特許 6984800 弾性波装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6984800

(24)【登録日】2021年11月29日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】弾性波装置

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/25 20060101AFI20211213BHJP

   H03H 9/145 20060101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   H03H9/25 A

   H03H9/25 Z

   H03H9/145 Z

【請求項の数】13

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2021-541525(P2021-541525)

(86)(22)【出願日】2021年3月15日

(86)【国際出願番号】JP2021010276

【審査請求日】2021年7月16日

(31)【優先権主張番号】特願2020-45395(P2020-45395)

(32)【優先日】2020年3月16日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001232

【氏名又は名称】特許業務法人 宮▲崎▼・目次特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】永友 翔

(72)【発明者】

【氏名】岩本 英樹

(72)【発明者】

【氏名】中尾 武志

【審査官】 石田 昌敏

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／０５２１２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１６／１０３９２５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１２４６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０３４０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０１３９９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／００４７４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１８／２１６４１７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｈ ９／００− ９／７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空洞部を有する支持基板と、
前記空洞部を覆うように、前記支持基板上に設けられている圧電膜と、
平面視において前記空洞部と重なるように、前記圧電膜上に設けられている機能電極と、
前記支持基板の前記空洞部に配置されており、前記圧電膜を支持している支持部材と、を備え、
前記機能電極が、前記圧電膜の厚み方向に交叉する方向に並んでいる複数の電極を有し、
前記複数の電極が、前記圧電膜の厚み方向に交叉する方向において対向しており、かつ互いに異なる電位に接続される第１電極及び第２電極を含み、
前記第１電極が延びる方向と直交する方向から見て、隣り合う前記電極が重なっている領域が交叉領域であり、平面視において、前記交叉領域と前記支持部材とが重なっている、弾性波装置。

【請求項2】

前記圧電膜がニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなり、
厚み滑り１次モードのバルク波を利用している、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項3】

前記圧電膜がニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなり、
前記圧電膜の厚みをｄ、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、ｄ／ｐが０．５以下である、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項4】

前記圧電膜が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたは窒化アルミニウムからなり、
前記機能電極が、複数対の前記第１電極及び前記第２電極を含むＩＤＴ電極である、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項5】

前記支持部材が、平面視において、１本のみの前記電極と重なっている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性波装置。

【請求項6】

前記支持部材が、平面視において、前記圧電膜における、前記電極が設けられている領域のみと重なっている、請求項５に記載の弾性波装置。

【請求項7】

複数の前記支持部材を備え、
前記複数の支持部材が、平面視において、前記複数の電極と重なっており、かつ前記各支持部材が、平面視において、１本の前記電極のみとそれぞれ重なっている、請求項５または６に記載の弾性波装置。

【請求項8】

少なくとも１つの前記支持部材の熱伝導率が、前記圧電膜の熱伝導率以上である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弾性波装置。

【請求項9】

少なくとも１つの前記支持部材が金属からなる、請求項８に記載の弾性波装置。

【請求項10】

前記機能電極が、複数対の前記第１電極及び前記第２電極を含み、かつ隣り合う２つの前記電極が２つの前記第１電極である部分を有し、
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としたときに、隣り合う２つの前記第１電極の中心間距離が２ｐ±０．５ｐの範囲内であり、
前記支持部材が、平面視において、隣り合う２つの前記第１電極の間の領域と重なっている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の弾性波装置。

【請求項11】

前記支持部材が、平面視において、隣り合う２つの前記第１電極の間の領域の中央と重なっている、請求項１０に記載の弾性波装置。

【請求項12】

前記圧電膜が、対向し合う第１の主面及び第２の主面を有し、前記第１の主面及び前記第２の主面のうち、前記第２の主面が前記支持基板側の主面であり、
前記機能電極が、前記圧電膜の前記第２の主面上に設けられており、
前記支持部材が前記第２電極と同種の材料からなり、かつ前記第２電極と同じ電位に接続される、請求項１０または１１に記載の弾性波装置。

【請求項13】

前記圧電膜が、対向し合う第１の主面及び第２の主面を有し、前記第１の主面及び前記第２の主面のうち、前記第２の主面が前記支持基板側の主面であり、
前記機能電極が、前記圧電膜の前記第１の主面上に設けられている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の弾性波装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、弾性波装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−２５７０１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の弾性波装置のサイズを大きくした場合、支持基板の空洞部のサイズも大きくなる。そのため、弾性波装置が構造的に脆弱になりがちである。

【0005】

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、構造的な脆弱性が生じ難い、弾性波装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る弾性波装置は、空洞部を有する支持基板と、前記空洞部を覆うように、前記支持基板上に設けられている圧電膜と、平面視において前記空洞部と重なるように、前記圧電膜上に設けられている機能電極と、前記支持基板の前記空洞部に配置されており、前記圧電膜を支持している支持部材とを備え、前記機能電極が、前記圧電膜の厚み方向に交叉する方向に並んでいる複数の電極を有し、前記複数の電極が、前記圧電膜の厚み方向に交叉する方向において対向しており、かつ互いに異なる電位に接続される第１電極及び第２電極を含み、前記第１電極が延びる方向と直交する方向から見て、隣り合う前記電極が重なっている領域が交叉領域であり、平面視において、前記交叉領域と前記支持部材とが重なっている。

【発明の効果】

【0007】

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、構造的な脆弱性が生じ難い。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】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】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】図３は、本発明の第１の実施形態の支持基板における空洞部の内部及び圧電膜上の構成を示すための、弾性波装置の一部を示す模式的斜視図である。

【図4】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１次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】図５は、厚み滑り１次モードのバルク波の振幅方向を示す図である。

【図6】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平均距離をｐ、圧電膜の厚みをｄとした場合のｄ／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】図７は、本発明の第１の実施形態及び比較例の弾性波装置のインピーダンス周波数特性を示す図である。

【図8】図８は、本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る弾性波装置の平面図である。

【図9】図９は、本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る弾性波装置の平面図である。

【図10】図１０は、本発明の第１の実施形態の第３の変形例に係る弾性波装置の平面図である。

【図11】図１１は、本発明の第１の実施形態の第４の変形例に係る弾性波装置の平面図である。

【図12】図１２は、本発明の第１の実施形態の第５の変形例に係る弾性波装置の平面図である。

【図13】図１３は、本発明の第１の実施形態の第６の変形例に係る弾性波装置の正面断面図である。

【図14】図１４は、本発明の第１の実施形態の第７の変形例に係る弾性波装置の正面断面図である。

【図15】図１５は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。

【図16】図１６は、本発明の第３の実施形態の支持基板における空洞部の内部及び圧電膜上の構成を示すための、弾性波装置の一部を示す模式的斜視図である。

【図17】図１７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18】図１８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19】図１９は、本発明の第５の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。

【図20】図２０（ａ）〜図２０（ｃ）は、第５の実施形態における機能電極及び支持部材を形成する方法の一例を説明するための正面断面図である。

【図21】図２１（ａ）〜図２１（ｃ）は、第５の実施形態における支持部材を形成する方法の一例を説明するための正面断面図である。

【図22】図２２は、本発明の第５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23】図２３は、本発明の第６の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。

【図24】図２４は、本発明の第６の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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２においては、後述する支持部材をハッチングにより示す。図２以外の平面図においても同様である。

【0012】

図１に示すように、弾性波装置１は支持基板２、圧電膜３、機能電極４及び支持部材５を有する。支持基板２上に圧電膜３が設けられている。圧電膜３上に機能電極４が設けられている。支持部材５は圧電膜３を支持している。

【0013】

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。支持部１２は底部１３上に設けられている。空洞部１０は、支持基板２に設けられた凹部である。より具体的には、空洞部１０は、支持部１２及び底部１３に囲まれた凹部である。空洞部１０は、圧電膜３側において開口している。なお、図１における破線は、支持基板２の底部１３と支持部１２との境界及び支持基板２と支持部材５との境界を模式的に示す。

【0014】

図２に示すように、支持部１２は、第１の内側面１２Ａ、第２の内側面１２Ｂ、第３の内側面１２Ｃ及び第４の内側面１２Ｄを含む。第１の内側面１２Ａ及び第３の内側面１２Ｃは対向し合っている。第２の内側面１２Ｂ及び第４の内側面１２Ｄは対向し合っている。第１の内側面１２Ａの両端は、第２の内側面１２Ｂ及び第４の内側面１２Ｄに接続されている。同様に、第３の内側面１２Ｃの両端は、第２の内側面１２Ｂ及び第４の内側面１２Ｄに接続されている。

【0015】

支持基板２はシリコン基板である。支持基板２の圧電膜３側の面における面方位は（１００）、（１１０）または（１１１）であることが好ましい。支持基板２の抵抗率は４ｋΩ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ず、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、シリコン、窒化ガリウムなどの半導体などを用いることができる。

【0016】

支持基板２の支持部１２上に、空洞部１０を覆うように、圧電膜３が設けられている。圧電膜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、圧電膜３はニオブ酸リチウム膜である。より具体的には、圧電膜３はＬｉＮｂＯ_３膜である。なお、圧電膜３の材料は上記に限定されず、例えば、ＬｉＴａＯ_３などのタンタル酸リチウムを用いてもよい。圧電膜３の厚みは４０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。

【0017】

図２に示すように、圧電膜３の第１の主面３ａ上に機能電極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、圧電膜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、圧電膜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、圧電膜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。ここで、本明細書において、「直交」とは、厳密に直交する場合のみに限定されず、略直交を含む。略直交とは、本明細書においては、例えば９０°±１０°の範囲内の角度をいうものとする。

【0018】

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。

【0019】

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、１０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。

【0020】

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。

【0021】

図３は、第１の実施形態の支持基板における空洞部の内部及び圧電膜上の構成を示すための、弾性波装置の一部を示す模式的斜視図である。図３においては、空洞部１０の輪郭を破線により示す。

【0022】

支持基板２の空洞部１０内に、１個の支持部材５が配置されている。平面視において、支持部材５は交叉領域Ａと重なっている。本明細書において平面視とは、図１または図３における上方から見る方向をいう。支持部材５は、平面視において、１本のみの第２電極７と重なっている。より具体的には、支持部材５は、平面視において、圧電膜３における、第２電極７が設けられている領域のみと重なっている。

【0023】

図２に示すように、支持部材５は空洞部１０を横断しており、空洞部１０を分割している。支持部材５は、支持基板２の支持部１２に接続されている。より具体的には、支持部材５は、支持基板２の第１の内側面１２Ａ及び第３の内側面１２Ｃに接続されている。このように、支持部材５は壁状である。もっとも、支持部材５は支持部１２に接続されていなくともよい。

【0024】

弾性波装置１の支持部材５はシリコンからなる。図１に示すように、支持部材５は、支持基板２と一体として設けられている。より具体的には、支持部材５は、支持基板２の底部１３から圧電膜３側に突出している。支持部材５は圧電膜３に直接的に接触している。これにより、支持部材５は、圧電膜３を支持している。

【0025】

本実施形態の特徴は、支持部材５が、平面視において、交叉領域Ａと重なるように、空洞部１０に配置されていることにある。これにより、支持基板２に空洞部１０が設けられている場合においても、支持部材５により圧電膜３を支持することができる。よって、弾性波装置１の構造的な脆弱性が生じ難い。

【0026】

ところで、本実施形態においては、圧電膜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。あるいは、弾性波装置１が反射器を有する場合には、反射器の電極指の本数を少なくすることができる。これは、弾性波装置１が厚み滑り１次モードのバルク波を利用していることによる。以下において、弾性波装置１が利用している厚み滑り１次モードの詳細を説明する。

【0027】

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。

【0028】

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、圧電膜３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。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。

【0029】

弾性波装置１では、圧電膜３の厚みをｄ、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、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。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。

【0030】

弾性波装置１は上記構成を備え、厚み滑り１次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。

【0031】

本実施形態では、圧電膜３にＺカットの圧電体を用いている。そのため、ｘ方向は、圧電膜３の分極方向と直交する方向となる。圧電膜３に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。

【0032】

厚み滑り１次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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

なお、厚み滑り１次モードのバルク波の振幅方向は、図５に示すように、圧電膜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、圧電膜３の厚み方向に直交し圧電膜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。

【0036】

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１次モードは、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。

【0037】

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。

【0038】

ところで、本実施形態では、ｄ／ｐは０．５以下である。ｄ／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。

【0039】

ｄ／ｐを変化させ、複数の弾性波装置を得た。図６は、このｄ／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。

【0040】

図６から明らかなように、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／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、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、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、圧電膜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。

【0041】

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、５０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。

【0042】

ここで、図１に示すように、第１の実施形態における支持部材５は、平面視において、第２電極７が設けられている領域のみと重なっている。それによって、共振特性をほぼ劣化させずして、弾性波装置１の構造的な脆弱性が生じることを抑制できる。この詳細を、第１の実施形態と比較例とを比較することにより、以下において説明する。なお、比較例は、支持部材を有しない点において第１の実施形態と異なる。

【0043】

第１の実施形態及び比較例の弾性波装置を用意し、インピーダンス周波数特性を比較した。用意した第１の実施形態の弾性波装置の設計パラメータは以下の通りである。ここで、支持部材５のｘ方向に沿う寸法を支持部材５の幅とする。比較例の設計パラメータは、支持部材５以外においては、第１の実施形態の設計パラメータと同様である。

【0044】

圧電膜３；材料…ＬｉＮｂＯ_３、厚み４００ｎｍ
第１電極６及び第２電極７からなる電極対の対数＝５０対
支持基板２；材料…Ｓｉ
支持部材５；材料…Ｓｉ、幅１．０１２μｍ
第１電極６及び第２電極７の中心間距離ｐ；３．７５μｍ
第１電極６及び第２電極７の幅；１．０１２μｍ
ｄ／ｐ；０．２７

【0045】

図７は、第１の実施形態及び比較例の弾性波装置のインピーダンス周波数特性を示す図である。

【0046】

図７に示すように、第１の実施形態のインピーダンス周波数特性は、比較例のインピーダンス周波数特性とほぼ変わらないことがわかる。第１の実施形態においては、厚み滑り１次モードを利用している。この場合、圧電膜３における、第１電極６及び第２電極７の間に位置する、励振領域Ｂにおいて変位が大きい。他方、圧電膜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においては変位が小さい。弾性波装置１の支持部材５は、平面視において、第２電極７が設けられている領域のみと重なっている。よって、支持部材５は、圧電膜３の変位が小さい部分にのみ接触しているため、圧電膜３の変位を阻害し難い。従って、共振特性をほぼ劣化させずして、弾性波装置１の構造的な脆弱性が生じることを抑制できる。同様に、支持部材５が、平面視において、第１電極６が設けられている領域のみと重なっている場合においても、共振特性をほぼ劣化させずして、弾性波装置１の構造的な脆弱性が生じることを抑制できる。

【0047】

支持部材５と圧電膜３とが平面視において重なっている面積は、機能電極４の１本の電極と圧電膜３とが平面視において重なっている面積よりも小さいことが好ましい。この場合には、圧電膜３の変位をより確実に阻害し難い。もっとも、支持部材５は、平面視において、交叉領域Ａと重なっていればよい。

【0048】

第１の実施形態においては、空洞部１０のｙ方向に沿う寸法は、交叉領域Ａのｙ方向に沿う寸法と同じである。弾性波装置１の支持部材５は、平面視において、第２電極７における交叉領域Ａに位置する部分のみと重なっている。なお、空洞部１０の配置は上記に限定されない。平面視において、交叉領域Ａ全体が空洞部１０と重なっていればよい。空洞部１０のｙ方向に沿う寸法は、交叉領域Ａのｙ方向に沿う寸法以上であればよい。それによって、機能電極４に電圧を印加した際の圧電膜３の変位が阻害され難い。

【0049】

第１の実施形態においては、第１のバスバー８及び第２のバスバー９は、第１電極６及び第２電極７が対向している方向と平行に延びている。なお、機能電極４の形状はこれに限定されない。例えば、第１のバスバー８及び第２のバスバー９は、第１電極６及び第２電極７が対向している方向と垂直に延びていてもよい。この場合には、第１電極６及び第２電極７の形状は、例えば、Ｌ字状などであってもよい。

【0050】

以下において、第１の実施形態の各変形例を示す。各変形例においても、第１の実施形態と同様に、弾性波装置の構造的な脆弱性が生じ難い。

【0051】

図８〜図１０において、第１〜第３の変形例を示す。第１〜第３の変形例においては、支持部材の形状のみが第１の実施形態と異なる。図８に示す第１の変形例においては、支持部材２５Ａの幅は第２電極７の幅よりも狭い。

【0052】

図９に示す第２の変形例においては、支持部材２５Ｂは角柱状である。支持部材２５Ｂは、支持基板２の支持部１２には接続されていない。支持部材２５Ｂの幅は、第２電極７の幅よりも広い。支持部材２５Ｂと圧電膜３とが平面視において重なっている面積は、機能電極４の１本の電極と圧電膜３とが平面視において重なっている面積よりも小さい。支持部材２５Ｂは、平面視において、第２電極７と、励振領域Ｂとに重なっている。なお、支持部材２５Ｂは、平面視において、励振領域Ｂのｘ方向における中央Ｃよりも、第２電極７に近い部分と重なっている。

【0053】

図１０に示す第３の変形例においては、支持部材２５Ｃは円柱状である。支持部材２５Ｃは、支持基板２の支持部１２には接続されていない。

【0054】

第１の実施形態においては、１個の支持部材５が設けられている。なお、複数の支持部材が設けられていてもよい。この例を、以下の第１の実施形態の第４の変形例及び第５の変形例により示す。

【0055】

図１１に示す第４の変形例においては、支持基板２の空洞部１０に複数の支持部材２５Ｄが配置されている。各支持部材２５Ｄは角柱状である。複数の支持部材２５Ｄは、平面視において、同じ第２電極７と重なっている。複数の支持部材２５Ｄは、圧電膜３における、第２電極７が設けられている領域のみと重なっている。

【0056】

図１２に示す第５の変形例においては、支持基板２の空洞部１０に複数の支持部材２５Ｅが配置されている。各支持部材２５Ｅは壁状である。複数の支持部材２５Ｅは、平面視において、互いに異なる第２電極７と重なっている。複数の支持部材２５Ｅは、圧電膜３における、第２電極７が設けられている領域のみと重なっている。本変形例においては、複数の支持部材２５Ｅは、それぞれ、支持基板２の第１の内側面１２Ａ及び第３の内側面１２Ｃに接続されている。もっとも、少なくとも１個の支持部材２５Ｅは、第１の内側面１２Ａまたは第３の内側面１２Ｃに接続されていなくともよい。

【0057】

本変形例においては、複数の支持部材２５Ｅが、平面視において、全ての第２電極７と重なっている。なお、例えば、平面視において、１個の支持部材２５Ｅが第１電極６と重なっており、他の１個の支持部材２５Ｅが第２電極７と重なっていてもよい。複数の支持部材２５Ｅのそれぞれの配置は上記に限定されない。複数の支持部材２５Ｅは、平面視において、交叉領域Ａと重なっていればよい。

【0058】

図１３は、第１の実施形態の第６の変形例に係る弾性波装置の正面断面図である。

【0059】

本変形例においては、支持部材５の圧電膜３側の面上には、絶縁膜２６が設けられている。支持部材５は、圧電膜３に、絶縁膜２６を介して間接的に接触している。このように、支持部材５は、圧電膜３に直接的に接触していなくともよい。支持基板２における支持部１２上には、絶縁膜２７が設けられている。支持基板２は、圧電膜３に、絶縁膜２７を介して間接的に接触している。このように、支持基板２は、圧電膜３に直接的に接触していなくともよい。絶縁膜２６及び絶縁膜２７は酸化ケイ素膜である。もっとも、絶縁膜２６及び絶縁膜２７の材料は上記に限定されず、例えば、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素または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。

【0060】

なお、支持部材５及び支持基板２のうちの一方が圧電膜３に直接的に接していてもよい。あるいは、絶縁膜２６及び絶縁膜２７が一体の絶縁膜として構成されていてもよい。

【0061】

図１４は、第１の実施形態の第７の変形例に係る弾性波装置の正面断面図である。

【0062】

本変形例においては、支持部材２５Ｆは、支持基板２と別体として設けられている。支持部材２５Ｆは、適宜の金属からなる。なお、支持部材２５Ｆは、適宜の半導体または絶縁体などからなっていてもよい。第６の変形例と同様に、支持基板２における支持部１２と圧電膜３との間に、絶縁膜２７が設けられている。もっとも、支持基板２と圧電膜３とは直接的に接触していてもよい。

【0063】

支持部材２５Ｆの熱伝導率は、圧電膜３の熱伝導率以上であることが好ましい。それによって、弾性波を励振した際に生じる熱などが、圧電膜３から支持部材２５Ｆに伝導し易い。圧電膜３から支持部材２５Ｆに伝導した熱は、さらに支持基板２側に放熱される。よって、放熱性を高めることができる。本変形例のように、支持部材２５Ｆが金属からなることがより好ましい。この場合には、支持部材２５Ｆの熱伝導率を好適に高くすることができ、放熱性をより確実に高めることができる。

【0064】

図１４に示すように、支持部材２５Ｆは、圧電膜３と直接的に接触している。それによって、放熱性を効果的に高めることができる。なお、第６の変形例と同様に、支持部材２５Ｆと圧電膜３との間に絶縁膜２６が設けられていてもよい。

【0065】

図１５は、第２の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。

【0066】

本実施形態は、空洞部１０のｙ方向に沿う寸法が、交叉領域Ａのｙ方向に沿う寸法よりも大きい点、及び支持部材３５の配置が第１の実施形態と異なる。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。

【0067】

空洞部１０のｙ方向に沿う寸法は、機能電極４のｙ方向に沿う寸法よりも大きい。平面視において、支持基板２の支持部１２は、機能電極４を囲んでいる。よって、平面視において、機能電極４の全体が空洞部１０と重なっている。

【0068】

支持部材３５は、支持基板２の第１の内側面１２Ａ及び第３の内側面１２Ｃに接続されている。よって、支持部材３５は、平面視において、第１のバスバー８及び第２のバスバー９と重なっている。さらに、支持部材３５は、平面視において、圧電膜３の機能電極４が設けられている部分よりもｙ方向における外側の部分と重なっている。

【0069】

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、弾性波装置の構造上の脆弱性が生じ難い。なお、空洞部１０のｙ方向に沿う寸法が交叉領域Ａのｙ方向に沿う寸法よりも大きい場合においても、支持部材３５の配置は上記に限定されない。例えば、支持部材３５の配置は、第１の実施形態やその各変形例と同様の配置であってもよい。

【0070】

図１６は、第３の実施形態の支持基板における空洞部の内部及び圧電膜上の構成を示すための、弾性波装置の一部を示す模式的斜視図である。

【0071】

本実施形態は、機能電極４４における複数の電極の配置、及び機能電極４４と支持部材５との位置関係が第１の実施形態と異なる。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。

【0072】

機能電極４４は、第１電極６同士が隣り合っている部分を有する。圧電膜３における、隣り合う第１電極６が設けられている部分の間の部分は、非励振領域Ｄである。本実施形態では、隣り合う第１電極６同士の中心間距離は２ｐである。非励振領域Ｄにおいては、厚み滑り１次モードのバルク波は励振されない。非励振領域Ｄは交叉領域Ａに含まれる。

【0073】

なお、隣り合う第１電極６同士の中心間距離は２ｐ±０．５ｐの範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば、共振特性の劣化はほぼ生じない。

【0074】

支持部材５は、平面視において、非励振領域Ｄと重なっている。非励振領域Ｄにおいては、圧電膜３の変位は小さい。よって、本実施形態においては、支持部材５により圧電膜３を支持していても、圧電膜３の変位を阻害し難い。従って、共振特性をほぼ劣化させずして、弾性波装置の構造的な脆弱性が生じることを抑制できる。

【0075】

図１６に示す本実施形態のように、支持部材５は、平面視において、隣り合う２つの第１電極６の間の、非励振領域Ｄの中央と重なっていることが好ましい。非励振領域Ｄのｘ方向における中央は、励振領域Ｂからの距離が長いため、圧電膜３の変位がより一層小さい。よって、支持部材５により圧電膜３を支持していても、圧電膜３の変位をより一層阻害し難い。

【0076】

本実施形態及び第１の実施形態においては、厚み滑り１次モードを利用している。これにより、本実施形態の弾性波装置が非励振領域Ｄを有するにも関わらず、本実施形態と第１の実施形態とにおいて、共振特性にほぼ変化がない。

【0077】

図１７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。

【0078】

本実施形態は、機能電極４４が圧電膜３の第２の主面３ｂ上に設けられている点、及び平面視において、支持基板２の支持部１２が機能電極４４を囲んでいる点において、第３の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態の弾性波装置は第３の実施形態の弾性波装置と同様の構成を有する。

【0079】

支持部材５は、隣り合う第１電極６間に配置されている。支持部材５は、平面視において、交叉領域Ａにおける非励振領域Ｄと重なっている。よって、第３の実施形態と同様に、共振特性をほぼ劣化させずして、弾性波装置の構造的な脆弱性が生じることを抑制できる。

【0080】

図１８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。図１９は、第５の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。

【0081】

図１８及び図１９に示すように、本実施形態は、支持部材５５が、第２電極７と同種の材料からなり、第２電極７と同じ電位に接続される点において、第４の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態の弾性波装置は第４の実施形態の弾性波装置と同様の構成を有する。

【0082】

図１９に示すように、支持部材５５は第２のバスバー９に接続されている。支持部材５５は、圧電膜３に直接的に接触している。これにより、支持部材５５は、第２電極７と同様に、厚み滑り１次モードのバルク波の励振に寄与する。より具体的には、隣り合う第１電極６及び支持部材５５の間に交流電圧が印加されることにより、厚み滑り１次モードのバルク波が励振される。よって、本実施形態においては、隣り合う第１電極６のうちの一方と支持部材５５との間の領域は励振領域Ｂである。同様に、隣り合う第１電極６のうちの他方と支持部材５５との間の領域も励振領域Ｂである。上述したように、機能電極４４の各電極は積層金属膜からなっていてもよい。この場合、支持部材５５も積層金属膜からなっていてもよい。

【0083】

圧電膜３における、支持部材５５が接触している部分においては、厚み滑り１次モードのバルク波はほとんど励振されない。よって、圧電膜３の変位は阻害され難い。本実施形態においても、共振特性を劣化させ難く、かつ弾性波装置の構造的な脆弱性が生じることを抑制できる。なお、支持部材５５は、第１電極６と同種の材料からなり、第１電極６と同じ電位に接続されてもよい。この場合、支持部材５５は、第１のバスバー８に接続されていてもよい。なお、本実施形態では、第１電極６及び第２電極７は同種の材料により構成されている。

【0084】

本実施形態の弾性波装置の製造に際しては、例えば、圧電膜３上に機能電極４４及び支持部材５５を形成した後に、圧電膜３と支持基板２とを接合してもよい。機能電極４４及び支持部材５５は、例えば、リフトオフ法などにより形成することができる。以下において、支持部材５５及び機能電極４４の形成の方法の一例を説明する。

【0085】

図２０（ａ）〜図２０（ｃ）は、第５の実施形態における機能電極及び支持部材を形成する方法の一例を説明するための正面断面図である。図２１（ａ）〜図２１（ｃ）は、第５の実施形態における支持部材を形成する方法の一例を説明するための正面断面図である。

【0086】

図２０（ａ）に示すように、圧電膜３上にレジストパターン５３Ａを形成する。レジストパターン５３Ａは、機能電極４４及び支持部材５５の形状の開口部を有する。レジストパターン５３Ａの形成に際しては、例えば、印刷法などによりレジスト層を形成する。次に、例えば、露光及び現像によりパターニングすればよい。

【0087】

次に、図２０（ｂ）に示すように、圧電膜３上及びレジストパターン５３Ａ上に、機能電極４４及び支持部材５５用の金属層５４Ａを形成する。なお、金属層５４Ａは、単層の金属膜であってもよく、積層金属膜であってもよい。金属層５４Ａは、例えば、スパッタリング法または真空蒸着法などにより形成することができる。次に、レジストパターン５３Ａを、例えばエッチングなどにより剥離する。これにより、図２０（ｃ）に示すように、機能電極４４を得る。

【0088】

次に、図２１（ａ）に示すように、圧電膜３上に、機能電極４４を覆うように、レジストパターン５３Ｂを形成する。レジストパターン５３Ｂは、支持部材５５の形状の開口部を有する。レジストパターン５３Ｂは、上記レジストパターン５３Ａと同様にして形成することができる。

【0089】

次に、図２１（ｂ）に示すように、金属層５４Ａ上及びレジストパターン５３Ｂ上に、支持部材５５用の金属層５４Ｂを形成する。図２１（ｂ）中の破線は、金属層５４Ａ及び金属層５４Ｂの境界を模式的に示す。金属層５４Ａ及び金属層５４Ｂは、それぞれ、単層の金属膜であってもよく、積層金属膜であってもよい。次に、レジストパターン５３Ｂを剥離する。これにより、図２１（ｃ）に示すように、支持部材５５を得る。

【0090】

図２２は、第５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。

【0091】

本変形例においては、複数の支持部材６５Ａ及び支持部材６５Ｂが設けられている。図２２においては、２個ずつの支持部材６５Ａ及び支持部材６５Ｂが示されている。もっとも、支持部材６５Ａ及び支持部材６５Ｂの個数は上記に限定されない。

【0092】

支持部材６５Ａは、第１電極６と同種の材料からなり、第１電極６と同じ電位に接続される。支持部材６５Ａは第１のバスバー８に接続されている。他方、支持部材６５Ｂは、第２電極７と同種の材料からなり、第２電極７と同じ電位に接続される。支持部材６５Ｂは第２のバスバー９に接続されている。本変形例においても、弾性波装置の構造的な脆弱性が生じ難い。

【0093】

隣り合う第１電極６及び第２電極７の間に交流電圧が印加される場合と同様に、隣り合う支持部材６５Ａ及び第２電極７の間に交流電圧が印加されることにより、厚み滑り１次モードのバルク波が励振される。隣り合う第１電極６及び支持部材６５Ｂの間に交流電圧が印加されることによっても、厚み滑り１次モードのバルク波が励振される。さらに、隣り合う支持部材６５Ａ及び支持部材６５Ｂの間に交流電圧が印加されることによっても、厚み滑り１次モードのバルク波が励振される。このように複数の支持部材６５Ａ及び支持部材６５Ｂが、厚み滑り１次モードのバルク波の励振に寄与してもよい。

【0094】

図２３は、第６の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。図２４は、第６の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。

【0095】

図２３及び図２４に示す弾性波装置７１は、板波を利用している。本実施形態における圧電膜３は、窒化アルミニウム膜である。より具体的には、圧電膜３はＡｌＮ膜である。なお、圧電膜３の材料は上記に限定されず、例えば、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムなどであってもよい。

【0096】

弾性波装置７１における機能電極は、ＩＤＴ電極７４である。ＩＤＴ電極７４は、第１のバスバー７８、第２のバスバー７９、複数の第１の電極指７６及び複数の第２の電極指７７を有する。複数の第１の電極指７６は、本発明における複数の第１電極である。複数の第２の電極指７７は、本発明における複数の第２電極である。複数の第１の電極指７６の一方端は、それぞれ第１のバスバー７８に接続されている。複数の第２の電極指７７の一方端は、それぞれ第２のバスバー７９に接続されている。複数の第１の電極指７６及び複数の第２の電極指７７は互いに間挿し合っている。よって、隣り合う第１の電極指７６及び第２の電極指７７は、ｘ方向において対向し合っている。ＩＤＴ電極７４は、第１の実施形態における機能電極４と同様に、交叉領域Ａを有する。本実施形態では、交叉領域Ａ自体が励振領域である。

【0097】

圧電膜３上におけるＩＤＴ電極７４のｘ方向両側には、一対の反射器７２Ａ及び反射器７２Ｂが設けられている。弾性波装置７１においては、平面視において、支持基板２の支持部１２が、ＩＤＴ電極７４並びに一対の反射器７２Ａ及び反射器７２Ｂを囲んでいる。よって、平面視において、ＩＤＴ電極７４並びに一対の反射器７２Ａ及び反射器７２Ｂの全体が空洞部１０と重なっている。

【0098】

支持部材５は、平面視において、第２の電極指７７と重なっている。もっとも、支持部材５は、平面視において、交叉領域Ａと重なっていればよい。本実施形態においても、弾性波装置７１の構造上の脆弱性が生じ難い。

【符号の説明】

【0099】

１…弾性波装置
２…支持基板
３…圧電膜
３ａ…第１の主面
３ｂ…第２の主面
４…機能電極
５…支持部材
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
１２Ａ〜１２Ｄ…第１〜第４の内側面
１３…底部
２５Ａ〜２５Ｆ…支持部材
２６，２７…絶縁膜
３５…支持部材
４４…機能電極
５３Ａ，５３Ｂ…レジストパターン
５４Ａ，５４Ｂ…金属層
５５…支持部材
６５Ａ，６５Ｂ…支持部材
７１…弾性波装置
７２Ａ，７２Ｂ…反射器
７４…ＩＤＴ電極
７６，７７…第１，第２の電極指
７８，７９…第１，第２のバスバー
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

【要約】

支持基板に空洞部が設けられている場合において、構造的な脆弱性が生じ難い、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を有する支持基板２と、空洞部１０を覆うように、支持基板２上に設けられている圧電膜３と、平面視において空洞部１０と重なるように、圧電膜３上に設けられている機能電極４と、支持基板２の空洞部１０に配置されており、圧電膜３を支持している支持部材５とを備える。機能電極４は、圧電膜３の厚み方向に交叉する方向に並んでいる複数の電極を有する。複数の電極は、圧電膜３の厚み方向に交叉する方向において対向しており、かつ互いに異なる電位に接続される第１電極６及び第２電極７を含む。第１電極６が延びる方向と直交する方向から見て、隣り合う電極が重なっている領域が交叉領域Ａである。平面視において、交叉領域Ａと支持部材５とが重なっている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】