JP6624336B2 - 弾性波装置、弾性波装置パッケージ、高周波フロントエンド回路及び通信装置 - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンで構成される支持基板上に、圧電体が設けられている弾性波装置に関する。
従来、シリコンで構成される支持基板を用いた弾性波装置が種々提案されている。
下記の特許文献１では、シリコン製の支持基板上に、有機接着層と圧電基板とを積層してなる弾性波装置が開示されている。そして、シリコンの（１１１）面で接合させることにより耐熱性を高めている。
特許文献１に記載の弾性波装置では、シリコンで構成される支持基板の結晶方位によっては、支持基板を伝搬するバルク波の音速が、圧電体を伝搬する高次モードの音速よりも高くなる場合がある。この場合、支持基板側に漏洩されるべき高次モードが、支持基板よりも上層の位置に閉じこもり高次モードによる応答が大きくなってしまう場合がある、という問題があった。
そして、上記高次モードが、圧電体を伝搬するメインモードよりも周波数が高く、かつ、メインモードの応答に最も周波数が近い第１の高次モードである場合には、第１の高次モードがメインモードの応答に近い位置にあるため、フィルタ特性に悪影響を与える可能性がある。
なお、ここでいうメインモードとは、弾性波装置が帯域通過型フィルタ用の共振子の場合には、フィルタの通過帯域内に共振周波数および反共振周波数の少なくとも一方が存在しており、かつ、共振周波数でのインピーダンスと反共振周波数でのインピーダンスとの差が一番大きい波のモードである。また、弾性波装置がフィルタの場合には、フィルタの通過帯域を形成するために使用される波のモードである。
本発明の目的は、圧電体を伝搬する上記第１の高次モードによる応答を抑制することができる、弾性波装置、弾性波装置パッケージ、高周波フロントエンド回路及び通信装置を提供することにある。
本発明は、シリコンで構成される支持基板と、前記支持基板上に設けられた酸化ケイ素膜と、前記酸化ケイ素膜上に設けられた圧電体と、前記圧電体の一方主面上に設けられたＩＤＴ電極と、を備え、前記ＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、前記支持基板の厚みが３λ以上であり、前記圧電体を伝搬する第１の高次モードの音速が、前記支持基板内を伝搬するバルク波の音速である下記の式（１）の音速ＶＳｉと同じか、または、前記音速ＶＳｉよりも高速とされている、弾性波装置である。
本発明において、音速ＶＳｉは、以下の式（１）で表される。
ＶＳｉ＝（Ｖ１）１／２（ｍ／秒） …式（１）
式（１）における前記Ｖ１は、下記の式（２）の解である。
Ａｘ３＋Ｂｘ２＋Ｃｘ＋Ｄ＝０ …式（２）
式（２）において、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、それぞれ、下記の式（２Ａ）〜（２Ｄ）で表される値である。
Ａ＝−ρ３ …式（２Ａ）
Ｂ＝ρ２（Ｌ１１＋Ｌ２２＋Ｌ３３） …式（２Ｂ）
Ｃ＝ρ（Ｌ２１ ２＋Ｌ２３ ２＋Ｌ３１ ２−Ｌ１１・Ｌ３３−Ｌ２２・Ｌ３３−Ｌ１１・Ｌ２２） …式（２Ｃ）
Ｄ＝２・Ｌ２１・Ｌ２３・Ｌ３１＋Ｌ１１・Ｌ２２・Ｌ３３−Ｌ３１ ２・Ｌ２２−Ｌ１１・Ｌ２３ ２−Ｌ２１ ２・Ｌ３３ …式（２Ｄ）
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ただし、式（２Ａ）、式（２Ｂ）、式（２Ｃ）または式（２Ｄ）において、ρ＝２．３３１（ｇ／ｃｍ３）である。また、Ｌ１１、Ｌ２２、Ｌ３３、Ｌ２１、Ｌ３１及びＬ２３は、下記の式（３Ａ）〜（３Ｆ）で表される値である。
Ｌ１１＝ｃ１１・ａ１ ２＋ｃ４４・ａ２ ２＋ｃ４４・ａ３ ２ …式（３Ａ）
Ｌ２２＝ｃ４４・ａ１ ２＋ｃ１１・ａ２ ２＋ｃ４４・ａ３ ２ …式（３Ｂ）
Ｌ３３＝ｃ４４・ａ１ ２＋ｃ４４・ａ２ ２＋ｃ１１・ａ３ ２ …式（３Ｃ）
Ｌ２１＝（ｃ１２＋ｃ４４）・ａ２・ａ１ …式（３Ｄ）
Ｌ３１＝（ｃ１２＋ｃ４４）・ａ１・ａ３ …式（３Ｅ）
Ｌ２３＝（ｃ４４＋ｃ１２）・ａ３・ａ２ …式（３Ｆ）
Ｌ２２＝ｃ４４・ａ１ ２＋ｃ１１・ａ２ ２＋ｃ４４・ａ３ ２ …式（３Ｂ）
Ｌ３３＝ｃ４４・ａ１ ２＋ｃ４４・ａ２ ２＋ｃ１１・ａ３ ２ …式（３Ｃ）
Ｌ２１＝（ｃ１２＋ｃ４４）・ａ２・ａ１ …式（３Ｄ）
Ｌ３１＝（ｃ１２＋ｃ４４）・ａ１・ａ３ …式（３Ｅ）
Ｌ２３＝（ｃ４４＋ｃ１２）・ａ３・ａ２ …式（３Ｆ）
ただし、式（３Ａ）〜（３Ｆ）において、ｃ１１、ｃ１２、ｃ４４は、それぞれ、ｃ１１＝１．６７４Ｅ＋１１（Ｎ／ｍ２）、ｃ１２＝６．５２３Ｅ＋１０（Ｎ／ｍ２）、ｃ４４＝７．９５７Ｅ＋１０（Ｎ／ｍ２）である。また、ａ１、ａ２及びａ３は、下記の式（４Ａ）〜（４Ｃ）で表される値である。
ａ１＝ｃｏｓ（φ）・ｃｏｓ（ψ）−ｓｉｎ（φ）・ｃｏｓ（θ）・ｓｉｎ（ψ） …式（４Ａ）
ａ２＝ｓｉｎ（φ）・ｃｏｓ（ψ）＋ｃｏｓ（φ）・ｃｏｓ（θ）・ｓｉｎ（ψ） …式（４Ｂ）
ａ３＝ｓｉｎ（θ）・ｓｉｎ（ψ） …式（４Ｃ）
ａ２＝ｓｉｎ（φ）・ｃｏｓ（ψ）＋ｃｏｓ（φ）・ｃｏｓ（θ）・ｓｉｎ（ψ） …式（４Ｂ）
ａ３＝ｓｉｎ（θ）・ｓｉｎ（ψ） …式（４Ｃ）
なお、式（４Ａ）〜（４Ｃ）におけるφ，θ及びψは、前記支持基板の結晶方位（φ，θ，ψ）における、φ，θ，ψである。
本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、前記支持基板の厚みが２０λ以上である。この場合には、支持基板の厚みが２０λ以上であることにより、さらに、周波数が高い第２の高次モードの応答も抑制することができる。
本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記酸化ケイ素膜の膜厚が下記の表１に示す範囲のいずれかである。この場合には、第２の高次モードを抑制することが可能となる。
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記酸化ケイ素膜の膜厚が、下記の表２に示す範囲のいずれかである。この場合には、第１の高次モードをより一層抑制することが可能となる。
本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記式（１）における前記Ｖ１は、前記式（２）の解Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のうち、最も小さい値である。この場合には、高次モードの応答をより一層効果的に抑制することができる。
本発明に係る弾性波装置では、好ましくは、前記支持基板の前記音速ＶＳｉは４７００ｍ／秒以下である。この場合には、酸化ケイ素膜の膜厚が１．２０λ以下の範囲おいて、高次モードの応答を小さくすることができる。
本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記支持基板の厚みが、１８０μｍ以下である。この場合には、放熱性を高めることができ、かつ低背化が実現できる。
本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記圧電体の膜厚は、３．５λ以下である。この場合には、弾性波のエネルギー集中度を高めることができ、損失を低減することが可能となる。
本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記圧電体の膜厚は、２．５λ以下とされている。この場合には、デバイスの周波数温度係数（ＴＣＦ）の絶対値を小さくすることが可能となる。
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記圧電体の膜厚は、１．５λ以下とされている。この場合には、電気機械結合係数を容易に調整することができる。
本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記圧電体の膜厚は、０．５λ以下とされている。この場合には、圧電体の膜厚を０．５λ以下とすることで広い範囲で電気機械結合係数を容易に調整できる。
本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記圧電体が、ＬｉＴａＯ３からなる。
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記酸化ケイ素膜を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも遅い。この場合には、高次モードをより一層効果的に酸化ケイ素膜側に漏洩させることができる。
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記支持基板を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも速い。
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記酸化ケイ素膜と、前記支持基板との間に、伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも速い高音速材料層がさらに備えられている。この場合には、高次モードの応答をより一層効果的に抑制することができる。
本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記圧電体と前記ＩＤＴ電極との間に設けられた誘電体層がさらに備えられている。
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記誘電体層が、酸化ケイ素または五酸化タンタルからなる。特に、酸化ケイ素の場合は正の温度特性（温度を上げると周波数が上がる方向）を持つため、周波数温度特性を改善することができる。
本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記ＩＤＴ電極を囲む支持層と、前記支持層を覆っており、前記ＩＤＴ電極を囲む中空空間を構成しているカバー部材と、前記カバー部材上に設けられており、前記ＩＤＴ電極に電気的に接続されている複数の金属バンプとがさらに備えられている。この場合には、ＷＬＰ構造を有する本発明の弾性波装置を提供することができる。
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ＩＤＴ電極を囲む支持層と、前記支持層を覆っており、前記ＩＤＴ電極を囲む中空空間を構成しているカバー部材とをさらに備え、前記支持基板において、前記支持基板を貫通している貫通電極と、前記貫通電極に電気的に接続されており、前記支持基板の前記ＩＤＴ電極が設けられている側とは反対側の面に設けられている端子電極とが設けられており、前記貫通電極が前記ＩＤＴ電極と前記端子電極とに電気的に接続されている。この場合には、支持基板におけるＩＤＴ電極が設けられている側とは反対側の面に端子電極が設けられることにより、カバー部材側に端子電極を設ける場合に比べて小型化を実現することができる。
本発明に係る弾性波装置パッケージは、複数の電極ランドが一方面に設けられたケース基板と、本発明に従って構成されている弾性波装置とを備え、前記ＩＤＴ電極に電気的に接続される金属バンプが前記弾性波装置に設けられており、前記弾性波装置の前記金属バンプが前記電極ランドに接合されるように、前記ケース基板に搭載されており、前記弾性波装置を封止するように前記ケース基板上に設けられた封止樹脂層がさらに備えられている。
本発明に係る弾性波パッケージのある特定の局面では、一方面に複数の電極ランドが設けられたケース基板と、本発明に従って構成されており、ＷＬＰ構造を有する弾性波装置とを備え、前記ケース基板の前記複数の電極ランドに前記複数の金属バンプが接合されるようにして前記ケース基板に搭載されており、前記弾性波装置を封止するように設けられた封止樹脂層がさらに設けられている。この場合、カバー部材とケース基板との間に空隙を有していてもよい。
本発明に係る高周波フロントエンド回路は、本発明に従って構成された弾性波装置と、パワーアンプと、を備える。
本発明に係る通信装置は、本発明に従って構成された高周波フロントエンド回路と、ＲＦ信号処理回路と、を備える。
本発明に係る弾性波装置、弾性波装置パッケージ、高周波フロントエンド回路及び通信装置によれば、圧電体を伝搬するメインモードよりも周波数が高く、かつ、メインモードの応答に最も周波数が近い第１の高次モードによる応答を抑制することができる。
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（ａ）は、本発明の一実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。弾性波装置１は、シリコンで構成される支持基板２を有する。支持基板２は、結晶方位を有している単結晶構造である。なお、支持基板２は、結晶方位を有していれば、完全な単結晶構造でなくてもよい。さらに、支持基板２として、本実施形態では、シリコンで構成される支持基板２を用いているが、不純物を一部含むものも含む。これは、第１の実施形態だけでなく、以下のすべての実施形態でも同様である。
支持基板２上に、酸化ケイ素膜３が積層されている。酸化ケイ素膜３は、ＳｉＯ２等からなる。
酸化ケイ素膜３上に直接的又は間接的に、圧電体４が積層されている。ここでは、圧電体４は、ＬｉＴａＯ３である。圧電体４は、支持基板２上に間接的に設けられている。圧電体４上に、ＩＤＴ電極５と、反射器６，７とが設けられている。図１（ｂ）に示すように、弾性波装置１の電極構造は、上記ＩＤＴ電極５と反射器６，７とを有する。弾性波装置１は、１ポート型弾性波共振子である。
ＩＤＴ電極５は、圧電体４の上面に設けられているが、下面に設けられていてもよい。ＩＤＴ電極５上に誘電体膜を形成しても良い。
なお、本願発明者は、ＩＤＴ電極５の電極指ピッチで定まる波長をλとした場合に、支持基板２の厚みを３λ以上とすることで第１の高次モードを抑制することが可能であることを新たに発見した。本発明は、この新しい知見に基づく。それを以下で示す。
弾性波装置１では、複数の高次モードが出現することが普通である。図２は、（０°，０°，０°）の結晶方位のシリコンで構成される支持基板２上に、０．３λの厚みの酸化ケイ素膜３、０．２λの厚みの圧電体４、０．０８λの厚みのＡｌからなるＩＤＴ電極５及び反射器６，７を設けた弾性波装置の共振特性を示す。ＩＤＴ電極５における電極指ピッチで定まる波長λは１μｍとした。
弾性波装置１を励振した場合、メインモードの応答よりも高い周波数域に、複数の高次モードの応答が現れる。このうち、メインモードの応答に最も近い高次モードを第１の高次モード、第１の高次モードの次にメインモードの応答に近い高次モードを第２の高次モードとする。
なお、メインモードとは、弾性波装置が帯域通過型フィルタ用の共振子の場合には、通過帯域内に共振周波数及び反共振周波数の少なくとも一方が存在しており、かつこの共振周波数におけるインピーダンスに対する反共振周波数におけるインピーダンスの比が最も大きいモードをいうものとする。
図２に示すように、５．２５ＧＨｚ付近に、第１の高次モードの応答が現れている。また、５．５ＧＨｚ〜５．６ＧＨｚにおいて、第２の高次モードによる応答が現れている。
弾性波装置１において、良好な特性を得るには、少なくともメインモードに最も近い第１の高次モードを抑制することが必要である。
図３は、シリコンで構成される支持基板の厚みと、第１及び第２の高次モードの位相最大値との関係を示す図である。
図３から明らかなように、第１の高次モードについては、支持基板２の厚みが増加するにつれて、第１の高次モードの位相最大値が大きくなる。もっとも、支持基板２の厚みが３λ以上になると、第１の高次モードの位相最大値はほぼ一定となる。従って、第１の高次モードを抑制するには、支持基板２の厚みは３λ以上であることが必要である。
また、図３から明らかなように、支持基板２の厚みが２０λ以上であれば、第１の高次モード及び第２の高次モードの位相最大値を小さくすることができる。さらに、支持基板２の厚みが２０λ以上の場合、第１の高次モード及び第２の高次モードの位相最大値がほぼ一定となる。従って、第１の高次モード及び第２の高次モードを抑制するには、支持基板２の厚みは、２０λ以上であることが必要である。
なお、支持基板２の厚みが厚くなりすぎると、放熱性が低下したり、低背化し難くなったりする。従って、支持基板２の厚みの上限は１８０μｍ以下とすることが望ましい。
従って支持基板２の厚みは、２０λ以上、１８０μｍ以下が好ましい。なお、この場合λは９μｍ未満となる。
また、本願発明者は、支持基板内を伝搬するバルク波の音速ＶＳｉが圧電体を伝搬する高次モードの音速よりも高くなると、圧電体を伝搬する高次モードの応答が大きくなり、音速ＶＳｉが圧電体を伝搬する高次モードの音速と同じか、または、圧電体を伝搬する高次モードの音速よりも低くなると、圧電体を伝搬する高次モードの応答が小さくなることを新たに発見した。本発明は、この新しい知見に基づく。なお、以下においては、音速ＶＳｉを支持基板の音速と記載されることがある。
なお、支持基板内を伝搬するバルク波の音速ＶＳｉは、下記の式（１）〜（４Ｃ）で表現され、シリコンで構成される支持基板の結晶方位（φ，θ，ψ）の値によって値が変わる。
ＶＳｉ＝（Ｖ１）１／２（ｍ／秒） …式（１）
上記式（１）におけるＶ１は、下記の式（２）の解である。
Ａｘ３＋Ｂｘ２＋Ｃｘ＋Ｄ＝０ …式（２）
式（２）において、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、それぞれ、下記の式（２Ａ）〜（２Ｄ）で表される値である。
Ａ＝−ρ３ …式（２Ａ）
Ｂ＝ρ２（Ｌ１１＋Ｌ２２＋Ｌ３３） …式（２Ｂ）
Ｃ＝ρ（Ｌ２１ ２＋Ｌ２３ ２＋Ｌ３１ ２−Ｌ１１・Ｌ３３−Ｌ２２・Ｌ３３−Ｌ１１・Ｌ２２） …式（２Ｃ）
Ｄ＝２・Ｌ２１・Ｌ２３・Ｌ３１＋Ｌ１１・Ｌ２２・Ｌ３３−Ｌ３１ ２・Ｌ２２−Ｌ１１・Ｌ２３ ２−Ｌ２１ ２・Ｌ３３ …式（２Ｄ）
Ｂ＝ρ２（Ｌ１１＋Ｌ２２＋Ｌ３３） …式（２Ｂ）
Ｃ＝ρ（Ｌ２１ ２＋Ｌ２３ ２＋Ｌ３１ ２−Ｌ１１・Ｌ３３−Ｌ２２・Ｌ３３−Ｌ１１・Ｌ２２） …式（２Ｃ）
Ｄ＝２・Ｌ２１・Ｌ２３・Ｌ３１＋Ｌ１１・Ｌ２２・Ｌ３３−Ｌ３１ ２・Ｌ２２−Ｌ１１・Ｌ２３ ２−Ｌ２１ ２・Ｌ３３ …式（２Ｄ）
ただし、式（２Ａ）、式（２Ｂ）、式（２Ｃ）または式（２Ｄ）において、ρはシリコンの密度（ｇ／ｃｍ３）であり、ρ＝２.３３１（ｇ／ｃｍ３）である。また、Ｌ１１、Ｌ２２、Ｌ３３、Ｌ２１、Ｌ３１及びＬ２３は、下記の式（３Ａ）〜（３Ｆ）で表される値である。
Ｌ１１＝ｃ１１・ａ１ ２＋ｃ４４・ａ２ ２＋ｃ４４・ａ３ ２ …式（３Ａ）
Ｌ２２＝ｃ４４・ａ１ ２＋ｃ１１・ａ２ ２＋ｃ４４・ａ３ ２ …式（３Ｂ）
Ｌ３３＝ｃ４４・ａ１ ２＋ｃ４４・ａ２ ２＋ｃ１１・ａ３ ２ …式（３Ｃ）
Ｌ２１＝（ｃ１２＋ｃ４４）・ａ２・ａ１ …式（３Ｄ）
Ｌ３１＝（ｃ１２＋ｃ４４）・ａ１・ａ３ …式（３Ｅ）
Ｌ２３＝（ｃ４４＋ｃ１２）・ａ３・ａ２ …式（３Ｆ）
Ｌ２２＝ｃ４４・ａ１ ２＋ｃ１１・ａ２ ２＋ｃ４４・ａ３ ２ …式（３Ｂ）
Ｌ３３＝ｃ４４・ａ１ ２＋ｃ４４・ａ２ ２＋ｃ１１・ａ３ ２ …式（３Ｃ）
Ｌ２１＝（ｃ１２＋ｃ４４）・ａ２・ａ１ …式（３Ｄ）
Ｌ３１＝（ｃ１２＋ｃ４４）・ａ１・ａ３ …式（３Ｅ）
Ｌ２３＝（ｃ４４＋ｃ１２）・ａ３・ａ２ …式（３Ｆ）
ただし、式（３Ａ）〜（３Ｆ）において、ｃ１１、ｃ１２、ｃ４４は、それぞれ、シリコンの弾性定数（Ｎ／ｍ２）であり、ｃ１１＝１．６７４Ｅ＋１１（Ｎ／ｍ２）、ｃ１２＝６．５２３Ｅ＋１０（Ｎ／ｍ２）、ｃ４４＝７．９５７Ｅ＋１０（Ｎ／ｍ２）である。また、ａ１、ａ２及びａ３は、下記の式（４Ａ）〜（４Ｃ）で表される値である。
ａ１＝ｃｏｓ（φ）・ｃｏｓ（ψ）−ｓｉｎ（φ）・ｃｏｓ（θ）・ｓｉｎ（ψ） …式（４Ａ）
ａ２＝ｓｉｎ（φ）・ｃｏｓ（ψ）＋ｃｏｓ（φ）・ｃｏｓ（θ）・ｓｉｎ（ψ） …式（４Ｂ）
ａ３＝ｓｉｎ（θ）・ｓｉｎ（ψ） …式（４Ｃ）
ａ２＝ｓｉｎ（φ）・ｃｏｓ（ψ）＋ｃｏｓ（φ）・ｃｏｓ（θ）・ｓｉｎ（ψ） …式（４Ｂ）
ａ３＝ｓｉｎ（θ）・ｓｉｎ（ψ） …式（４Ｃ）
なお、式（４Ａ）〜（４Ｃ）におけるφ，θ及びψは、シリコンで構成される支持基板の結晶方位（φ，θ，ψ）における、φ，θ，ψである。
シリコンで構成される支持基板の結晶方位（φ，θ，ψ）を、図４を参照して説明する。図４は、支持基板の結晶方位の定義を説明するための模式図である。図４の支持基板の結晶構造において、右ネジの回転方向を正とした場合、Ｚ−Ｘ−Ｚを回転軸とする。結晶方位（φ，θ，ψ）とは、１）（Ｘ，Ｙ，Ｚ）をＺ軸回りに「φ」回転し、（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）とし、次に、２）（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）をＸ１軸回りに「θ」回転し、（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）とし、さらに３）（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）をＺ２軸回りに「ψ」回転し、（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）とした方位となる。
図５に示すように、弾性波装置１において、（φ，θ，ψ）＝（０°，０°，０°）のときにＳｉ結晶のＸ軸と、ＩＤＴ電極５の電極指の延びる方向と直交する方向Ｘａとが同一方向となる。
ここでは、ＶＳｉは、Ｘａ方向に伝搬する支持基板内を伝搬するバルク波のうち、最も遅い横波の音速として計算している。
使用しているシリコンの結晶方位が例えば（φ，θ，ψ）＝（０°，０°，０°）の場合に、音速ＶＳｉを、式（１）により求めると、５８４３（ｍ／秒）となる。
Ｓｉの弾性定数ｃ１１、Ｃ１２及びｃ４４は以下のように定義される値である。
弾性体の歪みＳと応力Ｔは比例関係にある。この比例関係は、以下の行列で表される。
この式の比例定数（ｃｉｊ）が弾性定数と呼ばれている。弾性定数ｃｉｊは固体の属する結晶系によって決まる。例えば、シリコンでは、結晶の対称性から、以下のように表現することができる。
Ｓｉの弾性定数（Ｎ／ｍ２）
上述した弾性定数ｃ１１、ｃ１２及びｃ４４は、上記のようにして定義されるＳｉの弾性定数である。なお、Ｓｉの弾性定数ｃ１１＝１．６７４Ｅ＋１１（Ｎ／ｍ２）、ｃ１２＝６．５２３Ｅ＋１０（Ｎ／ｍ２）、ｃ４４＝７．９５７Ｅ＋１０（Ｎ／ｍ２）である（H. J. McSkimin, et al., "Measurement of the Elastic Constants of Silicon Single Crystals and Their Thermal Constants", Phys. Rev. Vol. 83, p.1080(L) (1951).）。また、シリコンの密度ρ＝２.３３１（ｇ／ｃｍ３）である。
上記のように、音速ＶＳｉは、シリコンで構成される支持基板の結晶方位に応じて式（１）により求めることができる。
そして、圧電体４を伝搬する第１の高次モードの音速が、支持基板２内を伝搬するバルク波の音速である下記で示す音速ＶＳｉと同じか、または、音速ＶＳｉよりも高速とされている場合に、第１の高次モードを抑制することが可能であることを、以下で示す。
まず、第１の高次モードの音速と、支持基板２内を伝搬するバルク波の音速ＶＳｉとの関係について説明する。図６（ａ）は、酸化ケイ素膜の膜厚が０．５λであり、圧電体の膜厚が０．３λである場合に、音速ＶＳｉが５０００ｍ／秒である場合の弾性波装置のインピーダンス特性を示す図である。他方、図６（ｂ）は、音速ＶＳｉが４５００ｍ／秒であることを除いては、上記と同様に構成された弾性波装置のインピーダンス特性を示す図である。
図６（ａ）と図６（ｂ）とを対比すれば明らかなように、第１の高次モードの音速よりも音速ＶＳｉが速い場合、矢印Ｃで示すように、第１の高次モードが大きく現れている。これは、第１の高次モードが、酸化ケイ素膜３及び圧電体４にも閉じこもっているからである。これに対して、図６（ｂ）では、４．５ＧＨｚ〜５．０ＧＨｚの範囲内において、第１の高次モードの大きな応答は現れていない。これは、第１の高次モードの音速に比べて音速ＶＳｉが低いため、第１の高次モードが効果的に抑制されていることによる。他方、音速ＶＳｉは、結晶方位でコントロールすることができる。従って、第１の高次モードの音速よりも、音速ＶＳｉを低めることにより、第１の高次モードを効果的に抑制し得ることがわかる。
つまり、弾性波装置１では、第１の高次モードの音速が、音速ＶＳｉと同じか、音速ＶＳｉよりも高速になっている。従って、第１の高次モードが支持基板２側に漏洩する。それによって、第１の高次モードによる応答を効果的に抑制することができる。
以上より、弾性波装置１では、支持基板２の厚みが３λ以上であり、かつ、圧電体４を伝搬する第１の高次モードの音速が、支持基板２内を伝搬するバルク波の音速である音速ＶＳｉと同じか、または、音速ＶＳｉよりも高速とされている場合に、第１の高次モードによる応答を更に効果的に抑制することができる。
また、支持基板２の厚みが２０λ以上であり、かつ、圧電体４を伝搬する第１の高次モードの音速が、支持基板２内を伝搬するバルク波の音速である音速ＶＳｉと同じか、または、音速ＶＳｉよりも高速とされている場合に、第１の高次モード及び第２の高次モードによる応答を更に効果的に抑制することができる。なお、第２の高次モードの音速は第１の高次モードの音速より速いので、第１の高次モードの音速が式（１）を満たせば、自動的に第２の高次モードの音速も式（１）を満たすことになる。
弾性波装置１の更なる特徴は、圧電体４を伝搬する高次モードの音速が、上記の式（２）を満たすｘの解Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３（Ｖ１≦Ｖ２＜Ｖ３）の中で、最も小さい解をＶ１としたとき、ＶＳｉ＝（Ｖ１）１／２で表される、支持基板２内を伝搬する遅い横波の音速ＶＳｉと同じか、または、音速ＶＳｉよりも高速とされていることにある。
本実施形態の構成とすることにより、高次モードの応答をより一層効果的に抑制することができる。
さらに、弾性波装置１では、上記圧電体４の厚みは、ＩＤＴ電極５の電極指ピッチで定まる弾性波の波長をλとしたときに、ＬｉＴａＯ３からなる圧電体の膜厚が、３．５λ以下の範囲にあることが好ましい。この場合には、Ｑ値を高くすることができる。
より好ましくは、ＬｉＴａＯ３からなる圧電体４の膜厚は、２．５λ以下であり、その場合には周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を小さくし得る。さらに、好ましくは、ＬｉＴａＯ３からなる圧電体４の膜厚は、１．５λ以下である。この場合には、電気機械結合係数を容易に調整することができる。さらに、より好ましくは、ＬｉＴａＯ３からなる圧電体４の膜厚は、０．５λ以下である。この場合には、広い範囲で電気機械結合係数を容易に調整できる。
弾性波装置１のさらに他の特徴は、ＩＤＴ電極５の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、音速ＶＳｉが、酸化ケイ素膜３の膜厚に応じて、下記の表３に示す範囲のように変化する。なお、表３及び後述する表４においては、支持基板内を伝搬するバルク波の音速ＶＳｉをシリコンの音速ＶＳｉとする。
図７は、シリコンで構成される高音速支持基板上に、厚み０．３５λの酸化ケイ素膜からなる低音速膜及びオイラー角（０°，１４０．０°，０°）のタンタル酸リチウムからなる圧電膜を積層した弾性波装置におけるＬｉＴａＯ３膜の膜厚と、Ｑ特性との関係を示す図である。この図７における縦軸は、共振子のＱ特性と比帯域（Δｆ）との積である。また、図８は、ＬｉＴａＯ３膜の膜厚と、周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。図９は、ＬｉＴａＯ３膜の膜厚と音速との関係を示す図である。図７より、ＬｉＴａＯ３膜の膜厚が、３．５λ以下であることが好ましい。その場合には、３．５λを超えた場合に比べて、Ｑ値が高くなる。より好ましくは、Ｑ値をより高めるには、ＬｉＴａＯ３膜の膜厚は、２．５λ以下であることが望ましい。
また、図８より、ＬｉＴａＯ３膜の膜厚が、２．５λ以下の場合、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を、上記膜厚が２．５λを超えた場合に比べて小さくすることができる。より好ましくは、ＬｉＴａＯ３膜の膜厚を２λ以下とすることが望ましく、その場合には、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が、１０ｐｐｍ／℃以下とされ得る。周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を小さくするには、ＬｉＴａＯ３膜の膜厚を１．５λ以下とすることがさらに好ましい。
図９より、ＬｉＴａＯ３膜の膜厚が１．５λを超えると、音速の変化が極めて小さい。
もっとも、図１０に示すように、ＬｉＴａＯ３膜の膜厚が、０．０５λ以上、０．５λ以下の範囲では、比帯域が大きく変化する。従って、電気機械結合係数をより広い範囲で調整することができる。よって、電気機械結合係数及び比帯域の調整範囲を広げるためには、ＬｉＴａＯ３膜の膜厚が、０．０５λ以上、０．５λ以下の範囲が望ましい。
図１１及び図１２は、酸化ケイ素膜厚（λ）と、音速及び電気機械結合係数との関係をそれぞれ示す図である。ここでは、弾性波装置は、低音速材料層としての低音速膜及び高音速材料層としての高音速膜を有する。ＳｉＯ２からなる低音速膜の下方に、高音速膜として、窒化ケイ素膜、酸化アルミニウム膜及びダイヤモンドをそれぞれ用いた。高音速膜の膜厚は、１．５λとした。窒化ケイ素のバルク波の音速は６０００ｍ／秒であり、酸化アルミニウムにおけるバルク波の音速は６０００ｍ／秒であり、ダイヤモンドにおけるバルク波の音速は１２８００ｍ／秒である。図１１及び図１２に示すように、高音速膜の材質及び酸化ケイ素膜の膜厚を変更したとしても、電気機械結合係数及び音速はほとんど変化しない。特に、酸化ケイ素膜の膜厚が、０．１λ以上、０．５λ以下では、高音速膜の材質の如何に関わらず、電気機械結合係数はほとんど変わらない。また、図１１より酸化ケイ素膜の膜厚が、０．３λ以上、２λ以下であれば、高音速膜の材質の如何に関わらず、音速が変わらないことがわかる。従って、好ましくは、酸化ケイ素からなる低音速膜の膜厚は、２λ以下、０．５λ以下であることがより好ましい。
第１の高次モード及び第２の高次モードの音速については、酸化ケイ素３膜により、調整することができる。図１３は、酸化ケイ素膜３の膜厚と、第１の高次モード及び第２の高次モードの音速との関係を示す図である。図１３の計算条件は、圧電体４の厚みは０．３λ、カット角は５０°Ｙ、シリコンで構成される支持基板２の結晶方位は（０°，０°，０°）、ＩＤＴ電極５はＡｌを０．０８λ、波長は１μｍとした。また、圧電体４は、ＬｉＴａＯ３膜である。図１３においては、第１の高次モードの音速と第２の高次モードの音速とが示されている。この２種類の高次モードの音速が、酸化ケイ素膜の膜厚の変化により変化していることがわかる。
図１３に示すように、酸化ケイ素膜３の膜厚が、例えば０．４０λの場合、第２の高次モードの音速は、５５００ｍ／秒である。従って、支持基板２の音速を５５００ｍ／秒以下とすれば、第２の高次モードを抑制し得ることがわかる。よって、図１３より、酸化ケイ素膜３の膜厚が、０．４０λ以下の場合、支持基板２の音速を５５００ｍ／秒以下とすればよい。同様に、酸化ケイ素膜３の膜厚が、０．４０λを超え、０．６４λ以下の場合には、支持基板２の音速を５３００ｍ／秒以下とすればよいことがわかる。従って、第２の高次モードを抑制するには、前述した表３に示す酸化ケイ素膜３の膜厚に応じた支持基板の音速範囲のいずれかを採用すればよい。それによって、第２の高次モードを抑制することができる。
他方、第１の高次モード及び第２の高次モードの双方を抑制するには、支持基板２の音速を、酸化ケイ素膜３の膜厚範囲に応じて、下記の表４に示すいずれかの範囲とすればよい。
例えば、図１３に示すように、第１の高次モードの音速は、酸化ケイ素膜３の膜厚が０．１２λである場合５３００ｍ／秒である。従って、酸化ケイ素膜３の膜厚が、０．１２λ以下の場合、支持基板２の音速を５３００ｍ／秒以下とすればよい。同様に、酸化ケイ素膜３の膜厚が０．３４λの場合、第１の高次モードの音速は、図１３に示すように、５１００ｍ／秒である。従って、酸化ケイ素膜３の膜厚が、０．１２λを超え、０．３４λ以下の場合には、支持基板２の音速を５１００ｍ／秒以下とすれば、第１の高次モード及び第２の高次モードの双方を抑制することができる。
従って、下記の表４に示すように、酸化ケイ素膜３の膜厚に応じて、支持基板２の音速を選択することにより、第１の高次モード及び第２の高次モードの双方を効果的に抑制することができる。
また、表４から、支持基板２の音速を４７００ｍ／秒以下とすれば、酸化ケイ素膜３の膜厚が０．５４λ以下の場合に、酸化ケイ素膜３の膜厚の如何にかかわらず、第１の高次モード及び第２の高次モードを効果的に抑制することができる。
上記のように、本実施形態の弾性波装置１では、少なくとも第１の高次モードによる応答を効果的に抑制することができる。
なお、上記実施形態では、弾性波装置１として、１ポート型弾性波共振子を説明したが、本発明の弾性波装置は、１ポート型弾性波共振子に限らず、縦結合共振子型弾性波フィルタなどの様々な電極構造を有する弾性波装置に広く適用することができる。
図１４〜図２０を参照して、本発明の第２〜第７の実施形態に係る弾性波装置及び弾性波装置のパッケージの構造を説明する。
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。本発明に係る弾性波装置１１１では、圧電体４とＩＤＴ電極５との間に誘電体層１１２が設けられていることにある。その他の点については、弾性波装置１１１は弾性波装置１と同様である。このように、ＩＤＴ電極５と、圧電体４との間に誘電体層１１２が設けられていてもよい。この誘電体層１１２としては、五酸化タンタルや、酸化ケイ素などをあげることができる。
図１５は、五酸化タンタルからなる誘電体層を設けた場合及び酸化ケイ素からなる誘電体層を設けた場合の誘電体膜の膜厚と、比帯域との関係を示す図である。誘電体層として、五酸化タンタルを用いた場合の結果が、△で示されており、酸化ケイ素を用いた場合の結果が◇で示されている。
図１５から明らかなように、五酸化タンタルや酸化ケイ素を用いることより、誘電体層の膜厚を調整して、比帯域をコントロールし得ることがわかる。
なお、本発明において、圧電体としては、ＬｉＴａＯ３に限らず、ＬｉＮｂＯ３などの他の圧電単結晶やＺｎＯ、ＡｌＮ等の圧電薄膜、ＰＺＴ等の圧電セラミクスを用いてもよい。
図１６は、本発明の第３の実施形態に係る弾性波装置１０１の正面断面図である。
弾性波装置１０１では、支持基板２上に、低音速材料層１０２、高音速材料層１０３及び酸化ケイ素膜１０４が、この順序で積層されている。なお、酸化ケイ素膜１０４を伝搬するバルク波の音速は、圧電体４を伝搬する弾性波の音速よりも遅い。従って、酸化ケイ素膜１０４は、低音速材料層でもある。酸化ケイ素膜１０４上に、圧電体４が積層されている。
弾性波装置１０１のように、支持基板２と、圧電体４との間に、酸化ケイ素膜１０４以外に、他の低音速材料層１０２及び高音速材料層１０３が積層されていてもよい。ここで、低音速材料層１０２は、低音速材料からなる。低音速材料とは、伝搬するバルク波の音速が、圧電体４のような圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも遅い材料である。また、高音速材料層１０３は、高音速材料からなる。高音速材料は、伝搬するバルク波の音速が、圧電体４のような圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも速い材料である。上記低音速材料としては、ＳｉＯ２を含む酸化ケイ素や五酸化タンタルなどの誘電体、ガラス、酸窒化ケイ素、酸化タンタル、また、酸化ケイ素にフッ素や炭素やホウ素を加えた化合物など、上記材料を主成分とした媒質が挙げられる。また、高音速材料としては、金属やシリコンの他、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、サファイア、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、アルミナ、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、マグネシア、ＤＬＣ膜またはダイヤモンド、該材料を主成分とする媒質、該材料の混合物を主成分とする媒質等のさまざまな材料を挙げることができる。好ましくは、低音速材料層としての誘電体として、酸化ケイ素または五酸化タンタルが用いられ、より好ましくは、酸化ケイ素が用いられる。その場合には、周波数温度特性の向上も図ることができる。
なお、少なくとも１つの高音速材料層１０３と、圧電体４などの圧電体との間に少なくとも１つの低音速材料層が配置されていることが好ましい。それによって、弾性波を圧電体内に効果的に閉じ込めることができる。また、支持基板２は高音速材料からなる。従って、第１の実施形態のように、支持基板２上に、酸化ケイ素膜３が積層されている構造は、高音速材料と圧電体との間に低音速材料層が位置している構成となる。従って、弾性波装置１においても、弾性波のエネルギーを、圧電体４内に効果的に閉じ込めることができる。
図１７に示すように、第４の実施形態の弾性波装置パッケージ５１は、支持基板５２、支持基板５２上に積層された酸化ケイ素膜５２ａ、圧電体５３、及びＩＤＴ電極５４を有する。ＩＤＴ電極５４を囲むように樹脂からなる支持層５５が設けられている。支持層５５上に、カバー部材５６が接合されている。それによって、中空空間Ｄが形成されている。そして、上記カバー部材５６上に端子電極５７ａ，５７ｂ及び金属バンプ５８ａ，５８ｂが設けられている。上記支持基板５２に、圧電体５３、ＩＤＴ電極５４、支持層５５、カバー部材５６、端子電極５７ａ，５７ｂ及び金属バンプ５８ａ，５８ｂを有する部分により、ＷＬＰ構造を有する素子部分が構成されている。金属バンプ５８ａ，５８ｂが、ケース基板５９の電極ランドとしての端子電極６０ａ，６０ｂに電気的に接続されている。そして、上記ＷＬＰ構造を有する素子部分の全体が封止樹脂層６１により封止されている。
図１８に示す第５の実施形態に係る弾性波装置パッケージ６５では、金属バンプ５８ａと、金属バンプ５８ｂとで挟まれた空間Ｅに、封止樹脂層６１が至っていない。その他の点は、弾性波装置パッケージ６５は、弾性波装置パッケージ５１と同様である。この時、金属バンプ５８ａ，５８ｂをＡｕで形成すると熱衝撃耐性が向上し、なお好ましい。
図１９に示す第６の実施形態に係る弾性波装置７１では、支持基板７２上に、酸化ケイ素膜７３及び圧電体７４がこの順序で積層されている。圧電体７４上にＩＤＴ電極７５が設けられている。また、ＩＤＴ電極７５を覆うように誘電体層７６が設けられている。このように、ＩＤＴ電極７５を覆うように誘電体層７６がさらに設けられていてもよい。このような誘電体層７６を構成する誘電体材料は特に限定されない。例えば、酸化ケイ素などを用いることができる。
ＩＤＴ電極７５を囲むように支持層７７が設けられている。支持層７７上にカバー部材７８が接合されている。それによって、中空空間Ｄが設けられている。支持基板７２、酸化ケイ素膜７３及び圧電体７４を貫通するように、貫通電極としてのビア電極７９ａ，７９ｂが設けられている。ビア電極７９ａ，７９ｂは、ＩＤＴ電極７５に電気的に接続されている。また、支持基板７２の下面に端子電極８０ａ，８０ｂが設けられている。ビア電極７９ａ，７９ｂは、端子電極８０ａ，８０ｂに電気的に接続されている。このように、支持基板７２を貫通するビア電極７９ａ，７９ｂを用いて、外部と電気的に接続してもよい。
図２０に示すように、第７の実施形態としての弾性波装置パッケージ８１では、ケース基板８２の一方面に端子電極８３ａ，８３ｂが設けられている。このケース基板８２上に、弾性波装置８４が搭載されている。弾性波装置８４は支持基板８５上に、酸化ケイ素膜８６及び圧電体８７、さらにＩＤＴ電極８８をこの順序で積層した構造を有する。圧電体８７上に、端子電極８９ａ，８９ｂが設けられている。端子電極８９ａ，８９ｂ上に金属バンプ９０ａ，９０ｂが設けられている。この金属バンプ９０ａ，９０ｂが、端子電極８３ａ，８３ｂに接合されている。そして、弾性波装置８４を覆うように、封止樹脂層９１が設けられている。この場合、金属バンプ９０ａ，９０ｂをＡｕで形成すると、熱衝撃耐性が向上し、なお好ましい。
（侵害立証方法）
圧電膜を伝搬する第１の高次モードは、有限要素法のシミュレーションにより特定することが可能である。具体的には、ＩＤＴ電極の膜厚、ＩＤＴ電極の材料、圧電膜の膜厚、圧電膜の材料、低音速膜や高音速膜等の各中間層の膜厚、各中間層の材料、支持基板の厚み、支持基板の結晶方位の各パラメータを特定する。その後、各パラメータを用いてシミュレーションソフト（ＦＥＭＴＥＴ）で調和振動解析を行う。
圧電膜を伝搬する第１の高次モードは、有限要素法のシミュレーションにより特定することが可能である。具体的には、ＩＤＴ電極の膜厚、ＩＤＴ電極の材料、圧電膜の膜厚、圧電膜の材料、低音速膜や高音速膜等の各中間層の膜厚、各中間層の材料、支持基板の厚み、支持基板の結晶方位の各パラメータを特定する。その後、各パラメータを用いてシミュレーションソフト（ＦＥＭＴＥＴ）で調和振動解析を行う。
そして、調和振動解析により、各周波数でのインピーダンスを得ることができる。
また、ネットワークアナライザによってフィルタの挿入損失を測定することで、フィルタの通過帯域も特定することができる。従って、その調和振動解析の結果から、インピーダンスが極小値となる１以上の共振周波数と、インピーダンスが極大値となる１以上の反共振周波数を特定できる。そして、その中から、共振周波数でのインピーダンスと反共振周波数でのインピーダンスとの差が一番大きい波のモードを特定する。その波のモードが圧電膜を伝搬するメインモードとなる。なお、調和振動解析結果から、フィルタの通過帯域内に共振周波数および反共振周波数の少なくとも一方が存在しているかどうかもわかる。
弾性波装置が共振子の場合には、フィルタの通過帯域内に共振周波数および反共振周波数の少なくとも一方が存在しており、かつ、共振周波数でのインピーダンスと反共振周波数でのインピーダンスとの差が一番大きい波のモードである。また、弾性波装置がフィルタの場合には、フィルタの通過帯域を形成するために使用される波のモードである。
そして、上記メインモードから、圧電膜を伝搬する第１の高次モード（メインモードよりも高周波数側に発生し、かつ、メインモードに最も近い波のモード）を特定することができる。
また、圧電膜を伝搬する第１の高次モードの音速は、圧電膜を伝搬する第１の高次モードの反共振周波数での音速である。
なお、Ｖ＝ｆ×λであるため、圧電膜を伝搬する第１の高次モードの音速Ｖは、圧電膜を伝搬する第１の高次モードの反共振周波数ｆと、ＩＤＴ電極の電極指ピッチの２倍の値であるλから求めることが出来る。
上記弾性波装置は、高周波フロントエンド回路のデュプレクサなどとして用いることができる。この例を下記において説明する。
図２１は、高周波フロントエンド回路を有する通信装置の構成図である。なお、同図には、高周波フロントエンド回路２３０と、高周波フロントエンド回路２３０と接続される各構成要素とが図示されている。高周波フロントエンド回路２３０と接続される各構成要素としては、例えば、アンテナ素子２０２やＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ）２０３が図示されている。高周波フロントエンド回路２３０及びＲＦ信号処理回路２０３は、通信装置２４０を構成している。なお、通信装置２４０は、電源、ＣＰＵやディスプレイを含んでいてもよい。
高周波フロントエンド回路２３０は、スイッチ２２５と、デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂと、ローノイズアンプ回路２１４，２２４と、フィルタ２３１，２３２と、パワーアンプ回路２３４ａ，２３４ｂ，２４４ａ，２４４ｂとを備える。なお、図２１の高周波フロントエンド回路２３０及び通信装置２４０は、高周波フロントエンド回路及び通信装置の一例であって、この構成に限定されるものではない。
デュプレクサ２０１Ａは、フィルタ２１１，２１２を有する。デュプレクサ２０１Ｂは、フィルタ２２１，２２２を有する。デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂは、スイッチ２２５を介してアンテナ素子２０２に接続される。なお、上記弾性波装置は、デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂであってもよいし、フィルタ２１１，２１２，２２１，２２２であってもよい。上記弾性波装置は、デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂや、フィルタ２１１，２１２，２２１，２２２を構成する弾性波共振子であってもよい。さらに、上記弾性波装置は、例えば、３つのフィルタのアンテナ端子が共通化されたトリプレクサや、６つのフィルタのアンテナ端子が共通化されたヘキサプレクサなど、３以上のフィルタを備える構成についても適用することができる。
すなわち、上記弾性波装置は、弾性波共振子、フィルタ、２以上のフィルタを備えるマルチプレクサを含む。
スイッチ２２５は、制御部（図示せず）からの制御信号に従って、アンテナ素子２０２と所定のバンドに対応する信号経路とを接続し、例えば、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ）型のスイッチによって構成される。なお、アンテナ素子２０２と接続される信号経路は１つに限らず、複数であってもよい。すなわち、高周波フロントエンド回路２３０は、キャリアアグリゲーションに対応しているものであってもよい。
ローノイズアンプ回路２１４は、アンテナ素子２０２、スイッチ２２５及びデュプレクサ２０１Ａを経由した高周波信号（ここでは高周波受信信号）を増幅し、ＲＦ信号処理回路２０３へ出力する受信増幅回路である。ローノイズアンプ回路２２４は、アンテナ素子２０２、スイッチ２２５及びデュプレクサ２０１Ｂを経由した高周波信号（ここでは高周波受信信号）を増幅し、ＲＦ信号処理回路２０３へ出力する受信増幅回路である。
パワーアンプ回路２３４ａ，２３４ｂは、ＲＦ信号処理回路２０３から出力された高周波信号（ここでは高周波送信信号）を増幅し、デュプレクサ２０１Ａ及びスイッチ２２５を経由してアンテナ素子２０２に出力する送信増幅回路である。パワーアンプ回路２４４ａ，２４４ｂは、ＲＦ信号処理回路２０３から出力された高周波信号（ここでは高周波送信信号）を増幅し、デュプレクサ２０１Ｂ及びスイッチ２２５を経由してアンテナ素子２０２に出力する送信増幅回路である。
なお、フィルタ２３１，２３２は、ローノイズアンプ回路及びパワーアンプ回路を介さず、ＲＦ信号処理回路２０３とスイッチ２２５との間に接続されている。フィルタ２３１，２３２も、デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂと同様に、スイッチ２２５を介してアンテナ素子２０２に接続される。
ＲＦ信号処理回路２０３は、アンテナ素子２０２から受信信号経路を介して入力された高周波受信信号を、ダウンコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された受信信号を出力する。また、ＲＦ信号処理回路２０３は、入力された送信信号をアップコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された高周波送信信号をパワーアンプ回路２４４ａ，２４４ｂへ出力する。ＲＦ信号処理回路２０３は、例えば、ＲＦＩＣである。なお、通信装置は、ＢＢ（ベースバンド）ＩＣを含んでいてもよい。この場合、ＢＢＩＣは、ＲＦＩＣで処理された受信信号を信号処理する。また、ＢＢＩＣは、送信信号を信号処理し、ＲＦＩＣに出力する。ＢＢＩＣで処理された受信信号や、ＢＢＩＣが信号処理する前の送信信号は、例えば、画像信号や音声信号等である。なお、高周波フロントエンド回路２３０は、上述した各構成要素の間に、他の回路素子を備えていてもよい。
なお、高周波フロントエンド回路２３０は、上記デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂに代わり、デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂの変形例に係るデュプレクサを備えていてもよい。
以上、本発明の実施形態に係る弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置について、上記実施形態を挙げて説明したが、上記実施形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施形態や、上記実施形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る高周波フロントエンド回路及び通信装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
本発明は、弾性波共振子、フィルタ、２以上のフィルタを備えるマルチプレクサ、高周波フロントエンド回路、及び携帯電話等の通信装置に広く利用できる。
１…弾性波装置
２…支持基板
３…酸化ケイ素膜
４…圧電体
５…ＩＤＴ電極
６，７…反射器
５１…弾性波装置パッケージ
５２…支持基板
５２ａ…酸化ケイ素膜
５３…圧電体
５４…ＩＤＴ電極
５５…支持層
５６…カバー部材
５７ａ，５７ｂ，６０ａ，６０ｂ…端子電極
５８ａ，５８ｂ…金属バンプ
５９…ケース基板
６１…封止樹脂層
６５…弾性波装置パッケージ
７１…弾性波装置
７２…支持基板
７３…酸化ケイ素膜
７４…圧電体
７５…ＩＤＴ電極
７６…誘電体層
７７…支持層
７８…カバー部材
７９ａ，７９ｂ…ビア電極
８０ａ，８０ｂ…端子電極
８１…弾性波装置パッケージ
８２…ケース基板
８３ａ，８３ｂ…端子電極
８４…弾性波装置
８５…支持基板
８６…酸化ケイ素膜
８７…圧電体
８８…ＩＤＴ電極
８９ａ，８９ｂ…端子電極
９０ａ，９０ｂ…金属バンプ
９１…封止樹脂層
１０１…弾性波装置
１０２…低音速材料層
１０３…高音速材料層
１０４…酸化ケイ素膜
１１１…弾性波装置
１１２…誘電体層
２０１Ａ，２０１Ｂ…デュプレクサ
２０２…アンテナ素子
２０３…ＲＦ信号処理回路
２１１，２１２…フィルタ
２１４…ローノイズアンプ回路
２２１，２２２…フィルタ
２２４…ローノイズアンプ回路
２２５…スイッチ
２３０…高周波フロントエンド回路
２３１，２３２…フィルタ
２３４ａ，２３４ｂ…パワーアンプ回路
２４０…通信装置
２４４ａ，２４４ｂ…パワーアンプ回路
２…支持基板
３…酸化ケイ素膜
４…圧電体
５…ＩＤＴ電極
６，７…反射器
５１…弾性波装置パッケージ
５２…支持基板
５２ａ…酸化ケイ素膜
５３…圧電体
５４…ＩＤＴ電極
５５…支持層
５６…カバー部材
５７ａ，５７ｂ，６０ａ，６０ｂ…端子電極
５８ａ，５８ｂ…金属バンプ
５９…ケース基板
６１…封止樹脂層
６５…弾性波装置パッケージ
７１…弾性波装置
７２…支持基板
７３…酸化ケイ素膜
７４…圧電体
７５…ＩＤＴ電極
７６…誘電体層
７７…支持層
７８…カバー部材
７９ａ，７９ｂ…ビア電極
８０ａ，８０ｂ…端子電極
８１…弾性波装置パッケージ
８２…ケース基板
８３ａ，８３ｂ…端子電極
８４…弾性波装置
８５…支持基板
８６…酸化ケイ素膜
８７…圧電体
８８…ＩＤＴ電極
８９ａ，８９ｂ…端子電極
９０ａ，９０ｂ…金属バンプ
９１…封止樹脂層
１０１…弾性波装置
１０２…低音速材料層
１０３…高音速材料層
１０４…酸化ケイ素膜
１１１…弾性波装置
１１２…誘電体層
２０１Ａ，２０１Ｂ…デュプレクサ
２０２…アンテナ素子
２０３…ＲＦ信号処理回路
２１１，２１２…フィルタ
２１４…ローノイズアンプ回路
２２１，２２２…フィルタ
２２４…ローノイズアンプ回路
２２５…スイッチ
２３０…高周波フロントエンド回路
２３１，２３２…フィルタ
２３４ａ，２３４ｂ…パワーアンプ回路
２４０…通信装置
２４４ａ，２４４ｂ…パワーアンプ回路
Claims (19)
- シリコンで構成される支持基板と、
前記支持基板上に設けられた酸化ケイ素膜と、
前記酸化ケイ素膜上に設けられた圧電体と、
前記圧電体の一方主面上に設けられたＩＤＴ電極と、
を備え、
前記ＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、前記支持基板の厚みが３λ以上であり、
前記圧電体を伝搬する第１の高次モードの音速が、前記支持基板内を伝搬するバルク波の音速である下記の式（１）の音速ＶＳｉと同じか、または、前記音速ＶＳｉよりも高速とされている、弾性波装置。
ＶＳｉ＝（Ｖ１）１／２（ｍ／秒） …式（１）
式（１）における前記Ｖ１は、下記の式（２）の解である。
Ａｘ３＋Ｂｘ２＋Ｃｘ＋Ｄ＝０ …式（２）
式（２）において、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、それぞれ、下記の式（２Ａ）〜（２Ｄ）で表される値である。
Ａ＝−ρ３ …式（２Ａ）
Ｂ＝ρ２（Ｌ１１＋Ｌ２２＋Ｌ３３） …式（２Ｂ）
Ｃ＝ρ（Ｌ２１ ２＋Ｌ２３ ２＋Ｌ３１ ２−Ｌ１１・Ｌ３３−Ｌ２２・Ｌ３３−Ｌ１１・Ｌ２２） …式（２Ｃ）
Ｄ＝２・Ｌ２１・Ｌ２３・Ｌ３１＋Ｌ１１・Ｌ２２・Ｌ３３−Ｌ３１ ２・Ｌ２２−Ｌ１１・Ｌ２３ ２−Ｌ２１ ２・Ｌ３３ …式（２Ｄ）
ただし、式（２Ａ）、式（２Ｂ）、式（２Ｃ）または式（２Ｄ）において、ρ＝２.３３１（ｇ／ｃｍ３）である。また、Ｌ１１、Ｌ２２、Ｌ３３、Ｌ２１、Ｌ３１及びＬ２３は、下記の式（３Ａ）〜（３Ｆ）で表される値である。
Ｌ１１＝ｃ１１・ａ１ ２＋ｃ４４・ａ２ ２＋ｃ４４・ａ３ ２ …式（３Ａ）
Ｌ２２＝ｃ４４・ａ１ ２＋ｃ１１・ａ２ ２＋ｃ４４・ａ３ ２ …式（３Ｂ）
Ｌ３３＝ｃ４４・ａ１ ２＋ｃ４４・ａ２ ２＋ｃ１１・ａ３ ２ …式（３Ｃ）
Ｌ２１＝（ｃ１２＋ｃ４４）・ａ２・ａ１ …式（３Ｄ）
Ｌ３１＝（ｃ１２＋ｃ４４）・ａ１・ａ３ …式（３Ｅ）
Ｌ２３＝（ｃ４４＋ｃ１２）・ａ３・ａ２ …式（３Ｆ）
ただし、式（３Ａ）〜（３Ｆ）において、ｃ１１、ｃ１２、ｃ４４は、それぞれ、ｃ１１＝１．６７４Ｅ＋１１（Ｎ／ｍ２）、ｃ１２＝６．５２３Ｅ＋１０（Ｎ／ｍ２）、ｃ４４＝７．９５７Ｅ＋１０（Ｎ／ｍ２）である。また、ａ１、ａ２及びａ３は、下記の式（４Ａ）〜（４Ｃ）で表される値である。
ａ１＝ｃｏｓ（φ）・ｃｏｓ（ψ）−ｓｉｎ（φ）・ｃｏｓ（θ）・ｓｉｎ（ψ） …式（４Ａ）
ａ２＝ｓｉｎ（φ）・ｃｏｓ（ψ）＋ｃｏｓ（φ）・ｃｏｓ（θ）・ｓｉｎ（ψ） …式（４Ｂ）
ａ３＝ｓｉｎ（θ）・ｓｉｎ（ψ） …式（４Ｃ）
なお、式（４Ａ）〜（４Ｃ）におけるφ，θ及びψは、前記支持基板の結晶方位（φ，θ，ψ）における、φ，θ，ψである。 - 前記支持基板の厚みが２０λ以上である、請求項１に記載の弾性波装置。
- 前記酸化ケイ素膜の膜厚が下記の表１に示す範囲のいずれかである、請求項１または２に記載の弾性波装置。
- 前記酸化ケイ素膜の膜厚が、下記の表２に示す範囲のいずれかである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
- 前記式（１）における前記Ｖ１は、前記式（２）の解Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のうち、最も小さい値である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
- 前記支持基板の前記音速ＶＳｉが４７００ｍ／秒以下である、請求項１に記載の弾性波装置。
- 前記支持基板の厚みが、１８０μｍ以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
- 前記圧電体の膜厚は、３．５λ以下である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弾性波装置。
- 前記圧電体が、ＬｉＴａＯ３からなる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の弾性波装置。
- 前記酸化ケイ素膜を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも遅い、請求項１〜９のいずれか１項に記載の弾性波装置。
- 前記支持基板を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも速い、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の弾性波装置。
- 前記酸化ケイ素膜と、前記支持基板との間に、伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも速い高音速材料層をさらに備える、請求項３〜１１のいずれか１項に記載の弾性波装置。
- 前記圧電体と前記ＩＤＴ電極との間に設けられた誘電体層をさらに備える、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の弾性波装置。
- 前記誘電体層が、酸化ケイ素または五酸化タンタルからなる、請求項１３に記載の弾性波装置。
- 前記ＩＤＴ電極を囲む支持層と、
前記支持層を覆っており、前記ＩＤＴ電極を囲む中空空間を構成しているカバー部材と、
前記カバー部材上に設けられており、前記ＩＤＴ電極に電気的に接続されている複数の金属バンプと、
をさらに備える、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の弾性波装置。 - 前記ＩＤＴ電極を囲む支持層と、
前記支持層を覆っており、前記ＩＤＴ電極を囲む中空空間を構成しているカバー部材と、をさらに備え、
前記支持基板において、前記支持基板を貫通している貫通電極と、前記貫通電極に電気的に接続されており、前記支持基板の前記ＩＤＴ電極が設けられている側とは反対側の面に設けられている端子電極と、が設けられており、
前記貫通電極が、前記ＩＤＴ電極と前記端子電極とに電気的に接続されている、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の弾性波装置。 - 複数の電極ランドが一方面に設けられたケース基板と、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の弾性波装置と、
を備え、
前記ＩＤＴ電極に電気的に接続される金属バンプが、前記弾性波装置に設けられており、
前記弾性波装置の前記金属バンプが前記電極ランドに接合されるように、前記弾性波装置が前記ケース基板に搭載されており、
前記弾性波装置を封止するように前記ケース基板上に設けられた封止樹脂層をさらに備える、弾性波装置パッケージ。 - 請求項１５に記載の弾性波装置と、
一方面に複数の電極ランドが設けられたケース基板と、
を備え、
前記複数の金属バンプが、前記ケース基板の前記複数の電極ランドに接合されるように、前記弾性波装置が前記ケース基板に搭載されており、
前記弾性波装置を封止するように設けられた封止樹脂層をさらに備える、弾性波装置パッケージ。 - 前記カバー部材と前記ケース基板との間に空隙を有する、請求項１８に記載の弾性波装置パッケージ。
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