WO2023195409A1 - 弾性波装置および弾性波装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

弾性波装置が、一方主面に空洞部を有する支持基板と、支持基板の一方主面上に設けられた圧電体層と、圧電体層に設けられた機能電極とを備える。空洞部が、支持基板および圧電体層の積層方向に沿って見た平面視で機能電極の一部と重なる位置にあり、支持基板において空洞部を構成し積層方向に沿って見た平面視で機能電極に対向する対向部が、誘電率の異なる複数の誘電体膜で構成されている。

Description

弾性波装置および弾性波装置の製造方法

　本開示は、圧電層（圧電体層）を備える弾性波装置および弾性波装置の製造方法に関する。

　例えば、特許文献１には、板波を利用する弾性波装置が開示されている。特許文献１に記載の弾性波装置は、支持体と、圧電基板と、ＩＤＴ電極とを備えている。支持体には、空洞部が設けられている。圧電基板は、支持体の上に空洞部と重なるように設けられている。ＩＤＴ電極は、圧電基板の上に空洞部と重なるように設けられている。弾性波装置では、ＩＤＴ電極により板波が励振される。空洞部の端縁部は、ＩＤＴ電極により励振される板波の伝搬方向と平行に延びる直線部を含まない。

特開２０１２－２５７０１９号公報

　近年、メンブレン部を含む弾性波装置において、スティッキングおよびクラックの発生を防止可能な弾性波装置が求められている。

　本開示は、スティッキングおよびクラックの発生を防止可能な弾性波装置および弾性波装置の製造方法を提供することを目的とする。

　本開示の一態様の弾性波装置は、
　一方主面に空洞部を有する支持基板と、
　前記支持基板の一方主面上に設けられた圧電体層と、
　前記圧電体層に設けられた機能電極と
を備え、
　前記空洞部が、前記支持基板および前記圧電体層の積層方向に沿って見た平面視で前記機能電極の一部と重なる位置にあり、
　前記支持基板において前記空洞部を構成し前記平面視で前記機能電極に対向する対向部が、誘電率の異なる複数の誘電体膜で構成されている。

　本開示の一態様の弾性波装置の製造方法は、
　支持基板および接合層を有する支持基板と、前記接合層に設けられた圧電体層と、前記圧電体層に設けられた機能電極とを含み、前記支持基板、前記接合層、前記圧電体層および前記機能電極が積層方向に沿って順に積層されており、前記接合層の内部に前記積層方向に沿って見た平面視において前記機能電極の一部と重なる空洞部が設けられ、前記空洞部を構成する前記接合層の前記積層方向において前記機能電極に対向する対向部が、誘電率の異なる複数の誘電体膜で構成されている、弾性波装置の製造方法であって、
　前記圧電体層上に、無機物で構成された無機犠牲層を形成し、前記無機犠牲層上に、有機物で構成され前記積層方向に延びる貫通穴を有する有機犠牲層を形成する工程と、
　前記圧電体層と共に前記無機犠牲層および前記有機犠牲層を覆うように前記接合層を形成する工程と、
　前記有機犠牲層を除去した後、前記無機犠牲層を除去して、前記空洞部を構成する工程と
を備える。

　本開示によれば、メンブレン部を含む弾性波装置において、スティッキングおよびクラックの発生を防止可能な弾性波装置および弾性波装置の製造方法を提供できる。

第１，第２の態様の弾性波装置の外観を示す略図的斜視図。 圧電層上の電極構造を示す平面図。 図１Ａ中のＡ－Ａ線に沿う部分の断面図。 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。 本開示の弾性波装置の波を説明するための模式的正面断面図。 第１の電極と第２の電極との間に、第２の電極が第１の電極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示す模式図。 本開示の一実施形態に係る弾性波装置の共振特性を示す図。 ｄ／２ｐ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。 本開示の一実施形態に係る別の弾性波装置の平面図。 弾性波装置の共振特性の一例を示す参考図。 多数の弾性波共振子を構成した場合の比帯域と、スプリアスの大きさとしての１８０度で規格化されたスプリアスのインピーダンスの位相回転量との関係を示す図。 ｄ／２ｐと、メタライゼーション比ＭＲと、比帯域との関係を示す図。 ｄ／ｐを限りなく０に近づけた場合のＬｉＮｂＯ３のオイラー角（０°，θ，ψ）に対する比帯域のマップを示す図。 本開示の一実施形態に係る弾性波装置を説明するための部分切り欠き斜視図。 本開示の一実施形態の弾性波装置を示す平面図。 図１３のXIV-XIV線に沿った断面図。 図１３の弾性波装置の製造方法を説明するための第１の図。 図１３の弾性波装置の製造方法を説明するための第２の図。 図１３の弾性波装置の製造方法を説明するための第３の図。 図１３の弾性波装置の製造方法を説明するための第４の図。 図１３の弾性波装置の製造方法を説明するための第５の図。 図１３の弾性波装置の製造方法を説明するための第６の図。 図１３の弾性波装置の製造方法を説明するための第７の図。 図１３の弾性波装置の変形例を示す断面図。 図２２の弾性波装置の製造方法を説明するための第１の図。 図２２の弾性波装置の製造方法を説明するための第２の図。 図２２の弾性波装置の製造方法を説明するための第３の図。 図２２の弾性波装置の製造方法を説明するための第４の図。 図２２の弾性波装置の製造方法を説明するための第５の図。 図２２の弾性波装置の製造方法を説明するための第６の図。 図２２の弾性波装置の製造方法を説明するための第７の図。 対向部を備えていない弾性波装置の一例を示す断面図。

　以下、本開示の一例を添付図面に従って説明する。以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、本開示の適用物、または、本開示の用途を制限することを意図するものではない。図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは必ずしも合致していない。

　図１Ａ～図１２を参照して、本開示の基礎となる第１～第４の態様の弾性波装置について説明する。

　本開示における第１，第２，第３の態様の弾性波装置は、例えば、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなる圧電層と、圧電層の厚み方向に交差する方向において対向する第１電極及び第２電極とを備える。

　第１の態様の弾性波装置では、厚み滑り１次モードのバルク波が利用されている。

　また、第２の態様の弾性波装置では、第１電極及び前記第２電極は隣り合う電極同士であり、圧電層の厚みをｄ、第１電極及び第２電極の中心間距離をｐとした場合、ｄ／ｐが０．５以下とされている。それによって、第１，第２の態様では、小型化を進めた場合であっても、Ｑ値を高めることができる。

　また、第３の態様の弾性波装置では、板波としてのラム波が利用される。そして、上記ラム波による共振特性を得ることができる。

　本開示における第４の態様の弾性波装置は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなる圧電層と、圧電層を挟んで圧電層の厚み方向に対向する上部電極及び下部電極とを備え、バルク波を利用する。

　以下、図面を参照しつつ、第１～第４の態様の弾性波装置の具体的な実施形態を説明することにより、本開示を明らかにする。

　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１Ａは、第１，第２の態様についての一実施形態に係る弾性波装置の外観を示す略図的斜視図であり、図１Ｂは、圧電層上の電極構造を示す平面図であり、図２は、図１Ａ中のＡ－Ａ線に沿う部分の断面図である。

　弾性波装置１は、ＬｉＮｂＯ_３からなる圧電層２を有する。圧電層２は、ＬｉＴａＯ_３からなるものであってもよい。ＬｉＮｂＯ_３やＬｉＴａＯ_３のカット角は、本実施形態では、Ｚカットであるが、回転ＹカットやＸカットであってもよい。好ましくは、Ｙ伝搬及びＸ伝搬±３０°の伝搬方位が好ましい。圧電層２の厚みは、特に限定されないが、厚み滑り１次モードを効果的に励振するには、５０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下が好ましい。

　圧電層２は、対向し合う第１，第２の主面２ａ，２ｂを有する。第１の主面２ａ上に、電極３及び電極４が設けられている。ここで電極３が「第１電極」の一例であり、電極４が「第２電極」の一例である。図１Ａ及び図１Ｂでは、複数の電極３が、第１のバスバー５に接続されている複数の第１の電極指である。複数の電極４は、第２のバスバー６に接続されている複数の第２の電極指である。複数の電極３及び複数の電極４は、互いに間挿し合っている。

　電極３及び電極４は、矩形形状を有し、長さ方向を有する。この長さ方向と直交する方向において、電極３と、隣りの電極４とが対向している。これら複数の電極３，４、及び第１のバスバー５，第２のバスバー６によりＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ　Ｔｒａｎｓｕｄｕｃｅｒ）電極が構成されている。電極３，４の長さ方向、及び、電極３，４の長さ方向と直交する方向はいずれも、圧電層２の厚み方向に交差する方向である。このため、電極３と、隣りの電極４とは、圧電層２の厚み方向に交差する方向において対向しているともいえる。

　また、電極３，４の長さ方向が図１Ａ及び図１Ｂに示す電極３，４の長さ方向に直交する方向と入れ替わってもよい。すなわち、図１Ａ及び図１Ｂにおいて、第１のバスバー５及び第２のバスバー６が延びている方向に電極３，４を延ばしてもよい。その場合、第１のバスバー５及び第２のバスバー６は、図１Ａ及び図１Ｂにおいて電極３，４が延びている方向に延びることとなる。

　そして、一方電位に接続される電極３と、他方電位に接続される電極４とが隣り合う１対の構造が、上記電極３，４の長さ方向と直交する方向に、複数対設けられている。ここで電極３と電極４とが隣り合うとは、電極３と電極４と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３と電極４とが間隔を介して配置されている場合を指す。

　また、電極３と電極４とが隣り合う場合、電極３と電極４との間には、他の電極３，４を含む、ホット電極やグランド電極に接続される電極は配置されない。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。電極３，４間の中心間距離すなわちピッチは、１μｍ以上、１０μｍ以下の範囲が好ましい。また、電極３，４間の中心間距離とは、電極３の長さ方向と直交する方向における電極３の幅寸法の中心と、電極４の長さ方向と直交する方向における電極４の幅寸法の中心とを結んだ距離となる。さらに、電極３，４の少なくとも一方が複数本ある場合（電極３，４を一対の電極組とし、１．５対以上の電極組がある場合）、電極３，４の中心間距離は、１．５対以上の電極３，４のうち隣り合う電極３，４それぞれの中心間距離の平均値を指す。また、電極３，４の幅、すなわち電極３，４の対向方向の寸法は、１５０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の範囲が好ましい。なお、電極３，４間の中心間距離とは、電極３の長さ方向と直交する方向における電極３の寸法（幅寸法）の中心と、電極４の長さ方向と直交する方向における電極４の寸法（幅寸法）の中心とを結んだ距離となる。

　また、本実施形態では、Ｚカットの圧電層を用いているため、電極３，４の長さ方向と直交する方向は、圧電層２の分極方向に直交する方向となる。圧電層２として他のカット角の圧電体を用いた場合には、この限りでない。ここにおいて、「直交」とは、厳密に直交する場合のみに限定されず、略直交（電極３，４の長さ方向と直交する方向と分極方向とのなす角度が例えば９０°±１０°）でもよい。

　圧電層２の第２の主面２ｂ側には、絶縁層７を介して支持部材８が積層されている。絶縁層７及び支持部材８は、枠状の形状を有し、図２に示すように、開口部７ａ，８ａを有する。それによって、空洞部９が形成されている。空洞部９は、圧電層２の励振領域Ｃの振動を妨げないために設けられている。従って、上記支持部材８は、少なくとも１対の電極３，４が設けられている部分と重ならない位置において、第２の主面２ｂに絶縁層７を介して積層されている。なお、絶縁層７は設けられずともよい。従って、支持部材８は、圧電層２の第２の主面２ｂに直接または間接に積層され得る。

　絶縁層７は、酸化ケイ素からなる。もっとも、酸化ケイ素の他、酸窒化ケイ素、アルミナなどの適宜の絶縁性材料を用いることができる。支持部材８は、Ｓｉからなる。Ｓｉの圧電層２側の面における面方位は（１００）や（１１０）であってもよく、（１１１）であってもよい。好ましくは、抵抗率４ｋΩ以上の高抵抗のＳｉが望ましい。もっとも、支持部材８についても適宜の絶縁性材料や半導体材料を用いて構成することができる。支持部材８の材料としては、例えば、酸化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶などの圧電体、アルミナ、マグネシア、サファイア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライトなどの各種セラミック、ダイヤモンド、ガラスなどの誘電体、窒化ガリウムなどの半導体などを用いることができる。

　上記複数の電極３，４及び第１，第２のバスバー５，６は、Ａｌ、ＡｌＣｕ合金などの適宜の金属もしくは合金からなる。本実施形態では、電極３，４及び第１，第２のバスバー５，６は、Ｔｉ膜上にＡｌ膜を積層した構造を有する。なお、Ｔｉ膜以外の密着層を用いてもよい。

　駆動に際しては、複数の電極３と、複数の電極４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５と第２のバスバー６との間に交流電圧を印加する。それによって、圧電層２において励振される厚み滑り１次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。

　また、弾性波装置１では、圧電層２の厚みをｄ、複数対の電極３，４のうちいずれかの隣り合う電極３，４の中心間距離をｐとした場合、ｄ／ｐは０．５以下とされている。そのため、上記厚み滑り１次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。より好ましくは、ｄ／ｐは０．２４以下であり、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。

　なお、本実施形態のように電極３，４の少なくとも一方が複数本ある場合、すなわち、電極３，４を１対の電極組とし、電極３，４が１．５対以上ある場合、隣り合う電極３，４の中心間距離ｐは、各隣り合う電極３，４の中心間距離の平均距離となる。

　本実施形態の弾性波装置１では、上記構成を備えるため、小型化を図ろうとして、電極３，４の対数を小さくしたとしても、Ｑ値の低下が生じ難い。これは、両側に反射器を必要としない共振器であり、伝搬ロスが少ないためである。また、上記反射器を必要としないのは、厚み滑り１次モードのバルク波を利用していることによる。

　従来の弾性波装置で利用したラム波と、上記厚み滑り１次モードのバルク波の相違を、図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明する。

　図３Ａ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る。従来の弾性波装置については、例えば、特許文献１（特開２０１２－２５７０１９号公報）に記載されている。図３Ａに示すように、従来の弾性波装置においては、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３Ａに示すように、ラム波では、波が図示のように、Ｘ方向に伝搬していく。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方向に伝搬するため、両側に反射器を配置して、共振特性を得ている。そのため、波の伝搬ロスが生じ、小型化を図った場合、すなわち電極指の対数を少なくした場合、Ｑ値が低下する。

　これに対して、図３Ｂに示すように、本実施形態の弾性波装置１では、振動変位は厚み滑り方向であるから、波は、圧電層２の第１の主面２ａと第２の主面２ｂとを結ぶ方向、すなわちＺ方向にほぼ伝搬し、共振する。すなわち、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、反射器を必要としない。よって、反射器に伝搬する際の伝搬損失は生じない。従って、小型化を進めようとして、電極３，４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１次モードのバルク波の振幅方向は、図４に示すように、圧電層２の励振領域Ｃに含まれる第１領域４５１と、励振領域Ｃに含まれる第２領域４５２とで逆になる。図４は、電極３と電極４との間に、電極４が電極３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いる。第１領域４５１は、励振領域Ｃのうち、圧電層２の厚み方向に直交し圧電層２を２分する仮想平面ＶＰ１と、第１の主面２ａとの間の領域である。第２領域４５２は、励振領域Ｃのうち、仮想平面ＶＰ１と、第２の主面２ｂとの間の領域である。

　上記のように、弾性波装置１では、電極３と電極４とからなる少なくとも１対の電極が配置されているが、Ｘ方向に波を伝搬させるものではないため、この電極３，４からなる電極対の対数は複数対ある必要は必ずしもない。すなわち、少なくとも１対の電極が設けられてさえおればよい。

　例えば、上記電極３がホット電位に接続される電極であり、電極４がグラウンド電位に接続される電極である。もっとも、電極３がグラウンド電位に、電極４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。

　図５は、本開示の一実施形態の弾性波装置の共振特性を示す図である。なお、この共振特性を得た弾性波装置１の設計パラメータは以下の通りである。
　圧電層２：オイラー角（０°，０°，９０°）のＬｉＮｂＯ_３、厚み＝４００ｎｍ。
　電極３と電極４の長さ方向と直交する方向に視たときに、電極３と電極４とが重なっている領域、すなわち励振領域Ｃの長さ＝４０μｍ、電極３，４からなる電極の対数＝２１対、電極間中心距離＝３μｍ、電極３，４の幅＝５００ｎｍ、ｄ／ｐ＝０．１３３。
　絶縁層７：１μｍの厚みの酸化ケイ素膜。
　支持部材８：Ｓｉ。

　なお、励振領域Ｃの長さとは、励振領域Ｃの電極３，４の長さ方向に沿う寸法である。

　本実施形態では、電極３，４からなる電極対の電極間距離は、複数対において全て等しくした。すなわち、電極３と電極４とを等ピッチで配置した。

　図５から明らかなように、反射器を有しないにもかかわらず、比帯域が１２．５％である良好な共振特性が得られている。

　ところで、上記圧電層２の厚みをｄ、電極３と電極４との電極の中心間距離をｐとした場合、前述したように、本実施形態では、ｄ／ｐは０．５以下、より好ましくは０．２４以下である。これを、図６を参照して説明する。

　図５に示した共振特性を得た弾性波装置と同様に、但しｄ／２ｐを変化させ、複数の弾性波装置を得た。図６は、このｄ／２ｐ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、ｄ／２ｐが０．２５を超えると、すなわちｄ／ｐ＞０．５では、ｄ／ｐを調整しても、比帯域は５％未満である。これに対して、ｄ／２ｐ≦０．２５、すなわちｄ／ｐ≦０．５の場合には、その範囲内でｄ／ｐを変化させれば、比帯域を５％以上とすることができ、すなわち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、ｄ／２ｐが０．１２以下の場合、すなわちｄ／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、ｄ／ｐをこの範囲内で調整すれば、より一層比帯域の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。従って、本開示の第２の態様の弾性波装置のように、ｄ／ｐを０．５以下とすることにより、上記厚み滑り１次モードのバルク波を利用した、高い結合係数を有する共振子を構成し得ることがわかる。

　なお、前述したように、少なくとも１対の電極は、１対でもよく、上記ｐは、１対の電極の場合、隣り合う電極３，４の中心間距離とする。また、１．５対以上の電極の場合には、隣り合う電極３，４の中心間距離の平均距離をｐとすればよい。

　また、圧電層の厚みｄについても、圧電層２が厚みばらつきを有する場合、その厚みを平均化した値を採用すればよい。

　図７は、本開示の一実施形態に係る別の弾性波装置の平面図である。弾性波装置３１では、圧電層２の第１の主面２ａ上において、電極３と電極４とを有する１対の電極が設けられている。なお、図７中のＫが交差幅となる。前述したように、本開示の弾性波装置３１では、電極の対数は１対であってもよい。この場合においても、上記ｄ／ｐが０．５以下であれば、厚み滑り１次モードのバルク波を効果的に励振することができる。

　弾性波装置１では、好ましくは、複数の電極３，４において、いずれかの隣り合う電極３，４が対向している方向に視たときに重なっている領域である励振領域に対する、上記隣り合う電極３，４のメタライゼーション比ＭＲが、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５を満たすことが望ましい。つまり、隣り合う複数の第１電極指と複数の第２電極指とが対向している方向に視たときに複数の第１電極指と複数の第２電極指とが重なっている領域が励振領域（交叉領域）であり、励振領域に対する、複数の第１電極指及び複数の第２電極指のメタライゼーション比をＭＲとしたときに、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５を満たすことが好ましい。その場合には、スプリアスを効果的に小さくすることができる。

　これを、図８及び図９を参照して説明する。図８は、上記弾性波装置１の共振特性の一例を示す参考図である。矢印Ｂで示すスプリアスが、共振周波数と反共振周波数との間に現れている。なお、ｄ／ｐ＝０．０８として、かつＬｉＮｂＯ_３のオイラー角（０°，０°，９０°）とした。また、上記メタライゼーション比ＭＲ＝０．３５とした。

　メタライゼーション比ＭＲを、図１Ｂを参照して説明する。図１Ｂの電極構造において、１対の電極３，４に着目した場合、この１対の電極３，４のみが設けられるとする。この場合、一点鎖線Ｃで囲まれた部分が励振領域となる。この励振領域とは、電極３と電極４とを、電極３，４の長さ方向と直交する方向すなわち対向方向に視たときに電極３における電極４と重なり合っている領域、電極４における電極３と重なり合っている領域、及び、電極３と電極４との間の領域における電極３と電極４とが重なり合っている領域である。そして、この励振領域の面積に対する、励振領域Ｃ内の電極３，４の面積が、メタライゼーション比ＭＲとなる。すなわち、メタライゼーション比ＭＲは、メタライゼーション部分の面積の励振領域の面積に対する比である。

　なお、複数対の電極が設けられている場合、励振領域の面積の合計に対する全励振領域に含まれているメタライゼーション部分の割合をＭＲとすればよい。

　図９は本実施形態に従って、多数の弾性波共振子を構成した場合の比帯域と、スプリアスの大きさとしての１８０度で規格化されたスプリアスのインピーダンスの位相回転量との関係を示す図である。なお、比帯域については、圧電層の膜厚や電極の寸法を種々変更し、調整した。また、図９は、ＺカットのＬｉＮｂＯ_３からなる圧電層を用いた場合の結果であるが、他のカット角の圧電層を用いた場合においても、同様の傾向となる。

　図９中の楕円Ｊで囲まれている領域では、スプリアスが１．０と大きくなっている。図９から明らかなように、比帯域が０．１７を超えると、すなわち１７％を超えると、スプリアスレベルが１以上の大きなスプリアスが、比帯域を構成するパラメータを変化させたとしても、通過帯域内に現れる。すなわち、図８に示す共振特性のように、矢印Ｂで示す大きなスプリアスが帯域内に現れる。よって、比帯域は１７％以下であることが好ましい。この場合には、圧電層２の膜厚や電極３，４の寸法などを調整することにより、スプリアスを小さくすることができる。

　図１０は、ｄ／２ｐと、メタライゼーション比ＭＲと、比帯域との関係を示す図である。上記弾性波装置において、ｄ／２ｐと、ＭＲが異なる様々な弾性波装置を構成し、比帯域を測定した。図１０の破線Ｄの右側のハッチングを付して示した部分が、比帯域が１７％以下の領域である。このハッチングを付した領域と、付していない領域との境界は、ＭＲ＝３．５（ｄ／２ｐ）＋０．０７５で表される。すなわち、ＭＲ＝１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５である。従って、好ましくは、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５である。その場合には、比帯域を１７％以下としやすい。より好ましくは、図１０中の一点鎖線Ｄ１で示すＭＲ＝３．５（ｄ／２ｐ）＋０．０５の右側の領域である。すなわち、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０５であれば、比帯域を確実に１７％以下にすることができる。

　図１１は、ｄ／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１１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。

　図１２は、本開示の一実施形態の変形例に係る弾性波装置を説明するための部分切り欠き斜視図である。弾性波装置８１は、支持基板８２を有する。支持基板８２には、上面に開いた凹部が設けられている。支持基板８２上に圧電層８３が積層されている。それによって、空洞部９が構成されている。この空洞部９の上方において圧電層８３上に、ＩＤＴ電極８４が設けられている。ＩＤＴ電極８４の弾性波伝搬方向両側に、反射器８５，８６が設けられている。図１２において、空洞部９の外周縁を破線で示す。ここでは、ＩＤＴ電極８４は、第１，第２のバスバー８４ａ，８４ｂと、複数本の第１の電極指としての電極８４ｃ及び複数本の第２の電極指としての電極８４ｄとを有する。複数本の電極８４ｃは、第１のバスバー８４ａに接続されている。複数本の電極８４ｄは、第２のバスバー８４ｂに接続されている。複数本の電極８４ｃと、複数本の電極８４ｄとは間挿し合っている。

　弾性波装置８１では、上記空洞部９上のＩＤＴ電極８４に、交流電界を印加することにより、板波としてのラム波が励振される。そして、反射器８５，８６が両側に設けられているため、上記ラム波による共振特性を得ることができる。

　このように、本開示の弾性波装置は、板波を利用するものであってもよい。

　図１３および図１４を参照して、本開示の一実施形態の弾性波装置１について説明する。以下の説明において、第１～第４の態様の弾性波装置と重複する内容については適宜、説明を省略する。以下の説明には、第１～第４の態様の弾性波装置について説明した内容を適用できる。

　図１３および図１４に示すように、弾性波装置１は、内部に空洞部９を有する支持基板１１０と、支持基板１１０上に設けられた圧電層２と、圧電層２に設けられた機能電極１２０とを備える。空洞部９は、支持基板１１０の一方主面１１１に設けられ、圧電層２は、支持基板１１０の一方主面１１１上に設けられている。

　空洞部９は、支持基板１１０および圧電層２の積層方向（例えば、Ｚ方向）に沿って見た平面視において機能電極１２０の一部と重なる位置にある。空洞部９を構成する支持基板１１０の積層方向Ｚにおいて機能電極１２０に対向する（言い換えると、支持基板１１０において空洞部９を構成し積層方向Ｚに沿って見た平面視で機能電極１２０に対向する）対向部９１が、誘電率の異なる複数の誘電体膜で構成されている。

　本実施形態では、支持基板１１０は、支持部材８と、支持部材８上に設けられた絶縁層（接合層の一例）７とを含む。空洞部９は、絶縁層７に設けられ、絶縁層７および圧電層２で構成されている。対向部９１は、絶縁層７で構成された空洞部９の底部に位置し、第１誘電体膜としての絶縁層７と、絶縁層７とは誘電率が異なる第２誘電体膜９２とを含む平坦面で構成されている。つまり、絶縁層７は、対向部９１を構成する複数の誘電体膜の１つで構成されている。一例として、対向部９１には、３つの第２誘電体膜９２が含まれている。第２誘電体膜９２は、樹脂で構成されている。

　圧電層２は、メンブレン部２１を有している。メンブレン部２１は、例えば、積層方向Ｚにおいて少なくとも部分的に空洞部９を重なる圧電層２の一部を構成している。メンブレン部２１には、機能電極１２０が位置し、励振領域を形成する。圧電層２には、圧電層２を積層方向Ｚに貫通する貫通穴２２が２つ設けられている。各貫通穴２２は、弾性波装置１の外部と空洞部９とに接続されている。２つの貫通穴２２の間に機能電極１２０が位置している。

　機能電極１２０は、例えば、複数の電極指１２１、１２２を有するＩＤＴ電極であり、図１３に示すように、２つの配線電極１３０の間に位置している。機能電極１２０の複数の電極指１２１、１２２は、積層方向Ｚに交差する第１方向（例えば、Ｘ方向）に沿って間隔を空けて位置し、それぞれが第１方向Ｘおよび積層方向Ｚに交差する第２方向Ｙに沿って延びている。２つの配線電極１３０は、第２方向Ｙに沿って隙間を空けて位置し、それぞれに一方の電極指１２１、１２２が接続されている。機能電極１２０は、圧電層２の第１の主面２３に設けられているが、積層方向Ｚにおいて第１の主面２３とは反対側の第２の主面２４に設けられていてもよい。

　図１５～図２１を参照して、図１３および図１４の弾性波装置１の製造方法の一例を説明する。ここでは、犠牲層を用いて空洞部９を形成する方法を用いた弾性波装置１の製造方法について説明しているが、これに限らず、支持部材８および絶縁層７を底面からエッチングする方法を用いた弾性波装置１の製造方法を含む他の製造方法を用いることもできる。

　図１５に示すように、圧電層２に犠牲層１９０を成膜し、犠牲層１９０上に第２誘電体膜９２を成膜する。犠牲層１９０および第２誘電体膜９２は、例えば、犠牲層材料を圧電層２表面全面に成膜後、その表面をレジストパターニングし、露出した犠牲層をエッチングし、レジスト除去する処理を複数回行うことにより形成される。

　図１６に示すように、犠牲層１９０および第２誘電体膜９２が成膜された圧電層２に絶縁層７を成膜し、研削により平坦化する。これにより、犠牲層１９０および第２誘電体膜９２が絶縁層７に埋め込まれる。

　図１７に示すように、犠牲層１９０および第２誘電体膜９２が埋め込まれた絶縁層７に支持部材８を接合して、積層部材２１０を形成する。

　図１８に示すように、積層部材２１０の圧電層２を研削して薄化し、図１９に示すように、リフトオフより機能電極１２０および配線電極１３０を薄化した圧電層２上に形成して、積層部材２２０を形成する。

　図２０に示すように、積層部材２２０の圧電層２に犠牲層１９０除去用の貫通穴２２を形成して、積層部材２３０を形成する。貫通穴２２は、例えば、レジストパターニング、圧電層２のドライエッチングおよびレジスト除去により形成される。

　図２１に示すように、積層部材２２０に空洞部９を形成し、弾性波装置１を形成して、弾性波装置１の製造工程が終了する。空洞部９は、レジストパターニング後、犠牲層エッチングにより犠牲層１９０を除去し、レジスト除去することで形成される。空洞部９の対向部９１には、第１方向Ｘに沿って交互に並んで位置する絶縁層７および第２誘電体膜９２が設けられている。対向部９１は、誘電率の異なる複数の誘電体膜で構成されていればよく、対向部９１に含まれる第２誘電体膜９２の数は、任意に設定できる。図２１では、対向部９１には、２つの第２誘電体膜９２が含まれている。空洞部９を形成することにより、圧電層２にメンブレン部２１が形成される。

　図３０に対向部９１を備えていない弾性波装置１００の一例を示す。弾性波装置１００は、対向部９１を備えていないことを除いて、弾性波装置１と同じ構成を備えているとする。通常、圧電層２のメンブレン部２１は薄く、容易に変形する可能性がある。このため、メンブレン部２１が空洞部９の底部９５と接触した際に発生する静電気力等により剥がれない現象（スティッキング）が発生し、弾性波装置１００の特性が劣化する場合がある。図３０において、スティッキングが発生する箇所を符号９６で示している。スティッキングを回避するために、空洞部９の深さ（積層方向Ｚの大きさ）を大きくすると、弾性波装置１００が機械的な衝撃を受けた際、メンブレン部２１が空洞部９の底部９５に接触した衝撃でクラックが発生することが考えられる。また、空洞部９の底部９５に凹凸を設けた場合でも同様に、メンブレン部２１が底部９５の凸部と接触した衝撃でクラックが発生することが考えられる。

　弾性波装置１は、内部に空洞部９を有する支持基板１１０と、支持基板１１０上に設けられた圧電層２と、圧電層２に設けられた機能電極１２０とを備える。空洞部９が、支持基板１１０および圧電層２の積層方向に沿って見た平面視において機能電極１２０の一部と重なる位置にある。空洞部９を構成する支持基板１１０の積層方向において機能電極１２０に対向する対向部９１が、誘電率の異なる複数の誘電体膜で構成されている。このような構成により、メンブレン部２１が空洞部９の底部、つまり、対向部９１に接触した際に発生する静電気力を軽減し、スティッキングの発生を防止できる。

　対向部９１が平坦面で構成されているので、メンブレン部２１が対向部９１に接触することによるクラックの発生を防止できる。

　複数の誘電体膜の１つであり、絶縁層７とは誘電率が異なる第２誘電体膜９２が、樹脂で構成されている。これにより、メンブレン部２１が対向部９１に接触する際の衝撃力を吸収し、メンブレン部２１が対向部９１に接触することによるクラックの発生をより確実に防止できる。

　本実施形態の弾性波装置１は、次のように構成することもできる。

　図２２に示すように、対向部９１は、空洞部９の側面９３に沿って設けられた凹部９４を有していてもよい。図２２に示す弾性波装置１は、例えば、図２３～図２９に示すように製造される。

　図２３に示すように、圧電層２に無機物で構成された無機犠牲層１９１を形成し、無機犠牲層１９１上に、有機物で構成された貫通穴１９３を有する有機犠牲層１９２を形成する。貫通穴１９３は、積層方向Ｚに延びて有機犠牲層１９２を貫通し、無機犠牲層１９１が露出するように構成される。図２３では、有機犠牲層１９２は、３つの貫通穴１９３を有しているが、これに限らず、１つ以上の任意の数の貫通穴１９３を有することができる。無機犠牲層１９１は、例えば、無機犠牲層材料を圧電層２表面全面に成膜後、その表面をレジストパターニングし、露出した無機犠牲層材料をエッチングし、レジスト除去することにより形成される。有機犠牲層１９２は、例えば、有機犠牲層材料を無機犠牲層１９１表面全面に成膜後、その表面をキュアおよびレジストパターニングし、有機犠牲層材料を除去して貫通穴１９３を形成し、レジスト除去することにより形成される。有機犠牲層１９２は、例えば、樹脂で構成され、絶縁層７とは誘電率が異なっている。

　図２４に示すように、無機犠牲層１９１および有機犠牲層１９２が成膜された圧電層２に絶縁層７を成膜し、研削により平坦化する。これにより、無機犠牲層１９１および有機犠牲層１９２が絶縁層７に埋め込まれる。

　図２５に示すように、無機犠牲層１９１および有機犠牲層１９２が埋め込まれた絶縁層７に支持部材８を接合して、積層部材２３０を形成する。

　図２６に示すように、積層部材２３０の圧電層２を研削して薄化し、図２７に示すように、リフトオフより機能電極１２０および配線電極１３０を薄化した圧電層２上に形成して、積層部材２４０を形成する。

　図２８に示すように、積層部材２４０の圧電層２に無機犠牲層１９１および有機犠牲層１９２の一部を除去するための貫通穴２２を形成して、積層部材２５０を形成する。例えば、機能電極１２０の第１電極指１２１および第２電極指１２２の対向方向（例えば、第１方向Ｘ）に沿った断面視において、積層部材２５０には、２つの貫通穴２２が設けられている。各貫通穴２２は、無機犠牲層１９１の第１方向Ｘの両側（言い換えると、最外周）に位置する有機犠牲層１９２に接続されている。貫通穴２２は、例えば、レジストパターニング、圧電層２のドライエッチングおよびレジスト除去により形成される。

　図２９に示すように、積層部材２５０に空洞部９を形成し、弾性波装置１を形成して、弾性波装置１の製造工程が終了する。空洞部９は、レジストパターニング後、無機犠牲層１９１の第１方向Ｘの両側に位置する有機犠牲層１９２を除去し、無機犠牲層１９１を除去した後、レジスト除去することで形成される。空洞部９の対向部９１には、第１方向Ｘに沿って交互に並んで位置する絶縁層７および有機犠牲層１９２が設けられている。有機犠牲層１９２は、第２誘電体膜９２の一例である。空洞部９を形成することにより、圧電層２にメンブレン部２１が形成される。

　支持基板１１０は、例えば、支持部材８のみで構成されていてもよいし、支持部材８と、支持部材８上に設けられた絶縁層７とを含むように構成されていてもよい。

　第１～第４の態様の弾性波装置に、本開示の弾性波装置１の構成の少なくとも一部を追加してもよいし、本開示の弾性波装置１に、第１～第４態様の弾性波装置の構成の少なくとも一部を追加してもよい。

　以上、図面を参照して本開示における種々の実施形態を詳細に説明したが、最後に、本開示の種々の態様について説明する。

　第１態様の弾性波装置は、
　一方主面に空洞部を有する支持基板と、
　前記支持基板の一方主面上に設けられた圧電体層と、
　前記圧電体層に設けられた機能電極と
を備え、
　前記空洞部が、前記支持基板および前記圧電体層の積層方向に沿って見た平面視で前記機能電極の一部と重なる位置にあり、
　前記支持基板において前記空洞部を構成し前記平面視で前記機能電極に対向する対向部が、誘電率の異なる複数の誘電体膜で構成されている。

　第２態様の弾性波装置は、第１態様の弾性波装置において、
　前記対向部が平坦面で構成されている。

　第３態様の弾性波装置は、第１態様または第２態様の弾性波装置において、
　前記支持基板が、支持部材と、前記支持部材上に設けられた接合層とを含む。

　第４態様の弾性波装置は、第３態様の弾性波装置において、
　前記空洞部が、前記接合層に設けられている。

　第５態様の弾性波装置は、第３態様または第４態様の弾性波装置において、
　前記接合層が、前記複数の誘電体膜の１つで構成されている。

　第６態様の弾性波装置は、第１態様～第５態様のいずれかの弾性波装置において、
　前記複数の誘電体膜の１つが、樹脂で構成されている。

　第７様の弾性波装置は、第１態様～第６態様のいずれかの弾性波装置において、
　前記機能電極がＩＤＴ電極である。

　第８態様の弾性波装置は、第７態様の弾性波装置において、
　前記圧電体層が、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムを含み、
　前記ＩＤＴ電極が、前記積層方向に交差する方向において対向する第１電極指および第２電極指を有し、
　前記第１電極指および前記第２電極指は隣り合う電極同士であり、
　前記圧電体層の厚みをｄ、前記第１電極指および前記第２電極指との中心間距離をｐとした場合、ｄ／ｐが０．５以下である。

　第９態様の弾性波装置は、第８態様の弾性波装置において、
　ｄ／ｐが０．２４以下である。

　第１０態様の弾性波装置は、第７態様～第９態様のいずれかの弾性波装置において、
　前記ＩＤＴ電極が、前記積層方向に交差する方向において対向する第１電極指および第２電極指を有し、
　前記積層方向に交差する方向において、前記第１電極指および前記第２電極指が重なり合っている領域である励振領域に対する、前記励振領域内の前記第１電極指および前記第２電極指の面積の割合であるメタライゼーション比ＭＲが、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５を満たす。

　第１１態様の弾性波装置は、第７態様～第１０態様のいずれかの弾性波装置において、
　前記圧電体層が、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムを含み、
　前記ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムのオイラー角（φ，θ，ψ）が、以下の式（１）、式（２）または式（３）の範囲にある。
　（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）

　第１２態様の弾性波装置は、第１態様～第１１態様のいずれかの弾性波装置において、
　前記圧電体層が、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムを含み、
　厚み滑りモードのバルク波を利用可能に構成されている。

　第１３態様の弾性波装置は、第１態様～第７態様のいずれかの弾性波装置において、
　前記圧電体層が、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムを含み、
　板波を利用可能に構成されている。

　第１４態様の製造方法は、
　支持部材および接合層を有する支持基板と、前記接合層に設けられた圧電体層と、前記圧電体層に設けられた機能電極とを含み、前記支持基板、前記接合層、前記圧電体層および前記機能電極が積層方向に沿って順に積層されており、前記接合層の内部に前記積層方向に沿って見た平面視において前記機能電極の一部と重なる空洞部が設けられ、前記空洞部を構成する前記接合層の前記積層方向において前記機能電極に対向する対向部が、誘電率の異なる複数の誘電体膜で構成されている、弾性波装置の製造方法であって、
　前記圧電体層上に、無機物で構成された無機犠牲層を形成し、前記無機犠牲層上に、有機物で構成され前記積層方向に延びる貫通穴を有する有機犠牲層を形成する工程と、
　前記圧電体層と共に前記無機犠牲層および前記有機犠牲層を覆うように前記接合層を形成する工程と、
　前記有機犠牲層を除去した後、前記無機犠牲層を除去して、前記空洞部を構成する工程と
を備える。

　第１５態様の製造方法は、第１４態様の製造方法において、
　前記対向部が平坦面で構成されている。

　第１６態様の製造方法は、第１４態様または第１５態様の製造方法において、
　前記接合層とは誘電率の異なる誘電体膜が、樹脂で構成されている。

　前記様々な実施形態または変形例のうちの任意の実施形態または変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせまたは実施例同士の組み合わせまたは実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態または実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

　本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

Claims (16)

1. 　一方主面に空洞部を有する支持基板と、
   　前記支持基板の一方主面上に設けられた圧電体層と、
   　前記圧電体層に設けられた機能電極と
   を備え、
   　前記空洞部が、前記支持基板および前記圧電体層の積層方向に沿って見た平面視で前記機能電極の一部と重なる位置にあり、
   　前記支持基板において前記空洞部を構成し前記平面視で前記機能電極に対向する対向部が、誘電率の異なる複数の誘電体膜で構成されている、弾性波装置。
2. 　前記対向部が平坦面で構成されている、請求項１に記載の弾性波装置。
3. 　前記支持基板が、支持部材と、前記支持部材上に設けられた接合層とを含む、請求項１または２に記載の弾性波装置。
4. 　前記空洞部が、前記接合層に設けられている、請求項３に記載の弾性波装置。
5. 　前記接合層が、前記複数の誘電体膜の１つで構成されている、請求項３または４に記載の弾性波装置。
6. 　前記複数の誘電体膜の１つが、樹脂で構成されている、請求項１～５のいずれかに記載の弾性波装置。
7. 　前記機能電極がＩＤＴ電極である、請求項１～６のいずれかに記載の弾性波装置。
8. 　前記圧電体層が、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムを含み、
   　前記ＩＤＴ電極が、前記積層方向に交差する方向において対向する第１電極指および第２電極指を有し、
   　前記第１電極指および前記第２電極指は隣り合う電極同士であり、
   　前記圧電体層の厚みをｄ、前記第１電極指および前記第２電極指との中心間距離をｐとした場合、ｄ／ｐが０．５以下である、請求項７に記載の弾性波装置。
9. 　ｄ／ｐが０．２４以下である、請求項８に記載の弾性波装置。
10. 　前記ＩＤＴ電極が、前記積層方向に交差する方向において対向する第１電極指および第２電極指を有し、
    　前記積層方向に交差する方向において、前記第１電極指および前記第２電極指が重なり合っている領域である励振領域に対する、前記励振領域内の前記第１電極指および前記第２電極指の面積の割合であるメタライゼーション比ＭＲが、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５を満たす、請求項７～９のいずれかに記載の弾性波装置。
11. 　前記圧電体層が、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムを含み、
    　前記ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムのオイラー角（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７～１０のいずれか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）
12. 　前記圧電体層が、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムを含み、
    　厚み滑りモードのバルク波を利用可能に構成されている、請求項１～１１のいずれかに記載の弾性波装置。
13. 　前記圧電体層が、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムを含み、
    　板波を利用可能に構成されている、請求項１～７のいずれかに記載の弾性波装置。
14. 　支持基板および接合層を有する支持基板と、前記接合層に設けられた圧電体層と、前記圧電体層に設けられた機能電極とを含み、前記支持基板、前記接合層、前記圧電体層および前記機能電極が積層方向に沿って順に積層されており、前記接合層の内部に前記積層方向に沿って見た平面視において前記機能電極の一部と重なる空洞部が設けられ、前記空洞部を構成する前記接合層の前記積層方向において前記機能電極に対向する対向部が、誘電率の異なる複数の誘電体膜で構成されている、弾性波装置の製造方法であって、
    　前記圧電体層上に、無機物で構成された無機犠牲層を形成し、前記無機犠牲層上に、有機物で構成され前記積層方向に延びる貫通穴を有する有機犠牲層を形成する工程と、
    　前記圧電体層と共に前記無機犠牲層および前記有機犠牲層を覆うように前記接合層を形成する工程と、
    　前記有機犠牲層を除去した後、前記無機犠牲層を除去して、前記空洞部を構成する工程と
    を備える、製造方法。
15. 　前記対向部が平坦面で構成されている、請求項１４に記載の製造方法。
16. 　前記接合層とは誘電率の異なる誘電体膜が、樹脂で構成されている、請求項１４または１５に記載の製造方法。

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