JP4218672B2 - 圧電共振子、圧電フィルタ、通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、フィルタや発振子や通信装置などに使用されて、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、さらにそれ以上の超高周波帯において厚み縦振動してフィルタ機能を発揮できる圧電共振子、圧電フィルタ、およびそれらを用いたデュプレクサや、通信装置に関するものである。

近年、携帯電話等の通信装置の高周波数（ＲＦ、特にＧＨｚ帯以上）段に使用されるフィルタが、優れた各特性を有する圧電共振子を用いて開発されてきた。上記の各特性とは、小型かつ軽量であり、耐振性や耐衝撃性に優れ、製品のバラツキが少なく信頼性に富んでおり、回路の無調整化が図れるため実装の自動化、簡略化が図れ、その上、高周波化を図っても、製造が容易なことである。

圧電共振子としては、開口部若しくは凹部を有する基板と、前記基板の開口部若しくは凹部上に形成されている絶縁薄膜からなるダイヤフラムと、該絶縁薄膜上に形成されている、１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極及び下部電極を対向させて挟む構造の振動部とを有する構造のものが挙げられる（例えば、特許文献１を参照）。このような圧電共振子では、圧電共振子の圧電体を薄膜にしたことにより、高周波限界を数１００ＭＨｚ〜数１０００ＭＨｚまで広げることができる。

このような圧電共振子においては、不要振動を低減するために電極寸法を所定の範囲内に制限する必要がある。また、振動エネルギーを上記の振動部に閉じ込めるため、ダイヤフラムの寸法に対して電極寸法を小さくする必要もある。このため、大きな電力を加えると、上記電力は、寸法が小さい振動部に集中し、比較的大きな熱を上記振動部に発生させることになる。
特開２００１−１６８６７４号公報、公開日２００１年６月２２日

しかしながら、上記従来では、振動部を形成するダイヤフラムは薄膜状であって熱容量が小さいので、発生した熱が放熱されにくく、熱の多くは振動部に蓄積されて、振動部の温度上昇を招来する。振動部の温度上昇は、振動部の破壊などの影響を及ぼす恐れがあり、動作安定性が劣化するという問題を生じている。

本発明の圧電共振子は、以上の課題を解決するために、開口部若しくは凹部を有する基板と、前記開口部若しくは凹部上に形成されている、１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極及び下部電極を対向させて挟む構造の振動部とを有する圧電共振子において、振動部の厚み方向視の形状が長さの異なる辺を有する多角形であり、かつ、少なくとも振動部の最も長い辺が、前記圧電薄膜における前記開口部若しくは凹部の端部に沿って形成され、前記端部と、前記端部から最も離れた前記振動部の点との距離よりも、前記振動部の最も長い辺の長さが長いことを特徴としている。

上記構成によれば、振動部の厚み方向視の形状が長さの異なる辺を有する多角形である振動部の少なくとも最も長い辺を、開口部若しくは凹部の端部に沿って、かつ、前記端部と、前記端部から最も離れた前記振動部の点との距離よりも、前記振動部の最も長い辺の長さが長く形成したから、振動部の放熱性を改善できて、大きな電力を加えても共振特性の劣化を回避でき、動作安定性を向上できる。

上記圧電共振子では、前記振動部の最も長い辺と前記開口部若しくは凹部の端部との距離が振動部の振動波長の約１／２倍であることが好ましい。

上記圧電共振子においては、前記振動部の全ての辺が開口部若しくは凹部の端部に沿って形成され、且つ前記振動部の全ての辺と前記開口部若しくは凹部の端部との距離が振動部の振動波長の約１／２倍であってもよい。

上記圧電共振子では、前記振動部の開口部若しくは凹部の端部に沿って形成された全ての辺の長さの和Ｗと、前記振動部における開口部若しくは凹部の端部から最も離れた点と、開口部若しくは凹部との距離Ｌが、Ｌ／Ｗ≦０．８を満たすことが望ましい。

上記圧電共振子では、前記振動部分の厚み方向視の形状が、二等辺三角形であってもよい。上記圧電共振子においては、前記圧電薄膜がＺｎＯ若しくはＡｌＮを主成分としてもよい。

本発明の圧電フィルタは、以上の課題を解決するために、上記の何れかに記載の圧電共振子を有することを特徴としている。上記圧電フィルタでは、圧電共振子をラダー構成とすることが好ましい。

本発明のデュプレクサは、以上の課題を解決するために、上記の何れかに記載の圧電共振子を有することを特徴としている。本発明の通信装置は、以上の課題を解決するために、上記の何れかに記載の圧電共振子を有することを特徴としている。

上記の圧電フィルタ、デュプレクサ、および通信装置では、放熱性に優れて動作安定性が改善された圧電共振子を有しているので、経時的な動作を安定化できて、耐久性を向上できる。

本発明の圧電共振子は、以上のように、開口部若しくは凹部上に形成されている、１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極及び下部電極を対向させて挟む構造の振動部とを有する圧電共振子において、振動部の厚み方向視の形状が長さの異なる辺を有する多角形であり、かつ、少なくとも振動部の最も長い辺が、開口部若しくは凹部の端部に沿って形成されている構成である。

上記構成によれば、振動部の厚み方向視の形状が長さの異なる辺を有する多角形である振動部の少なくとも最も長い辺を、開口部若しくは凹部の端部に沿って形成したから、振動部の放熱性を改善できて、大きな電力を加えても共振特性の劣化を回避でき、動作安定性を向上できるという効果を奏する。

本発明の実施の各形態について図１ないし図１７に基づいて説明すれば、以下の通りである。

〔実施の第一形態〕
本発明に係る実施の第一形態の圧電共振子について、その製造方法により説明すると、図１および図２に示すように、面方位が（１ ０ ０）のシリコンからなる、略長方形板状の支持基板１０の両面に熱酸化やスパッタリング等により、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜１１、１２をそれぞれ形成する。

続いて、一方の面（裏面）側のＳｉＯ₂ 膜１２に、（１ １ ０）方向に平行な辺を有する方形の窓１２ａを形成し、この窓１２ａを備えたＳｉＯ₂膜１２をマスクとして、ＴＭＡＨ液（テトラメチルアンモニウム水溶液）中で、約９０℃で支持基板１０のシリコンに対してエッチングを行う。

このＴＭＡＨ液は、エッチレートの結晶方位依存性が大きいので、エッチングの進行と共に、支持基板１０の表面方向である（１ ０ ０）面１０ｂと約５５°の角度をなす（１ １ １）面１０ａが現れ、支持基板１０に、その厚さ方向に貫通する開口部が形成される。

上記エッチングは、表面側のＳｉＯ₂ 膜１１に達すると停止する。このようにエッチングが、ＳｉＯ₂膜１１のところで完全に停止するため、スムースな（平滑な）共振子面が得られ、共振子全体の厚さもより正確に設定できる。なお、本実施の第一形態では、上記の製造段階において残存しているＳｉＯ₂膜１２は、最終的には除去されているが、残してもよい。

このとき、さらに、支持基板１０に対して反対面側のＳｉＯ₂ 膜１１上に、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃ ）膜や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜を真空蒸着またはスパッタリングにより形成して二層以上の積層体としてもよい。よって、上記ダイヤフラム１１ａは、（１ １ １）面１０ａにより形成される支持基板１０の開口部（空洞部）に面することになる。

上記ダイヤフラム１１ａでは、ＳｉＯ₂ 膜１１が、一般に正の共振周波数温度特性を有し、かつ、圧縮応力を発生するものである一方、Ａｌ₂Ｏ₃ 膜が、一般に負の共振周波数温度特性を備え、かつ、引っ張り応力を発生するものである。このようなダイヤフラム１１ａを形成する絶縁体には、放熱性を向上させるために熱伝導率の高いものが好ましい。

続いて、上記ダイヤフラム１１ａ上に、Ａｌからなる下部電極１４、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなる圧電薄膜１５、およびＡｌからなる上部電極１６を順次真空蒸着またはスパッタリングおよびエッチングにより形成する。上記圧電薄膜１５は、負の共振周波数温度特性を備え、かつ、圧縮応力を発生するものである。

上記下部電極１４は、帯状に形成され、下部電極１４の長手方向が、支持基板１０の長手方向端部を基部１４ａとして、ダイヤフラム１１ａの中央部を先端部１４ｂにするように形成されている。

また、下部電極１４では、下部電極１４の両側部に位置する開口部１１ａの一部、およびその一部の周辺部を覆うように、上記両側部から下部電極１４の幅方向にそれぞれ延びる翼部１４ｃがそれぞれ形成されている。よって、下部電極１４は、ダイヤフラム１１ａ上およびその周辺部近傍では略十字形状ともいえる。

一方、上部電極１６は、帯状に形成され、上部電極１６の長手方向が、前記下部電極１４の基部１４ａに対して反対側となる、支持基板１０の長手方向端部を基部１６ａと、基部１６ａから延びて、ダイヤフラム１１ａの中央部に達する先端部１６ｂとを有するように形成されている。

また、上部電極１６の先端部１６ｂにおいては、下部電極１４の先端部１４ｂと対面するとともに、上部電極１６の両側部に位置する開口部１１ａの一部、およびその一部の周辺部を覆うように、上記両側部から上部電極１６の幅方向にそれぞれ延びるようにそれぞれ形成されている。よって、上部電極１６は、ダイヤフラム１１ａ上およびその周辺部近傍では略Ｔ字形状ともいえる。

さらに、下部電極１４の両翼部１４ｃと、上部電極１６の先端部１６ｂとは、圧電薄膜１５を挟んで互いに対面しない位置に配されている。このような配置により、振動部１１ｂ以外での不要な振動を回避しながら、振動部の強度を向上できる。

このような圧電共振子では、共振周波数が２ＧＨｚの場合、ＳｉＯ₂ 膜１１、下部電極１４、圧電薄膜１５、および上部電極１６の合計厚さを３μｍ程度に設定できる。

上記圧電共振子では、振動モード（例えば２次モード）に応じて、ＳｉＯ₂ 膜１１の厚さ、下部電極１４の面積、圧電薄膜１５の厚さ、および上部電極１６の面積が設定されている。また、ＳｉＯ₂膜１１上にＡｌ₂ Ｏ₃ 膜をさらに形成した多層構造とすることにより、上記圧電共振子においては、共振周波数の温度係数（ppm/℃）をほぼゼロに設定することを容易化できる。

その上、上記圧電共振子では、下部電極１４、圧電薄膜１５、および上部電極１６は、圧電薄膜共振子がエネルギー閉じ込め型となるように設定されていることが好ましい。これにより、振動エネルギーが支持基板１０中にダイヤフラムに沿って漏れることを防止して、Ｑの高い共振を生じさせることが可能となる。

このように上記圧電共振子は、絶縁膜（支持膜）であるＳｉＯ₂ 膜１１の厚さを非常に薄くできることから、基本あるいは低次（例えば２次）のオーバトーンで、１００ＭＨｚ以上の高周波で動作する圧電共振子を実現できる。さらに、上記圧電共振子においては、各膜の温度特性や内部応力を互いに相殺するように設定できるから、温度変化や内部応力による悪影響を回避できる。

また、圧電共振子は、そのダイヤフラム寸法を数百μｍ以下と非常に小さくでき、半導体集積回路内に組み込むことが可能である。さらに、上記圧電共振子は、数ＧＨｚでも弾性表面波装置（ＳＡＷデバイス）のようなサブミクロンのパターニングが不要であり、製造を容易化、簡便化できる。

そして、本発明の圧電共振子においては、振動部１１ｂ上を除く、圧電薄膜１５、上部電極１６上に、開口部１１ａを覆うように、略ロの字状に、放熱膜１８が、例えばＳｉといった絶縁体により形成されている。よって、放熱膜１８には、振動部１１ｂ上を除くための窓部１８ａが放熱膜１８のほぼ中央部に形成されている。

上記構成では、放熱膜１８を設けたことにより、振動部１１ｂから支持基板１０への放熱性が向上して、耐電力性を改善でき、経時的な動作安定性を高めることが可能となる。

上記放熱膜１８としては、上記Ｓｉに限定されるものではなく、他に、ＡｌＮ、ダイヤモンドなどの絶縁体、Ｃｕ、Ａ１、Ａｕ、Ａｇなどの金属膜若しくはＣｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇを主成分とする合金といった導電体を挙げることができる。

上記放熱体１８では、放熱性を改善できる点から熱伝導率は高い方が望ましいが、１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有するものであればよい。上述した各物質の熱伝導率（単位はＷ／（ｍ・Ｋ））は、Ｓｉ＝１６８、ＡｌＮ＝１５０、ダイヤモンド＝１６００、Ｃｕ＝４０３、Ａｌ＝２３６、Ａｕ＝３１９、Ａｇ＝４２８である。放熱膜１８として、最適な材料は、熱伝導率だけの観点から見れば、熱伝導率が他の物質より大幅に高いことから、ダイヤモンドであるが、作りやすさ、コストを加味すると、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉあたりが好適である。

ただし、放熱膜１８にＣｕやＡｌ等の金属膜を用い、かつ放熱膜１８が下部電極１４および上部電極１６と電気的に接している場合、下部電極１４と上部電極１６との間の短絡を回避するために、下部電極１４に接する放熱膜１８と、上部電極１６と接する放熱膜１８とを互いに離して形成する。

また、振動部１１ｂと放熱膜１８のギャップは、図３に示すように、狭い（小さい）ほどよいが、振動部１１ｂの振動への悪影響を防止するために、振動部１１ｂの振動波長（λ）の１／２程度に設定することが好ましい。上記ギャップとは、放熱膜１８の窓部１８ａの内周部と振動部１１ｂの外縁部との間の、振動部１１ｂを形成する各膜１４、１５、１６の表面方向での距離である。

図３においては、ギャップが０μｍの時の温度をＴ０とし、各ギャップを設けたときの温度をＴとしており、Ｔ／Ｔ０が小さいほど放熱性が高いことを示している。なお、図３ないし図６では、放熱膜１８の素材として、Ｓｉを用いた例を挙げている。

さらに、放熱膜１８のパターン幅は、図４に示すように、放熱膜１８ができるかぎりダイヤフラム１１ａ全体を覆うように、広く、大きく設定されていることが好ましい。図４においては、放熱膜１８がダイヤフラム１１ａ全体をちょうど覆うときを、ベタと記載し、その温度をＴ０としている。ベタのときより放熱膜のパターン幅が小さいときの温度をＴとしており、Ｔ／Ｔ０が小さいほど放熱性が高いことを示している。

その上、放熱膜１８は、図５に示すように、ダイヤフラム１１ａからその表面方向外向きにはみ出していないとき放熱性が劣化することから、放熱膜１８の形成時の製造バラツキを考慮してダイヤフラム１１ａからその表面方向外向きにはみ出すように設定されている方が好ましい。図５では、縦（Ｙ）軸は発熱温度比を示し、その基準ははみ出し量が０μｍのときの温度を示している。

また、放熱膜１８の膜厚は、図６に示すように、放熱性に関しては厚いほど良いが、５μｍを超えて厚くしても、放熱効果が飽和して放熱性の効果向上があまり見られず、放熱膜１８にＳｉを用いた場合、１以上、より好ましくは２μｍ以上、５μｍ以下が望ましい。図６では、縦（Ｙ）軸は発熱温度比を示し、その基準は、膜厚が０μｍのときの温度（Ｔ０）を示している。

図７（ａ）ないし（ｃ）に示すように、本発明に係る圧電共振子１は、Ｌ型や、π型や、Ｔ型のラダー構成の本発明に係る圧電フィルタに用いてもよく、さらにそれらの段数を増やした変形例に好適に用いることができる。

上記ラダー構成の圧電フィルタにおいては、それぞれ減衰極となる各圧電共振子１の反共振周波数と共振周波数との間に形成される通過域を高選択度なものにできる。よって、上記ラダー構成の圧電フィルタは、上記通過域の両側に、上記各減衰極を含む、急峻な減衰特性を有する阻止域をそれぞれ備えることになる。その上、連続使用時の発熱にも耐えて、経時的な安定性も改善されている。

このような本発明の圧電フィルタは、図８に示すように、デュプレクサ２０に使用できる。デュプレクサ２０は、送信側の圧電フィルタと、受信側の圧電フィルタとをそれぞれ備え、送信側と受信側との各通過域が互いに近いものであり、急峻な減衰特性を有し、熱的安定性にも優れた本発明の圧電フィルタが好適に使用される。

なお、上記実施の第一形態では、支持基板１０を厚さ方向に貫通する開口部を備えた例を挙げたが、上記に限定されず、図９に示すように、上記開口部に代えて、支持基板１０をその厚さ方向に貫通しない凹部１０ｃを支持基板１０に設け、上記凹部１０ｃ上にダイヤフラム１１ａを形成してもよい。

〔実施の第二形態〕
次に、本発明の実施の第二形態について、図７ないし図１２に基づき説明する。なお、以下の、実施の各形態においては、上記実施の第一形態と同様な機能を有する部材については、同一の部材番号を付与してそれらの説明を省いた。

本実施の第二形態に係る圧電共振子では、図１０および図１１に示すように、上記実施の第一形態と相違する点は、放熱膜１８を省き（後述するように併用も可）、ダイヤフラムや振動部の形状を、ダイヤフラム１１ｃ、および振動部１１ｄにおける、厚さ方向視の形状を、長細い形状、例えば二等辺三角形（多角形にした変形も含む）とし、振動部１１ｄの長手方向に沿った長辺の一つを、ダイヤフラム１１ｃのエッジに沿うように設定されている。

上記振動部１１ｄの形状では、長辺Ｗ１、Ｗ２は、振動部１１ｄの振動波長（λ）の２０倍以上、短辺Ｗ３は振動波長（λ）の５倍以下が望ましい。このような構成では、後述するように、振動部１１ｄと支持基板１０との間での熱抵抗を小さく、つまり放熱性を改善できる。

このとき、ダイヤフラム１１ｃは、振動部１１ｄの振動に対する影響を回避するために、上記振動部１１ｄと対面するエッジと振動部１１ｄとの距離を有して（例えば、振動部１１ｄの振動波長（λ）の１／２程度が望ましい）形成されている。このような振動部１１ｄの形状は、下部電極１４を台形板状に形成し、上部電極１６を略平行四辺形状とし、下部電極１４と上部電極１６との対面位置を調整することにより可能である。

これにより、上記構成では、振動部１１ｄの形状に沿って、ダイヤフラム１１ｃの形状を形成することにより、ダイヤフラム１１ｃのエッジと近接する振動部１１ｄの長さ（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３）が長くなり、放熱性を向上できる。また、振動部１１ｄを長細い形状とすることによって、伝熱経路の距離Ｌが短くなり、放熱し易くなる。さらに、振動部１１ｄの形状を長細い形状とすると、圧電共振子のスプリアス振動を低減できるため、スプリアス低減による特性改善と放熱性向上とを両立できる。

本発明の他の圧電フィルタでは、上記の圧電共振子を２素子、図７（ａ）に示すＬ型ラダー構造に配置されている。このとき、各圧電共振子の各振動部１１ｄは、それらの長手方向が互いに略平行に配置されていることが小型化の点で望ましい。さらに、各圧電共振子の各振動部１１ｄは、それらの中心を結ぶ仮想線の中心位置を対称点として、点対称となっていることが小型化の点で好ましい。

次に、熱伝導の理論について説明する。図１２に示す個体のＡ面からＢ面に伝わる熱量Ｑは、以下の式で表される。
Ｑ＝λ・Ｗ・ｔ・（ＴＡ−ＴＢ）／Ｌ …（１）
λ：熱伝導率
Ｗ：伝熱経路断面の幅
ｔ：伝熱経路断面の厚さ
ＴＡ：Ａ面の温度（Ｋ）
ＴＢ：Ｂ面の温度（Ｋ）
Ｌ：伝熱経路の距離
熱の伝わり難さを示す熱抵抗Ｒは、以下の式で表される。
Ｒ＝Ｌ／（λ・Ｗ・ｔ） …（２）
この式（２）から、λ・Ｗ・ｔが大きいほど、Ｌが小さいほど、放熱量Ｑは大きくなる（熱抵抗は小さくなる）ことが分かる。本実施の第二形態では、λ：ダイヤフラムの熱伝導率、Ｗ：図１０のＷ１＋Ｗ２＋Ｗ３、ｔ：ダイヤフラムの厚さ、Ｌ：図１０に示すＬ（振動部１１ｄにおける、厚み方向視の形状の中心とダイヤフラム１１ｃのエッジとの距離）をそれぞれ示す。

また、式（１）より、λ＝Ｑ・Ｌ／｛Ｗ・ｔ・（ＴＡ−ＴＢ）｝となり、ラムダの単位は、λ＝Ｗ・ｍ／（ｍ²・Ｋ）＝Ｗ／（ｍ・Ｋ）になる。

本実施の第二形態においては、振動部１１ｄの最も長い辺と、ダイヤフラム１１ｃのエッジとの距離は、下限がゼロ、理想では振動部１１ｄの振動阻害を回避できる１／２λになる。ただし、上限値は設計上の目標値であり、実際には製造プロセスにばらつきがある。前記の上限値にプロセスマージンを上乗せする必要がある。

上記距離の設定の理由は以下のとおりである。放熱性の観点から見ると、振動部１１ｄの最も長い辺と、ダイヤフラム１１ｃのエッジとの距離はできる限り短い（ゼロが理想）ほうがよい。ただし、距離をゼロにすると、振動部１１ｄの振動のほうに影響が出て、特性が劣化する。特性の観点から見ると、振動部１１ｄの最も長い辺と、ダイヤフラム１１ｃのエッジとの距離はある程度離した方がよい。（特性と放熱性はトレードオフの関係）特性に影響が出なくなる距離は１／２λである。

また、振動部１１ｄの最も長い辺と、ダイヤフラム１１ｃのエッジとの距離の理想は、放熱性と振動特性の両面を考慮して、１／２λであるが、実際の製造マージンでは、精度良く作ることができず、上記距離は設定値に対してかなりずれる。そこで「約」１／２λとしている。参考までに、プロセスマージンは、ウエットエッチング加工の場合：〜３５μｍ、ドライエッチング加工の場合：〜２０μｍである。

例えば、条件が、１．９ＧＨｚ帯、２倍波、膜構成「上部電極（Ａｌ：０．１８μｍ）／圧電薄膜としてのＺｎＯ膜（１．６μｍ）／下部電極（Ａｌ：０．１８μｍ）／ＡｌＮ膜（１．８μｍ）／ＳｉＯ₂膜（０．６μｍ）」の場合、λ＝４．３μｍで、３５μｍ＝８．１λ、２０μｍ＝４．７λになる。つまり、理想の１／２λ＝２．１５μｍに対して、３５μｍ＝８．１λ、２０μｍ＝４．７λのマージンがある。振動波長λは、周波数帯、膜構成、使用材料、利用する振動波の次数（基本波、２倍波…）などによって異なる。一方、プロセスマージンが周波数によらず一定である。（ただし、加工方法が変わるとマージンは変わる。）周波数帯が高くなると、その分ずれは大きくなる。

漏れた・振動の振幅は、振動波長の１／２λ離れると小さくなる。振動部分から１／２λ離れたところに固定端（ダイヤフラム１１ｃのエッジ）を置くと、振動への影響は小さく、特性の劣化も小さくなる。また、振動部１１ｄをダイヤフラム１１ｃのエッジ（固定端）や他の振動部１１ｄなどから離しすぎると、放熱性が悪化すると共に、その振動特性に対するそれらの影響は軽減ないしは無くなるとしてもその寸法が大型化する。

このような構成とすることで、放熱性を十分に得ることができるが、これと合わせて、実施の第一形態のように、振動部１１ｄを除く、圧電薄膜１５、上部電極１６上に放熱膜を形成してもよく、これによって、放熱性がさらによくなる。

〔実施の第三形態〕
本実施の第三形態では、図１３および図１４に示すように、厚み方向視に長方形状に形成された、１つのダイヤフラム１１ｅに、圧電共振子２素子によるＬ型ラダー構造の圧電フィルタが構成されている。このとき、振動部１１ｆは、上記の実施の第二形態と同様に二等辺三角形に形成され、かつ、振動部１１ｆの一つの長辺がダイヤフラム１１ｅのエッジに沿うように、それぞれ配置されている。

これにより、本実施の第三形態の圧電共振子および圧電フィルタでは、実施の第二形態と同様な効果を奏すると共に、圧電共振子毎にダイヤフラムをそれぞれ形成する場合と比べて、素子全体の面積を小さくでき、小型化を図れる。

次に、図１３に示す、ＬとＷとの比（Ｌ／Ｗ）と発熱温度（温度比）との関係を調べた。その結果を図１５に示した。上記Ｌは、ダイヤフラム１１ｅに対面する振動部１１ｆの長辺を底とする、振動部１１ｆの高さ、つまり、振動部１１ｆにおける、ダイヤフラム１１ｅのエッジから最も遠いポイントと上記エッジとの距離に相当するものである。上記Ｗは、ダイヤフラム１１ｅに対面する振動部１１ｆの長辺の長さである。なお、図１５の温度比とＬ／Ｗのグラフにおいては、Ｌ／Ｗが１．１９（正三角形に近い形状）のときを基準として、このときの温度に対する比を温度比としている。

図１５から明らかなように、Ｌ／Ｗが小さいほど、温度は低くなり、Ｌ／Ｗが０．８以下になると、発熱温度の低下が大きくなっていることが分かる。

〔実施の第四形態〕
本実施の第四形態では、図１６および図１７に示すように、上記実施の第三形態と同様に１つのダイヤフラム１１ｇが設けられ、そのダイヤフラム１１ｇ上に、上記実施の第三形態に示した、２つの各振動部１１ｆに相当する、各振動部１１ｈが形成され、上記ダイヤフラム１１ｇは、各振動部１１ｈの外方に面した各辺に沿うように形成されている。

よって、本実施の第四形態では、上記実施の第二および第三形態と同様に、放熱性を向上しながら、小型化を図ることが可能となる。

〔実施の第五形態〕
本実施の第五形態では、図１８に示すように、上記実施の第三形態と同様なダイヤフラム１１ｅが二つ並んで支持基板１０に設けられ、それらのダイヤフラム１１ｅ上に、上記実施の第三形態に示した、２つの各振動部１１ｆ、つまり２つの圧電共振子がそれぞれ形成されている。上記各ダイヤフラム１１ｅは、各振動部１１ｆの長手方向に対してほぼ直交する方向に沿うように並んで形成されている。

これにより、本実施の第五形態においては、４つの各振動部１１ｆを用い、各圧電共振子１ａ、１ｂ、および各圧電共振子１ｃ、１ｄとを互いに直列に接続したから、Ｌ型ラダーの圧電フィルタを二段重ねた、圧電フィルタが形成されることになる。

このような本実施の第五形態では、圧電共振子１ａに入力端子となる下部電極１４ａが形成され、各圧電共振子１ａ、１ｂ、１ｃの共通端子となる上部電極１６ａが設けられ、圧電共振子１ｂのＧＮＤ端子となる下部電極１４ｂが形成されている。さらに、各圧電共振子１ｃ、１ｄの共通端子で出力端子となる下部電極１４ｃが設けられ、圧電共振子１ｄのＧＮＤ端子となる上部電極１６ｂが形成されている。

よって、本実施の第五形態では、上記実施の第二ないし第四形態と同様に、放熱性を向上しながら、小型化を図ることが可能となる。

また、上記の実施の第一ないし第五形態の圧電共振子、およびそれを用いた圧電フィルタは、図８に示したデュプレクサ２０に好適に使用できる。なお、上記では、本実施の第一形態と、本実施の第二ないし第五形態とは、個々に説明したが、本実施の第一形態と、本実施の第二ないし第五形態とをそれぞれ組み合わせてもよい。

次に、本発明の圧電共振子、圧電フィルタを用いた通信装置について図１９に基づき説明すると、図１９に示すように、上記通信装置２００は、受信を行うレシーバ側（Ｒｘ側）として、アンテナ２０１、アンテナ共用部／ＲＦＴｏｐフィルタ２０２、アンプ２０３、Ｒｘ段間フィルタ２０４、ミキサ２０５、１ｓｔＩＦフィルタ２０６、ミキサ２０７、２ｎｄＩＦフィルタ２０８、１ｓｔ＋２ｎｄローカルシンセサイザ２１１、ＴＣＸＯ（temperature compensated crystal oscillator（温度補償型水晶発振器））２１２、デバイダ２１３、ローカルフィルタ２１４を備えて構成されている。Ｒｘ段間フィルタ２０４からミキサ２０５へは、図１９に二本線で示したように、バランス性を確保するために各平衡信号にて送信することが好ましい。

また、上記通信装置２００は、送信を行うトランシーバ側（Ｔｘ側）として、上記アンテナ２０１および上記アンテナ共用部／ＲＦＴｏｐフィルタ２０２を共用するとともに、ＴｘＩＦフィルタ２２１、ミキサ２２２、Ｔｘ段間フィルタ２２３、アンプ２２４、カプラ２２５、アイソレータ２２６、ＡＰＣ（automatic power control （自動出力制御））２２７を備えて構成されている。

そして、上記のアンテナ共用部／ＲＦＴｏｐフィルタ２０２、Ｒｘ段間フィルタ２０４、１ｓｔＩＦフィルタ２０６、ＴｘＩＦフィルタ２２１、Ｔｘ段間フィルタ２２３には、上述した本実施の第一ないし第五形態に記載の圧電共振子や圧電フィルタが好適に利用できる。

本発明の圧電共振子は、以上の課題を解決するために、開口部若しくは凹部を有する基板と、前記開口部若しくは凹部上に形成されている、１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極及び下部電極を対向させて挟む構造の振動部とを有する圧電共振子において、前記振動部を除く位置で、かつ、前記上部電極および前記薄膜部の少なくとも一方の上に、放熱膜を形成したことを特徴としている。

上記構成によれば、放熱膜を設けることにより、圧電共振子の不要振動を低減できると同時に、大きな電力を加えても共振特性の劣化を回避できるように、放熱性・耐電力性を向上でき、動作安定性を改善できる。

上記圧電共振子では、前記放熱膜は、熱伝導率が約１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが望ましい。

上記圧電共振子においては、前記放熱膜は、Ｓｉ、ＡｌＮ、ダイヤモンドなどの絶縁材料からなっていてもよい。

上記圧電共振子では、前記放熱膜は、Ｃｕ、Ａ１、Ａｕ、Ａｇなどの金属材料若しくはＣｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇを主成分とする合金からなっていてもよい。

上記圧電共振子においては、前記放熱膜と振動部との間の距離が、振動部の振動波長の約１／２倍であることが好ましい。

上記圧電共振子では、前記振動部を除いて、前記開口部若しくは凹部全体が、前記放熱膜で覆われていてもよい。

上記圧電共振子においては、前記開口部若しくは凹部の周囲が、前記放熱膜で覆われていることが望ましい。

上記圧電共振子では、前記振動部の厚み方向視の形状が長さの異なる辺を有する多角形であり、かつ、少なくとも振動部の最も長い辺が開口部若しくは凹部の端部に沿って形成されていることが好ましい。

上記圧電共振子においては、前記振動部の最も長い辺の長さが、前記振動部における開口部若しくは凹部の前記端部から最も離れた点と、前記端部との距離よりも長いことが望ましい。

上記圧電共振子では、前記振動部の最も長い辺と前記開口部若しくは凹部の端部との距離が振動部の振動波長の約１／２倍であることが好ましい。

上記圧電共振子においては、前記振動部の全ての辺が開口部若しくは凹部の端部に沿って形成され、かつ前記振動部の全ての辺と前記開口部若しくは凹部の端部との距離が振動部の振動波長の約１／２倍であってもよい。

上記圧電共振子では、前記振動部の開口部若しくは凹部の端部に沿って形成された全ての辺の長さの和Ｗと、前記振動部における開口部若しくは凹部の端部から最も離れた点と、開口部若しくは凹部との距離Ｌが、Ｌ／Ｗ≦０．８を満たすことが望ましい。

上記圧電共振子においては、前記振動部分の厚み方向視の形状は、その長手方向が振動部の振動波長の２０倍以上、短手方向が振動波長の５倍以下であることが好ましい。

上記圧電共振子では、前記振動部分の厚み方向視の形状が、二等辺三角形であってもよい。

本発明の圧電共振子は、以上のように、開口部若しくは凹部上に形成されている、１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の振動部と上部電極と下部電極とを有する圧電共振子において、前記振動部を除く位置で、かつ、前記上部電極および前記薄膜部の少なくとも一方の上に、放熱膜を形成した構成である。

それゆえ、上記構成は、放熱膜を設けることにより、圧電共振子の不要振動を低減できると同時に、大きな電力を加えても共振特性の劣化を回避できるように、放熱性・耐電力性を向上でき、動作安定性を改善できるという効果を奏する。

本発明に係る実施の第一形態の圧電共振子を示す平面図である。 上記圧電共振子の、Ａ−Ａ’矢視断面図である。 上記圧電共振子における、振動部と放熱膜とのギャップと、放熱性との関係を示すグラフである。 上記圧電共振子における、放熱膜幅と、放熱性との関係を示すグラフである。 上記圧電共振子における、ダイヤフラムからのはみ出し量と、放熱性との関係を示すグラフである。 上記圧電共振子における、放熱膜厚と、放熱性との関係を示すグラフである。 上記圧電共振子をラダー型の圧電フィルタに適用した例を示す回路ブロック図であって、（ａ）はＬ型ラダー、（ｂ）はπ型ラダー、（ｃ）はＴ型ラダーを示す。 上記圧電フィルタを用いたデュプレクサのブロック図である。 上記圧電共振子の一変形例を示す断面図である。 本発明に係る実施の第二形態の圧電共振子および圧電フィルタを示す平面図である。 上記圧電共振子および圧電フィルタの、Ｂ−Ｂ’矢視断面図である。 上記圧電共振子および圧電フィルタにおける熱伝導を説明するための、直方体形状の固体の斜視図である。 本発明に係る実施の第三形態の圧電共振子および圧電フィルタを示す平面図である。 上記圧電共振子および圧電フィルタの断面図である。 上記圧電共振子および圧電フィルタのＬ／Ｗと、放熱性との関係を示すグラフである。 本発明に係る実施の第四形態の圧電共振子および圧電フィルタを示す平面図である。 上記圧電共振子および圧電フィルタの断面図である。 本発明に係る実施の第五形態の圧電フィルタを示し、（ａ）は回路ブロック図であり、（ｂ）は平面図であり、（ｃ）は上記（ｂ）のＤ−Ｄ’矢視断面図である。 本発明の通信装置の回路ブロック図である。

符号の説明

１０ 支持基板
１１ｂ 振動部
１４ 下部電極
１５ 圧電薄膜
１６ 上部電極
１８ 放熱膜

Claims (10)

1. 開口部若しくは凹部を有する基板と、前記開口部若しくは凹部上に形成されている、１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極及び下部電極を対向させて挟む構造の振動部とを有する圧電共振子において、
   振動部の厚み方向視の形状が長さの異なる辺を有する多角形であり、かつ、少なくとも振動部の最も長い辺が、前記圧電薄膜における前記開口部若しくは凹部の端部に沿って形成され、
   前記端部と、前記端部から最も離れた前記振動部の点との距離よりも、前記振動部の最も長い辺の長さが長いことを特徴とする、圧電共振子。
2. 前記振動部の最も長い辺と前記開口部若しくは凹部の端部との距離が振動部の振動波長の約１／２倍であることを特徴とする、請求項１に記載の圧電共振子。
3. 前記振動部の全ての辺が開口部若しくは凹部の端部に沿って形成され、且つ前記振動部の全ての辺と前記開口部若しくは凹部の端部との距離が振動部の振動波長の約１／２倍であることを特徴とする、請求項２に記載の圧電共振子。
4. 開口部若しくは凹部を有する基板と、前記開口部若しくは凹部上に形成されている、１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極及び下部電極を対向させて挟む構造の振動部とを有する圧電共振子において、
   振動部の厚み方向視の形状が長さの異なる辺を有する多角形であり、かつ、少なくとも振動部の最も長い辺が開口部若しくは凹部の端部に沿って形成され、
   前記振動部の開口部若しくは凹部の端部に沿って形成された全ての辺の長さの和Ｗと、前記振動部における開口部若しくは凹部の端部から最も離れた点と、開口部若しくは凹部との距離Ｌが、Ｌ／Ｗ≦０．８を満たすことを特徴とする、圧電共振子。
5. 開口部若しくは凹部を有する基板と、前記開口部若しくは凹部上に形成されている、１層以上の圧電薄膜を有する薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電極及び下部電極を対向させて挟む構造の振動部とを有する圧電共振子において、
   振動部の厚み方向視の形状が長さの異なる辺を有する多角形であり、かつ、少なくとも振動部の最も長い辺が開口部若しくは凹部の端部に沿って形成され、
   前記振動部分の厚み方向視の形状が、二等辺三角形であることを特徴とする、圧電共振子。
6. 前記圧電薄膜がＺｎＯ若しくはＡｌＮを主成分とすることを特徴とする請求項１ないし５の何れか１項に記載の圧電共振子。
7. 請求項１ないし６の何れか１項に記載の圧電共振子を用いたことを特徴とする圧電フィルタ。
8. 請求項１ないし６の何れか１項に記載の圧電共振子をラダー構成にしたことを特徴とする圧電フィルタ。
9. 請求項１ないし６の何れか１項に記載の圧電共振子を用いたことを特徴とするデュプレクサ。
10. 請求項１ないし６の何れか１項に記載の圧電共振子を有することを特徴とする通信装置。

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