JPWO2008090651A1 - 圧電共振子及び圧電フィルタ - Google Patents

Abstract

放熱性を向上すると同時に、不要振動による発熱を防ぐことができる、圧電共振子及び圧電フィルタを提供する。圧電共振子１０は、基板２１と、薄膜部とを備える。薄膜部は、基板１２に支持される第１の薄膜部Ｓと基板１２から離れて音響的に分離されている第２の薄膜部Ｒ，Ｌ，Ｗとを含み、第２の薄膜部Ｒ，Ｌ，Ｗは圧電膜１７の両主面にそれぞれ第１及び第２の電極１６，１８が配置され、膜厚方向に透視したときに第２の薄膜部Ｒ，Ｌ，Ｗにおいて第１及び第２の電極１６，１８が重なり合っている部分に振動部２４が形成されている。薄膜部は、振動部２４の外周の一部を形成する第１又は第２の電極の少なくとも一方１８の周縁１８ａ，１８ｂ，１８ｃに接し又は重なり、かつ、膜厚方向に透視したときに周縁１８ａ，１８ｂ，１８ｃから第１の薄膜部Ｓまで延在する放熱膜２０を有する。

Description

本発明は圧電共振子及び圧電フィルタに関する。

圧電共振子は、圧電膜を上下電極で挟んだ薄膜部が基板上に設けられ、上下電極の重なり部分である振動部が基板から音響的に分離された構造を有し、振動部で熱が発生する。

例えば特許文献１には、図１７の平面図及び図１７の線Ａ−Ａに沿って切断した断面図である図１８に示すように、基板１１０を裏側から貫通エッチングして空隙１１０ａを形成するタイプの圧電共振子について、放熱性・耐電力性を向上するため、振動部１１１ｂを除く位置に放熱膜１１８を形成することが提案されている。すなわち、基板１１０の一方主面に形成されたＳｉＯ_２膜１１１上に、基部１１４ａ、先端部１１４ｂ及び翼部１１４ｃを有する平面形状が略十字形状の下部電極１１４と、圧電薄膜１１５と、幅が異なる基部１１６ａ及び先端部１１６ｂを有する平面形状が略凸状の下部電極１１６と、放熱膜１１８とが配置されている。振動部１１１ｂは、下部電極１１４の翼部１１４ｂと、上部電極１１６の先端部１１６ｂとが重なる部分（図１７において斜線を付している部分）である。なお、基板１１０の他方主面のＳｉＯ_２膜１１２は、製造段階で除去される。
特開２００４−１２０２１９号公報

しかしながら、放熱膜１１８に形成された開口１１８ａの内側に、間隔を設けて上部電極１１８が露出しており、放熱膜１１８は、熱の発生源である振動部１１１ｂから離れて配置されているため、振動部１１１ｂと放熱膜１１８との間のギャップで熱伝導が悪くなり、放熱性が良くない。また、圧電共振子では不要振動によってＱ劣化がおき、Ｑ劣化は発熱を引き起こす。よって、耐電力性を向上させるためには、放熱性を良くすると同時に、不要振動を抑制し、Ｑ劣化による発熱を防ぐことが必要である。

本発明は、かかる実情に鑑み、放熱性を向上すると同時に、不要振動による発熱を防ぐことができる、圧電共振子及び圧電フィルタを提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した圧電共振子を提供する。

圧電共振子は、基板と、薄膜部とを備える。前記薄膜部は、前記基板に支持される第１の薄膜部と前記基板から音響的に分離されている第２の薄膜部とを含み、前記第２の薄膜部は圧電薄膜の両主面にそれぞれ第１及び第２の電極が配置され、膜厚方向に透視したときに前記第２の薄膜部において前記第１及び第２の電極が重なり合っている部分に振動部が形成されている。前記薄膜部は、前記振動部の外周の一部を形成する前記第１又は第２の電極の少なくとも一方の周縁に接し、かつ、膜厚方向に透視したときに前記周縁から前記第１の薄膜部まで延在する放熱膜を有する。

上記構成によれば、第２の薄膜部に形成された振動部で発生した熱の一部は、放熱膜が接する第１又は第２の電極から、放熱膜を経て、第１の薄膜部に伝達される。そのため、放熱経路が拡大し、かつ振動部で発生した熱を効率よく基板側へ放熱でき、耐電力性に優れる圧電共振子を作製できる。

また、振動部の周囲に放熱膜が配置されることにより、振動部の周囲において不要振動の発生が抑制される。これにより、スプリアスが抑制され、Ｑ値の劣化による発熱が抑えられ、耐電力性に優れる圧電共振子が作製できる。

さらに、所望の共振周波数を得られる振動部の膜構成のまま、放熱膜により薄膜部の厚みを厚くできるため、第２の薄膜部が基板から浮いているメンブレン構造の機械的強度が向上する。

なお、電極が第１又は第２の電極の一方のみの周縁に接する場合には、振動部の外周の大部分を形成する第１又は第２の電極の周縁に接するようにすると、より効率的に放熱することができる。

また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した圧電共振子を提供する。

圧電共振子は、基板と、薄膜部とを備える。前記薄膜部は、前記基板に支持される第１の薄膜部と前記基板から音響的に分離されている第２の薄膜部とを含み、前記第２の薄膜部は圧電薄膜の両主面にそれぞれ第１及び第２の電極が配置され、膜厚方向に透視したときに前記第２の薄膜部において前記第１及び第２の電極が重なり合っている部分に振動部が形成されている。前記薄膜部は、前記振動部の外周の一部を形成する前記第１又は第２の電極の少なくとも一方の周縁に重なり、かつ、膜厚方向に透視したときに前記振動部の前記周縁よりも内側から前記第１の薄膜部まで延在する放熱膜を有する。

上記構成によれば、第２の薄膜部に形成された振動部で発生した熱の一部は、放熱膜が重なる第１又は第２の電極から、放熱膜を経て、第１の薄膜部に伝達される。そのため、放熱経路が拡大し、かつ振動部で発生した熱を効率よく基板側へ放熱でき、耐電力性に優れる圧電共振子を作製できる。

また、振動部の周囲に放熱膜が配置されることにより、振動部の周囲において不要振動の発生が抑制される。これにより、スプリアスが抑制され、Ｑ値の劣化による発熱が抑えられ、耐電力性に優れる圧電共振子が作製できる。

さらに、所望の共振周波数を得られる振動部の膜構成のまま、放熱膜により薄膜部の厚みを厚くできるため、第２の薄膜部が基板から浮いているメンブレン構造の機械的強度が向上する。

なお、電極が第１又は第２の電極の一方のみの周縁に重なる場合には、振動部の外周の大部分を形成する第１又は第２の電極の周縁に重なるようにすると、より効率的に放熱することができる。

好ましくは、前記放熱膜は、膜厚方向に透視したときに前記振動部の前記外周よりも内側に配置される周縁の近傍部分において、該周縁から離れるほど厚みが大きくなる。

この場合、放熱膜の周縁近傍部分を断面テーパー形状にすることにより、振動部の外周よりも内側に配置される放熱膜の周縁の位置ずれの許容範囲が大きくなり、歩留まりのよい製品を量産できる。

好ましくは、前記圧電薄膜部は、膜厚方向に透視したときに、前記振動部の前記外周から間隔を設けて内側に段差部を備えた段差形成膜をさらに有する。

この場合、段差形成膜には、振動部の外周との間に間隔を設けて段差部が形成されるため、共振周波数以下のスプリアスがより良く抑制され、損失の少ない圧電共振子を作製できる。

好ましくは、前記振動部を形成する前記第１の電極の膜厚と、前記振動部を形成する前記第２の電極の膜厚とが異なる。

この場合、例えばフィルタを構成する異なる周波数をもつ圧電共振子を精度良く作製できる。

より好ましくは、前記振動部を形成する前記第１の電極の膜厚が相対的に小さく、前記振動部を形成する前記第２の電極の膜厚が相対的に大きい。

この場合、例えばフィルタを構成する異なる周波数をもつ圧電共振子の全てについて、十分にスプリアスを抑制することができる。

また、本発明は、上記課題を解決するため、以下のように構成した圧電フィルタを提供する。

圧電フィルタは、同一の前記基板に複数の前記振動部が形成された上述したいずれか一つの構成の圧電共振子を備え、複数の前記振動部を形成する前記第１及び第２の電極が電気的に接続されてフィルタ回路が構成されている。

この場合、リップルが抑制され、損失増加による発熱が抑えられ、耐電力性に優れた圧電フィルタを作製できる。また、放熱経路が拡大し、かつ振動部で発生した熱を効率よく支持部へ放熱できるので、耐電力性に優れた圧電フィルタを作製できる。また、第２の薄膜部が基板から浮いているメンブレン構造の強度を向上することができる。

好ましくは、複数の前記振動部は、膜厚方向に透視したときの形状が、正方形、又は長短辺の比率が２以下の長方形である。

この場合、複数の振動部を高密度に配置することができるので、無駄な領域が省け、フィルタ全体の面積を小さくできる。

好ましくは、複数の前記振動部は、膜厚方向に透視したときの形状が、正方形、又は長短辺の比率が黄金比の長方形である。

この場合、複数の振動部を高密度に配置することができるので、無駄な領域が省け、フィルタ全体の面積を小さくできる。

本発明の圧電共振子及び圧電フィルタは、放熱性を向上すると同時に、不要振動による発熱を防ぐことができる。

圧電共振子の平面図である。（実施例１） 圧電共振子の断面図である。（実施例１） 圧電共振子のスミスチャートである。（実施例１） 圧電共振子のスミスチャートである。 熱伝達のモデル図である。 圧電共振子の断面図である。（変形例１） 圧電共振子の平面図である。（変形例２） 圧電共振子のスミスチャートである。（実施例２） 圧電共振子の断面図である。（実施例３） 圧電フィルタの断面図である。（実施例４） 圧電フィルタの回路図である。（実施例４） 圧電フィルタのレイアウト図である。（実施例６） 圧電フィルタの回路図である。（実施例６） 圧電共振子の断面図である。（実施例７） 圧電共振子の回路図である。（実施例８） 圧電共振子の回路図である。（実施例９） 圧電共振子の平面図である。（従来例） 圧電共振子の断面図である。（従来例）

符号の説明

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｐ，１０ｑ，１０ｒ，１０ｘ，１０ｙ，１０ｚ 圧電共振子
１０ｋ 圧電フィルタ
１２，１２ｘ，１２ｙ，１２ｚ 基板
１３ 空隙
１４，１４ｋ 支持膜
１６，１６ｓ，１６ｔ，１６ｘ，１６ｙ，１６ｚ 下部電極（電極）
１７，１７ｋ，１７ｘ，１７ｙ，１７ｚ 圧電膜（圧電薄膜）
１８，１８ｓ，１８ｔ，１８ｘ，１８ｙ，１８ｚ 上部電極（電極）
２０ 放熱膜
２１ 開口
２２ 段差形成膜
２４，２４ｓ，２４ｔ 振動部
５０，５０ａ ＤＰＸ

以下、本発明の実施の形態として実施例について、図１〜図１６を参照しながら説明する。

＜実施例１＞ 実施例１の圧電共振子１０について、図１〜図５を参照しながら説明する。

図１の平面図、図１の線Ａ−Ａに沿って切断した断面図である図２（ａ）、図１の線Ｂ−Ｂに沿って切断した断面図である図２（ｂ）に模式的に示すように、圧電共振子１０は、基板１２上に薄膜部が形成されている。すなわち、基板１２上に、支持膜１４、下部電極１６、圧電膜１７、上部電極１８、放熱膜２０及び段差形成膜２２が積層されている。図１において、下部電極１６及び上部電極１８には斜線を付しており、他の層が重なって隠れた部分は破線で示している。

薄膜部は、基板１２に支持された第１の薄膜部（図２（ａ）において符号Ｓで示す。）と、基板１２から空隙１３を介して浮いた第２の薄膜部（図２（ａ）において、符号Ｒ，Ｌ，Ｗで示す。）とを含む。第２の薄膜部には、下部電極１６と上部電極１８との間に圧電膜１７が挟まれた振動部（図２（ａ）において、符号Ｗで示す。）が形成されている。空隙１３は、図１において鎖線で示すように基板１２上に犠牲層１１を配置し、その上に下部電極１６等を積層した後に犠牲層１１を除去することによって形成する。

振動部２４は、膜厚方向（図１において紙面垂直方向、図２において上下方向）から透視したとき、図１において斜線を付した下部電極１６と上部電極１８とが重なり合う部分に形成される。

図１に示すように、振動部２４付近において、下部電極１６の幅は上部電極１８の幅よりも大きくなっており、例えば図２（ａ）において符号Ｌで示すように、膜厚方向に透視したときに下部電極１６が振動部Ｗよりも外側にはみ出した部分に付加膜領域が形成されている。この付加膜領域は、質量付加作用によって振動部内に振動を閉じ込める。

放熱膜２０には、図１に示すように、開口２１が形成されている。放熱膜２０の開口２１は、膜厚方向から見たとき、振動部２４の外周に接している。放熱膜２０は、図２に示すように、振動部２４の外周から第１の薄膜部まで延在している。放熱膜２０は、図１及び図２に示すように、振動部２４の外周の一部（３つの辺）を形成する上部電極１８の周縁１８ａ，１８ｂ，１８ｃに接している。

放熱膜２０は、膜厚方向から透視したときに、振動部２４の少なくとも一部に接していればよい。例えば、膜厚方向から透視したときに矩形の振動部２４の外周の４辺に放熱膜２０が接している図１に示した構成以外に、矩形の振動部２４の外周の３辺、２辺、又は１辺のみに接する構成としてもよい。また、振動部２４の外周のある辺の一部にのみ接してもよく、例えば切れ目（接しない部分）があってもよい。

放熱膜２０の開口２１の内側には、段差形成膜２２が配置されている。段差形成膜２２の厚さを変えることによって、振動部２４の共振周波数を調整することができる。 段差形成膜２２は、例えば、素子作製後にウェハ全体をエッチング、部分的にマスクをかけてウェハの一部をエッチング、素子個別にエッチングするなどして、周波数調整をするために用いることができる。

段差形成膜２２の外周近傍部分２３の厚さは、他の部分よりも小さくなっており、放熱膜２０の開口２１に沿って段差１９が形成されている。この段差１９によって、共振周波数以下の周波数領域におけるスプリアスを低減することができる。

なお、支持層１４や段差形成膜２２を無くした構成としてもよい。

次に、圧電共振子１０の作製例について説明する。

（ａ）基板１２上に、空隙を形成するための材料として、ＺｎＯからなるＺｎＯ犠牲層１１を形成する。このＺｎＯ犠牲層１１は、例えばウェットエッチングなどの適宜な方法で形成する。

（ｂ）次いで、ＺｎＯ犠牲層１１を覆うように、１００ｎｍの厚みのＳｉＯ２膜からなる支持層１４を形成する。その後、支持層１４の上に、順に、厚み１０ｎｍのＴｉ、厚み３０ｎｍのＰｔ、厚み６０ｎｍのＡｕ、厚み１０ｎｍのＰｔ、厚み１０ｎｍのＴｉの積層金属膜を、スパッタリングにより形成した後、フォトリソグラフィ法によりパターニングして、下部電極１６を形成する。

（ｃ）次いで、下部電極１６上を覆うように、ＡｌＮからなる圧電膜１７を、厚み１５８０ｎｍとなるようにスパッタリングにより成膜する。その後、パターニングを行い、下部電極１６の一部を露出させる。

（ｄ）次いで、圧電膜１７上に、順に、厚み１０ｎｍのＴｉ、厚み１０ｎｍのＰｔ、厚み６０ｎｍのＡｕ、厚み３０ｎｍのＰｔ、厚み１０ｎｍのＴｉの積層金属膜を、スパッタリングにより形成した後、フォトリソグラフィ法によりパターニングして、上部電極１８を形成する。

（ｅ）次いで、上部電極１８の周囲から第１の薄膜部に向かって設けられるＡｌＮからなる放熱膜２０を、厚み６８０ｎｍとなるように成膜し、パターニングを行い、開口２１を形成し、上部電極１８を露出させる。

（ｆ）次いで、放熱膜２０の開口２１に露出した上部電極１８の上面の全面に、ＳｉＯ_２膜からなる段差形成膜２２を厚み１００ｎｍとなるように成膜する。

（ｇ）次いで、段差形成膜２２の上面を、段差形成膜２２の外周（すなわち、放熱膜２０の開口２１）に沿ってドライエッチングにより除去し、段差形成膜２２の外周に沿って内側に、段差１９を形成する。このとき、段差形成膜２２の外周近傍部分２３の厚みが２０ｎｍ薄くなるように、ドライエッチングする。

上記の（ｃ）において、ＡｌＮからなる圧電膜１７を成膜した後、Ａｒプラズマを用いたＩＣＰ(Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ；誘導結合プラズマ)エッチング装置で、圧電膜１７の表面をエッチングし、平坦化処理してもよい。また、薄い圧電膜を形成して、その表面の平坦化処理を行い、その後、厚い圧電膜を形成して、その表面の平坦化処理を行ってもよい。このように、圧電膜１７を平坦化することにより、上部電極１７の結晶性が良くなり、耐電力性に優れた圧電共振子を作成することができる。なお、Ａｒ以外にＨｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎなどの希ガスやガスクラスターを用いてもよい。

次の表１に、圧電共振子１０の作製例について、膜厚、共振周波数、１ｐＦ相当面積を示す。

作製例では、段差形成膜２２の外周近傍部分２３により形成される段差領域の幅Ｄ（図２（ａ）参照）が、５μｍから２５μｍの範囲内であれば、ラム波に起因するスプリアスを抑制できる。また、段差１９のエッチング量は２０ｎｍ±５ｎｍ（中心値±２５％）の範囲内であれば、ラム波に起因するスプリアスを抑制できる。下部電極１６の付加膜領域の幅Ｌ（図２（ａ）参照）は、１０μｍ以上あれば、ラム波に起因するスプリアスを抑制できる。

放熱膜２０の膜厚によって、スプリアスが変化する。表１に示した放熱膜ＡｌＮの厚みを０ｎｍ（放熱膜２０なし）から、徐々に厚くしていったときのスプリアス特性の変化を、図３のスミスチャートに示す。図３（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）に示すように、放熱膜ＡｌＮの厚みが６６０ｎｍ〜７００ｎｍの間では、スプリアスが抑制されているが、図３（ａ）、（ｂ）及び（ｆ）に示すように、それ以外ではスプリアスが多く発生していることが分かる。不要振動は振動部内に閉じこもり、電極外周部などで散乱を受けてＱ値劣化を引き起こし、同時に不要振動のエネルギーは熱エネルギーに変換され、発熱の原因となる。

したがって、放熱膜２０の厚みは、６８０ｎｍ±２０ｎｍ（中心値±３％）の範囲内であれば、ラム波に起因するスプリアスを抑制できる。

次に、Ｑ値が劣化すると耐電力性が劣化する例を、図４に示す。

図４（ａ）及び（ｂ）のスミスチャートに示すような共振特性をもった共振子に対して耐電力試験を行った結果、素子の破壊電力は、それぞれ、１．０Ｗと３．４Ｗであり、破壊時の素子温度はともに約２００度で同等であった。つまり、図４（ａ）に示されたようにスプリアスの多い圧電共振子では、低い投入電力でも素子の発熱量が大きく、耐電力性能が低いことが分かる。一方、図４（ｂ）に示されたようにスプリアスが抑制された圧電共振子は、耐電力性能が良好であることが実験的に分かる。

なお、ここで説明する耐電力試験とは、圧電共振子に投入する電力を発熱による周波数シフトに応じながら、徐々に増やしていく、投入電力をステップアップしていく試験（ステップアップ試験）のことを指す。

つまり、放熱膜２０を付加することによって、スプリアスが抑制され、Ｑ値の劣化による発熱が抑えられる。

さらに、段差形成膜２２の外周に沿って段差１９が形成されているので、共振周波数以下の周波数領域におけるスプリアスが抑制され、Ｑ値の劣化による発熱が抑えられる。

また、振動部で発生した熱の一部は、上部電極１８から、上部電極１８に接する放熱膜２２を経て、第１の薄膜部に伝達される。そのため、放熱経路が拡大し、かつ振動部で発生した熱を効率よく支持部へ放熱する。

次に、放熱経路が拡大し、かつ振動部で発生した熱を効率よく支持部へ放熱する点について説明する。

一般に、図５に示す固体のＡ面からＢ面に伝わる熱量Ｑは、次の式（１）で表すことができる。
Ｑ＝λ・Ｗ・ｔ・（Ｔ_Ａ−Ｔ_Ｂ）／Ｌ ・・・（１）
ここで、λ：熱伝導率
Ｗ：伝熱経路断面の幅
ｔ：伝熱経路断面の厚さ
Ｔ_Ａ：Ａ面の温度
Ｔ_Ｂ：Ｂ面の温度
Ｌ：伝熱経路の距離

放熱性の低さを示す熱抵抗Ｒの逆数１／Ｒは、放熱性の高さを示す指標であり、１／Ｒが大きいほど放熱性高い。式（１）のλ、Ｗ、ｔ、Ｌを用いると、１／Ｒは、次の式（２）のようになる。
１／Ｒ＝λ・Ｗ・ｔ／Ｌ ・・・（２）

この式（２）より、λ、Ｗ、ｔが大きいほど、また、Ｌが小さいほど、放熱性が高くなる。

つまり、特許文献１に開示された従来例では、振動部での発熱は、一旦、膜厚が１００−２００ｎｍ程度の金属膜で熱伝導性が悪い配線部や、振動部外側の圧電膜を伝わり、その後、放熱膜が形成された領域を伝わって、支持部へ到達し、例えば良熱伝導体であるＳｉ基板を伝わって放熱される。

それに対して、本発明の第１実施例の構成では、放熱膜は振動部に接しているため、振動部での発熱は放熱膜が形成された領域に直接伝わり、その後、支持部へ到達し、良熱伝導体であるＳｉ基板を伝わって放熱されるため、従来例よりも放熱効率が格段に上昇する。

放熱膜２０には、圧電共振子１０の構造材料に用いられる材料を用いると、新規に材料を用意する必要がないため、デバイスの低コスト化が実現できる。次の表２に、圧電共振子に用いられる各種材料の熱伝達率を示す。

表２より、放熱膜に用いる絶縁材料としては、熱伝導率が大きいＡｌＮが適していることが分かる。また、放熱膜にはダイヤモンド、ＤＬＣ、支持膜には、ＡｌＮ、ダイヤモンド、ＤＬＣを用いても良い。

ダイヤモンド薄膜は、マイクロ波プラズマ法、熱フィラメント法、高周波プラズマ法、燃焼炎法のいずれかで成膜すると良い。ＤＬＣ薄膜は、ＣＶＤ（化学気相堆積）法、特にプラズマＣＶＤ法、ＰＶＤ（物理気相堆積）法、スパッタ法、イオンプレーティング法のいずれかで成膜すると良い。

なお、導電材料を放熱膜に用いることも可能であるが、振動部の全周を覆うように配置すると配線のショートを防ぐ必要があるため構成が複雑になるので、現実的には部分的にしか配置できない上、余計な寄生容量や、電磁気干渉等を引き起こす可能性もあるため、放熱膜２０は絶縁膜の方がより好ましい。

実施例１の圧電共振子１０は、振動部に対応する開口２１が形成された放熱膜２０を付加することにより、所望の共振周波数を得たまま、第２の薄膜部のうち振動部以外の部分の厚みを増すことができる。これによって、第２の薄膜部が基板から浮いているメンブレン構造の強度を向上することができる。

＜変形例１＞ 図６の断面図に示す圧電共振子１０ａように、放熱膜２０の一部２１ａが、振動部の少なくとも一部重なっていてもよい。この場合、放熱膜２０は、振動部の少なくとも一部を覆っていればよい。

＜変形例２＞ 図７の平面図に示す圧電共振子１０ｂように、放熱膜２０は、上部電極１８及び下部電極１６の引き出し配線部方向（図において上下方向）へは伸ばさずに、配線部を避けた部分（図において左右方向）にのみ伸びるように配置してもよい。

＜実施例２＞ 実施例２は、基本的には実施例１と同じ構成である。以下、実施例１とは同様の部分には同じ符号を用い、実施例１との相違点を中心に説明する。

実施例２の圧電共振子は、次の表３に示すように、膜構成が実施例１の表１とは異なる。

図８のスミスチャートは、放熱膜ＡｌＮの膜厚のみを変えたときの共振特性を示す。図８（ｃ）及び（ｄ）から、放熱膜ＡｌＮは、９００ｎｍ±２０ｎｍ（中心値±２．３％）の範囲内であれば、ラム波に起因するスプリアスを抑制できることが分かる。

表３を表１と比較すると、実施例２は、実施例１の構造よりも容量１ｐＦの共振子を作成するのに必要な面積が２７％削減される。そのため、実施例２は、素子の小型化を実現できる。また、振動部の面積が小さくて済むため、振動部の中心で発生した熱が放熱膜部へ到達するまでの距離が短くなり、放熱性に優れ、耐電力性に優れる。

＜実施例３＞ 実施例３の圧電共振子について、図９の断面図を参照しながら説明する。

実施例３の圧電共振子は、放熱膜が振動部に接する、又は重なる端部の近傍部分にテーパーを形成した点以外は、実施例１と同様に構成されている。図９では、段差形成膜や支持膜が図示されていないが、段差形成膜や支持膜は、あっても無くてもどちらでも構わない。

図９（ａ）に示された圧電共振子１０ｐは、放熱膜２０の断面テーパー形状の端部２１ｐが、上部電極１８の上に重なり、膜厚方向から透視すると、放熱膜２０は振動部の外周よりも内側に重なっている。

図９（ｂ）に示された圧電共振子１０ｑは、放熱膜２０の断面テーパー形状の端部２１ｑが上部電極１８と接しており、膜厚方向から透視すると、放熱膜２０は振動部に接している。

図９（ｃ）に示された圧電共振子１０ｒは、放熱膜２０の断面テーパー形状の端部２１ｒの上に、上部電極１８が重なり、膜厚方向から透視すると、放熱膜は振動部の外周よりも内側に重なっている場合を示している。

いずれの場合においても、放熱膜２０の端部２１ｐ，２１ｑ，２１ｒにテーパーが形成されることによって、振動部端部での音響特性が徐々に変化するため、スプリアス抑制可能な放熱膜２０の許容位置ずれ範囲が大きくなり、製造上の余裕が広がる。例えば、テーパー角度９０度（垂直）では、重なり領域の幅Ｘ（図９（ａ）参照）が、Ｘ≦０．５μｍを満たしているとき、スプリアスが十分抑制される。テーパー角度４５度では、Ｘ＜１．０μｍを満たしているとき、スプリアスが十分抑制される。つまり、テーパー角度がゆるやかなほど許容位置ずれ範囲が広がる。

＜実施例４＞ 実施例４の圧電フィルタについて、図１０及び図１１を参照しながら説明する。

図１０の断面図に示すように、圧電フィルタ１０ｋは、同一基板１２上に、複数の圧電共振子Ｓ１，Ｐ１が形成されている。すなわち、空隙１３を介して基板１２から浮いている第２の薄膜部に、電極１６ｓ，１８ｓ；１６ｔ，１８ｔの間に圧電膜１７ｋが挟まれた振動部２４ｓ，２４ｔが複数形成されている。圧電フィルタ１０ｋは、図１１の回路図に示すように、圧電共振子Ｓ１が直列に接続され、圧電共振子Ｐ１が並列に接続されたＬ型１段を基本構成として、多段にカスケード接続されている。

圧電フィルタ１０ｋの作製例の膜構成を、次の表４に示す。

実施例４の圧電フィルタ１０ｋは、リップルが抑制され、損失増加による発熱が抑えられるため、耐電力性に優れる。また、放熱経路が拡大し、かつ振動部で発生した熱を効率よく支持部へ放熱できるため、耐電力性に優れる。

表４の圧電膜ＡｌＮを形成する際に、実施例１の圧電共振子と同様に、圧電膜１７ｋを形成して、その表面の平坦化処理を行い、その後、共振周波数の低い並列共振子Ｐ１の圧電膜をレジストなどで保護した後、さらに、共振周波数の高い直列共振子Ｓ１の圧電膜の表面の平坦化処理を行う。

＜実施例５＞ 実施例５の圧電フィルタは、実施例４の圧電フィルタと同様に構成されており、膜構成のみが実施例４とは異なる。実施例４の膜構成を、次の表５に示す。

実施例５の圧電フィルタは、実施例４の構造よりも容量１ｐＦの共振子を作成するのに必要な面積が２７％削減されるため、素子の小型化が実現できる。また、振動部の面積が小さくて済むため、振動部の中心で発生した熱が放熱膜部へ到達するまでの距離が短く、放熱性に優れ、耐電力性に優れる。

＜実施例６＞ 実施例６の圧電フィルタについて、図１２及び図１３を参照しながら説明する。

図１２の回路図に示すように、実施例６の圧電フィルタは、直列に接続された圧電共振子Ｓ１〜Ｓ４の間に、圧電共振子Ｐ１〜Ｐ３が並列に接続されている。圧電共振子Ｓ１〜Ｓ４，Ｐ１〜Ｐ３は、圧電フィルタ内において、図１３の上面図に示すように配置される。

実施例６の圧電フィルタの作製例について、各共振子Ｓ１〜Ｓ４，Ｐ１〜Ｐ３の膜構成を、次の表６に示す。

また、次の表７に、各共振子Ｓ１〜Ｓ４，Ｐ１〜Ｐ３の特性値を示す。

表６及び表７の作製例は、ＵＳ−ＰＣＳ帯Ｔｘフィルタ（通過帯域：１８５０ＭＨｚ〜１９１０ＭＨｚ）の一例である。

圧電共振子や圧電フィルタの断面構成は、実施例１〜５のいずれを用いてもよい。また、圧電共振子の膜構成は、実施例５（表５）のようにしてもよい。

共振子の振動部を膜厚方向から透視したときの形状は、矩形が適している。共振子の振動部を膜厚方向から透視したときの形状は、長方形、又は長短辺の比率が２以下の長方形、特に、長短辺比率が黄金比である長方形（長短辺の比率が約１：１．６である長方形）で組み合わせると、図１３のようにレイアウトしたときに無駄な領域が省け、フィルタ全体の面積を小さくできる。

なお、黄金比は、最も美しいとされる比であり、近似値は１：１．６１８である。線分をａ，ｂの長さで２つに分割するときに、ａ：ｂ＝ｂ：（ａ＋ｂ）が成り立つように分割したときの比ａ：ｂのことである。

＜実施例７＞ 実施例７の圧電共振子について、図１４を参照しながら説明する。

図１４（ａ）の断面図に示した圧電共振子１０ｘは、実施例１と同様に、電極１６ｘ，１８ｘの間に圧電薄膜１７ｘが挟まれた振動部２４ｘを備え、膜厚方向から透視したときに振動部２４ｘの外周を形成する上部電極１８ｘの周縁に、放熱膜２０が接している。なお、放熱膜２０は、膜厚方向から透視したときに振動部２４ｘの外周を形成する上部電極１８ｘの周縁を越えて、上部電極１８ｘの周縁近傍部分にが重なっていてもよい。

実施例１とは異なり、振動部２４ｘと基板１２ｘとの間には、それぞれの厚みがおおよそλ／４の低音響インピーダンス層３２ｘと高音響インピーダンス層３４ｘとが交互に積層された音響反射層３０ｘが設けられている。λ（ｍ）は、材料の音速ｖ（ｍ／ｓ）と共振子の動作周波数ｆ（Ｈｚ）から、λ＝ｖ／ｆで決定される値である。振動部２４ｘの振動は、音響反射層３０ｘで反射され、基板１２ｘには伝達されない。つまり、基板１２ｘと振動部２４ｘとは、音響反射層３０ｘによって、音響的に分離されている。

低音響インピーダンス層３２ｘには、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、ポリイミド、Ａｌなどを用い、高音響インピーダンス層３４ｘにはＴａ_２Ｏ_５、ダイヤモンド、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、Ｓｉ、ＳｉＮ、ＡｌＮ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｗ、Ｍｏを用いればよい。

圧電共振子１０ｘは、図示されていないが、振動部２４ｘから離れた位置には音響反射層３０ｘが設けられていない。そのため、音響反射層３０ｘよりも上に圧電膜１７などで形成されている薄膜部は、振動部２４ｘから離れた位置において、音響反射層３０ｘを介さずに、基板２４ｘに直接支持されている。

なお、図１４（ｂ）の断面図に示した圧電共振子１０ｙや、図１４（ｃ）の断面図に示した圧電共振子１０ｚのように、電極１６ｙ，１８ｙ；１６ｚ，１８ｚの間に圧電薄膜１７ｙ，１７ｚが挟まれた振動部２４ｙ，２４ｚから離れた位置において、音響反射層３０ｙ，３０ｚを構成する低音響インピーダンス層３２ｙ，３２ｚ及び高音響インピーダンス層３４ｙ，３４ｚのうちの一部の延長部分を介して、薄膜部が基板１２ｙ，１２ｚに支持されるように構成してよい。

圧電共振子１０ｘ，１０ｙ，１０ｚは、振動部２４ｘ，２４ｙ，２４ｚと基板１２ｘ，１２ｙ，１２ｚとの間に空隙がないため、機械的な強度に優れ、さらに放熱性にも優れる。

＜実施例８＞ 実施例８のＤＰＸ（分波器）５０は、図１５の回路図に示すように、実施例１〜７に示した圧電共振子・フィルタ５１〜６５とインダクタＬ１〜Ｌ８とを用いて構成されている。図１５に示す共振子５１〜６５は、実施例１〜７に示したＢＡＷ共振子を用いても良いし、一部ＳＡＷ共振子、弾性境界波共振子を使っても良い。

図１５に示すＤＰＸ５０は、Ｔｘ端、Ｒｘ端ともに不平衡（アンバランス信号）信号を入・出力できるように構成されているが、Ｒｘ端子に縦結合型ＳＡＷフィルタ、縦結合型ＢＡＷフィルタ、弾性境界波フィルタなどのように不平衡信号を平衡信号（バランス信号）に変換する機能を持ったフィルタを用いることで、Ｒｘ端は平衡信号を出力できる。

＜実施例９＞ 実施例９のＤＰＸ（分波器）５０ａは、図１６の回路図に示すように、実施例１〜７に示した圧電共振子・フィルタ５１ａ〜６５ａとインダクタＬ１〜Ｌ９と抵抗７０とを用いて構成されている。

実施例９のＤＰＸ５０ａは、Ｒｘフィルタを構成する共振子６４ａに対してインダクタＬ９が並列接続されていることが特徴である。Ｒｘフィルタを構成する共振子５８，６０，６２は、ほぼ同一の周波数で動作する直列共振子を構成する。共振子５９，６１，６３，６５は、直列共振子よりも動作周波数が低く設定された並列共振子を構成する。直列共振子６４は、動作周波数が他の直列共振子５８，６０，６２より低く、並列共振子５９，６１，６３，６５より動作周波数が高くなるように設定することが望ましい。このような構成により、小さい比帯域の共振子であっても広い通過帯域のフィルタを実現できる。

＜まとめ＞ 以上に説明したように、振動部の周囲から第１の薄膜部まで延在する放熱膜を設け、電極のうち振動部の外周を形成する部分に放熱膜が接し又は重なるように構成することによって、放熱性を向上すると同時に、不要振動による発熱を防ぐことができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することができる。

Claims (9)

1. 基板と、
   前記基板に支持される第１の薄膜部と前記基板から音響的に分離されている第２の薄膜部とを含み、前記第２の薄膜部は圧電薄膜の両主面にそれぞれ第１及び第２の電極が配置され、膜厚方向に透視したときに前記第２の薄膜部において前記第１及び第２の電極が重なり合っている部分に振動部が形成された、薄膜部と、
   を備えた圧電共振子であって、
   前記薄膜部は、前記振動部の外周の一部を形成する前記第１又は第２の電極の少なくとも一方の周縁に接し、かつ、膜厚方向に透視したときに前記周縁から前記第１の薄膜部まで延在する放熱膜を有することを特徴とする、圧電共振子。
2. 基板と、
   前記基板に支持される第１の薄膜部と前記基板から音響的に分離されている第２の薄膜部とを含み、前記第２の薄膜部は圧電薄膜の両主面にそれぞれ第１及び第２の電極が配置され、膜厚方向に透視したときに前記第２の薄膜部において前記第１及び第２の電極が重なり合っている部分に振動部が形成された、薄膜部と、
   を備えた圧電共振子であって、
   前記薄膜部は、前記振動部の外周の一部を形成する前記第１又は第２の電極の少なくとも一方の周縁に重なり、かつ、膜厚方向に透視したときに前記振動部の前記周縁よりも内側から前記第１の薄膜部まで延在する放熱膜を有することを特徴とする、圧電共振子。
3. 前記放熱膜は、膜厚方向に透視したときに前記振動部の前記外周よりも内側に配置される周縁の近傍部分において、該周縁から離れるほど厚みが大きくなることを特徴とする、請求項２に記載の圧電共振子。
4. 前記圧電薄膜部は、膜厚方向に透視したときに、前記振動部の前記外周から間隔を設けて内側に段差部を備えた段差形成膜をさらに有することを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の圧電共振子。
5. 前記振動部を形成する前記第１の電極の膜厚と、前記振動部を形成する前記第２の電極の膜厚とが異なることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の圧電共振子。
6. 前記振動部を形成する前記第１の電極の膜厚が相対的に小さく、前記振動部を形成する前記第２の電極の膜厚が相対的に大きいことを特徴とする、請求項５に記載の圧電共振子。
7. 同一の前記基板に複数の前記振動部が形成された請求項１〜６のいずれか一つに記載の圧電共振子を備え、複数の前記振動部を形成する前記第１及び第２の電極が電気的に接続されてフィルタ回路が構成されていることを特徴とする、圧電フィルタ。
8. 複数の前記振動部は、膜厚方向に透視したときの形状が、正方形、又は長短辺の比率が２以下の長方形であることを特徴とする、請求項７に記載の圧電フィルタ。
9. 複数の前記振動部は、膜厚方向に透視したときの形状が、正方形、又は長短辺の比率が黄金比の長方形であることを特徴とする、請求項７に記載の圧電フィルタ。

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