションを実施して評価を行なった。モデルのＳＡＷ素子の基本構成は以下の通りである。

［圧電基板２］
材料：４２°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ_３基板
［ＩＤＴ電極３］
材料：Ａｌ−Ｃｕ合金
（ただし、圧電基板２と導電層１５との間には６ｎｍのＴｉからなる下地層６がある。）
厚さ（Ａｌ−Ｃｕ合金層）：１５４ｎｍ
ＩＤＴ電極３の電極指３２：
（本数）２００本
（ピッチＰｔ１）１．０６μｍ
（デューティー：ｗ１／Ｐｔ１）０．５
（交差幅Ｗ）２０λ （λ＝２×Ｐｔ１）
［反射器４］
材料：Ａｌ−Ｃｕ合金
（ただし、圧電基板２と導電層１５との間には６ｎｍのＴｉからなる下地層がある）
厚さ（Ａｌ−Ｃｕ合金層）：１５４ｎｍ
反射電極指４２の本数：３０本
反射電極指４２のピッチＰｔ２：１．０６μｍ
反射電極指４２の交差幅：２０λ （λ＝２×Ｐｔ１）
ＩＤＴ電極３との間隔Ｇ：Ｐｔ１
［保護層５］
材料：ＳｉＯ_２
厚さ：１５ｎｍ

このような基本構成のＳＡＷ素子において、電極指３２の断面形状を、図８に示すモデル１〜７の形状とした。具体的には、モデル１は断面形状が矩形状である従来構成であり、モデル２は圧電基板２の上面２Ａ側で幅が小さい領域を有する構成であり、モデル３〜７は拡幅部３２ｄを有する構成である。モデル３〜モデル７は拡幅部３２ｄが設けられる高さ位置が異なり、モデル３が最も圧電基板２の上面２Ａに近い位置に設けてられており、モデル４〜モデル７にかけて徐々に上面２Ａとの距離が大きくなるように高さ位置を変化させている。なお、モデル２では電極指３２の幅ｗ１に対して５．４％へこませて計算を行い、モデル３〜７では６．１％膨らませて計算を行った。

実施例であるモデル２〜７は、同じ断面積の電極指を構成する場合に必要となる圧電基板２側の幅を小さくしているので、比較例であるモデル１の構成に比べ耐電力性を高めることができる。

さらに、各モデルについて電気機械結合係数をシミュレーションした結果を図９に示す。図９において横軸はモデルの別を、縦軸には電気機械結合係数（単位：−）を示している。

図９からも明らかなように、従来構成のモデル１に比べ、実施例にかかる構成であるモデル２〜７は、電気機械結合係数が小さくなっている。このことから、モデル２〜７はモデル１に比べ、急峻度を高め、共振点と反共振点との間隔を小さくすることができることを確認した。

さらに、共振点と反共振点とにおけるそれぞれの伝搬損失（ロス）の平均（平均伝搬損失）を確認した結果を図１０に示す。図１０において、横軸はモデルの別を、縦軸は平均伝搬損失（単位：ｄｂ／λ）を示している。

図１０に示す通り、拡幅部３２ｄを設けた場合には、比較例（モデル１）に比べて伝搬損失を小さくすることができる。特に、拡幅部３２ｄが圧電基板２の上面２Ａに近い場合（モデル３）には平均伝搬損失を特に小さくすることができる。ラダー型フィルタでは、共振点および反共振点双方の伝搬損失がフィルタ特性に関与する。このことから、拡幅部３２ｄを設けたＳＡＷ素子１は平均伝搬損失が小さいので、ラダー型フィルタを構成する場合に適したものとなる。

なお、拡幅部３２ｄを備えていないモデル２の構成においては、平均伝搬損失はモデル１に比べて大きくなっているが、共振点における伝搬損失はモデル１〜７のうち最も小さかった。このため、共振点における伝搬損失を低減したい場合に有効な構成であることが分かった。電極指の形状がモデル１のように矩形状である場合には、一般的にΔｆ（共振点と反共振点との間隔）を狭くし、かつ、伝搬損失を小さくしようとすると、耐電力性は低くなる傾向があった。これに対して、電極指３２の断面形状をモデル２〜７のような形状とすることで、Δｆを小さくし、かつ、伝搬損失を小さくし、かつ、耐電力性を高めることができるものとなる。

なお、モデル８として拡幅部３２ｄが圧電基板２の上面２Ａと下地層６を介して接する構成について同様にシミュレーションを行なった。このようなモデル８では、圧電基板２の上面２Ａ側で幅が小さい領域を有さない構成である。この場合には、モデル１と比較して共振点、反共振点双方において、伝搬損失の改善は認められなかった。以上より、伝搬損失を低減するためには、圧電基板２の上面２Ａ側で幅が小さい領域を備えることが必要であることが確認できた。

１ 弾性波素子（ＳＡＷ素子）、２ 圧電基板、 ２Ａ 上面、３ 励振（ＩＤＴ）電極、 ３０ 櫛歯電極（第１櫛歯電極３０ａ、第２櫛歯電極３０ｂ）、 ３１ バスバー（第１バスバー３１ａ、第２バスバー３１ｂ）、 ３２ 電極指（第１電極指３２ａ、第２電極指３２ｂ）、 ３３ ダミー電極指（第１ダミー電極指３３ａ、第２ダミー電極指３３ｂ）、４ 反射器、 ４１ 反射器バスバー、４２ 反射電極指、５ 保護層、７ 分波器、８ アンテナ端子、９ 送信端子、１０ 受信端子、１１ 送信フィルタ、１２ 受信フィルタ、１５ 導電層、１７ 多重モード型ＳＡＷフィルタ、１８ 補助共振子、１０１ 通信装置、１０３ ＲＦ−ＩＣ、１０５ バンドパスフィルタ、１０７ 増幅器、１０９ アンテナ、１１１ 増幅器、１１３ バンドパスフィルタ、Ｓ１〜Ｓ３ 直列共振子
Ｐ１〜Ｐ３ 並列共振子

Claims (10)

1. 第１主面を備える圧電基板と、
   前記第１主面に配置された、複数の電極指を有する励振電極とを有し、
   前記電極指は、前記第１主面に直交する方向に断面視して、前記第１主面から離れた第１の高さにおける幅が、最も前記第１主面の側に位置する第２の高さにおける幅よりも広く、前記第１の高さを挟んで前記第２の高さと反対側に位置する第３の高さにおける幅が、前記第１の高さにおける幅よりも小さくなっている、弾性波素子。
2. 前記電極指は、前記第３の高さにおける幅が、前記第２の高さにおける幅よりも小さくなっている、請求項１に記載の弾性波素子。
3. 前記第１主面と前記電極指との間に導電性を有する下地層を備え、
   該下地層は、前記第１主面に直交する方向に断面視して、前記電極指に接する幅よりも前記圧電基板に接する幅が広い、請求項１または２に記載の弾性波素子。
4. 第１主面を備える圧電基板と、
   前記第１主面に配置された、複数の電極指を有する励振電極と、
   前記第１主面と前記電極指との間に導電性を有する下地層と、
   を有し、
   前記電極指は、前記第１主面に直交する方向に断面視して、前記第１主面から離れた第１の高さにおける幅が、最も前記第１主面の側に位置する第２の高さにおける幅よりも広く、
   前記下地層は、前記第１主面に直交する方向に断面視して、前記電極指に接する幅よりも前記圧電基板に接する幅が広い、弾性波素子。
5. 第１主面を備える圧電基板と、
   前記第１主面に配置された、複数の電極指を有する励振電極とを有し、
   前記電極指は、前記第１主面に直交する方向に断面視して、前記第１主面から離れた第１の高さにおける幅が、最も前記第１主面の側に位置する第２の高さにおける幅よりも広く
   前記電極指のうち最も前記第１主面の側から離れた面の端を第１端部として、
   前記電極指は、断面視で、前記第１端部から前記第２の高さにおける端である第２端部までを直線でつなぐ仮想線よりも外側に位置する拡幅部を有し、
   該拡幅部は、前記電極指の厚みの半分よりも小さい厚みである、弾性波素子。
6. 前記電極指は、断面視して、前記第１の高さから前記第２の高さに向かうにつれて幅が小さくなっている、請求項１乃至５のいずれかに記載の弾性波素子。
7. 前記電極指の材料は、１つの材料系である、請求項１乃至６に記載の弾性波素子。
8. 前記電極指は、側面が、前記第１の高さから前記第２の高さにかけて曲面となっている、請求項１乃至７のいずれかに記載の弾性波素子。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の弾性波素子と、前記圧電基板上に配置された少なくとも１つの共振子とがラダー型に接続されているフィルタ素子。
10. アンテナと、
    該アンテナに電気的に接続された請求項９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。