CN101939911A - 弹性边界波装置 - Google Patents
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Abstract
一种弹性边界波装置(1)，在压电基板(2)的上面(2a)上，形成由第1电介质构成的电介质膜(3)，在电介质膜(3)上形成包含IDT电极的电极(4)，覆盖电极(4)地形成由第2电介质构成的电介质层(15)。可以提高浪涌耐压。
Description
技术领域
本发明涉及在压电体和电介质的界面形成电极的弹性边界波装置，更详细地说涉及层叠结构得到改良的弹性边界波装置。
背景技术
近几来来，取代弹性表面波装置，弹性边界波装置令人瞩目。在弹性边界波装置中，因为不需要具有空洞的封装，所以能够实现小型化。
在下述专利文献1中，公开了层叠由LiNbO3等构成的第1介质和由SiO2等构成的第2介质，在第1、第2介质之间配置IDT电极的弹性边界波装置。在这里，对IDT电极进行交叉宽度加权，将电极指和虚设电极指之间的间隙的尺寸作为特定的范围，从而抑制起因于弹性边界波的衍射现象的特性的劣化。
专利文献1：JP特开2006-319887号公报
可是，在专利文献1公开的现有技术的弹性边界波装置中，如果进行浪涌耐压试验，就往往产生电极被比较低的电压击穿的问题。
另外，在弹性边界波装置中，也和弹性表面波装置同样，迫切要求降低插入损耗。
发明内容
本发明就是针对上述情况研制的，其目的在于提供可以提高浪涌耐压的弹性边界波装置。
另外，本发明限定目的，在于提供浪涌耐压高、损耗低的弹性边界波装置。
采用本发明后，可以提供的弹性边界波装置，其特征在于，具备：具有上面的压电基板；由在所述压电基板的上面成膜的第1电介质构成的电介质膜；在所述电介质膜上形成、至少具有IDT电极的电极；覆盖所述电极地形成、由第2电介质构成的电介质层。在本发明中，在电介质膜(该电介质膜由在压电基板的上面成膜的第1电介质构成)上形成IDT电极，从而能够提高浪涌耐压。
对于构成上述第1电介质的材料，没有特别的限定。但是在本发明的某个特定的情况下，第1电介质是从由Ta2O5、TiO2、TiO、SiO2、MgO、Al2O3、Nb2O5、Cr2O3、ZrO2、ZnO、NiO、WO3、HfO2、AlN、TiN、Si3N4及SiC构成的组中选择的电介质。这时，能够进一步有效地提高浪涌耐压。特别优选的是：作为上述第1电介质，使用Ta2O5后，能够更加有效地提高浪涌耐压。
在本发明的其它特定的情况下，如果令使用的弹性边界波的波长为λ时，那么由所述第1电介质构成的电介质膜的厚度就成为0.018λ以下。这时，能够降低弹性边界波装置的损失。
另外，在本发明涉及的弹性边界波装置中，由所述第1电介质构成的电介质膜，在压电基板的上面中，只要至少在形成所述电极的区域形成即可。
优选的情况是：在压电基板的上面的整个面上，形成电介质膜。这时，不需要布图，能够很容易地形成由第1电介质构成的电介质膜。
在本发明的其它特定的情况下，进而具备由第3电介质构成的第2电介质层；在由所述第2电介质构成的电介质层上，层叠由所述第3电介质构成的所述第2电介质层，而且所述第3电介质的音速，大于所述第2电介质的音速。
作为构成上述压电基板的材料，可以使用各种各样的压电体。但是最优选的是使用LiNbO3，这样，按照本发明，形成由第1电体构成的电介质膜后，能够有效地提高浪涌耐压。
采用本发明涉及的弹性边界波装置后，因为在压电基板上形成由第1电介质构成的电介质膜，而且在电介质膜上形成包含IDT电极的电极，所以与现有技术的弹性边界波装置相比，能够提高浪涌耐压。因此，能够提高弹性边界波装置的可靠性。
附图说明
图1是旨在讲述本发明的第1实施方式涉及的弹性边界波装置的示意性的正面剖面图。
图2是表示图1所示的弹性边界波装置的电极结构的示意性的平面图。
图3是旨在表示图1所示的第1实施方式的弹性边界波装置的电极的层叠结构的局部放大正面剖面图。
图4是旨在讲述在电介质层和保护膜之间层叠第2电介质层的变形例的弹性边界波装置的示意性的正面剖面图。
图5是表示在图1及图2所示的第1实施方式、没有设置弹性边界波共振子部的第2实施方式和比较例的弹性边界波装置中，使占空比变化时的带域内插入损耗达到0.3dB劣化时的电压的变化即浪涌耐压的变化的图。
图6是表示比较例及由Ta2O5构成的电介质的厚度不同的多种实施方式的弹性边界波装置的滤波器特性的图。
图7是表示用图6所示的实线A表示的比较例的弹性边界波装置的滤波器特性的图。
图8是表示在图6中用虚线B表示的实施方式的弹性边界波装置的滤波器特性的图。
图9是表示在图6中用点划线C表示的实施方式的弹性边界波装置的滤波器特性的图。
图10是表示在图6中用细实线D表示的实施方式的弹性边界波装置的滤波器特性的图。
图11是表示使作为电介质膜的Ta2O5的标准化膜厚变化时的插入损耗的变化的图。
符号说明
1…弹性边界波装置
2…压电基板
2a…上面
3…电介质膜
4…电极
5～7…第1～第3IDT电极
8、9…反射器
10…弹性边界波滤波器部
11…弹性边界波共振子部
11a…IDT电极
11b、11c…反射器
12…输入端子
13…弹性边界波共振子部
13a…IDT电极
13b、13c…反射器
14…输出端子
15…电介质层
16…保护膜
17…第2电介质层
具体实施方式
下面，参照附图，讲述本发明具体的实施方式，从而阐述本发明。
图1是本发明的第1实施方式涉及的弹性边界波装置的示意性的剖面图。弹性边界波装置1，具有压电基板2。压电基板2由适当的压电体构成。但是在本实施方式中，由15°Y切割X传播的LiNbO3基板构成。也可以使用其它结晶方位的LiNbO3基板。另外，还可以使用LiNbO3及水晶等其它压电单结晶基板，或者由钛酸鋯酸铅类陶瓷等压电陶瓷构成的压电基板。
在压电基板2的上面2a上，形成由作为第1电介质的Ta2O5构成的电介质膜3。作为第1电介质，没有特别的限定。可以使用后文讲述的能够提高浪涌耐压的适当的电介质材料。作为这种电介质，可以使用从由Ta2O5、TiO2、TiO、SiO2、MgO、Al2O3、Nb2O5、Cr2O3、ZrO2、ZnO、NiO、WO3、HfO2、AlN、TiN、Si3N4及SiC构成的组中选择的电介质，特别优选的是：因为能够有效地提高浪涌耐压，所以使用Ta2O5。
在本实施方式中，在压电基板2的整个上面2a上形成上述电介质膜3。也可以在压电基板2的上面2a上局部性地形成电介质膜3。就是说，只要至少在形成后文讲述的电极4的部分的下面中存在电介质膜3即可。换言之，在压电基板2的上面2a中，只要至少在形成电极4的区域中形成电介质膜3即可。
在弹性边界波装置1中，如后文讲述的试验例所示，设置上述电介质膜3后，可以有效地提高浪涌耐压。其理由被认为是由于提高了绝缘电阻(IR)的缘故，
在上述电介质膜3上，形成电极4。在图2中示意性地绘出电极4的平面形状。虽然在图1中简要地绘出，但是电极4具有图2所示的平面形状。就是说，具有沿着弹性边界波传播方向配置的第1～第3IDT电极5～7和在设置IDT电极5～7的区域的边界波传播方向的两侧配置的反射器8、9。由第1～第3IDT电极5～7和反射器8、9形成3IDT型的共振子型弹性边界波滤波器部10。
第1单端口型弹性边界波共振子部11，与上述弹性边界波滤波器部10的第2IDT6的一端连接。弹性边界波共振子部11，具有IDT电极11a、反射器11b、11c。IDT电极11a的一端与第2IDT6连接，另一端与输入端子12连接。另一方面，第1、第3IDT电极5、7的各一端被共同连接，与第2单端口型弹性边界波共振子部13的IDT电极13a的一端连接，IDT电极13a的另一端与输出端子14连接。在弹性边界波共振子部13中，在IDT电极13a的边界波传播方向的两侧也具备反射器13b、13c。
此外，在本实施方式中，构成使单端口型弹性边界波共振子部11、13与上述3IDT型的弹性边界波滤波器部10的前级及后级连接的弹性边界波滤波器装置。在本发明中，包含IDT电极的电极的结构，并不局限于本实施方式的电极4，可以使用构成各种共振子及带域滤波器的电极结构。此外，虽然如前所述，在压电基板2的整个上面2a上形成上述电介质膜3。但是也如前所述，在压电基板的上面中，只要至少在形成这种电极的区域中形成电介质膜3即可。
在本实施方式中，电极4由层叠金属膜(该层叠金属膜是层叠多个金属膜后构成的)构成。电极4也可以由单一的金属膜构成。对于构成电极的金属材料没有特别的限定，可以适当地使用Cu、Al、Pt、Au、Ni等金属或合金。更具体地说，如用图3示意性的放大剖面图所示，电极4具有从上往下依次层叠NiCr膜4a、Pt膜4b、Ti膜4c、AlCu膜4d、Ti膜4e、Pt膜4f及Ti膜4g的结构。在这里，作为提高与电介质膜3的贴紧性的贴紧层，形成最下方的Ti膜4g。另外，作为旨在提高两侧的金属膜的贴紧性的贴紧层，形成Ti膜4c及Ti膜4e。Ti膜4c及Ti膜4e还作为金属膜4b和金属膜4d之间及金属膜4d和金属膜4f之间的扩散防止层发挥作用。NiCr膜4a则作为保护膜(旨在保护主要的电极层之一的Pt膜4b)及与SiO2的贴紧层发挥作用，还作为频率调整层发挥作用。因此，NiCr膜4a、Ti膜4c、Ti膜4e、Ti膜4g的厚度，比作为主要的电极层的Pt膜4b、AlCu膜4d及Pt膜4f的厚度薄。
另外，在本实施方式中，覆盖上述电极4地层叠作为第2电介质的由SiO2构成的电介质层15。作为构成电介质层15的材料，不限于SiO2，可以使用各种各样的电介质。作为构成这种电介质层15的第2电介质，除了SiO2以外，还可以使用ZnO、Si3N4、AlN、Ta2O5、Al2O3、B2O3等。此外，第1电介质和第2电介质，既可以是相同的材料，也可以是不同的材料。
第1、第2电介质是相同的材料时，能够使用相同的介电材料，形成弹性边界波装置1的电介质膜3及电介质层15。从而能够降低材料成本，而且能够简化制造工序。
作为第1电介质和第2电介质，分别使用适当的电介质材料时，可以提高弹性边界波装置1的浪涌耐压，容易使过滤器特性最佳化。
上述电极4的厚度，随着使用的金属材料及电极4的结构的不同而不同，通常为0.01λ～0.25λ左右。为了有效地利用弹性边界波，电介质层15的厚度通常为0.4λ～3.0λ左右。但是，电介质层15的厚度也不限于此。
另外，对于电介质膜3的厚度，没有特别的限定，只要能够有效地提高后文讲述的浪涌耐压即可。但是，为了降低插入损耗，如果令使用的弹性边界波的波长为λ时，那么就最好成为0.018λ以下。这时，能够降低损失。
在本实施方式中，进而在电介质层15的上面，层叠由聚酰亚胺构成的保护层16。形成由聚酰亚胺构成的保护层16后，能够保护电介质层15的上面。
作为构成保护层的材料，并不局限于聚酰亚胺，可以列举环氧类树脂、苯酚类树脂、丙烯酸脂类树脂、尿烷类树脂、硅类树脂、聚酯等合成树脂或Si3N4、AlN、玻璃等无机材料。
另外，在本发明中，可以在上述由聚酰亚胺构成的保护层16和电介质层15之间，层叠由音速大于构成电介质层15的第2电介质的音速的第3电介质构成的电介质层17。这时，能够有效地提高耐电力性。作为构成这种第3电介质的材料，是与第2电介质不同的导电材料，可以使用从由SiO2、SiN、AlN、SiC、Al2O3、类金刚石(DLC：diamond like carbon)及金刚石构成的组中选择的适当是电介质材料。就是说，可以从这些电介质材料中选择构成第2、第3电介质的电介质材料的组合。
最好采用作为第2电介质使用SiO2、作为第3电介质使用SiN的组合。这样，能够更加有效地耐电力性。
接着，根据具体的试验例，讲述上述弹性边界波装置1中的提高浪涌耐压而且降低插入损耗的情况。
在弹性边界波装置1中，使电极4各层的厚度为NiCr/Pt/Ti/AlCu/Ti/Pt/Ti＝10/56/10/130/10/56/10(nm)。此外，各层的厚度的单位都是nm。
另外，使由Ta2O5构成的电介质膜的厚度为30nm。使由SiO2构成的电介质层15的厚度为4900μm，由聚酰亚胺构成的保护层16的厚度为6μm，由LiNbO3构成的压电基板2的厚度为100μm。
使第1～第3IDT电极5～7、反射器8、9、IDT电极11a、13a、反射器11b、11c、13b、13c中的占空比都为0.5。另外，将IDT电极5～7作为正规的IDT电极，其电极指交叉宽度为50.2μm。
使IDT电极5～7中的电极指的对数，按照IDT电极5、IDT电极6及IDT电极7的顺序为8.5对、22对及8.5对。另外，使弹性边界波共振子部11的IDT电极11a电极指的对数为80对，使弹性边界波共振子部13的IDT电极13a电极指的对数为150对。
对于采用上述方法制作的弹性边界波装置1，在测量滤波器特性的同时，还如以下所述地进行了遵照EIA/JEDEC STANDARD规定的EIA/JESD22-A115-A(Machine Model)的浪涌耐压试验。
浪涌耐压试验的内容：制造上述标准规定的等值电路模型，依次外加电压。
为了进行比较，对于除了没有形成上述由Ta2O5构成的电介质膜3以外，都采用和上述实施方式相同的结构的比较例的弹性边界波装置，也同样评价了滤波器特性和浪涌耐压试验。进而，对于除了没有设置上述第1、第2弹性边界波共振子部11、13以外，都和上述实施方式同样地形成的第2实施方式的弹性边界波装置，也同样评价了浪涌耐压。
浪涌耐压试验的结果，见下述表1及图5。此外，表1及图5中的0.3dB劣化电压值，表示通带内的最低插入损耗达到0.3dB劣化时的外加电压的值。另外，表1中的电极击穿电压栏，表示IDT电极等出现电极击穿时的外加电压。在表1中，对于上述实施方式及比较例，各示出4个样品的试验结果。
另外，在表1中，还一并示出实施方式及比较例的弹性边界波装置的绝缘电阻(IR)的值。
另一方面，在图5中，示出使IDT电极5～7的占空比变化时的上述3种弹性边界波装置的0.3d B劣化电压的变化。
[表1]
表1中的0.3d B劣化电压及电极击穿电压，是对于比较例的电极击穿电压平均值而言的比。
表1及图5示出使比较例的浪涌耐压中的电极击穿电压的平均值成为1时的第1实施方式及比较例的浪涌耐压。由表1可知：在上述实施方式中，到达击穿电压的电压为2.45以上，平均为2.84，相当高。而且可知：通带内插入损耗达到0.3dB劣化时的电压为2.28以上，相当高，这样即使外加2.25的高电压时，插入损耗的劣化也非常小。
另外，由图5还可知：与占空比的大小无关，在没有设置弹性边界波共振子部11、13的第2实施方式中，通带内插入损耗达到0.3dB劣化时的电压为1.5以上。
这样可知：不管有无弹性边界波共振子部11、13，按照本发明在压电基板2的上面2a和电极4之间层叠电介质膜3后，就能够有效地提高浪涌耐压。
图6是表示上述比较例的弹性边界波装置和使Ta2O5的厚度与上述实施方式不同的3种弹性边界波装置的衰减量频率特性的图。此外，在比较例中，因为没有设置电介质膜3，所以Ta2O5的厚度是0nm。在图6中，实线A表示上述比较例的结果。另外，用虚线B表示由Ta2O5构成的电介质膜3的厚度是12.6nm时的结果，用点划线C表示相当于上述第1实施方式的由18nm的厚度的Ta2O5构成电介质膜3时的结果。进而，用细实线D表示由Ta2O5构成的电介质膜3的厚度是32.6nm时的结果。此外，在图6中，由于各线重叠，不容易看出差异，所以在图7～图10中，分别独立示出用上述实线A、虚线B、点划线C及细实线D表示的滤波器特性。
由图6～图10可知：通带内插入损耗随着由Ta2O5构成的电介质膜3的厚度的不同而变化。
这样，对于使Ta2O5的标准化膜厚即用由Ta2O5构成的电介质膜3的弹性边界波的波长标准化的膜厚进行各种变更后构成的多种弹性边界波装置，进而测量滤波器特性，求出通带内最低插入损耗和用Ta2O5的弹性边界波的波长λ标准化的膜厚的关系。结果见表2及图11。
[表2]
| Ta2O5膜厚 | 插入损耗(dB) |
| 0.000λ | 1.20 |
| 0.007λ | 1.05 |
| 0.011λ | 0.96 |
| 0.018λ | 1.11 |
| 0.019λ | 1.20 |
由表2及图11可知：通带内的最低插λ损耗，随着Ta2O5的膜厚从0开始增加而变小，但是膜厚从0.011λ附近开始增加后，插入损耗却再度增大。如果使Ta2O5的标准化膜厚为0.018λ以下，那么就可以使插入损耗小于比较例的插入损耗——1.2dB。因此，最好使由Ta2O5构成的电介质膜3的膜厚为0.018λ以下。这样，能够减少插入损耗。
此外，在本实施例中，示出使用Ta2O5形成电介质膜3时的结果。但是使用上述其它的电介质材料也可以获得同样的结果。就是说，即使使用其它的电介质材料，只要使标准化膜厚为0.018λ以下，就同样能够减少插入损耗。
另外，本发明不局限于上述这种弹性边界波滤波器装置，也能够应用于弹性边界波共振子。这时，提高弹性边界波共振子的Q后，仍然同样降低插入损耗。所以采用本发明，能够形成电介质膜3，实现低损失化。
Claims (8)
1.一种弹性边界波装置，其特征在于，具备：
具有上面的压电基板；
在所述压电基板的上面成膜的由第1电介质构成的电介质膜；
形成在所述电介质膜上、至少具有IDT电极的电极；和
覆盖所述电极地形成的、由第2电介质构成的电介质层。
2.如权利要求1所述的弹性边界波装置，其特征在于：所述第1电介质，是从由Ta2O5、TiO2、TiO、SiO2、MgO、Al2O3、Nb2O5、Cr2O3、ZrO2、ZnO、NiO、WO3、HfO2、AlN、TiN、Si3N4及SiC构成的组中选择的电介质。
3.如权利要求2所述的弹性边界波装置，其特征在于：所述第1电介质是Ta2O5。
4.如权利要求1～3任一项所述的弹性边界波装置，其特征在于：使用的弹性边界波的波长为λ时，则由所述第1电介质构成的电介质膜的厚度为0.018λ以下。
5.如权利要求1～4任一项所述的弹性边界波装置，其特征在于：由所述第1电介质构成的电介质膜，在所述压电基板的上面中，至少形成在形成有所述电极的区域。
6.如权利要求5所述的弹性边界波装置，其特征在于：由所述第1电介质构成的电介质膜，形成在所述压电基板的上面的整个面上。
7.如权利要求1～6任一项所述的弹性边界波装置，其特征在于：进而具备由第3电介质构成的第2电介质层；
由所述第3电介质构成的所述第2电介质层，层叠在由所述第2电介质构成的所述电介质层上，而且所述第3电介质的音速，大于所述第2电介质的音速。
8.如权利要求1～7任一项所述的弹性边界波装置，其特征在于：所述压电基板由LiNbO3构成。
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