(57)【要約】【課題】耐電力性を向上させること。【解決手段】基板と、前記基板上に設けられた圧電膜と前記圧電膜を挟む一対の電極とを備え、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が対向する共振領域を有し、前記共振領域の平面形状はオーバル形状であり、前記オーバル形状の短軸に対する長軸の比を軸比とする圧電薄膜共振器と、各々が入力端子と出力端子との間に直列に接続された前記圧電薄膜共振器である複数の直列共振器と、前記複数の直列共振器のうち最も共振領域の面積が小さく、かつ前記複数の直列共振器のうち最も軸比が小さい第１共振器と、を備えるフィルタ。【選択図】図４
2019121874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた圧電膜と前記圧電膜を挟む一対の電極とを備え、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が対向する共振領域を有し、前記共振領域の平面形状はオーバル形状であり、前記オーバル形状の短軸に対する長軸の比を軸比とする圧電薄膜共振器と、
各々が入力端子と出力端子との間に直列に接続された前記圧電薄膜共振器である複数の直列共振器と、
前記複数の直列共振器のうち最も共振領域の面積が小さく、かつ前記複数の直列共振器のうち最も軸比が小さい第１共振器と、
を備えるフィルタ。
【請求項２】
前記共振領域の平面形状は直交する２つの線対称軸を有する請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
前記第１共振器の共振領域の軸比は１．１以上かつ１．４以下である請求項１または２に記載のフィルタ。
【請求項４】
前記第１共振器の軸比は、前記複数の直列共振器のうち前記第１共振器以外の直列共振器の軸比のうち最も小さな軸比の０．９倍よりも小さい請求項１から３のいずれか一項に記載のフィルタ。
【請求項５】
前記複数の直列共振器に含まれ、共振領域の面積が前記第１共振器の共振領域の面積と略同じであり、前記第１共振器より前記出力端子側に設けられ、かつ前記第１共振器の共振領域の軸比より大きい共振領域の軸比を有する第２共振器を備える請求項１から４のいずれか一項に記載のフィルタ。
【請求項６】
前記複数の直列共振器に含まれ、共振領域の面積が前記第１共振器の共振領域の面積と略同じであり、前記第１共振器の反共振周波数より高い反共振周波数を有し、かつ前記第１共振器の共振領域の軸比より大きい共振領域の軸比を有する第２共振器を備える請求項１から４のいずれか一項に記載のフィルタ。
【請求項７】
前記複数の直列共振器に含まれ、前記複数の直列共振器のうち共振領域の面積が前記第１共振器の次に小さく、かつ前記複数の直列共振器のうち共振領域の軸比が前記第１共振器の次に小さい第２共振器を備える請求項１から４のいずれか一項に記載のフィルタ。
【請求項８】
前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された前記圧電薄膜共振器である１または複数の並列共振器を備える請求項１から７のいずれか一項に記載のフィルタ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。
【請求項１０】
共通端子と送信端子との間に接続され、前記フィルタを含む送信フィルタと、
前記共通端子と受信端子との間に接続された受信フィルタと、
を備える請求項９に記載のマルチプレクサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタおよびマルチプレクサに関し、例えば圧電薄膜共振器を有するフィルタおよびマルチプレクサに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電薄膜共振器は、例えば携帯電話等の無線機器のフィルタおよびマルチプレクサとして用いられている。圧電薄膜共振器では、圧電膜を介し下部電極と上部電極とが対向するように設けられている。圧電膜を介し下部電極と上部電極とが対向する領域が共振領域である。共振領域を楕円形状等にすることが知られている（例えば特許文献１から３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】再表２００８／０８８０１０号公報
【特許文献２】特開２０１４−４２２３０号公報
【特許文献３】特開２００７−３００２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電薄膜共振器は弾性表面波共振器に比べ耐電力性が高いものの十分ではない。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、耐電力性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、基板と、前記基板上に設けられた圧電膜と前記圧電膜を挟む一対の電極とを備え、前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が対向する共振領域を有し、前記共振領域の平面形状はオーバル形状であり、前記オーバル形状の短軸に対する長軸の比を軸比とする圧電薄膜共振器と、各々が入力端子と出力端子との間に直列に接続された前記圧電薄膜共振器である複数の直列共振器と、前記複数の直列共振器のうち最も共振領域の面積が小さく、かつ前記複数の直列共振器のうち最も軸比が小さい第１共振器と、を備えるフィルタである。
【０００７】
上記構成において、共振領域の平面形状は直交する２つの線対称軸を有する構成とすることができる。
【０００８】
上記構成において、前記第１共振器の共振領域の軸比は１．１以上かつ１．４以下である構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記第１共振器の軸比は、前記複数の直列共振器のうち前記第１共振器以外の直列共振器の軸比のうち最も小さな軸比の０．９倍よりも小さい構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記複数の直列共振器に含まれ、共振領域の面積が前記第１共振器の共振領域の面積と略同じであり、前記第１共振器より前記出力端子側に設けられ、かつ前記第１共振器の共振領域の軸比より大きい共振領域の軸比を有する第２共振器を備える構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記複数の直列共振器に含まれ、共振領域の面積が前記第１共振器の共振領域の面積と略同じであり、前記第１共振器の反共振周波数より高い反共振周波数を有し、かつ前記第１共振器の共振領域の軸比より大きい共振領域の軸比を有する第２共振器を備える構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記複数の直列共振器に含まれ、前記複数の直列共振器のうち共振領域の面積が前記第１共振器の次に小さく、かつ前記複数の直列共振器のうち共振領域の軸比が前記第１共振器の次に小さい第２共振器を備える構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された前記圧電薄膜共振器である１または複数の並列共振器を備える構成とすることができる。
【００１４】
本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。
【００１５】
上記構成において、共通端子と送信端子との間に接続され、前記フィルタを含む送信フィルタと、前記共通端子と受信端子との間に接続された受信フィルタと、を備える構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、圧耐電力性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（ａ）は、圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２は、実験における軸比に対する最大入力電力を示す図である。
【図３】図３は、実施例１に係るラダー型フィルタの回路図である。
【図４】図４は、実施例１に係るラダー型フィルタの平面図である。
【図５】図５は、実施例１に係るラダー型フィルタの共振領域を示す図である。
【図６】図６は、実施例１の変形例１に係るラダー型フィルタの共振領域を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、フィルタおよび共振器の減衰特性を示す図、図７（ｂ）は、圧電薄膜共振器の等価回路である。
【図８】図８は、実施例１の変形例２に係るラダー型フィルタの共振領域を示す図である。
【図９】図９（ａ）から図９（ｃ）は、それぞれ実施例１の変形例３から５における圧電薄膜共振器の断面図である。
【図１０】図１０（ａ）から図１０（ｅ）は、共振領域の形状を示す平面図である。
【図１１】図１１は、実施例２に係るデュプレクサの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
圧電薄膜共振器の構造とその問題点について説明する。
【００１９】
図１（ａ）は、圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振器、図１（ｃ）は例えばラダー型フィルタの並列共振器の断面図を示している。
【００２０】
図１（ａ）および図１（ｂ）を参照し、直列共振器Ｓの構造について説明する。基板１０上に、下部電極１２が設けられている。基板１０の平坦な上面と下部電極１２との間にドーム状の膨らみを有する空隙３０が形成されている。ドーム状の膨らみとは、例えば空隙３０の周辺では空隙３０の高さが小さく、空隙３０の内部ほど空隙３０の高さが大きくなるような形状の膨らみである。
【００２１】
下部電極１２上に、圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４を挟み下部電極１２と対向する領域（共振領域５０）を有するように圧電膜１４上に上部電極１６が設けられている。共振領域５０は厚み縦振動モードの弾性波が共振する領域である。共振領域５０の平面形状は楕円形状である。上部電極１６は下層１６ａおよび上層１６ｂを含んでいる。
【００２２】
下層１６ａと上層１６ｂとの間に質量負荷膜２２が設けられている。質量負荷膜２２は共振領域５０内の被覆率が０から１の間である。被覆率が０のときは共振領域５０内に質量負荷膜２２は設けられておらず、被覆率が１のときは共振領域５０内の全面に質量負荷膜２２が設けられている。上部電極１６上に周波数調整膜２４が設けられている。周波数調整膜２４はパッシベーション膜として機能してもよい。共振領域５０内の積層膜１８は、下部電極１２、圧電膜１４、上部電極１６、質量負荷膜２２および周波数調整膜２４を含む。
【００２３】
図１（ａ）および図１（ｃ）を参照し、並列共振器Ｐの構造について説明する。並列共振器Ｐは直列共振器Ｓと比較し、上部電極１６の下層１６ａと上層１６ｂとの間に、質量負荷膜２０が設けられている。よって、積層膜１８は直列共振器Ｓの積層膜に加え、共振領域５０内に形成された質量負荷膜２０を含む。その他の構成は直列共振器Ｓの図１（ｂ）と同じであり説明を省略する。
【００２４】
直列共振器Ｓと並列共振器Ｐとの共振周波数の差は、質量負荷膜２０の膜厚を用い調整する。直列共振器Ｓと並列共振器Ｐとの両方の共振周波数の差は、周波数調整膜２４を用い調整する。複数の直列共振器Ｓ（および複数の並列共振器Ｐ）内の共振周波数は質量負荷膜２２の被覆率を用い異ならせる。
【００２５】
基板１０としては、シリコン基板、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、石英基板、ガラス基板またはセラミック基板等の絶縁基板を用いることができる。下部電極１２および上部電極１６としては、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｕ（銅）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｔ（白金）、Ｒｈ（ロジウム）またはＩｒ（イリジウム）等の単層膜またはこれらの積層膜を用いることができる。
【００２６】
圧電膜１４としては、ＡｌＮ（窒化アルミニウム以外）ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＰｂＴｉＯ3（チタン酸鉛）等を用いることができる。圧電膜１４は、例えば（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウムである。圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上または圧電性の向上のため他の元素を含んでもよい。例えば、添加元素として、Ｓｃ（スカンジウム）、２族元素もしくは１２族元素と４族元素との２つの元素、または２族元素もしくは１２族元素と５族元素との２つの元素を用いることにより、圧電膜１４の圧電性が向上する。このため、圧電薄膜共振器の実効的電気機械結合係数を向上できる。２族元素は、例えばＣａ（カルシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）またはＳｒ（ストロンチウム）である。１２族元素は例えばＺｎ（亜鉛）である。４族元素は、例えばＴｉ、Ｚｒ（ジルコニウム）またはＨｆ（ハフニウム）である。５族元素は、例えばＴａ、Ｎｂ（ニオブ）またはＶ（バナジウム）である。さらに、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、Ｂ（ボロン）を含んでもよい。
【００２７】
周波数調整膜２４としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または窒化アルミニウム等の絶縁膜を用いることができる。質量負荷膜２０としては、下部電極１２および上部電極１６において例示した金属材料または窒化シリコンまたは酸化シリコン等絶縁膜を用いることができる。
【００２８】
圧電薄膜共振器は弾性表面波共振器に比べ電極間距離が長いため、耐電力性が高い。圧電薄膜共振器の耐電力性は、圧電薄膜共振器に連続波の高周波信号を印加して測定している。しかし、ＬＴＥ（Long Term Evolution）用途のフィルタにはＲＡＰＲ（Peak Average Power Ratio）の大きな、強度変調された高周波信号が印加される。そこで、強度変調された高周波信号を用い圧電薄膜共振器の耐電力性を測定した。その結果、圧電薄膜共振器は強度変調された高周波信号に対しては耐電力性が低いことがあることがわかった。
【００２９】
［実験］
圧電薄膜共振器を作製し強度変調された高周波信号を用い耐電力性を測定した。
圧電薄膜共振器の作製条件は以下である。
基板１０：シリコン基板
下部電極１２：基板１０側から膜厚が１００ｎｍのＣｒ膜、膜厚２０５ｎｍのＲｕ膜
圧電膜１４：膜厚が９１２ｎｍの窒化アルミニウム膜
上部電極１６の下層１６ａ：膜厚が２０５ｎｍのＲｕ膜
上部電極１６の上層１６ｂ：膜厚が３５ｎｍのＣｒ膜
共振領域５０の面積：１２０００ｎｍ２
図１（ａ）のように共振領域５０の楕円の長軸をｂおよび短軸をａとして軸比ｂ／ａの異なるサンプルを作製した。
【００３０】
環境温度５０℃において、反共振周波数−２０ＭＨｚの周波数を有する高周波信号を圧電薄膜共振器に印加した。入力電力を大きくしていき破壊される電力の直前の電力を最大入力電力とした。高周波信号は、パルス幅のオンになる区間が５ｍ秒でありデュティ比が５０％の強度変調波である。
【００３１】
図２は、実験における軸比に対する最大入力電力を示す図である。図２に示すように、軸比が大きくなると、小さい電力で破壊される。このように、軸比を小さくすると耐電力性が向上する。破壊された圧電薄膜共振器を観察すると、積層膜１８の一部の膜がはがれていた。
【００３２】
軸比が耐電力性に影響する原因は明確ではないが、例えば以下のように考えられる。強度変調された高周波信号が印加されると、積層膜１８の温度は上下する。これにより、熱応力が周期的に加わる。この応力により積層膜１８の一部がはがれると考えられる。共振領域５０が一様であれば応力が均等に加わるため積層膜１８は剥がれにくい。共振領域５０の軸比が大きくなると、共振領域５０に加わる応力が一様でなくなり、応力が大きな箇所において積層膜１８がはがれてしまう。
【００３３】
以上の実験のように、耐電力性の観点からは軸比は１に近いことが好ましい。しかし、軸比が１に近い複数の圧電薄膜共振器をチップに無駄なく配置することが難しい。また、軸比が１となるとスプリアスが発生する。以下、上記課題を解決する実施例について説明する。
【実施例１】
【００３４】
図３は、実施例１に係るラダー型フィルタの回路図である。図３に示すように、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に直列に直列共振器Ｓ１からＳ４が接続され、並列に並列共振器Ｐ１からＰ４が接続されている。並列共振器Ｐ１は共振器Ｐ１ａおよびＰ１ｂに直列に分割されている。直列共振器および並列共振器の個数および各共振器の分割の有無は所望のフィルタ特性を得るため適宜設計できる。
【００３５】
図４は、実施例１に係るラダー型フィルタの平面図である。図４に示すように、基板１０に直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１ａからＰ４が設けられている。各共振器間は下部電極１２および／または上部電極１６により接続されている。入力端子Ｔｉｎ、出力端子Ｔｏｕｔおよびグランド端子Ｇｎｄ等の端子は上部電極１６により形成されている。配線および端子は上部電極１６および／または下部電極１２に積層された金膜または銅膜等の低抵抗な金属膜を有してもよい。
【００３６】
図５は、実施例１に係るラダー型フィルタの共振領域を示す図である。図５内の共振器の大きさおよび形状は共振領域５０の大きさおよび軸比を示している。
【００３７】
表１は、実施例１における各共振器の共振領域の面積および軸比を示す表である。
【表１】
2019121874.tif 000003
【００３８】
図５および表１に示すように、各共振器の軸比ｂ／ａは１．２から１．７である。直列共振器Ｓ１からＳ４の中では直列共振器Ｓ３が最も面積が小さく、軸比は最も小さい。直列共振器Ｓ３の軸比は１．２である。他の直列共振器Ｓ１、Ｓ２およびＳ４の軸比は１．４から１．７である。
【００３９】
ラダー型フィルタにおいては、直列共振器Ｓ１からＳ４には、並列共振器Ｐ１からＰ４より大きい高周波電力が加わる。よって、大電力の高周波信号が入力端子Ｔｉｎから入力すると、直列共振器Ｓ１からＳ４のうち最も共振領域５０の小さな直列共振器Ｓ３が最も破壊されやすい。そこで、直列共振器Ｓ３の軸比を直列共振器の中で最も小さくする。これにより、ラダー型フィルタの耐電力性を向上できる。
【００４０】
図５のように、ラダー型フィルタでは、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとは基板１０（チップ）の対角に設けられる。これは、入力信号と出力信号の干渉を抑制するためである。例えば直列共振器Ｓ１からＳ４の共振領域５０が円に近いと、基板１０の対角線が長くなってしまう。このように、基板１０の直列共振器Ｓ１からＳ４の配置が制限されてしまう。実施例１では、直列共振器Ｓ１、Ｓ２およびＳ４の共振領域５０の軸比が大きいため基板１０の対角線を短くできる。直列共振器Ｓ３の共振領域５０は円形に近いが、面積が小さいため基板１０の対角線への影響は少ない。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔを基板１０に対角に設けない場合であっても、面積が大きい共振領域５０の軸比が小さいと圧電薄膜共振器の配置の制約が大きくなる。
【００４１】
実施例１によれば、複数の直列共振器Ｓ１からＳ４は、各々基板１０上に設けられた圧電膜１４と圧電膜１４を挟む下部電極１２および上部電極１６（一対の電極）とを備える圧電薄膜共振器である。直列共振器Ｓ３（第１共振器）は、複数の直列共振器Ｓ１からＳ４のうち最も共振領域５０の面積が小さく、かつ複数の直列共振器Ｓ１からＳ４のうち他の直列共振器Ｓ１、Ｓ２およびＳ４より軸比が小さい。これにより、ラダー型フィルタの耐電力性を向上させることができる。また、直列共振器Ｓ１からＳ４の配置が容易となる。
【００４２】
直列共振器Ｓ３の軸比は、複数の直列共振器Ｓ１からＳ４のうち直列共振器Ｓ３以外の直列共振器Ｓ１、Ｓ２およびＳ４の軸比のうち最も小さな軸比の０．９倍より小さいことが好ましく、０．８５倍以下が好ましく、０．８倍以下がより好ましい。直列共振器Ｓ３の軸比は、耐電力性を向上させるため１．４以下が好ましく、１．３以下がより好ましい。また、スプリアスを抑制するため、直列共振器Ｓ３の軸比は、１．１以上が好ましく１．１５以上がより好ましい。
【００４３】
［実施例１の変形例１］
図６は、実施例１の変形例１に係るラダー型フィルタの共振領域を示す図である。図６に示すように、実施例１の変形例１では、直列共振器Ｓ２とＳ３の共振領域５０の面積が製造誤差程度に略同じである。直列共振器Ｓ２およびＳ３のうち入力端子Ｔｉｎに最も近い直列共振器Ｓ２の共振領域５０の軸比を直列共振器Ｓ３より小さくする。これにより、耐電力性を向上できる。
【００４４】
すなわち、直列共振器Ｓ２は、複数の直列共振器Ｓ１からＳ４に含まれ、共振領域５０の面積が直列共振器Ｓ３の共振領域５０の面積と略同じであり、直列共振器Ｓ３より出力端子Ｔｏｕｔ側に設けられ、かつ直列共振器Ｓ３の共振領域５０の軸比より大きい共振領域５０の軸比を有する。これにより、同じ面積の直列共振器Ｓ２およびＳ３のうちフィルタの耐電力性により影響する直列共振器Ｓ２の耐電力性を向上させ、かつ直列共振器Ｓ１からＳ４の配置が容易となる。
【００４５】
直列共振器Ｓ２の軸比は直列共振器Ｓ１およびＳ４より小さいことが好ましい。これにより、直列共振器Ｓ３の次にフィルタの耐電力性に影響する直列共振器Ｓ２の耐電力性を向上できる。
【００４６】
図７（ａ）は、フィルタおよび共振器の減衰特性を示す図である。図７（ａ）に示すように、直列共振器Ｓ２およびＳ３の共振周波数ｆｒ２およびｆｒ３はラダー型フィルタの通過帯域Ｐａｓｓの高周波数端を形成し、反共振周波数ｆａ２およびｆａ３は通過帯域Ｐａｓｓより高周波の減衰帯域を形成する。
【００４７】
図７（ｂ）は、圧電薄膜共振器の等価回路である。図７（ｂ）に示すように、端子Ｔ１とＴ２との間に抵抗Ｒ１、インダクタＬ１、Ｃ１および抵抗Ｒｓが直列に接続されている。抵抗Ｒ１、インダクタＬ１およびキャパシタＣ１に抵抗Ｒ０およびキャパシタＣ０が並列に接続されている。キャパシタＣ１は積層膜１８の膜厚等に依存し、キャパシタＣ０は共振領域５０の面積に依存する。
【００４８】
圧電薄膜共振器の共振周波数ｆｒは、積層膜１８内の縦方向弾性波の音速をｖ、積層膜１８の膜厚をλとすると、以下の式で表される。
ｆｒ＝ｖ／λ＝１／（２π（√（Ｌ１・Ｃ１））
反共振周波数ｆａは、ｆｒを用い以下の式で表される。
ｆａ＝ｆｒ・√（１＋Ｃ１／Ｃ０）
これらの式より、共振周波数ｆｒは共振領域５０の面積にはよらず、積層膜１８の膜厚等に依存する。反共振周波数ｆａは共振領域５０の面積が大きくなると小さくなる。
【００４９】
直列共振器Ｓ２とＳ３とは質量負荷膜２２の被覆率が異なっており、直列共振器Ｓ３の共振周波数ｆｒ３はｆｒ２より低く、反共振周波数ｆａ３はｆａ２より低い。このため、高周波数端に近い直列共振器Ｓ３にはＳ２より大電力が加わる。そこで、直列共振器Ｓ２とＳ３の共振領域５０の面積が製造誤差程度に略同じである場合、反共振周波数ｆａの低い直列共振器Ｓ３の軸比を１に近づけることが好ましい。
【００５０】
すなわち、直列共振器Ｓ２は、複数の直列共振器Ｓ１からＳ４に含まれ、共振領域５０の面積が直列共振器Ｓ３の共振領域５０の面積と略同じであり、直列共振器Ｓ３の反共振周波数ｆａ３より高い反共振周波数ｆａ２を有し、かつ直列共振器Ｓ３の共振領域５０の軸比より大きい共振領域５０の軸比を有する。これにより、同じ面積の直列共振器Ｓ２およびＳ３のうちより耐電力性に影響する直列共振器Ｓ３の耐電力性を向上させ、かつ直列共振器Ｓ１からＳ４の配置が容易となる。
【００５１】
［実施例１の変形例２］
図８は、実施例１の変形例２に係るラダー型フィルタの共振領域を示す図である。図８に示すように、実施例１の変形例２では、直列共振器Ｓ１からＳ４のうち２番目に共振領域５０の面積の小さな直列共振器Ｓ２は、直列共振器Ｓ１およびＳ４より軸比が１に近い。最も共振領域５０の面積が小さい直列共振器Ｓ３の軸比を１．２とした場合、次に共振領域５０の面積が小さな直列共振器Ｓ２の耐電力性が問題となる。そこで、直列共振器Ｓ２の軸比を直列共振器Ｓ１およびＳ４より小さくする。
【００５２】
すなわち、直列共振器Ｓ２（第２共振器）は、複数の直列共振器Ｓ１からＳ４に含まれ、複数の直列共振器Ｓ１からＳ４のうち共振領域５０の面積が直列共振器Ｓ３の次に小さく、かつ複数の直列共振器Ｓ１からＳ４のうち共振領域５０の軸比が直列共振器Ｓ３の次に小さい。直列共振器Ｓ３の次にフィルタの耐電力性に影響する直列共振器Ｓ２の耐電力性を向上できる。
【００５３】
［実施例１の変形例３］
図９（ａ）は、実施例１の変形例３における圧電薄膜共振器の断面図である。図９（ａ）に示すように、基板１０の上面に窪みが形成されている。下部電極１２は、基板１０上に平坦に形成されている。これにより、空隙３０が、基板１０の窪みに形成されている。空隙３０は共振領域５０を含むように形成されている。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。空隙３０は、基板１０を貫通するように形成されていてもよい。なお、下部電極１２の下面に絶縁膜が接して形成されていてもよい。すなわち、空隙３０は、基板１０と下部電極１２に接する絶縁膜との間に形成されていてもよい。絶縁膜としては、例えば窒化アルミニウム膜を用いることができる。
【００５４】
［実施例１の変形例４］
図９（ｂ）に示すように、共振領域５０の下部電極１２下に音響反射膜３１が形成されている。音響反射膜３１は、音響インピーダンスの低い膜３０ａと音響インピーダンスの高い膜３０ｂとが交互に設けられている。膜３０ａおよび３０ｂの膜厚は例えばそれぞれほぼλ／４（λは弾性波の波長）である。膜３０ａと膜３０ｂの積層数は任意に設定できる。音響反射膜３１は、音響特性の異なる少なくとも２種類の層が間隔をあけて積層されていればよい。また、基板１０が音響反射膜３１の音響特性の異なる少なくとも２種類の層のうちの１層であってもよい。例えば、音響反射膜３１は、基板１０中に音響インピーダンスの異なる膜が一層設けられている構成でもよい。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。
【００５５】
実施例１およびその変形例１から３のように、圧電薄膜共振器は、共振領域５０において空隙３０が基板１０と下部電極１２との間に形成されているＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）でもよい。また、実施例１の変形例４のように、圧電薄膜共振器は、共振領域５０において下部電極１２下に圧電膜１４を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜３１を備えるＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）でもよい。共振領域５０を含む音響反射層は、空隙３０または音響反射膜３１を含めばよい。
【００５６】
ＦＢＡＲでは、積層膜１８の下に空隙３０が設けられているため、積層膜１８が応力に弱い。このため、大電力により積層膜１８が破壊されやすくなる。よって、圧電薄膜共振器がＦＢＡＲのとき、直列共振器Ｓ３の共振領域５０の軸比を直列共振器Ｓ１からＳ４のうち最も小さくすることが好ましい。
【００５７】
[実施例１の変形例５]
図９（ｃ）は、実施例１の変形例５における圧電薄膜共振器の断面図である。図９（ｃ）に示すように、圧電膜１４は、下部圧電膜１４ａと上部圧電膜１４ｂとの間に挿入膜２８が挿入されている。挿入膜２８は共振領域５０の中央領域に設けられておらず、共振領域５０の外周に沿った外周領域に設けられている。挿入膜２８は、例えば酸化シリコン膜であり圧電膜１４の音響インピーダンスより小さい音響インピーダンスを有する。挿入膜２８を設けることで圧電薄膜共振器のＱ値を向上できる。下部電極１２の引き出し領域において、上部圧電膜１４ｂの端面は共振領域５０の輪郭に略一致する。下部圧電膜１４ａの端面は共振領域５０の輪郭より外側に位置する。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
【００５８】
実施例１の変形例５のように、実施例１およびその変形例１から４において下部電極１２と上部電極１６との間に挿入膜２８を設けてもよい。また、圧電膜１４を階段状に設けてもよい。
【００５９】
図１０（ａ）から図１０（ｅ）は、共振領域の形状を示す平面図である。図１０（ａ）に示すように、実施例１およびその変形例１から５は、共振領域５０の平面形状は楕円形状である。短軸ａと長軸ｂとの比が軸比ｂ／ａである。図１０（ｂ）および図１０（ｃ）のように、共振領域５０の平面形状は楕円５２を２つ重ねその共通な領域としてもよい。図１０（ｄ）および図１０（ｅ）のように、共振領域５０の平面形状は円５４のうち半円部分を伸ばした卵形状でもよい。
【００６０】
図１０（ａ）から図１０（ｅ）の共振領域５０のように、少なくとも１つの線対称軸を有し、外周が曲線を有し、内側に窪んでいない形状をオーバル形状という。図１０（ｂ）から図１０（ｃ）のように、共振領域５０の平面形状が直交する線対称軸を有する場合、線対称軸のうち長い線対称軸を長軸ｂ´とし、短い線対称軸を短軸ａ´とする。図１０（ｄ）および図１０（ｅ）のように、線対称軸が１つの場合、線対称軸と線対称軸に直交する最も大きい幅とを比較し大きい方を長軸ｂ´とし、短い方を短軸ａ´とする。
【００６１】
このように、共振領域５０の平面形状がオーバル形状の場合、軸比ｂ´／ａ´が実施例１の変形例１および２の軸比の範囲であれば、共振領域５０の形状は任意である。オーバル形状は、図１０（ａ）のように楕円形状または長円形でもよいし、図１０（ｄ）および図１０（ｅ）のように卵形等でもよい。また図１０（ｂ）および図１０（ｃ）のように、共振領域５０の外周が複数の曲線を有していてもよい。軸比が１より大きいことにより、スプリアスを抑制することができる。
【実施例２】
【００６２】
実施例２はマルチプレクサの例である。図１１は、実施例２に係るデュプレクサの回路図である。図１１に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４２が接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された高周波信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された高周波信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例１およびその変形例のフィルタとすることができる。
【００６３】
送信フィルタ４０には、大きな電力の高周波信号が印加される。よって、送信フィルタ４０は実施例１およびその変形例のフィルタを含むことが好ましい。
【００６４】
マルチプレクサの例としてデュプレクサを説明したが、トリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。
【００６５】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  基板
１２  下部電極
１４  圧電膜
１６  上部電極
２０、２２  質量負荷膜
２４  周波数調整膜
３０  空隙
４０  送信フィルタ
４２  受信フィルタ
５０  共振領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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