(57)【要約】【課題】空洞を有する複雑な経時構造を省略することができ、さらに平面形状をより一層小さくすることかできる弾性境界波装置を提供する。【解決手段】第１の弾性境界波素子２と、第１の弾性境界波素子２の表面に積層された第２の弾性境界波素子３とを備え、各弾性境界波素子２，３は、圧電体からなる第１の固体層２ａ，３ａと、第１の固体層に積層されておりかつ圧電体または絶縁体からなる第２の固体層２ｃ，３ｃと、第１，第２の固体層２ａ，２ｃ間及び３ａ，３ｃ間の界面に配置された弾性境界波励振用ＩＤＴ２ｂ，３ｂとを有する、弾性境界波装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の弾性境界波素子が積層されている積層体を備え、
前記各弾性境界波素子が、圧電体からなる第１の固体層と、第１の固体層に積層されておりかつ圧電体または絶縁体からなる第２の固体層と、第１，第２の固体層間の境界に配置された弾性境界波励振用ＩＤＴとを備えることを特徴とする、弾性境界波装置。
【請求項２】
圧電体からなる第１の固体層と、第１の固体層に積層されており、圧電体または絶縁体からなる第２の固体層と、第１，第２の固体層間の界面に配置された弾性境界波励振用ＩＤＴと、
前記第１の固体層の表面に形成された弾性表面波励振用ＩＤＴとを備える、弾性境界波装置。
【請求項３】
圧電体と、圧電体の一方面に形成された弾性表面波励振用ＩＤＴを備える弾性表面波素子が、前記積層体の外表面に積層されている、請求項１に記載の弾性境界波装置。
【請求項４】
隣り合っている弾性境界波素子間の界面の内の少なくとも１つの界面及び／または前記積層体の外表面に配置された導体層をさらに備える、請求項１または３に記載の弾性境界波装置。
【請求項５】
隣り合っている弾性境界波素子間の界面の内の少なくとも１つの界面及び／または前記積層体の外表面に配置された弾性波吸収層をさらに備える、請求項１または３に記載の弾性境界波装置。
【請求項６】
隣り合っている弾性境界波素子間の界面の内の少なくとも１つの界面及び／または前記積層体の外表面に、前記第１，第２の固体層と音響インピーダンスが異なる第３の固体層が配置されている、請求項１または３に記載の弾性境界波装置。
【請求項７】
前記弾性境界波励振用ＩＤＴが配置されている境界以外の固体層間の境界が、前記弾性表面波励振用ＩＤＴが配置されている境界よりも平坦でないことを特徴とする、請求項１，３〜６のいずれかに記載の弾性境界波装置。
【請求項８】
１つの弾性境界波素子に配置された弾性境界波励振用ＩＤＴと、他の１つの弾性境界波素子に配置された弾性境界波励振用ＩＤＴの位置が積層方向においてずれていることを特徴とする、請求項１，３〜６のいずれかに記載の弾性境界波装置。
【請求項９】
異なる弾性境界波素子の弾性境界波励振用ＩＤＴ間に接続されたインダクタンス素子をさらに備える、請求項１，３〜８のいずれかに記載の弾性境界波装置。
【請求項１０】
少なくとも２個の弾性境界波素子が、前記積層体に設けられたスルーホール電極により電気的に接続されており、かつ該スルーホール電極内に弾性体が充填されていることを特徴とする、請求項１，３〜１０のいずれかに記載の弾性境界波装置。
【請求項１１】
少なくとも２個の弾性境界波素子が、前記積層体に設けられたスルーホール電極により電気的に接続されており、かつ該スルーホール電極が複数のスルーホール電極部を有し、積層体のある高さ位置の面の上下のスルーホール電極部の位置が異なっており、該面において面方向に沿った電気的接続部を介して互いに電気的に接続されている、請求項１，３〜９のいずれかに記載の弾性境界波装置。
【請求項１２】
少なくとも２個の弾性境界波素子間の電気的接続が、前記積層体の外表面に設けられた配線電極により行われている、請求項１，３〜１０のいずれかに記載の弾性境界波装置。
【請求項１３】
前記積層体の外表面に段差部が設けられており、該段差部に前記配線電極が形成されている、請求項１２に記載の弾性境界波装置。
【請求項１４】
隣り合っている弾性境界波素子間の界面の内の少なくとも１つの界面、及び／または前記積層体の外表面に配置されており、前記弾性境界波素子の弾性境界波励振用ＩＤＴが形成されている境界面と平行な方向の線膨張係数が弾性境界波素子を構成している第１，第２の固体層の線膨張係数よりも小さい、または該線膨張係数と極性が異なる線膨張係数を有する温度特性改善層をさらに備える、請求項１，３〜１３のいずれかに記載の弾性境界波装置。
【請求項１５】
前記弾性境界波素子間の界面の内の少なくとも１つの界面、及び／または前記積層体の外表面に、隣接する弾性境界波素子よりも熱伝導率が高い高熱伝導率層が配置されている、請求項１，３〜１５のいずれかに記載の弾性境界波装置。
【請求項１６】
弾性境界波素子間の界面の内の少なくとも１つの界面に空隙が設けられるように、弾性境界波素子同士が空隙形成部材を介して接合されている、請求項１〜１５のいずれかに記載の弾性境界波装置。
【請求項１７】
弾性境界波素子間の界面の内の少なくとも１つの界面及び／または前記積層体の外表面に回路素子が形成されている、請求項１，３〜１６のいずれかに記載の弾性境界波装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれかに記載の弾性境界波装置が搭載されるベース基板をさらに備え、該ベース基板側から実装されるように構成されており、該ベース基板が応力緩衝体を構成している、請求項１〜１７のいずれかに記載の弾性境界波装置。
【請求項１９】
前記ベース基板が、前記弾性境界波素子を構成する第１，第２の固体層よりも硬質な材料により構成されている、請求項１８に記載の弾性境界波装置。
【請求項２０】
前記第１，第２の固体層の厚みが、前記弾性境界波の波長λとしたときに、λ以上である、請求項１〜１９のいずれかに記載の弾性境界波装置。
【請求項２１】
請求項１に記載の弾性境界波装置の製造方法であって、圧電体からなる第１の固体層と圧電体または絶縁体からなる第２の固体層とを、間に弾性境界波励振用ＩＤＴを介して積層して弾性境界波素子を形成する工程と、前記弾性境界波素子を形成する工程を繰り返すことにより前記積層体を得る工程、または複数の前記弾性境界波素子を積層する工程とを備える、弾性境界波装置の製造方法。
【請求項２２】
前記弾性境界波素子間の界面の内、少なくとも１つの界面に弾性波吸収層を配置する工程をさらに備え、
前記弾性波吸収層及び前記弾性境界波励振用ＩＤＴを介して第１，第２の固体層を接合するに際し、前記弾性波吸収層内のガスを脱気することを特徴とする、請求項２１に記載の弾性境界波装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの固体層間の境界を伝搬する弾性境界波を利用した弾性境界波装置に関し、より詳細には、少なくとも１つの弾性境界波素子に、他の弾性境界波素子または弾性表面波素子が積層された構造を有する弾性境界波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯電話用のＲＦフィルタ及びＩＦフィルタ、並びにＶＣＯ用共振子及びテレビジョン用ＶＩＦフィルタなどに、各種弾性表面波装置が用いられている。弾性表面波装置は、媒質表面を伝搬するレイリー波や第１漏洩波などの弾性表面波を利用している。
【０００３】
弾性表面波は、媒質表面を伝搬するため、媒質の表面状態の変化に敏感である。従って、媒質の弾性表面波伝搬面を保護するために、該伝搬面に臨む空洞を設けたパッケージに弾性表面波素子が気密封止されていた。このような空洞を有するパッケージが用いられていたため、弾性表面波装置のコストが高くならざるを得なかった。また、パッケージの寸法は、弾性表面波素子の寸法よりも大幅に大きくなるため、弾性表面波装置のサイズが大きくならざるを得なかった。
【０００４】
他方、弾性波の中には、上記弾性表面波以外に、固体間の境界を伝搬する弾性境界波が存在する。
下記の特許文献１には、弾性境界波の一種であるストンリー波を利用した弾性境界波装置が開示されている。図２３は、この弾性境界波装置５００を示す模式的断面図である。ここで、ガラス基板５０１上にＩＤＴ５０２が形成されており、ガラス基板５０１のＩＤＴ５０２が形成されている面上にＺｎＯなどからなる圧電媒質層５０３が形成されている。ガラス基板５０１と圧電媒質層５０３の厚さが、弾性境界波の５波長以上とされ、かつガラスの密度と剛性率が所望の値とされていることにより、ストンリー波が伝搬することが示されている。
【０００５】
上記弾性境界波装置５００では、弾性境界波のエネルギーはガラス基板５０１と圧電媒質層５０３の境界に集中する。そして、ガラス基板５０１の表面５０１ａ及び圧電媒質層５０３の表面５０３ａには弾性境界波のエネルギーはほとんど存在しない。なお、ガラス基板５０１及び圧電媒質層５０３の表面５０１ａ，５０３ａとは、それぞれ、上記ＩＤＴ５０２が形成されている境界面とは反対側の面をいうものとする。上記のように、ガラス基板５０１及び圧電媒質層５０３の表面５０１ａ，５０３ａには、弾性境界波のエネルギーはほとんど存在しないため、ガラス基板５０１や圧電媒質層５０３の表面５０１ａ，５０３ａの状態の変化により特性が変化し難い。従って、この先行技術に記載の弾性境界波装置５００では、空洞構造を有するパッケージを必要としない。
【０００６】
また、下記の非特許文献１には、［００１］−Ｓｉ（１１０）／ＳｉＯ２／Ｘ−ＬｉＮｂＯ３構造を伝搬するＭＴ波（Ｍａｅｒｆｅｌｄ  Ｔｏｕｒｎｏｉｓ波）と称されている漏洩型弾性境界波が示されている。このタイプの弾性境界波は、ストンリー波に比べて電気機械結合係数ｋ２が大きいという特徴を有する。図２４は、非特許文献１に示されている弾性境界波装置を説明するための模式的断面図である。弾性境界波装置５１０では、Ｙ−Ｘ  ＬｉＮｂＯ３基板５１１上にＩＤＴ５１２が形成されている。そしてＩＤＴ５１２を覆うようにＳｉＯ２層５１３が形成されている。また、ＳｉＯ２層５１３上に［００１］−Ｓｉ（１００）層５１４が形成されている。
【０００７】
ＭＴ波も弾性境界波であるため、ＭＴ波を利用した弾性境界波装置５１０は、特許文献１に記載の弾性境界波装置と同様に、空洞を有するパッケージを必要としない。
【０００８】
【特許文献１】
特公平２−４７８９９号公報
【非特許文献１】
「Ｓｉ／ＳｉＯ２／ＬｉＮｂＯ３構造伝搬する高圧電性境界法」（第２６回  ＥＭシンポジウム，Ｈ９年５月，ｐｐ５３−５８）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
近年、携帯電話の多機能化及び軽薄短小化に伴って、使用されている電子部品に対して小型化の要求がより一層高まっている。例えば、ＲＦ段間用ＳＡＷフィルタの平面形状の寸法を例にとると、１９９８年には、ＳＡＷフィルタの寸法は主として３．８×３．８ｍｍ２であったのに対し、２０００年には３．０×３．０ｍｍ２、２００２年には２．０×１．６ｍｍ２以下の寸法が要求されている。さらに、数年後には、ＳＡＷフィルタの平面形状の寸法を１ｍｍ２以下とすることが求められると考えられる。
【００１０】
上述した弾性境界波装置では、空洞を有するパッケージ構造を採用せずともよいため、弾性表面波装置に比べて小型化を進め得るという利点を有する。しかしながら、従来の弾性境界波装置においても、素子自体の寸法は、従来の弾性表面波素子と同等であり、さらなる小型化を図るのが、困難であった。図２５は、従来提案されている弾性境界波装置に基づいて設計された１ＧＨｚ帯ＲＦ段間用フィルタの電極配置を示す模式的平面断面図である。なお、図２５では、電極が形成されている境界面が模式的平面断面図で示されている。
【００１１】
図２５から明らかなように、１ＧＨｚ帯ＲＦ段間用フィルタを構成する場合、弾性境界波装置５２１では、ＬｉＮｂＯ３基板などからなる固体層５２２の上面に、多数のＩＤＴ５２３ａ〜５２３ｅ、反射器５２４ａ〜５２４ｊ、電極パッド５２５ａ〜５２５ｃ及び配線電極などを形成しなければならない。従って、弾性境界波装置５２１自体の平面形状の大きさを１ｍｍ２以下とすることはできなかった。
【００１２】
本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、素子サイズをより一層小型とし得る弾性境界波装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明によれば、複数の弾性境界波素子が積層されている積層体を備え、前記各弾性境界波素子が、圧電体からなる第１の固体層と、第１の固体層に積層されておりかつ圧電体または絶縁体からなる第２の固体層と、第１，第２の固体層間の境界に配置された弾性境界波励振用ＩＤＴとを備えることを特徴とする、弾性境界波装置が提供される。
【００１４】
本願の第２の発明の広い局面によれば、圧電体からなる第１の固体層と、第１の固体層に積層されており、圧電体または絶縁体からなる第２の固体層と、第１，第２の固体層間の界面に配置された弾性境界波励振用ＩＤＴと、前記第１の固体層の表面に形成された弾性表面波励振用ＩＤＴとを備える、弾性境界波装置が提供される。
【００１５】
第１の発明のある特定の局面では、圧電体と、圧電体の一方面に形成された弾性表面波励振用ＩＤＴを備える弾性表面波素子が、前記積層体の外表面に積層されている。従って、外表面に弾性表面波素子が構成されるため、より一層小型でかつ多機能のデバイスを提供することができる。
【００１６】
第１の発明のさらに他の特定の局面では、隣り合っている弾性境界波素子間の界面の内の少なくとも１つの界面及び／または前記積層体の外表面に配置された導体層をさらに備えられ、それによって弾性境界波素子間における直達電磁波が抑制され、例えばフィルタを構成した場合には大きな減衰量を確保することができる。
【００１７】
第１の発明のさらに別の特定の局面では、隣り合っている弾性境界波素子間の界面の内の少なくとも１つの界面及び／または前記積層体の外表面に配置された弾性波吸収層をさらに備えられ、それによって、直達弾性波が吸収され、弾性境界波素子間のクロストークが抑制される。従って、例えばフィルタ構成された場合、フィルタ特性の劣化を抑制することができる。
【００１８】
第１の発明のさらに別の特定の局面では、隣り合っている弾性境界波素子間の界面の内の少なくとも１つの界面及び／または前記積層体の外表面に、前記第１，第２の固体層と音響インピーダンスが異なる第３の固体層の配置されている。従って、該音響インピーダンスの異なる第３の固体層の配置により、直達弾性波が反射され、弾性境界波素子間のクロストークが抑制される。よって、フィルタを構成した場合、フィルタ特性の劣化が抑制される。
【００１９】
第１の発明のある特定の局面では、前記弾性境界波励振用ＩＤＴが配置されている境界以外の固体層間の境界が、前記弾性表面波励振用ＩＤＴが配置されている境界よりも平坦でないように構成されている。この場合には、弾性境界波励振用ＩＤＴが配置されている境界以外の固体層間の境界が平坦でないため、直達バルク波や境界で反射される不要バルク波の抑制が図られる。
【００２０】
第１の発明のさらに別の特定の局面では、１つの弾性境界波素子に配置された弾性境界波励振用ＩＤＴと、他の１つの弾性境界波素子に配置された弾性境界波励振用ＩＤＴの位置が積層方向においてずれている。この場合には、直達電磁波が抑制され、フィルタを構成した場合の減衰量を大きくすることができる。また、直達容量を減らすことができる。
【００２１】
第１の発明のさらに別の特定の局面では、異なる弾性境界波素子の弾性境界波励振用ＩＤＴ間に接続されたインダクタンス素子をさらに備えられる。この場合には、並列共振により、フィルタを構成した場合の通過帯域近傍の直達容量を低減することができ、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００２２】
第１の発明のさらに他の特定の局面では、少なくとも２個の弾性境界波素子が、前記積層体に設けられたスルーホール電極により電気的に接続されており、かつ該スルーホール電極内に弾性体が充填されている。少なくとも２個の弾性境界波素子が上記スルーホール電極により電気的に接続されている場合には、弾性境界波素子の表面を平坦とすることができ、加工が容易となる。また、弾性波の不要反射を小さくすることができる。さらに、上記弾性体の充填により、スルーホール内の気体による、加熱時の破裂を抑制することができる。
【００２３】
第１の発明のさらに別の特定の局面では、少なくとも２個の弾性境界波素子が前記積層体に設けられたスルーホール電極により電気的に接続されており、かつ該スルーホール電極が複数のスルーホール電極部を有し、積層体のある高さ位置の面の上下のスルーホール電極部の位置が異なっており、該面において面方向に沿った電気的接続部を介して互いに電気的に接続されている。スルーホールが、ある高さ位置の面の上下のスルーホール部の位置が異なるように構成されている場合には、スルーホール周辺から進行する腐食を抑制することができ、耐腐食性及び耐湿性を高めることができる。
【００２４】
第１の発明のさらに他の特定の局面では、少なくとも２個の弾性境界波素子間の電気的接続が、前記積層体の外表面に設けられた配線電極により行われている。この場合には、配線電極を容易に形成することができる。また、スルーホール電極を用いた場合の弾性波の不要反射も生じ難い。
【００２５】
好ましくは、積層体の外表面に段差部が設けられており、該段差部に上記配線電極が形成される。段差部の形成により、配線電極と境界面に設けられたＩＤＴなどとの電気的接続の信頼性が高められ、かつウエハー工程における一括配線工法を採用することができる。
【００２６】
第１の発明のさらに別の特定の局面では、隣り合っている弾性境界波素子間の界面の内の少なくとも１つの界面、及び／または前記積層体の外表面に配置されており、前記弾性境界波素子の弾性境界波励振用ＩＤＴが形成されている境界面と平行な方向の線膨張係数が弾性境界波素子を構成している第１，第２の固体層の線膨張係数よりも小さい、または該線膨張係数と極性が異なる線膨張係数を有する温度特性改善層をさらに備えられる。この場合には、上記温度特性改善層の存在により、弾性境界波装置の温度特性を改善することができる。
【００２７】
第１の発明のさらに別の特定の局面では、前記弾性境界波素子間の界面の内の少なくとも１つの界面、及び／または前記積層体の外表面に、隣接する弾性境界波素子よりも熱伝導率が高い高熱伝導率層が配置されている。この場合には、境界波装置の放熱性を高めることができ、耐電力性も高められる。
【００２８】
第１の発明のさらに別の特定の局面では、弾性境界波素子間の界面の内の少なくとも１つの界面に空隙が設けられるように、弾性境界波素子同士が空隙形成部材を介して接合されている。このように、弾性境界波素子は、直接密着した状態で積層されてもよく、あるいは空洞形成部材を介して接合されてもよい。
【００２９】
第１の発明に係る弾性境界波装置のさらに別の特定の局面では、弾性境界波素子間の界面の内の少なくとも１つの界面及び／または前記積層体の外表面に回路素子が形成されている。このように、弾性境界波素子間または積層体の外表面に回路素子を形成することにより、インピーダンス整合回路などを弾性境界波装置に組み込むことができ、より多機能の弾性境界波装置を提供することができる。
【００３０】
第１，第２の発明のさらに別の特定の局面では、弾性境界波装置が搭載されるベース基板がさらに備え、該ベース基板側から実装されるように構成され、該ベース基板が応力緩衝体を構成している。この場合には、ベース基板によりプリント回路基板などの曲げによる応力が緩和され、弾性境界波装置の特性の変動を抑制することができ、かつ信頼性を高めることができる。
【００３１】
上記ベース基板は、特に限定されないが、好ましくは、弾性境界波素子を構成する第１，第２の固体層よりも硬質の材料により構成される。
【００３２】
第１，第２の発明に係る弾性境界波装置では、好ましくは、第１，第２の固体層の厚みが、弾性境界波の波長λとしたときに、λ以上とされる。λ以上の厚みとすることにより、第１，第２の固体層の表面における弾性境界波のエネルギーをほぼ０とすることができる。
【００３３】
本発明に係る弾性境界波装置の製造方法は、第１の発明に係る弾性境界波装置を得る方法であり、圧電体からなる第１の固体層と圧電体または絶縁体からなる第２の固体層とを、間に弾性境界波励振用ＩＤＴを介して積層して弾性境界波素子を形成する工程と、前記弾性境界波素子を形成する工程を繰り返すことにより前記積層体を得る工程、または複数の前記弾性境界波素子を積層する工程とを備えることを特徴とする。
【００３４】
本発明に係る弾性境界波装置の製造方法のある特定の局面では、前記弾性境界波素子間の界面の内、少なくとも１つの界面に弾性波吸収層を配置する工程をさらに備え、前記弾性波吸収層及び前記弾性境界波励振用ＩＤＴを介して第１，第２の固体層を接合するに際し、前記弾性波吸収層内のガスを脱気することがさらに備えられる。この場合には、弾性波吸収層内のガスが脱気されるため、ガスの残存による問題を解決することができる。すなわち、例えば弾性波吸収層樹脂などで構成した場合、内部にガスが残留していると、リフロー時に爆発を引き起こすおそれがある。また、経時的な脱気により弾性境界波素子に応力変化が生じ、周波数特性が経時により変化するおそれもある。ところが、弾性境界波装置を得るにあたり、上記のように弾性波吸収層内のガスを予め脱気しておけば、このような問題は生じない。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００３６】
図１は、本発明の第１の実施例に係る弾性境界波装置を示す正面断面図である。弾性境界波装置１は、複数の弾性境界波素子２〜４を積層してなる積層体を有する。弾性境界波素子２〜４は、それぞれの弾性境界波伝搬面が平行となるように積層されている。もっとも、接着剤を介して積層した場合に接着剤層の厚みばらつきにより上下の弾性境界波素子の弾性境界波伝搬面が平行からずれることもある。従って、弾性境界波伝搬面同士が±３０°以内程度の角度をなしていてもよい。弾性境界波素子２〜４は、本実施例では、同様に構成されている。弾性境界波素子２では、第１の固体層２ａ上にＩＤＴ２ｂが形成されており、ＩＤＴ２ｂが形成されている第１の固体層２ａ上に、第２の固体層２ｃが形成されている。すなわち、ＩＤＴ２ｂは、第１，第２の固体層２ａ，２ｃ間の境界に配置されている。
【００３７】
第１の固体層２ａは、本実施例では、ＬｉＮｂＯ３単結晶により構成されている。もっとも、第１の固体層２ａを構成する材料は、ＬｉＮｂＯ３単結晶以外の圧電単結晶、あるいは圧電セラミックスにより構成されてもよい。すなわち、第１の固体層２ａは、任意の圧電材料で構成され得る。
【００３８】
ＩＤＴ２ｂを構成する材料についても特に限定されず、Ａｌ、Ｃｕなどの適宜の金属もしくは合金によりＩＤＴ２ｂが構成される。本実施例では、ＩＤＴ２ｂは、Ａｌにより構成されている。
【００３９】
第２の固体層２ｃは、圧電体または絶縁体からなり、本実施例では、ＳｉＯ２により構成されている。圧電体としては、ＬｉＮｂＯ３などの圧電単結晶または、圧電セラミックスを用いることができ、絶縁体としては、ＳｉＯ２以外のガラスなどの他の適宜の絶縁性材料を用いることができる。
【００４０】
弾性境界波素子３，４は、弾性境界波素子２と同様に構成されており、それぞれ、第１の固体層３ａ，４ａ、ＩＤＴ３ｂ，４ｂ及び第２の固体層３ｃ，４ｃを有する。
【００４１】
弾性境界波素子２では、ＩＤＴ２ｂに交流電圧を印加することにより、第１，第２の固体層２ａ，２ｃ間の境界で弾性境界波が励振される。この場合、弾性境界波のエネルギーの大半は、第１，第２の固体層２ａ，２ｃ間の境界から、厚み方向において波長λまでの範囲に集中する。なお、波長λは、励振される弾性境界波の波長である。
【００４２】
また、上記境界の上下λ〜３λの範囲で弾性境界波のエネルギーがほぼ完全に閉じ込められる。従って、固体層２ａ，２ｃの厚みは、λ以上とすることが望ましく、より望ましくは３λ以上とされる。
【００４３】
従って、第１，第２の固体層２ａ，２ｃの厚みをλ以上、より好ましくは３λ以上とすることにより、弾性境界波が第１，第２の固体層２ａ，２ｃの表面２ａ１，２ｃ１の状態の影響を受けることがない。
【００４４】
なお、表面２ａ１，２ｃ１とは、第１，第２の固体層２ａ，２ｃの上記境界とは反対側の面をいうものとする。以下、本明細書において、固体層の表面とは、同様に、弾性境界波が伝搬する境界とは逆の面をいうものとする。
【００４５】
また、本発明において用いられる弾性境界波とは、前述したストンリー波やＭＴ波だけでなく、他の形態のものをも広く含むものとする。
本実施例の弾性境界波装置１では、複数の弾性境界波素子２〜４が積層されているため、図２５に示した弾性境界波装置５２１に比べて、平面形状を小さくすることができる。
【００４６】
また、弾性境界波の音速は２０００〜１００００ｍ／秒程度であるため、１ＧＨｚで動作する弾性境界波装置１を構成した場合、波長は２μｍ〜１０μｍ程度である。従って、弾性境界波素子２〜４を積層したとしても、積層による装置全体の厚みの増加は、さほど問題とはならない。すなわち、厚みをさほど増加させることなく、平面形状が小さな弾性境界波装置を提供することができる。
【００４７】
次に、弾性境界波装置１の製造方法の一例を示す。ＬｉＮｂＯ３単結晶基板からなる第１の固体層２ａ上に、ＡｌによりＩＤＴ２ｂをフォトリソグラフィー−エッチング法により形成する。次に、ＲＦマグネトロンスパッタによりＳｉＯ２層を形成する。次に、ＳｉＯ２層の表面を、例えばエッチバック法により平滑化する。このようにして、ＳｉＯ２からなる第２の固体層２ｃを形成する。
【００４８】
第２の固体層２ｃの表面２ｃ１を平滑化する理由は以下の通りである。すなわち、ＩＤＴ２ｂを形成した後に、ＳｉＯ２層を形成すると、ＳｉＯ２層の表面がＩＤＴの突出高さにより、凹凸を有することとなる。ＳｉＯ２層の表面が凹凸を有している場合、次に形成される弾性境界波素子３の第１の固体層３ａのＩＤＴ形成面に凹凸が生じ、第２の弾性境界波素子３の境界が平坦化されなくなる。従って、上記のように第２の固体層２ｃの表面２ｃ１が平滑化されている。
【００４９】
次に、レーザーアブソレーション法により、ＬｉＮｂＯ３を形成し、第１の固体層３ａを形成する。さらに、アルミニウムによりＩＤＴを形成し、ＲＦマグネトロンスパッタによりＳｉＯ２膜を形成した後、ＳｉＯ２膜の上面をエッチバック法により平滑化する。このようにして、第１の弾性境界波素子２上に、弾性境界波素子３が積層された構造が得られる。同様にして、弾性境界波素子４を形成することにより、弾性境界波装置１を得ることができる。
【００５０】
この場合、ＬｉＮｂＯ３単結晶基板からなる弾性境界波素子２の第１の固体層２ａの厚みは１００λ以上とすればよく、ＬｉＮｂＯ３からなる第１の固体層３ａ，４ａの厚みは１０λ程度、ＳｉＯ２からなる第２の固体層２ｃ，３ｃ，４ｃの厚みは１０λ程度、ＩＤＴの厚みは０．０２λ程度とすることができ、従って全体として１５０λ程度の厚みの弾性境界波装置１を構成することができる。
【００５１】
図２は、本発明の第２の実施例に係る弾性境界波装置を示す正面断面図である。弾性境界波装置１１では、弾性境界波素子１２〜１４が積層されている。第２の実施例では、弾性境界波素子１２〜１４の第１の固体層１２ａ，１３ａ，１４ａは、ＺｎＯにより構成されており、第２の固体層１２ｃ，１３ｃ，１４ｃはホウケイ酸ガラスにより構成されている。また、ＩＤＴ１２ｂ，１３ｂ，１４ｂは、Ａｌにより構成されている。
【００５２】
そして、第２の実施例では、このようにして構成されている各弾性境界波素子１２〜１４を形成した後に、弾性境界波素子１２〜１４がＡｇ充填剤を含有しているエポキシ系接着剤１５，１６により貼り合わされて、積層され弾性境界波装置１１が構成されている。すなわち、第１の実施例では、弾性境界波素子を形成する工程を順次形成することにより積層体を得たのに対し、第２の実施例では、個々の弾性境界波素子１２〜１４を得た後に、接着剤により弾性境界波素子を貼り合わせることにより積層が行われている。
【００５３】
第１の固体層１２ａ，１３ａ，１４ａの厚みは、特に限定されないが、例えば３０λ程度、ＺｎＯからなる第１の固体層１２ａ，１３ａ，１４ａの厚みは１０λ程度、ＩＤＴ１２ｂ，１３ｂ，１４ｂの厚みは０．０２λ程度とすることができる。
【００５４】
また、接着に際しては、先ず、例えばスピンコーティングにより室温で貼り合わされる一方の弾性境界波素子に接着剤が塗布される。次に、真空中で接着剤中のガスが脱気され、さらに真空中で他方の弾性境界波素子が搭載され、１５０℃にて接着剤の加熱・硬化が行われる。
【００５５】
なお、第２の実施例では、エポキシ系接着剤１５，１６が用いられたが、複数の弾性境界波素子を接着するに際しては、他の接着剤を用いてもよい。また、接着剤は、弾性境界波素子を接着するだけでなく、弾性境界波素子から漏洩してきたバルク波を吸収する機能をも果たす。すなわち、弾性波吸収層としての機能をも果たす。このような弾性波吸収層としても機能する接着剤としては、上記エポキシ系接着剤に限定されず、シリコーン系接着剤、ゴム系接着剤、ウレタン系接着剤、ポリイミド系接着剤などの弾性波の伝搬損失が大きい適宜の材料を主成分とするものを用いることができる。
【００５６】
また、本実施例では、上記エポキシ系接着剤１５，１６にＡｇ充填剤が含有されている。このようにＡｇのような導電性充填剤が接着剤に含有されている場合、隣り合う弾性境界波素子間の直達電磁波を抑制することができる。
【００５７】
なお、上記弾性波吸収層として接着剤が機能する場合、充填剤の径が問題となる。すなわち、充填剤の径が大きくなると、弾性波吸収層が厚くなる。バルク波の漏洩が少ない場合には、充填剤の径を１〜２０μｍ程度として弾性波吸収層の厚みを薄くすればよい。逆に、バルク波の漏洩が多い場合には、充填剤の径を１０〜１００μｍ程度とし、弾性波吸収層を厚くすればよい。
【００５８】
また、Ａｇのような金属充填剤すなわち熱伝導率が弾性境界波素子を構成する固体層よりも高い高熱伝導率の充填剤が含有されている場合には、隣り合う弾性境界波素子間の熱伝導性が高められる。従って、弾性境界波装置１１全体の放熱性が高められ、大電力投入時の温度上昇が緩和され、耐電力性が高められる。
【００５９】
また、一般に、音響インピーダンスが異なる媒質間を弾性波が伝搬する場合、境界面で、弾性波が反射される。弾性境界波装置１１においては、上記エポキシ系接着剤１５，１６の音響インピーダンスが、隣り合う弾性境界波素子の音響インピーダンスと異なるため、接着剤１５，１６は、隣り合う弾性境界波素子間の弾性波の漏洩を軽減する機能をも果たす。
【００６０】
より具体的には、例えば、接着剤１５を例に取ると、弾性境界波素子１２の第２の固体層１２ｃと、弾性境界波素子１３の第１の固体層１３ａとの間に接着剤１５が存在し、従って第２の固体層１２ｃと第１の固体層１３ａとの間の弾性波の漏洩を接着剤１５により抑制することができる。
【００６１】
なお、単位体積あたりの音響インピーダンスは、密度とヤング率に依存する。従って、音響インピーダンスを異ならせるには、接着剤１５，１６の密度及び／またはヤング率を、弾性境界波素子１２〜１４の接着剤１５，１６と接触している固体層の密度及び／またはヤング率と異ならせればよい。
【００６２】
上述したように、接着剤１５，１６は、弾性境界波素子１２〜１４を接着しているだけでなく、導電性充填剤含有弾性波吸収層としての機能、金属充填剤含有高熱伝導率層としての機能、並びに音響インピーダンスが異なる弾性波反射層としても機能する。もっとも、上記接着剤１５，１６は、弾性波吸収層、高熱伝導率層及び弾性波反射層の全ての機能を具備している必要は必ずしもなく、これらの１つの機能のみを有するものであってもよい。
【００６３】
さらに、接着剤に代えて、これらの弾性波吸収層、高熱伝導率層及び／または弾性波反射層としての機能を有する材料層を介在させてもよい。その場合には、弾性境界波素子１２〜１４を貼り合わせるために、接着剤を併用すればよい。
【００６４】
図３は、本発明の第３の実施例に係る弾性境界波装置を示す正面断面図である。
弾性境界波装置２１は、圧電体からなる第１の固体層２１ａと、ＩＤＴ２１ｂと、絶縁体からなる第２の固体層２１ｃとを有する。第１の固体層２１ａ，ＩＤＴ２１ｂ及び第２の固体層２１ｃは、第１の実施例の弾性境界波素子の第１の固体層２ａ、ＩＤＴ２ｂ及び第２の固体層２ｃと同様に構成され得る。もっとも、図３では、第１，第２の固体層２１ａ，２１ｃの上下の位置関係は、図１に示した第１，第２の固体層２ａ，２ｃと逆転されている。
【００６５】
本実施例の特徴は、第１の固体層２１ａの表面２１ａ１上に、弾性表面波励振用ＩＤＴ２２が形成されていることにある。すなわち、弾性境界波装置２１では、第１，第２の固体層２１ａ，２１ｃ及び境界に存在する弾性境界波励振用ＩＤＴ２１ｂからなる弾性境界波素子に、さらに弾性表面波励振用ＩＤＴ２２が組み合わされている。従って、弾性境界波素子と、弾性表面波素子とが複合化されているため、小型で多機能の弾性境界波装置２１を提供することができる。
【００６６】
このように、本発明においては、弾性境界波素子の圧電体からなる第１の固体層表面に、弾性表面波励振用ＩＤＴを形成することにより、弾性表面波装置をも複合化させてもよい。
【００６７】
また、弾性境界波装置２１では、第１の固体層２１ａの表面２１ａ１にのみ弾性表面波励振用ＩＤＴ２２が形成されていたが、第２の固体層２１ｃも圧電体で形成されている場合には、第２の固体層２１ｃの表面２１ｃ１にも弾性表面波励振用ＩＤＴを形成してもよい。
【００６８】
図４は、本発明の第４の実施例に係る弾性境界波装置を示す正面断面図である。弾性境界波装置３１では、第１の固体層３１ａ，ＩＤＴ３１ｂ及び第２の固体層３１ｃからなる弾性境界波素子に、弾性表面波装置３２が積層されている。弾性表面波素子３２は、表面波基板３２ａと表面波基板３２ａ上に形成されたＩＤＴ３２ｂとを有する。表面波基板３２ａとしては、圧電基板、圧電基板上に圧電薄膜を形成した構造、あるいは絶縁基板上に圧電薄膜を形成した構造のものを用いることができる。
【００６９】
図４に示されているように、本発明においては、弾性境界波素子上に弾性表面波素子をさらに積層してもよい。この場合においても、弾性境界波素子と弾性表面波素子とが複合化された弾性境界波装置３１が得られるため、平面形状の小型化及び弾性境界波装置の多機能化を進めることができる。
【００７０】
次に、図５〜図９を参照して、本発明の第５の実施例に係る弾性境界波装置を説明する。
図５は、第５の実施例に係る弾性境界波装置５１の略図的正面図である。弾性境界波装置５１では、弾性境界波素子５２〜５６が積層されている。図５の右側に弾性境界波素子５６を拡大して断面図で示すように、弾性境界波素子５６は、第１の固体層５６ａ、ＩＤＴ５６ｂ、第２の固体層５６ｃ及び導電膜５６ｄを積層した構造を有する。導電膜５６ｄは、第２の固体層５６ｃの表面５６ｃ１上を覆うように形成されている。他の弾性境界波素子５２〜５５も同様に構成されている。また、最上部の弾性境界波素子５６上には、図５に左側に示されているように、導電膜５７が電磁シールド機能を果たすために設けられている。
【００７１】
最下部の弾性境界波素子５２においては、図６に示すように、第２の固体層５２ｃの面積が第１の固体層５２ａの面積よりも小さくされており、それによって第１の固体層５２ａの境界面の一部が露出されており、該露出部分に電極パッド５２ｄ，５２ｅが形成されている。電極パッド５２ｄ，５２ｅは外部と電気的接続を行うために設けられている。
【００７２】
弾性境界波装置５１の弾性境界波素子５２〜５６のそれぞれの境界面に形成されている電極形状及び電気的接続状態を図７に略図的平面図で示す。また、図７の下方には、上記導電膜５６ｄ，５７の形状を合わせて平面図で示す。
【００７３】
より具体的には、図７に示すように、弾性境界波素子５２〜５６は、それぞれ、ＩＤＴと、ＩＤＴの表面波伝搬方向両側に配置された反射器を有する。図７において、ＩＤＴを符合Ａを反射器をＢ，Ｃで示す。すなわち、弾性境界波素子５２〜５６は、それぞれ、１ポート型弾性境界波共振子を構成している。そして、図７に示すように、弾性境界波素子５２〜５６が電気的に接続されて、ラダー型フィルタが構成されている。このラダー型フィルタの回路図を図８に示す。
【００７４】
上記のように、本発明によれば、多数の弾性境界波素子を積層して、ラダー型フィルタなどの複雑な回路を、チップ面積を増大させることなく構成し得ることがわかる。
【００７５】
なお、図７及び図８に示したラダー型フィルタの回路構成は、図２５に示した従来の弾性境界波装置の回路構成に相当する。本実施例では、チップサイズが０．６×０．４ｍｍ２とすることができ、同等の性能を有するラダー型フィルタを図２５に示した従来例で構成した場合に比べて、面積を１／８とすることができ、大幅な小型化を実現し得ることが確かめられた。
【００７６】
なお、弾性境界波素子５２〜５６の第１，第２の固体層及びＩＤＴは、第１の実施例の弾性境界波素子２とほぼ同様に構成されている。
ところで、本実施例のように、複数の弾性境界波素子を積層した場合、入力ＩＤＴと出力ＩＤＴの位置が重なる場合には、入力ＩＤＴから出力ＩＤＴに大きな直達電磁波信号が到達するおそれがある。直達電磁波信号が大きい場合には、フィルタを構成した場合の帯域外減衰量が劣化する。
【００７７】
図１０は、弾性境界波装置により帯域フィルタを構成した場合の減衰量−周波数特性を模式的に示す図であり、上記直達電磁波信号が大きい場合には、破線で示す特性となる。これに対して、本実施例では、各弾性境界波素子間に、導電膜５６ｄが配置されおり、それによって直達電磁波信号が抑制される。従って、図１０に実線で示す減衰量周波数特性のように、帯域外減衰量の拡大を図ることができる。なお、導電膜５６ｄ，５７は、アルミニウムなどの適宜の金属材料により構成され得る。
【００７８】
なお、図７では、各弾性境界波素子５２〜５６間の電気的接続は略図的に示されているが、本実施例では、弾性境界波素子間の電気的接続は、スルーホール電極により行われている。弾性境界波が弾性境界波素子の第１，第２の固体層間の境界を伝搬する場合、ＩＤＴが形成されている領域のみを伝搬するのではなく、図９に示すように、ＩＤＴから弾性表面波伝搬と直交する方向において外側に僅かに染み出しながら伝搬する。
【００７９】
従って、スルーホール電極を用いた場合、スルーホール電極内に空洞を有する場合には、スルーホール電極部分と、第１，第２の固体層との音響インピーダンス差が大きくなる。よって、スルーホール電極部分の反射係数が大きくなり、弾性境界波が反射、散乱もしくは共振するおそれがある。そのため、所望でないスプリアスやリップルが特性上に現れたり、減衰量が劣化したりするおそれがある。
【００８０】
そこで、好ましくは、スルーホール電極は、貫通孔内に導電膜を形成してスルーホール電極を形成した後、空洞が生じないようにスルーホール電極内に弾性体を充填することが望ましい。弾性体を充填することにより、スルーホール電極部分と、第１，第２の固体層との間の音響インピーダンス差が緩和される。
【００８１】
また、ＩＤＴの形成は、フォトリソグラフィーにより行われるが、スルーホール電極が空洞を有する場合には、レジストの塗布やウエハー段階における真空吸着などにより不具合を生じるおそれがあるが、上記のように弾性体をスルーホール電極の空洞に充填しておくことにより、このような不具合を避けることができる。
【００８２】
さらに、上記弾性体としてＣｕなどの導体を用いた場合には、スルーホール電極による配線抵抗を低めることもできる。
なお、スルーホール電極の貫通孔部分が弾性体で充填されていない場合には、外部から気体が弾性境界波素子の中心部まで侵入しやすくなる。従って、腐食性ガスが侵入した場合、性能の劣化を引き起こすおそれがある。
【００８３】
また、スルーホール電極内部の空洞が弾性体により充填されている場合であっても、弾性境界波素子を構成する固体層と上記弾性体とで熱膨張率や弾性率が異なるため、応力が生じ、クラックなどが入りやすくなる。また、外部からの腐食性ガスの侵入が生じるおそれもある。特に、弾性境界波素子の一部の固体層がＳｉＯ２やＺｎＯなどの多結晶体で構成されている場合には、上記クラックを経由して腐食性ガスが進入し、電極などの腐食が生じるおそれがある。
【００８４】
そこで、好ましくは、上記スルーホール電極を形成する場合、図１１及び図１２に示すスルーホール電極６１，６２を形成することが望ましい。図１１に示すスルーホール電極６１は、弾性境界波素子６２〜６４が積層されている弾性境界波装置において、弾性境界波素子６４の境界液が伝搬する境界面から弾性境界波素子６３の境界液が伝搬する境界面に至るスルーホール部６１ａと、弾性境界波素子６３の境界液が伝搬する境界面から弾性境界波素子６２の境界液が伝搬する境界面に至るスルーホール部６１ｂと、弾性境界波素子６２の境界液が伝搬する境界面から弾性境界波素子６２の固体層６２ａの表面６２ａ１に及ぶスルーホール部６１ｃとを有する。そして、スルーホール部６１ａ〜６１ｃは、積層構造において厚み方向に重ならないように配置されており、スルーホール部６１ａ，６１ｂ間が接続導電部６１ｄにより、スルーホール部６１ｂ，６１ｃ間が接続導電部６１ｅにより電気的に接続されている。接続導電部６１ｄ，６１ｅは、それぞれ、弾性境界波素子６３，６４内の上記境界面に形成されている。
【００８５】
他方、図１２に示すスルーホール電極６５では、スルーホール部６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄが、接続導電部６５ｅ，６５ｆ，６５ｇを介して接続されている。ここでは、スルーホール部６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄは、それぞれ、弾性境界波素子６６の第１の固体層６６ａ、第２の弾性境界波素子６７の第２の固体層６７ｃ、第２の弾性境界波素子の第１の固体層６７ａ及び第１の弾性境界波素子６８の第２の固体層６８ｃをそれぞれ貫くように形成されている。また、図１２に示すスルーホール電極６５においても、隣り合うスルーホール部は、積層方向において重なり合わないように配置されている。
【００８６】
すなわち、図１１及び図１２に示したように、上下のスルーホール部の位置が異なっており、積層体の上記境界波伝搬面と平行なある高さ位置の面に形成された接続導電部により上下のスルーホール部が接続されているスルーホール電極を設けることにより、腐食性ガスの浸入を抑制することができ、信頼性を高めることができる。この場合、弾性境界波伝搬面と平行なある高さ位置の平面とは、弾性境界波伝搬面であってもよく、隣接する弾性境界波素子間の界面であってもよく、あるいは第１または第２の固体層の中間高さ位置に存在する面であってもよい。
【００８７】
図１３及び図１４は、本発明の第６の実施例に係る弾性境界波装置の分解斜視図及び電極の平面形状を説明するための模式的平面図である。
図１３に示すように、弾性境界波装置７１では、第１，第２の弾性境界波素子７２，７３が積層されている。第１の弾性境界波素子７２は、第１の固体層７２ａを有する。第１の固体層７２ａの上面には、ＩＤＴ７２ｂ，７２ｃと、ＩＤＴ７２ｂ，７２ｃの両側に配置された反射器７２ｄ，７２ｅと、入力電極パッド７２ｆ，７２ｇとが形成されている。そして、第１の固体層７２ｈに、第２の固体層７２ｅが積層されて、第１の弾性境界波素子７２が構成されている。
【００８８】
同様に、第２の弾性境界波素子７３では、第１の固体層７３ａ上に、ＩＤＴ７３ｂ，７３ｃ及び反射器７３ｄ，７３ｅが形成されており、さらに入力電極パッド７３ｆ，７３ｇが形成されている。また、第１の固体層７３ａ上に、第２の固体層７３ｈが積層されている。
【００８９】
第１，第２の弾性境界波素子７２，７３は、それぞれ、縦結合型の弾性境界波フィルタを構成している。
また、ＩＤＴ７２ｃに接続されるように、スルーホール電極７４，７５が形成されている。スルーホール電極７４，７５は、第１の固体層７２ａ及び第２の固体層７３ｈを貫くように形成されている。スルーホール電極７４，７５は、ＩＤＴ７２ｃと、ＩＤＴ７３ｂとを電気的に接続するように構成されている。従って、弾性境界波装置７１では、２段の縦結合型弾性境界波フィルタが縦続接続されている。このように、２段の縦結合型弾性境界波フィルタを積層することにより、２段縦続型の弾性境界波装置の平面形状を小さくすることができる。
【００９０】
また、図１３及び図１４から明らかなように、下から第１の固体層７３ａ、第２の固体層７３ｈ及び第２の固体層７２ｈの順に、境界波伝搬方向と直交する寸法が、順に小さくなっている。すなわち、図１４から明らかなように、第１の固体層７３ａの幅方向寸法をｃ、第２の固体層７３ｈの幅方向寸法をｂ、第１の固体層７２ａの幅方向寸法をｂ、第２の固体層７２ｈの幅方向寸法をａとしたとき、ｃ＞ｂ＞ａとされている。
【００９１】
従って、得られた弾性境界波装置では、入力電極パッド７２ｆ，７２ｇ及び出力電極パッドが外部に露出することになるため、入力電極パッド７２ｆ，７２ｇ及び出力電極パッド７３ｆ，７３ｇを用いて外部と容易に電気的に接続することができる。
【００９２】
また、弾性境界波装置７１では、第１の弾性境界波素子に構成された入力用ＩＤＴ７２ｂと、第２の弾性境界波素子７３に設けられた出力側ＩＤＴ７３ｃとが積層方向においてずらされて配置されている。従って、入力側ＩＤＴ７２ｂと出力側ＩＤＴ７３ｃ間における直達電磁波やバルク波の漏洩が抑制される。
【００９３】
なお、異なる層に形成されている２つのＩＤＴ間を直達する電磁波は、２つのＩＤＴ間に発生する容量（直達容量）に依存する。直達容量は、２つのＩＤＴが重なる面積に比例するため、重なり面積を小さくすることにより、直達容量を該面積に比例して制限することができる。
【００９４】
従って、電極の構成や素子の平面積の制約により、例えば図１３及び図１４に示されているように、入力側ＩＤＴ７２ｂと出力側ＩＤＴ７３ｃの位置が完全にずされておらずとも、重なり面積が１０％低減されることにより、直達容量を１０％低減することができる。すなわち、入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴがずらされておれば、フィルタを構成した場合の帯域減衰量を改善する効果を得ることができ、重なり面積のずれ量は必ずしも１００％である必要はない。
【００９５】
また、３以上のより多くの弾性境界波素子が積層された構造においては、入力端子に接続されているＩＤＴと、出力端子に接続されているＩＤＴの位置をずらすだけでなく、中間に配置されたＩＤＴの位置をもずらすことにより、中間段における直達容量を低減することができる。この場合においても、フィルタを構成した場合の帯域外減衰量の改善を図ることができる。
【００９６】
特に、縦結合型やトランスバーサル型のフィルタを構成するために、ＩＤＴを複数段縦続接続した場合には、縦続接続のために導体配線により電気的に接続されたＩＤＴを除くＩＤＴの位置を積層方向において相互に満たすことが望ましい。
【００９７】
また、位置をずらすには、ＩＤＴだけでなく、ＩＤＴに接続されているバスバーや配線電極についても、積層方向における重なり面積を低減することが好ましく、それによって直達容量をより一層低減することができる。
【００９８】
さらに、ＩＤＴと直接電気的に接続されていない反射器についても、ＩＤＴと例えば３λ以下の距離に近接配置した場合は、一方の弾性境界波素子に形成されたＩＤＴ−反射器−他方の弾性境界波素子に形成された反射器−ＩＤＴの経路による直達容量が生じるため、反射器の位置をずらすことが好ましい。それによって、直達容量をより一層低減することができ、ひいては帯域外減衰量をより一層改善するとこができる。
【００９９】
前述してきたように、スルーホール電極により異なる弾性境界波素子間の電気的接続を行った場合、スルーホール電極の形成位置の自由度が高められる。従って、弾性境界波装置の平面形状をより一層小さくすることができる。
【０１００】
しかしながら、弾性境界波素子の固体層として単結晶材料を用いた場合には、スルーホール電極の加工が困難である。例えば、Ａｒ及びＣＦ４の混合ガスによる反応性イオンエッチングなどにより、スルーホールを形成することができるが、弾性境界波素子の厚みが厚い場合には、スルーホール用の貫通孔の垂直性を確保することが困難となったり、加工時間が長くなったりする。また、弾性境界波素子の固体層に孔開け加工することにより、固体層の強度が低下する。従って、回路基板などに実装される際や環境温度の変化による応力により、割れやクラックなどが生じるおそれがある。
【０１０１】
さらに、前述したように、スルーホール電極部分における弾性境界波の反射や散乱、あるいは腐食性ガスの浸入による問題が生じるおそれもある。
従って、積層されている複数の弾性境界波素子間の電気的接続は、スルーホール電極ではなく、弾性境界波装置の外表面を経由する配線電極により行ってもよい。
【０１０２】
図１５は、このような弾性境界波装置の外表面に設けられた配線電極８４，８５を説明するための模式的斜視図である。なお、図１５に示す弾性境界波装置８１では、外表面に複数の段差８２ａ〜８２ｃが形成されている。これらの段差８２ａ〜８２ｃは、積層される弾性境界波素子の固体層の平面形状を異ならせることにより容易に形成することができる。すなわち、前述した図１３に示した構成のように、積層される固体層の幅方向寸法、あるいは幅方向寸法と直交する方向の寸法を異ならせることにより、段差を容易に形成することができる。
【０１０３】
段差８３ａ〜８３ｃを形成する場合、数十〜数万の弾性境界波素子が構成されているウエハー上において、上記段差部を形成し、しかる後フォトリソグラフィーやスクリーン印刷、あるいはめっき法などにより、一括して配線電極を形成することができる。しかる後、個々の弾性境界波装置単位にウエハーを切削加工することにより、配線電極の分割をも果たすことができ、それによって安価に弾性境界波素子間の電気的接続を行うことができる。
【０１０４】
図１６は、本発明の第７の実施例に係る弾性境界波装置を示す正面断面図である。
弾性境界波装置９１では、弾性境界波素子９２〜９４が積層されている。弾性境界波素子９２は、ＬｉＴａＯ３からなる第１の固体層９２ａと、ＩＤＴ９２ｂと、ＳｉＯ２からなる第２の固体層９２ｃとを有する。弾性境界波素子９３及び９４も、弾性境界波素子９２と同様に構成されている。
【０１０５】
本実施例の特徴は、弾性境界波素子９２，９３間及び弾性境界波素子９３，９４間に、高熱伝導率層９５，９６，９７，９８及び回路素子層９９，１００が積層されていることにある。すなわち、弾性境界波素子９２と弾性境界波素子９３との間には、回路素子層９９が配置されている。回路素子層９９は、ＬｉＴａＯ３に比べて柔らかく、かつ誘電率が大きなエポキシ基板９９ａの上面に電極９９ｂ，９９ｃを形成した構造を有する。電極９９ｂ，９９ｃは、インピーダンス整合回路などを構成するための電極である。この電極９９ｂ，９９ｃの形状及び数等については、付加する機能に応じて適宜定められる。
【０１０６】
回路素子層９９では、上記エポキシ基板９９ａ及び電極９９ｂ，９９ｃを被覆するように、上下にエポキシ接着剤層９９ｄ，９９ｅが形成されており、該接着剤層９９ｄ，９９ｅにより、両側の高熱伝導率層９５，９６に貼り合わされている。高熱伝導率層９５，９６は、それぞれ、第１の弾性境界波素子９２の第２の固体層９２ｃ及び第２の弾性境界波素子の第１の固体層９３ａの表面９２ｃ１，９３ａ１を被覆するように形成されている。
【０１０７】
弾性境界波素子９３，９４間においても、同様の回路素子層１００及び高熱伝導率層９７，９８が形成されている。
高熱伝導率層９５，９６は、本実施例では炭素薄膜により形成されている。もっとも、高熱伝導率層を構成する材料は、接触されている弾性境界波素子の第１または第２の固体層を構成する材料よりも熱伝導率が高ければ、特に限定されるものではない。高熱伝導率層９５，９６を配置することにより、弾性境界波装置９１の放熱性が高められる。従って、大電力投入時の直達波による劣化を抑制することができる。
【０１０８】
弾性境界波が伝搬する固体層の周波数温度変化量は、単位温度あたりの音速変化量と、単位温度あたりの伝搬方向の基板の長さの変化量により決定される。従って、温度による基板の伸縮を抑制できれば、周波数温度変化量を小さくすることができる。本実施例では、上記高熱伝導率層９５〜９８を構成している炭素薄膜は、弾性境界波素子９２〜９４を構成している固体層の線膨張よりも小さい。従って、弾性境界波素子９２〜９４の水平方向の熱膨張が、上記炭素薄膜により抑制されるので、弾性境界波装置９１を熱膨張係数が小さなセラミック板の硬質の基板に実装した場合の熱膨張係数差により発生する応力による破壊を抑制することができる。よって、本発明においては、上記炭素薄膜のような線膨張係数が弾性境界波素子の固体層よりも低い線膨張係数の低線膨張係数層を設けてもよい。本実施例では、炭素薄膜が、高熱伝導率層及び低線膨張係数層の双方の機能を果たしているが、いずれかの機能のみを果たす材料層を配置してもよい。
【０１０９】
なお、低線膨張係数層に代えて、線膨張係数の極性が弾性境界波素子の固体層の線膨張係数の極性と逆である線膨張係数層を用いてもよい。
また、上記のように回路素子層９９，１００を介在させることにより、弾性境界波装置９１では、インピーダンス整合回路などの適宜の回路構成を内蔵させることができる。
【０１１０】
上記電極９９ｂ，９９ｃとしては、付加しようとする機能に応じて適宜の電極を形成することができる。例えば、インダクタンス素子、あるいはキャパシタンス素子、ストリップライン、さらにスタブやストリップラインで構成されるマイクロストリップフィルタ、またはミキサーなどの回路素子を構成することができる。また、電極に代えて、抵抗性材料を用いることにより、抵抗素子を構成することもできる。すなわち、回路素子層９９，１００に構成される回路素子は特に限定されない。
【０１１１】
また、このような回路素子層９９，１００を利用して、弾性境界波素子のインピーダンス整合回路や変調回路を構成した場合には、外部回路を省略することができる。
【０１１２】
さらに、弾性境界波装置９１の外部に、ワイヤーボンディングやバンプボンドを形成した場合には、これらの電気的接続線路により数十〜数千μｍの線路が構成されることになる。このような線路の特性インピーダンスは弾性境界波フィルタの入出力インピーダンスと通常ずれていることが多い。従って、線路のインピーダンスミスマッチによる反射損失の劣化が生じるおそれがある。これに対して、上記回路素子層９９，１００を構成した場合には、長い線路が不要となるため、上記反射損失を低減できる。特に、１ＧＨｚを超える周波数帯では、線路の短縮により、特性を著しく改善することができる。
【０１１３】
本実施例では、上記回路素子層９９においては、エポキシ基板９９ａが、柔らかい誘電体層であるエポキシ系接着剤９９ｄ，９９ｅにより覆われているため、弾性境界波素子間を漏洩する直達弾性バルク波を吸収することも可能とされている。
【０１１４】
なお、第６の実施例では、入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴの重なり面積を低減することにより、直達容量の抑制が図られていたが、複数の弾性境界波素子を１０λ程度の間隔で積層した場合には、このような構成だけでは直達容量を抑制することができないことがある。特に、電気機械結合係数が大きな圧電基板を第１の固体層として用いた場合には、誘電率が大きいため、弾性境界波素子間において直達容量が発生しやすくなり、１０ｐＦを超える直達容量が生じることもある。従って、好ましくは、ＩＤＴ同士の重なり面積を低減するようにして直達容量を抑制する方法以外の手段を高じることが望ましい。図１７は、縦結合型弾性境界波フィルタ１１１，１１２を２段縦続接続した場合の入出力端子間に発生する直達容量Ｃを模式的に示す図である。弾性境界波フィルタの中心周波数ｆ０とすると、図１８に示すように直達容量Ｃと並列にＬ＝｛（２×π×ｆ０）２×Ｃ｝−１のインダクタを接続すれば、直達容量ＣとインダクタＬによる並列回路が中心周波数ｆ０において反共振状態となる。従って、直達による劣化が生じない。
【０１１５】
もっとも、上記のような並列インダクタＬが接続されているだけでは、中心周波数ｆ０付近の特性の改善が果たされるに留まる。そこで、より好ましくは、前述した図１６に示した回路素子層９９，１００において、広帯域の通過特性を有するマイクロストリップラインフィルタやＬＣフィルタを形成することが望ましい。それによって広帯域でかつ大きな減衰量のフィルタ特性を得ることができる。
【０１１６】
図１９は、本発明の第８の実施例に係る弾性境界波装置を示す正面断面図である。弾性境界波装置１２１では、弾性境界波素子１２２，１２３，１２４，１２５が積層されている。もっとも、第１の実施例と異なるところは、弾性境界波素子１２３，１２４間が、空隙Ｄを有するようにして積層されていることにある。すなわち、弾性境界波素子１２３と弾性境界波素子１２４とは、金属バンプ１２６，１２７により電気的に接続されており、該金属バンプ１２６，１２７の高さ方向寸法により、上記空隙Ｄが構成されている。なお、１２９はエポキシ樹脂を示す。
【０１１７】
このように、積層されている弾性境界波素子間は、必ずしも密着されている必要はなく、空隙Ｄを介して積層されていてもよく、それによって弾性境界波装置１２１では熱源が分散されることになり、弾性境界波装置１２１全体の温度上昇を抑制することができる。
【０１１８】
本発明に係る弾性境界波装置では、複数の弾性境界波素子を積層し構造を有し、弾性境界波が表面を伝搬しないため、空洞を有するパッケージ構造を必要としない。また、弾性境界波装置をあえなてパッケージングする必要もない。
【０１１９】
従って、短期間の使用目的に用いられる場合には、弾性境界波装置は、外装やパッケージを付加される必要はない。
しかしながら、長期的な利用が想定される場合には、弾性境界波素子を構成している固体層の腐食、固体層を浸透する腐食性ガスによる電極の腐食、回路基板と弾性境界波装置の熱膨張係数の差による環境温度の繰り返し変化により発生する応力などによる破壊が生じるおそれがある。従って、長期的な使用に際して信頼性を高めるには、外装を施すことが望ましい。
【０１２０】
もっとも、弾性境界波装置や、モルリシック型のクリスタルフィルタの場合のような空洞の形成は不要である。これは、弾性境界波はチップ表面に達するエネルギー量が極めて小さいからである。
【０１２１】
図２０〜図２２は、このような外装が施された本発明の弾性境界波装置の変形例を説明するための各模式的正面断面図である。
図２０に示す弾性境界波装置１３１では、弾性境界波装置チップ１３２の表面に、導電膜１３３及び絶縁膜１３４が形成されている。導電膜１３２は、例えばＡｕ膜及びＮｉ膜をこの順序で積層した積層金属膜、あるいは単一の金属膜により形成される。導電膜１３３の形成により、弾性境界波装置チップ１３２を電磁シールドすることができる。また、絶縁膜１３４は、Ａｌ２Ｏ３やＡｌＮなどの絶縁性材料から構成することができ、それによって弾性境界波装置チップ１３２の保護を図ることができる。また、接続のための電極パッド１３５，１３６が露出している部分を除いて、全体が外装樹脂層１３７で被覆されている。このような外装樹脂層１３７の形成により、腐食性ガスの浸入をより確実に抑制することができる。
【０１２２】
なお、弾性境界波装置チップ１３２は、略図的に単一の層として構成されているが、この弾性境界波装置チップは、前述した各実施例で示したように複数の弾性境界波素子が積層された構造を有するものである。
【０１２３】
図２１に示す弾性境界波装置１４１では、弾性境界波装置チップに、弾性境界波装置１３１の場合と同様に、導電膜１３３，絶縁層１３４及び外装樹脂層１３７が形成されている。異なるところは、弾性境界波装置チップ１３２は、硬質のセラミック基板１４２に設けられた電極パッド１４３，１４４上に、超音波接合により接合されており、しかる後外装樹脂層１３７により弾性境界波装置チップ１３２が被覆されていることにある。この場合には、弾性境界波装置チップ１３２が基板１４２に強固に接合されており、プリント回路基板などに実装した場合にプリント回路基板から弾性境界波装置チップ１３２に加わる応力がセラミック基板１４２の存在により緩和される。すなわち、セラミック基板１４２が応力緩和層として機能する。
【０１２４】
図２２に示す弾性境界波装置１５１では、複数の弾性境界波素子１５２〜１５６が積層されており、各弾性境界波素子１５２〜１５６の平面形状が異ならされている。従って、図示のように段差が外表面に形成されており、該段差上にも導電膜１３３が形成されている。この段差上の導電膜１３３は、各弾性境界波素子１５２〜１５６間の電気的接続を果たすのに用いることができる。また、段差上の導電膜１３３については、導電ペーストを用いて構成することができ、この場合には、導電ペーストの弾力性により、プリント回路基板などに実装された際に伝えられる応力が緩和されることになる。すなわち、外部に形成される導電膜を導電ペーストなどの弾力性を有する材料で構成することにより、導電膜を応力緩和層として利用することもできる。
【０１２５】
【発明の効果】
第１の発明に係る弾性境界波装置では、複数の弾性境界波素子が積層されてなる構造を有するため、従来の弾性境界波装置に比べて平面形状を低減することができ、それによって、帯域フィルタや共振子などに好適に用いられる弾性境界波装置のより一層の小型化を図ることができる。
【０１２６】
また、弾性境界波を利用した弾性境界波装置であるため、高コストの空洞を有するパッケージ構造を省略することができ、従って帯域フィルタや共振子のコストの低減及び製造工程の簡略化も果たすことができる。
【０１２７】
第２の発明に係る弾性境界波装置では、圧電体からなる第１の固体層と、第１の固体層に積層されており、圧電体または、絶縁体からなる第２の固体層と、第１，第２の固体層間の界面に配置された弾性境界波励振用ＩＤＴと、第１の固体層の表面に形成された弾性表面波励振用ＩＤＴとを備えるため、弾性境界波素子と、弾性表面波素子とが複合・一体化されており、かつ両者が積層されている構造を有するため、弾性境界波素子と弾性表面波素子とが一体化された小型の弾性境界波装置を提供することができる。
【０１２８】
よって、本願の第１，第２の発明によれば、１ＧＨｚ帯以上のような高い周波数領域で使用される小型の帯域フィルタや共振子等を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る弾性境界波装置を説明するための正面断面図。
【図２】本発明の第２の実施例に係る弾性境界波装置を説明するための正面断面図。
【図３】本発明の第３の実施例に係る弾性境界波装置を説明するための正面断面図。
【図４】本発明の第４の実施例に係る弾性境界波装置を説明するための正面断面図。
【図５】本発明の第５の実施例に係る弾性境界波装置を説明するための模式的正面図及びその要部を拡大して示す断面図。
【図６】第５の実施例に係る弾性境界波装置の最下部に配置された弾性境界波素子の拡大断面図。
【図７】第５の実施例に係る弾性境界波装置の電極配置を説明するための模式的平面図。
【図８】第５の実施例に係る弾性境界波装置の回路構成を示す図。
【図９】弾性境界波素子において伝搬する弾性境界波のエネルギー分布を説明するための模式図。
【図１０】入力側ＩＤＴと出力側ＩＤＴとの間の直達電磁波が大きい場合及び小さい場合のフィルタの減衰量周波数特性を示す図。
【図１１】本発明に係る弾性境界波装置で、形成されるスルーホール電極の一例を説明するための部分切欠拡大断面図。
【図１２】本発明に係る弾性境界波装置で、形成されるスルーホール電極の他の例を説明するための部分切欠拡大断面図。
【図１３】本発明の第６の実施例に係る弾性境界波装置を説明するための分解斜視図。
【図１４】第６の実施例に係る弾性境界波装置の電極配置及び固体層の寸法関係を説明するための模式的平面図。
【図１５】本発明に係る弾性境界波装置の変形例を説明するための斜視図であり、弾性境界波装置の外表面に段差が形成されている構造を示す斜視図。
【図１６】第７の実施例に係る弾性境界波装置を説明するための表面断面図。
【図１７】２段構成の弾性境界波フィルタにおける直達容量を説明するための模式的回路図。
【図１８】直達容量に並列にインダクタが接続されている回路構成を示す図。
【図１９】本発明の第８の実施例の弾性境界波装置を説明するための正面図。
【図２０】本発明に係る弾性境界波装置の他の変形例を示す正面断面図。
【図２１】本発明に係る弾性境界波装置の他の変形例を示す正面断面図。
【図２２】本発明に係る弾性境界波装置の他の変形例を示す正面断面図。
【図２３】従来の弾性境界波装置の一例を示す正面断面図。
【図２４】従来の弾性境界波装置の他の例を示す正面断面図。
【図２５】従来の弾性境界波装置を用いて構成された帯域フィルタの電極配置を説明するための模式的平面断面図。
【符号の説明】
１…弾性境界波装置
２…弾性境界波素子
２ａ…第１の固体層
２ａ１…表面
２ｂ…ＩＤＴ
２ｃ…第２の固体層
２ｃ１…表面
３…弾性境界波素子
３ａ…第１の固体層
３ｂ…ＩＤＴ
３ｃ…第２の固体層
４…弾性境界波素子
４ａ…第１の固体層
４ｂ…ＩＤＴ
４ｃ…第２の固体層
１１…弾性境界波装置
１２〜１４…弾性境界波素子
１２ａ，１３ａ，１４ａ…第１の固体層
１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ…ＩＤＴ
１２ｃ，１３ｃ，１４ｃ…第２の固体層
１５，１６…接着剤
２１…弾性境界波装置
２１ａ…第１の固体層
２１ａ１…表面
２１ｂ…ＩＤＴ
２１ｃ…第２の固体層
２１ｃ１…表面
２２…弾性表面波励振用ＩＤＴ
３１…弾性境界波装置
３１ａ…第１の固体層
３１ｂ…ＩＤＴ
３１ｃ…第２の固体層
３２…弾性境界波装置
３２ａ…表面波基板
３２ｂ…ＩＤＴ
５１…弾性境界波装置
５２〜５６…弾性境界波素子
５２ａ…第１の固体層
５２ｃ…第２の固体層
５２ｄ，５２ｅ…電極パッド
５６ａ…第１の固体層
５６ｂ…ＩＤＴ
５６ｃ…第２の固体層
５６ｃ１…表面
５６ｄ…導電膜
５７…導電膜
６１…スルーホール電極パッド
６１ａ〜６１ｃ…スルーホール部
６１ｄ，６１ｅ…接続導電部
６２〜６４…弾性境界波素子
６２ａ…固体層
６２ａ１…表面
６５…スルーホール電極
６５ａ〜６５ｄ…スルーホール部
６５ｅ〜６５ｇ…接続導電部
６６〜６８…弾性境界波素子
６６ａ…第１の固体層
６７ａ…第１の固体層
６７ｃ…第２の固体層
６８ｃ…第２の固体層
７１…弾性境界波装置
７２…弾性境界波素子
７２ａ…第１の固体層
７２ｂ，７２ｃ…ＩＤＴ
７２ｄ，７２ｅ…反射器
７２ｆ，７２ｇ…入力電極パッド
７２ｈ…第２の固体層
７３…弾性境界波素子
７３ａ…第１の固体層
７３ｂ，７３ｃ…ＩＤＴ
７３ｄ，７３ｅ…反射器
７３ｆ，７３ｇ…出力電極パッド
７３ｈ…第２の固体層
７４，７５…スルーホール電極
８１…弾性境界波装置
８２ａ〜８２ｃ…段差
９１…弾性境界波装置
９２〜９４…弾性境界波素子
９２ａ…第１の固体層
９２ｂ…ＩＤＴ
９２ｃ…第２の固体層
９２ｃ１…表面
９３ａ…第１の固体層
９３ａ１…表面
９５〜９８…高熱伝導率層
９９，１００…回路素子層
９９ａ…基板
９９ｂ，９９ｃ…電極
９９ｄ，９９ｅ…エポキシ系接着剤
１２１…弾性境界波装置
１２２〜１２５…弾性境界波素子
１２６，１２７…金属バンプ
１２９…エポキシ樹脂
１３１…弾性境界波装置
１３２…弾性境界波装置チップ
１３３…導電膜
１３４…絶縁膜
１３５，１３６…電極パッド
１３７…外装樹脂層
１４１…弾性境界波装置
１４２…セラミック基板
１４３，１４４…電極パッド
１５１…弾性境界波装置
１５２…弾性境界波素子
１５６…弾性境界波素子
【図１】
2004159262.tif 000003
【図２】
2004159262.tif 000004
【図３】
2004159262.tif 000005
【図４】
2004159262.tif 000006
【図５】
2004159262.tif 000007
【図６】
2004159262.tif 000008
【図７】
2004159262.tif 000009
【図８】
2004159262.tif 000010
【図９】
2004159262.tif 000011
【図１０】
2004159262.tif 000012
【図１１】
2004159262.tif 000013
【図１２】
2004159262.tif 000014
【図１３】
2004159262.tif 000015
【図１４】
2004159262.tif 000016
【図１５】
2004159262.tif 000017
【図１６】
2004159262.tif 000018
【図１７】
2004159262.tif 000019
【図１８】
2004159262.tif 000020
【図１９】
2004159262.tif 000021
【図２０】
2004159262.tif 000022
【図２１】
2004159262.tif 000023
【図２２】
2004159262.tif 000024
【図２３】
2004159262.tif 000025
【図２４】
2004159262.tif 000026
【図２５】
2004159262.tif 000027