JP4518877B2 - Surface acoustic wave device - Google Patents
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Description
本発明は、弾性表面波素子および通信装置に関するものである。より詳しくは、同一の圧電基板上に送信側フィルタおよび受信側フィルタの両方を配置した、分波器として使用される弾性表面波素子に関するものであり、特に送信側フィルタと受信側フィルタとの間のアイソレーション特性を改善した弾性表面波素子およびその弾性表面波素子を用いた通信装置に関するものである。 The present invention relates to a surface acoustic wave element and a communication device. More specifically, the present invention relates to a surface acoustic wave element used as a duplexer in which both a transmission side filter and a reception side filter are arranged on the same piezoelectric substrate, and in particular, between a transmission side filter and a reception side filter. The present invention relates to a surface acoustic wave element having improved isolation characteristics and a communication apparatus using the surface acoustic wave element.
近年、通信機端末の多機能化に伴い、実装部品はより小型・軽量化することが求められている。その中で送信側周波数帯(例えば低周波側周波数帯)の信号と受信側周波数帯(例えば高周波側周波数帯)の信号とを分離する分波器には、従来、誘電体を用いたものが使用されてきた。しかし、誘電体分波器は現状の通信規格の周波数帯では原理的に小型化できず、また、通過帯域近傍の減衰特性を急峻にできないため、送信側周波数帯と受信側周波数帯とが接近している通信規格では満足のいく特性が得られなかった。 In recent years, with the increase in the number of functions of communication device terminals, there is a demand for smaller and lighter mounting components. Among them, a duplexer that separates a signal in a transmission side frequency band (for example, a low frequency side frequency band) and a signal in a reception side frequency band (for example, a high frequency side frequency band) conventionally uses a dielectric. Have been used. However, the dielectric duplexer cannot be reduced in principle in the frequency band of the current communication standard, and the attenuation characteristic in the vicinity of the pass band cannot be steep, so that the transmission side frequency band and the reception side frequency band are close to each other. Satisfactory characteristics were not obtained with the communication standards.
そこで近年、弾性表面波素子を用いたフィルタを分波器に利用する試みがなされている。従来から弾性表面波フィルタは段間のフィルタとして使用されていたが、分波器として使用するには耐電力性が低かった。しかし、近年この耐電力性の問題は励振電極の電極構造や電極材料を工夫することで解決することができるようになってきたため、誘電体分波器より小型で通過帯域近傍の減衰特性の良い弾性表面波分波器(以下ではSAW−DPXと記す。)が現れ始めている。
段間で使用される従来のSAWフィルタでは、異なる周波数帯のフィルタを同一の圧電基板に形成することにより、フィルタ全体が実装ボード上に占める割合を小さくしてきた(以下ではこのようなSAWフィルタをDual−SAWフィルタと記す。)。同様にSAW−DPXにおいても、送信側周波数帯のフィルタ(以下ではTxフィルタと記す。)と受信側周波数帯のフィルタ(以下ではRxフィルタと記す。)とを同一の圧電基板上に形成することにより小型化を図ることができる。 In the conventional SAW filter used between the stages, the ratio of the entire filter on the mounting board has been reduced by forming filters of different frequency bands on the same piezoelectric substrate (hereinafter, such a SAW filter is referred to as a SAW filter). This is referred to as a Dual-SAW filter.) Similarly, in SAW-DPX, a transmission-side frequency band filter (hereinafter referred to as a Tx filter) and a reception-side frequency band filter (hereinafter referred to as an Rx filter) are formed on the same piezoelectric substrate. Therefore, the size can be reduced.
しかし、実際に同一の圧電基板上にTxフィルタとRxフィルタとを形成すると、両フィルタ間でのアイソレーション特性が通信機端末における要求仕様を満足できないことが問題となっていた。このアイソレーション特性とは、一方のフィルタから他方のフィルタに漏れる信号の特性のことであり、このような信号の漏れはできるだけ小さく抑える必要がある。特に分波器においては、送信側で増幅された電力の大きい送信信号がTxフィルタからRxフィルタに漏れて受信側に漏れると、もともと電力の小さい受信信号を受信することができなくなってしまう。このため、分波器に要求されるアイソレーション特性の仕様では信号の漏れを極めて小さく抑えることが要求されており、段間で使用されるDual−SAWフィルタに要求される仕様に比べて非常に厳しくなっている。 However, when the Tx filter and the Rx filter are actually formed on the same piezoelectric substrate, there has been a problem that the isolation characteristics between the two filters cannot satisfy the required specifications in the communication terminal. This isolation characteristic is a characteristic of a signal leaking from one filter to the other filter, and it is necessary to suppress such signal leakage as small as possible. In particular, in a duplexer, if a transmission signal with high power amplified on the transmission side leaks from the Tx filter to the Rx filter and leaks to the reception side, a reception signal with low power cannot be received from the beginning. For this reason, the specification of the isolation characteristic required for the duplexer requires that the signal leakage be extremely small, which is much higher than the specification required for the Dual-SAW filter used between stages. It is getting strict.
このフィルタ間でのアイソレーション特性の劣化の原因の一つは、弾性表面波の漏れであると考えられる。特にSAW−DPXでは、Txフィルタを形成する励振電極で励振された弾性表面波をその励振電極中に充分に閉じ込めることができず、Txフィルタの励振電極から漏れた弾性表面波が圧電基板の表面を伝搬し、これがRxフィルタを形成する励振電極によって受信されてしまうことにより、TxフィルタからRxフィルタへと信号が漏れてしまい、アイソレーション特性が劣化すると考えられる。その概念を図9にSAW−DPXの弾性表面波素子の一例を示す上面図に示す。 One of the causes of the deterioration of the isolation characteristic between the filters is considered to be surface acoustic wave leakage. In particular, in SAW-DPX, the surface acoustic wave excited by the excitation electrode forming the Tx filter cannot be sufficiently confined in the excitation electrode, and the surface acoustic wave leaking from the excitation electrode of the Tx filter is And is received by the excitation electrode forming the Rx filter, the signal leaks from the Tx filter to the Rx filter, and the isolation characteristic is considered to deteriorate. FIG. 9 is a top view showing the concept of the SAW-DPX surface acoustic wave element.
図9において、1は弾性表面波素子であり、圧電基板2の一方主面にTxフィルタ領域12(破線で囲んで示す。)およびRxフィルタ領域13(破線で囲んで示す。)が設けられ、各領域にはそれぞれ複数の励振電極3および励振電極3間を接続する接続電極4からなる弾性表面波フィルタが形成されている。5はTxフィルタの入力パッド部、6はアンテナへ接続されるTxフィルタの出力パッド部、7はアンテナへ接続されるRxフィルタの入力パッド部、8はRxフィルタの出力パッド部である。また、9は接地電極であり、10はTxフィルタ領域12とRxフィルタ領域13とを個別に取り囲むように形成された環状導体である。
In FIG. 9,
この弾性表面波素子1においては、Txフィルタ領域12とRxフィルタ領域13とを個別に環状導体10で取り囲むことによって電気的に分離しているが、Txフィルタ領域12の励振電極3とRxフィルタ領域13の励振電極3とが、それぞれの弾性表面波の伝搬経路の方向とが重なるように配置されているため、Txフィルタ領域12の励振電極3からRxフィルタ領域13の励振電極3に図9中に矢印で示すように弾性表面波の漏れ14が生じてしまい、これによってアイソレーション特性が劣化してしまうという問題点があった。
In the surface
このような問題点に対して、同一の圧電基板2に形成していたTxフィルタ領域12とRxフィルタ領域13とを別個の圧電基板に形成して分断することにより、弾性表面波の漏れ14の伝搬を遮断してアイソレーション特性を改善する試みがなされている(例えば、非特許文献1を参照。)。しかし、このような試みでは確かにアイソレーション特性は改善するが、もともと一体に形成していたTxフィルタ領域12とRxフィルタ領域13とを別個の圧電基板に分断して形成するので、TxフィルタとRxフィルタとを実装用基体に実装した場合に分波器として機能する領域の占める面積は、Txフィルタ領域12とRxフィルタ領域13とを同一の圧電基板2に一体に形成した場合に比べて大きくなってしまうため、小型化の要求に応えることができないという問題点がある。
To solve this problem, the
そこで、従来は図9に示すように配置していたTxフィルタ領域12およびRxフィルタ領域13の励振電極3を、弾性表面波の伝搬経路が重ならないように、例えば図10に示す弾性表面波素子の上面図におけるように配置すると、Txフィルタ領域12とRxフィルタ領域13とを別個の圧電基板に分断することなく同一の圧電基板2上に形成して小型化を図りつつ、アイソレーション特性が改善された小型のSAW−DPXとすることができるはずである。図10において図9と同様の箇所には同じ符号を付してあり、図10に示す弾性表面波素子では、Txフィルタ領域12およびRxフィルタ領域13のそれぞれの励振電極3を弾性表面波の伝搬経路が平行となるように配置しており、Txフィルタ領域12の励振電極3から弾性表面波が漏れても、それをRxフィルタ領域13の励振電極3で受けることがないので、アイソレーション特性は劣化しないというものである。
Therefore, the surface acoustic wave element shown in FIG. 10 is used so that the
しかし、本発明者らが詳細な実験を行なったところ、図10に示すような励振電極の配置としてもアイソレーション特性は改善されなかった。これはアイソレーション特性の劣化の原因が弾性表面波の漏れだけではないことを意味している。 However, when the inventors conducted detailed experiments, the isolation characteristics were not improved even with the arrangement of the excitation electrodes as shown in FIG. This means that the cause of deterioration of the isolation characteristics is not only the leakage of surface acoustic waves.
そこで、本発明者らが詳細に検討を重ねた結果、アイソレーション特性の劣化に関して従来は知られていなかった原因を見出し、その解決手段として本発明を案出するに至った。 Therefore, as a result of detailed studies by the present inventors, a cause that has not been known in the past regarding the deterioration of the isolation characteristic has been found, and the present invention has been devised as a solution.
本発明は、以上のように従来のDual−SAWフィルタでは問題では無かったが同一の圧電基板にTxフィルタとRxフィルタとを一体に形成したSAW−DPXでは問題となっていたアイソレーション特性を改善するべく案出されたものであり、その目的は、TxフィルタとRxフィルタとを別個の圧電基板に分断することなしに、小型で優れたアイソレーション特性を有する弾性表面波装置を提供することにある。 As described above, the present invention improves the isolation characteristic which is not a problem with the conventional Dual-SAW filter but is a problem with the SAW-DPX in which the Tx filter and the Rx filter are integrally formed on the same piezoelectric substrate. The object of the present invention is to provide a surface acoustic wave device that is small and has excellent isolation characteristics without dividing the Tx filter and the Rx filter into separate piezoelectric substrates. is there.
また、本発明の他の目的は、TxフィルタとRxフィルタとを一体に集積したデュプレクサ以外の分波器にも適用することができる、小型で優れたアイソレーション特性を有する弾性表面波装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a small surface acoustic wave device having excellent isolation characteristics that can be applied to a duplexer other than a duplexer in which a Tx filter and an Rx filter are integrated. There is to do.
本発明者らは、詳細な実験とシミュレーションとによって、アイソレーション特性の劣化が圧電基板の一方主面に形成されたTxフィルタの入力電極とRxフィルタの出力電極とが、通常は圧電基板の他方主面(以下では裏面とも記す。)の全面にわたって形成されている裏面導体層を介して容量的に結合していることが原因であることを突き止めた。このシミュレーション結果およびシミュレーションに使用した回路の概念図を図11に示す。 Based on detailed experiments and simulations, the present inventors have found that the input electrode of the Tx filter and the output electrode of the Rx filter formed on one main surface of the piezoelectric substrate are deteriorated in isolation characteristics. It has been found that this is caused by capacitive coupling through the back conductor layer formed over the entire main surface (hereinafter also referred to as the back surface). FIG. 11 shows a conceptual diagram of the simulation result and the circuit used for the simulation.
図11において、(a)は寄生容量が無い場合の回路図およびアイソレーション特性の例を示す線図であり、(b)は寄生容量がある場合の回路図およびアイソレーション特性の例を示す線図である。図11(b)で示した寄生容量はTxフィルタの入力パッド部とRxフィルタの出力パッド部との間に存在する寄生容量であり、50fF程度の非常に微小な寄生容量である。図11に示す結果から、このような非常に微小な寄生容量が存在するだけで、アイソレーション特性が劣化していることが分かる。すなわち、図11(a)および(b)の比較から分かるように、869MHzから894MHzでの信号強度が、このような寄生容量がある場合には(b)に示すように−30〜−40dBであったものが、寄生容量がない場合には(a)に示すように−50dB以下となっており、寄生容量がないことによってアイソレーション特性が大きく改善していることが分かる。 11, (a) is a circuit diagram when there is no parasitic capacitance and a diagram showing an example of isolation characteristics, and (b) is a circuit diagram when there is a parasitic capacitance and lines showing examples of isolation characteristics. FIG. The parasitic capacitance shown in FIG. 11B is a parasitic capacitance existing between the input pad portion of the Tx filter and the output pad portion of the Rx filter, and is a very small parasitic capacitance of about 50 fF. From the results shown in FIG. 11, it can be seen that the isolation characteristic is deteriorated only by such a very small parasitic capacitance. That is, as can be seen from the comparison between FIGS. 11A and 11B, the signal intensity from 869 MHz to 894 MHz is −30 to −40 dB as shown in FIG. However, when there is no parasitic capacitance, it is −50 dB or less as shown in (a), and it can be seen that the isolation characteristic is greatly improved by the absence of parasitic capacitance.
このような50fF程度の寄生容量は、例えば圧電基板に厚み250μmのタンタル酸リチウム単結晶基板を用いた場合であれば、比誘電率を42.7として計算すると、圧電基板の表面と裏面とに一辺が約180μmの方形の電極が対向してある場合に形成される容量に相当する。通常、弾性表面波フィルタの入出力パッド部の面積はこの程度のものとなるため、シミュレーションで寄生容量として挿入した値は妥当に現実を反映した値であると言える。なお、アイソレーション特性に最も影響を与えるのは、ここで説明したTxフィルタの入力パッド部とRxフィルタの出力パッド部との間の寄生容量であるが、各フィルタの励振電極を接続する接続電極と各フィルタの入出力パッド部との間および一方のフィルタの励振電極を接続する接続電極と他方のフィルタの励振電極を接続する接続電極との間に発生する寄生容量も、同様にアイソレーション特性を劣化させる。 Such a parasitic capacitance of about 50 fF, for example, in the case of using a 250 μm-thick lithium tantalate single crystal substrate as the piezoelectric substrate, is calculated with a relative permittivity of 42.7. This corresponds to a capacitance formed when square electrodes of about 180 μm are opposed to each other. Usually, since the area of the input / output pad portion of the surface acoustic wave filter is about this level, it can be said that the value inserted as the parasitic capacitance in the simulation is a value that appropriately reflects the reality. Note that the parasitic capacitance between the input pad portion of the Tx filter and the output pad portion of the Rx filter described here has the most influence on the isolation characteristic, but the connection electrode that connects the excitation electrode of each filter. The parasitic capacitance generated between the input and output pad of each filter and between the connection electrode that connects the excitation electrode of one filter and the connection electrode that connects the excitation electrode of the other filter is similarly isolated. Deteriorate.
弾性表面波素子は圧電基板上に作製される櫛歯状の励振電極を用いた素子である。通常、圧電体は急激な温度変化により焦電性を示すため、圧電基板を用いて素子を作製する際に急激な温度変化のある工程を通すと、圧電基板の焦電性のためスパークが発生して素子を破壊(焦電破壊)してしまうこととなる。そこで、なるべく圧電基板に電荷が蓄積しないようにするために、圧電基板の裏面の全面にわたって導体層を成膜することが一般的となっている。しかし、本発明者らは、この裏面導体層は素子作製工程中は焦電破壊防止に有効であるが、弾性表面波素子のアイソレーション特性には有害であるということを見出した。 A surface acoustic wave element is an element using comb-like excitation electrodes fabricated on a piezoelectric substrate. Usually, a piezoelectric body exhibits pyroelectricity due to a sudden temperature change, so when manufacturing a device using a piezoelectric substrate, if a process with a sudden temperature change is performed, a spark is generated due to the pyroelectricity of the piezoelectric substrate. As a result, the element is destroyed (pyroelectric breakdown). Therefore, in order to prevent electric charges from being accumulated in the piezoelectric substrate as much as possible, it is common to form a conductor layer over the entire back surface of the piezoelectric substrate. However, the present inventors have found that this back conductor layer is effective in preventing pyroelectric breakdown during the device fabrication process, but is harmful to the isolation characteristics of the surface acoustic wave device.
ところで、この裏面導体層を実装用基体の接地電極と導通させることにより各フィルタの入出力パッド部間の容量的な結合はある程度小さくすることができるが、この対策ではアイソレーション特性の改善は充分ではない。また、圧電基板の裏面(裏面導体層の形成面)と実装用基体の主面とを対向させて弾性表面波素子を実装する場合には実装用基体の主面に接地電極を設ければよいが、この場合は改めて圧電基板の表面側に振動空間を確保して励振電極を外部から守るために、リッドやカバーを取着することによって圧電基板の表面を保護する必要がある。しかし、この場合にはリッドやカバーを取着する面積が別途必要なため、弾性表面波装置の小型化には不利である。また、圧電基板の表面(励振電極の形成面)と実装用基体の主面とを対向させてその間に振動空間を確保して実装(フリップチップ実装)する場合は、小型化には有利であるが、圧電基板の裏面の裏面導体層が接地電位のとれる実装用基体の主面と空間的に離れてしまうので、裏面導体層から実装用基体の主面上の接地電極まで接地を取るには余分な工程を必要とするため製造コストが高くなってしまうという問題点がある。 By the way, by making this backside conductor layer conductive with the ground electrode of the mounting substrate, the capacitive coupling between the input / output pad portions of each filter can be reduced to some extent, but this measure is sufficient to improve the isolation characteristics. is not. Further, when the surface acoustic wave element is mounted with the back surface of the piezoelectric substrate (the surface on which the back conductor layer is formed) facing the main surface of the mounting substrate, a ground electrode may be provided on the main surface of the mounting substrate. In this case, however, it is necessary to protect the surface of the piezoelectric substrate by attaching a lid or cover in order to secure a vibration space on the surface side of the piezoelectric substrate and protect the excitation electrode from the outside. However, this requires a separate area for attaching the lid and cover, which is disadvantageous for downsizing the surface acoustic wave device. Further, when mounting (flip chip mounting) with the vibration space secured between the surface of the piezoelectric substrate (excitation electrode forming surface) and the main surface of the mounting substrate, it is advantageous for miniaturization. However, since the back conductor layer on the back surface of the piezoelectric substrate is spatially separated from the main surface of the mounting substrate where the ground potential can be obtained, to ground from the back conductor layer to the ground electrode on the main surface of the mounting substrate. Since an extra process is required, there is a problem that the manufacturing cost is increased.
また、SAW−DPXの励振電極で励振された弾性表面波は、一部バルク波に変換されて圧電基板中を伝搬し、圧電基板の裏面で反射されて再び圧電基板の表面に到達する。そのため、特に分波器においては、送信側で増幅された電力の大きい送信信号がTxフィルタで発生したバルク波がRxフィルタに漏れて受信側に漏れると、もともと電力の小さい受信信号を受信することができなくなってしまう。このように、バルク波が原因となり、弾性表面波装置のアイソレーション特性を劣化させることがある。 In addition, the surface acoustic wave excited by the SAW-DPX excitation electrode is partially converted into a bulk wave and propagates through the piezoelectric substrate, is reflected by the back surface of the piezoelectric substrate, and reaches the surface of the piezoelectric substrate again. Therefore, especially in a duplexer, when a bulk wave generated by a Tx filter leaks to a reception side after a transmission signal amplified by a transmission side has a large power, it receives a reception signal having a low power originally. Will not be able to. As described above, bulk waves may cause the isolation characteristics of the surface acoustic wave device to deteriorate.
そこで本発明では以下のような弾性表面波装置とし、上記の課題を解決するものである。 Therefore, in the present invention, the following surface acoustic wave device is used to solve the above-described problems.
本発明の弾性表面波装置は、(1)圧電基板の一方主面にそれぞれ励振電極と入力パッド部と出力パッド部とを具備する送信側フィルタ領域および受信側フィルタ領域が形成されているとともに、他方主面に半導体層が形成された弾性表面波素子を、実装用基体上に前記一方主面を対面させて実装していることを特徴とするものである。 In the surface acoustic wave device of the present invention, (1) a transmission-side filter region and a reception-side filter region each having an excitation electrode, an input pad portion, and an output pad portion are formed on one main surface of the piezoelectric substrate, A surface acoustic wave element having a semiconductor layer formed on the other main surface is mounted on a mounting substrate with the one main surface facing each other.
また、本発明の弾性表面波装置は、(2)上記(1)の構成において、前記半導体層は、シリコン,ゲルマニウム,酸化チタン,酸化亜鉛,窒化アルミニウムのうち少なくとも1つまたはそれを主成分とする材料からなることを特徴とするものである。 In the surface acoustic wave device according to the present invention, (2) in the configuration of (1), the semiconductor layer is composed mainly of at least one of silicon, germanium, titanium oxide, zinc oxide, and aluminum nitride. It is characterized by being made of a material.
また、本発明の弾性表面波装置は、(3)上記(1)の構成において、前記半導体層は、酸素含有量が化学量論比組成より少ない、タンタル酸リチウム単結晶またはニオブ酸リチウム単結晶または四ホウ酸リチウム単結晶から成ることを特徴とするものである。 In the surface acoustic wave device according to the present invention, (3) in the configuration of (1), the semiconductor layer has a lithium tantalate single crystal or a lithium niobate single crystal in which the oxygen content is less than the stoichiometric composition. Or it consists of a lithium tetraborate single crystal.
また、本発明の弾性表面波装置は、(4)上記(1)乃至(3)の各構成において、前記半導体層は、前記他方主面の全面を被覆していることを特徴とするものである。 In the surface acoustic wave device according to the present invention, (4) in each of the configurations (1) to (3), the semiconductor layer covers the entire surface of the other main surface. is there.
また、本発明の弾性表面波装置は、(5)上記(1)乃至(3)の各構成において、前記半導体層は、前記他方主面の一部に非形成領域を有していることを特徴とするものである。 In the surface acoustic wave device according to the present invention, (5) in each of the configurations (1) to (3), the semiconductor layer has a non-formation region in a part of the other main surface. It is a feature.
また、本発明の弾性表面波装置は、(6)上記(1)乃至(5)の各構成において、前記圧電基板は、前記一方主面側に配された圧電材料と、この圧電材料よりも比誘電率の小さい他の材料とからなる複合基板であることを特徴とするものである。 In the surface acoustic wave device according to the present invention, (6) in each of the constitutions (1) to (5), the piezoelectric substrate includes a piezoelectric material disposed on the one main surface side, and It is a composite substrate made of another material having a small relative dielectric constant.
また、本発明の弾性表面波装置は、(7)上記(1)乃至(6)の各構成において、前記圧電基板の前記一方主面に前記送信側フィルタ領域および受信側フィルタ領域を取り囲んで環状導体が形成されており、この環状導体が前記実装用基体上に対応して形成された基体側環状導体に接合されていることを特徴とするものである。 In the surface acoustic wave device according to the present invention, (7) in each of the configurations (1) to (6), the one main surface of the piezoelectric substrate surrounds the transmission-side filter region and the reception-side filter region. A conductor is formed, and this annular conductor is joined to a substrate-side annular conductor formed correspondingly on the mounting substrate.
また、本発明の弾性表面波装置は、(8)上記(7)の構成において、前記励振電極が抵抗体を介して前記環状導体に電気的に接続されており、この環状導体が接地電位とされていることを特徴とするものである。 In the surface acoustic wave device according to the present invention, (8) in the configuration of (7), the excitation electrode is electrically connected to the annular conductor via a resistor, and the annular conductor has a ground potential. It is characterized by being.
本発明の通信装置は、上記(1)乃至(8)の構成のいずれかの本発明の弾性表面波装置を分波器として用いたことを特徴とするものである。 A communication apparatus according to the present invention is characterized in that the surface acoustic wave device according to the present invention having any one of the above configurations (1) to (8) is used as a duplexer.
本発明の弾性表面波装置において圧電基板の他方主面に形成されている半導体層は、直流的に見ると導体であるが、弾性表面波素子に形成されたフィルタの通過帯域付近の周波数では充分に高抵抗であるという周波数特性を持った層をいうものである。このような周波数特性は主に半導体層中のキャリアの移動度の周波数特性によるものである。キャリアの移動度の周波数特性は半導体層の結晶性,結晶粒径,不純物密度等を調整することで、所望の値に設定することができる。 In the surface acoustic wave device of the present invention, the semiconductor layer formed on the other principal surface of the piezoelectric substrate is a conductor when viewed in terms of DC, but the frequency near the pass band of the filter formed on the surface acoustic wave element is sufficient. It is a layer having a frequency characteristic of high resistance. Such frequency characteristics are mainly due to the frequency characteristics of carrier mobility in the semiconductor layer. The frequency characteristics of carrier mobility can be set to a desired value by adjusting the crystallinity, crystal grain size, impurity density, and the like of the semiconductor layer.
本発明の弾性表面波装置によれば、弾性表面波素子の圧電基板の他方主面に半導体層が形成されていることにより、弾性表面波素子に形成されたフィルタの通過帯域付近の周波数では半導体層の中のキャリアが応答しない移動度とすることができるため、圧電基板の一方主面上の入力パッド部および出力パッド部との間に圧電基板の他方主面を介した容量結合が形成されることがない。従って、従来、寄生容量に起因して劣化していたアイソレーション特性を大幅に改善することができる。さらに、圧電基板の他方主面に直流的には導体である半導体層が形成されていることにより、製造プロセスにおける急激な温度変化により発生する電荷を効率的に逃がすことが可能となり、圧電基板の焦電性に起因する焦電破壊等の電極へのダメージを防止する効果を得ることができる。従って、本発明の弾性表面波装置によれば、焦電破壊を良好に防止する効果とアイソレーション特性の劣化を防止する効果との両方を得ることができる。 According to the surface acoustic wave device of the present invention, the semiconductor layer is formed on the other main surface of the piezoelectric substrate of the surface acoustic wave element, so that the semiconductor has a frequency near the passband of the filter formed in the surface acoustic wave element. Since the mobility in the carrier in the layer can be made unresponsive, capacitive coupling is formed between the input pad portion and the output pad portion on one main surface of the piezoelectric substrate via the other main surface of the piezoelectric substrate. There is nothing to do. Therefore, it is possible to greatly improve the isolation characteristics that have been deteriorated due to the parasitic capacitance. Furthermore, by forming a semiconductor layer that is a direct current conductor on the other main surface of the piezoelectric substrate, it is possible to efficiently release charges generated by a rapid temperature change in the manufacturing process. An effect of preventing damage to the electrode such as pyroelectric breakdown due to pyroelectricity can be obtained. Therefore, according to the surface acoustic wave device of the present invention, it is possible to obtain both the effect of preventing pyroelectric breakdown well and the effect of preventing deterioration of isolation characteristics.
また、本発明の弾性表面波装置によれば、半導体層がシリコン,ゲルマニウム,酸化チタン,酸化亜鉛,窒化アルミニウムのうち少なくとも1つまたはそれを主成分とする材料からなるときには、スパッタリング法や蒸着法等の簡易な成膜方法で、成膜圧力,成膜速度,成膜温度等の成膜条件を適当に調整することにより適当なキャリア移動度を持つ半導体層を形成することができる。また、適当な元素を添加したり組成比を調整したりすることにより、直流的に適当な導電率を持つよう調整することができる。 Further, according to the surface acoustic wave device of the present invention, when the semiconductor layer is made of at least one of silicon, germanium, titanium oxide, zinc oxide, and aluminum nitride, or a material mainly composed thereof, a sputtering method or a vapor deposition method. A semiconductor layer having an appropriate carrier mobility can be formed by appropriately adjusting film forming conditions such as a film forming pressure, a film forming speed, and a film forming temperature by a simple film forming method such as the above. Further, by adding an appropriate element or adjusting the composition ratio, it can be adjusted to have an appropriate conductivity in terms of direct current.
また、本発明の弾性表面波装置によれば、半導体層が酸素含有量が化学量論比組成より少ない、タンタル酸リチウム単結晶またはニオブ酸リチウム単結晶または四ホウ酸リチウム単結晶から成るときには、これらから成る半導体層は圧電基板の一方主面上に電極等を作製する前に圧電基板を還元処理することにより作製することができるため、弾性表面波素子の作製工程に変更を加える必要が無い。 Further, according to the surface acoustic wave device of the present invention, when the semiconductor layer is composed of a lithium tantalate single crystal, a lithium niobate single crystal, or a lithium tetraborate single crystal having an oxygen content less than the stoichiometric composition, Since the semiconductor layer composed of these can be manufactured by reducing the piezoelectric substrate before forming an electrode or the like on one main surface of the piezoelectric substrate, there is no need to change the manufacturing process of the surface acoustic wave element. .
また、本発明の弾性表面波装置によれば、半導体膜が他方主面の全面を被覆しているときには、製造プロセスにおける急激な温度変化により発生する電荷をより効率的に逃がすことが可能となり、圧電基板の焦電性に起因する焦電破壊等の電極へのダメージをより確実に防止する効果を得ることができる。従って、この本発明の弾性表面波装置によれば、焦電破壊を良好に防止する効果とアイソレーション特性の劣化を防止する効果との両方を得ることができる。 Further, according to the surface acoustic wave device of the present invention, when the semiconductor film covers the entire surface of the other main surface, it becomes possible to more efficiently release charges generated by a rapid temperature change in the manufacturing process, An effect of more reliably preventing damage to the electrode such as pyroelectric breakdown due to the pyroelectric property of the piezoelectric substrate can be obtained. Therefore, according to the surface acoustic wave device of the present invention, it is possible to obtain both an effect of preventing pyroelectric breakdown well and an effect of preventing deterioration of isolation characteristics.
また、本発明の弾性表面波装置によれば、半導体膜が他方主面の一部に非形成領域を有しており、その他方主面の一部を被覆していないときには、全面を被覆している場合に比べて非形成領域の分だけ半導体層の形成面積が小さくなるため、より確実に寄生容量の形成を防止することができる。特に、半導体層のキャリアの移動度を半導体層の形成条件を調整しても充分に小さくできなかった場合に、この構成は非常に有効である。従って、従来、寄生容量に起因して劣化していたアイソレーション特性を大幅に改善することができる。 Further, according to the surface acoustic wave device of the present invention, when the semiconductor film has a non-formation region in a part of the other main surface and does not cover a part of the other main surface, the entire surface is covered. Since the formation area of the semiconductor layer is reduced by an amount corresponding to the non-formation region, the formation of parasitic capacitance can be prevented more reliably. In particular, this configuration is very effective when the carrier mobility of the semiconductor layer cannot be reduced sufficiently even by adjusting the formation conditions of the semiconductor layer. Therefore, it is possible to greatly improve the isolation characteristics that have been deteriorated due to the parasitic capacitance.
また、本発明の弾性表面波装置によれば、圧電基板が一方主面側に配された圧電材料と、この圧電材料よりも比誘電率の小さい他の材料とからなる複合基板であるときには、半導体層と圧電基板の一方主面に形成された入力パッド部および出力パッド部との間の実効比誘電率を小さくできるため、より確実に寄生容量の形成を防止することができる。特に、半導体層のキャリアの移動度を半導体層の形成条件を調整しても充分に小さくできなかった場合に、この構成は非常に有効である。従って、従来、寄生容量に起因して劣化していたアイソレーション特性を大幅に改善することができる。 Further, according to the surface acoustic wave device of the present invention, when the piezoelectric substrate is a composite substrate made of a piezoelectric material disposed on one main surface side and another material having a relative dielectric constant smaller than that of the piezoelectric material, Since the effective relative dielectric constant between the input pad portion and the output pad portion formed on one main surface of the semiconductor layer and the piezoelectric substrate can be reduced, the formation of parasitic capacitance can be prevented more reliably. In particular, this configuration is very effective when the carrier mobility of the semiconductor layer cannot be reduced sufficiently even by adjusting the formation conditions of the semiconductor layer. Therefore, it is possible to greatly improve the isolation characteristics that have been deteriorated due to the parasitic capacitance.
また、本発明の弾性表面波装置によれば、圧電基板の一方主面に送信側フィルタ領域および受信側フィルタ領域を取り囲んで環状導体が形成されており、この環状導体が実装用基体上に対応して形成された基体側環状導体に接合されているときには、これら環状導体および基体側環状導体を接合することによって弾性表面波素子を実装用基体上に強固に、かつ励振電極および入力パッド部および出力パッド部を気密に封止した状態で実装することができるため、後述するように実装用基体上に弾性表面波素子を実装した後に圧電基板の他方主面の半導体層を加工する場合に、圧電基板の一方主面に形成されている励振電極にダメージを与えずに加工することができる。なお、この環状導体の形状は、送信側フィルタ領域および受信側フィルタ領域を個別に囲む形状であっても、共に囲む形状であっても構わない。 Further, according to the surface acoustic wave device of the present invention, the annular conductor is formed on one main surface of the piezoelectric substrate so as to surround the transmission side filter region and the reception side filter region, and this annular conductor corresponds to the mounting substrate. When the substrate-side annular conductor is joined to the substrate-side annular conductor, the surface-acoustic wave element is firmly formed on the mounting substrate by joining the annular conductor and the substrate-side annular conductor, and the excitation electrode, the input pad portion, and Since the output pad portion can be mounted in an airtightly sealed state, when the surface acoustic wave element is mounted on the mounting base as described later, when processing the semiconductor layer on the other main surface of the piezoelectric substrate, Processing can be performed without damaging the excitation electrode formed on the one main surface of the piezoelectric substrate. The shape of the annular conductor may be a shape that individually surrounds the transmission-side filter region and the reception-side filter region or a shape that surrounds both.
また、本発明の弾性表面波装置によれば、励振電極が抵抗体を介して環状導体に電気的に接続されており、この環状導体が接地電位とされているときには、励振電極は直流的には接地電位に接続されているが、弾性表面波装置が使用される周波数帯ではほぼ接地電位からは絶縁されている状態とすることができるため、フィルタの帯域通過特性に影響を与えずに励振電極に電荷が蓄積することを防止できる。従って、圧電基板の他方主面の全面に半導体層が無くとも、弾性表面波装置の焦電破壊を確実に防止することができる。 Further, according to the surface acoustic wave device of the present invention, the excitation electrode is electrically connected to the annular conductor via the resistor, and when the annular conductor is at the ground potential, the excitation electrode is DC-connected. Is connected to the ground potential, but in the frequency band in which the surface acoustic wave device is used, it can be isolated from the ground potential, so excitation without affecting the band-pass characteristics of the filter. Charges can be prevented from accumulating on the electrode. Therefore, pyroelectric breakdown of the surface acoustic wave device can be reliably prevented even if the semiconductor layer is not provided on the entire other main surface of the piezoelectric substrate.
そして、本発明の通信装置によれば、以上のような本発明の弾性表面波装置を分波器として用いたことにより、分波器に対して要求されている厳しいアイソレーション特性を満たすことができるものが得られ、また、弾性表面波装置が良好なアイソレーション特性を有する分波器でありながら小型であるので、他部品の実装面積をより大きく取ることができ、部品の選択の幅が広がるため、高機能な通信装置を実現することができる。 According to the communication device of the present invention, the above-described surface acoustic wave device of the present invention is used as a duplexer, thereby satisfying severe isolation characteristics required for the duplexer. In addition, since the surface acoustic wave device is a small-sized duplexer having good isolation characteristics, the mounting area of other components can be increased, and the range of component selection can be increased. Since it spreads, a highly functional communication apparatus can be realized.
以上のように、本発明によれば、同一の圧電基板上に送信側フィルタと受信側フィルタとを、アイソレーション特性を大幅に改善して、一体に形成することができる。従って、送信側フィルタと受信側フィルタとを別個の圧電基板に作製したものよりも小型のSAW−DPXを作製することができる。また、1枚の圧電基板から多数個の弾性表面波装置を得ることができるので、弾性表面波装置の低価格化を実現することができる。また、圧電基板の一方主面(励振電極の形成面)を実装用基体の主面に対向させた実装(フリップチップ実装)を行なっても、Txフィルタの入力電極とRxフィルタの出力電極とが他方主面の半導体層を介しては容量結合することがないので、小型のSAW−DPXでありながらアイソレーション特性を劣化させない弾性表面波装置を得ることができ、しかも、作製工程において圧電基板の他方主面の全面に導体層が無くとも弾性表面波素子の焦電破壊を防止することができる。また、近年の部品に対する小型化・低背化の要求から、弾性表面波装置に対しても圧電基板の厚みを薄くすることが求められているが、圧電基板が薄くなるほど圧電基板の一方主面の電極と他方主面の導体層との間の容量は大きくなり、従って寄生容量を介した容量結合によって起こるアイソレーション特性の劣化はさらに深刻化することとなるが、これに対しても、他方主面に半導体層を形成することにより、薄型でかつ良好なアイソレーション特性を有する弾性表面波装置を得ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to integrally form the transmission side filter and the reception side filter on the same piezoelectric substrate with greatly improved isolation characteristics. Therefore, a SAW-DPX that is smaller than the one in which the transmission side filter and the reception side filter are produced on separate piezoelectric substrates can be produced. In addition, since a large number of surface acoustic wave devices can be obtained from one piezoelectric substrate, it is possible to reduce the cost of the surface acoustic wave device. Further, even when mounting (flip chip mounting) is performed with one main surface (excitation electrode forming surface) of the piezoelectric substrate facing the main surface of the mounting substrate, the input electrode of the Tx filter and the output electrode of the Rx filter are not Since there is no capacitive coupling through the semiconductor layer on the other main surface, it is possible to obtain a surface acoustic wave device that is a small SAW-DPX but does not deteriorate the isolation characteristics. On the other hand, the pyroelectric breakdown of the surface acoustic wave element can be prevented even if there is no conductor layer on the entire main surface. Also, due to recent demands for miniaturization and low profile of parts, surface acoustic wave devices are also required to reduce the thickness of the piezoelectric substrate. However, the thinner the piezoelectric substrate, the one main surface of the piezoelectric substrate. The capacitance between the other electrode and the conductor layer on the other main surface becomes large, and therefore the deterioration of the isolation characteristic caused by capacitive coupling through the parasitic capacitance becomes more serious. By forming a semiconductor layer on the main surface, a thin surface acoustic wave device having good isolation characteristics can be obtained.
そして、本発明の弾性表面波装置は、良好なアイソレーション特性を有するものでありながら小型である、分波器として好適なものであるので、他部品の実装面積を大きく取れる等により、高機能を実現できる通信装置を作製することができる。 The surface acoustic wave device according to the present invention is suitable as a duplexer that has a good isolation characteristic but is small in size. Can be manufactured.
以下、本発明の弾性表面波装置の実施の形態の例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する図面において同様の箇所には同じ符号を付すものとする。また、各電極の大きさや電極間の距離等、あるいは電極指の本数や間隔等については、説明のために模式的に図示したものであるので、これらに限定されるものではない。 Hereinafter, an example of an embodiment of a surface acoustic wave device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings described below, the same portions are denoted by the same reference numerals. Further, the size of each electrode, the distance between the electrodes, the number of electrode fingers, the interval, and the like are schematically illustrated for explanation, and are not limited to these.
<実施の形態の例1>
本発明の弾性表面波装置の実施の形態の例1における弾性表面波素子の一方主面を示す上面図は、図9と同様である。また、この例1における弾性表面波素子の断面図を図1に示す。また、この例1の弾性表面波素子を実装した弾性表面波装置の断面図を図2に示す。
<Example 1 of embodiment>
A top view showing one main surface of the surface acoustic wave element in Example 1 of the surface acoustic wave device according to the present invention is the same as FIG. A sectional view of the surface acoustic wave element in Example 1 is shown in FIG. FIG. 2 shows a cross-sectional view of a surface acoustic wave device in which the surface acoustic wave element of Example 1 is mounted.
図9に示すように、弾性表面波素子1の圧電基板2上には送信側フィルタ領域12(破線で囲んで示す。)および受信側フィルタ領域13(破線で囲んで示す。)が形成されている。送信側フィルタ領域12には、共振器を構成する複数の励振電極3およびこれらを接続する接続電極4と、弾性表面波素子1と実装用基体(図2の31)とを接続するための励振電極3に電気的に接続された入力パッド部5および出力パッド部6が形成されている。同様に受信側フィルタ領域13には、共振器を構成する複数の励振電極3およびこれらを接続する接続電極4と、弾性表面波素子1と実装用基体とを接続するための励振電極3に電気的に接続された入力パッド部7および出力パッド部8が形成されている。
As shown in FIG. 9, on the
また、環状導体10は半田等を用いて実装用基体の上面にこれに対応させて形成された、接地電極としても機能する基体側環状導体と接続される。この例では、環状導体10は送信側フィルタ領域12と受信側フィルタ領域13とを個別に取り囲むようにして一体に形成されており、受信側フィルタ領域13のRxフィルタの接地電極として機能するとともに圧電基板2と実装用基体との間で送信側フィルタ領域12と受信側フィルタ領域13とを封止する役割を持つ。なお、この例では、送信側フィルタ領域12のTxフィルタの接地は、接地電極パッド11を実装用基体の接地電極と接続することでとっており、圧電基板2上では環状導体10に接続していない。
The
図1に示すように、圧電基板2の他方主面の全面に半導体層22が形成されている。
As shown in FIG. 1, a
ここで、圧電基板2としてはタンタル酸リチウム単結晶やニオブ酸リチウム単結晶や四ホウ酸リチウム単結晶等を用いることができる。
Here, as the
また、圧電基板2の一方主面上の励振電極3にはアルミニウム,アルミニウム合金,銅,銅合金,金,金合金,タンタル,タンタル合金、またはこれらの材料から成る層の積層膜やこれらの材料とチタン,クロム等の材料から成る層との積層膜を用いることができる。導体層の成膜方法としてはスパッタリング法や電子ビーム蒸着法を用いることができる。
The
この励振電極3をパターニングする方法としては、励振電極3の成膜後にフォトリソグラフィを行ない、次いでRIE(Reactive Ion Etching)やウェットエッチングを行なう方法がある。または、励振電極3の成膜前に圧電基板の一方主面にレジストを形成しフォトリソグラフィを行なって所望のパターンを開口した後、導体層を成膜し、その後レジストを不要部分に成膜された導体層ごと除去するリフトオフプロセスを行なってもよい。
As a method of patterning the
次に、圧電基板2の他方主面の全面に半導体層22を形成する。半導体層22としてはシリコン,ゲルマニウム,酸化チタン,酸化亜鉛,窒化アルミニウムのうち少なくとも1つの材料、またはこれらのうち少なくとも1つを主成分とする材料を用いることができる。これらの材料が添加物を含んでもよい。その成膜方法としてはスパッタリング法や電子ビーム蒸着法を用いることができる。
Next, the
次に、励振電極3を保護するための保護膜30を図2に示すように成膜する。保護膜30の材料としてはシリコン,シリカ等を用いることができる。成膜方法としては、スパッタリング法,CVD(Chemical Vapor Deposition)法,電子ビーム蒸着法等を用いることができる。この保護膜成膜工程においては、良い膜質や密着性を得るために50〜300℃程度の温度が必要である場合があるが、そのような場合において圧電基板2の他方主面の半導体層22は焦電破壊の防止に有効に機能する。
Next, a
次に、入力パッド部5,7および出力パッド部6,8の上に新たな導体層を積層して、入力パッドおよび出力パッドを形成する。この新たな導体層は弾性表面波素子1と実装用基体とを高い信頼性で電気的および/または構造的に接続するためのものであり、例えば接続に半田を用いる場合であれば、半田の濡れ性を確保し拡散を防止する機能を持ち、また接続に金バンプを用いる場合であれば、パッドの硬度を、金を超音波等を用いて接着できるように調整する機能を持つ。このような新たな導体層の材料・構造としては、クロム/ニッケル/金あるいはクロム/銀/金の積層膜や、金やアルミニウムの厚膜を用いることができる。成膜方法としてはスパッタリング法や電子ビーム蒸着法を用いることができる。なお、この新たな導体層成膜工程においても良い膜質や密着性を得るために50〜300℃程度の温度が必要である場合があるが、そのような場合においても圧電基板2の他方主面の半導体層22は焦電破壊の防止に有効に機能する。
Next, a new conductor layer is laminated on the
ここまでの工程で作製した圧電基板2の一方主面の励振電極3や入力パッド部5,7および出力パッド部6,8等のパターンは図9に示したものと同様である。ただし、図9では保護膜30は図示していない。
The pattern of the
次に、ここまで1枚の圧電基板に多数個の弾性表面波素子領域を形成したいわゆる多数個取りの方法で作製を行なってきた場合は、圧電基板を弾性表面波素子領域毎に分離して多数個の弾性表面波素子1を得る。分離する方法としては、例えばダイシングブレードを用いたダイシング法やレーザ加工によるレーザカッティング法等を用いることができる。
Next, in the case where fabrication is performed by a so-called multi-cavity method in which a large number of surface acoustic wave element regions have been formed on a single piezoelectric substrate, the piezoelectric substrate is separated for each surface acoustic wave element region. A large number of surface
次に、図2に示すように、弾性表面波素子1を実装用基体31上に一方主面を対面させて実装する。
Next, as shown in FIG. 2, the surface
実装用基体31は弾性表面波素子1が上面に実装される回路基板であり、この実装用基体31の上面には、入力パッド部5,7および出力パッド部6,8に対応した入力端子および出力端子ならびに接地端子(いずれも図示せず)と、環状導体10に対応した基体側環状導体32とが形成されている。
The mounting
このような弾性表面波素子1および実装用基体31を用いた弾性表面波装置の例によれば、弾性表面波素子1の圧電基板2の一方主面に送信側フィルタ領域12および受信側フィルタ領域13を取り囲んで環状導体10が形成されており、弾性表面波素子1の各パッドが実装用基体31の各端子に導体バンプを介して接続されるとともに、この環状導体10が実装用基体31の上面にこれに対応させて形成された基体側環状導体32に、例えば半田等のろう材33を用いて、内側を環状に封止するようにして接続されていることにより、弾性表面波素子1の動作面側の気密性を保つことができるので、弾性表面波素子1を外装保護材等による影響なく安定して動作させることができるとともにその動作を長期間にわたって安定して行なわせることができ、高信頼性の弾性表面波装置とすることが可能となる。
According to the example of the surface acoustic wave device using the surface
また、これら環状導体10および基体側環状導体32により環状に気密封止された内部に、さらに例えば不活性ガスである窒素ガス等を封入することにより、各励振電極3や各パッド,各端子の酸化等による劣化を効果的に防止することができるので、さらに高信頼性とすることが可能となる。
Further, by enclosing, for example, nitrogen gas, which is an inert gas, inside the
そして、図2に示すように、実装用基体31上に実装された弾性表面波素子1を外装樹脂34を用いて樹脂モールドし、実装用基体31を弾性表面波素子1毎に外装樹脂34とともにダイシング等により分断して、本発明の弾性表面波素子1を用いた弾性表面波装置を得る。外装樹脂34は窒化アルミニウム,銀,ニッケル等からなるフィラーを含んでいてもよい。このようなフィラーを含むことにより外装樹脂34の熱伝導率が上がり、これにより弾性表面波素子1の放熱性が改善されるため、励振電極3の耐電力性が改善される。
Then, as shown in FIG. 2, the surface
以上のようにして本発明の弾性表面波装置における弾性表面波素子1は、圧電基板2の一方主面にそれぞれ励振電極3と入力パッド部5,7と出力パッド部6,8とを具備する送信側フィルタ領域12および受信側フィルタ領域13が形成されているとともに、圧電基板2の他方主面に半導体層22が形成されているため、従来のように、圧電基板の他方主面の全面にわたって導体層が形成されている場合に比べて、弾性表面波素子1に形成されたフィルタの通過帯域付近で半導体層22のキャリアが応答しないようにすることができるため、送信側フィルタ領域12の入力パッド部5および受信側フィルタ領域13の出力パッド部8の間に形成される寄生容量を大幅に小さくすることができ、その寄生容量に起因するアイソレーション特性の劣化を抑えることができ、アイソレーション特性を大幅に改善することができる。
As described above, the surface
さらに、この例1では、圧電基板2の他方主面の全面に半導体層22が形成されていることにより、製造プロセスにおける急激な温度変化により発生する電荷を効率的に逃がすことが可能となり、圧電基板2の焦電性に起因する焦電破壊等の電極へのダメージを防止する効果を得ることができる。従って、本例1によれば、焦電破壊を良好に防止する効果と弾性表面波素子1に形成されたフィルタの通過帯域付近の周波数でキャリアが応答しないようにすることによりアイソレーション特性の劣化を防止する効果との両方を合わせ持つ弾性表面波素子1およびそれを用いた弾性表面波装置を提供することができる。
Further, in this example 1, since the
<実施の形態の例2>
本例2の断面図および上面図は例1と同様であるが、半導体層22の作製方法が異なる。
<Example 2 of embodiment>
The cross-sectional view and the top view of the second example are the same as those of the first example, but the manufacturing method of the
実施の形態の例1では圧電基板2の他方主面に改めて半導体層22を成膜によって形成したが、圧電基板2の他方主面を還元処理することにより酸素含有量が化学量論比組成より少ない状態とすることができ、このような状態ではタンタル酸リチウム単結晶またはニオブ酸リチウム単結晶または四ホウ酸リチウム単結晶は、直流においては導電性を持つが、弾性表面波素子1に形成されたフィルタの通過帯域付近ではほとんど絶縁体に見えるという性質を持つ。従って、例1で述べたような成膜によって形成した半導体層22と同様の効果を持つ半導体層を、圧電基板2の他方主面をあらかじめ還元処理することにより形成することができる。この例2では圧電基板2自体が半導体層22を持っていることから、IDT電極等の励振電極3を形成する工程に半導体層22を形成する工程を加える必要がない。他の工程は例1と同様である。
In Example 1 of the embodiment, the
<実施の形態の例3>
これまでの例では圧電基板2の他方主面の全面に半導体層22が形成されている場合を示してきたが、半導体層22のキャリア移動度を充分に下げることができない場合には、半導体層22をパターニングして、他方主面の一部に半導体層22の非形成領域を設けることが有効である。アイソレーション特性を改善し、かつ、焦電破壊を防止するのに有効な非形成領域のパターンとしては、例えば、図3に他方主面の上面図で示すような、圧電基板2の一方主面上の入力パッド部5や出力パッド部8に対向する他方主面の領域5aや8aを非形成領域として半導体層22を形成しないものや、図4に同様の上面図で示すような、これらの領域5a,8aを周りの半導体層22から分離するように非形成領域を設けるものや、図5に同様の上面図で示すように、圧電基板2の一方主面上のTxフィルタ領域12に対向する他方主面の領域12aとRxフィルタ領域13に対向する他方主面の領域13aとを分断するように非形成領域を設けるものや、図6に同様の上面図で示すように、圧電基板2の一方主面上のTxフィルタ領域12に対向する他方主面の領域12aやRxフィルタ領域13に対向する他方主面の領域13aを非形成領域として半導体層22を設けないものや、図7に同様の上面図で示すような、半導体層22の非形成領域を複数点在させて寄生容量を形成する可能性のある面積を小さくしたものが挙げられる。
<Example 3 of embodiment>
In the examples so far, the case where the
半導体層22に非形成領域を設けるためにパターニングする方法としては、半導体層22の成膜後にフォトリソグラフィを行ない、次いでRIE(Reactive Ion Etching),ウェットエッチング,サンドブラスト等を行なう方法がある。または、半導体層22の成膜前に圧電基板2の一方主面にレジストを形成しフォトリソグラフィを行なって所望のパターンを開口した後、半導体層22を成膜し、その後レジストを不要部分に成膜された半導体層22ごと除去するリフトオフプロセスを行なってもよい。または、フォトリソグラフィを行なわず、リューター等を用いて所望のパターンに半導体層22を除去して非形成領域を直接形成してもよい。このとき、主として化学的な作用により半導体層22をエッチングして除去する方法を用いると、圧電基板2に大きなダメージを与えずに他方主面の半導体層22を部分的に確実に除去することができる。また、主として物理的な作用により半導体層22を研削して除去する方法を用いると、半導体層22を除去すると同時にその部分の圧電基板2の他方主面を元々の状態よりも粗くすることができ、これにより、一方のフィルタ領域12(13)から圧電基板2の内部を伝搬し、圧電基板2の他方主面で反射され、他方のフィルタ領域13(12)に形成されている励振電極3に結合してアイソレーション特性を劣化させていたバルク波を、圧電基板2の他方主面のこの部分で散乱させることができ、さらにアイソレーション特性を改善することができる。
As a method of patterning in order to provide a non-formation region in the
<実施の形態の例4>
例3では寄生容量を形成する可能性のある半導体層22の形成面積を小さくすることでアイソレーション特性を改善したが、圧電基板2として、一方主面側に配された圧電材料と、この圧電材料よりも比誘電率の小さい他の材料とからなる複合基板を用いると、半導体層22と圧電基板2の一方主面に形成されたパッド部5〜8との間の実効比誘電率を小さくできるため、寄生容量を小さくすることができ、アイソレーション特性を改善することができる。
<Example 4 of embodiment>
In Example 3, the isolation characteristics were improved by reducing the formation area of the
圧電基板2の圧電材料よりも比誘電率の小さい材料としては、シリコン(比誘電率3.4),サファイア(比誘電率9.4),石英(比誘電率3.8),水晶(比誘電率3.8),ガラス基板(比誘電率3.8程度),アルミナ(比誘電率8.5程度)等のセラミック基板、ポリイミド,液晶ポリマー(いずれも比誘電率が10以下のものが存在する。)等の樹脂基板等を用いることができる。
Materials having a relative dielectric constant smaller than that of the piezoelectric material of the
また、圧電基板2を、圧電材料からなる第1の基板にシリコン,ガラス,サファイア,石英,水晶,樹脂等の圧電材料より熱膨張率が小さい材料からなる第2の基板を接合した複合基板とした場合には、温度変化による基板2の歪み等に起因する弾性表面波素子1の周波数温度特性を改善することも可能となる。さらに、圧電基板2を、サファイア,石英,水晶,セラミックス等の、圧電材料からなる第1の基板よりも熱伝導率の高い材料から成る第2の基板を接合した複合基板とした場合には、フィルタ領域12,13で発生した熱を効率的に逃がすことが可能となるため、圧電基板2自身の昇温を抑えることができ、これによって周波数温度特性を改善することができるとともに、温度により加速される励振電極3の劣化を抑えることもできる。
Also, a
<実施の形態の例5>
本例では、圧電基板2の一方主面側の構成を図9に示す例と同様とし、全ての励振電極3が環状導体10と直流的に導通するように、共振器を形成する励振電極3と環状導体10とを抵抗体15を介して接続した。このように励振電極3を抵抗体15を介して環状導体10と接続した状態を図12に図9と同様の上面図で示す。また、この場合は、環状電極10は実装用基体の接地電極に接続して接地電位としている。このように、励振電極3が抵抗体15を介して環状導体10に電気的に接続されており、この環状導体10が接地電位とされているものとすることにより、圧電基板2の一方主面から実装用基体の接地電極に電荷を逃がすことができるため、弾性表面波素子1の焦電破壊をより効果的に防止することができる。
<Example 5 of embodiment>
In this example, the configuration on the one main surface side of the
なお、この抵抗体15は、送信側フィルタおよび受信側フィルタが使用される周波数帯においては十分に高抵抗で、ほとんど絶縁体に見える抵抗値となるように選択する。抵抗体15の材料としては、シリコンや酸化チタン等の高抵抗半導体を用いるのが好適である。これらの材料は、微量にホウ素等の元素を添加したり、組成比を調整したりすることにより、抵抗値を適正な値に制御することができる。
The
<第1の実施例>
まず、38.7°YカットX伝搬タンタル酸リチウム単結晶基板から成る圧電基板2(基板厚みは250μm)の一方主面にスパッタリング法により基板側からTi/Al−1質量%Cu/Ti/Al−1質量%Cuからなる4層の導体層を成膜した。膜厚はそれぞれ6nm/209nm/6nm/209nmである。次に、この導体層をフォトリソグラフィとRIEとによりパターニングしてそれぞれ励振電極3と入力パッド部5,7と出力パッド部6,8とを具備する送信側フィルタ領域12および受信側フィルタ領域13を有する多数の弾性表面波素子領域を形成した。このときのエッチングガスにはBCl3およびCl2の混合ガスを用いた。励振電極3を形成する櫛歯状電極の線幅および隣り合う櫛歯状電極間の距離はどちらも約1μmである。
<First embodiment>
First, Ti / Al-1 mass% Cu / Ti / Al-1 is formed on one main surface of a piezoelectric substrate 2 (substrate thickness is 250 μm) made of a 38.7 ° Y-cut X-propagating lithium tantalate single crystal substrate from the substrate side by sputtering. Four conductor layers made of mass% Cu were formed. The film thicknesses are 6 nm / 209 nm / 6 nm / 209 nm, respectively. Next, the conductive layer is patterned by photolithography and RIE to form a transmission
次に、スパッタリング法により圧電基板2の他方主面にホウ素を微量に添加したシリコンから成る半導体層22を形成した。この半導体層22の厚みは200nmである。
Next, a
次に、入力パッド部5,7および出力パッド部6,8の上に新たなCr/Ni/Auから成る導体層を積層して入力パッドおよび出力パッドを形成した。この新たな導体層の厚みはそれぞれ6nm/1000nm/100nmである。
Next, a new conductor layer made of Cr / Ni / Au was laminated on the
次に、圧電基板2を弾性表面波素子領域毎にダイシングによって分離して多数個の弾性表面波素子1を得た。
Next, the
このようにして作製した実施例の弾性表面波素子1について、図13(a)にそのアイソレーション特性を線図で示す。また、比較例として半導体層22のかわりに導体層であるAl層を成膜して弾性表面波素子を作製し、最後にこのAl層をウェットエッチングにより除去し、他方主面には寄生容量を形成する可能性のあるいかなる層も設けていない弾性表面波素子を作製した。なお、一旦Al膜を成膜してから、後で除去する工程としたのは、弾性表面波素子作製工程中で他方主面から電荷を逃がす構造としていない場合には、焦電破壊により励振電極が損傷したり、成膜装置等の基板ステージに圧電基板が静電気により貼り付いてしまい、自動搬送等を行なう際、突き上げピン等で圧電基板を基板ステージから取り外すときに圧電基板自体を破損したりしてしまうためである。この比較例の弾性表面波素子について、図13(b)にそのアイソレーション特性を線図で示す。
FIG. 13A is a diagram showing the isolation characteristics of the surface
これらのアイソレーション特性は、Txフィルタの入力端子にRF信号を印加し、Rxフィルタの出力端子からの信号を測定することによって求めた(なお、通常は分波器として使用されるときにTxフィルタとRxフィルタとの間に挿入されるマッチングネットワークは組み込まない状態で測定した。)。図13の線図において、横軸は周波数(単位:MHz)を、縦軸はアイソレーション(単位:dB)を表し、特性曲線はアイソレーションの周波数特性を示している。 These isolation characteristics were obtained by applying an RF signal to the input terminal of the Tx filter and measuring a signal from the output terminal of the Rx filter (note that the Tx filter is normally used when used as a duplexer). And the matching network inserted between the Rx filter and the Rx filter were measured without incorporation.) In the diagram of FIG. 13, the horizontal axis represents frequency (unit: MHz), the vertical axis represents isolation (unit: dB), and the characteristic curve represents the frequency characteristic of isolation.
図13に示す結果から分かるように、この実施例の弾性表面波素子1は、他方主面には寄生容量を形成する可能性のあるいかなる層も設けていない比較例の弾性表面波素子と比べてほぼ同じ波形を示しており、非常に良好なアイソレーション特性を有している。
As can be seen from the results shown in FIG. 13, the surface
測定後、弾性表面波素子1を弾性表面波装置として完成させるために、以下の工程を実施した。
After the measurement, the following steps were performed in order to complete the surface
弾性表面波素子1をLTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)基板からなる実装用基体上に一方主面を対面させて実装した。ここで、LTCC基板は圧電基板2の一方主面に形成した環状導体10に対応する基体側環状導体および弾性表面波素子1の入出力パッドと接続されるパッド電極を有しており、予めこれら基体側環状導体およびパッド電極には半田を印刷しておいた。これに弾性表面波素子1を実装するにおいては、これら半田パターンに一致するように弾性表面波素子1を配置して超音波を印加することにより仮固定し、その後、加熱することにより半田を溶融することによって環状導体10と基体側環状導体とを、および入出力パッドとパッド電極とを接続した。これにより、弾性表面波素子1の励振電極3および入出力パッドは、LTCC基板の基体側環状導体とこれに接続された環状導体10とによって完全に気密封止される。なお、弾性表面波素子1の実装工程は窒素雰囲気下で行なった。
The surface
次に、樹脂モールドを行ない、弾性表面波素子1の他方主面(裏面)を外装樹脂で保護し、最後に実装用基体を各弾性表面波素子間でダイシングすることにより、本発明の弾性表面波装置を得た。
Next, the elastic surface of the present invention is formed by performing resin molding, protecting the other main surface (back surface) of the surface
このようにして作製した本発明の第1の実施例の弾性表面波装置は、良好なアイソレーション特性を有するものでありながら小型である、分波器として好適なものであった。 The surface acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention thus produced was suitable for a duplexer that had good isolation characteristics but was small.
<第2の実施例>
最初に、38.7°YカットX伝搬タンタル酸リチウム単結晶基板から成る圧電基板2(基板厚みは250μm)の一方主面をフォトレジストで保護し、その後、他方主面にもフォトレジストを塗布して、後の工程で弾性表面波素子領域とならない領域に対応する開口を形成し、その上からホウ素を微量に添加したシリコンから成る半導体層22をスパッタリング法により形成した。膜厚は200nmである。その後レジストを不要部分に成膜された半導体層ごと除去し、後の工程で弾性表面波素子領域とならない領域に対応する領域にのみ半導体層22を形成した。この圧電基板2の他方主面の半導体層22のパターンは図6に示すものと同様である。
<Second embodiment>
First, one main surface of the piezoelectric substrate 2 (substrate thickness is 250 μm) made of a 38.7 ° Y-cut X-propagating lithium tantalate single crystal substrate is protected with a photoresist, and then the other main surface is coated with a photoresist. Then, an opening corresponding to a region that does not become a surface acoustic wave element region was formed in a later step, and a
次に、圧電基板2の一方主面にスパッタリング法により基板側からTi/Al−1質量%Cu/Ti/Al−1質量%Cuからなる4層の導体層を成膜した。膜厚はそれぞれ6nm/209nm/6nm/209nmである。
Next, four conductor layers made of Ti / Al-1 mass% Cu / Ti / Al-1 mass% Cu were formed on one main surface of the
次に、圧電基板2の一方主面上の導体層をフォトリソグラフィとRIEとによりパターニングして、それぞれ励振電極3と入力パッド部5,7と出力パッド部6,8とを具備する送信側フィルタ領域12および受信側フィルタ領域13を有する多数の弾性表面波素子領域を形成した。このRIEにおけるエッチングガスにはBCl3およびCl2を用いた。励振電極3である櫛歯状電極の線幅および隣り合う櫛歯状電極間の距離はどちらも約1μmである。
Next, the conductor layer on the one main surface of the
次に、プラズマCVD法により圧電基板2の一方主面上にシリカから成る保護膜30を成膜した。この成膜温度は300℃、膜厚は20nmである。
Next, a
次に、この保護膜30の一部をフォトリソグラフィとRIEとによって除去し、その部分にスパッタリング法によりホウ素を微量に添加したシリコンから成る抵抗体15を成膜し、励振電極3をこの抵抗体15を介して環状導体10と接続した。
Next, a part of the
次に、入力パッド部5,7および出力パッド部6,8の上に新たなCr/Ni/Auから成る導体層を積層して入力パッドおよび出力パッドを形成した。この新たな導体層の厚みはそれぞれ6nm/1000nm/100nmである。
Next, a new conductor layer made of Cr / Ni / Au was laminated on the
次に、圧電基板2を弾性表面波素子領域毎にダイシングすることによって分離して、多数個の弾性表面波素子1を得た。この後の実装工程は第1の実施例と同様である。
Next, the
この第2の実施例では、第1の実施例では実装工程中にスパークによる破壊が起こることがあったが、抵抗体15によって励振電極3を直流的に接地電位に接続することにより、スパークによる破壊は起こらなかった。
In the second embodiment, in the first embodiment, the breakdown due to spark may occur during the mounting process, but by connecting the
そして、このようにして作製した本発明の第2の実施例の弾性表面波装置も、良好なアイソレーション特性を有するものでありながら小型である、分波器として好適なものであった。 The surface acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention thus produced was also suitable as a duplexer that had good isolation characteristics but was small.
<第3の実施例>
本例の弾性表面波装置における弾性表面波素子1の断面図を図8に示す。本例では圧電基板2に、タンタル酸リチウム単結晶基板2aと水晶基板21とを接合した複合基板を用いた。ここで、水晶基板21の一方主面は粗面とし、他方主面は鏡面として、その他方主面上にはあらかじめZnO層22をスパッタリング法にて全面に形成しておいた。このZnO層22の膜厚は200nmである。一方、タンタル酸リチウム単結晶基板2aの一方主面は鏡面とし(後の工程で励振電極3や環状導体10を形成する面である。)、他方主面は粗面として、タンタル酸リチウム単結晶基板2aの他方主面と水晶基板21の一方主面とを接着剤層23を用いて接合した。他の工程は第1および第2の実施例と同様である。このように粗面同士を接合することにより、一方のフィルタ領域12(13)から圧電基板2の内部を伝搬し、接合界面で反射され、他方のフィルタ領域13(12)に形成されている励振電極3に結合してアイソレーション特性を劣化させていたバルク波を確実に散乱させることが可能となった。また、粗面は表面積が大きいため、接着剤層23での確実な接合が可能となり、高い信頼性を持った弾性表面波素子1を作製することができた。また、ZnO層22は結晶性の良い状態の膜が得られたためキャリア移動度が大きかったが、タンタル酸リチウム単結晶基板を単独で用いた場合に比べて複合基板の実効比誘電率が小さくなっているため、アイソレーション特性は従来に比べて大きく改善することができた。
<Third embodiment>
A sectional view of the surface
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、2組以上の分波器を同一の圧電基板上に設けてもよいし、また、分波器のアイソレーション特性には影響しない他のフィルタを同じ圧電基板上に設けてもよい。その場合には複数の弾性表面波素子を別々に作製した場合に比べて全体の占める面積を小型にすることができる。 In addition, this invention is not limited to the example of the above embodiment, A various change may be added in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, two or more sets of duplexers may be provided on the same piezoelectric substrate, and other filters that do not affect the isolation characteristics of the duplexer may be provided on the same piezoelectric substrate. In that case, the area occupied by the whole can be reduced compared with the case where a plurality of surface acoustic wave elements are separately manufactured.
また、図9等ではラダー型フィルタを用いた場合を示したが、本発明はフィルタの構造を限定するものではなく、DMS型やIIDT型のフィルタを用いてもよい。また、入出力端子の配置も図9等に示したものに限定されるものではなく、アンテナに接続される端子が圧電基板の対角上に位置していても構わない。この場合、共振器の励振電極から漏洩した弾性表面波による各フィルタ間でのアイソレーション特性の劣化を小さくすることができるものとなる。 9 and the like show a case where a ladder type filter is used, the present invention does not limit the structure of the filter, and a DMS type or an IDT type filter may be used. Also, the arrangement of the input / output terminals is not limited to that shown in FIG. 9 and the like, and the terminals connected to the antenna may be located on the diagonal of the piezoelectric substrate. In this case, it is possible to reduce the deterioration of the isolation characteristics between the filters due to the surface acoustic wave leaked from the excitation electrode of the resonator.
また、他方主面の半導体層22の非形成領域のパターンは図3等で示したものに限定されるものではなく、一方主面に形成したフィルタの形状に合わせて変化するものである。
Further, the pattern of the non-formation region of the
また、半導体層22はCVD法やレーザーアブレーション法等を用いて成膜してもよい。
The
1:弾性表面波素子
2:圧電基板
3:励振電極
4:接続電極
5:送信側フィルタの入力パッド部
6:送信側フィルタの出力パッド部
7:受信側フィルタの入力パッド部
8:受信側フィルタの出力パッド部
9:接地電極
10:環状導体
11:接地電極パッド
12:送信側フィルタ領域
13:受信側フィルタ領域
14:弾性表面波の漏れ
15:抵抗体
21:圧電材料よりも比誘電率の小さい材料からなる基板
22:半導体層
23:接着剤層
30:保護膜
31:実装用基体
32:基体側環状導体
33:ろう材
34:外装樹脂
1: Surface acoustic wave element 2: Piezoelectric substrate 3: Excitation electrode 4: Connection electrode 5: Input pad portion of transmission side filter 6: Output pad portion of transmission side filter 7: Input pad portion of reception side filter 8: Reception side filter Output pad part 9: Ground electrode
10: Annular conductor
11: Ground electrode pad
12: Transmitter filter area
13: Receiving side filter area
14: Surface acoustic wave leakage
15: Resistor
21: A substrate made of a material having a relative dielectric constant smaller than that of a piezoelectric material
22: Semiconductor layer
23: Adhesive layer
30: Protective film
31: Substrate for mounting
32: Base side annular conductor
33: Brazing material
34: Exterior resin
Claims (7)
前記半導体層には、前記送信側フィルタ領域の入力パッド部に対向する領域及び前記受信側フィルタ領域の出力パッド部に対向する領域を周囲の領域から分離する非形成領域が設けられていることを特徴とする弾性表面波装置。 An elastic surface in which a transmission-side filter region and a reception-side filter region each having an excitation electrode, an input pad portion, and an output pad portion are formed on one main surface of the piezoelectric substrate, and a semiconductor layer is formed on the other main surface A surface acoustic wave device in which a wave element is mounted on a mounting substrate with the one main surface facing each other,
The semiconductor layer is provided with a non-formation region that separates a region facing the input pad portion of the transmission-side filter region and a region facing the output pad portion of the reception-side filter region from surrounding regions. A surface acoustic wave device.
前記半導体層には、前記送信側フィルタ領域に対向する領域と前記受信側フィルタ領域に対向する領域とを分断する非形成領域が設けられていることを特徴とする弾性表面波装置。 An elastic surface in which a transmission-side filter region and a reception-side filter region each having an excitation electrode, an input pad portion, and an output pad portion are formed on one main surface of the piezoelectric substrate, and a semiconductor layer is formed on the other main surface A surface acoustic wave device in which a wave element is mounted on a mounting substrate with the one main surface facing each other,
The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein a non-formation region is provided in the semiconductor layer to divide a region facing the transmission filter region and a region facing the reception filter region .
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