JP6620686B2 - 弾性波装置 - Google Patents

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Description

本発明は、弾性波装置に関する。
従来、弾性波装置が携帯電話機のフィルタなどに広く用いられている。例えば、下記の特許文献1には、圧電基板上に、IDT電極を囲むように放電電極が設けられた、弾性波装置が開示されている。放電電極は、IDT電極には接続されていない。
特開2001−257555号公報
圧電基板の表面には、焦電効果により電荷が発生することがある。圧電基板の端縁で発生した電荷により、分極軸方向と逆方向に電界が加わる。この電界強度が閾値(抗電界)を超えたとき、分極反転が生じる。分極反転は、圧電基板の端縁を起点に発生し、圧電基板の内部に進行する傾向がある。従って、IDT電極を圧電基板の端縁に近い位置に配置すると、IDT電極が設けられている部分にまで分極反転が進行し、インピーダンス特性などが劣化することがある。
そこで、分極反転によるインピーダンス特性などの劣化を防ぐため、圧電基板の端縁から遠い位置にIDT電極を配置することが考えられる。しかしながら、この場合には、弾性波装置の小型化は困難となる。
特許文献1では、焦電効果の影響を低減するために、上記放電電極が形成されている。しかしながら、IDT電極を囲むように形成されており、電極配置のレイアウトの自由度が下がる。よって、焦電効果の影響の低減及び弾性波装置の小型化の両立は、なお困難であった。
本発明の目的は、焦電効果の影響を低減することができ、かつ小型化を進めることができる、弾性波装置を提供することにある。
本発明に係る弾性波装置は、主面を有し、かつ前記主面に対する傾斜角度がθ°である分極軸方向を有する圧電基板と、前記圧電基板の前記主面上に設けられているIDT電極と、前記圧電基板の前記主面上に設けられており、かつ前記主面の端縁と前記IDT電極との間に設けられている、少なくとも1つの配線とを備え、前記主面の前記端縁から前記IDT電極までの距離を距離aとしたときに、a≦316|cos(θ)|μmであり、前記端縁と前記IDT電極とを結ぶ方向に沿う前記配線の寸法を幅とし、前記配線が1つである場合には前記配線の幅をbとし、前記配線が複数である場合には前記複数の配線の幅の合計をbとしたときに、b≧28μmである。
本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、前記圧電基板がLiTaOからなる。
本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記分極軸方向が、前記圧電基板の前記主面に対する傾斜角度が30°以上、65°以下である。この場合には、本発明を特に好適に適用し得る。
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記端縁から前記IDT電極までの距離aが、a≦235μmである。この場合には、小型化をより一層進めることができる。
本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記圧電基板の前記端縁が、前記分極軸方向と交叉する方向に延びている。
本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記圧電基板の前記端縁が、前記分極軸方向に直交する方向に延びている。この場合には、本発明を特に好適に適用し得る。
本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、少なくとも1つの前記配線が、グラウンド電位及び前記IDT電極のうち一方に電気的に接続されている。
本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、少なくとも1つの前記配線が、グラウンド電位及び前記IDT電極に電気的に接続されていない。
本発明によれば、焦電効果の影響を低減することができ、かつ小型化を進めることができる、弾性波装置を提供することができる。
本発明の第1の実施形態に係る弾性波装置の電極構造を示す略図的平面図である。 本発明の第1の実施形態に係る弾性波装置の略図的回路図である。 本発明の第1の実施形態における圧電基板の模式的斜視図である。 本発明の第1の実施形態に係る弾性波装置の第1,第3の端縁付近の略図的拡大平面図である。 本発明の第1の実施形態の変形例に係る弾性波装置の第1,第3の端縁付近の略図的拡大平面図である。 図1中のI−I線に沿う弾性波装置の略図的断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る弾性波装置が実装基板に実装された弾性波装置実装構造体の略図的正面断面図である。 圧電基板において分極反転が生じた部分の例を示す模式的拡大平面図である。 配線の幅の合計bと、分極反転進行距離との関係を示す図である。 比較例の弾性波装置のインピーダンス特性を示す図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る弾性波装置の電極構造を示す略図的平面図である。図2は、第1の実施形態に係る弾性波装置の略図的回路図である。図1では、後述する各弾性波共振子を、矩形に2本の対角線を加えた略図で示す。
図1及び図2に示すように、本実施形態では、弾性波装置10は、互いに通過帯域が異なる第1,第2の帯域通過型フィルタ1A,1Bを有するデュプレクサである。第1,第2の帯域通過型フィルタ1A,1Bは、アンテナに接続されるアンテナ端子6に共通接続されている。第2の帯域通過型フィルタ1Bの構成は、特に限定されず、図1及び図2ではブロック図により略図的に示す。
図1に示すように、弾性波装置10は圧電基板2を有する。圧電基板2は42°YカットのLiTaOからなる。なお、圧電基板2のカット角は、特に限定されないが、30°以上、65°以下であることが好ましい。この場合には、本発明を特に好適に適用することができる。圧電基板2は、LiNbOなどの、LiTaO以外の圧電材料からなっていてもよい。
圧電基板2は、第1の主面2aと、第1の主面2aに対向している第2の主面とを有する。第1の主面2a及び第2の主面は、矩形形状を有する。第1の主面2aは、第1の端縁2a1と、第1の端縁2a1に対向している第2の端縁2a2とを有する。第1の主面2aは、第1の端縁2a1と第2の端縁2a2とを接続する、第3,4の端縁2a3,2a4も有する。
図3は、第1の実施形態における圧電基板の模式的斜視図である。図3においては、一点鎖線の矢印により、圧電基板の分極軸を模式的に示している。
圧電基板2は、第1の主面2aに対する傾斜角度がθ°である分極軸方向Cを有する。本実施形態では、分極軸方向Cの傾斜角度θ°=42°である。上述した圧電基板2のカット角と同様に、傾斜角度θ°は特に限定されないが、30°以上、65°以下であることが好ましい。圧電基板2の第1の端縁2a1及び第2の端縁2a2は、分極軸方向Cに直交する方向に延びている。
図1に戻り、第1の帯域通過型フィルタ1Aは、複数の弾性波共振子である、直列腕共振子S1〜S5及び並列腕共振子P1〜P4を有する。直列腕共振子S1は、圧電基板2の第1の主面2a上に設けられたIDT電極3を有する。直列腕共振子S1以外の各弾性波共振子も、それぞれIDT電極を有する。各弾性波共振子においては、IDT電極の弾性波伝搬方向両側に反射器が設けられている。
直列腕共振子S1のIDT電極3は、複数のIDT電極のうち、第1の主面2aの第1の端縁2a1に最も近い位置に配置されている。第1の端縁2a1とIDT電極3との間には、第1,第2の配線4a,4bが設けられている。第1の配線4aは、いずれのIDT電極にも接続されておらず、グラウンド電位にも接続されない。すなわち、第1の配線4aは浮き電極である。第2の配線4bは、IDT電極3に接続されている。
図4は、第1の実施形態に係る弾性波装置の第1,第3の端縁付近の略図的拡大平面図である。図4では、図1と同様に、各弾性波共振子を矩形に2本の対角線を加えた略図で示す。後述する図5〜図7においても同様である。
図4に示すように、第1の端縁2a1とIDT電極3とを結ぶ方向に沿う第1,第2の配線4a,4bの寸法を幅とし、第1の配線4aの幅をb1、第2の配線4bの幅をb2とする。第1,第2の配線4a,4bの幅の合計をb1+b2=bとする。このとき、本実施形態では、b≧28μmである。
なお、図5に示す第1の実施形態の変形例のように、1つの配線24が、IDT電極3と第1の端縁2a1との間に設けられていてもよい。この場合には、配線24の幅を幅bとし、b≧28μmであればよい。このように、IDT電極3と第1の端縁2a1との間に、少なくとも1つの配線が設けられていればよい。なお、この変形例においては、配線24はIDT電極3に接続されているが、配線24はIDT電極3に接続されていなくともよい。
他方、図4に戻り、第1の端縁2a1からIDT電極3までの距離をaとする。このとき、aは、図3に示す圧電基板2の分極軸方向Cの傾斜角度θ°を用いた式で表すと、a≦316|cos(θ)|μmである。この式の詳細は後述する。なお、本実施形態では、傾斜角度θ°=42°であるため、a≦235μmである。
図6は、図1中のI−I線に沿う弾性波装置の略図的断面図である。
弾性波装置10は、WLP(Wafer Level Package)構造を有する。より具体的には、圧電基板2上に、支持部材8が設けられている。支持部材8は、図1に示した直列腕共振子S1〜S5及び並列腕共振子P1〜P4を囲んでいる開口部8aを有する。開口部8aを覆うように、支持部材8上にカバー部材9が設けられている。
カバー部材9及び支持部材8を貫通するように、複数のビア電極18が設けられている。各ビア電極18の圧電基板2側の端部は、圧電基板2上に設けられたグラウンド端子7及び入力端子5にそれぞれ接続されている。なお、上記アンテナ端子にもビア電極18が接続されている。ビア電極18のカバー部材9側の端部には、バンプ19が接合されている。
図7は、第1の実施形態に係る弾性波装置が実装基板に実装された弾性波装置実装構造体の略図的正面断面図である。
弾性波装置実装構造体10Aにおいては、弾性波装置10は、バンプ19を介して実装基板12上に実装されている。より具体的には、実装基板12上に設けられた電極ランド15にバンプ19が接合されている。第1,第2の帯域通過型フィルタは、入力端子5、アンテナ端子及びグラウンド端子7などの端子、ビア電極18、バンプ19並びに電極ランド15を介して、外部に電気的に接続される。実装基板12上には、弾性波装置10を覆うように、封止樹脂13が設けられている。
なお、弾性波装置10におけるWLP構造は一例であり、弾性波装置10は、WLP構造以外の、例えばCSP(Chip Size Package)構造などを有していてもよい。
図1に戻り、本実施形態の特徴は、第1の端縁2a1とIDT電極3との間に少なくとも1つの配線が設けられており、b≧28μmであり、かつa≦316|cos(θ)|μmであるという構成にある。それによって、焦電効果の影響を低減することができ、かつ弾性波装置10の小型化を進めることができる。これを、第1の帯域通過型フィルタ1Aの構成と共に、以下において説明する。
図2に示すように、第1の帯域通過型フィルタ1Aは上記入力端子5を有する。入力端子5と上記アンテナ端子6との間に、直列腕共振子S1〜S5が互いに直列に接続されている。
直列腕共振子S1と直列腕共振子S2との間の接続点とグラウンド電位との間に、並列腕共振子P1が接続されている。直列腕共振子S2と直列腕共振子S3との間の接続点とグラウンド電位との間に、並列腕共振子P2が接続されている。直列腕共振子S3と直列腕共振子S4との間の接続点とグラウンド電位との間に、並列腕共振子P3が接続されている。直列腕共振子S4と直列腕共振子S5との間の接続点とグラウンド電位との間に、並列腕共振子P4が接続されている。
なお、図1に示す上記グラウンド端子7が、図2に示すグラウンド電位に接続される。
上述したように、焦電効果により図3に示す圧電基板2に発生した電荷により、分極軸方向Cと逆方向に電界が加わり、電界強度が抗電界を超えたときに、分極反転が生じる。分極軸の長さを長さdとしたときに、長さdが短いほど電界強度は大きい。第1の端縁2a1においては、長さdがほぼ0となるため、電界強度は最も大きい。そのため、分極反転は第1の端縁2a1を起点に生じる。第1の主面2aにおいては、第1の端縁2a1からの距離cが短いほど電界強度は大きく、分極反転が生じ易い。
ここで、d|sin(θ)|が圧電基板2の厚み寸法よりも小さい部分においては、第1の端縁2a1からの距離cは、c=d|cos(θ)|の式で表すことができる。
模式的拡大平面図である図8により、圧電基板102において分極反転が生じた部分の例を示す。圧電基板102の第1の主面102a上において分極反転が生じた部分には、複数の略三角形状の斑点Aなどが生じる。複数の斑点Aは列状に生じる傾向がある。
ここで、本実施形態における圧電基板と同様の、42°Yカットの圧電基板であって、電極が設けられていない圧電基板における焦電効果の影響を測定した。より具体的には、圧電基板の温度を−40℃から125℃に加熱する加熱工程及び125℃から−40℃に冷却する冷却工程を1サイクルとし、この加熱/冷却工程を100サイクル繰り返した。次に、圧電基板の第1の主面において、分極反転が第1の端縁から進行した距離である、分極反転進行距離を測定した。
さらに、圧電基板のカット角が42°であり、かつ図7に示した構成と同様の構成を有する弾性波装置実装構造体を複数作製した。上記複数の弾性波装置実装構造体は、第1,第2の配線の幅の合計bを異ならせて作製した。bの値は、20μm、30μm及び50μmとした。次に、複数の弾性波装置実装構造体において上記加熱/冷却工程を100サイクル行い、分極反転進行距離を測定した。これにより、第1,第2の配線の幅の合計bと、分極反転進行距離との関係を求めた。
なお、電極を設けていない上記圧電基板の結果はb=0の結果とした。また、圧電基板のカット角42°の場合と同様に、カット角30°及び65°における分極反転進行距離を下記の図9に示す。
図9は、配線の幅の合計bと、分極反転進行距離との関係を示す図である。実線及び円形のプロットは、圧電基板のカット角42°における結果を示し、破線及び四角形のプロットはカット角30°における結果を示し、一点鎖線及び三角形のプロットはカット角65°における結果を示す。
図9中の実線で示すように、圧電基板のカット角が42°のとき、第1,第2の配線が設けられていないb=0の場合には、分極反転進行距離は235μmである。第1,第2の配線を設けることにより、分極反転進行距離が235μmよりも短くなっていることがわかる。焦電効果によって生じた電荷が第1,第2の配線により分散されるため、電界強度が小さくなる。よって、分極反転が生じ難くなっている。
本実施形態では、第1,第2の配線が設けられているため、第1の端縁とIDT電極との距離aをa≦235μmとしても、IDT電極が設けられている部分において分極反転が生じ難い。よって、焦電効果の影響を低減することができ、IDT電極を圧電基板の第1の端縁に近づけることができる。それによって、弾性波装置の小型化を進めることができる。
第1,第2の配線が設けられていない場合、図2に示す第1の端縁2a1からの距離cが、c≦235μmの部分において、分極反転が生じ易い。すなわち、分極軸の長さdが、d≦235/cos42°=316μmとなる部分においては分極反転が生じ易い。
ここで、例えば、図9中の破線及び一点鎖線で示すように、圧電基板のカット角を42°以外としても、図9中の実線で示すカット角42°の結果と同様の傾向である。そのため、第1,第2の配線が設けられていない場合、分極軸方向Cを42°以外の傾斜角度θ°としても、d≦316μmとなる部分において、分極反転は生じ易い。そのため、c=d|cos(θ)|≦316|cos(θ)|μmのときにおいて、分極反転は生じ易い。
これに対して、本実施形態のように、第1,第2の配線が設けられている場合には、c≦316|cos(θ)|μmのときにおいても、分極反転は生じ難い。従って、第1の端縁とIDT電極との距離aを、a≦316|cos(θ)|μmとした場合においても、IDT電極が設けられている部分において分極反転は生じ難い。
他方、図9中の実線で示すように、a≧0.075b−8.4038b+233.85μmとすることにより、焦電効果の影響を低減することができる。例えば、本実施形態ではb≧28μmであるため、a≧57.3μmとした場合において、焦電効果の影響を効果的に低減することができる。よって、a≧0.075b−8.4038b+233.85μmであり、かつa≧bとすることが好ましい。
より好ましくは、b≧50μmとすることが望ましい。図9に示すように、b≧50μmとした場合には、分極反転進行距離をほぼ0とし得ることがわかる。
次に、分極反転のインピーダンス特性に対する影響を以下において、より具体的に説明する。
比較例の弾性波装置実装構造体を作製した。比較例においては、第1,第2の配線の幅の合計bをb=16μmとし、第1の端縁とIDT電極との距離aをa=65μmとした。IDT電極の電極指の対数を80対とし、交叉幅を20λとした。なお、λは、IDT電極の電極指ピッチにより規定される波長である。上記加熱/冷却工程を行っていない場合、上記加熱/冷却工程を100サイクル行った場合及び200サイクル行った場合において、インピーダンス特性を測定した。
図10は、比較例の弾性波装置のインピーダンス特性を示す図である。実線は上記加熱/冷却工程を行っていない場合の結果を示し、破線は、上記加熱/冷却工程を100サイクル行った場合の結果を示し、一点鎖線は、上記加熱/冷却工程を200サイクル行った場合の結果を示す。
図10中の実線で示す結果は、分極反転が生じていない状態におけるインピーダンス特性である。破線及び一点鎖線で示す結果は、実線で示す結果よりもインピーダンス特性が劣化していることがわかる。上記加熱/冷却工程により、焦電効果が発生し、分極反転が生じる。比較例においては、IDT電極が設けられている部分において分極反転が生じる。そのため、図10に示すように、インピーダンス特性が劣化している。
もっとも、第1の実施形態では、IDT電極が設けられている部分において分極反転が生じ難いため、上記加熱/冷却工程により、インピーダンス特性の劣化は生じ難い。
加えて、第1の実施形態では、圧電基板が第1,第2の配線により覆われている。そのため、弾性波装置の製造工程において、圧電基板に熱が加えられた際においても、圧電基板の酸化を抑制することができる。これにより、圧電基板の導電性やパイロフリー性を改善することができ、第1の端縁付近に生じた電荷を、圧電基板自体が中和する効果を維持し得る。従って、焦電効果の影響をより一層低減することができる。
第1の実施形態のように、図3に示す第1の端縁2a1は、分極軸方向Cに直交していることが好ましい。それによって、本発明を特に好適に適用することができる。なお、第1の端縁2a1が分極軸方向Cに直交していなくとも、焦電効果の影響を低減し得る。例えば、第1の端縁2a1と分極軸方向Cとが、斜めに交叉していてもよい。
上記においては、図1に示す、第1の端縁2a1に最も近い位置に配置されている直列腕共振子S1のIDT電極3を例として説明した。なお、第1の実施形態のように、第1の端縁2a1との間に他のIDT電極が設けられていない、並列腕共振子P1のIDT電極と第1の端縁2a1との間にも、b≧28μmとなるように配線が設けられていることが好ましい。それによって、並列腕共振子P1においても、焦電効果の影響を低減することができる。
第1の実施形態においては、第1の配線4aは浮き電極であり、第2の配線4bはIDT電極3に電気的に接続されている。なお、弾性波装置10は、IDT電極3と第1の端縁2a1との間に設けられており、かつグラウンド電位に接続される、少なくとも1つの配線を有していてもよい。この場合には、焦電効果により生じた電荷をグラウンド電位に移動させることができるため、焦電効果の影響をより一層低減することができる。
第1の端縁2a1に最も近い位置に配置されたIDT電極3は、例えば、縦結合共振子型弾性波フィルタのIDT電極であってもよい。この場合にも、焦電効果の影響を低減することができ、かつ弾性波装置の小型化を進めることができる。
第1の実施形態においては、弾性波装置10はデュプレクサであったが、帯域通過型フィルタやマルチプレクサなどの、デュプレクサ以外の弾性波装置にも、本発明を好適に適用することができる。
1A,1B…第1,第2の帯域通過型フィルタ
2…圧電基板
2a…第1の主面
2a1〜2a4…第1〜第4の端縁
3…IDT電極
4a,4b…第1,第2の配線
5…入力端子
6…アンテナ端子
7…グラウンド端子
8…支持部材
8a…開口部
9…カバー部材
10…弾性波装置
10A…弾性波装置実装構造体
12…実装基板
13…封止樹脂
15…電極ランド
18…ビア電極
19…バンプ
24…配線
102…圧電基板
102a…第1の主面
P1〜P4…並列腕共振子
S1〜S5…直列腕共振子

Claims (7)

  1. 主面を有し、かつ前記主面に対する傾斜角度がθ°であり、弾性波伝搬方向に対して垂直である分極軸方向を有する圧電基板と、
    前記圧電基板の前記主面上に設けられているIDT電極と、
    前記圧電基板の前記主面上に設けられており、かつ前記主面の端縁と前記IDT電極との間に設けられている、少なくとも1つの配線と、
    を備え、
    前記主面の前記端縁から前記IDT電極までの距離を距離aとしたときに、a≦316|cos(θ)|μmであり、
    前記分極軸方向における、前記圧電基板の前記主面に対する傾斜角度θ°が30°以上、65°以下であり、
    前記端縁と前記IDT電極とを結ぶ方向に沿う前記配線の寸法を幅とし、前記配線が1つである場合には前記配線の幅をbとし、前記配線が複数である場合には前記複数の配線の幅の合計をbとしたときに、b≧28μmである、弾性波装置。
  2. 前記圧電基板がLiTaOからなる、請求項1に記載の弾性波装置。
  3. 前記端縁から前記IDT電極までの距離aが、a≦235μmである、請求項1または2に記載の弾性波装置。
  4. 前記圧電基板の前記端縁が、前記分極軸方向と交叉する方向に延びている、請求項1〜のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  5. 前記圧電基板の前記端縁が、前記分極軸方向に直交する方向に延びている、請求項に記載の弾性波装置。
  6. 少なくとも1つの前記配線が、グラウンド電位及び前記IDT電極のうち一方に電気的に接続されている、請求項1〜のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  7. 少なくとも1つの前記配線が、グラウンド電位及び前記IDT電極に電気的に接続されていない、請求項1〜のいずれか1項に記載の弾性波装置。
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