KR102294238B1 - 탄성파 장치, 탄성파 장치 패키지, 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 - Google Patents
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Abstract
실리콘으로 구성되는 지지 기판 내를 전파하는 고차 모드의 주파수 위치가 불균일해지기 어려운, 탄성파 장치를 제공한다.
실리콘으로 구성되는 지지 기판(2)과, 지지 기판(2) 상에 직접적 또는 간접적으로 마련되어 있고, 서로 대향하는 한 쌍의 주면을 가지는 압전체(4)와, 압전체(4)의 적어도 한쪽 주면 상에 직접적 또는 간접적으로 마련되어 있고, 전극지 피치로 정해지는 파장이 λ인 IDT 전극(5)을 포함하며, 하기의 식(2)로부터 도출되는 x의 해 V1, V2, V3 중 V1에 의해 규정되는, 지지 기판(2) 내를 전파하는 벌크파의 음속 VSi=(V1)1/2이 5500m/초 이상인, 탄성파 장치(1).
Ax3+Bx2+Cx+D=0 …식(2)
실리콘으로 구성되는 지지 기판(2)과, 지지 기판(2) 상에 직접적 또는 간접적으로 마련되어 있고, 서로 대향하는 한 쌍의 주면을 가지는 압전체(4)와, 압전체(4)의 적어도 한쪽 주면 상에 직접적 또는 간접적으로 마련되어 있고, 전극지 피치로 정해지는 파장이 λ인 IDT 전극(5)을 포함하며, 하기의 식(2)로부터 도출되는 x의 해 V1, V2, V3 중 V1에 의해 규정되는, 지지 기판(2) 내를 전파하는 벌크파의 음속 VSi=(V1)1/2이 5500m/초 이상인, 탄성파 장치(1).
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Description
본 발명은 실리콘으로 구성되는 지지 기판을 가지는 탄성파 장치, 탄성파 장치 패키지, 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 관한 것이다.
종래, 실리콘으로 구성되는 지지 기판을 사용한 탄성파 장치가 종종 제안되고 있다. 하기의 특허문헌 1에서는 실리콘으로 구성되는 지지 기판 상에 유기 접착층과 압전 기판을 적층하여 이루어지는 탄성파 장치가 개시되어 있다. 그리고 실리콘으로 구성되는 지지 기판의 (111)면에서 접합시킴으로써 내열성을 높이고 있다.
특허문헌 1에서는 실리콘으로 구성되는 지지 기판의 결정 방위에 따라서는 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속이 변화되고, 지지 기판 내를 전파하는 고차 모드의 주파수 위치가 불균일한 경우가 있다. 그리고 지지 기판 내를 전파하는 고차 모드의 주파수 위치가 불균일하면, 원하지 않는 주파수 위치에 고차 모드에 의한 응답이 발생할 가능성이 높아진다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 실리콘으로 구성되는 지지 기판 내를 전파하는 고차 모드의 주파수 위치가 불균일해지기 어려운 탄성파 장치를 제공하는 것에 있다. 본 발명의 다른 목적은 본 발명의 탄성파 장치를 가지는, 탄성파 장치 패키지, 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은 실리콘으로 구성되어 있는 지지 기판과, 상기 지지 기판 상에 직접적 또는 간접적으로 마련되어 있고, 서로 대향하는 한 쌍의 주면을 가지는 압전체와, 상기 압전체의 적어도 한쪽의 상기 주면 상에 직접적 또는 간접적으로 마련되어 있고, 전극지(電極指) 피치로 정해지는 파장이 λ인 IDT 전극을 포함하며, 상기 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속인 하기의 식(1)의 음속 VSi가 5500m/초 이상인, 탄성파 장치이다.
VSi=(V1)1/2(m/초) …식(1)
식(1)에서의 V1은 하기의 식(2)의 해이다.
Ax3+Bx2+Cx+D=0 …식(2)
식(2)에서, A, B, C 및 D는 각각 하기의 식(2A)~(2D)로 나타내지는 값이다.
A=-ρ3 …식(2A)
B=ρ2(L11+L22+L33) …식(2B)
C=ρ(L21 2+L23 2+L31 2-L11·L33-L22·L33-L11·L22) …식(2C)
D=2·L21·L23·L31+L11·L22·L33-L31 2·L22-L11·L23 2-L21 2·L33 …식(2D)
단, 식(2A), 식(2B), 식(2C) 또는 식(2D)에서, ρ는 2.331(g/㎤)이다. 또한, L11, L22, L33, L21, L31 및 L23은 하기의 식(3A)~(3F)로 나타내지는 값이다.
L11=c11·a1 2+c44·a2 2+c44·a3 2 …식(3A)
L22=c44·a1 2+c11·a2 2+c44·a3 2 …식(3B)
L33=c44·a1 2+c44·a2 2+c11·a3 2 …식(3C)
L21=(c12+c44)·a2·a1 …식(3D)
L31=(c12+c44)·a1·a3 …식(3E)
L23=(c44+c12)·a3·a2 …식(3F)
단, 식(3A)~(3F)에서, c11, c12, c44는 각각 c11=1.674E+11(N/㎡), c12=6.523E+10(N/㎡), c44=7.957E+10(N/㎡)이다. 또한, a1, a2 및 a3은 하기의 식(4A)~(4C)로 나타내지는 값이다.
a1=cos(φ)·cos(ψ)-sin(φ)·cos(θ)·sin(ψ) …식(4A)
a2=sin(φ)·cos(ψ)+cos(φ)·cos(θ)·sin(ψ) …식(4B)
a3=sin(θ)·sin(ψ) …식(4C)
한편, 식(4A)~(4C)에서의 φ, θ 및 ψ는 상기 지지 기판의 결정 방위(φ, θ, ψ)에서의 φ, θ, ψ이다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 어느 특정 국면에서는 상기 식(1)에서의 상기 V1은 상기 식(2)의 해 V1, V2, V3 중 가장 작은 값이다. 이로써, 고차 모드의 주파수 위치를 한층 더 효과적으로 안정시킬 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는 상기 압전체의 막 두께는 3.5λ 이하로 되어 있다. 압전체의 막 두께를 3.5λ 이하로 함으로써 탄성파의 에너지 집중도를 높일 수 있고, 손실을 저감하는 것이 가능해진다.
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본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는 상기 압전체가 탄탈산리튬으로 이루어진다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 지지 기판을 전파하는 벌크파의 음속이 상기 압전체를 전파하는 탄성파의 음속보다도 높다. 이 경우에는 Q값을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는 상기 지지 기판과 상기 압전체 사이에 마련되어 있으면서, 전파하는 벌크파의 음속이 상기 압전체를 전파하는 탄성파의 음속보다도 낮은 저음속 재료로 이루어지는 저음속 재료층이 더 포함되어 있다. 이 경우에는 탄성파를 압전체 내에 효과적으로 가둘 수 있다. 저음속 재료층을 배치함으로써 탄성파의 음속이 저하된다. 탄성파의 에너지는 본질적으로 저음속인 매질에 집중된다. 따라서, 압전체 내 및 탄성파가 여진(勵振)되어 있는 IDT 전극 내로의 탄성파 에너지의 가둠 효과를 높일 수 있다. 그 결과, 저음속 재료층이 마련되어 있지 않은 경우에 비해, 손실을 저감하고, Q값을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는 상기 저음속 재료층의 막 두께는 2λ 이하로 되어 있다. 이 경우에는 저음속 재료층으로서의 저음속막의 막 두께를 2λ 이하의 범위 내에서 선택함으로써, 전기기계 결합 계수를 용이하게 조정할 수 있다. 또한, 저음속막의 막 응력에 의한 탄성파 장치의 휨이 저감된다. 따라서, 설계의 자유도를 높일 수 있다. 또한, 취급하기 쉬운 고품질의 탄성파 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 저음속 재료층이 산화규소로 이루어진다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 압전체가 탄탈산리튬으로 이루어지고, 상기 저음속 재료층이 산화규소로 이루어진다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는 상기 지지 기판과 상기 저음속 재료층 사이에 마련되어 있으면서, 전파하는 벌크파의 음속이 상기 압전체를 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은 고음속 재료로 이루어지는 고음속 재료층이 더 포함되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 탄성파 장치는 통과대역이 다른 복수개의 대역통과형 필터를 가지는 멀티플렉서에서, 적어도 하나의 다른 대역통과형 필터보다도 통과대역이 낮은 대역통과형 필터에 이용된다. 이 경우에는 적어도 하나의 다른 대역통과형 필터의 통과대역을 피하도록, 탄성파 장치에서의 고차 모드의 주파수 위치를 어긋나게 하면 된다. 그로써, 다른 대역통과형 필터 특성의 열화를 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는 상기 지지 기판의 두께가 10λ 이상, 180㎛ 이하이며, 상기 λ가 18㎛ 이하이다. 이 경우에는 지지 기판의 두께가 10λ 이상이기 때문에, 고차 모드의 위상 최대값을 작게 할 수 있다. 즉, 고차 모드의 리스폰스 강도를 억제하기 위해서는 지지 기판의 두께가 10λ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 지지 기판의 두께가 180㎛ 이하인 경우에는 방열성을 높일 수 있으면서, 저배화(低背化)를 진행시킬 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 압전체와, 상기 IDT 전극 사이에 마련된 유전체층이 더 포함되어 있다. 이 경우에는 유전체층의 막 두께에 의해 공진자의 비대역을 조정하는 것이 가능해진다. 따라서, 각 통과대역에 요구되는 대역폭에 적합한 비대역을 선택함으로써, 필터 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 유전체층이 산화규소 또는 오산화탄탈로 이루어진다. 이 경우에는 탄성파 장치의 주파수 온도특성을 개선할 수 있다. 유전체층을 배치함으로써, 탄성파의 에너지 분포를 바꾸는 것이 가능해진다. 따라서, 디바이스의 온도특성을 조정할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 유전체층이 산화규소로 이루어진다. 이 경우에는 탄성파를 압전체 내에 효과적으로 가둘 수 있으면서, 주파수 온도특성을 보다 효과적으로 개선할 수 있다. 산화규소 등의 양의 주파수 온도특성을 가지는 재료를 배치함으로써, 주파수 온도특성을 개선할 수 있다. 또한, 산화규소는 저음속인 재료이고 일반적으로 탄성파의 에너지는 저음속인 재료에 집중되므로, 탄성파의 가둠 효과를 개선하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 지지 기판 상에 마련되어 있고, 상기 IDT 전극을 둘러싸는 지지층과, 상기 지지층을 덮고 있고, 상기 IDT 전극을 둘러싸는 중공 공간을 구성하고 있는 커버 부재와, 상기 커버 부재 상에 마련되어 있고, 상기 IDT 전극에 전기적으로 접속되어 있는 복수개의 금속 범프가 더 포함되어 있다. 이 경우에는 본 발명에 따라 WLP 구조의 탄성파 장치를 제공할 수 있다. 전극을 둘러싸는 지지층과 커버 부재에 의해 IDT 전극을 둘러싸는 중공 공간을 형성할 수 있다. 외측을 수지로 덮은 경우에도 중공 공간을 유지할 수 있다. 따라서, 탄성파의 여진을 저해하지 않는다. 또한, IDT 전극에 접속된 금속 범프가 포함되어 있으므로, 전기신호를 꺼내는 것이 가능하다. 즉, 이 구성으로 함으로써 웨이퍼 레벨에서의 패키징(WLP)이 가능해진다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 지지 기판 상에 마련되어 있고, 상기 IDT 전극을 둘러싸는 지지층과, 상기 지지층을 덮고 있고, 상기 IDT 전극을 둘러싸는 중공 공간을 구성하고 있으며, 무기재료로 이루어지는 커버 부재가 더 포함되어 있고, 상기 지지층으로 둘러싸인 영역 내에서, 상기 지지 기판을 관통하고 있는 적어도 하나의 관통 전극과, 상기 적어도 하나의 관통 전극에 전기적으로 접속되어 있으면서 상기 지지 기판의 상기 IDT 전극이 마련되어 있는 측과는 반대 측의 면에 마련되어 있는 적어도 하나의 단자 전극이 상기 지지 기판에 마련되어 있고, 상기 적어도 하나의 관통 전극이 상기 IDT 전극과 상기 적어도 하나의 단자 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 이 경우에는 커버 부재가 무기재료로 이루어지고, 높은 강도를 가지기 때문에 몰드 내성을 높일 수 있다. 또한, 상기 지지 기판의 상기 IDT 전극이 마련되어 있는 측과는 반대 측의 면에 단자 전극이 마련되어 있음으로써, 커버 부재 측에 단자 전극을 마련하는 경우에 비해 소형화를 실현할 수 있다. 특히 커버 부재의 재료로서의 무기재료가 실리콘인 경우에는 커버 부재와 지지 기판의 선팽창 계수 차가 작기 때문에 열부하 시의 크랙을 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치 패키지의 어느 넓은 국면에서는 복수개의 전극 랜드가 한쪽 면에 마련된 케이스 기판과, 상기 케이스 기판에 탑재되어 있는, 본 발명에 따라 구성된 탄성파 장치가 포함되어 있고, 상기 IDT 전극에 전기적으로 접속되는 적어도 하나의 금속 범프가 상기 탄성파 장치에 마련되어 있으며, 상기 적어도 하나의 금속 범프가 적어도 하나의 상기 전극 랜드에 접합되어 있고, 상기 탄성파 장치를 봉지(封止)하도록 상기 케이스 기판 상에 마련된 봉지 수지층이 더 포함되어 있다. 이 경우에는 높은 강도의 케이스 기판을 사용함으로써, 몰드 내성을 높일 수 있다. 또한, 케이스 기판을 다층기판으로 한 경우에는 케이스 기판 내에 인덕터를 내장할 수 있다. 금속 범프를 Au로 형성하면 열충격 내성이 높아진다.
본 발명에 따른 탄성파 장치 패키지의 다른 넓은 국면에서는 복수개의 전극 랜드가 한쪽 면에 마련된 케이스 기판과, 상기 케이스 기판에 탑재되어 있고, WLP 구조를 가지는 본 발명에 따라 구성된 탄성파 장치가 포함되어 있으며, 상기 복수개의 금속 범프가 상기 케이스 기판에서의 상기 복수개의 전극 랜드에 접합되어 있고, 상기 탄성파 장치를 봉지하도록 마련된 봉지 수지층이 더 포함되어 있다.
본 발명에 따른 멀티플렉서는 본 발명에 따라 구성된 탄성파 장치를 가지는 대역통과형 필터와, 상기 대역통과형 필터와 일단(一端)끼리가 접속되어 있는 적어도 하나의 다른 대역통과형 필터를 포함하고, 상기 탄성파 장치에서의 고차 모드의 주파수 위치가 상기 적어도 하나의 다른 대역통과형 필터의 통과대역 밖에 있다. 이 경우에는 고차 모드의 존재에 의한 다른 대역통과형 필터의 특성 열화를 절충하는 것이 가능해진다.
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본 발명에 따른 탄성파 장치, 탄성파 장치 패키지, 및 멀티플렉서에서는 실리콘으로 구성되는 지지 기판 내를 전파하는 고차 모드의 주파수 위치의 불균일이 생기기 어렵다.
도 1(a) 및 도 1(b)는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도 및 제1 실시형태에서의 탄성파 장치의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 2는 실리콘으로 구성되는 지지 기판의 결정 방위의 정의를 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 실리콘으로 구성되는 지지 기판의 결정 방위(φ, θ, ψ)=(0°, 0°, 0°)일 때의 지지 기판의 결정의 X축과, IDT 전극에서의 전극지가 연장되는 방향의 관계를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태의 탄성파 장치의 공진 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 실리콘으로 구성되는 지지 기판 상에 산화규소막 및 압전체가 적층되어 있는 구조에서, 지지 기판의 결정 방위(φ, 0°, 0°)의 φ와 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 실리콘으로 구성되는 지지 기판 상에 압전체가 적층되어 있는 구조에서, 지지 기판의 결정 방위(φ, 0°, 0°)의 φ와 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 실리콘으로 구성되는 지지 기판의 결정 방위(φ, 0°, 0°)의 φ와 지지 기판을 전파하는 느린 횡파 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 멀티플렉서의 일례를 설명하기 위한 회로도이다.
도 9는 제1 대역통과형 필터의 통과 특성과 제2 대역통과형 필터의 통과 특성을 나타내는 도면이다.
도 10은 비교예에서의 제1 대역통과형 필터의 통과 특성과 제2 대역통과형 필터의 통과 특성을 나타내는 도면이다.
도 11은 실리콘으로 구성되는 지지 기판 상에 압전체가 적층되어 있는 구조에서, 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속 중 가장 느린 횡파 음속이 5500m/초 이상인 경우의 고차 모드의 에너지 분포를 나타내는 도면이다.
도 12는 실리콘으로 구성되는 지지 기판 상에 압전체가 적층되어 있는 구조에서, 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속 중 가장 느린 횡파 음속이 5500m/초보다도 낮은 경우의 고차 모드의 에너지 분포를 나타내는 도면이다.
도 13은 실리콘으로 구성되는 지지 기판의 두께와 고차 모드의 위상 최대값(도)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 16은 제3 실시형태에서, IDT 전극과 압전체 사이의 유전체막의 막 두께(%: λ에 대한 비율)와 비대역(%)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 탄성파 장치 패키지의 정면 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제5 실시형태에 따른 탄성파 장치 패키지의 정면 단면도이다.
도 19는 본 발명의 제6 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 20은 본 발명의 제7 실시형태에 따른 탄성파 장치 패키지의 정면 단면도이다.
도 21은 본 발명의 제8 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 22는 탄성파 장치에서의 탄탈산리튬막의 막 두께와 Q값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 23은 탄성파 장치에서의 탄탈산리튬막의 막 두께와 주파수 온도계수 TCF의 관계를 나타내는 도면이다.
도 24는 탄성파 장치에서의 탄탈산리튬막의 막 두께와 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 25는 탄탈산리튬막의 막 두께와 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 26은 산화규소막의 막 두께와 음속과 고음속막의 재질의 관계를 나타내는 도면이다.
도 27은 산화규소막의 막 두께와 전기기계 결합 계수와 고음속막의 재질의 관계를 나타내는 도면이다.
도 28은 본 발명에 따른 통신 장치 및 고주파 프론트 엔드 회로를 설명하기 위한 개략 구성도이다.
도 2는 실리콘으로 구성되는 지지 기판의 결정 방위의 정의를 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 실리콘으로 구성되는 지지 기판의 결정 방위(φ, θ, ψ)=(0°, 0°, 0°)일 때의 지지 기판의 결정의 X축과, IDT 전극에서의 전극지가 연장되는 방향의 관계를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태의 탄성파 장치의 공진 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 실리콘으로 구성되는 지지 기판 상에 산화규소막 및 압전체가 적층되어 있는 구조에서, 지지 기판의 결정 방위(φ, 0°, 0°)의 φ와 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 실리콘으로 구성되는 지지 기판 상에 압전체가 적층되어 있는 구조에서, 지지 기판의 결정 방위(φ, 0°, 0°)의 φ와 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 실리콘으로 구성되는 지지 기판의 결정 방위(φ, 0°, 0°)의 φ와 지지 기판을 전파하는 느린 횡파 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 멀티플렉서의 일례를 설명하기 위한 회로도이다.
도 9는 제1 대역통과형 필터의 통과 특성과 제2 대역통과형 필터의 통과 특성을 나타내는 도면이다.
도 10은 비교예에서의 제1 대역통과형 필터의 통과 특성과 제2 대역통과형 필터의 통과 특성을 나타내는 도면이다.
도 11은 실리콘으로 구성되는 지지 기판 상에 압전체가 적층되어 있는 구조에서, 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속 중 가장 느린 횡파 음속이 5500m/초 이상인 경우의 고차 모드의 에너지 분포를 나타내는 도면이다.
도 12는 실리콘으로 구성되는 지지 기판 상에 압전체가 적층되어 있는 구조에서, 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속 중 가장 느린 횡파 음속이 5500m/초보다도 낮은 경우의 고차 모드의 에너지 분포를 나타내는 도면이다.
도 13은 실리콘으로 구성되는 지지 기판의 두께와 고차 모드의 위상 최대값(도)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 16은 제3 실시형태에서, IDT 전극과 압전체 사이의 유전체막의 막 두께(%: λ에 대한 비율)와 비대역(%)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 탄성파 장치 패키지의 정면 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제5 실시형태에 따른 탄성파 장치 패키지의 정면 단면도이다.
도 19는 본 발명의 제6 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 20은 본 발명의 제7 실시형태에 따른 탄성파 장치 패키지의 정면 단면도이다.
도 21은 본 발명의 제8 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 22는 탄성파 장치에서의 탄탈산리튬막의 막 두께와 Q값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 23은 탄성파 장치에서의 탄탈산리튬막의 막 두께와 주파수 온도계수 TCF의 관계를 나타내는 도면이다.
도 24는 탄성파 장치에서의 탄탈산리튬막의 막 두께와 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 25는 탄탈산리튬막의 막 두께와 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 26은 산화규소막의 막 두께와 음속과 고음속막의 재질의 관계를 나타내는 도면이다.
도 27은 산화규소막의 막 두께와 전기기계 결합 계수와 고음속막의 재질의 관계를 나타내는 도면이다.
도 28은 본 발명에 따른 통신 장치 및 고주파 프론트 엔드 회로를 설명하기 위한 개략 구성도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명함으로써 본 발명을 분명하게 한다.
한편, 본 명세서에 기재된 각 실시형태는 예시적인 것이며, 다른 실시형태 간에 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것을 지적해 둔다.
도 1(a)는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다. 탄성파 장치(1)는 실리콘으로 구성되는 지지 기판(2)을 가진다. 지지 기판(2)은 결정 방위를 가지고 있는 단결정 구조이다. 한편, 지지 기판(2)은 결정 방위를 가지고 있으면, 완전한 단결정 구조가 아니어도 된다. 더욱이, 지지 기판(2)은 일부에 불순물을 포함하는 것도 포함하고 있어도 된다. 이것은 제1 실시형태뿐만 아니라, 이하의 모든 실시형태에서도 마찬가지이다.
지지 기판(2) 상에 직접적으로 저음속 재료층으로서의 저음속막(3)이 적층되어 있다. 저음속막(3)으로서, SiO2가 알맞게 사용된다. 물론, SiO2 이외의 산화규소가 사용되어도 된다. 한편, 저음속막(3) 상에 간접적으로 압전체(4)가 적층되어 있어도 된다. 또한, 저음속막(3)은 필수는 아니다.
상기 저음속막(3)을 구성하고 있는 저음속 재료란, 전파하는 벌크파의 음속이, 후술의 압전체를 전파하는 탄성파의 음속보다도 낮은 재료를 말하는 것으로 한다.
저음속 재료로는 산화규소, 유리, 산질화규소, 산화탄탈, 또한 산화규소에 불소나 탄소나 붕소를 첨가한 화합물 등, 상기 재료를 주성분으로 한 매질을 사용할 수 있다.
따라서, 저음속막(3)으로서 유전체막을 사용해도 된다. 물론, LiTaO3이나 LiNbO3 등의 압전 단결정이 음의 주파수 온도특성을 가지기 때문에, 유전체막으로서, 양의 주파수 온도특성을 가지는 재료가 바람직하다. 따라서, 산화규소나 산질화규소가 알맞게 사용된다.
저음속막(3) 상에 압전체(4)가 적층되어 있다.
압전체(4)는 탄탈산리튬이다. 탄탈산리튬은 예를 들면 LiTaO3이다. 한편, 압전체로서 LiNbO3 등의 니오브산리튬을 사용해도 된다. 또한, 압전체로서, 다른 압전 단결정이나 압전 세라믹스 등을 사용해도 된다. 압전체(4)는 전술한 저음속막(3)을 통해 지지 기판(2) 상에 간접적으로 마련되어 있다. 압전체(4)는 서로 대향하는 한 쌍의 주면(主面)을 가진다. 압전체(4)의 한쪽 주면 상에 IDT 전극(5)과 반사기(6, 7)가 마련되어 있다. 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 탄성파 장치(1)의 전극 구조는 상기 IDT 전극(5)과 반사기(6, 7)를 가진다. 탄성파 장치(1)는 1포트형 탄성파 공진자이다.
IDT 전극(5)은 압전체(4)의 적어도 한쪽 주면 상에 직접적 또는 간접적으로 마련되어 있으면 된다. 본 실시형태에서는 IDT 전극(5)은 압전체(4)의 한쪽 주면으로서의 상면에 마련되어 있는데, 다른 쪽 주면으로서의 하면에 마련되어 있어도 된다.
또한, 본 실시형태와 같이, IDT 전극(5)은 압전체(4)의 상면에 직접적으로 마련되어 있어도 되는데, 유전체막 등을 개재하여 간접적으로 마련되어 있어도 된다. 또한, IDT 전극(5) 상에 유전체막이 형성되어 있어도 된다.
한편, 실리콘으로 구성되는 지지 기판의 결정 방위에 의해, 지지 기판(2) 내를 전파하는 벌크파의 음속이 변화된다. 지지 기판(2) 내를 전파하는 고차 모드의 주파수 위치가 불균일한 것은 본원 발명자에 의해 처음으로 발견되었다. 본원 발명은 이 새로운 지견에 기초한다.
그리고 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속은 하기의 식(1)~(4C)로 표현되면서 실리콘으로 구성되는 지지 기판의 결정 방위(φ, θ, ψ)의 값에 따라 값이 변한다.
VSi=(V1)1/2(m/초) …식(1)
상기 식(1)에서의 V1은 하기의 식(2)의 해이다.
Ax3+Bx2+Cx+D=0 …식(2)
식(2)에서, A, B, C 및 D는 각각 하기의 식(2A)~(2D)로 나타내지는 값이다.
A=-ρ3 …식(2A)
B=ρ2(L11+L22+L33) …식(2B)
C=ρ(L21 2+L23 2+L31 2-L11·L33-L22·L33-L11·L22) …식(2C)
D=2·L21·L23·L31+L11·L22·L33-L31 2·L22-L11·L23 2-L21 2·L33 …식(2D)
단, 식(2A), 식(2B), 식(2C) 또는 식(2D)에서, ρ는 실리콘의 밀도인 2.331(g/㎤)이다. 또한, L11, L22, L33, L21, L31 및 L23은 하기의 식(3A)~(3F)로 나타내지는 값이다.
L11=c11·a1 2+c44·a2 2+c44·a3 2 …식(3A)
L22=c44·a1 2+c11·a2 2+c44·a3 2 …식(3B)
L33=c44·a1 2+c44·a2 2+c11·a3 2 …식(3C)
L21=(c12+c44)·a2·a1 …식(3D)
L31=(c12+c44)·a1·a3 …식(3E)
L23=(c44+c12)·a3·a2 …식(3F)
단, 식(3A)~(3F)에서, c11, c12, c44는 각각 실리콘의 탄성 정수(N/㎡)이며, c11=1.674E+11(N/㎡), c12=6.523E+10(N/㎡), c44=7.957E+10(N/㎡)이다. 또한, a1, a2 및 a3은 하기의 식(4A)~(4C)로 나타내지는 값이다.
a1=cos(φ)·cos(ψ)-sin(φ)·cos(θ)·sin(ψ) …식(4A)
a2=sin(φ)·cos(ψ)+cos(φ)·cos(θ)·sin(ψ) …식(4B)
a3=sin(θ)·sin(ψ) …식(4C)
한편, 식(4A)~(4C)에서의 φ, θ 및 ψ는 실리콘으로 구성되어 있는 지지 기판의 결정 방위(φ, θ, ψ)에서의 φ, θ, ψ이다.
본 실시형태의 탄성파 장치(1)의 특징은 실리콘으로 구성되어 있는 지지 기판과, 지지 기판 상에 직접적 또는 간접적으로 마련되어 있고, 서로 대향하는 한 쌍의 주면을 가지는 압전체와, 압전체의 적어도 한쪽 주면 상에 직접적 또는 간접적으로 마련되어 있고, 전극지 피치로 정해지는 파장이 λ인 IDT 전극을 가지는 탄성파 장치에서, 상기 식(1)의 음속 VSi가 5500m/초 이상으로 되어 있는 것에 있다. 그로써, 이하에 서술하는 바와 같이, 고차 모드가 발생하는 주파수의 불균일을 억제할 수 있다. 따라서, 나오지 않았으면 하는 주파수 위치에 고차 모드에 의한 응답이 발생하기 어렵다.
한편, 탄성파 장치를 필터로 이용한 경우에는 탄성파 장치의 통과대역 밖의 고주파수 측에 불요파가 발생하는 경우가 있다. 그 때문에, 통과대역 밖의 고주파수 측에 통과대역을 가지는 다른 필터 등에 악영향을 주는 등의 문제도 발생할 수 있다. 특히, 압전체와 지지 기판 사이에 저음속 재료층 및 고음속 재료층을 적층한 구조나, 압전체와 고음속 재료로 이루어지는 지지 기판 사이에 저음속 재료층이 적층되어 있는 구조를 가지는 경우, 상기 고차 모드의 영향이 문제가 된다.
이에 반해, 탄성파 장치(1)를 멀티플렉서에서의 저주파수 측 필터로 사용한 경우에는 탄성파 장치(1)의 통과대역 밖의 고주파수 측에 불요파가 발생하기 어렵다. 따라서, 고주파수 측 필터의 특성 열화가 생기기 어렵다.
탄성파 장치(1)의 한층 더한 특징은, 상기의 식(2)를 충족하는 x의 해 V1, V2, V3(V1≤V2＜V3) 중에서 가장 작은 해를 V1로 했을 때, VSi=(V1)1/2로 나타내지는 실리콘으로 구성되는 지지 기판 내를 전파하는 느린 횡파 음속 VSi가 5500m/초 이상으로 되어 있는 것에 있다.
이로써, 고차 모드의 응답을 한층 더 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, (V2)1/2이 5500m/초 이상이면 보다 고차 모드의 발생을 억제할 수 있기 때문에 보다 바람직하다. 더욱이, (V3)1/2이 5500m/초 이상이면 보다 고차 모드의 발생을 억제할 수 있기 때문에 보다 바람직하다.
실리콘으로 구성되는 지지 기판의 결정 방위(φ, θ, ψ)를 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 실리콘으로 구성되는 지지 기판의 결정 방위의 정의를 설명하기 위한 모식도이다. 도 2의 실리콘으로 구성되는 지지 기판의 결정구조에서, 오른나사의 회전 방향을 양으로 한 경우, Z-X-Z를 회전축으로 한다. 결정 방위(φ, θ, ψ)란, 1) (X, Y, Z)를 Z축 둘레로 "φ" 회전하고, (X1, Y1, Z1)로 하며, 다음으로, 2) (X1, Y1, Z1)를 X1축 둘레로 "θ" 회전하고, (X2, Y2, Z2)로 하며, 더욱이 3) (X2, Y2, Z2)를 Z2축 둘레로 "ψ" 회전하고, (X3, Y3, Z3)으로 한 방위가 된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 탄성파 장치(1)에서, (φ, θ, ψ)=(0°, 0°, 0°)일 때에 실리콘 결정의 X축과, IDT 전극(5)에서의 전극지가 연장되는 방향과 직교하는 방향 Xa가 동일 방향이 된다.
여기서는, VSi는 지지 기판 내를 Xa 방향으로 전파하는 벌크파 중 느린 횡파의 음속으로 계산했다.
사용하고 있는 실리콘의 결정 방위가 예를 들면 (φ, θ, ψ)=(0°, 0°, 0°)인 경우에, 음속 VSi를 상기 식(1)에 의해 구하면, 5843(m/초)가 된다.
실리콘의 탄성 정수 c11, c12 및 c44는 이하와 같이 정의되는 값이다.
탄성체의 일그러짐 S와 응력 T는 비례 관계에 있다. 이 비례 관계는 이하의 행렬로 나타내진다.
이 식의 비례 정수(cij)가 탄성 정수로 불리고 있다. 탄성 정수 cij는 고체가 속하는 결정계에 의해 결정된다. 예를 들면, 실리콘에서는 결정의 대칭성으로부터 이하의 3개의 독립적인 값으로 표현할 수 있다.
실리콘의 탄성 정수(N/㎡)
상술한 탄성 정수 c11, c12 및 c44는 상기와 같이 하여 정의되는 실리콘의 탄성 정수이다. 한편, 실리콘의 탄성 정수 c11=1.674E+11(N/㎡), c12=6.523E+10(N/㎡), c44=7.957E+10(N/㎡)이다(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).). 또한, 실리콘의 밀도 ρ=2.331(g/㎤)이다.
이하, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치(1)에서, 고차 모드가 발생하는 주파수 위치를 안정적으로 할 수 있는 것을 설명한다.
도 4는 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 공진 특성을 나타내는 도면이다. 한편, 탄성파 장치(1)의 설계 파라미터는 이하와 같이 했다.
지지 기판(2)의 결정 방위(φ, θ, ψ)는 (0°, 0°, 0°)로 했다.
저음속막(3)의 막 두께는 0.35λ로 했다. 한편, λ는 IDT 전극(5)에서의 전극지 피치로 정해지는 파장이다.
압전체(4)의 두께는 0.30λ로 했다.
IDT 전극(5) 및 반사기(6, 7)는 두께 0.08λ의 Al막에 의해 형성했다. 파장 λ는 1㎛로 계산했다.
상기 설계 파라미터에 의해, 탄성파 장치(1)로서, 음속 3900m/초대에 비대역을 가지는 1포트형 탄성파 공진자를 설계했다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 음속 3900m/초대에서 기본 모드의 응답이 나타나있다. 한편, 5100m/초대에 고차 모드의 응답이 나타나있다.
도 5는 실리콘으로 구성되는 지지 기판(2)의 결정 방위(φ, 0°, 0°)에서, φ를 변화시킨 경우의 지지 기판을 전파하는 고차 모드의 음속 변화를 나타내는 도면이다. 도 5로부터 분명한 바와 같이, φ가 0° 이상, 15° 이하의 범위 내이면, φ가 변화되어도 고차 모드의 음속 변화가 작다. 즉, φ가 0° 이상, 15° 이하인 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 그로써 고차 모드의 음속 안정화를 도모할 수 있다.
한편, 도 6은 저음속막(3)이 제거되어 있는 것을 제외하고는 상기 구조와 동일한 구조에서의 φ와 고차 모드의 음속의 관계를 나타내는 도면이다. 실리콘으로 구성되는 지지 기판 상에 압전체가 직접 적층되어 있는 구조에서는 도 6에 나타내는 바와 같이, 역시 φ가 0° 이상, 15° 이하의 범위 내이면, 고차 모드의 음속 안정화가 도모되는 것을 알 수 있다. 따라서, 실리콘으로 구성되는 지지 기판 상에 압전체가 직접 적층되어 있는 구조에서도 φ는 0° 이상, 15° 이하인 것이 바람직하다.
도 7은 실리콘으로 구성되는 지지 기판의 결정 방위(φ, 0°, 0°)에서의 φ와, 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속 중 가장 느린 횡파 음속의 관계를 나타내는 도면이다. 도 7로부터 분명한 바와 같이, φ=15°일 때에, 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속 중 가장 느린 횡파 음속은 5500m/초가 된다. 따라서, φ를 15° 이하로 하기 위해서는 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속 중 가장 느린 횡파 음속을 5500m/초 이상으로 하면 되는 것을 알 수 있다.
한편, φ=0°인 경우, 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속 중 가장 느린 횡파 음속은 5843m/초이다. 따라서, 느린 횡파 음속은 5500m/초 이상, 5843m/초 이하로 하는 것이 바람직하다. 그로써, 고차 모드의 주파수 위치의 안정화를 한층 더 효과적으로 도모할 수 있다.
도 8은 본 발명의 멀티플렉서의 일례를 설명하기 위한 회로도이다. 멀티플렉서(21)에서는 제1~제3 대역통과형 필터(22~24)의 일단이 공통 접속되어 있다. 휴대전화기의 RF단 등에서는 이와 같은 멀티플렉서(21)가 안테나 단자(25)에 공통 접속되어 있다.
제1 대역통과형 필터(22), 제2 대역통과형 필터(23) 및 제3 대역통과형 필터(24)의 통과대역은 다르다. 이제, 제1 대역통과형 필터(22)의 통과대역을 통과대역A로 한다. 제2 대역통과형 필터(23)의 통과대역을 통과대역B로 한다. 그리고 통과대역A가 통과대역B보다 낮은 주파수역에 있는 것으로 한다. 즉, A＜B이다.
상기 멀티플렉서(21)에서, 통과대역A를 1850~1915㎒, 통과대역B를 2300~2400㎒로 했다. 본 발명의 실시형태에 따른 멀티플렉서(21)에서는 실리콘으로 구성되는 지지 기판을 전파하는 느린 횡파 음속인 음속 VSi는 5843m/초로 했다. 이 경우, 고차 모드가 발생하는 주파수 위치는 2461㎒이다.
현재, 멀티플렉서(21)에서는 제1 대역통과형 필터(22)가 제1 실시형태의 탄성파 장치(1)를 이용하여 구성되어 있다. 이 제1 대역통과형 필터(22)의 회로 구성은 특별히 한정되지 않지만, 여기서는 복수개의 탄성파 장치(1)를 가지는 래더형 필터가 구성되어 있다. 즉, 래더형 필터의 직렬암(series arm) 공진자 및 병렬암(parallel arm) 공진자로서, 제1 실시형태의 탄성파 장치(1)와 동일한 구조를 가지는 것이 이용되고 있다.
비교를 위해, 제1 대역통과형 필터에서, 직렬암 공진자 및 병렬암 공진자로서, 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속 중 가장 느린 횡파 음속인 음속 VSi를 4681m/초로 한 것을 제외하고는 상기 멀티플렉서와 마찬가지로 하여 멀티플렉서를 구성했다.
도 9는 본 발명의 멀티플렉서의 실시형태에서의 제1 대역통과형 필터(22)의 통과 특성과 제2 대역통과형 필터(23)의 통과 특성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 10은 비교예에서의 제1 대역통과형 필터의 통과 특성과 제2 대역통과형 필터의 통과 특성을 나타낸다. 도 9 및 도 10에서, 실선이 제1 대역통과형 필터의 통과 특성을 나타낸다. 파선이 제2 대역통과형 필터의 통과 특성을 나타낸다.
도 10으로부터 분명한 바와 같이, 비교예에서는 제2 대역통과형 필터의 통과 특성에서, 통과대역 내에 화살표(C)로 나타내는 큰 리플이 나타나있다. 즉, 통과대역 내에서의 삽입 손실이 크게 악화되어 있다. 이것은 제1 대역통과형 필터에 사용되고 있는 탄성파 장치의 고차 모드에 의한 열화로 생각된다.
이에 반해, 도 9에서는 제2 대역통과형 필터의 통과 특성에서, 통과대역B 내에서 이와 같은 리플은 나타나있지 않다. 제1 대역통과형 필터(22)에 사용되고 있는 탄성파 장치(1)에서는 고차 모드의 응답의 주파수 위치가 통과대역B로부터 벗어나있다. 그 때문에, 제2 대역통과형 필터(23)의 통과대역B에서의 특성에 영향을 주지 않는다.
고차 모드가 발생하는 주파수는 멀티플렉서의 설계에서 중요한 항목이다. 그 때문에, 고차 모드가 발생하는 주파수 위치가 안정적인 것이 요구되고 있다. 한편, 고차 모드가 발생하는 주파수는, 전술한 바와 같이, 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속 중 가장 느린 횡파의 음속을 5500m/초 이상으로 하면, 상당히 안정화시킬 수 있다. 따라서, 전술한 탄성파 장치(1)를 사용하면, 멀티플렉서(21)에서, 제1 대역통과형 필터(22)에 사용되고 있는 탄성파 장치의 고차 모드가 발생하는 주파수 위치를 용이하게 안정화시킬 수 있다. 또한, 고차 모드가 발생하는 주파수 위치를 제2 대역통과형 필터(23)의 통과대역B로부터 확실히 벗어나게 하는 것이 용이해진다.
즉, 통과대역A를 형성하는 필터에 의해 발생하는 고차 모드가 통과대역B를 피한 경우의 예가 도 9이다. 이 경우에는 통과대역B에서 통과대역A에서의 감쇠가 충분히 크므로, 필요한 고주파 신호의 대부분을 통과대역B에 통과시킬 수 있다. 한편, 도 10과 같이 통과대역A를 형성하는 필터에 의해 발생하는 고차 모드가 통과대역B와 겹친 경우에는 필요한 고주파 신호의 일부가 통과대역A를 구성하는 필터 쪽으로 흘러간다. 그 결과, 통과대역B를 구성하고 있는 필터에서, 상기 고차 모드와 동일한 주파수 위치에서 로스가 발생하고, 필터 특성이 열화된다.
한편, 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속 중 가장 느린 횡파 음속이 5500m/초 이상이면, 고차 모드가 발생하는 주파수 위치가 안정화되는 이유는 이하와 같다고 생각된다.
도 11은 실리콘으로 구성되는 지지 기판(31) 상에, 압전체(32)가 적층되어 있는 구조에서, 지지 기판(31) 내를 전파하는 벌크파의 음속 중 가장 느린 횡파 음속이 5500m/초 이상인 경우의 고차 모드의 에너지 분포를 나타내는 도면이다. 한편, 도 12는 실리콘으로 구성되는 지지 기판 상에, 압전체가 적층되어 있는 구조에서, 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속 중 가장 느린 횡파 음속이 5500m/초보다도 낮은 경우의 고차 모드의 에너지 분포를 나타내는 도면이다.
도 11 및 도 12에서, 파선은 고차 모드의 에너지 강도를 나타낸다.
도 11로부터 분명한 바와 같이, 지지 기판(31) 내를 전파하는 벌크파의 음속 중 가장 느린 횡파 음속이 5500m/초 이상인 경우에는 고차 모드는 지지 기판(31)보다 상방의 부분에 갇힌다. 즉, 압전체(32)에 갇히게 된다. 따라서, 지지 기판(31) 내에는 고차 모드는 거의 전파되지 않게 된다. 따라서, 지지 기판(31) 내를 전파하는 벌크파의 음속 중 가장 느린 횡파 음속의 영향을, 고차 모드가 받기 어렵다.
이에 반해, 도 12에 나타내는 바와 같이, 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속 중 가장 느린 횡파 음속이 5500m/초보다도 낮은 경우에는 고차 모드는 압전체 내뿐만 아니라, 지지 기판 내에서도 상당한 에너지 강도로 전파한다. 그 때문에, 고차 모드가 발생하는 주파수 위치는 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속 중 가장 느린 횡파 음속 변화의 영향을 크게 받는다.
상기와 같이, 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속 중 가장 느린 횡파 음속이 5500m/초 이상으로 높으면, 느린 횡파 음속의 변화에 의한 고차 모드의 주파수 위치의 변화가 효과적으로 억제된다.
도 13은 제1 실시형태의 탄성파 장치에서, 실리콘으로 구성되는 지지 기판의 두께와 고차 모드의 위상 최대값의 관계를 나타내는 도면이다.
고차 모드의 피크, 즉 고차 모드의 위상 최대값이 도 13에서의 세로축의 값이다.
도 13으로부터 분명한 바와 같이, 지지 기판의 두께가 10λ 이상이면, 고차 모드의 위상 최대값을 작게 할 수 있다. 더욱이, 지지 기판의 두께가 증가해도 고차 모드의 위상 최대값이 거의 일정하다. 따라서, 고차 모드의 강도를 억제하기 위해서는 지지 기판(2)의 두께는 10λ 이상인 것이 바람직하다.
한편, 지지 기판(2)의 두께가 지나치게 두꺼워지면, 방열성이 저하되거나 저배화하기 어려워진다. 따라서, 고차 모드를 억제하는 데 있어서는, 특별히 한정되지 않지만, 지지 기판(2)의 두께 상한은 상기 이유에 의해 180㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 바람직하게는 지지 기판(2)의 두께는 10λ 이상, 180㎛ 이하이며, 이 경우 λ는 18㎛ 이하가 된다.
도 14는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
탄성파 장치(41)에서는 실리콘으로 구성되는 지지 기판(42) 상에 압전체(44) 및 IDT 전극(46)이 이 순서로 적층되어 있다. 따라서, 제2 실시형태의 탄성파 장치(41)는 제1 실시형태의 탄성파 장치(1)로부터 저음속막(3)을 제거한 구조에 상당한다. 제2 실시형태의 탄성파 장치(41)에서도 지지 기판(42) 내를 전파하는 벌크파의 음속인 식(1)의 음속 VSi가 5500m/초 이상으로 되어 있다. 따라서, 제1 실시형태의 탄성파 장치(1)와 마찬가지로, 실리콘으로 구성되는 지지 기판 내를 전파하는 고차 모드의 주파수 위치의 불균일이 생기기 어렵다. 제2 실시형태의 탄성파 장치(41)와 같이, 본 발명에서는 저음속막은 필수 구성은 아니다.
도 15는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
탄성파 장치(41A)에서는 실리콘으로 구성되는 지지 기판(42) 상에 저음속 재료층(43), 압전체(44), 유전체층으로서의 유전체막(45), 및 IDT 전극(46)이 이 순서로 적층되어 있다.
저음속 재료층(43)은 저음속 재료로 이루어진다. 저음속 재료는 전파하는 벌크파의 음속이 압전체(44)를 전파하는 탄성파의 음속보다도 낮은 재료이다. 이와 같은 재료로는 SiO2 등의 산화규소, 혹은 오산화탄탈 등의 유전체를 사용할 수 있다.
즉, 저음속 재료층(43)으로서 유전체층이 알맞게 사용된다.
압전체(44)는 제1 실시형태와 마찬가지로 LiTaO3으로 이루어지지만, LiNbO3 등의 다른 압전 단결정을 사용해도 된다.
IDT 전극(46)은 적절한 금속 혹은 합금으로 이루어진다.
도 15에서는 도시를 생략하고 있지만, 탄성파 장치(41A)에서도 IDT 전극의 탄성파 전파 방향 양측에 반사기가 마련되어 있다. 그로써, 1포트형 탄성파 공진자가 구성되어 있다.
한편, 제1~제3 실시형태에서는 탄성파 공진자에 대해 설명했는데, 본 발명의 탄성파 장치는 탄성파 공진자에 한정되지 않고, 종결합 공진자형 탄성파 필터나 다른 전극 구조를 가지는 탄성파 장치이어도 된다.
도 16은 제3 실시형태에서, IDT 전극(46)과 압전체(44) 사이의 유전체막(45)의 막 두께(%: λ에 대한 비율)와 비대역(%)의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, λ는 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장이다.
도 16에서, △는 유전체막이 오산화탄탈인 경우의 결과를 나타내고, ◇는 유전체막이 SiO2인 경우의 결과를 나타낸다.
어느 경우에서도 유전체막의 두께를 두껍게 함으로써, 비대역을 좁게 하는 쪽으로 조정할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 17~도 20을 참조하여, 본 발명의 제4, 제5, 제6 및 제7 실시형태에 따른 탄성파 장치 및 탄성파 장치 패키지의 구조를 설명한다.
도 17에 나타내는 바와 같이, 제4 실시형태의 탄성파 장치 패키지(51)는 실리콘으로 구성되는 지지 기판(52), 지지 기판(52) 상에 적층된 압전체(53), 압전체(53) 상에 마련된 IDT 전극(54)을 가진다. IDT 전극(54)을 둘러싸도록 수지로 이루어지는 지지층(55)이 마련되어 있다. 지지층(55) 상에 커버 부재(56)가 접합되어 있다. 그로써, 중공 공간(D)이 형성되어 있다. 그리고 상기 커버 부재(56) 상에 단자 전극(57a, 57b) 및 금속 범프(58a, 58b)가 마련되어 있다. 상기 지지 기판(52)에, 압전체(53), IDT 전극(54), 지지층(55), 커버 부재(56), 단자 전극(57a, 57b) 및 금속 범프(58a, 58b)를 가지는 부분에 의해, WLP(Wafer Level Package) 구조를 가지는 소자 부분이 구성되어 있다. 금속 범프(58a, 58b)가 케이스 기판(59)의 단자 전극(60a, 60b)에 전기적으로 접속되어 있다. 그리고 상기 WLP 구조를 가지는 소자 부분 전체가 봉지 수지층(61)에 의해 봉지되어 있다.
도 18에 나타내는 탄성파 장치 패키지(65)에서는 금속 범프(58a)와 금속 범프(58b)로 끼인 공간(E)에 봉지 수지층(61)이 연장되어 있지 않다. 그 밖의 점은 탄성파 장치 패키지(65)는 탄성파 장치 패키지(51)와 마찬가지이다.
도 19에 나타내는 탄성파 장치(71)에서는 실리콘으로 구성되는 지지 기판(72) 상에 저음속 재료층(73) 및 압전체(74)가 이 순서로 적층되어 있다. 압전체(74) 상에 IDT 전극(75)이 마련되어 있다. 본 발명에서는 IDT 전극(75)을 덮도록 유전체층(76)이 더 마련되어 있어도 된다. 이와 같은 유전체층(76)을 구성하는 유전체 재료는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 산화규소 등을 사용할 수 있다.
IDT 전극(75)을 둘러싸도록 지지층(77)이 마련되어 있다. 지지층(77) 상에 커버 부재(78)가 접합되어 있다. 그로써, 중공 공간(D)이 마련되어 있다. 지지 기판(72), 저음속 재료층(73) 및 압전체(74)를 관통하도록, 관통 전극으로서의 비아 전극(79a, 79b)이 마련되어 있다. 비아 전극(79a, 79b)은 IDT 전극(75)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 지지 기판(72)의 하면에 단자 전극(80a, 80b)이 마련되어 있다. 비아 전극(79a, 79b)은 단자 전극(80a, 80b)에 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같이, 지지 기판(72)을 관통하는 비아 전극(79a, 79b)을 이용하여 외부와 전기적으로 접속해도 된다.
커버 부재(78)는 무기재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우에는 커버 부재가 무기재료로 이루어지고, 높은 강도를 가지기 때문에 몰드 내성을 높일 수 있다. 또한, 상기 지지 기판의 상기 IDT 전극이 마련되어 있는 측과는 반대 측의 면에 단자 전극이 마련되어 있음으로써, 커버 부재 측에 단자 전극을 마련하는 경우에 비해 소형화를 실현할 수 있다. 특히 커버 부재의 재료로서의 무기재료가 실리콘인 경우에는 커버 부재와 지지 기판의 선팽창계수 차가 작기 때문에 열부하 시의 크랙을 억제할 수 있다.
도 20에 나타내는 바와 같이, 제7 실시형태로서의 탄성파 장치 패키지(81)에서는 케이스 기판(82)의 한쪽 면에 단자 전극(83a, 83b)이 마련되어 있다. 이 케이스 기판(82) 상에 탄성파 장치(84)가 탑재되어 있다. 탄성파 장치(84)는 실리콘으로 구성되는 지지 기판(85) 상에 저음속 재료층(86) 및 압전체(87), 또한 IDT 전극(88)을 이 순서로 적층한 구조를 가진다. 압전체(87) 상에 단자 전극(89a, 89b)이 마련되어 있다. 단자 전극(89a, 89b) 상에 금속 범프(90a, 90b)가 마련되어 있다. 이 금속 범프(90a, 90b)가 단자 전극(83a, 83b)에 접합되어 있다. 그리고 탄성파 장치(84)를 덮도록 봉지 수지층(91)이 마련되어 있다.
도 21은 본 발명의 제8 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
탄성파 장치(101)에서는 실리콘으로 구성되는 지지 기판(2) 상에 저음속 재료층(102), 고음속 재료층(103) 및 저음속 재료층(104)이 이 순서로 적층되어 있다. 저음속 재료층(104) 상에 압전체(4)가 적층되어 있다.
탄성파 장치(101)와 같이, 지지 기판(2)과 압전체(4) 사이에 저음속 재료층(102, 104) 및 고음속 재료층(103)이 적층되어 있어도 된다. 여기서, 저음속 재료층(102, 104)은 저음속 재료로 이루어진다. 저음속 재료란, 전파하는 벌크파의 음속이, 압전체(4)와 같은 압전체를 전파하는 탄성파의 음속보다도 낮은 재료이다. 또한, 고음속 재료층(103)은 고음속 재료로 이루어진다. 고음속 재료는 전파하는 벌크파의 음속이 압전체(4)와 같은 압전체를 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은 재료이다. 상기 저음속 재료로는 산화규소나 오산화탄탈 등의 유전체를 들 수 있다. 또한, 고음속 재료로는 금속이나 실리콘 외에, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 산질화규소, 사파이어, 탄탈산리튬, 니오브산리튬, 수정, 알루미나, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테아타이트, 포스테라이트, 마그네시아, DLC막 혹은 다이아몬드 등의 재료, 이들 재료를 주성분으로 하는 매질, 이들 재료의 혼합물을 주성분으로 하는 매질 등을 들 수 있다.
한편, 바람직하게는 적어도 하나의 고음속 재료층(103)과 압전체(4) 사이에 적어도 하나의 저음속 재료층이 배치되어 있는 것이 바람직하다. 그로써, 탄성파를 압전체(4) 내에 효과적으로 가둘 수 있다. 또한, 지지 기판(2)은 고음속 재료로 이루어진다. 따라서, 제1 실시형태와 같이, 지지 기판(2) 상에 산화규소막(3)이 적층되어 있는 구조는 고음속 재료로 이루어지는 지지 기판(2)과 압전체(4) 사이에 저음속 재료층이 위치하고 있는 구성이 된다. 따라서, 탄성파 장치(1)에서도 탄성파의 에너지를 압전체(4) 내에 효과적으로 가둘 수 있다.
한편, 본 발명에서, 압전체로는 LiNbO3막 등의 다른 압전 단결정막을 사용해도 된다. 압전 단결정 이외의 압전 재료를 사용해도 된다.
도 22는 실리콘으로 이루어지는 고음속 지지 기판 상에 두께 0.35λ의 SiO2막으로 이루어지는 저음속 재료층으로서의 저음속막 및 오일러 각(0°, 140.0°, 0°)의 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전막으로서의 LiTaO3막을 적층한 탄성파 장치에서의 LiTaO3막의 막 두께와 Q값의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도 22에서의 세로축은 공진자의 Q 특성과 비대역(Δf)의 곱이다. 또한, 도 23은 LiTaO3막의 막 두께와 주파수 온도계수 TCF의 관계를 나타내는 도면이다. 도 24는 LiTaO3막의 막 두께와 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 22로부터, LiTaO3막의 막 두께가 3.5λ 이하인 것이 바람직하다. 그 경우에는 3.5λ를 초과한 경우에 비해 Q값이 높아진다. 보다 바람직하게는 Q값을 보다 높이기 위해서는 LiTaO3막의 막 두께는 2.5λ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 도 23으로부터 LiTaO3막의 막 두께가 2.5λ 이하인 경우, 주파수 온도계수 TCF의 절대값을 상기 막 두께가 2.5λ를 초과한 경우에 비해 작게 할 수 있다. 보다 바람직하게는 LiTaO3막의 막 두께를 2λ 이하로 하는 것이 바람직하고, 그 경우에는 주파수 온도계수 TCF의 절대값이 10ppm/℃ 이하로 될 수 있다. 주파수 온도계수 TCF의 절대값을 작게 하기 위해서는 LiTaO3막의 막 두께를 1.5λ 이하로 하는 것이 더 바람직하다.
도 24로부터 LiTaO3막의 막 두께가 1.5λ를 초과하면, 음속의 변화가 극히 작다.
물론, 도 25에 나타내는 바와 같이, LiTaO3막의 막 두께가 0.05λ 이상, 0.5λ 이하의 범위에서는 비대역이 크게 변화된다. 따라서, 전기기계 결합 계수를 보다 넓은 범위에서 조정할 수 있다. 따라서, 전기기계 결합 계수 및 비대역의 조정 범위를 넓히기 위해서는 LiTaO3막의 막 두께가 0.05λ 이상, 0.5λ 이하의 범위인 것이 바람직하다.
도 26 및 도 27은 SiO2막 두께(λ)와 음속 및 전기기계 결합 계수의 관계를 각각 나타내는 도면이다. 여기서는 탄성파 장치는 저음속막 및 고음속 재료층으로서의 고음속막을 가진다. SiO2로 이루어지는 저음속막의 하방에, 고음속막으로서 질화규소막, 산화알루미늄막 및 다이아몬드를 각각 사용했다. 고음속막의 막 두께는 1.5λ로 했다. 질화규소에서의 벌크파의 음속은 6000m/초이고, 산화알루미늄에서의 벌크파의 음속은 6000m/초이며, 다이아몬드에서의 벌크파의 음속은 12800m/초이다. 도 26 및 도 27에 나타내는 바와 같이, 고음속막의 재질 및 SiO2막의 막 두께를 변경했다고 해도 전기기계 결합 계수 및 음속은 대부분 변화되지 않는다. 특히, 도 27로부터 SiO2막의 막 두께가 0.1λ 이상, 0.5λ 이하에서는 고음속막의 재질 여하에 관계 없이, 전기기계 결합 계수는 대부분 변하지 않는다. 또한, 도 26으로부터 SiO2막의 막 두께가 0.3λ 이상, 2λ 이하이면, 고음속막의 재질 여하에 관계 없이, 음속이 변하지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, 산화규소로 이루어지는 저음속막의 막 두께는 2λ 이하인 것이 바람직하고, 0.5λ 이하인 것이 보다 바람직하다.
상기 탄성파 장치는 고주파 프론트 엔드 회로의 듀플렉서 등으로 사용할 수 있다. 이 예를 하기에 설명한다.
도 28은 고주파 프론트 엔드 회로를 가지는 통신 장치의 구성도이다. 한편, 동 도면에는 고주파 프론트 엔드 회로(230)와, 고주파 프론트 엔드 회로(230)와 접속되는 각 구성 요소가 도시되어 있다. 고주파 프론트 엔드 회로(230)와 접속되는 각 구성 요소로는 예를 들면 안테나 소자(202)나 RF 신호 처리 회로(RFIC)(203)가 도시되어 있다. 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 RF 신호 처리 회로(203)는 통신 장치(240)를 구성하고 있다. 한편, 통신 장치(240)는 전원, CPU나 디스플레이를 포함하고 있어도 된다.
고주파 프론트 엔드 회로(230)는 스위치(225)와 듀플렉서(201A, 201B)와 로우 노이즈 앰프 회로(214, 224)와 필터(231, 232)와 파워 앰프 회로(234a, 234b, 244a, 244b)를 포함한다. 한편, 도 28의 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 통신 장치(240)는 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치의 일례이며, 이 구성에 한정되는 것은 아니다.
듀플렉서(201A)는 필터(211, 212)를 가진다. 듀플렉서(201B)는 필터(221, 222)를 가진다. 듀플렉서(201A, 201B)는 스위치(225)를 통해 안테나 소자(202)에 접속된다. 한편, 상기 탄성파 장치는 듀플렉서(201A, 201B)이어도 되고, 필터(211, 212, 221, 222)이어도 된다. 상기 탄성파 장치는 듀플렉서(201A, 201B)나, 필터(211, 212, 221, 222)를 구성하는 탄성파 공진자이어도 된다. 더욱이, 상기 탄성파 장치는 예를 들면, 3개의 필터의 안테나 단자가 공통화된 트리플렉서나, 6개의 필터의 안테나 단자가 공통화된 헥사플렉서 등, 3 이상의 필터를 포함하는 구성에 대해서도 적용할 수 있다.
즉, 상기 탄성파 장치는 탄성파 공진자이어도 되고, 필터이어도 되며, 2 이상의 필터를 포함하는 멀티플렉서이어도 된다.
스위치(225)는 제어부(도시하지 않음)로부터의 제어 신호에 따라, 안테나 소자(202)와 소정의 밴드에 대응하는 신호 경로를 접속하고, 예를 들면, SPDT(Single Pole Double Throw)형 스위치에 의해 구성된다. 한편, 안테나 소자(202)와 접속되는 신호 경로는 하나에 한정되지 않고, 복수개이어도 된다. 즉, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 캐리어 어그리게이션에 대응하고 있는 것이어도 된다.
로우 노이즈 앰프 회로(214)는 안테나 소자(202), 스위치(225) 및 듀플렉서(201A)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭시키고, RF 신호 처리 회로(203)에 출력하는 수신 증폭 회로이다. 로우 노이즈 앰프 회로(224)는 안테나 소자(202), 스위치(225) 및 듀플렉서(201B)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭시키고, RF 신호 처리 회로(203)에 출력하는 수신 증폭 회로이다.
파워 앰프 회로(234a, 234b)는 RF 신호 처리 회로(203)로부터 출력된 고주파 신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 증폭시키고, 듀플렉서(201A) 및 스위치(225)를 경유하여 안테나 소자(202)에 출력하는 송신 증폭 회로이다. 파워 앰프 회로(244a, 244b)는 RF 신호 처리 회로(203)로부터 출력된 고주파 신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 증폭시키고, 듀플렉서(201B) 및 스위치(225)를 경유하여 안테나 소자(202)에 출력하는 송신 증폭 회로이다.
한편, 필터(231, 232)는 로우 노이즈 앰프 회로(214, 224) 및 파워 앰프 회로(234a, 234b, 244a, 244b)를 개재시키지 않고, RF 신호 처리 회로(203)와 스위치(225) 사이에 접속되어 있다. 필터(231, 232)도 듀플렉서(201A, 201B)와 마찬가지로, 스위치(225)를 통해 안테나 소자(202)에 접속된다.
RF 신호 처리 회로(203)는 안테나 소자(202)로부터 수신 신호 경로를 통해 입력된 고주파 수신 신호를 다운 컨버전 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 수신 신호를 출력한다. 또한, RF 신호 처리 회로(203)는 입력된 송신 신호를 업 컨버전 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 고주파 송신 신호를 파워 앰프 회로(244a, 244b)에 출력한다. RF 신호 처리 회로(203)는 예를 들면, RFIC이다. 한편, 통신 장치는 BB(베이스 밴드)IC를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, BBIC는 RFIC로 처리된 수신 신호를 신호 처리한다. 또한, BBIC는 송신 신호를 신호 처리하고, RFIC에 출력한다. BBIC로 처리된 수신 신호나, BBIC가 신호 처리하기 전의 송신 신호는 예를 들면, 화상 신호나 음성 신호 등이다. 한편, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 상술한 각 구성 요소의 사이에 다른 회로 소자를 포함하고 있어도 된다.
한편, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 상기 듀플렉서(201A, 201B) 대신에 듀플렉서(201A, 201B)의 변형예에 따른 듀플렉서를 포함하고 있어도 된다.
이상, 본 발명의 실시형태에 따른 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 대해 상기 실시형태를 들어 설명했는데, 상기 실시형태에서의 임의의 구성 요소를 조합하여 실현되는 다른 실시형태나, 상기 실시형태에 대하여 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 생각해내는 각종 변형을 실시하여 얻어지는 변형예나, 본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 내장한 각종 기기도 본 발명에 포함된다.
본 발명은 탄성파 공진자, 필터, 2 이상의 필터를 포함하는 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로, 및 휴대전화 등의 통신 장치에 널리 이용할 수 있다.
1: 탄성파 장치
2: 지지 기판
3: 산화규소막
4: 압전체
5: IDT 전극
6, 7: 반사기
21: 멀티플렉서
22~24: 제1~제3 대역통과형 필터
25: 안테나 단자
31: 지지 기판
32: 압전체
33: IDT 전극
41, 41A: 탄성파 장치
42, 52: 지지 기판
43: 저음속 재료층
44, 53: 압전체
45: 유전체막
46, 54: IDT 전극
51: 탄성파 장치 패키지
55: 지지층
56: 커버 부재
57a, 57b, 60a, 60b: 단자 전극
58a, 58b: 금속 범프
59: 케이스 기판
61: 봉지 수지층
65: 탄성파 장치 패키지
71, 84: 탄성파 장치
72, 85: 지지 기판
73, 86: 저음속 재료층
74, 87: 압전체
75, 88: IDT 전극
76: 유전체층
77: 지지층
78: 커버 부재
79a, 79b: 비아 전극
80a, 80b, 83a, 83b, 89a, 89b: 단자 전극
81: 탄성파 장치 패키지
82: 케이스 기판
90a, 90b: 금속 범프
91: 봉지 수지층
101: 탄성파 장치
102, 104: 저음속 재료층
103: 고음속 재료층
201A, 201B: 듀플렉서
202: 안테나 소자
203: RF 신호 처리 회로
211, 212, 221, 222, 231, 232: 필터
214, 224: 로우 노이즈 앰프 회로
225: 스위치
230: 고주파 프론트 엔드 회로
234a, 234b, 244a, 244b: 파워 앰프 회로
240: 통신 장치
2: 지지 기판
3: 산화규소막
4: 압전체
5: IDT 전극
6, 7: 반사기
21: 멀티플렉서
22~24: 제1~제3 대역통과형 필터
25: 안테나 단자
31: 지지 기판
32: 압전체
33: IDT 전극
41, 41A: 탄성파 장치
42, 52: 지지 기판
43: 저음속 재료층
44, 53: 압전체
45: 유전체막
46, 54: IDT 전극
51: 탄성파 장치 패키지
55: 지지층
56: 커버 부재
57a, 57b, 60a, 60b: 단자 전극
58a, 58b: 금속 범프
59: 케이스 기판
61: 봉지 수지층
65: 탄성파 장치 패키지
71, 84: 탄성파 장치
72, 85: 지지 기판
73, 86: 저음속 재료층
74, 87: 압전체
75, 88: IDT 전극
76: 유전체층
77: 지지층
78: 커버 부재
79a, 79b: 비아 전극
80a, 80b, 83a, 83b, 89a, 89b: 단자 전극
81: 탄성파 장치 패키지
82: 케이스 기판
90a, 90b: 금속 범프
91: 봉지 수지층
101: 탄성파 장치
102, 104: 저음속 재료층
103: 고음속 재료층
201A, 201B: 듀플렉서
202: 안테나 소자
203: RF 신호 처리 회로
211, 212, 221, 222, 231, 232: 필터
214, 224: 로우 노이즈 앰프 회로
225: 스위치
230: 고주파 프론트 엔드 회로
234a, 234b, 244a, 244b: 파워 앰프 회로
240: 통신 장치
Claims (25)
- 실리콘으로 구성되어 있는 지지 기판과,
상기 지지 기판 상에 직접적 또는 간접적으로 마련되어 있고, 서로 대향하는 한 쌍의 주면(主面)을 가지는 압전체와,
상기 압전체의 적어도 한쪽의 상기 주면 상에 직접적 또는 간접적으로 마련되어 있고, 전극지(電極指) 피치로 정해지는 파장이 λ인 IDT 전극을 포함하고,
상기 지지 기판 내를 전파하는 벌크파의 음속인 하기의 식(1)의 음속 VSi가 5500m/초 이상인, 탄성파 장치.
VSi=(V1)1/2(m/초) …식(1)
식(1)에서의 V1은 하기의 식(2)의 해이다.
Ax3+Bx2+Cx+D=0 …식(2)
식(2)에서, A, B, C 및 D는 각각 하기의 식(2A)~(2D)로 나타내지는 값이다.
A=-ρ3 …식(2A)
B=ρ2(L11+L22+L33) …식(2B)
C=ρ(L21 2+L23 2+L31 2-L11·L33-L22·L33-L11·L22) …식(2C)
D=2·L21·L23·L31+L11·L22·L33-L31 2·L22-L11·L23 2-L21 2·L33 …식(2D)
단, 식(2A), 식(2B), 식(2C) 또는 식(2D)에서, ρ는 2.331(g/㎤)이다. 또한, L11, L22, L33, L21, L31 및 L23은 하기의 식(3A)~(3F)로 나타내지는 값이다.
L11=c11·a1 2+c44·a2 2+c44·a3 2 …식(3A)
L22=c44·a1 2+c11·a2 2+c44·a3 2 …식(3B)
L33=c44·a1 2+c44·a2 2+c11·a3 2 …식(3C)
L21=(c12+c44)·a2·a1 …식(3D)
L31=(c12+c44)·a1·a3 …식(3E)
L23=(c44+c12)·a3·a2 …식(3F)
단, 식(3A)~(3F)에서, c11, c12, c44는 각각 c11=1.674E+11(N/㎡), c12=6.523E+10(N/㎡), c44=7.957E+10(N/㎡)이다. 또한, a1, a2 및 a3은 하기의 식(4A)~(4C)로 나타내지는 값이다.
a1=cos(φ)·cos(ψ)-sin(φ)·cos(θ)·sin(ψ) …식(4A)
a2=sin(φ)·cos(ψ)+cos(φ)·cos(θ)·sin(ψ) …식(4B)
a3=sin(θ)·sin(ψ) …식(4C)
식(4A)~(4C)에서의 φ, θ 및 ψ는 상기 지지 기판의 결정 방위(φ, θ, ψ)에서의 φ, θ, ψ이다. - 제1항에 있어서,
상기 식(1)에서의 상기 V1은 상기 식(2)의 해 V1, V2, V3 중 가장 작은 값인, 탄성파 장치. - 제1항에 있어서,
상기 압전체의 막 두께는 3.5λ 이하인, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압전체가 탄탈산리튬으로 이루어지는, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 기판을 전파하는 벌크파의 음속이 상기 압전체를 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 기판과 상기 압전체 사이에 마련되어 있으면서, 전파하는 벌크파의 음속이 상기 압전체를 전파하는 탄성파의 음속보다도 낮은 저음속 재료로 이루어지는 저음속 재료층을 더 포함하는, 탄성파 장치. - 제6항에 있어서,
상기 저음속 재료층의 막 두께가 2λ 이하인, 탄성파 장치. - 제6항에 있어서,
상기 저음속 재료층이 산화규소로 이루어지는, 탄성파 장치. - 제6항에 있어서,
상기 압전체가 탄탈산리튬으로 이루어지고, 상기 저음속 재료층이 산화규소로 이루어지는, 탄성파 장치. - 제6항에 있어서,
상기 지지 기판과 상기 저음속 재료층 사이에 마련되어 있으면서, 전파하는 벌크파의 음속이 상기 압전체를 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은 고음속 재료로 이루어지는 고음속 재료층을 더 포함하는, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
통과대역이 다른 복수개의 대역통과형 필터를 가지는 멀티플렉서에서, 적어도 하나의 다른 대역통과형 필터보다도 통과대역이 낮은 대역통과형 필터에 이용되는, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 기판의 두께가 10λ 이상, 180㎛ 이하이며,
상기 λ가 18㎛ 이하인, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압전체와 상기 IDT 전극 사이에 마련된 유전체층을 더 포함하는, 탄성파 장치. - 제13항에 있어서,
상기 유전체층이 산화규소 또는 오산화탄탈로 이루어지는, 탄성파 장치. - 제14항에 있어서,
상기 유전체층이 산화규소로 이루어지는, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 기판 상에 마련되어 있고, 상기 IDT 전극을 둘러싸는 지지층과,
상기 지지층 상에 마련되어 있는 커버 부재와,
상기 커버 부재 상에 마련되어 있고, 상기 IDT 전극에 전기적으로 접속되어 있는 복수개의 금속 범프를 더 포함하고,
상기 커버 부재와 상기 지지층에 의해, 상기 IDT 전극에 면한 중공 공간이 형성되어 있는, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 기판 상에 마련되어 있고, 상기 IDT 전극을 둘러싸는 지지층과,
상기 지지층 상에 마련되어 있고, 무기재료로 이루어지는 커버 부재를 더 포함하고,
상기 커버 부재와 상기 지지층에 의해, 상기 IDT 전극에 면한 중공 공간이 형성되어 있으며,
상기 지지층으로 둘러싸인 영역 내에서, 상기 지지 기판을 관통하고 있는 적어도 하나의 관통 전극과, 상기 적어도 하나의 관통 전극에 전기적으로 접속되어 있으면서 상기 지지 기판의 상기 IDT 전극이 마련되어 있는 측과는 반대 측의 면에 마련되어 있는 적어도 하나의 단자 전극이 상기 지지 기판에 마련되어 있으며,
상기 적어도 하나의 관통 전극이 상기 IDT 전극과 상기 적어도 하나의 단자 전극에 전기적으로 접속되어 있는, 탄성파 장치. - 복수개의 전극 랜드가 한쪽 면에 마련된 케이스 기판과,
상기 케이스 기판에 탑재되어 있는, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 탄성파 장치를 포함하고,
상기 IDT 전극에 전기적으로 접속되는 적어도 하나의 금속 범프가 상기 탄성파 장치에 마련되어 있으며,
상기 적어도 하나의 금속 범프가 적어도 하나의 상기 전극 랜드에 접합되어 있고,
상기 탄성파 장치를 봉지(封止)하도록 상기 케이스 기판 상에 마련된 봉지 수지층을 더 포함하는, 탄성파 장치 패키지. - 복수개의 전극 랜드가 한쪽 면에 마련된 케이스 기판과,
상기 케이스 기판에 탑재되어 있는 제16항에 기재된 탄성파 장치를 포함하고,
상기 복수개의 금속 범프가 상기 케이스 기판에서의 상기 복수개의 전극 랜드에 접합되어 있으며,
상기 탄성파 장치를 봉지하도록 마련된 봉지 수지층을 더 포함하는, 탄성파 장치 패키지. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 탄성파 장치를 가지는 대역통과형 필터와,
상기 대역통과형 필터와 일단(一端)끼리가 접속되어 있는 적어도 하나의 다른 대역통과형 필터를 포함하고,
상기 탄성파 장치에서의 고차 모드의 주파수 위치가 상기 적어도 하나의 다른 대역통과형 필터의 통과대역 밖에 있는, 멀티플렉서. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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