TW202347959A - 體彈性波濾波器裝置 - Google Patents
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Abstract
提供一種散熱性良好的體彈性波濾波元件。體彈性波濾波器裝置包括：聲響多層膜，其在支撐基板上，由具有規定的固有聲阻的第一層及具有比第一層低的固有聲阻的第二層交替疊層而成；主動元件，其被設置在該聲響多層膜的與該支撐基板相反的側。該主動元件包括設置在該聲響多層膜上的第一電極層、設置在該第一電極層上的壓電層、及設置在該壓電層上的第二電極層，該聲響多層膜中的該第二層的一部分或全部具有導電性，在該聲響多層膜與該第一電極層之間設置有絕緣層。作為優選的結構例，具有導電性的該第二層具有1.0×10^-3Ωcm以下的電阻率。
Description
本發明係關於一種體彈性波(bulk elastic wave)濾波器裝置。
藉由使用諸如微波、毫米波及太赫茲波的高頻電波，可實現高速且大容量的通信。在5G移動通信標準中，使用被稱為“sub-6”的接近6GHz的頻帶及28GHz頻帶，對未來使用的100GHz頻帶也在進行研究。因此，需要適合於超過數GHz的高頻的諧振器及帶通濾波器(passband filter)。在智慧手機等的電子設備的諧振器或通信設備的高頻濾波器中，使用利用了體聲波(Bulk Acoustic Wave: BAW)的BAW諧振器或BAW濾波器。構成BAW裝置的功能層的厚度根據作為目標的頻率而定，越為高頻率越為薄膜。BAW諧振器等的功能元件(或主動元件)，音響特性及電特性會因熱而變化，因此要求能夠降低熱影響的結構。
現已知在諧振器和支撐基板之間設置由低導熱層和高導熱層交替疊層而成的聲鏡層，由熱橋(heat bridge)連結諧振器與支撐基板之間的結構(例如，參照專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第6668347號公報
[發明所欲解決問題]
伴隨著電子、通信設備的高頻化，元件趨於小型化發展，而元件驅動時的溫度上升導致的元件功能下降隨之成為問題。設置熱橋的公知結構中，為了形成熱橋需要複雜的加工步驟。在有熱橋包圍聲鏡(acoustic mirror)的側方的結構中，會產生通過低熱傳導層的傳熱路徑，而無法獲得有效的散熱特性。在將熱橋設置在諧振器的正下方的結構中，熱橋會妨礙聲鏡的彈性波反射，而導致諧振特性降低。
本發明的一個方面的目的在於提供一種散熱性良好的體彈性波濾波器裝置。
[解決問題之手段]
在實施方式中，體彈性波濾波器裝置包括：在支撐基板上，由具有規定的固有聲阻的第一層及具有比第一層低的固有聲阻的第二層交替疊層而成的聲響多層膜；設置在該聲響多層膜的與該支撐基板相反的側的主動元件，該主動元件具有設置在該音響多層膜上的第一電極層、設置在該第一電極層上的壓電層、及設置在該壓電層上的第二電極層，該聲響多層膜中的該第二層的一部分或全部具有導電性，在該聲響多層膜與該第一電極層之間設置有絕緣層。
在優選實施例中，具有導電性的該第二層具有1.0×10^-3Ωcm以下的電阻率。
[發明功效]
實現散熱性良好的疊層體及採用該疊層體的高頻濾波器裝置。
薄膜的熱傳導，主要有基於聲子(Phonon，晶格振動)的熱傳導及基於載體的熱傳導。以往，聲鏡的低聲阻層中使用的矽氧化膜(SiO
2)為絕緣物，基於聲子的熱傳導占支配地位。通常，基於載體的熱傳導由於載體的平均自由行程更長，因此比基於聲子的熱傳導更有效。基於載體的熱傳導會受到載體密度的影響，而基於聲子的熱傳導並不會直接受導載體密度的影響。因此，在實施方式中，透過使基於載體的熱傳導佔據主導地位，可提高利用振動的功能裝置的散熱效果。
以下，將參考附圖說明實施方式的體彈性波濾波器裝置的具體結構。以下所示的方式，係對本公開的技術思想進行具體化的一例，並非用於限定本公開內容。為便於理解本發明，有時誇張展示各附圖中的結構要素的尺寸、位置關係等。對相同的結構要素或功能可賦予相同的名稱或符號，將重複說明限定在最低限度。位置關係中提及“在上”或“在下”時，若無特殊指明，其表示疊層方向或成膜方向的上下，並非絕對方向。
圖1是實施方式的體彈性波濾波器裝置中使用的疊層體20的示意圖。疊層體20在支撐基板11包括聲響多層膜18及設置在聲響多層膜18上的絕緣層19。聲響多層膜18是由2對以上的具有規定的固有聲阻的第一層16及固有聲阻比第一層低的第二層17交替疊層而成的多層膜。由於第一層16的固有聲阻高於第二層17的固有聲阻，方便起見，將第一層稱為“高聲阻層16”，將第二層稱為“低聲阻層17”。作為實施方式的特徵，至少一個低聲阻層17由導電氧化物形成。
當諧振振動經由絕緣層19傳遞到聲響多層膜18時，諧振的振動能量會被聲響多層膜18反射。振動的波(彈性波)在高聲阻層16中傳播的速度與在低聲阻層17中傳播的速度不同。藉由在構成音響多層膜18的各層的界面，設計成透過干涉可使反射波相互增強的膜厚，以使諧振的振動能量在不受支撐基板11之影響的情形下返回到彈性波的入射方向，並使熱能量向支撐基板11的方向逃散。
高聲阻層16由鎢(W)、鉬(Mo)、氧化鉭(Ta
2O
5)、氧化鋅(ZnO)等密度或體積彈性模量高的材料形成。低聲阻層17由密度或體積彈性模量低於高聲阻層16的材料形成，且，透過選擇具有導電性的材料，可由載體擔負熱傳導。其電阻率的範圍優選為1.0×10^-3Ωcm以下，更優選為8.0×10^-4Ωcm以下，進一步優選為5.0×10^-4Ωcm以下。在以下的說明中，有時將“電阻率”簡稱為“電阻”。
作為低聲阻層17使用ITO(氧化銦錫)、AZO(摻雜Al的氧化鋅)、IZO(摻雜In的氧化鋅)、FTO(摻雜氟的氧化錫)、GZO(摻雜Ga的氧化鋅)、ATO(摻雜銻的氧化錫)、PTO(摻雜磷的氧化錫)等導電性氧化物。這些材料通常用為透明導電膜。如下所述，低聲阻層17的熱傳導率為3W/mK以上，更優選為3.35W/mK以上。低聲阻層17可以是非晶層或非晶佔據支配位置的層。透過將低聲阻層17設置成非晶支配的層，能夠抑制高聲阻層16中的應力增大。
高聲阻層16及低聲阻層17透過濺射等形成在支撐基板11上。透過作為低聲阻層17使用導電性氧化物，能夠由載體進行熱擴散，而無需設置熱橋等的複雜的加工工序。
支撐基板11是能夠支撐聲響多層膜18的任意基板。可以使用矽(Si)等的半導體基板，也可以使用MgO、藍寶石等的無機電介質基板，還可以使用塑料基板。作為支撐基板11使用可撓性的基板的情形下，也可以使用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、丙烯酸係樹脂、環烯烴係聚合物、聚醯亞胺(PI)、薄膜玻璃等。設置在與支撐基板11相反側的表面上的絕緣層19，使聲響多層膜18以及與聲響多層膜18連接的主動元件(諧振器等)之間電絕緣。
圖2是使用圖1的疊層體20的體彈性波濾波器裝置10的示意圖。體彈性波濾波器裝置10在疊層體20的絕緣層19上具有第一電極層12、第二電極層14、以及設置在第一電極層12與第二電極層14之間的壓電層13。由第一電極層12、第二電極層14及壓電層13形成作為主動元件的諧振器15。
第一電極層12及第二電極層14由導電性材料形成。例如，導電性材料可以使用Mo、W、Pr、Au、Ru、Ir、Al、Cu等。作為壓電層13的材料，可以使用纖鋅礦(wurtzite)型的結晶、鈣鈦礦(perovskite)型的結晶等。也可以將這些結晶材料作為主成分，作為副成分添加規定量的雜質元素。作為纖鋅礦型的壓電材料，可以使用氧化鋅(ZnO)、氮化 (AlN)、氮化鎵(GaN)等。
當有高頻輸入到諧振器15時，會產生與壓電層13的膜厚對應的特定頻率的諧振振動。當諧振器15被驅動時，產生諧振的振動能量，並透過電性驅動產生熱。經由絕緣層19傳遞到聲響多層膜18的諧振振動能量被聲響多層膜18反射，返回到諧振器15並被封閉在第一電極層12與第二電極層14之間。被封閉的該振動，透過第一電極層12及第二電極層14，作為電信號被取出。
因諧振器15的驅動而產生的熱，透過聲響多層膜18被傳遞到支撐基板11側。低聲阻層17的熱傳導率為3W/mK以上，能夠將熱有效地傳遞到支撐基板11側。
圖3是作為圖1的疊層體20之變形例的疊層體40的示意圖。圖1的疊層體20，其聲響多層膜18中的全部低聲阻層17由導電性氧化物形成，在聲響多層膜18上設有絕緣層19。而圖3的疊層體40中，低聲阻層的一部分由導電性氧化物形成，一部分由歷來的絕緣性材料形成。設置在聲響多層膜28的至少最上層的低聲阻層27-2由絕緣材料形成。絕緣材料為SiO
2、Al
2O
3等。
疊層體40在支撐基板11上，具有由高聲阻層26、低聲阻層27-1或27-2交替疊層而成的聲響多層膜28。也可以在音響多層膜28的與支撐基板11相反的側，用絕緣性的材料形成與壓電元件、諧振器等主動元件連接的低聲阻層27-2，其他的低聲阻層27-1可由導電性氧化物形成。在該結構中，無需在聲響多層膜28上另設絕緣層。在聲響多層膜28中絕緣性的低聲阻層27-2所占比例極小，因此可透過高聲阻層26及導電性氧化物的低聲阻層27-1將熱量有效地傳遞到支撐基板11。
圖4是使用圖3的疊層體40的體彈性波濾波器裝置30的示意圖。體彈性波濾波器裝置30，在疊層體40上具有第一電極層12、第二電極層14、及設在第一電極層12與第二電極層14之間的壓電層13。由第一電極層12、第二電極層14及壓電層13形成作為主動元件的諧振器15。
諧振器15的結構與圖2中的諧振器15相同。作為壓電層13也可以使用鈣鈦礦型的結晶或纖鋅礦型的結晶。
當高頻輸入到諧振器15中時，會產生與壓電層13的膜厚對應的特定頻率的諧振振動。當諧振器15被驅動時，產生諧振的振動能量的同時，由於電性驅動而產生熱。從諧振器15傳遞到聲響多層膜28的諧振振動能量被聲響多層膜28反射，返回到諧振器15，並被封閉在第一電極層12和第二電極層14之間。由第一電極層12和第二電極層14將被封閉的振動作為電信號取出。
在圖3及圖4的結構中，由於音響多層膜28中包含的低聲阻層中的至少一部分的低聲阻層28-1由導電性氧化物形成，因此散熱效果高。
圖5A及圖5B示出實施例的疊層體的結構和熱特性。圖5C示出比較例的疊層體的結構和熱特性。方便起見，在圖5A至圖5C中，也有將低聲阻層與高聲阻層分別標記為“低聲Imp.層”、“高聲Imp.層”的部分。作為實施例與比較例中相同的結構，將高聲阻層及低聲阻層分別交替疊層3層。透過變更施加在疊層體上的高頻的頻率、低聲阻層的材料厚度、以及高聲阻層的材料與厚度，測定低聲阻層與高聲阻層的熱導率與熱阻。關於熱傳導率與熱阻，透過熱反射導法計算熱擴散率λ，並透過以下的公式計算熱傳導率κ。
κ=ρcλ
在此，ρ為密度，c為比熱。另外，透過以下公式計算熱阻R。
R=d/κ
在此，d為膜厚。
＜實施例1＞
在實施例1中，作為基板使用矽基板，由W形成高聲阻層，由ITO形成低聲阻層。在所施加的高頻的中心頻率為2GHz的情形下，在高聲阻層中傳播的彈性波的中心波長約為2600nm。將高聲阻層的厚度設定為彈性波的中心波長的1/4即650nm。在低聲阻層的ITO中傳播的彈性波的中心波長約為2165nm，將ITO層的厚度設定為541nm。ITO的電阻率為3.3×10^-4Ωcm，具有充分的導電性可透過載體形成熱傳導。在此，高聲阻層的熱導率為5.06×10(W/mK)，低聲阻層的熱導率為5.95(W/mK)。低聲阻層的熱阻為9.08×10^-8(m
2K/W)，高聲阻層的熱阻為1.28×10^-8(m
2K/W)，總熱阻為1.04×10^-7(m
2K/W)。可知ITO的熱導率非常良好，聲響多層膜整體的熱阻低，導熱性好。
＜實施例2＞
在實施例2中，作為基板使用矽基板，由W形成高聲阻層，由IZO形成低聲阻層。與實施例1相同，將高聲阻層的厚度設定為650nm。在低聲阻層的IZO中傳播的彈性波的中心波長約為2035nm，將IZO層的厚度設定為509nm。IZO的電阻率為4.1×10^-4Ωcm，具有充分的導電性以透過載體形成熱傳導。在此，高聲阻層的熱導率為5.06×10(W/mK)，低聲阻層的熱導率為3.35(W/mK)。低聲阻層的熱阻為1.52×10^-7(m
2K/W)，高聲阻層的熱阻為1.28×10^-8(m
2K/W)，總熱阻為1.65×10^-7(m
2K/W)。音響多層膜整體的熱阻較低，導熱性好。
＜實施例3＞
在實施例3中，作為基板使用矽基板，由W形成高聲阻層，由AZO形成低聲阻層。與實施例1相同，將高聲阻層的厚度設定為650nm。在低聲阻層的AZO中傳播的彈性波的中心波長約為2052nm，將AZO層的厚度設定為538nm。AZO的電阻率為4.0×10^-4Ωcm，具有充分的導電性以透過載體形成熱傳導。在此，高聲阻層的熱導率為5.06×10(W/mK)，低聲阻層的熱導率為4.89(W/mK)。低聲阻層的熱阻為1.10×10^-7(m
2K/W)，高聲阻層的熱阻為1.28×10^-8(m
2K/W)，總熱阻為1.23×10^-7(m
2K/W)。AZO的熱導率良好，聲響多層膜整體的熱阻低，導熱性好。
＜實施例4＞
在實施例4中，與實施例1同樣，在矽基板上由W形成高聲阻層，由ITO形成低聲阻層。與實施例1不同的是，將施加的高頻的中心頻率設定為6GHz。在此情形下，在高聲阻層中傳播的彈性波的中心波長約為868nm，將高聲阻層的厚度設定為217nm。在ITO層中傳播的彈性波的中心波長約為720nm，ITO層的厚度為180nm。ITO的電阻率為3.3×10^-4Ωcm，具有充分的導電性以透過載體形成熱傳導。其中，高聲阻層的熱導率為5.06×10(W/mK)，低聲阻層的熱導率為5.95(W/mK)。低聲阻層的熱阻為3.03×10^-8(m
2K/W)，高聲阻層的熱阻為4.28×10^-9(m
2K/W)，總熱阻為3.64×10^-8(m
2K/W)。ITO的熱導率良好，音響多層膜整體對於6GHz的諧振振動的熱阻低，導熱性好。
＜實施例5＞
在實施例5中，與實施例2相同，在矽基板上由W形成高聲阻層，由IZO形成低聲阻層。與實施例2不同的是，將施加的高頻的中心頻率設定為6GHz。高聲阻層的厚度為217nm，IZO層的厚度為170nm。IZO的電阻率為4.1×10^-4Ωcm,具有充分的導電性以透過載體形成熱傳導。其中，高聲阻層的熱導率為5.06×10(W/mK)，低聲阻層的熱導率為3.35(W/mK)。低聲阻層的熱阻為5.06×10^-8(m
2K/W)，高聲阻層的熱阻為4.28×10^-9(m
2K/W)，總熱阻為5.49×10^-8(m
2K/W)。音響多層膜整體對於6GHz的諧振振動的熱阻低，導熱性好。
＜實施例6＞
在實施例6中，與實施例3相同，在矽基板上由W形成高聲阻層，由AZO形成低聲阻層。與實施例3不同的是，將施加的高頻的中心頻率設定為6GHz。高聲阻層的厚度為217nm，AZO層的厚度為170nm。AZO的電阻率為4.0×10^-4Ωcm，具有充分的導電性以透過載體形成熱傳導。其中，高聲阻層的熱導率為5.06×10(W/mK)，低聲阻層的熱導率為4.89(W/mK)。低聲阻層的熱阻為3.47×10^-8(m
2K/W)，高聲阻層的熱阻為4.28×10^-9(m
2K/W)，總熱阻為3.90×10^-8(m
2K/W)。AZO的熱導率良好，聲響多層膜整體對6GHz諧振的熱阻低，導熱性好。
＜實施例7＞
在實施例7中，與實施例1相同，在矽基板上由W形成高聲阻層，由ITO形成低聲阻層。與實施例1不同的是，將施加的高頻的中心頻率設定為3GHz。高聲阻層的厚度為433nm。低聲阻(ITO)的厚度為360nm。低聲阻層和高聲阻層的材料與實施例1相同，為ITO和W，各自的熱傳導率與實施例1相同。低聲阻層的熱阻為6.06×10^-8(m
2K/W)，高聲阻層的熱阻為8.56×10^-9(m
2K/W)，總熱阻為6.91×10^-8(m
2K/W)。ITO的熱導率良好，音響多層膜整體對於6GHz的諧振振動的熱阻低，導熱性好。
＜實施例8＞
在實施例8中，與實施例2相同，在矽基板上由W形成高聲阻層，由IZO形成低聲阻層。與實施例2不同的是，將施加的高頻的中心頻率設定為3GHz。高聲阻層的厚度為433nm，IZO層的厚度為339nm。低聲阻層和高聲阻層的材料與實施例2相同，為IZO和W，各自的熱導率與實施例2相同。低聲阻層的熱阻為1.01×10^-7(m
2K/W)，高聲阻層的熱阻為8.56×10^-9(m
2K/W)，總熱阻為1.10×10^-7(m
2K/W)。音響多層膜整體對於3GHz的諧振振動的熱阻低，導熱性好。
＜實施例9＞
在實施例9中，與實施例3相同，在矽基板上由W形成高聲阻層，由AZO形成低聲阻層。與實施例3不同的是，將施加的高頻的中心頻率設定為3GHz。高聲阻層的厚度為433nm，AZO層的厚度為358nm。低聲阻層和高聲阻層的材料與實施例3相同，為AZO和W，各自的熱傳導率與實施例3相同。低聲阻層的熱阻為7.33×10^-8(m
2K/W)，高聲阻層的熱阻為8.56×10^-9(m
2K/W)，總熱阻為8.18×10^-8(m
2K/W)。AZO的熱導率良好，聲響多層膜整體對3GHz諧振的熱阻低，導熱性好。
＜實施例10＞
在實施例10中，與實施例1相同，在矽基板上由W形成高聲阻層，由ITO形成低聲阻層。與實施例1不同的是，將施加的高頻的中心頻率設定為4GHz。高聲阻層的厚度為325nm。低聲阻(ITO)的厚度為270nm。低聲阻層和高聲阻層的材料與實施例1相同，為ITO和W，各自的熱傳導率與實施例1相同。低聲阻層的熱阻為4.54×10^-8(m
2K/W)，高聲阻層的熱阻為6.42×10^-9(m
2K/W)，總熱阻為5.18×10^-8(m
2K/W)。ITO的熱導率良好，音響多層膜整體對於4GHz的諧振振動的熱阻低，導熱性好。
＜實施例11＞
在實施例8中，與實施例2相同，在矽基板上由W形成高聲阻層，由IZO形成低聲阻層。與實施例2不同的是，將施加的高頻的中心頻率設定為4GHz。高聲阻層的厚度為325nm，IZO層的厚度為254nm。低聲阻層和高聲阻層的材料與實施例2相同，為IZO和W，各自的熱導率與實施例2相同。低聲阻層的熱阻為7.58×10^-8(m
2K/W)，高聲阻層的熱阻為6.42×10^-9(m
2K/W)，總熱阻為8.23×10^-8(m
2K/W)。音響多層膜整體對於4GHz的諧振振動的熱阻低，導熱性好。
＜實施例12＞
在實施例12中，與實施例3相同，在矽基板上由W形成高聲阻層，由AZO形成低聲阻層。與實施例3不同的是，將施加的高頻的中心頻率設定為4GHz。高聲阻層的厚度為325nm，AZO層的厚度為269nm。低聲阻層和高聲阻層的材料與實施例3相同，為AZO和W，各自的熱傳導率與實施例3相同。低聲阻層的熱阻為5.50×10^-8(m
2K/W)，高聲阻層的熱阻為6.42×10^-9(m
2K/W)，總熱阻為6.14×10^-8(m
2K/W)。AZO的熱導率良好，聲響多層膜整體對4GHz諧振的熱阻低，導熱性好。
＜實施例13＞
在實施例13中，與實施例1相同，在矽基板上由W形成高聲阻層，由ITO形成低聲阻層。與實施例1不同的是，將施加的高頻的中心頻率設定為5GHz。高聲阻層的厚度為260nm。低聲阻(ITO)的厚度為216nm。低聲阻層和高聲阻層的材料與實施例1相同，為ITO和W，各自的熱傳導率與實施例1相同。低聲阻層的熱阻為3.63×10^-8(m
2K/W)，高聲阻層的熱阻為5.14×10^-9(m
2K/W)，總熱阻為4.15×10^-8(m
2K/W)。ITO的熱傳導率良好，音響多層膜整體對於5GHz的諧振振動的熱阻低，導熱性好。
＜實施例14＞
在實施例14中，與實施例2相同，在矽基板上由W形成高聲阻層，由IZO形成低聲阻層。與實施例2不同的是，將施加的高頻的中心頻率設定為5GHz。高聲阻層的厚度為260nm，IZO層的厚度為204nm。低聲阻層和高聲阻層的材料與實施例2相同，為IZO和W，各自的熱導率與實施例2相同。低聲阻層的熱阻為6.07×10^-8(m
2K/W)，高聲阻層的熱阻為5.14×10^-9(m
2K/W)，總熱阻為6.58×10^-8(m
2K/W)。音響多層膜整體對於5GHz的諧振振動的熱阻低，導熱性好。
＜實施例15＞
在實施例15中，與實施例3相同，在矽基板上由W形成高聲阻層，由AZO形成低聲阻層。與實施例3不同的是，將施加的高頻的中心頻率設定為5GHz。高聲阻層的厚度為260nm，AZO層的厚度為215nm。低聲阻層和高聲阻層的材料與實施例3相同，為AZO和W，各自的熱傳導率與實施例3相同。低聲阻層的熱阻為4.40×10^-8(m
2K/W)，高聲阻層的熱阻為5.14×10^-9(m
2K/W)，總熱阻為4.91×10^-8(m
2K/W)。AZO的熱導率良好，聲響多層膜整體對4GHz諧振的熱阻低，導熱性好。
＜比較例1＞
參照圖5C，在比較例1中，作為基板使用矽基板，由W形成高聲阻層，由SiO
2形成低聲阻層。在所施加的高頻的中心頻率為2GHz的情形下，將高聲阻層的厚度設定為650nm。在作為低聲阻層的SiO
2中傳播的彈性波的中心波長約為2980nm，將SiO
2層的厚度設定為745nm。SiO
2一般為絕緣體，電阻率在10^6Ωcm以上，不會發生載體所致的熱傳導。在此，高聲阻層的熱傳導率低至5.06×10(W/mK)，低聲阻層的熱傳導率低至1.31(W/mK)。高聲阻層的熱阻為1.28×10^-8(m
2K/W)，而低聲阻層的熱阻高達5.68×10^-7(m
2K/W)，總熱阻高達5.81×10^-7(m
2K/W)。由於SiO
2的熱導率差，熱阻高，因此，聲響多層膜整體的熱阻高，導熱性變差。透過該聲響多層膜無法進行充分的散熱，因此存在諧振特性劣化的可能性。
＜比較例2＞
在比較例2中，與比較例1同樣，在矽基板上由W形成高聲阻層，由SiO
2形成低聲阻層，但施加中心頻率為6GHz的高頻。將高聲阻層的厚度設定為217nm,將低聲阻層即SiO
2層的厚度設定為248nm。SiO
2一般為絕緣體，電阻率在10^6Ωcm以上，因此不會產生載體所示的熱傳導。在此，高聲阻層的熱傳導率低至5.06×10(W/mK)，低聲阻層的熱傳導率低至1.31(W/mK)。高聲阻層的熱阻為4.28×10^-9(m
2K/W)，而低聲阻層的熱阻高達1.89×10^-7(m
2K/W)，總熱阻也高達1.94×10^-7(m
2K/W)。由於SiO
2的熱導率差，熱阻高，因此聲響多層膜整體的熱阻也高。在該音響多層膜中，無法對6GHz的諧振振動進行充分的散熱，因此存在諧振特性劣化的可能性。
＜比較例3＞
在比較例3中，作為基板使用矽基板，由Mo形成高聲阻層，由SiO
2形成低聲阻層，施加中心頻率為2GHz的高頻。在Mo中傳播的彈性波的中心波長約為3096nm,將Mo層的厚度設定為774nm。將SiO
2低聲阻層的厚度設定成與比較例1同樣的745nm。SiO
2一般為絕緣體，電阻率在10^6Ωcm以上，不會產生載體所致的熱傳導。在此，高聲阻層的熱傳導率為3.53×10(W/mK)，足夠高，但低聲阻層的熱傳導率低至1.31(W/mK)。高聲阻層的熱阻為2.19×10^-8(m
2K/W)，而低聲阻層的熱阻高達5.68×10^-7(m
2K/W)，總熱阻高達5.90×10^-7(m
2K/W)。由於SiO2的熱導率低，熱阻高，因此音響多層膜整體的熱阻也高。在該音響多層膜中，無法對2GHz的諧振振動進行充分的散熱，存在諧振特性劣化的可能性。
＜比較例4＞
在比較例4中，作為基板使用矽基板，由ZnO形成高聲阻層，由SiO
2形成低聲阻層，施加中心頻率為2GHz的高頻。在ZnO中傳播的彈性波的中心波長約為3776nm，將ZnO層的厚度設定為944nm。與比較例1、3相同，將SiO
2低聲阻層的厚度設定為745nm。SiO
2一般為絕緣體，電阻率在10
6Ωcm以上，不會產生載體所致的熱傳導。其中，高聲阻層的熱導率為1.94×10(W/mK)，低聲阻層的熱導率為1.31(W/mK)。高聲阻層的熱阻為4.97×10
-8(m
2K/W)，而低聲阻層的熱阻高達5.68×10
-7(m
2K/W)，總熱阻高達6.18×10
-7(m
2K/W)。由於SiO
2的熱導率差，熱阻高，因此聲響多層膜整體的熱阻也高。在該音響多層膜中，無法對2GHz的諧振振動進行充分的散熱，存在諧振特性劣化的可能性。
＜比較例5＞
在比較例5中，作為基板使用矽基板，由W形成高聲阻層，由Al
2O
3形成低聲阻層，施加中心頻率為2GHz的高頻。與比較例1相同，將W層的厚度設定為650nm。在Al
2O
3中傳播的彈性波的中心波長約為5552nm，將低聲阻層的厚度設定為1388nm。Al
2O
3一般為絕緣體，電阻率在10^6Ωcm以上，不會產生載體所致的熱傳導。在此，高聲阻層的熱傳導率為5.06×10(W/mK)，低聲阻層的熱傳導率為2.81(W/mK)，與SiO
2相比稍有提高。高聲阻層的熱阻為1.28×10^-8(m
2K/W)，而低聲阻層的熱阻高達4.94×10^-7(m
2K/W)，總熱阻高達5.07×10^-7(m
2K/W)。在Al
2O
3中，聲子的熱傳導占主導地位，熱阻高。作為音響多層膜整體，無法對2GHz的諧振振動進行充分的散熱，存在諧振特性劣化的可能性。
根據實施例1～15及比較例1～5可知，通過用ITO、IZO、AZO等導電性氧化物代替SiO
2、Al
2O
3等絕緣層形成低聲阻層，由載體承擔熱傳導，可提高熱傳導率。除了ITO、IZO、AZO以外，也可以使用FTO、GZO、ATO、PTO等導電性氧化物，也可以使用1個以上的導電性氧化物的複合體。透過在低聲阻層中使用電阻率為1.0×10^-3Ωcm以下的導電性氧化物，可以將低聲阻層中的熱傳導率保持在3W/mK以上，可以提高聲響多層膜整體的散熱性。
以上，基於特定的實施例說明了本發明，但本發明不限於該結構例。例如，高聲阻層可由W、Mo、ZnO以及Ta
2O
5、Ru、Ir或這些的複合體形成，低聲阻層可由透明電極材料形成。另外，也可以由SiO
2、Al
2O
3等絕緣層形成音響多層膜的最上層的低聲阻層。作為氧化物導電體的低聲阻層的整體，只要基於載體的熱傳導處於支配地位，則除了最上層的低聲阻層以外，也可以在低聲阻層的一部分使用絕緣層。無論何種情形，作為音響多層膜整體的熱傳導率都會提高。在將諧振器、壓力電子等的主動元件連接於音響多層膜上時，能夠使主動元件的發熱有效率地從音響多層膜釋放向支撐基板。在實施方式的疊層體中，能夠在低聲阻層中利用載體進行熱擴散，不需複雜的加工，可實現高散熱性。在使用了疊層體的高頻濾波器裝置中，可抑制主動元件發熱所致的音響多層膜的特性劣化，提高器件動作的可靠性。
本申請以2022年3月31日向日本專利廳提交的專利申請第2022-058815號為優先權的基礎，並引用其全部內容。
10、30:體彈性波濾波器裝置
11:支撐基板
12:第一電極層
13:壓電層
14:第二電極層
15:諧振器(主動元件)
16、26:高聲阻層(第一層)
17、27-1、27-2:低聲阻層(第二層)
18、28:聲響多層膜
19:絕緣層
20、40:疊層體
圖1是實施方式的體彈性波濾波器裝置中使用的疊層體的示意圖。
圖2是使用圖1的疊層體的體彈性波濾波器裝置的示意圖。
圖3是圖1的疊層體的變形例的示意圖。
圖4是使用圖3的疊層體的體彈性波濾波器裝置的示意圖。
圖5A是示出實施例的疊層體的結構和熱特性的圖。
圖5B是示出實施例的疊層體的結構和熱特性的圖。
圖5C是示出比較例的疊層體的結構和熱特性的圖。
10:體彈性波濾波器裝置
11:支撐基板
12:第一電極層
13:壓電層
14:第二電極層
15:諧振層(主動元件)
16:高聲阻層(第一層)
17:低聲阻層(第二層)
18:聲響多層膜
19:絕緣層
20:疊層體
Claims (8)
- 一種體彈性波濾波器裝置，其特徵在於，包括： 聲響多層膜，在支撐基板上，由具有規定的固有聲阻的第一層及具有比第一層低的固有聲阻的第二層交替疊層而成；及 主動元件，被設置在該聲響多層膜的與該支撐基板相反的一側， 該主動元件包括設置在該聲響多層膜上的第一電極層、設置在該第一電極層上的壓電層、及設置在該壓電層上的第二電極層， 該聲響多層膜中的該第二層的一部分或全部具有導電性， 在該聲響多層膜與該第一電極層之間設置有絕緣層。
- 如請求項1所述的體彈性波濾波器裝置，其中， 具有該導電性的該第二層具有1.0×10^-3Ωcm以下的電阻率。
- 如請求項1或2所述的體彈性波濾波器裝置，其中， 具有該導電性的該第二層具有3W/mK以上的導熱係數。
- 如請求項1至3中的任一項所述的體彈性波濾波器裝置，其中， 具有該導電性的該第二層由導電性氧化物或透明電極材料形成。
- 如請求項4所述的體彈性波濾波器裝置，其中， 具有該導電性的該第二層是ITO、AZO、IZO、FTO、GZO、ATO、PTO或這些的複合體。
- 如請求項1至5中的任一項所述的體彈性波濾波器裝置，其中， 該第一層是W、Mo、Ta 2O 5、ZnO、Ru、Ir或這些的複合體。
- 如請求項1至6中的任一項所述的體彈性波濾波器裝置，其中， 設置在該聲響多層膜的最上層的該第二層為絕緣性。
- 如請求項1所述的體彈性波濾波器裝置，其中， 該第二層全部為導電性， 該體彈性波濾波器裝置還具有被設置在該聲響多層膜上的絕緣層。
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