特開 2024-120412 弾性波装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024120412

(43)【公開日】2024-09-05

(54)【発明の名称】弾性波装置

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/145 20060101AFI20240829BHJP

【ＦＩ】

H03H9/145 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023027192

(22)【出願日】2023-02-24

(71)【出願人】

【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】弁理士法人大阪フロント特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林 泰伸

【テーマコード（参考）】

5J097

【Ｆターム（参考）】

5J097AA26

5J097BB02

5J097FF03

5J097HA02

5J097KK01

5J097KK09

(57)【要約】

【課題】ＩＤＴ電極の耐電力性を高めることができる、弾性波装置を提供することができる。
【解決手段】本発明の弾性波装置は、圧電性基板２と、圧電性基板２上に設けられている密着層４と、密着層４上に設けられている電極層５とを有するＩＤＴ電極３とを備える。電極層５及び密着層４がそれぞれ、主材料である金属元素と、添加物とを含む。電極層５における添加物５Ｂと、密着層４における添加物４Ｂとが、同じ元素である。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電性基板と、
前記圧電性基板上に設けられている密着層と、前記密着層上に設けられている電極層と、を有するＩＤＴ電極と、
を備え、
前記電極層及び前記密着層がそれぞれ、主材料である金属元素と、添加物と、を含み、
前記電極層における前記添加物と、前記密着層における前記添加物とが、同じ元素である、弾性波装置。

【請求項2】

前記密着層において、前記主材料である金属元素と、前記添加物との組み合わせが、前記主材料に前記添加物が固溶した固溶体を形成可能な組み合わせであり、かつ前記主材料に前記添加物が固溶する最大固溶限が５ｗｔ％以上となる組み合わせである、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項3】

前記密着層の前記主材料である金属元素がＴｉであり、前記添加物が、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｖ及びＺｒのうちいずれかである、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項4】

前記密着層の前記主材料である金属元素がＮｉであり、前記添加物が、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔａ及びＺｎのうちいずれかである、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項5】

前記密着層の前記主材料である金属元素がＣｒであり、前記添加物が、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ及びＷのうちいずれかである、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項6】

前記電極層の前記主材料である金属元素がＣｕである、請求項１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、弾性波装置は携帯電話機のフィルタなどに広く用いられている。下記の特許文献１には、弾性波装置の一例が開示されている。この弾性波装置においては、圧電基板上にＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極が設けられている。ＩＤＴ電極は、密着層と、主電極層とを有する。密着層は、圧電基板及び主電極層の間に設けられている。密着層はＴｉを主成分とする。主電極層は、ＣｕまたはＣｕを主成分とする合金からなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－１１５５４８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に記載のような弾性波装置においては、ＩＤＴ電極に電力を印加すると、密着層及び主電極層の間において剥離が生じるおそれがある。そのため、ＩＤＴ電極の耐電力性が十分に高くならない。

【0005】

本発明の目的は、ＩＤＴ電極の耐電力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。

【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、圧電性基板と、前記圧電性基板上に設けられている密着層と、前記密着層上に設けられている電極層とを有するＩＤＴ電極とを備え、前記電極層及び前記密着層がそれぞれ、主材料である金属元素と、添加物とを含み、前記電極層における前記添加物と、前記密着層における前記添加物とが、同じ元素である。

【発明の効果】

【0007】

本発明の弾性波装置によれば、ＩＤＴ電極の耐電力性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】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】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】本発明の第１の実施形態における１本の電極指付近を示す模式的正面断面図である。

【図4】任意の元素をＸ及びＺとした場合の、２元状態図の例を示す図である。

【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。

【0012】

図１に示すように、弾性波装置１は圧電性基板２を有する。本実施形態においては、圧電性基板２は、圧電材料のみからなる基板である。圧電材料としては、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、水晶、またはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などを用いることができる。なお、圧電性基板２は圧電性を有する基板であればよい。例えば、圧電性基板２は、圧電体層を含む積層基板であってもよい。

【0013】

圧電性基板２上にはＩＤＴ電極３が設けられている。ＩＤＴ電極３に交流電圧を印加することにより、弾性波が励振される。圧電性基板２上におけるＩＤＴ電極３の弾性波伝搬方向両側には、１対の反射器８Ａ及び反射器８Ｂが設けられている。本実施形態の弾性波装置１は弾性表面波共振子である。なお、本発明の弾性波装置は弾性波共振子に限定されず、例えば、複数の弾性波共振子を含むフィルタ装置やマルチプレクサであってもよい。

【0014】

図２に示すように、ＩＤＴ電極３は、第１のバスバー６Ａ及び第２のバスバー６Ｂと、複数の第１の電極指７Ａ及び複数の第２の電極指７Ｂとを有する。第１のバスバー６Ａ及び第２のバスバー６Ｂは互いに対向している。第１のバスバー６Ａに、複数の第１の電極指７Ａの一端がそれぞれ接続されている。第２のバスバー６Ｂに、複数の第２の電極指７Ｂの一端がそれぞれ接続されている。複数の第１の電極指７Ａ及び複数の第２の電極指７Ｂは互いに間挿し合っている。

【0015】

複数の第１の電極指７Ａ及び複数の第２の電極指７Ｂが延びる方向と、弾性波伝搬方向とは直交する。以下においては、第１の電極指７Ａ及び第２の電極指７Ｂをまとめて、単に電極指と記載することがある。

【0016】

図３は、第１の実施形態における１本の電極指付近を示す模式的正面断面図である。図３においては、第１の電極指７Ａ付近を示す。なお、第２の電極指７Ｂも第１の電極指７Ａと同様に構成されている。

【0017】

ＩＤＴ電極３は、密着層４と、主電極層としての電極層５とを有する。圧電性基板２上に密着層４が設けられている。密着層４上に電極層５が設けられている。より具体的には、密着層４上に直接的に、電極層５が設けられている。密着層４は、主材料４Ａである金属元素と、添加物４Ｂである元素とを含む。同様に、電極層５は、主材料５Ａである金属元素と、添加物５Ｂである元素とを含む。

【0018】

本明細書において、部材の主材料とは、該部材における原子組成百分率が５０ａｔ％を超える元素をいう。なお、本明細書においては、元素を、電極層５や密着層４を構成する原子と同じ意味として扱うことがある。例えば、元素が個数を有するものとして記載することがある。

【0019】

弾性波装置１のＩＤＴ電極３においては、電極層５の主材料５Ａである金属元素はＣｕである。電極層５の添加物５Ｂである元素はＳｎである。密着層４の主材料４Ａである金属元素はＴｉである。密着層４の添加物４Ｂである元素はＳｎである。もっとも、電極層５における主材料５Ａ及び添加物５Ｂ、並びに密着層４における主材料４Ａ及び添加物４Ｂは上記に限定されない。

【0020】

なお、電極層５は、主材料５Ａである金属元素と、添加物５Ｂと、主材料５Ａ及び添加物５Ｂ以外の元素とを含んでいてもよい。そして、該元素と、主材料５Ａとにより合金が構成されていてもよい。もっとも、主材料５Ａの全てが合金に含まれていなくともよい。すなわち、電極層５は、主材料５Ａである金属元素と、添加物５Ｂと、主材料５Ａ及び添加物５Ｂ以外の元素とを含み、かつ該元素及び主材料５Ａにより構成された合金を含んでいてもよい。同様に、密着層４は、主材料４Ａである金属元素と、添加物４Ｂと、主材料４Ａ及び添加物４Ｂ以外の元素とを含み、かつ該元素及び主材料４Ａにより構成された合金を含んでいてもよい。

【0021】

本実施形態の特徴は、電極層５及び密着層４がそれぞれ、主材料と添加物とを含み、電極層５における添加物５Ｂと、密着層４における添加物４Ｂとが、同じ元素であることにある。それによって、ＩＤＴ電極３の耐電力性を高めることができる。

【0022】

ここで、第１の実施形態の構成を有する弾性波装置と、比較例の弾性波装置とにおいて、耐電力性を比較した。比較例は、主電極層としての電極層及び密着層が添加物を含まない点において第１の実施形態と異なる。第１の実施形態の構成を有する弾性波装置、及び比較例の弾性波装置を用意し、各弾性波装置において長時間電力印加試験を行った。この結果、比較例におけるＩＤＴ電極が電力の印加により破損するまでの時間よりも、第１の実施形態におけるＩＤＴ電極が電力の印加により破損するまでの時間は、２０００倍程度長かった。このように、第１の実施形態においては、ＩＤＴ電極の耐電力性を高めることができる。

【0023】

さらに、第１の実施形態の構成を有する弾性波装置、及び比較例の弾性波装置の故障解析を行った。比較例におけるＩＤＴ電極は、主電極層としての電極層及び密着層の間において剥離が生じることにより破損していた。これに対して、第１の実施形態におけるＩＤＴ電極においては、破損するまでの時間の長さが比較例の２０００倍程度長かったにも関わらず、主電極層としての電極層及び密着層の間において剥離は生じていなかった。なお、電極層における密着層側に位置する部分が破損していた。

【0024】

図３に示す第１の実施形態においては、電極層５及び密着層４の間における密着性を高めることができるため、電極層５及び密着層４の間の剥離によるＩＤＴ電極３の破損を生じ難くすることができる。それによって、ＩＤＴ電極３の耐電力性を高めることができる。これは、電極層５及び密着層４がそれぞれ、主材料と添加物とを含み、電極層５における添加物５Ｂと、密着層４における添加物４Ｂとが、同種の元素であることによる。

【0025】

第１の実施形態におけるＩＤＴ電極３は、例えば、リフトオフ法を用いることにより形成することができる。具体的には、まず、圧電性基板２を用意する。次に、圧電性基板２上にレジストパターンを設ける。次に、圧電性基板２上及びレジストパターン上にわたり、密着層４の主材料４Ａ用の金属層を設ける。なお、第１の実施形態におけるＩＤＴ電極３の形成に際しては、圧電性基板２上に、該金属層としてＴｉ層を設ける。該金属層は、例えば、真空蒸着法またはスパッタリング法により形成することができる。

【0026】

次に、密着層４の主材料４Ａ用の金属層上に、電極層５の主材料５Ａである金属元素及び添加物５Ｂである元素を含む合金層を設ける。なお、第１の実施形態のＩＤＴ電極３の形成に際しては、Ｔｉ層上に、該合金層としてＣｕ－Ｓｎ合金層を設ける。該合金層は、例えば、合金蒸着法、２元蒸着法またはスパッタリング法により形成することができる。

【0027】

次に、レジストパターンを剥離する。これにより、上記金属層及び上記合金層の積層金属膜からなる、電極パターンが形成される。その後、例えば、２５０℃以上、３００℃以下において、４時間程度、熱処理を行う。この熱処理により、上記合金層が含む添加物５Ｂである元素が、上記金属層に拡散する。なお、第１の実施形態のＩＤＴ電極３の形成に際しては、Ｃｕ－Ｓｎ合金層からＳｎがＴｉ層に拡散する。この結果、同種の元素Ｓｎが密着層４及び電極層５に含まれる。以上により、ＩＤＴ電極３を得る。

【0028】

上記においては、リフトオフ法を用いてＩＤＴ電極３を形成する例を示した。もっとも、例えば、ＩＤＴ電極３を形成するに際し、圧電性基板２上に上記金属層及び上記合金層の積層金属膜を設けた後に、積層金属膜上にレジストパターンを形成してもよい。次に、エッチングを行うことにより、電極パターンを形成してもよい。該電極パターンの形成後に、レジストパターンを剥離すればよい。その後、熱処理を行ってもよい。

【0029】

これらの例においては、熱処理によって、電極層５用の合金層に含まれる添加物５Ｂである元素を、密着層４の主材料４Ａ用の金属層に拡散させる。それによって、電極層５及び密着層４の間の界面における原子の配列を複雑にさせることができる。これにより、電極層５及び密着層４の間の密着性を効果的に高めることができ、弾性波装置１の耐電力性を効果的に高めることができる。

【0030】

なお、電極層５用の合金層を設ける前に、密着層４の主材料４Ａ及び添加物４Ｂを含む合金層を設けてもよい。該合金層は、例えば、合金蒸着法、２元蒸着法またはスパッタリング法により形成することができる。この場合には、上記熱処理を行ってもよく、行わなくともよい。

【0031】

密着層４の主材料４Ａには、圧電性基板２及び電極層５との密着性が高い金属元素が選択されることが好ましい。他方、密着層４の添加物４Ｂは、上記密着性とは無関係に選択することができる。よって、添加物４Ｂと同種の元素である、電極層５の添加物５Ｂの選択の自由度も高めることができる。例えば、添加物５Ｂの電気抵抗が、密着層４の主材料４Ａの電気抵抗よりも低いことが好ましい。それによって、ＩＤＴ電極３の電気抵抗をより確実に低くすることができる。弾性波装置１の電気的特性を高めるために、電極層５の主材料５Ａとして電気抵抗が低い金属元素を選択した場合においても、ＩＤＴ電極３の電気抵抗が高くなることを抑制できる。

【0032】

密着層４において、主材料４Ａである金属元素と、添加物４Ｂとの組み合わせが、主材料４Ａに添加物４Ｂが固溶した固溶体を形成可能な組み合わせであることが好ましい。密着層４において、主材料４Ａに添加物４Ｂが固溶する最大固溶限が５ｗｔ％以上であることがより好ましい。これにより、密着層４の強度を高めることができる。よって、ＩＤＴ電極３の耐電力性を効果的に高めることができる。図４を用いて、最大固溶限について説明する。

【0033】

図４は、任意の元素をＸ及びＺとした場合の、２元状態図の例を示す図である。なお、図４中のα固溶体は、元素Ｘに元素Ｚが固溶した固溶体である。β固溶体は、元素Ｚに元素Ｘが固溶した固溶体である。図４においては、α固溶体の状態となる範囲を、ハッチングを付して示す。図４における下側の横軸は、元素Ｚの原子組成百分率を示す。上側の横軸は、元素Ｚの重量パーセント濃度を示す。

【0034】

図４中の点Ｃは、元素Ｚが１００ａｔ％であるときの、固体の状態及び液体の状態の境界を示す。点Ｃにおける温度は、元素Ｚの融点である。点Ｆは、元素Ｚが０ａｔ％であり、元素Ｘが１００ａｔ％であるときの、固体の状態及び液体の状態の境界を示す。点Ｆにおける温度は、元素Ｘの融点である。点Ｄ及び点Ｅはそれぞれ、溶解度線及び固相線の交点である。点Ｍは共晶点である。点Ｄ、点Ｅ及び点Ｍにおける温度は、共晶温度Ｔｅである。

【0035】

図３に示す第１の実施形態においては、図４における元素Ｘが、密着層４の主材料４Ａである金属元素に相当する。元素Ｚが、密着層４の添加物４Ｂである元素に相当する。α固溶体は、主材料４Ａに添加物４Ｂが固溶した固溶体に相当する。そして、主材料４Ａに添加物４Ｂが固溶する最大固溶限は、図４中の点Ｄにおける重量パーセント濃度に相当する。なお、上記最大固溶限は、原子組成百分率により表わしてもよい。

【0036】

以下において、密着層４においての主材料４Ａである金属元素と、添加物４Ｂである元素との好ましい組み合わせの例を示す。

【0037】

密着層４の主材料４Ａである金属元素がＴｉであり、添加物４Ｂが、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｖ及びＺｒのうちいずれかであることが好ましい。この場合には、主材料４Ａに添加物４Ｂが固溶する最大固溶限を５ｗｔ％以上とすることができる。よって、ＩＤＴ電極３の耐電力性を効果的に高めることができる。

【0038】

密着層４の主材料４Ａである金属元素がＮｉであり、添加物４Ｂが、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔａ及びＺｎのうちいずれかであることが好ましい。この組み合わせは、主材料４Ａに添加物４Ｂが固溶する最大固溶限を５ｗｔ％以上とすることができる組み合わせである。よって、ＩＤＴ電極３の耐電力性を効果的に高めることができる。

【0039】

なお、密着層４が、主材料４ＡであるＮｉ及び添加物４Ｂ以外に、例えば、元素Ｐを含んでいてもよい。そして、密着層４において、Ｎｉ－Ｐ合金が形成されていてもよい。すなわち、密着層４は、主材料４ＡであるＮｉと、添加物４Ｂと、Ｐとを含み、かつＮｉ－Ｐ合金を含んでいてもよい。あるいは、例えば、密着層４が、主材料４ＡであるＮｉと、添加物４Ｂと、Ｃｒとを含み、Ｎｉ－Ｃｒ合金を含み、かつ添加物４Ｂが、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔａ及びＺｎのうちいずれかであってもよい。これらの場合においても、ＩＤＴ電極３の耐電力性を効果的に高めることができる。

【0040】

密着層４の主材料である金属元素がＣｒであり、添加物である元素が、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ及びＷのうちいずれかであることが好ましい。この場合には、主材料４Ａに添加物４Ｂが固溶する最大固溶限を５ｗｔ％以上とすることができる。よって、ＩＤＴ電極３の耐電力性を効果的に高めることができる。

【0041】

ところで、従来において、ＩＤＴ電極の材料としてＣｕを用いた場合には、弾性波装置の電気的特性を高めることができる一方で、耐電力性が十分に高くならないことがあった。これに対して、図３に示す第１の実施形態においては、主電極層としての電極層５の主材料５ＡがＣｕを主成分とする場合においても、耐電力性を高めることができる。このことから、主材料５ＡがＣｕであることが好ましい。この場合、本発明が特に好適である。なお、電極層５が、主材料５ＡであるＣｕと、添加物５Ｂと、Ｃｕ及び添加物５Ｂ以外の元素とを含み、かつ該元素及びＣｕにより構成された合金を含んでいてもよい。

【0042】

以下において、本発明に係る弾性波装置の形態の例をまとめて記載する。

【0043】

＜１＞圧電性基板と、前記圧電性基板上に設けられている密着層と、前記密着層上に設けられている電極層と、を有するＩＤＴ電極と、を備え、前記電極層及び前記密着層がそれぞれ、主材料である金属元素と、添加物と、を含み、前記電極層における前記添加物と、前記密着層における前記添加物とが、同じ元素である、弾性波装置。

【0044】

＜２＞前記密着層において、前記主材料である金属元素と、前記添加物との組み合わせが、前記主材料に前記添加物が固溶した固溶体を形成可能な組み合わせであり、かつ前記主材料に前記添加物が固溶する最大固溶限が５ｗｔ％以上となる組み合わせである、＜１＞に記載の弾性波装置。

【0045】

＜３＞前記密着層の前記主材料である金属元素がＴｉであり、前記添加物が、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｖ及びＺｒのうちいずれかである、＜１＞または＜２＞に記載の弾性波装置。

【0046】

＜４＞前記密着層の前記主材料である金属元素がＮｉであり、前記添加物が、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔａ及びＺｎのうちいずれかである、＜１＞または＜２＞に記載の弾性波装置。

【0047】

＜５＞前記密着層の前記主材料である金属元素がＣｒであり、前記添加物が、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ及びＷのうちいずれかである、＜１＞または＜２＞に記載の弾性波装置。

【0048】

＜６＞前記電極層の前記主材料である金属元素がＣｕである、＜１＞～＜５＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。

【符号の説明】

【0049】

１…弾性波装置
２…圧電性基板
３…ＩＤＴ電極
４…密着層
４Ａ…主材料
４Ｂ…添加物
５…電極層
５Ａ…主材料
５Ｂ…添加物
６Ａ，６Ｂ…第１，第２のバスバー
７Ａ，７Ｂ…第１，第２の電極指
８Ａ，８Ｂ…反射器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】