WO2022014493A1

WO2022014493A1 - 弾性波装置

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Publication number: WO2022014493A1
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Inventors: 翔永友
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Abstract

支持基板に空洞部が設けられている場合において、放熱性を高めることができる、弾性波装置を提供する。　本発明に係る弾性波装置１は、空洞部１０と、支持部１２とを有する支持基板２と、支持部１２上に設けられており、かつ第１，第２の主面３ａ，３ｂを有する圧電膜（ニオブ酸リチウム膜３）と、第１の主面３ａに設けられている機能電極４と、圧電膜の第１，第２の主面３ａ，３ｂのうち少なくとも一方に設けられており、半導体または絶縁体からなる放熱膜５とを備える。機能電極４は、少なくとも１対の第１，第２電極６，７を有する。圧電膜の厚みをｄｘ、隣り合う第１，第２電極６，７の中心間距離をｐとした場合、ｄｘ／ｐが０．５以下である。平面視において、放熱膜５が支持部１２の少なくとも一部と重なっている。放熱膜５の熱伝導率が圧電膜の熱伝導率よりも高く、かつ放熱膜５の厚みが圧電膜の厚みよりも薄い。

Description

弾性波装置

　本発明は、弾性波装置に関する。

　従来、ＬｉＮｂＯ_３またはＬｉＴａＯ_３からなる圧電膜を伝搬する板波を利用した弾性波装置が知られている。例えば、下記の特許文献１では、板波としてのラム波を利用した弾性波装置が開示されている。ここでは、支持体上に圧電基板が設けられている。支持体、すなわち支持基板には空洞部が設けられている。圧電基板は空洞部と重なっている。圧電基板はＬｉＮｂＯ_３またはＬｉＴａＯ_３からなる。圧電基板の上面にＩＤＴ電極が設けられている。ＩＤＴ電極の一方電位に接続される複数の電極指と、他方電位に接続される複数の電極指との間に電圧が印加される。それによって、ラム波が励振される。このＩＤＴ電極の両側には反射器が設けられている。それによって、板波を利用した弾性波共振子が構成されている。

特開２０１２－２５７０１９号公報

　特許文献１に記載の弾性波装置では、圧電基板が空洞部に面している部分においては、放熱性が低い。そのため、弾性波装置全体としても放熱性が低い。ここで、ＩＤＴ電極に電力を加えると、ＩＤＴ電極が設けられている部分において発熱する。上記弾性波装置のように放熱性が低い場合には、ＩＤＴ電極が設けられている部分における発熱に起因して、弾性波装置が破損するおそれがある。そのため、放熱性が低い弾性波装置においては、耐電力性を高めることは困難である。

　本発明の目的は、支持基板に空洞部が設けられている場合において、放熱性を高めることができる、弾性波装置を提供することにある。

　本発明に係る弾性波装置のある広い局面では、空洞部と、支持部とを有する支持基板と、前記空洞部を覆うように、前記支持部上に設けられており、かつ対向し合う第１の主面及び第２の主面を有する圧電膜と、前記圧電膜の前記第１の主面に設けられている機能電極と、前記圧電膜の前記第１の主面及び前記第２の主面のうち少なくとも一方に設けられており、半導体または絶縁体からなる放熱膜とが備えられており、前記機能電極が、互いに対向する、少なくとも１対の第１電極及び第２電極を有し、前記圧電膜の厚みをｄｘ、隣り合う前記第１電極と前記第２電極との中心間距離をｐとした場合、ｄｘ／ｐが０．５以下であり、平面視において、前記放熱膜が前記支持部の少なくとも一部と重なっており、前記放熱膜の熱伝導率が前記圧電膜の熱伝導率よりも高く、かつ前記放熱膜の厚みが前記圧電膜の厚みよりも薄い。

　本発明に係る弾性波装置の他の広い局面では、空洞部と、支持部とを有する支持基板と、前記空洞部を覆うように、前記支持部上に設けられており、かつ対向し合う第１の主面及び第２の主面を有する圧電膜と、前記圧電膜の前記第１の主面に設けられている機能電極と、前記圧電膜の前記第１の主面及び前記第２の主面のうち少なくとも一方に設けられている放熱膜とが備えられており、前記機能電極が、互いに対向する、少なくとも１対の第１電極及び第２電極を有し、前記圧電膜の厚みをｄｘ、隣り合う前記第１電極と前記第２電極との中心間距離をｐとした場合、ｄｘ／ｐが０．５以下であり、平面視において、前記放熱膜が前記支持部の少なくとも一部と重なっており、前記放熱膜の厚みが前記圧電膜の厚みよりも薄く、前記放熱膜が、シリコン膜、窒化ケイ素膜または炭化ケイ素膜である。

　本発明に係る弾性波装置によれば、支持基板に空洞部が設けられている場合において、放熱性を高めることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。図３は、放熱膜の厚みとニオブ酸リチウム膜の厚みとの比ｄｈ／ｄｎ、及び比帯域幅の関係を示す図である。図４（ａ）は、従来の弾性波装置の圧電膜を伝搬するラム波を説明するための模式的正面断面図であり、図４（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る弾性波装置における、圧電膜を伝搬する厚み滑りモードのバルク波を説明するための模式的正面断面図である。図５は、厚み滑りモードのバルク波の振幅方向を示す図である。図６は、隣り合う第１電極及び第２電極の中心間距離または中心間距離の距離をｐ、圧電膜の厚みをｄｎとした場合のｄｎ／ｐと共振子としての比帯域との関係を示す図である。図７は、熱伝導率比と規格化温度差との関係を示す図である。図８は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る弾性波装置の正面断面図である。図９は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。図１０は、本発明の第３の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。図１１は、本発明の第４の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。図１２は、本発明の第５の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。図１３は、ｄｎ／ｐを限りなく０に近づけた場合のＬｉＮｂＯ_３のオイラー角（０°，θ，ψ）に対する比帯域のマップを示す図である。

　以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

　なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。

　図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。図２は第１の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。なお、図１は、図２中のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。

　図１に示すように、弾性波装置１は支持基板２、圧電膜としてのニオブ酸リチウム膜３、機能電極４及び放熱膜５を有する。弾性波装置１においては、本発明の圧電膜はニオブ酸リチウム膜３であるが、圧電膜はタンタル酸リチウム膜であってもよい。支持基板２上にニオブ酸リチウム膜３が設けられている。なお、本実施形態においては、支持基板２とニオブ酸リチウム膜３との間に放熱膜５が設けられている。ニオブ酸リチウム膜３上に機能電極４が設けられている。

　支持基板２は空洞部１０、支持部１２及び底部１３を有する。支持部１２は枠状の形状を有する。空洞部１０は、支持基板２に設けられた凹部である。空洞部１０は、支持部１２及び底部１３により囲まれており、ニオブ酸リチウム膜３側において開口している。なお、空洞部１０は、貫通孔であってもよい。

　支持基板２はシリコン基板である。支持基板２のニオブ酸リチウム膜３側の面における面方位は（１００）、（１１１）または（１１０）であることが好ましい。支持基板２の抵抗率は２ｋΩ以上であることが好ましい。もっとも、支持基板２の材料は上記に限定されない。支持基板２の材料には、熱伝導率が高い材料を用いることが好ましい。

　支持基板２の支持部１２上に、空洞部１０を覆うように、ニオブ酸リチウム膜３が設けられている。ニオブ酸リチウム膜３は第１の主面３ａ及び第２の主面３ｂを有する。第１の主面３ａ及び第２の主面３ｂは対向し合っている。第１の主面３ａ及び第２の主面３ｂのうち、第２の主面３ｂが支持基板２側の主面である。本実施形態では、ニオブ酸リチウム膜３はＬｉＮｂＯ_３膜である。ニオブ酸リチウム膜３の厚みは４０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。

　ニオブ酸リチウム膜３の第２の主面３ｂに放熱膜５が設けられている。放熱膜５は、支持基板２の空洞部１０を覆うように設けられている。よって、放熱膜５は、支持基板２の支持部１２を架橋するように設けられている。放熱膜５の厚みはニオブ酸リチウム膜３の厚みよりも薄い。放熱膜５の熱伝導率はニオブ酸リチウム膜３の熱伝導率よりも高い。放熱膜５は半導体または絶縁体からなる。より具体的には、放熱膜５の材料としては、例えば、シリコン、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ダイヤモンド、窒化ホウ素またはナノカーボンなどを用いることができる。

　なお、放熱膜５は、平面視において、支持基板２の支持部１２の少なくとも一部と重なっていればよい。本明細書において、平面視とは、図１における上方から見る方向をいう。

　図２に示すように、ニオブ酸リチウム膜３の第１の主面３ａに機能電極４が設けられている。機能電極４は複数の電極を有する。複数の電極は、ニオブ酸リチウム膜３の厚み方向に交叉する方向に並んでいる。各電極は矩形形状を有する。複数の電極は、複数対の第１電極６及び第２電極７を含む。本実施形態においては、第１電極６及び第２電極７は平行に延びている。第１電極６が延びる方向と直交する方向において、隣り合う第１電極６及び第２電極７が対向している。以下においては、第１電極６が延びる方向をｙ方向とし、ｙ方向と直交する方向をｘ方向とする。ｘ方向及びｙ方向の双方は、ニオブ酸リチウム膜３の厚み方向と交叉する方向である。このため、隣り合う第１電極６及び第２電極７は、ニオブ酸リチウム膜３の厚み方向に交叉する方向において対向しているともいえる。

　機能電極４は第１のバスバー８及び第２のバスバー９を有する。第１のバスバー８及び第２のバスバー９は対向し合っている。複数の第１電極６の一方端が、それぞれ第１のバスバー８に接続されている。複数の第２電極７の一方端が、それぞれ第２のバスバー９に接続されている。複数の第１電極６及び複数の第２電極７は、互いに間挿し合っている。第１電極６及び第２電極７は、互いに異なる電位に接続される。本実施形態においては、機能電極４はＩＤＴ電極である。もっとも、機能電極４はＩＤＴ電極には限られない。機能電極４は、少なくとも一対の第１電極６及び第２電極７を有していればよい。

　機能電極４は、Ａｌ、ＡｌＣｕ合金などの適宜の金属もしくは合金からなる。ＡｌＣｕ合金におけるＣｕは、１重量％以上、２０重量％以下であることが好ましい。機能電極４は、積層金属膜からなっていてもよい。この場合、例えば、密着層を有していてもよい。密着層としては、例えば、Ｔｉ層やＣｒ層などが挙げられる。

　図２に示すように、機能電極４は交叉領域Ａを有する。交叉領域Ａは、ｘ方向から見て、隣り合う電極が重なっている領域である。交叉領域Ａは、ｘ方向における、機能電極４の最も外側の電極のうちの一方の電極から、最も外側の電極のうちの他方の電極に至る領域である。なお、交叉領域Ａは、上記最も外側の電極の、ｘ方向における外側の端部を含む。平面視において、交叉領域Ａの全部が空洞部１０と重なっている。

　本実施形態の特徴は、以下の構成を有することにある。１）圧電膜の厚みをｄｘ、隣り合う第１電極６と第２電極７との中心間距離をｐとした場合、ｄｘ／ｐが０．５以下であること。２）平面視において、放熱膜５が支持基板２の支持部１２の少なくとも一部と重なっていること。３）放熱膜５の熱伝導率がニオブ酸リチウム膜３の熱伝導率よりも高く、かつ放熱膜５の厚みがニオブ酸リチウム膜３の厚みよりも薄いこと。それによって、支持基板２に空洞部１０が設けられている場合において、弾性波装置１の放熱性を高めることができる。これを以下において説明する。

　厚み滑りモードのバルク波を利用していることにより、弾性波装置１の小型化を進めることができる。なお、該小型化については後述する。しかしながら、弾性波装置１を小型にすると、表面積が小さくなるため、放熱性が低くなる。加えて、支持基板２に空洞部１０が設けられていると、機能電極４が設けられた部分において生じた熱を放熱し難い。

　これに対して、本実施形態においては、放熱膜５が設けられていることにより、機能電極４が設けられた部分において生じた熱を、放熱膜５に伝導させることができる。さらに、平面視において、放熱膜５が支持基板２の支持部１２の少なくとも一部と重なっていることにより、放熱膜５と支持基板２との距離が近い。よって、放熱膜５から支持基板２に、熱を効率的に伝導させることができる。従って、支持基板２に空洞部１０が設けられている場合において、弾性波装置１の放熱性を高めることができる。さらに、放熱膜５の厚みがニオブ酸リチウム膜３の厚みよりも薄いため、生産性を高めることもできる。

　なお、従来の板波を利用する素子においても、ＩＤＴ電極を大型にすることにより、放熱性を高め得る。しかしながら、ＩＤＴ電極を大型にすると、電極指においてマイグレーションが生じ易くなる。そのため、耐電力性が劣化するおそれがある。これに対して、本実施形態においては、機能電極４を大型にせずして、放熱性を高めることができる。よって、耐電力性の劣化を生じさせることなく、放熱性を高めることができる。

　本実施形態のように、放熱膜５がニオブ酸リチウム膜３の第２の主面３ｂに設けられており、かつ支持基板２と接触していることが好ましい。それによって、放熱膜５から支持基板２に、熱をより一層伝導させることができる。放熱膜５が、支持基板２の支持部１２の少なくとも一部を架橋するように設けられていることがより好ましい。それによって、放熱経路をより一層増やすことができる。平面視において、放熱膜５が空洞部１０の全てと重なっていることがさらに好ましい。この場合には、放熱膜５が、支持部１２の全部を架橋するように設けられている。よって、放熱経路をさらにより一層増やすことができる。

　ここで、放熱膜５に用いられ得る材料の例の、それぞれの熱伝導率を表１において示す。なお、ＬｉＮｂＯ_３の熱伝導率は４．６Ｗ／ｍＫである。ＬｉＴａＯ３の熱伝導率は４．２Ｗ／ｍＫである。

　表１に示す全ての材料の熱伝導率が、ＬｉＮｂＯ_３及びＬｉＴａＯ_３の熱伝導率よりも大幅に高いことがわかる。放熱膜５は、シリコン膜、窒化ケイ素膜または炭化ケイ素膜であることが好ましい。より具体的には、放熱膜５は、Ｓｉ膜、ＡｌＮ膜またはＳｉＣ膜であることが好ましい。これらの場合には、放熱性を高めることができ、かつコストを低くすることができる。

　放熱膜５の熱伝導率は、ニオブ酸リチウム膜３の熱伝導率の５倍以上であることが好ましい。それによって、放熱性を効果的に高めることができる。もっとも、放熱膜５に、表１に示す材料を用いた場合には、放熱膜５の熱伝導率を大幅に高めることができ、放熱性をより一層高めることができる。これは、圧電膜がタンタル酸リチウム膜である場合も同様である。

　ここで、放熱膜５の厚みをｄｈ、ニオブ酸リチウム膜３の厚みをｄｎ、放熱膜５の厚みｄｈとニオブ酸リチウム膜３の厚みｄｎとの比をｄｈ／ｄｎとする。図３において、比ｄｈ／ｄｎと比帯域幅との関係を示す。比帯域幅が広いことは、結合係数が高いことを示す。

　図３は、放熱膜の厚みとニオブ酸リチウム膜の厚みとの比ｄｈ／ｄｎ、及び比帯域幅の関係を示す図である。

　図３に示すように、比ｄｈ／ｄｎが小さくなるほど、比帯域幅が広くなっていることがわかる。比ｄｈ／ｄｎは、０．２５以下であることが好ましい。すなわち、放熱膜５の厚みは、ニオブ酸リチウム膜３の２５％以下であることが好ましい。より具体的には、放熱膜５の最も厚い部分の厚みが、ニオブ酸リチウム膜３の２５％以下であることが好ましい。それによって、比帯域幅をより一層広くすることができ、結合係数をより一層高めることができる。一方で、放熱膜５の厚みは、ニオブ酸リチウム膜３の５％以上であることが好ましい。この場合には、放熱性を好適に高めることができる。放熱膜５の厚みは、ニオブ酸リチウム膜３の５０％以上であることがより好ましい。この場合には、放熱性をより一層高めることができる。なお、以下においては、比帯域幅を比帯域と記載することもある。

　ところで、本実施形態においては、ニオブ酸リチウム膜３上に反射器は設けられていない。弾性波装置１は反射器を有しない。この場合にも伝搬損失が抑制されるのは、弾性波装置１が厚み滑りモードのバルク波を利用していることによる。より具体的には、弾性波装置１は厚み滑り１次モードのバルク波を利用している。以下において、弾性波装置１が利用している厚み滑りモードの詳細を説明する。

　図２に示すように、隣り合う１対の第１電極６及び第２電極７の構造が、ｘ方向に、複数対設けられている。この対数は、整数対である必要はなく、１．５対や２．５対などであってもよい。なお、機能電極４における電極が隣り合うとは、電極同士が直接接触するように配置されている場合ではなく、電極同士が間隔を介して配置されている場合を指す。また、第１電極６と第２電極７とが隣り合う場合、第１電極６と第２電極７との間には、他のホット電極またはグラウンド電極は配置されない。

　弾性波装置１の駆動に際しては、複数の第１電極６と、複数の第２電極７との間に交流電圧を印加する。より具体的には、第１のバスバー８と第２のバスバー９との間に交流電圧を印加する。それによって、ニオブ酸リチウム膜３において励振される厚み滑りモードのバルク波を利用した、共振特性を得ることが可能とされている。このように、第１電極６と第２電極７との間の領域は励振領域Ｂである。図２においては、例として１つの励振領域Ｂを示しているが、複数の第１電極６と複数の第２電極７との間の領域は、いずれも励振領域Ｂである。励振領域Ｂは交叉領域Ａに含まれる。

　放熱膜５は、平面視において、交叉領域Ａと重なっていることが好ましく、励振領域Ｂと重なっていることがより好ましい。弾性波装置１においては、交叉領域Ａにおける励振領域Ｂにおいて発熱する。よって、上記構成により、発熱している部分から、熱を効率的に放熱膜５に伝導させることができる。従って、放熱性をより一層高めることができる。

　弾性波装置１では、上記のように、ｄｘ／ｐは０．５以下とされている。より具体的には、ニオブ酸リチウム膜３の厚みをｄｎ、複数対の第１電極６及び第２電極７のうちいずれかの隣り合う第１電極６及び第２電極７の中心間距離をｐとした場合、ｄｎ／ｐは０．５以下とされている。そのため、上記厚み滑りモードのバルク波が効果的に励振され、良好な共振特性を得ることができる。ここで、第１電極６及び第２電極７の中心間距離とは、第１電極６のｘ方向における中心と、第２電極７のｘ方向における中心とを結んだ距離となる。

　弾性波装置１は上記構成を備え、厚み滑りモードを利用している。それによって、第１電極６及び第２電極７の対数を少なくしたとしても、Ｑ値の低下が生じ難い。

　本実施形態では、ニオブ酸リチウム膜３はＺカットの圧電膜である。そのため、ｘ方向は、ニオブ酸リチウム膜３の分極方向と直交する方向となる。ニオブ酸リチウム膜３が他のカット角の圧電膜である場合には、この限りでない。

　厚み滑りモードのバルク波と、従来利用されているラム波との相違を、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して説明する。

　図４（ａ）は、特許文献１に記載のような弾性波装置の圧電膜を伝搬するラム波を説明するための模式的正面断面図である。ここでは、圧電膜２０１中を矢印で示すように波が伝搬する。ここで、圧電膜２０１では、第１の主面２０１ａと、第２の主面２０１ｂとが対向しており、第１の主面２０１ａと第２の主面２０１ｂとを結ぶ厚み方向がｚ方向である。ｘ方向は、ＩＤＴ電極の電極指が並んでいる方向である。図４（ａ）に示すように、ラム波はｘ方向に伝搬していく。ラム波は板波であるため、圧電膜２０１が全体として振動するものの、波はｘ方向に伝搬する。そのため、ＩＤＴ電極のｘ方向両側に反射器を配置して、共振特性を得ている。

　これに対して、図４（ｂ）に示すように、本実施形態の弾性波装置では、振動変位は厚み滑り方向である。そのため、波はｚ方向にほぼ伝搬し、共振する。よって、波のｘ方向成分がｚ方向成分に比べて著しく小さい。そして、このｚ方向の波の伝搬により共振特性が得られるため、反射器の電極指の本数を少なくしても、伝搬損失は生じ難い。さらに、小型化を進めようとして、第１電極６及び第２電極７からなる電極対の対数を減らしたとしても、Ｑ値の低下が生じ難い。

　なお、厚み滑りモードのバルク波の振幅方向は、図５に示すように、ニオブ酸リチウム膜３の励振領域に含まれる第１領域４５１と、励振領域に含まれる第２領域４５２とにおいて逆になる。図５では、第１電極６と第２電極７との間に、第２電極７が第１電極６よりも高電位となる電圧が印加された場合のバルク波を模式的に示してある。第１領域４５１は、励振領域のうち、ニオブ酸リチウム膜３の厚み方向に直交しニオブ酸リチウム膜３を２分する仮想平面ＶＰ１と、第１の主面３ａとの間の領域である。第２領域４５２は、励振領域のうち、仮想平面ＶＰ１と、第２の主面３ｂとの間の領域である。

　上記のように、弾性波装置１では、複数対の第１電極６及び第２電極７が配置されている。厚み滑りモードは、ｘ方向に波を伝搬させるものではないため、第１電極６及び第２電極７からなる電極対は複数対設けられている必要はない。すなわち、少なくとも１対の第１電極６及び第２電極７が設けられてさえおればよい。

　弾性波装置１においては、第１電極６がホット電位に接続される電極であり、第２電極７がグラウンド電位に接続される電極である。もっとも、第１電極６がグラウンド電位に接続され、第２電極７がホット電位に接続されてもよい。本実施形態では、少なくとも１対の電極は、上記のように、ホット電位に接続される電極またはグラウンド電位に接続される電極であり、浮き電極は設けられていない。

　ところで、本実施形態では、ｄｎ／ｐは０．５以下である。ｄｎ／ｐは０．２４以下であることが好ましい。その場合には、より一層良好な共振特性を得ることができる。これを、図６を参照して説明する。

　ｄｎ／ｐを変化させ、複数の弾性波装置を得た。図６は、このｄｎ／ｐと、弾性波装置の共振子としての比帯域との関係を示す図である。

　図６から明らかなように、ｄｎ／ｐ＞０．５では、ｄｎ／ｐを調整しても、比帯域は５％未満である。これに対して、ｄｎ／ｐ≦０．５の場合には、その範囲内でｄｎ／ｐを変化させれば、比帯域を５％以上とすることができる。よって、高い結合係数を有する共振子を構成することができる。また、ｄｎ／ｐが０．２４以下の場合には、比帯域を７％以上と高めることができる。加えて、ｄｎ／ｐをこの範囲内で調整すれば、比帯域がより一層広い共振子を得ることができ、より一層高い結合係数を有する共振子を実現することができる。なお、例えば、ニオブ酸リチウム膜３が厚みばらつきを有する場合には、その厚みを平均化した値を採用してもよい。これらの関係は、圧電膜がタンタル酸リチウム膜である場合も同様である。

　隣り合う第１電極６及び第２電極７の中心間距離ｐは、１μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。機能電極４の複数の電極のｘ方向に沿う寸法を幅としたときに、第１電極６及び第２電極７の幅は、それぞれ、１５０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。

　ここで、以下において規定する熱伝導率比と、放熱性との関係を示す。第１電極及び第２電極の幅の平均をｗ、機能電極のデューティ比をＤｅ、機能電極の熱伝導率をＣｅ、機能電極の厚みをｄｅとする。なお、Ｄｅ＝ｗ／ｐとする。ニオブ酸リチウム膜の熱伝導率をＣｎ、ニオブ酸リチウム膜の厚みをｄｎ、放熱膜の熱伝導率をＣｉ、放熱膜の厚みをｄｉとする。機能電極と、ニオブ酸リチウム膜及び放熱膜との熱伝導率比をＲとし、Ｒ＝（Ｃｅ×ｄｅ×Ｄｅ）／（Ｃｎ×ｄｎ＋Ｃｉ×ｄｉ）とする。例えば、放熱膜の熱伝導率Ｃｉが高く、または放熱膜の厚みが厚い場合には、熱伝導率比Ｒは小さくなる。

　なお、放熱性の指標として規格化温度差を用いる。規格化温度差は、弾性波装置において弾性波が励振していないときの温度と、弾性波が励振しているときの温度との差を規格化したものである。弾性波が励振されると、機能電極が設けられている部分において発熱し、弾性波装置の温度は高くなる。これに対して、弾性波装置の放熱性が高いほど放熱される。そのため、放熱性が高いほど、弾性波が励振されていないときの温度と、弾性波が励振されているときの温度との差は小さくなる。従って、規格化温度差が小さいほど、弾性波装置の放熱性が高い。

　図７は、熱伝導率比と規格化温度差との関係を示す図である。図７中の破線Ｅ１及び破線Ｅ２は、熱伝導率比Ｒの変化に対する、規格化温度差の変化の傾きを示す。

　図７に示すように、熱伝導率比Ｒが小さくなるほど、規格化温度差が小さくなっていることがわかる。ここで、熱伝導率比Ｒを小さくしていった場合において、Ｒ＝８となったときから、規格化温度差が顕著に小さくなり始めていることがわかる。Ｒ≦４の場合には、規格化温度差がより一層小さくなっている。なお、熱伝導率比Ｒの変化に対する規格化温度差の変化の傾きは、熱伝導率比Ｒが小さくなるほど大きくなっている。ここで、破線Ｅ１及び破線Ｅ２の交点により示すように、Ｒ＝１が、規格化温度差の変化の変曲点となっている。よって、Ｒ≦１のときに規格化温度差をさらにより一層小さくすることができる。

　Ｒ≦８であることが好ましく、Ｒ≦４であることがより好ましく、Ｒ≦１であることがさらに好ましい。それによって、規格化温度差を効果的に小さくすることができ、放熱性を効果的に高めることができる。

　上記のように、放熱膜５は、平面視において、支持基板２における支持部１２の少なくとも一部と重なっていればよい。以下において、放熱膜の配置のみが第１の実施形態と異なる、第１の実施形態の変形例を示す。

　図８に示す変形例においては、放熱膜５Ａは、平面視において、支持基板２における支持部１２の一部と重なっている。より具体的には、図８に示す断面において、支持部１２の対向し合う部分のうち一方の部分は、平面視において放熱膜５Ａと重なっている。支持部１２の対向し合う部分のうち他方の部分は、平面視において放熱膜５Ａと重なっていない。支持部１２における放熱膜５Ａと重なっていない部分は、ニオブ酸リチウム膜３と直接的に接触している。なお、放熱膜５Ａは、平面視において、機能電極４の交叉領域Ａとも重なっている。本変形例においても、第１の実施形態と同様に、放熱性を高めることができる。

　図９は、第２の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。

　本実施形態は、放熱膜２５がニオブ酸リチウム膜３の第１の主面３ａに設けられている点において、第１の実施形態と異なる。なお、第２の主面３ｂには、放熱膜５は設けられていない。上記の点以外においては、本実施形態の弾性波装置は第１の実施形態の弾性波装置１と同様の構成を有する。

　放熱膜２５は、機能電極４を覆うように、ニオブ酸リチウム膜３の第１の主面３ａに設けられている。なお、本実施形態においても、放熱膜２５の厚みはニオブ酸リチウム膜３の厚みよりも薄い。平面視において、放熱膜２５は支持基板２の支持部１２と重なっている。

　ニオブ酸リチウム膜３の熱伝導率は低い。そのため、ニオブ酸リチウム膜３における機能電極４が設けられている部分から、支持部１２と接触している部分に熱を伝達する効率を高めることは困難である。これに対して、本実施形態においては、平面視において支持部１２と重なっている部分に、放熱膜２５を介して熱を効率的に伝達することができる。従って、放熱性を高めることができる。

　ニオブ酸リチウム膜３の第１の主面３ａに放熱膜２５が設けられている場合においても、平面視において、放熱膜２５が空洞部１０の全てと重なっていることが好ましい。それによって、放熱経路を増やすことができる。従って、放熱性を効果的に高めることができる。

　図１０は、第３の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。

　本実施形態は、放熱膜２５がニオブ酸リチウム膜３の第１の主面３ａに設けられており、かつ放熱膜５が第２の主面３ｂに設けられている点において、第１の実施形態と異なる。上記の点以外においては、第３の実施形態の弾性波装置は第１の実施形態の弾性波装置１と同様の構成を有する。

　本実施形態においても、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に、放熱膜５及び放熱膜２５を介して、熱を支持基板２に効率的に伝達することができる。よって、放熱性を高めることができる。

　図１１は、第４の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。

　本実施形態は、放熱膜３５及び支持基板３２が一体として設けられている点、及び空洞部３０の形状が第１の実施形態と異なる。上記の点以外においては、第４の実施形態の弾性波装置３１は第１の実施形態の弾性波装置１と同様の構成を有する。

　弾性波装置３１においては、放熱膜３５の材料と支持基板３２の材料とは同じである。放熱膜３５は、支持基板３２の支持部１２を架橋している。本実施形態では、放熱膜３５は、支持部１２の全部を架橋している。放熱膜３５及び支持部１２は、ニオブ酸リチウム膜３側において面一である。放熱膜３５及び支持部１２は、ニオブ酸リチウム膜３の第２の主面３ｂに接触している。

　支持基板３２の空洞部３０は、支持基板３２に設けられた凹部である。より具体的には、空洞部３０は、支持部１２及び放熱膜３５により囲まれた凹部である。本実施形態の支持基板３２は、第１の実施形態のような底部１３を有しない。空洞部３０は、放熱膜３５と対向する側において開口している凹部である。

　本実施形態においては、放熱膜３５及び支持基板３２が一体である。それによって、放熱膜３５及び支持基板３２を介して、弾性波装置３１の外部に効率的に放熱することができる。従って、放熱性をより一層高めることができる。

　放熱膜３５及び支持基板３２は、例えば、支持基板３２の母材をエッチングすることにより得られる。例えば、上記母材における、放熱膜３５を形成する部分以外をレジスト膜などによりマスキングした後に、エッチングしてもよい。あるいは、上記母材における、放熱膜３５を形成する部分のエッチングレートと、他の部分のエッチングレートとを異ならせてもよい。エッチングレートを異ならせる場合には、例えば、上記母材に適宜ドーピングを行えばよい。その後にエッチングしてもよい。

　なお、放熱膜３５の形成に際し、上記母材にドーピングを行った場合には、放熱膜３５及び支持基板３２の支持部１２の組成は異なる。もっとも、この場合においても、放熱膜３５及び支持部１２においては、ドーピングされた成分以外の組成は同じである。

　ところで、放熱膜３５は、支持部１２を必ずしも架橋していなくともよい。放熱膜３５は、支持部１２の少なくとも一部と一体として設けられていればよい。この場合においても、放熱性を高めることができる。もっとも、放熱膜３５が、支持部１２の少なくとも一部を架橋していることが好ましく、支持部１２の全部を架橋していることがより好ましい。それによって、放熱性をより一層高めることができる。

　図１２は、第５の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。

　本実施形態は、放熱膜４５の構成が第１の実施形態と異なる。上記以外の点においては、本実施形態の弾性波装置は第１の実施形態の弾性波装置１と同様の構成を有する。

　放熱膜４５は、第１の部分４５ａ及び第２の部分４５ｂを有する。第１の部分４５ａは、平面視において第１電極６または第２電極７と重なっている部分である。第２の部分４５ｂは、平面視において第１電極６及び第２電極７の間の部分と重なっている部分である。なお、第２の部分４５ｂは、平面視において第１電極及び第２電極７と重なっていない。第２の部分４５ｂの厚みが、第１の部分４５ａの厚みよりも厚い。なお、第２の部分４５ｂの少なくとも一部の厚みが、第１の部分４５ａの厚みよりも厚ければよい。

　弾性波として、従来の板波などを利用する場合においては、ＩＤＴ電極の電極指が設けられている部分において発熱する。他方、本実施形態のように、厚み滑りモードのバルク波を利用する場合においては、ニオブ酸リチウム膜３における、第１電極６及び第２電極７が設けられている部分の間の部分において発熱する。この発熱する部分に、放熱膜４５の第２の部分４５ｂが接触している。第２の部分４５ｂの厚みは厚いため、上記発熱する部分から、熱を支持基板２に効率的に伝導することができる。加えて、第１の部分４５ａ及び第２の部分４５ｂにより凹凸が形成されているため、放熱膜４５の表面積を大きくすることができる。従って、放熱性をより一層高めることができる。

　ここで、第１電極６のｘ方向における中心、及び第２電極７のｘ方向における中心の間の、ｘ方向における中心を電極指間中心部Ｏとする。第２の部分４５ｂにおける、平面視において電極指間中心部Ｏと重なる部分を含む部分の厚みが、第１の部分４５ａの厚みよりも厚いことが好ましい。ニオブ酸リチウム膜３における、電極指間中心部Ｏに位置する部分においては、特に発熱する。放熱膜４５における上記部分の厚みが厚いことによって、放熱性をより一層効果的に高めることができる。

　以下において、ニオブ酸リチウム膜３の好ましいオイラー角（φ，θ，ψ）の例を示す。

　図１３は、ｄｎ／ｐを限りなく０に近づけた場合のＬｉＮｂＯ_３のオイラー角（０°，θ，ψ）に対する比帯域のマップを示す図である。図１３のハッチングを付して示した部分が、少なくとも５％以上の比帯域が得られる領域であり、当該領域の範囲を近似すると、下記の式（１）、式（２）及び式（３）で表される範囲となる。
　（０°±１０°，０°～２０°，任意のψ）　　…式（１）
　（０°±１０°，２０°～８０°，０°～６０°（１－（θ－５０）^２／９００）^１／２）　または　（０°±１０°，２０°～８０°，［１８０°－６０°（１－（θ－５０）^２／９００）^１／２］～１８０°）　　…式（２）
　（０°±１０°，［１８０°－３０°（１－（ψ－９０）^２／８１００）^１／２］～１８０°，任意のψ）　　…式（３）

　従って、上記式（１）、式（２）または式（３）のオイラー角範囲の場合、比帯域を十分に広くすることができ、好ましい。この関係はタンタル酸リチウム膜においても同様である。

　なお、図３の関係は、圧電膜がタンタル酸リチウム膜である場合においても同様に成立することがわかっている。よって、放熱膜の厚みは、タンタル酸リチウム膜の２５％以下であることが好ましい。それによって、比帯域幅をより一層広くすることができ、結合係数をより一層高めることができる。一方で、放熱膜の厚みは、タンタル酸リチウム膜の５％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましい。この場合には、放熱性をより一層高めることができる。

　さらに、図７の関係は、圧電膜がタンタル酸リチウム膜である場合においても同様に成立することがわかっている。圧電膜がタンタル酸リチウム膜またはニオブ酸リチウム膜である場合において、圧電膜の熱伝導率をＣｘ、圧電膜の厚みをｄｘとする。機能電極と、圧電膜及び放熱膜との熱伝導率比をＲｘとし、Ｒｘ＝（Ｃｅ×ｄｅ×Ｄｅ）／（Ｃｘ×ｄｘ＋Ｃｉ×ｄｉ）とする。上記と同様に、Ｒｘ≦８であることが好ましく、Ｒｘ≦４であることがより好ましく、Ｒｘ≦１であることがさらに好ましい。それによって、規格化温度差を効果的に小さくすることができ、放熱性を効果的に高めることができる。

１…弾性波装置
２…支持基板
３…ニオブ酸リチウム膜
３ａ，３ｂ…第１，第２の主面
４…機能電極
５，５Ａ…放熱膜
６，７…第１，第２電極
８，９…第１，第２のバスバー
１０…空洞部
１２…支持部
１３…底部
２５…放熱膜
３０…空洞部
３１…弾性波装置
３２…支持基板
３５…放熱膜
４５…放熱膜
４５ａ，４５ｂ…第１，第２の部分
２０１…圧電膜
２０１ａ，２０１ｂ…第１，第２の主面
４５１，４５２…第１，第２領域
ＶＰ１…仮想平面

Claims

　空洞部と、支持部と、を有する支持基板と、
　前記空洞部を覆うように、前記支持部上に設けられており、かつ対向し合う第１の主面及び第２の主面を有する圧電膜と、
　前記圧電膜の前記第１の主面に設けられている機能電極と、
　前記圧電膜の前記第１の主面及び前記第２の主面のうち少なくとも一方に設けられており、半導体または絶縁体からなる放熱膜と、
を備え、
　前記機能電極が、互いに対向する、少なくとも１対の第１電極及び第２電極を有し、
　前記圧電膜の厚みをｄｘ、隣り合う前記第１電極と前記第２電極との中心間距離をｐとした場合、ｄｘ／ｐが０．５以下であり、
　平面視において、前記放熱膜が前記支持部の少なくとも一部と重なっており、
　前記放熱膜の熱伝導率が前記圧電膜の熱伝導率よりも高く、かつ前記放熱膜の厚みが前記圧電膜の厚みよりも薄い、弾性波装置。
　空洞部と、支持部と、を有する支持基板と、
　前記空洞部を覆うように、前記支持部上に設けられており、かつ対向し合う第１の主面及び第２の主面を有する圧電膜と、
　前記圧電膜の前記第１の主面に設けられている機能電極と、
　前記圧電膜の前記第１の主面及び前記第２の主面のうち少なくとも一方に設けられている放熱膜と、
を備え、
　前記機能電極が、互いに対向する、少なくとも１対の第１電極及び第２電極を有し、
　前記圧電膜の厚みをｄｘ、隣り合う前記第１電極と前記第２電極との中心間距離をｐとした場合、ｄｘ／ｐが０．５以下であり、
　平面視において、前記放熱膜が前記支持部の少なくとも一部と重なっており、
　前記放熱膜の厚みが前記圧電膜の厚みよりも薄く、
　前記放熱膜が、シリコン膜、窒化ケイ素膜または炭化ケイ素膜である、弾性波装置。
　前記放熱膜が前記圧電膜の前記第２の主面に設けられており、かつ前記支持基板の前記支持部と接触している、請求項１または２に記載の弾性波装置。
　前記放熱膜及び前記支持基板が一体として設けられている、請求項３に記載の弾性波装置。
　平面視において、前記放熱膜が前記空洞部の全てと重なっている、請求項１～４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
　前記放熱膜が、平面視において前記第１電極または前記第２電極と重なっている第１の部分と、平面視において前記第１電極及び前記第２電極の間の部分と重なっている第２の部分と、を有し、
　前記第２の部分の少なくとも一部の厚みが、前記第１の部分の厚みよりも厚い、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
　前記放熱膜の熱伝導率が、前記圧電膜の熱伝導率の５倍以上である、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
　前記圧電膜がニオブ酸リチウム膜またはタンタル酸リチウム膜である、請求項１～７のいずれか１項に記載の弾性波装置。
　前記放熱膜の厚みが、前記圧電膜の厚みの２５％以下である、請求項８に記載の弾性波装置。
　隣り合う前記第１電極と前記第２電極との中心間距離をｐ、前記第１電極及び前記第２電極の幅の平均をｗ、前記機能電極のデューティ比をＤｅ、前記機能電極の熱伝導率をＣｅ、前記機能電極の厚みをｄｅ、前記圧電膜の熱伝導率をＣｘ、前記圧電膜の厚みをｄｘ、前記放熱膜の熱伝導率をＣｉ、前記放熱膜の厚みをｄｉ、熱伝導率比をＲｘとし、Ｄｅ＝ｗ／ｐとし、Ｒｘ＝（Ｃｅ×ｄｅ×Ｄｅ）／（Ｃｘ×ｄｘ＋Ｃｉ×ｄｉ）としたときに、Ｒ≦８である、請求項８または９に記載の弾性波装置。
　Ｒ≦４である、請求項１０に記載の弾性波装置。
　Ｒ≦１である、請求項１１に記載の弾性波装置。
　前記圧電膜としての前記ニオブ酸リチウム膜または前記タンタル酸リチウム膜のオイラー角（φ，θ，ψ）が、以下の式（１）、式（２）または式（３）の範囲にある、請求項８～１２のいずれか１項に記載の弾性波装置。
　（０°±１０°，０°～２０°，任意のψ）　　…式（１）
　（０°±１０°，２０°～８０°，０°～６０°（１－（θ－５０）^２／９００）^１／２）　または　（０°±１０°，２０°～８０°，［１８０°－６０°（１－（θ－５０）^２／９００）^１／２］～１８０°）　　…式（２）
　（０°±１０°，［１８０°－３０°（１－（ψ－９０）^２／８１００）^１／２］～１８０°，任意のψ）　　…式（３）