KR20060024399A - 탄성 경계파 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원하지 않는 스퓨리어스를 효과적으로 억압할 수 있으며, 양호한 공진특성이나 필터특성을 얻는 것을 가능하게 하는 SH타입의 탄성 경계파를 이용한 탄성 경계파 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 탄성 경계파 장치(1)에 따르면, 제1의 매질층(2)과, 제1의 매질층(2)에 적층된 제2의 매질층(6)과의 경계에, 인터디지탈 전극(interdigital electrode;3), 반사기(4, 5)를 포함하는 전극이 형성되어 있으며, 제1의 매질층(2) 및/또는 제2의 매질층(6)의 경계면과는 반대측의 면에 흡음층(吸音層;sound-absorbing layer)(7)이 형성되어 있다.
탄성 경계파 장치, 제1의 매질층, 제2의 매질층, 흡음층

Description

탄성 경계파 장치{ACOUSTIC BOUNDARY WAVE DEVICE}
본 발명은 SH타입의 탄성 경계파를 이용한 탄성 경계파 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 압전체와, 유전체와의 경계에 전극이 배치된 구조의 탄성 경계파 장치에 관한 것이다.
종래, 휴대전화용의 RF필터 및 IF필터, 그리고 VCO용 공진자 및 텔레비전용 VIF 필터 등에, 각종 탄성 표면파 장치가 사용되고 있다. 탄성 표면파 장치는 매질 표면을 전파하는 레일리파나 제1 누설파 등의 탄성 표면파를 이용하고 있다.
탄성 표면파는 매질 표면을 전파하기 때문에, 매질의 표면상태의 변화에 민감하다. 따라서, 매질의 탄성 표면파 전파면을 보호하기 위해서, 상기 전파면에 면하는 공동(空洞)을 형성한 패키지에 탄성 표면파 소자가 기밀 봉지(封止)되어 있었다. 이와 같은 공동을 갖는 패키지가 사용되고 있었기 때문에, 탄성 표면파 장치의 비용은 비싸지지 않을 수 없었다. 또한, 패키지의 치수는, 탄성 표면파 소자의 치수보다도 대폭으로 커지기 때문에, 탄성 표면파 장치는 커지지 않을 수 없었다.
한편, 탄성파 중에는, 상기 탄성 표면파 이외에, 고체간의 경계를 전파하는 탄성 경계파가 존재한다.
이와 같은 탄성 경계파를 이용한 탄성 경계파 장치의 일례가 하기의 비특허 문헌 1에 개시되어 있다. 종래의 탄성 경계파 장치의 구조를 도 32를 참조해서 설명한다.
탄성 경계파 장치(201)는 제1의 매질층(202)과, 제2의 매질층(203) 사이의 경계에 전극(204)을 배치한 구조를 갖는다. 여기에서는, 전극(204)에 교류 전계를 인가함으로써, 매질층(202)과 매질층(203)과의 경계면이나 경계면 부근에 에너지가 집중하면서 전파하는 탄성 경계파가 여진된다. 비특허문헌 1에서는, 126°회전 Y판 X전파의 LiTaO3기판상에 IDT가 형성되어 있으며, IDT와 LiTaO3기판상에 SiO2막이 소정의 두께로 형성되어 있는 탄성 경계파 장치가 개시되어 있다. 여기에서는, 스톤리파(Stoneley wave)라고 칭해지고 있는 SV＋P형의 탄성 경계파가 전파하는 것이 나타나 있다. 한편, 비특허문헌 1에서는, 상기 SiO2막의 막두께를 1.0λ(λ는 탄성 경계파의 파장)로 한 경우, 전기기계 결합계수는 2%가 되는 것이 나타나 있다.
탄성 경계파는 고체간의 경계부분에 에너지가 집중된 상태로 전파한다. 따라서, 상기 LiTaO3기판의 저면 및 SiO2막의 표면에는 에너지가 거의 존재하지 않기 때문에, 기판이나 박막의 표면상태의 변화에 의해 특성이 변화하지 않는다. 따라서, 공동 형성 패키지를 생략할 수 있으며, 탄성파 장치의 사이즈를 저감할 수 있다.
또한, 하기의 비특허문헌 2에는, [001]-Si(110)/SiO2/Y컷트 X전파 LiNbO3구조를 전파하는 SH형 경계파가 나타나 있다. 이 SH형 경계파는 상기 스톤리파와 비교해서, 전기기계 결합계수(k2)가 크다고 하는 특징을 갖는다. 또한, SH형 경계파에 있어서도, 스톤리파의 경우와 마찬가지로, 공동 형성 패키지를 생략할 수 있다. 또한, SH형 경계파는 SH형의 파동이기 때문에, IDT나 반사기를 구성하는 스트립의 반사계수가 스톤리파의 경우에 비해서 클 것이 예상된다. 따라서, 예를 들면 공진자나 공진기형 필터를 구성한 경우, SH형 경계파를 이용함으로써, 소형화를 도모할 수 있으며, 또한 보다 급준한 특성이 얻어지는 것이 기대된다.
비특허문헌 1: "Piezoelectric Acoustic Boundary Waves Propagating Along the Interface Between SiO2 and LiTaO3" IEEE Trans. Sonics and ultrason., VOL.SU-25, No.6, 1978 IEEE
비특허문헌 2: "Si/SiO2/LiNbO3구조를 전파하는 고압전성 경계파"(제26회 EM심포지엄, 1997년 5월, pp53∼58)
탄성 경계파 장치에서는, 제1, 제2의 매질층간의 경계 및 경계 부근에 에너지가 집중해서 전파하는 탄성 경계파가 사용되고 있다. 이 경우, 제1의 매질층 및 제2의 매질층의 두께는 무한대인 것이 바람직하다. 그러나, 실제의 탄성 경계파 장치에서는, 제1, 제2의 매질층의 두께는 유한이다.
그리고, 상술한 비특허문헌 1이나 비특허문헌 2에 기재된 내용에 따라서 탄성 경계파 장치를 구성한 경우, 공진특성이나 필터특성에 원하지 않는 스퓨리어스가 발생한다고 하는 문제가 있었다. 즉, 탄성 경계파 공진자를 구성한 경우에는, 공진 주파수보다도 고주파측에 무시할 수 없는 복수의 스퓨리어스 응답이 발생하는 경향이 있었다. 또한, 종래의 탄성 경계파 공진자를 복수개 조합해서 구성한 필터, 예를 들면 사다리(ladder)형 필터 등에서는, 통과대역보다도 고주파측에 복수의 스퓨리어스가 발생하여, 대역외 감쇠량이 열화한다고 하는 문제가 있었다.
이것을, 도 33∼도 36을 참조해서 설명한다. 제1의 매질층으로서의 15°Y컷트 X전파의 LiNbO3기판상에, 0.05λ의 막두께가 되도록 Au로 이루어지는 전극을 형성하고, 또한, 제2의 매질층으로서, 두께 2λ의 두께가 되도록 SiO2막을 RF 마그네트론 스퍼터에 의해 웨이퍼 가열 온도 200℃에서 성막(成膜)하였다. 이렇게 해서, 탄성 경계파 공진자를 구성하였다. 한편, 형성한 전극(204)은 도 33에 나타내는 바와 같이, IDT(204A)와, 반사기(204B, 204C)를 갖는다. 이렇게 해서 구성된 탄성 경계파 공진자의 임피던스-주파수 특성 및 위상-주파수 특성을 도 34에 나타낸다. 도 34에 화살표 A1∼A3로 나타내는 바와 같이, 반공진 주파수보다도 고역측(高域側)에 큰 복수의 스퓨리어스가 나타나고 있었다.
또한, 상기와 동일하게 해서 구성된 복수의 탄성 경계파 공진자를 사용해서 도 35에 나타내는 사다리형 회로를 구성하고, 이렇게 해서 얻어진 사다리형 필터의 주파수 특성을 측정하였다. 결과를 도 36에 나타낸다. 한편, 도 35의 병렬암 공진자(parallel arm resonators;P1, P3)는 IDT의 전극지(電極指;electrode fingers)의 쌍수를 50.5쌍 및 개구 길이를 30λ로 해서 구성하였다. 또한, 직렬암 공진자(series arm resonators;S1, S2)는 병렬암 공진자(P1, P3)를 구성하는 데 사용한 탄성 경계파 공진자 2개를 직렬 접속함으로써 각각 구성하였다. 병렬암 공진자(P2)는 IDT의 전극지의 쌍수를 100.5쌍, 개구 길이를 30λ로 해서 구성하였다. 또한, 병렬암 공진자(P1∼P3)의 IDT 및 반사기에 있어서의 λ는 3.0㎛로 하고, 직렬암 공진자에 있어서의 λ는 병렬암 공진자(P1)의 반공진 주파수와 병렬암 공진자의 공진 주파수가 겹쳐지도록 배치하였다. IDT 및 반사기의 듀티비(duty ratio)를 모두 0.58, 전극은 Au에 의해 구성하고, 그 막두께는 0.05λ, SiO2막의 막두께는 2.5λ로 하였다.
도 36으로부터 명백하듯이, 화살표 B1∼B3 등으로 나타내는 복수의 큰 스퓨리어스가 통과대역보다도 고역측에 나타나고 있음을 알 수 있다.
본 발명의 목적은 상술한 종래기술의 현상을 감안하여, 공진 주파수나 통과대역보다도 고역측에 있어서의 복수의 스퓨리어스 응답을 효과적으로 억압하는 것이 가능하게 되어 있으며, 양호한 주파수 특성을 갖는 탄성 경계파 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 제1의 매질층과 제2의 매질층과의 경계를 전파하는 탄성 경계파를 이용한 탄성 경계파 장치로서, 제1의 매질층과, 상기 제1의 매질층에 적층된 제2의 매질층과, 상기 제1, 제2의 매질층의 경계에 형성된 전극을 구비하고, 상기 제1 및/또는 제2의 매질층의 경계면과는 반대측의 면에 스퓨리어스가 되는 모드를 감쇠시키는 흡음층(吸音層;sound-absorbing layer)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 어느 특정의 국면에서는, 상기 흡음층에 있어서의 횡파(橫波)의 음속이 상기 흡음층이 적층되어 있는 제1 및/또는 제2의 매질층의 횡파의 음속보다도 저속이다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 흡음층에 있어서의 종파(縱波)의 음속이 상기 흡음층이 적층되어 있는 제1 및/또는 제2의 매질층에 있어서의 종파의 음속보다도 저속이다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치에서는, 바람직하게는, 상기 흡음층의 횡파의 음속이 상기 흡음층이 적층되어 있는 제1 및/또는 제2의 매질층에 있어서의 횡파의 음속의 0.13배 이상, 1.23배 이하의 범위에 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치에서는, 보다 바람직하게는, 상기 흡음층에 있어서의 음향 임피던스가 상기 흡음층이 적층되어 있는 제1 및/또는 제2의 매질층의 음향 임피던스의 0.20배∼5.30배의 범위에 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 흡음층이 상기 제1 및/또는 제2의 매질층과 동종(同種)의 재료를 사용해서 구성되어 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 흡음층의 외측에, 상기 흡음층보다도 탄성파의 감쇠상수가 작은 저감쇠 상수층(low attenuation constant layer)이 형성되어 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 흡음층이 수지, 유리, 세라믹스 및 금속으로 이루어지는 군(群)에서 선택된 적어도 1종에 의해 구성되어 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 흡음층이 필러가 함유되어 있는 수지에 의해 구성되어 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 흡음층이 상기 제1 및/또는 제2의 매질층의 표면에 있어서, 상기 경계에 있어서의 탄성 경계파 전파로에 대향하는 부분에 형성되어 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 흡음층의 적어도 한쪽 면에, 도체층이 적층되어 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 경계에 형성된 상기 전극에 전기적으로 접속되어 있으며, 또한 상기 제1 및/또는 제2의 매질층을 관통하도록 형성된 관통홀 전극(through-hole electrode)과, 상기 관통홀 전극에 접속되어 있으며, 또한 탄성 경계파 장치의 외표면에 형성된 외부전극이 더 구비되어 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치에서는, 바람직하게는, 관통홀 전극 내에 탄성체가 충전되어 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 제1의 매질층에 형성된 관통홀 전극과, 제2의 매질층에 형성된 관통홀 전극을 가지며, 상기 제1의 매질층에 형성된 관통홀 전극과, 제2의 매질층에 형성된 관통홀 전극이 연속하지 않도록 형성되어 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 경계에 형성된 전극에 전기적으로 접속되어 있으며, 또한 탄성 경계파 장치의 외표면에 형성된 배선전극이 더 구비되어 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 탄성 경계파 장치가 상기 경계와 교차하는 측면에 단차부를 가지며, 상기 경계에 형성된 전극에 접속되어 있고, 또한 상기 단차부에 인출되어 있는 접속전극을 더 구비하며, 상기 배선전극이 상기 단차부에 이르도록 형성되어 있고, 단차부에 있어서 상기 접속전극과 접속되어 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 제1의 매질층과 제2의 매질층 사이, 제1의 매질층의 외측 표면 및 제2의 매질층의 외측 표면의 적어도 1개에, 상기 경계면과 평행한 방향의 선팽창계수가 제1, 제2의 매질층보다도 낮은 제3의 재료층이 형성되어 있다. 한편, 매질층의 "외측 표면"이란, 경계면과는 반대측의 면을 말하는 것으로 한다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 제1의 매질층과 제2의 매질층 사이, 제1의 매질층의 외측 표면 및 제2의 매질층의 외측 표면의 적어도 1개에, 상기 경계면과 평행한 방향의 선팽창계수의 부호가 제1, 제2의 매질층의 선팽창계수의 부호와 다른 제3의 재료층이 형성되어 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 제1의 매질층과 제2의 매질층 사이, 제1의 매질층의 외측 표면 및 제2의 매질층의 외측 표면의 적어도 1개에, 상기 제1, 제2의 매질층보다도 열전도율이 높은 제4의 재료층이 형성되어 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 경계 또는 제1, 제2의 매질층의 외측 표면에 임피던스 정합회로가 구성되어 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 제2의 매질층의 두께가 0.5λ 이상이고, 흡음층의 두께가 1.0λ 이상이다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치에서는, 바람직하게는, 흡음층이 적층 구조를 갖는다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 흡음층이 복수의 흡음 재료층을 적층해서 이루어지는 적층 구조를 가지며, 제2의 매질층에 가까운 측의 흡음 재료층의 음향특성 임피던스가, 상기 흡음 재료층보다도 제2의 매질층에서 떨어진 흡음 재료층의 음향 임피던스와, 제2의 매질층의 음향 임피던스 사이의 중간의 값을 갖는다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 다른 특정의 국면에서는, 실장측의 면에 범프를 통해서 접합되어 있으며, 또한 제1, 제2의 매질층 및 흡음층을 갖는 구조 부분보다도 단단한 재료로 이루어지는 실장용 기판을 더 구비하고, 상기 실장용 기판을 사용해서 실장되도록 구성되어 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 실장측의 면에 형성된 응력 완충체가 더 구비된다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 제조방법은 제1의 매질층상에 전극을 형성하는 공정과, 상기 전극을 덮도록 제2의 매질층을 형성하는 공정과, 상기 제1의 매질층 및/또는 제2의 매질층의 상기 경계면과는 반대측의 면에 흡음층을 형성하는 공정을 구비한다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 제조방법의 어느 특정의 국면에서는, 상기 흡음층을 형성하는 공정에 있어서, 흡음층 내의 가스를 탈기(脫氣)하는 공정이 포함된다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 제조방법의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 탄성 경계파 장치의 제조방법이 복수의 탄성 경계파 장치를 연결해서 이루어지는 마더(mother)의 상태로 행해지며, 상기 흡음층을 형성한 후에, 개개의 탄성 경계파 장치 단위로 분할된다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 제조방법의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 흡음층을 형성하는 공정까지의 공정이 마더의 상태로 행해지고, 개개의 탄성 경계파 장치로 분할된 후에 상기 흡음층을 형성하는 공정이 행해진다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치에서는, 제1의 매질층과 제2의 매질층의 경계에 전극이 형성되어 있으며, 또한 제1 및/또는 제2의 매질층의 경계면과는 반대측의 면인 외측면에 스퓨리어스가 되는 모드를 감쇠시키는 흡음층이 구비되어 있다. 따라서, 후술하는 실험예로부터 명백하듯이, 흡음층의 존재에 의해, 공진 주파수보다도 고역측이나 통과대역의 고역측에 있어서의 복수의 스퓨리어스 응답을 효과적으로 억압할 수 있다. 따라서, 공진특성이나 필터특성이 양호한 탄성 경계파 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
흡음층에 있어서의 횡파의 음속이 흡음층이 적층되어 있는 제1 및/또는 제2의 매질층의 횡파의 음속보다도 저속인 경우에는, 횡파에 의한 스퓨리어스 응답을 효과적으로 억압할 수 있다.
흡음층에 있어서의 종파의 음속이 흡음층이 적층되어 있는 제1 및/또는 제2의 매질층에 있어서의 종파의 음속보다도 저속인 경우에는, 종파에 의한 원하지 않는 스퓨리어스 응답을 효과적으로 억압할 수 있다.
특히, 흡음층의 횡파의 음속이 흡음층이 적층되어 있는 제1 및/또는 제2의 매질층에 있어서의 횡파의 음속의 0.13배 이상, 1.23배 이하의 범위에 있는 경우에는, 횡파에 의한 원하지 않는 스퓨리어스 응답을 효과적으로 억압할 수 있다.
또한, 흡음층에 있어서의 음향 임피던스가 제1 및/또는 제2의 매질층의 음향 임피던스의 0.2∼5.3배의 범위에 있는 경우에는, 상기 원하지 않는 복수의 스퓨리어스 응답을 효과적으로 억압할 수 있다.
흡음층이 제1 및/또는 제2의 매질층과 동종의 재료를 사용해서 구성되어 있는 경우에는, 흡음층을 제1 및/또는 제2의 매질층과 동일한 공정으로 제조할 수 있다.
또한, 흡음층의 외측에, 상기 흡음층보다도 감쇠상수가 작은 저감쇠 상수층이 형성되어 있는 경우에는, 감쇠상수가 작은 막이 치밀성이 우수한 경우가 많기 때문에, 내습성능(耐濕性能)을 향상할 수 있다. 따라서, 흡음층이나 그 아래의 층을 효과적으로 보호할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 흡음층은 여러 가지 재료로 구성되지만, 수지, 유리, 세라믹스 및 금속으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종에 의해 구성되어 있는 경우에는, 충분한 흡음성을 갖는 것을 가지며, 또한 비교적 단단하기 때문에, 원하지 않는 스퓨리어스를 효과적으로 억압할 수 있고, 또한 강도가 우수한 탄성 경계파 장치를 제공할 수 있다. 상기 흡음층은 단일 재료로 형성될 필요는 반드시 없다. 또한, 수지 재료는 감쇠상수가 큰 재료가 많으며, 탄소나 실리카, 텅스텐 등의 세라믹스나 금속 등을 필러로서 첨가함으로써, 여러 가지 음속이나 음향특성 임피던스를 갖는 흡음 매질을 구성할 수 있다. 예를 들면, 에폭시계 수지 등의 수지 재료에, 상기와 같은 필러를 함유시킴으로써, 음속이나 음향특성 임피던스를 조정할 수 있을 뿐만 아니라, 탄성파를 산란시킴으로써, 감쇠상수의 증대효과를 얻을 수도 있다.
흡음층이 제1 및/또는 제2의 매질층의 표면에 있어서, 경계에 있어서의 탄성 경계파 전파로와 대향하는 부분에 형성되어 있는 경우에는, 흡음층의 존재에 의해, 원하지 않는 스퓨리어스를 효과적으로 억압할 수 있다.
흡음층의 적어도 한쪽 면에 도체층이 적층되어 있는 경우에는, 도체층에 의해 전자(電磁) 실드 기능을 달성할 수 있다.
경계에 형성된 전극에 전기적으로 접속되어 있으며, 제1 및/또는 제2의 매질층을 관통하도록 형성된 관통홀 전극과, 상기 관통홀 전극에 접속되어 있으며, 또한 탄성 경계파 장치의 외표면에 형성된 외부전극을 더 구비하는 경우에는, 탄성 경계파 장치를 관통홀 전극을 사용해서 전기적으로 접속할 수 있으므로, 탄성 경계파 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
관통홀 전극 내에 탄성체가 충전되어 있는 경우에는, 공동을 갖지 않으므로, 매질층과의 음향 임피던스차를 작게 할 수 있다. 따라서, 탄성 경계파의 원하지 않는 반사나 산란을 억제할 수 있다. 또한, 부식성 가스의 침입을 억제할 수도 있다.
제1의 매질층에 형성된 관통홀 전극과, 제2의 매질층에 형성된 관통홀 전극을 가지며, 제1의 매질층에 형성된 관통홀 전극과, 제2의 매질층에 형성된 관통홀 전극이 두께방향으로 겹쳐지지 않도록 형성되어 있는 경우에는, 부식성 가스 등의 내부에의 침입을 억제할 수 있다.
경계에 형성된 전극에 전기적으로 접속되어 있으며, 또한 탄성 경계파 장치의 외표면에 형성된 배선전극을 더 구비하는 경우에는, 외부 표면을 이용해서 탄성 경계파 장치의 전극을 외부로 꺼낼 수 있다.
탄성 경계파 장치는 경계와 교차하는 측면에 단차부를 가지며, 상기 단차부에 있어서, 외표면에 형성된 배선전극이 접속전극에 접속되어 있는 경우에는, 전기적 접속의 신뢰성을 높일 수 있다.
제1의 매질층과 제2의 매질층 사이, 제1의 매질층의 외측 표면 및 제2의 매질층의 외측 표면의 적어도 1개에, 경계면과 평행한 방향의 선팽창계수가 제1, 제2의 매질층보다도 낮은 제3의 재료층이 형성되어 있는 경우에는, 온도 변화에 의한 휘어짐 등의 외형의 일그러짐을 억제할 수 있음과 아울러, 필터의 경우에는 중심 주파수, 공진자의 경우에는 공진 주파수 등의 주파수 특성의 온도특성을 개선할 수 있다.
제1의 매질층과 제2의 매질층 사이, 제1의 매질층의 외측 표면 및 제2의 매질층의 외측 표면의 적어도 1개에, 경계면과 평행한 방향의 선팽창계수의 부호가 제1, 제2의 매질층의 선팽창계수의 부호와 다른 제3의 재료층이 형성되어 있는 경우에는, 또한 온도 변화에 의한 휘어짐 등의 외형의 일그러짐을 억제할 수 있음과 아울러, 필터의 경우에는 중심 주파수, 공진자의 경우에는 공진 주파수 등의 주파수 특성의 온도특성을 개선할 수 있다.
제1의 매질층과 제2의 매질층 사이, 제1의 매질층의 외측 표면 및 제2의 매질층의 외측 표면의 적어도 1개에, 제1, 제2의 매질층보다도 열전도율이 높은 제4의 재료층이 배치되어 있는 경우에는, 방열성이 높아지고, 대전력 인가시의 온도 상승을 억제할 수 있어, 내전력(耐電力) 성능이 개선된다.
경계 또는 제1, 제2의 매질층의 표면에, 임피던스 정합회로가 구성되어 있는 경우에는, 탄성 경계파 장치에 임피던스 정합회로를 내장시킬 수 있다.
제2의 매질층의 두께는 0.5λ 이상이고, 흡음층의 두께는 1.0λ 이상인 경우에는, 본 발명에 따라서, 원하지 않는 스퓨리어스 응답을 보다 효과적으로 억압할 수 있다.
흡음층이 적층 구조를 갖는 경우에는, 흡음층을 구성하는 각 층의 두께 및 재료를 선택함으로써, 원하는 성능을 갖는 흡음층을 용이하게 구성할 수 있다. 흡음층이 복수의 재료층을 갖는 적층 구조를 가지며, 제2의 매질층에 가까운 측의 흡음 재료층의 음향특성 임피던스가 상기 흡음 재료층보다도 제2의 매질층에서 떨어진 흡음 재료층의 음향 임피던스와, 제2의 매질층의 음향 임피던스와의 중간의 값을 갖는 경우에는, 제2의 매질층과, 외측의 흡음 재료층과의 음향 임피던스의 정합성을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치에 있어서, 실장측의 면에 범프를 통해서 실장용 기판이 접합되어 있으며, 상기 실장용 기판이 제1, 제2의 매질층 및 흡음층을 갖는 구조 부분보다도 단단한 재료로 이루어지는 경우에는, 상기 실장용 기판을 사용해서 프린트 회로기판 등에 의해 본 발명에 따른 탄성 경계파 장치를 용이하게 실장할 수 있다. 이 경우, 실장용 기판이 상대적으로 높은 강도를 갖기 때문에, 프린트 기판 등에 솔더에 의해 실장되었다고 하더라도, 프린트 회로기판측으로부터의 응력이 탄성 경계파 칩측에 가해지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 예를 들면 프린트 회로기판이 구부러지거나 한 경우라도, 탄성 경계파 장치의 주파수 특성의 열화나 깨짐을 억제할 수 있다.
또한, 탄성 경계파 장치와 실장기판 사이에 응력 완충체가 형성되어 있는 경우에는, 상기 응력 완충체에 의해, 실장 구조가 고정되는 프린트 기판의 굽힘 등에 의한 응력의 경계파 칩으로의 전달이 억제되므로, 경계파 칩이 구부러지지 않고, 주파수 특성의 열화나 칩의 깨짐을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 제조방법에서는, 제1의 매질층상에 전극을 형성하는 공정과, 상기 전극을 덮도록 제2의 매질층을 형성하는 공정과, 제1의 매질층 및/또는 제2의 매질층의 경계면과는 반대측의 면에 흡음층을 형성하는 공정을 구비하기 때문에, 본 발명에 따른 탄성 경계파 장치를 제공할 수 있다.
흡음층을 형성하는 공정에 있어서, 흡음층 내의 가스를 탈기하는 공정이 포함되어 있는 경우에는, 경시(經時)에 의한 주파수 특성의 변화를 억제할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 복수의 탄성 경계파 장치를 연결해서 이루어지는 마더의 상태로 흡음층 형성까지의 제조공정이 행해지고, 흡음층을 형성한 후에, 개개의 탄성 경계파 장치 단위로 분할되는 경우에는, 본 발명의 탄성 경계파 장치를 효율 좋게 제조할 수 있다. 또한, 흡음층을 형성하기 전까지의 공정이 마더의 상태로 행해지고, 개개의 탄성 경계파 장치로 분할된 후에 흡음층을 형성하는 공정이 행해지는 경우에는, 외부단자를 제외하는 칩 전체를 흡음층으로 덮을 수 있으므로, 경계파 장치의 내환경 특성을 높일 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성 경계파 장치의 정면 단면도 및 모식적 사시도이다.
도 2는 SiO2/Au/LiNbO3구조에 있어서, Au의 두께를 0.05λ, SiO2막의 두께를 1.5λ로 했을 때의 메인 모드인 탄성 경계파의 변위 분포를 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2와 동일한 조건에 있어서의 각 스퓨리어스 모드의 변위 분포를 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 도 2와 동일한 조건에 있어서의 각 스퓨리어스 모드의 변위 분포를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 도 2와 동일한 조건에 있어서의 각 스퓨리어스 모드의 변위 분포를 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 도 2와 동일한 조건에 있어서의 각 스퓨리어스 모드의 변위 분포를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 2에 나타낸 경우와 동일 조건에 있어서의 그 외의 스퓨리어스 모드의 변위 분포를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1에 나타낸 탄성 경계파 장치의 임피던스-주파수 특성 및 위상-주 파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 흡음층의 밀도(ρ)가 변화한 경우의 SH형 경계파, 스톤리파 및 여러 가지 스퓨리어스 모드의 음속의 변화 및 감쇠상수의 변화를 나타내는 각 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 흡음층의 횡파 음속(Vs)이 변화한 경우의 SH형 경계파, 스톤리파 및 여러 가지 스퓨리어스 모드의 음속의 변화 및 감쇠상수의 변화를 나타내는 각 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 흡음층의 음향특성 임피던스(Zs)를 고정한 조건에서 흡음층의 횡파 음속(Vs)을 변화시킨 경우의 SH형의 탄성 경계파, 스톤리파 및 여러 가지 스퓨리어스 모드의 음속의 변화 및 감쇠상수의 변화를 나타내는 각 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 흡음층의 횡파 음속을 고정한 조건에서, 흡음층의 음향특성 임피던스(Zs)가 변화한 경우의 SH형 경계파, 스톤리파 및 여러 가지 스퓨리어스 모드의 음속의 변화 및 감쇠상수의 변화를 나타내는 각 도면이다.
도 13은 SiO2막의 막두께를 변화시킨 경우의 횡파 음속의 비와, 스퓨리어스 모드의 임피던스비와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 14는 SiO2막의 막두께를 변화시킨 경우의 음향 임피던스의 비와, 스퓨리어스 모드의 임피던스비와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 실시형태의 탄성 경계파 공진자의 임피던스 및 위상-주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시형태에 따른 탄성 경계파 필터의 감쇠량-주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 변형예를 나타내는 부분 절개 정면 단면도이다.
도 18은 본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 다른 변형예를 나타내는 부분 절개 정면 단면도이다.
도 19는 본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 변형예를 나타내는 부분 절개 정면 단면도이다.
도 20은 본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 변형예를 나타내는 부분 절개 정면 단면도이다.
도 21은 본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 실시형태를 설명하기 위한 부분 절개 정면 단면도이다.
도 22는 본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 다른 실시형태를 설명하기 위한 부분 절개 정면 단면도이다.
도 23은 도 22에 나타낸 탄성 경계파 장치의 요부를 나타내는 사시도이다.
도 24는 본 발명의 탄성 경계파 장치의 또 다른 실시형태를 나타내는 정면 단면도이다.
도 25는 본 발명의 탄성 경계파 장치의 또 다른 실시형태를 나타내는 정면 단면도이다.
도 26은 본 발명의 탄성 경계파 장치의 또 다른 실시형태를 나타내는 정면 단면도이다.
도 27a∼도 27g는 본 발명의 탄성 경계파 장치의 제조방법의 일례를 설명하기 위한 정면 단면도이다.
도 28a∼도 28f는 본 발명의 탄성 경계파 장치의 제조방법의 다른 예를 설명하기 위한 각 정면 단면도이다.
도 29a∼도 29h는 본 발명의 탄성 경계파 장치의 제조방법의 또 다른 예를 설명하기 위한 정면 단면도이다.
도 30a∼도 30f는 본 발명의 탄성 경계파 장치의 제조방법의 또 다른 예를 설명하기 위한 각 정면 단면도이다.
도 31은 본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 실시형태를 설명하기 위한 부분 절개 정면 단면도이다.
도 32는 종래의 탄성 경계파 장치를 설명하기 위한 정면 단면도이다.
도 33은 종래의 탄성 경계파 장치로서 형성한 1포트형 탄성 경계파 공진자의 전극 구조를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 34는 종래의 탄성 경계파 장치의 임피던스-주파수 특성상에 나타나는 스퓨리어스 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 35는 종래의 탄성 경계파 장치를 복수 사용해서 구성된 사다리형 회로의 회로도이다.
도 36은 종래의 탄성 경계파 소자를 복수 사용해서 구성된 사다리형 필터의 감쇠량 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
<부호의 설명>
1 : 탄성 경계파 장치 2 : 제2의 매질층
3 : IDT 4, 5 : 반사기
6 : 제2의 매질층 7 : 흡음층
7a : 제1의 흡음 재료층 7b : 제2의 흡음 재료층
21 : 탄성 경계파 장치 22 : 제1의 매질층
23 : IDT 26 : 제2의 매질층
26a, 26b : 매질 재료층 31 : 탄성 경계파 장치
41, 42 : 도체층 51 : 탄성 경계파 장치
52 : 배선전극 53, 54 : 관통홀 전극
55 : 배선전극 61 : 탄성 경계파 장치
63 : IDT 66 : 제2의 매질층
67 : 접속전극 68 : 제3의 매질층
69 : 배선전극 71 : 배선전극
72 : 배선전극 73 : 외부 접속전극
74 : 보호막 81 : 탄성 경계파 장치
82 : 열전도성 재료층 83 : 에폭시 수지층
84, 85 : 배선전극 86 : 보호막
90 : 탄성 경계파 장치 91 : 탄성 경계파 장치 칩
91a, 91b : 전극 92a, 92b : 범프
93 : 세라믹 기판 93a, 93b : 전극
94 : 보호막 96 : 탄성 경계파 장치
97a, 97b : 도전 페이스트 98a, 98b : 외부단자
99 : 보강 수지층 101 : 웨이퍼
102 : IDT 103, 104 : 반사기
105, 106 : 배선전극 107 : 제2의 매질층
107a : 상면 108 : 배선전극
109 : 흡음층 110 : SiN막
111, 112 : 개구부 113, 114 : 외부단자
121 : 제4의 매질층 121A : 패터닝된 감광성 수지 박막
123 : 흡음층 124, 125 : 개구부
126, 127 : 외부 접속단자 132, 133 : 외부 접속단자
134 : 흡음층
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명함으로써, 본 발명을 명백히 한다.
본원 발명자들은, 상기 스퓨리어스의 원인을 조사하기 위해서, 수치 해석을 행하였다. 이 수치 해석은 문헌 "A method for estimating optimal cuts and propagation directions for excitation and propagation directions for excitation of piezoelectric surface waves" (J.J.Campvell and W.R.Jones, IEEE Trans, Sonics and Ultrason., Vol.SU-15(1968) pp.209-217)에 개시되어 있는 방법을 기초로 행한 것이다. 여기에서는, SiO2와 Au와의 경계 및 Au와 LiNbO3와의 경계에 있어서의 변위와 상하방향의 응력을 연속으로 하고, 단락 경계이기 때문에 전위를 0으로 하며, SiO2의 두께를 소정의 값으로 하고, 15°Y-X전파의 LiNbO3의 두께를 무한대로 하여, 경계파의 변위 분포와 스퓨리어스 모드의 변위 분포를 구하였다.
도 2는 Au의 두께를 0.05λ, SiO2의 두께를 1.5λ라고 했을 때의 메인 모드인 탄성 경계파의 변위 분포를 나타낸다.
또한, 도 3a∼도 7은 도 2와 동일 조건에 있어서의 각 스퓨리어스 모드의 변위 분포를 나타내는 도면이다. 또한, 도 2에 나타나 있는 변위 분포를 나타내는 경계파와, 도 3a∼도 7에 나타내는 각 변위 분포가 나타나 있는 스퓨리어스 모드는 응답 주파수가 낮은 순으로 늘어 놓여져 있다. 즉, 도 2에 나타내는 경계파의 주파수가 가장 낮고, 도 7에 나타내는 스퓨리어스 모드의 주파수가 가장 높다. 또한, λ는 메인 모드인 경계파의 파장이다.
또한, 도 2∼도 7에 있어서, 실선은 U1성분(변위의 X1방향 성분), 파선은 U2성분(변위의 X2방향 성분), 일점쇄선은 U3성분(변위의 X3방향 성분)을 나타낸다.
상기 X1방향이란 경계면에 있어서 경계파가 전파하는 방향을 말하는 것으로 하고, X2방향이란 경계면에 포함되는 방향이며, 또한 X1방향과 직교하는 방향이고, X3방향이란 경계면과 직교하는 방향이다.
일반적으로, 탄성파에는, U1성분으로 구성되는 P파, U2성분으로 구성되는 SH파 및 U3성분으로 구성되는 SV파가 존재한다. 탄성 경계파나 상기 스퓨리어스 모드는 부분파인 P파, SH파 및 SV파의 조합에 의한 모드이다. 한편, 도 3b∼도 7에서는, Au층의 위치만을 나타내고, SiO2층 및 LiNbO3층의 표시는 도시를 용이하게 하기 위해서 생략하고 있다.
도 2로부터 명백하듯이, 메인 모드인 경계파에서는, U2성분이 주체인 SH형의 경계파임을 알 수 있다.
그리고, 도 3a∼도 7로부터 명백하듯이, 스퓨리어스 모드는 U2성분 주체의 스퓨리어스 모드와, U1 및 U3성분 주체의 스퓨리어스 모드와, U1성분 주체의 스퓨리어스 모드의 3종류로 크게 나뉘어짐을 알 수 있다. 이 3종류의 스퓨리어스 모드는 제2의 매질층인 SiO2막의 표면과 경계층에 배치된 Au로 이루어지는 전극과의 사이에서 에너지의 대부분이 갇혀져서 전파한다. 그리고, 3종류의 스퓨리어스 모드가 발생하기 때문에, 상술한 도 34 및 도 36에 나타낸 복수의 고역측의 스퓨리어스 응답이 발생했다고 생각된다.
한편, 도 3a∼도 7에 나타낸 스퓨리어스 모드 외에, U1 및 U3성분 주체의 스톤리파와 유사한 모드(이하, 스톤리파라고 총칭한다)도 전파하지만, SiO2/Au(0.05λ)/15°Y-X전파 LiNbO3구조에서는, 스톤리파의 전기기계 결합계수는 거의 0이며, 스톤리파는 여진(勵振)되지 않는다.
본원 발명자들은 상기 도 2∼도 7에 나타낸 결과를 고려해서, 제2의 매질층 에 에너지가 갇혀져서 전파하는 모드를 억제하면, 상술한 고역측의 복수의 스퓨리어스 응답을 억제할 수 있다고 생각하고, 본 발명을 이루기에 이르렀다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 탄성 경계파 장치를 나타내는 정면 단면도 및 모식적 사시도이다.
탄성 경계파 장치(1)는 제1의 매질층(2)을 갖는다. 제1의 매질층(2)은 15°Y-X전파의 LiNbO3 단결정 기판에 의해 구성되어 있다. 단, 본 발명에 있어서, 제1의 매질층(2)은 다른 단결정 기판, 예를 들면 다른 결정핵의 LiNbO3 압전 단결정 기판 등에 의해 구성되어 있어도 좋고, LiTaO3 등의 다른 압전 단결정에 의해 구성되어 있어도 좋다.
제1의 매질층(2)의 상면에는 IDT(3) 및 반사기(4, 5)가 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, IDT(3)의 양측에 그레이팅 반사기(grating reflectors;4, 5)가 배치되어, 1포트형 탄성 경계파 소자가 구성되어 있다.
상기 IDT(3) 및 반사기(4, 5)를 덮도록 제2의 매질층(6)이 형성되어 있다. 제2의 매질층(6)은 본 실시형태에서는 SiO2막에 의해 구성되어 있다.
그리고, 제2의 매질층(6)의 상면에, 흡음층(7)이 형성되어 있다. 흡음층(7)은 탄성파의 감쇠상수가 제2의 매질층(6)보다도 큰 수지에 의해 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 상기 IDT(3) 및 반사기(4, 5)는 두께 0.003λ의 NiCr로 이루어지는 밀착층상에, 두께 0.05λ의 Au로 이루어지는 주전극층을 적층함으로써 구성하였다. 그리고, IDT에는, 도 34에 나타낸 특성을 얻은 탄성 경계파 소자의 경우와 마 찬가지로, 교차폭 웨이팅(weighting)을 실시하고, 전극지(電極指;electrode finger)의 쌍수는 50쌍, 대향하는 버스바간의 거리는 30.5λ, IDT(3)를 구성하는 전극지의 듀티비는 0.55로 하였다. 또한, 반사기(4, 5)의 전극지의 개수는 각각 50개로 하였다. 또한 IDT의 전극지의 전극지 선단간 거리는 0.25λ, 최대 교차폭은 30λ로 하였다. IDT(3)와 반사기(4, 5)의 λ는 일치시키고, IDT(3)와 반사기(4, 5)의 전극지 중심간 거리는 0.5λ로 하였다. 또한, SiO2막의 두께는 2λ로 하고, 도 34에 나타낸 특성의 비교예의 경우와 마찬가지로, RF 마그네트론 스퍼터에 의해 웨이퍼 가열 온도 200℃에서 성막(成膜)을 행하였다.
따라서, 탄성 경계파 장치(1)는 흡음층(7)이 형성되어 있는 것을 제외하고는 상기한 비교예와 동일하게 구성되어 있다.
그리고, 흡음층(7)은 경도 조정한 에폭시계 수지에 의해 구성되어 있으며, 5λ 이상의 두께를 갖는다. 흡음층(7)의 형성은 제2의 매질층(6)상에 에폭시계 수지를 도포하고, 경화함으로써 행하였다.
탄성 경계파 장치(1)의 임피던스-주파수 특성 및 위상-주파수 특성을 도 8에 나타낸다.
도 8을, 도 34와 비교하면 명백하듯이, 1700MHz 부근의 스퓨리어스 응답의 임피던스비(공진 주파수와 반공진 주파수에 있어서의 임피던스의 비)는 도 34에서는 29.3dB이었던 것에 비하여, 본 실시형태에서는 7.1dB로 현저히 작아지고 있음을 알 수 있다. 즉, 흡음층(7)의 형성에 의해, 고역측의 원하지 않는 스퓨리어스 응답 을 효과적으로 억압할 수 있음을 알 수 있다.
단, 도 8에 나타낸 주파수 특성에서는, 1700MHz 부근의 스퓨리어스를 완전히 억압할 수는 없다.
본원 발명자의 지견에 의하면, 음속이 느린 층과 음속이 빠른 층이 혼재하는 적층 구조를 전파하는 탄성파는 음속이 느린 층에 에너지를 집중시켜서 전파하는 것을 알고 있다. 따라서, 제2의 매질층의 표면에 배치되는 흡음층(7)은 탄성파의 음속이 느린 재료로 구성하고, 흡음층(7)/제2의 매질층/전극/제1의 매질층(2)의 적층 구조를 사용함으로써, 제2의 매질층으로부터 흡음층(7)으로 스퓨리어스가 되는 모드의 에너지를 이행시킬 수 있음을 알 수 있다.
즉, 흡음층(7)은 흡음 매질로서 작용하고, 흡음층(7)으로 이행한 스퓨리어스 모드의 에너지는 다시 제2의 매질층(6)으로는 되돌아가지 않게 된다. 이 경우, 탄성 경계파 장치(1)의 주응답인 탄성 경계파는 경계면 근방에 에너지를 집중해서 전파하고 있기 때문에, 탄성 경계파 자체의 에너지의 열화는 발생하기 어렵다.
도 2∼도 7에 나타낸 상술한 해석 결과에서는, SV파가 주성분이 되는 스퓨리어스 모드, SH파가 주성분이 되는 스퓨리어스 모드 및 P파가 주성분이 되는 스퓨리어스 모드의 3종류의 스퓨리어스 모드가 확인되었다.
따라서, SH파와 SV파가 주성분이 되는 스퓨리어스 모드를 억제하기 위해서는, 제2의 매질층에 있어서의 횡파의 음속보다도, 흡음층(7)의 횡파의 음속을 느리게 하면 강하게 억제할 수 있음을 알 수 있다. 또한, P파가 주성분이 되는 스퓨리어스 모드를 효과적으로 억제하기 위해서는, 제2의 매질층에 있어서의 종파의 음속 보다도 흡음층(7)의 종파의 음속을 느리게 하면 됨을 알 수 있다.
한편, 제2의 매질층(6)으로부터 흡음층(7)으로 이행하는 모드의 에너지(T)는 제2의 매질층(6)의 음향특성 임피던스를 ZO, 흡음층(7)의 음향특성 임피던스를 ZL이라고 하면, T=4ZOZL/(ZO+ZL)2으로 나타난다.
상기 식으로부터 명백하듯이, 제2의 매질층(6)의 음향특성 임피던스(ZO)와 흡음층(7)의 음향특성 임피던스(ZL)가 가까울수록, 제2의 매질층(6)으로부터 흡음층(7)으로 이행하는 에너지량(T)이 증가하여, 스퓨리어스 모드를 효율 좋게 억제할 수 있음을 알 수 있다.
따라서, SH파와 SV파를 주성분으로 하는 스퓨리어스 모드를 억제하기 위해서는, 제2의 매질층(6)과 흡음층(7)의 횡파의 음향특성 임피던스를 정합, 즉 근접시키는 것이 바람직하다. 또한, P파를 주성분으로 하는 스퓨리어스 모드를 억제하기 위해서는, 제2의 매질층(6)과 흡음층(7)에 있어서의 종파의 음향 임피던스를 정합시키는 것이 바람직하다.
따라서, 제2의 매질층보다도 저속이고, 음향 정합성이 높으며, 흡음 효과가 높은 재료에 의해 흡음층(7)을 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 검토 결과를 확인하기 위해서, 도 1에 나타낸 탄성 경계파 장치(1)에 있어서의 해석을 행하였다. 이 해석에 있어서는, 제1의 매질층(2)은 두께 무한대의 15°Y-X LiNbO3기판으로 이루어지며, 제2의 매질층(6)은 두께 1.5λ의 SiO2 막, IDT는 두께 0.05λ의 Au막으로 하였다. 흡음층(7)과 SiO2막과의 경계, SiO2막과 Au와의 경계 및 Au와 LiNbO3와의 경계에 있어서의 변위와 상하방향의 응력을 연속으로 하고, SiO2와 Au와의 경계 및 Au와 LiNbO3의 경계는 단락 경계이기 때문에, 전위를 0으로 하였다. 흡음층(7)은 등방체(等方體)로서 취급하고, 두께를 무한으로 하며, SiO2막으로부터 흡음층(7)으로 통과한 파(波)가 흡수되는 모습을 모방하였다. 이 구조에 있어서, 경계파와 스퓨리어스 모드의 음속과 전파손실을 구하였다.
등방체를 전파하는 종파와 횡파의 음속과 음향특성 임피던스에 대해서 설명한다. 등방체의 탄성 강성계수(elastic stiffness coefficient;C11, C12)와, 밀도(ρ)로부터, 횡파의 음속을 Vs, 종파의 음속을 Vp, 횡파의 음향특성 임피던스를 Zs, 종파의 음향특성 임피던스를 Zp라고 했을 때, Vs, Vp는 이하의 식으로 나타난다.
Figure 112005070833561-PCT00001
도 9a∼도 10b는 상기 탄성 경계파 장치에 있어서, 흡음층의 밀도(ρ)를 여러 가지로 변화시킨 것을 제외하고는, 상기와 동일하게 구성된 탄성 경계파 장치에 있어서의 흡음층의 밀도(ρ)와, 횡파 음속(Vs), 전파하는 경계파, U2성분 주체의 스퓨리어스 모드 및 U3성분 주체의 스퓨리어스 모드의 각 음속 및 감쇠상수와의 관 계를 나타내는 각 도면이다.
한편, 도 9로부터 후술하는 도 12까지에 있어서, U2성분 주체의 스퓨리어스 모드로서는, U2성분 주체의 차수(次數)가 낮은 스퓨리어스 모드, 즉 U2 고차-1 모드와, U2성분 주체의 차수가 높은 스퓨리어스 모드, 즉 U2 고차-2 모드가 나타나 있다. 또한, U3성분 주체의 스퓨리어스 모드로서는, U3성분 주체의 차수가 낮은 U3 고차-1 모드와, 차수가 높은 U3 고차-2 모드가 나타나 있다.
SiO2의 횡파 음속은 3757m/초이고, 밀도는 2210㎏/㎥이기 때문에, 흡음층의 횡파 음속은 3757m/초, 밀도가 2210㎏/㎥로 스퓨리어스 모드의 감쇠상수가 극대가되고, 스퓨리어스가 억압된다. 한편, SH형 경계파와 스톤리파는 전혀 감쇠하지 않는다. 한편, 여기에서 계산한 구성에서는, 스톤리파의 전기기계 결합계수는 상술한 바와 같이 거의 0이 되기 때문에, 스톤리파는 전파 가능하지만, 여진되지 않기 때문에, 스퓨리어스로는 되지 않는다.
도 9a∼도 10b에서는, 흡음층의 밀도를 변화시켰을 뿐이기 때문에, 흡음층의 횡파 음속과 횡파의 음향특성 임피던스에 의한 효과를 평가할 수 없다. 그래서, 흡음층에 있어서의 횡파의 음향특성 임피던스(Zs)를, SiO2의 횡파의 음향특성 임피던스인 8.30×106㎏/㎡·초로 고정하고, 하기의 관계식을 사용해서 상수를 결정하며, 흡음층의 횡파 음속(Vs)을 변화시켜서, SH형의 탄성 경계파와, U2성분 주체의 스퓨리어스 모드 및 U3성분 주체의 스퓨리어스 모드의 각 음속 및 감쇠상수와의 관계를 구하였다. 도 11a 및 도 11b에 결과를 나타낸다.
C11=C12+2Zs2/ρ
다음으로, 흡음층의 횡파 음속(Vs)을 3757m/초로 고정하고, 하기의 관계식을 사용해서 상수를 결정하며, 음향특성 임피던스(Zs)를 변화시켜서, SH형 경계파, U2성분 주체의 스퓨리어스 모드 및 U3성분 주체의 스퓨리어스 모드의 각 음속 및 감쇠상수와의 관계를 구하였다. 도 12a 및 도 12b에 결과를 나타낸다.
C11=C12+2ρVs2
도 12a 및 도 12b로부터, 흡음층의 횡파 음속(Vs)이 SiO2의 음속 3757m/초에 가까울수록, 스퓨리어스 모드의 감쇠상수가 커지고, 또한 SiO2의 음속보다도 저음속인 경우에 감쇠상수가 큰 것을 알 수 있다. 탄성 경계파 장치에 사용되는 IDT의 전극지의 쌍수는 통상 10∼50쌍이고, 전파파장에 대하여 10λ∼50λ의 범위로 되어 있다. 계산으로 구해진 감쇠상수(α)는 ±X3방향의 에너지의 방사를 나타낸다. 스퓨리어스 모드의 감쇠상수가 0.5dB/λ이면 10λ에서 예를 들면 5dB 감쇠하고, 50λ에서는 예를 들면 25dB 감쇠한다. 이 감쇠는 흡음층측으로 탄성파가 방사하는 것에 의한 감쇠이다.
또한, 흡음층 자체의 흡음 효과에 의한 감쇠도 더해진다. 따라서, 충분한 스퓨리어스 억제 효과가 얻어진다. 스퓨리어스 모드의 감쇠상수가 1.0∼1.5dB/λ 이상이면, 더욱 우수한 스퓨리어스 억제 효과가 얻어진다.
흡음층의 횡파 음속(Vs)은, 보다 바람직하게는, SiO2의 횡파 음속의 0.13∼ 1.23배의 범위에서, U2성분 주체 및 U3성분 주체의 차수가 높은 스퓨리어스 모드, 즉 U2 고차-2 모드 및 U3 고차-2 모드가 1.5dB/λ 이상 감쇠하고, 또한 U2성분 주체의 차수가 낮은 스퓨리어스 모드 즉 U2 고차-1이 0.5dB/λ 이상 감쇠하는 것을 확인할 수 있었다. 더욱 바람직하게는, 흡음층의 횡파 음속(Vs)이 SiO2의 횡파 음속의 0.6∼1.00배의 범위에서, U3성분 주체의 차수가 낮은 스퓨리어스 모드, 즉 U3 고차 모드가 0.5dB 이상 감쇠한다. 동일한 부분파 성분을 주체로 하는 모드의 경우, 차수가 낮은 모드일수록 전기기계 결합계수가 큰 경향이 있으며, 큰 스퓨리어스가 되기 쉽다.
한편, U2성분 주체의 2번째의 고차 스퓨리어스 모드인 U2 고차-2라고 표기되어 있는 스퓨리어스 모드는 흡음층의 횡파 음속(Vs)이 5000m/초 이상이더라도, 0.003dB/λ의 감쇠상수를 갖는다. 또한, U3성분 주체의 2번째의 고차 스퓨리어스 모드(U3 고차-2)도, 흡음층의 횡파 음속(Vs)이 5000m/초 이상이더라도, 0.477dB/λ의 감쇠상수를 갖는다. 이들 감쇠상수는 스퓨리어스 모드의 음속이 LiNbO3 단결정 기판의 SH파의 음속 또는 SV파의 음속보다도 빠르기 때문에, 단결정 기판측으로 에너지를 방사하기 때문에 발생한다.
또한, 도 12a 및 도 12b로부터, 흡음층의 음향특성 임피던스(Zs)가 SiO2의 음향특성 임피던스인 8.30×106kg/㎡·초에 가까울수록 스퓨리어스 모드의 감쇠상수가 큰 것을 알 수 있다. U2 고차-1이라고 표기되어 있는 스퓨리어스 모드는 흡음층 의 음향특성 임피던스(Zs)가 SiO2의 음향특성 임피던스의 0.45배∼3.61배에서 0.5dB/λ 이상 감쇠하고, 0.75배∼1.99배에서 1.0dB/λ 이상 감쇠하여 바람직하며, 0.89배∼1.48배에서 1.5dB/λ 이상 감쇠하여 더욱 바람직하다.
또한, U2 고차-2로 나타나는 스퓨리어스 모드는 흡음층의 음향특성 임피던스가 SiO2의 음향특성 임피던스의 0.20배∼5.30배에서 0.5dB/λ 이상 감쇠하고, 0.41배∼3.25배에서 1.0dB 이상 감쇠하여 바람직하며, 0.57배∼1.88배에서 1.5dB/λ 이상 감쇠하여 더욱 바람직하다.
또한, U3 고차-1로 나타나 있는 스퓨리어스 모드는 흡음층의 음향특성 임피던스(Zs)가 SiO2의 음향특성 임피던스의 0.84배∼1.29배 이상에서 0.5dB/λ 이상 감쇠하고, 0.96배∼1.08배에서 1.0dB/λ 이상 감쇠하여 바람직하며, 0.99배∼1.02배에서 1.5dB 이상 감쇠하여 더욱 바람직하다.
또한, U3 고차-2로 나타나 있는 스퓨리어스 모드는 흡음층의 음향특성 임피던스(Zs)가 SiO2의 음향특성 임피던스의 0.71배 이상에서 0.5dB/λ 이상 감쇠하고, 0.76배∼1.98배에서 1.0dB/λ 이상 감쇠하여 바람직하며, 0.89배∼1.47배에서 1.5dB/λ 이상 감쇠하여 더욱 바람직하다.
계산결과를 실증하기 위해서, 실험을 행하였다. 도 34에 나타낸 특성을 갖는 비교예의 탄성 경계파 공진자의 SiO2 표면에, 여러 가지 흡음층을 밀착 형성하여, 도 1에 나타낸 실시형태의 탄성 경계파 장치(1)를 구성하였다. 도 13은 흡음층의 횡파 음속을 SiO2의 횡파 음속으로 나눔으로써 얻어진 횡파 음속비(Vs비)와, 스퓨리어스 모드의 임피던스비의 관계를 나타내고, 도 14는 흡음층의 횡파의 음향 임피던스를 SiO2의 횡파의 음향 임피던스로 나눠서 얻어진 음향 임피던스비(Zs비)와, 스퓨리어스 모드의 임피던스비와의 관계를 나타낸다. 한편, 스퓨리어스 모드의 임피던스비란 스퓨리어스 모드의 공진 주파수와 반공진 주파수의 임피던스의 비가 가장 큰 스퓨리어스 모드의 임피던스의 비를 말하는 것으로 한다.
상기 탄성 경계파 장치에 있어서는, Vs비를 0.273 및 Zs비를 0.127로 한 경우, 스퓨리어스 모드의 임피던스비는 7.1dB 이상이지만, 흡음층의 Zs비를 0.393 이상으로 하면, 스퓨리어스 모드의 임피던스비는 3.9dB 이하가 되고, Zs비가 1에 가까이 갈수록 스퓨리어스 모드의 임피던스비가 작아진다. 또한, Vs비를 0.488 이상으로 하면, 스퓨리어스 모드의 임피던스비는 3.9dB 이하가 되고, Vs비가 1에 가까이 갈수록, 스퓨리어스 모드의 임피던스비는 작아진다.
도 15는 SiO2막의 표면에, Vs비 0.633 및 Zs비 0.547의 흡음층을 형성한 경우의 탄성 경계파 공진자의 공진특성을 나타내고, 도 16은 상기 탄성 경계파 공진자를 사용해서 구성된 사다리형 필터의 필터특성을 나타낸다.
상술한 도 7에서는, 흡음층의 흡음 효과에 의한 횡파의 감쇠상수는 7.1dB/λ였던 것에 비하여, 도 15 및 도 16에 나타낸 특성에서 얻어진 구성에서는, 흡음층의 횡파의 감쇠상수는 1.75dB/λ였다. 이 결과로부터, 흡음층은 감쇠상수가 큰 것만으로는, 스퓨리어스 모드를 충분히 억압할 수 없고, 음향 임피던스를 정합시킴으 로써, 스퓨리어스 모드를 보다 한 층 효과적으로 억압할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서는, 흡음층은 제2의 매질층과 동종류(同種類)의 재료에 의해 구성되어도 좋다. 그 경우라도, 주응답인 탄성 경계파의 에너지가 존재하는 영역에 있어서만 감쇠상수를 작게 하고, 그 외측의 감쇠상수를 크게 하면 된다. 한편, "동종의 재료"란, 반드시 완전히 동일한 것을 의미하지 않으며, 예를 들면, 이하에 서술하는 예와 같이, SiO2막이더라도, 성막방법의 차이에 의해 특성이 다른 것이 된다. 이와 같이, 제법이 다른 2종의 SiO2막과 같은 조합이 상기 동종의 재료의 표현에 포함되는 것이다. 제2의 매질층을 스퍼터막 등으로 구성하는 경우, 일반적으로 감쇠상수가 큰 저품위의 막은 고속으로 성막할 수 있으며, 또한 저렴한 것에 비하여, 감쇠상수가 작은 고품위의 막에서는, 저속 성막이고 또한 고가이다. 예를 들면, SiO2막/Al전극/Au전극/LiNbO3로 이루어지는 탄성 경계파 장치에 있어서, 흡음층으로서, SiO2막의 상방에, 제2의 SiO2막을 형성해도 좋다. 이 경우, 제2의 매질층을 구성하는 SiO2막에 대해서는, 감쇠상수가 작고 고품위의 SiO2막으로 구성하고, 두께를 0.5λ정도로 하며, 흡음층을 구성하는 제2의 SiO2막은 감쇠상수가 큰 저품위의 SiO2막에 의해, 예를 들면 두께 1.0λ정도로 형성하면 된다. 이와 같은 구성에서는, 탄성 경계파 장치의 성능을 거의 열화시키지 않고, 저렴하게 스퓨리어스 응답을 억제할 수 있다. 이 경우, 고품위의 SiO2막과, 저품위의 SiO2의 탄성상수나 밀도는 가까운 값이기 때문에, 주(主) 모드인 탄성 경계파의 깊이방향의 변위 분포 는 거의 변화하지 않는다. 저품위의 막은 고품위의 막과 동일한 장치로 연속적으로 성막할 수 있으나, 후술하는 공정에서 제조되어도 좋다. 즉, 고품위의 막 및 저품위의 막의 한쪽을 스퍼터링, 스핀코터법, 스크린 인쇄 및 CVD 중 어느 하나에 의해, 다른쪽은 다른 어느 하나에 의해 형성해도 좋다.
또한, 제1, 제2의 매질층은, 각각, 제1의 재료층으로 구성되어 있을 필요는 반드시 없다. 예를 들면, 제2의 매질층은 복수의 매질 재료층을 적층한 적층 구조를 갖고 있어도 좋다. 도 17은 제2의 매질층이 적층 구조를 갖는 변형예의 탄성 경계파 장치의 부분 절개 정면 단면도이다. 이 탄성 경계파 장치(21)에서는, 제1의 매질층(22)상에 IDT(23)가 형성되어 있으며, IDT(23)를 덮도록, 제2의 매질층(26)이 형성되어 있다. 여기에서는, 제2의 매질층(26)은 매질 재료층(26a)상에, 매질 재료층(26b)을 적층한 구조를 갖는다. 또한, 제2의 매질층(26)상에, 흡음층(27)이 형성되어 있다.
매질 재료층(26a, 26b)은 적절한 재료에 의해 구성된다. 예를 들면, 매질 재료층(26a)은 SiO2에 의해, 매질 재료층은 SiN에 의해 구성될 수 있다. 3 이상의 매질 재료층을 적층하고, 그것에 의해 제2의 매질층을 구성해도 좋다.
또한, 감쇠상수가 큰 매질 재료층과, 감쇠상수가 작은 매질 재료층을 적층한 구조로 해도 좋으며, 감쇠상수가 큰 매질 재료층과, 감쇠상수가 작은 매질 재료층을 번갈아 적층해도 좋다. 감쇠상수가 작은 매질 재료층은 치밀성이 우수한 경우가 많고, 따라서, 경계면에 대해서 외측에 배치함으로써, 경계면 부근의 내습성을 높 일 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는, 제1의 매질층도, 적층 구조를 갖고 있어도 좋다. 본 발명은 경계파가 전파하는 경계면 및 그 근방에 있어서의 경계파 전파재료의 감쇠상수를 작게 하고, 또한 외측의 적어도 일부의 층에 흡음층을 구성함으로써 스퓨리어스 모드를 억제한 것에 특징을 갖는다. 또한, 흡음층에 의해 흡음 효율을 높이기 때문에, 상기와 같이 흡음층과 경계파 전파 매질층의 음향특성 임피던스가 정합되거나, 흡음층이 저음속화되고, 스퓨리어스 모드를 누설 모드로 하여, 스퓨리어스를 효과적으로 억압한 것에 특징을 갖는다. 따라서, 흡음층의 탄성파의 감쇠상수는 제1, 제2의 매질층의 감쇠상수보다도 큰 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서 사용되는 상기 흡음층을 구성하는 재료는 제1, 제2의 매질층에 비해서, 탄성파의 감쇠상수가 크면 특별히 한정되지 않는다. 흡음층을 구성하는 재료의 예로서는, 예를 들면, 에폭시, 페놀, 아크릴레이트, 폴리에스테르, 실리콘, 우레탄, 폴리이미드 등의 각종 수지, 저융점 유리나 물유리 등의 각종 유리, 알루미나세라믹스나 금속막 등도 이용할 수 있다.
특히 수지 재료는 감쇠상수가 큰 재료가 많고, 그 조성을 용이하게 조제할 수 있다. 따라서, 여러 가지 음속이나 음향특성 임피던스를 갖는 흡음층을 구성할 수 있기 때문에, 흡음층은 바람직하게는 수지 재료에 의해 구성된다.
흡음층도 복수의 흡음 재료층을 적층해서 이루어지는 적층 구조를 갖고 있어도 좋다. 예를 들면, 도 18에 나타내는 변형예의 탄성 경계파 장치(31)에서는, 제2의 매질층(6)의 상면에, 제1의 흡음 재료층(7a)과, 제2의 흡음 재료층(7b)이 적층 된 흡음층(7)이 구성되어 있다. 여기에서는, 흡음 재료층(7a)의 음향특성 임피던스가, 바람직하게는, 제2의 매질층(6)의 음향특성 임피던스와, 제2의 흡음 재료층(7b)의 음향특성 임피던스의 중간의 값이 되고, 그것에 의해 음향특성 임피던스의 정합상태가 높아진다. 이 경우, 흡음 재료층(7a)은 제2의 매질층(6)과 흡음 재료층(7b)의 음향 정합을 도모하기 위해서 형성되어 있는 것이기 때문에, 흡음 재료층(7a)은 매질층(6)보다도 감쇠상수가 큰 것이 바람직하지만, 반드시 감쇠상수가 매질층(6)의 감쇠상수보다도 클 필요는 없다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치에서는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 흡음층(7)의 하방에 도체층(41)이 형성되어 있어도 좋다. 또한, 도 20에 나타내는 바와 같이, 흡음층(7)의 상면에 도체층(42)이 형성되어 있어도 좋다. 이와 같이, 본 발명에 있어서는, 흡음층의 상면 및 하면의 적어도 한쪽에 도체층이 구비되어 있어도 좋으며, 그것에 의해, 예를 들면 필터를 구성한 경우에는 입출력 단자간의 직달(直達) 전자파에 의한 감쇠량의 열화를 억제할 수 있다. 바람직하게는, 상기 도체층(41, 42)은 IDT나 반사기가 형성되어 있는 영역과, 매질층을 개재해서 대향하고 있는 영역에 형성되어 있는 것이 바람직하며, 그것에 의해 감쇠량의 열화를 억제하는 효과를 높일 수 있다.
또한, 입력측 IDT와 출력측 IDT를 포함하는 경우에는, 입력측 IDT와 매질층을 개재해서 대향되는 도체층과, 출력측 IDT와 매질층을 개재해서 대향되는 도체층이 분할되어 있는 것이 바람직하고, 또한 각각의 도체층이 다른 배선전극에 의해 그라운드 전위에 접속되는 것이 바람직하다. 그것에 의해, 감쇠량 열화 억제 효과 를 보다 한 층 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 탄성 경계파 장치에서는, 상기 흡음층(7)은 수지계 접착제 등의 수지 재료에 의해 구성하는 것이 바람직하다. 그러나, 내부에 가스가 잔류하고 있으면, 리플로우 솔더시에 깨짐이 발생하거나, 경시적인 탈기에 의해 칩 응력의 변화가 발생하고, 주파수 특성의 경시 변화가 발생할 우려가 있다. 이것을 방지하기 위해서는, 흡음층을 수지 재료에 의해 형성하는 공정에 있어서, 즉 예를 들면 실온에서 흡음층을 도포한 후, 진공 중에서 탈기하는 것이 바람직하다. 이 경우, 진공 중에서 가열하고, 흡음 재료층을 경화하면 된다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치에서는, 제2의 매질층이나 흡음층의 상면에 와이어링(wiring) 등을 위해서, 배선전극을 형성해도 좋다. 예를 들면, 도 21에 나타내는 변형예의 탄성 경계파 장치(51)에서는, 흡음층(7)의 상면에, 배선전극(52)이 형성되어 있다. 배선전극(52)의 일단(一端)이 관통홀 전극(53), 관통홀 전극(54) 및 배선전극(55)을 통해서 IDT(3)에 전기적으로 접속되어 있다. 여기에서, 관통홀 전극(53)은 흡음층(7)에 형성되어 있으며, 관통홀 전극(54)은 제2의 매질층(6)에 형성되어 있다.
예를 들면, 제1의 매질층(2)이 LiNbO3 기판, 제2의 매질층(6)이 SiO2로 구성되어 있는 경우, 제1의 매질층(2)의 유전율이 상대적으로 높고, 제2의 매질층(6)의 유전율이 상대적으로 낮아진다. 이와 같은 경우에는, 제2의 매질층(6)의 상면에 상기 각종 전극간을 전기적으로 접속하기 위한 와이어링 등을 위한 배선전극(52) 등 을 형성하는 것이 바람직하며, 그것에 의해 와이어링 배선에 의한 기생용량을 억제할 수 있다. 또한, 예를 들면, 제1의 매질층(2)이 유리기판, 제2의 매질층(6)이 ZnO박막, 흡음층(7)이 저유전율의 유전체에 의해 구성되어 있는 경우에는, 제2의 매질층(6)의 유전율이 상대적으로 높고, 흡음층(7)의 유전율이 상대적으로 낮아진다. 이와 같은 경우에는, 흡음층(7)의 상면에 와이어링 등을 위한 배선전극 등을 형성하는 것이 바람직하며, 그것에 의해 와이어링 배선에 의한 기생용량을 억제할 수 있다. 따라서, 탄성 경계파 장치에 있어서, 필터특성이나 공진특성의 열화를 억제할 수 있다. 기생용량이 존재하면, 감쇠량이 열화하거나, 필터나 공진자의 대역이 좁아져서 바람직하지 않다.
또한, 상기와 같이, IDT(3)가 배치되어 있는 부분과, 배선전극(52)이 다른 층에 배치되어 있는 경우, 층간의 접속은 관통홀 전극(53, 54)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 탄성 경계파가 전파할 때에는, IDT(3)가 형성되어 있는 영역뿐만 아니라, 전극에서 약간 스며 나오면서 전파한다. 그 때문에, 관통홀 전극(53, 54), 특히 관통홀 전극(54) 내가 공동(空洞)인 경우, 공동부와 매질층(6)과의 음향 임피던스차가 커지고, 관통홀부에 있어서의 반사계수가 커진다. 따라서, 관통홀 전극(54)의 형성위치에 따라서는, 탄성 경계파를 반사 혹은 산란하거나, 공진을 발생시키거나 할 우려가 있다. 그 때문에, 스퓨리어스나 감쇠량의 열화 등의 문제를 발생시킬 우려가 있다. 그래서, 바람직하게는, 관통홀 전극(54) 내에는, 탄성체가 충전되고, 그것에 의해 상기 음향 임피던스의 차이를 저감하는 것이 바람직하다. 한편, 관통홀 전극(53)에 대해서도 마찬가지로 탄성체를 충전하는 것이 바람직하다.
또한, IDT(3)의 형성은 통상 포토리소그래피로 행해지는데, 관통홀 전극(54) 내가 공동인 경우, 레지스트의 코팅이나 웨이퍼의 진공 흡입 등에 의해 문제를 발생시킬 우려가 있다. 따라서, 이와 같은 문제를 방지하기 위해서도, 관통홀 전극(53, 54) 내에, 탄성체를 충전하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 탄성체로서, Cu 등의 도전재를 사용한 경우에는, 배선저항을 낮추는 효과도 기대할 수 있다.
관통홀 전극(53, 54) 내가 탄성체로 충전되어 있지 않은 경우에는, 외부로부터 가스가 탄성 경계파 장치의 심부(深部)까지 유입하기 쉬워져서, 부식성 가스에 의한 성능 열화를 발생시킬 우려가 있다. 또한, 관통홀 전극(53, 54) 내가 탄성체로 충전되어 있는 경우에 있어서도, 상기 탄성체와 탄성 경계파 장치의 제2의 매질층(6) 등과의 열팽창률이나 탄성률이 달라, 응력이 발생하여, 크랙(crack) 등이 생기기 쉬워진다. 따라서, 외부로부터의 부식성 가스의 침입에 대해서 취약해질 우려가 있다. 특히, 탄성 경계파 장치의 일부의 층이 SiO2 등의 비정체(非晶體;amorphous)나 ZnO 등의 다결정체로 형성되어 있는 경우, 상기 크랙에 의해 막 내부에 부식성 가스가 침입, 전극의 부식 등을 일으킬 우려가 있다.
그래서, 상기와 같이, 복수의 관통홀 전극(53, 54)이 형성되어 있는 구조에서는, 도 21에 나타나 있는 바와 같이, 관통홀 전극(53)과 관통홀 전극(54)이 탄성 경계파 장치 내에 있어서 두께방향으로 연속하고 있지 않는 것이 바람직하다. 도 21에서는, 관통홀 전극(53, 54)은 평면에서 본 경우에 다른 위치에 배치되며, 접속전극(56)에 의해 접속되어 있다. 그것에 의해, 탄성 경계파 장치의 심부에의 부식 성 가스의 침입을 억제할 수 있다.
상기 관통홀 전극에 의한 층간 결선(結線)은 배선의 자유도가 높기 때문에, 탄성 경계파 장치의 칩 사이즈를 축소할 수 있다. 그러나, 탄성 경계파 장치의 제1, 제2의 매질층 등에 단결정 재료를 사용한 경우에는, 관통홀 형성이 곤란해지는 경우가 있다. 즉, Ar과 CF4 혼합 가스에 의한 반응성 이온 에칭 등에 의해 관통홀이 형성될 수 있으나, 탄성 경계파 장치의 매질층의 두께가 두꺼운 경우에는, 관통홀 측벽의 수직성을 확보하는 것이 곤란해지거나, 가공시간이 길어진다고 하는 문제가 있다. 또한 구멍뚫기 가공에 의해, 매질층의 강도가 저하하거나, 회로기판에의 실장시나 환경온도의 변화에 의해, 칩이 깨지거나 할 우려가 있다. 또한 관통홀 부분에서의 탄성 경계파의 반사나 산란이 발생하거나, 부식성 가스에 의한 문제가 발생할 우려도 있다. 이들의 문제는 관통홀 전극을 사용하지 않고, 탄성 경계파 장치의 외표면에 형성된 배선전극에 의해 결선을 행함으로써 해결할 수 있다.
도 22는 외표면에 배선전극이 형성되어 있는 변형예의 탄성 경계파 장치를 나타내는 모식적 부분 절개 단면도이다.
탄성 경계파 장치(61)에서는, 제1의 매질층(2)상에 IDT(63)와 반사기(도시하지 않음)가 형성되어 있다. IDT(63) 및 반사기를 덮도록 제2의 매질층(66)이 적층되어 있다. 제1의 매질층(2)과 제2의 매질층(66)과의 경계면에 있어서, IDT(63)에 접속되도록 접속전극(67)이 형성되어 있다. 접속전극(67)은 탄성 경계파 장치(61)의 외표면에 인출되어 있다. 그리고, 제2의 매질층(66)의 상면에, 제3의 매질층 (68)이 적층되어 있다. 제2의 매질층(66)과 제3의 매질층(68) 사이의 경계에, 배선전극(69)이 형성되어 있다. 배선전극(69)도 또한, 탄성 경계파 장치(61)의 외측면에 인출되어 있다.
한편, 제1, 제2의 매질층(2, 66)은 제1의 실시형태의 탄성 경계파 장치의 제1, 제2의 매질층(2, 6)과 동일하게 구성될 수 있다. 제3의 매질층(68)은 제2의 매질층(66)과 동종의 재료로 구성되어 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 제2의 매질층(66)과 제3의 매질층(68)을 갖는 적층 구조에 의해, 경계면의 상방의 매질층이 구성되어 있다. 단, 제3의 매질층(68)은 제2의 매질층(66)과 이종(異種)의 재료로 구성되어 있어도 좋다.
제3의 매질층(68)의 상면에는, 흡음층(7)이 형성되어 있다. 흡음층(7)은 제1의 실시형태에 있어서의 흡음층(7)과 동일한 재료로 구성될 수 있다.
제3의 매질층(68)과 흡음층(7) 사이의 경계에, 배선전극(71)이 형성되어 있다. 배선전극(71)도 또한, 탄성 경계파 장치(61)의 외표면에 인출되어 있다.
그리고, 탄성 경계파 장치(61)의 외측면에는, 배선전극(72)이 형성되어 있다. 배선전극(72)은 접속전극(67), 배선전극(69, 71)을 탄성 경계파 장치(61)의 외표면에 있어서 전기적으로 접속하고 있다.
또한, 탄성 경계파 장치(61)에서는, 흡음층(7)의 상면에 외부 접속전극(73)이 형성되어 있으며, 외부 접속전극(73)에 배선전극(72)이 접속되어 있다. 또한, 탄성 경계파 장치(61)에서는, 제2의 매질층(66), 제3의 매질층(68) 및 흡음층(7)이 적층되어 있는 구조의 외표면이, 외부 접속전극(73)이 형성되어 있는 부분을 제외 하고 보호막(74)에 의해 피복되어 있다. 보호막(74)은 적절한 절연성 수지, 예를 들면 에폭시 수지 등에 의해 구성될 수 있다. 보호막(74)의 형성에 의해, 탄성 경계파 장치(61)의 내습성 등의 내환경 특성을 높일 수 있다.
도 23은 도 22에 나타내는 탄성 경계파 장치(61)에 있어서, 상기 보호막(74) 및 외부 접속전극(73)을 제거한 구조를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 22 및 도 23으로부터 명백하듯이, 탄성 경계파 장치(61)에서는, 상기 제2의 매질층(66), 제3의 매질층(68) 및 흡음층(7)이 배선전극(72)이 형성되어 있는 외측면 부분에 있어서 단차를 갖도록 적층되어 있다. 바꿔 말하면, 제2의 매질층(66), 제3의 매질층(68) 및 흡음층(7)의, 배선전극(72)이 형성되어 있는 외측면 부분이 이 순서로 중앙 근처에 위치하고 있다. 또한, 접속전극(67) 및 배선(69, 71)은 상기 단차부에 인출되어 있다. 그 때문에, 배선전극(72)은 접속전극(67) 및 배선(69, 71)과 큰 면적에서 확실하게 전기적으로 접속되어 있다.
상기 단차부를 갖는 탄성 경계파 장치(61)의 제조시에는, 마더의 웨이퍼 단계에서 다수의 탄성 경계파 장치(61)를 구성하고, 그런 후 포토리소그래피, 스크린 인쇄 또는 도금 등에 의해, 일괄해서 외부 접속전극(73)을 형성한 후, 배선전극(72)을 형성한 후, 개개의 탄성 경계파 장치(61) 단위로 마더의 웨이퍼를 분할함으로써 얻어진다. 따라서, 층간 결선을 효율 좋게 또한 저렴하게 행할 수 있다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 탄성 경계파 장치를 나타내는 모식적 정면 단면도이다. 본 실시형태의 탄성 경계파 장치(81)에서는, LiNbO3로 이 루어지는 제1의 매질층(2)상에 IDT(3) 및 반사기(4, 5)가 형성되어 있다. 그리고, IDT(3) 및 반사기(4, 5)를 포함하는 전극 구조를 피복하도록 제2의 매질층(6)이 형성되어 있다. 제2의 매질층(6)은 SiO2막에 의해 형성되어 있다.
그리고, 제2의 매질층(6)의 상면에는, LiNbO3기판보다도 선팽창계수가 작고, 열전도율이 큰 열전도성 재료층(82)이 적층되어 있다. 열전도성 재료층(82)은 본 실시형태에서는, 다이아몬드 라이크 카본 박막(diamond-like carbon thin film)에 의해 형성되어 있다. 열전도성 재료층(82)의 상면에는, 흡음층(7)이 적층되어 있다. 흡음층(7)은 제1의 실시형태의 흡음층(7)과 동일한 재료로 구성될 수 있다.
또한, 흡음층(7)의 상면에는, 에폭시 수지층(83)이 형성되어 있다. 에폭시 수지층(83)의 상면에는, 배선전극(84, 85)이 형성되어 있다. 그리고, 배선전극(84, 85)을 덮도록 보호막(86)이 형성되어 있다. 에폭시 수지층(83), 배선전극(84, 85) 및 보호막(86)은 탄성 경계파 장치(81)에 있어서, 상방에 배선회로 부분을 구성하기 위해서 형성되어 있다.
보호막(86)은 상술한 보호막(74)과 마찬가지로, 에폭시 수지 등으로 이루어지며, 탄성 경계파 장치(81)의 상방부분에 있어서 내습성 등을 높이기 위해서 형성되어 있다.
본 실시형태의 탄성 경계파 장치(81)에서는, 제2의 매질층(6)의 상면에 열전도성 재료층(82)이 형성되어 있기 때문에, 방열 효과가 높아지고, 대전력 투입시의 온도 상승을 억제할 수 있다. 따라서, 탄성 경계파 장치의 내전력성을 높일 수 있 다.
덧붙여서, 흡음층(7)이 형성되어 있기 때문에, 제1의 실시형태의 탄성 경계파 장치와 마찬가지로, 불필요한 스퓨리어스를 효과적으로 억압할 수 있다.
또한, 열전도성 재료층(82)을 구성하는 재료로서는, 상기와 같이 제1의 매질층(2)을 구성하고 있는 기판 재료보다도 열팽창계수가 작고, 열전도율이 높은 적절한 재료를 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 온도 변화에 의한 특성의 변화량은 단위 온도당의 음속 변화량과, 단위 온도당의 전파방향의 기판의 길이 변화량에 의해 결정된다. 따라서, 온도에 의한 기판의 신축을 억제할 수 있으면, 온도 변화에 의한 주파수 변동을 작게 할 수 있다. 그래서, 선팽창계수가 탄성 경계파 전파 기체(基體)에 있는 제1의 매질층보다도 작은 선팽창계수 재료층을 제1, 제2의 매질층간이나, 제1 또는 제2의 매질층의 표면에 배치하면 된다. 그것에 의해 제1 및/또는 제2의 매질층의 신축을 억제하고, 온도 변화에 의한 특성변화를 작게 할 수 있다. 상기와 같은 저(低) 선팽창계수 재료층을 구성하는 재료로서는, 예를 들면 상술한 다이아몬드 라이크 카본 박막 등을 들 수 있다.
또한, 탄성 경계파 장치의 경계면과 평행한 방향에 있어서의 열팽창을 억제함으로써, 열팽창계수가 작은 세라믹 기판으로 이루어지는 실장기판에 실장되었을 때의 열팽창계수차에 의해 발생하는 응력을 경감할 수 있으며, 상기 응력에 의한 파괴를 억제할 수 있다. 한편, 선팽창계수의 극성이 제1, 제2의 매질층과 반대인 층을 마찬가지로 제1 및/또는 제2의 매질층 표면에 형성한 경우에 있어서도, 마찬 가지로, 열팽창계수차에 의해 발생하는 응력을 파괴함으로써, 탄성 경계파 장치의 파괴나 실장 구조의 파괴를 억제할 수 있다.
즉, 도 24에 나타낸 열전도성 재료층(82) 대신에, 상기와 같이, 저 선팽창계수 재료층이나, 극성이 반대인 선팽창계수를 갖는 재료층을 배치함으로써, 실장되었을 때의 실장 구조의 온도 변화에 의한 파괴를 억제할 수 있다.
또한, 도 24에 나타낸 탄성 경계파 장치(81)에서는, 상기 배선전극(84, 85)에 의해 배선회로가 구성되어 있다. 이 경우, 배선전극(84, 85)이 구성되어 있는 배선회로에 있어서, 인덕턴스 소자, 커패시턴스 소자, 레지스턴스 소자, 스트립 라인, 혹은 스터브나 스트립 라인으로 구성된 마이크로 스트립 필터 혹은 믹서 등을 구성해도 좋다. 즉, 이와 같은 여러 가지 전극이나 회로소자 부분을 상기 에폭시 수지층(83)의 상면에 형성하고, 여러 가지 정합회로 등을 내장한 탄성 경계파 장치(81)를 구성할 수 있다. 이와 같은 회로를 내장시킨 경우에는, 임피던스 정합회로나 변조회로 등의 외부회로를 생략할 수 있다.
단, 배선전극(84, 85)을 포함하는 상기 회로부분은 에폭시 수지층(83)의 상면에 형성될 필요는 반드시 없고, 예를 들면 제2의 매질층(6)의 경계면과는 반대측의 면, 혹은 흡음층(7)의 적어도 한쪽 면에 형성되어 있어도 좋다. 즉, 에폭시 수지층(83) 및 보호막(86)을 갖지 않는 탄성 경계파 장치에 있어서도, 도 24에 나타낸 탄성 경계파 장치(81)의 경우와 마찬가지로 여러 가지 회로를 내장시킬 수 있다.
또한, 탄성 경계파 장치(81)에 와이어본딩(wire bonding)이나 범프본드(bump bond)를 접합한 경우, 수십∼수백㎛의 선로가 외부에 존재하는 경우가 많다. 이들 선로의 특성 임피던스는 탄성 경계파 장치의 입출력 임피던스와 통상 어긋나 있다. 따라서, 임피던스 미스매칭에 의한 반사손실 등의 열화를 발생시킬 우려가 있다. 따라서, 탄성 경계파 장치의 내부에, 배선전극(84, 85) 등을 포함하는 회로층을 형성한 경우에는, 상술한 바와 같은 긴 경로의 선로를 생략할 수 있으며, 상기 반사손실을 저감할 수 있다. 특히, 1GHz를 넘는 주파수대에서는, 경로의 단축에 의해, 특성을 효과적으로 개선할 수 있다.
한편, 상기 배선전극이나 회로소자, 외부 접속전극은 IDT나 반사기와 두께방향으로 겹쳐져서 배치해도 좋다. 이와 같이 배치함으로써, 탄성 경계파 장치 칩의 면적을 소형화할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 탄성 경계파 장치에서는, 탄성 경계파는 제1, 제2의 매질층간의 경계를 전파하기 때문에, 케이스에 패키징되지 않더라도, 전파특성은 그다지 열화하지 않는다. 그 때문에, 단기적인 사용 목적에 사용되는 경우에는, 탄성 경계파 장치의 패키징은 반드시 필요한 것은 아니다.
그러나, 예를 들면 휴대전화기 등에 편입되는 용도 등과 같이, 장기적으로 사용되는 경우에는, 탄성 경계파 장치의 외표면에, 예를 들면 도 22에 나타낸 보호막(74)을 형성하는 것이 바람직하다. 보호막(74)은 내환경 특성이나 내습성을 높이기 위해서 형성된다. 따라서, 보호막은 IDT나 반사기 등의 부식에 약한 전극, 또는 관통홀 주변 등의 크랙이 생기기 쉬운 부위를 덮도록 배치되는 것이 바람직하다. 보호막(74)의 형성에 의해, 흡음층을 구성하고 있는 SiO2막의 부식을 억제하거나, 부식성 가스에 의한 전극의 부식을 억제하거나, 내습성을 높일 수 있다.
상기 보호막으로서는, 예를 들면, 금속 재료층 및 합성 수지층을 적층한 구조, 합성 수지층, 혹은 금속 재료층 등으로 구성될 수 있다. 일례를 들면, Au층, Ni층, Al합금층 혹은 Au층, Ni층/AlN층으로 이루어지는 금속 재료층을 형성하고, 또한 그 표면을 합성수지로 피복함으로써 보호막이 형성될 수 있다.
또한, 후막 형성법에 의해 형성된 금속 재료층상에, 합성 수지층을 형성함으로써 보호막을 구성해도 좋다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 탄성 경계파 장치의 정면 단면도이다. 탄성 경계파 장치(90)에서는, 탄성 경계파 장치 칩(91)의 하면에, 전극(91a, 91b)이 형성되어 있다. 탄성 경계파 장치 칩(91)은 지금까지 설명해 온 각 탄성 표면파 장치와 동일하게 해서 구성되어 있으며, 도 25에서는, 해칭(hatching)을 해서 약도적으로 나타나 있다.
전극(91a, 91b)이 Au로 이루어지는 범프(92a, 92b)에 의해, 세라믹 기판(93)상의 전극(93a, 93b)에 접합되어 있다. 범프(92a, 92b)는 전극(91a, 91b)상에 초음파 접합에 의해 접합되어 있다. 상기 범프(92a, 92b)를 접합한 후에, 수지로 이루어지는 보호막(94)에 의해 탄성 경계파(91)가 피복되어 있다. 이와 같이, 보호막(94)의 형성은 탄성 경계파 장치 칩(91)을 세라믹 기판(93)상에 실장한 후에 행해져도 좋다. 이 경우에는, 보호막(94)에 의해, 세라믹 기판(93)으로부터 탄성 경계 파 장치 칩에 가해지는 응력의 완화도 기대될 수 있다.
세라믹 기판(93)은 탄성 경계파 장치 칩(91)보다도 단단한 재료에 의해 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 탄성 경계파 장치 칩(91)을 구성하고 있는 매질층 및 유전체층을 적층한 구조보다도 단단한 재료로 구성되어 있다. 전극(93a, 93b)은 하면에 형성된 단자(93c, 93d)에 전기적으로 접속되어 있다. 여기에서, 전극(93a)은 기판(93)의 측면을 거쳐서 하면으로 연장되며, 하면의 외부단자(93c)에 전기적으로 접속되어 있다. 한편, 전극(93b)은 관통홀 전극(93e)에 의해 하면의 외부단자(93d)에 접속되어 있다. 이와 같이, 기판(93)의 하면의 외부단자와 상면의 전극과의 접속은 관통홀 전극을 사용해도 좋다.
본 실시형태의 탄성 경계파 장치(90)에서는, 세라믹 기판(93)에 Au로 이루어지는 범프(92a, 92b)를 사용해서, 탄성 경계파 장치 칩(91)이 접합되어 있다.
따라서, 탄성 경계파 장치(90)는, 외부단자(93c, 93d)를 이용해서 프린트 회로기판 등에 표면 실장될 수 있다. 이 경우, 프린트 회로기판이 온도 변화 등에 의해 구부러지거나 했다고 하더라도, 상기 프린트 회로기판으로부터의 응력이 세라믹 기판(93)에 의해 막아 내어져서, 탄성 경계파 장치 칩(91)에 상기 응력이 전달되는 것이 억제된다. 따라서, 탄성 경계파 장치 칩(91)에 있어서의 주파수 특성의 열화가 발생하기 어렵고, 또한 칩의 깨짐도 발생하기 어렵다.
한편, 상기 전극(91a, 91b)은 예를 들면, Au, Ni 및 Al 등의 적절한 금속으로 구성될 수 있으며, 또한 이들 금속으로 이루어지는 복수의 전극층이 적층된 것이어도 좋다.
도 26은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 탄성 경계파 장치의 정면 단면도이다. 탄성 경계파 장치(96)에서는, 탄성 경계파 장치 칩(91)의 하면에 전극(91a, 91b)이 형성되어 있다. 지금까지는, 탄성 경계파 장치(96)는 탄성 경계파 장치(90)와 동일하게 구성되어 있다. 다른 점은 탄성 경계파 장치 칩(91)의 하면에 있어서, 전극(91a, 91b)상에, 도전 페이스트(97a, 97b)를 통하여 외부단자(98a, 98b)가 접합되어 있는 것, 및 이 도전 페이스트(97a, 97b)가 형성되어 있는 부분에 있어서, 보강 수지층(99)이 형성되어 있는 것에 있다.
도전 페이스트(97a, 97b)는 수지계 접착제 중에 도전성 분말을 첨가한 구성을 갖는다. 따라서, 경화 후에 있어서도, 비교적 연하다. 따라서, 외부단자(98a, 98b)측으로부터 프린트 회로기판 등에 실장한 경우, 프린트 회로기판측으로부터 전달되는 응력이 도전 페이스트(97a, 97b)에 있어서 완화된다. 즉, 응력 완화층으로서, 도전 페이스트(97a, 97b)가 기능한다. 그 때문에, 탄성 경계파 장치 칩(91)에 있어서의 특성의 열화나 깨짐이 발생하기 어렵다.
한편, 상기 도전 페이스트(97a, 97b)가 비교적 연한 경우에는, 바람직하게는, 도 26에 나타나 있는 보강 수지층(99)을 형성하는 것이 바람직하다. 보강 수지층(99)은 도전 페이스트(97a, 97b)의 경화 후의 강도가 충분한 경우이며, 또한 응력 완화기능을 갖는 경우에는 반드시 형성되지 않아도 좋다. 보강 수지층(99)은 예를 들면 에폭시계 접착제 등에 의해 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 탄성 경계파 장치에서는, 제1, 제2의 매질층간의 경계를 탄성 경계파는 전파하는 것이기 때문에, 상기 경계파는 모드가 칩 표면에 도달 하는 일이 거의 없다. 따라서, 패키징시에 공동의 형성은 불필요하다. 즉, 탄성 경계파 장치나 압전 필터에서는, 진동을 방해하지 않기 위한 공극(空隙)을 갖도록 패키징을 구성하지 않으면 안 되었다. 이에 비하여, 본 발명에 따른 탄성 경계파 장치에서는, 공극의 형성이 불필요하기 때문에, 패키징을 실시한 경우라도, 소형화를 진행시킬 수 있다.
도 27a∼도 27g는 본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 제조방법의 일례를 나타내는 정면 단면도이다.
본 실시형태에서는, 우선, 마더의 웨이퍼(101)가 준비된다. 웨이퍼(101)는 3∼4인치의 LiNbO3기판에 의해 구성되어 있으며, 제1의 매질층을 구성하기 위해서 준비되어 있다.
웨이퍼(101)의 상면에, IDT(102), 반사기(103, 104) 및 배선전극(105, 106) 등을 포함하는 전극 구조가 형성된다. 전극 구조는 포토리소그래피-리프트 오프법(photolithography lift-off method) 등의 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다.
도 27b에 나타내는 바와 같이, 제2의 매질층(107)이 전극 구조를 덮도록 형성된다. 제2의 매질층(107)은 본 실시형태에서는, SiO2박막을 스퍼터링에 의해 성막(成膜)함으로써 형성되어 있다.
그런 후, 도 27c에 나타내는 바와 같이, 외부 접속부분인 배선전극(105, 106)을 노출하도록, 제2의 매질층(107)이 에칭된다.
그런 후, 도 27d에 나타내는 바와 같이, 접속전극(108)이 배선전극(106)에 전기적으로 접속되도록 형성된다. 접속전극(108)은 제2의 매질층(107)의 상면(107a)상에 이르도록 형성되어 있다.
그런 후, 감광성 수지를 스핀코트함으로써, 흡음층(109)이 형성된다. 흡음층(109)의 상면에, 보호막으로서, SiN막(110)이 스퍼터링에 의해 성막된다.
그런 후, 도 27e에 나타내는 바와 같이, 포토리소그래피-에칭에 의해, 배선전극(105)과, 접속전극(108)을 노출하기 위한 개구부(111, 112)가 형성된다. 이 개구부(111, 112) 내에, 외부단자(113, 114)가 스크린 인쇄에 의해 부여된다. 외부단자(113, 114)는 배선전극(105) 및 접속전극(108)에 전기적으로 접속되어 있다.
이렇게 해서, 외부단자(113, 114)가 형성된 다수의 탄성 경계파 장치가 도 27f에 나타내는 바와 같이, 마더의 웨이퍼(101)에 있어서 다수 구성된다. 그리고, 도 27g에 나타내는 바와 같이, 마더의 웨이퍼(101)를 분할함으로써, 다수의 탄성 경계파 장치(115)를 얻을 수 있다.
본 실시형태의 제조방법에서는, 상기와 같이 마더의 웨이퍼(101)의 단계에서 일괄해서 흡음층(109)이 형성된다. 따라서, 다수의 탄성 경계파 장치(115)에 있어서, 흡음층(109)의 변동(variation)을 저감할 수 있다. 또한, 흡음층(109)이 감광성 수지를 사용해서 구성되어 있으므로, 흡음층(109)의 패터닝을 고정밀도로 또한 용이하게 행할 수 있다. 또한, 보호막으로서, SiN막(110)의 형성에 의해, 내습성이 우수한 탄성 경계파 장치를 제공할 수 있다.
도 28a∼도 28f는 본 발명의 탄성 경계파 장치의 제조방법의 다른 실시형태를 설명하기 위한 각 정면 단면도이다.
본 실시형태에서는, 제2의 매질층(107)의 형성공정이 다른 것을 제외하고는, 도 27에 나타낸 제조방법과 동일하다. 즉, 도 28a에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(101)상에 도 27a와 동일한 전극 구조를 형성한다. 그런 후, 웨이퍼(101)상에 있어서, 스퍼터 입자를 마스킹(masking)하면서 외부단자가 형성되는 부분을 제외하고 상기 전극 구조를 덮도록 제2의 매질층(107)을 구성하는 박막을 스퍼터링법에 의해 형성한다. 이렇게 해서, 개구부(111, 112)(도 27e)에 상당하는 개구부가 형성되도록 패터닝된 제2의 매질층(107)이 형성된다.
이하, 도 28c∼도 28e에 나타내는 각 공정은, 도 27d∼도 27g에 나타내는 공정과 동일하게 해서 행해진다.
본 실시형태에서는, 제2의 매질층(107)이 에칭에 의해 제거되기 어려운 재료로 구성되어 있었던 경우라도, 상기와 같이 제2의 매질층(107)을 외부단자가 형성되어 있는 개구부를 갖도록 고정밀도로 형성할 수 있다.
도 29a∼도 29h는 본 발명의 탄성 경계파 장치의 제조방법의 또 다른 실시형태를 설명하기 위한 정면 단면도이다.
본 실시형태에서는, 마더의 웨이퍼(101)상에, 제4의 매질층(121)이 형성된다(도 29a). 다음으로, 상기 제4의 매질층(121)을 패터닝한다. 도 29b에 나타나 있는 바와 같이, 패터닝된 제4의 매질층(121A)에서는, 후술하는 전극 구조가 형성되는 부분이 개구부로 되어 있다.
그런 후, 도 29c에 나타내는 바와 같이, 상기 개구부에 개구부의 깊이와 동일하거나, 개구부의 깊이보다도 약간 얇은 두께가 되도록 전극 구조를 포토리소그 래피법에 의해 형성한다. 이 전극 구조에서는, IDT(102), 반사기(103, 104) 및 배선전극(105, 106) 등이 형성된다.
그런 후, 도 29c에 나타내는 제2의 매질층(107)이 형성된다. 본 실시형태에서는, 제2의 매질층은 제4의 매질층과 동일한 재료이지만, 다른 재료여도 좋다.
다음으로, 도 29d에 나타내는 바와 같이, 제2의 매질층(107)상에, 제3의 매질층(122)이 형성된다. 그리고, 도 29e에 나타내는 바와 같이, 제3의 매질층(122)상에 흡음층(123)이 성막된다.
제3의 매질층(122)은 Si 단결정으로 이루어지는 기판에 의해 구성되어 있으며, 상기 기판을 제2의 매질층(107)에 붙임으로써, 도 29d에 나타내는 구조가 얻어지고 있다.
다음으로, 감광성 수지로 이루어지는 흡음층(123)을 포토리소그래피법에 의해 에칭하고, 도 29f에 나타나 있는 개구부(124, 125)를 형성한다. 개구부(124, 125)는 배선전극(105, 106)을 노출하도록 형성된다. 그리고, 이 개구부(124, 125)에, 외부 접속단자(126, 127)가 형성된다. 그런 후, 도 29g에 나타내는 바와 같이, 상기 탄성 경계파 장치가 다수 형성된 마더의 웨이퍼(101)를 분할하여, 도 29h에 나타내는 바와 같이, 다수의 탄성 경계파 장치를 얻을 수 있다.
도 30a∼도 30f는 본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시형태에서는, 도 27a∼도 27c에 나타내는 공정과 동일한 공정을, 도 30a∼도 30c에 나타내는 바와 같이 실시한다. 이렇게 해서, 마더의 웨이퍼(101)상 에 있어서, 복수의 탄성 경계파 장치의 IDT(102), 반사기(103, 104) 및 배선전극(105, 106)이 형성되고, 또한 제2의 매질층(107)이 패터닝된 상태로 형성된다.
본 실시형태에서는, 도 30d에 나타내는 바와 같이, 상기 제2의 매질층(107)의 패터닝이 완료한 단계에서, 도 30d에 나타내는 바와 같이, 마더의 웨이퍼(101)를 개개의 탄성 경계파 장치 단위로 다이싱에 의해 분할한다. 그런 후, 도 30f에 나타내는 탄성 경계파 장치(131)를 얻기 위해서, 개개의 탄성 경계파 칩 단계에서 외부 접속단자(132, 133) 및 흡음층(134)이 형성된다. 여기에서, 흡음층(134)은 본 실시형태에서는, 제2의 매질층에 있어서의 횡파의 음속보다, 횡파의 음속이 저속이 되도록 조성을 조정한 에폭시 수지에 의해 개개의 탄성 경계파 장치를 외부 접속단자(132, 133)의 노출부분을 제외하도록 피복함으로써 형성된다. 즉, 수지 몰드법에 의해 흡음층(134)이 형성되어 있다.
이와 같이, 흡음층을 형성하는 공정은 마더의 웨이퍼를 개개의 탄성 경계파 장치 단위로 분할한 후에 행해져도 좋다. 또한, 흡음층은 외부 접속단자를 제외하는 부분을 몰드하도록 형성되어도 좋으며, 그것에 의해, 탄성 경계파 장치의 내환경 특성을 보다 한 층 높일 수 있다.
도 31은 본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 정면 단면도이다.
도 31에 나타내는 탄성 경계파 장치에서는, 제1의 매질층(2)의 하면에 제2의 흡음층(151)이 형성되어 있다. 그 외의 구조는 도 1에 나타낸 탄성 경계파 장치(1)와 동일하다. 이와 같이, 흡음층은 제2의 매질층의 경계면과는 반대측의 면뿐만 아 니라, 제1의 매질층의 경계면과 반대측의 면에도 형성되어도 좋다.

Claims (29)

  1. 제1의 매질층과 제2의 매질층과의 경계를 전파하는 탄성 경계파를 이용한 탄성 경계파 장치로서,
    제1의 매질층과,
    상기 제1의 매질층에 적층된 제2의 매질층과,
    상기 제1, 제2의 매질층의 경계에 형성된 전극을 구비하고,
    상기 제1 및/또는 제2의 매질층의 경계면과는 반대측의 면에 스퓨리어스가 되는 모드를 감쇠시키는 흡음층(吸音層;sound-absorbing layer)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡음층에 있어서의 횡파(橫波)의 음속이 상기 흡음층이 적층되어 있는 제1 및/또는 제2의 매질층의 횡파의 음속보다도 저속인 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 흡음층에 있어서의 종파(縱波)의 음속이 상기 흡음층이 적층되어 있는 제1 및/또는 제2의 매질층에 있어서의 종파의 음속보다도 저속인 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 흡음층의 횡파의 음속이 상기 흡음층이 적층되어 있는 제1 및/또는 제2의 매질층에 있어서의 횡파의 음속의 0.13배 이상, 1.23배 이하의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡음층에 있어서의 음향 임피던스가 상기 흡음층이 적층되어 있는 제1 및/또는 제2의 매질층의 음향 임피던스의 0.20배∼5.30배의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡음층이 상기 제1 및/또는 제2의 매질층과 동종(同種)의 재료를 사용해서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡음층의 외측에, 상기 흡음층보다도 탄성파의 감쇠상수가 작은 저감쇠 상수층(low attenuation constant layer)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡음층이 수지, 유리, 세라믹스 및 금속으로 이루어지는 군(群)에서 선택된 적어도 1종에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡음층이 필러가 함유되어 있는 수지에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡음층이 상기 제1 및/또는 제2의 매질층의 표면에 있어서, 상기 경계에 있어서의 탄성 경계파 전파로에 대향하는 부분에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡음층의 적어도 한쪽 면에, 도체층이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경계에 형성된 상기 전극에 전기적으로 접속되어 있으며, 또한 상기 제1 및/또는 제2의 매질층을 관통하도록 형성된 관통홀 전극(through-hole electrode)과, 상기 관통홀 전극에 접속되어 있으며, 또한 탄성 경계파 장치의 외표면에 형성된 외부전극을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 관통홀 전극 내에, 탄성체가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 제1의 매질층에 형성된 관통홀 전극과, 제2의 매질층에 형성된 관통홀 전극을 가지며, 상기 제1의 매질층에 형성된 관통홀 전극 과, 제2의 매질층에 형성된 관통홀 전극이 연속하지 않도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경계에 형성된 전극에 전기적으로 접속되어 있으며, 또한 탄성 경계파 장치의 외표면에 형성된 배선전극을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 탄성 경계파 장치가 상기 경계와 교차하는 측면에 단차부를 가지며, 상기 경계에 형성된 전극에 접속되어 있고, 또한 상기 단차부에 인출되어 있는 접속전극을 더 구비하며, 상기 배선전극이 상기 단차부에 이르도록 형성되어 있고, 단차부에 있어서 상기 접속전극과 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 제1의 매질층과 제2의 매질층 사이, 제1의 매질층의 외측 표면 및 제2의 매질층의 외측 표면의 적어도 1개에, 상기 경계면과 평행한 방향의 선팽창계수가 제1, 제2의 매질층보다도 낮은 제3의 재료층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  18. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 제1의 매질층과 제2의 매질층 사이, 제1의 매질층의 외측 표면 및 제2의 매질층의 외측 표면의 적어도 1개에, 상 기 경계면과 평행한 방향의 선팽창계수의 부호가 제1, 제2의 매질층의 선팽창계수의 부호와 다른 제3의 재료층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  19. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 제1의 매질층과 제2의 매질층 사이, 제1의 매질층의 외측 표면 및 제2의 매질층의 외측 표면의 적어도 1개에, 상기 제1, 제2의 매질층보다도 열전도율이 높은 제4의 재료층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경계 또는 제1, 제2의 매질층의 외측 표면에 임피던스 정합회로가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 제2의 매질층의 두께가 0.5λ 이상이고, 흡음층의 두께가 1.0λ 이상인 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡음층이 적층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  23. 제22항에 있어서, 흡음층이 복수의 흡음 재료층을 적층해서 이루어지는 적층 구조를 가지며, 제2의 매질층에 가까운 측의 흡음 재료층의 음향특성 임피던스가 상기 흡음 재료층보다도 제2의 매질층으로부터 떨어진 흡음 재료층의 음향 임피던스와, 제2의 매질층의 음향 임피던스 사이의 중간의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 실장측의 면에 범프를 통해서 접합되어 있으며, 또한 제1, 제2의 매질층 및 흡음층을 갖는 구조 부분보다도 단단한 재료로 이루어지는 실장용 기판을 더 구비하고, 상기 실장용 기판을 사용해서 실장되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  25. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 실장측의 면에 형성된 응력 완충체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  26. 제1의 매질층상에 전극을 형성하는 공정과,
    상기 전극을 덮도록 제2의 매질층을 형성하는 공정과,
    상기 제1의 매질층 및/또는 제2의 매질층의 상기 경계면과는 반대측의 면에 흡음층을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치의 제조방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 흡음층을 형성하는 공정에 있어서, 흡음층 내의 가스 를 탈기(脫氣)하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치의 제조방법.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서, 상기 탄성 경계파 장치의 제조방법이 복수의 탄성 경계파 장치를 연결해서 이루어지는 마더(mother)의 상태로 행해지고, 상기 흡음층을 형성한 후에, 개개의 탄성 경계파 장치 단위로 분할되는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치의 제조방법.
  29. 제26항 또는 제27항에 있어서, 상기 흡음층을 형성하는 공정까지의 공정이 마더의 상태로 행해지고, 개개의 탄성 경계파 장치로 분할된 후에 상기 흡음층을 형성하는 공정이 행해지는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치의 제조방법.
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